JPH0334709A

JPH0334709A - 線形送信装置

Info

Publication number: JPH0334709A
Application number: JP1168723A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamao; 泰山尾; Toshio Nojima; 俊雄野島; Tadao Takami; 忠雄鷹見; Shigeru Tomisato; 繁冨里
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-14

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〕本発明は高周波帯の送信装置に利用する。特に、包絡線
の信号レベルが大きく変化する変調波を高い電力効率で
増幅して送信する線形送信装置に関する。

本発明は、高周波増幅器のドレイン電極またはコレクタ
電極のバイアス電圧を変調波の包絡線に基づいて制御す
る線形送信装置において、包絡線としてベースバンド信
号から得た同相包絡線成分および直交包絡線成分を用い
ることにより、ディジタル演算処理により高周波増幅器
のバイアス電圧を制御するものである。

〔従来の技術〕

高周波帯の線形送信装置として、従来からへ級ないしＢ
級の電力増幅器が用いられてきた。しかし、包絡線のレ
ベル変化が大きい変調波を増幅する場合には、低レベル
の領域において電力効率が著しく低下する欠点があった
。このため、例えば電源として電池を用いる可搬形また
は携帯形の無線機では、送信可能時間が短くなる、大型
で重い電池が必要となるという問題があった。

この問題を解決するため本願出願人は、高効率の線形電
力増幅器について既に出願した（特開昭６２−２７４９
０６号公報）。この線形電力増幅器を用いた線形送信装
置の構成例を第６図に示す。

変調入力端子ｌには、アナログ信号またはディジタル信
号の変調情報が人力される。変調部２は、この変調情報
に基づいて線形変調波を発生する。

飽和形電力増幅器４は、この線形変調波を増幅して送信
出力端子９に出力する。

飽和形電力増幅器４は増幅素子として電界効果トランジ
スタを含み、この電界効果トランジスタのドレインバイ
アス電圧Ｖｏを入力信号の包絡線にほぼ比例して制御す
ることにより、飽和形電力増幅器４の飽和出力レベルを
入力信号の包絡線に追従させる。このような制御により
、飽和形電力増幅器４を高効率の飽和状態に保ったまま
線形増幅器として動作させることができ、出力の歪を大
きく低減させることができる。

ドレインバイγス電圧ｖ１は、電源端子８に人力された
電源電圧を電源電圧制御回路７により制御することによ
り得られる。電源電圧制御回路７はＤＣ−ＤＣコンバー
タまたはシリーズ制御トランジスタを含み、ドレイン制
御信号Ｖｃにより制御される。このドレイン制御信号Ｖ
Ｃは、変調部２から飽和形電力増幅器４に供給される線
形変調波を結合器３により分岐し、その包絡線を包絡線
検波器５で検出し、この検波出力Ｖｃ′を補正回路６で
補ｆすることにより得られる。

この従来例装置は、高効率の飽和出力レベルを用いてい
るので、原理的に極めて高効率の線形増幅を行うことが
できる。例えば、飽和形電力増幅器４として電力効率が
７０％のものを用−・）、電源電圧制御回路７として電
力効率が７５％のＤＣ−ＤＣコンバータを使用すれば、
総合効率５０％以上で線形増幅を行うことができる。

第７図は補正回路６の一例を示すブロック構成図である
。

包絡線検波器５が高周波ダイオードその他のアナログ非
線形回路部品を含み、温度変動により検波特性が変化す
る。そこで、温度センサ６４により現在の温度を求め、
この温度に基づいて演算回路６２により包絡線検波器５
の検波出力Ｖｃ′を補正する。

検波出力Ｖｃ　’　は、アナログ・ディジタル変換器６
１によりディジタル化されて演算回路６２に人力される
。演算回路６２は、温度センサ６４の出力に対応するダ
イオード特性補正値をダイオード特性メモリ６５から読
み出し、その補正値により入力信号を補正する。補正結
果は、ディジタル・アナログ変換器６３によりアナログ
信号に変換されて出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の線形送信装置では、包絡線検出器が
高周波ダイオードその他のアナログ非線形回路部品で構
成されるため、温度により検波特性が変化し、製造バラ
ツキ１こよっても特性が変化する。このため、ドし・イ
ン制御信号の高精度化が困難であり、ドレ・ｔ、パイγ
スに誤差が生じて１゛分に歪を低減できない、二２があ
った。

この問題は１、補正回路を設けることにより解決できる
。し、かし、そのためには回路構成が複雑となり、コス
トが高くなる欠点があった。

本発明は、以との問題点を解決し、複雑な補償回路を用
いる。′：：、となく低１歪で高効率の線形型！？増幅
を行う線形送信装置を提供することを目的よ・する。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の線形送信装置は、変調器のベースバ〉・ド処理
部で発生さぜた同相包絡線成分と直交包絡線成分とを用
い、ベースバンド帯域のディジタル演算処理により高周
波増幅器のドし、イン（またはコレクタ）制御信号を得
ろ、Ｔとを特徴とする。

〔作　用〕

無線周波数畳でダイオ・・・ドその他のアナログ素子を
用いた包絡線検波器により包絡線を求めるのではなく、
ベースバンド帯域でディジタル演算処理により包絡線を
求める。これにより、アナログ素子に起因する特性変化
の問題が解決される。

また、ディジタル演算によりドレイン〈またはコレクタ
）制御信号を得るので、無調整で高安定かつ高精度の制
御信号が得られ、十分な歪低減効果が得られる。さらに
、ＬＳＩ化が容易となる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例の線形送信装置のブロック構
成図である１゜この装置は、入力信号を振幅変調する変調部２と、ソー
ス接地された電界効果トランジスタにより変調部２の出
力する変調波を増幅する飽和形電力増幅器４と、電界効
果トランジスタのドレイン電極のバイアス電圧を変調波
の包絡線に基づいて制御するバイアス制御手段としての
ドレイン制御信号生成回路１５および電源電圧制御回路
７とを備える。

ここで本実施例の特徴とするところは、変調部２が、入
力信号から変調波の同相包絡線成分および直交包絡線成
分を生成する複素包絡線生成回路ＩＯと、この同相包絡
線成分および直交包絡線成分により変調波を発生する直
交変調器１３とを含み、ドレイン制御信号生成回路１５
が複素包絡線生成回路１０により得られた同相包絡線成
分および直交包絡線成分から包絡線を求める手段を含む
ことにある。

変調入力端子１にはベースバンド信号が人力され、この
信号が複素包絡線生成回路１０に供給される。電源端子
８には電源電圧が人力され、この電圧が電源電圧制御回
路７に供給される。直交変調器１３には、搬送波発振器
１４から搬送波が供給される。

まず、変調部２の動作について説明する。

変調部２は包絡線および位相が変化する変調信号を発生
する回路であり、例えば、御代時博、小野光洋、青野達
也共著、「ボーレート可変ＱＰＳＫ変調器の開発」、昭
和６３年電子情報通信学会春期全国大会講演論文集、分
冊Ｂ−ｌ、論文番号５Ｏ−３−２に示されている。

ここで、変調波の搬送波角周波数をω。、包絡線信号を
Ｒ（ｔ）、変調位相をφ（１）とすると、変調波ｅ　（
ｔ）は−船釣に、ｅ　（ｔ）　＝　Ｒ（ｔ）　・Ｒｅ　（ｅｘｐ［ｊφ（
ｔ）］　・ｅｘｐＬＪｗｃ　ｔ、　’、ｉ　）＝Ｒｅ　
［Ｅ　（ｔ）　・ｅｘｐｃ、＋　（ｔＪｃｔ　］（１）と表される。ただし、Ｒｅ（ｆ）は関数ｆの実数部を表
す。Ｅ　（ｔ）は複素包絡線であり、Ｅ（ｔ）＝　Ｉ　
（ｔ）　−ｊ　Ｑ（ｔ）　　　　　　　　　　　（２）
と表される。Ｉ　（ｔ）、Ｑ（ｔ）をそれぞれ同相包絡
線成分、４直交包絡練成分という、っ複素包絡線生成回路１０ｒ：は、変調人力に応じた同相
包絡線成分１　（ｔ）および直交包絡線成分Ｑ　（ｔ）
の値をディジタル処理により算出する。この計算値をそ
れぞれディジタル・アナログ変換器１１．１２で゛Ｔア
ナログ電圧変換することにより、ｉ　（ｔ）、Ｑ　（ｔ
）の波形が得られる。これらの波形を直交変調器１３に
人力する。この直交変調器１３は、Ｉ　（ｔ）、Ｑ　（
ｔ）にそれぞれ同相搬送波、直交搬送波を乗算し、これ
らを加え合わせることによりｅ　（ｔ）を求める。

ドレイン制御信号生成回路１５は、複素包絡線生成回路
１０で算出されたＩ　（ｔ）、Ｑ（ｔ）の値を用いて、
Ｒ（ｔ）＝−ｖ’Ｔ司７］１石Ｆ（４）により包絡線Ｒ
（ｔ）を求める。この包絡線Ｒ（ｔ）は、そのまま、あ
るいはドレイン制御が最適となるように補正を施した後
に、ディジタル・アナログ変換器によりアナログ電圧に
変換され、ドレイン制御信号Ｖ。とじて電源電圧制御回
路７に人力される。

電源電圧制御回路７は、飽和形電力増幅器４のドレイン
バイアス電圧をドレイン制御信号Ｖ。に比例して変化さ
せる。

このようにして。飽和形電力増幅器４の信号入力端子に
は直交変調器１３の出力した変調波ｅ　（ｔ）が供給さ
れ、ドレイン電圧は変調波ｅ　（ｔ）の包絡線に対応し
て制御される。したがって、高効率の飽和状態を保ちな
がら線形増幅を行うことができ、送信出力端子９に歪の
少ない送信信号を得ることができる。

第２図はドレイン制御信号生成回路１５の一例を示すブ
ロック構成図である。この例では、数値演算プロセッサ
１５１を用いた構成を示す。

数値演算プロセッサ１５１は、入力された同相包絡線成
分Ｉ（１）および直交包絡線成分Ｑ（ｔ）から、（４）
式にしたがって包絡線Ｒ（ｔ）を求め、これをそのまま
、あるいは若干の補ＩＥを加えてディジタル・アナログ
変換器１５２に出力する。ディジタル・アナログ変換器
１５２は、この信号を了ナログ電圧に変換して出力する
。

第３図はドレイン制御信号生成回路１５の他の例を示す
。こ■例は、数値演算プロセッサ１５１の代わり１ニメ
モリテ・−・プル１５３を用い、構成を簡略化し、たも
のであ２・。

１τこで、同相包絡線成分１　（ｔ、）お、ｉび直交包
絡線成分Ｑ　（ｔ）の値がそれぞｆｌ、、　ｍビットの
データで表されているとする。メ％　ＩＪテーブル１５
３には読み出し専用メモリまたはランダムアクセスメモ
リが用いられ、イ・のアドレスＡ、〜Ａａ−１１こは同
４相包絡線戒分ｉ　（ｇのデータが人力され７．アＩｒ
’　１．−”ズへ８、〜Ａ、□、には直交包絡線Ｘ２’
９分Ｑ　（ｔ）のデータが人力される。メモリブープル
１５３の各フ゛［パレスに１よ、ｉ５・ｊ相包絡線成分
１（１）、１ら゛変色絡線１】（分ＱＣｔ）のデータに
対応する包絡線Ｒ（ｔ）の飢、′よシ、−ば峠これを銚
ｒ’ｉｉ：　ｉ−た値があらかＬ＆５書４）、、：；ま
れでいる。し六：が−、て、７モリテーブハ１．５３　
Ｑ−）　７４Ｘ力を予“１．ジタル・ノナｔ−Ｊグ変換
器１５２によりア′すＩ）；”竜５：１１１：□換１−
む、：、！第２濶（１′示（−デ１．構成４１−同一の
動作を澄１ｊ′Ｉ／′−４い（４７”・実現で”きる１
、このようｌｌ：：　＊実施例ｉ’ｉ−荀Ｊ部２の複素÷
・（絡線情報に基−：３　ｉｉ’　ｔτ１、ｙ、Ｆイソ
う・す′・々１李押１、Ｊ　Ｐ＋　’Ｈ１・：パノ制御
信号ＶＣ’６発生４″る５、しブ、−が１１′、高Ｊｌ
ｊ０９ｙつ温度変動や製造バラツキに影響されにくい高
安定なドレ・イ゛、′制徊（、′を号Ｖ、ろ二（Ｚて・
ごとができる。

また、ドし・イソ制御４８　ｊ；’ｌ生成団回路５が複
素包絡線生成−路１０．Ｊ・同１、て〆ぞ、ジ４＋　７
１．回路下構成さカー、の−Ｃ，に？Ｒ部−；　（７）
　ヘ；木）＜　：、、ｔ□　’ｐ’　競ｐ”ｐ　＠ｇ　
′Ｎ’７１．め、ｊ、、、　３Ｆ。

で容易にｉ、、、　Ｓ　Ｔ化ｔ′ろＪｌ、゛む＜Ｔ、′
き、部品点数０７）削減に有効である。

第４図は本発明第二実施例線形送信装置のブロック構成
図である。

この実施例は、ドレインバイアスと変調波ｅ　（ｔ）と
の間の遅延時間調整を行う点が第一実施例と異なる。

ドレイン制御によって歪を十分に小さくするには、電源
電圧制御回路７が出力するドレインバイアス電圧Ｖ（１
’の時間波形と、直交変調器１３から出力される変調波
ｅ　（ｔ）の包絡線波形Ｊ：が、時間的に正確に対応し
ている必要がある０、シかし、現実には、電源電圧制？
１１回路７が有限の周波数帯域をもち、遅延が生じる。

このため、ドレインバイアス電圧の波形と変調波ｅ　（
ｔ）の包絡線波形とが、飽和形電力堆輻器４内の増幅素
子において時間的に一致せず、低歪効果が不十分となる
ことがある。

そこで本実施例では、変調部２内に設けられたディジタ
ル・アナログ変換器１１．１２の入力端に、それぞれデ
ータ遅延回路１６．１７を挿入する。これにより、電源
電圧制御回路７における遅延を相殺し、十分な歪低減効
果を得るＪ′とが゛て？きる１、デー・・夕遅延１）１
１顕ｊ６．１７、とり、、：　−（”　ｉ：ｊ　、、パ
メ゛７トレパ・クスタその他を用いる、”Ｐがでさ・コ
１、第’Ｊ　ＩＩ′Ｊ（ＩＩ　’、４　発明第　’−１
−ｊｆ！ｊ　輪１＋ｉ　９　Ｊンζ信ｂ２　ｍ　Ｌ’、
’ツタ構）民間である。

第一実施例の構成におい（′、１ｔ３交変調器ｉ３の出
力に、変調計り外（，・〉ス゛ｙす７構成１分を線去ず
ろために狭帯域の帯域通過〕、、＋　、、＋１．々が挿
入される、５゛がある。モの場、念には、その・；（（
域通過フイＪｊｙ夕におけζ・１だ延時開ゲ電澱芽（、
Ｈ制御１１ｊ１啓７におけ５１、遅延時間より太き（な
るこパ・、があ’Ｉ；、、：の、１うゾ。゛：場合には
、ド１、ｆ゛、′）“イ］−：―電汗を遅延と廿不必要
がある。

第５図に示す実施例は詠ハよ・うな場合に適ｊ１．た構
成であり、ドレイン制御信号生成回路１５内のディジタ
ル・アナログ変換器１５２の入力端にデータ遅延回路１
５４が挿入されツーへ、とが軍−実施例２！・異なる。

、、また、メモリブープル１５３または数値演算プロセ
ッサ１５１の前段（こ９’　−Ｉｙ遅延回路を挿入して
もよい。

このように、第二実施例および第三実施例では、回路各
部の遅延が無視できない場合でも、データをディジタル
的に遅延させて遅延時間を調整し、十分な歪低減効果を
得ることができる。

以上の実施例では飽和形電力増幅器４の増幅素子として
電界効果トランジスタを用いた例を示したが、エミッタ
接地されたバイポーラトランジスタを用いた場合でも本
発明を同様に実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の線形送信装置は、包絡線
検波器を用いないで高精度かつ高安定のドレイン制御が
可能であり、これにより高効率かつ低歪で電力増幅を行
うことができる。また、ベースバンド帯でディジタル的
にドレイン制御信号を生成しているので、ＬＳＩ化が容
易である。

本発明は、高周波帯の線形送信装置の低消費電力化、経
済化に有効である。特に、大電力送信が必要な放送局用
の送信機や、消費電力が厳しく制限される移動通信用無
線装置、衛星通信装置その他に使用して、これらを小型
化および低消費電力化でき、経済化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例線形送信装置のブロック構成
図。第２図はドレイン制御信号生成回路の一例を示すブロッ
ク構成図。第３図はドレイン制御信号生成回路の別の例を示すブロ
ック構成図。第４図は本発明第二実施例線形送信装置のブロック構成
図。第５図は本発明第三実施例線形送信装置のブロック構成
図。第６図は従来例線形送信装置のブロック構成図。第７図は補正回路の一例を示すブロック構成図。１・・・変調入力端子、２・・・変調部、３・・・結合
器、４・・・飽和形電力増幅器、５・・・包絡線検波器
、６・・・補正回路、７・・・電源電圧制御回路、８・
・・電源端子、９・・・送信出力端子、１０・・・包絡
線生成回路、１１．１２．６３．１５２・・・ディジタ
ル・アナログ変換器、１３・・・直交変調器、１４・・
・搬送波発振器、１５・・・ドレイン制御信号生成回路
、１６．１７．１５４・・・データ遅延回路、６１・・
・アナログ・ディジタル変換器、６２・・・演算回路、
６４・・・温度センサ、６５・・・ダイオード特性メモ
リ。

Claims

【特許請求の範囲】１、入力信号を振幅変調する変調部と、ソース接地またはエミッタ接地された半導体増幅素子に
より上記変調部が出力する変調波を増幅する高周波増幅
器と、上記半導体増幅素子のドレイン電極またはコレクタ電極
のバイアス電圧を上記変調波の包絡線に基づいて制御す
るバイアス制御手段とを備えた線形送信装置において、上記変調部は、入力信号から変調波の同相包絡線成分お
よび直交包絡線成分を生成する複素包絡線生成回路と、
この同相包絡線成分および直交包絡線成分により変調波
を発生する直交変調器とを含み、上記バイアス制御手段は、上記同相包絡線成分および上
記直交包絡線成分から演算された包絡線によりバイアス
電圧を制御する手段を含むことを特徴とする線形送信装置。