JPH1155045A - フィードフォワード電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】主増幅器の利得が変動したときに全体の利得偏
差を補正して一定利得を維持するフィードフォワード増
幅器を提供する。 【解決手段】主増幅器の前段に可変減衰器を設置し、主
増幅器の利得が変動した分だけ可変減衰器の減衰量も変
化させることで、誤差信号を最小とする制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低歪み電力増幅器、
とりわけ無線通信機用高周波電力増幅器に好適なフィー
ドフォワード電力増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィードフォワード電力増幅器に関する
従来の技術として、例えば特開平1−198809号が挙げら
れる。以下、上記従来技術を図４を用いて説明する。

【０００３】一般にフィードフォワード電力増幅器は、
誤差抽出ループと誤差除去ループの２種類の信号相殺ル
ープから構成される。まず、誤差抽出ループについて説
明する。

【０００４】入力端子から入力される入力信号は、第１
電力分配器１１によって第１・第２の２系統へ分配され
る。まず、第１系統へ分配された信号は、主増幅器１３
によって所定の電力に増幅される。このとき、主増幅器
１３に用いられる能動素子の非線形性が原因で歪みが生
じ、出力には誤差信号が重畳される。次に、主増幅器１
３の出力は、第２電力分配器１４によって第１・第２の
２系統へ分配される。第２電力分配器１４の第１系統出
力は、第１電力合成器２５へと入力される。

【０００５】一方、第１電力分配器１１によって第２系
統へ分配された入力信号は、第１ベクトル調整器２３と
遅延線２４を経由して前記第１電力合成器２５のもう１
つの入力となる。第１電力合成器２５は２つの入力の合
成を行う機能を有している。なお、図５に示すようにベ
クトル調整器は可変減衰器３１と可変移相器３２からな
る。

【０００６】ここで、第１電力分配器１１の電力分配比
率と第２電力分配器１４の電力分配比率と第１ベクトル
調整器２３の可変減衰量とを適切に設定することで、第
１電力合成器２５の２つの入力信号の振幅成分を等しく
することができる。また、遅延線２４の遅延量と第１ベ
クトル調整器２３の可変移相量を適切に設定することに
より、第１電力合成器２５の２つの入力信号の位相成分
を互いに逆位相の関係とすることができる。このような
振幅同一・位相反転の条件が満足されるとき、第１電力
合成器２５の出力には主増幅器１３で発生する歪み成分
すなわち誤差信号が出力される。

【０００７】しかしながら、例えば主増幅器１３の温度
変化や経時変化が原因となり、上記の振幅同一・位相反
転の条件が崩れると、第１電力合成器２５の出力には所
望の誤差信号に加えて不要な主信号成分が混入する。こ
のとき第１電力合成器２５の出力信号の総合的な電力レ
ベルは増加することになる。そこで誤差信号抽出を正確
に行うため、レベル監視手段２０によって誤差増幅器２
６の出力信号のレベル監視を行い、このレベルが最小と
なるように前記第１ベクトル調整器２３の可変減衰量お
よび可変移相量を調整することができる。本調整を自動
的に行うため、例えばレベル監視手段２０にダイオード
検波器と平滑化フィルタを用いて電力レベルを直流電圧
に変換し、この電圧に基づきマイクロプロセッサとＡＤ
／ＤＡ変換器から構成される第２制御手段２１によっ
て、摂動法等のアルゴリズムを用いて第１ベクトル調整
器２３の調整を行うことができる。

【０００８】次に誤差除去ループについて説明する。

【０００９】第１電力合成器２５によって抽出された誤
差信号は、誤差増幅器２６によって増幅された後、第１
ベクトル調整器２３と同様の構成である第２ベクトル調
整器１９を経由して第２電力合成器１６へと入力され
る。

【００１０】一方、第２電力分配器１４の第２系統出力
は、遅延線１５によって遅延された後、第２電力合成器
１６のもう１つの入力となる。第２電力合成器１６は２
つの入力の合成を行う機能を有している。

【００１１】ここで、誤差増幅器２６の電力増幅率と第
２ベクトル調整器１９の可変減衰量とを適切に設定する
ことで、第２電力合成器１６の２つの入力信号の振幅成
分を等しくすることができる。また、遅延線１５の遅延
量と第２ベクトル調整器１９の可変移相量を適切に設定
することにより、第２電力合成器１６の２つの入力信号
の位相成分を互いに逆位相の関係とすることができる。
このような振幅同一・位相反転の条件が満足されると
き、第２電力合成器１６の出力には主増幅器１３で発生
する信号から歪み成分すなわち誤差信号が除去され、低
歪みの高品質な信号を得ることができる。

【００１２】しかしながら、例えば誤差増幅器２６の温
度変化や経時変化が原因となり、上記の振幅同一・位相
反転の条件が崩れると、第２電力合成器１６の出力には
所望の信号成分に加えて不要な誤差信号成分が混入す
る。このとき第２電力合成器１６の出力信号の総合的な
電力レベルは増加することになる。そこで誤差信号除去
を正確に行うため、レベル監視手段１７によって第２電
力合成器１６の出力信号のレベル監視を行い、このレベ
ルが最小となるように前記第２ベクトル調整器１９の可
変減衰量および可変移相量を調整することができる。本
調整を自動的に行うため、例えばレベル監視手段１７に
ダイオード検波器と平滑化フィルタを用いて電力レベル
を直流電圧に変換し、この電圧に基づきマイクロプロセ
ッサとＡＤ／ＤＡ変換器から構成される第３制御手段１
８によって、摂動法等のアルゴリズムを用いて第２ベク
トル調整器１９の調整を行うことができる。

【００１３】別の方法として、パイロット信号を主増幅
器１３の出力に重畳し、ミキサによってパイロット信号
を復調し、これを検波することによって得られる直流電
圧に基づき第２ベクトル調整器１９の調整を行うことも
できる。パイロット信号は主増幅器１３の歪み成分と同
様に誤差信号であるため、第２電力合成器１６の出力に
おいては十分に抑圧することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
フィードフォワード電力増幅器は誤差抽出ループによっ
て誤差信号の抽出を行い、誤差除去ループによって主増
幅器出力に含まれる誤差信号を相殺することができ、低
歪みの増幅信号を提供することができる。また、能動素
子の温度変化や経時変化に対しては、ベクトル調整器と
レベル検出手段と制御手段とを用いた自動的な制御によ
って、誤差抽出と誤差除去の状態を常に最適な状態に保
つことができる。

【００１５】しかしながら、従来技術として説明した構
成を用いた場合、能動素子の温度変化や経時変化によっ
て主増幅器の利得が変動した場合、歪み低減の効果は最
適な状態に保たれるものの、系全体の利得は主増幅器の
利得変動に依存して変化してしまうという問題点を有し
ている。

【００１６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は主増幅器の利得変化に起因
するフィードフォワード電力増幅器の利得変動を低減
し、利得の安定性が良好なフィードフォワード電力増幅
器を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、従来
のフィードフォワード電力増幅器に、入力信号を電力分
配する第１電力分配器の１出力から主増幅器を経て第２
電力分配器入力へと至る信号経路上に可変減衰器を設け
る。さらに、誤差抽出ループの出力に誤差信号のレベル
を監視するレベル監視手段と、誤差信号レベルに基づき
前記可変減衰器を制御する制御手段を設ける。

【００１８】主増幅器の利得変動に起因して誤差抽出ル
ープの出力に主信号成分が混入し、電力レベルが上昇す
るので、これをレベル監視手段によって監視しつつ最小
となるように、制御手段によって摂動法等の手法を用い
て上記可変減衰器を制御する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施例を示
す。図１は、入力電力を第１・第２の２系統へ分配する
第１の電力分配器１１と、前記電力分配器の第１の出力
電力を増幅する主増幅器１３と、前記主増幅器１３の出
力電力を第１・第２の２系統へ分配する第２電力分配器
１４と、前記第２電力分配器１４の第１出力電力と前記
第１電力分配器１１の第２出力電力との減算を行う第１
電力合成器２５と、前記第１電力合成器２５の出力電力
を増幅する誤差増幅器２６と、前記第２電力分配器１４
の第２出力と前記誤差増幅器２６の出力電力との減算を
行う第２電力合成器１６と、前記第１電力分配器１１の
第１の出力と主増幅器１３との間に可変減衰器１２を具
備し、前記誤差増幅器２６の出力電力のレベル監視手段
２０と、前記レベル監視結果に基づき前記可変減衰器１
２の制御を行う制御手段２２とから構成されるフィード
フォワード電力増幅器である。

【００２０】入力信号は、第１電力分配器１１によって
第１・第２の２系統へ分配される。まず、第１系統へ分
配された信号は、主増幅器１３によって所定の電力に増
幅される。このとき、主増幅器１３に用いられる能動素
子の非線形性が原因で歪みが生じ、出力には誤差信号が
重畳される。次に、主増幅器１３の出力は、第２電力分
配器１４によって第１・第２の２系統へ分配される。第
２電力分配器１４の第１系統出力は、第１電力合成器２
５へと入力される。

【００２１】一方、第１電力分配器１１によって第２系
統へ分配された入力信号は、前記第１電力合成器２５の
もう１つの入力となる。第１電力合成器２５は２つの入
力の合成を行う機能を有している。

【００２２】ここで、第１電力分配器１１の電力分配比
率と第２電力分配器１４の電力分配比率とを適切に設定
することで、第１電力合成器２５の２つの入力信号の振
幅成分を等しくすることができる。また、主増幅器の位
相反転を利用することにより、第１電力合成器２５の２
つの入力信号の位相成分を互いに逆位相の関係とするこ
とができる。このような振幅同一・位相反転の条件が満
足されるとき、第１電力合成器２５の出力には主増幅器
１３で発生する歪み成分すなわち誤差信号が出力され
る。

【００２３】第１電力合成器２５によって抽出された誤
差信号は、誤差増幅器２６によって増幅された後、第２
電力合成器１６へと入力される。

【００２４】一方、第２電力分配器１４の第２系統出力
は、第２電力合成器１６のもう１つの入力となる。第２
電力合成器１６は２つの入力の合成を行う機能を有して
いる。

【００２５】ここで、誤差増幅器２６の電力増幅率を適
切に設定することで、第２電力合成器１６の２つの入力
信号の振幅成分を等しくすることができる。また、誤差
増幅器２６の位相反転を利用することにより、第２電力
合成器１６の２つの入力信号の位相成分を互いに逆位相
の関係とすることができる。このような振幅同一・位相
反転の条件が満足されるとき、第２電力合成器１６の出
力には主増幅器１３で発生する信号から歪み成分すなわ
ち誤差信号が除去され、低歪みの高品質な信号を得るこ
とができる。

【００２６】次に、例えば主増幅器１３の温度変化や経
時変化が原因となり、利得変動が発生する場合について
説明する。利得変動が生じると、上記誤差抽出ループの
振幅同一・位相反転という条件のうち、振幅同一という
条件が崩れるので、これに起因して誤差抽出ループの出
力に主信号成分が混入し、第１電力合成器２５の出力信
号の総合的な電力レベルは増加することになる。このと
き、レベル監視手段２０によって誤差増幅器２６の出力
信号のレベル監視を行い、このレベルが最小となるよう
に前記可変減衰器１２の可変減衰量を調整することで再
び振幅同一の条件が満足される。本制御を行うことによ
り、主増幅器１３の利得変化分と可変減衰器の減衰量変
化分が常に等しいような状態を維持することができる。
換言すれば、主増幅器の利得偏差を前段の可変減衰器が
相殺していることになるため、主増幅器と可変減衰器か
らなる経路の総合的な利得を一定に保つことができる。

【００２７】なお、上記調整を自動的に行うため、例え
ばレベル監視手段２０にダイオード検波器と平滑化フィ
ルタを用いて電力レベルを直流電圧に変換し、この電圧
に基づきマイクロプロセッサとＡＤ／ＤＡ変換器から構
成される第１制御手段２２によって、摂動法等のアルゴ
リズムを用いて可変減衰器１２の調整を行うことができ
る。

【００２８】次に、図２を用いて本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例では、第１の実施例に第１
ベクトル調整器２３と、遅延線２４と、第２制御手段２
１と第２ベクトル調整器１９と、遅延線１５と、レベル
監視手段１７と、第３制御手段１８とを付加した構成に
なっている。

【００２９】第１ベクトル調整器２３および遅延線２４
は、第１電力分配器１１から第１電力合成器２５へ至る
信号経路上に挿入し、第２ベクトル調整器１９は誤差増
幅器２６の出力に挿入する。遅延線１５は第２電力分配
器１４から第２電力合成器１６へ至る信号経路上に挿入
する。レベル監視手段１７は、第２電力合成器１６の出
力に設ける。第２および第３制御手段は、それぞれレベ
ル監視手段２０および１７の出力に基づき第１ベクトル
調整器２３と第２ベクトル調整器１９の調整を行う。

【００３０】本実施例の歪み低減の基本的な動作は前述
の第１の実施例と同様であるが、レベル監視手段２０の
監視レベルに基づき、これを最小とするように第１ベク
トル調整器２３の調整を第２制御手段２１によって行
う。また、レベル監視手段１７の監視レベルに基づき、
これを最小とするように第２ベクトル調整器１９の調整
を第３制御手段１８によって行う。これにより、主増幅
器１３の位相特性に温度変化や経時変化が生じた場合で
も、誤差抽出をより高精度に行うことができる。また、
誤差増幅器２６の特性に温度変化や経時変化が生じた場
合でも、誤差除去をより高精度に行うことができる。

【００３１】ただし、第１ベクトル調整器２３と可変減
衰器１２の調整を同時に行うと、可変減衰器１２の減衰
量は第１ベクトル調整器２３の可変減衰量に影響され、
主増幅器１３の利得偏差の補正が困難になる。そこで、
秒もしくは分オーダーの適当な時間間隔で、ごく短時間
だけ第１ベクトル調整器２３の減衰量を零に設定し、そ
の時間内のみ可変減衰器１２の制御を行い、それ以外は
減衰量を保持することで主増幅器の利得偏差の補正と誤
差抽出ループの調整を両立させることができる。

【００３２】次に、図３を用いて本発明の第３の実施例
について説明する。本実施例では、第２の実施例におけ
る第１ベクトル調整器２３の機能のうち、可変減衰機能
が省略され、可変移相のみ行うようになっている。本実
施例の歪み低減の基本的な動作は前述の第１の実施例と
同様であり、誤差除去ループの動作は前述の第２の実施
例と同様である。ここで、誤差抽出ループにおいて誤差
信号をレベル監視手段２０によって監視し、その監視レ
ベルを最小とするように、摂動法等のアルゴリズムを用
いて、第１制御手段２２と第２制御手段２１によって可
変減衰器１２と可変移相器２７の調整を行う。本実施例
では、前述の第２の実施例のような、誤差抽出ループ内
に可変減衰器が２つあるという回路的な冗長性がなく、
誤差抽出と誤差除去と主増幅器の利得補正という機能を
簡易な構成で実現できる。

【００３３】なお、本発明は図１と図２と図３に示す構
成に特に限定するものではなく、種々の回路変形が可能
である。例えば、図１に示す主増幅器１３と可変減衰器
１２はその順番を交換することができる。また、図２に
おいて第２ベクトル調整器１９と誤差増幅器２６はその
順番を交換することができる。また、図２において第１
ベクトル調整器２３と遅延線２４はその順番を交換する
ことができる。また、図２における第１ベクトル調整器
２３あるいは図３における可変移相器２７は、第２電力
分配器１４から第１電力合成器２５へ至る信号系路上に
設置することができる。もしくは、第１電力分配器１１
から第２電力分配器１４へ至る信号経路上に設置するこ
とができる。同様に図２または図３における第２ベクト
ル調整器１９は第２電力分配器１４から第２電力合成器
１６へ至る信号系路上に設置することができる。また、
従来技術として説明したように信号のレベル監視を行う
ためにパイロット信号を用いることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、従来のフィードフォワ
ード電力増幅器における歪み低減機能に加えて、主増幅
器の利得変動をも簡易な構成にて低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の電力増幅器のブロック
図。

【図２】本発明の第２の実施例の電力増幅器のブロック
図。

【図３】本発明の第３の実施例の電力増幅器のブロック
図。

【図４】従来例の電力増幅器のブロック図。

【図５】ベクトル調整器のブロック図。

【符号の説明】

１１…第１電力分配器、１２…可変減衰器、１３…主増
幅器、１４…第２電力分配器、１５…遅延線、１６…第
２電力合成器、１７…レベル監視手段、１８…第３制御
手段、１９…第２ベクトル調整器、２０…レベル監視手
段、２１…第２制御手段、２２…第１制御手段、２３…
第１ベクトル調整器、２４…遅延線、２５…第１電力合
成器、２６…誤差増幅器、２７…可変移相器、３１…可
変減衰器、３２…可変移相器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武井 健 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡部 寛 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電力を第１・第２の２系統へ分配する
   第１の電力分配器と、前記電力分配器の第１の出力電力
   を増幅する主増幅器と、前記主増幅器の出力電力を第１
   ・第２の２系統へ分配する第２電力分配器と、前記第２
   電力分配器の第１出力電力と前記第１電力分配器の第２
   出力電力との減算を行う第１電力合成器と、前記第１電
   力合成器出力電力を増幅する誤差増幅器と、前記第２電
   力分配器の第２出力と前記誤差増幅器の出力電力との減
   算を行う第２電力合成器からなるフィードフォワード電
   力増幅器において、前記第１電力分配器の第１の出力か
   ら主増幅器を経由して前記第２電力分配器の入力へ至る
   信号経路上に可変減衰器を具備し、前記第１電力合成器
   出力電力または前記誤差増幅器出力電力のレベル監視手
   段と、前記レベル監視結果に基づき前記可変減衰器の制
   御を行う制御手段を有することを特徴とするフィードフ
   ォワード電力増幅器。
2. 【請求項２】請求項１記載のフィードフォワード電力増
   幅器において、前記第１電力分配器の第２出力から前記
   第１電力合成器の入力へ至る信号経路上に、信号の振幅
   および位相を調整する第１ベクトル調整器を具備し、前
   記第１電力合成器出力電力または前記誤差増幅器出力電
   力のレベル監視手段と、前記レベル監視結果に基づき前
   記第１ベクトル調整器の制御を行う制御手段を有するこ
   とを特徴とするフィードフォワード電力増幅器。
3. 【請求項３】請求項１記載のフィードフォワード電力増
   幅器において、前記第１電力分配器の第１の出力から主
   増幅器を経由して前記第２電力分配器の入力へ至る信号
   経路上に、信号の振幅および位相を調整する第１ベクト
   ル調整器を具備し、前記第１電力合成器出力電力または
   前記誤差増幅器出力電力のレベル監視手段と、前記レベ
   ル監視結果に基づき前記第１ベクトル調整器の制御を行
   う制御手段を有することを特徴とするフィードフォワー
   ド電力増幅器。
4. 【請求項４】請求項１記載のフィードフォワード電力増
   幅器において、前記第２電力分配器の第１の出力から前
   記第１電力合成器の入力へ至る信号経路上に、信号の振
   幅および位相を調整する第１ベクトル調整器を具備し、
   前記第１電力合成器出力電力または前記誤差増幅器出力
   電力のレベル監視手段と、前記レベル監視結果に基づき
   前記第１ベクトル調整器の制御を行う制御手段を有する
   ことを特徴とするフィードフォワード電力増幅器。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のフィー
   ドフォワード電力増幅器において、前記第１の電力合成
   器出力から誤差増幅器を経由して前記第２電力合成器へ
   至る信号経路上に、信号の振幅および位相を調整する第
   ２ベクトル調整器を具備し、前記第２電力合成器出力電
   力のレベル監視手段と、前記レベル監視結果に基づき前
   記第２ベクトル調整器の制御を行う制御手段を有するこ
   とを特徴とするフィードフォワード電力増幅器。
6. 【請求項６】請求項１から４のいずれかに記載のフィー
   ドフォワード電力増幅器において、前記第２電力分配器
   の第２出力から前記第２電力合成器へ至る信号経路上
   に、信号の振幅および位相を調整する第２ベクトル調整
   器を具備し、前記第２電力合成器出力電力のレベル監視
   手段と、前記レベル監視結果に基づき前記第２ベクトル
   調整器の制御を行う制御手段を有することを特徴とする
   フィードフォワード電力増幅器。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載のフィー
   ドフォワード電力増幅器において、前記第１電力分配器
   の第２出力から前記第１電力合成器の入力へ至る信号経
   路上に、信号を遅延させる遅延線を挿入することを特徴
   とするフィードフォワード電力増幅器。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載のフィー
   ドフォワード電力増幅器において、前記第２電力分配器
   の第２出力から前記第２電力合成器の入力へ至る信号経
   路上に、信号を遅延させる遅延線を挿入することを特徴
   とするフィードフォワード電力増幅器。
9. 【請求項９】請求項２から８のいずれかに記載のフィー
   ドフォワード電力増幅器において、前記第１ベクトル調
   整器の振幅調整機能が省略され、位相調整機能のみ有す
   ることを特徴とするフィードフォワード電力増幅器。