JPS60246107A - 予歪回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電力増幅器の直線度の向上に用いられる予歪
（ブリディストーション）回路、特にそのマイクロ波周
波数で動作するものに関する。

〔発明の背景〕

地上局の送信機や通信衛星ｌこ用いられる進行波管型ま
たは固体型のマイクロ波電力増幅器は極めて効率よく線
形増幅を行うのが理想的であるが、このような増幅器の
性能は非直線性によって制限される欠点がある。マイク
ロ波電力増幅器で発生される信号の振幅と位相の歪を減
じ、搬送波対イ”ｎ互変調歪生成物比（Ｃ／工比）を向
上するため、首通増幅器を効率の損失を犠牲１こして充
分飽和り下で動作させる。

例えば進行波管増幅器（以後ＴＷＴＡと呼ぶ）または固
体電力増幅器（５ＳＰＡと呼ぶ）では、非直線性の原因
に振幅非直線性と位相非直線性の２つがある。位相非直
線性正こより生ずる相互変調歪は振幅非直線性１こより
生ずる相互変調歪と直交する。

予歪法は多くの非直線性補償法の中で最良の１つである
。この技法では、ＴＷ　ＴＡや５ＳＰＡの入力信号−こ
逆方向の振幅および位相非直線性を加えてその出力の非
直線性を相殺する。相互変調歪生成物を実質的に減する
ため、予歪回路は振幅と位相の双方の逆非直線性を生成
する必要がある。従来法の予歪回路には一般に移相器、
減衰器等の複雑な関連回路と共に非線形素子としてダイ
オードまたは金属半導体（ＭＥＳ　）電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ　）が用いられている。

〔発明の概要〕

この発明は電力増幅器の入力信号をそれ１こ印加する前
に歪ませる予歪回路に実施されるもので、この回路で導
入された予歪が電力増幅器がその信号に誘起する位相と
振幅の非線形歪を補償し、その非線形歪が入力信号電力
の関数となる。

この発明による予歪回路は、入力信号を互いに９０°離
相した第１および第２の信号に電力分割する手段と、そ
の電力分割手段からの各離相信１号をそれぞれ受けてそ
れぞれ出力信号を生成するようにされた第１および第２
の能動非線形手段と、この非線形手段からの出力信号を
受け、その非線形手段の生成する信号を位相的に組合せ
る手段とを含み、その能動非線形手段はそれぞれその予
歪回路内ｌこ次段の電力増幅器の生ずる位相および振幅
の歪を補償する量の歪を導入するように選択されたパイ
アヌ電圧を受けるようになっている。

〔発明の詳細な説明〕

第１図において破線ブロック１２に囲まれたこの発明に
よる予歪回路１０は、線形増幅器１４と進行波管増幅器
（ＴＷＴＡ　）または固体電力増幅器（５ｓｐＡ）１６
の直列回路を介して出力端子１７に接続されている。こ
れらの増幅器は通常設計のものである。

予歪回路１０は入力端子２０と出力端子２２の間ｌこ接
続され、入力信号は端子２０に印加される。回路１０は
端子２０の信号入力を位相差のある２つの出力信号に分
割する手段２４を含み、例として９０°ハイブリッド回
路２４が示されている。この例示の９０°ハイブリッド
回路を用いると、それぞれＯｏと９０゜で示す２つの出
力が同じ電力レベルになるが、不均等な電力分割も許容
し得る。この９０°ハイブリッド回路２４の第４の端子
は整合成端抵抗３０を介して抵抗接地され、そのＯｏと
９０’の移相出力信号はそれぞれ第１の２ゲートＦＥＴ
　３０のゲートＧ、と２ゲ−）ＦＥＴ３２のゲー１−Ｇ
、に結合されている。

後片詳述するように、２ゲー）　ＦＥＴ　３０．３２の
目的は回路１０内において入力信号に対する出力信号の
位相と利得に入力信号のレベルの関数としての非直線性
を与えることである。このＦＥＴ　３０．３２の代シ憂
こ他の非線形能動装置を適当な回路網と共に用いること
もできるが、このような２ゲー）　ＰＥＴを用いたとき
の非直線性について特に良好な制御が可能である。

各ＦＥＴのゲートＧ１は誘導子ＬＧとコンデンサＣＧか
ら成るバイアス回路網を介して可変バイアス電位源”Ｇ
＋　（）ランジヌタ３０が”ＧＩＡ、）ランジヌタ３２
が”ＧＩＢ）に結合されている。同様に各トランジスタ
３０．３２の制御ゲートＧ２は同様のバイアス回路網を
介して可変バイアス電位源ｖＧ２（トランジスタ３０カ
ｖＧ２Ａ１トランジスタ３２カＶＧ２Ｂ　）　ニ結合す
れている。各トランジスタ３０．３２のドレンはドレン
電位源ＶＤ　＋こ誘導結合されると共に、それぞれ線路
ＡＡ、ＢＢを介して同相コンバイナ４０の入力に結合さ
れている。同相コンバイナ４０は任意の通常設計のもの
でよく、その出力が線路ＣＣを介して予歪回路１０の出
力端子２２に接続されている。

予歪回路１０は入力端子２０に印加された信号に減衰を
与え、この減衰が線形増幅器１４によって補償される。

従って理想通シ線形増幅器１４の出力に生ずる信号が端
子２０の信号入力と実質的に同一振幅となるが、増幅器
１４によって生ずる振幅および位相の歪と反対の振幅お
よび位相の歪が希望通シ加わって、理想状態では、予歪
回路１０と増幅器１６の組合せによる振幅および位相の
歪はない。第１図の回路の動作を次に第２ａ図、第２ｂ
図、第３ａ図、第３ｂ図、第４ａ図、第４ｂ図および第
５図について説明する。

第２ａ図は入出力電力を共通の横軸と縦軸にとった３本
の曲線を示す。「増幅器」と添記した曲線は第１図の１
６のような代表的５ＳＰＡまたはＴＷ’Ｉ’Ａの端子２
２の入力電力と端子１７の出力電位の関係を示す。この
曲線は望み通りの直線でないから非線形増幅器のもので
あることに注意すべきである。

「予歪回路」と添記した曲線は端子２０の入力信号と端
子２２の出力信号の関係を示し、これも設計によって増
幅器１６の非直線性と逆向きの非直線性を有する。「増
幅冊子予歪回路」と添記した曲線は端子２０の入力電力
と端子１７の出力電力の関係を示すもので、電力増幅器
１６の飽和点（３曲線の交点）付近まで本賀的に直線を
成している。

同様に、第２ｂ図は横軸と縦軸を共通にする３本の曲線
を示す。「増幅器」と添記した曲線は増幅器１６の入力
電力とそれを通ることによる位相変化の関係を示すが、
入力電力の増大と共に位相差が負方向に増すことが判る
。Ｆ予歪回路」と添記した曲線は予歪回路１０を入力端
子２０から出力端子２２まで通過した信号の位相変化を
示すが、増幅器Ｊ６とは（後述のように）逆を向いてい
る。すなわち予歪回路は入力信号振幅の増大と共に信号
の位相が正方向に変る。最後に「増幅冊子予歪回路」と
添記した曲線は問題の入力電力レベル全体に亘って望み
通シ零位相差を示す直線を成している。

増幅器の位相と電力の非直線性は入力電力のレベルが高
いほど極めて不都合な相互変調歪生成物を生ずる。この
生成物はある増幅器の動作周波数が変ると問題を生ずる
ため、増幅器をその最大増幅電位より実質的に低いレベ
ルで動作させるのが普通である。

第３ａ図は非線形増幅器における相互変調歪の問題を示
す。増幅器の入力端子２２に周波数ｆ１．１°２が印加
されたと仮定する。第３ａ図はＹ軸をこ振幅、Ｙ軸）こ
周波数をとっである。第３、第５および第７の相互変調
歪生成物は図示の通りで、例えば第３の生成物は周波数
２ｆ、−ｆ２と２　ｆ２−　ｆ、にあり、基本周波数と
第３高調波との振幅差は搬送波対相互変調歪を表わすＣ
／第３工ＭＤである。

これに比して第３ｂ図は同じ２つの入力信号ｆ１、ｆ２
を示すが、ここでは予歪回路と電力増幅器の双方を通っ
ている。第３ａ図に比して第３、第５および第７の相互
変調歪生成物の値が基本信号ｆ１、ｆ２のそれより実質
的に低く、すなわち、Ｃ／第３１ＭＣの比は第３ａ図薔
こ比して遥かに大きい。

第４ａ図ｉ　ＦＥＴ　３０．３２ノヨうな２ゲー）ＦＥ
Ｔ（７）利得をゲート１のバイアスｖＧ１とドレンバイ
アスＶＤを一定としたとき制御ゲートＧ２に印加される
バイアスの関数として示す曲線で、従ってＦＥＴ３０．
３２の利得はそれぞれｖＧ２Ａ、■０２　Ｂを調節する
ことによシ設定される。

第４ｂ図は２ゲー）　ＦＥＴを通った信号の位相変化を
ゲート１のバイアス■Ｇ１とドレンバイアスＶＤを一定
としたとき制御ゲートＧ２に印加されるバイアスの関数
として示す曲線で、従って■Ｇ２Ａ、■０２Ｂを調節す
ることシこより、各ＦＥＴの利得が調節されるだけでな
く、それを通る信号の位相にも影響がある。ｖＧ２とＶ
Ｄを一定としたときの”Ｇ＋　（■Ｇ＋Ａおよび■Ｇ＋
Ｂ）ｌこも同様の曲線が当てはまる３、第５Ｃ１：）ラ
ンジスタ３０．３２のバイアス設定の効果を示すベク）
／し図で、予歪回路の動作を最もよく表わしている。端
子２０の入力信号のめる値に対してトランジスタ３０（
第１図）の出力の線路ＡＡに生ずる信号の大きさと方向
を第５図にベクトルＡで示し、同様に端子２０の特定入
力値蔽こ対するトランジスタ３２の出力の線路ＢＢ　ｔ
こ生ずる信号の大きさと方向をベクトルＢで示す。トラ
ンジスタ３０．３２の双方のゲート２のバイアスが相等
しければ、両トランジスタのゲート１の信号入力は９０
°離相しているため、ベクトルＡ、Ｂは互い１こ直角関
係にあるが、ゲートＧ２のバイアスは非直線性に影響を
及ぼすように不均等に選ばれるため、ベクトルＡ、Ｂｌ
′ｉ互いに直角にならず第５図のようになる。

第５図のベクトルＣは同相コンバイナ４０によるベクト
ル和によって得られる端子２２（第１図）の出力を表わ
す。

ベクトルＡ、Ｂを生成したものとは異るこれより大きい
値の入力信号が端子２０に印加されると、第５図の破＃
ｊＩＡ’で示す方向と大きさの信号がトランジスタ３０
の出力１こ生ずる。同様に、端子２０のその大きい入力
信号によるトランジスタ３２の大きい入力信号から生じ
る出力信号は第５図に破線ベクトルＢ／で示されている
。ベクトルＣＩはベクトルＡ７１Ｂｔのベクトル和で、
その与えられた大きな入力信号に対して端子２２に生ず
る信号である。２つのトランジスタ３０．３２に導入さ
れた異る非直線性のため、第５図にφＡで示すＡ、Ａ／
間の位相角の変化が、端子２０（第１図）の入力信号の
任意の異る２つのレベルに対するφＢで示されるＢ、Ｂ
／間の位相角の変化に等しくない。

第５図において、角φ。は例示の異る入力信号に対する
端子２２（第１図〕の信号出力の位相変化を表わす。第
５図から明らかなように、ベクトルＣ１Ｃ／で表される
出力信号の大きさは一般に入力信号の異るレベルとの直
接関係を持たないが、むしろバイアス値■Ｇ３、ＶＧ２
の関数である各トランジスタ３０．３２の非直線性に影
響される。

各２ゲートＦＥＴのバイアス電圧ｖＧ４、ＶＧ２はその
ＦＢＥＴの生成する非直線性を決定し、また”ＧＩＡ、
■Ｇ２Ａ　１”Ｇ＋　Ｂおよび”０２Ｂの設定によって
予歪回路の生成する綜合非直線性が決まる。その予歪回
路の生成する非直線性の量と位相は両ＦＥＴ　３０．３
２の両ゲートのバイアス電圧を変えることにより変える
ことができる。バイアス電圧の設定を調節してＴＷＴＡ
または５ＳＰＡ　１６のそれとは反対の異る振幅および
位相の非直線性を生ずることができ、従って予歪回路１
０を同調して異るＴＷＴＡまたは５ＳＰＡヲ直ｍ化ｔｉ
　コ（！：　カｆ　ｅ　ル。ｖＧ、Ａ、ｖＧ、Ｂ、ｖＧ
２Ａ、”０２　Ｂの値は装置の出力端子１７の結果を単
に視測して、線形出力信号が得られるまでバイアス電圧
を変えることにより経験的に設定する。例として、ヒユ
ー　７．゛・−ｒ−７クラｙ　）　（Ｈｕｇｈｅｓ　Ａ
ｉｒｃｒａｆｔ　）社の１７ワツ）　ＴＷＴＡ型式第１
６５３号と日本電気製２ゲ一トＰＥＴ型式ＮＥ４６３８
５に対しては次のバイアス電圧を用いた。

ｖＧ、Ａ＝−〇。９ｖ ＶＧ、Ｂ　＝　−１，２Ｖ ■Ｇ２Ａ−−ニー−■ ■０２Ｂ＝−２，５Ｖ ｖＤ＝：　４　Ｖ 上記製品および電圧を用いて、飽和点またはその付近で
歪の第３相互変調歪生成物に５〜１０ｃＢの減少が得ら
れた。

電力増幅器１６の形式、必要な直線化の量およびそれと
予歪回路が働らく環境（制御された温度変動の大きい温
度）により、予歪回路の動的調節が望ましく、またはそ
れが必要なことがある。第６図は動的調節装置のあるこ
の方式の１つを示す。

第６図の回路はその大部分が第１図の回路と同じで、装
置の入力端子２０と出力端子１７の間番と接続されてい
る。入力端子２０は９０°ハイブリツド２４に接続され
、その出力は２ゲー）　ＦＥＴ　３０．３２に接゛続さ
れている。２つのＦＥＴのドレン端子は同相コンバイナ
４０に接続され、コンバイナ４０の出力端子２２は線形
増幅器１４とＴＷＴＡまたは５ＳＰＡ　１６を介して装
置の出力端子１７に接続されている。

特にＦＥＩＮＴの非直線性の量はそのトランジスタの温
度の関数で、各トランジスタ３０．３２の非直線性は単
にゲートＧ２電圧の関数だけでなく、またそのトランジ
スタの温度の関数でもある。この非直線性は、一般にＴ
ＷＴＡまたは５ＳＰＡが温度変化に対して別個に補正さ
れるため、特に不都合である。

この無用の非直線性を補償するには、２つのトランジス
タの各ドレンバイアス回路に■で図示するサーミスタを
挿入すればよい。このサーミスタを適当に選択すれば温
度による非直線性を実質的に補償するドレンバイアスが
得られる。

第６図の回路では、トランジスタ３２のゲートＧ２バイ
アスが第１図の回路におけるように単に予め設定される
のでなく、入力電圧の関数として動的に決定される。こ
のため結合器６０が水晶検波器６２に接続されて入力端
子２０に印加された万信号を検波するようになっている
。この検波器６２の出力は広帯域増幅器６４に接続され
、その増幅器６４の出ツ７はトランジスタ３２のゲート
バイアヌ回路の抵抗６６．６８を含む抵抗回路網に結合
されている。同様の回路を接続してトランジスタ３０の
ゲートＧ２バイアスに効果を及ばずこともできる。第６
図の回路の動作は第１図の回路と同様で第５図１こ示す
通りであるが、各トランジスタ３０．３２のドレンバイ
アスがその温度従ってサーミスタＴの温度の関数であり
、トランジスタ３２の非直線度が第１図の場合のように
一定でなく、水晶検波器６２と増幅器６４の組合せζこ
より電圧に変換される端子２０の入力信号値の関数であ
る点が異ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の推奨実施例による予歪回路とこれに
続く補償すべき歪を持つ増幅回路の回路図、第２ａ図お
よび第２ｂ図は第１図の予歪回路とこれに続く増幅回路
の振幅および位相の歪を表わす図表、第３ａ図および第
３ｂ図はそれぞれ電力増幅器だけの場合と増幅器にこの
発明の推奨実施例による予歪回路を組合せた場合との相
互変調歪を示す周波数図表、第４ａ図および第４ｂ図は
それぞれ２ゲ−）ＦＥＴの利得および位相の変化を制御
ゲートバイアス信号レベルの関数として示す図表、第５
図は第１図の予歪回路の動作を説明するベクトル図、第
６図はこの発明の他の推奨実施例による予歪回路の回路
図である。 １０　・予歪回路、１６　・・電力増幅器、２０・・・
入力端子、２２・・・出力端子、２４・・・電力分割手
段、３０．３２・・・第１および第２の非線形手段、４
０　・・信号組合せ手段。 ４１出願人　アールシーニー　コーポレーション代　理
　人　清　水　哲　ほか２名 ビ用 才２０口 １７２ｂ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号の電力の関数として位相と振幅の非直線
   性を呈する次段の電力増幅器に印加する信号に予歪を与
   える回路であって、 上記増幅すべき入力信号を受信する入力端子および上記
   電力増幅器の入力に結合された出力端子と、 上記入力端子に印加された上記入力信号を相対的ｌこ９
   ０°移相され′に２つの信号ｔこ電力分割する手段と、 上記電力分割手段から上記各移相された信号をそれぞれ
   受信すると共に、出力信号を生成するようになっている
   第１および第２の能動非線形手段と、 上記能動非線形手段から出力信号倉受偉日、その両能動
   非線形手段の生成した信号を位相的に組合せて上記出力
   端子に生ずる信号を形成する手段とを含み、 上記第１および第２の能動非線形手段が、上記出力端子
   に生ずる信号に上記次段の電力増幅器の生成する位相お
   よび振幅の歪を補う量の歪を与えるようにそれぞれ選ば
   れたバイアス電圧を受けるようになっていることを特徴
   とする予歪回路。