WO2001022574A1

WO2001022574A1 - Amplificateur d'energie multiterminal par synthese, a correction aval

Info

Publication number: WO2001022574A1
Application number: PCT/JP2000/006316
Authority: WO
Inventors: Yasunori Suzuki; Tetsuo Hirota; Toshio Nojima
Original assignee: Ntt Docomo, Inc.
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2001-03-29
Also published as: EP1152523A4; EP1152523A1; US6515544B1; EP1152523B1; JP3989731B2

Description

明細書

フィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器

技術分野

本発明は、複数の送信信号を増幅する多端子電力合成形電力増幅器に関し、特に、アレーアンテナに用いて好適な多端子電力合成形電力増幅器に関する。

従来の技術

マルチビーム通信を行う衛星搭載用電力増幅器として、多端子電力合成形電力増幅器が例えば米国特許 No.4, 618,831に示されている。図 1に、いわゆるマルチポートアンプである多端子電力合成形電力増幅器 1 0の基本構成を示す。

多端子電力合成形電力増幅器 1 0は、複数のハイブリツドにより構成される入力側多端子電力合成器 3と、複数の主増幅器 4Mと、入力側多端子電力合成器に対応する出力側多端子電力合成器 5により構成される。入力側多端子電力合成器 3 は、 4入力 4出力の場合を例に図 2に示すように、 Γ/2ハイブリッド H Bを複数組み合わせ構成される。出力側多端子電力合成器 5も同様の構成である。一般にポート数 Pとハイプリッドの段数 mの関係は、 P = m²となる。

多端子電力合成形電力増幅器 1 0はマルチビーム、ァダプティブアレーなどのアレーアンテナと組み合わせて使用される。マルチビ一ムアンテナ及びァダブティブアレーアンテナでは、トラフィヅクの変動に応じて各アンテナエレメン卜のビームの電力が増減する。このとき、ビームの最大送信電力は、フルトラフイツク時であり、 1つのアンテナエレメン卜に最大でアンテナのエレメント数倍の送信電力が集中する可能性がある。例えば、 1エレメントの最大送信電力を 1 Wとし、エレメント数を 8とすれば、最大 8 Wの電力が 1エレメントに給電される可能性がある。従って、アレーアンテナの各エレメントの増幅器は、フルトラフィック時を想定して飽和出力を設計する必要がある。このため、個別増幅器によるアレーアンテナは、大規模な装置となる。

これに対して、多端子電力合成形電力増幅器 1 0をアレーアンテナに用いると、ビーム間のトラフィック変動があつても入力側多端子電力合成器 3により、例えば入力端子 IP の入力信号は多端子電力合成器 3によりその全ての出力端子に電力を均等に分配し、それぞれの主増幅器 4Mを経て出力側多端子電力合成器 5によりもとの系統と同じ出力端子 OP i に出力するので、それぞれの主増幅器 4Mに入力される電力は理想的には常に互いに等しい。このため、フルトラフィック時を想定した飽和電力を端子数分の 1にして各個別増幅器の飽和電力を設計できる。従つて、多端子電力合成形電力増幅器 1 0は、アレーアンテナの各エレメントに個別増幅器を設ける場合と比べて、増幅器の飽和電力を低減できる利点がある。このように、多端子電力合成形電力増幅器のアレーアンテナへの適用は効果がある。しかしながら、多端子電力合成形電力増幅器には、江上、川合らの論文「多端子電力合成形マルチビーム送信系」、電子情報通信学会論文誌 B、 Vol . J69-B , No. 2，1986， 2月で述べられているように、次のような特性が要求される。第 1に、多端子電力合成器の 7Γ/2ハイプリッドの電気的特性が均一で低損失であること、第 2に、主増幅器の電気的特性が均一であることである。これらの特性のばらつきは、電力増幅器 1 0の出力ポート間に電力洩れを生じさせる。これらの技術的課題のうち、 Γ/2ハイブリッドは特性のばらつきを小さく、高精度に構成することが比較的に容易であるが、主増幅器の電気的特性を均一にすることはかなり困難である。

江上らの論文で述べられているように、多端子電力合成形電力増幅器のポ一ト間のアイソレーションを 30dB、ポート数を 8とすれば、主電力増幅器の利得の標準偏差は 0.7dB以下、位相量の標準偏差は 5 deg以下とする必要がある。このような標準偏差の条件を満たすように主増幅器を、装置温度等の変化、経年変化などを考慮して多数製造、調整することは困難である。

この発明の目的は、装置温度の変化、経年変化などによらず高いポート間アイソレーシヨンの実現が可能な多端子電力合成形電力増幅器を提供することにある c 発明の開示

この発明によれば、フィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器を、複数系統の入出力ポートを備え、各系統に送信信号を増幅し、主信号として出力する主増幅器を有する多端子電力合成形電力増幅器と、各系統の上記入出力ポート間において対応する上記主増幅器を含んで構成され、その主増幅器が出力する上記主信号中の歪み成分を除去するフイードフォヮ一ド増幅回路、とを含むように構成し、その主増幅器が出力する上記主信号中の歪み成分を除去する。

フィードフォヮ一ド増幅器の特性により各系統の主増幅器の歪みが除去され、特性が均一化されるので、ポート間の洩れ電力を小さくすることができる。図面の簡単な説明

図 1は多端子電力合成形電力増幅器の構成を示す図。

図 2はハイプリッドを用いた多端子電力合成回路の一例を示す図。

図 3はこの発明による多端子電力合成形電力増幅器の原理的構成を示す図。図 4は本発明の第 1実施例を示す図。

図 5は本発明の第 2実施例を示す図。

図 6は本発明の第 3実施例を示す図。

図 7は本発明の第 4実施例を示す図。

図 8は本発明の第 5実施例を示す図。

図 9は本発明の第 6実施例を示す図。

図 1 0は本発明の第 7実施例を示す図。発明を実施するための最良の形態

原理的構成

この発明によるフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器の原理的構成を図 3に示す。この発明によれば、図 1に示した入力側多端子電力合成器 3と、主増幅器 4Mと出力側多端子電力合成器 5から成る従来の多端子電力合成形電力増幅器に対し、各系統の入出力ポート IP_n-0P_n 間において主増幅器 4Mを含むフィ一ドフォワード増幅回路 40_n を構成する。

多端子電力合成形電力増幅器では、ハイブリツドの電気的特性と主増幅器の電気的特性のばらつきにより、ポート間に電力漏洩を生じる。そのため、ポート間で干渉が生じ、アレーアンテナで形成されるビーム指向性が所定の設計通りにならない。アレーアンテナで形成されるビーム指向性を設計どうりにするには、ポ —ト間アイソレーションをなるベく小さくする必要がある。そのためには、主増幅器及び入力側及び出力側多端子電力合成器を構成する 7Γ/2ハイプリッドの特性のばらつきを小さくする必要がある。 7Γ/2ハイプリッドの特性は比較的に容易に高い精度で構成できる。そこで、この発明の原理によれば、各系統ごとに主増幅器に対しフィードフォヮ一ド増幅回路を構成することで、主増幅器の電気的特性のばらつきを小さくする。その結果、他ポートへの電力漏洩を小さくでき、従つて、ポート間アイソレーションを大きくできる。

第 1実施例

図 4に本発明の第 1実施例を示す。この実施例は、図 3に示したこの発明の原理的構成における各フィードフォワード増幅回路 40_n を入力側多端子電力合成器 3と出力側多端子電力合成器 5との間に各ポートに対応して構成したものである。即ち、この第 1実施例では、 Ν系統の入力端子 ΙΡ ₁ ·· , ΙΡ_Νを有し、 Ν系統の入力電力合成及び分配を行う入力側多端子電力合成器 3と、入力側多端子電力合成器 3の Ν個の出力端子にそれそれ接続された Ν系統の独立したフィードフォワード増幅回路 40 …， 40_Νと、 Ν系統のフィードフォヮ一ド増幅回路 ^ …， !^の出力端子にそれぞれ接続された入力端子を持つ出力側多端子電力合成器 5 とからフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器が構成される。

各フィードフォワード増幅回路 40_η は入力信号を主増幅器経路 4ΑΜ と線形信号伝達経路 4AL に分配する電力分配器 41と、主増幅器経路 4ΑΜ に直列に挿入された第 1可変位相器 4P1 、第 1可変減衰器 4A1 及び主増幅器 4Μと、主増幅器経路 4ΑΜ の出力と線形信号伝達経路 4AL の出力を分配合成し、主信号伝達経路 4ΒΜ と歪み注入経路 4DL に出力する電力分配 ·合成器 42と、歪み注入経路 4DL に直列に挿入された第 2可変位相器 4Ρ2、第 2可変減衰器 4Α2 及び補助増幅器 4Χと、主信号伝達経路 4ΒΜの出力と歪み注入経路 4DL の出力を電力合成し、主増幅器 4Μの生成した歪みをキャンセルする電力合成器 43とから構成される。フィードフォワード増幅回路 40η の電力分配器 41から電力分配 ·合成器 42までのループを歪み検出回路 40Α と呼び、電力分配 ·合成器 42から電力合成器 43までのループを歪み除去回路 40Β と呼ぶ。

線形信号伝達経路 4AL と主信号伝達経路 4ΒΜ は単にケーブルから成る遅延線路であり、電力分配器 41、電力分配 ·合成器 42、電力合成器 43などは、例えば方向性結合器あるいはハイプリッドで構成される。歪み検出回路 40Α の線形信号伝達経路 4AL に対し、第 1可変減衰器 4A1 と第 1可変位相器 4P1 を調整して電力分配器 42の歪み注入経路 4DLへの出力側で主信号成分がキャンセルされ、主増幅器 4M による非線形歪み成分（差成分）だけが残るようにすることにより、歪み検出回路 40Aのループを平衡させる。同様に、歪み除去回路 40B の主信号伝達経路 4BM の信号に対し、第 2可変減衰器 4A2 及び第 2可変位相器 4P2 を調整して電力合成器 43の出力側で主増幅器 4Mの非線形歪み成分がキャンセルされ主信号成分だけが残るようにすることにより、歪み除去回路 40B のループを平衡させる。主増幅器 4Mの非線形歪みを除去するためのこの様なフィードフォワード増幅回路自体はよく知られている技術である。

次に本発明によるフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器の電気的特性の均一性について説明する。

図 4に示す各フィードフォワード増幅器 40_n は、歪検出回路 40A と歪除去回路 40B に遅延線路 40D1， 40D2を持つ。歪検出回路 40A及び歪除去回路 40B は、電力分配 ·合成器 42及び電力合成器 43で、それそれの経路 4AMと 4AL及び 4BMと 4DLからの信号を等振幅、等遅延、逆位相になるように片方の経路で振幅と位相を調整して二経路の信号を合成する。このとき振幅と位相の調整精度により、歪検出回路 40A及び歪除去回路 40B のループ平衡性がきまる。日本国特許出願公開 No. 1-198 809号「フィードフォワード増幅器の自動利得調整回路」に示されているように、例えば、 30dB以上の歪抑圧量を得るためには振幅偏差及び位相偏差がそれそれ士 0.3dB及び ± 2deg以内のループ平衡性を達成する必要がある。

線形信号伝達経路 4AL を構成する遅延線路は電力分配器 41と電力分配 ·合成器 42間を接続するケーブルであり、その長さにより遅延量が決まるので、この遅延量のばらつき、即ち長さのばらつきは非常に小さくできる。第 1可変位相器 4P1 はこの遅延線路 4AL を基準として調整すればよいので、これも精度高く決めることができる。実際のループの平衡調整においては図 5の実施例を参照して後述するように、第 1パイロット信号を使って位相及び振幅調整を行うことにより、高精度にループ平衡調整ができ、その結果、ループの位相偏差を ± 2deg以内、振幅偏差を ± 0.3dB 以内とすることが比較的容易に可能である。歪み除去回路 40B のループ平衡調整も同様に遅延線で構成された主信号伝達経路 4BM を基準として第 2可変位相器 4P2 を第 2可変減衰器 4A2 と共に調整すればよいので、図 5の実施例を参照して後述するように第 2パイロット信号を使って位相偏差 ±2deg以内、振幅偏差 ± 0.3dB 以内の高精度のループ平衡調整ができる。

このように、多端子電力合成形電力増幅器における複数の主増幅器の均一な電気的特性を実現する方法として、それぞれの主増幅器をフィードフォヮ一ド構成化することが有効である。

フィードフォヮ一ド増幅器の位相特性は、図 4のフィードフォヮ一ド増幅器の構成より、歪検出回路 40A と歪除去回路 40B の遅延線路 4D1 , 4D2の加工精度で決まることが容易に分かる。また、複数のフィードフォワード増幅器の利得特性については、歪検出回路 40A にて主信号を遅延線路 4D1 から送信信号を基準として相殺し、歪み成分を検出することから、フィードフォワード増幅器入力信号のレベルが等しい場合において、均一な利得特性にできることが容易に分かる。

このようにして、複数の独立した主増幅器の電気的特性を均一化するには、それそれの主増幅器をフィードフォヮ一ド構成にすることで達成できる。

この発明はこのことを多端子電力合成形電力増幅器に利用することにより、従来困難であつたポ一ト間アイソレーションの高い多端子電力合成形電力増幅器を実現可能にするものである。これは、素子の不均一な電気的特性のない、いわゆる理想的な多端子電力合成形電力増幅器を実現できることを意味する。

第 2実施例

図 5に本発明の第 2実施例を示す。

フィードフォワード増幅回路 40_n における歪検出回路 40Α と歪除去回路 40Β のループの平衡性は変動する。これは回路の負荷変動、温度変化、経年変化などで容易にループの平衡条件が変化するためである。この問題を解決する方法として、パイ口ット信号を用いたフィ一ドフォヮ一ド構成のループの平衡性を達成する自動利得調整回路（日本国特許出願公開 1-198809号、フィードフォワード増幅器の自動調整回路）がある。これによると、パイロット信号を各ループに注入し、検出し、検出されたパイロット信号のレベルを最小にするように、可変位相器と可変減衰器を調整してループの平衡性を達成する。この方法を用いて構成された移動通信用基地局電力増幅器（權橋祥一、野島俊雄、移動通信用超低歪多周波共通増幅器、電子情報通信学会無線通信システム研究会技術報告 RCS90-4, 1990) が実用化されている。

この第 2実施例においてもフィードフォヮ一ド構成のループの平衡性を容易に達成するためにパイロヅト信号を用いる。第 2実施例は、フィードフォワード構成特有のループ平衡性の経時変化による劣化を修正するために、図 4の実施例におけるフィードフォワード増幅回路 40η に第 1及び第 2パイロット信号を用いて歪検出回路 40Α及び歪除去回路 40Β のループ平衡性を容易に修正できるように構成したものである。パイロット信号を用いたループ平衡性の達成方法については、前述の日本国特許出願公開 1-198809あるいは米国特許 No.5， 166, 634に示されている。本発明では、これらに示されているのと同様の制御方法によりループの平衡性を達成する。

フィードフォワード増幅器 40_n の入力にハイプリッドまたは方向性結合器による第 1パイロット信号結合器 451 を設け、第 1パイロット信号発生器 441 で発生された第 1パイロット信号 PS1 を第 1パイロット信号結合器 451 からフィードフォワード増幅器 40に入力する。第 1及び第 2パイロット信号発生器 441， 442としては、例えば米国特許 No.5 , 166, 634に示されている C Wを用いる方法（特願昭 63 -23574号「フィードフォワード増幅器の自動利得調整回路」）、低周波の変調波を用いる方法（特願平 3-249440号「フィードフォワード干渉回路」 ) 、周波数拡散波を用いる方法（特願平 3-140349号「フィードフォワード干渉回路」）などを使用した発振器を用いる。第 2パイロット信号結合器 452 は、第 1パイロット信号結合器 451 と同様にハイプリッドまたは方向性結合器にて主増幅器 4Mの段間に挿入される。第 1パイロット信号抽出器 461 は、ハイブリッドまたは方向性結合器にて実現され、歪増幅回路 4DL に挿入される。第 2パイロット信号抽出器 46 2 は、ハイブリッドまたは方向性結合器にて実現され、電力合成器 4 3の出力側に挿入される。

第 1パイロット信号抽出器 461 で検出された第 1パイロット信号 PS1 のレベルがレベル検出器 471 で検出され、第 1制御器 481 に入力される。第 1制御器 481 は、第 1パイロット信号 PS1 のレベルを最小にするように、主信号の伝達経路 4A Mの第 1可変位相器 4P1 と第 1可変減衰器 4A1 を段階的に調整する。これにより、歪検出回路 40Aのループ平衡性を達成することができる。第 2パイロット信号抽出器 462 で検出された第 2パイロット信号 PS2 のレベルがレベル検出器 472 で検出され、第 2制御器 482 に入力される。第 2制御器 482 は、第 2パイロット信号 PS2 のレベルを最小にするように、歪増幅経路 4DL の第 2可変位相器 4P2 と第 2 可変減衰器 4A2 を段階的に調整する。これにより、歪除去回路 40B のループ平衡性を達成することができる。この様なループ平衡調整は定期的に行っても、あるいは必要に応じて行ってもよい。また、第 1及び第 2制御器 481 , 482によりそれそれ歪み検出回路 40A と歪み除去回路 40B のループの平衡制御を行う例を示したが、 1つの制御器で両方のループ平衡制御を行ってもよい。

なお、図 5の実施例では第 1及び第 2パイロット信号発生器 441， 442と，第 1 及び第 2レベル検出器 471， 472と，第 1及び第 2制御器 481， 482とを各系統のフイードフォワード増幅回路 40_n に専用に設けた場合を示したが、図 7の実施例で後述するように、これら第 1及び第 2パイロット信号発生器 441 , 442と，第 1及び第 2レベル検出器 471， 472とを全系統に対し共通に 1つずつ設け、それそれ第 1及び第 2パイロット信号発生器 481， 482と、第 1及び第 2レベル検出器 471， 4 72とをそれそれ切替器により所望の系統の第 1及び第 2パイロット信号結合器 45 1， 452及び第 1及び第 2パイロット信号抽出器 461， 462に接続するように構成してもよい。第 1及び第 2制御器 481 , 482は第 1及び第 2レベル検出器 471， 472の検出レベルに基づいて全系統の第 1及び第 2可変減衰器 4A1 , 4A2と、第 1及び第 2可変位相器 4P1， 4P2を制御する。

このようにして、フィードフォワード増幅器 40_n の歪抑圧特性を安定的に得ることができる。また、独立した複数の主増幅器 4Mの電気的特性のばらつきを容易に小さくすることができる。また、フィードフォワード増幅器に関する各種の歪補償技術、パイロット信号の高感度化技術、などを本発明に適用しても同様な効果があることは容易に類推できる。

以上の第 1実施例及び第 2実施例により本発明は、フィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器の調整の簡易化、経年変化、温度変化などによる電気的特性の偏りの防止、アレーアンテナのビーム形成に対して影響を与えないなどの利点がある。第 3実施例

図 6に本発明の第 3実施例を示す。第 1及び第 2実施例では図 3における入力側多端子電力合成器 3と出力側多端子電力合成器 5の間に各ポ一トに対応して主増幅器 4Mを含むフィードフォワード増幅回路 40„ を構成する場合を示したが、図 6の実施例では、図 3において、各入力ポート IP_n から、主増幅器 4Mを経て出力ポート OPn に至る各系統全体でフィードフォワード増幅回路 40η を構成した場合である。具体的には、図 6の実施例は、図 4の実施例において、入力側多端子電力合成器 3を全系統の主増幅器 4Μの入力側に移し、出力側多端子電力合成器 5を全系統の主増幅器 4Μの出力側に移した構成であり、その他の構成は図 4と同様である。従って、各入力ポート IPn からの入力信号は対応するフィードフォワード増幅回路 40_n の電力分配器 4 1に供給され、そのフィードフォワード増幅回路 40 n の電力合成器 43の出力から出力ポート OPn に各系統の信号が出力される。

各入力ポート IPn の送信信号は、フィードフォワード増幅回路 40_n の電力分配器 41に入力される。電力分配器 41と、電力分配 ·合成器 42と、電力分配器 41から、第 1可変減衰器 4A1 、第 1可変位相器 4P1 、入力側多端子電力合成器 3、主電力増幅器 4M、及び出力側多端子電力合成器 5を経て電力分配 ·合成器 4 2に至る主増幅器経路 4AM と、電力分配器 41から遅延線路 4D1 を経て電力分配 ·合成器 42に至る線形信号伝達経路 4D1 とにより歪検出回路 40A を構成する。

電力分配 ·合成器 42は主増幅器経路 4MA の出力信号と遅延線路 4D1 の出力信号とを分配 ·合成して歪み除去回路 40B の主信号伝達経路 4BM に和成分を出力し、歪み注入経路 4DL に差成分である主増幅器の非線形歪成分を出力する。電力分配 •合成器 42から電力合成器 43に至る遅延線路により構成される主信号伝達経路 4D 2 と、電力分配 ·合成器 42から第 2可変減衰器 4A2 、第 2可変位相器 4P2及び補助増幅器 4Xを経て電力合成器 43に至る歪注入経路 4DL と、電力合成器 43は歪み除去回路 40B を構成している。

主信号伝達経路 4BM の出力と歪注入経路 4DL の出力は、電力合成器 43にて電力合成され、それにより主信号伝達経路 4BM の出力信号中の歪成分は、主信号伝達経路 4BMの出力信号の歪成分と等振幅、等遅延、逆位相の歪注入経路出力信号を合成することにより除去される。この実施例で特徴的なことは、各系統の主増幅器経路の主信号は主増幅器 4Mの入力側に設けられた入力側多端子電力合成器 3により全系統の主増幅器 4Mに分配され、それら主増幅器 4Mからの出力が出力側多端子電力合成器 5により合成されてその大部分の電力が対応する 1つの系統の電力分配 ·合成器 42に供給され、残りの電力が他の系統の電力分配 ·合成器 42に分配される。この時、上記 1つの系統の電力分配 ·合成器 42には他の系統からの洩れ電力も入力されるが、その洩れ電力はフィードフォワード増幅回路 40_n を構成する歪み検出回路 40A により歪みとして主増幅器 4Mによる非線形歪みと共に検出され、歪み除去回路 40B の電力合成器 43でキャンセルされる。

即ち、全系統の電力合成器 3、 5及び主増幅器 4Mの特性のばらつきに起因するポート間の電力の洩れも歪みとしてそれぞれの歪み検出回路 40A により検出され、その歪みは電力合成器 43においてキャンセルされる。このことは、構成部品の電気的特性にばらつきが非常に小さい、従ってポート間アイソレーションが非常に高い理想的なフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器を実現できることと等価であることを意味している。また、この構成によれば、主増幅器 4Mの特性のばらつきについて要求される条件はないので、それだけ安価な増幅器を使用することができる。

第 4実施例

図 7の実施例は図 6の実施例に対し、図 5の実施例で示したと同様な第 1及び第 2パイロット信号による歪み検出回路 40A と歪み除去回路 40B のループ平衡を行うための構成を付加したものである。ここでは、各系統の入力ポート IP_n と電力分配器 41の入力側との間に第 1パイロット信号結合器 451 を設け、出力側多端子電力合成器 5の各出力と電力分配 ·合成器 42の入力との間に第 2パイロット信号結合器 452 を設け、各歪み除去回路 40B の電力分配 ·合成器 42と補助増幅器 4X との間の歪み注入経路 4DL に第 1パイロット抽出器 461 が設けられ、電力合成器 43の出力側に第 2パイロット信号抽出器 462 が設けられる。

切り替え器 6及び 7により選択した系統に対し第 1及び第 2パイロット信号発生器 441， 442からの第 1及び第 2レベル検出器 471 , 472と切り替え器 8及び 9により選択した所望の系統のパイ口ット信号抽出器 461 , 462から抽出した第 1及び第 2パイロット信号のレベルをレベル検出器 471， 472により検出する。レベル検出器 471， 472の検出レベルは第 1及び第 2制御器 481 , 482に与えられ、これらに基づいて第 1可変減衰器 4A1 , 第 1可変位相器 4AB，及び第 2可変減衰器 4A2 , 第 2可変位相器 4P2 が制御される。切り替え器 6と 8は連動して同じ系統を選択するように第 1制御器 481 により制御され、切り替え器 7と 9は連動して同じ系統を選択するように第 2制御器 482 により制御される。

入力端子 IPn の送信信号は、第 1パイロット信号結合器 451 に入力される。第 1パイロット信号結合器 451 は、第 1パイロット信号 PS1 を系統 nに結合する。第 1パイロット信号結合器 451 の出力は、フィードフォワード増幅回路 40_n の電力分配器 41に入力される。

電力分配 ·合成器 4 2は主増幅器経路 4MA の出力信号と遅延線路 4D1 の出力信号とを分配 ·合成して歪み除去回路 40B の主信号伝達経路 4BM に和成分を出力し、歪み注入経路 4DL に差成分である主増幅器の非線形歪成分とポート間洩れ電力を歪みとして出力する。第 2パイロット信号結合器 452 は、増幅された送信信号系統 1に第 2パイロット信号 PS2 を注入する。電力分配 ·合成器 42の和成分出力は遅延線路にて構成される主信号伝達経路 4D2 に供給され、電力分配 ·合成器 42の差成分出力は、第 1パイロット信号抽出器 461 、第 2可変減衰器 4A2 、第 2可変位相器 4P2及び補助増幅器 4Xにより構成される歪注入経路 4DL に供給される。主信号伝達経路 4D2 の出力と歪注入経路 4DL の出力は、電力合成器 4 3にて電力合成される。即ち、主信号伝達経路 4D2 の出力信号中の歪成分は、主信号伝達経路 4DL の出力信号である歪成分と等振幅、等遅延、逆位相の歪注入経路出力信号を合成することにより除去される。

第 1パイロット信号 PS1 は、トーンまたは変調波を発生する信号発生器と所定の周波数に変換する周波数変換器にて構成される第 1パイ口ット信号発生器 441 にて生成する。第 1制御器 481 は切替器 6と 8に所望の送信系統を選択するよう制御し、それによつて、第 1パイロット信号 PS1 を選択された送信系統の第 1パィロット信号結合器 451 に注入し、その送信系統の第 1パイロット信号抽出器 46 1 により歪み注入経路 4DL から第 1パイロット信号 PS1 を抽出する。

第 1パイロット信号抽出器 461 により抽出された第 1パイロット信号 PS1 は、第 1レベル検出器 471 に与えられ、そのレベルが検出される。第 1レベル検出器 471 は、第 1パイロット信号 PS1 がトーンの場合、狭帯域フィルタ、周波数変換器とレベル検出器にて構成される。第 1パイロット信号 PS1 が変調波の場合、帯域フィル夕、周波数変換器、検波器、判定器、搬送波同期回路等により構成される。第 1レベル検出器 471 にて検出された第 1パイロット信号のレベルは、第 1 制御器 481 に入力され、第 1制御器 481 は、入力された第 1パイロット信号の検出レベルを最小にするように第 1可変減衰器 4A1 と第 1可変位相器 4P1 を段階的に制御する。

これらの制御アルゴリズムは、従来から実用化されている摂動法、最急降下法、または各種の適応アルゴリズムなどで実現される。第 1制御器 481 は、選択した系統の可変減衰器 4A1 と可変位相器 4P1 を調整後に、第 1パイロット信号 PS1 注入する系統を切り替える切替器 6、 8を制御して別の系統の可変減衰器 4A1 と可変位相器 4P1 を調整する。第 1制御器 481 の制御手順は、予め決めた順に系統を選択することを切替器 6、 8に指示し、第 1パイロット信号の検出レベルを最小にするように選択した系統の可変減衰器 4A1 と可変位相器 4P1 を 1ステップまたは数ステップ制御し、切替器 6、 8に別の系統を選択する信号を送出する。このようにして、 N系統を順次制御する。

第 2制御器 482 により制御されて切替器 7、 9は所定の送信系統を選択し、選択された送信系統の第 2パイロット信号結合器 452 に第 2パイロット信号発生器 44 から発生された第 2パイロット信号 PS2 が注入される。第 2パイロット信号抽出器 462 により抽出された第 2パイロヅト信号 PS2 が第 2レベル検出器 472 に与えられ、第 2パイロット信号のレベルが検出され、第 2制御器 482 に与えられる。第 2レベル検出器 472 は、第 2パイロット信号 PS2 がトーンの場合、狭帯域フィルタ、周波数変換器とレベル検出器にて構成される。第 2パイロット信号 PS 2 が変調波の場合、帯域フィルタ、周波数変換器、検波器、判定器、搬送波同期回路等により構成される。第 2制御器 482 は、入力された第 2パイロット信号のレベルを最小にするように第 2可変減衰器 4A2 と第 2可変位相器 4P2 を段階的に制御する。これらの制御アルゴリズムは、従来から実用化されている摂動法、最急降下法、または各種の適応アルゴリズムなどで実現される。第 2制御器 482 は、第 1制御器 481 の場合と同様に選択した系統の可変減衰器 4A2 と可変位相器 4P2 を調整後に、切り替える切替器 7 , 9を制御して別の系統を選択し、可変減衰器 4A2 と可変位相器 4P2 を調整する。

上記構成により、第 1パイロヅト信号 PS1 を用いてフィードフォワード構成の歪検出回路 40Aの平衡性を達成し、かつ、第 2パイロット信号 PS2 を用いて歪除去回路 40B の平衡性を達成する。また、制御器 481 , 482により、送信系統を切り換えてフィードフォヮ一ド増幅回路のループの平衡性を順次達成する。電力増幅器のすべてのフィードフォヮ一ド増幅回路のループの平衡性を達成することで、電力増幅器におけるすべての送信系統の電気的特性を均一化できる。本発明の電力増幅器に使用される第 1及び第 2パイロット信号については、拡散符号で周波数拡散されていてもよい。

図 8に本発明の第 5実施例を示す。

図 8の実施例は、図 6の第 4実施例において切り替え器 6、 7、 8、 9を用いず、それぞれの系統に対し専用の第 1及び第 2パイ口ット信号発生器 (44h〜441 NS 442 !〜442 と、第 1及び第 2レベル検出器（471 !〜471_N、 472 i〜472_N) と、第 1及び第 2制御器（481 ₁〜481Ν、 ΑδΖ ϊ ΑδΖ を設けたものである。これにより、全送信系統のフィ一ドフォヮード増幅回路 ^！〜^!^の全ループの平衡性を同時に達成する。第 1パイロット信号 PS1 及び第 2パイロット信号 PS2 の周波数は、増幅器の相互変調歪みによる混変調を回避する周波数にそれそれ設定される。これにより、電力増幅器のすべてのループの平衡性を達成することで、電力増幅器におけるすべての送信系統の電気的特性を均一化できる。電力増幅器のすべてのループの平衡性を達成することで、電力増幅器におけるすべての送信系統の電気的特性を均一化できる。

図 9に本発明の第 6実施例を示す。

図 9は、本発明によるフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器 100 をアレーアンテナに応用した実施例であり、 F D D (frequency division duplex) を使用し、送信信号と受信信号では異なるキヤリァ周波数を使用する場合である C 図 3〜 8のいずれかで示した本発明によるフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器 100 の出力系統 0Ρ 〜0Ρ_Νは、それそれ共用器（デュープレクサ） 7h 〜71Nに入力される。共用器 7h〜71_Nは、アンテナ 7( 〜70N'で周波数の異なる受信した信号と送信信号を分配する。アンテナ 70₁〜7(^で受信された信号は、共用器ァ〜ァを経て受信機 (ァ？！〜ァ?^に入力される。受信機 72 i〜72_Nでは所定の信号処理を行う。このように、本発明のフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器 100 は、アレーアンテナ 7( 〜70_Nと組み合わせることができる。

図 9のフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器は、これまで述べてきた図 3から図 8のいずれの増幅器構成であってもよい。

図 1 0にこの発明の第 6実施例を示す。

図 1 0はこの発明によるフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器 100 をアレーアンテナに応用した他の実施例である。ここでは T D D (time division duplex)を使用し、図 9の共用器ァ〜ァが R Fスィツチ SW₁〜SW_Nに置き換えられた構成となっている。送信タイムスロヅトでは R Fスィツチ SW₁〜SW_Nはフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器 100側に接続されて増幅器 100 により増幅された送信信号をアンテナ 7( から 70_Nから送出する。受信タイムスロットでは R Fスィツチ SW 〜SW_Nは受信機 72!〜72_N側に接続され、アンテナ 70₁〜70_Nからの受信信号を受信機ァ？〜ァに供給する。この様に、この発明による電力増幅器は、無線通信方式によらず、マルチビーム及びァダプティブアレーアンテナのための送信増幅器として適用できる。発明の効果

本発明は上記構成を備えることにより、以下の効果を奏するものである。

( 1 ) 独立した複数の主増幅器の電気的特性を均一化することができる。

( 2 ) 装置の温度変化、経年変化等に対して十分安定した電気的特性を得ることができる。

( 3 ) 製造における調整が簡易となる。

( 4 ) 各ポートごとにフィードフォワード構成化することで、多端子電力合成器の電気的特性と各電力増幅器の電気的特性の不均一による他ポートへの電力漏洩を各電力増幅器の非線形歪と合わせて検出し、除去できる。

( 5 ) アレーアンテナのビーム形成に影響を与えない電力増幅器が提供できる。 (6) アレーアンテナ用電力増幅器の小型化、経済化、低消費電力化ができる,

Claims

請求の範囲

1 . 複数系統の入出力ポートを備え、各系統に送信信号を増幅し、主信号として出力する主増幅器を有する多端子電力合成形電力増幅器と、

各系統の上記入出力ポート間において対応する上記主増幅器を含んで構成され、その主増幅器が出力する上記主信号中の歪み成分を除去するフイードフォワード増幅回路、

とを含むフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器。

2 . 請求項 1に記載のフィ一ドフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、各系統の上記フイードフォヮ一ド増幅回路は、

その系統の上記主増幅器を有し、上記歪み成分を検出し、上記主増幅器からの主信号成分と共にそれぞれ出力する歪み検出回路と、

検出された上記歪み成分を増幅する補助増幅器を有し、増幅された上記歪み成分により上記主信号中の歪み成分をキャンセルする歪み除去回路、

とを含む。

3 . 請求項 2に記載のフィ一ドフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、上記多端子電力合成形電力増幅器は、

上記複数の系統の入力ポートから送信信号が入力され、それらを電力分配及び合成してそれぞれ上記複数系統の上記フィードフォワード増幅回路に入力する入力側多端子電力合成器と、

上記複数の系統の上記フイードフォヮ一ド増幅器からの出力が入力され、それらを電力分配及び合成して上記複数の系統の上記出力ポートに出力する出力側多端子電力合成器、

とを含む。

4 . 請求項 3に記載のフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、各上記系統の上記フイードフォヮ一ド増幅回路の上記歪み検出回路は、

上記入力側多端子電力合成器の対応する出力を線形信号伝達経路と、主増幅器経路に電力分配する電力分配器と、

上記主増幅器経路に直列に挿入された第 1可変減衰器、第 1可変位相器、及び上記主増幅器と、

上記主増幅器経路の出力と上記線形信号伝達経路の出力が与えられ、それらを電力分配合成し和成分と差成分をそれそれ上記主信号成分と上記歪み成分として出力する電力分配 ·合成器、

とを含み、上記歪み除去回路は、

上記主信号成分を伝達する主信号伝達経路と、

上記歪み成分を伝達する歪み注入経路と、

上記歪み注入経路に直列に挿入された第 2可変減衰器、第 2可変位相器、及び上記補助増幅器と、

上記主信号伝達経路の出力と、上記歪み注入経路の出力を電力合成することにより上記主信号成分に含まれる歪み成分を上記補助増幅器により増幅された歪み成分によりキャンセルし、上記主信号成分に含まれる増幅された送信信号を出力する電力合成器、

とを含む。

5 . 請求項 4に記載のフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、更に、第 1及び第 2パイロット信号を発生する第 1及び第 2パイロット信号発生手段と、各系統において上記電力分配器の入力側に挿入され、上記第 1パイロット信号を結合する第 1パイ口ット信号結合器と、上記主増幅器経路に挿入され上記第 2パイロット信号を結合する第 2パイロット信号結合器と、上記歪み注入経路に挿入された第 1パイロット信号抽出器と、上記電力合成器の出力側に挿入された第 2パイロット信号抽出器と、上記第 1及び第 2パイロット信号抽出器により抽出された上記第 1及び第 2パイロット信号のレベルを検出する第 1及び第 2 レベル検出手段と、上記第 1パイロット信号の検出レベルが最小となるように上記第 1可変減衰器と上記第 1可変位相器を制御し、上記第 2パイ口ット信号の検出レベルが最小となるように上記第 2可変減衰器と上記第 2可変位相器を制御する制御手段、とを含む。

6 . 請求項 2に記載のフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、上記多端子電力合成形電力増幅器は、

上記複数の系統の送信信号が入力され、それらを電力分配及び合成して上記複数系統に出力する入力側多端子電力合成器と、

上記入力側多端子電力合成器の上記複数の系統の送信信号がそれぞれ入力され、それらを増幅する上記主増幅器と、

上記主増幅器のそれそれの出力が入力され、それらを電力分配及び合成して上記複数の系統に出力する出力側多端子電力合成器、

とを含む。

7 . 請求項 6に記載のフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、各上記系統の上記フイードフォヮ一ド増幅回路の上記歪み検出回路は、

対応する上記入力端子からの送信信号を線形信号伝達経路と、主増幅器経路に電力分配する電力分配器と、

上記主増幅器経路に直列に挿入された第 1可変減衰器、第 1可変位相器、上記入力側多端子電力合成器の対応する入出力系統、上記主増幅器、及び上記出力側多端子電力合成器の対応する入出力系統と、

とを含み、上記歪み除去回路は、

上記主信号成分を伝達する主信号伝達経路と、

上記歪み成分を伝達する歪み注入経路と、

とを含む。

8 . 請求項 7に記載のフィードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、更に、第 1及び第 2パイロット信号を発生する第 1及び第 2パイロット信号発生手段と、各系統において上記電力分配器の入力側に挿入され、上記第 1パイロット信号を結合する第 1パイロット信号結合器と、上記出力側多端子電力合成器の出力側において上記主増幅器経路に挿入され上記第 2パイロット信号を結合する第 2パイロット信号結合器と、上記歪み注入経路に挿入された第 1パイロット信号抽出器と、上記電力合成器の出力側に挿入された第 2パイロット信号抽出器と、上記第 1及び第 2パイロット信号抽出器により抽出された上記第 1及び第 2パイロット信号のレベルを検出する第 1及び第 2レベル検出手段と、上記第 1パイ口ット信号の検出レベルが最小となるように上記第 1可変減衰器と上記第 1可変位相器を制御し、上記第 2パイロット信号の検出レベルが最小となるように上記第 2可変減衰器と上記第 2可変位相器を制御する制御手段、とを含む。

9 . 請求項 5又は 8に記載のフィ一ドフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、上記第 1及び第 2パイロット信号発生手段は、各系統ごとに設けられた、上記第 1及び第 2パイロット信号を発生して対応する系統の上記第 1及び第 2パイロット信号結合器に供給する第 1及び第 2パイロット信号発生器を含み、上記第 1及び第 2レベル検出手段は、各系統ごとに設けられた、上記第 1及び第 2パイロット信号のレベルを検出する第 1及び第 2レベル検出器を含む。

1 0 . 請求項 5又は 8に記載のフイードフォヮ一ド多端子電力合成形電力増幅器において、上記第 1及び第 2パイロット信号発生手段は、全系統に対し共通に設けられた、上記第 1及び第 2パイロット信号を発生する第 1及び第 2パイロット信号発生器と、所望の系統の上記第 1及び第 2パイロット信号結合器を選択し、上記第 1及び第 2パイロット信号を供給する第 1及び第 2切替器とを含み、上記第 1及び第 2レベル検出手段は、所望の系統の上記第 1及び第 2パイロット信号抽出器を選択する第 3及び第 4切替器と、全系統に対し共通に設けられ、上記第 3及び第 4切替器により選択された系統の上記第 1及び第 2パイロット信号抽出器からの上記第 1及び第 2パイロット信号のレベルを検出する第 1及び第 2レべル検出器を含む。

1 1 . 請求項 1乃至 9のいずれかに記載のフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器において、それぞれの系統の上記出力ポートはアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子に接続されている。

1 2 . 請求項 1 1に記載のフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器において、上記送信信号は周波数多重信号であり、それそれの系統の上記出力ポートと上記アレーアンテナ素子との間にそれそれ共用器が挿入して設けられ、それそれのアンテナ素子は上記共用器を介して複数の受信機に接続されている。

1 3 . 請求項 1 1に記載のフィードフォワード多端子電力合成形電力増幅器において、上記送信信号は時間多重信号であり、それそれの系統の上記出力ポートと上記アレーアンテナ素子との間にそれぞれ切替スィツチが挿入して設けられ、それそれのアンテナ素子は上記切替スィツチを介して複数の受信機に接続されてい