JP2014176001A - High frequency amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ドハティアンプを用いて高周波信号を電力増幅する高周波増幅器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency signal using a Doherty amplifier.
近年、基地局等の通信インフラに用いる高周波増幅器において、小型化及び低消費電力を実現するために、ドハティアンプという高効率なアンプが広く採用されている。 In recent years, high-efficiency amplifiers such as Doherty amplifiers are widely used in high-frequency amplifiers used for communication infrastructures such as base stations in order to achieve downsizing and low power consumption.
このドハティアンプは、メインアンプ及びピークアンプの、2つのアンプで構成されており、出力レベルが低い場合はメインアンプのみが動作し、出力レベルが高い場合は、メインアンプ及びピークアンプが同時に動作する。すなわち、ドハティアンプは、変調波が入力される場合、ピークが高いときのみピークアンプが動作するので、消費電力の平均値が通常のアンプを使用する場合よりも少ない。これにより、ドハティアンプは、高効率なアンプ動作を実現することが可能である。 This Doherty amplifier is composed of two amplifiers, a main amplifier and a peak amplifier. When the output level is low, only the main amplifier operates. When the output level is high, the main amplifier and the peak amplifier operate simultaneously. . That is, when a modulated wave is input to the Doherty amplifier, the peak amplifier operates only when the peak is high, so that the average value of power consumption is smaller than when a normal amplifier is used. As a result, the Doherty amplifier can realize a highly efficient amplifier operation.
しかしながら、従来のドハティアンプでは、回路内に周波数(波長)に依存する箇所があり、利得において広い周波数帯域を確保できない。このため、従来のドハティアンプでは、3G(Third Generation)やLTE(Long Term Evolution)等の移動体通信方式で使用される周波数帯域が広い搬送波を良好な周波数特性で増幅することが困難である。 However, in the conventional Doherty amplifier, there is a part depending on the frequency (wavelength) in the circuit, and a wide frequency band cannot be secured in the gain. For this reason, it is difficult for a conventional Doherty amplifier to amplify a carrier wave having a wide frequency band used in mobile communication systems such as 3G (Third Generation) and LTE (Long Term Evolution) with good frequency characteristics.
また、通常のアンプならば、同時に対応できるような近い周波数の搬送波であっても、周波数帯域が狭い従来のドハティアンプでは、周波数ごとに異なるドハティアンプを用意しなければならず、コストが上昇する問題がある。 In addition, even if the carrier frequency is close to a normal frequency, a conventional Doherty amplifier with a narrow frequency band must prepare a different Doherty amplifier for each frequency, which increases costs. There's a problem.
以上のように、従来のドハティアンプは、利得において広い周波数帯域を確保できないため、周波数帯域が広い搬送波を良好な周波数特性で増幅することが困難である。また、従来のドハティアンプでは、利得の周波数帯域が狭く、周波数ごとに異なるドハティアンプを用意しなければならないため、コストが上昇する問題がある。 As described above, since the conventional Doherty amplifier cannot secure a wide frequency band in gain, it is difficult to amplify a carrier wave having a wide frequency band with good frequency characteristics. Further, the conventional Doherty amplifier has a problem that the cost increases because the frequency band of the gain is narrow and a different Doherty amplifier must be prepared for each frequency.
そこで、目的は、ドハティアンプが持つ高効率性を保ちつつ、利得の周波数帯域を広帯域化することができる高周波増幅器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-frequency amplifier capable of widening the gain frequency band while maintaining the high efficiency of the Doherty amplifier.
本実施形態によれば、高周波増幅器は、入力分配器、複数のドハティアンプ及びドハティアンプ出力合成器を具備する。入力分配器は、入力信号を複数系統に分配する。複数のドハティアンプは、前記複数の系統それぞれに設けられ、互いに異なるピーク周波数帯域を受け持つ。複数のドハティアンプは、それぞれ分配器、メインアンプ、ピークアンプ及び合成器を備える。分配器は、入力信号を2系統に分配する。メインアンプは、前記分配された一方の信号を増幅する。ピークアンプは、前記分配された他方の信号のピークを増幅する。信号合成器は、前記メインアンプ及び前記ピークアンプそれぞれの出力信号を合成する。信号合成器は、前記メインアンプ及びピークアンプそれぞれの出力インピーダンスを入力信号の波長に合わせて整合させる整合手段を備え、前記複数のドハティアンプそれぞれの前記整合手段の波長を前記ピーク周波数帯域に合わせて選定してなる。ドハティアンプ出力合成器は、前記複数のドハティアンプの出力を合成する。 According to this embodiment, the high-frequency amplifier includes an input distributor, a plurality of Doherty amplifiers, and a Doherty amplifier output combiner. The input distributor distributes input signals to a plurality of systems. A plurality of Doherty amplifiers are provided in each of the plurality of systems and are responsible for different peak frequency bands. Each of the plurality of Doherty amplifiers includes a distributor, a main amplifier, a peak amplifier, and a combiner. The distributor distributes the input signal into two systems. The main amplifier amplifies the one of the distributed signals. The peak amplifier amplifies the peak of the other distributed signal. The signal synthesizer synthesizes output signals of the main amplifier and the peak amplifier. The signal synthesizer includes a matching unit that matches the output impedance of each of the main amplifier and the peak amplifier according to the wavelength of the input signal, and matches the wavelength of the matching unit of each of the plurality of Doherty amplifiers to the peak frequency band. Select. The Doherty amplifier output synthesizer synthesizes the outputs of the plurality of Doherty amplifiers.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る高周波増幅器の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the high-frequency amplifier according to this embodiment.
図1に示す高周波増幅器は、入力分配器1と、第1ドハティアンプ21及び第2ドハティアンプ22と、出力合成器3とを備える。高周波増幅器は、入力される高周波信号を入力分配器1で2系統に分配し、一方の信号を第1ドハティアンプ21へ入力し、他方の信号を第2ドハティアンプ22へ入力して、それぞれ電力増幅した後、出力合成器3で合成する。
The high frequency amplifier shown in FIG. 1 includes an
ここで、第1ドハティアンプ21について説明する。
Here, the first Doherty
第1ドハティアンプ21は、分配器21−1、メインアンプ21−21、ピークアンプ21−22、合成器21−3(第1の1/4波長線路21−4を含む)及び第2の1/4波長線路21−5を有する。
The first Doherty
分配器21−1は、入力端に入力された高周波信号を2系統に均等または一定の比率で分配する。 The distributor 21-1 distributes the high-frequency signal input to the input end to the two systems equally or at a constant ratio.
メインアンプ21−21は、例えばA級またはAB級アンプであり、分配器21−1により分配される一方の高周波信号を入力して、常に電力増幅する。ピークアンプ21−22は、例えばC級アンプであり、分配器21−1により分配される他方の高周波信号を入力し、その高周波信号が所定のレベル以上の場合に、ピーク領域として電力増幅する。 The main amplifier 21-21 is, for example, a class A or class AB amplifier, and receives one high-frequency signal distributed by the distributor 21-1, and always amplifies the power. The peak amplifier 21-22 is, for example, a class C amplifier, and receives the other high-frequency signal distributed by the distributor 21-1, and amplifies power as a peak region when the high-frequency signal exceeds a predetermined level.
合成器21−3は、第1の1/4波長線路21−4から構成され、メインアンプ21−21から出力される高周波信号をこの第1の1/4波長線路21−4を介してピークアンプ21−22から出力される高周波信号と合成した後、その合成信号を第2の1/4波長線路21−5を介して出力合成器3へ出力する。 The combiner 21-3 includes a first quarter wavelength line 21-4, and peaks the high frequency signal output from the main amplifier 21-21 via the first quarter wavelength line 21-4. After combining with the high frequency signal output from the amplifier 21-22, the combined signal is output to the output combiner 3 through the second quarter wavelength line 21-5.
すなわち、合成器21−3は、メインアンプ21−21及びピークアンプ21−22の出力インピーダンスを第1の1/4波長線路21−4によって調整しておき、メインアンプ21−21及びピークアンプ21−22から出力される高周波信号を合成する。
That is, the synthesizer 21-3 adjusts the output impedance of the main amplifier 21-21 and the peak amplifier 21-22 by the first quarter wavelength line 21-4, and the main amplifier 21-21 and the
ここで、第1の1/4波長線路21−4は、インピーダンス変換器としての役割も果たしており、入力信号レベルがメインアンプ21−21のみが動作するような電力の場合に、メインアンプ21−21の出力端にかかる負荷が合成出力端にかかる負荷の2倍となるようにインピーダンス変換する。また、第1の1/4波長線路21−4は、入力信号レベルがメインアンプ21−21及びピークアンプ21−22が共に動作するような電力の場合に、メインアンプ21−21及びピークアンプ21−22のそれぞれの出力端にかかる負荷が合成出力端にかかる負荷と同じになるようにインピーダンス変換する。
Here, the first quarter wavelength line 21-4 also plays a role as an impedance converter. When the input signal level is such that only the main amplifier 21-21 operates, the main amplifier 21- The impedance is converted so that the load applied to the
第2の1/4波長線路21−5は、メインアンプ21−21とピークアンプ21−22との出力を合成する合成点の後段に接続されている。この第2の1/4波長線路21−5は、メインアンプ21−21側に挿入した第1の1/4波長線路21−4に起因するメインアンプ21−21及びピークアンプ21−22の位相差を補償するための線路である。第2の1/4波長線路21−5は、メインアンプ21−21及びピークアンプ21−22の各出力を合成する合成点のインピーダンスと後段の特性を整合させている。 The second quarter wavelength line 21-5 is connected to the subsequent stage of the synthesis point for synthesizing the outputs of the main amplifier 21-21 and the peak amplifier 21-22. The second quarter wavelength line 21-5 is located at the position of the main amplifier 21-21 and the peak amplifier 21-22 due to the first quarter wavelength line 21-4 inserted on the main amplifier 21-21 side. This is a line for compensating for the phase difference. The second quarter wavelength line 21-5 matches the impedance of the synthesis point where the outputs of the main amplifier 21-21 and the peak amplifier 21-22 are combined with the characteristics of the subsequent stage.
なお、第1ドハティアンプ21は、分配器21−1に接続される終端回路21−6により回路のインピーダンス整合がとられている。
The first Doherty
以上のように、第1ドハティアンプ21では、第1の1/4波長線路21−4及び第2の1/4波長線路21−5により、回路のインピーダンス整合を図っている。そこで、各1/4波長線路21−4,21−5の1/4波長の長さを変えることにより、出力される高周波信号の周波数を変更することが可能である。 As described above, in the first Doherty amplifier 21, the impedance matching of the circuit is achieved by the first quarter wavelength line 21-4 and the second quarter wavelength line 21-5. Therefore, it is possible to change the frequency of the output high frequency signal by changing the length of the quarter wavelength of each of the quarter wavelength lines 21-4 and 21-5.
一方、第2ドハティアンプ22は、第1ドハティアンプ21と同様に、分配器22−1、メインアンプ22−21、ピークアンプ22−22、合成器22−3(第1の1/4波長線路22−4を含む)及び第2の1/4波長線路22−5を有しており、第1ドハティアンプ21と同様に機能する。よって、ここでは各構成要素の説明を省略する。
On the other hand, as with the first Doherty
以上のように、第2ドハティアンプ22は、第1ドハティアンプ21と同様に、合成器22−3が第1の1/4波長線路22−4から構成され、この第1の1/4波長線路22−4及び第2の1/4波長線路22−5の1/4波長の長さを変更することにより、出力される高周波信号の周波数を変更することが可能である。
As described above, in the second Doherty
そこで、第1ドハティアンプ21と第2ドハティアンプ22において、互いに異なる周波数の高周波信号が出力されるように、1/4波長の長さを変更する。 Therefore, the length of the quarter wavelength is changed so that the first Doherty amplifier 21 and the second Doherty amplifier 22 output high-frequency signals having different frequencies.
上記構成によれば、第1ドハティアンプ21の1/4波長線路21−4及び21−5の1/4波長の長さと第2ドハティアンプ22の1/4波長線路22−4及び22−5の1/4波長の長さとをそれぞれ異なる搬送波周波数に合わせて変更する。これにより、第1ドハティアンプ21及び第2ドハティアンプ22は、それぞれピークとなる利得の周波数が異なる高周波信号を出力することが可能となる。
According to the above configuration, the 1/4 wavelength lengths of the 1/4 wavelength lines 21-4 and 21-5 of the first Doherty
以上のように、高周波増幅器は、第1ドハティアンプ21及び第2ドハティアンプ22から出力されるピークとなる利得の周波数が異なる高周波信号を合成して出力する。図2は、図1に示す高周波増幅器により出力される、ピークとなる利得の周波数帯域を示す図である。図2では、例として、周波数が2.1GHzの信号及び2.2GHzの信号を出力して合成する場合のピークとなる利得の周波数帯域を示している。図2に示すように、本実施形態の高周波増幅器は、ピークとなる利得の周波数が異なる高周波信号を合成して出力するため、ピークとなる利得の周波数帯域が広がり、ドハティアンプの構成で広帯域化を実現することが可能となる。
As described above, the high-frequency amplifier synthesizes and outputs the high-frequency signals having different peak gain frequencies output from the first Doherty
したがって、本実施形態によれば、ドハティアンプが持つ高効率性を保ちつつ、利得の周波数帯域を広帯域化することができる高周波増幅器を提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a high frequency amplifier capable of widening the gain frequency band while maintaining the high efficiency of the Doherty amplifier.
また、第1ドハティアンプ21の1/4波長線路21−4及び21−5と第2ドハティアンプ22の1/4波長線路22−4及び22−5の1/4波長の長さを変えるだけで、同一の回路を流用できるため、設計が容易であり、また、周波数ごとに異なる装置を用意する必要がなくなるため、設置コストを抑えることが可能となる。
Further, the lengths of the quarter wavelengths of the quarter wavelength lines 21-4 and 21-5 of the
ここで、上記実施形態では、2つのドハティアンプ21及び22から出力される信号を合成して、利得の周波数帯域を広帯域化する場合の構成について説明したが、図3に示すように、ピークとなる利得の周波数が異なる複数のドハティアンプ21〜2n(nは、自然数)を多段に並列接続して、複数のドハティアンプ21〜2nから出力される信号を合成することにより、さらなる利得の周波数帯域を広帯域化することも可能である。
Here, in the above-described embodiment, the configuration in which the signals output from the two
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope of the present invention and the gist thereof, and are also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…入力分配器、21,22…ドハティアンプ、21−1,22−1…分配器、21−21,22−21…メインアンプ、21−22,22−22…ピークアンプ、21−3,22−3…合成器、21−4,22−4,21−5,22−5…1/4波長線路、21−6,22−6…終端回路、3…出力合成器。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の系統それぞれに設けられ、互いに異なるピーク周波数帯域を受け持つ複数のドハティアンプと、
前記複数のドハティアンプの出力を合成するドハティアンプ出力合成器と
を具備し、
前記複数のドハティアンプは、
入力信号を2系統に分配する分配器と、前記分配された一方の信号を増幅するメインアンプと、
前記分配された他方の信号のピークを増幅するピークアンプと、
前記メインアンプ及び前記ピークアンプそれぞれの出力信号を合成する信号合成器とを備え、
前記信号合成器は、
前記メインアンプ及びピークアンプそれぞれの出力インピーダンスを入力信号の波長に合わせて整合させる整合手段を備え、
前記複数のドハティアンプそれぞれの前記整合手段の波長を前記ピーク周波数帯域に合わせて選定してなる高周波増幅器。 An input distributor that distributes input signals to multiple systems;
A plurality of Doherty amplifiers provided in each of the plurality of systems and responsible for different peak frequency bands,
A Doherty amplifier output synthesizer that synthesizes the outputs of the plurality of Doherty amplifiers;
The plurality of Doherty amplifiers are:
A distributor that distributes an input signal to two systems; a main amplifier that amplifies the one of the distributed signals;
A peak amplifier for amplifying the peak of the other distributed signal;
A signal synthesizer that synthesizes the output signals of the main amplifier and the peak amplifier,
The signal synthesizer
Matching means for matching the output impedance of each of the main amplifier and the peak amplifier according to the wavelength of the input signal,
A high frequency amplifier obtained by selecting a wavelength of the matching means of each of the plurality of Doherty amplifiers according to the peak frequency band.
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WO2018036287A1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 中兴通讯股份有限公司 | Power amplifier |
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2013
- 2013-03-12 JP JP2013049186A patent/JP2014176001A/en active Pending
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WO2018036287A1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 中兴通讯股份有限公司 | Power amplifier |
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