JP2013110660A - 電力増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施例の一側面における電力増幅器は、基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、増幅回路の入力ノードに接続され、入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、増幅回路の出力ノードに接続され、出力信号の高調波処理を行う出力整合回路を含む。増幅回路は、入力信号の電力が所定値より大きい値からその所定値より小さい値に低下したとき、生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させる。
【選択図】図4
Description
以下、第1実施例に係る電力増幅器について説明する。
第1実施例に係る電力増幅器について説明する前に、本願発明者が行った、上述の発振現象に関する実験及び考察について説明する。
図2は、本願発明者が図1に示した電力増幅器100を用いて行った、上述の発振現象に関する実験(以下、実験1と称する)の結果を示す図である。図2は、図1に示したトランジスタ102の入力側と出力側の両方にスタブを形成し、高調波処理回路を設けたF級電力増幅器における発振の一例を示す図である。
上述の実験2の結果により、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離した場合には発振現象が見られなくなることから、トランジスタの入力側と出力側の両方においてスタブ自体が反射器を形成し、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の反射が起こり、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の共振が生じていることが、上述の発振現象の一因であると考えられる。
上述の考察に基づいて、本願発明者はさらに、以下に示す検証実験を行った。
実験1の結果が示すように、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくすることにより発振が生じなくなる点について、本願発明者は、以下に示すように考察した。
さらに、本願発明者は、ゲートバイアス電圧を−2.19Vとした場合に、発振現象が観測されなくなるという実験結果をふまえて、ゲートバイアス電圧をそれぞれ、−2.69V、−2.39V、及び−2.19Vと正電圧方向に大きくした場合において、電力増幅器の入出力特性がどのように変化するかを検証する実験(以下、実験4と称する)を行った。尚、実験4においては、実験3の場合と同様の構成を有する電力増幅器を用いた。
以上説明した実験及び考察に基づいて、本願発明者は以下の(a)〜(d)に示す点に着目した。
(b)ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくした場合に、高調波帯域における発振現象が観測されなくなる点、
(c)ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくしても、電力増幅器の入出力特性の変化が増幅効率に与える影響を許容範囲内に抑えることが可能である点、及び、
(d)トランジスタの信頼性を低下させないためには、ゲートバイアス電圧を増加させないのが好ましい点。
以下に、第1実施例に係る電力増幅器400の構成例を説明する。第1実施例に係る電力増幅器400は、上述した発振抑止方法を実現するための機能及び構成を有し、発振抑止方法を実現するための動作を実行するものである。
図4は第1実施例に係る電力増幅器400の構成の一例を示す図である。図4に示した電力増幅器400は、例えばF級増幅器であり、トランジスタ402、入力整合回路404、出力整合回路406、ゲートバイアス発生回路408、ドレインバイアス発生回路410、電力検出回路412、及びコントローラ414を含む。
図5は、入力整合回路404と出力整合回路406の構成の一例を示す図である。図5に示した入力整合回路404及び出力整合回路406の構成は、電力増幅器400をF級増幅器として動作させるためのものである。
以下、第2実施例に係る電力増幅器について説明する。
以下、第3実施例に係る電力増幅器について説明する。
図4に示した電力増幅器400では、電力検出回路412により入力ノードPinに供給された入力信号の電力(入力電力)を検出することにより、入力電力を監視し、入力電力の値に基づいて、発振が生じる可能性があるか否かを判断している。
図7に示したように、電力増幅器700において、電流検出回路716は、トランジスタ402のドレインに出力整合回路406を介して電気的に接続され、トランジスタ402のドレインに流れるドレイン電流を平均値(平均ドレイン電流)として継続的に検出する。電流検出回路716は、検出されたドレイン電流の平均値を随時、コントローラ714に出力する。電流検出回路716としては例えば、周知の電流計を用いることができる。
以下、第4実施例に係る電力増幅器について説明する。
第1増幅回路部942−1は移相器934から第2入力信号を受けとり、コントローラ914から第1電圧設定情報を受けとる。第1増幅回路部942−1は、電力検出回路912、位相検出回路932、コントローラ914、及びドレインバイアス発生回路910と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第1増幅回路部942−1は、受けとった第2入力信号に対して増幅動作を行い、第1出力信号を合成器924に出力する。
以下、第5実施例に係る電力増幅器について説明する。
(付記1)
基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
(付記2)
前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記1記載の電力増幅器。
(付記3)
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第1閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第2閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記2記載の電力増幅器。
(付記4)
前記第1閾値及び前記第2閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする付記3記載の電力増幅器。
(付記5)
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記2ないし4のいずれか1つに記載の電力増幅器。
(付記6)
前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記1記載の電力増幅器。
(付記7)
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第1閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第2閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記6記載の電力増幅器。
(付記8)
前記第1閾値及び前記第2閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする付記7記載の電力増幅器。
(付記9)
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記6ないし8のいずれか1つ記載の電力増幅器。
(付記10)
前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記1記載の電力増幅器。
(付記11)
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第1閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記10記載の電力増幅器。
(付記12)
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記11記載の電力増幅器。
(付記13)
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記10ないし12のいずれか1つに記載の電力増幅器。
(付記14)
基本波と高調波を含む第1入力信号を受けとり、受けとった前記第1入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第2入力信号及び第3入力信号を生成する分配器と
前記第2入力信号を第1入力ノードで受けとり、前記第2入力信号の電力を増幅することにより第1出力信号を生成し、前記生成された第1出力信号を第1出力ノードから出力する第1増幅回路と、
前記第1増幅回路の第1入力ノードに接続され、前記第2入力信号の高調波処理を行う第1入力整合回路と、
前記第1増幅回路の第1出力ノードに接続され、前記第1出力信号の高調波処理を行う第1出力整合回路と、
前記第3入力信号を第2入力ノードで受けとり、前記第3入力信号の電力を増幅することにより第2出力信号を生成し、前記生成された第2出力信号を第2出力ノードから出力する第2増幅回路と、
前記第1増幅回路の第2入力ノードに接続され、前記第2入力信号の高調波処理を行う第2入力整合回路と、
前記第1増幅回路の第2出力ノードに接続され、前記第2出力信号の高調波処理を行う第2出力整合回路と、
前記第1出力信号と前記第2出力信号を合成し、第3出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第1増幅回路は、前記第3出力信号の出力電力に基づいて、前記生成される第1出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第2増幅回路は、前記第3出力信号の前記出力電力に基づいて、前記生成される第2出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
(付記15)
前記第1増幅回路は、ゲートを前記第1入力ノードとし、ドレインを前記第1出力ノードとするトランジスタであり、
前記第2増幅回路は、ゲートを前記第2入力ノードとし、ドレインを前記第2出力ノードとするトランジスタであり、
前記第1電力増幅器は、
前記出力電力の値と基準値との差が第1閾値よりも大きいとき、前記第1トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給する第1バイアス発生器をさらに有し、
前記第2電力増幅器は、
前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第1閾値よりも大きいとき、前記第2トランジスタのゲートに、第3電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第3電圧値よりも小さい第4電圧値を有するバイアス電圧を供給する第2バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記14記載の電力増幅器。
(付記16)
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第2入力信号の位相の値と前記出力電力の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第2入力信号の位相値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記15記載の電力増幅器。
(付記17)
基本波と高調波を含む第1入力信号を受けとり、受けとった前記第1入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第2入力信号及び第3入力信号を生成する分配器と
前記第2入力信号を第1入力ノードで受けとり、前記第2入力信号の電力を増幅することにより第1出力信号を生成し、前記生成された第1出力信号を第1出力ノードから出力する第1増幅回路と、
前記第1増幅回路の第1入力ノードに接続され、前記第2入力信号の高調波処理を行う第1入力整合回路と、
前記第1増幅回路の第1出力ノードに接続され、前記第1出力信号の高調波処理を行う第1出力整合回路と、
前記第3入力信号を第2入力ノードで受けとり、前記第3入力信号の電力を増幅することにより第2出力信号を生成し、前記生成された第2出力信号を第2出力ノードから出力する第2増幅回路と、
前記第1増幅回路の第2入力ノードに接続され、前記第2入力信号の高調波処理を行う第2入力整合回路と、
前記第1増幅回路の第2出力ノードに接続され、前記第2出力信号の高調波処理を行う第2出力整合回路と、
前記第1出力信号と前記第2出力信号を合成し、第3出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第1増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される第1出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第2増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる前記出力電流に基づいて、前記生成される第2出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
(付記18)
前記第1増幅回路は、ゲートを前記第1入力ノードとし、ドレインを前記第1出力ノードとするトランジスタであり、
前記第2増幅回路は、ゲートを前記第2入力ノードとし、ドレインを前記第2出力ノードとするトランジスタであり、
前記第1電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第1閾値よりも大きいとき、前記第1トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記第3出力電流の値と前記基準値との差が第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給する第1バイアス発生器をさらに有し、
前記第2電力増幅器は、
前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第1閾値よりも大きいとき、前記第2トランジスタのゲートに、第3電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第3電圧値よりも小さい第4電圧値を有するバイアス電圧を供給する第2バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記17記載の電力増幅器。
(付記19)
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第2入力信号の位相の値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第2入力信号の位相値に対応する前記出力電流の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記18記載の電力増幅器。
102 トランジスタ、
104 入力整合回路、
106 出力整合回路、
108 ゲートバイアス発生回路、
110 ドレインバイアス発生回路、
400 電力増幅器、
402 トランジスタ、
404 入力整合回路、
406 出力整合回路、
408 ゲートバイアス発生回路、
410 ドレインバイアス発生回路、
412 電力検出回路、
414 コントローラ、
502 伝送線路、
504、506、508、510 スタブ、
512 伝送線路、
514、516、518、520 スタブ、
600 電力増幅器、
612 電力検出回路、
614 コントローラ、
700 電力増幅器、
714 コントローラ、
716 電流検出回路、
718 メモリ、
802 基準値テーブル、
900 電力増幅器、
902−1 トランジスタ、
902−2 トランジスタ、
904−1 入力整合回路、
904−2 入力整合回路、
906−1 出力整合回路、
906−2 出力整合回路、
908−1 ゲートバイアス発生回路、
908−2 ゲートバイアス発生回路、
910 ドレインバイアス発生回路、
912 電力検出回路、
914 コントローラ、
918 メモリ、
922 分配器、
924 合成器、
926、928 移相器、
930 整合回路、
932 位相検出回路、
934 移相器、
942−1 第1増幅回路部、
942−2 第2増幅回路部、
1000 電力増幅器、
1014 コントローラ、
1018 メモリ、
1016 電流検出回路
Claims (10)
- 基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。 - 前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
- 前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第1閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第2閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項2記載の電力増幅器。 - 前記第1閾値及び前記第2閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする請求項3記載の電力増幅器。
- 前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
- 前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第1閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第2閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項5記載の電力増幅器。 - 前記第1閾値及び前記第2閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする請求項6記載の電力増幅器。
- 前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
- 前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第1閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第1電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第2閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第1電圧値よりも小さい第2電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項8記載の電力増幅器。 - 前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする請求項9記載の電力増幅器。
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