JP4259143B2

JP4259143B2 - フィードフォワード増幅器

Info

Publication number: JP4259143B2
Application number: JP2003061683A
Authority: JP
Inventors: 克弘岡崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004274347A

Description

【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、特に出力信号に含まれる歪成分を検出して歪成分が最小になるように制御するフィードフォワード増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話の基地局用無線装置に使用される高周波増幅器としては、伝送する信号の多値化、マルチキャリア化および高出力化に対応して非直線歪を改善でき、また基地局の低消費電力化を図ることが要求されている。
【０００３】
特にＣＤＭＡ信号のようなピークファクタの大きな信号を増幅する場合は、高出力レベルにおいて強力な歪補償が可能なフィードフォワード増幅器が用いられている。
【０００４】
一般にフィードフォワード増幅器は、入力信号を増幅するための主増幅器と、この主増幅器において発生する歪成分を抽出する歪抽出手段と、この歪抽出手段が抽出した歪成分を増幅する補助増幅器と、この補助増幅器の出力信号と主増幅器の出力信号とを合成して歪成分を相殺する合成手段と、この合成手段の出力信号に含まれる歪成分を検出する歪成分検出手段と、この歪成分検出手段の検出する歪成分が最小となるように主増幅器および補助増幅器の出力信号の位相・振幅を制御する制御手段とを備えている。
【０００５】
従来のフィードフォワード増幅器は、例えば図６に示すように、入力する高周波信号Ｓｉを分配器１により２分配し、一方を主増幅器２により増幅する。また、２分配した他方の高周波信号を遅延線路３により位相反転させて加算器６に供給すると共に、主増幅器２の出力信号の一部を方向性結合器５により分岐して加算器６に供給し加算することにより、主増幅器２において発生する歪成分を抽出する。ここで、分配器１と遅延線路３と方向性結合器５と加算器６とで歪抽出手段を構成する。
【０００６】
そして、抽出した歪成分を補助増幅器７により増幅して方向結合器１４に供給し、また、方向性結合器５を通過した増幅出力信号を遅延線路８により位相反転させて方向結合器１４に供給して合成することにより、主増幅器２の出力信号に含まれる歪成分を除去している。
【０００７】
ところで、歪成分を適正に除去するためには、出力信号Ｓｏに含まれる歪成分を検出して、歪成分が最小になるように位相・振幅を調整する必要がある。
【０００８】
このため、パイロット信号生成回路４により生成されるパイロット信号を主増幅器２の出力信号に付加し、出力信号Ｓｏの一部を方向性結合器１０により分岐し、検波回路１１によりパイロット信号（除去されなかったパイロット信号）のレベル、つまり出力信号Ｓｏに含まれる歪成分を検出して検出結果を制御回路１５へ送出する。
【０００９】
制御回路１５は、歪成分（パイロット信号の検波レベル）が最小になるように主増幅器２および補助増幅器７の出力信号の振幅および位相を制御している。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】
特開２０００−１８３６６０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、主増幅器の出力信号と補助増幅器の出力信号とを合成する方向結合器において、その結合度が固定されているので、主増幅器の出力信号に相加される補助増幅器の出力信号の比率は固定されている。
【００１１】
ところで、最適な状態で歪補償を行うためには、補助増幅器の飽和出力レベルに応じて結合度を調整する必要がある。しかし、補助増幅器に使用される増幅素子デバイスの特性バラツキ等により飽和出力レベルに差異が生じた場合、結合度が固定されているために最適な状態に調整することができない。
【００１２】
また、補助増幅器は歪成分を忠実に増幅する必要があり、比較的に飽和出力レベルの大きな増幅器を使用するので、消費電力が増大するという問題点がある。
【００１３】
本発明の目的は、最適状態で高精度の歪補償を行うことができ、また、補助増幅器の消費電力を低減できるフィードフォワード増幅器を提供することにある。
【００１４】
【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ための主増幅器と、この主増幅器において発生する歪成分を抽出する歪抽出手段と、この歪抽出手段が抽出した歪成分を増幅する補助増幅器と、この補助増幅器の出力信号と主増幅器の出力信号とを合成して歪成分を相殺する合成手段と、この合成手段の出力信号に含まれる歪成分を検出する歪成分検出手段と、この歪成分検出手段の検出する歪成分が最小となるように補助増幅器および主増幅器の出力信号の位相・振幅を制御する制御手段とを備えるフィードフォワード増幅器において、合成手段は、結合度を可変できる結合度可変型方向性結合器であり、制御手段は、歪成分検出手段の検出結果に基づき歪成分を最小に維持しながら結合度可変型方向性結合器の結合度が密になる方向に制御する。
【００１５】
上記構成のフィードフォワード増幅器において、前記補助増幅器へ供給する電源を制御する電源制御回路を具備し、前記制御手段は、前記歪成分検出手段の検出結果に基づき歪成分を最小に維持しながら前記結合度可変型方向性結合器の結合度が密になる方向に制御しつつ前記補助増幅器へ供給する電源電圧が低下する方向に前記電源制御回路を制御する。
【００１６】
また、歪抽出手段は、入力高周波信号を２分配して一方の信号を主増幅器へ出力すると共に他方の信号を遅延線路へ出力する分配器と、主増幅器の出力信号の一部を分岐する歪抽出用の方向性結合器と、この方向性結合器により分岐された信号と遅延線路を通過した信号とを加算して主増幅器で発生する歪成分を抽出する加算器とを有するようにしてもよい。
【００１７】
更に、歪成分検出手段は、合成手段の出力信号の一部を分岐する歪成分検出用の方向性結合器と、この方向性結合器の出力を受けて主増幅器の出力信号に付加されたパイロット信号のレベルを検出する検波回路とを有し、歪成分検出用の方向性結合器は結合度可変型方向性結合器であり、制御手段は、歪成分検出手段の検出結果に基づき歪成分検出用の方向性結合器の結合度を制御するようにしてもよい。
【００１８】
また更に、前記結合度可変型方向性結合器は、高周波信号が通過する１／４波長の主信号ストリップ線路と、この主信号ストリップ線路に平行に配置される１／４波長の結合ストリップ線路と、前記主信号ストリップ線路と前記結合ストリップ線路との間に接続される可変容量ダイオードと、前記結合ストリップ線路の一方端に接続される終端抵抗とを有している。また、前記可変容量ダイオードに代えて、高周波用ダイオードを使用してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態を示すブロック図であり、図６に示した従来例の構成要素と同じものには同一符号を付してある。
【００２１】
図１において、入力する高周波信号Ｓｉを２分配する分配器１と、２分配した一方の高周波信号を増幅する主増幅器２と、２分配した他方の高周波信号の位相反転させる遅延線路３と、主増幅器２の出力信号の一部を分岐する方向性結合器５と、この方向性結合器５により分岐された信号と遅延線路３を通過した信号とを加算して主増幅器２で発生する歪成分を抽出する加算器６と、
抽出した歪成分を増幅する補助増幅器７と、方向性結合器５を通過した主増幅器２の出力信号の位相を反転させる遅延線路８と、この遅延線路８を通過した信号と補助増幅器７の出力信号とを合成することにより主増幅器２の出力信号に含まれる歪成分を除去する結合度可変型方向性結合器９と、
出力信号Ｓｏに含まれる歪成分を監視するために主増幅器２の出力信号に付加するパイロット信号を生成するパイロット信号生成回路４と、出力信号Ｓｏの一部を分岐する方向性結合器１０と、方向性結合器１０の出力を受けてパイロット信号（除去されなかったパイロット信号）のレベル、つまり出力信号Ｓｏに含まれる歪成分を検出する検波回路１１と、補助増幅器７へ供給する電源を制御する電源制御回路１２と、
検波回路１１の検出結果に基づき主増幅器２、補助増幅器７、結合度可変型方向性結合器９および電源制御回路１２をそれぞれ制御する制御回路１３とを備えている。
【００２２】
制御回路１３は、検波回路１１により検出されるパイロット信号のレベル（出力信号Ｓｏに含まれる歪成分）に基づき、出力信号Ｓｏに含まれる歪成分が最小となるように、また、補助増幅器７の消費電力を低減させるように、主増幅器２および補助増幅器７の出力信号の振幅・位相および結合度可変型方向性結合器９の結合度をそれぞれ制御すると共に、電源制御回路１２の出力電圧を制御する。
【００２３】
結合度可変型方向性結合器９は、例えば図２に示すように、高周波信号が通過する１／４波長の主信号ストリップ線路２１と、主信号ストリップ線路２１に平行に配置される１／４波長の結合ストリップ線路２２と、主信号ストリップ線路２１と結合ストリップ線路２２との間に接続される可変容量ダイオード２３と、結合ストリップ線路２２の一方端に接続される終端抵抗２４とを有している。
【００２４】
ここで、補助増幅器７の出力信号は、結合ストリップ線路２２の入力端から終端抵抗２４に向けて供給される。また、遅延線路８を通過した主増幅器２の出力信号は、主信号ストリップ線路２１の入力端から出力端へ向けて伝送する。
【００２５】
結合ストリップ線路２２から主信号ストリップ線路２１へ分岐する信号量（結合度）は、１／４波長のストリップ線路により主に決定されるが、主信号ストリップ線路２１および結合ストリップ線路２２の中央に接続される可変容量ダイオード２３のバイアス電圧を制御することにより微調整できる
図３は、結合度可変型方向性結合器９の出力端における補助増幅器７の飽和出力レベルと結合度との関係の一例を示すグラフである。なお、増幅器の飽和出力レベルとは、歪の発生しない最大出力レベルである。
【００２６】
ここで、補助増幅器７の飽和出力レベルは＋４９ｄＢｍであり、例えば結合度が１５（ｄＢ）であれば、方向性結合器の出力端における補助増幅器７の飽和出力レベルは、４９−１５＝＋３４ｄＢｍとなり、結合度を密にすれば（ｄＢ値を小さくすれば）、出力端における補助増幅器７の飽和出力レベルは等価的に上昇することになる。
【００２７】
このように結合度可変型方向性結合器９の結合度を密にすることにより、出力端における補助増幅器７の飽和出力レベルを等価的に上昇でき、その分だけ補助増幅器７の飽和出力レベルを低下させることができるので、例えば補助増幅器７のＦＥＴ増幅素子に印加するドレイン電圧等を低下させて消費電力を低減することが可能となる。
【００２８】
図４は、主増幅器２および補助増幅器７の出力を結合度可変型方向性結合器９にそれぞれ供給した場合、出力端における総合飽和出力レベルと結合度との関係の一例を示すグラフである。
【００２９】
ここで、主増幅器２の飽和出力レベルは５５ｄＢｍであり、補助増幅器７の飽和出力レベルを＋５０ｄＢｍ，＋４９ｄＢｍ，＋４８ｄＢｍとした場合を示している。
【００３０】
結合度を密（ｄＢ値を小さく）する方向に変化させたとき、最初は補助増幅器７の出力の影響で飽和出力レベルが上昇するが、結合度がある値を超えて密になると主増幅器２の出力に対する通過損失が増大し、総合飽和出力レベルが等価的に低下する。このため、結合度の調整に際し、主増幅器２の出力に対して通過損失の影響が生じない範囲内にする必要がある。
【００３１】
ところで、ＣＤＭＡ信号のようなピークファクタの大きな信号を増幅する場合は、通常、飽和出力レベルよりも１０ｄＢ程度低いレベルで使用するように設定している。なお、飽和出力レベルと使用レベルとの比率（ｄＢ値）をバックオフ量と呼んでいる。
【００３２】
図５は、結合度の変化に対する総合バックオフ量の一例を示すグラフである。
【００３３】
図４に示したグラフとの相違点は縦軸スケールが総合バックオフ量になっている点である。
【００３４】
図５に示したように、結合度可変型方向性結合器９の結合度を調整することにより総合バックオフ量が変化するので、補助増幅器７の飽和出力レベルにバラツキがある場合でも所定の総合バックオフ量を確保できるように調整可能である。
【００３５】
次に制御回路１３の動作を説明する。
【００３６】
制御回路１３は、まず、結合度可変型方向性結合器９の可変容量ダイオードのバイアス電圧を制御することにより、結合度を所定の初期値に設定する。例えば、図５における結合度１５ｄＢを初期値として設定する。
【００３７】
そして、検波回路１１により検出されるパイロット信号のレベル、つまり歪成分のレベルに基づき、従来のフィードフォワード増幅器と同様に歪成分が最小になるように、主増幅器２および補助増幅器７の内部にそれぞれ設けられた位相調整回路、振幅調整回路を制御する。
【００３８】
また、歪成分を最小に維持しながら、結合度可変型方向性結合器９の結合度が密になる方向に制御すると共に、電源制御回路１２の出力電圧が低下する方向、つまり補助増幅器７の飽和出力レベルが低下する方向に制御する。そして、結合度の調整範囲内において歪成分が最小になり、且つ、補助増幅器７の消費電力を低減させた最適状態に制御する。
【００３９】
このようにすることにより、特に主増幅器で発生する歪成分レベルが小さい場合、結合度を密にすることで補助増幅器の供給電圧を低下させても歪成分を補償できるので、補助増幅器７の消費電力を低減できる。また、補助増幅器の飽和出力レベルにバラツキがあって、所定の総合バックオフ量を確保できるように制御できる。
【００４０】
本発明の他の実施例として、歪成分検出のために出力信号Ｓｏの一部を分岐する方向性結合器１０に結合度可変型の方向性結合器を使用してもよい。
【００４１】
この場合は、結合度を制御して検波回路１１に入力する信号レベルを増減することにより、等価的に歪成分の検出ダイナミックレンジを拡大できるので、歪成分が少ないときでも高精度の歪補償が可能となる。
【００４２】
また、本発明の他の実施例として、入力高周波信号Ｓｉを２分配する分配器１に代えて、結合度可変型の方向性結合器を使用してもよい。
【００４３】
この場合は、加算器６へ供給する線形信号ルートの信号レベルを可変できるので、最適な歪補償を行うことができる。
【００４４】
なお、結合度可変型方向性結合器の構成としては、ストリップ線路間に接続する可変容量ダイオードに代えて高周波用ダイオードを使用してバイアス電圧を制御しても、同様に結合度を微調整することができる。
【００４５】
また、可変容量ダイオードあるいは高周波用ダイオードを複数並列に接続することにより、調整範囲を拡大することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主増幅器および補助増幅器の出力信号を合成して歪成分を除去する方向性結合器として、結合度を微調整できる結合度可変型方向性結合器を使用することにより、高精度の歪み補償および補助増幅器の消費電力低減を実現できる。
【００４７】
また、出力信号に含まれる歪成分をモニタするための方向性結合器として結合度可変型の方向性結合器を使用することにより、歪成分の検出ダイナミックレンジを拡大でき、高精度の歪補償を最適状態で行うことができる。
【００４８】
更に、入力高周波信号を２分配する分配器に代えて、結合度可変型方向性結合器を使用することにより、分配する信号レベルの調整範囲を拡大でき、最適な歪補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した結合度可変型方向性結合器９の構成例を示す図である。
【図３】図１に示した結合度可変型方向性結合器９の出力端における補助増幅器７の飽和出力レベルと結合度との関係の一例を示すグラフである。
【図４】図１に示した結合度可変型方向性結合器９の出力端における主増幅器２および補助増幅器７の総合飽和出力レベルと結合度との関係の一例を示すグラフである。
【図５】図１に示した結合度可変型方向性結合器９の出力端における結合度に対する総合バックオフ量の一例を示すグラフである。
【図６】従来のフィードフォワード増幅器の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１分配器
２主増幅器
３，８遅延線路
４パイロット信号生成回路
５，１０方向性結合器
６加算器
７補助増幅器
９結合度可変型方向性結合器
１１検波回路
１２電源制御回路
１３制御回路

Claims

入力信号を増幅するための主増幅器と、この主増幅器において発生する歪成分を抽出する歪抽出手段と、この歪抽出手段が抽出した歪成分を増幅する補助増幅器と、この補助増幅器の出力信号と前記主増幅器の出力信号とを合成して歪成分を相殺する合成手段と、この合成手段の出力信号に含まれる歪成分を検出する歪成分検出手段と、この歪成分検出手段の検出する歪成分が最小となるように前記補助増幅器および前記主増幅器の出力信号の位相・振幅を制御する制御手段とを備えるフィードフォワード増幅器において、
前記合成手段は、結合度を可変できる結合度可変型方向性結合器であり、前記制御手段は、前記歪成分検出手段の検出結果に基づき歪成分を最小に維持しながら前記結合度可変型方向性結合器の結合度が密になる方向に制御することを特徴とするフィードフォワード増幅器。
請求項１記載のフィードフォワード増幅器は、さらに、前記補助増幅器へ供給する電源を制御する電源制御回路を具備し、前記制御手段は、さらに、前記補助増幅器へ供給する電源電圧が低下する方向に前記電源制御回路を制御することを特徴とする請求項１記載のフィードフォワード増幅器。
前記歪抽出手段は、入力高周波信号を２分配して一方の信号を前記主増幅器へ出力すると共に他方の信号を遅延線路へ出力する分配器と、前記主増幅器の出力信号の一部を分岐する歪抽出用の方向性結合器と、この方向性結合器により分岐された信号と前記遅延線路を通過した信号とを加算して前記主増幅器で発生する歪成分を抽出する加算器とを有することを特徴とする請求項１記載のフィードフォワード増幅器。
前記歪成分検出手段は、前記合成手段の出力信号の一部を分岐する歪成分検出用の方向性結合器と、この方向性結合器の出力を受けて前記主増幅器の出力信号に付加されたパイロット信号のレベルを検出する検波回路とを有し、前記歪成分検出用の方向性結合器は結合度可変型方向性結合器であり、前記制御手段は、前記歪成分検出手段の検出結果に基づき前記歪成分検出用の方向性結合器の結合度を制御することで、前記検波回路に入力される前記パイロット信号レベルを増減させることを特徴とする請求項１または２に記載のフィードフォワード増幅器。
前記結合度可変型方向性結合器は、高周波信号が通過する１／４波長の主信号ストリップ線路と、この主信号ストリップ線路に平行に配置される１／４波長の結合ストリップ線路と、前記主信号ストリップ線路と前記結合ストリップ線路との間に接続される可変容量ダイオードと、前記結合ストリップ線路の一方端に接続される終端抵抗とを有していることを特徴とする請求項１乃至４に記載のフィードフォワード増幅器。
前記可変容量ダイオードに代えて、高周波用ダイオードを使用することを特徴とする請求項５記載のフィードフォワード増幅器。