JP2006311485A - Radio transmitter and amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable transmission with low power consumption either when only one transmission system is used or when a plurality of transmission systems are used. <P>SOLUTION: A radio transmitter comprises first and second modulators for generating modulated signals, first and second amplifiers for power-amplifying the modulated signals to generate respective power-amplified signals, and first and second antennas for emitting the power-amplified signals as electric waves into air. The radio transmitter further comprises a first circuit provided between the first and second modulators and the first and second power amplifiers, and a second circuit provided between the first and second power amplifiers and the first and second antennas. When only the first modulator is used to perform communication, paths of the first and second circuits are set so that the first and second amplifiers are configured to serve as a Doherty amplifier. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線通信システムに用いられる無線送信機および増幅器に関する。   The present invention relates to a radio transmitter and an amplifier used in a radio communication system.

近年、無線通信システムにおけるデータ伝送速度を向上させるために、様々な技術が提案されている。その中の1つにMIMO(Multi-Input, Multi-Output)と呼ばれる技術がある。   In recent years, various techniques have been proposed in order to improve the data transmission rate in a wireless communication system. One of them is a technology called MIMO (Multi-Input, Multi-Output).

MIMOは、各々アンテナを含む複数のアナログ送信系を使用して電波を送信し、同様に複数の受信系を使用して電波を受信して通信する技術であり、空間中を電波が伝播する際に建物などで電波が乱反射されるマルチパスフェージングと呼ばれる現象を利用することで伝送速度を向上させることが出来る。   MIMO is a technology that transmits radio waves using multiple analog transmission systems, each including an antenna, and similarly receives and communicates using multiple reception systems. In addition, the transmission speed can be improved by utilizing a phenomenon called multipath fading in which radio waves are irregularly reflected in a building or the like.

一例として、従来用いられている送信系を2系統有するMIMO送信機の構成は、ベースバンド部と、ベースバンド部から出力されるベースバンド変調信号を変調する第1の変調部および第2の変調部、第1の変調部および第2の変調部から出力される変調信号をそれぞれ電力増幅する第1の電力増幅器および第2の電力増幅器、第1の電力増幅器および第2の電力増幅器から出力される信号を電波として放射する第1のアンテナおよび第2のアンテナを含む。   As an example, the configuration of a MIMO transmitter having two transmission systems that are conventionally used includes a baseband unit, a first modulation unit that modulates a baseband modulation signal output from the baseband unit, and a second modulation. Output from the first power amplifier, the second power amplifier, the first power amplifier, and the second power amplifier that amplify the modulated signals output from the first, second, and second modulation sections, respectively. Including a first antenna and a second antenna that radiate signals as radio waves.

MIMOは、先に述べたようにマルチパスフェージングと呼ばれる現象を利用して伝送速度を向上させる技術であるため、見通しの良い開けた場所に送信機と受信機がある場合には、伝送速度が向上しない場合もある。このような場合、MIMOを利用せずに1つの送信系のみを用いて通信を行った方が動作回路が少なくなるため消費電力の観点からも有効である場合もある。また、従来のシステムが提供されているエリアにおいて、従来のシステムで通信している各端末に対して今から自機がMIMO送信を行う由を通知する必要がある場合も考えられる。そのような場合には、複数の送信系を有するMIMO用送信機であっても、1つの送信系のみを動作させて通信ができる機能も要求される。なお以後の説明では、説明を簡略化させるためにMIMO用送信機が複数の送信系を用いてMIMO送信する時を「MIMO送信時」、1つの送信系のみを動作させて信号を送信する時を「非MIMO送信時」と呼ぶことにする。   MIMO is a technology that improves the transmission speed by utilizing a phenomenon called multipath fading as described above, so if there are a transmitter and a receiver in an open area with good visibility, the transmission speed is It may not improve. In such a case, communication using only one transmission system without using MIMO may be effective from the viewpoint of power consumption because the number of operation circuits is reduced. Further, in the area where the conventional system is provided, there may be a case where it is necessary to notify each terminal communicating with the conventional system of the reason why the own device will perform the MIMO transmission from now on. In such a case, even a MIMO transmitter having a plurality of transmission systems is required to have a function that enables communication by operating only one transmission system. In the following explanation, to simplify the explanation, when a MIMO transmitter transmits MIMO using multiple transmission systems, it is called “MIMO transmission” and when only one transmission system is operated to transmit a signal. Will be referred to as “during non-MIMO transmission”.

非MIMO送信時でも、受信機側で受信される信号レベルをMIMO送信時と同一にするためには、送信機から出力する電力レベルをMIMO送信時と非MIMO送信時で同一レベルにする必要がある。このような場合、MIMO送信機を構成する複数の送信系に備えられる電力増幅器のうち、非MIMO送信時に使用するものについては、送信機が出力すべき電力レベルの信号を無線通信システムが規定する歪みの仕様範囲内で出力できる能力が要求される。   Even in non-MIMO transmission, in order to make the signal level received on the receiver side the same as in MIMO transmission, the power level output from the transmitter must be the same level in MIMO transmission and non-MIMO transmission. is there. In such a case, the wireless communication system defines the power level signal that the transmitter should output for power amplifiers used in non-MIMO transmission among the power amplifiers provided in the plurality of transmission systems constituting the MIMO transmitter. The ability to output within the specified distortion range is required.

今、送信機が出力すべき最大出力電力レベルをX[W]とし、MIMO送信時にN個の送信系を使用する場合には、非MIMO送信時に使用する電力増幅器は無線システムが規定する歪み仕様を満たしながらX[W]の出力で信号を出力することができなければならない。一方、MIMO送信時に各電力増幅器が出力すべき最大出力電力レベルは、同一の電力増幅器を利用する場合にはX/N[W]となる。MIMO送信機が、非MIMO送信しない(MIMO送信する)場合を考えると、各電力増幅器は無線通信システムが規定する歪み仕様を満たしながら最大X/N[W]の出力で信号を出力できればよいことになり、非MIMO送信する場合としない場合とで、1つの電力増幅器の最大出力レベルの差は、(N-1)*X/N[W]になる。   Now, when the maximum output power level that should be output by the transmitter is X [W] and N transmission systems are used during MIMO transmission, the power amplifier used during non-MIMO transmission is a distortion specification specified by the wireless system. It must be possible to output a signal with the output of X [W] while satisfying. On the other hand, the maximum output power level that each power amplifier should output during MIMO transmission is X / N [W] when the same power amplifier is used. Considering the case where a MIMO transmitter does not transmit non-MIMO (MIMO transmission), each power amplifier needs to be able to output a signal with a maximum output of X / N [W] while satisfying the distortion specifications specified by the wireless communication system The difference between the maximum output levels of one power amplifier is (N-1) * X / N [W] when non-MIMO transmission is performed and when non-MIMO transmission is performed.

すなわち、N個の送信系を有するMIMO送信機において、非MIMO送信する場合には電力増幅器はMIMO送信時のN倍の信号レベルで信号を出力できることが要求される。   That is, in a MIMO transmitter having N transmission systems, when performing non-MIMO transmission, the power amplifier is required to output a signal at a signal level N times that during MIMO transmission.

一般に電力増幅器は、出力レベルが飽和出力レベルに近づくに従って動作効率が上昇するが、歪み特性は劣化する。逆に出力レベルが飽和レベルよりも小さくなるにつれて、歪み特性は改善されるが動作効率が劣化する。歪み特性を満たすために、電力増幅器の出力レベルを飽和出力レベルより下げて動作させることを「バックオフさせる」と言い、飽和出力レベルと実際に出力しているレベルとの差を「バックオフ量」と言う。電力増幅器は、バックオフ動作をさせると動作効率が劣化するため、上述のように非MIMO送信するMIMO送信機においては、MIMO送信する場合に電力増幅器は非効率な動作をすることになる。   In general, a power amplifier increases in operating efficiency as an output level approaches a saturated output level, but distortion characteristics deteriorate. On the contrary, as the output level becomes smaller than the saturation level, the distortion characteristic is improved, but the operation efficiency is deteriorated. In order to satisfy the distortion characteristics, operating the output level of the power amplifier lower than the saturation output level is called “backoff”, and the difference between the saturation output level and the actual output level is expressed as “backoff amount”. " When the power amplifier performs the back-off operation, the operation efficiency deteriorates. Therefore, in the MIMO transmitter that performs non-MIMO transmission as described above, the power amplifier performs an inefficient operation when performing MIMO transmission.

電力増幅器のバックオフ量と動作効率の関係を分かり易くするため、上述した従来のMIMO送信機(ベースバンド部、第1および第2の変調部、第1および第2の電力増幅器、第1および第2のアンテナ)を例に挙げ、無線通信システムが要求する送信機の送信電力が18dBm(63mW)であり、送信機の満たすべき歪み仕様が-30dBc以下である場合を具体的に説明する。   In order to make it easy to understand the relationship between the backoff amount of the power amplifier and the operation efficiency, the conventional MIMO transmitter (baseband unit, first and second modulation units, first and second power amplifiers, first and second amplifiers) described above is used. Taking the second antenna as an example, a case where the transmission power of the transmitter required by the wireless communication system is 18 dBm (63 mW) and the distortion specification to be satisfied by the transmitter is −30 dBc or less will be specifically described.

MIMO送信時は、第1の電力増幅器および第2の電力増幅器が両方とも動作しており、2つの電力増幅器は送信機が送信すべき電力の半分の電力で信号を出力する。よって、18dBmの半分すなわち15dBm(32mW)の送信電力で2つの電力増幅器は信号を出力することになる。さらにこの時、第1の電力増幅器および第2の電力増幅器は、歪みレベルが-30dBc以下である必要がある。   During MIMO transmission, both the first power amplifier and the second power amplifier are operating, and the two power amplifiers output signals with half the power to be transmitted by the transmitter. Therefore, the two power amplifiers output signals with a transmission power of half of 18 dBm, that is, 15 dBm (32 mW). Further, at this time, the first power amplifier and the second power amplifier need to have a distortion level of −30 dBc or less.

一方、非MIMO送信時に例えば第1の変調部、第1の電力増幅器、第1のアンテナから構成される1つの送信系のみを用いるとすれば、第1の電力増幅器は非MIMO送信時に18dBmの電力で信号を出力できることが要求される。また、この時、第1の電力増幅器の歪みレベルは-30dBc以下でなければならない。   On the other hand, if only one transmission system including, for example, the first modulation unit, the first power amplifier, and the first antenna is used during non-MIMO transmission, the first power amplifier is 18 dBm during non-MIMO transmission. It is required that a signal can be output with electric power. At this time, the distortion level of the first power amplifier must be -30 dBc or less.

現在、無線通信端末用の小型電力増幅器には一般的にAB級またはB級増幅器がよく用いられている。ここでは、説明に使用する増幅器がAB級増幅器であってもB級増幅器であってもどちらでも支障はないため、以後B級増幅器を例に挙げて説明する。B級増幅器は、理論的に飽和出力レベルにおける動作効率が最も高く、出力レベルが下がるに従って動作効率が低下するという特性を持つ。一方、出力レベルが飽和出力レベルに近づくにつれ、歪みレベルは増加する。   Currently, class AB or class B amplifiers are often used as small power amplifiers for wireless communication terminals. Here, there is no problem whether the amplifier used for the description is a class AB amplifier or a class B amplifier, and therefore, a class B amplifier will be described as an example. The class B amplifier theoretically has the highest operating efficiency at the saturation output level, and the operating efficiency decreases as the output level decreases. On the other hand, the distortion level increases as the output level approaches the saturated output level.

先に述べたように、電力増幅器は歪みレベルを仕様値以下に抑えるためにバックオフ動作させる必要があるが、所要バックオフ量は送信機が送信する変調信号の変調方法にも依存する。ここでは説明をわかりやすく簡略化するために、歪みレベルが-30dBc以下であるという仕様を満たすための具体的なバックオフ量を10dBと仮定して説明する。   As described above, the power amplifier needs to perform a back-off operation in order to keep the distortion level below a specified value, but the required back-off amount also depends on the modulation method of the modulation signal transmitted by the transmitter. Here, in order to simplify the explanation in an easy-to-understand manner, explanation will be made assuming that a specific back-off amount for satisfying the specification that the distortion level is −30 dBc or less is 10 dB.

今、非MIMO送信する際の電力レベルは18dBmであり、仕様を満たす歪み特性を得るために必要なバックオフ量は10dBであるため、第1の電力増幅器に必要な飽和出力レベルは28dBmとなる。図16に、飽和出力レベルが28dBmであり、飽和出力時の動作効率が45%であるB級アンプの出力電力対効率の理論特性を示す。横軸が出力電力レベル、縦軸が動作効率である。この場合、第1の電力増幅器が18dBmの出力レベルで動作している時の動作効率は14%となる。   Now, the power level for non-MIMO transmission is 18 dBm, and the backoff amount required to obtain the distortion characteristics that meet the specifications is 10 dB, so the saturation output level required for the first power amplifier is 28 dBm . FIG. 16 shows the theoretical characteristics of the output power versus efficiency of a class B amplifier with a saturation output level of 28 dBm and an operating efficiency at saturation output of 45%. The horizontal axis is the output power level, and the vertical axis is the operating efficiency. In this case, the operating efficiency when the first power amplifier is operating at an output level of 18 dBm is 14%.

一方、MIMO送信時には、第1の電力増幅器は出力レベルが15dBmとなるために図16に示す特性から、動作効率は10%となり、18dBmで出力している場合に比べて4%動作効率が劣化する。また、第2の電力増幅器も第1の電力増幅器と同一のものを使用した場合には、第2の電力増幅器の動作効率も同様に10%となる。   On the other hand, during MIMO transmission, since the output level of the first power amplifier is 15 dBm, the operating efficiency is 10% from the characteristics shown in FIG. 16, and the operating efficiency is 4% lower than when output at 18 dBm. To do. When the same second power amplifier as the first power amplifier is used, the operating efficiency of the second power amplifier is also 10%.

以上で説明したように、MIMO送信用の送信機において非MIMO送信する必要がある場合には、飽和出力レベルの高い電力増幅器を備える必要があり、MIMO送信時における電力増幅器のバックオフ量が増加することで動作効率が劣化し、送信機の消費電力が増加してしまうという問題が生じる。
特開2004-179822公報 High-Linearity RF Amplifier Design (Peter B. Kenington著) マイクロウェーブ技術入門講座(基礎編) 森栄二著 CQ出版社 Junghyun KIM, et al., ”A Highly-Integrated Doherty Amplifier for CDMA Handset Applications Using an Active Phase Splitter”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15, No. 5, MAY 2005.
As explained above, when it is necessary to perform non-MIMO transmission in a transmitter for MIMO transmission, it is necessary to provide a power amplifier with a high saturation output level, which increases the back-off amount of the power amplifier during MIMO transmission As a result, the operation efficiency deteriorates and the power consumption of the transmitter increases.
JP 2004-179822 JP High-Linearity RF Amplifier Design (by Peter B. Kenington) Microwave Technology Introductory Course (Basic) Eiji Mori CQ Publisher Junghyun KIM, et al., “A Highly-Integrated Doherty Amplifier for CDMA Handset Applications Using an Active Phase Splitter”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15, No. 5, MAY 2005.

以上で説明したように、MIMO送信用の送信機において、1つの送信系のみを使用して信号を送信することが可能となるようにする場合、飽和出力レベルの高い電力増幅器を備える必要が生じ、MIMO送信時における送信機の消費電力が増加してしまうという問題が生じる。   As described above, in a transmitter for MIMO transmission, when a signal can be transmitted using only one transmission system, it is necessary to provide a power amplifier with a high saturation output level. This causes a problem that the power consumption of the transmitter increases during MIMO transmission.

本発明は、1つの送信系のみを利用した送信、および複数の送信系を利用した送信のいずれの場合においても低消費電力で送信可能な無線送信機、および増幅器を提供する。   The present invention provides a radio transmitter and an amplifier capable of transmitting with low power consumption in both cases of transmission using only one transmission system and transmission using a plurality of transmission systems.

本発明の一態様としての無線送信機は、各々入力信号を変調して変調信号を生成する第1および第2の変調部と、各々変調信号を電力増幅して電力増幅信号を生成する第1および第2の電力増幅器と、各々電力増幅信号を空間中に電波として放射する第1および第2のアンテナと、を備え、さらに、前記第1の変調部からの変調信号を前記第1の電力増幅器へ出力し前記第2の変調部からの変調信号を前記第2の電力増幅器へ出力する第1の経路と、前記第1の変調部からの変調信号を分離して一方の変調信号を前記第1の電力増幅器へ他方の変調信号を第2の電力増幅器へ出力する第2の経路と、前記第1および第2の経路を切り換える経路切替手段と、を有する第1の回路と、前記第1の電力増幅器からの電力増幅信号を前記第1のアンテナに出力し前記第2の電力増幅器からの電力増幅信号を前記第2のアンテナに出力する第3の経路と、前記第1および第2の電力増幅器からの電力増幅信号を合成点において合成して前記第1または第2のアンテナに出力する、前記第1の電力増幅器からの電力増幅信号が前記合成点に向かう経路上においてインピーダンス変換手段を含む第4の経路と、前記第3および第4の経路を切り換える経路切替手段と、を有する第2の回路と、前記第1および第2の変調部の両方を用いる第1の通信を行う場合は、前記第1の回路を前記第1の経路に設定する制御信号を前記第1の回路の経路切替手段に供給し、前記第2の回路を前記第3の経路に設定する制御信号を前記第2の回路の経路切替手段に供給し、一方、前記第1および第2の変調部のうち前記第1の変調部のみを用いる第2の通信を行う場合は、前記第1の回路を前記第2の経路に設定する制御信号を前記第1の回路の経路切替手段に供給し、前記第2の回路を前記第4の経路に設定する制御信号を前記第2の回路の経路切替手段に供給する、制御部と、を備える。
本発明の一態様としての増幅器は、第1および第2の電力増幅器と、第1の入力信号を前記第1の電力増幅器へ出力し第2の入力信号を前記第2の電力増幅器へ出力する第1の経路と、前記第1の入力信号を分離し一方の分離入力信号を前記第1の電力増幅器へ他方の分離入力信号を第2の電力増幅器へ出力する第2の経路と、前記第1および第2の経路を切り換える第1の経路切替手段と、前記第1および第2の電力増幅器から入力される前記第1および第2の電力増幅信号をそれぞれ出力する第3の経路と、インピーダンス変換手段を介した前記第1の電力増幅信号および第2の電力増幅信号を合成点において合成して出力する第4の経路と、前記第3および第4の経路を切り換える第2の経路切替手段と、を備える。
A radio transmitter according to an aspect of the present invention includes a first and a second modulation unit that modulates an input signal to generate a modulated signal, and a first that amplifies the modulated signal to generate a power amplified signal. And a second power amplifier, and first and second antennas that each radiate a power amplification signal as a radio wave in space, and further, a modulation signal from the first modulation unit is used as the first power. A first path that outputs to the amplifier and outputs the modulation signal from the second modulation unit to the second power amplifier, and separates the modulation signal from the first modulation unit and outputs one modulation signal to the second power amplifier; A first circuit having a second path for outputting the other modulation signal to the first power amplifier to the second power amplifier, and path switching means for switching the first and second paths; The power amplification signal from one power amplifier is converted into the first amplifier. And a third path for outputting the power amplification signal from the second power amplifier to the second antenna and a power amplification signal from the first and second power amplifiers at a synthesis point. A fourth path including impedance conversion means on the path of the power amplification signal from the first power amplifier that is output to the first or second antenna toward the combination point, and the third and fourth When performing the first communication using both the first and second modulators, the first circuit is switched to the first path. A control signal to be set to the first circuit path switching means, a control signal to set the second circuit to the third path is supplied to the path switching means of the second circuit, , The first and second modulation units When performing the second communication using only the first modulation unit, a control signal for setting the first circuit to the second path is supplied to the path switching unit of the first circuit, A control unit that supplies a control signal for setting the second circuit to the fourth path to the path switching unit of the second circuit.
An amplifier according to one aspect of the present invention outputs first and second power amplifiers and a first input signal to the first power amplifier and outputs a second input signal to the second power amplifier. A first path, a second path for separating the first input signal and outputting one separated input signal to the first power amplifier and the other separated input signal to a second power amplifier; A first path switching means for switching between the first and second paths; a third path for outputting the first and second power amplification signals input from the first and second power amplifiers; A fourth path for combining and outputting the first power amplification signal and the second power amplification signal via a conversion means at a combining point; and a second path switching means for switching the third and fourth paths. And comprising.

本発明により、1つの送信系のみを利用した送信、および複数の送信系を利用した送信のいずれの場合においても低消費電力で送信可能となる。   According to the present invention, transmission can be performed with low power consumption in both cases of transmission using only one transmission system and transmission using a plurality of transmission systems.

まず、本発明者らが本発明をなすに至った経緯について説明する。   First, how the present inventors have made the present invention will be described.

背景技術で述べたアンプのバックオフ動作時の効率劣化を低減させる技術として、例えば非特許文献1(High-Linearity RF Amplifier Design (Peter B. Kenington著))に示すドハティアンプが知られている。   For example, a Doherty amplifier shown in Non-Patent Document 1 (High-Linearity RF Amplifier Design (Peter B. Kenington)) is known as a technique for reducing the efficiency deterioration during the back-off operation of the amplifier described in the background art.

ドハティアンプは、メインアンプとサブアンプを備え、メインアンプとサブアンプに電力を分配するための電力分配器(分波器)と、メインアンプに対する負荷インピーダンスを変換させるためのインピーダンス変換回路と、サブアンプから出力される信号の位相を調整するための位相調整回路と、メインアンプとサブアンプの出力を合成するための電力合成器(合波器)とを用いて構成される。図8に1つのメインアンプと1つのサブアンプを持つドハティアンプの構成の例を示す。図中、81は電力分配器、82は電力合成器、83はメインアンプ、84はサブアンプ、85は1/4波長線路(位相調整回路として使用)、86は1/4波長線路(インピーダンス変換回路として使用)、87は制御回路、88は可変減衰器、89は電力検出器(検波器)、90はバイアス回路、91は信号入力端子、92は信号出力端子である。1/4波長線路85は、1/4波長線路86の挿入による位相のずれを調整するためのものである。制御回路87は、電力検出器89で検出される信号レベルに応じて、サブアンプ84のバイアスおよびサブアンプへの入力信号レベルを調整するための可変減衰器88の減衰量を制御するためのものである。なお、制御回路87、電力検出器89、可変減衰器88及びバイアス回路90はサブアンプ84をC級バイアスすることで不要とすることができる。原理的にはアンプの数が図8に示すような2つではなく、3つ以上であってもドハティアンプを実現する事は可能である。しかし、本説明では説明を分かり易くするために2つのアンプを持つドハティアンプを例に挙げて説明する。   The Doherty amplifier includes a main amplifier and a sub-amplifier. A power divider (demultiplexer) for distributing power to the main amplifier and the sub-amplifier, an impedance conversion circuit for converting a load impedance for the main amplifier, and an output from the sub-amplifier. And a power combiner (synthesizer) for combining the outputs of the main amplifier and the sub-amplifier. FIG. 8 shows an example of the configuration of a Doherty amplifier having one main amplifier and one sub-amplifier. In the figure, 81 is a power divider, 82 is a power combiner, 83 is a main amplifier, 84 is a sub-amplifier, 85 is a 1/4 wavelength line (used as a phase adjustment circuit), 86 is a 1/4 wavelength line (impedance conversion circuit) , 87 is a control circuit, 88 is a variable attenuator, 89 is a power detector (detector), 90 is a bias circuit, 91 is a signal input terminal, and 92 is a signal output terminal. The quarter wavelength line 85 is for adjusting a phase shift caused by the insertion of the quarter wavelength line 86. The control circuit 87 is for controlling the amount of attenuation of the variable attenuator 88 for adjusting the bias of the sub-amplifier 84 and the input signal level to the sub-amplifier according to the signal level detected by the power detector 89. . Note that the control circuit 87, the power detector 89, the variable attenuator 88, and the bias circuit 90 can be eliminated by subjecting the sub-amplifier 84 to class-C bias. In principle, it is possible to realize a Doherty amplifier even when the number of amplifiers is not two as shown in FIG. 8, but three or more. However, in this description, a Doherty amplifier having two amplifiers will be described as an example for easy understanding.

ドハティアンプは、出力信号レベルが小さい時にはメインアンプのみが動作し、出力電力が大きくなるにつれてサブアンプが動作し始めるという動作を行うため、出力レベルが小さいときの消費電力を低減することができ、電力増幅器がバックオフ動作している時の動作効率劣化を低減することができる。さらにドハティアンプの出力電力はメインアンプとサブアンプの出力電力の和となるため、メインアンプおよびサブアンプが出力できる電力レベルの和のレベルまで出力レベルを上げる事が可能である。以下、このようなドハティアンプの動作原理について説明する。   The Doherty amplifier operates such that only the main amplifier operates when the output signal level is low, and the sub-amplifier starts to operate as the output power increases, so power consumption when the output level is low can be reduced. It is possible to reduce deterioration in operating efficiency when the amplifier is performing a back-off operation. Further, since the output power of the Doherty amplifier is the sum of the output power of the main amplifier and the sub amplifier, the output level can be increased to the sum of the power levels that can be output by the main amplifier and the sub amplifier. The operation principle of such a Doherty amplifier will be described below.

ドハティアンプの基本動作は、入力された信号レベルがある値以下である場合には、メインアンプのみを動作させて増幅動作を行い、ある値以上になった場合にはサブアンプも動作させるというものである。なお、サブアンプが動作しはじめる信号レベルについては、後述の詳細な動作説明のなかで説明する。すなわち、同サイズ(飽和レベルが等しい)のトランジスタをメインアンプおよびサブアンプに使用した場合には、信号入力レベルが低い時には実質半分のサイズのトランジスタを使用し、入力信号レベルが高い時にはトランジスタサイズを倍に増やすような動作をすることになる。このように低出力時にはトランジスタサイズを見かけ上小さくすることによりトランジスタの動作効率を上げ、高出力時には飽和出力を上げるためにトランジスタサイズを見かけ上大きくするように動作する。   The basic operation of the Doherty amplifier is that when the input signal level is below a certain value, only the main amplifier is operated to perform an amplification operation, and when it exceeds a certain value, the sub-amplifier is also operated. is there. Note that the signal level at which the sub-amplifier begins to operate will be described in the detailed operation description to be described later. That is, when transistors with the same size (saturation level are equal) are used for the main amplifier and sub-amplifier, a transistor with substantially half the size is used when the signal input level is low, and the transistor size is doubled when the input signal level is high. The operation will be increased. As described above, the transistor size is apparently reduced at the time of low output, thereby increasing the operation efficiency of the transistor. At the time of high output, the transistor size is apparently increased to increase the saturation output.

さらにドハティアンプでは、サブアンプが動作し始めて出力負荷に対して電力を供給し始めると、メインアンプに対する出力負荷が見かけ上変化して観測される「アクティブロードプル効果」と呼ばれる効果が得られる。この効果により、メインアンプは低出力時には動作効率が高い高インピーダンス負荷で動作し、サブアンプが動作し始める高出力時では、高出力が得られる低インピーダンス負荷で増幅動作することができる。   Further, in the Doherty amplifier, when the sub-amplifier starts to operate and supplies power to the output load, an effect called “active load pull effect” is obtained, in which the output load to the main amplifier changes and is observed. Due to this effect, the main amplifier can operate with a high impedance load with high operating efficiency when the output is low, and can perform an amplification operation with a low impedance load that provides a high output when the sub amplifier starts operating.

以下では、ドハティアンプの動作をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the operation of the Doherty amplifier will be described in more detail.

図8に示すドハティアンプは、検波器89を用いて信号入力レベルを検出し、入力された信号のレベルがある値以上になった時にサブアンプ84をON状態にして、メインアンプ83およびサブアンプ84の両アンプで増幅動作を行う。しかし、上記のような構成でサブアンプ84に対するバイアス条件を入力信号レベルに応じて変化させる事は、複雑な制御を必要するだけでなく回路規模も大きくなるため、特にサブアンプのON/OFF制御を正確に行う必要がある場合以外には上記構成はほとんど利用されない。近年では、専らサブアンプをC級にバイアスさせておき、入力信号レベルが高くなるにつれて自動的にON状態にさせる方法が用いられている。しかし、サブアンプのバイアス制御を自動的に行うか、あるいは入力信号レベルをモニタリングして行うかの違いだけで、基本的な動作は同じであるため、以下では図8に示す構成のドハティアンプについて動作を説明する。以下の説明において、両アンプ83、84のサイズは等しいものとする。すなわち、両アンプ83、84が動作している最大出力時には、両アンプ83、84はそれぞれ等しいレベルの信号を出力するものとする。   The Doherty amplifier shown in FIG. 8 detects the signal input level using the detector 89, turns on the sub-amplifier 84 when the level of the input signal exceeds a certain value, and turns on the main amplifier 83 and the sub-amplifier 84. Amplification is performed by both amplifiers. However, changing the bias condition for the sub-amplifier 84 according to the input signal level with the above configuration not only requires complicated control but also increases the circuit scale, so that the sub-amplifier ON / OFF control is particularly accurate. The above configuration is rarely used except when necessary. In recent years, a method has been used in which a sub-amplifier is biased exclusively in class C and automatically turned on as the input signal level increases. However, the basic operation is the same except that the bias control of the sub-amplifier is automatically performed or the input signal level is monitored. Therefore, the operation of the Doherty amplifier having the configuration shown in FIG. 8 will be described below. Will be explained. In the following description, it is assumed that the sizes of both amplifiers 83 and 84 are equal. That is, at the time of maximum output when both amplifiers 83 and 84 are operating, both amplifiers 83 and 84 output signals of the same level.

まず、メインアンプ83のみが動作し、サブアンプ84がOFF状態となっている信号入力レベルの低い時の動作について説明する。   First, the operation when only the main amplifier 83 operates and the sub-amplifier 84 is in the OFF state and the signal input level is low will be described.

信号入力端子91より信号が入力され、電力分配器81によって経路1および経路2に信号が等分配される。信号入力レベルはサブアンプ84がONする必要のない低いレベルであるとする。この時、サブアンプ84はOFF状態であり、信号増幅動作はしない。よって、バイアス回路90からはサブアンプ84に対してOFF状態にするバイアス電圧(通常、0V)が供給され、また減衰器88の減衰量は-30dB程度の十分大きな減衰量に設定される。図8に示す電力分配器81には、ハイブリッド型や抵抗分配器などが使用できるが、ここでは1例として分布定数線路を用いた電力分配器を用いることにする。   A signal is input from the signal input terminal 91, and the signal is equally distributed to the path 1 and the path 2 by the power distributor 81. It is assumed that the signal input level is a low level that does not require the sub-amplifier 84 to be turned on. At this time, the sub-amplifier 84 is in an OFF state, and no signal amplification operation is performed. Thus, the bias circuit 90 supplies a bias voltage (usually 0 V) for turning off the sub-amplifier 84, and the attenuation amount of the attenuator 88 is set to a sufficiently large attenuation amount of about −30 dB. As the power divider 81 shown in FIG. 8, a hybrid type or a resistance divider can be used. Here, a power divider using a distributed constant line is used as an example.

図9に分布定数線路を用いた電力分配器の例を示す。図9に示す分布定数線路の電力分配器は、具体的には所望の周波数において1/4波長の長さとなる伝送線路93である。R1は入力信号端子側に接続される回路を表す負荷(当該回路のインピーダンスに等しい値をもつ)、R2はメインアンプ83を表す負荷(メインアンプの入力インピーダンスに等しい値をもつ)、R3は1/4波長線路85を表す負荷(1/4波長線路の特性インピーダンスに等しい値をもつ)である。   FIG. 9 shows an example of a power distributor using distributed constant lines. The power divider of the distributed constant line shown in FIG. 9 is specifically a transmission line 93 having a quarter wavelength length at a desired frequency. R1 is a load representing a circuit connected to the input signal terminal side (having a value equal to the impedance of the circuit), R2 is a load representing the main amplifier 83 (having a value equal to the input impedance of the main amplifier), R3 is 1 A load representing a quarter wavelength line 85 (having a value equal to the characteristic impedance of the quarter wavelength line).

減衰器88に入力された信号は、熱となって消費される。一方、メインアンプ83に入力された信号は、メインアンプ83により電力増幅され、1/4波長線路86および電力合成器82を介して信号出力端子92より出力される。   The signal input to the attenuator 88 is consumed as heat. On the other hand, the signal input to the main amplifier 83 is power amplified by the main amplifier 83 and output from the signal output terminal 92 via the quarter wavelength line 86 and the power combiner 82.

ここで、メインアンプ83の出力負荷を考える。図9に示す電力分配器は、入出力を逆にすれば電力合成器としても使用できるため、図8に示す電力合成器82は、図9に示す1/4波長線路の電力分配器と同じものを使用する。図10に示すように、図8のB点から右側を見込んだメインアンプ83に対する出力負荷は、信号出力端子92に接続される負荷抵抗R4のインピーダンスが、2つの1/4波長線路94、86を介したもの(仮にXΩとする)として観測される。よって、信号入力レベルが低く、サブアンプ84がOFF状態である場合には、メインアンプ83に対する出力負荷はXΩとなる。   Here, the output load of the main amplifier 83 is considered. The power divider shown in FIG. 9 can also be used as a power combiner if the input and output are reversed, so the power combiner 82 shown in FIG. 8 is the same as the 1/4 wavelength line power divider shown in FIG. Use things. As shown in FIG. 10, the output load for the main amplifier 83 looking to the right from the point B in FIG. 8 is that the impedance of the load resistor R4 connected to the signal output terminal 92 is two 1/4 wavelength lines 94, 86. Observed as (via XΩ). Therefore, when the signal input level is low and the sub-amplifier 84 is in the OFF state, the output load on the main amplifier 83 is XΩ.

次に、メインアンプ83が飽和状態となりサブアンプ84が増幅動作をする場合について説明する。   Next, a case where the main amplifier 83 is saturated and the sub amplifier 84 performs an amplification operation will be described.

信号入力端子91から入力された信号が電力分配器81により経路1および経路2に等分配される。減衰器88の減衰量は、入力信号レベルが増加するに伴って小さくなり、最終的には十分小さな減衰量となるように制御される。また、サブアンプ84に対するバイアスは、入力信号レベルに応じて制御され、最終的にはメインアンプ83と同じバイアス条件になるように制御される。   A signal input from the signal input terminal 91 is equally distributed to the path 1 and the path 2 by the power distributor 81. The attenuation amount of the attenuator 88 decreases as the input signal level increases, and is finally controlled to be a sufficiently small attenuation amount. Further, the bias for the sub-amplifier 84 is controlled according to the input signal level, and is finally controlled so as to have the same bias condition as that of the main amplifier 83.

メインアンプ83およびサブアンプ84に入力された信号はそれぞれ増幅され、電力合成器82によって合成された後、信号出力端子92より出力される。   The signals input to the main amplifier 83 and the sub-amplifier 84 are amplified, synthesized by the power combiner 82, and then output from the signal output terminal 92.

ここで、メインアンプ83およびサブアンプ84に対する出力負荷条件について説明する。今、メインアンプ83およびサブアンプ84の出力側の負荷条件は、図11に示すようになっている。   Here, output load conditions for the main amplifier 83 and the sub-amplifier 84 will be described. Now, the load conditions on the output side of the main amplifier 83 and the sub-amplifier 84 are as shown in FIG.

メインアンプ83に対する出力負荷は、メインアンプ83のみが動作しておりサブアンプ84から信号が出力されていない場合、低出力時の動作の時と同様に図10で説明したようにXΩである。しかし、サブアンプ84が動作し始め、信号出力端子92に接続された負荷R4に対してサブアンプ84が信号を供給し始めると、メインアンプ83に対する出力負荷はXΩから徐々に下がり始める。そして、最終的にサブアンプ84がメインアンプ83と同じ出力電力で信号を出力するようになったとき、すなわち信号出力端子92に接続された出力負荷R4に対して同じレベルの信号を供給するようになった時には、メインアンプ83に対する出力負荷はあたかもXΩの半分であるかのように観測される。このような出力負荷の変化により、メインアンプ83はサブアンプ84が動作し始めると飽和状態を維持しながら高い動作効率のまま出力電力レベルを上げることが可能となる。   When only the main amplifier 83 is operating and no signal is output from the sub-amplifier 84, the output load on the main amplifier 83 is XΩ as described with reference to FIG. However, when the sub-amplifier 84 starts to operate and the sub-amplifier 84 starts to supply a signal to the load R4 connected to the signal output terminal 92, the output load to the main amplifier 83 starts to gradually decrease from XΩ. Finally, when the sub-amplifier 84 outputs a signal with the same output power as the main amplifier 83, that is, to supply the same level signal to the output load R4 connected to the signal output terminal 92. When this happens, the output load on the main amplifier 83 is observed as if it were half of XΩ. Due to such a change in output load, the main amplifier 83 can increase the output power level while maintaining a high operating efficiency while maintaining a saturated state when the sub-amplifier 84 starts to operate.

図12にサブアンプ84が動作し始めた時のメインアンプ83の負荷の動きと出力電流および出力電圧を示す。L1はサブアンプ84がOFF時の負荷線、L2は両アンプが最大出力で動作している時の負荷線を示す。I11はサブアンプ84がOFF時の出力電流、I12は両アンプが最大出力で動作している時の出力電流を示す。図12に示すように、メインアンプ83は出力負荷が高いインピーダンスから低いインピーダンスへと変化することにより、出力電圧振幅は一定の飽和状態のまま出力電流の振幅を大きくすることで出力電力レベルを増加させることが可能となる。サブアンプ84がOFFの状態から、メインアンプ83と同じ信号レベルを出力する状態になるまでに、メインアンプ83が出力する電流の振幅は2倍となる。よって、最終的にメインアンプ83およびサブアンプ84が同レベルで信号を出力する時の出力信号レベルは、メインアンプ83のみが動作している時に出力される信号レベルの4倍となる。   FIG. 12 shows the load movement, output current, and output voltage of the main amplifier 83 when the sub-amplifier 84 starts to operate. L1 indicates a load line when the sub-amplifier 84 is OFF, and L2 indicates a load line when both amplifiers are operating at the maximum output. I11 indicates an output current when the sub-amplifier 84 is OFF, and I12 indicates an output current when both amplifiers are operating at the maximum output. As shown in Figure 12, the main amplifier 83 increases the output power level by changing the output load from high impedance to low impedance, and increasing the output current amplitude while the output voltage amplitude remains constant. It becomes possible to make it. The amplitude of the current output from the main amplifier 83 is doubled from when the sub-amplifier 84 is in an OFF state until the same signal level as that of the main amplifier 83 is output. Therefore, the output signal level when the main amplifier 83 and the sub amplifier 84 finally output signals at the same level is four times the signal level output when only the main amplifier 83 is operating.

一方、逆にサブアンプ84に対する出力負荷は、1/4波長線路86を介して接続されているメインアンプ83の出力インピーダンスと、1/4波長線路94を介して接続されている負荷R4との並列になる。しかし、サブアンプ84が信号出力端子92に接続されたR4負荷に対して供給する信号レベルが増加すると、サブアンプ84に対する出力負荷は徐々に大きなインピーダンスとして観測されるようになり、最終的にサブアンプ84がメインアンプ83と同じ出力電力で信号を出力するようになった時にはサブアンプが動作していない時のインピーダンスと比べて高いインピーダンスに観測される。   On the other hand, the output load for the sub-amplifier 84 is parallel to the output impedance of the main amplifier 83 connected via the 1/4 wavelength line 86 and the load R4 connected via the 1/4 wavelength line 94. become. However, when the signal level supplied to the R4 load connected to the signal output terminal 92 by the sub-amplifier 84 increases, the output load to the sub-amplifier 84 gradually begins to be observed as a large impedance. When a signal is output with the same output power as that of the main amplifier 83, it is observed that the impedance is higher than the impedance when the sub amplifier is not operating.

上記で説明したような、1つの出力負荷に対して2つの信号源から信号が入力されると、あたかも出力負荷のインピーダンスが変化して観測される現象は、「アクティブロードプル効果」と呼ばれる。アクティブロードプル効果とは、図13に示すように1つの出力負荷R0に対して1つの信号源(図13中、電流源1)から信号を供給している時に、もう1つの信号源(図13中、電流源2)から同じ出力負荷R0に対して信号を供給すると、電流源1に対する出力負荷は増加し、電流源2に対する出力負荷は減少するように観測される効果である。   As described above, when signals are input from two signal sources to one output load, the phenomenon as if the impedance of the output load is changed is called an “active load pull effect”. The active load pull effect means that when a signal is supplied from one signal source (current source 1 in FIG. 13) to one output load R0 as shown in FIG. In FIG. 13, when a signal is supplied from the current source 2) to the same output load R0, the output load for the current source 1 increases and the output load for the current source 2 decreases.

つまり、図13において、電流源1に対する出力負荷R11は、
R11=V1/I1=R0*(I1+I2)/I1=R0+R0*I2/I1であり、よって、I2が増加するとR11は増加する。また、電流源2に対する出力負荷R12は、
R12=V2/I2=R0*(I1+I2)/I2=R0+R0*I1/I2であり、よって、I2が増加するとR12は減少する。
That is, in FIG. 13, the output load R11 for the current source 1 is
R11 = V1 / I1 = R0 * (I1 + I2) / I1 = R0 + R0 * I2 / I1, and therefore when I2 increases, R11 increases. The output load R12 for the current source 2 is
R12 = V2 / I2 = R0 * (I1 + I2) / I2 = R0 + R0 * I1 / I2, so that when I2 increases, R12 decreases.

ドハティアンプは、このアクティブロードプル効果と1/4波長線路86とにより、メインアンプに対する出力負荷を低出力時には高いインピーダンスとして高効率動作をさせ、高出力時には逆に低いインピーダンスとすることで低歪み動作をさせる。   With this active load pull effect and 1/4 wavelength line 86, the Doherty amplifier operates with high efficiency by setting the output load on the main amplifier to high impedance at low output, and low impedance at high output, thereby reducing distortion. Make it work.

ここで、図14に、図16に特性を示したB級アンプの半分の飽和出力レベル、すなわち25dBmの飽和出力レベルを持つ2つのB級アンプをメインアンプおよびサブアンプに使用したドハティアンプの動作効率の理論特性を示す。横軸が出力電力、縦軸が動作効率である。なお、図14に示した効率特性は、入力信号がCW(continuous wave)波(変調されていない波)である場合のものである。実際の無線通信システムでは変調された信号が用いられるため、図14に示した効率特性は、変調信号の種類に応じて変わるが、通常のB級アンプに比べてドハティアンプの方がバックオフ動作時に動作効率が優れていることに変わりはない。よって、ここではCW波の効率特性を用いて説明する。比較のために、図16に示したB級アンプの動作効率を破線で示してある。図14より、10dBバックオフ時の動作効率が、B級アンプに比べてドハティアンプの方が12%程度高いことがわかる。先に説明したように、最終的にメインアンプおよびサブアンプが飽和状態となる出力レベルは、メインアンプのみが飽和状態となった時の出力レベルの4倍すなわち6dB高い値であるため、メインアンプおよびサブアンプに同じサイズのトランジスタを用い、メインアンプに対する出力負荷が2倍の大きさに変化するようなドハティアンプでは、図14に示すような効率特性となる。   Here, Figure 14 shows the operating efficiency of a Doherty amplifier that uses two Class B amplifiers with a saturation output level half that of the Class B amplifier whose characteristics are shown in Figure 16, that is, a saturation output level of 25 dBm, as the main amplifier and sub amplifier. The theoretical characteristics of are shown. The horizontal axis is output power, and the vertical axis is operating efficiency. The efficiency characteristics shown in FIG. 14 are those when the input signal is a CW (continuous wave) wave (an unmodulated wave). Since a modulated signal is used in an actual wireless communication system, the efficiency characteristics shown in Fig. 14 vary depending on the type of the modulated signal, but the Doherty amplifier performs a back-off operation compared to a normal class B amplifier Sometimes the operating efficiency is excellent. Therefore, here, description will be made using the efficiency characteristics of the CW wave. For comparison, the operating efficiency of the class B amplifier shown in FIG. 16 is indicated by a broken line. From FIG. 14, it can be seen that the Doherty amplifier has about 12% higher operating efficiency at the time of 10 dB backoff than the Class B amplifier. As explained earlier, the output level at which the main amplifier and sub-amplifier eventually become saturated is 4 times the output level when only the main amplifier is saturated, that is, 6 dB higher. In a Doherty amplifier in which transistors of the same size are used for the sub-amplifier and the output load on the main amplifier changes to twice as large, the efficiency characteristic as shown in FIG. 14 is obtained.

この効率特性には2つのピークが存在するが、この理由は以下の通りである。一般的に、トランジスタは飽和動作に近づくほど動作効率が高くなる。よって、ドハティアンプでは、メインアンプが飽和動作に近づいた時に一度効率のピークを迎え、さらにメインアンプおよびサブアンプの両方が動作し、両アンプが飽和状態となった時に再度効率のピークを迎える。   There are two peaks in this efficiency characteristic for the following reason. Generally, the operation efficiency of a transistor increases as it approaches saturation operation. Therefore, in the Doherty amplifier, when the main amplifier approaches the saturation operation, the efficiency peak once, and both the main amplifier and the sub-amplifier operate, and when both amplifiers are saturated, the efficiency peak again.

以上のように、ドハティアンプでは通常のシングルエンドのアンプよりも低出力時の動作効率を向上させることができる。   As described above, the Doherty amplifier can improve the operation efficiency at the time of low output as compared with a normal single-ended amplifier.

しかし、MIMO送信機の電力増幅器にドハティアンプをそのまま利用した場合、電力増幅器のサイズが非常に大型になるため、送信機の無線部の大型化や高価格化を招くことになる。例えば、1つのメインアンプと1つのサブアンプで構成されるドハティアンプを2つの送信系を有するMIMO送信機の電力増幅器として用いた場合、使用するアンプの合計数は4つとなり、また、ドハティアンプで使用する電力分配器やインピーダンス変換器、位相調整器は2個づつ必要となるため、電力増幅器の回路サイズは約2倍に増加してしまう。   However, if the Doherty amplifier is used as it is for the power amplifier of the MIMO transmitter, the size of the power amplifier becomes very large, leading to an increase in the size and cost of the radio unit of the transmitter. For example, when a Doherty amplifier consisting of one main amplifier and one sub-amplifier is used as a power amplifier for a MIMO transmitter having two transmission systems, the total number of amplifiers used is four. Since two power distributors, impedance converters, and phase adjusters are required, the circuit size of the power amplifier increases by a factor of about two.

そこで、本発明者らは、機器の大型化および高価格化を可及的に抑えつつも、1つの送信系のみを利用した送信、および複数の送信系を利用した送信のいずれの場合においても低消費電力で送信可能な無線送信機を実現することを試み、努力を重ねた結果、本発明を着想するにいたった。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Therefore, the present inventors have suppressed the increase in size and cost of equipment as much as possible, and in any case of transmission using only one transmission system and transmission using a plurality of transmission systems. As a result of trying to realize a wireless transmitter capable of transmitting with low power consumption and making efforts, the present invention was conceived. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1は、本発明の無線送信機の実施形態を示す。図中、1は第1の変調部、2は第1の電力増幅器、3は第1のアンテナ、4は第2の変調部、5は第2の電力増幅器、6は第2のアンテナ、7は第1の回路、8は第2の回路、9はベースバンド部、10は制御信号である。本実施の形態では制御信号をベースバンド9が与えることとしているが、制御信号を与える制御部を別途設け、制御部から与えるようにしてもよい。   FIG. 1 shows an embodiment of a wireless transmitter of the present invention. In the figure, 1 is a first modulation unit, 2 is a first power amplifier, 3 is a first antenna, 4 is a second modulation unit, 5 is a second power amplifier, 6 is a second antenna, 7 Is a first circuit, 8 is a second circuit, 9 is a baseband unit, and 10 is a control signal. In the present embodiment, the control signal is supplied from the baseband 9, but a control unit that supplies the control signal may be separately provided and supplied from the control unit.

本実施形態は、2つ送信系を有するMIMO送信機において、1つの送信系のみを用いて信号を送信する必要がある場合には、2つの電力増幅器を用いてドハティアンプを構成し、1つの変調部と1つのアンテナとを用いて信号を送信することを特徴とする。   In this embodiment, in a MIMO transmitter having two transmission systems, when a signal needs to be transmitted using only one transmission system, a Doherty amplifier is configured using two power amplifiers, A signal is transmitted using a modulation unit and one antenna.

以下では、送信信号の周波数が2GHzであり、送信機から出力する信号の出力レベルが18dBmである無線通信システムを例に挙げて、MIMO送信する場合と1つの送信系のみを用いて送信する場合とついて、本発明形態の具体的動作を説明する。   In the following, a radio communication system in which the frequency of the transmission signal is 2 GHz and the output level of the signal output from the transmitter is 18 dBm is taken as an example, when transmitting with MIMO and using only one transmission system The specific operation of the embodiment of the present invention will be described.

また、本実施形態において、第1の変調部1と第2の変調部4の出力インピーダンスは50Ωとし、また、第1の電力増幅器2の入出力インピーダンスも50Ωであるとし、さらに第1のアンテナ3および第2のアンテナ6の入力インピーダンスも50Ωであるとする。なお、第2の電力増幅器5については、第1の電力増幅器2と同じ動作条件であるMIMO送信時では入出力インピーダンスが50Ωであるが、ドハティアンプのサブアンプとして動作する1つの送信系のみを用いて送信する場合には、入力インピーダンスは50Ωであるが出力インピーダンスは50Ωに比べて十分高い値であるとする。   In the present embodiment, the output impedance of the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 is 50Ω, the input / output impedance of the first power amplifier 2 is also 50Ω, and the first antenna Assume that the input impedance of the third and second antennas 6 is also 50Ω. For the second power amplifier 5, the input / output impedance is 50Ω at the time of MIMO transmission, which is the same operating condition as the first power amplifier 2, but only one transmission system that operates as a sub-amplifier of the Doherty amplifier is used. , It is assumed that the input impedance is 50Ω, but the output impedance is sufficiently higher than 50Ω.

まず、送信機がMIMO送信する場合について説明する。   First, a case where the transmitter performs MIMO transmission will be described.

ベースバンド部9からベースバンド変調信号が第1の変調部1および第2の変調部4に入力される。第1の変調部1および第2の変調部4では、入力されたベースバンド変調信号を送信機が送信すべき2GHzのRF変調信号に変換して出力する。ここで、信号の変調に使用される変調方式については本発明の本質ではないために具体的に指定しないが、近年、無線通信システムにて用いられている16QAMやOFDMなどの変調方式が考えられる。   A baseband modulation signal is input from the baseband unit 9 to the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4. The first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 convert the input baseband modulation signal into a 2 GHz RF modulation signal to be transmitted by the transmitter and output it. Here, the modulation scheme used for signal modulation is not specifically specified since it is not the essence of the present invention, but modulation schemes such as 16QAM and OFDM used in wireless communication systems in recent years are conceivable. .

本実施形態における第1の変調部1および第2の変調部4に対して共通な具体的構成の1例を図2に示す。図中、31はローパスフィルタ、32は直交変調器、33はバンドパスフィルタ、34はドライバアンプ、35は制御信号分配手段である。ベースバンド部9にて変調がかけられたベースバンド信号が、ローパスフィルタ31を介して直交変調器32に入力され、2GHzの無線周波数までアップコンバートされた後、バンドパスフィルタ33を介してドライバアンプ34に入力され、増幅されて出力される。なお、第1の変調部1および第2の変調部における、ローパスフィルタ31、直交変調器32、およびドライバアンプ34は、ベースバンド部9より与えられる制御信号が制御信号分配手段35を介して供給され、送信機がMIMO送信する場合には第1の変調部1および第2の変調部4の両方が動作状態となり、送信機が非MIMO送信する場合には前記回路7および前記回路8の構成に依存して第1の変調部1または第2の変調部4のどちらかが休止状態となるように制御される。本実施例の構成の場合、第2の変調部4が休止状態となるように制御される。制御信号分配手段35は、例えばシリアルデータとしてベースバンド部9から制御信号が与えられる場合には、制御信号を記憶しておき、トリガ信号が与えられると各部に制御信号を分配供給するレジスタが考えられる。本実施形態では、説明を分かり易くするために第1の変調部1および第2の変調部4から出力される信号レベルを具体的に5dBmとする。   FIG. 2 shows an example of a specific configuration common to the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 in the present embodiment. In the figure, 31 is a low-pass filter, 32 is a quadrature modulator, 33 is a band-pass filter, 34 is a driver amplifier, and 35 is a control signal distribution means. The baseband signal modulated by the baseband unit 9 is input to the quadrature modulator 32 via the low-pass filter 31, up-converted to a radio frequency of 2 GHz, and then driver amplifier via the band-pass filter 33. Input to 34, amplified and output. The low-pass filter 31, the quadrature modulator 32, and the driver amplifier 34 in the first modulation unit 1 and the second modulation unit are supplied with the control signal supplied from the baseband unit 9 through the control signal distribution unit 35. When the transmitter performs MIMO transmission, both the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 are in an operating state, and when the transmitter performs non-MIMO transmission, the configuration of the circuit 7 and the circuit 8 Depending on, either the first modulation unit 1 or the second modulation unit 4 is controlled so as to be in a resting state. In the case of the configuration of the present embodiment, the second modulation unit 4 is controlled so as to be in a dormant state. The control signal distribution means 35 may be a register that stores a control signal when the control signal is supplied from the baseband unit 9 as serial data, for example, and distributes the control signal to each unit when a trigger signal is supplied. It is done. In the present embodiment, the signal level output from the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 is specifically set to 5 dBm for easy understanding.

第1の変調部1および第2の変調部4から出力された信号は、前記回路7に入力される。図3に前記回路7の1例を示す。41、42は特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路、43は特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路(1/4+n波長線路(nは0または任意の自然数))、44、45はスイッチである。スイッチ44、45はベースバンド部9から出力される制御信号により制御される。   Signals output from the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 are input to the circuit 7. FIG. 3 shows an example of the circuit 7. Reference numerals 41 and 42 are quarter wavelength lines having a characteristic impedance of 35Ω, reference numeral 43 is a quarter wavelength line having a characteristic impedance of 50Ω (1/4 + n wavelength line (n is 0 or any natural number)), and 44 and 45 are switches. The switches 44 and 45 are controlled by a control signal output from the baseband unit 9.

今、送信機はMIMO送信しているため、前記回路7は、第1の変調部1および第2の変調部4から出力された信号をそれぞれ第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5へ出力するように動作する。本実施形態では、スイッチ44では端子Aと端子Bが接続され、端子Cと端子Dが接続される。スイッチ45では、端子Gと端子Fが接続され、端子Eと端子Hは開放になるように動作する。   Now, because the transmitter is performing MIMO transmission, the circuit 7 uses the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 as the signals output from the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4, respectively. To output to In this embodiment, in the switch 44, the terminal A and the terminal B are connected, and the terminal C and the terminal D are connected. In the switch 45, the terminal G and the terminal F are connected, and the terminal E and the terminal H operate so as to be opened.

この時、第1の変調部1から、前記回路7側をみこんだインピーダンスを考える。交点Iに接続されている特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路43の交点Iにおけるインピーダンスは、スイッチ44の端子Cで線路の他端が短絡されているため開放となる。また、第1の電力増幅器2の入力インピーダンス50Ωは、特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路42により25Ωに変換されるが、さらにもう1つの特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路41によりもとの50Ωに変換される。よって、第1の変調部1から、前記回路7側をみこんだインピーダンスは、第1の電力増幅器2の入力インピーダンス50Ωに等しくなり、前記回路7を第1の変調部1と第1の電力増幅器2の間に設けても、第1の変調部1と第1の電力増幅器2を直結した場合と同じようにインピーダンスミスマッチによる電力損失なしに第1の変調部1から出力された信号は第1の電力増幅器2へ入力される。   At this time, let us consider the impedance that penetrates the circuit 7 side from the first modulation section 1. The impedance at the intersection I of the 1/4 wavelength line 43 having a characteristic impedance of 50Ω connected to the intersection I is opened because the other end of the line is short-circuited at the terminal C of the switch 44. In addition, the input impedance 50Ω of the first power amplifier 2 is converted to 25Ω by the 1/4 wavelength line 42 having the characteristic impedance of 35Ω, but is further converted by the 1/4 wavelength line 41 having the other characteristic impedance of 35Ω. Converted to 50Ω. Therefore, the impedance of the first modulation unit 1 that is inserted into the circuit 7 side is equal to the input impedance 50Ω of the first power amplifier 2, and the circuit 7 is connected to the first modulation unit 1 and the first power amplifier. 2, the signal output from the first modulation unit 1 without the power loss due to the impedance mismatch is the same as when the first modulation unit 1 and the first power amplifier 2 are directly connected. To the power amplifier 2.

一方、第2の変調部4から前記回路7側をみこんだインピーダンスは、スイッチ44の端子Aと端子Bが接続されているために第2の電力増幅器5の入力インピーダンス50Ωに等しくなる。   On the other hand, the impedance of the second modulation unit 4 that is inserted into the circuit 7 is equal to the input impedance 50Ω of the second power amplifier 5 because the terminal A and the terminal B of the switch 44 are connected.

かくして、第1の変調部1および第2の変調部4から出力された信号は、それぞれ第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5へ入力される。   Thus, the signals output from the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 are input to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5, respectively.

ここで前記回路7における、挿入損失を考える。第1の変調部1から入力された信号は、2つの特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路と1つのスイッチを通過して、第1の電力増幅器2へ入力される。また第2の変調部4から入力された信号は、1つのスイッチを通過して第2の電力増幅器5へ入力される。1/4波長線路はセラミック基板上などに形成した場合、挿入損失は2GHzで0.2dB程度であり、スイッチの挿入損失は1〜2dB程度である。よって1/4波長線路の挿入損失よりもスイッチの挿入損失の方が支配的であり、前記回路7が形成する2つの信号経路における挿入損失はほぼ等しく1〜2dB程度となる。仮に1/4波長線路の挿入損失が無視できない場合には、スイッチ44の出力に1/2波長線路を挿入することで2つの信号経路間の挿入損失の差を補正することが可能である。なお、本実施形態では動作の説明を簡単にするため、前記回路7の挿入損失は無いものとする。仮に前記回路7の挿入損失が2dBあったとする場合でも、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の利得をそれぞれ2dB高い値として説明することで説明に矛盾が生じることはない。   Here, the insertion loss in the circuit 7 is considered. The signal input from the first modulation unit 1 passes through two quarter-wave lines having a characteristic impedance of 35Ω and one switch, and is input to the first power amplifier 2. The signal input from the second modulation unit 4 passes through one switch and is input to the second power amplifier 5. When the 1/4 wavelength line is formed on a ceramic substrate or the like, the insertion loss is about 0.2 dB at 2 GHz, and the switch insertion loss is about 1 to 2 dB. Therefore, the insertion loss of the switch is more dominant than the insertion loss of the quarter wavelength line, and the insertion loss in the two signal paths formed by the circuit 7 is approximately equal to about 1 to 2 dB. If the insertion loss of the 1/4 wavelength line cannot be ignored, it is possible to correct the difference in insertion loss between the two signal paths by inserting the 1/2 wavelength line into the output of the switch 44. In this embodiment, it is assumed that there is no insertion loss of the circuit 7 in order to simplify the explanation of the operation. Even if the insertion loss of the circuit 7 is 2 dB, there is no contradiction in the explanation by describing the gains of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 as 2 dB higher values, respectively.

第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5に入力された信号は、第1のアンテナ3および第2のアンテナ6から所望の送信電力である15dBmの電力まで増幅される。今、第1の変調部1および第2の変調部4から出力される信号レベルは5dBmであるため、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の電力利得は具体的にはそれぞれ10dBである。すなわち、ベースバンド部9から与えられる制御信号により、第2の電力増幅器5は第1の電力増幅器2と同じ利得を持つようなバイアス条件に設定される。   Signals input to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are amplified from the first antenna 3 and the second antenna 6 to a desired transmission power of 15 dBm. Now, since the signal level output from the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 is 5 dBm, the power gain of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 is specifically 10 dB respectively. It is. That is, the bias condition is set such that the second power amplifier 5 has the same gain as the first power amplifier 2 by the control signal given from the baseband unit 9.

本実施形態における第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5の1例をそれぞれ図6、図7に示す。図6中、60は入力整合回路、61はエミッタフォロアを用いたベースバイアス回路、62はコレクタバイアス回路、63はエミッタ接地増幅回路、64は出力整合回路である。また図7中、70は入力整合回路、71は制御信号で制御されるエミッタフォロアを用いたベースバイアス回路、72はコレクタバイアス回路、73はエミッタ接地増幅回路、74は出力整合回路である。   An example of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 in the present embodiment is shown in FIGS. 6 and 7, respectively. In FIG. 6, 60 is an input matching circuit, 61 is a base bias circuit using an emitter follower, 62 is a collector bias circuit, 63 is a grounded emitter amplifier circuit, and 64 is an output matching circuit. In FIG. 7, 70 is an input matching circuit, 71 is a base bias circuit using an emitter follower controlled by a control signal, 72 is a collector bias circuit, 73 is a grounded emitter amplifier circuit, and 74 is an output matching circuit.

本実施形態では、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5の構成は基本的に同じである。ただし、エミッタ接地増幅回路63および73に対してベースバイアス電流を供給するエミッタフォロアを用いたベースバイアス回路が制御信号にて制御されるか否かのみ異なる。   In the present embodiment, the configurations of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are basically the same. However, the only difference is whether or not a base bias circuit using an emitter follower for supplying a base bias current to the grounded emitter amplifier circuits 63 and 73 is controlled by a control signal.

本実施形態では、MIMO送信する場合には、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5はそれぞれAB級動作をしており、非MIMO送信時は第1の電力増幅器2はAB級で動作し、第2の電力増幅器5はC級で動作する。すなわち、図6に示す第1の電力増幅器2のベースバイアス電流はMIMO送信時でも非MIMO送信時でも同一である。一方、図7に示す第2の電力増幅器5のベースバイアス電流は、ベースバンド部9より与えられる制御信号により、エミッタフォロアを用いたベースバイアス回路71がエミッタ接地増幅回路73に供給するベースバイアス電流がMIMO送信時にはエミッタ接地増幅回路73がAB級で動作するように供給され、非MIMO送信時にはエミッタ接地増幅回路73がC級で動作するように供給される。図7に示した本実施形態の第2の電力増幅器5用のエミッタフォロアを用いたベースバイアス回路71は、ベースバンド部9により与えられる制御信号の電圧値そのものによりエミッタ接地増幅回路73に供給するベースバイアス電流を制御する事が可能である。よって具体的には、エミッタフォロアを用いたベースバイアス回路71に供給する制御電圧をMIMO送信時の電圧値より下げることでエミッタ接地増幅回路73の動作をAB級からC級へと変化させることができる。   In the present embodiment, when performing MIMO transmission, the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 each perform class AB operation, and during non-MIMO transmission, the first power amplifier 2 is class AB. The second power amplifier 5 operates in class C. That is, the base bias current of the first power amplifier 2 shown in FIG. 6 is the same during MIMO transmission and non-MIMO transmission. On the other hand, the base bias current of the second power amplifier 5 shown in FIG. 7 is the base bias current supplied to the grounded emitter amplifier circuit 73 by the base bias circuit 71 using the emitter follower according to the control signal given from the baseband unit 9. Is supplied so that the grounded-emitter amplifier circuit 73 operates in class AB during MIMO transmission, and is supplied so that the grounded-emitter amplifier circuit 73 operates in class C during non-MIMO transmission. The base bias circuit 71 using the emitter follower for the second power amplifier 5 of the present embodiment shown in FIG. 7 supplies the grounded emitter amplifier circuit 73 with the voltage value of the control signal given by the baseband unit 9 itself. It is possible to control the base bias current. Therefore, specifically, the operation of the grounded emitter amplifier circuit 73 can be changed from class AB to class C by lowering the control voltage supplied to the base bias circuit 71 using the emitter follower from the voltage value at the time of MIMO transmission. it can.

かくして、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5から出力された信号は、前記回路8へ入力される。   Thus, the signals output from the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are input to the circuit 8.

図4に前記回路8の1例を示す。図中、50は特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路(1/4+n波長線路(nは0または任意の自然数))、51、52は特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路、53、54、55はスイッチである。スイッチ53、54、55はベースバンド部9から出力される制御信号により制御される。   An example of the circuit 8 is shown in FIG. In the figure, 50 is a 1/4 wavelength line with a characteristic impedance of 50Ω (1/4 + n wavelength line (n is 0 or any natural number)), 51 and 52 are 1/4 wavelength lines with a characteristic impedance of 35Ω, 53, 54, 55 Is a switch. The switches 53, 54 and 55 are controlled by a control signal output from the baseband unit 9.

送信機はMIMO送信しているため、前記回路8は、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5から出力された信号をそれぞれ第1のアンテナ3および第2のアンテナ6へ出力するように動作する。本実施形態では、スイッチ53では端子Jと端子Lが接続され、端子Mと端子Kは開放される。また、スイッチ54では端子Qと端子Rが接続され、スイッチ55では端子Pと端子Oが接続され、端子Nは開放される。   Since the transmitter performs MIMO transmission, the circuit 8 outputs the signals output from the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 to the first antenna 3 and the second antenna 6, respectively. To work. In this embodiment, in the switch 53, the terminal J and the terminal L are connected, and the terminal M and the terminal K are opened. In the switch 54, the terminal Q and the terminal R are connected, in the switch 55, the terminal P and the terminal O are connected, and the terminal N is opened.

この時、第1の電力増幅器2から、前記回路8側をみこんだインピーダンスを考える。交点Tに接続されている特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路50の交点Tにおけるインピーダンスは、スイッチ55の端子Pと端子Oが接続されているため線路の他端が短絡状態となり、開放となる。そして、スイッチ54の端子Qと端子Rが接続されるために、第1の電力増幅器2から前記回路8側をみこんだインピーダンスは、第1のアンテナ3の入力インピーダンス50Ωに等しくなる。   At this time, let us consider the impedance that penetrates the circuit 8 side from the first power amplifier 2. The impedance at the intersection T of the 1/4 wavelength line 50 having a characteristic impedance of 50 Ω connected to the intersection T is short-circuited at the other end of the line because the terminal P and the terminal O of the switch 55 are connected, and thus opened. . Then, since the terminal Q and the terminal R of the switch 54 are connected, the impedance that penetrates the circuit 8 side from the first power amplifier 2 becomes equal to the input impedance 50Ω of the first antenna 3.

一方、第2の電力増幅器5から前記回路8側をみこんだインピーダンスを考える。交点Sは、スイッチ53における端子Kおよびスイッチ55における端子Nが開放となっているため、特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路2つが接続されていることになる。また、第2のアンテナ6の入力インピーダンス50Ωは、特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路52により25Ωに変換されるが、さらにもう1つの特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路51によりもとの50Ωに変換されるので、第2のアンテナ6の入力インピーダンス50Ωひ等しくなる。よって、第2の電力増幅器5から前記回路8側をみこんだインピーダンスは、第1のアンテナ6の入力インピーダンス50Ωに等しくなり、前記回路8を第2の電力増幅部5と第2のアンテナ6の間に設けても、第2の電力増幅器5と第2のアンテナ6を直結した場合と同じようにインピーダンスミスマッチによる電力損失なしに第2の電力増幅器5から出力された信号は第2のアンテナ6へ入力される。   On the other hand, let us consider the impedance that penetrates the circuit 8 side from the second power amplifier 5. At the intersection S, since the terminal K in the switch 53 and the terminal N in the switch 55 are open, two 1/4 wavelength lines having a characteristic impedance of 35Ω are connected. In addition, the input impedance 50Ω of the second antenna 6 is converted to 25Ω by the 1/4 wavelength line 52 having the characteristic impedance of 35Ω, but the original 50Ω is converted by the 1/4 wavelength line 51 having another characteristic impedance of 35Ω. Therefore, the input impedance of the second antenna 6 becomes 50Ω. Therefore, the impedance of the circuit 8 side from the second power amplifier 5 is equal to the input impedance 50Ω of the first antenna 6, and the circuit 8 is connected to the second power amplifier 5 and the second antenna 6. Even if it is provided in between, the signal output from the second power amplifier 5 without power loss due to impedance mismatch is the same as when the second power amplifier 5 and the second antenna 6 are directly connected. Is input.

また、ここで前記回路7の場合と同様に前記回路8の挿入損失を考える。第1の電力増幅器2から入力された信号は、1つのスイッチを通過して第1のアンテナ3へ入力される。また第2の電力増幅器5から入力された信号は、2つの特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路と1つのスイッチを通過して、第2のアンテナ6へ入力される。前記回路7の場合と同様に、1/4波長線路の挿入損失よりもスイッチの挿入損失の方が支配的であり、前記回路8が形成する2つの信号経路における挿入損失はほぼ等しく1〜2dB程度となる。仮に1/4波長線路の挿入損失が無視できない場合には、スイッチ54の入力に1/2波長線路を挿入することで2つの信号経路間の挿入損失の差を縮めることが可能である。なお、前記回路7の場合と同様に、説明を簡単にするために前記回路8の挿入損失は無いものとする。   Here, as in the case of the circuit 7, the insertion loss of the circuit 8 is considered. The signal input from the first power amplifier 2 passes through one switch and is input to the first antenna 3. The signal input from the second power amplifier 5 passes through two quarter-wave lines having a characteristic impedance of 35Ω and one switch, and is input to the second antenna 6. As in the case of the circuit 7, the insertion loss of the switch is more dominant than the insertion loss of the quarter wavelength line, and the insertion loss in the two signal paths formed by the circuit 8 is approximately equal to 1 to 2 dB. It will be about. If the insertion loss of the 1/4 wavelength line cannot be ignored, it is possible to reduce the difference in insertion loss between the two signal paths by inserting the 1/2 wavelength line at the input of the switch 54. As in the case of the circuit 7, it is assumed that there is no insertion loss of the circuit 8 in order to simplify the description.

以上のようにして、第1のアンテナ3および第2のアンテナ6からそれぞれ出力レベル15dBmの信号が出力され、送信機全体としては18dBmの出力レベルで信号が出力される。   As described above, a signal with an output level of 15 dBm is output from each of the first antenna 3 and the second antenna 6, and a signal is output at an output level of 18 dBm for the entire transmitter.

次に1つの送信系のみを利用して信号を送信する場合、すなわち2つの電力増幅器を用いてドハティアンプを構成し、1つの変調部と1つのアンテナとを用いて信号を送信する場合の動作について説明する。   Next, when a signal is transmitted using only one transmission system, that is, when a Doherty amplifier is configured using two power amplifiers and a signal is transmitted using one modulation unit and one antenna Will be described.

本実施形態では、変調部は第1の変調部1、アンテナは第2のアンテナ6を使用するものとする。ベースバンド部9から前記回路7に信号が入力されるまでの動作は、先に説明したMIMO送信時の第1の変調部1の動作と同様である。第1の変調部1から出力された信号は、前記回路7へ入力される。   In the present embodiment, it is assumed that the first modulation unit 1 is used as the modulation unit and the second antenna 6 is used as the antenna. The operation until a signal is input from the baseband unit 9 to the circuit 7 is the same as the operation of the first modulation unit 1 during MIMO transmission described above. The signal output from the first modulation unit 1 is input to the circuit 7.

ここで、まず前記回路7の動作について説明する。   Here, the operation of the circuit 7 will be described first.

図3において、前記回路7は、ベースバンド部9から与えられる制御信号に応じて、第1の変調部1から入力された信号を第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5に分配するための電力分配回路として動作するように制御される。具体的には、スイッチ44では端子Bと端子Cが接続され、端子Aと端子Dは開放される。スイッチ45では、端子Eと端子Fが接続され、端子Gと端子Hが接続されるように動作する。   In FIG. 3, the circuit 7 distributes the signal input from the first modulation unit 1 to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 in accordance with the control signal supplied from the baseband unit 9. To operate as a power distribution circuit. Specifically, in the switch 44, the terminal B and the terminal C are connected, and the terminal A and the terminal D are opened. The switch 45 operates so that the terminal E and the terminal F are connected and the terminal G and the terminal H are connected.

この時、交点Iには、他端が短絡状態にある特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路42と、他端が出力インピーダンス50Ωの第1の変調部1に接続された特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路41と、入力インピーダンス50Ωの第1の電力増幅器2と、他端が出力インピーダンス50Ωの第2の電力増幅器5に接続された特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路43が接続されることになる。   At this time, at the intersection I, the 1/4 wavelength line 42 having a characteristic impedance of 35Ω with the other end short-circuited and the 1/35 of the characteristic impedance 35Ω connected to the first modulation unit 1 having the other end of the output impedance of 50Ω. 4 wavelength line 41, first power amplifier 2 with input impedance of 50Ω, and 1/4 wavelength line 43 with characteristic impedance of 50Ω connected at the other end to second power amplifier 5 with output impedance of 50Ω become.

交点Iにおけるインピーダンス整合の状態を考えると、他端が短絡状態にある特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路42のインピーダンスは、十分開放状態とみなせるくらい大きなインピーダンスとなり、他端が出力インピーダンス50Ωの第1の変調部1に接続された特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路41は25Ωとなり、これに入力インピーダンス50Ωの第1の電力増幅器2と、他端が出力インピーダンス50Ωの第2の電力増幅器5に接続された特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路43が接続されることになるため、インピーダンス25Ωで整合が取れる状態となる。結果として、第1の変調部1から出力された信号が、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5へ分配され、かつ、第2の電力増幅器5に入力される信号の位相は第1の電力増幅器2へ入力される信号の位相に比べて90°位相が遅れるような電力分配器が形成される。   Considering the state of impedance matching at the intersection point I, the impedance of the 1/4 wavelength line 42 having a characteristic impedance of 35Ω with the other end short-circuited is large enough to be regarded as an open state, and the other end is the first impedance with an output impedance of 50Ω. The 1/4 wavelength line 41 with a characteristic impedance of 35Ω connected to the modulation unit 1 of 1 becomes 25Ω, and the first power amplifier 2 with an input impedance of 50Ω and the second power amplifier 5 with the other end having an output impedance of 50Ω. Since the 1/4 wavelength line 43 having a characteristic impedance of 50Ω connected to is connected, the matching can be achieved with an impedance of 25Ω. As a result, the signal output from the first modulation unit 1 is distributed to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5, and the phase of the signal input to the second power amplifier 5 is the first. A power distributor is formed such that the phase is delayed by 90 ° compared to the phase of the signal input to one power amplifier 2.

かくして、前記回路7から出力された信号は、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5へ分配されて入力される。   Thus, the signal output from the circuit 7 is distributed and input to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5.

次に、前記回路8の動作について説明する。   Next, the operation of the circuit 8 will be described.

図4において、前記回路8は、ベースバンド部9から与えられる制御信号に応じて、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5から出力された信号を第2のアンテナ6へ出力するように動作するように制御される。具体的には、スイッチ53では端子Jと端子Kが接続され、端子Lと端子Mが接続される。スイッチ54では、端子Qと端子Rが開放される。スイッチ55では、端子Pと端子Nが接続され、端子Oは開放されるように動作する。   In FIG. 4, the circuit 8 outputs signals output from the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 to the second antenna 6 in accordance with a control signal supplied from the baseband unit 9. It is controlled to operate. Specifically, in the switch 53, the terminal J and the terminal K are connected, and the terminal L and the terminal M are connected. In the switch 54, the terminals Q and R are opened. In the switch 55, the terminal P and the terminal N are connected, and the terminal O is opened.

この時、交点Sには、他端が短絡状態にある特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路51と、他端が出力インピーダンス50Ωの第1の電力増幅器2に接続された特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路50と、他端が入力インピーダンス50Ωの第2のアンテナ6に接続された特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路52と出力インピーダンスが50Ωの第2の電力増幅器5が接続されることになる。   At this time, at the intersection S, the 1/4 wavelength line 51 having a characteristic impedance of 35Ω with the other end short-circuited and the 1/50 of the characteristic impedance 50Ω connected to the first power amplifier 2 having the other end of the output impedance of 50Ω. The 4 wavelength line 50, the 1/4 wavelength line 52 having a characteristic impedance of 35Ω, the other end of which is connected to the second antenna 6 having an input impedance of 50Ω, and the second power amplifier 5 having an output impedance of 50Ω are connected. Become.

交点Sにおけるインピーダンス整合の状態を考えると、他端が短絡状態にある特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路51のインピーダンスは、十分開放状態とみなせるくらい大きなインピーダンスとなり、他端が出力インピーダンス50Ωの第1の電力増幅器2に接続された特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路50は50Ωであり、これに出力インピーダンスが50Ωに対して十分大きな値である第2の電力増幅器5と、他端が出力インピーダンス50Ωの第2のアンテナ6に接続された特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路52が接続されることになる。このとき、第2の電力増幅器5の出力インピーダンスが本実施形態では50Ωに比べて十分大きいとしているため、上記の状態では交点Sではインピーダンス整合が取れていない状態となるが、ドハティアンプでは「アクティブロードプル効果」によりサブアンプから信号が出力される時には、電力増幅器に対する出力負荷が変化して観測される影響を考慮する必要があるため、「アクティブロードプル効果」により交点Sにおいてインピーダンス整合が取れるように設計すれば問題ない。結果として、第1の電力増幅器2から出力された信号は第2の電力増幅器5から入力される信号に比べて位相が90°遅れた状態となった後、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5から出力された信号が足しあわされるような電力合成器が形成される。   Considering the state of impedance matching at the intersection S, the impedance of the 1/4 wavelength line 51 with the characteristic impedance of 35Ω with the other end short-circuited is large enough to be considered as an open state, and the other end is the first with the output impedance of 50Ω. The 1/4 wavelength line 50 with a characteristic impedance of 50Ω connected to the power amplifier 2 of 1 is 50Ω, and the second power amplifier 5 whose output impedance is sufficiently large with respect to 50Ω and the other end output A quarter wavelength line 52 having a characteristic impedance of 35Ω connected to the second antenna 6 having an impedance of 50Ω is connected. At this time, since the output impedance of the second power amplifier 5 is assumed to be sufficiently larger than 50Ω in this embodiment, impedance matching is not achieved at the intersection S in the above state. When a signal is output from the sub-amplifier due to the “load pull effect”, it is necessary to consider the effect observed when the output load on the power amplifier changes, so that the impedance matching can be obtained at the intersection S due to the “active load pull effect”. No problem if designed to. As a result, after the signal output from the first power amplifier 2 has a phase delayed by 90 ° compared to the signal input from the second power amplifier 5, the first power amplifier 2 and the second power amplifier 2 Thus, a power combiner is formed such that the signals output from the power amplifier 5 are added together.

ここで、以上で説明してきた本実施形態における非MIMO送信時の前記回路7、第1の電力増幅器2、第2の電力増幅器5および前記回路8により形成される回路を図示すると図5のようになる。図5と図8を比較すると、第1の電力増幅器2をメインアンプ83、第2の電力増幅器5をサブアンプ84、前記回路7における特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路41を電力分配器81、特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路43を1/4波長線路85、前記回路8における特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路50を1/4波長線路86、特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路52を電力合成器82としたドハティアンプの回路構成と同じである。特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路(位相調整手段)43は、特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路50の挿入による位相の遅延を調整するためのものである。交点Sは例えば合成点に相当する。なお先に述べたように、本実施形態ではサブアンプにC級バイアスされたアンプを使用するため、図8における制御回路87、電力検出器89、可変減衰器88およびバイアス回路90は不要となる。   Here, a circuit formed by the circuit 7, the first power amplifier 2, the second power amplifier 5, and the circuit 8 at the time of non-MIMO transmission in the present embodiment described above is illustrated in FIG. become. Comparing FIG. 5 and FIG. 8, the first power amplifier 2 is the main amplifier 83, the second power amplifier 5 is the sub-amplifier 84, the 1/4 wavelength line 41 having the characteristic impedance of 35Ω in the circuit 7 is the power distributor 81, A 1/4 wavelength line 43 having a characteristic impedance of 50Ω is a 1/4 wavelength line 85, a 1/4 wavelength line 50 having a characteristic impedance of 50Ω in the circuit 8 is a 1/4 wavelength line 86, and a 1/4 wavelength line 52 having a characteristic impedance of 35Ω. This is the same as the circuit configuration of the Doherty amplifier in which the power combiner 82 is used. A 1/4 wavelength line (phase adjusting means) 43 having a characteristic impedance of 50Ω is for adjusting a phase delay caused by insertion of the 1/4 wavelength line 50 having a characteristic impedance of 50Ω. The intersection point S corresponds to, for example, a composite point. Note that, as described above, in this embodiment, a class C biased amplifier is used as the sub-amplifier, so that the control circuit 87, the power detector 89, the variable attenuator 88, and the bias circuit 90 in FIG. 8 are not necessary.

よって、第2の電力増幅器5に対してベースバンド部9より第2の電力増幅器5がC級バイアスされるように制御信号が送られることで、前記回路7と第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5と前記回路8により形成される回路は、前記変調部1から出力される信号を増幅するドハティアンプとして動作する。   Therefore, the control signal is sent from the baseband unit 9 to the second power amplifier 5 so that the second power amplifier 5 is class-C biased, so that the circuit 7, the first power amplifier 2, and the second power amplifier 5 The circuit formed by the second power amplifier 5 and the circuit 8 operates as a Doherty amplifier that amplifies the signal output from the modulation unit 1.

ドハティアンプは、入力される信号レベルが小さい時にはメインアンプのみが動作しており、入力される信号レベルが増加するに伴ってサブアンプが動作し始める。本実施形態では、サブアンプとして使用する第2の電力増幅器5をC級アンプとし、入力信号が増加するに伴って徐々にバイアス電流が上昇し、利得を持つON状態となるように動作させる。また、メインアンプのみが動作している時のメインアンプに対する出力負荷は、高効率動作するような高い値となっているが、サブアンプが動作し始めるとメインアンプとサブアンプに対する出力負荷の値がそれぞれ変化するように観測される「アクティブロードプル効果」と呼ばれる現象が生じ、本実施形態のように1/4波長線路50をインピーダンス変換器に用いている場合には、メインアンプに対する出力負荷の値は下がり、より高出力動作が可能となるようになる。   In the Doherty amplifier, only the main amplifier operates when the input signal level is low, and the sub-amplifier starts to operate as the input signal level increases. In the present embodiment, the second power amplifier 5 used as a sub-amplifier is a class C amplifier, and is operated so that the bias current gradually increases as the input signal increases, and an ON state having a gain is obtained. In addition, the output load on the main amplifier when only the main amplifier is operating is a high value for high-efficiency operation, but when the sub-amplifier starts operating, the output load values for the main amplifier and the sub-amplifier are respectively A phenomenon called “active load pull effect” observed to change occurs, and when the 1/4 wavelength line 50 is used as an impedance converter as in this embodiment, the value of the output load for the main amplifier Lowers, allowing higher power operation.

上記のようなドハティアンプの基本的な動作原理に関しては、引用文献1に詳細が記載されており、また背景技術の欄においても説明した。よって、ここでは第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5が、それぞれ最大出力レベルである15dBmで信号を出力する場合の、前記回路7と第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5と前記回路8により形成されるドハティアンプの動作に関してのみ説明する。   The basic operating principle of the Doherty amplifier as described above is described in detail in the cited document 1, and also explained in the background art section. Therefore, here, when the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 output signals at a maximum output level of 15 dBm, the circuit 7, the first power amplifier 2, and the second power amplifier, respectively. Only the operation of the Doherty amplifier formed by 5 and the circuit 8 will be described.

第1の変調部1から入力された信号は、前記回路7が形成する電力分配器によって第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5に分配される。   The signal input from the first modulation unit 1 is distributed to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 by the power distributor formed by the circuit 7.

本実施形態における第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の利得は、MIMO送信時でも、非MIMO送信時でも、同じ10dBの利得を有するものとする。すなわち、非MIMO送信時には、C級バイアスされた第2の電力増幅器5の利得は10dBとなる特性を有する。このとき、第1の変調部1から出力される信号レベルは具体的には8dBmである。   The gains of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 in the present embodiment are assumed to have the same gain of 10 dB both during MIMO transmission and during non-MIMO transmission. That is, at the time of non-MIMO transmission, the gain of the second power amplifier 5 biased with class C has a characteristic of 10 dB. At this time, the signal level output from the first modulation unit 1 is specifically 8 dBm.

本実施形態では第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の利得をMIMO送信時と非MIMO送信時とで等しい値としている。そのため、第1の変調部1の出力電力レベルはMIMO送信する場合に比べて非MIMO送信時では3dB高くなる。これは、本実施形態のように電力増幅器の利得がMIMO送信時でも非MIMO送信時でも同じである場合には従来の送信機でも同様である。つまり、従来の送信機と本実施形態とにおいて、第1の変調部1の出力レベルが3dB高くなることによる消費電力の増加に関しては同じである。   In the present embodiment, the gains of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are set to be equal in MIMO transmission and non-MIMO transmission. Therefore, the output power level of the first modulation unit 1 is 3 dB higher in non-MIMO transmission than in the case of MIMO transmission. This is the same with the conventional transmitter when the gain of the power amplifier is the same during MIMO transmission and during non-MIMO transmission as in this embodiment. That is, the increase in power consumption due to the output level of the first modulation unit 1 being increased by 3 dB is the same between the conventional transmitter and the present embodiment.

本実施形態では、上記のように第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5は同一の利得を有するとしているため、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5にはそれぞれ同じレベルの信号が等分配されるものとしている。すなわち、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5にはそれぞれ5dBmの信号が入力される。   In the present embodiment, since the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 have the same gain as described above, the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 have the same level, respectively. Are equally distributed. That is, a signal of 5 dBm is input to each of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5.

第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5に入力された信号は電力増幅され、それぞれ15dBmの出力レベルで前記回路8へ出力される。このとき、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5は、先に説明したMIMO送信時と同じレベルの信号が入力され、同じレベルの信号を出力する。よって、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の動作効率はMIMO送信時と同じになる。   The signals input to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are power amplified and output to the circuit 8 at an output level of 15 dBm. At this time, the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are input with the same level signal as the MIMO transmission described above, and output the same level signal. Therefore, the operating efficiencies of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are the same as in MIMO transmission.

そして前記回路8では、電力合成器が形成されているため、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5から出力された信号は足しあわされ、18dBmの出力レベルの信号として第2のアンテナ6に入力される。   In the circuit 8, since a power combiner is formed, the signals output from the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are added together, and the second antenna is output as a signal having an output level of 18 dBm. Input to 6.

以上のようにして、第2のアンテナ6から出力レベル18dBmの信号が出力され、送信機としてはMIMO送信するときと同じ18dBmの出力レベルで信号が出力される。   As described above, a signal with an output level of 18 dBm is output from the second antenna 6, and a signal is output with the same output level of 18 dBm as the transmitter when transmitting MIMO.

図15は、第1の回路7の他の構成例を示す。この第1の回路100は、出力端子間のアイソレーションが確保でき、かつ出力信号間に90度の位相差が生じるアイソレーション回路101を備えている。   FIG. 15 shows another configuration example of the first circuit 7. The first circuit 100 includes an isolation circuit 101 that can ensure isolation between output terminals and generates a phase difference of 90 degrees between output signals.

これにより、第1の回路100において、2つの出力端子間のアイソレーションが確保できる。よって、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5の入力端子間のアイソレーションも確保され、結果として第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5を用いてドハティアンプを構成する場合に2つの電力増幅器の入力インピーダンス同士が影響を及ぼしあわないため、電力増幅器の入力整合回路等の設計が比較的容易にできる。   Thereby, in the first circuit 100, the isolation between the two output terminals can be ensured. Therefore, isolation between the input terminals of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 is also ensured, and as a result, a Doherty amplifier is configured using the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5. Since the input impedances of the two power amplifiers do not affect each other, the design of the power amplifier input matching circuit and the like can be made relatively easy.

また、第1の回路100は、出力信号間に90度の位相差を付けるため、図3の第1の回路7における特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路41と特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路43で構成される電力分配器と等価の働きを実現する。   Further, the first circuit 100 adds a 90-degree phase difference between the output signals, so that the 1/4 wavelength line 41 having the characteristic impedance of 35Ω and the 1/4 wavelength having the characteristic impedance of 50Ω in the first circuit 7 of FIG. A function equivalent to that of the power distributor constituted by the line 43 is realized.

以下このような第1の回路100についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the first circuit 100 will be described in more detail.

図15中、101は出力端子間のアイソレーションが取れ、かつ、出力信号間に90度の位相差を付けるアイソレーション回路、102は第1のスイッチ回路、103は第2のスイッチ回路、104は終端器である。   In FIG. 15, 101 is an isolation circuit that can provide isolation between output terminals and provides a 90-degree phase difference between output signals, 102 is a first switch circuit, 103 is a second switch circuit, and 104 is It is a terminator.

アイソレーション回路101には、たとえば非特許文献2(マイクロウェーブ技術入門講座(基礎編) 森栄二著 CQ出版社)に記載の3dBブランチラインカプラが使用できる。3dBブランチラインカプラの構成や設計方法については非特許文献2に記載されている。3dBブランチラインカプラを使用した場合、非特許文献2によれば1.5GHzで出力端子間のアイソレーションが30dB以上確保できる。   For the isolation circuit 101, for example, a 3 dB branch line coupler described in Non-Patent Document 2 (Introduction to Microwave Technology (Basics) by Eiji Mori, CQ Publisher) can be used. Non-patent document 2 describes the configuration and design method of the 3 dB branch line coupler. When a 3 dB branch line coupler is used, according to Non-Patent Document 2, isolation between output terminals can be secured at 30 GHz or more at 1.5 GHz.

また、アイソレーション回路101には、例えば非特許文献3(Junghyun KIM, et al., ”A Highly-Integrated Doherty Amplifier for CDMA Handset Applications Using an Active Phase Splitter”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15, No. 5, MAY 2005.)に記載の、半導体トランジスタで構成される位相器も使用できる。非特許文献3によれば、10dB以上確保できる。   The isolation circuit 101 includes, for example, Non-Patent Document 3 (Junghyun KIM, et al., “A Highly-Integrated Doherty Amplifier for CDMA Handset Applications Using an Active Phase Splitter”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15). , No. 5, MAY 2005.), a phase shifter composed of semiconductor transistors can also be used. According to Non-Patent Document 3, 10 dB or more can be secured.

第1の回路100を備えた送信機の動作は、第1の回路100の動作以外は、第1の回路7を備えた送信機の場合と同様である。よって、以下では、第1の回路100の動作を中心に説明する。   The operation of the transmitter including the first circuit 100 is the same as that of the transmitter including the first circuit 7 except for the operation of the first circuit 100. Therefore, in the following, the operation of the first circuit 100 will be mainly described.

まず、第1の回路100を備えた送信機が非MIMIO送信する場合について説明する。図15において、第1の回路100は、ベースバンド部9から与えられる制御信号に応じて、第1の変調部1から入力された信号を第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5に分配するための電力分配回路として動作するように制御される。具体的には、第1のスイッチ回路102では端子Aと端子C、および端子Fと端子Eが接続され、第2のスイッチ回路103では、端子Gと端子Iが接続されるように動作する。   First, a case where a transmitter including the first circuit 100 performs non-MIMIO transmission will be described. In FIG. 15, the first circuit 100 sends the signal input from the first modulation unit 1 to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 in accordance with the control signal supplied from the baseband unit 9. It is controlled to operate as a power distribution circuit for distributing. Specifically, the first switch circuit 102 operates such that the terminals A and C and the terminals F and E are connected, and the second switch circuit 103 operates so that the terminals G and I are connected.

かくして、第1の変調部1から入力された信号は、アイソレーション回路101によって同一電力レベルで互いに90度の位相差がつけられ2つの信号に分波され、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5に入力される。   Thus, the signal input from the first modulation unit 1 is demultiplexed into two signals with a phase difference of 90 degrees from each other at the same power level by the isolation circuit 101, and the first power amplifier 2 and the second power To the power amplifier 5.

一方、上記送信機がMIMO送信する場合には、第1の回路100は、ベースバンド部9から与えられる制御信号に応じて、第1の変調部1から入力された信号を第1の電力増幅器2へ出力し、第2の変調部4から入力された信号を第2の電力増幅器5へ出力するように動作する。具体的には、第1のスイッチ回路102では端子Aと端子B、端子Dと端子Eがそれぞれ接続され、第2のスイッチ回路103では、端子Hと端子Iが接続されるように動作する。   On the other hand, when the transmitter performs MIMO transmission, the first circuit 100 converts the signal input from the first modulation unit 1 into the first power amplifier according to the control signal supplied from the baseband unit 9. 2, and operates so as to output the signal input from the second modulation unit 4 to the second power amplifier 5. Specifically, the first switch circuit 102 operates so that the terminals A and B, the terminal D and the terminal E are connected, and the second switch circuit 103 operates so that the terminal H and the terminal I are connected.

かくして、第1の変調部1から入力された信号は、第1の電力増幅器2に出力され、第2の変調部4から入力された信号は、第2の電力増幅器5へ出力される。   Thus, the signal input from the first modulation unit 1 is output to the first power amplifier 2, and the signal input from the second modulation unit 4 is output to the second power amplifier 5.

以上で説明した第1の回路100の動作以外の、送信機を構成する回路の動作は、非MIMO送信する場合とMIMO送信する場合の両方において、第1の回路7を備えた送信機の場合と同様である。   The operation of the circuit constituting the transmitter other than the operation of the first circuit 100 described above is the case of the transmitter including the first circuit 7 in both cases of non-MIMO transmission and MIMO transmission. It is the same.

以上のように、本実施形態ではMIMO送信時と非MIMO送信時とで、送信機内に備えた第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5は、各々動作効率が等しくなる。よって、従来のMIMO送信機では、同一の電力増幅器を使用した場合に非MIMO送信時には電力増幅器の動作効率が劣化してしまうという問題があったが、本発明を実施する事によりこの問題を回避することが可能となる。   As described above, in this embodiment, the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 provided in the transmitter have the same operation efficiency during MIMO transmission and during non-MIMO transmission. Therefore, in the conventional MIMO transmitter, when the same power amplifier is used, there is a problem that the operation efficiency of the power amplifier is deteriorated at the time of non-MIMO transmission, but this problem is avoided by implementing the present invention. It becomes possible to do.

また、本実施形態では1つの送信系のみを利用して信号を送信することが必要とされるMIMO用送信機において、各送信系に備える電力増幅器の飽和レベルをMIMO送信時に必要とされる飽和レベルに等しくすることが可能となる。結果として、MIMO送信時の電力増幅器のバックオフ量を増加させる必要がなくなるために、MIMO送信時の消費電力が低減できる。   Further, in this embodiment, in a MIMO transmitter that is required to transmit a signal using only one transmission system, the saturation level of the power amplifier provided in each transmission system is the saturation required for MIMO transmission. It becomes possible to make it equal to the level. As a result, it is not necessary to increase the back-off amount of the power amplifier during MIMO transmission, so that power consumption during MIMO transmission can be reduced.

さらに、本実施形態では、1つの送信系のみを利用して信号を送信する場合には、送信機の備える複数の電力増幅器でドハティアンプを構成するため、送信機は無線通信システムが規定する歪みレベルを満たしながら出力すべき送信レベルを満たすことが可能となる。   Furthermore, in this embodiment, when a signal is transmitted using only one transmission system, a Doherty amplifier is configured by a plurality of power amplifiers included in the transmitter. It is possible to satisfy the transmission level to be output while satisfying the level.

以上のような効果により、1つの送信系のみを利用して信号を送信することが必要となるMIMO送信機を小型、低価格で実現できる。   Due to the above effects, it is possible to realize a MIMO transmitter that needs to transmit a signal using only one transmission system in a small size and at a low price.

なお本実施形態では、インピーダンス変換手段および位相調整手段の1例として特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路を例にあげ、信号経路切り替え手段としてスイッチを例にあげて説明したが、インピーダンス変換手段および信号経路切り替え手段が1/4波長線路およびスイッチと同じ効果を有する他の回路であってもかまわないし、変換前および変換後のインピーダンスの値が本実施形態と異なる場合であってもかまわない。   In the present embodiment, as an example of the impedance conversion means and the phase adjustment means, a 1/4 wavelength line having a characteristic impedance of 50Ω is given as an example, and a switch is given as an example of the signal path switching means. The signal path switching means may be another circuit having the same effect as the quarter wavelength line and the switch, or the impedance value before and after conversion may be different from that of the present embodiment.

また、第1の回路7および第2の回路8の動作説明をする際に、「インピーダンス整合が取れる」という表記を用いたが、完全にインピーダンス整合が取れている状態でなくとも、送信機が無線通信を行ううえで支障が生じない程度(例えば、回路間の電圧定在波比(VSWR)が2以下程度)にインピーダンス整合が取れているような状態であっても問題ない。   In addition, when describing the operation of the first circuit 7 and the second circuit 8, the notation that “impedance matching can be obtained” was used. There is no problem even in a state where impedance matching is achieved to the extent that no trouble occurs in wireless communication (for example, the voltage standing wave ratio (VSWR) between circuits is about 2 or less).

また、第2の電力増幅器5はC級バイアス状態の時に出力インピーダンスが50Ωより十分高くなる場合を例に挙げて説明したが、第2の電力増幅器5の出力インピーダンスが十分高くない場合であっても、第1の回路7および第2の回路8に使用する1/4波長線路の特性インピーダンスの値およびその長さを適当に選択することによりドハティアンプが実現できるため問題ない。   In addition, the second power amplifier 5 has been described by taking as an example a case where the output impedance is sufficiently higher than 50Ω in the class C bias state, but this is a case where the output impedance of the second power amplifier 5 is not sufficiently high. However, there is no problem because the Doherty amplifier can be realized by appropriately selecting the characteristic impedance value and the length of the 1/4 wavelength line used in the first circuit 7 and the second circuit 8.

また、第1の変調部1および第2の変調部4が図2に示されるような構成でなくても、すなわち変調された無線周波数の信号を出力できる機能を有する回路であれば図2に示される構成と異なる構成であってもかまわない。   In addition, even if the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 are not configured as shown in FIG. 2, that is, if the circuit has a function capable of outputting a modulated radio frequency signal, the circuit shown in FIG. A configuration different from the configuration shown may be used.

また、第2の電力増幅器5は、1つの送信系のみで送信する場合にはC級バイアスとなるようにベースバンド部9から与えられる制御信号により制御される例を挙げて説明したが、第2の電力増幅器5が、ドハティアンプのサブアンプとして機能するように、入力された信号のレベルに応じてベースバンド部9から与えられる制御信号によりバイアス電圧およびドライブレベルが調整されるような電力増幅器であってもかまわない。   Further, the second power amplifier 5 has been described with an example in which the second power amplifier 5 is controlled by a control signal supplied from the baseband unit 9 so as to be a class C bias when transmitting by only one transmission system. This is a power amplifier in which the bias voltage and the drive level are adjusted by the control signal supplied from the baseband unit 9 according to the level of the input signal so that the power amplifier 5 of 2 can function as a sub-amplifier of the Doherty amplifier. It does not matter.

また、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5に対して、第1の変調部1から出力された信号が等分配される例を挙げて説明したが、分配比率が等しくない場合であっても問題ない。   In addition, the example in which the signal output from the first modulation unit 1 is equally distributed to the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 has been described, but the distribution ratio is not equal. There is no problem even if it exists.

また、第1の電力増幅器2または第2の電力増幅器5の利得が等しい場合を例に挙げて説明したが、第1の電力増幅器2および第2の電力増幅器5の利得が等しくない場合に、第1の電力増幅器2と第2の電力増幅器5の両方もしくは片方にゲインアンプや減衰器などの利得を補正する機能を備えても良い。   Further, the case where the gains of the first power amplifier 2 or the second power amplifier 5 are equal has been described as an example, but when the gains of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 are not equal, Both or one of the first power amplifier 2 and the second power amplifier 5 may have a function of correcting the gain of a gain amplifier or an attenuator.

さらに、送信機の送信電力を信号伝播路の状況に応じて変化させる送信電力制御を行う場合には、第1の変調部1および第2の変調部4において出力電力を可変とするための可変利得増幅器など回路を有することで実現できる。   Furthermore, when performing transmission power control in which the transmission power of the transmitter is changed according to the condition of the signal propagation path, a variable for making the output power variable in the first modulation unit 1 and the second modulation unit 4 This can be realized by having a circuit such as a gain amplifier.

また、本実施形態では2つの送信系を有するMIMO送信機を用いているが、3つの送信系を有するMIMO送信機に本発明を実施する場合も同様に、第1の回路および第2の回路と3つの送信系が備える3つの電力増幅器とを用い、かつ、これら3つの電力増幅器を1つのメインアンプと2つのサブアンプとして用いることによりドハティアンプを構成することが可能であり、MIMO送信時の電力増幅器の動作効率劣化を回避することが可能となる。   Further, in the present embodiment, a MIMO transmitter having two transmission systems is used. Similarly, when the present invention is implemented in a MIMO transmitter having three transmission systems, the first circuit and the second circuit are similarly applied. And three power amplifiers provided in three transmission systems, and by using these three power amplifiers as one main amplifier and two sub-amplifiers, a Doherty amplifier can be configured. It becomes possible to avoid the deterioration of the operation efficiency of the power amplifier.

また、本実施形態において、各電力増幅器は、バイアス電圧またはバイアス電流や環境温度などの動作条件が等しい条件下において同一レベルで信号を出力する場合、歪み特性や雑音特性などに代表される無線通信システムが規定する高周波特性が、互いに等しいレベルであることが好ましい。   Also, in this embodiment, each power amplifier outputs wireless communication typified by distortion characteristics and noise characteristics when outputting a signal at the same level under the same operating conditions such as bias voltage or bias current and environmental temperature. The high frequency characteristics defined by the system are preferably at the same level.

また、本実施形態において、第1の回路または第2の回路またはこれらの両方が、半導体プロセスで作られたインダクタとキャパシタ、または積層セラミックコンデンサや薄膜インダクタなどのチップ部品のインダクタとキャパシタで構成される集中定数回路と、スイッチとで構成されてもよい。   In the present embodiment, the first circuit, the second circuit, or both of them are configured by an inductor and a capacitor made by a semiconductor process, or an inductor and a capacitor of a chip component such as a multilayer ceramic capacitor or a thin film inductor. A lumped constant circuit and a switch may be included.

また、本実施形態において、第1の回路と、第2の回路と、複数の電力増幅器とが、同一の半導体プロセスで作られるMMICであってもよい。   In the present embodiment, the first circuit, the second circuit, and the plurality of power amplifiers may be MMICs manufactured by the same semiconductor process.

また、本実施形態において、第1の回路と、第2の回路と、複数の電力増幅器との各々が、またはこれらの任意の組み合わせにおける各組み合わせが、同一のセラミック基板または樹脂基板上において、配線パターンやチップ部品などを用いて実現されたモジュールであってもよい。   In the present embodiment, each of the first circuit, the second circuit, and the plurality of power amplifiers, or any combination of these, is wired on the same ceramic substrate or resin substrate. It may be a module realized using a pattern, a chip component, or the like.

本発明を実施形態としての送信機の構成を示す図。The figure which shows the structure of the transmitting apparatus as embodiment of this invention. 第1の変調部および第2の変調部の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a first modulation unit and a second modulation unit. 第1の回路の一例を示す図。The figure which shows an example of a 1st circuit. 第2の回路の一例を示す図。The figure which shows an example of a 2nd circuit. 1つの送信系のみで信号を送信する場合に、第1の回路と第2の回路と第1の電力増幅器と第2の電力増幅器によってドハティアンプが形成されることを説明する図。The figure explaining that a Doherty amplifier is formed by the 1st circuit, the 2nd circuit, the 1st power amplifier, and the 2nd power amplifier, when transmitting a signal only by one transmission system. 第1の電力増幅器の一例を示す図。The figure which shows an example of a 1st power amplifier. 第2の電力増幅器の一例を示す図。The figure which shows an example of the 2nd power amplifier. 既知のドハティアンプの構成を示す図。The figure which shows the structure of a known Doherty amplifier. 1/4波長分布定数線路を用いた電力分配器を示す図。The figure which shows the power divider | distributor using a 1/4 wavelength distributed constant line. メインアンプのみが動作している時のメインアンプの出力負荷を説明する図。The figure explaining the output load of the main amplifier when only the main amplifier is operating. メインアンプおよびサブアンプが動作している時の両アンプの出力負荷を説明する図。The figure explaining the output load of both amplifier when the main amplifier and the sub amplifier operate | move. メインアンプの出力電流の変化を説明する図。The figure explaining the change of the output current of a main amplifier. アクティブロードプル効果を説明する図。The figure explaining the active load pull effect. B級アンプの半分の飽和出力レベルを持つ2つのB級アンプで構成したドハティアンプの動作効率の理論特性を示す図。The figure which shows the theoretical characteristic of the operating efficiency of the Doherty amplifier which consisted of two Class B amplifiers with half the saturation output level of Class B amplifier. 第1の回路の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of a 1st circuit. 飽和出力レベルが28dBmであり、飽和出力時の動作効率が45%であるB級アンプの出力電力対効率特性を理論値により示す図。The figure which shows the output power versus efficiency characteristic of the class B amplifier whose saturation output level is 28dBm and whose operation efficiency at the time of saturation output is 45% by theoretical value.

符号の説明Explanation of symbols

1: 第1の変調部 2: 第1の電力増幅器
3: 第1のアンテナ 4: 第2の変調部
5: 第2の電力増幅器 6: 第2のアンテナ
7: 第1の回路
8: 第2の回路
9: ベースバンド部 10: 制御信号

31: ローパスフィルタ
32: 直交変調器 33: バンドパスフィルタ
34: ドライバアンプ 35: 制御信号分配手段

41、42: 特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路
43: 特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路
44、45: スイッチ

50: 特性インピーダンス50Ωの1/4波長線路
51、52: 特性インピーダンス35Ωの1/4波長線路
53、54、55: スイッチ

60: 入力整合回路 61: エミッタフォロアを用いたベースバイアス回路
62: コレクタバイアス回路 63: エミッタ接地増幅回路
64: 出力整合回路

70: 入力整合回路
71: 制御信号で制御されるエミッタフォロアを用いたベースバイアス回路
72: コレクタバイアス回路 73: エミッタ接地増幅回路
74: 出力整合回路

81: 電力分配器 82: 電力合成器 83: メインアンプ
84: サブアンプ 85、86: 1/4波長線路 7: 制御回路
88: 可変減衰器 89: 電力検出器

90: バイアス回路 91: 信号入力端子 92: 信号出力端子
93、94: 1/4波長線路

100: 第1の回路 101: アイソレーション回路
102: 第1のスイッチ回路 103: 第2のスイッチ回路
1: First modulation unit 2: First power amplifier
3: First antenna 4: Second modulator
5: Second power amplifier 6: Second antenna
7: First circuit
8: Second circuit
9: Baseband part 10: Control signal

31: Low-pass filter
32: Quadrature modulator 33: Band pass filter
34: Driver amplifier 35: Control signal distribution means

41, 42: 1/4 wavelength line with characteristic impedance of 35Ω
43: 1/4 wavelength line with characteristic impedance of 50Ω
44, 45: Switch

50: 1/4 wavelength line with characteristic impedance of 50Ω
51, 52: 1/4 wavelength line with characteristic impedance of 35Ω
53, 54, 55: Switch

60: Input matching circuit 61: Base bias circuit using emitter follower
62: Collector bias circuit 63: Common emitter amplifier circuit
64: Output matching circuit

70: Input matching circuit
71: Base bias circuit using emitter follower controlled by control signal
72: Collector bias circuit 73: Grounded emitter amplifier circuit
74: Output matching circuit

81: Power distributor 82: Power combiner 83: Main amplifier
84: Sub-amplifier 85, 86: 1/4 wavelength line 7: Control circuit
88: Variable attenuator 89: Power detector

90: Bias circuit 91: Signal input terminal 92: Signal output terminal
93, 94: 1/4 wavelength line

100: First circuit 101: Isolation circuit
102: First switch circuit 103: Second switch circuit

Claims (17)

各々入力信号を変調して変調信号を生成する第1および第2の変調部と、
各々変調信号を電力増幅して電力増幅信号を生成する第1および第2の電力増幅器と、
各々電力増幅信号を空間中に電波として放射する第1および第2のアンテナと、を備え、
さらに、
前記第1の変調部からの変調信号を前記第1の電力増幅器へ出力し前記第2の変調部からの変調信号を前記第2の電力増幅器へ出力する第1の経路と、前記第1の変調部からの変調信号を分離して一方の変調信号を前記第1の電力増幅器へ他方の変調信号を第2の電力増幅器へ出力する第2の経路と、前記第1および第2の経路を切り換える経路切替手段と、を有する第1の回路と、
前記第1の電力増幅器からの電力増幅信号を前記第1のアンテナに出力し前記第2の電力増幅器からの電力増幅信号を前記第2のアンテナに出力する第3の経路と、前記第1および第2の電力増幅器からの電力増幅信号を合成点において合成して前記第1または第2のアンテナに出力する、前記第1の電力増幅器からの電力増幅信号が前記合成点に向かう経路上においてインピーダンス変換手段を含む第4の経路と、前記第3および第4の経路を切り換える経路切替手段と、を有する第2の回路と、
前記第1および第2の変調部の両方を用いる第1の通信を行う場合は、前記第1の回路を前記第1の経路に設定する制御信号を前記第1の回路の経路切替手段に供給し、前記第2の回路を前記第3の経路に設定する制御信号を前記第2の回路の経路切替手段に供給し、
一方、前記第1および第2の変調部のうち前記第1の変調部のみを用いる第2の通信を行う場合は、前記第1の回路を前記第2の経路に設定する制御信号を前記第1の回路の経路切替手段に供給し、前記第2の回路を前記第4の経路に設定する制御信号を前記第2の回路の経路切替手段に供給する、
制御部と、
を備えた無線送信機。
First and second modulators that each modulate an input signal to generate a modulated signal;
First and second power amplifiers that each amplify the modulated signal to generate a power amplified signal;
First and second antennas each radiating power amplification signals as radio waves in space,
further,
A first path for outputting a modulation signal from the first modulation unit to the first power amplifier and outputting a modulation signal from the second modulation unit to the second power amplifier; and A second path for separating the modulation signal from the modulation unit and outputting one modulation signal to the first power amplifier and the other modulation signal to the second power amplifier; and the first and second paths A first circuit having a path switching means for switching;
A third path for outputting a power amplification signal from the first power amplifier to the first antenna and outputting a power amplification signal from the second power amplifier to the second antenna; and A power amplification signal from the second power amplifier is synthesized at a synthesis point and output to the first or second antenna. The power amplification signal from the first power amplifier has an impedance on a path toward the synthesis point. A second circuit having a fourth path including conversion means and path switching means for switching between the third and fourth paths;
When performing first communication using both the first and second modulation units, a control signal for setting the first circuit to the first path is supplied to the path switching unit of the first circuit. And supplying a control signal for setting the second circuit to the third path to the path switching means of the second circuit,
On the other hand, when performing the second communication using only the first modulation unit among the first and second modulation units, a control signal for setting the first circuit to the second path is set to the first signal. Supplying to the path switching means of the first circuit, and supplying a control signal for setting the second circuit to the fourth path to the path switching means of the second circuit;
A control unit;
With wireless transmitter.
前記制御部は、前記第2の電力増幅器のバイアス電圧またはバイアス電流を制御するバイアス制御信号を前記第2の電力増幅器に供給することを特徴とする請求項1に記載の無線送信機   2. The radio transmitter according to claim 1, wherein the control unit supplies a bias control signal for controlling a bias voltage or a bias current of the second power amplifier to the second power amplifier. 前記制御部は、前記第1の通信が実行される場合は、前記第2の電力増幅器をAB級増幅させるバイアス制御信号を前記第2の電力増幅器に供給し、前記第2の通信が実行される場合は、前記第2の電力増幅器をC級増幅させるバイアス制御信号を前記第2の電力増幅器に供給することを特徴とする請求項2に記載の無線送信機。   When the first communication is executed, the control unit supplies a bias control signal for class AB amplification of the second power amplifier to the second power amplifier, and the second communication is executed. 3. The radio transmitter according to claim 2, wherein a bias control signal for class C amplification of the second power amplifier is supplied to the second power amplifier. 前記第1の電力増幅器はAB級増幅を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の無線送信機。   The radio transmitter according to claim 1, wherein the first power amplifier performs class AB amplification. 前記第2の経路は、前記他方の変調信号の経路上において位相調整手段を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の無線送信機。 5. The radio transmitter according to claim 1, wherein the second path includes phase adjusting means on the path of the other modulation signal. 前記位相調整手段は、1/4+n波長線路 (nは0または任意の自然数)であることを特徴とする請求項5に記載の無線送信機。   6. The radio transmitter according to claim 5, wherein the phase adjusting means is a 1/4 + n wavelength line (n is 0 or an arbitrary natural number). 前記第1の回路における第2の経路は、前記変調信号を分離する機能および前記位相調整手段として、入力された変調信号を位相差が互いに90°となるように2つに分離するハイブリッド型電力分配器を含むことを特徴とする請求項5または6に記載の無線送信機。   The second path in the first circuit has a function of separating the modulated signal and a hybrid power that separates the input modulated signal into two so that the phase difference is 90 ° with each other as the phase adjusting means. The wireless transmitter according to claim 5, further comprising a distributor. 前記第2の回路における第4の経路上のインピーダンス変換手段は、1/4+n波長線路 (nは0または任意の自然数)であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の無線送信機。   8. The radio according to claim 1, wherein the impedance conversion means on the fourth path in the second circuit is a ¼ + n wavelength line (n is 0 or an arbitrary natural number). Transmitter. 前記第1の回路における経路切替手段または前記第2の回路における経路切替手段は、スイッチによって構成されたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の無線送信機。   9. The radio transmitter according to claim 1, wherein the path switching unit in the first circuit or the path switching unit in the second circuit is configured by a switch. 前記第1の回路または前記第2の回路またはこれらの両方は、集中定数回路とスイッチとで構成されたことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の無線送信機。   9. The radio transmitter according to claim 1, wherein the first circuit, the second circuit, or both of them are configured by a lumped constant circuit and a switch. 第1および第2の電力増幅器と、
第1の入力信号を前記第1の電力増幅器へ出力し第2の入力信号を前記第2の電力増幅器へ出力する第1の経路と、
前記第1の入力信号を分離し一方の分離入力信号を前記第1の電力増幅器へ他方の分離入力信号を第2の電力増幅器へ出力する第2の経路と、
前記第1および第2の経路を切り換える第1の経路切替手段と、
前記第1および第2の電力増幅器から入力される前記第1および第2の電力増幅信号をそれぞれ出力する第3の経路と、
インピーダンス変換手段を介した前記第1の電力増幅信号および第2の電力増幅信号を合成点において合成して出力する第4の経路と、
前記第3および第4の経路を切り換える第2の経路切替手段と、
を備えた増幅器。
First and second power amplifiers;
A first path for outputting a first input signal to the first power amplifier and a second input signal to the second power amplifier;
A second path for separating the first input signal and outputting one separated input signal to the first power amplifier and the other separated input signal to the second power amplifier;
First path switching means for switching the first and second paths;
A third path for outputting the first and second power amplification signals respectively input from the first and second power amplifiers;
A fourth path for combining and outputting the first power amplification signal and the second power amplification signal via the impedance conversion means at a combining point;
Second path switching means for switching between the third and fourth paths;
With amplifier.
前記第1の電力増幅器はAB級増幅を行うことを特徴とする請求項11に記載の増幅器。   The amplifier according to claim 11, wherein the first power amplifier performs class AB amplification. 前記第2の経路は、前記他方の分離信号の経路上において位相調整手段を含むことを特徴とする請求項11または12に記載の増幅器。   The amplifier according to claim 11, wherein the second path includes a phase adjusting unit on the path of the other separated signal. 前記位相調整手段は、1/4+n波長線路 (nは0または任意の自然数)であることを特徴とする請求項13に記載の増幅器。   14. The amplifier according to claim 13, wherein the phase adjusting means is a 1/4 + n wavelength line (n is 0 or an arbitrary natural number). 前記第2の経路は、前記入力信号を分離する機能および前記位相調整手段として、入力された信号を位相差が互いに90°となるように2つに分離するハイブリッド型電力分配器を含むことを特徴とする請求項13または14に記載の増幅器。   The second path includes, as a function of separating the input signal and the phase adjusting unit, a hybrid power distributor that separates the input signal into two so that the phase difference is 90 ° with respect to each other. 15. An amplifier according to claim 13 or 14, characterized in that: 前記第4の経路上のインピーダンス変換手段は、1/4+n波長線路 (nは0または任意の自然数)であることを特徴とする請求項11ないし15のいずれかに記載の増幅器。   16. The amplifier according to claim 11, wherein the impedance conversion means on the fourth path is a 1/4 + n wavelength line (n is 0 or an arbitrary natural number). 前記第1の経路切替手段または前記第2の経路切替手段は、スイッチによって構成されたことを特徴とする請求項11ないし16のいずれかに記載の増幅器。   The amplifier according to any one of claims 11 to 16, wherein the first path switching unit or the second path switching unit is configured by a switch.
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