JP2009182900A

JP2009182900A - 電力増幅装置及び通信装置

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Publication number: JP2009182900A
Application number: JP2008022103A
Authority: JP
Inventors: Akira Nagayama; 昭長山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】入力信号を定包絡線信号である第１及び第２中間信号に変換し、それら中間信号を増幅する構成において、第１及び第２中間信号に含まれる誤差の増幅出力に与える影響を抑制する。
【解決手段】入力信号から差動信号を生成する差動信号生成回路１７と、前記差動信号のうち一方と直交する定包絡ベクトル生成信号ｅを生成する移相器１２と、定包絡ベクトル生成信号ｅを増幅する可変利得増幅器１８と、可変利得増幅器１８が増幅した定包絡ベクトル生成信号ｅを差動信号のうち入力信号と同位相の信号に加算し、第１中間信号として出力するベクトル加算回路１４と、可変利得増幅器１８が増幅した定包絡ベクトル生成信号ｅを前記差動信号のうち前記入力信号と逆位相の信号に加算し、加算結果を出力するベクトル加算回路１６と、ベクトル加算回路１６の加算結果を位相反転させ、第２中間信号として出力する位相反転回路２３と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は電力増幅装置及び通信装置に関し、特に、入力信号を２つの定包絡線信号に変換して、それらの定包絡線信号を増幅してからベクトル加算する電力増幅装置、及びそれを用いた通信装置に関する。

通信装置における送信信号の増幅等に用いられる電力増幅方式のうち、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Component）方式では、包絡線変動を有する入力信号を該入力信号の振幅に応じた位相差を有する２つの定包絡線信号（中間信号）に変換した後に、それら包絡線信号をそれぞれ飽和増幅器を用いて増幅する。そして、増幅済みの定包絡線信号をベクトル加算することによって増幅済みの入力信号を得る。この方式によれば、飽和増幅器は定包絡線信号を増幅すればよいので、電力増幅効率を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
特公平６−２２３０２号公報

上記特許文献１に開示された電力増幅回路においては、デジタル信号処理より、入力信号を２つの定包絡線信号に変換している。この構成によると、アナログ−デジタル及びデジタル−アナログ変換器等が必要となり、回路規模が増大してしまうと同時に、アナログ−デジタル変換器の消費電力が増大してむしろ消費電力が増大するという問題がある。

そこで本願出願人は、アナログ信号処理により入力信号を２つの定包絡線信号に変換する回路構成を検討している。具体的には、図５に示すように、この新規な電力増幅装置１００では、移相器１０２により入力信号Ｓｉｎをπ／２だけ回転させて直交信号を得るとともに、該信号を可変利得増幅器１０４で増幅してなる信号（第１定包絡ベクトル生成信号ｅ）を生成して、この第１定包絡ベクトル生成信号ｅを加算回路１０６で入力信号Ｓｉｎにベクトル加算することにより第１中間信号Ｓ１を生成する。また、アナログ信号処理により、第１定包絡ベクトル生成信号ｅを移相器１１０によりπだけ回転させてなる位相反転信号（第２定包絡ベクトル生成信号−ｅ）を生成して、この第２定包絡ベクトル生成信号−ｅを加算回路１０８で入力信号Ｓｉｎに加算することにより第２中間信号Ｓ２を生成する。そして、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２の振幅（具体的には振幅の２乗）をミキサ（振幅検出回路）１１６，１１８で検出して、加算回路１２０でそれらの合計値を生成するとともに、加算回路１１４で所定電圧Ｖｒｅｆとの差を生成する。さらに、その値をローパスフィルタ１１２に掛けて、その出力を図示しないバッファアンプを介して可変利得増幅器１０４の利得制御信号として入力する。この構成によると、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２の振幅の２乗和がＶｒｅｆで示される一定値となるように可変利得増幅器１０４の利得がフィードバック制御され、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２の振幅が所期の値に設定される。これにより第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ定包絡線信号とすることができる。

しかしながら、図５に示される回路構成によると、加算回路１０６においては入力信号Ｓｉｎと第１定包絡ベクトル生成信号ｅとのベクトル加算が行われ、加算回路１０８においては入力信号Ｓｉｎと第２定包絡ベクトル生成信号−ｅとのベクトル加算が行われるが、加算回路１０６，１０８においては入力振幅の大きさと方向（ベクトル）に応じた誤差が発生しうる。そして、加算回路１０６，１０８の出力である第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２を増幅し、両者をベクトル加算すると、その誤差まで増幅され、加算されてしまい、最終的な増幅出力には大きな誤差が含まれてしまうことになる。また、このような電力増幅装置を用いて通信装置を構成すると、通信誤りの増大を招くおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、第１及び第２中間信号に含まれる誤差の増幅出力に与える影響を抑制できる電力増幅装置、及びそれを用いる通信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力増幅装置は、入力信号から差動信号を生成する差動信号生成回路と、前記差動信号のうち一方と直交する定包絡ベクトル生成信号を生成する移相器と、前記定包絡ベクトル生成信号を増幅する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器により増幅された前記定包絡ベクトル生成信号を前記差動信号のうち前記入力信号と同位相の信号に加算して第１中間信号として出力する第１加算回路と、前記可変利得増幅器により増幅された前記定包絡ベクトル生成信号を前記差動信号のうち前記入力信号と逆位相の信号に加算した加算信号を出力する第２加算回路と、前記第２加算回路からの加算信号を位相反転させて第２中間信号として出力する位相反転回路と、前記第１中間信号の振幅を検出する第１振幅検出回路と、前記第２中間信号の振幅を検出する第２振幅検出回路と、前記第１及び第２振幅検出回路により検出される振幅に基づいて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御回路と、前記第１中間信号を増幅する第１増幅回路と、前記第２中間信号を増幅する第２増幅回路と、増幅された前記第１及び第２中間信号を加算して、前記入力信号を増幅した出力信号を生成・出力する加算回路と、を含む。

また、本発明に係る電力増幅装置は、上記電力増幅装置と、該電力増幅装置にそれぞれ接続されたアンテナおよび通信制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１中間信号を生成する過程で用いられる第１加算回路と、第２中間信号を生成する過程で用いられる第２加算回路とは、上述のように入力振幅に応じた誤差を生じうる。一方、通常は入力信号の振幅は一定程度以上に維持されるから、実使用においては定包絡ベクトル生成信号よりも大きな振幅を持つ。そこで、本発明では、入力信号から差動信号を生成して、第１加算回路に差動信号のうち上記入力信号と同位相の信号を入力し、一方、第２加算回路に差動信号のうち上記入力信号と逆位相の信号を入力している。そして、第１加算回路の出力を第１中間信号とし、これを増幅する。また、第２回路加算回路の出力については、これを位相反転させて第２中間信号を生成し、増幅してから、増幅済みの第１中間信号と加算する。この構成により、第１中間信号に含まれる入力信号に起因する誤差と、第２中間信号に含まれる入力信号に起因する誤差と、は逆位相を有することになり、両者を増幅してから加算することにより、それらの誤差は相殺することになる。こうして、本発明によると、第１及び第２中間信号に含まれる誤差の増幅出力に与える影響を抑制できる。また、この電力増幅装置を用いて通信装置を構成することで、通信誤りを少なくすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に一実施形態に係る電力増幅装置の構成図である。同図に示すように、電力増幅装置４０は信号変換回路１０、増幅器４２，４４、ベクトル加算回路４６を含んで構成されている。信号変換回路１０は、入力信号Ｓｉｎが供給されると、それを第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２に変換するアナログ信号処理回路である。第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２は定包絡線信号であり、第１中間信号Ｓ１は、入力信号Ｓｉｎに対して一定量進んだ位相を有し、第２中間信号Ｓ２は、入力信号Ｓｉｎに対して一定量遅れた位相を有している。そして、これら第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２をベクトル合成すると、元の入力信号Ｓｉｎと位相が等しく、振幅が所定倍（ここでは２倍）の信号が得られる。本実施形態では、入力信号Ｓｉｎに対して第１定包絡ベクトル生成信号ｅ及び第２定包絡ベクトル生成信号−ｅをそれぞれベクトル加算することで、第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２を生成している。

本電力増幅装置４０では、信号変換回路１０から出力される定包絡線信号たる第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２をそれぞれ増幅器４２，４４で増幅する。増幅器４２，４４は、オペアンプなどの公知の非線形増幅回路であってよい。増幅器４２，４４の出力はベクトル加算回路４６によりベクトル加算され、これにより増幅出力信号Ｓｏｕｔが得られる。本電力増幅装置４０によると、入力信号Ｓｉｎの振幅が変化しても、増幅器４２，４４は定包絡線信号たる第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２を増幅すればよいので、広い入力信号Ｓｉｎの振幅範囲において、増幅器４２，４４の電力増幅効率を向上させることができるようになる。

図２は、信号変換回路１０の回路ブロック図である。同図に示すように、この信号変換回路１０では、入力信号Ｓｉｎが差動信号生成回路１７に入力されている。差動信号生成回路１７は、例えば差動アンプを含んで構成されており、入力信号Ｓｉｎの差動信号＋Ｓｉｎ及び−Ｓｉｎを生成する。差動信号＋Ｓｉｎは、入力信号Ｓｉｎと同位相であり入力信号Ｓｉｎの振幅に対応する振幅を有する信号である。一方、差動信号−Ｓｉｎは、入力信号Ｓｉｎと逆位相であり入力信号Ｓｉｎの振幅に対応する振幅（差動信号＋Ｓｉｎと同じ振幅）を有する信号である。差動信号＋Ｓｉｎはベクトル加算回路１４及び移相器１２に入力され、差動信号−Ｓｉｎはベクトル加算回路１６に入力されている。移相器１２は、差動信号＋Ｓｉｎの位相をπ／２だけ進める回路であり、その出力は可変利得増幅器１８に入力されている。可変利得増幅器１８には、ローパスフィルタ２０の出力信号が、図示しないバッファアンプを介して利得制御信号として入力されており、該利得制御信号により増幅利得が制御されている。可変利得増幅器１８の出力は定包絡ベクトル生成信号ｅとしてベクトル加算回路１４，１６に供給されており、ベクトル加算回路１４により定包絡ベクトル生成信号ｅと入力信号Ｓｉｎとが加算される。これにより、ベクトル加算回路１４からは第１中間信号Ｓ１が出力される。また、ベクトル加算回路１６により定包絡ベクトル生成信号ｅと差動信号−Ｓｉｎが加算される。ベクトル加算回路１６の出力は位相反転回路２３に供給されており、ここでベクトル加算回路１６の出力、すなわち−Ｓｉｎ＋ｅが位相反転され、信号Ｓｉｎ−ｅが生成される。この信号が第２中間信号Ｓ２として出力される。すなわち、図３に示すように、信号変換回路１０は、入力信号Ｓｉｎを、該入力信号Ｓｉｎに対して同量だけ位相が前後する定包絡線信号である第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２に変換する。このとき、第１中間信号Ｓ１については、差動信号＋Ｓｉｎと定包絡ベクトル生成信号ｅとをベクトル加算することにより生成し、一方、第２中間信号Ｓ２（図３において第１象限に示される）については、差動信号−Ｓｉｎと定包絡ベクトル生成信号ｅとをベクトル加算した結果（図３において第３象限に示される）を、位相反転させることにより生成している。

ベクトル加算回路１４の出力は、振幅検出回路たるミキサ２４に分配されており、該ミキサ２４により第１中間信号Ｓ１の振幅の２乗値を示す直流電圧信号が生成される。同様に、位相反転回路２３の出力は、振幅検出回路たるミキサ２６に分配されており、該ミキサ２６により第２中間信号Ｓ２の振幅の２乗値を示す直流電圧信号が生成される。ミキサ２４，２６は、例えばギルバートセル型ミキサを採用することができる。そして、ミキサ２４，２６の出力は加算回路２８に供給され、該加算回路２８によりそれら出力の加算値を示す電圧信号が生成される。この電圧信号は加算回路２２に入力され、ここで基準電圧Ｖｒｅｆから加算回路２２の出力電圧を減算した値を示す電圧信号が生成される。基準電圧Ｖｒｅｆの値は、第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２の振幅の目標値（図３の位相平面に表された円の半径に相当する。）の２乗の和に対応している。加算回路２２の出力信号はローパスフィルタ２０及び図示しないバッファアンプを経由して、上述のように利得制御信号として可変利得増幅器１８に供給されている。

この構成によると、加算回路２８の出力が基準電圧Ｖｒｅｆよりも上回るときには、その上回った量に応じて移相器１２の出力が可変利得増幅器１８において減衰される。また、加算回路２８の出力が基準電圧Ｖｒｅｆよりも下回るときには、その下回った量に応じて移相器１２の出力が可変利得増幅器１８において増幅される。こうした帰還回路構成を採用することで、第１中間信号Ｓ１及び第２中間信号Ｓ２の振幅は、基準電圧Ｖｒｅｆに応じた一定値に近づけられる。

以上説明した電力増幅装置４０によると、第２中間信号Ｓ２を、図５に示される構成のように、入力信号Ｓｉｎに定包絡ベクトル生成信号ｅの位相反転信号をベクトル加算することにより得るのではなく、入力信号Ｓｉｎと逆位相の差動信号−Ｓｉｎと定包絡ベクトル生成信号ｅとをベクトル加算し、その結果を位相反転することにより得るようにしている。このとき、位相反転回路２３は周波数特性を不可避的に有しており、入力される信号の基本周波数近傍の成分は正しく位相を反転させるが、それ以外の周波数成分は位相を反転させずにそのまま出力する。このため、入力信号Ｓｉｎに起因してベクトル加算器１４，１６で発生し、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２に含まれる誤差が、後段のベクトル加算回路４６で増幅済みの第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２をベクトル加算することで相殺される。このため、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２に含まれる誤差の増幅出力に与える影響を抑制できる。

図４は、上記電力増幅装置４０を用いた通信装置の構成例である。同図に示す通信装置５０は、送信情報に従って振幅変調された信号が通信制御装置５２で生成され、これが入力信号Ｓｉｎとして電力増幅装置４０に供給される。そして、電力増幅装置４０には送信アンテナ５４が接続されており、該アンテナ５４により増幅出力Ｓｏｕｔが無線送信される。この通信装置５０によると、第１及び第２中間信号Ｓ１，Ｓ２を適切に増幅することができ、通信誤りを抑制できる。

本発明の実施形態に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る信号変換回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る信号変換回路による信号処理を示すＩＱ平面図である。本発明の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の前提となる信号変換回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０信号変換回路、１２移相器、１４，１６，４６ベクトル加算回路、１７差動信号生成回路、２３位相反転回路、１８可変利得増幅器、２０ローパスフィルタ、２２，２８加算回路、２４，２６ミキサ、４０電力増幅装置、４２，４４増幅器、５０通信装置、５２通信制御装置、５４アンテナ。

Claims

入力信号から差動信号を生成する差動信号生成回路と、
前記差動信号のうち一方と直交する定包絡ベクトル生成信号を生成する移相器と、
前記定包絡ベクトル生成信号を増幅する可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器により増幅された前記定包絡ベクトル生成信号を前記差動信号のうち前記入力信号と同位相の信号に加算して第１中間信号として出力する第１加算回路と、
前記可変利得増幅器により増幅された前記定包絡ベクトル生成信号を前記差動信号のうち前記入力信号と逆位相の信号に加算した加算信号を出力する第２加算回路と、
前記第２加算回路からの加算信号を位相反転させて第２中間信号として出力する位相反転回路と、
前記第１中間信号の振幅を検出する第１振幅検出回路と、
前記第２中間信号の振幅を検出する第２振幅検出回路と、
前記第１及び第２振幅検出回路により検出される振幅に基づいて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御回路と、
前記第１中間信号を増幅する第１増幅回路と、
前記第２中間信号を増幅する第２増幅回路と、
増幅された前記第１及び第２中間信号を加算して、前記入力信号を増幅した出力信号を生成・出力する加算回路と、
を含むことを特徴とする電力増幅装置。
請求項１に記載の電力増幅装置と、該電力増幅装置に接続されたアンテナおよび通信制御装置とを備えることを特徴とする通信装置。