JP5144672B2 - 電力増幅回路ならびにそれを用いた送信機および無線通信機 - Google Patents

電力増幅回路ならびにそれを用いた送信機および無線通信機 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信機等において送信信号の増幅等に用いられる電力増幅回路に関するものであり、特に消費電力が小さく包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅することが可能な電力増幅回路ならびにそれを用いた送信機および無線通信機に関するものである。
ワイヤレスネットワーク等の無線通信においては、デジタル変調された信号を用いて通信が行われる場合が多くなっているが、これらの通信に用いられる信号の多くでは信号の振幅方向に情報が載せられているため包絡線変動を有する信号になっている。よって、これらの通信に用いられる無線通信機においては、包絡線変動を有する信号の増幅が必要になる。一方、このような無線通信機においては、通信時間を確保するために消費電力が小さいことが要求され、通信信号を増幅する増幅器にも低消費電力で電力付加効率が高いことが要求される。ところが、前述した包絡線変動を有する信号を電力付加効率が高い非線形増幅器を用いて増幅すると歪みが生じて信号が劣化するという問題があり、包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅するために幾つかの手法が提案されている。
その１つにＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Component）方式と呼ばれている増幅方式がある。この手法では、包絡線変動を有する信号を２つの定包絡線信号に変換した後に、２つの定包絡線信号をそれぞれ非線形増幅器を用いて増幅し、増幅した２つの定包絡線信号をベクトル加算することによって増幅された包絡線変動を有する信号を生成する。これによって包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特公平６−２２３０２号公報
しかしながら、特許文献１にて提案された従来の電力増幅回路においては、
Ｓ（ｔ）＝２Ａｃｏｓθ（ｔ）・ｃｏｓ｛ｗｔ＋φ（ｔ）｝・・・（１）
で表される包絡線変動を有する入力信号Ｓ（ｔ）を、
Ｓ１（ｔ）＝Ａｃｏｓ｛ｗｔ＋φ（ｔ）−θ（ｔ）｝・・・（２）
Ｓ２（ｔ）＝Ａｃｏｓ｛ｗｔ＋φ（ｔ）＋θ（ｔ）｝・・・（３）
で表される定包絡線信号Ｓ１（ｔ），Ｓ２（ｔ）に分解するために、式（２），（３）で表される演算をその都度行う必要があり、例えば、式（１）〜（３）の関係を予め計算してＲＯＭ（Read Only Memory）に蓄積したデータを入力信号Ｓ（ｔ）の強度が変化する度に読み出すようなことが必要になる。このため、ＲＯＭやアナログ／デジタル変換器、デジタル／アナログ変換器等が必要になり、それによって電力増幅回路の消費電力が増大してしまうので、電力増幅回路全体で見ると電力付加効率があまり高くならないという問題があった。また、予め式（１）〜（３）の関係を計算してＲＯＭ（Read Only Memory）に蓄積しておく必要があるため、変調方式や電源電圧等の条件が異なる送信回路で用いることができず汎用性に欠けるという問題もあった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅することが可能で消費電力が小さく汎用性の高い電力増幅回路ならびにそれを用いた送信機および無線通信機を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力増幅回路は、包絡線変動を有する入力信号を互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号および第２定包絡線信号に変換してそれぞれ出力する定包絡線信号生成回路と、前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１増幅器と、前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を出力する第２増幅器と、前記第１増幅信号および前記第２増幅信号に基づいて、増幅された包絡線変動を有する出力信号を出力する出力加算器と、を含む電力増幅回路であって、前記定包絡線信号生成回路は、包絡線変動を有する前記入力信号から、互いに振幅が等しく前記入力信号と所定の位相関係を有する第１基本信号および第２基本信号と、前記第１基本信号および前記第２基本信号と一定の位相関係を有する変換用基本信号と、を生成する基本信号生成回路と、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２（Ｘ：第１基本信号および第２基本信号の振幅、Ａ：Ｘよりも大きい任意の一定な振幅）を満足する振幅Ｙを有し、前記第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、前記振幅Ｙを有し、前記第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を前記変換用基本信号に基づいて生成する変換信号生成回路と、前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算する第１加算器と、前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算する第２加算器と、を含み、前記第１加算器から出力される信号に基づいて前記第１定包絡線信号を出力し、前記第２加算器から出力される信号に基づいて前記第２定包絡線信号を出力することを特徴とする。
また本発明の一態様では、前記基本信号生成回路は、互いに振幅および位相が等しい前記第１基本信号および前記第２基本信号と、前記変換用基本信号と、を前記入力信号から生成する電力分配器を含み、前記第１加算器は前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって前記第１定包絡線信号を生成し、前記第２加算器は前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって前記第２定包絡線信号を生成するようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記変換信号生成回路は、前記第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、前記第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を生成するように前記変換用基本信号の位相を変化させる移相回路と、前記第１基本信号および前記第２基本信号の振幅Ｘに基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用基本信号を増幅する変換用基本信号増幅回路と、を含むようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記変換用基本信号増幅回路は、前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、の振幅に対応する直流電圧αを有する振幅検出信号を生成する振幅検出信号生成回路と、前記直流電圧αよりも大きい任意の直流電圧βを有する参照用信号および前記振幅検出信号が入力されて、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する信号を出力する減算器と、前記減算器から出力される信号に基づく利得制御信号に基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用基本信号を増幅する可変利得増幅器と、を含むようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記振幅検出信号生成回路は、前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号、または、前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号の振幅に対応した振幅を有する２つの同位相信号をミキサに入力し、前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号、または、前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号の振幅に対応した直流電圧成分を有する、前記ミキサから出力される信号を前記振幅検出信号の生成に利用するようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記入力信号の振幅が所定の振幅よりも小さい場合に、前記変換用基本信号を増幅する場合の利得を増加させる利得増加回路を含むようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記利得増加回路は、前記入力信号の振幅に対応する直流電圧Ｖａを有する第２の振幅検出信号を生成する第２の振幅検出信号生成回路と、前記直流電圧Ｖａよりも大きい任意の直流電圧Ｖｂを有する第２の参照用信号および前記第２の振幅検出信号が入力されて、Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号を出力する第２の減算器と、を含み、前記可変利得増幅器は、前記減算器からの出力信号に基づく信号と、前記第２の減算器からの出力信号に基づく信号と、を加算することによって得られる前記利得制御信号に基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用基本信号を増幅するようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記入力信号の振幅に基づいて、前記参照用信号が有する直流電圧βを制御する参照用信号制御回路を含むようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記参照用信号制御回路は、前記入力信号の振幅が小さくなるのに従って前記直流電圧βが大きくなるように、前記直流電圧βを制御するようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記参照用信号制御回路は、前記入力信号の振幅が小さくなるのに従って前記直流電圧βが段階的に小さくなるように、前記直流電圧βを制御するようにしてもよい。
また本発明の一態様では、前記参照用信号制御回路は、前記入力信号の振幅に対応する直流電圧Ｖａを有する第２の振幅検出信号を生成する第２の振幅検出信号生成回路と、前記直流電圧Ｖａよりも大きい任意の直流電圧Ｖｂを有する第２の参照用信号および前記第２の振幅検出信号が入力されて、Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号を出力する第２の減算器と、を含み、前記第２の減算器から出力される信号に基づいて前記直流電圧βを制御するようにしてもよい。
また、本発明に係る電力増幅回路は、包絡線変動を有する入力信号を互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号および第２定包絡線信号に変換してそれぞれ出力する定包絡線信号生成回路と、前記定包絡線信号生成回路から入力された前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１増幅器と、前記定包絡線信号生成回路から入力された前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を出力する第２増幅器と、前記第１増幅器から入力された前記第１増幅信号および前記第２増幅器から入力された前記第２増幅信号をベクトル加算して増幅された包絡線変動を有する出力信号を出力する出力加算器と、を含む電力増幅回路であって、前記定包絡線信号生成回路は、包絡線変動を有する前記入力信号から、互いに振幅および位相が等しい第１分配信号および第２分配信号を生成する電力分配器を含み、前記第１分配信号と、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２（Ｘ：第１基本信号および第２基本信号の振幅、Ａ：Ｘよりも大きい任意の一定な振幅）を満足する振幅Ｙを有し、前記第１分配信号および前記第２分配信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、をベクトル加算してなる前記第１定包絡線信号を出力し、前記第２分配信号と、前記振幅Ｙを有し、前記第１分配信号および前記第２分配信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、をベクトル加算してなる前記第２定包絡線信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の電力増幅回路は、包絡線変動を有する入力信号を互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号および第２定包絡線信号に変換してそれぞれ出力する定包絡線信号生成回路と、該定包絡線信号生成回路から入力された前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１増幅器と、前記定包絡線信号生成回路から入力された前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を出力する第２増幅器と、前記第１増幅器から入力された前記第１増幅信号および前記第２増幅器から入力された前記第２増幅信号をベクトル加算して増幅された包絡線変動を有する出力信号を出力する出力加算器とを含む電力増幅回路であって、前記定包絡線信号生成回路は、包絡線変動を有する前記入力信号から互いに振幅および位相が等しい第１分配信号および第２分配信号ならびに前記第１分配信号および前記第２分配信号と一定の位相関係を有する変換用分配信号を生成する電力分配器と、前記第１分配信号および前記第２分配信号の振幅をＸとし、ＡをＸよりも大きい任意の一定な振幅としたときに、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２を満足する振幅Ｙを有し、前記第１分配信号および前記第２分配信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号ならびにπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号を前記変換用分配信号から生成する変換信号生成回路と、前記第１分配信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって前記第１定包絡線信号を生成する第１加算器と、前記第２分配信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって前記第２定包絡線信号を生成する第２加算器とを含むようにしてもよい。
また、本発明の電力増幅回路は、上記構成において、前記変換信号生成回路が、前記第１分配信号および前記第２分配信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号ならびに前記第１分配信号および前記第２分配信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号を生成するように前記変換用分配信号の位相を変化させる移相回路と、前記第１分配信号および前記第２分配信号の振幅Ｘに応じて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用分配信号を増幅する変換用分配信号増幅回路とを含むようにしてもよい。
さらに、本発明の電力増幅回路は、上記構成において、前記変換用分配信号増幅回路が、前記第１定包絡線信号および前記第２定包絡線信号の振幅に比例する直流電圧αを有する振幅検出信号を生成する振幅検出信号生成回路と、前記直流電圧αよりも大きい任意の直流電圧βを有する参照用信号および前記振幅検出信号が入力されて、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する利得制御信号を出力する減算器と、前記利得制御信号に基づいて前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用分配信号を増幅する可変利得増幅器とを含むようにしてもよい。
またさらに、本発明の電力増幅回路は、上記構成において、前記振幅検出信号生成回路が、前記第１定包絡線信号または前記第２定包絡線信号の振幅に比例した振幅を有する２つの同位相信号をミキサに入力し、前記第１定包絡線信号または前記第２定包絡線信号の振幅に比例した直流電圧成分を有するミキサから出力される信号を前記振幅検出信号の生成に利用するようにしてもよい。
本発明の送信機は、送信回路に上記各構成のいずれかの電力増幅回路を介してアンテナが接続されていることを特徴とするものである。
本発明の無線通信機は、送信回路に上記各構成のいずれかの電力増幅回路を介してアンテナが接続されており、該アンテナに受信回路が接続されていることを特徴とするものである。
本発明の電力増幅回路によれば、包絡線変動を有する入力信号を互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号および第２定包絡線信号に変換してそれぞれ出力する定包絡線信号生成回路と、定包絡線信号生成回路から入力された第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１増幅器と、定包絡線信号生成回路から入力された第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を出力する第２増幅器と、第１増幅器から入力された第１増幅信号および第２増幅器から入力された第２増幅信号に基づいて、増幅された包絡線変動を有する出力信号を出力する出力加算器とを含む電力増幅回路であることから、第１増幅器および第２増幅器で増幅するのは定包絡線信号であるため、第１増幅器および第２増幅器として電力付加効率の高い非線形増幅器を用いることができるので、包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅することができる。
さらに、定包絡線信号生成回路は、包絡線変動を有する入力信号から、互いに振幅が等しく入力信号と所定の位相関係を有する第１基本信号および第２基本信号と、第１基本信号および第２基本信号と一定の位相関係を有する変換用基本信号と、を生成する基本信号生成回路と、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２（Ｘ：第１基本信号および第２基本信号の振幅、Ａ：Ｘよりも大きい任意の一定な振幅）を満足する振幅Ｙを有し、第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、振幅Ｙを有し、第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を変換用基本信号から生成する変換信号生成回路と、第１基本信号および第１変換信号をベクトル加算する第１加算器と、第２基本信号および第２変換信号をベクトル加算する第２加算器と、を含み、第１加算器から出力される信号に基づいて第１定包絡線信号を出力し、第２加算器から出力される信号に基づいて第２定包絡線信号を出力することから、複雑な計算を行なうことなく、単に第１基本信号と第１変換信号とをベクトル加算することおよび第２基本信号と第２変換信号とをベクトル加算することによって、第１定包絡線信号および第２定包絡線信号を生成することができるため、定包絡線信号生成回路を消費電力の小さい単純なアナログ回路で構成することができるので、電力増幅回路全体の消費電力が小さくなり、電力増幅回路全体として電力付加効率を高くすることができる。また、予め計算結果を蓄えておく必要がないので汎用性に優れる電力増幅回路である。
また、本発明の電力増幅回路によれば、変換信号生成回路が、第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を生成するように変換用基本信号の位相を変化させる移相回路と、第１基本信号および第２基本信号の振幅Ｘに応じて、第１変換信号および第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように変換用基本信号を増幅する変換用分配信号増幅回路とを含む場合には、変換用基本信号の位相をシフトさせるとともに第１分配信号および第２分配信号の振幅に応じて増幅することによって第１変換信号および第２変換信号を生成することができるため、変換信号生成回路を消費電力の小さい単純なアナログ回路で構成することができるので、小型で消費電力の小さい電力増幅回路を得ることができる。
さらに、本発明の電力増幅回路によれば、変換用基本信号増幅回路が、第１基本信号および第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、第２基本信号および第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、の振幅に比例する直流電圧αを有する振幅検出信号を生成する振幅検出信号生成回路と、直流電圧αよりも大きい任意の直流電圧βを有する参照用信号および振幅検出信号が入力されて、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する信号を出力する減算器と、減算器からの出力信号に基づく利得制御信号に基づいて第１変換信号および第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように変換用基本信号を増幅する可変利得増幅器とを含む場合には、第１定包絡線信号および第２定包絡線信号の振幅に比例して増減する直流電圧αに対して逆に増減する信号の直流電圧γの増減に対応して可変利得増幅器による変換用分配信号の増幅量が増減することによって第１変換信号および第２変換信号の振幅Ｙが増減する。このように、第１定包絡線信号および第２定包絡線信号の振幅の増減に対して第１変換信号および第２変換信号の振幅Ｙが逆に増減し、これによって第１定包絡線信号および第２定包絡線信号の振幅を以前と逆に増減させる帰還回路が形成されていることから、第１定包絡線信号および第２定包絡線信号の振幅の増減の原因となる第１基本信号および第２基本信号の振幅Ｘが変化する速度よりもこの帰還回路の応答速度を充分に速くすることにより、第１定包絡線信号および第２定包絡線信号の振幅の変化を抑制して文字通りの定包絡線信号にすることができる。このようにして、第１基本信号および第２基本信号の振幅Ｘと第１変換信号および第２変換信号の振幅Ｙとの間において常にＹ２＋Ｘ２＝Ａ２（一定）という関係が成立するような第１変換信号および第２変換信号を単純なアナログ回路によって生成することができる。このように変換用基本信号増幅回路を消費電力の小さい単純なアナログ回路で構成することができるので、さらに小型で消費電力の小さい電力増幅回路を得ることができる。
またさらに、本発明の電力増幅回路によれば、振幅検出信号生成回路が、第１定包絡線信号または第２定包絡線信号の振幅に比例した振幅を有する２つの同位相信号をミキサに入力し、第１定包絡線信号または第２定包絡線信号の振幅に比例した直流電圧成分を有するミキサから出力される信号を振幅検出信号の生成に利用するときには、第１定包絡線信号または第２定包絡線信号の振幅に比例した振幅を有する２つの同位相信号をミキサに入力することによって、ミキサに入力された２つの同位相信号の２倍の周波数を有する信号およびミキサに入力された２つの同位相信号の振幅に比例した直流電圧を有する信号がミキサから出力されるので、ミキサに入力された２つの同位相信号の振幅に比例した直流電圧を有する信号をそのままあるいは加工して振幅検出信号とすることができる。このように、振幅検出信号生成回路を消費電力の小さい単純なアナログ回路で構成することができるので、さらに小型で消費電力の小さい電力増幅回路を得ることができる。
またさらに、本発明に係る電力増幅回路によれば、入力信号の振幅が比較的小さくなっても、変換用基本信号を増幅する際の利得が不足しないように図ることが可能になる。その結果として、入力信号の振幅が比較的小さくなっても、第１基本信号および第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号や、第２基本信号および第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号が定包絡線信号になるように担保することが可能になる。
またさらに、本発明に係る電力増幅回路によれば、第１定包絡線信号と第２定包絡線信号との間の位相差が大きくなりすぎないように図ることが可能になる。その結果として、出力信号の位相誤差の軽減を図ることが可能になる。
本発明の送信機によれば、送信回路に本発明の電力増幅回路を介してアンテナが接続されていることから、送信回路からの包絡線変動を有する送信信号を消費電力が小さく電力付加効率が高い本発明の電力増幅回路によって増幅することができるので、消費電力が小さく送信時間が長い送信機を得ることができる。
本発明の無線通信機によれば、送信回路に本発明の電力増幅回路を介してアンテナが接続されており、アンテナに受信回路が接続されていることから、送信回路からの包絡線変動を有する送信信号を消費電力が小さく電力付加効率が高い本発明の電力増幅回路によって増幅することができるので、消費電力が小さく通信時間が長い無線通信機を得ることができる。
本発明の電力増幅回路の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態の一例を模式的に示す回路図である。 本発明の実施形態に係る電力増幅回路における定包絡線信号生成の基本原理を説明するベクトル図である。 本発明の実施形態に係る電力増幅回路における定包絡線信号生成の基本原理を説明するベクトル図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態の他の例を模式的に示す回路図である。 本発明の実施形態に係る電力増幅回路によって解決される課題について説明するための図である。 本発明の実施形態に係る電力増幅回路によって解決される課題について説明するための図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態のさらに他の例を模式的に示す回路図である。 参照用信号制御回路の動作について説明するための図である。 参照用信号制御回路の動作について説明するための図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態のさらに他の例を模式的に示す回路図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態のさらに他の例を模式的に示す回路図である。 参照用信号制御回路の構成の一例について説明するための図である。 参照用信号制御回路の動作について説明するための図である。 本発明の電力増幅回路の実施の形態のさらに他の例を模式的に示す回路図である。 本発明の電力増幅回路を用いた複合増幅回路の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。 本発明の電力増幅回路を用いた送信機の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。 本発明の電力増幅回路を用いた無線通信機の実施の形態の一例を模式的に示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態に係る電力増幅回路を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態の第１の例）
図１および図２は本発明の電力増幅回路の実施の形態の一例を示すブロック図および回路図である。図３および図４は本実施形態に係る電力増幅回路の定包絡線信号生成回路において変動包絡線信号を２つの定包絡線信号に変換するメカニズムを説明するための図である。
本実施形態に係る電力増幅回路は、図１に示すように、定包絡線信号生成回路２０と、第１増幅器１１と、第２増幅器１２と、出力加算器１３と、を含む。定包絡線信号生成回路２０は、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉを互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２に変換してそれぞれ出力する。第１増幅器１１は、定包絡線信号生成回路２０から入力された第１定包絡線信号Ｓｄ１を増幅して第１増幅信号Ｓｈ１を出力する。第２増幅器１２は、定包絡線信号生成回路２０から入力された第２定包絡線信号Ｓｄ２を増幅して第２増幅信号Ｓｈ２を出力する。出力加算器１３は、第１増幅器１１から入力された第１増幅信号Ｓｈ１および第２増幅器１２から入力された第２増幅信号Ｓｈ２をベクトル加算することによって、増幅された包絡線変動を有する高周波信号である出力信号Ｓｏを出力する。
また、本例の電力増幅回路における定包絡線信号生成回路２０は、図２に示すように、電力分配器２３と、変換信号生成回路３０と、第１加算器２１と、第２加算器２２と、を含む。定包絡線信号生成回路２０では、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉから、互いに振幅が等しく入力信号Ｓｉと所定の位相関係を有する第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２と、第１基本信号および第２基本信号と一定の位相関係を有する変換用基本信号Ｓｂと、が生成される。図２に示す定包絡線信号生成回路２０では、電力分配器２３（基本信号生成回路）によって、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉから、互いに振幅および位相が等しい第１分配信号および第２分配信号と、第１分配信号および第２分配信号と一定の位相関係を有する変換用分配信号と、が生成される。そして、それらの第１分配信号と第２分配信号と変換用分配信号がそれぞれ第１基本信号Ｓａ１と第２分配信号Ｓａ２と変換用分配信号Ｓｂとして用いられる。変換信号生成回路３０は、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２（Ｘ：第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅、Ａ：Ｘよりも大きい任意の一定な振幅）を満足する振幅Ｙを有し、第１基本信号Ｓａ１よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号Ｓｃ１と、振幅Ｙを有し、第２基本信号Ｓａ２よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号Ｓｃ２と、を変換用基本信号Ｓｂに基づいて生成する。第１加算器２１は第１基本信号Ｓａ１および第１変換信号Ｓｃ１をベクトル加算する。第２加算器２２は第２基本信号Ｓａ２および第２変換信号Ｓｃ２をベクトル加算する。定包絡線信号生成回路２０からは、第１加算器２１からの出力信号に基づいて、第１定包絡線信号Ｓｄ１が出力され、第２加算器２２からの出力信号に基づいて、第２定包絡線信号Ｓｄ２が出力される。図２に示す定包絡線信号生成回路２０では、第１加算器２１からの出力信号が第１定包絡線信号Ｓｄ１として出力され、第２加算器２２からの出力信号が第２定包絡線信号Ｓｄ２として出力される。
ここで、本例の電力増幅回路の定包絡線信号生成回路２０において、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉから第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２を生成する基本原理について図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉ，第１基本信号Ｓａ１，第２基本信号Ｓａ２，第１変換信号Ｓｃ１，第２変換信号Ｓｃ２，第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２のそれぞれの間の関係をベクトル表示したものである。ここでは説明を容易にするために、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅を包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅の１／２とし、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の位相を包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの位相と等しく設定している。
本例の電力増幅回路における定包絡線信号生成回路２０は、図３に示すように、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉを互いに振幅及び位相が等しい第１分配信号および第２分配信号に分配する。第１分配信号、第２分配信号は入力信号Ｓｉと位相が等しく、それぞれ第１基本信号Ｓａ１、第２基本信号Ｓａ２として用いられる。そして、第１基本信号Ｓａ１と、第１基本信号Ｓａ１よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号Ｓｃ１と、をベクトル加算することによって第１定包絡線信号Ｓｄ１を生成する。また、第２基本信号Ｓａ２と、第２基本信号Ｓａ２よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号Ｓｃ２と、をベクトル加算することによって第２定包絡線信号Ｓｄ２を生成する。ここで、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅をＸとし、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅をＹとし、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅をＢとすると、これらの間にはＸ２＋Ｙ２＝Ｂ２の関係が成立する。
そこで、Ｘ２＋Ｙ２＝Ａ２（Ａ：Ｘより大きい任意の一定の振幅）の関係が常に成立するように、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅の変化によって第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘが変化したときに、それに応じて、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅ＹをＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように変化させることにより、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂを一定の振幅Ａとすることができる。これにより、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２は、その名の通り振幅が一定の定包絡線信号になる。
例えば、図４に示すように、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅が小さくなることにより第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘが小さくなったときには、それに応じて、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように大きくなる。これによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂを変化させないで一定に保つことができる。
このようにして、本実施形態に係る電力増幅回路における定包絡線信号生成回路２０は、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉを第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の２つの定包絡線信号に変換することができる。なお、このようにして生成した第１定包絡線信号Ｓｄ１と第２定包絡線信号Ｓｄ２とをベクトル加算すると元の包絡線変動を有する入力信号Ｓｉになることは図３および図４からも明らかであり、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉが第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２からなる２つの定包絡線信号に正確に分解されていることがわかる。実際には、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉから変換用基本信号Ｓｂも取り出されるため、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘが、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅の１／２よりも小さくなり、その結果として、第１定包絡線信号Ｓｄ１と第２定包絡線信号Ｓｄ２とをベクトル加算した信号の振幅は、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅よりも小さくなるが、それぞれ増幅される信号なので問題にはならない。
さらに、本例の電力増幅回路における変換信号生成回路３０は、図２に示すように、移相回路６０と、変換用基本信号増幅回路４０と、を含む。移相回路６０は、第１基本信号Ｓａ１よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号Ｓｃ１と、第２基本信号Ｓａ２よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号Ｓｃ２と、を生成するように変換用基本信号Ｓｂの位相を変化させる。変換用基本信号増幅回路４０は、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘに応じて、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように変換用基本信号Ｓｂを増幅する。
またさらに、本例の電力増幅回路における変換用基本信号増幅回路４０は、図２に示すように、振幅検出信号生成回路５０と、減算器４１と、可変利得増幅器４２と、を含む。振幅検出信号生成回路５０は、第１加算器２１から出力される信号Ｓｄ１および第２加算器２２から出力される信号Ｓｄ２の振幅に対応する直流電圧αを有する振幅検出信号Ｓｅを生成する。直流電圧αは信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅の増加に応じて増加し、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅の減少に応じて減少する。例えば、直流電圧αは信号Ｓｄ１および信号Ｓｄ２の振幅に比例する。減算器４１は、直流電圧αよりも大きい任意の直流電圧βを有する参照用信号Ｓｆおよび振幅検出信号Ｓｅが入力されて、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する信号を出力する。減算器４１から出力される信号に基づいて利得制御信号Ｓｇが生成され、可変利得増幅器４２に入力される。可変利得増幅器４２は、利得制御信号Ｓｇに基づいて、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように変換用基本信号Ｓｂを増幅する。
ここで、第１定包絡線信号Ｓｄ１及び第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は参照用信号Ｓｆの直流電圧βの値によって制御することができる。例えば、直流電圧βを大きく設定すると、可変利得増幅器４２に入力される利得制御信号Ｓｇが増加し、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が増加するため、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅が大きくなる。上述したように、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅（Ｘ）と、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅（Ｙ）と、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅（Ｂ）と、の間にはＸ２＋Ｙ２＝Ｂ２の関係が成立するため、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅が大きくなると、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅も大きくなる。このため、直流電圧βを大きく設定すると、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅を大きくすることができる。同様に、直流電圧βを小さく設定すると、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅を小さくすることができる。
さらにまた、本例の電力増幅回路における振幅検出信号生成回路５０では、図２に示すように、第１加算器２１から出力される信号Ｓｄ１または第２加算器２２から出力される信号Ｓｄ２の振幅に対応した振幅を有する２つの同位相信号がミキサ５１に入力される。ミキサ５１からは、第１加算器２１から出力される信号Ｓｄ１または第２加算器２２から出力される信号Ｓｄ２の振幅に対応した直流電圧成分を有する信号が出力される。すなわち、ミキサ５１からの出力信号が有する直流電圧成分は、信号Ｓｄ１または信号Ｓｄ２の振幅の増加に応じて増加し、信号Ｓｄ１または信号Ｓｄ２の振幅の減少に応じて減少する。例えば、ミキサ５１からの出力信号が有する直流電圧成分は、信号Ｓｄ１または信号Ｓｄ２の振幅に比例する。この信号は振幅検出信号Ｓｅの生成に利用される。
本例の電力増幅回路において、包絡線変動を有する入力信号Ｓｉは電力分配器２３によって、互いに振幅および位相が等しい第１分配信号および第２分配信号と、変換用分配信号とに分配され、それぞれ第１基本信号Ｓａ１、第２基本信号Ｓａ２、変換用基本信号Ｓｂとして用いられる。なお、第１基本信号Ｓａ１，第２基本信号Ｓａ２および変換用基本信号Ｓｂの位相は全て包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの位相と等しくされている。そして、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２は第１加算器２１および第２加算器２２にそれぞれ入力される。変換用基本信号Ｓｂは、移相回路６０の一部を構成する移相器６１によって位相をπ／２進められた後に可変利得増幅器４２によって増幅される。その後、変換用基本信号Ｓｂは２分割されて、その一方が第１変換信号Ｓｃ１として第１加算器２１に入力され、他方が移相回路６０の一部を構成する移相器６２によって位相をπ進められた後に第２変換信号Ｓｃ２として第２加算器２２に入力される。
第１加算器２１では第１基本信号Ｓａ１と第１変換信号Ｓｃ１とがベクトル加算されて第１定包絡線信号Ｓｄ１が出力され、第２加算器２２では第２基本信号Ｓａ２と第２変換信号Ｓｃ２とがベクトル加算されて第２定包絡線信号Ｓｄ２が出力される。第１加算器２１から出力された第１定包絡線信号Ｓｄ１は第１増幅器１１に入力されるが、その前に一部が分岐されてさらに２分割されてミキサ５１に入力される。ミキサ５１からは第１定包絡線信号Ｓｄ１の振幅に対応した直流電圧成分を有する信号が出力され、振幅検出信号生成回路５０の振幅検出信号生成用加算器５２に入力される。同様に、第２加算器２２から出力された第２定包絡線信号Ｓｄ２は第２増幅器１２に入力されるが、その前に一部が分岐されてさらに２分割されてミキサ５１に入力される。ミキサ５１からは第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅に対応した直流電圧成分を有する信号が出力され、振幅検出信号生成回路５０の振幅検出信号生成用加算器５２に入力される。
振幅検出信号生成用加算器５２では、入力された第１定包絡線信号Ｓｄ１の振幅に対応した直流電圧成分を有する信号および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅に対応した直流電圧成分を有する信号を加算して振幅検出信号Ｓｅとして減算器４１に出力する。減算器４１では、別途入力された参照用信号Ｓｆから振幅検出信号Ｓｅを減算した信号を出力信号としてローパスフィルタ４３に出力する。ローパスフィルタ４３では第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の周波数の２倍の周波数を含む高周波成分が減衰されて直流電圧成分が殆どを占める出力信号がバッファーアンプ４４に入力される。バッファーアンプ４４では、入力された信号を増幅した後に利得制御信号Ｓｇとして可変利得増幅器４２に出力する。
こうして、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減と逆に増減する利得制御信号Ｓｇの直流電圧成分がバイアス電圧として可変利得増幅器４２に印可される。このため、可変利得増幅器４２の増幅量は第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減と逆に増減される。その結果として、変換用基本信号Ｓｂが可変利得増幅器４２で増幅されて生成される第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅も第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減と逆に増減することになる。このような帰還回路が形成されていることにより、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は一定に保たれ、それぞれ文字通りの定包絡線信号となる。
また、第１増幅器１１は入力された第１定包絡線信号Ｓｄ１を増幅して第１増幅信号Ｓｈ１として出力加算器１３に出力し、第２増幅器１２は入力された第２定包絡線信号Ｓｄ２を増幅して第２増幅信号Ｓｈ２として出力加算器１３に出力する。出力加算器１３は入力された第１増幅信号Ｓｈ１および第２増幅信号Ｓｈ２をベクトル加算して、包絡線変動を有する出力信号Ｓｏを出力する。
このようにして、本例の電力増幅回路は、入力された包絡線変動を有する入力信号Ｓｉを第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２に変換し、それぞれを第１増幅器１１および第２増幅器１２によって高い電力付加効率で増幅した後に、出力加算器１３によって合成することによって、増幅された包絡線変動を有する出力信号Ｓｏを出力することができる。
このような構成を有する本例の電力増幅回路によれば、第１増幅器１１および第２増幅器１２で増幅するのは定包絡線信号であるため、第１増幅器１１および第２増幅器１２として電力付加効率の高い非線形増幅器を用いることができる。このため、包絡線変動を有する信号を高い電力付加効率で増幅することができる。
また、本例の電力増幅回路によれば、複雑な計算を行なうことなく、単に第１基本信号Ｓａ１と第１変換信号Ｓｃ１とをベクトル加算することと、第２基本信号Ｓａ２と第２変換信号Ｓｃ２とをベクトル加算することとによって第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２を生成することができる。このため、定包絡線信号生成回路２０を消費電力の小さい単純なアナログ回路で構成することができるので、電力増幅回路全体の消費電力が小さくなり、電力増幅回路全体として電力付加効率を高くすることができる。
さらに、本例の電力増幅回路では、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅に比例して増減する直流電圧αに応じて、利得制御信号Ｓｇの直流電圧γが直流電圧αの増減とは逆に増減する。また、利得制御信号Ｓｇの直流電圧γの増減に対応して可変利得増幅器４２による変換用基本信号Ｓｂの増幅量が増減することによって、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅Ｙが増減する。このように、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減に応じて、第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅Ｙが第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減とは逆に増減する。これによって第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅を以前と逆に増減させる帰還回路が形成されている。第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の増減の原因となる第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘが変化する速度よりもこの帰還回路の応答速度を充分に速くすることにより、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変化を抑制して文字通りの定包絡線信号にすることができる。このようにして、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２の振幅Ｘと第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅Ｙとの間において常にＹ２＋Ｘ２＝Ａ２（一定）という関係が成立するような第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２を単純なアナログ回路によって生成することができる。
本例の電力増幅回路において、出力加算器１３，第１加算器２１および第２加算器２２等の加算器としては、例えば、イメージ抑圧型ダブルバランスミキサ等を用いることができる。また、減算器４１としては、例えば、オペアンプ等を用いることができる。
なお、以上の説明では、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２を入力信号Ｓｉと同じ位相の信号としたが、第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２は入力信号Ｓｉと所定の位相関係を有する信号であればよい。例えば、第１基本信号Ｓａ１は入力信号Ｓｉと同じ位相の信号とし、第２基本信号Ｓａ２は入力信号Ｓｉよりπだけ位相が進められた信号としてもよい。すなわち、入力信号Ｓｉから分配された第１分配信号を第１基本信号Ｓａ１とし、入力信号Ｓｉから分配された第２分配信号の位相をπだけ進めた信号を第２基本信号Ｓａ２としてもよい。この場合、電力分配器２３と、第２分配信号の位相をπだけ進めるための移相器と、が「基本信号生成回路」に相当する。また、この場合、移相器６２は省略することができる。さらに、この場合、第２加算器２２からの出力信号の位相をπだけ進めた後（すなわち、第２加算器２２からの出力信号の位相を第２基本信号Ｓａ２と入力信号Ｓｉとの位相関係に基づいて変化させた後）、その信号を第２定包絡線信号Ｓｄ２として出力するようにしてもよい。または、第２加算器２２から出力される信号をそのままの位相で第２定包絡線信号Ｓｄ２として出力し、第２増幅器２２による増幅後の信号の位相をπだけ進めるようにしてもよい（すなわち、第２増幅器２２による増幅後の信号の位相を第２基本信号Ｓａ２と入力信号Ｓｉとの位相関係に基づいて変化させるようにしてもよい）。あるいは、第２加算器２２からの出力信号をそのままの位相で第２定包絡線信号Ｓｄ２として出力し、かつ、第２増幅器２２による増幅後の信号をそのままの位相で出力加算器１３に入力し、出力加算器１３からの出力信号の位相をπ／２だけ遅らせた後（すなわち、出力加算器１３からの出力信号の位相を第２基本信号Ｓａ２と入力信号Ｓｉとの位相関係に基づいて変化させた後）、出力信号Ｓｏとして出力するようにしてもよい。このようにしても、増幅された包絡線変動を有する出力信号Ｓｏを得ることができる。
なお、本実施の形態のように第１基本信号Ｓａ１および第２基本信号Ｓａ２が入力信号Ｓｉと同じ位相の信号になっていると、第１加算器２１または第２加算器２２からの出力信号、第１増幅器１１または第２増幅器１２による増幅後の信号や、出力加算器１３からの出力信号の位相を変化させる必要がなくなるので、好適である。
（実施の形態の第２の例）
図５は本発明の電力増幅回路の実施の形態の他の例を模式的に示す回路図である。なお、第１の例と同様の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。
まず、本実施の形態に係る電力増幅回路によって解決される課題について説明する。入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さい場合、振幅が比較的大きい場合に比べて、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２を満足する第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２の振幅（Ｙ）は大きくなるため、変換用基本信号Ｓｂをより増幅しなければならなくなる。このため、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなると、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が不足することに起因して、Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２を満足する第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２を生成できなくなる状態になってしまう場合がある。図６および図７はこの状態について説明するための図である。図６および図７に示すように、上記の状態になると、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅がそれらの信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の間の位相差を一定の角度に保ったまま小さくなっていく現象が発生する。すなわち、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が定包絡線信号にならなくなってしまう。
図５に示すように、本実施の形態に係る電力増幅回路は利得増加回路１００を含む点で第１の例とは異なる。利得増加回路１００はミキサ１０１（第２の振幅検出信号生成回路）とローパスフィルタ１０２と減算器１０３（第２の減算器）と加算器１０４とを含む。本例の電力増幅回路では入力信号Ｓｉから信号Ｓｊも分配される。信号Ｓｊは２分割されてミキサ１０１に入力される。ミキサ１０１は信号Ｓｊの振幅に対応した直流電圧Ｖａを含む信号Ｓｋ（第２の振幅検出信号）を出力する。直流電圧Ｖａは信号Ｓｊの振幅の増加に応じて増加し、信号Ｓｊの振幅の減少に応じて減少する。例えば、直流電圧Ｖａは信号Ｓｊの振幅に比例する。ローパスフィルタ１０２では高周波成分が減衰され、直流電圧成分が殆どを占める信号が減算器１０３に入力される。減算器１０３には、ローパスフィルタ１０２によって高周波成分が減衰された信号Ｓｋと、所定の直流電圧Ｖｂを有する参照用信号Ｓｍ（第２の参照用信号）と、が入力される。減算器１０３はＶｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号Ｓｎを出力する。Ｖａ＜Ｖｂである場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合）、信号Ｓｎの直流電圧Ｖｃは入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて大きくなる。なお、Ｖａ≧Ｖｂである場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅以上である場合）、信号Ｓｎの直流電圧Ｖｃは０になる。加算器１０４には、直流電圧γを有する信号がバッファーアンプ４４によって増幅されてなる信号Ｓｐと、直流電圧Ｖｃを有する信号Ｓｎと、が入力される。加算器１０４は、信号Ｓｐ，Ｓｎを加算してなる信号を利得制御信号Ｓｇとして可変利得増幅器４２に入力する。
本実施の形態に係る電力増幅回路では、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合（すなわちＶａ＜Ｖｂの場合）、可変利得増幅器４２に供給される利得制御電圧がＶｃ（Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖａ）だけ増加され、底上げされる。その結果として、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が大きくなる。本実施の形態に係る電力増幅回路によれば、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が不足しないように図ることが可能になる。その結果、上述したような現象が発生し難くなり、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が定包絡線信号となるように担保することが可能になる。例えば、利得増加回路１００が設けられていない状態では、上述したような現象が入力信号Ｓｉの振幅がある振幅Ｘａ以下になると発生すると仮定する。この場合、利得増加回路１００を設けることによって、入力信号Ｓｉの振幅が振幅Ｘａよりも小さい振幅Ｘｂになると上述の現象が発生するようになり、入力信号Ｓｉの振幅がＸｂになるまで上述の現象が発生しないようになる。なお、本実施の形態に係る電力増幅回路では、上述したような現象が発生する入力信号Ｓｉの振幅を、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂの値を調整することによって制御できるようになる。例えば、入力信号Ｓｉの振幅が所望の振幅になった場合に上述の現象が発生するようにする設定することも可能である。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂの値を大きな値とすることによって、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなっても上述の現象が発生しないように設定することも可能である。
（実施の形態の第３の例）
図８は本発明の電力増幅回路の実施の形態の他の例を模式的に示す回路図である。なお、本例においては前述した第１の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の参照符号を用いて重複する説明を省略する。
本例の電力増幅回路は、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の一部が入力されて参照用信号Ｓｆが出力される参照用信号制御回路４５を備えている。
本例の電力増幅回路によれば、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の一部をそれぞれ分岐させて参照用信号制御回路４５に入力し、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変動幅を確認した上で参照用信号Ｓｆの直流電圧βを決定することができるようになる。上述のように、第１定包絡線信号Ｓｄ１及び第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は入力信号Ｓｉの振幅の変化に応じて変化する。また、直流電圧βの値によって第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が制御される。このため、参照用信号制御回路４５は入力信号Ｓｉの振幅に基づいて第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅を制御する回路ということができる。参照用信号制御回路４５を備えることによって、電源電圧や包絡線変動を有する入力信号Ｓｉの振幅が大きく異なる複数のシステムにおいても参照用信号Ｓｆの直流電圧βを最適化でき、より汎用性の高い電力増幅回路を得ることができる。
（実施の形態の第３−１の例）
第２の例において解決される課題は、図８に示す電力増幅回路（参照用信号制御回路４５）によって解決することもできる。この場合の参照用信号制御回路４５は、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅よりも小さい場合、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを増加させる。例えば、参照用信号制御回路４５は、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅よりも小さい場合において、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて徐々に大きくしていく。上述したように、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する信号に応じた利得制御信号Ｓｇが可変利得増幅器４２に入力される。このため、参照用信号Ｓｆが有する直流電圧βが大きくなると、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が大きくなる。
この場合の参照用信号制御回路４５によれば、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅よりも小さい場合、変換用分配信号Ｓｂを増幅する際の利得がより大きくなるように制御される。このため、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が不足しないように図ることが可能になる。その結果として、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が定包絡線信号となるように担保することが可能になる。
（実施の形態の第３−２の例）
図８に示す電力増幅回路（参照用信号制御回路４５）によれば、下記に説明するような課題も解決することができる。第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の間で振幅の差異が生じると、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２をベクトル加算することによって生成される出力信号Ｓｏと、入力信号Ｓｉと、の間に位相差が生じてしまう。この位相誤差は第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の間の位相差が大きいほど大きくなる。すなわち、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の間の位相差が比較的大きい場合には、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の間の振幅の差異が比較的小さかったとしても、出力信号Ｓｏの位相誤差が比較的大きくなってしまう。上述したように、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の間の位相差は大きくなり、１８０度に近づいていく。このため、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さい場合には出力信号Ｓｏの位相誤差が比較的大きくなってしまう。例えば、ダイナミックレンジの大きい変調方式に則った信号の増幅を行う場合には上記の課題を解決する必要がある。
図９および図１０は上記の課題を解決するための参照用信号制御回路４５の動作について説明するための図である。参照用信号制御回路４５は、図９に示すように、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて参照用信号Ｓｆの直流電圧βが段階的に小さくなるように、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御する。図９に示す例では、入力信号Ｓｉの振幅がＸ１以上である場合、参照用信号制御回路４５は参照用信号Ｓｆの直流電圧βをＶ１に設定する。また、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２以上であってＸ１未満である場合、参照用信号制御回路４５は参照用信号Ｓｆの直流電圧βをＶ１よりも小さいＶ２に設定する。この場合の第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は、入力信号Ｓｉの振幅がＸ１以上である場合よりも小さくなる。また、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２未満である場合、参照用信号制御回路４５は参照用信号Ｓｆの直流電圧βをＶ２よりも小さいＶ３に設定する。この場合の第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２以上である場合よりも小さくなる。このように、この場合の参照用信号制御回路４５によれば、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなる。図１０に示すように、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が小さくなると（図１０におけるＳｄ１ａ，Ｓｄ２ａ）、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が大きい場合（図１０におけるＳｄ１ｂ，Ｓｄ２ｂ）に比べて、第１定包絡線信号Ｓｄ１と第２定包絡線信号Ｓｄ２との間の位相差が小さくなる。したがって、この場合の参照用信号制御回路４５によれば、第１定包絡線信号Ｓｄ１と第２定包絡線信号Ｓｄ２との間の位相差が大きくならないように制御することが可能になり、出力信号Ｓｏの位相誤差の軽減を図ることが可能になる。
なお、この場合の参照用信号制御回路４５は、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２を増幅する際の動作点が第１増幅器１１および第２増幅器１２の飽和領域となるように、第１増幅器１１および第２増幅器１２を制御する。すなわち、参照用信号制御回路４５は、参照用信号Ｓｆが有する直流電圧βの変化（言い換えれば、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変化）に同期して、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧や等価ゲート幅を制御する。この場合、例えば、複数の増幅器を並列に接続することによって第１増幅器１１を構成する。第２増幅器１２も同様に構成する。そして、参照用信号制御回路４５は、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変化に同期して、第１増幅器１１および第２増幅器１２に含まれる複数の増幅器を選択的にオン／オフすることによって、第１増幅器１１および第２増幅器１２の等価ゲート幅を制御する。こうすれば、高い電力付加効率での増幅を担保することが可能になる。
ここでは、入力信号Ｓｉの振幅に基づいて参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御することによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにした。しかしながら、変換用基本信号Ｓｂを増幅するためのループ部分の利得を入力信号Ｓｉの振幅に基づいて制御することによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにしてもよい。例えば、第１加算器２１、第２加算器２２、減算器４１、可変利得増幅器４２、バッファーアンプ４４、ミキサ５１のうちの少なくとも一つの利得を入力信号Ｓｉの振幅に基づいて制御することによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにしてもよい。なお、本実施の形態のように、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御する方法を採用すると、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるのに応じて第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにすることを比較的簡易に実現できるようになるため、好適である。
（実施の形態の第４の例）
図８に示す参照用信号制御回路４５では、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２から分岐された信号に基づいて、入力信号Ｓｉの振幅の大きさを検出するようにしたが、入力信号Ｓｉから分配された信号に基づいて、入力信号Ｓｉの振幅の大きさを検出するようにしてもよい。図１１はその場合の電力増幅回路を示す回路図である。なお、図１１に示す電力増幅回路（参照用信号制御回路４５ａ）は、第２の例および第３−１の例によって解決される課題と同じ課題を解決するための構成を有している。以下、参照用信号制御回路４５ａの動作について説明する。なお、第１の例と同様の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、この場合の参照用信号制御回路４５ａはミキサ１１１（第２の振幅検出信号生成回路）とローパスフィルタ１１２と減算器１１３（第２の減算器）と減算器１１４とカレントミラー回路１１５とを含む。この場合の電力増幅回路では入力信号Ｓｉから信号Ｓｊも分配される。信号Ｓｊは２分割されてミキサ１１１に入力される。ミキサ１１１は信号Ｓｊの振幅に対応した直流電圧Ｖａを有する信号Ｓｋ（第２の振幅検出信号）を出力する。すなわち、直流電圧Ｖａは信号Ｓｊの振幅の増加に応じて増加し、信号Ｓｊの振幅の減少に応じて減少する。例えば、直流電圧Ｖａは信号Ｓｊの振幅に比例する。ローパスフィルタ１１２では高周波成分が減衰され、直流電圧成分が殆どを占める信号が出力される。減算器１１３には、ローパスフィルタ１１２によって高周波成分が減衰された信号Ｓｋと、所定の直流電圧Ｖｂを有する参照用信号Ｓｍ（第２の参照用信号）と、が入力される。減算器１１３はＶｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号Ｓｎを出力する。Ｖａ＜Ｖｂである場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合）、信号Ｓｎの直流電圧Ｖｃは入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて大きくなる。なお、Ｖａ≧Ｖｂである場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅以上である場合）、信号Ｓｎの直流電圧Ｖｃは０になる。
減算器１１４には、直流電圧Ｖｃを有する信号Ｓｎが減算器１１３から入力され、直流電圧Ｖｄを有する参照用信号Ｓｑが例えばサンプルホールド回路（図示せず）から入力される。減算器１１４はＶｅ＝Ｖｄ−Ｖｃを満たす直流電圧Ｖｅを有する信号Ｓｒをカレントミラー回路１１５に出力する。カレントミラー回路１１５のＦＥＴ１１６には、定電流源１１８に起因する電流ｉと、直流電圧Ｖｅが印加されることに起因する電流Δｉと、の和の電流ｉ＋Δｉが流れる。そして、もう一方のＦＥＴ１１７にも電流ｉ＋Δｉが流れる。そして、Ｖｇ＝Ｖｆ−（ｉ＋Δｉ）＊Ｒａを満たす直流電圧Ｖｇを有する信号Ｓｔが利得制御信号としてバッファーアンプ４４に入力される。なお、バッファーアンプ４４は利得可変可能に構成されている。また、β＝Ｖｆ−（ｉ＋Δｉ）＊（Ｒａ＋Ｒｂ）を満たす直流電圧βを有する参照用信号Ｓｆが減算器４１に入力される。
参照用信号制御回路４５ａでは、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合（すなわちＶａ＜Ｖｂの場合）、カレントミラー回路１１５に供給される信号Ｓｒの直流電圧Ｖｅは小さくなり、カレントミラー回路１１５に流れる電流も小さくなる。その結果、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合（すなわちＶａ＜Ｖｂの場合）、バッファーアンプ４４に利得制御信号として供給される信号Ｓｔの直流電圧Ｖｇや、減算器４１に供給される参照用信号Ｓｆの直流電圧βは大きくなる。このため、可変利得増幅器４２に供給される利得制御信号Ｓｇは大きくなり、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が大きくなる。したがって、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得が不足しないように図ることが可能になる。その結果として、入力信号Ｓｉの振幅が比較的小さくなっても、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が定包絡線信号となるように担保することが可能になる。なお、参照用信号Ｓｍが有する直流電圧Ｖｂや、参照用信号Ｓｑが有する直流電圧Ｖｄを調整することによって、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得の底上げを開始するタイミングや、変換用基本信号Ｓｂを増幅する際の利得の増加量を調整することができる。
（実施の形態の第５の例）
図１２に示す電力増幅回路も、入力信号Ｓｉから分配された信号に基づいて入力信号Ｓｉの振幅の大きさを検出する場合の例である。なお、図１２に示す電力増幅回路（参照用信号制御回路４５ｂ）は、第３−２の例によって解決される課題と同じ課題を解決するための構成を有している。以下、参照用信号制御回路４５ｂの動作について説明する。なお、第１の例と同様の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。また、図１２に示す電力増幅回路は、第２の例（図５）と同様の利得増加回路１００を含んでいる。
図１２に示すように、この場合の参照用信号制御回路４５ｂはミキサ１０１ａ（第２の振幅検出信号生成回路）とローパスフィルタ１０２ａと減算器１０３ａ（第２の減算器）と制御回路１２０とを含む。下記に説明するように、ミキサ１０１ａ、ローパスフィルタ１０２ａ及び減算器１０３ａは、利得増加回路１００に含まれるミキサ１０１、ローパスフィルタ１０２及び減算器１０３と類似の動作を行う。この場合の電力増幅回路では入力信号Ｓｉから信号Ｓｕがさらに分配される。信号Ｓｕは２分割されてミキサ１０１ａに入力される。ミキサ１０１ａは信号Ｓｕの振幅に対応した直流電圧Ｖａ’を有する信号Ｓｖ（第２の振幅検出信号）を出力する。すなわち、直流電圧Ｖａ’は信号Ｓｕの振幅の増加に応じて増加し、信号Ｓｕの振幅の減少に応じて減少する。例えば、直流電圧Ｖａ’は信号Ｓｕの振幅に比例する。ローパスフィルタ１０２ａでは高周波成分が減衰され、直流電圧成分が殆どを占める信号が出力される。減算器１０３ａには、ローパスフィルタ１０２ａによって高周波成分が減衰された信号Ｓｖと、所定の直流電圧Ｖｂ’を有する参照用信号Ｓｗ（第２の参照用信号）と、が入力される。減算器１０３ａはＶｃ’＝Ｖｂ’−Ｖａ’を満たす直流電圧Ｖｃ’を有する信号Ｓｘを出力する。Ｖａ’＜Ｖｂ’である場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅より小さい場合）、信号Ｓｘの直流電圧Ｖｃ’は入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて大きくなる。なお、Ｖａ’≧Ｖｂ’である場合（すなわち入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅以上である場合）、信号Ｓｘの直流電圧Ｖｃ’は０になる。減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘは制御回路１２０に入力される。
制御回路１２０は、減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御する。制御回路１２０は、図９に示すように、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて参照用信号Ｓｆの直流電圧βが段階的に小さくなるように、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御する。図１３は、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御するための構成の一例を示す図である。図１３に示すように、制御回路１２０は分圧回路１２１とサンプルホールド回路１２２と電圧比較回路１２３と加算回路１２６とを含む。分圧回路１２１は、信号Ｓｘとして入力された直流電圧Ｖｃ’を分割し、電圧Ｖｃ１（Ｖｃ１＝２＊Ｖｃ’／３）と、電圧Ｖｃ２（Ｖｃ２＝Ｖｃ’／３）と、を電圧比較回路１２３に出力する。
電圧比較回路１２３は第１コンパレータ１２４と第２コンパレータ１２５とを含む。第１コンパレータ１２４は、分圧回路１２１から出力される電圧Ｖｃ１と、サンプルホールド回路１２２から入力される基準電圧Ｖｒｅｆと、を比較し、その比較結果を示す電圧Ｖｏ１を出力する。電圧Ｖｃ１が基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合、第１コンパレータ１２４はＨレベルの電圧（Ｖｈｉｇｈ）を出力し、電圧Ｖｃ１が基準電圧Ｖｒｅｆより高くない場合、第１コンパレータ１２４はＬレベルの電圧（Ｖｌｏｗ）を出力する。ここでは、Ｈレベルの電圧（Ｖｈｉｇｈ）を０Ｖより大きい所定電圧（例えば電源電圧）とし、Ｌレベルの電圧（Ｖｌｏｗ）を０Ｖとする。第２コンパレータ１２５は、分圧回路１２１から出力される電圧Ｖｃ２と、サンプルホールド回路１２２から入力される基準電圧Ｖｒｅｆと、を比較し、その比較結果を示す電圧Ｖｏ２を出力する。電圧Ｖｃ２が基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合、第２コンパレータ１２５はＨレベルの電圧（Ｖｈｉｇｈ）を出力し、電圧Ｖｃ２が基準電圧Ｖｒｅｆより高くない場合、第２コンパレータ１２５はＬレベルの電圧（Ｖｌｏｗ）を出力する。
加算回路１２６には第１コンパレータ１２４及び第２コンパレータ１２５からの出力電圧Ｖｏ１およびＶｏ２が入力される。なお、図１３において加算回路１２６に含まれる３つの抵抗は同じ抵抗値を有する。このため、加算回路１２６は、第１コンパレータ１２４及び第２コンパレータ１２５からの出力電圧Ｖｏ１およびＶｏ２の和をオフセット電圧Ｖｏｆｆから減じた電圧を有する信号を出力する。この信号は参照用信号Ｓｆとして減算器４１に入力される。すなわち、直流電圧（Ｖｏｆｆ−（Ｖｏ１＋Ｖｏ２））を有する参照用信号Ｓｆが減算器４１に入力される。
図１４に示すように、Ｖｃ１およびＶｃ２がともに基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くない場合（すなわち、第１コンパレータ１２４および第２コンパレータ１２５からＬレベルの電圧が入力される場合）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βはＶｏｆｆに設定される。また、Ｖｃ１が基準電圧Ｖｒｅｆより高く、かつ、Ｖｃ２が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くない場合（すなわち、第１コンパレータ１２４からＨレベルの電圧が入力され、かつ、第２コンパレータ１２５からＬレベルの電圧が入力される場合）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βは（Ｖｏｆｆ−Ｖｈｉｇｈ）に設定される。さらに、Ｖｃ１およびＶｃ２がともに基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合（すなわち、第１コンパレータ１２４および第２コンパレータ１２５からＨレベルの電圧が入力される場合）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βは（Ｖｏｆｆ−２＊Ｖｈｉｇｈ）に設定される。
例えば、入力信号Ｓｉの振幅がＸ１以上となる場合にＶｃ１およびＶｃ２がともにＶｒｅｆ以下となり、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２以上Ｘ１未満となる場合にＶｃ１がＶｒｅｆより高く、かつ、Ｖｃ２がＶｒｅｆ以下となり、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２未満となる場合にＶｃ１およびＶｃ２がともにＶｒｅｆより高くなるように、基準電圧Ｖｒｅｆ等を設定すれば、図９に示すような動作が実現される。
このように、図１３に示す構成によれば、信号Ｓｘとして入力された直流電圧Ｖｃ’が大きくなるにつれて（すなわち、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βは段階的に小さくなる。その結果、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなる。
また制御回路１２０は、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２を増幅する際の動作点が第１増幅器１１および第２増幅器１２の飽和領域となるように、第１増幅器１１および第２増幅器１２を、減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて制御する。すなわち、制御回路１２０は、参照用信号Ｓｆが有する直流電圧βの変化（言い換えれば、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変化）に同期して、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧や等価ゲート幅を制御する。第１増幅器１１および第２増幅器１２の等価ゲート幅を制御するための構成は、例えば、下記のような構成によって実現される。すなわち、複数の増幅器を並列に接続することによって第１増幅器１１を構成する。第２増幅器１２も同様に構成する。そして、制御回路１２０は、参照用信号Ｓｆが有する直流電圧βの変化（第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅の変化）に同期して、第１増幅器１１に含まれる複数の増幅器を選択的にオン／オフすることによって第１増幅器１１の等価ゲート幅を制御し、同様に、第２増幅器１２に含まれる複数の増幅器を選択的にオン／オフすることによって第２増幅器１２の等価ゲート幅を制御する。また、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧を制御するための構成は、例えば、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて制御するための構成（図１３参照）と同様の構成によって実現される。なお、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧を制御するための構成は、第３−２の例の参照用信号制御回路４５においても同様の構成を用いることができる。
さらに制御回路１２０は、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂを減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて制御する。制御回路１２０は、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを段階的に小さくするのに同期して参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂが段階的に小さくなるように、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂを制御する。参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂを減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて制御するための構成は、例えば、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて制御するための構成（図１３参照）と同様の構成によって実現される。
図１２および図１３に示す電力増幅回路によれば、下記に説明するような動作が実現される。
例えば、入力信号Ｓｉの振幅が所定の振幅Ｘ１以上である場合（すなわち、Ｖｃ１およびＶｃ２がともにＶｒｅｆ以下になる場合）には、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを所定の電圧Ｖ１に設定する。この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅は所定の振幅Ｂ１になる。また、この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂ１に合うように（すなわち、動作点が飽和領域となるように）、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧または等価ゲート幅も制御される。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂは、「入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく」という現象が、入力信号Ｓｉの振幅がＸ１未満となった場合に発生するように設定される。
上記のように設定された状態で入力信号Ｓｉの振幅がＸ１未満になると、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく。この場合、制御回路１２０は、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が所定の振幅Ｂ２（Ｂ２＜Ｂ１）になると、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅がＢ２で一定となるように（信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が振幅Ｂ２の定包絡線信号となるように）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを所定の電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定する。なお、この場合、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅がＢ１からＢ２へと徐々に変化することになるため、変調信号の連続性が担保される。また、この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂ２に合うように（すなわち、動作点が飽和領域となるように）、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧または等価ゲート幅も制御される。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂは、「入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく」という現象が、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２（Ｘ２＜Ｘ１）未満となった場合に発生するように設定される。
上記のように設定された状態で入力信号Ｓｉの振幅がＸ２未満になると、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく。この場合、制御回路１２０は、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が所定の振幅Ｂ３（Ｂ３＜Ｂ２）になると、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅がＢ３で一定となるように（信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が振幅Ｂ３の定包絡線信号となるように）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを所定の電圧Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ２）に設定する。なお、この場合、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅がＢ２からＢ３へと徐々に変化することになるため、変調信号の連続性が担保される。また、この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂ３に合うように（すなわち、動作点が飽和領域となるように）、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧または等価ゲート幅も制御される。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂは、「入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく」という現象が、入力信号Ｓｉの振幅がＸ３（Ｘ３＜Ｘ２）未満となった場合に発生するように設定される。
上記のように設定された状態で入力信号Ｓｉの振幅がＸ２以上になると、制御回路１２０は、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が所定の振幅値Ｂ２で一定となるように（信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が振幅Ｂ２の定包絡線信号となるように）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βをＶ２に更新する。なお、この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂ２に合うように（すなわち、動作点が飽和領域となるように）、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧または等価ゲート幅も制御される。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂは、「入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく」という現象が、入力信号Ｓｉの振幅がＸ２未満となった場合に発生するように設定される。
上記のように設定された状態で入力信号Ｓｉの振幅がＸ１以上になると、制御回路１２０は、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が所定の振幅値Ｂ１で一定となるように（信号Ｓｄ１，Ｓｄ２が振幅Ｂ１の定包絡線信号となるように）、参照用信号Ｓｆの直流電圧βをＶ１に更新する。なお、この場合、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅Ｂ１に合うように（すなわち、動作点が飽和領域となるように）、第１増幅器１１および第２増幅器１２のゲート電圧または等価ゲート幅も制御される。また、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂは、「入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるにつれて、第１加算器２１および第２加算器２２からの出力信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の振幅が、信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の位相差を一定に保ったままの状態で小さくなっていく」という現象が、入力信号Ｓｉの振幅がＸ１未満となった場合に発生するように設定される。
図１２に示す電力増幅回路によれば、第３−２の例と同様、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなっても、第１定包絡線信号Ｓｄ１と第２定包絡線信号Ｓｄ２との間の位相差が大きくなりすぎないように制御することが可能になる。すなわち、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなっても出力信号Ｓｏの位相誤差を低く抑えることが可能になる。その結果として、ダイナミックレンジの大きい変調方式に則った信号の増幅も好適に行えるようになる。また、高い電力付加効率での増幅も担保される。
また、図１２に示す電力増幅回路においても、第３−２の例と同様、変換用基本信号Ｓｂを増幅するためのループ部分の利得を入力信号Ｓｉの振幅に基づいて制御することによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにしてもよい。例えば、第１加算器２１、第２加算器２２、減算器４１、可変利得増幅器４２、バッファーアンプ４４、ミキサ５１のうちの少なくとも一つの利得を入力信号Ｓｉの振幅に基づいて制御することによって、第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにしてもよい。なお、本実施の形態のように、参照用信号Ｓｆの直流電圧βを制御する方法を採用すると、入力信号Ｓｉの振幅が小さくなるのに応じて第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が段階的に小さくなるようにすることを比較的簡易に実現できるようになるため、好適である。
また、ここでは、減算器１０３ａからの出力信号Ｓｘに基づいて、参照用信号Ｓｆの直流電圧β、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂ、第１増幅器１１や第２増幅器を制御するようにしたが、例えばミキサ１０１ａからの出力信号Ｓｖに基づいて、参照用信号Ｓｆの直流電圧β、参照用信号Ｓｍの直流電圧Ｖｂ、第１増幅器１１や第２増幅器を制御するようにしてもよい。なお例えば、ローパスフィルタ１０２によって高周波成分が減衰された信号Ｓｋが減算器１０３と減算器１０３ａとに対して分配されるようにしてもよい。この場合、ミキサ１０１ａ及びローパスフィルタ１０２ａは省略することができる。
（実施の形態の第６の例）
図１５は本発明の電力増幅回路の実施の形態の他の例を模式的に示す回路図である。なお、本例においては前述した第１の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の参照符号を用いて重複する説明を省略する。
本例の電力増幅回路は、第１定包絡線信号Ｓｄ１の一部が入力されるミキサ５１からの出力信号の一部が第２加算器２２のドライブ電流に加算され、第２定包絡線信号Ｓｄ２の一部が入力されるミキサ５１からの出力信号の一部が第１加算器２１のドライブ電流に加算される構成とされている。
本例の電力増幅回路によれば、第１定包絡線信号Ｓｄ１の振幅が増加すると第２加算器２２からの出力信号の振幅が大きくなり、第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅が増加すると第１加算器２１からの出力信号の振幅が大きくなる。その結果、第１加算器２１および第２加算器２２の性能のバラツキ等によって第１定包絡線信号Ｓｄ１の振幅と第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅との間に差異が生じた場合に、その差異を減少させることができる。
（実施の形態の第７の例）
図１６は本発明の電力増幅回路を２つ用いて複合増幅回路を構成した例を模式的に示すブロック図である。
本例の複合増幅回路は、直交信号生成回路９０と、２つの電力増幅回路１０と、合成回路９１と、を備えている。直交信号生成回路９０は、包絡線変動を有する入力信号Ｓを２つの包絡線変動を有する直交信号ＩおよびＱに変換する。電力増幅回路１０は本発明の実施形態に係る電力増幅回路であり、包絡線変動を有する直交信号ＩまたはＱをそれぞれ２つの定包絡線信号に変換して増幅した後に再び合成することによって、増幅された包絡線変動を有する直交信号Ｉ’またはＱ’を出力する。合成回路９１は、増幅された包絡線変動を有する直交信号Ｉ’およびＱ’を合成して包絡線変動を有する出力信号Ｓ’を合成する。
本例の複合増幅回路によれば、通信機において多く用いられているＩＱ信号をそのまま利用して増幅を行うことができる。
（実施の形態の第８の例）
図１７は本発明の電力増幅回路を用いて送信機を構成した例を模式的に示すブロック図である。
本発明の送信機は、送信回路９５に本発明の電力増幅回路１０を介してアンテナ９６が接続されている。
本発明の送信機によれば、送信回路からの包絡線変動を有する送信信号を消費電力が小さく電力付加効率が高い本発明の電力増幅回路１０によって増幅することができるので、消費電力が小さく送信時間が長い送信機を得ることができる。
（実施の形態の第９の例）
図１８は本発明の電力増幅回路を用いて無線通信機を構成した例を模式的に示すブロック図である。
本発明の無線通信機は、送信回路９５に本発明の電力増幅回路１０を介してアンテナ９６が接続されており、アンテナに受信回路９７が接続されている。また、アンテナ９６と送信回路９５および受信回路９７との間には送受信を切り替えるスイッチ回路９８が挿入されている。
本発明の無線通信機によれば、送信回路からの包絡線変動を有する送信信号を消費電力が小さく電力付加効率が高い本発明の電力増幅回路１０によって増幅することができるので、消費電力が小さく通信時間が長い無線通信機を得ることができる。
（変形例）
本発明は前述した実施の形態の第１〜第９の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
例えば、前述した実施の形態の例においては、ローパスフィルタ４３およびバッファーアンプ４４を用いた例を示したが、これらに代えてオペアンプを使用するようにしても構わない。
また、前述した実施の形態の例においては、変換用分配信号Ｓｂは、移相回路６０の一部を構成する移相器６１によって位相をπ／２進められた後に可変利得増幅器４２によって増幅される。可変利得増幅器４２によって増幅された信号は２分割されて、その一方が第１変換信号Ｓｃ１として第１加算器２１に入力され、他方が移相回路６０の一部を構成する移相器６２によって位相をπ進められた後に第２変換信号Ｓｃ２として第２加算器２２に入力されるようにした。しかしながら、例えば、変換用分配信号Ｓｂが移相器によって位相をπ／２進められた後に２分割されるようにしてもよい。そして、その一方が移相器によって位相をπ進められた後に、それぞれが可変利得増幅器によって増幅されることにより第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２が生成されるようにしても構わない。
さらに、前述した実施の形態の例においては、ミキサ５１を使用して第１定包絡線信号Ｓｄ１および第２定包絡線信号Ｓｄ２の振幅を検出したが、ミキサ５１の代わりに、例えば、ダイオード検波器を使用しても構わない。
またさらに、前述した実施の形態の例においては、移相回路６０として位相をπ／２進める移相器６１と位相をπ進める移相器６２とを使用したが、例えば、可変利得増幅器４２から差動信号を出力するようにすれば位相をπ進める移相器６２を省略することができる。また、包絡線変動を有する入力信号Ｓiを第１の電力分配器を用いて第１分配信号Ｓａ１，第２分配信号Ｓａ２に分配した後に、さらに第２および第３の電力分配器によってそれぞれから第１および第２の変換用分配信号を取り出すようにしてもよい。その後、一方は位相をπ／２進ませ、他方は位相をπ／２遅らせて、それぞれを第１および第２の可変利得増幅器によって増幅することによって第１変換信号Ｓｃ１および第２変換信号Ｓｃ２を生成するようにしても構わない。このような場合には第１〜第３の電力分配器が本発明の実施形態における電力分配器２３に相当する。このように、具体的な回路としては種々のバリエーションが可能である。

Claims (8)

  1. 包絡線変動を有する入力信号を互いに振幅が等しく位相が異なる第１定包絡線信号および第２定包絡線信号に変換してそれぞれ出力する定包絡線信号生成回路と、
    前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１増幅器と、
    前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を出力する第２増幅器と、
    前記第１増幅信号および前記第２増幅信号に基づいて、増幅された包絡線変動を有する出力信号を出力する出力加算器と、を含む電力増幅回路であって、
    前記定包絡線信号生成回路は、
    包絡線変動を有する前記入力信号から、互いに振幅および位相が等しく前記入力信号と所定の位相関係を有する第１基本信号および第２基本信号と、前記第１基本信号および前記第２基本信号と一定の位相関係を有する変換用基本信号と、を生成する電力分配器を含み、前記第１基本信号および前記第２基本信号と、前記変換用基本信号と、を前記入力信号から生成する基本信号生成回路と、
    Ｙ２＝Ａ２−Ｘ２（Ｘ：第１基本信号および第２基本信号の振幅、Ａ：Ｘよりも大きい任意の一定な振幅）を満足する振幅Ｙを有し、前記第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、前記振幅Ｙを有し、前記第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を前記変換用基本信号に基づいて生成する変換信号生成回路と、
    前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって前記第１定包絡線信号を生成する第１加算器と、
    前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって前記第２定包絡線信号を生成する第２加算器と、を含み、
    前記第１加算器から出力される前記第１定包絡線信号を出力し、前記第２加算器から出力される前記第２定包絡線信号を出力し、
    前記変換信号生成回路は、
    前記第１基本信号よりもπ／２だけ位相が進んでいる第１変換信号と、前記第２基本信号よりもπ／２だけ位相が遅れている第２変換信号と、を生成するように前記変換用基本信号の位相を変化させる移相回路と、
    前記第１基本信号および前記第２基本信号の振幅Ｘに基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ ２ ＝Ａ ２ −Ｘ ２ を満たすように前記変換用基本信号を増幅する変換用基本信号増幅回路と、を含み、
    前記変換用基本信号増幅回路は、
    前記第１基本信号および前記第１変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、前記第２基本信号および前記第２変換信号をベクトル加算することによって得られる信号と、の振幅に対応する直流電圧αを有する振幅検出信号を生成する振幅検出信号生成回路と、
    前記直流電圧αよりも大きい任意の直流電圧βを有する参照用信号および前記振幅検出信号が入力されて、γ＝β−αを満たす直流電圧γを有する信号を出力する減算器と、
    前記減算器から出力される信号に基づく利得制御信号に基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ ２ ＝Ａ ２ −Ｘ ２ を満たすように前記変換用基本信号を増幅する可変利得増幅器と、を含む、
    ことを特徴とする電力増幅回路。
  2. 前記入力信号の振幅が所定の振幅よりも小さい場合に、前記変換用基本信号を増幅する場合の利得を増加させる利得増加回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
  3. 前記利得増加回路は、
    前記入力信号の振幅に対応する直流電圧Ｖａを有する第２の振幅検出信号を生成する第２の振幅検出信号生成回路と、
    前記直流電圧Ｖａよりも大きい任意の直流電圧Ｖｂを有する第２の参照用信号および前記第２の振幅検出信号が入力されて、Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号を出力する第２の減算器と、を含み、
    前記可変利得増幅器は、前記減算器からの出力信号に基づく信号と、前記第２の減算器からの出力信号に基づく信号と、を加算することによって得られる前記利得制御信号に基づいて、前記第１変換信号および前記第２変換信号の振幅ＹがＹ２＝Ａ２−Ｘ２を満たすように前記変換用基本信号を増幅する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の電力増幅回路。
  4. 前記入力信号の振幅に基づいて、前記参照用信号が有する直流電圧βを制御する参照用信号制御回路を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電力増幅回路。
  5. 前記参照用信号制御回路は、前記入力信号の振幅が小さくなるのに従って前記直流電圧βが大きくなるように、前記直流電圧βを制御することを特徴とする請求項４に記載の電力増幅回路。
  6. 前記参照用信号制御回路は、
    前記入力信号の振幅に対応する直流電圧Ｖａを有する第２の振幅検出信号を生成する第２の振幅検出信号生成回路と、
    前記直流電圧Ｖａよりも大きい任意の直流電圧Ｖｂを有する第２の参照用信号および前記第２の振幅検出信号が入力されて、Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖａを満たす直流電圧Ｖｃを有する信号を出力する第２の減算器と、を含み、
    前記第２の減算器から出力される信号に基づいて前記直流電圧βを制御する、
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電力増幅回路。
  7. 送信回路に請求項１乃至６のいずれかに記載の電力増幅回路を介してアンテナが接続されていることを特徴とする送信機。
  8. 送信回路に請求項１乃至６のいずれかに記載の電力増幅回路を介してアンテナが接続されており、該アンテナに受信回路が接続されていることを特徴とする無線通信機。
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