WO2022249380A1

WO2022249380A1 - ドハティ増幅器

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Publication number: WO2022249380A1
Application number: PCT/JP2021/020147
Authority: WO
Inventors: 和宏弥政; 英悟桑田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01
Also published as: US20240048102A1; DE112021007364T5; JPWO2022249380A1; JP7418662B2; CN117321911A

Abstract

第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第１の高周波信号を増幅するキャリア増幅器（４）と、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第２の高周波信号を増幅するピーク増幅器（７）と、キャリア増幅器（４）の出力端（４ａ）とグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第１の直列共振回路（９）と、ピーク増幅器（７）の出力端（７ａ）とグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第２の直列共振回路（１０）と、キャリア増幅器（４）の出力端（４ａ）と一端が接続され、ピーク増幅器（７）の出力端（７ａ）と他端が接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第１の並列共振回路（１１）と、ピーク増幅器（７）の出力端（７ａ）及び第１の並列共振回路（１１）の他端のそれぞれと一端が接続され、負荷（１７）と他端が電気的に接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第２の並列共振回路（１３）とを備えるように、ドハティ増幅器（１００）を構成した。

Description

ドハティ増幅器

　本開示は、ドハティ増幅器に関するものである。

　キャリア増幅器とピーク増幅器と負荷変調回路とを備えるドハティ増幅器が特許文献１に開示されている。当該負荷変調回路は、第１の並列共振回路と、第２の並列共振回路と、第３の並列共振回路とを備えている。第１の並列共振回路の一端は、キャリア増幅器の出力端と接続され、第１の並列共振回路の他端は、グランドと接続されている。第２の並列共振回路の一端は、ピーク増幅器の出力端と接続され、第２の並列共振回路の他端は、グランドと接続されている。第３の並列共振回路の一端は、キャリア増幅器の出力端と接続され、第３の並列共振回路の他端は、ピーク増幅器の出力端と接続されている。
　第１の並列共振回路、第２の並列共振回路及び第３の並列共振回路のそれぞれは、増幅対象の高周波信号に含まれている複数の高調波の中の１つの高調波である２倍波の周波数で並列共振する。第１の並列共振回路、第２の並列共振回路及び第３の並列共振回路のそれぞれが並列共振することで、キャリア増幅器の出力端及びピーク増幅器の出力端のそれぞれから負荷側を見込んだ２倍波のインピーダンスが無限大になる。

国際公開第２０２０／２３５０９３号

　特許文献１に開示されているドハティ増幅器では、負荷のインピーダンスが変動しても、キャリア増幅器の出力端及びピーク増幅器の出力端のそれぞれから負荷側を見込んだ２倍波のインピーダンスは、無限大に固定された状態が維持される。一方、負荷のインピーダンスが変動することで、キャリア増幅器の出力端及びピーク増幅器の出力端のそれぞれから負荷側を見込んだ３倍波のインピーダンスは、変動することがある。つまり、特許文献１に開示されているドハティ増幅器は、１種類の高調波のインピーダンスの変動しか防ぐことができないという課題があった。１種類の高調波のインピーダンスの変動しか防ぐことはできない場合、他の高調波のインピーダンスが変動することで、ドハティ増幅器の動作効率が劣化してしまうことがある。

　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、負荷のインピーダンスの変動に伴う、第１の高調波及び第２の高調波におけるそれぞれのインピーダンスの変動を防ぐ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、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第１の高周波信号を増幅するキャリア増幅器と、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第２の高周波信号を増幅するピーク増幅器と、キャリア増幅器の出力端とグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第１の直列共振回路と、ピーク増幅器の出力端とグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第２の直列共振回路と、キャリア増幅器の出力端と一端が接続され、ピーク増幅器の出力端と他端が接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第１の並列共振回路と、ピーク増幅器の出力端及び第１の並列共振回路の他端のそれぞれと一端が接続され、負荷と他端が電気的に接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第２の並列共振回路とを備えるものである。

　本開示によれば、負荷のインピーダンスの変動に伴う、第１の高調波及び第２の高調波におけるそれぞれのインピーダンスの変動を防ぐことができる。

実施の形態１に係るドハティ増幅器１００を示す構成図である。図１に示すドハティ増幅器１００を示す等価回路図である。図２に示す負荷変調回路８及び出力整合回路１２におけるそれぞれの具体的な構成を示す説明図である。キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐのそれぞれが５．１［ｐＦ］であると仮定した場合の負荷変調回路８のインピーダンスの計算結果を示すスミスチャートである。負荷変調回路８の反射係数をデシベル表記したグラフを示す説明図である。負荷変調回路８の通過位相の計算結果を示す説明図である。キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐのそれぞれが５．１［ｐＦ］であると仮定した場合の出力整合回路１２のインピーダンスの計算結果を示すスミスチャートである。出力整合回路１２の反射係数をデシベル表記したグラフを示す説明図である。出力整合回路１２の通過位相の計算結果を示す説明図である。

　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１００を示す構成図である。
　図１に示すドハティ増幅器１００は、入力端子１、信号分配器２、入力整合回路３、キャリア増幅器４、位相補正回路５、入力整合回路６、ピーク増幅器７、負荷変調回路８、出力整合回路１２及び出力端子１６を備えている。

　入力端子１は、ドハティ増幅器１００の外部から、増幅対象の高周波信号が与えられる端子である。増幅対象の高周波信号は、基本波、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有している。
　信号分配器２は、入力端子１に与えられた高周波信号の電力を２分配する。電力の２分配は、電力の等分配であってもよいし、電力の不等分配であってもよい。
　信号分配器２は、分配後の一方の高周波信号を第１の高周波信号として入力整合回路３に出力し、分配後の他方の高周波信号を第２の高周波信号として位相補正回路５に出力する。

　入力整合回路３の一端は、信号分配器２の一方の出力端と接続され、入力整合回路３の他端は、キャリア増幅器４の入力端と接続されている。
　入力整合回路３は、キャリア増幅器４の入力端のインピーダンスを入力端子１のインピーダンスに整合させるための回路である。

　キャリア増幅器４は、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等によって実現される。
　キャリア増幅器４が、例えば、ソース接地のＦＥＴによって実現される場合、キャリア増幅器４の入力端は、ＦＥＴのゲート端子であり、キャリア増幅器４の出力端４ａは、ＦＥＴのドレイン端子である。
　キャリア増幅器４の入力端は、入力整合回路３の他端と接続され、キャリア増幅器４の出力端４ａは、負荷変調回路８の一方の入力端と接続されている。
　キャリア増幅器４は、入力整合回路３を通過してきた第１の高周波信号を増幅し、増幅後の第１の高周波信号を負荷変調回路８に出力する。

　位相補正回路５は、例えば、９０度線路によって実現される。
　位相補正回路５の一端は、信号分配器２の他方の出力端と接続され、位相補正回路５の他端は、入力整合回路６の一端と接続されている。
　位相補正回路５は、信号分配器２から出力された第２の高周波信号の位相を９０度遅延させ、位相遅延後の第２の高周波信号を入力整合回路６に出力する。

　入力整合回路６の一端は、位相補正回路５の他端と接続され、入力整合回路６の他端は、ピーク増幅器７の入力端と接続されている。
　入力整合回路６は、ピーク増幅器７の入力端のインピーダンスを入力端子１のインピーダンスに整合させるための回路である。

　ピーク増幅器７は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は、ＦＥＴ等によって実現される。
　ピーク増幅器７が、例えば、ソース接地のＦＥＴによって実現される場合、ピーク増幅器７の入力端は、ＦＥＴのゲート端子であり、ピーク増幅器７の出力端７ａは、ＦＥＴのドレイン端子である。
　ピーク増幅器７の入力端は、入力整合回路６の他端と接続され、ピーク増幅器７の出力端７ａは、負荷変調回路８の他方の入力端と接続されている。
　ピーク増幅器７は、入力整合回路６を通過してきた第２の高周波信号を増幅し、増幅後の第２の高周波信号を負荷変調回路８に出力する。

　負荷変調回路８は、第１の直列共振回路９、第２の直列共振回路１０及び第１の並列共振回路１１を備えている。
　また、負荷変調回路８は、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐを含んでいる。
　負荷変調回路８の一方の入力端は、キャリア増幅器４の出力端４ａと接続され、負荷変調回路８の他方の入力端は、ピーク増幅器７の出力端７ａと接続されている。
　負荷変調回路８の出力端８ａは、ピーク増幅器７の出力端７ａ、第２の直列共振回路１０の一端、第１の並列共振回路１１の他端及び後述する第２の並列共振回路１３の一端のそれぞれと接続されている。

　第１の直列共振回路９は、インダクタ９ａとコンデンサ９ｂとが直列に接続されている直列回路である。
　第１の直列共振回路９は、キャリア増幅器４の出力端４ａとグランドとの間に接続されている。
　第１の直列共振回路９は、第１の高調波の周波数で共振する。図１に示すドハティ増幅器１００では、第１の高調波は、入力端子１に与えられた高周波信号に含まれている基本波の２倍波である。
　インダクタ９ａの一端は、キャリア増幅器４の出力端４ａと接続され、インダクタ９ａの他端は、コンデンサ９ｂの一端と接続されている。インダクタ９ａのインダクタンスは、Ｌ_０ｃである。
　コンデンサ９ｂの一端は、インダクタ９ａの他端と接続され、コンデンサ９ｂの他端は、グランドと接続されている。コンデンサ９ｂの容量は、Ｃ_０ｃである。

　第２の直列共振回路１０は、インダクタ１０ａとコンデンサ１０ｂとが直列に接続されている直列回路である。
　第２の直列共振回路１０は、ピーク増幅器７の出力端７ａとグランドとの間に接続されている。
　第２の直列共振回路１０は、第１の高調波の周波数で共振する。
　インダクタ１０ａの一端は、ピーク増幅器７の出力端７ａと接続され、インダクタ１０ａの他端は、コンデンサ１０ｂの一端と接続されている。インダクタ１０ａのインダクタンスは、Ｌ_０ｐである。
　コンデンサ１０ｂの一端は、インダクタ１０ａの他端と接続され、コンデンサ１０ｂの他端は、グランドと接続されている。コンデンサ１０ｂの容量は、Ｃ_０ｐである。

　第１の並列共振回路１１は、インダクタ１１ａとコンデンサ１１ｂとが並列に接続されている並列回路である。
　第１の並列共振回路１１の一端は、キャリア増幅器４の出力端４ａ及び第１の直列共振回路９の一端のそれぞれと接続され、第１の並列共振回路１１の他端は、出力端８ａと接続されている。
　第１の並列共振回路１１は、第２の高調波の周波数で共振する。図１に示すドハティ増幅器１００では、第２の高調波は、入力端子１に与えられた高周波信号に含まれている基本波の３倍波である。
　インダクタ１１ａの一端は、キャリア増幅器４の出力端４ａ及びインダクタ９ａの一端のそれぞれと接続され、インダクタ１１ａの他端は、出力端８ａと接続されている。インダクタ１１ａのインダクタンスは、Ｌ_１である。
　コンデンサ１１ｂは、インダクタ１１ａと並列に接続されている。コンデンサ１１ｂの容量は、Ｃ_１である。

　出力整合回路１２は、第２の並列共振回路１３、コンデンサ１４及びインダクタ１５を備えている。
　出力整合回路１２の一端は、負荷変調回路８の出力端８ａと接続されている。出力整合回路１２の他端は、出力端子１６を介して、負荷１７の一端と接続されている。
　出力整合回路１２は、基本波の周波数において、負荷変調回路８の出力端８ａのインピーダンスを負荷１７のインピーダンスと整合させるための回路である。

　第２の並列共振回路１３は、インダクタ１３ａとコンデンサ１３ｂとが並列に接続されている並列回路である。
　第２の並列共振回路１３の一端は、負荷変調回路８の出力端８ａと接続されている。第２の並列共振回路１３の他端は、負荷１７と電気的に接続されている。即ち、第２の並列共振回路１３の他端は、コンデンサ１４の一端及びインダクタ１５の一端のそれぞれと接続されている。
　第２の並列共振回路１３は、第２の高調波の周波数で共振する。
　インダクタ１３ａの一端は、負荷変調回路８の出力端８ａと接続されている。インダクタ１３ａの他端は、コンデンサ１４の一端及びインダクタ１５の一端のそれぞれと接続されている。インダクタ１３ａのインダクタンスは、Ｌ_２である。
　コンデンサ１３ｂは、インダクタ１３ａと並列に接続されている。コンデンサ１３ｂの容量は、Ｃ_２である。

　コンデンサ１４の一端は、第２の並列共振回路１３の他端と接続され、コンデンサ１４の他端は、グランドと接続されている。コンデンサ１４の容量は、Ｃ_３である。
　インダクタ１５の一端は、第２の並列共振回路１３の他端と接続され、インダクタ１５の他端は、出力端子１６と接続されている。インダクタ１５のインダクタンスは、Ｌ_３である。

　出力端子１６は、ドハティ増幅器１００による増幅後の高周波信号を負荷１７に出力するための端子である。
　負荷１７の一端は、出力端子１６と接続され、負荷１７の他端は、グランドと接続されている。
　負荷１７のインピーダンスは、Ｚ_０である。

　次に、図１に示すドハティ増幅器１００の動作について説明する。
　信号分配器２は、ドハティ増幅器１００の外部から入力端子１に与えられた高周波信号の電力を２分配する。
　信号分配器２は、分配後の一方の高周波信号を第１の高周波信号として入力整合回路３に出力する。
　また、信号分配器２は、分配後の他方の高周波信号を第２の高周波信号として位相補正回路５に出力する。
　信号分配器２から入力整合回路３に出力された第１の高周波信号は、入力整合回路３を介して、キャリア増幅器４の入力端に出力される。

　信号分配器２から入力整合回路３に出力された第２の高周波信号は、位相補正回路５を通過することで、位相が９０度遅れる。
　位相補正回路５による位相遅延後の第２の高周波信号は、入力整合回路６を介して、ピーク増幅器７の入力端に出力される。

　キャリア増幅器４は、入力整合回路３を通過してきた第１の高周波信号を増幅する。
　キャリア増幅器４は、増幅後の第１の高周波信号を負荷変調回路８に出力する。

　ピーク増幅器７は、入力整合回路６を通過してきた第２の高周波信号の電力が閾値未満であれば、増幅動作を停止する。ピーク増幅器７が増幅動作を停止しているときは、入力整合回路６を通過してきた第２の高周波信号は、ピーク増幅器７で消失する。
　ピーク増幅器７は、入力整合回路６を通過してきた第２の高周波信号の電力が閾値以上であれば、第２の高周波信号を増幅する。
　ピーク増幅器７は、増幅後の第２の高周波信号を負荷変調回路８に出力する。

　負荷変調回路８は、キャリア増幅器４から出力された第１の高周波信号に含まれている基本波の位相を９０度遅延させる。
　また、負荷変調回路８は、第１の高調波及び第２の高調波におけるそれぞれの周波数で共振する。
　即ち、負荷変調回路８に含まれている第１の直列共振回路９は、第１の高調波である２倍波の周波数で共振する。
　負荷変調回路８に含まれている第２の直列共振回路１０は、第１の高調波である２倍波の周波数で共振する。
　負荷変調回路８に含まれている第１の並列共振回路１１は、第２の高調波である３倍波の周波数で共振する。

　第１の直列共振回路９及び第１の並列共振回路１１のそれぞれを通過した第１の高周波信号と、第２の直列共振回路１０を通過した第２の高周波信号とは合成され、出力端８ａから、合成後の高周波信号が出力整合回路１２に出力される。
　出力整合回路１２に含まれている第２の並列共振回路１３は、第２の高調波である３倍波の周波数で共振する。

　第１の直列共振回路９及び第２の直列共振回路１０のそれぞれが、２倍波の周波数で共振することで、２倍波について、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７におけるそれぞれの出力側に短絡端が形成される。即ち、キャリア増幅器４の出力端４ａ及びピーク増幅器７の出力端７ａのそれぞれから負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスが略ゼロになる。
　第１の並列共振回路１１及び第２の並列共振回路１３のそれぞれが、３倍波の周波数で共振することで、３倍波について、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７におけるそれぞれの出力側に開放端が形成される。即ち、キャリア増幅器４の出力端４ａ及びピーク増幅器７の出力端７ａのそれぞれから負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスが無限大になる。

　２倍波について短絡端が形成されることで、キャリア増幅器４の電流源２１（図２を参照）及びピーク増幅器７の電流源２２（図２を参照）におけるそれぞれの２倍波のインピーダンスが略ゼロになるため、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７のそれぞれがＦ級動作となる。したがって、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７のそれぞれが高効率に動作する。
　負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスが略ゼロに固定されるため、負荷１７のインピーダンスＺ_０のうち、２倍波のインピーダンスが変動しても、負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスは変動しない。また、負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスが無限大に固定されるため、負荷１７のインピーダンスＺ_０のうち、３倍波のインピーダンスが変動しても、負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスは変動しない。
　したがって、負荷１７における２倍波のインピーダンス、又は、負荷１７における３倍波のインピーダンスが変動しても、ドハティ増幅器１００における動作効率の劣化が防止される。

　次に、負荷変調回路８の動作を具体的に説明する。
　図２は、図１に示すドハティ増幅器１００を示す等価回路図である。
　図２において、電流源２１は、キャリア増幅器４を実現するトランジスタの電流源である。
　電流源２２は、ピーク増幅器７を実現するトランジスタの電流源である。
　負荷変調回路８は、電流源２１と電流源２２とを結んでいる負荷変調線路に相当する回路であり、負荷変調回路８の特性インピーダンスは、Ｚ_ｃである。負荷変調回路８の電気長は、θである。
　ドハティ増幅器１００が、例えば、６ｄＢのバックオフ動作を行う理想的なドハティ増幅器であれば、基本波の周波数で、Ｚ_ｃ＝５０Ωであり、かつ、θ＝９０°である。
　この場合、負荷変調回路８の出力端８ａから負荷１７側を見込んだインピーダンスは、２５Ωになる。
　出力整合回路１２の特性インピーダンスは、Ｚ_ａであり、出力整合回路１２の電気長は、θ_ａである。出力整合回路１２は、基本波の周波数において、負荷変調回路８の出力端８ａのインピーダンスを負荷１７のインピーダンスと整合させている。

　図３は、図２に示す負荷変調回路８及び出力整合回路１２におけるそれぞれの具体的な構成を示す説明図である。
　負荷変調回路８は、図３に示すように、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐを含んでいる。
　図３では、インダクタ９ａとコンデンサ９ｂとを含む第１の直列共振回路９と、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃとからＺｐｃ部が構成されている。
　また、インダクタ１０ａとコンデンサ１０ｂとを含む第２の直列共振回路１０と、ピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐとからＺｐｐ部が構成されている。
　負荷変調回路８は、寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及び寄生容量Ｃｄｓ＿ｐを含んでいるため、これらの寄生容量と同じ容量を有するコンデンサを別途備える必要がない。

　ここで、基本波の中心周波数ｆ_０に対応する角周波数がωであるとき、コンデンサ９ｂの容量Ｃ_０ｃ、インダクタ９ａのインダクタンスＬ_０ｃ、コンデンサ１０ｂの容量Ｃ_０ｐ及びインダクタ１０ａのインダクタンスＬ_０ｐは、以下の式（１）～（４）によって表される。
　式（１）及び式（２）から明らかなように、コンデンサ９ｂの容量Ｃ_０ｃ及びインダクタ９ａのインダクタンスＬ_０ｃのそれぞれは、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃに基づいて決定されている。式（３）及び式（４）から明らかなように、コンデンサ１０ｂの容量Ｃ_０ｐ及びインダクタ１０ａのインダクタンスＬ_０ｐのそれぞれは、ピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐに基づいて決定されている。
　また、コンデンサ１１ｂの容量Ｃ_１及びインダクタ１１ａのインダクタンスＬ_１は、以下の式（５）～（６）によって表される。

　式（１）～（６）において、Ｎ_１は、第１の高調波を示す次数であり、図１に示すドハティ増幅器１００では、第１の高調波が２倍波であるため、Ｎ_１＝２である。
　Ｎ_２は、第２の高調波を示す次数であり、図１に示すドハティ増幅器１００では、第２の高調波が３倍波であるため、Ｎ_２＝３である。
　図１に示すドハティ増幅器１００では、負荷変調回路８が、基本波の中心周波数ｆ_０において、特性インピーダンスがＺ_ｃで、電気長がθである回路を実現している。
　Ｚｐｃ部及びＺｐｐ部のそれぞれは、基本波の中心周波数ｆ_０において、容量性（図３では「Ｃ性」と表記されている）となり、２倍波の周波数Ｎ_１×ｆ_０で直列共振することによって、２倍波について短絡端を形成している。
　第１の並列共振回路１１は、基本波の中心周波数ｆ_０において、誘導性（図３では「Ｌ性」と表記されている）となり、３倍波の周波数Ｎ_２×ｆ_０で並列共振することによって、３倍波について開放端を形成している。

　出力整合回路１２は、基本波の中心周波数ｆ_０において、特性インピーダンスがＺ_ａで、電気長がθ_ａである回路を実現している。
　第２の並列共振回路１３は、基本波の中心周波数ｆ_０において、誘導性となり、３倍波の周波数Ｎ_２×ｆ_０で並列共振することによって、３倍波について開放端を形成している。
　出力整合回路１２は、インダクタ１３ａとコンデンサ１３ｂとが並列に接続されている第２の並列共振回路１３と、第２の並列共振回路１３と並列に接続されているコンデンサ１４と、第２の並列共振回路１３と直列に接続されているインダクタ１５とを備えている。第２の並列共振回路１３と、コンデンサ１４と、インダクタ１５とは、非対称型のＴ型回路を構成している。
　基本波の中心周波数ｆ_０に対応する角周波数がωであるとき、インダクタ１３ａのインダクタンスＬ_２、コンデンサ１３ｂの容量Ｃ_２、インダクタ１５のインダクタンスＬ_３及びコンデンサ１４の容量Ｃ_３は、以下の式（７）～（１０）によって表される。

　図４は、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐのそれぞれが５．１［ｐＦ］であると仮定した場合の負荷変調回路８のインピーダンスの計算結果を示すスミスチャートである。
　図４に示すスミスチャートの規格化インピーダンスは、負荷変調回路８の特性インピーダンスＺ_ｃであり、負荷変調回路８の電気長θは、９０度である。
　図４において、ｍ＿ｆｃは基本波、ｍ＿２ｆｃは２倍波、ｍ＿３ｆｃは３倍波である。
　図５は、負荷変調回路８の反射係数をデシベル表記したグラフを示す説明図である。
　図５において、横軸は、規格化周波数、縦軸は、反射係数Ｓ１１のデシベル値を示している。
　図６は、負荷変調回路８の通過位相の計算結果を示す説明図である。
　図６において、横軸は、規格化周波数、縦軸は、通過位相を示している。

　図４及び図５より、基本波の中心周波数ｆ_０において、負荷変調回路８のインピーダンスが、特性インピーダンスＺ_ｃに整合していることが分かる。
　また、図４より、２倍波の周波数において、短絡端が形成されていることが分かる。図６より、基本波の中心周波数ｆ_０において、負荷変調回路８の通過位相が９０°に設定できていることが分かる。

　図７は、キャリア増幅器４の寄生容量Ｃｄｓ＿ｃ及びピーク増幅器７の寄生容量Ｃｄｓ＿ｐのそれぞれが５．１［ｐＦ］であると仮定した場合の出力整合回路１２のインピーダンスの計算結果を示すスミスチャートである。
　図７に示すスミスチャートの規格化インピーダンスは、出力整合回路１２の特性インピーダンスＺ_ａであり、出力整合回路１２の電気長θは、９０度である。
　図７において、ｍ＿ｆｃは基本波、ｍ＿２ｆｃは２倍波、ｍ＿３ｆｃは３倍波である。
　図８は、出力整合回路１２の反射係数をデシベル表記したグラフを示す説明図である。
　図８において、横軸は、規格化周波数、縦軸は、反射係数Ｓ１１のデシベル値を示している。
　図９は、出力整合回路１２の通過位相の計算結果を示す説明図である。
　図９において、横軸は、規格化周波数、縦軸は、通過位相を示している。

　図７及び図８より、基本波の中心周波数ｆ_０において、出力整合回路１２のインピーダンスが、特性インピーダンスＺ_ａに整合していることが分かる。
　また、図７より、３倍波の周波数において、開放端が形成されていることが分かる。図９より、基本波の中心周波数ｆ_０において、出力整合回路１２の通過位相が９０°に設定できていることが分かる。

　以上の実施の形態１では、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第１の高周波信号を増幅するキャリア増幅器４と、第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第２の高周波信号を増幅するピーク増幅器７と、キャリア増幅器４の出力端４ａとグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第１の直列共振回路９と、ピーク増幅器７の出力端７ａとグランドとの間に接続されており、第１の高調波の周波数で共振する第２の直列共振回路１０と、キャリア増幅器４の出力端４ａと一端が接続され、ピーク増幅器７の出力端７ａと他端が接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第１の並列共振回路１１と、ピーク増幅器７の出力端７ａ及び第１の並列共振回路１１の他端のそれぞれと一端が接続され、負荷１７と他端が電気的に接続されており、第２の高調波の周波数で共振する第２の並列共振回路１３とを備えるように、ドハティ増幅器１００を構成した。したがって、ドハティ増幅器１００は、負荷１７のインピーダンスの変動に伴う、第１の高調波及び第２の高調波におけるそれぞれのインピーダンスの変動を防ぐことができる。

実施の形態２．
　実施の形態２では、第１の高調波が、高周波信号に含まれている基本波の３倍波であり、第２の高調波が、高周波信号に含まれている基本波の２倍波である場合のドハティ増幅器１００について説明する。

　実施の形態２に係るドハティ増幅器１００の構成は、実施の形態１に係るドハティ増幅器１００の構成と同様であり、実施の形態２に係るドハティ増幅器１００を示す構成図は、図１である。
　実施の形態２に係るドハティ増幅器１００では、式（１）～（４）において、Ｎ_１＝３である。また、式（５）～（８）において、Ｎ_２＝２である。
　実施の形態２に係るドハティ増幅器１００では、第１の直列共振回路９及び第２の直列共振回路１０のそれぞれが、３倍波の周波数で共振することで、３倍波について、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７におけるそれぞれの出力側に短絡端が形成される。即ち、キャリア増幅器４の出力端４ａ及びピーク増幅器７の出力端７ａのそれぞれから負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスが略ゼロになる。
　第１の並列共振回路１１及び第２の並列共振回路１３のそれぞれが、２倍波の周波数で共振することで、２倍波について、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７におけるそれぞれの出力側に開放端が形成される。即ち、キャリア増幅器４の出力端４ａ及びピーク増幅器７の出力端７ａのそれぞれから負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスが無限大になる。

　３倍波について短絡端が形成されることで、キャリア増幅器４の電流源２１及びピーク増幅器７の電流源２２におけるそれぞれの３倍波のインピーダンスが略ゼロになるため、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７のそれぞれが逆Ｆ級動作となる。したがって、キャリア増幅器４及びピーク増幅器７のそれぞれが高効率に動作する。
　負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスが略ゼロに固定されるため、負荷１７のインピーダンスＺ_０のうち、３倍波のインピーダンスが変動しても、負荷１７側を見込んだ３倍波のインピーダンスは変動しない。また、負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスが無限大に固定されるため、負荷１７のインピーダンスＺ_０のうち、２倍波のインピーダンスが変動しても、負荷１７側を見込んだ２倍波のインピーダンスは変動しない。
　したがって、負荷１７における２倍波のインピーダンス、又は、負荷１７における３倍波のインピーダンスが変動しても、ドハティ増幅器１００における動作効率の劣化が防止される。

　実施の形態１に係るドハティ増幅器１００では、第１の高調波が２倍波、第２の高調波が３倍波であるものを示している。また、実施の形態２に係るドハティ増幅器１００では、第１の高調波が３倍波、第２の高調波が２倍波であるものを示している。
　しかし、これは一例に過ぎず、例えば、第１の高調波が３倍波、第２の高調波が４倍波であってもよいし、第１の高調波が４倍波、第２の高調波が３倍波であってもよい。
　また、第１の高調波が４倍波、第２の高調波が５倍波であってもよいし、第１の高調波が５倍波、第２の高調波が４倍波であってもよい。

　実施の形態１，２に係るドハティ増幅器１００では、位相補正回路５が、９０度線路によって実現されている。しかし、これは一例に過ぎず、位相補正回路５は、表面実装部品によって実現されているものであってもよい。

　実施の形態１，２に係るドハティ増幅器１００は、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって実現されているものであってもよい。ドハティ増幅器１００が、ＭＭＩＣによって実現される場合、インダクタ９ａ，１０ａ，１１ａ，１３ａ，１５は、スパイラルインダクタによって実現される。また、コンデンサ９ｂ，１０ｂ，１１ｂ，１３ｂ，１４は、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）キャパシタによって実現される。ドハティ増幅器１００が、ＭＭＩＣによって実現される場合、ドハティ増幅器１００が、表面実装部品によって実現される場合よりも小型化できる。

　実施の形態１，２に係るドハティ増幅器１００では、インダクタ９ａ，１０ａ，１１ａ，１３ａ，１５の一部、又は、コンデンサ９ｂ，１０ｂ，１１ｂ，１３ｂ，１４の一部が、ＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって実現されていてもよいし、表面実装部品によって実現されていてもよい。
　また、インダクタ９ａ，１０ａ，１１ａ，１３ａ，１５における一部のインダクタンス成分が、ワイヤ、基板上の配線パターン、又は、多層基板の内層パターンによって実現されていてもよい。一部のインダクタンス成分が、ワイヤ等によって実現される場合、ＭＭＩＣ内部のスパイラルインダクタによって実現される場合よりも、低損失なインダクタンス成分が実現されるため、更なる高効率化を実現できる。

　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、ドハティ増幅器に適している。

　１　入力端子、２　信号分配器、３　入力整合回路、４　キャリア増幅器、４ａ　出力端、５　位相補正回路、６　入力整合回路、７　ピーク増幅器、７ａ　出力端、８　負荷変調回路、８ａ　出力端、９　第１の直列共振回路、９ａ　インダクタ、９ｂ　コンデンサ、１０　第２の直列共振回路、１０ａ　インダクタ、１０ｂ　コンデンサ、１１　第１の並列共振回路、１１ａ　インダクタ、１１ｂ　コンデンサ、１２　出力整合回路、１３　第２の並列共振回路、１３ａ　インダクタ、１３ｂ　コンデンサ、１４　コンデンサ、１５　インダクタ、１６　出力端子、１７　負荷、２１，２２　電流源、１００　ドハティ増幅器。

Claims

　第１の高調波及び第２の高調波のそれぞれを有する第１の高周波信号を増幅するキャリア増幅器と、
　前記第１の高調波及び前記第２の高調波のそれぞれを有する第２の高周波信号を増幅するピーク増幅器と、
　前記キャリア増幅器の出力端とグランドとの間に接続されており、前記第１の高調波の周波数で共振する第１の直列共振回路と、
　前記ピーク増幅器の出力端とグランドとの間に接続されており、前記第１の高調波の周波数で共振する第２の直列共振回路と、
　前記キャリア増幅器の出力端と一端が接続され、前記ピーク増幅器の出力端と他端が接続されており、前記第２の高調波の周波数で共振する第１の並列共振回路と、
　前記ピーク増幅器の出力端及び前記第１の並列共振回路の他端のそれぞれと一端が接続され、負荷と他端が電気的に接続されており、前記第２の高調波の周波数で共振する第２の並列共振回路と
　を備えたドハティ増幅器。
　前記ピーク増幅器の出力端及び前記第１の並列共振回路の他端のそれぞれと一端が接続され、負荷と他端が接続されており、前記第２の並列共振回路を含んでいる出力整合回路を備え、
　前記出力整合回路は、前記第２の並列共振回路のほかに、
　前記第２の並列共振回路の他端とグランドとの間に接続されているコンデンサと、
　前記第２の並列共振回路の他端と一端が接続され、前記負荷と他端が接続されているインダクタとを備え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。
　前記第１の高調波は、前記第１の高周波信号及び前記第２の高周波信号のそれぞれに含まれている基本波の２倍波であり、
　前記第２の高調波は、前記基本波の３倍波であり、
　前記第１の直列共振回路と前記第２の直列共振回路とが、前記２倍波について、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器におけるそれぞれの出力側に短絡端を形成し、
　前記第１の並列共振回路と前記第２の並列共振回路とが、前記３倍波について、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器におけるそれぞれの出力側に開放端を形成することを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記第１の高調波は、前記第１の高周波信号及び前記第２の高周波信号のそれぞれに含まれている基本波の３倍波であり、
　前記第２の高調波は、前記基本波の２倍波であり、
　前記第１の直列共振回路と前記第２の直列共振回路とが、前記３倍波について、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器におけるそれぞれの出力側に短絡端を形成し、
　前記第１の並列共振回路と前記第２の並列共振回路とが、前記２倍波について、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器におけるそれぞれの出力側に開放端を形成することを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
　前記第１の直列共振回路は、インダクタとコンデンサとが直列に接続されている直列回路であり、
　前記インダクタのインダクタンス及び前記コンデンサの容量のそれぞれは、前記キャリア増幅器の寄生容量に基づいて決定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。
　前記第２の直列共振回路は、インダクタとコンデンサとが直列に接続されている直列回路であり、
　前記インダクタのインダクタンス及び前記コンデンサの容量のそれぞれは、前記ピーク増幅器の寄生容量に基づいて決定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。