JP3361350B2 - 電力増幅器 - Google Patents

電力増幅器

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、非線型の入出力特性を
有し、かつ電力効率が高い増幅回路にその入出力特性を
線型補償する回路を付加して構成された電力増幅器に関
する。 【0002】 【従来の技術】ディジタル移動通信システムの携帯移動
局装置では、装置の小型・軽量化と並行して駆動電力を
低く抑えることが要求される。さらに、ディジタル移動
通信システムでは、無線周波数の有効利用を目的として
振幅位相変調方式が採用されるために、従来のアナログ
方式の移動通信システムと同様に送信電力の切り替えお
よび安定化の制御を行い、かつその制御の過程で送信波
信号に生じる歪みを補償することが要求される。したが
って、上述した携帯移動局装置では、電力効率が高い非
線型の増幅回路に線型補償を施して電力増幅器を構成す
ることにより、消費電力の低減と歪み補償とが同時には
かられる。 【0003】図3は、従来の電力増幅器の構成例を示す
図である。図において、電力増幅器31の励振入力には
波形生成回路32を介して伝送情報から得られたベース
バンド信号に応じて搬送波信号を変調する変調器33の
出力が接続され、電力増幅器31の出力には送信波信号
が得られる。 【0004】電力増幅器31では、変調器33の出力が
飽和増幅回路34の入力に接続され、その出力は結合器
35の入力および後段に上述した送信波信号を与える。
結合器35の出力は、ダイオード36のアノードに接続
され、そのカソードは差動増幅器37の反転入力に接続
される。包絡線生成回路38の一方の入力には送信電力
制御信号が与えられ、その第一の出力は差動増幅器37
の非反転入力に接続される。差動増幅器37の出力は加
算器39の一方の入力に接続され、その他方の入力には
包絡線生成回路38の他方の出力が接続される。加算器
39の出力はドレイン電圧制御回路40の入力に接続さ
れ、その出力は飽和増幅回路34の増幅素子であるGa
As FET のドレイン端子に接続される。 【0005】このような構成の電力増幅器では、飽和増
幅回路34は変調器33から与えられる被変調波信号の
電力レベルを増幅して上述した送信波信号を出力し、ダ
イオード36は、その送信波信号を結合器35を介して
取り込んで包絡線検波する。 【0006】包絡線生成回路38は、上述したベースバ
ンド信号の瞬時値I、Qと、送信電力制御信号で示され
る送信電力レベルにその電力レベルにおけるダイオード
36の非直線性に起因した誤差の補償分を盛り込んだ係
数kとに応じて 【0007】 【数1】 【0008】の式で与えられる算術演算を行い、伝送情
報により変調された送信波信号の包絡線がとるべき瞬時
値eを求める。差動増幅器37は、このような瞬時値e
と上述した包絡線検波により得られた検波出力信号の瞬
時値との差をとることにより、その検波出力信号に飽和
増幅回路34の非直線性に起因して含まれる歪みの成分
を求める。加算器39は、包絡線の瞬時値eに上述した
誤差分を加算して帰還信号を生成する。 【0009】ドレイン電圧制御回路40は、このような
帰還信号が取り得る全ての値に対応させて、飽和増幅回
路34の入出力特性を線型補償するために与えるべきド
レイン電圧の値を予め記憶し、その記憶されたドレイン
電圧の値を上述した帰還信号の値に応じて逐次読み出し
てドレイン端子に与える。 【0010】すなわち、飽和増幅回路34ではその出力
に得られる送信波信号の包絡線の瞬時値を負帰還するこ
とにより非線型の入出力特性が線型補償されるので、例
えば、飽和増幅回路34の増幅素子であるGaAs FE
T のドレイン電圧VD の各値における入力信号レベル
−出力信号の位相特性(以下、「AM−PM特性」とい
う。)が図4(a) に実線で示される場合には、上述した
ドレイン電圧制御回路40から与えられるドレイン電圧
に応じて得られる出力信号の位相は、図4(a) に点線で
示すように入力信号レベルの変化に対して小さな値で緩
やかに変化する。したがって、電力増幅器31の出力に
は、送信電力制御信号に応じて設定された電力レベルで
低歪みの送信波信号が得られる。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の電力増幅器では、飽和増幅回路34の増幅素子が
その特性のバラツキにより、例えば、図4(b) に実線で
示すように平坦なAM−PM特性を有する場合には、そ
の特性は上述した負帰還により図(b) に点線で示すよう
に劣化して出力端に得られるために、送信波信号に含ま
れる位相歪みが増大した。また、このような位相歪み
は、角度変調方式を用いたアナログ方式の従来の移動通
信システムでは送信波信号の振幅成分に伝送情報が含ま
れないために無視できたが、振幅位相変調方式を用いた
ディジタル移動通信システムでは伝送品質を劣化させる
原因となるので無視できない。 【0012】本発明は、増幅素子のAM−PM特性のバ
ラツキに起因して生じる位相歪みの増大を軽減すること
ができる電力増幅器を提供することを目的とする。 【0013】 【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理ブ
ロック図である。本発明は、非線型の入出力特性を有
し、入力信号の電力を所定の出力電力レベルに増幅して
出力信号を得る増幅手段11と、入力信号に伝送情報に
よる変調に応じて伴う振幅変動分を増幅手段11の利得
に比例したレベルで抽出する振幅変動分抽出手段13
と、出力信号を包絡線検波してその信号の振幅変動分を
検出する振幅変動分検出手段15と、振幅変動分抽出手
段13によって抽出された振幅変動分と振幅変動分検出
手段15によって検出された振幅変動分との差分を増幅
手段11に負帰還し、入出力特性を線型補償する線型補
償手段17とを備えた電力増幅器において、線型補償手
段17によって負帰還される差分の可変範囲における増
幅手段11の入力信号レベル−出力信号の位相特性の変
化率に応じて、負帰還の帰還路を断続する制御手段19
を備えたことを特徴とする。 【0014】 【作用】本発明では、線型補償手段17が、増幅手段1
1の非線型の入出力特性を線型補償するためにその増幅
手段の入力信号と出力信号との振幅変動分の差分を負帰
還する。しかし、制御手段19は、このように負帰還さ
れる差分の可変範囲において増幅手段11に固有の入力
信号レベル−出力信号の位相特性の変化率が所定の値よ
り小さい場合には、上述した負帰還の帰還路を切断す
る。 【0015】すなわち、制御手段19は、上述した入力
信号レベル−出力信号の位相特性の変化率が十分小さい
場合には、このような良好な特性が線型補償手段17が
行う負帰還によって劣化することを回避するので、回路
構成を標準化して増幅手段11の特性のバラツキか吸収
され、入出力特性の直線性が良好な電力増幅器が実現さ
れる。 【0016】 【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図2は、本発明の一実施例を示す図
である。 【0017】図において、図3に示すものと機能および
構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示
し、ここではその説明を省略する。本発明の特徴とする
構成は、本実施例では、加算器39の出力を一端スイッ
チ21の一方の接点に接続してその共通接点をドレイン
電圧制御回路40の入力に接続し、スイッチ21の他方
の接点には直流電源電圧Eを分圧する半固定抵抗器22
の分圧端子を接続し、スイッチ21の制御端子を設定用
端子23に接続した点にある。 【0018】なお、本実施例と図1に示すブロック図と
の対応関係については、飽和増幅回路34は増幅手段1
1に対応し、包絡線生成回路38は振幅変動分抽出手段
13に対応し、ダイオード36は振幅変動分検出手段1
5に対応し、差動増幅器37、加算器39およびドレイ
ン電圧制御回路40は線型補償手段17に対応し、スイ
ッチ21、半固定抵抗器22および設定用端子23は制
御手段19に対応する。 【0019】以下、本実施例の動作を説明する。本実施
例では、スイッチ21内でドレイン電圧制御回路40の
入力に加算器39の出力と半固定抵抗器22の分圧端子
との何れを接続するかを決定する設定用端子23の接続
と、半固定抵抗器22の分圧比の設定とを調整時に手動
で行うので、以下では、その調整の手順について説明す
る。 【0020】このような調整では、先ず設定用端子23
にハイ(ロー)レベルに対応した所定の直流電圧を与え
ることにより、スイッチ21を介してドレイン電圧制御
回路40に加算器39の出力信号を与える。さらに、ス
ペクトラムアナライザその他の測定器を用いて送信波信
号のスプリアス成分のレベルを監視しながら、そのレベ
ルが最小となるように変調器33より前段および送信波
信号を与えるアンテナ系に所定の調整を行う。 【0021】しかし、このような調整を行っても送信電
力レベルの切り替えに応じて上述したスプリアス成分が
大きく劣化する場合には、設定用端子23に与える直流
電圧をロー(ハイ)レベルに切り替えることにより、ス
イッチ21を介してドレイン電圧制御回路40の入力に
半固定抵抗器22の分圧端子を接続する。さらに、送信
波信号のスプリアス成分のレベルを監視しながら、その
レベルが最小となる点に半固定抵抗器22の分圧点を設
定する。 【0022】このように本実施例によれば、飽和増幅回
路34の増幅素子に固有のAM−PM特性が、例えば、
そのバラツキにより図4(a) に示すように負帰還により
改善される場合には従来例と同様の負帰還路を形成し、
反対に図4(b) に示すようにこのような負帰還により劣
化する場合には、切り替え設定される送信電力レベルの
如何にかかわらずその負帰還路の帰還量を一定にするの
で、飽和増幅回路34の出力端に得られる送信波信号の
歪み成分は、上述した増幅素子のAM−PM特性のバラ
ツキに適応して小さな値に抑えられる。 【0023】なお、本実施例では、ドレイン電圧制御回
路40の前段にスイッチ21を配置して飽和増幅回路3
4に対する負帰還路を切り替えているが、本発明は、こ
のような方法に限定されず、例えば、ドレイン電圧制御
回路40の出力端で等価な切り替え手段を配置してもよ
い。 【0024】また、本実施例では、スイッチ21の接点
を調整時に観測された送信波信号のスプリアスレベルに
基づいて半固定設定しているが、本発明は、このような
方法に限定されず、例えば、飽和増幅回路34のAM−
PM特性を予め測定してその測定の結果に基づいて半固
定設定したり、送信電力レベルを切り替え設定する送信
電力制御信号に応じて逐次切り替える方法を用いてもよ
い。 【0025】さらに、本実施例では、飽和増幅回路34
の入出力特性を線型補償するためにドレイン電圧制御回
路40を介する負帰還路を形成したが、本発明は、この
ような構成の負帰還路に限定されず、飽和増幅回路34
の回路方式や増幅素子の特性に適応した負帰還路を形成
すればよい。 【0026】また、本実施例では、波形生成回路32か
ら出力される2つの直交したベースバンド信号の瞬時値
に基づいて飽和増幅回路34の出力に得られるべき送信
波信号の振幅変動分を算出しているが、本発明は、この
ような方法に限定されず、例えば、変調器33から出力
される被変調波信号の振幅変動分を測定し、その測定の
結果に送信電力制御信号の内容に応じた重み付けその他
の処理を施す方法を用いてもよい。 【0027】さらに、本実施例では、ダイオード36が
行う包絡線検波により送信波信号に含まれる振幅変動分
を検出しているが、本発明は、このような方法に限定さ
れず、例えば、所定の動作点に設定されたトランジスタ
その他の半導体を用いてもよい。 【0028】また、本実施例では、飽和増幅回路34の
増幅素子としてGaAs FET を用いたが、本発明は、
このような構成の飽和増幅回路に限定されず、所望の電
力レベルで送信波信号が得られ、かつ外部から所定の精
度で入出力特性を線型補償可能であれば、どのような回
路方式および増幅素子を用いてもよい。 【0029】さらに、本実施例では、飽和増幅回路34
が増幅する信号は変調器33が行う振幅位相変調の被変
調波であるが、本発明は、このような直交変調方式によ
り得られた入力信号に限定されず、例えば、多値のAS
K変調方式のように伝送情報に応じて搬送波の振幅を変
調して得られた信号を増幅する電力増幅器であれば適用
可能である。 【0030】 【発明の効果】以上説明したように本発明では、増幅手
段に負帰還される帰還量の可変範囲でその増幅手段に固
有の入力信号レベル−出力信号の位相特性の変化率が十
分小さい場合に、上述した負帰還の帰還路を切断するこ
とによりその負帰還によってこのような良好な特性が劣
化することを回避する。 【0031】すなわち、標準化された構成の回路を用い
て増幅手段の特性のバラツキを吸収し、入出力特性の直
線性が良好な電力増幅器が実現されるので、消費電力が
制限されて直線性が要求される無線機器では、特性の均
一化がはかられて性能が高められる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の原理ブロック図である。 【図2】本発明の一実施例を示す図である。 【図3】従来の電力増幅器の構成例を示す図である。 【図4】従来の電力増幅器の問題点を説明する図であ
る。 【符号の説明】 11 増幅手段 13 振幅変動分抽出手段 15 振幅変動分検出手段 17 線型補償手段 19 制御手段 21 スイッチ 22 半固定抵抗器 23 設定用端子 31 電力増幅器 32 波形生成回路 33 変調器 34 飽和増幅回路 35 結合器 36 ダイオード 37 差動増幅器 38 包絡線生成回路 39 加算器 40 ドレイン電圧制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/32

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 非線型の入出力特性を有し、入力信号の
    電力を所定の出力電力レベルに増幅して出力信号を得る
    増幅手段(11)と、 前記入力信号に伝送情報による変調に応じて伴う振幅変
    動分を前記増幅手段(11)の利得に比例したレベルで
    抽出する振幅変動分抽出手段(13)と、 前記出力信号を包絡線検波してその信号の振幅変動分を
    検出する振幅変動分検出手段(15)と、 前記振幅変動分抽出手段(13)によって抽出された振
    幅変動分と前記振幅変動分検出手段(15)によって検
    出された振幅変動分との差分を前記増幅手段(11)に
    負帰還し、前記入出力特性を線型補償する線型補償手段
    (17)とを備えた電力増幅器において、 前記線型補償手段(17)によって負帰還される差分の
    可変範囲における前記増幅手段(11)の入力信号レベ
    ル−出力信号の位相特性の変化率に応じて、前記負帰還
    の帰還路を断続する制御手段(19)を備えたことを特
    徴とする電力増幅器。
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