JP5232288B2 - 3-Way Hatty Power Amplifier Using Driving Amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、駆動増幅器を利用した３ウェイ（ｗａｙ）ドハティ電力増幅器に関し、さらに詳細には、ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して、高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に関する。 The present invention relates to a three-way Doherty power amplifier using a driving amplifier, and more specifically, a driving amplifier is connected to the front end of a carrier amplifier and a peaking amplifier constituting the Doherty power amplifier, respectively, so that a high gain and a high gain are achieved. The present invention relates to a 3-Way Hatty power amplifier using a drive amplifier capable of obtaining efficiency.
ドハティ電力増幅器は、低い出力電力で高い効率を発生することができる長所で現在まで広く研究されている。しかし、最近通信システムに使用される変調信号は、９ｄＢ以上の高いＰＡＰＲ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ：平均電力に対するピーク電力の比）を有して、一般なドハティ電力増幅器は、６ｄＢ ＢＯＰ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ ｐｏｗｅｒ：バックオフ電力）で高い効率を有する限界があるために、これを補償するためにさらに拡張された概念のドハティ電力増幅器が提案された。さらに多くのＢＯＰで高い効率を有するための方法で、Ｎウェイ非対称ドハティ電力増幅器が開発されて来たが、これらもＢＯＰ区間で高い効率を発生させた後、利得と効率が減少して、最大出力電力を発生させることができない短所がある。 Doherty power amplifiers have been extensively studied to date with the advantage of being able to generate high efficiency with low output power. However, recently, a modulation signal used in a communication system has a high PAPR (peak-to-average power ratio) of 9 dB or more, and a general Doherty power amplifier has a 6 dB BOP ( Due to the limitations of having high efficiency in back-off power, a concept extended Doherty power amplifier has been proposed to compensate for this. In addition, N-way asymmetric Doherty power amplifiers have been developed in a way to have high efficiency in many BOPs, but these also generate high efficiency in the BOP section, and then gain and efficiency decrease, There is a disadvantage that output power cannot be generated.
図１は、従来技術による３ウェイドハティ電力増幅器１００を示した回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a conventional 3-Way
図１を参照すると、入力された信号は電力分配器１０１を通じて同一な大きさを有して、各伝送線路を通じて分けられる。分けられた信号はピーキング増幅器１０５、１０６の入力部の前端に挿入されたλ／４伝送線路１０２によって９０度位相差を有したまま、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にそれぞれ入力される。入力整合回路１０３は各伝送線路毎に位置する第１の整合回路、第２の整合回路及び第３の整合回路で構成されていて、各増幅器１０４、１０５、１０６の入力インピーダンスを整合する。出力整合回路１０７は、第４の整合回路、第５の整合回路及び第６の整合回路で構成されて、各増幅器１０４、１０５、１０６の利得と効率を最適化させる。
Referring to FIG. 1, the input signals have the same size through the
入力電力があらかじめ設定されたものより低い入力範囲では第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６は動作しないで、キャリア増幅器１０４だけ動作する。この設定値は、回路の設計者らによってあらかじめ決定される。
In the input range where the input power is lower than a preset value, the
キャリア増幅器１０４だけ動作する低い入力範囲では、λ／４伝送線路１１１によってキャリア増幅器１０４の出力部に負荷インピーダンスが増加する。
In a low input range where only the
このとき、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にキャリア増幅器１０４の出力が漏洩することを阻むために、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力部に５０Ω伝送線路１０９、１１０が挿入された。これはキャリア増幅器１０４の出力で第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６で眺めるインピーダンスが大きい値を有するようにしてくれる。
At this time, in order to prevent the output of the
各ピーキング増幅器に挿入された５０Ω伝送線路１０９、１１０程度の信号遅延を補償するために、キャリア増幅器１０４の出力部にも５０Ω伝送線路１０８をさらに連結する。
In order to compensate for the signal delay of about
また、キャリア増幅器１０４、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスとの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路１１２を出力に連結する。
In addition, an output impedance
３ウェイドハティ電力増幅器１００に入力される電力があらかじめ設定された値より高くなれば、キャリア増幅器１０４と第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６が同時に動作するようになる。一般にＮウェイドハティ電力増幅器は、入力にＮウェイ電力分配器を利用するために、キャリア増幅器の利得が低くなって、ＢＯＰで高い効率を見せた後飽和出力電力に至るまで利得と効率が減少する特性を見せる。
When the power input to the 3-way Hatty
図２は、従来技術による逆Ｅ級電力増幅器２００を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an inverse class
図２を参照すると、入力整合回路２０１によって電力増幅器２０３の入力インピーダンスが整合される。出力整合回路２０７によって電力増幅器２０３の出力インピーダンスが整合される。２次高調波調節線路２０２によって電力増幅器２０３に入力された信号の２次高調波成分が最小化されて、出力高調波調節線路２０６によってはすべての高調波インピーダンスが入力インピーダンスより相対的に小さくなるために、高い効率を得る長所がある。
Referring to FIG. 2, the input impedance of the
しかし、前述した既存の３ウェイドハティ電力増幅器２０３は、大きいＢＯＰで高い効率の特性を有するが、低い出力範囲で高い効率を有した後、再び最大出力範囲で高い効率を有する前までは効率と利得が減少する短所がある。また、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン（ｓｏｆｔ ｔｕｒｎ−ｏｎ）現象によって、ピーキング増幅器が最大出力電力を発生させることができないことで効率の減少する短所がある。
However, the above-described existing three-
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、広い出力範囲でも一定に高い効率と利得を発生することができる駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a 3-way Hatty power amplifier using a driving amplifier that can generate a constant high efficiency and gain even in a wide output range.
本発明が解決しようとする他の課題は、キャリア電力増幅器の前端にはＡＢ級バイアスの駆動増幅器を、ピーキング電力増幅器の前段には、ディープＣ級（深いＣ級）バイアスの駆動増幅器をそれぞれ連結することで、広い出力範囲で高い効率と利得を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。 Another problem to be solved by the present invention is that a class AB bias driving amplifier is connected to the front end of the carrier power amplifier, and a deep class C (deep C) bias driving amplifier is connected to the front stage of the peaking power amplifier. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a 3-way Hatty power amplifier using a drive amplifier that can obtain high efficiency and gain in a wide output range.
前記技術的課題を解決するために、本発明の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、入力端子で分けられる第１の経路部と第２の経路部、第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器、駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器、第２の経路部に連結された駆動ピーキング増幅器、駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器、キャリア増幅器と連結された第１のλ／４伝送線路、第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子を含むが、第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする。 In order to solve the above technical problem, a 3-way Hatty power amplifier using a driving amplifier according to the present invention is connected to a first path section, a second path section, and a first path section that are separated by input terminals. Drive carrier amplifier, carrier amplifier coupled to the drive carrier amplifier, drive peaking amplifier coupled to the second path, a first peaking amplifier commonly coupled to an output terminal of the drive peaking amplifier, and a second A peaking amplifier; a first λ / 4 transmission line connected to a carrier amplifier; an output terminal commonly connected to the first λ / 4 transmission line and the first peaking amplifier and the second peaking amplifier; Is set so that only the driving carrier amplifier and the carrier amplifier operate in the first operating region, and the driving peaking amplifier in the second operating region. And the first peaking amplifier is set to be further operated, and the second peaking amplifier is set to be additionally operated again in the third operation region.
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
本発明に係る
The 3-Way Hatty power amplifier using the driving amplifier according to the present invention can obtain high efficiency and gain even in a wide output range by overcoming the limit of decreasing efficiency and gain after having high efficiency with a large BOP. There is an advantage that high efficiency can be maintained by generating a peaking amplifier up to the maximum output power by overcoming the soft turn-on phenomenon by the driving amplifier.
According to the present invention
以下、添付された図面を参照しながら、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器の望ましい実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a three-way Hatty power amplifier using a driving amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図３は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器３００の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a three-way Hatty
図３を参照すると、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２、ピーキング増幅器３０３、第１のλ／４伝送線路３０４、第２のλ／４伝送線路３０５を含んで構成される。駆動増幅器３０１は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）と駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を含んで構成される。ピーキング増幅器３０３は第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を含んで構成される。
Referring to FIG. 3, a three-way Hatty
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、２個の経路部を有する。第１の経路部は駆動キャリア増幅器３０１（ａ）、キャリア増幅器３０２を経由する。第２の経路部は駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を経る経路をすべて含む。
The 3-way Hatty
また、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）及びキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）及び第１のピーキング増幅器３０３（ａ）が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）が再び追加でさらに動作するように設定される。
In addition, the 3-way Hatty
低い入力範囲では第１の動作領域である駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されている。この時、第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２の出力インピーダンスは増加して、比較的低い出力電力範囲でも高い効率を出すことができる。
In the low input range, only the driving carrier amplifier 301 (a) and the
駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２は、ＡＢ級バイアスを使用する。
The driving carrier amplifier 301 (a) and the
駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力範囲で動作するようにディープＣ級（深いＣ級）バイアスになっている。併せて、駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の出力の入力を受ける第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）また駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力で動作する。入力大きさが増加することによって、第２の動作領域である駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）が動作を始めるようになって、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）も動作する。第１のピーキング増幅器３０３（ａ）の動作時点は、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）がウィークＣ級（弱いＣ級）バイアスを有するように設定されたために、ディープＣ級バイアスを有する第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）より速い。 The driving peaking amplifier 301 (b) has a deep class C (deep class C) bias so as to operate in a higher input range than the driving carrier amplifier 301 (a). In addition, the first peaking amplifier 303 (a) and the second peaking amplifier 303 (b) that receive the input of the output of the driving peaking amplifier 301 (b) operate at higher inputs than the driving carrier amplifier 301 (a). As the input size increases, the driving peaking amplifier 301 (b), which is the second operation region, starts to operate, and the first peaking amplifier 303 (a) also operates. The operating point of the first peaking amplifier 303 (a) is the second peak having a deep class C bias because the first peaking amplifier 303 (a) is set to have a weak class C (weak class C) bias. Faster than the peaking amplifier 303 (b).
入力の大きさがさらに増加すると、第３の動作領域である第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）も動作するようになる。入力が最大になれば駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２及びピーキング増幅器３０３がすべて動作するようになって、図３の第１の経路部または第１の動作領域だけ動作する時より高い効率を発生する。
When the magnitude of the input further increases, the second peaking amplifier 303 (b) that is the third operation region also operates. When the input is maximized, the driving
第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２とピーキング増幅器３０３との間に現われる位相遅延を補償するために第２のλ／４伝送線路３０５を駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の入力に連結する。
A second λ / 4
図４の上の図は、本発明の選択図である図３の回路を手短に２段で表示した回路図である。図３の駆動増幅器３０１は、図４の駆動電力増幅器４０１に手短に表示されて、図３のキャリア増幅器３０２、第１のピーキング増幅器３０３ａ、第２のピーキング増幅器３０３ｂは、図４の主電力増幅器４０２に表示された。
The upper diagram of FIG. 4 is a circuit diagram in which the circuit of FIG. 3, which is a selection diagram of the present invention, is briefly displayed in two stages. The driving
図４の下の図は、駆動電力増幅器４０１と主電力増幅器４０２が直列で連結された２段電力増幅器で各増幅器のバイアスによる出力電力特性を示している。
The lower diagram of FIG. 4 shows the output power characteristics due to the bias of each amplifier in a two-stage power amplifier in which the
図４のグラフを数式で表現すると、図４の数式で示すことができるし、これは出力電力の変化と入力電力の変化に対するゲートバイアスの変化を示したものである。 When the graph of FIG. 4 is expressed by a mathematical expression, it can be represented by the mathematical expression of FIG. 4, which shows a change in output power and a change in gate bias with respect to a change in input power.
駆動電力増幅器４０１をＡＢ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をＡＢ級、ウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに徐々に変えて、２段電力増幅器４００の出力を比べて見た結果、ゲートバイアスがますます低くなることによってさらに険しい傾きを得ることを確認することができる。
The driving
同じく、駆動電力増幅器４０１をディープＣ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに変えて出力を比べて見た結果、さらに険しい傾きを有する出力を得ることを確認することができる。
Similarly, the driving
出力の傾きを調節することができる特性を利用して、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン現象を補償することで高い効率を維持することができる。 High efficiency can be maintained by compensating for the soft turn-on phenomenon, which is a nonlinear characteristic of the element, by utilizing the characteristic capable of adjusting the slope of the output.
また、図４のグラフを見れば、ＡＢ級バイアスの駆動増幅器よりウィークＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力で動作して、ウィークＣ級バイアスの駆動増幅器よりディープＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力に動作することを確認することができる。 Also, in the graph of FIG. 4, the weak class C bias drive amplifier operates at a higher input power than the class AB bias drive amplifier, and the deep class C bias drive amplifier operates more than the weak class C bias drive amplifier. It can be confirmed that the device operates at a higher input power.
図５は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器５００をよりさらに詳細に説明するための回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining in more detail the 3-Way
図５は、ハイブリッド電力分配器５０１、駆動増幅器５０２、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５、第２の電力分配器５０６、第１のピーキング増幅器５０７、第２の伝送線路５０８、第２のピーキング増幅器５０９、第３の伝送線路５１０、第１のλ／４伝送線路５１１、出力インピーダンス変換伝送線路５１２を含んで構成される。駆動増幅器５０２は駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を含んで構成される。
FIG. 5 shows a
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、２個の経路部を有する。第１の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５及び第１のλ／４伝送線路５１１を経由する。第２の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９を経る経路をすべて含む。
The 3-
ハイブリッド電力分配器５０１には図３で示されたもののような第２のλ／４伝送線路３０５が含まれている。
The
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４及び第１のλ／４伝送線路５１１だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６及び第１のピーキング増幅器５０７が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器５０９が再び追加でさらに動作するように設定された。
The 3-
このような図面を通じて本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に対して具体的に説明する。 A 3-Way Hatty power amplifier using the driving amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
入力された信号は、ハイブリッド電力分配器５０１を通じて同一な大きさの信号が９０度の位相差を有して各伝送線路で分けられる。入力信号大きさが低い第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）だけ動作して、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は動作しないように設定されている。
The input signal is divided by each transmission line through the
第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４は、二つの増幅器すべてＡＢ級バイアスを有するように設定されているために、駆動キャリア増幅器５０２（ａ）が動作されれば、キャリア増幅器５０４も同時に動作する。
In the first operation region, since the drive carrier amplifier 502 (a) and the
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と異なり駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、ディープＣ級バイアスを有するように設定されている。ＡＢ級バイアスを使用する増幅器の場合ディープＣ級バイアスを使用する増幅器より低い入力電力で動作する。したがって、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器が、出力電力が発生する区間でもディープＣ級バイアスを使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。例えば、図４ではＶＧＳｄ＝ディープＣ級であり、ＶＧＳｍ＝ウィークＣ級の出力電力が発生する以前区間でＶＧＳｄ＝ＡＢ級を使用するすべての増幅器の出力電力が発生していることが分かる。すなわち、ＶＧＳｄ＝ディープＣ級を使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。 Unlike the drive carrier amplifier 502 (a), the drive peaking amplifier 502 (b) is set to have a deep class C bias. Amplifiers that use class AB bias operate at lower input power than amplifiers that use deep class C bias. Therefore, even if the amplifier using the class AB bias has a section where the output power is generated, the amplifier using the deep class C bias has a section where the output power is not generated. For example, in FIG. 4, it can be seen that VGSd = deep class C, and that output power of all amplifiers using VGSd = AB is generated in a section before VGSm = week class C output power is generated. That is, in the amplifier using VGSd = Deep Class C, a section where no output power is generated occurs.
図４のグラフを参照すると、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器とディープＣ級バイアスを使用する増幅器の入力電力による出力電力が発生する領域が異なるように動作することを確認することができる。 Referring to the graph of FIG. 4, it can be confirmed that the amplifiers using the class AB bias and the amplifiers using the deep class C bias operate in different regions in which output power is generated due to input power.
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）を通過した入力信号は、第１の電力分配器５０３によって同じ大きさと位相を有する二つの信号に分離して、一つはキャリア増幅器５０４の入力で、他の一つは終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）される。終端動作を示すために第１の電力分配器５０３の分離した二つの信号のうちで一つを便宜上矢印で示した。
The input signal that has passed through the driving carrier amplifier 502 (a) is separated into two signals having the same magnitude and phase by the
第１の電力分配器５０３は、キャリア増幅器５０４と第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９に入力される信号が同じ大きさ、同じ位相を有するようにする。キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、第１のλ／４伝送線路５１１によって出力インピーダンスが増加したので、キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、低い出力電力範囲では高い効率を発生することができる。
The
入力信号の大きさがますます増加することによって、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作するようになる。駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を通過した入力信号は、第２の電力分配器５０６によって同じ大きさと位相を有する二つの信号で分離して各伝送線路で分けられる。
As the magnitude of the input signal increases, the driving peaking amplifier 502 (b) is activated. The input signal that has passed through the driving peaking amplifier 502 (b) is separated by the
第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９は、それぞれウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに設定されたために、第１のピーキング増幅器５０７が先ず動作して、引き継いで第２のピーキング増幅器５０９が動作する。
Since the
第１のピーキング増幅器５０７の動作する区間は、第２の動作領域に該当して、第２のピーキング増幅器５０９が追加でさらに動作する区間は第３の動作領域に該当する。
The section in which the
このような動作領域は、後述して説明する図６によく示されている。このように二つのピーキング増幅器の動作時点がお互いに異なる差異によって第２の経路部の出力信号は、第１の経路部の出力信号に比べて飽和出力電力に至るまでさらに高い効率を維持することができる。 Such an operation region is well illustrated in FIG. 6 described later. As described above, the output signal of the second path unit maintains a higher efficiency until reaching the saturated output power than the output signal of the first path unit due to the difference between the operation points of the two peaking amplifiers. Can do.
よく知られたところのようにドハティ増幅器では、トランジスターを利用した増幅器を使用して、これはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。ソフト・ターンオン現象は、一般な増幅器の非線形的な特性ですべてのトランジスターが有している特性である。これは増幅器がオンになる時に、時間によって線形的に出力が増加しなければならないが、素子内の非線形的な特性のために、始めには遅く増幅していながら、少し時間が経った後線形的に増幅する現象を称える。 As is well known, Doherty amplifiers use transistor-based amplifiers, which can cause a soft turn-on phenomenon. The soft turn-on phenomenon is a non-linear characteristic of a general amplifier and is a characteristic that all transistors have. This is because when the amplifier is turned on, the output must increase linearly with time, but because of the nonlinear characteristics in the device, it is amplifying slowly at first, but after a while, it becomes linear. Praises the phenomenon of amplification.
本願発明でのドハティ増幅器では、キャリア増幅器、ピーキング増幅器など種類に構わなくその詳細回路構造は、図２のような逆Ｅ級電力増幅器形態を使用する。これはトランジスターを利用した増幅器であり、信号の高調波成分を制御して、高い効率を有する長所があるが、一方としてはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。 In the Doherty amplifier according to the present invention, regardless of the type of carrier amplifier, peaking amplifier, etc., the detailed circuit structure uses an inverse class E power amplifier form as shown in FIG. This is an amplifier using a transistor, and has an advantage of high efficiency by controlling the harmonic component of the signal. On the other hand, it causes a soft turn-on phenomenon.
しかし、図５でのように本願発明でのドハティ増幅器ですべての増幅器の詳細構造を逆Ｅ級電力増幅器のような構造を取りながらも、駆動増幅器５０２をドハティ増幅器の初段に追加するとこのようなソフト・ターンオン現象が補償されることができる。
However, when the
駆動増幅器５０２とキャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７、及び第２のピーキング増幅器５０９は直列で構成される。駆動増幅器５０２を構成している駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、お互いに異なるようにバイアスが設定されていて入力電力の範囲によって出力電力が発生する時点が異なる。
The
ソフト・ターンオン現象を補償するために、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９に直列で連結して使用する。第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を直列で使ってターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）される時もう少し急激な傾きに増加して、ソフト・ターンオン現象で効率が落ちることを防止するようにする。
In order to compensate for the soft turn-on phenomenon, the driving peaking amplifier 502 (b) is used in series with the
また、第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が同時に動作するようになれば、効率のピーク値を得て再び飽和状態に至る過程で効率が落ちる問題が発生されたりする。このような問題を解決するために、第１のピーキング増幅器が先に動作して第２のピーキング増幅器が順次に動作するように設計することで、効率のピーク値を得てその効率を維持するようにした。 In addition, if the first peaking amplifier and the second peaking amplifier are operated simultaneously, there is a problem that efficiency is lowered in the process of obtaining the peak value of efficiency and reaching the saturation state again. In order to solve such a problem, by designing the first peaking amplifier to operate first and the second peaking amplifier to operate sequentially, a peak value of efficiency is obtained and the efficiency is maintained. I did it.
このように、ソフト・ターンオン現象を補償する駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、そうではない場合よりさらに高い効率を得ることができる。 As described above, the 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier that compensates for the soft turn-on phenomenon can obtain higher efficiency than the case where it is not.
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４だけ動作する入力信号の大きさは、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作を始める入力信号の大きさに比べて小さい。
The magnitude of the input signal that operates only with the driving carrier amplifier 502 (a) and the
キャリア増幅器５０４の出力電力が第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９で漏洩する電力を防止するために第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０をそれぞれの出力部に連結される。
In order to prevent the output power of the
第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０によって発生した位相差を補償するために、第１の伝送線路５０５をキャリア増幅器５０４の出力部に挿入される。
In order to compensate for the phase difference generated by the
キャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路５１２を出力に連結する。
In order to match the impedance between the output impedance of the
図６は、本発明において中心周波数が１ＧＨｚである正弦波が入力信号で使用された場合、出力電力による効率及び利得特性を示したものである。大きいＢＯＰ区間で高い効率を有した後効率と利得が減少する従来のドハティ増幅器とは異なるように、本発明のドハティ増幅器は従来のドハティ増幅器よりさらに高い効率を有した後にもずっと高い効率を維持して、利得も減少しないで一定に高い値を維持することを確認することができる。 FIG. 6 shows efficiency and gain characteristics depending on output power when a sine wave having a center frequency of 1 GHz is used as an input signal in the present invention. Unlike conventional Doherty amplifiers, where efficiency and gain decrease after having high efficiency in a large BOP interval, the Doherty amplifier of the present invention maintains much higher efficiency after having higher efficiency than conventional Doherty amplifiers Thus, it can be confirmed that a constant high value is maintained without reducing the gain.
図５の回路と図６のグラフを具体的に比べると第１の経路部の駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３及びキャリア増幅器５０４が動作する第１の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍ以下であり、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍである時の出力電力で３９．３８％の総効率（全体のドレイン効率）と３１．０２ｄＢの総利得（全体の利得）を示した。
When the circuit of FIG. 5 and the graph of FIG. 6 are specifically compared, the first operation region in which the drive carrier amplifier 502 (a), the
第１の経路部と併せて第２の経路部の駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第１のピーキング増幅器５０７が動作する第２の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍから始まる。
The second operating region in which the driving peaking amplifier 502 (b) and the
第２の経路部の第２のピーキング増幅器５０９まで動作を始める第３の動作領域は出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍからであり、この領域ではすべての増幅器が動作する。
The third operation region starting operation up to the
出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍである時の出力電力では、４７．７８％の総効率と３２．７６ｄＢの総利得を、出力電力（全体の平均電力）が４５．６８ｄＢｍであるときの出力電力では６６．８２％の総効率と３５．１８ｄＢの総利得をそれぞれ得た。 In the output power when the output power (overall average power) is 39.76 dBm, the total efficiency of 47.78% and the total gain of 32.76 dB, and the output power (overall average power) is 45.68 dBm. In the output power, the total efficiency of 66.82% and the total gain of 35.18 dB were obtained.
以上では本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。特に、具体的な数値によって本発明の権利範囲が制限されるものではなくて、このような数値は設計環境や工程変数などによっていくらでも変わることができるものである。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。 Although the technical idea for the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, this is merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In particular, the scope of rights of the present invention is not limited by specific numerical values, and such numerical values can be changed as much as possible depending on the design environment and process variables. In addition, it is obvious that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can be variously modified and imitated without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
以上詳述したように、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。 As described in detail above, the 3-Way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to the present invention has high efficiency and gain even in a wide output range overcoming the limit of decreasing efficiency and gain after having high efficiency with a large BOP. In addition, the peaking amplifier can be generated up to the maximum output power by overcoming the soft turn-on phenomenon by the driving amplifier, and the high efficiency can be maintained.
３０１…駆動増幅器、
３０１（ａ）…駆動キャリア増幅器、
３０１（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
３０２…キャリア増幅器、
３０３…ピーキング増幅器、
３０３（ａ）…第１のピーキング増幅器、
３０３（ｂ）…第２のピーキング増幅器、
３０４…第１のλ／４伝送線路、
３０５…第２のλ／４伝送線路、
５０１…ハイブリッド電力分配器、
５０２…駆動増幅器、
５０２（ａ）…駆動キャリア増幅器、
５０２（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
５０３…第１の電力分配器、
５０４…キャリア増幅器、
５０５…第１の伝送線路、
５０６…第２の電力分配器、
５０７…第１のピーキング増幅器、
５０８…第２の伝送線路、
５０９…第２のピーキング増幅器、
５１０…第３の伝送線路、
５１１…第１のλ／４伝送線路、
５１２…出力インピーダンス変換伝送線路。
301 ... Drive amplifier,
301 (a) drive carrier amplifier,
301 (b): Driving peaking amplifier,
302 ... Carrier amplifier,
303 ... Peaking amplifier,
303 (a) ... first peaking amplifier,
303 (b) ... second peaking amplifier,
304: First λ / 4 transmission line,
305 ... Second λ / 4 transmission line,
501 ... Hybrid power distributor,
502 ... Drive amplifier,
502 (a) drive carrier amplifier,
502 (b) ... Drive peaking amplifier,
503 ... First power distributor,
504 ... Carrier amplifier,
505 ... first transmission line,
506 ... second power divider,
507 ... first peaking amplifier,
508 ... second transmission line,
509 ... second peaking amplifier,
510 ... Third transmission line,
511 ... First λ / 4 transmission line,
512: Output impedance conversion transmission line.
Claims (15)
前記第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器と、
前記駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器と、
前記第２の経路部に連結された第２のλ／４伝送線路と、
前記第２のλ／４伝送線路に連結された駆動ピーキング増幅器と、
前記駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器と、
前記キャリア増幅器に連結された第１のλ／４伝送線路と、
前記第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び前記第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子と、を含むが、
第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定され、
前記駆動ピーキング増幅器は、ディープＣ級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする３ウェイドハティ電力増幅器。 A first path section and a second path section which are separated by input terminals;
A drive carrier amplifier coupled to the first path portion;
A carrier amplifier coupled to the drive carrier amplifier;
A second λ / 4 transmission line coupled to the second path portion;
A driving peaking amplifier coupled to the second λ / 4 transmission line;
A first peaking amplifier and a second peaking amplifier commonly connected to an output terminal of the driving peaking amplifier;
A first λ / 4 transmission line coupled to the carrier amplifier;
The first λ / 4 transmission line and an output terminal to which the first peaking amplifier and the second peaking amplifier are commonly connected,
In the first operating region, only the driving carrier amplifier and the carrier amplifier are set to operate, and in the second operating region, the driving peaking amplifier and the first peaking amplifier are set to additionally operate. In the third operating region, the second peaking amplifier is again set to operate further ,
The three-way haty power amplifier , wherein the driving peaking amplifier is biased to operate in a deep class C region .
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項９に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。 The carrier amplifier is
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項９に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。 The first peaking amplifier is:
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
前記第１のピーキング増幅器が動作しない時、キャリア増幅器の出力電力が前記第１のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項９に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。 The first peaking amplifier is:
The driving amplifier according to claim 9 , further comprising a transmission line for preventing output power of a carrier amplifier from leaking toward the first peaking amplifier when the first peaking amplifier is not operated. Three-way hatty power amplifier used.
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項９に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。 The second peaking amplifier is
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
前記第２のピーキング増幅器が動作しない時前記キャリア増幅器の出力電力が前記第２のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項９に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。 The second peaking amplifier is
10. The driving amplifier according to claim 9 , further comprising a transmission line for preventing output power of the carrier amplifier from leaking toward the second peaking amplifier when the second peaking amplifier is not operated. Three-way hatty power amplifier used.
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