JPH1168470A

JPH1168470A - フィードフォワード増幅器

Info

Publication number: JPH1168470A
Application number: JP9216877A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kishida; 浩岸田; Takeshi Takei; 健武井; Hiroshi Okabe; 寛岡部; Kenji Sekine; 健治関根; Kazuyuki Hori; 一行堀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1999-03-09
Also published as: US6046637A

Abstract

(57)【要約】【課題】歪成分である誤差の抽出精度を高め、かつ、パ
イロット信号の流出を抑えることが可能な改良されたフ
ィードフォワード増幅器を提供すること。【解決手段】パイロット信号発振器とパイロット信号を
主増幅器の出力信号に重畳するための第３電力合成器と
の間に開閉器を設け、かつ、誤差抽出時に開閉器を開状
態にし、誤差除去時に開閉器を閉状態にする第３制御手
段を開閉器に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪を低減するため
に２種類の信号相殺ループを用いたフィードフォワード
増幅器、特に無線通信機用高周波電力増幅器に適用して
好適なフィードフォワード増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィードフォワード増幅器は、増幅器の
出力信号から主信号成分を減じて歪（誤差信号）を取り
出す誤差抽出ループと、取り出した誤差信号を増幅器の
出力信号から減じて出力信号を主信号成分のみにする誤
差除去ループの２種類の信号相殺ループを有している。
そして、信号相殺ループにパイロット信号を用いて精度
良く歪を除去するようにしたフィードフォワード増幅器
が特開平１−１９８８０９に開示されていて既に公知で
ある。

【０００３】パイロット信号を用いるフィードフォワー
ド増幅器の一般的な構成を図５に示す。まず、誤差抽出
ループについて説明する。第１電力分配器１１への入力
信号は、当該分配器によって第１系統３３と第２系統３
４へ分配される。第１系統３３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
因で歪が生じ、出力信号に歪、即ち、誤差信号が混入す
る。また、パイロット信号発振器１２によって生成され
たパイロット信号は、第３電力合成器２２を介して主増
幅器１３の出力信号に重畳される。その結果、パイロッ
ト信号もまた誤差信号の一部となる。従って、電力合成
器２２の出力信号は、主増幅器１３への入力信号に対応
する主信号成分と誤差信号成分とで構成される。この出
力信号は、第２電力分配器１４によって第３系統３５と
第４系統３６へ分配され、第３系統３５への出力信号
は、第１電力合成器２５の一方の入力端子へ入力され
る。

【０００４】一方、電力分配器１１によって第２系統３
４へ分配された入力信号は、第１ベクトル調整器２３を
経由して電力合成器２５の他方の入力端子に入力され
る。当該電力合成器は、入力される２つの信号の加算を
行なう。なお、図６に示すように、ベクトル調整器２３
は、可変減衰器３１と可変移相器３２とによって構成さ
れる。

【０００５】ここで、電力合成器２５に入力される２つ
の信号の主信号成分に関して振幅成分が等しくなるよ
う、電力分配器１１の電力分配比率と電力分配器１４の
電力分配比率とベクトル調整器２３の減衰量とが設定さ
れる。また、電力合成器２５に入力される２つの信号の
主信号成分に関して位相が互いに逆位相の関係となるよ
う、ベクトル調整器２３の移相量が設定される。このよ
うに振幅同一・位相反転の条件が満たされる場合に、主
信号成分が相殺されて電力合成器２５から誤差信号成分
のみが出力される。

【０００６】このとき、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、電力合成器２５出力には誤差信号成分
に主信号成分が混入するため、電力合成器２５の出力信
号の総合的な電力レベルが増大する。そこで、誤差信号
抽出が正確に行なわれるように、第１レベル監視手段２
０が誤差増幅器２６の出力信号のレベルの検出を行な
い、このレベルが最小となるように第１制御手段２１が
ベクトル調整器２３の減衰量及び移相量を調整する。

【０００７】本調整を自動的に行なうため、例えば、レ
ベル監視手段２０は、ダイオード検波器と平滑化フィル
タによって構成され、制御手段２１は、マイクロプロセ
ッサとＡＤ／ＤＡ変換器によって構成される。このよう
な構成により、レベル監視手段２０は、電力合成器２５
出力の電力レベルを直流電圧に変換し、制御手段２１
は、この直流電圧に基づいてベクトル調整器２３の調整
を行なう。調整には、摂動法等のアルゴリズムが用いら
れる。

【０００８】次に誤差除去ループについて説明する。電
力合成器２５から出力された誤差信号は、誤差増幅器２
６によって増幅された後、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の一方の入力端子に入力される。

【０００９】一方、電力分配器１４の第４系統３６への
出力信号は、電力合成器１６の他方の入力端子に入力さ
れる。電力合成器１６は、入力される２つの信号の加算
を行なう機能を有している。

【００１０】ここで、電力合成器１６に入力される２つ
の信号の誤差信号成分に関して振幅成分が等しくなるよ
うに、誤差増幅器２６の増幅率とベクトル調整器１９の
減衰量とが設定される。また、当該誤差信号成分に関し
て位相成分が互いに逆位相の関係となるように、ベクト
ル調整器１９の移相量が設定される。このように振幅同
一・位相反転の条件が満たされる場合に、誤差信号が相
殺によって除去され、電力合成器１６から歪の除去され
た高品質の信号（主信号成分）が出力される。

【００１１】このとき、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、誤差信号成分の除去が不十分とな
り、電力合成器１６出力には所望の主信号成分に誤差信
号成分（歪成分及びパイロット信号成分）が残留する。
そこで、誤差信号除去が正確に行なわれるように、第２
レベル監視手段１７が電力合成器１６出力の残留パイロ
ット信号のレベル検出を行ない、このレベルが最小とな
るように第２制御手段１８がベクトル調整器１９の減衰
量及び移相量を調整する。

【００１２】レベル監視手段１７は、例えば図７に示す
ように、ミキサ４１と低域フィルタ４２と直流増幅回路
４３とからなる同期検波回路によって構成される。レベ
ル監視手段１７は、パイロット信号の振幅に応じた直流
電圧を出力し、制御手段１８は、この直流電圧に基づい
てベクトル調整器１９の調整を行なう。パイロット信号
は、主増幅器１３の歪成分と同様の誤差信号であるた
め、電力合成器１６出力においては歪成分が十分に抑圧
される。

【００１３】このようなパイロット信号を用いるフィー
ドフォワード増幅器では、パイロット信号の周波数にお
いて調整の最適化がなされる。従って、例えば主増幅器
や誤差増幅器の利得平坦性が悪いと、パイロット信号と
そのごく近傍の周波数でしか歪の改善は行われないこと
になる。パイロット信号の周波数配置は、主信号に影響
を与えないために主信号帯域外に配置されることが必要
であるが、主信号帯域から離れると、上記の理由から歪
の改善効果が低下する。そのため、パイロット信号に
は、主信号の帯域外で、かつ、できるだけ主信号に近接
した特定の周波数が選ばれる。

【００１４】上記のようなパイロット信号を用いるフィ
ードフォワード増幅器では、誤差抽出時にパイロット信
号が誤差抽出の精度を劣化させるという問題点がある。
レベル監視手段２０で監視される主信号成分のレベルを
Ｐs２、パイロット信号のレベルをＰp２、歪成分のレベ
ルをＰd２とすると、誤差抽出過程において、Ｐs２は徐
々に小さくなるが、一方でＰp２とＰd２は変化しない。
従って、Ｐs２がある程度以下では、Ｐs２が誤差成分の
Ｐp２＋Ｐd２の中に埋もれてしまい、Ｐs２の検出感度
が低下する。

【００１５】なお、誤差除去時においては、反対に、パ
イロット信号のレベルが高いほど除去の精度が上がる。
上述した同期検波回路からなるレベル監視手段１７で
は、用いられるフィルタ素子の帯域外減衰量の不足が原
因で、パイロット信号成分に主信号成分が相当量漏れ込
んだものが出力されるのが普通である。ここで、レベル
監視手段１７で監視される主信号の漏れ込みレベルをＰ
s１、パイロット信号のレベルをＰp１、歪み成分のレベ
ルをＰd１とする。誤差除去過程において、Ｐp１及びＰ
d１は徐々に小さくなりほぼ零に近づくが、一方でＰs１
は変化しない。従って、誤差除去動作の前後において監
視レベルは、Ｐs１＋Ｐp１＋Ｐd１からＰs１へとＰp１
＋Ｐd１だけ変化する。従って、レベル監視精度を考慮
した場合は、Ｐp１を大きく選ぶことにより変化分が監
視レベルに対して相対的に大きくなるので精度が向上す
る。

【００１６】さて、前掲の引例において、パイロット信
号発振器１２と電力合成器２２の間に切換スイッチを設
け、誤差抽出時にパイロット信号を初段の電力分配器１
１に供給し、誤差除去時にパイロット信号を電力合成器
２２に供給するようにした別の提案がなされている。こ
の提案では、誤差抽出時にパイロット信号を誤差信号に
含めないようにすることができる。しかしながら、誤差
抽出時においては、パイロット信号が入力信号（主信
号）に重畳されるため、パイロット信号が電力合成器１
６から主信号とともに出力するという不都合を避けるこ
とができない。フィードフォワード増幅器が無線通信機
用高周波電力増幅器である場合、一般に主信号成分以外
の信号の流出が厳しく抑えれる。切換スイッチを設ける
方法は、そのような規定を満たすことが不可能という致
命的な欠陥を有する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の前記問題点を解決し、歪成分である誤差の抽出精
度を高め、かつ、パイロット信号の流出を抑えることが
可能な改良されたフィードフォワード増幅器を提供する
ことにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、パ
イロット信号を主増幅器の出力信号に重畳するための第
３電力合成器とパイロット信号発振器との間に開閉器を
設け、かつ、誤差抽出時に開閉器を開状態にし、誤差除
去時に開閉器を閉状態にする第３制御手段を開閉器に接
続することによって効果的に解決することができる。こ
のような手段を採用すれば、誤差抽出時にパイロット信
号が重畳されないので誤差抽出の精度を高めることがで
きるとともに、パイロット信号の流出を回避することが
できるからである。誤差抽出の精度向上は、誤差成分の
レベルが下がり、主信号成分のレベル監視精度が高まる
ことによって得ることができる。一方、誤差除去時に
は、パイロット信号が重畳されるため効果的に誤差が除
去され、かつ、パイロット信号の流出はない。

【００１９】前記第３制御手段は、誤差抽出ループに設
けた第１ベクトル調整器を制御するための第１制御手段
と誤差除去ループに設けた第２ベクトル調整器を制御す
るための第２制御手段とから、それぞれが動作中である
ことを示す表示信号を受けて開閉器を制御するための制
御信号を生成する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るフィードフォ
ワード増幅器の実施の形態を幾つかの図面に示した実施
例を参照して詳細に説明する。なお、図１〜図７におけ
る同一の記号は、同一物又は類似物を表示するものとす
る。

【００２１】

【実施例】図１において、２７は、パイロット信号発振
器１２と第３電力合成器２２の間に設けた開閉器、２８
は、開閉器２７に接続した第３制御手段を示す。制御手
段２８は、第１制御手段２１と第２制御手段１８とに接
続され、それぞれから動作中を表わす表示信号の供給を
受けると共に、開閉器２７に開閉を制御するための制御
信号を供給する。制御手段２８の構成を図２に示す。制
御手段２８は、このような構成によって、制御手段２１
が動作中のとき開閉器２７を開状態にし、制御手段１８
が動作中のとき開閉器２７を閉状態にする。また、制御
手段２１と制御手段１８の相互間でも表示信号の授受を
行ない、一方が動作中であるとき、他方は、動作を停止
する。

【００２２】次に、本実施例で採用した第２レベル監視
手段１７の構成を図３に示す。当該レベル監視手段は、
ミキサ４１と、パイロット信号とは異なる周波数の搬送
波を生成してミキサ４１に供給する局部発振器４４と、
パイロット信号と搬送波との差周波数成分を通過させる
低域フィルタ４５と、同低域フィルタを通過した差周波
数成分を増幅する増幅回路４６と、増幅回路４６出力の
差周波数成分の包絡線検波を行なって直流電圧を出力す
る回路４７とからなる。

【００２３】本実施例のその他の構成は、図５に示した
従来技術によるフィードフォワード増幅器と同一である
ので説明を省略する。

【００２４】本実施例の動作を図４のフローチャートを
用いて説明する。電源投入後、まず制御手段２１が動作
状態となって制御手段２８に表示信号“１”を送り、こ
れを受けた制御手段２８は、制御信号を“１”にして開
閉器２７を開の状態にする。それによって電力合成器２
２へのパイロット信号の供給が断たれる。レベル監視手
段２０は、誤差増幅器２６の出力信号のレベルを直流電
圧に変換し、続いて、制御手段２１がその電圧が極小と
なるようベクトル調整器２３の減衰量を調整する。次
に、制御手段２１は、同じく前記直流電圧が極小となる
ようベクトル調整器２３の位相量を調整する。制御手段
２１は、減衰量と位相量の調整を交互に繰返し、双方の
量を直流電圧が最も低くなる値に固定する。この状態で
主信号成分が最小となる。このとき制御手段２１は、動
作を停止し、制御手段２８への表示信号を“０”にす
る。以上により、誤差抽出動作が終了する。

【００２５】なお、制御手段２１が動作中、制御手段１
８は、動作を停止しており、制御手段２８への表示信号
が“０”になっている。

【００２６】続いて、制御手段１８が動作状態となって
制御手段２８に表示信号を“１”にする。これを受けた
制御手段２８は、開閉器２７を閉の状態にする。それに
よってパイロット信号が電力合成器２２に供給される。
レベル監視手段１７は、電力合成器１６出力のパイロッ
ト信号のレベルを直流電圧に変換し、続いて、制御手段
１８がその電圧が最小となるようベクトル調整器１９の
減衰量を調整する。次に、制御手段１８は、同じく前記
直流電圧が最小となるようベクトル調整器１９の位相量
を調整する。制御手段１８は、減衰量と位相量の調整を
交互に繰返し、双方の量を直流電圧が最も低くなる値に
固定する。この状態でパイロット信号の成分が最小とな
り、同時に、歪成分が最小となる。このとき制御手段１
８は、動作を停止し、制御手段２８への表示信号供給を
停止する。このようにして誤差除去動作が終了する。

【００２７】以上によって回路の基本的な調整が終了す
るのであるが、例えば各増幅器の温度変化や経時変化に
よって調整点が最適値からずれる場合がある。そこで、
上述の誤差抽出動作と誤差除去動作の制御過程を繰り返
すことによって、調整を常に最適状態に保つことができ
る。

【００２８】なお、図４に示した制御過程の変形とし
て、誤差抽出動作と誤差除去動作のそれぞれに関して、
減衰量の調整と移相量の調整の順番を任意に入れ替える
ことができる。

【００２９】更に、本発明は、図１や図６に示した構造
に限定するものではなく、以下に述べる変更を採用する
ことができる。

【００３０】（１）レベル監視手段２０に与える入力信
号を電力合成器２５の出力信号に変更する。

【００３１】（２）開閉器２７を減衰器に変更する。こ
の場合には、開閉器２７の開の状態を減衰器の減衰量大
に対応させ、同開閉器の閉の状態を減衰器の減衰量小に
対応させる。

【００３２】（３）主増幅器１３の周波数特性と遅延量
を補償するため、電力分配器１１から第２経路３４を経
て電力合成器２５に至る信号経路上に主増幅器１３の周
波数特性（利得特性及び位相特性）に近似した特性を有
し、かつ、同増幅器と同様の遅延量を有する遅延線を挿
入する。同じ様に、誤差増幅器２６の周波数特性と遅延
量を補償するため、電力分配器１４から第４経路３６を
経て電力合成器１６に至る信号経路上に誤差増幅器２６
の周波数特性に近似した特性を有し、かつ、同増幅器と
同様の遅延量を有する遅延線を挿入する。

【００３３】（４）ベクトル調整器２３の挿入位置を電
力分配器１１から第１系統３３を経て電力分配器１４に
至る信号経路上又は電力分配器１４から第３系統３５を
経て電力合成器２５へ至る信号経路上に代える。この場
合、第２系統３４に分配された入力信号をそのまま電力
合成器２５に供給する。同様に、ベクトル調整器１９の
挿入位置を電力分配器１４から第４系統３６を経て電力
合成器１６に至る信号経路上に代える。この場合、誤差
増幅器２６の出力信号をそのまま電力合成器１６に供給
する。

【００３４】（５）電力合成器２２の挿入位置を電力分
配器１１から第１系統３３を経て電力分配器１４へ至る
信号経路上の任意の一点とする。例えば、主増幅器１３
の入力側に代える。

【００３５】（６）各ベクトル調整器において、可変減
衰器３１と可変移相器３２の順番を入れ替える。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、パイロット信号のレベ
ルを誤差抽出動作と誤差除去動作のそれぞれに適応させ
て変化させることにより、パイロット信号及び主信号成
分それぞれのレベル監視精度を向上させ、それによって
信号相殺ループによる歪抑圧の効果を高めることがで
き、同時に、パイロット信号の流出を阻止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフィードフォワード増幅器の実施
例を説明するための回路図。

【図２】本実施例で用いる開閉器用制御手段を説明する
ための回路図。

【図３】本実施例で用いるパイロット信号のレベル監視
手段を説明するための回路図。

【図４】実施例の動作を説明するためのフローチャート
図。

【図５】従来のフィードフォワード増幅器を説明するた
めの回路図。

【図６】ベクトル調整器を説明するための回路図。

【図７】従来のパイロット信号のレベル監視手段を説明
するための回路図。

【符号の説明】

１１，１４…電力分配器、１２…パイロット信号発振
器、１３…主増幅器、１６，２２，２５…電力合成器、
１７，２０…レベル監視手段、１８，２１，２８…制御
手段、１９，２３…ベクトル調整器、２６…誤差増幅
器、２７…開閉器、４１…ミキサ、４４…局部発振器、
４５…低域フイルタ、４６…増幅回路、４７…包絡線検
波回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関根健治東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者堀一行東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号を第１系統と第２系統へ分配す
る第１電力分配器と、第１系統に分配された入力信号を
増幅する主増幅器と、主増幅器の出力信号を第３系統と
第４系統へ分配する第２電力分配器と、第２系統に分配
された入力信号に対して減衰量と位相量の調節を行なう
第１ベクトル調整器と、第３系統に分配された出力信号
と第１ベクトル調整器の出力信号との加算を行なう第１
電力合成器と、第１電力合成器の出力信号を増幅する誤
差増幅器と、誤差増幅器の出力信号のレベルを検出する
第１レベル監視手段と、第１レベル監視手段の検出レベ
ルが最小となるように第１ベクトル調整器の減衰量と位
相量を調節する第１制御手段と、特定周波数のパイロッ
ト信号を生成する発振器と、当該発振器出力のパイロッ
ト信号を第１電力分配器から第２電力分配器へ至る信号
経路上の任意の一点に供給するための第３電力合成器と
を有する誤差抽出ループ、及び誤差増幅器の出力信号に
対して減衰量と位相量の調節を行なう第２ベクトル調整
器と、第４系統へ分配された出力信号と第２ベクトル調
整器の出力信号との加算を行なう第２電力合成器と、第
２電力合成器の出力信号に含まれるパイロット信号のレ
ベルを検出する第２レベル監視手段と、第２レベル監視
手段の検出レベルが最小となるように第２ベクトル調整
器の減衰量と位相量を調節する第２制御手段とを有する
誤差除去ループの２個の信号相殺ループを備えたフィー
ドフォワード増幅器において、前記パイロット信号発振器と第３電力合成器の間に開閉
器を設け、更に、第１制御手段が第１ベクトル調整器の
減衰量及び位相量を調節する動作を行なっているときに
パイロット信号の供給を断ち、第２制御手段が第２ベク
トル調整器の減衰量及び位相量を調節する動作を行なっ
ているときにパイロット信号を供給するように前記開閉
器の開閉を制御する第３制御手段を設けたことを特徴と
するフィードフォワード増幅器。
【請求項２】前記第１レベル監視手段は、誤差増幅器
の出力信号のレベル検出に代えて第１電力合成器の出力
信号のレベル検出を行なうものであることを特徴とする
請求項１に記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項３】主増幅器の周波数特性及び遅延量と同様
の周波数特性及び遅延量を有する遅延線が第１電力分配
器から第２系統を経て第１電力合成器へ至る信号経路上
に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項４】誤差増幅器の周波数特性及び遅延量と同
様の周波数特性及び遅延量を有する遅延線が第２電力分
配器から第４系統を経て第２電力合成器へ至る信号経路
上に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項
３のいずれか一に記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項５】前記第１ベクトル調整器は、第２電力分
配器から第３系統を経て第１電力合成器へ至る信号経路
上に設けられ、かつ、前記第１電力合成器は、当該第１
ベクトル調整器の出力信号と第２系統へ分配された入力
信号との加算を行なうものであることを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか一に記載のフィードフォワー
ド増幅器。
【請求項６】前記第１ベクトル調整器は、第１電力分
配器から第１系統を経て第２電力分配器へ至る信号経路
上に設けられ、かつ、前記第１電力合成器は、第３系統
に分配された出力信号と第２系統へ分配された入力信号
との加算を行なうものであることを特徴とする請求項１
〜請求項４のいずれか一に記載のフィードフォワード増
幅器。
【請求項７】前記第２ベクトル調整器は、第２電力分
配器から第４経路を経て第２電力合成器へ至る信号経路
上に設けられ、かつ、前記第２電力合成器は、当該第２
ベクトル調整器の出力信号と誤差増幅器の出力信号の加
算を行なうものであることを特徴とする請求項１〜請求
項６のいずれか一に記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項８】前記開閉器に代えて可変減衰器が設けら
れ、更に前記第３制御手段は、開閉器が開の状態を減衰
量大に対応させ、開閉器が閉の状態を減衰量小に対応さ
せて当該可変減衰器を制御するものであることを特徴と
する請求項１〜請求項７のいずれか一に記載のフィード
フォワード増幅器。
【請求項９】前記第２レベル監視手段は、局部発振器
と、当該局部発振器が生成する搬送波及び第２電力合成
器の出力信号を入力して両信号の差周波数成分を出力す
るミキサと、当該ミキサの出力信号の低域成分を通過さ
せる低域通過フィルタと、当該低域通過フィルタの出力
信号を増幅する増幅回路と、当該増幅回路の出力信号の
包絡線検波を行なう包絡線検波回路とからなることを特
徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一に記載のフィ
ードフォワード増幅器。