JP2014175760A - 非対称ドハティ電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】無線信号を電力増幅する電力増幅器に関し、特に、キャリアアンプとピークアンプとを備えて、簡易な回路で広帯域な非対称ドハティ電力増幅器を提供する。
【解決手段】キャリアアンプ２１と、キャリアアンプ２１と同じ飽和出力を有する複数のピークアンプ３１、４１とが並列に配設され、入力信号が、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１とに均等に分配され、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１の入力側には、同一回路を有する入力マッチング回路２４、３４、４４がそれぞれ配設され、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１の出力側には、同一回路を有する出力マッチング回路２５、３５、４５がそれぞれ配設され、キャリアアンプ２１の出力信号と複数のピークアンプ３１、４１の出力信号とを合成して出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線信号を電力増幅する電力増幅器に関し、特に、キャリアアンプとピークアンプとを備えて、簡易な回路で広帯域な非対称ドハティ電力増幅器に関する。

平均電力に比べてピーク電力が大きい無線信号、例えば、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）信号や、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を電力増幅する場合に、バックオフの大きい動作点での効率を高める電力増幅器としてドハティ電力増幅器がある。

ドハティ電力増幅器としては、増幅回路及び増幅回路の前段にＡＢ級とＣ級のプリアンプを設けて増幅器全体の効率を向上させた増幅器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この増幅器は、ドハティ増幅器の前に共通のプリアンプを接続するよりも、分配に係る損失の絶対レベルが減るので、高効率かつ低歪となるものである。

また、ドハティ電力増幅器を高効率化するために、キャリアアンプの飽和出力よりピークアンプの飽和出力が大となるように設定された非対称ドハティ電力増幅器１００が知られている。例えば、図２に示すように、非対称ドハティ電力増幅器１００は、主として、キャリアアンプ（ＣＡ）１１１と、ピークアンプ（ＰＡ）１２１とを備え、キャリアアンプ１１１の飽和出力を「１」とした場合に、ピークアンプ１２１の飽和出力は「２」となるように設定されている。この非対称ドハティ電力増幅器１００は、入力信号がノード１１０で電力分配されて、キャリアアンプ１１１に電力分配比が「１」で入力されるとともに、λ／４線路１２２を介してピークアンプ１２１に電力分配比が「２」で入力される。

キャリアアンプ１１１に入力された入力信号は、増幅されてλ／４線路１１２で９０度移相（インピーダンス変換）される。また、キャリアアンプ１１１の入力側、出力側には、それぞれ入力マッチング回路（入力マッチング回路Ａ）１１３、出力マッチング回路（出力マッチング回路Ｃ）１１４が配設されており、入力側、出力側と整合をとるようになっている。

λ／４線路１２２に入力された入力信号は、９０度移相されてピークアンプ１２１で増幅される。また、ピークアンプ１２１の入力側、出力側には、それぞれ入力マッチング回路（入力マッチング回路Ｂ）１２３、出力マッチング回路（出力マッチング回路Ｄ）１２４が配設されており、入力側、出力側と整合をとるようになっている。さらに、入力マッチング回路１２３の入力側には、ピークアンプ１２１側からの出力信号を、キャリアアンプ１１１の出力信号と同相にするための位相調整ライン１２５が配設されている。

つづいて、λ／４線路１１２から出力された信号と、ピークアンプ１２１から出力された信号とが合成されて、出力信号がλ／４線路１３１に入力されてインピーダンス変換されて、出力側に出力される。なお、通常入力マッチング回路１１３、入力マッチング回路１２３、出力マッチング回路１１４、出力マッチング回路１２４は異なる回路構成が必要となっている。

特開２００６−１９７５５６号公報

図２に示すような非対称ドハティ電力増幅器１００においては、キャリアアンプ１１１の入力信号強度が「１」、ピークアンプ１２１の入力信号強度が「２」となるように入力信号を分配する分配器（不均等分配器）が必要となる。また、ピークアンプ１２１の飽和電力が大きくなるため、トランジスタの入力インピーダンスと出力インピーダンスが小さくなるので、インピーダンス変換比が大きくなり、非対称ドハティ電力増幅器１００は狭帯域となってしまう。さらに、キャリアアンプ１１１とピークアンプ１２１の飽和出力が異なるため、入力マッチング回路１１３と入力マッチング回路１２３、出力マッチング回路１１４と出力マッチング回路１２４はそれぞれ異なる回路が必要である。

そこでこの発明は、簡易な回路で広帯域な電力増幅する非対称ドハティ電力増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は、キャリアアンプと、前記キャリアアンプと同じ飽和出力を有する複数のピークアンプとが並列に配設され、入力信号が、前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプとに均等に分配され、前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプの入力側には、同一回路を有する入力整合回路がそれぞれ配設され、前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプの出力側には、同一回路を有する出力整合回路がそれぞれ配設され、前記キャリアアンプの出力信号と前記複数のピークアンプの出力信号とを合成して出力する、ことを特徴とする非対称ドハティ電力増幅器である。

この発明では、入力信号が、キャリアアンプと複数のピークアンプとに均等に分配され、キャリアアンプの出力信号と複数のピークアンプの出力信号とが合成して出力される。

このような発明によれば、入力信号が、キャリアアンプと複数のピークアンプとに均等に分配されるので、不均等分配器が不要である。また、キャリアアンプと複数のピークアンプに入力信号が均等に分配されるので、キャリアアンプとピークアンプは同一トランジスタを用いることができる。また、キャリアアンプと複数のピークアンプにそれぞれ配設された入力整合回路、出力整合回路は、それぞれ同一回路で構成可能であるため、回路が簡素化できる。さらに、複数のピークアンプは、キャリアアンプと同じ飽和出力を有する、すなわち、ピークアンプの出力が大きくならないため、インピーダンス変換比が小さくなり、非対称ドハティ電力増幅器を広帯域化することができる。

この発明の実施の形態に係る非対称ドハティ電力増幅器を示す構成図である。 従来の非対称ドハティ電力増幅器を示す構成図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る非対称ドハティ電力増幅器１を示す構成図である。非対称ドハティ電力増幅器１は、平均電力に比べてピーク電力が大きい無線信号、例えば、ＣＤＭＡ信号や、ＯＦＤＭ信号を電力増幅する電力増幅器であり、携帯電話の基地局や地上デジタル放送の無線局などの送信増幅器として使用されるものである。非対称ドハティ電力増幅器１は、主として、キャリアアンプ２１と、ピークアンプ（ＰＡ１、ＰＡ２）３１、４１と、入力整合回路としての入力マッチング回路２４、３４、４４と、出力整合回路としての出力マッチング回路２５、３５、４５とを備えている。この非対称ドハティ電力増幅器１は、飽和電力が等しいキャリアアンプ２１とピークアンプ３１、４１とが並列に接続されている。ここで、図１中のインピーダンス値は非対称ドハティ電力増幅器１の場合の例示値である。

キャリアアンプ２１は、増幅素子（図示略）がＡＢ級またはＢ級にバイアスされている。キャリアアンプ２１の入力側には、λ／４線路２２と入力マッチング回路２４とが直列に配設され、出力側には、出力マッチング回路２５とλ／４線路２３とが直列に配設されている。

入力側から入力され、分配器１１で３等分に分配された入力信号は、λ／４線路２２によってインピーダンス変換されて、入力マッチング回路２４によって整合される。そして、キャリアアンプ２１によって増幅されると、出力マッチング回路２５によって整合されて、λ／４線路２３によって９０度移相（インピーダンス変換）されて、合成点１３において、後述するピークアンプ３１、４１側の合成点１２から出力された合成信号と合成される。

ピークアンプ３１は、増幅素子（図示略）がＣ級にバイアスされており、キャリアアンプ２１と同一トランジスタで構成されている。ピークアンプ３１の入力側には、λ／４線路３２と入力マッチング回路３４とが直列に配設され、出力側には、出力マッチング回路３５とλ／４線路３３とが直列に配設されている。入力マッチング回路３４は、入力マッチング回路２４と同一回路（同一トランジスタ）で構成されており、出力マッチング回路３５は、出力マッチング回路２５と同一回路（同一トランジスタ）で構成されている。また、λ／４線路３２は、λ／４線路２２と同一回路で構成され、λ／４線路３３は、λ／４線路４３と同一回路で構成されている。

入力側から入力され、分配器１１で３等分に分配された入力信号は、λ／４線路３２によってインピーダンス変換されて、入力マッチング回路３４によって整合される。そして、ピークアンプ３１によって増幅されると、出力マッチング回路３５によって整合されて、λ／４線路３３によって９０度移相されて、合成点１２において、ピークアンプ４１から出力された信号と合成される。

ピークアンプ４１は、ピークアンプ３１と同等の構成を有しているため、対応する符号を付して説明を省略する。そして、λ／４線路４３によって９０度移相された信号は、合成点１２において、ピークアンプ３１から出力された信号と合成される。

続いて、λ／４線路２３から出力された信号と、ピークアンプ３１、４１側の合成点１２から出力された信号とが合成点１３で合成され、その出力信号がλ／４線路５１でインピーダンス変換されて、出力される。このように、非対称ドハティ電力増幅器１は、入力信号を３等分してキャリアアンプ２１とピークアンプ３１、４１に入力し、キャリアアンプ２１、ピークアンプ３１、４１でそれぞれ増幅された信号を合成することによって、出力信号として出力可能となっている。

次に、このような構成の非対称ドハティ電力増幅器１の作用などについて説明する。

まず、入力された入力信号が、分配器１１によって３等分に分配されて、キャリアアンプ２１とピークアンプ３１、４１に１：１：１で入力される。ここで、非対称ドハティ電力増幅器１の入力および出力インピーダンス（負荷）は５０Ωとする。

キャリアアンプ２１に入力された信号は、λ／４線路２２によってインピーダンス変換されて５０Ωとなり、入力マッチング回路２４によって整合される。ここで、λ／４線路２２の特性インピーダンスは、約８６．６Ωである。そして、入力マッチング回路２４によって整合された信号は、キャリアアンプ２１によって増幅されて、出力マッチング回路２５によって整合される。そして、λ／４線路２３によって９０度移相（インピーダンス変換）されて、合成点１３側に出力される。

ピークアンプ３１に入力された信号は、λ／４線路３２によってインピーダンス変換されて５０Ωとなり、入力マッチング回路３４によって整合されて、ピークアンプ３１によって増幅されて、出力マッチング回路３５によって整合される。そして、出力マッチング回路３５によって整合された信号は、λ／４線路３３によって９０度移相されて、合成点１２側に出力される。ここで、λ／４線路３３の特性インピーダンスは５０Ωである。

ピークアンプ４１に入力された信号は、ピークアンプ３１に入力された信号と同様に合成点１２側に出力される。

そして、合成点１２においては、ピークアンプ３１、４１から出力された信号が合成され、そのインピーダンスは２５Ωである。

そして、合成点１３においては、キャリアアンプ２１から出力された信号と合成点１２から出力された信号とが合成され、そのインピーダンスは１６．７Ωである。

そして、合成点１３から出力された信号は、λ／４線路５１によってインピーダンス変換されて、負荷インピーダンス５０Ωとして出力される。ここで、λ／４線路５１の特性インピーダンスは２８．９Ω
である。

以上のように、この非対称ドハティ電力増幅器１によれば、入力信号が、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１とに均等に分配されるので、不均等分配器が不要である。また、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１に入力信号が均等に分配されるので、キャリアアンプ２１とピークアンプ３１、４１に同一トランジスタを用いることができる。また、キャリアアンプ２１と複数のピークアンプ３１、４１にそれぞれ配設された入力マッチング回路２４、３４、４４、出力マッチング回路２５、３５、４５は、それぞれ同一回路で構成可能であるため、回路が簡素化できる。さらに、λ／４線路２２、３２、４２は同一回路で構成し、λ／４線路３３、４３は同一回路で構成することができるため、回路が簡素化できる。

しかも、複数のピークアンプ３１、４１は、キャリアアンプ２１と同じ飽和出力を有する、すなわち、ピークアンプ３１、４１の出力がキャリアアンプ２１の出力に比べて大きくならないため、インピーダンス変換比が従来の非対称ドハティ電力増幅器１００よりも小さくなり、非対称ドハティ電力増幅器１を広帯域化することができる。

また、従来の非対称ドハティ電力増幅器１００では、入力マッチング回路１１３からキャリアアンプ１１１を通って出力マッチング回路１１４と、入力マッチング回路１２３からピークアンプ１２１を通って出力マッチング回路１２４との間の位相差を補正するための位相調整ライン１２５が必要となるが、非対称ドハティ電力増幅器１では不要となる。

このように、この非対称ドハティ電力増幅器１では、簡易な回路で広帯域化することができるものである。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、キャリアアンプ２１と、２つのピークアンプ３１、４１を備えた非対称ドハティ電力増幅器１について図示、説明したが、ピークアンプを複数（Ｎ個）備えたＮ−Ｗａｙドハティ電力増幅器などにも適用することができる。

λ／４線路は、ストリップラインや、同軸ケーブル、集中定数を用いたインピーダンス変換器（ジャイレータ）などで構成してもよいことはもちろんである。

１ 非対称ドハティ電力増幅器
２１ キャリアアンプ（ＣＡ）
２２、３２、４２ λ／４線路（Ｌ１）
２３ λ／４線路（Ｌ３）
２４、３４、４４ 入力マッチング回路（入力マッチング回路Ａ）
２５、３５、４５ 出力マッチング回路（出力マッチング回路Ｃ）
３１ ピークアンプ（ＰＡ１）
３３，４３ λ／４線路（Ｌ２）
４１ ピークアンプ（ＰＡ２）
５１ λ／４線路（Ｌ４）

Claims (1)

1. キャリアアンプと、前記キャリアアンプと同じ飽和出力を有する複数のピークアンプとが並列に配設され、
   入力信号が、前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプとに均等に分配され、
   前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプの入力側には、同一回路を有する入力整合回路がそれぞれ配設され、
   前記キャリアアンプと前記複数のピークアンプの出力側には、同一回路を有する出力整合回路がそれぞれ配設され、
   前記キャリアアンプの出力信号と前記複数のピークアンプの出力信号とを合成して出力する、
   ことを特徴とする非対称ドハティ電力増幅器。