JP5799858B2 - 増幅装置 - Google Patents

Description

本件は、入力信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解し、それぞれを増幅する増幅装置に関する。

従来、増幅器の効率を高めるために、入力信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解し、それぞれを増幅する定包絡線型（Out Phasing型とも言う）の増幅装置がある。
定包絡線型の増幅装置には、増幅された２つの信号（ベクトル）を、抵抗素子を用いて損失合成する定包絡線型線形増幅装置と、抵抗素子を用いずに無損失合成する定包絡線型高効率増幅装置とがある。定包絡線型高効率増幅装置には、出力の合成回路の構成によって、オフセット型とキレイクス型とがある。

なお、従来、四端子電力合成回路を用いた電力増幅装置において、電力合成器の損失を低減させ、高効率で線形性の高い電力増幅装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３４９５７５号公報

しかし、定包絡線型の増幅装置では、さらなる高効率化が求められ、また、増幅帯域において平坦な位相特性が求められている。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、高効率で増幅帯域において平坦な位相特性を得ることができる増幅装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、入力信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解し、それぞれを増幅する増幅装置が提供される。この増幅装置は、ベクトル分解された第１の信号を増幅する第１の増幅部と、ベクトル分解された第２の信号を増幅する第２の増幅部と、前記第２の増幅部で増幅された前記第２の信号をインピーダンス反転するインピーダンス反転回路と、前記第１の増幅部で増幅された前記第１の信号と前記インピーダンス反転回路でインピーダンス反転された前記第２の信号との位相を補正し、合成して出力する合成回路と、を有し、前記合成回路が非対称回路要素を含みまたは前記第１の増幅部もしくは前記第２の増幅部と前記合成回路との間に前記非対称回路要素が挿入され、前記合成回路は、前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、を有して、前記第１、第２、第３、第４の線路で四角形状に形成され、少なくとも１つの線路は他線路と長さが異なる非対称回路要素になっている。

開示の装置によれば、高効率で増幅帯域において平坦な位相特性を得ることができる。

第１の実施の形態に係る増幅装置を説明する図である。 第２の実施の形態に係る増幅装置を有した基地局のブロック図である。 増幅装置のブロック図である。 振幅位相変換回路を説明する図である。 オフセット型の合成回路を示した図である。 図５の合成回路の位相特性を示した図である。 図５の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。 キレイクス型の合成回路を示した図である。 図８の合成回路の位相特性を示した図である。 図８の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。 図３の合成回路を示した図である。 図１１の合成回路の位相特性を示した図である。 図１１の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。 図１１の合成回路の反射特性を説明する図である。 第３の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。 第４の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。 第５の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。 第６の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。 第７の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。 第８の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。

以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る増幅装置を説明する図である。図１に示すように、増幅装置は、増幅部１ａ，１ｂ、インピーダンス反転回路２、および合成回路３を有している。

図１に示す増幅装置の下部には、増幅装置の位相特性が示してある。位相特性の横軸は周波数を示し、縦軸は増幅部１ａから出力される信号の出力端子Ｐｏｕｔにおける位相と、増幅部１ｂから出力される信号の出力端子Ｐｏｕｔにおける位相との位相差を示している。位相特性のグラフ内に示す両矢印は、信号の増幅帯域を示している。

増幅装置は、増幅して出力する入力信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解する。増幅部１ａには、ベクトル分解された一方の信号が入力され、増幅部１ｂには、ベクトル分解された他方の信号が入力される。増幅部１ａ，１ｂは、ベクトル分解された信号を増幅する。

インピーダンス反転回路２は、増幅部１ｂで増幅された信号のインピーダンスを反転する。インピーダンス反転回路２は、増幅部１ａから増幅部１ｂへ向かう信号と、増幅部１ｂ自身の反射信号とを、増幅部１ａ，１ｂの動作効率が高くなるような関係に位相を調整する。インピーダンス反転回路２は、例えば、特性インピーダンスＺｏ、線路長がλ／４の線路で形成される。なお、Ｚｏは、出力端子Ｐｏｕｔの負荷インピーダンスである。λは、増幅する信号の中心周波数における波長である。

合成回路３は、増幅部１ａで増幅された信号と、インピーダンス反転回路２でインピーダンス反転された信号との位相を補正し、合成して出力する。合成回路３は、例えば、図１に示すように、線路３ａ〜３ｄを四角形状に配置したブランチライン型合成回路である。合成回路３は、非対称回路要素を備えることによって、インピーダンス反転回路２を挿入したことによる、出力端子Ｐｏｕｔでの２つの信号（増幅部１ａ，１ｂのそれぞれから出力される信号）の位相差を抑制する。

ここで、合成回路３が、９０°ブランチライン型合成回路である場合を考える。この場合、線路３ａ，３ｂの特性インピーダンスはＺｏであり、線路３ｃ，３ｄの特性インピーダンスはＺｏ／√２である。また、線路３ａ〜３ｄの線路長は、λ／４（９０°）である。合成回路３が９０°ブランチライン型合成回路である場合、出力端子Ｐｏｕｔでは、インピーダンス反転回路２を挿入したことによって、増幅部１ａ，１ｂから出力される信号に位相差が生じ、位相特性が増幅帯域で平坦でなくなる。

例えば、位相特性に示す波形Ａ１は、合成回路３が９０°ブランチライン型合成回路である場合の、出力端子Ｐｏｕｔの位相特性を示している。波形Ａ１に示すように、合成回路３が９０°ブランチライン型合成回路である場合、増幅帯域（図１中に示す両矢印）において、２つの信号に位相差が生じ、位相特性が平坦でなくなる。

これに対し、合成回路３は、非対称回路要素を有している。非対称回路要素を有した合成回路３とは、例えば、出力端子Ｐｏｕｔに接続された２つの線路３ｂ，３ｃに、λ／４とは異なる線路長の線路を有した合成回路をいう。

具体的には、線路３ａ，３ｄの線路長は、λ／４であるとする。線路３ｂの線路長は、λ／４＋γであるとする。線路３ｃの線路長は、λ／４−δであるとする。この場合、合成回路３は、非対称回路要素を有し、線路３ｂ，３ｃが非対称回路要素である。合成回路３が非対称回路要素を有することによって、インピーダンス反転回路２を挿入したことによる、出力端子Ｐｏｕｔでの２つの信号の位相差が抑制され、位相特性が増幅帯域で平坦となる。

例えば、位相特性に示す波形Ａ２は、合成回路３が非対称回路要素を有する場合の、出力端子Ｐｏｕｔの位相特性を示している。波形Ａ２に示すように、合成回路３が非対称回路要素を有する場合、増幅帯域において、２つの信号の位相差が０となり、位相特性が平坦となる。

すなわち、増幅装置は、合成回路３が９０°ブランチライン型合成回路の場合、インピーダンス反転回路２を挿入したことによって、信号の経路差（増幅部１ａから出力端子Ｐｏｕｔへの経路と、増幅部１ｂから出力端子Ｐｏｕｔへの経路の差）が生じ、出力端子Ｐｏｕｔにおける２つの信号に位相差が生じる。

これに対し、合成回路３は、線路長がλ／４＋γの線路３ｂと、線路長がλ／４−δの線路３ｃとの非対称回路要素を有することによって、インピーダンス反転回路２を挿入したことによる、信号の経路差によって生じる位相差を抑制する。

なお、後述するが、増幅装置は、合成回路３が非対称回路要素を備えることによって、さらなる高効率化を図ることができる。
また、上記では、合成回路３が非対称回路要素を含むとしたが、増幅部１ａまたは増幅部１ｂと、合成回路３との間に非対称回路要素を挿入してもよい。例えば、増幅部１ａの出力に長さｘのオープンスタブを接続する。また、増幅部１ｂの出力に、長さｘと異なる長さｙのオープンスタブを接続する。この場合、増幅部１ａ，１ｂの出力に接続された長さの異なるそれぞれのオープンスタブが非対称回路要素となる。この場合も、増幅装置は、上記と同様に、高効率で増幅帯域において平坦な位相特性を得ることができる。

また、非対称回路要素の線路長は、波形Ａ２に示すように増幅帯域において位相差が０で位相特性が平坦となるように設計する。
このように、増幅装置は、２つの増幅部１ａ，１ｂの一方の出力にインピーダンス反転回路２を設け、非対称回路要素を合成回路３に具備しまたは増幅部１ａもしくは増幅部１ｂと合成回路３との間に非対称回路要素を挿入するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路２によって高効率化を図るとともに、位相を補正して合成する、非対称回路要素を備えた合成回路３または増幅部１ａもしくは増幅部１ｂと合成回路３との間に挿入される非対称回路要素によって位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第２の実施の形態に係る増幅装置を有した基地局のブロック図である。図２に示すように、基地局は、制御部１０およびＲＲＨ（Remote Radio Head）２０を有している。制御部１０とＲＲＨ２０は、例えば、光ファイバによって結ばれている。基地局は、例えば、図示しない携帯電話機などの無線端末と無線通信を行う。

制御部１０は、データ処理部１１、送信データ送信部１２、および受信データ受信部１３を有している。
データ処理部１１は、ネットワークと接続されている。データ処理部１１は、ネットワークに接続されている上位装置から、無線端末に無線送信するデータを受信する。データ処理部１１は、受信したデータを送信データ送信部１２に出力する。また、データ処理部１１は、受信データ受信部１３から出力される、無線端末から受信したデータを、ネットワークに接続されている上位装置に送信する。データ処理部１１は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって形成される。

送信データ送信部１２は、データ処理部１１から出力されたデータをＥ／Ｏ（Electrical signal/Optical signal）変換する。送信データ送信部１２は、Ｅ／Ｏ変換したデータを、光ファイバを介してＲＲＨ２０に送信する。

受信データ受信部１３は、光ファイバを介して受信した、ＲＲＨ２０からのデータをＯ／Ｅ（Optical signal/Electrical signal）変換する。受信データ受信部１３は、Ｏ／Ｅ変換したデータを、データ処理部１１に出力する。

ＲＲＨ２０は、送信データ受信部２１、キャリア合成部２２、増幅装置２３，２５、共用フィルタ２４、キャリア分離部２６、および受信データ送信部２７を有している。
送信データ受信部２１は、制御部１０の送信データ送信部１２から送信された光信号を受信し、Ｏ／Ｅ変換する。送信データ受信部２１は、Ｏ／Ｅ変換したデータをキャリア合成部２２に出力する。

キャリア合成部２２は、送信データ受信部２１から出力されるデータを、複数の周波数に割り当てる。キャリア合成部２２は、複数の周波数に割り当てたデータを１つの信号に合成し、増幅装置２３に出力する。

増幅装置２３は、キャリア合成部２２から出力される信号を増幅し、共用フィルタ２４に出力する。増幅装置２３は、入力される信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解し、それぞれの信号を増幅する。増幅装置２３は、増幅した２つの信号を合成し、共用フィルタ２４に出力する。増幅装置２３は、例えば、図１の増幅装置に対応する。

共用フィルタ２４は、増幅装置２３から出力される、無線端末に送信する無線信号をアンテナに出力する。また、共用フィルタ２４は、アンテナによって受信された無線端末からの信号を増幅装置２５に出力する。

増幅装置２５は、共用フィルタ２４から出力される信号を増幅し、キャリア分離部２６に出力する。
キャリア分離部２６は、複数の周波数の信号に多重されたデータを周波数ごとに復調し、受信データ送信部２７に出力する。

受信データ送信部２７は、キャリア分離部２６から出力されるデータをＥ／Ｏ変換し、制御部１０の受信データ受信部１３に出力する。
図３は、増幅装置のブロック図である。図３に示すように、増幅装置２３は、ピーク抑圧回路３１、歪補償回路３２、振幅位相変換回路３３、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器３４ａ，３４ｂ、入力整合回路３５ａ，３５ｂ、増幅器３６ａ，３６ｂ、出力整合回路３７ａ，３７ｂ、インピーダンス反転回路３８、および合成回路３９を有している。

ピーク抑圧回路３１には、キャリア合成部２２から出力される信号が入力される。ピーク抑圧回路３１は、増幅器３６ａ，３６ｂで増幅される信号の歪成分を抑えるために、入力される信号の振幅が所定の閾値を超える場合、その振幅を抑圧する。

歪補償回路３２は、増幅器３６ａ，３６ｂで増幅される信号の歪成分を抑えるために、歪補償制御を行う。例えば、歪補償回路３２は、入力される信号と、増幅器３６ａ，３６ｂで増幅された信号（フィードバック信号）とに基づいて、歪補償係数を算出する。歪補償回路３２は、算出した歪補償係数を入力される信号に乗算し、増幅器３６ａ，３６ｂで増幅された信号の歪を補償する。

振幅位相変換回路３３は、歪補償回路３２から出力される信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解する。
図４は、振幅位相変換回路を説明する図である。図４に示す波形Ａ１１は、振幅位相変換回路３３に入力される信号を示している。

振幅位相変換回路３３は、波形Ａ１１に示すポイントｐ１の信号を、同じ振幅の２つのベクトルＶ１１，Ｖ２１の信号に分解する。同様に、振幅位相変換回路３３は、波形Ａ１１に示すポイントｐ２〜ｐ５の信号を、同じ振幅の２つのベクトルＶ１２〜Ｖ１５とベクトルＶ２２〜Ｖ２５の信号に分解する。

なお、分解された２つのベクトルＶ１２〜Ｖ１５とベクトルＶ２２〜Ｖ２５との信号を合成すれば、波形Ａ１１に示す入力信号を復元することができる。
また、振幅位相変換回路３３は、波形Ａ１１に示す信号の振幅が０のとき、分解したベクトルの信号の位相が逆相となるようにする。

図３の説明に戻る。Ｄ／Ａ変換器３４ａは、振幅位相変換回路３３によってベクトル分解された一方の信号をアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器３４ｂは、振幅位相変換回路３３によってベクトル分解された他方の信号をアナログ信号に変換する。

入力整合回路３５ａは、Ｄ／Ａ変換器３４ａの出力インピーダンスと増幅器３６ａの入力インピーダンスとを合わせる。入力整合回路３５ｂは、Ｄ／Ａ変換器３４ｂの出力インピーダンスと増幅器３６ｂの入力インピーダンスとを合わせる。

増幅器３６ａは、Ｄ／Ａ変換器３４ａから出力される信号を増幅する。増幅器３６ｂは、Ｄ／Ａ変換器３４ｂから出力される信号を増幅する。増幅器３６ａ，３６ｂは、例えば、ＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）、ＧａＮ、ＧａＡｓなどのトランジスタによって構成される。

出力整合回路３７ａは、増幅器３６ａの出力インピーダンスと合成回路３９の入力インピーダンスとを合わせる。出力整合回路３７ｂは、増幅器３６ｂの出力インピーダンスと合成回路３９の入力インピーダンスとを合わせる。

インピーダンス反転回路３８は、出力整合回路３７ｂから出力される信号のインピーダンスを反転する。例えば、インピーダンス反転回路３８は、出力整合回路３７ｂから出力される信号の振幅を維持し、位相を反転する。

合成回路３９は、出力整合回路３７ａ，３７ｂから出力される信号を合成する。これにより、合成回路３９からは、振幅位相変換回路３３に入力された信号を増幅した信号が出力される。

なお、図３の増幅器３６ａ，３６ｂは、例えば、図１の増幅部１ａ，１ｂに対応する。インピーダンス反転回路３８は、例えば、図１のインピーダンス反転回路２に対応する。合成回路３９は、例えば、図１の合成回路３に対応する。

ここで、図３の合成回路３９について説明する前に、オフセット型の合成回路とキレイクス型の合成回路について説明する。
図５は、オフセット型の合成回路を示した図である。図５に示すように、オフセット型の合成回路は、線路長λ／２（１８０°）の線路４１によって形成される。オフセット型の合成回路では、出力端子Ｐｏｕｔは、線路４１の中央（λ／４，９０°）から、θずれた位置から取り出される。λは、増幅する信号の中心周波数における波長である。

図５には、２つのベクトルに分解された信号を増幅する増幅器４２ａ，４２ｂも示してある。増幅器４２ａ，４２ｂから出力される信号は、線路４１で合成され、出力端子Ｐｏｕｔから出力される。

図６は、図５の合成回路の位相特性を示した図である。図６に示す位相特性の横軸は周波数を示し、縦軸は図５に示す経路αにおける信号と、経路βにおける信号との位相差を示している。

図５で説明したように、オフセット型の合成回路では、出力端子Ｐｏｕｔは、線路４１の中央からθずれた位置から取り出される。これにより、増幅装置の電力効率が向上する一方、２つの増幅器４２ａ，４２ｂの出力と、出力端子Ｐｏｕｔの経路長が異なるため、増幅帯域の中心周波数で位相差を０にしても、中心周波数から離れるにつれ、位相差が生じる。

例えば、図６に示す両矢印は、信号の増幅帯域を示している。図６に示すように、オフセット型の合成回路では、増幅帯域において、周波数−位相偏差が生じている。
図７は、図５の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。図７には、スミスチャートが示してある。

図７に示す点線の丸Ａ２１ａは、図５に示した経路αにおける信号の位相変化を示している。経路αにおける信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ２１ｂのように変化する。

図７に示す実線の丸Ａ２２ａは、図５に示した経路βにおける信号の位相変化を示している。経路βにおける信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ２２ｂのように変化する。

図７に示す矢印Ａ２３ａ，２３ｂは、増幅帯域において周波数を変化させたときの、経路αにおける信号の位相変化を示している。矢印Ａ２４ａ，２４ｂは、増幅帯域において周波数を変化させたときの、経路βにおける信号の位相変化を示している。

図５の合成回路は、２つの増幅器４２ａ，４２ｂの出力と出力端子Ｐｏｕｔとの経路長が異なる。そのため、矢印Ａ２３ａ，２３ｂに示す経路αの位相変化と、矢印Ａ２４ａ，２４ｂに示す経路βの位相変化は、異なる。このため、図６の位相特性に示すように、中心周波数における位相差が０となるように設計しても、中心周波数から離れるにつれ、位相差が発生する。すなわち、図５に示すオフセット型の合成回路は、増幅帯域において、位相特性を平坦にすることが困難である。

キレイクス型の合成回路について説明する。
図８は、キレイクス型の合成回路を示した図である。図８に示すように、キレイクス型の合成回路は、線路長λ／２（１８０°）の線路５１とリアクタンスｊＸ，−ｊＸのオープンスタブ５２ａ，５２ｂを有している。キレイクス型の合成回路では、出力端子Ｐｏｕｔは、線路５１の中央（λ／４，９０°）から取り出される。

図８には、２つのベクトルに分解された信号を増幅する増幅器５３ａ，５３ｂも示してある。オープンスタブ５２ａは、増幅器５３ａの出力に並列に接続され、オープンスタブ５２ｂは、増幅器５３ｂの出力に並列に接続されている。増幅器５３ａ，５３ｂから出力される信号は、線路５１で合成され、出力端子Ｐｏｕｔから出力される。

図９は、図８の合成回路の位相特性を示した図である。図９に示す位相特性の横軸は周波数を示し、縦軸は図８に示す経路αにおける信号と、経路βにおける信号との位相差を示している。

図８で説明したように、キレイクス型の合成回路では、増幅器５３ａ，５３ｂの出力にリアクタンスｊＸ，−ｊＸのオープンスタブ５２ａ，５２ｂが並列に接続される。このため、経路αにおける信号の位相と経路βにおける信号の位相とに位相差が生じ、図９の両矢印に示す増幅帯域において、周波数−位相偏差が生じる。

図１０は、図８の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。図１０には、スミスチャートが示してある。
図１０に示す点線の丸Ａ３１ａは、図８に示した経路αにおける信号の位相変化を示している。経路αにおける信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ３１ｂのように変化する。

図１０に示す実線の丸Ａ３２ａは、図８に示した経路βにおける信号の位相変化を示している。経路βにおける信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ３２ｂのように変化する。

図１０に示す矢印Ａ３３ａ，３３ｂは、増幅帯域において周波数を変化させたときの、経路αにおける信号の位相変化を示している。矢印Ａ３４ａ，３４ｂは、増幅帯域において周波数を変化させたときの、経路βにおける信号の位相変化を示している。

図８の合成回路は、増幅器５３ａ，５３ｂの出力に、リアクタンスｊＸ，−ｊＸのオープンスタブが接続されている。そのため、矢印Ａ３３ａ，３３ｂに示す経路αの位相変化と、矢印Ａ３４ａ，３４ｂに示す経路βの位相変化は、異なる。このため、図９の位相特性に示すように、中心周波数における位相差が０となるように設計しても、中心周波数から離れるにつれ、位相差が発生する。すなわち、図８に示すキレイクス型の合成回路は、増幅帯域において、位相特性を平坦にすることが困難である。

図３の合成回路３９について説明する。
図１１は、図３の合成回路を示した図である。図１１において、図３と同じものには、同じ符号を付してある。図１１には、合成回路３９の他に、増幅器３６ａ，３６ｂおよびインピーダンス反転回路３８が示してある。図１１では、図３の出力整合回路３７ａ，３７ｂの図示を省略している。

図１１に示すように、合成回路３９は、線路６１〜６４を有している。線路６１，６２は、増幅器３６ａ，３６ｂの出力に、線路６３，６４を挟んで並列に接続されている。線路６３，６４は、線路６１と線路６２との間に、直列に接続されている。合成回路３９は、ブランチライン型合成回路であり、線路６１〜６４は、四角形状に配置され、接続されている。線路６２，６３の接続点に出力端子Ｐｏｕｔが接続されている。

線路６１は、特性インピーダンスＺｏを有している。また、線路６１は、線路長λ／４を有している。なお、Ｚｏは、出力端子Ｐｏｕｔの負荷インピーダンスである。λは、増幅する信号の中心周波数における波長である。

線路６２は、特性インピーダンスＺｏを有している。また、線路６２は、線路長λ／４＋γを有している。線路６２は、線路長がλ／４より長くなっており、非対称回路要素である。

線路６３は、特性インピーダンスＺｏ／√２を有している。また、線路６３は、線路長λ／４−δを有している。線路６３は、線路長がλ／４より短くなっており、非対称回路要素である。

線路６４は、特性インピーダンスＺｏ／√２を有している。また、線路６４は、線路長λ／４を有している。
インピーダンス反転回路３８は、特性インピーダンスＺｏ、線路長λ／４の線路によって形成されている。

図１２は、図１１の合成回路の位相特性を示した図である。図１２に示す位相特性の横軸は周波数を示し、縦軸は図１１に示す増幅器３６ａから出力端子Ｐｏｕｔにおける信号と、増幅器３６ｂから出力端子Ｐｏｕｔにおける信号との位相差を示している。

図１１で説明したように、増幅器３６ｂの出力には、インピーダンス反転回路３８が接続される。インピーダンス反転回路３８は、増幅器３６ａから増幅器３６ｂへ向かう信号と、増幅器３６ｂ自身の反射信号とを、増幅器３６ａ，３６ｂの動作効率が高くなるような関係に位相を調整する。

ここで、図１１の合成回路３９が９０°ブランチライン型合成回路である場合を考える。この場合、出力端子Ｐｏｕｔでは、インピーダンス反転回路３８を備えることによって生じる信号の経路差によって、増幅器３６ａ，３６ｂから出力される信号に位相差が生じる。

これに対し、合成回路３９は、非対称回路要素の線路６２，６３を有することによって、インピーダンス反転回路３８を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

すなわち、増幅装置は、インピーダンス反転回路３８によって高効率化を図るとともに、図１２の両矢印に示すように、増幅帯域において、位相特性を平坦にすることができる。また、以下で述べるように、合成回路３９が非対称回路要素を有することによって、さらに、高効率化を図ることができる。

なお、線路６２，６３のγ，δは、図１２に示す位相特性の増幅帯域において、位相差が０となるように設計する。
図１３は、図１１の合成回路の周波数−位相偏差を説明する図である。図１３には、スミスチャートが示してある。

図１３に示す点線の丸Ａ４１ａは、図１１の増幅器３６ａから出力される信号の、出力端子Ｐｏｕｔにおける位相変化を示している。増幅器３６ａから出力される信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ４１ｂのように変化する。

図１３に示す実線の丸Ａ４２ａは、図１１の増幅器３６ｂから出力される信号の、出力端子Ｐｏｕｔにおける位相変化を示している。増幅器３６ｂから出力される信号の位相は、周波数を増加するに従って、矢印Ａ４２ｂのように変化する。

図１３に示す矢印Ａ４３ａ，４３ｂは、増幅帯域において周波数を変化したときの位相変化を示している。矢印Ａ４４ａ，４４ｂは、増幅帯域において周波数を変化したときの位相変化を示している。

ここで、矢印Ａ４３ａ，４３ｂのなす角度と矢印Ａ４４ａ，４４ｂのなす角度は、同じである。すなわち、増幅器３６ａ，３６ｂから出力される信号は、増幅帯域における周波数変化に対し、同じように位相が変化する。つまり、増幅器３６ａ，３６ｂから出力される信号は、増幅帯域において周波数−位相偏差が発生せず、図１２に示すように、増幅帯域において位相特性が平坦となる。

図１４は、図１１の合成回路の反射特性を説明する図である。図１４には、スミスチャートが示してある。
点線の半円Ａ５１ａは、図１１に示す線路６１〜６４の線路長が、λ／４である場合の増幅器３６ａにおける反射係数の軌跡を示している。点線の半円Ａ５１ｂは、線路６３の線路長をδ短くしたときの増幅器３６ａにおける反射係数の軌跡を示している。線路６３の線路を短くすることによって、半円Ａ５１ａは、矢印Ａ５１ｃに示すように、半円Ａ５１ｂへと回転する。

実線の半円Ａ５２ａは、図１１に示す線路６１〜６４の線路長が、λ／４である場合の増幅器３６ｂにおける反射係数の軌跡を示している。実線の半円Ａ５２ｂは、線路６２の線路長をγ長くしたときの増幅器３６ｂにおける反射係数の軌跡を示している。線路６２の線路を長くすることによって、半円Ａ５２ａは、矢印Ａ５２ｃに示すように、半円Ａ５２ｂへと回転する。

等高線Ａ５３は、効率等高線を示している。等高線Ａ５３の中心に向かうほど、増幅装置の効率は高くなる。
上記したように、合成回路３９は、線路６２，６３の非対称回路要素を有し、これによって、出力端子Ｐｏｕｔでの信号の位相特性は、平坦となる。また、合成回路３９が線路６２，６３の非対称回路要素を有することによって、図１４の半円Ａ５１ｂ，Ａ５２ｂに示すように、反射係数の軌跡が、高効率となる等高線Ａ５３の中心付近を通過するようになる。すなわち、増幅装置は、合成回路３９が非対称回路要素を有することによっても、効率の向上を図ることができる。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力にインピーダンス反転回路３８を設け、合成回路３９に非対称回路要素を具備するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路３８によって高効率化を図るとともに、位相を補正して合成する、非対称回路要素を備えた合成回路３９によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、合成回路が非対称回路要素を有するとした。第３の実施の形態では、２つの増幅器の出力に非対称回路要素を接続する。

図１５は、第３の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図１５において、図１１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１５に示すように、増幅装置は、合成回路７０およびオープンスタブ８１，８２を有している。

合成回路７０は、線路７１〜７４を有している。合成回路７０は、９０°ブランチライン型合成回路である。線路７１，７２の特性インピーダンスはＺｏであり、線路７３，７４の特性インピーダンスはＺｏ／√２である。また、線路７１〜７４の線路長は、λ／４である。

オープンスタブ８１は、増幅器３６ａの出力に並列に接続され、オープンスタブ８２は、増幅器３６ｂの出力に並列に接続されている。オープンスタブ８１，８２は、異なる長さのオープンスタブであり、非対称回路要素である。オープンスタブ８１，８２の長さは、図１２に示したように、増幅帯域において、位相特性が平坦となるように設計する。

図１５の増幅装置では、合成回路７０は、９０°ブランチライン型合成回路であり、非対称回路要素を具備していない。図１５の増幅装置は、オープンスタブ８１，８２によって、インピーダンス反転回路３８を挿入したことによる、信号の経路差によって生じる位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力にインピーダンス反転回路３８を設け、増幅器３６ａ，３６ｂの出力に非対称回路要素のオープンスタブ８１，８２を接続するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路３８によって高効率化を図るとともに、非対称回路要素のオープンスタブ８１，８２によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第４の実施の形態では、第３の実施の形態に対し、２つの増幅器の一方の出力にオープンスタブを接続する。そして、インピーダンス反転回路の線路長をλ／４より長くし、非対称回路要素とする。

図１６は、第４の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図１６において、図１５と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１６に示すように、増幅装置は、インピーダンス反転回路９１を有している。

インピーダンス反転回路９１は、特性インピーダンスＺｏ、線路長λ／４＋ｙの線路によって形成されている。
図１６の増幅装置は、図１５の増幅装置に対し、オープンスタブ８２が省略されている。そして、インピーダンス反転回路９１の線路長がλ／４＋ｙとなっている。すなわち、図１６の増幅装置は、オープンスタブ８２を省略し、その分、インピーダンス反転回路９１の線路長をλ／４からλ／４＋ｙに長くしている。オープンスタブ８１とインピーダンス反転回路９１が非対称回路要素である。

つまり、図１６の増幅装置は、非対称回路要素のオープンスタブ８１と非対称回路要素のインピーダンス反転回路９１とによって、インピーダンス反転回路９１を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力に、非対称回路要素のインピーダンス反転回路９１を設け、増幅器３６ａ，３６ｂの他方の出力に非対称回路要素のオープンスタブ８１を接続するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路９１によって高効率化を図るとともに、位相を補正する非対称回路要素のオープンスタブ８１とインピーダンス反転回路９１によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第５の実施の形態では、第４の実施の形態に対してオープンスタブを省略し、合成回路が非対称回路要素を有する。

図１７は、第５の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図１７において、図１６と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１７に示すように、増幅装置は、合成回路１００を有している。

合成回路１００は、線路１０１〜１０４を有している。線路１０１，１０２の特性インピーダンスはＺｏであり、線路１０３，１０４の特性インピーダンスはＺｏ／√２である。また、線路１０１，１０２，１０４の線路長は、λ／４である。線路１０３の線路長は、λ／４−δである。

図１７の増幅装置は、図１６の増幅装置に対し、合成回路１００の線路１０３の線路長がλ／４−δとなっている。そして、オープンスタブ８１が省略されている。すなわち、図１７の増幅装置は、オープンスタブ８１を省略し、その分、合成回路１００の線路１０３の線路長をλ／４からλ／４−δに短くしている。出力端子Ｐｏｕｔに接続された線路１０３と、インピーダンス反転回路９１とが非対称回路要素である。

つまり、図１７の増幅装置は、線路１０３の非対称回路要素を有する合成回路１００と、非対称回路要素のインピーダンス反転回路９１とによって、インピーダンス反転回路９１を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力に、非対称回路要素のインピーダンス反転回路９１を設け、合成回路１００に非対称回路要素の線路１０３を具備するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路９１によって高効率化を図るとともに、非対称回路要素を有する合成回路１００と非対称回路要素のインピーダンス反転回路９１とによって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第６の実施の形態では、第５の実施の形態に対し、インピーダンス反転回路の線路長をλ／４にし、合成回路が非対称回路要素のオープンスタブを有する。

図１８は、第６の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図１８において、図１７と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１８に示すように、増幅装置は、合成回路１２０およびインピーダンス反転回路１３１を有している。

合成回路１２０は、線路１２１〜１２４を有している。線路１２１，１２２の特性インピーダンスはＺｏであり、線路１２３，１２４の特性インピーダンスはＺｏ／√２である。また、線路１２１，１２２，１２４の線路長は、λ／４である。線路１２３の線路長は、λ／４−δである。線路１２２，１２４の接続点に、オープンスタブ１２５が接続されている。

インピーダンス反転回路１３１は、特性インピーダンスＺｏ、線路長λ／４の線路によって形成されている。
図１８の増幅装置は、図１７の増幅装置に対し、インピーダンス反転回路１３１の線路長がλ／４＋ｙからλ／４となっている。そして、合成回路１２０の線路１２２，１２４の接続点にオープンスタブ１２５が接続されている。すなわち、図１８の増幅装置は、インピーダンス反転回路１３１の線路長をλ／４＋ｙからλ／４に短くし、その分、合成回路１２０にオープンスタブ１２５を具備するようにしている。出力端子Ｐｏｕｔに接続された線路１２３とオープンスタブ１２５が非対称回路要素である。

つまり、図１８の増幅装置は、線路１２３とオープンスタブ１２５の非対称回路要素を有する合成回路１２０によって、インピーダンス反転回路１３１を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力に、インピーダンス反転回路１３１を設け、合成回路１２０に非対称回路要素の線路とオープンスタブとを具備するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路１３１によって高効率化を図るとともに、非対称回路要素を有する合成回路１２０によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第７の実施の形態］
次に、第７の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第７の実施の形態では、第６の実施の形態に対し、増幅器の出力の一方にオープンスタブを接続する。そして、合成回路は、オープンスタブの非対称回路要素を具備する。

図１９は、第７の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図１９において、図１８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１９に示すように、増幅装置は、合成回路１４０およびオープンスタブ１５１を有している。

合成回路１４０は、線路１４１〜１４４を有している。線路１４１，１４２の特性インピーダンスはＺｏであり、線路１４３，１４４の特性インピーダンスはＺｏ／√２である。また、線路１４１〜１４４の線路長は、λ／４である。線路１４２，１４４の接続点にオープンスタブ１４５が接続されている。

オープンスタブ１５１は、増幅器３６ａの出力に並列に接続されている。
図１９の増幅装置は、図１８の増幅装置に対し、合成回路１４０の線路１４３の線路長がλ／４−δからλ／４となっている。そして、増幅器３６ａの出力にオープンスタブ１５１が接続されている。すなわち、図１９の増幅装置は、合成回路１４０の線路１４３の線路長をλ／４−δからλ／４へと長くし、その分、増幅器３６ａの出力に並列にオープンスタブ１５１を接続している。

つまり、図１９の増幅装置は、非対称回路要素のオープンスタブ１４５を有する合成回路１４０と、非対称回路要素のオープンスタブ１５１によって、インピーダンス反転回路１３１を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力に、インピーダンス反転回路１３１を設け、増幅器３６ａの出力にオープンスタブ１５１を接続し、合成回路１４０に非対称回路要素のオープンスタブ１４５を具備するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路１３１によって高効率化を図るとともに、非対称回路要素を有する合成回路１４０とオープンスタブ１５１によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

［第８の実施の形態］
次に、第８の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第８の実施の形態では、第７の実施の形態に対し、増幅器の出力に接続したオープンスタブを省略し、インピーダンス反転回路の線路長をλ／４−δにする。

図２０は、第８の実施の形態に係る増幅装置を示した図である。図２０において、図１９と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図２０に示すように、増幅装置は、インピーダンス反転回路１６１を有している。

インピーダンス反転回路１６１は、特性インピーダンスＺｏ、線路長λ／４−δの線路によって形成されている。
図２０の増幅装置は、図１９の増幅装置に対し、増幅器３６ａの出力に接続したオープンスタブ１５１を省略している。そして、インピーダンス反転回路１６１の線路長がλ／４からλ／４−δとなっている。すなわち、図２０の増幅装置は、増幅器３６ａの出力に接続したオープンスタブ１５１を省略し、その分、インピーダンス反転回路１６１の線路長をλ／４からλ／４−δへと短くしている。

つまり、図２０の増幅装置は、非対称回路要素のインピーダンス反転回路１６１と、非対称回路要素のオープンスタブ１４５を有する合成回路１４０によって、インピーダンス反転回路１６１を挿入したことによって生じる信号の経路差による位相差を抑制する。

このように、増幅装置は、２つの増幅器３６ａ，３６ｂの一方の出力に、非対称回路要素のインピーダンス反転回路１６１を設け、合成回路１４０に非対称回路要素のオープンスタブ１４５を具備するようにした。これにより、増幅装置は、インピーダンス反転回路１６１によって高効率化を図るとともに、非対称回路要素を有する合成回路１４０と非対称回路要素のインピーダンス反転回路１６１によって、位相特性を平坦にし、さらに高効率化を図ることができる。

１ａ，１ｂ 増幅部
２ インピーダンス反転回路
３ 合成回路
３ａ〜３ｄ 線路

Claims (8)

1. 入力信号を２つの定振幅の信号にベクトル分解し、それぞれを増幅する増幅装置において、
   ベクトル分解された第１の信号を増幅する第１の増幅部と、
   ベクトル分解された第２の信号を増幅する第２の増幅部と、
   前記第２の増幅部で増幅された前記第２の信号をインピーダンス反転するインピーダンス反転回路と、
   前記第１の増幅部で増幅された前記第１の信号と前記インピーダンス反転回路でインピーダンス反転された前記第２の信号との位相を補正し、合成して出力する合成回路と、を有し、
   前記合成回路が非対称回路要素を含みまたは前記第１の増幅部もしくは前記第２の増幅部と前記合成回路との間に前記非対称回路要素が挿入され、
   前記合成回路は、
   前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、
   前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、を有して、前記第１、第２、第３、第４の線路で四角形状に形成され、少なくとも１つの線路は他線路と長さが異なる非対称回路要素になっている、
   ことを特徴とする増幅装置。
2. 前記合成回路は、
   前記第２の線路と前記第３の線路とが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
   
3. 前記第１の増幅部の出力に接続される第１のオープンスタブと、
   前記第２の増幅部の出力に接続される第２のオープンスタブと、をさらに有し、
   前記第１のオープンスタブと前記第２のオープンスタブとが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
4. 前記第１の増幅部の出力に接続されるオープンスタブをさらに有し、
   前記オープンスタブと前記インピーダンス反転回路とが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
5. 前記合成回路は、
   前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、
   前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、を有し、
   前記第３の線路と前記インピーダンス反転回路とが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
6. 前記合成回路は、
   前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、
   前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、
   前記第２の線路と前記第４の線路との接続点に接続されるオープンスタブと、を有し、
   前記第３の線路と前記オープンスタブとが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
7. 前記第１の増幅部の出力に接続される第１のオープンスタブをさらに有し、
   前記合成回路は、
   前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、
   前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、
   前記第２の線路と前記第４の線路との接続点に接続される第２のオープンスタブと、を有し、
   前記第１のオープンスタブと前記第２のオープンスタブとが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
8. 前記合成回路は、
   前記第１の増幅部および前記第２の増幅部の出力に並列に接続される第１の線路と第２の線路と、
   前記第１の線路と前記第２の線路との間に直列に接続される第３の線路と第４の線路と、
   前記第２の線路と前記第４の線路との接続点に接続されるオープンスタブと、を有し、
   前記インピーダンス反転回路と前記オープンスタブとが前記非対称回路要素であることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。

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