JP4558155B2 - 増幅装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪検出ループにより入力した信号を主増幅回路で増幅するとともに当該主増幅回路で発生した歪成分を検出し、歪除去ループにより当該歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号を用いて前記主増幅回路の増幅信号から歪成分を除去する増幅装置に関し、特に、高レベルの信号が入力された場合であっても歪除去の性能劣化を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
信号を増幅器（主増幅回路）で増幅する増幅装置では、例えば信号を増幅器で増幅するときに発生する相互変調歪や雑音等といった歪成分を増幅信号から除去すること（歪補償）を行うために、歪検出ループや歪除去ループから成る歪補償回路を備える場合がある。
図３には、このような増幅装置の一例として、歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。
【０００３】
同図に示した増幅装置には、３つの方向性結合器（第１方向性結合器〜第３方向性結合器）１、５、９と、２つのベクトル調整器（第１ベクトル調整器、第２ベクトル調整器）２、７と、主増幅回路３と、２つの遅延線（第１遅延線、第２遅延線）４、６と、補助増幅回路８と、制御回路１０と、前段増幅回路１１とが備えられており、この増幅装置では以下に示すように、例えば増幅対象となるマイクロ波帯の多周波信号（マルチトーン）を前段増幅回路１１により入力し、当該信号を主増幅回路３で増幅等した後に第３方向性結合器９から出力する。
【０００４】
前段増幅回路１１は、信号を増幅する増幅器から構成されており、入力した多周波信号を増幅して第１方向性結合器１へ出力する。
第１方向性結合器１は、例えば１つの入力端と２つの出力端とを有しており、前段増幅回路１１から出力された増幅信号を入力端から入力する一方、入力した信号を２つの信号に分配して、分配した各信号を各出力端からそれぞれ第１ベクトル調整器２と第１遅延線４へ出力する。
【０００５】
第１ベクトル調整器２は、例えば後述する制御回路１０による制御に従って信号の振幅や位相を調整する機能を有しており、第１方向性結合器１から入力された信号の振幅や位相を調整して、当該信号を主増幅回路３へ出力する。なお、振幅や位相の調整の仕方については後述する。
【０００６】
主増幅回路３は、信号を増幅する増幅器から構成されており、第１ベクトル調整器２から入力された信号を増幅して第２方向性結合器５へ出力する。ここで、主増幅回路３から出力される増幅信号には、例えば入力された多周波信号を増幅する際に発生した相互変調歪や雑音等といった歪成分が含まれる。
第１遅延線４は、信号を伝送する機能を有しており、第１方向性結合器１から入力された信号を伝送して第２方向性結合器５へ出力する。
【０００７】
第２方向性結合器５は、例えば２つの入力端と２つの出力端とを有しており、一方の入力端には上記した主増幅回路３から出力された増幅信号が入力され、他方の入力端には上記した第１遅延線４から出力された信号が入力される。そして、第２方向性結合器５は、前記一方の入力端から入力した増幅信号（の所定の割合分）を一方の出力端から第２遅延線６へ出力するとともに、当該増幅信号（の残りの割合分）と前記他方の入力端から入力した信号とを加算して得られる信号を他方の出力端から第２ベクトル調整器７へ出力する。
【０００８】
ここで、第２方向性結合器５で加算される上記した２つの信号（すなわち、第２方向性結合器５に入力される２つの信号）は、上記した第１ベクトル調整器２での振幅位相調整等により逆相（すなわち、互いに位相が１８０°反転している状態）で加算されるように制御されており、これにより、上記した第２方向性結合器５の他方の出力端からは、例えば主増幅回路３で発生した増幅信号中の歪成分（歪成分信号）のみが検出されて第２ベクトル調整器７へ出力される。上記した第１ベクトル調整器２では、このような逆相加算が実現されるように振幅や位相の調整が行われる。
【０００９】
なお、図３に示した回路構成では、上記のように第１方向性結合器１と第２方向性結合器５との間の回路により主増幅回路３で発生した増幅信号中の歪成分を検出することが行われており、こうした歪検出を行う回路により歪検出ループが構成されている。
【００１０】
第２遅延線６は、信号を伝送する機能を有しており、第２方向性結合器５から入力された増幅信号を伝送して第３方向性結合器９へ出力する。
第２ベクトル調整器７は、例えば後述する制御回路１０による制御に従って信号の振幅や位相を調整する機能を有しており、第２方向性結合器５から入力された歪成分信号の振幅や位相を調整して、当該歪成分信号を補助増幅回路８へ出力する。なお、振幅や位相の調整の仕方については後述する。
補助増幅回路８は、信号を増幅する増幅器から構成されており、第２ベクトル調整器７から入力された歪成分信号を所望のレベルに増幅して第３方向性結合器９へ出力する。
【００１１】
第３方向性結合器９は、例えば２つの入力端と１つの出力端とを有しており、一方の入力端には上記した第２遅延線６から出力された増幅信号が入力され、他方の入力端には上記した補助増幅回路８から出力された歪成分信号が入力される。そして、第３方向性結合器９は、上記した２つの入力端から入力した増幅信号と歪成分信号とを加算して得られる信号を出力端から出力する。
【００１２】
ここで、第３方向性結合器９で加算される上記した２つの信号（すなわち、第３方向性結合器９に入力される２つの信号）は、上記した第２ベクトル調整器７での振幅位相調整等により逆相で加算されるように制御されており、これにより、上記した第３方向性結合器９の出力端からは、上記した第２遅延線６から入力された増幅信号中の歪成分が除去された信号が出力される。上記した第２ベクトル調整器７では、このような逆相加算が実現されるように振幅や位相の調整が行われる。また、上記した補助増幅回路８での歪成分の増幅は、例えば歪除去ループにより増幅信号中の歪成分がなるべく多く除去される程度に行われるのが好ましい。
【００１３】
なお、図３に示した回路構成では、上記のように第２方向性結合器５と第３方向性結合器９との間の回路により主増幅回路３から出力された増幅信号中の歪成分を除去することが行われており、こうした歪除去を行う回路により歪除去ループが構成されている。
【００１４】
制御回路１０は、上記した２つのベクトル調整器２、７を制御する機能を有しており、例えば上記した歪検出ループや歪除去ループでの逆相加算が最適に行われるように２つのベクトル調整器２、７での振幅調整値や位相調整値を自動的に設定する。なお、このような設定は、例えば歪検出ループにより検出される歪成分信号中に含まれる入力多周波信号のレベルを小さくする制御や、例えば歪除去ループから出力される歪除去後の増幅信号中に含まれる歪成分のレベルを小さくする制御により実現される。
【００１５】
以上のように、上記図３に示した増幅装置では、歪検出ループと歪除去ループとから成る歪補償回路を備え、歪検出ループでは前段増幅回路１１により増幅した入力多周波信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに当該増幅した信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出し、歪除去ループでは補助増幅回路８により増幅した前記歪成分信号と歪検出ループから出力された前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する。このような歪検出及び歪除去を行うことにより、上記した増幅装置では、入力した信号を主増幅回路で増幅して出力するに際して、当該主増幅回路で発生する相互変調歪等を出力信号から除去することができる。
【００１６】
なお、上記した歪検出ループや歪除去ループで２つの信号を逆相加算することにより不要な成分を抑圧（除去）する場合の抑圧量を図４を用いて概略的に示す。
同図には、上記したループの一つの一例を概略的に示してある。すなわち、分配器（入力側の方向性結合器）３１が抑圧対象となる信号を２つの信号（例えばそれぞれ電圧Ｖ０）に分配して、分配した一方の信号を結合器（出力側の方向性結合器）３３へ出力する一方、分配した他方の信号を位相反転回路３２を介して結合器３３へ出力し、結合器３３が入力した２つの信号を加算して出力するループを示してある。
【００１７】
ここで、例えば処理が必要とされる信号の周波数帯域におけるループの特性として、振幅偏差がｄ（デシベル：ｄＢ）であり、位相偏差がθ（度：゜）であるとすると、上記図４中に示したように、不要成分の抑圧量Ｋ（ｄＢ）は式１で示される。なお、式１中の”ｊ”は虚数部分を表している。また、具体例として、振幅偏差ｄが０．１ｄＢであり、位相偏差θが１゜である場合には、約４０ｄＢの抑圧量Ｋが確保される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ところで、上記図３に示したような増幅装置に多周波信号が入力される場合には、各周波数成分（各トーン）の信号の位相の重なりによって瞬時的にピーク電力が増加してしまうことや、また、各周波数成分の信号が変調波信号であるようなときには各周波数成分の変調波信号の振幅変動の重なり（例えば振幅のピーク付近の重なり）によって瞬時的にピーク電力が増加してしまうことがあるため、入力信号のレベルが瞬時的に高くなってしまうことが生じる。
【００２０】
ここで、図５には、主増幅回路３の入出力特性の一例をグラフで示してある。このグラフの横軸は主増幅回路３に入力される信号のレベル（例えば入力電力のレベル）を示し、縦軸は主増幅回路３から出力される増幅信号のレベル（例えば出力電力のレベル）及び当該増幅信号の位相を示している。また、同図中の特性Ｑ１が出力レベルの特性を示し、特性Ｑ２が出力信号の位相の特性を示している。
【００２１】
同図に示されるように、例えば通常状態より高いレベルのピーク電力が主増幅回路３に入力され、当該主増幅回路３の出力レベルが飽和電力付近のレベルにまで到達すると、当該主増幅回路３から出力される増幅信号の位相特性に変化を生じる位相歪が発生してしまう。そして、このような位相歪が発生すると、例えば上記図３に示したような増幅装置では、瞬時的に歪検出ループのバランスが崩れ、当該歪検出ループの抑圧量が劣化してしまうことが生じてしまう。
【００２２】
更に、上記のように歪検出ループで抑圧量の劣化が生じると、抑圧することができなかった信号分が歪除去ループの補助増幅回路８に入力されてしまう。なお、ベクトル調整器では、例えば信号のレベルが瞬時的に増加してしまった場合には、これに追従することができない。
【００２３】
ここで、補助増幅回路８は例えば主増幅回路３と同様な非線形特性を有しているため、補助増幅回路８では、上記のように歪検出ループで抑圧されなかった信号分が入力されることによって通常状態より高いレベルの信号が入力されて、当該補助増幅回路８の出力レベルが飽和電力付近のレベルにまで増加してしまうと、歪（例えば相互変調歪）が発生してしまう。そして、補助増幅回路８で発生した歪はそのまま（例えば上記図３で示した第３方向性結合器９で結合されて）増幅装置から出力されてしまうため、歪除去ループでは必要な抑圧量を得ることができず、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまう。
【００２４】
また、上記した前段増幅回路１１においても、主増幅回路３等と同様な非線形特性を有しているため、過大なピーク電力が入力されると歪みが発生してしまう。そして、前段増幅回路１１で発生した歪みはそのまま増幅装置から出力されてしまうため、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまう。なお、例えば上記図３に示したような増幅装置では、（前段増幅回路１１を有しない）歪検出ループと歪除去ループとの結合量によって当該増幅装置の利得が決まるところ、それ以外の利得を実現する場合に前段増幅回路１１を備えることが必要となっている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例で述べたように、例えば上記図３に示したような従来の歪補償回路を備えた増幅装置では、入力される信号のレベルが（例えば瞬時的に）高くなると歪除去ループの抑圧量が劣化してしまい、これにより、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまうといった不具合があった。なお、過大なピーク電力が入力されても歪を発生させない大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路１１や補助増幅回路８を構成する対処法では、消費電力が増大してしまって好ましくない。
【００２６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、歪検出ループにより入力した信号を主増幅回路で増幅するとともに当該主増幅回路で発生した歪成分を検出し、歪除去ループにより当該歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号を用いて前記主増幅回路の増幅信号から歪成分を除去するに際して、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまった場合であっても、歪除去の性能劣化を抑制することができる増幅装置を提供することを目的とする。なお、本発明では、上記のような大電力用の増幅器を用いなくとも、このような効果を奏することを実現する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る増幅装置では、入力した信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路を歪検出ループの前段に備えた。
【００２８】
従って、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、歪発生回路により発生させた歪みによって補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。なお、本発明では、上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００２９】
ここで、増幅装置による増幅対象となる信号（入力信号）としては、特に限定はないが、上述のように、本発明は多周波信号を増幅処理するような場合に特に有効である。
また、２つの信号を逆相加算するとは、上述のように、これら２つの信号を互いに位相が１８０°反転している状態で加算することを言い、更に、例えば２つの信号の振幅を同一とした場合には、これら２つの信号を相殺させる（ゼロにする）ことができる。なお、本発明では、例えば実用上で有効な程度であれば、このような逆相加算が必ずしも１８０°の反転状態で行われなくともよく、多少の位相（振幅についても同様）のずれがあってもよい。
【００３０】
また、本発明に言う高レベルの信号とは、例えば補助増幅回路で発生する歪みが歪除去ループの抑圧量を劣化させてしまう程度に高いレベルの信号のことを言い、本発明では、上記のように、このような高レベルの信号が入力された場合であっても、歪除去の性能劣化を防止することを実現する。
【００３１】
また、補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みとは、例えば補助増幅回路で発生する歪みの特性に対して逆の特性を有した歪みのことを言う。具体例として、補助増幅回路で信号の位相が小さくなる（或いは大きくなる）特性の歪みが発生する場合には、信号の位相が大きくなる（或いは小さくなる）特性の歪みが逆特性の歪みとなる。同様に、補助増幅回路で信号の振幅が小さくなる（或いは大きくなる）特性の歪みが発生する場合には、信号の振幅が大きくなる（或いは小さくなる）特性の歪みが逆特性の歪みとなる。
【００３２】
また、本発明では、補助増幅回路で発生する歪みと歪発生回路で発生させる歪みとが相殺させられる（つまり、補助増幅回路で発生する歪みの影響がゼロとなる）態様を用いるのが（最も）好ましいが、例えば実用上で有効な程度で補助増幅回路で発生する歪みの影響を抑制することができれば、他の態様が用いられてもよい。
【００３３】
また、歪発生回路としては、上記のような所定の歪みを発生させることができるものであれば、どのような回路が用いられてもよい。具体的には、例えば非線形特性により歪みを発生させる増幅器を用いて歪発生回路を構成することや、また、例えば信号のレベルを変化させる可変減衰器や信号の位相を変化させる可変位相器を用いて歪発生回路を構成すること等が可能である。
【００３４】
また、例えば上記図３に示した増幅装置のように歪検出ループの前段に前段増幅回路を備えた増幅装置では、当該前段増幅回路を用いて上記した歪発生回路を構成することも可能である。
すなわち、本発明に係る増幅装置では、好ましい態様として、入力した信号を増幅する前段増幅回路と、当該増幅信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅した信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるように前段増幅回路で発生する歪みの振幅及び位相の少なくともいずれか一方を制御する歪抑制手段を備えた。
【００３５】
従って、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、前段増幅回路で発生する歪みの振幅や位相が制御されることによって補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。なお、本発明では、上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路や補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００３６】
ここで、前段増幅回路で発生する歪みの振幅及び位相の少なくともいずれか一方を制御する歪抑制手段としては、例えば装置の使用状況等に応じて、信号（歪み）の振幅のみを変化させることが可能な手段（例えば可変減衰器等）を用いて構成されてもよく、例えば信号（歪み）の位相のみを変化させることが可能な手段（例えば可変位相器等）を用いて構成されてもよく、例えば信号（歪み）の振幅と位相との両方を変化させることが可能な手段（例えば可変減衰器と可変位相器との組合せ等）を用いて構成されてもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係る増幅装置を図面を参照して説明する。
図１には、本例の歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。同図に示した増幅装置の構成は、前段増幅回路１１の前段に可変減衰器１２が備えられているとともに前段増幅回路１１の後段に可変減衰器１３及び可変位相器１４が備えられているといった点を除いては、例えば上記図３に示した増幅装置の構成と同様である。このため、本例では、説明の便宜上から、上記図３に示した増幅装置とは異なる構成部分について詳しく説明し、同様な構成部分については上記図３と同一の符号を付して示す。
【００３８】
具体的に、本例の増幅装置には、上記した２つの可変減衰器１２、１３及び前段増幅回路１１及び可変位相器１４と、例えば上記図３に示したものと同様な構成を有する歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０とが備えられている。
また、歪検出ループには、例えば上記図３に示したものと同様な第１方向性結合器１や第１ベクトル調整器２や主増幅回路３や第１遅延線４や第２方向性結合器５が備えられている。
【００３９】
また、歪除去ループには、例えば上記図３に示したものと同様な（上記した第２方向性結合器５や）第２遅延線６や第２ベクトル調整器７や補助増幅回路８や第３方向性結合器９が備えられている。
そして、本例の増幅装置では、例えば増幅対象となるマイクロ波帯の多周波信号（マルチトーン）を可変減衰器１２により入力し、当該信号を主増幅回路３で増幅等した後に第３方向性結合器９から出力する。
【００４０】
以下では、本例の増幅装置の特徴点である上記した２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４、及び前段増幅回路１１について詳しく説明する。
可変減衰器１２は、信号のレベル（振幅レベル）を可変に減衰させる機能を有しており、入力した多周波信号のレベルを減衰させて（或いはそのままのレベルで）当該信号を前段増幅回路１１へ出力する。
【００４１】
前段増幅回路１１は、前段の可変減衰器１２から入力された信号を増幅して後段の可変減衰器１３へ出力する。
可変減衰器１３は、信号のレベル（振幅レベル）を可変に減衰させる機能を有しており、前段増幅回路１１から入力された信号のレベルを減衰させて（或いはそのままのレベルで）可変位相器１４へ出力する。
【００４２】
可変位相器１４は、信号の位相を可変に変化させる機能を有しており、可変減衰器１３から入力された信号の位相を変化させて（或いはそのままの位相で）第１方向性結合器１へ出力する。
なお、歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０の動作は、例えば上記図３に示したものと同様であり、本例では、歪検出ループの前段に備えられた可変位相器１４から第１方向性結合器１に入力される信号を主増幅回路３で増幅するとともに、当該主増幅回路３で発生する歪みを当該増幅信号から除去することが行われる。
【００４３】
ここで、上記した２つの可変減衰器１２、１３は、例えば本例の増幅装置における利得を所定の値に設定する役割や、例えば前段増幅回路１１で発生する歪みのレベルを調整する役割を果たしている。
また、上記した可変位相器１４は、例えば前段増幅回路１１で発生する歪みの位相を調整する役割を果たしている。
【００４４】
上記従来例で述べたように、例えば増幅装置に過大なピーク電力が瞬時的に入力されると、前段増幅回路１１で歪みが発生する。この歪みとピーク電力を含む主信号（入力信号）とは第１方向性結合器１で分配されて、一方の分配信号は第１ベクトル調整器２及び主増幅回路３を有した経路を介して第２方向性結合器５へ出力され、他方の分配信号は第１遅延線４を有した経路を介して第２方向性結合器５へ出力される。
【００４５】
そして、第２方向性結合器５では、上記した２つの経路を介して入力される一方の信号に含まれる主信号及び前段増幅回路１１で発生した歪みと、他方の信号に含まれる主信号及び前段増幅回路１１で発生した歪みとが互いに同レベルで逆相加算されるように、これら２つの経路を介して入力される２つの信号が合成され、これにより検出された（主増幅回路３で発生した）歪成分信号が第２ベクトル調整器７へ出力される。また、主増幅回路３から第２方向性結合器５に入力される増幅信号は、前段増幅回路１１で発生した歪みとピーク電力を含む主信号とを所望の電力レベルに増幅したものであり、当該増幅信号は第２遅延線６を介して第３方向性結合器９へ出力される。
【００４６】
この場合、理想的には、第２ベクトル調整器７の入力端では前記主信号や前記前段増幅回路１１で発生した歪みの成分は抑圧されることになるが、本例のように主信号にピーク電力が含まれるときには、当該抑圧の性能が劣化する。つまり、上記従来例で述べたように、主信号にピーク電力が含まれる場合には、歪検出ループのバランスが崩れ、当該歪検出ループの抑圧量が劣化する。
【００４７】
このため、補助増幅回路８では、第２ベクトル調整器７から入力される歪成分信号を増幅して第３方向性結合器９へ出力するに際して、歪検出ループで抑圧されなかった信号分によって歪みが発生する。つまり、歪み検出ループの抑圧量の劣化に起因して補助増幅回路８で発生した歪みが前記歪成分信号と共に第３方向性結合器９へ出力される。
【００４８】
この場合、第３方向性結合器９には、ピーク電力を含む（前段増幅回路１１及び主増幅回路３により増幅した後の）主信号、及び前段増幅回路１１で発生した歪み、及び主増幅回路３で発生した歪みを含んだ信号（第１の信号）が第２遅延線６から入力されるとともに、主増幅回路３で発生した歪み、及び補助増幅回路８で発生した歪みを含んだ信号（第２の信号）が補助増幅回路８から入力される。そして、第３方向性結合器９では、前記第１の信号と前記第２の信号とを合成して、前記第１の信号に含まれる主増幅回路３で発生した歪みを除去することが行われるが、上記従来例で述べたように、従来のままでは当該歪除去の性能が劣化してしまう。
【００４９】
そこで、本例では、例えば上記した第１の信号に含まれる前段増幅回路１１で発生した歪みと上記した第２の信号に含まれる補助増幅回路８で発生した歪みとが互いに同レベルで逆相加算されるように、２つの可変減衰器１２、１３による信号減衰量や可変位相器１４による位相変化量を適当な値に設定する（或いは図示していない制御部等により制御する）ことを行う。そして、このような同レベルでの逆相加算を行うと、補助増幅回路８で発生する歪みの影響が抑制されることにより、歪除去ループにおける歪除去の性能が改善され、これにより、ピーク電力による増幅装置の性能劣化を防ぐことができる。
【００５０】
以上のように、本例の増幅装置では、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相が制御されることによって補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本例の増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路１１や補助増幅回路８を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５１】
ここで、本例では、入力した信号を増幅する前段増幅回路１１が本発明に係る前段増幅回路に相当する。
また、本例では、当該増幅信号を第１方向性結合器１により分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに、第１ベクトル調整器２や第１遅延線４を用いて、当該増幅した信号と他方の分配信号とを第２方向性結合器５により逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出する歪検出ループが本発明に係る歪検出ループに相当する。
【００５２】
また、本例では、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路８で増幅するとともに、第２遅延線６や第２ベクトル調整器７を用いて、当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路３による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループが本発明に係る歪除去ループに相当する。
【００５３】
また、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるように、２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４が前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相を制御する機能により、本発明に係る歪抑制手段が構成されている。また、本例では、このような２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４や前段増幅回路１１が、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる回路により本発明に係る歪発生回路が構成されており、当該回路は歪検出ループの前段に備えられている。
【００５４】
次に、本発明の他の実施例に係る増幅装置を説明する。
図２には、本例の歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。同図に示した増幅装置の構成は、上記図１に示した２つの可変減衰器１２、１３及び可変位相器１４及び前段増幅回路１１が備えられておらず、第１方向性結合器１の前段（歪検出ループの前段）に歪発生回路２１が備えられているといった点を除いては、例えば上記図１に示した増幅装置の構成と同様である。このため、本例では、説明の便宜上から、上記図１に示した増幅装置とは異なる構成部分について詳しく説明し、同様な構成部分については上記図１と同一の符号を付して示す。
【００５５】
以下では、本例の増幅装置の特徴点である上記した歪発生回路２１について詳しく説明する。
すなわち、歪発生回路２１は、所定の振幅歪みや所定の位相歪み（或いは、図示していない制御部等により調整が可能な振幅歪みや位相歪み）を発生させる機能を有しており、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させるような設定が行われており、これにより、当該入力信号及び当該歪みを第１方向性結合器１へ出力する。
【００５６】
つまり、例えば上記図１に示した増幅装置では前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相を調整することで補助増幅回路８で発生する歪みの影響を抑制したが、本例の増幅装置では、歪発生回路２１により発生させる歪みによって補助増幅回路８で発生する歪みの影響を抑制することにより、増幅装置から出力されてしまう（主増幅回路３で発生した）残留歪みをプリディストーション方式で補償することが実現されている。
【００５７】
なお、歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０の動作は、例えば上記図１に示したものと同様であり、本例では、歪検出ループの前段に備えられた歪発生回路２１から第１方向性結合器１に入力される信号を主増幅回路３で増幅するとともに、当該主増幅回路３で発生する歪みを当該増幅信号から除去することが行われる。
【００５８】
以上のように、本例の増幅装置では、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、歪発生回路２１により発生させた歪みによって補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本例の増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路８を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５９】
ここで、本例では、（歪発生回路２１から）入力した信号を第１方向性結合器１により分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに、第１ベクトル調整器２や第１遅延線４を用いて、当該増幅信号と他方の分配信号とを第２方向性結合器５により逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出する歪検出ループが本発明に係る歪検出ループに相当する。
【００６０】
また、本例では、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路８で増幅するとともに、第２遅延線６や第２ベクトル調整器７を用いて、当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路３による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループが本発明に係る歪除去ループに相当する。
また、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路２１が本発明に係る歪発生回路に相当し、当該回路は歪検出ループの前段に備えられている。
【００６１】
ここで、本発明に係る増幅装置の構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
また、本発明に係る増幅装置は、信号を増幅器で増幅することを行う種々な分野に適用されてもよく、一例として、通信対象となる多周波信号の増幅を行う無線通信システムにおける増幅装置として用いることができる。
【００６２】
また、本発明に係る増幅装置により行われる歪除去等の各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体として把握することもでき、当該制御プログラムを記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る増幅装置によると、入力した信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路を歪検出ループの前段に備えたため、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本発明に係る増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図３】従来例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図４】ループの抑圧量を説明するための図である。
【図５】主増幅回路の特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１、５、９・・方向性結合器、 ２、７・・ベクトル調整器、
３・・主増幅回路、 ４、６・・遅延線、 ８・・補助増幅回路、
１０・・制御回路、 １１・・前段増幅回路、 １２、１３・・可変減衰器、
１４・・可変位相器、 ２１・・歪発生回路、
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪検出ループにより入力した信号を主増幅回路で増幅するとともに当該主増幅回路で発生した歪成分を検出し、歪除去ループにより当該歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号を用いて前記主増幅回路の増幅信号から歪成分を除去する増幅装置に関し、特に、高レベルの信号が入力された場合であっても歪除去の性能劣化を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
信号を増幅器（主増幅回路）で増幅する増幅装置では、例えば信号を増幅器で増幅するときに発生する相互変調歪や雑音等といった歪成分を増幅信号から除去すること（歪補償）を行うために、歪検出ループや歪除去ループから成る歪補償回路を備える場合がある。
図３には、このような増幅装置の一例として、歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。
【０００３】
同図に示した増幅装置には、３つの方向性結合器（第１方向性結合器〜第３方向性結合器）１、５、９と、２つのベクトル調整器（第１ベクトル調整器、第２ベクトル調整器）２、７と、主増幅回路３と、２つの遅延線（第１遅延線、第２遅延線）４、６と、補助増幅回路８と、制御回路１０と、前段増幅回路１１とが備えられており、この増幅装置では以下に示すように、例えば増幅対象となるマイクロ波帯の多周波信号（マルチトーン）を前段増幅回路１１により入力し、当該信号を主増幅回路３で増幅等した後に第３方向性結合器９から出力する。
【０００４】
前段増幅回路１１は、信号を増幅する増幅器から構成されており、入力した多周波信号を増幅して第１方向性結合器１へ出力する。
第１方向性結合器１は、例えば１つの入力端と２つの出力端とを有しており、前段増幅回路１１から出力された増幅信号を入力端から入力する一方、入力した信号を２つの信号に分配して、分配した各信号を各出力端からそれぞれ第１ベクトル調整器２と第１遅延線４へ出力する。
【０００５】
第１ベクトル調整器２は、例えば後述する制御回路１０による制御に従って信号の振幅や位相を調整する機能を有しており、第１方向性結合器１から入力された信号の振幅や位相を調整して、当該信号を主増幅回路３へ出力する。なお、振幅や位相の調整の仕方については後述する。
【０００６】
主増幅回路３は、信号を増幅する増幅器から構成されており、第１ベクトル調整器２から入力された信号を増幅して第２方向性結合器５へ出力する。ここで、主増幅回路３から出力される増幅信号には、例えば入力された多周波信号を増幅する際に発生した相互変調歪や雑音等といった歪成分が含まれる。
第１遅延線４は、信号を伝送する機能を有しており、第１方向性結合器１から入力された信号を伝送して第２方向性結合器５へ出力する。
【０００７】
第２方向性結合器５は、例えば２つの入力端と２つの出力端とを有しており、一方の入力端には上記した主増幅回路３から出力された増幅信号が入力され、他方の入力端には上記した第１遅延線４から出力された信号が入力される。そして、第２方向性結合器５は、前記一方の入力端から入力した増幅信号（の所定の割合分）を一方の出力端から第２遅延線６へ出力するとともに、当該増幅信号（の残りの割合分）と前記他方の入力端から入力した信号とを加算して得られる信号を他方の出力端から第２ベクトル調整器７へ出力する。
【０００８】
ここで、第２方向性結合器５で加算される上記した２つの信号（すなわち、第２方向性結合器５に入力される２つの信号）は、上記した第１ベクトル調整器２での振幅位相調整等により逆相（すなわち、互いに位相が１８０°反転している状態）で加算されるように制御されており、これにより、上記した第２方向性結合器５の他方の出力端からは、例えば主増幅回路３で発生した増幅信号中の歪成分（歪成分信号）のみが検出されて第２ベクトル調整器７へ出力される。上記した第１ベクトル調整器２では、このような逆相加算が実現されるように振幅や位相の調整が行われる。
【０００９】
なお、図３に示した回路構成では、上記のように第１方向性結合器１と第２方向性結合器５との間の回路により主増幅回路３で発生した増幅信号中の歪成分を検出することが行われており、こうした歪検出を行う回路により歪検出ループが構成されている。
【００１０】
第２遅延線６は、信号を伝送する機能を有しており、第２方向性結合器５から入力された増幅信号を伝送して第３方向性結合器９へ出力する。
第２ベクトル調整器７は、例えば後述する制御回路１０による制御に従って信号の振幅や位相を調整する機能を有しており、第２方向性結合器５から入力された歪成分信号の振幅や位相を調整して、当該歪成分信号を補助増幅回路８へ出力する。なお、振幅や位相の調整の仕方については後述する。
補助増幅回路８は、信号を増幅する増幅器から構成されており、第２ベクトル調整器７から入力された歪成分信号を所望のレベルに増幅して第３方向性結合器９へ出力する。
【００１１】
第３方向性結合器９は、例えば２つの入力端と１つの出力端とを有しており、一方の入力端には上記した第２遅延線６から出力された増幅信号が入力され、他方の入力端には上記した補助増幅回路８から出力された歪成分信号が入力される。そして、第３方向性結合器９は、上記した２つの入力端から入力した増幅信号と歪成分信号とを加算して得られる信号を出力端から出力する。
【００１２】
ここで、第３方向性結合器９で加算される上記した２つの信号（すなわち、第３方向性結合器９に入力される２つの信号）は、上記した第２ベクトル調整器７での振幅位相調整等により逆相で加算されるように制御されており、これにより、上記した第３方向性結合器９の出力端からは、上記した第２遅延線６から入力された増幅信号中の歪成分が除去された信号が出力される。上記した第２ベクトル調整器７では、このような逆相加算が実現されるように振幅や位相の調整が行われる。また、上記した補助増幅回路８での歪成分の増幅は、例えば歪除去ループにより増幅信号中の歪成分がなるべく多く除去される程度に行われるのが好ましい。
【００１３】
なお、図３に示した回路構成では、上記のように第２方向性結合器５と第３方向性結合器９との間の回路により主増幅回路３から出力された増幅信号中の歪成分を除去することが行われており、こうした歪除去を行う回路により歪除去ループが構成されている。
【００１４】
制御回路１０は、上記した２つのベクトル調整器２、７を制御する機能を有しており、例えば上記した歪検出ループや歪除去ループでの逆相加算が最適に行われるように２つのベクトル調整器２、７での振幅調整値や位相調整値を自動的に設定する。なお、このような設定は、例えば歪検出ループにより検出される歪成分信号中に含まれる入力多周波信号のレベルを小さくする制御や、例えば歪除去ループから出力される歪除去後の増幅信号中に含まれる歪成分のレベルを小さくする制御により実現される。
【００１５】
以上のように、上記図３に示した増幅装置では、歪検出ループと歪除去ループとから成る歪補償回路を備え、歪検出ループでは前段増幅回路１１により増幅した入力多周波信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに当該増幅した信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出し、歪除去ループでは補助増幅回路８により増幅した前記歪成分信号と歪検出ループから出力された前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する。このような歪検出及び歪除去を行うことにより、上記した増幅装置では、入力した信号を主増幅回路で増幅して出力するに際して、当該主増幅回路で発生する相互変調歪等を出力信号から除去することができる。
【００１６】
なお、上記した歪検出ループや歪除去ループで２つの信号を逆相加算することにより不要な成分を抑圧（除去）する場合の抑圧量を図４を用いて概略的に示す。
同図には、上記したループの一つの一例を概略的に示してある。すなわち、分配器（入力側の方向性結合器）３１が抑圧対象となる信号を２つの信号（例えばそれぞれ電圧Ｖ０）に分配して、分配した一方の信号を結合器（出力側の方向性結合器）３３へ出力する一方、分配した他方の信号を位相反転回路３２を介して結合器３３へ出力し、結合器３３が入力した２つの信号を加算して出力するループを示してある。
【００１７】
ここで、例えば処理が必要とされる信号の周波数帯域におけるループの特性として、振幅偏差がｄ（デシベル：ｄＢ）であり、位相偏差がθ（度：゜）であるとすると、上記図４中に示したように、不要成分の抑圧量Ｋ（ｄＢ）は式１で示される。なお、式１中の”ｊ”は虚数部分を表している。また、具体例として、振幅偏差ｄが０．１ｄＢであり、位相偏差θが１゜である場合には、約４０ｄＢの抑圧量Ｋが確保される。
【００１８】
【数１】
ところで、上記図３に示したような増幅装置に多周波信号が入力される場合には、各周波数成分（各トーン）の信号の位相の重なりによって瞬時的にピーク電力が増加してしまうことや、また、各周波数成分の信号が変調波信号であるようなときには各周波数成分の変調波信号の振幅変動の重なり（例えば振幅のピーク付近の重なり）によって瞬時的にピーク電力が増加してしまうことがあるため、入力信号のレベルが瞬時的に高くなってしまうことが生じる。
【００２０】
ここで、図５には、主増幅回路３の入出力特性の一例をグラフで示してある。このグラフの横軸は主増幅回路３に入力される信号のレベル（例えば入力電力のレベル）を示し、縦軸は主増幅回路３から出力される増幅信号のレベル（例えば出力電力のレベル）及び当該増幅信号の位相を示している。また、同図中の特性Ｑ１が出力レベルの特性を示し、特性Ｑ２が出力信号の位相の特性を示している。
【００２１】
同図に示されるように、例えば通常状態より高いレベルのピーク電力が主増幅回路３に入力され、当該主増幅回路３の出力レベルが飽和電力付近のレベルにまで到達すると、当該主増幅回路３から出力される増幅信号の位相特性に変化を生じる位相歪が発生してしまう。そして、このような位相歪が発生すると、例えば上記図３に示したような増幅装置では、瞬時的に歪検出ループのバランスが崩れ、当該歪検出ループの抑圧量が劣化してしまうことが生じてしまう。
【００２２】
更に、上記のように歪検出ループで抑圧量の劣化が生じると、抑圧することができなかった信号分が歪除去ループの補助増幅回路８に入力されてしまう。なお、ベクトル調整器では、例えば信号のレベルが瞬時的に増加してしまった場合には、これに追従することができない。
【００２３】
ここで、補助増幅回路８は例えば主増幅回路３と同様な非線形特性を有しているため、補助増幅回路８では、上記のように歪検出ループで抑圧されなかった信号分が入力されることによって通常状態より高いレベルの信号が入力されて、当該補助増幅回路８の出力レベルが飽和電力付近のレベルにまで増加してしまうと、歪（例えば相互変調歪）が発生してしまう。そして、補助増幅回路８で発生した歪はそのまま（例えば上記図３で示した第３方向性結合器９で結合されて）増幅装置から出力されてしまうため、歪除去ループでは必要な抑圧量を得ることができず、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまう。
【００２４】
また、上記した前段増幅回路１１においても、主増幅回路３等と同様な非線形特性を有しているため、過大なピーク電力が入力されると歪みが発生してしまう。そして、前段増幅回路１１で発生した歪みはそのまま増幅装置から出力されてしまうため、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまう。なお、例えば上記図３に示したような増幅装置では、（前段増幅回路１１を有しない）歪検出ループと歪除去ループとの結合量によって当該増幅装置の利得が決まるところ、それ以外の利得を実現する場合に前段増幅回路１１を備えることが必要となっている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例で述べたように、例えば上記図３に示したような従来の歪補償回路を備えた増幅装置では、入力される信号のレベルが（例えば瞬時的に）高くなると歪除去ループの抑圧量が劣化してしまい、これにより、増幅装置の性能劣化を引き起こしてしまうといった不具合があった。なお、過大なピーク電力が入力されても歪を発生させない大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路１１や補助増幅回路８を構成する対処法では、消費電力が増大してしまって好ましくない。
【００２６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、歪検出ループにより入力した信号を主増幅回路で増幅するとともに当該主増幅回路で発生した歪成分を検出し、歪除去ループにより当該歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号を用いて前記主増幅回路の増幅信号から歪成分を除去するに際して、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまった場合であっても、歪除去の性能劣化を抑制することができる増幅装置を提供することを目的とする。なお、本発明では、上記のような大電力用の増幅器を用いなくとも、このような効果を奏することを実現する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る増幅装置では、入力した信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路を歪検出ループの前段に備えた。
【００２８】
従って、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、歪発生回路により発生させた歪みによって補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。なお、本発明では、上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００２９】
ここで、増幅装置による増幅対象となる信号（入力信号）としては、特に限定はないが、上述のように、本発明は多周波信号を増幅処理するような場合に特に有効である。
また、２つの信号を逆相加算するとは、上述のように、これら２つの信号を互いに位相が１８０°反転している状態で加算することを言い、更に、例えば２つの信号の振幅を同一とした場合には、これら２つの信号を相殺させる（ゼロにする）ことができる。なお、本発明では、例えば実用上で有効な程度であれば、このような逆相加算が必ずしも１８０°の反転状態で行われなくともよく、多少の位相（振幅についても同様）のずれがあってもよい。
【００３０】
また、本発明に言う高レベルの信号とは、例えば補助増幅回路で発生する歪みが歪除去ループの抑圧量を劣化させてしまう程度に高いレベルの信号のことを言い、本発明では、上記のように、このような高レベルの信号が入力された場合であっても、歪除去の性能劣化を防止することを実現する。
【００３１】
また、補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みとは、例えば補助増幅回路で発生する歪みの特性に対して逆の特性を有した歪みのことを言う。具体例として、補助増幅回路で信号の位相が小さくなる（或いは大きくなる）特性の歪みが発生する場合には、信号の位相が大きくなる（或いは小さくなる）特性の歪みが逆特性の歪みとなる。同様に、補助増幅回路で信号の振幅が小さくなる（或いは大きくなる）特性の歪みが発生する場合には、信号の振幅が大きくなる（或いは小さくなる）特性の歪みが逆特性の歪みとなる。
【００３２】
また、本発明では、補助増幅回路で発生する歪みと歪発生回路で発生させる歪みとが相殺させられる（つまり、補助増幅回路で発生する歪みの影響がゼロとなる）態様を用いるのが（最も）好ましいが、例えば実用上で有効な程度で補助増幅回路で発生する歪みの影響を抑制することができれば、他の態様が用いられてもよい。
【００３３】
また、歪発生回路としては、上記のような所定の歪みを発生させることができるものであれば、どのような回路が用いられてもよい。具体的には、例えば非線形特性により歪みを発生させる増幅器を用いて歪発生回路を構成することや、また、例えば信号のレベルを変化させる可変減衰器や信号の位相を変化させる可変位相器を用いて歪発生回路を構成すること等が可能である。
【００３４】
また、例えば上記図３に示した増幅装置のように歪検出ループの前段に前段増幅回路を備えた増幅装置では、当該前段増幅回路を用いて上記した歪発生回路を構成することも可能である。
すなわち、本発明に係る増幅装置では、好ましい態様として、入力した信号を増幅する前段増幅回路と、当該増幅信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅した信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるように前段増幅回路で発生する歪みの振幅及び位相の少なくともいずれか一方を制御する歪抑制手段を備えた。
【００３５】
従って、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、前段増幅回路で発生する歪みの振幅や位相が制御されることによって補助増幅回路で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。なお、本発明では、上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路や補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００３６】
ここで、前段増幅回路で発生する歪みの振幅及び位相の少なくともいずれか一方を制御する歪抑制手段としては、例えば装置の使用状況等に応じて、信号（歪み）の振幅のみを変化させることが可能な手段（例えば可変減衰器等）を用いて構成されてもよく、例えば信号（歪み）の位相のみを変化させることが可能な手段（例えば可変位相器等）を用いて構成されてもよく、例えば信号（歪み）の振幅と位相との両方を変化させることが可能な手段（例えば可変減衰器と可変位相器との組合せ等）を用いて構成されてもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係る増幅装置を図面を参照して説明する。
図１には、本例の歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。同図に示した増幅装置の構成は、前段増幅回路１１の前段に可変減衰器１２が備えられているとともに前段増幅回路１１の後段に可変減衰器１３及び可変位相器１４が備えられているといった点を除いては、例えば上記図３に示した増幅装置の構成と同様である。このため、本例では、説明の便宜上から、上記図３に示した増幅装置とは異なる構成部分について詳しく説明し、同様な構成部分については上記図３と同一の符号を付して示す。
【００３８】
具体的に、本例の増幅装置には、上記した２つの可変減衰器１２、１３及び前段増幅回路１１及び可変位相器１４と、例えば上記図３に示したものと同様な構成を有する歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０とが備えられている。
また、歪検出ループには、例えば上記図３に示したものと同様な第１方向性結合器１や第１ベクトル調整器２や主増幅回路３や第１遅延線４や第２方向性結合器５が備えられている。
【００３９】
また、歪除去ループには、例えば上記図３に示したものと同様な（上記した第２方向性結合器５や）第２遅延線６や第２ベクトル調整器７や補助増幅回路８や第３方向性結合器９が備えられている。
そして、本例の増幅装置では、例えば増幅対象となるマイクロ波帯の多周波信号（マルチトーン）を可変減衰器１２により入力し、当該信号を主増幅回路３で増幅等した後に第３方向性結合器９から出力する。
【００４０】
以下では、本例の増幅装置の特徴点である上記した２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４、及び前段増幅回路１１について詳しく説明する。
可変減衰器１２は、信号のレベル（振幅レベル）を可変に減衰させる機能を有しており、入力した多周波信号のレベルを減衰させて（或いはそのままのレベルで）当該信号を前段増幅回路１１へ出力する。
【００４１】
前段増幅回路１１は、前段の可変減衰器１２から入力された信号を増幅して後段の可変減衰器１３へ出力する。
可変減衰器１３は、信号のレベル（振幅レベル）を可変に減衰させる機能を有しており、前段増幅回路１１から入力された信号のレベルを減衰させて（或いはそのままのレベルで）可変位相器１４へ出力する。
【００４２】
可変位相器１４は、信号の位相を可変に変化させる機能を有しており、可変減衰器１３から入力された信号の位相を変化させて（或いはそのままの位相で）第１方向性結合器１へ出力する。
なお、歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０の動作は、例えば上記図３に示したものと同様であり、本例では、歪検出ループの前段に備えられた可変位相器１４から第１方向性結合器１に入力される信号を主増幅回路３で増幅するとともに、当該主増幅回路３で発生する歪みを当該増幅信号から除去することが行われる。
【００４３】
ここで、上記した２つの可変減衰器１２、１３は、例えば本例の増幅装置における利得を所定の値に設定する役割や、例えば前段増幅回路１１で発生する歪みのレベルを調整する役割を果たしている。
また、上記した可変位相器１４は、例えば前段増幅回路１１で発生する歪みの位相を調整する役割を果たしている。
【００４４】
上記従来例で述べたように、例えば増幅装置に過大なピーク電力が瞬時的に入力されると、前段増幅回路１１で歪みが発生する。この歪みとピーク電力を含む主信号（入力信号）とは第１方向性結合器１で分配されて、一方の分配信号は第１ベクトル調整器２及び主増幅回路３を有した経路を介して第２方向性結合器５へ出力され、他方の分配信号は第１遅延線４を有した経路を介して第２方向性結合器５へ出力される。
【００４５】
そして、第２方向性結合器５では、上記した２つの経路を介して入力される一方の信号に含まれる主信号及び前段増幅回路１１で発生した歪みと、他方の信号に含まれる主信号及び前段増幅回路１１で発生した歪みとが互いに同レベルで逆相加算されるように、これら２つの経路を介して入力される２つの信号が合成され、これにより検出された（主増幅回路３で発生した）歪成分信号が第２ベクトル調整器７へ出力される。また、主増幅回路３から第２方向性結合器５に入力される増幅信号は、前段増幅回路１１で発生した歪みとピーク電力を含む主信号とを所望の電力レベルに増幅したものであり、当該増幅信号は第２遅延線６を介して第３方向性結合器９へ出力される。
【００４６】
この場合、理想的には、第２ベクトル調整器７の入力端では前記主信号や前記前段増幅回路１１で発生した歪みの成分は抑圧されることになるが、本例のように主信号にピーク電力が含まれるときには、当該抑圧の性能が劣化する。つまり、上記従来例で述べたように、主信号にピーク電力が含まれる場合には、歪検出ループのバランスが崩れ、当該歪検出ループの抑圧量が劣化する。
【００４７】
このため、補助増幅回路８では、第２ベクトル調整器７から入力される歪成分信号を増幅して第３方向性結合器９へ出力するに際して、歪検出ループで抑圧されなかった信号分によって歪みが発生する。つまり、歪み検出ループの抑圧量の劣化に起因して補助増幅回路８で発生した歪みが前記歪成分信号と共に第３方向性結合器９へ出力される。
【００４８】
この場合、第３方向性結合器９には、ピーク電力を含む（前段増幅回路１１及び主増幅回路３により増幅した後の）主信号、及び前段増幅回路１１で発生した歪み、及び主増幅回路３で発生した歪みを含んだ信号（第１の信号）が第２遅延線６から入力されるとともに、主増幅回路３で発生した歪み、及び補助増幅回路８で発生した歪みを含んだ信号（第２の信号）が補助増幅回路８から入力される。そして、第３方向性結合器９では、前記第１の信号と前記第２の信号とを合成して、前記第１の信号に含まれる主増幅回路３で発生した歪みを除去することが行われるが、上記従来例で述べたように、従来のままでは当該歪除去の性能が劣化してしまう。
【００４９】
そこで、本例では、例えば上記した第１の信号に含まれる前段増幅回路１１で発生した歪みと上記した第２の信号に含まれる補助増幅回路８で発生した歪みとが互いに同レベルで逆相加算されるように、２つの可変減衰器１２、１３による信号減衰量や可変位相器１４による位相変化量を適当な値に設定する（或いは図示していない制御部等により制御する）ことを行う。そして、このような同レベルでの逆相加算を行うと、補助増幅回路８で発生する歪みの影響が抑制されることにより、歪除去ループにおける歪除去の性能が改善され、これにより、ピーク電力による増幅装置の性能劣化を防ぐことができる。
【００５０】
以上のように、本例の増幅装置では、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相が制御されることによって補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本例の増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて前段増幅回路１１や補助増幅回路８を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５１】
ここで、本例では、入力した信号を増幅する前段増幅回路１１が本発明に係る前段増幅回路に相当する。
また、本例では、当該増幅信号を第１方向性結合器１により分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに、第１ベクトル調整器２や第１遅延線４を用いて、当該増幅した信号と他方の分配信号とを第２方向性結合器５により逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出する歪検出ループが本発明に係る歪検出ループに相当する。
【００５２】
また、本例では、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路８で増幅するとともに、第２遅延線６や第２ベクトル調整器７を用いて、当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路３による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループが本発明に係る歪除去ループに相当する。
【００５３】
また、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるように、２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４が前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相を制御する機能により、本発明に係る歪抑制手段が構成されている。また、本例では、このような２つの可変減衰器１２、１３や可変位相器１４や前段増幅回路１１が、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる回路により本発明に係る歪発生回路が構成されており、当該回路は歪検出ループの前段に備えられている。
【００５４】
次に、本発明の他の実施例に係る増幅装置を説明する。
図２には、本例の歪補償回路を備えた（フィードフォワード型の）共通増幅装置の構成例を示してある。同図に示した増幅装置の構成は、上記図１に示した２つの可変減衰器１２、１３及び可変位相器１４及び前段増幅回路１１が備えられておらず、第１方向性結合器１の前段（歪検出ループの前段）に歪発生回路２１が備えられているといった点を除いては、例えば上記図１に示した増幅装置の構成と同様である。このため、本例では、説明の便宜上から、上記図１に示した増幅装置とは異なる構成部分について詳しく説明し、同様な構成部分については上記図１と同一の符号を付して示す。
【００５５】
以下では、本例の増幅装置の特徴点である上記した歪発生回路２１について詳しく説明する。
すなわち、歪発生回路２１は、所定の振幅歪みや所定の位相歪み（或いは、図示していない制御部等により調整が可能な振幅歪みや位相歪み）を発生させる機能を有しており、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させるような設定が行われており、これにより、当該入力信号及び当該歪みを第１方向性結合器１へ出力する。
【００５６】
つまり、例えば上記図１に示した増幅装置では前段増幅回路１１で発生する歪みの振幅や位相を調整することで補助増幅回路８で発生する歪みの影響を抑制したが、本例の増幅装置では、歪発生回路２１により発生させる歪みによって補助増幅回路８で発生する歪みの影響を抑制することにより、増幅装置から出力されてしまう（主増幅回路３で発生した）残留歪みをプリディストーション方式で補償することが実現されている。
【００５７】
なお、歪検出ループや歪除去ループや制御回路１０の動作は、例えば上記図１に示したものと同様であり、本例では、歪検出ループの前段に備えられた歪発生回路２１から第１方向性結合器１に入力される信号を主増幅回路３で増幅するとともに、当該主増幅回路３で発生する歪みを当該増幅信号から除去することが行われる。
【００５８】
以上のように、本例の増幅装置では、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、歪発生回路２１により発生させた歪みによって補助増幅回路８で発生する歪みが抑制されるため、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本例の増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路８を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【００５９】
ここで、本例では、（歪発生回路２１から）入力した信号を第１方向性結合器１により分配して一方の分配信号を主増幅回路３で増幅するとともに、第１ベクトル調整器２や第１遅延線４を用いて、当該増幅信号と他方の分配信号とを第２方向性結合器５により逆相加算することにより主増幅回路３で発生した歪成分を検出する歪検出ループが本発明に係る歪検出ループに相当する。
【００６０】
また、本例では、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路８で増幅するとともに、第２遅延線６や第２ベクトル調整器７を用いて、当該増幅信号と歪検出ループから出力された（主増幅回路３による）前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループが本発明に係る歪除去ループに相当する。
また、本例では、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路８で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路２１が本発明に係る歪発生回路に相当し、当該回路は歪検出ループの前段に備えられている。
【００６１】
ここで、本発明に係る増幅装置の構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
また、本発明に係る増幅装置は、信号を増幅器で増幅することを行う種々な分野に適用されてもよく、一例として、通信対象となる多周波信号の増幅を行う無線通信システムにおける増幅装置として用いることができる。
【００６２】
また、本発明に係る増幅装置により行われる歪除去等の各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体として把握することもでき、当該制御プログラムを記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る増幅装置によると、入力した信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えた構成において、高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みを抑制する歪みを発生させる歪発生回路を歪検出ループの前段に備えたため、例えば瞬時的に高レベルの信号が入力されてしまったような場合であっても、増幅装置における歪除去性能の劣化を抑制することができ、これにより、歪除去ループにおいて必要な抑圧量を得ることを補償することができる。また、本発明に係る増幅装置では、例えば上記課題で述べたような大電力用の増幅器を用いて補助増幅回路を構成しなくとも、このような効果を奏することが可能であるため、低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図３】従来例に係る歪補償回路を備えた共通増幅装置の構成例を示す図である。
【図４】ループの抑圧量を説明するための図である。
【図５】主増幅回路の特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１、５、９・・方向性結合器、 ２、７・・ベクトル調整器、
３・・主増幅回路、 ４、６・・遅延線、 ８・・補助増幅回路、
１０・・制御回路、 １１・・前段増幅回路、 １２、１３・・可変減衰器、
１４・・可変位相器、 ２１・・歪発生回路、
Claims (1)
- 入力した信号を分配して一方の分配信号を主増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と他方の分配信号とを逆相加算することにより主増幅回路で発生した歪成分を検出する歪検出ループと、歪検出ループにより検出された歪成分信号を補助増幅回路で増幅するとともに当該増幅信号と歪検出ループから出力された前記増幅信号とを逆相加算することにより当該増幅信号から歪成分を除去する歪除去ループとを備えたフィードフォワード型の増幅装置において、
高レベルの信号が入力された場合に補助増幅回路で発生する歪みを前記逆相加算することにより抑制する振幅レベル及び位相が調整された歪みを発生させる歪発生回路を歪検出ループの前段に備え、
歪発生回路は、歪検出ループに入力される前の信号を増幅する前段増幅回路と、前段増幅回路による増幅信号の振幅レベルを可変に減衰させる機能を有する可変減衰器と、前段増幅回路による増幅信号の位相を可変に変化させる機能を有する可変位相器を用いて構成されており、前段増幅回路で発生した歪みの振幅レベル及び位相が可変減衰器及び可変位相器により調整された信号を歪検出ループに入力する、ことを特徴とするフィードフォワード型の増幅装置。
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