JP2008125044A - Amplifier - Google Patents
Amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008125044A JP2008125044A JP2007110384A JP2007110384A JP2008125044A JP 2008125044 A JP2008125044 A JP 2008125044A JP 2007110384 A JP2007110384 A JP 2007110384A JP 2007110384 A JP2007110384 A JP 2007110384A JP 2008125044 A JP2008125044 A JP 2008125044A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- input
- amplifier
- class
- output
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、無線周波信号を増幅する増幅器に係り、特に、高ゲインを図り、高次歪を低減する増幅器に関する。 The present invention relates to an amplifier that amplifies a radio frequency signal, and more particularly to an amplifier that achieves a high gain and reduces high-order distortion.
従来、CDMA(Code Divisional Multiple Access:符号分割多元接続方式)信号やマルチキャリア信号のような無線周波信号を電力増幅する場合、共通増幅器に歪補償手段を付加し、共通増幅器の動作範囲を飽和領域付近まで広げることで、低消費電力化を図っている。 Conventionally, when amplifying a radio frequency signal such as a CDMA (Code Division Multiple Access) signal or a multicarrier signal, distortion compensation means is added to the common amplifier, and the operation range of the common amplifier is saturated. Low power consumption is achieved by extending it to the vicinity.
歪補償手段として、フィードフォワード歪補償やプリディストーション歪補償等がある。しかしながら、歪補償だけでは、低消費電力化に限界に近づいている。そのため、近年、高効率の増幅器としてドハティ増幅器が注目されている。 Examples of distortion compensation means include feedforward distortion compensation and predistortion distortion compensation. However, distortion compensation alone is approaching the limit of reducing power consumption. Therefore, in recent years, Doherty amplifiers have attracted attention as highly efficient amplifiers.
従来のドハティ増幅器について図8を参照しながら説明する。図8は、従来のドハティ増幅器の構成ブロック図である。
従来のドハティ増幅器は、図8に示すように、入力端子1と、分配器2と、位相器3と、キャリア増幅回路4と、ピーク増幅回路5と、ドハティ合成部6と、λ/4変成器7と、出力端子8と、出力負荷9とを備えている。
A conventional Doherty amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a configuration block diagram of a conventional Doherty amplifier.
As shown in FIG. 8, the conventional Doherty amplifier includes an
キャリア増幅回路4は、入力整合回路41と、増幅素子42と、出力整合回路43とを備えている。
ピーク増幅回路5は、入力整合回路51と、増幅素子52と、出力整合回路53とを備えている。
ドハティ合成部6は、λ/4変成器61と、ノード(合成点)62とを備えている。
The
The
The Doherty
次に、従来のドハティ増幅器における動作について説明する。
入力端子1から入力された信号は、分配器2で分配され、キャリア増幅回路4と位相器3に出力される。
分配器2で分配された一方の信号は、キャリア増幅回路4に入力され、入力整合回路41で増幅素子42の入力側と整合をとり、増幅素子42で入力信号の増幅を行い、出力整合回路43で増幅素子42の出力側と整合をとり、ドハティ合成部6に出力される。
Next, the operation of the conventional Doherty amplifier will be described.
A signal input from the
One signal distributed by the
分配器2で分配された他方の信号は、位相器3に入力され、位相器3で位相を90度遅らされ、ピーク増幅回路5に入力される。
ピーク増幅回路5に入力された信号は、入力整合回路51で増幅素子52の入力側と整合をとり、増幅素子52で入力信号の増幅を行い、出力整合回路53で増幅素子52の出力側と整合をとり、ドハティ合成部6に出力される。
The other signal distributed by the
The signal input to the
ドハティ合成部6では、キャリア増幅器4からの出力がλ/4変成器61でインピーダンス変換され、λ/4変成器61からの出力とピーク増幅器5からの出力がノード62で合成され、λ/4変成器7に出力される。
In the Doherty combining
λ/4変成器7では、出力負荷9の負荷Z0 に整合させるため、インピーダンス変換される。λ/4変成器7の出力側は、出力端子8を介して出力負荷9に接続される。
In the λ / 4
キャリア増幅器4とピーク増幅器5は、増幅素子42がAB級にバイアスされ、増幅素子52がB級又はC級にバイアスされている点で異なる。そのため、増幅器に信号が入力されても、増幅素子52が動作するまでは、増幅素子42は単独で動作し、増幅素子42が飽和領域に入る。すなわち、増幅素子42の線形性が崩れ始めると、増幅素子52が動作を開始し、増幅素子52の出力が出力負荷9に供給され、増幅素子42と共に出力負荷9を駆動する。
The
このとき、出力合成回路43の負荷線は、後述するように、高い抵抗から低い抵抗へ移動するが、増幅素子42は飽和領域にあるため効率はよい。
入力端子1からの入力が増えて更に増幅が為されると、増幅素子52も飽和を開始するが、増幅素子42及び増幅素子52が共に飽和しているので、このときも効率はよい。
At this time, as will be described later, the load line of the
When the input from the
次に、従来のドハティ増幅器における理論上のコレクタ効率、ドレイン効率について図9を参照しながら説明する。図9は、従来のドハティ増幅器に係る理論上のコレクタ効率、ドレイン効率を示す図である。 Next, theoretical collector efficiency and drain efficiency in a conventional Doherty amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating theoretical collector efficiency and drain efficiency according to a conventional Doherty amplifier.
コレクタ効率とは、コレクタに印加される電源の電圧(直流)とその電源から供給される電流(直流)の積に対する、コレクタから取り出せる無線周波出力電力の割合のことを意味し、ドレイン効率についても同様の意味である。 Collector efficiency means the ratio of the radio frequency output power that can be extracted from the collector to the product of the voltage (DC) of the power supply applied to the collector and the current (DC) supplied from the power supply. It has the same meaning.
図9において、横軸はバックオフ(back-off:出力最大振幅レベルと出力飽和電力レベルの差)であり、増幅素子42,52の両素子が飽和する最小の入力端子1への入力レベル、即ちコンプレッションポイントを0dBとし、入力レベルがコンプレッションポイントに対してどれだけ余裕があるかを示す数値である。
In FIG. 9, the horizontal axis is back-off (the difference between the maximum output amplitude level and the output saturation power level), and the input level to the
コンプレッションポイントとは、回路の入力レベルを増加していき、出力飽和が起こり、出力レベルが増加しなくなる点のことである。通常入出力の理想直線から1dBレスポンスが低下した点を言う。 The compression point is a point where the input level of the circuit increases, output saturation occurs, and the output level does not increase. This is the point where the 1 dB response has dropped from the ideal input / output straight line.
図9において、点線は、一般的なB級増幅器の効率を示し、実線は、簡単なモデルにおけるドハティ増幅器の効率を示している。
入力レベルが区間Aにあるときは、基本的にキャリア増幅回路4のみが動作する。バックオフが6dBになる付近でキャリア増幅回路4は飽和し始め、効率はB級増幅器の最大効率付近まで到達する。ドハティ増幅器の最大出力をP0 とすると、このときのキャリア増幅回路4の出力は約P0 /4である。
In FIG. 9, the dotted line indicates the efficiency of a general class B amplifier, and the solid line indicates the efficiency of the Doherty amplifier in a simple model.
When the input level is in the section A, only the
バックオフが6dB以下の区間Bでは、入力レベルが増加するに従い、キャリア増幅回路4の出力は約P0 /4からP0 /2へ増加し、ピーク増幅回路5の出力はほぼ0(ゼロ)からP0 /2へ増加する。
In section B where the backoff is 6 dB or less, as the input level increases, the output of the
このとき、キャリア増幅回路4及びピーク増幅回路5の出力電力の和は、入力端子1への入力電力に対し、区間Aのときと同じ比例定数で比例する。ピーク増幅回路5が動作し始めると、効率は一旦低下するが、ピーク増幅回路5も飽和し始めるコンプレッションポイントで再びピークを迎える。コンプレッションポイントにおいては、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の出力は等しくなる。
At this time, the sum of the output powers of the
一般に、CDMA信号やマルチキャリア信号は高いピークファクタ、すなわちピーク電力と平均電力の比を有するが、通常の増幅器では7〜12dBのピークファクタに対応できるように、コンプレッションポイントからその分を下げた点を動作点としている。 In general, a CDMA signal and a multicarrier signal have a high peak factor, that is, a ratio of peak power to average power. However, in a normal amplifier, a point corresponding to the peak factor of 7 to 12 dB is lowered from the compression point. Is the operating point.
図8における、各部のインピーダンスについて説明する。
出力負荷Z0 は一定に規定されているので、これを起点とする。ノード62からλ/4変成器7をみたインピーダンスZ7 は、λ/4変成器7の特性インピーダンスをZ2 とすると、
Z7 =Z2 2/Z0
となる。
The impedance of each part in FIG. 8 will be described.
Since the output load Z 0 is defined to be constant, this is the starting point. The impedance Z 7 when the λ / 4 transformer 7 is viewed from the
Z 7 = Z 2 2 / Z 0
It becomes.
出力整合回路43からλ/4変成器61をみたインピーダンスZ4 は、A領域においては出力調整回路53の出力インピーダンスが実質的に無限大となるため、上記同様に求められる。
C領域においては、負担を等しく分担するため、λ/4変成器61の負荷インピーダンス(ノード62でのキャリア増幅回路4の寄与分)と出力整合回路53の負荷インピーダンスがそれぞれ2Z7 となるので、インピーダンスZ4 と出力整合回路53からノード62をみたインピーダンスZ5 は、以下の式で求められる。
The impedance Z 4 when the λ / 4 transformer 61 is viewed from the
In the C region, since the load is equally shared, the load impedance of the λ / 4 transformer 61 (the contribution of the
ただし、インピーダンスZ1 は、λ/4変成器61の特性インピーダンスである。インピーダンスZ4 及びZ5 は、B領域ではA領域の時の値とC領域の時の値との間をそれぞれ遷移する。 However, the impedance Z 1 is the characteristic impedance of the λ / 4 transformer 61. Impedances Z 4 and Z 5 transition in the B region between values in the A region and values in the C region, respectively.
ドハティ増幅器を周波数の高い領域に応用したときは、上記説明より以下の説明の方が理解しやすい。
すなわち、インピーダンスZ4 は、入力信号レベルが小さいとき(A領域)のインピーダンス値に対して、入力信号レベルが大きいとき(C領域)には半分になり、つまり、2倍の負荷変動を起こす。
When the Doherty amplifier is applied to a high frequency region, the following description is easier to understand than the above description.
That is, the impedance Z 4 is halved when the input signal level is high (C region) with respect to the impedance value when the input signal level is low (A region), that is, the load fluctuates twice.
例えば、Z7 =25Ω、Z1 =50Ωとすると、Z4 は100〜50Ωの間で変化する。従って、増幅素子42の負荷インピーダンスも変動している。これを一般的に負荷変調と呼んでいる。
For example, if Z 7 = 25Ω and Z 1 = 50Ω, Z 4 varies between 100 and 50Ω. Accordingly, the load impedance of the amplifying
図8の従来技術では、入力側に分配器を使用し、基本的に3dB損失しているので、負荷変調の増加もあるが、ゲインが低下している。
ゲイン低下によりコレクタ(ドレイン)効率が上昇しても付加効率(電力付加効率)が下がる。
付加効率は以下の式で求められる。
(出力RF電力−入力RF電力)/DC入力電力
=出力RF電力(1−1/G)/DC入力電力
In the prior art shown in FIG. 8, a distributor is used on the input side and basically 3 dB is lost. Therefore, although the load modulation increases, the gain decreases.
Even if the collector (drain) efficiency increases due to the gain reduction, the added efficiency (power added efficiency) decreases.
The added efficiency is obtained by the following formula.
(Output RF power−input RF power) / DC input power = output RF power (1-1 / G) / DC input power
一例として、コレクタ(ドレイン)効率35%で、ゲイン10dBの付加効率は、31.5%となり、コレクタ(ドレイン)効率35%で、ゲイン13dBの場合の付加効率は、33.25%となるので、ゲインを向上させることは重要である。 As an example, when the collector (drain) efficiency is 35%, the additional efficiency with a gain of 10 dB is 31.5%, and when the collector (drain) efficiency is 35% and the gain is 13 dB, the additional efficiency is 33.25%. Improving the gain is important.
また、歪については、キャリア増幅器は飽和に近いところで使用することもあり、コンベンショナルABクラスの増幅器より高次の歪が多い。 As for the distortion, the carrier amplifier may be used near saturation, and has higher-order distortion than the conventional AB class amplifier.
先行技術として、特開2006−157900号公報「増幅器」がある(特許文献1)。
また、他の先行技術として、特開2005−173231号公報「ドハティ増幅器を用いた信号増幅装置」(特許文献2)と、特開2004−096729号公報「ドハーティ増幅器」(特許文献3)と、特開2006−093773号公報「高周波電力増幅モジュール」(特許文献4)がある。
また、US2006/0028297 POWER DIVIDER AND COMBINER IN COMMUNICATION SYSTEM (特許文献5)には、損失の少ないT分岐が記載されている。
更に、関連文献として、以下の特許文献6,7及び非特許文献1〜6のものがある。
As a prior art, there is "Amplifier" in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-157900 (Patent Document 1).
In addition, as other prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-173231 “Signal Amplifier Using Doherty Amplifier” (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-096729 “Doherty Amplifier” (Patent Document 3), Japanese Patent Laid-Open No. 2006-093773 “High Frequency Power Amplifying Module” (Patent Document 4) is available.
US2006 / 0028297 POWER DIVIDER AND COMBINER IN COMMUNICATION SYSTEM (Patent Document 5) describes a T-branch with low loss.
Further, as related documents, there are the following
しかしながら、特許文献1は、ドレイン効率を向上させる極めて効果的な方法であるが、入力をキャリア増幅回路とピーク増幅回路に分配するため、分配損が基本的に3dBあり、負荷変調によるゲイン向上があるにしても3dBよりも改善できないという問題点があった。
However,
特許文献2,3には、ドハティ増幅器のピーキング増幅器のバイアスを制御させ、低電力モードでは増幅素子をオフにし、高電力モードではAB級動作を行うものである。
しかしながら、特許文献2,3では、ピーキング増幅器が動作しないオフ領域では、スプリッタにより3dBの損失が発生し、高電力モードになってピーキング増幅器がAB級になった場合は分配損失がない通常のAB合成方式になるので3dB上昇する。従って、特許文献2,3では、AM−AM特性(振幅対振幅特性)は悪いという問題点があった。
In
However, in
尚、特許文献4では、入力インピーダンスの変化に対して、アイソレーション向上で安定性が良い高周波電力増幅モジュールが示されているに過ぎない。この先行技術では、入力レベルに応じて小出力AMP又は大出力AMPを使用するもので、分配損失するという問題点があった。
また、特許文献5には、損失の少ないT分岐が示されているに過ぎない。
Note that
特許文献6,7には、ドハティ増幅器において、入力をキャリア増幅回路とピーク増幅回路に不等分配することが記載されているが、入力電力に応じて分配比率を可変とするものではない。
また、非特許文献2には、FET(Field Effect Transistor)モデルをCMC(Curtice Modelithics Cree)モデルとしてドハティ増幅器に応用したことが示されているに過ぎない。
非特許文献3には、50Ω負荷で整合をとらず、低いインピーダンス整合を行うものであり、整合素子数を減らすため、ピークアンプが動作する時に安定化抵抗を変えて損失を少なくし、等価的にゲインを上げるドハティ増幅器が示されているに過ぎない。
In
非特許文献4には、スイッチで入力インピーダンスの整合を制御するLDMOS(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor)電力増幅器が示されているに過ぎない。当該先行技術は、入力レベルに応じて低レベル時は1PAとし、高レベル時は4PAとして効率を上げている。
非特許文献6には、ドハティ線路が90度(λ/4)+オフセットラインで、つまり、λ/4から無限大のもが示されているにとどまっている。
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、高効率ドハティ増幅器の入力分配器の分配損によるゲイン低下を防止して高ゲインを図り、高次歪の増加を抑えて高次歪を低減できる増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents gain reduction due to distribution loss of an input distributor of a high-efficiency Doherty amplifier to achieve high gain and suppress increase in high-order distortion to reduce high-order distortion. An object of the present invention is to provide an amplifier that can be used.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、増幅器において、入力信号を等分配又は不等分配する分配器と、等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路と、第1の伝送線路からの信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、低入力時にピーク増幅回路の影響を低減する第2の伝送線路と、インピーダンス変換器の終端部と第2の伝送線路の終端部を結合してキャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成するノードと、ノードに接続する出力負荷と、ノードと出力負荷の間に設けられ、ノードからの出力に対してインピーダンスを出力負荷に変換する変成器とを有することを特徴とする。 The present invention for solving the problems of the above-described conventional example is an amplifier in which an input signal is equally distributed or unevenly distributed, and an evenly distributed or less unevenly distributed signal is operated in class AB and amplified. A carrier amplifier circuit, a first transmission line that adjusts the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to a signal that is equally distributed or highly unevenly distributed, and a first transmission line A peak amplifying circuit for operating and amplifying the signal in class B or C, an impedance converter for converting the impedance of the signal from the carrier amplifying circuit, and a second for reducing the influence of the peak amplifying circuit at low input A node for combining the transmission line, the terminal of the impedance converter and the terminal of the second transmission line to combine the outputs of the carrier amplifier and the peak amplifier, an output load connected to the node, the node and the output negative Provided between, and having a transformer for converting the output load impedance for the output from the node.
本発明は、増幅器において、入力信号を等分配又は不等分配する分配器と、等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路と、第1の伝送線路からの信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、低入力時にピーク増幅回路の影響を低減する第2の伝送線路と、インピーダンス変換器の終端部と第2の伝送線路の終端部を結合してキャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成するノードと、ノードに接続する出力負荷と、ノードと出力負荷の間に設けられ、ノードからの出力に対してインピーダンスを出力負荷に変換する変成器と、分配器の前段に設けられ、入力信号を分岐する分岐器と、分岐器から出力された信号を検波し、レベル変換してピーク増幅回路のバイアス電流として出力するアダプチバイアス回路とを有し、ピーク増幅回路が、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号がしきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作させることを特徴とする。 The present invention relates to an amplifier in which an input signal is equally distributed or unevenly distributed, a carrier amplifier circuit that operates and amplifies an equally distributed or less unevenly distributed signal in class AB, and is equally distributed or largely unbalanced. The first transmission line that changes the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to the equally distributed signal, and the signal from the first transmission line is operated in class B or class C. An amplifying peak amplifying circuit; an impedance converter for converting the impedance of the signal from the carrier amplifying circuit; a second transmission line for reducing the influence of the peak amplifying circuit when the input is low; and an end of the impedance converter; A node for combining the terminal ends of the second transmission line to combine the outputs of the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit, an output load connected to the node, and an output from the node provided between the node and the output load; On the other hand, a transformer that converts the impedance into an output load, a branching device that branches the input signal, and a signal that is output from the branching device are detected and level-converted to bias the peak amplification circuit. And an adaptive bias circuit that outputs current, and the peak amplifier circuit is class C when the input signal is lower than the threshold value, and less idle current from class C when the input signal exceeds the threshold value. It is characterized by operating in the AB class with a large idle current after passing through the AB class.
また、本発明は、入力信号を2つのポートに分配する分配器と、分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、分配された信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、インピーダンス変換器の終端部とピーク増幅回路の終端部を結合してキャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成するノードと、ノードに接続する出力負荷と、ノードと出力負荷の間に設けられ、ノードからの出力に対してインピーダンスを出力負荷に変換する変成器とを備えた増幅器であって、分配器が、分配先のポート間を接続する第1の電圧可変抵抗器を単独で備えた分配器、又は、第1の電圧可変抵抗器と、分配された信号を前記ピーク増幅回路に出力するポートとアースとの間を接続する第2の電圧可変抵抗器とを備えた分配器であり、分配器の前段に設けられ、入力信号を分岐する分岐器と、分岐器から出力された信号を検波し、入力電力レベルを出力する検波器と、入力電力レベルに応じて分配器の第1の電圧可変抵抗器及び第2の電圧可変抵抗器の抵抗値を制御して分配比率を調整し、入力電力レベルが低い時にはピーク増幅回路への入力を制限する制御部とを備えたことを特徴としている。 The present invention also provides a distributor that distributes an input signal to two ports, a carrier amplification circuit that operates and amplifies the distributed signal in class AB, and operates a distributed signal in class B or class C. A peak amplifying circuit that amplifies the signal, an impedance converter that converts the impedance of the signal from the carrier amplifying circuit, and a carrier amplifying circuit and a peak amplifying circuit by combining the terminal end of the impedance converter and the terminal amplifying circuit. And an output load connected to the node, and a transformer provided between the node and the output load for converting the impedance from the node into an output load. The distributor includes a first voltage variable resistor that connects the distribution destination ports alone, or the first voltage variable resistor and the distributed signal to the peak signal. A distributor including a second voltage variable resistor for connecting between a port output to the amplifier circuit and the ground, and provided in a preceding stage of the distributor and branching an input signal; A detector that detects the output signal and outputs an input power level, and controls and distributes the resistance values of the first voltage variable resistor and the second voltage variable resistor of the distributor according to the input power level. And a control unit that adjusts the ratio and restricts the input to the peak amplifier circuit when the input power level is low.
また、本発明は、上記増幅器において、制御部が、入力電力レベルに応じてピーク増幅回路のバイアス電圧を制御して、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号が前記しきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作させることを特徴としている。 According to the present invention, in the above amplifier, the control unit controls the bias voltage of the peak amplifier circuit according to the input power level so that the input signal is class C when the input signal is a low input equal to or lower than a threshold value. When the threshold value is exceeded, operation is performed from class C to class AB with a large idle current through class AB with a small idle current.
本発明によれば、入力信号を等分配又は不等分配する分配器と、等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路とを有し、第1の伝送線路からの信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路が動作しない低入力時に、分配器からピーク増幅回路側の入力インピーダンスを無限大に近づけることで、低入力時の利得を上げ、利得の入力レベル依存を単調化して高次歪を減らすことができる効果がある。 According to the present invention, a distributor that distributes an input signal equally or unequally, a carrier amplifier circuit that operates and amplifies a signal that is equally distributed or lessly unequally distributed in class AB, and is equally distributed or largely unequal. A first transmission line that adjusts the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to the distributed signal, and operates the signal from the first transmission line in class B or C At the time of low input when the peak amplifier circuit to be amplified does not operate, the gain at the time of low input is increased by bringing the input impedance from the distributor to the peak amplifier circuit side close to infinity, and the input level dependence of gain is monotonically increased There is an effect of reducing the secondary distortion.
本発明によれば、入力信号を等分配又は不等分配する分配器と、等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路とを有し、第1の伝送線路からの信号を増幅するピーク増幅回路が、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号がしきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作させる増幅器とし、ピーク増幅回路が動作しない低入力時に、分配器からピーク増幅回路側の入力インピーダンスを無限大に近づけることで、低入力時の利得を上げ、利得の入力レベル依存を単調化して高次歪を減らすことができる効果がある。 According to the present invention, a distributor that distributes an input signal equally or unequally, a carrier amplifier circuit that operates and amplifies a signal that is equally distributed or lessly unequally distributed in class AB, and is equally distributed or largely unequal. A first transmission line that adjusts the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to the distributed signal, and a peak amplification circuit that amplifies the signal from the first transmission line, When the input signal is lower than the threshold value, it is class C, and when the input signal exceeds the threshold value, the amplifier is operated from class C to class AB with a small idle current and then a class AB with a large idle current. At low input when the circuit does not operate, the input impedance from the distributor to the peak amplifier circuit side is made close to infinity, thereby increasing the gain at low input and monotonizing the input level dependence of gain to reduce higher-order distortion. There is an effect that can be
また、本発明によれば、入力信号をキャリア増幅回路とピーク増幅回路に分配する分配器が、分配先のポート間を接続する第1の電圧可変抵抗器と、分配された信号を前記ピーク増幅回路に出力するポートとアースとの間を接続する第2の電圧可変抵抗器とを備えた分配器であり、制御部が、入力電力レベルに応じて分配器の第1の電圧可変抵抗器及び第2の電圧可変抵抗器の抵抗値を制御して分配比率を調整し、入力電力レベルが低い時にはピーク増幅回路への入力を制限する増幅器としているので、キャリア増幅回路4側に多く分配してゲイン低下を防ぐと共に、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の相互干渉を低減することができる効果がある。
Further, according to the present invention, the distributor that distributes the input signal to the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit includes the first voltage variable resistor that connects between the distribution destination ports, and the peak amplification of the distributed signal. A distributor having a second voltage variable resistor that connects between a port that outputs to the circuit and the ground, and the control unit includes a first voltage variable resistor of the distributor according to the input power level; The distribution ratio is adjusted by controlling the resistance value of the second voltage variable resistor. Since the amplifier limits the input to the peak amplifier circuit when the input power level is low, it is distributed to the
また、本発明によれば、制御部が、入力電力レベルに応じてピーク増幅回路のバイアス電圧を制御して、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号がしきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作させる増幅器としているので、入力電力レベルが高い時のドハティ増幅器の出力をAB級増幅器の合成出力に近づけることができ、ゲイン低下を防ぐことができる効果がある。 Further, according to the present invention, the control unit controls the bias voltage of the peak amplifier circuit according to the input power level, and when the input signal is a low input that is equal to or lower than the threshold value, the control unit class C, and the input signal is the threshold value. If the value exceeds the value, the amplifier is operated from class C through class AB with low idle current to class AB with high idle current, so the output of the Doherty amplifier when the input power level is high is brought close to the combined output of the class AB amplifier. And gain reduction can be prevented.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る増幅器は、AB級で動作するキャリア増幅回路とB級又はC級で動作するピーク増幅回路からの出力をノードで合成出力するものであって、分配器で分配された信号に対して第1の伝送線路で線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更し、分配損を低減し、キャリア増幅回路からの信号をインピーダンス変換器でインピーダンス変換し、ピーク増幅回路からの信号について第2の伝送線路を経由して合成し、ピーク増幅回路が動作しない低入力時に、分配器からピーク増幅回路側の入力インピーダンスを無限大に近づけることで、低入力時の利得を上げ、利得の入力レベル依存を単調化して高次歪を減らすことができるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An amplifier according to an embodiment of the present invention combines outputs from a carrier amplifier circuit operating in class AB and a peak amplifier circuit operating in class B or class C at a node, and is distributed by a distributor. The first transmission line is adjusted to change the reflection coefficient at the time of low input, the distribution loss is reduced, and the signal from the carrier amplifier circuit is impedance-converted by the impedance converter. The signal from the peak amplifier circuit is synthesized via the second transmission line, and at low input when the peak amplifier circuit does not operate, the input impedance on the side of the peak amplifier circuit from the distributor is made close to infinity. The higher order distortion can be reduced by increasing the gain and monotonizing the dependence of the gain on the input level.
また、本発明の実施の形態に係る増幅器は、AB級で動作するキャリア増幅回路とB級又はC級で動作するピーク増幅回路からの出力をノードで合成出力するものであって、分配器で分配された信号に対して第1の伝送線路で線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更し、分配損を低減し、キャリア増幅回路からの信号をインピーダンス変換器でインピーダンス変換し、ピーク増幅回路からの信号について第2の伝送線路を経由して合成し、入力信号を分岐器で分岐し、分岐器からの信号をアダプチバイアス回路で検波し、レベル変換してピーク増幅回路のバイアス電圧電流として出力し、ピーク増幅回路が、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号がしきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作させるものであり、ピーク増幅回路が動作しない低入力時に、分配器からピーク増幅回路側の入力インピーダンスを無限大に近づけることで、低入力時の利得を上げ、利得の入力レベル依存を単調化して高次歪を減らすことができるものである。 The amplifier according to the embodiment of the present invention combines the outputs from the carrier amplifier circuit operating in class AB and the peak amplifier circuit operating in class B or class C at the node, and is a distributor. For the distributed signal, the line length is adjusted in the first transmission line to change the reflection coefficient at the time of low input, reduce the distribution loss, and the signal from the carrier amplifier circuit is impedance converted by the impedance converter Then, the signal from the peak amplifier circuit is synthesized via the second transmission line, the input signal is branched by the branching device, the signal from the branching device is detected by the adaptive bias circuit, the level is converted, and the peak amplification is performed. Outputs as a bias voltage current of the circuit, and the peak amplification circuit class C when the input signal is low and below the threshold, and class AB with less idle current from class C when the input signal exceeds the threshold In the case of low input when the peak amplifier circuit does not operate, the gain at the time of low input is increased by bringing the input impedance from the distributor to the peak amplifier circuit side close to infinity. Higher-order distortion can be reduced by monotonizing the input level dependence of gain.
また、本発明の実施の形態に係る増幅器は、入力をキャリア増幅回路とピーク増幅回路に分配する分配器として、分配先のポート間を接続するアイソレーション抵抗として入力電力に応じて抵抗値を可変とする第1の電圧可変抵抗器を備え、また、分配先のポートの内、ピーク増幅回路に信号を出力するポートとアースとの間に第2の電圧可変抵抗器を備えたウィルキンソン分配器を用いたドハティ増幅器であり、入力レベルに応じて分配器における分配比率を可変とし、低入力時にはピーク増幅器への分配を制限して、増幅器の利得低下を抑制することができると共に、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の相互干渉を少なくしている。 The amplifier according to the embodiment of the present invention is a distributor that distributes the input to the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit, and the resistance value is variable according to the input power as an isolation resistor that connects between the distribution destination ports. And a Wilkinson divider having a second voltage variable resistor between the distribution port and the port that outputs a signal to the peak amplifier circuit and the ground. The Doherty amplifier used can vary the distribution ratio in the distributor according to the input level, limit the distribution to the peak amplifier when the input is low, and suppress the gain reduction of the amplifier, Mutual interference of the peak amplifier circuit is reduced.
本発明の第1の実施の形態に係る増幅器について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る増幅器の構成ブロック図である。尚、図8と同様の構成をとる部分については同一の符号を付して説明する。
本発明の第1の実施の形態に係る増幅器(第1の増幅器)は、図1に示すように、入力端子1と、分配器2と、伝送線路33と、位相器34と、キャリア増幅回路4と、ピーク増幅回路5と、インピーダンス変換器64と、伝送線路65と、ノード(合成点)62と、λ/4変成器7と、出力端子8と、出力負荷9とを備えている。
An amplifier according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an amplifier according to the first embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the part which has the structure similar to FIG.
As shown in FIG. 1, an amplifier according to a first embodiment of the present invention (first amplifier) includes an
キャリア増幅回路4は、入力整合回路41と、増幅素子42と、出力整合回路43とを備えている。
ピーク増幅回路5は、入力整合回路51と、増幅素子52と、出力整合回路53とを備えている。
The
The
入力端子1は、増幅器への入力信号が入力される端子である。
分配器2は、入力端子1に入力された信号を分配して伝送線路33と位相器34に出力する。分配器2は、例えば、配線板上に形成さえたT分岐ラインである。尚、T分岐ラインに限らず、他のカプラ、バラン、ラットレース等の分配手段でも同様の効果は得られる。
The
The
伝送線路33は、入力がA領域の時に最適な反射係数を持たせた線路である。
位相器34は、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の出力が同相で合成できるように、両経路の位相差分を補償する。
The
The
キャリア増幅回路4における入力整合回路41は、分配器2で分配された信号のインピーダンスを、後段の増幅素子42の入力インピーダンスに変換する回路である。
増幅素子42は、信号を増幅する素子である。増幅素子42は、AB級にバイアスされている。
出力整合回路43は、インピーダンス変換器64と共に増幅素子42の負荷インピーダンスをA領域においてはZA を中心とする円上の任意のインピーダンスに整合し、C領域においてはZA に整合する。
The
The amplifying
ピーク増幅回路5の入力整合回路51は、分配器2で分配された信号のインピーダンスを、後段の増幅素子52の入力インピーダンスに変換する回路である。
増幅素子52は、信号を増幅する素子である。増幅素子52は、B級又はC級にバイアスされている。
The
The amplifying
増幅素子42,52は、通常、LD−MOS(Lateral Double-diffused MOS)、GaAs−FET(ガリウムヒ素-Field Effect Transistor)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)、HBT(Hetero-Bipolar Transistor)等の一つの半導体デバイスである。
The amplifying
出力整合回路53は、増幅素子52の負荷インピーダンスをA領域においては無限大で、C領域においては実質的に2Z7 に変化する回路である。
入力整合回路41,51及び出力整合回路43,53は、集中定数回路、分布定数回路、あるいはこれらの組み合わせのいずれかで構成される。
また、出力整合回路43,53は、実装上避けられないストレートキャパシタンスやインダクタンス等を含んでいてもよい。
The
The
The
ノード62は、キャリア増幅回路4の出力整合回路43からの出力信号を、インピーダンス変換器64を介して、ピーク増幅回路5の出力整合回路53からの出力信号を、伝送線路65を介して結合する合成点である。
The
インピーダンス変換器64は、長さl=0〜λ/2或いはそれ以上の電気長を有する伝送線路から成るインピーダンス変換器である。その特性インピーダンスZ1 は、2Z7 =2Z2 2/Z0 に等しい。
インピーダンス変換器64は、その電気長が0λのときには、配線板上で単に接続されている構造となる。
The
The
伝送線路65は、A領域の時にノード62から当該伝送線路65を見た場合に、信号の損失がないようにインピーダンスを大きくみせる(確保する)ためのものである。
The
λ/4変成器7は、ノード62から見たインピーダンスZ7 を出力負荷Z0 に変換する。
λ/4変成器7は、その特性インピーダンスZ2 に相当する線幅、及びλ/4に相当する長さを有する導体パターンとして配線板上に形成させてもよい。
尚、λ/4変成器を用いることにより比較的広い周波数範囲で整合が取れるが、整合さえ取れれば、λ/4変成器以外の整合手段を用いてもよい。
The λ / 4
The λ / 4
Although matching can be achieved in a relatively wide frequency range by using the λ / 4 transformer, matching means other than the λ / 4 transformer may be used as long as matching can be achieved.
次に、図1の出力整合回路43とインピーダンス変換器64による整合について図2を参照しながら説明する。図2は、出力整合回路43とインピーダンス変換器64による整合を示すスミスチャートである。
図2に示すように、まず、出力整合回路43は、その負荷Z9 がZ1 の時に電力P0 を出力できるように構成する。これは、キャリア増幅回路4単体としても最大出力となるものである。
Next, matching by the
As shown in FIG. 2, first, the
つまり、C領域において、増幅素子42の負荷インピーダンスはZA に整合され、このときインピーダンス変換器64は、単なる伝送路となる。
That is, in the C region, the load impedance of the amplifying
A領域においては、出力整合回路53の出力インピーダンスが無限大となるので、Z9 は、点aで示される長さl=0又はλ/2のときはZ7 となり、点bで示される長さl=λ/4のときはZ1 2/Z7 となる。そして、長さlを0〜λ/2の範囲で動かすと、Z9 は、Z1 を中心とする円上を右回りに変化する。
In the region A, the output impedance of the
このZ1 を中心とする円上のインピーダンスは、出力整合回路43によりZA を中心とするほぼ円上に写像される。
点a,b,cと点a′,b′,c′はそれぞれ対応しており、長さlを変化させれば、インピーダンスを点a′,b′,c′に可変とすることができることを示している。
従って、点c′が性能の最も優れる位置になるように、長さlを設定すればよい。
The impedance on the circle centered on Z 1 is mapped onto the substantially circle centered on Z A by the
The points a, b and c correspond to the points a ′, b ′ and c ′, respectively, and the impedance can be changed to the points a ′, b ′ and c ′ by changing the length l. Is shown.
Therefore, the length l may be set so that the point c ′ is the position with the best performance.
長さlの最適値は、例えば、試行(試作)により決定することになる。試行は、キャリア増幅回路単体でもよいが、増幅器全体を対象とし、増幅器全体の性能が最高になるよう行った方がよい。 The optimum value of the length l is determined by trial (trial production), for example. The trial may be a carrier amplifier circuit alone, but it should be performed for the entire amplifier so that the performance of the entire amplifier is maximized.
第1の増幅器によれば、増幅素子の種類などに依存することなく、最適位置がZA を中心とするほぼ円周上のどこに変化するものであっても、長さlを変えることにより負荷インピーダンスの最適な整合に対応できるものである。
尚、上記実施の形態では、インピーダンス変換器64の長さlを0〜λ/2としたが、増幅素子が大きく、出力整合回路43,53との間の長さをλ/2以下にできない場合も実装上あり得るので、更にインピーダンス変換器64の長さlを長くしても問題はない。
インピーダンス変換器64のZ1 は、2Z7 と完全に一致する必要はなく、最適化によっては若干ずれることもある。
According to the first amplifier, without depending on the type of amplifier element, even if the optimum position changes where on almost circumference around the Z A, the load by changing the length l It can cope with the optimum matching of impedance.
In the above embodiment, the length l of the
Z 1 of the
次に、入力側の分配器2と周辺の構造について図3を参照しながら説明する。図3は、入力側分配器と周辺構造を示すブロック図である。
分配器2は、図3に示すように、入力端子1に接続する入力側端子10と、位相器34に接続する第1の出力側端子11と、伝送線路33に接続する第2の出力側端子12と、入力側端子10と第1の出力側端子11との間に設けられる伝送線路(Z10)21と、入力側端子10と第2の出力側端子12との間に設けられる伝送線路(Z11)22とを備えている。
Next, the input-
As shown in FIG. 3, the
伝送線路21の特性インピーダンスZ10と伝送線路22の特性インピーダンスZ11は、分配比率により異なる。また、分配出力の負荷に整合が得られるようになっている。
一般的には、伝送線路21と22の線路長はλ/4が設計し易い。
位相器34は、キャリア増幅回路4の標準的な入力インピーダンスと大きさの等しい特性インピーダンスZ12を有する伝送線路であり、その長さにより位相が設定される。
伝送線路33の特性インピーダンスは、ピーク増幅回路5の動作時の標準的な入力インピーダンスと等しいものとなっている。
Characteristic impedance Z 11 of the characteristic impedance Z 10 of the
In general, it is easy to design the
The
The characteristic impedance of the
主信号は、分配器2において伝送線路21と伝送線路22に分配される。
尚、C領域付近における分配器2での分配比は、ピーク増幅回路5に多く分配するようにしている。これは、入力側端子10から伝送線路21を見たインピーダンスを、伝送線路22を見たインピーダンスより大きくすることで実現される。
The main signal is distributed to the
The distribution ratio in the
A領域では、ピーク増幅回路5が動作しないので信号は反射され、入力側端子10から見ると反射損が発生すると考えられる。
これは、分配器2の入力側端子10に「負荷Z12で終端された伝送線路21」と「ほぼ純リアクタンスに見える伝送線路22」が並列に接続されたことになる。
In the region A, the
This means that the “
このとき、入力側端子10から伝送線路21を見たインピーダンスは、伝送線路33の長さにより、スミスチャートの縁に沿って自由に変えることができ、入力側端子10からの反射損をより小さくすることができる。
At this time, the impedance of the
例えば、伝送線路22がλ/4とすると、出力側端子12からアンプを見たインピーダンスが短絡になるように、伝送線路33の長さを調整すると、入力側端子10から伝送線路21を見たとき無限大になり、入力信号はほとんど損失無しにZ10に流れる。
このときの入力側端子10におけるリターンロスは高々−0.5dB程度である。
For example, when the
The return loss at the
第1の増幅器と従来の増幅器の入出力特性について図4を参照しながら説明する。図4は、第1の増幅器と従来の増幅器の入出力特性を示す図である。
図4において、特性aは、AB級の単純な合成の一例の入出力特性であり、ドレイン電流に応じてゲインが上昇するFETの一般的性質により、出力が高くなるとゲインが若干高くなり、C領域に近づくと飽和により再び低下する。よって、高次歪の発生が予想される。
a0 は、ゲイン一定の線を参考に示すものである。
The input / output characteristics of the first amplifier and the conventional amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing input / output characteristics of the first amplifier and the conventional amplifier.
In FIG. 4, a characteristic a is an input / output characteristic of an example of a simple synthesis of class AB, and the gain increases slightly when the output increases due to the general property of the FET whose gain increases according to the drain current. As it approaches the region, it drops again due to saturation. Therefore, high order distortion is expected to occur.
a 0 is shown with reference to a constant gain line.
特性dは、分配損3dBの等配分のコンベンショナルドハティ増幅器で、A領域では出力が大きい時に比べて負荷が変わり、ゲイン増加もある。しかし、分配損によりゲインの低下があり、B領域ではA領域のゲインを概ね保つも、ピーク増幅回路5の出力が不足してC領域に入れないものである。これは、Cクラスのゲインが低いためである。また、若干、出力が高い方がゲインは高いものとなっている。
よって、増幅器全体で出力の低い動作までしか行えないため、増幅素子52の本来の能力が得られず、経済的にならないものである。
Characteristic d is a conventional Doherty amplifier with an equal distribution of distribution loss of 3 dB. In the area A, the load changes compared to when the output is large, and the gain also increases. However, there is a decrease in gain due to distribution loss. In the B region, the gain in the A region is generally maintained, but the output of the
Therefore, since only the operation with a low output can be performed in the entire amplifier, the original capability of the amplifying
特性fは、分配損失の差が例えば1dB〜4dBの不等配分のコンベンショナルドハティ増幅器で、分配器2の分配比率を、ピーク増幅回路5側を大きく、キャリア増幅回路4側を小さくした場合を示すものである。キャリア増幅回路4側ルートのゲイン低下とピーク増幅回路5側のゲイン増加がマッチして、最大出力Pまで増幅可能である。
キャリア増幅回路4側の分配損を増やしたため、第1の増幅器全体のゲインは低下している。若干出力が高い領域はゲインは高くなっている。
The characteristic f shows a case where the distribution ratio of the
Since the distribution loss on the
尚、分配損失の差が0dBの場合、理想状態に対してピーク増幅回路5の出力が不足し、キャリア増幅回路4の負荷インピーダンスにも十分な負荷変調効果が得られず、特性dのように、ドハティ増幅器の最大出力が低下する。
また、分配損失の差が大き過ぎると、ゲインは全体的に低下し、あるレベルから急激に増加することになる。
When the difference in distribution loss is 0 dB, the output of the
If the difference in distribution loss is too large, the gain decreases as a whole and increases rapidly from a certain level.
特性gは、実施の形態に係る増幅器の場合を示すものであり、A領域ではピーク増幅回路5が動作しないため、入力インピーダンスがほぼ純リアクタンスのみとなるが、伝送線路33の長さが適切に設定されることで、入力側端子10から伝送線路22の入力インピーダンスが無限大となっている。
The characteristic g shows the case of the amplifier according to the embodiment. Since the
したがって、分配器2に入力された信号は−0.5〜−1dB程度の損失でキャリア増幅回路4に入力される。
Therefore, the signal input to the
このように、A領域では、分配損のみを考慮した場合であっても、等配分のコンベンショナルドハティ増幅器の特性dよりも特性gはゲインが2dB以上は高くなる。図4では、特性gは特性aより高く記載しているが、キャリア増幅回路4における出力が約3dB大きくなったことによる(負荷変調等の)ゲイン増加を考慮したものである。
As described above, in the region A, even when only distribution loss is considered, the gain of the characteristic g is higher than that of the characteristic d of the equally distributed conventional Doherty amplifier by 2 dB or more. In FIG. 4, the characteristic g is shown higher than the characteristic a, but it takes into account gain increase (such as load modulation) due to the output of the
ゲイン増加はFETの種類によって変わり、T分岐の反射損失或いは合成部損失を考慮すれば、素子や調整によって若干異なる。
このゲイン上昇量は、伝送線路33の長さを調整して入力側端子10の反射損を変えてキャリア増幅回路4系の信号入力を変えることで調整を行うものである。
すなわち、特性gから特性fの間の特性が可能となる。
The gain increase varies depending on the type of FET, and slightly varies depending on the element and adjustment, considering the T-branch reflection loss or the combined loss.
This gain increase is adjusted by adjusting the length of the
That is, a characteristic between the characteristic g and the characteristic f is possible.
B領域では、分配器2の出力側端子12側に入力信号が流れ、分配器2の出力側端子11側は入力信号が減り、増幅素子42の負荷が変わり始め、特性gはゲインが低下する。更に、入力が多くなると、増幅素子42の負荷が更に変わり、特性fに近づくようにゲインが低下していく。
最終的なC領域では、分配器2を不等分配した特性fに一致することになる。
In the region B, the input signal flows to the
In the final C region, the characteristic f is equal to the characteristic f obtained by unevenly distributing the
つまり、特性gは、特性fと比べると、通常使用される出力P/4付近もしくはそれ以下ではゲインが上がるので、平均的な付加効率の向上が得られる。また、特性fでは、入力の増加にともないゲインが一旦上昇してから飽和により低下するという複雑な挙動を示すのに対し、特性gでは、入力の増加によりゲインが少しずつ低下し続けるような単調減衰となるので、ほとんど3次歪のみとなり、プレディストーション等の歪補償技術と組み合わせれば、高次歪が少ないので補償は容易である。 In other words, the gain of the characteristic g increases in the vicinity of the normally used output P / 4 or lower than that of the characteristic f, so that the average added efficiency can be improved. The characteristic f shows a complicated behavior in which the gain once rises as the input increases and then decreases due to saturation. On the other hand, the characteristic g is monotonous such that the gain continues to decrease little by little as the input increases. Since it is attenuated, it is almost only third-order distortion, and when combined with distortion compensation techniques such as predistortion, compensation is easy because there is little high-order distortion.
伝送線路33の長さを調整して反射損の調整を行うことにより、特性gから特性fの間を得ることができる。すなわち、単調減衰が緩やかに、或いは直線に近くなるように調整可能となる。また、分配比と伝送線路33の長さの調整を同時に行ってもよい。
By adjusting the length of the
また、分配器2の分配比を不等分配から等分分配に変えることによりゲインは上昇することがあり、Cクラスでもゲイン低下が少ない素子の場合には、C領域に入れるので等分配を採用することもあり得る。
In addition, the gain may increase by changing the distribution ratio of the
第1の増幅器によれば、以上説明したとおり、使用する実効電力ではゲインが高く付加効率が高く、ピーク電力ではゲインは低下するも単調ゲイン低下となるため、高次の歪が少なく、プレディストーションなどの歪補償との相性がよいものである。
ここでは、ピーク増幅素子52のクラスCの流通角について記載していないが、流通角を調整して増幅器の総合調整を行っている。
According to the first amplifier, as described above, the effective power to be used has a high gain and a high added efficiency, and the peak power reduces the gain, but the monotonic gain decreases. It has good compatibility with distortion compensation.
Here, the class C distribution angle of the
次に、本発明の第2の実施の形態に係る増幅器について図5を参照しながら説明する。図5は、第2の実施の形態に係る増幅器の構成ブロック図である。
第2の実施の形態に係る増幅器(第2の増幅器)は、図5に示すように、入力端子1と、バイアス制御部150と、分配器2と、伝送線路33と、位相器34と、キャリア増幅回路4と、ピーク増幅回路5と、インピーダンス変換器64と、伝送線路65と、ノード(合成点)62と、λ/4変成器7と、出力端子8と、出力負荷9とを備えている。
Next, an amplifier according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration block diagram of an amplifier according to the second embodiment.
As shown in FIG. 5, the amplifier according to the second embodiment (second amplifier) includes an
キャリア増幅回路4は、入力整合回路41と、増幅素子42と、出力整合回路43とを備えている。
ピーク増幅回路5は、入力整合回路51と、増幅素子52と、出力整合回路53とを備えている。
The
The
また、バイアス制御部150は、分岐器15と、アダプチバイアス回路16を備えている。
分岐器15は、入力端子10から分配器2に出力される入力信号をアダプチバイアス回路16に分岐する。
アダプチバイアス回路16は、分岐器15から出力された信号レベルを検波し、レベル変換してピーク増幅回路5の増幅素子52にバイアス電圧として出力する。
The
The branching
The
ピーク増幅回路5の増幅素子52がB級又はC級にバイアスされ、バイアス制御部150からの制御により、入力が低い時はC級増幅器として動作し、入力が中間になりピーク注入が必要なレベルになるとバイアス制御部150からアイドル電流の少ないAB級用のバイアスゲート電圧が供給され、更に入力が増えるに従ってアイドル電流の多いAB級用のバイアスゲート電圧が供給される。
When the amplifying
第2の増幅器では、バイアス制御部150が設けられ、バイアス制御部150によって上記のようにピーク増幅回路5が制御される点を除き、第1の増幅器と構成及び動作は同様である。
The second amplifier has the same configuration and operation as the first amplifier except that a
第2の増幅器の動作について更に具体的に図6を参照しながら説明する。図6は、バイアス電圧特性を示す図である。
分岐器15は、入力信号の一部を分岐し、アダプチバイアス回路16で検波して検波レベル変換し、ピーク増幅回路5の増幅素子52のバイアスを変化させる。
The operation of the second amplifier will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating the bias voltage characteristics.
The branching
図6に示すように、A領域では、ピーク増幅回路5にドレイン電流が流れないバイアス値、C領域では、キャリア増幅回路4にドレイン電流値と同等又はその前後の電流が流れるバイアス値、そしてB領域では、バイアス値はA領域とC領域の間で図6の形状における任意のバイアス値である。このバイアス電源は、他の方法で作成してもよい。
As shown in FIG. 6, in the A region, a bias value at which a drain current does not flow through the
従って、ピーク増幅回路5は、入力が増えるに従ってCクラスから弱ABクラス、ABクラスとなる。
一般的なCクラスの増幅器は、最大出力がABクラスより劣るが、バイアス制御の特徴は、C領域ではABクラス合成になるため、必ずAB級と同じ出力が得られる。
尚、分配器2と周辺の構造例及びその動作は、図3を用いて説明したものと同様である。
Therefore, the
A general C class amplifier has a maximum output inferior to that of the AB class. However, the bias control is characterized by the AB class synthesis in the C region.
An example of the structure of the
C領域では、分配器2の分配比率で分配された信号が各増幅回路に入力される。等分配時はバイアス制御部150と組み合わせると、基本的にピーク増幅回路5がABクラスとなり、合成結果はABクラス合成と同じになる。不等分配時はバイアス制御部150と組み合わせると、基本的にピーク増幅回路5がABクラスとなり、合成結果の最終出力はABクラス合成と同じになるが、入出力特性は若干緩やかになる。
In the C region, a signal distributed at the distribution ratio of the
各種方法における入出力特性について図7を参照しながら説明する。図7は、入出力特性を示す図である。
図7において、特性aは、ABクラス合成の一例の入出力特性であり、出力が高くなると電流が流れ、ゲインが若干高くなっている。よって、若干、高次歪が発生する。
a0 は、ゲイン一定の線を参考に示すものである。
Input / output characteristics in various methods will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing input / output characteristics.
In FIG. 7, characteristic a is an input / output characteristic of an example of AB class synthesis. When the output becomes high, a current flows and the gain becomes slightly high. Therefore, some high-order distortion occurs.
a 0 is shown with reference to a constant gain line.
特性bは、実施の形態に係る増幅器で、入力側端子10からZ11方向を見たインピーダンスを伝送線路33を調整して無限大にした場合の入出力特性である。
A領域ではピーク増幅回路5が動作しないので、分配器2の入力側端子10に「Z10の伝送線路21に負荷Z12」と「Z11とZ13の伝送線路22,33に入力整合回路51とほぼオープンの増幅素子52」が並列に接続されたことになる。
The characteristic b is an input / output characteristic when the impedance of the amplifier according to the embodiment viewed from the
Since the
例えば、伝送線路22がλ/4とすると、出力側端子12からアンプを見たインピーダンスが短絡になるように、伝送線路33の長さを調整すると、入力側端子10からZ11方向を見たとき無限大になり、入力信号はほとんど損失無しにZ10に流れる。
従って、ほとんど損失無しにキャリア増幅回路4に伝送されるものである。
For example, when the
Therefore, it is transmitted to the
分配器2での等配分時には、A領域(出力側)では、負荷変調となり、更にゲインが上昇し、B領域に入り、分配器2の出力側端子12側に信号が流れ、出力側端子11側は信号が減り、バイアス制御部150を含めてピーク増幅回路5からの注入により出力電力は上昇する。しかしながら、徐々にゲインは低下していく。
更に、C領域では、通常のABクラスと同じ特性になり、A領域とは大幅なゲイン低下になる。
When the
Further, in the C region, the characteristics are the same as those in the normal AB class, and the gain is greatly reduced from that in the A region.
また、分配器2での不等配分時には、A領域ではゲインが変わり、最終出力はABクラス合成と同じになるが、入出力特性は若干変わるものとなる。
Further, at the time of unequal distribution by the
特性cは、アダプティブバイアスが動作する場合で、通常の3dB分配器、例えば3dBカプラなどの等分配器を使用すると、分配器2での等配分時には、A領域では3dB損失するが負荷変調により、ゲインが上昇するが、分配損を補償できずゲインは低下する。
B領域ではバイアス制御部150を含めてピーク増幅回路5からの注入により出力は上昇し、徐々にゲインは上昇していく。C領域になるとほぼABクラスと同じになる。
The characteristic c is a case where an adaptive bias is operated. When a normal 3 dB distributor, for example, an equal distributor such as a 3 dB coupler is used, 3 dB is lost in the A region at the time of equal distribution in the
In the region B, the output is increased by the injection from the
また、分配器2での不等配分時には、A領域ではゲインが変わり、最終出力はABクラス合成と同じになるが、入出力特性は若干変わるものとなる。
Further, at the time of unequal distribution by the
特性dは、図4の特性dと同じで、分配器2での等配分時には、バイアス制御部150を利用しないピーク増幅回路5をコンベンショナルのCクラス固定とすると、A領域では出力が大きい時に比べて負荷変調分のゲインの増加もあるが、分配損によりゲインの低下がある。
The characteristic d is the same as the characteristic d in FIG. 4. When the
B領域では、A領域のゲインを保つも、ピーク増幅回路5の出力が不足してC領域に入れない。ゲインの低下の他、出力の低い動作までしか使用できないため、増幅素子52の本来の能力を得られず経済的にならない。
In the B region, although the gain of the A region is maintained, the output of the
特性eは、入力の反射係数、不等分配などにより特性aと特性bの間に調整したものであり、特性aの高出力に近い領域でゲインが上がるため、小信号領域(A領域)では適度にゲインを上げるものである。A領域ではピーク増幅回路5が動作しないため、信号が反射され、入力端子1から見ると反射損が発生する。
The characteristic e is adjusted between the characteristic a and the characteristic b by the input reflection coefficient, unequal distribution, etc., and the gain increases in the area close to the high output of the characteristic a. Therefore, in the small signal area (A area) The gain is increased moderately. Since the
これは、分配器2の入力側端子10に「Z10の伝送線路21に負荷Z12」と「Z11とZ13の伝送線路22,33に入力整合回路51とほぼオープンの増幅素子52」が並列に接続されたことになる。
従って、入力側端子10から分配器2の出力側端子12の方を見たインピーダンスは、伝送線路33の長さを変えることにより入力側端子10からの反射損が変わるものである。よって、キャリア増幅回路4系への信号レベルが下がり、特性bより下げることになる。
This is because the
Therefore, the impedance seen from the
伝送線路33の長さを変え、または分配器2の分配比を変え、あるいは両方を変えて、キャリア増幅回路4の入力レベルを変えることができる。
The input level of the
A領域(出力側)では、分配損(反射損を含む)は適度であり、出力が大きい時に比べ負荷変調分により、ゲインが上昇し、B領域に入り、分配器2の出力側端子12側に信号が流れ、出力側端子11側は信号が減り、負荷変調によるゲイン上昇も小さくなり、バイアス制御部150を含めてピーク増幅回路5からの注入により出力電力は上昇するが、徐々にゲインは低下していく。
特性eは、動作は特性bと同じであり、リニア又は単調減衰ではあるが、特性bより傾斜が緩やかになり、歪が低減している。
In the A region (output side), the distribution loss (including reflection loss) is moderate, the gain increases due to the load modulation compared to when the output is large, enters the B region, and the
The characteristic e operates in the same way as the characteristic b and is linear or monotonous attenuation, but has a gentler slope than the characteristic b and reduces distortion.
特性aの高出力側におけるゲイン増幅の大きい増幅素子では、特性e(反射損を変えてキャリア増幅回路4の入力を変えること)によりゲインを上げながらリニアとなる。
更に、C領域では、概ね通常のABクラスと同じ特性になり、A領域とは大幅なゲイン低下になる。
An amplification element having a large gain amplification on the high output side of the characteristic a is linear while increasing the gain by the characteristic e (changing the reflection loss and changing the input of the carrier amplifier circuit 4).
Furthermore, in the C region, the characteristics are almost the same as those of the normal AB class, and the gain is greatly reduced compared to the A region.
伝送線路33の長さを変えて分配損を変える方法以外の方法として、分配器2の分配比を変えてもよく、また伝送線路33の長さと分配器2の分配比の両方を変えてもよいが、増幅素子の特性を見極めて、最適な方法を選んでもよい。これは、素子の種類、品目等により特性が異なり、最適状態を選ぶためのものである。
ここでは、ピーク増幅素子52のクラスCでも流通角について記載していないが、流通角を調整して増幅器の総合調整を行っている。
As a method other than the method of changing the distribution loss by changing the length of the
Here, although the distribution angle is not described even in class C of the
第2の増幅器によれば、使用する実効電力ではゲインが高くなり、付加効率が高く、ピーク電力ではゲインは低下するものの、単調ゲイン低下になるため単調減衰となる。しかし、図7に示すように、特性eでは概ね3次歪となり、特性aや特性cのうねりを持つ5次歪が少なくなる。
また、特性b及び特性bと特性eの間は、単調減衰となり、プレディストーション等の歪補償と組み合わせると歪補償を行い易いものである。
According to the second amplifier, the gain is high at the effective power used, the added efficiency is high, and the gain is reduced at the peak power. However, as shown in FIG. 7, the characteristic e is substantially the third order distortion, and the fifth order distortion having the undulations of the characteristic a and the characteristic c is reduced.
In addition, the characteristic b and the characteristic b and the characteristic e are monotonically attenuated, and when combined with distortion compensation such as predistortion, distortion compensation can be easily performed.
また、キャリア増幅回路を複数個、ピーク増幅回路を複数個使用して構成されるマルチウエイドハティ増幅器についても、上記同様の方法で効率、歪等を改善でき、プレディストーションなどの歪補償との相性がよいものである。 In addition, for multi-way hearty amplifiers that use multiple carrier amplifier circuits and multiple peak amplifier circuits, efficiency, distortion, etc. can be improved in the same way as above, and compatibility with distortion compensation such as predistortion Is good.
第1,2の増幅器によれば、通常のABクラスの増幅器に比べてゲインが上がり、付加効率が上昇する効果があり、高次歪が少なくなってプレディストーションなどの歪補償と組み合わせるときわめて相性がよくなるという効果がある。 According to the first and second amplifiers, the gain is increased and the added efficiency is increased as compared with a normal AB class amplifier, and it is extremely compatible with distortion compensation such as predistortion due to the reduction of higher-order distortion. Has the effect of improving.
次に、本発明の第3の実施の形態に係る増幅器について説明する。
第3の実施の形態に係る増幅器を説明する前に、一般的に用いられている分配器について説明する。一般的に信号を分配する場合、1960年にE.Wilkinson氏によってIEEEに発表された「ウィルキンソン・パワー・ディバイダ」という回路(ウィルキンソン分配器)がよく使われている。図10は、一般的なウィルキンソン分配器の一例を示す構成図である。
Next, an amplifier according to a third embodiment of the present invention will be described.
Before describing the amplifier according to the third embodiment, a commonly used distributor will be described. In general, in 1960, E. A circuit called “Wilkinson Power Divider” (Wilkinson Divider) published by IEEE by Wilkinson is often used. FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an example of a general Wilkinson distributor.
図10に示すように、一般的なウィルキンソン二分配器は、特性インピーダンスが70.7Ωで電気長がλ/4の伝送線路71,72と、100Ωでポート2とポート3のアイソレーションをとる抵抗(アイソレーション抵抗)73とで構成されている。図10に示した回路は、ポート1、2、3に50Ωの負荷が付く条件における二分配器である。
As shown in FIG. 10, a general Wilkinson bi-distributor has
図10に示した二分配器の電気的特性について説明する。
ポート1から入力した信号は、ポート2とポート3に等分配される。例えば、ポート1に0dBmの信号を入力した場合、ポート2とポート3の端子には-3dBの信号が出力される。このとき、各ポートの反射特性とポート間(ポート2とポート3)のアイソレーションは良好である。
The electrical characteristics of the two distributor shown in FIG. 10 will be described.
A signal input from
ポート2から入力された信号(反射)は、100Ωの抵抗を通ってポート3に向かう信号Aと、70.7Ωの伝送線路を2つ通ってポート3に出力される信号Bの2手に分かれる。伝送線路の長さはλ/4なので、信号Aと信号Bの位相はλ/2(180°)異なる。従って、異なる経路を通ってポート3に現れる2つの信号が、互いに同振幅で逆位相になるため良好なアイソレーションが得られる。
このような二分配器は、最近、高効率増幅器として注目されているドハティ増幅器でも使用されている。
The signal (reflection) input from the
Such a dual distributor is also used in a Doherty amplifier that has recently attracted attention as a high efficiency amplifier.
しかしながら、図8に示したような一般的なドハティ増幅器の分配器2として、図10に示したような一般的な二分配器を用いた場合、上述したように、低入力時には、キャリア増幅器しか動作しないためにゲイン低下が発生し、高入力時には、ピーク増幅器がBC級にバイアスされているため、AB級と同等のゲインとはならず、ゲイン低下が発生する。
また、図1や図5の構成に一般的な二分配器を用いた場合、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉があり、若干周波数特性が悪くなる。
However, when the general two-distributor as shown in FIG. 10 is used as the
Further, when a general two distributor is used in the configuration of FIG. 1 or FIG. 5, there is mutual interference between the
第3の実施の形態に係る増幅器では、図1や図5の分配器2や、図10の一般的な分配器の代わりに、アイソレーション抵抗を可変とするアイソレーション抵抗可変型分配器を用いて、入力電力に応じてキャリア増幅回路とピーク増幅回路への分配比率を可変として、ゲイン低下を防ぐようにすると共に、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉を少なくしている。
In the amplifier according to the third embodiment, instead of the
第3の実施の形態に係る増幅器の構成について図11を用いて説明する。図11は、第3の実施の形態に係る増幅器の構成ブロック図である。
第3の実施の形態に係る増幅器(第3の増幅器)は、図11に示すように、入力端子1と、方向性結合器102と、検波回路103と、制御部104と、遅延回路105と、アイソレーション抵抗可変型分配器101と、位相器3と、キャリア増幅回路4と、ピーク増幅回路5と、ドハティ合成部6と、λ/4変成器7と、出力端子8と、出力負荷9とを備えている。
The configuration of the amplifier according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a configuration block diagram of an amplifier according to the third embodiment.
As shown in FIG. 11, the amplifier (third amplifier) according to the third embodiment includes an
キャリア増幅回路4は、入力整合回路41と、増幅素子42と、出力整合回路43とを備えている。
ピーク増幅回路5は、入力整合回路51と、増幅素子52と、出力整合回路53とを備えている。
ドハティ合成部6は、λ/4変成器61と、ノード62とを備えている。
The
The
The
方向性結合器102は、入力端子1から遅延回路105に出力される信号を、検波回路103に分岐する分岐器である。
検波回路103は、例えばショットキーダイオードで構成されており、方向性結合器102から入力される信号の電力を電圧に変換し、入力電力レベルとして制御部104に出力する。
The
The detection circuit 103 is composed of, for example, a Schottky diode, converts the power of the signal input from the
制御部104は、例えばオペアンプで構成され、入力電力レベルに応じて、後述するアイソレーション抵抗可変型分配器101に設けられた2つの可変抵抗器の抵抗値をそれぞれ制御する制御信号(Vc1,Vc2)を出力する。
遅延回路105は、入力された信号を遅延して、制御信号(Vc1,Vc2)との遅延差を補正する。
The
The
次に、第3の増幅器の特徴部分であるアイソレーション抵抗可変型分配器101について図12を用いて説明する。図12は、アイソレーション抵抗可変型分配器101の構成ブロック図である。
図12に示すように、アイソレーション抵抗可変型分配器101は、特性インピーダンスが70.7Ωで電気長がλ/4の伝送線路71及び72と、ポート2とポート3のアイソレーションを取る可変抵抗器74と、ポート2のインピーダンスを変化させる可変抵抗器75とから構成されている。
Next, the isolation
As shown in FIG. 12, the variable isolation
可変抵抗器74及び75は、ダイオード等を組み合わせた回路構成であり、可変抵抗器74は制御部104からの制御信号(制御電圧)Vc1に応じて、可変抵抗器75は制御信号(制御電圧)Vc2に応じて抵抗値が変化する。
The
そして、この分配器を図11の増幅器に用いた場合、ポート1には遅延回路105が接続され、ポート2にはピーク増幅回路5が接続され、ポート3にはキャリア増幅回路4が接続される。
When this distributor is used in the amplifier of FIG. 11, the
ここで、アイソレーション抵抗可変型分配器101の可変抵抗器の制御について図13を用いて説明する。図13(a)は、アイソレーション抵抗可変型分配器101における可変抵抗器の設定例を示す説明図であり、(b)は、可変抵抗器74,75の抵抗値の制御例を示す模式説明図である。
尚、図13で、「電圧可変抵抗器1」は可変抵抗器74に相当し、「電圧可変抵抗器2」は可変抵抗器75に相当するものである。
Here, control of the variable resistor of the isolation resistance
In FIG. 13, “
入力電力が低い場合、図13(a)に示すように、制御部104は、「設定1」に従って、電圧可変抵抗器1(可変抵抗器74)=1KΩ、電圧可変抵抗器2(可変抵抗器75)=1Ωに設定し、ピーク増幅回路5への入力を制限し、キャリア増幅回路4側に多く分配する。このときのポート1−ポート2間の挿入損失は−30dB、ポート1−ポート3間の挿入損失は−1dbとなり、キャリア増幅回路4側では等分配時の−3dBに比べて損失が少なくなる。
When the input power is low, as shown in FIG. 13A, the
逆に入力電力レベルが高い場合、図13(b)に示すように、制御部104は、「設定2」に従って、電圧可変抵抗器1(可変抵抗器74)=100Ω、電圧可変抵抗器2(可変抵抗器75)=1KΩに設定し、等分配する。この時のポート1−ポート2間の挿入損失は−3dB、ポート1−ポート3間の挿入損失は−3dbである。
Conversely, when the input power level is high, as shown in FIG. 13B, the
ポート2、3間のアイソレーションは、抵抗74の入力と抵抗値の関連で決まるが、A領域ではピーク増幅回路が動作しないのでアイソレーションは問題なく、また、C領域では抵抗74が100Ωであるからアイソレーションは十分(30dB位)得られ、また、B領域では少なくとも抵抗が付加されるので10dB程度あるいはC領域に近い場所では更に十分なアイソレーションが得られる。
The isolation between the
すなわち、互いの増幅器に影響が少ない場合(A領域に近いB領域)は、アイソレーションは小さくてよいし、影響が大きい場合(C領域に近いB領域)は、アイソレーションは十分得られるものである。 That is, when there is little influence on the amplifiers (B area close to the A area), the isolation may be small, and when the influence is large (B area close to the C area), sufficient isolation can be obtained. is there.
そして、制御部104には、入力電力レベルと、それに対応して可変抵抗器74,75を所望の抵抗値に設定するための制御電圧Vc1,Vc2が記憶されている。
例えば、図13(b)に示すように、入力電力レベルが低入力レベルから高入力レベルに変化する区間では、可変抵抗器74,75の抵抗値が、設定1の値から設定2の値に徐々に変化するよう、入力電力に応じて各可変抵抗器の抵抗値が制御されて、分配比率が調整され、アイソレーションも得られる。
これにより、低入力時にはキャリア増幅回路4に多く分配してゲイン低下を防ぐことができ、更にキャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉が少なくなるものである。
The
For example, as shown in FIG. 13B, in the section where the input power level changes from the low input level to the high input level, the resistance values of the
As a result, when the input is low, a large amount can be distributed to the
本発明の第3の実施の形態に係る増幅器によれば、入力電力をキャリア増幅回路4とピーク増幅回路5に分配する分配器として、キャリア増幅回路4に出力するポート3とピーク増幅回路5に出力するポート2の間に可変抵抗器74を、ピーク増幅回路5に出力するポート2とアースとの間に可変抵抗器75を設けたアイソレーション抵抗可変型分配器101を備え、制御部104が検波回路103で検出された入力電力レベルに応じて可変抵抗器74及び可変抵抗器75の抵抗値を制御して、分配比率を可変とし、低入力時にはピーク増幅回路5側への分配を制限しているので、キャリア増幅回路4側に多く分配して、ドハティ増幅器の低入力レベル時のゲイン低下を防ぐことができ、また、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉を低減できる効果がある。
尚、第3の増幅器ではウィルキンソン分配器としたが、他の分配器であっても同様に実施可能である。
According to the amplifier according to the third embodiment of the present invention, as a distributor that distributes input power to the
Although the third amplifier is a Wilkinson divider, other dividers can be similarly implemented.
また、ポート2からピーク増幅回路5をみたインピーダンスは、ピーク増幅回路5が動作しない低レベルにおいては、リアクタンス成分のみとなり、ショートに見せるのは伝送線路で容易に可能であり、可変抵抗器75の代わりに固定の伝送線路を用いても構わない。
以上、可変抵抗器74,75を同時に動作させたが、可変抵抗器74だけでも十分な効果がある。
Further, the impedance of the
As described above, the
次に、本発明の第4の実施の形態に係る増幅器について図14を用いて説明する。図14は、本発明の第4の実施の形態に係る増幅器の構成ブロック図である。
図14に示すように、本発明の第4の実施の形態に係る増幅器(第4の増幅器)は、図11に示した第3の増幅器とほぼ同様の構成であり、アイソレーション抵抗可変型分配器101、検波回路103、制御部104、遅延回路105を備えている。このアイソレーション抵抗74は、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉を少なくしている。
Next, an amplifier according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of an amplifier according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 14, the amplifier (fourth amplifier) according to the fourth embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the third amplifier shown in FIG. A
そして、第4の増幅器の特徴として、制御部104は、アイソレーション抵抗可変型分配器101の可変抵抗器74,75の制御に加えて、入力電力レベルに応じてピーク増幅器5の増幅素子52のバイアス電圧を制御するものである。
尚、バイアス電圧は端子106に印加されるが、端子106は、増幅素子52がトランジスタの場合はベース端子であり、FET(Field-Effect Transistor)の場合はゲート端子である。ここではFETの場合を例として説明する。
As a feature of the fourth amplifier, in addition to controlling the
The bias voltage is applied to the terminal 106. The terminal 106 is a base terminal when the amplifying
ピーク増幅回路5の増幅素子52のゲート電圧の制御例について図15を用いて説明する。図15は、第4の装置における増幅素子52のゲート電圧の制御例を示す説明図である。
図15に示すように、制御部104は、検波回路103からの入力電力レベルに基づいて、入力電力レベルが低い時には低いゲート電圧を印加し、入力電力レベルが高くなるにつれてゲート電圧を上げて、レベルに応じたゲート電圧を印加する。
具体的には、ゲート電圧の制御は、第2の増幅器で図6を用いて説明した方法と同様であり、入力電力レベルが増えるに従って、Cクラスから弱ABクラス、ABクラスとなるよう増幅素子52のゲート電圧を制御する。
A control example of the gate voltage of the
As shown in FIG. 15, the
Specifically, the control of the gate voltage is the same as the method described with reference to FIG. 6 for the second amplifier, and as the input power level increases, the amplification element is changed from C class to weak AB class and AB class. The gate voltage of 52 is controlled.
また、第4の増幅器の入出力特性は、図7の(b)に示した特性と概ね同じになる。
入力電力の低いA区間では、アイソレーション抵抗可変型分配器101の可変抵抗器74,75の抵抗値を図13に示した「設定1」とすることにより、分配器101のポート1−ポート3間の挿入損失を約−1dBまで減らすことができる。
この区間では、逆にポート1−ポート2間の挿入損失は増加する(−30dB)が、A区間ではピーク増幅回路5は動作しないので問題はない。
Further, the input / output characteristics of the fourth amplifier are substantially the same as the characteristics shown in FIG.
In the section A where the input power is low, the resistance values of the
On the contrary, the insertion loss between the
また、入力電力の高いB区間では、アイソレーション抵抗可変型分配器101の可変抵抗器74,75の抵抗値を図13に示した「設定2」とすることにより、アイソレーション抵抗可変型分配器101を一般的なウィルキンソン型二分配器(等分配、アイソレーション良好)とし、更にピーク増幅回路5内の増幅素子52のゲート端子に、図15に示したように入力電力レベルに応じて適切なゲート電圧を印加する。遷移領域は第3の増幅器と同じである。
Further, in the B section where the input power is high, the resistance values of the
これらの制御を行うことにより、第4の増幅器では、低入力電力レベルでも高入力電力レベルでも力電力レベルにおいてゲインの低下を抑制でき、図7の(b)16に示した合成出力が同時に得られ、単調減衰特性となるものである。この分配器101の分配比を変え、同様な考えで可変抵抗器74を変えれば、図7の(e)に示したような特性とすることも可能である。
By performing these controls, the fourth amplifier can suppress a decrease in gain at the power power level at both the low input power level and the high input power level, and the combined output shown in FIG. Thus, the monotonic attenuation characteristic is obtained. If the distribution ratio of the
本発明の第4の実施の形態に係る増幅器によれば、キャリア増幅回路4に出力するポート3とピーク増幅回路5に出力するポート2の間に可変抵抗器74を、ピーク増幅回路5に出力するポート2とアースとの間に可変抵抗器75を設けたアイソレーション抵抗可変型分配器101を備え、制御部104が検波回路103で検出された入力電力レベルに応じて可変抵抗器74及び可変抵抗器75の抵抗値を制御して、分配比率を可変とし、低入力時にはピーク増幅回路5側への分配を制限すると共に、入力電力レベルに応じてピーク増幅回路5の増幅素子52のバイアス電圧を制御して、低入力時にはC級とし、高入力時にはAB級で動作するようにしてAB級増福器の合成出力に近づけているので、低入力時でも高入力時でもゲインの低下を防ぐことができ、ドハティ増幅器の付加効率を向上させることができる効果がある。
According to the amplifier of the fourth embodiment of the present invention, the
更に、キャリア増幅回路4とピーク増幅回路5の相互干渉を低減することができる効果がある。
以上、可変抵抗器74と75を同時に動作させたが、可変抵抗器74だけでも十分効果が得られる。
Furthermore, there is an effect that the mutual interference between the
As described above, the
本発明は、高効率ドハティ増幅器の入力分配器の分配損によるゲイン低下を防止して高ゲインを図り、高次歪の増加を抑えて高次歪を低減できる増幅器に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an amplifier that can prevent a gain decrease due to a distribution loss of an input distributor of a high-efficiency Doherty amplifier, achieve a high gain, suppress an increase in high-order distortion, and reduce high-order distortion.
1…入力端子、 2…分配器、 3…位相器、 4…キャリア増幅回路、 5…ピーク増幅回路、 6…ドハティ合成部、 7…λ/4変成器、 8…出力端子、 9…出力負荷、 10…入力側端子、 11…第1の出力側端子、 12…第2の出力側端子、 15…分岐器、 16…アダプチバイアス回路、 21,22…伝送線路、 33…伝送線路、 34…位相器、 41,51…入力整合回路、 42,52…増幅素子、 43,53…出力整合回路、 61…λ/4変成器、 62…ノード、 64…インピーダンス変換器、 65…伝送線路、 71,72…伝送線路、 74,75…可変抵抗器、 101…アイソレーション抵抗可変型分配器、 102…方向性結合器、 103…検波回路、 104…制御部、 105…遅延回路、 106…ゲート端子(ベース端子)、 150…バイアス制御部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、
等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路と、
前記第1の伝送線路からの信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、
前記キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、
低入力時に前記ピーク増幅器の影響を低減する第2の伝送線路と、
前記インピーダンス変換器の終端部と前記第2の伝送線路の終端部を結合して前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成するノードと、
前記ノードに接続する出力負荷と、
前記ノードと前記出力負荷の間に設けられ、前記ノードからの出力に対してインピーダンスを前記出力負荷に変換する変成器とを有することを特徴とする増幅器。 A distributor for equally or unevenly distributing the input signal;
A carrier amplification circuit for operating and amplifying equally distributed or less unevenly distributed signals in class AB;
A first transmission line that adjusts the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to an equally distributed signal or a highly unevenly distributed signal;
A peak amplifying circuit that operates and amplifies the signal from the first transmission line in class B or class C;
An impedance converter for converting impedance with respect to a signal from the carrier amplifier circuit;
A second transmission line that reduces the influence of the peak amplifier at the time of low input;
A node that combines the termination of the impedance converter and the termination of the second transmission line to synthesize the outputs of the carrier amplification circuit and the peak amplification circuit;
An output load connected to the node;
An amplifier comprising: a transformer provided between the node and the output load and converting an impedance to the output load with respect to an output from the node.
等分配又は少なく不等分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、
等分配又は多く不等分配された信号に対して線路の長さが調整されて低入力時の反射係数を変更する第1の伝送線路と、
前記第1の伝送線路からの信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、
前記キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、
低入力時に前記ピーク増幅器の影響を低減する第2の伝送線路と、
前記インピーダンス変換器の終端部と前記第2の伝送線路の終端部を結合して前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成するノードと、
前記ノードに接続する出力負荷と、
前記ノードと前記出力負荷の間に設けられ、前記ノードからの出力に対してインピーダンスを前記出力負荷に変換する変成器と、
分配器の前段に設けられ、入力信号を分岐する分岐器と、
前記分岐器から出力された信号を検波し、レベル変換して前記ピーク増幅回路のバイアス電流として出力するアダプチバイアス回路とを有し、
前記ピーク増幅回路が、入力信号がしきい値以下の低入力時ではC級とし、入力信号が前記しきい値を超えるとC級からアイドル電流の少ないAB級を経てアイドル電流の多いAB級で動作することを特徴とする増幅器。 A distributor for equally or unevenly distributing the input signal;
A carrier amplification circuit for operating and amplifying equally distributed or less unevenly distributed signals in class AB;
A first transmission line that adjusts the reflection coefficient at the time of low input by adjusting the length of the line with respect to an equally distributed signal or a highly unevenly distributed signal;
A peak amplifying circuit that operates and amplifies the signal from the first transmission line in class B or class C;
An impedance converter for converting impedance with respect to a signal from the carrier amplifier circuit;
A second transmission line that reduces the influence of the peak amplifier at the time of low input;
A node that combines the termination of the impedance converter and the termination of the second transmission line to synthesize the outputs of the carrier amplification circuit and the peak amplification circuit;
An output load connected to the node;
A transformer provided between the node and the output load for converting impedance to the output load with respect to an output from the node;
A branching device provided before the distributor and branching the input signal;
An adaptive bias circuit that detects a signal output from the branching device, converts the level, and outputs the bias current of the peak amplifier circuit;
The peak amplifying circuit is class C when the input signal is a low input below the threshold value, and when the input signal exceeds the threshold value, the class A is changed from class C to class AB with a small idle current and class AB with a large idle current. An amplifier characterized by operation.
分配された信号をAB級で動作して増幅するキャリア増幅回路と、
分配された信号をB級又はC級で動作して増幅するピーク増幅回路と、
前記キャリア増幅回路からの信号に対してインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器の終端部と前記ピーク増幅回路の終端部を結合して前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成するノードと、
前記ノードに接続する出力負荷と、
前記ノードと前記出力負荷の間に設けられ、前記ノードからの出力に対してインピーダンスを前記出力負荷に変換する変成器とを備えた増幅器であって、
前記分配器が、分配先のポート間を接続する第1の電圧可変抵抗器を備えた分配器であり、
分配器の前段に設けられ、入力信号を分岐する分岐器と、
前記分岐器から出力された信号を検波し、入力電力レベルを出力する検波器と、
前記入力電力レベルに応じて前記分配器の第1の電圧可変抵抗器の抵抗値を制御してポート間アイソレーションを増加させる制御部とを備えたことを特徴とする増幅器。 A distributor for distributing an input signal to two ports;
A carrier amplification circuit that operates and amplifies the distributed signal in class AB;
A peak amplification circuit that operates and amplifies the distributed signal in class B or class C;
An impedance converter for converting impedance with respect to a signal from the carrier amplifier circuit;
A node for combining the terminal of the impedance converter and the terminal of the peak amplifier circuit to combine the outputs of the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit;
An output load connected to the node;
An amplifier that is provided between the node and the output load and that converts an impedance of the output from the node to the output load;
The distributor is a distributor including a first voltage variable resistor that connects between ports of distribution destinations,
A branching device provided before the distributor and branching the input signal;
A detector that detects a signal output from the branching device and outputs an input power level;
An amplifier comprising: a control unit that increases resistance between the ports by controlling a resistance value of the first voltage variable resistor of the distributor according to the input power level.
制御部が、前記第2の電圧可変抵抗器の抵抗値を制御して分配比率を調整し、入力レベルに応じてピーク増幅回路の入力を制限する制御部であることを特徴とする請求項5又は6記載の増幅器。 The distributor is a distributor including a second voltage variable resistor at a port for outputting the distributed signal to the peak amplifier circuit;
6. The control unit according to claim 5, wherein the control unit is a control unit that controls a resistance value of the second voltage variable resistor to adjust a distribution ratio and restricts an input of the peak amplifier circuit according to an input level. Or the amplifier of 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007110384A JP2008125044A (en) | 2006-10-17 | 2007-04-19 | Amplifier |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006283056 | 2006-10-17 | ||
JP2007110384A JP2008125044A (en) | 2006-10-17 | 2007-04-19 | Amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008125044A true JP2008125044A (en) | 2008-05-29 |
Family
ID=39509301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007110384A Pending JP2008125044A (en) | 2006-10-17 | 2007-04-19 | Amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008125044A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009303040A (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Toshiba Corp | High-frequency power amplifier and amplification method |
JP2010258971A (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Panasonic Corp | Power amplifier |
JP2012049858A (en) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Power amplifier |
JP2015104062A (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱電機株式会社 | High efficiency amplifier |
KR20170082521A (en) * | 2014-11-05 | 2017-07-14 | 퀄컴 인코포레이티드 | Dynamic power divider circuits and methods |
WO2019039650A1 (en) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 순천향대학교 산학협력단 | Doherty combiner |
WO2021117222A1 (en) | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 三菱電機株式会社 | Doherty amplifier and communication device |
CN115833817A (en) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 电子科技大学 | Radio frequency circuit with power divider and switch dual working modes |
-
2007
- 2007-04-19 JP JP2007110384A patent/JP2008125044A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009303040A (en) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Toshiba Corp | High-frequency power amplifier and amplification method |
JP2010258971A (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Panasonic Corp | Power amplifier |
JP2012049858A (en) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Power amplifier |
JP2015104062A (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱電機株式会社 | High efficiency amplifier |
JP2017534228A (en) * | 2014-11-05 | 2017-11-16 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | Dynamic power divider circuit and method |
CN107112952A (en) * | 2014-11-05 | 2017-08-29 | 高通股份有限公司 | dynamic power divider circuit and method |
KR20170082521A (en) * | 2014-11-05 | 2017-07-14 | 퀄컴 인코포레이티드 | Dynamic power divider circuits and methods |
CN107112952B (en) * | 2014-11-05 | 2021-07-23 | 高通股份有限公司 | Dynamic power divider circuit and method |
KR102509952B1 (en) * | 2014-11-05 | 2023-03-13 | 퀄컴 인코포레이티드 | Dynamic power divider circuits and methods |
WO2019039650A1 (en) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 순천향대학교 산학협력단 | Doherty combiner |
CN111133676A (en) * | 2017-08-23 | 2020-05-08 | 顺天乡大学工业学院合作基金会 | Doherty combiner |
US11201592B2 (en) | 2017-08-23 | 2021-12-14 | Soonchunhyang University Industry Academy Cooperation Foundation | Doherty combiner |
CN111133676B (en) * | 2017-08-23 | 2023-03-28 | 顺天乡大学工业学院合作基金会 | Doherty combiner |
WO2021117222A1 (en) | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 三菱電機株式会社 | Doherty amplifier and communication device |
CN115833817A (en) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 电子科技大学 | Radio frequency circuit with power divider and switch dual working modes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Van Der Heijden et al. | A 19W high-efficiency wide-band CMOS-GaN class-E Chireix RF outphasing power amplifier | |
Kang et al. | Design of bandwidth-enhanced Doherty power amplifiers for handset applications | |
CN107547056B (en) | Method for amplifying radio frequency signal and DOHERTY-CHIREIX combined amplifier | |
US8354882B2 (en) | Doherty amplifier with input network optimized for MMIC | |
US8618883B2 (en) | N-way doherty distributed power amplifier with power tracking | |
US8305141B2 (en) | Distributed Doherty power amplifier | |
US7646248B2 (en) | Harmonic tuned doherty amplifier | |
US9030255B2 (en) | Linearization circuit and related techniques | |
US7961048B2 (en) | Integrated power amplifiers for use in wireless communication devices | |
KR101145666B1 (en) | Three-stage gan hemt doherty power amplifier for high frequency applications | |
JP4793807B2 (en) | amplifier | |
JP4627457B2 (en) | amplifier | |
JP2008125044A (en) | Amplifier | |
JP2007116259A (en) | Amplifier | |
WO2009031042A2 (en) | N-way doherty distributed power amplifier | |
EP3453110A1 (en) | An amplifier arrangement | |
US8952758B2 (en) | Amplifier using nonlinear drivers | |
US20200412302A1 (en) | Power amplifier | |
JP2010021719A (en) | Doherty amplifier | |
CN106664062B (en) | Integrated 3-way Doherty amplifier | |
JPWO2009066353A1 (en) | Power amplifier | |
Kim et al. | A quasi-Doherty SOI CMOS power amplifier with folded combining transformer | |
EP2642660A2 (en) | Linearization circuit and related techniques | |
JP2008167300A (en) | Doherty amplifier | |
WO2021245891A1 (en) | Doherty amplifier |