JP2011103540A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＰＤと２次高調波注入とを組み合わせた電力増幅器において、高効率且つ低歪で、広帯域信号のシステムに適用可能な電力増幅器を提供する。
【解決手段】 プッシュプル増幅器と、当該プッシュプル増幅器で発生する５次歪を補償する２次高調波を発生する２次高調波発生回路と、３次歪を補償するデジタルプリディストーション回路とを有し、プッシュプル増幅器が、基本波と２次高調波とを合成して増幅する第１，第２の増幅回路と、第１，第２の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して他方の増幅回路における２次高調波を短絡させる可変位相器と、第１、第２の増幅回路から出力された信号中の基本波を逆相で合成する合成器とを備え、２次高調波注入により３次歪に影響を与えることなく５次歪を補償し、広帯域化を可能とする電力増幅器としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線送信機に用いられる電力増幅器に係り、特に低歪、高効率で、広帯域システムに適用することができる電力増幅器に関する。

［先行技術の説明］
電力増幅器には、高効率と低歪の特性が要求されている。
最近では、効率のよいドハティ増幅器と、デジタル処理で歪を補償するＤＰＤ（Digital Pre-Distortor）とを組み合わせた電力増幅器が一般的となっている。
［従来の電力増幅器：図５］
従来の電力増幅器の構成について図５を用いて説明する。図５は、ドハティ増幅器とＤＰＤとを組み合わせた従来の電力増幅器の構成ブロック図である。
図５に示すように、従来の電力増幅器は、入力端子１と、ＤＰＤ２′と、Ｄ／Ａ変換器３と、アップコンバータ４と、ドハティ増幅器６と、方向性結合器７と、出力端子１２と、ダウンコンバータ８と、Ａ／Ｄ変換器９と、歪検出部１０と、制御部１１と、発振器１３とを備えている。

更に、ＤＰＤ２′は、ドハティ増幅器６で発生する３次歪及び５次歪を補償するものであり、入力信号の２乗を算出する２乗回路２０１と、３乗を算出する乗算器２０２と、３乗成分に制御部１１からの係数ａ3を乗算する乗算器２０３と、入力信号の４乗を算出する４乗回路２０５と、５乗を算出する乗算器２０６と、５乗成分に制御部１１からの係数ａ5を乗算する乗算器２０７と、乗算器２０３と２０７の出力を加算するから加算器２０４とから構成される。

また、ドハティ増幅器６は、分配器６０１と、ＡＢ級にバイアスされ小信号入力時に動作するキャリア増幅回路６０２と、伝送線路６０３と、伝送線路６０４と、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅回路６０５と、伝送線路６０６と、合成点６０７と、インピーダンス変換器６０８とを備えている。
伝送線路６０３は、キャリア増幅回路６０２が高効率になるよう負荷インピーダンスが調整されている。
伝送線路６０６は、小信号入力時に合成点６０７からピーク増幅回路を見たときのインピーダンスが開放に近い状態になるように調整されたものである。
また、伝送線路６０４は、伝送線路６０３と伝送線路６０６の位相差を補償する。

また、歪検出部１０は、ドハティ増幅器６の出力信号中の３次及び５次の歪を検出し、歪値として制御部１１に出力する。
制御部１１は、歪検出部１０から入力される３次及び５次の歪値が最小になるよう、ＤＰＤに係数ａ3、ａ5を出力する。係数については後で説明する。

［従来の電力増幅器における動作：図５］
上記構成の電力増幅器における動作について説明する。
入力端子１から入力された信号は、ＤＰＤ２′においてドハティ増幅器６で発生する非線形歪（３次歪、５次歪）の逆特性を備えた歪を注入され、Ｄ／Ａ変換器３でアナログ信号に変換され、アップコンバータ４でＲＦ周波数に変換され、ドハティ増幅器６に入力される。

ドハティ増幅器６では、入力信号は分配器６０１で分配され、キャリア増幅回路６０２及びピーク増幅回路６０５でそれぞれ増幅され、合成器６０７で合成され、インピーダンス変換されて出力端子１２に出力される。

また、ドハティ増幅器６の出力信号は、方向性結合器７で分岐されて、ダウンコンバータ８でＩＦ周波数に変換され、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換されて、歪検出部１０で歪検出され、制御部１１で、歪が小さくなるよう、ＤＰＤ２′の係数ａ3及びａ5を適応制御する。

発振器１３は、Ｄ／Ａ変換器３、Ａ／Ｄ変換器９、デジタル回路のＤＰＤ２′、制御部１１、歪検出部１０にクロック信号を供給する。図では各部へ同じ周波数のクロック信号を供給するように記載しているが、必ずしも同じである必要はない。

［ＤＰＤ２′の動作］
次に、ＤＰＤ２′の動作について具体的に説明する。
ＤＰＤ２′は、ドハティ増幅器６が持つ非線形特性を補償するものであるが、非線形特性はべき級数で近似することができる。そのため、それを補償するＤＰＤ２′もべき級数で表すことが可能である。
ＤＰＤ２′の入力信号をx(t)、出力信号をy(t)とし、５次歪まで考慮した場合、出力信号y(t)は数１（式１）のように表すことができる。

ここで、ａ3とａ5はそれぞれ３次、５次の係数であり、制御部１１は、ドハティ増幅器６の出力に含まれる歪が最小となるように、これらの係数を制御するものである。

［従来の電力増幅器のＤＰＤにおけるスペクトラム：図６］
従来の電力増幅器のＤＰＤにおける出力スペクトラムについて図６を用いて説明する。図６は、従来の電力増幅器のＤＰＤにおける出力スペクトラムを示す模式説明図である。
図６に示すように、ＤＰＤで５次歪まで補償することを想定すると、信号帯域の５倍の帯域における処理が必要になる。
上記従来の電力増幅器はＷＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等、信号帯域が２０MHzのシステムに適用されており、１００MHzの帯域について歪補償処理を行っている。

［広帯域信号のシステムへの適用］
ところで、次世代の通信方式としては、更に広帯域のシステムが提案されている。
例えば、５次歪まで補償する場合、信号帯域が２０MHzの時には１００MHzの帯域があれば歪補償が可能であるが、信号帯域が４０MHzでは２００MHz、１００MHzになると５００MHzの帯域が必要となる。
このような広帯域においてＤＰＤで歪補償を行うためには、デジタル回路やＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器のクロック周波数を高くしなければならず、消費電力の増加や部品コストの増大を招くことになる。
そのため、図５に示したような、ドハティ増幅器とＤＰＤとを組み合わせて、５次歪まで補償する従来の電力増幅器をそのまま広帯域の次世代通信に適用するのは困難である。

［アナログＰＤ］
ＤＰＤの代わりに、アナログＰＤ（Pre-Distortor）を用いる方法も考えられるが、アナログＰＤは、ＤＰＤに比べて歪補償性能や温度特性が劣り、アナログＰＤのみを用いるのは現実的ではない。
そこで、寄与分の大きい３次歪を性能のよいＤＰＤで補償し、ＤＰＤでは高速クロックが必要となってしまう５次歪をアナログＰＤで補償することが考えられる。

アナログＰＤで５次歪を補償する方法としては、２次高調波を注入する方法が知られている（非特許文献１参照）。
電力増幅器に２次高調波を注入したときの増幅器出力に含まれる３次歪（ＩＭ３）と５次歪（ＩＭ５）は、数２（式２）、数３（式３）で表される。

ここで、ａは入力信号の振幅、Ａ_n(n=2,3,4,5)は電力増幅器の各次数の非線形歪係数、Ｃ₂は注入する２次高調波の係数を表す。
ＩＭ５にはＣ₂を含む項が２つあり、Ｃ₂を調整することによりＩＭ５を低減することが可能であり、２次高調波の注入で５次歪を補償できるものである。
しかし、ＩＭ３は、ａ³の項にＣ₂を含んでおり、これは、２次高調波注入がＩＭ３に影響を与えることを示している。

つまり、２次高調波注入は、５次歪を独立に補償するものではなく、３次歪にも影響を及ぼすため、３次歪のみをＤＰＤで補償することは困難となる。

２次高調波注入による電力増幅器５次歪み補償のドレイン電流依存性，平成１９年度電気情報関係学会北海道支部連合大会No.109

しかしながら、従来の、ＤＰＤと２次高調波注入とを組み合わせた電力増幅器では、２次高調波注入によって５次歪だけでなく３次歪にも影響を与えてしまうため、ＤＰＤで３次歪を補償することが困難となってしまうという問題点があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、ＤＰＤと２次高調波注入とを組み合わせた電力増幅器において、２次高調波注入により、３次歪に影響を与えることなく５次歪のみを補償して、高効率且つ低歪で、広帯域信号のシステムに適用可能な電力増幅器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、プッシュプル増幅器を備えた電力増幅器であって、プッシュプル増幅器で発生する５次歪を補償するような２次高調波を発生する２次高調波発生回路と、プッシュプル増幅器で発生する３次歪を補償するデジタルプリディストーション回路とを有し、プッシュプル増幅器が、基本波と２次高調波とを合成して増幅する第１の増幅回路と、基本波の逆相と２次高調波の逆相とを合成して増幅する第２の増幅回路と、第１の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して第２の増幅回路における２次高調波を短絡させると共に、第２の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して第１の増幅回路における２次高調波を短絡させる可変位相器と、第１の増幅回路から出力された信号中の基本波と、第２の増幅回路から出力された信号中の基本波の逆相とを、逆相で合成する合成器とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、プッシュプル増幅器を備えた電力増幅器であって、プッシュプル増幅器で発生する５次歪を補償するような２次高調波を発生する２次高調波発生回路と、プッシュプル増幅器で発生する３次歪を補償するデジタルプリディストーション回路とを有し、プッシュプル増幅器が、基本波と２次高調波とを合成して増幅する第１の増幅回路と、基本波の逆相と２次高調波の逆相とを合成して増幅する第２の増幅回路と、第１の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して第２の増幅回路における２次高調波を短絡させると共に、第２の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して第１の増幅回路における２次高調波を短絡させる可変位相器と、第１の増幅回路から出力された信号中の基本波と、第２の増幅回路から出力された信号中の基本波の逆相とを、逆相で合成する合成器とを備えた電力増幅器としているので、プッシュプル増幅器の出力における２次高調波をキャンセルして、高調波注入により３次歪に影響を与えることなく５次歪を補償でき、ＤＰＤでは３次歪のみを補償してクロック周波数を低減でき、また、２次高調波を各増幅回路の出力端で短絡とすることで効率を向上でき、低歪、高効率で広帯域システムに適用可能な電力増幅器を実現できる効果がある。

本発明の実施の形態に係る電力増幅器の概略構成ブロック図である。 ＤＰＤ２の構成ブロック図である。 増幅器５の構成ブロック図である。 本電力増幅器のＤＰＤにおける出力スペクトラムを示す模式説明図である。 ドハティ増幅器とＤＰＤとを組み合わせた従来の電力増幅器の構成ブロック図である。 従来の電力増幅器のＤＰＤにおける出力スペクトラムを示す模式説明図である。

［発明の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、２つの増幅回路がプッシュプル構造に接続された増幅器の入力に、２次高調波を注入することによって５次歪を補償し、更に、３次歪を補償するＤＰＤを備えた電力増幅器としており、プッシュプル構造とすることで２次歪をキャンセルして、３次歪に含まれていた２次高調波の影響を排除することができ、ＤＰＤで高速クロックを要することなく３次歪のみを補償することができ、更に一方の増幅回路から出力された２次高調波を他方の増幅回路の出力に注入してドレイン端子で２次高調波を短絡させるようにして効率を向上させ、高効率・低歪で、広帯域信号のシステムに適用可能な電力増幅器を実現するものである。

［本実施の形態に係る電力増幅器の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器（本電力増幅器）は、入力端子１と、ＤＰＤ２と、Ｄ／Ａ変換器３と、アップコンバータ４と、増幅器５と、方向性結合器７と、ダウンコンバータ８と、Ａ／Ｄ変換器９と、歪検出部１０と、制御部１１と、発振器１３と、出力端子１２とから構成されている。

上記構成部分の内、Ｄ／Ａ変換器３と、アップコンバータ４と、方向性結合器７と、ダウンコンバータ８と、Ａ／Ｄ変換器９と、歪検出部１０の構成及び動作は、従来の電力増幅器と同様であるためここでは説明を省略する。
また、制御部１１におけるＤＰＤ適応制御は、従来とほぼ同様であるが、３次歪の係数ａ3のみについて行われる。

本電力増幅器の特徴部分として、増幅器５は、２次高調波発生回路５１と、プッシュプル増幅器５２とを備え、プッシュプル増幅器５２の入力に２次高調波を注入することで５次歪を補償し、更に、プッシュプル増幅器５２において２次高調波を処理することで効率を向上させると共に、出力の２次高調波をキャンセルするものである。これにより、増幅器５は、５次歪のみを独立して補償するものとなり、３次歪に影響を与えることなく５次歪を補償する。増幅器５の具体的な構成については後で説明する。

また、本電力増幅器のＤＰＤ２は、３次歪を補償するものである。ＤＰＤ２の構成については後述する。
更に、発振器１３から供給されるクロックの周波数は、従来の３／５の周波数となっている。

［本電力増幅器の動作：図１］
本電力増幅器の動作について簡単に説明する。
本電力増幅器では、ＤＰＤ２において、増幅器５で発生する３次歪の逆特性の歪が付加され、Ｄ／Ａ変換器３でアナログ信号に変換され、アップコンバータ４でＲＦ周波数に変換され、増幅器５に入力される。
増幅器５では、２次高調波発生回路５１で入力信号の２次高調波が生成されて、プッシュプル増幅器５２に入力され、プッシュプル増幅器５２では基本波と２次高調波の合成信号が増幅されて、基本波成分が出力される。

ここで、増幅器５では、２次高調波注入によって５次歪が補償されると共に、プッシュプル増幅器５２で２次高調波の成分がキャンセルされるので、増幅器５の出力に２次高調波の影響はない。
増幅器５の構成及び動作については後で詳細に説明する。

増幅器５の出力は、出力端子１２に出力されると共に、方向性結合器７を介して分岐され、ダウンコンバータ８でＩＦ周波数に変換されて、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換され、歪検出部１０で、残留している３次歪が検出されて、制御部１１が３次歪が最小になるよう、係数ａ3を調整してＤＰＤ２に出力する。
このようにして本電力増幅器の動作が行われるものである。

［ＤＰＤ２の構成：図２］
次に、ＤＰＤ２の構成について図２を用いて説明する。図２は、ＤＰＤ２の構成ブロック図である。
本電力増幅器では、５次歪は増幅器５で補償されるため、ＤＰＤ２は、３次歪のみを補償すればよく、増幅器５で発生する３次歪成分の逆特性の３次歪成分を生成して入力信号に注入するものとなっている。
図２に示すように、ＤＰＤ２は、２乗回路２０１と、乗算器２０２と、乗算器２０３と、加算器２０４とを備えている。

そして、ＤＰＤ２は、数４（式４）に示すように、３次までのべき級数で表される。

そして、上記ＤＰＤ２において、入力信号は、２乗回路２０１で２乗され、乗算器２０２で３乗が算出され、乗算器２０３で制御部１１からの出力される係数ａ3と乗算されて３次歪成分が生成され、加算器２０３で入力信号に加算されて、Ｄ／Ａ変換器３に出力される。
係数ａ3は、従来と同様に制御部１１によって適応的に制御される。

［増幅器５の構成：図３］
次に、増幅器５の構成について図３を用いて説明する。図３は、増幅器５の構成ブロック図である。
図３に示すように、増幅器５は、第１の分配器５０１と、遅延線５０２と、第２の分配器５０３と、２乗回路５０４と、可変減衰器５０５と、可変位相器５０６と、第３の分配器５０７と、第１の入力整合回路５０８と、第１の増幅回路５０９と、第１のデュプレクサ５１０と、第１の出力整合回路５１１と、第２の入力整合回路５１２と、第２の増幅回路５１３と、第２のデュプレクサ５１４と、第２の出力整合回路５１５と、可変位相器５１６と、合成器５１７とから構成されている。

上記構成部分の内、２乗回路５０４、可変減衰器５０５、可変位相器５０６は図１に示した２次高調波発生回路５１に相当する。また、第２の分配器５０３、第３の分配器５０７、第１の入力整合回路５０８、第１の増幅回路５０９、第１のデュプレクサ５１０、第１の出力整合回路５１１、第２の入力整合回路５１２、第２の増幅回路５１３、第２のデュプレクサ５１４、第２の出力整合回路５１５、可変位相器５１６、合成器５１７で構成される部分が図１に示したプッシュプル増幅器５２に相当する。

各構成部分について説明する。
第１の分配器５０１は、アップコンバータ４から入力された入力信号を同相分配する。
遅延線５０２は、２次高調波発生回路側と遅延を合わせるため、第１の分配器５０１からの一方の信号を一定時間遅延させる。
第２の分配器５０３は、遅延された信号を第１の入力整合回路５０８と、第２の入力整合回路５１２に逆相分配する。

２乗回路５０４は、第１の分配器５０１で分配された他方の信号を２乗して２次高調波を発生する。
可変減衰器５０５は、発生された２次高調波の振幅を調整する。
可変位相器５０６は、２次高調波の位相を調整する。
可変減衰器５０５及び可変位相器５０６は、増幅器５で発生する５次歪を補償するよう調整されている。

第３の分配器５０７は、振幅及び位相が調整された２次高調波を、第１の入力整合回路５０８と第２の入力整合回路５１２に逆相分配する。

第１の入力整合回路５０８は、基本波と２次高調波で整合をとっており、第２の分配器５０３からの基本波と、第３の分配器５０７からの２次高調波を同相合成して第１の増幅回路５０９に出力する。
第１の増幅回路５０９は、入力された基本波と２次高調波の合成信号を増幅し、第１のデュプレクサ５１０に出力する。
第１のデュプレクサ５１０は、入力された信号中の基本波と２次高調波を分離して、基本波を第１の出力整合回路５１１に出力し、２次高調波を可変位相器５１６に出力する。

同様に、第２の入力整合回路５１２は、基本波と２次高調波で整合をとっており、第２の分配器５０３からの基本波（逆相）と、第３の分配器５０７からの２次高調波（逆相）を同相合成して第２の増幅回路５１３に出力する。
第２の増幅回路５１３は、入力された基本波と２次高調波の合成信号を増幅し、第２のデュプレクサ５１４に出力する。
第２のデュプレクサ５１４は、入力された信号中の基本波と２次高調波を分離して、基本波を第２の出力整合回路５１５に出力し、２次高調波を可変位相器５１６に出力する。

可変位相器５１６は、デュプレクサ５１０，５１４から出力された２次高調波の位相を変換し、それぞれ反対側の増幅回路５１３，５０９のドレイン端子で２次高調波を短絡とするよう調整されており、２次高調波短絡による増幅器効率の向上を図るものである。効率向上については後で説明する。

第１の出力整合回路５１１及び第２の出力整合回路５１５は、基本波に整合されており、基本波を合成器５１７に出力する。
合成器５１７は、第１の出力整合回路５１１及び第２の出力整合回路５１５から出力される基本波を逆相で合成する。

［増幅器５の動作：図３］
増幅器５の動作について説明する。
増幅器５に入力された信号は、第１の分配器５０１で同相に分配され、一方は遅延線５０２で遅延され、第２の分配器５０３で、第１の入力整合回路５０８と第２の入力整合回路５１２に出力逆相に分配される。

第１の分配器５０１で分配された信号の他方は、２乗回路５０４で２乗されて２次高調波が生成され、２次高調波は可変減衰器５０５で振幅を調整され、可変位相器５０６で位相を調整されて、第３の分配器５０７で、第１の入力整合回路５０８と第２の入力整合回路５１２に出力逆相に分配される。

第１の入力整合回路５０８で、第２の分配器５０３からの基本波信号と、第３の分配器５０７からの２次高調波とが同相で合成され、第１の増幅回路５０９で増幅されて、第１のデュプレクサ５１０で基本波と２次高調波に分離される。
同様に、第２の入力整合回路５１２では、第２の分配器５０３からの基本波信号と、第３の分配器５０７からの２次高調波とが同相で合成され、第２の増幅回路５１３で増幅されて、第２のデュプレクサ５１４で基本波と２次高調波に分離される。
そして、各デュプレクサからの基本波成分は、出力整合回路５１１又は５１５を介して合成器５１７で逆相に合成され、増幅器５の出力となる。

また、第１のデュプレクサ５１０から出力された２次高調波は、可変位相器５１６を介して第２の増幅回路５１３の出力に注入され、第２の増幅回路５１３のドレイン端子において２次高調波を短絡とする。
同様に、第２のデュプレクサ５１４から出力された２次高調波は、可変位相器５１６を介して第１の増幅回路５０９の出力に注入され、第１の増幅回路５０９のドレイン端子において２次高調波を短絡とする。
このようにして、増幅器５の動作が行われる。

［５次歪の補償：図３］
次に、５次歪の補償について図３を用いて説明する。
増幅器５において、基本波のみに注目すると、第２の分配器５０３で逆相分配された信号は、入力整合回路５０８及び５１２を介して２つの増幅回路５０９，５１３に入力され、デュプレクサと出力整合回路を介して合成器５１７で合成されている。
すなわち、増幅器５は基本的にはプッシュプル構造である。

プッシュプル増幅器では、偶数次歪をキャンセルすることが知られている。但し、ここでは、２次高調波のみをキャンセルする構成としており、４次以上の偶数次歪はキャンセルされない。
従って、増幅器５の出力に含まれる３次歪（ＩＭ３）と５次歪（ＩＭ５）は、数５（式５）、数６（式６）で表される。

数６から、ＩＭ５については、２次高調波の係数Ｃ₂を調整することによって、ａ⁵の項を全てキャンセルすることができ、２次高調波の注入で５次歪を補償できるものである。また、ＩＭ３におけるのａ⁵の項は、ＩＭ５を５倍したものであるから同様にキャンセルされる。

また、増幅器５のＩＭ３（数５）を、従来の電力増幅器におけるＩＭ３（数２）と比較してみると、ａ³の係数に２次歪Ａ₂の項がなくなっている。すなわち、増幅器５の出力のＩＭ３には、２次高調波の影響成分であるＣ2の項が含まれておらず、３次歪は２次高調波の影響を受けていないことがわかる。

このように、本電力増幅器では、プッシュプル構成の増幅器に２次高調波を注入することにより、３次歪に影響を与えることなく５次歪のみを補償することができるものである。

［高効率化：図３］
次に、増幅器５における２次高調波処理による高効率化について図３を用いて説明する。
分配器５０７で逆相に分配された２次高調波は、入力整合回路を介して増幅回路５０９，５１３に入力される。増幅回路５０９，５１３から出力された２次高調波は、デュプレクサ５１０，５１４で基本波と分離され、可変位相器５１６を介して接続される。
第１のデュプレクサ５１０から出力された２次高調波は、可変位相器５１６を介して第２の増幅回路５１３の出力に注入されてドレイン端子で短絡となり、同様に、第２のデュプレクサ５１４から出力された２次高調波は、第２の増幅回路５１３の出力に注入されてドレイン端子で短絡となる。

すなわち、増幅器５は、一方の増幅回路から出力された２次高調波を可変位相器５１６を介して他方の増幅回路に送出し、そのドレイン端子で２次高調波を短絡とするよう、可変位相器５１６を調整しているものである。このことは、偶数次高調波を短絡とし、奇数次高調波を開放として、電流及び電圧の波形の重なりを少なくして効率を向上させるＦ級増幅器において、２次高調波のみを処理することと同等となる。
このように、本電力増幅器は、プッシュプル構成の２つの増幅回路から出力された２次高調波を、可変位相器５１６を介して接続し、それぞれ他方の増幅回路のドレイン端子で２次高調波が短絡となるよう調整しているので、効率を向上させることができるものである。

［本電力増幅器のＤＰＤにおけるスペクトラム：図４］
次に、本電力増幅器のＤＰＤ２における出力スペクトラムについて図４を用いて説明する。図４は、本電力増幅器のＤＰＤにおける出力スペクトラムを示す模式説明図である。
上述したように、本電力増幅器の増幅器５では５次歪を補償し、増幅器５の出力には３次歪のみが残留しているので、ＤＰＤ２では３次歪のみを補償すればよい。従って、図４に示すように、信号帯域の３倍の帯域を処理すればよく、図６に示した５次歪まで補償する場合の３／５の帯域幅ですむ。これにより、発振器１３から供給されるクロック周波数を従来の３／５にすることができ、消費電力及び部品コストを低減することができるものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、ＤＰＤ２を備え、２次高調波を発生する２乗回路５０４と、２次高調波の振幅及び位相を５次歪を補償するよう調整する可変減衰器５０５及び可変位相器５０６と、２次高調波を逆相で分配する分配器５０７と、２次高調波と基本波を合成する第１,第２の入力整合回路５０８，５１２と、第１、第２の増幅回路５０９，５１３と、基本波と２次高調波を分離する第１、第２のデュプレクサ５１０，５１４と、基本波のインピーダンスを調整する第１、第２の出力整合回路５１１，５１５と、第１、第２の出力整合回路５１０，５１４からの出力を逆相で合成する合成器５１７と、第１、第２のデュプレクサ５１０，５１４からの２次高調波を接続する可変位相器５１６とを備え、プッシュプル構成の増幅器に調整された２次高調波を注入し、更に、増幅回路５０９，５１３から出力された２次高調波を可変位相器５１６を介して反対側の増幅回路のドレイン端子に注入し、２次高調波を短絡させるようにしているので、増幅器５では３次歪に影響を与えることなく５次歪を補償できると共に、増幅器５の出力の２次高調波をキャンセルでき、また、２次高調波の短絡で増幅回路の効率を向上させることができ、更に、ＤＰＤ２では３次歪のみを補償すればよいので、クロック周波数を３／５に低減して消費電力や部品コストを抑えることができる効果があり、これにより、５次歪まで補償し、且つ高効率で広帯域システムに適用できる電力増幅器を実現できる効果がある。

尚、本電力増幅器では、分配器５０３と合成器５１７を逆相で構成しているが、同相の分配器と合成器を用いてもよい。

本発明は、低歪、高効率で、広帯域システムに適用することができる電力増幅器に適している。

１…入力端子、 ２…ＤＰＤ、 ３…Ｄ／Ａ変換器、 ４…アップコンバータ、 ５…増幅器、 ６…ドハティ増幅器、 ７…方向性結合器、 ８…ダウンコンバータ、 ９…Ａ／Ｄ変換器、 １０…歪検出部、 １１…制御部、 １２…出力端子、 １３…発振器、 ５１…２次高調波発生回路、 ５２…プッシュプル増幅器、 ２０１…２乗回路、 ２０２，２０３，２０６，２０７…乗算器、 ２０４…加算器、 ２０５…４乗回路、 …乗算器、 ５０１，５０３，５０７…分配器、 ５０２…遅延線、 ５０４…２乗回路、 ５０５…可変減衰器、 ５０６…可変位相器、 ５０８，５１２…入力整合回路、 ５０９，５１３…増幅回路、 ５１０，５１４…デュプレクサ、 ５１１，５１５…出力整合回路、 ５１６…可変位相器、 ５１７…合成器、 ６０１…分配器、 ６０２…キャリア増幅回路、 ６０３，６０４，６０６…伝送線路、 ６０５…ピーク増幅回路、 ６０７…合成点、 ６０８…インピーダンス変換器

Claims (1)

1. プッシュプル増幅器を備えた電力増幅器であって、
   前記プッシュプル増幅器で発生する５次歪を補償するような２次高調波を発生する２次高調波発生回路と、
   前記プッシュプル増幅器で発生する３次歪を補償するデジタルプリディストーション回路とを有し、
   前記プッシュプル増幅器が、
   基本波と前記２次高調波とを合成して増幅する第１の増幅回路と、
   前記基本波の逆相と前記２次高調波の逆相とを合成して増幅する第２の増幅回路と、
   前記第１の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して前記第２の増幅回路における２次高調波を短絡させると共に、前記第２の増幅回路から出力された信号中の２次高調波の位相を調整して前記第１の増幅回路における２次高調波を短絡させる可変位相器と、
   前記第１の増幅回路から出力された信号中の基本波と、前記第２の増幅回路から出力された信号中の基本波の逆相とを、逆相で合成する合成器とを備えたことを特徴とする電力増幅器。

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