JP2000138539A

JP2000138539A - Ｒｆ電力増幅器と共に使用する線形化器

Info

Publication number: JP2000138539A
Application number: JP11187409A
Authority: JP
Inventors: Weimin Zhang; ツァンクヴァイメン; Mark Adams; アダムスマーク; Cindy Yuen; ユーエンシンディー
Original assignee: Space Systems Loral LLC; Loral Space Systems Inc
Current assignee: Maxar Space LLC
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電力増巾器に使用する改良され、低減された電
力レベルで動作する線型化回路を提供する。【解決手段】該線形化回路は、線形アーム内に移相器２
３及び固定遅延器２２ａを含み、且つ、非線形アーム内
に歪発生器２４ａと減衰器２５を含む線形化ブリッジ１
５ａを含む。この出力は、出力増幅器３２及び出力減衰
器３３を通り、電力増幅器２０に接続される。制御回路
３５は、オン及オフ入力コマンド信号を受信し、線形化
ブリッジ２６の設定を調整し、出力増幅器３２及び出力
減衰器３３の利得及び減衰量を設定する。該線形化回路
は、単一のアルミナ基板に集積されてもよい。線形化ブ
リッジ回路は、Ｓ、Ｃ、Ｘ、Ｋｕ、Ｋ、Ｋａ、Ｑ、Ｖ、
又はＷの周波数帯域、或いは他の所望のRF周波数帯域に
おいて動作する進行波管増幅器及び固体素子電力増幅器
と共に用いられてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、電力増幅器に関し、特に、進
行波管及び固体素子電力増幅器のような電力増幅器と共
に使用する線形化回路に関する。日本電気(NEC)は、歪
発生器として増幅器を使用する線形化回路を開発してい
た。NECの線形化回路は、４ワット、重量６５０グラム
と査定されている。ANTボッシュテレコム社は、線形化
ブリッジ回路を開発していた。このシステムは、２．６
cm×１．６cmの大きさを有している。ANTボッシュテレ
コム社線形化ブリッジ回路を製造するのには、４つの基
板が要求されるし、進行波管増幅器の電力伝達曲線を調
整するに用いられ得るものではない。ANTボッシュテレ
コム社線形化ブリッジ回路は、本発明と同様の機構を有
しているが、本発明より低性能且つ高電力レベルにて動
作する部品を使用して製造されている。

【０００２】従って、本発明の目的は、電力増幅器と共
に使用する改良された線形化ブリッジ回路を提供するこ
とである。また、本発明の目的は、従来回路に比べて低
減された電力レベルにて動作する高性能の線形化回路を
提供することである。

【０００３】

【発明の概要】上記及び他の目的を満たす為に、本発明
は、コンパクト且つ低コストな先行歪型の線形化回路を
提供する。該線形化回路の目的は、共に用いられる進行
波管増幅器又は固体素子増幅器の線形特性を改善するこ
とである。線形化ブリッジ回路は、線形アーム及び非線
形アーム、すなわち複数の処理パスから構成される。線
形化ブリッジ回路の実施例において、線形化アームは、
移相器及び固定遅延器を含み、非線形アームは、ショッ
トキダイオード歪発生器のような歪発生器及び減衰器を
含む。制御回路は、線形化ブリッジ回路の回路群に対し
て多様なバイアス設定をするに用いられる。全ての回路
は、好ましくはアルミナから成る単一の基板に集積され
てもよい。本発明によって、コンパクトサイズ、より少
ない部品数、組み立て及びRFチューニング及び試験労働
コストの低減が実現される。

【０００４】例えば、歪発生器内のショットキダイオー
ドにDCバイアスを印加することにより、本線形化ブリッ
ジの動作電力レベルは、従来の線形化ブリッジより相当
に低い。この特徴の主要な利点は、回路における熱拡散
の減少及び動作上要求されるDC電力の低減である。加え
て、低減された動作電力レベルは、バイパスモードにお
けるより優れたｃ／３ＩM性能に帰結する。

【０００５】本発明の他の重要な特徴は、従来の移相器
及び減衰器を調整する代わりに、本発明の線形化ブリッ
ジが、歪発生器、移相器、及び減衰器に印加されるバイ
アスを変化させることにより、位相進み(又は遅れ)及び
利得拡大ばかりでなく、利得曲率をも調整し得ることで
ある。この特徴は、本発明の線形化ブリッジ回路と共に
用いられる多種の進行波管増幅器又は固体素子電力増幅
器とのより良い整合に帰結する。

【０００６】線形化ブリッジ回路の実施例の試作品とし
ては。匹敵する競合品の構成よりも、大きさでよりコン
パクトになり（１．４cm×１．０cm）、さらにより低い
電力消費８０mWにて集積される。線形化ブリッジ回路
は、又、比較的広い帯域幅（Ｋｕ帯域においておよそ３
GHz）を有する。実施例の試作された線形化ブリッジ回
路は、アクティブ機能とバイパス機能の両方を提供す
る。その電力伝達曲線は、異なる進行波管増幅器又は固
体素子電力増幅器と使用する場合に調整され得る。

【０００７】

【実施例の詳細な説明】図面を参照すると、図１は、進
行波管増幅器（TWTA）２０又は固体素子電力増幅器(SSP
A)２０と共に使用される従来の線形化ブリッジ回路１０
を示している。図１に示される線形化ブリッジ回路１０
は、ANTボッシュテレコム社によって製造されたものの
代表例である。

【０００８】従来の線形化ブリッジ回路１０は、入力移
相器１２及び入力可変減衰器１３を介して前置増幅器１
４に接続されるRF入力信号を受信するRF入力１１を有す
る。前置増幅器１４の出力は、線形化ブリッジ１５に接
続される。線形化ブリッジ１５の出力は、減衰器１７及
び増幅器１８を含む出力ステージ１６に接続される。出
力ステージ１６は、進行波管増幅器２０又は固体素子電
力増幅器２０に接続されている線形化ブリッジ回路１０
からのRF出力信号を供給するRF出力１９を有する。

【０００９】従来の線形化ブリッジ１５は、線形及び非
線形アーム２１ａ，２１ｂを各々含む別々のRFパス２１
ａ，２１ｂを有する。線形アーム２１ａは、固定遅延
ライン２２及び移相器２３を含む。非線形アーム２１ｂ
は、歪発生器回路２４及びPINダイオード減衰器２５を
含む。PINダイオード減衰器２５は、サーミスタ(図示せ
ず)を含む抵抗性回路により制御される。抵抗値は、動
作温度範囲にまたがって減衰器２５の減衰量を変化せし
めるように最適化されて、線形化回路１０及び進行波管
増幅器２０又は固体素子電力増幅器２０の利得変動を補
償する。

【００１０】ここで図２を参照すると、本図は、本発明
の原理に従った改良された線形化回路３０の実施例のRF
ブロック図を示している。線形化回路３０は、進行波管
増幅器２０又は固体素子電力増幅器２０と共に使用され
るように構成されている。線形化回路３０は、チャネル
増幅器３１と進行波管増幅器２０又は固体素子増幅器２
０との間のインタフェースとして用いられる。チャネル
増幅器３１は、増幅されたRF入力信号を線形化回路３０
に供給する。線形化回路３０は、チャネル増幅器３１か
らの増幅されたRF入力信号を受信するRF入力１１を有す
る線形化ブリッジ１５ａを含む。線形化ブリッジ１５ａ
の出力は、RF出力１９に至る可変利得回路３４に接続さ
れる。可変利得回路３４は、通常、出力増幅器３２及び
出力減衰器３３を含む。RF出力１９は、RF出力信号を線
形化回路３０から進行波管増幅器２０又は固体素子電力
増幅器２０へとつなげる。

【００１１】線形化ブリッジ１５ａは、線形及び非線形
アーム２１ａ，２１ｂ、即ち処理パス２１ａ，２１ｂを
各々含む別々のRFパス２１ａ，２１ｂを有する平衡ブリ
ッジ回路である。線形アーム２１ａは、本出願人に譲渡
されている米国特許第５,３１７,２８８号に開示されて
いるものの如き固定遅延ライン２２ｂ及び移相器２３を
含む。米国特許第５，３１７，２８８号に開示されてい
る移相器２３は、PINダイオード(図示せず)を使用し、
広い３６０度の位相シフトレンジを有している。非線形
アーム２１ｂは、非線形歪発生回路２４ａ及び減衰器２
５を含む。

【００１２】非線形歪発生回路２４ａは、好ましくは、
例えばショットキダイオードを使用し、減衰器２５は、
好ましくはPINダイオード減衰器２５でよい。変形例と
しては、歪発生回路２４ａは、例えば、金属−半導体−
金属(MEM)ダイオードが使用されてもよい。減衰器２５
は、変形例として、例えば電界効果型(FET)ダイオード
を使用して構成されてもよい。入力及び出力ハイブリッ
ドカプラ２７ａ，２７ｂが、線形化ブリッジ１５ａの線
形及び非線形アーム２１ａ，２１ｂに至る及びから、RF
信号をつなぐ為に用いられてもよい。線形化ブリッジ１
５ａの回路の全ては、好ましくは単一の基板２６に製造
される。この基板は、好ましくは、アルミナから成って
もよい。

【００１３】全体として、線形アーム２１ａの機能は、
調整可能な位相を伴って、線形信号パスを提供すること
である。この機能は、移相器２３を使用して、或いはそ
の所望の機能を生成し且つそのバイアスレベルが制御可
能な何らかの素子を使用して達成されてもよい。移相器
２３は、例えば、バラクタダイオードを使用してもよ
い。

【００１４】非線形アーム２１ｂの機能は、調整可能な
利得を伴って、非線形信号パスを提供することである。
この機能は、非線形ダイオード、又は増幅器を使用して
達成されても、或いはその所望の機能を生成し且つその
利得と減衰量の設定が制御器により調整可能な何らかの
素子を使用して達成されてもよい。

【００１５】制御回路３５は、移相器２３、非線形歪発
生回路２４ａ、及び減衰器２５に接続される。制御回路
３５は、オン及びオフ入力コマンド信号を受信する入
力、及び２値テレメトリ(TLM)信号を発生する出力を有
する。制御回路３５が、歪発生器２４ａ、移相器２３、
減衰器２５の設定、並びに出力増幅器３２及び出力減衰
器３３の利得及び減衰量設定を調整するのに用いられ
る。２値テレメトリ(TLM)信号は、地上コマンド制御の
ためのモード状態表示として用いられる。

【００１６】図３を参照すると、本図は、図２の例示的
線形化回路３０の詳細な全体図を示している。固定遅延
ライン２２の好ましい実施例は、線形及び非線形アーム
２１ａ，２１ｂ間の位相遅れを補償し、熱拡散を低減
し、動作周波数帯を改善するに用いられる折曲された５
０Ωラインを含む。移相器２３の好ましい実施例は、２
対のPINダイオード反射型減衰器を含む。この回路は、
低挿入損失にて３６０度の位相シフトを提供する。移相
器２３の構築の詳細は、内容が本開示に組み入れられて
いる米国特許第５，３１７，２８８号に見い出される。
非線形歪発生器２４ａの好ましい実施例は、ランゲ(Lan
ge)カプラ及び２つのダイオードを含み、平衡反射回路
を形成する。適度の印加DCバイアスで以て、この回路
は、低電力レベル(ｃ−３dBm)のみならず高電力レベル
においても稼働する。加えて、歪発生回路２４ａに印加
されるDCバイアスレベルの選択により、利得曲線は容易
に操作し得る。減衰器２５の好ましい実施例は、６つの
ダイオードを含み、非線形アーム２１ｂの出力電力を調
整するのに用いられる。バイパスモードにおいて、減衰
器２５の好ましい実施例は、３５dB以上の減衰量を提供
する。これは、線形化回路３０を線形化する。

【００１７】線形化回路３０は、次の様に動作する。線
形化ブリッジ１５ａは、２つの動作モード、即ちアクテ
ィブモード及びバイパスモードを有する。アクティブモ
ードにおいて、線形化ブリッジ１５ａは、９０度迄の位
相進みで１０dBに至る利得拡大を提供する非線形回路と
して機能する。利得拡大値及び位相進み値は、移相器２
３と減衰器２５とによって制御される。加えて、利得曲
線は、歪発生器２４ａへ供給されるバイアスを変更する
ことにより調整され得る。バイパスモードにおいて、減
衰器２５は、非線形アーム２１ｂにおいて高い減衰量を
提供する。それゆえ、線形化ブリッジ１５ａは、線形回
路として機能する。

【００１８】図４を参照すると、本図は、図２の線形化
ブリッジ回路３０に用いられる例示的制御回路３５のブ
ロック図である。制御回路３５は、フィルタリング及び
定電圧電源回路４２によりフィルタリング及び定電圧化
された８．０及び８．６ボルト出力を有する電源４１を
含む。線形化ブリッジ回路３０は、コマンド受信機４３
へのオン及びオフ信号入力（LIN ON，LIN OFF）によっ
てオン及びオフが切り替えられ、コマンド受信機４３の
コマンドは、線形化ブリッジ回路３０のアクティブ及び
バイパスモードの為のモードラッチ４４につながれてい
る。リセット・パワーアップ・モード制御回路４５は、
これらの機能を制御するモードラッチ４４に接続されて
いる。

【００１９】温度補償回路４６は、位相設定回路４７、
歪設定回路４８、減衰１設定回路５１、及び減衰２設定
回路５２に接続されている。温度補償回路４６の出力に
基づいて、位相設定回路４７、歪設定回路４８、減衰１
設定回路５１、及び減衰２設定回路５２は、これらに接
続された電圧制御電流源５５を駆動する。２つの電圧制
御電流源５５は、位相Ａ及び位相Ｂ駆動信号を移相器２
３に供給する。２つの電圧制御電流源５５は、歪Ａ及び
歪Ｂ駆動信号をショットキダイオード歪発生器２４ａに
供給する。

【００２０】減衰１設定回路５２は、第１スイッチ５１
に対して２つの減衰値を出力する。この第１スイッチ５
１は、モードラッチ４４によって制御されて、減衰器２
５に供給される第１減衰器駆動信号（減衰１駆動）を供
給する電圧制御電流源５５を選択的に駆動する。減衰２
設定回路５３は、減衰値を出力して、出力減衰器３３に
供給される第２減衰器駆動信号（減衰２駆動）を供給す
る電圧制御電流源５５を駆動する。モードラッチ４４の
出力も、第２スイッチ５４に接続されている。この第２
スイッチ５４は、モード２値テレメトリ（モード TLM）
信号を発生するグランド信号と＋５Ｖとの切り替えを行
う。

【００２１】制御回路３５は、歪発生器２４ａ、減衰器
２５、及び移相器２３にDCバイアスを供給して、位相の
進み値及び利得拡大値とを制御する。制御回路３５は、
又、出力増幅器３２及び出力減衰器３３にDCバイアスを
供給してこれらの利得レベルを制御する。温度補償回路
が、制御回路３５において使用されて、歪発生器２４
a、減衰器２５，３３、及び移相器２３の温度を制御し
て広い温度範囲に亘って一定の性能を提供する。制御回
路３５は、アクティブモードとバイパスモードとの間で
線形化ブリッジ１５ａを切り替え、地上コマンド制御の
為のモード状態表示として２値テレメトリ信号を提供す
る。

【００２２】歪発生器２４ａ、移相器２３、及び減衰器
２５の設定を適切に調整することによって、線形化ブリ
ッジ回路３０に適用されるRF入力信号の電力レベルに対
する所望の利得拡大及び位相の進みが達成される。これ
は、進行波管増幅器２０によって発生される利得圧縮及
び位相遅れを相殺し、その線形性の特性を改善する（３
次相互変調、位相、AM/PM変換）。

【００２３】線形化ブリッジ回路３０は、アクティブモ
ード及びバイパスモードで動作する。バイパスモードに
おいて、線形アーム２１ａのみにRF入力信号を通過せし
めて、非線形アーム２１ｂの減衰量は、３０dB以上に増
大せしめる。従って、線形化ブリッジ回路１５は、アク
ティブモード及びバイパスモードの両方の機能を提供す
る。

【００２４】試作された集積Ｋｕ帯域線形化ブリッジ回
路３０は、進行波管増幅器２０又は固定素子電力増幅器
２０と共に使用される。移相器２３、ショットキダイオ
ード歪発生器２４ａにより実現される歪発生器２４ａ、
減衰器２５、及び遅延ライン２２が、単一のアルミナ基
板２６上に組み立てられている。試作されたＫｕ帯域線
形化ブリッジ回路３０は、コンパクトサイズ且つ比較的
少数回路の利点を有し、現在使用されているマルチキャ
リア増幅器の構成に比して、少ない組立とRFチューニン
グと設定労力により生産される。

【００２５】本発明が、例としてのＫｕ帯域線形化ブリ
ッジ回路３０を参照して説明されたが、本発明が周波数
帯域を限定するものではないことが理解されるべきであ
る。特に、本発明の概念及びその機構は、例えばＳ、
Ｃ、Ｘ、Ｋｕ、Ｋ、Ｋａ、Ｑ、Ｖ、又はＷの周波数帯
域、又は他の所望のRF周波数帯域において動作する線形
化ブリッジ回路３０を製造するに用いられ得るものであ
る。従って、本発明は、特定の周波数帯域に限定される
ものではない。

【００２６】以上、電力増幅器と共に用いられる改善さ
れた線形化回路が開示された。示された実施例は、本発
明の原理の応用を代表する多くのかかる実施例の中の例
示のものでしかないことは理解されるべきである。幾つ
かの他の改変が、本発明の範囲から離されることなく、
当業者により直ちになし得ることは、明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の線形化回路を示す図である。

【図２】本発明の原理に従った線形化器回路の実施例を
示す図である。

【図３】図２の線形化回路の実施例の詳細な全体図であ
る。

【図４】図２の線形化回路の実施例において使用される
制御回路のブロック図である。

【符号の説明】

２０進行波管増幅器又は固体素子電力増幅器２１ａ線形アーム２１ｂ非線形アーム２２固定遅延ライン２３移相器２４ａ非線形歪発生回路２５減衰器３０線形化ブリッジ回路３５制御回路

フロントページの続き (72)発明者マークアダムスアメリカ合衆国カリフォルニア州 95051 サンタクララハミルトンレーン 643 (72)発明者シンディーユーエンアメリカ合衆国カリフォルニア州 95070 サラトゥーガキルブライドコート 20380

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力増幅器と共に使用する線形化回路であ
って、固定遅延ライン及び移相器を含む線形処理パスと、非線
形歪発生器及び減衰器と、を含む非線形処理パスとを含
み、RF入力信号を処理し、RF出力信号を生成する線形化
ブリッジと、 RF出力信号の利得を調整する可変利得回路と、制御回路であり、前記歪発生器と前記移相器と前記減衰
器とを制御し、RF入力信号電力レベルに対して所望の利
得拡大と、位相進み又は遅れと、を与え、前記電力増幅
器により生成された利得圧縮と、位相遅れ又は進みと、
を相殺する制御回路と、を含むことを特徴とする回路。
【請求項２】請求項１に記載の線形化回路であって、前
記制御回路が、前記歪発生器と前記移相器と前記減衰器
とに印加されるバイアスを変更することを特徴とする回
路。
【請求項３】請求項１に記載の線形化回路であって、前
記制御回路が、前記出力増幅器及び前記出力減衰器の各
々の利得及び減衰量の設定を更に調整することを特徴と
する回路。
【請求項４】請求項１に記載の線形化回路であって、前
記線形パスが、固定遅延ライン及び移相器を含むことを
特徴とする回路。
【請求項５】請求項４に記載の線形化回路であって、前
記移相器が、PINダイオード移相器を含むことを特徴と
する回路。
【請求項６】請求項１に記載の線形化回路であって、前
記非線形パスが、非線形歪発生器及び減衰器を含むこと
を特徴とする回路。
【請求項７】請求項６に記載の線形化回路であって、前
記非線形歪発生器が、非線形ショットキダイオード歪発
生器及びPINダイオード減衰器を含む減衰器を含むこと
を特徴とする回路。
【請求項８】請求項１に記載の線形化回路であって、前記RF入力信号を線形及び非線形パスに接続する入力カ
プラと、前記線形及び非線形パスからのRF信号を組み合わせて、
線形化ブリッジのRF出力信号を提供する出力カプラと、を更に含むことを特徴とする回路。
【請求項９】請求項１に記載の線形化回路であって、ア
クティブモード及びバイパスモードにて動作することを
特徴とする回路。
【請求項１０】請求項９に記載の線形化回路であって、
前記線形化器がバイパスモードにて動作しているとき
に、RF入力信号を線形パスを通してのみ受け渡すように
せしめて、非線形パスの減衰量を３５dB以上に増加せし
めることを特徴とする回路。
【請求項１１】請求項１に記載の線形化回路であって、
前記制御回路が、アクティブモードとバイパスモードと
の間の切り換えコマンドを提供し、温度補償を制御し、
線形化ブリッジの利得曲線を調整することを特徴とする
回路。
【請求項１２】請求項１に記載の線形化回路であって、
前記線形化ブリッジが単一の基板上に製造されることを
特徴とする回路。
【請求項１３】請求項１２に記載の線形化回路であっ
て、前記基板がアルミナ基板を含むことを特徴とする回
路。
【請求項１４】請求項１に記載の線形化回路であって、
前記制御回路が、線形化ブリッジ回路をオン及びオフに
投入するオン及びオフ入力信号コマンドを処理すること
を特徴とする回路。
【請求項１５】請求項１に記載の線形化回路であって、
前記制御回路が、地上コマンド制御の為のモード状態表
示を提供する２値テレメトリ信号を出力することを特徴
とする回路。
【請求項１６】請求項１に記載の線形化回路であって、
前記可変利得回路が、 RF出力信号を増幅する出力増幅器と、 RF出力信号を減衰する出力減衰器と、を含むことを特徴とする回路。