JPH0746049A - 高周波線形電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力信号の例えばビート周波数（Δｆ）をバ
イアス装置で検出し、そして、周波数に応じて制御され
た歪成分を歪補償装置で生成し、線形性を向上する高周
波線形形電力増幅器を提供すること。 【構成】 高周波線形電力増幅器において、周波数によ
る電圧の変化分を検出するｆ／Ｖ変換回路２１をバイア
ス装置に設け、このｆ／Ｖ変換回路２１で検出された信
号を制御装置１９に加え、周波数で制御された歪成分を
歪補償装置１１で生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル通信システ
ム、例えば衛星通信システムや携帯電話システム、デジ
タルコードレスシステムに用いられる高周波線形電力増
幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル通信システムに用いられる高周
波線形電力増幅器は、線形性（リニアリティー）や効率
が厳しく規定されている。高周波線形電力増幅器に用い
られる電力素子、例えば電界効果トランジスタ（以後Ｆ
ＥＴという）が単体でもつ線形性や効率を上回る性能を
要求されることもある。このような要求がある場合、電
力素子で発生する歪を小さくするために、歪補償装置
（リニアライザー）を設け線形性を向上させている。

【０００３】しかし、入力信号レベルや温度など使用条
件によって、電力素子の歪特性が変化する。このため、
使用条件が変わると電力素子で発生する歪も違ってく
る。したがって、電力素子で発生する歪を小さくするた
めには、歪補償装置で生成される補償用の歪成分を使用
条件によって調整する必要がある。

【０００４】ところで、歪補償装置の歪成分は、歪発生
回路で歪信号を発生しその歪信号の大きさや位相を制御
して得ている。したがって、歪補償に最適な歪成分を得
るために、例えば歪発生回路で発生する歪信号に対する
制御条件を、予め使用条件に応じて測定しておき、その
制御条件をメモリーに記憶させる方法が用いられる。そ
して、電力素子が実際に動作している時の使用条件をモ
ニタし、その使用条件に見合った制御条件で歪信号を制
御する構成である。

【０００５】なお、電力素子で発生する歪に影響を与え
る使用条件として、入力レベルや温度の他に、多数の信
号波を同時に増幅する場合の周波数差（ビート周波数：
Δｆ）がある。

【０００６】多数の信号波が電力素子に同時に入力され
ると、電力素子の出力電力は入力された信号のビート周
波数（Δｆ）によって変化する。なお、電力素子は、通
常、ＡＢ級またはＢ級にバイアスされ、効率の向上が図
られている。したがって、出力電力が変化すると電流
（ＦＥＴの場合はドレイン電流）の平均値が変化する。
電流の平均値が変化する場合、ビート周波数（Δｆ）に
追従する速さで、電力素子の端子にバイアス装置から電
荷を供給する必要がある。

【０００７】しかし、バイアス装置にはインダクタンス
分が含まれるため、バイアス電源から電力素子に供給さ
れる電荷がビート周波数（Δｆ）に追従できなくなる。
このような場合、バイアス電圧が下がり、電力素子の線
形性が劣化する。使用する周波数帯域が狭く、したがっ
て、ビート周波数（Δｆ）が小さいときは、線形性の劣
化は小さい。

【０００８】しかし、使用する周波数帯域が広くなり、
ビート周波数（Δｆ）が大きくなると、電力素子の線形
性の劣化は大きくなり、電力素子の歪に対するビート周
波数（Δｆ）の影響が無視できなくなる。

【０００９】なお、多数の信号波を同時に増幅する場合
のビート周波数（Δｆ）に限らず、単一の信号波を増幅
する場合でも、変調方式によっては同様の現象が起こ
る。単一の信号波の場合は、その変調速度が多数の信号
波の場合のビート周波数（Δｆ）と同様な影響を与え
る。

【００１０】ところで、歪補償装置の歪発生回路で生成
される歪信号を、入力信号の周波数で制御しようとする
と、入力信号の周波数をモニタするために、周波数を検
出する検出回路が伝送線路に挿入される。しかし、伝送
線路に検出回路を挿入すると、検出回路によって伝送す
る信号が減衰する。

【００１１】また、入力信号の周波数をモニタする場
合、周波数に比例した出力を得るためにｆ／Ｖ変換回路
が用いられる。しかし、マイクロ波帯など周波数が高く
なると、ｆ／Ｖ変換回路が複雑になり、また大型なもの
になる。このため、歪補償装置の歪発生回路で生成され
る歪信号を周波数で制御する方法は、これまで用いられ
ていない。

【００１２】ここで、従来の高周波線形電力増幅器につ
いて、図３を参照して説明する。図３はプリディストー
タ形歪補償装置を用いた例である。

【００１３】ＩＮは入力端子で、入力端子ＩＮには点線
で示した歪補償装置３１が接続されている。なお、歪補
償装置３１は、後段に接続された電力素子３２で発生す
る歪を打ち消す逆位相の歪成分を生成する。

【００１４】歪補償装置３１に入力された信号は分配器
３３で２分され、一方は歪発生回路３４から減衰器３
５、移相器３６を通して合成器３７に加えられる。ま
た、他方は伝送線路３８を通して合成器３７に加えられ
る。合成器３７で合成された入力信号は電力素子３２で
増幅され、出力端子ＯＵＴから出力される。

【００１５】なお、歪発生回路３４では、電力素子３２
で発生する歪を補償する歪信号が生成される。歪信号
は、減衰器３５や移相器３６で、その大きさや位相が制
御され、電力素子３２で発生する歪と逆位相にされ補償
用の歪成分として合成器３７に加えられる。なお、減衰
器３５や移相器３６で制御される歪信号の大きさや移相
量は、制御回路３９によって制御される。

【００１６】また、電力素子３２の近くに温度センサ４
０が設けられ、周囲の温度が測定される。温度センサ４
０で測定された温度情報は制御回路３９に送られる。制
御回路３９には、減衰器３５や位相器３６に対する制御
条件が温度条件に応じてメモリーに記憶されている。そ
して、温度センサ４０から送られる温度情報をもとに、
メモリーに記憶されている制御条件で減衰器３５や位相
器３６を制御し、電力素子３２から出力される信号の歪
が最小となるようにしている。なお、図３の例では、減
衰器３５や位相器３６は温度情報で制御され、入力レベ
ルによる制御は行われていない。ここで、電力素子に対
しバイアス電圧を供給するバイアス装置について、図４
を参照して説明する。ＩＮは電力素子の入力端で、電力
素子には例えばＦＥＴ４１が用いられる。ＦＥＴ４１は
ドレインＤ、ソースＳ、ゲートＧの各端子を持ち、ソー
スＳは接地され、ドレインＤは出力端ＯＵＴに接続され
る。そして、ドレインＤ、ゲートＧには、バイアス電源
Ｂ１、Ｂ２からインダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２を通して
バイアス電圧が供給される。なお、コンデンサＣ１、Ｃ
２は、高周波信号に対するバイアス電源Ｂ１、Ｂ２側の
影響を防いでいる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】電力素子例えばＦＥＴ
にバイアス電圧を加えるバイアス装置は、そのインダク
タンス分が電力素子で発生する歪に影響を与える。これ
までは、インダクタンス素子の配置場所や長さなどを工
夫して、インダクタンス分ができるだけ小さくなるよう
にしている。しかし、使用周波数帯域が広くなると、イ
ンダクタンスの影響は無視できなくなる。また、電力素
子で発生する歪は、例えば多数の信号波が入力される場
合はビート周波数（Δｆ）で変化する。

【００１８】ところで、歪補償装置で生成される歪成分
は、電力素子で発生する歪に対して特定のビート周波数
（Δｆ）で逆位相となるように設定される。したがっ
て、他のビート周波数（Δｆ）に対しては必ずしも逆位
相にならない。このため、複数のビート周波数（Δｆ）
に対して、電力素子で発生する歪を補償するためには、
歪補償装置で生成される歪成分をビート周波数（Δｆ）
に応じて制御する必要がある。しかし、前述したように
周波数による制御が困難であるため、個々のビート周波
数（Δｆ）に対する制御は行われていない。これまでは
使用周波数帯域内のすべてのビート周波数（Δｆ）に対
して平均的に補償効果があるように制御している。

【００１９】したがって、従来の高周波線形形電力増幅
器では、使用周波数帯域が広くなると、電力素子で発生
する歪を十分に補償できない。

【００２０】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、入力信号の例えばビート周波数（Δｆ）をバイアス
装置で検出し、そして、周波数に応じて制御された歪成
分を歪補償装置で生成し、線形性を向上する高周波線形
形電力増幅器を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、高周波信号を
増幅する電力素子と、この電力素子の端子にバイアス電
圧を供給するバイアス装置と、前記電力素子の非線形性
によって生じる歪を補償する歪成分を生成する歪補償装
置と、この歪補償装置で生成される歪成分を制御する制
御装置とを具備する高周波線形電力増幅器において、周
波数による電圧の変化分を検出する検出装置を前記バイ
アス装置に設け、前記検出装置で検出された信号を前記
制御装置に加え、前記歪補償装置で生成される歪成分を
制御している。

【００２２】

【作用】上記した構成によれば、周波数の変化分を検出
する検出装置をバイアス装置に設け、周波数の変化分で
制御された歪成分を歪補償装置で生成している。したが
って、電力素子の出力変化などによる歪の変化を補償す
ることができ、高周波線形形電力増幅器の線形性を向上
できる。また、周波数の変化分を検出する検出装置をバ
イアス装置に設けているので、検出装置が入力信号を減
衰させるようなこともない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図１の回
路構成図を参照して説明する。図１の実施例は、図３と
同様にプリディストータ形歪補償装置を用いた例であ
る。ＩＮが入力端子で、入力端子ＩＮに点線で示した歪
補償装置１１が接続されている。歪補償装置１１に入力
された信号は分配器１２で２分され、一方は歪発生回路
１３、そして減衰器１４、移相器１５を通して合成器１
６に加えられる。他方は伝送線路１７を通して合成器１
６に加えられる。合成器１６で合成された信号は、電力
素子１８例えばＦＥＴで増幅され出力端子ＯＵＴから出
力される。

【００２４】なお、歪発生回路１３では、電力素子１８
で発生する歪を補償する歪信号が生成される。歪信号
は、減衰器１４や移相器１５で、その大きさや位相が制
御され、電力素子１８で発生する歪と逆位相の補償用の
歪成分として合成器１６に加えられる。なお、減衰器１
４や移相器１５で制御される歪信号の大きさや移相量
は、制御回路１９によって制御される。

【００２５】また、合成器１６に加えられた補償用の歪
成分は、歪補償装置１１の出力として、入力信号と一緒
に電力素子１８に加えられる。このとき、電力素子１８
で発生する歪は、歪補償回路１１から送られる歪成分で
補償される。

【００２６】なお、電力素子１８の近くには温度センサ
２０が設けられ、周囲の温度が測定される。また、電力
素子１８の例えばバイアス装置にｆ／Ｖ変換回路２１が
設けられ、ビート周波数（Δｆ）などの周波数情報が検
出される。そして、温度センサ２０で測定された温度情
報、およびｆ／Ｖ変換回路２１で検出された周波数情報
は制御装置１９に送られる。制御装置１９には、歪補償
装置１１内の減衰器１４や移相器１５に対する制御条件
が温度や周波数などの使用条件に応じてメモリーに記憶
されており、温度センサ２０から送られる温度情報やｆ
／Ｖ変換回路２１から送られる周波数情報をもとに、減
衰器１４や移相器１５を制御する。

【００２７】ここで、バイアス装置内に構成されるｆ／
Ｖ変換回路について、図２を参照して説明する。ＩＮは
電力素子の入力端子で、電力素子には例えばＦＥＴ２５
が用いられる。ＦＥＴ２５はドレインＤ、ソースＳ、ゲ
ートＧの各端子を持ち、ソースＳは接地される。また、
ドレインＤは出力端子ＯＵＴに接続される。そしてドレ
インＤやゲートＧには、バイアス電源Ｂ１、Ｂ２からイ
ンダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２を通してバイアス電圧が供
給される。なお、コンデンサＣ１、Ｃ２は、高周波信号
に対するバイアス電源Ｂ１、Ｂ２側の影響を防いでい
る。そして、コンデンサＣ１の両端に、ｆ／Ｖ変換回路
２６が接続される。

【００２８】上記した構成で、例えば多数の信号波が電
力素子２５に同時に入力されると、インダクタンス素子
Ｌ１の影響で、コンデンサＣ１の電圧値が、入力された
信号のビート周波数（Δｆ）で変化する。この電圧変化
の周波数がｆ／Ｖ変換回路２６で検出され制御回路１９
（図１）に送られる。そして、歪発生回路１３で生成さ
れた歪信号をｆ／Ｖ変換回路２１で検出された周波数情
報で制御する。

【００２９】この構成では、ビート周波数（Δｆ）を検
出するｆ／Ｖ変換回路がバイアス装置に挿入されている
ので、入力信号を減衰させるようなことはない。また、
ビート周波数（Δｆ）は数１０ＭＨｚ程度と、マイクロ
波帯の入力信号に比べ周波数が低くなっているので、入
力信号を直接検波する場合に比べｆ／Ｖ変換回路の構成
は簡単になる。

【００３０】なお、ビート周波数（Δｆ）が電力素子の
歪に対し影響が小さい場合は、ｆ／Ｖ変換回路で検出さ
れる周波数の精度はそれほど要求されない。この場合、
ＬＣ共振回路やゲインが変化する増幅器などでｆ／Ｖ変
換回路を構成できる。また、ビート周波数（Δｆ）は電
圧振幅と比例関係にあるため、電圧振幅をモニタする回
路でｆ／Ｖ変換回路を構成することもできる。この場
合、ｆ／Ｖ変換回路はより簡単になる。

【００３１】上記した本発明の構成によれば、入力信号
の例えばビート周波数をバイアス装置内で検出し、検出
された周波数で歪成分を制御しているので、入力信号の
減衰もなく、また、電力素子で発生する歪も小さくでき
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、入力信号の減衰がな
く、また、電力素子で発生する歪が小さい高周波線形電
力増幅器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する回路図である。

【図３】従来の例を示す回路構成図である。

【図４】従来の例を説明する回路図である。

【符号の説明】

１１…歪補償装置 １２…分配器 １３…歪発生回路 １４…減衰器 １５…移相器 １６…合成器 １７…伝送線路 １８…電力素子 １９…制御回路 ２０…温度センサ ２１…ｆ／Ｖ変換回路 ＩＮ…入力端子 ＯＵＴ…出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号を増幅する電力素子と、この
   電力素子の端子にバイアス電圧を供給するバイアス装置
   と、前記電力素子の非線形性によって生じる歪を補償す
   る歪成分を生成する歪補償装置と、この歪補償装置で生
   成される歪成分を制御する制御装置とを具備する高周波
   線形電力増幅器において、周波数による電圧の変化分を
   検出する検出装置を前記バイアス装置に設け、前記検出
   装置で検出された信号を前記制御装置に加え、前記歪補
   償装置で生成される歪成分を制御することを特徴とする
   高周波線形電力増幅器。