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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024049977
(43)【公開日】2024-04-10
(54)【発明の名称】増幅モジュールおよび通信装置
(51)【国際特許分類】
H03F 3/68 20060101AFI20240403BHJP
H03F 1/02 20060101ALI20240403BHJP
H03F 3/24 20060101ALI20240403BHJP
【ＦＩ】
H03F3/68 220
H03F1/02 188
H03F3/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022156525
(22)【出願日】2022-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100189430
【弁理士】
【氏名又は名称】吉川 修一
(74)【代理人】
【識別番号】100190805
【弁理士】
【氏名又は名称】傍島 正朗
(72)【発明者】
【氏名】田原 健二
(72)【発明者】
【氏名】山本 佳依
【テーマコード（参考）】
5J500
【Ｆターム（参考）】
5J500AA04
5J500AA21
5J500AA41
5J500AA62
5J500AA63
5J500AA65
5J500AC21
5J500AC36
5J500AC81
5J500AF07
5J500AF08
5J500AF10
5J500AF15
5J500AF16
5J500AF19
5J500AH06
5J500AH10
5J500AH35
5J500AK12
5J500AK16
5J500AK68
5J500AQ04
5J500AS14
5J500AT01
5J500CK03
5J500LV08
(57)【要約】
【課題】高効率かつ円偏波のアンテナ特性を有する増幅モジュールを提供する。
【解決手段】増幅モジュール１は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４を有するアンテナ１０と、４つの電力増幅器２０、３０、４０および５０と、を備え、４つの電力増幅器２０～５０の出力端は、４つの給電点１０１～１０４に一対一で接続され、アンテナ１０の主面を平面視した場合、４つの給電点１０１～１０４はアンテナ１０の中心Ｐｃに対して回転対称に配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】増幅モジュール１は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４を有するアンテナ１０と、４つの電力増幅器２０、３０、４０および５０と、を備え、４つの電力増幅器２０～５０の出力端は、４つの給電点１０１～１０４に一対一で接続され、アンテナ１０の主面を平面視した場合、４つの給電点１０１～１０４はアンテナ１０の中心Ｐｃに対して回転対称に配置されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
４つの給電点を有するアンテナと、
４つの電力増幅器と、を備え、
前記４つの電力増幅器の出力端は、前記４つの給電点に一対一で接続され、
前記アンテナの主面を平面視した場合、前記４つの給電点は前記アンテナの中心に対して回転対称に配置されている、
増幅モジュール。
４つの電力増幅器と、を備え、
前記４つの電力増幅器の出力端は、前記４つの給電点に一対一で接続され、
前記アンテナの主面を平面視した場合、前記４つの給電点は前記アンテナの中心に対して回転対称に配置されている、
増幅モジュール。
【請求項2】
前記平面視において、前記中心に対して回転方向に隣り合う２つの給電点のそれぞれに入力される信号の位相差は９０°である、
請求項１に記載の増幅モジュール。
請求項１に記載の増幅モジュール。
【請求項3】
前記４つの電力増幅器のそれぞれは、ドハティ型の増幅器である、
請求項１に記載の増幅モジュール。
請求項１に記載の増幅モジュール。
【請求項4】
前記４つの給電点は、前記中心に対して回転方向に第１給電点、第２給電点、第３給電点および第４給電点の順に配置され、
前記４つの電力増幅器のうちの第１電力増幅器は、前記第１給電点に接続され、第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第２電力増幅器は、前記第２給電点に接続され、第２キャリアアンプおよび第２ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第３電力増幅器は、前記第３給電点に接続され、第３キャリアアンプおよび第３ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第４電力増幅器は、前記第４給電点に接続され、第４キャリアアンプおよび第４ピークアンプを有し、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプ、および、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオン状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第１電力値よりも小さい第２電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第２電力値よりも小さい第３電力値である場合には、前記第１キャリアアンプおよび前記第２キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第３キャリアアンプおよび前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第３電力値よりも小さい第４電力値である場合には、前記第１キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第２キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となる、
請求項３に記載の増幅モジュール。
前記４つの電力増幅器のうちの第１電力増幅器は、前記第１給電点に接続され、第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第２電力増幅器は、前記第２給電点に接続され、第２キャリアアンプおよび第２ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第３電力増幅器は、前記第３給電点に接続され、第３キャリアアンプおよび第３ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第４電力増幅器は、前記第４給電点に接続され、第４キャリアアンプおよび第４ピークアンプを有し、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプ、および、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオン状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第１電力値よりも小さい第２電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第２電力値よりも小さい第３電力値である場合には、前記第１キャリアアンプおよび前記第２キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第３キャリアアンプおよび前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第３電力値よりも小さい第４電力値である場合には、前記第１キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第２キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となる、
請求項３に記載の増幅モジュール。
【請求項5】
前記アンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板を挟んで配置されたグランド平面導体、および、前記４つの給電点を含む給電平面導体と、を備え、
前記アンテナに入力される高周波信号の前記誘電体基板での波長をλとした場合、前記４つの給電点のそれぞれと前記中心との距離は、λ／４である、
請求項１に記載の増幅モジュール。
誘電体基板と、
前記誘電体基板を挟んで配置されたグランド平面導体、および、前記４つの給電点を含む給電平面導体と、を備え、
前記アンテナに入力される高周波信号の前記誘電体基板での波長をλとした場合、前記４つの給電点のそれぞれと前記中心との距離は、λ／４である、
請求項１に記載の増幅モジュール。
【請求項6】
高周波信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路に接続された請求項１～５のいずれか１項に記載の増幅モジュールと、備える、
通信装置。
前記信号処理回路に接続された請求項１～５のいずれか１項に記載の増幅モジュールと、備える、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、増幅モジュールおよび通信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、入力信号の電力レベルが第１レベル以上の領域において入力信号から分配された第１信号を増幅して第２信号を出力する第１アンプ（キャリアアンプ）と、第２信号が入力される第１トランスと、入力信号の電力レベルが第１レベルより高い第２レベル以上の領域において入力信号から分配された第３信号を増幅して第４信号を出力する第２アンプ（ピークアンプ）と、第４信号が入力される第２トランスと、を備える電力増幅回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１３７５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された電力増幅回路によれば、キャリアアンプおよびピークアンプがオン状態である高出力領域からキャリアアンプのみがオン状態である低出力領域までの電力差であるバックオフ量を確保できる。
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された電力増幅回路をアンテナに接続し、電力増幅回路の出力信号を円偏波で放射させようとする場合、第２信号と第４信号との移相を調整しつつ第２信号および第４信号を合成する合成回路が必要となり、当該合成回路により出力信号が減衰するため、バックオフ量に対応した電力増幅回路の効率が劣化するという問題がある。
【0006】
そこで、本発明は、高効率かつ円偏波のアンテナ特性を有する増幅モジュールおよび通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る増幅モジュールは、４つの給電点を有するアンテナと、４つの電力増幅器と、を備え、前記４つの電力増幅器の出力端は、前記４つの給電点に一対一で接続され、前記アンテナの主面を平面視した場合、前記４つの給電点は前記アンテナの中心に対して回転対称に配置されている。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、高効率かつ円偏波のアンテナ特性を有する増幅モジュールおよび通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態に係る増幅モジュールおよび通信装置の構成図である。
【図2】実施の形態に係るアンテナの平面図および断面図である。
【図3A】実施例に係る増幅モジュールの第１の信号出力時の回路状態図である。
【図3B】実施例に係る増幅モジュールの第２の信号出力時の回路状態図である。
【図3C】実施例に係る増幅モジュールの第３の信号出力時の回路状態図である。
【図3D】実施例に係る増幅モジュールの第４の信号出力時の回路状態図である。
【図3E】実施例に係る増幅モジュールの出力電力と効率との関係を示すグラフである。
【図4】実施例に係る増幅モジュールの円偏波のアンテナ特性を示す図である。
【図5】実施例および比較例に係る増幅モジュールの相互変調歪を比較したグラフである。
【図6A】変形例１に係る増幅モジュールの第１の信号出力時の回路状態図である。
【図6B】変形例１に係る増幅モジュールの第２の信号出力時の回路状態図である。
【図6C】変形例１に係る増幅モジュールの出力電力と効率との関係を示すグラフである。
【図7】変形例２に係る増幅モジュールの構成図である。
【図8】変形例３に係る増幅モジュールの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
【0011】
なお、各図は、本発明を示すために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡素化される場合がある。
【0012】
以下の各図において、Ｘ軸およびＹ軸は、誘電体基板の主面と平行な平面上で互いに直交する軸である。具体的には、平面視において誘電体基板が矩形状を有する場合、Ｘ軸は、誘電体基板の第１辺に平行であり、Ｙ軸は、誘電体基板の第１辺と直交する第２辺に平行である。また、Ｚ軸は、誘電体基板の主面に垂直な軸であり、その正方向は上方向を示し、その負方向は下方向を示す。
【0013】
本開示の回路構成において、「接続される」とは、接続端子および／または配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含む。「ＡおよびＢの間に接続される」とは、ＡおよびＢの間でＡおよびＢの両方に接続されることを意味する。
【0014】
本開示の部品配置において、「平面視」とは、Ｚ軸正側からＸＹ平面に物体を正投影して見ることを意味する。
【0015】
また、本開示において、「平行」、「垂直」および「距離」などの要素間の関係性を示す用語、および、「矩形」などの要素の形状を示す用語は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の誤差をも含むことを意味する。また、「第１方向と第２方向とが同じである」とは、第１方向の方向ベクトルと第２方向の方向ベクトルとのなす角度が厳密に０度であることに限らず、当該２つの方向ベクトルのなす角度が－１０度以上かつ＋１０度以下であることを含むものと定義される。
【0016】
また、本開示において、「信号経路」とは、高周波信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。
【0017】
（実施の形態）
［１ 増幅モジュール１および通信装置３の構成］
本実施の形態に係る増幅モジュール１および通信装置３の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る増幅モジュール１および通信装置３の構成図である。図２は、実施の形態に係るアンテナ１０の平面図および断面図である。
［１ 増幅モジュール１および通信装置３の構成］
本実施の形態に係る増幅モジュール１および通信装置３の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る増幅モジュール１および通信装置３の構成図である。図２は、実施の形態に係るアンテナ１０の平面図および断面図である。
【0018】
まず、通信装置３の構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る通信装置３は、増幅モジュール１と、信号処理回路２と、を備える。
【0019】
信号処理回路２は、高周波信号を処理する回路の一例である。信号処理回路２は、増幅モジュール１を制御する制御部を有する。具体的には、信号処理回路２は、送信信号をアップコンバート等により信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、増幅モジュール１に出力する。また、信号処理回路２は、増幅モジュール１の各電力増幅器に供給される電源電圧およびバイアス電流を制御する。なお、信号処理回路２の制御部としての機能の一部または全部は、信号処理回路２の外部に実装されてもよく、例えば、増幅モジュール１に実装されてもよい。
【0020】
増幅モジュール１は、アンテナ１０と、電力増幅器２０、３０、４０および５０と、を備える。増幅モジュール１は、信号処理回路２から信号入力端子１２０、１３０、１４０および１５０を介して供給された高周波信号を増幅し、当該増幅された高周波信号をアンテナ１０から放射する。
【0021】
アンテナ１０は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４を有する。４つの電力増幅器２０、３０、４０および５０の出力端は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４に、一対一で接続される。具体的には、電力増幅器２０の出力端は給電点１０１に接続され、電力増幅器３０の出力端は給電点１０２に接続され、電力増幅器４０の出力端は給電点１０３に接続され、電力増幅器５０の出力端は給電点１０４に接続される。
【0022】
図２に示すように、アンテナ１０は、誘電体基板１１と、グランド平面導体１３と、給電平面導体１２と、を備える。
【0023】
誘電体基板１１は、グランド平面導体１３と給電平面導体１２との間に、誘電体材料が充填された多層構造を有している。なお、誘電体基板１１は、例えば、低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics：ＬＴＣＣ）基板、または、プリント基板などであってもよい。また、誘電体基板１１は、誘電体材料が充填されていない単なる空間であってもよい。この場合には、給電平面導体１２を支持する構造が必要となる。
【0024】
グランド平面導体１３は、誘電体基板１１の主面に略平行となるように、誘電体基板１１の裏面側（Ｚ軸負方向）の主面に形成された、グランド電位に設定される面状の導体である。
【0025】
給電平面導体１２は、グランド平面導体１３と対向するように（略平行となるように）、誘電体基板１１の表面側（Ｚ軸正方向）の主面に形成された面状の導体である。給電平面導体１２とグランド平面導体１３とは、互いに対向するアンテナ１０の主面に相当する。
【0026】
電力増幅器２０～５０から出力された高周波信号は、誘電体基板１１の裏面側に配置された信号入力端子に入力される。信号入力端子は、誘電体基板１１内に形成された給電ビア導体を介して給電平面導体１２上に配置された４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４に接続されている。
【0027】
４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４は、アンテナ１０の主面（給電平面導体１２）を平面視した場合（Ｚ軸正側から負側を見た場合）、アンテナ１０の中心Ｐｃに対して回転対称に配置されている。
【0028】
なお、アンテナ１０の中心Ｐｃは、給電平面導体１２を平面視した場合に、給電平面導体１２の２本の対角線が交叉する点と定義される。また、給電平面導体１２が矩形でない場合には、アンテナ１０の中心Ｐｃは、給電平面導体１２の重心と定義される。
【0029】
これによれば、４つの給電点１０１～１０４は中心Ｐｃに対して回転対称に配置されているので、回転方向に隣り合う２つの給電点に入力される２信号の位相差は、略９０°となる。よって、４つの電力増幅器２０～５０の出力信号を位相調整して合成する合成回路を配置せずに、各電力増幅器２０～５０が出力電力に応じてオンオフされることで、合成回路による損失なしに電力増幅器２０～５０のインピーダンスを変換できる。よって、バックオフ量に対応した高効率かつ円偏波のアンテナ特性を有する増幅モジュール１を提供できる。
【0030】
なお、アンテナ１０に入力される高周波信号の誘電体基板１１での波長をλとした場合、給電点１０１と中心Ｐｃとの距離Ｌ１、給電点１０２と中心Ｐｃとの距離Ｌ２、給電点１０３と中心Ｐｃとの距離Ｌ３、および給電点１０４と中心Ｐｃとの距離Ｌ４は、それぞれλ／４以下である。なお、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４は、それぞれλ／４であることが望ましい。
【0031】
これによれば、増幅モジュール１は、回転方向に隣り合う２つの給電点に入力される２信号の位相差を高精度に９０°にできるので、バックオフ量に対応した、より高効率かつ円偏波のアンテナ特性を有することが可能となり、また、高調波歪成分を高精度に抑制できる。
【0032】
なお、図２に示されたアンテナは、本発明に係るアンテナの例示的な構成であり、４つの給電点１０１～１０４が中心Ｐｃに対して回転対称に配置されるという特徴を有するアンテナは、図２に示されたアンテナ１０に限定的に解釈されるべきではない。
【0033】
［２ 実施例に係る増幅モジュール１Ａの構成］
次に、４つの電力増幅器がドハティ型の増幅器である場合の増幅モジュール１Ａの構成および動作について説明する。
次に、４つの電力増幅器がドハティ型の増幅器である場合の増幅モジュール１Ａの構成および動作について説明する。
【0034】
図３Ａは、実施例に係る増幅モジュール１Ａの第１の信号出力時の回路状態図である。図３Ｂは、実施例に係る増幅モジュール１Ａの第２の信号出力時の回路状態図である。図３Ｃは、実施例に係る増幅モジュール１Ａの第３の信号出力時の回路状態図である。図３Ｄは、実施例に係る増幅モジュール１Ａの第４の信号出力時の回路状態図である。図３Ｅは、実施例に係る増幅モジュール１Ａの出力電力と効率との関係を示すグラフである。
【0035】
図３Ａ～図３Ｄに示すように、実施例に係る増幅モジュール１Ａは、アンテナ１０と、電力増幅器２０Ａ、３０Ａ、４０Ａおよび５０Ａと、を備える。本実施例に係る増幅モジュール１Ａは、実施の形態に係る増幅モジュール１と比較して、４つの電力増幅器の構成が異なる。以下、本実施例に係る増幅モジュール１Ａについて、実施の形態に係る増幅モジュール１と同じ構成であるアンテナ１０の構成については説明を省略し、異なる構成である電力増幅器２０Ａ～５０Ａの構成を中心に説明する。
【0036】
アンテナ１０において、給電点１０１～１０４は、中心Ｐｃに対して回転方向に給電点１０１（第１給電点）、給電点１０２（第２給電点）、給電点１０３（第３給電点）および給電点１０４（第４給電点）の順に配置されている。
【0037】
電力増幅器２０Ａは、第１電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ２１と、ピークアンプ２２と、１／４波長伝送線路２４と、インピーダンス変換回路２３と、を備える。
【0038】
キャリアアンプ２１およびピークアンプ２２のそれぞれは、増幅トランジスタを有する。上記増幅トランジスタは、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）等のバイポーラトランジスタ、または、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等の電界効果トランジスタである。
【0039】
キャリアアンプ２１は、第１キャリアアンプの一例であり、例えば、入力される高周波信号の全ての電力レベルに対して増幅動作可能なＡ級（またはＡＢ級）増幅回路であり、特に、低出力領域および中出力領域において高効率な増幅動作が可能である。なお、キャリアアンプ２１は、Ａ級（またはＡＢ級）増幅回路であればよく、キャリアアンプに限定されない。なお、キャリアアンプ２１に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ２２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0040】
なお、本明細書において、効率とは電力付加効率を示す。
【0041】
ピークアンプ２２は、第１ピークアンプの一例であり、例えば、入力される高周波信号の電力レベルが高い領域で増幅動作可能なＣ級増幅回路である。ピークアンプ２２が有する増幅トランジスタには、キャリアアンプ２１が有する増幅トランジスタに印加されるバイアス電圧よりも低いバイアス電圧が印加されているため、高周波信号の電力レベルが高くなるほど、出力インピーダンスが低くなる。これにより、ピークアンプ２２は、高出力領域において低歪の増幅動作が可能である。なお、ピークアンプ２２は、Ｃ級増幅回路であればよく、ピークアンプに限定されない。
【0042】
１／４波長伝送線路２４は、キャリアアンプ２１の出力端子とピークアンプ２２の出力端子との間に接続されている。１／４波長伝送線路２４は、キャリアアンプ２１から出力される信号の位相を－９０度シフトさせる（９０度遅らせる）。１／４波長伝送線路２４の配置により、キャリアアンプ２１から出力された信号の位相とピークアンプ２２から出力された信号の位相とが揃えられる。これにより、キャリアアンプ２１から出力される信号と、ピークアンプ２２から出力される信号とが、電流合成される。
【0043】
インピーダンス変換回路２３は、主線路および副線路を有し、インピーダンス変換回路２３の両端で位相をシフトさせるとともに、所定の変換比でインピーダンスを変換する。主線路は、例えば、１／８波長または１／１６波長の長さを有する伝送線路である。主線路の一端は１／４波長伝送線路２４の一端に接続されており、主線路の他端は給電点１０１に接続されている。１／４波長伝送線路２４の他端は、キャリアアンプ２１の出力端に接続されている。副線路は、例えば、１／８波長または１／１６波長の長さを有する伝送線路である。副線路の一端は主線路の一端に接続されており、副線路の他端はグランドに接続されている。主線路の一端から他端へ向かう第１方向と、副線路の他端から一端へ向かう第２方向とは、同じである。
【0044】
電力増幅器２０Ａの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、キャリアアンプ２１の出力インピーダンスは高くなる。つまり、小信号入力時には、ピークアンプ２２がオフ状態となり、キャリアアンプ２１の出力インピーダンスが高くなることで、電力増幅器２０Ａは高効率動作することが可能となる。
【0045】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ２１およびピークアンプ２２が動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ２２の出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0046】
なお、電力増幅器２０Ａは、キャリアアンプ２１の入力側およびピークアンプ２２の入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0047】
以下、電力増幅器３０Ａ、４０Ａ、５０Ａの構成について、電力増幅器２０Ａの構成と同じ点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【0048】
電力増幅器３０Ａは、第２電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ３１と、ピークアンプ３２と、１／４波長伝送線路３４と、インピーダンス変換回路３３と、を備える。
【0049】
キャリアアンプ３１およびピークアンプ３２のそれぞれは、増幅トランジスタを有する。
【0050】
キャリアアンプ３１は、第２キャリアアンプの一例であり、例えば、Ａ級（またはＡＢ級）増幅回路であり、特に、低出力領域および中出力領域において高効率な増幅動作が可能である。なお、キャリアアンプ３１に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ３２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0051】
ピークアンプ３２は、第２ピークアンプの一例であり、例えば、Ｃ級増幅回路である。ピークアンプ３２は、高出力領域において低歪の増幅動作が可能である。また、ピークアンプ３２に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ２２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0052】
１／４波長伝送線路３４は、キャリアアンプ３１の出力端子とピークアンプ３２の出力端子との間に接続されている。１／４波長伝送線路３４により、キャリアアンプ３１から出力される信号と、ピークアンプ３２から出力される信号とが、電流合成される。
【0053】
インピーダンス変換回路３３は、主線路および副線路を有し、インピーダンス変換回路３３の両端で位相をシフトさせるとともに、所定の変換比でインピーダンスを変換する。主線路の一端は１／４波長伝送線路３４の一端に接続されており、主線路の他端は給電点１０２に接続されている。１／４波長伝送線路３４の他端は、キャリアアンプ３１の出力端に接続されている。
【0054】
電力増幅器３０Ａの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、ピークアンプ３２がオフ状態となり、キャリアアンプ３１の出力インピーダンスが高くなることで、電力増幅器３０Ａは高効率動作することが可能となる。
【0055】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ３１およびピークアンプ３２が動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ３２の出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0056】
なお、電力増幅器３０Ａは、キャリアアンプ３１の入力側およびピークアンプ３２の入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0057】
電力増幅器４０Ａは、第３電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ４１と、ピークアンプ４２と、１／４波長伝送線路４４と、インピーダンス変換回路４３と、を備える。
【0058】
キャリアアンプ４１およびピークアンプ４２のそれぞれは、増幅トランジスタを有する。
【0059】
キャリアアンプ４１は、第３キャリアアンプの一例であり、例えば、Ａ級（またはＡＢ級）増幅回路であり、特に、低出力領域および中出力領域において高効率な増幅動作が可能である。なお、キャリアアンプ４１に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ４２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0060】
ピークアンプ４２は、第３ピークアンプの一例であり、例えば、Ｃ級増幅回路である。ピークアンプ４２は、高出力領域において低歪の増幅動作が可能である。また、ピークアンプ４２に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ３２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0061】
１／４波長伝送線路４４は、キャリアアンプ４１の出力端子とピークアンプ４２の出力端子との間に接続されている。１／４波長伝送線路４４により、キャリアアンプ４１から出力される信号と、ピークアンプ４２から出力される信号とが、電流合成される。
【0062】
インピーダンス変換回路４３は、主線路および副線路を有し、インピーダンス変換回路４３の両端で位相をシフトさせるとともに、所定の変換比でインピーダンスを変換する。主線路の一端は１／４波長伝送線路４４の一端に接続されており、主線路の他端は給電点１０３（第３給電点）に接続されている。１／４波長伝送線路４４の他端は、キャリアアンプ４１の出力端に接続されている。
【0063】
電力増幅器４０Ａの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、ピークアンプ４２がオフ状態となり、キャリアアンプ４１の出力インピーダンスが高くなることで、電力増幅器４０Ａは高効率動作することが可能となる。
【0064】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ４１およびピークアンプ４２が動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ４２の出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0065】
なお、電力増幅器４０Ａは、キャリアアンプ４１の入力側およびピークアンプ４２の入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0066】
電力増幅器５０Ａは、第４電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ５１と、ピークアンプ５２と、１／４波長伝送線路５４と、インピーダンス変換回路５３と、を備える。
【0067】
キャリアアンプ５１およびピークアンプ５２のそれぞれは、増幅トランジスタを有する。
【0068】
キャリアアンプ５１は、第４キャリアアンプの一例であり、例えば、Ａ級（またはＡＢ級）増幅回路であり、特に、低出力領域および中出力領域において高効率な増幅動作が可能である。なお、キャリアアンプ５１に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ５２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0069】
ピークアンプ５２は、第４ピークアンプの一例であり、例えば、Ｃ級増幅回路である。ピークアンプ５２は、高出力領域において低歪の増幅動作が可能である。また、ピークアンプ５２に入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ４２に入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでいる。
【0070】
１／４波長伝送線路５４は、キャリアアンプ５１の出力端子とピークアンプ５２の出力端子との間に接続されている。１／４波長伝送線路５４により、キャリアアンプ５１から出力される信号と、ピークアンプ５２から出力される信号とが、電流合成される。
【0071】
インピーダンス変換回路５３は、主線路および副線路を有し、インピーダンス変換回路５３の両端で位相をシフトさせるとともに、所定の変換比でインピーダンスを変換する。主線路の一端は１／４波長伝送線路５４の一端に接続されており、主線路の他端は給電点１０４に接続されている。１／４波長伝送線路５４の他端は、キャリアアンプ５１の出力端に接続されている。
【0072】
電力増幅器５０Ａの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、ピークアンプ５２がオフ状態となり、キャリアアンプ５１の出力インピーダンスが高くなることで、電力増幅器５０Ａは高効率動作することが可能となる。
【0073】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ５１およびピークアンプ５２が動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ５２の出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0074】
なお、電力増幅器５０Ａは、キャリアアンプ５１の入力側およびピークアンプ５２の入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0075】
なお、電力増幅器２０Ａ～５０Ａは、１／４波長伝送線路およびインピーダンス変換回路を用いてキャリアアンプの出力とピークアンプの出力とを電流合成する構成を有するが、トランスフォーマを用いてキャリアアンプの出力とピークアンプの出力とを電圧合成する構成を有していてもよい。
【0076】
ここで、出力電力に対する増幅モジュール１Ａの動作について説明する。
【0077】
まず、図３Ａに示すように、第１の信号出力時（Ｍａｘ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、全てのキャリアアンプ２１、３１、４１および５１および全てのピークアンプ２２、３２、４２および５２が動作する（ＯＮ）。この場合、キャリアアンプ２１～５１およびピークアンプ２２～５２の各出力インピーダンスは、ＺＬであるとする。
【0078】
次に、図３Ｂに示すように、第１の信号出力よりも低電力である第２の信号出力時（６ｄＢ Ｂａｃｋ ｏｆｆ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、全てのキャリアアンプ２１～５１が動作し（ＯＮ）、全てのピークアンプ２２～５２が動作しない（ＯＦＦ）。この場合、キャリアアンプ２１～５１の各出力インピーダンスは、２ＺＬとなる。なお、このとき、ピークアンプ２２～５２の出力インピーダンスはオープン状態となっている。つまり、第２の信号出力時には、ピークアンプ２２～５２がオフ状態となり、キャリアアンプ２１～５１の出力インピーダンスが高くなることで、６ｄＢのバックオフ量が得られ、増幅モジュール１Ａは高効率動作することが可能となる。
【0079】
次に、図３Ｃに示すように、第２の信号出力よりも低電力である第３の信号出力時（１２ｄＢ Ｂａｃｋ ｏｆｆ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、キャリアアンプ２１および３１が動作し（ＯＮ）、キャリアアンプ４１、５１およびピークアンプ２２～５２が動作しない（ＯＦＦ）。この場合、キャリアアンプ２１および３１の各出力インピーダンスは、４ＺＬとなる。なお、このとき、キャリアアンプ４１、５１およびピークアンプ２２～５２の出力インピーダンスはオープン状態となっている。つまり、第３の信号出力時には、キャリアアンプ４１、５１およびピークアンプ２２～５２がオフ状態となり、キャリアアンプ２１および３１の出力インピーダンスが高くなることで、１２ｄＢのバックオフ量が得られ、増幅モジュール１Ａは高効率動作することが可能となる。
【0080】
次に、図３Ｄに示すように、第３の信号出力よりも低電力である第４の信号出力時（１８ｄＢ Ｂａｃｋ ｏｆｆ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、キャリアアンプ２１が動作し（ＯＮ）、キャリアアンプ３１、４１、５１およびピークアンプ２２～５２が動作しない（ＯＦＦ）。この場合、キャリアアンプ２１の出力インピーダンスは、８ＺＬとなる。なお、このとき、キャリアアンプ３１、４１、５１およびピークアンプ２２～５２の出力インピーダンスはオープン状態となっている。つまり、第４の信号出力時には、キャリアアンプ３１、４１、５１およびピークアンプ２２～５２がオフ状態となり、キャリアアンプ２１の出力インピーダンスが高くなることで、１８ｄＢのバックオフ量が得られ、増幅モジュール１Ａは高効率動作することが可能となる。
【0081】
図３Ｅにおいて、横軸は増幅モジュール１Ａから出力される信号の電力レベルを示し、縦軸は増幅モジュール１Ａの効率（電力付加効率）を示している。
【0082】
増幅モジュール１Ａから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値（第１の信号出力：図３ＥのＩ）から第２電力値（第２の信号出力：図３ＥのＩＩ）へと低下した場合には、オン状態であるキャリアアンプ２１～５１のインピーダンスは大きくなる。このため、第２の信号出力時には、全てのキャリアアンプ２１～５１および全てのピークアンプ２２～５２がオン状態で動作している場合（図３ＥではＡＢ級アンプと図示）と比較して、効率が高くなっている。
【0083】
また、増幅モジュール１Ａから出力される高周波信号の電力レベルが第２電力値（第２の信号出力：図３ＥのＩＩ）から第３電力値（第３の信号出力：図３ＥのＩＩＩ）へと低下した場合には、オン状態であるキャリアアンプ２１および３１のインピーダンスはさらに大きくなる。このため、第３の信号出力時には、全てのキャリアアンプ２１～５１および全てのピークアンプ２２～５２がオン状態で動作している場合（図３ＥではＡＢ級アンプと図示）と比較して、効率が高くなっている。
【0084】
また、増幅モジュール１Ａから出力される高周波信号の電力レベルが第３電力値（第３の信号出力：図３ＥのＩＩＩ）から第４電力値（第４の信号出力：図３ＥのＩＶ）へと低下した場合には、オン状態であるキャリアアンプ２１のインピーダンスはさらに大きくなる。このため、第４の信号出力時には、全てのキャリアアンプ２１～５１および全てのピークアンプ２２～５２がオン状態で動作している場合（図３ＥではＡＢ級アンプと図示）と比較して、効率が高くなっている。
【0085】
つまり、増幅モジュール１Ａは、６ｄＢごとに段階的に、合計１８ｄＢのバックオフ量を確保できるので、効率劣化を最小に抑えることで高効率動作することが可能となる。
【0086】
図４は、実施例に係る増幅モジュール１Ａの円偏波のアンテナ特性を示す図である。同図に示すように、実施例に係る増幅モジュール１Ａでは、電界および磁界がＺ軸を回転軸として回転する、いわゆる円偏波のアンテナ特性を実現している。これは、第１～第４の信号出力時において、中心Ｐｃに対して回転対象に配置された給電点１０１～１０４のうち隣り合う２つの給電点に対して、９０°の位相差を有する高周波信号が供給されることによるものである。
【0087】
図５は、実施例および比較例に係る増幅モジュールの相互変調歪を比較したグラフである。同図には、実施例および比較例に係る増幅モジュールにおける、出力電力に対する３次相互変調歪（ＩＭＤ３）および５次相互変調歪（ＩＭＤ５）の特性が示されている。
【0088】
図５に示された、実施例に係る増幅モジュール１Ａでは、例えば、電力増幅器２０Ａのキャリアアンプ２１に供給されるバイアス電流を電力増幅器４０Ａのキャリアアンプ４１に供給されるバイアス電流よりも大きく設定し、電力増幅器２０Ａのピークアンプ２２に供給されるバイアス電流を電力増幅器４０Ａのピークアンプ４２に供給されるバイアス電流よりも大きく設定している。また、電力増幅器３０Ａのキャリアアンプ３１に供給されるバイアス電流を電力増幅器５０Ａのキャリアアンプ５１に供給されるバイアス電流よりも大きく設定し、電力増幅器３０Ａのピークアンプ３２に供給されるバイアス電流を電力増幅器５０Ａのピークアンプ５２に供給されるバイアス電流よりも大きく設定している。
【0089】
一方、比較例に係る増幅モジュールは、実施例に係る増幅モジュール１Ａと同じ回路構成を有するが、電力増幅器２０Ａのキャリアアンプ２１に供給されるバイアス電流と電力増幅器４０Ａのキャリアアンプ４１に供給されるバイアス電流とは同じ電流値であり、電力増幅器２０Ａのピークアンプ２２に供給されるバイアス電流と電力増幅器４０Ａのピークアンプ４２に供給されるバイアス電流とは同じ電流値である。また、電力増幅器３０Ａのキャリアアンプ３１に供給されるバイアス電流と電力増幅器５０Ａのキャリアアンプ５１に供給されるバイアス電流とは同じ電流値であり、電力増幅器３０Ａのピークアンプ３２に供給されるバイアス電流と電力増幅器５０Ａのピークアンプ５２に供給されるバイアス電流とは同じ電流値である。
【0090】
実施例に係る増幅モジュール１Ａによれば、電力増幅器２０Ａの入出力特性をゲインコンプレッション（ゲイン圧縮）型とし、電力増幅器４０Ａの入出力特性をゲインエクスパンジョン型とできる。また、電力増幅器３０Ａの入出力特性をゲインコンプレッション（ゲイン圧縮）型とし、電力増幅器５０Ａの入出力特性をゲインエクスパンジョン型とできる。これにより、電力増幅器２０Ａから発生する非線形歪成分と電力増幅器４０Ａから発生する非線形歪成分とを相殺でき、また、電力増幅器３０Ａから発生する非線形歪成分と電力増幅器５０Ａから発生する非線形歪成分とを相殺できるので、図５に示すように、ＩＭＤ３およびＩＭＤ５の成分を抑制することが可能となる。
【0091】
［３ 変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの構成］
図６Ａは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの第１の信号出力時の回路状態図である。図６Ｂは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの第２の信号出力時の回路状態図である。図６Ｃは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの出力電力と効率との関係を示すグラフである。
図６Ａは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの第１の信号出力時の回路状態図である。図６Ｂは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの第２の信号出力時の回路状態図である。図６Ｃは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂの出力電力と効率との関係を示すグラフである。
【0092】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂは、アンテナ１０と、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂと、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂと、トランス６１および６２と、１／４波長伝送線路２５、３５、４４、４５、５４および５５と、を備える。本変形例に係る増幅モジュール１Ｂは、実施の形態に係る増幅モジュール１と比較して、４つの電力増幅器の構成が異なる。以下、本変形例に係る増幅モジュール１Ｂについて、実施の形態に係る増幅モジュール１と同じ構成であるアンテナ１０の構成については説明を省略し、異なる構成であるキャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂならびにピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂの構成を中心に説明する。
【0093】
キャリアアンプ２０Ｂは、第１電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ２０Ｂの出力端は、トランス６１および１／４波長伝送線路２５を介して給電点１０１に接続される。
【0094】
キャリアアンプ３０Ｂは、第２電力増幅器の一例であり、キャリアアンプ３０Ｂの出力端は、トランス６２および１／４波長伝送線路３５を介して給電点１０２に接続される。
【0095】
ピークアンプ４０Ｂは、第３電力増幅器の一例であり、ピークアンプ４０Ｂの出力端は、トランス６１、１／４波長伝送線路４４および４５を介して給電点１０３に接続される。
【0096】
ピークアンプ５０Ｂは、第４電力増幅器の一例であり、ピークアンプ５０Ｂの出力端は、トランス６２、１／４波長伝送線路５４および５５を介して給電点１０４に接続される。
【0097】
１／４波長伝送線路４４は、ピークアンプ４０Ｂの出力端とトランス６１の入力側コイルの他端との間に配置されている。１／４波長伝送線路５４は、ピークアンプ５０Ｂの出力端とトランス６２の入力側コイルの他端との間に配置されている。
【0098】
トランス６１は、入力側コイルおよび出力側コイルを有する。入力側コイルの一端はキャリアアンプ２０Ｂの出力端に接続され、入力側コイルの他端は１／４波長伝送線路４４を介してピークアンプ４０Ｂの出力端に接続されている。出力側コイルの一端は１／４波長伝送線路２５を介して給電点１０１に接続され、出力側コイルの他端は１／４波長伝送線路４５を介して給電点１０３に接続されている。
【0099】
トランス６２は、入力側コイルおよび出力側コイルを有する。入力側コイルの一端はキャリアアンプ３０Ｂの出力端に接続され、入力側コイルの他端は１／４波長伝送線路５４を介してピークアンプ５０Ｂの出力端に接続されている。出力側コイルの一端は１／４波長伝送線路３５を介して給電点１０２に接続され、出力側コイルの他端は１／４波長伝送線路５５を介して給電点１０４に接続されている。
【0100】
キャリアアンプ２０Ｂおよびピークアンプ４０Ｂの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、キャリアアンプ２０Ｂの出力インピーダンスは高くなる。つまり、小信号入力時には、ピークアンプ４０Ｂがオフ状態となり、キャリアアンプ２０Ｂの出力インピーダンスが高くなることで、キャリアアンプ２０Ｂは高効率動作することが可能となる。
【0101】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ２０Ｂおよびピークアンプ４０Ｂが動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ４０Ｂの出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0102】
なお、キャリアアンプ２０Ｂに入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ４０Ｂに入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでおり、１／４波長伝送線路２５により９０°遅れて給電点１０１に供給される。また、ピークアンプ４０Ｂに入力される高周波信号の位相は、１／４波長伝送線路４４により９０°遅れ、さらに１／４波長伝送線路４５により９０°遅れて給電点１０３に供給される。つまり、給電点１０３に供給される高周波信号の位相は、給電点１０１に供給される高周波信号の位相よりも１８０°進んでいる。
【0103】
なお、増幅モジュール１Ｂは、キャリアアンプ２０Ｂの入力側およびピークアンプ４０Ｂの入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0104】
また、キャリアアンプ３０Ｂおよびピークアンプ５０Ｂの上記構成によれば、大信号入力時に対して小信号入力時には、キャリアアンプ３０Ｂの出力インピーダンスは高くなる。つまり、小信号入力時には、ピークアンプ５０Ｂがオフ状態となり、キャリアアンプ３０Ｂの出力インピーダンスが高くなることで、キャリアアンプ３０Ｂは高効率動作することが可能となる。
【0105】
一方、大信号入力時には、キャリアアンプ３０Ｂおよびピークアンプ５０Ｂが動作することで大電力信号を出力することができ、かつ、ピークアンプ５０Ｂの出力インピーダンスが低くなることで、信号歪を抑制することが可能となる。
【0106】
なお、キャリアアンプ３０Ｂに入力される高周波信号の位相は、ピークアンプ５０Ｂに入力される高周波信号の位相よりも９０°進んでおり、１／４波長伝送線路３５により９０°遅れて給電点１０２に供給される。また、ピークアンプ５０Ｂに入力される高周波信号の位相は、１／４波長伝送線路５４により９０°遅れ、さらに１／４波長伝送線路５５により９０°遅れて給電点１０４に供給される。つまり、給電点１０４に供給される高周波信号の位相は、給電点１０２に供給される高周波信号の位相よりも１８０°進んでいる。
【0107】
なお、増幅モジュール１Ｂは、キャリアアンプ３０Ｂの入力側およびピークアンプ５０Ｂの入力側に、入力される高周波信号の位相をシフトさせる移相回路を有していてもよい。
【0108】
ここで、出力電力に対する増幅モジュール１Ｂの動作について説明する。
【0109】
まず、図６Ａに示すように、第１の信号出力時（Ｍａｘ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂならびにピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂが動作する（ＯＮ）。この場合、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂならびにピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂの各出力インピーダンスは、ｋＲＬであるとする。
【0110】
次に、図６Ｂに示すように、第１の信号出力よりも低電力である第２の信号出力時（９ｄＢ Ｂａｃｋ ｏｆｆ Ｐｏｗｅｒ出力時）では、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂが動作し（ＯＮ）、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂが動作しない（ＯＦＦ）。この場合、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂの各出力インピーダンスは、４ｋＲＬとなる。なお、このとき、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂの出力インピーダンスはオープン状態となっている。つまり、第２の信号出力時には、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂがオフ状態となり、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂの出力インピーダンスが高くなることで、９ｄＢのバックオフ量が得られ、増幅モジュール１Ｂは高効率動作することが可能となる。
【0111】
図６Ｃにおいて、横軸は増幅モジュール１Ｂから出力される信号の電力レベルを示し、縦軸は増幅モジュール１Ｂの効率（電力付加効率）を示している。
【0112】
増幅モジュール１Ｂから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値（第１の信号出力：図６ＣのＩ）から第２電力値（第２の信号出力：図６ＣのＩＩ）へと低下した場合には、オン状態であるキャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂのインピーダンスは大きくなる。このため、第２の信号出力時には、全てのキャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂならびにピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂがオン状態で動作している場合（図６ＣではＡＢ級アンプと図示）と比較して、効率が高くなっている。
【0113】
つまり、増幅モジュール１Ｂは、９ｄＢのバックオフ量を確保できるので、高効率動作することが可能となる。
【0114】
また、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂでは、円偏波のアンテナ特性を実現できる。これは、第１および第２の信号出力時において、中心Ｐｃに対して回転対象に配置された給電点１０１～１０４のうち隣り合う２つの給電点に対して、９０°の位相差を有する高周波信号が供給されることによるものである。
【0115】
［４ 変形例２に係る増幅モジュール１Ｃの構成］
図７は、変形例２に係る増幅モジュール１Ｃの構成図である。同図に示すように、変形例２に係る増幅モジュール１Ｃは、アンテナ７２、７３、７４および７５と、電力増幅器２０Ａ、３０Ａ、４０Ａおよび５０Ａと、を備える。本変形例に係る増幅モジュール１Ｃは、実施の形態に係る増幅モジュール１と比較して、アンテナ７２～７５の構成が異なる。以下、本変形例に係る増幅モジュール１Ｃについて、実施の形態に係る増幅モジュール１と同じ構成である電力増幅器の構成については説明を省略し、異なる構成であるアンテナ７２～７５の構成を中心に説明する。
図７は、変形例２に係る増幅モジュール１Ｃの構成図である。同図に示すように、変形例２に係る増幅モジュール１Ｃは、アンテナ７２、７３、７４および７５と、電力増幅器２０Ａ、３０Ａ、４０Ａおよび５０Ａと、を備える。本変形例に係る増幅モジュール１Ｃは、実施の形態に係る増幅モジュール１と比較して、アンテナ７２～７５の構成が異なる。以下、本変形例に係る増幅モジュール１Ｃについて、実施の形態に係る増幅モジュール１と同じ構成である電力増幅器の構成については説明を省略し、異なる構成であるアンテナ７２～７５の構成を中心に説明する。
【0116】
アンテナ７２～７５のそれぞれは、ダイポールアンテナであり、各アンテナの長さは、各アンテナに入力される高周波信号のアンテナでの波長をλとした場合、それぞれλ／４である。
【0117】
アンテナ７２の給電点は、電力増幅器２０Ａの出力端に接続されている。アンテナ７３の給電点は、電力増幅器３０Ａの出力端に接続されている。アンテナ７５の給電点は、電力増幅器４０Ａの出力端に接続されている。アンテナ７４の給電点は、電力増幅器５０Ａの出力端に接続されている。
【0118】
本構成によれば、増幅モジュール１Ｃは、１２ｄＢのバックオフ量を確保できるので、高効率動作することが可能となる。
【0119】
［５ 変形例３に係る増幅モジュール１Ｄの構成］
図８は、変形例３に係る増幅モジュール１Ｄの構成図である。同図に示すように、変形例３に係る増幅モジュール１Ｄは、アンテナ８１および８２と、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂと、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂと、トランス６１および６２と、１／４波長伝送線路２５、３５、４４、４５、５４および５５と、を備える。本変形例に係る増幅モジュール１Ｄは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂと比較して、アンテナ８１および８２の構成が異なる。以下、本変形例に係る増幅モジュール１Ｄについて、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂと同じ構成については説明を省略し、異なる構成であるアンテナ８１および８２の構成を中心に説明する。
図８は、変形例３に係る増幅モジュール１Ｄの構成図である。同図に示すように、変形例３に係る増幅モジュール１Ｄは、アンテナ８１および８２と、キャリアアンプ２０Ｂおよび３０Ｂと、ピークアンプ４０Ｂおよび５０Ｂと、トランス６１および６２と、１／４波長伝送線路２５、３５、４４、４５、５４および５５と、を備える。本変形例に係る増幅モジュール１Ｄは、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂと比較して、アンテナ８１および８２の構成が異なる。以下、本変形例に係る増幅モジュール１Ｄについて、変形例１に係る増幅モジュール１Ｂと同じ構成については説明を省略し、異なる構成であるアンテナ８１および８２の構成を中心に説明する。
【0120】
アンテナ８１および８２のそれぞれは、ループアンテナであり、各アンテナの長さは、各アンテナに入力される高周波信号のアンテナでの波長をλとした場合、それぞれλ／２である。
【0121】
アンテナ８１の一端に位置する給電点は、キャリアアンプ２０Ｂの出力端に接続されている。アンテナ８１の他端に位置する給電点は、ピークアンプ４０Ｂの出力端に接続されている。アンテナ８２の一端に位置する給電点は、キャリアアンプ３０Ｂの出力端に接続されている。アンテナ８２の他端に位置する給電点は、ピークアンプ５０Ｂの出力端に接続されている。
【0122】
本構成によれば、増幅モジュール１Ｄは、９ｄＢのバックオフ量を確保できるので、高効率動作することが可能となる。
【0123】
［６ 効果など］
以上のように、本実施の形態に係る増幅モジュール１は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４を有するアンテナ１０と、４つの電力増幅器２０、３０、４０および５０と、を備え、４つの電力増幅器２０～５０の出力端は、４つの給電点１０１～１０４に一対一で接続され、アンテナ１０の主面を平面視した場合、４つの給電点１０１～１０４はアンテナ１０の中心Ｐｃに対して回転対称に配置されている。
以上のように、本実施の形態に係る増幅モジュール１は、４つの給電点１０１、１０２、１０３および１０４を有するアンテナ１０と、４つの電力増幅器２０、３０、４０および５０と、を備え、４つの電力増幅器２０～５０の出力端は、４つの給電点１０１～１０４に一対一で接続され、アンテナ１０の主面を平面視した場合、４つの給電点１０１～１０４はアンテナ１０の中心Ｐｃに対して回転対称に配置されている。
【0124】
これによれば、４つの給電点１０１～１０４は回転対称に配置されているので、回転方向に隣り合う給電点に入力される信号は、９０°位相がずれる。よって、４つの電力増幅器２０～５０の出力信号を位相調整して合成する合成回路を配置せずに、各電力増幅器が出力電力に応じてオンオフされることで、合成による損失なしに電力増幅器のインピーダンスを変換できる。よって、バックオフによる高効率かつ円偏波のアンテナ特性を得ることが可能となる。
【0125】
また例えば、増幅モジュール１において、上記平面視で中心Ｐｃに対して回転方向に隣り合う２つの給電点のそれぞれに入力される信号の位相差は９０°であってもよい。
【0126】
また例えば、実施例に係る増幅モジュール１Ａにおいて、４つの電力増幅器２０Ａ～５０Ａのそれぞれは、ドハティ型の増幅器であってもよい。
【0127】
これによれば、４つの電力増幅器２０Ａ～５０Ａのそれぞれが、キャリアアンプおよびピークアンプを有することで、大きなバックオフ量を確保できる。
【0128】
また例えば、増幅モジュール１Ａにおいて、４つの給電点１０１～１０４は、中心Ｐｃに対して回転方向に給電点１０１、１０２、１０３、１０４の順に配置され、電力増幅器２０Ａは、給電点１０１に接続され、キャリアアンプ２１およびピークアンプ２２を有し、電力増幅器３０Ａは、給電点１０２に接続され、キャリアアンプ３１およびピークアンプ３２を有し、電力増幅器４０Ａは、給電点１０３に接続され、キャリアアンプ４１およびピークアンプ４２を有し、電力増幅器５０Ａは、給電点１０４に接続され、キャリアアンプ５１およびピークアンプ５２を有する。アンテナ１０から出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値である場合には、キャリアアンプ２１、３１、４１および５１、および、ピークアンプ２２、３２、４２および５２はオン状態となる。アンテナ１０から出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値よりも小さい第２電力値である場合には、キャリアアンプ２１、３１、４１および５１はオン状態となり、かつ、ピークアンプ２２、３２、４２および５２はオフ状態となる。アンテナ１０から出力される高周波信号の電力レベルが第２電力値よりも小さい第３電力値である場合には、キャリアアンプ２１および３１はオン状態となり、かつ、キャリアアンプ４１および５１はオフ状態となり、かつ、ピークアンプ２２、３２、４２および５２はオフ状態となる。アンテナ１０から出力される高周波信号の電力レベルが第３電力値よりも小さい第４電力値である場合には、キャリアアンプ２１はオン状態となり、かつ、キャリアアンプ３１、４１および５１はオフ状態となり、かつ、ピークアンプ２２、３２、４２および５２はオフ状態となる。
【0129】
これによれば、増幅モジュール１Ａは、６ｄＢごとに段階的に１８ｄＢのバックオフ量を確保できるので、効率劣化を最小に抑えることで高効率動作することが可能となる。また、第１電力値～第４電力値において、中心Ｐｃに対して回転対象に配置された給電点１０１～１０４のうち隣り合う２つの給電点に対して、９０°の位相差を有する高周波信号が供給されるので、円偏波のアンテナ特性を有することが可能となる。
【0130】
また例えば、増幅モジュール１および１Ａにおいて、アンテナ１０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１を挟んで配置されたグランド平面導体１３、および、４つの給電点１０１～１０４を含む給電平面導体１２と、を備え、高周波信号の誘電体基板１１での波長をλとした場合、４つの給電点１０１～１０４のそれぞれと中心Ｐｃとの距離は、λ／４であってもよい。
【0131】
これによれば、回転方向に隣り合う２つの給電点に入力される２信号の位相差を高精度に９０°にできるので、高調波歪成分を高精度に抑制できる。
【0132】
また、本実施の形態に係る通信装置３は、高周波信号を処理する信号処理回路２と、信号処理回路２に接続された増幅モジュール１と、を備える。
【0133】
これによれば、増幅モジュール１の効果を通信装置３で実現することができる。
【0134】
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る増幅モジュールおよび通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明に係る増幅モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記増幅モジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
以上、本発明に係る増幅モジュールおよび通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明に係る増幅モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記増幅モジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【0135】
例えば、上記実施の形態に係る増幅モジュールおよび通信装置の回路構成において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されてもよい。
【0136】
以下に、上記実施の形態および変形例に基づいて説明した増幅モジュールおよび通信装置の特徴を示す。
【0137】
＜１＞
４つの給電点を有するアンテナと、
４つの電力増幅器と、を備え、
前記４つの電力増幅器の出力端は、前記４つの給電点に一対一で接続され、
前記アンテナの主面を平面視した場合、前記４つの給電点は前記アンテナの中心に対して回転対称に配置されている、増幅モジュール。
４つの給電点を有するアンテナと、
４つの電力増幅器と、を備え、
前記４つの電力増幅器の出力端は、前記４つの給電点に一対一で接続され、
前記アンテナの主面を平面視した場合、前記４つの給電点は前記アンテナの中心に対して回転対称に配置されている、増幅モジュール。
【0138】
＜２＞
前記平面視において、前記中心に対して回転方向に隣り合う２つの給電点のそれぞれに入力される信号の位相差は９０°である、＜１＞に記載の増幅モジュール。
前記平面視において、前記中心に対して回転方向に隣り合う２つの給電点のそれぞれに入力される信号の位相差は９０°である、＜１＞に記載の増幅モジュール。
【0139】
＜３＞
前記４つの電力増幅器のそれぞれは、ドハティ型の増幅器である、＜１＞または＜２＞に記載の増幅モジュール。
前記４つの電力増幅器のそれぞれは、ドハティ型の増幅器である、＜１＞または＜２＞に記載の増幅モジュール。
【0140】
＜４＞
前記４つの給電点は、前記中心に対して回転方向に第１給電点、第２給電点、第３給電点および第４給電点の順に配置され、
前記４つの電力増幅器のうちの第１電力増幅器は、前記第１給電点に接続され、第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第２電力増幅器は、前記第２給電点に接続され、第２キャリアアンプおよび第２ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第３電力増幅器は、前記第３給電点に接続され、第３キャリアアンプおよび第３ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第４電力増幅器は、前記第４給電点に接続され、第４キャリアアンプおよび第４ピークアンプを有し、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプ、および、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオン状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第１電力値よりも小さい第２電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第２電力値よりも小さい第３電力値である場合には、前記第１キャリアアンプおよび前記第２キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第３キャリアアンプおよび前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第３電力値よりも小さい第４電力値である場合には、前記第１キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第２キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となる、＜３＞に記載の増幅モジュール。
前記４つの給電点は、前記中心に対して回転方向に第１給電点、第２給電点、第３給電点および第４給電点の順に配置され、
前記４つの電力増幅器のうちの第１電力増幅器は、前記第１給電点に接続され、第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第２電力増幅器は、前記第２給電点に接続され、第２キャリアアンプおよび第２ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第３電力増幅器は、前記第３給電点に接続され、第３キャリアアンプおよび第３ピークアンプを有し、
前記４つの電力増幅器のうちの第４電力増幅器は、前記第４給電点に接続され、第４キャリアアンプおよび第４ピークアンプを有し、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが第１電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプ、および、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオン状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第１電力値よりも小さい第２電力値である場合には、前記第１キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第２電力値よりも小さい第３電力値である場合には、前記第１キャリアアンプおよび前記第２キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第３キャリアアンプおよび前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となり、
前記アンテナから出力される高周波信号の電力レベルが前記第３電力値よりも小さい第４電力値である場合には、前記第１キャリアアンプはオン状態となり、かつ、前記第２キャリアアンプ～前記第４キャリアアンプはオフ状態となり、かつ、前記第１ピークアンプ～前記第４ピークアンプはオフ状態となる、＜３＞に記載の増幅モジュール。
【0141】
＜５＞
前記アンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板を挟んで配置されたグランド平面導体、および、前記４つの給電点を含む給電平面導体と、を備え、
前記アンテナに入力される高周波信号の前記誘電体基板での波長をλとした場合、前記４つの給電点のそれぞれと前記中心との距離は、λ／４である、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載の増幅モジュール。
前記アンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板を挟んで配置されたグランド平面導体、および、前記４つの給電点を含む給電平面導体と、を備え、
前記アンテナに入力される高周波信号の前記誘電体基板での波長をλとした場合、前記４つの給電点のそれぞれと前記中心との距離は、λ／４である、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載の増幅モジュール。
【0142】
＜６＞
高周波信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路に接続された＜１＞～＜５＞のいずれかに記載の増幅モジュールと、備える、通信装置。
高周波信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路に接続された＜１＞～＜５＞のいずれかに記載の増幅モジュールと、備える、通信装置。
【産業上の利用可能性】
【0143】
本発明は、マルチバンド対応のフロントエンド部に配置される増幅モジュールまたは通信装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【0144】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 増幅モジュール
２ 信号処理回路
３ 通信装置
１０、７２、７３、７４、７５、８１、８２ アンテナ
１１ 誘電体基板
１２ 給電平面導体
１３ グランド平面導体
２０、２０Ａ、３０、３０Ａ、４０、４０Ａ、５０、５０Ａ 電力増幅器
２０Ｂ、２１、３０Ｂ、３１、４１、５１ キャリアアンプ
２２、３２、４０Ｂ、４２、５０Ｂ、５２ ピークアンプ
２３、３３、４３、５３ インピーダンス変換回路
２４、２５、３５、３４、４４、４５、５４、５５ １／４波長伝送線路
６１、６２ トランス
１０１、１０２、１０３、１０４ 給電点
１２０、１３０、１４０、１５０ 信号入力端子
２ 信号処理回路
３ 通信装置
１０、７２、７３、７４、７５、８１、８２ アンテナ
１１ 誘電体基板
１２ 給電平面導体
１３ グランド平面導体
２０、２０Ａ、３０、３０Ａ、４０、４０Ａ、５０、５０Ａ 電力増幅器
２０Ｂ、２１、３０Ｂ、３１、４１、５１ キャリアアンプ
２２、３２、４０Ｂ、４２、５０Ｂ、５２ ピークアンプ
２３、３３、４３、５３ インピーダンス変換回路
２４、２５、３５、３４、４４、４５、５４、５５ １／４波長伝送線路
６１、６２ トランス
１０１、１０２、１０３、１０４ 給電点
１２０、１３０、１４０、１５０ 信号入力端子
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】