JP2011120142A - 高周波電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い出力電力レベル範囲で高い電力効率を得る高周波電力増幅装置を提供する。
【解決手段】振幅、位相変調された変調信号の振幅成分を増幅しエンベロープ信号を発生するエンベロープ増幅部１、変調信号に所定の位相遅延を加え出力する遅延時間補正手段５、遅延時間補正手段からの変調信号を入力し通常、電源としてエンベロープ増幅部の出力が接続されエンベロープ信号で振幅変調を行う出力端子に接続された最終段増幅器６ａ及び固定電圧電源ＤＣが接続された少なくとも１つの前段の増幅器６ｂ，６ｃを設けた多段増幅部６、多段増幅部における変調信号の経路を切り替える変調信号経路切替手段７、増幅される変調信号の出力電力に従い多段増幅部の所定の電力効率未満となる増幅器の１つ前段の増幅器の出力を変調信号経路切替手段により出力端子に接続する共に所定の電力効率未満となる増幅器を含む後段の増幅器をオフさせる制御手段Ｃを有す。
【選択図】図１

Description

この発明は、振幅と位相が変調された信号を増幅する高周波電力増幅装置に関するものである。

近年の通信のブロードバンド化に伴い、変調信号として直交振幅変調(QAM)信号を用い、直交周波数分割多重(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)した変調信号を使った通信方式が多く用いられている。OFDM信号は、平均電力と瞬時最大電力の比であるPAPR(Peak to Average Power Ratio)が大きく、送信電力増幅器は、瞬時的に出力電力が大きくなるサブキャリア信号も線形に増幅するために、大きな飽和電力が必要となる。

通常の送信電力増幅器は、飽和電力付近で効率が最大となり、バックオフが大きくなるに従って、効率は低下する。従って、OFDM信号のようにPAPRが大きい信号を増幅する場合、線形性を確保するために大きな飽和電力が必要となり、平均的な効率が低下する。

バックオフの大きな領域での効率を改善する方法として従来、エンベロープトラッキング(ET：Envelope Tracking)方式が提案されている(例えば非特許文献１参照)。従来のエンベロープトラッキング方式では、送信する変調信号を増幅する増幅器の電源を、送信する該変調信号の振幅成分のみをエンベロープ増幅部で増幅したエンベロープ信号で変調させることで、増幅器をエンベロープ信号に応じて常に最小のバックオフで動作させ、高効率の動作を実現させている。

Feipeng Wang et al.;"Design of Wide-Bandwidth Envelope-Tracking Power Amplifiers for OFDM Applications"、IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、VOL.53、NO.4、April 2005

しかしながら、上述のような従来のエンベロープトラッキング方式の高周波電力増幅装置の場合には、高い電力効率が得られる出力電力レベルの範囲が狭いという課題があった。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、出力電力レベルの広い範囲において、高い電力効率を得ることができる高周波電力増幅装置を提供することを目的とする。

この発明は、振幅成分と位相成分が変調された変調信号を増幅する高周波電力増幅装置であって、変調信号の振幅成分を増幅したエンベロープ信号を発生するエンベロープ増幅部と、前記変調信号に所定の位相遅延時間量を加えて出力する遅延時間補正手段と、前記遅延時間補正手段からの変調信号を入力とし、通常、電源として前記エンベロープ増幅部の出力が接続されエンベロープ信号で振幅変調を行う、出力端子に接続された最終段増幅器および固定電圧電源が接続された少なくとも１つの直列接続された前段の増幅器を設けた多段高周波電力増幅部と、前記多段高周波電力増幅部における変調信号の経路を切り替える変調信号経路切替手段と、増幅される変調信号の出力電力に従い、前記多段高周波電力増幅部の所定の電力効率未満となる増幅器の１つ前段の増幅器の出力を前記変調信号経路切替手段により出力端子に接続する共に、所定の電力効率未満となる前記増幅器を含む後段の増幅器をオフさせる制御を行う制御手段と、からなることを特徴とする高周波電力増幅装置にある。

この発明では、出力電力レベルの広い範囲において、高い電力効率を得ることができる高周波電力増幅装置を提供できる。

この発明の実施の形態１による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における出力電力レベルの範囲を拡大した動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における出力電力レベルの範囲を更に拡大した動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２における出力電力レベルの範囲を拡大した動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における出力電力レベルの範囲を更に拡大した動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。 従来の高周波電力増幅装置の動作を説明するための図である。

以下、この発明による高周波電力増幅装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。図１において増幅して送信する変調信号は遅延時間可変の遅延時間補正手段５を介して、最終段増幅器６ａと最終段の前段の増幅器６ｂと最終段の前々段の増幅器６ｃを設けた多段高周波電力増幅部(多段増幅部)６に入力され、多段増幅部６の出力端子１０から出力される。エンベロープ増幅部１には変調信号の振幅成分のみが入力され、エンベロープ増幅部１内でパルス変調手段２、振幅増幅手段３、ローパスフィルタ４を介して、その出力は最終段増幅器６ａに電源として入力される。

また高周波電力増幅装置は、最終段の前段の増幅器６ｂおよび最終段の前々段の増幅器６ｃの出力をそれぞれ出力端子１０に接続する多段増幅部６内の変調信号経路切替え用のスイッチ７ａ，７ｂ、最終段の前段の増幅器６ｂおよび最終段の前々段の増幅器６ｃに電源として直流の固定電圧電源ＤＣ、グランド(電源電圧を０Ｖまたは基準電圧にする)をそれぞれ接続する電源経路切替え用のスイッチ８およびスイッチ９をさらに備える。制御手段Ｃは、増幅しようとする変調信号レベルに従い、多段増幅部６において電力効率のよい増幅器の出力に切り替えるために、変調信号経路切替え用および電源経路切替え用の各スイッチ７ａ，７ｂ，８，９の開閉切り替え制御、エンベロープ増幅部１や多段増幅部６の各増幅器６ａ〜６ｃの出力制御(出力を０Ｖにする制御等)、遅延時間補正手段５の遅延時間の設定制御、等を含む、高周波電力増幅装置の全体の制御を行い、例えばメモリを含むコンピュータ、または、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）で構成されている。なお、スイッチ７ａ，７ｂが変調信号経路切替手段、スイッチ８，９が電源経路切替手段を構成する。

図２はこの実施の形態による高周波電力増幅装置の動作を説明するための図である。図２において、１１は最終段増幅器６ａの電源電圧をパラメータとしたときの出力電力(Ｐout[ｄＢｍ])と電力効率(ＥＤ[％])の関係、１２は最終段の前段の増幅器６ｂの固定電圧電源ＤＣの電源電圧(Ｖｃ)を４Ｖに設定したときの出力電力／電力効率の関係、１３(１２も含む電力効率４５％以上の領域の線)はこの発明による電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係を示す。多段増幅部６の各増幅器は出力側に近い程、出力電力Ｐoutが高い領域で高い電力効率ＥＤを有する。

次に動作について説明する。例えば、QPSK-OFDM(四位相偏移／直交周波数分割多重)変調信号のように振幅成分と位相成分を変調する信号であり、瞬時的に電力が大きく変動する変調信号を扱う送受信機において、ベースバンド信号発生部、または、変調信号発生部で生成された変調信号のうち、振幅成分のみを取り出してエンベロープ増幅部１で増幅する。遅延時間補正手段５には変調信号が入力される。

エンベロープ増幅部１では、入力された振幅成分を高効率に増幅するため、例えば、パルス幅変調器、またはデルタ変調器で構成されたパルス変調手段２によりパルス変調信号に変換し、例えばＤ級アンプなどで構成された振幅増幅手段３で高効率にスイッチング増幅したのち、ローパスフィルタ４により不要な高調波成分を除去する。ローパスフィルタ４は例えば、２次または４次のバターワースフィルタが用いられる。

多段増幅部６で増幅される変調信号とエンベロープ増幅部１で増幅される振幅成分の信号の位相を一致させるために、変調信号は予め設定された遅延時間分だけ、または制御手段Ｃの制御による遅延時間分だけ遅延時間補正手段５で遅延時間が調整されたのち、多段増幅部６に入力される。多段増幅部６は、少なくとも２段以上の増幅器で構成されており、最終段の前段以前の少なくとも１段以上の増幅器６ｂ，６ｃは、図１に示しように電源経路切替用のスイッチ８が「閉」、スイッチ９が「開」で電圧値が一定の固定電圧電源ＤＣの電圧が印加されている。

最終段増幅器６ａは、エンベロープ増幅部１で生成されたエンベロープ信号(振幅増幅信号)が電源電圧として印加される。この結果、最終段増幅器６ａは、エンベロープ信号に応じて常に最小のバックオフで動作することとなり、高い効率で動作することができる。

図２において、最終段増幅器６ａの電源電圧制御したときに、例えば破線で示す電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２９ｄＢｍである。図１０は従来の１つの増幅器の電源電圧をエンベロープ信号で制御したときの電力効率を示し、５０６は電源電圧を０．７〜４．０Ｖの範囲で変化させたときの出力電力／電力効率の関係、５０７が各電源電圧において効率が最大となる出力電力と電力効率の関係を示した図である。図１０の電力効率４５％以上の部分が図２の電力効率４５％以上の右側の傾斜部分に当たる。

図２において、最終段の前段の増幅器６ｂの電源電圧を例えば４Ｖとした場合の出力電力／電力効率の関係は１２で示すものである。制御手段Ｃは、例えば図２に示したような該高周波電力増幅装置の多段増幅部の各増幅器の出力電力／電力効率特性情報をメモリに予め格納しておく。そして増幅しようとする変調信号の出力電力値を示す出力レベル指示信号Ｌ(図１参照)が入力されると、出力電力／電力効率特性情報を参照し、上記出力レベル指示信号Ｌによる増幅を行った場合に所定の電力効率未満となる増幅器があった場合には、多段増幅部６の上記所定の電力効率未満にはならない該増幅器の１つ前段の増幅器の出力を出力端子１０に接続する共に、所定の電力効率未満となる増幅器から後段の増幅器をオフさせる制御を行う、増幅器の切り替え制御を行う。

例えば、出力電力(出力レベル指示信号Ｌ)が２９ｄＢｍ以下のときに、制御手段Ｃの制御により変調信号経路切替え用のスイッチ７ａを「閉」とすることにより変調信号の経路を切り替え、最終段の前段の増幅器６ｂの出力を出力端子１０に接続して出力することで、電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係は１２で示すものとなり、電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２８ｄＢｍとなり、電力効率４５％以上が得られる出力電力レベルの範囲が拡大する。

この時、制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段増幅器６ａのゲート、またはベース電圧がバイアス回路により０Ｖに設定され(それぞれ図示省略)、更に、例えばパルス変調手段２に振幅増幅手段３の出力が０Ｖになるような予め設定された信号を入力ことにより、振幅増幅手段３の出力が０Ｖとなるように制御することで、エンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号が０Ｖとなり、最終段増幅器６ａを完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大するための構成を図１を用いて説明する。

図３は、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大する構成を用いた場合の動作を説明するための図である。１４は最終段の前々段の増幅器６ｃの固定電圧電源ＤＣの電源電圧(Ｖｃ)を４Ｖに設定したときの出力電力／電力効率の関係である。

図３において、最終段の前々段の増幅器６ｃの電源電圧を、例えば４Ｖとした場合の出力電力／電力効率の関係は１４であり、例えば、出力電力(出力レベル指示信号Ｌ)が２８ｄＢｍ以下のときに、変調信号経路切替え用のスイッチ７ｂを「開」から「閉」、スイッチ７ａを「閉」から「開」に切り替えることにより変調信号の経路を切り替え、最終段の前々段の増幅器６ｃの出力を出力端子１０に接続して出力することで、出力電力／電力効率の関係は１４となり、電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２６ｄＢｍとなり、電力効率４５％以上が得られる出力電力レベルの範囲が拡大する。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段の前段の増幅器６ｂもゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、また電源経路切替え用のスイッチ８を「閉」から「開」とし、電源電圧を０Ｖ(グランド)にするための電源経路切替え用のスイッチ９を「開」から「閉」とすることで電源電圧を０Ｖにすることで最終段の前段の増幅器６ｂも完全にオフすることができる。この場合にも、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。図５はこの実施の形態による高周波電力増幅装置の動作を説明するための図である。図５の１５は最終段増幅器６ａの電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係、１６は最終段の前段の増幅器６ｂの電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係を示す。

次に動作について説明する。図４は図１の構成に、エンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号の供給経路を最終段増幅器６ａと最終段の前段の増幅器６ｂとで切り替え、さらに最終段増幅器６ａの電源を０Ｖにする電源経路切替え用のスイッチ８，８ａ、８ｂ，９を設けた構成である。

図５において、最終段増幅器６ａの電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係は１５であり、例えば電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２９ｄＢｍである。また、最終段の前段の増幅器６ｂの電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係は１６であり、例えば電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は２９ｄＢｍから２３ｄＢｍである。例えば、出力電力(出力レベル指示信号Ｌ)が２９ｄＢｍ以下のときに、電源経路切替え用のスイッチ８，８ａ、８ｂ，９によりエンベロープ信号の経路を最終段増幅器６ａの電源から最終段の前段の増幅器６ｂの電源に切り替え、信号経路切替え用のスイッチ７ａの「閉」により変調信号の経路を切り替え、最終段の前段の増幅器６ｂの出力を出力端子１０に接続して出力することで、電源電圧制御を行ったときの出力電力／電力効率の関係は１３(電力効率４５％以上の太線部分)となり、電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２３ｄＢｍとなり、電力効率４５％以上が得られる出力電力レベルの範囲が拡大する。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段増幅器６ａのゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａの電源経路切替え用のスイッチ８ｂを「閉」から「開」、電源電圧を０Ｖにするためのスイッチ９を「開」から「閉」とすることで最終段増幅器６ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａを完全にオフすることができる。なお、スイッチ８は「閉」から「開」、スイッチ８ａは「開」から「閉」に切り替えられる。

高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大するための構成を図４を用いて説明する。

図６は、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大する構成を用いた場合の動作を説明するための図である。図６において、最終段の前々段の増幅器６ｃの電源電圧を、例えば４Ｖとした場合の出力電力／電力効率の関係は１４であり、例えば、出力電力(出力レベル指示信号Ｌ)が２３ｄＢｍ以下のときに、変調信号経路切替え用のスイッチ７ｂを「開」から「閉」、スイッチ７ａを「閉」から「開」に切り替えることにより変調信号の経路を切り替え、最終段の前々段の増幅器６ｃの出力を出力端子１０に接続して出力することで、出力電力／電力効率の関係は１４となり、電力効率４５％以上が得られる出力電力の範囲は３５ｄＢｍから２１ｄＢｍとなり、電力効率４５％以上が得られる出力電力レベルの範囲が拡大する。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段の前段の増幅器６ｂもゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、振幅増幅手段３の出力が０Ｖとなるように制御することで、エンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号が０Ｖとなり、最終段の前段の増幅器６ｂも完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。図７の高周波電力増幅装置の構成は、パルス変調手段２ａと振幅増幅手段３ａとローパスフィルタ４ａからなるエンベロープ増幅部１ａ、およびパルス変調手段２ｂと振幅増幅手段３ｂとローパスフィルタ４ｂからなるエンベロープ増幅部１ｂで生成されるエンベロープ信号を用いて、最終段増幅器６ａと最終段の前段の増幅器６ｂをそれぞれ振幅変調させて増幅動作を行わせる構成である。

次に動作について説明する。実施の形態１で示したように、出力電力(出力レベル指示信号Ｌ)が２９ｄＢｍ以下のときに、変調信号経路切替え用のスイッチ７ａの「閉」により変調信号の経路を切り替え、最終段の前段の増幅器６ｂの出力を出力端子１０に接続して出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段増幅器６ａのゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、振幅増幅手段３ａの出力が０Ｖとなるように制御されることで、エンベロープ増幅部１ａで生成されるエンベロープ信号が０Ｖとなり、最終段増幅器６ａを完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

更に出力電力が低いときには(出力レベル指示信号Ｌのレベルが最終段の前段の増幅器６ｂの出力効率が例えば４５％未満となる例えば２３ｄＢｍ以下の時)、実施の形態１で示したように、変調信号経路切替え用のスイッチ７ａを「閉」から「開」、スイッチ７ｂを「開」から「閉」にすることにより変調信号の経路を切り替え、最終段の前々段の増幅器６ｃの出力を出力端子１０に接続して出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段の前段の増幅器６ｂのゲート、またはベース電圧も０Ｖに設定され、振幅増幅手段３ｂの出力も０Ｖとなるように制御されることで、エンベロープ増幅部１ｂで生成されるエンベロープ信号も０Ｖとなり、最終段増幅器６ａ、最終段の前段の増幅器６ｂを完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。図８では最終段増幅器を、飽和出力電力の高い(例えば飽和出力電力35dBm)最終段増幅器６ａと飽和出力電力の低い（例えば飽和出力電力29dBm）最終段増幅器１７ａを並列に接続した構成である。

次に動作について説明する。実施の形態１で示したように、出力電力が低いときに、例えば電源経路切替え用のスイッチ８ａと９ｂを「開」から「閉」、スイッチ８ｂと９ａを「閉」から「開」に切り替えることにより、エンベロープ信号の経路を飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａから飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａに切り替え、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａの出力を出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段増幅器６ａのゲート、またはベース電圧が０Ｖに設定され、上記最終段増幅器６ａ側の電源電圧を０Ｖにするためのスイッチ９ｂが「閉」とされることで最終段増幅器６ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａを完全にオフすることができる。

更に出力電力が低いときには、実施の形態１で示したように、変調信号経路切替え用のスイッチ７ｂを「閉」にすることにより変調信号の経路を切り替え、最終段の前段の増幅器６ｂの出力を出力端子１０に接続して出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａのゲート、またはベース電圧も０Ｖに設定され、また最終段増幅器１７ａの電源電圧も０Ｖにするために電源経路切替え用のスイッチ８ａを「閉」から「開」、スイッチ９ａを「開」から「閉」に切り替えることで最終段増幅器６ａと１７ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａと１７ａを完全にオフすることができる。

または、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａの電源電圧は、最終段増幅器１７ａのゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、スイッチ８ａ，９ａはそのままとし、振幅増幅手段３の出力が０Ｖとなるように制御することで、エンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号が０Ｖとなり、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａを完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による高周波電力増幅装置の構成を示す図である。図９では、飽和出力電力の高い(例えば飽和出力電力35dBm)最終段増幅器６ａとその前段の増幅器６ｂと、飽和出力電力の低い(例えば飽和出力電力29dBm)最終段増幅器１７ａとその前段の増幅器１７ｂとをそれぞれ並列に接続した構成である。

次に動作について説明する。実施の形態１で示したように、出力電力が低いときに、例えば電源経路切替え用のスイッチ８ａと８ｄと８ｆと９ｂを「開」から「閉」、スイッチ８ｂと８ｃと８ｅと９ａを「閉」から「開」に切り替えることにより、エンベロープ信号の経路を飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａとその前段の増幅器６ｂで構成される側への信号経路から、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａとその前段の増幅器１７ｂで構成される側への信号経路に切り替え、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａとその前段の増幅器１７ｂで構成される側の変調信号経路で増幅して、出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、最終段増幅器６ａとその前段の増幅器６ｂのゲート、またはベース電圧は０Ｖに設定され、上記最終段増幅器６ａ側の電源電圧を０Ｖにするためのスイッチ９ｂが「閉」とされることで最終段増幅器６ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａを完全にオフすることができる。

更に出力電力が低いときには、実施の形態１で示したように、最終段の前々段の増幅器６ｃの経路で信号が出力されるように、変調信号経路切替え用のスイッチ７ｂを「開」から「閉」にし(スイッチ７ａａ，７ａｂは共に「開」)、さらに例えば電源経路切替え用のスイッチ８ｆを「開」、他のスイッチ８ａ〜８ｅ，９ａ，９ｂを全て「閉」とすることにより、前々段の増幅器６ｃの変調信号経路で増幅して、変調信号を出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大することができる。

この時、上記と同様の制御手段Ｃの制御によりさらに、飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａとその前段の増幅器１７ｂもゲート、またはベース電圧が０Ｖに設定され、上記最終段増幅器６ａと１７ａの電源電圧を０Ｖにするための少なくともスイッチ９ａ，９ｂが「閉」とされることで、最終段増幅器６ａと１７ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａと１７ａを完全にオフすることができる。

または、各増幅器６ａ，６ｂ，１７ａ，１７ｂの電源電圧は、ゲート、またはベース電圧が０Ｖに設定されると共に、振幅増幅手段３の出力が０Ｖとなるように制御することで、エンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号が０Ｖとなり、各増幅器を完全にオフすることができる。この結果、エンベロープ信号系から入ってくる雑音レベルを低減することができるので、低出力電力時の雑音を低減することができる。

また、変調信号経路切替え用および電源経路切替え用の各スイッチの切り替えにより、実施の形態２で示したように、飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａまたは飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａをオフし、飽和出力電力が高い最終段の前段の増幅器６ｂまたは飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂの電源にエンベロープ増幅部１で生成されるエンベロープ信号を接続して振幅変調して、変調信号を出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を更に拡大することができる。

また、飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａと飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａの両方の電源にエンベロープ信号を接続して振幅変調して、変調信号を出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を拡大することができる。

また、飽和出力電力の高い最終段の前段の増幅器６ｂと飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂの両方の電源にエンベロープ信号を接続して振幅変調して、変調信号を出力端子１０から出力することで、高い効率が得られる出力電力レベルの範囲を拡大することができる。

この時、飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａと飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａのゲート、またはベース電圧はバイアス回路により０Ｖに設定されており、更に、最終段増幅器６ａと１７ａの電源電圧を０Ｖにするためのスイッチ９をオン状態とすることで最終段増幅器６ａと１７ａの電源電圧は０Ｖに設定され、最終段増幅器６ａと１７ａを完全にオフすることができる。

すなわち、制御手段Ｃは、増幅される変調信号の出力電力に従い、所定の電力効率未満となる増幅器の前段の増幅器の出力を変調信号経路切替え用のスイッチ(７)により出力端子１０に接続すると共に、所定の電力効率未満となる増幅器を含む後段の増幅器をオフさせる制御を行う。

また、制御手段Ｃは、増幅される変調信号の出力電力が飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａまたは飽和出力電力の高い最終段の前段の増幅器６ｂが所定の電力効率未満となるレベルの時に、変調信号経路切替え用のスイッチ(７)により飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａまたは飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂの出力を出力端子１０に接続すると共に、電源経路切替え用のスイッチ(８，９)により飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａまたは飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂに電源としてエンベロープ増幅部１の出力を接続し、さらに飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａまたは飽和出力電力の高い最終段の前段の増幅器６ｂをオフさせる制御を行う。

また、制御手段Ｃは、変調信号経路切替え用のスイッチ(７)により飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａおよび飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａまたは飽和出力電力の高い最終段の前段の増幅器６ｂおよび飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂの出力を出力端子１０に接続すると共に、電源経路切替え用のスイッチ(８，９)により飽和出力電力の高い最終段増幅器６ａおよび飽和出力電力の低い最終段増幅器１７ａまたは飽和出力電力の高い最終段の前段の増幅器６ｂおよび飽和出力電力の低い最終段の前段の増幅器１７ｂに電源としてエンベロープ増幅部１の出力を接続する。

さらに上記各実施の形態に渡り制御手段Ｃは、増幅器を完全にオフさせる制御において、増幅器のゲートまたはベース電圧をバイアス回路により０Ｖに設定し、さらに、該増幅器の電源を電源経路切替え用のスイッチ(８，９)によりグランドする、または該増幅器の電源がエンベロープ増幅部１の出力に接続されていればエンベロープ増幅部１の出力を０Ｖにする制御を行う。

なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

１，１ａ，１ｂ エンベロープ増幅部、２，２ａ，２ｂ パルス変調手段、３，３ａ，３ｂ 振幅増幅手段、４，４ａ，４ｂ ローパスフィルタ、５ 遅延時間補正手段、６ 多段高周波電力増幅部、６ａ〜６ｃ，１７ａ，１７ｂ 増幅器、７ａ，７ａａ，７ａｂ，７ｂ，８ａ〜８ｆ，９ａ，９ｂ スイッチ、１０ 出力端子。

Claims (12)

1. 振幅成分と位相成分が変調された変調信号を増幅する高周波電力増幅装置であって、
   変調信号の振幅成分を増幅したエンベロープ信号を発生するエンベロープ増幅部と、
   前記変調信号に所定の位相遅延時間量を加えて出力する遅延時間補正手段と、
   前記遅延時間補正手段からの変調信号を入力とし、通常、電源として前記エンベロープ増幅部の出力が接続されエンベロープ信号で振幅変調を行う、出力端子に接続された最終段増幅器および固定電圧電源が接続された少なくとも１つの直列接続された前段の増幅器を設けた多段高周波電力増幅部と、
   前記多段高周波電力増幅部における変調信号の経路を切り替える変調信号経路切替手段と、
   増幅される変調信号の出力電力に従い、前記多段高周波電力増幅部の所定の電力効率未満となる増幅器の１つ前段の増幅器の出力を前記変調信号経路切替手段により出力端子に接続する共に、所定の電力効率未満となる前記増幅器を含む後段の増幅器をオフさせる制御を行う制御手段と、
   からなることを特徴とする高周波電力増幅装置。
2. 前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器が所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の最終段増幅器の１つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続する共に前記最終段増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
3. 前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器が前記所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の前記最終段増幅器の２つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続する共に、前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
4. 前記高周波電力多段増幅部における前記最終段増幅器および各前段の増幅器の電源の接続を切り替える電源経路切替手段をさらに備え、
   前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器が所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の最終段増幅器の１つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続すると共に、前記電源経路切替手段により前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器に電源として前記エンベロープ増幅部の出力を接続し、さらに前記最終段増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
5. 前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器が前記所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の前記最終段増幅器の２つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続する共に、前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の高周波電力増幅装置。
6. 前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器に電源として前記固定電圧電源の代わりに接続された追加のエンベロープ増幅部を備え、
   前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器が所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の最終段増幅器の１つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続する共に前記最終段増幅器をオフさせる制御を行い、増幅される変調信号の出力電力が前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器が前記所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記多段高周波電力増幅部の前記最終段増幅器の２つ前段の増幅器の出力を出力端子に接続する共に、前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
7. 前記最終段増幅器として飽和出力電力の高い第１最終段増幅器と飽和出力電力の低い第２最終段増幅器を並列に接続して備え、さらに前記高周波電力多段増幅部における前記最終段増幅器および各前段の増幅器の電源の接続を切り替える電源経路切替手段を備え、
   前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記第１最終段増幅器が前記所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記電源経路切替手段により電源としての前記エンベロープ増幅部の出力を前記第１最終段増幅器から前記第２最終段増幅器に接続切り替えすると共に前記第１最終段増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
8. 前記最終段増幅器および前記最終段増幅器の１つ前段の増幅器として直列接続された飽和出力電力の高い第１最終段増幅器と第１前段増幅器、直列接続された飽和出力電力の低い第２最終段増幅器と第２前段増幅器とを並列に接続して備え、さらに前記高周波電力多段増幅部における前記最終段増幅器および各前段の増幅器の電源の接続を切り替える電源経路切替手段を備え、
   前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記第１最終段増幅器および第１前段増幅器が前記所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記電源経路切替手段により電源としての前記エンベロープ増幅部の出力を前記第１最終段増幅器から前記第２最終段増幅器に接続を切り替え、また前記固定電圧電源を前記第１前段増幅器から第２前段増幅器に接続を切り替え、さらに前記第１最終段増幅器および第１前段増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
9. 前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力に従い、前記所定の電力効率未満となる増幅器の前段の増幅器の出力を前記変調信号経路切替手段により出力端子に接続すると共に、前記所定の電力効率未満となる増幅器を含む後段の増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の高周波電力増幅装置。
10. 前記制御手段が、増幅される変調信号の出力電力が前記第１最終段増幅器または第１前段増幅器が所定の電力効率未満となるレベルの時に、前記変調信号経路切替手段により前記第２最終段増幅器または第２前段増幅器の出力を出力端子に接続すると共に、前記電源経路切替手段により前記第２最終段増幅器または第２前段増幅器に電源として前記エンベロープ増幅部の出力を接続し、さらに前記第１最終段増幅器または第１前段増幅器をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項に記載の高周波電力増幅装置。
11. 前記制御手段が、前記変調信号経路切替手段により前記第１最終段増幅器および前記第２最終段増幅器または第１前段増幅器および第２前段増幅器の出力を出力端子に接続すると共に、前記電源経路切替手段により前記第１最終段増幅器および前記第２最終段増幅器または第１前段増幅器および第２前段増幅器に電源として前記エンベロープ増幅部の出力を接続することを特徴とする請求項７から１０までのいずれか１項に記載の高周波電力増幅装置。
12. 前記制御手段が、増幅器をオフさせる制御において、該増幅器のゲートまたはベース電圧をバイアス回路により０Ｖに設定し、さらに、該増幅器の電源を前記電源経路切替手段によりグランドする、または該増幅器の電源が前記エンベロープ増幅部の出力に接続されていれば前記エンベロープ増幅部に出力を０Ｖにする制御を行うことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の高周波電力増幅装置。

Images