JP2001160718A - 電力増幅器及びそれを用いた線形歪み補償電力増幅回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用する搬送波周波数に対し、バイアス値を適
応的に調整することで、使用周波数（割り当て周波数）
の変更等による再調整を不要とし、生産効率の向上を可
能とすることを目的とする。１台の送信機で任意の複数
の搬送波を切り替えて使用する場合でも、不必要に電源
容量を増加させることなく、歪み特性に対して電源の最
適化を行うことで、消費電力を低減し、装置の小型化を
図る。 【解決手段】送信搬送波から歪み成分を抽出し、抽出し
た歪み電力を最小とするようにバイアス値を適応的に制
御できるようにする。複数の搬送波に対するバイアスの
最適値をあらかじめ記憶しておき、実際に用いる搬送波
周波数に対して、最適なバイアス値を設定できるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線形変調方式を用
いて、無線伝送、有線伝送を行う通信装置に関り、特に
電力増幅器に係る。

【０００２】

【従来の技術】図４を用いて従来の電力増幅器の説明を
する。図４は従来の電力増幅器の構成を示すブロック図
である。図４は３段構成の電力増幅器である。入力端子
1は可変減衰器（ATT）2に接続し、可変減衰器2は第1の
増幅部（AMP1）3に接続する。第1の増幅部3は第２の増
幅部（AMP2）4に接続し、第２の増幅部4は第３の増幅部
（AMP3）5に接続する。第３の増幅部5は方向性結合器6
に接続し、方向性結合器6は出力端子13と検波器（DET）
8に接続する。検波器8は出力制御部（CONT）9に接続
し、出力制御部9は可変減衰器2に減衰出力の可変制御の
ために入力する。電源供給端子14は第１の増幅部3に電
源供給のために接続し、電源供給端子15は第２の増幅部
4に電源供給のために接続し、電源供給端子14は第２の
増幅部5に電源供給のために接続する。

【０００３】図４において、入力端子1から入力された
信号は、可変減衰器2を介して、第1の増幅部3に与えら
れる。第1の増幅部3で増幅された信号は、第２の増幅部
4で増幅され、更に最終段である第３の増幅部5に与えら
れる。また、第１の増幅部3は、電源供給端子14から必
要となる電源が供給され、第２の増幅部4は電源供給端
子15から必要となる電源が供給され、また第３の増幅部
5は電源供給端子18から必要となる電源が供給されてい
る。最後に、第３の増幅部5の出力は出力端子13から送
信出力として出力される。またこの送信出力は、出力端
子13に与えられるとともに、方向性結合器6で送信電力
の一部を抜き出され、検波器8に送られる。検波器8で検
波した結果から、出力制御部（CONT）9のAPC（Automati
c Power Control）によって、可変減衰器2を調整して規
定の送信電力を得る。

【０００４】ここで、第１の増幅部3と第２の増幅部4
は、その出力が最終段である第３の増幅部5に比べ十分
低く、図４に示す電力増幅器の消費電力は、最終段であ
る第３の増幅部5の消費電力に大きく左右される。その
ため、通常、線形増幅器を構成する場合、第１の増幅部
3と第２の増幅部4については、線形性を確保するのに十
分な電源が供給されA級動作となる。しかし、第３の増
幅部5については、消費電流を極力制限するように、与
えられた歪み特性に対して電源を最適化し、AB級の動作
となる。

【０００５】通常、通信機では、その用途により、使用
する周波数帯域が与えられ、その中でさらに使用できる
搬送波周波数が決められるが、歪みに対する電源（バイ
アス）の最適値は、使用周波数によって異なるため、実
際に用いられる周波数に対し、バイアス値の調整を行う
必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来例には、同
じ用途、同じ周波数帯域に用られる送信機であっても、
その中で更に使用する搬送波周波数が異なるため、その
使用する搬送周波数毎にバイアス値の調整が必要な欠点
があった。また、１台の送信装置において、複数の搬送
波周波数に対して歪み特性を満足させるためには、必要
以上のマージンを確保するために、増幅器の消費電力が
増加してしまう欠点があった。

【０００７】本発明の第１の目的は、使用する搬送波周
波数に対し、バイアス値を適応的に調整することで、使
用周波数（割り当て周波数）の変更等による再調整を不
要とし、生産効率の向上を可能とすることにある。

【０００８】また本発明の第２の目的は、１台の送信機
で任意の複数の搬送波を切り替えて使用する場合でも、
不必要に電源容量を増加させることなく、歪み特性に対
して電源の最適化を行うことで、消費電力を低減し、装
置の小型化を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電力増幅器は、送信信号電力から歪み成
分を抽出し、抽出した歪み電力を最小とするようにバイ
アス値を適応的に制御できるようにすることによって、
使用周波数の変更等による再調整を不要としたものであ
る。

【００１０】また、本発明の電力増幅器は更に、複数の
搬送波に対するバイアスの最適値をあらかじめ記憶して
おき、実際に用いる搬送波周波数に対して、最適なバイ
アス値を設定できるようにしたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１によ
って説明する。入力端子1は、可変減衰器（ATT）2、第
１の増幅部（AMP1）3、第２の増幅部（AMP2）4を介して
第３の増幅部（AMP３）5に接続し、第３の増幅部5は第
１の方向性結合器6′、第２の方向性結合器7を介して出
力端子13に接続する。第１の方向性結合器6′は、第１
の検波器（DET1）8′、出力制御部（CONT1）9′を介し
て可変減衰器2と接続し、第２の方向性結合器7は帯域通
過フィルタ（BPF）10、第２の検波器（DET2）11、バイ
アス制御部（CONT2）12、バイアス回路（BIAS）16を介
して第３の増幅部5と接続する。また、電源供給端子14
は第１の増幅部3に、電源供給端子15は第２の増幅部4に
それぞれ接続する。

【００１２】以下、図１の動作について説明する。入力
端子1から入力した信号は、可変減衰器2を経て、第１の
増幅部3、第２の増幅部4及び第３の増幅部5により、所
望の電力まで増幅される。この時、例えば、送信される
信号の変調方式が、QPSKあるいは、QAM変調等の線形変
調方式である場合、伝送品質の確保と、隣接する他の通
信回線への妨害防止を行う必要がある。このために、こ
の線形変調方式の電力増幅器の歪み特性は、通常ある規
定値以下になるよう制限するように設計されている。そ
のため、各増幅部のバイアス値は、A級動作となるよう
なバイアス値に設定される。しかし、その一方で、消費
電流の低減、装置の小型化のためには、それらの電力増
幅部、特に最終段となる第３の増幅部5は高い電源効率
が要求される。このように、電力増幅器における電源効
率は、通常もっとも大きい電力を出力する増幅部、例え
ば第３の電力増幅部5の効率で左右されることから、第
１の増幅部3と第２の増幅部4は、十分な線形性が確保で
きるようなバイアスを電源供給端子14と15からそれぞれ
供給される。例えば、電源電圧を直流28 Vとして、第１
の増幅部3の入力電力を-24 dBm、電力増幅器の出力を+4
6 dBmとし、第1の増幅部3、第２の増幅部4、第３の増幅
部5の各段の利得をそれぞれ30 dB、20 dB、20 dB、また
それぞれの電源効率を第1の増幅部3と第２の増幅部4に
ついてはそれぞれ2 ％、第３の増幅部5では10 ％として
電力増幅器全体の電源効率を求めると、9.7 ％となる。
これらのことから、第３の増幅部5のバイアス電流を許
容される歪み特性を確保できるところまで抑え、実際に
は、AB級、あるいはＢ級で動作することになる。しか
し、使用するデバイスの個体差、周波数によって、歪み
特性に対する最適なバイアス電流が異なる。そこでま
ず、第３の増幅部5の出力電力の一部を第２の方向性結
合器7で取り出し、帯域通過フィルタ10で、隣接チャネ
ルに漏洩する歪み電力を抜き出す。抜き出した歪み電力
を検波器11で包絡線検波し、その結果から、歪み電力を
求める。求めた歪み電力をモニタしながらその歪み電力
が最小となるように、バイアス制御部12がバイアス回路
16を制御する。この際、電力増幅器の出力（出力端子13
の出力）電力が若干変化するが、第１の方向性結合器
6′、第１の検波器8′によって、出力信号の全電力を検
出し、送信出力が一定となるように、出力制御部9′で
可変減衰器2を制御する。ここで、全電力とは、主信号
及び歪み成分を含めた帯域内の全電力をいう。

【００１３】次に、本発明の他の実施例を図２によって
説明する。図２は本発明の電力増幅器の構成を示すブロ
ック図である。これまで説明した構成要素と同一の機能
の構成要素には同一の番号を付した。入力端子1は可変
減衰器2、第１の増幅部3、第２の増幅部4、第３の増幅
部5、及び第１の方向性結合器6′と第２の方向性結合器
7を介して出力端子13に接続され、第１の方向性結合器
6′は、第１の検波器8′、出力制御部9′を介して可変
減衰器2に接続される。また制御データ入力端子17は記
憶装置19、バイアス制御部12、及びバイアス回路16を介
して第３の増幅部5に接続され、電源供給端子14は第１
の増幅部3に接続され、電源供給端子15は第２の増幅部4
に接続される。以下、本実施例の動作について説明す
る。

【００１４】図２において、入力端子1から第１の方向
性結合器6′と第２の方向性結合器7及び出力端子13に至
る系、及び第１の方向性結合器6′から第１の検波器8′
を介して出力制御部9′を経て可変減衰器2に至るまでの
系の動作については、前述した図１の実施例と同様の動
作であるので、説明を省略する。従ってここでは、最終
段である第３の増幅部5のバイアス値の調整方法につい
て説明を行う。

【００１５】無線通信システムでは、通常、その用途、
使用目的毎に周波数帯が定められ、さらにその周波数帯
の中で、個別の無線装置が使用できる周波数が割り当て
られる。例えば各都道府県における防災無線の場合、40
7 MHz〜412 MHzと、452 MHz〜459 MHzの周波数帯が割り
当てられ、その中で、隣接する地域間の混信が生じない
ように、各自治体が使用する複数の周波数が定められ
る。従って、防災無線用の電力増幅器は、例えば452 MH
zから459 MHzまでの帯域を増幅できるように作られる
が、使用する周波数毎に各増幅器の歪み特性に対する最
適なバイアス値が異なるため、最終的に使用される周波
数に対してバイアスの調整が必要となる。また、１つの
自治体で、複数の周波数が割り当てられるため、どの周
波数を用いて送信しても規定の歪み特性を満足し、電源
効率を最適化するためには、使用周波数を切り替える度
にバイアスの調整が必要となる。そこで、本実施例で
は、周波数帯の中で、使用され得るすべての周波数につ
いて、第３の増幅部5の歪み特性と、バイアス値の関係
を記憶装置19に記憶しておき、周波数切り替え信号等を
参照してバイアス制御部12でその周波数に最適なバイア
ス値を得られるようバイアス回路16を制御している。

【００１６】次に本発明の電力増幅器を、非線形性を補
償する線形補償回路を有する電力増幅回路装置に用いた
一実施例について、図３を用いて説明する。図３は本発
明の電力増幅器を用いて、線形補償したフィード・フォ
ワード方式（以下、ＦＦ方式）の電力増幅回路装置の構
成を示すブロック図である。入力端子20は、分配器
（H）21を介して第１のベクトル調整部（Vect1）22、第
１の遅延素子（DLY1）27と接続され、第１のベクトル調
整部22は主増幅器（MAMP）23、第１の方向性結合器（CP
L1）24、第２の遅延素子（DLY2）25、第２の方向性結合
器（CPL2）26を介して出力端子31と接続される。一方、
第１の遅延素子27は、第２の方向性結合器（CPL2）28、
第２のベクトル調整部（Vect2）29、誤差増幅器（AMP）
30を介して第３の方向性結合器（CPL3）26と接続され、
第１の方向性結合器24は第２の方向性結合器28と接続さ
れる。ここで、主増幅器23には、前述の図１または図２
の電力増幅器を用いる。以下、この動作について説明す
る。

【００１７】図３において、入力端子20から入力された
信号は、分配器21により分波し、第１のベクトル調整部
22と、第１の遅延素子27とに与えられる。第１のベクト
ル調整部22から主増幅器23に入力された信号は、規定の
電力まで増幅されるが、主増幅器23の持つ非線形性によ
り歪みが発生する。この歪み成分を有する主増幅器23の
出力（以下、主信号）は第１の方向性結合器24に与えら
れる。第１の方向性結合器24は主信号を第２の遅延素子
25に与えると共に、主信号の一部の電力を第２の方向性
結合器28に分波する。一方、分配器21で分配された他方
の信号は第１の遅延素子27によって、第１のベクトル調
整部22、主増幅器23で生じる遅延時間分の遅延量を与え
られ、第２の方向性結合器28に与えられる。この第２の
方向性結合器28において、歪み成分を有する主信号から
無歪みの信号を差し引き、歪み成分を抽出するが、その
際、方向性結合器の出力電力が最小となるように、即
ち、主増幅器23から入力される信号と、第１の遅延素子
27から入力される信号の位相が、正確に逆相となるよう
に第１のベクトル調整部22が調整される。こうして抽出
された歪み成分は、第２のベクトル調整部29を経て、誤
差増幅器30で増幅され、第３の方向性結合器26に入力さ
れる一方、主信号側経路では、第２のベクトル調整部2
9、誤差増幅器30で生じる遅延量と同じ遅延量を第２の
遅延素子25で与えられて、第３の方向性結合器26に入力
される。第３の方向性結合器26において、主信号に含ま
れる歪み成分と、抽出された歪み成分が逆相になるよう
に第２のベクトル調整部29で位相を調整し、歪み成分の
みを相殺して、出力端子31より送出する物である。この
ＦＦ方式では、例えば歪み改善量を25 dB以上とるため
には、第２のベクトル調整部29、誤差増幅器30において
歪み成分に相加される位相誤差を、0.05236 ラジアン
（３°）とすると振幅誤差は±0.5 dB以下にする必要が
あり、第２のベクトル調整部29と誤差増幅器30には広帯
域性が要求される。

【００１８】一方、主増幅器23においては、前述のよう
に、送信に用いる周波数により歪み特性が異なるため、
例えば、ある周波数f1を用いて送信する場合には、必要
な歪み改善量が25 dBであったとしても、他の周波数f2
に切り替えた場合には、より大きな改善量が必要となる
ことがある。そこで、本実施例で述べた電力増幅器を主
増幅器として用い、主増幅器23の歪み特性を周波数に対
して一定にし、搬送波レベルに対して必要な歪み抑圧量
を確保する。

【００１９】また、電力増幅回路装置の非線形歪みを補
償する方法としては、図３で述べたＦＦ方式の他に、フ
ィードバック方式、プリディストーション方式がある
が、いずれの方式にも本発明の電力増幅器を用いること
ができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、歪み電力
を検出しその値をモニタして電力増幅器のバイアス値を
適応的に調整することで、歪み特性に対して、適切なバ
イアス値を設定できるため、電力増幅器の高効率化、無
調整化が可能となり、高精度、高安定な電力増幅器、お
よびそれを用いた通信装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電力増幅器の一実施例の構成を示す
ブロック図。

【図２】 本発明の電力増幅器の一実施例の構成を示す
ブロック図。

【図３】 本発明の電力増幅器を使って線形補償方式と
したフィード・フォワード方式の電力増幅回路装置の構
成を示すブロック図。

【図４】 従来の電力増幅器の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

1：入力端子、 2：可変減衰器、 3：第１の増幅部（A
MP1）、 4：第２の増幅部（AMP2）、 5：第３の増幅
部（AMP3）、 6：方向性結合器、 6′：第１の方向性
結合器、 7：第２の方向性結合器、 8：検波器（DE
T）、 8′：第１の検波器（DET1）、 11：第２の検波
器（DET2）、 9：出力制御部（CONT1）、9′：出力制
御部（CONT）、 12：バイアス制御部（CONT2）、 1
3：出力端子、 14，15，18：電源供給端子、 16：バ
イアス回路（BIAS）、 17：制御データ入力端子、 1
9：記憶装置（MEM）、 20：入力端子、 21：分配器
（H）、22，29：ベクトル調整部（Vect．）、 23：主
増幅部（MAMP）、 24：第１の方向性結合器（CPL1）、
26：第３の方向性結合器（CPL3）、 28：第２の方向
性結合器（CPL2）、 25：第２の遅延素子（DLY2）、
27：第１の遅延素子（DLY1）、 30：誤差増幅器（AM
P）、 31：出力端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA41 CA21 CA36 CA92 FA10 GN03 GN06 GN07 HN08 HN16 KA00 KA12 KA15 KA23 KA44 KA55 KA68 MA11 MA14 SA13 TA01 5J091 AA01 AA41 CA21 CA36 CA92 FA10 KA00 KA12 KA15 KA23 KA44 KA55 KA68 MA11 MA14 SA13 TA01 5J100 JA01 KA05 LA00 LA03 LA04 QA02 SA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送装置に使用する電力増幅器におい
   て、前記電力増幅器の出力信号の歪み電力を抽出する電
   力抽出手段と、前記電力増幅器の電力増幅部のバイアス
   電流を調節するバイアス調節手段とを有し、前記電力抽
   出手段によって抽出した前記歪み電力に基づいて前記バ
   イアス調節手段を制御することを特徴とする電力増幅
   器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力増幅器において、前
   記バイアス調節手段によって、前記電力増幅器の出力信
   号レベルの変化を適宜調整することを特徴とする電力増
   幅器。
3. 【請求項３】 伝送装置に使用する電力増幅器におい
   て、 前記伝送装置に使用する複数の搬送波周波数について、
   それぞれの搬送波周波数毎の歪み特性に対し、所定のバ
   イアス条件を記憶する記憶装置と、 前記電力増幅器の出力信号の歪み電力を抽出する電力抽
   出手段と、 前記電力増幅器の電力増幅部のバイアス電流を調節する
   バイアス調節手段とを有し、 前記電力抽出手段が抽出した歪み電力に応じて、前記記
   憶装置から所定のバイアス条件を読み出し、読み出され
   た該バイアス条件によって前記バイアス調節手段を制御
   することを特徴とする電力増幅器。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２または請求項３
   記載の電力増幅器を使用して、電力増幅器の非線形性を
   補償したことを特徴とする線形歪み補償電力増幅回路装
   置。
5. 【請求項５】 入力信号の信号レベルを減衰して出力す
   る可変減衰器と、該可変減衰器の出力信号をA級増幅す
   るA級増幅部と、該A級増幅部が増幅した信号をAB級また
   はB級増幅する主増幅部と、該主増幅部のバイアス電流
   を調節するバイアス回路と、前記主増幅部の出力信号の
   一部電力を分波する第１の方向性結合器と、該分波され
   た信号を検波する第１の検波器と、該第１の検波器が検
   波した信号に基づいて前記可変減衰器を制御する出力制
   御部と、前記主増幅器の出力信号の一部電力を分波する
   第２の方向性結合器と、該分波された信号から不要周波
   数成分を除去する帯域制限フィルタと、該帯域制限フィ
   ルタの出力信号を検波する第２の検波器と、該第２の検
   波器が検波した信号に基づいて前記バイアス回路を制御
   するバイアス制御部とを有し、 前記第２の検波器の出力が最小となるように前記主増幅
   部のバイアス電流を制御することを特徴とする電力増幅
   器。
6. 【請求項６】 請求項５記載の電力増幅部において、複
   数の搬送波周波数について、それぞれの搬送波周波数毎
   の歪み特性に対し、所定のバイアス条件を記憶する記憶
   装置を備え前記第２の検波器が検波した信号に応じて、
   前記記憶装置から所定のバイアス条件を読み出し、読み
   出された該バイアス条件によって前記バイアス回路を制
   御することを特徴とする電力増幅器。