JP2008022499A - 増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体基地局のように、マルチキャリア送信を行う装置において、良好な歪特性で、２以上の周波数成分を含むＲＦ信号を増幅する増幅器を提供する。
【解決手段】増幅器の入力端子又は出力端子に、入力周波数の周波数差又は帯域に相当する周波数帯域で、周波数が高くなると電気長が短くなる性質（負の位相回転特性）を有する回路を、１／４波長伝送線路２を介して接続し、信号自体を劣化させることなく、バイアス回路のインピーダンスを広帯域に低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器に関し、特にベースバンド帯インピーダンスの周波数依存性を低減した増幅器に関する。

デジタル変調された広帯域通信においては、歪特性が重要である。歪特性は基本的には増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性に起因するが、ＷＣＤＭＡのような広帯域信号を用いた通信方式においては、増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性から生じた歪特性は、増幅回路の帯域幅の周波数（５ＭＨｚ以下）のインピーダンスの影響を受ける。また、移動体基地局のように、マルチキャリア送信を行う場合には、キャリア周波数（数十ＭＨｚ）のインピーダンスの影響をうける。

移動体基地局用増幅器などにおいては、デジタル前段歪補償（デジタル・プリ・ディストーション）が用いられることがあるが、このようなシステムにおいては、増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性に起因する歪はその大部分を補償することが可能である。しかしながら、増幅器から発生した歪に低周波からの戻り成分が含まれる場合には、デジタルによる歪補償が困難となってしまう。

そのため、増幅器の回路構成においては、低周波数（数十ＭＨｚ以下）のインピーダンスができるだけ低いことが望ましい。

一般に、ＲＦ増幅器のバイアス回路には、チョークインダクタンスや１／４波長の伝送線路が用いられている。このような回路構成とすれば、上記のような数十ＭＨｚ以下の低周波数帯域では、増幅器の回路のインピーダンスは０に近く、また、キャリア信号の周波数帯域ではオープンになる。

しかしながら、実際には、１／４波長の伝送路とキャパシタとを用いたバイアス回路では、伝送線路に含まれるインダクタンス成分及びキャパシタの内部インダクタンスによって、バイアス回路のインピーダンスが０から回ってしまう。

この線路のインダクタンスを低減するには１／４波長よりも短くすれば良いが、その方法ではバイアス回路がキャリア周波数に対してオープンとならず、ＲＦ特性自体が劣化してしまう。

よって、ＷＣＤＭＡ方式のように、広帯域を有する信号においては１００ＭＨｚまでの広範囲でインピーダンスを低減する必要がある。

このような問題を解決するための従来技術としては、特許文献１に開示される「高周波電力増幅装置」や特許文献２に開示される「電力増幅器」がある。

特許文献１に開示される発明は、バイアス回路にインダクタンスとコンデンサとを設置し、それらの共振を利用してインピーダンスをコントロールするものである。
また、特許文献１に開示される発明及び特許文献２に開示される発明は、いずれもバイアス回路にＲ（抵抗）を挿入し、回路のＱ値を低減することによって、共振によるインピーダンス増加を抑制している。
特開２００５−３４１４４７号公報 特開２００３−１７９４８号公報

図４、図５に、従来のバイアス回路の構成を示す。また、図４や図５示すような共振系を用いた回路でのインピーダンスの変化を図６に示す。従来の回路では、限られた周波数範囲でしかインピーダンスのコントロールができない。また、λ／４伝送路やコンデンサ内部インダクタンスによるインピーダンス虚部の変化は比較的低周波から増加してしまう。
また、図５のように、コンデンサに直列にＲを挿入した場合には、図６の１０ＭＨｚ付近に生じる共振によるインピーダンス（実部）の増加を低減することは可能であるが、信号の周波数帯におけるバイアス回路のＱ値が下がってしまい、信号自体がバイアスラインに大きく流れて損失が大きくなる。よって、ＲＦ出力特性自体が低下してしまう。

このように、従来技術の第１の問題点は、共振周波数以外でのインピーダンスにおいてインピーダンスが低減できず、広帯域信号に適応させることが困難であるということである。

また、従来技術の第２の問題点は、共振周波数以外のインピーダンス増加を抑えるためにＲ（抵抗）を入れて回路のＱ値を低減しているために、信号全体が回路側に漏れてしまうために損失が生じ、増幅器の特性を劣化させてしまうことである。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、信号自体を劣化させることなく、広帯域にベースバンド帯のインピーダンスを低減できる回路を備えた増幅器を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、２以上の周波数成分を含む信号を増幅する増幅器であって、入力端子又は出力端子に、入力周波数の周波数差又は帯域に相当する周波数帯域で周波数に対して負の位相回転特性を有する回路が接続されたことを特徴とする増幅器を提供するものである。

本発明においては、負の位相回転特性が、入力信号の帯域に相当する周波数帯において実現されていることが好ましい。

本発明の上記のいずれの構成においても、負の位相回転特性を有する回路は、直列に接続された２以上のコンデンサと、各々のコンデンサ間に一端が接続され他端が接地されたインダクタとを含むことが好ましい。また、負の位相回転特性を有する回路が、４分の１波長導波路を介して接続されることが好ましい。また、信号のベースバンド帯におけるデジタル歪補償回路を有することが好ましい。また、移動体通信の基地局用であることが好ましい。

本発明によれは、信号自体を劣化させることなく、広帯域にベースバンド帯のインピーダンスを低減できる回路を備えた増幅器を提供できる。

本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１に、本実施形態にかかる高周波増幅器に適用するバイアス回路１の構成を示す。なお、増幅回路自体は公知の構成を適用可能であり、スイッチング素子の入力端子又は出力端子に接続された信号伝送路（ＲＦ Ｌｉｎｅ）にバイアス回路１が付加される。

バイアス回路１として、信号の主線路に、信号の周波数で４分の１波長の長さの位置に設置された（換言すると、１／４波長伝送線路２を介して接続された）、直列に接続された１０個のコンデンサ３と、それぞれ一方が接地され他方がコンデンサ３同士の間に接続されたインダクタ４との対によって構成される。
このような構成をとることにより、この部分は伝送線路として働き、周波数が高くなると電気長が短くなる性質（負の位相回転特性）を示す。なお、コンデンサ３及びインダクタ４の容量・インダクタンスを調整することにより、２００ＭＨｚまでの周波数において位相が周波数に対して負の位相回りを示すように特性を付与できる（換言すると、負の位相回転特性を付与できる）。

本実施形態にかかる回路を付加したバイアス回路１のインピーダンスの変化の一例を図２に示す。図から明らかなように、２００ＭＨｚまではバイアス回路１に用いたλ／４波長線路２やコンデンサ３から生じる位相回りをほぼキャンセルすることが可能であり、インピーダンスは１ｋＨｚから２００ＭＨｚの広範囲にわたり、連続的に０．１Ω未満となっている。

このように、本実施形態においては、位相が周波数に対して負の向きに動く回路（負の位相回転特性を有する回路）を付加することによって、極めて広い周波数帯域で、バイアス回路のインピーダンスを低減できる。

本実施形態にかかるバイアス回路１を１０ＭＨｚ離した２キャリアのＷＣＤＭＡ信号を増幅する増幅器に適用した場合の出力スペクトラム（相互変調歪を含める）を図３に示す。比較のため、従来のバイアス回路を有する増幅器の出力スペクトラムを図７に示す。
本実施形態にかかるバイアス回路１を適用した増幅器の場合ＷＣＤＭＡ信号２キャリア入力時のＩＭ特性における低周波インピーダンスの影響を低減できる。その結果、ＩＭ低周波側と高周波側とのアンバランス（メモリ効果）がほとんど生じていない。

一方、従来のバイアス回路を有する増幅器では、低周波インピーダンスの影響がＩＭ特性に現れており、ＩＭ低周波側と高周波側とでアンバランスが生じてしまう（出力スペクトルが中心周波数に関して非対称となる）。

このように、本実施形態にかかるバイアス回路１を適用した増幅器が示すＩＭ特性は、図３からも明らかなように、増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性によって生じた歪（奇数次の歪）が支配的であり、従来の増幅器のように、これらとベースバンド帯からの歪（偶数次の歪）が重畳されてはいない。

さらに、ＤＰＤ（デジタル・プリ・ディストーション）を行った際の残留歪が極めて小さく、低歪化が可能である。このようなメモリ効果が少ない増幅器においては、デジタル・プリ・ディストーションによる歪補償が効果的に働く。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記実施形態はコンデンサが１０個直列に接続された構成の回路を例としたが、負の位相回転特性を示すのであれば、図示したものとは異なる構成の回路を用いても良い。
また、上記実施形態においては、２００ＭＨｚまでの位相が周波数に対して負の向きを生じる場合を例としたが、負の位相回転特性を示す周波数の範囲は、バイアス回路の構成（素子のレイアウト、素子特性値）によって任意に設定可能である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した高周波増幅器のバイアス回路の構成を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかる高周波増幅器のバイアス回路のインピーダンスの周波数依存性を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかる高周波増幅器を移動体基地局用増幅器として用いた場合の歪特性を示す図である。 従来の増幅器の回路構成を示す図である。 従来の増幅器の回路構成を示す図である。 従来の増幅器のバイアス回路のインピーダンスの周波数依存性を示す図である。 従来の増幅器を移動体基地局用増幅器として用いた場合の歪特性を示す図である。

符号の説明

１ バイアス回路
２ １／４波長伝送線路
３ コンデンサ
４ インダクタ

Claims (6)

1. ２以上の周波数成分を含む信号を増幅する増幅器であって、
   入力端子又は出力端子に、入力周波数の周波数差又は帯域に相当する周波数帯域で周波数に対して負の位相回転特性を有する回路が接続されたことを特徴とする増幅器。
2. 前記負の位相回転特性が、入力信号の帯域に相当する周波数帯において実現されていることを特徴とする請求項１記載の増幅器。
3. 前記負の位相回転特性を有する回路は、直列に接続された２以上のコンデンサと、各々のコンデンサ間に一端が接続され他端が接地されたインダクタとを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の増幅器。
4. 前記負の位相回転特性を有する回路が、４分の１波長導波路を介して接続されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の増幅器。
5. 前記信号のベースバンド帯におけるデジタル歪補償回路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の増幅器。
6. 移動体通信の基地局用であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の増幅器。

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