JPH01302901A - 多周波同時増幅器における歪補償回路 - 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］ 本発明は多周波同時増幅器における歪補償回路に関し、
−層詳細には、周波数の異なる多数の無線周波の信号を
同時増幅する際に発生する非直線歪成分をフィードバッ
ク制御により自動的に補償して低歪で効率のよい信号増
幅を行なえる多周波同時増幅器における歪補償回路に関
する。

［発明の背景コ 近時、無線通信の発展に伴い使用周波数の多周波化が促
進され、これに伴い広帯域多周波同時電力増幅器（以下
、多周波同時増幅器という）の需要が増加している。

このような多周波同時増幅器により、例えば、自動車電
話の基地局の送信信号、テレビ放送波の信号等、多数の
無線周波数からなる信号を同時に増幅する場合、当該増
幅器の人出力特性に起因する非直線性のために複数の信
号同士の相互干渉による混変調成分が発生し、この混変
調成分が前記多周波同時増幅器の特性に悪影響を与えて
いる。

この混変調等の非直線性歪の影響を少なくするためには
その飽和出力が大きく且つ直線性のよい多周波同時増幅
器が必要となる。そして、このような多周波同時増幅器
には大出力電力を取り出せるトランジスタ等の増幅素子
が必須であるが、単一のトランジスタにより効率よく大
出力電力を取り出すことは極めて困難である。

そこで、通常、以下に述べるような３通りの歪低減方式
を採用する多周波同時増幅器が提案されている。

第１の方式は、第１図に示すように、異なる周波数ｆｌ
乃至［ｎを担持する信号５ｌ（ｆｌ）乃至Ｓ。（［。）
の夫々の信号毎に増幅器ａｌ乃至ａ、、を個別に使用し
、夫々の出力信号を空中線共用器２で合成する方式であ
り、現在の自動車電話基地局の送信機や大電力のテレビ
放送機で用いられている方式である。この方式は増幅器
ａｌ乃至ａｈが周波数ｆｌ乃至ｆ。毎に１台ずつ必要で
あり、さらにそれらの増幅器ａｌ乃至ａ、の出力信号を
合成する空中線共用器２も必要であることから当該装置
が大型化し、しかも、使用する周波数が空中線共用器２
で限定されるため周波数の変更が容易に出来ないという
欠点を露呈している。

第２の方式は、第２図ａに示すように、増幅器の歪特性
を改善した広帯域低歪増幅器４を使用して多周波の信号
Ｓ、（ｆ、）乃至Ｓ。（「。）をｎ波合成器６により合
成した後、同時に増幅する方式である。この方式では使
用する周波数を自由に変更出来るが、広帯域低歪増幅器
４て発生する歪を少なくしなければならない要請から当
該広帯域低歪増幅器４の信号出力レベルを当該広帯域低
増幅器４の飽和出力レベルに比較して十分に小さい信号
レベルで使用しなければならず、結果的には全体として
の電力利用効率が極めて低くなるという問題点が存在し
ている。

この場合、例えば、第２図すに示すように周波数チャン
ネル間隔が周波数幅Δｆで割り当てられている時、この
中、周波数ｆ、、ｆ、に対応する隣接するチャンネルの
２つの信号５３（ｆ３）、Ｓ　４（ｆ４）が広帯域低歪
増幅器４に人力されるき、当該広帯域低歪増幅器４の非
直線性によりその出力端子８には前記周波数ｆ３、ｆ４
の近傍に次の第１式並びに第２式に示すような三次歪成
分のスプリアス周波数ｆ２、ｆ５に対応する三次歪成分
（第２図Ｃ参照）が発生し、夫々周波数１３の下側のチ
ャンネルＣ以下、Ｃ（ｆ３）１ｍ記する）および周波数
ｆ４の上側のチャンネルＣ（ｆ４）に妨害を与える。

２１３ｆ＜＝ｆｓ−Δｆ　＝　ｆ　２（１）２ｆ４　　
ｆ＋＝ｆ４＋△ｆ　＝　ｆ　Ｓ　　　（２）従って、本
方式ではこのような使用帯域内のスプリアスの発生を低
レベルに抑制しなければならないことから当該広帯域低
歪増幅器４の信号出力レベルを所定のレベル以上には高
くすることが出来ない。そのため、当該広帯域低歪増幅
器４の電力効率が悪化し、実際上、この方式によって大
出力の広帯域低歪増幅器４を実現することは極めて困難
なものとなっている。

第３の方式は、第３図に示すように、前記の第２の方式
を採用する際、増幅時に発生する歪成分を前置歪補償器
１０で予め補償する、所謂、フィードフォワード制御方
式である。この方式の問題点は第１に増幅すべき信号の
出力レベル、信号数、周波数配列が変化すると歪成分も
変化するために前置歪補償器１０の歪補償量をその度毎
に再調整しなければならない煩雑さがあることにある。

第２に当該前置歪補償器１０のダイナミックレンジを大
きく設計することが困難であるため、広帯域低歪増幅器
４の出力信号レベル並びに人力信号数が大幅に変化する
用途に使用する多周波同時増幅器としては安定した状態
で使用することが出来ないことにある。すなわち、信号
周波数が２倍になる毎に前置歪補償器１０のダイナミッ
クレンジを６ｄＢ広くする必要があることから当該前置
歪補償器１０を使用する多周波同時増幅器は出力信号レ
ベル、入力信号数の変化に対応出来る可能性が極めて小
さくなる難点が存在している。

［発明の目的］ 本発明は前記の技術的課題を解決するためになされたも
のであって、多数の無線周波の信号を多周波同時増幅器
により同時に増幅する時に発生する非直線歪成分を検出
し、当該歪成分を補償する成分を広帯域低歪増幅器の入
力側にフィードバック信号として供給することにより非
直線歪を自動補償し、これにより広帯域且つ低歪であり
、さらに電力効率がよく、しかも使用状態に対応し可能
性の高い多周波同時増幅器を提供することを目的とする
。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は周波数の異なる
多数の無線周波の信号を多周波合成器により合成した後
広帯域低歪増幅器により増幅する多周波同時増幅器にお
ける歪補償回路において、広帯域低歪増幅器の出力信号
を分岐する第１の結合器と、前記第１結合器によって分
岐した信号から歪成分を抽出する歪検出器と、前記多周
波合成器の出力信号を本線信号と標本信号とに分岐する
第２の結合器と、前記標本信号から歪成分を発生する歪
増幅器と、当該歪増幅器と直列に接続される可変減衰器
および可変位相器と、当該可変位相器の出力信号と前記
第２結合器からの本線信号とを結合して前記広帯域低歪
増幅器の入力側に供給する第３の結合器とからなり、前
記可変減衰器並びに可変位相器の減衰率および位相を前
記歪検出器で抽出される歪成分が最小となるように前記
歪検出器の出力信号に応じて変化するよう構成すること
を特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る自動歪補償回路を内蔵する多周波同
時増幅器について好適な実施態様を挙げ、添付の図面を
参照しながら以下詳細に説明する。

第４図において、参照符号２０は本実施態様に係る自動
歪補償回路を内蔵する多周波同時増幅器を示し、当該多
周波同時増幅器２０は、基本的に周波数の異なる信号５
１（ｆｌ）乃至Ｓ、（ｆゎ）を合成する多周波合成器２
２（以下、ｎ波合成器という）と、当該ｎ波合成器２２
の多周波合成信号Ｑ２を歪補償する歪補償部２３と、当
該歪補償部２３を通過した多周波合成信号Ｑ４を増幅す
る広帯域低歪増幅器２４と、当該広帯域低歪増幅器２４
の多周波合成信号Ｑ６から第１の結合器２６を介して標
本信号Ｑ８を抽出しその標本信号Ｑ８から歪信号を検出
する歪検出部２８と、当該歪検出部２８によって検出さ
れた歪レベルデータに応じて前記広帯域低歪増幅器２４
に人力する多周波合成信号Ｑ２に対する歪補償信号の振
幅を制御する振幅制御信号ＳＡ　と位相を制御する位相
制御信号Ｓ、を供給する制御部３０とから構成される。

前記ｎ波合成器２２の出力信号である多周波合成信号Ｑ
２は歪補償部２３を構成する第２の結合器３４並びに第
３の結合器３６を介して多周波合成信号Ｑ４　として広
帯域低歪増幅器２４の入力側子に導入される。前記第２
結合器３４に人力した多周波合成信号Ｑ２は本線信号Ｑ
３　と標本信号Ｑ５とに分岐され、その中、標本信号Ｑ
５は歪増幅器３８に人力され、歪増幅器３８の出力信号
は可変減衰器４０において制御部３０の制御下に振幅制
御され、次いで、可変位相器４２において同様に制御部
３０の制御下に位相制御された後、歪補償信号ＱＩＯと
して前記第３結合器３６の他方の入力側子に導入される
。

広帯域低歪増幅器２４の出力信号である多周波合成信号
Ｑ６は第１結合器２６を介して出力端子４４に多周波合
成信号Ｑ１２として導入されると共に、前記したように
、その一部の信号は多周波合成信号Ｑ６の標本信号Ｑ８
　として歪検出部２８を構成する周波数混合器４６の一
方の入力側子に導入される。この場合、周波数混合器４
６の他方の入力側子には制御部３０からの周波数制御信
号ＳＦによってその発振周波数が可変される局部発振器
４８の出力信号が導入される。

周波数混合器４６によって検出された特定周波数の信号
はその振幅がレベル測定器５０によって測定されレベル
測定器５０からの歪レベルデータＳゎは制御部３０に導
入される。制御部３０は周波数データ入力側子５２より
入力される周波数データＳＦＤから前記局部発振器４８
の出力信号周波数を制御する周波数制御信号Ｓｐを出力
し、前記歪レベルデータＳ。と前記周波数データ５Ｆ１
１から振幅制御信号ＳＡ並びに位相制御信号Ｓ、を前記
歪補イ「部２３を構成する可変減衰器４０並びに可変位
相器４２に夫々導入する。

本実施態様に係る多周波同時増幅器は基本的には以上の
ように構成されるものであり、次にその作用並びに効果
について説明する。

そこで、先ず、当該多周波同時増幅器２０に、第５図ａ
のスペクトル線図に示すように、周波数幅△ｆの周波数
ｆ１、ｆ２、ｆ３である多周波の信号Ｓ　＋　（Ｌ）　
、５２（ｆ２）　、５３（ｆ３）の３波がｎ波合成器２
２に人力する。初期状態においては制御部３０からの振
幅制御信号ＳＡ、位相制御信号Ｓ、が共にＯレベルであ
るので多周波合成信号Ｑ２はそのままのスペクトル値で
多周波合成信号Ｑ４　として広帯域低歪増幅器２４に入
力される。

その結果、当該広帯域低歪増幅器２４の入出力特性の非
直線性に起因する三次中が発生し広帯域低歪増幅器２４
の多周波合成信号Ｑ４の周波数成分は第５図すに示され
るスプリアス成分を含む成分となる。この歪成分を含む
広帯域低歪増幅器２４の多周波合成信号Ｑ６　は第１結
合器２６で本線５４から分岐され、標本信号Ｑ８　とし
て歪検出部２８の中、周波数混合器４６の一方の入力側
子に導入される。

第５図すに示すスプリアス成分の周波数成分は入力信号
５１（ｆｌ）、５２（ｆ２）およびＳ　３　（ｆ３）の
周波数が第３式および第４式に示す関係にあるとすると
、次の第５式並びに第１３式に示すように分類される。

Ｌ＝ｆ＋　　十△ｆ　　　・・・（３）ｆ３＝ｆＩ＋２
△ｆ　　・・・（４） ２　ｆ、−ｆ２＝ｆ、−△ｆ　　　・・・（５）２ｆ＋
　　　ｆｓ＝ｆ＋　　　２Δｆ　　・・・（６）２　ｆ
２−　ｆａ　＝　ｆ３　　　　　　　、Ｃ’ｔ）２ｆ２
−ｆ３＝ｆ、　　　　　　　　・・・（８）２　ｆ３ｆ
＋　＝ｆ３＋２△ｆ　　・・・（９）２ｆ３　　ｆ２”
ｆ３＋△ｆ　　　・・・αＯｆ＋　＋　ｆ２　　ｆｓ　
＝ｆ＋　−△ｆ　　　・・・０］）ｆ、＋ｆｌ　−ｆ２
　＝ｆ２　　　　　　　・・・Ｑ２１ｆ２＋　ｆ３　　
ｆａ　＝　ｆ３＋Δｆ　　　・・・０＄このように分類
されるスプリアス成分の中、第７式、第８式および第１
２式に示されるスプリアス成分は現在使用中のチャンネ
ル周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３　に相当し信号に悪影響を与
え、その他のスプリアス成分は使用チャンネルＣ（ｆｌ
）、ｃＬ）およびＣ（ｆ３）近傍のチャンネルの周波数
に相当し、空きチャンネルに妨害信号きして混入する。

広帯域低歪増幅器２４の出力信号である多周波合成信号
Ｑ８を第１結合器２６で分岐し歪検出部２８で歪（スプ
リアス）のレベルを測定する場合、前記第７式、第８式
および第１２式に示すスプリアス成分は信号周波数ｆｌ
乃至ｆ３と重畳するため検出困難であるが、第１．５．
６．９．１０．１１および１３式に示すスプリアス成分
は人力される信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と周波数が異なるた
め容易に検出出来る。

すなわち、制御部３０は周波数データ入力側子５２から
現在ｎ波合成器２２に入力されている信号５ｌ（ｆ、）
　、５２（ｆ２）　、Ｓ、（ｆ３）に対応する周波数ｆ
、、ｆ２、ｆ、を表す周波数データＳＦＩ＋を受け、測
定可能なスプリアスの周波数チャンネルＣ（ｆ　＋）　
、ｃ（ｆｏ）、ｃ（ｆａ）、Ｃ（ｆＳ）を算出して局部
発振器４８の周波数を制御することにより周波数チャン
ネルＣ（Ｌｌ）　、Ｃ（ｆｏ）、Ｃ（ｆ４）、ｃ　（ｆ
ｓ）のスプリアスのレベルを測定すると共にその歪レベ
ルデータＳ、を制御部３０に取り込む。

制御部３０は歪増幅器３８で発生する歪成分の振幅およ
び位相を第５図Ｃに示すように制御し、第３結合器３６
の一方の入力側子に印加する。この場合、第３結合器３
６の他方の入力側子には前記第２結合器３４からの本線
信号Ｑ３が導入されている。

従って、広帯域低歪増幅器２４に印加される歪成分を含
む多周波合成信号Ｑ４　は第５図ｄに示すように信号成
分Ｓｘと歪補償成分ＳＹが合成された信号となり、広帯
域低歪増幅器２４を通過した多周波合成信号Ｑ６は、第
５図ｅに示すように、新たに歪補償成分ＳＹが加算され
た信号として表される。そこで、歪検出部２８において
前記歪レベルデータＳｎが最小になるように前記周波数
チャンネルＣ（ｆｌ）乃至Ｃ（ｆｓ＞に対応して振幅制
御並びに位相制御を行うことにより、第５図ｆに示すよ
うに、出力多周波合成信号Ｑ１２の歪を除去することが
可能である。

このように、本発明に係る歪補償回路を内蔵する多周波
同時増幅器２０は人力する信号の数や周波数配列が変化
した場合においても制御部３０の制御下に歪検出部２８
によって検出可能なスプリアス成分を検出し歪検出部２
８で検出される歪の量が最小となるように高速にフィー
ドバンク制御している。従って、当該多周波同時増幅器
２０を用いることにより増幅可能な信号数や周波数配列
を自由に変更して使用することが出来る。

さらに、本発明に係る自動歪補償回路を採用することに
より、増幅器本体の小型化、低消費電力化、低コスト化
が可能である。以下にその理由を述べる。

一般に、Ａ級動作の増幅器において、増幅器の信号出力
レベルと増幅器出力の三次歪成分のスプリアスレベルの
関係は、信号出力レベルが１［］Ｂ増加する毎にスプリ
アスレベルが３ｄＢ増加する性質がある。例えば、多周
波同時増幅器において、信号５ｌ（ｆ、）　、５２（ｆ
２）の出力レベルが夫々＋３０ｄＢｍ　（ＩＷ＞の時、
これに対応する出力の歪成分のレベルが一３０ｄＢｍ、
すなわち、１日 信号ｓ、（ｆ、）　、５２（ｆ２）の出力レベルに対し
て一６０ｄＢであったとすると、この増幅器の信号ｓ、
（ｒ、）　、５２（ｆ２＞の出力レベルを夫々１０ｄＢ
増加させ＋４０ｄＢｍ　（ＩＯＷ＞　　とした場合、こ
れに対応する出力の歪成分のレベルはＱｄＢｍ、すなわ
ち、人力信号５１（ｆｌ）、５２（ｆ２）の出力レベル
に対し一４０ｄＢになり、結局、出力信号レベルが１０
ｄＢ増加することにより信号対スプリアス比が　、２０
ｄＢ劣化することになる。また、出力の信号数が２倍に
増加すると、出力ピーク電力が６ｄＢ増加し信号対スプ
リアス比が１２ｄＢ劣化することになる。

ところで、通常、増幅器の歪特性を改善するには、前記
したように、増幅素子を大型化する手段が採用されるが
増幅素子の大型化により、消費電力も増加する。例えば
、出力信号対スプリアス比を−６０［１Ｂ以下にしよう
とする時、歪補償を実施しない場合にはその増幅器の許
容出力レベルはＩＷになる。

これに対して本発明に係る自動歪補償回路を採用した多
周波同時増幅器により出力信号対スプリアス比を−４０
［ＩＢから−６０［ＩＢに改善出来、許容出力レベルを
１０倍のＬＯＷに拡大することが出来る。若し、本発明
に係る多周波同時増幅器を許容出力レベルＩＷ以内で使
用する用途に用いる場合には、前記したように、２Ｑｃ
ｌＢの歪補償効果により取り扱うことの可能な信号数を
補償前の約３倍に増加することが出来る。

つまり、本発明に係る自動歪補償を実施することにより
、小型の増幅素子で従来以上の許容出力レベルの増幅器
を実現出来、増幅器の小型化、低消費電力化、および周
波数の有効利用を併せて図ることが可能となる。

なお、本実施態様においてはｎ波合成器２２に人力する
無線周波の信号を３周波の信号として説明したが、３周
波を超える入力信号に対しても同様に実施出来ることは
勿論である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、多周波の信号の同時増
幅を行う多周波同時増幅器において同時増幅時に発生す
る非直線性歪の量を周波数毎に検出し振幅補償並びに位
相補償を実施している。このため、多周波の信号を同時
に増幅する際に発生する非直線歪成分を可及的に低減す
ることが出来る。従って、従来技術に係る多周波同時増
幅器と同一の歪成分を許容する時、当該多周波同時増幅
器の小型化、簡素化、周波数の有効利用等を同時に実現
し得る効果を奏する。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る多周波同時増幅器の構成ブロッ
ク図、 第２図は他の従来技術に係る多周波同時増幅器とその作
用の説明図、 第３図はさらに他の従来技術に係る多周波同時増幅器の
構成ブロック図、 第４図は本発明に係る歪補償回路を内蔵する多周波同時
増幅器の概略構成ブロック図、第５図ａ乃至ｆは当該歪
補償回路を内蔵する多周波同時増幅器の作用を説明する
ための周波数スペクトラム図である。 ２０・・・多周波同時増幅器　２２・・・ｎ波合成器２
４・・・広帯域低歪増幅器　２８・・・歪検出部３０・
・・制御部 Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６・・・多周波合成信号Ｑ３・・・本線
信号　　　　Ｑ５、Ｑ８・・・標本信号ＳＡ・・・振幅
制御信号　　Ｓ。・・・歪レベルデータＳＦ・・・周波
数制御信号　ＳＦＤ・・・周波数データＳ、・・・位相
制御信号 １１−Ｎ ＼１．Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数の異なる多数の無線周波の信号を多周波合
   成器により合成した後広帯域低歪増幅器により増幅する
   多周波同時増幅器における歪補償回路において、広帯域
   低歪増幅器の出力信号を分岐する第１の結合器と、前記
   第１結合器によって分岐した信号から歪成分を抽出する
   歪検出器と、前記多周波合成器の出力信号を本線信号と
   標本信号とに分岐する第２の結合器と、前記標本信号か
   ら歪成分を発生する歪増幅器と、当該歪増幅器と直列に
   接続される可変減衰器および可変位相器と、当該可変位
   相器の出力信号と前記第２結合器からの本線信号とを結
   合して前記広帯域低歪増幅器の入力側に供給する第３の
   結合器とからなり、前記可変減衰器並びに可変位相器の
   減衰率および位相を前記歪検出器で抽出される歪成分が
   最小となるように前記歪検出器の出力信号に応じて変化
   するよう構成することを特徴とする多周波同時増幅器に
   おける歪補償回路。