JP2014217058A - 非線形ドライバを用いる増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】線形性の向上したドハティ増幅器を提供する。【解決手段】メイン経路およびピーク経路を有するドハティ増幅器であって、メイン経路から受け取った信号を増幅するように構成されるメイン増幅器と、ピーク経路から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合に、ピーク経路から受け取った信号を増幅するように構成されるピーク増幅器と、を含むドハティ増幅器と、ドハティ増幅器のメイン経路に接続される第１のドライバ増幅器であって、メイン増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第１のドライバ増幅器と、ドハティ増幅器のピーク経路に接続され、ピーク増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第２のドライバ増幅器と、を備えるデバイスを提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、一般的には増幅器に関し、より具体的には非線形ドライバを含み、かつ線形性および効率が改善された増幅器に関する。

ドハティ増幅器は、無線通信システムで一般に用いられる増幅器である。今日では、例えば、無線通信ネットワークの動作を可能にする基地局において、ドハティ増幅器がより一層使用されつつある。ドハティ増幅器が別々の増幅経路、典型的にはメイン経路もしくはキャリア経路およびピーク経路を含むので、ドハティ増幅器はこのような用途に好適である。これら２つの経路は、異なる級で動作するように構成される。より詳しくは、メイン増幅経路はＡＢ級モードで典型的に動作し、ピーク増幅経路はＣ級モードで動作するようにバイアスされる。これによって、無線通信用途で一般的に見られる電力レベルでは、平衡増幅器と比較して、増幅器の改善された電力付加効率および線形性が可能になる。

なお、増幅器の線形性を実現するためのドハティ増幅器の構成について、特許文献１に記載されている。

米国特許第７，２９５，０６４号明細書

ドハティ増幅器のアーキテクチャは、他の増幅器構成を上回るいくつかの利点を提供しているが、高出力基地局送信機システムで使用する場合には、ドハティ増幅器は線形性を向上させる任意の形式によって、しばしば強化されなければならない。多くの場合に、無線インフラストラクチャの用途のための増幅器の線形性能を改善するために、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）が利用される。残念なことに、ＤＰＤ補正技術の利用は、付加的なハードウェアおよびソフトウェアを必要とし、電力をさらに消費して、このために送信機効率を低下させる。さらに、電力増幅器自体の中で発生する非線形メカニズムによって、ＤＰＤ補正の有効性が影響を受ける。これらの非線形メカニズムは、特に二重経路ドハティアーキテクチャを含むラインアップ増幅器構成では、制御することが困難な場合がある。

デバイスの一実施形態は、メイン経路およびピーク経路を有するドハティ増幅器を含む。ドハティ増幅器は、メイン経路から受け取った信号を増幅するように構成されるメイン増幅器と、ピーク経路から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合に、ピーク経路から受け取った信号を増幅するように構成されるピーク増幅器と、を含む。デバイスは、ドハティ増幅器のメイン経路に接続される第１のドライバ増幅器を含む。第１のドライバ増幅器は、メイン増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される。デバイスは、ドハティ増幅器のピーク経路に接続される第２のドライバ増幅器を含む。第２のドライバ増幅器は、ピーク増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される。

デバイスの一実施形態は、第１の経路から受け取った信号を増幅するように構成される第１の増幅器と、第２の経路から受け取った信号を増幅するように構成される第２の増幅器と、第１の経路に接続される第１のドライバ増幅器と、を含む。第１のドライバ増幅器は、第１の増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される。デバイスは、第２の経路に接続される第２のドライバ増幅器を含む。第２のドライバ増幅器は、第２の増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される。

増幅器を動作させる方法の一実施形態であって、増幅器は、メイン経路から受け取った信号を増幅するように構成されるメイン増幅器と、ピーク経路から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合に、ピーク経路から受け取った信号を増幅するように構成されるピーク増幅器とを含むドハティ増幅器と、ドハティ増幅器のメイン経路に接続される第１のドライバ増幅器と、ドハティ増幅器のピーク経路に接続される第２のドライバ増幅器と、を含む。本方法は、メイン増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように、第１のドライバ増幅器を、ＡＢ級またはＢ級増幅器として動作させるステップと、ピーク増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように、第２のドライバ増幅器を、ＡＢ級またはＢ級増幅器として動作させるステップと、を含む。

添付の図面は、下記の詳細な説明と共に本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を成し、様々な実施形態をさらに示し、全て本発明の主題による様々な原理および利点を説明するのに役立つ。類似する符号は、別々の図の全体に亘って同一または機能的に類似の要素を示す。

各々が入力ドライバ増幅器によって駆動されるメイン経路およびピーク経路を含むドハティ増幅器ラインアップの一例を示す図。 ドハティ増幅器ラインアップのいくつかの構成要素の非線形性、およびそれらの構成要素がどのようにして増幅器出力の非線形性の原因となるかを示す図。 本開示に応じて構成される異なる構成要素の増幅器の非線形性を示す図。 出力電圧（Ｖｏ）と最大出力電圧（Ｖｏｍ）との比に対する、異なる級の増幅器の効率を示すグラフ。 異なるドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ歪み曲線を比較するグラフ。 異なるドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ歪み曲線を比較するグラフ。 異なるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＡＭ歪み曲線を比較するグラフ。 異なるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪み曲線を比較するグラフ。 増幅器電力に対するＡＭ−ＰＭ歪みを示す図。 従来の増幅器および本開示に応じて構成される増幅器のＤＰＤの一例を示す図。

本開示では、一般的には増幅器に関し、より具体的には非線形ドライバを含み、かつ改善された線形性および効率を有する増幅器に関する本発明の主題の実施形態について述べる。

本開示では、システムの実施形態をドハティ増幅器と関連して記述するが、本開示のドハティ増幅器を代替えの二重経路増幅器と置換し得ることが理解されるべきである。
本開示による様々な実施形態の製作および使用の形態であって、出願時における最良の形態を効果的な方法でさらに説明するために、本開示は提供される。本開示は、本発明の原理およびその利点についての理解および評価を深めるために、さらに提供されるが、任意の方法によって本発明の範囲を限定するものではない。

関係を示す用語、例えば第１および第２、上部および底部などの使用は、存在したとしても、単に１つの構成要素または動作を他の構成要素または動作から区別するためにのみ用いるのであって、このような構成要素間または動作間に、任意の実際のこのような関係または順序を必ずしも必要としておらず、あるいは必ずしもそれを意図していないことが、さらに理解される。

本発明の機能の多くおよび本発明の原理の多くは、特定用途向け集積回路または集積化された処理もしくは制御もしくは他の構造を有する集積回路を含む集積回路（ＩＣ）を用いて、あるいはその集積回路において実現することができる。本明細書に開示される概念および原理によって導かれる場合には、当業者が最小限の実験によってこのようなＩＣおよび構造を生成することが容易に可能であると期待される。したがって、簡潔にするため、および後述する本発明の実施形態に応じた原理および概念を不明確にするリスクを最小にするために、このような構造およびＩＣに関するさらなる議論は、存在したとしても、様々な実施形態の原理および概念に関する本質的事項に限定する。

ドハティ増幅器は、広い出力電力範囲に亘って高い効率を可能にし、様々な線形化スキームを用いて所望の線形性を達成することができるので、多くの無線用途で用いられている。多くの実装では、ドハティ増幅器は、２つの増幅器、第１のメイン（またはキャリア）増幅器および第２のピーク増幅器を含む。対称型ドハティ増幅器では、メイン増幅器およびピーク増幅器は、同一サイズである。対称型ドハティ増幅器は一般的に用いられているが、メイン増幅器より大きいピーク増幅器を用いる非対称型ドハティ増幅器は、さらに効率が改善される可能性を示す。

ドハティ増幅器では、入力信号は、入力分配器または電力分配器（パワースプリッタ）によって、メイン増幅経路または回路とピーク増幅経路または回路とに分配される。次いで、分配された信号は、ドハティ増幅器のメイン増幅器およびピーク増幅器によって別々に増幅されて、出力段で結合される。メイン増幅器およびピーク増幅器の出力を結合する場合に、各経路の出力間の最適なバランスを提供するために、ドハティデバイスの入力分配器の位相および振幅もしくは減衰の軽微な調整をすることが所望されてもよい。この調整を容易にするために、ドハティ増幅器は、メイン増幅器およびピーク増幅器の両方に対する入力信号の構成を微調整するために用いることができる調整可能な電力分割器（パワーデバイダ）または分配器を含んでもよい。

ドハティ構成では、メイン増幅器およびピーク増幅器は非線形の動作をする傾向があり、したがって、ドハティ増幅器は線形化要素を組み込むことをしばしば必要とする。無線通信用途では、例えば、ドハティ増幅器は、時には、送信機全体を線形化してスペクトル放射要件を満たすように、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）などの線形性向上の任意の形式によって強化される。その結果、増幅器が効率モードで動作する間に、線形性を向上させる方法が増幅器の線形性を改善する。しかし、増幅器内で発生する非線形メカニズムによって、ＤＰＤ補正の有効性が影響を受ける。一般的には、ＤＰＤの能力は増幅器の非線形性に強く依存し、このことは、大きいＡＭ／ＡＭおよびＡＭ／ＰＭ歪みがＤＰＤの性能の低下を引き起こすことを意味する。

場合によっては、メイン経路およびピーク経路上のドハティ増幅器は、メイン経路およびピーク経路に入力信号をブーストするために用いるドライバ増幅器の後にそれぞれ置かれる。従来は、これらのドライバ増幅器は線形応答で動作するように構成され、それによって、ドライバ増幅器がデバイス全体の線形性に影響を及ぼす程度を低減する。しかし、これらのドライバ増幅器に流れる高電流により、ドハティ増幅器の全体的な効率は低下する。

従来のドハティ増幅器構成とは対照的に、本開示は、ドハティ増幅器のメイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性を少なくとも部分的にオフセットするようにバイアスされるドライバ増幅器を含むドハティ増幅器ラインアップを提供する。これらの非線形ドライバ増幅器を設けることによって、多重経路ドハティ増幅器ラインアップの線形性および効率を改善することができる。そして、その結果として、ドハティ増幅器の最終段（すなわちメイン増幅器およびピーク増幅器）の生の（未処理の）線形性を改善することによって、増幅器のＤＰＤ補正能力が強化され、所望の線形性を達成するために、低コストでより複雑でないＤＰＤ補正方法を用いることが可能になってもよい。

図１は、メイン経路およびピーク経路を含むドハティ増幅器ラインアップの一例を示し、各々は入力ドライバ増幅器によって駆動される。図１に示すように、調整可能な電力分配器または無線周波数電力分配器などの電力分配器１０１は、ドハティ増幅器１００のメイン経路１０３およびピーク経路１０５に結合される。電力分配器１０１は、入力信号１０７（例えばＲＦＩＮ）を、異なる増幅経路に沿ってそれぞれ送信される複数の信号に分割するように構成される。各増幅経路は、いくつかの減衰器、移相器および／または増幅器を含んでもよい。図１では、電力分配器１０１は、２つの出力信号を生成する。

一実装例では、電力分配器１０１は、入力無線周波数信号を受け取る入力、ならびに第１および第２の分割器出力を有する電力分割器を含むことができる。対称型ドハティ増幅器に接続する場合には、電力分配器１０１は、入力１０７で受け取った入力信号を、２つの相似する信号に、いくつかの実施形態では、等しい電力を有する２つの信号に分割または分配してもよい。しかし、他の場合には、電力分配器１０１は、等しくない信号を出力してもよい。

電力分配器１０１の出力は、ドライバ増幅器１０９および１１１に接続される。ドライバ増幅器１０９および１１１は、電力分配器１０１から受け取る信号を増幅するように構成される。ドライバ増幅器１０９はドハティ増幅器１００のメイン経路１０３に接続され、一方、ドライバ増幅器１１１はドハティ増幅器１００のピーク経路１０５に接続される。

ドハティ増幅器１００は、整合ネットワークまたは回路（図示せず）を通じて、ドライバ増幅器１０９の出力に結合されるメイン増幅器またはキャリア増幅器１１３と、整合ネットワークまたは回路（図示せず）を通じて、ドライバ増幅器１１１の出力に結合されるピーク増幅器１１５と、を含む。本明細書の記載に基づいて当業者であれば理解されるように、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５は、比較的低い電力レベル増幅および比較的高い電力レベル増幅の１つ以上の段を備えてもよい。

メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５は、電力結合器１１９によって結合される。線路１１７は、インピーダンス変換器またはλ／４線路位相シフト要素１１７を含む。要素１１７によって導入される位相シフトは、いくつかの実装では、入力分配器１０１によって導入される経路１０５に存在する９０度の相対的位相シフトによって補償される。増幅器１００は、メイン増幅器１１３がより低レベルの信号のための増幅を提供し、増幅器１１３および増幅器１１５の両方が組み合わされて高レベルの信号のための増幅を提供するように構成される。一実装例では、メイン増幅器１１３はメイン経路１０３から受け取った信号を増幅するように構成され、一方、ピーク増幅器１１５は、ピーク経路１０５から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合のみ、ピーク経路１０５から受け取った信号を増幅するように構成される。

これは、例えば、メイン増幅器１１３がＡＢ級モードで動作するようにメイン増幅器１１３をバイアスすることによって、さらに、ピーク増幅器１１５がＣ級モードで動作するようにピーク増幅器１１５をバイアスすることによって、達成することができる。

多くの用途においては、増幅器が効率的であって、かつ線形応答を有することが好ましい。しかし、大部分の増幅器では、増幅器の効率と増幅器の線形性との間にはトレードオフがある。したがって、増幅器の効率が高くなるにつれて、増幅器の線形性は相対して低下する。従来のドハティ増幅器は、比較的効率的ではあるが、一般的に無線用途のためには十分に線形ではなく、しばしば補正を必要とする。具体的には、ドハティ増幅器ラインアップの最終段（すなわち、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５からの信号の結合）は、十分な線形応答を有しない。これは、メイン増幅器およびピーク増幅器の非線形動作に起因する。非線形性は、振幅歪み（圧縮または拡張とも呼ばれる）（ＡＭ−ＡＭ歪み）および位相歪み（ＡＭ−ＰＭ）によって表され得る。増幅器による出力電力が増大するにつれて、振幅歪みおよび位相歪みは悪化する。

従来の増幅器では、ドライバ増幅器（例えば、図１のドライバ増幅器１０９および１１１）は、線形応答を有するように一般に構成される。従来のデバイスでは、メイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性が非線形ドライバ増幅器を用いることでさらに悪化しないように、ドライバ増幅器の線形応答が選択される。このように、メイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性は、一般的に従来のドハティ増幅器の出力に反映される。従来のドハティ増幅器の非線形性を補償するために、上述したように、ＤＰＤなどのいくつかの技術を利用することができる。

従来のドハティ増幅器ラインアップの非線形性を実証するために、図２は、従来のドハティ増幅器ラインアップのいくつかの構成要素の非線形性（または線形性）、およびそれらの構成要素がどのようにして増幅器出力の非線形性の原因となるかを示す図である。図２は、図１のドライバ増幅器１０９および１１１、メイン増幅器１１３、ピーク増幅器１１５、ならびに増幅器の出力を示す。各構成要素の他に、グラフは、各構成要素について、出力電力（横軸）に対するＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪み（垂直軸）を示す。

上述したように、従来の増幅器では、ドライバ増幅器１０９および１１１の両方が線形応答を有するように構成される。したがって、グラフ２０２および２０４に示すように、ＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みは、共に線形である。ドライバ増幅器とは対照的に、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５は線形応答を有しない。グラフ２０６に示すように、メイン増幅器１１３の出力電力が増加するにつれて、メイン増幅器１１３は振幅圧縮および位相圧縮の両方を経験する。ピーク増幅器１１５は、ピーク増幅器１１５の出力電力が増加するにつれて位相圧縮を経験し、また出力電力が増大するにつれて振幅拡張−圧縮を経験する。

ドライバ増幅器１０９および１１１がほぼ線形応答を有するので、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５からの出力の線形性は、一般にそれらの増幅器の属性によって制御されるかまたは決定される。すなわち、ドライバ増幅器はほとんど影響を与えない。メイン増幅器１１３もピーク増幅器１１５も線形応答を有しないので、増幅器のメイン経路およびピーク経路の両方の出力は非線形である。その結果、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５によって出力される信号が増幅器出力で（例えば、図１に示す電力結合器１１９によって）結合されると、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５の非線形性のために、増幅器の出力信号（例えば、ＲＦＯＵＴ）もまた非線形である。出力信号の非線形性をグラフ２１０に示すが、それは出力信号のＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みを表している。

図２に記載した従来のデバイスとは対照的に、本システムでは、ドライバ増幅器（例えば、ドライバ増幅器３０９および３１１）は、対応するメイン増幅器またはピーク増幅器の非線形応答をオフセットするように選択または構成される非線形応答を有するように構成される。図３は、本開示に応じて構成される異なる構成要素の増幅器の非線形性を示す図である。

図３に示すように、ドライバ増幅器３０９および３１１は、非線形応答を有するように構成される。ドライバ増幅器３０９のＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みをグラフ３０２に示し、一方、ドライバ増幅器３１１のＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みをグラフ３０４に示す。グラフ２０６および２０８に示すように、メイン経路増幅器１１３およびピーク経路増幅器１１５の応答は、従来のデバイスから変わっていなくてもよい。

グラフ３０２に示すように、ドライバ増幅器３０９は、メイン経路増幅器１１３の非線形性を相殺する応答を有するように構成される。同様に、グラフ３０４に示すように、ドライバ増幅器３１１は、メイン経路増幅器１１５の非線形性を相殺する応答を有するように構成される。ドライバ増幅器３０９およびドライバ増幅器３１１の両方について、適切なバイアス点を選択することによって、これは達成される。一般的には、ＲＦ信号が入力に印加されない場合に、増幅器に流れるＤＣ電流が典型的に最大ＤＣ電流の３％〜１０％の範囲になるようにバイアス点が選択されるが、それはメイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５に用いられる特定のトランジスタ技術によって異なる。具体的には、両方のドライバ増幅器は、ＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みの両方がメイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５の拡張−圧縮特性の逆になる特定の拡張−圧縮特性を有するように構成される。このような構成では、新たなドライバ増幅器３０９および３１１によって導入される歪みは、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５の逆歪みによってオフセットされ、結果として、メイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５からの出力信号は従来の増幅器よりも線形であり得る。図３のグラフ３０６は、例えば、ドライバ増幅器３０９および３１１のＡＭ−ＡＭおよびＡＭ−ＰＭ歪み曲線、ならびにメイン増幅器１１３およびピーク増幅器１１５のＡＭ−ＡＭおよびＡＭ−ＰＭ歪み曲線が、どのように増幅器デバイスの出力において結合されて線形な出力が生成されるかを示す。

対応するメイン増幅器またはピーク増幅器の歪み曲線の逆になるように、ドライバ増幅器の歪み曲線を選択することができるいくつかの技術がある。一実装例では、ドライバ増幅器は、深いＡＢ級モードで（例えば、飽和状態でのドライバ増幅器に流れる最大電流の３〜１０％で）動作するようにバイアスされる。その場合には、このようなモードで動作する増幅器によって第２次および第３次高調波が発生する可能性があるが、ドライバ増幅器はこれらの高調波の伝送を抑制するように構成されてもよい。高調波は、短絡負荷および開放負荷の利用を含む、任意の好適な方法を用いて終端されることができる。

メイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性をオフセットすることに加えて、深いＡＢ級モード（または、場合によっては、Ｂ級増幅器であっても）のドライバ増幅器の動作は、従来のデバイスよりもドライバ増幅器のより効率的な動作を提供する。図４は、出力電圧（Ｖｏｕｔ）と最大出力電圧（Ｖｏｕｔｍａｘ）との比に対する、異なる級の増幅器の効率を表すグラフである。図４において、線４００はＢ級増幅器の効率曲線を示し、線４０２はＡ級増幅器の効率曲線を示す。図示するように、Ａ級増幅器はＢ級増幅器ほど効率が良くない。完全な駆動条件下（すなわち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｕｔｍａｘ）では、例えば、Ａ級増幅器の効率は約５０％であり、一方、Ｂ級デバイスの効率は約７８．５％である。Ａ−Ｂ級増幅器は、図４に示すＡ級曲線とＢ級曲線の間の効率曲線を呈するが、Ａ−Ｂ級増幅器の効率曲線の位置および形状（曲率）は、Ａ−Ｂ級デバイスがＡ級増幅器またはＢ級増幅器のいずれかにどの程度近いかによって決まる。ドハティ増幅器の場合には、Ａ−Ｂ級デバイスは、図４に示すＢ級曲線により近い効率曲線を示す。Ｃ級増幅器は、Ａ級またはＢ級デバイスで見られる効率よりも高い効率を一般に呈するが、しかし歪みは増加する。

したがって、従来のドハティ増幅器ラインアップでは、ドライバ増幅器は線形に近くなるようにＡ級で駆動されるため、ドライバ増幅器は特に効率が良いわけではない。これに対して、本発明の一実施形態では、ドライバ増幅器は非線形であり（そして、この非線形性はメイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性をオフセットするように選択される）、ドライバ増幅器は異なるモード（例えば、ＡＢ級、Ｂ級、または、場合によっては、Ｃ級）で動作することができ、ドライバ増幅器をより効率的にすることが可能になる。

図５Ａおよび図５Ｂは、異なるドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ歪み曲線およびＡＭ−ＰＭ歪み曲線を比較するグラフである。図５Ａに、増幅器の出力電力（Ｐｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘ）に対するいくつかのドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ歪みを示す。曲線５００は、従来の構成のドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図示するように、曲線は一般に線形であるが、しかし最終的には、電力が増加するにつれて、従来のドライバはＡＭ−ＡＭ圧縮を示す（電力が増加するにつれて、これは全てのドライバ増幅器の特性である）。対照的に、曲線５０２は、本開示に応じて構成されるドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線５０２は従来のデバイスと比較してＡＭ−ＡＭ拡張を示す。この拡張は、上述したように、ドハティラインアップの対応するメイン増幅器またはピーク増幅器で見られる圧縮をオフセットするように構成される（例えば、ドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ拡張は、ドライバ増幅器が結合されるメイン増幅器またはピーク増幅器でＡＭ−ＡＭ圧縮が発生するＰｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘとほぼ同じ比において発生し始める。そして、メイン増幅器またはピーク増幅器のＡＭ−ＡＭ圧縮の大きさの減少に反比例して、ドライバ増幅器のＡＭ−ＡＭ拡張の大きさが増加する）。最後に、曲線５０４は、そのような増幅器が本開示に応じて構成される、理想的なドライバ増幅器で見られるＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図５Ａに示すように、したがって、本開示は、いくらかの程度のＡＭ−ＡＭ拡張を達成するように、ドハティ増幅器ラインアップのドライバ増幅器を構成することを考慮し、このようなラインアップのメイン増幅器およびピーク増幅器内に存在する非線形性をオフセットするように、ＡＭ−ＡＭ拡張を構成する。

図５Ｂは、増幅器の出力電力（Ｐｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘ）に対するいくつかのドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ歪みを示す。曲線５１０は、従来の構成のドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図示するように、曲線は一般に線形であるが、電力が増加するにつれて、従来のドライバはＡＭ−ＰＭ圧縮を示す。対照的に、曲線５１２は、本開示に応じて構成されるドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線５１２は従来のドライバ増幅器と比較してＡＭ−ＰＭ拡張を示す。この拡張は、上述したように、ドハティラインアップの対応するメイン増幅器またはピーク増幅器で見られる圧縮をオフセットするように構成される（例えば、ドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ拡張は、ドライバ増幅器が結合されるメイン増幅器またはピーク増幅器でＡＭ−ＰＭ圧縮が発生するＰｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘとほぼ同じ比において発生し始める。そして、メイン増幅器またはピーク増幅器のＡＭ−ＰＭ圧縮の大きさの減少に反比例して、ドライバ増幅器のＡＭ−ＰＭ拡張の大きさが増加する）。最後に、曲線５１４は、そのような増幅器が本開示に応じて構成される、理想的なドライバ増幅器で見られるＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図５Ｂに示すように、したがって、本開示は、いくらかの程度のＡＭ−ＰＭ拡張を達成するように、ドハティ増幅器ラインアップのドライバ増幅器を構成することを考慮し、このようなラインアップのメイン増幅器およびピーク増幅器内に存在する非線形性をオフセットするように、ＡＭ−ＰＭ拡張を構成する。

図６Ａおよび図６Ｂは、異なるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＡＭ歪み曲線およびＡＭ−ＰＭ歪み曲線を比較するグラフである。図６Ａは、増幅器の出力電力（Ｐｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘ）に対するいくつかの増幅器のＡＭ−ＰＭ歪みを示す。曲線６００は、従来の構成のドライバ増幅器（例えば、図５Ａの曲線５００に示すＡＭ−ＡＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、従来のドハティ増幅器ラインアップはＡＭ−ＡＭ圧縮を示す。

対照的に、曲線６０２は、本開示に応じて構成されるドライバ増幅器（例えば、図５Ａの曲線５０２に示すＡＭ−ＡＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線６００と比較して、曲線６０２は低減した量のＡＭ−ＡＭ圧縮を示す。このように、本ドハティ増幅器ラインアップの線形性は、曲線６０２に示すように、改善される。

最後に、曲線６０４は、本開示に応じて構成される理想的なドライバ増幅器（例えば、図５Ａの曲線５０４に示すＡＭ−ＡＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＡＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線６０４はＡＭ−ＡＭ圧縮またはＡＭ−ＡＭ拡張を有さず、したがって、線形である。

図６Ｂは、増幅器の出力電力（Ｐｏｕｔ／Ｐｏｕｔｍａｘ）に対するいくつかの増幅器のＡＭ−ＰＭ歪みを示す。曲線６１０は、従来の構成のドライバ増幅器（例えば、図５Ｂの曲線５１０に示すＡＭ−ＡＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、従来のドハティ増幅器ラインアップはＡＭ−ＰＭ圧縮を示す。

対照的に、曲線６１２は、本開示に応じて構成されるドライバ増幅器（例えば、図５Ｂの曲線５１２に示すＡＭ−ＰＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線６１０と比較して、曲線６１２は低減した量のＡＭ−ＡＭ圧縮を示す。このように、本ドハティ増幅器ラインアップの線形性は、曲線６１２に示すように、改善される。

最後に、曲線６１４は、本開示に応じて構成される理想的なドライバ増幅器（例えば、図５Ｂの曲線５１４に示すＡＭ−ＰＭ歪みを有するドライバ増幅器）を用いるドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪みを示す。図示するように、電力が増加するにつれて、曲線６１４はＡＭ−ＰＭ圧縮またはＡＭ−ＰＭ拡張を有さず、したがって、線形である。

一実装例では、所望のドライバ増幅器の性能は、適切なバイアス点と共に、増幅器のための適切な半導体製造技術を選択することによって達成される。所望のバイアス点は、結果としてメイン増幅器およびピーク増幅器の歪み特性の逆であるＡＭ−ＡＭ歪みおよびＡＭ−ＰＭ歪みの利得拡張−圧縮特性を生ずる。一実装例では、ドライバ増幅器は、最大電流の３〜１０％にバイアスした砒化ガリウム（ＧａＡｓ）技術ベースのトランジスタ（例えば、インジウム燐化ガリウム（ＩｎＧａＰ）系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）および／またはＧａＡｓシュードモルフィック高電子移動度トランジスタ（ＰＨＥＭＴ））を用いて構成される。この形式のトランジスタのこの使用は、ドハティに基づく基地局増幅器の最終段（例えば、メイン増幅器およびピーク増幅器）の製造に用いられる横方向拡散金属酸化物半導体（ＬＤＭＯＳ）構造と組み合わせるのに、その技術がよく適しているというさらなる利点を提供する。

本明細書に記載したドハティ増幅器ラインアップの実施形態の可能性のある改善された性能を示すために、図７は、包絡線電力（エンベロープ・パワー）比（横軸、１ミリワットを基準とするデシベル（ｄＢｍ））に対するＡＭ−ＰＭ歪み（垂直軸、度）を示す図である。データセット７００は、線形ドライバ増幅器を有する従来設計のドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪みを示す。データセット７００で示すように、増幅器の出力電力が増加するにつれて、従来の増幅器はかなり多くのＡＭ−ＰＭ圧縮を経験する。

反対に、データセット７０２は、本開示の一実施形態に応じて構成され、ＩｎＧａＰ系のドライバ増幅器を用いて構成されるドライバ増幅器を有するドハティ増幅器ラインアップのＡＭ−ＰＭ歪みを示す。データセット７０２で示すように、本増幅器の実施形態は、増幅器の出力電力が増加するにつれて、従来のラインアップと比較して、著しく減少した量のＡＭ−ＰＭ圧縮を経験することができる。試験において、本ドハティ増幅器ラインアップの実施形態では、ＩｎＧａＰ系のドライバ増幅器を用いる場合には、ＡＭ−ＰＭの全体の変化が約２０度に減少することを示した。

ドハティに基づく増幅器は、圧縮特性が典型的に見られるバックオフレベルで典型的に動作するので、ドライバ段の振幅および位相の拡張特性は、結果的にメイン増幅器およびピーク増幅器の出力を線形化する。すなわち、メイン増幅器およびピーク増幅器によって発生する固有歪は相殺され、それによって、ドハティ増幅器の全体の生の線形性を改善する。さらに、いくつかの実施形態では、二重経路ドライバ段増幅器が深いＡＢ級（または、場合によっては、Ｂ級）領域にバイアスされるので、増幅器の全体のラインアップ効率も改善されてもよい。同様に、広帯域ドライバを組み込むことによって、増幅器の全体の帯域幅も改善されてもよい。

したがって、本開示で議論される実施形態は、より効率的で線形なドハティに基づく増幅器ラインアップのためのアプローチを提供してもよい。線形ドライバ増幅器を用いる従来のデバイスとは対照的に、本開示は、非線形ドライバ増幅器を用いるドハティに基づく増幅器を記載する。ドハティ増幅器のメイン増幅器およびピーク増幅器の非線形性をオフセットまたは打ち消すように、ドライバ増幅器の非線形性が構成される。ドライバ増幅器の非線形性は、増幅器デバイス全体の線形性を改善することができるだけでなく、ドライバ増幅器がより効率的な増幅器の級で動作することを可能にすることもできる。そして、これによって増幅器ラインアップ全体の効率を潜在的に上昇させる。

増幅器を構成する様々な構成要素が理想的な性能を示さないことがあれば、本明細書に記載されたドハティ増幅器ラインアップの実施形態は、任意の付加的な補正（例えばＤＰＤ）をさらに含んでもよい。しかし、図８に示すように、ドハティ増幅器の一実施形態は、ドハティ増幅器ラインアップの所望の全体の線形性を達成するために、低減された量のＤＰＤを実行してもよい。図８では、線８００は、ＤＰＤを実行する従来の増幅器デバイスで用いてもよいＤＰＤ補正信号を示す。線８０２は、ＤＰＤを実行する本開示の一実施形態に応じて構成されるドハティ増幅器ラインアップで用いてもよいＤＰＤ補正信号を示す。図示するように、本増幅器のＤＰＤ補正は、従来の増幅器デバイスに用いられるＤＰＤ補正よりも実質的に低減される。

本開示は、本発明による様々な実施形態の真の意図された公正な範囲および趣旨を限定するよりはむしろ、本発明による様々な実施形態をどのように形作り、使用するかについて説明することを意図している。上記の説明は、網羅的であることを意図せず、あるいは本発明を開示される正確な形式に限定することを意図しない。変更または変形は、上記の教示を考慮して可能である。本発明の原理および実用的な用途の最良の例示を提供し、当業者が様々な実施形態で、また考察される特定の使用に適するように様々な変更を伴って、本発明を利用できるように、実施形態を選択し記載した。全てのこのような変更および変形は、添付した特許請求の範囲によって、およびその全ての均等例が公正に、合法的に、かつ公平に権利が与えられる幅に応じて解釈される場合には、全ての均等例によって定義される本発明の範囲内であり、また特許請求の範囲は本出願の係属中に補正されてもよい。

Claims (20)

1. デバイスであって、
   メイン経路およびピーク経路を有するドハティ増幅器であって、前記メイン経路から受け取った信号を増幅するように構成されるメイン増幅器と、前記ピーク経路から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合に、前記ピーク経路から受け取った前記信号を増幅するように構成されるピーク増幅器と、を含むドハティ増幅器と、
   前記ドハティ増幅器の前記メイン経路に接続される第１のドライバ増幅器であって、前記メイン増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第１のドライバ増幅器と、
   前記ドハティ増幅器の前記ピーク経路に接続され、前記ピーク増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第２のドライバ増幅器と、を備えるデバイス。
2. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器は、砒化ガリウムトランジスタを含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器は、インジウム燐化ガリウム（ＩｎＧａＰ）系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を含む、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記メイン増幅器および前記ピーク増幅器は、横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタを含む、請求項２に記載のデバイス。
5. 前記第１のドライバ増幅器または前記第２のドライバ増幅器は、ＡＢ級増幅器である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第１のドライバ増幅器または前記第２のドライバ増幅器は、第２次高調波および第３次高調波の伝送を抑制するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
7. 入力信号を受け取って、前記第１のドライバ増幅器に第１の信号を出力し、前記第２のドライバ増幅器に第２の信号を出力するように構成される信号分配器を含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器の少なくとも一方は、飽和状態で動作する場合に、前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバの前記少なくとも一方に流れる最大電流の３％から１０％までの範囲で動作するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
9. 第１の経路から受け取った信号を増幅するように構成される第１の増幅器と、
   第２の経路から受け取った信号を増幅するように構成される第２の増幅器と、
   前記第１の経路に接続され、前記第１の増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第１のドライバ増幅器と、
   前記第２の経路に接続され、前記第２の増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように構成される第２のドライバ増幅器と、を備えるデバイス。
10. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器は、砒化ガリウムトランジスタを含む、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器は、インジウム燐化ガリウム（ＩｎＧａＰ）系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を含む、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記第１の増幅器および前記第２の増幅器は、横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタを含む、請求項１０に記載のデバイス。
13. 前記第１のドライバ増幅器または前記第２のドライバ増幅器は、ＡＢ級増幅器である、請求項９に記載のデバイス。
14. 前記第１のドライバ増幅器または前記第２のドライバ増幅器は、第２次高調波および第３次高調波の伝送を抑制するように構成される、請求項９に記載のデバイス。
15. 入力信号を受け取って、前記第１の経路に第１の信号を出力し、前記第２の経路に第２の信号を出力するように構成される信号分配器を含む、請求項９に記載のデバイス。
16. 前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバ増幅器の少なくとも一方は、飽和状態において、前記第１のドライバ増幅器および前記第２のドライバの前記少なくとも一方に流れる最大電流の３％から１０％までの範囲で動作するように構成される、請求項９に記載のデバイス。
17. 増幅器を動作させる方法であって、前記増幅器は、メイン経路から受け取った信号を増幅するように構成されるメイン増幅器と、ピーク経路から受け取った信号が所定のしきい値を超える場合に、前記ピーク経路から受け取った前記信号を増幅するように構成されるピーク増幅器とを含むドハティ増幅器と、前記ドハティ増幅器の前記メイン経路に接続される第１のドライバ増幅器と、前記ドハティ増幅器の前記ピーク経路に接続される第２のドライバ増幅器と、を含み、前記方法は、
    前記メイン増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように、前記第１のドライバ増幅器を、ＡＢ級またはＢ級増幅器として動作させるステップと、
    前記ピーク増幅器の振幅および位相歪み特性の逆である振幅および位相歪み特性を示すように、前記第２のドライバ増幅器を、ＡＢ級またはＢ級増幅器として動作させるステップと、を備える方法。
18. 前記増幅器への入力信号にデジタルプリディストーションを適用するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１のドライバ増幅器を動作させるステップは、前記メイン増幅器が振幅または位相圧縮を示す場合に、前記メイン増幅器の前記振幅または位相圧縮をオフセットするように構成される振幅または位相拡張を示すように、前記第１のドライバ増幅器を動作させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記第２のドライバ増幅器を動作させるステップは、前記ピーク増幅器が振幅または位相圧縮を示す場合に、前記ピーク増幅器の前記振幅または位相圧縮をオフセットするように構成される振幅または位相拡張を示すように、前記第２のドライバ増幅器を動作させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。