JP4256690B2

JP4256690B2 - 歪補償電力増幅器

Info

Publication number: JP4256690B2
Application number: JP2003034249A
Authority: JP
Inventors: 信隆大口
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004247878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歪補償電力増幅器、特に高周波電力増幅用の主増幅器にて発生した歪電力を効果的に除去して広帯域に亘り良好な線形性を持った歪補償電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地上波デジタルテレビジョン放送やデジタル移動体通信等の通信システムにおいては、送信回路として高周波電力増幅用の増幅器が用いられ、この電力増幅器としては広い周波数帯域に亘り良好な線形特性を有する増幅器が要求されている。
【０００３】
従来、このような高周波電力増幅器として、一般的な増幅回路を用いると、入力電力、入力周波数、周囲温度或いは経時変化などによって通過利得、位相が変化してしまうという問題があった。
【０００４】
従来において、一般的な負帰還電力増幅回路を用いると、歪信号ばかりでなく本線信号も負帰還されるために、必要な本線信号利得が下がってしまい、増幅効率が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
また、従来の改良された増幅回路としてプリディストーション回路が知られているが、この場合にも、プリディストータと主増幅器の電力、周波数或いは温度、経時変化などの特性を一致させることができないという問題があり、安定した歪補償を行えないという問題があった。
【０００６】
さらに、従来において、フィードフォワード電力増幅器を用いる装置も各種提案されているが、回路が複雑かつ大型となり、さらに補助増幅器での電力損失などにより電力効率が劣化するという問題があった。
【０００７】
本発明はフィードバック型電力増幅器によって歪補償を行う増幅器の改良であり、この種の装置としては、下記特許文献１に記載のものがあったが、この従来装置では正帰還系と負帰還系の両者を組み合わせた複雑な回路構成となっており、その結果負帰還利得を十分に大きくすることができないために、主増幅器の歪みを十分に抑圧することができないという問題があった。
【０００８】
【引用文献１】
特開２００２−２７１１５０図１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の一般的な電力増幅器においては、主増幅器の入力電力、入力周波数、周囲温度或いは経時変化によって通過利得及び位相が変化してしまい、例えば通信システムにおけるアダプティブアンテナ、例えばフェーズドアレイアンテナに用いられる電力増幅器として良好な特性を得ることができないという問題があった。
【００１０】
また、従来においては、簡単で小型化可能な回路により効率のよい電力増幅を行うことができず、また歪み除去を行う際に本線信号の利得も低下してしまうという大きな問題が生じていた。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決することを課題としてなされたものであり、簡単な回路構成で、小型でありながら、歪電力のみを効果的に除去して全体の電力効率を著しく低下させることなく歪補償を行うことのできる改良された電力増幅器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、主線路に設けられた主増幅器への入力信号の一部を参照信号として分岐する分岐手段と、主増幅器の出力信号の一部と参照信号とを逆位相で結合して歪信号を出力する第１結合手段と、歪信号を増幅する歪増幅器と、増幅された歪信号を主増幅器の上流側の主線路に逆位相で注入する第２結合手段と、主増幅器の出力信号の一部と歪信号の一部とを抽出して直交復調し、Ｉ、Ｑ直交信号を出力する直交復調器と、主線路の主増幅器上流に設けられ、第１結合手段から出力される歪信号が小さくなるよう、直交復調器が出力するＩ、Ｑ直交信号に基づいて、主線路の利得および位相推移量を調整するベクトル調整器と、を含み、主増幅器から出力される歪電力を除去することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る歪補償電力増幅器においては、分岐手段は、４つの端子を備え、４つの端子のうち１つが終端インピーダンスで終端された９０°分配器であることが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る歪補償が行われる電力増幅器の概略構成が示されている。主線路１０に設けられた主増幅器１２には入力端子１４から高周波信号が供給され、主増幅器１２によって増幅された後、出力端子１６から後段の回路例えば出力フィルタやアンテナに供給される。周知のように、主増幅器１２には、通常ある程度の非線形特性があり、例えばデジタル地上波テレビジョン放送で使用予定のＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式などのように多数のキャリアを小さな周波数間隔で並べる多重化方式を採用する場合、主増幅器１２の非線形特性により、キャリア同士の相互変調が生じ、その結果歪みが発生することが知られている。
【００１６】
このような歪みを補償するため、本実施形態においては主増幅器１２への入力信号の一部を分岐して参照信号とする参照路２０を有し、この参照信号と主線路の出力信号とから歪信号を求め、これを主線路の主増幅器１２上流側に注入することによって主増幅器１２により生じた歪みの補償が行われる。
【００１７】
図１において、入力端子１４の後段には分岐手段２２が設けられ主増幅器１２への入力信号の一部が参照信号として参照路２０に分岐される。
【００１８】
実施形態において、分岐手段２２は９０度分配器からなり、その開放端子には信号入出力に使用しない端子を終端するためのインピーダンスすなわちダミーロードＲが接続されている。分配器２２は、０度分配器や方向性結合器などでもよい。
【００１９】
前述した出力端子１６の上流には第一方向結合器２４が設けられており、主増幅器１２の出力信号の一部と前記参照路２０に分岐された参照信号とが逆位相で結合され、Ａ点において歪信号が出力される。
【００２０】
すなわち、図１において、経路１４−２２−３０−２８−１２−１０−２４−Ａと経路１４−２２−２０−２４−Ａとは両者の通過利得を等しくかつ逆位相とすることによって、Ａ点には、主増幅器１２の歪成分のみが歪信号として取り出されることとなる。
【００２１】
そして、この歪信号は歪増幅器２６によって増幅され、Ｂ点においてこの増幅された歪信号が主増幅器１２の上流側の主線路１０に逆位相で注入される。実施形態において、この注入は第２結合手段２８によって行われる。
【００２２】
以上のように、端子Ａで得られた主増幅器１２の歪信号がフィードバック系の歪増幅器２６によって増幅され逆位相で主増幅器１２上流に注入されることにより、主増幅器の歪成分を確実に抑圧することができ、これによって主増幅器１２の歪特性を著しく改善することができる。
【００２３】
本発明によれば、本線信号は主増幅器１２にフィードバックされないので、本線信号の利得が低下することがなく、増幅器の効率を良好に維持することが可能となる。
【００２４】
もちろん、本発明において主増幅器１２は図示した一段型でもあるいは多段構成とすることも可能である。
【００２５】
本発明によれば、フィードバック系に用いる歪増幅器２６は主増幅器１２の歪電力のみを増幅し、かつこれを主線路の主増幅器１２の上流側に注入するため、この注入分は主増幅器１２によっても増幅され、この結果フィードバック系の歪増幅器は小電力の増幅器でよく、従来のフィードフォワード電力増幅器に比べて高効率で小型化が可能な歪補償電力増幅器を得ることが可能となる。
【００２６】
なお、図１に示すとおり、主線路１０の主増幅器１２上流にはベクトル調整器３０が設けられており、主線路における利得、位相を入力電力、入力周波数、周囲温度或いは経時変化に対して同期検波方式やパイロット制御方式などによって自動的に制御することが可能である。したがって、主増幅器１２の入力端子１４から出力端子１６までの通過利得及び位相を前述した入力電力、入力周波数、周囲温度或いは経時変化に対して常に安定させることが可能となる。この通過利得、位相の安定化は、フィードバック路のベクトル調整器３２、歪増幅器２６（第２結合手段２８）が無くてもよい。
【００２７】
図１から明らかなように、本実施形態においてはフィードバック系にもベクトル調整器３２が設けられている。
【００２８】
図２には、図１に示した概略構成をさらに詳細に示した本発明の他の実施形態が示されており、図１と同一或いは対応する部材には符号に１００を加えて示し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
入力端子１１４から入力された主線路１１０の主信号Ｓ１は第１分岐手段１２２によって主線路の信号Ｓ２と参照路１２０の信号Ｓ３とに分岐される。
【００３０】
主線路１１０の信号Ｓ２は後述するベクトル調整器１３０および加算器からなる第２結合手段１２８を介して主増幅器１１２に供給され、所望の増幅作用が行われる。
【００３１】
主増幅器１１２の出力はさらに第１結合手段１２４によって後述する参照信号と逆位相で結合される。
【００３２】
このために、第１結合手段１２４は第２分岐手段１３１及び減算器１３２を含み、第２分岐手段１３１は主増幅器１１２の出力信号を主線路信号Ｓ４と結合信号Ｓ５に分岐する。
【００３３】
そして、前述した分岐手段１２２によって分岐された信号Ｓ３は参照路１２０の遅延線を介して参照信号として第１結合手段１２４の減算器１３２へ供給される。
【００３４】
したがって、減算器１３２からは、主増幅器１１２の出力信号の一部から参照信号を減算した歪信号を出力することとなる。
【００３５】
本実施形態において、直交復調されたＩ、Ｑ信号は主線路１１０のベクトル調整器１３０へ供給され、主線路１１０の利得と位相を制御する。これによって、歪信号の抽出を自動で行うことができる。この歪信号は図１と同様に主増幅器１１２の上流に注入され、主増幅器の歪電力を除去している。
【００３６】
すなわち、減算器１３２の出力である歪信号Ｅ１は第３分岐手段１３４によって、主線路１１０への注入用の信号Ｅ３とＩ、Ｑ直交復調用の信号Ｅ２とに分岐される。
【００３７】
前述した歪信号Ｅ３は位相器１３６を介して歪増幅器１２６に供給され、所望の利得制御が行われた後主線路１１０の主増幅器１１２上流に設けられた加算器からなる第２結合手段１２８に供給され、所望の歪補償が行われる。
【００３８】
一方、図２において特徴的なことは、前述した第３分岐手段の出力Ｅ２が直交復調器１３８において、主線路１１０から取り出された主信号成分と直交復調されることである。
【００３９】
すなわち、主線路１１０において、第１結合手段１２４の下流に設けられた第４分岐手段１４０においては、主線路１１０の信号が出力端子１１６への信号Ｓ６と分岐信号Ｓ７とに分岐され、この主線路成分Ｓ７が前述した直交復調器１３８に供給される。また、第４分岐手段１４０は主増幅器１１２の直後に配置してもよい。
【００４０】
したがって、直交復調器１３８からは歪信号に残留した主信号成分がなくなるようにＩ、Ｑ直交信号が出力される。そして、これらのＩ、Ｑ直交信号はそれぞれＩ増幅器１４２およびＱ増幅器１４４を介してベクトル調整器１３０に供給される。
【００４１】
したがって、このようなＩ、Ｑ直交信号によるベクトル調整によって、第１結合手段１２４の減算器１３２へ供給される主線路１１０からの分岐信号Ｓ５と参照路１２０からの参照信号Ｓ３とは同振幅かつ逆位相となるように制御される。したがって、分岐手段１２２、参照路１２０、第１結合手段１２４、第４分岐手段１４０の通過利得及び位相が一定であれば入力端子１１４と出力端子１１６間の通過利得及び位相は常に一定に保たれることになる。なお、通過利得及び位相の安定化は、位相器１３６、歪増幅器１２６（第２結合手段１２８）が無くてもよい。
【００４２】
前述した図１と同様に、図２の実施形態においても、歪信号を第２結合手段１２８を構成する加算器によって主線路１１０に注入する経路は負帰還経路となるように位相器１３６の位相量が設定されており、この結果、負帰還利得が大きいほど主増幅器１１２の歪みを抑圧することができる。
【００４３】
以上のように本発明によれば、主線路１１０に設けられた主増幅器１１２の歪成分のみを除去することができ、主成分に対して負帰還がかかることがないので、主信号の利得を抑圧することはないという効果を得ることができる。
【００４４】
また、入出力間の通過利得と位相を、入力電力、入力周波数、周囲温度、あるいは経時変化などに対して一定とすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で歪成分を除去することができ、主線路の通過利得及び位相を安定化可能である。
【００４６】
また、本線信号成分は負帰還されないので、増幅効率を低下することがないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す詳細な回路図である。
【符号の説明】
１０，１１０主線路、１２，１１２主増幅器、１４，１１４入力端子、１６，１１６出力端子、２０，１２０参照路、２２，１２２,１３１分岐手段、２４，１２４第１結合手段、２６，１２６歪増幅器、２８，１２８第２結合手段、３０，１３０ベクトル調整器。

Claims

主線路に設けられた主増幅器への入力信号の一部を参照信号として分岐する分岐手段と、
主増幅器の出力信号の一部と参照信号とを逆位相で結合して歪信号を出力する第１結合手段と、
歪信号を増幅する歪増幅器と、
増幅された歪信号を主増幅器の上流側の主線路に逆位相で注入する第２結合手段と、
主増幅器の出力信号の一部と歪信号の一部とを抽出して直交復調し、Ｉ、Ｑ直交信号を出力する直交復調器と、
主線路の主増幅器上流に設けられ、第１結合手段から出力される歪信号が小さくなるよう、直交復調器が出力するＩ、Ｑ直交信号に基づいて、主線路の利得および位相推移量を調整するベクトル調整器と、
を含み、
主増幅器から出力される歪電力を除去することを特徴とする歪補償電力増幅器。
請求項１に記載の歪補償電力増幅器において、
分岐手段は、
４つの端子を備え、４つの端子のうち１つが終端インピーダンスで終端された９０°分配器であることを特徴とする歪補償電力増幅器。