JPWO2009066353A1 - 電力増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
歪みを持つためにその出力信号は歪む。この歪みを許容範囲に留めるため、高いピーク出力電力を持つ、電力増幅器を使う必要がある。即ち、線形性を保つため、大きなバックオフをとらねばならず、このことは電力効率を下げることになり、特に移動端末には非常に不便である(通話時間が非常に短くなってしまう)。このため、ピーク電力からかなり低い電力にいたるまで(広いダイナミックレンジ)にわたって、効率が低下しない電力増幅器の実現が望まれる。
1.LINC(図1A):2台の増幅器を一定の、かつ、大きな振幅で駆動して飽和動作させ出力電力を合成して出力する。それぞれの入力の位相を変化させることにより出力の振幅が変化する。
2.Dohertyのアンプ(図1B):mainアンプとauxiliaryアンプよりなる二台のアンプを有し、mainアンプの入力よりλ/4遅れた信号をauxiliaryアンプに入力し、mainアンプの出力をλ/4遅らせてauxiliaryアンプの出力に合成する。通常、mainアンプはA〜AB級、auxiliaryアンプはB級で動作させる。入力電力を上げていくと、mainアンプが先に飽和動作を開始し、高い効率を与える。
3.ET、EER(図1C):アンプを飽和動作させながら電源電圧を変動させて出力に振幅変調信号を得る。
1.LINC:二台のアンプの出力を効率よく合成するのが難しい。
2.Dohertyのアンプ:各アンプの入/出力の電力整合器、出力の電力合成器には損失の低い線形回路が用いられる。しかるに、各増幅器の入出力インピーダンスと入力から出力への位相・振幅伝達特性は、信号の大きさによって変化し、特に小さな電力での効率を上げるために、バイアス電流を小さくした場合に、この変化は大きくなる。ここで生じる入出力インピーダンスと入力から出力への位相・振幅伝達特性の変化には、線形の電力整合器、出力の電力合成器では追随できず、信号電力が変化すると効率が低下する。また、広い電力範囲で動作させるため出力電力が低いところで飽和して、いち早く高い効率を得る小さな増幅器と、大きな電力を出力できる大きな増幅器とを組み合わせて用いることが行なわれる。このとき、大小の増幅器に用いる素子のサイズが大きく異なる場合、大小の増幅器に入力する電力が同じでは、小さい側の素子が破壊する危険がある。
本発明の第1の側面における電力増幅器は、ドハティ型の電力増幅器において、第1のアンプと、該第1のアンプに並列に接続された、該第1のアンプより出力電力の小さい第2のアンプと、該第2のアンプの入力側に設けられた、該第2のアンプへの入力信号の振幅が所定値以上の場合にクリッピングするクリッピング手段とを備える。
Doherty型アンプで、carrier(main)アンプ、peak(auxiliary)アンプの出力電力の大きさの比を数倍以上(7〜10倍)にとると高効率電力レンジを広げることが可能だが、carrierアンプ側の小さなトランジスタが過入力となると破壊する危険がある。本実施形態では、carrierアンプ入力をクリップすることで、この過入力から保護することができる。すなわち、carrierアンプとpeakアンプを設けるのは、入力が小さいときは、carrierアンプが動作し、入力が大きくなるとpeakアンプの方が動作するように構成されており、carrierアンプとpeakアンプとの出力電力の大きさの比を大きくとると、carrierアンプの担当する入力電力の大きさとpeakアンプの担当する入力電力の大きさを合わせた幅が広がるので、ダイナミックレンジが広がる。
carrierアンプ12とpeakアンプ13とからなるDoherty回路は一般的に、伝送線路によるインピーダンス変換器(λ/4遅延線10、11)が実装基板上に設けられ、その基板の形状(厚さや設計手法(coplaner/microstrip-line等))、物性(誘電率)により決まる一定面積を専有するので、インピーダンスが発生し、特に移動機に使用する際に問題となる。そこで、carrierアンプ12とpeakアンプ13の出力をBalunを用いて、電力合成を行なうようにするとよい。図3では、電力合成器であるBalunと、carrierアンプ12、peakアンプ13が示されている。carrierアンプ12への入力1とpeakアンプ13への入力2とは、図2では、同じ信号を分岐したものであるが、別々に生成された、同期した同じ信号であっても良い。
図4は、激しくクリップされた場合に生ずる反射波が入力端子に戻ることを防ぐためにアイソレータ15を用いた例である。アイソレータ15は、クリッピング回路14の入力側に設けられている。クリッピング回路14が、激しくクリッピングすると、クリッピング回路14そのものは容量と同じになるので、そこで、反射波が生じる。反射波は、アイソレータ15によってグランドに流される。これにより、反射波が入力に対して位相差をもって伝搬することにより、回路全体に悪影響を与えるのを避けることが出来る。
図9に示す例では、carrierアンプの過大電力破壊(過電圧/過電流)をアンプの入力回路により防止する。図中、''C'' は carrierアンプ, ``P'' は peakアンプである。carrierアンプとpeakアンプの入力には、それぞれ容量c1、c2が設けられ、出力には、インダクタンスle11、le21と容量ce11、ce21が設けられている。また、peakアンプの入力側λ/4遅延線は、35Ω、carrierアンプの出力側λ/4遅延線は、30Ωとしている。容量c1、c2は、DCブロック、cel1、cel2、le11、le21は、負荷回路である。
図10Aに示す通り carrierアンプの入力インピーダンスは、入力電力が小さい時におよそ 50 Ωであり、50 Ωの信号源から効率良く信号が carrierアンプに入力される。入力信号電力が大きくなると入力インピーダンスがより高くなる事によりcarrierアンプの入力経路に侵入する信号電力の比率は低くなる。したがって、carrierアンプの入力インピーダンスは、入力電力が小さいときに信号源のインピーダンス程度に設定し、入力電力が大きくなるに従い、信号源のインピーダンスより高くなるように設計する。
Claims (10)
- ドハティ型の電力増幅器において、
第1のアンプと、
該第1のアンプに並列に接続された、該第1のアンプより出力電力の小さい第2のアンプと、
該第2のアンプの入力側に設けられた、該第2のアンプへの入力信号の振幅が所定値以上の場合にクリッピングするクリッピング手段と、
を備えることを特徴とする電力増幅器。 - 前記クリッピング手段は、方向の違うダイオードを並列に接続したものであることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
- 前記第2のアンプの入力側の前記クリッピング手段の前段に、アイソレータを備えた個を特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
- 前記第2のアンプの入力側の前記クリッピング手段の前段に、信号の位相をλ/4だけ遅延させるλ/4遅延線を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
- 前記第1のアンプの入力側に、信号の位相をλ/4だけ遅延させる第2のλ/4遅延線を備えることを特徴とする請求項4に記載の電力増幅器。
- 前記第1のアンプの入力側に、ドハティ側電力増幅器として設けられる遅延線を取り除いて、ドライバーアンプを備えることを特徴とする請求項4に記載の電力増幅器。
- 前記第1のアンプの入力側の前記クリッピング手段の前段に、アンプを備えることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
- 前記第2のアンプの入力側に、アンプを備えることを特徴とする請求項7に記載の電力増幅器。
- 前記第1及び第2のアンプの出力の合成にバランを用いることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
- ドハティ型の電力増幅器において、
信号の振幅が小さいときは、入力インピーダンスが信号源のインピーダンスと同等で、信号の振幅が大きくなるに従い、入力インピーダンスが次第に大きくなる第1のアンプと、
入力インピーダンスが信号源のインピーダンスと同等で、該第1のアンプに並列に接続された第2のアンプと、
を備えることを特徴とする電力増幅器。
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