JP2001274633A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時間的に電力変動のある信号を増幅する電力
増幅装置において、消費電力を十分に低減できるように
する。 【解決手段】 電力増幅装置は、時間的に電力変動のあ
る入力信号を複数の線路へ分配する電力分配器１１と、
複数の線路にそれぞれ設けられた複数のスイッチング素
子１２₁、１２₂、１２₃、１２₄と、それぞれのスイッチ
ング素子に接続された複数のパワーアンプ１３₁、１
３₂、１３₃、１３₄と、入力信号の電力変動を基に複数
のスイッチング素子１２₁、１２₂、１２₃、１２₄のオン
／オフと複数のパワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１
３₄の動作／停止を制御するコントローラ１５と、複数
のパワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄の出力を合
成する電力合成器１４とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間的に電力変動
のある信号を増幅する電力増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、無線通信システムにおいて、データ伝送速度の高速
化と周波数の効率化から、電力の時間的変動が大きい変
調方式（ＱＡＭ方式、ＯＦＤＭ方式など）が提案されて
いる。

【０００３】このような変調方式では、変調波の振幅が
大きく変動する。この場合、パワーアンプを一定電力で
駆動し、入力信号の最大振幅において直線性のよい出力
信号を得るように増幅すると、入力信号の振幅が小さい
場合でも同じような増幅を行うことになり、パワーアン
プで無駄に電力を消費し電力効率が悪いという問題が生
じる。

【０００４】特開平６−３７５５１号公報には、パワー
アンプの歪み成分を増幅する歪み補償パワーアンプのバ
イアス制御を行うことで、入力信号の電力が小さい状態
において無駄な歪み補償のために消費される電力を節減
できる技術が記載されている。しかしながら、この技術
は、小さな消費電力の歪み補償パワーアンプの消費電力
を低下させるものであって、大きな消費電力のパワーア
ンプの消費電力を低下させるものではなく、全体として
みれば消費電力の低下は十分なものとはいえない。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みたもので、時間的
に電力変動のある信号を増幅する電力増幅装置におい
て、消費電力を十分に低減できるようにすることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、時間的に電力変動のあ
る入力信号を複数の線路へ分配する電力分配器と、複数
の線路にそれぞれ設けられた複数のスイッチング素子
と、それぞれのスイッチング素子に接続された複数のパ
ワーアンプと、入力信号の電力変動を基に複数のスイッ
チング素子のオン／オフと複数のパワーアンプの動作／
停止を制御するコントローラと、複数のパワーアンプの
出力を合成する電力合成器とを有することを特徴として
いる。

【０００７】この発明によれば、入力信号の変動に応じ
て、動作させるパワーアンプを選択し、その出力を合成
するようにしているから、個々のパワーアンプは低出力
のものでよく、全体として消費電力を低減することがで
きる。

【０００８】なお、入力信号の電力変動は、例えばベー
スバンド部からの信号から得ることができる他、入力信
号の電力を電力検出器で検出した信号からも得ることが
できる。

【０００９】また、複数のパワーアンプとしては、請求
項２に記載の発明のように、それぞれ出力飽和電力が等
しいパワーアンプとすることの他、請求項３に記載の発
明のように、それぞれ出力飽和電力が異なるパワーアン
プとすることができる。

【００１０】出力飽和電力が異なるパワーアンプとした
場合、請求項４に記載の発明のように、複数のパワーア
ンプの出力飽和電力を、２ⁿ（ｎ＝０、１、２、３…）
の関係となるようにすれば、ディジタル的な数値でパワ
ーアンプの選択を行うことができる。

【００１１】また、請求項１ないし４に記載の電力増幅
装置において、請求項５に記載の発明のように、電力分
配器を反射型電力分配器とすれば、電力分配器での電力
ロスをなくすことができる。

【００１２】また、請求項３または４に記載の電力増幅
装置において、請求項６に記載の発明のように、電力分
配器を、複数のスイッチング素子のうちオンしているス
イッチング素子に対し、複数のパワーアンプの出力飽和
電力に合わせた電力を分配する反射型不等電力分配器と
し、コントローラが、複数のパワーアンプのうち２つ以
上を同時に動作させるときに、出力飽和電力が最も小さ
いパワーアンプが飽和しないような組み合わせでパワー
アンプの制御を行うようにすれば、出力飽和電力の小さ
いパワーアンプを飽和させないようにすることができ
る。

【００１３】また、請求項７に記載の発明のように、複
数のパワーアンプの動作／停止を切り換えるときに、２
つの以上のパワーアンプが動作する状態を経て切り換え
を行うようにすれば、信号の欠落を防ぐことができる。

【００１４】また、請求項８に記載の発明のように、複
数のパワーアンプの中に歪み補償パワーアンプを含むよ
うにすれば、歪み補償を行った増幅を行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施形態に係る
高周波電力増幅装置の構成を示す。

【００１６】この電力増幅装置は、送信機におけるアン
テナの前段に設けられ、図１に示すように、時間的に電
力変動のある入力信号（ＱＡＭ方式、ＯＦＤＭ方式など
の変調方式で変調された信号）を複数の線路へ分配する
電力分配器１１と、分配された入力信号をどのパワーア
ンプヘ入力するかを選択するスイッチング回路１２と、
入力信号を増幅する複数の低出力パワーアンプ１３₁、
１３₂、１３₃、１３₄からなるパワーアンプ部１３と、
べースバンド部からの信号をもとに電力変動を得てスイ
ッチング回路１２と複数のパワーアンプ１３₁、１３₂、
１３₃、１３₄の各バイアスを制御するコントローラ１５
と、パワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄の出力を
合成する電力合成器１４とで構成されている。

【００１７】図２に、図１に示す電力増幅装置の具体的
な構成を示す。

【００１８】電力分配器１１は、入力信号をスイッチン
グ回路１２におけるスイッチング素子１２₁、１２₂、１
２₃、１２₄に複数の線路で分配するように構成されてい
る。また、電力分配器１１は、各線路の長さが波長λの
１／２に設定された反射型の電力分配器となっており、
線路に接続されたスイッチング素子がオフしている場
合、オンしている他のスイッチング素子に、等分された
電力を分配する。このことにより、電力分配器１１での
電力のロスをなくすことができる。

【００１９】スイッチング素子１２₁、１２₂、１２₃、
１２₄は、例えば、半導体等のスイッチング素子により
構成されるもので、コントローラ１５からの制御信号に
よりオン／オフする。また、パワーアンプ部１３におけ
るパワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄は、それぞ
れ、出力飽和電力がＰｓ₁、Ｐｓ₂、Ｐｓ₃、Ｐｓ₄であ
り、コントローラ１５からの制御電圧Ｖｇ₁、Ｖｇ₂、Ｖ
ｇ₃、Ｖｇ₄によって、動作状態、動作停止状態となる。
パワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄からの出力
は、電力合成器１４で合成されて出力される。

【００２０】コントローラ１５は、ベースバンド部から
の信号によりディジタル的あるいはベースバンド部から
の信号をＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換した信号に
よりアナログ的に信号処理を行い、スイッチング回路１
２およびパワーアンプ部１３を制御する。

【００２１】上記した構成においてその作動を説明す
る。

【００２２】送信する信号を生成するベースバンド部か
らの信号の電力変動は、この電力増幅装置に入力される
入力信号の電力変動と対応している。そこで、コントロ
ーラ１５は、ベースバンド部からの信号の振幅に応じて
スイッチング素子１２₁、１２₂、１２₃、１２₄のオン／
オフとパワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄の動作
／停止を選択的に制御する。

【００２３】例えば、図３に示すように、ベースバンド
部からの信号の振幅が小さい第１の状態のときには、ス
イッチング素子１２₁のみをオンせるとともにパワーア
ンプ１３₁のみを動作状態にする。このことにより、入
力信号はパワーアンプ１３₁のみで増幅して出力され
る。

【００２４】また、第１の状態よりも振幅が大きい第２
の状態のときには、スイッチング素子１２₁、１２₂をオ
ンさせるとともにパワーアンプ１３₁、１３₂を動作状態
にする。このことにより、入力信号はパワーアンプ１３
₁、１３₂で増幅して出力される。

【００２５】また、第２の状態よりも振幅が大きい第３
の状態のときには、スイッチング素子１２₁、１２₂、１
２₃をオンさせるとともにパワーアンプ１３₁、１３₂、
１３₃を動作状態にする。このことにより、入力信号は
パワーアンプ１３₁、１３₂、１３₃で増幅して出力され
る。

【００２６】さらに、第３の状態よりも振幅が大きい第
４の状態のときには、スイッチング素子１２₁、１２₂、
１２₃、１３₄の全てをオンさせるとともにパワーアンプ
１３ ₁、１３₂、１３₃、１３₄の全てを動作状態にする。
このことにより、入力信号はパワーアンプ１３₁、１
３₂、１３₃、１３₄で増幅して出力される。

【００２７】このような制御を行うことにより、パワー
アンプ１３₁、１３₂、１３₃、１３₄の個々が低出力のも
のであっても、時間的に大きく電力が変動する入力信号
に対して直線性よく増幅して出力することができるとと
もに、消費電力を少なくすることができる。

【００２８】なお、コントローラ１５は、パワーアンプ
の動作／停止状態の切り換えを行うときに、少なくとも
２つ以上のパワーアンプが同時に動作する状態としてか
ら切り換えを行う。このことにより、送信信号の欠落を
防ぐことができる。

【００２９】また、上記したパワーアンプ１３₁、１
３₂、１３₃、１３₄ としては、同一のパワーアンプを用
いることの他、出力飽和電力がそれぞれ異なるものを用
いることができる。パワーアンプ１３₁、１３₂、１
３₃、１３₄を同一のパワーアンプとした場合には、構成
を容易にするとともに、各パワーアンプの特性が揃って
いるため、特性のばらつきが少なく、動作点の調整など
を容易にすることができる。

【００３０】また、パワーアンプ１３₁、１３₂、１
３₃、１３₄ をそれぞれの出力飽和電力が異なるものと
した場合、それぞれの出力飽和電力Ｐｓ₁、Ｐｓ₂、Ｐｓ
₃、Ｐｓ₄を８Ｐｓ₁＝４Ｐｓ₂＝２Ｐｓ₃＝Ｐｓ₄、すなわ
ち２ⁿ（ｎ＝０、１、２、３）の関係となるように設定
すれば、ディジタル的な数値でパワーアンプの選択を行
うことができる。また、入力信号の振幅の大きさの出現
頻度を基に、それぞれの出力飽和電力を設定し、効率の
よい増幅を行うようにしてもよい。但し、出力飽和電力
が大きく異なるパワーアンプ同士の組み合わせとした場
合に、出力飽和電力の小さいパワーアンプを飽和させな
いようにする必要があり、このためには各線路の特性イ
ンピーダンスの異なる不等電力分配器を用いるのが好ま
しい。

【００３１】図４に、反射型不等電力分配器の原理図を
示す。反射型不等分配器は、上記した反射型電力分配器
（パワーアンプに接続されているスイッチがオフとなっ
ている場合、そこに供給される電力を他のオンとなって
いるパワーアンプへ供給する電力分配器）と、特性イン
ピーダンスが異なるλ／４長線路を組み合わせたもので
ある。パワーアンプの各出力飽和電力に合わせて各線路
の特性インピーダンスを合わせることによって、各線路
へ供給される電力の比率を各出力飽和電力に合わせるこ
とができる。これにより、出力飽和電力が小さいパワー
アンプへは、その出力飽和電力までの電力以下した入力
されないので、異なるパワーアンプを同時に動作させて
も飽和するパワーアンプは生じず、低消費電力でかつ線
形な増幅が可能となる。

【００３２】図５に、反射型不等電力分配器の実際の構
成を示す。特性インピーダンスＺ₀は５０Ωとする。パ
ワーアンプの各出力飽和電力に応じた特性インピーダン
ス線路（具体的には、線路の幅を変える。幅の広い線路
には多く、狭い線路には少なく電力が供給される。）
と、５０Ω線路で構成されている。各スイッチまでの長
さはλ／２であり、上記した反射型電力分配器の条件を
満たしている。仮に、出力飽和電力が２ⁿ の関係のパワ
ーアンプに、出力電力が３必要な入力が入力された場合
であっても、Ｚ₁とＺ₂の特性インピーダンスの線路によ
って、１：２に電力が分配されるので、各パワーアンプ
は飽和せず、出力電力３の信号を得ることができる。図
６に、各出力飽和電力が異なる場合のパワーアンプを用
いた時の作動（図３に対応するもの）を示す。各Ｐｓが
異なるため、カバーする範囲の大きさが異なっている。

【００３３】また、上記した実施形態におけるコントロ
ーラ１５は、ベースバンド部からの信号により入力信号
の電力変動を検出することの他、電力増幅装置の入力信
号そのもの電力を検出する電力検出器からの信号により
入力信号の電力変動を検出するようにしてもよい。

【００３４】また、複数のパワーアンプ１３₁、１３₂、
１３₃、１３₄ の数は４つよりも多くてもよく、またそ
のうちの１つ、もしくはそれらに加えて、特開平６−３
７５５１号公報に記載されたような歪み補償パワーアン
プを用いるようにしてもよい。

【００３５】なお、本発明の電力増幅器は、携帯電話等
の移動局における送信回路に設けられることの他、基地
局、無線ＬＡＮといった無線通信システムの送信回路に
用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅装置
の構成を示す図である。

【図２】図１に示す電力増幅装置の具体的な構成を示す
図である。

【図３】コントローラ１５の作動説明に供する図であ
る。

【図４】反射型不等電力分配器の原理図を示す図であ
る。

【図５】反射型不等電力分配器の実際の構成を示す図で
ある。

【図６】各出力飽和電力が異なる場合のパワーアンプを
用いた時の作動を示す説明図である。

【符号の説明】

１１…電力分配器、１２…スイッチング回路、１２₁、
１２₂、１２₃、１２₄…スイッチング素子、１３…パワ
ーアンプ部、１３₁、１３₂、１３₃、１３₄…パワーアン
プ、１４…電力合成器、１５…コントローラ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA21 CA36 FA15 FA18 HA38 HA39 KA00 KA68 LS12 SA14 TA01 TA06 5J069 AA01 AA04 AA41 CA21 CA36 FA15 FA18 HA38 HA39 KA00 KA68 KC06 KC07 SA14 TA01 TA06 5J090 AA01 AA04 AA41 CA21 CA36 FA15 FA18 GN01 HA38 HA39 KA00 KA68 SA14 TA01 TA06 5J091 AA01 AA04 AA41 CA21 CA36 FA15 FA18 HA38 HA39 KA00 KA68 SA14 TA01 TA06 5J092 AA04 AA41 CA21 CA36 FA15 FA18 HA38 HA39 KA00 KA68 SA14 TA01 TA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間的に電力変動のある入力信号を複数
   の線路へ分配する電力分配器と、 前記複数の線路にそれぞれ設けられた複数のスイッチン
   グ素子と、 それぞれのスイッチング素子に接続された複数のパワー
   アンプと、 前記入力信号の電力変動を基に前記複数のスイッチング
   素子のオン／オフと前記複数のパワーアンプの動作／停
   止を制御するコントローラと、 前記複数のパワーアンプの出力を合成する電力合成器と
   を有することを特徴とする電力増幅装置。
2. 【請求項２】 前記複数のパワーアンプは、それぞれ出
   力飽和電力が等しいパワーアンプであることを特徴とす
   る請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 【請求項３】 前記複数のパワーアンプは、それぞれ出
   力飽和電力が異なるパワーアンプであることを特徴とす
   る請求項１に記載の電力増幅装置。
4. 【請求項４】 前記複数のパワーアンプの出力飽和電力
   は、２ⁿ（ｎ＝０、１、２、３…）の関係となるように
   設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電力
   増幅装置。
5. 【請求項５】 前記電力分配器は、前記複数のスイッチ
   ング素子のうちオンしているスイッチング素子に等分さ
   れた電力を分配する反射型電力分配器であることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電力増
   幅装置。
6. 【請求項６】 前記電力分配器は、前記複数のスイッチ
   ング素子のうちオンしているスイッチング素子に対し、
   前記複数のパワーアンプの出力飽和電力に合わせた電力
   を分配する反射型不等電力分配器であり、前記コントロ
   ーラは、前記複数のパワーアンプのうち２つ以上を同時
   に動作させるときに、出力飽和電力が最も小さいパワー
   アンプが飽和しないような組み合わせで前記パワーアン
   プの制御を行うことを特徴とする請求項３または４に記
   載の電力増幅装置。
7. 【請求項７】 前記コントローラは、前記複数のパワー
   アンプの動作／停止を切り換えるときに、２つ以上のパ
   ワーアンプが同時に動作する状態を経て切り換えを行う
   ように制御することを特徴とする請求項１ないし６のい
   ずれか１つに記載の電力増幅装置。
8. 【請求項８】 前記複数のパワーアンプは、歪み補償パ
   ワーアンプを含むことを特徴とする請求項１ないし７の
   いずれか１つに記載の電力増幅装置。