JP2006093872A - Ｅｅｒ変調増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＷＭ制御により高周波信号の振幅増幅を行うとき、三角波クロック信号の周波数成分によって発生するスプリアスを抑制して高効率な線形増幅を行うこと。
【解決手段】 高周波信号はポーラ変調器２で振幅信号とＲＦ位相変調信号とに分離される。振幅信号は振幅増幅器３ａと振幅増幅器３ｂに入力され、ＲＦ位相変調信号は二合成増幅器４に入力される。ＰＷＭ制御部５ａが振幅信号と三角波クロックとによってパルス信号を生成し、パルス増幅部６ａがそのパルス信号を増幅して高周波増幅器８ａの電源端子へ供給する。ＰＷＭ制御部５ｂが振幅信号とＰＷＭ制御部５ａとは逆位相の三角波クロックとによってパルス信号を生成し、パルス増幅部６ｂがそのパルス信号を増幅して高周波増幅器８ｂの電源端子へ供給する。高周波増幅器８ａ，８ｂは個別にＲＦ位相変調信号を増幅した後に合成して変調増幅信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波信号を位相成分及び振幅成分に分離して効率のよい変調増幅を行うＥＥＲ変調増幅装置に関する。

従来より、無線通信機などにおいては、高効率な変調増幅性能を有するＥＥＲ(Envelope Elimination and Restoration：包絡線除去及び復元)変調増幅装置を用いた増幅方式が利用されている。このＥＥＲ変調増幅装置は、ＢクラスまたはＥクラスの飽和増幅器を用いて高周波信号の増幅を行い、さらに、飽和増幅器における最終段増幅部の電源端子に振幅信号を入力することにより振幅変調を行っている。したがって、このＥＲＲ変調増幅装置は、本来の高周波増幅器による線形増幅機能に変調機能が付加された複合機能を有している（例えば、特許文献１参照）。尚、高周波増幅器による線形増幅は、歪補償回路による歪補償によって容易に実現することができる（例えば、特許文献２参照）。

つまり、ＥＥＲ変調増幅装置は、飽和増幅器を使用することによって極めて高い増幅効率が得られる。但し、ここで述べる増幅効率は高周波信号の増幅のみを対象としているが、通常のＥＥＲ変調増幅装置には、高周波信号の増幅以外に振幅増幅も必要となる。したがって、この振幅増幅が、ＥＥＲ変調増幅装置の効率を向上させる上では、高周波信号の増幅と同等に極めて重要となる。このようなＥＥＲ変調増幅装置における振幅増幅の高効率化については、従来より、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式が有効な手段として提案されている。

図３は、ＰＷＭ制御方式を用いた従来のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図である。このＥＥＲ変調増幅装置は、ベースバンド入力端子２１から入力された高周波信号を振幅成分と位相成分とに分離するポーラ変調器２２と、振幅成分に分離された振幅信号を増幅する振幅増幅器２３と、位相成分に分離された高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）を増幅すると共に振幅増幅器２３から出力された振幅信号の振幅変調を行う高周波増幅器２４と、高周波増幅器２４から出力された変調増幅信号より所定の帯域周波数の変調増幅信号のみを抽出して出力端子２９へ出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５とを備えた構成となっている。尚、振幅増幅器２３は、ＰＷＭ制御部２６、パルス増幅部２７、及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８を備えた構成となっている。

このように構成されたＥＥＲ変調増幅装置において、ベースバンド入力端子２１より入力された高周波信号は、ポーラ変調器２２で振幅信号と一定振幅の高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）とに分離されて出力される。そして、ポーラ変調器２２より出力された振幅信号は、振幅増幅器２３におけるＰＷＭ制御部２６によってパルス信号に変換される。さらに、ＰＷＭ制御部２６から出力されたパルス信号は、パルス増幅部２７によって極めて高効率な増幅が行われる。そして、パルス増幅部２７で増幅されたパルス信号は、ローパスフィルタ２８（ＬＰＦ）によって元の振幅信号の波形に復元されて高周波増幅器２４の電源端子に入力される。これによって、高周波増幅器２４は、ポーラ変調器２２から入力された高周波位相変調信号（ＲＦ移相変調信号）の増幅と同時に振幅変調を行って変調増幅信号を出力する。そして、この変調増幅信号は、バンドパスフィルタ２５によって所定の帯域周波数の信号のみが抽出されて出力端子２９より出力される。
特許第３２０７１５３号公報 特公平７−８７３０３号公報

しかしながら、図３に示す従来のＥＥＲ変調増幅装置では、ＰＷＭ制御部２６が、三角波のクロック信号を用いて、入力された振幅信号をＬＯＷまたはＨＩＧＨのパルス信号に変換しているが、三角波のクロック周波数は振幅信号に対して十分に高い周波数に設定できないことがある。そのような場合には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８で三角波のクロック成分を十分に除去することができないため、結果として、高周波増幅器２４の出力段に三角波のクロックの周波数成分がスプリアス（不要成分）となって現われてしまうことがある。特に、移動体通信に用いられる送信機、基地局装置、あるいは端末機器などでは、他システムに対する妨害波の規格が厳しいため、このような不要成分であるスプリアスを抑制することが極めて重要な課題となっている。

スプリアスを抑制する改善策としては、図３に示すように、高周波増幅器２４の出力段にスプリアスを抑制するためのバンドパスフィルタ２５を挿入する必要があるが、そのためのバンドパスフィルタ２５は、高周波増幅器２４の効率を下げないようにするために通過損失を極めて小さくする必要がある。さらに、スプリアスを抑制するためには、バンドパスフィルタ２５を狭帯域の通過特性にしてスプリアス周波数に対して十分な抑制を行う必要がある。このようなことから、スプリアス対策を行うためには現実的には極めて困難な仕様が要求されるので、結果としてＥＥＲ変調増幅装置全体が高価なものとなってしまう。また、前記の特許文献１の技術においてもスプリアス対策がなされていないため、上述したようなバンドパスフィルタなどの付加回路が必要となり、結果的に、ＥＥＲ変調増幅装置がコストアップしてしまう。尚、前記の特許文献２の技術は位相増幅と振幅変調を併せて行う技術ではないので、ＥＥＲ変調増幅装置におけるスプリアス対策の参考技術とすることはできない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭ制御によって高周波信号の振幅増幅を行うとき、三角波のクロック信号の周波数成分によって発生するスプリアスを抑制して、高効率な線形増幅を行うことができるようなＥＥＲ変調増幅装置を提供することを目的とする。

本発明のＥＥＲ変調増幅装置は、入力された高周波信号から位相信号と振幅信号とを分離して個別に増幅し、増幅された振幅信号に基づいて高周波増幅器の電源電圧を制御することにより、高周波増幅器から所望の変調増幅信号を出力するＥＥＲ変調増幅器装置であって、位相信号を２つの増幅器によって個別に増幅し、合成された増幅信号を変調増幅信号として出力する並列合成手段と、それぞれ個別に位相調整された基準信号と振幅信号とで生成されたパルス信号に基づく振幅信号を２つの増幅器の電源端子に個別に供給する２つの振幅信号供給手段とを具備する構成を採る。

また、本発明のＥＥＲ変調増幅装置においては、前記２つの振幅信号供給手段は、振幅信号と第１の三角波クロック信号とによってＰＷＭ制御を行い、第１のパルス信号を生成する第１のＰＷＭ制御部と、振幅信号と第１の三角波クロック信号とは逆位相である第２の三角波クロック信号とによってＰＷＭ制御を行い、第２のパルス信号を生成する第２のＰＷＭ制御部とを具備し、前記並列合成手段は、位相信号を分配する分配部と、第１のパルス信号によって生成された第１の振幅信号を電源端子に供給して、分配部によって分配された位相信号を増幅する第１の増幅部と、第２のパルス信号によって生成された第２の振幅信号を電源端子に供給して、分配部によって分配された位相信号を増幅する第２の増幅部と、第１の増幅部の出力信号と第２の増幅部の出力信号とを合成して変調増幅信号を出力する合成部とを具備する構成を採る。

また、本発明のＥＥＲ変調増幅装置においては、前記分配部、前記第１の増幅部、前記第２の増幅部、及び前記合成部が２つの増幅信号を単純合成する二合成増幅器（二合成増幅器４）によって構成されている。

また、本発明のＥＥＲ変調増幅装置においては、前記分配部は不平衡回路を平衡回路に変換する第１のバランであり、前記合成部は平衡回路を不平衡回路に変換する第２のバランであって、第１のバラン、第１の増幅部、第２の増幅部、及び第２のバランによってプッシュプル増幅器が構成されている。

本発明によれば、高周波信号から位相成分と振幅成分とを分離して個別に増幅した後に再合成して高効率な変調増幅信を出力する場合、２つの増幅器による増幅信号を合成して変調増幅信号を出力している。このとき、２つの増幅器の電源端子に供給する振幅信号の位相は互いに逆位相となるように位相調整されている。したがって、それぞれの増幅器の出力信号に個別のスプリアスが含まれていても２つの増幅器のスプリアスは相殺されるので、結果的に、出力の変調増幅信号にはスプリアスは含まれなくなる。よって、本発明のＥＥＲ変調増幅装置は、高効率かつ線形増幅された変調増幅信号を出力することができるので、スプリアスに対して厳しい仕様が要求される高性能な通信装置、移動体通信の基地局装置、あるいは端末機器などに有効に利用することができる。

また、本発明によれば、位相成分と振幅成分とに分けて増幅するときに、ＰＷＭ制御によって振幅増幅器の高効率化を実現している。このとき、ＰＷＭ制御の基準信号となる三角波クロックの周波数成分によってそれぞれの増幅器にスプリアスが発生しても、それぞれの増幅器に供給する振幅信号を生成するための三角波クロックを逆位相にしているので、それぞれの増幅器のスプリアスは相殺されて２つの増幅器の合成出力である変調増幅信号にはスプリアスは現われない。つまり、２つの増幅器を並列合成した構成とし、各々の増幅器に対して別々のＰＷＭ回路によって１８０°位相が異なる三角波クロックで生成した振幅信号を供給することにより、並列合成された変調増幅信号にはスプリアスが現われることはなくなる。

また、本発明によれば、２つの増幅器を二合成増幅器やプッシュプル増幅器によって一体化して構成することができるので回路構成が単純化され、小型で低コストなＥＥＲ変調増幅装置を提供することができる。

本発明のＥＥＲ変調増幅装置は、振幅増幅器の高効率化を実現するためにＰＷＭ制御によって振幅信号の増幅を行うとき、高周波増幅器を例えば２個並列に合成した構成にすると共にそれぞれの高周波増幅器に対して別々のＰＷＭ制御部を設ける。そして、各々のＰＷＭ制御部の基準信号となる三角波クロック信号の位相を調整して別々の振幅信号を生成する。例えば、２つのＰＷＭ制御部の三角波クロック信号の位相を１８０°ずらすように調整する。これによって、各々の振幅増幅器から、それぞれ対応する高周波増幅器へ位相の１８０°ずれた（つまり、逆位相の）振幅信号を入力することができる。したがって、２つの高周波増幅器の出力増幅信号を合成すれば、個々のＰＷＭ制御部の三角波クロックによって発生したスプリアスは相殺されるので、結果的に、ＥＥＲ変調増幅装置の出力端子からスプリアスが抑制された高効率な変調増幅信号を出力することができる。

以下、本発明のＥＥＲ変調増幅装置について好適な実施の形態の幾つかを説明するが、各実施の形態で用いる図面において共通する構成要素は同一符号を付し、かつ重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、ＰＷＭ制御方式を用いた本発明における実施の形態１のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図である。このＥＥＲ変調増幅装置は、ベースバンド入力端子１から入力された高周波信号を振幅成分と位相成分とに分離するポーラ変調器２と、振幅成分に分離された振幅信号を増幅する２つの振幅増幅器３ａ，３ｂ（２つの振幅信号供給手段）と、位相成分に分離された高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）を増幅すると共に２つの振幅増幅器３ａ，３ｂから出力された振幅信号の振幅変調を行う二合成増幅器４（並列合成手段）とを備えた構成となっている。

振幅増幅器３ａは、基準の三角波パルスとポーラ変調器２から入力した振幅信号とによってＰＷＭ波形のパルス信号を生成するＰＷＭ制御部５ａ（第１のＰＷＭ制御部）と、ＰＷＭ制御部５ａで生成されたパルス信号を増幅するパルス増幅部６ａと、パルス信号の低周波帯域成分を通過させて元の振幅信号（つまり、ＰＷＭ制御部５ａへ入力された振幅信号と同じ振幅信号）を生成するローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ａとを備えた構成となっている。また、振幅増幅器３ｂも同様に、ＰＷＭ制御部５ｂ（第２のＰＷＭ制御部）とパルス増幅部６ｂとローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ｂとを備えた構成となっている。さらに、二合成増幅器４は、振幅増幅器３ａからの振幅信号を入力する高周波増幅器８ａ（第１の増幅部）と、振幅増幅器３ｂからの振幅信号を入力する高周波増幅器８ｂ（第２の増幅部）と、ポーラ変調器２から入力された高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）を高周波増幅器８ａと高周波増幅器８ｂへ分配する分配器９（分配部）と、高周波増幅器８ａから出力された変調増幅信号と高周波増幅器８ｂから出力された変調増幅信号とを合成して出力端子１１へ出力する合成器１０（合成部）とを備えた構成となっている。

次に、図１に示す実施の形態１のＥＥＲ変調増幅装置の動作について説明する。ベースバンド入力端子１から入力された高周波信号は、ポーラ変調器２によってベースバンド周波数の振幅信号と一定振幅の高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）とに分離され、振幅信号は振幅増幅器３ａと振幅増幅器３ｂへ分配されて送信され、高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）は二合成増幅器４へ送信される。

すなわち、ポーラ変調器２より出力された振幅信号は、振幅増幅器３ａのＰＷＭ制御部５ａによってパルス信号に変換される。そして、ＰＷＭ制御部５ａから出力されたパルス信号は、パルス増幅部６ａによって極めて高い効率で増幅が行われる。さらに、増幅されたパルス信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ａによって元の（つまり、振幅増幅器３ａへ入力されたときの）振幅信号の波形に復元されて、二合成増幅器４の高周波増幅器８ａの電源端子へ入力される。同様にして、ポーラ変調器２より出力された振幅信号は、振幅増幅器３ｂのＰＷＭ制御部５ｂによってパルス信号に変換される。そして、ＰＷＭ制御部５ｂから出力されたパルス信号は、パルス増幅部６ｂによって極めて高い効率で増幅が行われる。さらに、増幅されたパルス信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ｂによって元の（つまり、振幅増幅器３ｂへ入力されたときの）振幅信号の波形に復元されて、二合成増幅器４の高周波増幅器８ｂの電源端子へ入力される。

また、ポーラ変調器２より出力された高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）は、二合成増幅器４の分配器９で２つに分配され、それぞれ、高周波増幅器８ａ及び高周波増幅器８ｂによって変調増幅された後、それぞれの変調増幅信号は合成器１０によって合成されて出力端子１１より変調増幅信号として出力される。

ここで、ＰＷＭ制御部５ａ及びＰＷＭ制御部５ｂはそれぞれに入力される三角波クロック信号の位相を逆位相にすることにより、つまり、ＰＷＭ制御部５ａへ入力される三角波クロック信号の位相とＰＷＭ制御部５ｂへ入力される三角波クロック信号の位相とで１８０°の位相差を設けることにより、二合成増幅器４における高周波増幅器８ａ及び高周波増幅器８ｂの出力側に現れるスプリアスも逆位相（つまり、１８０°位相差）となる。そのため、高周波増幅器８ａから出力されるスプリアスと高周波増幅器８ｂから出力されるスプリアスとを合成器１０によって合成すれば、両者のスプリアスは相殺されるので、結果として、出力端子１１からはスプリアスが抑制された変調増幅信号を出力することができる。

（実施の形態２）
図２は、ＰＷＭ制御方式を用いた本発明における実施の形態２のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図である。図２に示す実施の形態２のＥＥＲ変調増幅装置は、図１に示す実施の形態１のＥＥＲ変調増幅装置の二合成増幅器４をプッシュプル増幅器１２に変更したものである。したがって、その他の構成は図１に示す実施の形態１と同じであるので重複する説明は省略する。

プッシュプル増幅器１２（並列合成手段）は、コモンモードチョークなどによって構成されたバラン１３（分配部）及びバラン１４（合成部）と、振幅増幅器３ａからの振幅信号を入力する高周波増幅器８ａと、振幅増幅器３ｂからの振幅信号を入力する高周波増幅器８ｂとによって構成されている。尚、バラン１３は、ポーラ変調器２から出力された高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）のノーマル信号のみを１８０°位相をずらして高周波増幅器８ａと高周波増幅器８ｂとへ分配する機能（つまり、プッシュプル機能）を備え、バラン１４は、高周波増幅器８ａ及び高周波増幅器８ｂから出力された平衡状態（つまり、ＨＩＧＨ（Ｈ）、ＬＯＷ（Ｌ）、Ｃｏｍｍｏｎ（Ｃ））の変調増幅信号を不平衡状態のシングルエンド回路（つまり、信号ラインとアースライン）へ出力する機能を備えている。

次に、図２に示す実施の形態２のＥＥＲ変調増幅装置の動作について説明する。ベースバンド入力端子１から入力された高周波信号は、ポーラ変調器２によってベースバンド周波数の振幅信号と一定振幅の高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）とに分離される。そして、ポーラ変調器２から出力された振幅信号は振幅増幅器３ａと振幅増幅器３ｂへ送信され、高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）はプッシュプル増幅器１２へ送信される。

すなわち、ポーラ変調器２より出力された振幅信号は、振幅増幅器３ａのＰＷＭ制御部５ａによってパルス信号に変換される。そして、ＰＷＭ制御部５ａから出力されたパルス信号は、パルス増幅部６ａによって極めて高い効率で増幅が行われる。さらに、増幅されたパルス信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ａによって元の（つまり、振幅増幅器３ａへ入力されたときの）振幅信号の波形に復元されて、プッシュプル増幅器１２の高周波増幅器８ａの電源端子へ入力される。同様にして、ポーラ変調器２より出力された振幅信号は、振幅増幅器３ｂのＰＷＭ制御部５ｂによってパルス信号に変換される。そして、ＰＷＭ制御部５ａから出力されたパルス信号は、パルス増幅部６ｂによって極めて高い効率で増幅が行われる。さらに、増幅されたパルス信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ｂによって元の（つまり、振幅増幅器３ｂへ入力されたときの）振幅信号の波形に復元されて、プッシュプル増幅器１２の高周波増幅器８ｂの電源端子へ入力される。

また、ポーラ変調器２より出力される高周波位相変調信号（ＲＦ位相変調信号）は、バラン１３によってＨ，Ｌ，Ｃの平衡回路（つまり、差動回路）に変換され、高周波増幅器８ａと高周波増幅器８ｂの二つの増幅器で変調増幅された後、バラン１４によって不平衡状態（つまり、信号ラインとアースライン）のシングルエンド回路に再変換され、出力端子１１より変調増幅信号が出力される。

ここで、ＰＷＭ制御部５ａ及びＰＷＭ制御部５ｂはそれぞれに入力される三角波クロック信号の位相を逆位相にすることにより、つまり、ＰＷＭ制御部５ａへ入力される三角波クロック信号の位相とＰＷＭ制御部５ｂへ入力される三角波クロック信号の位相とで１８０°の位相差を設けることにより、プッシュプル増幅器１２の高周波増幅器８ａ及び高周波増幅器８ａの出力端子に現れるスプリアスについても逆位相（１８０°位相差）となる。そのため、バラン１４によって高周波増幅器８ａから出力されるスプリアスと高周波増幅器８ｂから出力されるスプリアスとを合成すれば、両者のスプリアスは相殺されるので、結果的に、出力端子１１からはスプリアスが抑制された（つまり、相殺された）変調増幅信号を出力することができる。

本発明によるＥＥＲ変調増幅装置は、高効率な性能が求められ、かつ送信スプリアスに対して厳しい仕様が要求される通信機器に対応して高性能を実現することができる。したがって、本発明のＥＥＲ高周波増幅器は、移動体通信における基地局装置や端末機器のみならず、地上波ディジタルのテレビ送信機や高速な無線データ通信装置などにも適用することができる。

ＰＷＭ制御方式を用いた本発明における実施の形態１のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図 ＰＷＭ制御方式を用いた本発明における実施の形態２のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図 ＰＷＭ制御方式を用いた従来のＥＥＲ変調増幅装置の回路構成図

符号の説明

１ ベースバンド入力端子
２ ポーラ変調器
３ａ，３ｂ 振幅増幅器
４ 二合成増幅器
５ａ，５ｂ ＰＷＭ制御部
６ａ，６ｂ パルス増幅部
７ａ，７ｂ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
８ａ，８ｂ 高周波増幅器
９ 分配器
１０ 合成器
１１ 出力端子
１２ プッシュプル増幅器
１３，１４ バラン

Claims (4)

1. 入力された高周波信号から位相信号と振幅信号とを分離して個別に増幅し、増幅された前記振幅信号に基づいて高周波増幅器の電源電圧を制御することにより、前記高周波増幅器から所望の変調増幅信号を出力するＥＥＲ変調増幅装置であって、
   前記位相信号を２つの増幅器によって個別に増幅し、合成された増幅信号を前記変調増幅信号として出力する並列合成手段と、
   それぞれ個別に位相調整された基準信号と前記振幅信号とで生成されたパルス信号に基づく振幅信号を前記２つの増幅器の電源端子に個別に供給する２つの振幅信号供給手段と、
   を備えることを特徴とするＥＥＲ変調増幅装置。
2. 前記２つの振幅信号供給手段は、
   前記振幅信号と第１の三角波クロック信号とによってＰＷＭ制御を行い、第１のパルス信号を生成する第１のＰＷＭ制御部と、
   前記振幅信号と前記第１の三角波クロック信号とは逆位相である第２の三角波クロック信号とによってＰＷＭ制御を行い、第２のパルス信号を生成する第２のＰＷＭ制御部とを備え、
   前記並列合成手段は、
   前記位相信号を分配する分配部と、
   前記第１のパルス信号によって生成された第１の振幅信号を電源端子に供給して、前記分配部によって分配された位相信号を増幅する第１の増幅部と、
   前記第２のパルス信号によって生成された第２の振幅信号を電源端子に供給して、前記分配部によって分配された位相信号を増幅する第２の増幅部と、
   前記第１の増幅部の出力信号と前記第２の増幅部の出力信号とを合成して前記変調増幅信号を出力する合成部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のＥＥＲ変調増幅装置。
3. 前記分配部、前記第１の増幅部、前記第２の増幅部、及び前記合成部は、２つの増幅信号を単純合成する二合成増幅器によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＥＥＲ変調増幅装置。
4. 前記分配部は不平衡回路を平衡回路に変換する第１のバランであり、前記合成部は平衡回路を不平衡回路に変換する第２のバランであって、前記第１のバラン、前記第１の増幅部、前記第２の増幅部、及び前記第２のバランによってプッシュプル増幅器が構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＥＥＲ変調増幅装置。

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