JP5921482B2 - Doherty amplifier - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、マイクロ波通信等に用いられるドハティ型増幅器の改良に関する。   Embodiments described herein relate generally to an improvement of a Doherty amplifier used for microwave communication or the like.

携帯電話機等に使用される増幅器においては、平均電力とピーク電力との差が大きなCDMA(Code Division Multiple Access)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)等の高周波信号を効率的に増幅するために、増幅器の平均出力電力より、増幅器の飽和レベルを高くする(バックオフをとる)必要がある。しかし、飽和レベルからバックオフをとって使用すると、増幅器の効率が低下する。この効率低下を防止するために、ドハティ型増幅器が適用される。   In an amplifier used for a cellular phone or the like, an amplifier is used to efficiently amplify a high frequency signal such as CDMA (Code Division Multiple Access) or OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) having a large difference between average power and peak power. Therefore, it is necessary to make the amplifier saturation level higher than the average output power. However, if the back-off is used from the saturation level, the efficiency of the amplifier decreases. In order to prevent this efficiency reduction, a Doherty amplifier is applied.

ドハティ型増幅器は、AB級またはB級動作のメインアンプと、C級動作のピークアンプとを備える。出力電力の低い領域ではメインアンプのみが動作し、出力レベルが飽和領域に近づくとメインアンプとピークアンプとが動作するようになっており、広範囲の出力レベルで高い効率を得られるという利点がある。   The Doherty amplifier includes a main amplifier for class AB or class B operation and a peak amplifier for class C operation. Only the main amplifier operates in the region where the output power is low, and the main amplifier and peak amplifier operate when the output level approaches the saturation region. This has the advantage that high efficiency can be obtained over a wide range of output levels. .

WO2008/35396WO2008 / 35396

A Dual-Band Parallel Doherty Power Amplifier for Wireless Applications (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.60, No.10, OCTOBER 2012)A Dual-Band Parallel Doherty Power Amplifier for Wireless Applications (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.60, No.10, OCTOBER 2012) A Methodology for Realizing High Efficiency Class-J in a Linear and Broadband PA (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.57, No.12, DECEMBER 2009)A Methodology for Realizing High Efficiency Class-J in a Linear and Broadband PA (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.57, No.12, DECEMBER 2009)

ところで、ドハティ型増幅器では、広帯域に高効率な周波数特性を得ることができず、改良する手段が検討されている。   By the way, in the Doherty amplifier, high-efficiency frequency characteristics cannot be obtained in a wide band, and means for improving it are being studied.

本発明の目的は、広帯域に高効率な周波数特性を得ることが可能なドハティ型増幅器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a Doherty amplifier capable of obtaining a highly efficient frequency characteristic in a wide band.

実施形態によれば、ドハティ型増幅器は、入力信号が供給されているときは常時動作し、当該入力信号を増幅するメインアンプと、入力信号が所定のレベルより大きいときに動作し、当該入力信号を増幅するピークアンプと、メインアンプの出力とピークアンプの出力とを合成して出力するための負荷部と、メインアンプと負荷部との間に接続され、入力信号の1/4波長に対応する1/4波長伝送線路とを備えるドハティ型増幅器を対象とし、ピークアンプと負荷部との間に接続される、入力信号の1/2波長に対応する1/2波長伝送線路を備える。   According to the embodiment, the Doherty amplifier always operates when an input signal is supplied, operates when the input signal is larger than a predetermined level, and a main amplifier that amplifies the input signal. Is connected between the main amplifier and the load unit, and corresponds to the quarter wavelength of the input signal, the peak amplifier for amplifying the signal, the load unit for combining and outputting the output of the main amplifier and the output of the peak amplifier A Doherty-type amplifier including a quarter-wave transmission line is provided, and a half-wave transmission line corresponding to a half wavelength of an input signal, which is connected between a peak amplifier and a load unit, is provided.

第1の実施形態に係わるドハティ型増幅器の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a Doherty amplifier according to a first embodiment. FIG. 第1の実施形態において、メインアンプ及びピークアンプに入力される信号の振幅特性を示す図。The figure which shows the amplitude characteristic of the signal input into main amplifier and peak amplifier in 1st Embodiment. 第1の比較例として、一般的なドハティ型増幅器の等価回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a general Doherty amplifier as a first comparative example. 第1の比較例において、6dB以上バックオフをとった動作点におけるメインアンプから出力負荷までの周波数特性図。In the 1st comparative example, the frequency characteristic figure from the main amplifier to the output load in the operating point which took 6 dB or more backoff. 第2の比較例となるドハティアンプの等価回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the equivalent circuit of the Doherty amplifier used as the 2nd comparative example. 第2の比較例において、6dB以上バックオフをとった動作点におけるメインアンプから出力負荷までの周波数特性図。In the 2nd comparative example, the frequency characteristic figure from the main amplifier to the output load in the operating point which took 6 dB or more backoff. 本第1の実施形態におけるドハティ型増幅器の等価回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the Doherty amplifier according to the first embodiment. 本第1の実施形態において、6dBバックオフ時の、メインアンプから出力負荷までの周波数特性図。FIG. 6 is a frequency characteristic diagram from the main amplifier to the output load at the time of 6 dB back-off in the first embodiment. 上記第2の比較例において、メインアンプからみた負荷部のインピーダンスを示す周波数特性図。The frequency characteristic figure which shows the impedance of the load part seen from the main amplifier in the said 2nd comparative example. 本第1の実施形態において、メインアンプからみた負荷部のインピーダンスを示す周波数特性図。The frequency characteristic figure which shows the impedance of the load part seen from the main amplifier in the 1st embodiment. 第2の実施形態に係わるドハティ型増幅器の等価回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the equivalent circuit of the Doherty type amplifier concerning 2nd Embodiment. 本第2の実施形態において、メインアンプからみた負荷部のインピーダンスを示す周波数特性図。The frequency characteristic figure which shows the impedance of the load part seen from the main amplifier in the 2nd embodiment. 第3の実施形態に係わるドハティ型増幅器の等価回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the equivalent circuit of the Doherty type amplifier concerning 3rd Embodiment. 本第3の実施形態において、メインアンプからみた負荷部のインピーダンスを示す周波数特性図。In the 3rd Embodiment, the frequency characteristic figure which shows the impedance of the load part seen from the main amplifier.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係わるドハティ型増幅器(以下、ドハティアンプと称する)の概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Doherty amplifier (hereinafter referred to as a Doherty amplifier) according to the first embodiment.

図1において、入力信号をハイブリッド回路1で2系統に分配し、一方をメインアンプ2に供給し、他方をピークアンプ3に供給する。メインアンプ2は入力信号を所定の信号レベルまで電力増幅する。ピークアンプ3も上記メインアンプ2と同様に、入力信号を所定の信号レベルまで電力増幅する。   In FIG. 1, an input signal is distributed to two systems by a hybrid circuit 1, one is supplied to a main amplifier 2, and the other is supplied to a peak amplifier 3. The main amplifier 2 amplifies the power of the input signal to a predetermined signal level. Similarly to the main amplifier 2, the peak amplifier 3 amplifies the power of the input signal to a predetermined signal level.

メインアンプ2の出力は、入力信号の1/4波長に対応する1/4波長線路4及び負荷部5を介して取り出される。ピークアンプ3の出力は、メインアンプ2の出力と合成され、負荷部5を介して取り出される。   The output of the main amplifier 2 is taken out via the quarter wavelength line 4 and the load unit 5 corresponding to the quarter wavelength of the input signal. The output of the peak amplifier 3 is combined with the output of the main amplifier 2 and taken out via the load unit 5.

図1において、各アンプのバイアスを調節してメインアンプ2の動作点をAB級またはB級に設定し、ピークアンプ3の動作点をC級に設定する。ピークアンプ3はC級で動作するので、メインアンプ2の出力レベルが小さく、線形動作していればピークアンプ3のドレイン電流は流れないが、メインアンプ2が飽和を開始すると、ピークアンプ3から増幅信号が出力され始める。   In FIG. 1, the operating point of the main amplifier 2 is set to class AB or class B by adjusting the bias of each amplifier, and the operating point of the peak amplifier 3 is set to class C. Since the peak amplifier 3 operates in class C, the drain level of the peak amplifier 3 does not flow if the output level of the main amplifier 2 is small and linearly operates. However, when the main amplifier 2 starts to saturate, the peak amplifier 3 The amplified signal begins to be output.

図2は、平均電力とピーク電力の比が6dBの信号を例に示している。この場合、ピークアンプ3のバイアス電圧は、例えば図2に示すようなピーク電力レベルよりも6dB低い値でオンとなるようなゲートバイアスに設定されている。これにより、出力電力が低い領域(例えば、図2中の平均電力以下)ではピークアンプ3がOFFとなり、出力電力が飽和領域に近づくと、ピークアンプ3のドレイン電流はメインアンプ2と同じ大きさまで立ち上がる。   FIG. 2 shows an example of a signal having a ratio of average power to peak power of 6 dB. In this case, the bias voltage of the peak amplifier 3 is set to a gate bias that turns on at a value 6 dB lower than the peak power level as shown in FIG. As a result, the peak amplifier 3 is turned off in a region where the output power is low (for example, below the average power in FIG. 2), and when the output power approaches the saturation region, the drain current of the peak amplifier 3 reaches the same magnitude as the main amplifier 2. stand up.

次に、上記構成における動作について説明する。
まず、本第1の実施形態の動作を説明するに先立ち、一般的なドハティアンプの周波数特性について説明する。
Next, the operation in the above configuration will be described.
First, before describing the operation of the first embodiment, the frequency characteristics of a general Doherty amplifier will be described.

(第1の比較例の説明)
図3は、第1の比較例として、一般的なドハティアンプの等価回路図である。
(Description of the first comparative example)
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a general Doherty amplifier as a first comparative example.

ここでは、メインアンプ2、ピークアンプ3は電流源であり、メインアンプ2の出力と負荷部5との間に中心周波数で入力信号の1/4波長となる1/4波長線路4を実装している。図3では、一般的な回路として、メインアンプ2、ピークアンプ3は50Ω負荷の時に最大出力電力を供給することができるとしている。   Here, the main amplifier 2 and the peak amplifier 3 are current sources, and a 1/4 wavelength line 4 that is 1/4 wavelength of the input signal at the center frequency is mounted between the output of the main amplifier 2 and the load unit 5. ing. In FIG. 3, as a general circuit, the main amplifier 2 and the peak amplifier 3 can supply the maximum output power when the load is 50Ω.

ドハティアンプの負荷部5の負荷抵抗(RL)は25Ωとしているので、6dBバックオフ点においては、中心周波数では、50Ωの1/4波長線路4によって、50Ω×50Ω÷25Ω=100Ωとなり、メインアンプ2は電圧的に飽和し、高効率に動作することができる。   Since the load resistance (RL) of the load section 5 of the Doherty amplifier is 25Ω, at the center frequency at the 6 dB back-off point, 50Ω × 50Ω ÷ 25Ω = 100Ω by the 50Ω 1/4 wavelength line 4, and the main amplifier 2 is saturated in voltage and can operate with high efficiency.

しかしながら、1/4波長線路4は周波数特性を有しているので、動作周波数が設計の中心周波数からずれると、特性は劣化する。図4には、6dB以上バックオフをとった動作点において、メインアンプ2から出力負荷までのS21を図示している。ここで、メインアンプ2の出力は100Ω系で、負荷部5は25Ωとしている。1/4波長線路4の中心周波数は1000MHzとしている。中心周波数からずれるにしたがい、S21は低下する。   However, since the 1/4 wavelength line 4 has frequency characteristics, the characteristics deteriorate when the operating frequency deviates from the design center frequency. FIG. 4 shows S21 from the main amplifier 2 to the output load at the operating point where the back-off is 6 dB or more. Here, the output of the main amplifier 2 is 100Ω and the load unit 5 is 25Ω. The center frequency of the 1/4 wavelength line 4 is 1000 MHz. As the frequency deviates from the center frequency, S21 decreases.

なお、図3の一般的なドハティアンプは、メインアンプ2、ピークアンプ3が理想的な電流源であれば、ピークアンプ3の動作時には、周波数特性を有しない。この理由としては、1/4波長線路4の出力からみたインピーダンス(図3のZT)はピークアンプ3から流れこむ電流によって、負荷抵抗(RL)×2=50Ωとなり、6dBバックオフ点以下ではインピーダンス変換線路として動作していた50Ωの1/4波長線路4が、負荷抵抗と整合がとれるためである。   Note that the general Doherty amplifier of FIG. 3 does not have frequency characteristics when the peak amplifier 3 is in operation if the main amplifier 2 and the peak amplifier 3 are ideal current sources. The reason for this is that the impedance (ZT in FIG. 3) viewed from the output of the quarter wavelength line 4 becomes load resistance (RL) × 2 = 50Ω due to the current flowing from the peak amplifier 3, and the impedance is below 6 dB back-off point. This is because the 50Ω 1/4 wavelength line 4 operating as the conversion line can be matched with the load resistance.

(第2の比較例の説明)
次に、広帯域なドハティアンプの例として、「A Dual-Band Parallel Doherty Power Amplifier for Wireless Applications IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 60, NO. 10, OCTOBER 2012」に記載されている回路について説明する。
(Description of the second comparative example)
Next, as an example of a broadband Doherty amplifier, the circuit described in `` A Dual-Band Parallel Doherty Power Amplifier for Wireless Applications IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 60, NO. 10, OCTOBER 2012 '' is explained. To do.

図5は、第2の比較例となるドハティアンプの等価回路を示す回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a Doherty amplifier as a second comparative example.

第1の比較例におけるドハティアンプは、6dBバックオフ時には、メインアンプ2の出力の1/4波長線路4がインピーダンス変換器として動作しているため周波数特性が狭帯域であるが、ピーク動作時には、1/4波長線路4は負荷抵抗RLと整合がとれるため、広帯域特性となる。図5の回路は、ドハティアンプがメインアンプ2のみ動作する6dBバックオフ以下の動作時と、ドハティアンプが飽和し、メインアンプ2と、ピークアンプ3との両方が動作する時も、1/4波長線路4がインピーダンス変換器として動作するが、インピーダンスの変換比が上記第1の比較例の回路よりも低くなる。第1の比較例の回路では、6dBバックオフ時に負荷抵抗25Ωを100Ωに変換するのに対し、第2の比較例の回路では50Ωの負荷抵抗RLを100Ωに変換する。このため、ピーク動作時の帯域特性は第1の比較例より劣るが、6dBバックオフ時の特性は第1の比較例の回路より改善され、トータルのドハティアンプの動作は第1の比較例より改善される。   The Doherty amplifier in the first comparative example has a narrow frequency characteristic because the 1/4 wavelength line 4 of the output of the main amplifier 2 operates as an impedance converter at the time of 6 dB backoff, but at the time of peak operation, Since the quarter wavelength line 4 can be matched with the load resistance RL, it has a wide band characteristic. The circuit of FIG. 5 is 1/4 even when the Doherty amplifier operates only at the main amplifier 2 or less, and when the Doherty amplifier is saturated and both the main amplifier 2 and the peak amplifier 3 operate. Although the wavelength line 4 operates as an impedance converter, the impedance conversion ratio is lower than that of the circuit of the first comparative example. In the circuit of the first comparative example, the load resistance 25Ω is converted to 100Ω at the time of 6 dB backoff, whereas in the circuit of the second comparative example, the load resistance RL of 50Ω is converted to 100Ω. For this reason, the band characteristic at the peak operation is inferior to that of the first comparative example, but the characteristic at 6 dB back-off is improved from the circuit of the first comparative example, and the operation of the total Doherty amplifier is higher than that of the first comparative example. Improved.

また、第2の比較例では、ピークアンプ3と負荷部5との間に、インピーダンスが異なる1/4波長線路8−1、8−2を接続している。1/4波長線路8−1のインピーダンスは、負荷抵抗RLを100Ωに変換するために、「70.7Ω」に設定される。1/4波長線路8−2のインピーダンスは、バックオフ時に、出力の合成点から、ピークアンプ3側のインピーダンスをオープンとするために必要で、インピーダンスはピークアンプ3の負荷インピーダンスと同様「50Ω」に設定される。   In the second comparative example, quarter wavelength lines 8-1 and 8-2 having different impedances are connected between the peak amplifier 3 and the load unit 5. The impedance of the quarter wavelength line 8-1 is set to “70.7Ω” in order to convert the load resistance RL to 100Ω. The impedance of the ¼ wavelength line 8-2 is necessary to open the impedance on the peak amplifier 3 side from the output synthesis point at the time of backoff, and the impedance is “50Ω” like the load impedance of the peak amplifier 3. Set to

図6は、6dBバックオフ時の、メインアンプ2から負荷部5までの周波数特性S21を図示している。ここで、メインアンプ2の出力は100Ω系で、負荷部5は50Ωとしている。1/4波長線路4の中心周波数は1000MHzとしている。第1の比較例より、広帯特性となっているのがわかる。   FIG. 6 illustrates a frequency characteristic S21 from the main amplifier 2 to the load unit 5 at the time of 6 dB back-off. Here, the output of the main amplifier 2 is 100Ω and the load unit 5 is 50Ω. The center frequency of the 1/4 wavelength line 4 is 1000 MHz. It can be seen from the first comparative example that the band has a wide band characteristic.

(第1の実施形態の動作説明)
そこで、本第1の実施形態では、上記第2の比較例より更なる広帯域特性の改善を図るようにしている。
(Description of operation of the first embodiment)
Therefore, in the first embodiment, the broadband characteristics are further improved as compared with the second comparative example.

図7は、本第1の実施形態におけるドハティアンプの等価回路を示す図である。図7において、上記図1と同一部分には同一符号を付して説明する。   FIG. 7 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the Doherty amplifier according to the first embodiment. In FIG. 7, the same parts as those in FIG.

すなわち、ピークアンプ3と負荷部5の負荷抵抗の間に1/2波長線路6を実装している。この1/2波長線路6は、ドハティアンプが6dBバックオフ動作時に、メインアンプ2の出力の1/4波長線路4の周波数特性を補正する働きを有する。   That is, the half-wave line 6 is mounted between the peak amplifier 3 and the load resistance of the load unit 5. The 1/2 wavelength line 6 has a function of correcting the frequency characteristic of the 1/4 wavelength line 4 of the output of the main amplifier 2 when the Doherty amplifier performs a 6 dB back-off operation.

図8は、6dBバックオフ時の、メインアンプ2から出力負荷までの周波数特性S21を図示している。ここで、前回と同様、メインアンプ2の出力は100Ω系であるが、負荷部5の負荷抵抗RLは25Ω系である。メインアンプ2の出力の1/4波長線路4とピークアンプ3の出力の1/2波長線路6の中心周波数は1000MHzとしている。   FIG. 8 illustrates a frequency characteristic S21 from the main amplifier 2 to the output load at the time of 6 dB backoff. Here, as in the previous case, the output of the main amplifier 2 is a 100Ω system, but the load resistance RL of the load unit 5 is a 25Ω system. The center frequency of the 1/4 wavelength line 4 of the output of the main amplifier 2 and the 1/2 wavelength line 6 of the output of the peak amplifier 3 is 1000 MHz.

図8の特性は、第1の比較例の周波数特性(図4に図示)よりも広帯域であるが、第2の比較例の周波数特性(図6に図示)と比較すると、ほぼ同等である。   The characteristics of FIG. 8 are wider than the frequency characteristics of the first comparative example (shown in FIG. 4), but are substantially equivalent to the frequency characteristics of the second comparative example (shown in FIG. 6).

ところで、本第1の実施形態の構成を上記第2の比較例の構成と比較すると下記の利点がある。   By the way, comparing the configuration of the first embodiment with the configuration of the second comparative example has the following advantages.

(1)図9は、上記第2の比較例において、メインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスを示す。図10は、本第1の実施形態において、メインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスを示す。本第1の実施形態の回路は、上記第2の比較例の回路と比較して、651.2MHzから1349MHzの間でメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスの実部(図9及び図10中の□で示す)の変化が少ないことがわかる。なお、第2の比較例では、1000MHz付近ではメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスの実部(図9及び図10中の□で示す)の変化が少ないが、900MHzより低い帯域、1100MHzより高い帯域となると、メインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスの実部の変化が大きくなる。   (1) FIG. 9 shows the impedance of the load section 5 viewed from the main amplifier 2 in the second comparative example. FIG. 10 shows the impedance of the load unit 5 as viewed from the main amplifier 2 in the first embodiment. Compared with the circuit of the second comparative example, the circuit of the first embodiment is the real part of the impedance of the load section 5 viewed from the main amplifier 2 between 651.2 MHz and 1349 MHz (FIGS. 9 and 10). It can be seen that there is little change in). In the second comparative example, there is little change in the real part of the impedance of the load unit 5 (indicated by □ in FIGS. 9 and 10) viewed from the main amplifier 2 in the vicinity of 1000 MHz, but a band lower than 900 MHz and 1100 MHz. When the band becomes high, the change in the real part of the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 becomes large.

例えば文献「A Methodology for Realizing High Efficiency Class-J in a Linear and Broadband PA IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 57, NO. 12, DECEMBER 2009」に記載されているように、負荷部5の高調波のインピーダンスを調整することにより、波形をクリッピングさせることなく、リニアな動作とすれば、インピーダンスの実部を一定とすることにより、効率、出力電力を最大値とすることができる。このため、本第1の実施形態は、第2の比較例に比べ、6dBバックオフ時の効率の特性を広帯域化できる可能性があると考えられる。   For example, as described in the literature "A Methodology for Realizing High Efficiency Class-J in a Linear and Broadband PA IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 57, NO. 12, DECEMBER 2009" If the linear operation is performed without clipping the waveform by adjusting the impedance of the wave, the efficiency and output power can be maximized by making the real part of the impedance constant. For this reason, it is considered that the first embodiment may be able to broaden the efficiency characteristic at the time of 6 dB back-off compared to the second comparative example.

(2)第2の比較例の回路は、ピーク動作時において、前述したように、周波数特性を有する。しかしながら、本第1の実施形態は、メインアンプ2、ピークアンプ3が理想的な電流源であれば、ピーク動作時には周波数特性を有しない。ピーク動作時においては、メインアンプ2の出力の1/4波長線路4からみたインピーダンスZTは、ピークアンプ3側から流れ込む電流によって、負荷抵抗(RL)×2=50Ωとなり、1/4波長線路4は負荷部5の負荷抵抗RLと整合がとれる。同様にピークアンプ3の出力の1/2波長線路6からみたインピーダンスZT‘はメインアンプ2側から流れ込む電流によって、負荷抵抗(RL)×2=50Ωとなり、1/2波長線路6は負荷部5の負荷抵抗RLと整合がとれるからである。   (2) The circuit of the second comparative example has frequency characteristics as described above during peak operation. However, the first embodiment does not have frequency characteristics during peak operation if the main amplifier 2 and the peak amplifier 3 are ideal current sources. During peak operation, the impedance ZT of the output of the main amplifier 2 seen from the quarter wavelength line 4 becomes load resistance (RL) × 2 = 50Ω due to the current flowing from the peak amplifier 3 side. Can be matched with the load resistance RL of the load section 5. Similarly, the impedance ZT ′ viewed from the half-wave line 6 of the output of the peak amplifier 3 becomes load resistance (RL) × 2 = 50Ω due to the current flowing from the main amplifier 2 side, and the half-wave line 6 is the load section 5. This is because matching with the load resistance RL is possible.

以上のように上記第1の実施形態によれば、ピークアンプ3と負荷部5との間に、1/2波長線路6を接続することで、6dBバックオフ動作時に、メインアンプ2側の1/4波長線路4の周波数特性を補正するようにしているので、6dBバックオフ時に、メインアンプ2から見た負荷部5のインピーダンス実部の周波数特性を広帯域(650MHzから1349MHz)に渡って平坦にすることができる。   As described above, according to the first embodiment, by connecting the ½ wavelength line 6 between the peak amplifier 3 and the load unit 5, the 1 on the main amplifier 2 side during the 6 dB back-off operation. Since the frequency characteristic of the / 4 wavelength line 4 is corrected, the frequency characteristic of the real part of the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 is flat over a wide band (650 MHz to 1349 MHz) at the time of 6 dB backoff. can do.

また、上記第1の実施形態において、1/2波長線路6のインピーダンスを、負荷部5の負荷抵抗RLの2倍のインピーダンスに設定しているので、ピークアンプ3の動作時において、ピークアンプ3の出力側の1/2波長線路6から見た負荷部5のインピーダンスは、メインアンプ2側から流れ込む電流によって、負荷抵抗×2となり、1/2波長線路6は負荷部5と整合がとれ、これによりピーク動作時に周波数特性を有することなく、6dBバックオフ時に、メインアンプ2から見た負荷部5のインピーダンス実部の周波数特性を広帯域に渡って平坦にすることができる。また、高調波のインピーダンスを調整することにより、波形をクリッピングさせることなく、リニアな動作とすれば、実部が一定となり、効率、出力電力を最大値とすることができる。   In the first embodiment, since the impedance of the half-wavelength line 6 is set to be twice the impedance of the load resistance RL of the load unit 5, the peak amplifier 3 is operated during the operation of the peak amplifier 3. The impedance of the load section 5 seen from the half-wave line 6 on the output side becomes load resistance × 2 due to the current flowing from the main amplifier 2 side, and the half-wave line 6 is matched with the load section 5, As a result, the frequency characteristic of the real part of the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 can be flattened over a wide band at the time of 6 dB backoff without having the frequency characteristic at the peak operation. Further, by adjusting the impedance of the harmonics, if the linear operation is performed without clipping the waveform, the real part becomes constant, and the efficiency and output power can be maximized.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、上記第1の実施形態をより一般化して説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the first embodiment will be described in a more general manner.

図11は、第2の実施形態に係わるドハティアンプの接続図を示す。   FIG. 11 is a connection diagram of the Doherty amplifier according to the second embodiment.

ここでは、前回と同様に、ドハティアンプの中心周波数は1000MHz、ドハティアンプがバックオフ動作時、メインアンプ2からみた負荷部5の負荷インピーダンスRLは100Ω、ドハティアンプがピーク動作時のメインアンプ2、ピークアンプ3からみたインピーダンスRLを50Ωとする。   Here, as in the previous case, the center frequency of the Doherty amplifier is 1000 MHz, the Doherty amplifier has a back-off operation, the load impedance RL of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 is 100Ω, and the main amplifier 2 has a peak operation when the Doherty amplifier is in peak operation. The impedance RL viewed from the peak amplifier 3 is set to 50Ω.

ピークアンプ3の出力側に接続された1/4波長(λ0)線路23のインピーダンスZ0は50Ωとなる。   The impedance Z0 of the quarter wavelength (λ0) line 23 connected to the output side of the peak amplifier 3 is 50Ω.

また、ピークアンプ3が動作を開始した後、中心周波数において、メインアンプ2の電流が変化してもメインアンプ2の電圧が一定となるように、Zm^2=Z0×RL×2としている。   Further, after the peak amplifier 3 starts its operation, Zm ^ 2 = Z0 × RL × 2 is set so that the voltage of the main amplifier 2 remains constant even if the current of the main amplifier 2 changes at the center frequency.

図12は、RLをパラメータに、バックオフ時(メインアンプ2のみ動作している時)のメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスを示す。また、RLの値とZm、Z0の関係を以下の表1に示す。

Figure 0005921482
FIG. 12 shows the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 at the time of backoff (when only the main amplifier 2 is operating) using RL as a parameter. The relationship between the RL value and Zm and Z0 is shown in Table 1 below.
Figure 0005921482

図12において、RL=50Ω時は、上記第2の比較例(図5)に相当する。RL=25Ω時は、上記第1の実施形態(図7)に相当する。インピーダンスRLは25Ωに限らず、例えばインピーダンスRLを20Ωとしてもよい。インピーダンスRLを20Ωの場合でも、上記第2の比較例となるRL=50Ωよりインピーダンスの実部はフラットとなる。   In FIG. 12, RL = 50Ω corresponds to the second comparative example (FIG. 5). When RL = 25Ω, it corresponds to the first embodiment (FIG. 7). The impedance RL is not limited to 25Ω. For example, the impedance RL may be 20Ω. Even when the impedance RL is 20Ω, the real part of the impedance is flatter than RL = 50Ω as the second comparative example.

以上のように上記第2の実施形態によれば、負荷部5の負荷抵抗RLが「25Ω」である上記第1の実施形態だけでなく、RLが「25Ω」に近い「20Ω」であっても同様な効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, not only the first embodiment in which the load resistance RL of the load unit 5 is “25Ω”, but also RL is “20Ω” close to “25Ω”. The same effect can be obtained.

(第3の実施形態)
上記各実施形態では、負荷抵抗RLを「25Ω」または「20Ω」としてきた。通常の回路のインタフェースは「50Ω」であるので、「25Ω」を「50Ω」に変換する必要がある。この1つの方法は、例えばテーパ状の広帯域インピーダンス変換器を使用することであるが、従来のドハティアンプで使用している1/4波長線路を使用したインピーダンス変換器を使用してもよい。以下に、その説明を行う。
(Third embodiment)
In the above embodiments, the load resistance RL has been set to “25Ω” or “20Ω”. Since the interface of a normal circuit is “50Ω”, it is necessary to convert “25Ω” to “50Ω”. One method is to use, for example, a tapered broadband impedance converter, but an impedance converter using a quarter wavelength line used in a conventional Doherty amplifier may be used. This will be described below.

図13は、第3の実施形態として、上記第2の実施形態(図11)の出力回路に1/4波長線路31を追加して出力インピーダンスを「50Ω」に変換した回路である。   FIG. 13 shows a circuit obtained by adding a quarter wavelength line 31 to the output circuit of the second embodiment (FIG. 11) and converting the output impedance to “50Ω” as the third embodiment.

ここでも、前回と同様に、ドハティアンプの中心周波数は1000MHz、ドハティアンプがバックオフ動作時、メインアンプ2からみた負荷インピーダンスは「100Ω」、ドハティアンプがピーク動作時のメインアンプ2、ピークアンプ3からみたインピーダンスを「50Ω」とする。   Here again, as before, the center frequency of the Doherty amplifier is 1000 MHz, the Doherty amplifier is back-off operation, the load impedance viewed from the main amplifier 2 is “100Ω”, the main amplifier 2 when the Doherty amplifier is in peak operation, and the peak amplifier 3 The impedance seen from the viewpoint is “50Ω”.

ピークアンプ3の出力側に接続された1/4波長線路23のインピーダンスZ0は「50Ω」となる。また、ピークアンプ3が動作を開始した後、中心周波数において、メインアンプ2の電流が変化してもメインアンプ2の電圧が一定となるように、Zm^2=2×Z0×Za^2/RLとしている。   The impedance Z0 of the quarter wavelength line 23 connected to the output side of the peak amplifier 3 is “50Ω”. Also, after the peak amplifier 3 starts operating, Zm ^ 2 = 2 × Z0 × Za ^ 2 / so that the voltage of the main amplifier 2 remains constant even if the current of the main amplifier 2 changes at the center frequency. RL.

図14は、出力合成点から出力側をみたインピーダンス(Zb)をパラメータに、バックオフ時(メインアンプ2のみ動作している時)のメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスを示す。また、RL、Zb,Z0の値とZm、Zaの関係を以下の表2に示す。

Figure 0005921482
FIG. 14 shows the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 during backoff (when only the main amplifier 2 is operating), using the impedance (Zb) viewed from the output synthesis point as the parameter. Table 2 below shows the relationship between the values of RL, Zb, and Z0 and Zm and Za.
Figure 0005921482

図14において、Zb=50Ω時は、上記第2の比較例(図5)に相当する。Zb=25Ω時は、上記第1の実施形態(図7)の回路の出力に1/4波長線路31を追加した回路に相当する。上記第1の実施形態(図7)の回路の出力に1/4波長線路31を追加して出力インピーダンスを50Ωにしても、依然、上記第2の比較例(図5)よりバックオフ時のメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスの実部は広帯域である。   In FIG. 14, when Zb = 50Ω, it corresponds to the second comparative example (FIG. 5). When Zb = 25Ω, this corresponds to a circuit in which a quarter wavelength line 31 is added to the output of the circuit of the first embodiment (FIG. 7). Even if the quarter-wave line 31 is added to the output of the circuit of the first embodiment (FIG. 7) and the output impedance is 50Ω, the back-off time is still higher than that of the second comparative example (FIG. 5). The real part of the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 is a wide band.

以上のように上記第3の実施形態によれば、1/4波長線路21及び1/4波長線路22と、負荷部5との間に、入力信号の1/4波長に対応する1/4波長線路31を接続しても、バックオフ時のメインアンプ2からみた負荷部5のインピーダンスの周波数特性を広帯域で平坦にすることができる。   As described above, according to the third embodiment, between the quarter wavelength line 21 and the quarter wavelength line 22 and the load unit 5, the quarter corresponding to the quarter wavelength of the input signal. Even if the wavelength line 31 is connected, the frequency characteristic of the impedance of the load unit 5 viewed from the main amplifier 2 at the time of backoff can be flattened in a wide band.

(その他の実施形態)
上記各実施形態の効果を確認するために、特性例はブロック図における伝送線路のインピーダンスに数値を代入して計算し、説明してきたが、数値に限定するものではない。
(Other embodiments)
In order to confirm the effect of each of the above embodiments, the characteristic example has been calculated and described by substituting a numerical value for the impedance of the transmission line in the block diagram, but is not limited to the numerical value.

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

2…メインアンプ、3…ピークアンプ、4…1/4波長線路、5…負荷部、6…1/2波長線路、21,22,23,31…1/4波長線路。   2 ... main amplifier, 3 ... peak amplifier, 4 ... 1/4 wavelength line, 5 ... load section, 6 ... 1/2 wavelength line, 21, 22, 23, 31 ... 1/4 wavelength line.

Claims (5)

入力信号が供給されているときは常時動作し、当該入力信号を増幅するメインアンプと、前記入力信号が所定のレベルより大きい飽和レベルに達するバックオフ時に動作し、当該入力信号を増幅するピークアンプと、前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力とを合成して出力するための負荷部と、前記メインアンプと前記負荷部との間に接続され、前記入力信号の1/4波長に対応する1/4波長伝送線路とを備えるドハティ型増幅器であって、
前記ピークアンプと前記負荷部との間に接続される、前記入力信号の1/2波長に対応し、前記バックオフ時に前記メインアンプの出力における前記1/4波長伝送線路の周波数特性を補正する1/2波長伝送線路を備えることを特徴とするドハティ型増幅器。
A main amplifier that always operates when an input signal is supplied, amplifies the input signal, and a peak that operates at the time of backoff when the input signal reaches a saturation level larger than a predetermined level and amplifies the input signal An amplifier, a load unit for synthesizing and outputting the output of the main amplifier and the output of the peak amplifier, and connected between the main amplifier and the load unit, so that a quarter wavelength of the input signal is obtained. A Doherty amplifier comprising a corresponding quarter wavelength transmission line,
Corresponding to 1/2 wavelength of the input signal connected between the peak amplifier and the load unit, the frequency characteristic of the 1/4 wavelength transmission line at the output of the main amplifier is corrected at the back-off time. A Doherty amplifier comprising a 1/2 wavelength transmission line.
前記1/2波長伝送線路は、前記負荷部のインピーダンスの2倍のインピーダンスを有することを特徴とする請求項1記載のドハティ型増幅器。   2. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein the half-wave transmission line has an impedance twice that of the load unit. さらに、前記1/4波長伝送線路及び前記1/2波長伝送線路と、前記負荷部との間に接続される、前記入力信号の1/4波長に対応する1/4波長伝送線路を備えることを特徴とする請求項1記載のドハティ型増幅器。   Furthermore, it comprises a quarter wavelength transmission line corresponding to a quarter wavelength of the input signal connected between the quarter wavelength transmission line and the half wavelength transmission line and the load section. The Doherty amplifier according to claim 1. 入力信号が供給されているときは常時動作し、当該入力信号を増幅するメインアンプと、前記入力信号が所定のレベルより大きい飽和レベルに達するバックオフ時に動作し、当該入力信号を増幅するピークアンプと、前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力とを合成して出力するための負荷部と、前記メインアンプと前記負荷部との間に接続され、前記入力信号の1/4波長に対応する第1の1/4波長伝送線路と、前記ピークアンプと前記負荷部との間に接続され、互いにインピーダンスが異なる第2の1/4波長伝送線路及び第3の1/4波長伝送線路とを備えるドハティ型増幅器であって、
前記メインアンプから見た前記負荷部のインピーダンスの周波数特性を広帯域で平坦にするべく前記負荷部のインピーダンスを変更することを特徴とするドハティ型増幅器。
A main amplifier that always operates when an input signal is supplied, amplifies the input signal, and a peak that operates at the time of backoff when the input signal reaches a saturation level larger than a predetermined level and amplifies the input signal An amplifier, a load unit for synthesizing and outputting the output of the main amplifier and the output of the peak amplifier, and connected between the main amplifier and the load unit, so that a quarter wavelength of the input signal is obtained. A corresponding first quarter wavelength transmission line, a second quarter wavelength transmission line and a third quarter wavelength transmission line which are connected between the peak amplifier and the load section and have different impedances from each other; A Doherty amplifier comprising:
The Doherty amplifier characterized by changing the impedance of the load section so that the frequency characteristic of the impedance of the load section viewed from the main amplifier is flat in a wide band.
入力信号が供給されているときは常時動作し、当該入力信号を増幅するメインアンプと、前記入力信号が所定のレベルより大きい飽和レベルに達するバックオフ時に動作し、当該入力信号を増幅するピークアンプと、前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力とを合成して出力するための負荷部と、前記メインアンプと前記負荷部との間に接続され、前記入力信号の1/4波長に対応する第1の1/4波長伝送線路と、前記ピークアンプと前記負荷部との間に接続され、互いにインピーダンスが異なる第2の1/4波長伝送線路及び第3の1/4波長伝送線路とを備えるドハティ型増幅器であって、
前記第1の1/4波長伝送線路及び前記第3の1/4波長伝送線路と、前記負荷部との間に接続される、前記入力信号の1/4波長に対応する第4の1/4波長伝送線路を備えることを特徴とするドハティ型増幅器。
A main amplifier that always operates when an input signal is supplied, amplifies the input signal, and a peak that operates at the time of backoff when the input signal reaches a saturation level larger than a predetermined level and amplifies the input signal An amplifier, a load unit for synthesizing and outputting the output of the main amplifier and the output of the peak amplifier, and connected between the main amplifier and the load unit, so that a quarter wavelength of the input signal is obtained. A corresponding first quarter wavelength transmission line, a second quarter wavelength transmission line and a third quarter wavelength transmission line which are connected between the peak amplifier and the load section and have different impedances from each other; A Doherty amplifier comprising:
A fourth 1/1 wavelength corresponding to a 1/4 wavelength of the input signal connected between the first quarter wavelength transmission line and the third quarter wavelength transmission line and the load unit. de Hattie amplifier further comprising a quarter-wave transmission line.
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