JP2013172174A - Power amplifier and transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドハティアンプに関し、例えば、ドハティアンプを並列に接続する電力増幅器に関する。 The present invention relates to a Doherty amplifier, for example, a power amplifier that connects Doherty amplifiers in parallel.
昨今、通信システムの高効率化が求められている。無線通信システムに利用される電力増幅器には線形性と高効率が要求されている。
また、近年の多値デジタル変調を用いた通信システムでは、信号振幅の平均値と最大値が大きく異なるような信号を取り扱うことが多い。このような信号を増幅する場合、従来の電力増幅器では、最大振幅まで歪無く信号を増幅可能とするように増幅器の動作点を設定する必要がある。そのため、電力増幅器が比較的高効率を維持できる飽和出力付近で動作する時間はほとんどなく、効率が低い状態で用いられることとなる。
Recently, there is a demand for higher efficiency in communication systems. Linearity and high efficiency are required for power amplifiers used in wireless communication systems.
In recent communication systems using multi-level digital modulation, signals whose average value and maximum value of signal amplitude are greatly different are often handled. When amplifying such a signal, in the conventional power amplifier, it is necessary to set the operating point of the amplifier so that the signal can be amplified without distortion up to the maximum amplitude. For this reason, the power amplifier has little time to operate in the vicinity of the saturated output capable of maintaining a relatively high efficiency, and is used in a state where the efficiency is low.
この問題を解決するために、線形性を維持しながら電力増幅器の効率を高める様々な技術が提案されており、その１つにドハティアンプがある。ドハティアンプとは、高出力電力増幅器の効率を改善することを目的とし、動作クラスの異なるキャリアアンプとピークアンプの出力を合成して出力する増幅器である。 In order to solve this problem, various techniques for improving the efficiency of the power amplifier while maintaining linearity have been proposed, and one of them is a Doherty amplifier. The Doherty amplifier is an amplifier that synthesizes and outputs the outputs of a carrier amplifier and a peak amplifier having different operation classes for the purpose of improving the efficiency of the high output power amplifier.
ドハティアンプでは、キャリアアンプが飽和出力電力近傍で飽和を維持しながら動作するので、全体として、飽和電力からバックオフをとった出力時においても通常のＡ級、ＡＢ級増幅器より高い効率が実現される。バックオフとは、平均出力電力と飽和電力の差である。そして、バックオフが大きい状態とは、平均出力電力が飽和電力に比べて小さい状態のことをいう。 In the Doherty amplifier, the carrier amplifier operates while maintaining saturation near the saturated output power, and as a whole, higher efficiency than normal Class A and AB amplifiers is realized even when the output is back-off from the saturated power. The Backoff is the difference between average output power and saturation power. The state where the back-off is large means a state where the average output power is smaller than the saturation power.
キャリアアンプとピークアンプの出力を結合する合成回路は、トランスやインピーダンス変換器で構成されており、マイクロ波帯等の信号を扱う場合には１／４波長の伝送線路から構成されていることが多い。ドハティアンプの動作を理想的なものとするため、出力の合成点からみた負荷のインピーダンスは、伝送線路の特性インピーダンスをＺ０とすると、通常はＺ０／２になるように設定される。通常、高周波回路ではＺ０は５０Ωとされる。 The synthesis circuit that combines the output of the carrier amplifier and the peak amplifier is composed of a transformer and an impedance converter, and in the case of handling signals in the microwave band, it is composed of a 1/4 wavelength transmission line. Many. To the ideal operation of the Doherty amplifier, the impedance of the load as viewed from the combining point of output, when the characteristic impedance of the transmission line and Z 0, typically is set to be Z 0/2. Usually, in a high frequency circuit, Z 0 is set to 50Ω.
このように、一般にドハティアンプからみた負荷の理想的なインピーダンスは、系の特性インピーダンスＺ０と異なり、その半分のＺ０／２である。そのため、複数のドハティアンプを並列運転するには、複数のドハティアンプの出力を合成する合成器のインピーダンスＺ０をドハティアンプの負荷インピーダンスＺ０／２にインピーダンス変換する回路が出力に必要となる。 Thus, in general ideal impedance of the load as viewed from the Doherty amplifier, unlike the characteristic impedance Z 0 of the system, it is Z 0/2 of the half. Therefore, to parallel operation of multiple Doherty amplifiers circuit for impedance conversion impedance Z 0 of the combiner for combining the outputs of the plurality of Doherty amplifiers to the load impedance Z 0/2 of the Doherty amplifier is required to output.
例えば、特許文献１には、伝送損失を低減し、帯域が狭くなるのを防止し、かつ小型、低コストでドハティ増幅器を並列運転する回路を提供するドハティ増幅器並列運転回路が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a Doherty amplifier parallel operation circuit that reduces a transmission loss, prevents a band from being narrowed, and provides a circuit that operates a Doherty amplifier in parallel at a small size and low cost.
図７に、ドハティアンプを並列に配置する電力増幅器１００Ｐの一般的な構成例を示す。ドハティアンプＰは伝送線路１１２Ｐを備え、ドハティアンプＱは伝送線路１１２Ｑを備える。伝送線路１１２Ｐと伝送線路１１２Ｑとはインピーダンスを２５Ωから５０Ωに変換する役割を担っている。このようにして、ドハティアンプＰとドハティアンプＱとは５０Ωの負荷で最適に動作するよう設計されている。９０°ハイブリッドカプラ１１４は、特性インピーダンスが５０Ωのハイブリッドカプラであり、ドハティアンプＰとドハティアンプＱとから入力されたＲＦ（Radio Frequency）信号を合成して端子１１１へ出力する。
FIG. 7 shows a general configuration example of a
送信システムなどの信号を出力する装置において、高出力を得るためにはドハティアンプを並列動作させる。しかしながら、図７に示す電力増幅器１００Ｐでは、インピーダンスを２５Ωから５０Ωへ変換する伝送線路をドハティアンプの数だけ揃える必要があり、回路面積が大きくなるという課題がある。その結果、筐体が大きくなり、設置面積の制約を受けるという問題があった。また、特許文献１のドハティ増幅器並列運転回路では、インピーダンスの変換を、伝送線路トランスを用いて実現している。このため、並列動作させるドハティアンプの数に応じて、一つ一つ特性インピーダンスを変えた伝送線路トランスを設計・製造する必要がある。従って、ドハティアンプの並列動作数に応じた設計や製造に労力を要していた。
In a device for outputting a signal such as a transmission system, a Doherty amplifier is operated in parallel to obtain a high output. However, in the
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ドハティアンプを並列動作させる電力増幅器において、回路面積を縮小し、かつ、ドハティアンプの並列動作数に応じた設計が容易な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 such circumstances, and in a power amplifier that operates Doherty amplifiers in parallel, the power amplifier that reduces the circuit area and can be easily designed according to the number of parallel operations of Doherty amplifiers. The purpose is to provide.
本発明に係る電力増幅器の一態様は、入力信号が供給される入力端子と、特性インピーダンスが第１インピーダンス値であり、入力信号を分配する分配部と、第１インピーダンス値より低い第２インピーダンス値の負荷で動作し、分配部が分配する入力信号を増幅する、複数のドハティアンプを有する信号増幅部と、特性インピーダンスが第２インピーダンス値であり、信号増幅部が出力する複数の信号を合成した合成信号を出力する合成部と、一端が合成部へ接続され、インピーダンスを第２インピーダンス値から第１インピーダンス値へ変換する変換部と、変換部の他端が接続され、変換部から受けた合成信号を出力する出力端子と、を備える。
本発明に係る電力増幅器の他の態様は、入力信号が供給される入力端子と、入力インピーダンス及び出力インピーダンスが第１インピーダンス値であり、入力信号を分配する分配部と、第１インピーダンス値より低い第２インピーダンス値の負荷で動作し、分配部が分配する入力信号を増幅する、複数のドハティアンプを有する信号増幅部と、入力インピーダンス及び出力インピーダンスが第２インピーダンス値であり、信号増幅部が出力する複数の信号を合成した合成信号を出力する合成部と、一端が合成部へ接続され、インピーダンスを第２インピーダンス値から第１インピーダンス値へ変換する変換部と、変換部の他端が接続され、変換部から受けた合成信号を出力する出力端子と、を備える。
また、本発明に係る送信システムの一態様は、上述した電力増幅器を備える。
An aspect of the power amplifier according to the present invention includes an input terminal to which an input signal is supplied, a characteristic impedance having a first impedance value, a distribution unit for distributing the input signal, and a second impedance value lower than the first impedance value. A signal amplifying unit having a plurality of Doherty amplifiers that operates with a load of amplifying and amplifying an input signal distributed by the distributing unit, and a characteristic impedance is a second impedance value, and a plurality of signals output by the signal amplifying unit are combined A synthesis unit that outputs a synthesized signal, one end connected to the synthesis unit, a conversion unit that converts the impedance from the second impedance value to the first impedance value, and the other end of the conversion unit are connected and received from the conversion unit And an output terminal for outputting a signal.
Another aspect of the power amplifier according to the present invention includes an input terminal to which an input signal is supplied, an input impedance and an output impedance having a first impedance value, a distribution unit for distributing the input signal, and lower than the first impedance value. A signal amplifying unit having a plurality of Doherty amplifiers that operates with a load having a second impedance value and amplifies the input signal distributed by the distributing unit, and the input impedance and the output impedance are the second impedance values, and the signal amplifying unit outputs A combining unit that outputs a combined signal obtained by combining a plurality of signals, one end connected to the combining unit, a conversion unit that converts the impedance from the second impedance value to the first impedance value, and the other end of the conversion unit are connected And an output terminal for outputting a composite signal received from the conversion unit.
One aspect of the transmission system according to the present invention includes the above-described power amplifier.
本発明によれば、ドハティアンプを並列動作させる電力増幅器において、回路面積を縮小し、かつ、ドハティアンプの並列動作数に応じた設計が容易な電力増幅器を提供することが可能となる。 According to the present invention, in a power amplifier that operates Doherty amplifiers in parallel, it is possible to provide a power amplifier that has a reduced circuit area and can be easily designed according to the number of parallel operations of Doherty amplifiers.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. In the drawings, components having the same configuration or function and corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図１は、一実施形態の電力増幅器３００の構成例を示す図である。電力増幅器３００は、入力端子３１０、分配部３２０、信号増幅部３３０、合成部（結合部）３４０、変換部（伝送線路）３５０、及び出力端子３６０を備える。
入力端子３１０は、入力信号が供給される端子（第１入力端子）である。
分配部３２０は、特性インピーダンスが第１インピーダンス値であり、入力端子３１０から入力される入力信号を分配する。図１では、分配部３２０は、９０°ハイブリッドカプラ３２１で構成される例を示す。９０°ハイブリッドカプラ３２１には、吸収抵抗３２２が接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
The
The
信号増幅部３３０は、複数のドハティアンプを備え、複数のドハティアンプを並列動作させるように構成される。図１では、二つの第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２が並列接続された構成例を示している。第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２は、第１インピーダンス値より低い第２インピーダンス値の負荷で動作し、分配部３２０が分配する入力信号を増幅する。
合成部３４０は、特性インピーダンスが第２インピーダンス値であり、信号増幅部３３０が出力する複数の信号を合成した合成信号を出力する。図１では、合成部３４０は、９０°ハイブリッドカプラ３４１で構成される例を示す。９０°ハイブリッドカプラ３４１には、吸収抵抗３４２が接続される。
変換部３５０は、合成部から合成信号を受け、出力端子３６０へ出力する。加えて、変換部３５０は、インピーダンスを第２インピーダンス値から第１インピーダンス値へ変換する。変換部３５０は、一端が合成部３４０へ直接接続され、他端が出力端子３６０へ直接接続される。
出力端子３６０は、変換部３５０から受けた合成信号を出力する端子（第１出力端子）である。
The
The combining
The
The
電力増幅器３００は、第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２と合成部３４０との間にインピーダンスを変換する手段を配置しないように構成される。そのため、電力増幅器３００は、合成部３４０の特性インピーダンス値が第２インピーダンス値であることが必要となる。これは、第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２の出力端子からみて、負荷のインピーダンスが第２インピーダンス値にすることにより、第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２を効率よく動作させるためである。
The
以下、図１の構成を適用する、より具体的な実施形態について図面を参照して説明する。
上述したように、一般にドハティアンプからみた負荷の理想的なインピーダンスは、系の特性インピーダンスＺ０と異なり、その半分のＺ０／２である。そこで、以下の各実施形態では、第１インピーダンス値が５０Ω、第２インピーダンス値が２５Ωであることを前提として説明する。
Hereinafter, a more specific embodiment to which the configuration of FIG. 1 is applied will be described with reference to the drawings.
As described above, in general ideal impedance of the load as viewed from the Doherty amplifier, unlike the characteristic impedance Z 0 of the system, it is Z 0/2 of the half. Therefore, in the following embodiments, description will be made on the assumption that the first impedance value is 50Ω and the second impedance value is 25Ω.
実施形態１．
図２は、実施形態１の電力増幅器１００の構成例を示すブロック図である。
最初に、回路全体の構成を述べる。電力増幅器１００は、端子１０、端子１１、伝送線路１２、９０°ハイブリッドカプラ１３、９０°ハイブリッドカプラ１４、吸収抵抗１５、吸収抵抗１６、ドハティアンプＡ、及びドハティアンプＢを備える。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
First, the configuration of the entire circuit will be described. The
９０°ハイブリッドカプラ１３は、特性インピーダンスが５０Ωの方向性結合器である。９０°ハイブリッドカプラ１３は、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子（ポート）を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に端子１０が接続され、他の一つの端子（アイソレーションポート）に吸収抵抗１５が接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの端子１０が接続されている端子に対する通過端子（スルーポート）にはドハティアンプＡの端子１Ａが接続され、端子１０が接続されている端子に対する結合端子（カップリングポート）にはドハティアンプＢの端子１Ｂが接続されている。
The 90 °
９０°ハイブリッドカプラ１４は、特性インピーダンスが２５Ωの方向性結合器である。９０°ハイブリッドカプラ１４は、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に伝送線路１２が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１６が接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの伝送線路１２が接続されている端子に対する通過端子にはドハティアンプＢの端子２Ｂが接続され、伝送線路１２が接続されている端子に対する結合端子にはドハティアンプＡの端子２Ａが接続されている。
ここで、９０°ハイブリッドカプラ１４の特性インピーダンスは、偶モードインピーダンスをＺｅ、奇モードインピーダンスをＺｏとしたときに、計算式 √（Ｚｅ×Ｚｏ）＝２５Ωで与えられる。従って、例えば、本構成のように１対１の合成を行う場合Ｚｏは９．８〜１０．４Ωとなる。
The 90 °
Here, the characteristic impedance of the 90 °
伝送線路１２は、増幅される信号に対して１／４波長の伝送線路長となっており、５０Ωの負荷を２５Ωに変換する伝送線路であり、特性インピーダンスは√（５０×２５）＝３５．４Ωで与えられる。伝送線路１２は、一端が９０°ハイブリッドカプラ１４の一つのポートに接続され、他端が端子１１に接続されている。
端子１０は回路全体の入力端子である。端子１１は回路全体の出力端子である。
The
A terminal 10 is an input terminal of the entire circuit. A terminal 11 is an output terminal of the entire circuit.
次にドハティアンプＡ及びドハティアンプＢの構成を説明する。
ドハティアンプＡは、端子１Ａ、端子２Ａ、キャリアアンプ３Ａ、ピークアンプ４Ａ、伝送線路５Ａ、９０°ハイブリッドカプラ６Ａ、及び吸収抵抗７Ａで構成されている。
端子１Ａは、ドハティアンプＡの入力端子（第２入力端子）である。端子２Ａは、ドハティアンプＡの出力端子（第２出力端子）である。
キャリアアンプ３Ａは、Ａ級、ＡＢ級、及びＢ級のいずれかにバイアスされた増幅器である。
ピークアンプ４Ａは、Ｃ級バイアスされた増幅器である。
９０°ハイブリッドカプラ６Ａは、特性インピーダンスが５０Ωの方向性結合器である。９０°ハイブリッドカプラ６Ａは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に端子１Ａが接続され、他の一つの端子に吸収抵抗７Ａが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの端子１Ａが接続されている端子に対する通過端子にはピークアンプ４Ａが接続され、端子１Ａが接続されている端子に対する結合端子にはキャリアアンプ３Ａが接続されている。
Next, configurations of the Doherty amplifier A and the Doherty amplifier B will be described.
The Doherty amplifier A includes a
The
The
The
The 90 °
伝送線路５Ａは、増幅される信号に対して１／４波長の伝送線路長となっており、特性インピーダンスは５０Ωである。
キャリアアンプ３Ａの出力は、伝送線路５Ａを介して端子２Ａに接続されている。ピークアンプ４Ａの出力は伝送線路５Ａと端子２Ａとに接続されている。
The
The output of the
ドハティアンプＢは端子１Ｂ、端子２Ｂ、キャリアアンプ３Ｂ、ピークアンプ４Ｂ、伝送線路５Ｂ、９０°ハイブリッドカプラ６Ｂ、及び吸収抵抗７Ｂで構成されている。
端子１Ｂは、ドハティアンプＢの入力端子（第３入力端子）である。端子２Ｂは、ドハティアンプＢの出力端子（第３出力端子）である。
キャリアアンプ３Ｂは、Ａ級、ＡＢ級、及びＢ級のいずれかにバイアスされた増幅器である。
ピークアンプ４Ｂは、Ｃ級バイアスされた増幅器である。
９０°ハイブリッドカプラ６Ｂは、特性インピーダンスが５０Ωの方向性結合器である。９０°ハイブリッドカプラ６Ｂは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に端子１Ｂが接続され、他の一つの端子に吸収抵抗７Ｂが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの端子１Ｂが接続されている端子に対する通過端子にはピークアンプ４Ｂが接続され、端子１Ａが接続されている端子に対する結合端子にはキャリアアンプ３Ｂが接続されている。
伝送線路５Ｂは、増幅される信号に対して１／４波長の伝送線路長となっており、特性インピーダンスは５０Ωである。
キャリアアンプ３Ｂの出力は、伝送線路５Ｂを介して端子２Ｂに接続されている。ピークアンプ４Ｂの出力は伝送線路５Ｂと端子２Ｂとに接続されている。
The Doherty amplifier B includes a terminal 1B, a
The terminal 1B is an input terminal (third input terminal) of the Doherty amplifier B. The terminal 2B is an output terminal (third output terminal) of the Doherty amplifier B.
The
The
The 90 °
The transmission line 5B has a transmission line length of ¼ wavelength with respect to the amplified signal, and the characteristic impedance is 50Ω.
The output of the
上述した、キャリアアンプ３Ａ、３Ｂ、及びピークアンプ４Ａ、４Ｂは、例えば、トランジスタ及び整合回路から構成される。
吸収抵抗７Ａ、吸収抵抗７Ｂ、及び吸収抵抗１５は５０Ωの抵抗器で、吸収抵抗１６は２５Ωの抵抗器である。ここで、２５Ωの抵抗器は、実際には５０Ωの抵抗器を２個並列させて２５Ωの抵抗器として使用することもある。
The
The
図２に示すように、本実施形態の電力増幅器１００は、次のような構成を有することが特徴の一つである。
まず、特性インピーダンスが第１インピーダンス値である伝送線路５Ａ及びピークアンプ４Ａの出力端子が、２つのドハティアンプの結合手段である９０°ハイブリッドカプラ１４に直結している。加えて、伝送線路５Ａは、キャリアアンプ３Ａと直列に、かつ、ピークアンプ４Ａと並列に接続するように構成される。ドハティアンプＢについても同様である。
次に、ドハティアンプＡの出力端子（端子２Ａ）と９０°ハイブリッドカプラ１４との間にインピーダンス変換を行う伝送線路が配置されていない。ドハティアンプＢの端子２Ｂと９０°ハイブリッドカプラ１４との間も同様である。
As shown in FIG. 2, the
First, the
Next, a transmission line that performs impedance conversion is not disposed between the output terminal (terminal 2A) of the Doherty amplifier A and the 90 °
ここで、図２に示す構成例を図１と対応づけると、端子（第１入力端子）１０、端子（第１出力端子）１１は、図１の入力端子３１０、出力端子３６０にそれぞれ対応する。９０°ハイブリッドカプラ（第１分配部）１３及び吸収抵抗１５は分配部３２０に、９０°ハイブリッドカプラ（第１合成部）１４及び吸収抵抗１６は合成部３４０に、伝送線路（第１伝送線路）１２は変換部３５０に、そして、ドハティアンプＡ、Ｂは、信号増幅部３３０の第１及び第２ドハティアンプ３３１、３３２それぞれに対応する。
Here, when the configuration example shown in FIG. 2 is associated with FIG. 1, the terminal (first input terminal) 10 and the terminal (first output terminal) 11 correspond to the
加えて、ドハティアンプＡに関しては、例えば、次のような構成を有すると言い換えることもできる。
９０°ハイブリッドカプラ６Ａは、特性インピーダンスが５０Ω（第１インピーダンス値）であり、９０°ハイブリッドカプラ６Ａ及び吸収抵抗７Ａは、分配部３２０（９０°ハイブリッドカプラ１３及び吸収抵抗１５）から端子１Ａを介して分配された入力信号を分配する分配部（第４分配部）を構成する。
キャリアアンプ３Ａは、９０°ハイブリッドカプラ６Ａから分配された信号を増幅するアンプである。
ピークアンプ４Ａは、ハイブリッドカプラ６Ａから分配された信号を増幅するアンプであり、キャリアアンプ３Ａと並列に接続される。
伝送線路５Ａは、特性インピーダンスが５０Ω（第１インピーダンス値）であり、一端がキャリアアンプ３Ａへ接続され、他端が端子２Ａ及びピークアンプ４Ａへ接続され、キャリアアンプ３Ａと直列に、かつ、ピークアンプ４Ａと並列に接続された第２伝送線路である。
加えて、伝送線路５Ａと９０°ハイブリッドカプラ１４との間には、インピーダンスを変換する手段を有していない。
ドハティアンプＢについても同様に言い換えることができる。
In addition, the Doherty amplifier A can be paraphrased as having the following configuration, for example.
The 90 °
The
The
The
In addition, no means for converting impedance is provided between the
The same applies to the Doherty amplifier B.
次に、図２に示す電力増幅器１００の動作について説明する。
まず、９０°ハイブリッドカプラ１３及び９０°ハイブリッドカプラ１４の動作について説明する。
端子１０から入力されたＲＦ信号は、９０°ハイブリッドカプラ１３を通り端子１Ａと端子１Ｂに２分配される。端子１Ａへ分配された信号の位相は、端子Ｂへ分配された信号に対して−９０°（９０°遅れている）となっている。
９０°ハイブリッドカプラ１４は、端子２Ｂの信号に対して端子２Ａの信号が−９０°のときに、端子２Ａと端子２Ｂに入力された信号を合成して伝送線路１２に出力する。
ここで、端子１１に５０Ω負荷が接続されたとき、９０°ハイブリッドカプラ１４から伝送線路１２を見込んだときのインピーダンスは２５Ωに見える。さらに、９０°ハイブリッドカプラ１４は、特性インピーダンスが２５Ωなので、端子２Ａと端子２Ｂから９０°ハイブリッドカプラ１４を見込んだインピーダンスはそれぞれ２５Ωに見える。
Next, the operation of the
First, operations of the 90 °
The RF signal input from the terminal 10 passes through the 90 °
The 90 °
Here, when a 50Ω load is connected to the terminal 11, the impedance when the
次に、ドハティアンプＡの動作について説明する。
端子１Ａから入力された信号は、９０°ハイブリッドカプラ６Ａによりキャリアアンプ３Ａとピークアンプ４Ａへ２分配される。ピークアンプ４Ａへ分配された信号の位相は、キャリアアンプ３Ａへ分配された信号に対して−９０°となる。
信号のレベルが小さくピークアンプ４Ａがオフになる領域では、ピークアンプ４Ａの出力はハイインピーダンスになっている。このため、伝送線路５Ａから出力側を見た負荷は端子２Ａの２５Ωが支配的になる。伝送線路５Ａは、１／４波長で特性インピーダンス５０Ωの伝送線路である。この場合、キャリアアンプ３Ａから見た負荷をＺＬｏａｄ、伝送線路の特性インピーダンスをＺ０、伝送線路５Ａの出力側の負荷をＺｏｕｔとすると、ＺＬｏａｄは計算式Ｚ０（Ｚ０／Ｚｏｕｔ）で算出できるため、ＺＬｏａｄ＝５０（５０／２５）＝１００Ωとなる。従って、キャリアアンプ３Ａから見た負荷は、端子２Ａから見た９０°ハイブリッドカプラ１４側の２５Ω負荷がインピーダンス変換されて１００Ωに見える。つまり、キャリアアンプ３Ａは、１００Ωの負荷で動作して信号を増幅し、増幅された信号は端子２Ａから出力される。
Next, the operation of the Doherty amplifier A will be described.
The signal input from the
In the region where the signal level is small and the
一方、信号のレベルが大きくピークアンプ４Ａがオンになる領域では、端子２Ａの負荷２５Ωに整合するように、キャリアアンプ３Ａとピークアンプ４Ａはそれぞれ５０Ω負荷で動作し、それらの出力は合成されて端子２Ａから出力される。
On the other hand, in a region where the signal level is large and the
このように、ドハティアンプＡは２５Ωの負荷に対して適切に動作することがわかる。
ドハティアンプＢはドハティアンプＡと同じ構成であり、同様に２５Ω負荷に対して適切に動作する。
ドハティアンプＡとドハティアンプＢの出力は９０°ハイブリッドカプラ１４で合成され、伝送線路１２を通して端子１１から出力される。
Thus, it can be seen that the Doherty amplifier A operates appropriately with a load of 25Ω.
The Doherty amplifier B has the same configuration as the Doherty amplifier A, and similarly operates appropriately for a 25Ω load.
The outputs of Doherty amplifier A and Doherty amplifier B are combined by 90 °
上述したように、図２に示す電力増幅器１００は、二つのドハティアンプＡ、Ｂを並列動作させる場合に、まず、各ドハティアンプからの信号を合成し、その後、インピーダンスを２５Ωから５０Ωへ変換する。具体的には、電力増幅器１００では、まず、特性インピーダンスが２５Ωで設計された９０°ハイブリッドカプラ１４がドハティアンプＡ，Ｂそれぞれから出力される増幅信号を合成する。その後、伝送線路１２がインピーダンスを２５Ωから５０Ωへ変換する。このように、電力増幅器１００は、ドハティアンプＡ及びドハティアンプＢと合成部である９０°ハイブリッドカプラ１４との間に、２５Ωから５０Ωへ変換する伝送線路を備えていないことを特徴の一つとする。
As described above, when the two Doherty amplifiers A and B are operated in parallel, the
例えば、端子１１に５０Ωの負荷が接続されているとき、伝送線路１２はインピーダンスを５０Ωから２５Ωへ変換する。一方、９０°ハイブリッドカプラ１４は特性インピーダンスが２５Ωであるため、端子２Ａと端子２Ｂとから９０°ハイブリッドカプラ１４を見込んだ場合に負荷は２５Ωに見える。
ドハティアンプＡとドハティアンプＢとはインピーダンスを２５Ωから５０Ωに変換する伝送線路を備えていないドハティアンプであり、２５Ωの負荷で最適に動作するよう設計されている。
図７に示すような一般的なドハティアンプでは、各ドハティアンプに「インピーダンスを２５Ωから５０Ωに変換する伝送線路」を備えている。これに対して、図２の電力増幅器１００では、９０°ハイブリッドカプラ１４の後ろに伝送線路１２が１つ追加されている。しかし、ドハティアンプＡとドハティアンプＢからそれぞれから伝送線路を減らし、合わせて２つの伝送線路を減らしている。従って、電力増幅器１００全体としては伝送線路が１つ減ったことになる。これにより、電力増幅器１００の回路面積を小型化することが可能になる。
For example, when a 50Ω load is connected to the terminal 11, the
The Doherty amplifier A and the Doherty amplifier B are Doherty amplifiers that do not have a transmission line that converts the impedance from 25Ω to 50Ω, and are designed to operate optimally with a 25Ω load.
In a general Doherty amplifier as shown in FIG. 7, each Doherty amplifier is provided with a “transmission line for converting impedance from 25Ω to 50Ω”. On the other hand, in the
加えて、ドハティアンプＡとドハティアンプＢを２５Ω負荷で動作させるが、各ドハティアンプから出力される増幅信号を特性インピーダンス２５Ωの９０°ハイブリッドカプラ１４で合成し、伝送線路１２でインピーダンスを変換する。これにより、電力増幅器１００の回路全体として５０Ω負荷で動作させることができる。
In addition, although the Doherty amplifier A and the Doherty amplifier B are operated with a 25Ω load, the amplified signal output from each Doherty amplifier is synthesized by the 90 °
以上説明した通り、一般的な５０Ω負荷で動作するドハティアンプを特性インピーダンス５０Ωの９０°ハイブリッドカプラで合成する構成に比べて、２５Ωから５０Ωへ変換する１／４波長伝送線路の数を減らすことができる。よって、回路全体を小型化することができる。また、回路を構成する要素が減るためコスト削減にも貢献することができる。 As described above, the number of quarter-wave transmission lines for converting from 25Ω to 50Ω can be reduced as compared with a configuration in which a general Doherty amplifier operating with a 50Ω load is synthesized by a 90 ° hybrid coupler having a characteristic impedance of 50Ω. it can. Therefore, the entire circuit can be reduced in size. Further, since the number of elements constituting the circuit is reduced, it is possible to contribute to cost reduction.
実施形態２．
図３は、実施形態１の電力増幅器２００の構成例を示すブロック図である。
最初に、図３の電力増幅器２００構成を説明する。図３の電力増幅器２００は、ドハティアンプを４つ並列動作させる構成である。電力増幅器２００は、端子１０、端子１１、伝送線路１２、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅ〜１３Ｇ、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ〜１４Ｇ、吸収抵抗１５Ｅ〜１５Ｇ、吸収抵抗１６Ｅ〜１６Ｇ、及びドハティアンプＡ〜Ｄを備える。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
First, the configuration of the
９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆ、及び９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇは、特性インピーダンスが２５Ωの方向性結合器である。９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に伝送線路１２が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１６Ｅが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの伝送線路１２が接続されている端子に対する通過端子には９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇの一つの端子が接続され、伝送線路１２が接続されている端子に対する結合端子には９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆの一つの端子が接続されている。
９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅの結合端子が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１６Ｆが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅが接続される端子に対する通過端子にはドハティアンプＢの端子２Ｂが接続され、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅが接続される端子に対する結合端子にはドハティアンプＡの端子２Ａが接続されている。
９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅの通過端子が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１６Ｇが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅが接続される端子に対する通過端子にはドハティアンプＤの端子２Ｄが接続され、結合端子にはドハティアンプＣの端子２Ｃが接続されている。
The 90 °
The 90 °
The 90 °
９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆ、及び９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇの特性インピーダンスは、偶モードインピーダンスをＺｅ、奇モードインピーダンスをＺｏとしたときに√（Ｚｅ×Ｚｏ）＝２５Ωで与えられる。従って、例えば、本構成のように１対１の合成を行う場合には、Ｚｏは９．８〜１０．４Ωとなる。
４つのドハティアンプＡ〜Ｄは、同じ構成のドハティアンプであり、その構成は図２のドハティアンプＡと同じである。ドハティアンプＡ〜Ｄは、インピーダンスを２５Ωから５０Ωへ変換する伝送線路を備えず、２５Ω負荷で最適に動作するよう設計されたドハティアンプである。
The characteristic impedances of the 90 °
The four Doherty amplifiers A to D are Doherty amplifiers having the same configuration, and the configuration is the same as the Doherty amplifier A of FIG. The Doherty amplifiers A to D are Doherty amplifiers that are not provided with a transmission line for converting the impedance from 25Ω to 50Ω and are designed to operate optimally with a 25Ω load.
９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅ、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆ、及び９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇは、特性インピーダンスが５０Ωの方向性結合器である。
９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に端子１０が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１５Ｅが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの端子１０が接続されている端子に対する通過端子には９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆの一つの端子が接続され、端子１０が接続されている端子に対する結合端子には９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇの一つの端子が接続されている。
９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅの通過端子が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１５Ｆが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅが接続される端子に対する通過端子にはドハティアンプＡの端子１Ａが接続され、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅが接続される端子に対する結合端子にはドハティアンプＢの端子１Ｂが接続されている。
９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇは、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を二組有し、一つの一対の端子のうちの一つの端子に９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅの結合端子が接続され、他の一つの端子に吸収抵抗１５Ｇが接続されている。加えて、他の一対の端子のうちの９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅが接続される端子に対する通過端子にはドハティアンプＣの端子１Ｃが接続され、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅが接続される端子に対する結合端子にはドハティアンプＤの端子１Ｄが接続されている。
The 90 °
The 90 °
The 90 °
The 90 °
吸収抵抗１５Ｅ、吸収抵抗１５Ｆ、及び吸収抵抗１５Ｇは、５０Ωの抵抗器である。吸収抵抗１６Ｅ、吸収抵抗１６Ｆ、及び吸収抵抗１６Ｇは、２５Ωの抵抗器である。ここで、２５Ωの抵抗器は、実際には５０Ωの抵抗器を２個並列させて２５Ωの抵抗器として使用することもある。
伝送線路１２は、２５Ωから５０Ωへインピーダンスを変換する伝送線路であり、その抵抗値は、√（２５×５０）＝３５．４Ωで与えられる。
図３に示すように、本実施形態の電力増幅器２００は、次のような構成を有することが特徴の一つである。まず、特性インピーダンスが第１インピーダンス値である伝送線路５Ａ及びピークアンプ４Ａの出力端子が、２つのドハティアンプの結合手段である９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆに直結している。他のドハティアンプＢ〜Ｄについても同様である。次に、ドハティアンプＡの出力端子（端子２Ａ）と９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆとの間にインピーダンス変換を行う伝送線路が配置されていない。ドハティアンプＢの端子２Ｂと９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆとの間、及びドハティアンプＣ、Ｄの端子２Ｃ、３Ｄと９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇとの間も同様である。加えて、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅと９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆ、１４Ｇとの間にもインピーダンス変換を行う伝送線路が配置されていない。
The
The
As shown in FIG. 3, the
ここで、図３に示す構成例を図１と対応づけると、端子１０、端子１１は、図１の入力端子３１０、出力端子３６０にそれぞれ対応する。９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅ，１３Ｆ１３Ｇ及び吸収抵抗１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇは分配部３２０に、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ
，１４Ｆ，１４Ｇ及び吸収抵抗１６Ｅ，１６Ｆ，１６Ｇは合成部３４０に、伝送線路１２は変換部３５０にそれぞれ対応する。そして、ドハティアンプＡ〜Ｄは、信号増幅部３３０が４つのドハティアンプにより構成されている態様となる。
Here, when the configuration example shown in FIG. 3 is associated with FIG. 1, the
, 14F, 14G and
加えて、図３の構成例を図１に示す分配部３２０、信号増幅部３３０、及び合成部３４０に対応させると、例えば、次のように言い換えることもできる。
図３では、図１の分配部３２０が、３つの第１〜第３分配部から構成され、信号増幅部３３０が４つのドハティアンプＡ〜Ｄから構成され、合成部３４０が３つの第１〜第３合成部によって構成される態様を示している。
第１分配部は、端子１０からの入力信号を２等分して分配する９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅから構成され、吸収抵抗１５Ｅが９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅに接続されている。第２分配部は、第１分配部が分配した入力信号を受け、ドハティアンプＡとドハティアンプＢへ分配する９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆから構成される。第３分配部は、第１分配部が分配した入力信号を受け、ドハティアンプＣとドハティアンプＤへ分配する９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇから構成される。第１分配部と同様に、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆには吸収抵抗１５Ｆが接続され、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇには吸収抵抗１５Ｇが接続され、ている。
In addition, when the configuration example of FIG. 3 is associated with the
In FIG. 3, the
The first distribution unit includes a 90 °
ドハティアンプＡ〜Ｄは、信号増幅部３３０が４つのドハティアンプを並列に動作させる場合の一態様である。
第１合成部は、ドハティアンプＡ、Ｂから出力される二つの信号を合成した第１合成信号を出力する９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆから構成され、吸収抵抗１６Ｆが９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆに接続されている。第２合成部は、ドハティアンプＣ、Ｄから出力される二つの信号を合成した第２合成信号を出力する９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇから構成される。第３合成部は、第１合成信号と第２合成信号とを合成した信号を合成信号として伝送線路１２へ出力する９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅから構成される。第１合成部と同様に、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇには吸収抵抗１６Ｇが接続され、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅには吸収抵抗１６Ｅが接続されている。
The Doherty amplifiers A to D are an aspect when the
The first combining unit is composed of a 90 °
次に、図３の電力増幅器２００の動作を説明する。
端子１０に入力された入力信号は、９０°ハイブリッドカプラ１３Ｅで２分配され、さらに９０°ハイブリッドカプラ１３Ｆと９０°ハイブリッドカプラ１３Ｇでさらに２分配される。４分配された信号は、端子１Ａと端子１Ｂと端子１Ｃと端子１Ｄにそれぞれ出力される。
端子１１に５０Ωの負荷が接続されたとき、伝送線路１２でインピーダンス変換される。このため、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅから伝送線路１２を見込んだインピーダンスは２５Ωになる。９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆ、及び９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇは、特性インピーダンスが２５Ωなので、端子２Ａ、端子２Ｂ、端子２Ｃ、及び端子２Ｄから９０°ハイブリッドカプラ側を見たときの負荷は２５Ωに見える。
Next, the operation of the
The input signal input to the terminal 10 is divided into two by the 90 °
When a 50Ω load is connected to the terminal 11, the impedance is converted by the
ドハティアンプＡ〜Ｄは、図１の構成と同じく２５Ω負荷で適切に動作するドハティアンプある。このため、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｅ、９０°ハイブリッドカプラ１４Ｆ、及び９０°ハイブリッドカプラ１４Ｇで構成される合成回路を負荷として適切に動作し、かつ増幅した信号は一つに合成されて伝送線路１２を通して端子１１から出力される。
The Doherty amplifiers A to D are Doherty amplifiers that operate appropriately with a 25Ω load as in the configuration of FIG. 1. Therefore, the combined circuit composed of the 90 °
図３に示す構成では、５０Ωの負荷で動作するドハティアンプや特性インピーダンス５０Ωの９０°ハイブリッドカプラで合成部を構成する場合に比べて、インピーダンスを２５Ωから５０Ωに変換する伝送線路を３本減らすことができる。よって、二つのドハティアンプを並列する構成より小型化と原価低減の利点が得やすくなる。
図３には４並列の例を挙げたが、３並列や６並列や８並列など数が増えた場合でも、合成に使用する９０°ハイブリッドカプラを特性インピーダンス２５Ωで構成し、２５Ωから５０Ωへインピーダンス変換する伝送線路をドハティアンプから除けば、容易に拡張できる。任意のＮ並列動作（Ｎは任意の１以上の整数）に対して、２５Ωから５０Ωへ変換する伝送線路をＮ−１本減らすことができる。並列数が大きくなるほど効果が大きい。
In the configuration shown in FIG. 3, the number of transmission lines for converting the impedance from 25Ω to 50Ω is reduced by three compared to the case where the combining unit is configured with a Doherty amplifier operating with a load of 50Ω or a 90 ° hybrid coupler with a characteristic impedance of 50Ω. Can do. Therefore, it is easier to obtain the advantages of downsizing and cost reduction than the configuration in which two Doherty amplifiers are arranged in parallel.
Fig. 3 shows an example of 4 parallels. Even when the number of parallels increases, such as 3 parallels, 6 parallels, or 8 parallels, the 90 ° hybrid coupler used for the synthesis is configured with a characteristic impedance of 25Ω, and the impedance from 25Ω to 50Ω If the transmission line to be converted is removed from the Doherty amplifier, it can be easily expanded. For any N parallel operations (N is any integer greater than or equal to 1), N-1 transmission lines can be reduced from 25Ω to 50Ω. The larger the number of parallelism, the greater the effect.
加えて、図１乃至図３に示すように、分配部３２０と合成部３４０とに９０°ハイブリッドカプラを用いると、ドハティアンプの並列数が例えば２や４や８のように２のべき乗で増えた場合にも、設計の変更が容易である。具体的には、合成部に使用する９０°ハイブリッドカプラは全て特性インピーダンスが第２インピーダンス値である。このため、ドハティアンプの並列動作数が２のべき乗で増えた場合には、同じ９０°ハイブリッドカプラをトーナメント状に増やすことによって、ドハティアンプから出力される信号を合成することができる。従って、ドハティアンプの並列動作数に応じて、分配部３２０及び合成部３４０を構成する９０°ハイブリッドカプラの数を決定し配置すればよい。
一方、例えば、特許文献１のように、信号の合成手段として伝送線路トランスを用いる場合、ドハティアンプの並列数が増え、信号の合成数が増えると、一つ一つ特性インピーダンスを変えた伝送線路トランスを設計・製造する必要が生じる。
このように、図１乃至図３にしめす電力増幅器１００、２００、３００では、ドハティアンプの並列動作数に応じた設計・製造が容易になるという効果を奏する。
In addition, as shown in FIGS. 1 to 3, when a 90 ° hybrid coupler is used for the
On the other hand, for example, when a transmission line transformer is used as a signal synthesizing unit as in Patent Document 1, when the parallel number of Doherty amplifiers increases and the number of signal synthesizing increases, the transmission line in which the characteristic impedance is changed one by one The transformer needs to be designed and manufactured.
As described above, the
実施形態３．
上記各実施形態において、ドハティアンプＡに含まれる９０°ハイブリッドカプラ６Ａは必ずしも方向性結合器でなくてもよい。例えば、図４に示すように分布定数線路９Ａで信号を等位相で２分配したあと、特性インピーダンスが５０Ωで１／４波長の伝送線路８で位相を９０°動かしても良い。このことは、ドハティアンプＢ〜Ｄについても同様である。また、本実施形態のドハティアンプ内では分配された信号の位相差がゼロとなる。この点が、図２や図３に示した構成例のように９０°位相差となる点と異なる。
Embodiment 3. FIG.
In each of the above embodiments, the 90 °
実施形態４．
図１及び上記各実施形態では、分配部３２０と合成部３４０とに９０°ハイブリッドカプラを用いる例を説明したが、これに限られるわけではない。例えば、分配部３２０と合成部３４０とは、基本波の１／４波長の線路長で構成されている結合度３ｄＢの９０°ハイブリッドであり、かつ、マイクロストリップラインやストリップラインや同軸線路のような分布定数回路で構成される９０°ハイブリッドから構成される場合であってもよい。加えて、１／４波長の伝送線路長を有する９０°ハイブリッドの他に３／４波長の伝送線路長を有する広帯域な９０°ハイブリッドも使用できる。
従って、分配部３２０と合成部３４０に適用する９０°ハイブリットは、上述したカプラ型の他、ブランチライン型またはラットレース型の分配合成器を用いてもよい。
Embodiment 4 FIG.
In FIG. 1 and each of the embodiments described above, the example in which the 90 ° hybrid coupler is used for the
Therefore, the 90 ° hybrid applied to the
さらに加えて、図５に示す電力増幅器４００のように、分配部４２０と合成部４４０にウィルキンソン型の分配結合器（０°ハイブリッド）を用いる場合であってもよい。
ウィルキンソン型の分配器４２１は、入力インピーダンス及び出力インピーダンスが５０Ωの分配器である。ウィルキンソン型の分配器４２１は、一つの端子を一端に有し、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を一組他端に有する。一つの端子には端子３１０が接続されている。さらに、一対の端子のうちの一方の端子にはドハティアンプＡの端子１Ａが接続され、他方の端子にはドハティアンプＢの端子１Ｂが接続されている。
ウィルキンソン型の合成器４４１は、入力インピーダンス及び出力インピーダンスが２５Ωの合成器である。ウィルキンソン型の合成器４４１は、一つの端子一端に有し、互いにアイソレーションの関係にある一対の端子を一組他端に有する。一つの端子には伝送線路１２が接続されている。さらに、一対の端子のうちの一方の端子にはドハティアンプＡの端子２Ａが接続され、他方の端子にはドハティアンプＢの端子２Ｂが接続されている。
In addition, a Wilkinson type distribution coupler (0 ° hybrid) may be used for the
The
The
上記各実施形態と同様に、本実施形態の電力増幅器４００は、ドハティアンプＡの出力端子（端子２Ａ）とウィルキンソン型の合成器４４１との間にインピーダンス変換を行う伝送線路が配置されていない。ドハティアンプＢの端子２Ｂとウィルキンソン型の分配結合器４４１との間も同様である。加えて、第１及び第２のドハティアンプは、例えば図２のドハティアンプＡ、Ｂと同様にキャリアアンプ、ピークアンプ、及び伝送線路の構成を有するが、２５Ωから５０Ωへインピーダンスを変換する伝送線路を備えていない。そして、特性インピーダンスが第１インピーダンス値である伝送線路及びピークアンプの出力端子が、２つのドハティアンプの結合手段であるウィルキンソン型の合成器４４１に直結する構成となる。
なお、分配部３２０と合成部３４０とには、上述した９０°ハイブリッドとウィルキンソン型の分配器や合成器を用いることができるが、分配部３２０と合成部３４０とにおいて素子を同型にすることが必要である。より詳細には、分配部３２０に９０°ハイブリッドを用いる場合には、合成部３４０にも９０°ハイブリッドを用いる。一方、分配部３２０にウィルキンソン型の分配器や合成器を用いる場合には、合成部３４０にもウィルキンソン型の分配器や合成器を用いる。このような構成とすることが必要である。加えて、複数のドハティアンプ内の分配部も同型にすることが必要である。
As in the above embodiments, in the
The
本実施形態で説明したように、上記各実施形態の分配部３２０と合成部３４０を構成する素子は、アイソレーションをとることができる素子である。従って、一部のドハティアンプに故障が生じた場合にも、他のドハティアンプ動作に影響を及ぼすことがない。これは、素子がアイソレーションをとることができない素子（例えば、伝送線路トランス）を用いる場合に対して、有利な効果を生じさせることになる。
As described in the present embodiment, the elements constituting the
実施形態５．
実施形態５では、電力増幅器の一態様を、デジタル放送用の送信システムに適用する場合を一例として説明する。図６は、電力増幅器を搭載した送信システムの構成例を示すブロック図である。送信システム６００は、入力端子６１０、変調器６２０、励振器６３０、電力増幅器６４０、濾波器６５０、及び出力端子６６０を備える。電力増幅器６４０は、入力端子６４１、分配部６４２、信号増幅部６４３、合成部６４４、変換部６４５、及び出力端子６４６を備える。加えて、信号増幅部６４３は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のドハティアンプ６４３−１〜６４３−Ｍから構成される例を示す。送信システム６００は、図示しないスタジオ装置からＴＳ（TransPort Stream）信号を受け取る。
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, a case where one aspect of a power amplifier is applied to a transmission system for digital broadcasting will be described as an example. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a transmission system equipped with a power amplifier. The
変調器６２０は、入力端子６１０から入力されたＴＳ信号をＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調し、ＩＦ（Intermediate Frequency）帯のＯＦＤＭ信号として励振器６３０に出力する。
励振器６３０は、ＩＦ帯のＯＦＤＭ信号を所望の周波数帯（例えばＵＨＦ帯）のＲＦ信号に変換する。励振器６３０は、後段の電力増幅器６４０におけるＩＭ（相互変調歪み）の発生を抑制するための非線形歪み補償機能や送信システム６００において発生する周波数チルトを補償する線形歪み補償機能を有する。
電力増幅器６４０は、励振器６３０から入力されたＲＦ信号の電力を所定の値に増幅する。
濾波器（バンドパスフィルタ）６５０は、電力増幅器６４０が増幅した信号の帯域を制限し、出力端子６６０に出力される。
出力端子６６０は、図示しないアンテナに接続されている。出力端子６６０を介して出力される、増幅されたＲＦ信号は、アンテナから放送信号として送信される。
The
The
The filter (bandpass filter) 650 limits the band of the signal amplified by the
The
電力増幅器６４０では、励振器６３０からＲＦ信号を受けると、分配部がＲＦ信号を複数のドハティアンプ６４３−１〜６４３−Ｍに分配する。複数のドハティアンプ６４３−１〜６４３−Ｍは、入力したＲＦ信号を増幅し、合成部６４４へ出力する。合成部６４４は、複数のドハティアンプ６４３−１〜６４３−Ｍから受けた信号を合成する。変換部６４５は、インピーダンスを変換するとともに、合成部６４４から受けた信号を、出力端子６４６を介して濾波器６５０へ出力する。
図６の送信システム６００では、電力増幅器６４０として、上記各実施形態で説明した電力増幅器のいずれかを搭載することが可能である。加えて、分配部６４２及び合成部６４４を構成する、例えば９０°ハイブリッド等の素子数は、信号増幅器６４３が備えるドハティアンプの並列動作数に応じて変更すればよい。その際、並列数が２のべき乗で増える場合は、同じ９０°ハイブリッドカプラを並列数に応じて増やすだけで容易に合成数を増やすことができ、各素子の特性インピーダンスを変更するなどの設計変更を必要としない。分配部６４２を構成する素子の特性インピーダンスが第１インピーダンスであり、合成部６４４を構成する素子の特性インピーダンスが第２インピーダンスであればよい。具体的には、並列数より一つ少ない数の同じ９０°ハイブリッドカプラにより、分配部６４２及び合成部６４４を構成すればよい。
In the
In the
上記各実施形態で説明したように、電力増幅器は、並列して動作させるドハティアンプから、「第２インピーダンス（２５Ω）から第１インピーダンス（５０Ω）へインピーダンス変換する伝送線路」を省き、第２インピーダンスの負荷で動作するドハティアンプを有する。さらに、特性インピーダンスが第２インピーダンスの９０°ハイブリッドカプラによって、各ドハティアンプからの増幅信号を合成し、合成後に第２インピーダンスから第１インピーダンスへインピーダンスを変換する。これにより、全体としてインピーダンス変換に使用する伝送線路の数が減るため装置を小型化できる。 As described in the above embodiments, the power amplifier omits the “transmission line for impedance conversion from the second impedance (25Ω) to the first impedance (50Ω)” from the Doherty amplifier that operates in parallel, and the second impedance. It has a Doherty amplifier that operates at a load. Further, the amplified signals from the respective Doherty amplifiers are synthesized by the 90 ° hybrid coupler having the second impedance as the characteristic impedance, and the impedance is converted from the second impedance to the first impedance after the synthesis. Thereby, since the number of transmission lines used for impedance conversion as a whole decreases, the apparatus can be miniaturized.
加えて、例えば、送信システムに電力増幅器を搭載する場合、要求される電力の増幅量はシステムに応じて異なる。上記各実施形態の電力増幅器では、並列動作させるドハティアンプの数に応じて、合成部及び結合部を構成する素子（９０°ハイブリッドやウィルキンソン型の分配構成器）を増減させることによって対応できる。従って、電力増幅器を搭載する送信システムの仕様に応じて、容易に設計・製造することが可能であり、コストを削減できるという有利な効果を奏する。 In addition, for example, when a power amplifier is mounted in a transmission system, the required amount of power amplification differs depending on the system. The power amplifier according to each of the above embodiments can be dealt with by increasing / decreasing the elements (90 ° hybrid and Wilkinson type distribution components) constituting the combining unit and the coupling unit according to the number of Doherty amplifiers operated in parallel. Therefore, it is possible to easily design and manufacture according to the specification of the transmission system equipped with the power amplifier, and there is an advantageous effect that the cost can be reduced.
さらに加えて、上記各実施形態の電力増幅器では、複数のドハティアンプを並列動作させて高出力を実現するため、分配部及び合成部は、アイソレーションが取れる素子で構成することが好ましい。上記各実施形態の電力増幅器では、分配部及び合成部を、９０°ハイブリッドカプラなどのアイソレーションが取れる素子によって構成する。例えば、一方のドハティアンプに故障が生じた場合にも、他方のドハティアンプから見たインピーダンスは、第１のインピーダンス値の２分の１を維持することができる。従って、上記各実施形態の電力増幅器は、一部のドハティアンプが故障した場合でも、動作の継続が可能であるという有利な効果を奏する。 In addition, in the power amplifier of each of the above embodiments, in order to achieve a high output by operating a plurality of Doherty amplifiers in parallel, it is preferable that the distribution unit and the combining unit are configured with elements that can be isolated. In the power amplifiers of the above embodiments, the distributing unit and the combining unit are configured by elements that can be isolated, such as a 90 ° hybrid coupler. For example, even when a failure occurs in one Doherty amplifier, the impedance viewed from the other Doherty amplifier can be maintained at one-half of the first impedance value. Therefore, the power amplifier of each of the above embodiments has an advantageous effect that the operation can be continued even when some of the Doherty amplifiers fail.
上記各実施形態の電力増幅器は、例えば、テレビ放送や移動体通信の送信システムに使用することができる。具体的には、ドハティアンプを並列動作させてＲＦ信号を増幅する送信システムに適用できる。本発明の一実施形態に係る電力増幅器を適用することにより、通信装置の小型化を実現することが可能になる。 The power amplifiers of the above embodiments can be used in, for example, a transmission system for television broadcasting or mobile communication. Specifically, the present invention can be applied to a transmission system that amplifies an RF signal by operating Doherty amplifiers in parallel. By applying the power amplifier according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the size of the communication device.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
１Ａ〜１Ｄ、１０ 端子（入力端子）
２Ａ〜２Ｄ、１１ 端子（出力端子）
６Ａ、６Ｂ、１３、１３Ｅ〜１３Ｆ、１４、１４Ｅ〜１４Ｆ、３２１、３４１ ９０°ハイブリッドカプラ
３Ａ、３Ｂ キャリアアンプ
４Ａ、４Ｂ ピークアンプ
５Ａ，５Ｂ 伝送線路
７Ａ、７Ｂ、１５、１５Ｅ〜１５Ｆ、１６、１６Ｅ〜１６Ｆ、３２２、３４２ 吸収抵抗
１２ 伝送線路
１００、２００、３００、６４０ 電力増幅器
３１０、６１０、６４１ 入力端子
３２０、６４２ 分配部
３３０、６４３ 信号増幅部
３３１、３３２、６４３−１〜６４３−Ｍ、Ａ〜Ｄ ドハティアンプ
３４０、６４４ 合成部（結合部）
３５０、６４５ 変換部（伝送線路）
３６０、６４６、６６０ 出力端子
４２１ ウィルキンソン型の分配器
４４１ ウィルキンソン型の合成器
1A to 1D, 10 terminals (input terminals)
2A to 2D, 11 terminals (output terminal)
6A, 6B, 13, 13E-13F, 14, 14E-14F, 321, 341 90 °
350, 645 Conversion unit (transmission line)
360, 646, 660
Claims (16)
特性インピーダンスが第１インピーダンス値であり、前記入力信号を分配する分配手段と、
前記第１インピーダンス値より低い第２インピーダンス値の負荷で動作し、前記分配手段が分配する前記入力信号を増幅する、複数のドハティアンプを有する信号増幅手段と、
特性インピーダンスが前記第２インピーダンス値であり、前記信号増幅手段が出力する複数の信号を合成した合成信号を出力する合成手段と、
一端が前記合成手段へ接続され、インピーダンスを前記第２インピーダンス値から前記第１インピーダンス値へ変換する変換手段と、
前記変換手段の他端が接続され、前記合成信号を出力する第１出力端子と、を備える電力増幅器。 A first input terminal to which an input signal is supplied;
A distribution means for distributing the input signal, wherein the characteristic impedance is a first impedance value;
A signal amplifying unit having a plurality of Doherty amplifiers that operates with a load having a second impedance value lower than the first impedance value and amplifies the input signal distributed by the distributing unit;
Combining means for outputting a combined signal obtained by combining a plurality of signals output by the signal amplifying means, wherein the characteristic impedance is the second impedance value;
One end connected to the combining means, and converting means for converting impedance from the second impedance value to the first impedance value;
And a first output terminal connected to the other end of the conversion means and outputting the combined signal.
入力インピーダンス及び出力インピーダンスが第１インピーダンス値であり、前記入力信号を分配する分配手段と、
前記第１インピーダンス値より低い第２インピーダンス値の負荷で動作し、前記分配手段が分配する前記入力信号を増幅する、複数のドハティアンプを有する信号増幅手段と、
入力インピーダンス及び出力インピーダンスが前記第２インピーダンス値であり、前記信号増幅手段が出力する複数の信号を合成した合成信号を出力する合成手段と、
一端が前記合成手段へ接続され、インピーダンスを前記第２インピーダンス値から前記第１インピーダンス値へ変換する変換手段と、
前記変換手段の他端が接続され、前記合成信号を出力する第１出力端子と、を備える電力増幅器。 A first input terminal to which an input signal is supplied;
A distribution means for distributing the input signal, the input impedance and the output impedance being a first impedance value;
A signal amplifying unit having a plurality of Doherty amplifiers that operates with a load having a second impedance value lower than the first impedance value and amplifies the input signal distributed by the distributing unit;
Combining means for outputting a combined signal in which the input impedance and the output impedance are the second impedance values and combining a plurality of signals output by the signal amplifying means;
One end connected to the combining means, and converting means for converting impedance from the second impedance value to the first impedance value;
And a first output terminal connected to the other end of the conversion means and outputting the combined signal.
前記合成手段と前記変換手段とは直結していることを特徴とする請求項１または２記載の電力増幅器。 The signal amplification means and the synthesis means are directly connected,
3. The power amplifier according to claim 1, wherein the combining unit and the converting unit are directly connected.
前記第１ドハティアンプは、第２入力端子と、第２出力端子とを有し、
前記第２ドハティアンプは、第３入力端子と、第３出力端子とを有し、
前記分配手段は、前記第２及び第３入力端子と接続され、前記入力信号を前記第２及び第３入力端子へ分配し、
前記合成手段は、前記第２及び第３入力端子と接続され、前記第２及び第３出力端子から出力される二つの信号を合成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力増幅器。 The signal amplifying means includes first and second Doherty amplifiers as the plurality of Doherty amplifiers,
The first Doherty amplifier has a second input terminal and a second output terminal,
The second Doherty amplifier has a third input terminal and a third output terminal,
The distribution means is connected to the second and third input terminals, distributes the input signal to the second and third input terminals,
The said combining means is connected with the said 2nd and 3rd input terminal, and synthesize | combines two signals output from the said 2nd and 3rd output terminal. The power amplifier described in 1.
前記第１ドハティアンプは、第２入力端子と、第２出力端子とを有し、
前記第２ドハティアンプは、第３入力端子と、第３出力端子とを有し、
前記第３ドハティアンプは、第４入力端子と、第４出力端子とを有し、
前記第４ドハティアンプは、第５入力端子と、第５出力端子とを有し、
前記分配手段は、
前記入力信号を２分配する第１分配手段と、
前記第２及び第３入力端子と接続され、前記第１分配手段が２分配した前記入力信号を前記第２及び第３入力端子へ分配する第２分配手段と、
前記第４及び第５入力端子と接続され、前記第１分配手段が２分配した前記入力信号を前記第４及び第５入力端子へ分配する第３分配手段と、を有し、
前記合成手段は、
前記第２及び第３出力端子と接続され、前記第２及び第３出力端子から出力される二つの信号を合成した第１合成信号を出力する第１合成手段と、
前記第４及び第５出力端子と接続され、前記第４及び第５出力端子から出力される二つの信号を合成した第２合成信号を出力する第２合成手段と、
前記第１合成信号と前記第２合成信号を合成する第３合成手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力増幅器。 The signal amplifying means includes first to fourth Doherty amplifiers as the plurality of Doherty amplifiers,
The first Doherty amplifier has a second input terminal and a second output terminal,
The second Doherty amplifier has a third input terminal and a third output terminal,
The third Doherty amplifier has a fourth input terminal and a fourth output terminal,
The fourth Doherty amplifier has a fifth input terminal and a fifth output terminal,
The distributing means includes
First distribution means for distributing the input signal into two;
Second distribution means connected to the second and third input terminals and distributing the input signal divided into two by the first distribution means to the second and third input terminals;
And third distribution means connected to the fourth and fifth input terminals and distributing the input signal divided into two by the first distribution means to the fourth and fifth input terminals,
The synthesis means includes
First combining means connected to the second and third output terminals and outputting a first combined signal obtained by combining two signals output from the second and third output terminals;
Second combining means connected to the fourth and fifth output terminals and outputting a second combined signal obtained by combining two signals output from the fourth and fifth output terminals;
The power amplifier according to any one of claims 1 to 5, further comprising third combining means for combining the first combined signal and the second combined signal.
前記変換手段は、インピーダンスを２５オームから５０オームに変換することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力増幅器。 The first impedance value is 50 ohms and the second impedance value is 25 ohms;
The power amplifier according to any one of claims 1 to 7, wherein the conversion unit converts the impedance from 25 ohms to 50 ohms.
前記分配手段が接続される第６入力端子と、
前記合成手段が接続される第６出力端子と、
特性インピーダンスが前記第１インピーダンス値であり、前記第６入力端子から受けた前記入力信号を２分配する第４分配手段と、
前記第４分配手段から分配された信号を増幅するキャリアアンプと、
前記第４分配手段から分配された信号を増幅するピークアンプと、
特性インピーダンスが前記第１インピーダンス値であり、一端が前記キャリアアンプへ接続され、他端が前記第６出力端子及び前記ピークアンプへ接続される伝送線路と、を備え、
前記伝送線路は、前記キャリアアンプと直列に、かつ、前記ピークアンプと並列に接続するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。 Each of the plurality of Doherty amplifiers is
A sixth input terminal to which the distribution means is connected;
A sixth output terminal to which the combining means is connected;
Fourth distribution means for distributing the input signal received from the sixth input terminal into two, wherein the characteristic impedance is the first impedance value;
A carrier amplifier for amplifying the signal distributed from the fourth distribution means;
A peak amplifier for amplifying the signal distributed from the fourth distribution means;
A characteristic impedance is the first impedance value, one end is connected to the carrier amplifier, and the other end is connected to the sixth output terminal and the peak amplifier, and a transmission line,
The power amplifier according to claim 1, wherein the transmission line is configured to be connected in series with the carrier amplifier and in parallel with the peak amplifier.
前記合成手段は、特性インピーダンスが前記第２インピーダンス値である、少なくとも一つの９０°ハイブリッドカプラから構成されることを特徴とする請求項９記載の電力増幅器。 The distribution means is composed of at least one 90 ° hybrid coupler whose characteristic impedance is the first impedance value;
The power amplifier according to claim 9, wherein the combining unit includes at least one 90 ° hybrid coupler whose characteristic impedance is the second impedance value.
前記分配手段が接続される第６入力端子と、
前記合成手段が接続される第６出力端子と、
入力インピーダンス及び出力インピーダンスが前記第１インピーダンス値であり、前記第６入力端子から受けた前記入力信号を２分配する第４分配手段と、
前記第４分配手段から分配された信号を増幅するキャリアアンプと、
前記第４分配手段から分配された信号を増幅するピークアンプと、
特性インピーダンスが前記第１インピーダンス値であり、一端が前記キャリアアンプへ接続され、他端が前記第６出力端子及び前記ピークアンプへ接続される伝送線路と、を備え、
前記伝送線路は、前記キャリアアンプと直列に、かつ、前記ピークアンプと並列に接続するように構成されることを特徴とする請求項２記載の電力増幅器。 Each of the plurality of Doherty amplifiers is
A sixth input terminal to which the distribution means is connected;
A sixth output terminal to which the combining means is connected;
A fourth distribution means for distributing the input signal received from the sixth input terminal into two, the input impedance and the output impedance being the first impedance value;
A carrier amplifier for amplifying the signal distributed from the fourth distribution means;
A peak amplifier for amplifying the signal distributed from the fourth distribution means;
A characteristic impedance is the first impedance value, one end is connected to the carrier amplifier, and the other end is connected to the sixth output terminal and the peak amplifier, and a transmission line,
The power amplifier according to claim 2, wherein the transmission line is configured to be connected in series with the carrier amplifier and in parallel with the peak amplifier.
前記合成手段は、入力インピーダンス及び出力インピーダンスが前記第２インピーダンス値である、少なくとも一つのウィルキンソン型の合成器から構成されることを特徴とする請求項１１記載の電力増幅器。 The distribution means is composed of at least one Wilkinson-type distributor whose input impedance and output impedance are the first impedance values,
12. The power amplifier according to claim 11, wherein the synthesizing unit includes at least one Wilkinson synthesizer whose input impedance and output impedance are the second impedance values.
前記分配手段は、前記複数のドハティアンプより一つ少ない数の分配手段から構成され、
前記合成手段は、前記複数のドハティアンプより一つ少ない数の合成手段から構成されることを特徴とする請求項1乃至４、９乃至１４のいずれか一項に記載の電力増幅器。 The plurality of Doherty amplifiers is composed of Doherty amplifiers that are powers of two,
The distribution means is composed of a number of distribution means less than the plurality of Doherty amplifiers,
15. The power amplifier according to claim 1, wherein the synthesizing unit includes a number of synthesizing units that is one less than the plurality of Doherty amplifiers.
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