JP2015089130A - 電力分配器の適応的調整 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア増幅器およびピーク増幅器に提示される信号の振幅および位相成分をマッチングすること。
【解決手段】デバイスは、第１の経路５１７および第２の経路５２３を有する増幅器に結合するように構成されている電力分配器５０１を含む。デバイスは、第１の可変減衰器５１５および第２の可変減衰器５２１ならびに第１の調整可能な位相調整器５１３および第２の調整可能な位相調整器５１９に結合されているコントローラ５２７を含む。コントローラは、増幅器の第１の経路および第２の経路の各々の位相シフトおよび出力電力をモニタリングし、増幅器の第１の経路および第２の経路に対する入力信号を変更するために、増幅器の第１の経路および第２の経路の各々の位相シフトおよび出力電力に基づいて、第１の可変減衰器および第２の可変減衰器ならびに第１の調整可能な位相調整器および第２の調整可能な位相調整器のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明の主題の実施形態は増幅器に関し、より具体的には、調整可能な電力分配器ならびに位相および電力検出器を有する増幅器に関する。

ドハティ増幅器は、無線通信システムに一般的に利用されている増幅器である。今日、たとえば、ドハティ増幅器は、無線通信ネットワークの動作を可能にする基地局にますます使用されるようになっている。ドハティ増幅器は、別個の増幅経路、一般的にはキャリア経路およびピーク経路を含むため、そのような用途に使用するのに適している。２つの経路は異なる級で動作するように構成されている。より詳細には、キャリア増幅経路は一般的にＡＢ級モードで動作し、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用いられる電力レベルにおいて、平衡増幅器と比較して、増幅器の電力付加効率および線形性を改善することができる。

一般的に、ドハティ増幅器において電力分配器が各増幅経路に入力信号を供給する。電力分配器もしくは信号分配器または分割器が既知であり、名称が示唆するとおり、信号を既知の所定の振幅および位相関係で２つ以上の信号に分割または分配するのに使用されている。

ドハティ増幅器において、一般的に、増幅器が一定範囲の入力信号にわたって一定のキャリア圧縮を呈することが望ましい。加えて、所望の負荷変調が達成され、キャリアおよびピーク増幅器の出力信号が増幅器の出力において予測通りに結合するように、キャリアおよびピーク増幅器に提示される信号の振幅および位相成分をマッチングすることが望ましい。

米国特許第８５１４００７号明細書 米国特許第６３５６１４９号明細書 米国特許第８６５３８９０号明細書 米国特許出願公開第２０１２０２２４６５３号明細書 米国特許出願公開第２０１２０２９４３８７号明細書 欧州特許出願公開第２５２１２５７号明細書

添付の図面において、同様の参照符号は別個の図全体を通じて同一または機能的に類似の要素を指しており、当該図面は下記の詳細な説明とともに本明細書に組み込まれてその一部を形成しているが、添付の図面は、様々な実施形態をさらに例示し、すべて本発明の主題に応じた様々な原理および利点を説明する役割を果たす。
主またはキャリア経路およびピーク経路を含む従来のドハティ増幅器配列を示す図。 コントローラへのフィードバックループ内に接続されている出力電力および位相シフト検出器を有するデュアルパス増幅器を示す図。 例示的な増幅器内のキャリア増幅器の利得応答を示すグラフ図。 例示的な増幅器内のピーク増幅器の利得応答を示すグラフ図。 増幅器の利得出力を示すグラフ図。

要約すると、本開示は、増幅器に関し、より具体的には、調整可能な電力分配器ならびに位相および電力検出器を有する増幅器に関する本発明の主題の実施形態を説明する。
本開示において、システムの実施形態がドハティ増幅器に関連して説明されているが、本開示において、ドハティ増幅器は様々な実施形態において代替的なデュアルパスまたはマルチパス増幅器（たとえば、３つ以上の増幅経路を有する増幅器）に置き換えてもよいことが諒解されるべきである。

本開示は、出願時の本発明に応じた様々な実施形態を作成および使用する最良の形態を可能にする様式をさらに説明するために提供されている。本開示はさらに、本発明の範囲を決して限定するものではなく、本発明の原理およびその利点の理解および認識を高めるために提供される。

第１、第２の、上部および底部などのような関係語が使用されている場合、それらは、１つの実体または動作を別のものから区別するためにのみ使用されており、必ずしもそのような実体または動作の間に任意の実際のそのような関係または順序があることを必要としまたは示唆するものでは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、可能性として特定用途向けＩＣまたは集積処理もしくは制御または他の構造を有するＩＣを含む集積回路（ＩＣ）を用いてまたはその中で最良に実装される。当業者は、たとえば、利用可能な時間、現行の技術および経済的事情によって動機づけされる相当の努力および多くの設計選択にかかわらず、本明細書に開示されている概念および原理によって指針を与えられれば、最小限の実験でそのようなＩＣおよび構造を生成することが容易に可能になることが予測される。それゆえ、簡潔にすること、および、本発明の下記に記載する実施形態に応じた原理および概念を曖昧にする一切の危険性を最小限に抑えることを目的に、そのような構造およびＩＣがさらに説明されている場合、それは、様々な実施形態の原理および概念に関連する要点に限定されることになる。

ドハティ増幅器は、広い出力電力範囲にわたって高い効率を可能にし、様々な線形化方式を使用して所望の線形性を達成することができるため、いくつかの無線用途に使用されている。多くの実施態様において、ドハティ増幅器は、２つの増幅器、すなわち、キャリアまたは主増幅器と、ピーク増幅器とを含む。対称ドハティ増幅器において、キャリアおよびピーク増幅器は同じサイズである。対称ドハティ増幅器は、今日一般的に使用されているが、キャリア増幅器よりも大きいピーク増幅器を利用する非対称性ドハティ増幅器は、さらに効率を改善する可能性を提供する。

ドハティ増幅器において、入力信号が入力または電力分配器において、主増幅経路または回路とピーク増幅経路または回路との間で分配される。その後、分配信号がドハティ増幅器のキャリア増幅器およびピーク増幅器によって別個に増幅されて、出力段において結合される。キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力を結合するとき、増幅器の各経路の出力の間に最適な平衡をもたらすために、ドハティ増幅器の入力分配器の位相および振幅または減衰に微調整を行うことが望ましい場合がある。この調整を容易にするために、増幅器の一実施形態（たとえば、ドハティ増幅器）は、複数の経路の各々に対する（たとえば、キャリア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のに使用することができる調整可能な電力分割器または分配器を含み得る。増幅器の一実施形態（たとえば、ドハティ増幅器）は、増幅器の１つ以上の経路のうちの１つの位相シフトおよび振幅のうちの少なくとも一方を選択的に変更するように構成されている調整可能な位相遅延調整および振幅調整のうちの少なくとも一方をも含み得る。

図１は、主またはキャリア経路およびピーク経路を含む従来のドハティ増幅器配列１０を示す。示されているような図１において、電力分配器１２がドハティ増幅器１０の主またはキャリア経路１４およびピーク経路１６に結合されている。電力分配器１２は、入力信号（たとえば、無線周波数入力（ＲＦＩＮ）を、各々が異なる増幅経路に沿って送信される複数の信号に分割するように構成されている。各増幅経路は、いくつかの減衰器、位相調整器および増幅器のうちの少なくとも一方を含んでもよい。図１において、電力分配器１２は２つの出力信号を生成する。

一実施態様において、電力分配器１２は、入力無線周波数信号を受信するための入力１８、ならびに第１の分割器出力および第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。対称ドハティ増幅器に接続されると、電力分配器１２は、入力１８において受信される入力信号を、非常に類似した、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することができる。しかしながら、他の場合において、電力分配器１２は、等しくない電力を有する信号を出力してもよい。

電力分配器１２の出力は、主またはキャリア増幅器２０およびピーク増幅器２２に接続される。キャリア増幅器２０は、マッチングネットワークまたは回路（図示せず）を介して電力分配器１２の第１の出力に結合されている。ピーク増幅器２２は、マッチングネットワークまたは回路（図示せず）を介して電力分配器１２の第２の出力に結合されている。本明細書の記載に基づいて当業者には諒解されるように、キャリア増幅器２０およびピーク増幅器２２は、相対的に低い電力レベルの増幅および相対的に高い電力レベルの増幅の１つ以上の段からなり得る。

インピーダンスインバータまたはλ／４伝送線路位相シフト要素２４が、キャリア増幅器２０の出力と、加算または出力ノードとの間に接続されており、ピーク増幅器２２の出力も加算ノードに結合されている。要素２４によって導入される位相シフトは、いくつかの実施形態では、位相シフト要素２６によって導入される経路１６上に存在する９０度相対位相シフトによって補償される。

インピーダンス２８を含むインピーダンスネットワークは、キャリア増幅器２０およびピーク増幅器２２の各々に適切な負荷インピーダンスを提示するように機能する。出力負荷３０（たとえば、５０オーム）は、キャリア増幅器２０およびピーク増幅器２２の出力に接続される。

増幅器１０は、キャリア増幅器２０がより低いレベルの入力信号に対する増幅を提供し、増幅器２０および２２の両方が協働して高入力レベル信号に対する増幅を提供するように構成されている。一実施態様において、キャリア増幅器２０は、主経路１４から受信される信号を増幅するように構成されており、一方で、ピーク増幅器２２は、増幅器に対する入力信号が所定閾値（遷移点α）を超える場合にのみ、ピーク経路１６から受信される信号を増幅するように構成されている。

これは、たとえば、キャリア増幅器２０がＡＢ級モードで動作するようにキャリア増幅器２０をバイアスし、ピーク増幅器２２がＣ級モードで動作するようにピーク増幅器２２をバイアスすることによって達成され得る。

図１に示すドハティ増幅器１０のアーキテクチャは、アーキテクチャが、拡大した入力信号範囲にわたって高い効率をもたらすことができることに起因して、通信システムに広く使用されている。このアーキテクチャは、デジタル歪補償（ＤＰＤ）技法を使用して良好に線形化することもできる。

ドハティ増幅器の設計における１つの難点は、一定のキャリア増幅器圧縮をサポートするシステムの設計を含む。さらに、所望の負荷変調が達成され、キャリアおよびピーク増幅器の各々の出力信号が予測通りに結合するように、キャリアおよびピーク増幅器の各々に提示される信号の振幅および位相成分を適切にマッチングすることが重要である。

本開示は、マルチパス（たとえば、２つ以上の経路）増幅器の実施形態を提供し、当該増幅器は、増幅器の経路（たとえば、キャリアおよびピーク経路の両方）の各々の無線周波数性能の位置整合および最適化を可能にする、増幅経路の各々の上の（たとえば、キャリアおよびピーク経路の各々の上の）調整可能な減衰器および位相調整器を有する調整可能な電力分配器を含む。増幅器の性能は、動作周波数、デバイスの温度、および増幅器の出力電力のようないくつかの変数によって影響を受ける可能性があるため、本発明の増幅器は、デバイスが、増幅器の経路（たとえば、キャリアおよびピーク経路）に供給されている別個の入力信号の振幅および位相を自動的に調整することを可能にする、位相および出力電力フィードバックループを組み込んでいる。

一実施態様において、経路の各々（たとえば、キャリアおよびピーク経路の各々）における位相調整器の位相設定は、位相検出器を使用して測定される増幅器の各々の出力における（たとえば、キャリア増幅器およびピーク増幅器の各々の出力における）位相歪みの測定値に基づいて決定される。同様に、経路の各々（たとえば、キャリアおよびピーク経路の各々）における可変減衰器の減衰設定は、電力検出器を使用して測定される増幅器の各々（たとえば、キャリア増幅器およびピーク増幅器の各々）の出力における電力に基づいて決定される。位相および電力検出器は、増幅器の出力において（たとえば、キャリア増幅器の出力およびピーク増幅器の出力において）実装することができる。

この実施態様において、電力、温度および周波数変動のうちの少なくとも一つによって引き起こされる、各増幅器（たとえば、キャリア増幅器およびピーク増幅器の各々）の振幅（ａｍ／ａｍ）歪みおよび位相（ａｍ／ｐｍ）歪みのうちの少なくとも一方の変動が、リアルタイムまたはほぼリアルタイムに検出され得る。その後、測定された変動がコントローラにフィードバックされて、これらの変動を補償し、各増幅器に供給される入力信号を調整することによって増幅器性能の改善を可能にするために、調整可能な電力分配器の減衰設定および位相設定のうちの少なくとも一方を決定するのに使用されることができる。

図２は、一実施形態に応じた、増幅器の各経路上に位置付けられている、可変減衰器および位相調整器のような可変または調整可能な構成要素を有するデュアルパス増幅器５００を示す。増幅器５００は、位置整合モジュールまたは電力分配器５０１を含む。電力分配器５０１は、入力信号を複数の増幅経路に分割し、各増幅経路は、可変減衰器（たとえば、可変減衰器５１５、５２１の１つ）、および調整可能な位相調整器（たとえば、位相調整器５１３、５１９の１つ）のような調整可能な構成要素と、増幅器（たとえば、増幅器５３５、５３９の１つ）とを含む。

電力分配器５０１は、入力無線周波数信号（ＲＦＩＮ）を受信するための入力５０７、ならびに第１の分割器出力５０９および第２の分割器出力５１１を有する電力分割器５０５を含む。対称ドハティ増幅器において、電力分割器５０５は、入力５０７において受信される入力信号を、非常に類似した、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するように動作する。結果もたらされる信号が入力５０７における信号よりも各々３ｄＢ小さいとき、この等しい電力形態の電力分割器５０５は、３デシベル（ｄＢ）分割器と称される場合がある。３ｄＢ分割器が一般的であるが、いくつかの用途において、複数の出力または等しくない信号を有する出力を有する他の分割器が作成および使用され得る。

電力分配器５０１は、第１の調整可能な位相調整器５１３および第１の可変減衰器５１５を含み、これらは第１の分割器出力５０９に結合されており、第１の電力出力５１７を提供するように構成されている。調整可能な位相調整器５１３および可変減衰器５１５は任意の順序で（たとえば、図示のような可変減衰器５１５の後ろに位相調整器５１３、またはその逆）互いに直列に結合することができることが諒解されよう。電力分配器５０１は、第２の調整可能な位相調整器５１９および第２の可変減衰器５２１を含み、これらは第２の分割器出力５１１に結合されており、第２の電力出力５２３を提供するように構成されている。上記のように、これらの構成要素が互いに直列に結合される順序は変化してもよい。

調整可能な電力分配器５０１の様々な実施形態において、第１の調整可能な位相調整器５１３および第２の調整可能な位相調整器５１９は各々（たとえば、インターフェース５２５を使用して）デジタル制御され、様々なレベルの位相シフトをもたらす複数の状態を有する。第１の調整可能な位相調整器５１３および第２の調整可能な位相調整器５１９は、たとえば、各々、８つの位相シフト状態を有してもよく、各位相シフト状態が、特定の位相シフトを度単位で定義する。一例において、位相シフト状態は、約６．５度刻みで分離することができる。第１の調整可能な位相調整器５１３および第２の調整可能な位相調整器５１９は、異なる位相シフト状態を有し、異なる範囲をカバーし、互いから異なる刻み幅を有してもよいが、一般的に、それらは基本的には同じになることが諒解されよう。デジタル制御されるが、多くの実施形態における調整可能な位相調整器は、アナログ位相調整器である。

電力分配器５０１の様々な実施形態において、第１の可変減衰器５１５および一般的には第２の可変減衰器５２１は各々（たとえば、インターフェース５２５を使用して）デジタル制御され、複数の減衰レベルを有し、減衰レベルは数ｄＢ刻みで分離され、一例においては０．５ｄＢで減衰レベルが分離される。第１の可変減衰器５１５および第２の可変減衰器５２１は各々、たとえば、８つの減衰状態または減衰レベルを有してもよいが、それらは、他の実施形態においては、より多いまたはより少ない減衰状態または減衰レベルを有してもよい。第１の可変減衰器５１５および第２の可変減衰器５２１は、異なる減衰状態を有し、異なる減衰範囲をカバーし、互いから異なる減衰刻み幅を有してもよいが、一般的に、それらは基本的には同じになることが諒解されよう。デジタル制御されるが、いくつかの実施形態における調整可能な減衰器は、アナログ減衰器であってもよい。

電力分配器５０１のいくつかの実施形態は、それぞれ、第１の電力出力５１７および第２の電力出力５２３における第１の信号と第２の信号との間に固定位相シフトを追加するように構成されている１つ以上の任意選択の固定位相調整器（図示せず）をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、これは、１つの増幅経路（たとえば、出力５０９と電力出力５１７との間の増幅経路、または、出力５１１と電力出力５２３との間の増幅経路）に追加される固定かつ所定の位相シフト（たとえば、９０度）とすることができる。

特定の用途において（たとえば、ドハティ増幅器５０３内で）、増幅器内の１つの経路に９０度位相シフトが追加され、この増幅器位相シフトをずらすために、固定位相シフトを使用することができる。いくつかの実施形態における固定位相シフトは、第１の電力出力５１７における第１の信号に対する負または正方向における位相シフト（たとえば、負４５度シフトのような、負シフトλ／８）、および、第２の電力出力５２３における第２の信号に対する反対方向における位相シフト（たとえば、正４５度位相シフトのような、正シフトλ／８）を含む。反対符号の４５度位相シフトを使用することによって、電力出力５１７および５２３における信号の間に９０度相対位相シフトがもたらされる。位相調整器は、誘導性および容量性リアクタンスを有する集中素子回路として実装することができる。

インターフェース５２５は、入力５３３において受信される入力に応答して電力分配器５０１の調整可能な位相調整器５１３および５１９ならびに可変減衰器５１５および５２１を設定するように構成および設定することができる。インターフェース５２５を使用して、コントローラ５２７は、本開示に記載する方法に応じて電力分配器５０１を調整および変更するように構成されてもよい。インターフェース５２５の入力５３３（または入出力）は、データインターフェース（たとえば、シリアル周辺装置インターフェース（ＳＰＩ）のようなシリアルインターフェース、図示せず）を含んでもよい。データインターフェース（たとえば、ＳＰＩ）は、電力分配器５０１と同じ集積回路チップ（たとえば、単一のシリコンまたはガリウムヒ素チップ）上に実装されてもよく、または、データインターフェースと電力分配器５０１とは異なる集積回路チップ（たとえば、２つのシリコンチップ、２つのガリウムヒ素チップ、または１つのシリコンチップ（たとえば、ＳＰＩ用）と１つのガリウムヒ素チップ（たとえば、電力分配器５０１用）との組み合わせ）上に実装されてもよい。

概して、減衰器５１５および５２１ならびに位相調整器５１３および５１９のうちの少なくとも一方は、いくつかのスイッチ、一般的には、トランジスタとして実装されるもののようなソリッドステートまたは統合スイッチを使用して制御される。したがって、インターフェース５２５には、すべての減衰器５１５および５２１ならびに位相調整器５１３および５１９内のすべてのスイッチに関する状態情報が提供され得、インターフェース５２５は、すべてのスイッチが適切なＯＮまたはＯＦＦ状態にあることを保証するように構成および結合されている出力を有する１つ以上のラッチバッファとして機能する。代替的に、インターフェース５２５には、符号化値（たとえば、二進値）または２つ以上の符号化値を提供することができ、符号化値の各々は、各減衰器５１５および５２１ならびに位相調整器５１３および５１９の状態を一意に指定する。たとえば、位相調整器５１３および５１９ならびに減衰器５１５および５２１が８状態デバイスである場合、各々に対して３ビット符号化値が、特定の状態を一意に指定するのに使用され得る。したがって、動作中、４つのそのような符号化値がインターフェース５２５に提供され得る（たとえば、各減衰器５１５および５２１に１つずつ、および、各位相調整器５１３および５１９に１つずつ）。その後、インターフェース５２５は、各符号化値を、各減衰器５１５および５２１ならびに位相調整器５１３および５１９の適切な制御信号（たとえば、スイッチ制御信号）に変換し、これらの値にラッチしてもよい。他の実施形態において、４つのデバイス５１３、５１５、５１９、および５２１の各々の位相シフトおよび減衰の量が、インターフェース５２５に送信され得、インターフェース５２５は所望のシフトおよび減衰を実現するのに適切な状態を判定し得る。別の代替的な実施形態において、インターフェース５２５は、アドレスまたはオフセットを受信してもよく、受信されたアドレスまたはオフセットに基づいてルックアップテーブル（図示せず）内の位相状態および減衰状態情報のうちの少なくとも一方を検索してもよい。

増幅器５００のドハティ増幅器５０３は、マッチングネットワークまたは回路（図示せず）を介して第１の電力出力５１７に結合されている主またはキャリア増幅器５３５と、マッチングネットワークまたは回路（図示せず）を介して第２の電力出力５２３に結合されているピーク増幅器増幅器５３９とを含む。本明細書の記載に基づいて当業者には諒解されるように、主増幅器５３５およびピーク増幅器５３９は、相対的に低い電力レベルの増幅および相対的に高い電力レベルの増幅の１つ以上の段からなり得る。たとえば、キャリア増幅器５３５は、１つ以上の低電力レベル増幅器を含む第１の段５３５ａと、高電力レベル増幅器を含む第２のまたは最終段５３５ｂとを含んでもよい。同様に、ピーク増幅器５３９は、１つ以上の低電力レベル増幅器を含む第１の段５３９ａと、高電力レベル増幅器を含む第２のまたは最終段５３９ｂとを含んでもよい。

キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９は、それぞれの出力マッチング回路（図示せず）を介してドハティコンバイナ５４７、および出力ノード５４９に結合されている。ドハティコンバイナ５４７は、キャリア増幅器５３５がより低いレベルの信号に対する増幅を提供し、入力信号が遷移点αを超えるときに、増幅器５３５、５３９の両方が協働して高レベル信号に対する増幅を提供するように構成されている。これは、たとえば、キャリア増幅器５３５をＡＢ級モードで動作するようにバイアスし、ピーク増幅器５３９をＣ級モードで動作するようにバイアスすることによって達成され得る。一実施形態において、インピーダンスインバータまたはλ／４線路位相シフト要素５４７が、キャリア増幅器５３５の出力と加算ノード５４９との間に接続されている。代替の実施形態において、増幅器５００は、「反転ドハティ」構成を有してもよい。そのような構成においては、インピーダンスインバータまたはλ／４線路位相シフト要素５４７が、キャリア増幅器５３５の出力と加算ノード５４９との間ではなく、ピーク増幅器５３９の出力と加算ノード５４９との間に接続されている。

電力分配器５０１が３つ以上の出力を有し、ドハティ増幅器５０３が単一のキャリア増幅器および２つ以上のピーク増幅器を有し、たとえば、各ピーク増幅器が異なるＣ級動作点にバイアスされている、増幅器５００のより複雑な実施態様が可能である。そのような実施形態において、電力分配器５０１は、４つ以上の経路を含んでもよく、その各々が調整可能な位相調整器および調整可能な減衰器を含む。

本発明のシステムの一実施形態において、可変減衰器５１５および５２１ならびに位相調整器５１３および５１９は、コントローラ５２７によって、増幅器の１つ以上（たとえば、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９のうちの少なくとも一方）に入力されている信号を成形して、増幅器５００の改善されたまたは所望の応答を提供するように操作される。

コントローラ５２７がキャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の各々に対する入力信号を成形するのを補助するために、増幅器５００は、それぞれキャリア経路およびピーク経路に結合されている位相および電力検出器５５３および５５５を含む。検出器５５３および５５５は、それぞれキャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の位相シフトおよび歪みのうちの少なくとも一方ならびに出力電力のような、増幅器の信号特性を測定するように構成されている。出力電力の測定において、検出器５５３および５５５は、それぞれキャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９によって出力される出力信号の包絡線の大きさ（たとえば、ピーク包絡線電圧、平均包絡線電圧、ピーク包絡線電力、平均包絡線電力、または、信号に関する何らかの他の電力もしくは電圧測定値）を測定するように構成されてもよい。

図２において、検出器５５３および５５５は、増幅器５００に接続されている単一の構成要素であるものとして図示されている。ただし、他の実施形態においては、検出器５５３および５５５の各々は、いくつかの別個の構成要素として実装されてもよく、１つの構成要素または構成要素のセットが位相シフトを検出するように構成され、別の構成要素または構成要素のセットが出力電力を検出するように構成される。検出器５５３および５５５は、たとえば、特定用途向け集積回路を使用して実装されてもよい。検出器５５３および５５５は、より高いとは言わないまでも、少なくとも入力信号の周波数である周波数において増幅器の各経路上の出力振幅および位相シフトまたは歪みをサンプリングするように構成されている。概して、検出器５５３および５５５は、低い損失を呈し、出力電力および位相シフトの両方を正確に測定するのに十分なダイナミックレンジおよび周波数応答を有する。

検出器５５３および５５５はコントローラ５２７に結合されており、コントローラ５２７が検出器５５３および５５５からデータ信号を受信し、それによって、増幅器５００の各経路の位相シフトおよび出力電力をモニタリングすることが可能である。この出力をモニタリングすることによって、コントローラ５２７は、その後、所望の増幅器５００出力を達成するためにキャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の各々に入力されている信号を成形するように、可変減衰器５１５および５２１ならびに調整可能な位相調整器５１３および５１９を操作することができる。

この電力分配器５０１の振幅および位相の適応的調整によって、増幅器５００動作を、所望の応答により近密に一致するように変更することができる。概して、コントローラ５２７は、最大ピーク電力を達成し、線形性を改善し、または効率を最大化するために増幅器５００性能を最適化するように構成されてもよいが、コントローラ５２７はまた、他の所望の性能特性を達成するために増幅器５００を最適化するように構成されてもよい。

増幅器５００がその所望の動作から逸脱するようにするおそれがある多数の制御不能要因（たとえば、デバイス−デバイス変動（利得、ＡＭ／ＰＭ、バイアスなどの変動を含む）、受動構成要素−構成要素変動（たとえば、受動構成要素におけるキャパシタンスおよびインダクタンスの変動）、プリント回路基板（ＰＣＢ）材料の変動、温度による性能変化など）があるため、検出器５５３および５５５は、コントローラ５２７が、増幅器５００の動作をモニタリングして、それらの要因を埋め合わせて増幅器５００をその所望の動作に戻すように、可変減衰器５１５および５２１ならびに調整可能な位相調整器５１３および５１９を操作することを可能にするフィードバックデバイスとして動作する。

概して、コントローラ５２７は、検出器５５３および５５５を使用して、それぞれ、キャリア増幅器５３５の位相シフト（Φ_Ｃ）および出力電力（Ａ_Ｃ）ならびにピーク増幅器５３９の位相シフト（Φ_Ｐ）および出力電力（Ａ_Ｐ）のような信号特性をモニタリングして所望の増幅器５００動作からの逸脱を検出するように構成されている。コントローラ５２７が所望の動作からの逸脱を検出すると、コントローラ５２７は、それらの逸脱を補償するために、可変減衰器５１５および５２１ならびに調整可能な位相調整器５１３および５１９のうちの１つ以上の状態を変更して、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９のうちの少なくとも一方に入力されている信号を変更する。上述のように、逸脱は、増幅器５００の全体的な設計において容易に予期または考慮することができない多数の要因から生じる可能性がある。

たとえば、増幅器５００の所望の動作が、キャリア増幅器５３５の出力とピーク増幅器５３９の出力との間の特定の位相シフト（たとえば、９０度の位相シフト）を必要とするが、コントローラ５２７が、検出器５５３および５５５からのフィードバック信号に基づく異なる位相シフトを検出した場合、コントローラ５２７は、増幅器の所望の出力を達成するために調整可能な位相調整器５１３および５１９のうちの１つ以上を調整することができる。同様に、検出器５５３および５５５からのフィードバック信号に基づいて、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９のうちの１つ以上の出力電力が所望の値から逸脱していることをコントローラ５２７が検出した場合、コントローラ５２７は、所望の出力電力を達成するために可変減衰器５１５および５２１のうちの１つ以上を調整することができる。

出力電力について増幅器５００を最適化するために、たとえば、電力分配器５０１は、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の出力信号の電力が出力ノード５４９に達したときにその電力が等しくなるように、コントローラ５２７によって調整されることができる。加えて、電力分配器５０１は、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の出力信号が出力ノード５４９に達したときに、それらが同じ位相を有し、それによって、より最適な信号結合をもたらすように調整されることができる。

出力効率について増幅器５００を最適化するために、電力分配器５０１は、一実施形態において、キャリア増幅器５３５の出力電力が、ピーク増幅器５３９の出力電力と比較して、振幅がより高くなるように調整される。これは、Φｃ＝Φｐ＋Φｏｆｆｓｅｔであるように位相調整器５１３および５１９を調整することを含んでもよく、Φｏｆｆｓｅｔは、ノード５４９において改善された信号結合を得るために、公称９０度の位相から調整されてもよい。加えて、たとえば、増幅器５００のピーク電力の全体的な低減をもたらし得る最大効率を達成するように可変減衰器５２１を操作することによって、Ａ_Ｐが低減される。

線形性について増幅器５００を最適化するために、電力分配器５０１は、一実施形態において、ピーク増幅器５３９の出力信号が、キャリア増幅器５３５の出力信号と比較して、振幅がより高くなるように調整される。これは、Φｃ＝Φｐ＋Φｏｆｆｓｅｔであるように電力分配器５０１（具体的には、調整可能な位相調整器５１３および５１９）を調整することを含んでもよく、Φｏｆｆｓｅｔは、ノード５４９において改善された信号結合を得るために、公称９０度の位相から調整されてもよい。加えて、たとえば、増幅器５００のピーク電力の全体的な増大をもたらし得る最適な線形性を達成するように可変減衰器５２１を操作することによって、Ａ_Ｃが低減される。

場合によっては、増幅器５００は、線形性と効率との間のトレードオフを提供するように最適化されてもよい。これは、Φｃ＝Φｐ＋Φｏｆｆｓｅｔであるように電力分配器５０１（具体的には、調整可能な位相調整器５１３および５１９）を調整することを含んでもよく、Φｏｆｆｓｅｔは、必須ではないがほぼ正確に９０度であってもよい。加えて、可変減衰器５１５および５２１は、ピーク増幅器が伝導しているときにＡ_ＣがＡ_Ｐに等しいように調整されてもよい。

図２においては、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の最終段の出力に接続されているように示されているが、検出器５５３および５５５は実際には、増幅器５００の１つ以上の経路の位相歪みおよび出力電力の測定を可能にする他の様式で増幅器５００に接続されてもよい。

したがって、いくつかの実施態様において、検出器５５３および５５５は代わりに、代替的な構成で増幅器５００に接続されてもよい。たとえば、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９のうちの少なくとも一方が複数の段（たとえば、ドライバ段５３５ａおよび５３９ａならびに最終段５３５ｂおよび５３９ｂ）を含む場合、検出器５５３および５５５は、位相シフトおよび出力電力を測定するためにドライバ段または最終段のいずれかの出力に接続されてもよい。

図２を参照すると、たとえば、検出器５５３は、キャリア増幅器５３５のドライバ段５３５ａと最終段５３５ｂとの間に接続されてもよく、検出器５５５は、ピーク増幅器５３９のドライバ段５３９ａと最終段５３９ｂとの間に接続されてもよい。そのような構成において、検出器５５３および５５５は、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９のドライバ段５３５ａおよび５３９ａの位相シフトおよび出力電力を検出することに限定されてもよい。したがって、検出器５５３および５５５はキャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の最終段５３５ｂおよび５３９ｂの任意の位相歪みまたは出力電力を測定することが可能でなくてもよい。その場合、コントローラ５２７が、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の出力電力および位相シフトを推定してもよい。これは、たとえば、検出器５５３および５５５から出力電力および位相シフト測定値を受信し、その後、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の最終段５３５ｂおよび５３９ｂの予期される位相シフトおよび出力電力に基づいてそれらの値を変更することを含んでもよい。予期される位相シフトおよび出力電力は、増幅器の設計および製造方法に鑑みた、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の予期される動作に基づいてもよい。

増幅器５００の設計中、たとえば、増幅器５３５および５３９の製造における可能性のある差異のいくつかをシミュレートすることができ、それらのシミュレーションを使用して、最適な効率、もしくは電力出力、または電力と効率との間のトレードオフをもたらすための減衰および位相の調整を決定することができる。同様に、増幅器の実際の製造変動を測定するために、製造単位の（すなわち、増幅器５３５および５３９の）サンプルを分析または検査することができる。それらの測定を使用して、最適な性能を達成するためにコントローラ５２７によって提供される減衰および位相調整の量を、サンプリングされたデバイスについて経験的に決定することができる。この情報は、その後、コントローラ５２７が最適化された増幅器５００性能を提供するためのアルゴリズムの一部として使用することができる。

この構成において、検出器５５３および５５５は、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の第１の段５３５ａおよび５３９ａの位相シフトおよび出力電力しか測定することが可能でない場合があるが、検出器５５３および５５５はより低い信号レベルを測定することができ、これによって、検出器５５３および５５５の構成が単純になり、それらの電力消費が低減する可能性がある。

様々な他の実施形態において、検出器５５３および５５５は、増幅器５００のキャリア経路およびピーク経路の各々に沿った様々な他の点のいずれかにおいて接続されてもよい。位相シフト検出器および出力電力検出器の両方が、経路に沿った同じノードまたは点における信号を測定するように構成されてもよく、または、特定の経路上で搬送されている信号の位相シフトおよび出力電力が、その経路に沿った異なる点において測定されてもよい。たとえば、出力電力は、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の最終段５３５ｂおよび５３９ｂの出力において測定されてもよく、一方で、位相シフトは、キャリア増幅器５３５およびピーク増幅器５３９の第１の段５３５ａおよび５３９ａの出力において測定されてもよい。加えて、検出器５５３および５５５の構成は対称である必要はなく、それによって、検出器５５３および５５５（ならびに各々の出力電力検出器および位相シフト検出器）は、それらのそれぞれの経路の異なる点において接続されてもよい。いくつかの実施態様において、増幅器がＮ個の経路を有する場合、Ｎ個に満たない検出器が使用されてもよく、それによって、位相測定および出力電力測定のうちの少なくとも一方は、増幅器の経路のうちの１つ以上については行われない。

図３Ａおよび図３Ｂは、増幅器の例示的な実施形態における、それぞれキャリア増幅器およびピーク増幅器の利得応答を示すグラフである。図３Ｃは、キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力が出力ノードにおいて結合された後の、増幅器実施形態の利得応答を示す。各グラフの垂直軸は利得を表し、一方で、水平軸は出力電力（Ｐ_ＯＵＴ）を表す。実線は所望の応答を表す。

図３Ａを参照すると、キャリア増幅器の実際の利得（破線で示す）は、所望の利得（実線で示す）よりも小さいように図示されている。この欠陥は、環境要因またはキャリア増幅器の製造欠陥のような、多くの要因に起因し得る。キャリア増幅器の利得の低減は増幅器全体の出力に反映され、これは、図３Ｃに破線で示すように、同様に低減している。

それゆえ、一実施形態に応じて、キャリア増幅器の出力電力をモニタリングするコントローラ（たとえば、図２のコントローラ５２７）が、キャリア増幅器の出力の低減を検出し、可能性として増幅器のキャリア経路内の可変減衰器および調整可能な位相調整器のうちの１つ以上を調整することによって、増幅器の電力分配器を補償するように変更し得る。これによって、増幅器全体の出力を、図３Ｃに実線で示すような理想的な出力により近密にシフトさせることができる。

様々な方法およびシステムがデュアルパスドハティ増幅器デバイスを参照して説明されている。ただし、これらの手法は、３つ以上の増幅器経路を有するマルチパス増幅器に一般化することができる。その場合、適切な位相シフト検出器および出力電力検出器を増幅器の各経路に接続することができる。上述のように、検出器は、各経路上の増幅器の位相シフトおよび出力電力を検出するように構成することができる。検出器によってキャプチャされたデータは、その後、増幅器の各経路の減衰および位相シフトを調整するように構成されているコントローラに供給することができる。それゆえ、検出器によってキャプチャされたデータを使用して、コントローラは、増幅器のより望ましい動作を達成するために、増幅器の各経路の減衰および位相シフトを調整するように構成されている。そのため、本開示は、Ｎ個の増幅器、ならびに対応する数の位相シフトおよび出力電力検出器を有するマルチパス増幅器に一般化することができる。

デバイスの一実施形態は、第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されている電力分配器と、増幅器の第１の経路に接続されている第１の調整可能な減衰器および第１の調整可能な位相調整器と、増幅器の第２の経路に接続されている第２の調整可能な減衰器および第２の調整可能な位相調整器とを含む。デバイスは、第１の可変減衰器および第２の可変減衰器ならびに第１の調整可能な位相調整器および第２の調整可能な位相調整器に結合されているコントローラを含む。コントローラは、増幅器の第１の経路および第２の経路の各々の位相シフトおよび出力電力をモニタリングし、増幅器の第１の経路および第２の経路に対する入力信号を変更するために、増幅器の第１の経路および第２の経路の各々の位相シフトおよび出力電力に基づいて、第１の可変減衰器および第２の可変減衰器ならびに第１の調整可能な位相調整器および第２の調整可能な位相調整器のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている。

デバイスの一実施形態は、第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されているコントローラを含む。コントローラは、増幅器の第１の経路および第２の経路の少なくとも一方の位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングし、増幅器の第１の経路または第２の経路のいずれかまたは両方に対する入力信号を変更するために、モニタリングされた１つ以上の信号特性に基づいて、第１の経路に結合されている第１の可変減衰器、第１の経路に結合されている第１の調整可能な位相調整器、第２の経路に結合されている第２の可変減衰器、および第２の経路に結合されている第２の調整可能な位相調整器から選択される１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整するように構成されている。

方法の一実施形態は、増幅器の第１の経路および第２の経路のいずれかまたは両方の、位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングする工程と、モニタリングされた１つ以上の信号特性に基づいて、第１の経路に結合されている第１の可変減衰器、第１の経路に結合されている第１の調整可能な位相調整器、第２の経路に結合されている第２の可変減衰器、および第２の経路に結合されている第２の調整可能な位相調整器から選択される１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程とを含む。

デバイスの一実施形態は、第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されている電力分配器と、増幅器の第１の経路に接続されている１つ以上の第１の調整可能な構成要素と、増幅器の第２の経路に接続されている１つ以上の第２の調整可能な構成要素とを含む。デバイスは、１つ以上の第１の調整可能な構成要素および第２の調整可能な構成要素に結合されているコントローラを含む。コントローラは、増幅器の第１の経路および第２の経路のいずれかまたは両方の上で搬送されている信号の位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングし、増幅器の第１の経路または第２の経路のいずれかまたは両方に対する入力信号を変更するために、モニタリングされた１つ以上の信号特性に基づいて、１つ以上の第１の調整可能な構成要素および第２の調整可能な構成要素の少なくとも１つを調整するように構成されている。

本開示は、本発明に応じた様々な実施形態を、その真の、意図される、公正な範囲および精神を限定するのではなく、作成および使用する方法を説明するように意図されている。上記の説明は、網羅的であるようにも、本発明を開示されている厳密な形態に限定するようにも意図されていない。上記の教示に照らして変更および変形が可能である。実施形態（複数の場合もあり）は、本発明の原理およびその実際の適用の最良の例示を提供し、当業者が、様々な実施形態において、および、企図する特定の用途に適するように様々な変更を加えて本発明を利用することを可能にするために選択および記載された。すべてのそのような変更および変形は、それらが公正に、合法に、かつ公平に権利付与される範囲に応じて解釈されるときに、本出願が特許を求め係属している間に補正され得る添付の特許請求の範囲、およびそのすべての均等物によって画定されるような本発明の範囲内にある。

Claims (21)

1. デバイスであって、
   第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されている電力分配器と、
   前記増幅器の前記第１の経路に接続されている第１の調整可能な減衰器および第１の調整可能な位相調整器と、
   前記増幅器の前記第２の経路に接続されている第２の調整可能な減衰器および第２の調整可能な位相調整器と、
   前記第１の調整可能な減衰器および第２の調整可能な減衰器ならびに前記第１の調整可能な位相調整器および第２の調整可能な位相調整器に結合されているコントローラとを備え、前記コントローラは、
   前記増幅器の前記第１の経路および第２の経路の各々の位相シフトおよび出力電力をモニタリングし、
   前記増幅器の前記第１の経路および前記第２の経路に対する入力信号を変更するために、前記増幅器の前記第１の経路および第２の経路の各々の前記位相シフトおよび前記出力電力に基づいて、前記第１の調整可能な減衰器および第２の調整可能な減衰器ならびに前記第１の調整可能な位相調整器および第２の調整可能な位相調整器のうちの少なくとも１つを調整するように構成されている、デバイス。
2. 前記増幅器はドハティ増幅器を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記増幅器は、前記増幅器の前記第２の経路に結合されているピーク増幅器と、
   前記ピーク増幅器および前記コントローラに結合されている第１の位相シフト検出器と、
   前記ピーク増幅器および前記コントローラに結合されている第１の出力電力検出器とを含む、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記ピーク増幅器は第１の段および第２の段を含み、前記第１の位相シフト検出器および前記第１の出力電力検出器の少なくとも１つは、前記ピーク増幅器の前記第１の段と前記第２の段との間に結合されている、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記増幅器は、
   前記増幅器の前記第１の経路に結合されているキャリア増幅器と、
   前記キャリア増幅器および前記コントローラに結合されている第２の位相シフト検出器と、
   前記キャリア増幅器および前記コントローラに結合されている第２の出力電力検出器とを含む、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記キャリア増幅器は第１の段および第２の段を含み、前記第２の位相シフト検出器および前記第２の出力電力検出器の少なくとも１つは、前記キャリア増幅器の前記第１の段と前記第２の段との間に結合されている、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記コントローラは、前記増幅器の出力電力、前記増幅器の線形性、および前記増幅器の効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、前記増幅器の前記第１の経路または前記第２の経路に対する入力信号を変更するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
8. デバイスであって、
   第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されているコントローラを備え、前記コントローラは、
   前記増幅器の前記第１の経路および第２の経路の少なくとも一方の位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングし、
   前記増幅器の前記第１の経路または前記第２の経路のいずれかまたは両方に対する入力信号を変更するために、モニタリングされた前記１つ以上の信号特性に基づいて、前記第１の経路に結合されている第１の調整可能な可変減衰器、前記第１の経路に結合されている第１の調整可能な位相調整器、前記第２の経路に結合されている第２の可変減衰器、および前記第２の経路に結合されている第２の調整可能な位相調整器から選択される１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整するように構成されている、デバイス。
9. 前記増幅器はドハティ増幅器を含む、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記増幅器は、前記増幅器の前記第２の経路に結合されているピーク増幅器と、
    前記ピーク増幅器および前記コントローラに結合されている第１の位相シフト検出器と、
    前記ピーク増幅器および前記コントローラに結合されている第１の出力電力検出器とを含む、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記ピーク増幅器は第１の段および第２の段を含み、前記第１の位相シフト検出器および前記第１の出力電力検出器の少なくとも１つは、前記ピーク増幅器の前記第１の段と前記第２の段との間に結合されている、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記増幅器は、
    前記増幅器の前記第１の経路に結合されているキャリア増幅器と、
    前記キャリア増幅器および前記コントローラに結合されている第２の位相シフト検出器と、
    前記キャリア増幅器および前記コントローラに結合されている第２の出力電力検出器とを含む、請求項１０に記載のデバイス。
13. 前記キャリア増幅器は第１の段および第２の段を含み、前記第２の位相シフト検出器および前記第２の出力電力検出器の少なくとも１つは、前記キャリア増幅器の前記第１の段と前記第２の段との間に結合されている、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記コントローラは、前記増幅器の出力電力、前記増幅器の線形性、および前記増幅器の効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、前記増幅器の前記第１の経路または前記第２の経路に対する入力信号を変更するように構成されている、請求項８に記載のデバイス。
15. 方法であって、
    増幅器の第１の経路および第２の経路のいずれかまたは両方の、位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングする工程と、
    モニタリングされた前記１つ以上の信号特性に基づいて、前記第１の経路に結合されている第１の可変減衰器、前記第１の経路に結合されている第１の調整可能な位相調整器、前記第２の経路に結合されている第２の可変減衰器、および前記第２の経路に結合されている第２の調整可能な位相調整器から選択される１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程とを備える、方法。
16. 前記１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程は、前記増幅器の出力電力、前記増幅器の線形性、および前記増幅器の効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、前記増幅器の前記第１の経路または前記第２の経路に対する入力信号を変更する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の経路の前記出力電力を、前記第２の経路の前記出力電力に実質的に等しくするために、前記１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１の経路の前記位相シフトと前記第２の経路の前記位相シフトとの間の差を目標位相シフト値に設定するために、前記１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記目標位相シフト値は、９０度に実質的に等しい、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の経路の前記出力電力を、前記第２の経路の前記出力電力よりも大きくするために、前記１つ以上の調整可能な構成要素の動作を調整する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
21. デバイスであって、
    第１の経路および第２の経路を有する増幅器に結合するように構成されている電力分配器と、
    前記増幅器の前記第１の経路に接続されている１つ以上の第１の調整可能な構成要素と、
    前記増幅器の前記第２の経路に接続されている１つ以上の第２の調整可能な構成要素と、
    前記１つ以上の第１の調整可能な構成要素および第２の調整可能な構成要素に結合されているコントローラとを備え、前記コントローラは、
    前記増幅器の前記第１の経路および第２の経路のいずれかまたは両方の上で搬送されている信号の位相シフトおよび出力電力から選択される１つ以上の信号特性をモニタリングし、
    前記増幅器の前記第１の経路または前記第２の経路のいずれかまたは両方に対する入力信号を変更するために、モニタリングされた前記１つ以上の信号特性に基づいて、前記１つ以上の第１の調整可能な構成要素および第２の調整可能な構成要素の少なくとも１つを調整するように構成されている、デバイス。