JP2007081800A - Doherty amplifier - Google Patents
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本発明は、最大効率点を調整可能なドハティ増幅器に関するものである。 The present invention relates to a Doherty amplifier capable of adjusting a maximum efficiency point.
ドハティ増幅器は、当業者の間では既知の技術であり、１９３６年にドハティ氏によって最初に提案された。図７に、ドハティ増幅器の基本構成を示す。 Doherty amplifiers are known to those skilled in the art and were first proposed by Doherty in 1936. FIG. 7 shows a basic configuration of the Doherty amplifier.
基本となるドハティ増幅器は、入力分配器１と、Ａ級またはＡＢ級でバイアスされた主増幅器２と、Ｂ級またはＣ級でバイアスされた補助増幅器３と、λ／４線路４で構成される。（非特許文献１）
次に、動作について説明する。入力信号は主増幅器２と補助増幅器３とに分配されて、それぞれの増幅器へ供給される。入力レベルが小さいときは、補助増幅器３はＢ級またはでバイアスされているため動作しない。このとき、主増幅器２からみた補助増幅器３の出力インピーダンスは、λ／４線路を通じてＯＰＥＮとなるように設定されている。そのため、補助増幅器３の動作が始まるまでの入力レベルでは、主増幅器２のみが動作するため増幅器全体としての効率は高い。
The basic Doherty amplifier includes an input distributor 1, a main amplifier 2 biased with class A or class AB, an auxiliary amplifier 3 biased with class B or class C, and a λ / 4 line 4. . (Non-Patent Document 1)
Next, the operation will be described. The input signal is distributed to the main amplifier 2 and the auxiliary amplifier 3 and supplied to the respective amplifiers. When the input level is small, the auxiliary amplifier 3 does not operate because it is biased with Class B or bias. At this time, the output impedance of the auxiliary amplifier 3 viewed from the main amplifier 2 is set to be OPEN through the λ / 4 line. Therefore, since only the main amplifier 2 operates at the input level until the operation of the auxiliary amplifier 3 starts, the efficiency of the entire amplifier is high.
一方、入力レベルが最大入力レベルの１／２、すなわちバックオフが６ｄＢとなるときにＢ級バイアスされた補助増幅器３は動作を開始して、最大出力までの領域では、主増幅器２の出力信号との合成電力が出力されることを特徴とする。 On the other hand, when the input level is ½ of the maximum input level, that is, when the back-off is 6 dB, the class B biased auxiliary amplifier 3 starts operation, and in the region up to the maximum output, the output signal of the main amplifier 2 And the combined power is output.
よって、ドハティ増幅器では、バックオフが６ｄＢと０ｄＢのときに最大効率を得ることになる。そのため、例えばＷ−ＣＤＭＡのようなピーク電力が６ｄＢよりも大きな変調入力信号を増幅する場合には、効率が最大にはならない。 Therefore, in the Doherty amplifier, the maximum efficiency is obtained when the backoff is 6 dB and 0 dB. Therefore, for example, when a modulation input signal having a peak power larger than 6 dB is amplified, such as W-CDMA, the efficiency is not maximized.
この解決には、例えば、（特許文献１）に、メインアンプに逆Ｆ級増幅器を、ピークアンプにＦ級増幅器を用いたことを特徴とするドハティ増幅器が提案されている。この技術では、主増幅器と補助増幅器それぞれの動作効率を向上させるので、ドハティ増幅器としての効率も改善する。
解決しようとする問題点は、（特許文献１）に開示された公知技術によれば、ドハティ増幅器の最大効率の向上には大きな効果があるが、最大効率を得る入力レベルが変更できないため、バックオフの必要な入力信号に対しては効果が小さく、入出力整合回路が複雑であるため小型化への障害となり、製作に対して多くの時間とコストがかかるといった点である。 The problem to be solved is that, according to the known technique disclosed in (Patent Document 1), although the maximum efficiency of the Doherty amplifier is greatly improved, the input level for obtaining the maximum efficiency cannot be changed. The effect is small for an input signal that needs to be turned off, and since the input / output matching circuit is complicated, it becomes an obstacle to miniaturization, and it takes a lot of time and cost to manufacture.
本発明は、上記課題を解決するため、高周波入力信号を分配する入力分配器と、入出力の整合回路を備えた主増幅器と、入出力の整合回路を備えた補助増幅器と、主増幅器の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器とから構成するドハティ増幅器において、主増幅器と補助増幅器について異なる電源電圧を供給する電源供給部を具備することを特徴とする構成を採る。 In order to solve the above problems, the present invention provides an input distributor that distributes a high-frequency input signal, a main amplifier that includes an input / output matching circuit, an auxiliary amplifier that includes an input / output matching circuit, and an output of the main amplifier. A Doherty amplifier including an impedance converter that converts impedance includes a power supply unit that supplies different power supply voltages for the main amplifier and the auxiliary amplifier.
また、高周波入力信号を分配する入力分配器と、入出力の整合回路を備えた主増幅器と、入出力の整合回路を備えた補助増幅器と、主増幅器の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器とから構成するドハティ増幅器において、主増幅器と補助増幅器が異なる整合調整手段を具備することを特徴とする構成を採る。 An input distributor for distributing a high-frequency input signal; a main amplifier having an input / output matching circuit; an auxiliary amplifier having an input / output matching circuit; and an impedance converter for converting the output impedance of the main amplifier. The Doherty amplifier to be configured adopts a configuration characterized in that the main amplifier and the auxiliary amplifier have different matching adjustment means.
また、高周波入力信号を分配する入力分配器と、入出力の整合回路を備えた主増幅器と、入出力の整合回路を備えた補助増幅器と、主増幅器の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、入力信号のレベルを検出する入力レベル検出器と、入力レベル検出器からの出力信号に応じて主増幅器と補助増幅器の電源電圧を制御する電圧制御器より構成されることを特徴とする構成を採る。 In addition, an input distributor that distributes a high-frequency input signal, a main amplifier that includes an input / output matching circuit, an auxiliary amplifier that includes an input / output matching circuit, an impedance converter that converts the output impedance of the main amplifier, An input level detector that detects the level of the input signal and a voltage controller that controls the power supply voltage of the main amplifier and the auxiliary amplifier according to the output signal from the input level detector are adopted. .
また、入力信号のレベルを検出する入力レベル検出器と、入力レベル検出器からの出力信号に応じて補助増幅器のバイアスを制御するバイアス制御器より構成されることを特徴とする構成を採る。 Further, an input level detector that detects the level of the input signal and a bias controller that controls the bias of the auxiliary amplifier according to the output signal from the input level detector are adopted.
また、高周波入力信号を分配する入力分配器と、入出力の整合回路を備えた主増幅器と、入出力の整合回路を備えた補助増幅器と、主増幅器の出力インピーダンスを変換するインピーダンス変換器とから構成するドハティ増幅器において、主増幅器と補助増幅器について異なる飽和出力のデバイスを具備する構成を採る。 An input distributor for distributing a high-frequency input signal; a main amplifier having an input / output matching circuit; an auxiliary amplifier having an input / output matching circuit; and an impedance converter for converting the output impedance of the main amplifier. The Doherty amplifier to be configured adopts a configuration in which devices having different saturation outputs are provided for the main amplifier and the auxiliary amplifier.
本発明によれば、主増幅器と補助増幅器とを個別に電源電圧を調整する手段、または入出力を整合調整する手段を備えるだけの構成で、所望のバックオフにおける効率を最大に調整可能で、小型および低コストのドハティ増幅器が実現できる。 According to the present invention, it is possible to adjust the efficiency in a desired back-off to the maximum with a configuration that only includes means for individually adjusting the power supply voltage of the main amplifier and the auxiliary amplifier, or means for adjusting the input / output matching, A small and low cost Doherty amplifier can be realized.
ドハティ増幅器における効率最大点を調整するという目的を、本発明を特定する必要最小限の部品点数で実現した。 The object of adjusting the maximum efficiency point in the Doherty amplifier is realized with the minimum number of parts that specify the present invention.
図１は、本発明の実施例１を示す図である。１は入力分配器、２は主増幅器、３は補助増幅器、４はインピーダンス変換器である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. 1 is an input distributor, 2 is a main amplifier, 3 is an auxiliary amplifier, and 4 is an impedance converter.
図２に一般的な高周波増幅器の電源電圧に対する最大出力電力の特性を、図３に本発明の実施例１によるドハティ増幅器の効率特性を示す。 FIG. 2 shows the characteristic of the maximum output power with respect to the power supply voltage of a general high-frequency amplifier, and FIG. 3 shows the efficiency characteristic of the Doherty amplifier according to Example 1 of the present invention.
次に、動作について説明する。図２に示すように、高周波増幅器は、電源電圧を変動させることで最大出力電力も変わる。主増幅器の電源電圧をＶｍａｉｎ、補助増幅器の電源電圧をＶｐｅａｋとし、Ｖｍａｉｎ＜Ｖｐｅａｋとすることで、補助増幅器の最大出力電力を主増幅器の最大出力電力より高く設定することができる。従来のドハティ増幅器では、補助増幅器の動作が始まる入力レベルは、最大入力レベルの半分（Vｉｎ／Ｖｍａｘ＝０．５）となり、増幅器全体の最大出力電力までの入力レベルの差は６ｄＢに一義的に決定する。しかし、本発明の構成では、補助増幅器の最大出力電力を主増幅器よりも高く設定することとするので、増幅器全体の最大合成出力電力が増加する。よって、補助増幅器の動作開始レベルと、増幅器全体での最大合成出力電力までのレベルとの差が広がる。すなわち、最大効率点を調整することが可能となる。 Next, the operation will be described. As shown in FIG. 2, in the high frequency amplifier, the maximum output power is changed by changing the power supply voltage. By setting the power supply voltage of the main amplifier to Vmain, the power supply voltage of the auxiliary amplifier to Vpeak, and Vmain <Vpeak, the maximum output power of the auxiliary amplifier can be set higher than the maximum output power of the main amplifier. In the conventional Doherty amplifier, the input level at which the operation of the auxiliary amplifier starts is half the maximum input level (Vin / Vmax = 0.5), and the difference in input level up to the maximum output power of the entire amplifier is uniquely 6 dB. decide. However, in the configuration of the present invention, the maximum output power of the auxiliary amplifier is set higher than that of the main amplifier, so that the maximum combined output power of the entire amplifier increases. Therefore, the difference between the operation start level of the auxiliary amplifier and the level up to the maximum combined output power in the entire amplifier widens. That is, the maximum efficiency point can be adjusted.
また、Ｖｍａｉｎ＞Ｖｐｅａｋとすることで、最大効率点をバックオフが小さくなる方向へ調整することが可能となる。 Further, by setting Vmain> Vpeak, it becomes possible to adjust the maximum efficiency point in a direction in which the back-off becomes smaller.
また、高周波増幅器の最大出力電力は、一般に知られているように入出力整合回路で調整できる。よって、主増幅器と補助増幅器の最大出力電力を、入出力整合により調整することでも同様の効果を得る。 The maximum output power of the high frequency amplifier can be adjusted by an input / output matching circuit as is generally known. Therefore, the same effect can be obtained by adjusting the maximum output power of the main amplifier and the auxiliary amplifier by input / output matching.
また、主増幅器と補助増幅器の最大出力電力の差は、飽和出力電力の異なるデバイスを用いても当然のことながら同様の効果を得る。 In addition, the difference between the maximum output powers of the main amplifier and the auxiliary amplifier can of course obtain the same effect even if devices having different saturation output powers are used.
図４は、本発明の実施例２を示す図である。１は入力分配器、２は主増幅器、３は補助増幅器、４はインピーダンス変換器、５は入力レベル検出器、６は電圧制御器である。 FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. 1 is an input divider, 2 is a main amplifier, 3 is an auxiliary amplifier, 4 is an impedance converter, 5 is an input level detector, and 6 is a voltage controller.
図５は、本発明の実施例２によるドハティ増幅器の効率特性を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing efficiency characteristics of the Doherty amplifier according to the second embodiment of the present invention.
次に、動作について説明する。図４に示すように、主増幅器２と補助増幅器３の電源電圧は、入力レベル検出器５の出力信号に応じて電圧制御部６により制御される。入力レベルが小さいときには電源電圧を低くして動作効率を高く維持し、入力レベルが大きくなったときには電源電圧を高くすることで、増幅器全体の最大出力電力が上がるので、結果として最大効率点を調整することが可能となる。 Next, the operation will be described. As shown in FIG. 4, the power supply voltages of the main amplifier 2 and the auxiliary amplifier 3 are controlled by the voltage control unit 6 according to the output signal of the input level detector 5. When the input level is low, the power supply voltage is lowered to maintain high operating efficiency, and when the input level is high, the power supply voltage is increased to increase the maximum output power of the entire amplifier. As a result, the maximum efficiency point is adjusted. It becomes possible to do.
図６は、本発明の実施例３を示す図である。１は入力分配器、２は主増幅器、３は補助増幅器、４はインピーダンス変換器、５は入力レベル検出器、７はバイアス制御器である。 FIG. 6 is a diagram showing Example 3 of the present invention. 1 is an input divider, 2 is a main amplifier, 3 is an auxiliary amplifier, 4 is an impedance converter, 5 is an input level detector, and 7 is a bias controller.
ドハティ増幅器は、補助増幅器が線形性の悪いＢ級バイアスで構成されるため、入力電力が高い領域では補助増幅器の歪みが増幅器全体の歪み特性に対して支配的になる。一般に、高周波増幅器は、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級とバイアス電流が小さくなるほど、出力歪みが大きく発生する。 In the Doherty amplifier, since the auxiliary amplifier is configured with a class B bias having poor linearity, distortion of the auxiliary amplifier becomes dominant with respect to the distortion characteristics of the entire amplifier in a region where the input power is high. In general, in a high-frequency amplifier, output distortion increases as the bias current decreases from class A, class AB, and class B.
本発明の実施例３によれば、入力電力が小さいときには補助増幅器はＢ級バイアスとして、入力電力が大きくなるときにはＡＢ級またはＡ級バイアスとして線形性を改善するので、増幅器全体での歪み発生を抑えることが可能となる。 According to the third embodiment of the present invention, the linearity is improved as a class B bias when the input power is small and as a class AB or class A bias when the input power is large, so that distortion is generated in the entire amplifier. It becomes possible to suppress.
よって、従来のドハティ増幅器と比較して、同一の歪みレベルとなるときの効率を向上することが可能となる。 Therefore, the efficiency at the same distortion level can be improved as compared with the conventional Doherty amplifier.
消費電力の高効率化を要求される高周波増幅器はもちろんであるが、それ以外にも、入力レベルの変動する電力増幅器の高効率化にも適用できる。 In addition to high-frequency amplifiers that require high power consumption efficiency, the present invention can also be applied to high-efficiency power amplifiers that vary in input level.
１ 入力分配器
２ 主増幅器
３ 補助増幅器
４ インピーダンス変換器
５ 入力レベル検出器
６ 電圧制御器
７ バイアス制御器
1 Input Divider 2 Main Amplifier 3 Auxiliary Amplifier 4 Impedance Converter 5 Input Level Detector 6 Voltage Controller 7 Bias Controller
Claims (6)
An input distributor for distributing a high frequency input signal, a main amplifier having an input / output matching circuit, an auxiliary amplifier having an input / output matching circuit, and an impedance converter for converting the output impedance of the main amplifier. In the Doherty amplifier, the Doherty amplifier includes devices having different saturation outputs for the main amplifier and the auxiliary amplifier.
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