JP3894401B2 - 電力増幅装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅する変調波のベースバンド周波数または２倍波におけるバイアス回路のインピーダンス制御や、変調波のベースバンド周波数の信号または２倍波をバイアス回路から注入することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する電力増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば『堀川浩二、小川博世（ＮＴＴワイヤレスシステム研究所）共著、１９９６年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−２３０、”ＥＶＥＮ−ＯＲＤＥＲ ＰＲＥ−ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮによる高出力増幅器歪低減の提案”、Ｐ２３１』に示された従来の電力増幅装置の構成を示す図である。
【０００３】
図１４において、１０１は入力端子、１０２は分配器、１０３は振幅変調器、１０４は高出力増幅器、１０５は出力端子、１０６は偶数乗積生成器、１０７、１１０はフィルター、１０８は移相器および可変減衰器から構成される振幅位相制御回路、１０９は歪補償回路である。
【０００４】
つぎに、前述した従来の電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
入力電力は、入力端子１０１に加えられ、分配器１０２で線形経路と歪経路とに２分配する。線形経路では信号成分をそのまま伝送し、歪経路では偶数乗積生成器１０６で発生させた偶数時歪のうち２倍周波数帯に発生する歪をフィルタ１０７により抽出し、振幅位相制御回路１０８により制御する。振幅変調器１０３で線形経路の信号を２倍周波数帯発生する歪成分で変調し、フィルタ１１０により伝送帯域内信号を抽出する。そして、以上の歪補償回路１０９によって得られた信号を高出力増幅器１０４で増幅後、出力端子１０５から出力する。
【０００６】
高出力増幅器１０４に歪補償回路１０９を前置する事で、高出力増幅器１０４で発生する相互変調歪と逆位相の相互変調歪を発生させ、高出力増幅器１０４で発生する相互変調歪を抑圧する。この時、入力信号の２倍周波数帯に発生する歪の振幅、位相を制御することで、歪補償回路１０９で発生させる相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【０００７】
従来の他の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１５は、例えば『特開昭６３−２０４９１３号公報』に示された従来の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【０００８】
図１５において、１２１は入力端子、１２２、１３３はコンデンサ、１２３、１３４はバイアス用線路、１２４、１３５はバイアス端子、１２５は入力側低インピーダンス線路、１２８はトランジスタ、１３０は出力側低インピーダンス線路、１３１は３倍波用誘電体共振器、１３２は２倍波用誘電体共振器、１３６は出力端子である。
【０００９】
３倍波用誘電体共振器１３１、２倍波用誘電体共振器１３２を用いることで、トランジスタ１２８の出力端子から負荷を見込む２倍波、３倍波に対するインピーダンスを基本波と独立に制御する。
【００１０】
従来の別の他の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１６は、例えば『特開平０３−１２８５０８号公報』に示された従来の別の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【００１１】
図１６において、１４０はトランジスタ、１４１は増幅器、１４２は逓倍器、１４３は帯域通過フィルタ、１４４は移相器である。
【００１２】
基本波信号の一部を取り出し、この信号を２倍波信号に変換し、半導体増幅器１４０からでる２倍波信号と逆位相にして半導体増幅器１４０の出力側に印加することによって等価的に２倍波を確実に短絡する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電力増幅装置では、歪補償のためには歪補償回路を高出力増幅器に前置する必要があるという問題点があった。
【００１４】
また、上述したような従来の他の電力増幅装置では、２倍波のインピーダンスを主信号線路近傍に誘電体共振器をおくことで、２倍波のインピーダンスを制御していが、バイアス回路と２倍波制御回路を一体化できず、回路が大型となるという問題点があった。
【００１５】
さらに、上述したような従来の別の他の電力増幅装置では、出力側から２倍波を注入し、半導体増幅器で発生する２倍波を等価的に短絡状態にする必要があるという問題点があった。
【００１６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、歪補償回路をトランジスタに前置する必要がなく、トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減することができる電力増幅装置を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電力増幅装置は、入力端子から加えられた変調波信号を増幅するトランジスタと、前記入力端子と前記トランジスタのゲートの間に接続された入力整合回路と、前記トランジスタのゲートに接続された第１のバイアス回路と、前記トランジスタのドレインと出力端子の間に接続された出力整合回路、前記トランジスタのドレインに接続された第２のバイアス回路とを備え、前記第１のバイアス回路は、前記トランジスタのゲートに接続された第１のインダクタ及び第１の電源の第１の直列回路を含むとともに、前記第２のバイアス回路は、前記トランジスタのドレインに接続された第２のインダクタ及び第２の電源の第２の直列回路と、前記第２の直列回路と並列に接続されたローパスフィルタ及びインピーダンス回路の第３の直列回路とを含み、隣接した第１及び第２の周波数の和信号を前記入力端子に入力すると、前記トランジスタの偶数次の非線形性により前記第１及び第２の周波数の差信号であるベースバンド周波数の信号が前記第２のバイアス回路の前記ローパスフィルタを通過後、前記インピーダンス回路に導かれ、前記第２のバイアス回路のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させて、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように前記ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２７】
図１において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ（ＦＥＴ）、６、１３はバイアス回路、７はローパスフィルタ、９はインピーダンス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００２８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、トランジスタ５の非線形性により発生した変調波のベースバンド周波数の信号はローパスフィルタ７を通過後、インピーダンス回路９に導かれる。基本波や２倍波などの高い周波数の信号は、ローパスフィルタ７で反射され、インピーダンス回路９には導かれない。基本波は出力端子１１に導かれ、出力される。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、出力電力（Ｐｏｕｔ）に対する３次の相互変調歪（ＩＭ３）の計算結果を示す図である。
【００３０】
電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力すると、トランジスタ５の偶数次の非線形性によりベースバンド周波数Δｆ＝ｆ１−ｆ２の電流がドレインに発生する。このベースバンド周波数は、入力信号の周波数と比較して非常に低いため、コンデンサのインピーダンスは非常に高くなり、ベースバンド周波数の信号の電流はバイアス回路６に流れる。
【００３１】
その結果、バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスが０オームでない場合にはドレイン端子にはベースバンド周波数の電圧が発生する。この電圧変動は入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この偶数次の非線形性による相互変調歪は、問題となるトランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、トランジスタ５の偶数次の非線形性により発生したベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、半導体増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００３２】
バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンス回路９の値をＺ＝０＋ｊ０オーム（従来）、Ｚ＝−５０＋ｊ０オームとし、周波数ｆ１、ｆ２の和信号を図１の回路に入力した場合に発生する３次相互変調歪ＩＭ３をハーモニックバランス法を用いて計算した。用いたトランジスタはゲート幅２．４ｍｍのＧａＡｓＦＥＴで、周波数は１．９ＧＨｚ帯で計算した。
【００３３】
図２に出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させ、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスを適当な値とし、トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるようにベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、問題となる奇数次の相互変調歪を低減できることがわかる（図２の右上を参照）。
【００３４】
この実施の形態１では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路６に対して本発明を適用したが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００３５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００３６】
図３において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、９はインピーダンス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００３７】
また、同図において、１６はハイパスフィルタ、１７はバイアス回路、１８はバンドパスフィルタである。
【００３８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。トランジスタ５の非線形性により発生した２倍波は、ハイパスフィルタ１６を通過後、インピーダンス回路９に導かれる。この時、基本波は、ハイパスフィルタ１６で反射され、インピーダンス回路９には導かれない。基本波はバンドパスフィルタ１８通過後、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００３９】
つぎに、この実施の形態２に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。図４は、出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す図である。
【００４０】
電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力すると、トランジスタ５の偶数次の非線形性により２倍波２ｆ１、２ｆ２の電流がドレインに発生する。この２倍波の周波数は、入力信号と比較して高いため、ハイパスフィルタ１６を通過し、２倍波の電流はバイアス回路１７に流れる。
【００４１】
その結果、バイアス回路１７の２倍波に対するインピーダンスが０オームでない場合にはドレイン端子には２倍波の周波数の電圧が発生する。この電圧変動は入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、トランジスタ５の偶数次の非線形性により発生した２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００４２】
バイアス回路１７の２倍波に対するインピーダンス回路９の値をＺ＝０＋ｊ０オーム（従来）、Ｚ＝１００＋ｊ０オームとし、周波数ｆ１、ｆ２の和信号を図３の回路に入力した場合に発生する３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図４に出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。２倍波の周波数に対するバイアス回路１７のインピーダンスを変化させ、２倍波の周波数の振幅、位相を制御することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。
【００４３】
また、バイアス回路１７の２倍波の周波数に対するインピーダンスを適当な値とし、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように２倍波の振幅、位相を制御することで、相互変調歪を低減できることがわかる。
【００４４】
この実施の形態２では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路１７に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００４５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００４６】
図５において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、７はローパスフィルタ、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００４７】
また、同図において、１９は内部インピーダンス５０オームの信号源、２０はバイアス回路である。
【００４８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、変調波のベースバンド周波数の信号をバイアス回路２０からトランジスタ５に注入する。基本波は、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００４９】
次に、この実施の形態３の動作について説明する。電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号をトランジスタ５のゲートに入力し、バイアス回路２０からベースバンド周波数Δｆ＝ｆ１−ｆ２の信号を注入すると、トランジスタ５はゲートからの入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、ドレインから注入したベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００５０】
周波数ｆ１、ｆ２の和信号をゲートから、電力−１０ｄＢｍのベースバンド周波数の信号をバイアス回路２０から注入し、３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図６にベースバンド周波数の信号の注入の有無をパラメータとしたときの出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。
【００５１】
ベースバンド周波数の信号を注入することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように、注入するベースバンド周波数の信号の振幅、位相を適当に選ぶことで、奇数次の非線形歪による相互変調歪を低減できることがわかる。
【００５２】
尚、本実施の形態３では、注入する信号電力を一定の値としたが、入力電力に応じて注入する電力を変化させてもよい。これにより、相互変調歪を低減できる電力範囲を拡大できる。また、注入に変調波のベースバンド周波数の信号源を用いたが、入力信号から変調波のベースバンド周波数の信号を作り出し、これを利用しても同様の効果が得られる。
【００５３】
この実施の形態３では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路２０に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００５４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００５５】
図７において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００５６】
また、同図において、１６はハイパスフィルタ、１８はバンドパスフィルタ、１９は内部インピーダンス５０オームの信号源、２１はバイアス回路である。
【００５７】
入力端子１から加えられた信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、変調波の２倍波の信号をバイアス回路２１からトランジスタ５に注入する。基本波は、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００５８】
次に、この実施の形態４の動作について説明する。電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号をトランジスタ５のゲートに入力し、バイアス回路２１から周波数ｆ１、ｆ２の２倍波を注入すると、トランジスタ５はゲートからの入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、バイアス回路２１から注入した２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００５９】
周波数ｆ１、ｆ２の和信号をゲートから、電力−１０ｄＢｍの２倍波をバイアス回路２１から注入し、図７の回路に発生する３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図８に２倍波注入の有無をパラメータとしたときの出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。
【００６０】
２倍波の信号を注入することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように注入する２倍波の振幅、位相を適当に選ぶことで、相互変調歪を低減できることがわかる。
【００６１】
尚、本実施の形態４では、注入する信号電力を一定の値としたが、入力電力に応じて注入する電力を変化させてもよい。これにより、相互変調歪を低減できる電力範囲を拡大できる。また、注入に２倍波の信号源を用いたが、入力信号から変調波の２倍波の信号を作り出し、これを利用しても同様の効果が得られる。
【００６２】
この実施の形態４では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路２１に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００６３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００６４】
図９において、２２、２３は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２４は電力分配器、２５は電力合成器である。なお、電力増幅装置２２及び２３は、異なる実施の形態のものである。例えば、電力増幅装置２２は実施の形態１の電力増幅装置、電力増幅装置２３は実施の形態２の電力増幅装置である。
【００６５】
入力端子１から加えられた信号は、電力分配器２４により分配され、電力増幅装置２２、２３に導かれる。電力増幅装置２２、２３で増幅後、電力合成器２５で電力合成され、出力端子１１に出力される。
【００６６】
次に、この実施の形態５の動作について説明する。隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力端子１に入力し、上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置２２、２３で増幅する。この時、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００６７】
図１０に、相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２２（ａｍｐ−Ａ）を２台並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ａ）と、相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２３（ａｍｐ−Ｂ）を２台並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ｂ＋ａｍｐ−Ｂ）の出力電力に対する相互変調歪（太い点線と細い点線）を示す。
【００６８】
また、本実施の形態５に係る、電力増幅装置２２（ａｍｐ−Ａ）と電力増幅装置２３（ａｍｐ−Ｂ）を並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ｂ）の出力電力に対する相互変調歪（実線）も図１０に示す。
【００６９】
電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ｂ）の計算結果から、ａｍｐ−Ａ、Ｂで発生する相互変調歪が互いに逆相になるように、ベースバンド信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ａ）や電力増幅装置（ａｍｐ−Ｂ＋ａｍｐ−Ｂ）のように同種の電力増幅装置を組み合わせたものよりも相互変調歪を低減できることがわかる。
【００７０】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００７１】
図１１において、２２、２３は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２４は電力分配器、２６、２７は指向性アンテナである。なお、電力増幅装置２２及び２３は、異なる実施の形態のものである。
【００７２】
入力端子１から加えられた信号は、電力分配器２４により分配され、電力増幅装置２２、２３に導かれる。電力増幅装置２２、２３で増幅後、指向性アンテナ２６、２７で空間に放射され、空間で電力合成される。
【００７３】
次に、この実施の形態６の動作について説明する。隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力端子１に入力し、実施の形態１〜４の電力増幅装置２２、２３で増幅する。この時、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００７４】
図１２に、ベースバンド周波数に対するバイアス回路のインピーダンスを制御することで相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２２、２３（ａｍｐ−Ａ、ａｍｐ−Ｂ）の入力電力に対する基本波及び相互変調歪の位相を示す。基本波は、ａｍｐ−Ａ、Ｂでほぼ同じ位相であるのに対し、相互変調歪は約１５度ほど位相がずれていることから、空間に放射された相互変調波の等位相面は、基本波の等位相面に対して１５度ほど左右に傾く事がわかる。これより、基本波はアンテナから正面方向に放射されるのに対し、相互変調歪は正面から左右に１５度ほどずれた方向に放射されることがわかる。よって、アンテナ正面では相互変調歪を低減する事ができる。
【００７５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００７６】
図１３において、２８は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２９は電力増幅器である。
【００７７】
次に、この実施の形態７における動作について説明する。入力端子１から加えられた信号は、電力増幅装置２８においてベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで相互変調歪を発生させ、増幅器２９で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００７８】
ここで、増幅器２９で発生する歪と逆相の歪を電力増幅装置２８で発生させた場合、増幅器２９の相互変調歪を低減できる。この時、電力増幅装置２８は増幅器２９の歪補償回路として動作している。これより、上記の実施の形態１〜４の電力増幅装置は、歪補償回路としての動作も期待できる。
【００７９】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る電力増幅装置は、以上説明したとおり、入力端子から加えられた変調波信号を増幅するトランジスタと、前記入力端子と前記トランジスタのゲートの間に接続された入力整合回路と、前記トランジスタのゲートに接続された第１のバイアス回路と、前記トランジスタのドレインと出力端子の間に接続された出力整合回路、前記トランジスタのドレインに接続された第２のバイアス回路とを備え、前記第１のバイアス回路は、前記トランジスタのゲートに接続された第１のインダクタ及び第１の電源の第１の直列回路を含むとともに、前記第２のバイアス回路は、前記トランジスタのドレインに接続された第２のインダクタ及び第２の電源の第２の直列回路と、前記第２の直列回路と並列に接続されたローパスフィルタ及びインピーダンス回路の第３の直列回路とを含み、隣接した第１及び第２の周波数の和信号を前記入力端子に入力すると、前記トランジスタの偶数次の非線形性により前記第１及び第２の周波数の差信号であるベースバンド周波数の信号が前記第２のバイアス回路の前記ローパスフィルタを通過後、前記インピーダンス回路に導かれ、前記第２のバイアス回路のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させて、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように前記ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御するので、問題となるトランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の入力電力に対する基本波及び相互変調歪の位相を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１４】 従来の電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１５】 従来の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１６】 従来の別の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 入力端子、２ 入力整合回路、３ インダクタ、４ 電源、５ トランジスタ、６ バイアス回路、７ ローパスフィルタ、８ インダクタ、９ インピーダンス回路、１０ 出力整合回路、１１ 出力端子、１２ 電源、１３ バイアス回路、１４ コンデンサ、１５ コンデンサ、１６ ハイパスフィルタ、１７ バイアス回路、１８ バンドパスフィルタ、１９ 信号源、２０ バイアス回路、２１ バイアス回路、２２、２３ 電力増幅装置、２４ 電力分配器、２５ 電力合成器、２６、２７ 指向性アンテナ、２８ 電力増幅装置、２９ 電力増幅器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅する変調波のベースバンド周波数または２倍波におけるバイアス回路のインピーダンス制御や、変調波のベースバンド周波数の信号または２倍波をバイアス回路から注入することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する電力増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば『堀川浩二、小川博世（ＮＴＴワイヤレスシステム研究所）共著、１９９６年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−２３０、”ＥＶＥＮ−ＯＲＤＥＲ ＰＲＥ−ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮによる高出力増幅器歪低減の提案”、Ｐ２３１』に示された従来の電力増幅装置の構成を示す図である。
【０００３】
図１４において、１０１は入力端子、１０２は分配器、１０３は振幅変調器、１０４は高出力増幅器、１０５は出力端子、１０６は偶数乗積生成器、１０７、１１０はフィルター、１０８は移相器および可変減衰器から構成される振幅位相制御回路、１０９は歪補償回路である。
【０００４】
つぎに、前述した従来の電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
入力電力は、入力端子１０１に加えられ、分配器１０２で線形経路と歪経路とに２分配する。線形経路では信号成分をそのまま伝送し、歪経路では偶数乗積生成器１０６で発生させた偶数時歪のうち２倍周波数帯に発生する歪をフィルタ１０７により抽出し、振幅位相制御回路１０８により制御する。振幅変調器１０３で線形経路の信号を２倍周波数帯発生する歪成分で変調し、フィルタ１１０により伝送帯域内信号を抽出する。そして、以上の歪補償回路１０９によって得られた信号を高出力増幅器１０４で増幅後、出力端子１０５から出力する。
【０００６】
高出力増幅器１０４に歪補償回路１０９を前置する事で、高出力増幅器１０４で発生する相互変調歪と逆位相の相互変調歪を発生させ、高出力増幅器１０４で発生する相互変調歪を抑圧する。この時、入力信号の２倍周波数帯に発生する歪の振幅、位相を制御することで、歪補償回路１０９で発生させる相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【０００７】
従来の他の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１５は、例えば『特開昭６３−２０４９１３号公報』に示された従来の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【０００８】
図１５において、１２１は入力端子、１２２、１３３はコンデンサ、１２３、１３４はバイアス用線路、１２４、１３５はバイアス端子、１２５は入力側低インピーダンス線路、１２８はトランジスタ、１３０は出力側低インピーダンス線路、１３１は３倍波用誘電体共振器、１３２は２倍波用誘電体共振器、１３６は出力端子である。
【０００９】
３倍波用誘電体共振器１３１、２倍波用誘電体共振器１３２を用いることで、トランジスタ１２８の出力端子から負荷を見込む２倍波、３倍波に対するインピーダンスを基本波と独立に制御する。
【００１０】
従来の別の他の電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１６は、例えば『特開平０３−１２８５０８号公報』に示された従来の別の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【００１１】
図１６において、１４０はトランジスタ、１４１は増幅器、１４２は逓倍器、１４３は帯域通過フィルタ、１４４は移相器である。
【００１２】
基本波信号の一部を取り出し、この信号を２倍波信号に変換し、半導体増幅器１４０からでる２倍波信号と逆位相にして半導体増幅器１４０の出力側に印加することによって等価的に２倍波を確実に短絡する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電力増幅装置では、歪補償のためには歪補償回路を高出力増幅器に前置する必要があるという問題点があった。
【００１４】
また、上述したような従来の他の電力増幅装置では、２倍波のインピーダンスを主信号線路近傍に誘電体共振器をおくことで、２倍波のインピーダンスを制御していが、バイアス回路と２倍波制御回路を一体化できず、回路が大型となるという問題点があった。
【００１５】
さらに、上述したような従来の別の他の電力増幅装置では、出力側から２倍波を注入し、半導体増幅器で発生する２倍波を等価的に短絡状態にする必要があるという問題点があった。
【００１６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、歪補償回路をトランジスタに前置する必要がなく、トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減することができる電力増幅装置を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電力増幅装置は、入力端子から加えられた変調波信号を増幅するトランジスタと、前記入力端子と前記トランジスタのゲートの間に接続された入力整合回路と、前記トランジスタのゲートに接続された第１のバイアス回路と、前記トランジスタのドレインと出力端子の間に接続された出力整合回路、前記トランジスタのドレインに接続された第２のバイアス回路とを備え、前記第１のバイアス回路は、前記トランジスタのゲートに接続された第１のインダクタ及び第１の電源の第１の直列回路を含むとともに、前記第２のバイアス回路は、前記トランジスタのドレインに接続された第２のインダクタ及び第２の電源の第２の直列回路と、前記第２の直列回路と並列に接続されたローパスフィルタ及びインピーダンス回路の第３の直列回路とを含み、隣接した第１及び第２の周波数の和信号を前記入力端子に入力すると、前記トランジスタの偶数次の非線形性により前記第１及び第２の周波数の差信号であるベースバンド周波数の信号が前記第２のバイアス回路の前記ローパスフィルタを通過後、前記インピーダンス回路に導かれ、前記第２のバイアス回路のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させて、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように前記ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２７】
図１において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ（ＦＥＴ）、６、１３はバイアス回路、７はローパスフィルタ、９はインピーダンス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００２８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、トランジスタ５の非線形性により発生した変調波のベースバンド周波数の信号はローパスフィルタ７を通過後、インピーダンス回路９に導かれる。基本波や２倍波などの高い周波数の信号は、ローパスフィルタ７で反射され、インピーダンス回路９には導かれない。基本波は出力端子１１に導かれ、出力される。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、出力電力（Ｐｏｕｔ）に対する３次の相互変調歪（ＩＭ３）の計算結果を示す図である。
【００３０】
電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力すると、トランジスタ５の偶数次の非線形性によりベースバンド周波数Δｆ＝ｆ１−ｆ２の電流がドレインに発生する。このベースバンド周波数は、入力信号の周波数と比較して非常に低いため、コンデンサのインピーダンスは非常に高くなり、ベースバンド周波数の信号の電流はバイアス回路６に流れる。
【００３１】
その結果、バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスが０オームでない場合にはドレイン端子にはベースバンド周波数の電圧が発生する。この電圧変動は入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この偶数次の非線形性による相互変調歪は、問題となるトランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、トランジスタ５の偶数次の非線形性により発生したベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、半導体増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００３２】
バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンス回路９の値をＺ＝０＋ｊ０オーム（従来）、Ｚ＝−５０＋ｊ０オームとし、周波数ｆ１、ｆ２の和信号を図１の回路に入力した場合に発生する３次相互変調歪ＩＭ３をハーモニックバランス法を用いて計算した。用いたトランジスタはゲート幅２．４ｍｍのＧａＡｓＦＥＴで、周波数は１．９ＧＨｚ帯で計算した。
【００３３】
図２に出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させ、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、バイアス回路６のベースバンド周波数に対するインピーダンスを適当な値とし、トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるようにベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、問題となる奇数次の相互変調歪を低減できることがわかる（図２の右上を参照）。
【００３４】
この実施の形態１では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路６に対して本発明を適用したが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００３５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００３６】
図３において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、９はインピーダンス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００３７】
また、同図において、１６はハイパスフィルタ、１７はバイアス回路、１８はバンドパスフィルタである。
【００３８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。トランジスタ５の非線形性により発生した２倍波は、ハイパスフィルタ１６を通過後、インピーダンス回路９に導かれる。この時、基本波は、ハイパスフィルタ１６で反射され、インピーダンス回路９には導かれない。基本波はバンドパスフィルタ１８通過後、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００３９】
つぎに、この実施の形態２に係る電力増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。図４は、出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す図である。
【００４０】
電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力すると、トランジスタ５の偶数次の非線形性により２倍波２ｆ１、２ｆ２の電流がドレインに発生する。この２倍波の周波数は、入力信号と比較して高いため、ハイパスフィルタ１６を通過し、２倍波の電流はバイアス回路１７に流れる。
【００４１】
その結果、バイアス回路１７の２倍波に対するインピーダンスが０オームでない場合にはドレイン端子には２倍波の周波数の電圧が発生する。この電圧変動は入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、トランジスタ５の偶数次の非線形性により発生した２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００４２】
バイアス回路１７の２倍波に対するインピーダンス回路９の値をＺ＝０＋ｊ０オーム（従来）、Ｚ＝１００＋ｊ０オームとし、周波数ｆ１、ｆ２の和信号を図３の回路に入力した場合に発生する３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図４に出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。２倍波の周波数に対するバイアス回路１７のインピーダンスを変化させ、２倍波の周波数の振幅、位相を制御することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。
【００４３】
また、バイアス回路１７の２倍波の周波数に対するインピーダンスを適当な値とし、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように２倍波の振幅、位相を制御することで、相互変調歪を低減できることがわかる。
【００４４】
この実施の形態２では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路１７に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００４５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００４６】
図５において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、７はローパスフィルタ、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００４７】
また、同図において、１９は内部インピーダンス５０オームの信号源、２０はバイアス回路である。
【００４８】
入力端子１から加えられた変調波信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、変調波のベースバンド周波数の信号をバイアス回路２０からトランジスタ５に注入する。基本波は、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００４９】
次に、この実施の形態３の動作について説明する。電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号をトランジスタ５のゲートに入力し、バイアス回路２０からベースバンド周波数Δｆ＝ｆ１−ｆ２の信号を注入すると、トランジスタ５はゲートからの入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、ドレインから注入したベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００５０】
周波数ｆ１、ｆ２の和信号をゲートから、電力−１０ｄＢｍのベースバンド周波数の信号をバイアス回路２０から注入し、３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図６にベースバンド周波数の信号の注入の有無をパラメータとしたときの出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。
【００５１】
ベースバンド周波数の信号を注入することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように、注入するベースバンド周波数の信号の振幅、位相を適当に選ぶことで、奇数次の非線形歪による相互変調歪を低減できることがわかる。
【００５２】
尚、本実施の形態３では、注入する信号電力を一定の値としたが、入力電力に応じて注入する電力を変化させてもよい。これにより、相互変調歪を低減できる電力範囲を拡大できる。また、注入に変調波のベースバンド周波数の信号源を用いたが、入力信号から変調波のベースバンド周波数の信号を作り出し、これを利用しても同様の効果が得られる。
【００５３】
この実施の形態３では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路２０に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００５４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００５５】
図７において、１は入力端子、２は入力整合回路、３、８はインダクタ、４、１２は電源、５はトランジスタ、１３はバイアス回路、１０は出力整合回路、１１は出力端子、１４、１５はコンデンサである。
【００５６】
また、同図において、１６はハイパスフィルタ、１８はバンドパスフィルタ、１９は内部インピーダンス５０オームの信号源、２１はバイアス回路である。
【００５７】
入力端子１から加えられた信号は、トランジスタ５で増幅される。このとき、変調波の２倍波の信号をバイアス回路２１からトランジスタ５に注入する。基本波は、出力端子１１に導かれ、出力される。
【００５８】
次に、この実施の形態４の動作について説明する。電力増幅装置の入力端子１に、隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号をトランジスタ５のゲートに入力し、バイアス回路２１から周波数ｆ１、ｆ２の２倍波を注入すると、トランジスタ５はゲートからの入力信号を変調し、２ｆ１−ｆ２や２ｆ２−ｆ１等の相互変調歪を発生させる。この相互変調歪は、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と同じ周波数に発生することから、バイアス回路２１から注入した２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器（トランジスタ５）の相互変調歪の振幅、位相を制御することが可能である。
【００５９】
周波数ｆ１、ｆ２の和信号をゲートから、電力−１０ｄＢｍの２倍波をバイアス回路２１から注入し、図７の回路に発生する３次の相互変調歪ＩＭ３を計算した。図８に２倍波注入の有無をパラメータとしたときの出力電力に対する３次の相互変調歪の計算結果を示す。
【００６０】
２倍波の信号を注入することで、相互変調歪の振幅、位相を制御できていることがわかる。また、トランジスタ５の奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように注入する２倍波の振幅、位相を適当に選ぶことで、相互変調歪を低減できることがわかる。
【００６１】
尚、本実施の形態４では、注入する信号電力を一定の値としたが、入力電力に応じて注入する電力を変化させてもよい。これにより、相互変調歪を低減できる電力範囲を拡大できる。また、注入に２倍波の信号源を用いたが、入力信号から変調波の２倍波の信号を作り出し、これを利用しても同様の効果が得られる。
【００６２】
この実施の形態４では、トランジスタ５の出力側のバイアス回路２１に対して本発明を適用していたが、入力側のバイアス回路１３に対して行っても同様な結果が得られる。
【００６３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００６４】
図９において、２２、２３は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２４は電力分配器、２５は電力合成器である。なお、電力増幅装置２２及び２３は、異なる実施の形態のものである。例えば、電力増幅装置２２は実施の形態１の電力増幅装置、電力増幅装置２３は実施の形態２の電力増幅装置である。
【００６５】
入力端子１から加えられた信号は、電力分配器２４により分配され、電力増幅装置２２、２３に導かれる。電力増幅装置２２、２３で増幅後、電力合成器２５で電力合成され、出力端子１１に出力される。
【００６６】
次に、この実施の形態５の動作について説明する。隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力端子１に入力し、上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置２２、２３で増幅する。この時、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００６７】
図１０に、相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２２（ａｍｐ−Ａ）を２台並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ａ）と、相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２３（ａｍｐ−Ｂ）を２台並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ｂ＋ａｍｐ−Ｂ）の出力電力に対する相互変調歪（太い点線と細い点線）を示す。
【００６８】
また、本実施の形態５に係る、電力増幅装置２２（ａｍｐ−Ａ）と電力増幅装置２３（ａｍｐ−Ｂ）を並列接続した電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ｂ）の出力電力に対する相互変調歪（実線）も図１０に示す。
【００６９】
電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ｂ）の計算結果から、ａｍｐ−Ａ、Ｂで発生する相互変調歪が互いに逆相になるように、ベースバンド信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、電力増幅装置（ａｍｐ−Ａ＋ａｍｐ−Ａ）や電力増幅装置（ａｍｐ−Ｂ＋ａｍｐ−Ｂ）のように同種の電力増幅装置を組み合わせたものよりも相互変調歪を低減できることがわかる。
【００７０】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００７１】
図１１において、２２、２３は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２４は電力分配器、２６、２７は指向性アンテナである。なお、電力増幅装置２２及び２３は、異なる実施の形態のものである。
【００７２】
入力端子１から加えられた信号は、電力分配器２４により分配され、電力増幅装置２２、２３に導かれる。電力増幅装置２２、２３で増幅後、指向性アンテナ２６、２７で空間に放射され、空間で電力合成される。
【００７３】
次に、この実施の形態６の動作について説明する。隣接した周波数ｆ１、ｆ２の和信号を入力端子１に入力し、実施の形態１〜４の電力増幅装置２２、２３で増幅する。この時、ベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで、増幅器で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００７４】
図１２に、ベースバンド周波数に対するバイアス回路のインピーダンスを制御することで相互変調歪の振幅、位相を制御した電力増幅装置２２、２３（ａｍｐ−Ａ、ａｍｐ−Ｂ）の入力電力に対する基本波及び相互変調歪の位相を示す。基本波は、ａｍｐ−Ａ、Ｂでほぼ同じ位相であるのに対し、相互変調歪は約１５度ほど位相がずれていることから、空間に放射された相互変調波の等位相面は、基本波の等位相面に対して１５度ほど左右に傾く事がわかる。これより、基本波はアンテナから正面方向に放射されるのに対し、相互変調歪は正面から左右に１５度ほどずれた方向に放射されることがわかる。よって、アンテナ正面では相互変調歪を低減する事ができる。
【００７５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置について図面を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【００７６】
図１３において、２８は上記の実施の形態１〜４のいずれかの電力増幅装置、２９は電力増幅器である。
【００７７】
次に、この実施の形態７における動作について説明する。入力端子１から加えられた信号は、電力増幅装置２８においてベースバンド周波数の信号の振幅、位相や２倍波の振幅、位相を制御することで相互変調歪を発生させ、増幅器２９で発生する相互変調歪の振幅、位相を制御する。
【００７８】
ここで、増幅器２９で発生する歪と逆相の歪を電力増幅装置２８で発生させた場合、増幅器２９の相互変調歪を低減できる。この時、電力増幅装置２８は増幅器２９の歪補償回路として動作している。これより、上記の実施の形態１〜４の電力増幅装置は、歪補償回路としての動作も期待できる。
【００７９】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る電力増幅装置は、以上説明したとおり、入力端子から加えられた変調波信号を増幅するトランジスタと、前記入力端子と前記トランジスタのゲートの間に接続された入力整合回路と、前記トランジスタのゲートに接続された第１のバイアス回路と、前記トランジスタのドレインと出力端子の間に接続された出力整合回路、前記トランジスタのドレインに接続された第２のバイアス回路とを備え、前記第１のバイアス回路は、前記トランジスタのゲートに接続された第１のインダクタ及び第１の電源の第１の直列回路を含むとともに、前記第２のバイアス回路は、前記トランジスタのドレインに接続された第２のインダクタ及び第２の電源の第２の直列回路と、前記第２の直列回路と並列に接続されたローパスフィルタ及びインピーダンス回路の第３の直列回路とを含み、隣接した第１及び第２の周波数の和信号を前記入力端子に入力すると、前記トランジスタの偶数次の非線形性により前記第１及び第２の周波数の差信号であるベースバンド周波数の信号が前記第２のバイアス回路の前記ローパスフィルタを通過後、前記インピーダンス回路に導かれ、前記第２のバイアス回路のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させて、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように前記ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御するので、問題となるトランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態４に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５に係る電力増幅装置の出力電力に対する３次の相互変調歪の関係を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６に係る電力増幅装置の入力電力に対する基本波及び相互変調歪の位相を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態７に係る電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１４】 従来の電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１５】 従来の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【図１６】 従来の別の他の電力増幅装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 入力端子、２ 入力整合回路、３ インダクタ、４ 電源、５ トランジスタ、６ バイアス回路、７ ローパスフィルタ、８ インダクタ、９ インピーダンス回路、１０ 出力整合回路、１１ 出力端子、１２ 電源、１３ バイアス回路、１４ コンデンサ、１５ コンデンサ、１６ ハイパスフィルタ、１７ バイアス回路、１８ バンドパスフィルタ、１９ 信号源、２０ バイアス回路、２１ バイアス回路、２２、２３ 電力増幅装置、２４ 電力分配器、２５ 電力合成器、２６、２７ 指向性アンテナ、２８ 電力増幅装置、２９ 電力増幅器。
Claims (1)
- 入力端子から加えられた変調波信号を増幅するトランジスタと、
前記入力端子と前記トランジスタのゲートの間に接続された入力整合回路と、
前記トランジスタのゲートに接続された第１のバイアス回路と、
前記トランジスタのドレインと出力端子の間に接続された出力整合回路、
前記トランジスタのドレインに接続された第２のバイアス回路とを備え、
前記第１のバイアス回路は、
前記トランジスタのゲートに接続された第１のインダクタ及び第１の電源の第１の直列回路を含むとともに、
前記第２のバイアス回路は、
前記トランジスタのドレインに接続された第２のインダクタ及び第２の電源の第２の直列回路と、
前記第２の直列回路と並列に接続されたローパスフィルタ及びインピーダンス回路の第３の直列回路とを含み、
隣接した第１及び第２の周波数の和信号を前記入力端子に入力すると、前記トランジスタの偶数次の非線形性により前記第１及び第２の周波数の差信号であるベースバンド周波数の信号が前記第２のバイアス回路の前記ローパスフィルタを通過後、前記インピーダンス回路に導かれ、前記第２のバイアス回路のベースバンド周波数に対するインピーダンスを変化させて、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪と逆相になるように前記ベースバンド周波数の信号の振幅、位相を制御することで、前記トランジスタの奇数次の非線形歪によって発生する相互変調歪を低減する
ことを特徴とする電力増幅装置。
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