WO2007015462A1

WO2007015462A1 - 高効率増幅器

Info

Publication number: WO2007015462A1
Application number: PCT/JP2006/315153
Authority: WO
Inventors: Kenichi Horiguchi; Satoru Ishizaka; Kazuhisa Yamauchi; Masatoshi Nakayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2008-02-01
Also published as: EP1912328A1; EP1912328A4; KR100957895B1; CN101228689A; KR20080023361A; JPWO2007015462A1; US20090206926A1; CN101228689B; US7649412B2; EP1912328B1

Abstract

　入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器３の出力側のインピーダンス基準点１１から出力側を見たインピーダンスが２Ｒ＋α（Ｒは負荷抵抗、αは正）となるように、位相線路２１の電気長と位相線路２３の電気長が設定され、位相線路２２の電気長が位相線路２１の電気長と位相線路２３の電気長との差に設定される。

Description

明細書

高効率増幅器

技術分野

[0001] この発明は放送用及び通信用に使用される高効率増幅器に関するものである。

背景技術

[0002] 放送用及び通信用の RF増幅器は、 RF信号を高い効率で線形に増幅することが望まれている。しかしながら、一般に増幅器では効率を高くすることと線形性を高くすることは両立しない。増幅器の効率は入力信号の電力レベルの増加と共に高くなり、増幅器が飽和を迎えた辺りで最大効率を迎える特性を示す。近年、放送及び移動体通信等で使用される PAPR (Peak to Average Power Ratio)の大きい変調波を入力信号として使用した場合には、飽和点近くの動作点では増幅器の飽和による信号波形のクリッピングが発生するため線形性は大きく劣化する。

[0003] このため、一般に放送用及び通信用の RF増幅器では飽和点から出カノックオフを大きくとった動作レベルにおいて使用され、飽和点力もの出カノックオフを大きくとつた動作レベルでの高効率ィ匕が重要となる。これに対し、飽和点力の出力バックオフを大きくとった動作レベルで効率を高める有力な手法としてドハティ増幅器が報告されている。

[0004] 例えば、図 14は非特許文献 1に示された従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが小さ!ヽ場合の各部から見たインピ一ダンスを示す図である。図 14に示すドハティ増幅器は、入力端子 1、入力分配回路 2、 A級又は AB級バイアスされたキャリア増幅器 3、オフセット位相線路 4、 90° 位相線路 5、位相線路 6、 B級又は C級バイアスされたピーク増幅器 7、オフセット位相線路 8、 90° 位相線路 9及び出力端子 10を備えている。

[0005] また、図 14には、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12、入力分配回路 2により分配された経路の出力合成点 13が図示されている。ここで、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11は、キャリア増幅器 3の出力側で負荷側を見た負荷インピーダンスが最大になる点であり、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12は、ピーク増幅器 7の出力側でオフセット位相線路 8の出力側を見たインピーダンスが最大になる^;である。

[0006] また、図 15は上記非特許文献 1に示された従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが大き、場合の各部カゝら見たインピーダンスを示す図であり、図 14と同符号は同一のものである。

[0007] キャリア増幅器 3に接続されたオフセット位相線路 4は、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11からキャリア増幅器 3の出力側を見た出力インピーダンスが最大になるような電気長 Θ を有する。同様に、ピーク増幅器 7に接続されたオフセット位相線路 8は、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12からピーク増幅器 7の出力側を見た出力インピーダンスが最大になるような電気長 Θ を有する。ま

P

た、 90° 位相線路 5及び 90° 位相線路 9の電気長は 90° で、位相線路 6の電気長は 90+ 0 - Θ である。

c p

[0008] 入力端子 1から入力した RF信号は、入力側分配回路 2によってキャリア増幅器 3側の経路とピーク増幅器 7側の経路の 2つに分配される。キャリア増幅器 3側の経路では、入力側分配回路 3からの RF信号がキャリア増幅器 3に入力され、キャリア増幅器 3からの RF信号は、オフセット位相線路 4及び 90° 位相線路 5を経て出力合成点 13 に出力される。また、ピーク増幅器 7側の経路では、入力側分配回路 2からの RF信号が位相線路 6を経てピーク増幅器 7に入力され、ピーク増幅器 7からの RF信号はオフセット位相線路 8を経て出力合成点 13に出力される。出力合成点 13では、キヤリァ増幅器 3からの RF信号とピーク増幅器 7からの RF出力信号が合成されて出力される。

[0009] 図 14において、入力信号のレベルが小さい場合には、 B級又は C級バイアスされたピーク増幅器 7はオフ状態、即ち RF信号を増幅しない状態となり、オフセット位相線路 8の作用により、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12から見たピーク増幅器 7の出力インピーダンスは理想的には無限大 (open)となる。従来のドハティ増幅器では、インピーダンス基準点 12と出力合成点 13は直結されて同一点と見なせるために、出力合成点 13からピーク増幅器 7側を見た出力インピーダンスは理想的には無限大（open)となる。

[0010] このとき、出力合成点 13から 90° 位相線路 9を見た負荷インピーダンスを RZ2 (R はドハティ増幅器の負荷抵抗）とし、 90° 位相線路 5の特性インピーダンスを Rとすると、 90° 位相線路 5によるインピーダンス変換作用によって、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11から出力側を見た負荷インピーダンスは 2Rとなり、キヤリア増幅器 3からの RF信号のみが出力合成点 13から出力される。

[0011] 一方、図 15において、入力信号のレベルが大きい場合には、 B級又は C級ノィァスされたピーク増幅器 7はオン状態、即ち RF信号を増幅する状態となるため、出力合成点 13ではキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7からの RF信号が合成されて出力される。このとき、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11及びピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12から出力側を見た負荷インピーダンスは共に Rとなる。

[0012] ここで、予めドハティ増幅器では、負荷インピーダンスが 2Rのときにキャリア増幅器 3では飽和電力は小さいが効率が高くなるように設計し、負荷インピーダンスが尺のときにキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7では飽和電力が大きくなるように設計しておくと、入力信号のレベルが小さい場合には、キャリア増幅器 3が高効率動作し、入力信号のレベルが大きい場合には、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7は飽和電力が大きくなるように動作させることが可能となる。

[0013] 以上 2つの作用により、即ち、入力信号のレベルに応じてピーク増幅器 7の出力がキャリア増幅器 3と合成されるという作用、及び入力信号のレベルに応じてキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7から出力側を見た負荷インピーダンスが変化するという作用により、飽和からの出力バックオフが大きい状態において高効率な動作を実現することが可能となる。

[0014] 図 16はドハティ増幅器の出力電力に対する効率特性を示している。理想的なドノ、ティ増幅器では、図 16に示すように、ドハティ増幅器としての飽和点 aと出力バックォフ 6dBの点 bの 2箇所において、効率最大点を迎えることが可能となる。図 16において、 bは入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器 3のみが動作したときの 1 回目の効率最大点であり、 aは入力信号のレベルが大きい場合に、キャリア増幅器 3 及びピーク増幅器 7が動作したときの 2回目の効率最大点である。

[0015] 非特干文献 1： Youngoo Yangjeonghyeon し ha'Bumjae Shin'Bumman Kim, A Fully Matched N— Way Doherty Amplifier With Optimized Linearity", IEEE Trans. Microwa ve Theory Tech.,vol.3,pp.986-993,Mar.2003.

[0016] 従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器では、キャリア増幅器 3の出力側に 90 ° 位相線路 5を使用することで、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1から出力側を見た負荷インピーダンスが小信号時には 2R、大信号時には Rとなるような変換を実現している。このため、理想的なドノ、ティ増幅器では、ドハティ増幅器としての飽和点と出力バックオフ 6dBの点の 2箇所において、効率最大点を迎えることが可能であるが、これは逆に言うと、原理的に従来のドハティ増幅器では、出力バックオフが 6dBよりも大き、動作レベルで、効率最大点を迎えることが不可能であると!/、うことを意味しており、出力バックオフが 6dBよりも大きい小信号領域での高効率ィ匕に限界があるという課題があった。

[0017] この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、出力バックオフが 6dBよりも大きい小信号動作レベルにおいて効率を向上させることができる高効率増幅器を得ることを目的とする。

発明の開示

[0018] この発明に係る高効率増幅器は、入力信号を第 1及び第 2の経路に分配する入力分配回路と、上記第 1の経路に接続されたキャリア増幅器と、上記第 2の経路に接続されたピーク増幅器と、上記第 1及び第 2の経路の出力合成点に接続されたインピーダンス変換回路と、上記キャリア増幅器の出力側のインピーダンス基準点と上記出力合成点の間に接続された第 1の位相線路と、上記入力分配回路と上記ピーク増幅器の間に接続された第 2の位相線路と、上記ピーク増幅器の出力側のインピーダンス基準点と上記出力合成点の間に接続された第 3の位相線路とを備え、上記入力信号のレベルが小さい場合に、上記キャリア増幅器の出力側のインピーダンス基準点から出力側を見たインピーダンスが 2R+ a (Rは負荷抵抗、 αは正）となるよう〖こ、上記第 1の位相線路の電気長と上記第 3の位相線路の電気長が設定され、上記第 2の位相線路の電気長が上記第 1の位相線路の電気長と上記第 3の位相線路の電気長との差に設定されるものである。

[0019] この発明により、効率を最大にする出カノックオフを 6dBより大きくすることができ、出力バックオフが 6dBよりも大きい小信号動作レベルにおいて効率を向上させることができると!ヽぅ効果が得られる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]この発明の実施の形態 1による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。

[図 2]この発明の実施の形態 1による高効率増幅器の負荷変調の軌跡をスミスチヤ一ト上に描いた図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが大きい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。

[図 4]この発明の実施の形態 1による高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。

[図 5]この発明の実施の形態 2による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。

[図 6]この発明の実施の形態 2による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが大きい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。

[図 7]この発明の実施の形態 2による高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。

[図 8]この発明の実施の形態 3による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。

[図 9]この発明の実施の形態 3による高効率増幅器のアイソレータの周波数特性を示す図である。

[図 10]この発明の実施の形態 4による高効率増幅器におけるキャリア増幅器及びピーク増幅器の内部構成を示すブロック図である。

[図 11]この発明の実施の形態 4による高効率増幅器における位相線路の電気長に対するキャリア増幅器及びピーク増幅器の効率特性を示す図である。

[図 12]この発明の実施の形態 5による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。

[図 13]この発明の実施の形態 5による高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。

[図 14]従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部カゝら見たインピーダンスを示す図である。

[図 15]従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが大きい場合の各部カゝら見たインピーダンスを示す図である。

[図 16]従来の高効率増幅器としてのドノ、ティ増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

図 1はこの発明の実施の形態 1による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さ、場合の各部カゝら見たインピーダンスを示す図である。図 1に示す高効率増幅器は、入力端子 1、入力分配回路 2、 A級又は AB級バイアスされたキャリア増幅器 3、オフセット位相線路 4、位相線路 21、位相線路 22、 B級又は C級ノィァスされたピーク増幅器 7、オフセット位相線路 8、位相線路 23、 90° 位相線路（インピーダンス変換回路） 9及び出力端子 10を備えている。また、図 1には、従来の図 14と同様に、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12、入力分配回路 2により分配された経路の出力合成点 13が図示されている。

[0022] 図 1に示す高効率増幅器は、従来の図 14に示すドハティ増幅器の 90° 位相線路 5を位相線路 21に置き換え、位相線路 6を位相線路 22に置き換え、ピーク増幅器 7 の出力側のインピーダンス基準点 12と出力合成点 13の間に位相線路 23を追加したものであり、その他の構成は図 14に示すものと同じである。オフセット位相線路 4の電気長を 0 、オフセット位相線路 8の電気長を 0 、位相線路 21の電気長を 0 、位相 c P 1 線路 22の電気長を 0 、位相線路 23の電気長を 0 とする。 [0023] 即ち、図 1に示す高効率増幅器では、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1と出力合成点 13の間に電気長 Θ の位相線路 21を接続し、入力分配回路

1

2とピーク増幅器 7の間に電気長 Θ の位相線路 22を接続し、ピーク増幅器 7の出力

3

側のインピーダンス基準点 12と出力合成点 13の間に電気長 Θ の位相線路 23を接

2

続して、ることが特徴である。

[0024] 図 1において、出力合成点 13から 90° 位相線路 9を見たインピーダンスを R =R

1

,2 (Rは高効率増幅器の負荷抵抗）とし、位相線路 21のインピーダンスを Rとすると、入力信号のレベルが小さい場合に、効率を最大にする出力バックオフを 6dBより大きくするために、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1から出力側を見たインピーダンスが R = 2R+ a ( aは正）となるように、位相線路 21の電気長 Θ と

2 1 位相線路 23の電気長 0 を設定する。

2

[0025] 位相線路 21は次の式（1)に示す電気長 0 [deg]を有する位相線路で、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1と出力合成点 13の間に接続される。

[数 1]

ここで、 Ζは位相線路 21 , 23の特性インピーダンスを示す。

0

また、位相線路 23は次の式（2)に示す電気長 Θ [deg]を有する位相線路であり、

2

ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12と出力合成点 13の間に接続される。

[数 2]

tan ( () < «， < 90 ( 2 )

さらに、位相線路 22は次の式（3)に示す電気長 Θ [deg]を有する位相線路であり

3

、入力分配回路 3とピーク増幅器 7の間に接続される。 θ = θ - θ + θ - θ (3)

3 1 2 c ρ

[0028] 次に動作について説明する。

図 1の入力信号のレベルが小さい場合は、 Β級又は C級バイアスされたピーク増幅器 7はオフ状態、即ち RF信号を増幅しない状態となり、キャリア増幅器 3からの RF信号のみが出力合成点 13に出力される。このように、入力信号のレベルが小さい場合には、ピーク増幅器 7がオフ状態となるため、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12から見たピーク増幅器 7の出力インピーダンスは、理想的には無限大 (ο pen)となり、また、位相線路 23の電気長 0 は 90° 未満となるため、電気長 0 を有

2 2 する位相線路 23は容量性の開放スタブとして作用する。

[0029] 従って、出力合成点 13から位相線路 23を見たインピーダンスは、抵抗成分が RZ 2よりも小さぐ容量性リアクタンスを有するインピーダンス Z1に変換される。さらに、電気長 Θ を有する位相線路 21によるインピーダンス変換作用により、キャリア増幅器 3

1

の出力側のインピーダンス基準点 11から出力側を見た負荷インピーダンスは 2Rよりも大きい実数抵抗 2R+ aに変換される。

[0030] 図 2は高効率増幅器の負荷変調の軌跡をスミスチャート上に描いた図である。従来型のドハティ増幅器では、図 2の点線に示すように、負荷変調の軌跡は RZ2〜2Rとなっているのに対し、この実施の形態 1の高効率増幅器では、図 2の実線に示すように、負荷変調の軌跡は Z1〜2R+ aとなっている。

[0031] 図 3はこの発明の実施の形態 1による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが大きい場合の各部力見たインピーダンスを示す図であり、図 1と同符号は同一のものである。図 3において、入力信号のレベルが大きい場合には、 B 級又は C級バイアスされたピーク増幅器 7はオン状態、即ち RF信号を増幅する状態となるため、出力合成点 13ではキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7からの RF信号が合成されて出力される。このとき、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11及びピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12から出力側を見た負荷インピーダンスは共に Rとなる。

[0032] ここで、予め高効率増幅器では、負荷インピーダンスが 2R+ aのときに、キャリア増幅器 3では飽和電力は小さいが効率が高くなるように設計し、負荷インピーダンスが Rのときに、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7では飽和電力が大きくなるように設計しておくと、入力信号のレベルが小さい場合には、キャリア増幅器 3が高効率動作し、入力信号のレベルが大きい場合には、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7は飽和電力が大きくなるように動作させることが可能となる。

[0033] 以上 2つの作用により、即ち、入力信号のレベルに応じてピーク増幅器 7の出力がキャリア増幅器 3の出力に合成されるという効果、及び入力信号のレベルに応じてキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7から出力側を見た負荷インピーダンスが変化するという作用により、この実施の形態 1では、飽和点からの出力バックオフが大きい状態にお、て高効率な動作を実現することが可能となる。

[0034] 図 4は高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。ここでは、従来のドノ、ティ増幅器とこの実施の形態 1の高効率増幅器とを比較している。また、この実施の形態 1では、入力信号のレベルが小信号カも大信号に推移したときに、キヤリァ増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1から出力側を見たインピーダンスが、実数抵抗 2R + a ( aは正)から Rへと推移するため、図 4に示すように、ドハティ増幅器としての飽和点 aにカ卩えて、出力バックオフ 6dBの点 bよりも大きい出力バックオフ（ 6 + β ) άΒ ( βは正）の点 cにおいて効率最大点を迎えることが可能となる。

[0035] よって、この実施の形態 1では、入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 1 1から出力側を見たインピーダンスを、従来型のドハティ増幅器のインピーダンス 2Rよりも大きくできるため、その分、 1回目の効率最大点を従来のドノ、ティ増幅器の出力バックオフ 6dBの点 bよりも出力バックオフの大きい小信号レベルの点 cに設定することが可能となる。つまり、この実施の形態 1では、出力バックオフが 6dBよりも大きい小信号動作レベルでの高効率化がより効果的となり、高効率ィ匕を図ることができる。

[0036] この実施の形態 1では、従来のドハティ増幅器と同様に、キャリア増幅器 3の出力側にオフセット位相線路 4を接続し、ピーク増幅器 7の出力側にオフセット位相線路 8を接続しているが、オフセット位相線路 4及びオフセット位相線路 8を削除しても良ぐその場合に、上記式（3)は次の式 (4)となる。

θ = θ - Θ (4) [0037] このように、この実施の形態 1では、入力分配回路 2は入力信号を 2つの経路 (第 1 及び第 2の経路）に分配し、一方の経路にキャリア増幅器 3を接続し、他方の経路にピーク増幅器 7を接続し、 2つの経路の出力合成点 13に 90° 位相線路 (インピーダンス変換回路） 9を接続し、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11と出力合成点 13の間に位相線路 (第 1の位相線路) 21を接続し、入力分配回路 2とピーク増幅器 7の間に位相線路 (第 2の位相線路） 22を接続し、ピーク増幅器 7の出力側のインピーダンス基準点 12と出力合成点 13の間に位相線路 (第 3の位相線路） 23を接続し、入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11から出力側を見たインピーダンスが 2R+ aとなるように、位相線路 21 の電気長 0 と位相線路 23の電気長 Θ を設定し、位相線路 22の電気長 Θ を位相

1 2 3 線路 21の電気長 0 と位相線路 23の電気長 0 との差に設定する。

1 2

[0038] 以上のように、この実施の形態 1によれば、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11と出力合成点 13の間に電気長 Θ の位相線路 21を接続し、入力分配

1

回路 2とピーク増幅器 7の間に電気長 Θ の位相線路 22を接続し、ピーク増幅器 7の

3

出力側のインピーダンス基準点 12と出力合成点 13の間に電気長 Θ の位相線路 23

2

を接続し、入力信号レベルが小さい場合に、キャリア増幅器 3の出力側のインピーダンス基準点 11から出力側を見たインピーダンスが 2R+ aとなるように、位相線路 21 の電気長 0 と位相線路 23の電気長 Θ を設定し、位相線路 22の電気長 Θ を位相

1 2 3 線路 21の電気長 Θ と位相線路 23の電気長 Θ との差に設定することにより、効率を

1 2

最大にする出カノックオフを 6dBより大きくすることができ、出力バックオフが 6dBよりも大き、小信号動作レベルにぉ、て効率を向上させることができると!/、う効果が得られる。

[0039] 実施の形態 2.

図 5はこの発明の実施の形態 2による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部力も見たインピーダンスを示す図である。図 5に示す高効率増幅器は、上記実施の形態 1の図 1に示す高効率増幅器に位相線路（第 4の位相線路） 24を追加したものであり、その他の構成は図 1と同じである。

また、図 6はこの発明の実施の形態 2による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが大きい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。図

6に示す高効率増幅器は、上記実施の形態 1の図 3に示す高効率増幅器に位相線路 24を追カ卩したものであり、その他の構成は図 3と同じである。

[0040] 位相線路 24は次の式（5)に示す電気長 Δ Θ [deg]を有する位相線路であり、入力分配回路 3とピーク増幅器 6の間に接続される。

A θ = θ - θ (5)

CA PA

ここで、 Θ はキャリア増幅器 3の電気長であり、 Θ はピーク増幅器 7の電気長で

CA ΡΑ

ある。

[0041] 次に動作について説明する。

図 6において、入力信号のレベルが大きい場合には、 Β級又は C級バイアスされたピーク増幅器 7はオン状態、即ち RF信号を増幅する状態となるため、出力合成点 13 ではキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7からの RF信号が合成されて出力される。

[0042] このとき、この実施の形態 2では、 Α級又は ΑΒ級バイアスされたキャリア増幅器 3の電気長 Θ と B級又は C級ノィァスされたピーク増幅器 7の電気長 Θ との差 Δ Θが

CA CA

、ピーク増幅器 7の入力側に接続された位相線路 24により補正されるので、キャリア増幅器 3とピーク増幅器 7からの RF信号が出力合成点 13において同位相で合成することが可能となる。このため、入力信号レベルが大きい領域での RF信号の合成効率が向上する。

[0043] 図 7は高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示している。ここでは、従来のドハティ増幅器と上記実施の形態 1の高効率増幅器とこの実施の形態 2の高効率増幅器とを比較している。図 7に示すように、この実施の形態 2では、上記実施の形態 1 と比較して、入力信号のレベルが大きい領域での RF信号の合成効率が向上し、結果として増幅器の高効率ィ匕を図ることが可能となる。

その他の動作については上記実施の形態 1と同じである。

[0044] この実施の形態 2では、従来のドハティ増幅器と同様に、キャリア増幅器 3の出力側にオフセット位相線路 4を接続し、ピーク増幅器 7の出力側にオフセット位相線路 8を接続して、るが、オフセット位相線路 4及びオフセット位相線路 8を削除しても良、。

[0045] 以上のように、この実施の形態 2によれば、上記実施の形態 1と同様の効果が得られると共に、ピーク増幅器 7の入力側に接続された位相線路 24により、キャリア増幅器 3の電気長 Θ とピーク増幅器 7の電気長 Θ との差を補正することにより、さらに

CA CA

効率を向上させることができると、う効果が得られる。

[0046] 実施の形態 3.

図 8はこの発明の実施の形態 3による高効率増幅器の構成と各部の電気長と、入力信号のレベルが小さい場合の各部力も見たインピーダンスを示す図である。図 8に示す高効率増幅器は、上記実施の形態 1の図 1に示す高効率増幅器における 90° 位相回路 9の出力側に、特性インピーダンス Rを有するアイソレータ 31を追加したものであり、その他の構成は図 1と同じである。

[0047] 次に動作について説明する。

図 8において、 90° 位相回路 9の出力側に接続された特性インピーダンス Rを有するアイソレータ 31により、出力合成点 13から見た負荷インピーダンス力 ¾Z2に確定される。このため、高効率増幅器は出力端子 10以降の回路状態によらず、安定的に高効率率な動作をすることが可能になる。

[0048] 図 9はアイソレータ 31の周波数特性を示す図である。アイソレータ 31は、図 9に示すように、 RF信号の周波数 f に対して、 RF信号の高調波、例えば 2倍の周波数 2f

0 0 を使用帯域外とする周波数特性を持っており、高調波の発生を抑圧することができる

[0049] この実施の形態 3では、従来のドハティ増幅器と同様に、キャリア増幅器 3の出力側にオフセット位相線路 4を接続し、ピーク増幅器 7の出力側にオフセット位相線路 8を接続して、るが、オフセット位相線路 4及びオフセット位相線路 8を削除しても良、。

[0050] 以上のように、この実施の形態 3によれば、上記実施の形態 1と同様の効果が得られると共に、 90° 位相回路 9の出力側に特性インピーダンス Rを有するアイソレータ 3 1を接続することにより、安定的に高効率率な動作をすることができ、高調波の発生を抑圧することができると!/、う効果が得られる。

[0051] 実施の形態 4.

図 10はこの発明の実施の形態 4による高効率増幅器におけるキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7の内部構成を示すブロック図である。図 10に示すキャリア増幅器 3 及びピーク増幅器 7は、入力端子 41、基本波整合回路 42、電源端子 43、ノィァス回路 44、トランジスタ (増幅素子) 45、位相線路 (第 5の位相線路) 46、電源端子 47、コンデンサ 48、 90° 位相線路 49、基本波整合回路 50及び出力端子 51を備えている。

[0052] 次に動作について説明する。

図 10において、トランジスタ 45の入力側には、電源端子 43からのバイアス電圧がバイアス回路 44を介して供給される。また、コンデンサ 48及び 90° 位相線路 49により、トランジスタ 45の出力側のバイアス回路を構成し、電源端子 47からのバイアス電圧は、位相線路 49及び位相線路 46を介して、トランジスタ 45の出力側に供給される。入力端子 41から入力された RF信号は、基本波整合回路 42を介してトランジスタ 4 5で増幅され、位相線路 46及び基本波整合回路 50を介して出力端子 51より出力される。

[0053] コンデンサ 48は RF信号の周波数 fで、十分に小さ!/、インピーダンスとなるような容

0

量を有するものとし、 90° 位相線路 49と電源端子 47の間に RF信号の周波数 fで短

0 絡点を形成している。 90° 位相線路 49は RF信号の周波数 fで電気長が 90° の長

0

さの短絡スタブとすると、 RF信号の 2倍の周波数 2fでは電気長が 180° の長さとな

0

り、位相線路 46と 90° 位相線路 49の間に RF信号の 2倍の周波数 2f における短絡

0

点が形成される。

[0054] 位相線路 46の電気長 Θ の長さを変えると、トランジスタ 45から見た 2倍の周波数 2f

0

における短絡点までの距離が変わるため、トランジスタ 45から出力側を見た 2倍の周

0

波数 2f におけるインピーダンス ZL (2f )が変化する。一般に増幅器の効率は 2倍の

0 0

周波数におけるインピーダンスに対する依存性があるため、位相線路 46の電気長 Θ を最適化することにより、 RF信号の 2倍の周波数 2fの高調波の発生を抑圧し、キヤ

0 0

リア増幅器 3及びピーク増幅器 7の効率を最大化することが可能である。

[0055] 図 11は位相線路 46の電気長 0 に対するキャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7の

0

効率特性を示す図であり、位相線路 46の電気長 Θ を最適の値 Θ にすることによ

0 OPT

り、 RF信号の 2倍の周波数 2fの高調波の発生を抑圧し、キャリア増幅器 3及びピー

0

ク増幅器 7の効率 E を得ることができる。 [0056] このように、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7の効率を最大化することで、高効率増幅器全体としての効率を最大化することができ、出力バックオフが大き、小信号レベルにおいても効率を向上させることが可能となる。

[0057] 以上のように、この実施の形態 4によれば、上記実施の形態 1と同様の効果が得られると共に、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7のトランジスタ 45のバイアス電圧を、 RF信号の周波数 fで電気長が 90° の長さの短絡スタブとなる 90° 位相線路 49と位

0

相線路 46を介して供給し、位相線路 46の電気長 Θ を、 RF信号の 2倍の周波数 2f

0 0 の高調波を削減し、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7の効率を最大化する値に設定することにより、出力バックオフが大きい小信号レベルにおいても効率を向上させることができると!/、う効果が得られる。

[0058] 実施の形態 5.

図 12はこの発明の実施の形態 5による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。図 12に示す高効率増幅器は、上記実施の形態 1の図 1に示す高効率増幅器において、キャリア増幅器 3に接続されたゲート電圧発生回路 61及びドレイン電圧発生回路 62、ピーク増幅器 7に接続されたゲート電圧発生回路 63及びドレイン電圧発生回路 64を追加したものであり、その他の構成は図 1と同じである。

[0059] 図 12において、キャリア増幅器 3及びピーク増幅器 7では、同じバイアス電圧を供給した場合に同じ飽和電力を有するトランジスタ（図示せず)を使用しているものとする。また、ドレイン電圧発生回路 62がキャリア増幅器 3のトランジスタに供給するバイァス電圧 Vdlは、ドレイン電圧発生回路 64がピーク増幅器 7のトランジスタに供給するバイアス電圧 Vd2よりも小さく設定されている。そのため、キャリア増幅器 3の飽和電力はピーク増幅器 7の飽和電力よりも小さくなり、上記実施の形態 1よりも大きな出力バックオフ点で効率最大点を迎えることが可能となる。

[0060] 図 13は高効率増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。ここでは、上記実施の形態 1の高効率増幅器とこの実施の形態 5の高効率増幅器とを比較している。図 13に示すように、ドノ、ティ増幅器としての飽和点 aにカ卩えて、出力バックオフ（6 + j8 ) dBの点 cよりも大きい出力バックオフ（6 + j8 + γ ) dB ( j8 , γは正）の点 dにお V、て効率最大点を迎えることが可能となる。 [0061] 以上のように、この実施の形態 5によれば、キャリア増幅器 3のトランジスタのドレインに供給するノィァス電圧 Vdlを、ピーク増幅器 7のトランジスタのドレインに供給するノィァス電圧 _Vd2よりも小さく設定することにより、上記実施の形態 1よりも、効率を最大にする出カノックオフを 6dBより大きくすることができ、出力バックオフが 6dBよりも大き、小信号動作レベルにぉ、て効率をさらに向上させることができると、う効果が得られる。

産業上の利用可能性

[0062] 以上のように、この発明に係る高効率増幅器は、例えば効率を最大にする出力バックオフを 6dBより大きくし、出力バックオフが 6dBよりも大きい小信号動作レベルにお V、て効率を向上させるものに適して!/、る。

Claims

請求の範囲

[1] 入力信号を第 1及び第 2の経路に分配する入力分配回路と、

上記第 1の経路に接続されたキャリア増幅器と、

上記第 2の経路に接続されたピーク増幅器と、

上記第 1及び第 2の経路の出力合成点に接続されたインピーダンス変換回路と、上記キャリア増幅器の出力側のインピーダンス基準点と上記出力合成点の間に接続された第 1の位相線路と、

上記入力分配回路と上記ピーク増幅器の間に接続された第 2の位相線路と、上記ピーク増幅器の出力側のインピーダンス基準点と上記出力合成点の間に接続された第 3の位相線路とを備え、

上記入力信号のレベルが小さい場合に、上記キャリア増幅器の出力側のインピーダンス基準点から出力側を見たインピーダンスが 2R+ a (Rは負荷抵抗、 αは正）となるように、上記第 1の位相線路の電気長と上記第 3の位相線路の電気長が設定され、上記第 2の位相線路の電気長が上記第 1の位相線路の電気長と上記第 3の位相線路の電気長との差に設定されることを特徴とする高効率増幅器。

[2] 上記入力分配回路と上記キャリア増幅器の間に接続された第 4の位相線路を備え上記第 4の位相線路の電気長が上記キャリア増幅器の電気長と上記ピーク増幅器の電気長との差に設定されることを特徴とする請求項 1記載の高効率増幅器。

[3] 上記インピーダンス変換回路の出力に接続され特性インピーダンス Rを有するアイソレータを備えたことを特徴とする請求項 1記載の高効率増幅器。

[4] 上記キャリア増幅器及び上記ピーク増幅器は、内部の増幅素子のバイアス電圧が

、上記入力信号の周波数で電気長が 90° の長さの短絡スタブとなる 90° 位相線路と第 5の位相線路を介して供給され、

上記第 5の位相線路の電気長が、上記入力信号の 2倍の周波数の高調波の発生を抑圧し、効率を最大にする値に設定されることを特徴とする請求項 1記載の高効率増幅器。

[5] 上記キャリア増幅器の内部の増幅素子の出力側に供給されるバイアス電圧が、上記ピーク増幅器の内部の増幅素子の出力側に供給されるバイアス電圧よりも小さく設定されることを特徴とする請求項 1記載の高効率増幅器。