JP5419792B2 - 高周波増幅装置 - Google Patents

Description

この発明は、高効率かつ小型な高周波増幅装置に関するもので、特に、バースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率な特性を得る高周波増幅装置に関するものである。

従来の高周波増幅装置について図７を参照しながら説明する（例えば、非特許文献１参照）。図７は、従来の高周波増幅装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図７において、従来の高周波増幅装置は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。

ＰＷＭ１には、高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号Ｓ１が入力される。

従来の高周波増幅装置では、図７のように、入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから電力を取り出す。

包絡線信号Ｓ１をＰＷＭ１に入力し、ＰＷＭ１の出力をＳＷアンプ２に入力し、ＳＷアンプ２の出力をＬＰＦ３へ入力し、ＬＰＦ３の出力をＲＦ増幅器４のドレインもしくはコレクタといった電源バイアスとして用いる。ＲＦ増幅器４の電源バイアスが、高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号Ｓ１によって制御され、高周波増幅装置への入力電力が大きいときは電源バイアスに供給される電圧が高くなり、高周波増幅装置への入力電力が小さいときは電源バイアスに供給される電圧が低くなる。そのため、ＲＦ増幅器４は出力電力によらず飽和動作となり、高周波増幅装置は常に高効率動作となる。

Staudinger, J et al, "High efficiency CDMA RF power amplifier using dynamic envelope tracking technique", Microwave Symposium Digest, 2000 IEEE MTT-S International Volume 2, June 2000, pp.873-876

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。現在、複数の変調方式（マルチモード）に対応した端末が増加している。変調方式としては、ＰＤＣやＰＨＳなどに用いられているバースト動作をして出力電力が可変な変調と、ＧＳＭなどに用いられているバースト動作をして出力電力が一定な変調と、Ｗ−ＣＤＭＡやＣＤＭＡなどに用いられているバースト動作をせず出力電力が可変する変調と、連続動作かつ出力電力が一定なＦＭ変調などが挙げられる。上述した従来の高周波増幅装置は、バースト動作をさせる機能を持たないため、マルチモードで使用することができないという問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、バースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅装置を得ることを目的とする。

本発明に係る高周波増幅装置は、本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号とバースト信号を切り替える切替装置と、前記切替装置からの包絡線信号、バースト信号のいずれかに基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、前記パルス幅変調波を増幅するスイッチングアンプと、前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器とを備えるものである。

本発明に係る高周波増幅装置によれば、バースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率にすることができ、かつ回路サイズを小型にすることができる。

この発明の実施の形態１に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態６に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。 従来の高周波増幅装置の構成を示す図である。

以下、本発明の高周波増幅装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波増幅装置について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図１において、この発明の実施の形態１に係る高周波増幅装置は、包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を切り替える切替装置５と、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。このＲＦ増幅器４の電源端子（ドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子）には、電源バイアスが供給される。

なお、パルス幅変調波を生成する手段の例としてＰＷＭ１、パルス幅変調波を増幅する手段の例としてＳＷアンプ２、パルス幅変調が行われる信号の例として包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を説明に用いる。包絡線信号Ｓ１は、高周波増幅装置に入力するＲＦ信号の検波信号やベースバンドから取得しても良い。また、包絡線信号Ｓ１は、変動値の場合も一定値の場合もある。

つぎに、この実施の形態１に係る高周波増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから出力電力を取り出す。ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして、ＳＷアンプ２からＬＰＦ３を経由して電力を供給する。ＳＷアンプ２には、ＰＷＭ１でパルス幅変調された波形が入力される。ＰＷＭ１でパルス幅変調が行われる信号は、切替装置５によって包絡線信号Ｓ１あるいはバースト信号Ｓ２が選択される。このとき、包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２のどちらが選択されるかによって高周波増幅装置の動作が異なるため、以降で詳細な動作を説明する。

まず、切替装置５でバースト信号Ｓ２を選択した場合の動作を説明する。

バースト信号Ｓ２は、高周波増幅装置の動作、停止（それぞれＯＮ、ＯＦＦと称する）を指定する信号であり、ＲＦより低い周波数で周期的にＯＮとＯＦＦを繰り返す。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、バースト信号Ｓ２はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、一定の電圧をＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給し、ＲＦ増幅器４が動作する。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、バースト信号Ｓ２によりＰＷＭ１の出力電圧波形は０Ｖになるため、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、バースト信号Ｓ２に従って、高周波増幅装置はバースト動作が可能である。

次に、切替装置５で包絡線信号Ｓ１を選択した場合の動作を説明する。

包絡線信号Ｓ１は、ＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。包絡線信号Ｓ１は高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号であるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧が高くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなり、大電力動作時の効率が高くなる。

一方、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の電源バイアスに供給される電源バイアスの電圧が低くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、省電力動作時の効率が高くなる。

このように、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４に供給され
る電源バイアスの電圧が変わるため、高周波増幅装置は常に高効率動作が可能である。

本実施の形態１により、従来と同様に、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードが実現できることに加えて、バースト動作をするモードが実現可能となる。

また、従来の高周波増幅装置に切替装置５を追加することで、これらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。

さらに、電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードではＲＦ増幅器４の飽和電力を可変できるため、それぞれのモードで所望の出力電力が異なっている場合でも本実施の形態１に係る高周波増幅装置は高効率である。

本実施の形態１によって実現可能な動作モードの例について説明する。

入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードの例としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式などが挙げられる。また、バースト動作をするモードの例としては、ＧＳＭ方式などが挙げられる。これらの通信方式は、高周波増幅装置に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。本実施の形態１に係る高周波増幅装置であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらに、どのモードの最大出力時においても高効率を実現し、これら複数のモードを持つシステムに対して適用することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周波増幅装置について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図２において、この発明の実施の形態２に係る高周波増幅装置は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、切替装置５と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。このＲＦ増幅器４の電源端子（ドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子）には、電源バイアスが供給される。

なお、パルス幅変調波を生成する手段の例としてＰＷＭ１、パルス幅変調波を増幅する手段の例としてＳＷアンプ２、パルス幅変調の元となる信号の例として包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を説明に用いる。

つぎに、この実施の形態２に係る高周波増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから出力電力を取り出す。ＲＦ増幅器４の電源に供給される電源バイアスとしてＳＷアンプ２からＬＰＦ３を経由して電力が供給される。ＳＷアンプ２にはバースト信号Ｓ２あるいはＰＷＭ１から出力されるパルス幅変調波が切替装置５によって選択されて入力される。また、ＰＷＭ１には包絡線信号Ｓ１が入力される。このとき、バースト信号Ｓ２とＰＷＭ１から出力されるパルス幅変調波のどちらがＳＷアンプ２に入力されるかによって高周波増幅装置の動作が異なるため、以降で詳細な動作を説明する。

まず、切替装置５でバースト信号Ｓ２を選択した場合の動作を説明する。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、バースト信号Ｓ２はＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、一定の電圧がＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給され、ＲＦ増幅器４は動作する。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、バースト信号が０Ｖであるため、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、バースト信号Ｓ２に従って、高周波増幅装置はバースト動作が可能である。

また、バースト信号Ｓ２がＯＮ時の電圧値に応じてＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が変化する。そのため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２がＯＮ時の電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２がＯＮ時の電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

次に、切替装置５でパルス幅変調された包絡線信号Ｓ１を選択した場合の動作を説明する。

包絡線信号Ｓ１は、ＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１は、高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号であるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなり、大電力動作時の効率が高くなる。

一方、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

このように、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が変わるため、高周波増幅装置は常に高効率動作が可能である。

本実施の形態２により、従来と同様に、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードが実現できることに加えて、バースト動作をするモードが実現可能となる。

また、従来の高周波増幅装置に切替装置５を追加することで、これらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。

さらに、電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードではＲＦ増幅器４の飽和電力を可変できるため、それぞれのモードで所望の出力電力が異なっている場合でも本実施の形態２に係る高周波増幅装置は高効率である。

上記の実施の形態１と比べて、バースト信号Ｓ２はＰＷＭ１を通らないため損失が低減されて高効率となる。

本実施の形態２によって実現可能な動作モードの例について説明する。

入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードの例としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式などが挙げられる。また、バースト動作をするモードの例としては、ＧＳＭ方式などが挙げられる。これらの通信方式は、高周波増幅装置に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。本実施の形態２に係る高周波増幅装置であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらに、どのモードの最大出力時においても高効率を実現し、これら複数のモードを持つシステムに対して適用することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波増幅装置について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図３において、この発明の実施の形態３に係る高周波増幅装置は、包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を掛け合わせる乗算器６と、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。このＲＦ増幅器４の電源端子（ドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子）には、電源バイアスが供給される。

なお、パルス幅変調波を生成する手段の例としてＰＷＭ１、パルス幅変調波を増幅する手段の例としてＳＷアンプ２、パルス幅変調の元となる信号の例として包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を説明に用いる。

つぎに、この実施の形態３に係る高周波増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから出力電力を取り出す。ＳＷアンプ２からＬＰＦ３を経由してＲＦ増幅器４の電源バイアスとして電力が供給される。バースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１を乗算器６で掛け合わせた信号をＰＷＭ１でパルス幅変調した波形してＳＷアンプ２の入力する。このとき、乗算器６に入力するバースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１の与え方によって高周波増幅装置の動作が異なるため、以降で詳細な動作を説明する。

まず、乗算器６に対してバースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１を入力し、バースト信号Ｓ２が常にＯＮの場合について説明する。

乗算器６の出力は、包絡線信号Ｓ１と同じ信号になる。乗算器６から出力される包絡線信号Ｓ１と同等の信号は、ＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１は、高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号であるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなり、大電力動作時の効率が高くなる。

一方、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

このように、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が変わるため、高周波増幅装置は常に高効率動作が可能である。

次に、乗算器６にバースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１を入力した場合について説明する。

乗算器６の出力信号は、バースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１を掛け合わせた信号となり、この信号はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、乗算器６の出力信号は包絡線信号Ｓ１と等しくなるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなるため、大電力動作時の効率が高くなる。

また、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、乗算器６の出力電圧は０Ｖとなるため、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、本実施の形態３に係る高周波増幅装置は、バースト信号Ｓ２に従ってバースト動作をし、更にバースト動作の中で高周波増幅装置がＯＮとなる時には、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が変わるため、高効率動作が可能である。

次に、乗算器６にバースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１を入力し、包絡線信号Ｓ１が一定の電圧値の場合について説明する。

乗算器６の出力電圧波形は、パルス制御信号と同じ信号となる。乗算器６の出力信号はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、一定の電圧がＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給され、ＲＦ増幅器４は動作する。

一方、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＦＦ状態のとき、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、バースト信号Ｓ２に従って、高周波増幅装置はバースト動作が可能である。

また、バースト信号Ｓ２がＯＮ時における電圧値に応じてＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子の電圧が変化する。そのため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

次に、乗算器６に包絡線信号Ｓ１を入力し、バースト信号Ｓ２がＯＮで包絡線信号Ｓ１が一定の電圧値の場合について説明する。

乗算器６の出力電圧波形は、包絡線信号Ｓ１と同じ信号となる。乗算器６の出力信号はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１の電圧値に応じてＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子の電圧が変化するため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

本実施の形態３により、従来と同様に、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードが実現できることに加えて、電源バイアス電圧は一定でバースト動作をするモードと入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモード、電源バイアスが一定なモードの４つのモードが実現可能となる。

また、４つのモードで高周波増幅装置の飽和出力電力をそれぞれ可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に本実施の形態３に係る高周波増幅装置は高効率である。

本実施の形態３によって実現可能な動作モードの例について説明する。

入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードの例としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式などが挙げられる。また、バースト動作をするモードの例としては、ＧＳＭ方式などが挙げられる。さらに、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモードの例としては、ＰＤＣ方式やＰＨＳなどが挙げられる。またさらに、電源バイアスが一定なモードの例としてはＦＭ変調方式が挙げられる。これらの通信方式は、高周波増幅装置に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。本実施の形態３に係る高周波増幅装置であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらに、どのモードの最大出力時においても高効率を実現し、これら複数のモードを持つシステムに対して適用することができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波増幅装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図４において、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅装置は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、乗算器６と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。このＲＦ増幅器４の電源端子（ドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子）には、電源バイアスが供給される。

なお、パルス幅変調波を生成する手段の例としてＰＷＭ１、パルス幅変調波を増幅する手段の例としてＳＷアンプ２、パルス幅変調の元となる信号の例として包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を説明に用いる。

つぎに、この実施の形態４に係る高周波増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから出力電力を取り出す。ＲＦ増幅器４の電源バイアスとしてＳＷアンプ２からＬＰＦ３を経由して電力が供給される。ＳＷアンプ２の入力信号は乗算器６の出力信号であり、これはバースト信号Ｓ２とＰＷＭ１の出力信号を掛け合わせた信号である。また、ＰＷＭ１には包絡線信号Ｓ１を入力する。このとき、乗算器６に入力するバースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１の組み合わせによって高周波増幅装置の動作が異なるため、以降で詳細な動作を説明する。

まず、乗算器６に対してバースト信号Ｓ２とＰＷＭ１の出力信号を入力し、バースト信号Ｓ２が常にＯＮの場合について説明する。

このとき、乗算器６の出力信号は、ＰＷＭ１の出力信号と等しくなる。ＰＷＭ１には包絡線信号Ｓ１が入力されるため、包絡線信号Ｓ１はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１は、高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号であるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなり、大電力動作時の効率が高くなる。

一方、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

このように、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子に供給される電圧が変わるため、実施の形態４に係る高周波増幅装置は常に高効率動作が可能である。

次に、乗算器６にバースト信号Ｓ２とＰＷＭ１の出力信号を入力した場合について説明する。

ＰＷＭ１には包絡線信号Ｓ１が入力されるため、乗算器６の出力信号はバースト信号Ｓ２とパルス幅変調された包絡線信号Ｓ１を掛け合わせた信号となる。この乗算器６の出力信号はＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、乗算器６の出力信号は包絡線信号Ｓ１と等しくなるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなるため、大電力動作時の効率が高くなる。

また、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、乗算器６の出力電圧は０Ｖとなるため、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、実施の形態４に係る高周波増幅装置は、バースト信号Ｓ２に従ってバースト動作をし、更にバースト動作の中で高周波増幅装置がＯＮとなる時には高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子に供給される電圧が変わるため、高効率動作が可能である。

次に、乗算器６にバースト信号Ｓ２とＰＷＭ１の出力波形を入力し、包絡線信号Ｓ１が一定の電圧値の場合について説明する。

乗算器６の出力信号は、バースト信号Ｓ２と等しくなる。乗算器６の出力信号はＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、一定の電圧がＲＦ増幅器４のバイアス電源として供給され、ＲＦ増幅器４は動作する。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、バースト信号Ｓ２に従って、高周波増幅装置はバースト動作が可能である。

また、バースト信号Ｓ２のＯＮ時における電圧値に応じてＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が変化する。そのため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２がＯＮ時の電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ時の電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

次に、乗算器６にＰＷＭ１の出力波形を入力し、バースト信号Ｓ２がＯＮで包絡線信号Ｓ１が一定の電圧値の場合について説明する。

乗算器６の出力電圧波形は、包絡線信号Ｓ１と同じ信号となる。乗算器６の出力信号はＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１の電圧値に応じてＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子の電圧が変化するため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

本実施の形態４により、従来と同様に、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードが実現できることに加えて、電源バイアス電圧は一定でバースト動作をするモードと入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモード、電源バイアスが一定なモードの４つのモードが実現可能となる。

また、４つのモードで高周波増幅装置の飽和出力電力をそれぞれ可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に本実施の形態４に係る高周波増幅装置は高効率である。

上記の実施の形態３と比べて、バースト信号はＰＷＭ１を通らないため損失が低減されて高効率となる。

本実施の形態４によって実現可能な動作モードの例について説明する。

入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードの例としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式などが挙げられる。また、バースト動作をするモードの例としては、ＧＳＭ方式などが挙げられる。さらに、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモードの例としては、ＰＤＣ方式やＰＨＳなどが挙げられる。またさらに、電源バイアスが一定なモードの例としてはＦＭ変調方式が挙げられる。これらの通信方式は、高周波増幅装置に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。本実施の形態４に係る高周波増幅装置であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらに、どのモードの最大出力時においても高効率を実現し、これら複数のモードを持つシステムに対して適用することができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波増幅装置について図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態５に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図５において、この発明の実施の形態５に係る高周波増幅装置は、電源端子１ａを有するパルス幅変調器（ＰＷＭ）１と、スイッチングアンプ（ＳＷアンプ）２と、低域通過型フィルタ（ＬＰＦ）３と、入力端子４ａ及び出力端子４ｂを有する単体のＲＦ増幅器４とが設けられている。このＲＦ増幅器４の電源端子（ドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子）には、電源バイアスが供給される。

なお、パルス幅変調波を生成する手段の例としてＰＷＭ１、パルス幅変調波を増幅する手段の例としてＳＷアンプ２、パルス幅変調の元となる信号の例として包絡線信号Ｓ１とバースト信号Ｓ２を用いた。また、パルス幅変調波を形成する手段の電源あるいは出力のＯＮ／ＯＦＦをバースト信号Ｓ２によって制御する方法の例としてＰＷＭ１の電源端子１ａにバースト信号Ｓ２を供給した。

つぎに、この実施の形態５に係る高周波増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子４ａに入力されたＲＦ信号をＲＦ増幅器４で増幅し、出力端子４ｂから出力電力を取り出す。ＲＦ増幅器４の電源バイアスとしてＳＷアンプ２からＬＰＦ３を経由して電力が供給される。ＳＷアンプ２の入力信号は、包絡線信号Ｓ１をＰＷＭ１でパルス幅変調した信号である。また、バースト信号Ｓ２に応じてＰＷＭ１のＯＮ／ＯＦＦが制御される。このとき、バースト信号Ｓ２と包絡線信号Ｓ１の与え方によって高周波増幅装置の動作が異なるため、以降で詳細な動作を説明する。

まず、バースト信号Ｓ２からＰＷＭ１が常にＯＮとなる信号がＰＷＭ１の電源端子１ａに供給され、包絡線信号Ｓ１をＰＷＭ１に入力した場合における高周波増幅装置の動作について説明する。

ＰＷＭ１には包絡線信号Ｓ１が入力されるため、包絡線信号Ｓ１はＰＷＭ１でパルス幅変調が行われた後に、ＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１は高周波増幅装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号であるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が高くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなり、大電力動作時の効率が高くなる。

一方、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアス電圧が低くなる。そのため、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

このように、高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４の電源端子に供給される電圧が変わるため、高周波増幅装置は常に高効率動作が可能である。

次に、バースト信号Ｓ２からＰＷＭ１の電源端子１ａに供給される信号によりＰＷＭ１がＯＮとＯＦＦを繰り返し、同時に包絡線信号Ｓ１をＰＷＭ１に入力した場合における高周波増幅装置の動作について説明する。

ＰＷＭ１に入力される波形は包絡線信号Ｓ１である一方で、ＰＷＭ１の電源はバースト信号Ｓ２により電源が制御されるため、ＰＷＭ１の出力信号はバースト信号Ｓ２とパルス幅変調された包絡線信号Ｓ１を掛け合わせた信号となる。この波形をＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由して、ＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給する。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、ＳＷアンプ２に入力される電圧波形は包絡線信号Ｓ１と等しくなるため、高周波増幅装置の入力電力が大きいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧が高くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が大きくなるため、大電力動作時の効率が高くなる。

また、高周波増幅装置の入力電力が小さいときには、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧が低くなり、ＲＦ増幅器４の飽和電力が小さくなり、小電力動作時の効率が高くなる。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、ＰＷＭ１が動作しないためＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、実施の形態５に係る高周波増幅装置は、バースト信号Ｓ２に従ってバースト動作をし、更にバースト動作の中で高周波増幅装置がＯＮとなる時には高周波増幅装置に入力されるＲＦの電力によってＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧が変わるため、高効率動作が可能である。

次に、バースト信号Ｓ２からＰＷＭ１の電源端子１ａに供給される信号に応じてＰＷＭ１がＯＮとＯＦＦを繰り返し、同時にＰＷＭ１に入力される包絡線信号Ｓ１が一定値の場合について説明する。

ＰＷＭ１に入力される信号が一定値である一方で、バースト信号Ｓ２からＰＷＭ１の電源端子１ａに供給される信号に応じてＰＷＭ１がＯＮとＯＦＦを繰り返すため、ＰＷＭ１から出力される信号はバースト信号Ｓ２と同じ信号となる。

バースト信号Ｓ２がＯＮのとき、一定の電圧がＲＦ増幅器４の電源端子に供給され、ＲＦ増幅器４は動作する。

一方、バースト信号Ｓ２がＯＦＦのとき、ＲＦ増幅器４に供給される電源バイアスの電圧は０Ｖとなり、ＲＦ増幅器４は動作しない。

以上から、バースト信号Ｓ２に従って、高周波増幅装置はバースト動作が可能である。

また、一定値である包絡線信号Ｓ１の電圧値に応じてＲＦ増幅器４に供給されるバイアス電源の電圧値が変化するため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、一定値である包絡線信号Ｓ１の電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、一定値である包絡線信号Ｓ１の電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

次に、バースト信号Ｓ２からＰＷＭ１が常にＯＮとなる信号がＰＷＭ１の電源端子１ａに供給され、同時にＰＷＭ１に入力される包絡線信号Ｓ１が一定値の場合について説明する。

ＰＷＭ１が常にＯＮでＰＷＭ１に入力される信号も一定値なので、ＰＷＭ１の出力電圧波形は一定値となる。ＰＷＭ１の出力信号はＳＷアンプ２で増幅され、ＬＰＦ３を経由してＲＦ増幅器４の電源バイアスとして供給される。

包絡線信号Ｓ１の電圧値に応じてＲＦ増幅器４のドレイン電源端子もしくはコレクタ電源端子の電圧が変化するため、高周波増幅装置のバースト動作時の出力電力が大きいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を高くし、バースト動作時の出力電力が小さいときには、バースト信号Ｓ２のパルス波形がＯＮ状態における電圧値を低くすることで、高周波増幅装置を出力電力によらず高効率動作させることが可能である。

本実施の形態５により、従来と同様に、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードが実現できることに加えて、電源バイアス電圧は一定でバースト動作をするモードと入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモード、電源バイアスが一定なモードの４つのモードが実現可能となる。

また、４つのモードで高周波増幅装置の飽和出力電力をそれぞれ可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に本実施の形態５に係る高周波増幅装置は高効率である。高周波増幅装置を動作させない時にはＰＷＭ１の消費電力が０になるため、上記の実施の形態１−４と比べて、本実施の形態５に係る高周波増幅装置は高効率である。

本実施の形態５によって実現可能な動作モードの例について説明する。

入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が常に高効率動作するモードの例としては、Ｗ−ＣＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式などが挙げられる。また、バースト動作をするモードの例としては、ＧＳＭ方式などが挙げられる。さらに、入力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅装置が高効率動作し更にバースト動作をするモードの例としては、ＰＤＣ方式やＰＨＳなどが挙げられる。またさらに、電源バイアスが一定なモードの例としてはＦＭ変調方式が挙げられる。これらの通信方式は、高周波増幅装置に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。本実施の形態５に係る高周波増幅装置であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらに、どのモードの最大出力時においても高効率を実現し、これら複数のモードを持つシステムに対して適用することができる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る高周波増幅装置について図６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態６に係る高周波増幅装置の構成を示す図である。

図６において、この発明の実施の形態６に係る高周波増幅装置は、上記の実施の形態１に係る高周波増幅装置において、パルス幅変調波を増幅する手段（ＳＷアンプ２）、ＬＰＦ３、及びＲＦ増幅器４以外全てをデジタル回路１０により構成したものである。

この実施の形態６により、上記の実施の形態１−５で説明したそれぞれの効果が得られるうえに、デジタル回路１０は微細なシリコンデバイスを使用することができるため回路を小型化することができる。

なお、図６では、ＳＷアンプ２、ＬＰＦ３、及びＲＦ増幅器４以外を全てデジタル回路１０により構成したが、ＰＷＭ１、ＳＷアンプ２、ＬＰＦ３、及びＲＦ増幅器４以外をデジタル回路で構成するなど、任意の回路構成要素をデジタル回路としても同様の効果を得ることができる。

また、図６では、上記の実施の形態１を例として任意の回路構成要素をデジタル回路１０としたが、上記の実施の形態２−５についても任意の回路構成要素をデジタル回路としても同様の効果を得ることができる。

さらに、上記の各実施の形態におけるＳＷアンプ２について、レベルシフト回路やドライバ段増幅器、デッドタイム発生回路などを付加してもよい。

またされに、上記の各実施の形態において、ＰＷＭ１とＳＷアンプ２の間にＤ／Ａコンバータを挿入してもよい。

１ パルス幅変調器、１ａ 電源端子、２ スイッチングアンプ、３ 低域通過型フィルタ、４ ＲＦ増幅器、４ａ 入力端子、４ｂ 出力端子、５ 切替装置、６ 乗算器、１０ デジタル回路。

Claims (7)

1. 本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号とバースト信号を切り替える切替装置と、
   前記切替装置からの包絡線信号、バースト信号のいずれかに基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、
   前記パルス幅変調波を増幅するスイッチングアンプと、
   前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
2. 本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号に基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、
   前記パルス幅変調器の出力信号とバースト信号を切り替える切替装置と、
   前記切替装置の出力信号を増幅するスイッチングアンプと、
   前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
3. 本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号とバースト信号を掛け合わせた信号に基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調波生成手段と、
   前記パルス幅変調波を増幅するパルス幅変調波増幅手段と、
   前記パルス幅変調波増幅手段の出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
4. 本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号とバースト信号を掛け合わせる乗算器と、
   前記乗算器の出力信号に基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、
   前記パルス幅変調波を増幅するスイッチングアンプと、
   前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
5. 本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号に基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、
   前記パルス幅変調器の出力信号とバースト信号を掛け合わせる乗算器と、
   前記乗算器の出力信号を増幅するスイッチングアンプと、
   前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
6. バースト信号によって電源がＯＮ／ＯＦＦ制御され、本装置に入力されるＲＦ信号の包絡線信号に基づいて、パルス幅変調波を生成するパルス幅変調器と、
   前記パルス幅変調波を増幅するスイッチングアンプと、
   前記スイッチングアンプの出力信号の低域を通過させる低域通過型フィルタと、
   入力端子、出力端子及び電源端子を有し、前記低域通過型フィルタからの出力を電源バイアスとして前記電源端子から入力し、前記入力端子に入力されたＲＦ信号を増幅して、前記出力端子から出力するＲＦ増幅器と
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
7. 前記パルス幅変調波増幅手段あるいは前記スイッチングアンプ、前記低域通過型フィルタ及び前記ＲＦ増幅器以外の回路要素をデジタル回路で構成した
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の高周波増幅装置。

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