JP3056091B2

JP3056091B2 - ディジタル振幅変調増幅器

Info

Publication number: JP3056091B2
Application number: JP8257666A
Authority: JP
Inventors: 陽夫武田; 行雄巽; 育司藤谷; 拓哉塩田; 智文吉見; 智彦杉本; 量久生岩
Original assignee: NEC Corp; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: NEC Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2000-06-26
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: JPH1084224A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディジタル振幅変調
増幅器に係り、特に変調信号をディジタル信号に変換し
てこのディジタル信号に応じて送信キャリアを電力増幅
して被振幅変調波を出力するディジタル振幅変調増幅器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の振幅変調増幅器の一例の
ブロック図を示す。同図において、キャリア発生器１１
から出力されたキャリアと変調信号発生器１２から出力
された変調信号とが振幅変調器４１に供給され、変調信
号でキャリアの振幅が変調された被振幅変調波が生成さ
れる。この被振幅変調波はＡ級又はＡＢ級動作をするリ
ニア電力増幅器４２に供給されて電力増幅される。これ
により、リニア電力増幅器４２からは変調信号に応じて
振幅が変調されたキャリア（被振幅変調波）が出力され
る。

【０００３】図１２は従来のディジタル振幅変調増幅器
の一例の構成図を示す。この従来のディジタル振幅変調
増幅器は、変調信号であるディジタル信号により出力レ
ベルを制御できる、米国特許第４８０４９３１号明細書
に開示されたディジタル振幅変調増幅器である。

【０００４】図１２において、変調信号発生器１２によ
り発生されたアナログ変調信号は、Ａ／Ｄ変換器１３に
供給されてディジタル変調信号に変換された後、オン／
オフ制御器１４に供給されて４個のスイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４をオン／オフスイッチングするための制御信号に変
換される。ここでは、スイッチがＳＷ１〜ＳＷ４の４個
あるので、前記Ａ／Ｄ変換器１３の出力ディジタル信号
の量子化ビット数は４ビットとされ、上記の制御信号は
各ビット対応にスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオン／オフス
イッチングする。

【０００５】スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はキャリア発生器
１１により発生されたキャリアをそれぞれ入力信号とし
て受け、オンに制御されている期間対応して設けられて
いる電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４へ入力キャリアを供給す
る。電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４はリニア特性は要求され
ないため、電力利用効率の良いＣ級動作するようにされ
ている。また、電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４は４ビットの
ディジタル信号の各ビット対応にそれぞれ重み付けられ
た増幅度を有しており、例えば電力増幅器ＰＡ１が４ビ
ットディジタル信号の最上位ビット（ＭＳＢ）に対応す
る２^３に比例した増幅度を有し、同様に、電力増幅器Ｐ
Ａ２、ＰＡ３及びＰＡ４はそれぞれ２^２、２^１及び２^０
に比例した増幅度を有する。

【０００６】電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４の各出力信号
は、対応して設けられている３ｄＢ結合器ＣＯ１〜ＣＯ
４の一方の入力端子として入力され、他方の入力端子の
入力信号と結合される。ここで、３ｄＢ結合器ＣＯ１、
ＣＯ２及びＣＯ３の他方の入力端子には、前段ビット
（下位ビット）の結合器ＣＯ２、ＣＯ３及びＣＯ４の出
力信号が入力される。また、最下位ビット（ＬＳＢ）の
３ｄＢ結合器ＣＯ４の他方の入力端子には、初期信号増
幅器１９により増幅されたキャリア発生器１１からのキ
ャリアが入力される。なお、３ｄＢ結合器ＣＯ１〜ＣＯ
４のダミー出力にはダミー抵抗Ｒ１〜Ｒ４が接続されて
いる。

【０００７】３ｄＢ結合器ＣＯ１〜ＣＯ４はそれぞれ同
一構成であり、図１３に代表して結合器ＣＯ１の構成を
示す。図１３において、下位ビットの結合器ＣＯ２の出
力信号を入力とする入力端子５１と、自ビットの電力増
幅器ＰＡ１の出力信号を入力とする入力端子５２と、結
合出力信号を出力する出力端子５３と、ダミー出力端子
５４とを有している。

【０００８】下位ビットの結合器ＣＯ２の出力信号は、
３ｄＢ結合器ＣＯ４、ＣＯ３及びＣＯ２の結合出力信号
（すなわち、スイッチＳＷ４、ＳＷ３及びＳＷ２のオン
／オフに応じた電力増幅器ＰＡ４、ＰＡ３及びＰＡ２の
各出力信号の合成信号）であるから、図１３の構成から
わかるように３ｄＢ結合器ＣＯ１からは電力増幅器ＰＡ
１〜ＰＡ４の出力信号のうちスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の
オン／オフ状態に応じて合成された出力信号が出力端子
５３より出力される。すなわち、この場合の３ｄＢ結合
器ＣＯ１の出力信号は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン
／オフ状態に応じて変化し、変調信号に応じて振幅変調
された被振幅変調波である。図１４はこの被振幅変調波
の合成概念図であり、ｐａ１〜ｐａ４は出力被振幅変調
波における電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４の出力信号成分を
示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図１１に示
した従来の振幅変調増幅器では、振幅変調された信号を
Ａ級又はＡＢ級動作をするリニア電力増幅器４２により
電力増幅しているため、電力利用効率が低いという問題
がある。このことについて、図１５と共に説明する。被
振幅変調波は、図１５（Ｂ）に示すように信号のピーク
レベルと平均レベルとの差が大きい。このような性質の
被振幅変調波を歪み少なく増幅するには、Ａ級又はＡＢ
級動作をするリニア電力増幅器を用いるが、このような
電力増幅器の効率は、図１５（Ａ）に示すように、出力
レベルの低下に応じて低下する。このため、平均出力レ
ベルでの効率は、ピーク効率よりも低い値となる。

【００１０】また、図１２に示した従来のディジタル振
幅変調増幅器では、３ｄＢ結合器ＣＯ１〜ＣＯ４を用い
ているため、以下の如き問題点がある。すなわち、図１
３において、入力端子５１に入力される電圧Ｅ１と入力
端子５２に入力される電圧Ｅ２をそれぞれ位相が０°、
９０°となるような関係とすると、出力端子５３の出力
電圧Ｅ_ＯＵＴとダミー端子５４のダミー電圧Ｅ_ＤＵＭと
はそれぞれ次式で表される関係となる。

【００１１】

【数１】上式により、Ｅ１＝Ｅ２の場合には、ダミー端子５４へ
の出力電圧Ｅ_ＤＵＭは０となり、入力電圧はすべて出力
端子５３へ導出される。しかしながら、入力端子５１の
入力電圧Ｅ１は下位ビットの電力増幅器ＰＡ２〜ＰＡ４
の合成出力信号であり、これら電力増幅器ＰＡ２〜ＰＡ
４の入力側のスイッチＳＷ２〜ＳＷ４のオン／オフ状態
（すなわち、ディジタル信号の２〜４ビットの値）によ
り変化する。また、入力端子５２の入力電圧Ｅ２も自身
の対応ビットの状態によりその有無が変化する。

【００１２】従って、各電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４の入
力側のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン／オフ状態（すな
わち、ディジタル信号の各ビットの値）により、結合器
ＣＯ１に入力される信号電力のすべてが出力端子５３へ
導出されるわけではなく、一部の信号電力はダミー端子
５４からダミー抵抗Ｒ１へ吸収されてしまい、電力利用
効率が低下する。また、出力端子５３からの出力信号の
変調度も入力変調度の振幅を忠実に再現したものではな
い。

【００１３】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
効率良く振幅変調された信号を作り出すことが可能なデ
ィジタル振幅変調増幅器を提供することを目的とする。

【００１４】また、本発明の他の目的は、入力変調度の
振幅をより忠実に再現した被振幅変調波を出力し得るデ
ィジタル振幅変調増幅器を提供することにある。

【００１５】

【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、アナログ変調信号を所定量子化ビット数の
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル
信号の量子化ビット数に対応して複数設けられ、各ビッ
トに対応して増幅度が重み付けられた電力増幅器と、デ
ィジタル信号の各ビットの値に対応して、キャリアを複
数の電力増幅器に選択入力する選択入力手段と、複数の
電力増幅器のうち下位ビットに割り当てられた電力増幅
器の出力信号とその上位ビットに割り当てられた電力増
幅器の出力信号とを、外部入力位相制御信号に基づき互
いの位相を制御して電力合成し、その電力合成信号を更
に次の上位ビットに割り当てられた電力増幅器の出力信
号と外部入力位相制御信号に基づき互いの位相を制御し
て電力合成することをすべてのビットについて行って最
終段より被振幅変調波を出力する結合手段と、ディジタ
ル信号を入力信号として受け、外部入力位相制御信号を
発生して結合手段に供給する位相制御手段とを有する構
成としたものである。

【００１６】この発明では、結合手段が複数の電力増幅
器のうち下位ビットに割り当てられた電力増幅器の出力
信号とその上位ビットに割り当てられた電力増幅器の出
力信号とを、外部入力位相制御信号に基づき互いの位相
を制御して電力合成するようにしたため、結合手段に入
力される複数の電力増幅器のうちの一の電力増幅器の出
力信号とその下位ビット側の一の電力増幅器の出力信号
又は二つの電力増幅器の出力信号の電力合成信号とを、
効率良く合成して出力でき、結合手段のダミー負荷に吸
収される電力損失を実質的に無くすことができる。

【００１７】また、本発明は予め定めた下位ビットと上
位ビットに分割されたディジタル信号のうち下位ビット
のディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換
器と、Ｄ／Ａ変換器の出力アナログ信号でキャリアを振
幅変調する振幅変調器と、複数の電力増幅器のうち前記
下位ビットに割り当てられた一又は二以上のＣ級電力増
幅器に代えて設けられた単一のＡ級又はＡＢ級電力増幅
器とを有し、Ａ級又はＡＢ級電力増幅器の出力信号を結
合手段に入力すると共に、上位ビットのディジタル信号
を前記選択入力手段に入力するように構成したものであ
る。

【００１８】この発明では、ディジタル信号の上位ビッ
トについてはそれぞれ対応して設けられたＣ級動作する
電力増幅器を用い、ディジタル信号の下位ビット数に対
しては１個のＡ級又はＡＢ級電力増幅器を共用すること
ができる。

【００１９】また、本発明は入力キャリアを所望の情報
信号で位相変調されているようにすることができるた
め、振幅情報と位相情報の両方を含む被変調波を出力す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。

【００２１】図１は本発明になるディジタル振幅変調増
幅器の一実施の形態の構成図を示す。同図中、図１２と
同一構成部分には同一符号を付してある。すなわち、図
１に示すディジタル振幅変調増幅器は、、キャリア発生
器１１、変調信号発生器１２、Ａ／Ｄ変換器１３及びオ
ン／オフ制御器１４を備えており、オン／オフ制御器１
４が、４個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオン／オフスイ
ッチングするための制御信号を出力する点は、図１２に
示した従来のディジタル振幅変調増幅器と同様である。

【００２２】また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に対応し
て、４ビットのディジタル信号の各ビット対応にそれぞ
れ重み付けられた増幅度を有している電力増幅器ＰＡ１
〜ＰＡ４が設けられ、電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４はリニ
ア特性は要求されないため、電力利用効率の良いＣ級動
作するようにされている。

【００２３】一方、この実施の形態は、従来とは異な
り、Ａ／Ｄ変換器１３の出力ディジタル変調信号が入力
される移相量制御器１５と、キャリア発生器１１の出力
キャリアが入力される移相器φ１〜φ４が設けられ、ま
た、電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３に対応して設
けられた結合器ＣＵ１、ＣＵ２及びＣＵ３の構成が従来
の結合器ＣＯ１〜ＣＯ４と異なる。移相量制御器１５は
上記ディジタル信号をアドレスとして入力されるメモリ
で、その入力アドレスに対応して予め定められた移相量
を示す位相制御信号を発生して結合器ＣＵ１〜ＣＵ３に
供給する。

【００２４】結合器ＣＵ１、ＣＵ２及びＣＵ３のそれぞ
れは、対応する電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３の
出力増幅キャリアが入力される第１の入力端子と、前段
ビット（下位ビット）の結合器ＣＵ２、ＣＵ３又は電力
増幅器ＰＡ４の出力信号が入力される第２の入力端子と
を有し、それらの入力信号を結合する第１の３ｄＢ結合
器Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５と、第１の３ｄＢ結合器Ｍ１、Ｍ
３、Ｍ５の２出力信号の一方がそれぞれ入力される第１
の可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ２１及びＰＨ３１と、他方
の出力信号がそれぞれ入力される第２の可変移相器ＰＨ
１２、ＰＨ２２及びＰＨ３２と、第１の可変移相器ＰＨ
１１、ＰＨ２１及びＰＨ３１の出力信号を−９０°移相
する−９０°移相器ＳＨ１、ＳＨ２及びＳＨ３と、第２
の可変移相器ＰＨ１２、ＰＨ２２及びＰＨ３２と−９０
°移相器ＳＨ１、ＳＨ２及びＳＨ３の各出力信号が入力
されてこれらを結合する第２の３ｄＢ結合器Ｍ２、Ｍ４
及びＭ６とから構成されている。図２は図１の結合器Ｃ
Ｕ１の具体例を示す図であり、他の結合器ＣＵ２及びＣ
Ｕ３も同一構成である。

【００２５】そして、最上位ビット（ＭＳＢ）対応の結
合器ＣＵ１内の第２の３ｄＢ結合器Ｍ２の結合出力信号
が回路出力電圧Ｅ_OUT（出力電力Ｐ_OUT）として出力され
る。なお、第１の可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ２１及びＰ
Ｈ３１と、第２の可変移相器ＰＨ１２、ＰＨ２２及びＰ
Ｈ３２の各移相量は移相量制御器１５の出力制御信号に
より制御される。

【００２６】図３（Ａ）は各結合器ＣＵ１〜ＣＵ３にお
ける第１及び第２の可変移相器ＰＨ１１〜ＰＨ３２の一
例の回路図を示す。同図（Ａ）に示すように、可変移相
器ＰＨ１１〜ＰＨ３２は信号線に直列挿入された伝送線
路３１と、伝送線路３１の両端において信号線と基準電
圧（アース）との間にそれぞれ複数対並列に接続された
インピーダンス素子Ｚ１〜Ｚ６とスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ
６による直列回路からなるπ型構造である。スイッチ素
子Ｓ１〜Ｓ６は図１に示した移相量制御器１５の出力制
御信号により選択的にオン又はオフとされる。

【００２７】ところで、図３（Ｂ）に示すように、例え
ばインピーダンス素子としてキャパシタンス素子である
コンデンサＣ１、Ｃ２を線路に挿入すると、反射波が発
生するが、入力端から見た各コンデンサＣ１、Ｃ２から
の反射波が、相対的に１８０°の関係となるように直列
挿入された伝送線路３１の長さを選ぶことにより、反射
波が打ち消されて、反射（ＶＳＷＲ）を抑圧することが
できる。この場合、コンデンサを用いると位相遅れとな
り、インダクタンス素子であるコイルを用いると位相進
みとなる。図２における可変移相器ＰＨ１１及びＰＨ１
２は上記の図３（Ｂ）の構成を用い、この２つの可変移
相器ＰＨ１１及びＰＨ１２の移相量の制御によりそれぞ
れ両出力信号が同相となるようにされる。

【００２８】次に、図１に示した実施の形態の動作につ
いて、図１乃至図３と共に説明する。図１において、キ
ャリア発生器１１により発生された所定周波数のキャリ
アは移相器φ１、φ２、φ３及びφ４によりそれぞれ予
め定められた−２７０°、−１３５°、０°及び０°ず
つ移相された後電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３及び
ＰＡ４に供給されて電力増幅される。移相器φ１、φ
２、φ３及びφ４は、後述するように結合器ＣＵ１〜Ｃ
Ｕ３がその２入力信号をすべて結合した状態の出力信号
を出力するための条件として、その２入力信号が同相で
あることが必要であり、その条件を満たすために設けら
れている。なお、移相器φ３、φ４は移相量が０°であ
るから設けなくてもよい。

【００２９】電力増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３の各
出力信号ｆ、ｄ及びｂは対応して設けられた結合器ＣＵ
１、ＣＵ２及びＣＵ３内の第１の３ｄＢ結合器Ｍ１、Ｍ
３、Ｍ５に供給され、ここで前段ビット（下位ビット）
の結合器ＣＵ２、ＣＵ３の出力信号ｅ、ｃと最下位ビッ
ト（ＬＳＢ）の電力増幅器ＰＡ４の出力信号ａと結合さ
れる。

【００３０】結合器ＣＵ１、ＣＵ２及びＣＵ３はそれぞ
れ同一構成であるから、結合器ＣＵ１について代表して
図２と共に説明する。図２において、２つの入力端子か
ら電圧Ｅ１（信号ｅ）と電圧Ｅ２（信号ｆ）とがそれぞ
れ同相（０°）で入力した場合、第１の３ｄＢ結合器Ｍ
１の両出力端子には、ベクトルｇ及びｈで示される等振
幅の電圧が出力される。その出力電圧の位相は電圧Ｅ１
とＥ２の振幅比により次式に示すように変化する。

【００３１】

【数２】上記のベクトルｈ及びｇで示される出力電圧は、それぞ
れ位相が同相となるように、移相器ＰＨ１１、ＰＨ１２
により−｛（ｙ°−ｘ°）／２｝、＋｛（ｙ°−ｘ°）
／２｝だけ位相が制御されることにより、それぞれ次式
で表されるように、−４５°とされる。

【００３２】

【数３】上記の移相器ＰＨ１１から出力された、図２にｊで示す
ベクトルの位相−４５°の信号は、更に移相器ＳＨ１に
より−９０°移相されて、ベクトルｋで示す如く位相が
ー１３５°の信号とされる。

【００３３】第２の３ｄＢ結合器Ｍ２は２つの入力端子
に、移相器ＰＨ１２から出力された、図２にベクトルｉ
で示す位相が−４５°の信号と、移相器ＳＨ１から出力
された、図２にベクトルｋで示す位相が−１３５°の信
号は、すなわち、等振幅で位相差９０°の２入力信号が
入力され、これらを結合して２つの出力端子へ次式で表
され、かつ、図２にベクトルを示す出力電圧Ｅ_ＯＵＴと
ダミー出力Ｅ_ＤＵＭを出力する。

【００３４】

【数４】上式からわかるように、入力電圧Ｅ１及びＥ２はすべて
出力電圧Ｅ_ＯＵＴとして導出され、ダミー出力端子へ出
力されるダミー電圧Ｅ_ＤＵＭはゼロとなる（信号が導出
されない）。

【００３５】このように、図２では、第１の３ｄＢ結合
器Ｍ１へ同相で２入力信号を印加し、この第１の３ｄＢ
結合器Ｍ１の２出力信号を互いに同相となるように移相
器ＰＨ１１及びＰＨ１２で制御し、更に移相器ＳＨ１で
第２の３ｄＢ結合器Ｍ２に入力される２入力信号が互い
に９０°位相差があるように制御して第２の３ｄＢ結合
器Ｍ２に入力することにより、ダミー出力電圧Ｅ_ＤＵＭ
はゼロとなり、入力された２信号はすべて出力電圧Ｅ
_ＯＵＴとして導出されることになる。なお、このときの
出力電圧Ｅ_ＯＵＴの位相は入力信号Ｅ１及びＥ２のそれ
に対し−１３５°となり、入力電圧Ｅ１、Ｅ２のレベル
によらず一定である。

【００３６】ここで、２入力信号ｅ及びｆの振幅が異な
るとき、第１の３ｄＢ結合器Ｍ１から出力される２信号
（図２にベクトルｇ、ｈで示す）の振幅は等しいが、位
相が互いに異なるものとなる。これらの信号を可変移相
器ＰＨ１１、ＰＨ１２で同相となるように制御される。
この可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ１２には上述した図３の
構成の回路を用いるが、この可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ
１２により同相信号を得る方法について次に説明する。

【００３７】この場合、可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ１２
の移相量の制御を簡単にするために、可変移相器ＰＨ１
１、ＰＨ１２の入力信号の位相差を９０°±１８°の許
容差をもたせ、各位相をステップ的に制御するものとす
る。なお、±１８°の位相誤差に起因する損失は最大
２．３％であり無視できるものである。

【００３８】かかる条件に合うように、入力信号ｅ、ｆ
の電力Ｅ、Ｆの電力比と、第１の３ｄＢ結合器Ｍ１から
出力される２信号（図２にベクトルｇ、ｈで示す）の位
相差、移相制御器１５による可変移相器ＰＨ１１、ＰＨ
１２の移相制御量、第２の３ｄＢ結合器Ｍ２に入力され
る２信号（図２にベクトルｉ、ｋで示す）の位相差の関
係は、例えば図４のテーブルに示される。図４では第１
の３ｄＢ結合器Ｍ１から出力される２信号（図２にベク
トルｇ、ｈで示す）の位相差が１８°ずつの範囲で分類
しているのは、位相制御を簡単にするためである（ただ
し、２，３％の誤差は許容している。）。また、図４で
は電圧比を２乗することで電力換算している。

【００３９】図４からわかるように、２つの入力信号の
状態はいくつかの組み合わせに限られるため、３６０°
すべての移相量制御は必要ではなく、可変移相器ＰＨ１
１については＋３６°、０°、−９°、−１８°、−２
７°、−３６°の移相量を得るステップ移相器を用い、
可変移相器ＰＨ１２については−３６°、０°、＋９
°、＋１８°、＋２７°、＋３６°の移相量を得るステ
ップ移相器を用いればよい。なお、図４において基本と
なる移相量は前記の−｛（ｙ°−ｘ°）／２｝、＋
｛（ｙ°−ｘ°）／２｝なる式で表されたものである。

【００４０】上記の移相量を実現する可変移相器ＰＨ１
１は図５（Ａ）に、可変移相器ＰＨ１２は図５（Ｂ）に
示される。すなわち、可変移相器ＰＨ１１及びＰＨ１２
は信号線に直列挿入された伝送線路３１と、伝送線路３
１の両端において信号線と基準電圧（アース）との間に
それぞれ挿入されたコンデンサ又はコイルからなるπ型
構造であり、図１に示した移相量制御器１５の出力制御
信号により選択的にオン又はオフとされるスイッチ素子
Ｓ１１〜Ｓ２０、Ｓ２１〜Ｓ３０が対応するコンデンサ
又はコイルと基準電圧（アース）との間に直列接続され
ている。

【００４１】位相遅れを得るときはコンデンサを信号線
路３１の入力端と出力端に接続するようにスイッチ素子
がオンに制御され、位相進みを得るときはコイルを信号
線路３１の入力端と出力端に接続するようにスイッチ素
子がオンに制御される。図５（Ａ）、（Ｂ）中、数字は
得ようとする移相量を示し、矢印はその移相量を得ると
きにオンとされるスイッチ素子を示している。なお、移
相量０°を得る場合には、すべてのスイッチ素子Ｓ１１
〜Ｓ２０、Ｓ２１〜Ｓ３０をオープン（オフ）とする。
これにより、信号は伝送線路３１を通過するのみであ
り、移相器はスルー状態になり、移相量０°が得られ
る。

【００４２】このようにして、結合器ＣＵ３により電力
増幅器ＰＡ４及びＰＡ３の出力増幅信号がそれぞれ信号
ａ、ｂとして第１の３ｄＢ結合器Ｍ５に同相で入力され
て結合され、その２出力信号が可変移相器ＰＨ３１及び
ＰＨ３２により互いに同相となるように移相制御され、
更に可変移相器ＰＨ３１の出力信号は移相器ＳＨ３で−
９０°移相されることにより、互いに９０°位相差があ
るように制御されて第２の３ｄＢ結合器Ｍ６に入力され
る。これにより、入力された２信号ａ及びｂはすべて出
力電圧として導出されて結合器ＣＵ２の第１の３ｄＢ結
合器Ｍ５に信号ｃとして入力される。

【００４３】ここで、結合器ＣＵ２内の第１の３ｄＢ結
合器Ｍ３の一方の入力端子に入力される結合器ＣＵ３の
出力電圧ｃは入力信号ａ及びｂに対して−１３５°ずれ
るため、スイッチＳＷ２及び電力増幅器ＰＡ２を通して
第１の３ｄＢ結合器Ｍ３の他方の入力端子に入力される
信号ｄが信号ｃと同相となるように、移相器φ２により
予め−１３５°移相されて入力される。これにより、上
記の２入力信号ｃ及びｄは第１の３ｄＢ結合器Ｍ３によ
り結合され、その２出力信号が可変移相器ＰＨ２１及び
ＰＨ２２により互いに同相となるように移相制御され、
更に可変移相器ＰＨ２１の出力信号は移相器ＳＨ２で−
９０°移相されることにより、互いに９０°位相差があ
るように制御されて第２の３ｄＢ結合器Ｍ４に入力さ
れ、ここで結合されて、すべて出力電圧として導出され
て結合器ＣＵ１の第１の３ｄＢ結合器Ｍ１に信号ｅとし
て入力される。

【００４４】結合器ＣＵ１内の第１の３ｄＢ結合器Ｍ１
の一方の入力端子に入力される結合器ＣＵ２の出力電圧
ｅは入力信号ｃ及びｄに対して−１３５°（信号ａ及び
ｂに対して−２７０°）ずれるため、スイッチＳＷ１及
び電力増幅器ＰＡ１を通して第１の３ｄＢ結合器Ｍ１の
他方の入力端子に入力される信号ｆが信号ｅと同相とな
るように、移相器φ１により予め−２７０°移相されて
入力される。この入力信号ｅ及びｆは結合器ＣＵ１によ
り前記したように、ダミー出力電圧Ｅ_ＤＵＭはゼロとな
り、入力された２信号ｅ及びｆはすべて出力電圧Ｅ
_ＯＵＴとして導出される。

【００４５】図１に示したディジタル振幅変調増幅器の
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は変調信号レベルに応じて全部
で１６（＝２^４）種類のオン／オフの組み合わせがあ
り、すべてオフの場合を除いた１５種類のオン／オフの
組み合わせの場合の、各結合器ＣＵ１〜ＣＵ３の入力信
号電力及びその電力比と第１の可変移相器ＰＨ１１〜Ｐ
Ｈ３１と第２の可変移相器ＰＨ１２〜ＰＨ３２の移相量
をまとめると、図６のテーブルに示される。図６におい
て、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは入力信号ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ及びｆの電力を示し、またＰＡ１〜ＰＡ４が
「１」のときはその電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４に対応し
て設けられたスイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオンであり、電
力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４の入出力があることを示す。

【００４６】図７は上記のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の１
５種類のオン／オフの組み合わせの場合における、図１
に示したディジタル振幅変調増幅器の入力変調信号レベ
ルと、入力電力ＰＩＮ、出力電力ＰＯＵＴ及び損失ＬＯ
ＳＳの関係を示すテーブルである。ここで、入力変調信
号レベルはＩＮＰＵＴとして示し、入力電力ＰＩＮは入
力信号ａ，ｂ，ｄ及びｆの合計電力である。また、出力
電力ＰＯＵＴは結合器ＣＵ１の出力端子の出力電力を示
す。

【００４７】図７から明らかな如く、結合器ＣＵ１〜Ｃ
Ｕ３のダミー抵抗Ｒ１〜Ｒ３に吸収される損失となる電
力（ＬＯＳＳ）は、０．２ｄＢ以下と従来に比べて大幅
に少なくなっている。この損失電力は可変移相器ＰＨ１
１〜ＰＨ３２の各移相量の可変ステップ幅を大きくする
ことにより、更に低減させることが可能である。

【００４８】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図８は本発明になるディジタル振幅変調増幅
器の第２の実施の形態の構成図を示す。同図中、図１と
同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図８に示す実施の形態は、Ａ／Ｄ変換器１３の出力
ディジタル信号の下位ビット数に一つの振幅変調器１７
とＡ級又はＡＢ級電力増幅器１８を設けた点に特徴があ
る。

【００４９】図８において、Ａ／Ｄ変換器１３の出力デ
ィジタル信号は予め定めた上位ビットと下位ビットに分
割され、上位ビットのみオン／オフ制御器１４に供給さ
れ、下位ビットはＤ／Ａ変換器１６に供給されてアナロ
グ信号に変換される。ここで、上位ビットと下位ビット
は任意に定める。ここでは、簡単のため上記ディジタル
信号は４ビットで、下位ビットが１ビット、上位ビット
が３ビットの例を示している。

【００５０】このＤ／Ａ変換器１６の出力アナログ信号
は、振幅変調器１７に供給され、移相器φ４を通して入
力されたキャリア発生器１１よりのキャリアをアナログ
式の振幅変調する。この振幅変調器１７により得られた
下位ビットに対応する被振幅変調波は、Ａ級又はＡＢ級
のリニア電力増幅器１８により電力増幅された後、結合
器ＣＵ１に入力され、ここで電力増幅器ＰＡ１の上位ビ
ットに対応する出力信号と結合（電力増幅）される。

【００５１】従って、この実施の形態では、下位ビット
分を１つの電力増幅器１８で置き換えられる。図８では
簡単のため下位ビットが１ビットとしたが、例えばディ
ジタル信号が８ビットで、下位ビットが３ビット、上位
ビットが５ビットであるものとすると、電力増幅器ＰＡ
と結合器はそれぞれ５個、Ａ級又はＡＢ級のリニア電力
増幅器１８は１個で構成できることとなる。

【００５２】このため、ディジタル信号のビット数と同
じ数の電力増幅器を用意する必要がある第１の実施の形
態では、ビット数が多くなると電力増幅器の数も多くな
るが、この実施の形態はディジタル信号のビット数が多
くなっても第１の実施の形態に比べて少ない数の電力増
幅器で構成することができるという特長がある。

【００５３】図９は図８に示した第２の実施の形態の出
力被振幅変調波の合成概念図を示す。同図に示すよう
に、ｐａ１〜ｐａ３は出力被振幅変調波における上位ビ
ットに対応する電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ３の出力信号成
分を示し、また、斜線部分ｐａ０は下位ビットに対応す
るアナログ被振幅変調波成分を示す。

【００５４】Ａ級又はＡＢ級電力増幅器１８を使用する
と、電力利用効率が低下するが、下位ビットに対応する
信号レベルは図９から分かるように上位ビットに比べ非
常に小さいため、下位ビットでの効率低下は、増幅器全
体の効率への影響は少ない。また、被振幅変調波の包絡
線が滑らかになり、高調波の発生も低減することができ
る。

【００５５】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図１０（Ａ）は本発明になるディジタル振幅
変調増幅器の第３の実施の形態のブロック図を示す。同
図に示すように、このディジタル振幅変調増幅器は、位
相変調されたキャリア発生器２１と、変調信号発生器２
２と、ディジタル振幅変調増幅部２３とから構成されて
いる。ディジタル振幅変調増幅部２３は、図１及び図８
に示した本発明の第１及び第２の実施の形態のうちの一
方の実施の形態のキャリア発生器１１及び変調信号発生
器１２を除いた回路部分である。

【００５６】換言すると、この第３の実施の形態は、第
１又は第２の実施の形態のキャリア発生器１１に代え
て、各ビット対応の電力増幅器の入力信号として、変調
信号発生器２２の変調信号とは別の情報信号で位相変調
されたキャリアを入力する位相変調されたキャリア発生
器２１を設けたものであり、これにより振幅と位相の両
方が変調された被変調波を得ることができる。

【００５７】この第３の実施の形態によれば、位相変調
されたキャリアを振幅変調できるため、図１０（Ｂ）に
示すように位相情報θで位相変調されたキャリアを、振
幅情報ｒを有するＶ_ｍ・ｃｏｓω_ｍｔで表される変調信
号で振幅変調することにより単側波帯（ＳＳＢ）信号を
得ることができる。また、図１０（Ｃ）に示すように、
位相情報θで位相変調されたキャリアを、振幅情報ｒを
有する変調信号Ｖ_ｍ１・ｃｏｓω_ｍ１ｔ、Ｖ_ｍ２・ｃｏ
ｓω_ｍ２ｔで振幅変調することにより、楕円状の軌跡を
描くベクトルで表される残留側波帯（ＶＳＢ）信号を得
ることができる。

【００５８】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば図１では結合器ＣＵ１〜ＣＵ
３は３個、電力増幅器の数はＰＡ１〜ＰＡ４の４個とし
て説明したが、結合器の数はディジタル信号の量子化ビ
ット数に対応した任意の数Ｎ個とし、Ｃ級電力増幅器は
（Ｎ＋１）個であればよく、また、図８の実施の形態で
は下位ビット数をｍとすると、Ｃ級電力増幅器ＰＡは
（Ｎ＋１−ｍ）個、Ａ級又はＡＢ級電力増幅器１８を１
個で構成できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力利用効率の良い複数のＣ級電力増幅器を用い、電力
増幅器の出力信号を結合器により合成するに際し、結合
器でのダミー負荷に吸収される電力損失を実質的に無く
すことができるため、従来に比べて電源利用効率が良
く、しかも入力変調信号の振幅を忠実に再現するディジ
タル振幅変調増幅器を実現することができる。

【００６０】また、本発明によれば、ディジタル信号の
上位ビットについてはそれぞれ対応して設けられたＣ級
動作する電力増幅器を用い、ディジタル信号の下位ビッ
ト数に対しては１個のＡ級又はＡＢ級電力増幅器を共用
するようにしたため、ディジタル信号のビット数が多い
ときでも簡単な構成とすることができる。

【００６１】更に、本発明によれば、入力キャリアを所
望の情報信号で位相変調されているようにすることで、
振幅情報と位相情報の両方を含む被変調波を出力するこ
とができるため、より汎用性のあるディジタル振幅変調
増幅器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図である。

【図２】図１における結合器の一例の詳細説明図であ
る。

【図３】図２における移相器の一例の構成図である。

【図４】図２の結合器における入力電力比と各部の信号
の位相差と制御移相量を示す図である。

【図５】図１の結合器内の移相器の各例を示す構成図で
ある。

【図６】図１におけるディジタル信号と各移相器の移相
量との関係等を示すテーブルを示す図である。

【図７】図１におけるディジタル信号と入出力電力及び
損失との関係を示すテーブルを示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の構成図である。

【図９】図８の出力被変調波の合成概念図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態の構成図と適用被
変調波の説明図である。

【図１１】従来の振幅変調増幅器の一例のブロック図で
ある。

【図１２】従来のディジタル振幅変調増幅器の一例の構
成図である。

【図１３】図１２の３ｄＢ結合器の構成図である。

【図１４】図１２の出力被振幅変調波の合成概念図であ
る。

【図１５】図１１の課題説明用特性図及び被振幅変調波
形図である。

【符号の説明】

１１キャリア発生器１２変調信号発生器１３Ａ／Ｄ変換器１４オン／オフ制御器１５移相量制御器１６Ｄ／Ａ変換器１７振幅変調器１８Ａ級又はＡＢ級電力増幅器２１位相変調されたキャリア発生器２２変調信号発生器２３ディジタル振幅変調増幅部３１伝送線路ＰＡ１〜ＰＡ４電力増幅器ＣＵ１〜ＣＵ３、ＣＯ１〜ＣＯ４結合器ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ φ１〜φ４移相器Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５第１の３ｄＢ結合器Ｍ２、Ｍ４、Ｍ６第２の３ｄＢ結合器ＰＨ１１、ＰＨ２１、ＰＨ３１第１の可変移相器ＰＨ１２、ＰＨ２２、ＰＨ３２第２の可変移相器ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３ −９０°移相器Ｒ１〜Ｒ３ダミー抵抗Ｚ１〜Ｚ６インピーダンス素子Ｓ１〜Ｓ６スイッチ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤谷育司東京都渋谷区神南２丁目２番１号日本放送協会内 (72)発明者塩田拓哉東京都渋谷区神南２丁目２番１号日本放送協会内 (72)発明者吉見智文東京都渋谷区神南２丁目２番１号日本放送協会内 (72)発明者杉本智彦東京都渋谷区神南２丁目２番１号日本放送協会内 (72)発明者生岩量久東京都渋谷区神南２丁目２番１号日本放送協会内 (56)参考文献特開平８−204456（ＪＰ，Ａ) 特開平７−226635（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3028486（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03C 1/00 - 1/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アナログ変調信号を所定量子化ビット数
のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル信号の量子化ビット数に対応して複数設
けられ、各ビットに対応して増幅度が重み付けられたＣ
級動作する電力増幅器と、前記ディジタル信号の各ビットの値に対応して、キャリ
アを前記複数の電力増幅器に選択入力する選択入力手段
と、前記複数の電力増幅器のうち下位ビットに割り当てられ
た電力増幅器の出力信号とその上位ビットに割り当てら
れた電力増幅器の出力信号とを、外部入力位相制御信号
に基づき互いの位相を制御して電力合成し、その電力合
成信号を更に次の上位ビットに割り当てられた電力増幅
器の出力信号と前記外部入力位相制御信号に基づき互い
の位相を制御して電力合成することをすべてのビットに
ついて行って最終段より被振幅変調波を出力する結合手
段と、前記ディジタル信号を入力信号として受け、前記外部入
力位相制御信号を発生して前記結合手段に供給する位相
制御手段とを有することを特徴とするディジタル振幅変
調増幅器。
【請求項２】前記複数の電力増幅器のうちの一の電力
増幅器の出力信号とその下位ビット側の一の電力増幅器
の出力信号又は二つの電力増幅器の出力信号の電力合成
信号とを、互いに同相として前記結合手段に入力する同
相入力手段を有することを特徴とする請求項１記載のデ
ィジタル振幅変調増幅器。
【請求項３】前記結合手段は、第１の入力端子に入力された信号と第２の入力端子に入
力された前記複数の電力増幅器のうち一の電力増幅器の
出力信号とを電力合成して第１及び第２の信号を出力す
る第１の３ｄＢ結合器と、前記第１及び第２の信号の位相差を前記外部入力制御信
号に基づいて所定値に制御する移相手段と、一のダミー端子と一の出力端子を有し、前記移相手段に
より互いの位相差が前記所定値に制御された前記第１及
び第２の信号を入力信号として受け、これら入力信号を
電力合成して該一の出力端子から出力する第２の３ｄＢ
結合器とからなる結合器が複数からなり、前記第１の３
ｄＢ結合器の前記第１の入力端子には前記複数の電力増
幅器のうち最下位ビットの電力増幅器の出力信号又は前
段のビットの結合器内の前記第２の３ｄＢ結合器の一の
出力端子からの出力信号が入力され、最上位ビットの電
力増幅器の出力信号が前記第２の入力端子に入力される
結合器内の前記第２の３ｄＢ結合器の一の出力端子から
前記被振幅変調波を出力することを特徴とする請求項１
記載のディジタル振幅変調増幅器。
【請求項４】前記移相手段は、前記第１の３ｄＢ結合
器から出力された前記第１及び第２の信号をそれぞれ別
々に前記外部入力制御信号に基づいた移相量移相して、
互いに同相の信号として出力する第１及び第２の可変移
相器と、前記第１の可変移相器から出力された第１の信
号を−９０°移相する移相器とからなり、前記第２の可
変移相器から出力された第２の信号と前記移相器から出
力された第１の信号を前記第２の３ｄＢ結合器に入力す
ることを特徴とする請求項３記載のディジタル振幅変調
増幅器。
【請求項５】前記選択入力手段は、前記複数の電力増
幅器の入力側にそれぞれ１対１に対応して設けられ、入
力キャリアをオンの期間のみ対応する電力増幅器へ出力
する複数のスイッチと、前記ディジタル信号の各ビット
の値に対応して前記複数のスイッチを互いに独立してオ
ン又はオフに制御する制御信号を出力する制御器とから
なることを特徴とする請求項１記載のディジタル振幅変
調増幅器。
【請求項６】前記位相制御手段は、前記ディジタル信
号をアドレスとして入力され、その入力アドレスに対応
して予め定められた移相量を示す前記外部入力位相制御
信号を発生して前記結合手段に供給することを特徴とす
る請求項１記載のディジタル振幅変調増幅器。
【請求項７】予め定めた下位ビットと上位ビットに分
割された前記ディジタル信号のうち該下位ビットのディ
ジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
該Ｄ／Ａ変換器の出力アナログ信号でキャリアを振幅変
調する振幅変調器と、前記複数の電力増幅器のうち前記
下位ビットに割り当てられた一又は二以上のＣ級電力増
幅器に代えて設けられた単一のＡ級又はＡＢ級電力増幅
器とを有し、前記Ａ級又はＡＢ級電力増幅器の出力信号
を前記結合手段に入力すると共に、前記上位ビットのデ
ィジタル信号を前記選択入力手段に入力することを特徴
とする請求項１記載のディジタル振幅変調増幅器。
【請求項８】前記キャリアは所望の情報信号で位相変
調されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちい
ずれか一項記載のディジタル振幅変調増幅器。
【請求項９】前記第１及び第２の可変移相器は、信号
線に直列挿入された、所定長さの伝送線路と、該伝送線
路の両端において信号線と基準電圧との間にそれぞれ複
数対並列に接続されたインピーダンス素子とスイッチ素
子による直列回路とからなるπ型構造であり、前記複数
のスイッチ素子は前記外部入力位相制御信号により互い
に独立して選択的にオン又はオフとされることを特徴と
する請求項４記載のディジタル振幅変調増幅器。