JP6904506B2

JP6904506B2 - ドハティ型増幅器

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Publication number: JP6904506B2
Application number: JP2016210692A
Authority: JP
Inventors: 敏史古田; 典久小谷
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP2018074320A

Description

本発明は、ドハティ型増幅器に関する。

無線通信におけるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などの変調方式は、平均電力とピーク電力の比（以下、「ＰＡＰＲ」（ Peak to Average Power Ratio）と示す。）が大きい。例えばＲＦ（Radio Frequency）信号などの、上記のような変調方式を利用した信号を効率的に増幅する手段としては、ドハティ型増幅器がある。

このような中、ドハティ型増幅器に関する技術が開発されている。ドハティ型増幅器を構成するキャリア増幅器およびピーキング増幅器それぞれの電力効率を最大化するように、高調波負荷インピーダンスを設定する技術としては、例えば下記の特許文献１に記載の技術が挙げられる。

また、高調波処理の手法が開発されている。基本波および各高調波の電流と電圧の位相差を操作することにより高効率を得る手法である、高調波リアクティブ終端処理に係る技術としては、例えば下記の非特許文献１に記載の技術が挙げられる。

特開２０１１−２２９１２２号公報

Tomohiro Yao; Ryo Ishikawa; Yoichiro Takayama; Kazuhiko Honjo; Hiroyoshi Kikuchi; Takashi Okazaki; Kazuhiro Ueda; Eiichiro Otobe 2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC) Pages: 745 - 747.

ドハティ型増幅器は、キャリア増幅器と、入力信号のレベルに応じて動作するピーキング増幅器とを備える。ドハティ型増幅器では、低出力時にはキャリア増幅器だけが動作し、高出力時にはキャリア増幅器とピーキング増幅器との双方が動作する。キャリア増幅器だけが動作している状態（上記低出力時の状態に対応する）には、キャリア増幅器とピーキング増幅器が共に動作する状態上記高出力時の状態に対応する）に比べ、負荷インピーダンスが２倍となり、キャリア増幅器の飽和電力が１／２となる。よって、ドハティ型増幅器は、飽和電力と、飽和電力より低い出力（例えば−６［ｄＢ］）とで、電力効率が最大となる。

ドハティ型増幅器では、キャリア増幅器およびピーキング増幅器それぞれの電力効率を高めることによって、電力効率をさらに高めることが可能である。

ここで、例えば特許文献１では、キャリア増幅器およびピーキング増幅器それぞれの電力効率を最大化するように、高調波負荷インピーダンスを設定している。よって、例えば特許文献１に記載の技術を用いることによって、ドハティ型増幅器の電力効率を高めることができる可能性はある。

しかしながら、例えばドハティ型増幅器がＲＦ信号などのＰＡＰＲが高い信号を送信する送信装置に適用される場合には、平均電力の電力効率を改善することが重要であり、ピーキング増幅器の電力効率改善による、デジタル変調信号送信時における電力効率改善への寄与は、小さい。

さらに述べれば、ドハティ型増幅器では、後述するように高調波の調整により出力電力を増大させることが可能であることから、ピーキング増幅器に対して出力を最大化するような高調波負荷インピーダンスに設定して、線形性を高めるようにした方が、ドハティ型増幅器全体としての電力効率は、向上する。

よって、例えば特許文献１に記載の技術を用いたとしても、ドハティ型増幅器の電力効率を効果的に高めることができるとは限らない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることが可能な、新規かつ改良されたドハティ型増幅器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一の観点によれば、入力された入力信号を増幅するキャリア増幅器と、上記入力信号のレベルに応じて動作し、上記入力信号を増幅するピーキング増幅器と、を備えるドハティ型増幅器であって、上記キャリア増幅器のみが動作する状態において上記キャリア増幅器が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第１の高調波処理回路を備える、ドハティ型増幅器が、提供される。

かかる構成によって、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

また、上記第１の高調波処理回路は、上記キャリア増幅器を構成する上記入力信号を増幅する第１の増幅素子の出力側に、電気的に接続されてもよい。

また、上記第１の高調波処理回路は、上記第１の増幅素子と、上記ピーキング増幅器を構成する上記入力信号を増幅する第２の増幅素子との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能してもよい。

また、上記第１の増幅素子の出力側および上記第１の高調波処理回路と電気的に接続されるマイクロストリップラインをさらに有し、上記マイクロストリップラインは、上記キャリア増幅器のみが動作する状態において上記キャリア増幅器が最大効率で動作する位相に対応する長さに設定されてもよい。

また、上記第１の高調波処理回路は、上記入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路であってもよい。

また、上記第１の高調波処理回路は、上記入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブであってもよい。

また、上記ピーキング増幅器の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第２の高調波処理回路を、さらに備えていてもよい。

また、上記第２の高調波処理回路は、上記ピーキング増幅器を構成する上記入力信号を増幅する第２の増幅素子の出力側に、電気的に接続されてもよい。

また、上記第２の高調波処理回路は、上記キャリア増幅器を構成する上記入力信号を増幅する第１の増幅素子と、上記第２の増幅素子との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能してもよい。

また、上記第２の高調波処理回路は、マイクロストリップラインおよびキャパシタで構成されてもよい。

また、上記第２の高調波処理回路は、さらにインダクタを含んで構成されてもよい。

上記目的を達成するために、本発明の他の観点によれば、入力された入力信号を増幅するキャリア増幅器と、上記入力信号のレベルに応じて動作し、上記入力信号を増幅するピーキング増幅器と、を備えるドハティ型増幅器であって、上記ピーキング増幅器の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第２の高調波処理回路を備える、ドハティ型増幅器が、提供される。

本発明によれば、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

第１の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る第１の高調波処理回路の構成の一例を示す説明図である。第１の実施形態に係るドハティ型増幅器における、キャリア増幅素子（第１の増幅素子）と第１の高調波処理回路との接続関係の一例を示す説明図である。ドハティ型増幅器における、負荷反射係数と、電力負荷効率および出力電力それぞれとの関係の一例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る第２の高調波処理回路の構成の一例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る第２の高調波処理回路の構成の他の例を示す説明図である。第２の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例を示すブロック図である。第４の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例を示すブロック図である。第５の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下において、“一の構成要素と、他の構成要素とを、接続する”とは、“当該一の構成要素と当該他の構成要素とが、さらなる他の構成要素を介さずに、電気的に接続されていること”、または、“当該一の構成要素と当該他の構成要素とが、さらなる他の構成要素を介して、電気的に接続されていること”をいう。

（本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器）
本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器は、高調波処理を行う高調波処理回路を備えることによって、電力効率の向上を図る。

より具体的には、本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器は、下記に示す第１の高調波処理回路と、下記に示す第２の高調波処理回路との、一方または双方を、高調波処理回路として備える。
・第１の高調波処理回路：キャリア増幅器のみが動作する状態においてキャリア増幅器が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する高調波処理回路
・第２の高調波処理回路：ピーキング増幅器の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する高調波処理回路

ここで、高調波リアクティブ終端処理とは、基本波および各高調波の電流と電圧との位相差を操作することにより高効率化を図る手法である。

高調波リアクティブ終端処理についてより具体的に説明すると、例えば増幅器の消費電力Ｐ_ｄｉｓｓは、下記の数式１で表すことができる。ここで、下記に数式１に示す“Ｔ”は、入力信号の周期である。また、下記に数式１に示す“Ｖ_ＤＳ”は、増幅器を構成する増幅素子であるトランジスタの瞬時ドレイン電圧であり、下記に数式１に示す“Ｉ_ＤＳ”は、当該トランジスタの瞬時電流である。

上記数式１に示す“Ｖ_ＤＳ”を時間関数として考えると、“Ｖ_ＤＳ”は、下記の数式２で表される。ここで、下記の数式２に示す“Ｖ_ＤＣ”は、直流成分であり、下記の数式２に示す“Ｖ_ｎ”は、ｎ次成分（ｎは、１以上の整数であり、ｎ＝１は、基本波を示している。）を示している。

また、上記数式１に示す “Ｉ_ＤＳ”を時間関数として考えると、 “Ｉ_ＤＳ”は、下記の数式３で表される。ここで、下記の数式３に示す“Ｉ_ＤＣ”は、直流成分であり、下記の数式３に示す“Ｉ_ｎ”は、ｎ次成分を示している。

上記数式２および上記数式３より、上記数式１は、例えば下記の数式４で表される。

高調波リアクティブ終端処理は、上記数式４に示すように、２次以上の高調波成分に対して負荷を純リアクタンスにみせ、θｎ＝±９０［°］として無効電力とすることによって高効率化を図る手法である。

高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行う場合、理論的には、高調波を純リアクタンスにみせればよい。そのため、高調波リアクティブ終端処理を行う場合には、例えば、Ｆ級増幅器を用いた高調波処理（偶数次高調波を短絡とし、奇数時高調波を開放とする高調波処理）よりも容易に実現することができ、また、高調波処理を実現するための回路の小型化を図ることができる。

したがって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行う本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器は、電力効率の向上を図ると共に、小型化を図ることが可能である。

また、電力効率の向上が図られることによって、本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器は、消費電力の低減を図ることができる。

また、本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器は、小型化を図ることが可能であるので、例えば、スマートフォンや携帯電話などの無線端末に搭載される高周波増幅器として用いることが、容易である。なお、例えば本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器を無線基地局などで用いられる高周波増幅器として用いるなど、本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器を任意の機器の増幅器として用いることが可能であることは、言うまでもない。

以下、本発明の実施形態に係るドハティ型増幅器の構成の一例について、説明する。

［１］第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００
図１は、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００の構成の一例を示すブロック図である。

ドハティ型増幅器１００は、例えば、分配器１０２と、キャリア増幅器１０４と、位相調整回路１０６と、ピーキング増幅器１０８と、インピーダンス変換回路１１０とを備える。また、ドハティ型増幅器１００では、分配器１０２の前段にドライバ増幅器が設けられていてもよい。

［１−１］分配器１０２
分配器１０２は、入力された入力信号を２つに分配する。

本発明の実施形態に係る入力信号としては、例えば、マイクロ波帯の信号や、ミリ波帯の信号などのＲＦ信号が挙げられる。なお、本発明の実施形態に係る入力信号の周波数帯が、上記に示す例に限られないことは、言うまでもない。

分配器１０２は、例えば、ウィルキンソン電力分配回路や、９０度ハイブリッド回路で構成される。

［１−２］キャリア増幅器１０４
キャリア増幅器１０４は、分配器１０２により分配された一の入力信号を増幅する。キャリア増幅器１０４は、入力信号が供給されているときは常時動作する増幅器である。

キャリア増幅器１０４は、例えば、入力整合回路１１２と、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と、第１の高周波処理回路１１６と、インピーダンス変換回路１１８とを有する。

入力整合回路１１２は、入力整合回路１１２の前段と後段とのインピーダンスを整合させる。入力整合回路１１２としては、例えば、インダクタおよびキャパシタを利用した、ＬＰＦ（Low Pass Filter）型整合回路やＨＰＦ（High Pass Filter）型整合回路などが、挙げられる。

キャリア増幅素子１１４は、例えば、ＡＢ級またはＢ級で動作するようにバイアスされ、入力された入力信号を増幅する。キャリア増幅素子１１４としては、例えばバイポーラトランジスタなどのトランジスタが挙げられる。

第１の高周波処理回路１１６は、上述したように、キャリア増幅器１０４のみが動作する状態においてキャリア増幅器１０４が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する高調波処理回路である。

図２は、本発明の実施形態に係る第１の高調波処理回路１１６の構成の一例を示す説明図である。

図２のＡは、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とからなる直列共振回路を示し、図２のＢは、マイクロストリップラインＬ２とキャパシタＣ２とからなる直列共振回路を示している。

例えば図２のＡ、図２のＢに示すように第１の高調波処理回路１１６が直列共振回路で構成される場合、入力信号の２倍波の周波数が共振周波数となるように、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１、およびマイクロストリップラインＬ２およびキャパシタＣ２が、それぞれ設定される。つまり、第１の高調波処理回路１１６としては、入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路が挙げられる。

また、図２のＣは、オープンスタブを示している。

例えば図２のＣに示すように第１の高調波処理回路１１６がオープンスタブＬ３で構成される場合、オープンスタブＬ３としては、入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブが、挙げられる。

第１の高調波処理回路１１６は、例えば図２に示すように、入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路（図２のＡ、図２のＢ）、または、入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブ（図２のＣ）で構成される。入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路、または、入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブによって、“キャリア増幅器１０４のみが動作する状態においてキャリア増幅器１０４が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する高調波処理回路”を実現することが、できる。

なお、第１の高調波処理回路１１６の例が、図２を参照して示した例に限られないことは、言うまでもない。

例えば図１に示すように、第１の高調波処理回路１１６は、キャリア増幅器１０４を構成する入力信号を増幅するキャリア増幅素子（第１の増幅素子）の出力側に、電気的に接続される。

図３は、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００における、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と第１の高調波処理回路１１６との接続関係の一例を示す説明図である。図３では、キャリア増幅素子１１４として、ＡＢ級またはＢ級で動作するようにバイアスされるバイポーラトランジスタを示している。

例えば図３に示すように、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と第１の高調波処理回路１１６とは、キャリア増幅素子１１４の出力側および第１の高調波処理回路１１６と電気的に接続されるマイクロストリップラインＭＬを介して、接続されていてもよい。

図３に示すようなマイクロストリップラインＭＬを有するドハティ型増幅器１００では、マイクロストリップラインＭＬは、例えば、キャリア増幅器１０４のみが動作する状態においてキャリア増幅器１０４が最大効率で動作する位相に対応する長さに設定される。

図４は、ドハティ型増幅器における、負荷反射係数と、電力負荷効率および出力電力それぞれとの関係の一例を示す説明図である。図４のＡは、負荷反射係数と電力負荷効率との関係の一例を示しており、図４のＡは、負荷反射係数と出力電力との関係の一例を示している。

例えば、キャリア増幅素子１１４の２倍波の位相と電力負荷効率とが図３の特性である場合（最大効率となる位相が１３０［度］である場合）、マイクロストリップラインＭＬを２倍波で１３０［度］分の長さにすることによって、最大効率が得られる。

なお、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００における、キャリア増幅素子１１４と第１の高調波処理回路１１６との接続関係は、図３に示す例に限られない。例えば、ドハティ型増幅器１００は、図３に示すマイクロストリップラインＭＬを有していなくてもよい。

再度図１を参照してキャリア増幅器１０４について説明する。インピーダンス変換回路１１８は、例えばλ／４線路で構成され、インピーダンスを変換する。

キャリア増幅器１０４は、例えば図１に示す構成によって、分配器１０２により分配された一の入力信号を増幅する。

［１−３］位相調整回路１０６
位相調整回路１０６は、例えばλ／４線路で構成され、キャリア増幅器１０４の出力信号とピーキング増幅器１０８の出力信号を同相合成するために、分配器１０２から伝達される入力信号の位相を調整する。

なお、図１では、位相調整回路１０６がピーキング増幅器１０８の前段に設けられている例を示しているが、位相調整回路１０６は、キャリア増幅器１０４の前段に設けられていてもよい。

［１−４］ピーキング増幅器１０８
ピーキング増幅器１０８は、キャリア増幅器１０４の飽和電力付近では十分にオン状態となり、分配器１０２により分配された他の入力信号を増幅する。また、ピーキング増幅器１０８は、キャリア増幅器１０４の飽和電力から十分バックオフをとった電力動作領域ではオフ状態となる。つまり、ピーキング増幅器１０８は、入力された入力信号のレベルに応じて動作して、入力信号を増幅する。

ピーキング増幅器１０８は、例えば、入力整合回路１２０と、ピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）と、第２の高周波処理回路１２４とを有する。

入力整合回路１２０は、入力整合回路１２０の前段と後段とのインピーダンスを整合させる。入力整合回路１２０としては、例えば、インダクタおよびキャパシタを利用した、ＬＰＦ型整合回路やＨＰＦ型整合回路などが、挙げられる。

ピーク増幅素子１２２は、例えば、Ｂ級またはＣ級で動作するようにバイアスされ、入力された入力信号を増幅する。ピーク増幅素子１２２としては、例えばバイポーラトランジスタなどのトランジスタが挙げられる。

第２の高周波処理回路１２４は、上述したように、ピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する高調波処理回路である。

例えば図４に示すように、高調波の調整により出力電力を増大させることが可能であることから、ピーキング増幅器１０８については出力最大化するような高調波負荷インピーダンスに設定して線形性を高めるようにした方が、ドハティ型増幅器１００全体としてのパフォーマンスは向上する。そこで、ドハティ型増幅器１００では、第２の高周波処理回路１２４において、ピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。

第２の高調波処理回路１２４は、例えば、“インダクタ、マイクロストリップラインおよびキャパシタ”、または、“マイクロストリップラインおよびキャパシタ”で構成される。

図５は、本発明の実施形態に係る第２の高調波処理回路１２４の構成の一例を示す説明図であり、処理対象の高調波を２倍波のみとした場合における第２の高調波処理回路１２４の構成の一例を示している。図５は、“インダクタ、マイクロストリップラインおよびキャパシタ”で構成される第２の高調波処理回路１２４の一例を示している。

図５に示す第２の高調波処理回路１２４では、マイクロストリップラインＬ４、インダクタＬ５、およびマイクロストリップラインＬ６の直列接続により入力信号の基本波のλ／４波長となるように、マイクロストリップラインＬ４、インダクタＬ５、およびマイクロストリップラインＬ６が設定される。

また、図５に示す第２の高調波処理回路１２４では、キャパシタＣ３は基本波に対して短絡にみえる容量に設定される。

上記のように、マイクロストリップラインＬ４、インダクタＬ５、マイクロストリップラインＬ６、およびキャパシタＣ３が設定されることによって、ピーク増幅素子１２２からみて基本波が解放とみえる。

また、図５に示す第２の高調波処理回路１２４では、キャパシタＣ４およびインダクタＬ５は、並列共振周波数が基本波の周波数となるように設定され、マイクロストリップラインＬ４およびインダクタＬ５の直列接続により入力信号の基本波のλ／４波長となるように、マイクロストリップラインＬ４およびインダクタＬ５が設定される。

上記のように、マイクロストリップラインＬ４、インダクタＬ５、およびキャパシタＣ４が設定されることによって、ピーク増幅素子１２２からみた２倍波を純リアクティブにみせることができる。

例えば図５に示す構成により、処理対象の高調波を２倍波のみとした第２の高調波処理回路１２４が実現される。処理対象の高調波を２倍波のみとすることによって、第２の高調波処理回路１２４の小型化を図ることが可能である。

また、例えば図５に示す構成を有する第２の高調波処理回路１２４は、キャリア増幅器１０４を構成するキャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と、ピーキング増幅器１０８を構成するピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能する。例えばキャリア増幅素子１１４とピーク増幅素子１２２とが、図３に示すキャリア増幅素子１１４のようなＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである場合、図５に示す構成を有する第２の高調波処理回路１２４は、キャリア増幅素子１１４とピーク増幅素子１２２とにコレクタ電圧Ｖｃｃを印加するバイアスラインとして機能する。

なお、第２の高調波処理回路１２４の構成は、図５に示す例に限られない。図６は、本発明の実施形態に係る第２の高調波処理回路１２４の構成の他の例を示す説明図であり、処理対象の高調波を２倍波のみとした場合における第２の高調波処理回路１２４の構成の他の例を示している。図６は、“マイクロストリップラインおよびキャパシタ”で構成される第２の高調波処理回路１２４の一例を示している。

図６に示す第２の高調波処理回路１２４では、マイクロストリップラインＬ４、マイクロストリップラインＬ７、およびマイクロストリップラインＬ６の直列接続により入力信号の基本波のλ／４波長となるように、マイクロストリップラインＬ４、マイクロストリップラインＬ７、およびマイクロストリップラインＬ６が設定される。

また、図６に示す第２の高調波処理回路１２４では、図５に示す第２の高調波処理回路１２４と同様に、キャパシタＣ３は基本波に対して短絡にみえる容量に設定される。

上記のように、マイクロストリップラインＬ４、マイクロストリップラインＬ７、マイクロストリップラインＬ６、およびキャパシタＣ３が設定されることによって、ピーク増幅素子１２２からみて基本波が解放とみえる。

また、図６に示す第２の高調波処理回路１２４では、キャパシタＣ４およびマイクロストリップラインＬ７は、並列共振周波数が基本波の周波数となるように設定され、マイクロストリップラインＬ４およびマイクロストリップラインＬ７の直列接続により入力信号の基本波のλ／４波長となるように、マイクロストリップラインＬ４およびマイクロストリップラインＬ７が設定される。

上記のように、マイクロストリップラインＬ４、マイクロストリップラインＬ７、およびキャパシタＣ４が設定されることによって、ピーク増幅素子１２２からみた２倍波を純リアクティブにみせることができる。

例えば図６に示す構成により、処理対象の高調波を２倍波のみとした第２の高調波処理回路１２４が実現される。

また、例えば図６に示す構成を有する第２の高調波処理回路１２４は、図５に示す構成を有する第２の高調波処理回路１２４と同様に、キャリア増幅器１０４を構成するキャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と、ピーキング増幅器１０８を構成するピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能する。

ピーキング増幅器１０８は、例えば図１に示す構成によって、オン状態のときに分配器１０２により分配された他の入力信号を増幅する。

［１−５］インピーダンス変換回路１１０
インピーダンス変換回路１１０は、例えばλ／４線路で構成され、インピーダンスを変換する。

第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００は、例えば図１に示す構成を有する。

ここで、ドハティ型増幅器１００は、第１の高調波処理回路１１６と、第２の高調波処理回路１２４とを備える。

第１の高調波処理回路１１６は、キャリア増幅器１０４のみが動作する状態においてキャリア増幅器１０４が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。

また、第２の高調波処理回路１２４は、ピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。上述したように、ピーキング増幅器１０８については出力最大化するような高調波負荷インピーダンスに設定して線形性を高めるようにした方が、ドハティ型増幅器１００全体としてのパフォーマンスは向上する。

したがって、ドハティ型増幅器１００は、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

また、上述したように、高調波リアクティブ終端処理を行う場合には、例えば、Ｆ級増幅器を用いた高調波処理よりも容易に実現することができ、また、高調波処理を実現するための回路の小型化を図ることができる。

よって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行うドハティ型増幅器１００は、電力効率の向上を図ると共に、小型化を図ることができる。

さらに、ドハティ型増幅器１００では、第２の高調波処理回路１２４においてピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理するので、線形性のよいドハティ型増幅器が実現される。上記のように線形性のよいドハティ型増幅器が実現されることによって、帯域外漏洩電力を抑圧することができるという効果が奏される。

［２］第２の実施形態に係るドハティ型増幅器２００
図７は、第２の実施形態に係るドハティ型増幅器２００の構成の一例を示すブロック図である。

ドハティ型増幅器２００は、例えば、分配器１０２と、キャリア増幅器１０４と、位相調整回路１０６と、ピーキング増幅器２０２と、インピーダンス変換回路１１０とを備える。また、ドハティ型増幅器２００では、分配器１０２の前段にドライバ増幅器が設けられていてもよい。

［２−１］分配器１０２、キャリア増幅器１０４、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０
分配器１０２、キャリア増幅器１０４、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０それぞれは、図１に示す分配器１０２、キャリア増幅器１０４、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０と同様の機能、構成を有する。

［２−２］ピーキング増幅器２０２
ピーキング増幅器２０２は、キャリア増幅器１０４の飽和電力付近では十分にオン状態となり、分配器１０２により分配された他の入力信号を増幅する。また、ピーキング増幅器２０２は、キャリア増幅器１０４の飽和電力から十分バックオフをとった電力動作領域ではオフ状態となる。つまり、ピーキング増幅器２０２は、入力された入力信号のレベルに応じて動作して、入力信号を増幅する。

ピーキング増幅器２０２は、例えば、入力整合回路１２０と、ピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）とを有する。

入力整合回路１２０は、図１に示す入力整合回路１２０と同様に、入力整合回路１２０の前段と後段とのインピーダンスを整合させる。

ピーク増幅素子１２２は、図１に示すピーク増幅素子１２２と同様に、Ｂ級またはＣ級で動作するようにバイアスされ、入力された入力信号を増幅する。

第２の実施形態に係るドハティ型増幅器２００は、例えば図７に示す構成を有する。

ここで、ドハティ型増幅器２００は、第１の高調波処理回路１１６を備える。

したがって、ドハティ型増幅器２００は、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

さらに、ドハティ型増幅器２００は、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００が備える第２の高周波処理回路を備えていないので、ドハティ型増幅器１００よりも小型化が可能である。

よって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行うドハティ型増幅器２００は、電力効率の向上を図ると共に、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００よりもさらに小型化を図ることができる。

［３］第３の実施形態に係るドハティ型増幅器３００
図８は、第３の実施形態に係るドハティ型増幅器３００の構成の一例を示すブロック図である。

ドハティ型増幅器３００は、例えば、分配器１０２と、キャリア増幅器３０２と、位相調整回路１０６と、ピーキング増幅器２０２と、インピーダンス変換回路１１０とを備える。また、ドハティ型増幅器３００では、分配器１０２の前段にドライバ増幅器が設けられていてもよい。

［３−１］分配器１０２、位相調整回路１０６、ピーキング増幅器２０２、およびインピーダンス変換回路１１０
分配器１０２、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０それぞれは、図１に示す分配器１０２、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０と同様の機能、構成を有する。また、ピーキング増幅器２０２は、図７に示すピーキング増幅器２０２と同様の機能、構成を有する。

［３−２］キャリア増幅器３０２
キャリア増幅器３０２は、分配器１０２により分配された一の入力信号を増幅する。キャリア増幅器３０２は、入力信号が供給されているときは常時動作する増幅器である。

キャリア増幅器３０２は、例えば、入力整合回路１１２と、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と、第１の高周波処理回路３０４と、インピーダンス変換回路１１８とを有する。

ここで、キャリア増幅器３０２は、図１に示すキャリア増幅器１０４と基本的に同様の構成を有する。キャリア増幅器３０２とキャリア増幅器１０４との相違点は、“キャリア増幅器３０２を構成する第１の高周波処理回路３０４が、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）とピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能する点”である。つまり、第１の高周波処理回路３０４は、上述した第１の高周波処理回路１１６と同様に、キャリア増幅器３０２のみが動作する状態においてキャリア増幅器３０２が最大効率で動作するように高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理すると共に、さらに、キャリア増幅素子１１４とピーク増幅素子１２２との双方に電力を供給するバイアスラインとして機能する。

例えばキャリア増幅素子１１４とピーク増幅素子１２２とが、図３に示すキャリア増幅素子１１４のようなＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである場合、第１の高周波処理回路３０４には、例えば、上述した第１の高周波処理回路１１６に係る構成に加えて、キャリア増幅素子１１４とピーク増幅素子１２２とにコレクタ電圧Ｖｃｃを印加するバイアスラインが設けられる。

第３の実施形態に係るドハティ型増幅器３００は、例えば図８に示す構成を有する。

ここで、ドハティ型増幅器３００は、第１の高調波処理回路３０４を備える。

第１の高調波処理回路３０４は、キャリア増幅器３０２のみが動作する状態においてキャリア増幅器３０２が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。

したがって、ドハティ型増幅器３００は、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

さらに、ドハティ型増幅器３００は、第２の実施形態に係るドハティ型増幅器２００と同様に、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００が備える第２の高周波処理回路を備えていないので、ドハティ型増幅器１００よりも小型化が可能である。

よって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行うドハティ型増幅器３００は、電力効率の向上を図ると共に、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００よりもさらに小型化を図ることができる。

［４］第４の実施形態に係るドハティ型増幅器４００
図９は、第４の実施形態に係るドハティ型増幅器４００の構成の一例を示すブロック図である。

ドハティ型増幅器４００は、例えば、分配器１０２と、キャリア増幅器４０２と、位相調整回路１０６と、ピーキング増幅器１０８と、インピーダンス変換回路１１０とを備える。また、ドハティ型増幅器４００では、分配器１０２の前段にドライバ増幅器が設けられていてもよい。

［４−１］分配器１０２、位相調整回路１０６、ピーキング増幅器１０８、およびインピーダンス変換回路１１０
分配器１０２、位相調整回路１０６、ピーキング増幅器１０８、およびインピーダンス変換回路１１０それぞれは、図１に示す分配器１０２、位相調整回路１０６、ピーキング増幅器１０８、およびインピーダンス変換回路１１０と同様の機能、構成を有する。

［４−２］キャリア増幅器４０２
キャリア増幅器４０２は、分配器１０２により分配された一の入力信号を増幅する。キャリア増幅器４０２は、入力信号が供給されているときは常時動作する増幅器である。

キャリア増幅器４０２は、例えば、入力整合回路１１２と、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）と、インピーダンス変換回路１１８とを有する。

入力整合回路１１２は、図１に示す入力整合回路１１２と同様に、入力整合回路１１２の前段と後段とのインピーダンスを整合させる。

キャリア増幅素子１１４は、例えば図１に示すキャリア増幅素子１１４と同様に、ＡＢ級またはＢ級で動作するようにバイアスされ、入力された入力信号を増幅する。

インピーダンス変換回路１１８は、図１に示すインピーダンス変換回路１１８と同様に、インピーダンスを変換する。

第４の実施形態に係るドハティ型増幅器４００は、例えば図９に示す構成を有する。

ここで、ドハティ型増幅器４００は、第２の高調波処理回路１２４を備える。

第２の高調波処理回路１２４は、ピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。上述したように、ピーキング増幅器１０８については出力最大化するような高調波負荷インピーダンスに設定して線形性を高めるようにした方が、ドハティ型増幅器４００全体としてのパフォーマンスは向上する。

したがって、ドハティ型増幅器４００は、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

さらに、ドハティ型増幅器４００は、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００が備える第１の高周波処理回路を備えていないので、ドハティ型増幅器１００よりも小型化が可能である。

よって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行うドハティ型増幅器４００は、電力効率の向上を図ると共に、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００よりもさらに小型化を図ることができる。

また、ドハティ型増幅器４００では、第２の高調波処理回路１２４においてピーキング増幅器１０８の飽和出力が最大となるように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理するので、線形性のよいドハティ型増幅器が実現される。

［５］第５の実施形態に係るドハティ型増幅器５００
図１０は、第５の実施形態に係るドハティ型増幅器５００の構成の一例を示すブロック図である。

ドハティ型増幅器５００は、例えば、分配器１０２と、キャリア増幅器４０２と、位相調整回路１０６と、ピーキング増幅器５０２と、インピーダンス変換回路１１０とを備える。また、ドハティ型増幅器５００では、分配器１０２の前段にドライバ増幅器が設けられていてもよい。

［５−１］分配器１０２、キャリア増幅器４０２、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０
分配器１０２、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０それぞれは、図１に示す分配器１０２、位相調整回路１０６、およびインピーダンス変換回路１１０と同様の機能、構成を有する。また、キャリア増幅器４０２は、図９に示すキャリア増幅器４０２と同様の機能、構成を有する。

［５−２］ピーキング増幅器５０２
ピーキング増幅器５０２は、キャリア増幅器４０２の飽和電力付近では十分にオン状態となり、分配器１０２により分配された他の入力信号を増幅する。また、ピーキング増幅器５０２は、キャリア増幅器４０２の飽和電力から十分バックオフをとった電力動作領域ではオフ状態となる。つまり、ピーキング増幅器５０２は、入力された入力信号のレベルに応じて動作して、入力信号を増幅する。

ピーキング増幅器５０２は、例えば、入力整合回路１２０と、ピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）と、第１の高周波処理回路３０４とを有する。

第１の高周波処理回路３０４は、図８に示す第３の実施形態に係る第１の高周波処理回路３０４と同様に、キャリア増幅器４０２のみが動作する状態においてキャリア増幅器４０２が最大効率で動作するように高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理すると共に、キャリア増幅素子１１４（第１の増幅素子）とピーク増幅素子１２２（第２の増幅素子）との双方に電力を供給するバイアスラインとして機能する。

第５の実施形態に係るドハティ型増幅器５００は、例えば図１０に示す構成を有する。

ここで、ドハティ型増幅器５００は、第１の高調波処理回路３０４を備える。

第１の高調波処理回路３０４は、キャリア増幅器４０２のみが動作する状態においてキャリア増幅器４０２が最大効率で動作するように、高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する。

したがって、ドハティ型増幅器５００は、ドハティ型増幅器における電力効率の向上を図ることができる。

さらに、ドハティ型増幅器５００は、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００が備える第２の高周波処理回路を備えていないので、ドハティ型増幅器１００よりも小型化が可能である。

よって、高調波処理として高調波リアクティブ終端処理を行うドハティ型増幅器５００は、電力効率の向上を図ると共に、第１の実施形態に係るドハティ型増幅器１００よりもさらに小型化を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００、２００、３００、４００、５００ドハティ型増幅器
１０２分配器
１０４、３０２、４０２キャリア増幅器
１０６位相調整回路
１０８、２０２、５０２ピーキング増幅器
１１０，１１８インピーダンス変換回路
１１２、１２０入力整合回路
１１４キャリア増幅素子
１１６、３０４第１の高調波処理回路
１２２ピーク増幅素子
１２４第２の高調波処理回路
ＭＬ、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７マイクロストリップライン

Claims

入力された入力信号を増幅するキャリア増幅器と、前記入力信号のレベルに応じて動作し、前記入力信号を増幅するピーキング増幅器と、を備えるドハティ型増幅器であって、前記キャリア増幅器のみが動作する状態において前記キャリア増幅器が最大効率で動作するように、基本波および各高調波の電流と電圧との位相差を操作することにより高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第１の高調波処理回路を備え、
前記第１の高調波処理回路は、前記入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路、または前記入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブを含み、
前記第１の高調波処理回路は、第１の増幅素子と、前記ピーキング増幅器を構成する前記入力信号を増幅する第２の増幅素子との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能する、ドハティ型増幅器。
前記第１の高調波処理回路は、前記キャリア増幅器を構成する前記入力信号を増幅する第１の増幅素子の出力欄に、電気的に接続される、請求項１に記載のドハティ型増幅器。
入力された入力信号を増幅するキャリア増幅器と、前記入力信号のレベルに応じて動作し、前記入力信号を増幅するピーキング増幅器と、を備えるドハティ型増幅器であって、前記ピーキング増幅器の飽和出力が最大となるように、基本波および各高調波の電流と電圧との位相差を操作することにより高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第２の高調波処理回路を備え、
前記第２の高調波処理回路は、マイクロストリップライン、キャパシタ、インダクタを含み、
前記キャパシタ及び前記インダクタは、並列共振周波数が基本波の周波数となるように設定され、
前記マイクロストリップライン及び前記インダクタの直列接続により前記入力信号の基本波のλ／４波長となるように、前記マイクロストリップライン及び前記インダクタが設定される、ドハティ型増幅器。
前記第１の増幅素子の出力側および前記第１の高調波処理回路と電気的に接続されるマイクロストリップラインをさらに有し、
前記マイクロストリップラインは、前記キャリア増幅器のみが動作する状態において前記キャリア増幅器が最大効率で動作する位相に対応する長さに設定される、請求項１または２に記載のドハティ型増幅器。
入力された入力信号を増幅するキャリア増幅器と、前記入力信号のレベルに応じて動作し、前記入力信号を増幅するピーキング増幅器と、を備えるドハティ型増幅器であって、前記キャリア増幅器のみが動作する状態において前記キャリア増幅器が最大効率で動作するように、基本波および各高調波の電流と電圧との位相差を操作することにより高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第１の高調波処理回路を備え、
前記ピーキング増幅器の飽和出力が最大となるように、基本波および各高調波の電流と電圧との位相差を操作することにより高調波出力負荷インピーダンスをリアクティブ終端処理する第２の高調波処理回路を、さらに備え、
前記第１の高調波処理回路は、前記入力信号の２倍波の周波数で共振する直列共振回路、または前記入力信号の２倍波のλ／４波長の電気長を有するオープンスタブを含み、
前記第２の高調波処理回路は、マイクロストリップライン、キャパシタ、インダクタを含み、
前記キャパシタ及び前記インダクタは、並列共振周波数が基本波の周波数となるように設定され、
前記マイクロストリップライン及び前記インダクタの直列接続により前記入力信号の基本波のλ／４波長となるように、前記マイクロストリップライン及び前記インダクタが設定される、ドハティ型増幅器。
前記第２の高調波処理回路は、前記ピーキング増幅器を構成する前記入力信号を増幅する第２の増幅素子の出力側に、電気的に接続される、請求項３または５に記載のドハティ型増幅器。
前記第２の高調波処理回路は、前記キャリア増幅器を構成する前記入力信号を増幅する第１の増幅素子と、前記第２の増幅素子との双方に、電力を供給するバイアスラインとして機能する、請求項６に記載のドハティ型増幅器。