JPH01198809A - フィードフォワード増幅器の自動調整回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 トランジスタや電子管等を用いて高周波帯で線型増幅器
を構成する方法の一つにフィードフォワード増幅器構成
があるが、これは二つの信号相殺形ｌレープを基本に構
成されるため、周囲温度変動等によりループの平衡性が
失われると線型性が劣化する基本的問題がある。この発
明はフィードフォワード増幅器のループの平衡を自動的
に達成する自動調整回路に関するものである。

「従来の技術」 フィードフォワード増幅器の基本構成な第５因に示す。

フィードフォワード増幅器は基本的に二つの信号相殺形
ループより構成される。一つは歪検出ループ１１であり
、他の一つは歪除去ループ１２である。歪検出ループ１
１は主増幅器信号経路１３と線形信号経路１４とから構
成され、また歪除去ループ１２は主増幅器出力信号経路
１５と全注入経路１６とから構成される。さらに主増幅
器信号経路１３は主増幅器１７から構成され、線形信号
経路１４は可変減衰器１８と可変遅延線路１９とから構
成される。主増幅器出力信号経路１５は伝送線路からな
り、全注入経路１６は可変減衰器２１と可変遅延線路２
２と補助増幅器２３とから構成される。ここで特性的に
大きな違いが生ずることがないので、可変減衰器１８と
可変遅延線路１９とは、両方共またはいずれか一方だけ
の形で、主増幅器信号経路１３に具備される場合もある
。同様に可変減衰器２１と可変遅延線路２２は、場合に
よっては主増幅器出力信号経路１５に具備されることも
ある。また電力分配器２４と電力合成器２５及び２６は
トランス回路、ハイブリッド回路等で構成した単純な無
損失電力分配器・電力合成器である。まずこの動作につ
いて説明する。

入力端子２７に印加された入力信号は、まず電力分配器
２４により経路１３と経路１４とに分配された後１合成
器２５により電力合成される。ここで可変減衰器１８及
び可変遅延線路１９は、合成器２５の経路１６の側に出
力される二つの経路１３と１４との信号成分に関して互
いに振幅、遅延量が等しくかつ位相が逆相となるように
調整される。但し、逆相の条件は分配器２４もしくは合
成器２５における入出力端子間の移相量を適当に設定す
ることにより実現するか、もしくは主増幅器１７での位
相反転を利用するか、もしくは第６図に示すようにサー
キュレータ２８の一つの端子に短絡終端２９を具備した
位相反転回路を１３か１４かのいずれかの経路に挿入す
ることにより実現する。このようシニ歪検出ループ１１
は構成されているから、合成器２５の経路１６の側の出
力として、結局二つの経路１３と１４との二つの信号の
差成分が検出されることになる。この差の成分は、まさ
に主増幅器１７が発生する歪成分そのものであり、この
ことからこのループは歪検出ループと呼ばれる。

さて次に可変減衰器２１と可変遅延線路２２は、経路１
３についての合成器２５の入力端子２５ａから合成器２
６の出力端子３１までの二つの経路１５と１６との伝達
関数が、互いに振幅、遅延量に関して等しくかつ位相に
関して逆相となるように調整される。ここで経路１６の
入力信号は、歪検出ループ１１で検出された主増幅器１
７の歪成分であるから、経路１６は電力合成器２６の出
力端子３１において、主増幅器１７の出力信号に歪成分
を逆相等振幅で注入することになり、結局、回路全体の
出力における歪成分の相殺が実現される。

ａｈがフィードフォワード増幅器構成の理想的な動作で
ある。動作原理を簡略的に述べれば、主増幅器１７の発
生する歪成分を歪検出ループ１１で検出した後、補助増
幅器２３でそのレベルを増大し、歪除去ループ１２によ
り逆相等振幅で主増幅器出力に再注入することによって
歪を抑圧し、線型性の高い増幅器を実現するものである
。

第７図に示すスペクトラム図は、等振幅２信号を入力し
た場合のフィードフォワード構成素子各点におけるスペ
クトラム例を表すものである。まず第７図Ａは主増幅器
１７の出力スペクトラムである。図中ｆ１．　ｆ２は入
力信号が線型増幅された基本波出力成分であり、２　ｆ
ｌ−ｆ２と２　ｆ２−　ｆｌは３次相互変調歪成分、３
　ｆｌ−２ｆ２と３ｆ２−２ｆ、は５次相互変調歪成分
である。次に第７図Ｂは歪検出ループ１１の出力スペク
トラムであり、基本波成分が十分抑圧された歪成分が得
られている状態を示す。さらに第７図Ｃは補助増幅器２
３の理想的な出力スペクトラムであり、検出された歪成
分が線型増幅された状態を示す。この第７図Ｃに示す歪
成分が歪除去ループ１２で主増幅器出力に注入され、第
７図Ａの歪成分の相殺が達成され、第７図りに示すよう
に主増幅器が発生した歪成分の存在しない線型出力が得
られる。

「発明が解決しようとする課題」 以上が理想的なフィードフォワード増幅器の動作である
が、実際には二つのループの平衡性を完全にすることは
容易ではなく、また仮に初期設定が完全であっても周囲
＠度等の変動によって増幅器の特性が変動するために時
間的に安定して良好な平衡性を維持することは通常極め
て困難である。

ｆＪＪ８図はループを構成する二つの経路の振幅と位相
が等振幅逆相条件からずれた偏差機と信号の圧縮量との
関係を計算した結果である。因から例えば３０ｄＢ１２
を上の圧縮量を得るためには位相及び振幅の偏差がそれ
ぞれ±２°以内及び±０．３ｄＢ以内であることが必要
であり、二つの経路の伝送特性の平衡度及び調整の完全
性について厳しい条件が要求されることがよく分かる。

歪検出ループ１１の平衡性が劣化すると補助増幅器２３
の入力に歪成分よりも大きなレベルで主信号が相加する
ために不要な歪を発生させ、また歪除去ループ１２の平
衡性が劣化すると圧縮量の劣化した分フィードフォワー
ド増幅器としての歪改善量を劣化させる。

このように従来のフィードフォワード増幅器では。

ループの安定性が十分でなかつたために良好な線型増幅
器を実現できない基本的な欠点があった。

この発明の目的は、このようなフィードフォワード増幅
器の特性の不安定性を解決する自動調整回路を提供する
ことにある。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば、主増幅器の非線型歪成分を検出する
歪検出ループと、その検出した歪成分を補助増幅器を用
いて増幅した後主増幅器出力に再び注入することによっ
て歪成分の相殺を行う歪除去ループとを有するフィード
フォワード増幅器において、歪検出ループに第１電気的
可変減衰器及び第１電気的可変移相器が挿入され、歪除
去ループに第２電気的町変減衰器及び第２電気的可変移
相器が挿入され、補助増幅器の信号経路に信号レベルを
検出するレベル検出手段が設けられ、フィードフォワー
ド増幅器出力経路に歪成分のレベルを検出する歪検出手
段が設けられ、レベル検出手段の検出レベルが最小にな
るように第１電気的可変減衰器及び第１電気的町変移相
器が制御回路で制御され、かつ歪検出手段の検出レベル
が最小になるように第２電気的可変減衰器及び第２電気
的可変移相器が制御回路で制御される。

歪検出手段に代えて、歪検出ループに特定周波数のパイ
ロット信号を注入する手段が設けられ、かつフィードフ
ォワード増幅器出力経路にパイロット信号を検出する手
段が設けられ、その検出したパイロット信号のレベルが
最小になるように第２電気的可変減衰器及び第２電気的
可変移相器が制御回路により制御される。

レベル検出手段に代え、フィードフォワード増幅器の入
力経路に特定周波数のパイロット信号を注入する手段が
設けられ、かつ補助増幅器出力経路にパイロット信号を
検出する手段が設けられ。

その検出したパイロット信号のレベルが最小になるよう
にｉ１電気的可変減衰器及び第１電気的可変移相器が制
御回路（：より制御される。

「作　用」 フィードフォワード増幅器の二つのループの信号相殺条
件の不完全性に起因して生じる残留信号成分がレベル検
出手段、歪検出手段、又はパイロット信号検出手段によ
り検出され、これらの検出レベルを監視しつつ、それが
最小値をとるようにループの伝送特性が自動調整される
。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示し、第５図と対応する部
分には同一符号を付けである。歪検出ループ１１の線形
信号線路１４に電気的に調整可能な可変減衰器３３と電
気的に調整可能な可変移相器（可変遅延線路でもよい）
３４とが挿入される。

歪除去ループ１２の全注入経路１６に電気的に調整可能
な可変減衰器３５と電気的に調整可能な可変移相器３６
とが挿入される。これらはＰＩＮダイオードとバラクタ
ダイオードとを用いて容易に構成でき、市販の製品も利
用できる。補助増幅器２３の出力経路に方向性結合器３
７を介してレベル検出器３８が結合される。フィードフ
ォワード増幅器出力経路に方向性結合器４１を介して歪
検出器４２が結合される。レベル検出器３８、歪検出器
４２の各出力が制御回路４３に入力され、制御回路４３
は可変減衰器３３，３５、可変移相器３４．３６を制御
する。

レベル検出器３８は入力信号の全電力レベルを検出する
ように構成する場合と、入力信号の特定の周波数成分の
みのレベルを検出するような、周波数変換器と狭帯域フ
ィルタ及び検波器を具備した選択レベル計のように構成
する場合とがある。

また歪検出器４２は選択レベル計で構成され、主増幅器
１７が発生した歪成分のうち、本来の信号゛の占有周波
数の隙間もしくは帯域外に落ち込む成分のレベルを検出
する機能なをする。制御回路４３、は基本回路としての
Ａ／Ｄ変換器、マイクロプロセッサ、Ｄ／Ａ変換器から
構成され、レベル検出器３８及び歪検出器４２からの入
力信号を監視しつつ、可変減衰器３３．３５及び可変移
相器３４゜３６の設定点を調整する機能を有する。

この調整制御動作は次のようになる。まず最初にフィー
ドフォワード増幅器に信号を入力する。

入力信号としては、例えば周波数が特定した幾つかの連
続信号の組み合わせｔ用いる。この時レベル検出器３８
は、歪検出ループ１１で抑圧しきれなかった信号を含む
主増幅器の歪成分を検出する。

ここで選択レベル計でレベル検出器３８を構成した場合
には、選択周波数を前記連続信号に設定しておくことに
より、歪検出ループ１１で抑圧しきれなかった信号のレ
ベルのみを検出できる。制御回路４３は、レベル検出器
３８の出力が最小値をとるように可変減衰器３３と可変
移相器３４との設定点を調整する。この制御法としては
、例えば設定点を僅かずつステップ的に変化させ、レベ
ル検出器３８の出力が最小となる点を検出した後その点
の制ａ電圧を保持する方法が適用できる。これにより補
助増幅器２３の出力が最小となる条件、すなわち歪検出
ループ１１の抑圧量が最大となる状態を実現できる。な
おレベル検出器３８で歪成分をも検出しても、可変減衰
器３３．可変移相器３４で制御されるのは信号成分のみ
であり、レベ／ｌ（検出器３８で一定レベルの歪成分を
加えた状態でこれが最小になるように調整することにな
る。

次に、歪検出器４２はフィードフォワード増幅器出力中
の、本来の信号の占有周波数の隙間もしくは帯域外に落
ち込む残留歪成分を検出するから、この歪検出レベルに
ついて最小値をとるように可変減衰器３５、可変移相器
３６について歪検出ループの制御と同様な制御を実行す
ることにより、歪除去ループ１２の抑圧量が最小となる
状態を実現できる。

以上の二つの制御を常時または間欠的に実行することに
より、フィードフォワード増幅器の最適動作条件を実現
できる。またこの説明では、制御実行時の入力信号とし
て、周波数の特定した連続波の組み合わせを用いるとし
たが、例えば自動車電話の基地時送信信号のように、周
波数の特定したチャネル信号を常時含むものがあり、そ
のような場合には実際の送信信号を制御用信号として直
接用いることができる。

第２図はこの発明の他の実施例を示す。周波数の特定し
たパイロット信号を発生するための周波数シソセサイザ
等の発振器４４が方向性結合器４５を介して主増幅器１
７の出力側に結合される。方向性結合器４１には同期検
波回路４６が結合され、同期検波回路４６はミクサ４７
、低域ろ波器４８及び直流増幅器４０から構成され、発
振器４４からのローカル信号で同期検波することにより
フィ−ドフォワード増幅器出力信号中のパイロット信号
レベルを冒感度に検出することができる。同期検波回路
４６の機能はパイロット信号レベルを高感度に検出する
ことであり、同期検波回路の他にも選択レベル計を用い
ることもできる。

さてこの回路の動作は、第１図の場合と同様に信号が入
力されるとまずレベル検出器３８が補助増幅器出力全電
力レベルもしくは特定の周波数成分の信号レベルを検出
する。このレベルが最小となるよう（−制御回路４３は
前述における制御動作と同様にして電気的可変減衰器３
３と電気的可変移相器３４との設定点を調整し、歪検出
ループ１１の動作について、これを構成する二つの経路
の伝送特性が互いに等振幅、逆位相となる所望の平衡状
態になるようにする。次に制御回路４３は同期検波回路
４６の出力レベルが最小値をとるように同様に電気的可
変減衰器３５と電気的可変移相器３６の設定点を調整す
る。これは主増幅器１７がパイロット信号と同一成分の
歪を発生したと見なせるからこの制御が有効であり、歪
除去ループ１２についてこれを構成する二つの経路の伝
送特性が互いに等振幅、逆位相となる所望の平衡状態を
実現すること１；なる。この結果二つのループの最適調
整点が自動的に設定され、線型性の良好なフィードフォ
ワード増幅動作が実現される。特に歪除去ループ１２を
自動調整するに際して、前記したように周波数の特定し
たパイロット信号の狭帯域検波出力を利用する高感度検
波を行っているため、主増幅器１７の走電力レベルより
低レベルのパイロット信号を利用することができる。従
って本来の信号成分の周波数スペクトラムの間隙や帯域
外に前記パイロット周゛波数を配置することにより、信
号に影響を与えることなく制御を実行することができる
。

第３図に示すようにパイロット発振器４４とパイロット
信号を注入する方向性結合器４５を線形信号経路１４に
挿入してもよい。

第４図にこの発明の更に他の実施例を示す。この実施例
では９Ｉ３図の構成にさらにフィードフォワード増幅器
入力経路にパイロット注入用の方向性結合器５１が挿入
され、更に信号切り換え器５２゜５３が新たに設けられ
ている。切り換え器５２゜５３は発振器４４と同期検波
回路４６を共用するために用いるもので、それぞれ別に
もう一系統膜けた場合には不要となる。切り換え器５２
と５３が実線の如く接続された場合は、動作は第３図に
おけるものと同様であり、歪除去ループ１１の自動調整
を実行できる。また切り換え器５２　、５３が破線の如
く接続された場合は、方向性結合器５１で注入されたパ
イロットについて方向性結合器３７で分岐出力し、同期
検波回路４６でレベル検出を行う。このようにして検出
されるパイロットは、歪検出ループ１１の二つの経路１
３．１４の等振幅逆相条件からのずれによって生ずる、
本来完全に抑圧されるべき信号成分と同じ性質を有する
。

従ってこの検出レベルが最小となるような可変減衰器３
３と可変移相器３４の調整点を検出しその状態にそれら
を設定することにより、歪検出ループ１１の不平衡に起
因する残留信号成分を良好に、ｒｌ 低減することが可能となりループの最適動作状態を実現
できる。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明により、温度変化、電源変
動等によって生じるフィードフォワード増幅器の特性劣
化を救済することが可能となるから、無線通信、放送等
における送信用高出力増幅器はもとより有線通信中継器
、オーディオ機器等の実用的な線型増幅器としてフィー
ドフォワード増幅器を広範に適用することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図乃
至弗４図はそれぞれこの発明の他の実施例を示すブロッ
ク図、第５図はフィードフォワード増幅器を示すブロッ
ク図、第６図はサーキュレータを用いた位相反転回路を
示す図、弗７図はフィードフォワード増幅器の動作原理
を説明するための信号スペクトラム図、第８図はループ
の振幅、位相不平衡度と圧縮量の計算例を示す図である
。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代　理　　人　　　草　　　野　　　　　卓オ　７　口 版幅 Ａ　　　　　　　　　　　　　　Ｅ１ ３１＋−２ｆ２２ｆ２−ｆ啼 ＣＤ 柑　８図 １０位相偏差（ｄｅｇ、　） ５項幅偏差〔ｄＢ〕

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主増幅器の非線型歪成分を検出する歪検出ループ
   と、その検出した歪成分を補助増幅器を用いて増幅した
   後主増幅器出力に再び注入することによって歪成分の相
   殺を行う歪除去ループとを有するフィードフォワード増
   幅器において、上記歪検出ループに挿入された第１電気
   的可変減衰器及び第１電気的可変移相器と、 上記歪除去ループに挿入された第２電気的可変減衰器及
   び第２電気的可変移相器と、 上記補助増幅器の出力信号経路の信号レベルを検出する
   レベル検出手段と、 上記フィードフォワード増幅器出力経路の歪成分のレベ
   ルを検出する歪検出手段と、 上記レベル検出手段の検出レベルが最小になるように上
   記第１電気的可変減衰器及び上記第１電気的可変移相器
   を制御し、かつ上記歪検出手段の検出レベルが最小にな
   るように上記第２電気的可変減衰器及び上記第２電気的
   可変移相器を制御する制御回路とを具備するフィードフ
   ォワード増幅器の自動調整回路。
2. （２）上記歪検出手段に代えて、上記歪検出ループに特
   定周波数のパイロット信号を注入する手段と、上記フィ
   ードフォワード増幅器出力経路のパイロット信号を検出
   する手段とが設けられ、その検出したパイロット信号の
   レベルが最小になるように上記第２電気的可変減衰器及
   び上記第２電気的可変移相器が上記制御回路により制御
   されることを特徴とする請求項１に記載のフィードフォ
   ワード増幅器の自動調整回路。
3. （３）上記レベル検出手段に代えて、上記フィードフォ
   ワード増幅器の入力経路に特定周波数のパイロット信号
   を注入する手段と、上記補助増幅器の出力経路のパイロ
   ット信号を検出する手段とが設けられ、その検出したパ
   イロット信号のレベルが最小になるように上記第１電気
   的可変減衰器及び上記第１電気的可変移相器が上記制御
   回路により制御されることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のフィードフォワード増幅器の自動調整回路。