JP5028675B2 - 調整可能な振幅および形状を備えたプリディストーション線形化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば電力増幅装置の上流(または入力部)において、それらの非線形性を補償するために用いられる、「プリディストータ」と呼ばれる線形化装置の分野に関する。
当業者には周知のように、リニアライザは、電力増幅器(たとえばHPA(「高出力増幅器」)型)の利得圧縮(「振幅振幅変調変換」を表わす「AM/AM」)、および入射電力に応じた増幅器の挿入位相の変動(「振幅位相変調変換」を表わす「AM/PM」)を補償できるようにする装置である。たとえば宇宙分野などのある一定の分野において一般に用いられる電力増幅器は、進行波管増幅器(もしくはTWTA)または固体電力増幅器(もしくはSSPA)である。
衛星ペイロードにおいて一般に用いられる線形化原理は、プリディストーションである。プリディストーションリニアライザは、電力増幅器の入力部の上流に配置される装置である。プリディストーションリニアライザは、それが結合されなければならない電力増幅器の(その入力電力に応じた)利得および位相応答と逆の、自身の出力電力に応じた利得および位相応答を有さなければならないが、これは、第1に、変化方向(利得圧縮の代わりに利得伸張)の点において、第2に、変化振幅(たとえば、−7dBおよび−40度の飽和圧縮を有する増幅器が存在する状態で、+7dB利得伸張および+40度の位相伸張)の点において、第3に、(「形状」とも呼ばれる)特性形態の点においてのことであり、増幅器の全体的特性に「密接に従い」、したがって、入力電力の変動およびペイロード信号のエンベロープの変動を考慮して増幅器の全ての範囲を線形化するようにする(リニアライザの調整に関して、ユーザは単一の搬送波信号(CW)を考えるが、ペイロード信号には変化があり、ほとんどいつも一定ではないエンベロープを有する)。
プリディストーションリニアライザの利得および位相伸張の大きさを調整して、その応答が、線形化すべき電力増幅器に整合するようにすることが可能である。残念ながら、リニアライザおよび関連する増幅器の圧縮および伸張形状は、ほとんどの場合に同一ではなく、したがって、線形化は不完全である。たとえば、リニアライザがゆっくりした利得伸張(すなわち直線に近い)を有し、増幅器の圧縮が比較的激しい(すなわち指数関数に近い)場合には、増幅器の飽和に対する全体的な補償に対応するリニアライザの調整は、飽和より低い入力電力に対して高い逆方向の過補償につながるが、これは、一般に、線形化される増幅器の出力範囲全体にわたって線形性を低下させる。この場合に、最適な調整は、逆方向の過補償をそれほど実行しないように、増幅器の圧縮の全部は補償しないことによって得られる。
ほとんどのプリディストーションリニアライザは、ショットキーダイオードなどの非線形素子を用いる。次に、自身の入力電力に応じた伝送におけるリニアライザの非線形挙動は、高電力レベルRF信号が存在する状態におけるダイオードの自己バイアスと呼ばれる機構に基づいている。RF電力に応じたバイアス点の移動は、実際に、入射RF信号に向けられるインピーダンスによってダイオードの特定の挙動をもたらす。ダイオードのバイアスの2つの主なタイプは、ダイオードが、直列に実装された高値または低値の抵抗器を通して電圧ジェネレータによって電圧を供給されるかどうかに依存して異なる非線形自己バイアス挙動につながる可能性がある。
高値抵抗器(R)を通したバイアスのケースで、入力RF信号の電力が増加する場合には、ダイオードに供給される電流(I)は増加し、したがって、このダイオードの端子における電圧Vは低減する(V=VLIN−RI、VLINは、リニアライザの供給電圧である)。したがって、ダイオードを通過する電流はほぼ一定である。
低値抵抗器(R)を通したバイアスのケースで、入力RF信号の電力が増加する場合には、ダイオードを通過する電流は、このダイオードの端子における電圧Vがほぼ一定である(V≒VLIN)ので、増加する。
次に、ダイオードは、線形化回路において入力RF電力に応じて変化するインピーダンスとして用いられるが、この線形化回路は、このインピーダンス変動を、この回路が一部を成形する装置の伝送パラメータの変動に変換する働きをする。したがって、ダイオードは、たとえば、ハイブリッドカプラの、または伝搬ラインの伝送における、あるいは直列もしくは並列構成における負荷を反映して用いてもよい。
(上記の)従来の自己バイアス非線形機構を用いる多くの装置が提案され、それらは、たとえば、特許文献である(特許文献1)、(特許文献2)、(特許文献3)、(特許文献4)および(特許文献5)に説明されている。
残念ながら、この従来の自己バイアス非線形機構は、常に、リニアライザの利得および位相伸張のただ1つの曲線タイプに至り、したがって、伸張の形状(形態)を制御できるようにはしない。
米国特許第4,992,754号明細書 米国特許第4,068,186号明細書 仏国特許発明第2 719 954号明細書 仏国特許発明第2 791 197号明細書 仏国特許発明第2 833 431号明細書
したがって、本発明の目的は、電力増幅器の全範囲にわたって電力増幅器の線形化を著しく向上させるために、プリディストーションリニアライザの伸張形状を制御できるようにすることである。
したがって、本発明は、電力増幅器の利得圧縮および位相変動を補償する利得および位相伸張を備えたプリディストーション線形化装置を提案する。
この線形化装置は、次のものを含むことを特徴とする。すなわち、
−マイクロ波入力信号を受信できる入力部ならびに入力信号から選択された第1および第2のフラクションを生成する働きをする第1および第2の出力部を含む第1の分割手段であって、前記フラクションが好ましくは調整可能である第1の分割手段と、
−入力信号の第1のフラクションによって供給されるように第1の出力部に接続された第1のチャネルであって、入力信号の第1のフラクションに応じて、第1のダイオードの第1の自己バイアスから第1の直流電流を発生するように構成された第1のチャネルと、
−入力信号の第2のフラクションによって供給されるように第2の出力部に接続された第2のチャネルであって、入力信号の第2のフラクションに応じて、少なくとも1つの第2のダイオードの第2の自己バイアスから、(第2のチャネルおよび線形化装置の)出力部を形成するポートにおいて利得および位相伸張を実行する働きをする第2のチャネルと、
−第1および第2のチャネルに接続され、かつ直流電圧を供給するバイアス回路であって、第1および第2のチャネルの第1および第2の自己バイアスから生じる直流電圧および電流を逆に結合し、入力信号の振幅に応じて、第2のチャネルの利得および位相伸張の形状を制御するようにするバイアス回路と、
である。
本発明による線形化装置は、別々にかまたは組み合わせて得られる他の特徴、特に、次のことを含んでもよい。
−その第1のチャネルには、第1の分割手段の第1の出力部に接続された第1の回路であって、入力信号の第1のフラクションを少なくとも第1のダイオードに供給する働きと、入力信号の第1のフラクションから絶縁された2つのポートを設け、かつ第1のダイオードの端子にそれぞれ直流電圧を直接印加できるようにする働きとをする第1の回路を含んでもよい。
−その第2のチャネルには、第1の分割手段の第2の出力部に接続された第2の回路であって、一方で、入力信号の第2のフラクションの少なくとも一部を少なくとも1つの第2のダイオードに供給し、(第2のチャネルおよび線形化装置の)出力部を画定するポートにおいて、入力信号の第2のフラクションに応じた第2のダイオードのインピーダンス変動を利得および位相伸張に変換するようにする働きと、他方で、入力信号の第2のフラクションから絶縁された2つの他のポートを設け、かつ第2のダイオードの端子にそれぞれ直流電圧を直接印加できるようにする働きとをする第2の回路を含んでもよい。
−そのバイアス回路には、第1のチャネルのポートのうちの1つを通して第1のダイオードの陽極に接続される第1の直流電圧ジェネレータと、第1のチャネルのもう一方のポートに通じた第1のダイオードの陰極、および第2のチャネルの1つのポートに通じた第2のダイオードの陽極から形成される共通ノードに、抵抗器を通して同時に接続される第2の直流電圧ジェネレータと、を含み、第2のダイオードの陰極を、第2のチャネルのもう一方のポートを通して、直流電圧について接地してもよい。
−第1および第2のダイオードの方向を、同時に逆にしてもよい。
−その第1の分割手段には、入力信号の電力を2つの部分に分割する働きをするカプラと、カプラの2つの出力部のうちの少なくとも1つの下流に配置された素子であって、カプラの2つの出力部のそれぞれによって送出された電力の値を、選択された調整可能な量だけ増幅または減衰する働きをする素子と、を含んでもよく、その結果、第1の分割手段は、入力信号の第1および第2の選択された調整可能なフラクションをそれぞれ第1および第2の出力部に送出する。
・この素子は、たとえば、可変減衰素子と、増幅素子と、可変利得増幅素子と、この群の他の素子の機能のいくつかをカスケードに連結する素子とを含む群から選択してもよい。
・この素子は、周波数に応じて、不均一で調整可能な挙動を有してもよい。
−第2の回路は、ダイオードベース線形化回路を形成してもよいが、この線形化回路の直流バイアスポートは、これまたはこれらのダイオードと直列な抵抗器を含まない。
・この線形化回路には、次のものを含んでもよい。
−第1の分割手段の第2の出力部に接続された入力部と、入力信号の第2のフラクションの第1および第2の選択されたサブフラクションを送出する働きをする第1および第2出力部とを含む第2の分割手段と、
−第1および第2入力部と、自身の第1および第2の入力部で受信された信号の結合からもたらされる出力信号を送出できる出力部とを含む結合手段と、
−第2のジェネレータによる直流電圧および電流を、共通ノード(共通点)において抵抗器を通して供給される少なくとも1つの第2のダイオードを介してそれぞれ接地される第1および第2のポートと、第2の分割手段の第1の出力部に接続された第3のポートと、結合手段の第1の入力部に結合された第4のポートとを含む第1のカプラ(好ましくはランゲカプラ型)を含む、非線形と言われる第1のサブチャネルと、
−第1および第2のサブチャネルのために同じ群伝搬遅延を構成によって保証するための、第1のカプラとほぼ同一の第2のカプラであって、第3の受動素子を介してそれぞれ接地された第1および第2ポートと、第2の分割手段の第2の出力部に接続された第3のポートと、結合手段の第2の入力部に結合された第4のポートとを含むカプラを含む、線形と言われる第2のサブチャネルと、
である。
・第3の受動素子は、選択された全周波数帯域にわたってほぼ一定の方法で結合手段において信号の結合位相を調整するために、調整可能な長さおよび幅の、開回路におけるマイクロ波伝送ラインのセクションであってもよい。
・第1および第2のサブチャネルの少なくとも1つは、調整可能な長さの伝送ラインを含んで、そのサブチャネルの群伝搬遅延を修正し、結合手段における信号の結合位相を、周波数に応じて一定でない方法で調整し、その結果、リニアライザが、広帯域の周波数において周波数に応じて異なる挙動を有して、線形化すべき電力増幅器の周波数変動に従うようにしてもよい。
・第1および第2のサブチャネルの少なくとも1つは、伝送ラインに直列または並列にエッチングされる少なくとも1つの抵抗器を含んでもよいが、この伝送ラインは、テープまたは少なくとも1つの金属ワイヤにより直列抵抗器を短絡させることによって、および並列抵抗器を伝送ラインに連結する接続テープまたはワイヤを遮断することによって有限値とゼロとの間で調整可能な減衰値の減衰器の役割を果たす。
−第1の回路は、第1のダイオードのインピーダンスを第1の分割手段の第1の出力部に対して整合させる働きと、第1のダイオードの端子であって、これらの端子のどれにも直列の抵抗器がない端子のバイアスシングを可能にする働きとをする回路素子を含んでもよい。
−第1の回路は、1/4波長に等しい長さの、(50Ωと比べて)高特性インピーダンスの第1の伝送ラインを含む1/4波長バイアス回路であって、この回路の第1の端部が、第1のダイオードに供給するラインに接続され、第2の端部が、一方では、1/4波長に等しい長さで(50Ωと比べて)低特性インピーダンスの、開回路によって終端される第2の伝送ラインに接続され、他方では、第1の回路のバイアスポートのうちの1つに接続される1/4波長バイアス回路を含んでもよい。
−第1の回路は、入力信号の第1のフラクションに対して第1の回路のバイアスポートの絶縁を増加させるようにカスケードされたいくつかの1/4波長バイアス回路を含んでもよい。
本発明はまた、上記したタイプのプリディストーション線形化装置を取り付けられた固体電力増幅装置を提案する。
本発明は、2つのダイオード(直流電圧および電流)を用いた修正自己バイアス機構に基づいた原理ゆえに、広帯域の周波数にわたる動作に適合している。
本発明の他の特徴および利点は、次の詳細な説明および添付の図面を検討すれば、明らかになるであろう。
添付の図面は、本発明を補足する役割をするだけでなく、適宜、本発明を規定するのに役立つ。
本発明の目的は、入力マイクロ波信号の関数として調整可能な形態(または外観あるいは形状)ならびに振幅の利得および位相伸張を行う働きをするプリディストーション線形化装置(またはリニアライザ)Dを提案することである。
図1に非常に概略的に示すように、本発明によるリニアライザDは、たとえばTWTA(進行波管増幅器)型または「固体」(もしくは固体電力増幅器を表わすSSPA」)型の増幅装置AP(以下、増幅器と呼ぶ)の入力部の上流に接続されるように設計された機器である。しかし、図2に概略的に示す変形では、本発明によるリニアライザDは、たとえば固体電力増幅器型の増幅装置AP’(以下、線形増幅器と呼ぶ)の一部を形成してもよい。この場合、増幅器AP’にはまた、本発明によるリニアライザDが上流に接続された増幅モジュールMAPが含まれる。
増幅器APまたはAP’は、たとえば、通信衛星の出力セクションにおけるチャネルを増幅するように設計してもよい。この場合に、様々なチャネルのマイクロ波信号は、通常、多重化される前に別々に増幅される。
さらに、増幅器APおよび関連するリニアライザD、あるいは線形増幅器AP’は、直流電圧/電流ジェネレータ(または電子パワーコンディショナを表わすEPC)と共に、MPM(マイクロ波パワーモジュールを表わす)と呼ばれる機器の一部を形成してもよい。
以下では、慣例により、第1に、本発明によるリニアライザDの入力部に供給される、デジタルまたはアナログのマイクロ波(RF)電子信号が、「入力信号Se」と呼ばれ、第2に、本発明によるリニアライザ(線形化装置)Dの出力部で送出されるマイクロ波(RF)電子信号であって、増幅器APの入力部または線形増幅器AP’の増幅モジュールMAPの入力部に供給されるマイクロ波(RF)電子信号が、「中間信号Si」と呼ばれ、第3に、増幅器APの出力部または線形増幅器AP’の増幅モジュールMAPの出力部で送出されるマイクロ波(RF)電子信号が、「出力信号Ss」と呼ばれる。
以下では、図1に示すように、リニアライザDが増幅器APに接続されることは、非限定的な例と見なされる。
図3に概略的および機能的に示すように、本発明によるリニアライザDには、少なくとも、第1の分割モジュールMD1、第1のV1および第2のV2チャネル、ならびにバイアス回路Pが含まれる。
図3、10、11および12において、太線が、マイクロ波信号が取る経路を具体化する一方で、細線が、直流電流が取る経路を具体化することが注目されよう。
第1の分割モジュールMD1は、入力部で受信するマイクロ波(RF)入力信号Seを、それが第1および第2出力部へそれぞれ送出する第1のFS1および第2のFS2フラクションに分割(または分離)する働きをする。これらの第1のFS1および第2のFS2フラクションの相補的な値は、必要に応じて調整することができる。以下で分かるように、これらの値によって、リニアライザDの利得および位相伸張曲線の外観(または形態もしくは形状)および振幅を部分的に決定することが可能になる。
図3に示すように、第1の分割モジュールMD1は、たとえば、入力信号Seの電力を2つのほぼ等しい部分に分割する働きをする1×2カプラCP(必要に応じて、3dB/3dB型または50%/50%の)と、カプラCPの2つの出力部の少なくとも1つの下流に配置された可変減衰器AV1であって、カプラCPのこの出力部によって送出された電力の値を(必要に応じて調整可能な)選択された量だけ縮小する働きをする可変減衰器AV1と、からなる。したがって、第1の分割モジュールMD1は、異なる第1のFS1および第2のFS2フラクション(ここではFS1>FS2)を、第1および第2出力部にそれぞれ送出する。
第1の分割モジュールMD1は、非限定的な方法で示した形態とは異なる形態で構成してもよいことが注目されよう。したがって、可変減衰器AV1は、制御可能な減衰器とカスケードされた増幅器などの能動素子から、または直接に可変利得増幅器から作製してもよい。可変減衰器AV1はまた、周波数に応じて不均一で調整可能な挙動を有してもよい。
第1のチャネルV1は、入力信号Seの第1のフラクションFS1によって供給されるように、第1の分割モジュールMD1の第1の出力部に接続される。第1のチャネルV1は、入力信号Seの第1のフラクションFS1に応じて、第1のダイオードD1の第1の自己バイアスから第1の直流電流を発生する働きをする。
第2のチャネルV2は、入力信号Seの第2のフラクションFS2によって供給されるように、第1の分割モジュールMD1の第2の出力部に接続される。第2のチャネルV2は、第2のチャネルV2および装置Dの出力部を形成するポート(Si)において、入力信号Seの第2のフラクションFS2に応じて、少なくとも1つの第2のダイオードD2の第2の自己バイアスから利得および位相伸張を達成する働きをする。
バイアス回路Pは、接続されて、第1のV1および第2のV2チャネルに直流電圧を供給する。それによって、第1のV1および第2のV2チャネルの第1および第2の自己バイアスから生じる直流電圧および電流を同一の回路へ逆に結合し、入力信号Seの振幅に応じて、第2のチャネルV2の利得および位相伸張の形状を制御することが可能になる。
バイアス回路Pには、第1の直流供給電圧VLIN1を送出する働きをする第1の直流電圧ジェネレータG1と、抵抗器Rと、第2の直流供給電圧VLIN2を送出する働きをする第2の直流電圧ジェネレータG2とが含まれる。
図3に示す例において、第1のチャネルV1には、少なくとも1つの第1のダイオードD1および第1の回路MFが含まれる。
第1の回路MFは、入力信号Seの第1のフラクションFS1を、少なくとも1つの第1のダイオードD1に供給する一方で、入力信号Seのこの第1のフラクションFS1から絶縁された2つのポートVD1AおよびVD1Cを設け、第1のダイオードD1の端子A1およびC1にそれぞれ直流電圧を直接印加できるようにする働きをする。
図3に示す例において、第2のチャネルV2には、少なくとも1つの第2のダイオードD2および第2の回路MLが含まれる。
第2の回路MLは、入力信号Seの第2のフラクションFS2の全てまたは一部を、少なくとも1つの第2のダイオードD2に供給し、入力信号Seのこの第2のフラクションFS2に応じて、この第2のダイオードD2のインピーダンス変動を、第2のチャネルV2および装置Dの出力部を形成するポート(Si)における利得および位相伸張に変換する一方で、入力信号Seの第2のフラクションFS2から絶縁された2つの他のポートVD2AおよびVD2Cを設け、第2のダイオードD2の端子A2およびC2のそれぞれに直流電圧を直接印加できるようにする働きをする。
図3に示す例において、(バイアス回路Pの)第1の直流電圧ジェネレータG1は、ポートVD1Aを通して第1のダイオードD1の端子A1に接続され、(バイアス回路Pの)第2の直流電圧ジェネレータG2は、((典型的には約250Ω〜5kΩの)大きな値を有する)抵抗器Rを通して共通ノードPMに接続されるが、このノードPMは、ポートVD1Cを通した、第1のダイオードD1の端子C1、およびポートのVD2Aを通した、第2のダイオードD2の端子A2から形成される。第2のダイオードD2の端子C2は、マイクロ波について接地されるのと同時に直流電圧についてVD2Cを通して接地される。
上に示す組み立てゆえに、ダイオードD2は、入力信号Seの第2のフラクションFS2における電力の増加の場合に、それが発生する電流ID2が増加するように、バイアスをかけられる。図3のダイアグラムの直流電圧および電流(DC)に対応している図4の電気ダイアグラムを参照すると、制御電圧VD2が、式VD2=R*(ID1−ID2)−VLIN2によって与えられることが理解されよう。したがって、電流ID2の増加は、抵抗器Rを横断する電流ID1の部分の低減をもたらす。結果として、電流ID2が増加する場合には、制御電圧VD2の増加は、ダイオードD1の自己バイアス動作の下で、制御された方法で低減される。したがって、ダイオードD1およびD2は、自己バイアス機構に対して反対の寄与をし、その結果、この機構を「二重」とみなすことが可能である。
入力信号Seの第1のフラクションFS1の電力PFS1が、入力信号Seの第2のフラクションFS2の電力PFS2より大きい場合(PFS1>PFS2)には、第1のダイオードD1から出る直流電流ID1は、第2のダイオードD2から出る直流電流ID2より大きい(ID1>ID2)。直流電流ID1は、主として抵抗器Rへ伝わる。電力PFS2の増加ゆえに直流電流ID2が増加する場合には、電流ID1の一部は、抵抗器Rへ行く代わりに第2のチャネルV2の方へ導かれ、それによって、第1のダイオードD1の自己バイアスを低減することと、したがって、電力PFS2における増加に応じて、第2のダイオードD2の端子における電圧VD2の増加を低減することと、したがって、この電力PFS2に応じて、第2のダイオードD2のマイクロ波の挙動を修正することと、したがって、前記電力PFS2に応じて、第2のチャネルV2の利得および位相伸張の変動を制御することとを可能にする。
図5は、第1のダイオードD1の電流(ID1)/電圧(VD1)特性の例を示すダイアグラムを概略的に表わす。電圧VD1HLは、マイクロ波信号FS1が高レベルの場合に(すなわち、その電力が最大(PFS1HL)の場合に)、第1のダイオードD1の端子における直流電圧の値を表わす一方で、電圧VD1LLは、マイクロ波信号FS1が低レベルの場合に(すなわち、その電力が最小(PFS1LL)の場合に)、第1のダイオードD1の端子における直流電圧の値を表わす。矢印が示すように、図示の例において、次のことが明白に検証される。すなわち、自己バイアス機構の動作の下で、第1のダイオードD1の端子における直流電圧VD1は、直流電流ID1が増加する場合に、つまり入力信号Seの第1のフラクションFS1が増加する場合に、減少するということである。
図6は、第2のダイオードD2の電流(ID2)/電圧(VD2)特性の例を示すダイアグラムを概略的に表わす。電圧VD2HLは、マイクロ波信号FS2が高レベルの場合に(すなわち、その電力が最大(PFS2HL)の場合に)、第2のダイオードD2の端子における直流電圧の値を表わす一方で、電圧VD2LLは、マイクロ波信号FS2が低レベルの場合に(すなわち、その電力が最小(PFS2LL)の場合に)、第2のダイオードD2の端子における直流電圧の値を表わす。矢印が示すように、図示の例において、次のことが明白に検証される。すなわち、二重自己バイアス機構の動作の下で、第2のダイオードD2の端子における直流電圧VD2は、直流電流ID2が増加する場合に、つまり入力信号Seの第2のフラクションFS2が増加する場合に、増加するということである。図5および6に示すダイアグラムが、リアルタイムで相関関係にあることに注目することが重要である。
図7は、入力信号Seの第1のFS1および第2のFS2フラクションの電力PFS1とPFS2との間の(および定制御電圧VLIN1およびVLIN2における)比率の様々な値に対して、入力信号Seの第2のフラクションFS2における電力PFS2に応じて制御電圧VD2の変化例を示すダイアグラムを概略的に示す。見て取れるように、比率PFS1/PFS2の値を調整することによって、電圧VD2の変化の曲線の外観は、電力PFS2に応じて修正される。
図8はまた、入力信号Seの第1のFS1および第2のFS2フラクションの電力PFS1とPFS2との間の(および定制御電圧VLIN1およびVLIN2における)比率の様々な値に対して、入力信号Seの第2のフラクションFS2における電力PFS2に応じて、第2のダイオードD2によってマイクロ波周波数で示されるインピーダンスモジュールZD2の変化例を示すダイアグラムを概略的に示す。インピーダンスモジュールZD2が、直流電圧VD2にほぼ逆の方法で変化するので、比率PFS1/PFS2の値を調整することによって、インピーダンスZD2の変化の曲線の外観が、電力PFS2に応じて修正されると述べることができる。次に、外観のこれらの修正によって、リニアライザDの外観(または形態もしくは形状)ならびに利得および位相伸張曲線の振幅の同じタイプの修正がもたらされる。
図7および8に示すダイアグラムが、図5および6に示す変化例におけるリアルタイムの結果であることに注目することが重要である。さらに、図5、6、7および8に示すダイアグラムが、装置Dの3つの異なる箇所に関連する同一の非線形現象を反映することに注目することがまた重要である。
入力信号Seの第1のFS1および第2のFS2フラクションの電力PFS1とPFS2との間の(および定制御電圧VLIN1およびVLIN2における)比率の様々な値に対して、入力信号Seの第2のフラクションFS2における電力PFS2に応じて、利得伸張の形態(または形状)の変化例を図9に概略的に示す。同じタイプの変化は、入力信号Seの第2のフラクションFS2における電力PFS2に応じて、位相伸張のためにトレースしてもよい。図9に示すダイアグラムが、図5〜8に示す変化例の結果であることに注目することが重要である。
要約すると、第1の分割モジュールMD1に供給される入力信号Seの電力PSeに応じた装置Dの利得および位相伸張の形態(または形状)は、2つのパラメータに従って調整される。すなわち、
−入力信号Seの第1のFS1および第2のFS2フラクションの電力の比率(PFS1/PFS2)。2つのダイオードD1およびD2のうちの1つの入射電力が高ければ高いほど、このダイオードによって発生される直流はそれだけ高く、その寄与はそれだけ大きい。
−直流電圧VLIN1およびVLIN2の値。典型的には、パラメータVLIN1+VLIN2(図3に示す第2のジェネレータG2の向きを備えた)は、VLIN1+VLIN2が低い値である場合には、第1のダイオードD1の寄与を促進し、二次式型の利得特性(Gain=f(PSe))および位相特性(Phase=f(PSe))の増加に至る。反対に、パラメータVLIN1+VLIN2のより高い値に対して、支配的になるのは第2のダイオードD2の寄与であり、利得特性(Gain=f(PSe))および位相特性(Phase=f(PSe))は伸張し、より指数関数型になり、ダイオードD2は、低入力電力値PSeに対して、制御電圧VD2の増加を阻止する。
図4に示す二重自己バイアス電気ダイアグラムによって提示されるこの挙動ゆえに、本発明による線形化装置Dは、可変形状プリディストーション線形化回路として用いることができる。
図10の非限定的な例において、第1の接続手段MFには、第1のCA11および第2のCA12容量性連結素子、第1のIC1および第2のIC2インパクト誘導性素子(impact inductive element)、ならびに第1のRA1および第2のRA2インピーダンス整合回路が含まれる。
第1のインピーダンス整合回路RA1には、第1の分割モジュールMD1の第1の出力部に接続される第1の端子、および第1の容量性連結素子CA11に接続される第2の端子が含まれる。容量性素子CA11の第2の端子は、第1のダイオードD1の第1の端子(陰極)C1に接続される。第1のダイオードD1の第2の端子(陽極)A1は、第2の容量性連結素子CA12に接続され、このCA12は、それ自体、その第2の端子によって、第2の整合回路RA2を通して接地される。第1のダイオードD1の第1のC1および第2のA1端子にそれぞれ接続される第1のIC1および第2のIC2インパクト誘導性素子は、第1のダイオードD1にバイアスをかけることができるようにする一方で、マイクロ波信号をバイアス回路Pから切り離す。反対に、第1のCA11および第2のCA12容量性連結素子は、マイクロ波が第1のダイオードD1を横断できるようにする一方で、第1のダイオードD1の自己バイアスによって発生された直流電流をブロックして、これらの直流電流が、第1のIC1および第2のIC2インパクト誘導性素子を通してバイアス回路Pにのみ伝わるようにする。第1のRA1および第2のRA2整合回路は、それらの役割として、第1のダイオードD1によってもたらされるインピーダンスを、第1の分割モジュールMD1の第1の出力部のポートインピーダンスと整合させるように働く。
第1のチャネルV1の第1の変形実施形態において、第1のIC1および第2のIC2インパクト誘導性素子は、図11に示すように、2つのラインセクションλ/4を備えたバイアス回路と取り替えてもよい。
変換装置Dがリニアライザである場合には、第2のチャネルV2が、線形化関数を実行することが注目されよう。第2のチャネルV2は、マイクロ波回路の形状をしているが、このマイクロ波回路の伝送における伝達関数は、第2のダイオードD2を可変インピーダンスとして用いるおかげで、マイクロ波回路の入力電力に応じた利得伸張および位相変動を有する。したがって、第2のダイオードD2は、二重自己バイアス機構に介入するダイオードとしてだけでなく、直接に線形化関数のための可変非線形インピーダンスとして、両方のために用いられる。二重自己バイアスにより、従来の自己バイアス機構に比べて並外れた挙動が、第2のダイオードD2のために獲得される。特に、直流制御電圧VD2が入力電力PSeと共に上昇するので、第2のダイオードD2は、入力電力PSeに応じて特定の方法で変化するインピーダンスを有する(図8を参照)。
図12は、線形化専用の変換装置Dにおける第2のチャネルV2の第2の例示的な実施形態を示す。ここでは、この第2のチャネルは、特許文献EP1320190号明細書に説明されたものと類似の、「ベクトル再結合」関数と呼ばれる線形化関数を実行する。この例示的な実施形態は、広帯域の周波数を必要とする用途に特に適している。
この第2の例において、第2の接続手段MLには、第1の容量性連結素子CA2(任意)、第2の分割モジュールMD2、第1および第2のサブチャネル、結合モジュールMC、ならびに第2の容量性連結素子CA3(任意)が含まれる。
第1の容量性連結素子CA2には、第1の分割モジュールMD1の第2の出力部に接続された第1の端子、および第2の分割モジュールMD2の入力部に接続された第2の端子が含まれる。このCA2は、第2のダイオードD2の自己バイアスによって発生される直流電流を切断して、入力信号Seの第2のフラクションFS2だけが通過できるようにする働きをする。
第2の容量性連結素子CA3には、結合モジュールMCの出力部に接続された第1の端子、および第2のチャネルV2の出力端子を画定する第2の端子が含まれる。このCA3は、第2のダイオードD2の自己バイアスによって発生される直流電流を切断して、装置Dから結果としてもたらされるマイクロ波信号だけが通過できるようにする働きをする。
第2の分割モジュールMD2は、それが第1の分割モジュールMD1の第2の出力部に接続された入力部で受信する入力信号Seの第2のフラクションFS2を、第1のFS21および第2のFS22サブフラクションへ分割(または分離)し、これらのサブフラクションを第1および第2の出力部にそれぞれ送出する働きをする。これらの第1のFS21および第2のFS22サブフラクションの相補値は、同一である(50%/50%)のが好ましい。第2の分割モジュールMD2の第1の出力部は、第1のサブチャネルに接続されて、入力信号Seの第1のサブフラクションFS21を第1のサブチャネルに供給するようにする。第2の分割モジュールMD2の第2の出力部は、第2のサブチャネルに接続されて、入力信号Seの第2のサブフラクションFS22を第2のサブチャネルに供給するようにする。
この第2の分割モジュールMD2は、たとえば、1×2型の0°ウィルキンソンカプラの形状であってもよい。
第1のサブチャネル(図12の下部)は、非線形と言われる。これには、2つのインパクト誘導性素子IC4(任意)、第1のカプラCL1(好ましくはランゲカプラ型)、および調整可能な長さの伝送ラインLT1(任意)が含まれる。
第1のカプラCL1(好ましくはランゲカプラ)には、4つのポートが含まれる。第1および第2のポートは、それぞれ、第2のダイオードD2を介して接地され、中間点(ノード)PMで、抵抗器Rを通して直流電圧ジェネレータG2によってバイアスをかけられる。各第2のダイオードD2は、たとえば、端子A(陽極)とC(陰極)との間のショットキー型のダイオードの形状であり、そこから電流ID2が流れ出る。2つの第2のダイオードD2は、同一であるのが好ましい。
図示の非限定的な例において、各第2のダイオードD2の陽極Aは、第1のランゲカプラCL1の第1または第2のポートに接続されるだけでなく、直流電流および電圧について、インパクト誘導性素子IC4を介して中間点PMに接続される。インパクト誘導性素子IC4は、マイクロ波を切断して、直流電流だけが通過できるようにする働きをする。これらのインパクト誘導性素子IC4は、2つのラインセクションλ/4を備えたインダクタまたはバイアス回路の形態であってもよく、第2のチャネルV2において異なる位置に配置してもよい。なぜなら、これらの素子が、マイクロ波をブロックできる(ひいては、マイクロ波回路の動作を乱さない)高インピーダンスを有するからであり、直流電流を、第2のダイオードD2に供給できるからである。
第1のカプラCL1の第3のポートは、(入力信号Seの第1のサブフラクションFS21を送出する)第2の分割モジュールMD2の第1の出力部に接続される。
第1のカプラCL1の第4のポートは、結合モジュールMCの第1の入力部に(直接または間接的に)接続される。図示の非限定的な例において、この接続は、第1のサブチャネルの群伝搬遅延の修正が可能になるように調整できる長さの伝送ラインLT1を介してなされる。したがって、第1および第2のサブチャネルから生じ、かつ結合モジュールMCに供給される信号の結合位相を、周波数に応じて不均一な方法で調整することが可能である。
第2のサブチャネル(図12の上部)は、線形と言われる。これには、少なくとも2つの受動素子CP3、および第2のカプラ(好ましくはランゲカプラ型)CL2が含まれる。
第2のカプラCL2にもまた、4つのポートが含まれる。第1および第2のポートは、それぞれ、受動素子CP3を介して接地される。各受動素子は、たとえば、開回路におけるマイクロ波伝送ラインの、ならびに調整可能な長さおよび幅のセクション(またはスタブ(stub))である。調整可能な長さおよび幅のかかるスタブのおかげで、周波数に応じて均一な方法で、第2のサブフラクションFS22のマイクロ波信号の位相を変化させることが可能である。
第2のカプラCL2の第3のポートは、第2の分割モジュールMD2の、(入力信号Seの第2のサブフラクションFS22を送出する)第2の出力部に接続される。
第2のカプラCL2の第4のポートは、結合モジュールMCの第2の入力部に、好ましくは間接的に接続される。図示の非限定的な例において、この接続は、可変減衰器AV2およびAV3、ならびに直列に実装された、調整可能な長さの伝送ラインLT2を介してなされる。
可変減衰器AV2は、たとえば、好ましくは第2のサブチャネルに沿って、直列または並列に分配される抵抗素子であって、それらの減衰をたとえば0dBから0.5dBまたは数dBにさえ変化させるために、テープまたは金属ワイヤによって短絡してもしなくてもよい抵抗素子によって形成される。
可変減衰器AV3は、たとえば、好ましくは第2のサブチャネルに沿って、並列に分配される抵抗素子であって、減衰をたとえば0dBから0.5dBまたは数dBにさえ変化させるために、テープまたは金属ワイヤを介して第2のサブチャネルの伝送ラインへ接続してもしなくてもよい抵抗素子から形成される。次に、抵抗素子AV3の接地は、長さλ/4のスタブ型の、開回路によって終端される伝送ラインCP4のセクションによって達成される。
伝送ラインLT2によって、第2のサブチャネルの群伝搬遅延を修正することが可能になる。したがって、第1および第2のサブチャネルから生じ、かつ結合モジュールMCに供給される信号の結合位相を、周波数に応じて不均一な方法で調整することが可能になる。
サブチャネルの両方が、調整可能な長さの伝送ラインLT1またはLT2を含むことが必須ではないことが注目されよう。実際には、これらのサブチャネルの1つだけに、このタイプの伝送ラインを取り付けてもよい。これらの伝送ラインLT1および/またはLT2によって、第1および第2のサブチャネルは、同じ群伝搬遅延を有することができるようになる。したがって、第1および第2のサブチャネルの再結合位相は、周波数帯域の全体にわたって一定であることが可能になり、その結果、リニアライザDの応答は、この同じ帯域にわたって一定である。反対に、伝送ラインLT1および/またはLT2は、第1および第2のサブチャネルが、異なる群伝搬遅延を自主的に有するようにしてもよい。したがって、この場合には、第1および第2のサブチャネル間の再結合位相が、リニアライザDのペイロード帯域における周波数の一次関数であり、その傾きが、伝送ラインLT1およびLT2の長さによって決定されることに注目されたい。周波数によって異なる再結合位相をこのように調整することは、この場合に、周波数に応じた不均一な挙動をリニアライザDに与えるために用いられ、周波数に応じた電力増幅器AP、AP’の利得および位相圧縮の変動を補償することができる。進行波管増幅器またはTWTAは、たとえば、衛星ペイロードで従来用いられる周波数帯域における自身の利得および位相圧縮を示す変動を特に有する。
第1のCL1および第2のCL2(ランゲ)カプラは、第1および第2のサブチャネルに対して同一の群伝搬遅延を構成によって保証するために、同一であることが好ましい。
結合モジュールMCは、第1および第2のサブチャネルによって処理および送出されたマイクロ波信号を結合して、中間信号Siを形成するようにする働きをする。それは、たとえば、2×1型の0°ウィルキンソンカプラの形状であってもよい。
当然、変換装置Dには、図10〜12に関連して上記した実施形態以外の、第1のMFおよび/または第2のML接続手段の実施形態を含んでもよい。
本発明による変換装置Dおよび/または本発明による増幅装置APもしくはAP’は、集積可能な電子回路の形状で製造してもよい。
本発明は、あくまで例として上記で説明した変換装置および増幅装置の実施形態に限定されず、当業者が、特許請求の範囲の文脈において想像できる全ての変形を含む。
本発明による線形化装置と、たとえばTWTA(進行波管増幅器)型の増幅装置との関連を非常に概略的に示す。 線形化装置を組み込んだ、たとえば固体電力増幅器型の、本発明による増幅装置を非常に概略的に示す。 本発明による線形化装置の第1の例示的な実施形態を概略的および機能的に示す。 図3の線形化装置と等価な、直流電圧および電流(DC)の電気ダイアグラムを示す。 図3の線形化装置の第1のチャネルにおける第1のダイオード(D1)の電流/電圧特性の例を示すダイアグラムである。 図3の線形化装置の第2のチャネルにおける第2のダイオード(D2)の電流/電圧特性の例を示すダイアグラムである。 入力信号の第1および第2のフラクションの電力間の比率の様々な値に対して、入力信号の第2のフラクションの電力に応じて、図3の線形化装置の第2のチャネルにおける第2のダイオード(D2)の端子における電圧の変化例を示すダイアグラムである。 入力信号の第1および第2のフラクションの電力間の比率の様々な値に対して、入力信号の第2のフラクションの電力に応じて、図3の線形化装置の第2のチャネルにおける第2のダイオード(D2)の端子におけるインピーダンスの係数の変化例を示すダイアグラムである。 入力信号の第1および第2のフラクションの電力間の比率の様々な値に対して、入力信号の第2のフラクションの電力に応じて、利得伸張の変化例を示すダイアグラムである。 図3の線形化装置の第1のチャネルの例示的な実施形態と等価な電気ダイアグラムを示す。 図3の線形化装置の第1のチャネルの第2の例示的な実施形態と等価な電気ダイアグラムを示す。 本発明による線形化装置の第2のチャネルの例示的な実施形態を概略的および機能的に示す。

Claims (17)

  1. 電力増幅器(AP、AP’)の利得圧縮および位相変動を補償する利得および位相伸張を行うプリディストーション線形化装置(D)であって、
    マイクロ波入力信号を受信できる入力部(Se)および該入力部(Se)で受信された前記入力信号から選択された第1および第2のフラクションを生成し、該第1および第2のフラクションのそれぞれを送出する第1および第2の出力部を備えた第1の分割手段(MD1)と、
    前記入力信号の前記第1のフラクションによって供給されるように前記第1の出力部に接続された第1のチャネル(V1)であって、前記第1のフラクションに応じて、第1のダイオード(D1)の第1の自己バイアスから第1の直流電流を発生する第1のチャネル(V1)と、
    前記入力信号の前記第2のフラクションによって供給されるように前記第2の出力部に接続された第2のチャネル(V2)であって、前記第2のフラクションに応じて、少なくとも1つの第2のダイオード(D2)の第2の自己バイアスから該第2のチャネル(V2)の出力部を形成するポート(Si)において利得および位相伸張を実行する第2のチャネル(V2)と、
    前記第1のチャネル(V1)および第2のチャネル(V2)に接続され、かつ直流電圧を供給するバイアス回路(P)であって、前記第1のチャネル(V1)の前記第1の自己バイアスおよ第2のチャネル(V2)の前記第2の自己バイアスから生じる前記直流電圧および電流を逆に結合し、前記入力信号の振幅に応じて、前記第2のチャネル(V2)の前記利得および位相伸張の形状を制御するバイアス回路(P)と
    を含むことを特徴とするプリディストーション線形化装置(D)。
  2. 前記第1のチャネル(V1)は、
    前記第1の分割手段(MD1)の前記第1の出力部に接続された第1の回路(MF)であって、前記入力信号の前記第1のフラクションを少なくとも前記第1のダイオード(D1)に供給し、かつ前記第1のフラクションから絶縁された2つのポート(VD1A、VD1C)を備え、前記第1のダイオード(D1)の端子(A1、C1)にそれぞれ直流電圧を直接印加する第1の回路(MD1)を含むことを特徴とする請求項1記載のプリディストーション線形化装置(D)
  3. 前記第2のチャネル(V2)
    前記第1の分割手段(MD1)の前記第2の出力部に接続され、かつ前記入力信号の前記第2のフラクションの少なくとも一部を前記少なくとも1つの第2のダイオード(D2)に供給する第2の回路(ML)であって、該第2のチャネル(V2)の前記ポート(Si)において、前記第2のフラクションに応じ前記第2のダイオード(D2)のインピーダンス変動を利得および位相伸張に変換し、かつ前記ポート(Si)とは別の前記第2のフラクションから絶縁された2つのポート(VD2A、VD2C)を備え、前記第2のダイオード(D2)の端子(A2、C2)にそれぞれ直流電圧を直接印加する第2の回路(ML)を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  4. 前記バイアス回路(P)は、
    前記第1のチャネル(V1)の前記ポート(VD1A)を通して前記第1のダイオード(D1)の前記端子(A1、C1)のうちの一方の端子(A1)に接続された第1の直流電圧ジェネレータ(G1)と、
    前記第1のチャネル(V1)の前記ポート(VD1C)を通して前記第1のダイオード(D1)の他方の端子(C1)および前記第2のチャネル(V2)の前記ポート(VD2A)を通して前記第2のダイオード(D2)の前記端子(A2、C2)のうちの一方の端子(A2)に接続された共通ノード(PM)に、抵抗器(R)を通して接続された第2の直流電圧ジェネレータ(G2)とを含み、
    前記第2のダイオード(D2)の前記端子(A2、C2)のうちの他方の端子(C2)が、前記第2のチャネル(V2)の前記ポート(VD2C)を通して接地されることを特徴とする請求項2または3に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  5. 前記第1のダイオード(D1)および第2のダイオード(D2)の接続方向を、同時に逆にしてもよいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  6. 前記第1の分割手段(MD1)
    前記入力信号の電力を2つに分配してそれぞれの電力を出力する2つの出力部を備えたカプラ(CP)と、
    前記カプラ(CP)の2つの出力部のうちの少なくとも1つの出力部の下流に配置された素子(AV1)であって、前記カプラ(CP)の2つの出力部のそれぞれから送出された電力の値を、選択された調整可能な量だけ増幅または減衰する素子(AV1)を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  7. 前記素子(AV1)
    可変減衰素子と、増幅素子と、可変利得増幅素子と、他の素子の機能のいくつかをカスケードに連結する素子とを含む素子の中から選択されることを特徴とする請求項6に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  8. 前記素子(AV1)は、
    周波数に応じて不均一で調整可能な挙動を有することを特徴とする請求項6または7に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  9. 前記第2の回路(ML)
    ダイオードベース線形化回路を形成し、該ダイオードベース線形化回路の直流バイアスポートが前記第2のダイオード(D2)と直列な抵抗器を含まないことを特徴とする請求項3乃至8のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  10. 前記ダイオードベース線形化回路は、
    前記第1の分割手段(MD1)の前記第2の出力部に接続された入力部および該入力部から入力された前記入力信号の前記第2のフラクションから選択された第1および第2のサブフラクションを生成し、該第1および第2のサブフラクションのそれぞれを送出する第1および第2の出力部を備えた第2の分割手段(MD2)と、
    第1および第2入力部と、自身の第1および第2の入力部で受信された前記信号の結合からもたらされる出力信号を送出できる出力部とを含む結合手段(MC)と、
    前記ノード(PM)において前記抵抗器(R)を通して、前記第2のジェネレータ(G2)によって直流電圧および電流を供給される少なくとも1つの第2のダイオード(D2)を介してそれぞれ接地された第1および第2のポートと、前記第2の分割手段(MD2)の前記第1の出力部に接続された第3のポートと、前記結合手段(MC)の前記第1の入力部に結合された第4のポートとを含む第1のカプラ(CL1)を含む、非線形と言われる第1のサブチャネルと、
    前記第1および第2のサブチャネルのために同じ群伝搬遅延を構成によって保証するために、前記第1のカプラ(CL1)とほぼ同一の第2のカプラ(CL2)を含み、かつ第3の受動素子(CP3)を介してそれぞれ接地された第1および第2ポートと、前記第2の分割手段(MD2)の前記第2の出力部に接続された第3のポートと、前記結合手段(MC)の前記第2の入力部に結合された第4のポートとを含む、線形と言われる第2のサブチャネルと、
    を含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 前記第3の受動素子(CP3)が、選択された全周波数帯域にわたってほぼ一定の方法で、前記結合手段(MC)において前記信号の前記結合位相を調整するように、調整可能な長さおよび幅の、開回路におけるマイクロ波伝送ラインのセクションである請求項10に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  12. 前記第1および第2のサブチャネルの少なくとも1つが、調整可能な長さの伝送ライン(LT1、LT2)を含んで、そのサブチャネルの群伝搬遅延を修正し、前記結合手段(MC)における前記信号の前記結合位相を、前記周波数に応じて一定でない方法で調整するようにし、その結果、前記リニアライザ(D)が、広帯域の周波数における前記周波数に応じて異なる挙動を有して、線形化すべき前記電力増幅器(AP、AP’)の周波数変動に従うようにすることを特徴とする、請求項10または11に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  13. 前記第1および第2のサブチャネルの少なくとも1つが、前記伝送ラインに直列または並列にエッチングされる少なくとも1つの抵抗器を含み、この伝送ラインが、テープまたは少なくとも1つの金属ワイヤにより前記直列抵抗器を短絡させることによって、および前記並列抵抗器を前記伝送ラインに連結する前記接続テープまたはワイヤを遮断することによって有限値とゼロとの間で調整可能な減衰値の減衰器の役割を果たすことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  14. 前記第1の回路(MF)が、前記第1の分割手段(MD1)の前記第1の出力部に対して前記第1のダイオード(D1)のインピーダンスを整合させるように、および前記第1のダイオード(D1)の前記端子(A1、C1)であって、これらの端子(A1、C1)のいずれにも直列の抵抗器がない端子のバイアスシングを可能にするように構成された回路素子を含むことを特徴とする請求項2乃至13のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  15. 前記第1の回路(MF)が、1/4波長に等しい長さの、高特性インピーダンスの第1の伝送ラインを含む1/4波長バイアス回路であって、この回路の第1の端部が、前記第1のダイオード(D1)に供給する前記ラインに接続され、第2の端部が、一方では、1/4波長に等しい長さで低特性インピーダンスの、開回路によって終端される第2の伝送ラインに接続され、他方では、前記第1の回路(MF)の前記バイアスポート(VD1A、VD1C)のうちの1つに接続される1/4波長バイアス回路を含むことを特徴とする請求項2乃至14のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  16. 前記第1の回路(MF)が、前記入力信号の前記第1のフラクションに対して、前記第1の回路(MF)の前記バイアスポート(VD1A、VD1C)の絶縁を増加させるためにカスケードされたいくつかの1/4波長バイアス回路を含むことを特徴とする、請求項2乃至15のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)
  17. 請求項1乃至16のいずれか一項に記載のプリディストーション線形化装置(D)を含むことを特徴とする固体電力増幅装置(AP’)。
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