JP2005057703A - Linear power amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear power amplifier capable of controlling output power within a continuous power range in the case of a constant amplitude signal and performing linear amplification with high efficiency in the case of a non-constant amplitude signal. <P>SOLUTION: This linear power amplifier comprises N (N is an integer is two or more) parallel amplitude adjusters for adjusting the amplitude of an input signal of the linear power amplifier; at least N power amplifying units for respectively amplifying signals from the respective amplitude adjusters; a power synthesizer for synthesizing respective signals from the power amplifying units and outputting an output signal of the linear power amplifier; and a controller for selecting a power amplifying unit to be operated among the N power amplifying units to operate the selected power amplifying unit so as to make the amplitude of the output signal to be a substantially continuous function to the amplitude of the input signal and controlling the amplitude adjusters. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、線形電力増幅器に関し、特に連続的な電力範囲で出力電力を制御できる線形電力増幅器に関し、またそのような線形電力増幅器を用いた無線送信機に関する。   The present invention relates to a linear power amplifier, and more particularly to a linear power amplifier capable of controlling output power in a continuous power range, and to a radio transmitter using such a linear power amplifier.

従来、高効率の増幅を行うために複数個の電力増幅ユニットを並列に用いて線形電力増幅器を構成する技術が知られている(非特許文献1)。   Conventionally, a technique is known in which a linear power amplifier is configured using a plurality of power amplification units in parallel in order to perform high-efficiency amplification (Non-patent Document 1).

図5に線形電力増幅器の基本構成の従来例を示す。この従来の線形電力増幅器は複数のF級増幅回路によって構成されている。各F級増幅回路は、電界効果トランジスタ(Filed
Effect Transistor, FETともいう)と、FETのドレインに接続されるλ/4伝送線と、キャパシターCと、同調回路と、負荷と、電圧Vddからの直流電源をFETに接続するためのRFチョークコイル(RFCともいう)と、FETに必要な信号入力レベルを供給するドライバーとから構成されている。各F級増幅回路のλ/4伝送線を出力側で結線することにより、送信出力信号は複数のF級増幅回路からの出力信号の合成となる。
FIG. 5 shows a conventional example of the basic configuration of a linear power amplifier. This conventional linear power amplifier is composed of a plurality of class F amplifier circuits. Each class F amplifier circuit is a field effect transistor (Filed
Effect transistor, also called FET), λ / 4 transmission line connected to FET drain, capacitor C, tuning circuit, load, and RF choke coil for connecting DC power from voltage Vdd to FET (Also referred to as RFC) and a driver that supplies the necessary signal input level to the FET. By connecting the λ / 4 transmission line of each class F amplifier circuit on the output side, the transmission output signal is a combination of output signals from a plurality of class F amplifier circuits.

また、ドライバーの出力をオフにすることにより対応するF級増幅回路の動作を停止させることができる。   Also, the operation of the corresponding class F amplifier circuit can be stopped by turning off the driver output.

各F級増幅回路は、一般的に図6に示すような入出力電力特性(入出力特性ともいう)、及び電源効率(すなわち出力信号の電力と電源の供給する直流電力との比、以下、単に効率という。)対入力電力特性を有する。出力電力が飽和出力電力Ps付近(或いは入力電力が飽和入力電力付近)にあるときには、高い効率が得られるが、入出力特性は強い非線形性となってしまう。また、入出力電力の小さい領域では、入出力特性は良い線形性を示すが、効率が著しく低下してしまう。   Each class F amplifier circuit generally has input / output power characteristics (also referred to as input / output characteristics) as shown in FIG. 6 and power supply efficiency (that is, the ratio between the power of the output signal and the DC power supplied by the power supply, Simply referred to as efficiency). When the output power is in the vicinity of the saturated output power Ps (or the input power is in the vicinity of the saturated input power), high efficiency can be obtained, but the input / output characteristics are strongly nonlinear. In the region where the input / output power is small, the input / output characteristics show good linearity, but the efficiency is significantly reduced.

図5に示した従来の構成は、主に定振幅(振幅一定)の送信入力信号の増幅に用いられるため、入出力特性の非線形性があってもそれほど問題とならない。そのため、各F級増幅回路を飽和出力の状態で動作させることにより、高効率を得ることができる。図5の従来の構成では、動作するF級増幅回路の数を制御することにより複数の送信出力信号の電力レベルを得ることができる。すなわち送信電力制御を行うことができる。なお、異なる送信電力レベルにおいても高効率である。   Since the conventional configuration shown in FIG. 5 is mainly used for amplification of a transmission input signal having a constant amplitude (constant amplitude), even if there is nonlinearity of input / output characteristics, there is no problem. Therefore, high efficiency can be obtained by operating each class F amplifier circuit in a saturated output state. In the conventional configuration of FIG. 5, the power level of a plurality of transmission output signals can be obtained by controlling the number of class F amplifier circuits that operate. That is, transmission power control can be performed. It is highly efficient even at different transmission power levels.

また、無線送信機の送信周波数変化による合成出力信号の相互変調歪みの悪化を防止するために、並置トランジスタ電力増幅器の前段の可変減衰器の減衰量を制御して、2つのトランジスタ電力増幅回路の動作状態に大きな差異が生じないようにした従来技術も知られている(特許文献1)。
Alireza Shirvani, David K. Su, and Bruce A. Wooley,"A CMOS RFPower Amplifier With Parallel Amplificationfor Efficient Power Control, "IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS. VOL.37,NO.6,JUNE 2002. 特開2001−237651号公報
In addition, in order to prevent the intermodulation distortion of the composite output signal from deteriorating due to a change in the transmission frequency of the wireless transmitter, the attenuation amount of the variable attenuator in the previous stage of the juxtaposed transistor power amplifier is controlled to There is also known a conventional technique in which a large difference is not generated in the operation state (Patent Document 1).
Alireza Shirvani, David K. Su, and Bruce A. Wooley, "A CMOS RFPower Amplifier With Parallel Amplification for Efficient Power Control," IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS. VOL.37, NO.6, JUNE 2002. JP 2001-237651 A

図5に示した従来の構成では、定振幅信号の高効率増幅及び送信電力制御には好適である。しかしながら、定振幅信号の場合の送信電力制御は電力レベルが離散的であって、連続的な出力電力レベルが得られないという問題があった。   The conventional configuration shown in FIG. 5 is suitable for high-efficiency amplification and transmission power control of a constant amplitude signal. However, the transmission power control in the case of a constant amplitude signal has a problem that the power level is discrete and a continuous output power level cannot be obtained.

また、この従来の構成を用いて非定振幅信号(振幅非一定信号)の電力増幅を行う場合には、各F級増幅回路の強い非線形性によって送信出力信号において大きな歪が発生してしまうという問題もあった。   In addition, when power amplification of non-constant amplitude signals (amplitude non-constant signals) is performed using this conventional configuration, a large distortion occurs in the transmission output signal due to the strong nonlinearity of each class F amplifier circuit. There was also a problem.

さらに、非定振幅信号の送信出力信号の電力制御(すなわちその平均電力の制御)を行う場合でも、得られる平均電力レベルは離散的であって、連続的な平均電力レベルが得られないという問題があった。   Furthermore, even when power control of the transmission output signal of a non-constant amplitude signal (that is, control of the average power) is performed, the obtained average power level is discrete and a continuous average power level cannot be obtained. was there.

そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、定振幅信号の場合には連続的な電力範囲で出力電力を制御でき、一方、非定振幅信号の場合には高効率の線形増幅ができる線形電力増幅器を提供することを目的とし、また、連続的な電力範囲で平均出力電力を制御できる線形電力増幅器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above points. In the case of a constant amplitude signal, the output power can be controlled in a continuous power range. On the other hand, in the case of a non-constant amplitude signal, a highly efficient linearity is achieved. It is an object of the present invention to provide a linear power amplifier capable of amplification, and to provide a linear power amplifier capable of controlling average output power in a continuous power range.

上記の目的を達成するための本発明の一特徴に従った、線形電力増幅器は、当該線形電力増幅器の入力信号の振幅を調整するN(Nは2以上の整数)個の並列的な振幅調整器;各振幅調整器からの信号をそれぞれ増幅する少なくともN個の電力増幅ユニット;電力増幅ユニットからの各信号を合成し、当該線形電力増幅器の出力信号として出力する電力合成器;出力信号の振幅が入力信号の振幅に対して実質的に連続的な関数になるように、N個の電力増幅ユニットから動作すべき電力増幅ユニットを選択して動作させ、かつ振幅調整器を制御する制御器;から構成される。   According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a linear power amplifier has N (N is an integer of 2 or more) parallel amplitude adjustments for adjusting the amplitude of an input signal of the linear power amplifier. A power combiner that synthesizes each signal from the power amplifier unit and outputs it as an output signal of the linear power amplifier; amplitude of the output signal; A controller that selects and operates the power amplifier unit to be operated from the N power amplifier units and controls the amplitude regulator such that is a substantially continuous function with respect to the amplitude of the input signal; Consists of

制御器は、入力信号の振幅に応じて、電力増幅ユニットを選択し、かつ振幅調整器を制御することができる。   The controller can select the power amplification unit and control the amplitude adjuster according to the amplitude of the input signal.

制御器は、出力信号の振幅と入力信号の振幅が線形関係になるように、N個の電力増幅ユニットから動作すべき電力増幅ユニットを選択して動作させ、かつ振幅調整器を制御することができる。   The controller can select and operate the power amplification unit to be operated from the N power amplification units so that the amplitude of the output signal and the amplitude of the input signal have a linear relationship, and can control the amplitude adjuster. it can.

N個の電力増幅ユニットの各々の最大出力電力が実質的に等しくされてもよい。   The maximum output power of each of the N power amplification units may be substantially equal.

制御器は、電力が(r-1)PsからrPs(Psは電力増幅ユニットの最大出力電力、rは1からNまでの整数)までの範囲内にある出力信号を出力させる場合において、N個の電力増幅ユニットのうちr個の電力増幅ユニットを動作させ、かつこれらの動作する電力増幅ユニットに対応する振幅調整器を制御することにより、これらの動作する電力増幅ユニットのそれぞれを[(r-1)/r]PsからPsまでの範囲で同様の電力を出力させることもできる。   The controller outputs N output signals when the output signal is in the range from (r-1) Ps to rPs (Ps is the maximum output power of the power amplification unit, r is an integer from 1 to N). By operating r power amplifying units of the power amplifying units and controlling the amplitude adjusters corresponding to these operating power amplifying units, each of these operating power amplifying units [[r− 1) / r] Similar power can be output in the range from Ps to Ps.

N個の電力増幅ユニットにおいて、i (i=2,...,N)番目の電力増幅ユニットの最大出力電力は(i-1)番目の電力増幅ユニットの最大出力電力の2倍にしてもよい。   In N power amplification units, the maximum output power of the i (i = 2,..., N) th power amplification unit is set to be twice the maximum output power of the (i-1) th power amplification unit. Good.

制御器は、電力が(r-1)PsからrPs(Psは1番目の電力増幅ユニットの最大出力電力、rは1から(2N-1)までの整数)までの範囲にある出力信号を出力させる場合において、rをN桁の2進数で表したときにこの2進数において1になる各桁の番号(但しそのLSBを1桁目、MSBをN桁目とする)に対応する電力増幅ユニットを動作させ、かつこれらの動作する電力増幅ユニットに対応する振幅調整器を制御することにより、これらの動作する電力増幅ユニットのそれぞれを[(r-1)/r]2(i-1)Psから2(i-1)Ps (iは動作する電力増幅ユニットの番号)までの範囲で電力を出力させてもよい。 The controller outputs output signals whose power ranges from (r-1) Ps to rPs (Ps is the maximum output power of the first power amplification unit, r is an integer from 1 to (2 N -1)). When outputting, power amplification corresponding to the number of each digit that becomes 1 in this binary number when r is expressed as an N-digit binary number (however, the LSB is the first digit and the MSB is the N digit) By operating the units and controlling the amplitude adjusters corresponding to these operating power amplification units, each of these operating power amplification units is [(r-1) / r] 2 (i-1) The power may be output in the range from Ps to 2 (i-1) Ps (i is the number of the operating power amplification unit).

制御器は、振幅調整器を制御することによりさらに出力信号の電力制御を行ってもよい。   The controller may further control the power of the output signal by controlling the amplitude adjuster.

入力信号は電力制御用振幅調整器を通して各振幅調整器へ供給するようにしてもよい。   The input signal may be supplied to each amplitude adjuster through the power control amplitude adjuster.

本発明に従った線形電力増幅器によれば、出力電力を入力電力に対して連続的な関数とすることができ、その結果、定振幅信号の送信電力制御を連続的な電力範囲でかつ高効率で行うことができる。   According to the linear power amplifier according to the present invention, the output power can be a continuous function with respect to the input power. As a result, the transmission power control of the constant amplitude signal can be performed in a continuous power range and with high efficiency. Can be done.

また、各電力増幅ユニットの入出力特性の非線形を補償して等価線形増幅器を構成し、かつ入力信号の瞬時電力に応じて等価線形増幅器を組み合わせることによって、線形かつ高効率の電力増幅器を構成することができる。それにより、非定振幅の送信入力信号に対しても、高効率かつ線形的な増幅を達成できる。さらに、N個の電力増幅ユニットを用いた場合において、Nを大きくすることにより、高効率でかつ増幅可能入出力電力レンジを拡大することもできる。この特徴は、ピーク対平均電力の大きな非定振幅信号を増幅する場合に特に有利である。さらに、この場合に、入力信号の平均電力を調整することにより出力信号の平均電力を連続的に制御することができる。   Further, an equivalent linear amplifier is configured by compensating for nonlinearity of input / output characteristics of each power amplification unit, and a linear and high-efficiency power amplifier is configured by combining the equivalent linear amplifiers according to the instantaneous power of the input signal. be able to. Thereby, high-efficiency and linear amplification can be achieved even for non-constant amplitude transmission input signals. Further, when N power amplification units are used, by increasing N, it is possible to expand the input / output power range that can be amplified with high efficiency. This feature is particularly advantageous when a non-constant amplitude signal with a large peak-to-average power is amplified. Further, in this case, the average power of the output signal can be continuously controlled by adjusting the average power of the input signal.

本発明は、特に無線通信送信機内の線形電力増幅器に適用可能であるが、これに限られず、他の用途の線形電力増幅器にも適用可能である。   The present invention is particularly applicable to a linear power amplifier in a wireless communication transmitter, but is not limited thereto, and can be applied to a linear power amplifier for other uses.

図1に本発明の実施例1に従った線形電力増幅器1を示す。線形電力増幅器1は、N(Nは2以上の整数)個の電力増幅ユニット12,N個の振幅調整器13,電力合成器14,制御器15から構成されている。本実施例において、送信入力信号10の電力が各振幅調整器13により調整され、調整後の電力が各電力増幅ユニット12に供給される。制御器15は、各振幅調整器13の電力調整係数を制御し、かつ、電力増幅ユニット12のオン/オフの制御を行う。電力合成器14は、動作している(すなわちオンになっている)各電力増幅ユニット12からの出力信号をほぼ電力和となるように合成して、送信出力信号11として出力する。   FIG. 1 shows a linear power amplifier 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The linear power amplifier 1 includes N (N is an integer of 2 or more) power amplification units 12, N amplitude adjusters 13, a power combiner 14, and a controller 15. In this embodiment, the power of the transmission input signal 10 is adjusted by each amplitude adjuster 13, and the adjusted power is supplied to each power amplification unit 12. The controller 15 controls the power adjustment coefficient of each amplitude adjuster 13 and controls on / off of the power amplification unit 12. The power combiner 14 combines the output signals from the operating power amplification units 12 (that is, turned on) so as to be approximately the sum of the power, and outputs the resultant as the transmission output signal 11.

電力増幅ユニット12は、例えばFET等の増幅素子を用いた増幅回路であってよい。その入出力特性及び効率特性は、一般的に図6に示したF級増幅器の特性と類似している。電力増幅ユニット12の飽和出力電力をPsとすれば、出力がその飽和電力Psに近いほど高効率となる。   The power amplification unit 12 may be an amplification circuit using an amplification element such as an FET. The input / output characteristics and efficiency characteristics are generally similar to the characteristics of the class F amplifier shown in FIG. If the saturation output power of the power amplifying unit 12 is Ps, the efficiency becomes higher as the output is closer to the saturation power Ps.

制御器15は、マイクロプロセッサを含む回路であってよく、送信入力信号10からの情報をもとに、他の回路素子を制御することができる。   The controller 15 may be a circuit including a microprocessor, and can control other circuit elements based on information from the transmission input signal 10.

振幅調整器13は、公知のいかなる調整器であってよく、制御器15からの制御信号に応答して、送信入力信号の振幅を調整する。   The amplitude adjuster 13 may be any known adjuster, and adjusts the amplitude of the transmission input signal in response to a control signal from the controller 15.

制御器15は、送信出力信号11の振幅が送信入力信号10の振幅に対して連続関数となるように、N個の電力増幅ユニット12のオン/オフ制御、及び振幅調整器13の電力調整係数を制御する。この制御について、一般性を失うことなくN=2の場合において図7を参照して説明する。   The controller 15 controls the ON / OFF of the N power amplification units 12 and the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13 so that the amplitude of the transmission output signal 11 becomes a continuous function with respect to the amplitude of the transmission input signal 10. To control. This control will be described with reference to FIG. 7 in the case of N = 2 without losing generality.

図7に示すグラフにおいて、曲線a, bはそれぞれ、電力増幅ユニット12-1及び12-2の入出力特性を表す。送信入力信号10の電力と所望の送信出力信号11の電力との関係を例えば曲線cとする。この場合、2個の電力増幅ユニット12-1及び12-2の飽和出力電力をそれぞれPs1,
Ps2(Ps1<Ps2)とし、それぞれに対応する入力電力をPa, Pbとし、かつ送信入力信号10の電力をxとする。
In the graph shown in FIG. 7, curves a and b represent input / output characteristics of the power amplification units 12-1 and 12-2, respectively. A relationship between the power of the transmission input signal 10 and the power of the desired transmission output signal 11 is, for example, a curve c. In this case, the saturation output powers of the two power amplification units 12-1 and 12-2 are respectively expressed as Ps 1 ,
Assume that Ps 2 (Ps 1 <Ps 2 ), input powers corresponding to them are Pa and Pb, and power of the transmission input signal 10 is x.

予め定めた入力電力レベルP1,
P2及びP3に関して、送信入力信号電力xがx≦P1の範囲にある場合には、電力増幅ユニット12-1のみが選択される。そして振幅調整器13-1の電力調整係数を調整することによって、xが0〜P1まで変化するときに電力増幅ユニット12-1への入力が0〜Paまで変化するようにする。これにより、電力増幅器12-1が0〜Ps1までの電力を出力することになる。
A predetermined input power level P 1 ,
Regarding P 2 and P 3 , when the transmission input signal power x is in the range of x ≦ P 1 , only the power amplification unit 12-1 is selected. And by adjusting the power adjustment factor of the amplitude adjuster 13-1, the input to the power amplifier unit 12-1 when x is changed to 0 to P 1 is to vary to 0~Pa. Thereby, the power amplifier 12-1 outputs a power up 0~Ps 1.

次に、送信入力信号電力xがP1<x≦P2の範囲にある場合には、電力増幅ユニット12-2のみが選択される。そして振幅調整器13-2の電力調整係数を調整することによって、xがP1〜P2まで変化するときに電力増幅ユニット12-2の出力がPs1〜Ps2の電力を出力するように調整する。 Next, when the transmission input signal power x is in the range of P 1 <x ≦ P 2 , only the power amplification unit 12-2 is selected. Then, by adjusting the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13-2, the output of the power amplification unit 12-2 outputs the power of Ps 1 to Ps 2 when x changes from P 1 to P 2. adjust.

さらに、送信入力信号電力xがP2<x≦P3の範囲にある場合には、電力増幅ユニット12-1と12-2がともに選択され、振幅調整器13-1と13-2をともに調整することによって、xがP2〜P3まで変化するときに電力増幅器12-1と12-2の出力電力の和がPs2〜Ps1+Ps2になるように調整する。 Further, when the transmission input signal power x is in the range of P 2 <x ≦ P 3 , both the power amplification units 12-1 and 12-2 are selected, and both the amplitude adjusters 13-1 and 13-2 are connected. by adjusting, x is from the sum of the output power of the power amplifier 12-1 and 12-2 is adjusted to Ps 2 ~Ps 1 + Ps 2 when varying from P 2 to P 3.

これにより、送信出力信号11の電力が0から(Ps1+Ps2)の範囲において、図7の曲線で示すように連続的な入出力特性が得られる。なお、送信入力信号電力xがP1以上の範囲において、電力増幅ユニット12-1及び12-2のそれぞれを飽和出力電力に近い領域内で動作させることが可能であるため、高効率を得ることが可能である。 Thus, continuous input / output characteristics are obtained as shown by the curve in FIG. 7 when the power of the transmission output signal 11 is in the range of 0 to (Ps 1 + Ps 2 ). In addition, in the range where the transmission input signal power x is P 1 or more, each of the power amplification units 12-1 and 12-2 can be operated in a region close to the saturation output power, so that high efficiency can be obtained. Is possible.

一般的に、図1に示す本実施例の構成では、出力電力が0からΣPsi (Psiは各電力増幅ユニット12-iの飽和出力電力)までの範囲で連続的な入出力特性を実現することができる。また、送信入力信号電力xがPs1(仮にPs1<Psi, i=2, 3,...,N)以上の電力の範囲で高効率を得ることが可能である。なお、入出力電力特性が連続関数になる場合、入出力振幅特性も連続関数になる。
In general, the configuration of this embodiment shown in FIG. 1 realizes continuous input / output characteristics in the range from 0 to ΣPs i (Ps i is the saturated output power of each power amplification unit 12-i). can do. Further, high efficiency can be obtained in a power range where the transmission input signal power x is Ps 1 (assuming Ps 1 <Ps i , i = 2, 3,..., N). When the input / output power characteristic is a continuous function, the input / output amplitude characteristic is also a continuous function.

図2に本発明の実施例2に従った線形電力増幅器2を示す。線形電力増幅器2は線形電力増幅器1と類似するが、線形電力増幅器2においては、振幅調整器13と電力増幅ユニット12との間に、電力増幅ユニット12の非線形性を補償するためのプリディストータ(Pre-distorter,
PDともいう)16が挿入されている。各PD16と各電力増幅ユニット12はN個の等価線形増幅器17を形成する。各等価線形増幅器17は等しい利得値Gを有する。図8に各等価線形増幅器17の入出力特性(曲線a)及びその基礎となる電力増幅ユニット12の入出力特性(曲線b)を示す。電力増幅ユニット12の飽和出力電力をPsとすれば、等価線形増幅器17は0〜Psまでの出力範囲で直線的な入出力特性を持つことができる。また、等価線形増幅器17の効率は、特定の出力電力(例えば図8におけるP0)において、電力増幅ユニット12の効率に等しい。このため、等価線形増幅器17の効率は、出力がその最大出力電力Psに近いほど高効率となる。
FIG. 2 shows a linear power amplifier 2 according to the second embodiment of the present invention. The linear power amplifier 2 is similar to the linear power amplifier 1, but in the linear power amplifier 2, a predistorter for compensating the nonlinearity of the power amplification unit 12 between the amplitude adjuster 13 and the power amplification unit 12. (Pre-distorter,
16 is also inserted. Each PD 16 and each power amplification unit 12 form N equivalent linear amplifiers 17. Each equivalent linear amplifier 17 has an equal gain value G. FIG. 8 shows the input / output characteristics (curve a) of each equivalent linear amplifier 17 and the input / output characteristics (curve b) of the power amplification unit 12 serving as the basis thereof. If the saturation output power of the power amplification unit 12 is Ps, the equivalent linear amplifier 17 can have a linear input / output characteristic in the output range from 0 to Ps. Further, the efficiency of the equivalent linear amplifier 17 is equal to the efficiency of the power amplification unit 12 at a specific output power (for example, P0 in FIG. 8). For this reason, the efficiency of the equivalent linear amplifier 17 becomes higher as the output approaches the maximum output power Ps.

制御器15は、N個の電力増幅ユニット12のオン/オフ制御(すなわち等価増幅器17のオン/オフ制御)をし、かつ振幅調整器13の電力調整係数を適切に制御する。この制御について、一般性を失うことなくN=2の場合において図9を参照して説明する。   The controller 15 performs ON / OFF control of the N power amplification units 12 (that is, ON / OFF control of the equivalent amplifier 17), and appropriately controls the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13. This control will be described with reference to FIG. 9 in the case of N = 2 without losing generality.

2個の等価線形増幅器17-1及び17-2の最大出力電力をPs1,
Ps2(Ps1 <Ps2)とし、送信入力信号10の電力をxがx≦(Ps1/G)の範囲にある場合には、等価線形増幅器17-1のみが選択される。そして振幅調整器13-1の電力調整係数を1に設定する。これにより送信出力信号11の電力はGxとなる。
The maximum output power of the two equivalent linear amplifiers 17-1 and 17-2 is expressed as Ps 1 ,
When Ps 2 (Ps 1 <Ps 2 ) is set and the power of the transmission input signal 10 is in the range of x ≦ (Ps 1 / G), only the equivalent linear amplifier 17-1 is selected. Then, the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13-1 is set to 1. As a result, the power of the transmission output signal 11 becomes Gx.

次に、送信入力信号電力xが(Ps1/G)<x≦(Ps2/G)の範囲にある場合には、等価線形増幅器17-2のみが選択される。そして振幅調整器13-2の電力調整係数を1に設定する。このときの送信出力信号11の電力もGxとなる。 Next, when the transmission input signal power x is in the range of (Ps 1 / G) <x ≦ (Ps 2 / G), only the equivalent linear amplifier 17-2 is selected. Then, the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13-2 is set to 1. The power of the transmission output signal 11 at this time is also Gx.

さらに、送信入力信号電力xが(Ps2/G)<x≦[(Ps1+Ps2)/G]の範囲にある場合には、等価線形増幅器17-1と17-2がともに選択されて動作し、振幅調整器13-1,13-2の電力調整係数をそれぞれPs1/(Ps1+Ps2)、Ps2/(Ps1+Ps2)に設定する。その結果、送信出力信号11の電力はG[Ps1/(Ps1+Ps2)]x+G[Ps2/(Ps1+Ps2)]x=Gxとなる。従って、送信出力信号11が0から(Ps1+Ps2)の範囲において線形的な入出力特性が保たれる。なお送信入力信号電力xがPs1/G以上になる場合において、等価線形増幅器17-1及び17-2はそれぞれの最大出力電力に近い領域内で動作するため高効率である。 Furthermore, when the transmission input signal power x is in the range of (Ps 2 / G) <x ≦ [(Ps 1 + Ps 2 ) / G], both equivalent linear amplifiers 17-1 and 17-2 are selected. The power adjustment coefficients of the amplitude adjusters 13-1 and 13-2 are set to Ps 1 / (Ps 1 + Ps 2 ) and Ps 2 / (Ps 1 + Ps 2 ), respectively. As a result, the power of the transmission output signal 11 is G [Ps 1 / (Ps 1 + Ps 2 )] x + G [Ps 2 / (Ps 1 + Ps 2 )] x = Gx. Therefore, linear input / output characteristics are maintained in the range of the transmission output signal 11 from 0 to (Ps 1 + Ps 2 ). When the transmission input signal power x is equal to or higher than Ps 1 / G, the equivalent linear amplifiers 17-1 and 17-2 are highly efficient because they operate in regions close to their maximum output power.

一般的に、図2に示す本実施例の構成では、出力電力が0からΣPsi (Psiは各等価線形増幅器17-iの飽和出力電力)までの範囲で連続的な入出力特性を実現することができる。また、送信入力信号電力xがPs1/G(仮にPs1<Psi, i=2, 3,...,N)以上の電力の範囲で高効率を得ることが可能である。 In general, the configuration of this embodiment shown in FIG. 2 realizes continuous input / output characteristics in the range of output power from 0 to ΣPs i (Ps i is the saturated output power of each equivalent linear amplifier 17-i). can do. Further, it is possible to obtain high efficiency in a power range where the transmission input signal power x is Ps 1 / G (assuming Ps 1 <Ps i , i = 2, 3,..., N).

一方、送信入力信号10が非定振幅信号である場合、制御器15は、送信入力信号10の瞬時電力に応じて上記のように等価線形増幅器17の選択と振幅制御器13の制御を行うことにより、線形増幅を達成することができる.   On the other hand, when the transmission input signal 10 is a non-constant amplitude signal, the controller 15 selects the equivalent linear amplifier 17 and controls the amplitude controller 13 as described above according to the instantaneous power of the transmission input signal 10. Can achieve linear amplification.

図3に本発明の実施例3に従った線形電力増幅器3を示す。線形電力増幅器3は線形増幅器2と類似するが、線形増幅器3においては、電力増幅ユニット12の非線形性を補償するためのPD16の機能が振幅調整器13により実行される点で異なる。本実施例での振幅調整器13の電力調整量は、電力増幅ユニット12の非線形性を補償した等価線形増幅器19を構成するようにするための第1調整量と、送信入力信号10の電力を等価線形増幅器19の入力範囲内に調整するための第2調整量の2部分からなる。   FIG. 3 shows a linear power amplifier 3 according to a third embodiment of the present invention. The linear power amplifier 3 is similar to the linear amplifier 2 except that the function of the PD 16 for compensating the nonlinearity of the power amplification unit 12 is executed by the amplitude adjuster 13. In the present embodiment, the power adjustment amount of the amplitude adjuster 13 includes the first adjustment amount for constituting the equivalent linear amplifier 19 in which the nonlinearity of the power amplification unit 12 is compensated, and the power of the transmission input signal 10. It consists of two parts of the second adjustment amount for adjustment within the input range of the equivalent linear amplifier 19.

各振幅調整器13は先ず、利得がG、最大出力がPsの等価線形増幅器19が形成されているとし、図2に示した実施例2と同様の方法で第2調整量を設定する。この第2調整量により調整された後の送信入力信号10の電力を図10においてx1とする。次にx1に対応する所望の出力電力11はGx1であるため、調整器13は電力増幅ユニット12がGx1を出力するように、x1をさらにx2に調整する。振幅調整器13のトータルの電力調整量は第1調整量と第2調整量との積となる。 Each amplitude adjuster 13 first sets an equivalent linear amplifier 19 having a gain of G and a maximum output of Ps, and sets the second adjustment amount by the same method as in the second embodiment shown in FIG. The power of the transmission input signal 10 after being adjusted by the second adjustment amount is set to x 1 in FIG. 10. Next, since the desired output power 11 corresponding to x 1 is Gx 1 , the regulator 13 further adjusts x 1 to x 2 so that the power amplification unit 12 outputs Gx 1 . The total power adjustment amount of the amplitude adjuster 13 is the product of the first adjustment amount and the second adjustment amount.

図2または図3に示す構成において、各等価線形増幅器17,19の最大出力電力を等しく設定することもできる。この場合において、制御器15は、以下の通りに電力増幅ユニット12及び振幅調整器13を制御することができる。すなわち、各等価線形増幅器17、19の最大出力電力をPsとし、rを1からNまでの整数とする。送信入力信号10の電力xが[(r-1)Ps/G]<x≦(rPs/G)にあるときに、r個の電力増幅ユニット12を選択し、それぞれに対応する振幅調整器13の電力制御係数を1/rに設定する。これにより、各々の動作する等価線形増幅器17,19がG(1/r)xの電力を出力するため、送信出力信号11の電力はGxとなる。   In the configuration shown in FIG. 2 or FIG. 3, the maximum output power of each of the equivalent linear amplifiers 17 and 19 can be set equal. In this case, the controller 15 can control the power amplification unit 12 and the amplitude adjuster 13 as follows. That is, the maximum output power of each of the equivalent linear amplifiers 17 and 19 is Ps, and r is an integer from 1 to N. When the power x of the transmission input signal 10 is [(r−1) Ps / G] <x ≦ (rPs / G), r power amplification units 12 are selected, and the amplitude adjusters 13 corresponding to each of the power amplification units 12 are selected. Set the power control coefficient to 1 / r. As a result, each of the operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 outputs G (1 / r) x power, so that the power of the transmission output signal 11 becomes Gx.

なお上記のxの範囲において、各々の動作する等価線形増幅器17、19の出力電力は[Ps(r-1)/r]からPsの範囲にある。r=1の場合以外(すなわちxがPs/G以上)では、各々の動作する等価線形増幅器17,19は最大出力電力に近い領域内で動作するため高効率である。この高効率で増幅できる入出力電力の範囲は10log(N)(dB)である。   Note that, in the range of x described above, the output power of each of the operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 is in the range of [Ps (r−1) / r] to Ps. Except when r = 1 (that is, x is equal to or greater than Ps / G), each of the operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 operates in a region close to the maximum output power and is highly efficient. The range of input / output power that can be amplified with high efficiency is 10 log (N) (dB).

図2または図3に示す構成において、各等価線形増幅器17,19のi(i=1, 2,...,N)番目の最大出力電力を2(i-1)Psに設定することができる。この場合において、制御器15は、以下の通りに電力増幅ユニット12及び振幅調整器13を制御することができる。すなわち、rを1から(2N−1)までの整数とすると、送信入力信号10の電力xが[(r-1)Ps/G]<x≦(rPs/G)にあるときに、rをN桁の2進数で表し、この2進数において1になる各桁の番号(但しそのLSBは1桁目、MSBはN桁目とする)に対応する等価線形増幅器17,19を動作させる。そしてi番目の動作する等価線形増幅器17,19に対応する振幅調整器13の電力調整係数を2(i-1)/rに設定する。これにより、i番目の動作する等価線形増幅器17、19はG[2(i-1)/r]xの電力を出力し、送信出力信号11の電力はΣ{G[2(i-1)/r]x} (iは動作する等価線形増幅器の番号)であり、Σ2(i-1)= rであるから、送信出力信号11の電力は結果としてGxとなる。 In the configuration shown in FIG. 2 or 3, the i (i = 1, 2,..., N) -th maximum output power of each equivalent linear amplifier 17, 19 can be set to 2 (i-1) Ps. it can. In this case, the controller 15 can control the power amplification unit 12 and the amplitude adjuster 13 as follows. That is, when r is an integer from 1 to (2N−1), when the power x of the transmission input signal 10 is [(r−1) Ps / G] <x ≦ (rPs / G), r is Equivalent linear amplifiers 17 and 19 corresponding to the numbers of the respective digits represented by N-digit binary numbers, which are 1 in the binary numbers (where the LSB is the first digit and the MSB is the N-th digit) are operated. Then, the power adjustment coefficient of the amplitude adjuster 13 corresponding to the i-th operating equivalent linear amplifier 17 or 19 is set to 2 (i−1) / r. Thus, the i-th operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 output power of G [2 (i-1) / r] x, and the power of the transmission output signal 11 is Σ {G [2 (i-1) / r] x} (i is the number of the equivalent linear amplifier that operates), and Σ2 (i−1) = r. Therefore, the power of the transmission output signal 11 becomes Gx as a result.

なお、上記xの範囲において各々の動作する等価線形増幅器17,19の出力電力は、[Ps(r-1)/r]からPsの範囲内にある。r=1の場合以外(すなわちxがPs/G以上)では、各々の動作する等価線形増幅器17、19は最大出力電力に近い領域内で動作するため高効率である。この高効率で増幅できる入出力電力の範囲は10log(2N-1)(dB)である。 Note that the output power of each of the operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 in the range of x is in the range of [Ps (r−1) / r] to Ps. Except when r = 1 (that is, x is equal to or greater than Ps / G), each of the operating equivalent linear amplifiers 17 and 19 is highly efficient because it operates in a region close to the maximum output power. The range of input / output power that can be amplified with high efficiency is 10 log (2 N -1) (dB).

前述の実施例のいずれかにおいて、制御器15は、所望の送信出力信号11の平均電力に基づき振幅調整器13に対して電力調整量αを設定することができる。すなわち、制御器15は、前述の実施例で示した送信入力信号10の瞬時電力に応じて設定した電力調整係数と、電力調整量αとの積を各振幅調整器13に与えることができる。電力調整量αは、所望の送信出力信号11の平均電力に応じて設定することができる。本実施例を、前述の実施例に適用した場合には、定振幅信号に対して、連続的な電力範囲での送信電力制御を行うことができる。また、本実施例を実施例2乃至5に適用した場合には、非定振幅信号に対して、連続的な電力範囲での送信電力制御を行うことができる。   In any of the above-described embodiments, the controller 15 can set the power adjustment amount α for the amplitude adjuster 13 based on the average power of the desired transmission output signal 11. That is, the controller 15 can give each amplitude adjuster 13 the product of the power adjustment coefficient set according to the instantaneous power of the transmission input signal 10 shown in the above-described embodiment and the power adjustment amount α. The power adjustment amount α can be set according to the average power of the desired transmission output signal 11. When this embodiment is applied to the above-described embodiment, it is possible to perform transmission power control in a continuous power range for a constant amplitude signal. In addition, when this embodiment is applied to Embodiments 2 to 5, transmission power control can be performed in a continuous power range for non-constant amplitude signals.

図4に本発明の実施例7に従った線形電力増幅器4を示す。線形電力増幅器4は図1に示した線形電力増幅器1と類似するが、線形電力増幅器4においては、送信入力信号10が送信電力制御用振幅調整器18を介して各振幅調整器13へ供給される点が特徴である。制御器15は、所望の送信出力信号11の平均電力に応じて送信電力制御用振幅調整器18に一定の電力調整量αを設定することができる。   FIG. 4 shows a linear power amplifier 4 according to a seventh embodiment of the present invention. The linear power amplifier 4 is similar to the linear power amplifier 1 shown in FIG. 1, but in the linear power amplifier 4, a transmission input signal 10 is supplied to each amplitude adjuster 13 via a transmission power control amplitude adjuster 18. This is a feature. The controller 15 can set a constant power adjustment amount α in the transmission power control amplitude adjuster 18 according to the desired average power of the transmission output signal 11.

なお、図4では図3の構成において送信電力制御用振幅調整器18を設けた例を示しているが、図1又は図2に示す実施例の構成においても送信電力制御用振幅調整器18を設けることができる。   4 shows an example in which the transmission power control amplitude adjuster 18 is provided in the configuration of FIG. 3, the transmission power control amplitude adjuster 18 is also provided in the configuration of the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. Can be provided.

なお、請求項1、2は実施例1に対応し、請求項3は実施例3に対応し、請求項4、5は実施例4に対応する。また、請求項6,7は実施例5に対応し、請求項8は実施例6に対応し、請求項9は実施例7に対応する。   Claims 1 and 2 correspond to Example 1, Claim 3 corresponds to Example 3, and Claims 4 and 5 correspond to Example 4. Claims 6 and 7 correspond to the fifth embodiment, claim 8 corresponds to the sixth embodiment, and claim 9 corresponds to the seventh embodiment.

本発明に従った、線形電力増幅器は、例えば移動電話システムの基地局や移動局内の送信機に用いることができ、多種多様な線形電力増幅を必要とする技術分野において利用することができる。   The linear power amplifier according to the present invention can be used, for example, in a base station of a mobile telephone system or a transmitter in the mobile station, and can be used in a technical field that requires a wide variety of linear power amplification.

本発明の実施例1に従った線形電力増幅器のブロック図である。1 is a block diagram of a linear power amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例2に従った線形電力増幅器のブロック図である。It is a block diagram of the linear power amplifier according to Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に従った線形電力増幅器のブロック図である。It is a block diagram of the linear power amplifier according to Example 3 of this invention. 本発明の実施例7に従った線形電力増幅器のブロック図である。It is a block diagram of the linear power amplifier according to Example 7 of this invention. 従来例の線形電力増幅器のブロック図である。It is a block diagram of the linear power amplifier of a prior art example. F級増幅回路の入出力電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the input-output power characteristic of a class F amplifier circuit. 本発明の実施例1の線形電力増幅器の入出力電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the input-output power characteristic of the linear power amplifier of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の線形電力増幅器の入出力電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the input-output power characteristic of the linear power amplifier of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の等価線形増幅器の入出力電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the input-output power characteristic of the equivalent linear amplifier of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の振幅調整器による電力増幅ユニットの非線形性を補償する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to compensate the nonlinearity of the power amplification unit by the amplitude regulator of Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1, 2,
3, 4 線形電力増幅器
10 送信入力信号
11 送信出力信号
12 電力増幅ユニット
13 振幅調整器
14 電力合成器
15 制御器
16 プリディストータ
17, 19 等価線形増幅器
18 送信電力制御用振幅調整器
1, 2,
3, 4 Linear power amplifier
10 Transmission input signal
11 Transmission output signal
12 Power amplification unit
13 Amplitude adjuster
14 Power combiner
15 Controller
16 Predistorter
17, 19 Equivalent linear amplifier
18 Transmitter power control amplitude adjuster

Claims (9)

線形電力増幅器であって:
当該線形電力増幅器の入力信号の振幅を調整するN(Nは2以上の整数)個の並列的な振幅調整器;
各前記振幅調整器からの信号をそれぞれ増幅する少なくともN個の電力増幅ユニット;
前記電力増幅ユニットからの各信号を合成し、当該線形電力増幅器の出力信号として出力する電力合成器;
前記出力信号の振幅が前記入力信号の振幅に対して実質的に連続的な関数になるように、前記N個の電力増幅ユニットから動作すべき電力増幅ユニットを選択して動作させ、かつ前記振幅調整器を制御する制御器;
から構成される線形電力増幅器。
A linear power amplifier:
N (N is an integer of 2 or more) parallel amplitude adjusters for adjusting the amplitude of the input signal of the linear power amplifier;
At least N power amplification units each amplifying the signal from each said amplitude adjuster;
A power combiner that combines the signals from the power amplification unit and outputs the combined signal as an output signal of the linear power amplifier;
The power amplification unit to be operated is selected from the N power amplification units so that the amplitude of the output signal is a substantially continuous function with respect to the amplitude of the input signal, and the amplitude Controller to control the regulator;
A linear power amplifier composed of
請求項1に記載の線形電力増幅器であって:
前記制御器は、前記入力信号の振幅に応じて、前記電力増幅ユニットを選択し、かつ前記振幅調整器を制御することを特徴とする線形電力増幅器。
The linear power amplifier according to claim 1, wherein:
The linear power amplifier, wherein the controller selects the power amplification unit and controls the amplitude adjuster according to the amplitude of the input signal.
請求項1又は2に記載の線形電力増幅器であって:
前記制御器は、前記出力信号の振幅と前記入力信号の振幅が線形関係になるように、前記N個の電力増幅ユニットから動作すべき電力増幅ユニットを選択して動作させ、かつ前記振幅調整器を制御することを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to claim 1 or 2, wherein:
The controller selects and operates a power amplifying unit to be operated from the N power amplifying units so that the amplitude of the output signal and the amplitude of the input signal have a linear relationship, and the amplitude adjuster A linear power amplifier characterized by controlling
請求項1乃至3のいずれかに記載の線形電力増幅器であって:
前記N個の電力増幅ユニットの各々の最大出力電力が実質的に等しくされることを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to any of claims 1 to 3, wherein:
The linear power amplifier characterized in that the maximum output power of each of the N power amplification units is made substantially equal.
請求項4に記載の線形電力増幅器であって:
前記制御器は、電力が(r-1)PsからrPs(Psは前記電力増幅ユニットの最大出力電力、rは1からNまでの整数)までの範囲内にある前記出力信号を出力させる場合において、前記N個の電力増幅ユニットのうちr個の電力増幅ユニットを動作させ、かつこれらの動作する電力増幅ユニットに対応する前記振幅調整器を制御することにより、これらの動作する電力増幅ユニットのそれぞれを[(r-1)/r]PsからPsまでの範囲で同様の電力を出力させることを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to claim 4, wherein:
In the case where the controller outputs the output signal whose power is in the range from (r-1) Ps to rPs (Ps is the maximum output power of the power amplification unit, r is an integer from 1 to N). Each of the operating power amplifying units by operating r power amplifying units of the N power amplifying units and controlling the amplitude adjusters corresponding to the operating power amplifying units. [(R-1) / r] A linear power amplifier characterized by outputting similar power in the range from Ps to Ps.
請求項1乃至3のいずれかに記載の線形電力増幅器であって:
前記N個の電力増幅ユニットにおいて、i (i=2,...,N)番目の前記電力増幅ユニットの最大出力電力は(i-1)番目の前記電力増幅ユニットの最大出力電力の2倍であることを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to any of claims 1 to 3, wherein:
In the N power amplification units, the maximum output power of the i (i = 2,..., N) th power amplification unit is twice the maximum output power of the (i-1) th power amplification unit. A linear power amplifier.
請求項6に記載の線形電力増幅器であって:
前記制御器は、電力が(r-1)PsからrPs(Psは前記1番目の電力増幅ユニットの最大出力電力、rは1から(2N-1)までの整数)までの範囲にある前記出力信号を出力させる場合において、rをN桁の2進数で表したときにこの2進数において1になる各桁の番号(但しそのLSBを1桁目、MSBをN桁目とする)に対応する前記電力増幅ユニットを動作させ、かつこれらの動作する電力増幅ユニットに対応する前記振幅調整器を制御することにより、これらの動作する電力増幅ユニットのそれぞれを[(r-1)/r]2(i-1)Psから2(i-1)Ps (iは動作する前記電力増幅ユニットの番号)までの範囲で電力を出力させることを特徴とする線形電力増幅器。
The linear power amplifier according to claim 6, wherein:
In the controller, the power is in a range from (r-1) Ps to rPs (Ps is a maximum output power of the first power amplification unit, r is an integer from 1 to (2 N -1)). When outputting an output signal, when r is expressed in N-digit binary number, it corresponds to the number of each digit that becomes 1 in this binary number (however, the LSB is the first digit and the MSB is the Nth digit) By operating the power amplifying units that operate and controlling the amplitude adjusters corresponding to these operating power amplifying units, each of these operating power amplifying units is [[r−1) / r] 2 (I-1) A linear power amplifier that outputs power in a range from Ps to 2 (i-1) Ps (where i is the number of the power amplification unit that operates).
請求項1乃至7のいずれかに記載の線形電力増幅器であって:
前記制御器は、前記振幅調整器を制御することによりさらに出力信号の電力制御を行うことを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to any of claims 1 to 7, comprising:
The linear power amplifier, wherein the controller further controls the power of the output signal by controlling the amplitude adjuster.
請求項1乃至8のいずれかに記載の線形電力増幅器であって:
前記入力信号は電力制御用振幅調整器を通して前記各振幅調整器へ供給されることを特徴とする線形電力増幅器。
A linear power amplifier according to any of the preceding claims, wherein:
The linear power amplifier according to claim 1, wherein the input signal is supplied to each of the amplitude adjusters through a power control amplitude adjuster.
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