WO2008075561A1

WO2008075561A1 - 電力増幅装置

Info

Publication number: WO2008075561A1
Application number: PCT/JP2007/073504
Authority: WO
Inventors: Kazuhisa Yamauchi; Yuji Sakai; Koichi Fujisaki; Akira Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2008-06-26
Also published as: EP2101409A4; CN101563840A; EP2101409B1; KR20090086626A; US7893770B2; JPWO2008075561A1; CN101563840B; EP2101409A1; US20100079210A1; KR101107888B1

Abstract

　ドレイン電圧を出力する直流電源と、並列接続されたキャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、ＲＦ信号を増幅するドハティ増幅器と、出力電力が所定値以下の場合には低電圧を出力するように第１の指令を出力し、前記出力電力が前記所定値より大きい場合には高電圧を出力するように第２の指令を出力する電圧制御回路と、前記第１の指令に基づき、前記ドレイン電圧をそれより低い電圧に変換して前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加し、前記第２の指令に基づき、前記ドレイン電圧をそのまま前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加する電圧変換回路とを設けた。

Description

明細書

電力増幅装置

技術分野

[0001] この発明は、地上系セルラー通信における携帯電話や、衛星通信における通信端末装置等の無線通信装置に使用され、高効率化が要求される電力増幅装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の高効率の電力増幅装置は、キャリア増幅器とピーク増幅器を組み合せたドハティ増幅器により構成されている（例えば、非特許文献 1参照）。キャリア増幅器は、入力信号が小さいとき（以下、「小信号時」という。）に線形性を確保するために、ピーク増幅器は、入力信号が大きいとき（以下、「大信号時」という。）に飽和電力を確保するために使用される。ドハティ増幅器に入力された入力信号は 2つに分配され、一方はキャリア増幅器に入力され、もう一方はピーク増幅器に入力される。キャリア増幅器は、通常、 A級から AB級ないしは B級にバイアスされるため、入力信号のレベルに関わらず増幅を行ない出力する。ピーク増幅器は、通常、 C級にバイアスされるため、小信号時は非動作状態となり、大信号時には動作状態となって信号を増幅し出力する。即ち、小信号時はキャリア増幅器のみの動作となるので、高効率動作となり、大信号時はキャリア増幅器とピーク増幅器の出力が合成されるので高い飽和電力が確保される。

[0003] 非特許文献 1：中山正敏、高木直著"電力増幅器の低歪み，高効率化の手法"、 MW E2004 Microwave Workshops Digest. P575— 584

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかし、効率が良いとされるドハティ増幅器による電力増幅装置であっても、大信号時の効率に比較して、小信号時の電力効率は大きく低下しているという問題点があつた。とくに、近年では、携帯電話等の移動体通信端末装置は、広い出力電力範囲で使用する通信方式を採用する例が多ぐ小信号時の電力効率の改善は 1つの課題となっている。

[0005] この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、地上系セルラー通信における携帯電話や、衛星通信における通信端末装置等の無線通信装置に使用される電力増幅装置であって、小信号時にも電力効率の良い電力増幅装置を得るものである。

課題を解決するための手段

[0006] この発明に係る電力増幅装置は、第 1のドレイン電圧を出力する直流電源と、並列接続されたキャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、 RF信号を増幅するドハティ増幅器と、出力電力が所定値以下の場合には低電圧を出力するように第 1の指令を出力し、前記出力電力が前記所定値より大きい場合には高電圧を出力するように第 2 の指令を出力する電圧制御回路と、前記第 1の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加し、前記第 2の指令に基づき、前記第 1 のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加する電圧変換回路とを設けたものである。

発明の効果

[0007] この発明に係る電力増幅装置は、出力電力が所定値以下の場合にはドレイン端子に低電圧を、出力電力が所定値より大きい場合にはドレイン端子に高電圧を印加するので、小信号時には低電圧で動作することで電力効率を向上することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

[図 2]この発明の実施例 1に係る電力増幅装置のドハティ増幅器のキャリア増幅器の回路構成を示す図である。

[図 3]この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の FETの動作点の設定を示す図であ [図 4]この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の低電圧動作及び高電圧動作の場合の入力電力と出力電力の関係を示すグラフである。

[図 5]この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の低電圧動作及び高電圧動作の場合の出力電力とドレイン効率の関係を示すグラフである。

園 6]キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子への印加電圧を 3段階以上に切り替えた場合の出力電力とドレイン効率の関係を示すグラフである。

園 7]この発明の実施例 2に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

園 8]この発明の実施例 3に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

園 9]この発明の実施例 3に係る電力増幅装置のピーク増幅器のバイアス点近傍のゲート電圧ドレイン電流特性を示すグラフである。

園 10]この発明の実施例 4に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

園 11]この発明の実施例 4に係る電力増幅装置の出力電力とドレイン効率の関係を

[図 12]この発明の実施例 5に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] この発明の実施例 1から実施例 5までについて以下説明する。

実施例 1

[0010] この発明の実施例 1に係る電力増幅装置について図 1から図 6までを参照しながら説明する。図 1は、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

[0011] 図 1において、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置は、ドレイン電圧 Vdを出力する直流電源 10と、この直流電源 10からの電圧を可変出力する電圧変換回路 30と、出力電力情報に基づき電圧変換回路 30を制御する電圧制御回路 50と、 RF入力端子 1からの RF入力信号を増幅して RF出力端子 2から出力するドハティ増幅器 60とが設けられている。

[0012] また、図 1において、電圧変換回路 30は、直流電源 10の出力先を切替えるスイツチ 31と、入力される直流電源 10の電圧をそれより低い電圧に変換する電圧変換器 3 2とが設けられている。このスィッチ 31は、直流電源 10の出力電圧を電圧変換器 32 により電圧変換してドハティ増幅器 60へ出力する経路と、直流電源 10の出力電圧をそのままドハティ増幅器 60へ出力する経路の切り替えを行う。

[0013] 電圧変換回路 30は、出力電力情報による出力電力が高いときには高電圧を、出力電力が低いときには低電圧を出力するように電圧制御回路 50により制御される。

[0014] さらに、図 1において、ドノ、ティ増幅器 60は、キャリア増幅器 61と、このキャリア増幅器 61の出力側に設けた 1/4波長線路 62と、後述するピーク増幅器の入力側に設けた 1/4波長線路 63と、ピーク増幅器 64とから構成されている。直流電源 10の出力電圧は、電圧変換回路 30を介して、ドハティ増幅器 60内のキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64に給電される。

[0015] 図 2は、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置のドハティ増幅器のキャリア増幅器の回路構成を示す図である。

[0016] キャリア増幅器 61には、 FET (Field Effect Transistor)又はバイポーラ 'トランジスタが用いられ、 FETの場合の回路構成を図 2に示す。なお、ピーク増幅器 64の回路構成も同様である。 FETのソース端子 Sを接地し、 RF入力端子 1を FETのゲート端子 G に接続し、このゲート端子 Gをゲート電圧 Vgによりバイアスする。ドレイン端子 Dは RF 出力端子 2に接続されており、ドレイン電圧 Vdを印加する。

[0017] ここでは、 FETに対するバイアス設定等について説明する力バイポーラ 'トランジスタを用いた場合も同様である。つまり、ェミッタ端子 Eを接地し、ベース端子 Bを RF 入力端子 1に接続し、コレクタ端子 Cを RF出力端子 2に接続する。そして、ベース端子 Bのバイアス設定により、キャリア増幅器 61を A級動作（又は AB級ないし B級動作 )させ、ピーク増幅器 64を C級動作させることができる。このとき、バイポーラ 'トランジスタのコレクタ端子 Cは、 FETのドレイン端子 Dに対応する。以下では、 FETの場合について説明する力 S、バイポーラ 'トランジスタのコレクタ端子 Cへの電圧印加は、 FE Tのドレイン端子 Dへの電圧印加と同様に行うことができる。すなわち、明細書全体を通じて、キャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64が、ノィポーラ'トランジスタの場合には、 FETのソース端子 S、ゲート端子 G、及びドレイン端子 Dを、それぞれバイポーラ' トランジスタのェミッタ端子 E、ベース端子 B、及びコレクタ端子 Cと読み替えればよい

[0018] つぎに、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しな力 ¾説明する。

[0019] 図 3は、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の FETの動作点の設定を示す図である。また、図 4は、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の低電圧動作及び高電圧動作の場合の入力電力と出力電力の関係を示すグラフである。図 5は、この発明の実施例 1に係る電力増幅装置の低電圧動作及び高電圧動作の場合の出力電力とドレイン効率の関係を示すグラフである。さらに、図 6は、キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子への印加電圧を 3段階以上に切り替えた場合の出力電力とドレイン効率の関係を示すグラフである。

[0020] まず、ドハティ増幅器 60の動作について説明する。 RF入力端子 1から入力された RF信号は 2つに分配され、一方はキャリア増幅器 61に、もう一方はピーク増幅器 64 に入力される。キャリア増幅器 61は、通常 A級力 AB級ないし B級にバイアスされるため、入力された RF信号のレベルに関わらず増幅を行い出力する。ピーク増幅器 6 4は、通常 C級にバイアスされるため、小信号時には非動作状態となり、また大信号時には動作状態となり信号を増幅し出力する。

[0021] キャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン電圧 Vdは、直流電源 10及び電圧変換回路 30により設定される。図 3は FETの動作点設定を表す模式図であり、キャリア増幅器 61は図中の A点に、ピーク増幅器 64は図中の C点に動作点が来るようにゲート電圧 Vgを設定する。図 3に示すように、 A級動作点はドレイン電流 Idが約 Ids s/2となる位置にあり、 C級動作点は Idがほぼ 0となる位置にある。ここで、 Idssは、ゲート電圧を 0としたときのドレイン電流値を表す。 AB級及び B級と!/、われる動作点は動作点 Aと Cとの間に位置する。キャリア増幅器 61はゲート電圧 Vgの設定により A 点に設定して A級動作とし、ピーク増幅器 64はゲート電圧 Vgの設定により C点に設定して C級動作とする。

[0022] 図 1において、電圧制御回路 50には出力電力情報が入力されており、この出力電力情報に基づき電圧制御回路 50は電圧変換回路 30を制御する。出力電力情報は、この電力増幅装置が出力する RF信号の出力電力を表す情報である。出力電力が所定値以下の場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 31を a側に接続するように指令する（第 1の指令を出力する）。電圧変換器 32は、入力される直流電源 10の電圧をそれより低い電圧に変換し、その低い電圧をキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 6 4のドレイン端子 Dに印加し、低電圧により動作させる（以下、「低電圧動作」と呼ぶ）。

[0023] 一方、出力電力が所定値より大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 31を b 側に接続するよう指令する（第 2の指令を出力する）。電圧変換回路 30は、直流電源 10の電圧をキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加し、高電圧により動作させる（以下、「高電圧動作」と呼ぶ)。

[0024] 低電圧動作及び高電圧動作の場合の入力電力と出力電力の関係を図 4に、出力電力とドレイン効率の関係を図 5に示す。ここで、ドレイン効率 Edは、出力電力を Pou t、直流電源 10の消費電力を Pdcとして、 Ed= 100 X (Pout/Pdc) [%]により表される。図 4により、低電圧動作の場合には、高電圧動作の場合に比べて出力電力が低くなるものの、図 5により、低電圧動作の方がドレイン効率は高くなる。この特性を用いて、出力電力が所定値以下の場合には低電圧で動作させ、出力電力が所定値より大き!/、場合には高電圧で動作させる。

[0025] 例えば、電力増幅装置の最大出力電力仕様を 34dBmとした場合に、最大出力電力の一 6dB値である 28dBmを所定値として動作させる。このとき、出力電力が所定値である 28dBm以下では、電圧変換器 32によって変換して得られた低電圧力キヤリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加されることにより低電圧で動作し、低出力状態において高いドレイン効率を得ることができる。

[0026] 出力電力が所定値である 28dBmより大きい場合では、直流電源 10の電圧が、キヤリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加されることにより高電圧で動作し、高出力状態にぉレ、て高レ、飽和電力を確保することができる。

[0027] 図 4及び図 5中に示した矢印は、出力電力 28dBmを境とする低出力状態から高出力状態への動作点の移行を表しており、逆に高出力状態から低出力状態への動作点の移行は矢印と逆向きになる。図 4に示すように、出力電力 28dBmでの出力電力を連続とするために、低電圧動作時の入力電力に対して、高電圧動作時の入力電力を図中の矢印分 (D→E)だけオフセットさせる。このように設定した出力電力の所定値に対して、所定値以下の場合と所定値より大きい場合でドレイン端子 Dへの印加電圧を変化させるが、所定値の設定は、最大出力電力のマイナス数 dB値を任意に設定することができ、主として電力増幅装置の送信電力範囲（最小値と最大値)仕様に基づき定める。

[0028] 以上の説明においては、電圧変換器 32が直流電源 10の出力電圧を低電圧に変換する構成について説明した力電圧変換器 32が直流電源 10の出力電圧を高電圧に変換する昇圧タイプとする構成でもよい。この場合、直流電源 10が出力する電圧が低電圧となり、電圧制御回路 50は、低電圧動作時にはスィッチ 31を b側に接続し、高電圧動作時には a側に接続するように指令する。

[0029] また、キャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dへの印加電圧を 3段階以上（電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧）に切り替えることにより、さらに効率改善を図ることもできる。例えば、図 6のように、出力電力が 28dBmより大きい場合で、さらにドレイン印加電圧を多段にした場合、さらに電力効率が向上する。このようにドレイン印加電圧を 3段以上に設定できるようにして、さらに電力効率を高めることができる。このためには、電圧変換器 32を出力電圧可変タイプにして電圧制御回路 50によって制御する方法、又は 2個以上の電圧変換器 32を設けて電圧制御回路 50 により切替制御する方法等をとることが考えられる。すなわち、電圧制御回路 50は、 2 つ以上の所定値 (値が異なる少なくとも 2つの所定値）と出力電力の大小関係に基づいて電圧変換回路 30が可変出力する電圧を指令する（少なくとも 3つの指令)。電圧変換回路 30は、少なくとも 3つの指令に基づいて電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する。

[0030] この発明の実施例 1によれば、出力電力が所定値以下の場合にはドレイン端子 D 又はコレクタ端子 Cには低電圧を、出力電力が所定値より大きい場合にはドレイン端子 D又はコレクタ端子 Cには高電圧を印加するので、小信号時に低電圧で動作することで電力効率を向上することができる。

実施例 2

[0031] この発明の実施例 2に係る電力増幅装置について図 7を参照しながら説明する。図

7は、この発明の実施例 2に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

[0032] 図 7において、この発明の実施例 2に係る電力増幅装置の構成は、キャリア増幅器

61のドレイン端子 Dには直流電源 10からの直接印加と電圧変換器 32を介しての可変印加とを切り替え、ピーク増幅器 64のドレイン端子 Dには直流電源 10の出力電圧を直接印加する構成としている点力上記の実施例 1と異なり、その他の構成及び動作は上記の実施例 1と同様である。

[0033] つぎに、この発明の実施例 2に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しな力 ¾説明する。

[0034] 出力電力情報に基づき、電圧制御回路 50は、出力電力が所定値以下の場合には、スィッチ 31を a側に接続し、直流電源 10の出力電圧を電圧変換器 32により低電圧変換してキャリア増幅器 61のドレイン端子 Dへ印加する。一方、出力電力が所定値より大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 32を b側に接続し、直流電源 210 出力電圧をキャリア増幅器 61のドレイン端子 Dへ印加する。

[0035] ピーク増幅器 64のドレイン端子 Dには、直流電源 10の出力電圧を直接印加する。

[0036] 図 7に示す電力増幅装置においては、キャリア増幅器 61にのみ低電圧で動作させることにより、電圧変換器 32に要求される電流容量が、ドハティ増幅器 60の最大消費電流よりも小さく（例えば、約半分に）設定することができる。これにより、電圧変換器 32での消費電力及び発熱量を小さくすることができ、小型で安価な部品を使用すること力 Sできる効果がある。なお、キャリア増幅器 61に対して、低電圧及び高電圧で動作させることにより、低電圧動作時のキャリア増幅器 61の電力効率が改善され、高電圧動作時にはキャリア増幅器 61とピーク増幅器 64により高い飽和電力を得ることができる。

[0037] また、キャリア増幅器 61のドレイン端子 Dへの印加電圧を 3段階以上（電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧）に切り替えることにより、さらに電力効率の改善を図ることもできる。例えば、上記の実施例 1における図 6に図示したのと同様に、出力電力が 28dBmより大きい場合で、さらにドレイン印加電圧を多段にした場合、さらに電力効率が向上する。このように、ドレイン印加電圧を 3段以上に設定できるようにして、さらに効率を高めることができる。このためには、電圧変換器 32を出力電圧可変タイプにして電圧制御回路 50によって制御する方法、又は 2個以上の電圧変換器 3 2を設けて電圧制御回路 50により切替制御する方法等をとることが考えられる。すなわち、電圧制御回路 50は、 2つ以上の所定値 (値が異なる少なくとも 2つの所定値）と出力電力の大小関係に基づいて電圧変換回路 30が可変出力する電圧を指令する（少なくとも 3つの指令)。電圧変換回路 30は、少なくとも 3つの指令に基づいて電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する。

[0038] この発明の実施例 2によれば、出力電力が所定値以下の場合にはドレイン端子 D 又はコレクタ端子 Cには低電圧を、出力電力が所定値より大きい場合にはドレイン端子 D又はコレクタ端子 Cには高電圧を印加するので、小信号時に低電圧で動作することで電力効率を向上することができる。

実施例 3

[0039] この発明の実施例 3に係る電力増幅装置について図 8及び図 9を参照しながら説明する。図 8は、この発明の実施例 3に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

[0040] 図 8において、この発明の実施例 3に係る電力増幅装置は、ゲート電圧 Vgを出力する直流電源 20と、この直流電源 20からの電圧を可変出力する電圧変換回路 40と、出力電力情報に基づき電圧変換回路 40を制御する電圧制御回路 50と、 RF入力端子 1からの RF入力信号を増幅して RF出力端子 2から出力するドハティ増幅器 60とが設けられている。

[0041] また、図 8において、電圧変換回路 40は、直流電源 20の出力先を切替えるスイツチ 41と、入力される直流電源 20の電圧をそれより低い電圧に変換する電圧変換器 4 2とが設けられている。このスィッチ 41は、直流電源 20の出力電圧を電圧変換器 42 により電圧変換してピーク増幅器 64のゲート端子 Gへ出力する経路と、直流電源 20 の出力電圧をそのままピーク増幅器 64のゲート端子 Gへ出力する経路の切り替えを行う。

[0042] 直流電源 20の出力電圧は、電圧変換回路 40を介して、ドハティ増幅器 60内のキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加される。電圧変換回路 4 0は、出力電力情報による出力電力が低いときにはピーク増幅器 64がオフ状態になるように、出力電力が高いときにはキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64が動作するように、電圧制御回路 50により制御される。その他の構成及びドハティ増幅器 60の基本的動作は、上記の実施例 1と同様である。

[0043] つぎに、この発明の実施例 3に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しな力 ¾説明する。

[0044] 図 9は、この発明の実施例 3に係る電力増幅装置のピーク増幅器のバイアス点近傍のゲート電圧ドレイン電流特性を示すグラフである。

[0045] 図 8において、電圧制御回路 50には、出力電力情報が入力されており、この出力電力情報に基づき電圧制御回路 50は電圧変換回路 40を制御する。出力電力情報は、この電力増幅装置が出力する RF信号の出力電力を表す情報である。

[0046] キャリア増幅器 61のゲート端子 Gには、直流電源 20の出力電圧が直接印加される

[0047] 出力電力が所定値以下の場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 42を c側に接続するように指令する（第 1の指令を出力する）。電圧変換器 42は、入力される直流電源 20の電圧をそれより低い電圧に変換し、ピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加し、ピーク増幅器 64を完全にオフ状態にする（以下、「オフ状態」と呼ぶ)。

[0048] 一方、出力電力が所定値より大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 41を d 側に接続するよう指令する（第 1の指令を出力する）。電圧変換回路 40は、直流電源 20の電圧をピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加し、ピーク増幅器 64を通常の C級バイアス動作状態にする（以下、「C級バイアス動作」と呼ぶ）。

[0049] FETのゲート電圧に対するドレイン電流の関係を図 9に示す。理論的には、ドハティ増幅器 60のピーク増幅器 64は C級にバイアスされているため、小信号時であるピンチオフ電圧以下の領域ではピーク増幅器 64は非動作状態となる。しかしながら、実際には、 C級バイアスではピンチオフ電圧近傍で少しずつ流れ始め、ゲート電圧の増加に応じて徐々にドレイン電流が増加する特性を有するため、ピーク増幅器 64が理論的にはオフ状態になる領域においてもドレイン電流が消費される。この電流は出力電力にほとんど寄与しないため、無駄に電力が消費されることになる。出力電力が所定値以下の場合にはピーク増幅器 64をオフ動作にし、出力電力が所定値より大きい場合には C級バイアスで動作させる。これにより、理論的には、ピーク増幅器 64がオフ状態となるべき領域において、ピーク増幅器 64が消費する電力を低減でき、電力効率を向上することができる。

[0050] この発明の実施例 3によれば、出力電力が所定値以下の場合にはピーク増幅器 6 4に完全にオフ状態となるようなゲート電圧またはベース電圧を印加するので、理論的にはピーク増幅器 64がオフ状態となるべき領域において、ピーク増幅器 64が完全にはオフ状態にならないために、ピーク増幅器 64が消費してしまう電力を低減でき、電力効率を向上することができる。

実施例 4

[0051] この発明の実施例 4に係る電力増幅装置について図 10及び図 11を参照しながら説明する。図 10は、この発明の実施例 4に係る電力増幅装置の構成を示す図である

[0052] 図 10において、この発明の実施例 4に係る電力増幅装置は、ドレイン電圧 Vdを出力する直流電源（第 1の直流電源） 10と、ゲート電圧 Vgを出力する直流電源（第 2の直流電源） 20と、直流電源 10からの電圧を可変出力する電圧変換回路（第 1の電圧変換回路） 30と、直流電源 20からの電圧を可変出力する電圧変換回路（第 2の電圧変換回路) 40と、出力電力情報に基づき電圧変換回路 30及び電圧変換回路 40を制御する電圧制御回路 50と、 RF入力端子 1からの RF入力信号を増幅して RF出力端子 2から出力するドハティ増幅器 60とが設けられている。

[0053] 電圧変換回路 30において、スィッチ 31によって、直流電源 10の出力電圧を電圧変換器 23により電圧変換してキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64 出力する経路と、直流電源 10の出力電圧を電圧変換せずにキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64 出力する経路の切り替えを行う。直流電源 10の出力電圧は、電圧変換回路 30を介して、ドハティ増幅器 60内のキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加される。電圧変換回路 30は、出力電力情報による出力電力が低いときには低電圧を出力するように、出力電力が高いときには高電圧を出力するように、電圧制御回路 50により制御される。

[0054] また、電圧変換回路 40において、スィッチ 41によって、直流電源 20の出力電圧を電圧変換器 42により電圧変換してピーク増幅器 64のゲート端子 Gへ出力する経路と、直流電源 20の出力電圧を電圧変換せずにピーク増幅器 64のゲート端子 Gへ出力する経路の切り替えを行う。直流電源 20の出力電圧は、電圧変換回路 40を介して、ドハティ増幅器 60内のキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加される。電圧変換回路 40は、出力電力情報による出力電力が低いときにはピーク増幅器 64がオフ状態になるように、出力電力が高いときにはキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64が動作するように、電圧制御回路 50により制御される。その他の構成及びドハティ増幅器 60の基本的動作は、上記の実施例 1及び実施例 3と同様である

[0055] つぎに、この発明の実施例 4に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しな力 ¾説明する。

[0056] 図 11は、この発明の実施例 4に係る電力増幅装置の出力電力とドレイン効率の関

[0057] 図 10において、電圧制御回路 50には、出力電力情報が入力されており、この出力電力情報に基づき電圧変換回路 30及び電圧変換回路 40を制御する。出力電力情報は、この電力増幅装置が出力する RF信号の出力電力を表す情報である。出力電力が所定値 A (第 1の所定値)以下の場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 31を a 側に接続するように指令する（第 1の指令を出力する）。電圧変換器 32は、入力される直流電源 10の電圧をそれより低い電圧に変換し、キャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加し、低電圧により動作させる。

[0058] また、出力電力が所定値 B (第 2の所定値)以下の場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 41を c側に接続するように指令する（第 3の指令を出力する）。電圧変換器 42 は、入力される直流電源 20の電圧をそれより低い電圧に変換し、ピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加し、ピーク増幅器 64を完全にオフ状態にする。

[0059] 一方、出力電力が所定値 Aより大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 31 を b側に接続するよう指令する（第 2の指令を出力する）。電圧変換回路 30は、直流電源 10の電圧をキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加し、高電圧により動作させる。

[0060] また、出力電力が所定値 Bより大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 41を d側に接続するよう指令する（第 4の指令を出力する）。電圧変換回路 40は、直流電源 20の電圧をピーク増幅器 64のゲート端子 Gに印加し、ピーク増幅器 64を通常の C 級バイアス動作状態にする。なお、キャリア増幅器 61のゲート端子 Gには、直流電源 20の出力電圧が直接印加される。

[0061] 電力増幅装置の最大出力電力仕様を 34dBmとした場合に、最大出力電力の— 6 dB値である 28dBmを所定値 Aとして定め、所定値 Bを低電圧動作時の飽和電力の — 6dB値（25dBm)に設定した場合の例を図 11に示す。このとき、出力電力が所定値 Aである 28dBm以下では、電圧変換器 32によって変換して得られた低電圧がキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加されることにより低電圧で動作し、低出力状態において高いドレイン効率を得ることができる。また、出力電力が所定値 Bである 25dBm近傍では、ピーク増幅器 64で消費される電力が低減されるため、低出力状態においてドレイン効率を向上させることができる。

[0062] 一方、出力電力が所定値 Aである 28dBmより大きい場合では、直流電源 10の電圧がキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dに印加されることにより高電圧で動作し、高出力状態において高い飽和電力を確保することができる。

[0063] 以上より、出力電力が所定値 A以下の場合にはキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 D又はコレクタ端子 Cには低電圧を、出力電力が所定値 B以下の場合にはピーク増幅器 64に完全にオフ状態となるようなゲート電圧又はベース電圧をドハティ増幅器 60に印加するので、理論的にはピーク増幅器 64がオフ状態となるべき領域において、ピーク増幅器 64が消費する電力を低減できるとともに、低電圧で動作することで小信号時の電力効率を一層向上することができる。

[0064] また、キャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64のドレイン端子 Dへの印加電圧を 3段階以上（電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧）に切り替えることにより、さらに効率改善を図ることもできる。ドレイン印加電圧を 3段以上に設定できるようにして、さらに電力効率を高めることができる。このためには、電圧変換器 32を出力電圧可変タイブにして電圧制御回路 50によって制御する方法、又は 2個以上の電圧変換器 32 を設けて電圧制御回路 50により切替制御する方法等をとることが考えられる。すなわち、電圧制御回路 50は、 2つ以上の所定値 (値が異なる少なくとも 2つの所定値）と出力電力の大小関係に基づいて電圧変換回路 30が可変出力する電圧を指令する（少なくとも 3つの指令)。電圧変換回路 30は、少なくとも 3つの指令に基づいて電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する。実施例 5

[0065] この発明の実施例 5に係る電力増幅装置について図 12を参照しながら説明する。

図 12は、この発明の実施例 5に係る電力増幅装置の構成を示す図である。

[0066] 図 12において、この発明の実施例 5に係る電力増幅装置の構成は、キャリア増幅器 61のドレイン端子 Dには直流電源 10からの直接印加と電圧変換器 32を介しての可変印加とを切り替え、ピーク増幅器 64のドレイン端子 Dには直流電源 10の出力電圧を直接印加する構成としている点力上記の実施例 4と異なり、その他の構成及び動作は上記の実施例 4と同様である。

[0067] つぎに、この実施例 5に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。

[0068] 出力電力情報に基づき、出力電力が所定値 A以下の場合には、電圧制御回路 50 は、スィッチ 31を a側に接続する。電圧変換回路 30は、直流電源 10の出力電圧を電圧変換器 32により低電圧変換してキャリア増幅器 61のドレイン端子 Dへ印加する。一方、出力電力が所定値 Aより大きい場合には、電圧制御回路 50は、スィッチ 31を b側に接続する。電圧変換回路 30は、直流電源 10の出力電圧をキャリア増幅器 61 のドレイン端子 Dへ印加する。ピーク増幅器 64のドレイン端子 Dには、直流電源 10の出力電圧が直接印加されてレ、る。

[0069] 図 12に示す電力増幅装置においては、キャリア増幅器 61にのみ低電圧で動作させることにより、電圧変換器 32に要求される電流容量が、ドハティ増幅器 60の最大消費電流よりも小さく（例えば、約半分に）設定することができる。これにより、電圧変換器 32での消費電力及び発熱量を小さくすることができ、小型で安価な部品を使用すること力 Sできる効果がある。なお、キャリア増幅器 61に対して、低電圧及び高電圧で動作させることにより、低電圧動作時のキャリア増幅器 61の電力効率が改善され、高電圧動作時にはキャリア増幅器 61及びピーク増幅器 64により高い飽和電力を得ること力 Sでさる。

[0070] また、キャリア増幅器 61のドレイン端子 Dへの印加電圧を 3段階以上（電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧）に切り替えることにより、さらに効率改善を図ることもできる。ドレイン印加電圧を 3段以上に設定できるようにして、さらに電力効率を高めること力 Sできる。このためには、電圧変換器 32を出力電圧可変タイプにして電圧制御回路 50によって制御する方法、又は 2個以上の電圧変換器 32を設けて電圧制御回路 50により切替制御する方法等をとることが考えられる。すなわち、電圧制御回路 50は、 2つ以上の所定値 (値が異なる少なくとも 2つの所定値）と出力電力の大小関係に基づいて電圧変換回路 30が可変出力する電圧を指令する（少なくとも 3つの指令)。電圧変換回路 30は、少なくとも 3つの指令に基づいて電圧値が異なる少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する。

この発明の実施例 5によれば、出力電力が所定値 A以下の場合にはドレイン端子 D 又はコレクタ端子 Cには低電圧を、出力電力が所定値 B以下の場合にはピーク増幅器 64には完全にオフ状態となるようなゲート電圧又はベース電圧をドハティ増幅器 6 0に印加するので、理論的にはピーク増幅器 64がオフ状態となるべき領域において ,ピーク増幅器 64が完全にはオフ状態にならないために、ピーク増幅器 64が消費してしまう電力を低減できるとともに，低電圧で動作することで小信号時の電力効率を一層向上することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1のドレイン電圧を出力する直流電源と、

並列接続されたキャリア増幅器及びピーク増幅器を有し、 RF信号を増幅するドハティ増幅器と、

出力電力が所定値以下の場合には低電圧を出力するように第 1の指令を出力し、前記出力電力が前記所定値より大きい場合には高電圧を出力するように第 2の指令を出力する電圧制御回路と、

前記第 1の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を前記キヤリァ増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加し、前記第 2の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加する電圧変換回路と

を備えた電力増幅装置。

[2] 第 1のドレイン電圧を出力する直流電源と、

前記第 1のドレイン電圧を前記ピーク増幅器のドレイン端子に印加するとともに、前記第 1の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧を前記キャリア増幅器のドレイン端子に印加し、前記第 2の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を前記キャリア増幅器のドレイン端子に印加する電圧変換回路と

を備えた電力増幅装置。

[3] 第 1のゲート電圧を出力する直流電源と、

前記第 1のゲート電圧を前記キャリア増幅器のゲート端子に印加するとともに、前記第 1の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を電圧変換した第 2のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加してオフ状態とし、前記第 2の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加する電圧変換回路とを備えた電力増幅装置。

第 1のドレイン電圧を出力する第 1の直流電源と、

第 1のゲート電圧を出力する第 2の直流電源と、

出力電力が第 1の所定値以下の場合には低電圧を出力するように第 1の指令を出力するとともに、前記出力電力が前記第 1の所定値より大きい場合には高電圧を出力するように第 2の指令を出力し、前記出力電力が前記第 1の所定値より小さい第 2 の所定値以下の場合には低電圧を出力するように第 3の指令を出力するとともに、前記出力電力が前記第 2の所定値より大きい場合には高電圧を出力するように第 4の指令を出力する電圧制御回路と、

前記第 1の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を前記キヤリァ増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加し、前記第 2の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧、又は前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧を前記キャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン端子に印加する第 1の電圧変換回路と、

前記第 1のゲート電圧を前記キャリア増幅器のゲート端子に印加するとともに、前記第 3の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を電圧変換した第 2のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加してオフ状態とし、前記第 4の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加する第 2の電圧変換回路と

を備えた電力増幅装置。 [5] 第 1のドレイン電圧を出力する第 1の直流電源と、

第 1のゲート電圧を出力する第 2の直流電源と、

前記第 1のドレイン電圧を前記ピーク増幅器のドレイン端子に印加するとともに、前記第 1の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を電圧変換した第 2のドレイン電圧を前記キャリア増幅器のドレイン端子に印加し、前記第 2の指令に基づき、前記第 1のドレイン電圧を前記キャリア増幅器のドレイン端子に印加する第 1の電圧変換回路と、前記第 1のゲート電圧を前記キャリア増幅器のゲート端子に印加するとともに、前記第 3の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を電圧変換した第 2のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加してオフ状態とし、前記第 4の指令に基づき、前記第 1のゲート電圧を前記ピーク増幅器のゲート端子に印加する第 2の電圧変換回路と

を備えた電力増幅装置。

[6] 前記電圧制御回路は、少なくとも 2つの所定値と出力電力の大小関係に基づいて少なくとも 3つの指令を出力し、

前記電圧変換回路は、少なくとも 3つの指令に基づいて少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する

請求項 1又は 2記載の電力増幅装置。

[7] 前記電圧制御回路は、少なくとも 2つの所定値と出力電力の大小関係に基づいて少なくとも 3つの指令を出力し、

前記第 1の電圧変換回路は、少なくとも 3つの指令に基づいて少なくとも 3つのドレイン電圧を出力する

請求項 4又は 5記載の電力増幅装置。