WO2014061333A1 - 送信増幅器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a technique for synthesizing output signals of a plurality of switch mode amplifiers, and more particularly to a technique for synthesizing a radio frequency multi-bit digital signal after amplification.
- the base station of the wireless communication system transmits a signal having a large difference between the average power and the peak power.
- a digital transmitter that converts a transmission signal into a digital transmission signal of a radio frequency and amplifies it has been studied.
- a switch mode amplifier such as a class D amplifier or a class S amplifier has been studied.
- the switch mode amplifier assumes a pulse waveform signal as an input signal and amplifies power while maintaining the pulse waveform.
- the pulse waveform signal amplified by the switch mode amplifier is output from the digital transmitter after removing frequency components other than the band of the desired radio signal.
- a plurality of switch mode amplifiers corresponding to a plurality of bits of the digital transmission signal are provided, and output signals of the plurality of switch mode amplifiers are combined and supplied to a load (antenna). .
- Non-Patent Document 1 describes a technique for synthesizing the output signals of a plurality of amplifiers via quarter wavelength transmission lines having different characteristic impedances. Has been.
- Non-Patent Document 1 is a configuration using a quarter wavelength transmission line, it is assumed that the transmission amplifier is operated near a certain frequency determined by the quarter wavelength transmission line. Will be limited by the frequency band.
- Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to increase the bandwidth because the frequency band is limited as described above.
- an object of the present invention is to provide a transmission amplifier that can solve the above-described problems and can operate in a wide band.
- the transmission amplifier of the present invention includes: A plurality of switch mode amplifiers provided corresponding to each of the plurality of bits of the radio frequency digital signal; A plurality of signal path portions provided in the subsequent stage of each of the plurality of switch mode amplifiers, The plurality of signal path portions are: The output stages are connected in series with each other and connected in parallel with the load, Each of the plurality of signal path portions is A transmission line transformer provided at a subsequent stage of the switch mode amplifier, one end of the first line is connected to the switch mode amplifier, and one end of the second line is grounded; An output switch element provided at a subsequent stage of the transmission line transformer and connected between the other end of the first line and the other end of the second line of the transmission line transformer; The output switch element is When the power supply voltage is output from the switch mode amplifier, the switch is opened. When the power supply voltage is not output, the switch mode amplifier is closed.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a connection relationship between a switch mode amplifier and a transmission line transformer shown in FIGS. 1A to 1D.
- FIG. 7 is a circuit diagram showing another example of the connection relationship between the switch mode amplifier and the transmission line transformer shown in FIGS. 1A to 1D.
- 1A to 1D show the circuit configuration of the transmission amplifier of the present embodiment.
- the transmission amplifier of this embodiment includes switch mode amplifiers 10-1 and 10-2, transmission line transformers 20-1 and 20-2, and a switch element (output switch element) 30. -1,30-2.
- the transmission line transformer 20-1 and the switch element 30-1 constitute a first signal path section.
- the transmission line transformer 20-2 and the switch element 30-2 constitute a second signal path section.
- these two signal path units are connected in series to each other in the output stage, and are connected in parallel to the load (antenna) 40.
- the switch mode amplifier 10-1 is provided corresponding to one bit of the 2-bit digital transmission signal.
- the transmission line transformer 20-1 is provided in the subsequent stage of the switch mode amplifier 10-1, and is composed of two lines. These two lines can be realized by windings as shown in FIGS. 1A to 1D or microstrip lines.
- FIG. 1A to 1D show the switch mode amplifier 10-1 in a simplified manner, and the specific connection relationship between the switch mode amplifier 10-1 and the transmission line transformer 20-1 is shown in FIG. 2 or FIG. become that way.
- the switch mode amplifier 10-1 includes switch elements (input switch elements) 11 and 12 on the high side (power supply side) and the low side (ground side), respectively.
- the elements 11 and 12 are connected in series with each other. Only one of the switch elements 11 and 12 is controlled to be in a closed state. When the switch element 11 is in a closed state, the power supply voltage V1 is output. When the switch element 11 is open, the switch element 12 is closed and a ground voltage is output.
- one end of one line (hereinafter referred to as a first line) of the transmission line transformer 20-1 is connected to a connection point of the switch elements 11 and 12, and the other line (hereinafter referred to as a second line).
- One end of the track is called ground.
- the switch mode amplifier 10-1 is configured to include the switch element 11 only on the high side (power supply side). When the switch element 11 is closed, the power supply voltage V1 is output.
- one end of the first line of the transmission line transformer 20-1 is connected to the switch element 11, and one end of the second line is grounded.
- the switch element 30-1 is provided in the subsequent stage of the transmission line transformer 20-1, and is connected between the other end of the first line and the other end of the second line of the transmission line transformer 20-1.
- the switch element 30-1 performs the following switching operation in accordance with the output voltage of the switch mode amplifier 10-1.
- the switch element 11 of the switch mode amplifier 10-1 when the switch element 11 of the switch mode amplifier 10-1 is in the closed state (Short) and the power supply voltage V1 is output, the switch element 30-1 is in the open state (Open) (FIG. 1A, FIG. 1B).
- the switch element 11 of the switch mode amplifier 10-1 is in the open state (Open) and the power supply voltage V1 is not output, the switch element 30-1 is in the closed state (Short) (FIG. 1C, FIG. 1D).
- the switching operation of the switch element 30-1 is performed in synchronization with the output of the switch mode amplifier 10-1, and it is necessary to correct the timing by the amount of delay in the transmission line transformer 20-1.
- a separate control unit (not shown) may be provided, and the control unit may control the switching element 30-1 to perform the above switching operation.
- the control unit may control the switching element 30-1 to perform the above switching operation.
- the switch element 30-1 is formed of a diode as in an embodiment described later, the transmission line transformer can be synchronized with the output of the switch mode amplifier 10-1 without providing the control unit. Since the switching operation is performed at a timing delayed by the delay of 20-1, the above control unit is not necessary.
- the switch element 12 since the switch element 12 is provided on the low side (ground side), a desired voltage can be output even if the switch element 30-1 is not provided. There is no need to provide a separate control unit (not shown). However, in order to operate at a higher frequency, it is desirable to provide the switch element 30-1 because the delay generated in the transmission line transformer 20-1 can be suppressed particularly when the ground voltage is output. .
- the switch element 30-1 can be constituted by, for example, an electronic switch in addition to the diode, but in this case, the above-described control unit needs to be provided.
- the characteristic impedance of the transmission line transformer 20-1 can be arbitrarily set.
- the characteristic impedance of the load 40 is 50 ⁇
- it may be set to 50 ⁇ so as to be matched with this.
- the characteristic impedance of the transmission line transformer 20-2 is also set to 50 ⁇ ).
- the configuration on the switch mode amplifier 10-2 side is the same as the configuration on the switch mode amplifier 10-1 side, and the description thereof is omitted.
- the power supply voltages V1 and V2 are output to the load 40 via the transmission line transformers 20-1 and 20-2.
- the power supply voltage V1 is output to the load 40 side via the switch element 30-1, but the power supply voltage V2 is not output to the load 40 side. Further, no common mode current flows on the switch mode amplifier 10-2 side as viewed from the switch element 30-2.
- the power supply voltage V2 is output to the load 40 side via the switch element 30-2, but the power supply voltage V1 is not output to the load 40 side. Further, the common mode current does not flow to the switch mode amplifier 10-1 side when viewed from the switch element 30-1.
- the voltage at the load 40 is V2.
- Power supply voltages V1 and V2 are not output. As shown in FIG. 1D, the switch elements 11 of the switch mode amplifiers 10-1 and 10-2 are both open (Open), and both power supply voltages V1 and V2 are output. If not, the switch elements 30-1 and 30-2 are both closed (Short).
- the power supply voltages V1 and V2 are not output to the load 40 side.
- a voltage obtained by combining the output voltages of the switch mode amplifiers 10-1 and 10-2 appears on the load 40 side. Therefore, a multi-bit digital transmission signal can be synthesized at a radio frequency.
- the switch mode amplifier 10-1 shown in FIG. 2 when the switch mode amplifier 10-1 shown in FIG. 2 is applied, when the switch element 12 on the low side (ground side) is in the closed state, the switch element 30-1 is in the closed state (Short). As a result, the output terminal of the transmission line transformer 20-1 is also grounded.
- the switch mode amplifier 10-1 shown in FIG. 3 when the switch element 12 on the high side (power supply side) is in the open state, the switch element 30-1 is in the closed state (Short). As a result, since the output terminal of the transmission line transformer 20-1 is also grounded, a low-side (ground-side) switching element is not necessary. Therefore, the configuration of the switch mode amplifier 10-1 can be simplified and the cost can be reduced (the same applies to the switch mode amplifier 10-2).
- Example 1 4A to 4D show circuit configurations of the transmission amplifier of this embodiment.
- the switch elements 30-1 and 30-2 shown in FIGS. 1A to 1D are realized by diodes 31-1 and 31-2, respectively.
- the diode 31-1 is provided at the subsequent stage of the transmission line transformer 20-1, a cathode element is connected to the other end of the first line of the transmission line transformer 20-1, and an anode element is connected to the other end of the second line. It is connected.
- the diode 31-1 is in a state where a reverse voltage is applied. Does not flow, and substantially becomes an open state (see FIGS. 4A and 4B).
- the switch element 11 of the switch mode amplifier 10-1 when the switch element 11 of the switch mode amplifier 10-1 is in an open state (Open) and the power supply voltage V1 is not output, the diode 31-1 is in a state in which a forward voltage is applied. A current flows in a direction (a direction from the second line side toward the first line side), and a substantially closed state (Short) is obtained (see FIGS. 4C and 4D).
- the configuration on the switch mode amplifier 10-2 side is the same as the configuration on the switch mode amplifier 10-1 side, and the description thereof is omitted.
- the power supply voltages V1 and V2 are output to the load 40 via the transmission line transformers 20-1 and 20-2.
- the power supply voltage V1 is output to the load 40 side via the diode 31-1, but the power supply voltage V2 is not output to the load 40 side. Further, no common mode current flows to the switch mode amplifier 10-2 side as viewed from the diode 31-2. In addition, the diode 31-2 has a voltage drop corresponding to the forward voltage Vf.
- the power supply voltage V2 is output to the load 40 side via the diode 31-2, but the power supply voltage V1 is not output to the load 40 side. Further, no common mode current flows on the switch mode amplifier 10-1 side as viewed from the diode 31-1. In the diode 31-1, a voltage drop corresponding to the forward voltage Vf occurs.
- the power supply voltages V1 and V2 are not output to the load 40 side.
- a multi-bit digital transmission signal can be synthesized at a radio frequency.
- Example 2 The present embodiment is an example in which the first signal path section and the second signal path section constituting the transmission amplifier according to the first embodiment are realized by a transmission line transformer having a double coaxial structure.
- FIG. 5 shows the circuit configuration of the transmission amplifier of this embodiment.
- the circuit configuration of the transmission amplifier of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
- FIG. 6 shows an external configuration of a transmission line transformer 50 having a double coaxial structure used in the transmission amplifier of this embodiment.
- T1 to T7 correspond to the positions of T1 to T7 in FIG.
- a center conductor 51, an inner conductor 52, and an outer conductor 53 are formed in this order from the center toward the outside. Further, a dielectric 54 (dielectric constant: ⁇ 1) is filled between the center conductor 51 and the inner conductor 52, and a dielectric 55 (dielectric constant: ⁇ 2) is filled between the inner conductor 52 and the outer conductor 53. Yes.
- the outside of the transmission line transformer 50 having a double coaxial structure is surrounded by a ferrite sleeve (not shown) in order to increase the input / output isolation of the transmission line transformer and to remove the common mode current over a wide frequency band. It is desirable that
- the polarity of the power supply voltage V2 of the switch mode amplifier 10-2 is applied opposite to that in FIG. 5 (that is, the polarity of the power supply voltage V2 is reversed in FIG. And an image applied to a circuit configuration in which the position T3 is grounded).
- the characteristic impedance of the transmission line transformers 20-1 and 20-2 can be set by changing the dielectric constants ⁇ 1 and ⁇ 2 of the dielectrics 54 and 55 and the radius of the coaxial line.
- the center conductor 51 is connected to the switch mode amplifier 10-1 (position T1), and the inner conductor 52 is grounded (positions T2 and T3).
- the outer conductor 53 is connected to the switch mode amplifier 10-2 (position T4).
- the center conductor 51 is connected to the load 40 (position T5), and the inner conductor 52 is not grounded (Open). (Position T6).
- the current flowing through the dielectric 54 from one end of the transmission line transformer 50 toward the other end is folded back via the inner conductor 52 at the other end of the transmission line transformer 50 and flows into the dielectric 55. Therefore, the portion at position T6 is in a conductive state.
- the outer conductor 53 is RF-grounded via a capacitor (position T7).
- the reason why the outer conductor 53 is grounded instead of being grounded is to prevent the power source of the switch mode amplifier 10-2 from being grounded in a DC manner.
- the first signal path portion and the second signal path portion are realized by a transmission line transformer having a double coaxial structure. Weight reduction can be achieved. Other effects are the same as those of the first embodiment.
- the digital transmission signal is 2 bits.
- the present invention is not limited to this, and can accommodate a multi-bit digital transmission signal.
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Abstract
本発明の送信増幅器は、無線周波数のデジタル信号の複数のビットの各々に対応して設けられた複数のスイッチモード増幅器と、前記複数のスイッチモード増幅器の各々の後段に設けられた複数の信号経路部と、を有する。前記複数の信号経路部は、出力段が互いに直列に接続されるとともに、負荷と並列に接続される。前記複数の信号経路部の各々は、前記スイッチモード増幅器の後段に設けられ、第1線路の一端が該スイッチモード増幅器に接続され、第2線路の一端が接地された伝送線路トランスと、前記伝送線路トランスの後段に設けられ、該伝送線路トランスの第1線路の他端と第2線路の他端との間に接続された出力スイッチ素子と、を有する。前記出力スイッチ素子は、前記スイッチモード増幅器から電源電圧が出力されている場合は開状態になり、電源電圧が出力されていない場合は閉状態になる。
Description
本発明は、複数のスイッチモード増幅器の出力信号を合成する技術に関し、特に、無線周波数の多ビットデジタル信号を増幅後に合成する技術に関する。
無線通信システムの基地局は、平均電力とピーク電力との差分が大きな信号を送信する。近年、このような基地局等の送信機に用いられる送信増幅器の高効率化を図る技術として、送信信号を無線周波数のデジタル送信信号に変換して増幅するデジタル送信機が検討され、送信増幅器に用いられる増幅器として例えばD級増幅器やS級増幅器のようなスイッチモード増幅器が検討されている。スイッチモード増幅器は、入力信号としてパルス波形信号を想定し、そのパルス波形を維持したまま電力増幅する。スイッチモード増幅器で増幅されたパルス波形信号は、所望の無線信号の帯域以外の周波数成分が除去された後にデジタル送信機から出力される。
また、送信信号の純度・品質をより高めるためには、デジタル送信信号の多ビット化が必要である。
それに対応する手段として、例えばデジタル送信信号の複数のビットにそれぞれ対応して複数のスイッチモード増幅器を設け、複数のスイッチモード増幅器の出力信号を合成して負荷(アンテナ)に供給する手段が考えられる。
ここで、複数の増幅器の出力信号を合成する技術として、例えば、非特許文献1には、複数の増幅器の出力信号を、特性インピーダンスの異なる1/4波長伝送線路を介して合成する技術が記載されている。
Alireza Shirvani, David K. Su, Bruce A. Wooley, "A CMOS RF power amplifier with parallel amplification for efficient power control" ,IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume: 37 , Issue: 6 ,2002 , Page(s): 684 - 693
しかし、非特許文献1に記載の技術は、1/4波長伝送線路を用いる構成であるため、送信増幅器を、1/4波長伝送線路によって決まるある周波数近傍で動作させることを前提としており、使用する周波数帯域の制限を受けてしまう。
その一方、近年、携帯電話や無線LAN等の無線機器の爆発的な普及と高速・大容量通信回線を要求するコンテンツの増大を背景に、無線通信システムに割り当てられる周波数帯域幅や周波数帯域は増加してきている。そのような状況に迅速に対応するためには、送信増幅器としては複数の周波数帯の信号を増幅したり、信号を広帯域に増幅したりする性能が要求されており、この要求を満たすには、送信増幅器の広帯域化を図る必要がある。
しかし、非特許文献1に記載の技術は、上述のように、周波数帯域が制限されるため、広帯域化を図ることが困難であるという課題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決し、広帯域に動作することができる送信増幅器を提供することにある。
本発明の送信増幅器は、
無線周波数のデジタル信号の複数のビットの各々に対応して設けられた複数のスイッチモード増幅器と、
前記複数のスイッチモード増幅器の各々の後段に設けられた複数の信号経路部と、を有し、
前記複数の信号経路部は、
出力段が互いに直列に接続されるとともに、負荷と並列に接続され、
前記複数の信号経路部の各々は、
前記スイッチモード増幅器の後段に設けられ、第1線路の一端が該スイッチモード増幅器に接続され、第2線路の一端が接地された伝送線路トランスと、
前記伝送線路トランスの後段に設けられ、該伝送線路トランスの第1線路の他端と第2線路の他端との間に接続された出力スイッチ素子と、を有し、
前記出力スイッチ素子は、
前記スイッチモード増幅器から電源電圧が出力されている場合は開状態になり、電源電圧が出力されていない場合は閉状態になる。
無線周波数のデジタル信号の複数のビットの各々に対応して設けられた複数のスイッチモード増幅器と、
前記複数のスイッチモード増幅器の各々の後段に設けられた複数の信号経路部と、を有し、
前記複数の信号経路部は、
出力段が互いに直列に接続されるとともに、負荷と並列に接続され、
前記複数の信号経路部の各々は、
前記スイッチモード増幅器の後段に設けられ、第1線路の一端が該スイッチモード増幅器に接続され、第2線路の一端が接地された伝送線路トランスと、
前記伝送線路トランスの後段に設けられ、該伝送線路トランスの第1線路の他端と第2線路の他端との間に接続された出力スイッチ素子と、を有し、
前記出力スイッチ素子は、
前記スイッチモード増幅器から電源電圧が出力されている場合は開状態になり、電源電圧が出力されていない場合は閉状態になる。
本発明によれば、送信増幅器の広帯域化を図ることができるという効果が得られる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下では、説明の簡略化のため、無線周波数のデジタル送信信号が2ビットであると仮定し、各ビットに対応して2つのスイッチモード増幅器を設けた構成を例に挙げて説明する。
図1A~図1Dに、本実施形態の送信増幅器の回路構成を示す。
図1A~図1Dに示すように、本実施形態の送信増幅器は、スイッチモード増幅器10-1,10-2と、伝送線路トランス20-1,20-2と、スイッチ素子(出力スイッチ素子)30-1,30-2と、を有している。
ここで、スイッチモード増幅器10-1(第1スイッチモード増幅器)側では、伝送線路トランス20-1とスイッチ素子30-1とで第1信号経路部を構成している。また、スイッチモード増幅器10-2(第2スイッチモード増幅器)側では、伝送線路トランス20-2とスイッチ素子30-2とで第2信号経路部を構成している。また、これら2つの信号経路部は、出力段において、互いに直列に接続されると共に、負荷(アンテナ)40に並列に接続されている。
以下、スイッチモード増幅器10-1側の構成について説明する。
スイッチモード増幅器10-1は、2ビットのデジタル送信信号の一方のビットに対応して設けられている。
伝送線路トランス20-1は、スイッチモード増幅器10-1の後段に設けられており、2つの線路により構成されている。これら2つの線路は、図1A~図1Dに示したような巻線や、マイクロストリップ線路で実現することが可能である。
なお、図1A~図1Dは、スイッチモード増幅器10-1を簡略化して示しており、スイッチモード増幅器10-1と伝送線路トランス20-1との具体的な接続関係は、図2または図3のようになる。
図2の例では、スイッチモード増幅器10-1は、ハイサイド側(電源側)とローサイド側(接地側)の各々にスイッチ素子(入力スイッチ素子)11,12を備えており、これら2つのスイッチ素子11,12が互いに直列に接続された構成である。スイッチ素子11,12は、いずれか1つのみが閉状態になるように制御され、スイッチ素子11が閉状態の場合は電源電圧V1が出力される。なお、スイッチ素子11が開状態の場合は、スイッチ素子12が閉状態になり、接地電圧が出力される。
また、図2の例では、伝送線路トランス20-1の一方の線路(以下、第1線路と称す)の一端がスイッチ素子11,12の接続点に接続され、他方の線路(以下、第2線路と称す)の一端は接地されている。
一方、図3の例では、スイッチモード増幅器10-1は、ハイサイド側(電源側)にのみスイッチ素子11を備えた構成である。スイッチ素子11が閉状態の場合は電源電圧V1が出力される。
また、図3の例では、伝送線路トランス20-1の第1線路の一端がスイッチ素子11に接続され、第2線路の一端は接地されている。
スイッチ素子30-1は、伝送線路トランス20-1の後段に設けられており、伝送線路トランス20-1の第1線路の他端と第2線路の他端との間に接続されている。
また、スイッチ素子30-1は、スイッチモード増幅器10-1の出力電圧に応じて、以下のスイッチング動作を行う。
例えば、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1が出力されている場合は、スイッチ素子30-1は、開状態(Open)になる(図1A、図1B参照)。
一方、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、スイッチ素子30-1は、閉状態(Short)になる(図1C、図1D参照)。
ここで、スイッチ素子30-1のスイッチング動作は、スイッチモード増幅器10-1の出力に同期して行われ、かつ、伝送線路トランス20-1での遅延分だけタイミングを修正する必要がある。
そのため、別個に制御部(不図示)を設け、制御部が、スイッチ素子30-1を上記のスイッチング動作をするように制御しても良い。ただし、後述する実施例のように、スイッチ素子30-1をダイオードで構成すれば、上記の制御部を設けなくても、スイッチモード増幅器10-1の出力に同期して、かつ、伝送線路トランス20-1での遅延分だけ遅れたタイミングでスイッチング動作を行うことになるため、上記の制御部は不要になる。
また、図2の例では、ローサイド側(接地側)にスイッチ素子12を設けているために、スイッチ素子30-1は設けられていなくとも所望の電圧を出力することが可能であるし、したがって別個に制御部(不図示)を設ける必要もない。しかし、より高周波で動作をさせるためには、特に接地電圧を出力する際に伝送線路トランス20-1で発生する遅延を抑制することができるので、スイッチ素子30-1を設けておくことが望ましい。
なお、スイッチ素子30-1は、ダイオード以外にも、例えば、電子スイッチで構成することが可能であるが、その場合は上記の制御部を設ける必要がある。
また、伝送線路トランス20-1の特性インピーダンスは、任意に設定することが可能であり、例えば、負荷40の特性インピーダンスが50Ωの場合、これと整合するように、50Ωに設定することが考えられる(この場合、伝送線路トランス20-2の特性インピーダンスも同様に50Ωに設定することが考えられる)。
なお、スイッチモード増幅器10-2側の構成は、スイッチモード増幅器10-1側の構成と同様であるため、説明を省略する。
以下、本実施形態の送信増幅器の動作について説明する。
(A)電源電圧V1,V2を出力
図1Aに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に閉状態で(Short)、電源電圧V1,V2が共に出力されている場合は、スイッチ素子30-1,30-2は共に開状態(Open)になる。
(A)電源電圧V1,V2を出力
図1Aに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に閉状態で(Short)、電源電圧V1,V2が共に出力されている場合は、スイッチ素子30-1,30-2は共に開状態(Open)になる。
この場合、電源電圧V1,V2は、伝送線路トランス20-1,20-2を介して負荷40側に出力される。
その結果、負荷40における電圧は、V1+V2となる。
(B)電源電圧V1を出力
図1Bに示すように、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1が出力されているが、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V2が出力されていない場合は、スイッチ素子30-1は開状態(Open)になり、スイッチ素子30-2は閉状態(Short)になる。
(B)電源電圧V1を出力
図1Bに示すように、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1が出力されているが、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V2が出力されていない場合は、スイッチ素子30-1は開状態(Open)になり、スイッチ素子30-2は閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V1は、スイッチ素子30-1を介して負荷40側に出力されるが、電源電圧V2は、負荷40側に出力されない。また、スイッチ素子30-2から見てスイッチモード増幅器10-2側には、コモンモード電流が流れない。
その結果、負荷40における電圧は、V1となる。
(C)電源電圧V2を出力
図1Cに示すように、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V2が出力されているが、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、スイッチ素子30-2は開状態(Open)になり、スイッチ素子30-1は閉状態(Short)になる。
(C)電源電圧V2を出力
図1Cに示すように、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V2が出力されているが、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、スイッチ素子30-2は開状態(Open)になり、スイッチ素子30-1は閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V2は、スイッチ素子30-2を介して負荷40側に出力されるが、電源電圧V1は、負荷40側に出力されない。また、スイッチ素子30-1から見てスイッチモード増幅器10-1側には、コモンモード電流が流れない。
その結果、負荷40における電圧は、V2となる。
(D)電源電圧V1,V2を非出力
図1Dに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に開状態で(Open)、電源電圧V1,V2が共に出力されていない場合は、スイッチ素子30-1,30-2は共に閉状態(Short)になる。
(D)電源電圧V1,V2を非出力
図1Dに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に開状態で(Open)、電源電圧V1,V2が共に出力されていない場合は、スイッチ素子30-1,30-2は共に閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V1,V2は、負荷40側に出力されない。
その結果、負荷40における電圧は、0となる。
以上の通り、本実施形態の送信増幅器においては、スイッチモード増幅器10-1,10-2の出力電圧を電圧合成した電圧が負荷40側に現れる。したがって、多ビットのデジタル送信信号を無線周波数で合成することができる。
また、非特許文献1のように1/4波長伝送線路を用いる必要がなく、使用する周波数帯域の制限を受けないため、広帯域化を図ることができる。
また、例えば、図2に示したスイッチモード増幅器10-1を適用した場合、ローサイド側(接地側)のスイッチ素子12が閉状態のとき、スイッチ素子30-1が閉状態(Short)になる。その結果、伝送線路トランス20-1の出力端子も接地されることになる。
一方、図3に示したスイッチモード増幅器10-1を適用した場合、ハイサイド側(電源側)のスイッチ素子12が開状態のとき、スイッチ素子30-1が閉状態(Short)になる。その結果、伝送線路トランス20-1の出力端子も接地されるため、ローサイド側(接地側)のスイッチ素子が不要になる。よって、スイッチモード増幅器10-1の構成の簡素化、低コスト化を図ることもできる(スイッチモード増幅器10-2も同様)。
以下に、本実施形態の送信増幅器の具体的な実施例について説明する。
(1)実施例1
図4A~図4Dに、本実施例の送信増幅器の回路構成を示す。
図4A~図4Dに、本実施例の送信増幅器の回路構成を示す。
図4A~図4Dに示すように、本実施例は、図1A~図1Dに示したスイッチ素子30-1,30-2を、それぞれダイオード31-1,31-2で実現している。
以下、スイッチモード増幅器10-1側の構成について説明する。
ダイオード31-1は、伝送線路トランス20-1の後段に設けられており、伝送線路トランス20-1の第1線路の他端にカソード素子が接続され、第2線路の他端にアノード素子が接続されている。
そのため、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1が出力されている場合は、ダイオード31-1は、逆方向電圧が印加された状態になるため、電流が流れず、実質的に開状態(Open)になる(図4A、図4B参照)。
一方、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、ダイオード31-1は、順方向電圧が印加された状態になるため、順方向(第2線路側から第1線路側に向かう方向)に電流が流れ、実質的に閉状態(Short)になる(図4C、図4D参照)。
なお、スイッチモード増幅器10-2側の構成は、スイッチモード増幅器10-1側の構成と同様であるため、説明を省略する。
以下、本実施形態の送信増幅器の動作について説明する。
(A)電源電圧V1,V2を出力
図4Aに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に閉状態で(Short)、電源電圧V1,V2が共に出力されている場合は、ダイオード31-1,31-2は共に開状態(Open)になる。
(A)電源電圧V1,V2を出力
図4Aに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に閉状態で(Short)、電源電圧V1,V2が共に出力されている場合は、ダイオード31-1,31-2は共に開状態(Open)になる。
この場合、電源電圧V1,V2は、伝送線路トランス20-1,20-2を介して負荷40側に出力される。
その結果、負荷40における電圧は、V1+V2となる。
(B)電源電圧V1を出力
図4Bに示すように、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1を出力されているが、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V2が出力されていない場合は、ダイオード31-1は開状態(Open)になり、ダイオード31-2は閉状態(Short)になる。
(B)電源電圧V1を出力
図4Bに示すように、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V1を出力されているが、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V2が出力されていない場合は、ダイオード31-1は開状態(Open)になり、ダイオード31-2は閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V1は、ダイオード31-1を介して負荷40側に出力されるが、電源電圧V2は、負荷40側に出力されない。また、ダイオード31-2から見てスイッチモード増幅器10-2側には、コモンモード電流が流れない。また、ダイオード31-2では、順方向電圧Vf分の電圧降下が生じている。
その結果、負荷40における電圧は、V1-Vfとなる。ただし、Vfは、V1に比べて十分に小さいため、V1-Vf≒V1と近似できる。
(C)電源電圧V2を出力
図4Cに示すように、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V2が出力されているが、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、ダイオード31-2は開状態(Open)になり、ダイオード31-1は閉状態(Short)になる。
(C)電源電圧V2を出力
図4Cに示すように、スイッチモード増幅器10-2のスイッチ素子11が閉状態で(Short)、電源電圧V2が出力されているが、スイッチモード増幅器10-1のスイッチ素子11が開状態で(Open)、電源電圧V1が出力されていない場合は、ダイオード31-2は開状態(Open)になり、ダイオード31-1は閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V2は、ダイオード31-2を介して負荷40側に出力されるが、電源電圧V1は、負荷40側に出力されない。また、ダイオード31-1から見てスイッチモード増幅器10-1側には、コモンモード電流が流れない。また、ダイオード31-1では、順方向電圧Vf分の電圧降下が生じている。
その結果、負荷40における電圧は、V2-Vfとなる。ただし、Vfは、V2に比べて十分に小さいため、V2-Vf≒V2と近似できる。
(D)電源電圧V1,V2を非出力
図4Dに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に開状態で(Open)、電源電圧V1,V2が共に出力されていない場合は、ダイオード31-1,31-2は共に閉状態(Short)になる。
(D)電源電圧V1,V2を非出力
図4Dに示すように、スイッチモード増幅器10-1,10-2のスイッチ素子11が共に開状態で(Open)、電源電圧V1,V2が共に出力されていない場合は、ダイオード31-1,31-2は共に閉状態(Short)になる。
この場合、電源電圧V1,V2は、負荷40側に出力されない。
その結果、負荷40における電圧は、0となる。
以上の通り、本実施例の送信増幅器においても、多ビットのデジタル送信信号を無線周波数で合成することができる。
また、非特許文献1のように1/4波長伝送線路を用いる必要がなく、使用する周波数帯域の制限を受けないため、広帯域化を図ることができる。
また、図3に示したスイッチモード増幅器10-1を適用した場合、ローサイド側(接地側)のスイッチ素子が不要になるため、スイッチモード増幅器10-1の構成の簡素化、低コスト化を図ることもできる(スイッチモード増幅器10-2も同様)。
(2)実施例2
本実施例は、実施例1の送信増幅器を構成する第1信号経路部と第2信号経路部の部分を、2重同軸構造の伝送線路トランスで実現する例である。
(2)実施例2
本実施例は、実施例1の送信増幅器を構成する第1信号経路部と第2信号経路部の部分を、2重同軸構造の伝送線路トランスで実現する例である。
図5に、本実施例の送信増幅器の回路構成を示す。
図5に示すように、本実施例の送信増幅器は、回路構成自体は実施例1と同様である。
図6に、本実施例の送信増幅器に用いる2重同軸構造の伝送線路トランス50の外観構成を示す。なお、図6において、T1~T7は、図5のT1~T7の位置に対応している。
図6に示した2重同軸構造の伝送線路トランス50は、中心から外側に向けて、中心導体51と、内導体52と、外導体53と、がこの順に形成されている。また、中心導体51と内導体52の間には誘電体54(誘電率:ε1)が充填され、内導体52と外導体53の間には誘電体55(誘電率:ε2)が充填されている。また、2重同軸構造の伝送線路トランス50の外部は、広い周波数帯域にわたって伝送線路トランスの入出力のアイソレーションを高めたりコモンモード電流を除去したりするために、フェライトスリーブ(不図示)で囲まれていることが望ましい。
なお、図6においては、スイッチモード増幅器10-2の電源電圧V2の極性を、図5とは逆にして適用している(すなわち、図5において、電源電圧V2の極性を逆にし、位置T4でなく位置T3を接地した回路構成に適用するイメージ)。また、伝送線路トランス20-1,20-2の特性インピーダンスは、誘電体54,55の誘電率ε1,ε2や、同軸線路の半径を変更することによって、設定可能である。
2重同軸構造の伝送線路トランス50の一端(図6の左端)においては、中心導体51がスイッチモード増幅器10-1に接続され(位置T1)、内導体52が接地され(位置T2,T3)、外導体53がスイッチモード増幅器10-2に接続されている(位置T4)。
また、2重同軸構造の伝送線路トランス50の他端(図6の右端)においては、中心導体51が負荷40に接続され(位置T5)、内導体52を接地しない状態(Open)にしている(位置T6)。ここで、伝送線路トランス50の一端から他端に向けて誘電体54を流れる電流は、伝送線路トランス50の他端において、内導体52を介して折り返されて、誘電体55に流れることになるため、位置T6の部分は導通状態になっている。また、外導体53がキャパシタを介してRF接地されている(位置T7)。ここで、外導体53を接地でなくRF接地しているのは、スイッチモード増幅器10-2の電源が直流的に接地されることを回避するためである。
以上の通り、本実施例の送信増幅器においては、第1信号経路部と第2信号経路部の部分を、2重同軸構造の伝送線路トランスで実現しているため、送信増幅器自体の小型化および軽量化を図ることができる。その他の効果は実施例1と同様である。
以上、実施形態および実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上記実施形態においては、デジタル送信信号が2ビットであると仮定したが、本発明はこれに限らず、多ビットのデジタル送信信号に対応可能である。
本出願は、2012年10月17日に出願された日本出願特願2012-229625を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (4)
- 無線周波数のデジタル信号の複数のビットの各々に対応して設けられた複数のスイッチモード増幅器と、
前記複数のスイッチモード増幅器の各々の後段に設けられた複数の信号経路部と、を有し、
前記複数の信号経路部は、
出力段が互いに直列に接続されるとともに、負荷と並列に接続され、
前記複数の信号経路部の各々は、
前記スイッチモード増幅器の後段に設けられ、第1線路の一端が該スイッチモード増幅器に接続され、第2線路の一端が接地された伝送線路トランスと、
前記伝送線路トランスの後段に設けられ、該伝送線路トランスの第1線路の他端と第2線路の他端との間に接続された出力スイッチ素子と、を有し、
前記出力スイッチ素子は、
前記スイッチモード増幅器から電源電圧が出力されている場合は開状態になり、電源電圧が出力されていない場合は閉状態になる、送信増幅器。 - 前記出力スイッチ素子は、
前記伝送線路トランスの第1線路の他端にカソード端子が接続され、第2線路の他端にアノード端子が接続されたダイオードである、請求項1に記載の送信増幅器。 - 前記複数のスイッチモード増幅器は、
第1スイッチモード増幅器と、
第2スイッチモード増幅器と、の2つから構成され、
前記複数の信号経路部は、
第1信号経路部と、
第2信号経路部と、の2つから構成され、
前記第1信号経路部および前記第2信号経路部は、
中心から外側に向けて、中心導体と、内導体と、外導体と、がこの順に形成された、2重同軸構造の伝送線路トランスで構成され、
前記2重同軸構造の伝送線路トランスの一端において、前記中心導体が前記第1スイッチモード増幅器に接続され、前記内導体が接地され、前記外導体が前記第2スイッチモード増幅器に接続され、
前記2重同軸構造の伝送線路トランスの他端において、前記中心導体が前記負荷に接続され、前記外導体がRF接地されている、請求項2に記載の電力増幅器。 - 前記複数のスイッチモード増幅器の各々は、
一端が電源に接続された入力スイッチ素子から構成され、
前記入力スイッチ素子の他端が前記第1線路の一端に接続される、請求項1から3のいずれか1項に記載の送信増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014541978A JPWO2014061333A1 (ja) | 2012-10-17 | 2013-08-05 | 送信増幅器 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012229625 | 2012-10-17 | ||
| JP2012-229625 | 2012-10-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014061333A1 true WO2014061333A1 (ja) | 2014-04-24 |
Family
ID=50487910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2013/071112 Ceased WO2014061333A1 (ja) | 2012-10-17 | 2013-08-05 | 送信増幅器 |
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|---|---|
| JP (1) | JPWO2014061333A1 (ja) |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10336059A (ja) * | 1997-05-22 | 1998-12-18 | Harris Corp | 無線放送に関する改良 |
| JPH1168420A (ja) * | 1997-08-12 | 1999-03-09 | Mitsubishi Electric Corp | バラン及びプッシュプル増幅器 |
| JPH1197953A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Kokusai Electric Co Ltd | 送信機と合成分配回路 |
| JP2006067176A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Nec Corp | ドハティ増幅器並列運転回路 |
-
2013
- 2013-08-05 JP JP2014541978A patent/JPWO2014061333A1/ja active Pending
- 2013-08-05 WO PCT/JP2013/071112 patent/WO2014061333A1/ja not_active Ceased
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| Publication number | Publication date |
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| JPWO2014061333A1 (ja) | 2016-09-05 |
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