JP6949281B2 - アウトフェージング増幅器及び通信装置 - Google Patents

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Description

この発明は、アウトフェージング増幅器及び通信装置に関するものである。
以下の非特許文献１には、通信用信号を高効率に増幅するアウトフェージング増幅器が開示されている。このアウトフェージング増幅器は、並列に接続されている２つの増幅器を備えている。以下、２つの増幅器のうちの一方の増幅器を第１の増幅器と称し、他方の増幅器を第２の増幅器と称する。
非特許文献１に開示されているアウトフェージング増幅器は、第１の増幅器に与えられる第１の入力信号の位相と、第２の増幅器に与えられる第２の入力信号の位相とが制御されることで、負荷変調が行われる。このアウトフェージング増幅器は、負荷変調が行われることで、出力電力が飽和出力よりも低いバックオフの動作範囲で、高効率動作が実現される。バックオフの動作範囲では、第１の入力信号の振幅と第２の入力信号の振幅とが等しく、第１の入力信号及び第２の入力信号におけるそれぞれの振幅が、第１の入力信号の電力と、第２の入力信号の電力との総和電力の増加に伴って増加する。また、第１の入力信号の位相と第２の入力信号の位相との位相差が、総和電力の増加に伴って減少する。
H.chireix "High Power Outphasing Modulation," Proceedings of the institute of radio Engineers,vol23, Nov, 1935
非特許文献１に開示されているアウトフェージング増幅器は、第１の入力信号の電力と、第２の入力信号の電力との総和電力が変化しても、常に、第１の入力信号の振幅と第２の入力信号の振幅とが等しいという前提で動作する。このため、アウトフェージング増幅器の効率が、所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲が制限されてしまうという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の信号の電力と、第２の信号の電力との総和電力が変化しても、常に、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅とが等しいという前提で動作するものよりも、効率が所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲を広げることができるアウトフェージング増幅器及び通信装置を得ることを目的とする。
この発明に係るアウトフェージング増幅器は、第１の信号を増幅し、増幅後の第１の信号を出力する第１のトランジスタと、第２の信号を増幅し、増幅後の第２の信号を出力する第２のトランジスタと、第１のトランジスタにより増幅される第１の信号の電力と第２のトランジスタにより増幅される第２の信号の電力との総和電力が、第１の閾値よりも小さいとき、増幅される第１の信号の振幅が、増幅される第２の信号の振幅よりも大きく、増幅される第１の信号の位相と増幅される第２の信号の位相との位相差が一定であれば、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成する合成回路とを備えるようにしたものである。
この発明によれば、第１のトランジスタにより増幅される第１の信号の電力と第２のトランジスタにより増幅される第２の信号の電力との総和電力が、第１の閾値よりも小さいとき、増幅される第１の信号の振幅が、増幅される第２の信号の振幅よりも大きく、増幅される第１の信号の位相と増幅される第２の信号の位相との位相差が一定であれば、合成回路が、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成するように、アウトフェージング増幅器を構成した。したがって、この発明に係るアウトフェージング増幅器は、第１の信号の電力と、第２の信号の電力との総和電力が変化しても、常に、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅とが等しいという前提で動作するものよりも、効率が所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲を広げることができる。
実施の形態１に係るアウトフェージング増幅器２を備える通信装置を示す構成図である。 実施の形態１に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。 総和電力ΣＰと、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。 総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２と、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。 総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２と、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。 動作モード（１）〜（３）において、第１のトランジスタ１３から合成回路１７を見た負荷Ｚｏｕｔ１と、第２のトランジスタ１４から合成回路１７を見た負荷Ｚｏｕｔ２とを示す説明図である。 図２に示すアウトフェージング増幅器２の効率特性及び非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器の効率特性を示す説明図である。 図２に示すアウトフェージング増幅器２における出力電力と効率との関係をシミュレーションした結果を示す説明図である。 非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器における出力電力と効率との関係をシミュレーションした結果を示す説明図である。 実施の形態２に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。 総和電力ΣＰと、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。 総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２と、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。 総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２と、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。 実施の形態３に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。 実施の形態３に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。 合成回路１７の一例を示す回路図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアウトフェージング増幅器２を備える通信装置を示す構成図である。
通信装置は、通信用信号を送受信する装置であり、アウトフェージング増幅器２を備えている。
通信装置に含まれている信号分配器１は、例えば、直交変調器、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）、及び、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ）によって実現される。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配し、第１の信号Ｐｉｎ１及び第２の信号Ｐｉｎ２のそれぞれをアウトフェージング増幅器２に出力する。
第１の信号Ｐｉｎ１は、Ａ１ｓｉｎ（ωｔ＋φ１）のように表され、第２の信号Ｐｉｎ２は、Ａ２ｓｉｎ（ωｔ＋φ２）のように表される。
Ａ１は、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅、Ａ２は、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅である。φ１は、第１の信号Ｐｉｎ１の位相、φ２は、第２の信号Ｐｉｎ２の位相である。ωは、角周波数、ｔは、時刻である。
信号分配器１は、通信用信号を第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する際、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び位相φ１を制御し、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２及び位相φ２を制御する。
信号分配器１は、振幅Ａ１及び位相φ１を制御した第１の信号Ｐｉｎ１と、振幅Ａ２及び位相φ２を制御した第２の信号Ｐｉｎ２とをアウトフェージング増幅器２に出力する。
アウトフェージング増幅器２は、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１を増幅し、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２を増幅する。
図２は、実施の形態１に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。
図２において、入力端子１１は、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１を入力するための端子である。
入力端子１２は、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２を入力するための端子である。
第１のトランジスタ１３は、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、又は、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって実現される。
図２に示すアウトフェージング増幅器２では、第１のトランジスタ１３が、ソース接地のトランジスタである例を示している。
第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａであるゲート端子は、入力端子１１及びゲートバイアス端子１５のそれぞれと接続されている。
第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂであるドレイン端子は、後述する合成回路１７の第１の伝送線路１８の一端及び第１の補償サセプタンス回路１９の一端のそれぞれと接続されている。
第１のトランジスタ１３は、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１を増幅し、増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’を合成回路１７の第１の伝送線路１８及び第１の補償サセプタンス回路１９のそれぞれに出力する。
第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａは、ゲートバイアス端子１５を介して、第１のトランジスタ１３のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以下のゲートバイアス電圧Ｖｇ１が印加されている。
したがって、第１のトランジスタ１３は、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１とゲートバイアス電圧Ｖｇ１との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以上のとき、第１の信号Ｐｉｎ１の増幅動作を行う。スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１は、第１のトランジスタ１３の駆動に必要な最小電圧である。
なお、ゲートバイアス電圧Ｖｇ１が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以下の電圧のうち、概ねスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１に等しい電圧であれば、入力端子１１から、第１の信号Ｐｉｎ１が入力されたときだけ、第１のトランジスタ１３が、第１の信号Ｐｉｎ１の増幅動作を行う。よって、ゲートバイアス電圧Ｖｇ１が、概ねスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１に等しい電圧であれば、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに対する第１の信号Ｐｉｎ１の有無で、第１のトランジスタ１３の動作を切り替えることが可能である。
第２のトランジスタ１４は、例えば、ＦＥＴ、ＨＢＴ、又は、ＨＥＭＴによって実現され、出力可能な最大電力等の電気的な特性が第１のトランジスタ１３と同じである。たたし、電気的な特性の同一は、厳密に同一であるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、電気的な特性が異なっていてもよい。
図２に示すアウトフェージング増幅器２では、第２のトランジスタ１４が、ソース接地のトランジスタである例を示している。
第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａであるゲート端子は、入力端子１２と接続されており、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂであるドレイン端子は、合成回路１７の後述する第２の伝送線路２０の一端及び後述するゲートバイアス端子１６のそれぞれと接続されている。
第２のトランジスタ１４は、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２を増幅し、増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’を合成回路１７の第２の伝送線路２０及び後述する第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれに出力する。
第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａは、ゲートバイアス端子１６を介して、第２のトランジスタ１４のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以下のゲートバイアス電圧Ｖｇ２が印加されている。
したがって、第２のトランジスタ１４は、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上のとき、第２の信号Ｐｉｎ２の増幅動作を行う。スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２は、第２のトランジスタ１４の駆動に必要な最小電圧である。
ゲートバイアス端子１５は、入力端子１１及び第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａのそれぞれと接続されており、ゲートバイアス電圧Ｖｇ１を入力するための端子である。
ゲートバイアス端子１６は、入力端子１２及び第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａのそれぞれと接続されており、ゲートバイアス電圧Ｖｇ２を入力するための端子である。
合成回路１７は、第１の伝送線路１８、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路２０、第２の補償サセプタンス回路２１及び合成点２２を備えている。
合成回路１７は、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２のトランジスタ１４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とを合成点２２で合成する。
合成回路１７は、増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’との合成信号Ｃを後述する出力端子２３に出力する。
例えば、以下に示す総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいとき、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きく、第１の信号Ｐｉｎ１の位相と第２の信号Ｐｉｎ２の位相との位相差が一定である場合を想定する。この場合、合成回路１７は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２のトランジスタ１４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とを合成する。
総和電力ΣＰは、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の電力と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の電力との総和の電力である。
第１の伝送線路１８の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂ及び第１の補償サセプタンス回路１９の一端のそれぞれと接続されており、第１の伝送線路１８の他端は、合成点２２と接続されている。
第１の伝送線路１８の電気長θ１は、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１の波長λの４分の１の長さである。θ１＝λ／４である。
第１の伝送線路１８の特性インピーダンスは、Ｚ１である。
第１の補償サセプタンス回路１９の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂ及び第１の伝送線路１８の一端のそれぞれと接続されており、第１の補償サセプタンス回路１９の他端は、グランドと接続されている。
第１の補償サセプタンス回路１９は、サセプタンス成分を有する回路であり、第１の補償サセプタンス回路１９のサセプタンスは、Ｂ１である。なお、図２に記載の“ｊＢ１”及び“−ｊＢ２”におけるそれぞれの“ｊ”は、虚数を示す記号である。
第２の伝送線路２０の一端は、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂ及び第２の補償サセプタンス回路２１の一端のそれぞれと接続されており、第２の伝送線路２０の他端は、合成点２２と接続されている。
第２の伝送線路２０の電気長θ２は、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２の波長λの４分の１の長さである。θ２＝λ／４である。
第１の信号Ｐｉｎ１の波長λと第２の信号Ｐｉｎ２の波長λとは同一の波長であるため、θ１＝θ２である。ただし、第１の信号Ｐｉｎ１の波長λと第２の信号Ｐｉｎ２の波長λとの同一は、厳密に同一であるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、第１の信号Ｐｉｎ１の波長λと第２の信号Ｐｉｎ２の波長λとが異なっていてもよい。
第２の伝送線路２０の特性インピーダンスは、Ｚ２である。
第２の補償サセプタンス回路２１の一端は、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂ及び第２の伝送線路２０の一端のそれぞれと接続されており、第２の補償サセプタンス回路２１の他端は、グランドと接続されている。
第２の補償サセプタンス回路２１は、サセプタンス成分を有する回路であり、第２の補償サセプタンス回路２１のサセプタンスは、−Ｂ２である。
合成点２２には、第１の伝送線路１８の他端、第２の伝送線路２０の他端及び出力端子２３のそれぞれが接続されている。
第１の伝送線路１８により伝送された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２の伝送線路２０により伝送された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とが合成点２２で合成される。
出力端子２３は、合成回路１７から出力された合成信号Ｃを外部に出力するための端子である。
次に、図２に示すアウトフェージング増幅器２の動作について説明する。
アウトフェージング増幅器２は、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２及び位相φ２とが変化することで動作モードが変化する。アウトフェージング増幅器２は、複数の動作モードで動作することが可能である。
アウトフェージング増幅器２は、複数の動作モードとして、例えば、動作モード（１）と、動作モード（２）と、動作モード（３）とを有している。動作モード（１）〜（３）の詳細は後述する。
図３は、総和電力ΣＰと、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。
図３の例では、アウトフェージング増幅器２は、総和電力ΣＰが小であるとき、動作モード（１）で動作し、総和電力ΣＰが中であるとき、動作モード（２）で動作し、総和電力ΣＰが大であるとき、動作モード（３）で動作することを示している。
総和電力ΣＰが小は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい電力である。総和電力ΣＰが中は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上の電力であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい電力である。総和電力ΣＰが大は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上の電力である。第１の閾値Ｔｈ１＜第２の閾値Ｔｈ２である。
図４は、総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２と、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。
図４に示す振幅Ａ１は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅であり、図４に示す振幅Ａ２は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅である。
図５は、総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２と、動作モード（１）〜（３）との関係を示す説明図である。
図５に示す位相φ１は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相であり、図５に示す位相φ２は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相である。
［動作モード（１）］
動作モード（１）は、以下の条件（１）〜（３）を満足するときに動作するモードであり、異振幅異相合成モードと呼ばれる（図３〜図５を参照）。
条件（１）
総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい。
条件（２）
信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、図４に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きい。
条件（３）
図５に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定である。位相差が一定は、厳密に一定であるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、位相差が変化していてもよい。
［動作モード（２）］
動作モード（２）は、以下の条件（４）〜（６）を満足するときに動作するモードであり、同振幅異相合成モードと呼ばれる（図３〜図５を参照）。
条件（４）
総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい。
条件（５）
図４に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しい。振幅Ａ１と振幅Ａ２とが等しいは、厳密に等しいものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、振幅Ａ１と振幅Ａ２とが異なっていてもよい。
条件（６）
総和電力ΣＰの増加に伴って、図５に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少する。
［動作モード（３）］
動作モード（３）は、以下の条件（７）〜（９）を満足するときに動作するモードであり、同振幅同相合成モードと呼ばれる（図３〜図５を参照）。
条件（７）
総和電力ΣＰが、第２の閾値Ｔｈ２以上である。
条件（８）
図４に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しい。振幅Ａ１と振幅Ａ２とが等しいは、厳密に等しいものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、振幅Ａ１と振幅Ａ２とが異なっていてもよい。
条件（９）
図５に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しい。位相φ１と位相φ２とが等しいは、厳密に等しいものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、位相φ１と位相φ２とが異なっていてもよい。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（１）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、アウトフェージング増幅器２を動作モード（１）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、図４に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、図５に示すように、総和電力ΣＰが変化しても、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定となるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
動作モード（１）において、総和電力ΣＰの大きさが変化しても、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１とゲートバイアス電圧Ｖｇ１との総和が、常に、第１のトランジスタ１３のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以上である。
動作モード（１）において、総和電力ΣＰが、図４に示すＰ０よりも小さい場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２よりも小さい。総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上である。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａに出力する。
動作モード（１）では、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１とゲートバイアス電圧Ｖｇ１との総和が、常に、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以上であるため、信号分配器１から第１の信号Ｐｉｎ１が第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力されると、第１のトランジスタ１３は、常に駆動する。
動作モード（１）では、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さい場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２よりも小さい。したがって、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さい場合、信号分配器１から第２の信号Ｐｉｎ２が第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａに出力されても、第２のトランジスタ１４が駆動しない。
動作モード（１）では、総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上である。したがって、総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、信号分配器１から第２の信号Ｐｉｎ２が第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａに出力されると、第２のトランジスタ１４が駆動する。
第１のトランジスタ１３のみが駆動し、第２のトランジスタ１４が駆動していない場合、第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見たインピーダンスは、開放に近い高インピーダンスＺＯｐｅｎである。
総和電力ΣＰが上昇して、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１に近づくにつれて、第１のトランジスタ１３が効率のピークに近づき、総和電力ΣＰに対する第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１の傾きが緩やかとなる。また、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２との差が小さくなる。
また、総和電力ΣＰが上昇して、総和電力ΣＰがＰ０になると、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、第２のトランジスタ１４の駆動に必要な振幅であるスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２に達し、第２のトランジスタ１４が駆動する。
第２のトランジスタ１４が駆動していない状態から、第２のトランジスタ１４が駆動している状態に変化すると、第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見たインピーダンスが、開放に近い高インピーダンスＺＯｐｅｎよりも低くなる。
第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも小さければ、第１のトランジスタ１３により増幅された後、第１の伝送線路１８により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２のトランジスタ１４により増幅された後、第２の伝送線路２０により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とは異なる。
また、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定であり、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが異なる。
したがって、合成回路１７の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
総和電力ΣＰが上昇して、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１になり、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と等しくなると、第１のトランジスタ１３から合成回路１７側を見たインピーダンスと、第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見たインピーダンスとが等しくなる。また、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４におけるそれぞれの効率がピークとなる。
第１のトランジスタ１３の電気的な特性と、第２のトランジスタ１４の電気的な特性とが同一である。
したがって、第１の伝送線路１８により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２の伝送線路２０により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とは等しい。
また、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定であり、第１の伝送線路１８により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の位相φ１’と第２の伝送線路２０により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の位相φ２’とが異なる。
このため、合成回路１７の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
なお、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるとき、第１のトランジスタ１３から合成回路１７側を見た負荷Ｚｏｕｔ１及び第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見た負荷Ｚｏｕｔ２のそれぞれは、第１の伝送線路１８の特性インピーダンスＺ１、第１の補償サセプタンス回路１９のサセプタンスＢ１、第２の伝送線路２０の特性インピーダンスＺ２及び第２の補償サセプタンス回路２１のサセプタンス−Ｂ２によって決まる。
それぞれの負荷Ｚｏｕｔ１，Ｚｏｕｔ２と、特性インピーダンスＺ１、特性インピーダンスＺ２、サセプタンスＢ１及びサセプタンス−Ｂ２との関係は、以下の式（１）（２）のように表される。

Figure 0006949281
式（１）及び式（２）では、説明の簡単化のため、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ０としている。
ＲＬは、出力端子２３に接続されている、アウトフェージング増幅器２の外部負荷であり、Δφ＝φ２−φ１である。
総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるときは、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４の双方が効率のピークで動作する。したがって、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるときに、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４の双方が駆動している場合、第１のトランジスタ１３のみが駆動している場合よりも、アウトフェージング増幅器２の出力電力が高いときに、アウトフェージング増幅器２の効率がピークに達する。
ここでは、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるときに、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と等しくなるとしている。しかし、振幅Ａ１と振幅Ａ２とが等しいは、厳密に等しいものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、振幅Ａ１と振幅Ａ２とが異なっていてもよい。例えば、振幅Ａ１と振幅Ａ２との差が５％程度であれば、実用上問題がない。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（２）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さいときは、アウトフェージング増幅器２を動作モード（２）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さいときは、図４に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
さらに、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａに出力する。
動作モード（２）では、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しく、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加する。
また、動作モード（２）では、総和電力ΣＰの増加に伴って、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少する。例えば、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が９０°から０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−９０°から０°に変移する。しかし、これは一例に過ぎず、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が７０°から２０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−７０°から−２０°に変移するものであってもよい。
動作モード（２）では、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４の双方が常に駆動する。第１のトランジスタ１３の電気的な特性と、第２のトランジスタ１４の電気的な特性とが同一である。
したがって、第１のトランジスタ１３により増幅された後、第１の伝送線路１８により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２のトランジスタ１４により増幅された後、第２の伝送線路２０により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とは、等しい。
一方、第１の伝送線路１８により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の位相φ１’と、第２の伝送線路２０により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の位相φ２’との間に位相差Δφが生じる。
したがって、合成回路１７の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
第１のトランジスタ１３から合成回路１７側を見た負荷及び第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見た負荷のそれぞれは、位相差Δφに応じて変調される。具体的には、負荷のインピーダンスは、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が９０°から０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−９０°から０°に変移する過程で低下して、低インピーダンスＺＬｏｗへと変調される。低インピーダンスＺＬｏｗは、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４の双方が出力可能な最大限の出力電力ＰＭａｘを達成できる負荷を意味する。
第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４におけるそれぞれの出力電力は、負荷の変調に応じて変化する。
低インピーダンスＺＬｏｗと比べて、インピーダンスが高い負荷では、最大限の出力電力ＰＭａｘよりも小さい出力電力で、アウトフェージング増幅器２の効率がピークに達する。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（３）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるとき、アウトフェージング増幅器２を動作モード（３）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるときは、図４に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
さらに、信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるときは、図５に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ１４の入力端子１４ａに出力する。
動作モード（３）では、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが等しく、かつ、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しい。
したがって、第１のトランジスタ１３から合成回路１７側を見た負荷及び第２のトランジスタ１４から合成回路１７側を見た負荷のそれぞれは、変調されない。
合成回路１７の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が等しい、２つの信号の合成である。
動作モード（３）では、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ１４におけるそれぞれの出力電力が、最大限の出力電力ＰＭａｘに達するまで、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが上昇する。
図６は、動作モード（１）〜（３）において、第１のトランジスタ１３から合成回路１７を見た負荷Ｚｏｕｔ１と、第２のトランジスタ１４から合成回路１７を見た負荷Ｚｏｕｔ２とを示す説明図である。
動作モード（１）では、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さく、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２未満であれば、負荷Ｚｏｕｔ２が、開放に近い高インピーダンスＺＯｐｅｎとなり、負荷Ｚｏｕｔ１が、インピーダンスＺＨｉｇｈとなる。インピーダンスＺＨｉｇｈは、高インピーダンスＺＯｐｅｎよりも低いが、低インピーダンスＺＬｏｗよりも高い。ＺＯｐｅｎ＞ＺＨｉｇｈ＞ＺＬｏｗである。
動作モード（１）では、総和電力ΣＰがＰ０以上となり、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２に達すると、負荷Ｚｏｕｔ２のインピーダンスが、高インピーダンスＺＯｐｅｎから低下する。
動作モード（２）では、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差の減少に伴って、負荷Ｚｏｕｔ１及び負荷Ｚｏｕｔ１のそれぞれのインピーダンスが低下する。
動作モード（３）では、負荷Ｚｏｕｔ１及び負荷Ｚｏｕｔ１のそれぞれのインピーダンスが、低インピーダンスＺＬｏｗに固定され、負荷変調が生じない。
図７は、図２に示すアウトフェージング増幅器２の効率特性及び非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器の効率特性を示す説明図である。
図７において、横軸は、図２に示すアウトフェージング増幅器２及び非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器におけるそれぞれの出力電力である。
縦軸は、図２に示すアウトフェージング増幅器２及び非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器におけるそれぞれの効率である。
非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器は、動作モードが、同振幅異相合成が行われる動作モードであるときの出力電力、及び、同振幅同相合成が行われる動作モードであるときの出力電力のそれぞれで、効率がピークに達する。
非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器は、常に、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅とが等しいという前提で動作する増幅器であるため、図７には、異振幅異相合成が行われる動作モードでの、非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器の効率を表記していない。
図２に示すアウトフェージング増幅器２は、非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器と同様に、動作モードが、同振幅異相合成が行われる動作モード（２）であるときの出力電力、及び、同振幅同相合成が行われる動作モード（３）であるときの出力電力のそれぞれで、効率がピークに達する。
図２に示すアウトフェージング増幅器２は、動作モードが、異振幅異相合成が行われる動作モード（１）であるときの出力電力の効率が、ピークの効率に近くなる状況がある。
例えば、総和電力ΣＰがＰ０以上であるときの出力電力での効率は、動作モード（２）であるときの出力電力での効率及び動作モード（３）であるときの出力電力での効率のそれぞれと、ほぼ同様の効率である。
図８は、図２に示すアウトフェージング増幅器２における出力電力と効率との関係をシミュレーションした結果を示す説明図である。
図９は、非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器における出力電力と効率との関係をシミュレーションした結果を示す説明図である。
例えば、所望の効率が４０％以上の効率であるとき、非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器では、図９に示すように、４０％以上の効率が得られる出力電力の範囲が１２ｄＢである。
一方、図２に示すアウトフェージング増幅器２では、図８に示すように、４０％以上の効率が得られる出力電力の範囲が１６ｄＢである。
したがって、図２に示すアウトフェージング増幅器２は、非特許文献１に記載のアウトフェージング増幅器よりも、効率が所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲が広くなる。
以上の実施の形態１では、第１のトランジスタ１３により増幅される第１の信号の電力と第２のトランジスタ１４により増幅される第２の信号の電力との総和電力が、第１の閾値よりも小さいとき、増幅される第１の信号の振幅が、増幅される第２の信号の振幅よりも大きく、増幅される第１の信号の位相と増幅される第２の信号の位相との位相差が一定であれば、合成回路１７が、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号と、第２のトランジスタ１４から出力された増幅後の第２の信号とを合成するように、アウトフェージング増幅器２を構成した。したがって、アウトフェージング増幅器２は、第１の信号の電力と、第２の信号の電力との総和電力が変化しても、常に、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅とが等しいという前提で動作するものよりも、効率が所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲を広げることができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、第１のトランジスタ１３の電気的な特性と、第２のトランジスタ２４の電気的な特性とが異なるアウトフェージング増幅器２について説明する。
図１０は、実施の形態２に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。図１０において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第２のトランジスタ２４は、例えば、ＦＥＴ、ＨＢＴ、又は、ＨＥＭＴによって実現される。
第２のトランジスタ２４は、出力可能な最大電力等の電気的な特性が第１のトランジスタ１３と異なり、出力可能な増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’の最大電力が、第１のトランジスタ１３の出力可能な増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’の最大電力よりも大きい。
図１０に示すアウトフェージング増幅器２では、例えば、第２のトランジスタ２４の出力可能な増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’の最大電力が、第１のトランジスタ１３の出力可能な増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’の最大電力よりも３ｄＢ大きくなるような、第２のトランジスタ２４が用いられる。
図１０に示すアウトフェージング増幅器２では、第２のトランジスタ２４が、ソース接地のトランジスタである例を示している。
第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａであるゲート端子は、入力端子１２及びゲートバイアス端子１６のそれぞれと接続されている。
第２のトランジスタ２４の出力端子２４ｂであるドレイン端子は、後述する合成回路２５の第２の伝送線路２７の一端及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれと接続されている。
第２のトランジスタ２４は、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２を増幅し、増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’を合成回路２５の第２の伝送線路２７及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれに出力する。
第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａは、ゲートバイアス端子１６を介して、第２のトランジスタ２４のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以下のゲートバイアス電圧Ｖｇ２が印加されている。
したがって、第２のトランジスタ２４は、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上のとき、第２の信号Ｐｉｎ２の増幅動作を行う。
合成回路２５は、第１の伝送線路２６、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路２７、第２の補償サセプタンス回路２１及び合成点２２を備えている。
合成回路２５は、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２のトランジスタ２４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とを合成点２２で合成する。
合成回路２５は、増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’との合成信号Ｃを出力端子２３に出力する。
例えば、総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいとき、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きく、第１の信号Ｐｉｎ１の位相と第２の信号Ｐｉｎ２の位相との位相差が一定である場合を想定する。この場合、合成回路２５は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２のトランジスタ２４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とを合成する。
また、総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいとき、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも小さく、第１の信号Ｐｉｎ１の位相と第２の信号Ｐｉｎ２の位相との位相差が一定である場合を想定する。この場合も、合成回路２５は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２のトランジスタ２４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とを合成する。
第１の伝送線路２６の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂ及び第１の補償サセプタンス回路１９の一端のそれぞれと接続されており、第１の伝送線路２６の他端は、合成点２２と接続されている。
第１の伝送線路２６の電気長θ１は、信号分配器１から出力された第１の信号Ｐｉｎ１の波長λの４分の１の長さである。θ１＝λ／４である。
第１の伝送線路２６の特性インピーダンスは、Ｚ３である。
第２の伝送線路２７の一端は、第２のトランジスタ２４の出力端子２４ｂ及び第２の補償サセプタンス回路２１の一端のそれぞれと接続されており、第２の伝送線路２７の他端は、合成点２２と接続されている。
第２の伝送線路２７の電気長θ２は、信号分配器１から出力された第２の信号Ｐｉｎ２の波長λの４分の１の長さである。θ２＝λ／４である。
第１の信号Ｐｉｎ１の波長λと第２の信号Ｐｉｎ２の波長λとは等しいため、θ１＝θ２である。
第２の伝送線路２７の特性インピーダンスは、Ｚ４である。
第１の伝送線路２６の特性インピーダンスＺ３は、第２の伝送線路２７の特性インピーダンスＺ４よりも高い。
第２のトランジスタ２４から出力可能な増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’の最大電力が、第１のトランジスタ１３から出力可能な増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’の最大電力のα倍であれば、例えば、特性インピーダンスＺ３は、特性インピーダンスＺ４のα倍である。αは、１よりも大きい値である。
合成点２２には、第１の伝送線路２６の他端、第２の伝送線路２７の他端及び出力端子２３のそれぞれが接続されている。
第１の伝送線路２６により伝送された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’と、第２の伝送線路２７により伝送された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’とが合成点２２で合成される。
次に、図１０に示すアウトフェージング増幅器２の動作について説明する。
アウトフェージング増幅器２は、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２及び位相φ２とが変化することで動作モードが変化する。アウトフェージング増幅器２は、複数の動作モードで動作することが可能である。
アウトフェージング増幅器２は、複数の動作モードとして、例えば、動作モード（４）と、動作モード（５）と、動作モード（６）とを有している。動作モード（４）〜（６）の詳細は後述する。
図１１は、総和電力ΣＰと、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。
図１１の例では、アウトフェージング増幅器２は、総和電力ΣＰが小であるとき、動作モード（４）で動作し、総和電力ΣＰが中であるとき、動作モード（５）で動作し、総和電力ΣＰが大であるとき、動作モード（６）で動作することを示している。
総和電力ΣＰが小は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい電力である。総和電力ΣＰが中は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上の電力であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい電力である。総和電力ΣＰが大は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上の電力である。第１の閾値Ｔｈ１＜第２の閾値Ｔｈ２である。
図１２は、総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２と、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。
図１２に示す振幅Ａ１は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅であり、図１２に示す振幅Ａ２は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅である。
図１３は、総和電力ΣＰと、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１及び第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２と、動作モード（４）〜（６）との関係を示す説明図である。
図１３に示す位相φ１は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相であり、図１３に示す位相φ２は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相である。
［動作モード（４）］
動作モード（４）は、以下の条件（１１）〜（１３）を満足するときに動作するモードであり、異振幅異相合成モード（１）と呼ばれる（図１１〜図１３を参照）。
条件（１１）
総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい。
条件（１２）
信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、図１２に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きい。
又は、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、図１２に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも小さい。
条件（１３）
図１３に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定である。位相差が一定は、厳密に一定であるものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、位相差が変化していてもよい。
［動作モード（５）］
動作モード（５）は、以下の条件（１４）〜（１６）を満足するときに動作するモードであり、異振幅異相合成モード（２）と呼ばれる（図１１〜図１３を参照）。
条件（１４）
総和電力ΣＰが、第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい。
条件（１５）
図１２に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きい。
条件（１６）
総和電力ΣＰの増加に伴って、図１３に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少する。
［動作モード（６）］
動作モード（６）は、以下の条件（１７）〜（１９）を満足するときに動作するモードであり、異振幅同相合成モードと呼ばれる（図１１〜図１３を参照）。
条件（１７）
総和電力ΣＰが、第２の閾値Ｔｈ２以上である。
条件（１８）
図１２に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きい。
条件（１９）
図１３に示すように、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、信号分配器１からアウトフェージング増幅器２に出力される第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しい。位相φ１と位相φ２とが等しいは、厳密に等しいものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、位相φ１と位相φ２とが異なっていてもよい。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（４）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、アウトフェージング増幅器２を動作モード（４）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、図１２に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも大きくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。又は、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１が、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２よりも小さくなるように、信号分配器１は、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいときは、図１３に示すように、総和電力ΣＰが変化しても、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定となるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
動作モード（４）において、総和電力ΣＰの大きさが変化しても、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１とゲートバイアス電圧Ｖｇ１との総和が、常に、第１のトランジスタ１３のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以上である。
動作モード（４）において、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さい場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２よりも小さい。総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上である。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力する。
動作モード（４）では、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１とゲートバイアス電圧Ｖｇ１との総和が、常に、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ１以上であるため、信号分配器１から第１の信号Ｐｉｎ１が第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力されると、第１のトランジスタ１３は、常に駆動する。
動作モード（４）では、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さい場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２よりも小さい。したがって、総和電力ΣＰがＰ０よりも小さい場合、信号分配器１から第２の信号Ｐｉｎ２が第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力されても、第２のトランジスタ２４が駆動しない。
動作モード（４）では、総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、スレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２以上である。したがって、総和電力ΣＰがＰ０以上である場合、信号分配器１から第２の信号Ｐｉｎ２が第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力されると、第２のトランジスタ２４が駆動する。
第１のトランジスタ１３のみが駆動し、第２のトランジスタ２４が駆動していない場合、第２のトランジスタ２４から合成回路２５側を見たインピーダンスは、開放に近い高インピーダンスＺＯｐｅｎである。
総和電力ΣＰが上昇して、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１に近づくにつれて、第１のトランジスタ１３が効率のピークに近づき、総和電力ΣＰに対する第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１の傾きが緩やかとなる。
また、総和電力ΣＰが上昇して、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とゲートバイアス電圧Ｖｇ２との総和が、第２のトランジスタ２４のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈｒｅ２に達すると、第２のトランジスタ２４が駆動する。
第２のトランジスタ２４が駆動していない状態から、第２のトランジスタ２４が駆動している状態に変化すると、第２のトランジスタ２４から合成回路２５側を見たインピーダンスが、開放に近い高インピーダンスＺＯｐｅｎよりも低くなる。
第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも小さければ、第１のトランジスタ１３により増幅された後、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２のトランジスタ２４により増幅された後、第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とは異なる。
また、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定であり、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の位相φ１’と第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の位相φ２’とが異なる。
したがって、合成回路２５の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
また、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きければ、第１のトランジスタ１３により増幅された後、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２のトランジスタ２４により増幅された後、第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とは異なる。
また、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が一定であり、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の位相φ１’と第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の位相φ２’とが異なる。
したがって、合成回路２５の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
動作モード（４）では、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが近くなると、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’と、第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’とが等しくなる場合がある。
この場合、合成回路２５の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるときは、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４の双方が効率のピークで動作する。したがって、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるときに、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４の双方が駆動している場合、第１のトランジスタ１３のみが駆動している場合よりも、アウトフェージング増幅器２の出力電力が高いときに、アウトフェージング増幅器２の効率がピークに達する。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（５）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さいときは、アウトフェージング増幅器２を動作モード（５）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さいときは、図１２に示すように、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
さらに、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力する。
動作モード（５）では、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きく、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加する。
また、動作モード（５）では、総和電力ΣＰの増加に伴って、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２との位相差が減少する。例えば、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が９０°から０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−９０°から０°に変移する。しかし、これは一例に過ぎず、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が７０°から２０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−７０°から−２０°に変移するものであってもよい。
動作モード（５）では、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４の双方が常に駆動する。
したがって、第２のトランジスタ２４により増幅された後、第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の振幅Ａ２’は、第１のトランジスタ１３により増幅された後、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の振幅Ａ１’よりも大きい。
一方、第１の伝送線路２６により伝送された第１の信号Ｐｉｎ１’の位相φ１’と、第２の伝送線路２７により伝送された第２の信号Ｐｉｎ２’の位相φ２’との間に位相差Δφが生じる。
したがって、合成回路２５の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成である。
第１のトランジスタ１３から合成回路２５側を見た負荷及び第２のトランジスタ２４から合成回路２５側を見た負荷のそれぞれは、位相差Δφに応じて変調される。具体的には、負荷のインピーダンスは、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１が９０°から０°に変移し、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２が−９０°から０°に変移する過程で低下し、低インピーダンスＺＬｏｗへと変調される。
第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４におけるそれぞれの出力電力は、負荷の変調に応じて変化する。
低インピーダンスＺＬｏｗと比べて、インピーダンスが高い負荷では、最大限の出力電力ＰＭａｘよりも小さい出力電力で、アウトフェージング増幅器２の効率がピークに達する。
以下、アウトフェージング増幅器２が動作モード（６）で動作するときの動作を説明する。
信号分配器１は、通信装置により送信される通信用信号、又は、通信装置により受信された通信用信号を受けると、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるとき、アウトフェージング増幅器２を動作モード（６）で動作させるため、以下に示すように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるときは、図１２に示すように、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
また、信号分配器１は、総和電力ΣＰの増加に伴って、振幅Ａ１及び振幅Ａ２の双方が増加するように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
さらに、信号分配器１は、総和電力ΣＰが第２の閾値Ｔｈ２以上であるときは、図１３に示すように、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しくなるように、通信用信号を、第１の信号Ｐｉｎ１と第２の信号Ｐｉｎ２とに分配する。
信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力し、第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力する。
動作モード（６）では、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２が、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１よりも大きく、かつ、第１の信号Ｐｉｎ１の位相φ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の位相φ２とが等しい。
したがって、合成回路２５の合成点２２における、第１の信号Ｐｉｎ１’と第２の信号Ｐｉｎ２’との合成は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が等しい、２つの信号の合成である。
動作モード（６）では、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４におけるそれぞれの出力電力が、最大限の出力電力ＰＭａｘに達するまで、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが上昇する。
図１０に示すアウトフェージング増幅器２では、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるとき、第１のトランジスタ１３及び第２のトランジスタ２４の双方が効率のピークに達する。
また、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるとき、第１の信号Ｐｉｎ１の振幅Ａ１と、第２の信号Ｐｉｎ２の振幅Ａ２とが異なる。総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるとき、例えば、第１のトランジスタ１３の出力電力が１０ｄＢｍであり、第１のトランジスタ１３が、電力利得１０ｄＢで効率のピークに達する場合を想定する。また、総和電力ΣＰが第１の閾値Ｔｈ１であるとき、第２のトランジスタ２４の出力電力が１３ｄＢｍであり、第２のトランジスタ２４が、電力利得９ｄＢで効率のピークに達する場合を想定する。これらの想定の場合、信号分配器１は、第１の信号Ｐｉｎ１の電力が０ｄＢｍとなるように振幅Ａ１を決定して、当該振幅Ａ１を有する第１の信号Ｐｉｎ１を、入力端子１１を介して、第１のトランジスタ１３の入力端子１３ａに出力する。また、信号分配器１は、第２の信号Ｐｉｎ２の電力が２ｄＢｍとなるように振幅Ａ２を決定して、当該振幅Ａ２を有する第２の信号Ｐｉｎ２を、入力端子１２を介して、第２のトランジスタ２４の入力端子２４ａに出力する。
図１０に示すアウトフェージング増幅器２では、例えば、第２のトランジスタ２４の出力可能な増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’の最大電力が、第１のトランジスタ１３の出力可能な増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’の最大電力よりも３ｄＢ大きくなるような、第２のトランジスタ２４が用いられる。
上記のような第２のトランジスタ２４が用いられる場合、図２に示すアウトフェージング増幅器２のように、第１のトランジスタ１３の出力可能な増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’の最大電力と、第２のトランジスタ１４の出力可能な増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’の最大電力とが等しい場合と比べて、アウトフェージング増幅器２の出力電力が３ｄＢ大きくなる。
したがって、動作モード（４）で動作するときの図１０に示すアウトフェージング増幅器２は、動作モード（１）で動作するときの図２に示すアウトフェージング増幅器２と比べて、効率が所望の効率よりも高くなる出力電力の範囲を３ｄＢ広げることができる。
実施の形態３．
図２に示すアウトフェージング増幅器２では、第１の伝送線路１８の電気長θ１及び第２の伝送線路２０の電気長θ２のそれぞれが、波長λの４分の１の長さである。
実施の形態３では、第１の伝送線路３１の電気長θ１１と、第２の伝送線路３２の電気長θ１２との総和が、波長λの２分の１の長さであるアウトフェージング増幅器２について説明する。
図１４は、実施の形態３に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。図１４において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第１の伝送線路３１の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂ及び第１の補償サセプタンス回路１９の一端のそれぞれと接続されており、第１の伝送線路３１の他端は、合成点２２と接続されている。
第１の伝送線路３１の電気長は、θ１１であり、第１の伝送線路３１の特性インピーダンスは、Ｚ１である。
第２の伝送線路３２の一端は、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂ及び第２の補償サセプタンス回路２１の一端のそれぞれと接続されており、第２の伝送線路３２の他端は、合成点２２と接続されている。
第２の伝送線路３２の電気長は、θ１２であり、第２の伝送線路３２の特性インピーダンスは、Ｚ２である。
第１の伝送線路３１の電気長θ１１と、第２の伝送線路３２の電気長θ１２との総和Σθは、以下の式（３）に示すように、波長λの２分の１の長さである。

Σθ＝θ１１＋θ１２＝λ／２ （３）

例えば、λ／２の長さが、１８０度の電気長であれば、例えば、第１の伝送線路３１の電気長θ１１が１２０度で、第２の伝送線路３２の電気長θ１２が６０度であればよい。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、第１の伝送線路３１の電気長θ１１が１３０度で、第２の伝送線路３２の電気長θ１２が５０度であってもよい。
また、図１０に示すアウトフェージング増幅器２では、第１の伝送線路２６の電気長θ１及び第２の伝送線路２７の電気長θ２のそれぞれが、λ／４の長さである。
実施の形態３では、第１の伝送線路２６の電気長θ１１と、第２の伝送線路２７の電気長θ１２との総和が、λ／２の長さであるアウトフェージング増幅器２について説明する。
図１５は、実施の形態３に係るアウトフェージング増幅器２を示す構成図である。図１５において、図１０と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第１の伝送線路３３の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂ及び第１の補償サセプタンス回路１９の一端のそれぞれと接続されており、第１の伝送線路３３の他端は、合成点２２と接続されている。
第１の伝送線路３３の電気長は、θ１３であり、第１の伝送線路３３の特性インピーダンスは、Ｚ３である。
第２の伝送線路３４の一端は、第２のトランジスタ２４の出力端子２４ｂ及び第２の補償サセプタンス回路２１の一端のそれぞれと接続されており、第２の伝送線路３４の他端は、合成点２２と接続されている。
第２の伝送線路３４の電気長は、θ１４であり、第２の伝送線路３４の特性インピーダンスは、Ｚ４である。
第１の伝送線路３３の電気長θ１３と、第２の伝送線路３４の電気長θ１４との総和Σθは、以下の式（４）に示すように、λ／２の長さである。

Σθ＝θ１３＋θ１４＝λ／２ （４）

例えば、λ／２の長さが、１８０度の電気長であれば、例えば、第１の伝送線路３３の電気長θ１３が１４０度で、第２の伝送線路３４の電気長θ１４が４０度であればよい。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、第１の伝送線路３３の電気長θ１３が１００度で、第２の伝送線路３４の電気長θ１４が８０度であってもよい。
図２に示す合成回路１７は、第１の伝送線路１８、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路２０及び第２の補償サセプタンス回路２１を備えている。
しかし、これは一例に過ぎず、図１６に示すように、第１の伝送線路１８、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路２０及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれが、集中定数回路に置き換えられていてもよい。
図１６は、合成回路１７の一例を示す回路図である。
コイル５１及びコイル５２は、第１の伝送線路１８の代わりに置き換えられた集中定数回路であり、第１の伝送線路１８と同様に、第１のトランジスタ１３から出力された増幅後の第１の信号Ｐｉｎ１’を伝送する。
コイル５１の一端は、第１のトランジスタ１３の出力端子１３ｂと接続され、コイル５１の他端は、コイル５２の一端及びコンデンサ５３の一端のそれぞれと接続されている。
コイル５２の一端は、コイル５１の他端及びコンデンサ５３の一端のそれぞれと接続され、コイル５２の他端は、合成点２２と接続されている。
コンデンサ５３は、第１の補償サセプタンス回路１９の代わりに置き換えられた集中定数回路である。
コンデンサ５３の一端は、コイル５１の他端及びコイル５２の一端のそれぞれと接続され、コンデンサ５３の他端は、接地されている。
コンデンサ５４は、第２の伝送線路２０の代わりに置き換えられた集中定数回路であり、第２の伝送線路２０と同様に、第２のトランジスタ１４から出力された増幅後の第２の信号Ｐｉｎ２’を伝送する。
コンデンサ５４の一端は、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂ及びコイル５５の一端のそれぞれと接続され、コンデンサ５４の他端は、合成点２２及びコイル５６の一端のそれぞれと接続されている。
コイル５５及びコイル５６は、第２の補償サセプタンス回路２１の代わりに置き換えられた集中定数回路である。
コイル５５の一端は、第２のトランジスタ１４の出力端子１４ｂ及びコンデンサ５４の一端のそれぞれと接続され、コイル５５の他端は、接地されている。
コイル５６の一端は、コンデンサ５４の他端及び合成点２２のそれぞれと接続され、コイル５６の他端は、接地されている。
ここでは、図２に示す合成回路１７において、第１の伝送線路１８、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路２０及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれが、集中定数回路に置き換えられていている例を示している。
しかし、これは一例に過ぎず、図１４に示す合成回路１７において、第１の伝送線路３１、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路３２及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれが、図１６に示すような集中定数回路に置き換えられていているものであってもよい。
また、図１５に示す合成回路２５において、第１の伝送線路３３、第１の補償サセプタンス回路１９、第２の伝送線路３４及び第２の補償サセプタンス回路２１のそれぞれが、図１６に示すような集中定数回路に置き換えられていているものであってもよい。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明は、アウトフェージング増幅器及び通信装置に適している。
１ 信号分配器、２ アウトフェージング増幅器、１１ 入力端子、１２ 入力端子、１３ 第１のトランジスタ、１３ａ 入力端子、１３ｂ 出力端子、１４ 第２のトランジスタ、１４ａ 入力端子、１４ｂ 出力端子、１５ ゲートバイアス端子、１６ ゲートバイアス端子、１７ 合成回路、１８ 第１の伝送線路、１９ 第１の補償サセプタンス回路、２０ 第２の伝送線路、２１ 第２の補償サセプタンス回路、２２ 合成点、２３ 出力端子、２４ 第２のトランジスタ、２４ａ 入力端子、２４ｂ 出力端子、２５ 合成回路、２６ 第１の伝送線路、２７ 第２の伝送線路、３１，３３ 第１の伝送線路、３２，３４ 第２の伝送線路、５１，５２ コイル、５３ コンデンサ、５４ コンデンサ、５５，５６ コイル。

Claims (15)

  1. 第１の信号を増幅し、増幅後の第１の信号を出力する第１のトランジスタと、
    第２の信号を増幅し、増幅後の第２の信号を出力する第２のトランジスタと、
    前記第１のトランジスタにより増幅される第１の信号の電力と前記第２のトランジスタにより増幅される第２の信号の電力との総和電力が、第１の閾値よりも小さいとき、前記増幅される第１の信号の振幅が、前記増幅される第２の信号の振幅よりも大きく、前記増幅される第１の信号の位相と前記増幅される第２の信号の位相との位相差が一定であれば、
    互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成する合成回路と
    を備えたアウトフェージング増幅器。
  2. 前記総和電力が、前記第１の閾値以上であり、かつ、第２の閾値よりも小さいとき、前記増幅される第１の信号の振幅と、前記増幅される第２の信号の振幅とが等しく、前記総和電力の増加に伴って、前記増幅される第１の信号の位相と前記増幅される第２の信号の位相との位相差が減少すれば、
    前記合成回路は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成することを特徴とする請求項１記載のアウトフェージング増幅器。
  3. 前記総和電力が、前記第２の閾値以上であるとき、前記増幅される第１の信号の振幅と、前記増幅される第２の信号の振幅とが等しく、前記増幅される第１の信号の位相と前記増幅される第２の信号の位相とが等しければ、
    前記合成回路は、互いの振幅が等しく、かつ、互いの位相が等しい、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成することを特徴とする請求項２記載のアウトフェージング増幅器。
  4. 前記合成回路は、
    前記第１のトランジスタの出力端子と一端が接続されており、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号を伝送する第１の伝送線路と、
    前記第２のトランジスタの出力端子と一端が接続されて、前記第１の伝送線路の他端と他端が接続されており、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号を伝送する第２の伝送線路とを備えていることを特徴とする請求項１記載のアウトフェージング増幅器。
  5. 前記増幅される第１の信号の波長と前記増幅される第２の信号の波長とが同じ波長であり、
    前記第１の伝送線路の電気長は、前記増幅される第１の信号の波長の４分の１の長さであり、
    前記第２の伝送線路の電気長は、前記増幅される第２の信号の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項４記載のアウトフェージング増幅器。
  6. 前記増幅される第１の信号の波長と前記増幅される第２の信号の波長とが同じ波長であり、
    前記第１の伝送線路の電気長と前記第２の伝送線路の電気長との総和が、前記増幅される第１の信号の波長の２分の１の長さであることを特徴とする請求項４記載のアウトフェージング増幅器。
  7. 前記第２のトランジスタから出力可能な増幅後の第２の信号の最大電力が、前記第１のトランジスタから出力可能な増幅後の第１の信号の最大電力よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のアウトフェージング増幅器。
  8. 前記総和電力が、前記第１の閾値よりも小さいときに、前記増幅される第１の信号の振幅が、前記増幅される第２の信号の振幅よりも小さくても、
    前記合成回路は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成することを特徴とする請求項７記載のアウトフェージング増幅器。
  9. 前記総和電力が、前記第１の閾値以上であり、かつ、第２の閾値よりも小さいとき、前記増幅される第２の信号の振幅が、前記増幅される第１の信号の振幅よりも大きく、前記総和電力の増加に伴って、前記増幅される第１の信号の位相と前記増幅される第２の信号の位相との位相差が減少すれば、
    前記合成回路は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が異なる、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成することを特徴とする請求項８記載のアウトフェージング増幅器。
  10. 前記総和電力が、前記第２の閾値以上であるとき、前記増幅される第２の信号の振幅が、前記増幅される第１の信号の振幅よりも大きく、前記増幅される第１の信号の位相と前記増幅される第２の信号の位相とが等しければ、
    前記合成回路は、互いの振幅が異なり、かつ、互いの位相が等しい、２つの信号の合成として、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号と、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号とを合成することを特徴とする請求項９記載のアウトフェージング増幅器。
  11. 前記合成回路は、
    前記第１のトランジスタの出力端子と一端が接続されており、前記第１のトランジスタから出力された増幅後の第１の信号を伝送する第１の伝送線路と、
    前記第２のトランジスタの出力端子と一端が接続されて、前記第１の伝送線路の他端と他端が接続されており、前記第２のトランジスタから出力された増幅後の第２の信号を伝送する第２の伝送線路とを備え、
    前記第１の伝送線路の特性インピーダンスが前記第２の伝送線路の特性インピーダンスよりも高いことを特徴とする請求項８記載のアウトフェージング増幅器。
  12. 前記増幅される第１の信号の波長と前記増幅される第２の信号の波長とが同じ波長であり、
    前記第１の伝送線路の電気長は、前記増幅される第１の信号の波長の４分の１の長さであり、
    前記第２の伝送線路の電気長は、前記増幅される第２の信号の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項１１記載のアウトフェージング増幅器。
  13. 前記増幅される第１の信号の波長と前記増幅される第２の信号の波長とが同じ波長であり、
    前記第１の伝送線路の電気長と前記第２の伝送線路の電気長との総和が、前記増幅される第１の信号の波長の２分の１の長さであることを特徴とする請求項１１記載のアウトフェージング増幅器。
  14. 前記第１のトランジスタの入力端子は、前記第１のトランジスタのスレッシュホールド電圧以下のバイアス電圧が印加されており、
    前記第２のトランジスタの入力端子は、前記第２のトランジスタのスレッシュホールド電圧以下のバイアス電圧が印加されていることを特徴とする請求項１記載のアウトフェージング増幅器。
  15. 通信用信号として、前記増幅される第１の信号及び前記増幅される第２の信号のそれぞれを増幅する増幅器として、請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載のアウトフェージング増幅器を備えていることを特徴とする通信装置。
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