JPH06132746A - 電力増幅器 - Google Patents

電力増幅器

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JPH06132746A
JPH06132746A JP4281460A JP28146092A JPH06132746A JP H06132746 A JPH06132746 A JP H06132746A JP 4281460 A JP4281460 A JP 4281460A JP 28146092 A JP28146092 A JP 28146092A JP H06132746 A JPH06132746 A JP H06132746A
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JP
Japan
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power amplifier
power
small power
small
output
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JP4281460A
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English (en)
Inventor
Shinji Hara
信二 原
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPH06132746A publication Critical patent/JPH06132746A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い範囲で変化する入力レベルを、高い総合
効率で歪みなく増幅することができる電力増幅器を得
る。 【構成】 出力レベルが比較的小さな小電力増幅器1
1、12、13を設け、この各小電力増幅器11、1
2、13をRFスイッチ16〜21及びDCスイッチ2
8、29、30により入力レベルに応じて並列に接続し
動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばコードレス電話
や携帯電話等の移動体通信に用いて好適な電力増幅器に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、移動体通信等に用いられる電力増
幅器は、通信距離によって広い範囲で変化する入力レベ
ルを効率良く且つ低歪で増幅して送信時の出力レベルを
大きく変化させる必要があり、例えば図4に示すように
構成されていた。
【0003】即ち、1はソース側が接地されたFET
(電界効果トランジスタ)2を用いた電力増幅器で、そ
のFET2のゲート側は入力整合回路3を介して入力端
子4に接続され、そのドレイン側は出力整合回路5を介
して出力端子6に接続されている。
【0004】そして、7はFET2のゲート側にチョー
クコイル8を介してゲートバイアス電圧、即ちゲート電
圧VGを供給する直流電源、9はFET2のドレイン側
にチョークコイル10を介してドレインバイアス電圧、
即ちドレイン電圧VDを供給する直流電源である。
【0005】ところで、一般にこのような電力増幅器1
の電力効率η、電力付加効率ηaddは、 η=RFout/PDC・・・(1) ηadd=(RFout−RFin)/PDC=RFout(1−1/G)/PDC ≒RFout(1−1/G)/(VD・ID)・・・(2) で夫々表わされることになる。ここで、RFoutは電力
増幅器1からの出力電力、RFinは電力増幅器1への入
力電力、Gは利得である。また、PDCは電力増幅器1に
供給される直流電力であり、通常FET2のゲートに流
れ込む電流は無視して良いため、PDCはドレイン電圧V
Dとドレイン電流IDの積となる。
【0006】この(1)、(2)式から、同一出力条件
においては、直流電力PDCが小さいほど、各効率η、η
addは高くなることが判る。従って、高効率化が要求さ
れるこのような電力増幅器1において、FET2のゲー
ト幅もしくは直流条件は、システムから要求される最大
の出力レベルが満たされる最低限のものが用いられるこ
とになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、このような
従来構成の電力増幅器では、通信距離によってその出力
レベルが小さくなると、効率もそれに比例して低下する
ことになるため、高い総合効率を得ることができなかっ
た。
【0008】即ち、このような電力増幅器では、その直
流電力がシステムから要求される最大の出力レベルが得
られる値で一定になっているため、その効率は出力レベ
ルによって変化し、例えばA級増幅器の場合ではその入
力レベルが1/10になって出力レベルが1/10にな
った時その効率も約1/10に落ちてしまうことにな
る。
【0009】図5はその様子を模式的に示したものであ
り、横軸は電力増幅器の出力電力RFout、縦軸はその
時の電力付加効率ηaddで、最大出力電力RFoutMAX
時に電力付加効率は最大ηaddMAXとなる。図において、
最小の入力電力レベルから最大の入力電力レベルまでの
場合がシステムの動作中に均等におきるとした場合、動
作時の総合効率は斜線部の面積で表わされることにな
り、その総合効率は最大付加電力効率ηaddMAXの半分程
度になってしまうことになる。
【0010】そこで、図6に示すようにそのFETのゲ
ート側に供給するゲート電圧VGを入力レベルに応じて
変えるように構成した電力増幅器1が提案されており、
ゲート電圧を変えることで電力増幅器1の動作点を変化
させるようになっている。
【0011】このようにすると、例えば通信距離が短い
ために入力レベルを小さくして低出力レベルで送信を行
なう時には、負のゲート電圧を大きくしてその動作点を
B級に近づけ低利得動作させることで、その直流電力が
小さくなり、低出力レベルにおいても高い効率が得られ
ることになる。
【0012】然し乍ら、このような方式の場合、低利得
動作をさせる際にはFETの動作点がBもしくはC級に
近付くことになるため、その出力波形は大きく歪むこと
になり、線形性を要求される変調波の増幅には不向きで
あった。
【0013】本発明はこのような点に鑑み成されたもの
であって、広い範囲で変化する入力レベルを高い総合効
率で歪みなく増幅することができる電力増幅器を提供す
ることを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため本発明では、広い範囲で変化する入力レベルを増幅
して出力する電力増幅器において、出力レベルが比較的
小さな小電力増幅器を複数並列に設け、この各小電力増
幅器を入力レベルに応じて動作させる構成としたもの
で、前記各小電力増幅器を並列に接続する接続手段と、
並列に接続される前記各小電力増幅器に入力レベルに応
じて動作用の直流電源を供給する供給手段とを有してい
るものである。例えば、前記接続手段は、アイソレータ
或いは入力レベルに応じて切換えられる高周波用スイッ
チである。
【0015】
【作用】このような構成によると、入力レベルが大きく
なるにしたがって並列接続されて動作する小電力増幅器
の数が増え、逆に入力レベルが小さくなるにしたがって
並列接続されて動作する小電力増幅器の数が減少するこ
とになる。その結果、低出力レベルの時には動作する増
幅器の数が減って消費される直流電力が小さくなり、低
出力レベルにおいても比較的高い効率が得られることに
なる。
【0016】
【実施例】以下、本発明電力増幅器の一実施例について
図面と共に説明する。本実施例では、広い範囲で変化す
る入力レベルを増幅する電力増幅器を、出力レベルが比
較的小さな複数の小電力増幅器を用いて実現するように
したものであり、そのために各小電力増幅器を並列に設
け、この各小電力増幅器を入力レベルに応じて動作させ
る構成としたものである。
【0017】具体的には図1に示すように構成されてお
り、11、12、13は出力レベルが比較的小さな小電
力増幅器、14はその入力電力分配器、15はその出力
電力合成器である。そして、16〜21は各小電力増幅
器11、12、13を入力レベルに応じて並列に接続す
るRF(高周波用)スイッチで、該各RFスイッチ16
〜21は入力レベルに応じて各小電力増幅器11、1
2、13の入出力側か終端抵抗22〜27側に切換えら
れるようになっている。
【0018】28、29、30は並列に接続される各小
電力増幅器11、12、13に入力レベルに応じて直流
電源31から動作用のバイアス電圧、この場合ドレイン
電圧VDを供給するDC(直流用)スイッチで、該DC
スイッチ28、29、30は入力レベルに応じて開閉さ
れるようになっている。尚、32は入力端子、33は出
力端子である。
【0019】ここで、終端抵抗22〜27は各小電力増
幅器11、12、13の接離に拘らず、電力増幅器とし
ての入出力インピーダンスが変わらないようにするため
のもので、この場合各小電力増幅器11、12、13は
FETを用いて図4と同じように構成されているものと
する。
【0020】このようにすると、入力レベルが小さい時
には入出力端子32、33間に小電力増幅器11のみが
RFスイッチ16、17及びDCスイッチ28により接
続されて動作状態となり、入力レベルが大きくなると小
電力増幅器12がRFスイッチ18、19及びDCスイ
ッチ29により並列に接続されて動作状態となり、大き
くなった入力レベル分が入力電力分配器14より小電力
増幅器12に供給され、両小電力増幅器11、12の出
力電力が出力電力合成器15で合成されて出力端子33
に導出されることになる。
【0021】そして、入力レベルが更に大きくなると小
電力増幅器13もRFスイッチ20、21及びDCスイ
ッチ30により並列に接続されて動作状態となり、更に
大きくなった入力レベル分が小電力増幅器13に供給さ
れ、各小電力増幅器11、12、13の出力電力が出力
電力合成器15で合成されて出力端子33に導出される
ことになる。尚、送信を行なわない時には全部の小電力
増幅器11、12、13が外されて非動作状態にされる
ことになる。
【0022】従って、このような構成の電力増幅器の電
力付加効率ηaddは、動作状態にある小電力増幅器の個
数をN、その利得をG、電力増幅器への入力電力をRF
in、RFスイッチの挿入損をLとし、簡単のため出力電
力合成器、入力電力分配器、DCスイッチは無損失であ
るとすると、 ηadd(N)=N・{G・(1−L)2・RFin−RFin}/N・PDC・・ ・(3) で表わされ、更に簡単のために、L<<1とすると、 ηadd(N)=RFin(G−1−2LG)/PDC =ηadd0−2LG(RFin/PDC) =ηadd0−2Lη0 ≒ηadd0(1−2L)・・・(4) で表わされることになる。ここで、η0、ηadd0は夫
々、小電力増幅器単体の最大効率、最大付加効率を示
し、例えば今挿入損を0.5dB、即ち0.1とする
と、 ηadd(N)≒0.8ηadd0・・・(5) となる。
【0023】図2はこのような電力増幅器の出力電力R
outと電力付加効率ηaddの関係を示し、実線が本実施
例の特性を、一点鎖線が図4の従来構成例の特性を示し
ている。そして(5)式から、最大電力付加効率η
addMAX(N)は0.8ηaddMAXと従来構成例のものより
も若干低くなるが、低出力レベルにおいても比較的高い
効率が得られることから、その総合効率は斜線部分で示
すように従来構成のものよりも高くすることできる。こ
れは、理想的な条件、即ち理想的なA級増幅器に近づけ
ることでより高くすることができ、例えばスイッチや分
配器、合成器等は無損失とし、無限個の小電力増幅器を
用いた場合には、その総合効率は従来のものの2倍とな
る。
【0024】図3は他の実施例を示し、各小電力増幅器
11、12、13の入出力側のRFスイッチ16〜2
1、終端抵抗22〜27の替わりにアイソレータ34〜
39を挿入して、各小電力増幅器11、12、13を並
列に接続するようにしている。このアイソレータ34〜
39の挿入により、各小電力増幅器11、12、13の
動作、非動作に拘らず電力増幅器としての入出力インピ
ーダンスは一定となり、(4)式にRFスイッチの挿入
損Lの替わりにアイソレータの挿入損L’を代入するこ
とで、同様に電力付加効率を算出してその総合効率を求
めることができる。
【0025】
【発明の効果】上述した如く本発明の電力増幅器に依れ
ば、出力レベルが比較的小さな小電力増幅器を複数並列
に設け、この各小電力増幅器を入力レベルに応じて動作
させる構成としているので、即ち入力レベルに応じて並
列に接続して動作させる小電力増幅器の個数を増減させ
るようにしているので、低出力レベルの時でも比較的高
い効率が得られることになり、その総合効率を高くする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す図。
【図2】 その出力電力と電力付加効率との関係を示す
特性図。
【図3】 その他の実施例を示す図。
【図4】 従来の構成例を示す図。
【図5】 その出力電力と電力付加効率との関係を示す
特性図。
【図6】 その他の構成例を示す図。
【符号の説明】
11、12、13 小電力増幅器 16〜21 RFスイッチ 28、23、30 DCスイッチ 31 直流電源 34〜39 アイソレータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 広い範囲で変化する入力レベルを増幅し
    て出力する電力増幅器において、最大の出力レベルが比
    較的小さな小電力増幅器を複数並列に設け、この各小電
    力増幅器を入力レベルに応じて動作させる構成としたこ
    とを特徴とする電力増幅器。
  2. 【請求項2】 前記各小電力増幅器を並列に接続する接
    続手段と、並列に接続される前記各小電力増幅器に入力
    レベルに応じて動作用の直流電源を供給する供給手段と
    を有していることを特徴とする請求項1に記載の電力増
    幅器。
  3. 【請求項3】 前記接続手段は、アイソレータ或いは入
    力レベルに応じて切換えられる高周波用スイッチである
    ことを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器。
JP4281460A 1992-10-20 1992-10-20 電力増幅器 Pending JPH06132746A (ja)

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