JP7016961B2

JP7016961B2 - アウトフェージング電力増幅器、並びに、電力増幅器の出力マッチングの実現方法および装置、並びに、電力増幅ブランチ

Info

Publication number: JP7016961B2
Application number: JP2020536847A
Authority: JP
Inventors: 余敏徳; 秦天銀; 彭瑞敏; 張暁毅
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2022-02-07
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: CN108336975B; EP3736977A1; WO2019134702A1; JP2021510033A; EP3736977B1; CN108336975A; EP3736977A4

Description

本出願は、出願番号２０１８１００１１４８２．９、出願日２０１８年１月５日の中国特許出願に基づいて提出し、該中国特許出願の優先権を主張するものであり、該中国特許出願の全ての内容が引用により本出願に援用される。

本出願は、電力増幅技術に関するがそれに限定されず、例えば、アウトフェージング電力増幅器、並びに、電力増幅器の出力マッチングの実現方法および装置、並びに、電力増幅ブランチに関する。

現在、無線通信市場の競争が激しくなるにつれ、基地局製品の性能の高さはすでに業界競争の主要な焦点となっている。電力増幅器（単に「電力増幅」と称することがある）は基地局の重要な構成部分として、基地局によって送信される信号の品質と通信効果に直接関係している。限られた帯域幅でより高速なデータ伝送を実現するために、現代の無線通信システムでは複雑なデジタル変調技術が用いられている。これらの複雑な変調技術にマルチキャリア構成を加えると、信号ピーク対平均比（ＰＡＲ）が向上する。ＰＡＲの向上は、線形指標の難しさの向上だけでなく、高効率という目標を実現することも困難にする。これは現在の電力増幅器の設計に大きな挑戦をもたらし、つまり、電力増幅器は、線形性の増大を克服すると同時に、高いバックオフ効率を実現することが求められる。

送信機が高効率と高線形性を同時に有することを確保するためには、関連する送信機構造を改善し、高効率スイッチングモード電力増幅器を応用し、線形化技術を使用してシステムの線形性を確保する必要がある。

本出願は、設計の複雑さを低減することができる、アウトフェージング電力増幅器、並びに、電力増幅器の出力マッチングの実現方法および装置、並びに、電力増幅ブランチを提供する。

本出願は、信号分離器と、２つ以上の電力増幅ブランチと、コンバイナと、を含む、アウトフェージング電力増幅器であって、
前記２つ以上の電力増幅ブランチの各電力増幅ブランチは、入力マッチング回路と、パワーチューブと、出力マッチング回路と、を含み、
信号分離器は、信号源をアウトフェージングの２つの定包絡線信号に分離し、２つの入力マッチング回路にそれぞれ出力するように構成され、
入力マッチング回路は、信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成され、
パワーチューブは、受信した信号を増幅するように構成され、
出力マッチング回路は、パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成され、
コンバイナは、２つのパワーチューブの出力電力を１つの信号に結合して出力するように構成される、アウトフェージング電力増幅器を提供する。

本出願は、パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定することと、
決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングすることと、を含む、電力増幅器の出力マッチングの実現方法をさらに提供する。

本出願は、上述したいずれか１つに記載の電力増幅器の出力マッチングの実現方法を実行するように構成されるコンピュータ実行可能命令を記憶する、コンピュータ可読記憶媒体をさらに提供する。

本出願は、パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定するように構成される決定モジュールと、
決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成されるマッチングモジュールと、を含む、電力増幅器の出力マッチングの実現装置をさらに提供する。

本出願は、信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成される入力マッチング回路と、
受信した信号を増幅するように構成されるパワーチューブと、
パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される出力マッチング回路と、を含む、電力増幅ブランチをさらに提供する。

本出願は、プロセッサと、プロセッサで動作可能なコンピュータ実行可能命令を記憶しているメモリと、を含む、出力マッチングの実現機器であって、前記コンピュータ実行可能命令がプロセッサに実行されると、パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定し、決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングする操作を実行する、出力マッチングの実現機器をさらに提供する。

図面は、本出願の技術案の更なる理解を提供するために用いられ、明細書の一部を構成し、本出願の実施例とともに本出願の技術案を解釈するためのものであり、本出願の技術案に対して制限するものではない。
関連技術に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ送信機システムの構成模式図である。関連技術に係るスイッチングモード電力増幅器を採用したｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成模式図である。本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成模式図である。本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の出力マッチングの実現方法のフローチャートである。図５（ａ）は、本出願に係る補償角度が２３度である場合、コンバイナの入力ポートに示されるアウトフェージング角度と伴うサセプタンスＢの変化曲線の模式図である。図５（ｂ）は、本出願に係る補償角度が２３度である場合、コンバイナの入力ポートに示されるアウトフェージング角度と伴うコンダクタンスＧの変化曲線の模式図である。本出願に係る負荷牽引方式を使用してパワーチューブのインピーダンスポイントを決定する模式図である。本出願に係る出力マッチング回路がマッチングを実現する実施例の模式図である。本出願に係るマルチブランチｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成模式図である。本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の他の実施例の構成模式図である。

以下、図面に関連して本出願の実施例を詳細に説明する。なお、衝突しない場合、本出願の実施例および実施例の特徴を任意に組み合わせることができる。

新型の高効率送信機構造には、アウトフェージング（ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ）技術、包絡線除去と復元（ＥｎｖｅｌｏｐｅＥｌｉｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ、ＥＥＲ）技術、包絡線追跡（ＥｎｖｅｌｏｐｅＴｒａｃｋｉｎｇ、ＥＴ）技術、負荷変調（ｌｏａｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）およびパルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）技術などがあり、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ技術が信号に対する分離によって送信機の線形性に影響を与えずに高効率のスイッチングモード電力増幅器を応用できるため、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ技術は、高効率電力増幅器および線形化技術の研究の焦点の１つとなっている。

関連技術では、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇシステムは主に２つ以上のブランチの電力増幅器を採用し、このうち、２つのブランチのｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ増幅器は、回路設計が比較的簡単なため、すでに現在の応用の主流となっている。図１は、関連技術に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ送信機システムの構成模式図であり、図１に示すように、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ送信機システムは、主に信号分離器（ＳｉｎｇａｌＣｏｍｐｏｎｅｔＳｅｐａｒａｔｏｒ、ＳＣＳ）と、高効率電力増幅器（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＰＡ）と、電力コンバイナ（ＰｏｗｅｒＣｏｍｂｉｎｅｒ）と、の３つの部分を含む。ＳＣＳは、振幅変調／位相変調信号を２つのアウトフェージングの定包絡信号に分離し、２つのアウトフェージングの定包絡信号は、それぞれ２つの高効率ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器によって増幅された後、電力コンバイナによって振幅増幅後の振幅変調／位相変調信号に復元される。一般に、電力コンバイナは、キレイクス（Ｃｈｉｒｅｉｘ）非分離コンバイナを使用する必要があり、このように、入力信号のアウトフェージング角度が変化すると、２つのアウトフェージング増幅器の負荷が互いに牽引するため、電力増幅器の負荷がアウトフェージング角度の変化に従ってそれぞれ最大電力ポイントと最大効率ポイントに到達し、出力電力と効率を向上させる目的を達成する。

上記の原理から、システムの高効率の稼働を実現するために、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器設計は、電力増幅器負荷が一定の範囲で変化しても、引き続き比較的に高い稼働効率を維持できることを保証しなければならない。そのため、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ技術が効率を向上できる１つの重要なポイントは、効率が負荷の変化に敏感でない高効率電力増幅器を選択することである。例えば、クラスＥ（ＣｌａｓｓＥ）とクラスＦ（ＣｌａｓｓＦ）のスイッチングモード電力増幅器（ＳｗｉｔｃｈＭｏｄｅＰＡ、ＳＭＰＡ）は、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇシステムにおいて、比較的に広く使用されている。図２は、関連技術に係るスイッチングモード電力増幅器を採用したｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成模式図であり、図２に示すように、スイッチングモード電力増幅器（ＳＭＰＡ）型のｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器は、主に入力マッチング回路、パワーチューブ、電力増幅器出力および高調波制御回路を含む。

ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇシステムで使用されているクラスＥとクラスＦの２種類のＳＭＰＡは、いずれも比較的に高い効率と一定の帯域幅を得ることができるが、スイッチングモード電力増幅器の固有の特性により、基本波の２次、３次、さらに高次の高調波振幅と位相を処理する必要があることが避けられず、このような高調波を制御する場合、対応する回路が増加するため、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇシステムには、回路設計が複雑で、プリント回路ボード（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ、ＰＣＢ）の占有面積が大きく、さらにデバッグが困難などの欠点がある。その中で、ＣｌａｓｓＥの電力増幅器準負荷に敏感でない技術を使用して実現される場合、パワーチューブのパッケージパラメータに対して比較的に深い理解がさらに必要であり、これらのパラメータは、パワーチューブメーカーが必ずしも提供したいわけではないため、該技術の応用をさらに制限した。

図３は本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成模式図であり、図３に示すように、アウトフェージング電力増幅器は、信号分離器と、２つ以上の電力増幅ブランチと、コンバイナと、を含み、各電力増幅ブランチは、入力マッチング回路と、パワーチューブと、出力マッチング回路と、を含む。

信号分離器は、信号源をアウトフェージングの２つの定包絡線信号に分離し、２つの入力マッチング回路にそれぞれ出力するように構成される。

入力マッチング回路は、信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成される。

パワーチューブは、受信した信号を増幅するように構成される。

出力マッチング回路は、パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される。

コンバイナは、２つのパワーチューブの出力電力を１つの信号に結合して出力するように構成される。

本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器では、コンバイナにマッチングしたインピーダンスが、負荷変調に要求されるインピーダンス値を満たすため、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の出力電力が最大であることを確保し、電力増幅器の高効率の動作が実現した。また、本出願のｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器は、基本波の２次、３次、さらに高次の高調波振幅と位相を処理する必要がないため、例えば、回路設計の複雑さが簡略化したなど、設計の複雑さを低減し、ＰＣＢの占有面積を減少し、デバッグの難しさも低減した。

１つの実施例では、コンバイナは、Ｃｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナであってもよく、コンバイナの２つの入力端は、それぞれ２つのパワーチューブの出力マッチング回路に接続され、Ｃｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナの出力端は、５０オームの終端負荷に接続される。

１つの実施例では、コンバイナは、低インピーダンスＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナであってもよい。

１つの実施例では、前記各電力増幅ブランチは、出力マッチング回路とパワーチューブとの間に接続される第１高調波同調回路と、出力マッチング回路とコンバイナとの間に接続される第２高調波同調回路と、の少なくとも１つを含む。ここで、高調波同調回路は、電力増幅器の効率をさらに高めるために使用される。

１つの実施例では、出力マッチング回路は、信号源の信号電力バックオフ量（ＯｕｔｐｕｔＰｏｗｅｒＢａｃｋ－Ｏｆｆ、ＯＰＢＯ）、すなわち、信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を計算し、
計算によって得られた補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引（Ｌｏａｄ＿Ｐｕｌｌ）方式を使用し、定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、
最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応するインピーダンス値とバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応するインピーダンス値を、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される。

１つの実施例では、式（１）に従ってコンバイナの補償角度φ_ｃｏｍｐを計算してもよい。

（１）

１つの実施例では、定在波比を決定することは、以下を含む。

Ｃｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナは、マイクロストリップ回路を使用して式（３）におけるＺ０のような適切なインピーダンスと式（２）におけるθのような適切な電気長によって実現してもよく、回路原理図および回路パラメータを図４に示し、図４において、

式（２）と式（３）は補償角度φ_ｃｏｍｐにより、信号ピーク対平均比をＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナのマイクロストリップインピーダンス電気長に対応させ、通常Ｚｉｎは５０オーム（Ω）であり、Ｒ_Ｌは２５Ωであり、対応するＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナは５０Ωである。

Ｃｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナの入力ポートに示されるアドミタンスＹ、コンダクタンスＧ、およびサセプタンスＢは、次の式で取得できる。

式（４）と式（５）から分かるように、Ｃｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナは入力アウトフェージング角度φの変化過程において、２つのＰＡブランチが直面する負荷インピーダンスは常に変化し、２つのＰＡブランチの負荷は、補償角度φ_ｃｏｍｐと補償角度φ_ｃｏｍｐの４５°に関する鏡像の２点のみで同じであり、かついずれも実数であり、残りの時間の直面するインピーダンスはいずれも同じではない。２つのＰＡブランチの２つのインピーダンス交差点は交差点ｍ１と交差点ｍ２であり、交差点ｍ１と交差点ｍ２のインピーダンスは補償角度φ_ｃｏｍｐによって決定される。式（４）と式（５）で得られた入力ポート１のアドミタンスＹ１と入力ポート２のアドミタンスＹ２が等しいと仮定すると、交差点ｍ１と交差点ｍ２の２点のインピーダンス（すなわち、交差点ｍ１のインピーダンスＺ_ｍ１と交差点ｍ２のＺ_ｍ２）の関係は、式（６）に示すように得られる。

システム効率を確保するために、本出願では、交差点ｍ１のインピーダンスＺ_ｍ１は、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応し、交差点ｍ２のインピーダンスＺ_ｍ２は電力バックオフポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応する。

本出願のｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器では、２つのＰＡブランチが、２点の負荷インピーダンスのみが等しいため、本出願では、この２点を設計の境界条件とし、交差点ｍ１と交差点ｍ２をいずれも高効率であることを同時に満足する場合のみ、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の高効率を実現することを確保することができる。式（６）は、終端負荷の定在波比を決定し、したがって対応する最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔと電力バックオフポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆの定在波比も

であることをさらに決定した。

本出願の出願人は、ＰＡがインピーダンス変化の全過程において、高効率の状態を維持する必要があると考える。実際の応用では、信号のＰＤＦ分布から見ると、最大電力ポイントと、バックオフ電力ポイントとの間の高い瞬間効率のみを確保すれば、ＰＡが高い平均効率を有することを確保できる。したがって、式（６）の等定在波比円の大きさにより、ｌｏａｄｐｕｌｌの方式を使用してパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを見出し、また最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、上述した等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを捜索する（すなわち、見出す）。また、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、対応するインピーダンス値として交差点ｍ１と交差点ｍ２の２点にそれぞれマッチングし、この時、出力マッチング回路の伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（７）と式（８）の要件を同時に満たす必要がある。

式（７）と式（８）では、Ｚｏｐｔ（ｓ）とＺｂｋ＿ｅｆｆ（ｓ）はそれぞれ周波数によって変化するＺ_ｏｐｔとＺ_{ｂｋ＿ｅｆｆ}の特性関数を表す。実際の応用では、Ｈ（ｓ）はマイクロストリップ回路を使用して実現してもよく、通常、Ｚ_ｍ１は、５０Ωなどのシステムインピーダンスである。

１つの実施例では、前記決定モジュールは、前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいて前記コンバイナの補償角度を決定し、前記補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ２の比である定在波比を決定し、負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを捜索するように構成される。

本出願は、信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成される入力マッチング回路と、
受信した信号を増幅するように構成されるパワーチューブと、
パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される出力マッチング回路はと、を含む、電力増幅ブランチをさらに提供する。

１つの実施例では、前記出力マッチング回路は、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を決定し、
決定された補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、
最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応するインピーダンス値とバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応するインピーダンス値を、前記コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される。

本出願は、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の出力マッチングの実現方法をさらに提供し、ステップ１からステップ４を含む。

ステップ１において、信号源の信号電力バックオフ量（ＯＰＢＯ）、すなわち、信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を計算する。

本ステップの実現は、式（１）を参照して実現してもよい。

ステップ２において、計算によって得られた補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ２の比である定在波比を決定する。

本ステップの定在波比は、式（６）を参照してもよい。

であることをさらに決定した。

交差点ｍ１と交差点ｍ２は、図３に示す本出願のｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の２つのＰＡブランチの２つのインピーダンス交差点であり、交差点ｍ１と交差点ｍ２のインピーダンスは補償角度φ_ｃｏｍｐによって決定される。

ステップ３において、負荷牽引（Ｌｏａｄ＿Ｐｕｌｌ）方式を使用し、等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出す。

本出願の出願人は、ＰＡがインピーダンス変化の全過程において、高効率の状態を維持する必要があると考える。実際の応用では、信号の確率密度関数（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙＤｅｎｓｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎ、ＰＤＦ）分布から見ると、最大電力ポイントと、バックオフ電力ポイントとの間の高い瞬間効率のみを確保すれば、ＰＡが高い平均効率を有することを確保できる。したがって、式（６）の等定在波比円の大きさにより、Ｌｏａｄ＿Ｐｕｌｌの方式を使用してパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを見出し、また最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、上述した等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出す。また、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、対応するインピーダンス値として交差点ｍ１と交差点ｍ２の２点にそれぞれマッチングし、この時、出力マッチング回路の伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（７）と式（８）の要件を同時に満たす必要がある。

ステップ４において、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、対応するインピーダンス値として、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングする。

本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の出力マッチングの実現方法では、コンバイナにマッチングしたインピーダンスが、負荷変調に要求されるインピーダンス値を満たすため、ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の出力電力が最大であることを確保し、電力増幅器の高効率の動作が実現した。また、本出願のｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器は、基本波の２次、３次、さらに高次の高調波振幅と位相を処理する必要がないため、例えば、回路設計の複雑さが簡略化したなど、設計の複雑さを低減し、ＰＣＢの占有面積を減少し、デバッグの難しさも低減した。

以下、応用実施例に結び付けて本出願の技術案を詳細に説明する。

ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）システムの７ｄＢ程度の信号源を例にとり、該信号源のピーク対平均比に対応する補償角度は約２３度である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、対応するコンダクタンスＧおよびサセプタンスＢは、上記の式によって得られる。

本実施例では、補償角度が２３度であると選択した場合、対応する負荷インピーダンスのサセプタンス値は２３度と６７度で０にそれぞれ補償され、つまり、補償角度が２３度と６７度でのＰＡの負荷は純抵抗状態であり、式（６）を使用してこれらの２点の交差点Ｍ４と交差点Ｍ７の定在波比の関係は５．６６であることを得ることができる。図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、アウトフェージング角度が０°から９０°に変化する過程において、図５（ａ）と図５（ｂ）の矢印で示される出力電力が大から小に変化し、ＰＡの負荷インピーダンスが徐々に大きくなる傾向である。本実施例のＰＡは、インピーダンス変化の全過程において、高効率の状態を維持する。しかし、実際の応用では、信号のＰＤＦ分布から見ると、最大電力ポイントと、バックオフ電力ポイントとの間の高い瞬間効率のみを確保すれば、ＰＡが高い平均効率を有することを確保できる。したがって、式（６）によって得られた比率から等定在波比円の大きさを決定し、図６に示すように、ｌｏａｄｐｕｌｌ負荷牽引の方式を使用してパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを見出し、また最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、上述した等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出す。最後に、図３の出力マッチング回路により、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、図５（ｂ）の交差点Ｍ４と交差点Ｍ７の２点にそれぞれマッチングして対応するインピーダンス値とする。

図７は本出願に係る出力マッチング回路がマッチングを実現する実施例の模式図であり、図７に示すように、型番がＣＲＥＥＣＧＨ４００４５であるパワーチューブを例にとり、信号ピーク対平均比が７ｄＢであると仮定すると、上記の分析から、理論的にパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスとバックオフ高効率ポイントインピーダンスに対応する定在波比は、５．６６であることを得られる。ただし、実際の実現におけるデバイスの非理想性を考慮すると、インピーダンス変化範囲を確保するために、定在波比の比率を適切に高めてもよく、例えば定在波比を１０％程度上げ、この場合、実際のインピーダンス変換比すなわち定在波比は６．３となる。

測定を容易にするために、本実施例では、最大電力ポイントに対応する終端負荷インピーダンスＺＬを５０Ωであると仮定し、その場合、式（６）に従うと、バックオフ高効率ポイントに対応する負荷インピーダンスＺＬ’は３１５Ωとなる。５０Ωをパワーチューブの最大電力ポイントにマッチングし、３１５Ωをバックオフ高効率ポイントにマッチングし、関連するインピーダンス関係を表１に示す。

続いて、図６に示すように、まず、電力等高線と効率等高線に基づき、目標飽和電力を満足し、かつ効率も比較的高い１つのインピーダンスポイントを最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとして選択し、次に、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、定在波比６．３の円において、バックオフ電力が目標の７ｄＢに達し、かつ効率が比較的に高い１つのポイントをバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆとして見出し、最後に、ＡＤＳなどの関連回路シミュレーションツールを用いて、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、出力マッチング回路によってそれぞれ５０Ωと３１５Ωにマッチングする。

上記の本出願に係る出力マッチングネットワークを実現する方法からわかるように、電力増幅器負荷が１：６．３の定在波比範囲で変化しても、電力増幅器が依然として比較的に高い効率を維持する。

１つの実施例では、本出願のコンバイナは、特性インピーダンスが７．９３Ωである低インピーダンスＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナのような低インピーダンスＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナであってもよい。この場合、電力インピーダンスポイントの出力マッチング回路のインピーダンス対応関係を表２に示す。

１つの実施例では、本出願は、マルチブランチｏｕｔｐｈａｓｉｎｇシステムに使用してもよく、図８に示すように、図８は４つのブランチのｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の構成アーキテクチャを示した。

１つの実施例では、図９は本出願に係るｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ電力増幅器の他の実施例の構成模式図であり、図９に示すように、本実施例において、電力インピーダンスポイントマッチングネットワーク、すなわち出力マッチング回路の前後に、いずれも高調波同調回路を追加することにより、電力増幅器の効率をさらに向上させる。

本出願実施例は、上述したいずれか１つに記載の電力増幅器の出力マッチングの実現方法を実行するように構成されるコンピュータ実行可能命令を記憶する、コンピュータ可読記憶媒体をさらに提供する。

本出願実施例は、プロセッサと、プロセッサで動作可能なコンピュータプログラムを記憶しているメモリと、を含む、メディア伝送の実現装置であって、信号源の信号電力バックオフ量（ＯＰＢＯ）、すなわち、信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を計算し、計算によって得られた補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ_ｍ２の比である定在波比を決定し、負荷牽引（Ｌｏａｄ＿Ｐｕｌｌ）方式を使用し、等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、対応するインピーダンス値として、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングする、メディア伝送の実現装置をさらに提供する。

Claims

信号分離器と、２つ以上の電力増幅ブランチと、コンバイナと、を含む、アウトフェージング電力増幅器であって、
前記２つ以上の電力増幅ブランチの各電力増幅ブランチは、入力マッチング回路と、パワーチューブと、出力マッチング回路と、を含み、
信号分離器は、信号源をアウトフェージングの２つの定包絡線信号に分離し、前記２つ以上の電力増幅ブランチのうちの２つの入力マッチング回路にそれぞれ出力するように構成され、
入力マッチング回路は、信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成され、
パワーチューブは、受信した信号を増幅するように構成され、
出力マッチング回路は、パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成され、
コンバイナは、２つのパワーチューブの出力電力を１つの信号に結合して出力するように構成され、
前記出力マッチング回路における基本波マッチング回路は、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいて前記コンバイナの補償角度を決定し、前記コンバイナの補償角度は、次の式によって計算され、

ＯＰＢＯは、前記信号ピーク対平均比を示し、
決定された補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、
最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応するインピーダンス値とバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応するインピーダンス値を、前記コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される、アウトフェージング電力増幅器。
前記各電力増幅ブランチは、
前記出力マッチング回路と前記パワーチューブとの間に接続される第１高調波同調回路と、
前記出力マッチング回路と前記コンバイナとの間に接続される第２高調波同調回路と、の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のアウトフェージング電力増幅器。
前記コンバイナは、キレイクスＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナであり、または、前記コンバイナは、低インピーダンスＣｈｉｒｅｉｘ非分離コンバイナである、請求項１または２に記載のアウトフェージング電力増幅器。
パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定することと、
決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングすることと、を含み、
前記パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定することは、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいて前記コンバイナの補償角度を決定することと、
前記補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ２の比である定在波比を決定することと、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを捜索することと、を含み、
前記コンバイナの補償角度は、次の式によって計算され、

ＯＰＢＯは、前記信号ピーク対平均比を示す、電力増幅器の出力マッチングの実現方法。
請求項４に記載の電力増幅器の出力マッチングの実現方法を実行するように構成されるコンピュータ実行可能命令を記憶する、コンピュータ可読記憶媒体。
パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定するように構成される決定モジュールと、
決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成されるマッチングモジュールと、を含み、
前記決定モジュールは、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいて前記コンバイナの補償角度を決定し、前記コンバイナの補償角度は、次の式によって計算され、

ＯＰＢＯは、前記信号ピーク対平均比を示し、
前記補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを捜索するように構成される、電力増幅器の出力マッチングの実現装置。
信号源の出力インピーダンスとパワーチューブの入力インピーダンスとの間のマッチングを実現するように構成される入力マッチング回路と、
受信した信号を増幅するように構成されるパワーチューブと、
パワーチューブのピーク出力電力と平均出力電力に対応する最適インピーダンスをコンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される出力マッチング回路と、を含み、
前記出力マッチング回路は、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を決定し、前記コンバイナの補償角度は、次の式によって計算され、

ＯＰＢＯは、前記信号ピーク対平均比を示し、
前記補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、
最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応するインピーダンス値とバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応するインピーダンス値を、前記コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される、電力増幅ブランチ。
プロセッサと、プロセッサで動作可能なコンピュータ実行可能命令を記憶しているメモリと、を含む、出力マッチングの実現機器であって、前記コンピュータ実行可能命令がプロセッサに実行されると、パワーチューブの信号源の信号ピーク対平均比に基づき、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを決定し、決定された最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔとバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを、コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングする操作を実行する、
前記プロセッサは、
前記パワーチューブからの信号源の信号ピーク対平均比に基づいてコンバイナの補償角度を決定し、前記コンバイナの補償角度は、次の式によって計算され、

ＯＰＢＯは、前記信号ピーク対平均比を示し、
前記補償角度に基づき、パワーチューブのピーク出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ１とパワーチューブの平均出力電力に対応する最適インピーダンスＺ _ｍ２の比である定在波比を決定し、
負荷牽引方式を使用し、前記定在波比から得られた等定在波比円の大きさからパワーチューブの最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを決定し、最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔを基準点として、等定在波比円上のバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆを見出し、
最大電力ポイントインピーダンスＺｏｐｔに対応するインピーダンス値とバックオフ高効率ポイントインピーダンスＺｂｋ＿ｅｆｆに対応するインピーダンス値を、前記コンバイナの２つの入力端にそれぞれマッチングするように構成される、出力マッチングの実現機器。