JP2020156022A - 増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる増幅装置を提供する。【解決手段】増幅装置は、入力信号の振幅レベルを判定する振幅レベル判定部と、前記入力信号を振幅が一定で互いに位相が異なる複数の信号に分離する信号分離部と、互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群を複数含む増幅部とを備え、前記増幅部は、飽和電力が互いに異なる増幅器群を有し、前記信号分離部は、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルに応じた飽和電力を有する一の増幅器群を選択し、当該増幅器群に分離後の信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、信号を増幅する増幅装置に関する。

近年、無線送信用の増幅装置として、電力効率を向上するために、ＬＩＮＣ(Linear amplification with Nonlinear Components)と呼ばれる方式の増幅装置が注目されている（非特許文献１、特許文献１参照）。ＬＩＮＣ方式の増幅装置はアウトフェージング信号分離を用いた増幅器を備えている。この増幅装置では、入力信号を、ＳＣＳ(Signal Component Separator)と呼ばれる信号分離回路によって、互いに位相が異なり、振幅が一定の二つの信号に分離し、分離された信号をそれぞれ増幅する。

たとえば、角周波数をωとし、振幅が時間的に変化する入力信号をＳ_in（ｔ）として、以下の式で表す。Ａ（ｔ）は、振幅を表している。
Ｓ_in（ｔ）＝Ａ（ｔ）×ｃｏｓ（ωｔ）

ＬＩＮＣ方式では、Ｓ_in（ｔ）を以下の式で表される２つの分離信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）に分離する。φ（ｔ）＝ｃｏｓ^−１（Ａ（ｔ））である。分離信号は互いに位相が異なり、振幅が一定の信号である。
Ｓ１（ｔ）＝ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ））
Ｓ２（ｔ）＝ｃｏｓ（ωｔ−φ（ｔ））

すると、２つの分離信号のそれぞれを、利得Ｇで増幅して合成した合成信号Ｓ_out（ｔ）は以下の式で表される。
Ｓ_out（ｔ）＝Ｇ×（Ｓ１（ｔ）＋Ｓ２（ｔ））
＝２×Ｇ×Ａ（ｔ）×ｃｏｓ（ωｔ）
＝２×Ｇ×Ｓ_in（ｔ）
Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）は振幅が一定の信号であるため、これらをそれぞれ増幅する２つの増幅器を常に飽和領域で増幅動作させることができる。その結果、２つの増幅器を電力効率が高い状態で動作させることができる。また、負荷変調が起こらないために増幅回路の線形性も高くできる。

特開２００６−１２９４０２号公報

Cox, D. ;Holmdel, NJ ; "Linear Amplification with Nonlinear Components", IEEE Trans. Commun., Vol.22, Issue 12, pp. 1942-1945, Dec. 1974

ところで、無線通信システムにおいて、ＯＦＤＭ変調などのピーク対アベレージ電力比（ＰＡＰＲ）の高い変調方式が主流となるなかで、より電力効率の高い増幅装置が求められている。

しかしながら、上記従来のＬＩＮＣ方式の増幅装置では、増幅対象の信号の電力に依らず、増幅器が飽和領域となる最大電力で動作させている。そのため、増幅対象の信号の電力がピーク電力から低くなるにつれて電力効率が低くなるという特徴がある。その理由は、信号の電力がピーク電力から低くなるにつれて、２つの分離信号の位相差を大きくしなければならないので、電力損失が大きくなるからである。したがって、入力信号であるＳ_in（ｔ）が、ＰＡＰＲの高い信号の場合に、ピーク電力からバックオフした平均電力における電力効率が低下してしまい、問題となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる増幅装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る増幅装置は、入力信号の振幅レベルを判定する振幅レベル判定部と、前記入力信号を振幅が一定で互いに位相が異なる複数の信号に分離する信号分離部と、互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群を複数含む増幅部とを備え、前記増幅部は、飽和電力が互いに異なる増幅器群を有し、前記信号分離部は、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルに応じた飽和電力を有する一の増幅器群を選択し、当該増幅器群に分離後の信号を出力することを特徴とする。

本発明の一態様に係る増幅装置は、前記増幅部は、互いに等しい第１の飽和電力を有する複数の増幅器から構成される第１増幅器群と、前記第１の飽和電力よりも大きい第２の飽和電力を有する複数の増幅器から構成される第２増幅器群とを含み、前記信号分離部は、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルが第１閾値以下の場合には、前記第１増幅器群を選択し、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルが第１閾値よりも大きい場合には、前記第２増幅器群を選択し、選択した増幅器群に分離後の信号を出力することを特徴とする。

本発明の一態様に係る増幅装置は、前記増幅部は、互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群をｎ（ｎは、３以上の整数）個備え、前記振幅レベル判定部は、ｎ−１個の異なる閾値を有し、当該閾値に基づいて、入力信号の振幅レベルを判定することを特徴とする。

本発明の一態様に係る増幅装置は、前記増幅器群により増幅された前記複数の分離信号を合成し、合成信号として出力する第１合成器をさらに備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る増幅装置は、前記第１合成器により合成された前記合成信号を空間に放射するアンテナをさらに備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る増幅装置は、前記第１合成器は、各増幅器群の後段にそれぞれ接続されており、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルに応じて選択された増幅器群に接続されている第１合成器を選択し、当該第１合成器から出力された合成信号を出力する切り替えスイッチを備えることを特徴とする。

前記第１合成器は、各増幅器群の後段にそれぞれ接続されており、前記第１合成器のそれぞれから出力された合成信号を合成して出力する第２合成器を備えることを特徴とする。

前記増幅器群を構成する各増幅器の出力端には、アンテナが接続されており、各増幅器により増幅された信号は、各アンテナから空間に放射されることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る増幅装置の模式的な構成図である。 図２は、振幅に応じた信号の分離を説明する図である。 図３は、実施形態２に係る増幅装置の模式的な構成図である。 図４は、実施形態３に係る増幅装置の模式的な構成図である。 図５は、実施形態４に係る増幅装置の模式的な構成図である。 図６は、実施形態５に係る増幅装置の模式的な構成図である。 図７は、振幅レベル判定部の構成の別の一例の模式的な構成図である。 図８は、増幅部が３個の増幅器群で構成される場合の模式的な構成図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００は、振幅レベル判定部１０と、信号分離部であるＳＣＳ（signal component separator）２０と、複数のＤＡコンバータで構成されるＤＡコンバータ部３０と、複数のミキサから構成されるミキサ部４０と、一対の増幅器が複数で構成される増幅部５０と、第１合成器である複数（本実施形態では２個）の合成器６１、６２と、第２合成器である合成器７０と、を備えている。

振幅レベル判定部１０は、増幅装置１００への入力信号の振幅レベルを判定するように構成されている。ここで、入力信号はデジタル信号であるとする。振幅レベル判定部１０はたとえばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成されている。

ＳＣＳ２０は、入力信号を、振幅一定で互いに位相が異なる複数（本実施形態では２つ）の分離信号に分離し、ＤＡコンバータ部３０に出力する。

ＤＡコンバータ部３０は、複数（本実施形態では２個）のＤＡコンバータ群３１、３２を含む。ＤＡコンバータ群３１は、複数（本実施形態では２個）のＤＡコンバータ３１ａ、３１ｂを含む。ＤＡコンバータ群３２は、複数（本実施形態では２個）のＤＡコンバータ３２ａ、３２ｂを含む。ＤＡコンバータ群３１および３２のうち、ＳＣＳ２０によって選択された一のＤＡコンバータ群は、ＳＣＳ２０から入力された２つの分離信号をＤＡ変換して出力する。

ミキサ部４０は、複数（本実施形態では２個）のミキサ群４１、４２を含む。ミキサ群４１は、２個のミキサ４１ａ、４１ｂを含む。ミキサ群４２は、２個のミキサ４２ａ、４２ｂを含む。ミキサ群４１および４２は、不図示のＲＦローカル信号が入力される。ミキサ群４１および４２のうち、ＳＣＳ２０によって選択された一のミキサ群が、ＤＡコンバータ群３１または３２から入力された２つの分離信号をＲＦ信号にアップコンバートして出力する。

増幅部５０は、複数（本実施形態では２個）の増幅器群５１、５２を含む。第１増幅器群である増幅器群５１は、複数（本実施形態では２個）の増幅器５１ａ、５１ｂを含む。第２増幅器群である増幅器群５２は、複数（本実施形態では２個）の増幅器５２ａ、５２ｂを含む。増幅器群５１および５２のうち、ＳＣＳ２０によって選択された一の増幅器群は、は、ミキサ群４１または４２から入力された２つの分離信号を増幅して出力する。各増幅器は、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor）を備えている。なお、本実施形態では、増幅部５０を構成する増幅器の数は、４個で説明するが、これに限られず、６個以上の増幅器から構成されてもよい。また、増幅部５０を構成する増幅器の数が増加すると、ＤＡコンバータ部３０を構成するＤＡコンバータの数と、ミキサ部４０を構成するミキサの数も同様に増加する。

合成器６１は、増幅器群５１の後段に接続されており、増幅器群５１から入力された、増幅された２つの分離信号を同位相で合成し、合成信号として出力する。合成器６２は、増幅器群５２の後段に接続されており、増幅器群５２から入力された、増幅された２つの分離信号を同位相で合成し、合成信号として出力する。

合成器７０は、合成器６１および６２の後段に接続されており、合成器６１および６２から入力された合成信号を合成して、出力信号として出力する。

増幅部５０についてより具体的に説明する。増幅器群５１の２個の増幅器５１ａ、５１ｂは、互いに等しい第１の飽和電力を有する。増幅器群５２の２個の増幅器５２ａ、５２ｂは、互いに等しい第２の飽和電力を有する。飽和電力とは、周知のように、利得が線形領域から１ｄＢ低下する出力電力の値である。ここで、飽和電力が等しいとは、完全に等しい場合だけでなく、利得特性や飽和電力の差が許容される誤差の範囲を含む概念である。また、増幅器５２ａ、５２ｂの飽和電力は増幅器５１ａ、５１ｂの飽和電力よりも大きい。たとえば、増幅器５２ａ、５２ｂの飽和電力は４０ｄＢｍであり、増幅器５１ａ、５１ｂの飽和電力は３５ｄＢｍである。すなわち、増幅器群５１の飽和電力と、増幅器群５１の飽和電力とは、互いに異なる。

（増幅装置の動作）
増幅装置１００の動作について説明する。振幅レベル判定部１０は、増幅装置１００への入力信号の振幅レベルを判定し、振幅レベルに応じた指示信号ＩＳをＳＣＳ２０に出力する。具体的には、振幅レベル判定部１０は、判定した振幅レベルが第１閾値以下の場合は、指示信号ＩＳ_１をＳＣＳ２０に出力し、判定した振幅レベルが第１閾値よりも大きい場合は、指示信号ＩＳ_２をＳＣＳ２０に出力する。ＳＣＳ２０は、指示信号ＩＳ_１が入力された場合、入力信号の分離信号を増幅器群５１に含まれる増幅器５１ａ、５１ｂに出力する。ＳＣＳ２０は、指示信号ＩＳ_２が入力された場合、増幅器群５２に含まれる増幅器５２ａ、５２ｂに出力する。分離信号は、ＤＡ変換され、ＲＦ信号に変換された後、増幅器群５１、５２のいずれかに入力する。２つの分離信号が入力された増幅器群は、入力された２つの分離信号を増幅して出力する。

図２は、振幅に応じた信号の分離を説明する図である。図２は、ＩＱ空間を示し、入力信号をＳ_in（ｔ）としている。Ｓ_in（ｔ）を以下の式で表す。Ｘ（ｔ）、θ（ｔ）は、それぞれ、時間的に変化しうる振幅、位相を表している。
Ｓ_in（ｔ）＝Ｘ（ｔ）×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ））

ここで、第１閾値をαとする。なお、Ｘmaxは、増幅器５２ａ、５２ｂの最大入力電力に対応する振幅である。

（Ｘ（ｔ）＞αと判定した場合）
振幅レベル判定部１０が、Ｘ（ｔ）＞αと判定した場合は、ＳＣＳ２０は、ＤＡコンバータ群３２、ミキサ群４２、増幅器群５２を選択する。そして、ＳＣＳ２０は、Ｓ_in（ｔ）を、振幅一定で互いに位相が異なる以下の２つの分離信号に分離し、ＤＡコンバータ群３２、ミキサ群４２を経由させて、増幅器群５２の増幅器５２ａ、５２ｂに出力する。分離信号は互いに位相が異なる振幅一定の信号である。
Ｓ１（ｔ）＝Ａ×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ）＋φａ（ｔ））
Ｓ２（ｔ）＝Ａ×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ）−φａ（ｔ））
ただし、Ａ＝Ｘmax／２であるとする。φａ（ｔ）＝ｃｏｓ^−１（Ｘ（ｔ）／Ｘmax）である。

すると、２つの分離信号のそれぞれを、増幅器５２ａ、５２ｂが利得Ｇ２で増幅して、合成器６２が合成した合成信号Ｓ_out（ｔ）は以下の式で表される。
Ｓ_out（ｔ）＝Ｇ２×（Ｓ１（ｔ）＋Ｓ２（ｔ））
＝Ｇ２×Ｘ（ｔ）×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ））
＝Ｇ２×Ｓ_in（ｔ）
Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）は振幅一定の信号のため、これらをそれぞれ増幅する増幅器５２ａ、５２ｂを常に飽和領域で増幅動作させることができる。その結果、２つの増幅器を電力効率が高い状態で動作させることができる。

（Ｘ（ｔ）≦αと判定した場合）
一方、振幅レベル判定部１０が、Ｘ（ｔ）≦αと判定した場合は、ＳＣＳ２０は、ＤＡコンバータ群３１、ミキサ群４１、増幅器群５１を選択する。そして、ＳＣＳ２０は、Ｓ_in（ｔ）を、振幅一定で互いに位相が異なる以下の２つの分離信号に分離し、ＤＡコンバータ群３１、ミキサ群４１を経由させて、増幅器群５１の増幅器５１ａ、５１ｂに出力する。分離信号は互いに位相が異なる振幅一定の信号である。
Ｓ３（ｔ）＝Ｂ×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ）＋φｂ（ｔ））
Ｓ４（ｔ）＝Ｂ×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ）−φｂ（ｔ））
ただし、Ｂ＝α／２であるとする。φｂ（ｔ）＝ｃｏｓ^−１（Ｘ（ｔ）／α）である。

すると、２つの分離信号のそれぞれを、増幅器５１ａ、５１ｂが利得Ｇ１で増幅して、合成器６１が合成した合成信号Ｓ_out（ｔ）は以下の式で表される。
Ｓ_out（ｔ）＝Ｇ１×（Ｓ３（ｔ）＋Ｓ４（ｔ））
＝Ｇ１×Ｘ（ｔ）×ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ））
＝Ｇ１×Ｓ_in（ｔ）
Ｓ３（ｔ）、Ｓ４（ｔ）は振幅一定の信号のため、これらをそれぞれ増幅する増幅器５１ａ、５１ｂを常に飽和領域で増幅動作させることができる。その結果、２つの増幅器を電力効率が高い状態で動作させることができる。

特に、増幅器５１ａ、５１ｂの飽和電力は増幅器５２ａ、５２ｂの飽和電力よりも小さいので、Ｘ（ｔ）≦αであるバックオフ点で、増幅器５２ａ、５２ｂよりも効率のよい増幅が可能となる。

また、図２（ａ）、（ｂ）を比較してわかるように、Ｘ（ｔ）≦αの場合に、飽和出力が大きい増幅器５２ａ、５２ｂで増幅を行うとすると、φａ（ｔ）を大きく設定しないとならない。そのため、電力効率が低くなる。これに対して、実施形態１では、Ｘ（ｔ）≦αの場合は飽和出力が比較的小さい増幅器５１ａ、５１ｂで増幅を行うので、φｂ（ｔ）を大きく設定しなくてもよい。その結果、増幅装置１００は、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。

その後、合成器７０は合成信号Ｓ_out（ｔ）を出力信号として出力する。合成器７０は、合成器６１、６２のどちらにも常時電気的に接続されており、どちらから出力された合成信号Ｓ_out（ｔ）も出力することができる。そのため、合成器７０は切り替え動作させる必要はないので、帯域が広い信号に対しても応答速度に対する要求が寛容であり、比較的簡易な構成とできる。合成器７０から出力された出力信号は、たとえばアンテナで空間に放射してもよいし、高周波伝送路に入力させてもよい。

合成器６１、６２、７０としては、通常の抵抗器やトランスを用いた合成器を用いることができる。また、合成器６１、６２、７０としてシャレー（Ｃｈｉｒｅｉｘ）合成器を用いてもよい。合成器６１、６２、７０としては、通常の抵抗器やトランスを用いた合成器を用いる方が線形性が高いのでより好ましい。

以上説明したように、実施形態１に係る増幅装置１００では、ＳＣＳ２０は、増幅器群５１および５２のうち、振幅レベル判定部１０により判定されたＳ_in（ｔ）の振幅レベルに応じた飽和電力を有する一の増幅器群を選択し、当該増幅器群に分離後の信号を出力するので、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００Ａは、実施形態１に係る増幅装置１００の構成において、振幅レベル判定部１０を振幅レベル判定部１０Ａに置き換え、合成器７０を切り替えスイッチ７０Ａに置き換えた構成を有する。

振幅レベル判定部１０Ａは、振幅レベル判定部１０と同様に、増幅装置１００への入力信号の振幅レベルを判定し、振幅レベルに応じた指示信号ＩＳ１をＳＣＳ２０に出力する。さらに、振幅レベル判定部１０Ａは、切り替えスイッチ７０Ａに、指示信号ＩＳ１と同期した指示信号ＩＳ２を出力するように構成されている。なお、指示信号ＩＳ１と指示信号ＩＳ２とは同じ信号でもよい。

切り替えスイッチ７０Ａは、指示信号ＩＳ２に応じて、出力経路が、合成器６１から出力されてきた合成信号を出力する経路と、合成器６２から出力されてきた合成信号を出力する経路とのいずれか一方になるように動作する。

ＳＣＳ２０、ＤＡコンバータ部３０、ミキサ部４０、増幅部５０、合成器６１、６２の構成および動作については増幅装置１００の場合と同じなので説明を省略する。

この増幅装置１００Ａでは、ＳＣＳ２０が、分離信号を増幅器群５１に出力する場合には、切り替えスイッチ７０Ａの出力経路が合成器６１から出力されてきた合成信号を出力する経路となるように動作する。また、ＳＣＳ２０が、分離信号を増幅器群５２に出力する場合には、切り替えスイッチ７０Ａの出力経路が合成器６２から出力されてきた合成信号を出力する経路となるように動作する。すなわち、切り替えスイッチ７０Ａは、振幅レベル判定部１０Ａにより判定された振幅レベルに応じて選択された増幅器群に対応する第１合成器である合成器６１または合成器６２を選択し、合成器６１または合成器６２から出力された合成信号を出力する。

実施形態２に係る増幅装置１００Ａは、増幅装置１００と同様に、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。さらに、出力経路を切り替えられる切り替えスイッチ７０Ａを用いることで、切り替えスイッチ７０Ａにおける電力損失を低減することができる。その結果、増幅装置１００Ａでは、より一層の高効率増幅を実現できる。

（実施形態３）
図４は、実施形態３に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００Ｂは、実施形態１に係る増幅装置１００の構成における合成器７０を送信アンテナ８１、８２に置き換えた構成を有する。

振幅レベル判定部１０、ＳＣＳ２０、ＤＡコンバータ部３０、ミキサ部４０、増幅部５０、合成器６１、６２の構成および動作については増幅装置１００の場合と同じなので説明を省略する。

送信アンテナ８１は、合成器６１から出力されてきた合成信号Ｓ_out（ｔ）を出力信号として空間に放射する。受信アンテナ２００は、この出力信号を受信する。また、送信アンテナ８２は、合成器６１から出力されてきた合成信号Ｓ_out（ｔ）を出力信号として空間に放射する。受信アンテナ２００は、この出力信号を受信する。

実施形態３に係る増幅装置１００Ｂは、増幅装置１００と同様に、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。さらに、増幅装置１００や１００Ａのように合成器７０や切り替えスイッチ７０Ａおける電力損失を発生しないようにできる。その結果、増幅装置１００Ｂでは、より一層の高効率増幅を実現できる。

（実施形態４）
図５は、実施形態４に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００Ｃは、実施形態３に係る増幅装置１００Ｂの構成において、合成器６１、６２を削除し、送信アンテナ８１、８２を送信アンテナ８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂに置き換えた構成を有する。

振幅レベル判定部１０、ＳＣＳ２０、ＤＡコンバータ部３０、ミキサ部４０、増幅部５０の構成および動作については増幅装置１００Ｂの場合と同じなので説明を省略する。

送信アンテナ８１ａは、増幅器５１ａの出力端に接続されている。送信アンテナ８１ａは、増幅器５１ａが増幅した分離信号を出力信号として空間に放射する。送信アンテナ８１ｂは、増幅器５１ｂの出力端に接続されている。送信アンテナ８１ｂは、増幅器５１ｂが増幅した分離信号を出力信号として空間に放射する。空間に放射された二つの出力信号は、空間で合成される。受信アンテナ２００は、空間で合成された信号を受信する。ここで、ＳＣＳ２０から送信アンテナ８１ａまでの信号経路、およびＳＣＳ２０から送信アンテナ８１ｂまでの信号経路の少なくとも一方には移相器が設けられている。移相器により２つの分離信号の相対位相が調整されることによって、送信アンテナ８１ａ、８１ｂのそれぞれ送信された２つの分離信号が、空間において同位相で合成される。

同様に、送信アンテナ８２ａは、増幅器５２ａが増幅した分離信号を出力信号として空間に放射する。送信アンテナ８２ｂは、増幅器５２ｂが増幅した分離信号を出力信号として空間に放射する。空間に放射された二つの出力信号は、空間で合成される。受信アンテナ２００は、空間で合成された信号を受信する。ここで、ＳＣＳ２０から送信アンテナ８２ａまでの信号経路、およびＳＣＳ２０から送信アンテナ８２ｂまでの信号経路の少なくとも一方には移相器が設けられている。移相器により２つの分離信号の相対位相が調整されることによって、送信アンテナ８２ａ、８２ｂのそれぞれ送信された２つの分離信号が、空間において同位相で合成される。

実施形態４に係る増幅装置１００Ｃは、増幅装置１００と同様に、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。さらに、増幅装置１００や１００Ａのように合成器７０や切り替えスイッチ７０Ａおける電力損失を発生しないようにできる。

（実施形態５）
図６は、実施形態５に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００Ｄは、実施形態４に係る増幅装置１００Ｃの構成に、可変移相部９０を追加した構成を有する。

振幅レベル判定部１０、ＳＣＳ２０、ＤＡコンバータ部３０、ミキサ部４０、増幅部５０、送信アンテナ８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂの構成および動作については増幅装置１００Ｃの場合と同じなので説明を省略する。

可変移相部９０は、複数（本実施形態では２個）の可変移相器群９１、９２からなる。第１可変移相器群である可変移相器群９１は、複数（本実施形態では２個）の可変移相器９１ａ、９１ｂを含む。可変移相器９１ａは、ＳＣＳ２０とＤＡコンバータ３１ａとの間に設けられており、入力された分離信号の位相を調整する。可変移相器９１ｂは、ＳＣＳ２０とＤＡコンバータ３１ｂとの間に設けられており、入力された分離信号の位相を調整する。

第２可変移相器群である可変移相器群９２は、２個の可変移相器９２ａ、９２ｂを含む。可変移相器９２ａは、ＳＣＳ２０とＤＡコンバータ３２ａとの間に設けられており、入力された分離信号の位相を調整する。可変移相器９２ｂは、ＳＣＳ２０とＤＡコンバータ３２ｂとの間に設けられており、入力された分離信号の位相を調整する。なお、可変移相器群９１、９２による位相の調整は、たとえば不図示の制御器からの制御信号によって行われる。なお、増幅部５０を構成する増幅器の数が増加すると、可変移相部９０を構成する可変移相器の数も同様に増加する。

可変移相器群９１、９２が行う位相調整によって、送信アンテナ８１ａ、８１ｂまたは送信アンテナ８２ａ、８２ｂはフェーズドアレイアンテナとして機能する。これにより、送信アンテナ８１ａ、８１ｂまたは送信アンテナ８２ａ、８２ｂから送信する２つの分離信号を、所定の方位において同位相で合成するようにビームフォーミングを行うことができる。

実施形態５に係る増幅装置１００Ｄは、増幅装置１００Ｃと同様に、ＰＡＰＲの高い信号であっても、高効率かつ線形性高く増幅できる。さらに、ビームフォーミングを行うことができるので、たとえば受信アンテナ２００が移動体であっても、より好適な送信状態を実現することができる。

（振幅レベル判定部の構成の別の一例）
上記実施形態では、第１閾値αは固定した値である。使用する増幅器群５１、５２の選択の判定基準となる第１閾値αは、たとえば通信システム等のシステムにおけるＰＡＰＲなどに応じて設定される。しかし、第１閾値αは固定値に限られてない。

図７は、振幅レベル判定部の構成の別の一例の模式的な構成図である。振幅レベル判定部１０Ｅは、上記実施形態における振幅レベル判定部１０や１０Ａに適宜置き換えて使用できる。

振幅レベル判定部１０Ｅは、設定部１０Ｅａと、記憶部１０Ｅｂと、判定部１０Ｅｃとを備える。設定部１０Ｅａは、第１閾値αを設定する設定信号ＳＳを受け付ける。本実施形態では、設定信号ＳＳは、システムの上位装置３００から出力されるが、特に限定はされない。記憶部１０Ｅｂには、様々な値の第１閾値αが記憶されている。設定部１０は、設定信号ＳＳに基づいて記憶部１０Ｅａからいずれかの第１閾値αを読み出して、判定部１０Ｅｃに対して読み出した第１閾値αを設定する。判定部１０Ｅｃは、設定された第１閾値αに基づいて、入力された入力信号Ｓ_in（ｔ）の振幅レベルを判定し、振幅レベルに応じた指示信号ＩＳをＳＣＳ２０に出力する。

たとえば、設定部１０Ｅａは、入力信号のアベレージ電力が低い、またはＰＡＰＲが高い上位装置３００から設定信号ＳＳを受信した場合には、第１閾値αを大きい値に設定する。すると、複数の増幅器群５０のうち、飽和電力が小さいものの低電力の入力信号に対しては比較的効率の良い増幅器群５１が、より高頻度で使用される。

したがって、システムのＰＡＰＲに応じて、第１閾値αを変更すれば、より高効率な増幅を行うことができる。第１閾値αは、増幅器群５１、５２の増幅特性や、使用するシステムにおけるＰＡＰＲなどに応じて、より高効率な増幅装置となるように選択すればよい。

なお、様々な値の第１閾値αが記憶されている記憶部は、外部記憶装置であってもよい。

また、上記実施形態では、複数の増幅器群は２個の増幅器群５１、５２からなり、第２増幅器群である増幅器群５２に含まれる増幅器の飽和電力が第１増幅器群である増幅器群５１に含まれる増幅器の飽和電力よりも高い。また、振幅レベルが第１閾値α以下の場合は、入力信号の分離信号を増幅器群５１に出力し、振幅レベルが第１閾値αより大きい場合は、入力信号の分離信号を増幅器群５２に出力するように構成されている。

ただし、本発明はこれに限られない。すなわち、増幅部５０は、互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群をｎ（ｎは、３以上の整数）個備える構成でもよい。増幅部５０に含まれる各増幅器群は、それぞれ飽和電力が異なる。振幅レベル判定部１０は、ｎ−１個の異なる閾値を有し、当該閾値に基づいて、入力信号Ｓ_in（ｔ）の振幅レベルを判定する。

例えば、図８に示すように、増幅部５０が増幅器群５１、増幅器群５２および増幅器群５３の３個で構成される場合について説明する。なお、図８ではＤＡコンバータ部、ミキサ部および合成器は図示を省略している。増幅器群５３は、互いに等しい飽和電力を有する複数（本実施形態では２個）の増幅器５３ａ、５３ｂを含む。各増幅器群の飽和電力は、増幅器群５１の飽和電力＜増幅器群５２の飽和電力＜増幅器群５３の飽和電力、とする。また、閾値は、閾値ｔｈ１および閾値ｔｈ２の２つであり、閾値ｔｈ１＜閾値ｔｈ２、とする。

振幅レベル判定部１０は、判定した振幅レベルが閾値ｔｈ１以下の場合には、増幅器群５１に信号が入力されるようにＳＣＳ２０に指示信号を出力し、判定した振幅レベルが閾値ｔｈ１よりも大きく閾値ｔｈ２以下の場合には、増幅器群５２に信号が入力されるようにＳＣＳ２０に指示信号を出力し、判定した振幅レベルが閾値ｔｈ２よりも大きい場合には、増幅器群５２に信号が入力されるようにＳＣＳ２０に指示信号を出力する。

また、増幅部５０には、飽和電力が等しい増幅器群を複数有する構成でもよい。この構成の場合、一方の増幅器群が故障した場合、この増幅器群と飽和電力が等しい他方の増幅器群で代用することができる。すなわち、他方の増幅器群は、一方の増幅器群の予備としての役割になる。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、１０Ａ、１０Ｅ 振幅レベル判定部
１０Ｅａ 設定部
１０Ｅｂ 記憶部
１０Ｅｃ 判定部
２０ ＳＣＳ
３０ ＤＡコンバータ部
３１、３２ ＤＡコンバータ群
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ ＤＡコンバータ
４０ ミキサ部
４１、４２ ミキサ群
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ ミキサ
５０ 増幅部
５１、５２、５３ 増幅器群
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ 増幅器
６１、６２、７０ 合成器
７０Ａ 切り替えスイッチ
８１、８１ａ、８１ｂ、８２、８２ａ、８２ｂ 送信アンテナ
９０ 可変移相部
９１、９２ 可変移相器群
９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ 可変移相器
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 増幅装置
２００ 受信アンテナ
３００ 上位装置

Claims (8)

1. 入力信号の振幅レベルを判定する振幅レベル判定部と、
   前記入力信号を振幅が一定で互いに位相が異なる複数の信号に分離する信号分離部と、
   互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群を複数含む増幅部とを備え、
   前記増幅部は、飽和電力が互いに異なる増幅器群を有し、
   前記信号分離部は、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルに応じた飽和電力を有する一の増幅器群を選択し、当該増幅器群に分離後の信号を出力することを特徴とする増幅装置。
2. 前記増幅部は、互いに等しい第１の飽和電力を有する複数の増幅器から構成される第１増幅器群と、前記第１の飽和電力よりも大きい第２の飽和電力を有する複数の増幅器から構成される第２増幅器群とを含み、
   前記信号分離部は、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルが第１閾値以下の場合には、前記第１増幅器群を選択し、前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルが第１閾値よりも大きい場合には、前記第２増幅器群を選択し、選択した増幅器群に分離後の信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記増幅部は、互いに等しい飽和電力を有する複数の増幅器から構成される増幅器群をｎ（ｎは、３以上の整数）個備え、
   前記振幅レベル判定部は、ｎ−１個の異なる閾値を有し、当該閾値に基づいて、入力信号の振幅レベルを判定することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
4. 前記増幅器群により増幅された前記複数の分離信号を合成し、合成信号として出力する第１合成器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の増幅装置。
5. 前記第１合成器により合成された前記合成信号を空間に放射するアンテナをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の増幅装置。
6. 前記第１合成器は、各増幅器群の後段にそれぞれ接続されており、
   前記振幅レベル判定部により判定された振幅レベルに応じて選択された増幅器群に接続されている第１合成器を選択し、当該第１合成器から出力された合成信号を出力する切り替えスイッチを備えることを特徴とする請求項４に記載の増幅装置。
7. 前記第１合成器は、各増幅器群の後段にそれぞれ接続されており、
   前記第１合成器のそれぞれから出力された合成信号を合成して出力する第２合成器を備えることを特徴とする請求項４に記載の増幅装置。
8. 前記増幅器群を構成する各増幅器の出力端には、アンテナが接続されており、
   各増幅器により増幅された信号は、各アンテナから空間に放射されることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。

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