JP2010135941A - High frequency power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波信号を増幅する高周波電力増幅器に係り、特に電力変換効率を向上させることができる高周波電力増幅器に関する。 The present invention relates to a high-frequency power amplifier that amplifies a high-frequency signal, and more particularly to a high-frequency power amplifier that can improve power conversion efficiency.
[先行技術の説明]
送信用電力増幅器は、高周波信号を所要の送信出力に増幅するものであり、ほとんどの無線機において最も多くの電力を消費する部分である。
電力増幅器が消費する電力は、高周波出力に変換されるだけでなく、内部損失となる熱として放出される。
そのため、発熱量を低減して消費電力の低減や信頼性の向上を図るために、電力増幅器の電力変換効率を上げて、無駄な内部損失を抑えることが要求されている。
この要求に応えるために、種々の高効率動作方式を取り入れた増幅器があり、例えばF級増幅器がある。
[Description of Prior Art]
The transmission power amplifier amplifies a high-frequency signal to a required transmission output, and is the part that consumes the most power in most radio devices.
The power consumed by the power amplifier is not only converted into a high-frequency output but also released as heat that causes internal loss.
Therefore, in order to reduce the amount of heat generation and reduce power consumption and improve reliability, it is required to increase the power conversion efficiency of the power amplifier to suppress useless internal loss.
In order to meet this demand, there are amplifiers incorporating various high-efficiency operation methods, for example, class F amplifiers.
[従来のF級増幅器]
従来のF級増幅器について簡単に説明する。
F級増幅器は、能動素子であるFETのドレイン端子に高調波反射回路を接続して、デバイスから見た出力インピーダンスを、偶数次高調波周波数に対して短絡、基本波周波数及び奇数次高調波周波数に対して開放とすることで、FETのドレイン電圧とドレイン電流の波形が重ならないようにしたものである。
[Conventional class F amplifier]
A conventional class F amplifier will be briefly described.
The class F amplifier has a harmonic reflection circuit connected to the drain terminal of the FET which is an active element, and the output impedance viewed from the device is short-circuited with respect to the even-order harmonic frequency, the fundamental frequency and the odd-order harmonic frequency. By keeping the circuit open, the FET drain voltage and drain current waveforms do not overlap.
これにより、FETの動作としては、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆にドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるので、ドレイン端子とソース端子間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。
すなわち、理想的にはFETのドレイン電圧とドレイン電流の時間波形が重なっていない状態として、FETで消費する電力をゼロにすることができ、内部損失を抑えることができるものである。
As a result, the operation of the FET is that the drain voltage becomes zero when the drain current is flowing, and conversely the drain current becomes zero when the drain voltage is applied. The power can always be zero.
That is, ideally, the power consumption in the FET can be reduced to zero and the internal loss can be suppressed, assuming that the time waveforms of the FET drain voltage and drain current do not overlap.
更に、上述したF級増幅器とは逆に、基本波周波数で整合、偶数次高調波周波数で開放、奇数次高調波周波数で短絡となる波形が得られる増幅器もある。このような増幅器では、高調波反射回路は偶数次の高調波を反射する。この場合にも、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆にドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるので、同様にドレイン端子とソース端子間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。 Further, contrary to the above-described class F amplifier, there is an amplifier that can obtain a waveform that is matched at the fundamental frequency, opened at the even-order harmonic frequency, and short-circuited at the odd-order harmonic frequency. In such an amplifier, the harmonic reflection circuit reflects even-order harmonics. Also in this case, the drain voltage becomes zero when the drain current is flowing, and conversely, the drain current becomes zero when the drain voltage is applied. It can always be zero.
[ドハティ増幅器及び高調波反射回路を設けたドハティ増幅器:図6]
また、従来の高効率を図る増幅器としては、ドハティ増幅器がある。
更に、ドハティ増幅器に高調波反射回路を用いて一層の高効率を図ることは周知の技術である。
従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の構成について図6を用いて説明する。図6は、従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の構成を示す構成ブロック図である。
図6に示すように、従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器は、入力端子1と、出力端子2と、分配器4と、移相器5と、キャリア増幅回路6と、ピーク増幅回路7と、伝送線路8と、合成点9と、伝送線路10とから構成されている。
[Doherty amplifier provided with Doherty amplifier and harmonic reflection circuit: FIG. 6]
As a conventional amplifier for achieving high efficiency, there is a Doherty amplifier.
Furthermore, it is a well-known technique to achieve higher efficiency by using a harmonic reflection circuit in the Doherty amplifier.
A configuration of a Doherty amplifier including a conventional harmonic reflection circuit will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a Doherty amplifier having a conventional harmonic reflection circuit.
As shown in FIG. 6, a conventional Doherty amplifier including a harmonic reflection circuit includes an
更に、キャリア増幅回路6は、入力整合回路61と、FET62と、出力整合回路63と、高調波反射回路64とから構成され、ピーク増幅回路7は、入力整合回路71と、FET72と、出力整合回路73と、高調波反射回路74とから構成されている。尚、高調波反射回路をキャリア増幅回路のみに設けたものもある。
Further, the
そして、入力端子1から入力された信号は、分配器4で分配され、その一方はキャリア増幅回路6に入力されて、FET62で増幅され、出力整合回路63を介して伝送線路8でインピーダンス変換される。高調波反射回路64は、FET62で発生する高調波を反射して、キャリア増幅回路6の効率を向上させる。
The signal input from the
分配器4で分配されたもう一方の信号は、移相器5で位相をキャリア増幅回路6に合わせて調整された後、ピーク増幅回路7に入力され、FET72で増幅されて出力整合回路73でインピーダンス変換されて出力される。高調波反射回路74は、FET72で発生する高調波を反射して、ピーク増幅回路7の効率を向上させる。
The other signal distributed by the
合成点9では伝送線路8からの出力とピーク増幅回路7からの出力が合成され、更に伝送線路10で出力負荷(図示せず)に整合するためインピーダンス変換されて出力端子2から出力され、出力負荷に接続される。
At the
尚、一般的なドハティ増幅器の構成は、図6の構成から高調波反射回路64,74を除いたものである。
ここで、ドハティ増幅器の効率について簡単に説明する。
キャリア増幅回路6のFET62はAB級にバイアスされ、ピーク増幅回路7のFET72はB級又はC級にバイアスされている。そのため、入力レベルが低くFET72が動作しない内はFET62が単独で動作する。そして、FET62が飽和領域に入る、つまりFET62の線形性が崩れ始めると、FET72が動作し始め、FET72の出力が負荷に供給され、FET62と共に負荷を駆動する。これにより、ドハティ増幅器では、出力レベルが最大出力レベルよりも低い場合でも、高い効率が得られるものである。
図6の構成では、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7に高調波反射回路を備えているので、一層の効率改善を図ることができるものである。
The general Doherty amplifier configuration is obtained by removing the
Here, the efficiency of the Doherty amplifier will be briefly described.
The FET 62 of the
In the configuration of FIG. 6, since the
[先行技術文献]
尚、高効率化を図る増幅器に関する先行技術としては、特開2005−204208号公報(特許文献1)がある。
特許文献1には、増幅対象となる基本波信号に対する奇数次の高調波信号を発生させ、当該奇数次の高調波信号を増幅対象となる基本波信号と合成して矩形波信号を生成し、矩形波信号を能動素子により増幅し、当該能動素子の出力端から負荷側を見た場合における奇数次の高調波信号に対するインピーダンスの値を無限大とすると共に、偶数次の高調波信号に対するインピーダンスの値をゼロとするようにして、高効率化を実現できる増幅器が記載されている。
[Prior art documents]
As a prior art related to an amplifier that achieves high efficiency, there is JP-A-2005-204208 (Patent Document 1).
しかしながら、従来のドハティ増幅器に高調波反射回路を組み合わせた増幅器においても、出力レベルが低いと高調波の出力レベルが低下し、効率向上の効果が小さくなるという問題点があった。 However, even in an amplifier in which a harmonic reflection circuit is combined with a conventional Doherty amplifier, there is a problem that when the output level is low, the output level of the harmonic is lowered, and the effect of improving the efficiency is reduced.
尚、上記特許文献1では、奇数次高調波を増幅器入力に注入することは記載されているが、偶数次高周波を注入することは記載されていない。
In addition, although the said
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、従来の高調波反射回路を組み合わせたドハティ増幅器に比べて高い効率が得られる高周波電力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 an object of the present invention is to provide a high-frequency power amplifier that can obtain higher efficiency than a Doherty amplifier combined with a conventional harmonic reflection circuit.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、AB級で動作する第1の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、B級又はC級で動作する第2の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器を有する高周波電力増幅器であって、キャリア増幅回路に、第1の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第1の高調波反射回路を備え、キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の2次高調波を合成して前記キャリア増幅回路に入力することを特徴としている。 The present invention for solving the problems of the above conventional example is a carrier amplifier circuit having a first amplifier element operating in class AB and a peak amplifier circuit having a second amplifier element operating in class B or class C. A high frequency power amplifier having a Doherty amplifier that synthesizes and outputs the outputs of the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit, the carrier amplifier circuit having a second harmonic frequency output from the first amplifier element. A first harmonic reflection circuit for reflecting is provided, and a second harmonic of a fundamental frequency that saturates at a specific level is synthesized with an input signal of a fundamental frequency that is input to the carrier amplification circuit. It is characterized by inputting.
また、本発明は、上記高周波電力増幅器において、ピーク増幅回路に、第2の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第2の高調波反射回路を備え、ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の2次高調波を合成してピーク増幅回路に入力することを特徴としている。 In the high frequency power amplifier according to the present invention, the peak amplification circuit includes a second harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the second amplification element, and is input to the peak amplification circuit. The second harmonic of the fundamental frequency saturated at a specific level is synthesized with the input signal of the fundamental frequency to be input to the peak amplifier circuit.
本発明によれば、キャリア増幅回路に、第1の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第1の高調波反射回路を備え、キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の2次高調波を合成して前記キャリア増幅回路に入力する高周波増幅器としているので、キャリア増幅回路において、2次高調波注入と2次高調波反射による効率改善を図ると共に、高調波発生器を飽和型として、必要以上の2次高調波を出力しないようにして高調波発生器における消費電力を低減することにより、ドハティ増幅器全体の効率を向上させることができる効果がある。 According to the present invention, the carrier amplification circuit includes the first harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the first amplification element, and the fundamental frequency input to the carrier amplification circuit is input. Since the signal is a high-frequency amplifier that synthesizes the second harmonic of the fundamental frequency saturated at a specific level and inputs it to the carrier amplifier circuit, the second harmonic injection and the second harmonic reflection are performed in the carrier amplifier circuit. The efficiency of the Doherty amplifier as a whole is improved by reducing the power consumption of the harmonic generator by reducing the power consumption of the harmonic generator by making the harmonic generator saturated and not outputting more than necessary second harmonics. There is an effect that can.
また、本発明によれば、ピーク増幅回路に、第2の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第2の高調波反射回路を備え、ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の2次高調波を合成してピーク増幅回路に入力する上記高周波電力増幅器としているので、ピーク増幅回路においても高調波注入と高調波反射による効率改善を図り、ドハティ増幅器全体としての効率を一層向上させることができる効果がある。 Further, according to the present invention, the peak amplification circuit includes the second harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the second amplification element, and the fundamental frequency input to the peak amplification circuit. Since the above high-frequency power amplifier that synthesizes the second harmonic of the fundamental frequency that saturates at a specific level with the input signal and inputs it to the peak amplifier circuit, the peak amplifier circuit also uses harmonic injection and harmonic reflection. The efficiency can be improved and the overall efficiency of the Doherty amplifier can be further improved.
[発明の概要]
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高周波電力増幅器は、ドハティ増幅器において、入力信号をキャリア増幅器とピーク増幅器に分配する分配器の前段に、2次高調波を発生する高調波発生器と、当該2次高調波の位相及び振幅を調整するベクトル調整器とを備え、ベクトル調整された高調波をキャリア増幅器及びピーク増幅器の入力信号に合成することによって、高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の高調波出力レベルを増大させ、それに伴って出力の高調波反射レベルを増大させて効率を向上させることができるものである。
[Summary of Invention]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the Doherty amplifier, the high frequency power amplifier according to the embodiment of the present invention includes a harmonic generator that generates a second harmonic before the distributor that distributes an input signal to a carrier amplifier and a peak amplifier, and the secondary generator. A vector adjuster that adjusts the phase and amplitude of the harmonic, and synthesizes the vector-adjusted harmonic into the input signal of the carrier amplifier and the peak amplifier, thereby generating the harmonic output of the Doherty amplifier with the harmonic reflection circuit. The level can be increased, and accordingly, the harmonic reflection level of the output can be increased to improve the efficiency.
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、高調波発生回路を備えた上記ドハティ増幅器において、高調波発生回路の高調波発生器を飽和型として、高調波の出力レベルを必要十分なレベルに抑え、高調波発生器の消費電力を低減させて、一層の効率向上を図ることができるものである。 The high-frequency power amplifier according to the embodiment of the present invention is the above-described Doherty amplifier including a harmonic generation circuit, wherein the harmonic generator of the harmonic generation circuit is a saturated type, and the output level of the harmonic is necessary and sufficient. The efficiency can be further improved by reducing the power consumption of the harmonic generator to a level.
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、キャリア増幅回路に、第1の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第1の高調波反射回路を備え、ドハティ増幅器の入力段に、基本波周波数の入力信号を分配する第1の分配器と、第1の分配器で分配された一方の基本波信号から特定のレベルで飽和する出力特性を備えた2次高調波を発生する飽和型高調波発生器と、飽和型高調波発生器で発生する2次高調波の位相及び振幅を調整する調整器と、位相及び振幅が調整された2次高調波と、第1の分配器で分配された他方の基本波信号とを合成してキャリア増幅回路に出力する第1の合成器とを備えた高周波増幅器としている。 In addition, the high-frequency power amplifier according to the embodiment of the present invention includes a first harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the first amplification element in the carrier amplification circuit, and the Doherty amplifier A first distributor that distributes an input signal having a fundamental frequency to an input stage, and a second harmonic that has an output characteristic that saturates at a specific level from one of the fundamental signals distributed by the first distributor. A saturation harmonic generator for generating the second harmonic, a regulator for adjusting the phase and amplitude of the second harmonic generated by the saturation harmonic generator, a second harmonic having the phase and amplitude adjusted, And a first synthesizer that synthesizes the other fundamental wave signal distributed by the distributor and outputs it to the carrier amplifier circuit.
[第1の実施の形態:図1]
本発明の第1の実施の形態に係る高周波電力増幅器について図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る高周波電力増幅器(第1の増幅器)の構成ブロック図である。
図1に示すように、第1の増幅器は、ドハティ増幅器において、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7に2次高調波を反射する高調波反射回路を備え、ドハティ増幅器の前段に、入力信号に2次高調波を注入する高調波発生回路3を設けた構成である。
[First Embodiment: FIG. 1]
A high-frequency power amplifier according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency power amplifier (first amplifier) according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in the Doherty amplifier, the first amplifier includes a harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic in the
具体的には、第1の増幅器は、入力端子1と、高調波発生回路3と、分配器4と、移相器5と、キャリア増幅回路6と、ピーク増幅回路7と、伝送線路8及び10と、合成点9とから構成されている。つまり、第1の増幅器は、図6に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器に、高調波発生回路3を備えた構成である。図6に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器と同様であるため、説明は省略する。
Specifically, the first amplifier includes an
ここで、増幅器20は、図6に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器である。キャリア増幅回路及びピーク増幅回路に設けられた高調波反射回路は、基本波に影響を与えず、2次高調波を反射するインピーダンス特性を有するものである。尚、高調波反射回路は、各出力整合回路の前に設けてもよい。
Here, the
[高調波発生回路3の構成:図2]
第1の増幅器の特徴である高調波発生回路3の構成について図2を用いて説明する。図2は、高調波発生回路3の構成ブロック図である。
図2に示すように、第1の増幅器の高調波発生回路3は、増幅器20の入力に注入する高調波を発生する回路であり、分配器31と、遅延線35と、2次高調波発生器32と、可変移相器33と、可変減衰器34と、合成器36とから構成され、増幅器20に接続されている。
[Configuration of Harmonic Generation Circuit 3: FIG. 2]
The configuration of the
As shown in FIG. 2, the
分配器31は、入力端子1からの入力信号を分配する。
高調波発生器32は、高調波を発生するものであり、第1の増幅器では2次高調波を発生するものとしている。
The
The
可変移相器33は、高調波発生器32で発生した2次高調波の位相を調整する。
可変減衰器34は、高調波発生器32で発生した2次高調波の振幅を調整する。
尚、可変移相器33及び可変減衰器34から成る部分は、発生した2次高調波のベクトル調整を行うベクトル調整器に相当し、可変移相器33、可変減衰器34、高調波発生器32の配列順が変わっても構わない。
The
The
The portion composed of the
可変移相器33及び可変減衰器34では、高調波発生器32で発生した2次高調波の位相及び振幅を、増幅器20で発生する2次高調波の位相及び振幅との関係が最適となるよう調整すると共に、基本波と2次高調波との位相のずれ及び振幅レベルの比が最適となるよう調整するものである。
In the
遅延線35は、高調波発生器32、可変移相器33、可変減衰器34における処理時間分、分配器31からの入力信号(基本波)を遅延する。
そして、合成器36は、遅延された基本波信号と、可変減衰器34から出力された位相及び振幅が調整された2次高調波とを合成して、増幅器20に出力する。
The
Then, the
このように、高調波発生回路3は、構成の簡単なアナログ回路から成り、基本波と2次高調波との位相のずれ及び必要な振幅レベルの比を調整するベクトル調整回路を備えているので、増幅器20に必要な高調波の出力レベル及び位相を正確に調整でき、増幅器20における増幅動作を高効率で行うことができるものである。
As described above, the
尚、ここでは、位相を調整する可変移相器33と振幅を調整する可変減衰器34とを用いた構成としているが、高調波発生器32で発生した高調波の位相及び振幅を調整する調整器として位相と振幅が調整できればよく、同等の機能があればどのような方法を用いてもよい。
Here, the
特に、第1の増幅器では、発生する高調波の中でもレベルが高い2次高調波に着目して、増幅器の入力に2次高調波を注入した上、出力では高調波反射回路で無駄なく2次高調波を反射させる構成としているので、効率向上の効果が大きくなるものである。 In particular, in the first amplifier, paying attention to the second-order harmonic having a high level among the generated harmonics, the second-order harmonic is injected into the input of the amplifier, and the second-order harmonic is efficiently output by the harmonic reflection circuit. Since the harmonics are reflected, the effect of improving the efficiency is increased.
[高調波発生器32の構成]
高調波発生回路3の、高調波発生器32の構成について簡単に説明する。
高調波発生器は、入力端子と、入力整合回路と、ダイオードと、出力整合回路と、出力端子とが直列に接続された構成である。そして、ダイオードは入力端子から入力された基本波を用いて2次高調波を発生する。入力整合回路は、入力される信号を無駄なく伝達するために基本波に整合されたインピーダンス変換回路であり、出力整合回路は、ダイオードから発生する2次高調波をできるだけ無駄なく出力するために、2次高調波に整合されたインピーダンス変換回路である。
尚、ここではダイオードを用いた場合の構成について説明したが、増幅素子を用いて構成することも可能であり、2次高調波を発生するのであれば別の方法を用いてもよい。
[Configuration of Harmonic Generator 32]
The configuration of the
The harmonic generator has a configuration in which an input terminal, an input matching circuit, a diode, an output matching circuit, and an output terminal are connected in series. The diode generates a second harmonic using the fundamental wave input from the input terminal. The input matching circuit is an impedance conversion circuit that is matched to the fundamental wave in order to transmit the input signal without waste. The output matching circuit outputs the second harmonic generated from the diode as efficiently as possible. It is an impedance conversion circuit matched to the second harmonic.
Although the configuration in the case of using a diode has been described here, it can also be configured by using an amplifying element, and another method may be used as long as second harmonics are generated.
[第1の増幅器の動作]
第1の増幅器の動作について図1及び図2を用いて説明する。
第1の増幅器では、図1の入力端子1から入力された基本波信号は、高調波発生回路3に入力され、図2の高調波発生回路3の分配器31で分配され、その一方の基本波信号は高調波発生器32に入力されて、基本波周波数の2倍の周波数を有する2次高調波が生成される。
発生した2次高調波は、可変移相器33で位相調整され、可変減衰器34で振幅調整されて、合成器36に入力される。
[Operation of the first amplifier]
The operation of the first amplifier will be described with reference to FIGS.
In the first amplifier, the fundamental wave signal inputted from the
The generated second harmonic is phase-adjusted by the
高調波発生器3の分配器31で分配されたもう一方の基本波信号は、遅延線35で遅延されて合成器36に入力され、合成器36において、ベクトル調整された2次高調波と合成され、図1のドハティ増幅器の分配器4に出力される。
そして、キャリア増幅器6に入力された信号は増幅されて伝送線路8を介して合成点9に出力され、移相器5を経てピーク増幅器7に入力された信号は増幅されて合成点9に出力され、合成点9において合成後、伝送線路10を経て出力端子から出力される。
The other fundamental wave signal distributed by the
The signal input to the
すなわち、第1の増幅器では、ドハティ増幅器のキャリア増幅回路6及びピーク増幅回路7に入力される信号は、2次高調波を多く含むものであるから2次高調波の出力レベルが増大し、キャリア増幅器6及びピーク増幅器7の、高調波反射回路64,74によってFET62,72に反射される2次高調波反射レベルを一層大きくすることができ、電圧電流波形の重なりを減らして、電力効率を向上させることができるものである。
That is, in the first amplifier, the signal input to the
[第1の実施の形態の効果]
第1の実施の形態に係る高周波電力増幅器(第1の増幅器)によれば、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7にそれぞれ高調波反射回路64,74を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、2次高調波を発生する高調波発生器32と、発生した2次高調波の位相を調整する可変移相器33と、2次高調波の振幅を調整する可変減衰器34とを備え、基本波信号に2次高調波を注入した合成信号をドハティ増幅器の入力信号とすることでFETの高調波出力レベルを増大させ、高調波反射回路64,74における2次高調波の反射レベルを増大させて、電圧電流波形の重なりを低減し、電力効率を向上させることができる効果がある。
[Effect of the first embodiment]
According to the high frequency power amplifier (first amplifier) according to the first embodiment, in the Doherty amplifier in which the
また、高調波発生回路3の可変移相器33と可変減衰器34とを調整することにより、高調波発生回路3で基本波に注入される2次高調波の位相及び振幅を、ドハティ増幅器で発生する2次高調波の位相及び振幅と最適な関係となるよう調整することができ、簡易な構成で一層効率を向上させることができる効果がある。
Further, by adjusting the
また、従来は、2次高調波の位相及び振幅を調整するには、高調波反射回路を調整しなければならず、それと共に出力整合回路も調整する必要があり、基本波整合と2次高調波整合を同時に合わせることは困難であったが、第2の増幅器によれば、入力信号に2次高調波を加え、且つ可変移相器33及び可変減衰器34で2次高調波の位相及び振幅を調整することにより、基本波と2次高調波の整合を同時に合わせることが容易になる効果がある。
Conventionally, in order to adjust the phase and amplitude of the second harmonic, the harmonic reflection circuit must be adjusted, and the output matching circuit must also be adjusted together with the fundamental matching and the second harmonic. Although it is difficult to match the wave matching at the same time, according to the second amplifier, the second harmonic is added to the input signal, and the phase of the second harmonic is changed by the
[高調波発生器における効率:図3]
上記第1の増幅器は、高調波を注入することにより、主増幅器であるドハティ増幅器の効率を向上させるものであるが、高調波発生回路での効率が低ければ、装置全体としての効率が低下してしまう。
そこで、ドハティ増幅器の更なる効率向上を図るため、高調波発生回路の効率を向上させることが考えられる。
[Efficiency in harmonic generator: Fig. 3]
The first amplifier improves the efficiency of the Doherty amplifier, which is the main amplifier, by injecting harmonics. However, if the efficiency of the harmonic generation circuit is low, the efficiency of the entire device decreases. End up.
Therefore, in order to further improve the efficiency of the Doherty amplifier, it is conceivable to improve the efficiency of the harmonic generation circuit.
図3に、高調波発生回路における入出力−消費電力特性を示す。図3は、高調波発生回路における入出力−消費電力特性を示す模式説明図であり、(a)は一般的な2次高調波発生器、(b)は飽和型2次高調波発生器における特性である。図3では、実線は出力レベル、点線は消費電力を模式的に示しており、図中の矢印等は、出力レベルは左側の縦軸を、消費電力は右側の縦軸を参照することを示す。
図3(a)に示すように、一般的な2次高調波発生器では、最大出力を大きくすると、バックオフをとったレベル(入力電力が低いところ)では、出力レベルに対する消費電力が非常に大きく、効率が低い。効率を考慮すると、できるだけバックオフが低い(飽和に近い)ところで使用することが望ましい。
FIG. 3 shows input / output power consumption characteristics in the harmonic generation circuit. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing input / output-power consumption characteristics in the harmonic generation circuit, where (a) is a general second harmonic generator, and (b) is a saturated second harmonic generator. It is a characteristic. In FIG. 3, the solid line schematically shows the output level, and the dotted line schematically shows the power consumption. The arrows in the figure indicate that the output level refers to the left vertical axis, and the power consumption refers to the right vertical axis. .
As shown in FIG. 3 (a), in a general second-order harmonic generator, when the maximum output is increased, the power consumption with respect to the output level is very high at the backoff level (where the input power is low). Big and low efficiency. In consideration of efficiency, it is desirable to use the device where the back-off is as low as possible (close to saturation).
一方、図3(b)に示すように、最大出力レベルが低く、低い入力レベルで飽和に達する特性を有する飽和型の2次高調波発生器を用いた場合、出力レベルに対する消費電力が小さく、低入力レベルであっても十分良好な効率が得られる。
そこで、2次高調波発生回路に、最大出力レベルが必要十分なレベルとなる(必要以上に大きくならない)飽和型2次高調波発生器を用いることにより、一層の効率改善を図ることができるものである。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a saturation type second harmonic generator having a characteristic that the maximum output level is low and reaches saturation at a low input level is used, the power consumption for the output level is small, A sufficiently good efficiency can be obtained even at a low input level.
Therefore, further improvement in efficiency can be achieved by using a saturation type second harmonic generator in which the maximum output level is a necessary and sufficient level (not larger than necessary) in the second harmonic generation circuit. It is.
[第2の実施の形態:図4]
本発明の第2の実施の形態に係る高周波電力増幅器について図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態に係る高周波電力増幅器(第2の増幅器)の構成ブロック図である。
第2の増幅器は、高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の入力段に、高調波発生回路を備えて、ピーク増幅回路に高調波を注入するものであり、更に、高調波発生回路の高調波発生器として、上述した飽和型の2次高調波発生器を備えたものである。
[Second Embodiment: FIG. 4]
A high-frequency power amplifier according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a high-frequency power amplifier (second amplifier) according to the second embodiment of the present invention.
The second amplifier includes a harmonic generation circuit at the input stage of the Doherty amplifier including the harmonic reflection circuit, and injects harmonics into the peak amplification circuit, and further includes harmonics of the harmonic generation circuit. As the generator, the above-described saturation type second harmonic generator is provided.
図4に示すように、第2の増幅器は、入力端子1と、高調波発生回路3と、分配器4と、移相器5と、合成器65と、キャリア増幅回路6と、ピーク増幅回路7と、伝送線路8及び10と、合成点9とから構成されている。
尚、分配器4は請求項における第1の分配器に相当し、合成器65は請求項における第1の合成器に相当している。
As shown in FIG. 4, the second amplifier includes an
The
キャリア増幅回路6の構成は第1の増幅器と同様であり、2次高調波を反射する高調波反射回路64を備えている。尚、高調波反射回路64は、請求項における第1の高調波反射回路に相当している。
ピーク増幅回路7は、一般的な従来のドハティ増幅器のピーク増幅回路と同じ構成であり、高調波反射回路は設けられていない。
The configuration of the
The
また、高調波発生回路3から出力される2次高調波は、合成点65で基本波と合成されてキャリア増幅回路6に入力されるようになっている。
The second harmonic output from the
[高調波発生回路3:図4]
第2の増幅器の特徴部分である高調波発生回路3について具体的に説明する。
図4に示すように、第2の増幅器の高調波発生回路3は、分配器31と、遅延線35と、可変減衰器34と、飽和型2次高調波発生器37と、可変減衰器33とから構成される。
分配器31は、入力端子1からの入力信号を分配する。
飽和型2次高調波発生器37は、2次高調波の最大出力が、ドハティ増幅器の効率を向上させるのに必要十分なレベルで、低入力レベルで飽和する特性を備えた素子から成る高調波発生器である。
[Harmonic wave generation circuit 3: FIG. 4]
The
As shown in FIG. 4, the
The
The saturation type second harmonic generator 37 is a harmonic consisting of an element having a characteristic that the maximum output of the second harmonic is saturated at a low input level at a level sufficient to improve the efficiency of the Doherty amplifier. Generator.
飽和型2次高調波発生器37の基本的な構成は、第1の増幅器の高調波発生器32とほぼ同じであり、入力端子と、入力整合回路と、FETと、出力整合回路と、出力端子とが直列に接続された構成である。そして、FETは、入力端子から入力された基本波を入力して2次高調波を発生する。
つまり、飽和型2次高調波発生器37では、特定の出力レベルで飽和して必要以上の2次高調波出力が出ないようなFET素子を選択しており、第1の増幅器の高調波発生器に比べて消費電力が低減されている。
The basic configuration of the saturation type second harmonic generator 37 is almost the same as the
In other words, in the saturation type second harmonic generator 37, an FET element that is saturated at a specific output level and does not output a second harmonic output more than necessary is selected, and the first amplifier generates harmonics. Power consumption is reduced compared to the device.
第2の増幅器では、キャリア増幅器(キャリア増幅回路6のFET62)が飽和し始めるレベルにおいて、すなわち、キャリア増幅回路とピーク増幅器(ピーク増幅回路7のFET72)の最大出力レベルが同一であれば、ドハティ増幅器出力の6dBバックオフ点付近において最適となる2次高調波レベル付近で飽和させることにより、高調波発生器での消費電力を低く抑えることができ、装置全体の効率を上げるようにしている。
つまり、第2の増幅器の高調波発生器は、低い入力レベルで飽和するため、低い入力レベルから飽和領域で用いることができ、電力変換効率がよく、全体の効率を大幅に向上させることができるものである。
In the second amplifier, if the carrier amplifier (
That is, since the harmonic generator of the second amplifier saturates at a low input level, it can be used in a saturation region from a low input level, the power conversion efficiency is good, and the overall efficiency can be greatly improved. Is.
可変減衰器34は、高調波発生回路3からキャリア増幅回路6に注入される2次高調波の最適レベルを調整する。また、2次高調波の最大レベルは、飽和型2次高調波発生器37の飽和を決定する電源電圧で調整する。
可変位相器33は、飽和型2次高調波発生器37から出力される2次高調波の位相を調整する。
尚、可変位相器33は、飽和型2次高調波発生器37の前段に設けても構わない。また、可変減衰器34は、可変量が小さい場合には飽和型2次高調波発生器37の後段であってもよい。
The
The
Note that the
[第2の増幅器の動作:図4]
第2の増幅器の動作について図4を用いて説明する。
第2の増幅器では、入力端子1から入力された基本波信号は、高調波発生回路3に入力され、分配器31で分配され、その一方の基本波信号は、可変減衰器34で最適レベルの調整が行われ、飽和型2次高調波発生器37に入力されて、基本波周波数の2倍の周波数の2次高調波が生成され、可変位相器33で位相が調整されて、合成器65に入力される。
高調波発生回路3は、キャリア増幅回路6の入力に注入された際に必要十分なレベルの2次高調波を発生し、必要以上に高レベルとならないよう、飽和型2次高調波発生回路37を用い、電源電圧などで調整する。
[Operation of Second Amplifier: FIG. 4]
The operation of the second amplifier will be described with reference to FIG.
In the second amplifier, the fundamental wave signal input from the
The
分配器31で分配されたもう一方の基本波信号は、遅延線35で遅延されて位相が遅らされ、分配器4でキャリア増幅器6側とピーク増幅器7側に分岐される。
キャリア増幅器6側に分配された基本波信号は、合成器36に入力されて、合成器36で、ベクトル調整された2次高調波と合成され、合成信号はキャリア増幅回路6に入力される。
The other fundamental wave signal distributed by the
The fundamental wave signal distributed to the
一方、分配器4でピーク増幅器7側に分配された信号は、移相器5で位相調整され、ピーク増幅器7で増幅されて合成点9に出力される。
キャリア増幅器6に入力された信号は増幅されて伝送線路8を介して合成点9に出力され、合成点9においてピーク増幅器7から出力された信号と合成後、伝送線路10を経て出力端子2から出力される。
On the other hand, the signal distributed to the
The signal input to the
つまり、キャリア増幅回路6に入力される合成信号中には2次高調波が含まれるため、キャリア増幅回路6のFET62のドレイン端子において発生する2次高調波は従来よりも高レベルとなり、高調波反射回路64によって反射される2次高調波反射レベルを一層大きくすることができ、電圧電流波形の重なりを減らして、電力効率を向上させることができるものである。
That is, since the second harmonic is included in the composite signal input to the
[第2の実施の形態の効果]
第2の実施の形態に係る高周波電力増幅器(第2の増幅器)によれば、キャリア増幅回路6に高調波反射回路64を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、2次高調波を発生する高調波発生回路3を備え、2次高調波をキャリア増幅回路3の入力に注入して、広い入力レベルの範囲で動作するキャリア増幅回路6において2次高調波のレベルを増大させて高調波反射による効率向上を図ると共に、高調波発生回路3が、必要十分なレベルで飽和する飽和型2次高調波発生器37と、可変移相器33と、可変減衰器34とを備えた構成として、2次高調波のレベルを必要十分なレベルで飽和させ、更に最適なレベルとなるよう調整することができ、高調波発生回路3における消費電力を低減して、ドハティ増幅器全体の効率を一層向上させることができる効果がある。
[Effect of the second embodiment]
According to the high frequency power amplifier (second amplifier) according to the second embodiment, in the Doherty amplifier in which the
特に、第2の増幅器では、ドハティ増幅器の最大出力の6dB低下の点付近において効率が良くなるよう、飽和型2次高調波発生器37から出力される2次高調波の飽和レベルを調整しているので、装置全体の効率を向上させることができる効果がある。 In particular, in the second amplifier, the saturation level of the second harmonic output from the saturation type second harmonic generator 37 is adjusted so that the efficiency is improved in the vicinity of the point where the maximum output of the Doherty amplifier is reduced by 6 dB. Therefore, there is an effect that the efficiency of the entire apparatus can be improved.
また、ドハティ増幅器では、ピーク増幅回路7が動作する領域では元々効率が高く、また、ピーク増幅回路7が動作する時間が短いため、ピーク増幅回路7の効率が全体に与える影響はそれほど大きくない。
第2の増幅器では、このことを利用して、キャリア増幅回路6の入力にのみ2次高調波を注入する構成としているので、装置構成を簡略化し、また、2次高調波の注入に要する電力を一層低減することができ、特にキャリア増幅回路6のみが動作する広い範囲の入力レベル領域において、大幅な効率向上を図ることができる効果がある。
尚、高調波の注入をキャリア増幅回路6のみとした場合に、ピーク増幅回路7に高調波反射回路を備えても構わない。
Further, in the Doherty amplifier, the efficiency is originally high in the region where the
In the second amplifier, the second harmonic is injected only to the input of the
In the case where only the
[第3の実施の形態:図5]
次に、第3の実施の形態に係る高周波増幅器について図5を用いて説明する。図5は、本発明の第3の実施の形態に係る高周波増幅器(第3の増幅器)の構成ブロック図である。
第3の増幅器は、第2の増幅器と同様に、キャリア増幅回路に高調波反射回路を設けて入力に2次高調波を注入すると共に、ピーク増幅回路にも高調波反射回路を設け、ピーク増幅回路の入力に2次高調波を注入するものである。また、高調波発生器を飽和型として、消費電力の低減を図っている。
[Third Embodiment: FIG. 5]
Next, a high frequency amplifier according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a high-frequency amplifier (third amplifier) according to the third embodiment of the present invention.
As with the second amplifier, the third amplifier is provided with a harmonic reflection circuit in the carrier amplifier circuit and injects a second harmonic into the input, and a peak reflection circuit is also provided with a harmonic reflection circuit to provide peak amplification. Second harmonics are injected into the circuit input. In addition, the harmonic generator is a saturated type to reduce power consumption.
図5に示すように、第3の増幅器は、図4に示した第2の増幅器の構成に加えて、分配器38と、合成器75と、高調波反射回路74とを備えたものである。他の部分は第2の増幅器と同様であるため説明を省略する。
尚、分配器38は請求項における第2の分配器に相当し、合成器75は請求項における第2の合成器に相当し、高調波反射回路74は請求項における第2の高調波反射回路に相当している。
As shown in FIG. 5, the third amplifier includes a
The
分配器38は、飽和型2次高調波発生器37で発生され、位相調整された2次高調波を、キャリア増幅回路6側とピーク増幅回路側とに分配する。
合成器75は、分配器4で分配され、位相調整された基本波信号と、分配器38で分配された2次高調波とを合成し、合成信号をピーク増幅回路7に出力する。
高調波反射回路74は、FET72から出力される2次高調波を反射してピーク増幅回路7の効率を向上させる。
The
The
The
第3の増幅器では、高調波発生回路3で発生された最適レベルの2次高調波は、分配器38で分配され、一方は合成器65で基本波と合成されてキャリア増幅回路6に入力され、他方は合成器75で基本波と合成されてピーク増幅回路7に入力され、それぞれ増幅されて、合成点9で合成されて、伝送線路10を介して出力端子2から出力される。
このようにして第3の増幅器の動作が行われるようになっている。
In the third amplifier, the second-order harmonic of the optimum level generated by the
In this way, the operation of the third amplifier is performed.
[第3の実施の形態の効果]
第3の実施の形態に係る高周波電力増幅器(第3の増幅器)によれば、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7にそれぞれ高調波反射回路64,74を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、2次高調波を発生する高調波発生回路3を備えて、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7の入力に2次高調波を注入して、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7の両方において高調波反射による効率向上を図り、更に、高調波発生回路3が、必要十分なレベルで飽和する飽和型2次高調波発生器37と、可変移相器33と、可変減衰器34とを備えた構成として、2次高調波のレベルを必要十分なレベルで飽和させ、更に2次高調波のレベルが最適となるよう調整することができ、高調波発生回路3における消費電力を低減して、ドハティ増幅器全体の効率を一層向上させることができる効果がある。
[Effect of the third embodiment]
According to the high frequency power amplifier (third amplifier) according to the third embodiment, in the Doherty amplifier in which the
尚、キャリア増幅回路6とピーク増幅回路7の2次高調波の注入量及び位相を変える場合には、移相器や減衰器をそれぞれに対応して設けることも可能である。
In addition, when changing the injection amount and phase of the second harmonic of the
本発明は、電力変換効率を向上させることができる高周波電力増幅器に適している。 The present invention is suitable for a high-frequency power amplifier capable of improving power conversion efficiency.
1…入力端子、 2…出力端子、 3…高調波発生回路、 4…分配器、 5…移相器、 6…キャリア増幅回路、 7…ピーク増幅回路、 8,10…伝送線路、 61,71…入力整合回路、 62,72…FET、 63,73…出力整合回路、 64,74…高調波反射回路、 20…増幅器、 31…分配器、 32…高調波発生器、 33…可変移相器、 34…可変減衰器、 35…遅延線、 36…合成器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
B級又はC級で動作する第2の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、
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して出力するドハティ増幅器を有する高周波電力増幅器であって、
前記キャリア増幅回路に、前記第1の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する第1の高調波反射回路を備え、
前記キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する前記基本波周波数の2次高調波を合成して、前記キャリア増幅回路に入力することを特徴とする高周波電力増幅器。 A carrier amplifier circuit having a first amplifier element operating in class AB;
A peak amplifying circuit having a second amplifying element operating in class B or C,
A high-frequency power amplifier having a Doherty amplifier that combines and outputs the outputs of the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit,
The carrier amplification circuit includes a first harmonic reflection circuit that reflects a second harmonic frequency output from the first amplification element,
A high frequency power characterized in that a second harmonic of the fundamental frequency that saturates at a specific level is synthesized with an input signal of the fundamental frequency input to the carrier amplifier circuit and input to the carrier amplifier circuit. amplifier.
前記ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する前記基本波周波数の2次高調波を合成して、前記ピーク増幅回路に入力することを特徴とする請求項1記載の高周波電力増幅器。 The peak amplification circuit includes a second harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the second amplification element;
The second harmonic of the fundamental frequency that saturates at a specific level is synthesized with an input signal of the fundamental frequency that is input to the peak amplifier circuit, and is input to the peak amplifier circuit. The high frequency power amplifier according to 1.
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