JPH07249947A - 電力増幅回路 - Google Patents

電力増幅回路

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JPH07249947A
JPH07249947A JP6068010A JP6801094A JPH07249947A JP H07249947 A JPH07249947 A JP H07249947A JP 6068010 A JP6068010 A JP 6068010A JP 6801094 A JP6801094 A JP 6801094A JP H07249947 A JPH07249947 A JP H07249947A
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Akihiro Kirisawa
明洋 桐沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はマイクロ波帯の移動体通信装置用電
力増幅回路に関し、高効率で、かつ、低消費電力の電力
増幅回路を提供することを目的とする。 【構成】 電力増幅器4より取り出されたπ/4シフト
QPSK変調波は、方向性結合器5により2分岐され、
一方は送信信号として出力され、他方はミキサ6に入力
され、ここで局部発振器1の出力送信周波信号と周波数
変換される。ミキサ6の出力信号は帯域フィルタ7及び
積分器8を通して制御増幅器9に入力される。制御増幅
器9の出力電圧は電力増幅器4のFET13のドレイン
電圧として印加され、その飽和出力レベルを可変制御す
る。許容される送信信号の占有帯域幅に応じて、帯域フ
ィルタ7の下限周波数fを設定することにより、電力
増幅器4を許容することができるぎりぎりの非線形性で
使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電力増幅回路に係り、特
にマイクロ波帯の移動体通信装置用電力増幅回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波帯の移動体通信や移動体衛星
通信の分野では、近年加入者数の急速な増加に対応する
ため、有限の周波数資源の有効利用と歪みの影響の低減
化との兼ね合いから、QPSK(4相位相変調)やπ/
4シフトQPSKなどの狭帯域の変調方式を採用してい
る。
【0003】これらの変調方式は、共に2系列の2値の
ディジタル信号のそれぞれで位相が90°異なる二つの
搬送波のそれぞれを2相位相変調して直交関係にある二
つの被変調波を生成した後、これらを加え合わせて4相
位相変調波として出力するディジタル変調方式である点
で共通するが、π/4シフトQPSK変調方式では、あ
る時刻では直交する2チャネルの信号の信号平面上の4
つの信号点のうちの一つを伝送し、次の時刻では上記の
信号平面上4つの信号点をそれぞれπ/4シフトした4
つの信号点のうちの一つを伝送することを交互に繰り返
す点で、シフトを行わないQPSK変調方式と異なる。
【0004】しかし、その反面これらの変調方式はPS
K変調方式その他の定包絡線変調ではないため、変調ス
ペクトラムの拡がりを防ぐため、電力増幅回路にはより
一層線形動作が要求される。このような線形電力増幅回
路では、素子のばらつきや検波回路での非直線性による
制御誤差に基づく不安定な電力増幅を防止することが望
まれている。
【0005】このことを実現する電力増幅回路として、
従来より送信出力信号を包絡線検波し、この検波信号を
フィードバックする電力増幅回路が知られている(例え
ば、特開平4−156704号公報)。
【0006】図10はこの従来の電力増幅回路の一例の
構成図を示す。同図において、変調器21より出力され
た変調波は分配器22により2分配され、一方は第1の
包絡線検波器25で包絡線検波され、他方は前置増幅器
23で前置増幅された後非線形特性を持つ電力増幅器2
4により電力増幅される。この電力増幅器24の出力変
調波は、方向性結合器26を通して送信信号として出力
されると共に、第2の包絡線検波器27に供給されて包
絡線検波される。
【0007】誤差検出増幅器28は上記の二つの包絡線
検波器25及び27のそれぞれより取り出された包絡線
検波信号が入力されてこれらを比較増幅し、それらの差
に応じた誤差電圧を検出生成してこれにより電力増幅器
24のドレイン電圧を制御する。
【0008】このようにして、この従来の電力増幅回路
によれば、電力増幅器24、方向性結合器26、包絡線
検波器27及び誤差検出増幅器28によるフィードバッ
クループにより、包絡線検波器27より取り出される送
信信号の包絡検波信号が、包絡線検波器25より取り出
される無歪みの包絡線検波信号と一致するように電力増
幅器24のドレイン電圧を制御するようにしているた
め、電力増幅器24の素子などにばらつきがあっても、
安定に包絡線に歪みの無い送信信号を方向性結合器26
より出力することができ、これによりほぼ完全に線形動
作する電力増幅回路を構成することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の電力増幅回路によれば、実際には増幅器の非線形性に
よるスペクトラムの拡散が、隣接チャンネルに影響を及
ぼさない程度まで許容されているにも拘らず、QPSK
あるいはπ/4シフトQPSKなどの変調方式により変
調された変調波を、必要以上に変調スペクトラムを拡散
させることなく線形電力増幅しているため、電力増幅器
24のドレイン電圧が必要以上に上昇し、このため消費
電力が非常に大になってしまうという問題がある。
【0010】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
高効率で、かつ、低消費電力の電力増幅回路を提供する
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、ディジタル変調された変調波を出力す
る変調器と、変調器の出力変調波を電力増幅する電力増
幅器と、電力増幅器の出力変調波を2分岐する分岐手段
と、分岐手段により分岐して取り出された変調波と、変
調器の搬送波とをそれぞれ混合するミキサと、ミキサの
出力信号から所定周波数帯域の信号成分を濾波するフィ
ルタ回路と、フィルタ回路の出力信号レベルに基づいて
電力増幅器の飽和出力レベルを可変制御する制御手段と
を有し、制御手段により電力増幅器の出力変調波の周波
数帯域を一定に制御する構成としたものである。
【0012】電力増幅器は増幅用電界効果トランジスタ
を有し、前記制御手段は電界効果トランジスタのドレイ
ン電圧を可変制御することが、電力増幅器の飽和出力レ
ベルを線形性良く制御することができる点で、好まし
い。
【0013】前記フィルタ回路は、前記分岐手段より外
部へ出力される変調波の占有帯域幅に応じて設定された
下限周波数を有する帯域フィルタであることが、変調波
の占有帯域幅を必要以上に拡げてしまうことなく一定に
制御することができる点で、好ましい。
【0014】
【作用】本発明では、制御手段により電力増幅器の出力
変調波の周波数帯域を一定に制御する構成であるため、
電力増幅器を出力変調波の占有帯域幅として許容される
ぎりぎりの非線形性で使用することができる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図1乃至図9
と共に説明する。図1は本発明になる電力増幅回路の一
実施例の構成図を示す。本実施例は、マイクロ波帯の送
信周波数を発振出力する局部発振器1、π/4シフトQ
PSKの変調方式による変調を行う変調器2、前置増幅
する前置増幅器3、高効率であるが、非線形特性を有す
る電力増幅器4、送信信号を出力する一方、一部を分岐
する方向性結合器5、周波数変換を行うミキサ6、ミキ
サ6の出力信号の所定周波数成分を濾波する帯域フィル
タ7、帯域フィルタ7の出力信号を積分する積分器8及
び積分器8の出力信号を増幅し、電力増幅器4のドレイ
ン電圧を制御する制御増幅器9とよりなる。
【0016】電力増幅器4は例えば図2に示す如き構成
とされている。すなわち、電力増幅器4は、Nチャンネ
ルの電力増幅用電界効果トランジスタ(FET)13の
ゲートに、入力とのインピーダンスマッチングのための
整合回路11が接続されると共にバイアス用抵抗12が
接続され、また、FET13のドレインにドレイン抵抗
14と出力とのインピーダンスマッチングのための整合
回路11が接続されている。
【0017】FET13は整合回路11を介してゲート
に入力される入力信号を電力増幅してドレインより出力
して整合回路15へ出力するものであり、このとき、ド
レイン抵抗14を介して印加されるドレイン電圧VDS
により、ドレインからの飽和出力電力が制御される。例
えば図3に示すように、ドレイン電圧VDSがIで示す
如く低い時は飽和出力電力も低いために、線形に増幅さ
れる領域が比較的狭く、ドレイン電圧VDSがIIで示
す如く高い時は飽和出力電力も高くなり、線形に増幅さ
れる領域が増大する。
【0018】次に、本実施例の動作について説明する。
図1において、局部発振器1より発振出力されたマイク
ロ波帯の送信周波信号は、変調器2に搬送波として供給
されて変調信号によりπ/4シフトQPSK変調される
一方、後述するミキサ6に供給される。変調器2の出力
変調波は図4に示す如き周波数スペクトラムをしてお
り、送信周波数fを中心とする比較的狭い周波数範囲
にスペクトラムが集中している。
【0019】変調器2の出力π/4シフトQPSK変調
波は、前置増幅器3に供給されて前置増幅された後電力
増幅器4に供給され、ここで電力増幅されることによ
り、包絡線成分が抑圧されるため、図5に示す如き周波
数スペクトラムとされる。同図に示すように、この周波
数スペクトラムは、送信周波数fを中心として、元々
あったメインローブの周りに多数のサイドローブが発生
し、周波数帯域が拡がっている。
【0020】電力増幅器4は前記したように、図2に示
す如き構成とされており、その出力π/4シフトQPS
K変調波の周波数スペクトラムは、電力増幅器4のドレ
イン電圧が高いほど線形電力領域が広くなるため、図4
に示した周波数スペクトラムに近付き、ドレイン電圧が
低いとより非線形な電力増幅を行うために、図5に示し
た周波数スペクトラムのサイドローブが拡がる。
【0021】この電力増幅器4より取り出されたπ/4
シフトQPSK変調波は、方向性結合器5により2分岐
され、一方は送信信号として出力され、他方はミキサ6
に入力され、ここで局部発振器1の出力送信周波信号と
周波数変換される。ミキサ6の出力信号の周波数スペク
トラムは、図6に示すように直流近傍に変調波のエネル
ギーが集中し、高周波数領域にミキサ6によって発生し
たスプリアスが存在する。
【0022】このミキサ6の出力信号は帯域フィルタ7
に入力される。帯域フィルタ7は図7に示すように、下
限周波数fから上限周波数fまでの周波数帯域の信
号を通過させる通過特性を有する。下限周波数fは送
信信号の許容帯域幅に応じて定められ、また上限周波数
はミキサ6の出力信号中の前記スプリアス成分を除
去できる周波数に設定される。これにより、帯域フィル
タ7からは図7の周波数スペクトラム中、下限周波数f
未満の低周波数成分と、上限周波数f以上のスプリ
アス成分が除去された、図8に示す周波数スペクトラム
の信号が取り出される。
【0023】図8に示す周波数スペクトラムの帯域フィ
ルタ7の出力信号は電力増幅器4が非線形であればある
ほどレベルが大きくなり、線形であれば小さくなる。帯
域フィルタ7の出力信号は積分器8に供給され、ここで
積分された後制御増幅器9に供給される。制御増幅器9
は積分器8の出力信号を増幅して電力増幅器4にドレイ
ン電圧として印加する。
【0024】帯域フィルタ7の出力信号は電力増幅器4
が非線形であればあるほどレベルが大きくなるため、制
御増幅器9の出力電圧が大になり、電力増幅器4のFE
T13のドレイン電圧が増加するように制御され、その
結果電力増幅器4の線形性が高くなり、送信信号の周波
数帯域を狭くするように働く。
【0025】逆に、電力増幅器4の線形性が高い場合
は、電力増幅器4の出力変調波の周波数スペクトラムが
狭いため、制御増幅器9の出力電圧が低下し、電力増幅
器4のFET13のドレイン電圧が低下するように制御
され、その結果電力増幅器4の線形性が低くなり、送信
信号の周波数帯域を広げるように働く。すなわち、本実
施例によれば、帯域フィルタ7の出力信号の周波数帯域
に応じて送信信号の周波数帯域を制御することができ
る。
【0026】従って、送信機として許容される送信信号
の占有帯域幅に応じて、帯域フィルタ7の下限周波数f
を設定することにより、電力増幅器4を許容すること
ができるぎりぎりの非線形性で使用することができる。
これにより、許容される範囲内で線形性がある程度低下
した電力増幅器4で電力増幅して得られた、図9に示す
ような周波数スペクトラムの送信信号を方向性結合器5
より出力することができる。
【0027】このように、本実施例によれば、送信信号
の周波数スペクトラムが従来に比べ必要以上に拡がって
しまうことを防止でき、また、低消費電力化を実現する
ことができる。また、ある程度非線形性で電力増幅器を
使用するため、電力増幅器を高効率で動作させることが
できる。
【0028】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、変調器2の変調方式はQPSKなどの他
のディジタル変調方式でも良い。また、電力増幅器4の
飽和出力レベルを制御する方法としては、ドレイン電圧
を制御する方法に比し線形性が劣るが、ゲート電圧を制
御する方法でもよい。また、電力増幅器4としては増幅
用の能動素子として、バイポーラトランジスタを使用し
た構成のものでもよい。この場合は、コレクタ電圧ある
いはベース電圧を制御することにより、飽和出力レベル
を制御することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力増幅器を出力変調波の占有帯域幅として許容される
ぎりぎりの非線形性で使用することができるため、従来
に比べて電力増幅器より出力される送信変調波の周波数
帯域が必要以上に拡がることを防止することができると
共に、高効率で使用することができ、更に低消費電力化
を実現することかできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】電力増幅器の一例の回路構成図である。
【図3】図2のFETのドレイン電圧と入出力特性図で
ある。
【図4】変調波の周波数スペクトラムの一例を示す図で
ある。
【図5】電力増幅器の出力変調波の周波数スペクトラム
の一例を示す図である。
【図6】図1のミキサの出力信号の周波数スペクトラム
を示す図である。
【図7】図1の帯域フィルタの通過特性を示す図であ
る。
【図8】図1の帯域フィルタの出力信号の周波数スペク
トラムを示す図である。
【図9】図1の出力送信信号の周波数スぺクトラムを示
す図である。
【図10】従来の電力増幅回路の一例の構成図である。
【符号の説明】
1 局部発振器 2 変調器 3 前置増幅器 4 電力増幅器 5 方向性結合器 6 ミキサ 7 帯域フィルタ 8 積分器 9 制御増幅器 11、15 整合回路 13 増幅用電界効果トランジスタ(FET)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル変調された変調波を出力する
    変調器と、 該変調器の出力変調波を電力増幅する電力増幅器と、 該電力増幅器の出力変調波を2分岐する分岐手段と、 該分岐手段により分岐して取り出された変調波と、前記
    変調器の搬送波とをそれぞれ混合するミキサと、 該ミキサの出力信号から所定周波数帯域の信号成分を濾
    波するフィルタ回路と、 該フィルタ回路の出力信号レベルに基づいて前記電力増
    幅器の飽和出力レベルを可変制御する制御手段とを有
    し、該制御手段により該電力増幅器の出力変調波の周波
    数帯域を一定に制御することを特徴とする電力増幅回
    路。
  2. 【請求項2】 前記電力増幅器は増幅用電界効果トラン
    ジスタを有し、前記制御手段は、該電界効果トランジス
    タのドレイン電圧を可変制御することを特徴とする請求
    項1記載の電力増幅回路。
  3. 【請求項3】 前記フィルタ回路は、前記分岐手段より
    外部へ出力される変調波の占有帯域幅に応じて設定され
    た下限周波数を有する帯域フィルタであることを特徴と
    する請求項1又は2記載の電力増幅回路。
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