JP2021048453A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】コールドスタンバイから起動した際のアンプの非線形歪の悪化を抑制して、スペクトラムマスクの相互変調歪の規格を満たすこと。【解決手段】ＯＦＤＭ変調されたアナログのＲＦ信号を増幅させるＲＦアンプと、ＲＦアンプの周囲の温度を検出する温度センサと、ＲＦ信号の包絡線信号を検波するエンベロープ検波部と、包絡線信号の電圧を増幅する可変利得アンプ２０７、２０８と、可変利得アンプにより増幅された包絡線信号の電圧に基づいて、ＲＦ信号の振幅および位相を制御して、ＲＦアンプのＡＭ−ＡＭ歪特性およびＡＭ−ＰＭ歪特性とは逆特性のＲＦ信号を生成する可変減衰・位相器と、温度センサにより検出される温度に基づいて、可変利得アンプによる包絡線信号の電圧増幅率を調整し、かつ、ＲＦアンプが起動してから予め設定された時間経過するまで、電圧増幅率を、定常状態よりも小さくする制御部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電力増幅器に関する。

地上デジタルテレビ放送用の送信機は、変調励振器から入力されるＲＦ信号の信号レベルを増幅する電力増幅器を有する。例えば、電力増幅器は、変調励振器から出力されるＲＦ信号の信号レベルを、１ｍＷから４００Ｗに増幅する。また、ＲＦ信号は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調波における相互変調歪の規格である−４７ｄＢ以下を実現するため、電力増幅器における非線形歪特性を補償するデジタルプリディストーション（ＤＰＤ）による歪補償が行われる。

特開２００７−０２０１５７号公報 特開２００２−０７７２８５号公報 特開２００７−３２９７６６号公報 特開２０００−００４１２４号公報

ところで、近年、電力増幅器の電力効率の向上を目的として、Doherty電力増幅回路等の高効率電力増幅回路が採用されている。この増幅回路は、これまでのＡＢ級電力増幅回路と比較して、非線形歪量が大きい傾向にあるが、定常時においては、ＤＰＤによって非線形歪特性が補償されているため、相互変調歪の規格である−４７ｄＢ以下を満たすことが可能である。さらに、電力増幅器は、その環境温度によって非線形歪特性が変動するため、電力増幅器から出力されるＲＦ信号をＤＰＤにフィードバックして、非線形歪特性の変動に追従して補償している。

しかしながら、電力増幅器は、コールドスタンバイからの起動直後と、定常状態とで、非線形歪特性が大きく異なり、ＤＰＤによる非線形歪特性の補償が追従できず、相互変調歪が大幅に悪化し、スペクトラムマスクの規格である−３７ｄＢ以下を満たすことができない場合がある。ＤＰＤは、電力増幅器から出力されるＲＦ信号に基づいて、非線形歪特性の変動に追従して補償しているが、その応答速度が遅く、電力増幅器の起動時における非線形歪特性の変動に追従することが難しい。

実施形態の電力増幅器は、ＲＦアンプと、温度センサと、エンベロープ検波部と、可変利得アンプと、可変減衰・位相器と、制御部と、を備える。ＲＦアンプは、ＯＦＤＭ変調されたアナログのＲＦ信号を増幅させる。温度センサは、ＲＦアンプの周囲の温度を検出する。エンベロープ検波部は、ＲＦ信号の包絡線信号を検波する。可変利得アンプは、包絡線信号の電圧を増幅する。可変減衰・位相器は、可変利得アンプにより増幅された包絡線信号の電圧に基づいて、ＲＦ信号の振幅および位相を制御して、ＲＦアンプのＡＭ−ＡＭ歪特性およびＡＭ−ＰＭ歪特性とは逆特性のＲＦ信号を生成する。制御部は、温度センサにより検出される温度に基づいて、可変利得アンプによる包絡線信号の電圧増幅率を調整し、かつ、ＲＦアンプが起動してから予め設定された時間経過するまで、電圧増幅率を、定常状態よりも小さくする。

図１は、本実施形態にかかる電力増幅器を適用した地上デジタルテレビ放送用送信機の構成の一例を示す図である。 図２は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有する電力増幅器の具体的な構成の一例を示す図である。 図３は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有するＲＦアンプのＡＭ−ＡＭ歪特性の一例を示す図である。 図４は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有するＲＦアンプのＡＭ−ＰＭ歪特性の一例を示す図である。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる電力増幅器を適用した地上デジタルテレビ放送用送信機の一例について説明する。

図１は、本実施形態にかかる電力増幅器を適用した地上デジタルテレビ放送用送信機の構成の一例を示す図である。

まず、図１を用いて、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機の構成の一例について説明する。

本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機は、図１に示すように、変調励振器１と、電力増幅器２と、ＢＰＦ３と、アンテナ４と、を有する。

変調励振器１は、図示しない生成部により生成されるＴＳ信号を、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調したＲＦ信号を生成する。ここで、ＴＳ信号は、画像や音声等のデジタルデータである。

また、変調励振器１は、電力増幅器２からフィードバックされるＲＦ信号（言い換えると、電力増幅器２により電力が増幅されたＲＦ信号）に基づいて、ＲＦ信号に対して、電力増幅器２において発生する非線形歪を補償する歪補償（ＤＰＤ：Digital Pre-Distortion）を実行する信号処理部（所謂、プリディストータ）の一例である。

具体的には、変調励振器１は、ＲＦ信号に対して、電力増幅器２のＡＭ−ＡＭ歪特性およびＡＭ−ＰＭ歪特性とは逆特性となるＲＦ信号を生成する歪補償を実行する。ここで、ＡＭ−ＡＭ歪特性は、電力増幅器２（後述するＲＦアンプ２０９）に入力するＲＦ信号の信号レベル（以下、入力レベルと言う）に対する、電力増幅器２（後述するＲＦアンプ２０９）によって電力が増幅されたＲＦ信号の信号レベル（以下、出力レベルと言う）の変化を言う。

また、ＡＭ−ＰＭ歪特性は、電力増幅器２（後述するＲＦアンプ２０９）に入力するＲＦ信号の入力レベルに対する、入出力間位相差の変化を言う。ここで、入出力間位相差は、電力増幅器２（後述するＲＦアンプ２０９）に入力するＲＦ信号と、電力増幅器２（後述するＲＦアンプ２０９）によって電力が増幅されたＲＦ信号と、の位相差である。

また、変調励振器１は、歪補償を実行したＲＦ信号をアナログデータに変換する。そして、変調励振器１は、アナログデータに変換したＲＦ信号を、電力増幅器２に出力する。

電力増幅器２は、変調励振器１からのＲＦ信号の電力を増幅する電力増幅器である。電力増幅器２の具体的な構成の一例については後述する。

ＢＦＰ（Band Path Filter）３は、電力増幅器２から出力されるＲＦ信号のうち、送信チャネル帯域外の信号を除去するフィルタである。

アンテナ４は、ＢＰＦ３から出力されるＲＦ信号であるＲＦ出力信号を、電波として放射する送信アンテナである。

図２は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有する電力増幅器の具体的な構成の一例を示す図である。

次に、図２を用いて、電力増幅器２の具体的な構成の一例について説明する。

本実施形態では、電力増幅器２は、図２に示すように、制御部２０１、電源部２０２、エンベロープ検波部２０３、遅延回路２０４、電圧制御型の可変減衰器２０５、電圧制御型の可変位相器２０６、第１可変利得アンプ２０７、第２可変利得アンプ２０８、ＲＦアンプ２０９、および温度センサ２１０を有する。

電源部２０２は、制御部２０１により制御され、ＲＦアンプ２０９に電力を供給する電源部の一例である。

ＲＦアンプ２０９は、変調励振器１によってＯＦＤＭ変調が実行されたＲＦ信号の電力を増幅させるアンプである。例えば、ＲＦアンプ２０９は、１ｍＷのＲＦ信号を、４００ＷのＲＦ信号に増幅する。本実施形態では、ＲＦアンプ２０９は、電源部２０２から電力が供給される。

温度センサ２１０は、ＲＦアンプ２０９の周囲の温度を検出する温度センサである。本実施形態では、温度センサ２１０は、ＲＦアンプ２０９が有する放熱器の温度を検出する。

エンベロープ検波部２０３は、変調励振器１によって振幅変調等が実行されたＲＦ信号の包絡線（包絡線信号）を検出（検波）する検波部の一例である。

第１可変利得アンプ２０７は、エンベロープ検波部２０３によって検出される包絡線信号の信号レベル（電圧）を変更（増幅）する可変利得アンプの一例である。

第２可変利得アンプ２０８は、エンベロープ検波部２０３によって検出される包絡線信号の信号レベル（電圧）を変更（増幅）する可変利得アンプの一例である。

遅延回路２０４は、変調励振器１から入力されるＲＦ信号を、遅延させて、電圧制御型の可変減衰器２０５に入力する遅延回路である。本実施形態では、遅延回路２０４は、変調励振器１から入力されるＲＦ信号を、エンベロープ検波部２０３から第１，２可変利得アンプ２０７，２０８間の遅延時間（言い換えると、エンベロープ検波部２０３による包絡線信号の検波、第１，２可変利得アンプ２０７，２０８による包絡線信号の電圧の増幅に要する時間）分、遅延させて電圧制御型の可変減衰器２０５に入力する。

電圧制御型の可変減衰器２０５は、第１可変利得アンプ２０７により増幅された包絡線（包絡線信号）の電圧に基づいて、ＲＦ信号の振幅を制御して、ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＡＭ歪特性とは逆特性のＲＦ信号を生成する可変減衰・位相器の一例である。

電圧制御型の可変位相器２０６は、第２可変利得アンプ２０８により増幅された包絡線（包絡線信号）の電圧に基づいて、ＲＦ信号の位相を制御して、ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＰＭ歪特性とは逆特性のＲＦ信号を生成する可変減衰・位相器の一例である。

制御部２０１は、電力増幅器２全体を制御する制御部の一例である。

具体的には、制御部２０１は、電源部２０２によるＲＦアンプ２０９への電力の供給を制御する。

また、制御部２０１は、温度センサ２１０によるＲＦアンプ２０９の温度の検出結果に基づいて、第１可変利得アンプ２０７および第２可変利得アンプ２０８による包絡線信号の電圧の増幅率（以下、電圧増幅率と言う）を調整する。

本実施形態では、電力増幅器２は、定常状態における、ＲＦアンプ２０９の温度と、当該温度における電圧増幅率と、を対応付けるルックアップテーブル（以下、定常状態ルックアップテーブルと言う）を記憶する図示しない記憶部を有する。ここで、定常状態とは、ＲＦアンプ２０９の非線形歪が、ＲＦアンプ２０９の温度に応じた非線形歪となる状態である。

制御部２０１は、定常状態ルックアップテーブルにおいて、温度センサ２１０により検出される温度と対応付けられる電圧増幅率を、第１可変利得アンプ２０７および第２可変利得アンプ２０８に通知する。これにより、制御部２０１は、電圧増幅率を制御するものとする。

ところで、電力増幅器２の電力効率の向上を目的として、Doherty電力増幅回路等の高効率電力増幅回路を採用した電力増幅器が開発されている。この電力増幅器は、従来のＡＢ級増幅回路と比較して、一般的に、非線形歪量が大きいが、定常状態においては、ＤＰＤ（変調励振器１）によって非線形歪特性が補償されるため、相互変調歪の規格である−４７ｄＢ以下を満たすことが可能である。さらに、この電力増幅器は、その環境温度によって非線形歪特性が変動するため、当該電力増幅器から出力されるＲＦ信号を、変調励振器１にフィードバックして、非線形歪特性の変動に追従して補償している。

しかしながら、電力増幅器２は、コールドスタンバイからの起動直後と、定常状態とで、非線形歪特性が大きく異なり、変調励振器１による非線形歪特性の補償が追従できず、相互変調歪が大幅に悪化し、スペクトラムマスクの規格である−３７ｄＢ以下を満たすことができない場合がある。また、変調励振器１は、電力増幅器２から出力されるＲＦ信号に基づいて、非線形歪特性の変動に追従して補償しているが、その応答速度が遅く、電力増幅器２の起動時における非線形歪特性の変動に追従することが難しい。

そこで、本実施形態では、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９が起動してから予め設定された時間経過するまで、電圧増幅率を、定常状態より小さくする。ここで、予め設定された時間とは、ＲＦアンプ２０９の非線形歪特性が、ＲＦアンプ２０９が起動してから、定常状態になるまでに要する時間である。

これにより、コールドスタンバイから起動した際のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性が、定常状態のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性と異なる場合でも、ＲＦアンプ２０９の非線形歪特性の補償を適切に行うことができる。その結果、コールドスタンバイから起動した際のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性の悪化を抑制して、スペクトラムマスクの相互変調歪の規格を満たすことが可能となる。また、変調励振器１による非線形歪特性の補償の最適化を待たずに、ＲＦアンプ２０９の非線形歪特性を補償可能となる。その結果、ＲＦアンプ２０９の起動時における非線形歪特性の変動に追従して、当該非線形歪特性を補償することが可能となる。

ＲＦアンプ２０９は、コールドスタンバイから起動した際、その非線形歪特性が、定常状態と比較して、小さくなる特性を有する。そのため、本実施形態では、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９がコールドスタンバイからの起動直後において、電圧増幅率を最も小さくし、時間経過に伴い、当該電圧増幅率を大きくする。

本実施形態では、制御部２０１は、外部装置から入力される起動／停止制御信号に基づいて、ＲＦアンプ２０９の起動が指示されたか否かを判断する。ここで、起動／停止制御信号は、ＲＦアンプ２０９の起動または停止を指示する信号である。

そして、制御部２０１は、外部装置から入力される起動／停止制御信号によって、ＲＦアンプ２０９の停止が指示された場合、電源部２０２を制御して、ＲＦアンプ２０９に対する電力の供給を停止する。

一方、制御部２０１は、外部装置から入力される起動／停止制御信号によって、ＲＦアンプ２０９の起動が指示された場合、電源部２０２を制御して、ＲＦアンプ２０９に対する電力の供給を開始する。さらに、制御部２０１は、起動／停止制御信号によってＲＦアンプ２０９の起動が指示されてから、予め設定された時間が経過するまで、定常状態と比較して、電圧増幅率を小さくする。

また、本実施形態では、電力増幅器２は、起動時における、ＲＦアンプ２０９の温度と、当該温度における電圧増幅率と、を対応付けるルックアップテーブル（以下、起動時ルックアップテーブルと言う）を記憶する図示しない記憶部を有する。制御部２０１は、起動時ルックアップテーブルにおいて、温度センサ２１０により検出される温度と対応付けられる電圧増幅率を、第１可変利得アンプ２０７および第２可変利得アンプ２０８に通知する。これにより、制御部２０１は、起動時における電圧増幅率を、定常状態と比較して、小さくする。

また、本実施形態では、制御部２０１は、電力増幅器２の起動時、電圧制御型の可変減衰器２０５および電圧制御型の可変位相器２０６の両方に入力する包絡線信号の電圧増幅率を、ＲＦアンプ２０９の定常状態と比較して、小さくしているが、電圧制御型の可変減衰器２０５および電圧制御型の可変位相器２０６の少なくとも一方に入力する包絡線信号の電圧増幅率を、ＲＦアンプ２０９の定常状態と比較して小さくするものであれば、これに限定するものではない。

図３は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有するＲＦアンプのＡＭ−ＡＭ歪特性の一例を示す図である。図３において、縦軸は、ＲＦアンプ２０９によって電力が増幅されるＲＦ信号の出力レベルを表し、横軸は、変調励振器１から入力されるＲＦ信号の入力レベルを表す。

次に、図３を用いて、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機における電圧増幅率の調整処理の一例について説明する。

ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＡＭ歪特性は、図３に示すように、ＲＦアンプ２０９がコールドスタンバイからの起動直後においては、その歪量が小さい。そして、ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＡＭ歪特性は、図３に示すように、ＲＦアンプ２０９のコールスタンバイからの起動直後から、時間経過に伴い、その歪量が大きくなる。

そのため、本実施形態では、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９のコールドスタンバイからの起動直後から予め設定された時間が経過するまでは、電圧増幅率を、ＲＦアンプ２０９の定常状態と比較して小さくする。その後、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９のコールドスタンバイの起動直後からの時間経過に伴い、電圧増幅率を大きくしていく。

図４は、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機が有するＲＦアンプのＡＭ−ＰＭ歪特性の一例を示す図である。図４において、縦軸は、変調励振器１から入力されるＲＦ信号とＲＦアンプ２０９によって電力が増幅されるＲＦ信号の入出力間位相差を表し、横軸は、ＲＦアンプ２０９に入力されるＲＦ信号の入力レベルを表す。

次に、図４を用いて、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機における電圧増幅率の調整処理の一例について説明する。

ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＰＭ歪特性も、図４に示すように、ＲＦアンプ２０９がコールドスタンバイからの起動直後においては、その歪量が小さい。そして、ＲＦアンプ２０９のＡＭ−ＰＭ歪特性も、図４に示すように、ＲＦアンプ２０９のコールスタンバイからの起動直後から、時間経過に伴い、その歪量が大きくなる。

そのため、本実施形態では、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９のコールドスタンバイからの起動直後から予め設定された時間が経過するまでは、電圧増幅率を、ＲＦアンプ２０９の定常状態と比較して小さくする。その後、制御部２０１は、ＲＦアンプ２０９のコールドスタンバイの起動直後からの時間経過に伴い、電圧増幅率を大きくしていく。

このように、本実施形態にかかる地上デジタルテレビ放送用送信機によれば、コールドスタンバイから起動した際のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性が、定常状態のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性と異なる場合でも、ＲＦアンプ２０９の非線形歪特性の補償を適切に行うことができる。その結果、コールドスタンバイから起動した際のＲＦアンプ２０９の非線形歪特性の悪化を抑制して、スペクトラムマスクの相互変調歪の規格を満たすことが可能となる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 変調励振器
２ 電力増幅器
３ ＢＰＦ
４ アンテナ
２０１ 制御部
２０２ 電源部
２０３ エンベロープ検波部
２０４ 遅延回路
２０５ 電圧制御型の可変減衰器
２０６ 電圧制御型の可変位相器
２０７ 第１可変利得アンプ
２０８ 第２可変利得アンプ
２０９ ＲＦアンプ
２１０ 温度センサ

Claims (3)

1. ＯＦＤＭ変調されたアナログのＲＦ信号を増幅させるＲＦアンプと、
   前記ＲＦアンプの周囲の温度を検出する温度センサと、
   前記ＲＦ信号の包絡線信号を検波するエンベロープ検波部と、
   前記包絡線信号の電圧を増幅する可変利得アンプと、
   前記可変利得アンプにより増幅された前記包絡線信号の電圧に基づいて、前記ＲＦ信号の振幅および位相を制御して、前記ＲＦアンプのＡＭ−ＡＭ歪特性およびＡＭ−ＰＭ歪特性とは逆特性の前記ＲＦ信号を生成する可変減衰・位相器と、
   前記温度センサにより検出される温度に基づいて、前記可変利得アンプによる前記包絡線信号の電圧増幅率を調整し、かつ、前記ＲＦアンプが起動してから予め設定された時間経過するまで、前記電圧増幅率を、定常時よりも小さくする制御部と、
   を備える電力増幅器。
2. 前記制御部は、前記ＲＦアンプが起動してから、時間経過とともに、前記電圧増幅率を大きくする請求項１に記載の電力増幅器。
3. 前記温度センサは、前記ＲＦアンプが有する放熱器の温度を検出する請求項１または２に記載の電力増幅器。

Images