JPH02291704A - 高効率ｕｈｆ線形電力増幅器回路 - Google Patents

高効率ｕｈｆ線形電力増幅器回路

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JPH02291704A
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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、高効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路に係り、特
に増幅器出力信号が歪みの低減のためにフィードバック
されるＲＦ（無線周波数）電力増幅装置である高効率Ｕ
｝ＩＦ直接的電力増幅器回路に関する。
［従来技術］ 通信システムにおいて使用されるＲＦ電力増幅器は、一
般にある程度の直線（線形）性を持つことが要求される
。Ａ級またはＡＢ級動作装置を採用した回路はその特性
の直線範囲にあるように制御され、さらにこのような線
形増幅が行われる。
ＲＦフィードバックまたはフィードフォワード回路部品
の追加によってさらに大きい直線性が得られる。しかし
、直線的に動作する装置が比較的低い平均ｄｃ−ｒｒ効
率を示すことは周知である。従って直接的に動作する装
置においては、電力消費と熱放出の増加がもたらされる
。より高い平均ｄｃ−ｒｒ効率を得るためにＣ級動作装
置を用いた増幅器が利用されてきている。Ｃ級動作は装
置の非線形特性を用いており、それによってｄＣ−ｒｆ
効率は非常に増加されるが、直線性は減少する。エンベ
ロープ変調が用いられる場合、例えば米国特許第４，７
７６，０３６号に示されるように、パルス幅変調器をＣ
級増幅器に組入れることによって、Ｃ級増幅器の平均ｄ
ｃ−ｒｒ効率はさらに増加することができる。
Ｃ級動作においては非線形特性を使用することにより効
率を十分増加差せることができるが、この非線形動作が
信号の歪みを引起こすため、何らかの形の歪み低減回路
部品が、直線性仕様に適合させるため追加されなければ
ならない。米国特許第４．２７，５１４号では出力信号
の歪みを低減するための負のフィードバックを伴う広帯
域の位相被補償増幅器が示されており、この位相被補償
増幅器においては、低価格で電力効率の良いＣ級増幅器
が一次信号パスに沿って設置され、さらに増幅された出
力信号内の歪み信号成分の負のフィードバックを行うた
めにフィードバックルーブが結合されている。この負の
フィードバックルーブは、歪み信号成分を第１増幅器段
階の先の人力信号に加えることにより、一次信号バスへ
の負のフィードバックとして歪信号成分を提供するため
に結合される。しかし、歪み低減装置は、位相調節のた
めの重大な時間遅延を伴うＲＦ周波数で動作する複雑な
フィードバックバスを必要とする。
米国特許第３．９００，８２３号には、システム入力信
号の振幅成分と、周波数または位相の成分、または周波
数と位相両方の成分を別々に処理し、その後別々に処理
された各成分を再結合して出力信号を提供する被変調搬
送波信号のための電力増幅及び信号処理システムが示さ
れている。入力信号は、その出力がシステムのための出
力となる電力増幅器へ送られる。システムの入出力信号
は、それらの信号を比較し、制御器にエラー信号を発す
る比較器へ別々のバスによって送られる。制御器はエラ
ー信号を空白にするために、電力増幅器の出力の振幅と
位相またはその両方を調整する。比較器への一方または
両方の信号のバスはその中に、そのバスによって比較器
へ送られる信号上に作用する非線形関数発生器を持ち得
る。システムが変調成分に応じて増幅器動作を調整して
いる一方、入力信号速度において歪みを除去することは
あまり効果的でない。
米国特許第４，５７４，２４８号には、ＲＦ入力のサン
プルを提洪するために、方向性結合器を介して、無線周
波数信号出力が電力増幅器への入力として結合されたト
ランシーバが示されている。サンプル化された人力は、
ＲＦ人力のエンベロープを検出するため無線周波検出器
を介して、すなわちリミタを介して差分増幅器へ結合さ
れる。電力増幅器からの出力は、無線周波出力のサンプ
ルを提供するために、第２方向性結合器を介して増幅さ
れた無線周波出力を提供するためのローバスフィルタを
介して結合される。サンプル化された出力も、ＲＦ出力
のエンベロープを検出し、さらに差分増幅器に第２人力
のそれを提供する溜めにＲＦ検出器を介して結合されて
いる。幅器の出力は、電力出力制御のためのＲＦ増幅器
のバイアスの制御に使用される。ＲＦ入力及びＲＦ出力
の検出されたエンベロープを表す信号もまた、制御ルー
プまたは電力増幅器の出力における故障を表わす障害信
号を提供するために障害しきい値と比較される出力を生
成するために、差分増幅器内で比較される。
しかし、この装置によって提供されるバイアス制御は信
号速度における歪み修正の効果はない。
幾つかの通信システムにおいて、位相または周波数変調
を使用するＲＦ電力増幅器への信号入力もまた増幅器出
力中に保たれるべきエンベロープ変動を示し、従って効
率を最大にするためにパルス幅変調器と共にＣ級増幅装
置を用いることは出力信号エンベロープの歪みをもたら
す。例えばセル電話システムにおいて複数のＦＭまたは
位相変調チャネルの出力は、合成された出力が普通の電
力増幅器に適用できるように時折合成される。合成され
たチャネル信号のエンベロープは、その変動が増幅器出
力に保たれるべき顕著な振幅変動を示す。位相変換キー
インクまたは微分位相変換キーインクを用いるシステム
において、所定の位相間での位相の間に位相変調信号の
振幅を減少することは出力信号帯域を最小にするために
効果的である。その結果、変調された信号のエンベロー
プは、歪みなしで増幅されるべき振幅変調成分を有する
。
［発明が解決しようとする課題］ 振幅変動成分の歪みを伴なわないＣ級増幅器の高い効率
を得る問題展は、Ｃ級動作装置を採用したＲＦ増幅器に
係る本発明により、増幅器出力のエンベロープに対応す
る信号を生成し、Ｃ級非直線性によって歪みを低減する
ためにＣ級動作装置に接続されたパルス幅変調器のよう
なエンベロープ変調素子へエンベロープ対応信号の一部
をフィードバックすることによって解決される。
本発明は、エンベロープ変動無線周波信号を増幅する高
効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路を提供することを目的と
する。
［課題を解決するための手段及び作用コ本発明による回
路は、第１電極と第２電極と制御電極を有する増幅装置
と、供給電圧源と、第１電極に結合された装荷装置とを
有する。エンベロープ変動は無線周波信号から分離され
てエンベロープ変動信号を生成し、振幅一定の信号と振
幅一定の無線周波信号が増幅装置の制御電極に適用され
る。入力端子に受信される信号に応じる変調器は電圧源
と第１電極の間に結合され、増幅装置の第１電極上の無
線周波信号を変調する。装荷装置に結合された無線周波
信号のエンベロープ変動に対応する信号が生成される。
エンベロープ変動信号と、装荷装置に結合されたエンベ
ロープ変動信号の間の差分が、装荷装置におけるエンベ
ロープ変調波内の歪みを減少させる変調器の入力端子に
適用される。
本発明において無線周波信号は角度型の変動及びエンベ
ロープ変動を有する。角度変動無線周波信号に対応する
信号は増幅装置の制御電極に適用される。その入力端子
に受信される信号に応じるパルス幅変調器は電圧源と第
１電極の間に結合され、増幅装置の第１電極上の無線周
波信号を変調する。無線周波信号のエンベロープ変動に
対応する第１信号と、装荷装置に結合された無線周波信
号のエンベロープ変動に対応する第２の信号が生成され
る。第１と第２の信号間の差分が、パルス幅変調器の入
力端子に適用され、そこで、装荷装置におけるエンベロ
ープ変調波内の歪みが減少される。
［実施例コ 以下本発明の一実施例について第１図及び第２図を参照
して証明する。第１図はセル電話がセル位置内に採用さ
れて複数のチャネルの合成出力を増幅できる本発明の一
実施例であるＲＦ電力増幅器のブロック図である。各チ
ャネルは周波数または位相変調信号を有している。周知
のように、チャネルの合成出力のエンベロープは、たと
え個々のチャネル信号のエンベロープが一定であったと
しても時変エンベロープを有する。第２図は第１図のロ
路の動作を示す波形である。波形２０１は合成チャネル
信号を示す。増幅器は、アンテナのような装荷装置に結
合される合成チャネル信号のより高い電力バージョンを
生成する。増幅器は高効率のためにＣ級動作半導体装置
を備えている。第１図に示された本発明によると、周波
数変調またはエンベロープ変動両方の歪みの誘因を避け
るために高度の直線性を達成する。
第１図を参照すると、第２図の波形２０１で示される合
成チャネル信号Ｓ　（ｔ）は、入力結合器ｌＯｌに適用
される。結合器は、信号Ｓ　（ｔ）の一部を振幅リミタ
１０５を通してＣ級増幅器１１０の入力端子に供給する
。信号Ｓ　（ｔ）の他の部分は信号Ｓ　（ｔ）のエンベ
ロープに対応する信号Ｓ１　（ｔ）を生成するエンベロ
ープ検出器１２０に供給される。
信号Ｓ，（ｔ）は波形２０５に示される。振幅リミタ１
０５は導線１０３−１上の信号からエンベロープ変動を
除去するが、波形２０３に示すようにその周波数や位相
の変動には影響しない。エンベロープ変動信号Ｓ，（ｔ
）は演算増幅器１３０の正の入力に供給され、その出力
はループ補償器１３５を通過してパルス幅変調器１４０
に到る。ループ補償器は、演算増幅器１３０とパルス幅
変調器１４０を通るバスの動作を安定化するように適合
される。
パルス幅変調器は、信号Ｓ　（ｔ）のエンベロープ変動
に従ってエンベロープ変調を行なうために電圧源Ｖ　と
増幅器ｌｌＯの出力電極の間に挿入さＣＣ れる。変調器は電圧源■　に結合する１つの出力ＣＣ 端子と、フィルタ１４５を介してＣ級増幅器１１０の振
幅変調電極に結合するもう１つの出力端子を持つ。周知
のように、効率を上げるために、パルス幅変調器は、そ
の入力端子に適用されるエンベロープ変動をエンベロー
プ変動の振幅に比例する幅を持つパルスに変換するため
に適合される。フィルタ１４５はＣ級型の変調を得るた
めに、パルス幅変調器出力の高周波成分を除去する。し
かし、周知のように、他のエンベロープ変調装置もまた
使用できることが理解できる。波形２１５に示される増
幅器１１０の出力は、周波数または位相変調に由来する
角度変動と信号Ｓ　（ｔ）のエンベロープ変動の両方に
対応する成分を有する。しかし、出力結合器１１５を通
して装荷装置１８０に適用されるエンベロープ変動は、
増幅器１１０内のＣ級動作半導体装置の飽和のために歪
みを生じる。
本発明によると、結合器１１５に適用される出力信号の
一部は、導線１１８及びエンベロープ検出器１２５を通
って演算増幅器Ｌ３Ｑの負の人力にフィードバックされ
る。検出器１２５は、増幅器１１０の出力中の歪んだエ
ンベロープ変動に対応する信号Ｓ２　（ｔ）を生成する
ために動作する。信号Ｓ２（１）はほぼ信号Ｓｌ　（ｔ
）に類似している。信号Ｓ　　（ｔ）と９２　（ｔ）間
の差分は演算増幅器１３０間で増幅され、その出力信号
（波形２０Ｇ）はパルス幅変調器１４０の入力に適用さ
れる。エンベロープ変調信号（波形２０９）が増幅器１
１０に適用されるように、パルス幅変調器出力（波形２
０７）はフィルター４５内で濾過される。第１図のフィ
ードバック装置はエンベロープ変動内の歪みを低減する
ために動作し、それによって高効率でかつ直線的な増幅
がＣ級増幅器内で達成される。
次に第３図を参照して本発明の他の実施例について説明
する。第３図はオーディオ・データまたは他のデジタル
形式の情報を表わす信号Ｓ　（ｔ）を受信するように適
応された本発明による他のＲＦ電力増幅器の実施例のブ
ロック図である。情報信号は４次微分位相変換キー（　
ＱＤＰＳＫ）信号に変換され、その中で連続するディビ
ットは対応するＲＦｉｌｌ送波の４象限位相変調によっ
て表わされる。
増幅後の変調された搬送波はセル電話内の無線チャネル
のような通信チャネルに適用される。情報パターン中の
連続するディビットは位相記号によって表わされる。周
知のようにＲＦ搬送波のエンベロープは一定でありうる
。しかし、位相変換間のエンベロープを低減することは
、通信チャネルに適用されるＲＦ信号の帯域を最小にす
るために有利である。従って、ＱＤＰＳＫ及びエンベロ
ープ変調は共に、同時にＲＦ搬送波に適用されるべきで
あり、また、通信チャネルによって要求されるレベルに
増幅されるべきである。
Ａ級またはＡＢ級の増幅器はデュアル変調に適応するた
めの十分な直線性を持つ一方、低い平均ｄｃ−ｒｒ効率
が小型電池の電力源を用いる携帯用のセルユニットには
高い電力消費レベルを要求する。
第３図のＣ級増幅器は必要とされる効率を提供し、エン
ベロープ変調フィードバックは要求される直線性を提供
する。第３図を参照すると、情報信号発生器３０１は情
報源（図示せず）に対応するディビットパターンを生成
する。そのディビットパターンは、上述のように、第４
図の波形４０１で示される一定のエンベロープを持つＱ
ＤＰＳＫ変調搬送波を発生する位相変調発生器３０５へ
、帯域を最小にするように適合された変動エンベロープ
を生成するエンベロープ変調発生器３２０へ共給される
。
Ｃ級増幅器３１０はその入力端子に位相変動搬送波信号
を受信する。発生器３２０からのエンベロープ信号（波
形４０５）は演算増幅Ｂ３３０の正の入力に供給される
。演算増幅器出力はループ補償器３３５を通してパルス
幅変調器３４０の入力に適用され、その演算増幅器の出
力は波形４１５に示される。パルス幅変調器３３５は電
圧源Ｖ　に接続される１つＣＣ の出力端子と、フィルタ３４５を解して増幅器３１０に
結合されるもう１つの出力端子を持つ。Ｃ級動作の周知
の原理によると、増幅器３１０の出力（波形４３０）は
、ＱＤＰＳＫ変調成分とエンベロープ変調成分の両方を
含む、より高電力レベルのＲＦ搬送波である。増幅器３
１０のＣ級動作半導体装置はその動作サイクルの少なく
とも一部の間、飽和となるため、エンベロープ変調の歪
みが予想される。
出力結合器３１５は増幅器３ｌＯの出力を受信し、装荷
装置３８０に倶給する。この出力の一部は導線３１ｇを
通してエンベロープ検出器３２５に供給される。エンベ
ロープ検出器３２５は、その変動が増幅器３１０に起因
する歪みを含む増幅器３１０の出力上のエンベロープ変
動を表わす信号を生成する。検出器３２５からのエンベ
ロープ信号は、演算増幅器内でエンベロープ変調発生器
３２０の出力から引去られ、そこからの信号（波形４ｌ
５）はループ補償器３３５を通してパルス幅変調器３４
０の入力端子に供給される。演算増幅器３３０の出力に
対応する一連の変動幅パルス（波形４２０）は、パルス
幅変調器内で発生され、フィルタ３４５を通して増幅器
３１０に結合する。フィルタ３４５の出力は波形４２５
に示される。このようにして演算増幅器３３０内で生成
された歪み修正信号は、Ｃ級増幅器に適用され、その非
線形特性によって歪みを修正する。フィルタ３４５のパ
ラメータはパルス幅変調器出力の高周波成分を除去する
ように選択され、不安定な動作となり得る。ループ補償
器３３５はフィードバック動作を安定化するパラメータ
を持つリードラグ型のネットワークである。
第５図は第１図の回路の詳細ブロック図である。
第５図に示されているように、Ｃ級増幅器１１０は、入
力インピーダンス整合器５０７、トランジスタ５１０、
出力インピーダンス整合器５１２及び誘導器５５７とコ
ンデンサ５５９を有するように示されている。
エンベロープ検出器１２０は、ショトキーダイオード５
７０、バイアス抵抗器５７４　、５７Ｂ及びコンデンサ
５７２を有するように示されている。エンベロープ検出
器１２５はショトキーダイオード５６０、バイアス抵抗
器５６４　、５［ｉ７及びコンデンサ５６２を有するよ
うに示されている。フィルタ１４５はショトキーダイオ
ード５５０、誘導器５５２及びコンデンサ５５４を有す
るように示され、パルス幅変調器は変調器５４０、パル
ス増幅器５４２及び出力電界効果トランジスタ５４４を
有するように示されている。パルス幅変調器５４０はシ
グネティックス型ＮＥ／ＳＥ５５６２切換モード給電制
御回路を、演算増幅器５３０はモトローラ型Ｍ　Ｃ　３
４０７１集積回路を使うことができる。装置５４４はｐ
−チャネルＭＯＳＦＥＴを、パルス増幅器５４２は周知
のレベルシフト型の励振増幅器を使うことができる。
結合器５１５の主たる出力は装荷装置５８０に適用され
る。導線５１Ｂ上の結合器出力は、負のエンベロープ部
分を演算増幅器５３０の負の入力へ通すために分極して
いるダイオード５６０に適用される。
信号Ｓ　（ｔ）のエンベロープの負の部分が演算増幅器
５３０の正の入力に適用されるように結合器５０ｌの出
力の一部はダイオード５７０に適用される。
ダイオード５６０と５７０のバイアス抵抗は、ダイオー
ドの動作が演算増幅器５３０に供給されるエンベロープ
信号のあらゆる歪みを防ぐように追跡するように調節さ
れる。パルス変調器５４０、パルス増幅器５４２及びＦ
　Ｅ　Ｔ　５４４は、一定供給電圧Ｖ　を、ＣＣ 供給誘導器５５２、コンデンサ５５４を通して誘導器５
５７、コンデンサ５５９に適用される高効率変動供給電
圧に変換するために、切換電力供給を形成する。ダイオ
ード５５０と誘導器５５２は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥ
Ｔが遮断された場合に、トランジスタ５５２への連続的
な電力流を保証する導電パスを提供するために配置され
る。第５図に示される装置は、第１図のブロック図を実
施するために特に応用されたものであるが、第５図の検
出器やフィルタ回路部品は第３図の回路にも適用できる
。
以上、本発明について実施例を参照して説明したが、本
発明においてはその要旨と範囲を離れない多くの変更が
なされ得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるエンベロープ変動ＦＭ
信号のためのＲＦ増幅器回路を示すブロック図、 第２図は第１図の回路の動作を表わす波形を示した図、 第３図は本発明の他の実施例である振幅変動微分位相キ
ー信号のためのもう１つのＲＦ増幅器回路を示すブロッ
ク図、 第４図は第３図の回路の動作を表わす波形を示す図、 第５図は第１図の詳細ブロック図である。 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンド図面の浄
書（内容に変更なし） 一２１一 手 続 ｈ竹 正 書（方式） 平成２年 ６月１２日

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１電極と第２電極と制御電極とを有する増幅装
    置と、供給電圧源と、装荷装置と、無線周波信号を増幅
    装置に結合する手段と、増幅装置の第１電極を装荷装置
    に結合する手段と、増幅装置の第１電極を装荷装置に結
    合する手段とを有し、変動エンベロープを備え無線周波
    信号を増幅する高効率ＵＨＦ直接的電力増幅器回路にお
    いて、無線周波信号中のエンベロープ変動を分離してエ
    ンプロープ変動信号及び定振幅無線周波信号を生成する
    手段（１０１、１０５、１２０）と； 定振幅無線周波信号を増幅装置の制御電極に結合する手
    段（１０５）と； 入力端子と、供給電圧源と増幅装置の第１電極の間に結
    合された一対の出力端子を有すると共に分離されたエン
    ベロープ変動信号に応じて、増幅装置の第１電極上の信
    号を変調する変調手段（１４０、１４５）と； 装荷装置に結合される無線周波信号に応じて、装荷装置
    における無線周波信号のエンベロープ変動に対応する信
    号を生成する手段（１２５）と；分離されたエンベロー
    プ変動信号と、装荷装置における無線周波信号のエンベ
    ロープ変動に対応する信号に応じて、それらの間の差分
    を表わす信号を生成する手段（１３０）と； 装荷装置におけるエンベロープ変動中の歪みを低減する
    ために差分信号を変調手段入力端子に適用する手段（１
    ３５）とを有することを特徴とする高効率ＵＨＦ線形電
    力増幅器回路。
  2. （２）増幅装置（１１０）が第１電極と、第２電極と制
    御電極とを有する非線形増幅装置であることを特徴とす
    る請求項１記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
  3. （３）非線形増幅装置（１１０）がベースと、エミッタ
    と、コレクタとを有するＣ級動作増幅装置であることを
    特徴とする請求項２記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器
    回路。
  4. （４）変調手段（１４０、１４５）が、パルス幅変調器
    （３４０）を有することを特徴とする請求項３記載の高
    効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
  5. （５）角度変動搬送波を有する無線周波信号と、角度変
    動搬送波からエンベロープ変動を分離する分離手段（３
    ０１、３０５、３２０）と、 増幅装置（３１０）の制御電極に適用される角度変動搬
    送波とを有することを特徴とする請求項１記載の高効率
    ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
  6. （６）角度変動搬送波が周波数変動搬送波であることを
    特徴とする請求項５記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器
    回路。
  7. （７）周波数変動波が、複数の周波数変動信号を有する
    ことを特徴とする請求項６記載の高効率ＵＨＦ線形電力
    増幅器回路。
  8. （８）搬送波角度変動が位相変動であることを特徴とす
    る請求項５記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
  9. （９）位相変動は、所定の位相変換を有するＭ−ａｒｙ
    微分位相変換キーインク変調を有し、エンベロープ変動
    は、ＭＤＰＳＫ変調の所定の位相変換間のエンベロープ
    変動であることを特徴とする請求項８記載の高効率ＵＨ
    Ｆ線形電力増幅器回路。
  10. （１０）変調手段（１４０、１４５）が、パルス幅変調
    器（１４０）と、パルス幅変調器出力の高周波部分を除
    去するためにパルス幅変調器と第１電極の間に結合され
    たフィルタ手段（１４５）とを有することを特徴とする
    請求項１記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
  11. （１１）分離されたエンベロープ変動信号手段を生成す
    ると共に第１ダイオード（５７０）とこの、第１ダイオ
    ードをバイアスする手段（５７４、５７６）を有する手
    段（１２０）と、 装荷装置における無線周波信号のエンベロープ変動に対
    応する信号を生成すると共に、第２ダイオード（５６０
    ）とこの第２ダイオードをバイアスする手段（５６４、
    ５６７）を有する手段（１２５）と、第１及び第２ダイ
    オード（５６０、５７０）をバイアスし、第１及び第２
    ダイオード（５６０、５７０）が実質的に同様の動作特
    性を保持するように設定された手段（５６４、５６７、
    ５７４、５７６）とを有することを特徴とする請求項１
    記載の高効率ＵＨＦ線形電力増幅器回路。
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