JP2015231056A - Power amplification apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve downsizing of a power amplification apparatus while lessening intermodulation distortion between transmitters.SOLUTION: A power amplification apparatus includes: a power distributor 100a for generating a first signal, a second signal, and a third signal having respectively different phases {θ,(θ+pπ/3), (θ+2pπ/3)}(p is an integer excluding integer multiples of 0 and 3); amplification means 60a, 60b, 60c for respectively amplifying the first signal, the second signal, and the third signal under the same condition and generating a first amplified signal, a second amplified signal, and a third amplified signal; and a power distributor/combiner 110a for generating a first phase-shifted signal, a second phase-shifted signal and a third phase-shifted signal respectively having phases of {(θ+2pπ/3), (θ+pπ/3), θ} by changing the phases of the first amplified signal, the second amplified signal and the third amplified signal and then combining the first phase-shifted signal, the second phase-shifted signal and the third phase-shifted signal.

Description

本発明は、移動通信やディジタル放送、RFID(Radio Frequency Identification system)、センサネットワーク、ラジオマイク等における送信機から送信される高周波信号の増幅に用いられる電力増幅装置に関する。   The present invention relates to a power amplifying apparatus used for amplification of a high-frequency signal transmitted from a transmitter in mobile communication, digital broadcasting, RFID (Radio Frequency Identification system), sensor network, radio microphone, or the like.

携帯電話などの多値PSK変調ディジタル方式では、限られた周波数帯域の有効利用を図るため、無線チャネルの間隔を等間隔にするとともに、できるだけ狭く配置している。無線チャネルの間隔が狭いと、無線チャネル間での干渉が発生する。従来から各種の干渉による妨害が問題となり検討されており、その一つとして送信機間の相互変調歪がある。送信機の相互変調歪は、非特許文献1に記されているように、送信機の最終段に設けられた電力増幅装置に、他の電波がアンテナ側から侵入し、希望波との間で相互変調を起こすことにより生じる。   In a multi-value PSK modulation digital system such as a cellular phone, radio channels are equally spaced and arranged as narrow as possible in order to effectively use a limited frequency band. When the interval between the radio channels is narrow, interference between the radio channels occurs. Conventionally, interference caused by various interferences has been considered as a problem, and one of them is intermodulation distortion between transmitters. As described in Non-Patent Document 1, the transmitter's intermodulation distortion is caused by other radio waves entering the power amplifier provided at the final stage of the transmitter from the antenna side and between the desired wave and the power amplifier. This is caused by intermodulation.

図7Aは、従来の電力増幅装置7の構成を示す図である。図7Bは、相互変調歪が発生するメカニズムを説明するための図である。図7Aに示すように、電力増幅装置7においては、同相電力分配合成器20,30が用いられていた。すなわち、入力端子11から入力された周波数fDの希望波信号は、同相電力分配合成器20によって、それぞれ電力が等しく、同一の位相を有する2つの信号に分配される。2つの信号は、同一の増幅特性を有し、互いに並列に配置された2個の増幅器60a,60bにおいて増幅される。増幅された信号は、同相電力分配合成器30において合成され、出力端子12から出力される。 FIG. 7A is a diagram illustrating a configuration of a conventional power amplifying device 7. FIG. 7B is a diagram for explaining a mechanism in which intermodulation distortion occurs. As shown in FIG. 7A, in the power amplifying apparatus 7, in-phase power distribution combiners 20 and 30 are used. That is, the desired wave signal having the frequency f D input from the input terminal 11 is distributed by the in-phase power distribution / combiner 20 into two signals having the same power and the same phase. The two signals have the same amplification characteristic and are amplified by two amplifiers 60a and 60b arranged in parallel with each other. The amplified signals are combined by the in-phase power distribution combiner 30 and output from the output terminal 12.

ここで、図7Bに示すように、電力増幅装置7が搭載された送信機Aに、他の送信機Bが送信した周波数fの妨害波がアンテナを通して侵入した場合、(mfD+nfI)(m,n=0,±1,±2,・・・)なる周波数の波が発生し、希望波の周波数fD以外の周波数成分は不要波として送信機Aから送出される。このうち、特に重要な3次の相互変調歪(2fD−fI)と(2fI−fD)について考えると、送信機Aと送信機Bとの間の結合減衰量がLdB増したとき、(2fD−fI)形の相互変調歪はLdB、(2fI−fD)形の相互変調歪は2LdB減衰する。したがって、送信機Aと送信機Bとの間の相互変調歪のうち、(2fD−fI)形の相互変調歪を抑制する対策の重要度が高い。 Here, as shown in FIG. 7B, when an interference wave of frequency f I transmitted from another transmitter B enters the transmitter A equipped with the power amplifying device 7 through the antenna, (mf D + nf I ) A wave having a frequency of (m, n = 0, ± 1, ± 2,...) Is generated, and a frequency component other than the frequency f D of the desired wave is transmitted from the transmitter A as an unnecessary wave. Of these, considering the particularly important third-order intermodulation distortion (2f D −f I ) and (2f I −f D ), when the coupling attenuation between the transmitter A and the transmitter B increases by L dB , (2f D -f I ) type intermodulation distortion is attenuated by LdB, and (2f I -f D ) type inter modulation distortion is attenuated by 2 LdB. Therefore, of the intermodulation distortion between the transmitter A and the transmitter B, the importance of measures for suppressing the (2f D -f I ) type intermodulation distortion is high.

相互変調歪を軽減するために、増幅器とアンテナとの間に他の送信機からの電波を入りこませないようにするためのアイソレータを挿入する方法が知られている。このアイソレータにおいては、磁石の直流磁界下における酸化物フェライトの旋光性が利用されている。アイソレータを用いる構成は簡易で効果的ではあるが、増幅回路との一体化が困難であること、損失が比較的大きくなること、磁気シールドが必要なため大型になること、低コスト化が困難であること等の問題があった。   In order to reduce intermodulation distortion, a method of inserting an isolator for preventing radio waves from other transmitters from entering between an amplifier and an antenna is known. In this isolator, the optical rotation of oxide ferrite under a DC magnetic field of a magnet is used. Although the configuration using an isolator is simple and effective, it is difficult to integrate with an amplifier circuit, the loss is relatively large, the size is increased because a magnetic shield is required, and cost reduction is difficult. There were some problems.

非特許文献2には、アイソレータを使用せずに(2fD−fI)形の3次相互変調歪等を改善した、図8に示す従来の電力増幅装置8が開示されている。電力増幅装置8は、同一の増幅特性を有し、互いに並列に配置された2個の増幅器60a,60bを備えており、増幅器60a,60bの入力側及び出力側は、それぞれハイブリッド50a,70aで結合している。ハイブリッド50a,70aは、4つの端子を有しており、1つの端子から入力された信号により、お互いに90°だけ位相がシフトした2信号を出力する。 Non-Patent Document 2 discloses a conventional power amplifying apparatus 8 shown in FIG. 8 in which (2f D -f I ) type third-order intermodulation distortion and the like are improved without using an isolator. The power amplifying apparatus 8 includes two amplifiers 60a and 60b having the same amplification characteristics and arranged in parallel with each other. The input side and the output side of the amplifiers 60a and 60b are hybrids 50a and 70a, respectively. Are connected. The hybrids 50a and 70a have four terminals, and output two signals whose phases are shifted by 90 ° from each other by a signal input from one terminal.

ハイブリッド50aの一方の端子52aとハイブリッド70aの一方の端子72aには、それぞれ無反射終端器55a,75aが接続されている。入力端子11から入力される周波数fDの希望波信号は、ハイブリッド50aによって電力分配され、それぞれ増幅器60a,60bで増幅された後、ハイブリッド70aによって電力合成され、出力端子12へと出力される。 Non-reflective terminators 55a and 75a are connected to one terminal 52a of the hybrid 50a and one terminal 72a of the hybrid 70a, respectively. The desired wave signal having the frequency f D input from the input terminal 11 is power-distributed by the hybrid 50 a, amplified by the amplifiers 60 a and 60 b, then combined by the hybrid 70 a, and output to the output terminal 12.

ここで、出力端子12から侵入した妨害波と入力端子11からの希望波との間で起こる相互変調歪について検討する。以下の検討においては、2個の増幅器60a,60bを、次式に従う電流源とみなす。
I(ωDt,ωIt)=ΣIm, n exp{j(mωD+nωI)t} (1)
ただし、Σにおいて、m,n=−∞から∞まで、ωD =2πfD ,ωI=2πfI ,m,n=0,±1,±2,・・・,Im, n=I-m, -n (*は複素共役)とする。
Here, the intermodulation distortion that occurs between the disturbing wave that has entered from the output terminal 12 and the desired wave from the input terminal 11 will be examined. In the following discussion, the two amplifiers 60a and 60b are regarded as current sources according to the following equation.
I (ω D t, ω I t) = ΣI m, n exp {j (mω D + nω I ) t} (1)
However, in Σ, from m, n = −∞ to ∞, ω D = 2πf D , ω I = 2πf I , m, n = 0, ± 1, ± 2,..., I m, n = I − m, -n * (* is a complex conjugate).

図8の回路において、希望波は、増幅器60a,60bに加わる前に、入力側のハイブリッド50aを通過しているので、増幅器60a,60bに入力される分配波は互いにπ/2の位相差を持つ。また、妨害波も、増幅器60a,60bの出力段に到達する前に出力側のハイブリッド70aを通過しているので、増幅器60a,60bに到達する分配波は互いにπ/2の位相差を持つ。この点に着目して、図8中に定義されている電流I1’,I2’、つまり増幅器60a,60bとハイブリッド70aとの間をそれぞれ流れる電流を次式で表す。
1’=I(ωDt,ωIt−π/2),I2’=I(ωDt−π/2,ωIt) (2)
In the circuit of FIG. 8, since the desired wave passes through the input-side hybrid 50a before being applied to the amplifiers 60a and 60b, the distributed waves input to the amplifiers 60a and 60b have a phase difference of π / 2 from each other. Have. Further, since the interference wave also passes through the output-side hybrid 70a before reaching the output stage of the amplifiers 60a and 60b, the distributed waves reaching the amplifiers 60a and 60b have a phase difference of π / 2. Focusing on this point, the currents I 1 ′ and I 2 ′ defined in FIG. 8, that is, the currents flowing between the amplifiers 60a and 60b and the hybrid 70a are expressed by the following equations.
I 1 ′ = I (ω D t, ω I t−π / 2), I 2 ′ = I (ω D t−π / 2, ω I t) (2)

式(1)と(2)より、電流I1’,I2’を求めると次式のようになる。
1’=ΣIm, nexp[j{(mωD+nωI)t−nπ/2}] (3)
2’=ΣIm, nexp[j{(mωD+nωI)t−mπ/2}] (4)
式(3)、式(4)のΣにおいて、m,n=−∞から∞である。
When the currents I 1 ′ and I 2 ′ are obtained from the equations (1) and (2), the following equations are obtained.
I 1 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−nπ / 2}] (3)
I 2 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−mπ / 2}] (4)
In Σ in Equation (3) and Equation (4), m, n = −∞ to ∞.

次に、ハイブリッド70aから端子72a及び端子71aへと流れる電流I1,I2をそれぞれ図8に示すように定義すると、出力側のハイブリッド70aによる位相差π/2を考慮して、式(3)と(4)よりI,Iが次のように求まる。 Next, when currents I 1 and I 2 flowing from the hybrid 70a to the terminal 72a and the terminal 71a are respectively defined as shown in FIG. 8, a formula (3 ) And (4), I 1 and I 2 are obtained as follows.

1)(mωD+nωI)>0に対して
1 =ΣIm, n[exp{j((mωD+nωI)t−nπ/2)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/2−π/2)}] (5)
2 =ΣIm, n[exp{j((mωD+nωI)t−nπ/2−π/2)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/2)}] (6)
1) For (mω D + nω I )> 0 I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 2)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 2−π / 2)}] (5)
I 2 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 2−π / 2)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 2)}] (6)

2)(mωD +nωI)<0に対して
1 =ΣIm, n[exp{j((mωD+nωI)t−nπ/2)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/2+π/2)}] (7)
2 =ΣIm, n[exp{j((mωD+nωI)t−nπ/2+π/2)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/2)}] (8)
2) For (mω D + nω I ) <0, I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 2)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 2 + π / 2)}] (7)
I 2 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 2 + π / 2)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 2)}] (8)

式(5)、(6)、(7)、(8)の各Σにおいて、m,n=−∞から∞である。
式(5)、(6)、(7)、(8)より、任意のm,n(=0,±1,±2,・・・)に対する相互変調歪の成分が表される。これらの成分のうち、送信機帯域内に含まれる低次の歪として特に重要となる3次の相互変調歪について、電流I1 ,I2 を求めると次のようになる。
In each Σ in the equations (5), (6), (7), and (8), m, n = −∞ to ∞.
From equations (5), (6), (7), and (8), components of intermodulation distortion with respect to arbitrary m and n (= 0, ± 1, ± 2,...) Are expressed. Of these components, the currents I 1 and I 2 for the third-order intermodulation distortion that is particularly important as the low-order distortion included in the transmitter band are as follows.

A)(2fD−fI)形の3次相互変調歪
1 =2[I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t+π/2)}
+I-2,1exp{−j((2ωD−ωI)t+π/2)}](同相で合成される) (9)
2 =0(逆相で打ち消し合う) (10)
A) Third-order intermodulation distortion of the form (2f D -f I ) I 1 = 2 [I 2, -1 exp {j ((2ω DI ) t + π / 2)}
+ I −2,1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t + π / 2)}] (synthesized in phase) (9)
I 2 = 0 (cancel with opposite phases) (10)

B)(2fI−fD)形の3次相互変調歪
1=0(逆相で打ち消し合う) (11)
2=2[I-1,2exp{j((2ωI−ωD)t+π/2)}
+I1,-2exp{−j((2ωI−ωD)t+π/2)}](同相で合成される)(12)
B) Third-order intermodulation distortion of the form (2f I -f D ) I 1 = 0 (cancel with opposite phases) (11)
I 2 = 2 [I −1,2 exp {j ((2ω I −ω D ) t + π / 2)}
+ I 1, -2 exp {−j ((2ω I −ω D ) t + π / 2)}] (synthesized in phase) (12)

すなわち、3次相互変調歪のうち、(2fD−fI)形の相互変調歪は端子72aの無反射終端器75aに吸収され、(2fI−fD)形の相互変調歪だけが出力端子12へ出力されることになる。このように、図8に示した構成により、送信機間の相互変調歪に関する対策として重要度が高い(2fD−fI)形の3次相互変調歪を改善することができる。 That is, of the third-order intermodulation distortion, the (2f D −f I ) type intermodulation distortion is absorbed by the non-reflection terminator 75a of the terminal 72a, and only the (2f I −f D ) type inter modulation distortion is output. It is output to the terminal 12. As described above, the configuration shown in FIG. 8 can improve (2f D -f I ) type third-order intermodulation distortion having a high importance as a measure for intermodulation distortion between transmitters.

しかしながら、電力増幅装置8においては、送信機が近接して結合減衰量が20dB以下となった場合には、(2fD−fI)形の3次相互変調歪を抑圧しても、端子71aから出力される(2fI−fD)形の3次相互変調歪、及び(3fD−2fI)形の5次相互変調歪の影響が無視できなくなるという問題点があった。 However, in the power amplifying apparatus 8, when the transmitter is close and the coupling attenuation amount is 20 dB or less, even if the (2f D -f I ) type third-order intermodulation distortion is suppressed, the terminal 71a (2f I -f D ) type third-order intermodulation distortion and (3f D -2f I ) type fifth-order intermodulation distortion that cannot be ignored.

図9は、アイソレータを使用せずに、(2fI−fD)形の3次相互変調歪等を改善した従来の電力増幅装置9の構成を示す図である。電力増幅装置9は、同一の増幅特性を有し、互いに並列に配置された2個の増幅器60a,60bを有する。増幅器60a,60bの入力側はπ/4電力分配器40aで結合され、増幅器60a,60bの出力側はπ/4電力分配合成器80aで結合される。入力端子11から入力される周波数fDの希望波信号は、π/4電力分配器40aによって電力分配され、増幅器60a,60bによって増幅された後、π/4電力分配合成器80aで電力合成され、出力端子12へと出力される。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional power amplifying apparatus 9 in which the (2f I −f D ) type third-order intermodulation distortion and the like are improved without using an isolator. The power amplifying device 9 has two amplifiers 60a and 60b having the same amplification characteristics and arranged in parallel with each other. The input sides of the amplifiers 60a and 60b are coupled by a π / 4 power divider 40a, and the output sides of the amplifiers 60a and 60b are coupled by a π / 4 power divider / combiner 80a. The desired wave signal of frequency f D inputted from the input terminal 11 is power-distributed by the π / 4 power divider 40a, amplified by the amplifiers 60a and 60b, and then synthesized by the π / 4 power-sharing synthesizer 80a. , Output to the output terminal 12.

ここで、出力端子12から侵入した妨害波と入力端子11からの希望波との間で起こる相互変調歪について検討する。図8に示した電力増幅装置8と同様に、2個の増幅器60a,60bを次式に従う電流源とみなす。
I(ωDt,ωIt)=ΣIm, n exp{j(mωD+nωI)t} (13)
ただし、Σにおいて、m,n=−∞から∞まで、ωD=2πfD,ωI=2πfI,m,n=0,±1,±2,・・・,Im, n =I-m, -n (*は複素共役)とする。
Here, the intermodulation distortion that occurs between the disturbing wave that has entered from the output terminal 12 and the desired wave from the input terminal 11 will be examined. Similar to the power amplifier 8 shown in FIG. 8, the two amplifiers 60a and 60b are regarded as current sources according to the following equation.
I (ω D t, ω I t) = ΣI m, n exp {j (mω D + nω I ) t} (13)
However, in Σ, from m, n = −∞ to ∞, ω D = 2πf D , ω I = 2πf I , m, n = 0, ± 1, ± 2,..., I m, n = I − m, -n * (* is a complex conjugate).

図9に示す電力増幅装置9において、希望波は、増幅器60a,60bに入力される前に電力分配器40aを通過して分配されており、分配された波は互いにπ/4の位相差を持つ。また、妨害波は、増幅器60a,60bに到達する前に出力側の電力分配合成器80aを通過して分配されており、分配された波は互いにπ/4の位相差を持つ。この点に着目して、増幅器60a,60bと電力分配合成器80aとの間の各電流I1’,I2’、すなわち図9に示されている電流I1’,I2’を次式で表す。 In the power amplifying apparatus 9 shown in FIG. 9, the desired wave is distributed through the power distributor 40a before being input to the amplifiers 60a and 60b, and the distributed waves have a phase difference of π / 4 from each other. Have. In addition, the interference wave is distributed through the power distribution synthesizer 80a on the output side before reaching the amplifiers 60a and 60b, and the distributed waves have a phase difference of π / 4. Focusing on this point, the currents I 1 ′ and I 2 ′ between the amplifiers 60a and 60b and the power distribution synthesizer 80a, that is, the currents I 1 ′ and I 2 ′ shown in FIG. Represented by

1’=I(ωDt,ωIt−π/4),I2’=I(ωDt−π/4,ωIt) (14)
式(13)及び(14)より、電流I1’,I2’を求めると、次式のようになる。
1’=ΣIm, n exp[j{(mωD+nωI)t−nπ/4}] (15)
2’=ΣIm, n exp[j{(mωD+nωI)t−mπ/4}] (16)
式(15),(16)の各Σにおいて、m,n=−∞から∞である。
I 1 ′ = I (ω D t, ω I t−π / 4), I 2 ′ = I (ω D t−π / 4, ω I t) (14)
When the currents I 1 ′ and I 2 ′ are obtained from the equations (13) and (14), the following equations are obtained.
I 1 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−nπ / 4}] (15)
I 2 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−mπ / 4}] (16)
In each Σ in the equations (15) and (16), m, n = −∞ to ∞.

次に、電力分配合成器80aの出力端子12へ流れる電流I1 を図9中に示すように定義すると、出力側の電力分配合成器80aによる位相差π/4を考慮することにより、式(15)及び(16)からI1 が次のように求まる。 Next, if the current I 1 flowing to the output terminal 12 of the power distribution synthesizer 80a is defined as shown in FIG. 9, the phase difference π / 4 by the power distribution synthesizer 80a on the output side is taken into account, and the equation ( From 15) and (16), I 1 is obtained as follows.

1)(mωD+nωI)>0に対して
1 =ΣIm, n [exp{j((mωD+nωI)t−nπ/4−π/4)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/4)}] (17)
2)(mωD+nωI)<0に対して
1 =ΣIm, n [exp{j((mωD+nωI)t−nπ/4+π/4)}
+exp{j((mωD+nωI)t−mπ/4)}] (18)
1) For (mω D + nω I )> 0 I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 4−π / 4)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 4)}] (17)
2) For (mω D + nω I ) <0, I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t−nπ / 4 + π / 4)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−mπ / 4)}] (18)

式(17),(18)の各Σにおいて、m,n=−∞から∞である。式(17),(18)より、任意のm,n(=0,±1,±2,…)に対する相互変調歪の成分が表される。これらのうち、送信機帯域内に含まれる低次の歪として特に重要となる3次の相互変調歪について、電流I1 を求めると次のようになる。 In each Σ in the equations (17) and (18), m, n = −∞ to ∞. From the equations (17) and (18), components of intermodulation distortion with respect to arbitrary m and n (= 0, ± 1, ± 2,...) Are expressed. Of these, the current I 1 is obtained as follows for the third-order intermodulation distortion that is particularly important as the low-order distortion included in the transmitter band.

A)(2fD−fI)形の3次相互変調歪
1 =[I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t)}
+I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t−π/2)}
+I2,-1exp{−j((2ωD−ωI)t)}
+I2,-1exp{−j((2ωD−ωI)t−π/2)}] (19)
B)(2fI−fD)形の3次相互変調歪
1 =0(逆相で打ち消し合う) (20)
A) Third-order intermodulation distortion of the form (2f D -f I ) I 1 = [I 2, -1 exp {j ((2ω DI ) t)}
+ I 2, -1 exp {j ((2ω D −ω I ) t−π / 2)}
+ I 2, -1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t)}
+ I 2, -1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t−π / 2)}] (19)
B) Third-order intermodulation distortion of the form (2f I -f D ) I 1 = 0 (cancel with opposite phases) (20)

したがって、電力増幅装置9を用いることにより、送信機が近接して結合減衰量が小さくなった場合に問題となる(2fI−fD)形の3次相互変調歪を改善することができる。しかし、3次相互変調歪のうち、(2fD−fI)形の相互変調は出力端子12へ出力されるという問題が残る。 Therefore, by using the power amplifying device 9, it is possible to improve the (2f I -f D ) -type third-order intermodulation distortion, which becomes a problem when the transmitter is close and the coupling attenuation amount is small. However, of the third-order intermodulation distortion, (2f D −f I ) type intermodulation remains output to the output terminal 12.

図10は、アイソレータを使用せずに全ての相互変調歪を改善した従来の電力増幅装置10の構成を示す図である(特許文献1を参照)。   FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional power amplifying apparatus 10 in which all intermodulation distortion is improved without using an isolator (see Patent Document 1).

図10に示す電力増幅装置10は、図9に示した電力増幅装置9における増幅器60a,60bの代わりに、図8に示した電力増幅装置8と同等の増幅装置90a,90bが用いられている。増幅装置90aは、図8に示した電力増幅装置8と同一である。増幅装置90bは2個の増幅器60c,60dと、ハイブリッド50b,70bと無反射終端器55b,75bとより構成され、これらは増幅装置90aと同様に接続されている。   The power amplifying device 10 shown in FIG. 10 uses amplifying devices 90a and 90b equivalent to the power amplifying device 8 shown in FIG. 8 instead of the amplifiers 60a and 60b in the power amplifying device 9 shown in FIG. . The amplifying device 90a is the same as the power amplifying device 8 shown in FIG. The amplifying device 90b includes two amplifiers 60c and 60d, hybrids 50b and 70b, and non-reflection terminators 55b and 75b, which are connected in the same manner as the amplifying device 90a.

入力端子11から入力される周波数fD の希望波信号は、π/4電力分配器40a及びハイブリッド50a,50bで4分配され、増幅器60a,60b,60c,60dでそれぞれ増幅された後、ハイブリッド70a,70b及びπ/4電力分配合成器80aで合成されて出力端子12へと出力される。ここで、出力端子12から侵入した妨害波と入力端子11からの希望波との間で起こる相互変調歪について考えると、ハイブリッド50a,70aと増幅器60a,60bとの組み合わせ、及びハイブリッド50b,70bと増幅器60c,60dとの組み合わせにより、それぞれ(2fD−fI)形の相互変調歪が打ち消し合う。また、π/4電力分配器40a、π/4電力分配合成器80a、増幅装置90a,90bの組み合わせにより、(2fI−fD)形の相互変調歪を打ち消し合うため、全体で全ての相互変調歪を改善することができる。 The desired wave signal having the frequency f D inputted from the input terminal 11 is divided into four by the π / 4 power divider 40a and the hybrids 50a and 50b, amplified by the amplifiers 60a, 60b, 60c and 60d, respectively, and then hybrid 70a. , 70b and π / 4 power distribution synthesizer 80a and output to output terminal 12. Here, when considering the intermodulation distortion that occurs between the interference wave that has entered from the output terminal 12 and the desired wave from the input terminal 11, the combination of the hybrid 50a, 70a and the amplifier 60a, 60b, and the hybrid 50b, 70b, By the combination with the amplifiers 60c and 60d, the (2f D −f I ) type intermodulation distortion cancels each other. Further, the combination of the π / 4 power distributor 40a, the π / 4 power distribution synthesizer 80a, and the amplifiers 90a and 90b cancels out the (2f I -f D ) type intermodulation distortion. Modulation distortion can be improved.

特開平9−148849号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-148849

奥村善久、進士昌明、「移動通信の基礎」、電子情報通信学会編、pp.81−82、1986年Yoshihisa Okumura, Masaaki Shinji, “Basics of Mobile Communication”, edited by IEICE, pp. 81-82, 1986 電子情報通信学会、マイクロ波研究会資料、MW−78−82、pp.55−61、1978年The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Microwave Study Group, MW-78-82, pp. 55-61, 1978

以上のとおり、相互変調歪を改善するために、さまざまな取り組みがなされており、図10に示す電力増幅装置10を用いることで、アイソレータを用いることなく、効果的に相互変調歪を抑制することができる。しかしながら、電力増幅装置10においては、4つの増幅器、4つのハイブリッド、及び2つのπ/4電力分配合成器が必要であり、増幅装置が大型化してしまうという問題が生じていた。   As described above, various efforts have been made to improve the intermodulation distortion. By using the power amplifying device 10 shown in FIG. 10, the intermodulation distortion can be effectively suppressed without using an isolator. Can do. However, in the power amplifying apparatus 10, four amplifiers, four hybrids, and two π / 4 power distribution / combiners are required, which causes a problem that the amplifying apparatus becomes large.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、送信機間の相互変調歪が改善された小型の電力増幅装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a small power amplifying apparatus in which intermodulation distortion between transmitters is improved.

本発明においては、互いに異なる位相{θ1,(θ1+pπ/3),(θ1+2pπ/3)}(pは、0と3の整数倍を除く整数)を有する第1信号、第2信号及び第3信号を生成する信号生成手段と、前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をそれぞれ同一の条件で増幅して、第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号を生成する増幅手段と、前記第1増幅信号、前記第2増幅信号及び前記第3増幅信号の位相を変化させて、それぞれ{(θ2+2pπ/3),(θ2+pπ/3),θ2}の位相を有する第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号を生成する移相手段と、前記第1移相信号、前記第2移相信号及び前記第3移相信号を合成する合成手段と、を備える電力増幅装置を提供する。 In the present invention, the first signal and the second signal having different phases {θ 1 , (θ 1 + pπ / 3), (θ 1 + 2pπ / 3)} (p is an integer excluding integer multiples of 0 and 3). A signal generating means for generating a signal and a third signal, and the first signal, the second signal, and the third signal are amplified under the same conditions, respectively, and a first amplified signal, a second amplified signal, and a third amplified signal are amplified. Amplifying means for generating a signal, and changing the phases of the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal to obtain {(θ 2 + 2pπ / 3), (θ 2 + pπ / 3), phase shifting means for generating a first phase shift signal, a second phase shift signal, and a third phase shift signal having a phase of θ 2 }, the first phase shift signal, the second phase shift signal, and the third phase shift signal. There is provided a power amplifying device including a synthesizing unit that synthesizes phase signals.

前記増幅手段は、例えば、前記第1信号を増幅して前記第1増幅信号を生成する第1増幅回路と、前記第2信号を増幅して前記第2増幅信号を生成する第2増幅回路と、前記第3信号を増幅して前記第3増幅信号を生成する第3増幅回路と、を有し、前記第1増幅回路、前記第2増幅回路及び前記第3増幅回路は、同一の増幅特性を有する。   For example, the amplifying unit amplifies the first signal to generate the first amplified signal, and a second amplifying circuit to amplify the second signal to generate the second amplified signal. A third amplification circuit that amplifies the third signal to generate the third amplification signal, and the first amplification circuit, the second amplification circuit, and the third amplification circuit have the same amplification characteristics. Have

前記信号生成手段は、入力信号を同相で3つの分配信号に分配する電力分配回路と、前記3つの分配信号の位相を、互いに異なる位相{0,pπ/3,2pπ/3}だけ変化させることにより前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を生成する移相回路と、を有してもよい。   The signal generation means changes the phase of the three distribution signals by different phases {0, pπ / 3, 2pπ / 3} and a power distribution circuit that distributes the input signal into three distribution signals in phase. May include a phase shift circuit that generates the first signal, the second signal, and the third signal.

また、前記信号生成手段は、入力信号を、互いに異なる位相の3つの分配信号に分配する電力分配回路と、前記3つの分配信号を互いに異なる位相だけ変化させることにより前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を生成する移相回路と、を有してもよい。
前記電力分配回路は、例えば、前記入力信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する第1移相回路と、前記第1移相回路から出力された信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する第2移相回路と、を有し、前記移相回路は、前記第1移相回路及び前記第2移相回路が生成した信号の位相を変化させる。
The signal generation means includes a power distribution circuit that distributes an input signal to three distribution signals having different phases, and the first signal and the second signal by changing the three distribution signals by different phases. A phase shift circuit for generating a signal and the third signal.
The power distribution circuit includes, for example, a first phase shift circuit that generates a signal in which the phase of the input signal is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0), and the first phase shift circuit. And a second phase shift circuit that generates a signal in which the phase of the signal output from is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0), and the phase shift circuit includes: The phase of the signal generated by the first phase shift circuit and the second phase shift circuit is changed.

本発明によれば、送信機間の相互変調歪を改善しつつ、電力増幅装置の小型化を実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the power amplifying apparatus can be downsized while improving the intermodulation distortion between the transmitters.

第1の実施形態に係る電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power amplification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power amplification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power amplification apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 3電力分配器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 3 electric power dividers. 3電力分配器140aの作成例を示す写真である。It is a photograph which shows the example of creation of 3 electric power dividers 140a. 周波数依存性のない理想的な無損失の同相3電力分配器と同相3電力分配合成器とを用いた電力増幅装置における相互変調歪のシミュレーション結果を示す。The simulation result of the intermodulation distortion in the power amplifier using the ideal lossless in-phase 3 power divider and the in-phase 3 power divider / combiner having no frequency dependency is shown. 第1の実施形態及び第2の実施形態に係る電力増幅装置における相互変調歪のシミュレーション結果を示す。The simulation result of the intermodulation distortion in the power amplification device according to the first embodiment and the second embodiment is shown. 第3の実施形態に係る3電力分配器を用いた電力増幅装置における相互変調歪のシミュレーション結果を示す。The simulation result of the intermodulation distortion in the power amplification apparatus using the 3 power dividers according to the third embodiment is shown. 電力増幅装置の変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of a power amplifier. 従来の電力増幅装置7の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power amplification apparatus. 相互変調歪が発生するメカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism in which intermodulation distortion generate | occur | produces. 従来の電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power amplifier. 従来の電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power amplifier. 従来の電力増幅装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power amplifier.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電力増幅装置1の構成を示す図である。
電力増幅装置1は、電力分配器100aと、増幅器60a,60b,60cと、電力分配合成器110aとを備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power amplifying apparatus 1 according to the first embodiment.
The power amplifying apparatus 1 includes a power distributor 100a, amplifiers 60a, 60b, and 60c, and a power distribution synthesizer 110a.

電力分配器100aは、入力端子11を介して、周波数fDの希望波信号を受信する。電力分配器100aは、互いに異なる位相{θ1,(θ1+pπ/3),(θ1+2pπ/3)}(pは、0と3の整数倍を除く整数)を有する第1信号、第2信号及び第3信号を生成することにより、電力分配をする。具体的には、本実施形態に係る電力分配器100aは、第1信号、第1信号に対して−2π/3だけ位相が異なる第2信号、第1信号に対して−4π/3だけ位相が異なる第3信号を生成する。 The power distributor 100 a receives the desired wave signal having the frequency f D via the input terminal 11. The power distributor 100a includes a first signal and a first signal having different phases {θ 1 , (θ 1 + pπ / 3), (θ 1 + 2pπ / 3)} (p is an integer other than integer multiples of 0 and 3). Power is distributed by generating two signals and a third signal. Specifically, the power divider 100a according to the present embodiment includes a first signal, a second signal that is different in phase by −2π / 3 from the first signal, and a phase that is −4π / 3 from the first signal. Generate different third signals.

第1信号は増幅器60aに入力され、第2信号は増幅器60bに入力され、第3信号は増幅器60cに入力される。増幅器60a,60b,60cは、増幅特性が同一の単位増幅器であり、電力分配器100aと電力分配合成器110aとの間で互いに並列に配されている。増幅器60a,60b,60cは、それぞれ第1増幅信号、第2増幅信号、第3増幅信号を出力する。   The first signal is input to the amplifier 60a, the second signal is input to the amplifier 60b, and the third signal is input to the amplifier 60c. The amplifiers 60a, 60b, and 60c are unit amplifiers having the same amplification characteristics, and are arranged in parallel with each other between the power distributor 100a and the power distribution combiner 110a. The amplifiers 60a, 60b, and 60c output a first amplified signal, a second amplified signal, and a third amplified signal, respectively.

増幅器60a,60b,60cから出力された第1増幅信号、第2増幅信号、第3増幅信号は、電力分配合成器110aに入力される。電力分配合成器110aは、第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号の位相を変化させて、それぞれ{(θ2+2pπ/3),(θ2+pπ/3),θ2}(pは、0と3の整数倍を除く整数)の位相を有する第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号を生成する。また、電力分配合成器110aは、第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号を合成して、出力端子12へと出力する。 The first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal output from the amplifiers 60a, 60b, and 60c are input to the power distribution combiner 110a. The power distribution synthesizer 110a changes the phases of the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal to obtain {(θ 2 + 2pπ / 3), (θ 2 + pπ / 3), θ 2 } ( p is a first phase-shifted signal, a second phase-shifted signal, and a third phase-shifted signal having a phase of 0) and an integer other than integer multiples of 0 and 3. In addition, the power distribution combiner 110 a combines the first phase shift signal, the second phase shift signal, and the third phase shift signal, and outputs the combined signal to the output terminal 12.

すなわち、電力分配合成器110aは、電力分配器100aにおいて第1信号、第2信号及び第3信号の間で生じた位相差を打ち消すように、第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号の位相を変化させた後に、電力合成をする。具体的には、本実施形態に係る電力分配合成器110aは、第1増幅信号の位相を第3増幅信号と比較して−4π/3だけ変化させた信号、第2増幅信号の位相を第3増幅信号を比較して−2π/3だけ変化させた信号、及び第3増幅信号を合成して、出力端子12へと出力する。   That is, the power divider / combiner 110a has the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal so as to cancel the phase difference generated between the first signal, the second signal, and the third signal in the power divider 100a. After changing the phase of the signal, power combining is performed. Specifically, the power distribution synthesizer 110a according to the present embodiment compares the phase of the first amplified signal with the third amplified signal by -4π / 3, and sets the phase of the second amplified signal to the first level. The three amplified signals are compared and the signal changed by −2π / 3 and the third amplified signal are combined and output to the output terminal 12.

ここで、出力端子12から侵入した妨害波と入力端子11からの希望波との間で起こる相互変調歪について検討する。図8に示した電力増幅装置8と同様に、2個の増幅器60a,60b,60cを次式に従う電流源とみなす。
I(ωDt,ωIt)=ΣIm, nexp{j(mωD+nωI)t} (21)
ただし、Σにおいて、m,n=−∞から∞まで、ωD=2πfD,ωI=2πfI,m,n=0,±1,±2,・・・,Im, n =I-m, -n (*は複素共役)とする。
Here, the intermodulation distortion that occurs between the disturbing wave that has entered from the output terminal 12 and the desired wave from the input terminal 11 will be examined. Similar to the power amplifying apparatus 8 shown in FIG. 8, the two amplifiers 60a, 60b, and 60c are regarded as current sources according to the following equation.
I (ω D t, ω I t) = ΣI m, n exp {j (mω D + nω I ) t} (21)
However, in Σ, from m, n = −∞ to ∞, ω D = 2πf D , ω I = 2πf I , m, n = 0, ± 1, ± 2,..., I m, n = I − m, -n * (* is a complex conjugate).

電力増幅装置1において、入力端子11から入力される希望波は、電力分配器100aを通過して3つの信号波に分配された後に、増幅器60a,60b,60cに入力される。分配された3つの第1信号、第2信号、第3信号の位相は、それぞれ{θ1,(θ1+pπ/3),(θ1+2pπ/3)}である。本実施形態においてはp=−2であり、第1信号の位相に対する第2信号の位相は−2π/3であり、第1信号の位相に対する第3信号の位相は−4π/3である。 In the power amplifying apparatus 1, a desired wave input from the input terminal 11 passes through the power distributor 100a and is divided into three signal waves, and then input to the amplifiers 60a, 60b, and 60c. Distributed three first signal, second signal, third signal phase, respectively {θ 1, (θ 1 + pπ / 3), (θ 1 + 2pπ / 3)} a. In this embodiment, p = −2, the phase of the second signal with respect to the phase of the first signal is −2π / 3, and the phase of the third signal with respect to the phase of the first signal is −4π / 3.

また、増幅器60a,60b,60cから出力された第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号の位相は、電力分配合成器110aにおいて変化する。第3移相信号の位相をθとすると、電力分配合成器110aからは、それぞれ{(θ2+2pπ/3),(θ2+pπ/3),θ2}の位相の第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号が出力される。本実施形態においてはp=−2であり、第3移相信号の位相に対する第1移相信号の位相は−4π/3であり、第3移相信号の位相に対する第2移相信号の位相は−2π/3である。 In addition, the phases of the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal output from the amplifiers 60a, 60b, and 60c change in the power distribution combiner 110a. Assuming that the phase of the third phase shift signal is θ 2 , the power distribution synthesizer 110a outputs the first phase shift signal having the phases {(θ 2 + 2pπ / 3), (θ 2 + pπ / 3), θ 2 }, respectively. The second phase shift signal and the third phase shift signal are output. In this embodiment, p = −2, the phase of the first phase shift signal with respect to the phase of the third phase shift signal is −4π / 3, and the phase of the second phase shift signal with respect to the phase of the third phase shift signal. Is −2π / 3.

電力分配合成器110aが上記の特性を有しているので、出力端子12から入力される妨害波は、電力分配合成器110aを介して増幅器60a,60b,60cの出力側に到達する際に位相が変化する。具体的には、出力端子12から入力される妨害波は、それぞれ位相が相対的に{0、−2π/3、−4π/3}だけ変化した3つの信号に分配される。   Since the power distribution synthesizer 110a has the above characteristics, the interference wave input from the output terminal 12 is phased when it reaches the output side of the amplifiers 60a, 60b, 60c via the power distribution synthesizer 110a. Changes. Specifically, the disturbing wave input from the output terminal 12 is distributed to three signals whose phases are relatively changed by {0, −2π / 3, −4π / 3}.

この点に着目すると、増幅器60a,60b,60cと電力分配合成器110aとの間の各電流I1’,I2’,I3’(図1を参照)は、次式で表すことができる。
1’=I(ωDt,ωIt−4π/3),
2’=I(ωDt−2π/3,ωIt−2π/3),
3’=I(ωDt−4π/3,ωIt) (22)
Focusing on this point, the currents I 1 ′, I 2 ′, I 3 ′ (see FIG. 1) between the amplifiers 60a, 60b, 60c and the power distribution synthesizer 110a can be expressed by the following equations. .
I 1 ′ = I (ω D t, ω I t−4π / 3),
I 2 ′ = I (ω D t−2π / 3, ω I t−2π / 3),
I 3 '= I (ω D t−4π / 3, ω I t) (22)

式(21)と式(22)より、電流I1’,I2’,I3’を求めると次式のようになる。
1’=ΣIm, n exp[j{(mωD+nωI)t−4nπ/3}] (23)
2’=ΣIm, n exp[j{(mωD+nωI)t−2(m+n)π/3}](24)
3’=ΣIm, n exp[j{(mωD+nωI)t−4mπ/3}] (25)
式(23),(24),(25)の各Σにおいて、m,n=−∞から∞である。
When the currents I 1 ′, I 2 ′, I 3 ′ are obtained from the equations (21) and (22), the following equations are obtained.
I 1 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−4nπ / 3}] (23)
I 2 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−2 (m + n) π / 3}] (24)
I 3 ′ = ΣI m, n exp [j {(mω D + nω I ) t−4mπ / 3}] (25)
In each Σ in the equations (23), (24), and (25), m, n = −∞ to ∞.

次に、電力分配合成器110aの出力端子12へ流れる電流I1 をそれぞれ図1中に示すように定義すると、出力側の電力分配合成器110aによる位相差4π/3、2π/3を考慮して式(23),(24),(25)よりI1 が次のように求まる。 Next, when the current I 1 flowing to the output terminal 12 of the power distribution synthesizer 110a is defined as shown in FIG. 1, the phase differences 4π / 3 and 2π / 3 by the power distribution synthesizer 110a on the output side are considered. Thus, I 1 is obtained as follows from the equations (23), (24), and (25).

1)(mωD+nωI)>0に対して
1 =ΣIm, n [exp{j((mωD+nωI)t−4(n+1)π/3)}
+exp{j((mωD+nωI)t−2(m+n+1)π/3)}
+exp{j((mωD+nωI)t−4mπ/3)}] (26)
2)(mωD+nωI)<0に対して
1 =ΣIm, n [exp{j((mωD+nωI)t−4(n−1)π/3)}
+exp{j((mωD+nωI)t−2(m+n−1)π/3)}
+exp{j((mωD+nωI)t−4mπ/3)}] (27)
1) For (mω D + nω I )> 0 I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t-4 (n + 1) π / 3)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−2 (m + n + 1) π / 3)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t-4mπ / 3)}] (26)
2) For (mω D + nω I ) <0, I 1 = ΣI m, n [exp {j ((mω D + nω I ) t-4 (n−1) π / 3)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t−2 (m + n−1) π / 3)}
+ Exp {j ((mω D + nω I ) t-4mπ / 3)}] (27)

式(26),(27)の各Σにおいて、m,n=−∞から∞である。式(26),(27)より、任意のm,n(=0,±1,±2,…)に対する相互変調歪の成分が表される。これらのうち、送信機帯域内に含まれる低次の歪として特に重要となる3次の相互変調歪について電流I1 を求めると次のようになる。 In each Σ in Equations (26) and (27), m, n = −∞ to ∞. From equations (26) and (27), components of intermodulation distortion with respect to arbitrary m and n (= 0, ± 1, ± 2,...) Are expressed. Of these, when the current I 1 is obtained for the third-order intermodulation distortion that is particularly important as the low-order distortion included in the transmitter band, the following is obtained.

A)(2fD−fI)形の3次相互変調歪
1 =[I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t)}
+I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t−4π/3)}
+I2,-1exp{j((2ωD−ωI)t−2π/3)}
+I-2,1exp{−j((2ωD−ωI)t)}
+I-2,1exp{−j((2ωD−ωI)t−4π/3)}
+I-2,1exp{−j((2ωD−ωI)t−2π/3)}]
=0 (3相で打ち消し合う) (28)
B)(2fI−fD)形の3次相互変調歪
1 =[I-1,2exp{j((2ωI−ωD)t)}
+I-1,2exp{j((2ωI−ωD)t−4π/3)}
+I-1,2exp{j((2ωI−ωD)t−2π/3)}
+I1,-2exp{−j((2ωI−ωD)t)}
+I1,-2exp{−j((2ωI−ωD)t−4π/3)}
+I1,-2exp{−j((2ωI−ωD)t−2π/3)}]
=0 (3相で打ち消し合う) (29)
A) Third-order intermodulation distortion of the form (2f D -f I ) I 1 = [I 2, -1 exp {j ((2ω DI ) t)}
+ I 2, -1 exp {j ((2ω D −ω I ) t−4π / 3)}
+ I 2, -1 exp {j ((2ω D −ω I ) t−2π / 3)}
+ I −2,1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t)}
+ I −2,1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t−4π / 3)}
+ I −2,1 exp {−j ((2ω D −ω I ) t−2π / 3)}]
= 0 (cancelled in 3 phases) (28)
B) Third-order intermodulation distortion of the form (2f I -f D ) I 1 = [I -1,2 exp {j ((2ω ID ) t)}
+ I -1,2 exp {j ((2ω I −ω D ) t−4π / 3)}
+ I -1,2 exp {j ((2ω I −ω D ) t−2π / 3)}
+ I 1, −2 exp {−j ((2ω I −ω D ) t)}
+ I 1, -2 exp {−j ((2ω I −ω D ) t−4π / 3)}
+ I 1, -2 exp {−j ((2ω I −ω D ) t−2π / 3)}]
= 0 (cancelled in 3 phases) (29)

以上のとおり、全ての3次相互変調歪は打ち消し合って、出力端子12へ出力されない。すなわち、電力増幅装置1においては、電力分配器100aにおいて分配される3つの信号の位相を{θ1,(θ1+pπ/3),(θ1+2pπ/3)}(pは、0を除く整数)とし、電力分配合成器110aにおいて合成される3つの信号の位相を{(θ2+2pπ/3),(θ2+pπ/3),θ2}とすることにより、従来の電力増幅装置10よりも増幅器の数を減らして小型化を実現しつつ、3次相互変調歪を改善することができる。 As described above, all the third-order intermodulation distortions cancel each other and are not output to the output terminal 12. That is, in the power amplifying apparatus 1, the phases of the three signals distributed in the power distributor 100a are set to {θ 1 , (θ 1 + pπ / 3), (θ 1 + 2pπ / 3)} (p is 0). ), And the phases of the three signals combined in the power distribution combiner 110a are {(θ 2 + 2pπ / 3), (θ 2 + pπ / 3), θ 2 }, so that the conventional power amplifying apparatus 10 3rd order intermodulation distortion can be improved while reducing the number of amplifiers and realizing miniaturization.

<第2の実施形態>
図2は、第2の実施形態に係る電力増幅装置2の構成を示す図である。電力増幅装置2は、第1の実施形態に係る電力増幅装置1における電力分配器100aの代わりに、同相電力分配器と伝送線路による遅延線路あるいは周波数依存性のない移相回路とを用いた電力分配器120aを有する。また、電力増幅装置2は、電力分配合成器110aの代わりに、伝送線路による遅延線路あるいは周波数依存性のない移相回路と同相電力分配合成器を用いた電力分配合成器130aを有する。
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the power amplifying device 2 according to the second embodiment. The power amplifying device 2 uses a common-phase power divider and a delay line by a transmission line or a phase shift circuit having no frequency dependence instead of the power divider 100a in the power amplifying device 1 according to the first embodiment. It has a distributor 120a. The power amplifying apparatus 2 includes a power distribution synthesizer 130a using a delay line by a transmission line or a phase shift circuit having no frequency dependency and an in-phase power distribution synthesizer, instead of the power distribution synthesizer 110a.

電力分配器120aにおける同相電力分配器は、入力信号を同相で3つの分配信号に分配する。遅延回路又は移相回路は、同相電力分配器が分配した3つの分配信号の位相を、互いに異なる位相{0,pπ/3,2pπ/3}だけ変化させることにより、第1信号、第2信号及び第3信号を生成する。図2においては、p=−2の場合を示している。   The in-phase power distributor in the power distributor 120a distributes the input signal into three distribution signals in phase. The delay circuit or the phase shift circuit changes the phases of the three distribution signals distributed by the in-phase power distributor by different phases {0, pπ / 3, 2pπ / 3}, thereby allowing the first signal and the second signal to be changed. And a third signal is generated. FIG. 2 shows a case where p = −2.

また、電力分配合成器130aにおける遅延回路又は移相回路は、増幅器60a、増幅器60b及び増幅器60cにおいて生成された第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号を、互いに異なる位相{0,pπ/3,2pπ/3}だけ変化させる。図2においてはp=−2の場合を示している。同相電力分配合成器は、遅延回路又は移相回路において位相が変化した3つの信号を1つの信号に合成して出力する。   In addition, the delay circuit or the phase shift circuit in the power distribution combiner 130a converts the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal generated in the amplifier 60a, the amplifier 60b, and the amplifier 60c into different phases {0, It is changed by pπ / 3, 2pπ / 3}. FIG. 2 shows a case where p = −2. The in-phase power distribution combiner combines three signals whose phases have changed in the delay circuit or the phase shift circuit into one signal and outputs it.

同相電力分配器及び同相電力分配合成器として、例えば、E. J. Wilkinson, “An N-way hybrid power divider,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-8, pp.116-118, Jan. 1960において開示されているウィルキンソン型の構成を採用することにより、小型で広帯域な同相電力分配器及び同相電力分配合成器を実現できるため、小型な電力増幅装置を容易に実現することができる。   For example, EJ Wilkinson, “An N-way hybrid power divider,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-8, pp.116-118, Jan. 1960. By adopting the Wilkinson-type configuration disclosed in the above, a small and wide-band common-mode power divider and common-mode power divider / combiner can be realized, so that a small power amplifying device can be easily realized.

<第3の実施形態>
図3は、第3の実施形態に係る電力増幅装置3の構成を示す図である。電力増幅装置3は、第1の実施形態に係る電力増幅装置1における電力分配器100aの代わりに、電力分配器140aを有する。電力分配器140aは、互いに異なる位相の3つの分配信号に分配する電力分配回路と、3つの分配信号を互いに異なる位相だけ変化させることにより第1信号、第2信号及び第3信号を生成する、伝送線路による遅延線路あるいは周波数依存性のない移相回路とを有する。電力分配回路及び移相回路により、{0,pπ/3,2pπ/3}だけ位相が変化する。図3においては、電力分配回路として、位相差が90°及び180°になる3電力分配器を示している。
<Third Embodiment>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the power amplifying device 3 according to the third embodiment. The power amplifying device 3 includes a power distributor 140a instead of the power distributor 100a in the power amplifying device 1 according to the first embodiment. The power distributor 140a generates a first signal, a second signal, and a third signal by changing the three distribution signals by different phases from each other, and a power distribution circuit that distributes the signals to three distribution signals having different phases. A delay line by a transmission line or a phase shift circuit having no frequency dependency. The phase is changed by {0, pπ / 3, 2pπ / 3} by the power distribution circuit and the phase shift circuit. FIG. 3 shows a three power distributor having a phase difference of 90 ° and 180 ° as the power distribution circuit.

また、電力増幅装置3は、電力分配合成器110aの代わりに、電力分配合成器150aを有する。電力分配合成器150aは、増幅器60a、増幅器60b及び増幅器60cにおいて生成された第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号を、互いに異なる位相だけ変化させる、伝送線路による遅延線路あるいは周波数依存性のない移相回路を有する。また、電力分配合成器150aは、当該移相回路により位相が変化した後の3つの信号の位相を、互いに異なる所定の位相だけ変化させつつ合成する電力分配合成回路を有する。移相回路及び電力分配合成回路により、{0,pπ/3,2pπ/3}だけ位相が変化する。   The power amplifying apparatus 3 includes a power distribution synthesizer 150a instead of the power distribution synthesizer 110a. The power distribution synthesizer 150a changes the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal generated by the amplifier 60a, the amplifier 60b, and the amplifier 60c by different phases, or a delay line by a transmission line or a frequency dependence. It has an incompatible phase shift circuit. In addition, the power distribution / combining device 150a includes a power distribution / combination circuit that combines the three signals after the phase has been changed by the phase shift circuit while changing the phases of the three signals by predetermined different phases. The phase is changed by {0, pπ / 3, 2pπ / 3} by the phase shift circuit and the power distribution / combination circuit.

図4Aは、位相差が概ね90°と180°になる3電力分配器140aの構成を示す図である。図4に示すように、3電力分配器140aは、電力分配比が1:2のハイブリッド121aと電力分配比が1:1のハイブリッド123aとを組み合わせることにより構成される。ハイブリッド121aは、入力される信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する。また、ハイブリッド123aは、ハイブリッド121aから出力された信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する。本実施形態におけるq=1である。ハイブリッド123aが生成した2つの信号は、遅延回路に入力され、ハイブリッド121aから出力端子125に出力された信号の位相と比較して、それぞれ−2π/3、−4π/3だけ遅延される。   FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of a three-power distributor 140a in which the phase difference is approximately 90 ° and 180 °. As shown in FIG. 4, the three power distributor 140a is configured by combining a hybrid 121a having a power distribution ratio of 1: 2 and a hybrid 123a having a power distribution ratio of 1: 1. The hybrid 121a generates a signal in which the phase of the input signal is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0). The hybrid 123a generates a signal in which the phase of the signal output from the hybrid 121a is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0). In this embodiment, q = 1. The two signals generated by the hybrid 123a are input to the delay circuit and are delayed by −2π / 3 and −4π / 3, respectively, as compared with the phase of the signal output from the hybrid 121a to the output terminal 125.

図4Bは、3電力分配器140aの作成例を示す写真である。このように、3電力分配器140aは、簡易な構成で実現することができるので、小型な電力増幅装置3を容易に実現することができる。   FIG. 4B is a photograph showing a creation example of the three power distributor 140a. Thus, since the three power distributors 140a can be realized with a simple configuration, the small power amplifying device 3 can be easily realized.

<シミュレーション結果>
図5Aは、周波数依存性のない理想的な無損失の同相3電力分配器と理想的な無損失の同相3電力分配合成器とをそれぞれ入力側、出力側に用いた従来の電力増幅装置において生じる相互変調歪のシミュレーション結果を示す。このシミュレーションでは、希望波信号の周波数がfD=575MHz、妨害信号の周波数がf=570MHzの場合を示している。分配された信号間に位相差がない場合、図5Aに示すように、高いレベルの相互変調歪が生じていることがわかる。
<Simulation results>
FIG. 5A shows a conventional power amplifying apparatus using an ideal lossless in-phase 3 power divider and an ideal lossless in-phase 3 power divider / combiner having no frequency dependency on the input side and the output side, respectively. The simulation result of the intermodulation distortion which arises is shown. This simulation shows a case where the frequency of the desired signal is f D = 575 MHz and the frequency of the interference signal is f I = 570 MHz. When there is no phase difference between the distributed signals, it can be seen that a high level of intermodulation distortion occurs as shown in FIG. 5A.

図5Bは、互いに2π/3、4π/3ずつ位相が異なる信号を出力する周波数依存性のない理想的な無損失の3電力分配器、及び互いに4π/3、2π/3ずつ位相が異なる信号を出力する周波数依存性のない理想的な無損失の3電力分配合成器を、それぞれ入力側、出力側に用いた電力増幅装置(電力増幅装置1、電力増幅装置2に相当)において生じる相互変調歪のシミュレーション結果を示す。   FIG. 5B shows an ideal lossless three-power distributor having no frequency dependency that outputs signals having phases different from each other by 2π / 3 and 4π / 3, and signals having phases different from each other by 4π / 3 and 2π / 3. Generated in a power amplifying device (corresponding to the power amplifying device 1 and the power amplifying device 2) using an ideal lossless three-power distribution synthesizer that outputs no power on the input side and the output side, respectively. The simulation result of distortion is shown.

本シミュレーションでは、希望波信号の周波数がfD=575MHz、妨害信号の周波数がf=570MHzの場合を示している。図5bにおいては、(4f−3fD)、(2f−fD)、f、(2fD−f)、(3fD−2f)、(5fD−4f)の相互変調歪が抑圧されていることがわかる。特に、送信機帯域内に含まれる低次の歪として特に重要となる3次の相互変調歪である(2f−fD)の成分と(2fD−f)の成分は完全に打ち消されている。5次の相互変調歪(3f−2fD)の成分と7次の相互変調歪(4fD−3f)の成分は残留しているが、これらの相互変調歪の周波数は送信機帯域外の周波数であるか、あるいは帯域内であっても希望波信号の周波数fDから離れているので、通信品質には影響を及ぼさない。したがって、上記の実施形態に係る電力増幅装置によって、十分な効果を得られることが確認できた。 This simulation shows the case where the frequency of the desired signal is f D = 575 MHz and the frequency of the interference signal is f I = 570 MHz. In Figure 5b, (4f I -3f D), (2f I -f D), f I, (2f D -f I), (3f D -2f I), intermodulation (5f D -4f I) It can be seen that the distortion is suppressed. In particular, the (2f I -f D ) component and the (2f D -f I ) component, which are third-order intermodulation distortions that are particularly important as low-order distortions included in the transmitter band, are completely canceled out. ing. The fifth-order intermodulation distortion (3f I -2f D ) component and the seventh-order intermodulation distortion (4f D -3f I ) component remain, but these inter-modulation distortion frequencies are outside the transmitter band. Even if it is within the frequency band or within the band, it is far from the frequency f D of the desired wave signal, so the communication quality is not affected. Therefore, it has been confirmed that a sufficient effect can be obtained by the power amplifying device according to the above embodiment.

図5Cは、図4に示した3電力分配器140aを用いた電力増幅装置3における相互変調歪のシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、希望波信号の周波数がfD =575MHz、妨害信号の周波数がf=570MHzの場合を示している。 FIG. 5C shows a simulation result of intermodulation distortion in the power amplifying apparatus 3 using the three power distributor 140a shown in FIG. This simulation shows the case where the frequency of the desired signal is f D = 575 MHz and the frequency of the interference signal is f I = 570 MHz.

図5Cにおいては、図5Bに比べると高いレベルの相互変調歪が残存している。しかし、図5Cと図5Aとを比較すると、図5Cにおいては、全ての3次相互変調歪が抑圧されていることがわかる。このように、図4に示した3電力分配器140aを用いた簡易的な構成によっても、相互変調歪を抑圧できることが確認できた。   In FIG. 5C, a higher level of intermodulation distortion remains than in FIG. 5B. However, comparing FIG. 5C with FIG. 5A, it can be seen that all the third-order intermodulation distortions are suppressed in FIG. 5C. Thus, it was confirmed that the intermodulation distortion can be suppressed even with a simple configuration using the three power distributor 140a shown in FIG.

<変形例>
図6は、電力増幅装置1の変形例としての電力増幅装置6の構成を示す図である。電力増幅装置6は、電力増幅装置1における電力分配器100a、電力分配合成器110aの代わりに、電力分配器160a、電力分配合成器170aを備える。電力分配器160a、は、入力端子11から入力された入力信号に基づいて、第1信号と、第1信号の位相に対して−π/3だけ位相が異なる第2信号と、第1信号の位相に対して−2π/3だけ位相が異なる第3信号とを生成する。
<Modification>
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a power amplification device 6 as a modification of the power amplification device 1. The power amplifying apparatus 6 includes a power distributor 160a and a power distribution synthesizer 170a instead of the power distributor 100a and the power distribution synthesizer 110a in the power amplifying apparatus 1. Based on the input signal input from the input terminal 11, the power distributor 160 a has a first signal, a second signal whose phase is different by −π / 3 with respect to the phase of the first signal, and the first signal A third signal having a phase different by −2π / 3 with respect to the phase is generated.

電力分配合成器170aは、増幅器60aから出力された第1増幅信号から第3移相信号と比較して−2π/3だけ変化させて第1移相信号を生成し、増幅器60bから出力された第2増幅信号から第3移相信号と比較して−π/3だけ変化させて第2移相信号を生成し、増幅器60cから出力された第3増幅信号から第3移相信号を生成し、第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号を合成する。電力増幅装置6を用いた場合においても、第1の実施形態における式(28)、式(29)で計算した結果と同様に、全ての3次相互変調歪は3相で打ち消し合うことにより0になり、図5Bと同じシミュレーション結果を得ることができる。   The power distribution synthesizer 170a generates a first phase-shifted signal by changing the first amplified signal output from the amplifier 60a by -2π / 3 as compared with the third phase-shifted signal, and outputs the first phase-shifted signal from the amplifier 60b. A second phase-shifted signal is generated by changing the second amplified signal by -π / 3 as compared with the third phase-shifted signal, and a third phase-shifted signal is generated from the third amplified signal output from the amplifier 60c. The first phase shift signal, the second phase shift signal, and the third phase shift signal are combined. Even when the power amplifying device 6 is used, all the third-order intermodulation distortions cancel each other out in three phases as in the results calculated by the equations (28) and (29) in the first embodiment. Thus, the same simulation result as in FIG. 5B can be obtained.

以上述べた実施例は全てこの発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、この発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。したがってこの発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によって規定されるものである。さらに、移相回路についても、伝送線路を用いた遅延線路だけではなく、インダクタやキャパシタ、抵抗などの集中定数回路素子を用いて移相特性を実現した回路でもよい。   All of the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting. The present invention can be implemented in various other modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined by the claims and their equivalents. Further, regarding the phase shift circuit, not only a delay line using a transmission line but also a circuit that realizes phase shift characteristics using a lumped constant circuit element such as an inductor, a capacitor, or a resistor may be used.

1,2,3,6,7,8,9,10・・・電力増幅装置
11・・・入力端子
12・・・出力端子
20,30・・・同相電力分配合成器
40a・・・電力分配器
50a,50b,70a,70b・・・ハイブリッド
52a,52b・・・端子
55a,55b,75a,75b・・・無反射終端器
60a,60b,60c,60d・・・増幅器
71a,72a,72b・・・端子
80a・・・電力分配合成器
90a,90b・・・増幅装置
100a・・・電力分配器
110a・・・電力分配合成器
120a・・・電力分配器
121a,123a・・・ハイブリッド
122a,124a・・・無反終端器
125,126,127・・・出力端子
130a・・・電力分配合成器
140a・・・電力分配器
150a・・・電力分配合成器
160a・・・電力分配器
170a・・・電力分配合成器
1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10 ... Power amplifier 11 ... Input terminal 12 ... Output terminals 20, 30 ... In-phase power distribution combiner 40a ... Power distribution 50a, 50b, 70a, 70b ... hybrids 52a, 52b ... terminals 55a, 55b, 75a, 75b ... non-reflection terminators 60a, 60b, 60c, 60d ... amplifiers 71a, 72a, 72b .. Terminal 80a ... Power distribution combiner 90a, 90b ... Amplifier 100a ... Power distributor 110a ... Power distribution combiner 120a ... Power distributor 121a, 123a ... Hybrid 122a, 124a: Non-terminal terminators 125, 126, 127 ... Output terminal 130a ... Power distribution combiner 140a ... Power distribution device 150a ... Power distribution combiner 160a ... Force distributor 170a · · · power divider combiner

Claims (5)

互いに異なる位相{θ1,(θ1+pπ/3),(θ1+2pπ/3)}(pは、0と3の整数倍を除く整数)を有する第1信号、第2信号及び第3信号を生成する信号生成手段と、
前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をそれぞれ同一の条件で増幅して、第1増幅信号、第2増幅信号及び第3増幅信号を生成する増幅手段と、
前記第1増幅信号、前記第2増幅信号及び前記第3増幅信号の位相を変化させて、それぞれ{(θ2+2pπ/3),(θ2+pπ/3),θ2}の位相を有する第1移相信号、第2移相信号及び第3移相信号を生成する移相手段と、
前記第1移相信号、前記第2移相信号及び前記第3移相信号を合成する合成手段と、
を備える電力増幅装置。
A first signal, a second signal, and a third signal having different phases {θ 1 , (θ 1 + pπ / 3), (θ 1 + 2pπ / 3)} (p is an integer other than integer multiples of 0 and 3). Signal generating means for generating
Amplifying means for amplifying the first signal, the second signal, and the third signal under the same conditions to generate a first amplified signal, a second amplified signal, and a third amplified signal;
The phases of the first amplified signal, the second amplified signal, and the third amplified signal are changed to have the phases {(θ 2 + 2pπ / 3), (θ 2 + pπ / 3), θ 2 }, respectively. Phase shifting means for generating one phase shifting signal, a second phase shifting signal, and a third phase shifting signal;
Combining means for combining the first phase shift signal, the second phase shift signal, and the third phase shift signal;
A power amplification device comprising:
前記増幅手段は、
前記第1信号を増幅して前記第1増幅信号を生成する第1増幅回路と、
前記第2信号を増幅して前記第2増幅信号を生成する第2増幅回路と、
前記第3信号を増幅して前記第3増幅信号を生成する第3増幅回路と、
を有し、
前記第1増幅回路、前記第2増幅回路及び前記第3増幅回路は、同一の増幅特性を有する、
請求項1に記載の電力増幅装置。
The amplification means includes
A first amplifier circuit for amplifying the first signal to generate the first amplified signal;
A second amplifier circuit for amplifying the second signal to generate the second amplified signal;
A third amplifier circuit for amplifying the third signal to generate the third amplified signal;
Have
The first amplifier circuit, the second amplifier circuit, and the third amplifier circuit have the same amplification characteristics.
The power amplification device according to claim 1.
前記信号生成手段は、
入力信号を同相で3つの分配信号に分配する電力分配回路と、
前記3つの分配信号の位相を、互いに異なる位相{0,pπ/3,2pπ/3}だけ変化させることにより前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を生成する移相回路と、
を有する、
請求項1又は2に記載の電力増幅装置。
The signal generating means includes
A power distribution circuit that distributes the input signal into three distribution signals in phase;
A phase shift circuit that generates the first signal, the second signal, and the third signal by changing the phases of the three distribution signals by different phases {0, pπ / 3, 2pπ / 3};
Having
The power amplification device according to claim 1 or 2.
前記信号生成手段は、
入力信号を、互いに異なる位相の3つの分配信号に分配する電力分配回路と、
前記3つの分配信号を互いに異なる位相だけ変化させることにより前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を生成する移相回路と、
を有する、
請求項1又は2に記載の電力増幅装置。
The signal generating means includes
A power distribution circuit that distributes an input signal to three distribution signals having different phases;
A phase shift circuit that generates the first signal, the second signal, and the third signal by changing the three distribution signals by different phases;
Having
The power amplification device according to claim 1 or 2.
前記電力分配回路は、
前記入力信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する第1移相回路と、
前記第1移相回路から出力された信号の位相を相対的にqπ/2(qは、0を除く整数)だけ変化させた信号を生成する第2移相回路と、
を有し、
前記移相回路は、前記第1移相回路及び前記第2移相回路が生成した信号の位相を変化させる、
請求項4に記載の電力増幅装置。

The power distribution circuit includes:
A first phase shift circuit that generates a signal in which the phase of the input signal is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0);
A second phase shift circuit that generates a signal in which the phase of the signal output from the first phase shift circuit is relatively changed by qπ / 2 (q is an integer other than 0);
Have
The phase shift circuit changes a phase of a signal generated by the first phase shift circuit and the second phase shift circuit;
The power amplification device according to claim 4.

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