JP2002509664A - 高効率増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高効率増幅装置が記載されている。この増幅装置では、前置段で入力信号から電力増幅素子に対する制御信号が形成され、この制御信号により増幅装置の効率が同じであっても出力信号のノイズが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】 高効率増幅装置 本発明は、高効率の増幅装置に関する。 高効率増幅装置はすでに公知であり、例えばいわゆるクラスＦ増幅器として使 用されている。“Solid State Radio Engineering”,Kraus & Bastian著、John Wiley und Sons，New York,14-4 Class F Amplifocation参照。クラスＦ動作で の増幅器で重要なことは、出力側の回路に基本周波数と少なくとも１つの高調波 に対する共振回路が設けられていることである。高調波とはこの場合、基本周波 数の２倍または３倍の意味でのみ使用する（例えば、RF Design,May 1996 79-84 pp.：“An Introduction to class F Power Amplitiers”F.H.Raab参照）。 高効率増幅器はとりわけ、高周波数で蓄電池またはバッテリー動作する機器、 例えば無線電話で、制限されたエネルギー備蓄により長時間動作するために必要 である。 IEEE MTT-S Digest 1996,689-692pp.には、８ＧＨｚ帯に対する高効率増幅器 が記載されている。この増幅器では、電力増幅素子の前段の前置増幅器段で正弦 波状入力信号から階段状半波信号が、電力増幅素子、すなわち電界効果トランジ スタに対する制御信号とし て形成される。階段形を形成するために、基本周波数ｆ０の他に、第３および第 ５高調波３ｆ０，５ｆ０が使用される。“High Efficiency Harmonic Control A mplifier”,Ingruber,Pritzel & Magerl著には、入力信号から前置段で基本周波 数の他に、第２高調波の信号成分も形成し、制御信号の信号波形に使用して、近 似的な半波状制御信号を獲得する増幅装置が記載されている。 電力増幅素子の制御信号に高調波を使用する装置では有利には、電力増幅を過 励振することなく高い効率が達成される。 電力増幅素子の制御信号に高調波を使用する装置の欠点は、出力信号に高調波 の発生によって相互変調積が生じることである。基本周波数における相互変調積 は、出力側の基本周波数バンドパスフィルタによって抑圧することはできない。 本発明の課題は、僅かなコストでノイズ成分の少ない良好な信号増幅と高い線 形性の得られる高効率増幅装置を提供することである。 本発明は、請求項１に記載されている。従属請求項には本発明の有利な構成お よび発展形態が示されている。 本発明の増幅装置によって、アクティブ形電力増幅素子の動作が、全体効率に 対して有利な非線形特性曲線領域において可能となり、かつ信号歪みは小さく保 持される。このことは、基本周波数を中心にした相互変調積の発生を、前置段の 信号伸長特性曲線の逆相作用によって、および／または逆相入力によってほぼ補 償することによって達成される。 有利には信号伸長特性曲線は、信号圧縮特性曲線に従って形成された中間信号 と非等化入力信号との差形成によって実現される。少なくとも１つの高調波にお ける信号成分は、有利には前置段で非線形特性曲線により発生した混合信号から 導出される。 特別の場合には、電力増幅器の線形性を、第２高調波および第３高調波の注入 によって改善することができる。 本発明を以下、図面を参照して実施例に基づき説明する。 図１は、本発明の装置の有利な実施例の回路図である。 図２は、種々の増幅器特性曲線を示す線図である。 図１に示された装置は、それ自体公知の形式の電力増幅段ＨＰＡを有している 。この増幅段の出力側は高調波負荷ＨＬと接続されている。高調波負荷ＨＬは例 えば基本周波数と少なくとも１つのその高調波に対する共振回路を有している。 直流電流供給のための回路部分はわかりやすくするために図示されていない。直 流電流回路および高調波負荷に対する実施形態は従来技術から一般的に公知であ る。 前置段Ｖは、高周波入力信号Ｓｉから、電力増幅素子ＨＰＡに対する制御信号 Ｓｄを形成する。前置段は、２つの３ｄＢカプラＫ１，Ｋ２を備えた結合回路を 有している。第１のカプラＫ１は、その入力側１に印加される入力信号Ｓｉを２ つのパラレル出力側１２，１４に分割する。２つの出力側の一方１４は、第２の カプラＫ２の第１の入力側２３に直接接続されている。第１のカプラの他方の出 力側１２は前置増幅器ＶＶの入力側と接続されている。前置増幅器は、非線形信 号圧縮増幅器特性を有しており、有利にはＢモードまたはＡＢモードで駆動され る。前置増幅器ＶＶの出力信号は、基本周波数ｆ０の信号成分の他に、この基本 周波数の高調波の信号成分、および相互変調積を含んでおり、ローパスフィルタ ＴＰを介してカプラＫ２の別の入力側２１に供給される。 カプラＫ２はその入力側２１，２３に印加される信号を統合し、出力側２２に 信号Ｓ２２を発生する。この信号は、基本周波数ｆ０に対して、入力信号Ｓｉに 正比例するカプラ入力側２３の信号Ｓ２３から前置増幅された出力信号Ｓ２１を 引いた信号差分に相応する。この信号差分は、信号統合の際に基本周波数信号成 分を逆相にすることにより得られる。すなわち、例えば２つの９０°カプラをＫ １とＫ２に対して使用することにより得られる。カプラＫ２が狭帯域カプラであ れば、ローパスフィルタＴＰを省略することができる 。第１のカプラの不要な端子１３と第２のカプラの端子２４はインピーダンスＲ により反射が無いよう終端する。 第２のカプラＫ２の出力信号Ｓ２２は、入力信号Ｓｉを基準にして信号伸長さ れた経過ＬＥを示す。これは図２Ｂに、入力電力Ｐｉに対する出力電力Ｐｏとし て示されている。このような特性曲線経過は有利には、信号圧縮された特性曲線 経過ＬＫを有する信号を前置増幅器ＶＶで形成し、この信号を線形特性曲線経過 ＬＬを有する電力増幅された信号から減算することにより得られる（図２Ａ）。 従って図１の装置では、第２のカプラの入力側２１における信号は、このカプラ の他方の入力側２３における信号よりも電力が小さい。すなわち前置増幅段は信 号増幅に関しては１よりも小さく（＜０ｄＢ）調整されている。同じこと、すな わち信号伸長された経過を信号圧縮された電力段の補償のために使用することが 、基本周波数における出力電力についての（逆）位相経過にも当てはまる。この 装置の利点は簡単な構成にあり、信号圧縮された増幅特性曲線が例えば１段のト ランジスタ増幅器により実現可能であり、また同時に特性曲線の非線形性により 基本周波数の高調波の信号成分が発生する。 前置増幅器ＶＶの出力信号から、例えば別のカプラ、または基本周波数ｆ０の 成分に対するローパスフィルタＴＰ、第２高調波２ｆ０の成分に対するバンドパ スフィルタＢＰ、および第３高調波３ｆ０の成分に対する別のバンドパスフィル タまたはハイパスフィルタＨＰを有する周波数分配器Ｗを使用することにより、 周波数選択的に基本周波数の１つまたは複数の高調波、例えば第２高調波２ｆ０ および／または第３高調波３ｆ０の成分が取り出され、第２のカプラＫ２の出力 信号Ｓ２２における基本周波数の信号成分に、電力増幅素子ＰＡに対する制御信 号Ｓｄを形成するため再び供給される。制御信号の信号波形を最適化するために 、基本周波数の信号成分に対する信号線路および高調波の信号成分に対する信号 線路に、振幅調整素子Ａ２，Ａ３および／または位相調整素子ＰＨ３，ＰＨ２を 挿入接続することができる。 相互変調積の低減に対して付加的にまたは選択的に、制御信号の伸長特性曲線 によって電力増幅器の出力信号における線形性が高い場合に、相互変調積の低減 と線形性の改善を所定の位相経過を、制御信号に重畳することにより達成するこ とができる。この所定の位相経過とは、電力増幅段の位相経過に対して逆相であ る。有利にはこのような逆相経過は、前置増幅器ＶＶと電力増幅器ＨＰＡが同じ 位相経過を有する場合、図１と同じ構成によって簡単に得ることができる。これ はとりわけ、２つの増幅器が同じ技術で実現されている場合である。所定の位相 経過を形成するために、付加的な位相素子を設けることもできる。 本発明は、前記の実施例に制限されるものではない。当業者であれば本発明の 枠内で別の実施形態が可能である。例えばカプラの間に、増幅器と減衰素子を備 えた複合回路構成を２つの信号路に設けることもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月１１日（１９９８．９．１１） 【補正内容】 て形成される。階段形を形成するために、基本周波数ｆ０の他に、第３および第 ５高調波３ｆ０，５ｆ０が使用される。“High Efficiency Harmonic Control A mplifier”,Ingruber,Pritzel & Magerl著には、入力信号から前置段で基本周波 数の他に、第２高調波の信号成分も形成し、制御信号の信号波形に使用して、近 似的な半波状制御信号を獲得する増幅装置が記載されている。 電力増幅素子の制御信号に高調波を使用する装置では有利には、電力増幅を過 励振することなく高い効率が達成される。 電力増幅素子の制御信号に高調波を使用する装置の欠点は、出力信号に高調波 の発生によって相互変調積が生じることである。基本周波数における相互変調積 は、出力側の基本周波数バンドパスフィルタによって抑圧することはできない。 ＵＳ−Ａ−３７６６７５４には、前置段で入力信号からアクティブ形電力増幅 素子に対する制御信号が導出される高効率増幅装置が記載されている。この制御 信号は、入力信号の基本周波数の信号成分と、この基本周波数の少なくとも１つ の高調波の信号成分とを含んでおり、前置段の増幅特性曲線は基本周波数の電力 増幅器に対して逆相の経過を有する。 ＥＰ−Ａ０２５２３６４から同じように、前置段の増幅特性曲線が基本周波数 の信号成分に対して信号伸 長経過を有する高効率増幅装置が公知である。 本発明の課題は、僅かなコストでノイズ成分の少ない良好な信号増幅と高い線 形性の得られる高効率増幅装置を提供することである。 本発明は、請求項１に記載されている。従属請求項には本発明の有利な構成お よび発展形態が示されている。 本発明の増幅装置によって、アクティブ形電力増幅素子の動作が、全体効率に 対して有利な非線形特性曲線領域において可能となり、かつ信号歪みは小さく保 請求の範囲 １． 前置段にて入力信号からアクティブ形電力増幅素子に対する制御信号が 、入力信号の基本周波数の信号成分と、当該基本周波数の少なくとも１つの高調 波の信号成分とを含むように導出される形式の高効率増幅装置において、 前置段の増幅特性曲線が、基本周波数の信号成分に対しては信号伸長特性経過 および／または電力増幅器に対して基本周波数では逆相経過を有し、 少なくとも１つの高調波の信号成分は、前置増幅素子の出力信号から周波数選 択的に出力結合され、伸長増幅特性曲線を有する基本周波数の信号成分と再び統 合される、 ことを特徴とする高効率増幅装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 前置段にて入力信号からアクティブ形電力増幅素子に対する制御信号が 、入力信号の基本周波数の信号成分と、当該基本周波数の少なくとも１つの高調 波の信号成分とを含むように導出される形式の高効率増幅装置において、 前置段の増幅特性曲線が、基本周波数の信号成分に対しては信号伸長特性経過 および／または電力増幅器に対して基本周波数では逆相経過を有する、 ことを特徴とする高効率増幅装置。 ２． 前置段は、信号圧縮増幅特性曲線を備えた前置増幅素子を有し、 前記前置段の信号伸長特性曲線は、前置増幅素子の出力信号を、入力信号に依 存する線形信号成分と減算的に統合することにより形成される、請求項１記載の 装置。 ３． 前置増幅素子は、３ｄＢカプラの間の２つの信号経路に一方に配置され ている、請求項２記載の装置。 ４． 少なくとも１つの高調波の信号成分は、前置増幅素子の出力信号から周 波数選択的に出力結合され、伸長増幅特性曲線を有する基本周波数の信号成分と 再び統合される、請求項２または３記載の装置。 ５． 少なくとも１つの高調波として、基本周波数 の２倍の高調波が選択される、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。