JPWO2008099489A1 - 電力増幅器 - Google Patents

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Abstract

エンベロープトラッキング型増幅器において、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができる電力増幅器を開示する。この電力増幅器において、ゲート電圧調整部（１３０）は、所定の閾値電圧とエンベロープ信号との大小を比較する比較器（１３１）を有し、比較結果が、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合、ハイパワーアンプ（１５０）のゲート端子に電圧Ｖ１を印加し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上の場合、ハイパワーアンプ（１５０）のゲート端子に電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）を印加するように切り換える。このとき、電圧Ｖ１は、ハイパワーアンプ（１５０）がＡＢ級動作するようなゲート電圧とし、電圧Ｖ２は、ハイパワーアンプ（１５０）がＣ級動作するような電圧とする。

Description

本発明は、例えば、エンベロープトラッキング型増幅器に適用される電力増幅器に関する。
移動体通信では、携帯端末を考慮した時、消費電力を出来るだけ小さく抑えるため、電力効率の高い増幅器が望まれる。近年、消費電力を抑える方法として、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）型増幅器が注目されている。
エンベロープトラッキング型増幅器は、振幅変化する変調波信号をそのまま電力増幅器に入力し、変調波のエンベロープに応じて、電力増幅器のドレイン電圧又はコレクタ電圧を変化させることで、電力増幅器を常に飽和に近い状態で動作させて高効率動作を実現する。
このエンベロープトラッキング型増幅器は、電源制御による振幅変調の機能を有しているため、広いダイナミックレンジで線形性の優れた振幅変調性能を得ることは極めて難しく、通常の使用状態では変調増幅信号に変調歪みなどが発生しやすいという課題がある。特に、移動体通信の基地局増幅装置などでは、隣接チャネルの漏洩電力の仕様が厳しくなっているため、変調歪みによる隣接チャネルへのノイズを抑圧することは極めて重要な課題となっており、このような変調歪みの発生は極力抑える必要がある。
特許文献１には、高いドレイン効率を維持しつつ、広いダイナミックレンジを得、かつ隣接チャネルへの漏洩電力を非常に小さくできる増幅器が開示されている。この増幅器では、ドレイン効率が良いことが最大のポイントであり、ドレイン電源に増幅器へのＲＦ入力信号の振幅情報（エンベロープ）で変調をかけて、増幅器を常に飽和動作で使うことにより、高いドレイン効率を維持している。
特開平３−１９８５１３号公報
しかしながら、特許文献１に開示される方法では、アイドル電流があまり流れず、増幅器が常にＣ級動作する場合は、大入力時に高効率化は出来ても小入力時に利得が劣化し非線形性となることから歪みが生じるという問題が発生する。このため、環境変動に弱く、また、歪み補償を行う必要が出てくる。一方、アイドル電流が多く流れ、増幅器が常にＡＢ級もしくはＢ級動作する場合には、ドレイン効率が低下してしまう。
本発明の目的は、エンベロープトラッキング型増幅器において、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができる電力増幅器を提供することである。
本発明の電力増幅器は、入力信号を増幅するパワーアンプと、前記入力信号のエンベロープを検波する包絡線検出手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記パワーアンプの電源端子に印加する電源電圧を形成する電圧変調手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段と、を具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプに流れるアイドル電流を増やしてパワーアンプの動作をＡＢ級動作させ、入力信号のエンベロープの振幅レベルが大きいときは、パワーアンプに流れるアイドル電流を絞ってパワーアンプの動作をＣ級動作させることができるので、パワーアンプがＡＢ級動作することにより電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明によれば、エンベロープトラッキング型増幅器において、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができる。
本発明の実施の形態１に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態１に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態１におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態２に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態２におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態３に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態３に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態３におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態４に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態４におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態５に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態５に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態５におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１に本実施の形態に係る電力増幅器の要部構成を示す。本実施の形態は、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）型のドレイン制御型増幅器に適用した例である。
図１において、電力増幅器１００は、歪補償部１１０、包絡線検波部１２０、ドレイン電圧変調部１４０、ゲート電圧調整部１３０、及びハイパワーアンプ１５０を備えて構成される。
歪補償部１１０は、ＲＦ信号を入力し、ハイパワーアンプ１５０の動作範囲を基に、ハイパワーアンプ１５０に出力されるＲＦ信号の特性歪みを予め補償する。
包絡線検波部１２０は、ＲＦ信号の包絡線を検波する。包絡線検波部１２０は、例えば、ダイオード検波によりＲＦ信号の包絡線を検波する。あるいは、包絡線検波部１２０は、ＩＱベースバンド信号のＩ成分及びＱ成分から振幅成分（√（Ｉ２＋Ｑ２））を算出するようにしても良い。包絡線検波部１２０は、得られたエンベロープ信号をゲート電圧調整部１３０及びドレイン電圧変調部１４０に出力する。
ゲート電圧調整部１３０は、所定の閾値電圧と、エンベロープ信号との大小を比較し、比較結果に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を切り換える。なお、ゲート電圧調整部１３０の詳細な構成及びゲート電圧の切り換え方については、後述する。
ドレイン電圧変調部１４０は、エンベロープ信号に基づいて電源電圧を増幅し、増幅後の電源電圧をハイパワーアンプ１５０のドレイン端子へ印加する。
ハイパワーアンプ１５０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）型の増幅器であり、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づいて、入力信号であるＲＦ信号を増幅する。
図２に、ゲート電圧調整部１３０の要部構成を示す。図２において、ゲート電圧調整部１３０は、例えば、オペアンプ１３２とスイッチ１３３とを備える比較器１３１で構成される。比較器１３１は、所定の閾値電圧とエンベロープ信号との大小を比較し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ１を印加し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）を印加するように、スイッチ１３３を切り換える。このとき、電圧Ｖ１は、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作するようなゲート電圧とし、電圧Ｖ２は、ハイパワーアンプ１５０がＣ級動作するような電圧とする。
以下、上述のように構成された電力増幅器１００の動作について説明する。
まず、図示せぬベースバンド部及びＲＦ変調部において生成されたＲＦ信号に対し、包絡線検波部１２０によって包絡線検波が施され、得られたエンベロープ信号は、ゲート電圧調整部１３０及びドレイン電圧変調部１４０に出力される。
ゲート電圧調整部１３０の比較器１３１では、エンベロープ信号の振幅と所定の閾値電圧との大小比較が行われる。そして、比較結果が、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ１が印加され、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値以上の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）が印加される。このようにして、エンベロープ信号の振幅に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が変化する。換言すると、エンベロープ信号の振幅に応じて、ハイパワーアンプ１５０のアイドル電流が変化し、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作したり、Ｃ級動作したりするようになる。
ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に応じて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。そして、ハイパワーアンプ１５０では、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づいて、ＲＦ信号が増幅される。
図３は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。同図において、Ｖｔｈは、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧と等しくなったときのドレイン電圧を示す。また、電圧Ｖ１は、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作するようなゲート電圧であり、電圧Ｖ２は、ハイパワーアンプ１５０がＣ級動作するような電圧である。したがって、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧より小さく、ドレイン電圧がＶｔｈ未満のときには、ゲート電圧に電圧Ｖ１が印加されるので、ハイパワーアンプ１５０に流れるアイドル電流が増加し、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作する。これにより、ハイパワーアンプ１５０の線形性が確保され利得が改善し、変調歪みを抑圧することができるようになる。
一方、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上であり、ドレイン電圧がＶｔｈ以上のときには、ゲート電圧に電圧Ｖ２が印加されるので、ハイパワーアンプ１５０に流れるアイドル電流は少なく、ハイパワーアンプ１５０はＣ級動作することになる。この間、ハイパワーアンプ１５０は高効率で動作する。
このようにすることで、ハイパワーアンプ１５０は、常にＡＢ級動作するのではなく、エンベロープ信号の振幅が小さいときにのみ瞬時的にＡＢ級動作するので、全電力における効率に対して与える影響を最小限に抑えることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器１００は、ハイパワーアンプ１５０の増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の振幅の大きさに応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を切り換えるようにしたので、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上の場合は、ゲート電圧を下げてアイドル電流が流れないようにしてハイパワーアンプ１５０をＣ級動作させることにより、電力増幅器１００全体の高効率を維持することができる。一方、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合は、ゲート電圧を上げてアイドル電流が流れるようにしてハイパワーアンプ１５０をＡＢ級動作させる。これにより、線形性が確保されるので利得が改善し、変調歪みを抑圧することができる。
なお、上述した説明では、比較器１３１にオペアンプ１３２を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る電力増幅器２００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器２００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部２１０を備えることにある。
図５に、ゲート電圧調整部２１０の要部構成を示す。図５において、ゲート電圧調整部２１０は、反転増幅回路２１１から成る。
反転増幅回路２１１は、例えば、オペアンプ２１２と抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備え、正相（＋）入力ピンは所定の閾値電圧に接続され、エンベロープ信号は、抵抗Ｒ１を経て逆相（−）入力ピンに印加される。エンベロープ信号が変化すると、その変化が逆極性の電圧となって、ゲート端子に印加される。このようにして、ゲート電圧調整部２１０は、エンベロープ信号の極性が反転した信号を、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加する。この結果、エンベロープ信号の極性が反転した信号に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が変化する。
図６は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。上述したように、ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。一方、ゲート電圧調整部２１０は、反転増幅回路２１１から成り、エンベロープ信号の極性が反転した反転信号が、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加される。したがって、ゲート電圧とドレイン電圧とは、極性が反転するため、図６に示すように、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さく、ゲート電圧が小さいほどドレイン電圧が大きくなる。
ゲート電圧が大きいとアイドル電流は増加する。ただし、本実施の形態では、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さいため、アイドル電流が増加しても、パワーアンプ１５０の消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができるようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器２００は、ハイパワーアンプ１５０の増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の極性が反転した信号に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を変化させるようにしたので、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さくなり、この結果、実施の形態１の効果に加えて、ゲート電圧が大きくアイドル電流が増加しても、ドレイン電圧が小さいので、ハイパワーアンプ１５０の消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができる。
なお、上述した説明では、反転増幅回路２１１にオペアンプ２１２を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る電力増幅器３００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器３００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部３１０を備えることにある。
図８に、ゲート電圧調整部３１０の要部構成を示す。なお、図８において、図６と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。図８において、ゲート電圧調整部３１０は、反転増幅回路２１１、及びスライス回路３１１を備える。
スライス回路３１１は、リミッタ回路であり、反転増幅回路２１１の出力信号の振幅が所定の閾値電圧Ｖ３以上又はＶ４以下の場合に（Ｖ３＞Ｖ４）、振幅をＶ３〜Ｖ４の間に制限する。
図９は、本実施の形態におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す。ドレイン電圧変調部１４０では、反転増幅回路２１１の出力信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。一方、ゲート電圧調整部３１０では、スライス回路３１１によって反転増幅回路２１１の出力信号の振幅に制限が加わり、制限後の出力信号の極性が反転した反転信号が、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加される。
このようにして、ゲート端子に印加される電源電圧に制限を加え、スライス回路３１１の所定の閾値電圧Ｖ３，Ｖ４をハイパワーアンプ１５０のゲート電圧として最適な値に設定するようにすることで、ハイパワーアンプ１５０が安定動作するようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器３００は、ゲート電圧調整部３１０にスライス回路３１１を設け、反転増幅回路２１１の出力信号の振幅に制限を加えるようにしたので、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧の電圧範囲を制限することができ、ハイパワーアンプ１５０を安定動作させることができる。
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４に係る電力増幅器４００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器４００は、ゲート電圧調整部１３０とハイパワーアンプ１５０のゲート端子との間にフィルタ４１０を備えることにある。
フィルタ４１０は、ゲート電圧調整部１３０の出力信号の信号波形を平滑化する。フィルタ４１０は、例えば、テーブル式や多項式方式を用いて信号処理で実現したフィルタであってもよいし、通常のＬＣフィルタや誘電体フィルタなどの物理的フィルタでもよい。
図１１に、本実施の形態におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す。ハイパワーアンプ１５０のゲート端子には、フィルタ４１０を経由したゲート電圧調整部１３０の出力信号が印加される。フィルタ４１０によって、ゲート電圧調整部１３０の出力信号の信号波形が鈍るので、図１１に示すように、閾値電圧Ｖｔｈの前後でドレイン電圧が変化する場合において、ゲート電圧はＶ１からＶ２に急激に変化するのではなく、Ｖ１からＶ２になだらかに変化するようになる。
一方、図３に示すように、閾値電圧Ｖｔｈの前後でドレイン電圧が変化する場合において、ゲート電圧がＶ１からＶ２に急激に変化する場合には、ハイパワーアンプ１５０の線形性が急激に変化し、これにより、歪みが劣化する可能性がある。したがって、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が急激に変化しないように、ゲート端子の前段にフィルタ４１０を設け、ゲート端子に印加される出力波形を鈍らせることにより、歪みが発生するのを防止し、また、ハイパワーアンプ１５０が発振するのを防止することができるようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器４００は、ゲート電圧調整部１３０とハイパワーアンプ１５０のゲート端子との間にフィルタ４１０を設け、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が急激に変化するのを防止することができるので、ハイパワーアンプ１５０の線形性の急激な変化による歪みの劣化を回避することができる。
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係る電力増幅器５００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器５００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部５１０を備えることにある。
図１３に、ゲート電圧調整部５１０の要部構成を示す。図１３において、ゲート電圧調整部５１０は、比較器５１１から成る。
比較器５１１は、ヒステリシス幅を有する比較器であり、例えば、オペアンプ２１２と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えるシュミット回路から成る。オペアンプ２１２の正相（＋）入力ピンは、所定の閾値電圧Ｖ０に接続され、エンベロープ信号は、逆相（−）入力ピンに印加される。エンベロープ信号の振幅が、所定の閾値電圧Ｖ０より十分に低い電圧であり、ゲート端子にはＶ１が印加されているものとする。このとき、Ｒ２の両端にはＶ０＋ＶＲ２という電圧が発生しているので、Ｖ０＋ＶＲ２が正相（＋）入力ピンの電圧となる。この電圧をＶｈｉｇｈとすると、エンベロープ信号の振幅が増大してこのＶｈｉｇｈを超えなければ、ゲート端子に印加される電圧は、Ｖ１からＶ２に減少しない。
これとは逆に、エンベロープ信号の振幅が正相（＋）入力ピンに対し十分に大きな電圧の場合には、ゲート端子には当然Ｖ２が印加され、抵抗Ｒ２の両端の電圧は−ＶＲ２となる。この場合には、正相（＋）入力ピンの電圧がＶ０−ＶＲ２になる。この電圧をＶｌｏｗとすると、Ｖｌｏｗより低い電圧にまでエンベロープ信号の振幅が減少しなければ、ゲート端子に印加される電圧は、Ｖ２からＶ１に増加しない。
図１４は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。上述したように、ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。ゲート電圧調整部５１０は、ヒステリシス幅を有する比較器５１１から成り、エンベロープ信号の振幅に関し、ゲート電圧はヒステリシスを形成する。つまり、図１４に示すように、ドレイン電圧に関し、ゲート電圧はヒステリシスを形成する。図１４において、ＶＤｈｉｇｈは、エンベロープ信号の振幅レベルがＶｈｉｇｈに等しくなるときのドレイン電圧であり、ＶＤｌｏｗは、エンベロープ信号の振幅レベルがＶｌｏｗに等しくなるときのドレイン電圧である。これにより、雑音等の影響を受け、エンベロープ信号の振幅レベルの変動に応じて、ドレイン電圧が閾値電圧Ｖｔｈの付近で微小変動するような場合において、エンベロープ信号の振幅レベルの変動量がヒステリシス電圧（Ｖｈｉｇｈ−Ｖｌｏｗ）の範囲内であれば、雑音等の影響がゲート端子に印加されるゲート電圧には現れなくなる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器５００は、増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の大きさを、ヒステリシス幅を有する比較器５１１を用いて比較した結果に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加する電圧の大きさを調整するようにした。これにより、エンベロープ信号の振幅レベルが増加してドレイン電圧が増加する場合に、ゲート電圧をより低い電圧Ｖ２に切り換えるときの電圧閾値Ｖｈｉｇｈと、エンベロープ信号の振幅レベルが減少してドレイン電圧が減少する場合に、ゲート電圧をより高い電圧Ｖ１に切り換えるときの電圧閾値Ｖｌｏｗとの間にヒステリシス電圧（Ｖｈｉｇｈ−Ｖｌｏｗ）が発生するので、エンベロープ信号が雑音等の影響を受け微小に変動するような場合においても、変動量がこのヒステリシス電圧の範囲内であれば、雑音等の影響を排除してエンベロープ信号の変動に伴ってゲート電圧が瞬時に変化するのを回避することができる。
なお、上述した説明では、ハイパワーアンプ１５０に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）型の増幅器を用いる場合について説明したが、ＦＥＴに限られず、バイポーラ型のトランジスタでもよい。その場合、上述した説明において、ゲート電圧はベース電圧に、ドレイン電圧はコレクタ電圧に対応させればよい。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、入力信号を増幅するパワーアンプと、前記入力信号のエンベロープを検波する包絡線検出手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記パワーアンプの電源端子に印加する電源電圧を形成する電圧変調手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段と、を具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプに流れるアイドル電流を増やしてパワーアンプの動作をＡＢ級動作させ、入力信号のエンベロープの振幅レベルが大きいときは、パワーアンプに流れるアイドル電流を絞ってパワーアンプの動作をＣ級動作させることができるので、パワーアンプがＡＢ級動作することにより電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルと所定の閾値とを比較すると共に、その出力側が前記パワーアンプの前記入力信号を入力する信号入力線路に接続された比較器を、具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルと所定の閾値との比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整することにより、パワーアンプに流れるアイドル電流を調整して、パワーアンプをＡＢ級動作させたり、Ｃ級動作させたりすることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記比較器の比較結果が、前記入力信号のエンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくし、前記比較器の比較結果が、前記エンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくする構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが所定の閾値電圧未満の場合、アイドル電流を増やし、入力信号のエンベロープの振幅レベルが所定の閾値電圧以上の場合、アイドル電流が絞ることができるので、入力信号の振幅レベルが小さい場合にのみ、パワーアンプをＡ級動作させ、必要以外の場合には、パワーアンプがＡ級動作するのを制限することができるので、パワーアンプがＡ級動作することにより、電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが大きいほど、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが小さいほど、前記入力信号の電圧レベルを大きくする構成を採る。
この構成によれば、エンベロープの振幅レベルが大きく、パワーアンプの電源端子に印加される電源電圧が大きいほど、アイドル電流を絞り、エンベロープの振幅レベルが小さく、パワーアンプの電源端子に印加される電源電圧が小さいほど、アイドル電流を増やすことができるので、パワーアンプの消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが第１の閾値以上の場合、当該振幅レベルを前記第１の閾値にクリッピングし、前記エンベロープの振幅レベルが第２の閾値以下の場合、当該振幅レベルを前記第２の閾値にクリッピングするクリッピング手段を、さらに具備する構成を採る。
この構成によれば、パワーアンプが増幅する入力信号の振幅レベルを、パワーアンプの安定動作範囲内に抑えることができるため、パワーアンプを安定動作させることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープを平滑化するフィルタを、さらに具備し、前記比較器は、前記フィルタ通過後の前記エンベロープの振幅レベルと前記所定の閾値とを比較する構成を採る。
この構成によれば、入力信号が雑音等の影響を受けて急激な変動を伴う場合に、フィルタにより、入力信号のエンベロープの振幅レベルの変動を除去し、エンベロープの振幅レベルの変動に基づいて、アイドル電流が急激に変動してパワーアンプの線形特性が急激に変化するのを回避することができので、線形特性の急激な変化に起因して発生する歪みを抑圧することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記比較器は、第１の閾値と前記第１の閾値より小さい第２の閾値との差分であるヒステリシス幅を有し、前記エンベロープの振幅レベルが前記第１の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが前記第２の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくする構成を採る。
この構成によれば、入力信号が雑音等の影響を受けてそのエンベロープが微小に変動するような場合においても、変動量がヒステリシス電圧の範囲内であれば、雑音等の影響を排除してエンベロープの変動に伴ってアイドル電流が瞬時に変動して、パワーアンプの線形特性が変化するのを回避することができるので、線形特性の変化に起因して発生する歪みを抑圧することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記パワーアンプは、電界効果型のトランジスタ、又は、バイポーラ型のトランジスタであり、前記電圧調整手段は、前記電界効果型のトランジスタのゲート端、又は、前記バイポーラ型のトランジスタのベース端に印加する前記入力信号の電圧レベルを調整する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルに基づいて、ゲート電圧、又は、ベース電圧を調整することにより、アイドル電流を調整することができるので、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプをＡＢ級動作させて、電力付加効率の劣化を最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明の電力増幅器は、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができ、例えば、エンベロープトラッキング型増幅器に有用である。
本発明は、例えば、エンベロープトラッキング型増幅器に適用される電力増幅器に関する。
移動体通信では、携帯端末を考慮した時、消費電力を出来るだけ小さく抑えるため、電力効率の高い増幅器が望まれる。近年、消費電力を抑える方法として、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）型増幅器が注目されている。
エンベロープトラッキング型増幅器は、振幅変化する変調波信号をそのまま電力増幅器に入力し、変調波のエンベロープに応じて、電力増幅器のドレイン電圧又はコレクタ電圧を変化させることで、電力増幅器を常に飽和に近い状態で動作させて高効率動作を実現する。
このエンベロープトラッキング型増幅器は、電源制御による振幅変調の機能を有しているため、広いダイナミックレンジで線形性の優れた振幅変調性能を得ることは極めて難しく、通常の使用状態では変調増幅信号に変調歪みなどが発生しやすいという課題がある。特に、移動体通信の基地局増幅装置などでは、隣接チャネルの漏洩電力の仕様が厳しくなっているため、変調歪みによる隣接チャネルへのノイズを抑圧することは極めて重要な課題となっており、このような変調歪みの発生は極力抑える必要がある。
特許文献１には、高いドレイン効率を維持しつつ、広いダイナミックレンジを得、かつ隣接チャネルへの漏洩電力を非常に小さくできる増幅器が開示されている。この増幅器では、ドレイン効率が良いことが最大のポイントであり、ドレイン電源に増幅器へのＲＦ入力信号の振幅情報（エンベロープ）で変調をかけて、増幅器を常に飽和動作で使うことにより、高いドレイン効率を維持している。
特開平３−１９８５１３号公報
しかしながら、特許文献１に開示される方法では、アイドル電流があまり流れず、増幅器が常にＣ級動作する場合は、大入力時に高効率化は出来ても小入力時に利得が劣化し非線形性となることから歪みが生じるという問題が発生する。このため、環境変動に弱く、また、歪み補償を行う必要が出てくる。一方、アイドル電流が多く流れ、増幅器が常にＡＢ級もしくはＢ級動作する場合には、ドレイン効率が低下してしまう。
本発明の目的は、エンベロープトラッキング型増幅器において、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができる電力増幅器を提供することである。
本発明の電力増幅器は、入力信号を増幅するパワーアンプと、前記入力信号のエンベロープを検波する包絡線検出手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記パワーアンプの電源端子に印加する電源電圧を形成する電圧変調手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段と、を具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプに流れるアイドル電流を増やしてパワーアンプの動作をＡＢ級動作させ、入力信号のエンベロープの振幅レベルが大きいときは、パワーアンプに流れるアイドル電流を絞ってパワーアンプの動作をＣ級動作させることができるので、パワーアンプがＡＢ級動作することにより電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明によれば、エンベロープトラッキング型増幅器において、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１に本実施の形態に係る電力増幅器の要部構成を示す。本実施の形態は、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Envelope Tracking）型のドレイン制御型増幅器に適用した例である。
図１において、電力増幅器１００は、歪補償部１１０、包絡線検波部１２０、ドレイン電圧変調部１４０、ゲート電圧調整部１３０、及びハイパワーアンプ１５０を備えて構成される。
歪補償部１１０は、ＲＦ信号を入力し、ハイパワーアンプ１５０の動作範囲を基に、ハイパワーアンプ１５０に出力されるＲＦ信号の特性歪みを予め補償する。
包絡線検波部１２０は、ＲＦ信号の包絡線を検波する。包絡線検波部１２０は、例えば、ダイオード検波によりＲＦ信号の包絡線を検波する。あるいは、包絡線検波部１２０は、ＩＱベースバンド信号のＩ成分及びＱ成分から振幅成分（√（Ｉ２＋Ｑ２））を算出するようにしても良い。包絡線検波部１２０は、得られたエンベロープ信号をゲート電圧調整部１３０及びドレイン電圧変調部１４０に出力する。
ゲート電圧調整部１３０は、所定の閾値電圧と、エンベロープ信号との大小を比較し、比較結果に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を切り換える。なお、ゲート電
圧調整部１３０の詳細な構成及びゲート電圧の切り換え方については、後述する。
ドレイン電圧変調部１４０は、エンベロープ信号に基づいて電源電圧を増幅し、増幅後の電源電圧をハイパワーアンプ１５０のドレイン端子へ印加する。
ハイパワーアンプ１５０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）型の増幅器であり、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づいて、入力信号であるＲＦ信号を増幅する。
図２に、ゲート電圧調整部１３０の要部構成を示す。図２において、ゲート電圧調整部１３０は、例えば、オペアンプ１３２とスイッチ１３３とを備える比較器１３１で構成される。比較器１３１は、所定の閾値電圧とエンベロープ信号との大小を比較し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ１を印加し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）を印加するように、スイッチ１３３を切り換える。このとき、電圧Ｖ１は、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作するようなゲート電圧とし、電圧Ｖ２は、ハイパワーアンプ１５０がＣ級動作するような電圧とする。
以下、上述のように構成された電力増幅器１００の動作について説明する。
まず、図示せぬベースバンド部及びＲＦ変調部において生成されたＲＦ信号に対し、包絡線検波部１２０によって包絡線検波が施され、得られたエンベロープ信号は、ゲート電圧調整部１３０及びドレイン電圧変調部１４０に出力される。
ゲート電圧調整部１３０の比較器１３１では、エンベロープ信号の振幅と所定の閾値電圧との大小比較が行われる。そして、比較結果が、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ１が印加され、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値以上の場合、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に電圧Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）が印加される。このようにして、エンベロープ信号の振幅に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が変化する。換言すると、エンベロープ信号の振幅に応じて、ハイパワーアンプ１５０のアイドル電流が変化し、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作したり、Ｃ級動作したりするようになる。
ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に応じて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。そして、ハイパワーアンプ１５０では、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づいて、ＲＦ信号が増幅される。
図３は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。同図において、Ｖｔｈは、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧と等しくなったときのドレイン電圧を示す。また、電圧Ｖ１は、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作するようなゲート電圧であり、電圧Ｖ２は、ハイパワーアンプ１５０がＣ級動作するような電圧である。したがって、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧より小さく、ドレイン電圧がＶｔｈ未満のときには、ゲート電圧に電圧Ｖ１が印加されるので、ハイパワーアンプ１５０に流れるアイドル電流が増加し、ハイパワーアンプ１５０がＡＢ級動作する。これにより、ハイパワーアンプ１５０の線形性が確保され利得が改善し、変調歪みを抑圧することができるようになる。
一方、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上であり、ドレイン電圧がＶｔｈ以上のときには、ゲート電圧に電圧Ｖ２が印加されるので、ハイパワーアンプ１５０に流れるアイドル電流は少なく、ハイパワーアンプ１５０はＣ級動作することになる。この間、
ハイパワーアンプ１５０は高効率で動作する。
このようにすることで、ハイパワーアンプ１５０は、常にＡＢ級動作するのではなく、エンベロープ信号の振幅が小さいときにのみ瞬時的にＡＢ級動作するので、全電力における効率に対して与える影響を最小限に抑えることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器１００は、ハイパワーアンプ１５０の増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の振幅の大きさに応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を切り換えるようにしたので、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上の場合は、ゲート電圧を下げてアイドル電流が流れないようにしてハイパワーアンプ１５０をＣ級動作させることにより、電力増幅器１００全体の高効率を維持することができる。一方、エンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満の場合は、ゲート電圧を上げてアイドル電流が流れるようにしてハイパワーアンプ１５０をＡＢ級動作させる。これにより、線形性が確保されるので利得が改善し、変調歪みを抑圧することができる。
なお、上述した説明では、比較器１３１にオペアンプ１３２を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る電力増幅器２００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器２００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部２１０を備えることにある。
図５に、ゲート電圧調整部２１０の要部構成を示す。図５において、ゲート電圧調整部２１０は、反転増幅回路２１１から成る。
反転増幅回路２１１は、例えば、オペアンプ２１２と抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備え、正相（＋）入力ピンは所定の閾値電圧に接続され、エンベロープ信号は、抵抗Ｒ１を経て逆相（−）入力ピンに印加される。エンベロープ信号が変化すると、その変化が逆極性の電圧となって、ゲート端子に印加される。このようにして、ゲート電圧調整部２１０は、エンベロープ信号の極性が反転した信号を、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加する。この結果、エンベロープ信号の極性が反転した信号に応じて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が変化する。
図６は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。上述したように、ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。一方、ゲート電圧調整部２１０は、反転増幅回路２１１から成り、エンベロープ信号の極性が反転した反転信号が、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加される。したがって、ゲート電圧とドレイン電圧とは、極性が反転するため、図６に示すように、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さく、ゲート電圧が小さいほどドレイン電圧が大きくなる。
ゲート電圧が大きいとアイドル電流は増加する。ただし、本実施の形態では、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さいため、アイドル電流が増加しても、パワーアンプ１５０の消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができるようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器２００は、ハイパワーアンプ１５０の増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の極性が反転した信号に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧を変化させるようにしたので、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧が小さくなり、この結果、実施の形態１の効果に加えて、ゲート電圧が大きくアイドル電流が増加しても、ドレイン電圧が小さいので、ハイパワーアンプ１５０の消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができる。
なお、上述した説明では、反転増幅回路２１１にオペアンプ２１２を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る電力増幅器３００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器３００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部３１０を備えることにある。
図８に、ゲート電圧調整部３１０の要部構成を示す。なお、図８において、図６と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。図８において、ゲート電圧調整部３１０は、反転増幅回路２１１、及びスライス回路３１１を備える。
スライス回路３１１は、リミッタ回路であり、反転増幅回路２１１の出力信号の振幅が所定の閾値電圧Ｖ３以上又はＶ４以下の場合に（Ｖ３＞Ｖ４）、振幅をＶ３〜Ｖ４の間に制限する。
図９は、本実施の形態におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す。ドレイン電圧変調部１４０では、反転増幅回路２１１の出力信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。一方、ゲート電圧調整部３１０では、スライス回路３１１によって反転増幅回路２１１の出力信号の振幅に制限が加わり、制限後の出力信号の極性が反転した反転信号が、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加される。
このようにして、ゲート端子に印加される電源電圧に制限を加え、スライス回路３１１の所定の閾値電圧Ｖ３，Ｖ４をハイパワーアンプ１５０のゲート電圧として最適な値に設定するようにすることで、ハイパワーアンプ１５０が安定動作するようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器３００は、ゲート電圧調整部３１０にスライス回路３１１を設け、反転増幅回路２１１の出力信号の振幅に制限を加えるようにしたので、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧の電圧範囲を制限することができ、ハイパワーアンプ１５０を安定動作させることができる。
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４に係る電力増幅器４００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器４００は、ゲート電圧調整部１３０とハイパワーアンプ１５０のゲート端子との間にフィルタ４１０を備えることにある。
フィルタ４１０は、ゲート電圧調整部１３０の出力信号の信号波形を平滑化する。フィルタ４１０は、例えば、テーブル式や多項式方式を用いて信号処理で実現したフィルタであってもよいし、通常のＬＣフィルタや誘電体フィルタなどの物理的フィルタでもよい。
図１１に、本実施の形態におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す。ハイパワーアンプ１５０のゲート端子には、フィルタ４１０を経由したゲート電圧調整部１３０の出力信号が印加される。フィルタ４１０によって、ゲート電圧調整部１３０の出力信号の信号波形が鈍るので、図１１に示すように、閾値電圧Ｖｔｈの前後でドレイン電圧が変化する場合において、ゲート電圧はＶ１からＶ２に急激に変化するのではなく、Ｖ１からＶ２になだらかに変化するようになる。
一方、図３に示すように、閾値電圧Ｖｔｈの前後でドレイン電圧が変化する場合において、ゲート電圧がＶ１からＶ２に急激に変化する場合には、ハイパワーアンプ１５０の線形性が急激に変化し、これにより、歪みが劣化する可能性がある。したがって、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が急激に変化しないように、ゲート端子の前段にフィルタ４１０を設け、ゲート端子に印加される出力波形を鈍らせることにより、歪みが発生するのを防止し、また、ハイパワーアンプ１５０が発振するのを防止することができるようになる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器４００は、ゲート電圧調整部１３０とハイパワーアンプ１５０のゲート端子との間にフィルタ４１０を設け、ハイパワーアンプ１５０のゲート電圧が急激に変化するのを防止することができるので、ハイパワーアンプ１５０の線形性の急激な変化による歪みの劣化を回避することができる。
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係る電力増幅器５００の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態１との相違点は、本実施の形態の電力増幅器５００は、ゲート電圧調整部１３０に代え、ゲート電圧調整部５１０を備えることにある。
図１３に、ゲート電圧調整部５１０の要部構成を示す。図１３において、ゲート電圧調整部５１０は、比較器５１１から成る。
比較器５１１は、ヒステリシス幅を有する比較器であり、例えば、オペアンプ２１２と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えるシュミット回路から成る。オペアンプ２１２の正相（＋）入力ピンは、所定の閾値電圧Ｖ０に接続され、エンベロープ信号は、逆相（−）入力ピンに印加される。エンベロープ信号の振幅が、所定の閾値電圧Ｖ０より十分に低い電圧であり、ゲート端子にはＶ１が印加されているものとする。このとき、Ｒ２の両端にはＶ０＋ＶＲ２という電圧が発生しているので、Ｖ０＋ＶＲ２が正相（＋）入力ピンの電圧となる。この電圧をＶｈｉｇｈとすると、エンベロープ信号の振幅が増大してこのＶｈｉｇｈを超えなければ、ゲート端子に印加される電圧は、Ｖ１からＶ２に減少しない。
これとは逆に、エンベロープ信号の振幅が正相（＋）入力ピンに対し十分に大きな電圧の場合には、ゲート端子には当然Ｖ２が印加され、抵抗Ｒ２の両端の電圧は−ＶＲ２となる。この場合には、正相（＋）入力ピンの電圧がＶ０−ＶＲ２になる。この電圧をＶｌｏｗとすると、Ｖｌｏｗより低い電圧にまでエンベロープ信号の振幅が減少しなければ、ゲート端子に印加される電圧は、Ｖ２からＶ１に増加しない。
図１４は、ドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図である。上述したように、ドレイン電圧変調部１４０では、エンベロープ信号の変化に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のドレイン端子に印加される電源電圧が同期して増幅される。ゲート電圧調整部５１０は、ヒステリシス幅を有する比較器５１１から成り、エンベロープ信号の振幅に関し、ゲート電圧はヒステリシスを形成する。つまり、図１４に示すように、ドレイン電圧に関し、ゲート電圧はヒステリシスを形成する。図１４において、ＶＤｈｉｇｈは、エンベロープ信号の振幅レベルがＶｈｉｇｈに等しくなるときのドレイン電圧であり、ＶＤｌｏｗは、エンベロープ信号の振幅レベルがＶｌｏｗに等しくなるときのドレイン電圧である。これにより、雑音等の影響を受け、エンベロープ信号の振幅レベルの変動に応じて、ドレイン電圧が閾値電圧Ｖｔｈの付近で微小変動するような場合において、エンベロープ信号の振幅レベルの変動量がヒステリシス電圧（Ｖｈｉｇｈ−Ｖｌｏｗ）の範囲内であれば、雑音等の影響がゲート端子に印加されるゲート電圧には現れなくなる。
以上のように、本実施の形態によれば、電力増幅器５００は、増幅の対象であるＲＦ信号のエンベロープ信号の大きさを、ヒステリシス幅を有する比較器５１１を用いて比較した結果に基づいて、ハイパワーアンプ１５０のゲート端子に印加する電圧の大きさを調整するようにした。これにより、エンベロープ信号の振幅レベルが増加してドレイン電圧が増加する場合に、ゲート電圧をより低い電圧Ｖ２に切り換えるときの電圧閾値Ｖｈｉｇｈと、エンベロープ信号の振幅レベルが減少してドレイン電圧が減少する場合に、ゲート電圧をより高い電圧Ｖ１に切り換えるときの電圧閾値Ｖｌｏｗとの間にヒステリシス電圧（Ｖｈｉｇｈ−Ｖｌｏｗ）が発生するので、エンベロープ信号が雑音等の影響を受け微小に変動するような場合においても、変動量がこのヒステリシス電圧の範囲内であれば、雑音等の影響を排除してエンベロープ信号の変動に伴ってゲート電圧が瞬時に変化するのを回避することができる。
なお、上述した説明では、ハイパワーアンプ１５０に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）型の増幅器を用いる場合について説明したが、ＦＥＴに限られず、バイポーラ型のトランジスタでもよい。その場合、上述した説明において、ゲート電圧はベース電圧に、ドレイン電圧はコレクタ電圧に対応させればよい。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、入力信号を増幅するパワーアンプと、前記入力信号のエンベロープを検波する包絡線検出手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記パワーアンプの電源端子に印加する電源電圧を形成する電圧変調手段と、前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段と、を具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプに流れるアイドル電流を増やしてパワーアンプの動作をＡＢ級動作させ、入力信号のエンベロープの振幅レベルが大きいときは、パワーアンプに流れるアイドル電流を絞ってパワーアンプの動作をＣ級動作させることができるので、パワーアンプがＡＢ級動作することにより電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルと所定の閾値とを比較すると共に、その出力側が前記パワーアンプの前記入力信号を入力する信号入力線路に接続された比較器を、具備する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルと所定の閾値との比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整することにより、パワーアンプに流れるアイ
ドル電流を調整して、パワーアンプをＡＢ級動作させたり、Ｃ級動作させたりすることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記比較器の比較結果が、前記入力信号のエンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくし、前記比較器の比較結果が、前記エンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくする構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルが所定の閾値電圧未満の場合、アイドル電流を増やし、入力信号のエンベロープの振幅レベルが所定の閾値電圧以上の場合、アイドル電流が絞ることができるので、入力信号の振幅レベルが小さい場合にのみ、パワーアンプをＡ級動作させ、必要以外の場合には、パワーアンプがＡ級動作するのを制限することができるので、パワーアンプがＡ級動作することにより、電力付加効率が劣化するのを最小限に抑えることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが大きいほど、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが小さいほど、前記入力信号の電圧レベルを大きくする構成を採る。
この構成によれば、エンベロープの振幅レベルが大きく、パワーアンプの電源端子に印加される電源電圧が大きいほど、アイドル電流を絞り、エンベロープの振幅レベルが小さく、パワーアンプの電源端子に印加される電源電圧が小さいほど、アイドル電流を増やすことができるので、パワーアンプの消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化を防止することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが第１の閾値以上の場合、当該振幅レベルを前記第１の閾値にクリッピングし、前記エンベロープの振幅レベルが第２の閾値以下の場合、当該振幅レベルを前記第２の閾値にクリッピングするクリッピング手段を、さらに具備する構成を採る。
この構成によれば、パワーアンプが増幅する入力信号の振幅レベルを、パワーアンプの安定動作範囲内に抑えることができるため、パワーアンプを安定動作させることができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記電圧調整手段は、前記エンベロープを平滑化するフィルタを、さらに具備し、前記比較器は、前記フィルタ通過後の前記エンベロープの振幅レベルと前記所定の閾値とを比較する構成を採る。
この構成によれば、入力信号が雑音等の影響を受けて急激な変動を伴う場合に、フィルタにより、入力信号のエンベロープの振幅レベルの変動を除去し、エンベロープの振幅レベルの変動に基づいて、アイドル電流が急激に変動してパワーアンプの線形特性が急激に変化するのを回避することができので、線形特性の急激な変化に起因して発生する歪みを抑圧することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記比較器は、第１の閾値と前記第１の閾値より小さい第２の閾値との差分であるヒステリシス幅を有し、前記エンベロープの振幅レベルが前記第１の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが前記第２の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくする構成を採る。
この構成によれば、入力信号が雑音等の影響を受けてそのエンベロープが微小に変動するような場合においても、変動量がヒステリシス電圧の範囲内であれば、雑音等の影響を排除してエンベロープの変動に伴ってアイドル電流が瞬時に変動して、パワーアンプの線形特性が変化するのを回避することができるので、線形特性の変化に起因して発生する歪みを抑圧することができる。
本発明の電力増幅器の一つの態様は、前記パワーアンプは、電界効果型のトランジスタ、又は、バイポーラ型のトランジスタであり、前記電圧調整手段は、前記電界効果型のトランジスタのゲート端、又は、前記バイポーラ型のトランジスタのベース端に印加する前記入力信号の電圧レベルを調整する構成を採る。
この構成によれば、入力信号のエンベロープの振幅レベルに基づいて、ゲート電圧、又は、ベース電圧を調整することにより、アイドル電流を調整することができるので、入力信号のエンベロープの振幅レベルが小さいときにのみ、パワーアンプをＡＢ級動作させて、電力付加効率の劣化を最小限に抑えつつ、小入力時においても線形性を保ち、非線形性による歪みの発生を低減することができる。
本発明の電力増幅器は、高効率を維持しつつ、小入力時においても非線形性歪みの発生を低減することができ、例えば、エンベロープトラッキング型増幅器に有用である。
本発明の実施の形態１に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態１に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態１におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態２に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態２におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態３に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態３に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態３におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態４に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態４におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図 本発明の実施の形態５に係る電力増幅器の要部構成を示すブロック図 実施の形態５に係るゲート電圧調整部の要部構成を示す回路図 実施の形態５におけるドレイン電圧とゲート電圧との関係を示す図

Claims (8)

  1. 入力信号を増幅するパワーアンプと、
    前記入力信号のエンベロープを検波する包絡線検出手段と、
    前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記パワーアンプの電源端子に印加する電源電圧を形成する電圧変調手段と、
    前記エンベロープの振幅レベルに基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段と、
    を具備する電力増幅器。
  2. 前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルと所定の閾値とを比較すると共に、その出力側が前記パワーアンプの前記入力信号を入力する信号入力線路に接続された比較器を、具備する
    請求項１に記載の電力増幅器。
  3. 前記電圧調整手段は、前記比較器の比較結果が、前記エンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくし、前記比較器の比較結果が、前記エンベロープの振幅レベルが前記所定の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくする
    請求項２に記載の電力増幅器
  4. 前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが大きいほど、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが小さいほど、前記入力信号の電圧レベルを大きくする
    請求項１に記載の電力増幅器。
  5. 前記電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅レベルが第１の閾値以上の場合、当該振幅レベルを前記第１の閾値にクリッピングし、前記エンベロープの振幅レベルが第２の閾値以下の場合、当該振幅レベルを前記第２の閾値にクリッピングするクリッピング手段を、さらに具備する
    請求項２に記載の電力増幅器。
  6. 前記電圧調整手段は、前記エンベロープを平滑化するフィルタを、さらに具備し、
    前記比較器は、前記フィルタ通過後の前記エンベロープの振幅レベルと前記所定の閾値とを比較する
    請求項２に記載の電力増幅器。
  7. 前記比較器は、第１の閾値と前記第１の閾値より小さい第２の閾値との差分であるヒステリシス幅を有し、前記エンベロープの振幅レベルが前記第１の閾値以上の場合、前記入力信号の電圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振幅レベルが前記第２の閾値未満の場合、前記入力信号の電圧レベルを大きくする
    請求項２に記載の電力増幅器。
  8. 前記パワーアンプは、電界効果型のトランジスタ、又は、バイポーラ型のトランジスタであり、
    前記電圧調整手段は、前記電界効果型のトランジスタのゲート端、又は、前記バイポーラ型のトランジスタのベース端に印加する前記入力信号の電圧レベルを調整する
    請求項１に記載の電力増幅器。

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