JPH0722857A

JPH0722857A - 高周波線形増幅器

Info

Publication number: JPH0722857A
Application number: JP18339893A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kagaya; 範行加賀屋; Yasuo Sera; 泰雄世良; Masaki Sudo; 雅樹須藤; Yoichi Okubo; 陽一大久保
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波線形増幅器のレベル変動範囲の広い入力
信号に対応して発生する非線形歪を軽減する。【構成】トランジスタＱ₀がＡＢ級動作を行うようなバ
イアス電圧を与える抵抗Ｒ₁，Ｒ₂からなるバイアス抵
抗回路と、電源電圧Ｖ_ccとの間にバイアス制御回路１を
挿入する。増幅器の出力電力の一部を方向性結合器３で
検出し、検波器２で直流電圧に変換し、出力電力のレベ
ルに対応して非線形歪の発生が小さくなるようにＶ_ccを
変化させたバイアス制御電圧Ｖ_Bをバイアス抵抗回路に
与えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、無線中継装置
等に用いられる８００ＭＨｚ帯及び１．５ＧＨｚ帯の多
周波共通増幅器、または、ディジタル移動通信の基地局
設備に用いられるπ／４シフトＱＰＳＫ変調波などディ
ジタル変調波を電力増幅する線形増幅器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車電話システムの不感地対
策として設備される無線中継装置は、無線基地局と移動
局の双方からの高周波無線電波を受信し増幅して送出す
る。多数の移動局は随時同時にそれぞれ通話を行うた
め、無線中継装置に備えられた増幅器は、レベルの異な
る多周波信号を線形増幅する必要がある。そのため、Ａ
級動作またはＡＢ級動作の線形増幅器が用いられるが、
入力レベルの大小によって非直線性部分があるため相互
変調歪が発生し、その歪が大きいと混信のため通信が正
常に行われなくなる。また、例えば、ディジタル通信に
おけるπ／４シフトＱＰＳＫ等の線形変調波は、振幅，
位相変調するとき相互変調歪が発生する。しかも、この
ような入力レベルが変化する変調波を電力増幅器で増幅
する時に、直線性が保たれていないと更にこの歪が増加
し、受信側で復調した時に正常なデータが復調されなく
なる。

【０００３】図３は従来の高周波線形増幅器のブロック
図である。図において、５はＡ級又はＡＢ級動作の増幅
器、Ｑ₃はトランジスタ、Ｔ₁は入力側整合回路、Ｔ₂
は出力側整合回路、Ｌ₁は高周波阻止コイル、Ｌ₂はチ
ョークコイル、Ｃ₁，Ｃ₂は高周波バイパスコンデン
サ、Ｒ₁，Ｒ₂はトランジスタＱ₃のベースバイアス抵
抗である。この高周波線形増幅器は、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に
よるバイアス抵抗回路によって決まる一定のベースバイ
アス電圧でＡＢ級動作するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来回路においては、入力信号電力の大小によって歪が発
生し、歪の発生は、バイアス電圧の適，不適によって決
定される。そこで、歪を少なくするために、バイアス電
流を多く流すようにバイアス抵抗の定数を決定したり、
大電流が流せる低歪用のトランジスタを選定したりして
いる。しかし、このような方法では消費電力の増大、ラ
ジエータの増大による形状の増大、重量の増大，価格の
高騰を招き、実用上問題点が多い。

【０００５】本発明は、上記従来の高周波線形増幅器に
おいて、非直線歪の発生を低減すると消費電力が増大す
る問題を解決し、低消費電力で、かつ、非直線歪を抑圧
することのできる高周波線形増幅器を提供することを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波線形増幅
器は、エミッタ接地のトランジスタ増幅回路がＡＢ級動
作を行うようなベースバイアス電圧を直流電源から生成
して前記トランジスタのベースに与えるバイアス抵抗回
路を備えた高周波線形増幅器において、前記増幅回路の
出力信号電力に比例する電圧を抽出する方向性結合器
と、該方向性結合器の出力を直流電圧に変換する検波器
と、前記直流電源とバイアス抵抗回路との間に設けら
れ、前記検波器からの直流電圧と、前記出力信号電力の
レベルを複数に分割して定めた基準電圧とを比較して、
該分割された区分毎に前記バイアス抵抗回路から出力さ
れるバイアス電圧を、前記増幅回路の非直線性歪みの発
生が最小となるように補正するバイアス制御電圧を出力
するバイアス制御回路とを備えたことを特徴とするもの
であり、さらに、前記方向性結合器を前記増幅回路の入
力信号電力に比例する電圧を抽出するようにしたことを
特徴とするものである。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示すブロッ
ク図である。図において、Ｑ₀はＡＢ級動作用トランジ
スタ、１はバイアス制御回路、２は検波器、３は方向性
結合器などの検出器である。方向性結合器３によって出
力信号の一部を取り出し、検波器２によって検波し直流
電圧に変換する。その検波器２からの検波電圧をバイア
ス制御回路１に入力し、電源電圧Ｖ_ccを所定の値に変換
した制御電圧Ｖ_Bをバイアス抵抗Ｒ₁，Ｒ₂によるバイ
アス抵抗回路に印加する。このようにして出力信号電力
のレベルに応じてトランジスタＱ₀のバイアス電圧を変
化させトランジスタＱ₀の動作特性を補正する。図２
（Ａ）は、図１のＡＢ級動作用増幅器の出力レベル（又
は入力レベル）に対する相互変調歪（ＩＭ）の特性例図
である。図の特性ａはバイアス電圧が小さいときの相互
変調歪の特性を示し、特性ｂはバイアス電圧が中のとき
の相互変調歪の特性を示し、特性ｃはバイアス電圧が大
のときの相互変調歪の特性を示している。図から明らか
なように、バイアス電圧を変えても出力レベルが高いと
き歪が多くなる。しかし、特性ａ，ｂ，ｃのそれぞれに
ついてみると次の特性がある。特性ｃは、出力レベルが
大きくなるにつれて歪が悪くなる。特性ｂは、出力レベ
ルが大きいときと小さいとき歪が悪く、中位のとき歪が
良い。特性ａは、出力レベルが中位及び小さいとき歪が
悪く、大きいとき歪が良い。

【０００８】この３つの特性ａ，ｂ，ｃを重ね合わせ、
特性ｂとｃの交点の出力レベルをＰ₁とし、特性ａとｂ
の交点の出力レベルをＰ₂として比較すると、出力レベ
ルがＰ₁以下ではバイアス電圧が大きいときの特性ｃが
歪が小さく、出力レベルがＰ₁とＰ₂の間ではバイアス
電圧が中（コレクタ電流Ｉ_cも中）のときの特性ｂが歪
が小さく、出力レベルがＰ₂以上ではバイアス電圧が小
さい（コレクタ電流Ｉ_cも小さい）ときの特性ａが歪が
小さい。このことから、出力レベルがＰ₁以下のときコ
レクタ電流Ｉ_cが大、出力レベルがＰ₁とＰ₂の間のと
きコレクタ電流Ｉ_cが中、出力レベルがＰ₂以上のとき
コレクタ電流Ｉ_cが小になるようなバイアス電圧を与え
れば出力レベルの広い範囲で常に歪の発生を最小に抑え
ることができる。図２（Ｂ）は本発明によって得られる
特性例図であり、上記３つの特性ａ，ｂ，ｃを組み合わ
せるように構成することにより、入力レベルの変化にか
かわらず歪の発生を最小の状態に維持することができ
る。

【０００９】図３は本発明の部分詳細回路例図であり、
バイアス制御回路１の一例を示す回路図である。図にお
いて、Ａ₁，Ａ₂は比較器であり、それぞれ比較電圧Ｖ
₁，Ｖ₂が一方の端子に入力されている。Ｖ₁は出力レ
ベルがＰ₁に相当する電圧、Ｖ₂は出力レベルがＰ₂に
相当する電圧であり、Ｖ₁＜Ｖ₂の関係にある。検波器
２からの検波電圧がＶ₁より低いとき、比較器Ａ₁，Ａ
₂の出力によりそれぞれＱ₁，Ｑ₂のコレクタ，エミッ
タ間を導通させることにより、バイアス制御電圧Ｖ
_Bが、Ｖ₁₁，Ｖ₁₂，Ｖ₁₃の加算電圧となり、コレクタ電
流が大となるようなベースバイアス電圧となる。検波電
圧がＶ₁とＶ₂の間の時は、比較器Ａ₁の出力によりＱ
₁のみ導通させ、Ｖ_BがＶ₁₁とＶ₁₂の加算電圧となり、
コレクタ電流が中となるようなベースバイアス電圧とな
る。検波電圧がＶ₂より高いとき、Ｑ₁，Ｑ₂とも断と
なりＶ_BはＶ₁₁のみの電圧となり、コレクタ電流が小と
なるようなベースバイアス電圧となる。４は制御電圧切
替え時の過渡特性を抑圧する時定数をもたせた緩衝増幅
器である。

【００１０】図４は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図である。図１に示した第１の実施例と異なる点は、
方向性結合器３を増幅器の入力側に設け、入力信号の一
部を取り出すようにした点であり、他の部分は図１と全
く同じである。上述の第１の実施例では、出力信号の一
部を取り出しているため検出レベルが大きく、従って、
検波電圧が高いのでバイアス制御回路１では増幅しない
でそのまま比較処理をすることができるという利点があ
る。しかし、増幅器の出力側に方向性結合器３が挿入さ
れるため、折角の線形増幅した出力レベルが方向性結合
器の挿入損失分（約０．６ｄＢ）低下するという難点が
ある。これに対して、図４の第２の実施例では、検波電
圧は低くても、方向性結合器３が増幅器の入力側に挿入
されるため、線形増幅された出力信号が有効に出力され
るという利点がある。

【００１１】上記の実施例では、出力レベルを大中小の
３段階に分割してそれぞれバイアス電圧を与えるように
構成しているが、入力レベルをｎ段階に分け、それぞれ
の段階で歪の発生が最小となるようなバイアス電圧を与
えることにより、更に、緻密な制御を行うことができ
る。また、分割するのではなく、入力あるいは出力電力
に比例して変化させたバイアスをアナログ的に印加する
ことも可能である。

【００１２】また、消費電力（効率）の観点からみる
と、以下のようになることが明らかである。入力信号電
力あるいは出力信号電力が大きくなるに従って、その動
作はＡ級増幅→Ａ級に近いＡＢ級増幅……→Ｂ級に近い
ＡＢ級増幅、というように、矢印の順で効率が良くなっ
ていくことは良く知られている。すなわち、出力信号電
力が大きいとき、バイアス状態はＢ級に近いＡＢ級増幅
動作となっており、高効率となっている。出力信号電圧
が小さいとき、バイアス状態はＡ級に近いＡＢ級増幅動
作となり効率は悪いが、出力信号電力が小さいときに相
互変調歪がシステム要求を満足するように設定している
ので消費電力は小さい。例えば、出力電力の大きいとき
システムの要求を満たすと、出力が小さいとき必要以上
に良くなってしまうという品質過剰をきたす。以上のよ
うに、出力信号電力の許容範囲において全体的に効率が
良くなるので、小形化，低消費電力化を実現することが
できる。

【００１３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、ＡＢ級増幅
器のバイアス電圧を出力または入力レベルに対応して制
御することにより、高出力時では、Ａ級増幅以上のＩＭ
の低減が得られ、使用するトランジスタをＡ級での直線
性の高い高価なものでなく中級のものを使用することが
できるため安価になり、又、中出力あるいは低出力時で
も高出力時と同等のＩＭが得られるため、システムに要
求されるＩＭを満足させることができる。さらに、最大
出力時は、Ｂ級に近いＡＢ級増幅となるので、効率が向
上し、低消費電力化，省ラジエータ化となり経済性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の特性例図である。

【図３】本発明の要部の詳細回路例図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図５】従来の回路例図である。

【符号の説明】

１バイアス制御回路２検波器３方向性結合器４緩衝増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大久保陽一東京都港区虎ノ門二丁目３番13号国際電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エミッタ接地のトランジスタ増幅回路が
ＡＢ級動作を行うようなベースバイアス電圧を直流電源
から生成して前記トランジスタのベースに与えるバイア
ス抵抗回路を備えた高周波線形増幅器において、前記増幅回路の出力信号電力に比例する電圧を抽出する
方向性結合器と、該方向性結合器の出力を直流電圧に変換する検波器と、前記直流電源とバイアス抵抗回路との間に設けられ、前
記検波器からの直流電圧と、前記出力信号電力のレベル
を複数に分割して定めた基準電圧とを比較して、該分割
された区分毎に前記バイアス抵抗回路から出力されるバ
イアス電圧を、前記増幅回路の非直線性歪みの発生が最
小となるように補正するバイアス制御電圧を出力するバ
イアス制御回路とを備えたことを特徴とする高周波線形
増幅器。
【請求項２】前記方向性結合器を前記増幅回路の入力
信号電力に比例する電圧を抽出するようにしたことを特
徴とする請求項１記載の高周波線形増幅器。