JP2003037451A - マイクロ波増幅器を線形化するためのプリディストーション回路としてのドハーティ増幅器の応用 - Google Patents
マイクロ波増幅器を線形化するためのプリディストーション回路としてのドハーティ増幅器の応用Info
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- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
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- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
- H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
- H03F1/0288—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers using a main and one or several auxiliary peaking amplifiers whereby the load is connected to the main amplifier using an impedance inverter, e.g. Doherty amplifiers
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- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波増幅器のプリディストーション回
路、特にドハーティ増幅器として構成したプリディスト
ーション回路を提供する。 【解決手段】 プリディストーション回路４０は、下流
側のドハーティ増幅器２０に結合され、入力電力レベル
が高くなるに連れて、下流側のドハーティ増幅器の利得
圧縮および位相拡大を事前補償しつつ、同時に相互変調
（ＩＭ）歪みを低減するように構成されている。事前補
償を行うために、利得拡大および位相圧縮が得られるバ
イアス・レベルで事前補償回路を動作させ、下流側のド
ハーティ増幅器の利得圧縮および位相拡大を相殺し、線
形電力付加効率（ＰＡＥ）を全体的に高める。
路、特にドハーティ増幅器として構成したプリディスト
ーション回路を提供する。 【解決手段】 プリディストーション回路４０は、下流
側のドハーティ増幅器２０に結合され、入力電力レベル
が高くなるに連れて、下流側のドハーティ増幅器の利得
圧縮および位相拡大を事前補償しつつ、同時に相互変調
（ＩＭ）歪みを低減するように構成されている。事前補
償を行うために、利得拡大および位相圧縮が得られるバ
イアス・レベルで事前補償回路を動作させ、下流側のド
ハーティ増幅器の利得圧縮および位相拡大を相殺し、線
形電力付加効率（ＰＡＥ）を全体的に高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅器に関
し、更に特定すれば、プリディストーション（予歪）を
与えて下流側電力増幅器の利得圧縮(ゲイン・コンプレ
ッション：gain compression)および位相拡大(phase ex
pansion)を事前補償するマイクロ波電力増幅器のトポロ
ジ(topology)に関する。
し、更に特定すれば、プリディストーション（予歪）を
与えて下流側電力増幅器の利得圧縮(ゲイン・コンプレ
ッション：gain compression)および位相拡大(phase ex
pansion)を事前補償するマイクロ波電力増幅器のトポロ
ジ(topology)に関する。
【０００２】
【従来の技術】本願は、権利者が本願と同一の同時係属
中の以下の特許出願、即ち、本願と同日付で出願したKe
vin W. Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０
６号「HEMT-HBT Doherty Microwave Amplifier」（ＨＥ
ＭＴ−ＨＢＴドハーティ・マイクロ波増幅器）、および
本願と同日付で出願したKevin W. Kobayashiによる出願
番号０９／８７８，１１３号「Asymmetrically Biased
High Linearity BalanceAmplifier」（非対称バイアス
高線形性平衡増幅器）に関連している。
中の以下の特許出願、即ち、本願と同日付で出願したKe
vin W. Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０
６号「HEMT-HBT Doherty Microwave Amplifier」（ＨＥ
ＭＴ−ＨＢＴドハーティ・マイクロ波増幅器）、および
本願と同日付で出願したKevin W. Kobayashiによる出願
番号０９／８７８，１１３号「Asymmetrically Biased
High Linearity BalanceAmplifier」（非対称バイアス
高線形性平衡増幅器）に関連している。
【０００３】無線周波数およびマイクロ波通信システム
では、電力増幅器の線形性および効率に対する要求が増
々高まりつつあることは周知である。しかしながら、従
来の電力増幅器が最大効率で動作するのは、飽和時また
はその付近である。したがって、振幅が変動する通信信
号に対処するために、従来の電力増幅器を利用するシス
テムは、最高効率未満で動作する時間が大部分であると
いうのが一般的である。
では、電力増幅器の線形性および効率に対する要求が増
々高まりつつあることは周知である。しかしながら、従
来の電力増幅器が最大効率で動作するのは、飽和時また
はその付近である。したがって、振幅が変動する通信信
号に対処するために、従来の電力増幅器を利用するシス
テムは、最高効率未満で動作する時間が大部分であると
いうのが一般的である。
【０００４】この問題を解決するために、いわゆるドハ
ーティ増幅器が開発された。ドハーティ増幅器は、同じ
名前を有する発明者によって、「Radio Engineering Ha
ndbook」5th edition, McGraw Hill Book Company（無
線技術ハンドブック、第５版、マクグローヒル・ブック
社、１９５９年）pp. 18-39において、そして米国特許
第２，２１０，０２８号において初めて紹介された。ド
ハーティ増幅器の標準的なトポロジは、ＡＢ級モードで
動作するキャリア増幅器、およびＣ級モードで動作する
ピーク増幅器を含む。入力に直交ランゲ・カプラを用
い、キャリア増幅器およびピーク増幅器の信号の位相を
組み合わせる。１／４波長増幅器を増幅器の出力に設け
る。本質的に、キャリア増幅器は、出力が飽和し始める
点で動作すると、最大の線形効率が得られる。ピーク増
幅器は、キャリア増幅器が飽和し始めるときに出力信号
の線形性を維持するために用いられる。
ーティ増幅器が開発された。ドハーティ増幅器は、同じ
名前を有する発明者によって、「Radio Engineering Ha
ndbook」5th edition, McGraw Hill Book Company（無
線技術ハンドブック、第５版、マクグローヒル・ブック
社、１９５９年）pp. 18-39において、そして米国特許
第２，２１０，０２８号において初めて紹介された。ド
ハーティ増幅器の標準的なトポロジは、ＡＢ級モードで
動作するキャリア増幅器、およびＣ級モードで動作する
ピーク増幅器を含む。入力に直交ランゲ・カプラを用
い、キャリア増幅器およびピーク増幅器の信号の位相を
組み合わせる。１／４波長増幅器を増幅器の出力に設け
る。本質的に、キャリア増幅器は、出力が飽和し始める
点で動作すると、最大の線形効率が得られる。ピーク増
幅器は、キャリア増幅器が飽和し始めるときに出力信号
の線形性を維持するために用いられる。
【０００５】かかるドハーティ増幅器が種々のマイクロ
波およびＲＦの用途に用いられていることは公知であ
る。かかる用途の例が、米国特許第５，４２０，５４１
号、第５，８８０，６３３号、第５，８８６，５７５
号、第６，０９７，２５２号、および第６，１３３，７
８８号に開示されている。また、かかるドハーティ増幅
器の例は、C.F. Campbellによる「A Fully Integrated
Ku-Band Doherty Amplifier MMIC」（完全集積Ｋｕ帯ド
ハーティ増幅器ＭＭＩＣ） (IEEE Microwave and Guide
d Wave Letters, Vol. 9, No. 3, March 1999, pp. 114
-116)、Kobayashi et al. による「An 18-21 GHz InP D
HBT Linear Microwave Doherty Amplifier」（１８−２
１ＧＨｚのＩｎＰ ＤＨＢＴ線形マイクロ波ドハーティ
増幅器）(2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circ
uits Symposium Digest of Papers, pages 179-182)、M
atsunaga, et al.の「A CW 4 Ka-Band Power Amplifier
Utilizing MMIC Multichip Technology」（ＭＭＩＣマ
ルチチップ技術を利用したＣＷ４Ｋａ帯電力増幅器）(1
999 GaAs IC Symposium Digest, Monterey, Californi
a, pp. 153-156)にも開示されている。これらの内容は
全て、この言及により本願にも援用されるものとする。
波およびＲＦの用途に用いられていることは公知であ
る。かかる用途の例が、米国特許第５，４２０，５４１
号、第５，８８０，６３３号、第５，８８６，５７５
号、第６，０９７，２５２号、および第６，１３３，７
８８号に開示されている。また、かかるドハーティ増幅
器の例は、C.F. Campbellによる「A Fully Integrated
Ku-Band Doherty Amplifier MMIC」（完全集積Ｋｕ帯ド
ハーティ増幅器ＭＭＩＣ） (IEEE Microwave and Guide
d Wave Letters, Vol. 9, No. 3, March 1999, pp. 114
-116)、Kobayashi et al. による「An 18-21 GHz InP D
HBT Linear Microwave Doherty Amplifier」（１８−２
１ＧＨｚのＩｎＰ ＤＨＢＴ線形マイクロ波ドハーティ
増幅器）(2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circ
uits Symposium Digest of Papers, pages 179-182)、M
atsunaga, et al.の「A CW 4 Ka-Band Power Amplifier
Utilizing MMIC Multichip Technology」（ＭＭＩＣマ
ルチチップ技術を利用したＣＷ４Ｋａ帯電力増幅器）(1
999 GaAs IC Symposium Digest, Monterey, Californi
a, pp. 153-156)にも開示されている。これらの内容は
全て、この言及により本願にも援用されるものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】公知のドハーティ増幅
器では、入力電力レベルが高まるのに伴い、利得圧縮お
よび位相拡大（拡張）が生じる。利得拡大および位相圧
縮は、増幅器をＢ級およびＣ級で動作させることによっ
て得ることができるが、かかる動作は相互変調（ＩＭ）
歪みの増大を招く。したがって、入力電力レベルを高め
る際に、ＩＭ歪みを増大させることなく、利得圧縮およ
び位相拡大を補償する回路が求められている。
器では、入力電力レベルが高まるのに伴い、利得圧縮お
よび位相拡大（拡張）が生じる。利得拡大および位相圧
縮は、増幅器をＢ級およびＣ級で動作させることによっ
て得ることができるが、かかる動作は相互変調（ＩＭ）
歪みの増大を招く。したがって、入力電力レベルを高め
る際に、ＩＭ歪みを増大させることなく、利得圧縮およ
び位相拡大を補償する回路が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波増
幅器のプリディストーション回路に関し、更に特定すれ
ば、ドハーティ増幅器として構成したプリディストーシ
ョン回路に関する。プリディストーション回路は、下流
側のドハーティ増幅器に結合され、入力電力レベルが増
加する際に利得圧縮および位相拡大を事前補償しつつ、
同時に相互変調（ＩＭ）歪みを低減させる。事前補償を
行うために、利得拡大および位相圧縮が得られるバイア
ス・レベルで事前補償回路を動作させ、下流側のドハー
ティ増幅器の利得圧縮および位相拡大を相殺し、全体的
な線形電力付加効率（ＰＡＥ：power added efficienc
y)を一層高める。
幅器のプリディストーション回路に関し、更に特定すれ
ば、ドハーティ増幅器として構成したプリディストーシ
ョン回路に関する。プリディストーション回路は、下流
側のドハーティ増幅器に結合され、入力電力レベルが増
加する際に利得圧縮および位相拡大を事前補償しつつ、
同時に相互変調（ＩＭ）歪みを低減させる。事前補償を
行うために、利得拡大および位相圧縮が得られるバイア
ス・レベルで事前補償回路を動作させ、下流側のドハー
ティ増幅器の利得圧縮および位相拡大を相殺し、全体的
な線形電力付加効率（ＰＡＥ：power added efficienc
y)を一層高める。
【０００８】本発明のこれらおよびその他の利点は、以
下の明細書および添付図面を参照することによって容易
に理解されよう。
下の明細書および添付図面を参照することによって容易
に理解されよう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、ドハーティ増幅器のプ
リディストーション回路に関し、下流側のドハーティ電
力増幅器の利得圧縮および位相拡大を事前補償する。プ
リディストーション回路は、ドハーティ増幅器として構
成するが、利得拡大および位相圧縮が得られるバイアス
点で動作させれば、下流側のドハーティ電力増幅器の利
得圧縮および位相拡大を相殺しつつ、同時に相互変調
（ＩＭ）歪みを低減することができる。
リディストーション回路に関し、下流側のドハーティ電
力増幅器の利得圧縮および位相拡大を事前補償する。プ
リディストーション回路は、ドハーティ増幅器として構
成するが、利得拡大および位相圧縮が得られるバイアス
点で動作させれば、下流側のドハーティ電力増幅器の利
得圧縮および位相拡大を相殺しつつ、同時に相互変調
（ＩＭ）歪みを低減することができる。
【００１０】本発明と共に用いるマイクロ波電力増幅器
を、参照番号２０で識別し、図１に示す。マイクロ波電
力増幅器２０は、キャリア増幅器２２およびピーク増幅
器２４を含む。キャリア増幅器２２およびピーク増幅器
は双方とも、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（Ｈ
ＢＴ）２２で形成することができ、特に全エミッタ面積
が１８０μｍ2の、予め一致させた１．５×３０μｍ2×
４フィンガＩｎＰ ＤＨＢＴデバイスとして形成するこ
とができる。かかるデバイスの一例が、Kobayashi et a
l. による「An 18-21 GHz InP DHBT Linear Microwave
Doherty Amplifier」(2000 IEEE Radio Frequency Inte
grated Circuits Symposium Digest ofPapers, pages 1
79-182)に開示されており、その内容はこの言及により
本願にも援用されるものとする。ＨＢＴの製造方法は、
例えば、本願と同一権利者の米国特許第５，１６２，２
４３号、第５，２６２，３３５号、第５，３５２，９１
１号、第５，４４８，０８７号、第５，６７２，５２２
号、第５，６４８，６６６号、第５，６３１，４７７
号、第５，７３６，４１７号、第５，８０４，４８７
号、および第５，９９４，１９４号に開示されているよ
うに、当技術分野では非常に良く知られている。これら
の特許の内容は、この言及により本願にも援用されるも
のとする。
を、参照番号２０で識別し、図１に示す。マイクロ波電
力増幅器２０は、キャリア増幅器２２およびピーク増幅
器２４を含む。キャリア増幅器２２およびピーク増幅器
は双方とも、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（Ｈ
ＢＴ）２２で形成することができ、特に全エミッタ面積
が１８０μｍ2の、予め一致させた１．５×３０μｍ2×
４フィンガＩｎＰ ＤＨＢＴデバイスとして形成するこ
とができる。かかるデバイスの一例が、Kobayashi et a
l. による「An 18-21 GHz InP DHBT Linear Microwave
Doherty Amplifier」(2000 IEEE Radio Frequency Inte
grated Circuits Symposium Digest ofPapers, pages 1
79-182)に開示されており、その内容はこの言及により
本願にも援用されるものとする。ＨＢＴの製造方法は、
例えば、本願と同一権利者の米国特許第５，１６２，２
４３号、第５，２６２，３３５号、第５，３５２，９１
１号、第５，４４８，０８７号、第５，６７２，５２２
号、第５，６４８，６６６号、第５，６３１，４７７
号、第５，７３６，４１７号、第５，８０４，４８７
号、および第５，９９４，１９４号に開示されているよ
うに、当技術分野では非常に良く知られている。これら
の特許の内容は、この言及により本願にも援用されるも
のとする。
【００１１】キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２
４からの出力信号が出力において同相となるために、ラ
ンゲ・カプラ３２を設ける。ランゲ・カプラ３２の一方
の入力端子は、ＲＦ入力ポート３４として用いられる。
他方の入力端子は、入力抵抗３６で終端されている。ラ
ンゲ・カプラ３２の一方の出力端子は、キャリア増幅器
２２の入力に結合され、他方の出力端子は、ピーク増幅
器２４への入力に結合されている。特性インピーダンス
Ｚ0＝２ＲL＋Ｒoptを有するλ／４インピーダンス変成
器３０が、増幅器２２および２４の出力に設けられてい
る。電力増幅器２０の出力端子は、負荷インピーダンス
ＲLに終端されている。キャリア増幅器２２およびピー
ク増幅器２４は双方とも、負荷インピーダンスＲLがＲ
optであるときに最大電力を送出するように構成されて
いる。
４からの出力信号が出力において同相となるために、ラ
ンゲ・カプラ３２を設ける。ランゲ・カプラ３２の一方
の入力端子は、ＲＦ入力ポート３４として用いられる。
他方の入力端子は、入力抵抗３６で終端されている。ラ
ンゲ・カプラ３２の一方の出力端子は、キャリア増幅器
２２の入力に結合され、他方の出力端子は、ピーク増幅
器２４への入力に結合されている。特性インピーダンス
Ｚ0＝２ＲL＋Ｒoptを有するλ／４インピーダンス変成
器３０が、増幅器２２および２４の出力に設けられてい
る。電力増幅器２０の出力端子は、負荷インピーダンス
ＲLに終端されている。キャリア増幅器２２およびピー
ク増幅器２４は双方とも、負荷インピーダンスＲLがＲ
optであるときに最大電力を送出するように構成されて
いる。
【００１２】キャリア増幅器２２は、Ａ級増幅器として
動作させることができ、一方ピーク増幅器２４はＢ／Ｃ
級増幅器として動作させる。キャリア増幅器２２および
ピーク増幅器２４間の分離を改善するために、例えば、
キャリア増幅器２２をＡ級増幅器としてバイアスし、ピ
ーク増幅器２４をＢ級およびＣ級間でバイアスする場
合、整合ネットワーク２６および２８をキャリア増幅器
２２およびピーク増幅器２４の出力に結合するとよい。
こうすると、各増幅段のインピーダンスが他方の段の相
互変調（ＩＭ）に対する動作(performance)に影響を及
ぼすことはない。
動作させることができ、一方ピーク増幅器２４はＢ／Ｃ
級増幅器として動作させる。キャリア増幅器２２および
ピーク増幅器２４間の分離を改善するために、例えば、
キャリア増幅器２２をＡ級増幅器としてバイアスし、ピ
ーク増幅器２４をＢ級およびＣ級間でバイアスする場
合、整合ネットワーク２６および２８をキャリア増幅器
２２およびピーク増幅器２４の出力に結合するとよい。
こうすると、各増幅段のインピーダンスが他方の段の相
互変調（ＩＭ）に対する動作(performance)に影響を及
ぼすことはない。
【００１３】前述の文献「A Fully Integrated Ku-Band
Doherty Amplifier MMIC」に明記されているように、
公知のドハーティ増幅器のキャリアおよびピーク増幅器
に生ずる負荷インピーダンスは、ピーク増幅器が送出す
る出力電力の関数である。低入力駆動レベル（即ち、Ｒ
Ｆ入力振幅が小さいレベル）の間では、ピーク増幅器が
オフとなり、キャリア増幅器が比較的低い入力駆動レベ
ルで飽和する構成となる。したがって、キャリア増幅器
は、低い入力電力レベルで、一層高い電力付加効率（Ｐ
ＡＥ）が得られる。入力電力レベルが上昇するに連れ
て、ピーク増幅器がオンになり始め、ピーク増幅器によ
って送出される電力が増大する。キャリア増幅器にかか
る負荷は減少し、キャリア増幅器２４が負荷に供給する
電力を増大させることができる。
Doherty Amplifier MMIC」に明記されているように、
公知のドハーティ増幅器のキャリアおよびピーク増幅器
に生ずる負荷インピーダンスは、ピーク増幅器が送出す
る出力電力の関数である。低入力駆動レベル（即ち、Ｒ
Ｆ入力振幅が小さいレベル）の間では、ピーク増幅器が
オフとなり、キャリア増幅器が比較的低い入力駆動レベ
ルで飽和する構成となる。したがって、キャリア増幅器
は、低い入力電力レベルで、一層高い電力付加効率（Ｐ
ＡＥ）が得られる。入力電力レベルが上昇するに連れ
て、ピーク増幅器がオンになり始め、ピーク増幅器によ
って送出される電力が増大する。キャリア増幅器にかか
る負荷は減少し、キャリア増幅器２４が負荷に供給する
電力を増大させることができる。
【００１４】整合ネットワーク２６および２８は、それ
ぞれ、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４の出
力に直列に結合されている。これらの整合ネットワーク
２６および２８は、例えば、図５ａないし図５ｃに示す
ように、ロー・パス・ネットワークとして設けることが
できる。図５ａないし図５ｃに示すように、整合ネット
ワーク２６、２８は、直列インダクタンス４０または伝
送線路４２および分路容量（シャント・キャパシタン
ス）４４または開放（オープン）スタブ４６として実施
することができる。動作においては、キャリア増幅器２
２がオンとなり、ピーク増幅器２４がオフになると、整
合ネットワーク２６、２８は（主に、インピーダンスが
高い伝送線路４２またはインダクタンス４０のため）比
較的高いインピーダンスを与え、Ａ級で動作しているキ
ャリア増幅器２２に大きな負荷（装荷）を与えず、ピー
ク増幅器２４は低入力電力状態の下で最適な線形性およ
び効率を達成する。
ぞれ、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４の出
力に直列に結合されている。これらの整合ネットワーク
２６および２８は、例えば、図５ａないし図５ｃに示す
ように、ロー・パス・ネットワークとして設けることが
できる。図５ａないし図５ｃに示すように、整合ネット
ワーク２６、２８は、直列インダクタンス４０または伝
送線路４２および分路容量（シャント・キャパシタン
ス）４４または開放（オープン）スタブ４６として実施
することができる。動作においては、キャリア増幅器２
２がオンとなり、ピーク増幅器２４がオフになると、整
合ネットワーク２６、２８は（主に、インピーダンスが
高い伝送線路４２またはインダクタンス４０のため）比
較的高いインピーダンスを与え、Ａ級で動作しているキ
ャリア増幅器２２に大きな負荷（装荷）を与えず、ピー
ク増幅器２４は低入力電力状態の下で最適な線形性およ
び効率を達成する。
【００１５】整合ネットワーク２６、２８の動作理論
は、従来の電力増幅器に用いていた整合ネットワークの
動作と反対である。即ち、電力増幅器の用途では、低イ
ンピーダンスの直列伝送線路または低インピーダンスの
分路容量または開放スタブを、電力トランジスタの出力
に設け、電力トランジスタの低インピーダンスを制御可
能な更に高いインピーダンスに変換すると共に、増幅ト
ランジスタ間を分離させるのが通例である。
は、従来の電力増幅器に用いていた整合ネットワークの
動作と反対である。即ち、電力増幅器の用途では、低イ
ンピーダンスの直列伝送線路または低インピーダンスの
分路容量または開放スタブを、電力トランジスタの出力
に設け、電力トランジスタの低インピーダンスを制御可
能な更に高いインピーダンスに変換すると共に、増幅ト
ランジスタ間を分離させるのが通例である。
【００１６】キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２
４を調整するには、種々のバイアス・ネットワークを用
いることができる。一例として、バイアス・ネットワー
ク４８および５０を図６Ａおよび図６Ｂに示す。バイア
ス・ネットワーク４８、５０の各々は、バイアス抵抗Ｒ
bbcまたはＲbbpを含み、外部ＤＣ電源ＶbcまたはＶbpに
結合されている。ロー・パス・コンデンサＣclpまたは
Ｃplpが、バイアス抵抗ＲbbcまたはＲbbp、外部ＤＣ電
圧源ＶbcまたはＶvp、および接地（グラウンド）に結合
され、ノイズを濾波する。結合コンデンサＣcc、Ｃcpを
用いて、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４を
ランゲ・カプラ３２に結合してもよい。
４を調整するには、種々のバイアス・ネットワークを用
いることができる。一例として、バイアス・ネットワー
ク４８および５０を図６Ａおよび図６Ｂに示す。バイア
ス・ネットワーク４８、５０の各々は、バイアス抵抗Ｒ
bbcまたはＲbbpを含み、外部ＤＣ電源ＶbcまたはＶbpに
結合されている。ロー・パス・コンデンサＣclpまたは
Ｃplpが、バイアス抵抗ＲbbcまたはＲbbp、外部ＤＣ電
圧源ＶbcまたはＶvp、および接地（グラウンド）に結合
され、ノイズを濾波する。結合コンデンサＣcc、Ｃcpを
用いて、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４を
ランゲ・カプラ３２に結合してもよい。
【００１７】バイアス回路、例えば、バイアス回路４８
および５０は、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器
の一方または他方あるいは双方を電子的に調整すること
ができる。図６Ａおよび図６Ｂにそれぞれ示すバイアス
回路４８および５０の例の場合、キャリア増幅器２２お
よびピーク増幅器２４の入力に結合されている外部ＤＣ
電圧Ｖbc、Ｖbpの振幅を変化させることによって、キャ
リア増幅器２２およびピーク増幅器２４のバイアスを変
化させることができる。
および５０は、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器
の一方または他方あるいは双方を電子的に調整すること
ができる。図６Ａおよび図６Ｂにそれぞれ示すバイアス
回路４８および５０の例の場合、キャリア増幅器２２お
よびピーク増幅器２４の入力に結合されている外部ＤＣ
電圧Ｖbc、Ｖbpの振幅を変化させることによって、キャ
リア増幅器２２およびピーク増幅器２４のバイアスを変
化させることができる。
【００１８】バイアス回路４８および５０によって行
う、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４の電子
的な調整によって、本発明による多くの重要な利点が得
られる。第１に、電子的な調整によって、キャリア増幅
器２２およびピーク増幅器２４を調整し、最適な線形性
を得ることが可能となる。第２に、この電子的な調整に
よって、比較的広い入力電力範囲にわたって、相互変調
（ＩＭ）歪みを改善することができる。したがって、増
幅器２０は、できるだけＩＭを除去するように、動作範
囲（即ち、キャリア増幅器の周波数）を調整することが
できる。更に、先に説明したように、整合ネットワーク
２６および２８のインピーダンスが比較的高いために、
キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４のＩＭ生成
物が事実上分離され、したがってＩＭ生成物が減少す
る。最後に、電子的な調整を用いて利得拡大および位相
圧縮を行い、プリディストーション線形化に適用するた
めに用いることもできる。
う、キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４の電子
的な調整によって、本発明による多くの重要な利点が得
られる。第１に、電子的な調整によって、キャリア増幅
器２２およびピーク増幅器２４を調整し、最適な線形性
を得ることが可能となる。第２に、この電子的な調整に
よって、比較的広い入力電力範囲にわたって、相互変調
（ＩＭ）歪みを改善することができる。したがって、増
幅器２０は、できるだけＩＭを除去するように、動作範
囲（即ち、キャリア増幅器の周波数）を調整することが
できる。更に、先に説明したように、整合ネットワーク
２６および２８のインピーダンスが比較的高いために、
キャリア増幅器２２およびピーク増幅器２４のＩＭ生成
物が事実上分離され、したがってＩＭ生成物が減少す
る。最後に、電子的な調整を用いて利得拡大および位相
圧縮を行い、プリディストーション線形化に適用するた
めに用いることもできる。
【００１９】図２は、増幅器２０の種々のバイアス条件
について、２１ＧＨｚにおける出力電力の関数として測
定した利得（ゲイン：ｇａｉｎ）およびＩＭ３（三次変
調生成物）を示す。即ち、ＩＭ３および利得を、Ａ級バ
イアス動作（Ｉｃ１＝６４ｍＡ；Ｉｃ２＝６４ｍＡ）、
および非対称バイアス条件について示している。具体的
には、ピーク増幅器２４をオフにして、キャリア増幅器
２２をＡ級モード（ＩＣ１＝６０〜６４ｍＡ）でバイア
スし、ピーク増幅器をＢ級（ＩＣ２＝０．３〜１０ｍ
Ａ）でバイアスしたときの、非対称的バイアス条件を示
す。図２に示すように、ピーク増幅器のバイアス電流
（ＩＣ２）を調節することによって、ＩＭ３線形性率の
形状および作用を、比較的広い出力電力範囲にわたって
大幅に改善することができる。あるバイアス条件（即
ち、Ｉｃ１＝６０ｍＡ；Ｉｃ２＝０．３ｍＡ）の間、ピ
ーク増幅器をほぼ遮断すると、マイクロ波電力増幅器２
０では、ＩＭ３率の比較的大きな改善が達成され、約−
４３ｄＢｃという深いＩＭ３の相殺がもたらされる。
について、２１ＧＨｚにおける出力電力の関数として測
定した利得（ゲイン：ｇａｉｎ）およびＩＭ３（三次変
調生成物）を示す。即ち、ＩＭ３および利得を、Ａ級バ
イアス動作（Ｉｃ１＝６４ｍＡ；Ｉｃ２＝６４ｍＡ）、
および非対称バイアス条件について示している。具体的
には、ピーク増幅器２４をオフにして、キャリア増幅器
２２をＡ級モード（ＩＣ１＝６０〜６４ｍＡ）でバイア
スし、ピーク増幅器をＢ級（ＩＣ２＝０．３〜１０ｍ
Ａ）でバイアスしたときの、非対称的バイアス条件を示
す。図２に示すように、ピーク増幅器のバイアス電流
（ＩＣ２）を調節することによって、ＩＭ３線形性率の
形状および作用を、比較的広い出力電力範囲にわたって
大幅に改善することができる。あるバイアス条件（即
ち、Ｉｃ１＝６０ｍＡ；Ｉｃ２＝０．３ｍＡ）の間、ピ
ーク増幅器をほぼ遮断すると、マイクロ波電力増幅器２
０では、ＩＭ３率の比較的大きな改善が達成され、約−
４３ｄＢｃという深いＩＭ３の相殺がもたらされる。
【００２０】図３は、図２に示したバイアス・レベルに
対応するレベルにおける、ドハーティ増幅器の利得およ
び相互変調歪みを示す。図示のように、Ａ級動作では、
ドハーティ増幅器２０は利得圧縮およびＩＭ歪みの増大
が生ずる。
対応するレベルにおける、ドハーティ増幅器の利得およ
び相互変調歪みを示す。図示のように、Ａ級動作では、
ドハーティ増幅器２０は利得圧縮およびＩＭ歪みの増大
が生ずる。
【００２１】本発明の重要な態様によれば、ドハーティ
増幅器をＢ級で動作させると、利得拡大および位相圧縮
特性を有する。しかしながら、ドハーティ増幅器２０を
Ｂ級で動作させると、ＩＭ歪みの著しい増大を招く。本
発明によれば、ドハーティ駆動増幅器４０として構成し
たプリディストーション回路を用いて、ドハーティ増幅
器２０の利得圧縮および位相拡大を事前補償する。
増幅器をＢ級で動作させると、利得拡大および位相圧縮
特性を有する。しかしながら、ドハーティ増幅器２０を
Ｂ級で動作させると、ＩＭ歪みの著しい増大を招く。本
発明によれば、ドハーティ駆動増幅器４０として構成し
たプリディストーション回路を用いて、ドハーティ増幅
器２０の利得圧縮および位相拡大を事前補償する。
【００２２】図４を参照すると、プリディストーション
回路は、全体として参照番号４０で識別されており、マ
イクロ波電力増幅器２０の上流側に配置され、プリディ
ストーションを与えることによって、マイクロ波電力増
幅器２０の利得および出力位相が出力電力範囲にわたり
全体的に線形となるように構成されている。プリディス
トーション・マイクロ波電力増幅器４０は、マイクロ波
電力増幅器２０と全く同一に構成するが、異なるバイア
ス点で動作させることができる。図４に示すように、増
幅器２０の利得および出力位相は入力ＲＦ信号レベルの
関数であり、参照番号４２および４４で識別した曲線に
よって概略的に示す。図３に示すように、種々のバイア
ス点に対して、例えば、Ａ級では、ＲＦ電力レベルが高
くなるに連れて、バイアス曲線は利得圧縮を示してい
る。しかしながら、種々のバイアス点において、例え
ば、Ｂ級では、バイアス曲線が利得拡大を呈し、図４の
曲線４６で識別されるような特性を有する利得拡大曲線
が得られることも図３は示している。このように、プリ
ディストーションマイクロ波駆動増幅器４０およびマイ
クロ波電力増幅器２０に対して注意深くバイアス点を選
択することにより、増幅器の入力電力範囲にわたって、
曲線４８で示すように、マイクロ波電力増幅器２０から
の出力の線形化を実現することができる。同様に、マイ
クロ波増幅器４０に対して選択するバイアス・レベル
も、曲線５０で示すような位相圧縮特性が得られるよう
なバイアス特性を与えるように選択することができる。
したがって、プリディストーション・ドハーティ駆動増
幅器４０に印加するＲＦ入力信号を逆に歪ませることに
よって、ドハーティ電力増幅器２０に印加する入力電力
の範囲全体に対して、比較的線形な出力位相曲線５２を
得ることができる。振幅および位相プリディストーショ
ン特性に基づいてカスケード接続したプリディストーシ
ョン器（プリディストータ）および出力によって、線形
な出力が得られることになる。プリディストーション回
路だけではＩＭ歪みは不十分であるが、振幅および位相
の観点から見れば、カスケード接続した場合の作用は線
形となるはずである。振幅および位相は、増幅器を通過
する多数の信号の総合的効果を反映する発展性特性(dev
elop characteristics)である。
回路は、全体として参照番号４０で識別されており、マ
イクロ波電力増幅器２０の上流側に配置され、プリディ
ストーションを与えることによって、マイクロ波電力増
幅器２０の利得および出力位相が出力電力範囲にわたり
全体的に線形となるように構成されている。プリディス
トーション・マイクロ波電力増幅器４０は、マイクロ波
電力増幅器２０と全く同一に構成するが、異なるバイア
ス点で動作させることができる。図４に示すように、増
幅器２０の利得および出力位相は入力ＲＦ信号レベルの
関数であり、参照番号４２および４４で識別した曲線に
よって概略的に示す。図３に示すように、種々のバイア
ス点に対して、例えば、Ａ級では、ＲＦ電力レベルが高
くなるに連れて、バイアス曲線は利得圧縮を示してい
る。しかしながら、種々のバイアス点において、例え
ば、Ｂ級では、バイアス曲線が利得拡大を呈し、図４の
曲線４６で識別されるような特性を有する利得拡大曲線
が得られることも図３は示している。このように、プリ
ディストーションマイクロ波駆動増幅器４０およびマイ
クロ波電力増幅器２０に対して注意深くバイアス点を選
択することにより、増幅器の入力電力範囲にわたって、
曲線４８で示すように、マイクロ波電力増幅器２０から
の出力の線形化を実現することができる。同様に、マイ
クロ波増幅器４０に対して選択するバイアス・レベル
も、曲線５０で示すような位相圧縮特性が得られるよう
なバイアス特性を与えるように選択することができる。
したがって、プリディストーション・ドハーティ駆動増
幅器４０に印加するＲＦ入力信号を逆に歪ませることに
よって、ドハーティ電力増幅器２０に印加する入力電力
の範囲全体に対して、比較的線形な出力位相曲線５２を
得ることができる。振幅および位相プリディストーショ
ン特性に基づいてカスケード接続したプリディストーシ
ョン器（プリディストータ）および出力によって、線形
な出力が得られることになる。プリディストーション回
路だけではＩＭ歪みは不十分であるが、振幅および位相
の観点から見れば、カスケード接続した場合の作用は線
形となるはずである。振幅および位相は、増幅器を通過
する多数の信号の総合的効果を反映する発展性特性(dev
elop characteristics)である。
【００２３】前述の教示を参考にすれば、本発明の多く
の変更や変形が可能であることは明らかである。例え
ば、特許請求の範囲内で、先に具体的に記載した以外で
も本発明を実施できることは理解されよう。
の変更や変形が可能であることは明らかである。例え
ば、特許請求の範囲内で、先に具体的に記載した以外で
も本発明を実施できることは理解されよう。
【図１】図１は、ドハーティ増幅器として構成したＩｎ
Ｐマイクロ波増幅器の構成図である。
Ｐマイクロ波増幅器の構成図である。
【図２】図２は、図１に示した増幅器の出力電力を、種
々のバイアス点に対する利得および相互変調（ＩＭ）歪
みの関数として表したグラフである。
々のバイアス点に対する利得および相互変調（ＩＭ）歪
みの関数として表したグラフである。
【図３】図３は、図２と同様であるが、異なるバイアス
点におけるグラフである。
点におけるグラフである。
【図４】図４は、本発明にしたがって、駆動増幅器およ
びドハーティ電力増幅器として用いるプリディストーシ
ョン回路の構成図である。
びドハーティ電力増幅器として用いるプリディストーシ
ョン回路の構成図である。
【図５】図５Ａないし図５Ｃは、本発明と共に用いる整
合ネットワークを示す図である。
合ネットワークを示す図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、本発明のキャリアおよ
びピーク増幅器と共に用いるバイアス・ネットワークを
示す図である。
びピーク増幅器と共に用いるバイアス・ネットワークを
示す図である。
２０ マイクロ波電力増幅器
２２ キャリア増幅器
２４ ピーク増幅器
２６，２８ 整合ネットワーク
３０ λ／４インピーダンス変換器
３２ ランゲ・カプラ
３４ ＲＦ入力ポート
３６ 入力抵抗
４０ 直列インダクタンス
４０ プリディストーション・マイクロ波電力増幅器
４２ 伝送線
４４ 分路容量
４６ 開放スタブ
４８，５０ バイアス・ネットワーク
ＲL 負荷インピーダンス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA21 FA15
HA06 HA25 HA29 HA33 KA00
KA29 KA68 KS01 KS11 LS01
MA21 QS04 SA13 TA01 TA02
5J069 AA01 AA04 AA41 CA21 FA15
HA06 HA25 HA29 HA33 KA00
KA29 KA68 KC03 KC06 MA21
SA13 TA01 TA02
5J090 AA01 AA04 AA41 CA21 FA15
GN03 GN07 HA06 HA25 HA29
HA33 KA00 KA29 KA68 MA21
SA13 TA01 TA02
Claims (10)
- 【請求項１】 電力増幅器のためのプリディストーショ
ン回路であって、キャリア増幅器およびピーク増幅器を
有するドハーティ電力増幅器を備え、該ドハーティ電力
増幅器のバイアス・レベルが、ＲＦ信号の所定の特性の
プリディストーションを与えるように選択され、前記バ
イアス・レベルが、上流側の増幅器によって前記ＲＦ信
号の歪みを事前補償するように選択されるプリディスト
ーション回路。 - 【請求項２】 請求項１記載のプリディストーション回
路において、前記所定の特性の１つは、入力電力レベル
の関数としての利得であり、入力電力の関数として利得
拡大が得られるように前記バイアス・レベルが選択され
るプリディストーション回路。 - 【請求項３】 請求項１記載のプリディストーション回
路において、前記所定の特性の１つは、位相であり、入
力電力レベルの関数として位相圧縮が得られるように、
前記バイアス・レベルが選択されるプリディストーショ
ン回路。 - 【請求項４】 線形電力増幅回路であって、ＲＦ入力電
力の関数として所定の特性を有する電力増幅器と、 前記電力増幅器の前記所定の特性を、入力電力の関数と
して、事前補償するように選択された特性を有する上流
側のプリディストーション回路と、を備えた線形電力増
幅回路。 - 【請求項５】 請求項４記載の線形電力増幅回路におい
て、前記プリディストーション回路がドハーティ増幅器
として構成される線形電力増幅器。 - 【請求項６】 請求項５記載の線形電力増幅回路におい
て、前記電力増幅器が、入力電力の関数として所定の利
得圧縮特性を有するドハーティ増幅器として構成される
線形電力増幅回路。 - 【請求項７】 請求項４記載の線形電力増幅回路におい
て、前記プリディストーション回路が利得拡大特性を有
するように構成され、前記回路の出力利得が、前記電力
増幅器の入力範囲において比較的線形となるようにする
線形電力増幅回路。 - 【請求項８】 請求項４記載の線形電力増幅回路におい
て、入力電力の関数として所定の位相圧縮特性を有する
ドハーティ増幅器として電力増幅器が構成される線形電
力増幅回路。 - 【請求項９】 請求項８記載の線形電力増幅回路におい
て、前記プリディストーション回路が位相拡大特性を有
するように構成され、前記回路の出力利得が、前記電力
増幅器の入力範囲において比較的線形となるようにする
線形電力増幅回路。 - 【請求項１０】 請求項４記載の線形電力増幅回路であ
って、更に、 前記プリディストーション回路を電子的に調整する手段
を備えた線形電力増幅回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/878104 | 2001-06-08 | ||
| US09/878,104 US6864742B2 (en) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | Application of the doherty amplifier as a predistortion circuit for linearizing microwave amplifiers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003037451A true JP2003037451A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=25371388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002167391A Withdrawn JP2003037451A (ja) | 2001-06-08 | 2002-06-07 | マイクロ波増幅器を線形化するためのプリディストーション回路としてのドハーティ増幅器の応用 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6864742B2 (ja) |
| EP (1) | EP1271765A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003037451A (ja) |
| KR (1) | KR20020093589A (ja) |
| CN (1) | CN1391358A (ja) |
| CA (1) | CA2389489A1 (ja) |
| TW (1) | TW543286B (ja) |
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| WO2017216894A1 (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 三菱電機株式会社 | 送信機 |
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|---|---|---|---|---|
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