JP2010057170A - 電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 増幅された包絡線変動を有する出力信号における振幅および位相の所期の値からのずれを防止する機能を備えた電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置を提供する。
【解決手段】 入力信号を移相する可変移相回路10と、第１，第２定包絡線信号を生成する第１，第２加算回路11ａ，11ｂと、第１，第２増幅回路12ａ，12ｂと、振幅を検出する第１，第２振幅検出回路13ａ，13ｂと、第１，第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第１の振幅制御回路20と、第１，第２増幅信号をベクトル加算して出力信号を生成する出力加算回路14と、可変移相回路の移相量を制御する移相量制御回路30と、第１，第２加算回路の利得を制御する利得制御回路40と、第１，第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第２の振幅制御回路50とを含む電力増幅装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置に関するものであり、特に、入力信号を２つの定包絡線信号に変換して、それらの定包絡線信号を増幅してからベクトル加算する電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置に関するものである。

通信装置における送信信号の増幅等に用いられる電力増幅方式のうち、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Component）方式では、包絡線変動を有する入力信号を該入力信号の振幅に応じた位相差を有する２つの定包絡線信号に変換した後に、それら包絡線信号をそれぞれ非線形増幅器を用いて増幅する。そして、増幅済みの定包絡線信号をベクトル加算することによって増幅済みの入力信号を得る。この方式によれば、非線形増幅器は定包絡線信号を増幅すればよいので、電力増幅効率を向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１−284106号公報

しかしながら、特許文献１に開示された増幅装置においては、デジタル信号処理により入力信号を２つの定包絡線信号に変換するため、アナログ−デジタル及びデジタル−アナログ変換器等が必要となるので、回路規模が増大してしまうという問題があった。

そこで本願出願人は、アナログ信号処理により入力信号を２つの定包絡線信号に変換する回路構成を検討しており、その回路構成を図８に示す。この新規な電力増幅装置100では、移相器102により入力信号Ｓｉｎの位相をπ／２だけ進ませてさせて直交信号を得るとともに、この信号を可変利得増幅器104で増幅してなる信号（第１定包絡線ベクトル生成信号ｅ）を生成して、この第１定包絡線ベクトル生成信号ｅを加算回路106で入力信号Ｓｉｎにベクトル加算することにより第１定包絡線信号Ｓ１を生成する。また、アナログ信号処理により、第１定包絡線ベクトル生成信号ｅを移相器110によりπだけ遅らせてなる逆相信号（第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅ）を生成して、この第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅを加算回路108で入力信号Ｓｉｎにベクトル加算することにより第２定包絡線信号Ｓ２を生成する。そして、第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２の振幅（具体的には振幅の２乗）をミキサ（振幅検出回路）116，118で検出して、加算回路120でそれらの合計値を生成するとともに、加算回路114で所定電圧Ｖｒｅｆとの差を生成する。さらに、その値をローパスフィルタ112に掛けて、その出力を図示しないバッファーアンプを介して可変利得増幅器104の利得制御信号として入力する。この構成によると、第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２の振幅の２乗和が一定値となるように可変利得増幅器104の利得がフィードバック制御され、第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２の振幅が所期の値に設定される。これにより第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２をそれぞれ定包絡線信号とすることができる。そして、第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２を、それぞれ増幅器131，132を用いて増幅して第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２とした後に、ベクトル加算回路141を用いて加算することによって増幅された包絡線変動を有する出力信号Ｓｏｕｔを得ることができる（図９参照。）。

ところがこのような構成においては、加算回路106，107における利得に差異があるときには、第１定包絡線信号Ｓ１の振幅および位相と第２定包絡線信号Ｓ２の振幅および位相とにズレが生じてしまうという問題があった。また、加算回路106，107の間等にインピーダンスの差があるときには、入力信号Ｓｉｎおよび第１定包絡線信号Ｓ１の位相差と入力信号Ｓｉｎおよび第２定包絡線信号Ｓ２の位相差とにズレが生じてしまい、入力信号Ｓｉｎの位相に対して第１定包絡線信号Ｓ１の位相および第２定包絡線信号Ｓ２の位相が対称にならないという問題があった。また、第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２をそれぞれ増幅する２つの増幅器に含まれるトランジスタのインピーダンスが一致していないときには、それぞれの増幅器から出力される増幅信号の間に位相のずれが発生してしまうという問題もあった。そして、これらの問題により、増幅された包絡線変動を有する出力信号Ｓｏｕｔの振幅および位相が所期の値からずれてしまうという問題があった。この状態を図10に示す。第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２が所期の第１増幅信号Ｓａ１０および所期の第２増幅信号Ｓａ２０からずれてしまうことにより、出力信号Ｓｏｕｔが所期の出力信号Ｓｏｕｔ０からずれている。

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、増幅された包絡線変動を有する出力信号における振幅および位相の所期の値からのずれを防止する機能を備えた電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置を提供することにある。

本発明の電力増幅装置は、包絡線変動を有する入力信号の位相を変化させて基本信号を生成する可変移相回路と、前記基本信号よりも位相がπ／２だけ進んでいる第１定包絡線ベクトル生成信号を前記基本信号にベクトル加算して第１定包絡線信号を生成する第１加算回路と、前記基本信号よりも位相がπ／２だけ遅れている第２定包絡線ベクトル生成信号を前記基本信号にベクトル加算して第２定包絡線信号を生成する第２加算回路と、前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を生成する第１増幅回路と、前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を生成する第２増幅回路と、前記第１増幅信号の振幅を検出して第１振幅検出信号を生成する第１振幅検出回路と、前記第２増幅信号の振幅を検出して第２振幅検出信号を生成する第２振幅検出回路と、前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号に基づいて前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第１の振幅制御回路と、前記第１増幅信号および前記第２増幅信号をベクトル加算して増幅された包絡線変動を有する出力信号を生成する出力加算回路と、前記入力信号および前記出力信号の位相差を検出して、該位相差に応じて前記可変移相回路における移相量を制御する移相量制御信号を生成する移相量制御回路と、前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号に基づいて、前記第１加算回路および前記第２加算回路の利得を制御する利得制御回路と、前記入力信号の振幅および前記出力信号の振幅に基づいて前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第２の振幅制御回路とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の電力増幅装置は、上記構成において、前記移相量制御回路は、入力された前記入力信号および前記出力信号の位相差を検出して該位相差に応じた電圧を有する位相差検出信号を生成する位相差検出回路と、所与の電圧シフト信号および前記位相差検出信号を加算することにより前記移相量制御信号を生成する電圧シフト回路とを含むことを特徴とするものである。

さらに、本発明の電力増幅装置は、上記各構成において、前記第１振幅検出信号は前記第１増幅信号の振幅に応じた電圧を有し、前記第２振幅検出信号は前記第２増幅信号の振幅に応じた電圧を有するとともに、前記利得制御回路は、前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号が入力されて、所定の基準電圧から前記第１前記振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第１加算回路の利得を制御する第１利得制御信号と、前記所定の基準電圧から前記第２前記振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第２加算回路の利得を制御する第２利得制御信号とを生成することを特徴とするものである。

またさらに、本発明の電力増幅装置は、上記各構成において、前記第２の振幅制御回路は、前記入力信号の振幅を検出して該入力信号の振幅に応じた電圧を有する入力振幅検出信号を生成する入力振幅検出回路と、前記出力信号の振幅を検出して該出力信号の振幅に応じた電圧を有する出力振幅検出信号を生成する出力振幅検出回路と、前記出力振幅検出信号を所定の割合だけ減衰させた出力振幅第２検出信号を出力する減衰回路と、前記入力振幅検出信号および前記出力振幅第２検出信号が入力されて、前記入力振幅検出信号の電圧から前記出力振幅第２検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を制御する振幅制御信号を生成する振幅制御信号生成回路とを含むことを特徴とするものである。

さらにまた、本発明の電力増幅装置は、上記各構成において、前記位相差検出回路に入力される前記入力信号および前記出力信号の少なくとも一方を移相して、該一方の移相量をα，他方の移相量をβ（０を含む）としたときに、｜α−β｜＝90（°）を満足させる第２の移相回路を備えることを特徴とするものである。

本発明の送信装置は、送信回路に上記各構成のいずれかの本発明の電力増幅装置を介してアンテナが接続されていることを特徴とするものである。

本発明の通信装置は、送信回路に上記各構成のいずれかの本発明の電力増幅装置を介してアンテナが接続されており、該アンテナに受信回路が接続されていることを特徴とするものである。

本発明の電力増幅装置によれば、包絡線変動を有する入力信号の位相を変化させて基本信号を生成する可変移相回路と、基本信号よりも位相がπ／２だけ進んでいる第１定包絡線ベクトル生成信号を基本信号にベクトル加算して第１定包絡線信号を生成する第１加算回路と、基本信号よりも位相がπ／２だけ遅れている第２定包絡線ベクトル生成信号を基本信号にベクトル加算して第２定包絡線信号を生成する第２加算回路と、第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を生成する第１増幅回路と、第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を生成する第２増幅回路と、第１増幅信号の振幅を検出して第１振幅検出信号を生成する第１振幅検出回路と、第２増幅信号の振幅を検出して第２振幅検出信号を生成する第２振幅検出回路と、第１振幅検出信号および第２振幅検出信号に基づいて第１定包絡線ベクトル生成信号および第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第１の振幅制御回路と、第１増幅信号および第２増幅信号をベクトル加算して増幅された包絡線変動を有する出力信号を生成する出力加算回路とを含むとともに、さらに、入力信号および出力信号の位相差を検出して、位相差に応じて可変移相回路における移相量を制御する移相量制御信号を生成する移相量制御回路を有することから、入力信号と出力信号との位相差に応じて可変移相回路の移相量を変化させることができるので、入力信号の位相と出力信号の位相とを一致させる第１の効果を得ることができる。

また、本発明の電力増幅装置によれば、第１振幅検出信号および第２振幅検出信号に基づいて、第１加算回路および第２加算回路の利得を制御する利得制御回路を有することから、第１増幅信号および第２増幅信号のそれぞれの振幅に応じて第１加算回路および第２加算回路の利得を制御し、それによって第１増幅信号および第２増幅信号の振幅（定包絡線ベクトル強度）を調整することができるので、第１増幅信号の振幅と第２増幅信号の振幅とを一致させる第２の効果を得ることができる。

さらに、本発明の電力増幅装置によれば、入力信号の振幅および出力信号の振幅に基づいて第１定包絡線ベクトル生成信号および第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第２の振幅制御回路を有することから、入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の大きさに応じて第１定包絡線ベクトル生成信号および第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させることによって出力信号の振幅を所期の値に一致させる第３の効果を得ることができる。

そして、本発明の電力増幅装置によれば、上記第１〜第３の効果を併せて得ることができることにより、包絡線変動を有する入力信号を、入力信号の振幅に応じた位相差を有する２つの定包絡線信号に変換し、それぞれを増幅した後にベクトル加算することによって増幅された包絡線変動を有する出力信号を得る増幅装置において、増幅された包絡線変動を有する出力信号における振幅および位相の所期の値からのずれを防止することが可能となる。

また、本発明の電力増幅装置によれば、移相量制御回路は、入力された入力信号および出力信号の位相差を検出して位相差に応じた電圧を有する位相差検出信号を生成する位相差検出回路と、所与の電圧シフト信号および位相差検出信号を加算することにより移相量制御信号を生成する電圧シフト回路とを含むときには、入力信号および出力信号の位相差に応じた電圧を有する位相差検出信号の電圧をシフトさせて、移相量制御回路における移相量の制御に最適な電圧を有する移相量制御信号に変換することができるので、入力信号および出力信号の位相差に応じて移相量制御回路における移相量を充分に大きく変化させることができる。

さらに、本発明の電力増幅装置によれば、第１振幅検出信号は第１増幅信号の振幅に応じた電圧を有し、第２振幅検出信号は第２増幅信号の振幅に応じた電圧を有するとともに、利得制御回路は、第１振幅検出信号および第２振幅検出信号が入力されて、所定の基準電圧から第１振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに第１加算回路の利得を制御する第１利得制御信号と、所定の基準電圧から第２振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに第２加算回路の利得を制御する第２利得制御信号とを生成するときには、単純な回路を用いて容易に第１増幅信号の振幅と第２増幅信号の振幅とを一致させることができる。すなわち、第１増幅信号および第２増幅信号の振幅が所期の振幅であるときの第１振幅検出信号および第２振幅検出信号の電圧を基準電圧に設定することにより、第１利得制御信号および第２利得制御信号の電圧は、第１増幅信号および第２増幅信号の振幅の所期の振幅からの偏差に対して逆の極性（第１増幅信号および第２増幅信号の振幅が所期の振幅よりも大きいときは−で小さいときは＋）を有することになる。そして、第１増幅信号の振幅の所期の振幅に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有する第１利得制御信号で第１加算回路の利得を制御することにより第１定包絡線信号の振幅を変化させ、これによって、第１増幅信号の振幅を所期の振幅に一致させることができる。同様に、第２増幅信号の振幅の所期の振幅に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有する第２利得制御信号で第２加算回路の利得を制御することにより第２定包絡線信号の振幅を変化させ、これによって第２増幅信号の振幅を所期の振幅に一致させることができる。これによって、第１増幅信号および第２増幅信号の振幅がどちらも所期の振幅に一致するため、第１増幅信号の振幅と第２増幅信号の振幅とを一致させることができる。

またさらに、本発明の電力増幅装置によれば、第２の振幅制御回路は、入力信号の振幅を検出して入力信号の振幅に応じた電圧を有する入力振幅検出信号を生成する入力振幅検出回路と、出力信号の振幅を検出して出力信号の振幅に応じた電圧を有する出力振幅検出信号を生成する出力振幅検出回路と、出力振幅検出信号を所定の割合だけ減衰させた出力振幅第２検出信号を出力する減衰回路と、入力振幅検出信号および出力振幅第２検出信号が入力されて、入力振幅検出信号の電圧から出力振幅第２検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに第１定包絡線ベクトル生成信号および第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を制御する振幅制御信号を生成する振幅制御信号生成回路とを含むときには、単純な回路を用いて容易に出力信号の振幅を所期の値に一致させることができる。すなわち、出力振幅検出信号を所定の割合だけ減衰回路によって減衰させて、出力信号の振幅から第１増幅回路および第２増幅回路による利得を差し引いた振幅を検出したときの電圧に相当する電圧を有する出力振幅第２検出信号を得た後に、振幅制御信号生成回路において、入力振幅検出信号の電圧から出力振幅第２検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有する振幅制御信号を生成することにより、振幅制御信号の電圧は、出力信号の振幅の入力信号の振幅に基づく所期の値に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有することになる。よって、このような電圧を有する振幅制御信号を用いて第１定包絡線ベクトル生成信号および第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を制御することにより、出力信号の振幅を所期の値に一致させることができる。

さらにまた、本発明の電力増幅装置は、位相差検出回路に入力される入力信号および出力信号の少なくとも一方を移相して、一方の移相量をα，他方の移相量をβ（０を含む）としたときに、｜α−β｜＝90（°）を満足させる第２の移相回路を備えるようにしてもよい。このような構成を備える本発明の電力増幅装置によれば、入力信号と出力信号との位相差φに対してｓｉｎφに比例する電圧を有する位相差検出信号を出力することが可能になるので、入力信号と出力信号との位相差を短時間で解消することが可能な電力増幅装置を得ることができる。

本発明の送信装置によれば、送信回路に本発明の電力増幅装置を介してアンテナが接続されていることから、送信機から送信されるデータの誤りの増大を防止することができる。

本発明の通信装置によれば、送信回路に上記各構成のいずれかの本発明の電力増幅装置を介してアンテナが接続されており、アンテナに受信回路が接続されていることから、通信装置から送信されるデータの誤りの増大を防止することができる。

本発明の実施の形態の第１の例の電力増幅装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の電力増幅装置における効果を説明するためのベクトル図である。 本発明の電力増幅装置における効果を説明するためのベクトル図である。 本発明の電力増幅装置における効果を説明するためのベクトル図である。 本発明の実施の形態の第２の例の電力増幅装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態の第３の例の送信装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態の第４の例の通信装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の前提となる電力増幅装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の前提となる電力増幅装置における信号変換の基本原理を説明するためのベクトル図である。 本発明の前提となる電力増幅装置における問題点を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態の第１，第２の例の電力増幅装置の位相補正回路における誤差収束性のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の電力増幅装置ならびにそれを用いた送信装置および通信装置を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施の形態の第１の例）
図１は本発明の実施の形態の第１の例の電力増幅装置を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、本例の電力増幅装置では、入力信号Ｓｉｎは可変移相回路10に入力される。可変移相回路10は、位相制御信号Ｓｃに応じて入力信号Ｓｉｎの位相をシフトさせて基本信号Ｓｉｎ’として出力する。基本信号Ｓｉｎ’は移相器61に入力される。移相器61は基本信号Ｓｉｎ’の移相をπ／２だけ進める回路であり、その出力は可変利得増幅器62に入力されている。可変利得増幅器62には、加算器63の出力信号が可変利得制御信号Ｓｑとして入力され、この可変利得制御信号Ｓｑにより増幅利得が制御されている。可変利得増幅器62の出力は第１定包絡線ベクトル生成信号ｅとして第１加算回路11ａに入力され、第１加算回路11ａにより基本信号Ｓｉｎ’とベクトル加算される。これにより、第１加算回路11ａからは第１定包絡線信号Ｓ１が出力される。また、第１定包絡線ベクトル生成信号ｅは180°移相器64にも入力され、180°移相器64により第１定包絡線ベクトル生成信号ｅを位相反転してなる第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅが生成される。この第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅは第２加算回路11ｂに入力され、第２加算回路11ｂにより基本信号Ｓｉｎ’とベクトル加算される。これにより、第２加算回路11ｂから第２定包絡線信号Ｓ２が出力される。

第１加算回路11ａから出力された第１定包絡線信号Ｓ１は、第１増幅回路12ａで増幅されて第１増幅信号Ｓａ１として出力される。第１増幅信号Ｓａ１は第１振幅検出回路13ａに分配されており、第１振幅検出回路13ａにより第１増幅信号Ｓａ１の振幅の２乗値を示す直流電圧信号を有する第１振幅検出信号Ｓｂ１が生成される。同様に、第２加算回路11ｂから出力された第２定包絡線信号Ｓ２は、第２増幅回路12ｂで増幅されて第２増幅信号Ｓａ２として出力される。第２増幅信号Ｓａ２は、第２振幅検出回路13ｂに分配されており、第２振幅検出回路13ｂにより第２増幅信号Ｓａ２の振幅の２乗値を示す直流電圧信号を有する第２振幅検出信号Ｓｂ２が生成される。第１振幅検出回路13ａおよび第２振幅検出回路13ｂとしては、例えばギルバートセル型ミキサを採用することができる。そして、第１振幅検出信号Ｓｂ１および第２振幅検出信号Ｓｂ２は加算器65に入力され、加算器65により加算されて振幅検出信号として出力される。振幅検出信号は加算器66に入力され、参照信号Ｓｏの電圧から振幅検出信号の電圧を減算した電圧を有する可変利得制御基礎信号Ｓｐが生成される。可変利得制御基礎信号Ｓｐは、ローパスフィルタ67およびバッファーアンプ68を経由して加算器63に入力され、加算器63から出力される可変利得制御信号Ｓｑとして可変利得増幅器62に供給される。なお、加算器65，加算器66，ローパスフィルタ67，バッファーアンプ68，加算器63および可変利得増幅器62によって、第１の振幅制御回路20が構成されている。

このような構成を有する本例の電力増幅装置によれば、可変利得制御基礎信号Ｓｐおよびそれに基づく可変利得制御信号Ｓｑの電圧は、第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２の振幅の増減に応じて逆に増減するため、可変利得制御信号Ｓｑを利用して可変利得増幅器62の利得を制御することにより、入力信号Ｓｉｎの振幅の増減に応じて逆に増減する第１定包絡線ベクトル生成信号ｅおよび第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅを生成することができ、これによって、定包絡線信号である第１定包絡線信号Ｓ１および第２定包絡線信号Ｓ２を生成することが可能となる。

また、本例の電力増幅装置において、第１振幅検出回路13ａから出力された第１振幅検出信号Ｓｂ１および第２振幅検出回路13ｂから出力された第２振幅検出信号Ｓｂ２は、利得制御回路40に入力される。利得制御回路40においては、基準電圧から第１振幅検出信号Ｓｂ１の電圧を減算して得られる電圧を有する第１利得制御信号Ｓｇ１と、基準電圧から第２振幅検出信号Ｓｂ２の電圧を減算して得られる電圧を有する第２利得制御信号Ｓｇ２とが生成される。第１利得制御信号Ｓｇ１は、第１加算回路11ａに入力されて、第１加算回路11ａの利得を制御することによって第１定包絡線信号Ｓ１の振幅を制御する。第２利得制御信号Ｓｇ２は、第２加算回路11ｂに入力されて、第２加算回路11ｂの利得を制御することによって第２定包絡線信号Ｓ２の振幅を制御する。なお、第１加算回路11ａ，第２加算回路11ｂおよび出力加算回路14としては、例えばイメージ抑圧型ダブルバランスミキサ等を用いることができ、利得制御回路40としては、例えば、比較器を使用することができる。そして、例えば、第１利得制御信号Ｓｇ１および第２利得制御信号Ｓｇ２を第１加算回路11ａおよび第２加算回路11ｂを構成するミキサの電流源ゲート端子に接続して、定電流源からの供給電流を制御することにより、第１加算回路11ａおよび第２加算回路11ｂの利得を制御することができる。

このような構成を有する本例の電力増幅装置によれば、第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２の振幅が所期の振幅であるときの第１振幅検出信号Ｓｂ１および第２振幅検出信号Ｓｂ２の電圧を基準電圧に設定することにより、第１利得制御信号Ｓｇ１および第２利得制御信号Ｓｇ２の電圧は、第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２の振幅の所期の振幅からの偏差に対して逆の極性（第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２の振幅が所期の振幅よりも大きいときは−で小さいときは＋）を有することになる。そして、第１増幅信号Ｓａ１の振幅の所期の振幅に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有する第１利得制御信号Ｓｇ１で第１加算回路11ａの利得を制御することにより第１定包絡線信号Ｓ１の振幅を変化させ、これによって、第１増幅信号Ｓａ１の振幅を所期の振幅に一致させることができる。同様に、第２増幅信号Ｓａ２の振幅の所期の振幅に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有する第２利得制御信号Ｓｇ２で第２加算回路11ｂの利得を制御することにより第２定包絡線信号Ｓ２の振幅を変化させ、これによって第２増幅信号Ｓａ２の振幅を所期の振幅に一致させることができる。これによって、第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２の振幅がどちらも所期の振幅に一致するため、第１増幅信号Ｓａ１の振幅と第２増幅信号Ｓａ２の振幅とを一致させる本発明の増幅装置における第２の効果を得ることができる。

さらに、本例の電力増幅装置において、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔは、移相差検出回路31に入力されて、移相差検出回路31において入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの位相差に応じた直流電圧を有する位相差検出信号Ｓｄが生成される。位相差検出信号Ｓｄは電圧シフト回路32に入力され、電圧シフト回路32において、位相差検出信号Ｓｄが有する直流電圧と電圧シフト信号Ｓｅが有する直流電圧とを加算して得られる直流電圧を有する位相制御信号Ｓｃが生成される。この位相制御信号Ｓｃも位相差検出信号Ｓｄと同様に、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの位相差に応じた直流電圧を有し、可変移相回路10に入力されて可変移相回路10における移相量を制御する。なお、移相差検出回路31および電圧シフト回路32によって移相量制御回路30が構成されており、移相差検出回路31としては、例えばミキサが使用でき、電圧シフト回路32としては、例えば加算回路が使用できる。

このような構成を有する本例の電力増幅装置によれば、電圧シフト信号Ｓｅが有する直流電圧を適切に設定することにより、位相制御信号Ｓｃが有する直流電圧を可変移相回路10の移相量を制御する電圧として最適な範囲に一致させることができる。そして、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの位相差に応じた直流電圧を有する位相制御信号Ｓｃによって可変移相回路10における移相量を制御することにより、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔとの位相差を解消して両者の位相を一致させる本発明の増幅装置における第１の効果を得ることができる。

またさらに、本例の電力増幅装置において、入力信号Ｓｉｎは入力振幅検出回路51に入力され、入力振幅検出回路51において入力信号Ｓｉｎの振幅に応じた電圧を有する入力振幅検出信号Ｓｈが生成される。また、出力信号Ｓｏｕｔは出力振幅検出回路52に入力され、出力振幅検出回路52において出力信号Ｓｏｕｔの振幅に応じた電圧を有する出力振幅検出信号Ｓｋが生成される。出力振幅検出信号Ｓｋは減衰回路53に入力されて、減衰回路53において、出力振幅検出信号Ｓｋを所定の割合だけ減衰させて、出力信号Ｓｏｕｔの振幅から第１増幅回路12ａおよび第２増幅回路12ｂによる増幅量を差し引いた振幅を検出したときの電圧に相当する電圧を有する出力振幅第２検出信号Ｓｍを生成する。入力振幅検出信号Ｓｈおよび出力振幅第２検出信号Ｓｍは振幅制御信号生成回路54に入力され、振幅制御信号生成回路54において、入力振幅検出信号Ｓｈの電圧から出力振幅検出信号Ｓｋの電圧を減算して得られる電圧を有する振幅制御信号Ｓｎが生成される。振幅制御信号Ｓｎは、加算器63に入力され、加算器63において可変利得制御基礎信号Ｓｐと加算されて可変利得制御信号Ｓｑが生成される。可変利得制御信号Ｓｑは、可変利得増幅器62に入力され、可変利得増幅器62の利得を制御することによって第１定包絡線ベクトル生成信号ｅおよび第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅの振幅を制御する。なお、入力振幅検出回路51，出力振幅検出回路52，減衰回路53，振幅制御信号生成回路54，加算器63および可変利得増幅器62によって第２の振幅制御回路50が構成されており、振幅制御信号生成回路54としては、例えば比較器を使用することができる。

このような構成を有する本例の電力増幅装置によれば、振幅制御信号生成回路54において、入力振幅検出信号Ｓｈの電圧から出力振幅第２検出信号Ｓｍの電圧を減算して得られる電圧を有する振幅制御信号Ｓｎを生成することにより、振幅制御信号Ｓｎの電圧は、出力信号Ｓｏｕｔの振幅の入力信号Ｓｉｎの振幅に基づく所期の値に対する偏差に対して逆の極性の電圧を有することになる。よって、このような電圧を有する振幅制御信号Ｓｎを用いて第１定包絡線ベクトル生成信号ｅおよび第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅの振幅を制御することにより、出力信号Ｓｏｕｔの振幅を所期の値に一致させる本発明の増幅装置における第３の効果を得ることができる。

本例の電力増幅装置によれば、上記第１〜第３の効果を併せて得ることができることにより、増幅された包絡線変動を有する出力信号Ｓｏｕｔにおける振幅および位相の所期の値からのずれを防止することが可能となる。この効果が発現される様子を図２〜図４および図10を用いて説明する。

まず、図10に示す、第１増幅信号Ｓａ１および第２増幅信号Ｓａ２が所期の第１増幅信号Ｓａ１０および所期の第２増幅信号Ｓａ２０から振幅・位相ともにずれていることにより、出力信号Ｓｏｕｔが所期の出力信号Ｓｏｕｔ０から振幅・位相ともにずれている状態を、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔとの位相差を解消して両者の位相を一致させる本発明の増幅装置における第１の効果により、図２に示す、出力信号Ｓｏｕｔの位相が所期の出力信号Ｓｏｕｔ０の位相と一致した状態に修正することができる。次に、図２に示す状態を、第１増幅信号Ｓａ１の振幅と第２増幅信号Ｓａ２の振幅とを一致させる本発明の増幅装置における第２の効果により、図３に示す、第１増幅信号Ｓａ１の振幅と第２増幅信号Ｓａ２の振幅とが一致した状態に修正することができる。最後に、図３に示す状態を、出力信号Ｓｏｕｔの振幅を所期の値に一致させる本発明の増幅装置における第３の効果により、図４に示す、出力信号Ｓｏｕｔが所期の出力信号Ｓｏｕｔ０に振幅・位相ともに一致した状態に修正することができる。なお、本発明の増幅装置における第３の効果を発現させるためには、本発明の増幅装置における第１および第２の効果が既に発現されていることが望ましいが、本発明の増幅装置の構成によれば、応答速度の差異によって自動的に、本発明の増幅装置における第１および第２の効果が第３の効果よりも先に発現されるので問題はない。

（実施の形態の第２の例）
図５は実施の形態の第２の例の電力増幅装置を模式的に示すブロック図である。なお、本例においては前述した実施の形態の第２の例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の参照符号を用いて重複する説明を省略する。

本例の電力増幅装置は、図５に示すように、出力加算回路14と位相差検出回路31との間に第３の移相回路33が配置されており、出力信号Ｓｏｕｔは第３の移相回路33に入力されて位相がシフトされ、第３の移相回路33の出力信号が位相差検出回路31に入力される。なお、第３の移相回路33における移相量は−90°に設定されている。

ここで、入力信号Ｓｉｎの振幅をＡ，出力信号Ｓｏｕｔの振幅をＢ，角周波数をω，時間をｔ，入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差をφとして、入力信号をＳｉｎ＝Ａｃｏｓωｔ，出力信号をＳｏｕｔ＝Ｂｃｏｓ（ωｔ＋φ）とすると、第３の移相回路33の移相量は−90°であるから、第３の移相回路33の出力信号は、Ｂｃｏｓ（ωｔ＋φ−π／２）で表される。入力信号Ｓｉｎと第３の移相回路33の出力信号とは位相検出回路31にて乗算され、図示せぬ低域通過フィルタで高調波成分がカットされて、Ｓｄ＝（ＡＢ／２）ｓｉｎφで表される、位相差φに対してｓｉｎφに比例する位相差検出信号Ｓｄが得られる。

位相差検出信号Ｓｄは電圧シフト回路32に入力され、電圧シフト信号Ｓｅと加算されて移相量制御に適した電圧にシフトされて位相制御信号Ｓｃが生成される。位相制御信号Ｓｃは可変移相回路10に入力されて可変移相回路10の移相量を位相差φが小さくなるように変化させる。このように、位相差φを検出して可変移相回路10の移相量を変化させるループを繰り返すことによって入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差φを０°付近に収束させることができる。

ここで、図１に示す実施の形態の第１の例の電力増幅装置のように第３の移相回路33を備えない場合には、同様に計算すると、Ｓｄ＝（ＡＢ／２）ｃｏｓφとなり、位相差φに対してｃｏｓφに比例する信号となる。ところが、ｃｏｓφはφが０°に近づくにつれて変化量が小さくなるため、位相差φが０°に近づくにつれて位相差検出信号Ｓｄ＝（ＡＢ／２）ｃｏｓφの変化量が小さくなる。よって、入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差φが０°付近に収束するのに多少の時間を要することになる。

これに対し、本例の電力増幅装置によれば、位相差検出信号Ｓｄが、Ｓｄ＝（ＡＢ／２）ｓｉｎφで表され、位相差φに対してｓｉｎφに比例する。ｓｉｎφはφ＝０°付近で最も変化量が大きくなる。また、φ＝０°付近では、ｓｉｎφをφで近似することができるため、位相差検出信号Ｓｄが、位相差φに対してほぼ直線的に変化し、位相差検出感度が向上する。よって、出力信号Ｓｏｕｔを第３の移相回路33で−90°移相させない場合と比較して、入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差φをより短い時間で０°付近に収束させることができる。

なお、位相差検出信号Ｓｄが位相差φに対してｓｉｎφに比例するには、位相差検出回路31に入力される入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの少なくとも一方を移相して、一方の移相量をα，他方の移相量をβ（０を含む）としたときに、｜α−β｜＝90（°）の関係を満足させればよい。したがって、本例の電力増幅装置においては、出力信号Ｓｏｕｔを−90°移相させる第３の移相回路33を設けた例を示したが、入力信号Ｓｉｎを移相させる第３の移相回路33を設けてもよく、また、入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔの両方を移相させる第３の移相回路33を設けても構わない。

（実施の形態の第３の例）
図６は本発明の実施の形態の第３の例の送信装置を模式的に示すブロック図である。

本例の送信装置は送信回路81に本発明の電力増幅装置70を介してアンテナ82が接続されている。本例の送信装置によれば、出力信号における振幅および位相の所期の値からのずれを防止する機能を備えた本発明の電力増幅装置70を用いて送信信号を増幅することができるので、送信装置から送信されるデータの誤りの増大を防止することができる。

（実施の形態の第４の例）
図７は本発明の実施の形態の第４の例の通信装置を模式的に示すブロック図である。

本例の通信装置は送信回路81に本発明の電力増幅装置70を介してアンテナ82が接続されており、アンテナ82に受信回路83が接続されている。また、アンテナ82と送信回路81および受信回路83との間にはアンテナ共用回路84が挿入されている。本例の通信装置によれば、出力信号における振幅および位相の所期の値からのずれを防止する機能を備えた本発明の電力増幅装置70を用いて送信信号を増幅することができるので、通信装置から送信されるデータの誤りの増大を防止することができる。

（変形例）
本発明は前述した実施の形態の例に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において種々の変更，改良が可能である。

例えば、前述した実施の形態の例の電力増幅装置においては、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの位相差に応じた直流電圧を有する位相差検出信号Ｓｄを利用して可変移相回路10の移相量を制御する例を示したが、入力信号Ｓｉｎおよび出力信号Ｓｏｕｔの位相差に応じた電流を有する位相差検出信号Ｓｄを利用して可変移相回路10の移相量を制御するようにしても構わない。

また、前述した実施の形態の例の電力増幅装置においては、基準電圧から第１振幅検出信号Ｓｂ１の電圧を減算して得られる電圧を有する第１利得制御信号Ｓｇ１と、基準電圧から第２振幅検出信号Ｓｂ２の電圧を減算して得られる電圧を有する第２利得制御信号Ｓｇ２とを利用して、第１加算回路11ａおよび第２加算回路11ｂの利得を制御する例を示したが、基準電圧と第１振幅検出信号Ｓｂ１の電圧とを加算して得られる電圧を有する第１利得制御信号Ｓｇ１と、基準電圧と第２振幅検出信号Ｓｂ２の電圧とを加算して得られる電圧を有する第２利得制御信号Ｓｇ２としてもよく、また、基準電流から第１振幅検出信号Ｓｂ１の電流を減算して得られる電流を有する第１利得制御信号Ｓｇ１と、基準電流から第２振幅検出信号Ｓｂ２の電流を減算して得られる電流を有する第２利得制御信号Ｓｇ２としても構わない。

さらに、前述した実施の形態の例の電力増幅装置においては、入力信号Ｓｉｎの振幅に応じた電圧を有する入力振幅検出信号Ｓｈおよび出力信号Ｓｏｕｔの振幅に応じた電圧を有する出力振幅検出信号Ｓｋを利用して、第１定包絡線ベクトル生成信号ｅおよび第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅの振幅を制御する例を示したが、入力信号Ｓｉｎの振幅に応じた電流を有する入力振幅検出信号Ｓｈおよび出力信号Ｓｏｕｔの振幅に応じた電流を有する出力振幅検出信号Ｓｋを利用して、第１定包絡線ベクトル生成信号ｅおよび第２定包絡線ベクトル生成信号−ｅの振幅を制御しても構わない。

次に、本発明の位相補正回路の具体例について説明する。

図１に示す実施の形態の第１の例の電力増幅装置および図５に示す実施の形態の第２の例の電力増幅装置の位相補正回路における誤差収束性をシミュレーションした。計算条件として、初期位相誤差を60°，入力，出力端子からの信号強度を０ｄＢｍ，位相差検出回路の利得を０ｄＢとした。

その結果を図11のグラフに示す。グラフにおいて、横軸は、入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差φを検出して可変移相回路10の移相量を変化させるループの繰り返し回数であり、縦軸は入力信号Ｓｉｎと出力信号Ｓｏｕｔとの位相差φである。また、破線は図１に示す実施の形態の第１の例の電力増幅装置の計算結果であり、実線は図５に示す実施の形態の第２の例の電力増幅装置の計算結果である。図11に示すグラフによれば、実施の形態の第１の例および第２の例のどちらの電力増幅装置も短時間で位相誤差が０°付近に収束しているが、実施の形態の第２の例の電力増幅装置は第１の例の電力増幅装置よりも約50倍の速さで位相誤差を補正できることが分かる。これらの結果により本発明の有効性が確認できた。

10：可変移相回路
11ａ：第１加算回路
11ｂ：第２加算回路
12ａ：第１増幅回路
12ｂ：第２増幅回路
13ａ：第１振幅検出回路
13ｂ：第２振幅検出回路
20：第１の振幅制御回路
14：出力加算回路
30：移相量制御回路
31：移相差検出回路
32：電圧シフト回路
33：第３の移相回路
40：利得制御回路
50：第２の振幅制御回路
51：入力振幅検出回路
52：出力振幅検出回路
53：減衰回路
54：振幅制御信号生成回路
70：電力増幅装置
81：送信回路
82：アンテナ
83：受信回路

Claims (7)

1. 包絡線変動を有する入力信号の位相を変化させて基本信号を生成する可変移相回路と、
   前記基本信号よりも位相がπ／２だけ進んでいる第１定包絡線ベクトル生成信号を前記基本信号にベクトル加算して第１定包絡線信号を生成する第１加算回路と、
   前記基本信号よりも位相がπ／２だけ遅れている第２定包絡線ベクトル生成信号を前記基本信号にベクトル加算して第２定包絡線信号を生成する第２加算回路と、
   前記第１定包絡線信号を増幅して第１増幅信号を生成する第１増幅回路と、
   前記第２定包絡線信号を増幅して第２増幅信号を生成する第２増幅回路と、
   前記第１増幅信号の振幅を検出して第１振幅検出信号を生成する第１振幅検出回路と、
   前記第２増幅信号の振幅を検出して第２振幅検出信号を生成する第２振幅検出回路と、
   前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号に基づいて前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第１の振幅制御回路と、
   前記第１増幅信号および前記第２増幅信号をベクトル加算して増幅された包絡線変動を有する出力信号を生成する出力加算回路と、
   前記入力信号および前記出力信号の位相差を検出して、該位相差に応じて前記可変移相回路における移相量を制御する移相量制御信号を生成する移相量制御回路と、
   前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号に基づいて、前記第１加算回路および前記第２加算回路の利得を制御する利得制御回路と、
   前記入力信号の振幅および前記出力信号の振幅に基づいて前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を変化させる第２の振幅制御回路とを含むことを特徴とする電力増幅装置。
2. 前記移相量制御回路は、入力された前記入力信号および前記出力信号の位相差を検出して該位相差に応じた電圧を有する位相差検出信号を生成する位相差検出回路と、
   所与の電圧シフト信号および前記位相差検出信号を加算することにより前記移相量制御信号を生成する電圧シフト回路とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 前記第１振幅検出信号は前記第１増幅信号の振幅に応じた電圧を有し、前記第２振幅検出信号は前記第２増幅信号の振幅に応じた電圧を有するとともに、
   前記利得制御回路は、前記第１振幅検出信号および前記第２振幅検出信号が入力されて、所定の基準電圧から前記第１前記振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第１加算回路の利得を制御する第１利得制御信号と、前記所定の基準電圧から前記第２前記振幅検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第２加算回路の利得を制御する第２利得制御信号とを生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力増幅装置。
4. 前記第２の振幅制御回路は、前記入力信号の振幅を検出して該入力信号の振幅に応じた電圧を有する入力振幅検出信号を生成する入力振幅検出回路と、
   前記出力信号の振幅を検出して該出力信号の振幅に応じた電圧を有する出力振幅検出信号を生成する出力振幅検出回路と、
   前記出力振幅検出信号を所定の割合だけ減衰させた出力振幅第２検出信号を出力する減衰回路と、
   前記入力振幅検出信号および前記出力振幅第２検出信号が入力されて、前記入力振幅検出信号の電圧から前記出力振幅第２検出信号の電圧を減算して得られる電圧を有するとともに前記第１定包絡線ベクトル生成信号および前記第２定包絡線ベクトル生成信号の振幅を制御する振幅制御信号を生成する振幅制御信号生成回路とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力増幅装置。
5. 前記位相差検出回路に入力される前記入力信号および前記出力信号の少なくとも一方を移相して、該一方の移相量をα，他方の移相量をβ（０を含む）としたときに、｜α−β｜＝90（°）を満足させる第２の移相回路を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電力増幅装置。
6. 送信回路に請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電力増幅装置を介してアンテナが接続されていることを特徴とする送信装置。
7. 送信回路に請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電力増幅装置を介してアンテナが接続されており、該アンテナに受信回路が接続されていることを特徴とする通信装置。