WO2017199366A1

WO2017199366A1 - ドハティ増幅器

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Publication number: WO2017199366A1
Application number: PCT/JP2016/064723
Authority: WO
Inventors: 優治小松崎; 新庄　真太郎; 圭吾中谷; 翔平今井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-23
Also published as: EP3461000A4; DE112016006870T5; CN109155612A; EP3461000A1; JP6157759B1; CN109155612B; EP3461000B1; US20190149097A1; JPWO2017199366A1; US10608594B2

Abstract

キャリア増幅器（６）とピーク増幅器（８）が並列に接続されているドハティ増幅器において、ピーク増幅器（８）が動作を停止している状態では、自己の出力端（９ａ）からピーク増幅器（８）側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器（１０）の出力側から合成器（１０）を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する補償回路（９）が、ピーク増幅器（８）と合成器（１０）の間に接続されているように構成する。これにより、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる。

Description

ドハティ増幅器

　この発明は、キャリア増幅器とピーク増幅器が並列に接続されているドハティ増幅器に関するものである。

　近年、通信用増幅器として、高効率な動作を実現するドハティ増幅器が提案されている。
　ドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器が並列に接続されており、負荷変調を行う９０度線路をキャリア増幅器の出力側に装荷することで、出力電力が飽和出力より低いバックオフ動作時での高効率動作を実現している。バックオフ動作時は、ピーク増幅器が動作を停止している状態である。

　しかしながら、ドハティ増幅器は、動作原理上、キャリア増幅器の出力側に装荷されている９０度線路における周波数依存性の影響で、９０度線路の電気長が９０度からずれることで、狭帯域な動作になることがある。
　以下の特許文献１には、電気長が異なる複数の線路をキャリア増幅器の出力側に設け、入力信号の周波数に応じて、電気長が異なる複数の線路の中から、キャリア増幅器の出力側に接続する線路を選択する制御機構を備えるドハティ増幅器が開示されている。
　この制御機構によって、キャリア増幅器の出力側の線路における電気長が９０度に近づけられる。

特開２００６－３４５３４１号公報

　従来のドハティ増幅器は以上のように構成されているので、キャリア増幅器の出力側の線路における電気長を９０度に近づけることができる。しかし、入力信号の周波数を検出する検出機構や、キャリア増幅器の出力側に接続する線路を選択する制御機構を備える必要があるため、回路の大型化や複雑化を招いてしまうという課題があった。
　また、入力信号の周波数帯域幅が、キャリア増幅器の出力側に設けている各線路の適用可能な帯域幅より広いような場合、いずれの線路も選択しても、広帯域化を図ることができないという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができるドハティ増幅器を得ることを目的とする。

　この発明に係るドハティ増幅器は、増幅対象の信号を分配する分配器と、分配器により分配された一方の信号を増幅するキャリア増幅器と、一端がキャリア増幅器の出力側に接続されている９０度線路と、分配器により分配された他方の信号を増幅するピーク増幅器と、９０度線路を通過してきた信号とピーク増幅器により増幅された信号を合成し、その合成した信号を出力する合成器とを備え、ピーク増幅器が動作を停止している状態では、自己の出力端からピーク増幅器側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器の出力側から当該合成器を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する補償回路が、ピーク増幅器と合成器の間に接続されているようにしたものである。

　この発明によれば、ピーク増幅器が動作を停止している状態では、自己の出力端からピーク増幅器側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器の出力側から当該合成器を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する補償回路が、ピーク増幅器と合成器の間に接続されているように構成したので、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるドハティ増幅器を示す構成図である。補償回路９が実装されていない場合のドハティ増幅器を示す構成図である。補償回路９が実装されていないドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。補償回路９が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。合成器１０の出力側から合成器１０を見た反射特性の周波数依存性を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２１を示す説明図である。周波数依存性補償線路２１が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。この発明の実施の形態３によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２２を示す説明図である。周波数依存性補償線路２２が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。図１０Ａは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２３を示す説明図、図１０Ｂは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２３を示す説明図である。図１１Ａは電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図、図１１Ｂは電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図、図１１Ｃは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図である。この発明の実施の形態６によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２５を示す説明図である。この発明の実施の形態７によるドハティ増幅器を示す構成図である。この発明の実施の形態７によるドハティ増幅器の補償回路３０を示す構成図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１によるドハティ増幅器を示す構成図である。
　図１において、入力端子１は増幅対象の信号として、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波信号を入力する端子である。
　分配器２は入力端子１から入力された高周波信号を分配し、分配した一方の高周波信号を信号経路３に出力するとともに、分配した他方の高周波信号を信号経路４に出力する。

　信号経路３は分配器２からキャリア増幅器６を通過して合成器１０に至るまで経路である。
　信号経路４は分配器２からピーク増幅器８を通過して合成器１０に至るまで経路である。
　位相補正回路５は信号経路３に挿入されており、信号経路３の電気長と、信号経路４の電気長とを揃える回路である。
　図１の例では、位相補正回路５が信号経路３に挿入されているが、信号経路３の電気長と、信号経路４の電気長とが等しくなればよく、位相補正回路５が信号経路４に挿入されているものであってもよい。

　キャリア増幅器６は位相補正回路５を通過してきた高周波信号を増幅する増幅素子である。
　９０度線路７は一端がキャリア増幅器６の出力側に接続され、他端が合成器１０に接続されている電気長が９０度の線路である。
　ピーク増幅器８は信号経路４に挿入されており、分配器２により分配された高周波信号を増幅する増幅素子である。

　補償回路９はピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されており、ピーク増幅器８が動作を停止している状態では、自己の出力端９ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する回路である。
　即ち、補償回路９は合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスが容量性領域に存在する場合、当該インピーダンスを容量性領域と誘導性領域の境界に近づける補償を行い、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスが誘導性領域に存在する場合、当該インピーダンスを容量性領域と誘導性領域の境界に近づける補償を行う回路である。
　ここで、使用周波数内とは、図１のドハティ増幅器により取り扱われる周波数の範囲内を意味する。

　合成器１０は信号合成点１０ａで９０度線路７を通過してきた高周波信号と補償回路９を通過してきた高周波信号とを合成し、合成後の高周波信号を出力端子１１に出力する。
　信号合成点１０ａは信号経路３と信号経路４が接続されている接続点である。
　なお、合成器１０は、単に信号経路３と信号経路４が信号合成点１０ａで接続され、信号合成点１０ａから出力端子１１に至るまでの信号経路を有する回路であり、いわゆるウイルキンソン型分配器のような合成器ではない。
　出力端子１１は合成器１０から出力された合成後の高周波信号を外部に出力する端子である。

　次に動作について説明する。
　分配器２は、入力端子１から入力された高周波信号を分配し、分配した一方の高周波信号を信号経路３に出力するとともに、分配した他方の高周波信号を信号経路４に出力する。
　分配器２から信号経路３に出力された高周波信号は、位相補正回路５に入力される。
　位相補正回路５は、信号経路３の電気長と、信号経路４の電気長とが等しくなるような電気長を有している。このため、位相補正回路５によって、信号経路３の電気長と、信号経路４の電気長とが揃えられる。

　キャリア増幅器６は、位相補正回路５を通過してきた高周波信号を増幅する。
　キャリア増幅器６により増幅された高周波信号は、電気長が９０度である９０度線路７を通過したのち、合成器１０に到達する。
　ピーク増幅器８は、分配器２により分配された高周波信号を増幅する。
　ピーク増幅器８により増幅された高周波信号は、補償回路９を通過したのち、合成器１０に到達する。
　合成器１０は、９０度線路７を通過してきた高周波信号と、補償回路９を通過してきた高周波信号とを合成し、合成後の高周波信号を出力端子１１に出力する。

　以下、補償回路９の動作を具体的に説明する。
　図２は補償回路９が実装されていない場合のドハティ増幅器を示す構成図である。
　図２のドハティ増幅器では、補償回路９が実装されておらず、信号経路４の電気長が、図１のドハティ増幅器における信号経路４の電気長よりも短くなっているため、位相補正回路５が、信号経路４に挿入されている例を示している。
　図２は、ピーク増幅器８が動作を停止している状態（以下、「バックオフ動作時」と称する）でのインピーダンス変成を示している。

　ドハティ増幅器の出力インピーダンスがＲｏｐｔである場合、バックオフ動作時では、一般的にキャリア増幅器６の出力負荷が、ドハティ増幅器の出力インピーダンスＲｏｐｔの２倍になる。
　このため、図２では、キャリア増幅器６の出力側からキャリア増幅器６を見たインピーダンスが２×Ｒｏｐｔになっている。
　ピーク増幅器８は動作を停止しており、ピーク増幅器８の出力インピーダンスはオープンになっている。
　また、図２では、９０度線路７の特性インピーダンスはＲｏｐｔであり、９０度線路７の電気長は、ドハティ増幅器における使用周波数内の中心周波数で９０度である。
　この場合、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスΓの周波数依存性は図３のように表される。

　図３は補償回路９が実装されていないドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。
　高周波信号の周波数が、ドハティ増幅器における使用周波数内の中心周波数と一致している状態では、インピーダンスΓがスミスチャートの中心に位置、即ち、スミスチャートの横軸上に位置している。
　しかし、高周波信号の周波数が、中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、９０度線路７の電気長が９０度より短くなるため、インピーダンスΓは容量性領域に位置するようになる。
　また、高周波信号の周波数が、中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、９０度線路７の電気長が９０度より長くなるため、インピーダンスΓは誘導性領域に位置するようになる。
　この結果、高周波信号の周波数が中心周波数から離れるほど、反射特性が劣化する。

　次に、図１に示すように、ドハティ増幅器が補償回路９を実装している場合の動作を説明する。
　この場合も、９０度線路７の特性インピーダンスはＲｏｐｔであり、９０度線路７の電気長は、ドハティ増幅器における使用周波数内の中心周波数で９０度であるとする。
　補償回路９は、自己の出力端９ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにする機能と、高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数特性が誘導性（以下、「Ｌ性」と称する）に切り替わり、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数特性が容量性（以下、「Ｃ性」と称する）に切り替わる機能とを有している。

　図４は補償回路９が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。
　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、補償回路９の周波数特性がＬ性に切り替わるため、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、補償回路９の周波数特性がＣ性に切り替わるため、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　図５は合成器１０の出力側から合成器１０を見た反射特性の周波数依存性を示す説明図である。
　補償回路９によって、インピーダンスΓがスミスチャートの中心に近づくような補償が行われるため、図５に示すように、ドハティ増幅器の広帯域化が実現される。

　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ピーク増幅器８が動作を停止している状態では、自己の出力端９ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する補償回路９が、ピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているように構成したので、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

実施の形態２．
　上記実施の形態１では、補償回路９がピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているドハティ増幅器について示したが、この実施の形態２では、補償回路９が、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長を有している周波数依存性補償線路であるドハティ増幅器について説明する。

　図６はこの発明の実施の形態２によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２１を示す説明図である。
　図６において、周波数依存性補償線路２１は使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有し、かつ、任意の特性インピーダンスＺ＝ａを有する線路である。図中、Ｎは自然数である。
　図７は周波数依存性補償線路２１が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。
　図７では、周波数依存性補償線路２１の電気長θが、使用周波数内で３６０度（＝２×１８０度）の例を示している。即ち、Ｎ＝２の例を示している。

　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２１のＬ性によって、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２１のＣ性によって、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　図７より、周波数依存性補償線路２１の特性インピーダンスＺに応じてインピーダンスの補償量が異なることが確認される。
　周波数依存性補償線路２１の特性インピーダンスＺが小さいほど、同じ周波数では周波数依存性補償線路２１のＬ性が大きくなる。
　周波数依存性補償線路２１の特性インピーダンスＺは、キャリア増幅器６及び９０度線路７の周波数依存性と、ドハティ増幅器に求められる帯域特性とによって決定される。

　以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、補償回路９として、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長を有している周波数依存性補償線路２１を用いるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

　この実施の形態２では、周波数依存性補償線路２１が、使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有している例を示したが、周波数依存性補償線路２１は、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長θを有していればよく、中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有しているものでなくてもよい。

実施の形態３．
　上記実施の形態２では、補償回路９として、使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有し、かつ、任意の特性インピーダンスＺ＝ａを有する周波数依存性補償線路２１を用いるものを示したが、この実施の形態３では、補償回路９として、使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有し、かつ、合成器１０の出力インピーダンスと同じ特性インピーダンスを有する周波数依存性補償線路２２を用いるものを説明する。

　図８はこの発明の実施の形態３によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２２を示す説明図である。
　図８において、周波数依存性補償線路２２は使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有し、かつ、合成器１０の出力インピーダンスと同じ特性インピーダンスＺ＝Ｒｏｐｔを有する線路である。
　図９は周波数依存性補償線路２２が実装されているドハティ増幅器におけるインピーダンスΓの周波数依存性を示すスミスチャートである。

　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２２のＬ性によって、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２２のＣ性によって、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　図９より、周波数依存性補償線路２２の電気長θに応じてインピーダンスの補償量が異なることが確認される。
　周波数依存性補償線路２２の電気長θが長いほど、同じ周波数では周波数依存性補償線路２２のＬ性が大きくなる。
　周波数依存性補償線路２２の電気長θは、キャリア増幅器６及び９０度線路７の周波数依存性と、ドハティ増幅器に求められる帯域特性とによって決定される。

　以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、補償回路９として、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長を有している周波数依存性補償線路２２を用いるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

　この実施の形態３では、周波数依存性補償線路２２が、使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有している例を示したが、周波数依存性補償線路２２は、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長θを有していればよく、中心周波数で１８０度の整数倍の電気長θを有しているものでなくてもよい。

実施の形態４．
　上記実施の形態１では、補償回路９がピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているドハティ増幅器について示したが、この実施の形態４では、電気長θが１８０度である複数の線路が直列に接続されており、複数の線路が異なる特性インピーダンスを有している周波数依存性補償線路２３を、補償回路９として用いているドハティ増幅器について説明する。

　図１０はこの発明の実施の形態４によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２３を示す説明図である。
　図１０Ａは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２３を示す説明図である。
　図１０Ｂは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２３を示す説明図である。
　図１０Ａ及び図１０Ｂに示す周波数依存性補償線路２３は、特性インピーダンスＺが違っていても、全て電気長θが１８０度である線路を直列に接続しているので、周波数依存性補償線路２３における入力側のインピーダンスと、出力側のインピーダンスとは一致している。

　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２３のＬ性によって、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２３のＣ性によって、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　周波数依存性補償線路２３の特性インピーダンスＺに応じて、周波数依存性補償線路２３におけるインピーダンスの補償量は異なる。
　周波数依存性補償線路２３の特性インピーダンスＺが小さいほど、同じ周波数では周波数依存性補償線路２３のＬ性が大きくなる。
　周波数依存性補償線路２３の特性インピーダンスＺは、キャリア増幅器６及び９０度線路７の周波数依存性と、ドハティ増幅器に求められる帯域特性とによって決定される。

　以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、補償回路９として、電気長θが１８０度である複数の線路が直列に接続されており、複数の線路が異なる特性インピーダンスを有している周波数依存性補償線路２３を用いるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

　この実施の形態４では、周波数依存性補償線路２３における複数の線路の電気長θが１８０度の整数倍である例を示しているが、この電気長θは、使用周波数内で１８０度の整数倍であればよく、使用周波数内の中心周波数で１８０度の整数倍に限るものではない。

実施の形態５．
　上記実施の形態１では、補償回路９がピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているドハティ増幅器について示したが、この実施の形態５では、電気長θが９０度の整数倍である複数の線路が直列に接続されており、複数の線路のうち、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路に対して、入力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長と、出力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長とが対称である周波数依存性補償線路２４を、補償回路９として用いているドハティ増幅器について説明する。

　図１１はこの発明の実施の形態５によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２４を示す説明図である。
　図１１Ａは電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｂである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図である。
　図１１Ｂは電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図である。
　図１１Ｃは電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２４を示す説明図である。

　図１１Ａに示す周波数依存性補償線路２４は、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路が、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｃである線路（以下、「中心線路」と称する）であり、図中、その中心線路の左側の線路と右側の線路は、中心線路を中心にして、特性インピーダンス及び電気長が対称になっている。
　即ち、左側の線路及び右側の線路は、電気長θが共に９０度であって、特性インピーダンスが共にＺ＝ｂである。
　また、図１１Ｂに示す周波数依存性補償線路２４は、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路が、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路（以下、「中心線路」と称する）であり、図中、その中心線路の左側の線路と右側の線路は、中心線路を中心にして、特性インピーダンス及び電気長が対称になっている。
　即ち、左側の線路及び右側の線路は、電気長θが共に９０度であって、特性インピーダンスが共にＺ＝ｄである。

　図１１Ｃに示す周波数依存性補償線路２４は、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路が、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路（以下、「中心線路」と称する）であり、図中、その中心線路の左側の線路と右側の線路は、中心線路を中心にして、特性インピーダンス及び電気長が対称になっている。
　即ち、１番左側の線路及び１番右側の線路は、電気長θが共に１８０度であって、特性インピーダンスが共にＺ＝ｆである。
　また、左から２番目の線路及び右から２番目の線路は、電気長θが共に９０度であって、特性インピーダンスが共にＺ＝ｄである。
　したがって、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す周波数依存性補償線路２４は、中心線路に対して、入力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長と、出力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長とが対称であるため、周波数依存性補償線路２４における入力側のインピーダンスと、出力側のインピーダンスとは一致している。

　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２４のＬ性によって、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２４のＣ性によって、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　周波数依存性補償線路２４の特性インピーダンスＺに応じて、周波数依存性補償線路２４におけるインピーダンスの補償量は異なる。
　周波数依存性補償線路２４の特性インピーダンスＺが小さいほど、同じ周波数では周波数依存性補償線路２４のＬ性が大きくなる。
　周波数依存性補償線路２４の特性インピーダンスＺは、キャリア増幅器６及び９０度線路７の周波数依存性と、ドハティ増幅器に求められる帯域特性とによって決定される。

　以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、補償回路９として、電気長θが９０度の整数倍である複数の線路が直列に接続されており、複数の線路のうち、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路に対して、入力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長と、出力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長とが対称である周波数依存性補償線路２４を用いるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

　この実施の形態５では、周波数依存性補償線路２４における複数の線路の電気長θが９０度の整数倍である例を示しているが、この電気長θは、使用周波数内で９０度の整数倍であればよく、使用周波数内の中心周波数で９０度の整数倍に限るものではない。

実施の形態６．
　上記実施の形態１では、補償回路９がピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているドハティ増幅器について示したが、この実施の形態６では、電気長θが９０度の整数倍である複数の線路が直列に接続されており、複数の線路のうち、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路に対して、入力側に存在している線路の電気長と、出力側に存在している線路の電気長とが対称であり、かつ、入力側に存在している線路の特性インピーダンスと、出力側に存在している線路の特性インピーダンスが非対称である周波数依存性補償線路２５を、補償回路９として用いているドハティ増幅器について説明する。

　図１２はこの発明の実施の形態６によるドハティ増幅器の補償回路である周波数依存性補償線路２５を示す説明図である。
　即ち、図１２は電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｇである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路と、電気長θが９０度で特性インピーダンスがＺ＝ｄである線路と、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｆである線路とが直列に接続されている周波数依存性補償線路２５を示す説明図である。

　図１２に示す周波数依存性補償線路２４は、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路が、電気長θが１８０度で特性インピーダンスがＺ＝ｅである線路（以下、「中心線路」と称する）であり、図中、その中心線路の左側の線路と右側の線路は、中心線路を中心にして、電気長が対称になっている。
　即ち、１番左側の線路及び１番右側の線路は、電気長θが共に１８０度であり、また、特性インピーダンスについても共にＺ＝ｆであるため、電気長及び特性インピーダンスが対称になっている。
　左から２番目の線路及び右から２番目の線路は、電気長θが共に９０度であるため、電気長が対称になっている。しかし、左から２番目の線路は、特性インピーダンスがＺ＝ｇであり、右から２番目の線路は、特性インピーダンスがＺ＝ｄであるため、特性インピーダンスが非対称になっている。

　高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２５のＬ性によって、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数依存性補償線路２５のＣ性によって、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　この実施の形態６では、補償回路９として、信号の伝送方向で中心の位置に存在している中心線路に対して、入力側に存在している線路の電気長と、出力側に存在している線路の電気長とが対称である周波数依存性補償線路２５を用いているため、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。
　また、この実施の形態６では、中心線路に対して、入力側に存在している線路の特性インピーダンスと、出力側に存在している線路の特性インピーダンスとが非対称であるため、周波数依存性補償線路２５における入力側のインピーダンスと、出力側のインピーダンスとが不一致になる。したがって、補償回路９がインピーダンスの変換機能を備えていることになる。

実施の形態７．
　上記実施の形態１では、補償回路９がピーク増幅器８と合成器１０の間に接続されているドハティ増幅器について示したが、この実施の形態７では、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスが、補償回路３０の一部を兼ねるものであってもよい。

　図１３はこの発明の実施の形態７によるドハティ増幅器を示す構成図であり、図１３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　補償回路３０は、図１の補償回路９と同様に、ピーク増幅器８が動作を停止している状態では、自己の出力端３０ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する回路である。
　ただし、補償回路３０は、図１の補償回路９と異なり、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスによる電気長との和が、使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長となる電気長を有している。
　即ち、補償回路３０は補償部３１を備えており、補償部３１は、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスによる電気長との和が使用周波数内で１８０度の整数倍になる電気長を有している。
　図１３の例では、位相補正回路５が信号経路３に挿入されているが、信号経路３の電気長と、信号経路４の電気長とが等しくなればよく、位相補正回路５が信号経路４に挿入されているものであってもよい。

　図１４はこの発明の実施の形態７によるドハティ増幅器の補償回路３０を示す構成図である。
　図１４において、電流源４１はピーク増幅器８内の増幅素子としてのトランジスタを示している。
　ピーク増幅器８内の電流源４１には、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスとして、寄生容量成分４２と寄生誘導成分４３が付加されている。
　信号経路４４はピーク増幅器８により増幅された高周波信号を補償部３１に伝送する経路である。
　補償部３１はインダクタ４５及びキャパシタ４６を備えている。
　図１４では、補償部３１がインダクタ４５及びキャパシタ４６を備えている例を示しているが、補償部３１が、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスによる電気長との和が使用周波数内で１８０度の整数倍になる電気長を有していればよく、例えば、線路を備える補償部であってもよい。

　補償回路３０の補償部３１は、図１の補償回路９と同様に、バックオフ動作時に、自己の出力端３０ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにする機能と、高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、周波数特性がＬ性に切り替わり、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、周波数特性がＣ性に切り替わる機能とを有している。
　このため、高周波信号の周波数が中心周波数より低い低周波域に存在している状態では、補償部３１の周波数特性がＬ性に切り替わるため、容量性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。
　また、高周波信号の周波数が中心周波数より高い高周波域に存在している状態では、補償部３１の周波数特性がＣ性に切り替わるため、誘導性領域に位置しているインピーダンスΓが、スミスチャートの中心に近づくような補償が行われる。

　この実施の形態７では、ピーク増幅器８の内部における寄生リアクタンスが、補償回路３０の一部を兼ねるものであるが、ピーク増幅器８が動作を停止している状態では、補償回路３０の補償部３１が、出力端３０ａからピーク増幅器８側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、合成器１０の出力側から合成器１０を見たインピーダンスの周波数依存性を補償するので、上記実施の形態１と同様に、回路の大型化や複雑化を招くことなく、広帯域化を図ることができる効果を奏する。

実施の形態８．
　上記実施の形態１～７では、位相補正回路５、９０度線路７及び補償回路９，３０が、分布定数線路で構成されているものを想定しているが、位相補正回路５、９０度線路７及び補償回路９，３０が、集中定数部品で構成されているものであってもよい。

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明は、キャリア増幅器とピーク増幅器が並列に接続されているドハティ増幅器に適している。

　１　入力端子、２　分配器、３，４　信号経路、５　位相補正回路、６　キャリア増幅器、７　９０度線路、８　ピーク増幅器、９　補償回路、９ａ　出力端、１０　合成器、１０ａ　信号合成点、１１　出力端子、２１，２２，２３，２４，２５　周波数依存性補償線路、３０　補償回路、３０ａ　出力端、３１　補償部、４１　電流源、４２　寄生容量成分、４３　寄生誘導成分、４４　信号経路、４５　インダクタ、４６　キャパシタ。

Claims

　増幅対象の信号を分配する分配器と、
　前記分配器により分配された一方の信号を増幅するキャリア増幅器と、
　一端が前記キャリア増幅器の出力側に接続されている９０度線路と、
　前記分配器により分配された他方の信号を増幅するピーク増幅器と、
　前記９０度線路を通過してきた信号と前記ピーク増幅器により増幅された信号を合成し、その合成した信号を出力する合成器とを備え、
　前記ピーク増幅器が動作を停止している状態では、自己の出力端から前記ピーク増幅器側を見たインピーダンスを使用周波数内でオープンにするとともに、前記合成器の出力側から当該合成器を見たインピーダンスの周波数依存性を補償する補償回路が、前記ピーク増幅器と前記合成器の間に接続されていることを特徴とするドハティ増幅器。
　前記分配器から前記キャリア増幅器を通過して前記合成器に至るまでの線路の電気長と、前記分配器から前記ピーク増幅器を通過して前記合成器に至るまでの線路の電気長とを揃える位相補正回路が、前記分配器と前記キャリア増幅器又は前記ピーク増幅器の間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、前記合成器の出力側から当該合成器を見たインピーダンスが容量性領域に存在する場合、当該インピーダンスを容量性領域と誘導性領域の境界に近づける補償を行い、前記合成器の出力側から当該合成器を見たインピーダンスが誘導性領域に存在する場合、当該インピーダンスを容量性領域と誘導性領域の境界に近づける補償を行うことを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、前記使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長を有していることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、前記合成器の出力インピーダンスと同じ特性インピーダンスを有していることを特徴とする請求項４記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、電気長が１８０度である複数の線路が直列に接続されており、前記複数の線路が異なる特性インピーダンスを有していることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、電気長が９０度の整数倍である複数の線路が直列に接続されており、前記複数の線路のうち、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路に対して、入力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長と、出力側に存在している線路の特性インピーダンス及び電気長とが対称であることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、電気長が９０度の整数倍である複数の線路が直列に接続されており、前記複数の線路のうち、信号の伝送方向で中心の位置に存在している線路に対して、入力側に存在している線路の電気長と、出力側に存在している線路の電気長とが対称であり、かつ、前記入力側に存在している線路の特性インピーダンスと、前記出力側に存在している線路の特性インピーダンスが非対称であることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記補償回路は、前記ピーク増幅器の内部における寄生リアクタンスによる電気長との和が、前記使用周波数内で１８０度の整数倍の電気長となる電気長を有していることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記９０度線路及び前記補償回路が集中定数部品で構成されていることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。