JPS5816802B2 - 高周波増幅器の非線形補償回路 - Google Patents

高周波増幅器の非線形補償回路

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JPS5816802B2
JPS5816802B2 JP53044138A JP4413878A JPS5816802B2 JP S5816802 B2 JPS5816802 B2 JP S5816802B2 JP 53044138 A JP53044138 A JP 53044138A JP 4413878 A JP4413878 A JP 4413878A JP S5816802 B2 JPS5816802 B2 JP S5816802B2
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F1/3205Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in field-effect transistor amplifiers

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波増幅器の入力振幅対出力振幅および入力
電力対出力位相特性の非線形を補償するための高周波増
幅器の非線形補償回路に関するものである。
通常の増幅器の非線形特性の補償法としては負帰還法が
性能的には最も優れているが、高周波増幅器に対して適
用することは困難である。
そのため、高周波増幅器に対する種々の非線形補償方式
の開発が進められてきた。
その中で、前置歪回路を用いる構成、すなわち被補償高
周波増幅器の非線形特性を想定し、その逆特性の非線形
を有する前置歪回路を縦続に接続して総合の入出力特性
を線形にする方式は、経済性および機構上の有利性から
大電力高周波増幅器の非線形補償に最も適していると認
められる。
特願昭50−77826号(特開昭52−2253号公
報)〔高周波増幅器の非線形補償回路〕は、第1図に示
すように第1通路が遅延伝送路3aを有し、第2通路が
非線形歪発生用高周波増幅器4を有する第1、第2の並
行通路と、入力端子1に加わる信号を2つの信号成分に
分岐して各通路の各々の入力端に結合する分岐結合器2
と、非線形歪発生用高周波増幅器4の出力の一部と遅延
伝送路3aを経由してきた入力信号とをベクトル合成す
るための歪出力合成器5を備えた前置歪回路である。
すなわち、前記前置歪回路は高周波増幅器4の入出力特
性の非線形によって生じる歪を含む出力信号の一部と遅
延線3を経由してきた入力信号の一部とを略逆位相の関
係でベクトル合成することによって、被補償高周波増幅
器の入出力特性の逆特性に相当する入出力特性を発生さ
せるようにしたものである。
前記前置歪回路は第1通路と非線形歪発生用高周波増幅
器4を含む第2通路との電気長を略等しくする必要があ
る。
例えば、非線形歪発生用高周波増幅器4として低電力で
動作する低雑音・高利得TWT増幅器を用い遅延伝送路
3aとして同軸線を用いた場合、TWT噌幅器入出力間
の遅延が大きいため第1通路の線路長が長くなり非線形
補償回路としての損失が増加する欠点がある。
また、比較的遅延は少ないがトランジスタ一段当りの利
得が小さい高周波トランジスタ増幅器を用いて低入力で
歪を発生させるためには、高周波増幅器に加わる電力が
遅延伝送路3aに加わる電力よりかなり大きくなるよう
に第1図の分岐結合器2の分岐比を定めるか、多段構成
にした高利得トランジスタ増幅器を用いる必要がある。
しかし、前者の構成では非線形補償回路の損失が増加し
、後者は多段構成にすることでトランジスタ増幅器の伝
送特性が劣化するため、広帯域特性を得にくい欠点があ
る。
さらに、実際に要求される被補償高周波増幅器の逆特性
に相当する入出力特性を得るためには、第1通路と第2
通路出力をベクトル合成する時の振幅比と位相関係を調
整する可変減衰器と可変位相器が必要になる。
従って特願昭50−77826号(特開昭52−225
3号公報)の非線形補償回路を小形化するためマイクロ
波集積回路(以下MICという)で構成する場合、遅延
伝送路の形状と寸法の選定およびその伝送損失が問題に
なるとともに、可変減衰器と可変移相器が必要なため、
小形化と同時に低損失化をはかることは困難である。
本発明の目的はこれらの欠点を除き、遅延伝送路および
可変減衰器を用いることなくMICで容易に構成できる
小形・低損失で経済性の優れた高周波増幅器の非線形補
償回路を提供することである。
以下本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の基本回路構成図であって、第1通路が
歪発生用増幅器3から成り、第2通路が主増幅器4から
成る第1、第2の並行通路と、端子1に加わる入力信号
を2つの信号成分に分岐してその大部分を歪発生用増幅
器3へ加え残りを主増幅器4に加えるようにするための
分岐器2と、歪発生用増幅器3の出力の一部と主増幅器
4の出力とを合成するための合成器5とを備えた前置歪
回路である。
本回路は、例えば同じ規格のトランジスタを用いて構成
することにより振幅および遅延周波数特性、利得および
入出力特性等の伝送特性が略同じになるようにした2台
の高周波増幅器3.4の動作レベルを異ならせ、一方を
非線形範囲で動作させて歪発生用増幅器3として用い、
他方を線形範囲で動作する主増幅器4として用い、これ
ら2つの増幅器出力を略逆位相関係で合成することによ
って通常の増幅器と逆の入出力特性を生じさせる。
すなわち入力電力の増加より出力電力の増加分が大きく
なるようにした高周波増幅器の非線形補償回路であり、
これと被補償高周波増幅器を縦続に接続して総合の入出
力特性を線形にさせるものである。
すなわち、第2図の分岐器2の入出力端子間の透過係数
T。
1 s T02はT。1>TO2であるから、入力端子
1に加えられた信号の多くは第1通路の歪発生用増幅器
3に加わり、その残りが主増幅器4に加わる。
従って、2つの高周波増幅器3,4の伝送特性が略同じ
であれば、歪発生用増幅器3が非線形範囲に移行しても
、主増幅器4は線形範囲で動作できる。
これら2つの高周波増幅器3,4の出力は、その入出力
端子間の透過係数T351T45がT3.<T4.の関
係にある合成器5で合成されるが、第1通路側と第2通
路側の入出力端子間電気長が略πラジアンだけ異なり、
分岐器2および合成器5の透過係数がT。
2〉T3.(Tol〈T45)の関係にあれば、本回路
は歪発生用増幅器3の入出力特性と逆の入出力特性を示
すことになる。
例えば、入力信号電圧で正規化した出力端子6における
第1通路を経由してきた信号電圧み、と第2通路を経由
してきた信号電圧♂4の振幅および位相関係を第3図で
表わすと、2つの高周波増幅器が線形動作している時の
出力信号電圧はミ、+ミ。
=み。1となる。これに対して、入力信号電圧が増加し
、歪発生用増幅器3は非線形動作範囲に移行するが主増
幅器4は線形動作範囲にある時は、出力端子6の信号電
圧成分a3は△e3だけ減少し位相が△φだけ遅れて5
3となるが、み。
は変化しないため、出力信号電圧はe3’十e4=e。
2となり、2つの高周波増幅器3,4が線形動作してる
時の出力信号電圧み。
1より振幅△e□だけ大きく、位相が△θだけ進むこと
になる。
すなわち、第3図から明らかなように本回路の入出力特
性の非線形は歪発生用増幅器3の非線形特性と第1通路
と第2通路を経由してきた信号成分の出力端子6におけ
る振幅比と位相関係を調整することで変化することがで
きる。
本発明による高周波増幅器の非線形補償回路は、第1通
路と第2通路の高周波増幅器の伝送特性が略同じである
ことと、回路構造が対称になっているため、次のような
利点を有している。
(1)第1通路と第2通路の電気長が略等しくなり。
特別な遅延回路を必要としない。
(2)主増幅器と歪発生用増幅器の入出力側のインピー
ダンス整合条件が優れ、かつこれら2つの増幅器間の干
渉が殆んどないため、振幅周波数特性等の伝送特性を殆
んど損なうことなく直流動作電圧を変えることで、これ
らの増幅器の利得をある程度変化できるため、ベクトル
合成時の振幅比調整用可変減衰器を用いなくともよい。
(3)入出力間の損失を少なくできるとともに、入出力
間の損失を一定にしたままで入出力特性の非線形特性を
ある程度変化できる。
(4)MIC化が容易な構造であるため、小形にできる
第4図〜第7図にMIC化し、た本発明による高周波増
幅器の非線形補償回路の具体的な実施例を示す。
第4図aは分岐器2と合成器5とを電気的特性の優れた
パラレルラインカップル形方向性結合器で構成し、高周
波増幅器3,4を電界効果トランジスタ(FET)を用
いてMIC化するとともに広帯域化したもので、これら
は全てMIC基板上に薄膜技術によって形成するこさが
できる。
7,8は終端抵抗である。
ここで、分岐器2または合成器5のいずれか一方は、同
図すに示す方向性結合器の透過係数がT。
1>TO2の関係にある通常のもので、他方はT。
、<T。2となるようにしたものであるが、いずれも(
0)−(1)間が(0)−(2)間よりπ/2ラジアン
だけ電気長の長いものである。
すなわち、第4図aの分岐器2の透過係数をT。
1>TO2とすれば、合成器5の透過係数はT45>T
35となる。
また形状が対称であるから第1通路側の入出力間((0
)−(IH3)−(5) )が第2通路側の入出力側(
(0)−(2)−(4H5))よりπラジアンだけ電気
長が長くなる。
従って、第4図aの非線形補償回路は方向性結合器また
は高周波増幅器の帯域幅によって動作可能な帯域幅が決
定されることになり、広帯域非線形補償回路として動作
させることができる。
従って、第4図aに示す回路の入出力特性を所望の特性
にするためには、先ず歪発生用増幅器3の非線形特性を
考慮しながら分岐器2と合成器5の透過係数TO2とT
35およびこれらの比TO2/T35>1を定めてベク
トル合成時の振幅比を決定し、次に振幅比と位相関係を
調整すれば良い。
ところで、振幅比の微調は高周波増幅器3,4の直流動
作電圧によって行なうことができる。
また第1通路と第2通路の位相差はMIC線路を形成し
ている基板の一部の誘電体を取り除き、そこに金属棒ま
たは誘電体等を挿入して調整することができる。
第5図は第4図すに示す方向性結合器の透過係数がT。
1>TO2である普通のものを分岐器2と合成器5に用
い、第1通路と第2通路との電気長をπラジアンだけ異
ならせるの位相反転回路とし、第1通路側にλ/2長の
MIC線路9を付加したものである。
従ってこの回路の動作帯域幅は、高周波増幅器と方向性
結合器の帯域幅が十分広い場合はλ/2線路によって左
右されることになる。
第6図は歪発生用増幅器出力側にチップ形の固定減衰器
10を挿入し、合成器5として3dBハイブリッド回路
を用いたものであり第4図aよりは損失が3ds弱増加
することになるが、合成器5の構成が容易で、かつ動作
可能な帯域幅は方向性結合器または高周波増幅器の帯域
幅によって定まることになる。
第7図は第5図で用いたものと同じく、第4図すに示す
方向性結合器の透過係数がT。
1>TO2である構成が容易なものを分岐器および合成
器として用い、第1通路と第2通路の双方またはいずれ
か一方にサーキュレータを用いた反射形移相器11.1
2を挿入して第1通路と第2通路の位相差を調整する構
成のものである。
本発明による高周波増幅器の非線形補償回路は、入力側
および出力側に接続される外部回路のインピーダンスが
整合していれば、2つの高周波増幅器の人出力インピー
ダンスが線路の特性インピーダンス(通常マイクロ波帯
では50Ω)に整合していない場合でも、反射波の殆ん
どは分岐器2と合成器5の整合負荷と外部回路によって
吸収されるため、増幅器間の直接干渉量を少なくでき、
広帯域化が容易である。
以上説明したように、本発明によ−る高周波増幅器の非
線形補償回路は、略同じ特性の2つの高周波増幅器と分
岐器および合成器だけで構成し得る簡学なものでありト
ランジスタと薄膜技術を用いた場合は、従来のマイクロ
波帯平衡形トランジスタ増幅器と略同−寸法となり、経
済的で小形軽量に構成することができる。
また、通常の技術を用いて構成できる可変減衰器、可変
移相器を用いた構造あるいは同軸および導波管回路を用
いた構造については特に説明は加えないが、これらの回
路を用いても容易に構成できることはいうまでもない。
従って、本発明による高周波増幅器の非線形補償回路を
用いることにより、高能率なマイクロ波帯大電力送信機
および広帯域トランジスタ増幅器を提供することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の回路例を説明するためのブロック図、第
2図は本発明回路の原理的構成を示すブロック図、第3
図は本発明回路の動作原理を説明するためのベクトル図
、第4図aは本発明の実施例を示す回路図、第4図すは
本発明に用いる結合器又は合成器の例を示す図、第5図
、第6図および第7図は本発明の他の実施例を示す回路
図である。 1・・・・・・入力端子、2・・・・・・分岐結合器、
3,4・・−・・・高周波増幅器、5・・・・・・合成
器、6・・・・・・出力端子、7.8・・・・・・終端
抵抗、9・・・・・・MIC線路、10・・・・・・減
衰器、11,12・・・・・・反射形移相器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1通路と第2通路が高周波増幅器を有しほぼ均等
    な電気特性を有する一対の並行通路と、前記第1通路に
    含まれ前記高周波増幅器が非線形範囲で動作しても第2
    通路に含まれる前記高周波増幅器が線形範囲で動作でき
    るように入力信号を異ったレベル関係で分岐し前記並行
    通路の入力に結合するためのパラレルラインカップル形
    方向性結合器よりなる分岐手段と、前記一対の並行通路
    の各出力を前記第2通路の出力が前記第1通路の出力よ
    り犬なるようにベクトル合成する合成手段とを備え、か
    つ、前記パラレルラインカップル形方向性結合器の透過
    係数を適当に設定することにより前記一対の並行通路の
    一方を通る入出方間電気長が他方を通る入出方間電気長
    よりほぼπラジアンだけ長くなるように構成され、前記
    第1通路に含まれる前記高周波増幅器を入出力特性の非
    線形範囲で動作させることによって縦続接続される被補
    償高周波増幅器の逆特性に相当する入出力特性を得るよ
    うにしたことを特徴とする高周波増幅器の非線形補償回
    路。 2 第1通路と第2通路が高周波増幅器を有しほぼ均等
    な電気特性を有する一対の並行通路と、前記第1通路に
    含まれる前記高周波増幅器が非線形範囲で動作しても第
    2通路に含まれる前記高周波増幅器が線形範囲で動作で
    きるように入力信号を異ったレベル関係で分岐し前記並
    行通路の入力に結合する分岐手段と、前記一対の並行通
    路の各出力を前記第2通路の出力が前記第1通路の出力
    より犬なるようにベクトル合成する合成手段とを備;え
    、さらに、前記一対の並行通路の少くとも一つに移相量
    が調整可能な位相反転回路を挿入して前記一対の並行通
    路の一方を通る入出方間電気長と他方を通る入出方間電
    気長にほぼπラジアンの差異をもたせ、前記第1通路に
    含まれる前記高周波増幅器を入出力特性の非線形範囲で
    動作させることによって縦続接続される被補償高周波増
    幅器の逆特性に相当する入出力特性を得るようにしたこ
    とを特徴とする高周波増幅器の非線形補償回路。
JP53044138A 1978-04-17 1978-04-17 高周波増幅器の非線形補償回路 Expired JPS5816802B2 (ja)

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