以下、本発明の実施の形態について、図� ��を参照して詳細に説明する。

 (実施の形態1)
 図1に本実施の形態に係る電力増幅器の要部 構成を示す。本実施の形態は、エンベロープ トラッキング(ET:Envelope Tracking)型のドレイン� ��御型増幅器に適用した例である。

 図1において、電力増幅器100は、歪補償部 110、包絡線検波部120、ドレイン電圧変調部140 、ゲート電圧調整部130、及びハイパワーアン プ150を備えて構成される。

 歪補償部110は、RF信号を入力し、ハイパ� �ーアンプ150の動作範囲を基に、ハイパワー� �ンプ150に出力されるRF信号の特性歪みを予め 補償する。

 包絡線検波部120は、RF信号の包絡線を検波� �る。包絡線検波部120は、例えば、ダイオー� �検波によりRF信号の包絡線を検波する。ある いは、包絡線検波部120は、IQベースバンド信� ��のI成分及びQ成分から振幅成分(√(I ² +Q ² ))を算出するようにしても良い。包絡線検波� ��120は、得られたエンベロープ信号をゲート� ��圧調整部130及びドレイン電圧変調部140に出� ��する。

 ゲート電圧調整部130は、所定の閾値電圧� ��、エンベロープ信号との大小を比較し、比� ��結果に応じて、ハイパワーアンプ150のゲー� ��電圧を切り換える。なお、ゲート電圧調整� ��130の詳細な構成及びゲート電圧の切り換え� ��については、後述する。

 ドレイン電圧変調部140は、エンベロープ� ��号に基づいて電源電圧を増幅し、増幅後の� ��源電圧をハイパワーアンプ150のドレイン端� ��へ印加する。

 ハイパワーアンプ150は、FET(Field Effect Tra nsistor:電界効果トランジスタ)型の増幅器であ り、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づいて 、入力信号であるRF信号を増幅する。

 図2に、ゲート電圧調整部130の要部構成を 示す。図2において、ゲート電圧調整部130は� �例えば、オペアンプ132とスイッチ133とを備� �る比較器131で構成される。比較器131は、所� �の閾値電圧とエンベロープ信号との大小を� �較し、エンベロープ信号の振幅が所定の閾� �電圧未満の場合、ハイパワーアンプ150のゲ� �ト端子に電圧V1を印加し、エンベロープ信号 の振幅が所定の閾値電圧以上の場合、ハイパ ワーアンプ150のゲート端子に電圧V2(V1>V2)を 印加するように、スイッチ133を切り換える。 このとき、電圧V1は、ハイパワーアンプ150がA B級動作するようなゲート電圧とし、電圧V2は 、ハイパワーアンプ150がC級動作するような� �圧とする。

 以下、上述のように構成された電力増幅� ��100の動作について説明する。

 まず、図示せぬベースバンド部及びRF変� �部において生成されたRF信号に対し、包絡線 検波部120によって包絡線検波が施され、得ら れたエンベロープ信号は、ゲート電圧調整部 130及びドレイン電圧変調部140に出力される。

 ゲート電圧調整部130の比較器131では、エ� ��ベロープ信号の振幅と所定の閾値電圧との� ��小比較が行われる。そして、比較結果が、� ��ンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未� ��の場合、ハイパワーアンプ150のゲート端子� ��電圧V1が印加され、エンベロープ信号の振� �が所定の閾値以上の場合、ハイパワーアン� �150のゲート端子に電圧V2(V1>V2)が印加され� �。このようにして、エンベロープ信号の振� �に応じて、ハイパワーアンプ150のゲート電� �が変化する。換言すると、エンベロープ信� �の振幅に応じて、ハイパワーアンプ150のア� �ドル電流が変化し、ハイパワーアンプ150がAB 級動作したり、C級動作したりするようにな� �。

 ドレイン電圧変調部140では、エンベロー� ��信号の変化に応じて、ハイパワーアンプ150� ��ドレイン端子に印加される電源電圧が同期� ��て増幅される。そして、ハイパワーアンプ1 50では、ドレイン電圧及びゲート電圧に基づ� ��て、RF信号が増幅される。

 図3は、ドレイン電圧とゲート電圧との関 係を示す図である。同図において、Vthは、エ ンベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧と等 しくなったときのドレイン電圧を示す。また 、電圧V1は、ハイパワーアンプ150がAB級動作� �るようなゲート電圧であり、電圧V2は、ハイ パワーアンプ150がC級動作するような電圧で� �る。したがって、エンベロープ信号の振幅� �所定の閾値電圧より小さく、ドレイン電圧� �Vth未満のときには、ゲート電圧に電圧V1が印 加されるので、ハイパワーアンプ150に流れる アイドル電流が増加し、ハイパワーアンプ150 がAB級動作する。これにより、ハイパワーア� ��プ150の線形性が確保され利得が改善し、変� ��歪みを抑圧することができるようになる。

 一方、エンベロープ信号の振幅が所定の� ��値電圧以上であり、ドレイン電圧がVth以上� ��ときには、ゲート電圧に電圧V2が印加され� �ので、ハイパワーアンプ150に流れるアイド� �電流は少なく、ハイパワーアンプ150はC級動� ��することになる。この間、ハイパワーアン� ��150は高効率で動作する。

 このようにすることで、ハイパワーアン� ��150は、常にAB級動作するのではなく、エン� �ロープ信号の振幅が小さいときにのみ瞬時� �にAB級動作するので、全電力における効率に 対して与える影響を最小限に抑えることがで きる。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��力増幅器100は、ハイパワーアンプ150の増幅� ��対象であるRF信号のエンベロープ信号の振� �の大きさに応じて、ハイパワーアンプ150の� �ート電圧を切り換えるようにしたので、エ� �ベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧以上� �場合は、ゲート電圧を下げてアイドル電流� �流れないようにしてハイパワーアンプ150をC� ��動作させることにより、電力増幅器100全体� ��高効率を維持することができる。一方、エ� ��ベロープ信号の振幅が所定の閾値電圧未満� ��場合は、ゲート電圧を上げてアイドル電流� ��流れるようにしてハイパワーアンプ150をAB� �動作させる。これにより、線形性が確保さ� �るので利得が改善し、変調歪みを抑圧する� �とができる。

 なお、上述した説明では、比較器131にオ� ��アンプ132を用いる場合について説明したが� ��これに限定されるものではない。

 (実施の形態2)
 図4は、本発明の実施の形態2に係る電力増� �器200の要部構成を示すブロック図である。� �実施の形態の説明にあたり、図1と同一構成� ��分には同一符号を付して説明を省略する。

 実施の形態1との相違点は、本実施の形態 の電力増幅器200は、ゲート電圧調整部130に代 え、ゲート電圧調整部210を備えることにある 。

 図5に、ゲート電圧調整部210の要部構成を 示す。図5において、ゲート電圧調整部210は� �反転増幅回路211から成る。

 反転増幅回路211は、例えば、オペアンプ2 12と抵抗R1,R2とを備え、正相(+)入力ピンは所� �の閾値電圧に接続され、エンベロープ信号� �、抵抗R1を経て逆相(-)入力ピンに印加される 。エンベロープ信号が変化すると、その変化 が逆極性の電圧となって、ゲート端子に印加 される。このようにして、ゲート電圧調整部 210は、エンベロープ信号の極性が反転した信 号を、ハイパワーアンプ150のゲート端子に印 加する。この結果、エンベロープ信号の極性 が反転した信号に応じて、ハイパワーアンプ 150のゲート電圧が変化する。

 図6は、ドレイン電圧とゲート電圧との関 係を示す図である。上述したように、ドレイ ン電圧変調部140では、エンベロープ信号の変 化に基づいて、ハイパワーアンプ150のドレイ ン端子に印加される電源電圧が同期して増幅 される。一方、ゲート電圧調整部210は、反転 増幅回路211から成り、エンベロープ信号の極 性が反転した反転信号が、ハイパワーアンプ 150のゲート端子に印加される。したがって、 ゲート電圧とドレイン電圧とは、極性が反転 するため、図6に示すように、ゲート電圧が� �きいほどドレイン電圧が小さく、ゲート電� �が小さいほどドレイン電圧が大きくなる。

 ゲート電圧が大きいとアイドル電流は増� ��する。ただし、本実施の形態では、ゲート� ��圧が大きいほどドレイン電圧が小さいため� ��アイドル電流が増加しても、パワーアンプ1 50の消費電力をある程度抑圧し、効率の劣化� ��防止することができるようになる。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��力増幅器200は、ハイパワーアンプ150の増幅� ��対象であるRF信号のエンベロープ信号の極� �が反転した信号に基づいて、ハイパワーア� �プ150のゲート電圧を変化させるようにした� �で、ゲート電圧が大きいほどドレイン電圧� �小さくなり、この結果、実施の形態1の効果� ��加えて、ゲート電圧が大きくアイドル電流� ��増加しても、ドレイン電圧が小さいので、� ��イパワーアンプ150の消費電力をある程度抑� ��し、効率の劣化を防止することができる。

 なお、上述した説明では、反転増幅回路2 11にオペアンプ212を用いる場合について説明� ��たが、これに限定されるものではない。

 (実施の形態3)
 図7は、本発明の実施の形態3に係る電力増� �器300の要部構成を示すブロック図である。� �実施の形態の説明にあたり、図1と同一構成� ��分には同一符号を付して説明を省略する。

 実施の形態1との相違点は、本実施の形態 の電力増幅器300は、ゲート電圧調整部130に代 え、ゲート電圧調整部310を備えることにある 。

 図8に、ゲート電圧調整部310の要部構成を 示す。なお、図8において、図6と同一構成部� ��には同一符号を付して説明を省略する。図8 において、ゲート電圧調整部310は、反転増幅 回路211、及びスライス回路311を備える。

 スライス回路311は、リミッタ回路であり� ��反転増幅回路211の出力信号の振幅が所定の� ��値電圧V3以上又はV4以下の場合に(V3>V4)、� �幅をV3~V4の間に制限する。

 図9は、本実施の形態におけるドレイン電 圧とゲート電圧との関係を示す。ドレイン電 圧変調部140では、反転増幅回路211の出力信号 の変化に基づいて、ハイパワーアンプ150のド レイン端子に印加される電源電圧が同期して 増幅される。一方、ゲート電圧調整部310では 、スライス回路311によって反転増幅回路211の 出力信号の振幅に制限が加わり、制限後の出 力信号の極性が反転した反転信号が、ハイパ ワーアンプ150のゲート端子に印加される。

 このようにして、ゲート端子に印加され� ��電源電圧に制限を加え、スライス回路311の� ��定の閾値電圧V3,V4をハイパワーアンプ150の� �ート電圧として最適な値に設定するように� �ることで、ハイパワーアンプ150が安定動作� �るようになる。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��力増幅器300は、ゲート電圧調整部310にスラ� ��ス回路311を設け、反転増幅回路211の出力信� ��の振幅に制限を加えるようにしたので、ハ� ��パワーアンプ150のゲート電圧の電圧範囲を� ��限することができ、ハイパワーアンプ150を� ��定動作させることができる。

 (実施の形態4)
 図10は、本発明の実施の形態4に係る電力増� ��器400の要部構成を示すブロック図である。� ��実施の形態の説明にあたり、図1と同一構成 部分には同一符号を付して説明を省略する。

 実施の形態1との相違点は、本実施の形態 の電力増幅器400は、ゲート電圧調整部130とハ イパワーアンプ150のゲート端子との間にフィ ルタ410を備えることにある。

 フィルタ410は、ゲート電圧調整部130の出� ��信号の信号波形を平滑化する。フィルタ410� ��、例えば、テーブル式や多項式方式を用い� ��信号処理で実現したフィルタであってもよ� ��し、通常のLCフィルタや誘電体フィルタな� �の物理的フィルタでもよい。

 図11に、本実施の形態におけるドレイン� �圧とゲート電圧との関係を示す。ハイパワ� �アンプ150のゲート端子には、フィルタ410を� �由したゲート電圧調整部130の出力信号が印� �される。フィルタ410によって、ゲート電圧� �整部130の出力信号の信号波形が鈍るので、� �11に示すように、閾値電圧Vthの前後でドレイ ン電圧が変化する場合において、ゲート電圧 はV1からV2に急激に変化するのではなく、V1か らV2になだらかに変化するようになる。

 一方、図3に示すように、閾値電圧Vthの前 後でドレイン電圧が変化する場合において、 ゲート電圧がV1からV2に急激に変化する場合� �は、ハイパワーアンプ150の線形性が急激に� �化し、これにより、歪みが劣化する可能性� �ある。したがって、ハイパワーアンプ150の� �ート電圧が急激に変化しないように、ゲー� �端子の前段にフィルタ410を設け、ゲート端� �に印加される出力波形を鈍らせることによ� �、歪みが発生するのを防止し、また、ハイ� �ワーアンプ150が発振するのを防止すること� �できるようになる。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��力増幅器400は、ゲート電圧調整部130とハイ� ��ワーアンプ150のゲート端子との間にフィル� ��410を設け、ハイパワーアンプ150のゲート電� ��が急激に変化するのを防止することができ� ��ので、ハイパワーアンプ150の線形性の急激� ��変化による歪みの劣化を回避することがで� ��る。

 (実施の形態5)
 図12は、本発明の実施の形態5に係る電力増� ��器500の要部構成を示すブロック図である。� ��実施の形態の説明にあたり、図1と同一構成 部分には同一符号を付して説明を省略する。

 実施の形態1との相違点は、本実施の形態 の電力増幅器500は、ゲート電圧調整部130に代 え、ゲート電圧調整部510を備えることにある 。

 図13に、ゲート電圧調整部510の要部構成� �示す。図13において、ゲート電圧調整部510は 、比較器511から成る。

 比較器511は、ヒステリシス幅を有する比� ��器であり、例えば、オペアンプ212と抵抗R1,R 2を備えるシュミット回路から成る。オペア� �プ212の正相(+)入力ピンは、所定の閾値電圧V0 に接続され、エンベロープ信号は、逆相(-)入 力ピンに印加される。エンベロープ信号の振 幅が、所定の閾値電圧V0より十分に低い電圧� ��あり、ゲート端子にはV1が印加されている� �のとする。このとき、R2の両端にはV0+VR2とい う電圧が発生しているので、V0+VR2が正相(+)入 力ピンの電圧となる。この電圧をVhighとする� ��、エンベロープ信号の振幅が増大してこのV highを超えなければ、ゲート端子に印加され� �電圧は、V1からV2に減少しない。

 これとは逆に、エンベロープ信号の振幅� ��正相(+)入力ピンに対し十分に大きな電圧の� ��合には、ゲート端子には当然V2が印加され� �抵抗R2の両端の電圧は-VR2となる。この場合� �は、正相(+)入力ピンの電圧がV0-VR2になる。� �の電圧をVlowとすると、Vlowより低い電圧にま でエンベロープ信号の振幅が減少しなければ 、ゲート端子に印加される電圧は、V2からV1� �増加しない。

 図14は、ドレイン電圧とゲート電圧との� �係を示す図である。上述したように、ドレ� �ン電圧変調部140では、エンベロープ信号の� �化に基づいて、ハイパワーアンプ150のドレ� �ン端子に印加される電源電圧が同期して増� �される。ゲート電圧調整部510は、ヒステリ� �ス幅を有する比較器511から成り、エンベロ� �プ信号の振幅に関し、ゲート電圧はヒステ� �シスを形成する。つまり、図14に示すように 、ドレイン電圧に関し、ゲート電圧はヒステ リシスを形成する。図14において、VDhighは、� ��ンベロープ信号の振幅レベルがVhighに等し� �なるときのドレイン電圧であり、VDlowは、エ ンベロープ信号の振幅レベルがVlowに等しく� �るときのドレイン電圧である。これにより� �雑音等の影響を受け、エンベロープ信号の� �幅レベルの変動に応じて、ドレイン電圧が� �値電圧Vthの付近で微小変動するような場合� �おいて、エンベロープ信号の振幅レベルの� �動量がヒステリシス電圧(Vhigh-Vlow)の範囲内� �あれば、雑音等の影響がゲート端子に印加� �れるゲート電圧には現れなくなる。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��力増幅器500は、増幅の対象であるRF信号の� �ンベロープ信号の大きさを、ヒステリシス� �を有する比較器511を用いて比較した結果に� �づいて、ハイパワーアンプ150のゲート端子� �印加する電圧の大きさを調整するようにし� �。これにより、エンベロープ信号の振幅レ� �ルが増加してドレイン電圧が増加する場合� �、ゲート電圧をより低い電圧V2に切り換える ときの電圧閾値Vhighと、エンベロープ信号の� ��幅レベルが減少してドレイン電圧が減少す� ��場合に、ゲート電圧をより高い電圧V1に切� �換えるときの電圧閾値Vlowとの間にヒステリ� ��ス電圧(Vhigh-Vlow)が発生するので、エンベロ� ��プ信号が雑音等の影響を受け微小に変動す� ��ような場合においても、変動量がこのヒス� ��リシス電圧の範囲内であれば、雑音等の影� ��を排除してエンベロープ信号の変動に伴っ� ��ゲート電圧が瞬時に変化するのを回避する� ��とができる。

 なお、上述した説明では、ハイパワーア� ��プ150に電界効果トランジスタ(FET)型の増幅� �を用いる場合について説明したが、FETに限� �れず、バイポーラ型のトランジスタでもよ� �。その場合、上述した説明において、ゲー� �電圧はベース電圧に、ドレイン電圧はコレ� �タ電圧に対応させればよい。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、入� ��信号を増幅するパワーアンプと、前記入力� ��号のエンベロープを検波する包絡線検出手� ��と、前記エンベロープの振幅レベルに基づ� ��て、前記パワーアンプの電源端子に印加す� ��電源電圧を形成する電圧変調手段と、前記� ��ンベロープの振幅レベルに基づいて、前記� ��力信号の電圧レベルを調整する電圧調整手� ��と、を具備する構成を採る。

 この構成によれば、入力信号のエンベロ� ��プの振幅レベルが小さいときにのみ、パワ� ��アンプに流れるアイドル電流を増やしてパ� ��ーアンプの動作をAB級動作させ、入力信号� �エンベロープの振幅レベルが大きいときは� �パワーアンプに流れるアイドル電流を絞っ� �パワーアンプの動作をC級動作させることが� ��きるので、パワーアンプがAB級動作するこ� �により電力付加効率が劣化するのを最小限� �抑えつつ、小入力時においても線形性を保� �、非線形性による歪みの発生を低減するこ� �ができる。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅� ��ベルと所定の閾値とを比較すると共に、そ� ��出力側が前記パワーアンプの前記入力信号� ��入力する信号入力線路に接続された比較器� ��、具備する構成を採る。

 この構成によれば、入力信号のエンベロ� ��プの振幅レベルと所定の閾値との比較結果� ��基づいて、前記入力信号の電圧レベルを調� ��することにより、パワーアンプに流れるア� ��ドル電流を調整して、パワーアンプをAB級� �作させたり、C級動作させたりすることがで� ��る。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��電圧調整手段は、前記比較器の比較結果が� ��前記入力信号のエンベロープの振幅レベル� ��前記所定の閾値未満の場合、前記入力信号� ��電圧レベルを大きくし、前記比較器の比較� ��果が、前記エンベロープの振幅レベルが前� ��所定の閾値以上の場合、前記入力信号の電� ��レベルを小さくする構成を採る。

 この構成によれば、入力信号のエンベロ� ��プの振幅レベルが所定の閾値電圧未満の場� ��、アイドル電流を増やし、入力信号のエン� ��ロープの振幅レベルが所定の閾値電圧以上� ��場合、アイドル電流が絞ることができるの� ��、入力信号の振幅レベルが小さい場合にの� ��、パワーアンプをA級動作させ、必要以外の 場合には、パワーアンプがA級動作するのを� �限することができるので、パワーアンプがA� ��動作することにより、電力付加効率が劣化� ��るのを最小限に抑えることができる。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅� ��ベルが大きいほど、前記入力信号の電圧レ� ��ルを小さくし、前記エンベロープの振幅レ� ��ルが小さいほど、前記入力信号の電圧レベ� ��を大きくする構成を採る。

 この構成によれば、エンベロープの振幅� ��ベルが大きく、パワーアンプの電源端子に� ��加される電源電圧が大きいほど、アイドル� ��流を絞り、エンベロープの振幅レベルが小� ��く、パワーアンプの電源端子に印加される� ��源電圧が小さいほど、アイドル電流を増や� ��ことができるので、パワーアンプの消費電� ��をある程度抑圧し、効率の劣化を防止する� ��とができる。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��電圧調整手段は、前記エンベロープの振幅� ��ベルが第1の閾値以上の場合、当該振幅レベ ルを前記第1の閾値にクリッピングし、前記� �ンベロープの振幅レベルが第2の閾値以下の� ��合、当該振幅レベルを前記第2の閾値にクリ ッピングするクリッピング手段を、さらに具 備する構成を採る。

 この構成によれば、パワーアンプが増幅� ��る入力信号の振幅レベルを、パワーアンプ� ��安定動作範囲内に抑えることができるため� ��パワーアンプを安定動作させることができ� ��。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��電圧調整手段は、前記エンベロープを平滑� ��するフィルタを、さらに具備し、前記比較� ��は、前記フィルタ通過後の前記エンベロー� ��の振幅レベルと前記所定の閾値とを比較す� ��構成を採る。

 この構成によれば、入力信号が雑音等の� ��響を受けて急激な変動を伴う場合に、フィ� ��タにより、入力信号のエンベロープの振幅� ��ベルの変動を除去し、エンベロープの振幅� ��ベルの変動に基づいて、アイドル電流が急� ��に変動してパワーアンプの線形特性が急激� ��変化するのを回避することができので、線� ��特性の急激な変化に起因して発生する歪み� ��抑圧することができる。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��比較器は、第1の閾値と前記第1の閾値より� �さい第2の閾値との差分であるヒステリシス� ��を有し、前記エンベロープの振幅レベルが� ��記第1の閾値以上の場合、前記入力信号の電 圧レベルを小さくし、前記エンベロープの振 幅レベルが前記第2の閾値未満の場合、前記� �力信号の電圧レベルを大きくする構成を採� �。

 この構成によれば、入力信号が雑音等の� ��響を受けてそのエンベロープが微小に変動� ��るような場合においても、変動量がヒステ� ��シス電圧の範囲内であれば、雑音等の影響� ��排除してエンベロープの変動に伴ってアイ� ��ル電流が瞬時に変動して、パワーアンプの� ��形特性が変化するのを回避することができ� ��ので、線形特性の変化に起因して発生する� ��みを抑圧することができる。

 本発明の電力増幅器の一つの態様は、前� ��パワーアンプは、電界効果型のトランジス� ��、又は、バイポーラ型のトランジスタであ� ��、前記電圧調整手段は、前記電界効果型の� ��ランジスタのゲート端、又は、前記バイポ� ��ラ型のトランジスタのベース端に印加する� ��記入力信号の電圧レベルを調整する構成を� ��る。

 この構成によれば、入力信号のエンベロ� ��プの振幅レベルに基づいて、ゲート電圧、� ��は、ベース電圧を調整することにより、ア� ��ドル電流を調整することができるので、入� ��信号のエンベロープの振幅レベルが小さい� ��きにのみ、パワーアンプをAB級動作させて� �電力付加効率の劣化を最小限に抑えつつ、� �入力時においても線形性を保ち、非線形性� �よる歪みの発生を低減することができる。