JP2006203271A

JP2006203271A - 歪み発生回路および高周波回路

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Publication number: JP2006203271A
Application number: JP2005009665A
Authority: JP
Inventors: Hirota Araki; 裕太荒木; Takayuki Kato; 貴之加藤; Keiichi Yamaguchi; 恵一山口; Takayuki Teraguchi; 貴之寺口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】電力分配器や方向性結合器の搭載が不要で、回路規模を小型化することが可能な歪み発生回路およびその歪み発生回路を搭載した高周波回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る歪み発生回路は、入力端子１０１と出力端子１０２間に、互いに並列接続されている主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０を備え、主信号回路１１０は、入力端子１０１から入力される高周波信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器１１１を有し、歪み信号発生回路１２０は、入力端子１０１から入力される高周波信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器１２１と、第２の線形増幅器１２１の出力信号を非線形増幅して、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形レプリカント増幅器１２２とを備えている
【選択図】図１

Description

本発明は、歪み発生回路および高周波回路に関し、詳細には、小型化が可能な歪み発生回路およびこの歪み発生回路を搭載した高周波回路に関する。

無線ＬＡＮなどの無線通信システムでは、大容量のデータ伝送のために多値変調方式が利用されている。かかる無線通信システムでは、信号のピークファクタが大きいため、信号を歪みなく増幅する必要があり、線形性の優れた高線形電力増幅器が必要となっている。従来の電力増幅器では、線形性を維持するためにバックオフして用いられてきたが、バックオフ量が大きくなるに従って効率も落ちてしまう問題が発生する。したがって電力増幅器の高効率動作のために高線形化は必須となっている。

電力増幅器の高線形化を実現する技術として、線形補償回路を付加する方式が広く用いられている。かかる線形補償回路として、例えばプレディストータ回路がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、プレディストータ回路の基本的な動作原理を説明する。プレディストータ回路は、電力増幅器の入出力特性を補償するために、電力増幅器の入出力特性と逆特性の回路を電力増幅器の前段に配置している。

電力増幅器の入出力特性は下記多項式（１）で表される。
Vout＝K1*Vin＋K2*(Vin)³＋K3*(Vin)⁵＋… ・・（１）

上記式（１）において、５次以降の歪みはレベルが小さいため、５次以降の歪みを考慮しないで３次の項までを考えると、下記式（２）で表すことができる。
Vout＝K1*Vin＋K2*(Vin)³ ・・・（２）

上記式（２）において、第２項目の成分のために出力信号が歪む。この場合は３次成分であるため、３次歪みと呼ばれる。したがって、出力信号に含まれる３次歪みの成分をなくすためにはあらかじめ上記式（２）の第２項を発生させる回路を通し、反転して足し合わせればよいことが分かる。

プレディストータ回路には、アナログ信号で処理を行うものと、デジタル信号で処理を行うものとに大別される。アナログプレディストータ回路は、煩雑な処理を必要とし回路構成も複雑になるデジタルプレディストータ回路と異なって、安価で簡単な構成とすることができる。アナログプレディストータ回路を特にエキスパンダー型プレディストータ回路という。かかるエキスパンダー型プレディストータ回路の動作原理を説明する。

まず、入力主信号は電力分配器である例えば方向性結合器を介して二つの経路に分けられる。一方の経路に入力された信号は遅延線路を通して電力合成器である例えば方向性結合器に送られる。送られた主信号をVuとすると下記式（３）のように表すことができる。

Vu=a1*Vin ・・・（３）
ここでa1は経路での損失量を表す。

他方の経路に入力された信号は、レプリカ電力増幅器で電力増幅を受ける前後に適当なレベル調整を受けた後、方向性結合器に送られる。レプリカ電力増幅器は、出力端子の後段に設置されるメイン増幅器と同一の非線形特性を有するため、ここで３次歪み成分を含む信号Vdが発生する。
Vd=a2*Vin+b*(Vin)³ ・・・（４）

方向性結合器では両信号が逆位相で合成される。逆位相にするためには遅延回路で調整を行う。これにより、出力端子には遅延線路の損失により減衰された主信号と、主信号とは逆位相を持つ３次歪み成分が含まれる信号との合成信号Vpdが出力される。
Vpd=Vu-Vd
=(a1-a2)*Vin-b*(Vin)³ ・・・（５）

出力端子はメイン増幅器に接続されるので、上記式（５）を入力信号とし、上記式（２）式に代入することで、下式（６）に示す最終的な出力信号が得られる。
Vout=K1*(a1-a2)*Vin-K2*((a1-a2)3-K1*b3）*Vin³+(３次より上の項)・・・（６）

このとき、（４）式における係数a2およびbを適切に与えることにより、（６）式の３次の項を打ち消すことができる。係数bの負符号は位相が反転していることを意味している。

特開２００３−２５８５６２号公報

しかしながら、従来のエキスパンダー型プレディストータ回路では、十分にアイソレーションが確保されていないと回路内で帰還がかかってしまうため正常動作が行われない。そのため、従来のエキスパンダー型プレディストータ回路では、アイソレーションを確保するために電力分配および合成手段としてウィルキンソン電力分配器や方向性結合器などを使用している。かかるウィルキンソン電力分配器や方向性結合器は、アイソレーションは高いが大きな規模の回路を使用しなければならないため、回路全体を小型化することが困難であるという問題がある。また、従来のエキスパンダー型プレディストータ回路では、逆位相で合成しなければならないため、遅延回路の調整が難しいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電力分配器や方向性結合器の搭載が不要で、回路規模を小型化することが可能な歪み発生回路およびその歪み発生回路を搭載した高周波回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を備え、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを有することを特徴とする。

また、本発明は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を備え、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路と、前記増幅器の出力信号と前記位相調整回路の出力信号との合成信号を増幅するメイン増幅器とを備え、前記歪み発生回路は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号を増幅して出力するメイン増幅器と、前記メイン増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路とを備え、前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路と、前記歪み発生回路の出力信号を増幅して出力するメイン増幅器とを備え、前記歪み発生回路は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路と、前記増幅器の出力信号と前記位相調整回路の出力信号との合成信号を増幅するメイン増幅器とを備え、前記歪み発生回路は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号を増幅して出力するメイン増幅器と、前記メイン増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路とを備え、前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路と、前記歪み発生回路の出力信号を増幅して出力するメイン増幅器とを備え、前記歪み発生回路は、入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、前記主信号回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、前記歪み信号発生回路は、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする。

本発明に係る歪み発生回路によれば、入力端子と出力端子間に主信号回路および歪み信号発生回路を並列接続し、前記主信号回路では、第１の線形増幅器はアイソレーションが確保されており、前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する一方、前記歪み信号発生回路では、第２の線形増幅器は前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力し、非線形増幅器は、第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力することとしたので、電力分配器や方向性結合器等のコンポーネントを使用しなくても回路内のアイソレーションを確保でき、回路規模を小型化することが可能な歪み発生回路を提供することが可能となる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る歪み発生回路および高周波回路の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る歪み発生回路１００の構成例を示す図である。歪み発生回路１００は、図１に示すように、入力端子１０１と、出力端子１０２と、入力端子１０１および出力端子１０２間に互いに並列に配置されている、主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０とで構成されている。

主信号回路１１０は、主信号を通過させる回路であり、反転出力機能を有し、アイソレーションが十分に確保された第１の線形増幅器１１１（反転増幅器）で構成されている。第１の線形増幅器１１１としては、例えば、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタを使用することができる。ここでのアイソレーションとは、トランジスタの出力端から入力端へのアイソレーションをいう。トランジスタのＳパラメータのＳ１２が−１５ｄＢ程度の低さであれば、アイソレーションが確保される。

歪み信号発生回路１２０は、歪み信号を発生させる回路であり、反転出力機能を有する第２の線形増幅器１２１（反転増幅器）と、反転出力機能を有する非線形レプリカ増幅器１２２（反転増幅器）と、非線形レプリカ増幅器１２２の出力信号の出力レベルを調整するための減衰器１２３とが直列接続されて構成されている。非線形レプリカ増幅器１２２は、出力端子１０２の後段に接続されるメイン増幅器（不図示）と同じ非線形特性を有している。

上記構成の歪み発生回路１００の動作原理を図２を参照して説明する。図２は、図１の歪み発生回路１００の各部における信号のスペクトルおよびその位相を示している。図２において、Ｓ１は入力信号のスペクトル、Ｓ２は第１の線形増幅器１１１を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ３は第２の線形増幅器１２１を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ４は非線形レプリカ電力増幅器１２２を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ５は減衰器１２３を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ６は出力信号のスペクトルを示している。ここでは、入力端子１０１に、周波数ｆ１およびｆ２の２つの正弦波（主信号成分）が入力された場合を例示して説明する。

図１において、入力端子１０１から入力される入力信号（スペクトルＳ１）は、主信号回路１１０と歪み信号発生回路１２０とに分配される。分配の際、第１の線形増幅器１１１でアイソレーションが確保されているため、ウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用する必要がない。

主信号回路１１０においては、第１の線形増幅器１１１では、入力端子１０１から入力された入力信号（スペクトルＳ１）が線形増幅された後、位相が反転された信号（スペクトルＳ２）が出力端子１０２に出力される。

歪み信号発生回路１２０においては、第２の線形増幅器１２１では、入力端子１０１から入力された入力信号（スペクトルＳ１）が線形増幅された後、位相が反転された信号（スペクトルＳ３）が非線形レプリカ電力増幅器１２２に出力される。非線形レプリカ増幅器１２２では、第２の線形増幅器１２１から入力される信号（スペクトルＳ２）が非線形増幅されるとともに反転されて入力信号（スペクトルＳ１）と同位相となり、さらに、３次歪み成分ｆ３およびｆ４を重畳した信号（スペクトルＳ４）が減衰器１２３に出力される。

減衰器１２３では、非線形レプリカ増幅器１２２から入力される信号（スペクトルＳ４）が第１の線形増幅器１１１の出力信号（スペクトルＳ２）の出力レベルと同レベルになるように調整され、レベル調整された信号（スペクトルＳ５）が出力端子１０２に出力される。

出力端子１０２からは、第１の線形増幅器１１１の出力信号（スペクトルＳ２）と減衰器１２３の出力信号（スペクトルＳ５）が合成された合成信号（スペクトルＳ６）が出力される。この合成の際、第１の線形増幅器１１１でアイソレーションが確保されているため、ウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用する必要がない。

以上説明したように、実施の形態１に係る歪み発生回路１００によれば、入力端子１０１と出力端子１０２間に、互いに並列接続されている主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０を備え、主信号回路１１０は、入力端子１０１から入力される高周波信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器１１１を有し、歪み信号発生回路１２０は、入力端子１０１から入力される高周波信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器１２１と、第２の線形増幅器１２１の出力信号に対して非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形レプリカ増幅器１２２とを備えているので、電力分配器や方向性結合器等のコンポーネントを使用しなくても回路内のアイソレーションを確保でき、回路規模を小型化することが可能となる。これにより、歪み発生回路と後段に接続されるメイン増幅器を同一半導体基板上に集積化（ワンチップ化）することが容易となる。

また、減衰器１２３は、歪み信号発生回路１２０の出力信号レベルが、主信号回路１１０（第１の線形増幅器１１１）の出力信号レベルと同じになるように、非線形レプリカ増幅器１２２の出力信号レベルを減衰させているので、主信号生成回路１１０と歪み信号発生回路１２０の出力信号レベルを同じにすることができる。なお、減衰器１２３を配置する位置は、図１に示す構成に限定されるものではなく、歪み信号発生回路１２０のどの位置に配置することにしてもよい。

また、第１の線形増幅器１１１，第２の第２の線形増幅器１２１，および非線形レプリカ増幅器１２２は、反転出力機能を有しているため、移相器や遅延線路などの位相調整回路を配置しなくても信号を逆位相で合成させることができ、位相調整回路が不要となり、低コストな構成とすることができる。

また、出力端子１０２の出力信号（スペクトルＳ６）は、主信号成分が重畳されていない３次歪みにより発生した成分のみから構成されているため、この後に合成される主信号のレベルを落とす必要がなくなる。

（変形例）
上記図１の第１の線形増幅器１１１が、出力端子１０２の出力信号（スペクトルＳ６）の主信号成分レベルが、入力信号（スペクトルＳ１）の主信号成分レベルと同程度になるように、入力信号（スペクトルＳ１）を適正な（所定の）利得で増幅する構成としてもよい。図３は、図１の第１の線形増幅器１１１が入力信号（スペクトルＳ１）を適正な利得で増幅する構成とした場合に、歪み発生回路１００の各部の信号スペクトルおよびその位相の一例を示す図である。

図１において、入力端子１０１から入力された入力信号（図３のスペクトルＳ１）は、第１の線形増幅器１１１で、適正な利得で線形増幅された後、位相が反転されて、位相が反転された信号（図３のスペクトルＳ２）が出力端子１０２に出力される。出力端子１０２では、第１の線形増幅器１１１の出力信号（図３のスペクトルＳ２）と減衰器１２３の出力信号（図３のスペクトルＳ５）が合成された合成信号（図３のスペクトルＳ６）が出力される。この合成信号（図３のスペクトルＳ６）は、入力信号（図３のスペクトルＳ１）と同レベル程度の主信号成分ｆ１，ｆ２が残っており、３次歪み成分ｆ３，ｆ４は逆歪みとなって現れている。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る歪み発生回路２００の構成例を示す図である。図４において、図１と同等機能を有する部位には同一符号を付してある。実施の形態２に係る歪み発生回路２００は、実施の形態１（図１）に係る歪み発生回路１００に位相調整回路を設けた構成である。上述したように、出力端子１０２で、主信号回路１１０の出力信号と歪み発生回路１１１の出力信号とを合成する際に、両信号は逆位相である必要があるが、この位相を調整するために位相調整回路を設けたものである。

実施の形態２に係る歪み発生回路２００は、図４に示すように、主信号回路１１０において、第１の線形増幅器１１１の前段および後段に、入力される信号の位相を調整する、移相器または遅延線路からなる位相調整回路２０１，２０２が配置されている。主信号回路１１０では、入力端子１０１から入力された入力信号は、位相調整回路２０１で位相が調整された後に第１の線形増幅器１１１で位相が反転され、さらに位相調整回路２０２で位相が調整された後、出力端子１０２に出力される。

なお、図４においては、位相調整回路を第１の線形増幅器１１１の前段および後段に配置する構成としたが、位相調整回路の数は、１つ以上であればよく、配置する位置も主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０のいずれの位置でもよい。具体的には、位相調整回路は、第１の線形増幅器１１１の前段および／または後段、第２の線形増幅器１２１の前段、第２の線形増幅器１２１と非線形レプリカ増幅器１２２の間、非線形レプリカ増幅器１２２と減衰器１２３の間、減衰器１２３の後段に配置することができる。

実施の形態２の歪み調整回路２００によれば、主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０の少なくとも一方に、入力信号の位相を調整する位相調整回路を設けているので
位相のずれを修正することができ、主信号を劣化させることなく伝送することが可能となる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係る歪み発生回路３００の構成例を示す図である。図５において、図４と同等機能を有する部位には同一符号を付してある。実施の形態２に係る歪み発生回路２００は、第１の線形増幅器１１１，第２の線形増幅器１２１，および非線形レプリカ増幅器１２２は位相反転出力する構成である。これに対して、実施の形態３に係る歪み発生回路３００は、第１の線形増幅器３０１，第２の線形増幅器３０２，および非線形レプリカ増幅器３０３は位相反転出力しないで出力する構成である。出力端子１０２で合成される主信号回路１１０の出力信号と歪み信号発生回路１２０の出力信号が、その主信号成分ｆ１，ｆ２が逆位相の関係にあればよいため、位相調整回路で位相を調整して逆位相の関係とすることにより、第１の線形増幅器３０１、第２の線形増幅器３０２および非線形レプリカ増幅器３０３は反転出力する必要がなくなる。

主信号回路１１０は、入力端子１０１から入力される信号の位相を調整する位相調整回路２０１と、アイソレーションが確保されており、位相調整回路２０１から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器３０１と、第１の線形増幅器３０１から入力される信号の位相を調整する位相調整回路２０２とを備えている。

歪み信号発生回路１２０は、入力端子１０１から入力される信号を線形増幅する第２の線形増幅器３０２と、第２の線形増幅器３０２から入力される信号を非線形増幅する非線形レプリカ増幅器３０３と、非線形レプリカ増幅器３０３から入力される信号の出力レベルを調整するため減衰器１２３とを備えている。

なお、位相調整回路の数および配置する位置は図５に示す構成に限定されるものではなく、実施の形態２と同様に、位相調整回路の数は、１つ以上であればよく、配置する位置も主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０のいずれの位置でもよい。

実施の形態３に係る歪み発生回路３００によれば、入力端子１０１と出力端子１０２間に互いに並列接続されている、主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０を備え、主信号回路１１０は、入力端子１０１から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器３０１を有し、歪み信号発生回路１２０は、入力端子１０１から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器３０２と、第２の線形増幅器３０２の出力信号を非線形増幅するとともに、歪み信号を重畳して出力する非線形レプリカ増幅器３０３とを備え、主信号回路１１０および歪み信号発生回路１２０の少なくとも一方に、入力信号の位相を調整する位相調整回路を設けているので、第１の線形増幅器３０１、第２の線形増幅器３０２、および非線形レプリカ増幅器３０３は反転出力機能が不要となる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態１に係る歪み発生回路１００を用いた高周波回路５００の一例を示す図である。歪み発生回路１００は、上記図２で示した動作原理で動作する。高周波回路５００は、図６に示すように、入力信号を増幅する増幅器５０２と、入力信号に三次歪み成分を重畳する歪み発生回路１００と、歪み発生回路１００の出力信号の位相を調整する位相調整回路５０１と、増幅器５０１の出力信号と位相調整回路５０１の出力信号とが合成された信号を増幅するメイン増幅器５０３とを備えている。

上記構成の高周波回路５００の動作原理を図７を参照して説明する。図７は、図６の高周波回路５００の各部における信号のスペクトルおよびその位相を示している。図７において、Ｓ５０１は入力信号のスペクトル、Ｓ５０２は増幅器５０２を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ５０３は歪み発生回路１００を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ５０４は、位相調整回路５０４を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ５０５は増幅器５０２を通過した信号と位相調整回路５０４を通過した信号とが合成された信号のスペクトル、Ｓ５０５はメイン増幅器５０３を通過した信号のスペクトルを示している。ここでは、周波数ｆ１およびｆ２の２つの正弦波（主信号成分）が入力された場合を例示して説明する。

図６において、入力信号（スペクトルＳ５０１）は、増幅器５０２と歪み発生回路５００とに分配される。分配の際、上述したように、ウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用しない。増幅器５０２では、入力信号（スペクトルＳ５０１）が増幅され、増幅された信号（スペクトルＳ５０２）が出力される。ここで、増幅器５０２はその利得は特に問題ではないが、線形性が高く歪みを発生させないことが望ましい。

歪み発生回路５００では、入力信号（スペクトルＳ５０１）に３次歪み成分ｆ３およびｆ４を重畳され、３次歪み成分ｆ３およびｆ４が重畳された信号（スペクトルＳ５０３）が位相調整回路５０１に出力される。位相調整回路５０１では、歪み発生回路５００から入力される信号（スペクトルＳ５０３）の位相調整（位相反転）が行われ、位相調整された信号（スペクトルＳ５０４）が出力される。増幅器５０２の出力信号（スペクトルＳ５０２）と位相調整回路５０１の出力信号（スペクトルＳ５０４）が合成され、合成信号（スペクトルＳ５０５）がメイン増幅器５０３に出力される。この合成の場合にもウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用しない。

メイン増幅器５０３では、合成信号（スペクトルＳ５０５）が増幅されて増幅した信号（スペクトルＳ５０６）が出力される。この場合、メイン増幅器５０３で生じる３次歪み成分ｆ３，ｆ４は、合成信号の逆相の３次歪み成分ｆ３，ｆ４で打ち消され、メイン増幅器５０３からは３次歪み成分ｆ３，ｆ４の無い信号が出力される。

位相調整器５０１を配置する位置は図６の構成に限られるものではなく、増幅器５０２の前後両方またはその一方に配置することにしてもよい。

なお、実施の形態４では、実施の形態１の歪み発生回路１００を高周波回路５００に適用する場合について説明したが、実施の形態２，３の歪み発生回路２００，３００を適用することにしてもよい。

（実施の形態５）
図８は、実施の形態１に係る歪み発生回路１００を用いた高周波回路６００の一例を示す図である。歪み発生回路１００は、上記図２で示した動作原理で動作する。高周波回路６００は、図８に示すように、入力信号を増幅する増幅器６０３と、増幅器６０３の出力信号を増幅するメイン増幅器６０４と、入力信号に三次歪み成分を重畳する歪み発生回路１００と、歪み発生回路１００の出力信号の位相を調整する位相調整回路６０１と、位相調整回路６０１の出力信号を線形増幅する線形増幅器６０２とを備えている。

上記構成の高周波回路６００の動作原理を図９を参照して説明する。図９は、図８の高周波回路６００の各部における信号のスペクトルおよびその位相を示している。図９において、Ｓ６０１は入力信号のスペクトル、Ｓ６０２はメイン増幅器６０４を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ５０３は歪み発生回路１００を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ６０４は線形増幅器６０２を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ６０５はメイン増幅器６０４を通過した信号と線形増幅器６０２を通過した信号とが合成された信号のスペクトルを示している。ここでは、周波数ｆ１およびｆ２の２つの正弦波（主信号成分）が入力された場合を例示して説明する。

図８において、入力信号（スペクトルＳ６０１）は、増幅器６０３と歪み発生回路１００とに分配される。分配の際、上述したように、ウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用しない。増幅器６０２では、入力信号（スペクトルＳ６０１）が増幅され、増幅された信号がメイン増幅器６０４に出力される。メイン増幅器６０４では、増幅器６０３から入力される信号が増幅され、増幅された信号（スペクトルＳ６０２）が出力される。スペクトルＳ６０２に示すように、メイン増幅器６０４では主信号成分ｆ１，ｆ２は増幅され、３次歪み成分ｆ３，ｆ４が発生する。

他方、歪み発生回路１００では、入力信号（スペクトルＳ６０１）に３次歪み成分ｆ３およびｆ４を重畳され、３次歪み成分ｆ３およびｆ４が重畳された信号（スペクトルＳ６０３）が位相調整回路６０１に出力される。位相調整回路６０１では、歪み発生回路１００から入力される信号の位相調整（位相反転）が行われ、位相調整された信号が線形増幅器６０４に出力される。線形増幅器６０４では、位相調整回路６０１から入力される信号が増幅され、増幅した信号（スペクトルＳ６０４）が出力される。

メイン増幅器６０４の出力信号（スペクトルＳ６０２）と線形増幅器６０２の出力信号（スペクトルＳ６０４）が合成され、合成信号（スペクトルＳ６０５）が生成される。
この合成の場合にもウィルキンソン分配器や方向性結合器などのコンポーネントを使用しない。この場合、メイン増幅器６０３で生じる３次歪み成分ｆ３，ｆ４は、線形増幅器６０２の出力信号（スペクトルＳ６０４）の３次歪み成分ｆ３，ｆ４（逆相）で打ち消される。また、線形増幅器６０２の出力信号（スペクトルＳ６０４）は、主信号成分が重畳されていない３次歪みにより発生した成分のみから構成されているため、この後に合成される主信号のレベルを落とす必要がなくなる。このような構成とすることで、高線形化増幅器を実現することが可能となる。

なお、位相調整器６０１を配置する位置は、図８の構成に限定されるものではなく、線形増幅器６０２の後段、増幅器６０３の前段または後段、メイン増幅器６０４の後段のいずれの位置でもよく、また、複数配置することにしてもよい。

なお、実施の形態５では、実施の形態１の歪み発生回路１００を高周波回路６００に適用する場合について説明したが、実施の形態２，３の歪み発生回路２００，３００を適用することにしてもよい。

（実施の形態６）
図１０は、実施の形態１に係る歪み発生回路１００を用いた高周波回路７００の一例を示す図である。歪み発生回路１００は、上記図３で示した動作原理で動作する。高周波回路７００は、図１０に示すように、入力信号に三次歪み成分を重畳する歪み発生回路１００と、入力信号を増幅するメイン増幅器７０１とを備えている。

上記構成の高周波回路７００の動作原理を図１１を参照して説明する。図１１は、図１０の高周波回路７００の各部における信号のスペクトルおよびその位相を示している。図９において、Ｓ７０１は入力信号のスペクトル、Ｓ７０２は歪み発生回路１００を通過した直後の信号のスペクトル、Ｓ７０３はメイン増幅器７０１を通過した直後の信号のスペクトルを示している。ここでは、周波数ｆ１およびｆ２の２つの正弦波（主信号成分）が入力された場合を例示して説明する。

図１０において、歪み発生回路１００では、入力信号（スペクトルＳ７０１）に３次歪み成分ｆ３およびｆ４が重畳され、３次歪み成分ｆ３およびｆ４が重畳された信号（スペクトルＳ７０２）がメイン増幅器７０１に出力される。メイン増幅器７０１では、歪み発生回路１００から入力される信号（スペクトルＳ７０２）が増幅され、増幅された信号（スペクトルＳ７０３）が出力される。この場合、メイン増幅器７０１で生じる３次歪み成分ｆ３，ｆ４は、歪み発生回路１００の出力信号の３次歪み成分ｆ３，ｆ４（逆相）で打ち消され、メイン増幅器７０１からは３次歪み成分ｆ３，ｆ４の無い信号が出力される。この実施の形態６においても、信号分配、合成の際に、ウィルキンソン分配器や方向性結合器を使用する必要がなく、回路の小型化に有効である。

なお、実施の形態６では、実施の形態１の歪み発生回路１００を高周波回路７００に適用する場合について説明したが、実施の形態２，３の歪み発生回路２００，３００を適用することにしてもよい。

（実施の形態７）
図１２は、上記実施の形態１の高周波回路１００を集積化した高周波回路モジュール８００を示す図である。同図において、８０１は半導体の基板を示しており、この基板８０１には、並列接続された歪み発生回路１００および増幅器８０２と、並列に多段接続されたメイン増幅器８０３とが搭載されている。かかる高周波回路モジュール８００は、電力分配器・合成器や方向性結合器を搭載していないので、小型化することができ、ワンチップ化が容易である。

なお、実施の形態７では、実施の形態１の歪み発生回路１００を高周波回路モジュール８００に適用する場合について説明したが、実施の形態２，３の歪み発生回路２００，３００を適用することにしてもよい。

（実施の形態８）
図１３は、実施の形態４〜７の高周波回路を適用した無線通信装置９００の構成例を示す図である。同図に示す無線通信装置９００は、２系統の送信系回路および受信系回路を備えている。同図において、９０１はアンテナ、９０２はデュプレクサ、９０３はＳＷ（スイッチ）、９０４，９０５はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、９０６，９０７はローノイズアンプ、９０８，９０９はダウンコンバータ、９１０はシンセサイザ、９１１，９１２はＢＰＦ、９１３，９１４は復調器、９１５はシンセサイザ、９１６，９１７は復調器、９１８はシンセサイザ、９２０はＳＷ（スイッチ）、９２１，９２２はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、９２３，９２４はパワーアンプ、９２５，９２６はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、９２７，９２８はドライバーアンプ、９２９，９３０はアップコンバータ、９３１はシンセサイザ、９３２，９３３は加算器、９３４，９３５は直交変調器、９３６はシンセサイザ、９３７，９３８は直交変調器、９３９はシンセサイザ、９４０はベースバンド回路を示している。

上記構成の無線通信装置９００においては、パワーアンプ９２３，９２４およびドライバーアンプ９２５，９２６に上記実施の形態の高周波回路を適用することができる。これにより、パワーアンプ９２３，９２４およびドライバーアンプ９２５，９２６を小型化することができ、ワンチップ化が容易となる。

本発明に係る歪み発生回路および高周波回路は、小型化軽量化ならびに低歪化高効率化が要求される無線通信装置用プレディストーション型電力増幅器等に広く適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る歪み発生回路の構成例を示す図である。図１の歪み発生回路の信号スペクトルの一例を示す図である。図１の歪み発生回路の信号スペクトルの他の例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る歪み発生回路の構成例を示す図である。本発明の実施の形態３に係る歪み発生回路の構成例を示す図である。本発明の実施の形態４に係る高周波回路の構成例を示す図である。図６の高周波回路の信号スペクトルの一例を示す図である。本発明の実施の形態５に係る高周波回路の構成例を示す図である。図８の高周波回路の信号スペクトルの一例を示す図である。本発明の実施の形態６に係る高周波回路の構成例を示す図である。図１０の高周波回路の信号スペクトルの一例を示す図である。本発明の実施の形態７に係る高周波回路モジュールを示す図である。本発明の実施の形態８に係る無線通信装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１００歪み発生回路
１０１入力端子
１０２出力端子
１１０主信号回路
１１１第１の線形増幅器（反転増幅器）
１２０歪み信号発生回路
１２１第２の線形増幅器（反転増幅器）
１２２非線形レプリカ増幅器（反転増幅器）
１２３減衰器
２０１位相調整回路
２０２位相調整回路
３０１第１の線形増幅器
３０２第２の線形増幅器
３０３非線形レプリカ増幅器
５００高周波回路
５０１位相調整回路
５０２増幅器
５０３メイン増幅器
６００高周波回路
６０１位相調整回路
６０２メイン増幅器
６０３増幅器
７００高周波回路
７０１メイン増幅器
８００高周波回路モジュール
８０１基板
８０２増幅器
８０３メイン増幅器

Claims

入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を備え、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを有することを特徴とする歪み発生回路。
前記歪み信号発生回路は、その出力信号レベルが前記主信号回路の出力信号レベルと同じになるように減衰する減衰器を有することを特徴とする請求項１に記載の歪み発生回路。
前記第１の線形増幅器は、前記出力端子の出力信号の主信号成分レベルが、前記入力端子に入力される信号の主信号成分レベルと同程度になるように、所定の利得で前記入力端子から入力される信号を増幅することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歪み発生回路。
前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の歪み発生回路。
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を備え、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、
前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする歪み発生回路。
前記歪み信号発生回路は、その出力信号レベルが前記主信号回路の出力信号レベルと同じになるように、入力される信号の信号レベルを減衰する減衰器を有することを特徴とする請求項５に記載の歪み発生回路。
前記第１の線形増幅器は、前記出力端子の出力信号の主信号成分レベルが、前記入力端子に入力される信号の主信号成分レベルと同程度になるように、所定の利得で前記入力端子から入力される信号を増幅することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の歪み発生回路。
入力信号を増幅して出力する増幅器と、
前記増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路と、
前記増幅器の出力信号と前記位相調整回路の出力信号との合成信号を増幅するメイン増幅器とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする高周波回路。
入力信号を増幅して出力するメイン増幅器と、
前記メイン増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする高周波回路。
入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路と、
前記歪み発生回路の出力信号を増幅して出力するメイン増幅器とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して反転出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を反転出力する非線形増幅器とを含むことを特徴とする高周波回路。
入力信号を増幅して出力する増幅器と、
前記増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路と、
前記増幅器の出力信号と前記位相調整回路の出力信号との合成信号を増幅するメイン増幅器とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、
前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする高周波回路。
入力信号を増幅して出力するメイン増幅器と、
前記メイン増幅器に並列接続されている、前記入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路および前記歪み発生回路の出力信号の位相を調整する位相調整回路とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、
前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする高周波回路。
入力信号に歪み成分を重畳して出力する歪み発生回路と、
前記歪み発生回路の出力信号を増幅して出力するメイン増幅器とを備え、
前記歪み発生回路は、
入力端子と出力端子間に互いに並列接続されている、主信号回路および歪み信号発生回路を有し、
前記主信号回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第１の線形増幅器を有し、前記第１の線形増幅器の出力端から入力端へのアイソレーションが確保されており、
前記歪み信号発生回路は、
前記入力端子から入力される信号を線形増幅して出力する第２の線形増幅器と、
前記第２の線形増幅器の出力信号を非線形増幅し、歪み成分を含む信号を出力する非線形増幅器とを有し、
前記主信号回路および前記歪み信号発生回路の少なくとも一方に、入力される信号の位相を調整する位相調整回路を設けたことを特徴とする高周波回路。