JP2000349531A - 送信装置及び設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比べ信頼性が高く消費電力も小さい送
信装置及び設備を実現する。 【解決手段】 複数の送信アンテナ４４に対応して低歪
電力増幅器４６を設ける。同軸ケーブル５０を介して鉄
塔の下から供給される入力信号は複数の分配器４８によ
って各低歪電力増幅器４６に供給する。各低歪電力増幅
器４６は例えばフィードフォワード方式に則り従い構成
する。増幅された信号を空間合成するようにしているた
め、増幅した信号を合成するための合成器を用いる必要
がない。各低歪電力増幅器４６における故障が発生しに
くいため、分配器４８以降の構成を全て鉄塔の上に設け
ることができる。鉄塔の下から鉄塔の上へと伝送される
信号を増幅前の信号とすることができるため、送信装置
における消費電力が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低歪電力増幅器を
用いた送信装置及びこの送信装置を用いた送信設備に関
する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信システム例えば携帯電話システ
ムでは、基地局の送信設備として図５に示すような装置
を用いる。この図に示す装置は、フィードフォワード方
式に従い構成された低歪電力増幅器１０及びこの低歪電
力増幅器１０の出力信号を無線送信する回路１２から構
成されている。低歪電力増幅器１０は例えば鉄塔の下
に、回路１２は鉄塔の上にそれぞれ設けられており、鉄
塔の下にある回路から鉄塔の上にある回路へと接続する
ため、同軸ケーブル１４が用いられている。

【０００３】まず、低歪電力増幅器１０は、入力信号を
電力増幅し回路１２へと供給するための主増幅部１６を
備えている。主増幅部１６は、この図では、合計７個の
電力増幅器１８と、合計３個の分配器２０と、合計３個
の合成器２２から、構成されている。即ち、主増幅部１
６に供給された信号は、まず初段の電力増幅器１８によ
り電力増幅され、その出力に接続されている分配器２０
により二分配され、二分配後の信号はそれぞれ対応する
電力増幅器１８により電力増幅され、これら２個の電力
増幅器１８の出力はその後段に設けられている合計２個
の分配器２０により二分配即ち合計四分配される。四分
配された信号はそれぞれ電力増幅器１８により電力増幅
される。４個の電力増幅器１８により増幅された信号
は、その後段の２個の合成器２２により合成され、更に
その後段の合成器２２により合成される。

【０００４】主増幅部１６に入力される信号が例えばＣ
ＤＭＡ方式携帯電話で使用されている広い帯域幅を有す
る信号である場合、電力増幅器１８の非線形性によって
生ずる歪例えば相互変調歪や混変調歪が問題になる。相
互変調歪等の歪を除去乃至抑圧するために、低歪電力増
幅器１０は２個のフィードフォワードループを備えてい
る。そのうち１個は、主増幅部１６にて発生する歪を抽
出するためのフィードフォワードループであり、残りの
１個は、抽出された歪を用いて主増幅部１６の出力から
歪成分を除去するためのフィードフォワードループであ
る。

【０００５】これらのうちまず歪を抽出するためのルー
プは、主増幅部１６に前置されているハイブリッド２４
により主増幅部１６への入力の一部を分岐し遅延回路２
６を介してハイブリッド２８に供給する構成を有してい
る。ハイブリッド２８は、主増幅部１６の出力信号を遅
延回路３０を介してハイブリッド３２に供給する一方
で、主増幅部１６の出力の一部を分岐して遅延回路２６
経由の信号と結合させる。結合の対象となる２種類の信
号の遅延時間及び振幅が互いに一致しており、かつその
位相が逆相であれば、ハイブリッド２８における結合処
理によって歪増幅器３４側へのキャリア分の漏れがなく
なり、歪増幅器３４側には、主増幅部１６にて発生した
歪成分のみが取り出されることになる。このような遅延
時間、振幅及び位相関係を成立させるため、遅延回路２
６における遅延時間は、主増幅部１６における遅延時間
と一致するよう設定されており、主増幅部１６又は遅延
回路２６の前後に設けられている変調器３６により振幅
及び位相の調整を行う。なお、この変調器３６は、可変
減衰器と可変移相器の組み合わせ又は直交変調器によっ
て、実現できる。

【０００６】次に、歪を除去するためのフィードフォワ
ードループは、ハイブリッド２８における結合処理によ
り抽出された歪成分を、先に言及した歪増幅器３４によ
り増幅してハイブリッド３２に供給し、遅延回路３０経
由でハイブリッド３２に供給された信号に、歪増幅器３
４経由でハイブリッド３２に供給された信号を結合させ
ることにより、遅延回路３０経由でハイブリッド３２に
供給される信号即ち主増幅部１６により増幅された信号
から、主増幅部１６の非線形性によって発生した歪成分
を除去する構成を有している。更に、ハイブリッド３２
における結合処理により歪成分を除去するには、歪増幅
器３４等で発生する遅延時間と同じ遅延時間を遅延回路
３０にて発生させる必要がある。また、歪増幅器３４又
は遅延回路３０の前後に変調器３８を設け、振幅及び位
相の調整を行う必要がある。この変調器３８も、変調器
３６と同様の構成とすることができる。変調器３６及び
３８における振幅及び位相の調整動作又はＩ，Ｑ成分の
生成は、制御部４０による制御のもとに実行される。

【０００７】このように、図５に示した低歪電力増幅器
１０においては、多数の電力増幅器１８を並列使用する
ことによって、各電力増幅器１８の負担を抑えつつ、大
電力増幅を実行している。更に、歪抽出のためのループ
及び歪除去のためのループという２種類のフィードフォ
ワードループを用いてフィードフォワード方式による低
歪増幅を行うことにより、電力増幅器１８乃至主増幅部
１６の非線形性によって生ずる歪成分を抑え、良質の送
信信号を生成している。このようにして生成された送信
信号は、同軸ケーブル１４を介して鉄塔の上にある回路
１２に供給される。回路１２は、３個の分配器４２によ
り送信信号を四分配し、四分配された各送信信号を合計
４個のアンテナ４４により無線送信する構成を有してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した装置の問題点
の一つは、主増幅部１６を構成する電力増幅器１８のう
ち１個でも故障してしまうと、主増幅部１６の出力が大
きく低減してしまい、その結果、フィードフォワード方
式による歪抑圧乃至除去作用が好適に働かなくなること
にある。例えば、図６に示すように、同じ合成器２２に
接続されている２個の電力増幅器１８のうち一方が故障
し他方が正常に動作しているとする。この状態では、故
障している方の電力増幅器１８が分担している出力が得
られないだけでなく、正常に動作している方の電力増幅
器１８の出力の一部が合成器２２の内部で吸収され又は
合成器２２において正常に動作している側及び故障して
いる側の電力増幅器１８側へと反射してしまい、その結
果、合成器２２の出力が更に低下してしまう。図中、γ
は合成器２２から故障側への反射率、Ｐは正常な電力増
幅器１８の出力である。合成器２２における吸収及び正
常に動作している側への反射を無視すると、故障による
出力低下分はＰ＋γＰと表すことができ、γは０．５程
度になることがある。このような現象によって主増幅部
１６の出力が顕著に低下すると、ハイブリッド２８にお
けるキャリア分の除去動作や、ハイブリッド３２におけ
る歪成分の除去動作が正常に働かなくなる。

【０００９】また、図５に示した装置を用いる場合に低
歪電力増幅器１０を鉄塔の下に設け回路１２を鉄塔の上
に設けるのは、上述のように、主増幅部１６を構成する
電力増幅器１８が故障した場合に、これに直ちに対処し
て正常な状態に戻す作業を行う必要があるためである。
即ち、仮に低歪電力増幅器１０を鉄塔の上に設けてしま
うと、電力増幅器１８が故障したときに回路の点検・交
換のため作業員が鉄塔の上まで登らねばならない。これ
を避けるため低歪電力増幅器１０を鉄塔の下に設けるわ
けであるが、しかしながら、低歪電力増幅器１０を鉄塔
の下に設け回路１２を鉄塔の上に設ける構成とするため
には、低歪電力増幅器１０と回路１２とを接続する導体
例えば同軸ケーブル１４を設けねばならない。同軸ケー
ブル１４では通常多大なロスが発生してしまい、その
分、送信装置全体でみた場合の消費電力が大きくなる。
具体的には、従来、３ｄＢ程度のロス即ち半分の電力の
損失が生ずることがあった。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、電力増幅器に多少
故障が発生しても出力が大きく低下することがなく、故
障に対する信頼性が高いため電力増幅器を含めた回路部
分を鉄塔の上に設けることができ、消費電力が小さくか
つ作業員の負担も軽減される送信装置及び設備を実現す
ることを、その目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、本発明に係る送信装置は、入力信号をＮ分配する
分配手段と（Ｎ：２以上の自然数）、それぞれＮ分配さ
れた入力信号又はＮ分配の途上にある入力信号を電力増
幅するＮ個以上の電力増幅器と、いずれかの電力増幅器
の出力信号を無線送信するためのＮ個以上のアンテナ
と、を備え、上記電力増幅器が、それぞれ、増幅に伴い
発生する歪成分を除去乃至抑圧する回路を備えた低歪電
力増幅器であり、上記アンテナが、その送信出力が空間
合成されるよう配置されたことを特徴とする。また、よ
り好ましくは、その送信出力の空間合成により鉛直面内
におけるビーム幅が狭くなるよう、上記アンテナを配置
することとする。より好ましくは、上記アンテナに係る
導体を、上記電力増幅器の放熱部材として用いる。更
に、本発明に係る送信設備は、本発明に係る送信装置
と、上記アンテナを設けるための塔と、を備え、少なく
とも、上記電力増幅器及び上記アンテナをこの塔の上に
設置したことを特徴とする。

【００１２】このように、本発明においては、Ｎ個以上
のアンテナを設け、その送信出力を空間合成する、とい
う手法を採用している。従って、先に述べた従来技術で
言えば図５中の合成器２２に相当する合成器を用いる必
要がないため、電力増幅器故障時に合成器での反射によ
って生じていた従来の問題点を、何れも解消することが
できる。更に、本発明においても低歪電力増幅器を用い
ているけれども、これらの低歪電力増幅器はＮ分配され
た入力信号又はＮ分配の途上にある入力信号を電力増幅
する増幅器であるため、各低歪電力増幅器が負担する電
力は小さい。そのため、図５に示した従来技術のように
主増幅部１６中に多数の電力増幅器を並列に設ける必要
がない。従って、本発明にて用いている各歪電力増幅器
では、先に図６を用いて説明した問題点は発生しない。
更に、本発明における空間合成は、例えば、鉛直面内に
おけるビーム幅が狭くなるよう行われる。即ち、Ｎ個以
上のアンテナを例えば上下方向に並べて配置することに
より、各アンテナの送信出力が空間合成されるととも
に、鉛直面内におけるビーム幅が狭くなる。携帯電話シ
ステム、ディジタル地上波テレビジョンシステム等のよ
うに受信者が地上に存するシステムでは、鉛直面内にお
けるビーム幅を絞った方が、より遠隔にいる受信者まで
信号を届けることができる点で有利である。

【００１３】更に、空間合成後の輻射電力でみた場合、
いずれかの低歪電力増幅器が故障しその出力が得られな
い状態になると当該輻射電力も低下する。しかし、その
低下分は、故障した低歪電力増幅器が分担していた分に
とどまり、従来のような大きな出力低下は発生しない。
更に、各低歪電力増幅器内部で多数の電力増幅器を用い
る必要がないため、各低歪電力増幅器が故障する確率も
低い。結果として、低歪電力増幅器を含めた装置の大部
分を鉄塔の上に移動させることができる。この場合に、
鉄塔の上に設けられた回路に供給すべき信号は増幅前の
信号即ち低電力の信号であり、同軸ケーブル等を用いた
伝送に際して大きな損失は発生しにくい。結果として、
送信装置全体としてみた場合、その消費電力が低減され
ることとなる。また、各低歪電力増幅器における消費電
力も低減することができるため、当該低歪電力増幅器の
自然空冷を行うことが可能である。その際に、アンテナ
特にその導体（反射器等）を、冷却フィンの代わりとし
て用い効率的な冷却を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【００１５】図１及び図２に、本発明の一実施形態に係
る送信装置の構成を示す。図１に示すように、本実施形
態では、４個の低歪電力増幅器４６を設けており、更に
各低歪電力増幅器４６に対応して合計４個の送信アンテ
ナ４４を設けている。更に、各低歪電力増幅器４６に対
して並列に入力信号を供給すべく、合計３個の分配器４
８が設けられている。これら、分配器４８、低歪電力増
幅器４６及び送信アンテナ４４は何れも鉄塔の上に設け
られており、同軸ケーブル５０を介して鉄塔の下からこ
れらの部材に入力信号が供給される。

【００１６】各低歪電力増幅器４６は、図２に示すよう
に、フィードフォワード方式に従い構成された低歪電力
増幅器である。説明の省略のため、図３にて用いた符号
を援用している。この図に示した低歪電力増幅器４６
は、図５に示した低歪電力増幅器１０に比べ、負担する
電力が小さいため、電力増幅器をより少ない個数とする
ことができる。即ち、図５に示した回路では多数の電力
増幅器１８を並列に動作させ、更にこの並列動作を可能
にするために分配器２０及び合成器２２を設けていた
が、本実施形態では各低歪電力増幅器４６では図２の如
くそれぞれ主増幅器５２を１個のみとし、低歪電力増幅
器４６を複数個並列に設けている。

【００１７】このように、本実施形態においては、図５
中の合成器２２に相当する部材を用いていない。本実施
形態では、これに代え、図１に示した如く複数の低歪電
力増幅器を並列動作させ、その出力を空間合成即ち送信
アンテナ４４から輻射した後に電磁波の段階で合成する
こととしている。このような構成としたため、本実施形
態によれば、電力増幅器１８が故障したことにより合成
器２２にて発生していた反射、ひいてはこれが原因とな
った出力低下やフィードフォワード歪補償機能の損逸
が、発生することがない。

【００１８】また、各低歪電力増幅器４６で担う電力は
低歪電力増幅器１０にて担っていた電力に比べ小さいた
め、その内部に設けられる主増幅器５２を１個とするこ
とができ、従ってこの面でも合成器２２等が原因となっ
た従来のような支障を生じない。その結果、送信装置全
体としてみた場合、その信頼性が向上する結果となる。
従って、従来技術においては低歪電力増幅器１０を鉄塔
の下に設け、故障等が発生した場合に作業員が直ちにア
クセスすることができるような配置を採用する必要があ
ったが、本実施形態においてはそのような配置を採用す
る必要がなく、分配器４８以降の回路を全て鉄塔の上に
設けることが可能になる。結果として、鉄塔の下から鉄
塔の上へと信号を伝送するための同軸ケーブル５０にお
ける損失も少なくなり、装置全体としてみた場合その消
費電力が小さくなることとなる。

【００１９】加えて、各低歪電力増幅器４６にて消費す
る電力も小さくなることから、各低歪電力増幅器４６を
気密化して雨水塵芥の侵入を防止しつつ自然空冷アンプ
とすることも可能になる。その場合に、送信アンテナ４
４（これは通常は金属即ち良好な熱導体である）を放熱
フィンの代わりに用い、低歪電力増幅器４６にて発生す
る熱を効率的に逃がすことが可能である。特に、送信ア
ンテナ４４に、金属板のコーナリフレクタを設けている
場合、これを放熱に有効利用できる。

【００２０】なお、以上の説明においては、信号を４分
配し４個の低歪電力増幅器４６により増幅し４個の送信
アンテナ４４にて送信していたが、図３に示すように分
配路上にも低歪電力増幅器４６を設けてもよいし、図４
に示すように増幅後に更に分配してもよい。また、低歪
電力増幅器４６としてフィードフォワード方式の増幅器
を示したが、本発明は、他の種類の低歪電力増幅器、例
えばプリディストーション方式に従い構成された増幅器
を用いて実現することも可能である。更に、専ら携帯電
話基地局用送信装置を前提として説明していたが、本発
明は、ディジタル地上波テレビジョン放送等、比較的広
い周波数範囲に亘り低歪の増幅特性を必要とするような
送信装置乃至設備にも、同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る送信装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】 この実施形態における低歪電力増幅器の一例
構成を示すブロック図である。

【図３】 この実施形態の変形例を示すブロック図であ
る。

【図４】 この実施形態の他の変形例を示すブロック図
である。

【図５】 従来における送信装置の構成を示すブロック
図である。

【図６】 従来の問題点のうち一つを説明するための図
である。

【符号の説明】

４４ 送信アンテナ、４６ 低歪電力増幅器、４８ 分
配器、５０ 同軸ケーブル、５２ 主増幅器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号をＮ分配する分配手段と（Ｎ：
   ２以上の自然数）、それぞれＮ分配された入力信号又は
   Ｎ分配の途上にある入力信号を電力増幅するＮ個以上の
   電力増幅器と、いずれかの電力増幅器の出力信号を無線
   送信するためのＮ個以上のアンテナと、を備え、上記電
   力増幅器が、それぞれ、増幅に伴い発生する歪成分を除
   去乃至抑圧する回路を備えた低歪電力増幅器であり、上
   記アンテナが、その送信出力が空間合成されるよう配置
   されたことを特徴とする送信装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の送信装置において、その
   送信出力の空間合成により鉛直面内におけるビーム幅が
   狭くなるよう、上記Ｎ個のアンテナが配置されたことを
   特徴とする送信装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の送信装置におい
   て、 上記アンテナに係る導体を、上記電力増幅器の放熱部材
   として用いることを特徴とする送信装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の送信
   装置と、上記アンテナを設けるための塔と、を備え、少
   なくとも、上記電力増幅器及び上記アンテナをこの塔の
   上に設置したことを特徴とする送信設備。