JPWO2005104352A1 - 増幅器、情報通信機器、及び増幅方法 - Google Patents

増幅器、情報通信機器、及び増幅方法 Download PDF

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Abstract

従来、増幅器の変調信号の歪みを大幅に低減するためには、回路規模やコストが増大していた。 元の変調信号が入力され振幅信号および位相信号を発生する変調符号器１０１と、振幅信号から振幅変調信号を発生する電圧調整手段１１０と、位相信号から位相変調信号を発生する搬送波発生器１０２と、位相変調信号およびバイアス電圧として振幅変調信号が入力され、元の変調信号が復元されて増幅された変調信号を出力する増幅素子１０６と、を備えた増幅器において、電圧調整手段１１０は、振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいてＤＣオフセット電圧を決定し、ＤＣオフセット電圧が加えられた振幅変調信号を発生する。

Description

本発明は、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に関し、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に関する。
携帯電話などの携帯端末では、電池の寿命は大きな課題である。特に無線回路の送信部における増幅器は大きな電力を消費し、電池の寿命に大きく影響する。その増幅器の消費電力を低減する方法として極座標変調がある。
図７に、極座標変調を行う従来の増幅器の構成を示す（例えば、米国特許第６３６６１７７号明細書参照）。以下、図７を参照して、極座標変調を行う従来の増幅器について説明する。
従来の増幅器は、変調符号器７０１、位相信号ブロック７０２、振幅ドライバ７０３、増幅素子７０４、振幅モニタ７１１、位相モニタ７１２、及び変調信号制御器７１３から構成される。そして、振幅モニタ７１１、位相モニタ７１２、及び変調信号制御器７１３は、フィードバックループ７１０を形成している。
変調符号器７１０は、位相信号および振幅信号を発生する回路である。位相信号ブロック７０２は、位相変調が可能な回路である。振幅ドライバ７０３は、振幅信号とレベル制御信号を入力し、入力したレベル制御信号に従って、振幅信号から振幅変調信号を発生する回路である。増幅素子７０４は、位相変調信号と振幅変調信号とをミキシングし、変調信号を発生すると同時に増幅する回路である。
また、振幅モニタ７１１は、増幅素子７０４から出力された変調信号の振幅をモニタし、振幅信号を出力する回路である。位相モニタ７１２は、増幅素子７０４から出力された変調信号の位相をモニタし、位相信号を出力する回路である。変調信号制御器７１３は、補正テーブルに従って振幅ドライバ７０３と位相信号ブロック７０２とを制御する回路である回路である。
次に、このような従来の増幅器の動作を説明する。
変調符号器７０１は、外部から入力される音声、文字、画像等のデータまたは信号を符号化して、位相信号及び振幅信号を発生する。
変調符号器７０１で発生された位相信号は、位相変調が可能な位相信号ブロック７０２に入力される。そして、位相信号ブロック７０２は、入力された位相信号を用いて位相変調を行い、位相変調信号を発生する。位相信号ブロック７０２から出力された位相変調信号は、増幅素子７０４に入力され、増幅素子７０４により増幅される。
一方、変調符号器７０１で発生された振幅信号は、振幅ドライバ７０３に入力される。そして、振幅ドライバ７０３は、同時にレベル制御信号を受ける。振幅ドライバ７０３は、振幅信号とレベル制御信号に従って振幅変調信号を発生し、増幅素子７０４の電源に入力する。
増幅素子７０４では、位相変調信号と振幅変調信号がミキシングされて、変調信号を発生すると同時に増幅する。ここで、振幅ドライバ７０３の消費電力を小さくできれば、増幅器で高い動作効率を得ることが可能となる。
一般的に増幅素子７０４は、位相変調信号や振幅変調信号に対して非線形に応答し、その結果、増幅素子７０４によって発生・増幅された変調信号には歪みが発生する。そこで、フィードバックループ７１０により歪みを補償する手法が採用されている。
フィードバックループ７１０では、増幅素子７０４から出力された変調信号は、位相モニタ７１２と振幅モニタ７１１でモニタされ、位相信号と振幅信号に分波される。そして、分波された位相信号と振幅信号とは、変調信号制御器７１３に入力される。変調信号制御器７１３は、補正テーブルに従って振幅ドライバ７０３と搬送波発生ブロック７０２を制御し、増幅素子７０４から出力された変調信号が歪まないように、振幅ドライバ７０３と搬送波発生ブロック７０２から各々出力される振幅変調信号と位相変調信号を調整する。
増幅素子として半導体トランジスタを用いた場合は非線形性が大きい。図７に示すような変調信号の歪みを補正する従来の手法では回路規模やコストの増大を招く上、変調速度に対して十分な速度での歪み補償が困難となる。また変調信号制御器７１３での変調信号の補正量が大きいと、補正テーブルのサイズが大きくなりメモリーサイズが大きくなってしまうという問題がある。
すなわち、増幅素子から出力される変調信号の歪みを低減するためには、回路規模やコストの増大を避けることが出来ないという課題がある。
また、増幅素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタなどを用いた場合には、温度により、出力電力を発生する最小コレクタ電圧、すなわちコレクタ電圧のしきい値が変化し、その結果、増幅素子から出力される変調信号の歪みが増大する。
すなわち、増幅素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの半導体トランジスタを用いた場合には、温度変化によって変調信号の歪みが発生するという課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、増幅素子から出力する変調信号の歪みを低減した増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を、回路規模やコストの増大を抑制して提供することを目的とする。
また、本発明は、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器であって、
前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整手段と、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調器と、
前記位相変調信号を入力する入力端子及び前記振幅変調信号を入力する電源端子を有し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて極座標変調された変調信号を出力する増幅素子とを備え、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅器である。
また、第２の本発明は、
前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する利得調整手段を備え、
前記入力端子には、レベルが調整された前記位相変調信号が入力される、第１の本発明の増幅器である。
また、第３の本発明は、
前記利得調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて前記位相変調信号の出力レベルを決定し、前記位相変調器が発生した前記位相変調信号が決定した前記出力レベルになるように前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する、第２の本発明の増幅器である。
また、第４の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する発生された前記変調信号の電圧レベルの関係が、少なくとも一部の領域で線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第１の本発明の増幅器である。
また、第５の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する前記増幅された変調信号の電圧レベルの関係が、全領域で実質上線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を異ならせる、第１の本発明の増幅器である。
また、第６の本発明は、温度を検出する温度検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号及び検出された前記温度の両方に基づいて前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第１の本発明の増幅器である。
また、第７の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器であって、
前記振幅データから振幅変調信号を発生する電圧調整手段と、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調器と、
前記位相変調信号を入力する入力端子及び前記振幅変調信号を入力する電源端子を有し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて極座標変調された変調信号を出力する増幅素子と、
温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅器である。
また、第８の本発明は、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する発生された前記変調信号の電圧レベルの関係が、少なくとも一部の領域で線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第７の本発明の増幅器である。
また、第９の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して一次関数で変化させることにより決定する、第８の本発明の増幅器である。
また、第１０の本発明は、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する前記増幅された変調信号の電圧レベルの関係が、全領域で実質上線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を異ならせる、第７の本発明の増幅器である。
また、第１１の本発明は、
前記増幅素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである、第１または６の本発明の増幅器である。
また、第１２の本発明は、
前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタにＡｌＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．５０ｍＶ／℃から０．７０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、第１１の本発明の増幅器である。
また、第１３の本発明は、
前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタにＩｎＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．６０ｍＶ／℃から０．８０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、第１１の本発明の増幅器である。
また、第１４の本発明は、
送信波を出力する送信回路と、
アンテナで受信された受信波を入力する受信回路と、
出力された前記送信波を前記アンテナに導き、前記アンテナで受信された前記受信波を前記受信回路に導くアンテナ共用器とを備え、
前記送信回路には、第１の本発明の増幅器が用いられている、情報通信機器である。
また、第１５の本発明は、
送信波を出力する送信回路と、
アンテナで受信された受信波を入力する受信回路と、
出力された前記送信波を前記アンテナに導き、前記アンテナで受信された前記受信波を前記受信回路に導くアンテナ共用器とを備え、
前記送信回路には、第７の本発明の増幅器が用いられている、情報通信機器である。
また、第１６の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器に用いられる増幅方法であって、
前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整ステップと、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調ステップと、
増幅素子の入力端子から前記位相変調信号を入力し、前記増幅素子の電源端子から前記振幅変調信号を入力し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて前記増幅素子により極座標変調された変調信号を出力する増幅ステップとを備え、
前記電圧調整ステップは、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅方法である。
また、第１７の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器に用いられる増幅方法であって、
前記振幅データから振幅変調信号を発生する電圧調整ステップと、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調ステップと、
増幅素子の入力端子から前記位相変調信号を入力し、前記増幅素子の電源端子から前記振幅変調信号をし、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて前記増幅素子により極座標変調された変調信号を出力する増幅ステップと、
温度を検出する温度検出ステップとを備え、
前記電圧調整ステップは、検出された前記温度に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅方法である。
本発明は、変調信号の歪みを大幅に低減でき、回路規模やコストの増大を抑制できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供することが出来る。
また、別の本発明により、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供できる。
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１について説明する。
図１に、本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成を示す。
実施の形態１における増幅器は、変調符号器１０１、搬送波発生器１０２、利得可変増幅器１０７、電圧調整手段１１０、及び増幅素子１０６から構成されている。そして、電圧調整手段１１０は、振幅信号線形化器１０３と電源制御部１０４とを備えており、電源制御部１０４は、オフセット制御回路１１１、オフセット発生回路１０５を備えている。
変調符号器１０１の一方の出力は、振幅信号線形化器１０３の入力に接続され、振幅信号線形化器１０３の出力は、電源電源制御部１０４の入力に接続されている。また、電源制御部１０４の出力は、増幅素子１０６の電源端子に接続されており、増幅素子１０６の出力は、出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。
一方、変調符号器１０１の他方の出力は、搬送波発生器１０２の入力に接続されており、搬送波発生器１０２の出力は、利得可変増幅器１０７の入力に接続されている。そして、利得可変増幅器１０７の出力は、増幅素子１０６の入力端子に接続されている。
また、振幅信号線形化器１０３、電源制御部１０４、利得可変増幅器１０７は、それぞれ、レベル制御信号を入力するための端子（図示せず）を有している。
変調符号器１０１は、位相信号及び振幅信号を発生する回路である。
搬送波発生回路１０２は、位相変調が可能な回路である。
利得可変増幅器１０７は、位相変調信号のレベルを調整する回路である。
振幅信号線形化器１０３は、振幅信号とレベル制御信号とを入力して、レベル制御信号の各レベルにおける補正テーブルに基づいて振幅信号を補正する回路である。
電源制御部１０４は、レベル制御信号と振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号に従って振幅変調信号を発生する回路である。
増幅素子１０６は、電源制御部１０４から出力された振幅変調信号と、利得可変増幅素子１０７から出力された位相変調信号とを合成して、変調信号を発生するとともに同時に増幅して出力する回路である。
オフセット制御回路１１１は、レベル制御信号に基づいて、オフセット制御信号を出力する回路である。なお、オフセット制御信号とは、レベル制御信号のレベルに関する情報を含む信号である。
オフセット発生回路１０５は、増幅素子４０６の電源端子に印加する振幅変調信号に加えるＤＣオフセット電圧を、オフセット制御回路４１１から出力されたオフセット制御信号に応じて決定する回路である。
つまり、オフセット発生回路１０５は、レベル制御信号のレベルに従ってＤＣオフセット電圧を決定し、振幅変調信号にこのＤＣオフセット電圧を加えた信号を振幅変調信号として出力する回路である。
次に、このような本実施の形態１の動作を説明する。
まず、音声、文字、画像等のデータが、位相信号および振幅信号を発生する変調符号器１０１に入力される。
なお、本実施の形態のデータとは、クロック信号を伝送するための少なくとも一つの信号線を含む複数の信号線から構成されるバスラインを用いて、そのクロック信号に同期して伝送される信号であって、離散的な数値を示す信号のこと意味している。従って、変調符号器１０１に入力される、音声、文字、画像等のデータとは、音声情報、文字情報、画像情報等の情報が離散的な数値で表されており、クロック信号に同期してバスラインから変調符号器１０１に入力される信号のことを意味している。
変調符号器１０１は、入力されたデータを符号化することによって、振幅データ及び位相データを生成して出力する。なお、変調符号器１０１から出力される振幅データ及び位相データも、上述したデータである。
変調符号器１０１の出力の一方から出力された位相信号は、位相変調が可能な搬送波発生器１０２に入力される。そして、搬送波発生器１０２は、入力された位相信号と、図示していない局部発振器で発生された搬送波とを用いて位相変調を行って位相変調信号を発生し、発生した位相変調信号を出力する。なお、搬送波発生器１０２で発生された位相変調信号は、上記のデータではなく、データとしての位相信号が示す離散的な数値に対応する電圧を有する電気信号である。
搬送波発生器１０２から出力された位相変調信号は、利得可変増幅器１０７に入力される。利得可変増幅器１０７は、入力された位相変調信号のレベルを調整する。そして、レベルが調整された位相変調信号は、増幅素子１０６の入力端子に出力される。
一方、変調符号器１０１の出力の他方から出力された振幅信号は、電圧調整手段１１０に入力される。電圧調整手段１１０は、振幅信号を入力するのと同時にレベル制御信号を受け、入力された振幅信号と入力されたレベル制御信号に従って振幅変調信号を発生する。そして、電圧調整手段１１０は、発生した振幅変調信号を、増幅素子１０６の電源端子に出力する。
ここで、電圧調整手段１１０は、図１に示すように、補正テーブルを有する振幅信号線形化器１０３と、オフセット発生回路１０５を有する電源制御部１０４とで構成されている。この点に着目して電圧調整手段１１０の動作をさらに詳細に説明する。
すなわち、振幅信号線形化器１０３は、変調符号器１０１の出力の他方から出力された振幅信号が入力されると共にレベル制御信号を受ける。このレベル制御信号は、増幅器の出力レベルを制御する信号である。つまり、レベル制御信号は、従来は、増幅素子１０６の入力端子に入力される振幅変調信号のレベルを調整する目的のためにのみ用いられていた。しかしながら、本実施の形態１では、振幅変調信号のレベルを調整することはもちろんそれ以外の用途にもレベル制御信号を用いる。
すなわち、振幅信号線形化器１０３は、上述したように、レベル制御信号の各レベル毎に振幅信号を補正するための補正テーブルを有している。すなわち、振幅信号線形化器１０３は、複数の補正テーブルを有している。そして、振幅信号線形化器１０３は、レベル制御信号が示すレベルに対応する補正テーブルを、振幅制御信号の各レベルに対応する複数の補正テーブルから選択して、選択した補正テーブルに基づいて振幅信号を補正する。そして、振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号は、電源制御部１０４に出力される。
電源制御部１０４は、振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号を入力すると共に、レベル制御信号を受ける。そして、電源制御部１０４は、レベル制御信号と補正された振幅信号に従って振幅変調信号を発生する。なお、この振幅変調信号は、データとしての補正された振幅信号が示す数値に対応する電圧を有する電気信号である。そして、電源制御部１０４が振幅変調信号を発生するのと同時に、オフセット発生回路１０５は、レベル制御信号のレベルを示すオフセット制御信号をオフセット制御回路１１１から受け取り、そのオフセット制御信号に従ってＤＣオフセット電圧を決定する。そして、電源制御部１０４は、オフセット発生回路１０５により決定されたＤＣオフセット電圧を発生し、電源制御部１０４は、振幅変調信号にこのＤＣオフセット電圧を加えた信号を振幅変調信号として出力し、増幅素子１０６の電源を駆動する。このように、本実施の形態１の増幅器は、レベル制御信号をＤＣオフセット電圧を決定するのにも用いている。
増幅素子１０６では、この電源制御部１０４から出力された振幅変調信号と、利得可変増幅素子１０７から出力された位相変調信号が合成されて、極座標変調された変調信号が発生される。そして、増幅素子１０６は、極座標変調された変調信号を発生するとともに、その変調信号を増幅して、出力する。
図２は、図１に示す増幅素子１０６の電源電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示している。図２（ａ）は増幅素子１０６が理想的な線形特性であって、入力された振幅変調信号に対して歪まずに変調信号が出力される様子が示されている。図２（ｂ）は、増幅素子１０６がヘテロ接合バイポーラトランジスタを多段接続したパワーアンプであって、十分に大きな位相変調信号が入力されて飽和動作状態にあり、また電源電圧Ｖｉｎがコレクタ端子に与えられるものとする。出力電圧Ｖｏｕｔは、コレクタ電圧Ｖｉｎがある電圧ΔＶを超えると増加し始め、ほぼコレクタ電圧Ｖｉｎにほぼ比例して増加する。電圧ΔＶは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのヘテロ接合部におけるコンダクションバンドの不連続性に起因している。また、低出力電圧Ｖｏｕｔではコレクタ電圧Ｖｉｎに完全には比例していない。増幅素子１０６はこの２点において線形特性から逸脱している。増幅素子１０６に何も手を加えない振幅変調信号を入力すれば、出力される変調信号は歪み、隣接チャネル漏洩電力の増加や変調精度の劣化を招いてしまう。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、レベル制御信号が大きい場合と小さい場合における、本実施の形態１の変調信号の補正の原理を示している。
図３（ａ）はレベル制御信号が大きい場合のコレクタ端子への入力振幅変調信号と出力変調信号の関係である。入力振幅変調信号Ｖｅをそのまま増幅素子１０６に入力すれば、所望の出力変調信号Ｖｏ’より小さく歪んだ出力変調信号Ｖｏが出力される。そこで、オフセット発生回路１０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＨを振幅変調信号Ｖｅに加えた振幅変調信号Ｖｅ’をコレクタに印加することにより所望の変調信号Ｖｏ’が出力される。その結果、入力された振幅変調信号Ｖｅ’と出力された変調信号Ｖｏ’がほぼ線形の関係となり、増幅素子１０６から出力される変調信号Ｖｏ’は歪まない。
一方、図３（ｂ）はレベル制御信号が小さい場合である。オフセット発生回路１０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＨが振幅変調信号Ｖｅに加えたＶｅ’を印加した場合に得られる出力変調信号Ｖｏ’は、理想特性から得られる所望のＶｏとは異なる。これは、動作領域において増幅素子１０６の電源電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔが比例関係に無いからである。
そこで利得可変増幅器１０７により増幅素子１０６に入力する位相変調信号レベルを低下し、増幅素子への入力を低下する。その結果、増幅素子の特性は、ＤＣオフセット電圧がΔＶＬに変化すると共にＶｏｕｔが発生し始めるＶｉｎの最低レベルも低下する。なお、増幅素子４０６の入力端子に入力する位相変調信号レベルを低下すると、増幅素子４０６の特性が上記のように変化する事実は、本願発明によって独自に発見した事実である。その結果、入力される振幅変調信号ＶｅにＤＣオフセット電圧ΔＶＬを印加した振幅変調信号Ｖｅ’をコレクタに入力すれば、振幅変調信号Ｖｅ’の変動範囲では、コレクタ電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔがほぼ線形の関係となり、増幅素子１０６から出力される変調信号は歪まず所望のＶｏ’が得られる。
このように、出力変調信号のレベルに応じて増幅素子１０６への位相変調信号の入力レベルを変化しつつ、電源制御部１０４が出力する振幅変調信号のＤＣオフセット電圧を変化することにより、増幅素子１０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることができる。
従って、図７の従来の増幅器は、増幅素子７０４から出力される変調信号の歪みを低減するためにフィードバックループ７１０を設ける必要があったが、本実施の形態１の増幅器では、フィードバックループ７１０を設けなくても、増幅素子１０６から出力される歪みを大幅に低減することが出来る。
なお、図７の従来の増幅器は、変調信号制御器７１３に補正テーブルを備え、本実施の形態１の増幅器は、振幅信号線形化器１０３に補正テーブルを備えており、テーブルを有している点では両者は同様である。しかし、本実施の形態１においては、オフセット発生回路１０５等が余分に必要にはなるものの、これによる回路規模の増加は極めて小さく、それに対して、このオフセット発生回路１０５を備えることにより、振幅線形化器１０３の補正テーブルが必要とするメモリ量を十分小さくすることが出来るので、トータルの回路規模で考えると、従来例に比べて回路規模を小さくすることが出来るという効果がある。
このように本実施の形態１の増幅器は、増幅素子から出力される歪みを大幅に低減することが出来る上、回路規模を削減することが出来るという効果も得ることが出来る。
なお、本実施の形態１では、搬送波発生器１０２と、増幅素子１０６の間に利得可変増幅器１０７を設けるとして説明したが、これに限らない。搬送波発生器１０２と増幅素子１０６との間に利得可変増幅器１０７を設けず、搬送波発生器１０２の出力を増幅素子１０６の入力端子に接続しても構わない。このようにした場合であっても、増幅素子１０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることが出来る。
さらに、本実施の形態１では、変調符号器１０１は、データを入力して入力したデータを符号化することにより、振幅信号及び位相信号を生成するとして説明したが、これに限らない。変調符号器１０１は、音声や画像等を示すアナログ信号を入力してそのアナログ信号を一旦データに変換した後、変換したデータを符号化して、振幅信号及び位相信号を生成しても構わない。
さらに、本実施の形態１では、オフセット発生回路１０５がレベル制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を変化させるとして説明したが、これに限らない。レベル制御信号が所定の値より小さい場合は、増幅素子１０６からの出力信号の電力も小さくなる。このように出力信号の電力が小さい場合には、増幅素子１０６からの出力信号が多少歪んでも問題にならない。従って、レベル制御信号が所定の値より小さい場合には、オフセット発生回路１０５の機能を停止し、レベル制御信号が所定の値以上である場合には、オフセット発生回路１０５を動作させるようにしても構わない。
さらに、本実施の形態１では、増幅器が振幅信号線形化器１０３を備えているとして説明したが、増幅器が振幅信号線形化器１０３を備えていない構成であってもよい。特に、増幅素子１０６のＤＣオフセット電圧を変化させることのみにより、増幅素子１０６をその線形領域で動作させることが可能になる場合には、振幅信号線形化器１０３を用いる必要はない。従って、このような場合には、増幅器が、振幅信号線形化器１０３を用いない場合であっても、本実施の形態１と同等の効果を得ることが出来る。
さらに、本実施の形態１では、オフセット制御回路１１１がレベル制御信号を受け取り、レベル制御信号のレベルを示すオフセット制御信号を出力するとして説明したが、これに限らない。オフセット制御回路１１１を設けず、レベル制御信号を直接オフセット発生回路１０５に入力し、オフセット発生回路１０５が、入力されたレベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定しても構わない。
さらに、本実施の形態の振幅信号は、本発明の振幅データの例であり、本実施の形態の位相信号は本発明の位相データの例である。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。
図４に、本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成を示す。
図４に示した増幅器の、図１に示した実施の形態１の増幅器との相違点は、電源制御部４０４が、オフセット制御回路４１１と、オフセット発生回路４０５とを備えており、増幅素子４０６の温度をモニタする機能を有している点である。
すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能を有する回路である。すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度を検出する温度センサからの信号に基づいて、オフセット制御信号を出力する回路である。なお、オフセット制御信号とは、増幅素子４０６の温度に関する情報を含む信号である。
また、オフセット発生回路４０５は、増幅素子４０６の電源端子に印加する振幅変調信号に加えるＤＣオフセット電圧を、オフセット制御回路４１１から出力されたオフセット制御信号に応じて決定する回路である。
本実施の形態２の増幅器は、上記以外は、実施の形態１の増幅器と同様であるので説明を省略する。
なお、本実施の形態２のオフセット制御回路４１１が有する増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能は、本発明の温度検出手段の例である。
なお、変調符号器４０１、搬送波発生器４０２、振幅信号線形化器４０３は、利得可変増幅器４０７は、それぞれ、図１に示す実施の形態１の、変調符号器１０１、搬送波発生器１０２、振幅信号線形化器１０３、利得可変増幅器１０７と同じものである。また、振幅信号線形化器４０３と電源制御部４０４により、電圧調整手段４１０を構成している。
次に、このような実施の形態２の動作を実施の形態１との相違点を中心に説明する。
本実施の形態２における増幅器は、実施の形態１の増幅器と同様にレベル制御信号に基づいて内部振幅信号に印加するＤＣオフセット電圧を決定する代わりに、増幅素子４０６の温度に応じてＤＣオフセット電圧を決定する。
すなわち、オフセット制御信号４１１は、増幅素子４１１の温度を検知する図示していない温度センサからの信号を入力し、温度センサの温度を示すオフセット制御信号をオフセット発生回路４０５に出力する。
オフセット発生回路４０５は、オフセット制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を決定する。そして、電源制御部４０４は、内部振幅信号にこの最終的に決定したＤＣオフセット電圧を印加する。
このように、実施の形態２の電源制御部４０４は、増幅素子４０６の温度に応じてＤＣオフセット電圧を決定し、決定したＤＣオフセット電圧を内部振幅信号に印加して生成した振幅信号を出力する。
図５は、図４に示す増幅素子４０６が単段のヘテロ接合バイポーラトランジスタである場合において、増幅素子４０６の温度が変化した時の、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示している。出力電圧Ｖｏｕｔは、コレクタ電圧Ｖｉｎがあるしきい電圧を超えると増加し始め、ほぼコレクタ電圧に比例して増加するが、温度に応じてしきい電圧ΔＶは変化する。ΔＶの温度に対する変化量は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタとベースに仕様する材料によって異なる。エミッタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．７ｍＶ／℃で変化し、エミッタにＩｎＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．８ｍＶ／℃で変化することが分かっている。
図６に、増幅素子４０６がコレクタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、温度が常温の場合と高温の場合における、本実施の形態２の出力電圧Ｖｏｕｔの補正の原理を示している。
増幅素子４０６が常温２５℃の場合には、電源制御部４０４の温度モニタつきオフセット発生回路４０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＲとしておよそ０．２Ｖが振幅変調信号に加えられた振幅変調信号Ｖｅが増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎに印加される。その結果、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔが、理想特性に一致する完全に線形の関係となり、出力変調信号Ｖｏは歪まない。
一方、高温の場合には、増幅素子４０６のオフセット電圧は０．６ｍＶ／℃の割合で変化し、高温８５℃の場合にはΔＶｘとして＋３６ｍＶ変化する。オフセット発生回路４０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＴとして、ΔＶＲ０．２Ｖに、ΔＶｘ＋３６ｍＶを加えた０．２３６Ｖが振幅変調信号に加えられる。その結果、振幅変調信号Ｖｅ’が増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎとして印加され、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔが理想特性に一致する完全に線形の関係となり、出力変調信号Ｖｏは歪まない。
このように、増幅素子４０６の温度に応じて振幅変調信号にＤＣオフセット電圧を加えて、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖｉｎに与えることにより、温度が変化しても常に増幅素子４０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減することができる。温度変化によるオフセットのシフト量はほぼ比例しているため、オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセットを、増幅素子４０６の温度Ｔに比例して変化すればよく、複雑な参照テーブルをもつ必要はない。オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセット変化量は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．７ｍＶ／℃であり、エミッタにＩｎＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．８ｍＶ／℃に設定すればよい。
なお、本実施の形態２では、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能を有しているとして説明したが、これに限らない。増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする代わりに、実施の形態２の増幅器が用いられている情報通信機器の筐体内に設けられた温度センサが検知した温度をモニタしても構わない。すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度モニタする代わりに、実施の形態２の増幅器が用いられている情報通信機器の筐体内の温度をモニタしても構わない。すなわち、増幅素子４０６の温度を正確に検知することが理想的であるが、現実には、増幅器を実装する回路基板上の空間の制約などから、温度センサを増幅素子４０６に直接接触させて実装することが困難な場合も多い。このような場合であっても、筐体内の余った空間に温度センサを設置し、筐体内の温度を検知し、この検知した温度を増幅素子４０６の温度Ｔであるとみなして上記のような動作を行っても実施の形態２と同等の効果を得ることが出来る。
さらに、本実施の形態２では、搬送波発生器４０２と、増幅素子４０６の間に利得可変増幅器４０７を設けるとして説明したが、これに限らない。搬送波発生器４０２と増幅素子４０６との間に利得可変増幅器４０７を設けず、搬送波発生器４０２の出力を増幅素子４０６の入力端子に接続しても構わない。このようにした場合であっても、増幅素子４０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることが出来る。
さらに、本実施の形態２では、オフセット発生回路４０５がレベル制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を変化させるとして説明したが、これに限らない。レベル制御信号が所定の値より小さい場合は、増幅素子４０６からの出力信号の電力も小さくなる。このように出力信号の電力が小さい場合には、増幅素子４０６からの出力信号が多少歪んでも問題にならない。従って、レベル制御信号が所定の値より小さい場合には、オフセット発生回路４０５の機能を停止し、レベル制御信号が所定の値以上である場合には、オフセット発生回路４０５を動作させるようにしても構わない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、増幅素子の振幅変調信号に対する非線形性が大きい場合においても、振幅変調信号に対する補正量を大幅に低減できる。また、回路規模やコストの増大を抑制できる。
なお、各実施の形態については、振幅信号に着目して説明を行っており、位相信号の補正については記載していない。動作条件等によっては位相信号の補正も行う必要があるが、その場合には、各実施の形態の構成に、従来の位相信号を補正する方法を適用すればよい。例えば、図１、図４に示す各実施の形態の構成に、図７に示す従来の構成の位相信号を補正する部分を適用することもできる。
また、各実施の形態は極座標変調の増幅器の場合で説明したが、本発明は、極座標変調以外の変調方法の増幅器についても適用できる。
また、実施の形態１の増幅器に、実施の形態２で説明した増幅素子の温度をモニタする機能も備えさせ、レベル制御信号と増幅素子の温度の両方に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定させるようにしてもよい。通常は、オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセット変化量は、利得可変増幅器４０７の出力レベルに応じても変化し、ＤＣオフセット変化量は増幅素子４０６の温度Ｔとは独立に設定する。なお、利得可変増幅器４０７の出力レベルが極度に変化する場合、温度に対するＤＣオフセット変化量を上述した範囲で変化することも有効である。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。
実施の形態３では、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器を用いた情報通信機器について説明する。
図８は、実施の形態１で説明した図１に示す増幅器または実施の形態２で説明した図４に示す増幅器を含む情報通信機器８２０の概略構成を示したブロック図である。情報通信機器８２０は、送信装置８２１と受信装置８２２から構成され、これらはアンテナ共用器８２３を介してアンテナ８２４と接続されている。送信装置８２１には、実施の形態１で説明した増幅器または実施の形態２で説明した増幅器が用いられる。ここで、情報通信機器８２０は、たとえば携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や、無線基地局等を含む。また、情報通信機器８２０は、ＰＤＡ、無線ＬＡＮなどの通信用カードなどであってもよい。
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。
送信時には、送信装置８２１は、図示していないベースバンド部から音声、文字、画像等のデータを入力する。入力されたデータは、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器に入力される。送信装置８２１に用いられている実施の形態１または実施の形態２の増幅で極座標変調されて、極座標変調された変調信号が出力される。送信装置８２１は、出力された変調信号を送信信号として、アンテナ共用器８２３に出力する。アンテナ共用器８２３は、送信装置８２１から出力された送信信号をアンテナ８２４に導き、アンテナ８２４に導かれた送信信号は、アンテナ８２４から空中に放射される。
一方、受信時には、アンテナ８２４で受信された受信信号は、アンテナ共用器８２３によって、受信装置８２２に導かれる。受信装置８２２は、アンテナ共用器８２３からの受信信号を入力して、ベースバンド信号に復調する。そして、受信装置８２２は、復調したベースバンド信号を図示していないベースバンド部に出力する。
このように、実施の形態３の情報通信機器に、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器を用いることにより、歪みを大幅に低減した変調信号を送信できる情報通信機器を実現できる。
本発明にかかる増幅器、情報通信機器、及び増幅方法は、変調信号の歪みを大幅に低減でき、回路規模やコストの増大を抑制できるという効果を有し、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法等に有用であり、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に有用である。
また、本発明にかかる増幅器、情報通信機器、及び増幅方法は、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できるという効果を有し、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法等に有用であり、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に有用である。
本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成図 （ａ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の理想的な関係を示す図（ｂ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の関係を示す図 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ａ）レベル制御信号が大きい場合） 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ｂ）レベル制御信号が小さくかつ十分位相変調信号レベルが大きい場合） 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ｃ）レベル制御信号が小さくかつ十分位相変調信号レベルが小さい場合） 本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成図 ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の温度変化時における関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図 従来の、極座標変調を行う増幅器の構成図 本発明の実施の形態３における情報通信機器の構成図
符号の説明
１０１ 変調符号器
１０２ 搬送波発生器
１０３ 振幅信号線形化器
１０４ 電源制御部
１０５ オフセット発生回路
１０６ 増幅素子
１０７ 利得可変増幅器
１１０ 電圧調整手段
１１１ オフセット制御回路
４０１ 変調符号器
４０２ 搬送波発生器
４０３ 振幅信号線形化器
４０４ 電源制御部
４０５ オフセット発生回路
４０６ 増幅素子
４０７ 利得可変増幅器
４１０ 電圧調整手段
４１１ オフセット制御回路
７０１ 変調符号器
７０２ 搬送波発生ブロック
７０３ 振幅ドライバ
７０４ 増幅素子
７１０ フィードバックループ
７１１ 振幅モニタ
７１２ 位相モニタ
７１３ 変調信号制御器
本発明は、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に関し、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に関する。
携帯電話などの携帯端末では、電池の寿命は大きな課題である。特に無線回路の送信部における増幅器は大きな電力を消費し、電池の寿命に大きく影響する。その増幅器の消費電力を低減する方法として極座標変調がある。
図７に、極座標変調を行う従来の増幅器の構成を示す（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を参照して、極座標変調を行う従来の増幅器について説明する。
従来の増幅器は、変調符号器７０１、位相信号ブロック７０２、振幅ドライバ７０３、増幅素子７０４、振幅モニタ７１１、位相モニタ７１２、及び変調信号制御器７１３から構成される。そして、振幅モニタ７１１、位相モニタ７１２、及び変調信号制御器７１３は、フィードバックループ７１０を形成している。
変調符号器７１０は、位相信号および振幅信号を発生する回路である。位相信号ブロック７０２は、位相変調が可能な回路である。振幅ドライバ７０３は、振幅信号とレベル制御信号を入力し、入力したレベル制御信号に従って、振幅信号から振幅変調信号を発生する回路である。増幅素子７０４は、位相変調信号と振幅変調信号とをミキシングし、変調信号を発生すると同時に増幅する回路である。
また、振幅モニタ７１１は、増幅素子７０４から出力された変調信号の振幅をモニタし、振幅信号を出力する回路である。位相モニタ７１２は、増幅素子７０４から出力された変調信号の位相をモニタし、位相信号を出力する回路である。変調信号制御器７１３は、補正テーブルに従って振幅ドライバ７０３と位相信号ブロック７０２とを制御する回路である回路である。
次に、このような従来の増幅器の動作を説明する。
変調符号器７０１は、外部から入力される音声、文字、画像等のデータまたは信号を符号化して、位相信号及び振幅信号を発生する。
変調符号器７０１で発生された位相信号は、位相変調が可能な位相信号ブロック７０２に入力される。そして、位相信号ブロック７０２は、入力された位相信号を用いて位相変調を行い、位相変調信号を発生する。位相信号ブロック７０２から出力された位相変調信号は、増幅素子７０４に入力され、増幅素子７０４により増幅される。
一方、変調符号器７０１で発生された振幅信号は、振幅ドライバ７０３に入力される。そして、振幅ドライバ７０３は、同時にレベル制御信号を受ける。振幅ドライバ７０３は、振幅信号とレベル制御信号に従って振幅変調信号を発生し、増幅素子７０４の電源に入力する。
増幅素子７０４では、位相変調信号と振幅変調信号がミキシングされて、変調信号を発生すると同時に増幅する。ここで、振幅ドライバ７０３の消費電力を小さくできれば、増幅器で高い動作効率を得ることが可能となる。
一般的に増幅素子７０４は、位相変調信号や振幅変調信号に対して非線形に応答し、その結果、増幅素子７０４によって発生・増幅された変調信号には歪みが発生する。そこで、フィードバックループ７１０により歪みを補償する手法が採用されている。
フィードバックループ７１０では、増幅素子７０４から出力された変調信号は、位相モニタ７１２と振幅モニタ７１１でモニタされ、位相信号と振幅信号に分波される。そして、分波された位相信号と振幅信号とは、変調信号制御器７１３に入力される。変調信号制御器７１３は、補正テーブルに従って振幅ドライバ７０３と搬送波発生ブロック７０２を制御し、増幅素子７０４から出力された変調信号が歪まないように、振幅ドライバ７０３と搬送波発生ブロック７０２から各々出力される振幅変調信号と位相変調信号を調整する。
米国特許第６３６６１７７号明細書
増幅素子として半導体トランジスタを用いた場合は非線形性が大きい。図７に示すような変調信号の歪みを補正する従来の手法では回路規模やコストの増大を招く上、変調速度に対して十分な速度での歪み補償が困難となる。また変調信号制御器７１３での変調信号の補正量が大きいと、補正テーブルのサイズが大きくなりメモリーサイズが大きくなってしまうという問題がある。
すなわち、増幅素子から出力される変調信号の歪みを低減するためには、回路規模やコストの増大を避けることが出来ないという課題がある。
また、増幅素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタなどを用いた場合には、温度により、出力電力を発生する最小コレクタ電圧、すなわちコレクタ電圧のしきい値が変化し、その結果、増幅素子から出力される変調信号の歪みが増大する。
すなわち、増幅素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの半導体トランジスタを用いた場合には、温度変化によって変調信号の歪みが発生するという課題がある。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、増幅素子から出力する変調信号の歪みを低減した増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を、回路規模やコストの増大を抑制して提供することを目的とする。
また、本発明は、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器であって、
前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整手段と、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調器と、
前記位相変調信号を入力する入力端子及び前記振幅変調信号を入力する電源端子を有し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて極座標変調された変調信号を出力する増幅素子とを備え、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅器である。
また、第２の本発明は、
前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する利得調整手段を備え、
前記入力端子には、レベルが調整された前記位相変調信号が入力される、第１の本発明の増幅器である。
また、第３の本発明は、
前記利得調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて前記位相変調信号の出力レベルを決定し、前記位相変調器が発生した前記位相変調信号が決定した前記出力レベルになるように前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する、第２の本発明の増幅器である。
また、第４の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する発生された前記変調信号の電圧レベルの関係が、少なくとも一部の領域で線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第１の本発明の増幅器である。
また、第５の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する前記増幅された変調信号の電圧レベルの関係が、全領域で実質上線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を異ならせる、第１の本発明の増幅器である。
また、第６の本発明は、 温度を検出する温度検出手段を備え、
前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号及び検出された前記温度の両方に基づいて前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第１の本発明の増幅器である。
また、第７の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器であって、
前記振幅データから振幅変調信号を発生する電圧調整手段と、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調器と、
前記位相変調信号を入力する入力端子及び前記振幅変調信号を入力する電源端子を有し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて極座標変調された変調信号を出力する増幅素子と、
温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅器である。
また、第８の本発明は、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する発生された前記変調信号の電圧レベルの関係が、少なくとも一部の領域で線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を決定する、第７の本発明の増幅器である。
また、第９の本発明は、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して一次関数で変化させることにより決定する、第８の本発明の増幅器である。
また、第１０の本発明は、
前記電圧調整手段は、検出された前記温度に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する前記増幅された変調信号の電圧レベルの関係が、全領域で実質上線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を異ならせる、第７の本発明の増幅器である。
また、第１１の本発明は、
前記増幅素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである、第1または６の本発明の増幅器である。
また、第１２の本発明は、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタにＡｌＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．５０ｍＶ／℃から０．７０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、第１１の本発明の増幅器である。
また、第１３の本発明は、
前記へテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタにＩｎＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．６０ｍＶ／℃から０．８０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、第１１の本発明の増幅器である。
また、第１４の本発明は、
送信波を出力する送信回路と、
アンテナで受信された受信波を入力する受信回路と、
出力された前記送信波を前記アンテナに導き、前記アンテナで受信された前記受信波を前記受信回路に導くアンテナ共用器とを備え、
前記送信回路には、第１の本発明の増幅器が用いられている、情報通信機器である。
また、第１５の本発明は、
送信波を出力する送信回路と、
アンテナで受信された受信波を入力する受信回路と、
出力された前記送信波を前記アンテナに導き、前記アンテナで受信された前記受信波を前記受信回路に導くアンテナ共用器とを備え、
前記送信回路には、第７の本発明の増幅器が用いられている、情報通信機器である。
また、第１６の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器に用いられる増幅方法であって、
前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整ステップと、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調ステップと、
増幅素子の入力端子から前記位相変調信号を入力し、前記増幅素子の電源端子から前記振幅変調信号を入力し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて前記増幅素子により極座標変調された変調信号を出力する増幅ステップとを備え、
前記電圧調整ステップは、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅方法である。
また、第１７の本発明は、
データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器に用いられる増幅方法であって、
前記振幅データから振幅変調信号を発生する電圧調整ステップと、
前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調ステップと、
増幅素子の入力端子から前記位相変調信号を入力し、前記増幅素子の電源端子から前記振幅変調信号をし、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて前記増幅素子により極座標変調された変調信号を出力する増幅ステップと、
温度を検出する温度検出ステップとを備え、
前記電圧調整ステップは、検出された前記温度に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅方法である。
本発明は、変調信号の歪みを大幅に低減でき、回路規模やコストの増大を抑制できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供することが出来る。
また、別の本発明により、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できる、増幅器、情報通信機器、及び増幅方法を提供できる。
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１について説明する。
図１に、本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成を示す。
実施の形態１における増幅器は、変調符号器１０１、搬送波発生器１０２、利得可変増幅器１０７、電圧調整手段１１０、及び増幅素子１０６から構成されている。そして、電圧調整手段１１０は、振幅信号線形化器１０３と電源制御部１０４とを備えており、電源制御部１０４は、オフセット制御回路１１１、オフセット発生回路１０５を備えている。
変調符号器１０１の一方の出力は、振幅信号線形化器１０３の入力に接続され、振幅信号線形化器１０３の出力は、電源電源制御部１０４の入力に接続されている。また、電源制御部１０４の出力は、増幅素子１０６の電源端子に接続されており、増幅素子１０６の出力は、出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。
一方、変調符号器１０１の他方の出力は、搬送波発生器１０２の入力に接続されており、搬送波発生器１０２の出力は、利得可変増幅器１０７の入力に接続されている。そして、利得可変増幅器１０７の出力は、増幅素子１０６の入力端子に接続されている。
また、振幅信号線形化器１０３、電源制御部１０４、利得可変増幅器１０７は、それぞれ、レベル制御信号を入力するための端子（図示せず）を有している。
変調符号器１０１は、位相信号及び振幅信号を発生する回路である。
搬送波発生回路１０２は、位相変調が可能な回路である。
利得可変増幅器１０７は、位相変調信号のレベルを調整する回路である。
振幅信号線形化器１０３は、振幅信号とレベル制御信号とを入力して、レベル制御信号の各レベルにおける補正テーブルに基づいて振幅信号を補正する回路である。
電源制御部１０４は、レベル制御信号と振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号に従って振幅変調信号を発生する回路である。
増幅素子１０６は、電源制御部１０４から出力された振幅変調信号と、利得可変増幅素子１０７から出力された位相変調信号とを合成して、変調信号を発生するとともに同時に増幅して出力する回路である。
オフセット制御回路１１１は、レベル制御信号に基づいて、オフセット制御信号を出力する回路である。なお、オフセット制御信号とは、レベル制御信号のレベルに関する情報を含む信号である。
オフセット発生回路１０５は、増幅素子４０６の電源端子に印加する振幅変調信号に加えるＤＣオフセット電圧を、オフセット制御回路４１１から出力されたオフセット制御信号に応じて決定する回路である。
つまり、オフセット発生回路１０５は、レベル制御信号のレベルに従ってＤＣオフセット電圧を決定し、振幅変調信号にこのＤＣオフセット電圧を加えた信号を振幅変調信号として出力する回路である。
次に、このような本実施の形態１の動作を説明する。
まず、音声、文字、画像等のデータが、位相信号および振幅信号を発生する変調符号器１０１に入力される。
なお、本実施の形態のデータとは、クロック信号を伝送するための少なくとも一つの信号線を含む複数の信号線から構成されるバスラインを用いて、そのクロック信号に同期して伝送される信号であって、離散的な数値を示す信号のこと意味している。従って、変調符号器１０１に入力される、音声、文字、画像等のデータとは、音声情報、文字情報、画像情報等の情報が離散的な数値で表されており、クロック信号に同期してバスラインから変調符号器１０１に入力される信号のことを意味している。
変調符号器１０１は、入力されたデータを符号化することによって、振幅データ及び位相データを生成して出力する。なお、変調符号器１０１から出力される振幅データ及び位相データも、上述したデータである。
変調符号器１０１の出力の一方から出力された位相信号は、位相変調が可能な搬送波発生器１０２に入力される。そして、搬送波発生器１０２は、入力された位相信号と、図示していない局部発振器で発生された搬送波とを用いて位相変調を行って位相変調信号を発生し、発生した位相変調信号を出力する。なお、搬送波発生器１０２で発生された位相変調信号は、上記のデータではなく、データとしての位相信号が示す離散的な数値に対応する電圧を有する電気信号である。
搬送波発生器１０２から出力された位相変調信号は、利得可変増幅器１０７に入力される。利得可変増幅器１０７は、入力された位相変調信号のレベルを調整する。そして、レベルが調整された位相変調信号は、増幅素子１０６の入力端子に出力される。
一方、変調符号器１０１の出力の他方から出力された振幅信号は、電圧調整手段１１０に入力される。電圧調整手段１１０は、振幅信号を入力するのと同時にレベル制御信号を受け、入力された振幅信号と入力されたレベル制御信号に従って振幅変調信号を発生する。そして、電圧調整手段１１０は、発生した振幅変調信号を、増幅素子１０６の電源端子に出力する。
ここで、電圧調整手段１１０は、図１に示すように、補正テーブルを有する振幅信号線形化器１０３と、オフセット発生回路１０５を有する電源制御部１０４とで構成されている。この点に着目して電圧調整手段１１０の動作をさらに詳細に説明する。
すなわち、振幅信号線形化器１０３は、変調符号器１０１の出力の他方から出力された振幅信号が入力されると共にレベル制御信号を受ける。このレベル制御信号は、増幅器の出力レベルを制御する信号である。つまり、レベル制御信号は、従来は、増幅素子１０６の入力端子に入力される振幅変調信号のレベルを調整する目的のためにのみ用いられていた。しかしながら、本実施の形態１では、振幅変調信号のレベルを調整することはもちろんそれ以外の用途にもレベル制御信号を用いる。
すなわち、振幅信号線形化器１０３は、上述したように、レベル制御信号の各レベル毎に振幅信号を補正するための補正テーブルを有している。すなわち、振幅信号線形化器１０３は、複数の補正テーブルを有している。そして、振幅信号線形化器１０３は、レベル制御信号が示すレベルに対応する補正テーブルを、振幅制御信号の各レベルに対応する複数の補正テーブルから選択して、選択した補正テーブルに基づいて振幅信号を補正する。そして、振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号は、電源制御部１０４に出力される。
電源制御部１０４は、振幅信号線形化器１０３で補正された振幅信号を入力すると共に、レベル制御信号を受ける。そして、電源制御部１０４は、レベル制御信号と補正された振幅信号に従って振幅変調信号を発生する。なお、この振幅変調信号は、データとしての補正された振幅信号が示す数値に対応する電圧を有する電気信号である。そして、電源制御部１０４が振幅変調信号を発生するのと同時に、オフセット発生回路１０５は、レベル制御信号のレベルを示すオフセット制御信号をオフセット制御回路１１１から受け取り、そのオフセット制御信号に従ってＤＣオフセット電圧を決定する。そして、電源制御部１０４は、オフセット発生回路１０５により決定されたＤＣオフセット電圧を発生し、電源制御部１０４は、振幅変調信号にこのＤＣオフセット電圧を加えた信号を振幅変調信号として出力し、増幅素子１０６の電源を駆動する。このように、本実施の形態１の増幅器は、レベル制御信号をＤＣオフセット電圧を決定するのにも用いている。
増幅素子１０６では、この電源制御部１０４から出力された振幅変調信号と、利得可変増幅素子１０７から出力された位相変調信号が合成されて、極座標変調された変調信号が発生される。そして、増幅素子１０６は、極座標変調された変調信号を発生するとともに、その変調信号を増幅して、出力する。
図２は、図１に示す増幅素子１０６の電源電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの関係を示している。図２（ａ）は増幅素子１０６が理想的な線形特性であって、入力された振幅変調信号に対して歪まずに変調信号が出力される様子が示されている。図２（ｂ）は、増幅素子１０６がヘテロ接合バイポーラトランジスタを多段接続したパワーアンプであって、十分に大きな位相変調信号が入力されて飽和動作状態にあり、また電源電圧Ｖinがコレクタ端子に与えられるものとする。出力電圧Ｖoutは、コレクタ電圧Ｖinがある電圧ΔＶを超えると増加し始め、ほぼコレクタ電圧Ｖinにほぼ比例して増加する。電圧ΔＶは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのヘテロ接合部におけるコンダクションバンドの不連続性に起因している。また、低出力電圧Ｖoutではコレクタ電圧Ｖinに完全には比例していない。増幅素子１０６はこの２点において線形特性から逸脱している。増幅素子１０６に何も手を加えない振幅変調信号を入力すれば、出力される変調信号は歪み、隣接チャネル漏洩電力の増加や変調精度の劣化を招いてしまう。
図3（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、レベル制御信号が大きい場合と小さい場合における、本実施の形態１の変調信号の補正の原理を示している。
図3（ａ）はレベル制御信号が大きい場合のコレクタ端子への入力振幅変調信号と出力変調信号の関係である。入力振幅変調信号Ｖｅをそのまま増幅素子１０６に入力すれば、所望の出力変調信号Ｖｏ’より小さく歪んだ出力変調信号Ｖｏが出力される。そこで、オフセット発生回路１０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＨを振幅変調信号Ｖｅに加えた振幅変調信号Ｖｅ’をコレクタに印加することにより所望の変調信号Ｖo’が出力される。その結果、入力された振幅変調信号Ｖｅ’と出力された変調信号Ｖｏ’がほぼ線形の関係となり、増幅素子１０６から出力される変調信号Ｖo’は歪まない。
一方、図3（ｂ）はレベル制御信号が小さい場合である。オフセット発生回路１０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＨが振幅変調信号Ｖｅに加えたＶｅ’を印加した場合に得られる出力変調信号Ｖo’は、理想特性から得られる所望のＶoとは異なる。これは、動作領域において増幅素子１０６の電源電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutが比例関係に無いからである。
そこで利得可変増幅器１０７により増幅素子１０６に入力する位相変調信号レベルを低下し、増幅素子への入力を低下する。その結果、増幅素子の特性は、ＤＣオフセット電圧がΔＶＬに変化すると共にＶｏｕｔが発生し始めるＶｉｎの最低レベルも低下する。なお、増幅素子４０６の入力端子に入力する位相変調信号レベルを低下すると、増幅素子４０６の特性が上記のように変化する事実は、本願発明によって独自に発見した事実である。その結果、入力される振幅変調信号ＶｅにＤＣオフセット電圧ΔＶＬを印加した振幅変調信号Ｖｅ’をコレクタに入力すれば、振幅変調信号Ｖｅ’の変動範囲では、コレクタ電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutがほぼ線形の関係となり、増幅素子１０６から出力される変調信号は歪まず所望のＶｏ’が得られる。
このように、出力変調信号のレベルに応じて増幅素子１０６への位相変調信号の入力レベルを変化しつつ、電源制御部１０４が出力する振幅変調信号のＤＣオフセット電圧を変化することにより、増幅素子１０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることができる。
従って、図７の従来の増幅器は、増幅素子７０４から出力される変調信号の歪みを低減するためにフィードバックループ７１０を設ける必要があったが、本実施の形態１の増幅器では、フィードバックループ７１０を設けなくても、増幅素子１０６から出力される歪みを大幅に低減することが出来る。
なお、図７の従来の増幅器は、変調信号制御器７１３に補正テーブルを備え、本実施の形態１の増幅器は、振幅信号線形化器１０３に補正テーブルを備えており、テーブルを有している点では両者は同様である。しかし、本実施の形態１においては、オフセット発生回路１０５等が余分に必要にはなるものの、これによる回路規模の増加は極めて小さく、それに対して、このオフセット発生回路１０５を備えることにより、振幅線形化器１０３の補正テーブルが必要とするメモリ量を十分小さくすることが出来るので、トータルの回路規模で考えると、従来例に比べて回路規模を小さくすることが出来るという効果がある。
このように本実施の形態１の増幅器は、増幅素子から出力される歪みを大幅に低減することが出来る上、回路規模を削減することが出来るという効果も得ることが出来る。
なお、本実施の形態１では、搬送波発生器１０２と、増幅素子１０６の間に利得可変増幅器１０７を設けるとして説明したが、これに限らない。搬送波発生器１０２と増幅素子１０６との間に利得可変増幅器１０７を設けず、搬送波発生器１０２の出力を増幅素子１０６の入力端子に接続しても構わない。このようにした場合であっても、増幅素子１０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることが出来る。
さらに、本実施の形態１では、変調符号器１０１は、データを入力して入力したデータを符号化することにより、振幅信号及び位相信号を生成するとして説明したが、これに限らない。変調符号器１０１は、音声や画像等を示すアナログ信号を入力してそのアナログ信号を一旦データに変換した後、変換したデータを符号化して、振幅信号及び位相信号を生成しても構わない。
さらに、本実施の形態１では、オフセット発生回路１０５がレベル制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を変化させるとして説明したが、これに限らない。レベル制御信号が所定の値より小さい場合は、増幅素子１０６からの出力信号の電力も小さくなる。このように出力信号の電力が小さい場合には、増幅素子１０６からの出力信号が多少歪んでも問題にならない。従って、レベル制御信号が所定の値より小さい場合には、オフセット発生回路１０５の機能を停止し、レベル制御信号が所定の値以上である場合には、オフセット発生回路１０５を動作させるようにしても構わない。
さらに、本実施の形態１では、増幅器が振幅信号線形化器１０３を備えているとして説明したが、増幅器が振幅信号線形化器１０３を備えていない構成であってもよい。特に、増幅素子１０６のＤＣオフセット電圧を変化させることのみにより、増幅素子１０６をその線形領域で動作させることが可能になる場合には、振幅信号線形化器１０３を用いる必要はない。従って、このような場合には、増幅器が、振幅信号線形化器１０３を用いない場合であっても、本実施の形態１と同等の効果を得ることが出来る。
さらに、本実施の形態１では、オフセット制御回路１１１がレベル制御信号を受け取り、レベル制御信号のレベルを示すオフセット制御信号を出力するとして説明したが、これに限らない。オフセット制御回路１１１を設けず、レベル制御信号を直接オフセット発生回路１０５に入力し、オフセット発生回路１０５が、入力されたレベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定しても構わない。
さらに、本実施の形態の振幅信号は、本発明の振幅データの例であり、本実施の形態の位相信号は本発明の位相データの例である。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。
図４に、本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成を示す。
図４に示した増幅器の、図１に示した実施の形態１の増幅器との相違点は、電源制御部４０４が、オフセット制御回路４１１と、オフセット発生回路４０５とを備えており、増幅素子４０６の温度をモニタする機能を有している点である。
すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能を有する回路である。すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度を検出する温度センサからの信号に基づいて、オフセット制御信号を出力する回路である。なお、オフセット制御信号とは、増幅素子４０６の温度に関する情報を含む信号である。
また、オフセット発生回路４０５は、増幅素子４０６の電源端子に印加する振幅変調信号に加えるＤＣオフセット電圧を、オフセット制御回路４１１から出力されたオフセット制御信号に応じて決定する回路である。
本実施の形態２の増幅器は、上記以外は、実施の形態１の増幅器と同様であるので説明を省略する。
なお、本実施の形態２のオフセット制御回路４１１が有する増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能は、本発明の温度検出手段の例である。
なお、変調符号器４０１、搬送波発生器４０２、振幅信号線形化器４０３は、利得可変増幅器４０７は、それぞれ、図１に示す実施の形態１の、変調符号器１０１、搬送波発生器１０２、振幅信号線形化器１０３、利得可変増幅器１０７と同じものである。また、振幅信号線形化器４０３と電源制御部４０４により、電圧調整手段４１０を構成している。
次に、このような実施の形態２の動作を実施の形態１との相違点を中心に説明する。
本実施の形態２における増幅器は、実施の形態１の増幅器と同様にレベル制御信号に基づいて内部振幅信号に印加するＤＣオフセット電圧を決定する代わりに、増幅素子４０６の温度に応じてＤＣオフセット電圧を決定する。
すなわち、オフセット制御信号４１１は、増幅素子４１１の温度を検知する図示していない温度センサからの信号を入力し、温度センサの温度を示すオフセット制御信号をオフセット発生回路４０５に出力する。
オフセット発生回路４０５は、オフセット制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を決定する。そして、電源制御部４０４は、内部振幅信号にこの最終的に決定したＤＣオフセット電圧を印加する。
このように、実施の形態２の電源制御部４０４は、増幅素子４０６の温度に応じてＤＣオフセット電圧を決定し、決定したＤＣオフセット電圧を内部振幅信号に印加して生成した振幅信号を出力する。
図５は、図４に示す増幅素子４０６が単段のヘテロ接合バイポーラトランジスタである場合において、増幅素子４０６の温度が変化した時の、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの関係を示している。出力電圧Ｖoutは、コレクタ電圧Ｖinがあるしきい電圧を超えると増加し始め、ほぼコレクタ電圧に比例して増加するが、温度に応じてしきい電圧ΔＶは変化する。ΔＶの温度に対する変化量は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタとベースに仕様する材料によって異なる。エミッタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．７ｍＶ／℃で変化し、エミッタにＩｎＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．８ｍＶ／℃で変化することが分かっている。
図６に、増幅素子４０６がコレクタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、温度が常温の場合と高温の場合における、本実施の形態２の出力電圧Ｖoutの補正の原理を示している。
増幅素子４０６が常温２５℃の場合には、電源制御部４０４の温度モニタつきオフセット発生回路４０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＲとしておよそ０．２Ｖが振幅変調信号に加えられた振幅変調信号Ｖｅが増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinに印加される。その結果、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutが、理想特性に一致する完全に線形の関係となり、出力変調信号Ｖｏは歪まない。
一方、高温の場合には、増幅素子４０６のオフセット電圧は０．６ｍＶ／℃の割合で変化し、高温８５℃の場合にはΔＶｘとして＋３６ｍＶ変化する。オフセット発生回路４０５で決定されるＤＣオフセット電圧ΔＶＴとして、ΔＶＲ０．２Ｖに、ΔＶｘ＋３６ｍＶを加えた０．２３６Ｖが振幅変調信号に加えられる。その結果、振幅変調信号Ｖｅ’が増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinとして印加され、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutが理想特性に一致する完全に線形の関係となり、出力変調信号Ｖｏは歪まない。
このように、増幅素子４０６の温度に応じて振幅変調信号にＤＣオフセット電圧を加えて、増幅素子４０６のコレクタ電圧Ｖinに与えることにより、温度が変化しても常に増幅素子４０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減することができる。温度変化によるオフセットのシフト量はほぼ比例しているため、オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセットを、増幅素子４０６の温度Ｔに比例して変化すればよく、複雑な参照テーブルをもつ必要はない。オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセット変化量は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタにＡｌＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．７ｍＶ／℃であり、エミッタにＩｎＧａＡｓを、ベースにＧａＡｓを用いた場合はΔＶはおよそ０．２〜０．８ｍＶ／℃に設定すればよい。
なお、本実施の形態２では、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする機能を有しているとして説明したが、これに限らない。増幅素子４０６の温度Ｔをモニタする代わりに、実施の形態２の増幅器が用いられている情報通信機器の筐体内に設けられた温度センサが検知した温度をモニタしても構わない。すなわち、オフセット制御回路４１１は、増幅素子４０６の温度モニタする代わりに、実施の形態２の増幅器が用いられている情報通信機器の筐体内の温度をモニタしても構わない。すなわち、増幅素子４０６の温度を正確に検知することが理想的であるが、現実には、増幅器を実装する回路基板上の空間の制約などから、温度センサを増幅素子４０６に直接接触させて実装することが困難な場合も多い。このような場合であっても、筐体内の余った空間に温度センサを設置し、筐体内の温度を検知し、この検知した温度を増幅素子４０６の温度Ｔであるとみなして上記のような動作を行っても実施の形態２と同等の効果を得ることが出来る。
さらに、本実施の形態２では、搬送波発生器４０２と、増幅素子４０６の間に利得可変増幅器４０７を設けるとして説明したが、これに限らない。搬送波発生器４０２と増幅素子４０６との間に利得可変増幅器４０７を設けず、搬送波発生器４０２の出力を増幅素子４０６の入力端子に接続しても構わない。このようにした場合であっても、増幅素子４０６から出力される変調信号の歪みを大幅に低減させることが出来る。
さらに、本実施の形態２では、オフセット発生回路４０５がレベル制御信号に応じてＤＣオフセット電圧を変化させるとして説明したが、これに限らない。レベル制御信号が所定の値より小さい場合は、増幅素子４０６からの出力信号の電力も小さくなる。このように出力信号の電力が小さい場合には、増幅素子４０６からの出力信号が多少歪んでも問題にならない。従って、レベル制御信号が所定の値より小さい場合には、オフセット発生回路４０５の機能を停止し、レベル制御信号が所定の値以上である場合には、オフセット発生回路４０５を動作させるようにしても構わない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、増幅素子の振幅変調信号に対する非線形性が大きい場合においても、振幅変調信号に対する補正量を大幅に低減できる。また、回路規模やコストの増大を抑制できる。
なお、各実施の形態については、振幅信号に着目して説明を行っており、位相信号の補正については記載していない。動作条件等によっては位相信号の補正も行う必要があるが、その場合には、各実施の形態の構成に、従来の位相信号を補正する方法を適用すればよい。例えば、図１、図４に示す各実施の形態の構成に、図７に示す従来の構成の位相信号を補正する部分を適用することもできる。
また、各実施の形態は極座標変調の増幅器の場合で説明したが、本発明は、極座標変調以外の変調方法の増幅器についても適用できる。
また、実施の形態１の増幅器に、実施の形態２で説明した増幅素子の温度をモニタする機能も備えさせ、レベル制御信号と増幅素子の温度の両方に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定させるようにしてもよい。通常は、オフセット発生回路４０５が発生するＤＣオフセット変化量は、利得可変増幅器４０７の出力レベルに応じても変化し、ＤＣオフセット変化量は増幅素子４０６の温度Ｔとは独立に設定する。なお、利得可変増幅器４０７の出力レベルが極度に変化する場合、温度に対するＤＣオフセット変化量を上述した範囲で変化することも有効である。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。
実施の形態３では、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器を用いた情報通信機器について説明する。
図８は、実施の形態１で説明した図１に示す増幅器または実施の形態２で説明した図４に示す増幅器を含む情報通信機器８２０の概略構成を示したブロック図である。情報通信機器８２０は、送信装置８２１と受信装置８２２から構成され、これらはアンテナ共用器８２３を介してアンテナ８２４と接続されている。送信装置８２１には、実施の形態１で説明した増幅器または実施の形態２で説明した増幅器が用いられる。ここで、情報通信機器８２０は、たとえば携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や、無線基地局等を含む。また、情報通信機器８２０は、ＰＤＡ、無線ＬＡＮなどの通信用カードなどであってもよい。
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。
送信時には、送信装置８２１は、図示していないベースバンド部から音声、文字、画像等のデータを入力する。入力されたデータは、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器に入力される。送信装置８２１に用いられている実施の形態１または実施の形態２の増幅で極座標変調されて、極座標変調された変調信号が出力される。送信装置８２１は、出力された変調信号を送信信号として、アンテナ共用器８２３に出力する。アンテナ共用器８２３は、送信装置８２１から出力された送信信号をアンテナ８２４に導き、アンテナ８２４に導かれた送信信号は、アンテナ８２４から空中に放射される。
一方、受信時には、アンテナ８２４で受信された受信信号は、アンテナ共用器８２３によって、受信装置８２２に導かれる。受信装置８２２は、アンテナ共用器８２３からの受信信号を入力して、ベースバンド信号に復調する。そして、受信装置８２２は、復調したベースバンド信号を図示していないベースバンド部に出力する。
このように、実施の形態３の情報通信機器に、実施の形態１または実施の形態２で説明した増幅器を用いることにより、歪みを大幅に低減した変調信号を送信できる情報通信機器を実現できる。
本発明にかかる増幅器、情報通信機器、及び増幅方法は、変調信号の歪みを大幅に低減でき、回路規模やコストの増大を抑制できるという効果を有し、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法等に有用であり、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に有用である。
また、本発明にかかる増幅器、情報通信機器、及び増幅方法は、増幅素子の温度変化による変調信号の歪みを低減できるという効果を有し、極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法等に有用であり、特に、高周波で動作して極座標変調を行う増幅器、情報通信機器、及び増幅方法に有用である。
本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成図 （ａ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の理想的な関係を示す図（ｂ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の関係を示す図 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ａ）レベル制御信号が大きい場合） 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ｂ）レベル制御信号が小さくかつ十分位相変調信号レベルが大きい場合） 本発明の実施の形態１に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図（（ｃ）レベル制御信号が小さくかつ十分位相変調信号レベルが小さい場合） 本発明の実施の形態２に係る増幅器の構成図 ヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ電圧と出力電圧の温度変化時における関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る増幅器における、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの補正後の振幅動作領域を示す図 従来の、極座標変調を行う増幅器の構成図 本発明の実施の形態３における情報通信機器の構成図
符号の説明
１０１ 変調符号器
１０２ 搬送波発生器
１０３ 振幅信号線形化器
１０４ 電源制御部
１０５ オフセット発生回路
１０６ 増幅素子
１０７ 利得可変増幅器
１１０ 電圧調整手段
１１１ オフセット制御回路
４０１ 変調符号器
４０２ 搬送波発生器
４０３ 振幅信号線形化器
４０４ 電源制御部
４０５ オフセット発生回路
４０６ 増幅素子
４０７ 利得可変増幅器
４１０ 電圧調整手段
４１１ オフセット制御回路
７０１ 変調符号器
７０２ 搬送波発生ブロック
７０３ 振幅ドライバ
７０４ 増幅素子
７１０ フィードバックループ
７１１ 振幅モニタ
７１２ 位相モニタ
７１３ 変調信号制御器

Claims (11)

  1. データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器であって、
    前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整手段と、
    前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調器と、
    前記位相変調信号を入力する入力端子及び前記振幅変調信号を入力する電源端子を有し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて極座標変調された変調信号を出力する増幅素子とを備え、
    前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅器。
  2. 前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する利得調整手段を備え、
    前記入力端子には、レベルが調整された前記位相変調信号が入力される、請求の範囲第１項記載の増幅器。
  3. 前記利得調整手段は、前記レベル制御信号に基づいて前記位相変調信号の出力レベルを決定し、前記位相変調器が発生した前記位相変調信号が決定した前記出力レベルになるように前記位相変調器が発生した前記位相変調信号のレベルを調整する、請求の範囲第２項記載の増幅器。
  4. 前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する発生された前記変調信号の電圧レベルの関係が、少なくとも一部の領域で線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を決定する、請求の範囲第１項記載の増幅器。
  5. 前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号に応じて、前記振幅信号の電圧レベルに対する前記増幅された変調信号の電圧レベルの関係が、全領域で実質上線形の関係になるように、前記ＤＣオフセット電圧を異ならせる、請求の範囲第１項記載の増幅器。
  6. 温度を検出する温度検出手段を備え、
    前記電圧調整手段は、前記レベル制御信号及び検出された前記温度の両方に基づいて前記ＤＣオフセット電圧を決定する、請求の範囲第１項記載の増幅器。
  7. 前記増幅素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである、請求の範囲第１または６項に記載の増幅器。
  8. 前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、エミッタにＡｌＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
    前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．２０ｍＶ／℃から０．７０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、請求の範囲第７項記載の増幅器。
  9. 前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、エミッタにＩｎＧａＡｓが用いられており、ベースにＧａＡｓが用いられており、
    前記電圧調整手段は、前記ＤＣオフセット電圧を、検出された前記温度に対して０．２０ｍＶ／℃から０．８０ｍＶ／℃の割合で変化させることにより決定する、請求の範囲第７項記載の増幅器。
  10. 送信波を出力する送信回路と、
    アンテナで受信された受信波を入力する受信回路と、
    出力された前記送信波を前記アンテナに導き、前記アンテナで受信された前記受信波を前記受信回路に導くアンテナ共用器とを備え、
    前記送信回路には、請求の範囲第１項記載の増幅器が用いられている、情報通信機器。
  11. データまたは信号を符号化してそれぞれ生成された振幅データ及び位相データを入力して極座標変調を行う増幅器に用いられる増幅方法であって、
    前記振幅データから振幅変調信号のレベルを指示するレベル制御信号に基づいて前記振幅変調信号を発生する電圧調整ステップと、
    前記位相データから位相変調信号を発生する位相変調ステップと、
    増幅素子の入力端子から前記位相変調信号を入力し、前記増幅素子の電源端子から前記振幅変調信号を入力し、入力された前記位相変調信号及び入力された前記振幅変調信号を用いて前記増幅素子により極座標変調された変調信号を出力する増幅ステップとを備え、
    前記電圧調整ステップは、前記レベル制御信号に基づいて、ＤＣオフセット電圧を決定し、決定した前記ＤＣオフセット電圧が加えられた前記振幅変調信号を発生する、増幅方法。
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