JP2009260472A

JP2009260472A - Power amplifier

Info

Publication number: JP2009260472A
Application number: JP2008104630A
Authority: JP
Inventors: Koichi Fujisaki; 孝一藤崎; Masaru Kunugi; 賢功刀; Eiji Taniguchi; 英司谷口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2009-11-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power amplifier of small output power, which can prevent gain decline even when a peak amplifier is in an off state. <P>SOLUTION: The power amplifier comprises: a detection circuit 63 for detecting an output power level outputted from the power composition means 41 of Doherty-type amplifier 100; first and second switches 51 and 52 disposed in the input part of the Doherty-type amplifier 100; and a control circuit 71 for controlling the switching operation of the first and second switches 51 and 52 corresponding to the output power level detected by the detection circuit 63. The control circuit 71 controls the switching operation of the first and second switches 51 and 52 so as to input input signals to a carrier amplifier 11 directly without inputting them to an input signal distributor 31 when the output power level detected by the detection circuit 63 is lower than a prescribed threshold and to input the input signals to the input signal distributor 31 when the output power level detected by the detection circuit 63 is higher than the prescribed threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波およびミリ波の送受信装置に利用される電力増幅器の一種であって、高効率な動作を得るドハティ型増幅器を用いた電力増幅器に関する。 The present invention relates to a power amplifier using a Doherty amplifier that is a kind of power amplifier used in microwave and millimeter wave transmission / reception devices and obtains highly efficient operation.

図８は、従来のマイクロ波ドハティ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）型増幅器の概略構成を示す図である。
図８に示すように、ドハティ型増幅器は、入力端子１０１と、入力端子１０１に入力する信号を分配する分配器１３１と、分配器１３１で分配された一方の信号を増幅するＡ級ないしはＢ級にバイアスされたキャリア増幅器１１１と、分配器１３１で分配された他方の信号を増幅するＣ級にバイアスされたピーク増幅器１２１と、キャリア増幅器１１１の出力部に接続された特性インピーダンスＺ０の１／４波長線路１１２と、ピーク増幅器１２１の入力部に接続された特性インピーダンスＺ０の１／４波長線路１２２と、キャリア増幅器１１１の出力とピーク増幅器１２１の出力を合成する電力合成器１４１と、電力合成器１４１の出力部に接続された整合回路１４２と、整合回路１４２から信号を出力する出力端子１０２から構成される。 FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional microwave Doherty amplifier.
As shown in FIG. 8, the Doherty amplifier includes an input terminal 101, a distributor 131 that distributes a signal input to the input terminal 101, and a class A or class B that amplifies one of the signals distributed by the distributor 131. Biased carrier amplifier 111, class C biased peak amplifier 121 that amplifies the other signal distributed by distributor 131, and 1/4 of characteristic impedance Z 0 connected to the output of carrier amplifier 111. Wavelength line 112, 1/4 wavelength line 122 of characteristic impedance Z0 connected to the input of peak amplifier 121, power combiner 141 for combining the output of carrier amplifier 111 and the output of peak amplifier 121, and power combiner The matching circuit 142 is connected to the output unit 141, and the output terminal 102 outputs a signal from the matching circuit 142.

前記整合回路１４２は、電力合成器１４１から出力端をみたインピーダンスをＺ０／２に変換する回路である。
ここで、前記キャリア増幅器１１１、及びピーク増幅器１２１それぞれの動作時の出力負荷はＺ０、出力端１０２のインピーダンスはＺ０、線路１１２の特性インピーダンスはＺ０と仮定する。
ピーク増幅器１２１はＣ級にバイアスされているため、入力信号電力が小さい場合は増幅動作を行わず、オフ（ＯＦＦ）状態となり、入力信号電力がある特定の値より大きい場合に増幅作用を行うオン（ＯＮ）状態となる。
キャリア増幅器１１１は、Ａ級ないしはＢ級にバイアスされているため、入力信号電力が小さい場合でも常時増幅動作を行う。 The matching circuit 142 is a circuit that converts the impedance viewed from the power combiner 141 to Z0 / 2.
Here, it is assumed that the output load during operation of the carrier amplifier 111 and the peak amplifier 121 is Z0, the impedance of the output terminal 102 is Z0, and the characteristic impedance of the line 112 is Z0.
Since the peak amplifier 121 is biased to class C, the amplification operation is not performed when the input signal power is small, and the amplifier is turned off, and the amplification operation is performed when the input signal power is larger than a certain value. (ON) state.
Since the carrier amplifier 111 is biased to class A or class B, it always performs an amplification operation even when the input signal power is small.

図９は、図８に示したドハティ型増幅器において、入力端子１０１に入力する入力信号電力が小さく、ピーク増幅器１２１がオフである場合の各部のインピーダンスを示した図である。
ピーク増幅器１２１はオフ状態であり、電力合成器１４１よりピーク増幅器１２１側をみたインピーダンスは理想的には開放（ＯＰＥＮ）状態である。
このとき１／４波長線路１１２の働きによりキャリア増幅器１１１の負荷インピーダンスがＺ０／２から２Ｚ０に変換される。
負荷インピーダンスが２Ｚ０の場合には、キャリア増幅器１１１は、飽和電力は小さいが効率が良好になるように設計されている。 FIG. 9 is a diagram showing the impedance of each part when the input signal power input to the input terminal 101 is small and the peak amplifier 121 is off in the Doherty amplifier shown in FIG.
The peak amplifier 121 is in an off state, and the impedance viewed from the power combiner 141 toward the peak amplifier 121 is ideally in an open state (OPEN).
At this time, the load impedance of the carrier amplifier 111 is converted from Z0 / 2 to 2Z0 by the action of the quarter wavelength line 112.
When the load impedance is 2Z0, the carrier amplifier 111 is designed such that the saturation power is small but the efficiency is good.

図１０は、図８に示したドハティ型増幅器において、入力端子１０１に入力する入力信号電力が大きく、ピーク増幅器１２１がオンである場合の各部の負荷インピーダンスを示した図である。
それぞれの増幅器（即ち、キャリア増幅器１１１およびピーク増幅器１２１）の負荷インピーダンスはＺ０となる。
この場合には、キャリア増幅器１１１およびピーク増幅器１２１共に飽和電力が大きくなるように設計されており、より一層大きな飽和電力が得られる。
この時のドハティ型増幅器の動作は飽和電力に近い状態で動作するから効率も高い。 FIG. 10 is a diagram showing the load impedance of each part when the input signal power input to the input terminal 101 is large and the peak amplifier 121 is on in the Doherty amplifier shown in FIG.
The load impedance of each amplifier (that is, carrier amplifier 111 and peak amplifier 121) is Z0.
In this case, both the carrier amplifier 111 and the peak amplifier 121 are designed so as to increase the saturation power, and a larger saturation power can be obtained.
The operation of the Doherty amplifier at this time is highly efficient because it operates in a state close to saturation power.

図１１は、ドハティ型増幅器の効率特性の例を示す図であり、１５１は、図８に示したドハティ型増幅器の効率特性を、１５２は、図８に示したドハティ型増幅器のピーク増幅器がキャリア増幅器と同様にバイアスされた場合（即ち、Ａ級ないしはＢ級にバイアスされた場合）の効率特性を示している。
図１１に示すようにドハティ型増幅器は、飽和電力よりバックオフを取ったところで高効率性能を得る。
なお、上述したようなドハティ型の増幅器は、例えば、後述する非特許文献１に記載されている。 11 is a diagram showing an example of efficiency characteristics of the Doherty amplifier, 151 is the efficiency characteristic of the Doherty amplifier shown in FIG. 8, and 152 is the peak amplifier of the Doherty amplifier shown in FIG. It shows the efficiency characteristics when biased in the same manner as the amplifier (that is, when biased to class A or class B).
As shown in FIG. 11, the Doherty amplifier obtains high efficiency performance when backoff is taken from the saturated power.
The Doherty amplifier as described above is described in, for example, Non-Patent Document 1 described later.

ただし、ドハティ型増幅器は、ピーク増幅器１２１がオフ状態（即ち、増幅作用を行わない状態）とき、入力インピーダンスは開放ではないため、ピーク増幅器１２１側に分配される入力電力はロス（ｌｏｓｓ）となり、利得が下がる。
これに対し、入力インピーダンスが開放でない条件においても、高利得な特性を実現できる増幅器（電力合成形高効率増幅器）が、例えば、下記の特許文献１（特開２００５−１３００１３号公報）に示されている。
なお、特許文献１で示されている「電力合成形高効率増幅器」は、ドハティ型増幅器の一種である。
また、下記の非特許文献１にはドハティ型増幅器の構成図と動作原理が示されている。
特開２００５−１３００１３号公報 “電力増幅器の低歪み・高効率化の手法（中山正敏、高木直）”、MWE 2004 Microwave Workshops Digest.p575-584 However, in the Doherty amplifier, when the peak amplifier 121 is in an off state (that is, in a state where amplification is not performed), the input impedance is not open, so the input power distributed to the peak amplifier 121 side is loss, Gain decreases.
On the other hand, an amplifier (power combining type high efficiency amplifier) capable of realizing a high gain characteristic even under a condition where the input impedance is not open is disclosed in, for example, the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-130013). ing.
The “power combining high-efficiency amplifier” disclosed in Patent Document 1 is a type of Doherty amplifier.
Non-Patent Document 1 below shows a configuration diagram and operating principle of a Doherty amplifier.
JP-A-2005-130013 "Methods for low distortion and high efficiency of power amplifiers (Masatoshi Nakayama, Nao Takagi)", MWE 2004 Microwave Workshops Digest.p575-584

以上に説明したように、従来のドハティ型の電力増幅器は、低出力時においてピーク増幅器が増幅作用を行わないため、ピーク増幅器への入力電力分がロスとなり、その結果、利得が下がるという問題がある。 As described above, the conventional Doherty type power amplifier has a problem that the input power to the peak amplifier is lost because the peak amplifier does not perform amplification at low output, and as a result, the gain decreases. is there.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ピーク増幅器が増幅作用を行わない低出力時における利得の低下を防止できる「ドハティ型増幅器を用いた電力増幅器」を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a “power amplifier using a Doherty amplifier” that can prevent a decrease in gain at low output when the peak amplifier does not perform amplification. The purpose is to do.

この発明に係る電力増幅器は、入力する入力信号を２分配する入力信号分配器、該入力信号分配器により２分配された入力信号の一方を増幅するＡ級ないしはＢ級にバイアスされたキャリア増幅器、２分配された前記入力信号の他方の入力信号を増幅するＣ級にバイアスされたピーク増幅器、前記キャリア増幅器および前記ピーク増幅器から出力する２つの信号の電力を合成する電力合成手段を有するドハティ型増幅器を用いた電力増幅器であって、前記ドハティ型増幅器の前記電力合成手段から出力される出力電力レベルを検出する検波回路と、前記ドハティ型増幅器の入力部に配置される第１のスイッチおよび第２のスイッチと、前記検波回路が検出する出力電力レベルに応じて前記第１のスイッチおよび第２のスイッチの切り替え動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記検波回路が検出する出力電力レベルが所定の閾値より小さい場合は、入力信号は前記入力信号分配器に入力せずに直接前記キャリア増幅器に入力し、前記検波回路が検出する出力電力レベルが所定の閾値より大きい場合は、入力信号は前記入力信号分配器に入力するように前記第１のスイッチおよび第２のスイッチの切り替え動作を制御するものである。 A power amplifier according to the present invention includes: an input signal distributor that divides an input signal to be input into two; a carrier amplifier that is biased to a class A or a class B that amplifies one of the input signals that are divided into two by the input signal distributor; A Doherty amplifier having a class C-biased peak amplifier that amplifies the other input signal of the two distributed input signals, a carrier amplifier, and a power combining unit that combines powers of two signals output from the peak amplifier A detector circuit for detecting an output power level output from the power combiner of the Doherty amplifier, a first switch and a second switch disposed at an input portion of the Doherty amplifier And the switching operation of the first switch and the second switch according to the output power level detected by the detection circuit A control circuit for controlling, and when the output power level detected by the detection circuit is smaller than a predetermined threshold, the control circuit directly inputs the input signal to the carrier amplifier without inputting the input signal to the input signal distributor. When the output power level detected by the detection circuit is greater than a predetermined threshold, the switching operation of the first switch and the second switch is controlled so that the input signal is input to the input signal distributor. It is.

本発明によれば、制御回路は、出力電力レベルが所定の閾値より小さい場合は、入力信号は入力信号分配器に入力せずに直接前記キャリア増幅器に入力し、出力電力レベルが所
定の閾値より大きい場合は、入力信号は入力信号分配器に入力するように第１のスイッチおよび第２のスイッチの切り替え動作を制御するので、ピーク増幅器が増幅作用を行わない低出力時における利得の低下を防止できる「ドハティ型増幅器を用いた電力増幅器」を提供することができる。 According to the present invention, when the output power level is smaller than the predetermined threshold, the control circuit directly inputs the input signal to the carrier amplifier without inputting to the input signal distributor, and the output power level is lower than the predetermined threshold. If large, the switching operation of the first switch and the second switch is controlled so that the input signal is input to the input signal distributor, thereby preventing the gain reduction at the low output when the peak amplifier does not perform the amplification action. It is possible to provide a “power amplifier using a Doherty amplifier”.

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電力増幅器の構成を示すブロック図である。
本実施の形態による電力増幅器は、図に示すように、入力端子１と、入力された高周波信号を分配する入力信号分配器（例えば、ウィルキンソン２分配器）３１と、Ａ級ないしはＢ級にバイアスされたキャリア増幅器１１と、キャリア増幅器１１の出力整合回路１４を介したインピーダンス変成器１５と、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅器２１と、電力合成部４１と、ピーク増幅器２１がオフの時に電力合成部４１からみたインピーダンスを開放状態とするための位相調整用の伝送線路２６と、ピーク増幅器２１がオン状態時に電力分配部から電力合成部までの２つの経路を伝送する信号の通過位相を同一にするための伝送線路１６および伝送線路２５と、出力端子２と、出力負荷とのインピーダンスマッチングを行う整合回路４２とで構成されているドハティ型増幅器１００を有している。
なお、入力信号分配器３１は、ウィルキンソン２分配器に限られるものではなく、Ｔ分岐回路、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッドなどのいずれかであってもよい。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent ones.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power amplifier according to the first embodiment.
As shown in the figure, the power amplifier according to this embodiment includes an input terminal 1, an input signal distributor (for example, Wilkinson 2 distributor) 31 that distributes an input high-frequency signal, and a bias of class A or class B. Carrier amplifier 11, impedance transformer 15 via output matching circuit 14 of carrier amplifier 11, peak amplifier 21 biased in class C, power combiner 41, and power combiner when peak amplifier 21 is off The transmission phase 26 for adjusting the phase for making the impedance viewed from the unit 41 open and the passage phase of the signal transmitted through the two paths from the power distribution unit to the power combining unit when the peak amplifier 21 is in the same state Transmission line 16 and transmission line 25, output terminal 2, and matching circuit 42 that performs impedance matching with the output load. And a Doherty amplifier 100 being.
The input signal distributor 31 is not limited to the Wilkinson 2 distributor, and may be any one of a T branch circuit, a 90-degree hybrid, a 180-degree hybrid, and the like.

更に、本実施の形態による電力増幅器は、出力端子２から出力される電力をモニタするための出力電圧レベルモニタ回路６１（方向性結合器６２および検波回路６３で構成されている）と、２つの伝送経路ＡまたはＢのいずれかを選択できる２つのスイッチ５１およびスイッチ５２と、２つのスイッチ５１、５２の経路Ａに接続された入力信号分配器３１を通過しない伝送線路５３と、前記分配器３１の入力端とスイッチ５１の経路Ｂに接続された伝送線路５４と、前記分配器３１のキャリア増幅器１１側の分配端とスイッチ５２の経路Ｂに接続された伝送線路５５と、出力電圧レベルモニタ回路６１の検波回路６３より出力される信号電圧に応じて前記２つのスイッチを同時に切り替えて入力信号の経路を切り替える制御回路７１を備えている。 Furthermore, the power amplifier according to the present embodiment includes an output voltage level monitor circuit 61 (consisting of a directional coupler 62 and a detection circuit 63) for monitoring the power output from the output terminal 2, and two Two switches 51 and 52 that can select either the transmission path A or B, a transmission line 53 that does not pass through the input signal distributor 31 connected to the path A of the two switches 51 and 52, and the distributor 31 A transmission line 54 connected to the path B of the switch 51, a transmission line 55 connected to the distribution end of the distributor 31 on the carrier amplifier 11 side and the path B of the switch 52, and an output voltage level monitor circuit A control circuit 71 for switching the two switches simultaneously to switch the path of the input signal according to the signal voltage output from the detection circuit 63 of 61; That.

キャリア増幅器１１は、Ａ級ないしはＢ級にバイアスされているため、入力電力が小さいときでも入力信号を増幅する。
ピーク増幅器２１は、Ｃ級にバイアスされているため入力電力が低い場合は増幅動作せず、オフ状態となり、ある特定の入力電力以上で増幅動作を行いオン状態となる。
本実施の形態では、ピーク増幅器２１がオフ状態からオン状態になるような出力電力を閾値に設定する。
そして、検波回路６３により検出される出力電力が設定した閾値以下の場合は、制御回路７１により入力信号の経路は入力信号分配器３１を通過しない伝送経路Ａ−Ａ（即ち、伝送線路５３）が選択され、前記閾値以上のときは、制御回路７１により入力信号の経路は入力信号分配器３１を通過する伝送経路Ｂ−Ｂ（即ち、伝送線路５４）が選択される。 Since the carrier amplifier 11 is biased to class A or class B, it amplifies the input signal even when the input power is small.
Since the peak amplifier 21 is biased to class C, when the input power is low, the peak amplifier 21 does not perform an amplification operation and is turned off, and performs an amplification operation at a specific input power or more and is turned on.
In the present embodiment, the output power at which the peak amplifier 21 changes from the off state to the on state is set as the threshold value.
When the output power detected by the detection circuit 63 is equal to or less than the set threshold value, the control circuit 71 causes the path of the input signal to be the transmission path AA (that is, the transmission line 53) that does not pass through the input signal distributor 31. When it is selected and is equal to or greater than the threshold value, the control circuit 71 selects the transmission path BB (that is, the transmission line 54) that passes through the input signal distributor 31 as the path of the input signal.

２つスイッチ５１および５２の経路として、Ａ−ＡあるいはＢ−Ｂが選択されている場合の等価回路を、それぞれ図２、図３に示す。
図２は、実施の形態１において伝送経路Ａ−Ａが選択された場合の等価回路を示す図であり、図３は、実施の形態１において伝送経路Ｂ−Ｂが選択された場合の等価回路を示す図である。
なお、図２および図３において、５１Ａは、図１におけるスイッチ５１（第１のスイッチ）がＡ側に切り替わっているときのスイッチであり、５２Ａは、図１におけるスイッチ
５２（第２のスイッチ）がＡ側に切り替わっているときのスイッチである。 FIGS. 2 and 3 show equivalent circuits when AA or BB is selected as the path of the two switches 51 and 52, respectively.
2 is a diagram showing an equivalent circuit when transmission path A-A is selected in the first embodiment, and FIG. 3 is an equivalent circuit when transmission path BB is selected in the first embodiment. FIG.
2 and 3, 51A is a switch when the switch 51 (first switch) in FIG. 1 is switched to the A side, and 52A is a switch 52 (second switch) in FIG. Is a switch when is switched to the A side.

また、図２および図３に示した等価回路の入出力特性および出力電力−利得特性を図４、図５にそれぞれ示す。
図４は、図２および図３の等価回路の入出力特性の例を示す図であり、図５は、図２および図３等価図回路の利得特性の例を示す図である。
なお、図４において、特性曲線ａは、図２に示した等価回路を有する電力増幅器の入出力特性であり、特性曲線ｂは、図３に示した等価回路を有する電力増幅器の入出力特性である。 In addition, input / output characteristics and output power-gain characteristics of the equivalent circuits shown in FIGS. 2 and 3 are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of input / output characteristics of the equivalent circuit of FIGS. 2 and 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of gain characteristics of the equivalent circuit of FIGS. 2 and 3.
In FIG. 4, a characteristic curve a is an input / output characteristic of the power amplifier having the equivalent circuit shown in FIG. 2, and a characteristic curve b is an input / output characteristic of the power amplifier having the equivalent circuit shown in FIG. is there.

また、図５において、特性曲線ｃは、図２に示した等価回路を有する電力増幅器の利得特性であり、特性曲線ｄは、図３に示した等価回路を有する電力増幅器の利得特性である。
また、図１に示した電力増幅器の出力電力−利得特性曲線ｅを図６に示す。
図６に示すように、伝送経路Ｂ−Ｂが選択されている場合の特性は、従来のドハティ型増幅器の特性と同様であり、伝送経路をＡ−Ａに切り替えることで、入力電力が小さい場合（即ち、出力電力が小さい場合）の利得を約３ｄＢ向上することができる。 In FIG. 5, a characteristic curve c is a gain characteristic of the power amplifier having the equivalent circuit shown in FIG. 2, and a characteristic curve d is a gain characteristic of the power amplifier having the equivalent circuit shown in FIG.
FIG. 6 shows an output power-gain characteristic curve e of the power amplifier shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the characteristics when the transmission path BB is selected are the same as the characteristics of the conventional Doherty amplifier, and the input power is small by switching the transmission path to AA. The gain (that is, when the output power is small) can be improved by about 3 dB.

実際のピーク増幅器単体の利得特性は、デジタル的にオン／オフが切り替わるということではなく、入力電力が増えるにつれてアナログ的に徐々に利得が上がり、飽和電力に近くなると最大となるような特性となる。
最適な利得特性とするためには、スイッチを切り替える出力電力の閾値を最適な値に選択することが重要である。
ピーク増幅器２１がオフの状態には伝送経路Ａ−Ａが選択される。
ピーク増幅器出力側の伝送線路２６の電気長は、伝送経路Ａ−Ａが選択される場合（即ち、ピーク増幅器への入力電力が無い場合）に、電力合成部４１からピーク増幅器２１側をみたインピーダンスを開放状態に最も近くなるように、決定することが重要である。 The actual gain characteristics of the peak amplifier alone are not digitally switched on / off, but gradually increase in analog as the input power increases, and become maximum when approaching saturation power. .
In order to obtain an optimum gain characteristic, it is important to select an optimum threshold value for the output power for switching the switch.
When the peak amplifier 21 is off, the transmission path AA is selected.
The electrical length of the transmission line 26 on the output side of the peak amplifier is an impedance when the transmission path A-A is selected (that is, when there is no input power to the peak amplifier), as viewed from the power combining unit 41 to the peak amplifier 21 side. It is important to determine such that it is closest to the open state.

低出力動作時には伝送経路Ａ−Ａが選択され、入力端子１への入力電力レベルが変化してもスイッチ５１、５２が切り替わる電力レベル以下では、ピーク増幅器２１は無入力状態が維持されるため、電力合成部４１からピーク増幅器２１側をみたインピーダンスは開放状態のまま変化せず、出力合成部のロスが小さい状態を維持することができ、低出力動作時に高効率な増幅作用を行うことができる。 At the time of low output operation, the transmission path A-A is selected, and the peak amplifier 21 is maintained in the no-input state below the power level at which the switches 51 and 52 are switched even if the input power level to the input terminal 1 changes. The impedance seen from the power combiner 41 on the side of the peak amplifier 21 does not change in the open state, the loss of the output combiner can be kept small, and a high-efficiency amplifying action can be performed during low output operation. .

ドハティ増幅器を設計する際の需要なポイントの１つとして、ピーク増幅器２１がオフの時、即ち、低入力電力（低出力電力）状態で、電力合成部４１からピーク増幅器２１側をみたインピーダンスＺが完全なに開放状態近くになるように伝送線路２６の通過位相を設定することが挙げられる。
これは、キャリア増幅器１１が単独で動作している場合に、キャリア増幅器１１の出力電力がピーク増幅器２１側に伝送されないようにして、電力を効率良く出力端子２に伝送するためである。
無入力状態から入力電力を大きくしてゆくと、入力電力に応じて上記インピーダンスＺは変化する。
電力増幅器の飽和電力から十分に大きなバックオフをとるような入力電力が非常に小さい状態では、インピーダンスＺの変化は微小である。 One of the points of demand when designing a Doherty amplifier is the impedance Z when the peak amplifier 21 is off, that is, in the low input power (low output power) state, when the peak amplifier 21 side is viewed from the power combining unit 41. For example, the transmission phase of the transmission line 26 is set so that it is almost completely open.
This is because when the carrier amplifier 11 is operating alone, power is efficiently transmitted to the output terminal 2 so that the output power of the carrier amplifier 11 is not transmitted to the peak amplifier 21 side.
When the input power is increased from the no-input state, the impedance Z changes according to the input power.
In a state where the input power that takes a sufficiently large back-off from the saturation power of the power amplifier is very small, the change in the impedance Z is very small.

しかし、ピーク増幅器２１がオフ状態からオン状態に変わるような入力電力（即ち、ピーク増幅器２１が利得を持ち始めるような入力電力）付近では、入力電力のインピーダンスＺに与える影響は大きくなる。
インピーダンスＺが開放より低くなると、ピーク増幅器２１は増幅動作を行っていない
ため、出力ロスは増加する。
本実施の形態においては、小電力動作ではピーク増幅器２１への入力電力を“０”の状態に保つことにより、インピーダンスZが開放に近い状態からの変化が無くなり、出力ロ
スの増加を抑えることができる。 However, in the vicinity of input power at which the peak amplifier 21 changes from the off state to the on state (that is, input power at which the peak amplifier 21 starts to have gain), the influence of the input power on the impedance Z becomes large.
When the impedance Z becomes lower than the open level, the peak amplifier 21 does not perform an amplification operation, and thus the output loss increases.
In the present embodiment, in the low power operation, by keeping the input power to the peak amplifier 21 in the “0” state, the impedance Z is not changed from a state close to the open state, and an increase in output loss can be suppressed. it can.

また、本実施の形態においては、伝送線路１６および伝送線路２５の電気長は、伝送経路Ｂ−Ｂが選択された場合の飽和出力に近い出力となる場合において、
（ａ）入力信号が分配部からスイッチ５２、伝送線路１６、キャリア増幅器１１、インピーダンス変成器１５を介して電力合成部に伝送するまでの通過位相と、
（ｂ）入力信号が分配部から伝送線路２５、ピーク増幅器２１、伝送線路２６を介して電力合成部に伝送するまでの通過位相
を同一にするように決定する。
これは、キャリア増幅器１１およびピーク増幅器２１が共に増幅作用を行う状態であり、効率良く電力を合成するためには、電力合成部４１にて２つの増幅器出力（即ち、キャリア増幅器１１およびピーク増幅器２１の出力）の位相が同じになる必要があるためである。 In the present embodiment, the electrical length of the transmission line 16 and the transmission line 25 is an output close to the saturated output when the transmission path BB is selected.
(A) a passing phase until the input signal is transmitted from the distribution unit to the power combining unit via the switch 52, the transmission line 16, the carrier amplifier 11, and the impedance transformer 15,
(B) It is determined so that the passing phase until the input signal is transmitted from the distributor to the power combiner via the transmission line 25, the peak amplifier 21, and the transmission line 26 is the same.
This is a state in which the carrier amplifier 11 and the peak amplifier 21 both perform amplification. In order to efficiently combine power, the power combining unit 41 outputs two amplifier outputs (that is, the carrier amplifier 11 and the peak amplifier 21). This is because the phases of the outputs of the output signals need to be the same.

送信機について送信電力のＡＬＣ（Automatic Level Control ）制御が必要な場合、出力電力をモニタする必要がある。
従って、本実施の形態におけるスイッチの切り替えは、この出力電力モニタ回路を利用することを想定している。 When ALC (Automatic Level Control) control of transmission power is required for a transmitter, output power needs to be monitored.
Therefore, it is assumed that the switching of the switch in the present embodiment uses this output power monitor circuit.

以上説明したように、本実施の形態による電力増幅器は、入力する入力信号を２分配する入力信号分配器３１、入力信号分配器３１により２分配された入力信号の一方を増幅するＡ級ないしはＢ級にバイアスされたキャリア増幅器１１、２分配された入力信号の他方の入力信号を増幅するＣ級にバイアスされたピーク増幅器２１、キャリア増幅器１１およびピーク増幅器２１から出力する２つの信号の電力を合成する電力合成手段４１を有するドハティ型増幅器１００を用いた電力増幅器であって、ドハティ型増幅器１００の電力合成手段４１から出力される出力電力レベルを検出する検波回路６３と、ドハティ型増幅器１００の入力部に配置される第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２と、検波回路６３が検出する出力電力レベルに応じて第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２の切り替え動作を制御する制御回路７１とを備え、制御回路７１は、検波回路６３が検出する出力電力レベルが所定の閾値より小さい場合は、入力信号は入力信号分配器３１に入力せずに直接キャリア増幅器１１に入力し、検波回路６３が検出する出力電力レベルが所定の閾値より大きい場合は、入力信号は入力信号分配器３１に入力するように第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２の切り替え動作を制御する。 As described above, the power amplifier according to the present embodiment has the input signal distributor 31 that divides the input signal to be input into two and the class A or B that amplifies one of the input signals that are divided into two by the input signal distributor 31. Class-biased carrier amplifier 11, the power of two signals output from class C-biased peak amplifier 21, carrier amplifier 11, and peak amplifier 21 are combined to amplify the other of the distributed input signals. A power amplifier using the Doherty amplifier 100 having the power synthesizing means 41 for detecting the output power level output from the power synthesizing means 41 of the Doherty amplifier 100 and the input of the Doherty amplifier 100 Output power level detected by the detection circuit 63 and the first switch 51 and the second switch 52 arranged in the section Accordingly, the control circuit 71 controls the switching operation of the first switch 51 and the second switch 52, and the control circuit 71 is input when the output power level detected by the detection circuit 63 is smaller than a predetermined threshold value. The signal is directly input to the carrier amplifier 11 without being input to the input signal distributor 31. When the output power level detected by the detection circuit 63 is larger than a predetermined threshold, the input signal is input to the input signal distributor 31. The switching operation of the first switch 51 and the second switch 52 is controlled.

また、ドハティ型増幅器１００は、入力信号分配器３１、キャリア増幅器１１、ピーク増幅器２１、電力合成手段４１、キャリア増幅器１１の出力インピーダンスを変換して電力合成手段４１に入力するインピーダンス変成器１５、ピーク増幅器２１がオフ状態時に電力合成手段４１よりピーク増幅器２１側をみこんだインピーダンスを開放状態近くにするための位相調整用伝送線路２６、キャリア増幅器１１およびピーク増幅器２１の入力部にそれぞれ接続され、ピーク増幅器２１がオン状態の大電力動作時において、信号分配器３１から前記キャリア増幅器１１を介して電力合成部４１までの第１の経路を伝送する信号の通過位相と信号分配器３１からピーク増幅器２１を介して電力合成部４１までの第２の経路を伝送する信号の通過位相を同一にするために長さが決定された伝送線路１６、２５で構成されている。 The Doherty amplifier 100 includes an input signal distributor 31, a carrier amplifier 11, a peak amplifier 21, a power combiner 41, an impedance transformer 15 that converts the output impedance of the carrier amplifier 11 and inputs it to the power combiner 41, a peak When the amplifier 21 is in the off state, it is connected to the input portions of the phase adjustment transmission line 26, the carrier amplifier 11 and the peak amplifier 21 for bringing the impedance that penetrates the peak amplifier 21 side from the power combining means 41 close to the open state. During high power operation with the amplifier 21 in the ON state, the passing phase of the signal transmitted from the signal distributor 31 to the power combiner 41 via the carrier amplifier 11 and the signal amplifier 31 to the peak amplifier 21. The passing position of the signal transmitted through the second path to the power combiner 41 via It is composed of a transmission line 16, 25 which length has been determined in order to equalize the.

従って、本実施の形態によれば、制御回路４１は、出力電力レベルが所定の閾値より小さい場合は、入力信号は入力信号分配器３１に入力せずに直接キャリア増幅器１１に入力
し、出力電力レベルが所定の閾値より大きい場合は、入力信号は入力信号分配器３１に入力するように第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２の切り替え動作を制御するので、ピーク増幅器２１が増幅作用を行わない低出力時には入力信号分配器３１による分配ロスが無くなり、利得の低下を防止できる。 Therefore, according to the present embodiment, when the output power level is smaller than the predetermined threshold, the control circuit 41 directly inputs the input signal to the carrier amplifier 11 without inputting it to the input signal distributor 31 and outputs the output power. When the level is larger than the predetermined threshold value, the switching operation of the first switch 51 and the second switch 52 is controlled so that the input signal is input to the input signal distributor 31, so that the peak amplifier 21 performs the amplification action. When there is no low output, there is no distribution loss due to the input signal distributor 31, and a decrease in gain can be prevented.

実施の形態２．
図７は、実施の形態２による電力増幅器の構成を示すブロック図である。
前述した実施の形態１による電力増幅器では、ドハティ型増幅器１００から出力する出力電力を検波し、出力電力のレベルをモニタする出力電力レベルモニタ回路６１を備えていた。
これに対して、本実施の形態では、出力電力レベルモニタ回路６１に代えて、ドハティ型増幅器１００に入力する入力電力を検波し、入力電力のレベルをモニタする入力電力レベルモニタ回路８１を備えていることを特徴とする。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a power amplifier according to the second embodiment.
The power amplifier according to Embodiment 1 described above includes the output power level monitor circuit 61 that detects the output power output from the Doherty amplifier 100 and monitors the level of the output power.
On the other hand, in this embodiment, instead of the output power level monitor circuit 61, an input power level monitor circuit 81 that detects the input power input to the Doherty amplifier 100 and monitors the input power level is provided. It is characterized by being.

図７に示すように、本実施の形態による電力増幅器は、実施の形態１で説明したドハティ型増幅器１００を用いた電力増幅器であって、ドハティ型増幅器１００に入力される入力電力レベルを検出する検波回路８３と、ドハティ型増幅器１００の入力部に配置される第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２と、検波回路８３が検出する入力電力レベルに応じて第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２の切り替え動作を制御する制御回路７１を備え、制御回路７１は、検波回路８３が検出する入力電力レベルが所定の閾値より小さい場合は、入力信号は、信号分配器３１に入力せず、直接キャリア増幅器１１に入力し、検波回路６３が検出する出力電力レベルが所定の閾値より大きい場合は、入力信号は、信号分配器３１に入力するように第１のスイッチ５１および第２のスイッチ５２の切り替え動作を制御するように構成されている。 As shown in FIG. 7, the power amplifier according to the present embodiment is a power amplifier using the Doherty amplifier 100 described in the first embodiment, and detects an input power level input to the Doherty amplifier 100. The detection circuit 83, the first switch 51 and the second switch 52 arranged at the input part of the Doherty amplifier 100, and the first switch 51 and the second switch 52 according to the input power level detected by the detection circuit 83. The control circuit 71 includes a control circuit 71 that controls the switching operation of the switch 52. When the input power level detected by the detection circuit 83 is smaller than a predetermined threshold, the input signal is not input to the signal distributor 31; When the output power level that is directly input to the carrier amplifier 11 and detected by the detection circuit 63 is greater than a predetermined threshold, the input signal is input to the signal distributor 31. It is configured to control the switching operation of the first switch 51 and second switch 52 so.

この構成により、ピーク増幅器２１がオフとなる低入力電力時については、入力信号は入力信号分配器３１を通過しない経路を伝送し、ピーク増幅器２１に信号が入力されることはなく、ピーク増幅器２１がオンとなる高入力電力時については、入力信号は入力信号分配器３１を通過する経路を伝送し、分配された信号がピーク増幅器に入力されるような機能を持つことができる。
この機能により、ピーク増幅器がオフとなる低出力動作時についてキャリア増幅器単体と同等の利得を得ることができる。 With this configuration, when the input power is low when the peak amplifier 21 is turned off, the input signal is transmitted through a path that does not pass through the input signal distributor 31, and no signal is input to the peak amplifier 21. When the input power is high, the input signal is transmitted through a path passing through the input signal distributor 31, and the distributed signal can be input to the peak amplifier.
With this function, a gain equivalent to that of the carrier amplifier alone can be obtained at the time of low output operation in which the peak amplifier is turned off.

本実施の形態による電力増幅器では、ドハティ型増幅器１００の出力側に出力電力レベルモニタ回路６１を備えず、入力側にドハティ型増幅器１００に入力される入力電力レベルを検出する検波回路８３を有した入力電力レベルモニタ８１を備えている。
従って、本実施の形態によれば、出力側でのモニタ回路による電力ロスが無く、また、ピーク増幅器２１が増幅作用を行わない低出力時には入力信号分配器３１による分配ロスが無くなるので、利得の低下を防止できる。 The power amplifier according to the present embodiment does not include the output power level monitor circuit 61 on the output side of the Doherty amplifier 100, but has a detection circuit 83 that detects the input power level input to the Doherty amplifier 100 on the input side. An input power level monitor 81 is provided.
Therefore, according to the present embodiment, there is no power loss due to the monitor circuit on the output side, and there is no distribution loss due to the input signal distributor 31 at the time of low output when the peak amplifier 21 does not perform an amplification action. Decline can be prevented.

本発明は、移動体通信等の送信系電力増幅器への適用に有用である。 The present invention is useful for application to a transmission power amplifier such as mobile communication.

実施の形態１による電力増幅器の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a power amplifier according to a first embodiment. 実施の形態１において伝送経路Ａ−Ａが選択された場合の等価回路を示す図である。6 is a diagram showing an equivalent circuit when transmission path A-A is selected in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１において伝送経路Ｂ−Ｂが選択された場合の等価回路を示す図である。6 is a diagram illustrating an equivalent circuit when a transmission path BB is selected in Embodiment 1. FIG. 図２および図３の等価回路の入出力特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input-output characteristic of the equivalent circuit of FIG. 2 and FIG. 図２および図３の等価図回路の利得特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the gain characteristic of the equivalent figure circuit of FIG. 2 and FIG. 図１に示した電力増幅器の出力電力−利得特性を示す図である。It is a figure which shows the output power-gain characteristic of the power amplifier shown in FIG. 実施の形態２による電力増幅器の構成を示すブロック図である。5 is a block diagram showing a configuration of a power amplifier according to a second embodiment. FIG. 従来のマイクロ波ドハティ型増幅器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional microwave Doherty type | mold amplifier. 図８に示したドハティ型増幅器において、入力信号電力が小さく、ピーク増幅器がオフである場合の各部のインピーダンスを示した図である。FIG. 9 is a diagram showing the impedance of each part when the input signal power is small and the peak amplifier is off in the Doherty amplifier shown in FIG. 8. 図８に示したドハティ型増幅器において、入力信号電力が大きく、ピーク増幅器がオンである場合の各部の負荷インピーダンスを示した図である。FIG. 9 is a diagram showing the load impedance of each part when the input signal power is large and the peak amplifier is on in the Doherty amplifier shown in FIG. 8. ドハティ型増幅器の効率特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the efficiency characteristic of a Doherty type | mold amplifier.

Explanation of symbols

１入力端子２出力端子
１１キャリア増幅器１２キャリア増幅器入力整合回路
１３増幅素子１４キャリア増幅器出力整合回路
１５インピーダンス変成器１６位相調整用の伝送線路
２１ピーク増幅器２２ピーク増幅器入力整合回路
２３増幅素子２４ピーク増幅器出力整合回路
２５伝送線路２６位相調整用の伝送線路
３１入力信号分配器４１電力合成部（電力合成手段）
４２出力部整合回路
５１、５１Ａ第１のスイッチ５２、５２Ｂ第２のスイッチ
５３伝送線路（伝送経路Ａ−Ａ）５４伝送線路（伝送経路Ｂ−Ｂ）
６１出力電力レベルモニタ回路６２方向性結合器
６３検波回路７１制御回路
８１入力電力レベルモニタ回路８２方向性結合器
８３検波回路１００ドハティ型増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input terminal 2 Output terminal 11 Carrier amplifier 12 Carrier amplifier input matching circuit 13 Amplifying element 14 Carrier amplifier output matching circuit 15 Impedance transformer 16 Transmission line for phase adjustment 21 Peak amplifier 22 Peak amplifier input matching circuit 23 Amplifying element 24 Peak amplifier Output matching circuit 25 Transmission line 26 Phase adjustment transmission line 31 Input signal distributor 41 Power combiner (power combiner)
42 Output Unit Matching Circuit 51, 51A First Switch 52, 52B Second Switch 53 Transmission Line (Transmission Path A-A) 54 Transmission Line (Transmission Path B-B)
61 output power level monitor circuit 62 directional coupler 63 detector circuit 71 control circuit 81 input power level monitor circuit 82 directional coupler 83 detector circuit 100 Doherty amplifier

Claims

An input signal distributor that divides an input signal to be input into two, a class A or B biased carrier amplifier that amplifies one of the two input signals distributed by the input signal distributor, and two of the input signals that have been distributed A power amplifier using a Doherty amplifier having a class C biased peak amplifier that amplifies the other input signal, the carrier amplifier, and a power combining unit that combines powers of two signals output from the peak amplifier; ,
A detection circuit that detects an output power level output from the power combining unit of the Doherty amplifier, a first switch and a second switch that are arranged at an input unit of the Doherty amplifier, and the detection circuit detects A control circuit for controlling the switching operation of the first switch and the second switch according to the output power level to be
When the output power level detected by the detection circuit is smaller than a predetermined threshold, the control circuit inputs the input signal directly to the carrier amplifier without inputting to the input signal distributor, and the detection circuit detects the input signal. When the output power level is greater than a predetermined threshold, the switching operation of the first switch and the second switch is controlled so that an input signal is input to the input signal distributor.

The Doherty amplifier includes the input signal distributor, the carrier amplifier, the peak amplifier, the power combiner, an impedance transformer that converts an output impedance of the carrier amplifier and inputs the output impedance to the power combiner, and the peak amplifier includes In the off state, the power combining means is connected to the input line of the phase adjustment transmission line, the carrier amplifier and the peak amplifier, respectively, for bringing the impedance into the open state near the peak amplifier side, and the peak amplifier is in the on state. During the high power operation, the passing phase of the signal transmitted through the first path from the signal distributor to the power combining means via the carrier amplifier and the power combining from the signal distributor via the peak amplifier To make the passing phase of the signal transmitted through the second path to the means the same Power amplifier according to claim 1, characterized in that is constituted by a transmission line which is determined is.

A power amplifier using the Doherty amplifier according to claim 1 or 2,
A detection circuit for detecting an input power level input to the Doherty amplifier, a first switch and a second switch arranged at an input unit of the Doherty amplifier, and an input power level detected by the detection circuit. And a control circuit for controlling the switching operation of the first switch and the second switch in response.
When the input power level detected by the detection circuit is smaller than a predetermined threshold, the control circuit does not input the input signal to the signal distributor, but directly inputs the input signal to the carrier amplifier, and the detection circuit detects the input signal. When the output power level is greater than a predetermined threshold, the power amplifier controls the switching operation of the first switch and the second switch so that the input signal is input to the signal distributor.

4. The input signal distributor of the Doherty amplifier is one of a T-branch circuit, a Wilkinson two distributor, a 90-degree hybrid, and a 180-degree hybrid. The power amplifier according to item 1.