JP2006067494A - 非線形補償回路及び歪み補償電力増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成でＡＭ−ＰＭ補償帯域を広くすることができる歪み補償電力増幅回路を提供する。
【解決手段】
分配器１は、入力信号を２分配する。線形動作回路２は、各種線形素子の組み合わせで構成される。合成器５は、２分配された信号を合成する。また、分配器１、線形動作回路２および合成器５は、入力信号を２分配して合成する間に９０度の位相差を与える。
非線形動作回路３、４は、アンチパラレルダイオードとアンチパラレルダイオードの寄生容量を打ち消すインダクタが並列に接続された構成を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非線形補償回路及び歪み補償電力増幅回路に関し、特に簡易な構成で補償帯域を広くすることができる非線形補償回路及び歪み補償電力増幅回路に関する。

従来のこの種の歪み補償電力増幅回路は、電力増幅回路で発生する非線形歪みを補償するための１手段として、プリディストータ方式が用いられている。このプリディストータ方式は、副増幅器を必要としないため電力効率の低下を抑えることができるという利点がある。

また、プリディストータの１例として、ＡＭ−ＰＭ補償用プリディストータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術の動作は、入力端子からの入力信号を３ｄＢ結合器で９０度位相の異なる信号に分配した後、一方の信号をリミッタによりＡＭ成分を抑圧する。また他方の信号を位相調整し、それぞれの信号をウィルキンソン型合成器により合成して出力する。従って、入力される信号レベルが低い場合には、２系統の信号が９０度位相差で合成され、信号レベルが大きくなるに伴って位相差が小さくなるように動作する。すなわち、入力レベルが大きくなる場合に、出力される信号のレベル、位相を変化させることで、後段に接続される電力増幅回路の非線形歪みを補償することができることとしている。

特開昭６０−１１３５４４号公報

上述した従来の歪み補償電力増幅回路は、リミッタを用いているので、入力レベルがリミッタ動作レベルを超えると歪みが発生し、また歪みの増加を抑えるためのレベル設定が必要になるという欠点がある。言い換えれば、ダイナミックレンジが狭いという欠点がある。

本発明の目的は、ダイナミックレンジが広く、動作周波数の範囲も広い歪み補償電力増幅回路を提供することにある。

本発明の非線形補償回路は、入力信号を２分配する分配器と、分配された信号を合成する合成器と、前記分配器および前記合成器の間の一方の系に接続された線形動作回路と、他方の系に接続された少なくとも２段直列の非線形動作回路とを備えたことを特徴としている。

また、前記線形動作回路は、伝送線路、減衰器、遅延線、インダクタまたはコンデンサのいずれか、あるいは組み合わせで構成されることを特徴としている。

また、前記非線形動作回路は、逆極性で並列接続されたダイオード（アンチパラレルダイオード）とインダクタとが並列に接続されたことを特徴としている。

また、前記インダクタは、アンチパラレルダイオードの接合容量を打ち消す定数として、使用周波数帯域の範囲内で作用し、且つ異なる定数に設定されることを特徴としている。

また、前記分配器、前記合成器および前記線形動作回路は、前記非線形動作回路を短絡したとき、前記入力信号が２分配から合成される間に９０度の位相差が得られる組み合わせとして選定されることを特徴としている。

また、本発明の歪み補償電力増幅回路は、前記非線形補償回路と、前記非線形補償回路の出力側に接続された電力増幅器とより構成されることを特徴としている。

本発明の非線形補償回路及び歪み補償電力増幅回路によれば、入力信号を２分配した一方に、非線形動作回路を少なくとも２段従属接続することにより、ダイナミックレンジを広く、また動作周波数の範囲も広くすることができるという効果がある。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の歪み補償電力増幅回路の一つの実施の形態を示すブロック図である。

図１に示す本実施の形態は、入力信号を分配する分配器１と、線形動作回路２と、非線形動作回路３、４と、合成器５とを含む非線形補償回路と、電力増幅器６とを含んで構成されている。

分配器１は、入力信号を２分配し、合成器５は、２つの信号を合成して出力する。分配器１および合成器５は、入力信号が２分配から合成される間に９０度の位相差が得られるように、９０度分配器／合成器、同相分配器／合成器などから適宜選定される。

線形動作回路２は、２分配した信号の振幅または位相を調整するために、伝送線路、減衰器、遅延線、インダクタまたはコンデンサのいずれか、あるいは組み合わせ等が動作条件に応じて接続される。

非線形動作回路３、４は、電力増幅器５で発生するＡＭ−ＰＭを補償する。また、非線形素子として、ゼロバイアスで動作するダイオードを用いることにより、動作レベルを広くすることができる。

電力増幅器５は、合成器５から出力された信号を所要のレベルまで増幅する。

以上に示す構成は、アルミナ等の誘電体材料を用いたマイクロ波回路で実現することにより小型化を図ることができる。

次に、本発明に係わる非線形動作回路１段の場合についてその動作を説明する。図２は、図１に示す非線形動作回路が１段の場合の実施例を示すブロック図である。図３は、図２に示すインダクタンス定数を可変した場合の非線形動作回路１段の周波数特性図である。図４は、図３に示す特性図において、インダクタンス定数を中心周波数に設定した場合の周波数特性図である。図５は、図３に対応する非線形補償回路の振幅‐周波数特性図である。図６は、図３に対応する非線形補償回路の入力レベル‐位相特性図である。図７は、図３に対応する小信号時の反射係数および伝達係数の周波数特性図である。
なお、図３、図４および図７は、入力が小信号（ダイオードがオフ）の場合を示している。

図２によると、図１の分配器１は９０度分配器１１、同じく合成器５は同相合成器５１として、また線形動作回路２は以下の説明を簡単にするために無損失線路（短絡回路）としてそれぞれ構成されている。さらに、図１の非線形動作回路３は、アンチパラレルダイオード３１、３２およびインダクタ３３により構成されている。このインダクタ３３は、アンチパラレルダイオードの接合容量を打ち消す定数として、使用周波数帯域の範囲内で作用する定数に設定される。

このように構成された非線形動作回路３は、インダクタ３３の定数を増加するに従って、入力反射係数「Ｓ（１，１）」および順方向伝達係数「Ｓ（２，１）」は、図３に示すように変化する。すなわち、インダクタ３３の定数が増加するに従って、大きな落ち込みを有する順方向伝達係数「Ｓ（２，１）」は、その最小値が低い周波数にシフトし、同様に入力反射係数「Ｓ（１，１）」は、その最大値が低い周波数にシフトする。言い換えれば、ダイオードがオフのため、ＬＣ並列共振でインピーダンスが増大することによる減衰特性（順方向伝達係数）と並列共振点における電力反射の増加を表すものである。

ここで、インダクタ３３の定数を所要周波数帯域とする、２．１１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚの中心周波数２．１４ＧＨｚに設定した場合を図４に示す。

図４（小信号時）に示す非線形動作回路３を有する非線形補償回路、すなわち９０度分配器１１から同相合成器５１出力までの特性が、図５、図６で示される。

次に、入力レベルを可変した場合について、説明する。図５は、入力信号レベルがステップ状に可変されたそれぞれにおける、出力レベルの周波数特性図である。図５によると、入力レベルが小信号時（ダイオードがオフ）から大きくなるに従って、出力レベルが増加（上方向）するとともに、右下がりから平坦な特性に変化している。

また、図６は、使用周波数帯域２．１１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚの範囲の内、入力周波数が２．０４ＧＨｚ、２．１４ＧＨｚ、２．２４ＧＨｚの３条件における入力信号レベルに対する通過位相特性図である。図６によると、小信号時では、非線形動作回路３が開回路に等価となるため、９０度に近い位相特性を示している。そして、入力信号レベルが大きくなり、ダイオードがオンに変わる辺り（変曲点）から、急激に位相が変化している。

ここで、所要の特性は、周波数帯域２．１１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚの範囲で、入力レベルに係わらず一定、または補正が容易な１次傾斜を示すことである。よって、図５、図６を小信号レベルについて示す図７のように、非線形動作回路１段では、周波数特性を一定または１次傾斜にすることができない。

次に、本発明に係わる非線形動作回路２段の場合についてその動作を説明する。図８は、図１に示す非線形動作回路が２段の場合の実施例を示すブロック図である。図９は、図８に示すインダクタンス定数を異なる値に設定した場合の周波数特性図である。図１０は、図８に対応する非線形補償回路の振幅‐周波数特性図である。図１１は、図８に対応する非線形補償回路の位相‐周波数特性図である。図１２は、図８に対応する小信号時の反射係数および伝達係数の周波数特性図である。

図８によると、９０度分配器１１と同相合成器５１とが接続された一方の系に線形動作回路３、４が従属接続された構成で挿入されている。

ここで、アンチパラレルダイオードの寄生容量を打ち消すためのインダクタ３３、４３は、中心周波数に対応する図４の時の定数より、一方を大きく、他方を小さい定数に設定する。

このときの非線形動作回路３、４の従属接続は、入力周波数を横軸とし、入力反射係数「Ｓ（１，１）」および順方向伝達係数「Ｓ（２，１）」を縦軸として、図９に示される。

図９は、非線形動作回路３のみの図４と比べると、入力反射係数および順方向伝達係数の変化が緩やかになっている。すなわち、インダクタンス定数を可変したときの周波数特性を示す図３において、インダクタンスの定数をわずかにずらした２つの特性曲線を合成することにより求めることができる。

このように設定された２段接続の非線形動作回路３、４を用いて構成された非線形補償回路は、図５、図６に対応して、図１０、図１１に示される。すなわち、図１０は、入力信号レベルがステップ状に可変されたそれぞれにおける、出力レベルの周波数特性図である。図１０によると、入力レベルが小信号時（ダイオードがオフ）から大きくなるに従って、出力レベルが増加（上方向）するとともに、右下がりの特性が緩やかに変化している。

また、図１１は、使用周波数帯域２．１１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚの範囲の内、入力周波数が２．０４ＧＨｚ、２．１４ＧＨｚ、２．２４ＧＨｚの３条件における入力信号レベルに対する通過位相特性図である。図１１によると、小信号時では、非線形動作回路３が開回路に等価となるため、９０度に近い位相特性を示している。そして、入力信号レベルが小信号の場合であれ、ダイオードがオンに変わる辺り（変曲点）から急激に位相が変化する領域であれ、周波数による偏差が図６に比べて圧縮されていることがわかる。

これより、図７に対応する小信号時の反射係数および伝達係数の周波数特性は、図１２に示される。従って、所要の特性、すなわち周波数帯域２．１１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚの範囲で、入力レベルに係わらず一定、または補正が容易な１次傾斜を示す周波数範囲が図７に比べて、格段に改善していることが読み取れる。

以上に説明した非線形動作回路２段による非線形補償回路は、その出力が電力増幅器６に入力され、電力増幅器６より発生するＡＭ−ＰＭを広い動作レベル且つ広帯域で補償することができる。

また、非線形補償回路は、９０度分配器と同相合成器との組み合わせに限らず、非線形動作回路を除いた分配器、合成器および線形動作回路からなる構成が、入力信号を２分配して合成する間に９０度の位相差が得られることを条件として、各種の分配器、合成器などを組み合わせることができる。

さらに、非線形補償回路は、２段従属接続に限らず複数段従属接続することもできる。例えば、３段従属接続の場合、インダクタは、アンチパラレルダイオードの接合容量を打ち消す定数として、使用周波数帯域の中心値およびその前後の３値を選ぶことができる。

本発明の歪み補償電力増幅回路の一つの実施の形態を示すブロック図である。 図１に示す非線形動作回路が１段の場合の実施例を示すブロック図である。 図２に示すインダクタンス定数を可変した場合の非線形動作回路１段の周波数特性図である。 図３に示す特性図において、インダクタンス定数を中心周波数に設定した場合の周波数特性図である。 図３に対応する非線形補償回路の振幅‐周波数特性図である。 図３に対応する非線形補償回路の入力レベル‐位相特性図である。 図３に対応する小信号時の反射係数および伝達係数の周波数特性図である。 図１に示す非線形動作回路が２段の場合の実施例を示すブロック図である。 図８に示すインダクタンス定数を異なる値に設定した場合の周波数特性図である。 図８に対応する非線形補償回路の振幅‐周波数特性図である。 図８に対応する非線形補償回路の位相‐周波数特性図である。 図３に対応する小信号時の反射係数および伝達係数の周波数特性図である。

符号の説明

１ 分配器
２ 線形動作回路
３、４ 非線形動作回路
５ 合成器
６ 電力増幅器

Claims (6)

1. 入力信号を２分配する分配器と、分配された信号を合成する合成器と、前記分配器および前記合成器の間の一方の系に接続された線形動作回路と、他方の系に接続された少なくとも２段直列の非線形動作回路とを備えたことを特徴とする非線形補償回路。
2. 前記線形動作回路は、伝送線路、減衰器、遅延線、インダクタまたはコンデンサのいずれか、あるいは組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１記載の非線形補償回路。
3. 前記非線形動作回路は、逆極性で並列接続されたダイオード（アンチパラレルダイオード）とインダクタとが並列に接続されたことを特徴とする請求項１記載の非線形補償回路。
4. 前記インダクタは、アンチパラレルダイオードの接合容量を打ち消す定数として、使用周波数帯域の範囲内で作用し、且つ異なる定数に設定されることを特徴とする請求項３記載の非線形補償回路。
5. 前記分配器、前記合成器および前記線形動作回路は、前記非線形動作回路を短絡したとき、前記入力信号が２分配から合成される間に９０度の位相差が得られる組み合わせとして選定されることを特徴とする請求項１記載の非線形補償回路。
6. 請求項１乃至５いずれか記載の前記非線形補償回路と、前記非線形補償回路の出力側に接続された電力増幅器とより構成されることを特徴とする歪み補償電力増幅回路。
   

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