JP2006339888A

JP2006339888A - 高周波増幅回路

Info

Publication number: JP2006339888A
Application number: JP2005160479A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tsujita; 雅之辻田; Kazuo Yamashita; 和郎山下; Hidenori Takahashi; 英紀高橋; Kazunori Kashimura; 和則樫村
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】増幅後の信号同士を合成して出力する際に、出力信号に発生する歪みを安定して低減することができる高周波増幅回路を提供する。
【解決手段】エラー信号抽出回路５６は、カプラ５２により取り出された出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)に、カプラ５４により取り出された入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を結合することで、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留しているエラー信号成分ｅ(ｔ)を抽出する。同期検波器５８は、信号分離器１２から取り出されたエラー信号ｅ(ｔ)を参照信号として用いて、エラー信号抽出回路５６による結合後の出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)を同相及び直交位相で同期検波する。そして、同相及び直交位相で同期検波することで発生した検出電圧に基づき、振幅調整器４０の利得及び位相調整器４２の移相量がそれぞれ制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波増幅回路、特に高効率増幅を図った高周波増幅回路に関する。

高効率な線形増幅器を実現する手段の１つとして、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Components）による増幅回路が知られており、その関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の増幅回路は、図７に示すように、信号波Ｘとこれに直交する補助波Ｙとをベクトル合成して２つの定振幅波Ａ，Ｂを発生する定振幅波発生回路１３１と、２つの定振幅波Ａ，Ｂをそれぞれ増幅する２つの増幅器１３２，１３３と、２つの増幅器１３２，１３３の出力信号ｋＡ，ｋＢをベクトル合成することで信号波成分ｋＸ’と補助波成分ｋＹ’を分離する合成回路１３４と、を備えている。そして、合成回路１３４から出力される補助波成分ｋＹ’を増幅器の増幅率ｋ分の１に減衰させる減衰器１４１と、減衰器１４１から出力される補助波成分Ｙ’と定振幅波発生回路１３１で用いた補助波Ｙとの振幅差を検出する振幅差検出器１４０と、振幅差検出器１４０で検出された振幅差を無くすように定振幅波Ａ，Ｂの一方の振幅を減衰させる可変減衰器１３６と、が設けられている。さらに、合成回路１３４から出力される補助波成分ｋＹ’と定振幅波発生回路１３１で用いた補助波Ｙとの位相差を検出する位相検出器１３９と、位相検出器１３９で検出された位相差に基づき２つの増幅器１３２，１３３で発生する位相偏差を無くすように定振幅波Ａ，Ｂの一方の位相を変える可変移相器１３８と、が設けられている。これによって、合成回路１３４の出力側の信号波成分ｋＸ’中に漏れ込む補助波成分ｋＹ’の抑圧を図り、増幅信号波ｋＸ’に発生する歪みの低減を図っている。

その他にも、下記特許文献２の高周波増幅回路が開示されている。

特開平５−３７２６３号公報特開２００４−３４３６６５号公報

特許文献１においては、２つの増幅器１３２，１３３の出力信号ｋＡ，ｋＢを合成回路１３４にてベクトル合成することで補助波成分ｋＹ’を信号波成分ｋＸ’から分離して出力する際に、補助波成分ｋＹ’の振幅が定振幅波発生回路１３１で用いた補助波Ｙの振幅のｋ倍に等しくなるように、定振幅波Ａ，Ｂの一方の振幅を調整している。ただし、図８に示すように、２つの増幅器１３２，１３３の出力信号ｋＡ，ｋＢ中に含まれる補助波成分同士が異なる振幅で合成されても、合成回路１３４から出力される補助波成分ｋＹ’の振幅が補助波Ｙの振幅のｋ倍に等しくなる場合が発生する。その場合は、合成回路１３４から出力される信号波成分ｋＸ’中に補助波成分ｋＹ’が漏れ込むことになり、増幅信号波ｋＸ’に歪みが発生することになる。また、合成回路１３４等の回路部品の特性にばらつきが生じる場合も、合成回路１３４から出力される補助波成分ｋＹ’の振幅が定振幅波発生回路１３１で用いた補助波Ｙの振幅のｋ倍に等しくなるように定振幅波Ａ，Ｂの一方の振幅を調整したときは、合成回路１３４から出力される信号波成分ｋＸ’中に補助波成分ｋＹ’が漏れ込むことになる。このように、特許文献１においては、合成回路１３４から出力される信号波成分ｋＸ’中に漏れ込む補助波成分ｋＹ’を安定して抑圧することが困難であり、増幅信号波ｋＸ’に発生する歪みを安定して低減することが困難である。

本発明は、増幅後の信号同士を合成して出力する際に、出力信号に発生する歪みを安定して低減することができる高周波増幅回路を提供することを目的とする。

本発明に係る高周波増幅回路は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る高周波増幅回路は、入力信号を基にエラー信号を生成し、入力信号とエラー信号の合成により位相差を有する高周波信号対を生成する高周波信号対生成器と、高周波信号対生成器により生成された高周波信号対の各々を増幅する増幅器対と、増幅器対により増幅された高周波信号対の各々を合成して出力する合成器と、合成器にて合成される高周波信号対の振幅及び／又は位相の相互関係を制御する制御回路と、を備え、入力信号を増幅し且つエラー信号を抑圧した出力信号を合成器から出力する高周波増幅回路であって、制御回路は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号成分を示す検出信号を発生させる同期検波器を有し、同期検波器により発生させた検出信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の振幅及び／又は位相の相互関係を制御することを要旨とする。

本発明の一態様では、制御回路は、合成器からの出力信号の一部に高周波信号対生成器への入力信号の一部を結合することで、該出力信号中に含まれるエラー信号成分を抽出するエラー信号抽出回路を有し、同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号としてエラー信号抽出回路による結合後の出力信号を同期検波することが好適である。

また、本発明の一態様では、同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同相で同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号の同相成分を示す信号を前記検出信号として発生させ、制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の振幅の相互関係を制御することが好適である。この態様では、制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、増幅器対のいずれかの飽和レベルを制御することで、合成器にて合成される高周波信号対の振幅の相互関係を制御することが好適である。さらに、制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、増幅器対のいずれかへ供給する電源電圧を制御することで、増幅器対のいずれかの飽和レベルを制御することが好適である。

また、本発明の一態様では、同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を直交位相で同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号の直交成分を示す信号を前記検出信号として発生させ、制御回路は、同期検波器により発生させた前記直交成分を示す信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の位相の相互関係を制御することが好適である。

また、本発明の一態様では、高周波信号対生成器は、入力信号の振幅を所定値に調整した信号をエラー信号として生成するエラー信号生成器を有し、同期検波器は、エラー信号生成器により振幅が所定値に調整されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同期検波することが好適である。この態様では、エラー信号生成器は、リミッタ増幅器であることが好適である。

本発明によれば、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同期検波することで、この出力信号中に含まれるエラー信号成分を示す検出信号を発生させ、この同期検波による検出信号に基づいて合成器にて合成される高周波信号対の振幅及び／又は位相の相互関係を制御する。これによって、増幅器対により増幅された高周波信号対の各々を合成器により合成して出力する際に、合成器からの出力信号中に含まれるエラー信号成分を安定して抑圧することができる。その結果、合成器からの出力信号に発生する歪みを安定して低減することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る高周波増幅回路の概略構成を示す図である。本実施形態に係る高周波増幅回路は、以下に説明する信号分離器１２、増幅器対１４（増幅器１４−１，１４−２）、合成器１６、振幅調整器４０、位相調整器４２、及び制御回路５０を備えている。

信号分離器１２は、入力端子１０からの高周波信号である入力信号Ｓｉｎ(ｔ)をその振幅に応じた位相差を有する高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)に分離して出力する。例えば、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)は包絡線変動を伴う変調信号であり、高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)の各々は定包絡線となる位相変調信号である。

より詳細には、信号分離器１２は、まず入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を基にエラー信号（誤差信号）ｅ(ｔ)を生成する。ここでのエラー信号ｅ(ｔ)は、図２に示すように、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)と位相が直交する信号であり、以下の（１）式で表される。ただし、（１）式において、Ｖ(ｔ)は入力信号Ｓｉｎ(ｔ)の振幅であり、Ｖは高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)の振幅（定数）である。

ｅ(ｔ)＝ｊ×Ｓｉｎ(ｔ)×（Ｖ²／Ｖ(ｔ)²−１）^0.5 （１）

そして、信号分離器１２は、図２に示すように、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)とエラー信号ｅ(ｔ)をそれらの位相を直交させた状態で合成して高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)を生成する。ここでの高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)は、以下の（２）、（３）式で表される。また、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)の振幅Ｖ(ｔ)の減少に対してエラー信号ｅ(ｔ)の振幅が増大し、高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)の位相差が増大する。

Ｓ１(ｔ)＝Ｓｉｎ(ｔ)＋ｅ(ｔ) （２）
Ｓ２(ｔ)＝Ｓｉｎ(ｔ)−ｅ(ｔ) （３）

振幅調整器４０及び位相調整器４２は、信号分離器１２と増幅器１４−１との間に設けられている。位相調整器４２は、信号分離器１２からの高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)の位相を調整して振幅調整器４０へ出力する。振幅調整器４０は、位相調整器４２からの高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)の振幅を調整して増幅器１４−１へ出力する。

増幅器対１４は、互いに並列に設けられた増幅器１４−１，１４−２によって構成されており、増幅器１４−１と増幅器１４−２とで利得、位相特性が略同一となるように設定されている。増幅器１４−１は振幅調整器４０からの高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)を増幅し、増幅器１４−２は信号分離器１２からの高周波信号対の他方Ｓ２(ｔ)を増幅する。

合成器１６は、増幅器対１４により増幅された高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)（Ｇは増幅器１４−１，１４−２の利得）の各々を合成し、合成後の信号を出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)として出力端子１１から出力する。合成器１６からは、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を増幅し且つエラー信号ｅ(ｔ)を抑圧した出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)が出力される。

ここでの合成器１６としては、例えば図３に示す特許文献２に開示されているものを用いることができる。図３に示す合成器１６は、増幅器１４−１の出力端子Ｃ及び増幅器１４−２の出力端子Ａにそれぞれ対応して設けられた伝送線路１８−１，１８−２を含み、増幅器１４−１，１４−２によりそれぞれ増幅された高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)を伝送線路１８−１，１８−２をそれぞれ介して信号合成点Ｅにて合成することで出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)を出力する。

伝送線路１８−１，１８−２は、例えばマイクロストリップ線路によって構成される。伝送線路１８−１の一端は増幅器１４−１の出力端子Ｃと一致し、伝送線路１８−１の他端は合成器１６の信号合成点Ｅと一致している。同様に、伝送線路１８−２の一端は増幅器１４−２の出力端子Ａと一致し、伝送線路１８−２の他端は合成器１６の信号合成点Ｅと一致している。そして、伝送線路１８−１の電気長（増幅器１４−１の出力端子Ｃと合成器１６の信号合成点Ｅとの間の電気長）及び伝送線路１８−１の電気長（増幅器１４−２の出力端子Ａと合成器１６の信号合成点Ｅとの間の電気長）Ｌは、ともに高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)の波長の１／４の奇数倍に略等しくなるように調整されている。また、ここでの増幅器１４−１の出力端子Ｃ及び増幅器１４−２の出力端子Ａについては、増幅器１４−１，１４−２内の増幅素子の出力端子となる。

さらに、図３に示すように、増幅器１４−１の出力端子Ｃは対応する伝送線路１８−１のみと接続されており、増幅器１４−２の出力端子Ａは対応する伝送線路１８−２のみと接続されている。このように、図３に示す合成器１６は、増幅器１４−１の出力端子Ｃと増幅器１４−２の出力端子Ａとが反射波吸収抵抗を介して接続されていない点で、ウィルキンソン合成器と異なる。ただし、ここで用いられる合成器１６の種類は特に限定されるものではなく、合成器１６として他の種類のものを用いることもできる。

合成器１６による高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)同士の合成の際には、入力信号成分Ｓｉｎ(ｔ)同士が同相合成されるとともに、エラー信号成分ｅ(ｔ)同士が同振幅且つ逆相合成されることで、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)からエラー信号成分ｅ(ｔ)が除去される。ただし、例えば増幅器１４−１，１４−２間の特性差等により、信号分離器１２から増幅器１４−１を経て合成器１６に至る回路と、信号分離器１２から増幅器１４−２を経て合成器１６に至る回路の間で特性差が生じる場合は、合成器１６にてエラー信号成分ｅ(ｔ)が完全には除去されずに、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中にエラー信号成分ｅ(ｔ)が残留することになる。この残留するエラー信号成分ｅ(ｔ)により、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)に歪みが発生することになる。

そこで、本実施形態では、高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)の振幅及び位相を振幅調整器４０及び位相調整器４２によりそれぞれ調整することで、合成器１６にて合成される高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)の振幅及び位相の相互関係を、エラー信号成分ｅ(ｔ)同士を同振幅且つ逆相合成するように調整する。以下、振幅調整器４０における振幅調整量（利得）及び位相調整器４２における位相調整量（移相量）を制御するための制御回路５０の構成について説明する。制御回路５０は、以下に説明するエラー信号抽出回路５６、同期検波器５８、及び比較誤差増幅器６０，６２を備えている。

出力端子１１での出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留するエラー信号成分ｅ(ｔ)のレベルを検出するために、合成器１６と出力端子１１との間に設けられたカプラ５２により出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)の一部が分岐されて取り出される。そして、入力端子１０と信号分離器１２との間に設けられたカプラ５４により入力信号Ｓｉｎ(ｔ)の一部が分岐されて取り出される。

エラー信号抽出回路５６は、カプラ５２により取り出された出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)に、カプラ５４により取り出された入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を結合することで、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留しているエラー信号成分ｅ(ｔ)を抽出する。ここで、エラー信号抽出回路５６にて結合の対象となる２種類の信号に含まれる入力信号成分Ｓｉｎ(ｔ)同士を同振幅かつ逆位相の状態で結合することで、結合後の出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)から入力信号成分Ｓｉｎ(ｔ)を除去することができ、出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留しているエラー信号成分ｅ(ｔ)を抽出することができる。そこで、このような関係が成立するように、エラー信号抽出回路５６にて結合の対象となる２種類の信号における振幅及び位相の相互関係が調整される。エラー信号抽出回路５６にてカプラ５４からの入力信号Ｓｉｎ(ｔ)と結合された後の出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)は、この結合後における出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中のエラー信号成分ｅ(ｔ)のレベルを検出するための信号として、同期検波器５８に入力される。また、信号分離器１２にて生成されたエラー信号ｅ(ｔ)は、エラー信号抽出回路５６による結合後における出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中のエラー信号成分ｅ(ｔ)のレベルを検出するための参照信号として、同期検波器５８に入力される。

同期検波器５８は、信号分離器１２から取り出されたエラー信号ｅ(ｔ)を参照信号として用いて、エラー信号抽出回路５６による結合後の出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)を同相及び直交位相で同期検波することで、この出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号ｅ(ｔ)の同相及び直交成分を示す検出電圧を発生させる。同相で同期検波することで発生した出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中のエラー信号ｅ(ｔ)の同相成分を示す検出電圧ＶＩは、比較誤差増幅器６０に入力される。一方、直交位相で同期検波することで発生した出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中のエラー信号ｅ(ｔ)の直交成分を示す検出電圧ＶＱは、比較誤差増幅器６２に入力される。

ここで、同期検波器５８にて同相で同期検波することで発生した検出電圧ＶＩは、合成器１６にて合成の対象となる高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)同士の振幅誤差（同振幅で誤差なし）とみなすことができる。そこで、比較誤差増幅器６０は、この検出電圧ＶＩを０または０の近傍値に一致させるための振幅調整用制御電圧Ｖ１Ａを振幅調整器４０へ出力する。

そして、同期検波器５８にて直交位相で同期検波することで発生した検出電圧ＶＱは、合成器１６にて合成の対象となる高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)同士の位相誤差（逆位相で誤差なし）とみなすことができる。そこで、比較誤差増幅器６２は、この検出電圧ＶＱを０または０の近傍値に一致させるための位相調整用制御電圧Ｖ１Ｐを位相調整器４２へ出力する。

振幅調整用制御電圧Ｖ１Ａにより振幅調整器４０における利得が制御され、位相調整用制御電圧Ｖ１Ｐにより位相調整器４２における移相量が制御される。これによって、合成器１６にて合成の対象となる高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅及び位相の相互関係（振幅差及び位相差）がそれぞれ制御される。

なお、増幅器１４−１の出力が飽和している場合は、振幅調整器４０により高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)の振幅を変化させても増幅器１４−１の出力側における高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)の振幅は変化しない。そこで、振幅調整器４０により増幅器１４−１の出力側における高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)の振幅を変化させるためには、振幅調整器４０により高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)の振幅を変化させても増幅器１４−１の出力が飽和しないように、増幅器１４−１にバックオフを設定する必要がある。

以上説明した本実施形態では、信号分離器１２にて生成されたエラー信号ｅ(ｔ)を参照信号として合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)を同相及び直交位相で同期検波することで、この出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号ｅ(ｔ)の同相及び直交成分を示す検出電圧ＶＩ，ＶＱを発生させる。このように、同期検波を利用して合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)を精度よく検出することができる。そして、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留するエラー信号ｅ(ｔ)の同相及び直交成分が抑圧されるように、この同期検波による検出電圧ＶＩ，ＶＱに基づいて合成器１６にて合成される高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)の振幅及び位相の相互関係（振幅差及び位相差）を制御する。これによって、回路部品のばらつきや温度変化、経時変化等がある場合でも、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留するエラー信号成分ｅ(ｔ)を安定して抑圧することができる。その結果、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)に発生する歪みを安定して低減することができる。

そして、本実施形態では、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)の一部に信号分離器１２への入力信号Ｓｉｎ(ｔ)の一部を結合し、この結合後の出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)を同相及び直交位相で同期検波する。これによって、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)を抽出してから同期検波を行うことができる。したがって、同期検波を利用して合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)をより精度よく検出することができる。

また、特許文献１では、合成回路１３４から出力される補助波成分ｋＹ’の振幅が補助波Ｙの振幅のｋ倍に等しくなるように定振幅波Ａ，Ｂの一方の振幅を調整しているので、信号波成分ｋＸ’と補助波成分ｋＹ’を分離するために合成回路１３４としてポート間のアイソレーションが高い４端子の回路が必要となる。そのため、定振幅波Ａ，Ｂの位相差が増大するほど、合成回路１３４における合成損失も増大することになる。これに対して本実施形態の合成器１６では、エラー信号ｅ(ｔ)を出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)から分離して出力する必要がないため、合成器１６としてポート間のアイソレーションが高い４端子の回路を用いる必要がなく、例えば図３に示すポート間にアイソレーションが無い回路を用いることができる。

なお、図１に示す構成例では、振幅調整器４０及び位相調整器４２を信号分離器１２と増幅器１４−１との間以外の位置に設けることもできる。例えば振幅調整器４０及び位相調整器４２を増幅器１４−１と合成器１６との間に設けることもできる。あるいは、振幅調整器４０及び位相調整器４２を、信号分離器１２と増幅器１４−２との間や、増幅器１４−２と合成器１６との間に設けることもできる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。

図４に示す構成例では、図１に示す構成例と比較して、振幅調整器４０が省略されているとともに電源制御回路４４が設けられている。電源制御回路４４は、比較誤差増幅器６０からの振幅調整用制御電圧Ｖ１Ａに基づいて、増幅器１４−１へ供給する電源電圧を制御することで、増幅器１４−１の飽和出力レベルを制御する。また、ここでの増幅器１４−１，１４−２は飽和増幅器として用いられる。

図４に示す構成例では、増幅器１４−１の出力が飽和している状態で、電源制御回路４４により増幅器１４−１の飽和出力レベルを制御することで、増幅器１４−１の出力側における高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)の振幅を変化させることができる。これによって、合成器１６にて合成の対象となる高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅の相互関係（振幅差）を制御することができる。このように、増幅器１４−１，１４−２を飽和増幅器として用いても、増幅器１４−１の出力側における高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)の振幅を変化させることができるので、増幅器１４−１，１４−２の効率をさらに向上させることができる。

なお、図４に示す構成例では、電源制御回路４４は、増幅器１４−２へ供給する電源電圧を制御することで、増幅器１４−２の飽和出力レベルを制御してもよい。

また、特許文献２に開示されている信号分離器の構成を本実施形態の信号分離器１２に適用することもできる。その場合の構成例を図５に示す。図５に示す構成例においては、信号分離器１２は、以下に説明する分配器２０、逆相信号対生成器２２、同相信号対生成器３０、及び合成器２６，２８を備えている。そして、逆相信号対生成器２２は、以下に説明するリミッタ増幅器３２及び分配器３４を備えており、同相信号対生成器３０は、以下に説明する移相器３６及び分配器３８を備えている。

分配器２０は、入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を略同位相の信号対に略等分配する。分配器２０により分配された入力信号対Ｓｉｎ(ｔ)／２^0.5の一方は逆相信号対生成器２２内のリミッタ増幅器３２に入力され、他方は同相信号対生成器３０内の移相器３６に入力される。

リミッタ増幅器３２は、分配器２０により分配された入力信号Ｓｉｎ(ｔ)／２^0.5の振幅を一定値ａｌｉｍに調整した信号を出力することでエラー信号ｅ(ｔ)を生成する。ここでの一定値ａｌｉｍについては、増幅器１４−１，１４−２の飽和出力レベルに基づいて設定される。分配器３４は、リミッタ増幅器３２からのエラー信号ｅ(ｔ)を互いに略逆位相の逆相信号対Ｓｌ１(ｔ)，Ｓｌ２(ｔ)に略等分配して出力する。ここで、分配器３４から出力される逆相信号対Ｓｌ１(ｔ)，Ｓｌ２(ｔ)は、各々が入力信号Ｓｉｎ(ｔ)の振幅を一定値ａｌｉｍ／２^0.5に調整した信号であり、互いに略同振幅かつ略逆位相である。

移相器３６は、分配器２０により分配された入力信号Ｓｉｎ(ｔ)／２^0.5の位相を略π／２だけ移相した信号Ｓｐ(ｔ)を出力する。分配器３８は、移相器３６からの信号Ｓｐ(ｔ)を略同位相の同相信号対Ｓｐ(ｔ)／２^0.5に略等分配して出力する。ここで、分配器３８から出力される同相信号対Ｓｐ(ｔ)／２^0.5は、各々が入力信号Ｓｉｎ(ｔ)を分配した信号であり、各々が逆相信号対Ｓｌ１(ｔ)，Ｓｌ２(ｔ)の各々と略直交し、互いに略同位相である。

振幅調整器４０及び位相調整器４２は、信号分離器１２内における分配器３４と合成器２６との間に設けられている。位相調整器４２は、分配器３４からの逆相信号対の一方Ｓｌ１(ｔ)の位相を調整して振幅調整器４０へ出力する。振幅調整器４０は、位相調整器４２からの逆相信号対の一方Ｓｌ１(ｔ)の振幅を調整して合成器２６へ出力する。

振幅調整器４０から出力される逆相信号対の一方Ｓｌ１(ｔ)及び分配器３８から出力される同相信号対の一方Ｓｐ(ｔ)／２^0.5が合成器２６にて合成されることで、高周波信号対の一方Ｓ１(ｔ)が得られる。そして、分配器３４から出力される逆相信号対の他方Ｓｌ２(ｔ)及び分配器３８から出力される同相信号対の他方Ｓｐ(ｔ)／２^0.5が合成器２８にて合成されることで、高周波信号対の他方Ｓ２(ｔ)が得られる。以上の構成の信号分離器１２により、増幅器対１４への入力信号である高周波信号対Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)を得ることができる。

ここで、信号Ｓｉｎ(ｔ)の位相が静止して見える直交座標系上のベクトルによって信号Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)，Ｓｏｕｔ(ｔ)を図示すると図６のようになる。ただし、分配器２０，３４，３８、合成器１６，２６，２８の入出力インピーダンスを同一としており、分配器２０，３４，３８により信号の電圧が１／２^0.5倍になり、合成器１６，２６，２８により同相信号の電圧が２^0.5倍になるものとしている。そして、図６では各ベクトルを信号Ｓ１(ｔ)，Ｓ２(ｔ)における電圧に換算して図示している。

図６において、逆相信号対成分Ｓｌ１(ｔ)／２^0.5，Ｓｌ２(ｔ)／２^0.5（エラー信号成分ｅ(ｔ)）については、合成器１６にて略同振幅かつ略逆位相で合成されるため、互いに打ち消し合いほとんど出力されない。一方、同相信号対成分Ｓｐ(ｔ)／２同士については、合成器１６にて略同振幅かつ略同位相で合成されて出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)として出力される。

図５に示す構成例では、リミッタ増幅器３２と分配器３４との間に設けられたカプラ５３によりエラー信号ｅ(ｔ)の一部が分岐されて取り出される。カプラ５３により取り出されたエラー信号ｅ(ｔ)は、エラー信号抽出回路５６による結合後における出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中のエラー信号成分ｅ(ｔ)のレベルを検出するための参照信号として、同期検波器５８に入力される。

比較誤差増幅器６０からの振幅調整用制御電圧Ｖ１Ａにより振幅調整器４０における利得が制御されることで、逆相信号対の一方Ｓｌ１(ｔ)の振幅が制御される。そして、比較誤差増幅器６２からの位相調整用制御電圧Ｖ１Ｐにより位相調整器４２における移相量が制御されることで、逆相信号対の一方Ｓｌ１(ｔ)の位相が制御される。これによって、合成器１６にて合成の対象となる高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅及び位相の相互関係（振幅差及び位相差）が制御される。なお、他の構成については図１に示す構成例と同様であるため説明を省略する。

以上説明した図５に示す構成例においても、同期検波を利用して合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に含まれるエラー信号成分ｅ(ｔ)を精度よく検出することができる。そして、回路部品のばらつきや温度変化、経時変化等がある場合でも、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)中に残留するエラー信号成分ｅ(ｔ)を安定して抑圧することができる。

なお、図５に示す構成例では、カプラ５３をリミッタ増幅器３２と分配器３４との間以外の位置に設けることもできる。例えばカプラ５３を、分配器３４と合成器２８との間や、分配器３４と位相調整器４２との間に設けることもできる。また、図５に示す構成例では、振幅調整器４０及び位相調整器４２を分配器３４と合成器２６との間以外の位置に設けることもできる。例えば振幅調整器４０及び位相調整器４２を、合成器２６と増幅器１４−１との間や、増幅器１４−１と合成器１６との間に設けることもできる。あるいは、振幅調整器４０及び位相調整器４２を、分配器３４と合成器２８との間や、合成器２８と増幅器１４−２との間や、増幅器１４−２と合成器１６との間に設けることもできる。

以上の本実施形態の説明では、制御回路５０が、同期検波器５８により発生させた検出電圧に基づき、合成器１６にて合成される高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅及び位相の両方の相互関係（振幅差及び位相差の両方）を制御するものとした。ただし、本実施形態では、制御回路５０は、同期検波器５８により発生させた検出電圧に基づき、合成器１６にて合成される高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅又は位相の相互関係を制御してもよい。本実施形態では、制御回路５０は、同期検波器５８により発生させた検出電圧に基づき、合成器１６にて合成される高周波信号対Ｇ×Ｓ１(ｔ)，Ｇ×Ｓ２(ｔ)における振幅及び位相の少なくとも一方の相互関係（振幅差及び位相差の少なくとも一方）を制御することで、合成器１６からの出力高周波信号Ｓｏｕｔ(ｔ)に発生する歪みを安定して低減することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る高周波増幅回路の概略構成を示す図である。信号分離器の動作を説明する図である。合成器の一例の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る高周波増幅回路の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る高周波増幅回路の他の概略構成を示す図である。信号分離器の他の構成例の動作を説明する図である。関連技術の高周波増幅回路の概略構成を示す図である。関連技術の高周波増幅回路の動作を説明する図である。

符号の説明

１０入力端子、１１出力端子、１２信号分離器、１４増幅器対、１４−１，１４−２増幅器、１６，２６，２８合成器、２０，３４，３８分配器、２２逆相信号対生成器、３０同相信号対生成器、３２リミッタ増幅器、４０振幅調整器、４２位相調整器、４４電源制御回路、５０制御回路、５２，５３，５４カプラ、５６エラー信号抽出回路、５８同期検波器、６０，６２比較誤差増幅器。

Claims

入力信号を基にエラー信号を生成し、入力信号とエラー信号の合成により位相差を有する高周波信号対を生成する高周波信号対生成器と、
高周波信号対生成器により生成された高周波信号対の各々を増幅する増幅器対と、
増幅器対により増幅された高周波信号対の各々を合成して出力する合成器と、
合成器にて合成される高周波信号対の振幅及び／又は位相の相互関係を制御する制御回路と、
を備え、入力信号を増幅し且つエラー信号を抑圧した出力信号を合成器から出力する高周波増幅回路であって、
制御回路は、
高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号成分を示す検出信号を発生させる同期検波器を有し、
同期検波器により発生させた検出信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の振幅及び／又は位相の相互関係を制御することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項１に記載の高周波増幅回路であって、
制御回路は、合成器からの出力信号の一部に高周波信号対生成器への入力信号の一部を結合することで、該出力信号中に含まれるエラー信号成分を抽出するエラー信号抽出回路を有し、
同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号としてエラー信号抽出回路による結合後の出力信号を同期検波することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項１または２に記載の高周波増幅回路であって、
同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同相で同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号の同相成分を示す信号を前記検出信号として発生させ、
制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の振幅の相互関係を制御することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項３に記載の高周波増幅回路であって、
制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、増幅器対のいずれかの飽和レベルを制御することで、合成器にて合成される高周波信号対の振幅の相互関係を制御することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項４に記載の高周波増幅回路であって、
制御回路は、同期検波器により発生させた前記同相成分を示す信号に基づいて、増幅器対のいずれかへ供給する電源電圧を制御することで、増幅器対のいずれかの飽和レベルを制御することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項１〜５のいずれか１に記載の高周波増幅回路であって、
同期検波器は、高周波信号対生成器にて生成されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を直交位相で同期検波することで、該出力信号中に含まれるエラー信号の直交成分を示す信号を前記検出信号として発生させ、
制御回路は、同期検波器により発生させた前記直交成分を示す信号に基づいて、合成器にて合成される高周波信号対の位相の相互関係を制御することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項１〜６のいずれか１に記載の高周波増幅回路であって、
高周波信号対生成器は、入力信号の振幅を所定値に調整した信号をエラー信号として生成するエラー信号生成器を有し、
同期検波器は、エラー信号生成器により振幅が所定値に調整されたエラー信号を参照信号として合成器からの出力信号を同期検波することを特徴とする高周波増幅回路。
請求項７に記載の高周波増幅回路であって、
エラー信号生成器は、リミッタ増幅器であることを特徴とする高周波増幅回路。