JP4714790B2

JP4714790B2 - 電力増幅装置及び通信装置

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Publication number: JP4714790B2
Application number: JP2009551412A
Authority: JP
Inventors: 昭長山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP5106614B2; CN101926088B; WO2009096132A1; JPWO2009096132A1; US8207774B2; EP2246976A1; US20110001541A1; EP2246976A4; US8013652B2; TW200939616A; CN101926088A; US20110285446A1; JP2011024270A

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。