JP5672150B2 - 増幅装置、送信機、及び増幅装置制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、増幅装置、送信機、及び増幅装置制御方法に関する。

従来、無線通信における通信データ量の増大に伴い、基地局の送信出力の増大が求められている。基地局の高周波高出力用増幅装置としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）デバイスが用いられることがある。ＧａＮデバイスは、他の半導体デバイス（Ｓｉ−ＬＤＭＯＳ、ＧａＡｓ−ＦＥＴ）と比較して、バンドキャップが広く、移動度も高いため、優れた高周波高出力特性を有する。

図１０は、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置の構成を示す図である。図１０に示すように、電力増幅装置２００は、入力端子２０１と、ＤＣ（Direct Current）ブロック２０２と、ＧａＮデバイス２０３と、可変抵抗２０４と、ゲート抵抗２０５とを有する。電力増幅装置２００は、電源端子２０６と、コイル２０７と、コンデンサ２０８と、ＤＣブロック２０９と、出力端子２１０とを有する。入力端子２０１に入力されたＲＦ（Radio Frequency）信号は、ＤＣブロック２０２を介して、ＧａＮデバイス２０３のゲートに入力される。ＧａＮデバイス２０３のゲートでは、可変抵抗２０４により電圧ＶＧが分圧され、ゲート抵抗２０５を介して、ゲート電圧Ｖgsとして供給されている。

一方、電源端子２０６には、電源が供給されている。電源は、高周波遮断用のコイル２０７を介して、ＧａＮデバイス２０３のドレインに印加されている。電源端子２０６は、直流電圧素子用のコンデンサ２０８を介して、グランドに接地されている。これにより、電源端子２０６に高周波の妨害成分が印加された場合に、その成分が除去される。また、ＧａＮデバイス２０３により増幅されたＲＦ信号は、ＤＣブロック２０９を経由して、出力端子２１０に出力される。

図１１Ａは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、入力電力とドレイン電流との関係を示す図である。図１１Ａでは、ｘ軸に入力電力が、ｙ軸にドレイン電流が規定されている。図１１Ａに示すように、ＧａＮデバイスのドレイン電流Ｉdsは、入力電力の増加に伴って増加し、アイドリング電流から乖離していく関係となっている。ここで、ドレイン電流とは、電源端子２０６にＤＣ（Direct Current）電圧（例えば５０Ｖ）を印加した状態で、ＧａＮデバイス２０３のドレイン−ソース間を流れる電流であり、以下の説明では、“Ｉds”と記す。また、アイドリング電流とは、アイドル状態（ＲＦ信号入力がない状態）におけるドレイン電流であり、以下の説明では、通常時のドレイン電流Ｉdsと区別するため、特に“Ｉdq”と記す。

図１１Ｂは、入力電力が０の場合における、ゲート電圧とドレイン電流との関係を示す図である。図１１Ｂでは、ｘ軸にゲート電圧が、ｙ軸にドレイン電流が規定されている。図１１Ｂに示すように、入力電力が０の場合、ＧａＮデバイスのドレイン電流Ｉdsは、ゲート電圧Ｖgsの増加に応じて変化する。電力増幅装置２００では、出力信号の線形性、効率等の特性が最適となるように、ゲート電圧Ｖgsが、可変抵抗２０４の調整により、予め規定値に設定されている。

特開２００１−３２０２４３号公報 特開２００１−１４８６１５号公報 特開２０１０−７４２８２号公報 特開２００１−３６３５１号公報

電力増幅装置２００においては、ＧａＮデバイス２０３のアイドリング電流Ｉdqは、可変抵抗２０４の調整により、予め規定値に設定されている。しかしながら、ＧａＮデバイスには、Ｉdqドリフトと呼ばれる、ドレイン電流Ｉdsの過度応答の現象があるため、電力増幅装置２００が高い電力のＲＦ信号を入力した場合、アイドリング電流Ｉdqが、上記規定値から大きく変動することがある。なお、規定値は、例えば４００〜８００ｍＡである。

図１２Ａは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、ＲＦ入力信号強度の時間的変化を示す図である。図１２Ａでは、ｘ軸に時間ｔが、ｙ軸にＲＦ入力信号の強度が規定されている。図１２Ａに示すように、電力増幅装置２００には、時間ｔ4において、瞬間的に高電力のＲＦ信号が入力されている。図１２Ｂは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、アイドリング電流の時間的変化を示す図である。図１２Ｂでは、ｘ軸に時間ｔが、ｙ軸にアイドリング電流が規定されている。図１２Ｂに示すように、アイドリング電流Ｉdqは、ＲＦ信号の入力前は規定値に設定されているが、高電力のＲＦ信号の入力に伴い、瞬間的に増加する。その後、アイドリング電流Ｉdqは、Ｉdqドリフト状態に入り、例えばＩdq規定値の１０％程度まで大きく低下し、更なる時間（例えば、数秒〜１時間程度）が経過するに連れて徐々に、上記規定値に戻るという挙動を示す。

上述のようなアイドリング電流の変動に伴い、ＧａＮデバイスの利得（ゲイン）も変動する。かかる利得変動は、携帯電話の基地局のように、電力増幅装置と歪補償回路とを組み合わせて構成される装置の運用において、歪補償の性能劣化や演算複雑化といった問題点を生じさせる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、電流が規定値を維持する増幅装置、送信機、及び増幅装置制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する増幅装置は、第１の増幅デバイスと第２の増幅デバイスと切替え回路と検出回路と制御回路とを有する。第１の増幅デバイスは、入力信号を増幅して出力するデバイスである。第２の増幅デバイスは、前記第１の増幅デバイスと同等の、電流に関するドリフト特性を有するデバイスである。切替え回路は、前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力の有無を切り替える回路である。検出回路は、前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力が無い時、前記第２の増幅デバイスのアイドリング電流を検出する回路である。制御回路は、前記検出回路により検出された前記アイドリング電流の値に基づき、前記アイドリング電流の値が所定の値となるように、前記第１の増幅デバイスに印加するゲート電圧を制御する回路である。

本願の開示する増幅装置の一つの態様によれば、電流（例えばアイドリング電流）が規定値を維持することができる。

図１は、本実施例に係る基地局の全体構成を示す図である。 図２は、本実施例に係る電力増幅装置の構成を示す図である。 図３は、本実施例に係る電力増幅装置の主要な動作を説明するための図である。 図４Ａは、ＲＦ入力信号強度と時間との関係を示す図である。 図４Ｂは、同期信号のクロックと時間との関係を示す図である。 図５Ａは、ＲＦスイッチの状態と時間との関係を示す図である。 図５Ｂは、モニタ用入力信号の信号強度と時間との関係を示す図である。 図６Ａは、モニタ用ＧａＮデバイスのドレイン電流と時間との関係を示す図である。 図６Ｂは、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイスのドレイン電流と時間との関係を示す図である。 図７Ａは、通常状態におけるＶgs2−Ｉdq特性を示す図である。 図７Ｂは、Ｉdqドリフト状態におけるＶgs2−Ｉdq特性を示す図である。 図７Ｃは、Ｉdqドリフト状態において調整されたＶgs2を示す図である。 図８Ａは、同期信号が所定周期で出力される場合における、ＲＦ入力信号強度と時間との関係を示す図である。 図８Ｂは、同期信号が所定周期で出力される場合における、同期信号のクロックと時間との関係を示す図である。 図８Ｃは、同期信号が所定周期で出力される場合における、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイスのゲート電圧と時間との関係を示す図である。 図９Ａは、ＲＦ入力信号強度が所定値以上の時に同期信号が出力される場合における、ＲＦ入力信号強度と時間との関係を示す図である。 図９Ｂは、ＲＦ入力信号強度が所定値以上の時に同期信号が出力される場合における、同期信号のクロックと時間との関係を示す図である。 図９Ｃは、ＲＦ入力信号強度が所定値以上の時に同期信号が出力される場合における、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイスのゲート電圧と時間との関係を示す図である。 図１０は、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置の構成を示す図である。 図１１Ａは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、入力電力とドレイン電流との関係を示す図である。 図１１Ｂは、入力電力が０の場合における、ゲート電圧とドレイン電流との関係を示す図である。 図１２Ａは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、ＲＦ入力信号強度の時間的変化を示す図である。 図１２Ｂは、従来のＧａＮデバイスを用いた電力増幅装置における、アイドリング電流の時間的変化を示す図である。

以下に、本願の開示する増幅装置、送信機、及び増幅装置制御方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により、本願の開示する増幅装置、送信機、及び増幅装置制御方法が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係る基地局の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施例に係る基地局３は、無線通信を行う送信機１と信号制御を行うベースバンド信号生成部２とを有する。送信機１は、電力増幅装置１００、乗算器１１、局部発振器１２、及びアンテナ１３を有する。送信機１は、例えば基地局に実装される。まず、図１を用いて本実施例に係る送信機１の全体的な構成を説明する。その後、本実施例に係る電力増幅装置１００におけるゲート電圧制御について詳細に説明する。

ベースバンド信号生成部２は、ＩＰ（Internet Protocol）パケット等の入力データに基づいてベースバンド信号を生成する。ベースバンド信号生成部２は、生成されたベースバンド信号を送信機１へ出力する。ベースバンド信号生成部２は、例えば、デジタル回路やＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。

乗算器１１は、ベースバンド信号の入力をベースバンド信号生成部２から受ける。更に、乗算器１１は、局部発振信号の入力を局部発振器１２から受ける。乗算器１１は、ベースバンド信号に局部発振信号のキャリア周波数を乗算して周波数を変換し、ＲＦ信号を生成する。乗算器１１は、生成されたＲＦ信号を電力増幅装置１００へ出力する。

電力増幅装置１００は、後述するＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８を少なくとも有する。なお、図１には、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８は一つしか記載されていないが、実際には、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイスは、複数あってもよい。電力増幅装置１００は、ＲＦ信号の入力を乗算器１１から受ける。電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８によりＲＦ信号を増幅する。このとき、電力増幅装置１００は、ゲート電圧制御によるアイドリング電流の調整処理も行っているが、その詳細については後述する。電力増幅装置１００は、増幅されたＲＦ信号をアンテナ１３から送信する。

図２は、本実施例に係る電力増幅装置１００の構成を示す図である。図２に示すように、本実施例に係る電力増幅装置１００は、入力端子１０１と、信号分離器１０２と、減衰器１０３と、ＲＦスイッチ１０４と、ＤＣブロック１０５と、モニタ用ＧａＮデバイス１０６とを有する。また、電力増幅装置１００は、タイミング制御回路１０７と、可変抵抗１０８と、ゲート抵抗１０９と、高周波遮断用コイル１１０と、電源端子１１１と、Ｉdq検出回路１１２と、高周波遮断用コイル１１３と、直流電圧素子用コンデンサ１１４とを有する。更に、電力増幅装置１００は、ＤＣブロック１１５と、５０Ω抵抗１１６と、ＤＣブロック１１７と、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８と、ゲートバイアス制御回路（ＧＢＣ：Gate Bias Controller）１１９と、ゲート抵抗１２０とを有する。また、電力増幅装置１００は、高周波遮断用コイル１２１と、電源端子１２２と、高周波遮断用コイル１２３と、直流電圧素子用コンデンサ１２４と、ＤＣブロック１２５と、出力端子１２６とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に信号の入出力が可能なように信号線を介して接続されている。

電力増幅装置１００において、入力端子１０１に入力されたＲＦ信号は、信号分離器１０２により、モニタ用入力信号とＲＦ増幅用入力信号とに分離される。モニタ用入力信号は、減衰器１０３と、ＲＦスイッチ１０４と、ＤＣブロック１０５とを介して、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のゲートに入力される。

減衰器１０３は、モニタ用ＧａＮデバイス１０６とＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８とのデバイスサイズ比に応じて、モニタ用ＧａＮデバイス１０６へのＲＦ入力信号強度を適切な値に調整する。例えば、上記デバイスサイズ比が１：Ｎである場合、モニタ用ＧａＮデバイス１０６へのＲＦ入力信号強度が、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８へのＲＦ入力信号強度の１／Ｎとなるように、モニタ用信号の強度を調整する。

以下、Ｎ＝１００の場合を例に採り、入力端子１０１に入力されるＲＦ入力信号の信号強度が１．１であり、信号分離器１０２として１０ｄＢカプラを使用するケースを想定し、より具体的に説明する。信号強度１．１のＲＦ入力信号は、１０ｄＢカプラを経由することで、信号強度１．０（０ｄＢ）の増幅用信号と、信号強度０．１（−１０ｄＢ）の減衰器１０３通過前のモニタ用信号とに分離される。信号強度１．０（０ｄＢ）の増幅用信号は、ＤＣブロック１１７を介して、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に供給される。一方、信号強度０．１（−１０ｄＢ）のモニタ用信号は、モニタ用ＧａＮデバイス１０６に供給される前に、減衰器１０３を経由する。減衰器１０３では、減衰器１０３からの出力信号の強度が上記増幅用信号の強度の１／１００となるように、信号強度が調整される。この場合、減衰器１０３では、１０ｄＢの減衰が行われ、減衰器１０３から出力されるモニタ用信号の信号強度は、０．０１（−２０ｄＢ）となる。これにより、双方のＧａＮデバイス１１８、１０６のデバイスサイズに合った強度の信号が、各デバイスに入力されることになる。

２つのＧａＮデバイス１０６、１１８のサイズは、高い検出精度を維持する観点から、同等（１：１）であることが望ましいが、電力増幅装置１００は、ＲＦスイッチ１０４の前段に減衰器１０３を有することで、デバイスサイズが異なる場合にも容易に対応することができる。すなわち、上述したような減衰量の調整により、電力増幅装置１００は、最適化された正確なアイドリング電流Ｉdqを検出しモニタリングすることができる。したがって、電力増幅装置１００は、上記２つのＧａＮデバイスのデバイスサイズが異なる場合でも、Ｉdqの規定値を、高精度に維持することが可能となる。

ＲＦスイッチ１０４は、タイミング制御回路１０７から入力される制御信号に基づき、モニタ用ＧａＮデバイス１０６へのＲＦ信号の入力のオン／オフの切替えを行う。電圧ＶＧＳ１は、可変抵抗１０８で分圧された後、ゲート抵抗１０９と高周波遮断用コイル１１０とを介して、ゲート電圧Ｖgs1となり、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のゲートに供給される。一方、電源端子１１１には電源が供給され、その電源は、Ｉdq検出回路１１２と、高周波遮断用コイル１１３とを介して、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のドレインに印加される。

Ｉdq検出回路１１２は、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のアイドリング電流Ｉdqを検出する。Ｉdq検出回路１１２は、タイミング制御回路１０７から入力される制御信号に基づき、モニタ用ＧａＮデバイス１０６の特定時間内におけるＩdqを検出し、検出結果をゲートバイアス制御回路１１９に出力する。Ｉdq検出回路１１２は、直流電圧素子用コンデンサ１１４を介して、グランドに接地されている。これにより、Ｉdq検出回路１１２に高周波の妨害成分が印加された場合に、その成分が除去される。なお、モニタ用ＧａＮデバイス１０６により増幅されたモニタ用入力信号は、ＤＣブロック１１５と５０Ω抵抗１１６とを介して、グランドに短絡されている。

ＲＦ増幅用入力信号は、信号分離器１０２から出力された後、ＤＣブロック１１７を介して、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲートに入力される。電圧ＶＧＳ２は、ゲートバイアス制御回路１１９により電圧調整された後、ゲート抵抗１２０と高周波遮断用コイル１２１とを介して、ゲート電圧Ｖgs2となり、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲートに供給される。

Ｉdqドリフト特性、すなわち、瞬間的な高電力信号の入力に伴うアイドリング電流Ｉdqの変動量は、ＧａＮデバイスのロット間のバラつき（モノバラ）、周辺温度、ＲＦ信号の強度等によって異なるが、デバイス間でＩdqドリフト特性を揃えることは可能である。モニタ用ＧａＮデバイス１０６とＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８とは、デバイスサイズに応じた入力信号に対し、同等のＩdqドリフト特性を有する。これにより、Ｉdq検出回路１１２は、デバイスサイズに応じて、増幅用入力信号における実際のドリフト特性と同等のドリフト特性を、モニタ用入力信号においても監視することができる。したがって、Ｉdq検出回路１１２は、精度良くアイドリング電流Ｉdqを検出することができる。その結果、電力増幅装置１００は、アイドリング電流Ｉdqを規定値に維持することが可能となる。

ゲートバイアス制御回路１１９は、タイミング制御回路１０７とＩdq検出回路１１２とから入力される信号に基づき、ゲート電圧Ｖgs2を制御する。電源端子１２２には電源が供給され、その電源は、高周波遮断用コイル１２３を介して、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のドレインに印加される。電源端子１２２は、直流電圧素子用コンデンサ１２４を介して、グランドに接地されている。これにより、電源端子１２２に高周波の妨害成分が印加された場合に、その成分が除去される。なお、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８により増幅されたＲＦ信号は、ＤＣブロック１２５を介して、出力端子１２６に出力される。

以上、電力増幅装置１００の機能的構成について説明したが、上述した各構成要素は、例えば、以下に示す素子や回路により実現することができる。ＤＣブロック１０５、１１５、１１７、１２５は、コンデンサ（キャパシタ）により実現される。減衰器１０３は、複数の抵抗を組み合わせて実現される。ＲＦスイッチ１０４は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、コンデンサ、抵抗を組み合わせて実現される。Ｉdq検出回路１１２は、電流値を電圧値に変換する微小抵抗により実現される。ゲートバイアス制御回路１１９は、三角波発生回路、コンパレータ（反転比較器）、整流回路、反転回路を組み合わせて実現される。特に、ゲートバイアス制御回路１１９は、Ｉdq検出回路１１２により検出されたアイドリング電流Ｉdqに所定の抵抗値を乗算した電圧であるＩdq検出電圧を閾値として、三角波からパルスを生成する。その後、ゲートバイアス制御回路１１９は、このパルス信号を増幅して整流することで、ゲート電圧Ｖgsを生成する。したがって、三角波の周波数が高い程、ゲート電圧制御の応答性は向上する。

次に、動作を説明する。図３は、本実施例に係る電力増幅装置１００の主要な動作を説明するための図である。

図３に示すように、Ｓ１では、タイミング制御回路１０７は、ＲＦスイッチ１０４と、Ｉdq検出回路１１２と、ゲートバイアス制御（ＧＢＣ）回路１１９とに対して、同期信号を出力する。例えば、入力端子１０１に入力されたＲＦ入力信号強度と時間との関係が図４Ａに示すような状態にあるとき、タイミング制御回路１０７は、図４Ｂに示す波形の同期信号を出力する。

ＲＦスイッチ１０４は、タイミング制御回路１０７から同期信号を入力すると、Ｔ１秒間ＲＦをオフ状態とし、Ｔ１秒間が経過した後、ＲＦオン状態に戻す（Ｓ２）。図５Ａは、ＲＦスイッチ１０４の状態と時間との関係を示す図である。図５Ａに示すように、ＲＦスイッチ１０４は、同期信号が入力されたタイミング（図４Ｂのｔ0参照）で、オン状態からオフ状態に遷移する。ＲＦスイッチ１０４は、その後、ｔ0から時間Ｔ１の経過に伴い、再びオン状態に遷移する。時間Ｔ１は、アイドリング電流Ｉdqを検出及び監視するのに十分な時間であり、例えば数ｍｓである。

また、Ｉdq検出回路１１２は、タイミング制御回路１０７から同期信号を入力すると、入力時から上記Ｔ１秒間が経過するまでのＩdqをモニタし、そのＩdqの値をゲートバイアス制御回路１１９に出力する（Ｓ３）。更に、ゲートバイアス制御回路１１９は、タイミング制御回路１０７から同期信号を入力すると、入力時から上記Ｔ１秒間が経過した後、Ｉdq検出回路１１２から入力されたＩdq値に応じて、ゲート電圧Ｖgs2を調整する（Ｓ４）。

ここで、図５Ａでは、ＲＦ信号をオフにしてアイドリング電流Ｉdqを検出及び監視するタイミングは、高電力信号の入力時としたが、このタイミングは、一定周期毎にする等、任意である。また、ゲートバイアス制御（ＧＢＣ）回路１１９がＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧を制御するタイミングについては、ＲＦ入力信号のオン、オフ状態を問わず、任意である。

図５Ｂは、モニタ用入力信号の信号強度と時間との関係を示す図である。図５Ｂに示すように、モニタ用ＧａＮデバイス１０６に入力されるＲＦ信号の強度は、ＲＦスイッチ１０４がオフ状態に移行したことを契機として、時間ｔ0で０となる。そして、モニタ用入力信号の信号強度は、オン状態への復帰を契機として、再び、入力端子１０１に入力されたＲＦ入力信号強度（図４Ａ参照）と同様の波形を示す。

図６Ａは、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のドレイン電流と時間との関係を示す図である。図６Ａに示すように、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のドレイン電流Ｉdsは、ＲＦスイッチ１０４がオン状態の間、破線に示すアイドリング電流Ｉdqの規定値Ｒ１を超える値を示している。しかしながら、時間ｔ0において、ＲＦスイッチ１０４がオフに切り替わると、オフ状態にある間（時間Ｔ１）、ドレイン電流Ｉdsは、上記規定値Ｒ１よりも有意に低い値を示す。そして、時間ｔ0＋Ｔ１において、再びオン状態に戻ると、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のドレイン電流Ｉdsは、元のＲＦ入力信号と同様の波形を示す。図６Ａの領域Ｄ１は、ＲＦオフ状態において、Ｉdq検出回路１１２により、モニタ用ＧａＮデバイス１０６のアイドリング電流Ｉdqとして検出、及び監視されるドレイン電流である。ゲートバイアス制御回路１１９によりＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧が制御される前（規定値の補正前）においては、領域Ｄ１におけるアイドリング電流Ｉdqは、規定値Ｒ１よりも低い値となる。

次に、図６Ｂは、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のドレイン電流と時間との関係を示す図である。図６Ｂにおいて、波形Ｌ１は、アイドリング電流Ｉdqが規定値に維持された場合におけるＲＦ動作中（オン状態）のドレイン電流値Ｉdsを示す。また、波形Ｌ２は、アイドリング電流Ｉdqの低下に伴い、ＲＦ動作中のドレイン電流Ｉdsや利得（ゲイン）が変動した場合におけるドレイン電流値Ｉdsを示す。波形Ｌ３は、補正後におけるドレイン電流値Ｉdsを示す。図６Ｂに示すように、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のドレイン電流Ｉdsの値は、時間ｔ0において、アイドリング電流Idqの低下に伴って一旦低下するが、アイドリング電流Ｉdq規定値の補正により、再び、元のドレイン電流値に回復する（時間ｔ0＋Ｔ１）。つまり、電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧Ｖgs2を制御することで、アイドリング電流Ｉdqの規定値を補正し、これにより、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のドレイン電流Ｉdsの変動を抑制する。

ここで、上記Ｓ４において、ゲートバイアス制御回路１１９によりゲート電圧Ｖgs2が調整される様子を、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。ゲートバイアス制御回路１１９は、事前に取得された、ＧａＮデバイスのＶgs2−Ｉdq特性に基づき、ゲート電圧Ｖgs2を調整する。図７Ａは、通常状態におけるＶgs2−Ｉdq特性を示す図である。図７Ａでは、ｘ軸にゲート電圧Ｖgs2が規定され、ｙ軸にアイドリング電流Ｉdqが規定されている。図７Ａに示すように、通常状態では、所定のゲート電圧Ｖgs2Aにおいて、アイドリング電流Ｉdqが規定値Ｉdq0となる。図７Ｂは、Ｉdqドリフト状態におけるＶgs2−Ｉdq特性を示す図である。図７Ｂに示すように、Ｉdqドリフト状態では、ＧａＮデバイスの閾値（ドレイン電流Ｉdsが所定値以下となる時のゲート電圧値Ｖgs2）の変動に伴い、アイドリング電流Ｉdqが、Ｉdq0からＩdq1に低下してしまう。そこで、この低下したＩdqを規定値に戻す調整処理が必要となる。図７Ｃは、Ｉdqドリフト状態において調整されたＶgs2を示す図である。ゲートバイアス制御回路１１９は、アイドリング電流Ｉdqの変動量に応じて、Ｉdqが上記規定値Ｉdq0となるまで、ゲート電圧Ｖgs2を調整する。その結果、図７Ｃに示すように、ゲート電圧Ｖgs2は、Ｉdq1に対応するＶgs2Aから、規定値であるＩdq0に対応するＶgs2Bに増加される。

以上説明したように、本実施例に係る電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８と、モニタ用ＧａＮデバイス１０６と、Ｉdq検出回路１１２と、ゲートバイアス制御（ＧＢＣ）回路１１９とを有する。ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８は、入力信号を増幅して出力する。モニタ用ＧａＮデバイス１０６は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８の入出力信号をモニタするための増幅デバイスである。Ｉdq検出回路１１２は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に入力される入力信号から分岐してモニタ用ＧａＮデバイス１０６に入力される入力信号に対応し、モニタ用ＧａＮデバイス１０６が出力する出力信号を、検出する。ゲートバイアス制御回路１１９は、Ｉdq検出回路１１２により検出された出力信号に応じて、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に印加するゲート電圧を制御する。

より具体的には、電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８と、モニタ用ＧａＮデバイス１０６と、ＲＦスイッチ１０４と、Ｉdq検出回路１１２と、ゲートバイアス制御回路１１９とを有する。ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８は、ＲＦ入力信号を増幅して出力する。モニタ用ＧａＮデバイス１０６は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８と同等の、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８におけるアイドリング電流Ｉdqに関するドリフト特性を有する。ＲＦスイッチ１０４は、ＲＦ入力信号の少なくとも一部を入力し、モニタ用ＧａＮデバイス１０６に出力することで、モニタ用ＧａＮデバイス１０６へのＲＦ入力信号の入力の有無を切り替える。Ｉdq検出回路１１２は、モニタ用ＧａＮデバイス１０６にＲＦ入力信号の入力が無い時、アイドリング電流Ｉdqの値を検出して監視する。ゲートバイアス制御回路１１９は、Ｉdq検出回路１１２により検出されたアイドリング電流Ｉdqの値に基づき、アイドリング電流Ｉdqの値が規定値となるように、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に印加するゲート電圧Ｖgs2を制御する。

このように、電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に加えて、モニタ用ＧａＮデバイス１０６を設け、当該デバイスにおけるアイドリング電流Ｉdqを検出して監視する。電力増幅装置１００は、アイドリング電流Ｉdqの検出結果を基に、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に印加するゲート電圧Ｖgs2を制御することで、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８におけるアイドリング電流Ｉdqの規定値を調整する。これにより、アイドリング電流Ｉdqは、規定値に維持される。つまり、電力増幅装置１００は、モニタ用デバイスのアイドリング電流Ｉdqを監視し、その値に基づき、ＲＦ増幅用デバイスのゲート電圧を制御することで、Ｉdqドリフトによる電流変動を補正して、電流を規定値に維持する。したがって、電力増幅装置１００は、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のドレイン電流Ｉdsの変動を抑制することができる。その結果、電力増幅装置１００は、高電力信号が入力された際に発生するＩdqドリフト現象の影響を低減することが可能となる。

続いて、図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら、同期信号の入力に伴い、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧Ｖgsが制御される過程について説明する。以下の説明では、図８Ａに示すような信号強度のＲＦ信号が入力端子１０１に入力された場合を想定する。図８Ｂは、同期信号が所定周期Ｃ１で出力される場合における、同期信号のクロックと時間との関係を示す図である。図８Ｂに示すように、タイミング制御回路１０７は、同期信号として、所定周期Ｃ１のクロック信号を出力する。これにより、ゲートバイアス制御回路１１９は、検出されたアイドリング電流Ｉdqを規定値に戻すように、上記所定周期（クロック周期）Ｃ１毎に、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８に印加するゲート電圧Ｖgsを制御することができる。その結果、クロック信号に応じて制御されたゲート電圧Ｖgsの値は、図８Ｃに示すような波形となる。

すなわち、電力増幅装置１００は、ＲＦスイッチ１０４とＩdq検出回路１１２とゲートバイアス制御回路１１９とに対し、同期信号（所定周期のクロック信号）を出力するタイミング制御回路１０７を更に有する。ＲＦスイッチ１０４は、同期信号の入力時から所定時間（例えばＴ１）の間、モニタ用ＧａＮデバイス１０６への入力信号の入力が無い状態（ＲＦオフ状態）とする。Ｉdq検出回路１１２は、上記同期信号の入力時から所定時間の間（例えばＴ１）、アイドリング電流Ｉdqの値を検出して監視する。ゲートバイアス制御回路１１９は、上記同期信号の入力後、Ｉdq検出回路１１２によるアイドリング電流Ｉdqの値の検出結果に基づき、アイドリング電流Ｉdqの値が所定の値（例えば、規定値の４００ｍＡ）となるように、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧を制御する。

上述の場合、同期信号は、ＲＦスイッチ１０４と、Ｉdq検出回路１１２と、ゲートバイアス制御回路１１９との間における、クロック信号入力時の動作タイミングを合わせるタイミング制御信号として機能する。アイドリング電流Ｉdqは、ＲＦ信号の入力がオフの時間に検出されるが、電力増幅装置１００は、所定のクロック周期Ｃ１で出力される同期信号をタイミング制御信号とするため、ＲＦ信号の入力がオフとなる契機は、定期的に到来する。これにより、アイドリング電流Ｉdqが検出、監視される機会が増加する。したがって、ゲートバイアス制御回路１１９は、大きなタイムラグを伴うことなく、アイドリング電流Ｉdqの値を補正することができる。その結果、アイドリング電流Ｉdqは、規定値に高精度に維持される。

次に、図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら、同期信号の入力に伴い、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧Ｖgsが制御される更に別の過程について説明する。以下の説明では、図９Ａに示すような信号強度のＲＦ信号が入力端子１０１に入力された場合を想定する。図９Ａでは、ＲＦ入力信号強度に閾値Ｔｈが設定され、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3の３時点において、ＲＦ入力信号強度がその閾値Ｔｈを超えている。図９Ｂは、ＲＦ入力信号強度が所定値以上の時に同期信号が出力される場合における、同期信号のクロックと時間との関係を示す図である。図９Ｂに示すように、タイミング制御回路１０７は、所定周期Ｃ２のクロック信号に加えて、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3での同期信号を出力する。これにより、ゲートバイアス制御回路１１９は、上記所定周期Ｃ２の間隔に併せて、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3においても、検出されたアイドリング電流Ｉdqを規定値に戻すように、ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス１１８のゲート電圧Ｖgsを制御することができる。その結果、同期信号に応じて制御されたゲート電圧Ｖgsの値は、図９Ｃに示すような波形となる。図９Ｃでは、図８Ｃの波形と比較して、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3においても、ゲート電圧Ｖgsの制御が開始されている。このため、より早い段階でのアイドリング電流Ｉdqの補正が実現される。

すなわち、電力増幅装置１００は、タイミング制御回路１０７は、入力信号の信号強度が所定値Ｔｈ以上となる時点を検出し、当該時点における入力信号に同期する同期信号を、ＲＦスイッチ１０４とＩdq検出回路１１２とゲートバイアス制御回路１１９とに対し出力する。上述の場合、同期信号は、ＲＦスイッチ１０４と、Ｉdq検出回路１１２と、ゲートバイアス制御回路１１９との間における、クロック信号入力時、及び高電力信号入力時（時間ｔ1、ｔ2、ｔ3）の動作タイミングを合わせるタイミング制御信号として機能する。アイドリング電流Ｉdqは、ＲＦ信号の入力がオフの時間に検出されるが、電力増幅装置１００は、所定のクロック周期Ｃ２で出力される同期信号のみならず、高電力信号の入力が検知された時に出力される同期信号もタイミング制御信号とする。したがって、ＲＦ信号の入力がオフとなる契機は、アイドリング電流Ｉdqの値を規定値に補正する必要性の高い入力信号強度増大時にも到来する。これにより、アイドリング電流Ｉdqが検出、監視される機会が更に増加する。したがって、ゲートバイアス制御回路１１９は、電力増幅装置１００に高電力信号が入力すると、即時に、アイドリング電流Ｉdqの値を補正することができる。その結果、Ｉdqドリフトに対する時間応答特性は更に向上し、電力増幅装置１００は、アイドリング電流Ｉdqを規定値に高精度に維持することが可能となる。

なお、本実施例では、タイミング制御回路１０７が同期信号を出力するタイミングについて、クロック信号として所定周期で出力すると共に、ＲＦ入力信号強度が一定レベル以上に達した時点（例えば、図９Ａ〜図９Ｃに示したｔ1、ｔ2、ｔ3）で出力する場合を例示した。しかしながら、タイミング制御回路１０７は、同期信号を、上述した双方のタイミングではなく、何れか一方のタイミングで出力してもよい。

１ 送信機
２ ベースバンド信号生成部
３ 基地局
１１ 乗算器
１２ 局部発振器
１３ アンテナ
１００ 電力増幅装置
１０１ 入力端子
１０２ 信号分離器
１０３ 減衰器
１０４ ＲＦスイッチ
１０５ ＤＣブロック
１０６ モニタ用ＧａＮデバイス
１０７ タイミング制御回路
１０８ 可変抵抗
１０９ ゲート抵抗
１１０ 高周波遮断用コイル
１１１ 電源端子
１１２ Ｉdq検出回路
１１３ 高周波遮断用コイル
１１４ 直流電圧素子用コンデンサ
１１５ ＤＣブロック
１１６ ５０Ω抵抗
１１７ ＤＣブロック
１１８ ＲＦ増幅用ＧａＮデバイス
１１９ ゲートバイアス制御（ＧＢＣ）回路
１２０ ゲート抵抗
１２１ 高周波遮断用コイル
１２２ 電源端子
１２３ 高周波遮断用コイル
１２４ 直流電圧素子用コンデンサ
１２５ ＤＣブロック
１２６ 出力端子

Claims (4)

1. 入力信号を増幅して出力する第１の増幅デバイスと、
   前記第１の増幅デバイスと同等の、電流に関するドリフト特性を有する第２の増幅デバイスと、
   前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力の有無を切り替える切替え回路と、
   前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力が無い時、前記第２の増幅デバイスのアイドリング電流を検出する検出回路と、
   前記検出回路により検出された前記アイドリング電流の値に基づき、前記アイドリング電流の値が所定の値となるように、前記第１の増幅デバイスに印加するゲート電圧を制御する制御回路と
   を有することを特徴とする増幅装置。
2. 前記切替え回路と前記検出回路と前記制御回路とに対し、同期信号を出力する同期制御回路を更に有し、
   前記切替え回路は、前記同期信号の入力時から所定時間の間、前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力が無い状態とし、
   前記検出回路は、前記同期信号の入力時から前記所定時間の間、前記電流の値を検出し、
   前記制御回路は、前記同期信号の入力後、前記第１の増幅デバイスに印加するゲート電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
3. 入力信号を増幅して出力する第１の増幅デバイスと、
   前記第１の増幅デバイスと同等の、電流に関するドリフト特性を有する第２の増幅デバイスと、
   前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力の有無を切り替える切替え回路と、
   前記第２の増幅デバイスへの前記入力信号の入力が無い時、前記第２の増幅デバイスのアイドリング電流を検出する検出回路と、
   前記検出回路により検出された前記アイドリング電流の値に基づき、前記アイドリング電流の値が所定の値となるように、前記第１の増幅デバイスに印加するゲート電圧を制御する制御回路と
   を有する増幅装置と、
   前記増幅装置により増幅された出力信号を送信する送信部と
   を有することを特徴とする送信機。
4. 第１の増幅デバイスが入力信号を増幅して出力する増幅装置制御方法であって、
   前記第１の増幅デバイスに入力される入力信号から分岐して、前記第１の増幅デバイスと同等の電流に関するドリフト特性を有する第２の増幅デバイスに入力される入力信号が、切替え回路により遮断されている時、前記第２の増幅デバイスのアイドリング電流を検出し、検出された前記アイドリング電流が所定の値となるように、前記第１の増幅デバイスに印加するゲート電圧を制御することを特徴とする増幅装置制御方法。

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