JP5389567B2 - 高周波増幅器および高効率化方法 - Google Patents
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Description
図5において、従来のΣΔ方式を用いた高周波増幅器は、無線送信する信号のベースバンドのデジタル信号を出力するデジタル処理部8、その出力されるベースバンド信号をΣΔ変調、即ち、1ビットのパルス列の変調信号に変換して出力するΣΔ変調器1、その変調信号をスイッチング増幅し信号電波として出力するパワーアンプ電力増幅器(以下、SWPAと記す。)2と、スイッチング増幅された信号電波から不要な雑音を抑圧し、図示されないアンテナから送信する為の所要の帯域の出力に整えるBPF3とを備える。
図1において、本発明の実施例の高周波増幅器は、図5と同様な事項については説明を省略するが、図5に示される従来のΣΔ方式を用いた高周波増幅器の構成に更にD/Aコンバータ4、弁別増幅器5、スイッチトランジスタTr1、チョークコイル6、逆流防止のダイオード7が加えられている。
図2は、非特許引用文献のスイッチングアンプ(CVSCD :Complementary-Voltage Switched Class-D アンプ)の動作説明図である。
図2(a)は、CVSCDアンプの模式図(非特許引用文献 Fig6)、図2(b)(非特許引用文献 Fig7(a))は、一定振幅で50%デューティ比の信号を電流ゼロの時にスイッチング(零電流スイッチング)する状態図、図2(c)(非特許引用文献 Fig7(b))は、ΣΔ変調信号が入力され、零電流スイッチングではない場合の状態図を示している。
図3は、入力信号がVthを越えると出力振幅が増加する振幅変調が行われる状態を示している。
図4において、高周波増幅器は、図1の構成に、エミッタが共通接続された2つのトランジスタTr2、Tr3、バイアス部9、デカップリングコンデンサであるキャパシタCとを更に備えている。
2 SWPA(スイッチングパワーアンプ)
3 BPF
4 D/Aコンバータ
5 弁別増幅器
6 チョークコイル
7 逆電圧防止ダイオード
8 デジタル処理部
9 バイアス部
Tr1、Tr2、Tr3 スイッチトランジスタ
Claims (7)
- 無線送信されるデジタル信号をΣΔ変調して、スイッチングパワーアンプで電力増幅し、更にバンドパスフィルタを通して出力する高周波増幅器において、
入力される2値化信号をスイッチング増幅した高周波信号を出力するスイッチングパワーアンプと、
前記デジタル信号が入力され、それをΣΔ変調した2値化パルス信号にして前記スイッチングパワーアンプへ出力するΣΔ変調器と、
電圧v2から最大電圧v1までの電圧を出力する電源供給手段と、
前記ΣΔ変調器へ入力されるデジタル信号の送信信号レベルを監視し、
その送信信号レベルが基準のレベル以下の場合、
前記ΣΔ変調器に対して入力される前記送信信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調された前記パルス信号を前記ΣΔ変調器から前記スイッチングパワーアンプへ向けて出力させる制御および、前記電源供給手段から前記スイッチングパワーアンプに前記v2の一定の電圧の電源を供給して前記スイッチングパワーアンプから一定の振幅の送信信号を出力させる制御と、
前記基準のレベルを超過する場合には、
前記ΣΔ変調器に対して前記基準のレベル入力時に出力するパルス幅と同じパルス幅を維持したパルス信号を出力させる制御および、前記電源供給手段から前記スイッチングパワーアンプに前記超過するレベルに対応して最大前記v1までの電源電圧を供給することにより、前記一定の振幅よりも更に振幅を大きくした送信信号を前記スイッチングパワーアンプから出力させる制御とを行う監視制御手段とを
備えることを特徴とする高周波増幅器。 - 前記監視制御手段は、
前記基準のレベルを、前記入力される送信信号レベルの想定する平均入力レベル以上かつ、最大ピークレベル未満の値に設定していることを
特徴とする請求項1記載の高周波増幅器。 - 前記電源供給手段は、第1と第2の電源とを備え、
前記v2の電圧を出力する第2の電源は、逆流防止ダイオードを経て前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続され、
前記v1の電圧を出力する第1の電源は、トランジスタのコレクタに接続され、そのエミッタが前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続され、そのベースが前記監視制御手段へ接続され、
前記監視制御手段は、
前記入力される送信信号レベルが前記基準のレベル以下の場合、前記トランジスタをオフにして前記第2の電源からの出力を前記スイッチングパワーアンプへ供給し、
前記入力される送信信号レベルが前記基準のレベル以上の場合、前記トランジスタをオンにして前記第1の電源から最大前記v1までの電源電圧を前記スイッチングパワーアンプへ供給することにより、前記基準のレベルを越えた電圧に対応して前記スイッチングパワーアンプの送信信号の振幅が前記一定の振幅よりも大きくなる制御信号を前記トランジスタのベースに出力する
ことを特徴とする請求項1または2記載の高周波増幅器。 - 前記電圧v1は、前記平均入力レベルに対して略10dB大きいピーク信号に対応出来る前記振幅変調が可能な電圧であることを特徴とする
請求項1乃至3の何れか1つに記載の高周波増幅器。 - 前記電源供給手段は、第1と第2の電源とを備え、
前記v2の電圧を出力する第2の電源は、逆流防止ダイオードを経て前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続され、
前記v1の電圧を出力する第1の電源は、ベースが前記監視制御手段の出力端子へ接続され、コレクタがキャパシタを介して接地される第2のトランジスタと、ベースが前記監視制御手段の出力端子へ接続され、コレクタが前記第1の電源に接続され、エミッタが前記第2のトランジスタのエミッタに接続されると共に前記スイッチングパワーアンプの電源端子に接続される第3のトランジスタとを備え、
前記監視制御手段は、
前記入力する送信信号レベルが前記基準の信号レベル以下で有る場合、
前記スイッチングパワーアンプへ前記第2の電源からv2の電圧を供給するために前記第3のトランジスタをオフ、前記第2のトランジスタをオンに設定し、
前記送信信号が前記基準の信号レベルを越えた場合、
前記スイッチングパワーアンプに前記第1の電源から最大前記v1までの電源電圧を供給するために前記第2のトランジスタをオフ、前記第3のトランジスタをオンに設定する制御信号を前記第2および第3のトランジスタのベースに出力する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波増幅器。 - スイッチングパワーアンプと、ΣΔ変調器と、電源供給手段と、監視制御手段とを備え、
無線送信されるデジタル信号をΣΔ変調して、スイッチングパワーアンプで電力増幅した高周波信号を更にバンドパスフィルタを通して出力する高周波増幅器の高効率化方法において、
前記ΣΔ変調器は、前記無線送信されるデジタル信号が入力され、それをΣΔ変調した2値化パルス信号にして前記スイッチングパワーアンプへ出力し、
前記2値化パルスが入力される前記スイッチングパワーアンプは、入力された2値化信号に対応してスイッチングして電力増幅された高周波信号を出力し、
前記監視制御手段は、
前記ΣΔ変調器へ入力されるデジタル信号の送信信号レベルを監視し、
その送信信号レベルが基準のレベル以下の場合、
前記ΣΔ変調器に対して入力される送信信号レベルに対応してパルス幅が変化するΣΔ変調された前記パルス信号を前記ΣΔ変調器から前記スイッチングパワーアンプへ向けて出力させる制御と、前記電源供給手段からから前記スイッチングパワーアンプにv2の一定の電圧の電源を供給し、前記スイッチングパワーアンプから一定の振幅の送信信号を出力させる制御と、
前記基準のレベルを超過する場合には、
前記ΣΔ変調器に対して前記基準の信号レベル入力時に出力するパルス幅と同じパルス幅を維持したパルス信号を出力させる制御と、
前記電源供給手段から前記スイッチングパワーアンプに前記超過するレベルに対応して前記電圧v2よりも高い最大電圧v1までの電圧の電源を供給することにより、前記一定の振幅よりも更に振幅を大きくした送信信号を前記スイッチングパワーアンプから出力させる制御とを行うことを
特徴とする高周波増幅器の高効率化方法。 - 前記監視制御手段は、
前記基準のレベルを、想定する前記入力する信号レベルの平均入力レベル以上かつ、最大ピークレベル未満の値に設定していることを
特徴とする請求項6記載の高周波増幅器の高効率化方法。
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