JP4714790B2 - 電力増幅装置及び通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は電力増幅装置及び通信装置に関し、特に、入力信号を2つの定包絡線信号に変換して、それらの定包絡線信号を増幅してからベクトル加算する電力増幅装置、及びそれを用いた通信装置に関する。
通信装置における送信信号の増幅等に用いられる電力増幅方式のうち、LINC(Linear Amplification with Nonlinear Component)方式では、包絡線変動を有する入力信号を該入力信号の振幅に応じた位相差を有する2つの定包絡線信号(中間信号)に変換した後に、それら包絡線信号をそれぞれ非線形増幅器を用いて増幅する。そして、増幅済みの定包絡線信号をベクトル加算することによって増幅済みの入力信号を得る。この方式によれば、非線形増幅器は定包絡線信号を増幅すればよいので、電力増幅効率を向上させることができる(例えば、特許文献1参照)。
特公平6−22302号公報
上記特許文献1に開示された電力増幅回路においては、デジタル信号処理により、入力信号を2つの定包絡線信号に変換している。この構成によると、アナログ−デジタル及びデジタル−アナログ変換器等が必要となり、回路規模が増大してしまうという問題がある。
そこで本願出願人は、アナログ信号処理により入力信号を2つの定包絡線信号に変換する回路構成を検討している。具体的には、図5に示すように、この新規な電力増幅装置100では、移相器102により入力信号Sinをπ/2だけ回転させて直交信号を得るとともに、該信号を可変利得増幅器104で増幅してなる信号(第1定包絡線ベクトル生成信号e)を生成して、この第1定包絡線ベクトル生成信号eを加算回路106で入力信号Sinにベクトル加算することにより第1中間信号S1を生成する。また、アナログ信号処理により、第1定包絡線ベクトル生成信号eを移相器110によりπだけ回転させてなる位相反転信号(第2定包絡線ベクトル生成信号−e)を生成して、この第2定包絡線ベクトル生成信号−eを加算回路108で入力信号Sinに加算することにより第2中間信号S2を生成する。そして、第1及び第2中間信号S1,S2の振幅(具体的には振幅の2乗)をミキサ(振幅検出回路)116,118で検出して、加算回路120でそれらの合計値を生成するとともに、加算回路114で所定電圧Vrefとの差を生成する。さらに、その値をローパスフィルタ112に掛けて、その出力を図示しないバッファアンプを介して可変利得増幅器104の利得制御信号として入力する。この構成によると、第1及び第2中間信号S1,S2の振幅の2乗和がVrefで示される一定値となるように可変利得増幅器104の利得がフィードバック制御され、第1及び第2中間信号S1,S2の振幅が所期の値に設定される。これにより第1及び第2中間信号S1,S2をそれぞれ定包絡線信号とすることができる。ところがこの構成では、ミキサ116,118における第1及び第2中間信号S1,S2の振幅の検出感度に偏りがあると、正しい増幅済み入力信号を得ることが困難となる場合がある。この場合、こうした電力増幅装置を用いて通信装置を構成すると通信誤りの増大を招くおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、第1及び第2中間信号の振幅検出感度のばらつきを抑制できる電力増幅装置、及びそれを用いる通信装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力増幅装置は、入力信号と直交する第1定包絡線ベクトル生成信号を前記入力信号に加算してなる第1中間信号を生成する第1中間信号生成回路と、前記第1定包絡線ベクトル生成信号を位相反転させてなる第2定包絡線ベクトル生成信号を前記入力信号に加算してなる第2中間信号を生成する第2中間信号生成回路と、前記第1中間信号の振幅を検出する第1振幅検出回路と、前記第2中間信号の振幅を検出する第2振幅検出回路と、前記第1および第2振幅検出回路により検出される振幅に基づいて前記第1および第2定包絡線ベクトル生成信号の振幅の大きさを変化させる振幅制御回路と、前記第1中間信号を増幅する第1増幅回路と、前記第2中間信号を増幅する第2増幅回路と、増幅済みの前記第1および第2中間信号を加算して、前記入力信号を増幅した出力信号を生成する加算回路と、第1振幅と基準振幅との偏差を示す第1電圧および第2振幅と前記基準振幅との偏差を示す第2電圧を保持する電圧保持回路と、前記第1および第2電圧に基づいて、前記第1および第2振幅検出回路の検出感度を補正する補正回路と、を含み、前記第1振幅は、前記第1振幅検出回路によって検出された、所与の基準信号の振幅であり、前記第2振幅は、前記第2振幅検出回路によって検出された、前記所与の基準信号の振幅であり、前記基準振幅は、前記第1および第2振幅の平均振幅であり、前記所与の基準信号は、前記第1および第2振幅検出回路の検出感度を制御するための信号であって、前記入力信号として入力されるものであることを特徴とする。
本発明によると、所与の基準信号の振幅が第1又は第2振幅検出回路により検出されて、このとき検出される振幅に関する電圧が電圧保持回路により保持される。本発明では、保持される電圧に基づいて、第1および第2振幅検出回路の検出感度を補正するので、そのばらつきを抑制できる。
また、本発明の一態様では、前記電圧保持回路は、前記第1電圧を保持する第1電圧保持回路と、前記第2電圧を保持する第2電圧保持回路と、を含み、前記補正回路は、前記第1電圧に基づいて、前記第1振幅検出回路の検出感度を補正する第1補正回路と、前記第2電圧に基づいて、前記第2振幅検出回路の検出感度を補正する第2補正回路と、を含む。この態様によると、第1および第2振幅検出回路の振幅検出感度を揃えることができる。
この態様では、前記第1電圧保持回路は、前記所与の基準信号が前記入力信号として供給される場合に、前記第1中間信号生成回路により前記第1中間信号として前記所与の基準信号と同じ信号を生成させることにより、前記所与の基準信号の振幅を前記第1振幅検出回路に検出させてよい。こうすると、容易に所与の基準振幅信号の振幅を第1振幅検出回路に検出させることができる。
また、前記第2電圧保持回路は、前記所与の基準信号が前記入力信号として供給される場合に、前記第2中間信号生成回路により前記第2中間信号として前記所与の基準信号と同じ信号を生成させることにより、前記所与の基準信号の振幅を前記第2振幅検出回路に検出させてよい。こうすると、容易に所与の基準振幅信号の振幅を第2振幅検出回路に検出させることができる。
また、前記第1振幅検出回路により前記所与の基準信号から検出される振幅、および前記第2振幅検出回路により前記所与の基準信号から検出される振幅の平均を求めて前記基準振幅とする平均回路をさらに含んでよい。
さらに、本発明に係る通信装置は、上記いずれかの電力増幅装置と、該電力増幅装置に接続されたアンテナおよび通信制御装置とを備えることを特徴とする。本発明によると、前記電力増幅装置を用いて送信信号の増幅を行なうことから、通信誤りの増大を防止することができる。
本発明の実施形態に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る信号変換回路による信号処理を示すIQ平面図である。 本発明の実施形態に係る信号変換回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の前提となる信号変換回路の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明に一実施形態に係る電力増幅装置の構成図である。同図に示すように、電力増幅装置40は信号変換回路10、増幅器42,44、ベクトル加算回路46を含んで構成されている。信号変換回路10は、入力信号Sinが供給されると、それを第1中間信号S1及び第2中間信号S2に変換するアナログ信号処理回路である。図2に示すように、第1中間信号S1及び第2中間信号S2は定包絡線を有する信号であり、第1中間信号S1は、入力信号Sinに対して一定量進んだ位相を有し、第2中間信号S2は、入力信号Sinに対して一定量遅れた位相を有している。そして、これら第1中間信号S1及び第2中間信号S2をベクトル合成すると、元の入力信号Sinと位相が等しく、振幅が所定倍(ここでは2倍)の信号が得られる。本実施形態では、入力信号Sinに対して第1定包絡線ベクトル生成信号e及び第2定包絡線ベクトル生成信号−eをそれぞれベクトル加算することで、第1中間信号S1及び第2中間信号S2を生成している。
図1に戻り、本電力増幅装置40では、信号変換回路10から出力される定包絡線信号たる第1中間信号S1及び第2中間信号S2をそれぞれ増幅器42,44で増幅する。増幅器42,44は、オペアンプなどの公知の非線形増幅回路であってよい。増幅器42,44の出力はベクトル加算回路46によりベクトル加算され、これにより増幅出力信号Soutが得られる。本電力増幅装置40によると、入力信号Sinの振幅が変化しても、増幅器42,44は定包絡線信号たる第1中間信号S1及び第2中間信号S2を増幅すればよいので、広い入力信号Sinの振幅範囲において、増幅器42,44の電力増幅効率を向上させることができるようになる。
図3は、信号変換回路10の回路ブロック図である。同図に示すように、この信号変換回路10では、入力信号Sinがベクトル加算回路14,16及び移相器12に入力されている。移相器12は、入力信号Sinの位相をπ/2だけ進める回路であり、その出力は可変利得増幅器18に入力されている。可変利得増幅器18には、ローパスフィルタ20の出力信号が、図示しないバッファアンプを介して利得制御信号として入力されており、該利得制御信号により増幅利得が制御されている。可変利得増幅器18の出力は第1定包絡線ベクトル生成信号eとしてベクトル加算回路14に供給されており、該ベクトル加算回路14により入力信号Sinと加算される。これにより、ベクトル加算回路14からは第1中間信号S1が出力される。また、第1定包絡線ベクトル生成信号eは位相反転回路17にも供給されており、該位相反転回路17により第1定包絡線ベクトル生成信号eを位相反転してなる第2定包絡線ベクトル生成信号−eが生成される。この第2定包絡線ベクトル生成信号−eはベクトル加算回路16に供給されており、該ベクトル加算回路16により入力信号Sinと加算される。これにより、ベクトル加算回路16からは第2中間信号S2が出力される。
ベクトル加算回路14の出力は、第1振幅検出回路たるミキサ24に分配されており、該ミキサ24により第1中間信号S1の振幅の2乗値を示す直流電圧信号が生成される。同様に、ベクトル加算器16の出力は、第2振幅検出回路たるミキサ26に分配されており、該ミキサ26により第2中間信号S2の振幅の2乗値を示す直流電圧信号が生成される。ミキサ24,26は、例えばギルバートセル型ミキサを採用することができる。そして、ミキサ24,26の出力は加算回路28に供給され、該加算回路28によりそれら出力の加算値を示す電圧信号が生成される。この電圧信号は加算回路22に入力され、ここで基準電圧Vrefから加算回路22の出力電圧を減算した値を示す電圧信号が生成される。基準電圧Vrefの値は、第1中間信号S1及び第2中間信号S2の振幅の目標値(図2の位相平面に表された円の半径に相当する。)の2乗の和に対応している。加算回路22の出力信号はローパスフィルタ20及び図示しないバッファアンプを経由して、上述のように利得制御信号として可変利得増幅器18に供給されている。
この構成によると、加算回路28の出力が基準電圧Vrefよりも上回るときには、その上回った量に応じて移相器12の出力の可変利得増幅器18による増幅量を小さくする。また、加算回路28の出力が基準電圧Vrefよりも下回るときには、その下回った量に応じて移相器12の出力の可変利得増幅器18における増幅量を大きくする。こうした帰還回路構成を採用することで、第1中間信号S1及び第2中間信号S2の振幅は、基準電圧Vrefに応じた一定値に近づけられる。
信号変換回路10では、さらにミキサ24の出力が加算器32に反転入力され、ミキサ26の出力が加算器34に反転入力されている。また、加算回路28の出力は、その電圧値が減衰器30により1/2に減衰され、この減衰後の信号が基準振幅として加算器32,34に入力されている。つまり、加算回路28及び減衰器30は、ミキサ24,26により検出される振幅の平均を生成する平均回路として機能しており、この回路により生成される平均が基準振幅とされている。
加算器32は基準振幅からミキサ24の出力を減算した値を示す電圧信号を出力しており、これがサンプリングホールド回路36に供給され、同回路36で所与のタイミングでの入力電圧が保持される。サンプリングホールド回路36により保持される電圧信号はミキサ24に供給されており、この信号により、第1電圧検出回路として用いられるミキサ24の検出感度が制御されている。
同様に、加算器34は基準振幅からミキサ26の出力を減算した値を示す電圧信号を出力しており、これがサンプリングホールド回路38に供給され、同回路38で上記所与のタイミングでの入力電圧が保持される。サンプリングホールド回路38により保持される電圧信号はミキサ26に供給されており、この信号により、電圧検出回路として用いられるミキサ26の検出感度が制御されている。
本実施形態では、電力増幅装置40の初期化タイミングなど、所定のタイミングにおいて、図示しない制御回路により、入力信号Sinとして所定振幅の基準信号が信号変換回路10に入力される。そして、ベクトル加算回路14,16への第1定包絡線ベクトル生成信号e及び第2定包絡線ベクトル生成信号−eの入力がその間停止されるようになっている。また、同制御回路は、続いて、サンプリングホールド回路36,38に対して、加算器32,34の出力電圧信号の保持を指示する。このとき、ベクトル加算回路14,16からはいずれも基準信号そのものが出力されており、ミキサ24,26は同じ信号の振幅に応じた直流電圧信号(校正信号)を出力している。そして、これら校正信号に差がある場合には、ミキサ24,26の検出感度に差があることを意味する。信号変換回路10では、校正信号の平均値(基準振幅)と各校正信号との差を示す電圧信号がサンプリングホールド回路36,38に保持されており、保持された信号によりミキサ24,26の検出感度を制御している。
具体的には、ミキサ24,26はギルバートセル型ミキサ等、定電流源からの供給電流量に比例した電圧を出力する回路であり、本実施形態では、その供給電流量をサンプリングホールド回路36,38により保持される電圧信号に応じて増減させるようにしている。これにより、基準振幅がミキサ24の出力よりも大きく、かつ基準振幅がミキサ26の出力よりも小さいときには、ミキサ24の定電流源からの供給電流量を増加させ、これによりミキサ24の検出感度を増加させるとともに、ミキサ26の定電流源からの供給電流量を減少させ、これによりミキサ26の検出感度を減少させる。逆に、基準振幅がミキサ24の出力よりも小さく、かつ基準振幅がミキサ26の出力よりも大きいときには、ミキサ24の定電流源からの供給電流量を減少させ、これによりミキサ24の検出感度を減少させるとともに、ミキサ26の定電流源からの供給電流量を増加させ、これによりミキサ26の検出感度を増加させる。こうして、ミキサ24,26の検出感度が揃えられるようになっている。なお、ここでは両ミキサ24,26の検出感度を制御するようにしたが、ミキサ24,26のうち一方の検出感度を制御して、両ミキサ24,26の検出感度を揃えるようにしてもよい。
図4は、上記電力増幅装置40を用いた通信装置の構成例である。同図に示す通信装置50は、送信情報に従って振幅変調された信号が通信制御装置52で生成され、これが入力信号Sinとして電力増幅装置40に供給される。そして、電力増幅装置40には送信アンテナ54が接続されており、該アンテナ54により増幅出力Soutが無線送信される。
以上説明した電力増幅装置40によると、ミキサ24,26の検出感度が揃えられるので、入力信号Sinを適切に増幅することができる。また、この電力増幅装置40を用いて通信装置50を構成することで、通信誤りを少なくできる。

Claims (6)

  1. 入力信号と直交する第1定包絡線ベクトル生成信号を前記入力信号に加算してなる第1中間信号を生成する第1中間信号生成回路と、
    前記第1定包絡線ベクトル生成信号を位相反転させてなる第2定包絡線ベクトル生成信号を前記入力信号に加算してなる第2中間信号を生成する第2中間信号生成回路と、
    前記第1中間信号の振幅を検出する第1振幅検出回路と、
    前記第2中間信号の振幅を検出する第2振幅検出回路と、
    前記第1および第2振幅検出回路により検出される振幅に基づいて前記第1および第2定包絡線ベクトル生成信号の振幅の大きさを変化させる振幅制御回路と、
    前記第1中間信号を増幅する第1増幅回路と、
    前記第2中間信号を増幅する第2増幅回路と、
    増幅済みの前記第1および第2中間信号を加算して、前記入力信号を増幅した出力信号を生成する加算回路と、
    第1振幅と基準振幅との偏差を示す第1電圧および第2振幅と前記基準振幅との偏差を示す第2電圧を保持する電圧保持回路と、
    前記第1および第2電圧に基づいて、前記第1および第2振幅検出回路の検出感度を補正する補正回路と、
    を含み、
    前記第1振幅は、前記第1振幅検出回路によって検出された、所与の基準信号の振幅であり、
    前記第2振幅は、前記第2振幅検出回路によって検出された、前記所与の基準信号の振幅であり、
    前記基準振幅は、前記第1および第2振幅の平均振幅であり、
    前記所与の基準信号は、前記第1および第2振幅検出回路の検出感度を制御するための信号であって、前記入力信号として入力されるものであることを特徴とする電力増幅装置。
  2. 請求の範囲第1項に記載の電力増幅装置において、
    前記電圧保持回路は、
    前記第1電圧を保持する第1電圧保持回路と、
    前記第2電圧を保持する第2電圧保持回路と、を含み、
    前記補正回路は、
    前記第1電圧に基づいて、前記第1振幅検出回路の検出感度を補正する第1補正回路と、
    前記第2電圧に基づいて、前記第2振幅検出回路の検出感度を補正する第2補正回路と、を含む、
    ことを特徴とする電力増幅装置。
  3. 請求の範囲第2項に記載の電力増幅装置において、
    前記第1電圧保持回路は、前記所与の基準信号が前記入力信号として供給される場合に、前記第1中間信号生成回路により前記第1中間信号として前記所与の基準信号と同じ信号を生成させることにより、前記所与の基準信号の振幅を前記第1振幅検出回路に検出させる、
    ことを特徴とする電力増幅装置。
  4. 請求の範囲第2項に記載の電力増幅装置において、
    前記第2電圧保持回路は、前記所与の基準信号が前記入力信号として供給される場合に、前記第2中間信号生成回路により前記第2中間信号として前記所与の基準信号と同じ信号を生成させることにより、前記所与の基準信号の振幅を前記第2振幅検出回路に検出させる、
    ことを特徴とする電力増幅装置。
  5. 請求の範囲第2項に記載の電力増幅装置において、
    前記第1振幅検出回路により前記所与の基準信号から検出される振幅、および前記第2振幅検出回路により前記所与の基準信号から検出される振幅の平均を求めて前記基準振幅とする平均回路をさらに含む、
    ことを特徴とする電力増幅装置。
  6. 請求の範囲第1項に記載の電力増幅装置と、該電力増幅装置に接続されたアンテナおよび通信制御装置とを備えることを特徴とする通信装置。
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