JPH1041768A - ダイナミック電力増幅器およびこれを有する電子システムおよび電力増幅器をダイナミックに制御する方法。 - Google Patents
ダイナミック電力増幅器およびこれを有する電子システムおよび電力増幅器をダイナミックに制御する方法。Info
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- JPH1041768A JPH1041768A JP9102886A JP10288697A JPH1041768A JP H1041768 A JPH1041768 A JP H1041768A JP 9102886 A JP9102886 A JP 9102886A JP 10288697 A JP10288697 A JP 10288697A JP H1041768 A JPH1041768 A JP H1041768A
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- H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
- H03F1/0261—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the polarisation voltage or current, e.g. gliding Class A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】広い範囲の出力電力レベルに対して、高い電力
付加効率で動作することが可能な電力増幅器を提供す
る。 【解決手段】本発明のダイナミック電力増幅器は、基地
局からの信号を受信および転送するための無線端末にお
いて使用され、基地局への無線端末の距離に対応する所
定の電力信号レベルを有する入力信号を受け取り、所定
の電力出力信号レベルを有する増幅器出力信号を提供す
るように適合された入力増幅器と、電力出力信号に対応
する電力表示信号を生成するために、電力出力信号を受
け取る電力センサと、電力表示信号に対応するバイアス
信号を生成するために、電力表示信号を受け取るコンバ
ータとを有する。バイアス信号は、電力増幅器の動作バ
イアス点が電力表示信号の関数として変化するように、
入力増幅器に与えられる。
付加効率で動作することが可能な電力増幅器を提供す
る。 【解決手段】本発明のダイナミック電力増幅器は、基地
局からの信号を受信および転送するための無線端末にお
いて使用され、基地局への無線端末の距離に対応する所
定の電力信号レベルを有する入力信号を受け取り、所定
の電力出力信号レベルを有する増幅器出力信号を提供す
るように適合された入力増幅器と、電力出力信号に対応
する電力表示信号を生成するために、電力出力信号を受
け取る電力センサと、電力表示信号に対応するバイアス
信号を生成するために、電力表示信号を受け取るコンバ
ータとを有する。バイアス信号は、電力増幅器の動作バ
イアス点が電力表示信号の関数として変化するように、
入力増幅器に与えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅器に係
り、特に、高周波数において動作する線形電力増幅器に
関する。
り、特に、高周波数において動作する線形電力増幅器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】様々なバッテリー駆動電子回路に、電力
増幅器が使用されている。たとえば、自動車電話、パー
ソナルページャ（ポケベル）などのような無線端末は、
線形電力増幅器により増幅されることが望ましい無線周
波数信号を送信する。典型的に、これらの端末は、所定
の時間間隔で再充電することを必要とするバッテリーに
より動作する。そのバッテリーを再充電する必要なしに
長時間使用できるように、これらの端末の効率を向上さ
せることが望ましい。
増幅器が使用されている。たとえば、自動車電話、パー
ソナルページャ（ポケベル）などのような無線端末は、
線形電力増幅器により増幅されることが望ましい無線周
波数信号を送信する。典型的に、これらの端末は、所定
の時間間隔で再充電することを必要とするバッテリーに
より動作する。そのバッテリーを再充電する必要なしに
長時間使用できるように、これらの端末の効率を向上さ
せることが望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在の無線端末の少な
くとも１つの不利な点は、これらが実質的に効率良く動
作しないことである。現在入手できる無線端末に使用さ
れている電力増幅器は、端末が、セルラー無線通信シス
テムにおける基地局のような対応する受信局から遠くに
ある場合、実質的に高入力電力信号を受け取り、実質的
に高出力電力信号を提供する。典型的に、電力増幅器の
動作電力は、増幅器のバイアス電圧信号に基づき、固定
である。高入力電力信号に応じて動作する場合、電力増
幅器は、実質的に高い効率を示す。
くとも１つの不利な点は、これらが実質的に効率良く動
作しないことである。現在入手できる無線端末に使用さ
れている電力増幅器は、端末が、セルラー無線通信シス
テムにおける基地局のような対応する受信局から遠くに
ある場合、実質的に高入力電力信号を受け取り、実質的
に高出力電力信号を提供する。典型的に、電力増幅器の
動作電力は、増幅器のバイアス電圧信号に基づき、固定
である。高入力電力信号に応じて動作する場合、電力増
幅器は、実質的に高い効率を示す。
【０００３】しかし、無線端末が基地局に接近している
場合、電力増幅器の必要とされる動作電力は、実質的に
高くはない。それにもかかわらず、電力増幅器の動作電
力が固定されているので、増幅器の効率は実質的に低下
する。これは、バッテリーの使用可能時間を短くし、よ
り頻繁な再充電を必要とする。従って、出力電力レベル
の広い範囲について、実質的に高効率、たとえば以下に
定義する電力付加効率において動作する電力増幅器のニ
ーズがある。
場合、電力増幅器の必要とされる動作電力は、実質的に
高くはない。それにもかかわらず、電力増幅器の動作電
力が固定されているので、増幅器の効率は実質的に低下
する。これは、バッテリーの使用可能時間を短くし、よ
り頻繁な再充電を必要とする。従って、出力電力レベル
の広い範囲について、実質的に高効率、たとえば以下に
定義する電力付加効率において動作する電力増幅器のニ
ーズがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によ
れば、ダイナミック電力増幅器は、所定の電力信号レベ
ルを有する入力信号を受け取るように適合され、かつ所
定の電力出力信号レベルを有する増幅器出力信号を提供
するように適合された入力増幅器と、電力出力信号を受
け取り、かつこの電力出力信号に対応する電力表示信号
を生成するように構成された電力センサと、電力増幅器
の動作バイアス点が電力表示信号の関数として変化する
ように、入力増幅器に与えられる電力表示信号に対応す
るバイアス信号を生成するために、電力表示信号を受け
取るように適合されたコンバータとを含む。
れば、ダイナミック電力増幅器は、所定の電力信号レベ
ルを有する入力信号を受け取るように適合され、かつ所
定の電力出力信号レベルを有する増幅器出力信号を提供
するように適合された入力増幅器と、電力出力信号を受
け取り、かつこの電力出力信号に対応する電力表示信号
を生成するように構成された電力センサと、電力増幅器
の動作バイアス点が電力表示信号の関数として変化する
ように、入力増幅器に与えられる電力表示信号に対応す
るバイアス信号を生成するために、電力表示信号を受け
取るように適合されたコンバータとを含む。
【０００５】本発明の別の一実施形態によれば、ダイナ
ミック電力増幅器は、所定の電力信号レベルを有する入
力信号を受け取るように適合され、かつ所定の電力出力
信号レベルを有する増幅器出力信号を提供するように適
合された入力増幅器と、入力電力信号または出力電力信
号の少なくとも１つを受け取り、この入力電力信号また
は出力電力信号の少なくとも１つに対応する電力表示信
号を生成するように構成された電力センサと、電力増幅
器の動作バイアス点が電力表示信号の関数として変化す
るように、入力増幅器に与えられる電力表示信号に対応
するバイアス信号を生成するために、電力表示信号を受
け取るように適合されたコンバータとを含む。
ミック電力増幅器は、所定の電力信号レベルを有する入
力信号を受け取るように適合され、かつ所定の電力出力
信号レベルを有する増幅器出力信号を提供するように適
合された入力増幅器と、入力電力信号または出力電力信
号の少なくとも１つを受け取り、この入力電力信号また
は出力電力信号の少なくとも１つに対応する電力表示信
号を生成するように構成された電力センサと、電力増幅
器の動作バイアス点が電力表示信号の関数として変化す
るように、入力増幅器に与えられる電力表示信号に対応
するバイアス信号を生成するために、電力表示信号を受
け取るように適合されたコンバータとを含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態によ
る電力増幅器３６を含むセルラー通信システムにおいて
使用される典型的な無線端末１０のフロントエンドのブ
ロック図を示す。しかし、本発明は、これに限られるも
のではない。たとえば、図５は、本発明の一実施形態に
よる電力増幅器３６を好都合に使用する基地局８および
複数の無線端末１０を含む通信システムを示す。図１及
び５において、アンテナ１２は、基地局８から信号を受
信し、無線端末からの信号を基地局に送り返すように構
成されている。アンテナ１２の出力端子は、デュプレク
サ１４の入力端子の結合されている。デュプレクサ１４
は、基地局からの到来信号を無線端末１０の上側信号パ
スへルーティングし、無線端末の下側パスからの信号を
アンテナ１２へルーティングするように設計されてい
る。
る電力増幅器３６を含むセルラー通信システムにおいて
使用される典型的な無線端末１０のフロントエンドのブ
ロック図を示す。しかし、本発明は、これに限られるも
のではない。たとえば、図５は、本発明の一実施形態に
よる電力増幅器３６を好都合に使用する基地局８および
複数の無線端末１０を含む通信システムを示す。図１及
び５において、アンテナ１２は、基地局８から信号を受
信し、無線端末からの信号を基地局に送り返すように構
成されている。アンテナ１２の出力端子は、デュプレク
サ１４の入力端子の結合されている。デュプレクサ１４
は、基地局からの到来信号を無線端末１０の上側信号パ
スへルーティングし、無線端末の下側パスからの信号を
アンテナ１２へルーティングするように設計されてい
る。
【０００７】アンテナ１２により受信される信号は、デ
ュプレクサ１４により、無線端末のための所望の周波数
帯に調節されたバンドパスフィルタ１６の入力端子にル
ーティングされる。バンドパスフィルタ１６の出力信号
は、このバンドパスフィルタの出力端子に結合された入
力端子を有する低雑音増幅器１８により増幅される。ミ
キサ２０は、低雑音増幅器１８からの出力信号および電
圧制御発振器２６からの一定周波数信号を受け取る。ミ
キサ２０は、低雑音増幅器１８から受け取った信号の周
波数をダウンコンバートし、このダウンコンバートされ
た信号をバンドパスフィルタ２２に提供する。バンドパ
スフィルタ２２の出力信号は、自動利得制御増幅器２４
に与えられる。自動利得制御増幅器２４の出力信号は、
受け取った信号を音声および／またはデータに変換する
ために、図示されない信号処理回路に与えられる。
ュプレクサ１４により、無線端末のための所望の周波数
帯に調節されたバンドパスフィルタ１６の入力端子にル
ーティングされる。バンドパスフィルタ１６の出力信号
は、このバンドパスフィルタの出力端子に結合された入
力端子を有する低雑音増幅器１８により増幅される。ミ
キサ２０は、低雑音増幅器１８からの出力信号および電
圧制御発振器２６からの一定周波数信号を受け取る。ミ
キサ２０は、低雑音増幅器１８から受け取った信号の周
波数をダウンコンバートし、このダウンコンバートされ
た信号をバンドパスフィルタ２２に提供する。バンドパ
スフィルタ２２の出力信号は、自動利得制御増幅器２４
に与えられる。自動利得制御増幅器２４の出力信号は、
受け取った信号を音声および／またはデータに変換する
ために、図示されない信号処理回路に与えられる。
【０００８】無線端末１０の下側信号パスは、上述した
構成部分の実質的に逆の機能を果たす。したがって、増
幅器２８は、基地局に送信されるべき信号を受け取り、
これを増幅する。増幅器２８の出力信号は、ミキサ３０
に与えられる。ミキサ３０は、電圧制御発振器２６から
の一定周波数信号も受け取る。ミキサ３０は、増幅器２
８から受け取った信号を無線周波数ＲＦ信号にアップコ
ンバートする。ミキサ３０の出力信号は、バンドパスフ
ィルタ３２の入力端子に結合される。バンドパスフィル
タ３２の出力信号は、ドライバ３４に提供される。ドラ
イバ３４は、所定の電力信号レベルを有する無線周波数
ＲＦ信号を生成する。
構成部分の実質的に逆の機能を果たす。したがって、増
幅器２８は、基地局に送信されるべき信号を受け取り、
これを増幅する。増幅器２８の出力信号は、ミキサ３０
に与えられる。ミキサ３０は、電圧制御発振器２６から
の一定周波数信号も受け取る。ミキサ３０は、増幅器２
８から受け取った信号を無線周波数ＲＦ信号にアップコ
ンバートする。ミキサ３０の出力信号は、バンドパスフ
ィルタ３２の入力端子に結合される。バンドパスフィル
タ３２の出力信号は、ドライバ３４に提供される。ドラ
イバ３４は、所定の電力信号レベルを有する無線周波数
ＲＦ信号を生成する。
【０００９】ドライバ３４の出力信号は、本発明の一実
施形態による増幅器３６のようなダイナミック電力増幅
器の入力端子に結合される。最終的に、増幅器３６の出
力端子は、デュプレクサ１４によりアンテナ３２に結合
される。
施形態による増幅器３６のようなダイナミック電力増幅
器の入力端子に結合される。最終的に、増幅器３６の出
力端子は、デュプレクサ１４によりアンテナ３２に結合
される。
【００１０】上述したように、増幅器３６に結合された
入力電力信号レベルは、基地局からの無線端末の距離に
依存する。無線端末から基地局への距離が長くなると、
増幅器３６に結合される必要な入力電力信号は増大す
る。逆に、無線端末から基地局への距離が短くなると、
増幅器３６に結合される必要な入力電力信号は減少す
る。従来技術による電力増幅器では、入力電力信号が減
少すると、増幅器の効率は実質的に低下することにな
る。詳細に後述するように、本発明の一つの側面によれ
ば、増幅器３６は、実質的に広い範囲の入力電力信号レ
ベルについて、実質的に高い効率領域で動作するよう
に、そのバイアス信号を調節する。
入力電力信号レベルは、基地局からの無線端末の距離に
依存する。無線端末から基地局への距離が長くなると、
増幅器３６に結合される必要な入力電力信号は増大す
る。逆に、無線端末から基地局への距離が短くなると、
増幅器３６に結合される必要な入力電力信号は減少す
る。従来技術による電力増幅器では、入力電力信号が減
少すると、増幅器の効率は実質的に低下することにな
る。詳細に後述するように、本発明の一つの側面によれ
ば、増幅器３６は、実質的に広い範囲の入力電力信号レ
ベルについて、実質的に高い効率領域で動作するよう
に、そのバイアス信号を調節する。
【００１１】図２は、本発明の一実施形態による増幅器
３６のようなダイナミック電力増幅器を示すブロック図
であるが、本発明はこれに限られるものではない。増幅
器３６の入力端子は、ドライバ３４（図１）の出力端子
からの電圧信号を受け取る。この電圧信号は、電力増幅
器３８の入力端子に結合される。好都合なことに、図３
ａおよび３ｂを参照して詳細に説明するように、電力増
幅器３８は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）ま
たは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むが、これに
限られるものではない。
３６のようなダイナミック電力増幅器を示すブロック図
であるが、本発明はこれに限られるものではない。増幅
器３６の入力端子は、ドライバ３４（図１）の出力端子
からの電圧信号を受け取る。この電圧信号は、電力増幅
器３８の入力端子に結合される。好都合なことに、図３
ａおよび３ｂを参照して詳細に説明するように、電力増
幅器３８は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）ま
たは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むが、これに
限られるものではない。
【００１２】電力増幅器３８の出力電圧信号は、カプラ
４０のような電力検知デバイスの入力端子に結合され
る。カプラ４０の一例は、Ｍｉｎｉ−Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
TM，Brooklyn,New Yorkにより製造されるもののような
方向性結合器である。方向性結合器の基本的機能は、入
力信号を受け取って、この入力信号に対応する２つの出
力信号を提供することである。この出力信号は、振幅が
等しくない。大きい方の電力出力信号は、メインライン
出力ポート４８に出力され、小さい方の電力表示信号
は、結合ポート５０に出力される。
４０のような電力検知デバイスの入力端子に結合され
る。カプラ４０の一例は、Ｍｉｎｉ−Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
TM，Brooklyn,New Yorkにより製造されるもののような
方向性結合器である。方向性結合器の基本的機能は、入
力信号を受け取って、この入力信号に対応する２つの出
力信号を提供することである。この出力信号は、振幅が
等しくない。大きい方の電力出力信号は、メインライン
出力ポート４８に出力され、小さい方の電力表示信号
は、結合ポート５０に出力される。
【００１３】典型的には、結合ポートと出力ポートとの
間は、よく絶縁されている。したがって、カプラ（方向
性結合器）４０の使用により、増幅器３６の出力におけ
る負荷状態に関係なく、電力増幅器３８の出力端子にお
ける電力信号レベルを監視し、かつ検知することが可能
である。
間は、よく絶縁されている。したがって、カプラ（方向
性結合器）４０の使用により、増幅器３６の出力におけ
る負荷状態に関係なく、電力増幅器３８の出力端子にお
ける電力信号レベルを監視し、かつ検知することが可能
である。
【００１４】結合ポート５０における電力表示信号は、
包絡線検波器４４の入力端子に与えられる。典型的に、
包絡線検波器４４は、カプラ４０により提供される電力
表示信号の平均値を近似的に測定するキャパシタ・ダイ
オード回路網である。包絡線検波器４４の出力信号は、
実質的に直流（ＤＣ）の平均電圧信号であり、これは電
力増幅器３８の出力電力レベルに対応する。包絡線検波
器４４の動作は、良く知られており、Jacob Millmanに
よるMicro-Electronics,Digital and Analog Circuits
and Systems(McGraw-Hill 1979)に記載されている。
包絡線検波器４４の入力端子に与えられる。典型的に、
包絡線検波器４４は、カプラ４０により提供される電力
表示信号の平均値を近似的に測定するキャパシタ・ダイ
オード回路網である。包絡線検波器４４の出力信号は、
実質的に直流（ＤＣ）の平均電圧信号であり、これは電
力増幅器３８の出力電力レベルに対応する。包絡線検波
器４４の動作は、良く知られており、Jacob Millmanに
よるMicro-Electronics,Digital and Analog Circuits
and Systems(McGraw-Hill 1979)に記載されている。
【００１５】包絡線検波器４４の出力端子は、直流（Ｄ
Ｃ）オフセットコンバータ４６の入力端子に結合されて
いる。直流（ＤＣ）オフセットコンバータ４６は、包絡
線検波器４４により提供される平均出力電圧信号の大き
さに対応する実質的に直流（ＤＣ）のバイアス電圧信号
を生成する。直流（ＤＣ）オフセットコンバータ４６の
直流（ＤＣ）バイアス電圧信号は、電力増幅器３８の入
力端子５２に結合されており、これについては、図３ａ
および３ｂを参照して以下に説明する。
Ｃ）オフセットコンバータ４６の入力端子に結合されて
いる。直流（ＤＣ）オフセットコンバータ４６は、包絡
線検波器４４により提供される平均出力電圧信号の大き
さに対応する実質的に直流（ＤＣ）のバイアス電圧信号
を生成する。直流（ＤＣ）オフセットコンバータ４６の
直流（ＤＣ）バイアス電圧信号は、電力増幅器３８の入
力端子５２に結合されており、これについては、図３ａ
および３ｂを参照して以下に説明する。
【００１６】図３ａは、本発明の一実施形態による電力
増幅器３８のブロック図であるが、本発明は、これに限
られるものではない。端子５４に結合された電圧信号
は、入力整合回路網６０の入力端子に与えられる。典型
的には、入力整合回路網６０は、抵抗、キャパシタンス
およびインダクタンスからなり、ドライバ（図１）の出
力段と電力増幅器３８の入力段との間のインピーダンス
整合を提供する。入力整合回路網６０の出力端子は、ト
ランジスタ６４のベース端子に結合されている。トラン
ジスタ６４は、好ましくは、高周波数において動作する
ように構成されたパワーＢＪＴトランジスタである。
増幅器３８のブロック図であるが、本発明は、これに限
られるものではない。端子５４に結合された電圧信号
は、入力整合回路網６０の入力端子に与えられる。典型
的には、入力整合回路網６０は、抵抗、キャパシタンス
およびインダクタンスからなり、ドライバ（図１）の出
力段と電力増幅器３８の入力段との間のインピーダンス
整合を提供する。入力整合回路網６０の出力端子は、ト
ランジスタ６４のベース端子に結合されている。トラン
ジスタ６４は、好ましくは、高周波数において動作する
ように構成されたパワーＢＪＴトランジスタである。
【００１７】トランジスタ６４のベース端子は、ベース
バイアス回路網６２からの直流電圧信号を受け取るよう
に構成されている。ベースバイアス回路網６２は、端子
５２を介して、実質的に直流（ＤＣ）のバイアス電圧信
号をコンバータ４６から受け取る。ベースバイアス回路
網６２は、好ましくは、高周波信号がトランジスタ６４
との間でベースバイアス回路網を介して移動することを
防止するように構成されたローパスフィルタである。
バイアス回路網６２からの直流電圧信号を受け取るよう
に構成されている。ベースバイアス回路網６２は、端子
５２を介して、実質的に直流（ＤＣ）のバイアス電圧信
号をコンバータ４６から受け取る。ベースバイアス回路
網６２は、好ましくは、高周波信号がトランジスタ６４
との間でベースバイアス回路網を介して移動することを
防止するように構成されたローパスフィルタである。
【００１８】トランジスタ６４のエミッタ端子は、接地
信号レベルに結合されている。トランジスタ６４のコレ
クタ端子は、コレクタバイアス回路網６６に結合されて
いる。６６は、実質的に一定の直流（ＤＣ）の電圧信号
を、端子６７を介して、バッテリーのような一定ＤＣ電
圧源から受け取り、バイアス電流をトランジスタ６４に
提供する。好ましくは、高周波信号がコレクタバイアス
回路網を介してトランジスタ６４との間で移動すること
を防止するために、コレクタバイアス回路網は、ローパ
スフィルタとして構成することができる。
信号レベルに結合されている。トランジスタ６４のコレ
クタ端子は、コレクタバイアス回路網６６に結合されて
いる。６６は、実質的に一定の直流（ＤＣ）の電圧信号
を、端子６７を介して、バッテリーのような一定ＤＣ電
圧源から受け取り、バイアス電流をトランジスタ６４に
提供する。好ましくは、高周波信号がコレクタバイアス
回路網を介してトランジスタ６４との間で移動すること
を防止するために、コレクタバイアス回路網は、ローパ
スフィルタとして構成することができる。
【００１９】トランジスタ６４のコレクタ端子は、出力
整合回路網６８の入力端子に結合されている。この出力
整合回路網６８は、電力増幅器３８の出力段とデュプレ
クサ１４（図１）の入力段との間のインピーダンス整合
を提供するように構成されている。
整合回路網６８の入力端子に結合されている。この出力
整合回路網６８は、電力増幅器３８の出力段とデュプレ
クサ１４（図１）の入力段との間のインピーダンス整合
を提供するように構成されている。
【００２０】図３ｂは、図３ａのバイポーラ接合トラン
ジスタＢＪＴ６４の代わりに、電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）７４を使用する電力増幅器３８のブロック図
を示す。電力増幅器３８の動作は、トランジスタ７４と
の関係で、図３ａを参照して説明したものと同じ原理に
基づくことが、当業者に理解されるであろう。したがっ
て、増幅器３６の動作は、図３ａおよび３ｂに示された
両方の実施形態に適用可能であるが、本発明はこれらに
限られるものではない。
ジスタＢＪＴ６４の代わりに、電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）７４を使用する電力増幅器３８のブロック図
を示す。電力増幅器３８の動作は、トランジスタ７４と
の関係で、図３ａを参照して説明したものと同じ原理に
基づくことが、当業者に理解されるであろう。したがっ
て、増幅器３６の動作は、図３ａおよび３ｂに示された
両方の実施形態に適用可能であるが、本発明はこれらに
限られるものではない。
【００２１】動作において、増幅器３６は、電力増幅器
３８の出力端子における電力信号レベルに基づいて、電
力増幅器３８のバイアス電圧信号を調節する。カプラ４
０は、電力信号レベルを監視し、端子５０における対応
する電力表示電圧信号を提供する。電力増幅器３８が高
周波信号を増幅するので、包絡線検波器４４は、好まし
くは、電力増幅器３８の出力における平均電力信号レベ
ルに対応する平均電圧信号を提供するために使用され
る。この平均電力信号レベルに基づいて、コンバータ４
６は、対応するバイアス信号をベースバイアス回路網６
２の端子５２に提供する。バイアス信号における変化
は、トランジスタが実質的に線形特性を維持するよう
に、トランジスタ６４の動作点を変化させる。好ましく
は、コンバータ４６は、トランジスタ６４が広範囲な電
力信号レベルに対して実質的に高い効率で動作すること
を可能にするバイアス電圧信号を提供する。
３８の出力端子における電力信号レベルに基づいて、電
力増幅器３８のバイアス電圧信号を調節する。カプラ４
０は、電力信号レベルを監視し、端子５０における対応
する電力表示電圧信号を提供する。電力増幅器３８が高
周波信号を増幅するので、包絡線検波器４４は、好まし
くは、電力増幅器３８の出力における平均電力信号レベ
ルに対応する平均電圧信号を提供するために使用され
る。この平均電力信号レベルに基づいて、コンバータ４
６は、対応するバイアス信号をベースバイアス回路網６
２の端子５２に提供する。バイアス信号における変化
は、トランジスタが実質的に線形特性を維持するよう
に、トランジスタ６４の動作点を変化させる。好ましく
は、コンバータ４６は、トランジスタ６４が広範囲な電
力信号レベルに対して実質的に高い効率で動作すること
を可能にするバイアス電圧信号を提供する。
【００２２】トランジスタ６４の効率は、とりわけ、入
力端子に提供される入力電力信号レベルに依存する。固
定バイアス点にバイアスされたトランジスタについて、
入力電力信号レベルが低下すると、トランジスタの効率
は低下する。トランジスタの効率は、次式で表される。
力端子に提供される入力電力信号レベルに依存する。固
定バイアス点にバイアスされたトランジスタについて、
入力電力信号レベルが低下すると、トランジスタの効率
は低下する。トランジスタの効率は、次式で表される。
【数１】
【００２３】ここで、ηは電力付加効率で、Ｐoutputは
出力電力信号レベルで、Ｐinputは入力電力信号レベル
で、ＶCEはコレクタ電圧信号で、ＩCはコレクタ電流で
ある。固定バイアス点を有するトランジスタについて、
コレクタ電圧信号およびコレクタ電流は、入力電力信号
レベル及び出力電力信号レベルの変化に関係なく、一定
のままである。したがって、入力信号および出力信号の
電力レベルが低下すると、電力付加効率は低下する。
出力電力信号レベルで、Ｐinputは入力電力信号レベル
で、ＶCEはコレクタ電圧信号で、ＩCはコレクタ電流で
ある。固定バイアス点を有するトランジスタについて、
コレクタ電圧信号およびコレクタ電流は、入力電力信号
レベル及び出力電力信号レベルの変化に関係なく、一定
のままである。したがって、入力信号および出力信号の
電力レベルが低下すると、電力付加効率は低下する。
【００２４】しかし、本発明によれば、包絡線検波器４
４により検出される出力電力信号が変化すると、コレク
タ電圧信号およびコレクタ電流信号は変化する。したが
って、出力電力信号レベルが低下した場合、オフセット
ＤＣコンバータ４６は、低い電圧信号をベースバイアス
回路網６２に与える。これに応じて、トランジスタ６４
のコレクタ電流も低下し、トランジスタの電力付加効率
が実質的に一定に保たれる。
４により検出される出力電力信号が変化すると、コレク
タ電圧信号およびコレクタ電流信号は変化する。したが
って、出力電力信号レベルが低下した場合、オフセット
ＤＣコンバータ４６は、低い電圧信号をベースバイアス
回路網６２に与える。これに応じて、トランジスタ６４
のコレクタ電流も低下し、トランジスタの電力付加効率
が実質的に一定に保たれる。
【００２５】典型的には、トランジスタがその動作の実
質的な線形領域に保持されると同時に、電力付加効率が
実質的に高い値であるように、パワートランジスタ６４
または７４を所定の電力利得で動作させることが望まし
い。好都合なことに、そのような電力利得は、１ｄＢ利
得圧縮点Ｇ1dBとして定義され、これは、トランジスタ
の非線形性が小信号線形電力利得について電力利得を１
ｄＢ低下させる電力利得として定義される。すなわち、 Ｇ1dB＝Ｇo（ｄＢ）−１ ここで、Ｇo（ｄＢ）は、デシベルでの小信号線形電力
利得である。
質的な線形領域に保持されると同時に、電力付加効率が
実質的に高い値であるように、パワートランジスタ６４
または７４を所定の電力利得で動作させることが望まし
い。好都合なことに、そのような電力利得は、１ｄＢ利
得圧縮点Ｇ1dBとして定義され、これは、トランジスタ
の非線形性が小信号線形電力利得について電力利得を１
ｄＢ低下させる電力利得として定義される。すなわち、 Ｇ1dB＝Ｇo（ｄＢ）−１ ここで、Ｇo（ｄＢ）は、デシベルでの小信号線形電力
利得である。
【００２６】１ｄＢ圧縮点を示すＰinputに対するＰout
putの典型的なプロット１１０が、図４に示されてい
る。プロット１１０は、所定のベース電流信号ＩB＝ｇ1
での４．７ＧＨｚにおける典型的なトランジスタについ
ての電力応答特性を示す。トランジスタの電力応答特性
は、ベース電流信号ＩBの値により異なる可能性があ
る。たとえば、プロット１１６は、異なるベース電流信
号ＩB＝ｇ2についてのトランジスタの電力応答特性を示
す。
putの典型的なプロット１１０が、図４に示されてい
る。プロット１１０は、所定のベース電流信号ＩB＝ｇ1
での４．７ＧＨｚにおける典型的なトランジスタについ
ての電力応答特性を示す。トランジスタの電力応答特性
は、ベース電流信号ＩBの値により異なる可能性があ
る。たとえば、プロット１１６は、異なるベース電流信
号ＩB＝ｇ2についてのトランジスタの電力応答特性を示
す。
【００２７】ベース電流信号ＩB＝ｇ1におけるトランジ
スタの電力付加効率は、プロット１１４により示されて
いる。トランジスタの電力付加効率は、ベース電流信号
ＩBの値により異なる可能性がある。たとえば、ベース
電流信号ＩB＝ｇ2でのトランジスタの電力付加効率が、
プロット１２０により示されている。
スタの電力付加効率は、プロット１１４により示されて
いる。トランジスタの電力付加効率は、ベース電流信号
ＩBの値により異なる可能性がある。たとえば、ベース
電流信号ＩB＝ｇ2でのトランジスタの電力付加効率が、
プロット１２０により示されている。
【００２８】図４は、同じ値のベース電流信号につい
て、出力電力および入力電力の信号レベルが低下する
と、電力付加効率が低下することを示している。しか
し、ベース電流信号ＩBの値を変化させることにより、
同じ電力付加効率を維持することが可能である。本発明
の１つの側面によれば、所定の出力電力信号に対して、
図４に示された電力応答特性に従って、直流電圧信号が
ベースバイアス回路網６２に与えられるように、コンバ
ータ４６が構成されうる。このために、電力増幅器３８
により生成される出力電力信号の広い範囲について、ト
ランジスタの電力利得を１ｄＢ利得圧縮点に維持するこ
とが可能である。
て、出力電力および入力電力の信号レベルが低下する
と、電力付加効率が低下することを示している。しか
し、ベース電流信号ＩBの値を変化させることにより、
同じ電力付加効率を維持することが可能である。本発明
の１つの側面によれば、所定の出力電力信号に対して、
図４に示された電力応答特性に従って、直流電圧信号が
ベースバイアス回路網６２に与えられるように、コンバ
ータ４６が構成されうる。このために、電力増幅器３８
により生成される出力電力信号の広い範囲について、ト
ランジスタの電力利得を１ｄＢ利得圧縮点に維持するこ
とが可能である。
【００２９】トランジスタ６４との関係で上述したもの
と同じ動作原理が、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７
４を使用する電力増幅器に同じように適用可能であるこ
とがわかるであろう。しかし、トランジスタ６４のベー
ス電流を変化させる代わりに、トランジスタ７４のゲー
ト電圧を変化させることが望ましい。
と同じ動作原理が、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７
４を使用する電力増幅器に同じように適用可能であるこ
とがわかるであろう。しかし、トランジスタ６４のベー
ス電流を変化させる代わりに、トランジスタ７４のゲー
ト電圧を変化させることが望ましい。
【００３０】また、本発明の別の実施形態によれば、カ
プラ４０が、図２に示された出力電力信号レベルの代わ
りに、入力電力信号レベルを監視するように、増幅器３
６を構成することができる。検出された入力電力信号レ
ベルは、包絡線検波器４４の入力端子に結合され、コン
バータ４６で電力増幅器３８に使用されるトランジスタ
のバイアス信号を変化させることができる。
プラ４０が、図２に示された出力電力信号レベルの代わ
りに、入力電力信号レベルを監視するように、増幅器３
６を構成することができる。検出された入力電力信号レ
ベルは、包絡線検波器４４の入力端子に結合され、コン
バータ４６で電力増幅器３８に使用されるトランジスタ
のバイアス信号を変化させることができる。
【００３１】したがって、本発明は、バッテリー駆動無
線端末または他のバッテリー駆動装置に使用されるよう
な高周波電力増幅器が、広い範囲の入力電力及び出力電
力の信号レベルに対して実質的に高い電力付加効率で線
形的に動作することを可能にする。好都合なことに、こ
れは、バッテリーの使用可能時間を延長し、装置をより
信頼性のあるものとする。
線端末または他のバッテリー駆動装置に使用されるよう
な高周波電力増幅器が、広い範囲の入力電力及び出力電
力の信号レベルに対して実質的に高い電力付加効率で線
形的に動作することを可能にする。好都合なことに、こ
れは、バッテリーの使用可能時間を延長し、装置をより
信頼性のあるものとする。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、広
い範囲の出力電力レベルに対して、実質的に高い電力付
加効率で動作することが可能な電力増幅器を提供するこ
とができる。
い範囲の出力電力レベルに対して、実質的に高い電力付
加効率で動作することが可能な電力増幅器を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施形態によるダイナミック電力増
幅器を使用する無線端末のフロントエンドを示すブロッ
ク図。
幅器を使用する無線端末のフロントエンドを示すブロッ
ク図。
【図２】本発明の一実施形態によるダイナミック電力増
幅器の構成を示すブロック図。
幅器の構成を示すブロック図。
【図３】Ａ 本発明の一実施形態によるダイナミック
電力増幅器に使用される電力増幅器の構成を示すブロッ
ク図。Ｂ 本発明の他の一実施形態によるダイナミック
電力増幅器に使用される電力増幅器の構成を示すブロッ
ク図。
電力増幅器に使用される電力増幅器の構成を示すブロッ
ク図。Ｂ 本発明の他の一実施形態によるダイナミック
電力増幅器に使用される電力増幅器の構成を示すブロッ
ク図。
【図４】本発明の一実施形態によるダイナミック電力増
幅器に使用されるトランジスタの電力応答特性のプロッ
トを示す図。
幅器に使用されるトランジスタの電力応答特性のプロッ
トを示す図。
【図５】本発明の一実施形態によるダイナミック電力増
幅器に使用される受信器と基地局とからなる通信システ
ムの構成を示すブロック図。
幅器に使用される受信器と基地局とからなる通信システ
ムの構成を示すブロック図。
８ 基地局 １０ 無線端末 １２ アンテナ １４ デュプレクサ １６、２２、３２ バンドパスフィルタ １８ 低雑音増幅器 ２０、３０ ミキサ ２４ 自動利得制御増幅器 ２６ 電圧制御発振器 ２８ 増幅器 ３４ ドライバ ３６、３８ 電力増幅器 ４０ カプラ ４４ 包絡線検波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジェンシャン リン アメリカ合衆国，07058 ニュージャージ ー，パイン ブルック，ギャザリング ロ ード 51
Claims (20)
- 【請求項１】 ダイナミック電力増幅器を有する電子シ
ステムにおいて、 所定の電力信号レベルを有する入力信号を受け取るよう
に適合され、かつ所定の電力出力信号レベルを有する増
幅器出力信号を提供するように適合された入力増幅器
と、 前記電力出力信号を受け取り、前記電力出力信号に対応
する電力表示信号を生成するように構成された電力セン
サと、 前記電力表示信号に対応するバイアス信号を生成するた
めに、前記電力表示信号を受け取るように構成されたコ
ンバータとからなり、前記電力増幅器の動作バイアス点
が前記電力表示信号の関数として変化するように、前記
バイアス信号が前記入力増幅器に与えられることを特徴
とする電子システム。 - 【請求項２】 前記電力表示信号を受け取り、前記電力
表示信号の平均値に対応する実質的に直流（ＤＣ）の平
均電圧信号を生成するように適合された包絡線検波器を
さらに有し、 前記バイアス信号の大きさを制御するために、前記平均
電圧信号が、前記コンバータに与えられることを特徴と
する請求項１記載の電子システム。 - 【請求項３】 前記入力増幅器は、ベースバイアス回路
網に結合されたベース端子を有するバイポーラ接合トラ
ンジスタをさらに含み、 前記ベース端子は、前記ベースバイアス回路網を介し
て、前記バイアス電圧信号を受け取るように適合されて
いることを特徴とする請求項２記載の電子システム。 - 【請求項４】 前記電力センサは、 前記電力増幅器により生成された出力信号を受け取る入
力端子を有し、かつ主出力信号および前記電力表示信号
を生成するように適合された２つの出力端子を有する誘
導性カプラを含むことを特徴とする請求項３記載の電子
システム。 - 【請求項５】 前記包絡線検波器は、キャパシタンス・
ダイオード回路網をさらに含むことを特徴とする請求項
４記載の電子システム。 - 【請求項６】 前記コンバータは、前記入力電力増幅器
が実質的にその線形動作領域において動作するように、
前記バイアス信号を生成することを特徴とする請求項４
記載の電子システム。 - 【請求項７】 前記コンバータは、前記入力電力増幅器
が、前記カプラにより監視される出力電力信号の実質的
に広い範囲に対して、その１ｄＢ圧縮点利得において動
作するように、前記バイアス信号を生成するように適合
されていることを特徴とする請求項６記載の電子システ
ム。 - 【請求項８】 前記ダイナミック電力増幅器は、無線端
末の出力段において使用されることを特徴とする請求項
７記載の電子システム。 - 【請求項９】 前記電子システムは、基地局からの信号
を転送し、かつ受信するように構成されている無線端末
であることを特徴とする請求項１記載の電子システム。 - 【請求項１０】 所定の電力信号レベルを有する入力電
力信号を受け取るように適合され、かつ所定の電力出力
信号レベルを有する増幅器出力信号を提供するように適
合された入力増幅器と、 前記入力電力信号と前記出力電力信号のうちの少なくと
も１つを受け取るように構成され、かつ前記入力電力信
号と前記出力電力信号のうちの前記少なくとも１つに対
応する電力表示信号を生成するように適合された電力セ
ンサと、 前記電力表示信号に対応するバイアス信号を生成するた
めに、前記電力表示信号を受け取るように適合されたコ
ンバータとからなり、 前記電力増幅器の動作バイアス
点が前記電力表示信号の関数として変化するように、前
記バイアス信号が前記入力増幅器に与えられることを特
徴とするダイナミック電力増幅器。 - 【請求項１１】 前記電力表示信号を受け取り、前記電
力表示信号の平均値に対応する実質的に直流（ＤＣ）の
平均電圧信号を生成するように適合された包絡線検波器
をさらに有し、 前記バイアス信号の大きさを制御するために、前記平均
電圧信号が、前記コンバータに与えられることを特徴と
する請求項１０記載の。 - 【請求項１２】 前記入力増幅器は、ベースバイアス回
路網に結合されたベース端子を有するバイポーラ接合ト
ランジスタをさらに含み、 前記ベース端子は、前記ベースバイアス回路網を介し
て、前記バイアス電圧信号を受け取るように適合されて
いることを特徴とする請求項１１記載のダイナミック電
力増幅器。 - 【請求項１３】 前記入力増幅器は、ゲートバイアス回
路網に結合されたゲート端子を有する電界効果トランジ
スタをさらに含み、 前記ゲート端子は、前記ゲートバイアス回路網を介し
て、前記バイアス電圧信号を受け取るように適合されて
いることを特徴とする請求項１１記載のダイナミック電
力増幅器。 - 【請求項１４】 前記電力センサは、 前記電力増幅器により生成された出力信号を受け取るた
めの１つの入力端子を有し、かつ主出力信号および前記
電力表示信号を生成するように適合された２つの出力端
子を有する誘導性カプラを含むことを特徴とする請求項
１２記載のダイナミック電力増幅器。 - 【請求項１５】 前記包絡線検波器は、キャパシタンス
・ダイオード回路網をさらに含むことを特徴とする請求
項１４記載のダイナミック電力増幅器。 - 【請求項１６】 前記コンバータは、前記入力電力増幅
器が実質的にその線形動作領域において動作するよう
に、前記バイアス信号を生成することを特徴とする請求
項１５記載のダイナミック電力増幅器。 - 【請求項１７】 前記コンバータは、前記入力電力増幅
器が、前記カプラにより監視される出力電力信号の実質
的に広い範囲に対して、その１ｄＢ圧縮点利得において
動作するように、前記バイアス信号を生成するように適
合されていることを特徴とする請求項１６記載のダイナ
ミック電力増幅器。 - 【請求項１８】 前記ダイナミック電力増幅器は、無線
端末の出力段において使用されることを特徴とする請求
項１７記載のダイナミック電力増幅器。 - 【請求項１９】 基地局に送信するために使用される無
線端末において使用される電力増幅器をダイナミックに
制御するための方法において、 前記電力増幅器に与えられる入力信号に応じて、前記基
地局への前記無線端末の距離に対応する所定の電力信号
を有する所定の電力出力信号を生成するステップと、 前記電力出力信号に対応する電力表示信号を生成するス
テップと、 前記電力増幅器のバイアス点が前記電力表示信号の関数
として変化するように、前記電力表示信号に対応するバ
イアス信号を生成するステップとを有することを特徴と
する方法。 - 【請求項２０】 前記電力表示信号の平均値に対応する
実質的に直流（ＤＣ）の平均電圧信号を生成するステッ
プをさらに有することを特徴とする請求項１９記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/637,999 US5724005A (en) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | Linear power amplifier with automatic gate/base bias control for optimum efficiency |
| US637999 | 1996-04-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041768A true JPH1041768A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=24558237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9102886A Pending JPH1041768A (ja) | 1996-04-25 | 1997-04-21 | ダイナミック電力増幅器およびこれを有する電子システムおよび電力増幅器をダイナミックに制御する方法。 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5724005A (ja) |
| EP (1) | EP0803973B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1041768A (ja) |
| DE (1) | DE69717341T2 (ja) |
Families Citing this family (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1155131A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Nec Corp | 無線送信電力制御装置 |
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