JP2006512847A

JP2006512847A - 高効率多重モード電力増幅装置

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Publication number: JP2006512847A
Application number: JP2004564572A
Authority: JP
Inventors: キム・ジュンヒュン; リー・デヘ; ジュン・サンファ; クウォン・ヨンウ
Original assignee: WAVICS CO Ltd
Current assignee: WAVICS CO Ltd
Priority date: 2003-01-03
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2006-04-13
Also published as: CN100547910C; KR100518938B1; KR20040062711A; AU2003201928A1; EP1586162A4; CA2514679A1; CN1742428A; WO2004062095A1; EP1586162A1

Abstract

本発明は無線通信端末機内に装着される電力増幅装置に係り、より詳しくは、バイパススイッチング回路を使用せず、多様な出力電力レベルによって電力を増幅させるのに適当な高効率多重モード電力増幅装置に関するものである。
本発明による高効率多重モード電力増幅装置は、バイパススイッチング回路を用いなくても、多様なレベルの電力に対して増幅を可能にすることにより、従来の多重モード電力増幅装置でバイパススイッチング回路を用いることにより引き起こされた損失、電力増幅回路の大きさの増加、及び価格競争力の低下などの問題を解決することができる。また、バッテリーの寿命を左右する低電力モードでのＤＣ電力消耗量を減らすことにより、電力増幅装置の付加効率特性を改善し、本発明による高効率多重モード電力増幅装置を備えた無線通信端末機の通話時間を延長することができる。
また、可変利得増幅器をドライバ段として採用した本発明は、従来の多重モード電力増幅装置が有する高電力モードでの損失を最小化するようになって高電力モードでの付加効率特性を改善させることができ、高電力モードでの劣悪な線形性問題を解決することができ、本発明による高効率多重モード電力増幅装置を備えた無線通信端末機の小型化及び通話品質の改善ができるようにする。

Description

本発明は、無線通信端末機内に装着される電力増幅装置に関し、より詳しくは、バイパススイッチング回路を使用せず、多様な出力電力レベルによって電力を増幅するのに好適な高効率多重モード電力増幅装置に関するものである。

近年、無線通信サービスに使われている端末機の軽薄短小化に伴って、小型バッテリで長時間通話できるようにすることに多くの研究が行われている。端末機を構成する全体システムが消耗する全体電力のうち大部分の電力がＲＦ電力増幅装置で消費される。前記ＲＦ電力増幅装置の低い効率特性は、全体システムの効率特性を大きく低下させて、通話時間を制限する要因となる。

このような理由のため、ＲＦ電力増幅装置の効率を増大させることに焦点を当てて大部分の研究が進行されている。前記ＲＦ電力増幅装置の効率を増大させるために最近研究されている代表的な方法として、多重モード電力増幅装置がある。

前記多重モード電力増幅装置は、所望の状況に応じてパワー段を動作させるように構成されるものであり、出力電力の大きさによって動作モードを数種に分けて動作させ、主にバイパススイッチング回路を使う。この場合、低い出力電力が必要な場合には、パワー段を経由せずにバイパスするように経路を調整し、高い出力電力が必要な場合には、パワー段を経由して高い出力を出すように経路を調整する。このように、所望の出力電力の大きさによって選択的にモード遷移を行う多重モード電力増幅回路を使用することにより、低い出力電力の信号伝送時にＤＣ電力消費を減らすことができる。

しかし、前記多重モード電力増幅装置を実現するためには、直列に接続された複数のパワー段のなかで一つ以上のパワー段をスイッチングさせなければならなく、前記スイッチング動作のためには、一つ以上のバイパススイッチング回路及びこれを制御するための複雑な論理制御回路が必要となる。

このような多くのバイパススイッチング回路において、スイッチング動作によって発生する損失は出力電力の減少をもたらし、これは多重モード電力増幅装置の効率を減少させる原因となる。また、同一出力電力でＡＣＰＲ（ＡｄｊａｃｅｎｔＣｈａｎｎｅｌＰｏｗｅｒＲｅｊｅｃｔｉｏｎ）が悪くなる問題点がある。さらに、多くのバイパススイッチング回路とこれらを制御するために付加する複雑な論理制御回路によって、全体システムのサイズが大きくなることにより、現在の無線通信端末機の小型化に逆行する結果となるだけでなく、多重モード電力増幅装置の価格競争力面でも不利な要素として作用する。

以下、従来のバイパススイッチング回路を用いた多重モード電力増幅装置について、添付図面を参照して説明する。

図１は、バイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の構成を示すものである。図１に示す多重モード電力増幅装置は、三つのバイパススイッチング回路を用いて多重モード電力増幅装置を構成している。

高電力モードで動作する場合には、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２はオン状態となり、第３スイッチ３３はオフ状態となり、インピーダンス整合部を含んだドライバ段１０の出力がパワー段２２の入力として動作する。一方、低電力モードで動作する場合には、前記第１スイッチ３１及び前記第２スイッチ３２はオフ状態となり、前記第３スイッチ３３はオン状態となり、前記インピーダンス整合部を含んだドライバ段１０の出力が前記パワー段２２を経由せずにバイパスすることになる。

図１の多重モード電力増幅装置の場合、三つのバイパススイッチング回路を使うので、電力増幅装置構成の自由度は増加するが、全体の大きさが増加し、バイパススイッチング回路自体の損失によって電力増幅回路全体の損失の増加する欠点がある。特に、パワー段の出力側に接続された前記第２スイッチ３２の損失は、高電力モードの効率と線形性に大きな影響を与えるため、電力容量と損失特性の良いバイパススイッチング回路を使わなければならなく、これは高いコストを要求することになる。

図２は、他のバイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の構成を示すものである。図２においては、直列スイッチでなく、分流（ｓｈｕｎｔ）スイッチを使用して多重モード電力増幅装置を構成している。

高電力モードでは、第２バイパススイッチング回路４９の分流スイッチは接地され、第３インピーダンス変換器４８とともにインピーダンス整合部として動作することになる。第１インピーダンス変換器４７は、前記第２バイパススイッチング回路４９及び前記第３インピーダンス変換器４８で構成された出力段の負荷を、パワー段４５の出力が最大となるようにする最適のインピーダンスＺｏｐｔとなるように変換する。第１バイパススイッチング回路４４のスイッチは、パワー段の入力端子４３に接続される。

低電力モードでは、第２バイパススイッチング回路４９は第２インピーダンス変換器の出力端子に接続される。第１インピーダンス変換器４７は、オフ状態のパワー段４５の出力インピーダンスをｊ５０オーム（ｏｈｍ）に変換し、第２インピーダンス変換器４６及び第３インピーダンス変換器４８とともにインピーダンス整合部を構成する。第１バイパススイッチング回路４４のスイッチは、第２インピーダンス変換器４６の入力端子に接続されてバイパスを構成する。第１バイパススイッチング回路４４は、二つのダイオードスイッチで構成することができ、第２バイパススイッチング回路４９は、一つの分流ダイオードスイッチで構成することができる。

図２に示す電力増幅装置は、少なくとも三つのスイッチを使わなければならないので、スイッチ自体が有する損失によって特性が低下し、電力増幅装置全体のサイズが大きくなるため、価格競争力面でも不利である。

図３ａは、λ／４バイパス線路の出力側にスイッチング回路があるバイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示すものである。図３ａに示す多重モード電力増幅装置は、主増幅器５１を含み、λ／４バイパス線路５２及び分流スイッチ５３を用いたバイパススイッチング回路を用いてバイパスを構成する。

高電力モードでは、バイパススイッチング回路の分流スイッチ５３は接地され、前記分流スイッチ５３を用いたバイパススイッチング回路は、λ／４バイパス線路５２と接続されて開放スタブ（ｏｐｅｎｓｔｕｂ）として動作する。

低電力モードでは、前記バイパススイッチング回路の分流スイッチ５３は、前記主増幅器５１の出力側に接続され、前記λ／４バイパス線路５２とともにバイパスとして動作する。

図３ｂは、λ／４バイパス線路の入力側にスイッチング回路があるバイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示すものである。

図３ｂに示す多重モード電力増幅装置と図３ａに示す多重モード電力増幅装置間の相違点は、λ／４バイパス線路とバイパススイッチング回路の順序のみである。

図３ａ及び３ｂに示す多重モード電力増幅装置は、バイパススイッチング回路を一つのみ使うことにより、回路全体の大きさが減少するが、λ／４バイパス線路の使用によって帯域幅が制限される問題点がある。

図４は、さらに他のバイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。

Ｑ３（６５）は主増幅器、Ｑ２（６２）はドライバ増幅器であり、直列スイッチ６６は二つの並列ダイオードから構成され、ダイオードの両極は主増幅器のＶｃｃと接続されている。

高電力モードで動作する時は、Ｑ１（６８）がオフ状態であり、直列スイッチ６６もオフ状態である。したがって、Ｑ２（６２）の出力がＱ３（６５）の入力として動作し、第１インピーダンス整合部６３は、入力インピーダンスを１５オームに変換するインピーダンス整合部である。

低電力モードで動作する時は、Ｑ３（６５）のベースバイアスをオフとし、Ｑ１（６８）をオンさせてスイッチ６６をオンさせる。この時、第２インピーダンス整合部６４は、負荷インピーダンスを２５オームに変換するインピーダンス整合部である。スイッチ６６がオン状態の時は、Ｑ３（６５）の入力インピーダンスより小さなインピーダンスを有し、前記スイッチ６６がオフ状態である時は、Ｑ３（６５）の入力インピーダンスより大きいインピーダンスを有してバイパスとして動作する。

バイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の問題点は、スイッチングさせようとするパワー段をバイパスする経路の分離／連結地点で不可避に使われるバイパススイッチング回路にある。

したがって、このような従来の多重モード電力増幅装置の問題点である、損失、増幅回路の大きさ及び価格競争力などの問題を解決するため、バイパススイッチング回路なしに多重モード電力増幅装置を実現することが必要である。

本発明は、前述したようなバイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の問題点を解決するために、スイッチングさせようとするパワー段をバイパスする経路が最適の地点で分離／連結されるようにし、バイパス経路に最適のインピーダンス変換器を実現することにより、バイパススイッチング回路を用いなくても多様なレベルの電力を高効率で増幅させることができる多重モード電力増幅装置を実現する。

本発明の一態様によれば、本発明は、入力電力を増幅するドライバ段と直列に接続された第１インピーダンス整合部、及び前記第１インピーダンス整合部と直列に接続された第２インピーダンス整合部を介して、前記ドライバ段によって増幅された電力を受けて再増幅して出力するパワー段と、

前記パワー段に並列に接続され、第１電力モードと第２電力モードによる印加電圧を制御する印加電圧制御回路部と、
前記印加電圧制御回路部の動作により、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部を介して受けるインピーダンス変換器と、
前記パワー段と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記パワー段によって増幅された電力を受ける第３インピーダンス整合部と、
前記第３インピーダンス整合部と直列に接続され、前記インピーダンス変換器と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記第３インピーダンス整合部または前記インピーダンス変換器を介して受けた電力を出力段に伝達する第４インピーダンス整合部と、を含むことを特徴とする、高効率多重モード電力増幅装置を提供する。

前記パワー段は、前記第２インピーダンス整合部と直列に接続され、前記第２電力モードの場合、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第２インピーダンス整合部を介して受けて再増幅することが好ましい。

前記印加電圧制御回路部は、前記第１電力モードの場合、前記パワー段がオフ状態にあるように供給電圧を制御し、前記第２電力モードの場合、前記パワー段がオン状態にあるように供給電圧を制御することが好ましい。

前記インピーダンス変換器は、前記第２インピーダンス整合部、前記パワー段及び前記第３インピーダンス整合部と並列に接続され、前記第１電力モードの場合、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部を介して受けて前記第４インピーダンス整合部に出力することが好ましい。また、前記インピーダンス変換器は、帯域通過フィルタの構造を有することが好ましい。

前記第３インピーダンス整合部は、前記インピーダンス変換器を介した電力が前記パワー段に漏洩することを防止することが好ましい。

前記第４インピーダンス整合部は、前記第１電力モードの場合、前記インピーダンス変換器から電力を受け、前記第２電力モードの場合、前記第３インピーダンス整合部から電力を受けることが好ましい。

前記第１インピーダンス整合部を経由した電力が前記第４インピーダンス整合部に伝達される経路は、バイパススイッチング回路なしに、前記第１インピーダンス整合部から前記パワー段を見たインピーダンスと、前記第１インピーダンス整合部から前記インピーダンス変換器を見たインピーダンスとを比較することにより決定することが好ましい。

前記第１インピーダンス整合部から前記インピーダンス変換器を見たインピーダンスは、前記第２電力モードで前記第１インピーダンス整合部とともに前記ドライバ段と前記パワー段間のインターステージ整合部を形成することが好ましい。

また、本発明の他の態様によれば、本発明は、可変利得増幅器を用いて入力信号の利得を可変的に増幅させるドライバ段と、
前記ドライバ段と直列に接続された第１インピーダンス整合部、及び前記第１インピーダンス整合部と直列に接続された第２インピーダンス整合部を介して、前記ドライバ段によって増幅された電力を受けて、再増幅して出力するパワー段と、
前記パワー段に並列に接続され、低電力モードと高電力モードによる印加電圧を制御する印加電圧制御回路部と、
前記印加電圧制御回路部の動作により、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部を介して受けるインピーダンス変換器と、
前記パワー段と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記パワー段によって増幅された電力を受ける第３インピーダンス整合部と、
前記第３インピーダンス整合部と直列に接続され、前記インピーダンス変換器と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記第３インピーダンス整合部または前記インピーダンス変換器を介して受けた電力を出力段に伝達する第４インピーダンス整合部と、を含む高効率多重モード電力増幅装置を提供する。

前記印加電圧制御回路部は、前記ドライバ段に入力される信号の利得を前記第１電力モードと前記第２電力モードにより異なって増幅するように前記ドライバ段を制御し、前記第１電力モードの場合、前記パワー段がオフ状態にあるように供給電圧を制御し、前記第２電力モードの場合、前記パワー段がオン状態にあるように供給電圧を制御することが好ましい。

前記第１インピーダンス整合部を介した電力が前記第４インピーダンス整合部に伝達される経路は、バイパススイッチング回路なしに、前記第１インピーダンス整合部から前記パワー段を見たインピーダンスと、前記第１インピーダンス整合部から前記インピーダンス変換器を見たインピーダンスとを比較することにより決定することが好ましい。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る高効率多重モード電力増幅装置の実施例をより具体的に説明する。以下の説明では、第１電力モードを低電力モードといい、第２電力モードを高電力モードという。

図５は、本発明の一実施形態に係る、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造を用いた高効率多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。

図５に示す高効率多重モード電力増幅装置は、入力電力を増幅するドライバ段１００と、前記ドライバ段と直列に接続された第１インピーダンス整合部１３０及び前記第１インピーダンス整合部１３０と直列に接続された第２インピーダンス整合部１４０を介して、前記ドライバ段１００によって増幅された電力を受けて再増幅して出力するパワー段１２０と、前記パワー段１２０に並列に接続され、低電力モードと高電力モードによる印加電圧を制御する印加電圧制御回路部９０と、前記印加電圧制御回路部９０の動作により、前記ドライバ段１００によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部１３０を介して受けて第４インピーダンス整合部１６０に出力するインピーダンス変換器１７０と、前記パワー段１２０に直列に接続され、前記パワー段１２０によって増幅された電力を前記第４インピーダンス整合部１６０に伝達する第３インピーダンス整合部１５０と、前記第３インピーダンス整合部１５０と直列に接続され、前記インピーダンス変換器１７０と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部９０の動作により、前記第３インピーダンス整合部１５０または前記インピーダンス変換器１７０を介して受けた電力を出力段７８に伝達する第４インピーダンス整合部１６０とを含む。

前記印加電圧制御回路部９０は、外部制御信号入力によって、前記パワー段１２０に印加される電圧を、低電力モードと高電力モードに合うように調整する。低電力モードで動作する場合、最適化した前記第１インピーダンス整合部１３０と前記インピーダンス変換器１７０によって、前記パワー段１２０を経由せずに出力を得ることになるので、前記印加電圧制御回路部９０は、前記パワー段１２０に印加される電圧を、前記パワー段１２０のトランジスタがオフ状態にあるように調整する。

一方、高電力モードで動作する場合、最適化した前記第１インピーダンス整合部１３０及び前記第２インピーダンス整合部１４０によって、前記パワー段１２０を介して出力を得ることになるので、前記印加電圧制御回路部９０は前記パワー段１２０のトランジスタの動作に適した電圧を印加する。

前記ドライバ段１００は、低電力モードで動作する場合、入力電力を増幅して前記最適化した第１インピーダンス整合部１３０を経由させた後、前記インピーダンス変換器１７０の入力として供給する。一方、高電力モードで動作する場合、前記ドライバ段１００は、入力電力を増幅し、前記増幅された入力電力を、前記最適化した第１インピーダンス整合部１３０及び第２インピーダンス整合部１４０を介して前記パワー段１２０の入力として供給する。

前記パワー段１２０は、低電力モードで動作する場合、前記印加電圧制御回路部９０によってオフ状態であって、高電力モードで動作する場合には前記ドライバ段１００によって増幅されて前記パワー段１２０に入力される信号を高い電力を有するように増幅する。

前記第１インピーダンス整合部１３０は、低電力モードと高電力モードによって、それぞれ最適の動作を行うように最適化した回路であり、前記ドライバ段１００によって増幅された入力電力を前記インピーダンス変換器１７０または前記パワー段１２０に動作モードによって選択的に伝達する。

前記第２インピーダンス整合部１４０は、低電力モードと高電力モードによって、それぞれ最適の動作を行う最適化した回路であり、前記ドライバ段１００によって増幅されて前記第１インピーダンス整合部１３０を経由した電力が、低電力モードでは前記インピーダンス変換器１７０に、高電力モードでは前記パワー段１２０に伝達されるようにする。

前記インピーダンス変換器１７０は、低電力モードと高電力モードによって、適切にインピーダンスを変換するインピーダンス変換回路であり、低電力モードの場合、前記パワー段１２０を迂回する経路を形成して、前記ドライバ段１００の出力が電力増幅装置の出力段７８に伝達されるようにする。

図６は、図５に示す高効率多重モード電力増幅装置において、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造の概念を説明するための図である。

前記ドライバ段１００の出力は、前記第１インピーダンス整合部１３０を介して、電力モードによって経路を分離する分岐点７２に到逹する。

低電力モードの場合、前記パワー段１２０は、前記印加電圧制御回路部９０によって印加される電圧によってオフ状態になり、前記第１インピーダンス整合部１３０から見た前記パワー段１２０の入力インピーダンスＺ_INT-Hは、前記第１インピーダンス整合部１３０から見た前記パワー段を迂回する経路の入力インピーダンスＺ_INT-Lに比べて非常に大きい値を有することになる。そのため、前記分岐点７２に到逹した、前記ドライバ段１００によって増幅された電力は、前記パワー段１２０に入力される電力の量に比べて、前記インピーダンス変換器１７０に入力される電力の量がずっと大きい値を有するように最適化される。前記出力は、第３インピーダンス整合部１５０及び第４インピーダンス整合部１６０によって、前記パワー段への損失を最小化して出力段７８に伝達される。

高電力モードの場合、前記印加電圧制御回路部９０によって印加される電圧により、前記パワー段１２０はオン状態になり、前記第１インピーダンス整合部１３０から見た前記パワー段１２０の入力インピーダンスＺ_INT-Hは、前記第１インピーダンス整合部１３０から見た前記パワー段を迂回する経路の入力インピーダンスＺ_INT-Lに比べて小さな値を有する。そのため、前記分岐点７２に到逹した、前記ドライバ段１００で増幅された電力の大部分が、前記パワー段１２０を介して増幅され、最適化した前記第３インピーダンス整合部１５０及び第４インピーダンス整合部１６０によって前記インピーダンス変換器１７０への損失を最小化して電力増幅装置の出力段７８に伝達される。

また、前記第１インピーダンス整合部１３０から見た前記パワー段を迂回する経路の入力インピーダンスＺ_INT-Lは、高電力モードで前記第１インピーダンス整合部１３０とともに前記ドライバ段１００と前記パワー段１２０との間のインターステージ整合部を形成して、前記ドライバ段１００の出力を前記パワー段１２０によく伝達するように最適化されている。

図７ａは、本発明の一実施形態に係る、高効率多重モード電力増幅装置の低電力モードと高電力モードによる利得特性を説明するためのグラフである。

低電力モードでは、前記印加電圧制御回路部９０によってパワー段１２０がオフ状態になり、前記ドライバ段１００の出力が前記パワー段１２０によって増幅されず、前記インピーダンス変換器１７０を介して前記出力段７８に到逹するので、前記パワー段１２０による利得特性を得ることができなく、前記パワー段１２０によるＤＣ電力消耗を無くすことができるため、付加効率特性はとても良い。

一方、高電力モードでは、前記ドライバ段１００の出力が前記パワー段１２０によって増幅されて前記出力段７８に到達するので、低電力モードでの動作による利得特性に前記パワー段１２０の利得特性が付加され、付加効率特性は全般的に出力電力レベルの大きい前記パワー段１２０によって決定される。

したがって、図７ａに示すように、低電力モードでは比較的低い利得特性を維持するが、高電力モードでは比較的高い利得特性を示す。

図７ｂは、本発明の一実施形態に係る、高効率多重モード電力増幅装置の低電力モードと高電力モードによる付加効率特性を説明するためのグラフである。

図７ａで説明したように、低電力モードでは、前記パワー段１２０によるＤＣ電力消費を解消できるので、付加効率特性がよく、高電力モードでは、前記パワー段１２０の出力が第３インピーダンス整合部１５０及び第４インピーダンス整合部１６０を介して前記出力段７８に伝達されるが、前記第３インピーダンス整合部１５０、前記第４インピーダンス整合部１６０及び前記インピーダンス変換器１７０はスイッチを使わないため、前記パワー段１２０の出力が前記出力段７８に損失なしに伝達されるので、高い付加効率を有することになる。

図８は、本発明の他の実施形態に係る、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造を用いて実現した高効率多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。

図８に示す本発明の他の実施形態に係る高効率多重モード電力増幅装置は、可変利得増幅器を用いて入力信号の利得を可変的に増幅するドライバ段２１０と、前記ドライバ段と直列に接続された第１インピーダンス整合部２３０及び前記第１インピーダンス整合部２３０と直列に接続された第２インピーダンス整合部２４０を介して、前記ドライバ段２１０によって増幅された電力を受け、再増幅して出力するパワー段２２０と、前記パワー段２２０に並列に接続され、低電力モードと高電力モードによる印加電圧を制御する印加電圧制御回路部１９０と、前記印加電圧制御回路部１９０の動作により、前記ドライバ段２１０によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部２３０を介して受けるインピーダンス変換器２７０と、前記パワー段２２０と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記パワー段２２０によって増幅された電力を受ける第３インピーダンス整合部２５０と、及び前記第３インピーダンス整合部２５０と直列に接続され、前記インピーダンス変換器２７０と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部１９０の動作により、前記第３インピーダンス整合部２５０または前記インピーダンス変換器２７０を介して受けた電力を出力段１７８に伝達する第４インピーダンス整合部２６０とを含む。

前記印加電圧制御回路部１９０は、前記ドライバ段に入力される信号の利得を、低電力モードと高電力モードによって異なって増幅するように、前記ドライバ段を制御し、外部制御信号入力によって、パワー段２２０に印加される電圧を低電力モードと高電力モードに適するように調整する。低電力モードで動作する場合、最適化した前記第１インピーダンス整合部２３０と前記インピーダンス変換器２７０によって、前記パワー段２２０を経由せずに出力を得ることになるので、前記印加電圧制御回路部１９０は、前記パワー段２２０に印加される電圧を、前記パワー段２２０のトランジスタがオフ状態にあるように調整する。

一方、高電力モードで動作する場合、最適化した前記第１インピーダンス整合部２３０及び前記第２インピーダンス整合部２４０により、前記パワー段２２０を介して出力を得ることになるので、前記印加電圧制御回路部１９０は前記パワー段２２０のトランジスタの動作に適した電圧を印加する。

前記可変利得増幅器は、前記印加電圧制御回路部１９０の動作により、入力端子１８０を介して入力される信号の利得を可変的に増幅して、前記第１インピーダンス整合部２３０、前記パワー段２２０及び前記インピーダンス変換器２７０に供給する。前記可変利得増幅器は、ドライバ段の役割だけでなく、線形化器(linearizer)の役割も果たすことができるので、回路の効率と線形性を最適化することができる。また、用途によって、図７ａに示す不連続利得特性を調節することができる。

前記パワー段２２０は、低電力モードで動作する場合、前記印加電圧制御回路部１９０によってオフ状態にあり、高電力モードで動作する場合には、前記ドライバ段２１０で増幅されて、前記パワー段２２０に入力される信号を高出力電力として増幅する。

前記第１インピーダンス整合部２３０は、低電力モードと高電力モードによって、それぞれ最適の動作を行うように最適化した回路であり、前記ドライバ段２１０によって増幅された入力電力を、前記インピーダンス変換器２７０または前記パワー段２２０に、動作モードに応じて選択的に伝達する。

前記第２インピーダンス整合部２４０は、低電力モードと高電力モードによって、それぞれ最適の動作を行うように最適化した回路であり、前記可変利得増幅器によって増幅されて前記第１インピーダンス整合部２３０を経由した電力が、低電力モードでは前記インピーダンス変換器２７０に、高電力モードではパワー段２２０に伝達されるようにする。

前記インピーダンス変換器２７０は、低電力モードと高電力モードによって適切にインピーダンスを変換するインピーダンス変換回路であり、低電力モードの場合、前記パワー段２２０を迂回する経路を形成して、前記ドライバ段２１０の出力が電力増幅装置の出力段１７８に伝達されるようにする。

本発明による高効率多重モード電力増幅装置は前記実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内で、当業者により多様に変形実施することができる。

本発明に係る高効率多重モード電力増幅装置は、バイパススイッチング回路を使用せずに、多様なレベルの電力に対して増幅を可能にすることにより、従来の多重モード電力増幅装置でバイパススイッチング回路を用いることにより生ずる損失、電力増幅回路の大きさの増加、及び価格競争力の低下などの問題を解決することができる。また、バッテリの寿命を左右する低電力モードでのＤＣ電力消費を低減することにより、電力増幅装置の付加効率特性を改善し、本発明に係る高効率多重モード電力増幅装置を備えた無線通信端末機の通話時間を延長することができる。

また、可変利得増幅器をドライバ段として採用した本発明は、従来の多重モード電力増幅装置が有する高電力モードでの損失が最小化するようになって高電力モードでの付加効率特性を改善させることができ、高電力モードでの劣悪な線形性問題を解決することができ、本発明に係る高効率多重モード電力増幅装置を備えた無線通信端末機の小型化及び通話品質の改善が可能になる。

バイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。他のバイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。 λ／４バイパス線路の出力側にスイッチング回路があるバイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。 λ／４バイパス線路の入力側にスイッチング回路があるバイパススイッチング回路を用いた、従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。さらに他のバイパススイッチング回路を用いた従来の多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造を用いた高効率多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。図５に示す高効率多重モード電力増幅装置において、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造の概念を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る、高効率多重モード電力増幅装置の低電力モードと高電力モードによる利得特性を説明するためのグラフである。本発明の一実施形態に係る、高効率多重モード電力増幅装置の低電力モードと高電力モードによる付加効率特性を説明するためのグラフである。本発明の他の実施形態に係る、バイパススイッチング回路を使わない電力モード遷移構造を用いて実現した高効率多重モード電力増幅装置の構成を示す図である。

Claims

入力電力を増幅するドライバ段と直列に接続された第１インピーダンス整合部、及び前記第１インピーダンス整合部と直列に接続された第２インピーダンス整合部を介して、前記ドライバ段によって増幅された電力を受けて再増幅して出力するパワー段と、
前記パワー段に並列に接続され、第１電力モードと第２電力モードによる印加電圧を制御する印加電圧制御回路部と、
前記印加電圧制御回路部の動作により、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部を介して受けるインピーダンス変換器と、
前記パワー段と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記パワー段によって増幅された電力を受ける第３インピーダンス整合部と、
前記第３インピーダンス整合部と直列に接続され、前記インピーダンス変換器と直列に接続され、前記印加電圧制御回路部の動作により、前記第３インピーダンス整合部または前記インピーダンス変換器を介して受けた電力を出力段に伝達する第４インピーダンス整合部と、を含むことを特徴とする、高効率多重モード電力増幅装置。
前記パワー段は、前記第２インピーダンス整合部と直列に接続され、前記第２電力モードの場合、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第２インピーダンス整合部を介して受けて再増幅することを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記印加電圧制御回路部は、前記第１電力モードの場合、前記パワー段がオフ状態にあるように供給電圧を制御し、前記第２電力モードの場合、前記パワー段がオン状態にあるように供給電圧を制御することを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記インピーダンス変換器は、前記第２インピーダンス整合部、前記パワー段及び前記第３インピーダンス整合部と並列に接続され、前記第１電力モードの場合、前記ドライバ段によって増幅された電力を前記第１インピーダンス整合部を介して受けて前記第４インピーダンス整合部に出力することを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記第３インピーダンス整合部は、前記インピーダンス変換器を介した電力が前記パワー段に漏洩することを防止することを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記第４インピーダンス整合部は、前記第１電力モードの場合、前記インピーダンス変換器から電力を受け、前記第２電力モードの場合、前記第３インピーダンス整合部から電力を受けることを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記第１インピーダンス整合部を経由した電力が前記第４インピーダンス整合部に伝達される経路は、バイパススイッチング回路なしに、前記第１インピーダンス整合部から前記パワー段を見たインピーダンスと、前記第１インピーダンス整合部から前記インピーダンス変換器を見たインピーダンスとを比較することにより決定することを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記第１インピーダンス整合部から前記インピーダンス変換器を見たインピーダンスは、前記第２電力モードで前記第１インピーダンス整合部とともに前記ドライバ段と前記パワー段間のインターステージ整合部を形成することを特徴とする、請求項７に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記ドライバ段は、入力信号の利得を可変的に増幅する可変利得増幅器であることを特徴とする、請求項１に記載の高効率多重モード電力増幅装置。
前記印加電圧制御回路部は、前記ドライバ段に入力される信号の利得を前記第１電力モードと前記第２電力モードにより異なって増幅するように前記ドライバ段を制御し、前記第１電力モードの場合は、前記パワー段がオフ状態にあるように供給電圧を制御し、前記第２電力モードの場合は、前記パワー段がオン状態にあるように供給電圧を制御することを特徴とする、請求項９に記載の高効率多重モード電力増幅装置。