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JP2008167300A - Doherty amplifier - Google Patents

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JP2008167300A
JP2008167300A JP2006356253A JP2006356253A JP2008167300A JP 2008167300 A JP2008167300 A JP 2008167300A JP 2006356253 A JP2006356253 A JP 2006356253A JP 2006356253 A JP2006356253 A JP 2006356253A JP 2008167300 A JP2008167300 A JP 2008167300A
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amplifier
voltage
output
peak
carrier
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Application number
JP2006356253A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuji Yamamoto
卓史 山本
Shigeru Hiura
滋 日浦
Takaya Kitahara
高也 北原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Doherty amplifier having simple configuration and providing high efficiency while suppressing adjacent channel leak power. <P>SOLUTION: The Doherty amplifier is equipped with constant voltage sources 21, 22 for supplying a first voltage and a second voltage different from the first voltage and an amplification section, wherein the amplification section is equipped with: a distribution circuit 11 for distributing an input signal; a carrier amplifier 1 in which the first voltage from the constant voltage source is applied between a drain and a source thereof and which amplifies one signal distributed by the distribution circuit at all times; a peak amplifier 2 in which the second voltage from the constant voltage source is applied between a drain and a source thereof and which amplifies the other signal distributed by the distribution circuit when the input signal is above a predetermined level; and an output terminal from which an output signal of the carrier amplifier and an output signal of the peak amplifier are synthesized and output. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高効率を実現することができるドハティ増幅器に関する。   The present invention relates to a Doherty amplifier capable of realizing high efficiency.

近年、移動体通信や無線LAN(Local Area Network)などの進歩は著しく、特に携帯電話の爆発的な普及と、それに伴うインフラ整備により、携帯端末のみならず基地局にも低消費電力化が要求されてきている。そこで、基地局において送信に使用される増幅器についても、効率及び線形性の向上に対する要求が一層高まってきている。線形性は入力電力の増加に対する出力電力の増加が直線的に変化する性能である。この線形性が良好であれば、出力信号の歪みが低減されて、隣接チャネル漏洩電力が低減される。   In recent years, mobile communication and wireless LAN (Local Area Network) have made remarkable progress, especially with the explosive spread of mobile phones and the accompanying infrastructure development, which requires lower power consumption not only for mobile terminals but also for base stations. Has been. Therefore, there is an increasing demand for an improvement in efficiency and linearity for amplifiers used for transmission in base stations. Linearity is a performance in which an increase in output power linearly changes with an increase in input power. If this linearity is good, the distortion of the output signal is reduced and the adjacent channel leakage power is reduced.

しかしながら、一般的な増幅器では、効率と線形性との間にはトレードオフの関係があり、また、効率は増幅器への入力レベルに比例する。したがって、高い効率は、増幅器の出力が飽和出力電力に近づくまで得られないので、増幅器の線形性を実現することは難しい。そこで、ドハティ増幅器等のような高効率で信号を増幅する技術と、その低歪化やフィードフォワード等の歪補償技術とを組み合わせることにより、より高効率で低歪な増幅器が開発されている。   However, in a typical amplifier, there is a trade-off between efficiency and linearity, and efficiency is proportional to the input level to the amplifier. Therefore, high efficiency cannot be obtained until the amplifier output approaches the saturated output power, so it is difficult to achieve amplifier linearity. In view of this, an amplifier with higher efficiency and lower distortion has been developed by combining a technique for amplifying a signal with high efficiency such as a Doherty amplifier and a distortion compensation technique such as low distortion and feedforward.

このドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを有し、キャリア増幅器をAB級動作、ピーク増幅器をC級動作するように、ゲート電圧が設定されている。   This Doherty amplifier has a carrier amplifier and a peak amplifier, and the gate voltage is set so that the carrier amplifier operates in class AB and the peak amplifier operates in class C.

キャリア増幅器とピーク増幅器との出力端の合成点から、ピーク増幅器側を見た負荷インピーダンスを開放(オープン)に近い状態となるように位相線路長を構成する。これにより、小信号動作時では、ピーク増幅器はC級動作しているため、キャリア増幅器しか動作しない状態となり、図5のカーブC2に示すように、効率が向上する。   The phase line length is configured so that the load impedance viewed from the peak amplifier side is close to an open state from the combination point of the output ends of the carrier amplifier and the peak amplifier. Thus, during the small signal operation, since the peak amplifier is operating in class C, only the carrier amplifier is in operation, and the efficiency is improved as shown by the curve C2 in FIG.

そして、出力電力がキャリア増幅器の飽和する飽和遷移点Pb以上に増加すると、即ち、大信号動作時では、ピーク増幅器も動作するため、図5のカーブC3に示すように、飽和出力電力Paが伸びる。2つの増幅器をAB級動作させるような通常の増幅器は図5のカーブC1のようになり、ドハティ増幅器と同等の飽和出力電力を得るが、飽和出力電力からバックオフをとった領域では、効率は低い。   When the output power increases above the saturation transition point Pb at which the carrier amplifier saturates, that is, during the large signal operation, the peak amplifier also operates, so that the saturated output power Pa increases as shown by the curve C3 in FIG. . A normal amplifier that operates two amplifiers in class AB is as shown by curve C1 in FIG. 5 and obtains a saturated output power equivalent to that of the Doherty amplifier. However, in the region where the back-off is taken from the saturated output power, the efficiency is Low.

また、同じ飽和出力電力を持つキャリア増幅器とピーク増幅器とで構成されるドハティ増幅器では、図5のカーブカーブC2,C3に示すように、飽和遷移点Pbで効率の不連続点を有し、その効率をほぼ維持しつつ飽和出力電力Paに達するという特徴を有する。   In addition, a Doherty amplifier including a carrier amplifier and a peak amplifier having the same saturation output power has an efficiency discontinuity point at a saturation transition point Pb as shown by curve curves C2 and C3 in FIG. The saturation output power Pa is reached while maintaining the efficiency substantially.

しかし、近年の情報通信用信号、例えば、W−CDMA信号等はピーク値と平均値との差の電力比が高いので、一般的なドハティ増幅器では、隣接チャネル漏洩電力を抑制しにくくなる。即ち、飽和出力電力を超える入力電力が入力される(線形性が良くない)と、出力信号の歪みが増加して、隣接チャネル漏洩電力を抑制しにくくなる。   However, recent information communication signals, such as W-CDMA signals, have a high power ratio of the difference between the peak value and the average value, so that it is difficult to suppress adjacent channel leakage power with a general Doherty amplifier. That is, when input power exceeding the saturated output power is input (linearity is not good), distortion of the output signal increases and it is difficult to suppress adjacent channel leakage power.

このため、飽和出力電力からのバックオフ量を通常のドハティ増幅器より大きくとった領域が効率が高くなるようにすることにより、隣接チャネル漏洩電力を抑制するドハティ増幅器が考案されている。このドハティ増幅器では、キャリア増幅器とピーク増幅器とに使用するデバイスにおいて、ゲート幅が異なるデバイス、即ち、飽和出力電力が異なるデバイスを用いる。   For this reason, a Doherty amplifier has been devised that suppresses adjacent channel leakage power by increasing efficiency in a region where the backoff amount from the saturated output power is larger than that of a normal Doherty amplifier. In this Doherty amplifier, devices having different gate widths, that is, devices having different saturation output powers, are used as devices used for the carrier amplifier and the peak amplifier.

図6は従来のこの種のドハティ増幅器の回路を示す(非特許文献1)。ドハティ増幅器は、10Wデバイスからなるキャリア増幅器1a及び20Wデバイスからなるピーク増幅器2aを備える。入力信号は2分配され、一方はキャリア増幅器1aに入力され、他方は1/4波長伝送線路3を経由してピーク増幅器2aに入力される。負荷は、整合回路6aを介してピーク増幅器2aの出力に接続され、キャリア増幅器1aの出力は、一般に、整合回路5a及び1/4波長伝送線路4からなるインピーダンス変換器を介して負荷に接続される。このドハティ増幅器は小信号動作時ではキャリア増幅器1aだけが動作する。   FIG. 6 shows a conventional Doherty amplifier circuit of this type (Non-Patent Document 1). The Doherty amplifier includes a carrier amplifier 1a composed of a 10W device and a peak amplifier 2a composed of a 20W device. The input signal is divided into two, one is input to the carrier amplifier 1a, and the other is input to the peak amplifier 2a via the quarter wavelength transmission line 3. The load is connected to the output of the peak amplifier 2a via the matching circuit 6a, and the output of the carrier amplifier 1a is generally connected to the load via an impedance converter composed of the matching circuit 5a and the quarter wavelength transmission line 4. The In this Doherty amplifier, only the carrier amplifier 1a operates during the small signal operation.

小信号動作時では、キャリア増幅器1aからみた負荷インピーダンスがピーク電力でのインピーダンスよりも高いため、キャリア増幅器1aの効率が増加する。出力レベルがキャリア増幅器1aの飽和する飽和遷移点以上に増加すると、ピーク増幅器2aが動作する状態となる。このドハティ増幅器では、10Wのキャリア増幅器1aと20Wのピーク増幅器2aとの飽和電力が異なるデバイスを使用しているので、ピーク値と平均値との差の電力比が高い場合でも、隣接チャネル漏洩電力を抑制することができる。   During the small signal operation, the load impedance seen from the carrier amplifier 1a is higher than the impedance at the peak power, so that the efficiency of the carrier amplifier 1a increases. When the output level increases beyond the saturation transition point at which the carrier amplifier 1a is saturated, the peak amplifier 2a is activated. In this Doherty amplifier, devices having different saturation powers of the 10 W carrier amplifier 1a and the 20 W peak amplifier 2a are used, so even if the power ratio of the difference between the peak value and the average value is high, the adjacent channel leakage power Can be suppressed.

また、図7に示すドハティ増幅器が知られている(特許文献1)。このドハティ増幅器では、方向性結合器7は、入力信号電力の大部分を直交スプリッタ8に供給しつつ入力信号の小部分を検出器9に出力する。直交スプリッタ8は、入力信号を同相信号と直交位相信号とに分離し、同相信号をキャリア増幅器1bに出力し、直交位相信号をピーク増幅器2bに出力する。検出器9の出力は、バイアス制御回路10a,10bに出力される。キャリア増幅器1bは、バイアス制御回路10aの制御の下に直交スプリッタ8からの同相信号を低入力信号レベルにおいて線形な増幅を行う。ピーク増幅器2bは、高出力動作時に直交スプリッタ8からの直交信号を増幅する。キャリア増幅器1bの出力に接続された1/4波長伝送線路4は、出力端OUTにおいてピーク増幅器2bの出力に接続される。   A Doherty amplifier shown in FIG. 7 is known (Patent Document 1). In this Doherty amplifier, the directional coupler 7 supplies most of the input signal power to the orthogonal splitter 8 and outputs a small portion of the input signal to the detector 9. The quadrature splitter 8 separates the input signal into an in-phase signal and a quadrature signal, outputs the in-phase signal to the carrier amplifier 1b, and outputs the quadrature signal to the peak amplifier 2b. The output of the detector 9 is output to the bias control circuits 10a and 10b. The carrier amplifier 1b linearly amplifies the in-phase signal from the quadrature splitter 8 at a low input signal level under the control of the bias control circuit 10a. The peak amplifier 2b amplifies the quadrature signal from the quadrature splitter 8 during high output operation. The quarter wavelength transmission line 4 connected to the output of the carrier amplifier 1b is connected to the output of the peak amplifier 2b at the output terminal OUT.

このような構成によれば、バイアス制御回路10a,10bが一定の電力利得を与えるように入力信号に応じてキャリア増幅器1b及びピーク増幅器2bのバイアスを制御するので、入力信号の歪みを抑制することができる。   According to such a configuration, the bias control circuits 10a and 10b control the bias of the carrier amplifier 1b and the peak amplifier 2b according to the input signal so as to give a constant power gain, so that distortion of the input signal is suppressed. Can do.

また、従来のこの種のドハティ増幅器として特許文献2に記載された高効率増幅器が知られている。
石井著:”ドハティ増幅器におけるピーク増幅器の最適化検討”,IEICE2005,C−2−7,p40 特表2000−513535号公報 特開2003−188651号公報
Further, a high efficiency amplifier described in Patent Document 2 is known as a conventional Doherty amplifier of this type.
Ishii: “Optimization of peak amplifier in Doherty amplifier”, IEICE2005, C-2-7, p40 Special Table 2000-513535 JP 2003-188651 A

しかしながら、上述した非特許文献1に開示された従来のドハティ増幅器においては、ゲート幅の異なるデバイスでは、飽和出力電力が10W、20W、90W、180Wなどのように飛び飛びの値しか得られず、飽和出力電力を微調整することができない。   However, in the conventional Doherty amplifier disclosed in Non-Patent Document 1 described above, in devices with different gate widths, only saturated values such as 10 W, 20 W, 90 W, and 180 W can be obtained and saturation is achieved. The output power cannot be fine tuned.

また、特許文献1に開示された従来のドハティ増幅器は、直交スプリッタ8、検出器9、バイアス制御回路10a,10bが必要となるので、回路が複雑化するとともに高価になる。   Further, the conventional Doherty amplifier disclosed in Patent Document 1 requires the quadrature splitter 8, the detector 9, and the bias control circuits 10a and 10b, so that the circuit becomes complicated and expensive.

本発明の課題は、簡単な構成で隣接チャネル漏洩電力を抑制しつつ高い効率を得ることができるドハティ増幅器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a Doherty amplifier capable of obtaining high efficiency while suppressing adjacent channel leakage power with a simple configuration.

本発明に係るドハティ増幅器は、上記課題を解決するために、入力信号を分配する分配回路と、前記分配回路により分配された一方の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、入力信号が所定レベル以上の場合に前記分配回路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、前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力とが合成されて出力される出力端とを備え、前記分配回路から前記キャリア増幅器の入力端までの線路長と前記分配回路から前記ピーク増幅器の入力端までの線路長とが異なることを特徴とする。   In order to solve the above problem, a Doherty amplifier according to the present invention includes a distribution circuit that distributes an input signal, a carrier amplifier that always amplifies one of the signals distributed by the distribution circuit, and an input signal that is equal to or higher than a predetermined level. A peak amplifier that amplifies the other signal distributed by the distribution circuit, and an output terminal that combines and outputs the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier. The line length to the input terminal of the amplifier is different from the line length from the distribution circuit to the input terminal of the peak amplifier.

また、本発明に係るドハティ増幅器は、第1電圧とこの第1電圧とは異なる第2電圧とを供給する定電圧源と、増幅部とを備え、前記増幅部は、入力信号を分配する分配回路と、前記定電圧源の第1電圧が主電極間に印加され、前記分配回路により分配された一方の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、前記定電圧源の第2電圧が主電極間に印加され、入力信号が所定レベル以上の場合に前記分配回路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、前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力とが合成されて出力される出力端とを備えることを特徴とする。   The Doherty amplifier according to the present invention includes a constant voltage source that supplies a first voltage and a second voltage that is different from the first voltage, and an amplification unit, and the amplification unit distributes an input signal. A circuit, a carrier amplifier that applies a first voltage of the constant voltage source between main electrodes and amplifies one of the signals distributed by the distribution circuit, and a second voltage of the constant voltage source between the main electrodes. A peak amplifier that amplifies the other signal distributed by the distribution circuit when the input signal is higher than a predetermined level, and an output terminal that combines and outputs the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier It is characterized by providing.

本発明に係るドハティ増幅器によれば、簡単な構成で隣接チャネル漏洩電力を抑制しつつ高い効率を得ることができる。   According to the Doherty amplifier according to the present invention, it is possible to obtain high efficiency while suppressing adjacent channel leakage power with a simple configuration.

また、キャリア増幅器の主電極間に定電圧源から第1電圧が印加され、ピーク増幅器の主電極間に定電圧源から第2電圧が印加されるので、飽和出力電力が異なるデバイスとして動作させる。   Further, since the first voltage is applied from the constant voltage source between the main electrodes of the carrier amplifier and the second voltage is applied from the constant voltage source between the main electrodes of the peak amplifier, the devices are operated as devices having different saturation output powers.

以下、本発明の実施の形態に係るドハティ増幅器を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a Doherty amplifier according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係るドハティ増幅器の構成を示す回路図である。このドハティ増幅器は、入力端、90°ハイブリッドカップラ11、位相補正用線路13、キャリア増幅器1、ピーク増幅器2、キャリア出力段整合回路5、ピーク出力段整合回路6、定電圧源21,22、35Ω線路14及び出力端OUTから構成されている。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a Doherty amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. This Doherty amplifier has an input end, a 90 ° hybrid coupler 11, a phase correction line 13, a carrier amplifier 1, a peak amplifier 2, a carrier output stage matching circuit 5, a peak output stage matching circuit 6, a constant voltage source 21, 22, 35Ω. It consists of a line 14 and an output end OUT.

90°ハイブリッドカップラ11は、本発明の分配回路に対応し、第1乃至第4端子を有する方向性結合器からなり、第1端子が入力端に接続され、第2端子が50Ω終端(器)に接続され、第3端子が位相補正用線路13を介してキャリア増幅器1に接続され、第4端子がピーク増幅器2に接続されている。90°ハイブリッドカップラ11は、入力端からの入力信号を等電力で2分配して3dBダウンした第1信号と第1信号に対して90°位相が遅れた第2信号とに分離し、第1信号を位相補正用線路13を介してキャリア増幅器1に出力し、第2信号をピーク増幅器2に出力する。   The 90 ° hybrid coupler 11 corresponds to the distribution circuit of the present invention, and includes a directional coupler having first to fourth terminals. The first terminal is connected to the input terminal, and the second terminal is a 50Ω termination. The third terminal is connected to the carrier amplifier 1 via the phase correction line 13, and the fourth terminal is connected to the peak amplifier 2. The 90 ° hybrid coupler 11 divides the input signal from the input end into two parts with equal power and separates it into a first signal that is 3 dB down and a second signal that is delayed by 90 ° relative to the first signal. The signal is output to the carrier amplifier 1 via the phase correction line 13 and the second signal is output to the peak amplifier 2.

実施例1のドハティ増幅器は、位相補正用線路13からなるブロックAと、キャリア増幅器1及びピーク増幅器2からなるブロックBと、キャリア出力段整合回路5及びピーク出力段整合回路6からなるブロックCとを設けたことを特徴とする。以下、各ブロックについて順番に説明する。   The Doherty amplifier according to the first embodiment includes a block A including a phase correction line 13, a block B including a carrier amplifier 1 and a peak amplifier 2, and a block C including a carrier output stage matching circuit 5 and a peak output stage matching circuit 6. Is provided. Hereinafter, each block will be described in turn.

(キャリア増幅器1及びピーク増幅器2からなるブロックB)
キャリア増幅器1とピーク増幅器2とに用いるデバイスは、同じゲート幅を持つデバイスであり同じ飽和出力電力を有し、例えば、GaN-HEMT(Gallium Nitride-High Electron Mobility Transistor)からなり、例えば、飽和出力電力が90Wのものを用いる。このGaN-HEMTのドレイン電圧(ドレイン−ソース間電圧)は公称値で50Vである。
(Block B comprising carrier amplifier 1 and peak amplifier 2)
The devices used for the carrier amplifier 1 and the peak amplifier 2 are devices having the same gate width and the same saturation output power, and are composed of, for example, GaN-HEMT (Gallium Nitride-High Electron Mobility Transistor). Use a power of 90W. The drain voltage (drain-source voltage) of this GaN-HEMT is nominally 50V.

キャリア増幅器1は、GaN-HEMT(本発明の第1増幅素子に対応)のドレイン−ソース間(本発明の主電極間に対応)に定電圧源21から40V(本発明の第1電圧に対応)が印加されている。キャリア増幅器1は、出力の高低に拘わらずゲート電圧の設定により常にAB級動作し、位相補正用線路13を介して90°ハイブリッドカップラ11の第3端子から送られてくる第1信号を増幅してキャリア出力段整合回路5に送る。   The carrier amplifier 1 has a constant voltage source 21 to 40 V (corresponding to the first voltage of the present invention) between the drain and source of GaN-HEMT (corresponding to the first amplifying element of the present invention) (corresponding to between the main electrodes of the present invention). ) Is applied. The carrier amplifier 1 always operates in class AB by setting the gate voltage regardless of the output level, and amplifies the first signal sent from the third terminal of the 90 ° hybrid coupler 11 via the phase correction line 13. To the carrier output stage matching circuit 5.

ピーク増幅器2は、GaN-HEMT(本発明の第2増幅素子に対応)のドレイン−ソース間(本発明の主電極間に対応)に定電圧源22から50V(本発明の第2電圧に対応)が印加されている。ピーク増幅器2は、高出力動作時、即ち、キャリア増幅器1が飽和遷移点Pbに達した以降のみゲート電圧の設定によりC級動作し、90°ハイブリッドカップラ11の第4端子から送られてくる第2信号を増幅してピーク出力段整合回路6に送る。   The peak amplifier 2 has a constant voltage source 22 to 50 V (corresponding to the second voltage of the present invention) between the drain and source of GaN-HEMT (corresponding to the second amplifying element of the present invention) (corresponding to between the main electrodes of the present invention). ) Is applied. The peak amplifier 2 operates in class C by setting the gate voltage only during high output operation, that is, after the carrier amplifier 1 reaches the saturation transition point Pb, and is sent from the fourth terminal of the 90 ° hybrid coupler 11. Two signals are amplified and sent to the peak output stage matching circuit 6.

なお、2つの定電圧源21,22はそれぞれ異なる電圧を供給するが、例えば、1つの定電圧源が第1電圧と第2電圧とを供給しても良い。   Although the two constant voltage sources 21 and 22 supply different voltages, for example, one constant voltage source may supply the first voltage and the second voltage.

GaN-HEMTは、ドレイン電圧50Vよりも40Vの方が出力電力に対するドレイン効率が高い。このため、キャリア増幅器1は高効率が得られ、ピーク増幅器2は、高線形性が得られる。なお、キャリア増幅器1に印加されるドレイン電圧は、40Vに限らず、例えば38Vでも良く、50V以下であればその他の値でも良い。   GaN-HEMT has higher drain efficiency with respect to output power when the drain voltage is 40V than when the drain voltage is 50V. For this reason, the carrier amplifier 1 has high efficiency, and the peak amplifier 2 has high linearity. The drain voltage applied to the carrier amplifier 1 is not limited to 40V, but may be 38V, for example, or any other value as long as it is 50V or less.

入力電力が小さいときは、ピーク増幅器2はC級動作となるようにバイアスされているため、キャリア増幅器1のみが動作する。このとき、キャリア増幅器1は、ドレイン電圧が40Vに設定されているため、ドレイン電圧を公称値50Vに設定しているよりも高い効率を得ることができる。   When the input power is small, since the peak amplifier 2 is biased so as to be in a class C operation, only the carrier amplifier 1 operates. At this time, since the drain voltage is set to 40V, the carrier amplifier 1 can obtain higher efficiency than the case where the drain voltage is set to the nominal value 50V.

徐々に入力電力が増加するとキャリア増幅器1が徐々に飽和遷移点Pbに達してくるが、この飽和遷移点Pbがドレイン電圧50Vの時の飽和遷移点よりも数dB小さくなる。そして、この飽和遷移点以上になると、C級バイアスに設定しているピーク増幅器2が動作を開始する。このため、全体として6dB以上バックオフした領域で高効率を得ることができる。   When the input power gradually increases, the carrier amplifier 1 gradually reaches the saturation transition point Pb. This saturation transition point Pb becomes several dB smaller than the saturation transition point when the drain voltage is 50V. When the saturation transition point is reached, the peak amplifier 2 set to the class C bias starts operating. For this reason, high efficiency can be obtained in a region where the back-off is 6 dB or more as a whole.

このように、キャリア増幅器1のドレイン電圧は、ピーク増幅器2のドレイン電圧よりも低く設定されているので、飽和出力電力が異なるデバイスとして動作させることができる。従って、簡単な構成で隣接チャネル漏洩電力を抑制しつつ高い効率を得ることができる。   Thus, since the drain voltage of the carrier amplifier 1 is set lower than the drain voltage of the peak amplifier 2, it can be operated as a device having different saturation output power. Therefore, high efficiency can be obtained while suppressing adjacent channel leakage power with a simple configuration.

また、キャリア増幅器1のドレイン電圧の設定値により、飽和出力電力の微調整が可能となる。このため、従来の特許文献1のように、飽和出力電力が10W、20W、90W、180Wなどのように飛び飛びの値になることはない。   Further, the saturation output power can be finely adjusted according to the set value of the drain voltage of the carrier amplifier 1. Therefore, unlike the conventional patent document 1, the saturation output power does not become a jump value like 10 W, 20 W, 90 W, 180 W, or the like.

図3は本発明の実施例1に係るドハティ増幅器のキャリア増幅器とピーク増幅器との各々に40Vまたは50Vを印加したときの出力電力に対するドレイン効率を示す図である。図4は本発明の実施例1に係るドハティ増幅器のキャリア増幅器とピーク増幅器との各々に40Vまたは50Vを印加したときの出力電力に対する隣接チャネル漏洩電力を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing drain efficiency with respect to output power when 40 V or 50 V is applied to each of the carrier amplifier and the peak amplifier of the Doherty amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating adjacent channel leakage power with respect to output power when 40 V or 50 V is applied to each of the carrier amplifier and the peak amplifier of the Doherty amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.

図3に示すように、キャリア増幅器1のドレイン電圧40Vで且つピーク増幅器2のドレイン電圧50Vのときは、飽和遷移点Pbでの効率が最も高く、しかもキャリア増幅器1のドレイン電圧50Vで且つピーク増幅器2のドレイン電圧50Vのときよりも高い効率を得ていることがわかる。   As shown in FIG. 3, when the drain voltage of the carrier amplifier 1 is 40V and the drain voltage of the peak amplifier 2 is 50V, the efficiency at the saturation transition point Pb is highest, and the drain voltage of the carrier amplifier 1 is 50V and the peak amplifier. It can be seen that higher efficiency is obtained than when the drain voltage of 2 is 50V.

また、図4に示すように、キャリア増幅器1のドレイン電圧40Vで且つピーク増幅器2のドレイン電圧50Vのときは、使用すべき出力電力(この例では45dBm)付近において隣接チャネル漏洩電力がキャリア増幅器1のドレイン電圧50Vで且つピーク増幅器2のドレイン電圧50Vのときと同様、規定された隣接チャネル漏洩電力(この例では−35dBc)以下になっていることがわかる。   As shown in FIG. 4, when the drain voltage of the carrier amplifier 1 is 40 V and the drain voltage of the peak amplifier 2 is 50 V, the adjacent channel leakage power is near the carrier amplifier 1 near the output power to be used (45 dBm in this example). As in the case of the drain voltage of 50 V and the drain voltage of the peak amplifier 2, it can be seen that the adjacent channel leakage power (in this example, −35 dBc) is less than or equal to.

(キャリア出力段整合回路5及びピーク出力段整合回路6からなるブロックC)
キャリア増幅器1に印加するドレイン電圧が40V、50V、あるいはそれ以外の電圧では、GaN-HEMTの負荷インピーダンスが変化するため、各々の負荷インピーダンスが互いに異なる。このため、キャリア出力段整合回路5は、キャリア増幅器1の負荷インピーダンスに整合させ、且つキャリア増幅器1の出力とピーク増幅器2の出力との合成点からピーク増幅器2を見たインピーダンスがオープンになるような線路長を有して構成されている。これにより、高効率で且つ印加しているドレイン電圧において良好な歪み特性が得られる。ピーク出力段整合回路6は、ピーク増幅器2の負荷インピーダンスに整合させるための線路長を有して構成されている。
(Block C comprising carrier output stage matching circuit 5 and peak output stage matching circuit 6)
When the drain voltage applied to the carrier amplifier 1 is 40 V, 50 V, or any other voltage, the load impedance of the GaN-HEMT changes, so that each load impedance is different. For this reason, the carrier output stage matching circuit 5 is matched with the load impedance of the carrier amplifier 1 and the impedance viewed from the combined point of the output of the carrier amplifier 1 and the output of the peak amplifier 2 is opened. It has a long line length. As a result, a high distortion characteristic can be obtained with high efficiency and an applied drain voltage. The peak output stage matching circuit 6 has a line length for matching with the load impedance of the peak amplifier 2.

また、合成点からピーク増幅器2を見たインピーダンスがオープンになるように設定しているため、キャリア増幅器1のみ動作しているときは、ピーク増幅器2側へ電力漏洩はほぼないため、余計な電力損失は発生しない。   In addition, since the impedance when the peak amplifier 2 is viewed from the synthesis point is set to be open, when only the carrier amplifier 1 is operating, there is almost no power leakage to the peak amplifier 2 side. There is no loss.

キャリア出力段整合回路5の出力及びピーク出力段整合回路6の出力は合成されて1/4波長の35Ω線路14を介して出力端OUTから出力される。35Ω線路14は、キャリア出力段整合回路5の出力とピーク出力段整合回路6の出力との合成点(この合成点ではインピーダンス25Ω)において出力端に接続される図示しない負荷のインピーダンス50Ωと整合をとるようにインピーダンスを変換する。   The output of the carrier output stage matching circuit 5 and the output of the peak output stage matching circuit 6 are combined and output from the output terminal OUT via the quarter-wave 35 Ω line 14. The 35Ω line 14 is matched with the impedance 50Ω of a load (not shown) connected to the output terminal at the combination point of the output of the carrier output stage matching circuit 5 and the output of the peak output stage matching circuit 6 (impedance 25Ω at this combination point). The impedance is converted to take.

(位相補正用線路13からなるブロックA)
キャリア増幅器1及びピーク増幅器2のGaN-HEMTに印加されるドレイン電圧が40V、50V、あるいはそれ以外の電圧では、デバイスの通過位相が互いに異なる。この場合、キャリア増幅器1のドレイン電圧40Vがピーク増幅器2のドレイン電圧50Vより低い値であるため、デバイスの通過位相はキャリア増幅器1の方が遅れる。そのため、ハイブリッドカプラから増幅器1,2までの線路長が等しい場合には、大信号動作時には、合成点においてキャリア増幅器1の出力とピーク増幅器2の出力とが合成されると、通過位相差により合成損失が発生する。そのため、本実施形態の回路では、位相補正用線路13を有する。
(Block A composed of phase correcting line 13)
When the drain voltage applied to the GaN-HEMT of the carrier amplifier 1 and the peak amplifier 2 is 40 V, 50 V, or other voltage, the passing phases of the devices are different from each other. In this case, since the drain voltage 40V of the carrier amplifier 1 is lower than the drain voltage 50V of the peak amplifier 2, the passing phase of the device is delayed in the carrier amplifier 1. Therefore, when the line lengths from the hybrid coupler to the amplifiers 1 and 2 are equal, when the large signal is operated, the output of the carrier amplifier 1 and the output of the peak amplifier 2 are combined at the combining point by the passing phase difference. Loss occurs. Therefore, the circuit according to the present embodiment includes the phase correction line 13.

位相補正用線路13は、前記位相差をなくすように線路長により位相補正を行う。即ち、ドレイン電圧40Vと50Vとによるキャリア増幅器1とピーク増幅器2との通過位相差に応じて、90°ハイブリッドカップラ11からキャリア増幅器1の入力端までの線路長と90°ハイブリッドカップラ11からピーク増幅器2の入力端までの線路長とが異なっている。   The phase correction line 13 performs phase correction based on the line length so as to eliminate the phase difference. That is, the line length from the 90 ° hybrid coupler 11 to the input terminal of the carrier amplifier 1 and the 90 ° hybrid coupler 11 to the peak amplifier according to the passing phase difference between the carrier amplifier 1 and the peak amplifier 2 due to the drain voltages 40V and 50V. The line length to the input end of 2 is different.

デバイス側で位相の調整を行うと、高線形性及び高効率に合わせたインピーダンス整合がずれるため、入力側で位相補正用線路13により位相を調整した方が良い。ここでは、ピーク増幅器2の通過位相が例えば100°でキャリア増幅器1の通過位相が例えば80°であれば、位相補正用線路13は、線路長により位相を20°に設定する。   When the phase is adjusted on the device side, impedance matching in accordance with high linearity and high efficiency is shifted. Therefore, it is better to adjust the phase by the phase correction line 13 on the input side. Here, if the passing phase of the peak amplifier 2 is, for example, 100 ° and the passing phase of the carrier amplifier 1 is, for example, 80 °, the phase correcting line 13 sets the phase to 20 ° according to the line length.

(実施例1の具体例)
図2は本発明の実施例1に係るドハティ増幅器を基板上に形成されたパターンで構成した実際の回路図である。図2において、入力端から線路パターンP1を介して90°ハイブリッドカプラ11の第1端子に接続され、第2端子は線路パターンP2を介して50Ω終端12に接続される。
(Specific example of Example 1)
FIG. 2 is an actual circuit diagram in which the Doherty amplifier according to Embodiment 1 of the present invention is configured by a pattern formed on a substrate. In FIG. 2, the input terminal is connected to the first terminal of the 90 ° hybrid coupler 11 via the line pattern P1, and the second terminal is connected to the 50Ω termination 12 via the line pattern P2.

90°ハイブリッドカプラ11の第3端子は、線路パターンP3と線路パターンP4とを介してキャリア増幅器1のゲート電極G1に接続される。90°ハイブリッドカプラ11の第4端子は、線路パターンP5を介してピーク増幅器2のゲート電極G2に接続される。線路パターンP3と線路パターンP4との合計の線路長は、線路パターンP5の線路長よりも長く設定され、突起状の線路パターンP4が位相補正用線路13に対応し、この線路長で位相が補正される。   The third terminal of the 90 ° hybrid coupler 11 is connected to the gate electrode G1 of the carrier amplifier 1 via the line pattern P3 and the line pattern P4. The fourth terminal of the 90 ° hybrid coupler 11 is connected to the gate electrode G2 of the peak amplifier 2 via the line pattern P5. The total line length of the line pattern P3 and the line pattern P4 is set to be longer than the line length of the line pattern P5, and the protruding line pattern P4 corresponds to the phase correction line 13, and the phase is corrected by this line length. Is done.

キャリア増幅器1のドレイン電極D1には定電圧源21(負極側が接地)から電圧が印加され、ソース電極S1は接地されている。ピーク増幅器2のドレイン電極D2には定電圧源22(負極側が接地)から電圧が印加され、ソース電極S2は接地されている。キャリア増幅器1のドレイン電極D1から線路パターンP6と突起状の線路パターンP7とを介して35Ω線路14の入力端(合成点)に接続される。ピーク増幅器2のドレイン電極D2から線路パターンP8と突起状の線路パターンP9とを介して35Ω線路14の入力端(合成点)に接続される。   A voltage is applied to the drain electrode D1 of the carrier amplifier 1 from the constant voltage source 21 (the negative electrode side is grounded), and the source electrode S1 is grounded. A voltage is applied to the drain electrode D2 of the peak amplifier 2 from a constant voltage source 22 (the negative electrode side is grounded), and the source electrode S2 is grounded. The drain electrode D1 of the carrier amplifier 1 is connected to the input end (synthesis point) of the 35Ω line 14 via the line pattern P6 and the protruding line pattern P7. The drain electrode D2 of the peak amplifier 2 is connected to the input end (synthesis point) of the 35Ω line 14 through the line pattern P8 and the protruding line pattern P9.

線路パターンP6及び線路パターンP7のインピーダンスと、線路パターンP8及び線路パターンP9のインピーダンスとの各々は、50Ωであり、これらは合成点で並列となるため、合成点で25Ωとなる。線路パターンP10は、35Ω線路14を構成し、1/4波長線路からなる。   Each of the impedance of the line pattern P6 and the line pattern P7 and the impedance of the line pattern P8 and the line pattern P9 is 50Ω, and since these are parallel at the synthesis point, the impedance is 25Ω at the synthesis point. The line pattern P10 constitutes a 35Ω line 14 and is composed of a ¼ wavelength line.

なお、各々の線路パターンは、基板上に形成されたパターンから構成されており、各特性インピーダンスは、そのパターン長、パターン幅、パターン厚、基板の比誘電率、基板の厚さ、通過させる信号の周波数などによって決定される。   Each line pattern is composed of a pattern formed on a substrate, and each characteristic impedance includes its pattern length, pattern width, pattern thickness, substrate relative dielectric constant, substrate thickness, and signal to be passed. It is determined by the frequency.

本発明のドハティ増幅器は、携帯電話等に用いられる電力増幅器に適用することができる。   The Doherty amplifier of the present invention can be applied to a power amplifier used for a mobile phone or the like.

本発明の実施例1に係るドハティ増幅器の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a Doherty amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1に係るドハティ増幅器を基板上に形成されたパターンで構成した実際の回路図である。FIG. 2 is an actual circuit diagram in which the Doherty amplifier according to the first embodiment of the present invention is configured by a pattern formed on a substrate. 本発明の実施例1に係るドハティ増幅器のキャリア増幅器とピーク増幅器との各々に40Vまたは50Vを印加したときの出力電力に対するドレイン効率を示す図である。It is a figure which shows the drain efficiency with respect to output electric power when 40V or 50V is applied to each of the carrier amplifier and peak amplifier of the Doherty amplifier which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るドハティ増幅器のキャリア増幅器とピーク増幅器との各々に40Vまたは50Vを印加したときの出力電力に対する隣接チャネル漏洩電力を示す図である。It is a figure which shows adjacent channel leakage electric power with respect to output electric power when 40V or 50V is applied to each of the carrier amplifier of the Doherty amplifier which concerns on Example 1 of this invention, and a peak amplifier. 従来のドハティ増幅器の小信号レベルと大信号レベルとにおける出力電力に対する効率を示す図である。It is a figure which shows the efficiency with respect to the output power in the small signal level of a conventional Doherty amplifier, and a large signal level. 従来のドハティ増幅器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional Doherty amplifier. 従来の他のドハティ増幅器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the other conventional Doherty amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1…キャリア増幅器、2…ピーク増幅器、3…1/4波長伝送線路、4…1/4波長伝送線路、5…キャリア出力段整合回路、6…ピーク出力段整合回路、7…方向性結合器、8…直交スプリッタ、9…検出器、10a,10b…バイアス制御回路、11…90°ハイブリッドカップラ、12…50Ω終端、13…位相補正用線路、14…35Ω線路、21,22…定電圧源、P1〜P10…線路パターン、G1,G2…ゲート電極、S1,S2…ソース電極、D1,D2…ドレイン電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carrier amplifier, 2 ... Peak amplifier, 3 ... 1/4 wavelength transmission line, 4 ... 1/4 wavelength transmission line, 5 ... Carrier output stage matching circuit, 6 ... Peak output stage matching circuit, 7 ... Directional coupler , 8 ... Quadrature splitter, 9 ... Detector, 10a, 10b ... Bias control circuit, 11 ... 90 ° hybrid coupler, 12 ... 50Ω termination, 13 ... Phase correction line, 14 ... 35Ω line, 21, 22 ... Constant voltage source , P1 to P10 ... line patterns, G1, G2 ... gate electrodes, S1, S2 ... source electrodes, D1, D2 ... drain electrodes.

Claims (5)

第1電圧とこの第1電圧とは異なる第2電圧とを供給する定電圧源と、増幅部とを備え、前記増幅部は、
入力信号を分配する分配回路と、
前記定電圧源の第1電圧が主電極間に印加され、前記分配回路により分配された一方の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、
前記定電圧源の第2電圧が主電極間に印加され、入力信号が所定レベル以上の場合に前記分配回路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、
前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力とが合成されて出力される出力端とを備えることを特徴とするドハティ増幅器。
A constant voltage source for supplying a first voltage and a second voltage different from the first voltage; and an amplifying unit, the amplifying unit comprising:
A distribution circuit for distributing the input signal;
A carrier amplifier that applies a first voltage of the constant voltage source between main electrodes and constantly amplifies one of the signals distributed by the distribution circuit;
A peak amplifier that amplifies the other signal distributed by the distribution circuit when the second voltage of the constant voltage source is applied between the main electrodes and the input signal is equal to or higher than a predetermined level;
An Doherty amplifier, comprising: an output terminal that combines and outputs the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier.
前記キャリア増幅器に印加される第1電圧の値は、前記ピーク増幅器に印加される第2電圧の値未満に設定されることを特徴とする請求項1記載のドハティ増幅器。   2. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein the value of the first voltage applied to the carrier amplifier is set to be less than the value of the second voltage applied to the peak amplifier. 前記第1電圧と前記第2電圧とによる前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器との通過位相差に応じて、前記分配回路から前記キャリア増幅器の入力端までの線路長と前記分配回路から前記ピーク増幅器の入力端までの線路長とが異なることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のドハティ増幅器。   In accordance with a passing phase difference between the carrier amplifier and the peak amplifier due to the first voltage and the second voltage, a line length from the distribution circuit to the input terminal of the carrier amplifier, and from the distribution circuit to the peak amplifier, 3. The Doherty amplifier according to claim 1, wherein the line length to the input end is different. 入力信号を分配する分配回路と、
前記分配回路により分配された一方の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、
入力信号が所定レベル以上の場合に前記分配回路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、
前記キャリア増幅器の出力と前記ピーク増幅器の出力とが合成されて出力される出力端とを備え、
前記分配回路から前記キャリア増幅器の入力端までの線路長と前記分配回路から前記ピーク増幅器の入力端までの線路長とが異なることを特徴とするドハティ増幅器。
A distribution circuit for distributing the input signal;
A carrier amplifier that always amplifies one of the signals distributed by the distribution circuit;
A peak amplifier that amplifies the other signal distributed by the distribution circuit when the input signal is above a predetermined level;
An output terminal for combining and outputting the output of the carrier amplifier and the output of the peak amplifier;
A Doherty amplifier, wherein a line length from the distribution circuit to an input end of the carrier amplifier is different from a line length from the distribution circuit to an input end of the peak amplifier.
前記ピーク増幅器と前記キャリア増幅器が同仕様のデバイスで構成され、印加されるバイアス電圧が異なることを特徴とする請求項4記載のドハティ増幅器。   5. The Doherty amplifier according to claim 4, wherein the peak amplifier and the carrier amplifier are composed of devices of the same specification, and different bias voltages are applied.
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