JP2945447B2 - フィードフォワード増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は主として高周波帯で使用される線形増幅器
であって、主増幅器の非線形歪成分を検出する歪検出回
路と、その検出した歪成分を補助増幅器を用いて増幅し
た後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成
分の相殺を行う歪除去回路とを有するフィードフォワー
ド増幅器に関する。

［従来の技術］ フィードフォワード増幅器の基本構成を第５図に示
す。フィードフォワード増幅器は基本的に二つの信号相
殺線形回路により構成される。一つは歪検出回路１であ
り、他の一つは歪除去回路２である。歪検出回路１は主
増幅器信号経路３と線形信号経路４とから構成され、ま
た、歪除去回路２は主増幅器出力信号経路５と歪注入経
路６とから構成される。さらに、主増幅器信号経路３は
主増幅器７と可変減衰器８と可変遅延線路９との縦続接
続から構成され、線形信号経路４は伝送線路から構成さ
れる。主増幅器出力信号経路５は伝送線路からなり、歪
注入経路６は可変減衰器10と可変遅延線路11と補助増幅
器12との縦続接続から構成される。ここで、特性的に大
きな違いが生じることがないので、可変減衰器８と可変
遅延線路９とは、両方とも、またはいずれか一方だけが
線形信号経路４に具備される場合もある。同様に、可変
減衰器10と可変遅延線路11とは、その両方、またはいず
れか一方だけが主増幅器出力信号経路５に具備されるこ
ともある。また、電力分配器13と電力合成器14および15
とはトランス回路、ハイブリッド回路等で構成される単
純な無損失電力分配器・電力合成器である。まず、この
動作について説明する。

入力端子16に印加された入力信号は、まず電力分配器
13により経路３と経路４とに分配された後、電力合成器
14により電力合成される。ここで、可変減衰器８および
可変遅延線路９は、電力合成器14から歪注入経路６の側
に出力される二つの経路３と４との両信号成分に関して
互いに振幅、遅延量が等しく、かつ、位相が逆相となる
ように調整される。ただし、逆相の条件は電力分配器13
もしくは電力合成器14における入出力端子間の移相量を
適当に設定することにより実現するか、もしくは、主増
幅器７での位相反転を利用するか、もしくは、第６図に
示すようにサーキュレータ18の一つの端子に短絡終端19
を具備した位相反転回路を経路３か４かのいずれかに挿
入することにより実現する。このように歪検出回路１は
構成されているから、電力合成器14から経路６の側への
出力として、結局二つの経路３と４との二つの信号の差
成分が検出されることになる。この差成分は、まさに主
増幅器７が発生する歪成分そのものであり、このことか
らこの回路１は歪検出回路と呼ばれる。

さてつぎに可変減衰器10と可変遅延線路11とは、経路
３についての電力合成器14の入力端子14aから電力合成
器15の出力端子17までの二つの経路５と６との伝達関数
が、互いに振幅、遅延量に関して等しく、かつ、位相に
関して逆相となるように調整される。ここで、経路６の
入力信号は、歪検出回路１で検出された主増幅器７の歪
成分であるから、経路６は電力合成器15の出力端子17に
おいて、主増幅器７の出力信号に歪成分を逆相等振幅で
注入することになり、結局、回路全体の出力における歪
成分の相殺が実現される。

［発明が解決しようとする課題］ 以上が理想的なフィードフォワード増幅器の動作であ
るが、実際には歪検出回路１と歪除去回路２との二つの
回路の平衡性を完全にすることは容易ではなく、また、
仮に初期設定が完全であっても、周囲温度、電源等の変
動により増幅器の特性が変化するために、時間的に安定
して良好な平衡性を維持することは通常きわめて困難で
ある。第７図は、回路を構成する二つの経路の振幅と位
相が等振幅逆相条件からずれた偏差量と信号の抑圧量と
の関係を計算した結果である。この図から、例えば、30
dB以上の抑圧量を達成するためには、位相および振幅の
偏差がそれぞれ±1.8゜以内および±0.3dB以内であるこ
とが必要であり、二つの経路の伝送特性の平衡度および
調整の完全性について厳しい条件が要求されることがよ
くわかる。歪検出回路１の平衡性が劣化すると補助増幅
器12の入力に歪成分よりも大きいレベルで主信号が相加
されるために不要な歪が発生し、また、歪除去回路２の
平衡性が劣化すると抑圧量の劣化した分フィードフォワ
ード増幅器としての歪改善量が劣化する。このような従
来のフィードフォワード増幅器では、回路の安定性が十
分でなかったために良好な線形増幅器を実現できない基
本的問題点があった。

この発明の目的は、このような特性の不安定性を解決
したフィードフォワード増幅器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明によれば、主増幅器の非線形歪成分を検出す
る歪検出回路と、その検出した歪成分を補助増幅器を用
いて増幅した後主増幅器の出力に再び注入することによ
って歪成分の相殺を行う歪除去回路とを有するフィード
フォワード増幅器において、上記フィードフォワード増
幅器の入力経路に特定周波数の第１パイロット信号を注
入する手段が設けられ、上記歪検出回路に第１電気的可
変減衰手段、第１電気的可変移相手段が設けられると共
にその主増幅器の経路に他の特定周波数の第２パイロッ
ト信号を注入する手段が設けられ、上記歪除去回路に第
２電気的可変減衰手段、第２電気的可変移相手段が設け
られると共にその補助増幅器の経路に第１パイロット信
号レベルを検出する第１レベル検出手段が設けられ、上
記フィードフォワード増幅器の出力経路の第２パイロッ
ト信号レベルを検出する第２レベル検出手段が設けら
れ、上記フィードフォワード増幅器の出力経路の第１パ
イロット信号成分を除去する手段が設けられ、上記第１
レベル検出手段の検出レベルが最小となるように上記第
１電気的可変減衰手段および上記第１電気的可変移相手
段を制御し、かつ、上記第２検出手段の検出レベルが最
小となるように上記第２電気的可変減衰手段および上記
第２電気的可変移相手段を制御する制御手段が設けられ
る。

［作 用］ フィードフォワード増幅器の二つの回路の信号相殺条
件の不完全性に起因して生じる残留信号分が、パイロッ
ト信号検出手段により検出され、これらの検出レベルを
監視しつつ、それが最小値をとるように回路の伝送特性
が自動調整される。

［実施例］ 以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明
する。第１図は、この発明の実施例を示し、第５図と対
応する部分には同一符号をつけてある。周波数の特定し
た第１パイロット信号を発生するための周波数シンセサ
イザ等の発振器20が方向性結合器21を介して電力分配器
13の入力端子13a側に結合される。また、周波数の特定
した第２パイロット信号を発生するための周波数シンセ
サイザ等の発振器22が方向性結合器23を介して主増幅器
７の出力側に結合される。可変減衰器８、可変遅延線路
９の代りに歪検出回路１の主増幅器信号経路３に電気的
に調整可能な可変減衰器24と電気的に調整可能な可変移
相器25とが挿入される。歪除去回路２の歪除注入経路６
に、可変減衰器10、可変遅延線路11の代りに電気的に調
整可能な可変減衰器26と電気的に調整可能な可変移相器
27とが挿入される。これらの可変減衰器24,26および可
変移相器25,27は、PINダイオードとバラクタダイオード
とを用いて容易に構成でき、市販の製品も利用可能であ
る。補助増幅器12の出力経路に方向性結合器28を介して
第１パイロット信号レベルを検出する手段として選択レ
ベル計29が結合される。フィードフォワード増幅器の出
力経路に、方向性結合器30を介して第２パイロット信号
レベルを検出する手段として選択レベル計31が結合さ
れ、また、第１パイロット信号成分を除去する帯域通過
形フィルタ（BPF）32が挿入される。選択レベル形29お
よび31の各出力が制御回路33に入力され、制御回路33は
可変減衰器24および26、可変移相器25および27を制御す
る。選択レベル計29,31は周波数変換器と狭帯域フィル
タおよび検波器を具備して構成される。制御回路33は、
基本回路としてのA/D変換器、マイクロプロセッサ、RO
M、RAM、D/A変換器等から構成され、選択レベル計29,31
からの入力信号を監視しつつ、可変減衰器24,26および
可変移相器25,27の設定点を調整する機能を有する。以
下、この制御回路33の制御動作について説明する。

発振器20による第１パイロット信号はこの増幅器の入
力信号の周波数帯域から少し離れた周波数に設定し、発
振器22による第２パイロット信号は主増幅器７が発生す
る歪成分のうち、本来の信号の占有周波数のすき間、も
しくは、帯域外の周波数に設定しておく。帯域通過形フ
ィルタ32は入力信号とその近傍帯域は通過するが、第１
パイロット信号は阻止するような通過帯域を持つように
設定する。

制御回路33は、選択レベル計29の出力が最小値をとる
ように可変減衰器24と可変移相器25との設定点を調整す
る。この制御方法としては、例えば、設定点をわずかず
つ段階的に変化させ、選択レベル計29の出力が最小とな
る点を検出した後、そのときの可変減衰器24と可変移相
器25の各制御電圧を保持する方法が適用できる。このよ
うに特定の周波数を持つ信号、すなわち、第１パイロッ
ト信号を用いることにより、入力信号とは独立に、か
つ、容易に歪検出回路１を構成する２つの経路の伝送特
性を、互いに等振幅、かつ、逆位相にすることができ
る。これにより補助増幅器12の出力のうちの第１パイロ
ット信号のレベルが最小となる条件、すなわち、歪検出
回路１の信号抑圧量が最大となる状態を実現できる。

つぎに、制御回路33は選択レベル計31の出力レベルが
最小値をとるように電気的可変減衰器26と電気的可変移
相器27との設定点を調整する。これは、主増幅器７が発
振器22による第２パイロット信号と同一成分の歪を発生
したこととみなせるからこの制御方法が有効であり、出
力信号に含まれる歪出力レベルが最小となる条件、すな
わち、歪除去回路２の信号抑圧量が最大となる状態を実
現できる。また、発振器20による第１パイロット信号は
帯域通過形フィルタ32によって阻止され、出力端子17に
は現われない。この帯域通過形フィルタの代りに低域通
過フィルタ（LPF）または高域通過フィルタ（HPF）を用
いることも同様に可能である。

以上の二つの制御を常時、または、間欠的に実行する
ことにより線形性が良好なフィードフォワード増幅器の
最適動作条件を実現できる。

第２図に示すように、方向性結合器28を可変減衰器26
よりも入力側に挿入してもよいし、また方向性結合器23
を主増幅器７の入力側に挿入してもよい。

第３図は、この発明の他の実施例を示す。第１、第２
パイロット信号のレベルを検出する選択レベル計29,31
の代りにホモダイン検波回路34,35が用いられる。ホモ
ダイン検波回路34は、ミクサ36、低域通過フィルタ（LP
F）37および直流増幅器38から構成され、発振器20から
のローカル信号でホモダイン検波することにより、補助
増幅器12の出力信号中の発振器20による第１パイロット
信号レベルを高感度に検出することができる。同様に、
ホモダイン検波回路35は、ミクサ39、LPF40および直流
増幅器41から構成され、発振器22からのローカル信号で
ホモダイン検波することによりフィードフォワード増幅
器の出力信号中の発振器22による第２パイロット信号レ
ベルを高感度に検出することができる。さて、この回路
の動作は、第１図の場合と同様に信号が入力されると、
制御回路33は、ホモダイン検波回路34の出力レベルが最
小値をとるように電気的可変減衰器24と電気的可変移相
器25との設定点を調整し、歪検出回路１の動作につい
て、これを構成する二つの経路の伝送特性が互いに等振
幅、かつ、逆位相となる所望の平衡状態になるようにす
る。つぎに、制御回路33は、ホモダイン検波回路35の出
力レベルが最小値をとるように同様に電気的可変減衰器
26と電気的可変移相器27との設定点を調整する。このよ
うにして、歪除去回路２の動作について、これを構成す
る二つの経路の伝送特性が互いに等振幅、かつ、逆位相
となる所望の平衡状態になるようにする。この結果、二
つの回路の最適調整点が自動的に設定され、線形性が良
好なフィードフォワード増幅動作が実現される。なお、
ここでは第１図の選択レベル計29,31の両方とも、それ
ぞれホモダイン検波回路34,35で構成したが、どちらか
一方をホモダイン検波回路で構成してもよい。同様に、
第２図の選択レベル計29,31の両方とも、あるいは、い
ずれか一方をホモダイン検波回路で構成してもよい。

第４図はこの発明のさらにほかの実施例を示す。この
実施例では、第３図の構成例にさらに信号切替器42,43
が新たに設けられ、方向性結合器28,30の各出力が信号
切替器42でホモダイン検波回路34の入力側に切替え接続
され、発振器20,22の出力が信号切替器43でホモダイン
検波回路34へローカル信号として切替え供給される。切
替器42と43が実線のように接続された場合は、動作は第
３図における歪検出回路１の自動調整を行う場合と同様
である。また、切替器42と43が破線のように接続された
場合は、動作は第３図における歪除去回路２の自動調整
を行う場合と同様である。

以上のように、切替器42と43を切替えて、ホモダイン
検波回路34の出力が最小値をとるように制御回路33を動
作させることにより、歪検出回路１と歪除去回路２の二
つの回路の最適動作状態を実現することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明により、温度変化、電
源変動等によって生じるフィードフォワード増幅器の特
性劣化を救済することができるから、通信、放送等にお
ける送信用高出力増幅器はもとより、有線通信中継器、
オーディオ機器等の実用的な線形増幅器としてフィード
フォワード増幅器を広範に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例を示すブロック図、第２
図第３図及び第４図はそれぞれこの発明の他の実施例を
示すブロック図、第５図は従来のフィードフォワード増
幅器を示すブロック図、第６図はサーキュレータを用い
た位相反転回路を示す図、第７図は回路の振幅、位相不
平衡度と信号相殺量の計算例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03F 1/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主増幅器の非線形歪成分を検出する歪検出
   回路と、その検出した歪成分を補助増幅器を用いて増幅
   した後、上記主増幅器の出力に再び注入することによっ
   て歪成分の相殺を行う歪除去回路とを有するフィードフ
   ォワード増幅器において、 上記フィードフォワード増幅器の入力経路に特定周波数
   の第１パイロット信号を注入する手段と、 上記歪検出回路に挿入された第１電気的可変減衰手段、
   第１電気的可変移相手段ならびに上記歪検出回路の上記
   主増幅器の経路に挿入され、上記特定周波数と異なる特
   定周波数の第２パイロット信号を注入する手段と、 上記歪除去回路に挿入された第２電気的可変減衰手段、
   第２電気的可変移相手段ならびに上記歪除去回路の上記
   補助増幅器の経路に挿入され、上記第１パイロット信号
   のレベルを検出する第１レベル検出手段と、 上記フィードフォワード増幅器の出力経路の上記第２パ
   イロット信号のレベルを検出する第２レベル検出手段
   と、 上記フィードフォワード増幅器の出力から上記第１パイ
   ロット信号成分を除去する手段と、 上記第１レベル検出手段の検出レベルが最小となるよう
   に上記第１電気的可変減衰手段および上記第１電気的可
   変移相手段を制御し、かつ、上記第２レベル検出手段の
   検出レベルが最小となるように上記第２電気的可変減衰
   手段および上記第２電気的可変移相手段を制御する制御
   手段と、 を具備することを特徴とするフィードフォワード増幅
   器。