JP2003037460A - 非対称バイアス高線形性平衡増幅器 - Google Patents
非対称バイアス高線形性平衡増幅器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- 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
- H03F1/04—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers
- H03F1/06—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers to raise the efficiency of amplifying modulated radio frequency waves; to raise the efficiency of amplifiers acting also as modulators
- H03F1/07—Doherty-type amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- 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
Landscapes
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- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的広い周波数範囲にわたって比較的高い
出力電力レベルにおいて優れた位相および振幅線形性が
得られる、マイクロ波増幅器を提供する。 【解決手段】 この増幅器は、更に特定すれば、ドハー
ティ増幅器として構成され、キャリア増幅器２２、ピー
ク増幅器２４、これらの増幅器の入力にあるランゲ・カ
プラ３２、およびこれらの増幅器の出力にある１／４波
長増幅器を含む。増幅器間の分離を改善し、各増幅器の
相互変調（ＩＭ）特性の他方に対する依存性を極力抑え
るために、整合ネットワーク２６、２８を設け、増幅器
の出力に結合する。加えて、マイクロ波電力増幅器は、
電子的調整を含み、広い入力電力のダイナミック・レン
ジにわたって相互変調ひずみを改善し、マイクロ波増幅
器の動作周波数に合わせて、当該増幅器のＩＭ特性を調
節することを可能にする。
出力電力レベルにおいて優れた位相および振幅線形性が
得られる、マイクロ波増幅器を提供する。 【解決手段】 この増幅器は、更に特定すれば、ドハー
ティ増幅器として構成され、キャリア増幅器２２、ピー
ク増幅器２４、これらの増幅器の入力にあるランゲ・カ
プラ３２、およびこれらの増幅器の出力にある１／４波
長増幅器を含む。増幅器間の分離を改善し、各増幅器の
相互変調（ＩＭ）特性の他方に対する依存性を極力抑え
るために、整合ネットワーク２６、２８を設け、増幅器
の出力に結合する。加えて、マイクロ波電力増幅器は、
電子的調整を含み、広い入力電力のダイナミック・レン
ジにわたって相互変調ひずみを改善し、マイクロ波増幅
器の動作周波数に合わせて、当該増幅器のＩＭ特性を調
節することを可能にする。
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、比較的広い周波数範囲にわたって
比較的高い出力電力レベルで、優れた位相および振幅線
形性を保ちつつ高い出力電力を供給するマイクロ波電力
増幅器のトポロジに関する。
し、更に特定すれば、比較的広い周波数範囲にわたって
比較的高い出力電力レベルで、優れた位相および振幅線
形性を保ちつつ高い出力電力を供給するマイクロ波電力
増幅器のトポロジに関する。
【０００２】
【従来の技術】本願は、権利者が本願と同一の同時係属
中の特許出願、即ち、本願と同日付で出願したKevin W.
Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０６号
「HEMT-HBT Doherty Microwave Amplifier」（ＨＥＭＴ
−ＨＢＴドハーティ・マイクロ波増幅器）、およびKevi
n W. Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０４
号「Application of the Doherty as a Pre-Distortion
Circuit for LinearizingMicrowave Amplifiers」（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の応用）に関連している。
中の特許出願、即ち、本願と同日付で出願したKevin W.
Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０６号
「HEMT-HBT Doherty Microwave Amplifier」（ＨＥＭＴ
−ＨＢＴドハーティ・マイクロ波増幅器）、およびKevi
n W. Kobayashiによる出願番号第０９／８７８，１０４
号「Application of the Doherty as a Pre-Distortion
Circuit for LinearizingMicrowave Amplifiers」（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の応用）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一
層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、大部分の時間において最高効率未満で動作する
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一
層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、大部分の時間において最高効率未満で動作する
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、および米国特許第２，２
１０，０２８号において最初に紹介された。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、および米国特許第２，２
１０，０２８号において最初に紹介された。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は、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」（完全に集積したＫ
ｕ帯ドハーティ増幅器ＭＭＩＣ）(IEEE Microwave and
Guided Wave Letters, Vol. 9, No. 3, March 1999, p
p. 114-116、Kobayashi et al.による「An 18-21 GHz I
nP DHBT Linear Microwave Doherty Amplifier」（１８
−２１ＧＨｚのＩｎＰ ＤＨＢＴ線形マイクロ波ドハー
ティ増幅器）(2000 IEEE Radio Frequency Integrated
Circuits Symposium Digest of Papers, pages 179-18
2)、Matsunaga, et al.の「A CW 4 Ka-Band Power Ampl
ifierUtilizing MMIC Multichip Technology」（ＭＭＩ
Ｃマルチチップ技術を利用したＣＷ４Ｋａ帯電力増幅
器）(1999 GaAs IC Symposium Digest, Monterey, Cali
fornia, pp. 153-156)にも開示されている。これらは全
て、この言及により本願にも援用されるものとする。
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」（完全に集積したＫ
ｕ帯ドハーティ増幅器ＭＭＩＣ）(IEEE Microwave and
Guided Wave Letters, Vol. 9, No. 3, March 1999, p
p. 114-116、Kobayashi et al.による「An 18-21 GHz I
nP DHBT Linear Microwave Doherty Amplifier」（１８
−２１ＧＨｚのＩｎＰ ＤＨＢＴ線形マイクロ波ドハー
ティ増幅器）(2000 IEEE Radio Frequency Integrated
Circuits Symposium Digest of Papers, pages 179-18
2)、Matsunaga, et al.の「A CW 4 Ka-Band Power Ampl
ifierUtilizing MMIC Multichip Technology」（ＭＭＩ
Ｃマルチチップ技術を利用したＣＷ４Ｋａ帯電力増幅
器）(1999 GaAs IC Symposium Digest, Monterey, Cali
fornia, pp. 153-156)にも開示されている。これらは全
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】前述のシステムでは、
電力増幅器は一定またはほぼ一定のＲＦ振幅エンベロー
プに応答すればよいことから、比較的良好な位相線形性
および高い効率が得られることが知られている。しか
し、マルチ・キャリア信号（多周波数信号）のＲＦ振幅
エンベロープは、帯域幅の関数として時間と共に変化す
る。マルチ・キャリア・システムにおいて利用される電
力増幅器は、比較的大きな瞬時的帯域幅で動作可能でな
ければならず、同時に変動するエンベロープを有するＲ
Ｆ信号に対して比較的良好な位相線形性が得られなけれ
ばならない。マルチ・キャリアの用途に適した電力増幅
器を提供しようとする試みの１つが、米国特許第５，５
６８，０８６号に開示されている。この’０８６特許
は、ドハーティ型増幅器を開示し、キャリア増幅器およ
びピーク増幅器を含む。この増幅器は、キャリア増幅器
がその最大電力レベルの半分で飽和するように構成され
ている。加えて、この増幅器は、多数の移相用部品を含
む。
電力増幅器は一定またはほぼ一定のＲＦ振幅エンベロー
プに応答すればよいことから、比較的良好な位相線形性
および高い効率が得られることが知られている。しか
し、マルチ・キャリア信号（多周波数信号）のＲＦ振幅
エンベロープは、帯域幅の関数として時間と共に変化す
る。マルチ・キャリア・システムにおいて利用される電
力増幅器は、比較的大きな瞬時的帯域幅で動作可能でな
ければならず、同時に変動するエンベロープを有するＲ
Ｆ信号に対して比較的良好な位相線形性が得られなけれ
ばならない。マルチ・キャリアの用途に適した電力増幅
器を提供しようとする試みの１つが、米国特許第５，５
６８，０８６号に開示されている。この’０８６特許
は、ドハーティ型増幅器を開示し、キャリア増幅器およ
びピーク増幅器を含む。この増幅器は、キャリア増幅器
がその最大電力レベルの半分で飽和するように構成され
ている。加えて、この増幅器は、多数の移相用部品を含
む。
【０００７】’０８６特許に開示されているマルチ・キ
ャリア・ドハーティ増幅器には、いくつかの欠点があ
る。第１に、キャリア増幅器はその最大給電能力の半分
まででしか動作しないので、効率および線形性の低下を
招く。第２に、電力増幅器は、多数の移相用部品を含
み、比較的複雑である。したがって、比較的広い周波数
範囲にわたって比較的高い出力電力レベルにおいて優れ
た位相および振幅線形性が得られる、簡略化したマルチ
・キャリア・マイクロ波増幅器が求められている。
ャリア・ドハーティ増幅器には、いくつかの欠点があ
る。第１に、キャリア増幅器はその最大給電能力の半分
まででしか動作しないので、効率および線形性の低下を
招く。第２に、電力増幅器は、多数の移相用部品を含
み、比較的複雑である。したがって、比較的広い周波数
範囲にわたって比較的高い出力電力レベルにおいて優れ
た位相および振幅線形性が得られる、簡略化したマルチ
・キャリア・マイクロ波増幅器が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波増
幅器に関し、更に特定すれば、ドハーティ増幅器として
構成したマイクロ波増幅器に関する。この増幅器は、キ
ャリア増幅器、ピーク増幅器、これらの増幅器の入力に
あるランゲ・カプラ、およびこれらの増幅器の出力にあ
る１／４波長増幅器を含む。増幅器間の分離を改善し、
各増幅器の他方に対する相互変調（ＩＭ）作用(perform
ance)の依存性を極力抑えるために、整合ネットワーク
を設け、増幅器の出力に結合する。加えて、マイクロ波
電力増幅器は、電子的調整を含み、広い入力電力のダイ
ナミック・レンジにわたって相互変調ひずみを改善する
ことにより、マイクロ波増幅器のＩＭ特性を、当該増幅
器の動作周波数に合わせて調節可能とした。
幅器に関し、更に特定すれば、ドハーティ増幅器として
構成したマイクロ波増幅器に関する。この増幅器は、キ
ャリア増幅器、ピーク増幅器、これらの増幅器の入力に
あるランゲ・カプラ、およびこれらの増幅器の出力にあ
る１／４波長増幅器を含む。増幅器間の分離を改善し、
各増幅器の他方に対する相互変調（ＩＭ）作用(perform
ance)の依存性を極力抑えるために、整合ネットワーク
を設け、増幅器の出力に結合する。加えて、マイクロ波
電力増幅器は、電子的調整を含み、広い入力電力のダイ
ナミック・レンジにわたって相互変調ひずみを改善する
ことにより、マイクロ波増幅器のＩＭ特性を、当該増幅
器の動作周波数に合わせて調節可能とした。
【０００９】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。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、ドハーティ増幅器とし
て構成したマイクロ波電力増幅器に関する。マイクロ波
増幅器は、全体として参照番号２０で識別されている。
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（ＨＢＴ）２２として形成する。即ち、全エミッ
タ面積が１８０μｍ2の、予め一致させた１．５×３０
μｍ2×４フィンガＤＨＢＴデバイスとして形成する。
かかる素子の一例が、Kobayashi et al. による「An 18
-21 GHz Inp DHBT Linear Microwave Doherty Amplifie
r」(2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits
Symposium Digest of Papers, pages 179-182)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５，１６２，２４３号、第５，２
６２，３３５号、第５，３５２，９１１号、第５，４４
８，０８７号、第５，６７２，５２２号、第５，６４
８，６６６号、第５，６３１，４７７号、第５，７３
６，４１７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。
て構成したマイクロ波電力増幅器に関する。マイクロ波
増幅器は、全体として参照番号２０で識別されている。
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（ＨＢＴ）２２として形成する。即ち、全エミッ
タ面積が１８０μｍ2の、予め一致させた１．５×３０
μｍ2×４フィンガＤＨＢＴデバイスとして形成する。
かかる素子の一例が、Kobayashi et al. による「An 18
-21 GHz Inp DHBT Linear Microwave Doherty Amplifie
r」(2000 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits
Symposium Digest of Papers, pages 179-182)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５，１６２，２４３号、第５，２
６２，３３５号、第５，３５２，９１１号、第５，４４
８，０８７号、第５，６７２，５２２号、第５，６４
８，６６６号、第５，６３１，４７７号、第５，７３
６，４１７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１／４波長インピーダンス
変成器が、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１／４波長インピーダンス
変成器が、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をＡ級増幅器として動
作させ、一方ピーク増幅器２４を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２
４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。こうすると、各増幅段の
インピーダンスは、他方の段の相互変調（ＩＭ）特性に
は影響を及ぼさない。
作させ、一方ピーク増幅器２４を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２
４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。こうすると、各増幅段の
インピーダンスは、他方の段の相互変調（ＩＭ）特性に
は影響を及ぼさない。
【００１３】本発明を完全に理解するために、公知のド
ハーティ型増幅器に関する説明を最初に行う。即ち、前
述の「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
幅器のキャリア増幅器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。低入力駆動レベルの間（即ち、ＲＦ入力振
幅のレベルが小さい間）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２２は、
低い入力電力レベルで、より高い電力付加効率（ＰＡ
Ｅ）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。キャリア増幅器に生ずる負
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。
ハーティ型増幅器に関する説明を最初に行う。即ち、前
述の「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
幅器のキャリア増幅器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。低入力駆動レベルの間（即ち、ＲＦ入力振
幅のレベルが小さい間）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２２は、
低い入力電力レベルで、より高い電力付加効率（ＰＡ
Ｅ）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。キャリア増幅器に生ずる負
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３Ａないし図３Ｃ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３Ａないし図３Ｃ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、ピーク増幅器２４は、
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、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３Ａないし図３Ｃ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３Ａないし図３Ｃ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、ピーク増幅器２４は、
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、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の動作の理論
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、通常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、
より高い制御可能なインピーダンスに効率的に変換し、
更に増幅トランジスタ間に分離を設ける。
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、通常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、
より高い制御可能なインピーダンスに効率的に変換し、
更に増幅トランジスタ間に分離を設ける。
【００１６】本発明の別の態様によれば、キャリア増幅
器２２およびピーク増幅器２４にＤＣバイアスをかけて
調整し、増幅器の特定の動作周波数に対して最適なＩＭ
特性を達成できるようにする。例えば、２１ＧＨｚキャ
リア周波数に対して、マイクロ波増幅器２０にＤＣバイ
アスをかけて調整し、２０ＧＨｚにおけるＩＭ特性を最
小化することができる。
器２２およびピーク増幅器２４にＤＣバイアスをかけて
調整し、増幅器の特定の動作周波数に対して最適なＩＭ
特性を達成できるようにする。例えば、２１ＧＨｚキャ
リア周波数に対して、マイクロ波増幅器２０にＤＣバイ
アスをかけて調整し、２０ＧＨｚにおけるＩＭ特性を最
小化することができる。
【００１７】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(performance)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＝０．３ｍ
Ａ）の間、ピーク増幅器をほぼ遮断すると、本発明によ
るマイクロ波電力増幅器２０では、ＩＭ３比率の比較的
大きな改善が達成され、約−４３ｄＢｃという深いＩＭ
３の相殺がもたらされる。マルチ・キャリア通信システ
ムでは、約３０ｄＢｃのＩＭ率が、線形性に対する通常
の要件である。かかる線形性によって、マイクロ波電力
増幅器２０は、約２０％の電力付加効率（ＰＡＥ）、お
よび約２０．１ｄＢｍの出力電力を達成することができ
る。これは、同じ線形性に対して、約１３％のＰＡＥお
よび１８．８ｄＢｍの出力電力が得られるに過ぎない従
来の線形Ａ級バイアス・モードと比較すると、大幅な改
善である。
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(performance)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＝０．３ｍ
Ａ）の間、ピーク増幅器をほぼ遮断すると、本発明によ
るマイクロ波電力増幅器２０では、ＩＭ３比率の比較的
大きな改善が達成され、約−４３ｄＢｃという深いＩＭ
３の相殺がもたらされる。マルチ・キャリア通信システ
ムでは、約３０ｄＢｃのＩＭ率が、線形性に対する通常
の要件である。かかる線形性によって、マイクロ波電力
増幅器２０は、約２０％の電力付加効率（ＰＡＥ）、お
よび約２０．１ｄＢｍの出力電力を達成することができ
る。これは、同じ線形性に対して、約１３％のＰＡＥお
よび１８．８ｄＢｍの出力電力が得られるに過ぎない従
来の線形Ａ級バイアス・モードと比較すると、大幅な改
善である。
【００１８】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４Ａおよび図４Ｂ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４Ａおよび図４Ｂ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。
【００１９】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４Ａおよび図４Ｂ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４Ａおよび図４Ｂ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。
【００２０】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、この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、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
ひずみを改善することができる。したがって、増幅器２
０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（予歪）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、この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、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
ひずみを改善することができる。したがって、増幅器２
０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（予歪）線形化に適用する
ために用いることもできる。
【００２１】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、本発明によるマイクロ波電力増幅器の
構成図である。
構成図である。
【図２】図２は、本発明によるマイクロ波電力増幅器を
形成するキャリアおよびピーク増幅器の種々のバイアス
点について、出力電力を利得の関数として表したグラフ
である。
形成するキャリアおよびピーク増幅器の種々のバイアス
点について、出力電力を利得の関数として表したグラフ
である。
【図３】図３Ａないし図３Ｃ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４】図４Ａおよび図４Ｂ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
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
２６，２８ 整合ネットワーク
４０ 直列インダクタンス
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 AA22 AA41 CA25
CA26 CA36 CA61 CA81 FA10
FA15 HA06 HA12 HA25 HA29
HA33 KA00 KA12 KA29 KA68
KS11 LS01 QS04 SA14 TA01
TA02
5J069 AA01 AA04 AA22 AA41 CA25
CA26 CA36 CA61 CA81 FA10
FA15 HA06 HA12 HA25 HA29
HA33 KA00 KA12 KA29 KA68
KC03 SA14 TA01 TA02
Claims (10)
- 【請求項１】 マイクロ波電力増幅器であって、 入力ＲＦポートと、 第１入力および第１出力を有するキャリア増幅器と、 第２入力および第２出力を有するピーク増幅器であっ
て、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器が対称的に
バイアスされる、ピーク増幅器と、 前記キャリア増幅器および前記ピーク増幅器の前記第１
および第２入力を前記ＲＦ入力ポートに結合する結合デ
バイスと、 出力端子であって、前記第１および第２出力が結合され
る出力端子と、を備えるマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ波電力増幅器に
おいて、前記キャリアおよびピーク増幅器の一方または
他方が、前記キャリアおよびピーク増幅器の前記一方ま
たは他方のバイアスを変化させることができるように構
成されたバイアス・ネットワークを含むマイクロ波電力
増幅器。 - 【請求項３】 請求項２記載のマイクロ波電力増幅器に
おいて、前記バイアス・ネットワークは、前記増幅器の
電子的調整を行うため前記ＤＣ電圧の振幅を変化させる
ことによって、前記キャリアおよびピーク増幅器の前記
一方または他方のバイアスを変化させることを可能とす
る外部ＤＣ電圧源を含み、前記キャリアおよびピーク増
幅器の前記一方または他方の内他方は、前記キャリア増
幅器および前記ピーク増幅器の前記一方または他方の内
他方の電子的調整を行うバイアス・ネットワークを含む
マイクロ波電力増幅器。 - 【請求項４】 請求項１記載のマイクロ波電力増幅器で
あって、更に、１つ以上の整合ネットワークを含み、該
１つ以上の整合ネットワークは、前記ピーク増幅器によ
る前記キャリア増幅器の装荷を防止するように選択され
た直列インピーダンスを含むマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項５】 請求項４記載のマイクロ波電力増幅器に
おいて、前記直列インピーダンスは、伝送線路またはイ
ンダクタンスであるマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項６】 請求項４記載のマイクロ波電力増幅器に
おいて、前記１つ以上の整合ネットワークは、前記直列
インピーダンスに結合された分路インピーダンスも含む
マイクロ波電力増幅器。 - 【請求項７】 請求項６記載のマイクロ波電力増幅器に
おいて、前記分路インピーダンスは、コンデンサ、また
は開放スタブであるマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項８】 請求項４記載のマイクロ波電力増幅器で
あって、更に、前記１つ以上の整合ネットワークと前記
ＲＦ出力端子との間に結合されたインピーダンス変成器
を含むマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項９】 請求項８記載のマイクロ波電力増幅器で
あって、更に、前記ＲＦ出力端子と前記インピーダンス
変成器との間に結合された出力インピーダンスを含むマ
イクロ波電力増幅器。 - 【請求項１０】 請求項１記載のマイクロ波電力増幅器
において、前記カプラは、第１および第２入力端子と第
１および第２出力端子とを有するランゲ・カプラであっ
て、前記第１入力端子が前記ＲＦ入力ポートを規定し、
前記第２入力端子が入力終端インピーダンスに結合され
るマイクロ波電力増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/878113 | 2001-06-08 | ||
| US09/878,113 US20020186079A1 (en) | 2001-06-08 | 2001-06-08 | Asymmetrically biased high linearity balanced amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003037460A true JP2003037460A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=25371410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002168022A Pending JP2003037460A (ja) | 2001-06-08 | 2002-06-10 | 非対称バイアス高線形性平衡増幅器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020186079A1 (ja) |
| EP (1) | EP1267483A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003037460A (ja) |
| KR (1) | KR20020093591A (ja) |
| CN (1) | CN1391359A (ja) |
| CA (1) | CA2389456A1 (ja) |
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| JP2008516515A (ja) * | 2004-10-11 | 2008-05-15 | アバゴ・テクノロジーズ・ワイヤレス・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド | 能動分相器を用いたドハティ増幅器 |
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