JP5089469B2

JP5089469B2 - 高周波増幅器

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Publication number: JP5089469B2
Application number: JP2008101386A
Authority: JP
Inventors: 一富森; 諭志美保; 晃井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP2009253809A

Description

この発明は、例えば、デジタル変調方式を用いた無線通信システム等に使用される高周波増幅器に関するものである。

一般に、デジタル変調方式を用いた無線通信システムに用いられる高周波増幅器においては、高出力な特性だけでなく、高効率かつ低ひずみな特性を実現することが求められている。このような高周波増幅器として、例えば、非特許文献１に示されるようなものがあった。この高周波増幅器は、高周波増幅部の入力信号がリミッタにより定エンベロープで位相変調のみ変調された信号となり、高周波増幅部に入力される。高周波増幅部に入力される信号は位相変調のみの変調波であるため、振幅変調を行う必要があることから、高周波増幅部の前に設けられた分波回路（ここではカプラ）にて入力変調波を分波した後、検波回路によってエンベロープ信号を生成し、そのエンベロープ信号に基づいて、高周波増幅部に印加される動作電圧を変調することにより、高周波増幅器の出力信号を位相変調に加えて振幅変調もなされ、元の変調信号となる。この際、非特許文献１の高周波増幅器では、入力信号のエンベローブが一定のため高周波増幅部は常に効率の高い飽和出力レベルで動作させることができるため、高効率な特性を得ることができる。

また、例えば、特許文献１に記載された高周波増幅器では、定エンベロープで位相変調のみ変調された信号とエンベロープ信号とを位相振幅分離手段によって生成し、また、発生した位相信号に基づいて、直交変調器にて定エンベロープで位相変調のみ変調された信号を生成している。更に、特許文献１に記載された高周波増幅器では、位相振幅分離手段の後に位相振幅補正手段を設け、高周波増幅部で発生する振幅ひずみの逆の振幅ひずみをエンベロープ信号に重畳して振幅ひずみのひずみ補償を行うと共に、高周波増幅部で発生する位相ひずみの逆の位相ひずみを位相信号に重畳して位相ひずみのひずみ補償を行っている。また、高周波増幅部の出力側に分波回路を設け、検波回路における検波信号を位相振幅補正手段にフィードバックしている。

また、例えば特許文献２に示す高周波増幅器では、高周波増幅部の出力に分波回路（出力カプラ）を設け、分波した出力信号と入力レベルの情報を比較した情報に基づいて、高周波増幅部の動作電圧を供給する変調器を制御している。更に、特許文献２の図４に示す高周波増幅器では、高周波増幅器の動作電流をモニタした結果をフィードバックしている。

Steve C.Cripps著，"RF Power Amplifiers for Wireless Communications"，Artech House， pp.246-249 特開２００５−１６７５４１号公報特開２００６−１４０９１１号公報

しかしながら、上記従来の例えば非特許文献１に示された高周波増幅器では、高周波増幅部の出力電力は動作電圧と完全に比例とはならないため、出力信号がひずむという問題があった。また、特許文献１や特許文献２に記載されたようなオープンループのひずみ補償を行う高周波増幅器では、温度、動作電圧などの環境条件の変化に対して、ひずみの改善量が小さくなる問題があった。更に、特許文献１や特許文献２に記載された高周波増幅部の出力を分波して制御するようにしたものにおいても、出力負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性が劣化するという問題があった。また、例えば、特許文献２の図４に示されたような高周波増幅部の動作電流をモニタするようにしたものでは、電流モニタによる負荷変動の検出の精度が低く、出力電力、ひずみ特定の改善が不十分であった。更に、出力負荷変動により出力電力が低下した場合に、動作電圧を高くする制御を行うことになるが、負荷変動がない場合に印加する動作電圧が増幅素子に印加できる最大電圧に近い設定の場合に、高周波増幅器に使用する増幅素子の最大電圧を超える電圧を印加し、破壊してしまう恐れがあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性の劣化を精度良く抑圧し、かつ、効率の低下を抑えることのできる高周波増幅器を得ることを目的とする。

この発明に係る高周波増幅器は、エンベロープが変動する変調波を増幅し、エンベロープ信号に基づいて変調回路により高周波増幅器内の高周波増幅部の動作電圧を変調する高周波増幅器において、
前記高周波増幅部の出力の反射波をモニタすることにより出力負荷変動を検出する手段を有し、この出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の出力側に、出力端からの反射波を分波する分波回路を設けると共に、分波した信号を検波する検波回路を設け、かつ、検出した出力負荷変動に基づいて、前記変調されている動作電圧を変化させ、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）で高周波増幅部に印加できる最大電圧を印加した場合の飽和出力［Ｗ］を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲとしたとしたときに要求される出力電力［Ｗ］に、変調波のピークファクタ［倍］を乗じた出力よりも｛（ＶＳＷＲ＋１） ^２／４｝倍だけ大きくしたことを特徴とする。

この発明の高周波増幅器は、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の出力側に、出力端からの反射波を分波する分波回路を設けると共に、分波した信号を検波する検波回路を設け、かつ、検出した出力負荷変動に基づいて、前記変調されている動作電圧を変化させ、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）で高周波増幅部に印加できる最大電圧を印加した場合の飽和出力［Ｗ］を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲとしたときに要求される出力電力［Ｗ］に、変調波のピークファクタ［倍］を乗じた出力よりも｛（ＶＳＷＲ＋１） ^２／４｝倍だけ大きくしたので、負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性の劣化を精度良く抑圧し、かつ、効率の低下を抑えることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高周波増幅器を示す回路図である。
図１に示す高周波増幅器は、高周波増幅部（ＰＡ）１、高周波増幅部１の入力端子２、高周波増幅部１の出力端子３、高周波増幅部１の電源端子４、高周波増幅器の信号入力端子５、高周波増幅器の信号出力端子６、高周波増幅器の電源端子７、高周波増幅部１の動作電圧の変調回路８、出力側分波回路９、負荷変動検出回路１０、入力信号検波回路１１、出力信号検波回路１２、制御回路１３、振幅位相調整回路１４、リミッタ１５、入力側分波回路１６を備えている。

高周波増幅部１は、信号入力端子５から入力した高周波信号のうち、位相変調のみなされた信号を入力端子２から入力し、かつ、エンベロープ信号（振幅変調信号）に対応して高周波増幅部１の電源端子４から入力される電源電圧に基づいて、入力信号を増幅して高周波増幅部１の出力端子３から出力する増幅器である。また、高周波増幅部１の出力端子３から出力された信号は信号出力端子６から高周波増幅器の出力信号として出力される。変調回路８は、入力信号検波回路１１にて検波されたエンベローブ信号に基づいて、高周波増幅器の電源端子７に印加された電源電圧を変調し、電源電圧にエンベロープ信号を重畳した信号として出力する回路である。出力側分波回路９は、高周波増幅部１の出力端子３からの出力信号を分波し、出力信号検波回路１２に送出する回路である。負荷変動検出回路１０は、高周波増幅部１の出力端子３から出力された増幅信号の反射波をモニタすることにより、出力信号の負荷変動を検出する回路である。

入力信号検波回路１１は、入力側分波回路１６で分波された入力変調波を検波してエンベロープ信号を生成する回路である。出力信号検波回路１２は、出力側分波回路９で分波された高周波増幅部１の出力信号を検波して制御回路１３に出力する回路である。制御回路１３は、入力信号検波回路１１の出力信号と、出力信号検波回路１２の出力信号とに基づいて、振幅位相調整回路１４における補償量を制御するための制御信号を生成し、これを振幅位相調整回路１４に出力する回路である。振幅位相調整回路１４は、高周波増幅部１で発生する振幅・位相ひずみを補償する逆のひずみ特性を入力する信号に重畳する回路である。リミッタ１５は、信号入力端子５から入力された入力変調波の振幅を制限して位相変調のみなされた信号とするための振幅制限器である。入力側分波回路１６は、高周波増幅器の信号入力端子５から入力された振幅・位相変調信号を分波する回路である。

次に、実施の形態１の動作について説明する。
振幅、位相変調された入力信号は高周波増幅器の信号入力端子５から入力される。この入力信号は、入力側分波回路１６を介してリミッタ１５により、定エンベロープで位相変調のみの信号とされた後、振幅位相調整回路１４を介して高周波増幅部１に入力される。そして、高周波増幅部１で増幅された後、出力側分波回路９、負荷変動検出回路１０を介して高周波増幅器の信号出力端子６より出力される。

一方、入力側分波回路１６で分波された入力変調波は入力信号検波回路１１にて検波され、エンベロープ信号が生成される。高周波増幅部１の動作電圧は、高周波増幅器の電源端子７より印加された電源電圧が、入力信号検波回路１１にて生成されたエンベロープ信号により動作電圧の変調回路８にて変調され、電源端子４から高周波増幅部１へ供給される。高周波増幅部１の出力電力はその動作電圧にほぼ比例するため、出力された信号はエンベロープ信号により振幅変調され、入力信号の位相変調と合わせ、必要な振幅位相変調がなされる。この際、高周波増幅部１への入力信号は定エンベロープの信号であるため、高周波増幅部１は効率の高い飽和動作させることができ、高周波増幅器の効率を高めることができる。

ところで、高周波増幅部１の出力電力はその動作電圧にほぼ比例するが、完全に比例するわけではなく、振幅ひずみが発生する。同時に、高周波増幅部１の通過位相も動作電圧によって変動するため、位相ひずみが発生する。それらのひずみを抑圧するために、入力信号検波回路１１にて生成されたエンベロープ信号に基づいて制御回路１３により振幅位相調整回路１４を制御することで、予め、高周波増幅部１で発生する振幅・位相ひずみを補償する逆のひずみ特性を、高周波増幅部１に入力する信号に重畳する。これにより、ひずみ補償を行い、低ひずみな特性を得ることができる。また、出力側分波回路９で分波した信号を出力信号検波回路１２にて検波し、検波信号を制御回路１３にフィードバックすることで、温度、電源電圧などの環境変化に対しても安定的に低ひずみな特性を実現することができる。

更に、負荷変動検出回路１０において、高周波増幅器の信号出力端子６での反射波をモニタすることにより負荷変動を検出し、その検出結果に基づいて、変調回路８において出力する動作電圧を変更することにより、負荷変動に対しても安定的に必要とされる出力電力、ひずみ特性を得ることができる。具体的には、負荷変動が大きいほど、高周波増幅部１の出力電力が小さくなるため、変調回路８においてより動作電圧を高くするようにすることで、出力電力を高くすることが可能である。

尚、出力側分波回路９と出力信号検波回路１２を用い、出力の検波信号を制御回路１３にフィードバックする構成は本発明において必須ではなく、このような構成がなくても、出力負荷変動に対して安定的な特性を得るという効果は同様に得られる。また、図示例においては、高周波増幅部１の入力側にリミッタ１５を設け、入力信号は定エンベロープとしたが、エンベロープが変動する入力変調波を用いて、その振幅変調を考慮して、変調回路８に入力するエンベロープ信号を変化する、もしくは、変調回路８において動作電圧を変調する変調の度合いを変化するような高周波増幅器においても、出力負荷変動に対して安定的な特性を得るという効果は同様に得られる。また、入力側分波回路１６は、方向性結合器、カプラでも良いし、小さな直列容量でも構わない。

一般的に、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）、６４ＱＡＭ、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）などのデジタル変調をしたＲＦ変調波（信号）においては、変調信号のエンベロープ（包絡線）は変動するため、ＲＦ信号の平均電力に対して、瞬時的に高い電力となる。その瞬時的な最高出力と平均出力の比をピークファクタという。変調波を増幅する高周波増幅器の出力電力は変調波の平均出力電力で規定される。そのため、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍以上となる増幅器を選択する必要がある。

高周波増幅器はある一定の負荷変動が起きても、諸特性を安定的に実現することが求められる。多くの場合アイソレータを用いることで負荷変動を小さく抑えているが、近年、携帯電話端末に用いられる高周波増幅器では、アイソレータ無しでも諸特性を安定的に実現することも求められている。一般的には、出力負荷変動として出力ＶＳＷＲ（定在波比）がいくつ以下において所要の特性を満足することが求められる。ＶＳＷＲの定義としては、進行波は出力端子において通過波（電圧ＶＴ）と反射波（電圧ＶＲ）に分けられ、進行波に対して反射波が足される場合と引かれる場合がある。足される場合に最大電圧Ｖｍａｘとなり、引かれる場合に最小電圧Ｖｍｉｎとなり、その最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎの比が定在波比ＶＳＷＲとなる。従って、ＶＳＷＲの定義は式１に示す通りとなり、式を展開して出力される通過波の電圧を求めると式２および式３となる。

また、出力電力は、電圧と電流から、特性インピーダンスをＺｏとすると式４で表され、式４に式３を代入することにより、あるＶＳＷＲの出力負荷変動の場合の高周波増幅器の出力電力ＰＴ（ＶＳＷＲ）は式５となる。

負荷変動が全くない、即ち、５０Ω負荷の場合にはＶＳＷＲ＝１であるため、ＶＳＷＲの負荷変動がある場合とない場合の出力電力の比は式６となる。

例えば、ＶＳＷＲ＝３の負荷変動があった場合には、５０Ω負荷の場合と比較して飽和出力電力は１／４となり、ｄＢ表示で６ｄＢ低下となる。

このように出力の負荷変動が起きた場合、飽和出力電力が低下してしまう。飽和出力電力が不足すると、ひずみ補償を行ったとしても、変調波のエンベロープが大きな領域で波形がひずんでしまい、ひずみ特性が劣化してしまう。最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現するためには、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍の飽和出力を有する増幅器を選択する必要がある。即ち、５０Ω負荷で最大動作電圧における飽和出力電力Ｐｓａｔ＠Ｖｄｍａｘ、５０Ωは、規定要求変調波出力電力をＰｏｕｔとすると、

なる関係を満たす必要がある。この飽和出力電力が不足すると、負荷変動時に高周波増幅部１が破壊しない最大電圧の範囲で変調回路８を用いて高周波増幅部１を制御した場合に、振幅変調信号の最大振幅の波形がクリップされひずむこととなり、低ひずみな特性が得られなくなる。

以上のことから、実施の形態１の高周波増幅器では、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍以上の飽和出力電力を有する増幅器を用いることにより、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

また、高周波増幅部１の出力電力は動作電圧によって変調する。出力電力と動作電圧はほぼ比例する。一般的に高周波増幅部１に用いる増幅素子の印加可能な最大の電圧は、増幅素子の耐圧をＶｂｒとするとＶｂｒ／２となる。しかし、変調波のピークファクタや負荷変動による出力低下を補償するために動作電圧を平均動作電圧より高くする必要がある。印加可能な最大電圧Ｖｂｒ／２を超えると破壊する可能性があるため、その分だけ、５０Ω負荷時の規定要求変調波出力電力時の平均動作電圧Ｖｄ＿ａｖｅを低く設定する必要がある。具体的には式８を満たす必要がある。

出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）での動作電圧の平均値を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲ、高周波増幅器に用いる増幅素子のブレイクダウン電圧Ｖｂｒとしたときに、２Ｖｂｒ／（Ａ・（ＶＳＷＲ＋１）²）以下に５０Ω負荷時の規定要求変調波出力電力時の平均動作電圧Ｖｄ＿ａｖｅを設定することによって、増幅素子が破壊せずに最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

以上のように、実施の形態１の高周波増幅器によれば、エンベロープが変動する変調波を増幅し、エンベロープ信号に基づいて変調回路により高周波増幅器内の高周波増幅部の動作電圧を変調する高周波増幅器において、高周波増幅部の出力の反射波をモニタすることにより出力負荷変動を検出する手段を有し、かつ、検出した出力負荷変動に基づいて、変調されている動作電圧を変化させるようにしたので、負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性の劣化を精度良く抑圧し、かつ、効率の低下を抑えることができる。

また、実施の形態１の高周波増幅器によれば、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）で高周波増幅部に印加できる最大電圧を印加した場合の飽和出力［Ｗ］を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲとしたとしたときに要求される出力電力［Ｗ］に、変調波のピークファクタ［倍］を乗じた出力よりも｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍だけ大きくしたので、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

また、実施の形態１の高周波増幅器によれば、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）での変調された高周波増幅部への動作電圧の平均値を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲ、前記高周波増幅部に用いる増幅素子のブレイクダウン電圧Ｖｂｒとしたときに、２Ｖｂｒ／（Ａ・（ＶＳＷＲ＋１）²）以下に設定したので、増幅素子が破壊せずに最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２の高周波増幅器を示す回路図である。
図２において、ベースバンド回路１７は、ベースバンド信号を出力する回路である。変調波生成部１８は、位相変調信号を生成する回路で、ＬＯ発振器１９、直交変調器２０、ドライバ増幅器２１で構成されるか、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）２２とドライバ増幅器２１で構成される。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態２の動作について説明する。
実施の形態２の高周波増幅器は、実施の形態１の高周波増幅器と比較して次の点が異なる。先ず、高周波増幅部１に入力する定エンベロープな位相変調のみの入力信号の生成方法が異なる。即ち、ベースバンド回路１７で生成したベースバンドＩＱ信号に基づいて、ＬＯ発振器１９からのＲＦ信号を、直交変調器２０で変調することによって生成する。または、ベースバンド回路１７の中でベースバンドＩＱ信号から位相変調信号を生成し、その位相変調信号によりＶＣＯ２２の位相を変化することによって生成する。次に異なるのは、ベースバンド回路１７内でベースバンドＩＱ信号に基づいて変調回路８に入力するエンベロープ信号が生成される点である。一方、実施の形態２においても、高周波増幅部１への入力信号は定エンベロープな位相変調のみの信号であること、振幅変調はエンベロープ信号に基づいて、変調回路８により動作電圧を変調することによって行う点は実施の形態１と同じであるため、実施の形態１と同様に高効率な特性を得ることができる。

また、実施の形態２では、ベースバンド回路１７の中で、予め、高周波増幅部１で発生する振幅・位相ひずみに対して、ひずみを補償する逆ひずみの信号を重畳する。即ち、振幅ひずみについてはエンベロープ信号に、位相ひずみについては直交変調器２０を用いる場合にはＩＯ信号に、ＶＣＯ２２を用いる場合には位相変調信号に、それぞれひずみを補償する逆ひずみの信号を重畳する。これにより、高周波増幅部１のひずみ特性を改善し低ひずみな特性を得ることができる。

また、実施の形態１の高周波増幅器と同様に、出力側分波回路９で分波した信号を出力信号検波回路１２にて検波し、検波信号をベースバンド回路１７にフィードバックし、振幅ひずみについてはエンベロープ信号に、位相ひずみについては直交変調器２０を用いる場合にはＩＯ信号に、ＶＣＯ２２を用いる場合には位相変調信号にフィードバックし、ひずみ特性が良くなるようにそれらを変化させることにより、温度、電源電圧などの環境変化に対しても安定的に低ひずみな特性を実現することができる。

また、実施の形態１の高周波増幅器と同様に、負荷変動検出回路１０において、高周波増幅器の信号出力端子６での反射波をモニタすることにより負荷変動を検出する。そして、その検出結果をベースバンド回路１７にフィードバックし、変調回路８に入力するエンベロープ信号を変更し、変調回路８の出力する動作電圧を変更することにより、負荷変動に対しても安定的に必要とされる出力電力、ひずみ特性を得ることができる。具体的には、負荷変動が大きいほど、高周波増幅部１の出力電力が小さくなるため、変調回路８においてより動作電圧を高くするようにすることで、出力電力を高くすることが可能である。尚、図２に示す例においては、負荷変動検出回路１０の検出結果をベースバンド回路１７にフィードバックした例を示したが、直接、変調回路８にフィードバックして、変調回路８においてより動作電圧を変更するようにしても同様の効果が得られる。

また、この発明の高周波増幅器では、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍以上の飽和出力電力を有する増幅器を用いることにより、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

また、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）での動作電圧の平均値を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲ、高周波増幅器に用いる増幅素子のブレイクダウン電圧Ｖｂｒとしたときに、２Ｖｂｒ／（Ａ・（ＶＳＷＲ＋１）²）以下に５０Ω負荷時の規定要求変調波出力電力時の平均動作電圧Ｖｄ＿ａｖｅを設定することによって、増幅素子が破壊せずに最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

以上のように、実施の形態２の高周波増幅器によれば、ベースバンド回路と変調波生成部を用いてエンベロープ信号と定エンベロープで位相変調された信号とを生成する構成においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１，２における負荷変動検出回路１０の具体例を示したものである。
図３（ａ）に示す例は、負荷変動検出回路１０を、検波回路１０１と分波回路１０２で構成したものであり、図３（ｂ）に示す例は、検波回路１０１とキャパシタ１０３で構成したものである。尚、これらの図において、入力端子１０４は、負荷変動検出回路１０の入力端子、出力端子１０５は、検出結果の出力端子、出力端子１０６は負荷変動検出回路１０の出力端子である。これらの図において、検波回路１０１は、分波回路１０２やキャパシタ１０３を介して入力した信号を検波し、その検波出力を出力端子１０５から出力する回路である。また、分波回路１０２は、方向性結合器やカプラで構成されている。また、キャパシタ１０３は、分波回路１０２の代わりに容量を用いたものである。

次に、実施の形態３の動作について説明する。
図３（ａ）に示す回路において、入力端子１０４より負荷変動検出回路１０に入力された信号は、分波回路１０２を介して、出力端子１０６に出力される。その際、出力側で反射された信号の一部が分波回路１０２により分波され、検波回路１０１によって検波される。これにより、出力負荷変動に伴う反射波のレベルを検波することで出力負荷変動を精度良く検出することができる。同様に、図３（ｂ）に示す回路においては、図３（ａ）の回路の分波回路１０２としてキャパシタ１０３を用いたものであるため、基本的な動作は同様である。また、分波回路１０２の代わりに容量とすることで負荷変動検出回路１０を小型化することができる。

実施の形態３では、出力負荷変動に伴う反射波のレベルを直接検出するため、例えば特許文献２の図４で示された高周波増幅部の動作電流をモニタすることで出力負荷変動を検出するような従来の方法よりも、より精度の高い検出が可能となる。その結果として、負荷変動検出結果に基づいて変更される変調回路８から出力電圧もより適正な値に設定することができ、負荷変動時に、より高効率、低ひずみな特性を実現することができる。

また、実施の形態１の高周波増幅器と同様に、実施の形態３の高周波増幅器においても、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍以上の飽和出力電力を有する増幅器を用いることにより、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

以上のように、実施の形態３の高周波増幅器によれば、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の出力側に、出力端からの反射波を分波する分波回路を設けると共に、分波した信号を検波する検波回路を設けたので、負荷変動に対する特性の劣化を更に精度良く抑圧することができる。

実施の形態４．
実施の形態４の高周波増幅器は、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部１の最終段増幅器に供給する電流もしくはその一部の値を検出する手段を用いたものである。
図４は、実施の形態４の高周波増幅器を示す回路図である。
図４において、電流モニタ２３は、変調回路８から高周波増幅部１の最終段増幅器に供給する電流またはその一部をモニタする回路であり、そのモニタ結果を変調回路８に送出するよう構成されている。また、電源端子２４は、高周波増幅部１の最終段増幅器もしくはその一部の電源端子である。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態４の動作について説明する。
実施の形態４の高周波増幅器は、実施の形態１の高周波増幅器と比較して負荷変動検出回路１０の代わりに、高周波増幅器１の最終段増幅器もしくは最終段増幅器の一部の電流値を電流モニタ２３にて求め、その値を変調回路８にフィードバックしている点のみが異なる。従って、実施の形態１の高周波増幅器と同様に、高効率な特性、低ひずみな特性、温度や動作電圧などの環境変化に対する安定なひずみ補償による低ひずみな特性を実現することができる。

即ち、出力負荷が変動した場合、高周波増幅部１の中の最終段増幅器の出力電力が変動する。出力電力が変動すると、最終段増幅器にて消費される電流が変化するため、その電流をモニタすることで出力負荷変動を検出することができる。従って、最終段増幅器もしくはその一部の電流をモニタした結果に基づいて変調回路８が出力する動作電圧を変更することで実施の形態１の高周波増幅器と同様に、負荷変動に対しても安定した出力電力、ひずみ特性を実現することが可能である。

例えば、従来の特許文献２の図４に示された高周波増幅器においては、高周波増幅器の電流をモニタしているが、出力負荷変動に対する最終段増幅器以外の増幅器の電流の振る舞いは最終段増幅器の電流の振る舞いと必ずしも同じではなく、検出結果に誤差を含んでしまう問題がある。そのため、最終段増幅器の電流もしくはその一部の電流のみをモニタすることで、より精度良く負荷変動を検出することができ、結果として、負荷変動に対してもより安定した出力電力、ひずみ特性を実現することが可能である。また、最終段増幅器の電流もしくはその一部の電流のみしかモニタしないため、電流をモニタすることで発生する電圧降下による出力電力、効率の低下を抑えることが可能である。

また、実施の形態１の高周波増幅器と同様に、本実施の形態の高周波増幅器では、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍以上の飽和出力電力を有する増幅器を用いることにより、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

以上のように、実施の形態４の高周波増幅器によれば、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の最終段増幅器に供給する電流もしくはその一部の値を検出する手段を用いたので、負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性の劣化を精度良く抑圧し、かつ、効率の低下を抑えることができる。

実施の形態５．
実施の形態５の高周波増幅器は、実施の形態２の構成において、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部１の最終段増幅器に供給する電流もしくはその一部の値を検出する手段を用いたものである。
図５は、実施の形態５の高周波増幅器を示す回路図である。
図５において、電流モニタ２３は、実施の形態４と同様に、変調回路８から高周波増幅部１の最終段増幅器に供給する電流またはその一部をモニタする回路であり、また、電源端子２４は、高周波増幅部１の最終段増幅器もしくはその一部の電源端子である。その他の構成については、図２に示した実施の形態２と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態５の動作について説明する。
実施の形態５の高周波増幅器は、実施の形態２の高周波増幅器と比較して、負荷変動検出回路１０の代わりに高周波増幅器１の最終段増幅器もしくは最終段増幅器の一部の電流値を電流モニタ２３にて求め、その値を変調回路８にベースバンド回路１７を介してフィードバックしている点のみが異なる。ベースバンド回路１７において、エンベロープ信号を変化させることによって変調回路８からの出力を変化することができる。従って、実施の形態２の高周波増幅器と同様に、高効率な特性、低ひずみな特性、温度や動作電圧などの環境変化に対する安定なひずみ補償による低ひずみな特性を実現することができる。なお、実施の形態４と同様に電流モニタ２３で最終段増幅器もしくは最終段増幅器の一部の電流をモニタした結果を直接変調回路８にフィードバックしても、同様の効果が得られる。

即ち、出力負荷が変動した場合、高周波増幅部１の中の最終段増幅器の出力電力が変動する。出力電力が変動すると、最終段増幅器にて消費される電流が変化するため、その電流をモニタすることで出力負荷変動を検出することができる。従って、最終段増幅器もしくはその一部の電流をモニタした結果に基づいて変調回路８が出力する動作電圧を変更することで実施の形態２の高周波増幅器と同様に、負荷変動に対しても安定した出力電力、ひずみ特性を実現することが可能である。

また、例えば、従来の特許文献２の図４に示された高周波増幅器に比べて、最終段増幅器の電流もしくはその一部の電流のみをモニタすることで、より精度良く負荷変動を検出することができ、結果として、負荷変動に対してもより安定した出力電力、ひずみ特性を実現することが可能である。更に、最終段増幅器の電流もしくはその一部の電流のみしかモニタしないため、電流をモニタすることで発生する電圧降下による出力電力、効率の低下を抑えることが可能である。

また、実施の形態２のこの発明の高周波増幅器と同様に、本実施の形態の高周波増幅器では、高周波増幅部１に用いられる増幅器としては、５０Ω負荷の時に印加可能な最大動作電圧で動作させた場合の飽和出力電力が、要求される高周波増幅器の変調波出力電力（一般的には平均値で定義される）のピークファクタ倍した出力電力に対して、更に、｛（ＶＳＷＲ＋１）²／４｝倍以上の飽和出力電力を有する増幅器を用いることにより、最大ＶＳＷＲの負荷変動に対しても安定に出力電力、ひずみ特性を実現することができる。

以上のように、実施の形態５の高周波増幅器によれば、出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の最終段増幅器に供給する電流もしくはその一部の値を検出する手段を用いたので、ベースバンド回路と変調波生成部を用いてエンベロープ信号と定エンベロープで位相変調された信号とを生成する構成においても、負荷変動に対して、出力電力、ひずみ特性の劣化を精度良く抑圧し、かつ、効率の低下を抑えることができる。

この発明の実施の形態１による高周波増幅器を示す構成図である。この発明の実施の形態２による高周波増幅器を示す構成図である。この発明の実施の形態３による高周波増幅器の負荷変動検出回路を示す構成図である。この発明の実施の形態４による高周波増幅器を示す構成図である。この発明の実施の形態５による高周波増幅器を示す構成図である。

符号の説明

１高周波増幅部、８変調回路、１０負荷変動検出回路、１１入力信号検波回路、１５リミッタ、１６入力側分波回路、１７ベースバンド回路、１８変調波生成部、２３電流モニタ、１０１検波回路、１０２分波回路、１０３キャパシタ。

Claims

エンベロープが変動する変調波を増幅し、エンベロープ信号に基づいて変調回路により高周波増幅器内の高周波増幅部の動作電圧を変調する高周波増幅器において、
前記高周波増幅部の出力の反射波をモニタすることにより出力負荷変動を検出する手段を有し、この出力負荷変動を検出する手段として、高周波増幅部の出力側に、出力端からの反射波を分波する分波回路を設けると共に、分波した信号を検波する検波回路を設け、かつ、検出した出力負荷変動に基づいて、前記変調されている動作電圧を変化させ、出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）で高周波増幅部に印加できる最大電圧を印加した場合の飽和出力［Ｗ］を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲとしたときに要求される出力電力［Ｗ］に、変調波のピークファクタ［倍］を乗じた出力よりも｛（ＶＳＷＲ＋１） ^２／４｝倍だけ大きくしたことを特徴とする高周波増幅器。
出力負荷が５０Ω（ＶＳＷＲ＝１）での変調された高周波増幅部への動作電圧の平均値を、高周波増幅器に対する最大負荷変動をＶＳＷＲ、前記高周波増幅部に用いる増幅素子のブレイクダウン電圧Ｖｂｒとしたときに、２Ｖｂｒ／（Ａ・（ＶＳＷＲ＋１） ^２）以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。