WO2021117222A1

WO2021117222A1 - ドハティ増幅器及び通信装置

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Publication number: WO2021117222A1
Application number: PCT/JP2019/048944
Authority: WO
Inventors: 修一坂田; 優治小松崎; 新庄　真太郎
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-17
Also published as: CN114747136A; EP4064557A1; EP4064557A4; JP7019882B2; JPWO2021117222A1; US20220239259A1; EP4064557B1

Abstract

第１の伝送線路（１２）の特性インピーダンスＺ_２に対する第２の伝送線路（１３）の特性インピーダンスＺ_３の比Ｚ_３／Ｚ_２が、キャリア増幅器（１８）及びピーク増幅器（１９）の双方を飽和させるときの、キャリア増幅器（１８）とピーク増幅器（１９）とに対する増幅対象の信号の電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３であり、抵抗（１４）の抵抗値Ｒ_ｉｓｏが、キャリア増幅器（１８）が飽和する際のキャリア増幅器（１８）の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と、ピーク増幅器（１９）が飽和する際のピーク増幅器（１９）の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０との和に、１よりも小さい０以上の比例係数ｗが乗算された値であるように、ドハティ増幅器（１０）を構成した。

Description

ドハティ増幅器及び通信装置

　本開示は、ドハティ増幅器及び通信装置に関するものである。

　以下の特許文献１には、入力信号を２つに分配し、分配後の２つの信号をそれぞれ出力するアイソレーション抵抗可変型分配器と、アイソレーション抵抗可変型分配器から出力された２つの信号のうち、一方の信号を増幅するキャリア増幅回路と、２つの信号のうち、他方の信号を増幅するピーク増幅回路とを備えるドハティ増幅器が開示されている。また、当該ドハティ増幅器は、入力信号の電力を電圧に変換し、当該電圧を、入力電力レベルとして出力する検波回路と、検波回路から出力された入力電力レベルに応じて、アイソレーション抵抗可変型分配器が有する可変抵抗器の抵抗値を制御することによって、アイソレーション抵抗可変型分配器における入力信号の分配比率を可変する制御回路とを備えている。当該ドハティ増幅器は、検波回路と制御回路とを備えているので、アイソレーション抵抗可変型分配器での分配損に伴う増幅後の信号のゲイン低下を防止することができる。即ち、当該ドハティ増幅器は、バックオフ時から飽和動作時に亘って、キャリア増幅回路から出力された信号とピーク増幅回路から出力された信号との合成信号の利得低下を防止することができる。
　また、当該ドハティ増幅器は、入力信号が検波回路に入力されてから、制御回路による分配比率の可変が終了するまでに要する時間だけ、入力信号を遅延する遅延回路を備えている。

特開２００８－１２５０４４号公報

　特許文献１に開示されているドハティ増幅器は、入力信号を遅延する遅延回路を備えている。このため、当該ドハティ増幅器は、入力信号が遅延回路に入力されてから、遅延回路の遅延時間を経過するまでの間、増幅後の信号を出力することができないという課題があった。

　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、増幅対象の信号を遅延する遅延回路を備えることなく、バックオフ時から飽和動作時に亘って、キャリア増幅器から出力された信号とピーク増幅器から出力された信号との合成信号の利得低下を防止す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。

　本開示に係るドハティ増幅器は、増幅対象の信号が入力される入力端子と一端が接続されている第１の伝送線路と、入力端子と一端が接続されている第２の伝送線路と、第１の伝送線路の他端と第２の伝送線路の他端との間に接続されている抵抗と、第１の伝送線路の他端から出力された信号を増幅し、増幅後の信号を出力合成点に出力するキャリア増幅器と、第２の伝送線路の他端から出力された信号を増幅し、増幅後の信号を出力合成点に出力するピーク増幅器とを備え、第１の伝送線路の特性インピーダンスに対する第２の伝送線路の特性インピーダンスの比は、キャリア増幅器及びピーク増幅器の双方を飽和させるときの、キャリア増幅器とピーク増幅器とに対する増幅対象の信号の電力分配比であり、抵抗の抵抗値は、キャリア増幅器が飽和する際のキャリア増幅器の入力インピーダンスと、ピーク増幅器が飽和する際のピーク増幅器の入力インピーダンスとの和に、１よりも小さい０以上の比例係数が乗算された値であるものである。

　本開示によれば、第１の伝送線路の特性インピーダンスに対する第２の伝送線路の特性インピーダンスの比が、キャリア増幅器及びピーク増幅器の双方を飽和させるときの、キャリア増幅器とピーク増幅器とに対する増幅対象の信号の電力分配比であり、抵抗の抵抗値が、キャリア増幅器が飽和する際のキャリア増幅器の入力インピーダンスと、ピーク増幅器が飽和する際のピーク増幅器の入力インピーダンスとの和に、１よりも小さい０以上の比例係数が乗算された値であるように、ドハティ増幅器を構成した。したがって、本開示に係るドハティ増幅器は、増幅対象の信号を遅延する遅延回路を備えることなく、バックオフ時から飽和動作時に亘って、キャリア増幅器から出力された信号とピーク増幅器から出力された信号との合成信号の利得低下を防止することができる。

実施の形態１に係るドハティ増幅器１０を示す構成図である。キャリア増幅器１８の内部を示す構成図である。ピーク増幅器１９の内部を示す構成図である。図１に示すドハティ増幅器の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの、ピーク増幅器１９の入力反射を示すスミスチャートである。図１に示すドハティ増幅器の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの、ピーク増幅器１９の入力反射を示すスミスチャートである。ウィルキンソン分配器１１の詳細を示す構成図である。ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見た反射係数Γ_ｐｉｎの位相が１８０度であるとき、比例係数ｗが０．２から１．８になるまで、０．２のステップで変化させた場合の規格化電力分配比を示す説明図である。比例係数ｗが０．４であるとき、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相が０度から１８０度になるまで、２２．５度のステップで変化させた場合の規格化電力分配比を示す説明図である。理想動作を実現可能な反射係数Γ_ｐｉｎの位相条件を満たし、かつ、比例係数ｗが１よりも小さく０以上である、ドハティ増幅器１０における出力電力に対する利得を示す説明図である。実施の形態２に係るドハティ増幅器１０のウィルキンソン分配器１１を示す構成図である。図１に示すドハティ増幅器１０を備える通信装置を示す構成図である。

　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るドハティ増幅器１０を示す構成図である。
　図１において、入力端子１は、ドハティ増幅器１０の外部から増幅対象の信号を入力するための端子である。
　負荷２は、ドハティ増幅器１０の外部負荷である。負荷２の一端は、ドハティ増幅器１０の後述する出力整合回路２２の他端と接続され、負荷２の他端は、接地されている。
　ドハティ増幅器１０は、入力端子１から入力された信号を増幅し、増幅後の信号を負荷２に出力する。入力端子１から入力された信号の電力は、Ｐ_１である。

　ウィルキンソン分配器１１は、第１の伝送線路１２、第２の伝送線路１３及び抵抗１４を備えている。
　ウィルキンソン分配器１１は、入力端子１から入力された信号の電力Ｐ_１を２つに分配する。ウィルキンソン分配器１１は、出力端子１１ａから、分配後の一方の信号として、第１の信号を後述する位相調整線路１５に出力し、出力端子１１ｂから、分配後の他方の信号として、第２の信号を後述する係数調整線路１６に出力する。

　第１の伝送線路１２の一端は、入力端子１と接続されており、第１の伝送線路１２の他端は、抵抗１４の一端及び出力端子１１ａのそれぞれと接続されている。
　第１の伝送線路１２は、入力端子１から入力された信号の周波数で、４分の１波長（以下、「λ／４」と称する）の電気長を有している。λ／４の電気長は、９０度の電気長である。第１の伝送線路１２の特性インピーダンスは、Ｚ_２である。
　第２の伝送線路１３の一端は、入力端子１と接続されており、第２の伝送線路１３の他端は、抵抗１４の他端及び出力端子１１ｂのそれぞれと接続されている。
　第２の伝送線路１３は、入力端子１から入力された信号の周波数で、λ／４の電気長を有している。第２の伝送線路１３の特性インピーダンスは、Ｚ_３である。

　第１の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_２に対する第２の伝送線路１３の特性インピーダンスＺ_３の比Ｚ_３／Ｚ_２は、後述するキャリア増幅器１８及び後述するピーク増幅器１９の双方を飽和させるときの、キャリア増幅器１８とピーク増幅器１９とに対する増幅対象の信号の電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３である。Ｐ_２は、キャリア増幅器１８を飽和させるときに、出力端子１１ａから出力される信号の電力である。Ｐ_３は、ピーク増幅器１９を飽和させるときに、出力端子１１ｂから出力される信号の電力である。

　抵抗１４は、第１の伝送線路１２の他端と第２の伝送線路１３の他端との間に接続されている。
　抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｉｓｏは、キャリア増幅器１８が飽和する際のキャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と、ピーク増幅器１９が飽和する際のピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０との和に、１よりも小さい０以上の比例係数ｗが乗算された値である。
　以下、キャリア増幅器１８が飽和する際のキャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０は、キャリア増幅器１８における飽和動作時の入力インピーダンスと呼ぶことがある。また、ピーク増幅器１９が飽和する際のピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０は、ピーク増幅器１９における飽和動作時の入力インピーダンス呼ぶことがある。
　キャリア増幅器１８の飽和動作時は、第１の信号に対するキャリア増幅器１８の増幅動作が飽和している時点であり、ピーク増幅器１９の飽和動作時は、第２の信号に対するピーク増幅器１９の増幅動作が飽和している時点である。

　位相調整線路１５の一端は、出力端子１１ａを介して、第１の伝送線路１２の他端及び抵抗１４の一端のそれぞれと接続されており、位相調整線路１５の他端は、キャリア増幅器１８の入力側と接続されている。位相調整線路１５は、係数調整線路１６が有する電気長と同じ電気長を有している。ここでの同じ電気長は、電気長が厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、電気長が異なっているものも含まれる概念である。
　位相調整線路１５の特性インピーダンスは、キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と同一である。ここでの同一は、位相調整線路１５の特性インピーダンスとキャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０とが厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で異なっているものも含まれる概念である。

　係数調整線路１６の一端は、出力端子１１ｂを介して、第２の伝送線路１３の他端及び抵抗１４の他端のそれぞれと接続されており、係数調整線路１６の他端は、後述する位相調整線路１７の一端と接続されている。係数調整線路１６は、第２の伝送線路１３の他端からピーク増幅器１９を見たときの、ピーク増幅器１９における第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎを調整するための線路である。
　位相調整線路１７の一端は、係数調整線路１６の他端と接続されており、位相調整線路１７の他端は、ピーク増幅器１９の入力側と接続されている。位相調整線路１７は、入力端子１から入力された信号の周波数で、λ／４の電気長を有している。
　係数調整線路１６の特性インピーダンス及び位相調整線路１７の特性インピーダンスのそれぞれは、ピーク増幅器１９の飽和動作時における入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０と同一である。ここでの同一は、インピーダンスが厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲でインピーダンスが異なっているものも含まれる概念である。
　係数調整線路１６とピーク増幅器１９との間に位相調整線路１７が挿入されていることによって、キャリア増幅器１８から後述する出力合成点２１に至るまでの経路と、ピーク増幅器１９から出力合成点２１に至るまでの経路との間の位相差が補償される。

　キャリア増幅器１８の入力側は、位相調整線路１５の他端と接続されており、キャリア増幅器１８の出力側は、後述する４分の１波長線路２０の一端と接続されている。キャリア増幅器１８は、第１の伝送線路１２の他端から出力されたのち、位相調整線路１５を通過してきた第１の信号を増幅し、増幅後の第１の信号を、４分の１波長線路２０を介して、出力合成点２１に出力する。
　キャリア増幅器１８は、ＡＢ級にバイアスされているため、キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０は、線形動作時から飽和動作時に至るまで変化しない。線形動作時は、キャリア増幅器１８が第１の信号に対して増幅動作を開始する時点であり、線形動作時では、ピーク増幅器１９は、第２の信号に対する増幅動作を開始していない。
　図１に示すドハティ増幅器１０では、キャリア増幅器１８の飽和動作時と、ピーク増幅器１９の飽和動作時とが、同時に発生する。ここでの同時は、飽和動作時の発生時刻が厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で、飽和動作時が異なっているものも含まれる概念である。
　線形動作時と飽和動作時との間には、バックオフ時があり、バックオフ時は、第２の信号に対するピーク増幅器１９の増幅動作が急激に開始された時点である。

　図２は、キャリア増幅器１８の内部を示す構成図である。
　キャリア増幅器１８は、図２に示すように、第１の信号を増幅するトランジスタ１８ａのほかに、トランジスタ１８ａの入力側に接続されている入力整合回路１８ｂと、トランジスタ１８ａの出力側に接続されている出力整合回路１８ｃとを備えている。
　また、キャリア増幅器１８は、図２に示すように、第１の信号に含まれている所望の周波数成分以外の周波数成分の通過を阻止して、所望の周波数成分を通過させる安定化回路１８ｄを備えている。
　安定化回路１８ｄは、位相調整線路１５と入力整合回路１８ｂとの間に接続されており、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタによって実現される。
　なお、図２では、安定化回路１８ｄが、位相調整線路１５と入力整合回路１８ｂとの間に接続されている。しかし、これは一例に過ぎず、安定化回路１８ｄが、入力整合回路１８ｂとトランジスタ１８ａとの間、トランジスタ１８ａと出力整合回路１８ｃとの間、又は、出力整合回路１８ｃと４分の１波長線路２０との間に接続されていてもよい。

　ピーク増幅器１９の入力側は、位相調整線路１７の他端と接続されており、ピーク増幅器１９の出力側は、出力合成点２１と接続されている。ピーク増幅器１９は、第２の伝送線路１３の他端から出力されたのち、係数調整線路１６及び位相調整線路１７のそれぞれを通過してきた第２の信号を増幅し、増幅後の第２の信号を出力合成点２１に出力する。
　ピーク増幅器１９は、Ｃ級にバイアスされているため、ピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０は、線形動作時から飽和動作時にかけて大きく変化する。

　図３は、ピーク増幅器１９の内部を示す構成図である。
　ピーク増幅器１９は、図３に示すように、第２の信号を増幅するトランジスタ１９ａのほかに、トランジスタ１９ａの入力側に接続されている入力整合回路１９ｂと、トランジスタ１９ａの出力側に接続されている出力整合回路１９ｃとを備えている。
　また、ピーク増幅器１９は、図３に示すように、第２の信号に含まれている所望の周波数成分以外の周波数成分の通過を阻止して、所望の周波数成分を通過させる安定化回路１９ｄを備えている。
　安定化回路１９ｄは、位相調整線路１７と入力整合回路１９ｂとの間に接続されており、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタによって実現される。
　なお、図２では、安定化回路１９ｄが、位相調整線路１７と入力整合回路１９ｂとの間に接続されている。しかし、これは一例に過ぎず、安定化回路１９ｄが、入力整合回路１９ｂとトランジスタ１９ａとの間、トランジスタ１９ａと出力整合回路１９ｃとの間、又は、出力整合回路１９ｃと出力合成点２１との間に接続されていてもよい。

　４分の１波長線路２０の一端は、キャリア増幅器１８の出力側と接続されており、４分の１波長線路２０の他端は、出力合成点２１と接続されている。４分の１波長線路２０は、入力端子１から入力された信号の周波数で、λ／４の電気長を有している。４分の１波長線路２０は、バックオフ時のインピーダンスを変調するために、キャリア増幅器１８と出力合成点２１との間に接続されている。
　出力合成点２１には、ピーク増幅器１９の出力側と４分の１波長線路２０の他端とが接続されている。キャリア増幅器１８から出力されたのち、４分の１波長線路２０を通過してきた増幅後の第１の信号と、ピーク増幅器１９から出力された増幅後の第２の信号とが、出力合成点２１において、同相で合成される。
　出力整合回路２２の一端は、出力合成点２１と接続されており、出力整合回路２２の他端は、負荷２と接続されている。出力整合回路２２は、ドハティ増幅器１０の出力側のインピーダンスを負荷２のインピーダンスと整合するために設けられている。

　キャリア増幅器１８は、ＡＢ級にバイアスされているため、キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０は、線形動作時から飽和動作時に至るまで変化しない。位相調整線路１５の特性インピーダンスは、キャリア増幅器１８の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまで、キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と同一である。
　したがって、ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ａからキャリア増幅器１８を見た入力反射の絶対値は、キャリア増幅器１８の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまで、０である。

　係数調整線路１６の特性インピーダンス及び位相調整線路１７の特性インピーダンスのそれぞれは、ピーク増幅器１９における飽和動作時の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０と同一である。
　ピーク増幅器１９は、キャリア増幅器１８と異なり、Ｃ級にバイアスされているため、ピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０は、線形動作時から飽和動作時にかけて大きく変化する。
　したがって、ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時以外では、係数調整線路１６の特性インピーダンス及び位相調整線路１７の特性インピーダンスのそれぞれが、ピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０と異なる。

　図４は、図１に示すドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの、ピーク増幅器１９の入力反射を示すスミスチャートである。図４に示すピーク増幅器１９の入力反射は、係数調整線路１６の入力側からピーク増幅器１９を見たものである。
　図４に示すスミスチャートの中心のインピーダンスは、ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時であるときの入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０である。図４に示すスミスチャートの中心のインピーダンスは、ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時であるときの入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０によって規格化されているため、１．０と表記されている。
　ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時であるときは、図４に示すように、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が０である。
　ピーク増幅器１９の動作が線形動作時であるときは、図４に示すように、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が、０ではなく、１に近い値である。

　図５は、図１に示すドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの、ピーク増幅器１９の入力反射を示すスミスチャートである。
　図５では、係数調整線路１６の電気長が０度、３０度、６０度、９０度、１２０度及び１５０度であるときの、ピーク増幅器１９の入力反射を例示している。係数調整線路１６の電気長が０度であるときのピーク増幅器１９の入力反射は、図４に示すピーク増幅器１９の入力反射と同じである。
　係数調整線路１６の特性インピーダンス及び位相調整線路１７の特性インピーダンスのそれぞれは、係数調整線路１６の電気長が変化しても、ピーク増幅器１９の飽和動作時の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０と同一であるため、係数調整線路１６の電気長が変化すると、ピーク増幅器１９の線形動作時の入力反射の位相が変化する。
　したがって、係数調整線路１６の入力側からピーク増幅器１９を見たピーク増幅器１９の入力反射は、図５に示すように、係数調整線路１６の電気長に応じてスミスチャート上を回転する。
　なお、ピーク増幅器１９の入力反射の位相は、ピーク増幅器１９に含まれているトランジスタ１９ａの種類、あるいは、入力整合回路１９ｂ及び出力整合回路１９ｃにおけるそれぞれの種類によって変化する。

　図１に示すドハティ増幅器１０の理想的な動作を実現するための入力反射位相の範囲が存在する。
　理想的な動作とは、以下の２つの条件を満足する動作である。
条件（１）
　キャリア増幅器１８がピーク増幅器１９よりも先に信号の増幅動作を開始したのち、線形動作時と飽和動作時との間のバックオフ動作時から、ピーク増幅器１９が信号の増幅動作を急激に開始する。
条件（２）
　キャリア増幅器１８の飽和動作時とピーク増幅器１９の飽和動作時とが同時に発生する。

　図５に示す入力反射位相の範囲３０は、図１に示すドハティ増幅器１０の理想的な動作を実現するために必要な、ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見た入力反射位相の範囲であり、図１に示すドハティ増幅器１０の設計時において既値である。
　図５の例では、図１に示す出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見た入力反射位相の範囲３０が、１３５度～２２０度の範囲である。
　図５の例では、ピーク増幅器１９の入力反射の位相が１２０度であるとき、ピーク増幅器１９の入力反射の位相が、ドハティ増幅器１０の入力反射位相の範囲３０に含まれている。
　図１に示すドハティ増幅器１０では、条件（１）を満足させるために、ピーク増幅器１９の入力反射の位相が、入力反射位相の範囲３０に含まれるように、ドハティ増幅器１０の設計時等に、係数調整線路１６の電気長が設定されている。
　また、図１に示すドハティ増幅器１０では、条件（１）及び条件（２）の双方を満足させるために、抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｉｓｏが、キャリア増幅器１８の動作が飽和動作時であるときの入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と、ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時であるときの入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０との和に、１よりも小さい０以上の比例係数ｗが乗算された値になっている。

　次に、図１に示すドハティ増幅器１０の動作について説明する。
　ウィルキンソン分配器１１は、入力端子１から増幅対象の信号が入力されると、入力された信号の電力Ｐ_１を２つに分配する。
　ウィルキンソン分配器１１は、出力端子１１ａから、分配後の一方の信号として、第１の信号を、位相調整線路１５を介して、キャリア増幅器１８に出力する。
　また、ウィルキンソン分配器１１は、出力端子１１ｂから、分配後の他方の信号として、第２の信号を、係数調整線路１６及び位相調整線路１７を介して、ピーク増幅器１９に出力する。
　ウィルキンソン分配器１１についての動作の詳細は、後述する。

　キャリア増幅器１８は、ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ａから出力されたのち、位相調整線路１５を通過してきた第１の信号を増幅する。
　キャリア増幅器１８は、増幅後の第１の信号を、４分の１波長線路２０を介して、出力合成点２１に出力する。

　ピーク増幅器１９は、ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ｂから出力されたのち、係数調整線路１６及び位相調整線路１７のそれぞれを通過してきた第２の信号を増幅する。
　ピーク増幅器１９は、第２の信号を増幅し、増幅後の第２の信号を出力合成点２１に出力する。

　出力合成点２１では、キャリア増幅器１８から出力されたのち、４分の１波長線路２０を通過してきた増幅後の第１の信号と、ピーク増幅器１９から出力された増幅後の第２の信号とが同相で合成される。
　出力合成点２１における合成後の信号（以下、「合成信号」と称する）は、出力整合回路２２を介して、負荷２に出力される。

　次に、ウィルキンソン分配器１１についての動作を詳細に説明する。
　図６は、ウィルキンソン分配器１１の詳細を示す構成図である。
　図６において、Ｉ_１は、入力端子１から入力された信号の電流、Ｖ_１は、入力端子１から入力された信号の電圧である。
　Ｚ_ｉｎは、図１に示すドハティ増幅器１０の入力インピーダンス、Γ_ｉｎは、入力端子１からドハティ増幅器１０の内部を見たときの、ドハティ増幅器１０における入力信号の反射係数である。
　Ｉ_２（－λ／４）は、第１の伝送線路１２に入力された信号の電流、Ｖ_２（－λ／４）は、第１の伝送線路１２に入力された信号の電圧である。
　Ｉ_２（０）は、第１の伝送線路１２から出力された信号の電流、Ｖ_２（０）は、第１の伝送線路１２から出力された信号の電圧である。
　Ｉ_３（－λ／４）は、第２の伝送線路１３に入力された信号の電流、Ｖ_３（－λ／４）は、第２の伝送線路１３に入力された信号の電圧である。
　Ｉ_３（０）は、第２の伝送線路１３から出力された信号の電流、Ｖ_３（０）は、第２の伝送線路１３から出力された信号の電圧である。

　Ｉ_ｉｓｏは、抵抗１４を流れる電流、Ｉ_２（０）－Ｉ_ｉｓｏは、出力端子１１ａから位相調整線路１５に出力される信号の電流、Ｉ_３（０）＋Ｉ_ｉｓｏは、出力端子１１ｂから係数調整線路１６に出力される信号の電流である。
　Ｚ_ｃｉｎは、出力端子１１ａからキャリア増幅器１８を見たインピーダンス、Γ_ｃｉｎは、出力端子１１ａからキャリア増幅器１８を見たときの、キャリア増幅器１８における第１の信号の反射係数である。
　Ｚ_ｐｉｎは、出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見たインピーダンス、Γ_ｐｉｎは、出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見たときの、ピーク増幅器１９における第２の信号の反射係数である。

　出力端子１１ａからキャリア増幅器１８を見たインピーダンスＺ_ｃｉｎと、キャリア増幅器１８における飽和動作時の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と、第１の信号の反射係数Γ_ｃｉｎとの関係は、以下の式（１）のように表される。

　出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見たインピーダンスＺ_ｐｉｎと、ピーク増幅器１９における飽和動作時の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０と、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎとの関係は、以下の式（２）のように表される。

　キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０は、動作が線形動作時から飽和動作時に至るまで変化しないため、常に、キャリア増幅器１８の入力反射係数がΓ_ｃｉｎ＝０である。
　ピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０は、動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの間で変化するため、ピーク増幅器１９における第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎは、図５に示すように、係数調整線路１６の電気長に応じて変化する。

　以下、キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和しているときのウィルキンソン分配器１１の動作と、線形動作時から飽和動作時に至るまでのウィルキンソン分配器１１の動作とを説明する。

［キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和しているときのウィルキンソン分配器１１の動作］
　キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和している場合、ウィルキンソン分配器１１における信号の電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は、所望の電力分配比１／Ｋ^２と一致している。電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は、出力端子１１ａからキャリア増幅器１８に向けて出力される第１の信号の電力Ｐ_２と、出力端子１１ｂからピーク増幅器１９に向けて出力される第２の信号の電力Ｐ_３とに対する電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３である。

　キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和している場合、第１の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_２に対する第２の伝送線路１３の特性インピーダンスＺ_３の比Ｚ_３／Ｚ_２と、キャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０に対するピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０の比Ｚ_ｐｉｎ０／Ｚ_ｃｉｎ０と、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３との関係は、以下の式（３）のように表される。

　図１に示すドハティ増幅器１０の設計時において、ドハティ増幅器１０の入力インピーダンスＺ_ｉｎと、キャリア増幅器１８における飽和動作時の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０とは、既値である。
　したがって、第１の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_２は、入力インピーダンスＺ_ｉｎ及び入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０を、以下の式（４）に代入することによって、求めることができる。

　第２の伝送線路１３の特性インピーダンスＺ_３は、第１の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_２を、以下の式（５）に代入することによって、求めることができる。

　抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｉｓｏが、以下の式（６）に示すように、入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０との和と一致していれば、抵抗１４に電流が流れないため、出力端子１１ａと出力端子１１ｂとがアイソレーションされる。

　抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｉｓｏが、以下の式（７）に示すように、式（６）に示す抵抗値Ｒ_ｉｓｏに、１よりも小さい０以上の比例係数ｗが乗算された値であれば、抵抗１４に電流が流れる。抵抗１４に電流が流れることで、図１に示すドハティ増幅器１０の動作が飽和動作時以外であるときは、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３が変化する。しかし、キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和しているときは、抵抗１４に電流が流れても、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は、変化せずに、所望の電力分配比１／Ｋ^２と一致している。

［線形動作時から飽和動作に至るまでのウィルキンソン分配器１１の動作］
　ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は、以下の式（８）のように表される。

　ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまでの電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は、式（８）に示すように、比例係数ｗによって変化する。

　図７は、ウィルキンソン分配器１１の出力端子１１ｂからピーク増幅器１９を見た反射係数Γ_ｐｉｎの位相が１８０度であるとき、比例係数ｗが０．２から１．８になるまで、０．２のステップで変化させた場合の規格化電力分配比を示す説明図である。
　図７において、横軸は、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値であり、入力反射の絶対値が０であるとき、ピーク増幅器１９は飽和している。ピーク増幅器１９の線形動作時は、入力反射の絶対値が１に近い値である。
　縦軸は、ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至る範囲での規格化電力分配比である。規格化電力分配比は、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３が１／Ｋ^２によって規格化されたものである。したがって、規格化電力分配比が１であるとき、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３は１／Ｋ^２である。

　比例係数ｗが０．２から１．８の範囲で変化されても、ピーク増幅器１９が飽和しているときは、図７に示すように、規格化電力分配比が１であり、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３が１／Ｋ^２である。
　ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が０よりも大きく、ピーク増幅器１９の動作が飽和動作時以外であるときは、規格化電力分配比は、図７に示すように、比例係数ｗに応じて変化する。

　比例係数ｗが１以上である場合、図７に示すように、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値に関わらず、規格化電力分配比が常に１以上であり、ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至るまで、ピーク増幅器１９よりもキャリア増幅器１８に多くの電力が分配される。
　したがって、比例係数ｗが１以上である場合、バックオフ時にピーク増幅器１９の動作を急激に開始させることが困難である。このため、キャリア増幅器１８がピーク増幅器１９よりも先に飽和してしまうことがあり、キャリア増幅器１８とピーク増幅器１９とを同時に飽和させる理想的な動作の実現が困難である。

　比例係数ｗが１よりも小さい場合、図７に示すように、規格化電力分配比が１よりも小さくなる、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が存在する。
　例えば、比例係数ｗが０．４である場合、図７に示すように、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が、０よりも大きく、約０．７２よりも小さい範囲において、規格化電力分配比が１よりも小さくなる。
　比例係数ｗが０．４である場合、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が、１よりも小さく、約０．７２以上の範囲であるとき、ピーク増幅器１９よりもキャリア増幅器１８に多くの電力が分配される。即ち、ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時からバックオフ時に至るまでは、ピーク増幅器１９よりもキャリア増幅器１８に多くの電力が分配される。

　また、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が、約０．７２よりも小さく、０よりも大きい範囲であるとき、キャリア増幅器１８よりもピーク増幅器１９に多くの電力が分配される。即ち、ドハティ増幅器１０の動作がバックオフ時から飽和動作時に至るまでは、キャリア増幅器１８よりもピーク増幅器１９に多くの電力が分配される。
　したがって、ピーク増幅器１９よりも先にキャリア増幅器１８に信号の増幅動作を開始させ、その後、急激にピーク増幅器１９に信号の増幅動作を開始させることができる。また、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が０であって、ピーク増幅器１９が飽和しているときは、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３が、所望の電力分配比１／Ｋ^２となる。つまり、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が０であるときは、キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方が飽和している。

　図８は、比例係数ｗが０．４であるとき、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相が０度から１８０度になるまで、２２．５度のステップで変化させた場合の規格化電力分配比を示す説明図である。
　図８において、横軸は、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値であり、縦軸は、ドハティ増幅器１０の動作が線形動作時から飽和動作時に至る範囲での規格化電力分配比である。規格化電力分配比は、電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３が１／Ｋ^２によって規格化されたものである。
　図８の例では、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相が１３５度から１８０度の範囲であるときは、規格化電力分配比が１よりも小さくなる、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が存在する。
　しかし、図８の例では、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相が０度から９０度の範囲であるときは、規格化電力分配比が１よりも小さくなる、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が存在しない。

　また、線形動作時からバックオフ時における電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３を示す式（８）は、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相に対して偶関数であるため、反射係数Γ_ｐｉｎの位相が１８０度から２２５度の範囲であるときにも、規格化電力分配比が１よりも小さくなる、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が存在する。
　しかし、第２の信号の反射係数Γ_ｐｉｎの位相が２７０度から３６０度の範囲であるときは、規格化電力分配比が１よりも小さくなる、ピーク増幅器１９の入力反射の絶対値が存在しない。
　以上より、ドハティ増幅器１０の理想動作を実現可能な反射係数Γ_ｐｉｎの位相条件が存在する。

　図９は、理想動作を実現可能な反射係数Γ_ｐｉｎの位相条件を満たし、かつ、比例係数ｗが１よりも小さく０以上である、ドハティ増幅器１０における出力電力に対する利得を示す説明図である。
　特許文献１に記載されているドハティ増幅器では、バックオフ時に、ピーク増幅器が信号の増幅動作を急激に開始することができないため、バックオフ時から飽和動作時にかけて利得が急激に低下し、利得特性が非線形になる。
　図１に示すドハティ増幅器１０では、バックオフ時に、ピーク増幅器１９が信号の増幅動作を急激に開始することができるため、バックオフ時から飽和動作時にかけての利得の平坦性を保つことができる。また、図１に示すドハティ増幅器１０では、キャリア増幅器１８とピーク増幅器１９とを同時に飽和させることができるため、特許文献１に記載されているドハティ増幅器よりも、飽和出力電力が増加する。

　特許文献１に記載されているドハティ増幅器は、制御回路による分配比率の可変が完了する前に、アイソレーション抵抗可変型分配器から、分配後の２つの信号が出力されて、合成信号の利得が低下してしまう不具合を防止するために、遅延回路を備えている。
　図１に示すドハティ増幅器１０は、特許文献１に記載されているような制御回路を備えることなく、合成信号の利得低下を防止しており、特許文献１に記載されているような遅延回路を備える必要がない。したがって、図１に示すドハティ増幅器１０は、入力信号が遅延回路に入力されてから、遅延回路の遅延時間を経過するまでの間、増幅後の信号を出力することができないという不具合を生じない。
　なお、図１に示すドハティ増幅器１０は、特許文献１に記載されているような検波回路、制御回路及び遅延回路を備えていない分、特許文献１に記載されているドハティ増幅器よりも、小型化及び簡単化のそれぞれの実現が可能であり、また、消費電力の低減が可能である。

　以上の実施の形態１では、第１の伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_２に対する第２の伝送線路１３の特性インピーダンスＺ_３の比Ｚ_３／Ｚ_２が、キャリア増幅器１８及びピーク増幅器１９の双方を飽和させるときの、キャリア増幅器１８とピーク増幅器１９とに対する増幅対象の信号の電力分配比Ｐ_２／Ｐ_３であり、抵抗１４の抵抗値Ｒ_ｉｓｏが、キャリア増幅器１８が飽和する際のキャリア増幅器１８の入力インピーダンスＺ_ｃｉｎ０と、ピーク増幅器１９が飽和する際のピーク増幅器１９の入力インピーダンスＺ_ｐｉｎ０との和に、１よりも小さい０以上の比例係数ｗが乗算された値であるように、ドハティ増幅器１０を構成した。したがって、ドハティ増幅器１０は、増幅対象の信号を遅延する遅延回路を備えることなく、バックオフ時から飽和動作時に亘って、キャリア増幅器１８から出力された信号とピーク増幅器１９から出力された信号との合成信号の利得低下を防止することができる。

実施の形態２．
　実施の形態２では、ウィルキンソン分配器１１が、抵抗４０と直列に接続されているコンデンサ４１，４２を備えたドハティ増幅器１０について説明する。

　図１０は、実施の形態２に係るドハティ増幅器１０のウィルキンソン分配器１１を示す構成図である。図１０において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　抵抗４０は、抵抗値がＲ_ｉｓｏである抵抗４０ａのほかに、寄生インダクタンス４０ｂを有している。
　コンデンサ４１の一端は、第１の伝送線路１２の他端及び出力端子１１ａのそれぞれと接続され、コンデンサ４１の他端は、抵抗４０の一端と接続されている。
　コンデンサ４２の一端は、第２の伝送線路１３の他端及び出力端子１１ｂのそれぞれと接続され、コンデンサ４２の他端は、抵抗４０の他端と接続されている。
　コンデンサ４１及びコンデンサ４２のそれぞれは、抵抗４０が寄生インダクタンス４０ｂを有することによる、第１の信号及び第２の信号におけるそれぞれの位相回転を補償するために設けられている。
　ウィルキンソン分配器１１が、抵抗４０と直列に接続されているコンデンサ４１，４２を備えているため、抵抗４０が寄生インダクタンス４０ｂを有していても、図１に示すドハティ増幅器１０と同様に、合成信号の利得低下を防止することができる。

　増幅対象の信号が通信信号であるとき、通信信号を増幅する増幅器として、図１に示すドハティ増幅器を備える通信装置を構成してもよい。
　図１１は、図１に示すドハティ増幅器１０を備える通信装置を示す構成図である。
　図１に示すドハティ増幅器は、特許文献１に記載されているような遅延回路を備えていない。このため、図１１に示す通信装置は、遅延回路の遅延時間に相当する通信信号の遅延を伴うことなく、通信信号を増幅することができる。
　図１１に示す通信装置は、図１に示すドハティ増幅器１０を備えているが、図１０に示すウィルキンソン分配器１１を含むドハティ増幅器１０を備えていてもよい。

　なお、本開示は、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。

　本開示は、ドハティ増幅器及び通信装置に適している。

　１　入力端子、２　負荷、１０　ドハティ増幅器、１１　ウィルキンソン分配器、１１ａ，１１ｂ　出力端子、１２　第１の伝送線路、１３　第２の伝送線路、１４　抵抗、１５　位相調整線路、１６　係数調整線路、１７　位相調整線路、１８　キャリア増幅器、１８ａ　トランジスタ、１８ｂ　入力整合回路、１８ｃ　出力整合回路、１８ｄ　安定化回路、１９　ピーク増幅器、１９ａ　トランジスタ、１９ｂ　入力整合回路、１９ｃ　出力整合回路、１９ｄ　安定化回路、２０　４分の１波長線路、２１　出力合成点、２２　出力整合回路、３０　入力反射位相の範囲、４０　抵抗、４０ａ　抵抗、４０ｂ　寄生インダクタンス、４１，４２　コンデンサ。

Claims

　増幅対象の信号が入力される入力端子と一端が接続されている第１の伝送線路と、
　前記入力端子と一端が接続されている第２の伝送線路と、
　前記第１の伝送線路の他端と前記第２の伝送線路の他端との間に接続されている抵抗と、
　前記第１の伝送線路の他端から出力された信号を増幅し、増幅後の信号を出力合成点に出力するキャリア増幅器と、
　前記第２の伝送線路の他端から出力された信号を増幅し、増幅後の信号を前記出力合成点に出力するピーク増幅器とを備え、
　前記第１の伝送線路の特性インピーダンスに対する前記第２の伝送線路の特性インピーダンスの比は、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の双方を飽和させるときの、前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器とに対する前記増幅対象の信号の電力分配比であり、
　前記抵抗の抵抗値は、前記キャリア増幅器が飽和する際の前記キャリア増幅器の入力インピーダンスと、前記ピーク増幅器が飽和する際の前記ピーク増幅器の入力インピーダンスとの和に、１よりも小さい０以上の比例係数が乗算された値であることを特徴とするドハティ増幅器。
　前記第２の伝送線路の他端と前記ピーク増幅器との間に接続されており、前記第２の伝送線路の他端から前記ピーク増幅器を見たときの、前記ピーク増幅器における信号の反射係数を調整する係数調整線路と、
　前記第１の伝送線路の他端と前記キャリア増幅器との間に接続されており、前記係数調整線路が有する電気長と同じ電気長を有する位相調整線路と
　を備えたことを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記抵抗と直列に接続されているコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記増幅対象の信号が通信信号であり、前記通信信号を増幅する増幅器として、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のドハティ増幅器を備えることを特徴とする通信装置。