JP2003188651A - 高効率増幅器 - Google Patents
高効率増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２個の増幅器の双方共出力端インピーダンン
ス整合の適正な高効率増幅器を提供する。 【解決手段】 増幅器入力信号を２分配する分配器１１
を具備し、２分配された増幅器入力信号のそれぞれを各
別に増幅する２個の増幅器２１、３１を具備し、２個の
増幅器２１、３１それぞれの出力端に出力側整合回路２
４、３４を介して接続するインピーダンス変換器２４、
３４を具備し、両インピーダンス変換器２４、３４の出
力端に接続して増幅器２１、３１の増幅出力を入力合成
する合成器４１を具備する高効率増幅器。
ス整合の適正な高効率増幅器を提供する。 【解決手段】 増幅器入力信号を２分配する分配器１１
を具備し、２分配された増幅器入力信号のそれぞれを各
別に増幅する２個の増幅器２１、３１を具備し、２個の
増幅器２１、３１それぞれの出力端に出力側整合回路２
４、３４を介して接続するインピーダンス変換器２４、
３４を具備し、両インピーダンス変換器２４、３４の出
力端に接続して増幅器２１、３１の増幅出力を入力合成
する合成器４１を具備する高効率増幅器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高効率増幅器に
関し、特に、２個の増幅器の双方共出力端インピーダン
ンス整合の適正な高効率増幅器に関する。
関し、特に、２個の増幅器の双方共出力端インピーダン
ンス整合の適正な高効率増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドハティによってインピーダンス変換器
を用いた増幅器構成（W.H.Doherty,"The high efficien
cy amplifier with modulated wave"，Proc.IRE.Vol.24
,No.9,pp.1163-1182,1936 ）が提案されている。即ち、
ドハティは、中波放送局用送信電力増幅器の高効率化に
関して、飽和増幅を行う平均電力増幅器と或る設定値以
上のピーク電圧を増幅するピーク電力増幅器とを並列構
成とし、トランスにより構成される逆インピーダンス変
換器により結合し、両増幅器出力信号を合成する高効率
増幅器を構成した。一般に、この高効率増幅器はドハテ
ィ増幅器といわれる。このドハティ増幅器は、従来の単
一の増幅器によりピーク電力を有する変調波信号を増幅
する場合と比較して、陽極能率の極めて高い増幅をする
ことができる。
を用いた増幅器構成（W.H.Doherty,"The high efficien
cy amplifier with modulated wave"，Proc.IRE.Vol.24
,No.9,pp.1163-1182,1936 ）が提案されている。即ち、
ドハティは、中波放送局用送信電力増幅器の高効率化に
関して、飽和増幅を行う平均電力増幅器と或る設定値以
上のピーク電圧を増幅するピーク電力増幅器とを並列構
成とし、トランスにより構成される逆インピーダンス変
換器により結合し、両増幅器出力信号を合成する高効率
増幅器を構成した。一般に、この高効率増幅器はドハテ
ィ増幅器といわれる。このドハティ増幅器は、従来の単
一の増幅器によりピーク電力を有する変調波信号を増幅
する場合と比較して、陽極能率の極めて高い増幅をする
ことができる。
【０００３】今日、無線通信の需要は益々拡大しつつあ
る。この様な背景のもとで、無線機器の低消費電力化、
小型化、端末使用時間の拡大の必要性が増大している。
そして、これまでに数々の高効率増幅技術が研究開発さ
れている。ドハティ増幅器についても、他の高効率増幅
技術と同様に、高効率増幅技術の一つとして検討されて
きた。ここで、１. ７ＧＨｚ帯ドハティマイクロ波増幅
器の試作結果が報告されている（R.J.McMorrow,D.M.Vot
on,andP.R.Malonney "The Doherty Microwaveamplifie
r",1994.IEEE MTTS Digest,TH3-E,1994 ）。この報告に
おけるドハティマイクロ波増幅器は図６に示される如き
ものである。このドハティマイクロ波増幅器は、１／４
波長マイクロストリップラインを使用して逆インピーダ
ンス変換器を構成している。
る。この様な背景のもとで、無線機器の低消費電力化、
小型化、端末使用時間の拡大の必要性が増大している。
そして、これまでに数々の高効率増幅技術が研究開発さ
れている。ドハティ増幅器についても、他の高効率増幅
技術と同様に、高効率増幅技術の一つとして検討されて
きた。ここで、１. ７ＧＨｚ帯ドハティマイクロ波増幅
器の試作結果が報告されている（R.J.McMorrow,D.M.Vot
on,andP.R.Malonney "The Doherty Microwaveamplifie
r",1994.IEEE MTTS Digest,TH3-E,1994 ）。この報告に
おけるドハティマイクロ波増幅器は図６に示される如き
ものである。このドハティマイクロ波増幅器は、１／４
波長マイクロストリップラインを使用して逆インピーダ
ンス変換器を構成している。
【０００４】図７を参照して他の従来例を説明するに、
ピーク電力注入によるマイクロ波増幅器の高効率化（電
子情報通信学会技術研究報告 ＥＤ２００１−１５１〜
１６３）が開示されている。これは、Ｂ級にバイアスさ
れた平均電力増幅器２１と、Ｃ級にバイアスされたピー
ク電力増幅器３１と、平均電力増幅器２１の出力側に設
けられたサーキュレータより成る。ピーク電力増幅器３
１の動作しない入力電圧、即ち入力電力においては、平
均電力増幅器２１のみが動作する。平均電力増幅器２１
により増幅された信号は実線矢印に示される通りにサー
キュレータを通過して出力側に現れる。この時、ピーク
電力増幅器３１は動作していないので、平均電力増幅器
２１側から出力回路側をみたインピーダンスは整合回路
のインピーダンスであり、これを適正に整合することに
より低入力電圧時の動作を高効率とすることができる。
この場合、平均電力増幅器２１の出力整合回路は小入力
電力時において整合するプリマッチ回路と可変インピー
ダンスのチューナより構成され、平均電力増幅器２１の
出力端インピーダンンスを調整することができる。
ピーク電力注入によるマイクロ波増幅器の高効率化（電
子情報通信学会技術研究報告 ＥＤ２００１−１５１〜
１６３）が開示されている。これは、Ｂ級にバイアスさ
れた平均電力増幅器２１と、Ｃ級にバイアスされたピー
ク電力増幅器３１と、平均電力増幅器２１の出力側に設
けられたサーキュレータより成る。ピーク電力増幅器３
１の動作しない入力電圧、即ち入力電力においては、平
均電力増幅器２１のみが動作する。平均電力増幅器２１
により増幅された信号は実線矢印に示される通りにサー
キュレータを通過して出力側に現れる。この時、ピーク
電力増幅器３１は動作していないので、平均電力増幅器
２１側から出力回路側をみたインピーダンスは整合回路
のインピーダンスであり、これを適正に整合することに
より低入力電圧時の動作を高効率とすることができる。
この場合、平均電力増幅器２１の出力整合回路は小入力
電力時において整合するプリマッチ回路と可変インピー
ダンスのチューナより構成され、平均電力増幅器２１の
出力端インピーダンンスを調整することができる。
【０００５】ピーク電力増幅器３１の動作する入力電圧
においては平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１
は双方共に動作する。ピーク電力増幅器３１により増幅
された信号は鎖線矢印に示される通りにサーキュレータ
を通過して平均電力増幅器２１の出力側に注入される。
平均電力増幅器２１側から出力回路側をみると、平均電
力増幅器２１が出力する信号と同一の信号が出力端に戻
って来る様に見えるので、等価的に負荷インピーダンス
が変化したことに相当する。ここで、平均電力増幅器２
１により増幅された信号と平均電力増幅器２１の出力側
に注入されたピーク電力増幅器３１により増幅された信
号の振幅および位相を適当に調整することにより、平均
電力増幅器２１の飽和電力は増大する。
においては平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１
は双方共に動作する。ピーク電力増幅器３１により増幅
された信号は鎖線矢印に示される通りにサーキュレータ
を通過して平均電力増幅器２１の出力側に注入される。
平均電力増幅器２１側から出力回路側をみると、平均電
力増幅器２１が出力する信号と同一の信号が出力端に戻
って来る様に見えるので、等価的に負荷インピーダンス
が変化したことに相当する。ここで、平均電力増幅器２
１により増幅された信号と平均電力増幅器２１の出力側
に注入されたピーク電力増幅器３１により増幅された信
号の振幅および位相を適当に調整することにより、平均
電力増幅器２１の飽和電力は増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６の従来例は、入力
側バイアス設定値の異なる平均電力増幅器２１およびピ
ーク電力増幅器３２の出力信号を逆インピーダンス変換
器より成るドハティネットワーク４１’において結合合
成している。ドハティ増幅器により高効率電力増幅をす
ることができる理由は、これら２個の増幅器２１、３２
の出力信号をドハティネットワーク４１’における逆イ
ンピーダンス変換器により合成していることに因る。即
ち、平均電力増幅器２１のみ動作している時は、平均電
力増幅器２１の出力端インピーダンンスを２倍の２Ｒオ
ームに設定する。これにより、本来のインピーダンスＲ
オームにより得られる送信出力をＰワットとすれば、逆
インピーダンス変換器により同じ送信出力Ｐワットを得
るに電流は１／２となる。このことから、単純な例によ
ると、逆インピーダンス変換器において同一送信出力で
効率を２倍にすることができる。ピーク電力増幅器３２
の動作時は、両増幅器の出力端インピーダンンスをＲオ
ームに設定する。ところが、単純な１／４波長インピー
ダンス変換器を使用することに依ってピーク電力増幅器
３２の動作時の平均電力増幅器２１のインピーダンスを
Ｒオームに戻すには、更にインピーダンス変換器を設け
る必要がある。
側バイアス設定値の異なる平均電力増幅器２１およびピ
ーク電力増幅器３２の出力信号を逆インピーダンス変換
器より成るドハティネットワーク４１’において結合合
成している。ドハティ増幅器により高効率電力増幅をす
ることができる理由は、これら２個の増幅器２１、３２
の出力信号をドハティネットワーク４１’における逆イ
ンピーダンス変換器により合成していることに因る。即
ち、平均電力増幅器２１のみ動作している時は、平均電
力増幅器２１の出力端インピーダンンスを２倍の２Ｒオ
ームに設定する。これにより、本来のインピーダンスＲ
オームにより得られる送信出力をＰワットとすれば、逆
インピーダンス変換器により同じ送信出力Ｐワットを得
るに電流は１／２となる。このことから、単純な例によ
ると、逆インピーダンス変換器において同一送信出力で
効率を２倍にすることができる。ピーク電力増幅器３２
の動作時は、両増幅器の出力端インピーダンンスをＲオ
ームに設定する。ところが、単純な１／４波長インピー
ダンス変換器を使用することに依ってピーク電力増幅器
３２の動作時の平均電力増幅器２１のインピーダンスを
Ｒオームに戻すには、更にインピーダンス変換器を設け
る必要がある。
【０００７】図７の従来例のマイクロ波増幅器は、平均
電力増幅器２１の出力整合回路を、小入力電力時におい
ては平均電力増幅器２１の出力端インピーダンスに整合
するプリマッチ回路と可変インピーダンスのチューナよ
り構成し、平均電力増幅器２１の出力端インピーダンン
スを調整する構成を採用している。これに依れば、平均
電力増幅器２１は小入力電力時においては出力整合がと
れて高効率動作をすることができるが、大入力電力時に
おいてはピーク電力増幅器３１も動作して平均電力増幅
器２１の出力端に接続し、出力整合が得られなくなる。
電力増幅器２１の出力整合回路を、小入力電力時におい
ては平均電力増幅器２１の出力端インピーダンスに整合
するプリマッチ回路と可変インピーダンスのチューナよ
り構成し、平均電力増幅器２１の出力端インピーダンン
スを調整する構成を採用している。これに依れば、平均
電力増幅器２１は小入力電力時においては出力整合がと
れて高効率動作をすることができるが、大入力電力時に
おいてはピーク電力増幅器３１も動作して平均電力増幅
器２１の出力端に接続し、出力整合が得られなくなる。
【０００８】この発明は、２個の増幅器の双方共出力端
インピーダンンス整合の適正な上述の問題を解消した高
効率増幅器を提供するものである。
インピーダンンス整合の適正な上述の問題を解消した高
効率増幅器を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１：増幅器入力信
号を２分配する分配器１１を具備し、２分配された増幅
器入力信号それぞれを各別に増幅する２個の増幅器２
１、３１を具備し、２個の増幅器２１、３１それぞれの
出力端に出力側整合回路２４、３４を介して接続するイ
ンピーダンス変換器２４、３４を具備し、両インピーダ
ンス変換器２４、３４の出力端に接続して増幅器２１、
３１の増幅出力を入力合成する合成器４１を具備する高
効率増幅器を構成した。
号を２分配する分配器１１を具備し、２分配された増幅
器入力信号それぞれを各別に増幅する２個の増幅器２
１、３１を具備し、２個の増幅器２１、３１それぞれの
出力端に出力側整合回路２４、３４を介して接続するイ
ンピーダンス変換器２４、３４を具備し、両インピーダ
ンス変換器２４、３４の出力端に接続して増幅器２１、
３１の増幅出力を入力合成する合成器４１を具備する高
効率増幅器を構成した。
【００１０】そして、請求項２：請求項１に記載される
高効率増幅器において、２個の増幅器２１、３１をＧａ
Ａｓ−ＦＥＴその他の半導体素子により構成した高効率
増幅器を構成した。また、請求項３：請求項１および請
求項２の内の何れかに記載される高効率増幅器におい
て、２個の増幅器２１、３１の入力側のバイアス電圧を
相異なる電圧に設定した高効率増幅器を構成した。更
に、請求項４：請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、２個の増幅器２１、
３１の出力側のバイアス電圧を相異なる電圧に設定した
高効率増幅器を構成した。
高効率増幅器において、２個の増幅器２１、３１をＧａ
Ａｓ−ＦＥＴその他の半導体素子により構成した高効率
増幅器を構成した。また、請求項３：請求項１および請
求項２の内の何れかに記載される高効率増幅器におい
て、２個の増幅器２１、３１の入力側のバイアス電圧を
相異なる電圧に設定した高効率増幅器を構成した。更
に、請求項４：請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、２個の増幅器２１、
３１の出力側のバイアス電圧を相異なる電圧に設定した
高効率増幅器を構成した。
【００１１】また、請求項５：請求項１および請求項２
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、２個
の増幅器２１、３１の出力側のバイアス電圧を同一の電
圧に設定した高効率増幅器を構成した。ここで、請求項
６：請求項１ないし請求項５の内の何れかに記載される
高効率増幅器において、インピーダンス変換器は１／４
波長マイクロストリップラインにより構成したこと特徴
とする高効率増幅器を構成した。そして、請求項７：請
求項１ないし請求項６の内の何れかに記載される高効率
増幅器において、インピーダンス変換器はマイクロスト
リップライン上のスタブにより構成した高効率増幅器を
構成した。
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、２個
の増幅器２１、３１の出力側のバイアス電圧を同一の電
圧に設定した高効率増幅器を構成した。ここで、請求項
６：請求項１ないし請求項５の内の何れかに記載される
高効率増幅器において、インピーダンス変換器は１／４
波長マイクロストリップラインにより構成したこと特徴
とする高効率増幅器を構成した。そして、請求項７：請
求項１ないし請求項６の内の何れかに記載される高効率
増幅器において、インピーダンス変換器はマイクロスト
リップライン上のスタブにより構成した高効率増幅器を
構成した。
【００１２】また、請求項８：請求項１ないし請求項７
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、合成
器４１はウイルキンソンデバイダより成る高効率増幅器
を構成した。更に、請求項９：請求項１ないし請求項７
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、合成
器４１は、不均等電力合成器より成る高効率増幅器を構
成した。ここで、請求項１０：請求項１ないし請求項９
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、２個
の増幅器は平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１
より成る高効率増幅器を構成した。
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、合成
器４１はウイルキンソンデバイダより成る高効率増幅器
を構成した。更に、請求項９：請求項１ないし請求項７
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、合成
器４１は、不均等電力合成器より成る高効率増幅器を構
成した。ここで、請求項１０：請求項１ないし請求項９
の内の何れかに記載される高効率増幅器において、２個
の増幅器は平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１
より成る高効率増幅器を構成した。
【００１３】そして、請求項１１：請求項１０に記載さ
れる高効率増幅器において、平均電力増幅器２１の出力
側整合回路２３とピーク電力増幅器３１の出力側整合回
路２３の出力側に高調波フィルタを付加した高効率増幅
器を構成した。
れる高効率増幅器において、平均電力増幅器２１の出力
側整合回路２３とピーク電力増幅器３１の出力側整合回
路２３の出力側に高調波フィルタを付加した高効率増幅
器を構成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１の実
施例を参照して説明する。１１は増幅されるべき増幅器
入力信号を２分配する分配器である。この分配器１１は
方向性結合器或いは電力分配器により構成する。２１は
増幅器入力信号を直線増幅するＢ級増幅器より成る平均
電力増幅器である。この平均電力増幅器２１は、入力側
整合回路２２と出力側整合回路２３とを有している。そ
して、平均電力増幅器２１は多段に構成することができ
る。２４は出力側整合回路２３の出力端に接続する平均
電力増幅器２１のインピーダンス変換器であり、平均電
力増幅器２１の出力端インピーダンスを設定する。３１
は正側変調時のみ動作するＣ級増幅器より成るピーク電
力増幅器である。このピーク電力増幅器３１は、入力側
整合回路３２と出力側整合回路３３とを有している。そ
して、ピーク電力増幅器３１は多段に構成することがで
きる。３４は出力側整合回路３３の出力端に接続するピ
ーク電力増幅器３１のインピーダンス変換器であり、ピ
ーク電力増幅器３１の出力端インピーダンスを設定する
ものである。４１は合成器であり、インピーダンス変換
器２４を介し出力される平均電力増幅器２１の出力信
号、およびインピーダンス変換器３４を介し出力される
ピーク電力増幅器３１の出力信号を結合するものであ
る。ところで、分配器１１により分配される信号に位相
差がある場合、平均電力増幅器２１およびピーク電力増
幅器３１の出力信号を合成するまでに遅延線路或いは位
相器を挿入して位相差を補償する必要がある。
施例を参照して説明する。１１は増幅されるべき増幅器
入力信号を２分配する分配器である。この分配器１１は
方向性結合器或いは電力分配器により構成する。２１は
増幅器入力信号を直線増幅するＢ級増幅器より成る平均
電力増幅器である。この平均電力増幅器２１は、入力側
整合回路２２と出力側整合回路２３とを有している。そ
して、平均電力増幅器２１は多段に構成することができ
る。２４は出力側整合回路２３の出力端に接続する平均
電力増幅器２１のインピーダンス変換器であり、平均電
力増幅器２１の出力端インピーダンスを設定する。３１
は正側変調時のみ動作するＣ級増幅器より成るピーク電
力増幅器である。このピーク電力増幅器３１は、入力側
整合回路３２と出力側整合回路３３とを有している。そ
して、ピーク電力増幅器３１は多段に構成することがで
きる。３４は出力側整合回路３３の出力端に接続するピ
ーク電力増幅器３１のインピーダンス変換器であり、ピ
ーク電力増幅器３１の出力端インピーダンスを設定する
ものである。４１は合成器であり、インピーダンス変換
器２４を介し出力される平均電力増幅器２１の出力信
号、およびインピーダンス変換器３４を介し出力される
ピーク電力増幅器３１の出力信号を結合するものであ
る。ところで、分配器１１により分配される信号に位相
差がある場合、平均電力増幅器２１およびピーク電力増
幅器３１の出力信号を合成するまでに遅延線路或いは位
相器を挿入して位相差を補償する必要がある。
【００１５】ここで、平均電力増幅器２１とピーク電力
増幅器３１とを飽和出力１ワットのＧａＡｓ−ＦＥＴよ
り成る増幅器により構成し、分配器１１を電力分配器に
より構成し、出力側合成器４１を電力合成器により構成
する。平均電力増幅器２１のゲートバイアス電圧をＢ級
動作点に設定し、ピーク電力増幅器３１のゲートバイア
ス電圧をＣ級動作点に設定する。また、平均電力増幅器
２１のインピーダンス変換器２４は、例えば、出力側整
合回路２３の出力端インピーダンスとは異なる特性イン
ピーダンス５０オームの２倍の１００オームに調整設定
する。ピーク電力増幅器３１のインピーダンス変換器３
４は出力側整合回路３３の出力端インピーダンスとは異
なる特性インピーダンス５０オームの１／２倍の２５オ
ームに調整設定する。電力合成器４１として、ウイルキ
ンソン形電力合成器を使用する。この発明において、合
成器は２入力端子間においてアイソレーションがとれて
いる必要があり、この点に関して、入力端子間における
インピーダンス整合のとれているウイルキンソンデバイ
ダは、電力合成すると共に入力端子間のアイソレーショ
ンがとれている回路素子であり、この発明の合成器とし
て好適である。
増幅器３１とを飽和出力１ワットのＧａＡｓ−ＦＥＴよ
り成る増幅器により構成し、分配器１１を電力分配器に
より構成し、出力側合成器４１を電力合成器により構成
する。平均電力増幅器２１のゲートバイアス電圧をＢ級
動作点に設定し、ピーク電力増幅器３１のゲートバイア
ス電圧をＣ級動作点に設定する。また、平均電力増幅器
２１のインピーダンス変換器２４は、例えば、出力側整
合回路２３の出力端インピーダンスとは異なる特性イン
ピーダンス５０オームの２倍の１００オームに調整設定
する。ピーク電力増幅器３１のインピーダンス変換器３
４は出力側整合回路３３の出力端インピーダンスとは異
なる特性インピーダンス５０オームの１／２倍の２５オ
ームに調整設定する。電力合成器４１として、ウイルキ
ンソン形電力合成器を使用する。この発明において、合
成器は２入力端子間においてアイソレーションがとれて
いる必要があり、この点に関して、入力端子間における
インピーダンス整合のとれているウイルキンソンデバイ
ダは、電力合成すると共に入力端子間のアイソレーショ
ンがとれている回路素子であり、この発明の合成器とし
て好適である。
【００１６】以上のドハティ増幅器の実施例の動作につ
いて説明する。増幅器入力信号がピーク電力増幅器３１
のＣ級動作点以下の入力電圧の場合、平均電力増幅器２
１のみが動作する。この場合、平均電力増幅器２１の出
力端インピーダンンスは上述した１００オームである。
５０オームの特性インピーダンスと比較して、平均電力
増幅器２１の出力端インピーダンンスは２倍であるの
で、平均電力増幅器２１のドレイン電力は１／２とな
る。もし、本来のインピーダンス５０オームにより得ら
れる出力電力と同じ出力電力を得るものとすれば、出力
端インピーダンンスが２倍であることにより消費電流は
１／２となる。
いて説明する。増幅器入力信号がピーク電力増幅器３１
のＣ級動作点以下の入力電圧の場合、平均電力増幅器２
１のみが動作する。この場合、平均電力増幅器２１の出
力端インピーダンンスは上述した１００オームである。
５０オームの特性インピーダンスと比較して、平均電力
増幅器２１の出力端インピーダンンスは２倍であるの
で、平均電力増幅器２１のドレイン電力は１／２とな
る。もし、本来のインピーダンス５０オームにより得ら
れる出力電力と同じ出力電力を得るものとすれば、出力
端インピーダンンスが２倍であることにより消費電流は
１／２となる。
【００１７】増幅器入力信号がピーク電力増幅器３１の
Ｃ級動作点以上の入力電圧の場合、平均電力増幅器２１
とピーク電力増幅器３１は双方共に動作する。ピーク電
力増幅器３１の出力端インピーダンンスは２５オームで
あり、特性インピーダンス５０オームと比較してインピ
ーダンスは１／２である。従って、ドレイン電圧を同一
とすれば、ドレイン電流は２倍となる。もし、本来のイ
ンピーダンス５０オームにより得られる出力電力と同じ
出力電力を得るものとすれば、出力端インピーダンンス
が１／２倍であることにより、消費電流は２倍となる。
Ｃ級動作点以上の入力電圧の場合、平均電力増幅器２１
とピーク電力増幅器３１は双方共に動作する。ピーク電
力増幅器３１の出力端インピーダンンスは２５オームで
あり、特性インピーダンス５０オームと比較してインピ
ーダンスは１／２である。従って、ドレイン電圧を同一
とすれば、ドレイン電流は２倍となる。もし、本来のイ
ンピーダンス５０オームにより得られる出力電力と同じ
出力電力を得るものとすれば、出力端インピーダンンス
が１／２倍であることにより、消費電流は２倍となる。
【００１８】以上の条件下における入出力電力特性を図
２に示す。図２に対応する付加効率特性を図３に示す。
この発明の増幅器の特性をＢ級増幅器と比較する。ピー
ク電力増幅器３１の動作しない入力電圧、即ち入力電力
においては、平均電力増幅器２１のみが動作する。平均
電力増幅器２１は出力端インピーダンンスを１００オー
ムとしているので、Ｂ級増幅器と比較して利得は低下す
る。この発明の増幅器とＢ級増幅器のドレイン電圧を一
定とすればドレイン電力の１／２化により、付加効率は
改善する。
２に示す。図２に対応する付加効率特性を図３に示す。
この発明の増幅器の特性をＢ級増幅器と比較する。ピー
ク電力増幅器３１の動作しない入力電圧、即ち入力電力
においては、平均電力増幅器２１のみが動作する。平均
電力増幅器２１は出力端インピーダンンスを１００オー
ムとしているので、Ｂ級増幅器と比較して利得は低下す
る。この発明の増幅器とＢ級増幅器のドレイン電圧を一
定とすればドレイン電力の１／２化により、付加効率は
改善する。
【００１９】ピーク電力増幅器３１の動作する入力電
圧、即ち入力電力においては、平均電力増幅器２１とピ
ーク電力増幅器３１は双方共に動作する。ピーク電力増
幅器３１の出力端インピーダンンスはＢ級増幅器の出力
端インピーダンンスの１／２に設定されているので、通
常のＣ級増幅器より利得は改善されている。ピーク電力
増幅器３１は入力信号のピーク電力を増幅するので、ピ
ーク電力増幅器３１に入力信号のピーク電力対平均電力
比以上の利得がないと、ピーク電力増幅器３１において
波形クリッピングを発生し、線形性劣化を生ずる。
圧、即ち入力電力においては、平均電力増幅器２１とピ
ーク電力増幅器３１は双方共に動作する。ピーク電力増
幅器３１の出力端インピーダンンスはＢ級増幅器の出力
端インピーダンンスの１／２に設定されているので、通
常のＣ級増幅器より利得は改善されている。ピーク電力
増幅器３１は入力信号のピーク電力を増幅するので、ピ
ーク電力増幅器３１に入力信号のピーク電力対平均電力
比以上の利得がないと、ピーク電力増幅器３１において
波形クリッピングを発生し、線形性劣化を生ずる。
【００２０】ここで、ピーク電力増幅器３１の動作開始
点を平均電力増幅器２１の飽和出力点とすれば、図２の
入出力電力特性に示される如く、平均電力増幅器２１の
飽和出力以上の出力電力をピーク電力増幅器３１により
得ることができる。例えば、平均電力増幅器２１の飽和
出力と比較されるＢ級増幅器の飽和出力が同一であれ
ば、ピーク電力増幅器３１によりこの発明の増幅器の飽
和出力を拡大することができる。ピーク電力増幅器３１
により飽和出力を拡大しているので、飽和出力に対する
付加効率はＢ級増幅器より拡大する。そして、ピーク電
力増幅器３１がＣ級動作しているので、拡大した領域に
おける付加効率は充分に高効率化する。以上の通りにし
て、この発明によりピーク電力増幅器３１の動作時にも
設計通りのインピーダンス変換値を設定することができ
る。平均電力増幅器２１の出力端インピーダンンスが、
ピーク電力増幅器３１の動作以前の出力端インピーダン
ンスより低インピーダンスにならないので、平均電力増
幅器２１の飽和出力付近における効率を従来例と比較し
て高くすることができる。
点を平均電力増幅器２１の飽和出力点とすれば、図２の
入出力電力特性に示される如く、平均電力増幅器２１の
飽和出力以上の出力電力をピーク電力増幅器３１により
得ることができる。例えば、平均電力増幅器２１の飽和
出力と比較されるＢ級増幅器の飽和出力が同一であれ
ば、ピーク電力増幅器３１によりこの発明の増幅器の飽
和出力を拡大することができる。ピーク電力増幅器３１
により飽和出力を拡大しているので、飽和出力に対する
付加効率はＢ級増幅器より拡大する。そして、ピーク電
力増幅器３１がＣ級動作しているので、拡大した領域に
おける付加効率は充分に高効率化する。以上の通りにし
て、この発明によりピーク電力増幅器３１の動作時にも
設計通りのインピーダンス変換値を設定することができ
る。平均電力増幅器２１の出力端インピーダンンスが、
ピーク電力増幅器３１の動作以前の出力端インピーダン
ンスより低インピーダンスにならないので、平均電力増
幅器２１の飽和出力付近における効率を従来例と比較し
て高くすることができる。
【００２１】図４はこの発明の増幅器に使用される１／
４波長形インピーダンス変換器の実施例を示す。この１
／４波長形インピータダンス変換器は、１／４波長のマ
イクロストリップラインにより構成する。マイクロスト
リップラインの線路幅は、マイクロストリップラインの
入力と出力端インピーダンンスの積の平方根により与え
られるインピーダンスを実現する線路幅である。線路幅
は、使用する誘電体基板の比誘電率と設計周波数を決め
ることにより、マイクロ波回路に関する教科書に記載さ
れる数表を参照して求めることができる。
４波長形インピーダンス変換器の実施例を示す。この１
／４波長形インピータダンス変換器は、１／４波長のマ
イクロストリップラインにより構成する。マイクロスト
リップラインの線路幅は、マイクロストリップラインの
入力と出力端インピーダンンスの積の平方根により与え
られるインピーダンスを実現する線路幅である。線路幅
は、使用する誘電体基板の比誘電率と設計周波数を決め
ることにより、マイクロ波回路に関する教科書に記載さ
れる数表を参照して求めることができる。
【００２２】図５はこの発明の増幅器で使用するスタブ
形インピーダンス変換器の実施例を示す。例えば、特性
インピーダンス５０オーム線路上に開放型或いは短絡型
スタブを設定する。スタブにより容量性或いは誘導性回
路を構成する。これにより、スミスチャート上の任意の
点に変換する。設計方法については、マイクロ波回路の
教科書に記載される方法またはマイクロ波回路設計用ソ
フトウェアによる。平均電力増幅器２１およびピーク電
力増幅器３１のバイアス設定値は、実施例の如く平均電
力増幅器２１がＢ級動作、ピーク電力増幅器３１がＣ級
動作であれば異なる。ゲート電圧およびドレイン電圧の
設定値は、両増幅器の動作領域に対応して設定される。
平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１に使用する
半導体素子が同一である場合、それぞれの増幅器の動作
領域は一般にゲート電圧により設定される。更に、ドレ
イン電圧を異なる設定値とすれば、それぞれの増幅器の
動作適用領域の設定を容易にする。また、平均電力増幅
器２１およびピーク電力増幅器３１において使用するＧ
ａＡｓ−ＦＥＴその他の半導体素子は相異なるものとし
ても差し支えない。この場合、ゲート電圧設定値および
ドレイン電圧設定値はそれぞれの増幅器の動作領域に対
応して設定する。
形インピーダンス変換器の実施例を示す。例えば、特性
インピーダンス５０オーム線路上に開放型或いは短絡型
スタブを設定する。スタブにより容量性或いは誘導性回
路を構成する。これにより、スミスチャート上の任意の
点に変換する。設計方法については、マイクロ波回路の
教科書に記載される方法またはマイクロ波回路設計用ソ
フトウェアによる。平均電力増幅器２１およびピーク電
力増幅器３１のバイアス設定値は、実施例の如く平均電
力増幅器２１がＢ級動作、ピーク電力増幅器３１がＣ級
動作であれば異なる。ゲート電圧およびドレイン電圧の
設定値は、両増幅器の動作領域に対応して設定される。
平均電力増幅器２１とピーク電力増幅器３１に使用する
半導体素子が同一である場合、それぞれの増幅器の動作
領域は一般にゲート電圧により設定される。更に、ドレ
イン電圧を異なる設定値とすれば、それぞれの増幅器の
動作適用領域の設定を容易にする。また、平均電力増幅
器２１およびピーク電力増幅器３１において使用するＧ
ａＡｓ−ＦＥＴその他の半導体素子は相異なるものとし
ても差し支えない。この場合、ゲート電圧設定値および
ドレイン電圧設定値はそれぞれの増幅器の動作領域に対
応して設定する。
【００２３】この発明の合成器４１に関して、これを不
均等電力合成器により構成することができる。不均等電
力合成器はRobert E.Collin,Foundation for microwave
engineering,McGraw-Hill,pp.449,1992に具体的に説明
されている。即ち、１／４波長ウイルキンソン形合成器
を基本として、それぞれの入力端子の合成比率に応じて
１／４波長インピーダンス変換器と所定のインピーダン
スに設定された１／４波長ウイルキンソン形合成器にて
実現される。この方法によれば、インピーダンス変換器
２４、３４と合成器４１を一体として構成することがで
きる。
均等電力合成器により構成することができる。不均等電
力合成器はRobert E.Collin,Foundation for microwave
engineering,McGraw-Hill,pp.449,1992に具体的に説明
されている。即ち、１／４波長ウイルキンソン形合成器
を基本として、それぞれの入力端子の合成比率に応じて
１／４波長インピーダンス変換器と所定のインピーダン
スに設定された１／４波長ウイルキンソン形合成器にて
実現される。この方法によれば、インピーダンス変換器
２４、３４と合成器４１を一体として構成することがで
きる。
【００２４】この発明の高効率増幅器の効率を更に高め
る方法としては、平均電力増幅器２１の出力側整合回路
２３とピーク電力増幅器３１の出力側整合回路２３の出
力側に高調波フィルタを付加する方法がある。例えば二
倍波に関して終端するフィルタであれば、各増幅器はい
わゆるＦ級動作状態となる（高山 洋一郎、マイクロ波
トランジスタ、ｐｐ．１９９−２００、電子情報通信学
会、１９９８ 参照）。電圧或いは電流の時間波形を二
倍波終端により矩形化することにより高効率増幅を可能
にする。同様にして、各種の高効率増幅方法をこの発明
の各増幅器に適用することにより、それぞれの増幅技術
による高効率化とこの発明によるインピーダンス変換に
よる高効率化の相乗作用で更に増幅器の高効率化が可能
になる。
る方法としては、平均電力増幅器２１の出力側整合回路
２３とピーク電力増幅器３１の出力側整合回路２３の出
力側に高調波フィルタを付加する方法がある。例えば二
倍波に関して終端するフィルタであれば、各増幅器はい
わゆるＦ級動作状態となる（高山 洋一郎、マイクロ波
トランジスタ、ｐｐ．１９９−２００、電子情報通信学
会、１９９８ 参照）。電圧或いは電流の時間波形を二
倍波終端により矩形化することにより高効率増幅を可能
にする。同様にして、各種の高効率増幅方法をこの発明
の各増幅器に適用することにより、それぞれの増幅技術
による高効率化とこの発明によるインピーダンス変換に
よる高効率化の相乗作用で更に増幅器の高効率化が可能
になる。
【００２５】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、高効率増幅器を構成する平均電力増幅器およびピー
ク電力増幅器双方の出力端に相異なる値に設定されるイ
ンピーダンス変換器を設け、両インピーダンス変換器の
出力を合成器において合成する。この回路構成により、
平均電力増幅器およびピーク電力増幅器の動作状態に依
存することなく設計値通りのインピーダンスを各増幅器
出力に達成することができる。即ち、この発明は、平均
電力増幅器の出力端およびピーク電力増幅器の出力端に
相異なるインピーダンスに設定したインピーダンス変換
器を接続し、これらインピーダンス変換器を介して出力
される平均電力増幅器の出力とピーク電力増幅器の出力
とを合成器において合成する。合成器は、方向性結合器
或いは電力合成器により構成することができる。方向性
結合器としては、１／４波長方向性結合器、ハイブリッ
ト回路を採用することができる。また、電力合成器とし
ては、Ｙ形電力分配器であるウイルキンソンデバイダを
採用することができる。
ば、高効率増幅器を構成する平均電力増幅器およびピー
ク電力増幅器双方の出力端に相異なる値に設定されるイ
ンピーダンス変換器を設け、両インピーダンス変換器の
出力を合成器において合成する。この回路構成により、
平均電力増幅器およびピーク電力増幅器の動作状態に依
存することなく設計値通りのインピーダンスを各増幅器
出力に達成することができる。即ち、この発明は、平均
電力増幅器の出力端およびピーク電力増幅器の出力端に
相異なるインピーダンスに設定したインピーダンス変換
器を接続し、これらインピーダンス変換器を介して出力
される平均電力増幅器の出力とピーク電力増幅器の出力
とを合成器において合成する。合成器は、方向性結合器
或いは電力合成器により構成することができる。方向性
結合器としては、１／４波長方向性結合器、ハイブリッ
ト回路を採用することができる。また、電力合成器とし
ては、Ｙ形電力分配器であるウイルキンソンデバイダを
採用することができる。
【００２６】この発明における合成器は、２入力端子間
においてアイソレーションがとれている必要があり、こ
の点に関して、入力端子間におけるインピーダンス整合
のとれているウイルキンソンデバイダは、電力合成する
と共に入力端子間のアイソレーションがとれている回路
素子であり、この発明の合成器として好適である。合成
器の２入力端子間においてアイソレーションがとれてい
ることにより、平均電力増幅器の出力端インピーダンン
スはピーク電力増幅器の動作状態に依存することなく安
定する。同様に、ピーク電力増幅器の出力端インピーダ
ンンスは平均電力増幅器の動作状態に依存することなく
安定する。
においてアイソレーションがとれている必要があり、こ
の点に関して、入力端子間におけるインピーダンス整合
のとれているウイルキンソンデバイダは、電力合成する
と共に入力端子間のアイソレーションがとれている回路
素子であり、この発明の合成器として好適である。合成
器の２入力端子間においてアイソレーションがとれてい
ることにより、平均電力増幅器の出力端インピーダンン
スはピーク電力増幅器の動作状態に依存することなく安
定する。同様に、ピーク電力増幅器の出力端インピーダ
ンンスは平均電力増幅器の動作状態に依存することなく
安定する。
【図１】実施例を説明する図。
【図２】実施例の入出力電力特性を示す図。
【図３】実施例の出力電力付加効率特性を示す図。
【図４】１／４波長形インピーダンス変換器を示す図。
【図５】スタブ形インピーダンス変換器を示す図。
【図６】従来例を説明する図。
【図７】他の従来例を説明する図。
１１ 分配器 ２１ 平均電力
増幅器 ２２ 入力側整合回路 ２３ 出力側整
合回路 ２４ インピーダンス変換器 ３１ ピーク電
力増幅器 ３２ 入力側整合回路 ３３ 出力側整
合回路 ３４ インピーダンス変換器 ４１ 合成器 ４１’ドハティネットワーク
増幅器 ２２ 入力側整合回路 ２３ 出力側整
合回路 ２４ インピーダンス変換器 ３１ ピーク電
力増幅器 ３２ 入力側整合回路 ３３ 出力側整
合回路 ３４ インピーダンス変換器 ４１ 合成器 ４１’ドハティネットワーク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5J069 AA01 AA21 AA41 CA36 CA75
FA20 HA09 HA24 KA29 KA68
KC06 KC07 TA01 TA02
5J092 AA01 AA21 AA41 CA36 CA75
FA20 HA09 HA24 KA29 KA68
TA01 TA02
5J500 AA01 AA21 AA41 AC36 AC75
AF20 AH09 AH24 AK29 AK68
AT01 AT02 CK06 CK07
Claims (11)
- 【請求項１】 増幅器入力信号を２分配する分配器を具
備し、 ２分配された増幅器入力信号のそれぞれを各別に増幅す
る２個の増幅器を具備し、 ２個の増幅器それぞれの出力端に出力側整合回路を介し
て接続するインピーダンス変換器を具備し、 両インピーダンス変換器の出力端に接続して増幅器の増
幅出力を入力合成する合成器を具備することを特徴とす
る高効率増幅器。 - 【請求項２】 請求項１に記載される高効率増幅器にお
いて、 ２個の増幅器をＧａＡｓ−ＦＥＴその他の半導体素子に
より構成したことを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項３】 請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 ２個の増幅器の入力側のバイアス電圧を相異なる電圧に
設定したことを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項４】 請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 ２個の増幅器の出力側のバイアス電圧を相異なる電圧に
設定したことを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項５】 請求項１および請求項２の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 ２個の増幅器出力側のバイアス電圧を同一の電圧に設定
したことを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 インピーダンス変換器は１／４波長マイクロストリップ
ラインにより構成したこと特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項６の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 インピーダンス変換器はマイクロストリップライン上の
スタブにより構成したことを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 合成器はウイルキンソンデバイダより成ることを特徴と
する高効率増幅器。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項７の内の何れかに
記載される高効率増幅器において、 合成器は不均等電力合成器より成ることを特徴とする高
効率増幅器。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９の内の何れか
に記載される高効率増幅器において、 ２個の増幅器は平均電力増幅器とピーク電力増幅器より
成ることを特徴とする高効率増幅器。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載される高効率増幅器
において、 平均電力増幅器の出力側整合回路とピーク電力増幅器の
出力側整合回路の出力側に高調波フィルタを付加するこ
とを特徴とする高効率増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001380442A JP4183941B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 高効率増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001380442A JP4183941B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 高効率増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188651A true JP2003188651A (ja) | 2003-07-04 |
| JP4183941B2 JP4183941B2 (ja) | 2008-11-19 |
Family
ID=27591502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001380442A Expired - Fee Related JP4183941B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 高効率増幅器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4183941B2 (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2006126559A1 (ja) * | 2005-05-23 | 2006-11-30 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 増幅装置 |
| JP2006332829A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 増幅器 |
| WO2007015462A1 (ja) * | 2005-08-01 | 2007-02-08 | Mitsubishi Electric Corporation | 高効率増幅器 |
| WO2008136080A1 (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-13 | Fujitsu Limited | 増幅装置 |
| KR100870866B1 (ko) | 2006-06-23 | 2008-11-27 | 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 | 멀티밴드 도허티 증폭기 |
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| JP2009273134A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Cree Inc | 先進的電力生成増幅器 |
| CN109274343A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-25 | 华南理工大学 | 一种具有能量可叠加的功率放大器 |
| WO2019207700A1 (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 増幅器 |
| JP7531730B1 (ja) | 2023-06-15 | 2024-08-09 | 三菱電機株式会社 | バランス型増幅器 |
-
2001
- 2001-12-13 JP JP2001380442A patent/JP4183941B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| CN101151798B (zh) * | 2005-05-23 | 2010-05-19 | 株式会社日立国际电气 | 放大装置 |
| US7714648B2 (en) | 2005-05-23 | 2010-05-11 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Amplifying system |
| JP2006332829A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 増幅器 |
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| KR100870866B1 (ko) | 2006-06-23 | 2008-11-27 | 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 | 멀티밴드 도허티 증폭기 |
| WO2008136080A1 (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-13 | Fujitsu Limited | 増幅装置 |
| JPWO2008136080A1 (ja) * | 2007-04-20 | 2010-07-29 | 富士通株式会社 | 増幅装置及びドハティ増幅回路の制御方法 |
| US7786797B2 (en) | 2007-04-20 | 2010-08-31 | Fujitsu Limited | Amplifying apparatus |
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| JP2009153193A (ja) * | 2009-03-06 | 2009-07-09 | Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd | 電力合成形増幅器 |
| WO2019207700A1 (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 増幅器 |
| JPWO2019207700A1 (ja) * | 2018-04-26 | 2020-10-01 | 三菱電機株式会社 | 増幅器 |
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| CN109274343B (zh) * | 2018-11-09 | 2024-05-31 | 华南理工大学 | 一种具有能量可叠加的功率放大器 |
| JP7531730B1 (ja) | 2023-06-15 | 2024-08-09 | 三菱電機株式会社 | バランス型増幅器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4183941B2 (ja) | 2008-11-19 |
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