JP2746130B2 - 非線形特性発生回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は所望の入出力非線形特性
を設定できる回路に係り、特に入出力振幅特性及び／又
は入力振幅に対する出力位相特性を任意に設定できる非
線形特性発生回路に関する。本発明は、例えばプリディ
ストーション型リニアライザあるいは入出力非線形特性
を有する高出力増幅器のシミュレータに適用することが
できる。

【０００２】

【従来の技術】高周波帯の高出力増幅器としては、現
在、進行波管（ＴＷＴ：Travelling Wave Tube）、クラ
イストロン、あるいはＦＥＴ（Field Effect Transisto
r）を用いた固体増幅器が主に使用されている。しか
し、これら高出力増幅器では、最大出力付近で入出力間
の非線形特性が大きくなり、複数波を増幅すると相互干
渉によって混変調歪が発生する。特に、三次混変調歪は
他の周波数帯の信号に影響を与える。

【０００３】このような不都合な現象を抑制するため
に、従来よりプリディストーション型リニアライザが用
いられ、高出力増幅器の非線形特性を結果的に補償して
いる。リニアライザは、高出力増幅器の飽和特性と逆の
特性を有する非線形補償回路である。

【０００４】従来、この種の非線形補償回路はアナログ
回路で構成されており、歪み発生回路としてトランジス
タ増幅器やダイオード回路等が用いられている。

【０００５】図４は、従来の非線形補償回路の一例を示
す回路図である（特公昭５８−１６８０２号公報）。入
力端子１０１に与えられた入力信号は、分岐器１０２を
介して歪発生用の高周波増幅器１０３に入力し、分岐器
１０２で分岐した他方の信号は、高周波増幅器１０４に
入力する。高周波増幅器１０３及び１０４の出力は、合
成器１０５を通して出力端子１０６から出力される。な
お、合成器１０５及び分岐器１０２には、それぞれ終端
器１０６及び１０７が接続されている。

【０００６】このような構成において、高周波増幅器１
０３及び１０４の伝達特性（振幅、遅延、周波数特性、
利得、入出力特性等）は同一とし、動作レベルを相違さ
せる。即ち、高周波増幅器１０３は非線形範囲で、他の
高周波増幅器１０４は線形範囲でそれぞれ動作させる。
そして、これらの出力をほぼ逆位相関係で合成すること
により、入力電力の増加よりも出力電力の増加分を大き
くした非線形特性が得られる。

【０００７】他の従来例は特開平２−３１５２３号公報
に開示されている。ここに開示された歪み補償方式で
は、アナログ回路で構成されたリニアライザを用い、混
変調歪を改善する最適の動作点を予め記憶しておき、入
力信号のレベル、周波数、及び信号波数に従って、最適
な歪み補償を行うようにリニアライザの動作点を実時間
で制御する。

【０００８】デジタル回路を用いた非線形補償回路は特
開平４−２９３３０５号公報に開示されている。この非
線形補償回路では、高周波入力信号をデジタル処理可能
な周波数に変換した後、デジタル変換し、２分岐した各
デジタル信号をＲＯＭによって予め想定された非線形特
性のメモリ値へ変換する。これらのメモリ値をアナログ
変換した後、元の周波数に変換し、一方の信号の位相を
変化させて合成することで、入出力振幅特性及び入力振
幅に対する出力位相特性を任意に設定可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歪み発
生回路としてトランジスタ増幅器、ダイオード、リミッ
タ回路等のアナログ回路を用いた非線形補償回路では、
歪みを発生させる入出力特性をほとんど調整することが
できない、あるいはその調整範囲が極めて限定されたも
のとなる、という問題点を有している。このために、高
出力増幅器の非線形性を十分に補償することができな
い。

【００１０】また、デジタル回路を用いた従来の非線形
補償回路では、入力信号自体をデジタル変換するため
に、デジタル処理可能な周波数に変換する必要がある。

【００１１】本発明の目的は、簡単な構成で任意の入出
力非線形特性を実現することができる非線形特性発生回
路を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、高出力増幅器の入出
力非線形特性を実時間で最適に補償することができる非
線形特性発生回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による非線形特性
発生回路は、入力高周波信号の包絡線レベルを検出しそ
の包括線レベルをデジタル値として出力する検波手段
と、前記デジタル包絡線レベルに基づいて、所望の入出
力非線形特性に従ったデジタル制御信号を生成する制御
信号生成手段と、前記デジタル制御信号をアナログ制御
信号に変換するアナログ変換手段と、前記アナログ制御
信号に従って前記入力高周波信号の振幅及び／又は位相
変調を行う変調手段と、前記入力高周波信号と当該入力
高周波信号に対応した前記アナログ制御信号とを前記変
調手段に同時に入力させるために、前記変調手段の前段
に設けられた前記入力高周波信号を遅延させる遅延手段
と、からなり、前記変調手段は、前記入力高周波信号を
任意の位相差（０゜及び１８０゜を除く）を有する第１
及び第２の高周波信号に分岐させる分岐手段と、前記ア
ナログ制御信号に従って、第１及び第２の高周波信号を
それぞれ振幅変調する第１及び第２の振幅変調手段と、
第１及び第２の振幅変調手段の出力を合成する合成手段
と、からなることを特徴とする。

【００１４】

【作用】入力高周波信号の包絡線レベルをデジタル値と
して検出し、そのデジタル包絡線レベルに対応する入出
力振幅／位相特性を表すデジタル制御信号を生成し、そ
のデジタル制御信号をアナログ変換した後、アナログ制
御信号を変調信号として振幅／位相変調器へ出力する。
それと同時に、アナログ制御信号が生成されるまでに要
する時間と同じ遅延時間を有する遅延回路を振幅／位相
変調器の前段に設け、入力高周波信号とそれに対応する
アナログ制御信号とを同時に振幅／位相変調器に入力さ
せる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による非線形特性発生回路
の一実施例の基本構成を示す回路図である。本実施例は
入出力信号ルートと振幅／位相制御ルートとから構成さ
れる。入出力信号ルートは、入力信号を２分岐させる分
岐回路１、入力信号を所定時間遅延させる遅延回路２、
及び入力信号に非線形特性を与えるための振幅／位相変
調器３からなり、振幅／位相制御ルートは、分岐回路１
で分岐された信号から包絡線レベルを検出する振幅検出
部４、Ａ／Ｄ変換器５、所望の非線形特性を与えるため
のデータを生成する制御信号生成部６、及びＤ／Ａ変換
器６からなる。

【００１７】入力高周波信号が分岐回路１で分岐され、
振幅検出部４によって包絡線レベルの瞬時値が検出され
ると、その瞬時値はＡ／Ｄ変換器５によってデジタル信
号に変換され、制御信号生成部６に入力する。

【００１８】制御信号生成部６は例えばメモリからな
り、所望の非線形特性（入出力非線形振幅特性及び入力
レベルに対する非線形位相特性）を生成するための振幅
／位相制御データが予め格納されている。例えば、本実
施例がプリディストーション型リニアライザとして使用
される場合には、後段のＴＷＴのような高出力増幅器の
非線形性を相殺する逆特性を発生させるデータが格納さ
れる。メモリとしては、ＲＯＭ（Read Only Memory）、
ＲＡＭ（Random Access Memory）、あるいはプログラマ
ブルロジックアレイ（ＰＬＡ）を用いることができる。

【００１９】また、制御信号生成部６は、上記制御デー
タを生成するためのプログラムを有するプロセッサで構
成することもできる。プロセッサは、検出された包絡線
レベルのデジタル信号を入力し、格納されたプログラム
に従って演算を行うことで振幅／位相制御データを生成
する。

【００２０】検出された包絡線レベルのデジタル値が入
力すると、制御信号生成部６はそのデジタル値に対応す
る振幅／位相制御データをＤ／Ａ変換器７へ出力する。
振幅／位相変調器３は、Ｄ／Ａ変換器７によってアナロ
グ信号に変換された振幅／位相制御信号を変調信号とし
て入力し、遅延回路２から受け取った入力高周波信号に
対して振幅変調及び／又は位相変調を行う。振幅／位相
変調器３としては、典型的には直交変調器を用いること
ができるが、振幅及び位相変調できるものであればよ
い。

【００２１】なお、遅延回路２には振幅／位相制御ルー
トの遅延と等しい遅延時間が予め設定されており、これ
によって振幅／位相制御変調器２には、ある時点の入力
高周波信号とその同じ時点に対応する振幅／位相制御信
号とが同時に入力する。

【００２２】このように構成することによって、入力高
周波信号に対して非線形特性を有する出力高周波信号を
実時間で生成することができる。

【００２３】図２は、本実施例のより具体的な構成を示
す回路図である。ここでは、振幅／位相変調器３として
直交変調器が用いられている。それに対応して、２つの
振幅／位相制御信号が生成され、制御信号生成部６は２
つのメモリから構成される。

【００２４】図２において、入力高周波信号は分岐回路
としてのカプラ１で制御ルート側へ分岐され、包絡線検
波器１０によって入力高周波信号の包絡線のレベルが検
出される。検出された包絡線レベルは、高調波を除去す
るためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１を通過し、Ａ
／Ｄ変換器５によってサンプリングされデジタル化され
る。このデジタル信号は更に２分岐され、各デジタル信
号が読出アドレスとしてメモリ１２及び１３へそれぞれ
入力する。

【００２５】メモリ１２及び１３には、上述したように
振幅／位相制御データがテーブル形式で格納されてお
り、読出アドレスに従って出力される。各制御データ
は、Ｄ／Ａ変換器１４及び１５によってアナログの振幅
／位相制御信号にそれぞれ変換され、ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）１６及び１７によって基本周波数帯のみが取
り出された後、変調信号として直交変調器３へ入力す
る。

【００２６】直交変調器３は、ハイブリッド３１、振幅
変調器３２及び３３、及び合波器３４から構成される。
ハイブリッド３１は、遅延回路２から入力した高周波信
号を２分岐し、互いに９０゜位相が異なる高周波信号を
振幅変調器３２及び３３へそれぞれ出力する。なお、上
述したように、変調器３は直交変調器に限定されるもの
ではなく、位相差は、０゜及び１８０゜を除く任意の角
度が可能である。

【００２７】振幅変調器３２及び３３は、制御ルートか
ら入力した制御信号に従って、それぞれの高周波信号を
振幅変調し、それらを合波器３４へ出力する。各振幅変
調器３２及び３３によって振幅変調された信号は合波器
３４によって合成され、振幅及び／又は位相変調された
高周波信号として出力される。

【００２８】図３は、本実施例の一応用例であり、プリ
ディストーション型リニアライザとして用いた場合の送
信用電力増幅部の回路図である。ここでは、ＴＷＴ４１
の非線形特性を本発明によるリニアライザ４０で補償す
る。即ち、本実施例における制御信号生成部であるメモ
リ６には、ＴＷＴ４１の非線形特性とは逆の特性のデー
タが格納されている。この制御データによって、リニア
ライザ４０の入出力振幅特性及び位相特性が最適に設定
され、ＴＷＴ４１が有する非線形特性を補償することが
できる。従って、ＴＷＴ４１の非線形特性によって発生
する三次混変調歪及び高次混変調歪を最小限に抑制する
ことが可能となる。勿論、高出力増幅器にＴＷＴに代え
て固体増幅器を用いても同様である。

【００２９】本実施例では、制御データあるいは制御デ
ータを生成するプログラムによって高出力増幅器の非線
形特性を容易にシミュレートできるために、回線の影響
を調べる折り返し試験器として用いることも容易であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る非線形特性発生回路は、入力高周波信号の包絡線レベ
ル基づいて所望の入出力非線形特性に従った制御信号を
生成し、入力高周波信号の振幅及び／又は位相変調を行
うために、簡単な構成で所望の非線形特性を有する出力
高周波信号を実時間で得ることができる。

【００３１】また、所望の非線形特性をメモリに格納し
ておくか、あるいはプログラム化しておくことで、入力
高周波信号の振幅量及び位相量を容易に調整することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非線形特性発生回路の一実施例の
基本構成を示す回路図である。

【図２】本実施例のより具体的な構成を示す回路図であ
る。

【図３】本実施例の一応用例であり、プリディストーシ
ョン型リニアライザとして用いた場合の送信用電力増幅
部の回路図である。

【図４】従来の非線形補償回路の一例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 分岐回路（カプラ） ２ 遅延回路 ３ 振幅／位相変調器（直交変調器） ４ 振幅検出部 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６ 振幅／位相制御信号生成部 ７ Ｄ／Ａ変換器 １０ 包絡線検波器 １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ 制御信号生成用メモリ １３ 制御信号生成用メモリ １４ Ｄ／Ａ変換器 １５ Ｄ／Ａ変換器 １６ ローパスフィルタ １７ ローパスフィルタ ３１ ハイブリッド ３２ 振幅変調器 ３３ 振幅変調器 ３４ 合波器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の入出力非線形特性を設定できる回
   路において、 入力高周波信号の包絡線レベルを検出し、その包括線レ
   ベルをデジタル値として出力する検波手段と、 前記デジタル包絡線レベルに基づいて、所望の入出力非
   線形特性に従ったデジタル制御信号を生成する制御信号
   生成手段と、 前記デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するア
   ナログ変換手段と、 前記アナログ制御信号に従って前記入力高周波信号の振
   幅及び／又は位相変調を行う変調手段と、 前記入力高周波信号と当該入力高周波信号に対応した前
   記アナログ制御信号とを前記変調手段に同時に入力させ
   るために、前記変調手段の前段に設けられた前記入力高
   周波信号を遅延させる遅延手段と、 からなり、 前記変調手段は、 前記入力高周波信号を任意の位相差（０゜及び１８０゜
   を除く）を有する第１及び第２の高周波信号に分岐させ
   る分岐手段と、 前記アナログ制御信号に従って、第１及び第２の高周波
   信号をそれぞれ振幅変調する第１及び第２の振幅変調手
   段と、 第１及び第２の振幅変調手段の出力を合成する合成手段
   と、 からなることを特徴とする非線形特性発生回路。
2. 【請求項２】 前記制御信号生成手段は前記入出力非線
   形特性を格納したメモリ手段からなり、前記デジタル包
   絡線レベルを読出アドレスとして入力することで前記デ
   ジタル制御信号を生成することを特徴とする請求項１記
   載の非線形特性発生回路。
3. 【請求項３】 前記制御信号生成手段は、前記デジタル
   包絡線レベルに従って前記入出力非線形特性に対応した
   前記デジタル制御信号を生成するプロセッサからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の非線形特性発生回路。