JP2009004843A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイソレータレス化構成において負荷変動時における歪み特性の改善を図り、高効率化および低消費電力化を実現することが可能な電力増幅装置を提供する。
【解決手段】制御部１７は、検波回路１３および検波回路１５からの入出力検波電圧を用い、電力増幅器１０の利得を算出する。そして、メモリ１６を参照し、電力増幅器１０の利得と電力増幅器１０のコレクタ電圧値とを関連づけた関係式に基づくコレクタ電圧を電力増幅器１０に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に電圧制御信号を送信する。この際、電力増幅器１０における利得とＡＣＬＲとの相関関係を利用し、電力増幅器１０の利得特性に応じて電源電圧を制御し、負荷インピーダンスに応じた電圧を電力増幅器１０に供給する。
【選択図】図７

Description

本発明は、無線端末に設けられる電力増幅装置に関する。

無線端末において、アンテナに金属物等の障害物が近接すると、アンテナのインピーダンス、すなわち電力増幅器の負荷インピーダンスは大きく変動する。一方、電力増幅器は、負荷インピーダンスの変動に伴い、特性が大きく変動する。このため、従来の無線端末では、アンテナのインピーダンス変動の影響を抑圧するために電力増幅器の出力部にアイソレータを具備し、電力増幅器における負荷インピーダンスの安定化を図ることにより特性の確保を行っている。

しかしながら、アイソレータは、アンテナのインピーダンスが大きく変動しない通常の動作環境においては、その有用性を発揮しない。また、アイソレータを省略したアイソレータレス化の構成によって、無線端末の低コスト化、小型化および、伝送ロス削減による高効率化、低消費電力化の実現が望まれている。

アイソレータレス化を図りつつ、歪み特性を改善する電力増幅装置として、例えば特許文献１に開示されるものがある。特許文献１に記載された電力増幅装置は、アンテナからの反射波量を検出し、この反射波量に応じた電圧を電力増幅器に供給することにより歪み特性を改善するものである。
特開２００３−３３８７１４号公報

しかしながら、上記従来例の電力増幅装置では、アンテナからの反射波量を検出するため、負荷のＶＳＷＲの推定は可能であるが、負荷インピーダンスまでの推定は困難である。したがって、歪み特性の改善から必要以上の電圧を電力増幅器に供給することとなり、電力増幅器の効率は低下するという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アイソレータレス化構成においても負荷変動時に所要の歪み特性の確保を図り、高効率化および低消費電力化を実現することが可能な電力増幅装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、高周波の送信信号を増幅する電力増幅装置であって、前記送信信号を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の利得を検出する利得検出部と、前記電力増幅器の利得と前記電力増幅器の電源電圧値とを関連づけた関連情報を持つ関連情報保持部と、前記関連情報に基づいて前記電力増幅器に供給する電源電圧の制御を行う制御部と、を備える電力増幅装置である。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより所要の歪み特性を確保することができるため、電力増幅装置の高効率化および低消費電力化が実現可能となる。

本発明は、第２に、上記の電力増幅装置であって、前記利得検出部は、前記電力増幅器の入力電力を検出する入力電力検出部と前記電力増幅器の出力電力を検出する出力電力検出部とを有して構成されるものを含む。
この構成により、入力電力検出部および出力電力検出部によって電力増幅器の利得を検出し、電力増幅器に供給する電源電圧の制御が可能となる。

本発明は、第３に、上記の電力増幅装置であって、前記利得検出部の前記入力電力検出部は、前記電力増幅器の入力部に接続される方向性結合器を有して構成され、前記出力電力検出部は、前記電力増幅器の出力部に接続される方向性結合器を有して構成されるものを含む。
この構成により、方向性結合器を用いて電力増幅器の利得を検出し、電力増幅器に供給する電源電圧の制御が可能となる。

本発明は、第４に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１と、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２との２通りの電圧であるものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２を用いて電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第５に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２、および前記第１の電圧Ｖ１と前記第２の電圧Ｖ２との間に介在する第３の電圧Ｖ３であるものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２および第３の電圧Ｖ３を用いて電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第６に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２、および前記第１の電圧Ｖ１よりも低い所定の第４の電圧Ｖ４であるものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２および第４の電圧Ｖ４を用いて電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第７に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第５の電圧Ｖ５から昇圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定するものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第５の電圧Ｖ５から昇圧していき電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第８に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第６の電圧Ｖ６から降圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定するものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第６の電圧Ｖ６から昇圧していき電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第９に、上記の電力増幅装置であって、前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１から昇圧または降圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定するものを含む。
この構成により、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、第１の電圧Ｖ１から昇圧または降圧していき電力増幅器のコレクタ電圧を制御することにより、所要の歪み特性を確保することが可能となる。

本発明は、第１０に、上記いずれかに記載の電力増幅装置を備えた無線端末装置である。

本発明によれば、アイソレータレス化構成においても負荷変動時に所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現することが可能な電力増幅装置を提供できる。

まず、本実施形態の電力増幅装置において前提となる電力増幅器の説明として、電力増幅器の特性について説明する。

図１は、本実施形態に係る電力増幅器の回路図の一例を示す図である。トランジスタ１００は、エミッタが接地され、ベースに整合回路１０１を介して入力部１０２が接続され、コレクタに整合回路１０３を介して出力部１０４が接続される。そして、ベースはバイアス回路１０８を介して電源端子１０７が接続され、コレクタはバイアス回路１０６を介して電源端子１０５が接続される。この構成により、トランジスタ１００は、整合回路１０１を用いて入力部１０２との整合を取得し、整合回路１０３を用いて出力部１０４との整合を取得している。コレクタ電圧は、電源端子１０５からバイアス回路１０６を介して供給をする。ベース電圧は、電源端子１０７からバイアス回路１０８を介して供給をする。

図２は、図１に示した本実施形態に係る電力増幅器の入出力特性を示す図である。図２において、入力電力をＰｉｎ、出力電力をＰｏｕｔ、コレクタ電圧をＶｃｃ１、Ｖｃｃ２（Ｖｃｃ１＞Ｖｃｃ２）としている。

図２から明らかなように、コレクタ電圧が高いほど、入力レベルの増加に伴って出力レベルは増加する。すなわち、コレクタ電圧が高いほど出力信号に含まれる歪みは改善される。このように、一般的に電力増幅器の歪みは、コレクタ電圧を昇圧することにより、改善することができる。

また一方で、電力増幅器は負荷インピーダンスの変動に伴い、歪みが大きく変動する。図３は、本実施形態に係る電力増幅器の負荷条件を示す図であり、負荷条件をＶＳＷＲ＝４とした場合の負荷を示している。ここで、負荷は負荷ナンバー（１）〜（８）の８点とし、また、各負荷はＶＳＷＲ＝４の円周上において等間隔となるインピーダンスを有するものとしている。

図４は、本実施形態に係る電力増幅器のＡＣＬＲ（隣接チャネル漏洩電力：Adjacent Channel Leakage Ratio）を示す図であり、図３に示す８点の負荷および５０Ω負荷における電力増幅器のＡＣＬＲ特性を示したものである。ここで、各負荷におけるＡＣＬＲは、電力増幅器の出力電力およびコレクタ電圧Ｖｃｃを一定（Ｖｃｃ＝３．５Ｖ）として取得したものである。また、送信信号が隣接するチャネルに悪影響を及ぼさないようにするために、ＡＣＬＲは規格化されている。本図では、規格値を基準として示している。

図４から明らかなように、電力増幅器において出力電力、コレクタ電圧Ｖｃｃおよび負荷のＶＳＷＲが一定であっても、ＡＣＬＲは負荷インピーダンスに応じて大きく変動する。

図５は、本実施形態に係る電力増幅器のＡＣＬＲ特性を示す図であり、図３に示す８点の負荷および５０Ω負荷において、電力増幅器の出力電力を一定とし、コレクタ電圧Ｖｃｃを２．０Ｖから４．２Ｖまで変化させた場合のＡＣＬＲ特性を示したものである。なお、本図はＡＣＬＲ規格値を基準として示している。

図６は、本実施形態に係る電力増幅器の利得特性を示す図であり、図５と同様の条件での利得特性（Ｇａｉｎ）を示したものである。なお、本図はコレクタ電圧Ｖｃｃを３．５Ｖとした場合の５０Ω負荷における利得値を基準として示している。

図５および図６から明らかなように、コレクタ電圧Ｖｃｃの昇圧に伴いＡＣＬＲは改善し、利得は上昇する。利得の上昇は、図２を用いて上述したように、コレクタ電圧の昇圧と共に出力レベルが増加することに起因している。

すなわち、電力増幅器における利得とＡＣＬＲには相関関係があり、利得の低下と共にＡＣＬＲが劣化する傾向にある。本実施形態は、電力増幅器のＡＣＬＲと利得の相関関係を用い、負荷インピーダンスに応じた電圧を電力増幅器に供給することにより、ＡＣＬＲを改善し、高効率化および低消費電力化を実現するものである。

（第１の実施形態）
図７は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図である。

図７に示すように、本実施形態の無線端末は、送信信号を増幅する電力増幅器１０と、送信信号入力部１１と、前記電力増幅器１０の入力部に接続された方向性結合器１２と、前記方向性結合器１２に接続された検波回路１３と、前記電力増幅器１０の出力部に接続された方向性結合器１４と、前記方向性結合器１４に接続された検波回路１５と、前記電力増幅器１０の利得と前記電力増幅器１０のコレクタ電圧値とを関連づけた関連情報を持つ関連情報保持部の機能を有するメモリ１６と、前記メモリ１６の関係情報に基づいて前記電力増幅器１０に供給する電源電圧（コレクタ電圧）の制御を行う制御部１７と、前記制御部１７からの制御信号により前記電力増幅器１０のコレクタ電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１８と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に電源電圧を供給する電池１９と、前記電力増幅器１０からの出力電力を送信するアンテナ２０とを有するものである。メモリ１６は、不揮発メモリ（ＲＡＭまたはＲＯＭ）等により構成され、前記電力増幅器１０の利得とコレクタ電圧値とを関連づけた関係式等の関連情報がテーブル等によって格納されている。

次に動作について説明する。電力増幅器１０の送信信号入力部１１には、送信部の変調回路で変調処理が行われ、所定の高周波にアップコンバートされた送信信号が入力される。電力増幅器１０は、入力された高周波の送信信号の増幅を行う。電力増幅された送信信号は、アンテナ２０から放射されて送信される。

検波回路１３は、一般的に検波ダイオードから構成され、方向性結合器１２と共に用いることで、電力増幅器１０における入力電力の検波電圧を取得するものである。検波回路１５は、同様に、方向性結合器１４と共に用いることで、電力増幅器１０における出力電力の検波電圧を取得するものである。これらの方向性結合器１２および検波回路１３、方向性結合器１４および検波回路１５が利得検出部の機能を有する。

制御部１７は、検波回路１３および検波回路１５から得られる入出力検波電圧を用い、電力増幅器１０の利得を算出する。その後、電力増幅器１０の利得と電力増幅器１０のコレクタ電圧値とを関連づけた関係式が格納されているメモリ１６を参照し、本関係式に基づくコレクタ電圧を電力増幅器１０に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に電圧制御信号を送信する。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートであり、制御部１７で行う制御手順を示している。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まず、Ｖｃｃを３．５Ｖ（第１の電圧Ｖ１）とした場合の利得を測定し、これをＧ＠３．５Ｖとする（ステップＳ１１）。また、Ｖｃｃを４．１Ｖ（第２の電圧Ｖ２）とした場合の利得を測定し、これをＧ＠４．１Ｖとする（ステップＳ１２）。そして、Ｇ＠４．１ＶとＧ＠３．５Ｖとの差が０．５ｄＢ以下かどうかを判定し（ステップＳ１３）、差が０．５ｄＢ以下の場合はＶｃｃ＝３．５Ｖに設定する（ステップＳ１４）。一方、利得の差が０．５ｄＢより大きい場合はＶｃｃ＝４．１Ｖに設定する（ステップＳ１５）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。コレクタ電圧Ｖｃｃの初期値を３．５Ｖとすると、この電圧値におけるＡＣＬＲは、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の負荷において規格割れが生じ、負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷においては規格値を満足する。

図６から明らかなように、コレクタ電圧Ｖｃｃが３．５Ｖと４．１Ｖの電圧間における負荷ナンバー（４），（５）および（６）の各負荷における利得差は、負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷の各負荷における利得差と比較して極めて大きい。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷において、コレクタ電圧Ｖｃｃを３．５Ｖと４．１Ｖとした場合に、これらの電圧間で利得差が最大となるのは、負荷ナンバー（７）の負荷であり、その差分は０．５ｄＢである。

そこで、図８に示す第１の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値３．５Ｖと所定の負荷条件においてＡＣＬＲを満足する昇圧値４．１Ｖとにおける利得差を算出し、その差分が０．５ｄＢ以下であればコレクタ電圧Ｖｃｃは３．５Ｖに設定し、０．５ｄＢよりも大きければコレクタ電圧Ｖｃｃは４．１Ｖに設定する。

このような第１の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートである。第２の実施形態は、図７に示した第１の実施形態と同様の構成において、制御部１７で行う電力増幅器制御の動作を一部変更したものである。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まず、Ｖｃｃを３．５Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧ＠３．５Ｖとする（ステップＳ２１）。また、Ｖｃｃを３．６Ｖ（第３の電圧Ｖ３）とした場合の利得を測定し、これをＧ＠３．６Ｖとする（ステップＳ２２）。そして、Ｇ＠３．６ＶとＧ＠３．５Ｖとの差が０．２ｄＢ以下かどうかを判定し（ステップＳ２３）、差が０．２ｄＢ以下の場合はＶｃｃ＝３．５Ｖに設定する（ステップＳ２４）。一方、利得の差が０．２ｄＢより大きい場合はＶｃｃ＝４．１Ｖに設定する（ステップＳ２５）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。コレクタ電圧Ｖｃｃの初期値を３．５Ｖとすると、この電圧値におけるＡＣＬＲは、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の負荷において規格割れが生じ、負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷においては規格値を満足する。

図６から明らかなように、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の各負荷におけるコレクタ電圧Ｖｃｃが３．５Ｖの場合のコレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは、他の負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷の各負荷における傾きと比較すると極めて大きい。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷において、コレクタ電圧Ｖｃｃを３．５Ｖと３．６Ｖとした場合に、これらの電圧間で利得差が最大となるのは、負荷ナンバー（７）の負荷であり、その差分は０．２ｄＢである。

そこで、図９に示す第２の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値３．５Ｖと隣接するコレクタ電圧値３．６Ｖとにおける利得差を算出し、その差分が０．２ｄＢ以下であればコレクタ電圧Ｖｃｃは３．５Ｖに設定し、０．２ｄＢよりも大きければコレクタ電圧Ｖｃｃは４．１Ｖに設定する。

このような第２の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートである。第３の実施形態は、図７に示した第１の実施形態と同様の構成において、制御部１７で行う電力増幅器制御の動作を一部変更したものである。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まず、Ｖｃｃを３．５Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧ＠３．５Ｖとする（ステップＳ３１）。また、Ｖｃｃを３．４Ｖ（第４の電圧Ｖ４）とした場合の利得を測定し、これをＧ＠３．４Ｖとする（ステップＳ３２）。そして、Ｇ＠３．４ＶとＧ＠３．５Ｖとの差が０．２ｄＢ以下かどうかを判定し（ステップＳ３３）、差が０．２ｄＢ以下の場合はＶｃｃ＝３．５Ｖに設定する（ステップＳ３４）。一方、利得の差が０．２ｄＢより大きい場合はＶｃｃ＝４．１Ｖに設定する（ステップＳ３５）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。コレクタ電圧Ｖｃｃの初期値を３．５Ｖとすると、この電圧値におけるＡＣＬＲは、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の負荷において規格割れが生じ、負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷においては規格値を満足する。

図６から明らかなように、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の各負荷におけるコレクタ電圧Ｖｃｃが３．５Ｖの場合のコレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは、他の負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷の各負荷における傾きと比較すると極めて大きい。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷において、コレクタ電圧Ｖｃｃを３．５Ｖと３．４Ｖとした場合に、これらの電圧間で利得差が最大となるのは、負荷ナンバー（７）の負荷であり、その差分は０．２ｄＢである。

そこで、図１０に示す第３の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値３．５Ｖと隣接するコレクタ電圧値３．４Ｖとにおける利得差を算出し、その差分が０．２ｄＢ以下であればコレクタ電圧Ｖｃｃは３．５Ｖに設定し、０．２ｄＢよりも大きければコレクタ電圧Ｖｃｃは４．１Ｖに設定する。

このような第３の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートである。第４の実施形態は、図７に示した第１の実施形態と同様の構成において、制御部１７で行う電力増幅器制御の動作を一部変更したものである。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まず０番目の利得（Ｇ０）の測定として、Ｖｃｃを３．４Ｖ（第５の電圧Ｖ５）とした場合の利得を測定し、これをＧ０：利得＠３．４Ｖとする（ステップＳ４１）。そして、ｎ＝１とし（ステップＳ４２）、ｎが７より小さいかどうかを判定し（ステップＳ４３）、初めはｎ＝１で７より小さいので、ｎ番目の利得（Ｇｎ）の測定として、Ｖｃｃを（３．４＋０．１×ｎ）Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧｎ：利得＠（３．４＋０．１×ｎ）Ｖとする（ステップＳ４４）。

そして、ＧｎとＧｎ−１との差が０．２ｄＢより大きいかどうかを判定し（ステップＳ４５）、差が０．２ｄＢより大きい場合はｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ４６）、ステップＳ４３に戻る。ここで、ｎ＝７となるか、またはＧｎとＧｎ−１との差が０．２ｄＢ以下となるまでステップＳ４３〜Ｓ４６の処理を繰り返す。ｎ＝７となるか、またはＧｎとＧｎ−１との差が０．２ｄＢ以下となると、Ｖｃｃ＝３．５＋０．１×（ｎ−１）Ｖに設定する（ステップＳ４７）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。コレクタ電圧Ｖｃｃの初期値を３．５Ｖとすると、この電圧値におけるＡＣＬＲは、負荷ナンバー（４），（５）および（６）の負荷において規格割れが生じ、負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷においては規格値を満足する。

また、コレクタ電圧Ｖｃｃの昇圧に伴い、ＡＣＬＲは改善する。負荷ナンバー（４），（５）および（６）の各負荷が規格値を満足するコレクタ電圧Ｖｃｃは、負荷ナンバー（４）の負荷において３．８Ｖ、負荷ナンバー（５）の負荷において４．１Ｖ、負荷ナンバー（６）の負荷において３．８Ｖである。

図６から明らかなように、コレクタ電圧Ｖｃｃの昇圧に伴い、コレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは小さくなる。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１），（２），（３），（７）および（８）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．５Ｖと３．４Ｖの電圧間、負荷ナンバー（４）および（６）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．８Ｖと３．７Ｖの電圧間、負荷ナンバー（５）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが４．１Ｖと４．０Ｖの電圧間とした場合に、これらの電圧間で利得差が最大となるのは、負荷ナンバー（７）の負荷であり、その差分は０．２ｄＢである。

そこで、図１１に示す第４の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値３．５Ｖに隣接する電圧との利得差を算出するとともに、その差分が０．２ｄＢ以下となる電圧まで昇圧を行い、そのときの電圧に基づいてコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する。

このような第４の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートである。第５の実施形態は、図７に示した第１の実施形態と同様の構成において、制御部１７で行う電力増幅器制御の動作を一部変更したものである。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まず０番目の利得（Ｇ０）の測定として、Ｖｃｃを４．１Ｖ（第６の電圧Ｖ６）とした場合の利得を測定し、これをＧ０：利得＠４．１Ｖとする（ステップＳ５１）。そして、ｎ＝１とし（ステップＳ５２）、ｎ番目の利得（Ｇｎ）の測定として、Ｖｃｃを（４．１−０．１×ｎ）Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧｎ：利得＠（４．１−０．１×ｎ）Ｖとする（ステップＳ５３）。

そして、Ｇｎ−１とＧｎとの差が０．１ｄＢより大きいかどうかを判定し（ステップＳ５４）、差が０．１ｄＢより大きい場合はｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ５５）、ステップＳ５３に戻る。ここで、Ｇｎ−１とＧｎとの差が０．１ｄＢ以下となるまでステップＳ５３〜Ｓ５５の処理を繰り返す。Ｇｎ−１とＧｎとの差が０．１ｄＢ以下となると、Ｖｃｃ＝４．１−０．１×（ｎ−１）Ｖに設定する（ステップＳ５６）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。

また、コレクタ電圧Ｖｃｃの降圧に伴い、ＡＣＬＲは劣化する。負荷ナンバー（１）〜（８）の各負荷が規格値を満足するコレクタ電圧Ｖｃｃの最低電圧は、負荷ナンバー（１）の負荷において２．３Ｖ、負荷ナンバー（２）の負荷において２．４Ｖ、負荷ナンバー（３）の負荷において３．２Ｖ、負荷ナンバー（４）の負荷において３．８Ｖ、負荷ナンバー（５）の負荷において４．１Ｖ、負荷ナンバー（６）の負荷において３．８Ｖ、負荷ナンバー（７）の負荷において３．３Ｖ、負荷ナンバー（８）の負荷において２．７Ｖである。

図６から明らかなように、コレクタ電圧Ｖｃｃの降圧に伴い、コレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは大きくなる。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．３Ｖと２．２Ｖの電圧間、負荷ナンバー（２）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．４Ｖと２．３Ｖの電圧間、負荷ナンバー（３）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．２Ｖと３．１Ｖの電圧間、負荷ナンバー（４）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．８Ｖと３．７Ｖの電圧間、負荷ナンバー（５）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが４．１Ｖと４．０Ｖの電圧間、負荷ナンバー（６）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．８Ｖと３．７Ｖの電圧間、負荷ナンバー（７）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．３Ｖと３．２Ｖの電圧間、負荷ナンバー（８）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．７Ｖと２．６Ｖの電圧間とした場合に、これらの電圧間で利得差が最小となるのは、負荷ナンバー（４）の負荷であり、その差分は０．１ｄＢである。

そこで、図１２に示す第５の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値を４．１Ｖとし、この電圧値に隣接する電圧との利得差を算出するとともに、その差分が０．１ｄＢ以下となる電圧まで降圧を行い、そのときの電圧に基づいてコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する。

このような第５の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャートである。第６の実施形態は、図７に示した第１の実施形態と同様の構成において、制御部１７で行う電力増幅器制御の動作を一部変更したものである。なお、本フローチャートは、一例として、図５および図６に示すＡＣＬＲおよび利得特性を有する電力増幅器を対象とした制御処理を示している。

電力増幅器１０のコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する際に、まずＶｃｃを３．５Ｖとした場合の利得（Ｇ３．５）を測定し、これをＧ３．５：利得＠３．５Ｖとする（ステップＳ６１）。また、Ｖｃｃを３．６Ｖとした場合の利得（Ｇ３．６）を測定し、これをＧ３．６：利得＠３．６Ｖとする（ステップＳ６２）。そして、Ｇ３．６とＧ３．５との差が０．１ｄＢより大きいかどうかを判定し（ステップＳ６３）、差が０．１ｄＢより大きい場合はステップＳ６４に進む。

このステップＳ６４以降では昇圧処理を行う。まずｎ＝１とし（ステップＳ６４）、Ｖｃｃを（３．５＋０．１×（ｎ＋１））Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧ（３．５＋０．１×（ｎ＋１））：利得＠（３．５＋０．１×（ｎ＋１））Ｖとする（ステップＳ６５）。そして、Ｇ（３．５＋０．１×（ｎ＋１））とＧ（３．５＋０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢより大きいかどうかを判定し（ステップＳ６６）、差が０．１ｄＢより大きい場合はｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ６７）、ステップＳ６５に戻る。ここで、Ｇ（３．５＋０．１×（ｎ＋１））とＧ（３．５＋０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢ以下となるまでステップＳ６５〜Ｓ６７の処理を繰り返す。Ｇ（３．５＋０．１×（ｎ＋１））とＧ（３．５＋０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢ以下となると、Ｖｃｃ＝（３．５＋０．１×ｎ）Ｖに設定する（ステップＳ６８）。

一方、ステップＳ６３でＧ３．６とＧ３．５との差が０．１ｄＢ以下の場合は、ステップＳ６９に進む。このステップＳ６９以降では降圧処理を行う。まずｎ＝１とし（ステップＳ６９）、Ｖｃｃを（３．５−０．１×ｎ）Ｖとした場合の利得を測定し、これをＧ（３．５−０．１×ｎ）：利得＠（３．５−０．１×ｎ）Ｖとする（ステップＳ７０）。そして、Ｇ（３．５−０．１×（ｎ−１））とＧ（３．５−０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢより大きいかどうかを判定し（ステップＳ７１）、差が０．１ｄＢより大きい場合はｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ７２）、ステップＳ７０に戻る。ここで、Ｇ（３．５−０．１×（ｎ−１））とＧ（３．５−０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢ以下となるまでステップＳ７０〜Ｓ７２の処理を繰り返す。Ｇ（３．５−０．１×（ｎ−１））とＧ（３．５−０．１×ｎ）との差が０．１ｄＢ以下となると、Ｖｃｃ＝（３．５−０．１×（ｎ−１））Ｖに設定する（ステップＳ７３）。

図５から明らかなように、電力増幅器１０のＡＣＬＲは、コレクタ電圧Ｖｃｃを４．１Ｖとすると、図３に示す負荷ナンバー（１）〜（８）の８点の負荷全てにおいて、規格値を満足する。

また、コレクタ電圧Ｖｃｃの昇圧に伴い、ＡＣＬＲは改善し、コレクタ電圧Ｖｃｃの降圧に伴い、ＡＣＬＲは劣化する。負荷ナンバー（１）〜（８）の各負荷が規格値を満足するコレクタ電圧Ｖｃｃの最低電圧は、負荷ナンバー（１）の負荷において２．３Ｖ、負荷ナンバー（２）の負荷において２．４Ｖ、負荷ナンバー（３）の負荷において３．２Ｖ、負荷ナンバー（４）の負荷において３．８Ｖ、負荷ナンバー（５）の負荷において４．１Ｖ、負荷ナンバー（６）の負荷において３．８Ｖ、負荷ナンバー（７）の負荷において３．３Ｖ、負荷ナンバー（８）の負荷において２．７Ｖである。

図６から明らかなように、コレクタ電圧Ｖｃｃの昇圧に伴い、コレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは小さくなり、コレクタ電圧Ｖｃｃの降圧に伴い、コレクタ電圧Ｖｃｃ−利得特性の傾きは大きくなる。

このように、電力増幅器のＡＣＬＲと利得には相関関係がある。負荷ナンバー（１）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．３Ｖと２．２Ｖの電圧間、負荷ナンバー（２）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．４Ｖと２．３Ｖの電圧間、負荷ナンバー（３）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．２Ｖと３．１Ｖの電圧間、負荷ナンバー（４）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．８Ｖと３．７Ｖの電圧間、負荷ナンバー（５）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが４．１Ｖと４．０Ｖの電圧間、負荷ナンバー（６）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．８Ｖと３．７Ｖの電圧間、負荷ナンバー（７）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが３．３Ｖと３．２Ｖの電圧間、負荷ナンバー（８）の負荷においてはコレクタ電圧Ｖｃｃが２．７Ｖと２．６Ｖの電圧間とした場合に、これらの電圧間で利得差が最小となるのは、負荷ナンバー（４）の負荷であり、その差分は０．１ｄＢである。

そこで、図１３に示す第６の実施形態では、上記特性に基づき、コレクタ電圧Ｖｃｃの初期設定値を３．５Ｖとし、この電圧値に隣接する電圧との利得差を算出するとともに、その差分が０．１ｄＢ以下となる電圧まで昇圧または降圧を行い、そのときの電圧に基づいてコレクタ電圧Ｖｃｃを設定する。

このような第６の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス、すなわち、電力増幅器の負荷インピーダンスが変化しても、電力増幅器のコレクタ電圧を制御することによりＡＣＬＲ特性を改善することができる。したがって、アイソレータレス化を図った構成においても所要の歪み特性の確保が可能となるため、高効率化および低消費電力化を実現する電力増幅装置を提供することができる。

（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図である。本実施形態において、図７に示した第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第７の実施形態では、電力増幅器１０の入力部に入力電力検出器２１が接続され、電力増幅器１０の出力部に出力電力検出器２２が接続されて設けられる。これらの入力電力検出器２１および出力電力検出器２２が利得検出部の機能を有する。

次に動作について説明する。入力電力検出器２１は、電力増幅器１０における入力電力を取得するものである。出力電力検出器２２は、電力増幅器１０における出力電力を取得するものである。制御部１７は、入力電力検出器２１および出力電力検出器２２からの入出力電力を用い、電力増幅器１０の利得を算出する。その後、電力増幅器１０の利得と電力増幅器１０のコレクタ電圧値とを関連づけた関係式が格納されているメモリ１６を参照し、本関係式に基づくコレクタ電圧を電力増幅器１０に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に電圧制御信号を送信する。

なお、無線端末の構成上、入力電力または出力電力が既知となる機能を有する場合は、その値を用いて電力増幅器１０の利得を算出すればよい。このため、改めて入力電力検出器２１または出力電力検出器２２を設ける必要性はない。

このような第７の実施形態によれば、第１から第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図である。本実施形態において、図７に示した第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第８の実施形態では、電力増幅器１０の入力部と出力部との間に利得検出器３１が接続されて設けられる。この利得検出器３１が利得検出部の機能を有する。

次に動作について説明する。利得検出器３１は、電力増幅器１０の利得を検出するものである。制御部１７は、電力増幅器１０の利得と電力増幅器１０のコレクタ電圧値とを関連づけた関係式が格納されているメモリ１６を参照し、本関係式に基づくコレクタ電圧を電力増幅器１０に供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８に電圧制御信号を送信する。

なお、無線端末の構成上、電力増幅器１０の利得が既知となる機能を有する場合は、その値を用いればよい。このため、改めて利得検出器３１を設ける必要性はない。

このような第８の実施形態によれば、第１から第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述した第１〜第６の実施形態では、具体例を挙げて説明を行ったが、利得特性に応じて電力増幅器の電源電圧を制御する手法であれば、これに限るものではなく、種々の特性を持つ電力増幅器に応じて本実施形態と同様に適用すればよい。

以上のように、本実施形態の電力増幅装置は、電力増幅器の利得特性に応じて電源電圧を制御し、負荷インピーダンスに応じた電圧を電力増幅器に供給することにより、所要の歪み特性の確保を図るため、高効率化および低消費電力化を実現できる。この電力増幅装置は、例えば基地局とデータ通信を行う無線端末など、使用状態や周囲環境などで負荷インピーダンスが変動する無線端末に適用することにより、格別の効果を奏するものである。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、負荷変動時においても所要の歪み特性を確保することが可能であるアイソレータレス化構成であるため、高効率化および低消費電力化を実現することが可能となる効果を有し、例えば基地局とデータ通信を行う無線端末などに設けられる電力増幅装置等として有用である。

本実施形態に係る電力増幅器の回路図の一例を示す図 本実施形態に係る電力増幅器の入出力特性を示す図 本実施形態に係る電力増幅器の負荷条件を示す図 本実施形態に係る電力増幅器のＡＣＬＲ特性を示す図 本実施形態に係る電力増幅器のＡＣＬＲ特性を示す図 本実施形態に係る電力増幅器の利得特性を示す図 本発明の第１の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第２の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第３の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第４の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第５の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第６の実施形態に係る電力増幅器制御のフローチャート 本発明の第７の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図 本発明の第８の実施形態に係る電力増幅装置を含む無線端末の主要な構成を示すブロック図

符号の説明

１０ 電力増幅器
１１ 送信信号入力部
１２，１４ 方向性結合器
１３，１５ 検波回路
１６ メモリ
１７ 制御部
１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 電池
２０ アンテナ
２１ 入力電力検出器
２２ 出力電力検出器
３１ 利得検出器
１００ トランジスタ
１０１，１０３ 整合回路
１０２ 入力部
１０４ 出力部
１０５，１０７ 電源端子
１０６，１０８ バイアス回路

Claims (10)

1. 高周波の送信信号を増幅する電力増幅装置であって、
   前記送信信号を増幅する電力増幅器と、
   前記電力増幅器の利得を検出する利得検出部と、
   前記電力増幅器の利得と前記電力増幅器の電源電圧値とを関連づけた関連情報を持つ関連情報保持部と、
   前記関連情報に基づいて前記電力増幅器に供給する電源電圧の制御を行う制御部と、
   を備える電力増幅装置。
2. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記利得検出部は、前記電力増幅器の入力電力を検出する入力電力検出部と前記電力増幅器の出力電力を検出する出力電力検出部とを有して構成される電力増幅装置。
3. 請求項２に記載の電力増幅装置であって、
   前記利得検出部の前記入力電力検出部は、前記電力増幅器の入力部に接続される方向性結合器を有して構成され、前記出力電力検出部は、前記電力増幅器の出力部に接続される方向性結合器を有して構成される電力増幅装置。
4. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１と、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２との２通りの電圧である電力増幅装置。
5. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２、および前記第１の電圧Ｖ１と前記第２の電圧Ｖ２との間に介在する第３の電圧Ｖ３である電力増幅装置。
6. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１、前記第１の電圧Ｖ１よりも高い所定の第２の電圧Ｖ２、および前記第１の電圧Ｖ１よりも低い所定の第４の電圧Ｖ４である電力増幅装置。
7. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第５の電圧Ｖ５から昇圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定する電力増幅装置。
8. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第６の電圧Ｖ６から降圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定する電力増幅装置。
9. 請求項１に記載の電力増幅装置であって、
   前記制御部の制御により前記電力増幅器に供給する電源電圧は、初期設定の第１の電圧Ｖ１から昇圧または降圧していき前記関連情報を満たす電圧に設定する電力増幅装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の電力増幅装置を備えた無線端末装置。

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