JP2004328313A - 増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な回路を用いずに、より安価であり、かつ高効率な低歪増幅を実現する増幅装置を提供する。
【解決手段】第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子の歪特性の位相を第一の増幅素子の歪特性よりずらしたことを特徴とし、また、第二の増幅素子の歪特性の振幅と第一の増幅素子の歪特性の振幅は異なることを特徴とし、さらに第二の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性は第一の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性と逆特性とした増幅装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話や移動体端末等の無線装置に係る基地局の増幅装置、中継装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
信号を増幅する装置は、主に２つの分類に分けられる。一つは歪補償部を有する装置であり、もう一つは歪補償部を有しない装置である。前者の歪補償を有する装置は、利点としては高効率であり、さらに低歪であることが挙げられる。これにより、より高性能な増幅装置となる。欠点は歪補償部を有するため、効果であるということが挙げられる。
【０００３】
後者の歪補償の無い増幅装置は、利点としては歪補償部を有する増幅装置に比べて低価格であることであり、欠点は効率が悪いということである。特許文献１は歪補償部を有していない増幅装置の一例である。
【０００４】
増幅したい信号、変調方式、用途で歪補償部の有無は使い分けられているが、近年は送信出力の増大、マルチキャリアの共通増幅化、高効率化が進み、ほとんどの増幅装置に於いて、歪補償部を有している。
【０００５】
歪補償部を有する増幅装置には多数の方式があり、例えばフィードフォワード方式、プリディストーション方式が挙げられる。これらは今後の第２、第２．５、第３世代の増幅装置として活用、注目されている。
【０００６】
特許文献２はフィードフォワード方式の増幅装置の一例である。入力信号を利用したアナログ負帰還方式で歪を補償しているため、歪補償量は安定している。
【０００７】
特許文献３はプリディストーション方式の一例である。プリディストーション方式は、フィードフォワード方式と同様の歪補償方式のひとつである。ただし、フィードフォワード方式に比べて、高い歪補償量を望むことはできない。よって、フィードフォワード方式と同等の歪補償量を望むのであれば、歪特性の良い増幅素子が必要となる。
【０００８】
しかしながら、プリディストーション方式はフィードフォワード方式に比べ、増幅素子の出力レベルが１ｄＢ程度低いことから、現状では歪のレベルは同等で効率も高く、低価格で実現可能である。しかし、今後更なる高効率化を求めていくのであれば、増幅素子そのものの歪低下が必須であり、高性能の素子が求められる。
【０００９】
前述した各種の増幅装置の内部でも、高効率化の工夫がなされている。
例えば増幅部の増幅素子の２合成である。以下にそれを説明する。
【００１０】
内部の増幅方法に於いて、出力が高い増幅部は２合成または複数合成を行い増幅している。これについて図８を用いて説明する。
図８の（Ａ）は入力電力と出力電力と歪の関係、（Ｂ）は増幅素子をシングルで使用した場合であり、（Ｃ）は増幅素子を２合成とした場合である。図８（Ａ）で使用されるＡ，Ｂは図８（Ｂ）、図８（Ｃ）での入力点、出力点であり、波線は発生する歪を表す。ここで使用した素子は一般のものと同様に、出力電力と歪は１：３の割合で増加するものである。図８（Ｂ）の８１は増幅素子である。図８（Ｃ）の８２、８５はカプラ―、８３は第一の増幅素子、８４は第二の増幅素子である。
【００１１】
図８（Ｂ）のようにシングルで使用した場合は、入力点をａ点とすると図８（Ａ）からもわかるように、出力はＡとなる。
このとき、次の式が成り立つ。
キャリアのレベル Ａ（ｄｂｍ）＋αＧａｉｎ（ｄｂ）＝Ａ＋α（ｄＢｍ）
歪 ＩｍＡ＝ＩｍＢ＋６（ｄＢ）
【００１２】
続いて図８（Ｃ）について説明する。Ｃは素子を２合成、特に同相同振幅合成したものである。例えば合成に３ｄＢカプラ―を用いた場合である。カプラ―で３ｄＢあるため、入出力で３ｄＢのロスがあるが、同位相、同振幅合成であるため２０ｌｏｇ２Ｖ＝６ｄＢのゲインがあがることになる。このとき次の式が成り立つ。
キャリアのレベル Ａ（ｄｂｍ）＋αＧａｉｎ（ｄｂ）＝Ａ＋α（ｄＢｍ）
歪 ＩｍＡ−６（ｄＢ）
このように、２合成をすることにより、等価的に３ｄＢあがることになる。
【００１３】
このように素子を２合成、または複数合成することにより、素子をシングルで使用するより歪を低減することが可能となり、さらに熱の分散化が可能であるため、増幅装置全体の信頼性が挙がる。
【００１４】
【特許文献１】特開平７−１９３５３３（図１）
【特許文献２】特開２００２−４３８６３（図１、図２）
【特許文献３】特開２００２−２３２３２５（図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、今日の増幅装置は増幅した後の歪補償が求められており、さらに増幅装置に広帯域化、高効率化、高出力が求められている。特に高効率化は重要なテーマとなっている。
【００１６】
フィードフォワード方式の場合は、高い歪補償量が見込めるものの、増幅装置そのものが大きくなってしまう。また、プリディストーション方式の場合は、フィードフォワード方式に比べて、小型化が可能となるものの、フィードフォワードと同等の高い歪補償を求めるには、高性能な増幅素子が必要となり、低価格化が実現できなくなる。
【００１７】
そこで本発明は、特殊な回路を用いずに、より安価な低歪増幅を実現することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するものであって、第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子の歪特性を第一の増幅素子の歪特性の位相をずらしたことを特徴とする増幅装置を提供するものである。
【００１９】
また上記課題を解決するために、第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子の歪特性の振幅と第一の増幅素子の歪特性の振幅は異なることを特徴とする増幅装置を提供する。
【００２０】
また上記課題を解決するために、第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性は第一の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性と逆特性としたことを特徴とする増幅装置を提供する。
【００２１】
さらに、上記課題を解決するために、第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子のマッチングパターンを変更するマッチングパターン変更部を有し、これにより第二の増幅素子の歪特性を変更する増幅装置を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明を説明する。説明に於いて、３ｄＢカプラーを用いておいるが、本発明の趣旨はそれに限定するものではない。まず本発明の原理を図３から５を用いて説明する。
【００２３】
本発明の第一の原理を図１を用いて説明する。
第一の原理は増幅装置に内蔵されている増幅素子により安価に高効率化を計ったものである。同位相同振幅の二合成の場合であり、歪のみ意図的に９０度の位相差を持たしている。
【００２４】
図１（Ａ）は増幅素子を二合成にした場合の図である。１１、１４はカプラ―であり、１２は第一の原理における第一の増幅素子であり、１３は第一の原理における第二の増幅素子である。また、図１（Ｂ）は第一の増幅素子１２より出力された信号であり、図１（Ｃ）は図示しない位相調整器などにより歪のみ９０ｄｅｇ位相をずらした、第ニの増幅素子１３の出力信号である。
この場合、キャリア自身は同相同振幅であるので、通常どおり増幅されることになる。各素子から出力された歪は合成後図１（Ｄ）のように合成され、この場合は３ｄＢの歪がアップする。
従来は６ｄＢの歪であったのに対し、本原理では３ｄＢであり、従来より歪が少なくなることがわかる。
【００２５】
続いて図２を用いて第二の原理を説明する。
第二の原理では、歪は同位相であるが、図示しない振幅調整器で振幅を調整した場合、もしくは予め素子により調整するようにした場合の図である。
【００２６】
図２（Ａ）は増幅素子を二合成にした場合の図である。２１、２４はカプラ―、２２は第二の原理における第一の増幅素子、２３は第二の原理における第二の増幅素子である。図２（Ｂ）は第一の増幅素子２１より出力された信号であり、図２（Ｃ）は図示しない振幅調整器で振幅を調整した場合、もしくは予め素子により振幅を調整するようにした場合の第ニの増幅素子２３の出力信号である。
この場合、キャリア自身は同相同振幅であるので、通常どおり増幅されることになる。本方式により例えば歪レベル差の比が１：０．５であり、従来の歪出力をｘとした場合、二合成による歪出力は１．５ｘとなる。
これにより、２合成による歪出力は３．５ｄＢとなり、従来の方式に比べ歪が少なくなることがわかる。
【００２７】
続いて図３を用いて第三の原理を説明する。
第三の原理は、歪のＡＭ／ＰＭ特性が全く逆の素子を２合成に用いた場合である。
【００２８】
図３（Ａ）は増幅素子を二合成にした場合の図である。３１、３４はカプラ―、３２は第三の原理における第一の増幅素子であり、３３は第三の原理における第二の増幅素子である。第一の増幅素子３２にはＧａＡｓ−ＦＥＴを用い、また第二の増幅素子３３には第一の増幅素子３２と逆特性を有するＭＯＳ−ＦＥＴを用いている。図３（Ｂ）は第一の増幅素子３３より出力された信号であり、図３（Ｃ）は第二の増幅素子３３の出力信号である。第一の増幅素子３２と第二の増幅素子３３では、キャリアは同振幅同位相であるが、歪は同振幅であり、位相は１８０ｄｅｇ異なる。
この場合、キャリア自身は同相同振幅であるので、通常どおり増幅されることになる。歪は、第一の増幅素子と第二の増幅素子の歪出力に１８０ｄｅｇの差があるので、完全に相殺されてしまい、歪は出力されなくなる。
【００２９】
次に第一の実施例を図４を用いて説明する。
これは、第一と第二の増幅素子の動作点を変えるものである。４１、４４はカプラ―であり、４２は第一の実施例における第一の増幅素子、４３は第一の実施例における第二の増幅素子である。図４（Ａ）のように、増幅素子の動作点を変えることにより、図４（Ｂ）のように歪の位相に差異を持たせる。原理１でも説明した通り、歪がより低減されることになる。
図４（Ｄ）は図示しないマッチングパターン変更部を設けている。図４（Ｄ）のように、図示しないマッチングパターン変更部により第二の増幅素子のマッチングパターンを変更する。これにより、第二の原理のように、従来の２合成より歪が少なくなり、更なる高効率な増幅装置を提供することが可能となる。
【００３０】
次に第ニの実施例を図５を用いて説明する。
これは、第一と第二の増幅素子の動作点を変えるものである。５１、５４はカプラ―であり、５２は第一の実施例における第一の増幅素子、５３は第一の実施例における第二の増幅素子である。図５（Ａ）のように、増幅素子の動作点を変えることにより、図５（Ｂ）のように歪の振幅レベルの差異を持たせる。原理２でも説明した通り、歪がより低減されることになる。
図５（Ｄ）は図示しないマッチングパターン変更部を設けている。図５（Ｄ）のように、図示しないマッチングパターン変更部により第二の増幅素子のマッチングパターンを変更する。これにより、第二の原理のように、従来の２合成より歪が少なくなり、更なる高効率な増幅装置を提供することが可能となる。
【００３１】
図６は第二の実施例における、動作点を変更したときのスペクトラム図である。図６（Ａ）は第一の増幅素子の動作点を変更したものであり、図６（Ｂ）は第二の増幅素子を変更したものである。いずれもキャリアは同様のレベルまで増幅しているが、歪レベルに差異があることがわかる。この信号を合成することにより、原理２のように、従来より、より高効率が望める。
ここでは、第一と第二の増幅素子の動作点を変更することを説明したが、それに限るものではなく、いずれかの動作点を変更するだけでもよい。
【００３２】
第三の実施例を図７を用いて説明する。図７は第一と第二の実施例を自動的に制御するものである。
７１、７４はカプラ―、７２は第三の実施例における第一の増幅素子、７３は第三の実施例における第二の増幅素子、７５は歪成分を検出する歪成分検出器、７６は検出された歪成分をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換機、７７は増幅装置を制御するＣＰＵ、７８、７９はＣＰＵからのデジタルな命令をアナログに変換し、増幅素子に出力するＤ／Ａ変換機である。
合成後の歪を歪検出器７５により検出し、検出値に応じてＣＰＵ７７が第一の増幅素子７２、第二の増幅素子７３のマッチングパターンや動作点を変えるものである。このとき、制御部では歪検出値に対応したマッチングパターン制御値や動作点のテーブルを設け、検出値に応じて値をＤ／Ａ変換器に出力し、制御を行う。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第一の実施例のように二合成の増幅装置に於いて、増幅素子から出力される歪の振幅レベルを変えることにより、歪がより低減され、高効率な増幅装置を提供することがかのうとなる。
【００３４】
また、本発明の第二の実施例のように二合成の増幅装置に於いて、増幅素子から出力される歪の位相を変えることにより、歪がより低減され、高効率な増幅装置を提供することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の第二の実施例のように二合成の増幅装置に於いて、ＡＭ／ＰＭ特性が全く逆の増幅素子を用いることにより、高効率な増幅装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つの増幅素子の位相差を利用した場合の原理１の説明図
【図２】二つの増幅素子の振幅差を利用した場合の原理２の説明図
【図３】二つの増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性が全く逆の場合の原理３の説明図
【図４】第一の実施例の増幅装置
【図５】第二の実施例の増幅装置
【図６】第二の実施例の増幅装置による特製図
【図７】第三の実施例の増幅装置
【図８】従来のニ合成の説明図
【符号の説明】
１１、１４、２１、２４、３１、３４、４１、４４、５１、５４、７１、７４…カプラ―
１２、２１、３１、４１、５１…第一の増幅素子
１３、２３、３３、４３、５３、７３…第二の増幅素子
７５…歪成分検出器
７７…ＣＰＵ

Claims (5)

1. 第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子の歪特性の位相を第一の増幅素子の歪特性よりずらしたことを特徴とする増幅装置。
2. 第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子の歪特性の振幅と第一の増幅素子の歪特性の振幅は異なることを特徴とする増幅装置。
3. 第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性は第一の増幅素子のＡＭ／ＰＭ特性と逆特性としたことを特徴とする増幅装置。
4. 第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設けた増幅装置に於いて、第二の増幅素子のマッチングパターンを変更するマッチングパターン変更部を有することを特徴とする請求項１乃至３記載の増幅装置。
5. 第一の増幅素子と第二の増幅素子を並列に設け、さらに合成後の歪をモニタする歪モニタを有する増幅装置に於いて、第二の増幅素子のマッチングパターンを変更するマッチングパターン変更部を有し、前記マッチングパターン変更部は前記歪モニタの出力に応じて制御を行うことを特徴とする請求項４記載の増幅装置。

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