JP3293558B2 - フィードフォワード増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィードフォワー
ド増幅器に関し、特に、誤動作に伴う補助増幅器への過
大入力による電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと
いう）の破損を未然に防止できるフィードフォワード増
幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フィードフォワード増幅器で
は、フィードフォワード増幅器の誤動作やベクトル調整
器の制御回路による制御動作により、補助増幅器への入
力が変動することがある。補助増幅器内のＦＥＴは、信
号の入出力特性において、リニアな（直線的な）特性を
有しており、入力信号が増大すると、それに比例して出
力信号が増大する。その増大したＦＥＴの信号出力電力
を得るためには、ＦＥＴへの電力供給（動作するのに必
要な電力）を増大する必要があり、ＦＥＴにかかる電圧
は一定のため、電流（ドレイン電流）が増加する。その
ため、飽和出力の小さいＦＥＴを用いた補助増幅器の場
合には破損するおそれがある。

【０００３】そこで、従来のフィードフォワード増幅器
では、補助増幅器への入力の変動を考慮したＦＥＴを用
いたり、ベクトル調整器を最適な動作状態に制御するこ
とが行われていた。

【０００４】また、誤動作を検知する機能を備えたフィ
ードフォワード増幅器が、例えば、特開平５−２４３８
５９号公報に開示されている。このフィードフォワード
増幅器は、歪除去ループのカップラの二次側の終端器に
印加される信号を検波する検波器を備えている。そし
て、歪抽出ループのベクトル調整器又は歪除去ループの
ベクトル調整器が誤動作すると、検波器が、残存信号に
よる検波出力レベルの変化を検知するので、アラーム信
号等を出力することにより、フィードフォワード増幅器
の歪抽出ループ又は歪除去ループが誤動作したことを知
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は次のような課題があった。

【０００６】（１）補助増幅器への入力の変動を考慮し
たＦＥＴを用いる場合、飽和出力の大きいＦＥＴを十分
なバックオフをとった状態で使用することになり、経済
的ではなかった。また、設計段階において、補助増幅器
に用いるＦＥＴの選択が制限されるという課題がある。

【０００７】（２）ベクトル調整器の調整は制御回路に
より行われるが、最適動作点に至るまでの制御動作の可
変範囲が制限されるため、複雑な制御動作が必要である
という課題がある。

【０００８】（３）特開平５−２４３８５９号公報に開
示されているフィードフォワード増幅器では、フィード
フォワード回路に誤動作が生じ、補助増幅器の出力電力
が急激に増加した場合、アラーム信号を出力することが
できるが、補助増幅器の故障を未然に防止することはで
きないという課題がある。また、補助増幅器の出力電力
を検知しているので、誤動作への対応が遅くなるという
課題がある。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、誤動作等による補助増幅器内のＦＥＴ
の破損を未然に防止することができ、設計段階における
ＦＥＴの選択が容易になり、かつ、誤動作等への対応を
素早く行うことができるフィードフォワード増幅器を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のフィードフォワ
ード増幅器は、入力信号を増幅する主増幅器と、入力信
号と主増幅器の出力信号とを互いに逆相・等振幅で合成
して、主増幅器で発生した歪成分を抽出する歪抽出ルー
プと、その歪抽出ループで抽出された歪成分と主増幅器
の出力信号とを互いに逆相・等振幅で合成して歪成分を
除去する歪除去ループと、その歪除去ループに設けら
れ、歪成分を増幅する補助増幅器と、その補助増幅器に
電力を供給する電力供給手段と、補助増幅器への過大入
力を検知し、電力供給手段から補助増幅器内のＦＥＴに
供給される電流を制限する電流制限手段と、を有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】上記入力信号と主増幅器の出力信号とを互
いに逆相・等振幅にする第１のベクトル調整器と、歪抽
出ループで抽出された歪成分と主増幅器の出力信号とを
互いに逆相・等振幅する第２のベクトル調整器と、電流
制限手段により補助増幅器への過大入力が検知された場
合に、第１のベクトル調整器及び第２のベクトル調整器
を制御する制御手段と、を有してもよい。

【００１２】上記電流制限手段は、電力供給手段から補
助増幅器内のＦＥＴに供給される電流が流れる回路に設
けられた検知抵抗を有し、その検知抵抗に発生する電圧
が所定の電圧値以上の場合に、ＦＥＴに供給される電流
を制限してもよい。

【００１３】上記電流制限手段は、検知抵抗に接続され
た第１のトランジスタと、その第１のトランジストのベ
ースと検知抵抗とに接続された第２のトランジスタとを
有し、検知抵抗に発生する電圧が所定の電圧値以上の場
合に第２のトランジスタにコレクタ電流が流れ、第１の
トランジスタのベース電圧を下げることにより、ＦＥＴ
に供給される電流を制限してもよい。

【００１４】上記制御手段は、検知抵抗に発生する電圧
を監視してもよい。

【００１５】上記電力供給手段は、主増幅器にも電力を
供給してもよい。

【００１６】本発明によるフィードフォワード増幅器
は、主増幅器で発生する歪成分の増幅のために使用され
る補助増幅器内のＦＥＴに供給される電流を制限し、フ
ィードフォワード増幅器の誤動作に伴う、補助増幅器へ
の過大入力によるＦＥＴの破損を未然に防止する。さら
に、補助増幅器に供給される電流を検知するため、誤動
作が生じたときの保護機能のレスポンスも速く、誤動作
の検知が容易に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は、本発明の第１のフィー
ドフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。

【００１８】図１に示すように、本発明の第１のフィー
ドフォワード増幅器は、入力信号を増幅する主増幅器１
と、入力信号と主増幅器１の出力信号とを互いに逆相・
等振幅で合成して、主増幅器１で発生した歪成分を抽出
する歪抽出ループＬ１と、歪抽出ループＬ１で抽出され
た歪成分と主増幅器１の出力信号とを互いに逆相・等振
幅で合成して歪成分を除去する歪除去ループＬ２と、そ
の歪除去ループＬ２に設けられ、歪成分を増幅する補助
増幅器２と、主増幅器１及び補助増幅器２に電力を供給
する電力供給手段である安定化電源１２と、補助増幅器
２への過大入力を検知し、安定化電源１２から補助増幅
器２内のＦＥＴに供給される電流を制限する電流制限回
路５と、を有する。

【００１９】歪抽出ループＬ１には、入力信号と主増幅
器１の出力信号とを互いに逆相・等振幅にする第１のベ
クトル調整器１１を有する。また、歪除去ループＬ２に
は、歪抽出ループＬ１で抽出された歪成分と主増幅器１
の出力信号とを互いに逆相・等振幅する第２のベクトル
調整器１０を有する。これらのベクトル調整器１１及び
ベクトル調整器１０は、制御回路１３によって最適な状
態になるように制御される。

【００２０】また、入力端子１５より入力信号が入力さ
れ、出力端子１６より出力信号が出力される。

【００２１】入力端子１５とベクトル調整器１１との間
には、入力信号を２分配する方向性結合器６が設けられ
る。主増幅器１の出力側には主増幅器１の出力信号を２
分配する方向性結合器７が設けられる。方向性結合器６
と方向性結合器７の出力側には、方向性結合器６によっ
て分配されディレーライン３によって位相反転された信
号と方向性結合器７によって分配された信号とを合成す
る方向性結合器９が設けられる。方向性結合器９の出力
側はベクトル調整器１０に接続される。

【００２２】方向性結合器７と補助増幅器２の出力側に
は、方向性結合器７によって分配されディレーライン４
によって位相反転された信号と、補助増幅器２の出力信
号とを合成する方向性結合器８が設けられる。方向性結
合器８の出力側は出力端子１６に接続される。

【００２３】電流制限回路５は、補助増幅器２に供給さ
れる電流を制限するように、安定化電源１２から補助増
幅器２へ電力供給するライン間に設けられ、補助増幅器
２に供給される電流が、補助増幅器２から歪が発生する
電流値を超えた時点で、電流制限回路５が動作し、安定
化電源１２からの電力供給にリミッタがかかるようにな
っている。

【００２４】すなわち、電流がある一定の値に制限され
た場合、ＦＥＴの動作に要する電力が不足するため、過
大信号が入力されても、本来のＦＥＴ動作点（過大入力
に対しては破損に至る出力）まで到達しないため、破損
を未然に防止できる。

【００２５】図２は本発明の電流制限回路の構成例を示
す回路図である。図２に示すように、電流制限回路５
は、第１のトランジスタ１７、第２のトランジスタ１
８、オペアンプ１９、ダイオード２０、抵抗２１、抵抗
２２、抵抗２３、検知抵抗２４から構成される。

【００２６】トランジスタ１７のコレクタは安定化電源
１２に接続され、エミッタは検知抵抗２４に接続され、
ベースはオペアンプ１９の出力側に接続される。トラン
ジスタ１８のコレクタはトランジスタ１７のベースに接
続され、エミッタは抵抗２３に接続され、ベースは検知
抵抗２４とトランジスタ１７のエミッタとの間に接続さ
れる。

【００２７】オペアンプ１９の＋側に加わる電圧を抵抗
２３とダイオード２０により決定し、−側に加わる電圧
を抵抗２１と抵抗２２により決定する。オペアンプ１９
は、＋−の電圧比により出力側（トランジスタ１７側）
の電圧が決定され、トランジスタ１７の動作電圧（ベー
ス、コレクタ間電圧）が出力電圧となる。

【００２８】なお、３１、３２はそれぞれ信号成分カッ
ト用のコイル、コンデンサである。

【００２９】この電流制限回路５では、補助増幅器２へ
の入力信号の増大によりＦＥＴ３０への供給電流Ｉが増
大し、その供給電流Ｉが検知抵抗２４を流れる際に発生
する電圧が０．６Ｖ以上になると、ＦＥＴ３０への供給
電流Ｉが制限される。

【００３０】より詳細に説明すると、供給電流Ｉが検知
抵抗２４を流れる際に発生する電圧が０．６Ｖより低い
場合、トランジスタ１８のベースーエミッタ間の電圧Ｖ
BE＜０．６Ｖであるため、トランジスタ１８にコレクタ
電流は流れない。従って、トランジスタ１７のベースー
コレクタ間の電圧ＶBCは、オペアンプ１９、ダイオード
２０、抵抗２１、抵抗２２、抵抗２３によって決まる電
圧のままであるので、供給電流Ｉはそのまま流れる。

【００３１】しかし、補助増幅器２への過大入力により
供給電流Ｉが検知抵抗２４を流れる際に発生する電圧が
０．６Ｖ以上の場合、トランジスタ１８のベースーエミ
ッタ間の電圧ＶBEは０．６Ｖ以上になるので、トランジ
スタ１８にコレクタ電流が流れる。従って、トランジス
タ１７のベース電圧ＶBCは下げられるので、供給電流Ｉ
は減少する。なお、電流制限回路５の構成及び電圧等の
設定は、補助増幅器２に使用されるＦＥＴ３０の特性に
より適宜選択される。

【００３２】図３は、本発明のフィードフォワード増幅
器の動作を説明するためのブロック図である。図３に示
すように、入力端子１５から入力された信号Ｓは、方向
性結合器６で信号Ｓ１と信号Ｓ２に分配される。信号Ｓ
１はベクトル調整器１１を通り、主増幅器１により所定
レベルの電力まで増幅されるが、その際に歪が発生し、
歪成分を含んだ信号Ｓ３となる。その信号Ｓ３は方向性
結合器７で信号Ｓ４と信号Ｓ５に分配される。信号Ｓ２
は、ディレーライン３を通り、方向性結合器９に入力さ
れる。

【００３３】信号Ｓ５は、ベクトル調整器１１により信
号Ｓ２とは逆相で等振幅に調整されて、方向性結合器９
に入力される。方向性結合器９は、逆相で等振幅の２入
力を合成するため、その出力信号Ｓ６は、主増幅器１で
発生した歪成分のみとなる。信号Ｓ６は、ベクトル調整
器１０と補助増幅器２により、歪成分を含んだ信号Ｓ４
とは逆相で等振幅になるように調整され、方向性結合器
８により、信号Ｓ４と合成される。方向性結合器８で
は、逆相で等振幅の歪成分を合成するため、出力端子１
６からは歪成分の打ち消された信号Ｓ７が出力される。

【００３４】制御回路１３は、信号Ｓ２と信号Ｓ５、信
号Ｓ４と信号Ｓ６がそれぞれ互いに逆相で等振幅になる
ようにベクトル調整器１１とベクトル調整器１０を制御
する。安定化電源１２は、主増幅器１と補助増幅器２内
のＦＥＴ３０に電力を供給する。電流制限回路５は、安
定化電源１２より補助増幅器２に供給される供給電流Ｉ
を制限し、補助増幅器２から歪が発生する電流値を超え
た場合、それ以上電流が流れないように制御する。

【００３５】図４（Ａ）は、正常動作時においる信号
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７の主信
号及び歪成分のレベルを示すグラフ、（Ｂ）は、補助増
幅器２に入力される信号Ｓ６が主信号の残留分を含んで
いる場合を示すグラフである。

【００３６】なお、方向性結合器６，７，８，９は、結
合量１０ｄＢ、挿入損失を０ｄＢとする。主増幅器１
は、増幅率１０ｄＢ、出力電力の主信号と歪成分とのレ
ベル比を３０ｄＢとする。ベクトル調整器１０，１１
は、正常動作時の損失を０ｄＢとする。補助増幅器２
は、増幅率３０ｄＢとし、歪成分の発生は出力レベルが
低いため、無視できるものとする。ディレーライン３，
４は、挿入損失を０ｄＢとする。

【００３７】今、入力端子１５より主信号レベル０ｄＢ
の信号Ｓを入力したとすると、正常動作時において、信
号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７は、図４
（Ａ）に示すようになる。この時、補助増幅器２へは、
図４（Ａ）の信号Ｓ６に示す通り、主増幅器１の歪成分
で、−４０ｄＢｍのレベルが入力される。

【００３８】次に誤動作として、方向性結合器９で主信
号の打ち消しが不完全である場合、補助増幅器２に入力
される信号Ｓ６は、図４（Ｂ）に示す通り、主信号の残
留分を含んだ信号になる。主信号の残留分のレベルが、
−３０ｄＢｍの場合、正常動作時より１０ｄＢ多く補助
増幅器２に入力されることになる。すなわち、補助増幅
器２への過大入力となり、補助増幅器２内のＦＥＴ３０
に、電流が多く流れるようになるが、電流制御回路５で
ＦＥＴ３０に流れる電流を制限するため、ＦＥＴ３０が
破損に至るレベルの電流は流れない。そして、正常動作
状態に復帰すれば、すぐに定電流を流すように、電流制
御回路５が働かない状態に戻る。

【００３９】図５は、本発明の第２のフィードフォワー
ド増幅器の構成を示すブロック図である。図５に示すよ
うに、第２のフィードフォワード増幅器では、制御回路
１３は、電流制限回路５の検知抵抗２４の電圧をモニタ
しており、その情報に基づいてベクトル調整器１０、１
１の動作を制御することができる。電流制限回路５は、
フィードフォワード増幅器の誤動作中、常に動作し続け
るが、その状態の情報を制御回路１３に伝え、制御回路
１３がベクトル調整器１１，１０を動作させることで、
フィードフォワード増幅器を正常動作状態に戻すことが
できるようになる。さらに、補助増幅器２へ供給される
電流を検知しているため、誤動作をすばやく検知するこ
とが可能である。

【００４０】この第２のフィードフォワード増幅器によ
れば、誤動作があっても、すばやく正常動作状態に戻す
ことができる。

【００４１】なお、本発明は、実施の形態に限定される
ことはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の
範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、ベ
クトル調整器１１は方向性結合器６、９の間に設けられ
てもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、電流制限手段を用いて
補助増幅器に供給される電流を制限し、補助増幅器への
過大入力が生じても、ＦＥＴが破損に至るレベルまで到
達しないので、フィードフォワード増幅器の誤動作によ
る、補助増幅器内のＦＥＴの破損を未然に防止すること
ができる。

【００４３】また、フィードフォワード増幅器の誤動
作、又はベクトル調整器の制御回路による制御動作で、
補助増幅器への入力が変動することを考慮した、ＦＥＴ
の最大許容入力のマージンを取る必要がなくなる。従っ
て、設計段階において、補助増幅器に使用されるＦＥＴ
の選択が容易になる。

【００４４】さらに、補助増幅器に供給される電流を検
知するため、従来技術のように補助増幅器の出力電力を
検知するより速く動作させることが可能なため、保護機
能のレスポンスが迅速になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１のフィードフォワード増幅器の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の電流制限回路の構成例を示す回路図で
ある。

【図３】本発明の第１のフィードフォワード増幅器の動
作を説明するためのブロック図である。

【図４】（Ａ）は、正常動作時においる信号Ｓ，Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７の主信号及び歪成
分のレベルを示すグラフ、（Ｂ）は、補助増幅器に入力
される信号Ｓ６が主信号の残留分を含んでいる場合を示
すグラフである。

【図５】本発明の第２のフィードフォワード増幅器の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

Ｌ１：歪抽出ループ Ｌ２：歪除去ループ １：主増幅器 ２：補助増幅器 ３：ディレーライン ４：ディレーライン ５：電流制限回路 ６：方向性結合器 ７：方向性結合器 ８：方向性結合器 ９：方向性結合器 １０：ベクトル調整器（第２のベクトル調整器） １１：ベクトル調整器（第１のベクトル調整器） １２：安定化電源 １３：制御回路 １５：入力端子 １６：出力端子 １７：トランジスタ（第１のトランジスタ） １８：トランジスタ（第２のトランジスタ） １９：オペアンプ ２０：ダイオード ２１、２２、２３：抵抗 ２４：検知抵抗 ３０：ＦＥＴ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を増幅する主増幅器と、 入力信号と前記主増幅器の出力信号とを互いに逆相・等
   振幅で合成して、前記主増幅器で発生した歪成分を抽出
   する歪抽出ループと、 その歪抽出ループで抽出された歪成分と前記主増幅器の
   出力信号とを互いに逆相・等振幅で合成して歪成分を除
   去する歪除去ループと、 その歪除去ループに設けられ、前記歪成分を増幅する補
   助増幅器と、 その補助増幅器に電力を供給する電力供給手段と、 前記補助増幅器への過大入力を検知し、前記電力供給手
   段から補助増幅器内のＦＥＴに供給される電流を制限す
   る電流制限手段と、 を有することを特徴とするフィードフォワード増幅器。
2. 【請求項２】前記入力信号と主増幅器の出力信号とを互
   いに逆相・等振幅にする第１のベクトル調整器と、 前記歪抽出ループで抽出された歪成分と前記主増幅器の
   出力信号とを互いに逆相・等振幅する第２のベクトル調
   整器と、 前記電流制限手段により前記補助増幅器への過大入力が
   検知された場合に、前記第１のベクトル調整器及び第２
   のベクトル調整器を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１に記載のフィードフ
   ォワード増幅器。
3. 【請求項３】前記電流制限手段は、前記電力供給手段か
   ら補助増幅器内のＦＥＴに供給される電流が流れる回路
   に設けられた検知抵抗を有し、その検知抵抗に発生する
   電圧が所定の電圧値以上の場合に、前記ＦＥＴに供給さ
   れる電流を制限することを特徴とする請求項１又は２に
   記載のフィードフォワード増幅器。
4. 【請求項４】前記電流制限手段は、前記検知抵抗に接続
   された第１のトランジスタと、その第１のトランジスト
   のベースと前記検知抵抗とに接続された第２のトランジ
   スタとを有し、前記検知抵抗に発生する電圧が所定の電
   圧値以上の場合に前記第２のトランジスタにコレクタ電
   流が流れ、前記第１のトランジスタのベース電圧を下げ
   ることにより、前記ＦＥＴに供給される電流を制限する
   ことを特徴とする請求項３に記載のフィードフォワード
   増幅器。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記検知抵抗に発生する
   電圧を監視することを特徴とする請求項３又は４に記載
   のフィードフォワード増幅器。
6. 【請求項６】前記電力供給手段は、前記主増幅器にも電
   力を供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
   か１つの項に記載のフィードフォワード増幅器。