JP2005277801A - Amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、増幅器に関し、特に、第1の増幅素子と、第2の増幅素子とを並列駆動し、入力信号を第1,第2の増幅素子に分配し、それぞれ増幅させた後に、第1,第2の増幅素子の出力を合成して増幅出力とする増幅器に関する。 The present invention relates to an amplifier. In particular, the first amplifying element and the second amplifying element are driven in parallel, the input signal is distributed to the first and second amplifying elements, and each of the first amplifying element and the second amplifying element is amplified. , And an amplifier that combines the outputs of the second amplifying elements into an amplified output.
従来から増幅器の歪特性を改善するために種々の方法が講じられてきているが、増幅器に歪が発生するそもそもの原因は、増幅器のAM−AM特性(入電力と出力電力との関係=振幅特性)およびAM−PM特性(入力電力と通過位相量との関係=位相特性)に存在しているといわれている。図7(a)に従来の増幅器のAM−AM特性の典型的な例を、図7(b)に図7(a)で示された増幅器のAM−PM特性の典型的な例をそれぞれ示している。すなわち、図7(a)のAM−AM特性において、入力ENの増加に伴って出力PPは、出力変化ラインPP1に沿って線形的に変化すれば理想的であるが、実際には入力ENの大きいところで出力変化ラインPP2に沿って非線形的に変化する。図7(b)のAM−PM特性においても同様であって、入力ENの増加に伴って出力位相PHは、出力位相変化ラインPH1に沿って線形的に(フラットに)変化すれば理想的であるが、実際には入力ENの大きいところで出力位相変化ラインPH2に沿って非線形的に変化している。 Conventionally, various methods have been taken to improve the distortion characteristics of an amplifier. The original cause of distortion in an amplifier is the AM-AM characteristic of the amplifier (relation between input power and output power = amplitude). Characteristics) and AM-PM characteristics (relationship between input power and passing phase amount = phase characteristics). FIG. 7A shows a typical example of AM-AM characteristics of a conventional amplifier, and FIG. 7B shows a typical example of AM-PM characteristics of the amplifier shown in FIG. 7A. ing. That is, in the AM-AM characteristic of FIG. 7A, it is ideal if the output PP changes linearly along the output change line PP1 as the input EN increases. It changes non-linearly along the output change line PP2 at a larger value. The same applies to the AM-PM characteristics of FIG. 7B, and it is ideal if the output phase PH changes linearly (flatly) along the output phase change line PH1 as the input EN increases. Actually, however, it changes nonlinearly along the output phase change line PH2 when the input EN is large.
また、増幅器を構成する増幅素子が単独では要求される出力を満足させることができない場合があり、その場合には複数の増幅素子を並列に使用して歪の少ない出力を得ることが多い。図8は、このような例を示しており、第1,第2の増幅素子41,42によって信号を増幅するとともに、信号の振幅と位相とを合わせて、合成器43で合成して出力レベルを大きくしている。しかし、第1,第2の増幅素子41,42が上述のAM−AM特性およびAM−PM特性を有している限り、単独で使用している場合と同じような問題点を有している。その他、増幅器の歪を改善するためにフィードフォワード増幅器やプレディストーション増幅器が用いられているが、これらの増幅器は、歪改善に対する性能が大変に高いが、その実現方法は複雑である。なお、増幅器の効率を向上させるためのその他の方法として、並列駆動可能な2つの増幅素子を用意し、入力レベルに応じて1つの増幅素子または2つの増幅素子を選択的に使用するスイッチを設けた技術が下記の発明(特許文献1参照)において提案されているがあまり簡易ではない。
上述したように、2つの増幅素子(あるいは、増幅デバイス)を並列駆動することによって、簡単な構造で増幅出力レベルを大きくできる増幅器(例えば、図8)を構成することができる。しかし、増幅素子が従来のAM−AM特性およびAM−PM特性を有している限り、歪特性・効率は単体デバイスと同じである。 As described above, an amplifier (for example, FIG. 8) that can increase the amplification output level with a simple structure can be configured by driving two amplification elements (or amplification devices) in parallel. However, as long as the amplification element has the conventional AM-AM characteristic and AM-PM characteristic, the distortion characteristic and efficiency are the same as those of the single device.
この発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、複雑な構造を有せずして、簡易な構造の割には歪が少なく出力の大きな信号増幅を効率的に行うことができる増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can efficiently amplify a signal having a large output without distortion and having a simple structure without having a complicated structure. An object of the present invention is to provide an amplifier that can be used.
上述した課題を解決するため、本発明に係る増幅器は、第1の増幅素子と、第2の増幅素子とを並列駆動し、入力信号を第1,第2の増幅素子に分配し、それぞれ増幅させた後に、第1,第2の増幅素子の出力を合成して増幅出力とする増幅器において、第1の増幅素子のAM−PM特性と第2の増幅素子のAM−PM特性とが理想直線に対して逆である。 In order to solve the above-described problems, an amplifier according to the present invention drives a first amplifying element and a second amplifying element in parallel, distributes an input signal to the first and second amplifying elements, and amplifies each of them. In the amplifier that combines the outputs of the first and second amplifying elements to obtain an amplified output, the AM-PM characteristic of the first amplifying element and the AM-PM characteristic of the second amplifying element are ideal lines. The opposite is true.
このような構成によれば、第1の増幅素子のAM−PM特性と第2の増幅素子のAM−PM特性とが理想直線からのずれを相互に打ち消し合い、位相特性をフラットな理想直線に近付けることができる。 According to such a configuration, the AM-PM characteristic of the first amplifying element and the AM-PM characteristic of the second amplifying element cancel each other out of the ideal straight line, and the phase characteristic becomes a flat ideal straight line. You can get closer.
また、この発明は、上記の増幅器において、第1の増幅素子は、キャリア用増幅器として働き、第2の増幅素子は、ピーク用増幅器として働き、両者がドハティ合成を行う。 In the amplifier according to the present invention, the first amplifying element functions as a carrier amplifier, the second amplifying element functions as a peak amplifier, and both perform Doherty synthesis.
以上に詳述したように本発明によれば、第1の増幅素子のAM−PM特性と第2の増幅素子のAM−PM特性とが理想直線からのずれを相互に打ち消し合い、位相特性をフラットな理想直線に近付けることができ、歪の少ない大きな出力を効率よく得ることができる。 As described above in detail, according to the present invention, the AM-PM characteristic of the first amplifying element and the AM-PM characteristic of the second amplifying element cancel each other out of the ideal straight line, and the phase characteristic is improved. A flat ideal straight line can be approximated, and a large output with little distortion can be obtained efficiently.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の増幅器の実施の形態1を示すブロック図、図2(a)は、図1の増幅器の第1の増幅素子のAM−AM特性を説明するためのグラフ、図2(b)は、図1の増幅器の第1の増幅素子のAM−PM特性を説明するためのグラフ、図3(a)は、図1の増幅器の第2の増幅素子のAM−AM特性を説明するためのグラフ、図3(b)は、図1の増幅器の第2の増幅素子のAM−PM特性を説明するためのグラフ、図4(a)は、図1の増幅器全体のAM−AM特性を説明するためのグラフ、図4(b)は、図1の増幅器全体のAM−PM特性を説明するためのグラフである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the first embodiment of the amplifier of the present invention, FIG. 2 (a) is a graph for explaining the AM-AM characteristic of the first amplifying element of the amplifier of FIG. 1, and FIG. FIG. 3B is a graph for explaining the AM-PM characteristic of the first amplifying element of the amplifier of FIG. 1, and FIG. 3A is a graph explaining the AM-AM characteristic of the second amplifying element of the amplifier of FIG. 3B is a graph for explaining the AM-PM characteristic of the second amplifying element of the amplifier of FIG. 1, and FIG. 4A is an AM-AM of the entire amplifier of FIG. FIG. 4B is a graph for explaining the AM-PM characteristic of the entire amplifier shown in FIG.
(実施の形態1)
図1の増幅器100は、分配器10と、第1の増幅素子11と、第2の増幅素子12と、合成器13とから構成されている。分配器10は、受け取った入力信号ENを信号EN1,EN2に分配して第1の増幅素子11と第2の増幅素子12とに与える。第1の増幅素子11と第2の増幅素子12とは、分配された信号EN1,EN2をそれぞれ増幅する。合成器13は、第1の増幅素子11の出力P1と、第2の増幅素子12の出力P2とを合成して増幅出力PPとして出力する。
(Embodiment 1)
The amplifier 100 shown in FIG. 1 includes a
上述の例の場合、第1,第2の増幅素子11,12は、以下に説明するような特性を有する増幅素子を選択使用するものとする。すなわち、第1,第2の増幅素子11,12のAM−AM特性(振幅特性)は、図2(a),図3(a)に示されるように、入力EN1,EN2が小さい範囲ではリニアリティが良いが、入力EN1,EN2が大きい範囲では同じ変化の形でリニアリティが悪くなっている。第1の増幅素子11のAM−PM特性(位相特性)は、図2(b)に示されるように、入力EN1が小さい範囲ではリニアリティが良い(理想直線に沿ってフラットである)が、入力EN1が大きい範囲ではリニアリティが悪くなっている。第2の増幅素子12のAM−PM特性は、図3(b)に示されるように、入力EN2が小さい範囲ではリニアリティが良い(理想直線に沿ってフラットである)が、入力EN2が大きい範囲では図2(b)の逆の変化の形でリニアリティが悪くなっている。
In the case of the above-described example, the first and second amplifying
このような特性を持った第1の増幅素子11の出力P1と、第2の増幅素子12の出力P2とを合成器13で合成した増幅出力PPは、図4(a)に示されるように、AM−AM特性は、増幅素子を並列駆動する従来の増幅器と同様に、入力EN(入力EN1,EN2)が小さい範囲ではリニアリティが良いが、入力ENが大きい範囲ではリニアリティが悪くなっている。しかし、AM−PM特性は、図4(b)に示されるように、図2(b)および図3(b)で示された入力EN1,EN2が大きい範囲でのリニアリティの悪さを互いに打ち消し合い、入力EN1,EN2が大きい範囲でのリニアリティが改善され、理想直線に沿ってフラットになっている。すなわち、一般的に増幅器のAM−PM特性は、AM−AM特性に比較して5dB〜10dB悪いと言われているが、この例によればAM−PM特性が充分に改善され得る。
The amplified output PP obtained by synthesizing the output P1 of the first amplifying
上述のような場合、合成器13においては、ベクトル合成が行われ、最大出力を得るには、第1,第2の増幅素子11,12の振幅および位相特性が同じでなければならない。しかし、位相特性に関しては、20度程度の位相差であれば、最大出力の低下は許容できる程度である。そこで、第1,第2の増幅素子11,12に図2(b),図3(b)で示されるAM−PM特性を持たせ、増幅器全体として図4(b)のような平坦な位相特性の結果を得るために、例えば、LD−MOSとGaAsのAM−PM特性は逆特性となっているので、第1の増幅素子11としてLD−MOSまたはGaAsを、第2の増幅素子12としてGaAsまたはLD−MOSをそれぞれ採用することが好ましい。AM−AM特性については従来と同様である。なお、図1において、分配器10と第1,第2の増幅素子11,12との間は、点線で表示しているが、その個所には所望の特性を得るために他の増幅素子を挿入接続してもよい。また、従来は製造上の観点から、GaAs等を用いているので動作電圧範囲は低電圧が主であったが、最近では高電圧動作を可能になったり、その他の高電圧動作が可能な材料(例えば、GaNやSiC)が次々と提供され、異種間素子のDC電源供給等が統一でき製造が容易になっている。
In the above case, the
(実施の形態2)
上述のような簡易な増幅器の他にドハティ増幅器のような高効率な増幅器にも図5に示すように構成で応用することができる。この実施の形態2の増幅器200において、分配器20は、入力信号ENを信号EN1と信号EN2とに分配する。キャリア増幅器21は、分配された信号EN1を増幅し、信号P1を出力する。ピーク増幅器22は、信号EN2をλ/4線路23を介して受け取り増幅して信号P2を出力する。信号P1,P2は、ドハティ合成器24によって合成され、インピーダンス変換器25によってインピーダンス変換され増幅出力PPとして出力される。
(Embodiment 2)
In addition to the simple amplifier as described above, the present invention can be applied to a highly efficient amplifier such as a Doherty amplifier as shown in FIG. In the amplifier 200 of the second embodiment, the
図5で示されるドハティ増幅器において、キャリア増幅器21とピーク増幅器22とに用いられる増幅素子のAM−PM特性を図2(b)および図3(b)に示されるようにそれぞれ設定すれば特性の改善を行うことができる。その場合の増幅器の動作は、図6に示されるようになる。図6の“A”領域においては、キャリア増幅器21のみが増幅動作を行っており、“B”領域においては、キャリア増幅器21が飽和動作に入り、ピーク増幅器22が増幅動作を行う。“C”領域においては、キャリア増幅器21およびピーク増幅器22が飽和動作を行っている。すなわち、キャリア増幅器21およびピーク増幅器22が増幅動作を行う“C”領域および“B”領域が改善された領域である。なお、AM−PM特性が図2(b)および図3(b)に示されるように全く逆の特性を有するように設定されなかった場合でも、ある程度の逆の特性を有していれば、有効に歪み発生を抑圧できる。
In the Doherty amplifier shown in FIG. 5, the AM-PM characteristics of the amplifying elements used in the carrier amplifier 21 and the
本発明の増幅器は、中継局の増幅部に応用してもよい。さらに、フィードフォワード方式歪補償増幅装置、プレディストーション方式歪補償増幅装置に応用しても良い。
フィードフォワード方式歪補償増幅装置においては、主増幅器または副増幅器、主増幅器と副増幅器それぞれに応用可能である。フィードフォワード方式歪補償増幅器そのものでも、高精度の歪補償が可能であるが,それぞれの増幅器に本発明の増幅器を適用することにより、より高精度の歪補償が可能となる。
The amplifier of the present invention may be applied to an amplifying unit of a relay station. Furthermore, the present invention may be applied to a feedforward type distortion compensation amplifying apparatus and a predistortion type distortion compensation amplifying apparatus.
The feedforward type distortion compensation amplifying apparatus can be applied to the main amplifier or the sub-amplifier, and the main amplifier and the sub-amplifier. The feedforward type distortion compensation amplifier itself can perform highly accurate distortion compensation, but more accurate distortion compensation can be achieved by applying the amplifier of the present invention to each amplifier.
さらに、プレディスト−ション方式歪補償増幅装置においては、増幅部に本発明を適用することが可能である。プレディストーション方式歪補償増幅器そのものでも、高精度の歪補償が可能であるが、増幅部に本発明の増幅器を適用することにより、より高精度の歪補償が可能となる。 Furthermore, in the predistortion type distortion compensation amplification apparatus, the present invention can be applied to the amplification unit. The predistortion type distortion compensation amplifier itself can perform highly accurate distortion compensation. However, by applying the amplifier of the present invention to the amplifying unit, more accurate distortion compensation is possible.
10,20 分配器、11 第1の増幅器、12 第2の増幅器、13 合成器、21 キャリア増幅器、22 ピーク増幅器、23 λ/4線路、24 ドハティ合成器、25 インピーダンス変換器、100,200 増幅器、EN,EN1,EN2 入力、PP,P1,P2 出力。 10,20 distributor, 11 first amplifier, 12 second amplifier, 13 combiner, 21 carrier amplifier, 22 peak amplifier, 23 λ / 4 line, 24 Doherty combiner, 25 impedance converter, 100, 200 amplifier , EN, EN1, EN2 input, PP, P1, P2 output.
Claims (2)
第1の増幅素子のAM−PM特性と第2の増幅素子のAM−PM特性とが理想直線に対して逆であることを特徴とする増幅器。 The first amplifying element and the second amplifying element are driven in parallel, the input signal is distributed to the first and second amplifying elements, and after amplification, the outputs of the first and second amplifying elements are output. In an amplifier that combines and produces an amplified output,
An amplifier characterized in that the AM-PM characteristic of the first amplifying element and the AM-PM characteristic of the second amplifying element are opposite to the ideal straight line.
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