JP2541119B2 - 線形増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は線形増幅器に係り、特に
フィードフォワードループにより増幅した入力信号中の
歪みを検出し、その検出歪みを抑圧して増幅した入力信
号を出力する線形増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高周波数帯の多周波同時増幅
等に使用される線形増幅器としてフィードフォワード増
幅器が知られている（特開平１−１９８８０９号公
報）。図３はこの従来のフィードフォワード増幅器の一
例の構成図を示す。同図において、フィードフォワード
増幅器は、入力端子１からの高周波数帯の入力多周波多
重信号を主増幅器４により同時増幅すると共に、入力さ
れた信号成分を相殺しその増幅の際に生じた非線形歪み
成分を検出する歪み検出ループＡと、その検出した歪み
成分を補助増幅器１５を用いて増幅した後、主増幅器４
出力に再び注入することにより、歪み成分の相殺を行う
歪み除去ループＢとを有する構成である。

【０００３】上記の歪み検出ループＡは、２分配器２、
減衰量と移相量を調整することができるベクトル調整器
３、主増幅器４、遅延線６及び制御回路９よりなり、更
に、結合器７及び８がそれぞれ後述する歪み除去ループ
Ｂと共通に設けられている。また、主増幅器４はパイロ
ット発振器５からの特定周波数のパイロット信号を入力
信号に加算して、入力信号と共に増幅する。制御回路９
は、補助増幅器１４の手前で入力信号成分を観測し、入
力信号レベルが最小となるようにベクトル調整器３を制
御する。

【０００４】また、上記の歪み除去ループＢは、結合器
１０、遅延線１１、結合器１２、減衰量と移相量を調整
することができるベクトル調整器１３、制御回路１４、
補助増幅器１５及び結合器１６よりなる。制御回路１４
は、パイロット信号をフィードフォワード回路の出力経
路で結合器１６を介して検出し、パイロット信号の検出
レベルが最小となるよう、ベクトル調整器１３を制御す
る。

【０００５】かかる構成の従来の線形増幅器（フィード
フォワード増幅器）の動作について説明するに、入力端
子１に入力された高周波数帯の多周波多重信号は、２分
配器２により２分配され、一方の信号はベクトル調整器
３によりその減衰量と移相量が調整された後主増幅器４
に供給され、ここでパイロット発振器５よりのパイロッ
ト信号と多重された後増幅され、更に結合器７、遅延線
１１を介して結合器１２に入力される。この結合器１２
の入力信号は主増幅信号で、主増幅器４により発生した
歪み成分が含まれている。

【０００６】２分配器２により分配された他方の信号
は、遅延線６によりベクトル調整器３及び主増幅器４の
信号遅延時間と同等の遅延時間を付与された後、結合器
８において、結合器７により分岐された一部の主増幅信
号と逆相で合成された後、結合器１０に入力される。結
合器１０により分岐された一部の入力信号は、制御回路
９に供給される。制御回路９はその入力信号レベルが最
小となるように、ベクトル調整器３の減衰量と移相量を
調整する。

【０００７】ここで、２分配器２の出力端から結合器８
までの構成要素は遅延線６のみであり歪みの発生はない
ので、上記の歪み検出ループＡの動作が適切であれば、
ベクトル調整器３及び主増幅器４をそれぞれ通過した、
増幅された入力信号中に混入または発生した歪み成分
（主として、主増幅器１４で発生した歪み成分）のみが
上記の結合器８から結合器１０へ出力される。

【０００８】結合器１０に入力された歪み成分はベクト
ル調整器１３により減衰量と移相量が調整された後、補
助増幅器１５に供給されて増幅され、更にこれより結合
器１２を介して遅延線１１によりベクトル調整器１３と
補助増幅器１５の伝搬遅延時間分遅延された主増幅信号
に逆相で合成される。この合成信号は結合器１６に供給
され、ここで一部が分岐されて制御回路１４に入力され
る。

【０００９】制御回路１４はこの入力信号中のパイロッ
ト信号を抽出して例えば同期検波し、その検波レベルが
最小となるように、ベクトル調整器１３の減衰量及び移
相量をそれぞれ制御する。これにより、結合器１６より
出力端子１７へパイロット信号が最小で、かつ、歪み成
分も最小とされた主増幅信号が出力される。

【００１０】かかる構成の従来の線形増幅器（フィード
フォワード増幅器）によれば、入力端子１に入力される
信号は、情報伝送のため変調がかかっていて、かつ、場
合により断続することがあり得るため、この入力信号を
制御に利用すると不安定なものとなるが、レベルと周波
数が確定しているパイロット信号を用いて制御を行って
いるので、安定な制御が可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の線形増幅器では、例えば帯域内で３０ｄＢ以上の圧縮
量を得るためには、振幅及び位相の偏差がそれぞれ±
０．３ｄＢ以内及び±２°以内であることが必要であ
る。この値は、パイロット信号が完全にキャンセルされ
た時のパイロット信号の周波数と使用する周波数との偏
差である。従って、上記の従来の線形増幅器では、パイ
ロット信号の周波数付近では安定な制御が期待できる。
しかし、使用する周波数帯域内のすべてで同様に３０ｄ
Ｂの歪み除去を実現するためには、主増幅器４や補助増
幅器１５などのループの構成要素に上記の振幅及び位相
の偏差がそれぞれ±０．３ｄＢ以内及び±２°以内とい
う厳しい周波数特性が要求される。

【００１２】また、パイロット周波数と入力信号の周波
数とが一致すると、正常なフィードフォワード制御が行
えなくなる。従って、パイロット周波数は使用する周波
数帯を避ける必要がある。そのため、従来の線形増幅器
は、広帯域な増幅には適さないという問題がある。

【００１３】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
フィードフォワード増幅器を複数設けると共に、そのパ
イロット信号の周波数をそれぞれ互いに異なる所定値に
設定することにより、上記の課題を解決した線形増幅器
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、入力信号を主増幅器により増幅した後、増
幅された入力信号を一部分岐して非増幅入力信号に合成
し、増幅された入力信号中の歪みを取り出す歪み検出ル
ープと、歪み検出ループから取り出された歪みと増幅さ
れた入力信号とを合成することにより歪みを除去した増
幅入力信号を出力する歪み除去ループとを備えるフィー
ドフォワード増幅器を複数設けると共に、分配手段、パ
イロット信号発振手段及び合成器とを備え、複数のフィ
ードフォワード増幅器の各歪み除去ループの各々が、フ
ィードフォワード増幅器の出力信号中のパイロット信号
の検出レベルが最小となるように、歪み検出ループより
の歪みの減衰量及び移相量を制御する構成としたもので
ある。

【００１５】ここで、上記の分配手段は、複数のフィー
ドフォワード増幅器の各入力端子に入力信号を分配して
それぞれ並列に入力し、パイロット信号発振手段は、複
数のフィードフォワード増幅器の各主増幅器の入力信号
に、互いに異なる特定周波数のパイロット信号をそれぞ
れ注入する。また、合成器は複数のフィードフォワード
増幅器の各出力信号をそれぞれ合成して出力する。

【００１６】

【作用】フィードフォワード増幅器は前記したように、
パイロット信号の周波数付近では安定な制御が期待でき
るため、パイロット信号発振手段により複数のフィード
フォワード増幅器の各主増幅器の入力信号に、互いに異
なる特定周波数のパイロット信号をそれぞれ注入するよ
うにしている本発明では、複数のフィードフォワード増
幅器の安定な制御動作可能な周波数帯域が異なる。

【００１７】従って、本発明では、複数のフィードフォ
ワード増幅器の各出力信号を合成器により合成すること
により、安定な制御動作可能な周波数帯域を従来に比べ
て広周波数帯域にすることができる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の構成図を示す。本
実施例は２分配器２１、第１及び第２のフィードフォワ
ード増幅器２２ａ、２２ｂ及び合成器２３より構成され
ている。第１及び第２のフィードフォワード増幅器２２
ａ、２２ｂにおいて、図３と同一構成部分には同一符号
を付してあり、また、それぞれ第１のフィードフォワー
ド増幅器２２ａの構成要素は添字ａを、第２のフィード
フォワード増幅器２２ｂの構成要素は添字ｂを付してあ
る。

【００１９】 図１において、パイロット発振器５ａ及
び５ｂはそれぞれ前記したパイロット信号発振手段を構
成している。パイロット発振器５ａは周波数ｆ_ｐ１の第
１のパイロット信号を発振出力して主増幅器４ａの入力
信号に注入される。パイロット発振器５ｂは周波数ｆ
_ｐ２の第２のパイロット信号を発振出力して主増幅器４
ｂの入力信号に注入される。

【００２０】上記のパイロット信号周波数ｆ_p1は、入力
端子１の入力信号の下限周波数ｆ_Lよりも若干低い周波
数に設定されており、また、上記のパイロット信号周波
数ｆ_p2は、入力端子１の入力信号の上限周波数ｆ_Uより
も若干高い周波数に設定されている。なお、実施例の如
く、パイロット発振器を２個別々に設ける必要はなく、
単一の発振器の出力信号周波数を分周して２種類のパイ
ロット信号を生成してもよいことは勿論である。

【００２１】次に、本実施例の動作について説明する。
入力端子１に入力された高周波数帯の多周波多重信号
は、２分配器２１により２分配され、一方は第１のフィ
ードフォワード増幅器２２ａの２分配器２ａに入力され
てここで更に２分配され、他方は第２のフィードフォワ
ード増幅器２２ｂの２分配器２ｂに入力されてここで更
に２分配される。

【００２２】２分配器２ａにより２分配されて取り出さ
れた一方の信号は、ベクトル調整器３ａを通して主増幅
器４ａに入力され、ここでパイロット発振器５ａよりの
第１のパイロット信号と共に増幅される。また、２分配
器２ａにより２分配されて取り出された他方の信号（非
増幅入力信号）は、遅延器６ａを通して結合器８ａに入
力され、ここで結合器７ａにより分岐された増幅入力信
号の反転信号と合成されることにより、主増幅器４ａの
増幅により発生した多周波多重信号のスプリアス成分
（歪み成分）などが取り出される。

【００２３】この結合器８ａから取り出された信号は、
結合器１０ａを通してベクトル調整器１３ａに入力され
る一方、結合器１０ａにより一部が分岐されて制御回路
９ａに入力される。制御回路９ａは入力された信号中に
含まれている多周波多重信号成分のレベルを検波し、そ
の検波レベルが最小となるようにベクトル調整器３ａの
減衰量及び移相量を可変制御する。これにより、結合器
８ａからは主増幅器４ａの増幅により発生した多周波多
重信号のスプリアス成分（歪み成分）のみが取り出され
る。

【００２４】ベクトル調整器１３ａを通して補助増幅器
１５ａにより増幅された上記の歪み成分は、結合器１２
ａに入力されてここで遅延線１１ａにより遅延された増
幅入力信号に反転合成される。この結合器１２ａより取
り出された信号は、結合器１６ａにより一部が分岐され
て制御回路１４ａに入力される。この制御回路１４ａは
入力された信号中から第１のパイロット信号周波数ｆ₁
を同期検波し、それにより得られた検波レベルが最小と
なるように、ベクトル調整器１３ａの減衰量及び移相量
を制御する。

【００２５】この結果、結合器１６ａにおいて合成され
て得られる信号は、上記の歪み成分と第１のパイロット
信号とがそれぞれ大幅に抑圧された、主増幅器４ａによ
る増幅多周波多重信号となり、この信号が制御回路１４
ａへ出力される一方、合成器２３へ出力される。

【００２６】第２のフィードフォワード増幅器２２ｂ
は、２分配器２１より入力された多周波多重信号に対し
て上記の第１のフィードフォワード増幅器２２ａの動作
と同様の動作を行い、主増幅器４ｂにより多周波多重信
号を同時に増幅することにより発生したスプリアス成分
（歪み成分）と第２のパイロット信号とがそれぞれ大幅
に抑圧された、増幅多周波多重信号をその結合器１６ｂ
を通して合成器２３へ出力する。

【００２７】ここで、前記したように、第１のパイロッ
ト信号周波数ｆ_p1は入力多周波多重信号の下限周波数ｆ
_L よりも若干低い周波数に設定されているため、第１の
フィードフォワード増幅器２２ａの歪み抑圧特性は図２
にＩで示す如くになり、下限周波数ｆ_L 付近で良好な歪
み抑圧量が得られるが、入力多周波多重信号の上限周波
数ｆ_U 付近では必要な３０ｄＢ以上の歪み抑圧量（圧縮
量）が得られない。

【００２８】これに対し、第２のパイロット信号周波数
ｆ_p2は入力多周波多重信号の上限周波数ｆ_U よりも若干
高い周波数に設定されているため、第２のフィードフォ
ワード増幅器２２ｂの歪み抑圧特性は図２にＩＩで示す
如くになり、上限周波数ｆ_U付近で良好な歪み抑圧量が
得られるが、入力多周波多重信号の下限周波数ｆ_L 付近
では歪み抑圧特性が悪化する。

【００２９】しかして、本実施例では図１に示した合成
器２３により上記の第１及び第２のフィードフォワード
増幅器２２ａ及び２２ｂの両出力増幅多周波多重信号を
合成するようにしているため、第１のフィードフォワー
ド増幅器２２ａの出力多周波多重信号の電力をＰ₁ と
し、第２のフィードフォワード増幅器２２ｂの出力多周
波多重信号の電力をＰ₂ とすると、上記の両出力増幅多
周波多重信号が合成器２３に同相で入力されたときは、
｛（Ｐ₁ ）^1/2 ＋（Ｐ₂ ）^1/2 ｝² ／２で表される電力
の合成増幅多周波多重信号が出力端子１７へ出力され、
また、その出力信号の損失は｛（Ｐ₁ ）^1/2 −（Ｐ₂ ）
^1/2 ｝² ／２で表される。

【００３０】２分配器２１から第１及び第２のフィード
フォワード増幅器２２ａ及び２２ｂにそれぞれ入力され
る多周波多重信号は、第１及び第２のフィードフォワー
ド増幅器２２ａ及び２２ｂからそれぞれほぼ同相、同レ
ベルで出力されるから、上式から分るように、損失はほ
ぼゼロで（すなわち、ほとんど損失することなく）取り
出される。これに対し、歪み成分については、それぞれ
のフィードフォワード増幅器２２ａ及び２２ｂで出力レ
ベルが異なり、位相についても同相となりにくい。この
ため、歪み成分については合成器２３での合成により損
失が生じる。

【００３１】従って、上記の合成器２３での合成により
歪み抑圧特性は、最悪の場合を想定して同相で歪み成分
が合成されたとしたときでも図２にＩＩＩで示す如く、
下限周波数ｆ_L から上限周波数ｆ_U までの入力多周波多
重信号の全周波数範囲内において、従来では不可能であ
った３０ｄＢ以上の必要な歪み抑圧量が得られ、実際に
は前記したように歪み成分は同相では合成されないか
ら、これより更に大なる歪み抑圧量が得られる。

【００３２】なお、本発明は以上の実施例に限定される
ものではなく、例えば並列に設けられるフィードフォワ
ード増幅器の数は３以上でもよい。また、パイロット信
号周波数は入力される多周波多重信号の下限周波数ｆ_L
より若干高い周波数で、使用していない周波数、あるい
は上限周波数ｆ_U より若干低い周波数で使用していない
周波数でもよく、更には互いに異なる周波数であれば、
下限周波数ｆ_L 及び上限周波数ｆ_U 付近の周波数に限定
されるものではなく、使用していない周波数に設定して
もよい。これらの場合でも、複数のフィードフォワード
増幅器の出力信号の合成により、歪み抑圧特性の相互補
完が可能であるからである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のフィードフォワード増幅器の出力信号の合成によ
り、安定な制御動作可能な周波数帯域を従来に比べて広
周波数帯域とすることができるため、使用する周波数帯
域全域に亘って良好な歪み抑圧特性を持つ線形増幅器を
構成することができ、特にパイロット信号周波数を入力
信号の周波数帯域の上限周波数よりもやや高周波数と、
下限周波数よりもやや低周波数に設定した場合は、効率
よく従来よりも広い周波数帯域に亘って必要な歪み抑圧
量を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１の各部の歪み抑圧特性の一例を示す図であ
る。

【図３】従来の一例の構成図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ａ、２ｂ、２１ ２分配器 ３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ ベクトル調整器 ４ａ、４ｂ 主増幅器 ５ａ 第１のパイロット発振器 ５ｂ 第２のパイロット発振器 ７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１
２ｂ、１６ａ、１６ｂ結合器 ９ａ、９ｂ、１４ａ、１４ｂ 制御回路 １５ａ、１５ｂ 補助増幅器 ２２ａ 第１のフィードフォワード増幅器 ２２ｂ 第２のフィードフォワード増幅器 ２３ 合成器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を主増幅器により増幅した後、
   該増幅された入力信号を一部分岐して非増幅入力信号に
   合成し、該増幅された入力信号中の歪みを取り出す歪み
   検出ループと、該歪み検出ループから取り出された歪み
   と前記増幅された入力信号とを合成することにより該歪
   みを除去した増幅入力信号を出力する歪み除去ループと
   を備えるフィードフォワード増幅器を複数設けると共
   に、 該複数のフィードフォワード増幅器の各入力端子に入力
   信号を分配してそれぞれ並列に入力する分配手段と、 該複数のフィードフォワード増幅器の各主増幅器の入力
   信号に、互いに異なる特定周波数のパイロット信号をそ
   れぞれ注入するパイロット信号発振手段と、 該複数のフィードフォワード増幅器の各出力信号をそれ
   ぞれ合成して出力する合成器とを備え、 該複数のフィードフォワード増幅器の各歪み除去ループ
   の各々は、該フィードフォワード増幅器の出力信号中の
   パイロット信号の検出レベルが最小となるように、該歪
   み検出ループよりの歪みの減衰量及び移相量を制御する
   ことを特徴とする線形増幅器。
2. 【請求項２】 前記パイロット信号発振手段より前記複
   数のフィードフォワード増幅器の各主増幅器の入力信号
   に注入されるパイロット信号は、少なくとも該複数のフ
   ィードフォワード増幅器の入力信号の周波数帯域の上限
   周波数よりやや高周波数の第１のパイロット信号と、該
   入力信号の周波数帯域の下限周波数よりやや低周波数の
   第２のパイロット信号とを含むことを特徴とする請求項
   １記載の線形増幅器。