JP6903439B2 - ドハティ増幅器および放送用送信システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、ドハティ増幅器および放送用送信システムに関する。
従来、放送用の送信機を高効率化する目的で、キャリアアンプとピークアンプとを備えたドハティ増幅器を用いることが提案されている。また、広い周波数帯域で高効率な増幅器を実現するために、ドハティ増幅器の広帯域化も注目されている。このようなドハティ増幅器では、キャリアアンプの出力およびピークアンプの出力の合成点と、ドハティ増幅器の後段に設けられる負荷と、のインピーダンスの整合をとるために、インピーダンス変換器が設けられる。
国際公開WO2016/098223号公報
従来、インピーダンス変換器は、分布定数線路により構成されることが一般的であった。しかし、ドハティ増幅器の広帯域化のためには、インピーダンス変換器も広帯域化しなければならない。例えば、インピーダンス変換器を多段の分布定数線路で構成する方法が考えられるが、1/4波長の線路を多段で接続するために回路構成が大型化してしまう。さらに、低い周波数帯では、1/4波長が大幅に長くなってしまうため、インピーダンス変換器を分布定数線路で構成すると、さらに回路が大型化してしまう。このため、ドハティ増幅器を小型化することが望まれている。
そこで、本発明の実施形態は、広帯域化と小型化との両立を実現することができるドハティ増幅器および放送用送信システムの提供を目的とする。
実施形態によるドハティ増幅器は、キャリアアンプと、ピークアンプと、第1回路と、第2回路と、インピーダンス変換器と、を備える。キャリアアンプは、入力信号を増幅する。ピークアンプは、キャリアアンプに対して並列に設けられ、入力信号の信号レベルが閾値よりも大きい場合に入力信号を増幅する。第1回路は、キャリアアンプの出力側に接続される。第2回路は、ピークアンプの出力側に接続される。インピーダンス変換器は、第1回路を介したキャリアアンプからの出力と、第2回路を介したピークアンプからの出力と、が合成される合成点に接続される。インピーダンス変換器は、抵抗器を含まない集中定数回路により構成されるローパスフィルタタイプの回路およびハイパスフィルタタイプの回路の組み合わせによって構成されている。
図1は、実施形態によるドハティ増幅器の概略構成を示した例示的なブロック図である。 図2は、実施形態によるインピーダンス変換器の回路構成の一例を示した例示的な回路図である。 図3は、実施形態によるインピーダンス変換器の回路構成の図2とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。 図4は、図2および図3に示された実施形態によるインピーダンス変換器によって得られる比帯域幅を示した例示的なグラフである。 図5は、比較例によるインピーダンス変換器の回路構成の一例を示した例示的な回路図である。 図6は、比較例によるインピーダンス変換器の回路構成の図5とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。 図7は、図5および図6に示された比較例によるインピーダンス変換器によって得られる比帯域幅を示した例示的なグラフである。 図8は、実施形態によるドハティ増幅器の全体の回路構成の一例を示した例示的な回路図である。 図9は、実施形態によるドハティ増幅器の全体の回路構成の図8とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。 図10は、実施形態によるドハティ増幅器の全体の回路構成の図8および図9とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。 図11は、実施形態によるドハティ増幅器の全体の回路構成の図8〜図10とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。 図12は、実施形態によるドハティ増幅器を備えた放送用送信システムの概略構成を示した例示的なブロック図である。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
図1は、実施形態によるドハティ増幅器10の概略構成を示した例示的なブロック図である。図1に示されるように、実施形態によるドハティ増幅器10は、キャリアアンプ11と、ピークアンプ12と、第1回路13と、第2回路14と、インピーダンス変換器15と、を備える。
キャリアアンプ11は、外部から入力される入力信号を増幅する。ピークアンプ12は、キャリアアンプ11と並列に設けられ、入力信号の信号レベルが閾値よりも大きい場合に、当該入力信号を増幅する。したがって、実施形態では、入力信号の信号レベルが比較的大きい場合には、キャリアアンプ11およびピークアンプ12の両方により、入力信号が増幅されるが、入力信号の信号レベルが比較的小さい場合には、キャリアアンプ11のみにより、入力信号が増幅される。
第1回路13は、キャリアアンプ11の出力側に接続される。また、第2回路14は、ピークアンプ12の出力側に接続される。これら第1回路13および第2回路14は、それぞれ、バックオフ時の効率を高め、かつ飽和出力電力を伸ばすような位相を構成するために設けられる。
インピーダンス変換器15は、第1回路13を介したキャリアアンプ11からの出力と、第2回路14を介したピークアンプ12からの出力と、が合成される合成点16に接続される。インピーダンス変換器15は、ドハティ増幅器10の後段に設けられる負荷(図1には不図示)と、合成点16とのインピーダンスの整合をとるために設けられる。
ところで、従来は、キャリアアンプ11の出力およびピークアンプ12の出力の合成点16と、後段の負荷とのインピーダンスの整合を取るための回路が、比較的サイズが大きい分布定数線路により構成されることが一般的であった。したがって、従来の回路は構成が大型化してしまっていた。
そこで、実施形態では、回路構成の小型化を図るために、インピーダンス変換器15を、比較的サイズが小さい集中定数回路により構成することにした。なお、集中定数回路を構成する素子としては、インダクタ(L)およびキャパシタ(C)が選択される。
また、詳細は後述するが、実施形態によるドハティ増幅器10は、デジタルテレビ放送などの放送用送信システム100(図12参照)に適用される。
そこで、本願発明者が鋭意検討した結果、上述の集中定数回路により構成されるローパスフィルタタイプの回路およびハイパスフィルタタイプの回路の組み合わせによってインピーダンス変換器15を構成することで、ドハティ増幅器10の広帯域化と小型化とを両立するに至った。
以下、図2および図3を参照して、実施形態によるインピーダンス変換器15の回路構成の具体例を2つ説明する。
図2は、実施形態によるインピーダンス変換器15の回路構成の一例を示した例示的な回路図である。図2の例では、インピーダンス変換器15が、ローパスフィルタタイプとしてのLC回路15aと、ハイパスフィルタタイプとしてのCL回路15bと、が1つずつ組み合わされることで構成されている。より具体的に、図2の例では、インピーダンス変換器15が、LC回路15aとCL回路15bとが直列的に接続されることで構成されている。図2の例では、LC回路15aが合成点16に接続されている。
また、図3は、実施形態によるインピーダンス変換器15の回路構成の図2とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。図3の例においても、図2の例と同様に、インピーダンス変換器15が、ローパスフィルタタイプとしてのLC回路15aと、ハイパスフィルタタイプとしてのCL回路15bと、が直列的に接続されることで構成されている。しかしながら、図3の例は、LC回路15aおよびCL回路15bの配置の順序が、図2の例と異なっている。すなわち、図3の例では、CL回路15bが合成点16に接続されている。
図2および図3に示された回路構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
図4は、図2および図3に示された実施形態によるインピーダンス変換器15によって得られる比帯域幅を示した例示的な図である。図4において、一点鎖線L1は、インピーダンス変換器15の回路構成として図2に示された回路構成を用いた場合における信号周波数とSパラメータ(リターンロス)との関係を表し、二点鎖線L2は、インピーダンス変換器15の回路構成として図3に示された回路構成を用いた場合における信号周波数とリターンロスとの関係を表す。なお、図4において、実線L0は、インピーダンス変換器15として従来と同様の分布定数線路を用いた場合における信号周波数とリターンロスとの関係を表す。
図4によれば、図2および図3に示された回路構成のいずれをインピーダンス変換器15として用いても、リターンロスを所定値X以下にすることが可能な帯域幅として、インピーダンス変換器15として従来の分布定数線路を用いる場合と略同等の比帯域幅が得られることが分かる(W0≒W1≒W2)。したがって、図2および図3の回路構成によれば、従来の分布定数線路が用いられる場合と同等の広帯域化の効果を得ながら、ドハティ増幅器10の小型化を図ることが可能になると言える。
このように、実施形態では、インピーダンス変換器15をLC回路15aおよびCL回路15bの組み合わせによって構成することで、ドハティ増幅器10の小型化と広帯域化とを両立することができる。
ところで、図2および図3に示された例は、いずれも、LC回路15aおよびCL回路15bがそれぞれ1つずつ組み合わされた例である。しかしながら、実施形態では、LC回路15aおよびCL回路15bが2つずつ以上組み合わされてもよい。また、実施形態では、LC回路15aおよびCL回路15bの個数が同数でなくてもよい。
しかしながら、複数のLC回路15aおよび複数のCL回路15bの組み合わせによってインピーダンス変換器15を構成する場合、LC回路15a同士(またはCL回路15b同士)を連続で配置(直列的に接続)すると、後述する比較例のように、広帯域化の観点で得られる効果が少なくなることが予想される。
したがって、実施形態では、複数のLC回路15aおよび複数のCL回路15bの組み合わせによってインピーダンス変換器15を構成する場合、LC回路15aとCL回路15bとを交互に配置することが望ましいと考えられる。
以下、比較例について説明する。
図5は、比較例によるインピーダンス変換器15xの回路構成の一例を示した例示的な回路図である。図5の例では、インピーダンス変換器15xが、ローパスフィルタタイプとしてのLC回路15aが2つ連続で配置(直列的に接続)されることで構成されている。
また、図6は、比較例によるインピーダンス変換器15xの回路構成の図5とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。図6の例では、インピーダンス変換器15xが、ハイパスフィルタタイプとしてのCL回路15bが2つ直列に接続されることで構成されている。
図5および図6に示された回路構成によって得られる比帯域幅は、次のようになる。
図7は、図5および図6に示された比較例によるインピーダンス変換器15xの特性を示した例示的な図である。図7において、一点鎖線L11は、インピーダンス変換器15xの回路構成として図5に示された回路構成を用いた場合における信号周波数とSパラメータ(リターンロス)との関係を表し、二点鎖線L12は、インピーダンス変換器15xの回路構成として図6に示された回路構成を用いた場合における信号周波数とリターンロスとの関係を表す。なお、図7において、実線L10は、インピーダンス変換器15xとして従来と同様の分布定数線路を用いた場合における信号周波数とリターンロスとの関係を表す。
図7によれば、図5および図6に示された回路構成のいずれをインピーダンス変換器15xとして用いても、リターンロスを所定値Y以下にすることが可能な帯域幅が、インピーダンス変換器15として従来の分布定数線路を用いる場合よりも狭くなることが分かる(W11,W12<W10)。
上記の比較例から、実施形態のインピーダンス変換器15として、複数のLC回路15a(またはCL回路15b)を連続で配置(直列的に接続)したものを用いると、広帯域化の観点で、得られる効果が比較的少なくなることが予想される。
したがって、実施形態では、複数のLC回路15aおよび複数のCL回路15bの組み合わせによってインピーダンス変換器15を構成する場合、LC回路15aとCL回路15bとを交互に配置(直列的に接続)することが望ましいと考えられる。
さらに、実施形態では、第1回路13および第2回路14も、分布定数線路ではなく、抵抗器を含まない上述の集中定数回路によって構成することが可能である。すなわち、実施形態では、第1回路13および第2回路14を、インダクタ(L)およびキャパシタ(C)の組み合わせによって構成することが可能である。
以下、図8〜図11を参照して、第1回路13および第2回路14を集中定数回路によって構成した場合におけるドハティ増幅器10の全体の回路構成の具体例を4つ説明する。
図8は、実施形態によるドハティ増幅器10の全体の回路構成の一例を示した例示的な回路図である。図8の例では、第1回路13および第2回路14がそれぞれCLC回路13aおよび14aによって構成され、インピーダンス変換器15が図2に示された回路構成によって実現されている。図8に示されたCLC回路13aおよび14aによれば、第1回路13および第2回路14を分布定数線路で構成した場合と同様に、ドハティ増幅器としの動作を実現することができる。
図9は、実施形態によるドハティ増幅器10の全体の回路構成の図8とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。この図9の例は、インピーダンス変換器15が図3に示された回路構成によって実現されている点において、図8の例と異なる。しかしながら、図9の例は、第1回路13および第2回路14がそれぞれCLC回路13aおよび14aによって構成されている点において、図8の例と同様である。
図10は、実施形態によるドハティ増幅器10の全体の回路構成の図8および図9とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。この図10の例は、インピーダンス変換器15が図2に示された回路構成によって実現されている点において、図8の例と同様である。しかしながら、図10の例は、図8および図9の例と異なり、第1回路13および第2回路14が、それぞれLCL回路13bおよび14bによって構成されている。図10に示されたLCL回路13bおよび14bによれば、第1回路13および第2回路14を分布定数線路で構成した場合と同様に、ドハティ増幅器としての動作を実現することができる。
図11は、実施形態によるドハティ増幅器10の全体の回路構成の図8〜図10とは異なる他の一例を示した例示的な回路図である。この図11の例は、インピーダンス変換器15が図3に示された回路構成によって実現されている点において、図9の例と同様であり、第1回路13および第2回路14がそれぞれLCL回路13bおよび14bによって構成されている点において、図10の例と同様である。
このように、実施形態では、インピーダンス変換器15のみならず、第1回路13および第2回路14も、集中定数回路によって構成することができる。
最後に、実施形態によるドハティ増幅器10が適用される放送用送信機100について簡単に説明する。
図12は、実施形態によるドハティ増幅器10を備えた放送用送信システム100の概略構成を示した例示的なブロック図である。図12に示されるように、放送用送信システム100は、エキサイタ101と、分配器102と、複数のドハティ増幅器10と、合成器103と、バンドパスフィルタ104と、を備える。なお、エキサイタ101は、「入力処理部」の一例であり、バンドパスフィルタ104は、「出力部」の一例である。
エキサイタ101は、入力信号の入力を受け付け、受け付けた入力信号に対して所定の処理を施す。より具体的に、エキサイタ101は、スタジオなどの外部から入力される入力信号を所定の放送形式の信号に変調する変調機としての機能と、変調後の入力信号の周波数を所定の放送用の周波数に変換する励振器としての機能と、を有する。さらに、エキサイタ101は、後段のドハティ増幅器10におけるIM(intermodulation)歪の発生を抑制する非線形歪補償機能と、システム全体で発生する線形の歪を補償する線形歪補償機能と、を有する。
なお、上記の説明において、入力信号とは、たとえばTS(Transport Stream)信号などといった映像音声信号である。また、所定の放送形式の信号とは、たとえばISDB−T(Integrated Services Digital Broadcasting−Terrestrial)方式に準じたIF(Intermediate Frequency)帯のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号である。また、所定の放送用の周波数とは、たとえばUHF(Ultra High Frequency)帯の周波数である。
分配器102は、エキサイタ101からの出力を分配する。複数のドハティ増幅器10は、互いに並列に設けられ、分配器102から出力される複数の信号をそれぞれ増幅する。合成器103は、複数のドハティ増幅器10からの出力を合成する。バンドパスフィルタ104は、合成器103からの出力に基づいて放送用の出力信号を出力する。より具体的に、バンドパスフィルタ104は、合成器103からの出力に帯域制限を施して、送信用アンテナ(不図示)に出力する。
以上説明したように、実施形態では、インピーダンス変換器15が、抵抗器を含まない集中定数回路により構成されるローパスフィルタタイプおよびハイパスフィルタタイプの組み合わせによって構成されている(図2または図3参照)。これにより、ドハティ増幅器10の小型化と広帯域化とを両立することができる。
また、実施形態では、インピーダンス変換器15が複数のローパスフィルタタイプと複数のハイパスフィルタタイプの回路の組み合わせによって構成される場合、それらローパスフィルタタイプおよびハイパスフィルタタイプの回路が交互に配置されうる。これにより、たとえばローパスフィルタタイプの回路同士(またはハイパスフィルタタイプの回路同士)を連続で配置する場合と異なり、広帯域化の観点で得られる効果が比較的少なくなるのを抑制することができる。
また、実施形態では、インピーダンス変換器15のみならず、第1回路13および第2回路14も、抵抗器を含まない集中定数回路により構成されうる。これにより、第1回路13および第2回路14を分布定数線路により構成する場合と異なり、ドハティ増幅器10の更なる小型化を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 ドハティ増幅器
11 キャリアアンプ
12 ピークアンプ
13 第1回路
14 第2回路
15 インピーダンス変換器
16 合成点
100 放送用送信システム
101 エキサイタ(入力処理部)
102 分配器
103 合成器
104 バンドパスフィルタ(出力部)

Claims (8)

  1. 入力信号を増幅するキャリアアンプと、
    前記キャリアアンプに対して並列に設けられ、前記入力信号の信号レベルが閾値よりも大きい場合に前記入力信号を増幅するピークアンプと、
    前記キャリアアンプの出力側に接続される第1回路と、
    前記ピークアンプの出力側に接続される第2回路と、
    前記第1回路を介した前記キャリアアンプからの出力と、前記第2回路を介した前記ピークアンプからの出力と、が合成される合成点に接続されるインピーダンス変換器と、
    を備え、
    前記インピーダンス変換器は、抵抗器を含まない集中定数回路により構成されるローパスフィルタタイプの回路およびハイパスフィルタタイプの回路の組み合わせによって構成されている、
    ドハティ増幅器。
  2. 前記インピーダンス変換器は、1以上の前記ローパスフィルタタイプの回路と、1以上の前記ハイパスフィルタタイプの回路と、が交互に直列に接続されることによって構成されている、
    請求項1に記載のドハティ増幅器。
  3. 前記第1回路および前記第2回路は、前記抵抗器を含まない前記集中定数回路により構成されている、
    請求項1または2に記載のドハティ増幅器。
  4. 前記ローパスフィルタタイプの回路および前記ハイパスフィルタタイプの回路は、前記集中定数回路としてのインダクタおよびキャパシタの組み合わせによって構成される、
    請求項1〜3のうちいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
  5. 入力信号の入力を受け付け、受け付けた前記入力信号に対して所定の処理を施す入力処理部と、
    前記入力処理部からの出力を分配する分配器と、
    互いに並列に設けられ、前記分配器から出力される複数の信号をそれぞれ増幅する複数のドハティ増幅器と、
    前記複数のドハティ増幅器からの出力を合成する合成器と、
    前記合成器からの出力に基づいて放送用の出力信号を出力する出力部と、
    を備え、
    前記複数のドハティ増幅器の各々は、
    前記複数の信号のうちの1つの信号を増幅するキャリアアンプと、
    前記キャリアアンプに対して並列に設けられ、前記1つの信号の信号レベルが閾値よりも大きい場合に前記1つの信号を増幅するピークアンプと、
    前記キャリアアンプの出力側に接続される第1回路と、
    前記ピークアンプの出力側に接続される第2回路と、
    前記第1回路を介した前記キャリアアンプからの出力と、前記第2回路を介した前記ピークアンプからの出力と、が合成される合成点に接続されるインピーダンス変換器と、
    を備え、
    前記インピーダンス変換器は、抵抗器を含まない集中定数回路により構成されるローパスフィルタタイプの回路およびハイパスフィルタタイプの回路の組み合わせによって構成されている、
    放送用送信システム。
  6. 前記インピーダンス変換器は、1以上の前記ローパスフィルタタイプの回路と、1以上の前記ハイパスフィルタタイプの回路と、が交互に直列的に接続されることによって構成されている、
    請求項5に記載の放送用送信システム。
  7. 前記第1回路および前記第2回路は、前記抵抗器を含まない前記集中定数回路により構成されている、
    請求項5または6に記載の放送用送信システム。
  8. 前記ローパスフィルタタイプの回路および前記ハイパスフィルタタイプの回路は、前記集中定数回路としてのインダクタおよびキャパシタの組み合わせによって構成される、
    請求項5〜7のうちいずれか1項に記載の放送用送信システム。
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