JP6795284B2 - Doherty amplifier circuit with impedance adjustment circuit - Google Patents
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Description
本発明は、ドハティ増幅回路に関し、特にインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路に関する。 The present invention relates to a Doherty amplifier circuit, and more particularly to a Doherty amplifier circuit including an impedance adjustment circuit.
ドハティ増幅回路は、メインアンプとピークアンプを用意し、低出力時にはメインアンプだけを動作させ、高出力時にはメインアンプとピークアンプの両方を同時に動作させるものである。一般にドハティ増幅回路は、入力信号を電力分配器でメインアンプとピークアンプに分配し、この2個のアンプの出力を合成(以下ドハティ合成または電力合成と呼ぶ)し、インピーダンス変換器に入力して出力インピーダンスを調整し、そのあと負荷に出力する。 The Doherty amplifier circuit prepares a main amplifier and a peak amplifier, operates only the main amplifier at low output, and operates both the main amplifier and peak amplifier at the same time at high output. Generally, in a Doherty amplifier circuit, an input signal is distributed to a main amplifier and a peak amplifier by a power distributor, and the outputs of these two amplifiers are combined (hereinafter referred to as Doherty synthesis or power synthesis) and input to an impedance converter. Adjust the output impedance and then output to the load.
通常はメインアンプ出力後の伝送線路のインピーダンスと、ピークアンプ出力後の伝送線路のインピーダンスが異なるため、電力合成するには、アンプから見て前段の分配器側または後段側(合成側)でインピーダンスの調整を行う必要があった。合成側で調整する場合はアンプと電力合成点の間の伝送線路のインピーダンスを調整していた。具体的には伝送線路そのものを交換するか、RF(Radio Frequency)スイッチ等による信号ルートの切り替えを行うことで調整していた。伝送線路の交換及びRFスイッチ等による信号ルートの切り替えには煩雑な作業が伴う。 Normally, the impedance of the transmission line after the output of the main amplifier and the impedance of the transmission line after the output of the peak amplifier are different. Therefore, in order to combine power, the impedance is on the distributor side or the rear stage side (synthesis side) of the front stage when viewed from the amplifier. Needed to be adjusted. When adjusting on the synthesis side, the impedance of the transmission line between the amplifier and the power synthesis point was adjusted. Specifically, the adjustment was made by exchanging the transmission line itself or switching the signal route with an RF (Radio Frequency) switch or the like. Replacing the transmission line and switching the signal route with an RF switch or the like involves complicated work.
特許文献1にマルチバンド高効率ドハティ増幅回路が開示されている。これは、メインアンプ110の出力に、サーキュレータ122と同調器121(コンデンサ)で構成されたインピーダンス・インバータ120を接続したものである。インピーダンス・インバータ120はコントローラ123に接続され、コンデンサの容量を調整してメインアンプ110の負荷インピーダンスを変調する。インピーダンス・インバータ120は、負荷インピーダンスを変調するために、インピーダンス反転を実行する。
特許文献1では、ピークアンプ115の出力が直接ドハティ合成の分岐点116につながっている。ピークアンプ115と分岐点116の間に存在する伝送線路のインピーダンスの影響が無視できれば、ピークアンプ115がOffの時は、この分岐点116からはピークアンプ115が切れて見えなくなる。
In
しかし、実際にはこの伝送線路の影響は無視できず、また分岐点116からピークアンプ115の間にはマッチング回路も入る。そのためピークアンプ115がOffとなっても、伝送線路やマッチング回路がオープンスタブに見える。特許文献1ではこの点が考慮されておらず、分岐点116から見ると、ピークアンプ115がOffでもOPENには見えず、オープンスタブが接続されているように見えてしまう。
However, in reality, the influence of this transmission line cannot be ignored, and a matching circuit is also inserted between the branch point 116 and the peak amplifier 115. Therefore, even if the peak amplifier 115 is turned off, the transmission line and the matching circuit look like open stubs. This point is not taken into consideration in
そのためこの特許文献1のインピーダンス・インバータを用いても、インピーダンスの調整は必要になり、前述の伝送線路そのものの交換またはRFスイッチ等による信号ルートの切り替えによって調整を行う必要があった。
Therefore, even if the impedance inverter of
本発明の目的は、以上述べた問題点を解決し、伝送線路そのものの交換やRFスイッチ等による信号ルートの切り替えを行わずに合成側のインピーダンスを調整できる、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路を提供することである。 An object of the present invention is a Doherty amplifier circuit provided with an impedance adjustment circuit that solves the above-mentioned problems and can adjust the impedance on the synthesis side without exchanging the transmission line itself or switching the signal route by an RF switch or the like. Is to provide.
本発明は電力分配器、前記電力分配器で分配された信号が入力されるメインアンプとピークアンプ、前記メインアンプと前記ピークアンプの出力が入力される、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路であって、
前記ピークアンプの出力に接続される第1のサーキュレータおよび第1のリアクタンス可変素子および前記メインアンプの出力に接続される第2のサーキュレータおよび第2のリアクタンス可変素子を備え、
前記ピークアンプの出力側から見た、前記第2のサーキュレータおよび前記第2のリアクタンス可変素子を含む回路がオープンであるように、前記第2のリアクタンス可変素子を調整することを特徴とする、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路である。
The present invention is a Doherty amplifier circuit including a power distributor, a main amplifier and a peak amplifier to which signals distributed by the power distributor are input, and an impedance adjustment circuit to which the outputs of the main amplifier and the peak amplifier are input. There,
It includes a first circulator and a first reactance variable element connected to the output of the peak amplifier, and a second circulator and a second reactance variable element connected to the output of the main amplifier.
Impedance, which is characterized by adjusting the second reactance variable element so that the circuit including the second circulator and the second reactance variable element as seen from the output side of the peak amplifier is open. It is a Doherty amplifier circuit equipped with an adjustment circuit.
本発明によれば、伝送線路そのものの交換やRFスイッチ等による信号ルートの切り替えを行わずに合成側のインピーダンスを調整できるドハティ増幅回路を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a Doherty amplifier circuit capable of adjusting the impedance on the synthesis side without exchanging the transmission line itself or switching the signal route by an RF switch or the like.
(第1の実施形態)
図1〜図3を用いて本発明の第1の実施形態を説明する。
[構成の説明]
図1は第1の実施形態のドハティ増幅回路10の回路図で、2分配器11、メインアンプ12、ピークアンプ13、第1のサーキュレータ14、インピーダンス(ここでは電気長)調整用の伝送線路L1、第2のサーキュレータ15、電気長調整用の伝送線路L2、インピーダンスを25Ωから50Ωに変換するインピーダンス変換線路16、アンテナ17を備えている。
(First Embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
[Description of configuration]
FIG. 1 is a circuit diagram of the Doherty
図1の回路構成において、ドハティ増幅回路10に入力信号は2分配器11によって同位相で分配され、各々メインアンプ12への入力とピークアンプ13への入力へと接続されている。これら2ルートは等長で接続されている。続いて、メインアンプ12の出力は第1のサーキュレータ14のポート141に接続される。ポート141に入力された信号は第1のサーキュレータのポート142に出力され、その出力は分岐点20(以下合成点とも称する)に接続される。
In the circuit configuration of FIG. 1, the input signal is distributed in the same phase by the two
一方ピークアンプ13の出力は第2のサーキュレータ15のポート151に接続される。ポート151に入力された信号は、合成点に接続される。メインアンプ12とピークアンプ3の出力は合成点で合成される。
On the other hand, the output of the peak amplifier 13 is connected to the
さらに、第1のサーキュレータのポート143はドハティ合成回路の調整のための伝送線路L1に接続されており、その伝送線路L1の末端はGNDへ接地されショートスタブ回路を形成している。同じく第2のサーキュレータのポート153はドハティ合成回路の調整のための伝送線路L2に接続されており、その伝送線路L2の末端はGNDへ接地されてショートスタブ回路を形成している。
Further, the
ここでいうドハティ合成回路は、メイン、ピークの両アンプ12、13とインピーダンス変換線路16の間を接続する2つの伝送線路、伝送線路中に挿入された第1、第2のサーキュレータ14、15、伝送線路L1、L2、合成点、インピーダンス変換線路16を指す。
[動作の説明]
以下本実施形態のドハティ増幅回路の動作を、ピークアンプ13が動作OFFの状態とONの状態に分けて説明する。
・小電力信号入力増幅でピークアンプ13が動作OFFの状態
このとき、ピークアンプ13単体は出力側から見てOPEN回路で全反射となっているが、メインアンプ12から出力負荷であるドハティ合成回路を見たときに、合成点からピークアンプ13の出力のOPEN端までを含めた回路が、使用したい周波数帯域においてオープンで切り離された状態、言い換えればドハティ増幅回路の動作に影響がない状態にする。
The Doherty synthesis circuit referred to here is two transmission lines connecting between the main and peak amplifiers 12 and 13 and the
[Description of operation]
Hereinafter, the operation of the Doherty amplifier circuit of the present embodiment will be described separately for the state in which the peak amplifier 13 is OFF and the state in which the operation is ON.
-Peak amplifier 13 is off due to low power signal input amplification At this time, the peak amplifier 13 alone is fully reflected in the OPEN circuit when viewed from the output side, but the Doherty synthesis circuit, which is the output load from the main amplifier 12. When you look at it, make sure that the circuit from the synthesis point to the OPEN end of the output of the peak amplifier 13 is open and disconnected in the frequency band you want to use, in other words, it does not affect the operation of the Doherty amplifier circuit. ..
切り離された状態にするには、具体的には、次に述べる折り返しの経路で、伝送線路L2のインピーダンスを調整する。具体的には伝送線路L2の長さを調整可能にし、電気長がλ/2の整数倍となるオープンスタブ回路の動作をするように長さを選ぶ。折り返しの経路とは、合成点→第2のサーキュレータ15のポート152→ポート153→伝送線路L2→GND接地点で全反射(折り返し)→再度伝送線路L2を通過→ポート153→ポート151→動作OFFのピークアンプ15での全反射→ポート151→ポート152→合成点に戻る経路である。それによってメインアンプ12から出力側を見たときに、使用したい周波数帯域において、合成点20からピークアンプ13側の回路が、オープンで切り離された(影響を受けない)状態となる。
Specifically, in order to make the separated state, the impedance of the transmission line L2 is adjusted by the return path described below. Specifically, the length of the transmission line L2 is adjustable, and the length is selected so as to operate an open stub circuit in which the electrical length is an integral multiple of λ / 2. The return path is the synthesis point →
切り離された状態にするためには、使用する高周波信号の波長をλとしたとき、前述の経路の電気長がλ/2の整数倍となるようにL2を調整する。このように調整すると、伝送線路L2に入ったRF信号はGNDで全反射し、その結果伝送線路L2を往復することになる。伝送線路L2の電気長をλ/2の整数倍(k倍)にすれば、電気長はk×(λ/2)×2=kλとなり、伝送線路L2は入力したRF信号を全反射する。その結果使用周波数においてショートスタブがオープンスタブとして動作する。このように調整すると、メインアンプから出力を見たとき、合成点からピークアンプ側の回路がオープンで切り離された状態になる。 In order to make the separated state, when the wavelength of the high frequency signal to be used is λ, L2 is adjusted so that the electric length of the above-mentioned path is an integral multiple of λ / 2. When adjusted in this way, the RF signal that has entered the transmission line L2 is totally reflected by GND, and as a result, it reciprocates on the transmission line L2. If the electric length of the transmission line L2 is an integral multiple (k times) of λ / 2, the electric length becomes k × (λ / 2) × 2 = kλ, and the transmission line L2 totally reflects the input RF signal. As a result, the short stub operates as an open stub at the frequency used. When adjusted in this way, when the output is viewed from the main amplifier, the circuit on the peak amplifier side is open and disconnected from the synthesis point.
この調整ではメインアンプ12から見た負荷インピーダンスを変更しているが、スミスチャート上では、スミスチャートの中心(50Ω)からの距離を変更していることを意味する。(後述の伝送線路L1の電気長の調整によって、スミスチャート上の軌跡であるサークルのサイズを調整していることを意味する。)
一方で、メインアンプ12の出力側の伝送線路L1の電気長を調整することにより、メインアンプ出力から見た負荷のインピーダンスを調整することができる。具体的には、伝送線路L1の長さを変更することで、負荷インピーダンスの位置を、スミスチャートの真ん中(50Ω)を中心にした円周上で周回させる。言い換えると、負荷のインピーダンスの軌跡はチャートの真ん中(50Ω)を中心とした円周であり、伝送線路L1の電気長を変えることでこの円周上を周回する軌跡になる。
In this adjustment, the load impedance seen from the main amplifier 12 is changed, but on the Smith chart, it means that the distance from the center (50Ω) of the Smith chart is changed. (This means that the size of the circle, which is the locus on the Smith chart, is adjusted by adjusting the electrical length of the transmission line L1 described later.)
On the other hand, by adjusting the electrical length of the transmission line L1 on the output side of the main amplifier 12, the impedance of the load seen from the output of the main amplifier can be adjusted. Specifically, by changing the length of the transmission line L1, the position of the load impedance is rotated on the circumference centered on the center (50Ω) of the Smith chart. In other words, the impedance trajectory of the load is the circumference centered on the center (50Ω) of the chart, and by changing the electrical length of the transmission line L1, it becomes a trajectory that orbits on this circumference.
簡易的に検討するため、図1のドハティ増幅回路から25Ω→50Ωのインピーダンス変換を無くして25Ω終端とした回路(図2)で解析した。25Ωから50Ωへのインピーダンス変換は広帯域であると定義した。図3は解析結果のスミスチャートである。ここで、図3は周波数666MHzにて伝送線路L2を電気長90°で固定した状態で、伝送線路L1の電気長を変化させたときのメインアンプ側から見た負荷インピーダンスのスミスチャート上の軌跡である。伝送線路L1の電気長はスミスチャート上で100Ωの箇所に設定する。これはスミスチャート上の円周上で実部2、虚部0のポイントである。そのポイントに来るように伝送線路L1の電気長を調整する。このポイントに設定する理由は、一般的にメインアンプだけ動作した状態では、負荷インピーダンスが100Ωまたはその近傍のときが高効率に動作するためである。
For a simple examination, the analysis was performed using a circuit (Fig. 2) in which the impedance conversion from 25Ω to 50Ω was eliminated from the Doherty amplifier circuit in FIG. 1 and the termination was 25Ω. Impedance conversion from 25Ω to 50Ω was defined as wideband. FIG. 3 is a Smith chart of the analysis results. Here, FIG. 3 shows the locus on the Smith chart of the load impedance seen from the main amplifier side when the electric length of the transmission line L1 is changed while the transmission line L2 is fixed at a frequency of 666 MHz and the electric length is 90 °. Is. The electrical length of the transmission line L1 is set at 100Ω on the Smith chart. This is the point of the
なお、電気長調整後の伝送線路L1,L2の物理的長さは異なっていても構わない。
・大電力信号入力増幅でピークアンプとメインアンプが両方動作する状態
このとき、メインアンプ12の出力電力とピークアンプ13の出力電力とが合成点で電力合成される。メインアンプ12の出力後の信号は第1のサーキュレータ14のポート141に入力され、その出力がポート142に出力される。一方、ピークアンプ13の出力後の信号は第2のサーキュレータ15のポート151に入力され、ポート152へ出力される。その後この2つの出力は電力合成される。小信号入力時に対して大電力信号入力時に電気長の変更は行わない。メインアンプ12側のルートとピークアンプ13側のルートの合成点での位相は同相のままであり、その状態で電力合成される。なおλ/4線路については説明を省略する。
The physical lengths of the transmission lines L1 and L2 after adjusting the electrical length may be different.
-A state in which both the peak amplifier and the main amplifier operate in high power signal input amplification At this time, the output power of the main amplifier 12 and the output power of the peak amplifier 13 are combined at the synthesis point. The signal after the output of the main amplifier 12 is input to the
なお、使用する周波数帯を変えた場合、帯域の中心周波数に合わせて伝送線路L1、L2の電気長を調整すればよい。 When the frequency band used is changed, the electrical lengths of the transmission lines L1 and L2 may be adjusted according to the center frequency of the band.
本実施形態のドハティ増幅回路は、最初に使用する周波数帯域で最適となるよう電気長の調整を行っておき、周波数帯域を変えない限り電気長の調整は行わない。電気長の調整を行うのは使用する周波数帯域を変えた場合である。 In the Doherty amplifier circuit of the present embodiment, the electric length is adjusted so as to be optimum in the frequency band used first, and the electric length is not adjusted unless the frequency band is changed. The electrical length is adjusted when the frequency band used is changed.
また本実施形態ではメインアンプ12とピークアンプ13に入力信号が同位相で入力されている。しかし2つのアンプに異なる位相で信号が入力しても構わない。位相調整は合成側で行えばよい。
[効果の説明]
以上説明したように本実施形態のドハティ増幅回路によれば、伝送線路そのものの交換やRFスイッチ等による信号ルートの切り替えを行うことなく合成側のインピーダンスを調整できる。また分配側で位相を調整する必要もない。更に、このインピーダンス調整回路を持つことにより、ドハティ増幅回路の周波数変更が容易になる。
(実施例)
図4は第1の実施形態をより具体化したドハティ増幅回路を示す図である。本実施例では第1、第2のサーキュレータの出力の合成点をハイブリッドカプラ(HYB)46で構成した。ハイブリッドカプラ46は具体的には90°ハイブリッドカプラである。本実施例でのドハティ合成点は、ハイブリッド46カプラの合成出力である。また2分配器41をハイブリッド型電力分配器41で構成している。
Further, in the present embodiment, the input signals are input to the main amplifier 12 and the peak amplifier 13 in the same phase. However, signals may be input to the two amplifiers in different phases. The phase adjustment may be performed on the synthesis side.
[Explanation of effect]
As described above, according to the Doherty amplifier circuit of the present embodiment, the impedance on the synthesis side can be adjusted without exchanging the transmission line itself or switching the signal route by an RF switch or the like. Moreover, it is not necessary to adjust the phase on the distribution side. Further, by having this impedance adjustment circuit, it becomes easy to change the frequency of the Doherty amplifier circuit.
(Example)
FIG. 4 is a diagram showing a Doherty amplifier circuit that embodies the first embodiment. In this embodiment, the combined points of the outputs of the first and second circulators are configured by the hybrid coupler (HYB) 46. Specifically, the
メインアンプ42、ピークアンプ43、第1のサーキュレータ44、第2のサーキュレータ45、伝送線路L1、L2、インピーダンス変換する伝送線路L3、アンテナ47は第1の実施形態と同様である。また第1のサーキュレータ44のポート441、442、443は、それぞれ第1の実施形態のサーキュレータ14のポート141、142、143と同様である。更に第2のサーキュレータ45のポート451、452、453は、それぞれ第1の実施形態のサーキュレータ15のポート151、152、153と同様である。
The main amplifier 42, the peak amplifier 43, the
ピークアンプ42がOFFしてメインアンプ43のみ動作している状態における、メインアンプ出力の負荷インピーダンスの解析結果を図5に示す。ここで、図5は周波数666MHzにて伝送線路L2を電気長90°で固定した状態で、伝送線路L1の電気長を変化させたときのメインアンプ側から見た負荷インピーダンス(L2=90°、L3=180°)のスミスチャート上の軌跡である。本実施例の回路は図2のドハティ増幅回路と同様に、メインアンプ42の負荷インピーダンスを、スミスチャート上の真ん中(50Ω)を中心に、25Ωと100Ωの2点を通過する円周上のインピーダンスに調整することが出来る。この場合も伝送線路L1の電気長をスミスチャート上で100Ωの箇所に設定すればよい。
(他の実施形態)
第1の実施形態では、インピーダンス調整用の素子として電気長が可変の伝送線路L1、L2を用いた。しかしこれに限らず図6〜図9に示すリアクタンス可変回路も用いることができる。
FIG. 5 shows the analysis result of the load impedance of the output of the main amplifier in a state where the peak amplifier 42 is turned off and only the main amplifier 43 is operating. Here, FIG. 5 shows the load impedance (L2 = 90 °, seen from the main amplifier side) when the electric length of the transmission line L1 is changed while the transmission line L2 is fixed at a frequency of 666 MHz and the electric length is 90 °. L3 = 180 °) is the trajectory on the Smith chart. Similar to the Doherty amplifier circuit of FIG. 2, the circuit of this embodiment has the load impedance of the main amplifier 42 on the circumference centered on the center (50Ω) on the Smith chart and passing through two points of 25Ω and 100Ω. Can be adjusted to. In this case as well, the electrical length of the transmission line L1 may be set to 100Ω on the Smith chart.
(Other embodiments)
In the first embodiment, transmission lines L1 and L2 having variable electrical lengths are used as the impedance adjusting element. However, the present invention is not limited to this, and the reactance variable circuits shown in FIGS. 6 to 9 can also be used.
図6に示すのは、伝送線路L1,L2がショートスタブであったのをオープンスタブ60に置き換えたものである。図7は同じく容量可変コンデンサ70に置き換えたもの、図8はインダクタンス可変のインダクタ80に置き換えたものである。図9はそれらを組み合わせたリアクタンス可変回路で、容量可変コンデンサ70とインダクタンス可変のインダクタ80を並列接続した回路である。
As shown in FIG. 6, the transmission lines L1 and L2 are replaced with
図6〜図9のリアクタンス可変回路の場合も、使用周波数をλとしたとき、その電気長をλ/2の整数倍とする。このように調整すると、合成点で反射され第2のサーキュレータ15、45のポート153、453から入ってくる信号が、図6〜図9のリアクタンス可変回路で全反射するよう位相調整される。
Also in the case of the reactance variable circuit of FIGS. 6 to 9, when the operating frequency is λ, the electric length is an integral multiple of λ / 2. When adjusted in this way, the signals reflected at the synthesis point and coming in from the
本発明のドハティ増幅回路は、例えばテレビ送信機、電力増幅器等に用いることができる。 The Doherty amplifier circuit of the present invention can be used, for example, in a television transmitter, a power amplifier, or the like.
10 ドハティ増幅回路
11、41 2分配器
12、42 メインアンプ
13、43 ピークアンプ
14、44 第1のサーキュレータ
15、45 第2のサーキュレータ
16 インピーダンス変換線路
17、47 アンテナ
20 分岐点
46 ハイブリッドカプラ
60 オープンスタブ
70 容量可変コンデンサ
80 インダクタンス可変のインダクタ
141、142、143、151、152、153 ポート
10
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