JP2004254095A - 歪補償回路及び低歪半導体増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】歪補償機能を有するダイオードを複数個用い、複数段直列に接続するなどその接続を改良することにより、より大きな歪補償量を得ることができる歪補償回路及び歪補償回路を用いて構成される低歪半導体増幅器を提供する。
【解決手段】外部電圧からバイアス電圧を生成する抵抗１１，２１を用いたバイアス部、このバイアス電圧により順方向にバイアスされたダイオード１２，２２を用いた非線形部を有し、上記バイアス部と非線形部が高周波信号路にそれぞれ並列に接続され構成された第１及び第２の歪補償部１０，２０と、この第１の歪補償部１０の入力側、第２の歪補償部２０の出力側及び第１の歪補償部１０と第２の歪補償部２０との間のそれぞれの高周波信号路に直列に接続された第１、第２及び第３のキャパシタ１，２，３とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波増幅器等の入力側または出力側に設けることで、高周波増幅器が有する振幅非線形性、位相非線形性を補償し、線形な特性を得るための歪補償回路及び歪補償回路を用いて構成される低歪半導体増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低周波では、増幅器の非線形性の改善のために負帰還をかけることが行われている。しかし、高周波では、帰還路における位相回転のため、負帰還をかけることが難しい。そこで、高周波では、増幅器の非線形性をキャンセルするような入出力特性を持つ歪補償回路を増幅器の入力側または出力側に設けることで非線形性の改善を行う。
【０００３】
従来例として、非特許文献１に記載されたリニアライザをあげる。図８に従来例で使用されている歪補償回路の回路構成を示す。図８において、１１は抵抗、１、２はキャパシタ、１２はダイオード、４は入力端子、５は出力端子、１３は直流電源に接続されるコントロールバイアス端子である。
【０００４】
マイクロ波信号は、入力端子４に入り、ダイオード１２のアノード端子に導かれる。ダイオード１２には抵抗１１を介して、コントロールバイアス端子１３からバイアス電圧が印加されている。このダイオード１２により、入力されたマイクロ波信号は、前段または後段に接続される増幅器の非線型性を補償するような振幅位相特性が与えられ、出力端子５より出力される。
【０００５】
【非特許文献１】
「山内他、「並列ダイオードを用いたマイクロ波簡易リニアライザ」、電子情報通信学会、信学技報、ＥＤ９６−１８９、ＭＷ９６−１５２」
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
歪補償回路は、歪補償回路の前段または後段に接続される増幅器の振幅位相特性と逆の特性をもつことで、振幅位相歪を低減する。つまり、歪補償回路の振幅位相特性と増幅器の振幅位相特性が逆の形状を有し、かつ、これらを組み合わせた際、平坦な特性となるように電力レベルを一致させる必要がある。そこで、歪補償回路には、増幅器の特性に合わせて、振幅位相特性の形状および電力を調整できることが望まれる。
【０００７】
上述した従来例は、ダイオード一個分の非線形性を用いた１段構成の歪補償回路であり、構成が非常に簡単である。しかし、そのために歪補償量が限られており、振幅位相歪を十分に補償できないという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、歪補償機能を有するダイオードを複数個用い、複数段直列に接続するなどその接続を改良することにより、より大きな歪補償量を得ることができる歪補償回路及び歪補償回路を用いて構成される低歪半導体増幅器を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る歪補償回路は、高周波信号路で発生する振幅位相歪を低減するものであって、外部電圧からバイアス電圧を生成する抵抗を用いたバイアス部、このバイアス電圧により順方向にバイアスされたダイオードを用いた非線形部を有し、上記バイアス部と非線形部が高周波信号路にそれぞれ並列に接続され構成された第１及び第２の歪補償部と、この第１の歪補償部の入力側、第２の歪補償部の出力側及び第１の歪補償部と第２の歪補償部との間のそれぞれの高周波信号路に直列に接続された第１、第２及び第３のキャパシタとを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る歪補償回路は、上記第１の歪補償部に印加される外部電圧を第２の歪補償部に印加される外部電圧より高い電圧としたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る歪補償回路は、上記第１の歪補償部のバイアス部に用いられた抵抗値を第２の歪補償部にバイアス部に用いられた抵抗値より小さい抵抗値としたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る歪補償回路は、上記第１の歪補償部と第２の歪補償部との間に高周波信号路に直列に接続されたアイソレータ又はアテネータを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る歪補償回路は、高周波信号路で発生する振幅位相歪を低減するものであって、外部電圧に接続されるバイアス抵抗と、このバイアス抵抗と高周波信号路との間に挿入され順方向にバイアスされた第１のダイオードと、上記バイアス抵抗と第１のダイオードとの間に接続され上記第１のダイオードを高周波的に接地する高周波短絡部と、上記高周波信号路と接地間に挿入され順方向にバイアスされた第２のダイオードと、上記高周波信号路の入力側と出力側にあって高周波信号路に直列に接続された第１、第２のキャパシタとを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に係る低歪半導体増幅器は、振幅及び位相の歪特性を有する増幅器と、この増幅器の前段または後段に接続され上記増幅器の歪特性と逆特性を持つ上記のいずれかの構成の歪補償回路とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による歪補償回路１００の構成を示す回路図である。図中、１，２，３はキャパシタ、１１，２１は抵抗、１２，２２はダイオード、１３，２３は直流電源（直流電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２）に接続されるコントロールバイアス端子、４は入力端子、５は出力端子である。入力端子４からキャパシタ１，３，２を経由し出力端子５までの経路が高周波信号路である。
【００１６】
１０は抵抗１１、ダイオード１２及びコントロールバイアス端子１３で構成される第１の歪補償部、２０は抵抗２１、ダイオード２２及びコントロールバイアス端子２３で構成される第２の歪補償部である。第１、２の歪補償部は、抵抗１１，２１を介して順方向バイアスされたダイオード１２，２２が入力端子４と出力端子５との間の信号路に対して並列に接続されている。なお、歪補償部１０，２０の中で、コントロールバイアス端子１３，２３と抵抗１１，２１からなり、外部電圧からバイアス電圧を生成する部位をバイアス部、このバイアス電圧により順方向にバイアスされたダイオード１２，２２からなる部位を非線形部と呼ぶこととする。キャパシタ３は、第１、第２のバイアスを相互に直流的に分離し影響しないようにするためのものである。また、このキャパシタ３は、高周波信号に対しては、十分に低インピーダンスとなるよう設定されている。
【００１７】
次に動作について説明する。図２に出力電力に対する利得、通過位相特性を、歪補償部１段（従来）の場合と歪補償部２段（本発明）の場合とを比較して示す。簡単のために、図２（ｃ）に示すように、直流電源（Ｖｄ＝Ｖｄ１＝Ｖｄ２＝５Ｖ）及びバイアス抵抗（Ｒｂ＝Ｒｂ１＝Ｒｂ２＝２ＫΩ）は全て同じパラメータ値としている。図２より、出力電力Ｐｏｕｔの増加に対し、利得Ｇａｉｎが増加し（図２（ａ））、位相Ｐｈａｓｅが遅れる特性（図２（ｂ））が得られることがわかる。
【００１８】
しかし、歪補償部２段の場合において、従来の１段の場合の２倍の補償量は得られていない。これは、前段の歪補償部の通過損失のため、前段の歪補償部と後段の歪補償部とでは高周波信号の入力電力のレベル差があり、利得、通過位相特性が横軸（Ｐｏｕｔ軸）上で前後にずれて、歪補償部１段の特性の単純和にならないことによる。より多くの歪補償量を得るためには前段と後段の歪補償部のバイアス状態を変更し、後段の歪補償部の利得特性の立上がり及び位相特性の立下りのポイントを通過損失分だけあらかじめ移動させることが必要となる。
【００１９】
図３に前段の歪補償部１０のコントロールバイアス端子１３に接続される直流電源の直流電圧Ｖｄ１をパラメータとした時の出力電力に対する利得、通過位相特性を示す。図３（ｃ）に示すように、図においては、バイアス抵抗（Ｒｂ１＝Ｒｂ２＝２ＫΩ）は同じである。また後段の直流電源（Ｖｄ２＝５Ｖ）を固定とし、前段の直流電圧Ｖｄ１を（５Ｖ、３Ｖ、１Ｖ）と変化させている。図３（ａ）、（ｂ）より明らかなように、図１で示した歪補償回路の利得、通過位相特性を容易に調整できることがわかる。また、Ｖｄ１＞Ｖｄ２とした場合に、より大きな補償量を得ることができる。これは、上記の入力電力のレベル差による利得、通過位相特性の横軸上での前後のずれを、直流電圧を変更することでバイアス値を変更し利得特性の立上がり及び位相特性の立下りのポイントを調整したことによる。
【００２０】
図４に前段の歪補償部１０の抵抗１１の抵抗値Ｒｂ１をパラメータとしたときの出力電力に対する利得、通過位相特性を示す。図４（ｃ）に示すように、図においては、直流電源（Ｖｄ１＝Ｖｄ２＝５Ｖ）は同じである。また後段のバイアス抵抗２１（Ｒｂ２＝２ＫΩ）を固定とし、前段のバイアス抵抗値Ｒｂ１を（２ＫΩ、１ＫΩ、０．５ＫΩ）と変化させている。図４（ａ）、（ｂ）より明らかなように、抵抗Ｒｂ１の抵抗値を変化させることで、図１で示した歪補償回路の利得、通過位相特性の調整および出力電力に対する感度を容易に調整できることがわかる。また、Ｒｂ１＜Ｒｂ２とした場合に、より大きな補償量を得ることができる。これは、上記の入力電力のレベル差による利得、通過位相特性の横軸上での前後のずれを、バイアス抵抗値を変更することでバイアス値を変更し利得特性の立上がり及び位相特性の立下りのポイントを調整したことによる。
【００２１】
なお、上記説明では、バイアス抵抗は固定抵抗としたが、可変抵抗を用いると、調整が容易となる。また、抵抗値及び電圧値は相対的なものであるので、前段の抵抗値、電圧値を固定とし、後段の抵抗値、電圧値を変更するようにしてもよい。
【００２２】
従って、上記実施の形態１によれば、バイアス抵抗と直流電源が直列に接続された回路と、順方向にバイアスされたダイオードが、入力端子４と出力端子５間の信号路に対しそれぞれ並列に接続され構成される歪補償部を信号路上でキャパシタ３によりバイアスを分離し２段直列に接続し、当該信号路の入力側及び出力側にはキャパシタ１、２が直列に接続されて、前段または後段に接続される増幅器の振幅特性と逆特性を持つことにより振幅位相歪を低減する歪補償回路を構成したので、小型で、歪補償量の大きな歪補償回路を得ることができる。
【００２３】
また、直流電源１３の電圧を変化させることで、歪補償回路の利得、通過位相特性を容易に調整することができる。さらに、ダイオード１２と直列に抵抗１１が接続された場合、抵抗値を変化させることで、歪補償回路の利得、通過位相特性を調整でき、出力電力に対する感度を調整することができる。
【００２４】
なお、上記説明では直流電源１３、２３には正電源を用い、ダイオード１２，２２のカソード側を接地し、順方向バイアスとなるようにした。しかし、直流電源に負電源を用いる場合には、ダイオード１２，２２のアノード側を接地し、順方向バイアスとなるようにしてもかまわない。
【００２５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る歪補償回路について説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。図中、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、６はキャパシタ、７はアイソレータである。
【００２６】
図５の歪補償回路では段間にアイソレータを挿入したので、前段と後段の歪補償部相互の負荷変動の影響を小さくすることができる。なお、アイソレータの代わりにアテネータを段間に挿入しても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る歪補償回路について説明する。図６はこの発明の実施の形態３に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。図中、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１４は第１のダイオード、１５は第２のダイオード、１６はスタブであり、第１のダイオードのアノード側を高周波的に接地する高周波短絡部としての機能を有する。このスタブは、例えば高周波信号路を通過する高周波信号の波長λの１／４の長さのマイクロストリップ線路で構成される。
【００２８】
図６の歪補償回路では、バイアス抵抗１１と第１のダイオード１４との間に接続され上記第１のダイオード１４を高周波的に接地する高周波短絡部を設けたので、高周波信号的には第１のダイオードと第２のダイオードとが２段直列に接続されているかのように歪補償動作をおこなうこととなる。従って、従来の一段構成の場合に比べ歪補償量を増加させることができる。
【００２９】
実施の形態４．
次に、図７はこの発明の実施の形態４に係る低歪半導体増幅器の構成を示す回路図であり、歪補償回路の出力に増幅器を接続し低歪み増幅器を構成している。図中、４０は入力端子、５０は出力端子、１００は実施の形態１〜３で説明した歪補償回路、２００は増幅器である。
【００３０】
次に動作について説明する。実施の形態１〜３の歪補償回路１００を増幅器２００と組み合わせて用いることで、より一層低歪な増幅器を得ることができる。なお、上記説明では、増幅器２００の入力側に歪補償回路１００を設ける構成としたが、増幅器２００の出力側に歪補償回路１００を設ける構成としても同様の効果を得ることができる。また、図７において、増幅器２００の出力信号の一部を歪補償回路１００の入力側に不帰還（図中点線で示す経路６０）させたフィードバック型増幅器とすることで、より一層低歪な増幅器を得ることができる。同様に、実施の形態１〜３の歪補償回路１００をフィードフォワード型増幅器の主増幅器または補助増幅器に適用することで、より一層低歪な増幅器を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、小型で、モノリシック化が可能な歪補償量の大きな歪補償回路を得ることができる。
【００３２】
また、直流電源の電圧を変化させることで、歪補償回路の利得、通過位相特性を容易に調整することができる。
【００３３】
また、ダイオードと直列に抵抗が接続された場合、抵抗値を変化させることで、歪補償回路の利得、通過位相特性を調整でき、出力電力に対する感度を調整することができる。
【００３４】
また、歪補償部の段間にアイソレータ又はアテネータを備えたので、相互の負荷変動の影響を小さくすることができる。
【００３５】
また、ダイオードを複数個直列に接続することにより、ダイオードが１個の場合と比較して、より大きな利得、通過位相特性の変化が得られる。
【００３６】
また、上記の歪補償回路を増幅器と組み合わせて用いることで、より一層低歪な増幅器、フィードバック型増幅器を得ることができる。同様に、フィードフォワード型増幅器の主増幅器や補助増幅器に用いることで、より一層低歪な増幅器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１における出力電力に対する利得、通過位相特性を示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態１における直流電源の直流電圧をパラメータとした時の出力電力に対する利得、通過位相特性を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１における抵抗の抵抗値をパラメータとしたときの出力電力に対する利得、通過位相特性を示す特性図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る低歪半導体増幅器の構成を示す回路図である。
【図８】従来例に係る歪補償回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１、２、３ キャパシタ、 ４ 入力端子、 ５ 出力端子、 ６ キャパシタ、 ７ アイソレータ、 １０ 第１の歪補償部、 １１ 抵抗、 １２ ダイオード、 １３ コントロールバイアス端子、 １４ 第１のダイオード、 １５ 第２のダイオード、 １６ スタブ、 ２０ 第２の歪補償部、 ２１ 抵抗、 ２２ ダイオード、 ２３ コントロールバイアス端子、 ４０ 入力端子、 ５０ 出力端子、 ６０ 負帰還経路、 １００ 歪補償回路、 ２００ 増幅器。

Claims (6)

1. 高周波信号路で発生する振幅位相歪を低減する歪補償回路において、外部電圧からバイアス電圧を生成する抵抗を用いたバイアス部、このバイアス電圧により順方向にバイアスされたダイオードを用いた非線形部を有し、上記バイアス部と非線形部が高周波信号路にそれぞれ並列に接続され構成された第１及び第２の歪補償部と、この第１の歪補償部の入力側、第２の歪補償部の出力側及び第１の歪補償部と第２の歪補償部との間のそれぞれの高周波信号路に直列に接続された第１、第２及び第３のキャパシタとを備えたことを特徴とする歪補償回路。
2. 上記第１の歪補償部に印加される外部電圧を第２の歪補償部に印加される外部電圧より高い電圧としたことを特徴とする請求項１に記載の歪補償回路。
3. 上記第１の歪補償部のバイアス部に用いられた抵抗値を第２の歪補償部にバイアス部に用いられた抵抗値より小さい抵抗値としたことを特徴とする請求項１に記載の歪補償回路。
4. 上記第１の歪補償部と第２の歪補償部との間に高周波信号路に直列に接続されたアイソレータ又はアテネータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の歪補償回路。
5. 高周波信号路で発生する振幅位相歪を低減する歪補償回路において、外部電圧に接続されるバイアス抵抗と、このバイアス抵抗と高周波信号路との間に挿入され順方向にバイアスされた第１のダイオードと、上記バイアス抵抗と第１のダイオードとの間に接続され上記第１のダイオードを高周波的に接地する高周波短絡部と、上記高周波信号路と接地間に挿入され順方向にバイアスされた第２のダイオードと、上記高周波信号路の入力側と出力側にあって高周波信号路に直列に接続された第１、第２のキャパシタとを備えたことを特徴とする歪補償回路。
6. 振幅及び位相の歪特性を有する増幅器と、この増幅器の前段または後段に接続され上記増幅器の歪特性と逆特性を持つ請求項１乃至５のいずれか一項に記載の歪補償回路とを備えたことを特徴とする低歪半導体増幅器。

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