JP2014039228A - Ｌｉｎｃ電力増幅器 - Google Patents

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Abstract

【課題】増幅器が所定効率で動作する出力電力の範囲を拡張可能とする。
【解決手段】ＬＩＮＣ電力増幅器は、入力信号の振幅に基づいて各増幅器に入力すべき部分信号から結合に用いる部分信号を選択するとともに、入力信号の振幅及び位相に基づき、選択された部分信号の振幅及び位相を所定の効率が得られる領域が拡張されるように決定し、選択された部分信号を対応する電力増幅器に入力し、選択された部分信号の増幅によって得られた信号を結合する。
【選択図】図５

Description

本開示は、ＬＩＮＣ(Linear Amplification with Nonlinear Components)電力増幅器に関する。
近年における通信システムで適用される通信規格は、例えば、Wideband Code Division
Multiple Access (W-CDMA)，Long Term Evolution (LTE), Worldwide Interoperability
for Microwave Access (WiMAX: IEEE802.16-2004, IEEE802.16e等)を含む。さらに、通
信規格は、Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA)を含むことが
できる。
上記した無線通信システムは、高いデータ送信レートを提供可能な広帯域信号を使用する。このため、ＲＦ信号に対する効率的な線形電力増幅が望まれる。伝統的な電力増幅器（パワーアンプ：ＰＡ）は、通常、最大（ピーク）出力電力条件の下で最大効率が得られるように設計されている。その結果として、電力が最大位置からバックオフ（back-off）するとき、増幅器の効率は急激に低下する。その結果、増幅器の効率は、ピーク電力レベルでの効率より大幅に低下する。
複数の電力増幅器（通常２つ、まれに３以上）を備える複合タイプの電力増幅器がある。複合タイプの電力増幅器は、ドハティ増幅器（例えば、特許文献１，非特許文献３参照）及びＬＩＮＣ(linear amplification with nonlinear components)又はアウトフェイジング増幅器（例えば、非特許文献１，２参照）を含む。このような、複数のウェイ（ＨＰＡ）を有する増幅スキーマは、高電力増幅器（High Power Amplifier: ＨＰＡ）を含むアクティブデバイスにおけるアクティブな負荷変調を通じて電力バックオフ動作における高効率を提供することができる。
ＬＩＮＣ電力増幅器は、高線形性及び高電力効率を同時に達成可能なことが期待された技術の一つである。ＬＩＮＣ増幅器は、帯域通過波形を変調した包絡線を得て、二つの位相変調（ＰＭ変調）された定包絡線信号を決定する。二つの定包絡線信号は、高効率及び高非線形の電力増幅器に適用される。その後、各電力増幅器の出力は合成される。
図１は、ＬＩＮＣ電力増幅器の簡易なブロック図を図示し、図２は、定包絡線信号Ｓ1
（t），Ｓ2(ｔ)及びアウトフェイジング信号ｅ(ｔ)を示すベクトル図を示す。図１において、帯域通過波（帯域通過信号）の分離は、ＳＣＳ(signal component separator)によって行われる。帯域が制限されたソースＲＦ信号ｓ(ｔ)の複素表現は、以下の式（１）で可能である。
Figure 2014039228
α(ｔ)は、実際の包絡線であり、Θ(ｔ)は、入力振幅変調（ＡＭ）信号におけるオリジナルの位相変調を示す。Ｖmは、信号ｓ(ｔ)の最大振幅である。
入力信号はＳＣＳによって、等しい包絡線を有し且つ逆の変調位相変化を有する二つの定包絡線信号Ｓ1(ｔ)及びＳ2(ｔ)に分離される。変調位相及び一定の振幅を有するこれら
の二つのＲＦ信号Ｓ1(ｔ)及びＳ2(ｔ)は、図２において図示されたベクトルで示すことができる。図２において、信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)及び角度ψは、以下の式（２），式（３）及び式（４）で表すことができる。また、ｅ(ｔ)は、直角位相又はアウトフェイジング信号であり、以下の式（５）で表すことができる。
Figure 2014039228
信号Ｓ1(ｔ)及びＳ2(ｔ)は、ＳＣＳに接続された二つの電力増幅器（ＰＡ）で個別に増幅され、電力結合器に送られる。電力結合で、同相信号成分が付加され異相信号成分が打ち消される。その結果として得られる信号Ｓ（ｔ）は、オリジナル信号ｓ（ｔ）が所望の増幅度で増幅されたレプリカ信号となる（式（６）参照）。
Figure 2014039228
米国特許第５０１２２００号公報 特表２００９-５３３９４７号公報 特表２００８-５１８５１４号公報 特開２００９-２１３０９０号公報 米国特許公開第２０１０／０２４４９４９号公報 米国特許第７１８４７２３号公報 米国特許公開第２０１０／００７４３６７号公報
X. Zhang et al., "Gain/Phase Imbalance-Minimization Techniques for LINC Transmitters", IEEE Trans On Microwave Theory And Techniques, Vol. 49, No. 12, December 2001. I. Hakala, "A 2.14-GHz Chireix Outphasing Transmitter", IEEE Trans On Microwave Theory And Techniques, Vol. 53, No.6 June 2005. Lawrence F. A., "High Efficiency Linear Power Amplifier for Portable Communications Applications, " CSIC 2005 Digest Wireless Technology Research Laboratory Motorola Labs.
しかしながら、ＬＩＮＣ電力増幅器の大きな欠点の一つは、電力結合ネットワークにおけるロスが、電力効率を落とすことである。例えば、伝統的なハイブリッドが結合器（combiner）として使用される場合には、アウトフェイジング信号ｅ(ｔ)の電力は、無駄な熱に変わる。Chireix（キレイクス）と呼ばれる代替的な結合手法では、シャントサセプタ
ンス補償（補償リアクタンス）によって、高効率の領域を低電力出力レベルに拡大する。Chireixは、補償サセプタンス（補償リアクタンス）の変動によって、異なるピーク対平
均電力比に適合するように効率曲線を変更することができる。
図３は、補償シャントサセプタンスＢｃ（補償リアクタンス）に対応する出力電圧対電力効率を示す。出力電力は、効率性を有するように、最大値（ピーク）に対して正規化される。図３に示すように、補償サセプタンスの適正な選択は、システム効率、特に低い出力電力レベルにおける大幅な向上を結果としてもたらす。小さい補償サセプタンスで、良好な補償が低い出力電力レベルで得られる。しかし、高電力レベルでの電力効率は、補償サセプタンスが過度となるために、補償がない場合よりも低くなる。
開示の技術は、電力増幅器が所定効率で動作する出力電力の範囲を拡張可能な技術を提供することを目的とする。
実施例の態様の一つは、ＬＩＮＣ電力増幅器であり、少なくとも３つの電力増幅器と、
入力信号の振幅に基づき、上記少なくとも３つの電力増幅器に入力すべき少なくとも３つの部分信号から結合に用いる少なくとも２つの部分信号を選択するとともに、上記入力信号の振幅及び位相に基づき、上記少なくとも２つの部分信号の振幅及び位相を、電力増幅器が所定効率で動作する出力電力の範囲が拡張されるように決定する第１の回路と、
上記決定された振幅及び位相を有する上記少なくとも２つの部分信号を上記少なくとも３つの電力増幅器の対応する電力増幅器に入力する第２の回路と、
上記少なくとも２つの部分信号が前記対応する電力増幅器で増幅されることによって得られた信号を結合する結合器とを備える。
本発明の実施例によれば、電力増幅器が高効率で動作する出力電力の範囲を拡張することができる。
図１は、ＬＩＮＣ増幅器の簡易な構成例を図示する。 図２は、定包絡線信号Ｓ１（t），Ｓ２(ｔ)及びアウトフェイジング信号ｅ(ｔ)を示すベクトル図である。 図３は、補償シャントサセプタンス（補償リアクタンス）に対応する出力電圧対電力効率を示す。 図４は、参考図としての特許文献１におけるベクトル合成の説明図である。 図５は、本発明の実施形態に係るＬＩＮＣ電力増幅器の構成例を示す。 図６は、位相角度Ψと、増幅器の効率η（％）との関係を示す図である。 図７は、ケース１〜３におけるベクトル図を示す。 図８は、制御ネットワークに含まれる、ＨＰＡ１〜３のコントローラの構成例を示す。 図９は、ＬＩＮＣ電力増幅器の実施形態のシミュレートされた効率を示す。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
本実施形態は、個々のＨＰＡのための補償リアクタンスＢｃ（図３参照）の調整に代えて、図２に示したようなアウトフェイズ成分を最小化するために角度Ψを調整する。図２から理解できるように、角度Ψは不要なアウトフェイズ信号ｅ(ｔ)のレベルを定義する。
本実施形態では、不要なアウトウェイジング信号ｅ(ｔ)の振幅を最小化するために角度Ψが調整される。角度Ψの調整によってアウトフェイジング成分ｅ(ｔ)が低減される。アウトフェイジング成分の低減は、ＬＩＮＣシステムのロス低減を招来する。従って、ＬＩＮＣ増幅器のトータルの電力効率が増加する。
参考例として、特許文献１（米国特許公報第５０１２２００号公報）は、アウトフェイジング信号ｅ(ｔ)のレベルを低減し、ＬＩＮＣ電力増幅器のトータルのロスを低減するために、付加的な信号Ｓ3(ｔ)が導入された３ウェイのドハティ増幅器を開示する。ドハテ
ィ増幅器の入力信号ｓ(ｔ)は、以下の式（７）で表現される。
Figure 2014039228
このように、特許文献１では、等しい振幅を有する合計３つの分離信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(
ｔ)及びＳ3(ｔ)は、オリジナルの入力信号ｓ(ｔ)を構成する。特許文献１は、各電力増幅器の出力ポートに接続されたシャントサセプタンスによって各電力増幅器の無効な負荷を相殺することで、電力効率の向上を図る。すなわち、図４の参考図に示すように、３つの電力増幅器の出力１，２，及び３が同相で結合されるときに、最大の出力電力が得られる。また、図４に示すように、出力１，２，３のベクトルが異なる向きを持つときに、これらの合成ベクトルが出力電圧となるように調整され、出力２のベクトルと出力１及び出力３の合成ベクトルとの和が出力電圧となるように調整される。また、出力１，２及び３が角度１２０°を有するときに、出力電力はゼロになる。
特許文献１は、電力効率の増加にかかわらず、Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)，及びＳ3(ｔ)の間で
最適化された位相角度の選択を行う。このため、小さな振幅を有する入力信号ｓ（ｔ）が高レベルのアウトフェイジング信号を有する問題を有している。すなわち、入力信号ｓ(
ｔ)はゼロ振幅（出力がゼロ）のときに、すべての３つの信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)，及びＳ3(ｔ)が、図４に示すように、角度１２０°で結合される。この場合、信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(
ｔ)，及びＳ3(ｔ)からの全体の電力はアウトフェイジング電力、すなわちロスに変換される。
図５は、本発明の実施形態に係るＬＩＮＣ電力増幅器の構成例を示す。図５に示されたＬＩＮＣ電力増幅器は、３つのウェイ（ＨＰＡブランチ）を有する。但し、ウェイ（ブランチ）の数は、例えば、３以上の任意の数に拡張することができる。
図５において、ＬＩＮＣ電力増幅器１０は、制御ネットワーク１１と、共通負荷（comm
on load）１２と、制御ネットワーク１１と共通負荷１２との間に配置された３つの高電
力増幅器（ハイパワーアンプ：ＨＰＡ）１，２，３が配置されている。各ＨＰＡ１，２及び３は、電力増幅器（ＰＡ）の一例である。共通負荷１２は、個々のＨＰＡ１〜３に対して所望の出力インピーダンスＲを提供する。
ＨＰＡ１〜３の出力信号は、Chireixシステム１４によって合成される。Chireixシステム１４は、合成器の一例である。によって合成される。すなわち、各ＨＰＡ１〜３の出力ポートには、４分の波長線路（λ／４）が接続されている。各４分の波長線路は、結合点で結合され、共通負荷１２に接続される。また、各ＨＰＡ１〜３からの出力ポートには、補償シャントサセプタンス（補償リアクタンス）１５が接続されている。但し、図５では、ＨＰＡ２の出力に対する補償リアクタンス１５の図示は省略している。
制御ネットワーク１１は、増幅対象としての帯域通過信号である信号ｓ(ｔ)を受信する。制御ネットワーク１１は、信号ｓ（ｔ）からＨＰＡ１〜３のうちの対応するＨＰＡに入力されるべき部分信号（分離信号）である信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)，及びＳ3(ｔ)を生成す
る。
ＨＰＡ１に入力されるべき信号Ｓ1(ｔ)，ＨＰＡ２に入力されるべき信号Ｓ2(ｔ)，及びＨＰＡ３に入力されるべきＳ3(ｔ)は、０（ゼロ）又は一定のノンゼロ振幅である振幅Ａkを有する。このような二つの振幅選択（２値の信号選択）は、重み係数（カットオフパラメータ）αk（αk＝｛１又は０｝，ｋ＝１，２，…，Ｎ，本実施形態ではＮ＝３）とオリジナル信号Ｓk(ｔ)の掛け算によって達成される。ＨＰＡ１〜３への入力信号をゼロにす
る処理は、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかによって達成することができる。
（ａ）ＨＰＡ入力をゼロに設定する。
（ｂ）ＨＰＡ入力を接地する。
（ｃ）カットオフバイアスを設定する。
（ｄ）ＨＰＡ電力供給をオフに切り替える。
ＨＰＡ１〜ＨＰＡ３は、出力信号がゼロ又はカットオフモードであるときに結合ノード（共通負荷１２）に対して高インピーダンスを示すように設計される。このとき、一定の振幅Ａを有する信号が入力されるＨＰＡは、高効率を有する。
図５に示すＬＩＮＣ増幅器１０への入力信号ｓ(ｔ)は以下の式（８）で記述される。
Figure 2014039228
上述した様に、重み係数（カットオフパラメータ）αkは、二つのとり得る値αk＝[１
又は０]を有する。値ｋは、ＨＰＡの番号を示し、図５の例では、ｋ＝１，２又は３であ
る。重み係数αk＝０は、カットオフモードにおけるｋ番目のＨＰＡに対し、バイアス電
圧を供給することによって達成される。あるいは、ｋ番目のＨＰＡ入力振幅に対し、ゼロを割り当てることによって、重み係数αk＝０が達成される。
本実施形態では、可能な限り高いトータルＨＰＡ効率を得るために、信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)，及びＳ3(ｔ)の振幅は、等しくない（アンバランス）な値をとることが可能である
。これは、すべての分離信号が同じ振幅でなければならないことを要求する特許文献１の技術と異なる。
以下を仮定する。入力信号ｓ(ｔ)の最大振幅は、Ｖm＝Ｓ1(ｔ)＋Ｓ2(ｔ)＋Ｓ3(ｔ)であり、入力信号ｓ(ｔ)の最小振幅は０（ゼロ）である。この場合、個々の信号の可能な選択は、Ｓ1(ｔ)＝Ｓ2(ｔ)＋Ｓ3(ｔ)；Ｓ2(ｔ)＝Ｓ3(ｔ)；または、Ｓ1(ｔ)＝２・Ｓ2(ｔ)で
ある。
また、ＨＰＡ効率を最大化するために、以下の（Ａ）又は（Ｂ）の処理が実行される。（Ａ）信号ｓ(ｔ)再生のために使用される信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)の最小数を維持する。
（Ｂ）信号ｓ(ｔ)再生のために選択されている信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)の間の最小角度Ψkを維持する。
ＨＰＡ１〜３に入力される信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)は、固定された振幅Ａ1,Ａ2及びＡ3を有する。また、各信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)は、位相角度ψ1,ψ2及び
ψ3を有する。そして、選択可能な重み係数（カットオフパラメータ）αkは、α1,α2及
びα3である。従って、ＨＰＡ入力信号ｓ(ｔ)を構成するために取り得る信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)は、以下の式（９）で示される。
Figure 2014039228
信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)の位相角度ψがゼロ（ψ1＝ψ2＝ψ3＝０）である場
合には、最大ＨＰＡ入力電圧Ｖmを得るために、三つの信号の振幅Ａ1，Ａ2，Ａ3が選択される。このときのカットオフパラメータは、α1＝α2＝α3＝１である。従って、三つの
信号の同相加算によって、最大入力電圧Ｖmが得られる（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3＝Ｖm）。
一つの可能な解決は、Ａ1＝Ａ2＋Ａ3 及び Ａ2＋Ａ3＝Ａ1／２を満たす振幅Ａ1，Ａ2，Ａ3の選択である。なお、図１に示したＬＩＮＣ増幅器では、信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ) の
位相ψ（式（４））を選択するためのオプションは一つであり、信号Ｓ1(ｔ),Ｓ2(ｔ)は
、以下の式（１０）及び（１１）で示される。
Figure 2014039228
これに対し、本実施形態では、上述したように、信号ｓ(ｔ)を構成するための複数のオプションがある。複数のオプションによって、信号のパラメータ（α，ψ）の選択，補償リアクタンス，及びＨＰＡ効率の間でより良いトレードオフを提供する。このように、信号Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)及びＳ３(ｔ)の振幅が固定されても、カットオフパラメータ（カットオフ係数）αk及び位相角度ψk（ｋ＝１，２，３）を選択する余地が残されている。
図５に示す制御ネットワーク１１は、最大ＨＰＡ効率を得るために、カットオフパラメータαk及び位相角度ψkを選択する。例えば、信号Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)及びＳ３(ｔ)の振幅がＡ2＋Ａ3＝Ａ1／２である場合を仮定する。信号パラメータαｋ及びψｋを選択する
手法は次の通りである。
＜ケース１＞ Ａ1＋Ａ2＜｜ｓ(ｔ)｜＜Ｖmを満たす振幅値を有する信号ｓ(ｔ)の場
合
上述したように、Ｖm＝Ａ1＋Ａ2＋Ａ3である。ケース１における信号Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)，Ｓ3(ｔ)及びΨ2(ｔ)は、以下の式（１２）及び（１３）で表現される。Θはオリジナル信号（信号ｓ(ｔ)）の位相である。
Figure 2014039228
ケース１におけるカットオフパラメータαkは、α1＝α2 ＝α3＝１である。図６は、
位相角度Ψと、増幅器の効率η（％）との関係を示す図である。ケース１における信号パラメータ選択による適正なシャントサセプタンス補償で、図６における６０°未満の位相ψのための高ＨＰＡ効率を提供することができる。
＜ケース２＞ Ａ1＜｜ｓ(ｔ)｜＜Ａ1＋Ａ2を満たす振幅値を有する信号ｓ(ｔ)の場合
ケース２の範囲は、信号ｓ(ｔ)の中間振幅の領域を示す。この場合、信号Ｓ1(ｔ)及び
Ｓ2(ｔ)のみを使用することが合理的である。この場合、カットオフパラメータα1＝α2 ＝１と、カットオフパラメータα3＝０が使用される。これによって、振幅Ａ2より高い振幅Ａ1を有する信号Ｓ1(ｔ)と、振幅Ａ1より低い振幅（Ａ2＝Ａ1／２）を有する信号Ｓ2(
ｔ)とが使用される。一方、信号Ｓ3(ｔ)は、カットオフモードとなる。信号Ｓ1(ｔ)と、
信号Ｓ2(ｔ)と、角度Ψ2(ｔ)とは、以下の式（１４）及び（１５）によって表される。
Figure 2014039228
＜ケース３＞ ０＜｜ｓ(ｔ)｜＜Ａ１を満たす振幅値を有する信号ｓ(ｔ)の場合
ケース３では、アウトフェイジング電力を最小化するために、振幅Ａ1より小さい振幅
を有する信号ｓ(ｔ)の領域において、信号Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)のみを使用することが合理的である。この場合、カットオフパラメータα1＝０と、カットオフパラメータα2 ＝α3＝１が使用される。この結果、振幅Ａ1より小さい振幅Ａ2及びＡ3（Ａ2＝Ａ3＝Ａ1／２）を有する信号Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)が使用される。信号Ｓ1(ｔ)はカットオフモードとなる
。ケース３における信号Ｓ2(ｔ)と、信号Ｓ3(ｔ)と、角度Ψ2(ｔ)とは、以下の式（１６
）及び（１７）によって表される。
Figure 2014039228
図７は、ケース１〜３におけるベクトル図を示す。ケース１及び２のすべて、及びケース３の一部において、位相ψは、図７からのより高いＨＰＡ効率に対応する比較的低い値を維持する。ケース３（小さい振幅の場合）、使用される信号の数は二つに減少し、システム（ＬＩＮＣ増幅器１０）は、図１に示したＬＩＮＣ増幅器のように動作する。しかしながら、図１の信号Ｓ1(ｔ)及びＳ2(ｔ)の振幅よりも小さい振幅Ａ２及びＡ３（振幅が図１の信号Ｓ1(ｔ)及びＳ2(ｔ)の振幅の半分である）を有する信号Ｓ2(ｔ)及びＳ3(ｔ)が使用される。これによって、ＨＰＡの効率は増加する。
図８は、図５の制御ネットワーク１１に含まれる、ＨＰＡ１〜３のコントローラの構成例を示す。コントローラ２０は、振幅位相検出回路(検出器)２１と、ＨＰＡ１〜３に対応するパラメータ決定回路（決定器）２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）と、ＨＰＡ１〜３に対応する入力信号生成回路（生成器）２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）とを含んでいる。
振幅位相検出回路２１は、入力される信号ｓ(ｔ)の振幅｜ｓ(ｔ)｜及び位相Θを検出する。パラメータ決定回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、信号ｓ(ｔ)の振幅｜ｓ(ｔ)｜及び位相Θに対応するカットオフパラメータαk及び位相角度ψkを格納したルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含んでいる。
各決定回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに含まれるＬＵＴは、記憶装置（例えばメモリ）上に作成され、少なくとも、上記したケース１〜３に対応するαk及びψkの値（式（１２）〜（１７）に対応）を記憶している。例えば、振幅｜ｓ(ｔ)｜は、ＬＵＴに対するアドレスセレクタとして使用される。すなわち、ＬＵＴは、振幅｜ｓ(ｔ)｜に対応するαk及び
ψkが格納された複数のレコードを有し、振幅｜ｓ(ｔ)｜の値に対応するαk及びψkが選
択される。
パラメータ決定回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、同期をとって、信号ｓ(ｔ)の振幅｜ｓ(ｔ)｜に従って、少なくとも、ケース１〜３に対応するカットオフパラメータα1，α2，α3及び位相ψ1，ψ2，ψ3を決定する。但し、ＨＰＡ１に対応するパラメータ決定回路２２Ａは、ψ1として、信号ｓ(ｔ)の位相Θを採用する。
パラメータ決定回路２２Ａは、決定された位相ψ1及び予め定められた振幅Ａ1とを有する定包絡線信号である信号Ｓ1(ｔ)を生成し、決定したカットオフパラメータα1とともに出力する。パラメータ決定回路２２Ｂは、決定された位相ψ2及び予め定められた振幅Ａ2とを有する定包絡線信号である信号Ｓ2(ｔ)を生成し、決定したカットオフパラメータα2とともに出力する。パラメータ決定回路２２Ｃは、決定された位相ψ3及び予め定められ
た振幅Ａ3とを有する定包絡線信号である信号Ｓ3(ｔ)を生成し、決定したカットオフパラメータα3とともに出力する。パラメータ決定回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、第１の回
路の一例である。
入力信号生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、対応するパラメータ決定回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから信号Ｓk(ｔ)(Ｓ1(ｔ)，Ｓ2(ｔ)又はＳ3(ｔ))及びカットオフパラメータ
αk(α1，α2又はα3）を受け取る。
入力信号生成回路２３Ａは、信号Ｓ1(ｔ)にカットオフパラメータα1を乗じたＨＰＡ入力信号α1・Ｓ1(ｔ)を生成し、カットオフパラメータα1とともに出力する。入力信号生
成回路２３Ｂは、信号Ｓ2(ｔ)にカットオフパラメータα2を乗じたＨＰＡ入力信号α2・
Ｓ2(ｔ)を生成し、カットオフパラメータα2とともに出力する。入力信号生成回路２３Ｃは、信号Ｓ3(ｔ)にカットオフパラメータα3を乗じたＨＰＡ入力信号α3・Ｓ3(ｔ)を生成し、カットオフパラメータα3とともに出力する。但し、カットオフパラメータαkが“０”のとき、ＨＰＡ入力信号は０になる。入力信号生成回路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、第２の回路の一例である。
各ＨＰＡ１〜３は、入力されたカットオフパラメータαkが“１”のとき、入力された
信号αk・ｓk(ｔ)に対する増幅動作を行う。
なお、適正な信号パラメータ（ψ1，ψ2，ψ3，α1，α2，α3）選択の、他に可能な代替物は、最大ＨＰＡ効率（式によって算出されるのではなく、たとえば実験データから抽出される）を提供する各増幅器のカットオフ係数及び信号位相を含むＨＰＡ入力信号規模のＬＵＴを構成することである。双方のケースにおいて、パラメータ（ψ１，ψ２，ψ３，α１，α２，α３）の適正な選択は、最大のＨＰＡ効率に対応する。なお、最大のＨＰＡ効率は、所定の効率の一例である。
本実施形態において、ＨＰＡ１〜３に対するカットオフパラメータαの入力によって、上述したＨＰＡ入力を０にするための処理（ｂ）〜（ｄ）のいずれかが実行される。一方、処理（ａ）が実行される場合、カットオフパラメータαの入力は必須ではない。
図５に示した制御ネットワーク１１，及び図８に示したコントローラ２０の各ブロックは、例えばＬＳＩ（ＩＣ，ＡＳＩＣ等を含む）の使用によって実現される。各ブロックの機能は、少なくとも１つのＬＳＩで実現されてもよく、１つのＬＳＩが複数のブロックの機能を実現するようにしても良い。また、可能であれば、各ブロックの機能は、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによって実現されても良い。また、機能実現のために、ＦＰＧＡのようなプログラマブルロジックデバイスを適用することもできる。ＨＰＡ１〜３は、例えば、パワートランジスタなどを用いて実現される。
図９は、実施形態の３ウェイＬＩＮＣ電力増幅器のシミュレートされた効率を示す。図９からわかるように、パラメータ（ψ１，ψ２，ψ３，α１，α２，α３）の最適な選択によって、ＨＰＡが高効率で動作する正常化された出力電力の範囲が小さな出力電力ｓ(
ｔ)の振幅の領域内に拡張されている。従って、ｎ−ウェイ電力増幅器の平均効率が増加
する。
本実施形態によるＬＩＮＣ電力増幅器では、Ｎ-ウェイ（ブランチ）のＨＰＡに対応す
るカットオフパラメータα及び角度パラメータψの選択によって、ＬＩＮＣ電力増幅器の出力信号の複数の表現（ケース１〜３（図７参照））が可能である。
二値重み（０又は１）であるカットオフパラメータαの選択は、使用される信号数を最小化する一方で、ＨＰＡ効率を最大化するように行われる。さらに、カットオフパラメータαの選択は、さらに、共通負荷１２における信号のＥＶＭ (error vector magnitude)
を最小化するように行われる。また、カットオフパラメータαの選択は、信号間の位相角度Ψを最小化するように選択される。上記のようなカットオフパラメータα及び位相角度Ψの選択によって、ＬＩＮＣ電力増幅器の高効率領域を拡張することができる。これによって、ＬＩＮＣ電力増幅器が高効率で動作する出力電力の範囲を拡張することができる。
１〜３・・・高電力増幅器（ＨＰＡ）
１０・・・ＬＩＮＣ（アウトフェイジング）電力増幅器
１１・・・制御ネットワーク
２０・・・コントローラ
２１・・・振幅位相検出回路
２２・・・パラメータ決定回路
２３・・・入力信号生成回路

Claims (5)

  1. 少なくとも３つの電力増幅器と、
    入力信号の振幅に基づき、前記少なくとも３つの電力増幅器に入力すべき少なくとも３つの部分信号から結合に用いる少なくとも２つの部分信号を選択するとともに、前記入力信号の振幅及び位相に基づき、前記少なくとも２つの部分信号の振幅及び位相を、電力増幅器が所定効率で動作する出力電力の範囲が拡張されるように決定する第１の回路と、
    前記決定された振幅及び位相を有する前記少なくとも２つの部分信号を前記少なくとも３つの電力増幅器の対応する電力増幅器に入力する第２の回路と、
    前記少なくとも２つの部分信号が前記対応する電力増幅器で増幅されることによって得られた信号を結合する結合器と
    を備えるＬＩＮＣ電力増幅器。
  2. 前記第１の回路で選択されなかった部分信号に対応する電力増幅器の入力がゼロにされる
    請求項１に記載のＬＩＮＣ電力増幅器。
  3. 前記少なくとも３つの電力増幅器が、第１の電力増幅器と、第２の電力増幅器と、第３の電力増幅器とを含み、
    前記第１の回路は、前記第１の電力増幅器に入力すべき第１の部分信号と、前記第２の電力増幅器に入力すべき、前記第１の部分信号の振幅の半分の振幅を有する第２の部分信号と、前記第３の電力増幅器に入力すべき前記第２の部分信号の振幅と等しい振幅を有する第３の部分信号とを生成し、
    前記入力信号の振幅が０より大きく且つ前記第１の部分信号の振幅より小さいときに、前記第１の回路が、前記少なくとも２つの部分信号として前記第２及び第３の部分信号を選択する
    請求項１又は２に記載のＬＩＮＣ電力増幅器。
  4. 前記入力信号の振幅が前記第１の部分信号の振幅より大きく且つ前記第１の部分信号の振幅と前記第２の部分信号の振幅の和より小さい場合に、前記第１の回路が、前記少なくとも２つの部分信号として前記第１及び第２の部分信号を選択する
    請求項３に記載のＬＩＮＣ電力増幅器。
  5. 前記入力信号の振幅が前記第１の部分信号の振幅と前記第２の部分信号の振幅の和より大きく且つ前記入力信号の最大振幅より小さい場合に、前記第１の回路が前記少なくとも２つの部分信号として前記第１から第３の部分信号を選択する
    請求項４に記載のＬＩＮＣ電力増幅器。
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