JP3645120B2

JP3645120B2 - 増幅器の歪補償方式

Info

Publication number: JP3645120B2
Application number: JP10856099A
Authority: JP
Inventors: 順一長野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP2000307352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速に最適動作点に到達することができるフィードフォワード形の歪補償増幅器であるマルチキャリア共通電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非線形の増幅器により複数の信号を増幅する場合、相互変調歪を生じるが、この歪を低減する方法としてフィードフォワード法がある。これを改良し、パイロット信号を用いることなく、安定した補償特性を得ようとするマルチキャリア共通電力増幅器が提案されている。
図３は、上記従来の技術におけるフィードフォワード形マルチキャリア共通電力増幅器のブロック図である。図において、１は入力端子、２は方向性結合器、３は可変減衰器、４は移相器、５はメイン増幅器、６は方向性結合器で、３〜６はメイン増幅系を構成している。７は合成器、８は方向性結合器、９は出力端子である。１０は方向性結合器２の結合出力と方向性結合器６の結合出力を合成する合成器、１１は可変減衰器、１２は移相器、１３は歪増幅器で、１１〜１３は歪増幅系を構成している。２０はマイコン、２１は方向性結合器８の結合出力を中間周波数帯の信号に変換するミキサ、２２は局部発振器、２３は中間周波数帯の信号のみを通過させる帯域通過ろ波器、２４は中間周波数帯信号をベースバンド帯域に周波数変換するミキサ、２５は入力信号の周波数チャネル間隔で一定時間毎に掃引しながら局部発振信号を出力する局部可変発振器、２６はミキサ２４の出力から必要周波数帯の信号を通過させる帯域通過ろ波器、２７はＡＤ変換器である。
【０００３】
次に、この動作について説明する。方向性結合器２に入力された信号は大部分がそのまま出力され、一部が結合出力として取り出される。方向性結合器２の出力はマイコン２０の制御により、可変減衰器３において電力レベルが可変され、移相器４において位相が変えられた後、メイン増幅器５において所定の電力に増幅される。
メイン増幅器５は非線形であり、入力信号は増加するに従い利得が低下する。すなわち、入出力特性が直線ではなく、曲線となり、このため複数の信号が加えられると相互変調歪を生ずる。相互変調歪を除去するには、メイン増幅器５において発生した歪と同一振幅・逆位相の歪信号を生成し、メイン増幅器５の出力と合成すればよい。
【０００４】
方向性結合器２の結合出力は歪のない信号であり、方向性結合器６の結合出力はメイン増幅器５において発生した歪が含まれた信号である。上記２信号を合成器１０で合成することにより歪信号を生成することができる。すなわち、方向性結合器６の結合出力における信号成分が、方向性結合器２の結合出力と同振幅・逆位相で合成されて打ち消されるように、後述するマイコン２０により可変減衰器３、移相器４が制御される。
合成器１０にて生成された歪信号は可変減衰器１１、移相器１２を通過し、歪増幅器１３で増幅されて合成器７へ入力される。合成器７ではメイン増幅系から入力される歪を含んだ信号と歪増幅器１３から入力される歪信号を合成する。
このとき、歪成分が同振幅・逆位相で合成されるようマイコン２０により歪増幅系の可変減衰器１１、移相器１２が制御される。よって、合成器７において歪は打ち消され、歪が除去された信号が方向性結合器８を通過し出力端子９から出力される。
【０００５】
図４に各部の信号のスペクトラム図を示す。（Ａ）は入力高周波信号であり、サブキャリア３波の場合を示す。（Ｂ）はメイン増幅器５の出力である。非線形特性のため、サブキャリア３波の下側周波数帯および上側周波数帯に歪が発生している。（Ｃ）は合成器１０の出力である。歪のない入力信号とメイン増幅器５において歪んだ信号が同振幅・逆位相で合成されるため、信号成分は打ち消されて歪成分のみが出力される。可変減衰器１１、移相器１２は合成器７においてメイン増幅系の歪成分と歪増幅系の歪信号が同振幅・逆位相で合成されるよう制御されている。よって、合成器７において歪は打ち消され、小さくなって出力端子から出力される。（Ｄ）は出力信号を示す。
【０００６】
次に、上記マイコン２０による、メイン増幅系および歪増幅系の可変減衰器、移相器の制御について説明する。方向性結合器８の結合出力は、ミキサ２１において局部発振器２２の局部発振信号により中間周波帯の信号に周波数変換された後、帯域通過ろ波器２３で不要成分が除去される。局部可変発振器２５は歪が発生する周波数（複数）の局部発振信号を一定時間毎に出力する。ミキサ２４では、上記局部可変発振器２５の局部発振信号を中間周波数帯信号と混合することにより、歪成分が抽出された後、帯域通過ろ波器２６において不要成分が除去される。その後、ＡＤ変換器２７においてＡＤ変換され、マイコン２０に入力される。マイコン２０では各周波数毎の歪の電力が計算され、さらに、それらの総和である総合歪電力が計算される。この結果に基づいて総合電力が最小となるように可変減衰器３、１１、移相器４、１２がマイコン２０により制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のフィードフォワード形マルチキャリア共通電力増幅器では、周波数毎に歪の電力を測定するために、局部可変発振器２５の周波数を歪の発生する周波数の数だけ掃引する必要があった。
このため、キャリア数が大きい場合（１０００波、１００００波等）、歪が発生する周波数の数が多くなり、総合の歪電力をマイコンが計算するのに時間がかかり、増幅器が最適な動作点に安定するまでに時間がかかってしまうという問題点があった。
また、総合の歪電力が小さくなるように制御するため、信号の下側波帯に発生する歪と上側波帯に発生する歪のレベルがアンバランスとなってしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消し、周波数毎に歪電力を求める必要がなく高速に最適の動作点を探し、また、信号の下側波帯に発生する歪と上側波帯に発生する歪のレベルが均等なフィードフォワード形のマルチキャリア共通電力増幅器を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１のマルチキャリア共通電力増幅器は、周波数の異なる複数の高周波信号を同時に増幅する電力増幅器であって、上記高周波信号を２つの信号に分配する第１の分配手段と、分配した一方の信号を入力とする、可変減衰器と移相器とメイン増幅器とメイン増幅器の出力を２つの信号に分配する第２の分配手段とからなるメイン増幅系と、第２の分配手段の分配した一方の信号を入力とする第１の合成器と、上記第１および第２の分配手段の分配したそれぞれ他方の信号を合成し歪信号を得る第２の合成器と、この歪信号を入力とする、可変減衰器と移相器と歪増幅器とからなり歪増幅出力を上記第１の合成器の他の入力とする歪増幅系と、上記第１の合成器の出力を２つの信号に分配する第３の分配手段とを備え、上記第３の分配手段の分配する一方の信号を出力とし、他方の信号から歪成分を抽出してマイコンに加え歪電力を演算し、歪抽出の最適化および歪の最小化を図るように上記メイン増幅系および歪増幅系の可変減衰器および移相器をそれぞれ制御する電力増幅器において、上記第３の分配手段の他方の信号を下側波帯の歪を取り出す下側波帯歪抽出回路と、上側波帯の歪を取り出す上側波帯歪抽出回路とに並列に加えてそれぞれの歪成分を抽出し、下側波帯に発生する歪と上側波帯に発生する歪とが均等レベルとなり、かつ、最小値となるように制御することを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明の請求項２のマルチキャリア共通電力増幅器は、上記下側波帯歪抽出回路は下側波帯の歪の帯域通過ろ波器と検波器とＡＤ変換器、上側波帯歪抽出回路は上側波帯の歪の帯域通過ろ波器と検波器とＡＤ変換器によりそれぞれ構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の請求項３のマルチキャリア共通電力増幅器は、上記第３の分配手段の他方の信号をミキサおよび局部発振器からなる周波数変換手段により中間周波数帯の信号に変換した後、上記下側波帯歪抽出回路と上側波帯歪抽出回路とに加えるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を用いて説明する。図１においては、図３と対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１において、１４は下側波帯の歪を通過させる帯域通過ろ波器、１５は検波器、１６はＡＤ変換器であり、１４〜１６は下側波帯歪抽出回路を構成する。１７は上側波帯の歪を通過させる帯域通過ろ波器、１８は検波器、１９はＡＤ変換器であり、１７〜１９は上側波帯歪抽出回路を構成している。
【００１３】
次に動作について説明する。方向性結合器８の結合出力は帯域通過ろ波器１４において下側波帯に発生する歪が取り出され、検波器１５において直流電圧に変換され、ＡＤ変換器１６においてデジタル信号に変換されマイコン２０に入力される。同様に上側波帯に発生する歪は帯域通過ろ波器１７、検波器１８、ＡＤ変換器１９においてデジタル信号に変換され、マイコン２０に入力される。マイコン２０ではＡＤ変換器１６から入力される下側波帯の歪とＡＤ変換器１９から入力される上側波帯の歪が同レベルとなるように、また、上記歪ができるだけ小さくなるようにメイン増幅系の可変減衰器１１、移相器１２を制御する。
【００１４】
マイコン２０に入力される下側波帯歪電圧をＶ₁ 、上側波帯歪電圧をＶ₂ とし、上下の側波帯の歪の許容電圧差をＶａとすれば、次式で表すことができる。
Ｖａ≧｜Ｖ₁ −Ｖ₂ ｜
すなわち、マイコン２０では上記条件の下で、歪電力
Ｐｄ＝Ｖ₁ ²＋Ｖ₂ ²
を計算し、Ｐｄが最小値をとるように可変減衰器３、移相器４、可変減衰器１１、移相器１２を制御する。
【００１５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、方向性結合器８の結合出力を直接に帯域通過ろ波器１４および１７に入力するようにしたが、図２に示すように混合器２１と局部発振器２２を用いて、無線周波数帯の信号を中間周波数帯の信号に周波数変換した信号とすることにより、この信号を入力する帯域通過ろ波器１４ａ、１７ａは無線周波数（チャネル）によらず固定の周波数のろ波器を用いることができ、実施の形態１と同様な効果を奏する。
上記実施の形態では、信号を分配する手段として方向性結合器を用いたが、分波器等他の分配手段でもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように構成されているので、この発明の請求項１〜３に記載のマルチキャリア共通電力増幅器によれば、高速で最適な動作点を選定することができ、かつ、信号の下側波帯に発生する歪と上側波帯に発生する歪のレベルが均等なマルチキャリア共通電力増幅器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すマルチキャリア共通電力増幅器のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示すマルチキャリア共通電力増幅器のブロック図である。
【図３】従来のフィードフォワード形歪補償方式によるマルチキャリア共通電力増幅器のブロック図である。
【図４】マルチキャリア共通電力増幅器の各部のスペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
１入力端子、２、６、８方向性結合器、３、１１可変減衰器、４、１２移相器、５メイン増幅器、７、１０合成器、１３歪増幅器、１４、１４ａ、１７、１７ａ、２３、２６帯域通過ろ波器、１５、１８検波器、１６、１９、２７ＡＤ変換器、２０マイコン、２１、２４ミキサ、２２局部発振器、２５局部可変発振器。

Claims

周波数の異なる複数の高周波信号を同時に増幅する電力増幅器であって、上記高周波信号を２つの信号に分配する第１の分配手段と、分配した一方の信号を入力とする、可変減衰器と移相器とメイン増幅器とメイン増幅器の出力を２つの信号に分配する第２の分配手段とからなるメイン増幅系と、第２の分配手段の分配した一方の信号を入力とする第１の合成器と、上記第１および第２の分配手段の分配したそれぞれ他方の信号を合成し歪信号を得る第２の合成器と、この歪信号を入力とする、可変減衰器と移相器と歪増幅器とからなり歪増幅出力を上記第１の合成器の他の入力とする歪増幅系と、上記第１の合成器の出力を２つの信号に分配する第３の分配手段とを備え、上記第３の分配手段の分配する一方の信号を出力とし、他方の信号から歪成分を抽出してマイコンに加え歪電力を演算し、歪抽出の最適化および歪の最小化を図るように上記メイン増幅系および歪増幅系の可変減衰器および移相器をそれぞれ制御する電力増幅器において、上記第３の分配手段の他方の信号を下側波帯の歪を取り出す下側波帯歪抽出回路と、上側波帯の歪を取り出す上側波帯歪抽出回路とに並列に加えてそれぞれの歪成分を抽出し、下側波帯に発生する歪と上側波帯に発生する歪とが均等レベルとなり、かつ、最小値となるように制御することを特徴とするマルチキャリア共通電力増幅器。
上記下側波帯歪抽出回路は下側波帯の歪の帯域通過ろ波器と検波器とＡＤ変換器、上側波帯歪抽出回路は上側波帯の歪の帯域通過ろ波器と検波器とＡＤ変換器によりそれぞれ構成されることを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア共通電力増幅器。
上記第３の分配手段の他方の信号をミキサおよび局部発振器からなる周波数変換手段により中間周波数帯の信号に変換した後、上記下側波帯歪抽出回路と上側波帯歪抽出回路とに加えるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のマルチキャリア共通電力増幅器。