JP2005204208A - Amplifier - Google Patents

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Masato Fujii
誠人 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high efficiency in an amplifier which amplifies a fundamental wave signal to be amplified using an active element 3. <P>SOLUTION: The amplifier comprises: odd-order harmonics signal generation circuits A1-AN for generating odd-order harmonics signals relative to a fundamental wave signal to be amplified; rectangular wave signal generation circuits B1-BN, 1 for generating rectangular wave signals by composing the odd-order higher harmonic wave signals generated by the odd-order harmonics signal generation circuits A1-AN with the fundamental wave signal to be amplified; an active element 3 for amplifying the rectangular wave signals generated by the rectangular wave signal generation circuits B1-BN, 1; and an impedance matching circuit 4 which makes infinite a value of impedance for the odd-order higher harmonic wave signals if a load side is watched from an output terminal of the active element 3, and makes into zero a value of impedance for even-order higher harmonic wave signals. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、高周波信号を増幅する非線形な電力増幅器に関し、特に、高効率化を実現する技術に関する。   The present invention relates to, for example, a non-linear power amplifier that amplifies a high-frequency signal, and more particularly to a technique for realizing high efficiency.

従来、電力増幅器の高効率化を行う場合には、非線形な増幅器では、例えば、C級増幅器や、D級、E級、F級、S級等のスイッチング増幅器などが使用されていた。
一例として、図3には、C級の電力増幅器の構成例を示してある。
本例の電力増幅器は、入力端及び逆バイアスであるゲート−ソース間電圧(−Vgs)端が接続される入力整合回路11と、電界効果トランジスタ(FET:Field Effective Transistor)などのトランジスタ(Transistor)から構成される能動素子12と、出力端及びドレイン−ソース間電圧(Vds)端が接続される出力整合回路13とが直列に接続されて構成されている。このように、C級増幅器では、入力側に逆バイアスを印加して、能動素子12の動作点を非線形領域におくことで、高効率化を図っている。
Conventionally, in order to increase the efficiency of a power amplifier, for example, a class C amplifier or a switching amplifier of class D, class E, class F, class S or the like has been used as a nonlinear amplifier.
As an example, FIG. 3 shows a configuration example of a class C power amplifier.
The power amplifier of this example includes an input matching circuit 11 to which an input terminal and a gate-source voltage (-Vgs) terminal that is a reverse bias are connected, and a transistor (Transistor) such as a field effect transistor (FET). And an output matching circuit 13 to which an output terminal and a drain-source voltage (Vds) terminal are connected are connected in series. As described above, in the class C amplifier, high efficiency is achieved by applying a reverse bias to the input side and placing the operating point of the active element 12 in a non-linear region.

なお、従来の電力増幅器では、高効率での動作を実現するために、増幅対象となる高周波信号及びその高調波信号に対するインピーダンスを考慮した整合回路を備えることが行われていた。また、電力増幅器では、例えば、能動素子である増幅素子の出力端で負荷側を見たときに、偶数次の高調波信号に対してはインピーダンスをゼロとするとともに、奇数次の高調波信号に対してはインピーダンスを無限大とすることにより、理想的には、素子のドレイン効率を100%にすることができる(例えば、特許文献1参照。)。   In order to realize a highly efficient operation, a conventional power amplifier has been provided with a matching circuit that takes into account the impedance of a high-frequency signal to be amplified and its harmonic signal. In the power amplifier, for example, when the load side is viewed at the output end of the amplifying element which is an active element, the impedance is set to zero for the even-order harmonic signal and the odd-order harmonic signal. On the other hand, by making the impedance infinite, the drain efficiency of the element can be ideally made 100% (see, for example, Patent Document 1).

特開平5−29851号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-29851

しかしながら、C級増幅器では、理論上の電力効率が100%であるときには、能動素子12の出力電流波形の流通角が0度(°)となるため、結果として、負荷に電力を供給することができないという欠点がある。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、高周波信号を増幅する非線形な電力増幅器などにおいて、高効率化を実現することができる増幅器を提供することを目的とする。
However, in the class C amplifier, when the theoretical power efficiency is 100%, the flow angle of the output current waveform of the active element 12 is 0 degree (°). As a result, power can be supplied to the load. There is a disadvantage that it can not.
The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide an amplifier capable of realizing high efficiency in, for example, a nonlinear power amplifier that amplifies a high-frequency signal. .

上記目的を達成するため、本発明に係る増幅器では、次のような構成により、増幅対象となる基本波信号を能動素子により増幅する。
すなわち、奇数次高調波信号発生回路が増幅対象となる基本波信号に対する奇数次の高調波信号を発生させ、矩形波信号生成回路が奇数次高調波信号発生回路により発生させられる奇数次の高調波信号を増幅対象となる基本波信号と合成して矩形波信号を生成し、能動素子が矩形波信号生成回路により生成される矩形波信号を増幅する。また、インピーダンス調整回路が、能動素子の出力端から負荷側を見た場合における奇数次の高調波信号に対するインピーダンスの値を無限大とするとともに偶数次の高調波信号に対するインピーダンスの値をゼロとする。
従って、例えば、C級増幅器と比べて、理論上の電力効率が100%であるときにおいても、負荷に最大電力を供給することが可能であり、これにより、例えば、高周波信号を増幅する非線形な電力増幅器などにおいて、高効率化を実現することができる。
In order to achieve the above object, in the amplifier according to the present invention, the fundamental wave signal to be amplified is amplified by the active element with the following configuration.
That is, the odd-order harmonic signal generation circuit generates an odd-order harmonic signal for the fundamental wave signal to be amplified, and the rectangular-wave signal generation circuit generates an odd-order harmonic signal generated by the odd-order harmonic signal generation circuit. The signal is combined with the fundamental wave signal to be amplified to generate a rectangular wave signal, and the active element amplifies the rectangular wave signal generated by the rectangular wave signal generation circuit. Further, when the impedance adjustment circuit looks at the load side from the output terminal of the active element, the impedance value for the odd-order harmonic signal is infinite and the impedance value for the even-order harmonic signal is zero. .
Therefore, for example, it is possible to supply the maximum power to the load even when the theoretical power efficiency is 100% as compared with the class C amplifier. High efficiency can be realized in a power amplifier or the like.

ここで、基本波信号としては、種々な信号が用いられてもよい。
また、基本波信号の周波数としては、種々な周波数が用いられてもよく、例えば、高周波数が用いられる。
また、矩形波信号の波形としては、種々な矩形が用いられてもよい。
また、能動素子としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、電界効果トランジスタ(FET)などのトランジスタ(Transistor)から成る増幅素子が用いられる。一例として、電力増幅器が用いられる。また、一例として、高周波用の非線形なものが用いられる。
また、奇数次高調波信号発生回路により発生させる奇数次の高調波信号としては、例えば、3次、5次、7次、・・・の高調波信号があり、例えば、Nを1以上の整数として、3次から上限値である{(2N+1)}次までの高調波信号が用いられてもよい。
また、矩形波信号生成回路は、例えば、奇数次高調波信号発生回路により発生させられる奇数次の高調波信号の振幅と位相の一方又は両方を制御する奇数次高調波信号制御回路と、奇数次高調波信号制御回路により制御された奇数次の高調波信号と増幅対象となる基本波信号とを合成する合成回路を用いて構成される。
また、インピーダンス調整回路としては、種々な回路が用いられてもよい。
また、本発明は、例えば、無線或いは有線の送信用の増幅器として構成される。なお、種々な通信システムや通信装置に適用されてもよい。
また、本発明は、例えば、B級動作のためのバイアス制御が為されて構成される。
Here, various signals may be used as the fundamental wave signal.
Moreover, various frequencies may be used as the frequency of the fundamental wave signal, for example, a high frequency is used.
Various rectangular shapes may be used as the waveform of the rectangular wave signal.
Various active elements may be used. For example, an amplifying element composed of a transistor such as a field effect transistor (FET) is used. As an example, a power amplifier is used. As an example, a non-linear one for high frequency is used.
In addition, the odd-order harmonic signal generated by the odd-order harmonic signal generation circuit includes, for example, third-order, fifth-order, seventh-order,... Harmonic signals. Alternatively, harmonic signals from the 3rd order to the {(2N + 1)} th order which is the upper limit value may be used.
The rectangular wave signal generation circuit includes, for example, an odd-order harmonic signal control circuit that controls one or both of the amplitude and phase of an odd-order harmonic signal generated by the odd-order harmonic signal generation circuit, and an odd-order harmonic signal control circuit. It is configured using a synthesis circuit that synthesizes an odd-order harmonic signal controlled by a harmonic signal control circuit and a fundamental wave signal to be amplified.
Various circuits may be used as the impedance adjustment circuit.
The present invention is configured as a wireless or wired transmission amplifier, for example. Note that the present invention may be applied to various communication systems and communication devices.
Further, the present invention is configured, for example, by performing bias control for class B operation.

以上説明したように、本発明に係る増幅器によると、増幅対象となる基本波信号に対する奇数次の高調波信号を発生させ、当該奇数次の高調波信号を増幅対象となる基本波信号と合成して矩形波信号を生成し、当該矩形波信号を能動素子により増幅し、当該能動素子の出力端から負荷側を見た場合における奇数次の高調波信号に対するインピーダンスの値を無限大とするとともに偶数次の高調波信号に対するインピーダンスの値をゼロとするようにしたため、例えば、高周波信号を増幅する非線形な電力増幅器などにおいて、高効率化を実現することができる。   As described above, according to the amplifier of the present invention, an odd-order harmonic signal is generated for the fundamental wave signal to be amplified, and the odd-order harmonic signal is combined with the fundamental wave signal to be amplified. The rectangular wave signal is amplified by the active element, and the impedance value for the odd-order harmonic signal when the load side is viewed from the output end of the active element is infinite and even. Since the impedance value for the next harmonic signal is set to zero, high efficiency can be realized in, for example, a non-linear power amplifier that amplifies a high-frequency signal.

本発明に係る一実施例を図面を参照して説明する。
図1(A)には、本発明の一実施例に係る電力増幅器の構成例を示してある。本例の電力増幅器は、高周波の送信波信号を増幅する送信用の増幅器であり、非線形な増幅器である。また、本例の電力増幅器は、例えばC級動作とは違い、バイアスの印加をB級で行う。
同図(A)に示されるように、本例の電力増幅器は、入力端(Input)と、合成器1と、入力側の整合回路(入力整合回路)2と、電界効果トランジスタ(FET)などのトランジスタから構成される能動素子3と、λ/4長線路4と、同調回路5と、出力端(Output)を直列に接続して構成されている。また、入力整合回路2にはB級のプラス(+)バイアスであるゲート−ソース間電圧(+Vgs)が印加されており、λ/4長線路にはドレイン−ソース間電圧(Vds)が印加されている。
また、本例の電力増幅器は、1又は複数であるN個の高調波発生器A1〜ANと、N個の制御器B1〜BNを備えている。各高調波発生器A1〜ANは各制御器B1〜BNを介して合成器1と接続されている。
An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A shows a configuration example of a power amplifier according to an embodiment of the present invention. The power amplifier of this example is a transmission amplifier that amplifies a high-frequency transmission wave signal, and is a nonlinear amplifier. In addition, the power amplifier of this example performs bias application in class B, unlike class C operation, for example.
As shown in FIG. 1A, the power amplifier of this example includes an input terminal (Input), a combiner 1, an input-side matching circuit (input matching circuit) 2, a field effect transistor (FET), and the like. The active element 3 composed of the above transistors, the λ / 4 long line 4, the tuning circuit 5, and the output terminal (Output) are connected in series. Further, a gate-source voltage (+ Vgs), which is a class B positive (+) bias, is applied to the input matching circuit 2, and a drain-source voltage (Vds) is applied to the λ / 4 long line. ing.
The power amplifier of this example includes one or a plurality of N harmonic generators A1 to AN and N controllers B1 to BN. Each harmonic generator A1 to AN is connected to the synthesizer 1 via each controller B1 to BN.

本例の電力増幅器により行われる動作の一例を示す。
例えば、高い周波数fを有する増幅対象となる信号(基本波信号)が入力端に入力されて合成器1に入力される。
各高調波発生器Ai(i=1、2、・・・、N)は、それぞれ、周波数(2i+1)fを有する信号を発生させて各制御器B1〜BNへ出力する。ここで、各高調波発生器A1〜ANから出力される信号は、基本波信号から見て、奇数次(つまり、(2i+1)次)の高調波信号に相当する。
なお、図1(B)には、周波数fを有する基本波信号と、周波数3fを有する3次の高調波信号と、周波数5fを有する5次の高調波信号の一例を示してある。
各制御器B1〜BNは、各高調波発生器A1〜ANから入力される信号の振幅Aと位相φとの一方又は両方を変化させる機能を有しており、当該変化後の信号を合成器1へ出力する、或いは、当該変化が不要である場合には、各高調波発生器A1〜ANから入力される信号をそのまま合成器1へ出力する。ここで、各制御器B1〜BNは、例えば、信号の振幅Aを変化させる固定減衰器又は可変減衰器等を用いて構成され、或いは、信号の位相φを変化させる固定移相器又は可変移相器等を用いて構成され、或いは、当該減衰器等と当該移相器等の両方を用いて構成される。
An example of the operation performed by the power amplifier of this example will be shown.
For example, a signal (fundamental wave signal) to be amplified having a high frequency f is input to the input terminal and input to the synthesizer 1.
Each harmonic generator Ai (i = 1, 2,..., N) generates a signal having a frequency (2i + 1) f and outputs it to each controller B1 to BN. Here, the signal output from each of the harmonic generators A1 to AN corresponds to an odd-order (that is, (2i + 1) -order) harmonic signal as viewed from the fundamental wave signal.
FIG. 1B illustrates an example of a fundamental wave signal having a frequency f, a third-order harmonic signal having a frequency 3f, and a fifth-order harmonic signal having a frequency 5f.
Each of the controllers B1 to BN has a function of changing one or both of the amplitude A and the phase φ of the signal input from each of the harmonic generators A1 to AN. 1 or when the change is unnecessary, the signals input from the harmonic generators A1 to AN are output to the synthesizer 1 as they are. Here, each of the controllers B1 to BN is configured using, for example, a fixed attenuator or a variable attenuator that changes the amplitude A of the signal, or a fixed phase shifter or a variable shifter that changes the phase φ of the signal. It is comprised using a phase shifter etc., or is comprised using both the said attenuator etc. and the said phase shifter.

合成器1は、入力端から入力される基本波信号と、各制御器B1〜BNから入力される奇数次の高調波信号を合成し、当該合成結果の信号を入力整合回路2へ出力する。ここで、本例では、合成器1から出力される合成結果の信号が矩形波信号となるように、各高調波発生器A1〜ANによる信号発生状態や、各制御器B1〜BNによる信号制御状態が設定や調整されている。なお、矩形波をフーリエ級数展開すると、基本波信号と当該基本波信号に対して3次、5次等の奇数次の高調波成分の信号とを合成することで、入力を理想的な矩形波とすることができることがわかる。
入力整合回路2は、整合を取る機能を有しており、合成器1から入力される矩形波信号を能動素子3へ出力する。
能動素子3は、本例では増幅素子であり、入力整合回路2から入力される矩形波信号を増幅してλ/4長線路4へ出力する。ここで、本例では、能動素子3への入力電圧波形が矩形波となることから、当該能動素子3はスイッチング動作を行う。
The synthesizer 1 synthesizes the fundamental wave signal input from the input terminal and the odd-order harmonic signals input from the controllers B <b> 1 to BN, and outputs the resultant signal to the input matching circuit 2. Here, in this example, the signal generation state by each of the harmonic generators A1 to AN and the signal control by each of the controllers B1 to BN so that the combined signal output from the combiner 1 becomes a rectangular wave signal. The state is set or adjusted. When a square wave is expanded in a Fourier series, an input of an ideal rectangular wave is obtained by synthesizing a fundamental wave signal and a signal of an odd-order harmonic component such as the third or fifth order with respect to the fundamental wave signal. It can be seen that.
The input matching circuit 2 has a matching function, and outputs a rectangular wave signal input from the combiner 1 to the active element 3.
The active element 3 is an amplifying element in this example, and amplifies the rectangular wave signal input from the input matching circuit 2 and outputs the amplified signal to the λ / 4 long line 4. Here, in this example, since the input voltage waveform to the active element 3 is a rectangular wave, the active element 3 performs a switching operation.

λ/4長線路4は、基本波信号の波長λに対して長さが1/4となる(つまり、実際の長さがλ/4となる)50オーム(Ω)系の伝送線路であり、能動素子3から入力される信号を同調回路5へ出力する。ここで、このようなλ/4長線路4を能動素子3の出力端に接続することにより、当該能動素子3の出力端(例えば、能動素子3がFETである場合には、ドレイン−ソース間)から負荷側を見たときに、奇数次の高調波成分の信号に対してはインピーダンスが無限大(∞)オーム(Ω)となり、偶数次の高調波成分の信号に対してはインピーダンスがゼロ(0)オーム(Ω)となることを実現することができる。これにより、奇数次の高調波成分の信号は能動素子3の出力側に全反射することとなり、偶数次の高調波成分の信号は減衰することとなり、能動素子3の出力で理想的なスイッチング動作を行うことができる。
同調回路5は、例えばコイルやコンデンサから構成されており、所定の周波数成分の信号を選択的に抽出する機能を有しており、λ/4長線路4から入力される信号に含まれる所定の周波数成分の信号を抽出して出力端へ出力する。
The λ / 4 long line 4 is a 50 ohm (Ω) transmission line whose length is ¼ with respect to the wavelength λ of the fundamental wave signal (that is, the actual length is λ / 4). The signal input from the active element 3 is output to the tuning circuit 5. Here, by connecting such a λ / 4 long line 4 to the output end of the active element 3, the output end of the active element 3 (for example, when the active element 3 is an FET, between the drain and the source). ) When viewed from the load side, the impedance is infinite (∞) ohms (Ω) for signals of odd-order harmonic components, and the impedance is zero for signals of even-order harmonic components (0) Ohm (Ω) can be realized. As a result, the odd-order harmonic component signal is totally reflected to the output side of the active element 3, and the even-order harmonic component signal is attenuated, and an ideal switching operation is performed at the output of the active element 3. It can be performed.
The tuning circuit 5 is composed of, for example, a coil or a capacitor, has a function of selectively extracting a signal having a predetermined frequency component, and has a predetermined signal included in the signal input from the λ / 4 long line 4. The frequency component signal is extracted and output to the output terminal.

図2には、本例における理想的な能動素子3の出力電圧の波形の一例及び出力電流の波形の一例を示してある。
同図に示されるように、本例の能動素子3からの出力では、電圧が印加されているときには電流がゼロとなり、電流が能動素子3を流れるときには電圧がゼロとなり、つまり、非ゼロな電圧波形と非ゼロな電流波形とは時間的に重なり合わない。このように、電圧は奇数次の高調波成分から成る矩形波となり、電流は基本波信号と偶数次の高調波成分から成る半波整流波形信号となり、電圧と電流とが同時に存在することが無いため、能動素子3内での消費電力が無くなり、効率が100%となる。
このように、本例の電力増幅器では、能動素子3における消費電力が0Wとなり、理論上の電力効率が100%となる。ここで、本例の電力増幅器では、例えばC級増幅器とは異なり、理論上の電力効率が100%であるときにおいても、負荷に電力を供給することができる。
なお、実際の回路では、能動素子3の出力端(例えば、能動素子3がFETである場合には、ドレイン−ソース間)にはオン抵抗(ON抵抗)が存在するため、上記のように効率が100%となることはなく、また、出力の電圧波形は完全な矩形波とはならないため、この点で電圧波形と電流波形とが時間的に重なり合う部分が生じて、この部分で電力を消費して効率劣化の原因となり得る。このようなことはあるが、本例の電力増幅器では、実用上で十分な性能を得ることが可能であり、例えばC級増幅器と比べて電力効率を向上させることが可能である。
FIG. 2 shows an example of an output voltage waveform and an example of an output current waveform of the ideal active element 3 in this example.
As shown in the figure, in the output from the active element 3 of this example, when the voltage is applied, the current becomes zero, and when the current flows through the active element 3, the voltage becomes zero, that is, a non-zero voltage. The waveform and the non-zero current waveform do not overlap in time. In this way, the voltage becomes a rectangular wave composed of odd harmonic components, and the current becomes a half-wave rectified waveform signal composed of fundamental wave signals and even harmonic components, so that voltage and current do not exist simultaneously. Therefore, power consumption in the active element 3 is eliminated, and the efficiency is 100%.
Thus, in the power amplifier of this example, the power consumption in the active element 3 is 0 W, and the theoretical power efficiency is 100%. Here, unlike the class C amplifier, for example, the power amplifier of this example can supply power to the load even when the theoretical power efficiency is 100%.
In an actual circuit, there is an ON resistance (ON resistance) at the output terminal of the active element 3 (for example, between the drain and the source when the active element 3 is an FET). Is not 100%, and the voltage waveform of the output is not a perfect rectangular wave, so at this point there is a portion where the voltage waveform and current waveform overlap in time, and this portion consumes power. As a result, it can cause efficiency degradation. Although this is the case, the power amplifier of this example can achieve practically sufficient performance, and can improve power efficiency as compared with, for example, a class C amplifier.

以上のように、本例の電力増幅器では、入力段において基本波信号に対して3次、5次等の奇数次の高調波成分の信号を発生させる高調波発生器A1〜ANと、当該高調波成分の信号を制御する制御器B1〜BNと、当該制御後の高調波成分の信号と基本波信号とを合成する合成器1と、FET等のトランジスタなどの能動素子3と、能動素子3を高効率で動作させるためのインピーダンス変換回路(本例では、入力整合回路2や、λ/4長線路4)と、必要な信号成分のみを取り出すためのフィルタ回路(本例では、同調回路5)を備えた回路構成を有し、基本波信号及び奇数次の高調波成分の信号のみを能動素子3に入力して、当該能動素子3に入力する電圧波形を矩形波にすることにより、高周波の非線形電力増幅器の高効率化を図っている。
つまり、本例の電力増幅器では、入力側に矩形波を発生させるための回路を設けることにより、能動素子3をスイッチング動作させるとともに、能動素子3の電源電圧を制御することにより、当該能動素子3の出力における電圧波形と電流波形とが時間的に重なり合う面積を低減して、高効率化を実現している。これにより、例えば、理論上の電力効率が100%であるときにおいても、負荷に最大の高周波電力を供給することができ、高周波の非線形電力増幅器の高効率化を実現することができる。
As described above, in the power amplifier of this example, the harmonic generators A1 to AN that generate signals of odd-order harmonic components such as the third order and the fifth order with respect to the fundamental signal in the input stage, and the harmonics concerned. Controllers B1 to BN for controlling the signal of the wave component, a synthesizer 1 for synthesizing the signal of the harmonic component after the control and the fundamental wave signal, an active element 3 such as a transistor such as an FET, and the active element 3 Impedance conversion circuit (in this example, input matching circuit 2 and λ / 4 long line 4) and a filter circuit (in this example, tuning circuit 5) for extracting only necessary signal components. ), And only the fundamental wave signal and the odd-order harmonic component signal are input to the active element 3 and the voltage waveform input to the active element 3 is changed to a rectangular wave, thereby generating a high frequency signal. High efficiency of non-linear power amplifier There.
That is, in the power amplifier of this example, by providing a circuit for generating a rectangular wave on the input side, the active element 3 is switched, and the power supply voltage of the active element 3 is controlled, whereby the active element 3 The area where the voltage waveform and current waveform at the output of the output overlap in terms of time is reduced, and high efficiency is realized. Thereby, for example, even when the theoretical power efficiency is 100%, the maximum high frequency power can be supplied to the load, and the high efficiency of the high frequency nonlinear power amplifier can be realized.

従って、本例の電力増幅器では、奇数次の高調波信号を発生させる回路により、例えば、F級増幅器よりも理想的な矩形波を実現することができ、これにより、理想的なスイッチング動作を実現することができる。また、本例の電力増幅器では、例えば、C級増幅器と比べて、理論上の電力効率が100%であるときにおいても、負荷に最大電力を供給することが可能であり、大幅な電力効率の向上を実現することが可能である。なお、本例の電力増幅器では、例えば、電力効率を決定するパラメータの大半が能動素子3のオン抵抗のみによって決まり、他のパラメータによる電力効率の低下が少ない。
なお、本例の電力増幅器では、高調波発生器A1〜ANの回路により奇数次高調波信号発生回路が構成されており、奇数次高調波信号制御回路を構成する制御器B1〜BNの回路や合成回路を構成する合成器1の回路により矩形波信号生成回路が構成されており、λ/4長線路4の回路によりインピーダンス調整回路が構成されている。また、本例の電力増幅器では、入力整合回路2や、同調回路5を備えている。
Therefore, in the power amplifier of this example, an ideal rectangular wave can be realized by a circuit that generates an odd-order harmonic signal, for example, compared to a class F amplifier, thereby realizing an ideal switching operation. can do. Further, the power amplifier of this example can supply the maximum power to the load even when the theoretical power efficiency is 100% as compared with, for example, a class C amplifier. Improvements can be realized. In the power amplifier of this example, for example, most of the parameters that determine the power efficiency are determined only by the on-resistance of the active element 3, and the decrease in power efficiency due to other parameters is small.
In the power amplifier of this example, an odd-order harmonic signal generation circuit is configured by the circuits of the harmonic generators A1 to AN, and the circuits of the controllers B1 to BN constituting the odd-order harmonic signal control circuit A rectangular wave signal generation circuit is constituted by the circuit of the synthesizer 1 constituting the synthesis circuit, and an impedance adjustment circuit is constituted by the circuit of the λ / 4 long line 4. Further, the power amplifier of this example includes an input matching circuit 2 and a tuning circuit 5.

ここで、本発明に係る増幅器などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係る増幅器などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
Here, the configuration of the amplifier or the like according to the present invention is not necessarily limited to the above-described configuration, and various configurations may be used. The present invention can also be provided as, for example, a method or method for executing the processing according to the present invention, a program for realizing such a method or method, or a recording medium for recording the program. It is also possible to provide various devices and systems.
The application field of the present invention is not necessarily limited to the above-described fields, and the present invention can be applied to various fields.
The various processes performed in the amplifier according to the present invention are controlled by executing a control program stored in a ROM (Read Only Memory) by a processor using hardware resources including a processor and a memory, for example. For example, each functional unit for executing the processing may be configured as an independent hardware circuit.
Further, the present invention can also be grasped as a computer-readable recording medium such as a floppy (registered trademark) disk or a CD (Compact Disc) -ROM storing the above control program, or the program (itself). The processing according to the present invention can be performed by inputting a program from the recording medium to a computer and causing the processor to execute the program.

(A)は本発明の一実施例に係る電力増幅器の構成例を示す図であり、(B)は基本波信号及び奇数次の高調波信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows the structural example of the power amplifier which concerns on one Example of this invention, (B) is a figure which shows an example of a fundamental wave signal and an odd-order harmonic signal. 理想的な能動素子の出力電圧及び出力電流の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the output voltage and output current of an ideal active element. C級の電力増幅器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a class C power amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1・・合成器、 2、11・・入力整合回路、 3、12・・能動素子、 4・・λ/4長線路、 5・・同調回路、 13・・出力整合回路、 A1〜AN・・高調波発生器、 B1〜BN・・制御器、   1 ·· Synthesizer, 2 · 11 ·· Input matching circuit 3 · 12 ·· Active element 4 ·· λ / 4 long line 5 ·· Tuning circuit 13 ·· Output matching circuit A1 to AN ·· Harmonic generator, B1-BN ... Controller

Claims (1)

増幅対象となる基本波信号を能動素子により増幅する増幅器において、
増幅対象となる基本波信号に対する奇数次の高調波信号を発生させる奇数次高調波信号発生回路と、
奇数次高調波信号発生回路により発生させられる奇数次の高調波信号を増幅対象となる基本波信号と合成して矩形波信号を生成する矩形波信号生成回路と、
矩形波信号生成回路により生成される矩形波信号を増幅する能動素子と、
能動素子の出力端から負荷側を見た場合における奇数次の高調波信号に対するインピーダンスの値を無限大とするとともに偶数次の高調波信号に対するインピーダンスの値をゼロとするインピーダンス調整回路と、
を備えたことを特徴とする増幅器。
In an amplifier that amplifies a fundamental wave signal to be amplified by an active element,
An odd-order harmonic signal generation circuit for generating an odd-order harmonic signal for the fundamental wave signal to be amplified;
A rectangular wave signal generating circuit for generating a rectangular wave signal by combining an odd harmonic signal generated by the odd harmonic signal generating circuit with a fundamental wave signal to be amplified;
An active element for amplifying the rectangular wave signal generated by the rectangular wave signal generation circuit;
An impedance adjustment circuit that makes the impedance value for the odd-order harmonic signal infinite when the load side is viewed from the output end of the active element and makes the impedance value for the even-order harmonic signal zero;
An amplifier comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009194501A (en) * 2008-02-13 2009-08-27 Sumitomo Electric Ind Ltd Amplifier
JP2009278183A (en) * 2008-05-12 2009-11-26 Japan Radio Co Ltd Power amplifying device
JP2018133698A (en) * 2017-02-15 2018-08-23 日本無線株式会社 Power amplifier
US11114985B2 (en) 2019-04-15 2021-09-07 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. High frequency amplifier

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