JP2003505903A - マイクロ波増幅器のリニアライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 進行波管又は固体増幅器による増幅ステージに接続されるＲＦ又はマイクロ波信号をリニアライズする装置を提供する。 【解決手段】 セパレータはサーキュレータと低振幅信号に整合するショットキーダイオードとを有し、安価な素子、製造及び調節コストで、圧縮パスと拡張パスを優れたアイソレーションと安定性をもって提供する。電気通信又はレーダに応用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明はＲＦ及びマイクロ波増幅器に関する。

【０００２】 これらの増幅器は進行波管又は半導体技術により実現され、電気通信又はレー
ダに応用される。

【０００３】

【従来の技術】

アイソレーションをもつ増幅ステージのゲインは必然的に入力パワーに従って
減少し、一般には、増幅ステージが所定の効率で動作する飽和パワーより低い。
この結果、送信信号に歪が発生し、符号間干渉が発生する。これはパスバンドが
高密度で使用されているので問題となり、通信分野では重要な対象である。この
歪は温度に対し安定でないという欠点も有する。

【０００４】 これが、マイクロ波増幅ステージにリニアライザが用いられる理由である。そ
の共通の目的は、増幅器の非直線性を修正することにより、増幅ステージのゲイ
ンを、装置の動作条件に対応する温度範囲で、パスバンド全体にわたって、飽和
パワーに近い一定にすることにある。

【０００５】 従来、３つのタイプのリニアライザが知られている。

【０００６】 第１のタイプはフィードバックループリニアライザで、増幅ステージの出力信
号の振幅／位相パラメータを測定して、その結果から、リニアな出力信号を得る
ために入力信号に印加するべき修正値を演算する（例えばＵＳＰ４２９１２７７
、ＵＳＰ５５９８１２７、ＵＳＰ５４２２５９８、ＵＳＰ５４６９１１４、ＵＳ
Ｐ５５２４２８５、ＵＳＰ５７２２０５６）。フィードバックループでの遅れの
ため、これらの装置は１００ＭＨｚ以上のパスバンドでは使用できない。

【０００７】 第２のタイプはオープンループリニアライザで、歪を修正するために、種々の
デジタル処理技術が信号の振幅、位相又はパルス成分に適用される（例えば、Ｕ
ＳＰ５７６０６４６、ＵＳＰ５８７７６５３、ＵＳＰ５８８６５７３）。これら
の装置は複素デジタル処理技術と送信される波形に整合する特別な回路の使用を
前提とする。半導体技術が数ＧＨｚ以上の周波数では限界があるので、これらの
技術は現在では実用的でない。

【０００８】 第３のタイプはプリディストーション リニアライザで、入力信号を増幅ステ
ージに入力する前に、入力パワーと共に増加して増幅ステージと対称な歪を補償
するゲイン歪を与えるものである。

【０００９】 本発明は第３のタイプに属する（例えばＵＳＰ４８７８０３０、ＵＳＰ５１４
６１７７、ＵＳＰ５２９１１４８、ＵＳＰ５５２３７１６、ＵＳＰ５５７６６６
０、ＵＳＰ５７３６８９８も同様である）。

【００１０】 最後の引例（ＵＳＰ５７３６８９８）のブロック図を図１に示す。入力信号（
１０）は、２つのカップラ回路（２１，２４）の間にもうけられる２つの同じシ
ョットキーダイオード（２２，２３）からなるセパレータ（２０）に印加される
。ダイオードのパラメータの選択により、低振幅信号は圧縮パス（３０）に通過
し、高振幅信号は拡張パス（４０）に反射する。後者は入力カップラのひとつの
ブランチに接続され増幅器（５０）に与えられる。圧縮パスと拡張パスは再結合
して、結合カップラ（８０）により増幅ステージ（９０）の入力に与えられる。
パス３０と４０は位相制御装置（６０，７０）を有する。

【００１１】 この装置は反射信号の位相の自動制御が達成されるという理論的長所を有する
。しかし、実際にはダイオードの製造誤差と動作パラメータの誤差のため理論的
長所は得られない。さらに、セパレータ装置が２つのダイオードの平衡動作条件
から偏移すると、反射信号の反射係数が入力パワーにより変動して入力信号に妨
害を与える。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は従来の技術のこれらの欠点を除去することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するための本発明の特徴は、入力（１０）と、これに接続され
レベルに従って選択的に反射動作をするセパレータ（２０Ａ）とを有し、該セパ
レータは入力信号の圧縮パス（３０）への前方給電及び拡張パス（４０）への反
射を行い、これら２つのパスの出力がコンバイナ カップラ（８０）により結合
して増幅ステージに印加される、ＲＦ又はマイクロ波増幅ステージ用リニアライ
ザ装置において、前記セパレータが、入力ポート（２１Ｂ）を装置の前記入力（
１０）に結果するサーキュレータ（２１Ａ）を有し、該サーキュレータの入力／
出力ポートに結合して単一のレベル依存の選択的反射手段（２２）がもうけられ
、該反射手段の出力に前記パスの一方が接続され、前記サーキュレータの出力ポ
ート（２１Ｄ）が他方のパスに接続されるリニアライザ装置にある。

【００１４】 装置は更に圧縮パス又は拡張パスに選択された位相補償法則の関数として調節
される位相制御回路及び振幅制御回路を有する。

【００１５】 本装置は更に圧縮パスと拡張パスのマイクロ波線長がほぼ同じであるという特
徴を有する。

【００１６】 最後に、本装置は受動モードで動作する素子により構成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

図２は本発明によるマイクロ波増幅ステージのためのリニアライザ装置の例を
示す。先行の図と同様に、入力信号（１０）はセパレータ（２０Ａ）に印加され
る。このセパレータ２０Ａは、従来のセパレータ（２０）が４つの素子（２１，
２２，２３，２４）をもつのに対し、２つのみの素子、つまりサーキュレータ（
２１Ａ）とショットキーダイオード（２２）を有する。

【００１８】 ショットキーダイオードは低振幅信号にインピーダンス整合している。ダイオ
ードが整合する入力信号レベルはリニアライザ増幅ステージの動作パラメータの
関数として選択される。低パワー信号に対しては、ショットキーダイオードはキ
ャパシタとして動作する。整合技術は、当業者に周知のように、このキャパシタ
に２つのインダクタを付加することにより達成される。インダクタの値はこの回
路の等価インピーダンスを与える周知の公式を解くことにより選択される。イン
ダクタはワイヤのみで構成してもよい。

【００１９】 信号が整合振幅より低いときは、信号は圧縮パス（３０）に伝送される。

【００２０】 信号が整合振幅より高いときは、ショットキーダイオードは短絡回路として動
作し、信号はサーキュレータ（２１Ａ）に向かって反射される。サーキュレータ
は入力ポート（２１Ｂ）と、入力／出力ポート（２１Ｃ）と出力ポート（２１Ｄ
）とを有する。マイクロ波技術で周知のごとく、サーキュレータは反射信号と入
力信号の優れた分離を補償する、従って、信号は、入力信号を妨害することなく
、拡張パス（４０）に伝送される。

【００２１】 圧縮パスに可変アッテネータ（５０Ａ）がもうけられる。これは拡張パスの増
幅回路と置換してもよい（又は両方をもうけてもよい）。いずれの場合も２つの
パスの分離の効果が増大する。

【００２２】 可変位相制御回路（６０）が圧縮パスか拡張パスにもうけられる。この回路は
、位相変動を増幅ステージの特性の関数として調節することが可能である。増幅
ステージが進行波管のときは、装置の出力に進み位相を提供するように調節され
る。増幅ステージが半導体装置のときは装置の出力に遅れ位相を提供するように
提供される。これら２つの回路の製造誤差が小さいときは、調節はひとつの同じ
タイプの増幅ステージ毎にシミュレートすることもでき、工場でのチューニング
は不要である。

【００２３】 その後、圧縮パスと拡張パスは通常のカップラ（８０）により再結合し、その
出力信号（９０）は増幅ステージに印加される。

【００２４】 図３は、フレネルダイアグラムにより、入力信号のレベルの増加に対する、圧
縮パスと拡張パスに発生する信号のベクトルの再結合の様子を示す。この図は進
み位相に対応する。図３．１、３．２、３．３は、圧縮パス（１００）と拡張パ
ス（２００）の信号の信号（３００）への再結合の３つの場合を示す。信号（２
００）のレベルは入力信号と共に増加する。出力信号（３００）は比例以上に増
加する。

【００２５】 図４はリニアライザの効果を示す図で、図４．１は増幅ステージの入力信号、
図４．３は増幅ステージの出力信号である。図４．２はリニアライザが無い場合
の増幅ステージの出力信号である。図４．１はゲイン（Ｐｓ／Ｐｅ）が入力パワ
ー（Ｐｅ）と共に増加することを示す。図４．２はゲインが減少することを示し
、図４．３は増幅ステージの動作条件に対応して入力パワーの広い範囲にわたっ
て一定のゲインを示す。

【００２６】 圧縮パスと拡張パスは同じマイクロ波長を有する。

【００２７】 各素子は動作電力が給電されず、装置は純粋な受動モードで動作する。

【００２８】 各素子はマイクロ波分野で当業者に知られた技術と置換することができる。シ
ョットキーダイオードは使用周波数によって薄膜上又は厚膜アルミニウム基板上
のマイクロ波回路のベアチップと置換可能で、又は、安価なプリント基板上のＳ
ＭＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）のパッケージと
することができる。

【００２９】 ショットキーダイオードの代りに、電界効果トランジスタのごとく、非直線効
果を有する他のリミッタ素子を使用することができる。

【００３０】 本発明は５ＧＨｚ以上、例えば１０〜２０ＧＨｚの高周波での使用を意図して
いるが、他の周波数帯での応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の技術によるプリディストーション回路である。

【図２】 本発明によるプリディストーション リニアライザの実施例である。

【図３】 圧縮パスと拡張パスの信号が、本発明によるリニアライザ装置で再結合する様
子を示す。

【図４】 入力信号パワーに対する、本発明によるリニアライザ装置の出力パワー、リニ
アライザ装置が無いときの増幅ステージの出力パワー、及び本発明によるリニア
ライザ装置を有する増幅ステージの出力パワーを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレ フレデリク フランス国， エフ−94117 アルクイユ セデクス， アヴェニュ デュ プレジ ダン サルヴァドル アレンド 13番地， トムソン−セーエスエフ プロプリエテ アンテレクテュエル， デパルトマン ブルヴェ内 Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 CA21 FA20 HA09 HA19 HA31 HA33 KA23 KA68 KS01 KS34 LS11 TA01 TA02 5J090 AA01 AA04 CA21 FA20 GN03 GN07 HA09 HA19 HA31 HA33 KA23 KA68 TA01 TA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力（１０）と、これに接続されレベルに従って選択的に反
   射動作をするセパレータ（２０Ａ）とを有し、該セパレータは入力信号の圧縮パ
   ス（３０）への前方給電及び拡張パス（４０）への反射を行い、これら２つのパ
   スの出力がコンバイナ カップラ（８０）により結合して増幅ステージに印加さ
   れる、ＲＦ又はマイクロ波増幅ステージ用リニアライザ装置において、 前記セパレータが、 入力ポート（２１Ｂ）を装置の前記入力（１０）に結果するサーキュレータ（
   ２１Ａ）を有し、 該サーキュレータの入力／出力ポートに結合して単一のレベル依存の選択的反
   射手段（２２）がもうけられ、 該反射手段の出力に前記パスの一方が接続され、 前記サーキュレータの出力ポート（２１Ｄ）が他方のパスに接続されることを
   特徴とする、リニアライザ装置。
2. 【請求項２】 前記の単一のレベル依存の選択的反射手段（２２）がリミッ
   タタイプである請求項１記載のリニアライザ装置。
3. 【請求項３】 前記の単一のレベル依存の選択的反射手段（２２）はシャン
   ト接続のショットキーダイオードである請求項１又は２記載のリニアライザ装置
   。
4. 【請求項４】 前記２つのパスの一方に選択された位相補償法則の関数に従
   って調節される位相制御回路（６０）がもうけられる、請求項１−３のひとつに
   記載のリニアライザ装置。
5. 【請求項５】 前記圧縮パス（３０）に可変アッテネータ回路（５０Ａ）が
   もうけられる請求項１−４のひとつに記載のリニアライザ装置。
6. 【請求項６】 前記拡張パス（４０）に可変ゲイン増幅回路がもうけられる
   請求項１−５のひとつに記載のリニアライザ装置。
7. 【請求項７】 前記圧縮パス（３０）と拡張パス（４０）がほぼ同じＲＦ線
   長を有する請求項１−６のひとつに記載のリニアライザ装置。
8. 【請求項８】 受動素子により構成されることを特徴とする請求項１−７の
   ひとつに記載のリニアライザ装置。