JP4149666B2

JP4149666B2 - 電力増幅器および増幅方法

Info

Publication number: JP4149666B2
Application number: JP2000522673A
Authority: JP
Inventors: バクトナス、クリステル
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: DE69835831T2; CA2311475C; SE510953C2; CN1279842A; AU1266199A; KR20010032280A; CA2311475A1; US6163213A; SE9704284D0; JP2001524769A; WO1999027645A1; DE69835831D1; EP1032973A1; SE9704284L; KR100553251B1; EP1032973B1

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は電力増幅器に関するものであって、更にそこにおける電力増幅の方法に関する。更に詳細には、本発明は少なくとも２つの被変調搬送波を含む複合無線信号の電力増幅に関する。
【０００２】
（発明の背景）
例えば移動電話システムでは、基地局から複数の移動局に情報が転送される。この情報は異なる搬送波に乗せて送信されるので、同一の電力増幅器の中でいくつかの搬送波を同時に電力増幅できることがコスト的に望ましい。
【０００３】
従来のフィードフォーワード技術に基づく電力増幅器では少なくとも２つの被変調搬送波(modulated carrier waves)を含む無線信号は第１の非線形増幅器で増幅されるため、これによって第１増幅器の出力信号には相互変調積が生ずる。第１増幅器からの出力信号の小部分が、第１増幅器の入力信号のフィードフォーワードされた部分に対して逆位相あるいは反対の位相で加えられる。ここにおいて、逆位相の加算によって、先に述べた相互変調積のみを含む信号が得られる。この最後に述べた信号を線形増幅器で適当な電力レベルにまで増幅することによって補償信号が得られる。電力増幅器の出力信号は、第１増幅器からの出力信号に対して補償信号を逆位相で加算し、それによって、電力増幅器からの出力信号中の相互変調積を抑制することによって生成される。
【０００４】
従来のフィードフォーワードに基づく電力増幅での１つの問題点は、電力損失を引き起こし、それとともに電力増幅器の効率を損なう多数の部品が第１増幅器の出力につながることに関連して生ずる。
【０００５】
ドイツ国特許明細書第ＤＥ２７１８１７２号は、いくつかの周波数を含む入力信号を増幅する時に、増幅器出力信号中の相互変調積を抑制する増幅器を開示している。この増幅器は内部で第１と第２の経路に分割されている。第１信号経路は第１の非線形増幅器を、また第２信号経路は減衰器と直列に接続された第２の非線形増幅器を含んでいる。この増幅器は入力信号を２つの信号経路上に分割する。それとともに、第１および第２増幅器はいずれも出力信号を発生し、それらは入力信号に対応する所望の信号成分と、増幅の過程で生ずる相互変調積の両方を含んでいる。第２増幅器での入力信号の増幅度が大きいために、第２増幅器からの出力信号は第１増幅器からの出力信号よりもずっと強い相互変調積を含む。第２増幅器からの出力信号は減衰器で減衰するので、減衰信号中の相互変調積は第１増幅器からの出力信号中の相互変調積と同じ程度に大きい。増幅器出力信号は、第２増幅器からの減衰した出力信号に対して第１増幅器からの出力信号を逆位相で加算することによって生成される。
【０００６】
第ＤＥ２７１８１７２号に開示される増幅器に関する１つの問題点は、電力損失が大きいことである。そのような電力損失が発生する１つの理由は、第１増幅器よりも第２増幅器での入力信号の増幅度が大きいため、第２増幅器からの出力信号が減衰して、後続の逆位相での加算によって第１および第２の信号経路で発生する相互変調積が互いに打ち消しあうであろうことである。
【０００７】
電力損失はまた、第２信号経路中で減衰後に得られる信号には所望の信号成分の比較的大きい部分が含まれているため、前記信号のこの部分が前記逆位相での加算過程で増幅器から所望の出力信号の電力減衰をもたらすであろうことからも引き起こされよう。
【０００８】
（発明の概要）
本発明は、少なくとも２つの被変調搬送波を含む無線信号を、非線形増幅器の助けによって増幅し、同時に、増幅された信号中の相互変調積の発生を抑制するという問題に取り組む。
【０００９】
この問題は主として、電力増幅器が、少なくとも２つの被変調搬送波(modulated carrier waves)を含む無線信号をそれぞれ第１および第２の非線形増幅器で増幅される２つの無線信号に分割するようになった方法によって解決される。相互変調積は増幅過程においてそれぞれの増幅器で発生する。補償信号は第２増幅器の出力信号から得られ、それとともに被変調搬送波の選択的抑制が起こる。電力増幅器出力信号は第１増幅器からの出力信号に対して補償信号を逆位相で加算することによって生成される。本発明はこのように上述の方法に関連しており、また本方法を実行するために必要な手段を含む電力増幅器に関連する。
【００１０】
更に詳細には、この問題は、少なくとも２つの被変調搬送波を含む第１の複合無線信号を電力増幅器中で第２および第３の無線信号に分割することによって解決される。第２無線信号は第１増幅器で増幅されて第４の無線信号を供給する。第４の無線信号は増幅された被変調搬送波を含むことに加えて第１増幅器で生成される相互変調積を含む。増幅された被変調搬送波を含むことに加えて第２増幅器で発生した相互変調積を含む第６無線信号を得るために、第２増幅器で第３無線信号を増幅することによって第５無線信号が得られる。この第５無線信号は第６無線信号から得られ、それによって被変調搬送波の選択的抑制が起こる。出力信号は、第４および第５無線信号を逆位相で加算することにより電力増幅器から生成され、それとともに出力信号中の相互変調積を抑制する。
【００１１】
本発明の１つの実施の形態に従えば、被変調搬送波の選択的抑制は、帯域消去フィルタで被変調搬送波を濾波消去することによって実行される。
【００１２】
本発明の別の実施の形態に従えば、選択的抑制は第２増幅器からの出力信号の一部に対して第３無線信号の一部を逆位相で加算することによって実行される。
【００１３】
本発明の１つの目的は、少なくとも２つの被変調搬送波を含む無線信号の増幅を、増幅された信号中の相互変調積を同時に抑制しながら行うための方法および電力増幅器を提供することである。より詳細な目的は低い電力損失を有する電力増幅器を提供することである。
【００１４】
本発明によって実現する１つの特長は、低い電力損失を有する線形な電力増幅器が実現することである。
【００１５】
ここで、添付図面を参照しながら、また本発明の好適な実施の形態を引用しながら本発明についてより詳細に説明しよう。
【００１６】
（好適な実施の形態の詳細な説明）
図１は無線通信網１００の一部を示しており、そこでは基地局１０１がコードレス端末１０２、例えば移動電話と無線信号を介して通信している。基地局１０１は典型的には複数の搬送波Ｃ１−Ｃ２を同時に送信できる機器を備えている。搬送波Ｃ１−Ｃ２の各々は別々の電力増幅器の助けによって増幅されるのが普通であった。基地局ハードウエアのコストは、すべての搬送波あるいは前記搬送波の少なくともいくつかを同時増幅するための単一の電力増幅器を使用することによって削減できる。
【００１７】
従来の増幅器は非線形であり、いくつかの周波数の信号を同時に増幅する時にはいわゆる相互変調積を生ずる。これらの相互変調積はそのままだと無線通信網１００または何らかのその他の通信網／システムで擾乱および干渉を引き起こすので、低レベルに抑制する必要がある。
【００１８】
相互変調積、従って主としていわゆる３次の相互変調積は、従来は何らかのフィードフォーワード線形化の助けによって電力増幅器の出力信号から除去されてきた。
【００１９】
図２は従来のフィードフォーワード技術に基づく電力増幅器２００の構造を示す。電力増幅器２００は、受信した入力信号を増幅することによって出力信号を発生する第１の非線形増幅器２０１を含む。第１の方向性結合器２０２は入力信号の一部を第２の方向性結合器２０４と直列になった第１の位相シフタ２１０へ、第１の遅延線２０３を介してフィードフォーワードする。第３の方向性結合器２０５は第１の非線形増幅器２０１からの出力信号の小部分を第２の方向性結合器２０４のほうへ向ける。第１の位相シフタ２１０と第２の方向性結合器２０４とが一緒に逆位相加算手段として機能して、第１増幅器２０１へフィードフォーワードされた入力信号を、同じ増幅器２０１から取り出された出力信号に対して逆位相で加算する。第１遅延線２０３と方向性結合器２０２、２０４、２０５とが正しく設定されていれば、この逆位相での加算によって得られる信号は第１増幅器２０１の非線形性によって引き起こされる相互変調積のみを含むはずである。それらの相互変調積は第２の線形増幅器２０６で増幅される。第１増幅器２０１からの出力信号は第２の遅延線２０７を介して第４の方向性結合器２０８の入力へ与えられる。更に、第２増幅器からの出力信号は第２の位相シフタ２０９を介して第４の方向性結合器２０８の第２入力へ与えられる。これらの入力信号は第４の方向性結合器２０８中で一緒に加算される。これは無視し得る３次の相互変調積を含む電力増幅器出力信号を発生する意図で行われる。電力増幅器２００からの出力信号中の３次の相互変調積を打ち消すためには、第２増幅器２０６からの相互変調積は、第４の方向性結合器２０８中で信号の加算を行う時に、第１増幅器２０１からの出力信号中の相互変調積と同じ電力レベルでしかも逆位相になっている必要がある。電力レベルは第２増幅器２０６と方向性結合器２０８を調節することによって調節でき、また位相調節は第２位相シフタ２０９を調節することによって行われる。
【００２０】
図６Ａ−図６Ｃは、図１に関連して説明したいくつかの信号の周波数スペクトルの原理的な外観を示す簡略化した周波数スペクトルを示す。
【００２１】
図６Ａは図２の電力増幅器２００に対する仮想の入力信号を示す。この入力信号は、それぞれ異なる搬送波周波数Ｆ１およびＦ２を有する２つの搬送波Ｃ１およびＣ２を含む複合無線信号を含んでいる。図６Ａは実際の複合無線信号を簡略化したものである。２つの被変調搬送波を含む実際の無線信号の周波数スペクトルは、単に２つの分離したトーン(tones)を含むだけでなく、それぞれの搬送波周波数の周りに広がりを有するであろう。図６Ａはまた、電力増幅器２００からの原理的な出力信号を示す。しかし注意すべき点は、電力増幅器２００からの出力信号の電力レベルは入力信号の電力レベルよりもかなり高いということである。
【００２２】
図６Ｂには図２の第１増幅器２０１からの出力信号が示されている。この出力信号は増幅された搬送波Ｃ１およびＣ２のほかに、第１増幅器２０１中で発生した３次の相互変調積ＩＭ１およびＩＭ２を含んでいる。
【００２３】
図６Ｃは第２増幅器２０６からの出力信号を示す。この信号は相互変調積ＩＭ１およびＩＭ２のみを含んでいる。
【００２４】
図２に示される電力増幅器２００に関する１つの問題点は、第１増幅器２０１よりも下流に位置するすべての部品、すなわち第３の方向性結合器２０５、第２の遅延線２０６および第４の方向性結合器２０８が電力増幅器２００から発生する信号中に大きな電力損失を引き起こすことである。
【００２５】
図３はドイツ国特許明細書第ＤＥ２７１８１７２号に述べられた増幅器３００を示している。増幅器３００は第１信号経路３０１および第２信号経路３０２を含んでいる。第１信号経路は、第１増幅器３０４と直列につながれた第１減衰器３０３を含む。第２信号経路３０２は、第２減衰器３０６と直列につながれた第２増幅器３０５を含む。増幅器３００はまた、分割手段３０２および加算手段３０８を含む。分割手段３０７はそれぞれ第１および第２の信号経路３０１および３０２の先頭へ接続された２つの出力と、入力とを有する。加算手段３０８はそれぞれ第１および第２の信号経路３０１および３０２の末端へ接続された２つの入力と、出力とを有する。
【００２６】
２つの被変調搬送波を含む複合無線信号を含む第１信号ＲＦ３１が増幅器３００に入力して分割手段の入力に受信される。分割手段は受信した信号ＲＦ３１を第２信号ＲＦ３２と第３信号ＲＦ３３とに分割し、その後これらの２つの信号を第１信号経路３０１と第２信号経路３０２とにそれぞれ分配する。第２信号ＲＦ３２は第１信号経路３０１中の第１減衰器３０３で減衰し、その後に第１増幅器３０４で増幅される。増幅された被変調搬送波に加えて、第１増幅器３０４からの出力信号ＲＦ３４もまた、第１増幅器３０４の非線形性の結果として生ずる相互変調積を含んでいる。後者の出力信号ＲＦ３４は被変調搬送波と信号に含まれる相互変調積のレベル間に第１の関係を有する。第３信号ＲＦ３３は第２信号経路中の第２増幅器３０５で増幅されて、それによって第２増幅器からの出力信号ＲＦ３６中の増幅された被変調搬送波は第１増幅器３０４からの出力信号ＲＦ３４中の被変調搬送波よりも強くなろう。相互変調積は非線形増幅器からの出力電圧が上昇するにつれて指数関数的に増大する。これは、第２増幅器３０５からの出力信号ＲＦ３６中に生ずる相互変調積が、同じ信号ＲＦ３６中の増幅された被変調搬送波に対して、第１増幅器３０４からの出力信号ＲＦ３４中の相互変調積と増幅された被変調搬送波との場合よりもかなり強いことを意味する。
【００２７】
第２増幅器３０５からの出力信号ＲＦ３６は第２減衰器３０６中で減衰して信号ＲＦ３５が得られる。ここで、第１増幅器３０４からの出力信号ＲＦ３４と減衰した信号ＲＦ３５中の相互変調積のレベルは互いに対応している。ここで述べた信号ＲＦ３５およびＲＦ３４は加算手段３０８中で逆位相で互いに加算される。そして相互変調積は互いに打ち消し合って、結果の信号ＲＦ３７が加算手段３０８および増幅器３００から出力される。
【００２８】
図３に示される増幅器３００は、損失を起こす部品を第１増幅器３０４の下流にほとんど接続されていない。しかし、全体的に眺めるとき、この増幅器３００は大きな電力損失をもたらし、従って電力増幅器として使用するには適していない。これは部分的には、第２信号経路３０２中で発生する、後に減衰を伴う高い増幅度のせいである。それはまた、第２減衰器３０６から出力される信号ＲＦ３５中に残存する被変調搬送波が無視できないせいでもある。これは逆位相加算過程で、第１増幅器３０４からの出力信号ＲＦ３４中の被変調搬送波の対応する成分を打ち消して、それによって増幅器３００からの出力信号ＲＦ３７の電力を低減する。
【００２９】
本発明は、図２および図３に示される既知の増幅器よりも効率的な電力増幅器を提供することを目的とする。
【００３０】
図４は本発明の第１の実施の形態に従う電力増幅器４００を示している。電力増幅器４００は、少なくとも２つの被変調搬送波を含む第１の複合無線信号ＲＦ４１を増幅するためのものである。電力増幅器４００は第１信号経路４０２および第２信号経路４０３を含む。第１信号経路４０２は第１増幅器４０５と直列につながれた遅延線４１０を含む。第２信号経路４０３は第１の帯域消去フィルタ４０８および第２の帯域消去フィルタ４０９と直列につながれた第２増幅器４０６を含んでおり、その後には第３線形増幅器４０７と位相シフタ４１１が続いている。電力増幅器４００はまた、第１の方向性結合器４０１と第２の方向性結合器４０４を含んでいる。第１の方向性結合器４０１は１つの入力と２つの出力とを持ち、ここでそれらの出力は第１信号経路４０２の遅延線４１０の入力と、第２信号経路４０３の第２増幅器４０６の入力へつながれている。第２の方向性結合器４０４は２つの入力と１つの出力とを持ち、ここでそれらの入力は第１信号経路４０２の第１増幅器４０５からの出力と、第２信号経路４０３の位相シフタ４１１からの出力へつながれている。
【００３１】
電力増幅器４００への入力信号を構成する第１の複合無線信号ＲＦ４１は第１の方向性結合器４０１の入力に受信される。第１の方向性結合器４０１は分割手段として機能し、第１無線信号ＲＦ４１を第２無線信号ＲＦ４２と第３無線信号ＲＦ４３とに分割する。それらはそれぞれ信号経路４０２、４０３に分配される。図６Ａは無線信号ＲＦ４１−ＲＦ４３のそれぞれの周波数スペクトルの原理的な外観を示している。これらの無線信号はすべて２つの被変調搬送波Ｃ１およびＣ２を含む。しかし、注意すべき点は、第１無線信号ＲＦ４１を分割したせいで、その他の２つの信号ＲＦ４２およびＲＦ４３の電力のほうが低いことである。第１無線信号ＲＦ４１は、第２無線信号ＲＦ４２と第３無線信号ＲＦ４３の電力が等しい大きさで、かつそれぞれが第１無線信号ＲＦ４１の電力のほぼ半分になるように都合よく分割される。
【００３２】
第２無線信号ＲＦ４２は第１信号経路４０２の遅延線４１０中で遅延されて、その後第１増幅器４０５で増幅されて第４無線信号ＲＦ４４を得る。第１増幅器４０５の非線形性のせいで第４無線信号ＲＦ４４中には相互変調積が現れる。図６Ｂは第４無線信号ＲＦ４４の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【００３３】
第３無線信号ＲＦ４３は第２信号経路の第２増幅器４０６で増幅されて、第６無線信号ＲＦ４６を得る。第２増幅器４０６の非線形性のせいで、第６の無線信号ＲＦ４６中に相互変調積が現れる。図６Ｂは第６無線信号ＲＦ４６の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【００３４】
第２信号経路４０３は第６無線信号ＲＦ４６から第５無線信号ＲＦ４５を形成するように機能する。このことは、被変調搬送波をそれぞれの帯域消去フィルタ４０８および４０９で濾波消去し、その後濾波消去した信号を第３増幅器４０７で増幅することによって行われる。図６Ｃは第５無線信号ＲＦ４５の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【００３５】
第４無線信号ＲＦ４４と第５無線信号ＲＦ４５との逆位相での加算によって、第２の方向性結合器４０４の出力上に電力増幅器４００からの出力信号ＲＦ４７が生成される。それとともに、出力信号ＲＦ４７中の相互変調積は抑制される。図６Ａは、理想的な状態において、すなわち相互変調積が完全に排除された時に、電力増幅器４００からの出力信号ＲＦ４７の周波数スペクトルの原理的外観を示す。出力信号ＲＦ４７の周波数スペクトルは第１無線信号ＲＦ４１と同じ周波数成分、すなわち被変調搬送波Ｃ２およびＣ２を含んでいるが、第１無線信号ＲＦ４１よりもずっと高い電力レベルにある。
【００３６】
逆位相での加算は、第５無線信号ＲＦ４５を位相シフタ４１１中で位相シフトして、前記信号の位相が第４無線信号ＲＦ４４の位相と逆、すなわち反対になるようにし、その後位相シフトした第５無線信号ＲＦ４５と第４無線信号ＲＦ４４とを第２の方向性結合器４０４中で加算することによって実行される。
【００３７】
位相シフタ４１１および第２の方向性結合器４０４は一緒になって、第４無線信号ＲＦ４４と第５無線信号ＲＦ４５との逆位相加算を実行するための加算手段を形成すると考えることができる。遅延線４１０は、第４無線信号ＲＦ４４と第５無線信号ＲＦ４５が前記逆位相加算時に同じ時間位置を有するように、すなわち第１の方向性結合器４０１から第２の方向性結合器４０４まで信号が伝搬するのに要する時間が信号経路４０２と４０３とで同じになるような寸法とされる。
【００３８】
第３増幅器４０７は、第５無線信号ＲＦ４５中の相互変調積の電力および電圧レベルを調節または適合化して、これらの値が第４無線信号ＲＦ４４のレベル値に対応するようにするための手段と考えることができる。
【００３９】
２つの帯域消去フィルタ４０８−４０９は一緒になって、第６無線信号ＲＦ４６中の被変調搬送波を選択的に抑制するための手段と考えることができる。電力増幅器４００は好ましくは消去帯域の中心周波数を、濾波消去すべき被変調搬送波の搬送波周波数Ｆ１およびＦ２（図６Ｂ参照）と電気的に一致させられる帯域消去フィルタの助けで以って、異なる搬送波周波数に適合化できる。使用する帯域消去フィルタ４０８−４０９は、第１の帯域消去フィルタ４０８と第２の帯域消去フィルタの消去帯域の中心周波数がそれぞれの周波数Ｆ１およびＦ２に設定されるように電気的に設定できるし、そのようにされている。例えば、帯域消去フィルタ４０８−４０９は、基地局を稼動させる前に制御ユニットへダウンロードした構成パラメータに基づいて基地局の制御ユニット４１２から設定されよう。しかし、搬送波周波数を変更する必要がない場合には、永久的に設定された帯域消去フィルタを使用できることを理解されよう。
【００４０】
図４の電力増幅器４００は、更に第２信号経路４０３に別の帯域消去フィルタを追加することによって２つよりも多い被変調搬送波を含む複合無線信号の増幅に適合化できる。
【００４１】
図５は本発明の第２の実施の形態に従う電力増幅器５００を示す。電力増幅器５００は少なくとも２つの被変調搬送波を含む第１の複合無線信号ＲＦ５１を増幅するためのものである。電力増幅器５００は第１の方向性結合器５０１、第２の方向性結合器５０２、第１信号経路５０３、および第２信号経路５０４を含む。第１信号経路５０３は第１増幅器５０６と直列につながれた第１遅延線５０５を含む。第２信号経路５０４は１つの入力と２つの出力とを有する第３の方向性結合器５０７を含む。第３の方向性結合器５０７からの１つの出力は第２増幅器５０８の入力につながれている。第３の方向性結合器５０７からの第２出力は第２遅延線５０９につながれ、第２遅延線５０９は第２の位相シフタ５１０と直列につながれている。第４の方向性結合器５１１は２つの入力と１つの出力とを持ち、その入力の１つは第２増幅器５０８の出力につながれ、また他方の入力は第２の位相シフタ５１０の出力につながれている。第４の方向性結合器５１１からの出力は第３の線形増幅器５１２につながれ、第３の線形増幅器５１２は第１の位相シフタ５１３と直列につながれている。第１の方向性結合器５０１は１つの入力と２つの出力とを持ち、前記出力は第１信号経路５０３の第１遅延線５０５の入力につながれ、また第２信号経路５０４の第３の方向性結合器５０７の入力へ、それぞれつながれている。第２の方向性結合器５０２は２つの入力と１つの出力とを持ち、それら入力は第１信号経路５０２の第１増幅器５０６からの出力と、第２信号経路５０４の第１の位相シフタ５１３からの出力とにそれぞれつながれている。
【００４２】
第１の複合無線信号ＲＦ５１は電力増幅器５００への入力信号を構成し、第１の方向性結合器５０１の入力に受信される。第１の方向性結合器５０１は第１無線信号ＲＦ５１を第２無線信号ＲＦ５２と第３無線信号ＲＦ５３とに分割するための手段として機能する。これらの無線信号はそれぞれの信号経路５０３、５０４に分配される。
【００４３】
第２無線信号ＲＦ５２は第１信号経路５０３の第１遅延線５０５で遅延されて、その後第１増幅器５０６で増幅されて第４無線信号ＲＦ５４を得る。第１増幅器５０６の非線形性のために第４無線信号ＲＦ５４は相互変調積を含むであろう。
【００４４】
第３無線信号ＲＦ５３は第２信号経路の第２増幅器５０８で増幅されて第６無線信号ＲＦ５６を得る。第２増幅器５０８の非線形性のために第６無線信号ＲＦ５６中に相互変調積が現れよう。
【００４５】
第２信号経路５０４は第６無線信号ＲＦ５６から第５無線信号ＲＦ５５を形成するように適合化される。本発明のこの実施の形態の場合には、信号発生は、一緒になって第３無線信号ＲＦ５３の一部を第２の位相シフタ５１０へフィードフォーワードするための手段として機能する第３の方向性結合器５０７と第２遅延線５０９によって実行される。第２の位相シフタ５１０および第４の方向性結合器５１１は一緒になって、第６無線信号ＲＦ５６と第３無線信号ＲＦ５３のフィードフォーワードされた部分とを逆位相で加算するための第２の手段として機能する。これに関して、第２遅延線５０９は第２増幅器５０８で発生する時間遅延を補償するように設定され、また第２の位相シフタ５１０は上述の信号加算が逆位相で行われるように設定され、更に第３の方向性結合器５０７と第４の方向性結合器５１１はそれぞれ被変調搬送波が前記信号加算時に打ち消されるように設定される。最後に、第４の方向性結合器５１１からの出力信号を第３増幅器５１２で増幅することによって第５無線信号ＲＦ５５が生成される。
【００４６】
第４無線信号ＲＦ５４と第５無線信号ＲＦ５５を逆位相で加算することによって、第２の方向性結合器５０２の出力に電力増幅器からの出力信号ＲＦ５７が生成される。この逆位相加算過程は、位相シフタ５１３で第５無線信号ＲＦ５５を位相シフトして、第５信号を第４無線信号ＲＦ５４に対して逆、あるいは反対位相とし、その後、位相シフトした第５無線信号ＲＦ５５と第４無線信号ＲＦ５４とを第２の方向性結合器５０２で一緒に加算することによって実行される。
【００４７】
位相シフタ５１３と第２の方向性結合器５０２は一緒になって、第４無線信号ＲＦ５４と第５無線信号ＲＦ５５を逆位相で加算するための加算手段を形成すると考えることができる。第１遅延線の寸法は、逆位相加算時に第４無線信号ＲＦ５４と第５無線信号ＲＦ５５が互いに同じ時間位置を有するように、すなわち第１の方向性結合器５０１から第２の方向性結合器５０２まで信号が伝搬するために要する時間が信号経路５０３と５０４とで同じになるようなものとなっている。
【００４８】
第３増幅器５１２は第５無線信号ＲＦ５５中の相互変調積の電力および電圧レベルを調節して、それらのレベルが第４無線信号ＲＦ５４のレベルに対応するように調節するための手段と考えることができる。
【００４９】
この第２の実施の形態の場合には、第３の方向性結合器５０７と第２遅延線５０９とを含むフィードフォーワード手段は、第２の位相シフタ５１０と第４の方向性結合器５１１を含む第２の加算手段と一緒になって、第６無線信号ＲＦ５６中の被変調搬送波の選択的抑制を行うための手段を構成すると考えることができる。
【００５０】
第２の実施の形態では、無線信号ＲＦ５１−ＲＦ５７は第１の実施の形態の無線信号ＲＦ４１−ＲＦ４７と直接的な対応関係を有する。第２の実施の形態でのそれぞれの無線信号ＲＦ５１−ＲＦ５７に関する周波数スペクトルの原理的外観は第１の実施の形態での対応する無線信号ＲＦ４１−ＲＦ４７の周波数スペクトルと同じであり、このことは図６Ａ−図６Ｃから明らかである。
【００５１】
これらの２つの実施の形態は、被変調搬送波の選択的抑制の発生の仕方が異なる。図５の実施の形態が優れている点は、増幅する複合無線信号中の搬送波の数を増やした時に電力増幅器５００の複雑さが増えないことである。
【００５２】
相互変調積が発生する第１および第２増幅器は類似の非線形特性を有することが好ましい。これら２つの増幅器は、与えられた入力信号に対して、第２増幅器が第１増幅器からの対応する出力信号の電力よりもずっと低い電力の出力信号を生成するように選ばれることが有利である。従って、第５無線信号、ＲＦ４５およびＲＦ５５はそれぞれ、まず低電力レベルにおいて相互変調積を生成し、それを被変調搬送波の選択的抑制の後で、第３の線形増幅器４０７および５１２でそれぞれ増幅して、第５無線信号が正しい電力レベルを得るようにすることによって生成される。このように達成される効率は図３に示される増幅器によって達成される効率よりもずっと高い。更に、図４の第２増幅器からの電力出力レベルをより低くすることによって、第２増幅器４０６および帯域消去フィルタ４０８−４０９を低電力用の寸法とすることができ、それとともにこれらの部品をより小型でより安価なものに作ることができる。
【００５３】
図７Ａおよび図７Ｂは図４に示される第１増幅器４０５および第２増幅器４０６を実現する適当なやり方を示している。
【００５４】
図７Ａから明らかなように、図４の第１増幅器４０５は第１の複数個の増幅要素７１を含み、それらは増幅器４０５が要求される電力を供給できるように並列に接続されている。
【００５５】
図７Ｂから明らかなように、図４の第２増幅器４０６は第１増幅器４０５のものと同じタイプの増幅要素７１を１つだけ含んでいる。
【００５６】
例えば、ＧＳＭ基地局では、第１増幅器４０５はエリクソン社の電力用製品のうちのモデル名ＰＴＢ２０２１９を有するいわゆるＲＦパワー・トランジスタを出発点として構成することができる。第２増幅器４０６は電力に関してスケール・ダウンした、すなわち、図７Ａおよび図７Ｂに関して説明したことに従って、ＰＴＢ２０２１９の製品を出発点として構成することができる。
【００５７】
第２増幅器のほうが第１増幅器と同じタイプの並列接続された増幅要素を数少なく含んでおり、第２増幅器４０６と第１増幅器４０５とは両方とも類似した非線形特性を有する一方で、同時に、第２増幅器４０６は第１増幅器４０５よりも低い電力レベルで動作するであろう。
【００５８】
本発明に従う電力増幅器は１つのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集積回路）中に実現することが有利である。本発明の電力増幅器を単一のＭＭＩＣで実現する時の付加的な利点は、半導体材料およびチップ製造に使用するプロセスの違いによる増幅器特性の変動を最小化できることである。これは第１および第２の増幅器が両方ともに同じチップ上に位置するという事実による。
【００５９】
図８は本発明に従う方法を示すフローチャートである。本方法について、次に図８、図４、および図６Ａ−図６Ｃを同時に参照しながら説明することにしよう。工程８０１では、第１の複合無線信号ＲＦ４１が第２無線信号ＲＦ４２と第３無線信号ＲＦ４３とに分割される。
【００６０】
工程８０１の後で、フローチャートは工程８０２を含む分岐と、工程８０３−８０５を含む分岐とに分かれる。ここでそれぞれの分岐はそれぞれ第１信号経路４０２と第２信号経路４０３とで並列的に行われる信号処理について記述する。
【００６１】
工程８０２では第２無線信号ＲＦ４２が第１増幅器で増幅されて第４無線信号ＲＦ４４を得る。ここで第４無線信号ＲＦ４４中には相互変調積ＩＭ１、ＩＭ２が発生する。
【００６２】
工程８０３−８０５では、第３無線信号ＲＦ４３を処理することによって第５無線信号ＲＦ４５が発生する。工程８０３では、第３無線信号ＲＦ４３が第２増幅器ＲＦ４０６で増幅されて第６無線信号ＲＦ４６を得る。ここで第６無線信号ＲＦ４６中には相互変調積ＩＭ１、ＩＭ２が発生する。工程８０４で第６無線信号ＲＦ４６中の被変調搬送波Ｃ１、Ｃ２の選択的抑制によって、第６無線信号ＲＦ４６から第５無線信号ＲＦ４５が形成される。その後、工程８０４の結果の信号の電力を工程８０５で調節して、第５無線信号ＲＦ４５中の相互変調積ＩＭ１、ＩＭ２の電力レベルが第４無線信号ＲＦ４４中の相互変調積ＩＭ１、ＩＭ２の電力レベルに対応するように適合化される。
【００６３】
最後に、第４無線信号ＲＦ４４と第５無線信号ＲＦ４５との逆位相加算によって、工程８０６で電力増幅器からの出力信号ＲＦ４７を生成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線通信網の一部を示す図。
【図２】従来のフィードフォーワード法に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図３】ドイツ国特許明細書第ＤＥ２７１８１７２号に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に従う電力増幅器の模式的ブロック図。
【図６Ａ】異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図６Ｂ】異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図６Ｃ】異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図７Ａ】図４および図５で使用される増幅器の内部構造を示すブロック図。
【図７Ｂ】図４および図５で使用される増幅器の内部構造を示すブロック図。
【図８】本発明の方法を示すフローチャート。

Claims

少なくとも２つの被変調搬送波（Ｃ１、Ｃ２）を含む第１の複合無線信号（ＲＦ４１）を電力増幅器（４００）で増幅するための方法であって、
ａ）第１無線信号（ＲＦ４１）を第２無線信号（ＲＦ４２）と第３無線信号（Ｒ
Ｆ４３）とに分割する工程（８０１）、
ｂ）第１信号経路（４０２）に属する第１増幅器（４０５）で第２無線信号（ＲＦ４２）を増幅して第４無線信号（ＲＦ４４）を生成する工程（８０２）であって、ここで第４無線信号（ＲＦ４４）中に相互変調（ＩＭ１、ＩＭ２）が生ずる増幅工程（８０２）、
ｃ）第３無線信号（ＲＦ４３）を第２信号経路で信号処理して第５無線信号（ＲＦ４５）を生成する工程（８０３−８０５）、
ｄ）第５無線信号（ＲＦ４５）に対して第４無線信号（ＲＦ４４）を逆位相で加
算することによって、電力増幅器（４００）から出力信号（ＲＦ４７）を生成する工程（８０６）、
を含み、ここにおいて、工程ｃ）の信号処理が、
ｅ）第３無線信号（ＲＦ４３）を第２増幅器（４０６）で増幅して第６無線信号（ＲＦ４６）を生成する工程（８０３）であって、ここにおいて第６無線信号（ＲＦ４６）中に相互変調（ＩＭ１、ＩＭ２）が生ずる増幅工程（８０３）、
ｆ）第６無線信号（ＲＦ４６）から第５無線信号（ＲＦ４５）を生成する工程（８０４−８０５）、
を含んでおり、ここにおいて本方法が、工程ｆ）が
ｇ）第６無線信号（ＲＦ４６）中の被変調搬送波（Ｃ１、Ｃ２）を選択的に抑制する工程（８０４）、
を含んでおり、
抑制する工程（８０４）は、前記被変調搬送波（Ｃ１−Ｃ２）を濾波消去するように構成された帯域消去フィルタ（４０８、４０９）によって実行される
ことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、工程ｆ）が
ｈ）第５無線信号（ＲＦ４５）中の相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）の電力レベルを適合化して、前記電力レベルが第４信号（ＲＦ４４）中の相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）の電力レベルに対応するようにする適合化工程（８０５）、
を含んでいることを特徴とする方法。
請求項１又は２に記載の方法であって、第１増幅器（４０５）と第２増幅器（４０６）が類似した非線形特性を有することを特徴とする方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であって、与えられた入力信号に対して、第１増幅器（４０５）からの対応する出力信号（ＲＦ４４）よりも低い電力を有する出力信号（ＲＦ４６）を第２増幅器（４０６）から生成することを特徴とする方法。
２つの被変調搬送波（Ｃ１、Ｃ２）を含む第１複合無線信号（ＲＦ４１）、第１無線信号（ＲＦ４１）を増幅するための電力増幅器（４００）であって、
−第１無線信号（ＲＦ４１）を第２無線信号（ＲＦ４２）と第３無線信号（ＲＦ４３）とに分割するための手段（４０１）、
−第４無線信号（ＲＦ４４）を生成するように適合化された第１信号経路（４０２）、
−第５無線信号（ＲＦ４５）を生成するように適合化された第２信号経路（４０３）、
−第５無線信号（ＲＦ４５）に対して第４無線信号（ＲＦ４４）を逆位相加算することによって、電力増幅器（４００）から出力信号（ＲＦ４７）を生成するための第１の加算手段（４０４、４１１）、
を含み、ここにおいて、
−分割手段（４０１）が第１信号経路（４０２）と第２信号経路（４０３）の両方につながれて、それぞれの信号経路（４０２、４０３）に対して第２無線信号（ＲＦ４２）と第３無線信号（ＲＦ４３）とをそれぞれ分配するように適合化されており、
ここにおいて、
−第１信号経路（４０２）が、第２無線信号（ＲＦ４２）を第１増幅器（４０５）で増幅することによって第４無線信号（ＲＦ４４）を生成するように適合化されており、それとともに第４無線信号（ＲＦ４４）中に相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）が発生し、
ここにおいて、
−第２信号経路（４０３）が、第３無線信号（ＲＦ４３）を第２増幅器（４０６）で増幅することによって第６無線信号（ＲＦ４６）を生成するように適合化されており、それとともに第６無線信号（ＲＦ４６）中に相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）が発生し、
ここにおいて、
−第２信号経路（４０３）が更に、第６無線信号（ＲＦ４６）から第５無線信号（ＲＦ４５）を生成するように適合化されており、前記第２信号経路（４０３）が、第６無線信号（ＲＦ４６）中の被変調搬送波（Ｃ１、Ｃ２）を選択的に抑制するように適合化された抑制手段（４０８、４０９）を含んでおり、
前記抑制手段は、前記被変調搬送波（Ｃ１−Ｃ２）を濾波消去するように構成された帯域消去フィルタ（４０８、４０９）を含んでいる
いることを特徴とする電力増幅器（４００）。
請求項５に記載の電力増幅器（４００）であって、第２信号経路（４０３）が、第５無線信号（ＲＦ４５）中の相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）の電力レベルを、第４無線信号（ＲＦ４４）中の相互変調積（ＩＭ１、ＩＭ２）のレベルに対応するようにするための適合化手段（４０７）を含んでいることを特徴とする電力増幅器（４００）。
請求項５又は６に記載の電力増幅器（４００）であって、第１増幅器（４０５）と第２増幅器（４０６）とが類似した非線形特性を有することを特徴とする電力増幅器（４００）。
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の電力増幅器（４００）であって、第２増幅器（４０６）が、与えられた入力信号に対して、第１増幅器（４０５）からの対応する出力信号（ＲＦ４４）の電力よりも大幅に低い電力を有する出力信号（ＲＦ４６）を生成するように適合化されていることを特徴とする電力増幅器（４００）。
請求項８に記載の電力増幅器（４００）であって、第１増幅器（４０５）が所定のタイプの並列接続された増幅要素（７１）を第１の複数個含んでおり、また第２増幅器（４０６）が第１増幅器（４０５）のそれらと同じタイプの増幅要素（７１）をより少ない第２の複数個含んでいることを特徴とする電力増幅器（４００）。