JP2009225077A - Linc方式の増幅装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い効率で信号を増幅することができるように改良された増幅装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的のために、本発明にかかる増幅装置は、入力信号を第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する分離手段と、前記第1の分離信号と前記第2の分離信号とをそれぞれ移相する移相手段と、前記移相された第1の信号を増幅して、第1の出力信号として出力する第1の増幅手段と、前記移相された第2の信号を、前記第1の増幅手段と実質的に同じ特性で増幅して、第2の出力信号として出力する第2の増幅手段と、前記第1の出力信号および前記第2の出力信号それぞれと、前記第1の伝送手段および第2の伝送手段それぞれとを整合させる整合手段と、前記整合手段から負荷に対して第1の出力信号を伝送する第1の伝送手段と、前記整合手段から前記負荷に対して第2の出力信号を伝送する第2の伝送手段とを備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、入力信号を増幅するLINC方式の増幅装置に関する。
例えば、特許文献1は、LINC方式の増幅装置を開示する。
特開2007−174148 特表2002−510927号公報 Kaunisto Risto, "A vector-locked loop forpower amplifier linearization", Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-SInternational,(米国), 2004年6月, Vol.2, p.673- 676 F. H. Raab, P. Asbeck, S. Cripps, P. B. Kenington,Z. B. Popovic, N.Pothecary, J. F. Sevic, and N. O.Sokal, "Power amplifiers and transmitters for RF and microwave", IEEE Transactions on Microwave Theoryand Techniques, (米国), 2002年3月, Vol. 50, No.3, p. 814-826 F. H. Raab, "Efficiency of outphasing RFpower-amplifier systems", IEEE Transactions on Communications, 1985年10月, Vol. COM-33, No. 10, p. 1094-1099 Ilkka Hakala1, Leila Gharavi, Risto Kaunisto,"Chireix Power Combining with Saturated Class-B Power Amplifiers", [online]、2004年、 12th GAAS Symposium - Amsterdam、[2005年11月18日検索]、インターネット<URL: http://amsacta.cib.unibo.it/archive/00001005/01/GA042058.PDF> Boumaiza, S., Jing Li, F.M. Ghannouchi, "Implementation of Adaptive Digital/RF Predistorter Using Diredt LUTSynthesis", IEEE MTT-S,(米国), 2004年, Vol. 2, p.681-684 W. Gerhard, R. Knochel, "Digital ComponentSeparator for W-CDMA-LINCTransmitters implemented on an FPGA", Advances in Radio Science,(ドイツ), Copernicus GmbH,2005年, Vol. 3, p. 239-246 Jaehyok Yi, Youngoo Yang, Bumman Kim, " Effectof efficiency optimization on linearity of LINC amplifiers with CDMA signal",IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest,(米国), 2001年, Vol. 2, p. 1359-1362
本発明は、上述した背景からなされたものであって、高い効率で信号を増幅することができるように改良された増幅装置を提供することを目的とする。
上記目的のために、入力信号を第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する分離手段と、前記第1の分離信号と前記第2の分離信号とをそれぞれ移相する移相手段と、前記移相された第1の信号を増幅して、第1の出力信号として出力する第1の増幅手段と、前記移相された第2の信号を、前記第1の増幅手段と実質的に同じ特性で増幅して、第2の出力信号として出力する第2の増幅手段と、前記第1の出力信号および前記第2の出力信号それぞれと、前記第1の伝送手段および第2の伝送手段それぞれとを整合させる整合手段と、前記整合手段から負荷に対して第1の出力信号を伝送する第1の伝送手段と、前記整合手段から前記負荷に対して第2の出力信号を伝送する第2の伝送手段とを備えた増幅装置であって、前記第1の分離信号と第2の分離信号とは振幅が等しく、これらが合成されたときには、前記入力信号と同じ複素ベクトルで表され、前記移相手段は、前記負荷に与えられる第1の出力信号の位相と、前記負荷に与えられる第2の出力信号の位相とが同じになるように、前記第1の分離信号と前記第2の分離信号とをそれぞれ移相し、前記整合手段は、前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段が、前記所定の効率以上で増幅するときにとりうる前記第1の出力信号および第2の出力信号の複素インピーダンスそれぞれを、前記第1の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍および前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍それぞれに乗せるように変換する第1の変換、または、前記分離手段により第1の分離信号および第2の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段の出力信号それぞれの電力が所定の値以上となり、これらの増幅手段の電力効率それぞれが所定の値以上となるという条件を満たすように、前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段の出力信号の複素インピーダンスそれぞれを変換し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡それぞれを、前記変換された第1の出力信号および第2の出力信号の複素インピーダンスそれぞれの上またはその近傍を通るように変換する第2の変換を行い、前記第1の伝送手段および前記第2の伝送手段は、前記負荷に対して、前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを合成して供給する増幅装置。
また、上記目的のために、本発明にかかる増幅装置は、第1の増幅手段と、第2の増幅手段と、前記第1の増幅手段と負荷との間を整合する第1の整合手段と、前記第2の増幅手段と負荷との間を整合する第2の整合手段と、前記第1の整合手段から負荷に信号を伝送する第1の伝送手段と、前記第2の整合手段から負荷に信号を伝送する第2の伝送手段とを備えた増幅装置であって、複素ベクトルで表されうる入力信号を、互いに振幅が等しく、第1の移相量が与えられた第1の分離信号と、第2の移相量が与えられた第2の分離信号であって、これらが合成されたときに得られる信号は、前記入力信号と同じ複素ベクトルで表される第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する分離手段と、前記第1の分離信号を移相することにより、前記移相された第1の分離信号が、前記第1の増幅手段により増幅され、前記第1の整合手段により整合され、前記第1の伝送路を介して負荷に供給された第1の出力信号の位相と、前記第2の分離信号を移相することにより、前記移相された第2の分離信号が、前記第2の増幅手段により増幅され、前記第2の整合手段により整合され、前記第2の伝送路を介して負荷に供給された第2の出力信号の位相とを合わせる移相手段とを有し、前記第1の増幅手段は、前記移相された第1の分離信号を増幅し、前記第2の増幅手段は、前記第1の増幅手段と同じ特性で、前記位相された第2の分離信号を増幅し、前記第1の整合手段は、
前記第1の増幅手段が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる前記第1の出力信号の複素インピーダンスを、前記第1の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍に乗せるように変換する第1の変換、または、
前記分離手段により第1の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、前記第1の増幅手段の出力信号の電力が、所定の値以上となるように、前記第1の増幅手段の出力信号の複素インピーダンスを変換したときに、前記第1の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡を、前記第1の増幅装置が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる変換された第1の出力信号の複素インピーダンスまたはその近傍を通るように変換する第2の変換を行うことにより、前記第1の増幅手段と負荷との間を整合させ、前記第2の整合手段は、前記第2の増幅手段が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる前記第2の出力信号の複素インピーダンスを、前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍に乗せるように変換する第1の変換、または、前記分離手段により第2の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、前記第2の増幅手段の出力信号の電力が、所定の値以上となるように、前記第2の増幅手段の出力信号の複素インピーダンスを変換したときに、前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡を、前記第2の増幅装置が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる変換された第2の出力信号の複素インピーダンスまたはその近傍を通るように変換する第2の変換を行うことにより、前記第2の増幅手段と負荷との間を整合させ、前記第1の伝送手段を介して伝送される前記第1の分離信号と、前記第2の伝送手段を介して伝送される前記第2の分離信号とを合成して、前記負荷に供給する。
本発明にかかる増幅装置によれば、高い効率で信号を増幅することがすることができる。
〔LINC方式〕
まず、LINC方式(Linear Amplification With Nonlinear Components)を説明する。
LINC方式の増幅装置は、信号分離器により入力信号を2つの一定振幅の信号に分離し、増幅器により分離した2つの信号をそれぞれ増幅し、合成器により増幅した2つの信号を合成することにより、信号増幅を行う。
つまり、LINC方式の増幅装置は、入力信号を一定振幅の2つの信号に分離することにより、上述の増幅器が常に飽和動作することを可能にさせ、高効率な線形増幅装置を実現する。
〔第1の増幅装置1〕
以下、LINC方式の一例として、第1の増幅装置1を説明する。
図1は、第1の増幅装置1の構成を示す図である。
図1に示すように、第1の増幅装置1は、入力端子100、信号分離器102(分離手段)、増幅器12−1,12−2、合成器14、出力端子104および負荷抵抗106から構成される。
増幅器12−1,増幅器12−2はそれぞれ、入力整合回路120、増幅素子122(増幅手段)および出力整合回路124から構成される。
合成器14は、伝送線路140−1(第1の伝送手段),140−2(第2の伝送手段)から構成される。
以下、増幅器12−1,12−2など、複数ある構成部分のいずれかを示すときには、単に、増幅器12と記載することがある。
なお、各図においては、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。
図2は、信号分離器102が分離する信号のベクトルを示す図である。
信号分離器102は、入力端子100から入力された信号Sin(t)を、図2に示すように、同振幅で2つベクトル合成波がSin(t)の振幅、位相になるような信号S(t)とS(t)とに分離する。
具体的には、Sin(t),S(t)およびS(t)は、以下の数式で表される。
Figure 2009225077
ここで、Vは、|r(t)|の最大値である。
上記数式1−1〜1−4より、以下の数式2−1が導出される。
数式2−1より、数式2−2が導出され、オイラーの公式により、数式2−3,2−4が導出される。
つまり、φ(t)は、以下の数式2−5で表される。
Figure 2009225077
数式1−2、数式1−3、数式2−5から、信号分離器102は、振幅がで、位相φ(t)をSin(t)の振幅に応じて変化させることで、Sin(t)をS(t)とS(t)とに分離する。
入力整合回路120は、信号分離器102から入力された信号を、増幅素子122の入力インピーダンスに整合して、出力する。
増幅素子122は、AB、BまたはC級などにバイアスされ、入力整合回路120から入力された信号を増幅し、出力整合回路124に対して出力する。
出力整合回路124は、増幅素子122と伝送線路140とをインピーダンス変換を伴って結合し、増幅素子122から入力された信号を、伝送線路140に対して出力する。
伝送線路140は、λ/4長のマイクロストリップラインで構成され、出力整合回路124から入力された信号を、合成点142を介して出力端子104に対して出力する。
出力端子104は、伝送線路140から合成点142を介して入力された信号を、負荷抵抗106に対して出力する。
合成点142では、伝送線路140−1および伝送線路140−2から入力された信号が合成される。
増幅器12−1,増幅器12−2から出力された信号は、S(t)およびS(t)の位相φが0°のときには、合成器14により同位相で合成され、出力端子104を介して負荷抵抗106に供給される。
また、増幅器12−1,増幅器12−2から出力された信号は、S(t)およびS(t)の位相φが90°のときには、合成器14により逆位相で合成されるので、キャンセルされ、合成器14からの出力は0となる。
つまり、合成点142では電圧が0となり仮想的に接地されていると考えられることができる。
合成点142が、接地されていると、伝送線路140−1の入力側から合成点142側をみたインピーダンスZは無限大となる。
同様に、伝送線路140−2から合成点142側をみたインピーダンスZは無限大となる。
図1に示した合成器14の構成で効率を求めるには、このインピーダンスZ、Zと増幅素子122の負荷特性を考慮する必要がある。
インピーダンスZ,Zは、以下の数式3−1〜3−8ように求められる。
Figure 2009225077
数式1−1においてθ=0°の入力信号が入力した場合の増幅器12−1の出力電圧をV、増幅器12−2の出力電圧をVとすると、V,Vは、上記数式3−1,3−2で表される。
ここで、Vmaxは、負荷抵抗106にかかる電圧Vの最大値である。
(t)およびS(t)は、入力信号Sin(t)の位相θを考慮して、数式1−2,1−3で表されていたが、互いの電圧および位相関係がインピーダンスに影響を与えるため、ここでは、互いの信号に等しく含まれる位相θについては省略された。
伝送線路140−1から合成点142に流れる電流I(図1)、伝送線路140−2から合成点142に流れる電流Iは、数式3−3,3−4でそれぞれ表される。
よって、インピーダンスZ,Zは、数式3−5,3−6でそれぞれ表される。
このインピーダンスZは、伝送線路140−1で変換され、インピーダンスZは、伝送線路140−2で変換されるので、Z,Zは、数式3−7,3−8でそれぞれ表される。
図3(A)は、V及びVのφを0°から90°まで変化させた場合のインピーダンスZ1、2、およびZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図3(B)は、増幅素子122の負荷インピーダンスに対する出力電力および効率の変動を例示するスミスチャート上に、図3(A)に示したZおよびZの変化を示した図である。
高周波の増幅器は、接続される負荷によって、出力電力および効率が決定される。
つまり、ここでは、インピーダンスZによって、増幅器12−1の出力電力および効率が決定され、インピーダンスZによって、増幅器12−2の出力電力および効率が決定される。
図3(B)に示すように、Zは、増幅素子122の最大出力Pが得られる場合の負荷インピーダンスであり、一般的には、数Ω〜十数Ω、または、それ以下の値であり、純抵抗ではない。
を中心に3重に描かれた閉曲線は、内側からそれぞれa×P,b×Pm,c×Pに対応する等出力電力線である。
ここで、a,b,cは、1>a>b>c>0を満たす係数で、例えば、a=0.9,b=0.8,c=0.7と決定される。
Bは、c×Pで最も効率の高いインピーダンスである。
また、ZからZに向かう等出力電力線を横切るように描かれた点線は、所定の出力レベルにおいて効率がよい負荷インピーダンスをつないだ線であり、負荷が変わったときにこの点線に近づくほど効率がよい。
増幅器の出力整合回路は、最大出力が得られるように設計される必要がある。
LINC方式では、φ=0°のときに最大出力となるため、Zがφ=0°のときのZ,Zに変換されるように、出力整合回路124は設計される。
つまり、出力整合回路124は、Zを、φ=0°のときのZ,Zに変換する。
図3(B)において、Z''は、ZA,を出力整合回路124によりインピーダンス変換したインピーダンスである。
つまり、出力整合回路124は、ZをZ'に、ZをZ'に変換する。
また、図3(B)に示すように、ZおよびZは、φ=0°のときには、最大出力が得られるZ'にあるが、出力が最大出力から低下した場合、つまり、φ=0°からφ=90°に変化した場合、ZおよびZの軌跡は、Z'から離れていくので、増幅器12−1および増幅器12−2の効率は低下してしまう。
以下に説明する第2の増幅装置2および第3の増幅装置3は、上述した課題を解決し得るように改良されている。
〔第2の増幅装置2〕
以下、本発明にかかる第2の増幅装置2を説明する。
図4は、本発明にかかる第2の増幅装置2および第3の増幅装置3の構成を示す図である。
図4に示すように、第2の増幅装置2は、第1の増幅装置1の増幅器12−1を増幅器22−1に置き換え、増幅器12−2を増幅器22−2に置き換え、移相器200(移相手段)および移相器202(移相手段)を加えた構成を採る。
増幅器22−1は、増幅器12−1の出力整合回路124を出力整合器220(整合手段)に置き換えた構成を採る。
増幅器22−2は、増幅器12−1の出力整合回路124を出力整合器222(整合手段)に置き換えた構成を採る。
出力整合器220は、増幅素子122と伝送線路140−1とをインピーダンス変換を伴って結合し、増幅素子122から入力された信号を、伝送線路140に対して出力する。
出力整合器222は、増幅素子122と伝送線路140−2とをインピーダンス変換を伴って結合し、増幅素子122から入力された信号を、伝送線路140に対して出力する。
図5(A)は、図3(B)に示したZA,を、出力整合器220によりインピーダンス変換したZ''2に、図3(A)に示したZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図5(B)は、図3(B)に示したZA,を、出力整合器222によりインピーダンス変換したZ''2に、図3(A)に示したZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図5(C)は、伝送線路300の長さL1と、伝送線路302の長さL2を、任意の長さに設定した場合におけるZ'および Z'の軌跡を示したスミスチャートである。
図5(A)に示すように、出力整合器220は、図3(B)に示したZを、Z'に、ZをZ'1に変換する。
図5(B)に示すように、出力整合器222は、図3(B)示したZを、Z'に、ZをZ'2に変換する。
移相器200は、信号分離器102から入力された信号の位相を、所定の位相量で変化させ、入力整合回路120に対して出力する。
具体的には、出力整合器220と出力整合器222との位相差において、出力整合器220の方がΔφだけ小さい場合は、移相器200は、信号分離器102から入力された信号の位相をΔφ増やす。
移相器202は、信号分離器102から入力された信号の位相を、所定の位相量で変化させ、入力整合回路120に対して出力する。
具体的には、出力整合器220と出力整合器222との位相差において、出力整合器222の方がΔφだけ小さい場合は、移相器202は、信号分離器102から入力された信号の位相をΔφ増やす。
つまり、出力整合器220は、Z,Zの変換後のインピーダンスが、Zの軌跡上にプロットされるように、Z,Zをインピーダンス変換し、出力整合器222はZ,Zの変換後のインピーダンスが、Zの軌跡上にプロットされるように、Z,Zをインピーダンス変換することにより、φを変化させていった場合でも、増幅器22−1および増幅器22−2は、高い効率で信号を増幅することができる。
また、移相器200および移相器202は、出力整合器220と出力整合器222が異なることにより生じる増幅器22−1と増幅器22−2との位相のずれを補正する。
また、第2の増幅装置2は、移相器200および移相器202を追加した構成を採るが、移相器200を追加するかわりに、伝送線路140−1の長さを調整することにより、増幅器22−1と増幅器22−2との位相のずれを補正してもよい。
同様に、移相器202を追加するかわりに、伝送線路140−2の長さを調整することにより、増幅器22−1と増幅器22−2との位相のずれを補正してもよい。
つまり、第2の増幅装置2は、移相器200だけを追加した構成を採ってもよいし、移相器202だけを追加した構成を採ってもよい。
また、移相器200および移相器202を追加するかわりに、信号分離器102により、増幅器22−1と増幅器22−2との位相のずれを補正してもよい。
つまり、例えば、位相が補正されたS(t)は、以下の数式4で表される。
Figure 2009225077
〔第2の増幅装置2の全体動作〕
以下、第2の増幅装置2の全体動作を説明する。
信号分離器102は、複素ベクトルで表されうる入力信号を、互いに振幅が等しく、第1の移相量が与えられた第1の分離信号と、第2の移相量が与えられた第2の分離信号であって、これらが合成されたときに得られる信号は、前記入力信号と同じ複素ベクトルで表される第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する。
移相器200,202は、第1の分離信号を移相することにより、移相された第1の分離信号が、増幅器22−1の増幅素子122により増幅され、出力整合器220により整合され、伝送線路140−1を介して負荷に供給された第1の出力信号の位相と、第2の分離信号を移相することにより、移相された第2の分離信号が、増幅器22−2の増幅素子122により増幅され、出力整合器222により整合され、伝送線路140−2を介して負荷抵抗106(負荷)に供給された第2の出力信号の位相とを合わせる。
増幅器22−1の増幅素子122は、移相器200により移相された第1の分離信号を増幅する。
増幅器22−2の増幅素子122は、増幅器22−1の増幅素子122と同じ特性で、移相器202により移相された第2の分離信号を増幅する。
出力整合器220は、増幅器22−1の増幅素子122が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる第1の出力信号の複素インピーダンス(Z,Z)を、伝送線路140−1を介した負荷がとりうる複素インピーダンス(Z)の軌跡上またはその近傍に乗せるように変換する変換(第1の変換)を行うことにより、増幅器22−1の増幅素子122と負荷抵抗106との間を整合させる。
出力整合器222は、増幅器22−2の増幅素子122が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる第2の出力信号の複素インピーダンス(Z,Z)を、伝送線路140−2を介した負荷がとりうる複素インピーダンス(Z)の軌跡上またはその近傍に乗せるように変換(第1の変換)を行うことにより、増幅器22−2の増幅素子122と負荷抵抗106との間を整合させる。
伝送線路140−1は、出力整合器220から負荷抵抗106に信号を伝送し、伝送線路140−2は、出力整合器222から負荷抵抗106に信号を伝送し、 伝送線路140−1を介して伝送される第1の分離信号と、第2の伝送手段を介して伝送される前記第2の分離信号は、合成点142で合成され、負荷抵抗106に供給される。
〔第3の増幅装置3〕
以下、本発明にかかる第3の増幅装置3を説明する。
図4に示すように、第3の増幅装置3は、第1の増幅装置1の合成器14を合成器30に置き換え、移相器304(移相手段)および移相器306(移相手段)を加えた構成を採る。
合成器30は、合成器14の伝送線路140−1を伝送線路300(整合手段)に置き換え、伝送線路140−2を伝送線路302(整合手段)に置き換えた構成を採る。
伝送線路300は、伝送線路140−1の長さを任意の長さに変更した伝送線路である。
伝送線路302は、伝送線路140−2の長さを任意の長さに変更した伝送線路である。
ここで、伝送線路300の長さをL1とし、伝送線路302の長さをL2とすると、伝送線路300から合成点142側を見たZ'、伝送線路302から合成点142側を見た Z'は、以下の数式5−1,5−2でそれぞれ表される。
Figure 2009225077
図5(C)に示すように、送線路300の長さL1と、伝送線路302の長さL2を、任意に設定することにより、φを変化させていった場合のインピーダンスの軌跡が、Z'からZ'に近づくように変化する。
つまり、伝送線路300の長さL1と、伝送線路302の長さL2を、任意に設定することにより、φを変化させていった場合でも、増幅器12−1および増幅器12−2は、高い効率で信号を増幅することができる。
移相器304は、信号分離器102から入力された信号の位相を、所定の位相量で変化させ、入力整合回路120に対して出力する。
移相器306は、信号分離器102から入力された信号の位相を、所定の位相量で変化させ、入力整合回路120に対して出力する。
具体的には、伝送線路300と伝送線路302との長さの違いにより生じる位相差を補正する。
第3の増幅装置3は、移相器304および移相器306を追加した構成を採るが、移相器304だけを追加した構成を採ってもよいし、移相器306だけを追加した構成を採ってもよい。
また、移相器304および移相器306を追加するかわりに、信号分離器102により、伝送線路300と伝送線路302との長さの違いにより生じる位相差を補正してもよい。
〔第3の増幅装置3の全体動作〕
以下、第3の増幅装置3の全体動作を説明する。
信号分離器102は、複素ベクトルで表されうる入力信号を、互いに振幅が等しく、第1の移相量が与えられた第1の分離信号と、第2の移相量が与えられた第2の分離信号であって、これらが合成されたときに得られる信号は、前記入力信号と同じ複素ベクトルで表される第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する。
移相器304,306は、第1の分離信号を移相することにより、移相された第1の分離信号が、増幅器12−1の増幅素子122により増幅され、出力整合回路124により整合され、伝送線路300を介して負荷に供給された第1の出力信号の位相と、第2の分離信号を移相することにより、移相された第2の分離信号が、増幅器12−2の増幅素子122により増幅され、出力整合回路124により整合され、伝送線路302を介して負荷抵抗106(負荷)に供給された第2の出力信号の位相とを合わせる。
増幅器12−1の増幅素子122は、移相器304により移相された第1の分離信号を増幅する。
増幅器12−2の増幅素子122は、増幅器12−2の増幅素子122と同じ特性で、移相器306により移相された第2の分離信号を増幅する。
伝送線路300は、信号分離器102により第1の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、増幅器12−1の増幅素子122の出力信号の電力が、所定の値以上となるように、増幅器12−1の増幅素子122の出力信号の複素インピーダンスを変換(図3(B);ZをZ'に変換)したときに、伝送線路300を介した負荷がとりうる複素インピーダンス(Z)の軌跡を、増幅器12−1の増幅素子122が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる変換された第1の出力信号の複素インピーダンス(図3(B);Z',Z')またはその近傍を通るように変換する変換(第2の変換)を行うことにより、増幅器12−1の増幅素子122と負荷抵抗106との間を整合させる。
伝送線路302は、信号分離器102により第2の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、増幅器12−2の増幅素子122の出力信号の電力が、所定の値以上となるように、増幅器12−2の増幅素子122の出力信号の複素インピーダンスを変換(図3(B);ZをZ'に変換)したときに、伝送線路伝送線路302を介した負荷がとりうる複素インピーダンス(Z)の軌跡を、増幅器12−2の増幅素子122が、所定の効率以上で増幅するときにとりうる変換された第2の出力信号の複素インピーダンス(図3(B);Z',Z')またはその近傍を通るように変換する変換(第2の変換)を行うことにより、増幅器12−2の増幅素子122と負荷抵抗106との間を整合させる。
伝送線路300(第1の伝送手段)は、増幅器12−1の出力整合回路124から負荷抵抗106に信号を伝送し、伝送線路302(第2の伝送手段)は、増幅器12−2の出力整合回路124から負荷抵抗106に信号を伝送し、 伝送線路300を介して伝送される第1の分離信号と、伝送線路302を介して伝送される前記第2の分離信号は、合成点142で合成され、負荷抵抗106に供給される。
図6は、第1の増幅装置1と、第2の増幅装置2(第3の増幅装置3)との効率の比較を示す図である。
図6に示すように、横軸は出力レベルを示し、縦軸は効率を示す。
つまり、第2の増幅装置2(第3の増幅装置3)は、第1の増幅装置1と比較して効率が改善されていることが理解される。
第1の増幅装置1の構成を示す図である。 信号分離器102が分離する信号のベクトルを示す図である。 図3(A)は、V及びVのφを0°から90°まで変化させた場合のインピーダンスZ1、2、およびZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図3(B)は、増幅素子122の負荷インピーダンスに対する出力電力および効率の変動を例示するスミスチャート上に、図3(A)に示したZおよびZの変化を示した図である。 本発明にかかる第2の増幅装置および第3の増幅装置の構成を示す図である。 図5(A)は、図3(B)に示したZA,を、出力整合器220によりインピーダンス変換したZ''2に、図3(A)に示したZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図5(B)は、図3(B)に示したZA,を、出力整合器222によりインピーダンス変換したZ''2に、図3(A)に示したZの変化をスミスチャート上に示した図であり、図5(C)は、伝送線路300の長さL1と、伝送線路302の長さL2を、任意の長さに設定した場合におけるZ'および Z'の軌跡を示したスミスチャートである。 第1の増幅装置と、第2の増幅装置(第3の増幅装置)との効率の比較を示す図である。
符号の説明
1・・・第1の増幅装置
100・・・入力端子
102・・・信号分離器
104・・・出力端子
106・・・負荷抵抗
12−1・・・増幅器
12−2・・・増幅器
120・・・入力整合回路
122・・増幅素子
124・・・出力整合回路
14・・・合成器
140−1・・・伝送線路
140−2・・・伝送線路
142・・・合成点
2・・・第2の増幅装置
200・・・移相器
202・・・移相器
22−1・・・増幅器
220・・・出力整合器
22−2・・・増幅器
222・・・出力整合器
3・・・第3の増幅装置
30・・・合成器
300・・・伝送線路
302・・・伝送線路
304・・・移相器
306・・・移相器

Claims (1)

  1. 入力信号を第1の分離信号と第2の分離信号とに分離する分離手段と、
    前記第1の分離信号と前記第2の分離信号とをそれぞれ移相する移相手段と、
    前記移相された第1の信号を増幅して、第1の出力信号として出力する第1の増幅手段と、
    前記移相された第2の信号を、前記第1の増幅手段と実質的に同じ特性で増幅して、第2の出力信号として出力する第2の増幅手段と、
    前記第1の出力信号および前記第2の出力信号それぞれと、前記第1の伝送手段および第2の伝送手段それぞれとを整合させる整合手段と、
    前記整合手段から負荷に対して第1の出力信号を伝送する第1の伝送手段と、
    前記整合手段から前記負荷に対して第2の出力信号を伝送する第2の伝送手段と
    を備えた増幅装置であって、
    前記第1の分離信号と第2の分離信号とは振幅が等しく、これらが合成されたときには、前記入力信号と同じ複素ベクトルで表され、
    前記移相手段は、前記負荷に与えられる第1の出力信号の位相と、前記負荷に与えられる第2の出力信号の位相とが同じになるように、前記第1の分離信号と前記第2の分離信号とをそれぞれ移相し、
    前記整合手段は、
    前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段が、前記所定の効率以上で増幅するときにとりうる前記第1の出力信号および第2の出力信号の複素インピーダンスそれぞれを、前記第1の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍および前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡上またはその近傍それぞれに乗せるように変換する第1の変換、または、
    前記分離手段により第1の分離信号および第2の分離信号に与えられる移相量が所定の値以下であるときに、前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段の出力信号それぞれの電力が所定の値以上となり、これらの増幅手段の電力効率それぞれが所定の値以上となるという条件を満たすように、前記第1の増幅手段および前記第2の増幅手段の出力信号の複素インピーダンスそれぞれを変換し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を介した負荷がとりうる複素インピーダンスの軌跡それぞれを、前記変換された第1の出力信号および第2の出力信号の複素インピーダンスそれぞれの上またはその近傍を通るように変換する第2の変換
    を行い、
    前記第1の伝送手段および前記第2の伝送手段は、前記負荷に対して、前記第1の出力信号と前記第2の出力信号とを合成して供給する
    増幅装置。
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