JP2016171500A - 電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる変調方式の入力信号を増幅する場合であっても、電力効率を高く維持することができる電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法を提供することである。【解決手段】電力増幅装置は、ドハティアンプと、選択回路と、制御回路と、出力整合回路と、を備える。ドハティアンプは、入力信号を、メインアンプ、ピークアンプ及び補助アンプによりそれぞれ増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を合成点へ出力する。選択回路は、選択信号が入力されることにより、補助アンプを、メインアンプおよびピークアンプのいずれか一方に並列に接続する。出力整合回路は、合成点で合成された出力信号をインピーダンス変換して出力端子から出力信号として出力する。制御回路は、ドハティアンプの飽和出力電力とドハティアンプの平均出力電力との比に基づいて、選択信号を出力し、補助アンプにゲート電圧を供給し、出力整合回路のインピーダンス値を制御する。【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法に関する。
従来、高効率に入力電力を増幅する電力増幅装置としては、メインアンプとピークアンプとを組み合わせたドハティアンプが用いられている。電力増幅装置を、例えば地上デジタルテレビ送信に用いる場合、用いられる地域に応じて変調方式が、ISDB−T,DVB,ATSCなどといった異なる変調方式となる。そのため、電力増幅器に必要な飽和電力レベルと平均電力レベルとの比(以下、PAR(Peak−tо−Average Ratio)という)は、上記変調方式の間では、例えば6dB〜10dBの間において異なる。
しかしながら、従来は、電力効率が最大となるPARが固定的な電力増幅装置が用いられることにより、電力効率が低下する場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、異なる変調方式の入力信号を増幅する場合であっても、電力効率を高く維持することができる電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法を提供することである。
実施形態の電力増幅装置は、ドハティアンプと、選択回路と、制御回路と、出力整合回路と、を備える。ドハティアンプは、入力信号を、メインアンプ、ピークアンプ及び補助アンプによりそれぞれ増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を合成点へ出力する。選択回路は、選択信号が入力されることにより、補助アンプを、メインアンプおよびピークアンプのいずれか一方に並列に接続する。出力整合回路は、合成点で合成された出力信号をインピーダンス変換して出力端子から出力信号として出力する。制御回路は、ドハティアンプの飽和出力電力とドハティアンプの平均出力電力との比に基づいて、選択信号を出力し、補助アンプにゲート電圧を供給し、出力整合回路のインピーダンス値を制御する。
まず、一般的なドハティアンプを用いた電力増幅装置での問題点について、図面を参照して説明する。図1は、一般的なドハティアンプを用いた電力増幅装置200の構成を示す図である。図1に示す電力増幅装置200は、入力端子1、入力整合回路4、メインアンプ5、出力整合回路6、λ/4線路7、λ/4線路8、入力整合回路9、ピークアンプ10、出力整合回路11、出力端子14を備えている。
入力端子1に入力される入力信号2は、分岐点3を介して、入力整合回路4に入力される。入力整合回路4は、入力信号2とメインアンプ5を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路である。メインアンプ5は、構成する増幅素子がB級にバイアスされるため、入力信号2の電力レベルにかかわらず、入力信号2の増幅を行って出力する。出力整合回路6は、メインアンプ5を構成する増幅素子の出力とメインアンプ5の出力との整合を取る回路である。λ/4線路7は、入力信号2が小電力レベルのとき、メインアンプ5の出力をインピーダンス変換する回路として働く。
分岐点3で分岐された入力信号2は、λ/4線路8により、位相を90度遅らされ、入力整合回路9に入力される。入力整合回路9は、位相が90度遅らされた入力信号2とピークアンプ10を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路である。ピークアンプ10は、構成する増幅素子がC級にバイアスされるため、入力信号2が小電力レベルのときは非動作状態となり、大電力レベルのときに動作状態となって入力信号2を増幅して出力する。出力整合回路11は、ピークアンプ10を構成する増幅素子の出力とピークアンプ10の出力との整合を取る回路である。λ/4線路7の出力と、出力整合回路11の出力とは、合成点12において合成される。合成点12において合成された信号は、出力端子14から出力信号15として出力される。
以上の構成を備える電力増幅装置200では、その入出力電力の特性において、入力信号2の入力電力が所定の入力電力レベルより低いときはメインアンプ5のみによってリニアな電力増幅が行われる。一方、電力増幅装置200では、その入出力電力の特性において、入力信号2の入力電力が所定の入力電力レベル以上になると、メインアンプ5に加えてピークアンプ10によるリニアな電力増幅動作が行われる。これにより、メインアンプ5の増幅特性が飽和してもドハティアンプ全体の電力増幅特性のリニア性を維持することができる。
図2は、電力増幅装置200の電力効率を示す図である。図2では、横軸に出力信号15の出力電力レベルを、縦軸に電力効率を表している。図2に示すように、出力電力レベルが飽和出力電力レベル31の場合、メインアンプ5とピークアンプ10とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率30がピークとなる。この電力効率がピークとなる点を飽和点34とする。
一方、電力増幅装置200では、出力信号15の出力電力レベルが飽和出力電力レベル31から8dB低い出力電力レベル(PAR=8dB)では、メインアンプ5のみが飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ10は増幅していない状態となる。この場合も電力効率30はピークとなる。この電力効率がピークとなる点を転換点35とする。このように、図1に示す電力増幅装置200では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが、飽和点34と転換点35とにおいて2箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくすることができる。
ところで、放送用の送信機に用いる電力増幅装置などでは、入力信号2としてデジタル変調信号を使用する際、電力増幅装置が設置される地域により、変調方式が異なるため、変調方式に応じてPARが変化する。例えば、PAR=8dBに設定した電力増幅器を、PAR=6dBで使用する場合、電力効率が図2で矢印の方向へ、すなわち電力効率がピークとなるポイントから低下した状態(例えば、図2に示すポイント38)で、すなわち低効率で電力増幅装置を稼働させてしまうという問題があった。
以下、上記問題を解決する実施形態の電力増幅装置を、図3を参照して説明する。図3は、実施形態の電力増幅装置100の構成を示す図である。なお、図3において、図1に示す電力増幅装置100と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図3に示すように、電力増幅装置100は、電力増幅装置200と同様に、入力端子1、入力整合回路4、メインアンプ5、λ/4線路7、λ/4線路8、入力整合回路9、ピークアンプ10、出力端子14を備える。また、電力増幅装置100は、更に、制御回路20、スイッチ21(選択回路)、スイッチ22(選択回路)、出力整合回路23、入力整合回路24、補助アンプ25、λ/4線路26、2分配回路27、2分配回路28を備える。
ここでは、電力増幅装置100を、PARの値が小さな値、例えばPAR=3.5dBで動作させる場合と、PARの値が大きな値、例えばPAR=9.5dBで動作させる場合について説明する。
図3に示すように、電力増幅装置100は、電力増幅装置200と同様に、入力端子1、入力整合回路4、メインアンプ5、λ/4線路7、λ/4線路8、入力整合回路9、ピークアンプ10、出力端子14を備える。また、電力増幅装置100は、更に、制御回路20、スイッチ21(選択回路)、スイッチ22(選択回路)、出力整合回路23、入力整合回路24、補助アンプ25、λ/4線路26、2分配回路27、2分配回路28を備える。
ここでは、電力増幅装置100を、PARの値が小さな値、例えばPAR=3.5dBで動作させる場合と、PARの値が大きな値、例えばPAR=9.5dBで動作させる場合について説明する。
2分配回路27は、入力が分岐点3に接続され、入力信号2を2分配して入力整合回路4の入力及びスイッチ21のノードNaに出力する。
2分配回路28は、入力がλ/4線路8に接続され、λ/4線路8の出力を2分配して入力整合回路9の入力及びスイッチ21のノードNcに出力する。
スイッチ21は、ノードNa及びノードNcと、ノードNb及びノードNdとの接続を行うスイッチである。ノードNaは、2分配回路27の出力に接続されている。ノードNbは、入力整合回路24の入力に接続されている。ノードNcは、2分配回路28の出力に接続されている。ノードNdは、接地されている。スイッチ21は、選択信号ΦS1が入力されると、ノードNaとノードNbとを接続し、ノードNcとノードNdとを接続する第1の接続を行うか、或いは、ノードNaとノードNdとを接続し、ノードNbとノードNcとを接続する第2の接続を行う。
すなわち、制御回路20は、選択信号ΦS1を出力し、スイッチ21に、分岐点3と入力整合回路24とを2分配回路27を介して接続する第1の接続か、λ/4線路8の出力と入力整合回路24とを2分配回路28を介して接続する第2の接続を行わせる。
また、制御回路20は、選択信号ΦS2を出力し、スイッチ22に、λ/4線路26の出力と合成点12とを接続する第3の接続か、補助アンプ25の出力と合成点12とを接続する第4の接続を行わせる。
ここで、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われるように、或いは第2の接続と第4の接続とが同時に行われるように、選択信号ΦS1及び選択信号ΦS2を出力する。
2分配回路28は、入力がλ/4線路8に接続され、λ/4線路8の出力を2分配して入力整合回路9の入力及びスイッチ21のノードNcに出力する。
スイッチ21は、ノードNa及びノードNcと、ノードNb及びノードNdとの接続を行うスイッチである。ノードNaは、2分配回路27の出力に接続されている。ノードNbは、入力整合回路24の入力に接続されている。ノードNcは、2分配回路28の出力に接続されている。ノードNdは、接地されている。スイッチ21は、選択信号ΦS1が入力されると、ノードNaとノードNbとを接続し、ノードNcとノードNdとを接続する第1の接続を行うか、或いは、ノードNaとノードNdとを接続し、ノードNbとノードNcとを接続する第2の接続を行う。
すなわち、制御回路20は、選択信号ΦS1を出力し、スイッチ21に、分岐点3と入力整合回路24とを2分配回路27を介して接続する第1の接続か、λ/4線路8の出力と入力整合回路24とを2分配回路28を介して接続する第2の接続を行わせる。
また、制御回路20は、選択信号ΦS2を出力し、スイッチ22に、λ/4線路26の出力と合成点12とを接続する第3の接続か、補助アンプ25の出力と合成点12とを接続する第4の接続を行わせる。
ここで、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われるように、或いは第2の接続と第4の接続とが同時に行われるように、選択信号ΦS1及び選択信号ΦS2を出力する。
これにより、入力整合回路24は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われた場合、入力整合回路4と同様に、入力信号2と補助アンプ25を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路として動作する。
また、入力整合回路24は、第2の接続と第4の接続とが同時に行われた場合、入力整合回路9と同様に、λ/4線路8によって位相が90度遅らされた入力信号2と補助アンプ25を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路として動作する。
また、入力整合回路24は、第2の接続と第4の接続とが同時に行われた場合、入力整合回路9と同様に、λ/4線路8によって位相が90度遅らされた入力信号2と補助アンプ25を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路として動作する。
また、補助アンプ25を構成する増幅素子、メインアンプ5を構成する増幅素子、ピークアンプ10を構成する増幅素子はすべて同じ素子により構成される。すなわち、補助アンプ25は、補助アンプ25を構成する増幅素子をB級にバイアスした場合、メインアンプ5と同じ増幅動作を行う。また、補助アンプ25は、補助アンプ25を構成する増幅素子をC級にバイアスした場合、ピークアンプ10と同じ増幅動作を行う。
そこで、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とを同時に行うときに、補助アンプ25を構成する増幅素子をB級にバイアスするゲート電圧(以下、ゲート電圧VGBとする)を補助アンプ25に供給する。また、制御回路20は、第2の接続と第4の接続とを同時に行うときに、補助アンプ25を構成する増幅素子をC級にバイアスするゲート電圧(以下、ゲート電圧VGCとする)を補助アンプ25に供給する。
そこで、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とを同時に行うときに、補助アンプ25を構成する増幅素子をB級にバイアスするゲート電圧(以下、ゲート電圧VGBとする)を補助アンプ25に供給する。また、制御回路20は、第2の接続と第4の接続とを同時に行うときに、補助アンプ25を構成する増幅素子をC級にバイアスするゲート電圧(以下、ゲート電圧VGCとする)を補助アンプ25に供給する。
これにより、補助アンプ25は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われた場合、メインアンプ5と同様に、構成する増幅素子がB級にバイアスされるため、入力信号2の電力レベルにかかわらず、入力信号2の増幅を行ってλ/4線路26に出力する。λ/4線路26は、λ/4線路7と同様に、入力信号2が小電力レベルのとき、補助アンプ25の出力をインピーダンス変換する回路として働く。λ/4線路26の出力と、λ/4線路7の出力と、ピークアンプ10の出力とは、合成点12において合成される。
すなわち、分岐点3と合成点12との間に、入力整合回路24、構成する増幅素子がB級にバイアスされた補助アンプ25、λ/4線路26が接続されることになる。
このように、制御回路20が、第1の接続と第3の接続とを同時に行う選択信号ΦS1、選択信号ΦS2を、スイッチ21及びスイッチ22各々に出力し、ゲート電圧VGBを補助アンプ25に供給する。
これにより、構成する増幅素子がB級にバイアスされた補助アンプ25がメインアンプ5に並列に接続される。
すなわち、分岐点3と合成点12との間に、入力整合回路24、構成する増幅素子がB級にバイアスされた補助アンプ25、λ/4線路26が接続されることになる。
このように、制御回路20が、第1の接続と第3の接続とを同時に行う選択信号ΦS1、選択信号ΦS2を、スイッチ21及びスイッチ22各々に出力し、ゲート電圧VGBを補助アンプ25に供給する。
これにより、構成する増幅素子がB級にバイアスされた補助アンプ25がメインアンプ5に並列に接続される。
また、補助アンプ25は、第2の接続と第4の接続とが同時に行われた場合、ピークアンプ10と同様に、構成する増幅素子がC級にバイアスされるため、入力信号2が小電力レベルのときは非動作状態となり、大電力レベルのときに動作状態となって入力信号2を増幅して出力する。補助アンプ25の出力と、λ/4線路7の出力と、ピークアンプ10の出力とは、合成点12において合成される。
すなわち、分岐点3と合成点12との間に、λ/4線路8、構成する増幅素子がC級にバイアスされた補助アンプ25が接続されることになる。
このように、制御回路20が、第2の接続と第4の接続とを同時に行う選択信号ΦS1、選択信号ΦS2を、スイッチ21及びスイッチ22各々に出力し、ゲート電圧VGCを補助アンプ25に供給する。
これにより、構成する増幅素子がC級にバイアスされた補助アンプ25がピークアンプ10に並列に接続される。
すなわち、分岐点3と合成点12との間に、λ/4線路8、構成する増幅素子がC級にバイアスされた補助アンプ25が接続されることになる。
このように、制御回路20が、第2の接続と第4の接続とを同時に行う選択信号ΦS1、選択信号ΦS2を、スイッチ21及びスイッチ22各々に出力し、ゲート電圧VGCを補助アンプ25に供給する。
これにより、構成する増幅素子がC級にバイアスされた補助アンプ25がピークアンプ10に並列に接続される。
出力整合回路23は、合成点12において合成された出力を、出力端子14に接続される負荷のインピーダンスに整合するため、インピーダンス変換する。インピーダンス変換された信号は、出力端子14から出力信号15として出力される。
制御回路20は、出力整合回路23のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR1、ΦR2を出力し、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる場合と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる場合とで、出力整合回路23のインピーダンス値を変える制御を行う。出力整合回路23は、例えば、以下のような構成を有している。すなわち、出力整合回路23は、2個の並列接続されたコイルL1、コイルL2と、コイルの一端に接続され並列に接地された2個のコンデンサC1、コンデンサC2と、コイルの他端に接続され並列に接地された2個のコンデンサC3、コンデンサC4と、から構成される。また、コイルL1には、制御信号ΦR1が入力されると、コイルL2との並列接続を行うスイッチSW1が設けられている。また、コンデンサC1には、制御信号ΦR2が入力されると、コンデンサC2との並列接続を行うスイッチSW2が設けられている。また、コンデンサC3には、制御信号ΦR2が入力されると、コンデンサC4との並列接続を行うスイッチSW3が設けられている。これにより、出力整合回路23のインピーダンス値は、制御信号ΦR1が入力されずに、制御信号ΦR2が入力されると、最大値となる。また、出力整合回路23のインピーダンス値は、制御信号ΦR1が入力され、制御信号ΦR2が入力されないと、最小値となる。
制御回路20は、例えば、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態では、出力整合回路23のインピーダンス値が最小値となるように制御するため、制御信号ΦR1を出力し、制御信号ΦR2を出力しない。一方、制御回路20は、例えば、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態では、出力整合回路23のインピーダンス値が最大値となるように制御するため、制御信号ΦR1を出力せず、制御信号ΦR2を出力する。
これにより、出力整合回路23は、負荷のインピーダンスに整合しつつ、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態での出力信号15の平均出力電力と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態での出力信号15の平均出力電力との差分を大きくとることが可能となる。
制御回路20は、出力整合回路23のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR1、ΦR2を出力し、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる場合と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる場合とで、出力整合回路23のインピーダンス値を変える制御を行う。出力整合回路23は、例えば、以下のような構成を有している。すなわち、出力整合回路23は、2個の並列接続されたコイルL1、コイルL2と、コイルの一端に接続され並列に接地された2個のコンデンサC1、コンデンサC2と、コイルの他端に接続され並列に接地された2個のコンデンサC3、コンデンサC4と、から構成される。また、コイルL1には、制御信号ΦR1が入力されると、コイルL2との並列接続を行うスイッチSW1が設けられている。また、コンデンサC1には、制御信号ΦR2が入力されると、コンデンサC2との並列接続を行うスイッチSW2が設けられている。また、コンデンサC3には、制御信号ΦR2が入力されると、コンデンサC4との並列接続を行うスイッチSW3が設けられている。これにより、出力整合回路23のインピーダンス値は、制御信号ΦR1が入力されずに、制御信号ΦR2が入力されると、最大値となる。また、出力整合回路23のインピーダンス値は、制御信号ΦR1が入力され、制御信号ΦR2が入力されないと、最小値となる。
制御回路20は、例えば、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態では、出力整合回路23のインピーダンス値が最小値となるように制御するため、制御信号ΦR1を出力し、制御信号ΦR2を出力しない。一方、制御回路20は、例えば、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態では、出力整合回路23のインピーダンス値が最大値となるように制御するため、制御信号ΦR1を出力せず、制御信号ΦR2を出力する。
これにより、出力整合回路23は、負荷のインピーダンスに整合しつつ、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態での出力信号15の平均出力電力と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態での出力信号15の平均出力電力との差分を大きくとることが可能となる。
また、制御回路20は、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる場合、補助アンプ25を構成する増幅素子をB級にバイアスさせるため、メインアンプ5を構成する増幅素子に加えられたゲート電圧と等しくなるように、ゲート電圧VGBを補助アンプ25に供給する。一方、制御回路20は、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる場合、補助アンプ25を構成する増幅素子をC級にバイアスさせるため、ピークアンプ10を構成する増幅素子に加えられたゲート電圧と等しくなるように、ゲート電圧VGCを補助アンプ25に供給する。
すなわち、制御回路20は、ドハティアンプを構成する補助アンプ25に印加するゲート電圧を、PARに応じて変えることにより、ドハティアンプの電力効率において、上述の図2における転換点35の位置を変化させる。
すなわち、制御回路20は、ドハティアンプを構成する補助アンプ25に印加するゲート電圧を、PARに応じて変えることにより、ドハティアンプの電力効率において、上述の図2における転換点35の位置を変化させる。
具体的には、制御回路20は、補助アンプ25へ印加するゲート電圧値を、例えば内蔵するテーブルを参照して、PARに応じて決定する。すなわち、制御回路20は、ドハティアンプの飽和出力電力とドハティアンプの平均出力電力との比(PAR)に関連づけて、ゲート電圧の電圧値情報を予め記憶するテーブルを参照し、補助アンプ25へ印加するゲート電圧を決定する。テーブルに記憶されるゲート電圧の電圧値情報は、実験により平均出力電力に対応して求められる。この実験は、電力増幅装置100を、例えば出力モニタ回路を出力端子14に接続して稼働させ、補助アンプ25に印加するゲート電圧を変化させつつ、平均出力電力時の電力効率と飽和出力電力とを確認しながら、最適な制御電圧(転換点における電力効率がピークとなるゲート電圧)を決定する実験である。また、この実験は、ゲート電圧VGB、VGCを、入力信号2のPARの値に対応して決定していく実験である。このような実験を、例えば電力増幅装置100の製造後に行うことにより、補助アンプ25に印加するゲート電圧VGB、VGCが、PARに対応付けてテーブルに記憶される。このように入力信号2のPARに対応付けてゲート電圧を求めていくことにより、入力信号2のPARに応じて、電力増幅装置100を、電力効率が最適な(効率のもっとも高い)状態で、平均出力電力で稼働させることができる。
なお、ゲート電圧の電圧値情報のうち、いずれのPARに対応するゲート電圧の電圧値情報を用いるかは、電力増幅装置100の出荷時に、製造者が、例えば制御回路20に対して設けられた入力装置から、いずれの変調方式で稼働させるか(PARがいかなる値であるか)を表す信号を入力する。これにより、制御回路20は、テーブルの中から製造者が入力したPARを記憶し、このPARに対応するゲート電圧を読み出す構成としている。なお、制御回路20が、このようにゲート電圧を補助アンプ25へ印加する構成としたのは、補助アンプ25を構成する増幅素子の特性ばらつきを考慮したためである。
なお、ゲート電圧の電圧値情報のうち、いずれのPARに対応するゲート電圧の電圧値情報を用いるかは、電力増幅装置100の出荷時に、製造者が、例えば制御回路20に対して設けられた入力装置から、いずれの変調方式で稼働させるか(PARがいかなる値であるか)を表す信号を入力する。これにより、制御回路20は、テーブルの中から製造者が入力したPARを記憶し、このPARに対応するゲート電圧を読み出す構成としている。なお、制御回路20が、このようにゲート電圧を補助アンプ25へ印加する構成としたのは、補助アンプ25を構成する増幅素子の特性ばらつきを考慮したためである。
続いて、電力増幅装置100を変調方式に応じて稼働させる場合について、図面を参照して説明する。図4は、電力増幅装置100の電力効率を示す図である。図4では、横軸に出力信号15の出力電力レベルを、縦軸に電力効率を表している。
図4に示す電力効率のうち、電力効率80は、電力増幅装置100のPAR=3.5dBにおける電力効率を示している。PAR=3.5dBで動作させる場合、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われるように、選択信号ΦS1及び選択信号ΦS2を出力する。また、PAR=3.5dBで動作させる場合、制御回路20は、ゲート電圧の電圧値情報から、PAR=3.5dBに対応する、補助アンプ25に印加するゲート電圧VGBを読み出す。制御回路20は、ゲート電圧VGBを、補助アンプ25に印加させる。すなわち、制御回路20は、補助アンプ25をメインアンプ5に並列に接続し、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる。
また、制御回路20は、出力整合回路23が合成点12において合成された出力をインピーダンス変換する際のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR1を出力する。
図4に示す電力効率のうち、電力効率80は、電力増幅装置100のPAR=3.5dBにおける電力効率を示している。PAR=3.5dBで動作させる場合、制御回路20は、第1の接続と第3の接続とが同時に行われるように、選択信号ΦS1及び選択信号ΦS2を出力する。また、PAR=3.5dBで動作させる場合、制御回路20は、ゲート電圧の電圧値情報から、PAR=3.5dBに対応する、補助アンプ25に印加するゲート電圧VGBを読み出す。制御回路20は、ゲート電圧VGBを、補助アンプ25に印加させる。すなわち、制御回路20は、補助アンプ25をメインアンプ5に並列に接続し、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる。
また、制御回路20は、出力整合回路23が合成点12において合成された出力をインピーダンス変換する際のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR1を出力する。
これにより、電力増幅装置100の電力効率は、図4における電力効率80で示される。
電力増幅装置100では、出力電力レベルが飽和出力電力レベル81の場合、メインアンプ5とピークアンプ10と補助アンプ25とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率80がピークとなる。この電力効率がピークとなる点を飽和点84とする。
また、電力増幅装置100では、出力信号15の出力電力レベルが飽和出力電力レベル81から3.5dB低い平均出力電力レベル82(PAR=3.5dB)では、メインアンプ5と補助アンプ25が飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ10は増幅していない状態となる。この場合も電力効率80はピークとなる。この電力効率がピークとなる点を転換点85とする。このように、図3に示す電力増幅装置100では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが、飽和点84と転換点85とにおいて2箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくすることができる。
つまり、電力増幅装置100は、PAR=3.5dBの変調方式を用いる地域において、入力信号2を、電力効率がピークとなる転換点85のポイントを平均出力電力としつつ、高効率で増幅することができる。
電力増幅装置100では、出力電力レベルが飽和出力電力レベル81の場合、メインアンプ5とピークアンプ10と補助アンプ25とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率80がピークとなる。この電力効率がピークとなる点を飽和点84とする。
また、電力増幅装置100では、出力信号15の出力電力レベルが飽和出力電力レベル81から3.5dB低い平均出力電力レベル82(PAR=3.5dB)では、メインアンプ5と補助アンプ25が飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ10は増幅していない状態となる。この場合も電力効率80はピークとなる。この電力効率がピークとなる点を転換点85とする。このように、図3に示す電力増幅装置100では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが、飽和点84と転換点85とにおいて2箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくすることができる。
つまり、電力増幅装置100は、PAR=3.5dBの変調方式を用いる地域において、入力信号2を、電力効率がピークとなる転換点85のポイントを平均出力電力としつつ、高効率で増幅することができる。
また、電力増幅装置100を変調方式の異なる地域で動作させる場合、例えばPAR=9.5dBで動作させる場合、制御回路20は、第2の接続と第4の接続とが同時に行われるように、選択信号ΦS1及び選択信号ΦS2を出力する。また、PAR=9.5dBで動作させる場合、制御回路20は、ゲート電圧の電圧値情報から、PAR=9.5dBに対応する、補助アンプ25に印加するゲート電圧VGCを読み出す。制御回路20は、ゲート電圧VGCを、補助アンプ25に印加させる。すなわち、制御回路20は、補助アンプ25をピークアンプ10に並列に接続し、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる。
また、制御回路20は、出力整合回路23が合成点12において合成された出力をインピーダンス変換する際のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR2を出力する。
また、制御回路20は、出力整合回路23が合成点12において合成された出力をインピーダンス変換する際のインピーダンス値を制御するため、制御信号ΦR2を出力する。
これにより、電力増幅装置100の電力効率は、図4における電力効率60で示される。
電力増幅装置100では、出力電力レベルが飽和出力電力レベル61の場合、メインアンプ5とピークアンプ10と補助アンプ25とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率60がピークとなる。この電力効率がピークとなる点を飽和点64とする。なお、飽和出力電力レベル61と飽和出力電力レベル81とは同じ電力レベルである。また、飽和点64の電力効率は、飽和点84の電力効率と同じ値である。
また、電力増幅装置100では、出力信号15の出力電力レベルが飽和出力電力レベル61から9.5dB低い平均出力電力レベル62(PAR=9.5dB)では、メインアンプ5が飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ10と補助アンプ25は増幅していない状態となる。この場合も電力効率60はピークとなる。この電力効率がピークとなる点を転換点65とする。このように、図3に示す電力増幅装置100では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが、飽和点64と転換点65とにおいて2箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくすることができる。
つまり、電力増幅装置100は、PAR=9.5dBの変調方式を用いる地域において、入力信号2を、電力効率がピークとなる転換点65のポイントを平均出力電力としつつ、高効率で増幅することができる。
また、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態(PAR=3.5)での出力信号15の平均出力電力レベル82と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態(PAR=9.5)での出力信号15の平均出力電力レベル62との差分を大きくとることが可能となる。
電力増幅装置100では、出力電力レベルが飽和出力電力レベル61の場合、メインアンプ5とピークアンプ10と補助アンプ25とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率60がピークとなる。この電力効率がピークとなる点を飽和点64とする。なお、飽和出力電力レベル61と飽和出力電力レベル81とは同じ電力レベルである。また、飽和点64の電力効率は、飽和点84の電力効率と同じ値である。
また、電力増幅装置100では、出力信号15の出力電力レベルが飽和出力電力レベル61から9.5dB低い平均出力電力レベル62(PAR=9.5dB)では、メインアンプ5が飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ10と補助アンプ25は増幅していない状態となる。この場合も電力効率60はピークとなる。この電力効率がピークとなる点を転換点65とする。このように、図3に示す電力増幅装置100では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが、飽和点64と転換点65とにおいて2箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくすることができる。
つまり、電力増幅装置100は、PAR=9.5dBの変調方式を用いる地域において、入力信号2を、電力効率がピークとなる転換点65のポイントを平均出力電力としつつ、高効率で増幅することができる。
また、補助アンプ25をメインアンプとして動作させる状態(PAR=3.5)での出力信号15の平均出力電力レベル82と、補助アンプ25をピークアンプとして動作させる状態(PAR=9.5)での出力信号15の平均出力電力レベル62との差分を大きくとることが可能となる。
なお、電力増幅装置100において、補助アンプ25をメインアンプ5及びピークアンプ10に接続しない場合、すなわち、メインアンプ5及びピークアンプ10のみでドハティアンプを構成する際、電力効率は次のような値を示すことになる。すなわち、電力効率の飽和出力電力レベルは、飽和出力電力レベル61と飽和出力電力レベル81とに対して、1.8dB低いレベルとなる。また、この飽和出力電力レベルから6dB下がったレベルが、電力効率の転換点になる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、制御回路が、ドハティアンプの飽和出力電力とドハティアンプの平均出力電力との比に基づいて、選択信号を出力し、補助アンプにゲート電圧を供給し、出力整合回路のインピーダンス値を制御することにより、異なる変調方式の入力信号を増幅する場合であっても、電力効率を高く維持することができる電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100,200…電力増幅装置、1…入力端子、2…入力信号、4,9,24…入力整合回路、6,11,23…出力整合回路、5…メインアンプ、7,8,26…λ/4線路、10…ピークアンプ、14…出力端子、15…出力信号、20…制御回路、21,22…スイッチ、25…補助アンプ、27,28…2分配回路
Claims (3)
- 入力信号を、メインアンプ、ピークアンプ及び補助アンプによりそれぞれ増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を合成点へ出力するドハティアンプと、
選択信号が入力されることにより、前記補助アンプを、前記メインアンプおよび前記ピークアンプのいずれか一方に並列に接続する選択回路と、
前記合成点で合成された出力信号をインピーダンス変換して出力端子から出力信号として出力する出力整合回路と、
前記ドハティアンプの飽和出力電力と前記ドハティアンプの平均出力電力との比に基づいて、前記選択信号を出力し、前記補助アンプにゲート電圧を供給し、前記出力整合回路のインピーダンス値を制御する制御回路と、
を備える電力増幅装置。 - 前記制御回路は、前記補助アンプを前記メインアンプに並列に接続する場合の前記インピーダンス値が、前記補助アンプを前記ピークアンプに並列に接続する場合の前記インピーダンス値より小さくなるように制御する、
請求項1に記載の電力増幅装置。 - 入力信号を、メインアンプ、ピークアンプ及び補助アンプによりそれぞれ増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を合成点へ出力するドハティアンプと、
選択信号が入力されることにより、前記補助アンプを、前記メインアンプおよび前記ピークアンプのいずれか一方に並列に接続する選択回路と、
前記合成点で合成された出力信号をインピーダンス変換して出力端子から出力信号として出力する出力整合回路と、
前記選択信号を出力する制御回路と、
を備える電力増幅装置の制御方法であって、
前記制御回路が、前記ドハティアンプの飽和出力電力と前記ドハティアンプの平均出力電力との比に基づいて、前記選択信号を出力し、前記補助アンプにゲート電圧を供給し、前記出力整合回路のインピーダンス値を制御する、
電力増幅装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015050702A JP2016171500A (ja) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | 電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109031002A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-18 | 南京铁道职业技术学院 | 一种智能频率合成式车载设备信号环线发码电路 |
CN112367053A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-12 | 天津大学 | 一种太赫兹频段阶梯型偏置多合体功率放大器 |
WO2022237567A1 (zh) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | 中兴通讯股份有限公司 | 功率放大器和通信基站 |
WO2023127434A1 (ja) * | 2021-12-28 | 2023-07-06 | 株式会社村田製作所 | 電力増幅回路、電力増幅モジュール |
-
2015
- 2015-03-13 JP JP2015050702A patent/JP2016171500A/ja active Pending
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