JPH10145147A - 低歪増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路構成の簡単な低歪増幅回路を提供する。 【解決手段】 共振回路３、６は入力信号周波数ｆｍの
２倍の共振周波数を有し、共振回路４、７はｆｍの３倍
の共振周波数を有する。増幅器５から出力された２倍高
調波成分は共振回路６を通過して負荷回路１２に入力さ
れ、３倍高調波成分は共振回路７を通過して負荷回路１
３に入力される。負荷回路１２は２倍高調波成分を遅延
して共振回路６に反射し、負荷回路１３は３倍高調波成
分を遅延して共振回路７に反射する。上記の遅延時間を
増幅器５からの高調波成分と共振回路６および７から戻
る高調波成分とが逆相となるように設定し、歪成分を相
殺させる。また、増幅器５の入力側に流出した２倍高調
波成分は共振回路３と負荷回路１０により、また３倍高
調波成分は共振回路４と負荷回路１１によりそれぞれ増
幅器５の発生歪成分が最小となるように増幅器５に再注
入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信システムのよ
うな高周波（数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯）伝送システ
ムに用いられる低歪増幅回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波伝送
システムにおいては、高周波信号を増幅する際に増幅器
において発生する高調波歪み等の非線形歪みが問題とな
るので、歪成分を除去する機能を有する低歪増幅回路が
用いられる。

【０００３】従来このような低歪増幅回路としては、フ
ィードフォワード型増幅回路およびプリディストーショ
ン型増幅回路があった。フィードフォワード型増幅回路
は、主増幅器と補助増幅器とを有し、主増幅器の入出力
端子間に歪検出ループを設け、また主増幅器の出力側に
補助増幅器を用いた歪除去ループを設け、歪検出ループ
で検出された主増幅器の歪成分を補助増幅器を介して主
増幅器の出力信号に重畳するものであり、補助増幅器の
振幅と位相を調整することにより低歪みを実現するもの
であった。

【０００４】またプリディストーション型増幅回路は、
主増幅器の入力側にプリディストーション回路を設け、
入力信号をプリディストーション回路により予め歪ませ
て主増幅器に入力することにより、プリディストーショ
ン回路で発生させた歪成分によって主増幅器で発生する
歪成分を相殺するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記フィ
ードフォワード型増幅回路においては、歪除去ループと
歪検出ループを設けるので回路構成が複雑になるという
欠点があった。またプリディストーション型増幅回路に
おいては、プリディストーション回路の歪特性と主増幅
器の歪特性が完全に同一でないために、改善度を充分と
るためにはプリディストーション回路の制御回路の構成
が複雑になるという欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題を解決する
ものであり、回路構成が簡単な低歪増幅回路を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の請求項１に記載の低歪増幅回路は、入力信
号を増幅するための増幅器と、直列接続した第１のコン
デンサと第１のコイルからなり、一端を前記増幅器の入
力端子に接続した第１の共振回路と、前記第１の共振回
路の他端に接続する第１の負荷回路と、直列接続した第
２のコンデンサと第２のコイルからなり、一端を前記増
幅器の入力端子に接続した第２の共振回路と、前記第２
の共振回路の他端に接続する第２の負荷回路と、直列接
続した第３のコンデンサと第３のコイルからなり、一端
を前記増幅器の出力端子に接続した第３の共振回路と、
前記第３の共振回路の他端に接続する第３の負荷回路
と、直列接続した第４のコンデンサと第４のコイルから
なり、一端を前記増幅器の出力端子に接続した第４の共
振回路と、前記第４の共振回路の他端に接続する第４の
負荷回路とを有し、前記第１および第３の共振回路の共
振周波数は、前記入力信号周波数の２倍の周波数であ
り、前記第２および第４の共振回路の共振周波数は、前
記入力信号周波数の３倍の周波数であり、前記各負荷回
路は、対応する共振回路を通過してきた信号成分を所定
時間遅延させて反射することを特徴とする。

【０００８】また請求項２に記載の低歪増幅回路は、入
力信号を増幅するための増幅器と、直列接続した第１の
コンデンサと第１のコイルからなり、一端を前記増幅器
の入力端子に接続した第１の共振回路と、前記第１の共
振回路の他端を終端する第１の抵抗と、直列接続した第
２のコンデンサと第２のコイルからなり、一端を前記増
幅器の入力端子に接続した第２の共振回路と、前記第２
の共振回路の他端を終端する第２の抵抗と、直列接続し
た第３のコンデンサと第３のコイルからなり、一端を前
記増幅器の出力端子に接続した第３の共振回路と、前記
第３の共振回路の他端を終端する第３の抵抗と、直列接
続した第４のコンデンサと第４のコイルからなり、一端
を前記増幅器の出力端子に接続した第４の共振回路と、
前記第４の共振回路の他端を終端する第４の抵抗とを有
し、前記第１および第３の共振回路の共振周波数は、前
記入力信号周波数の２倍の周波数であり、前記第２およ
び第４の共振回路の共振周波数は、前記入力信号周波数
の３倍の周波数であることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】

第１の実施形態 図１は本発明の第１の実施形態を示す高周波用低歪増幅
回路の回路構成図である。この低歪増幅回路の入力信号
の主周波数ｆｍは、例えば８００［ＭＨｚ］〜２［ＧＨ
ｚ］であり、ここではｆｍ＝８００［ＭＨｚ］とする。

【００１０】図１に示す低歪増幅回路は、入力側保護ア
イソレータ１と、入力側ローパスフィルタ２と、入力側
２×ｆｍ直列共振回路３（第１の共振回路）と、入力側
３×ｆｍ直列共振回路４（第２の共振回路）と、増幅器
５と、出力側２×ｆｍ直列共振回路６（第３の共振回
路）と、出力側３×ｆｍ直列共振回路７（第４の共振回
路）と、出力側ローパスフィルタ８と、出力側保護アイ
ソレータ９と、入力側２×ｆｍ直列負荷回路（Ｚ１）１
０（第１の負荷回路）と、入力側３×ｆｍ直列負荷回路
（Ｚ２）１１（第２の負荷回路）と、出力側２×ｆｍ直
列負荷回路（Ｚ３）１２（第３の負荷回路）と、出力側
３×ｆｍ直列負荷回路（Ｚ４）１２（第４の負荷回路）
とを有する。

【００１１】入力側保護アイソレータ１は、その入力端
子が信号入力端子ＩＮに接続され、その出力端子が入力
側ローパスフィルタ２の入力端子に接続されており、主
周波数ｆｍの入力信号ｖin(fm)を入力側ローパスフィル
タ２側へ透過するとともに、入力側ローパスフィルタ２
側から信号入力端子ＩＮ側への信号の逆流を阻止する。
また出力側保護アイソレータ９は、その入力端子が出力
側ローパスフィルタ８の出力端子に接続され、その出力
端子が信号出力端子ＯＵＴに接続されており、出力側ロ
ーパスフィルタ８の出力信号を信号出力端子ＯＵＴ側へ
透過するとともに、信号出力端子ＯＵＴからの信号の流
入を阻止する。

【００１２】入力側ローパスフィルタ２は、その出力端
子が増幅器５の入力端子に接続されており、入力信号ｖ
in(fm)の通過帯域を制限する。また出力側ローパスフィ
ルタ８は、その入力端子が増幅器５の出力端子に接続さ
れ、その入力端子に現れる信号ｖaoの通過帯域を制限す
る。

【００１３】増幅器５は、その入力端子に現れる信号ｖ
aiを増幅する。この増幅器５は周波数ｆｍの単波長信号
を増幅する際に、周波数２×ｆｍの高調波成分、周波数
３×ｆｍの高調波成分を主とする歪成分を発生させる
が、この歪成分は出力側ローパスフィルタ８だけでは完
全に除去できない。またこの歪成分は、入力端子にも流
出する。

【００１４】入力側２×ｆｍ直列共振回路３（以下、単
に（２ｆｍ）共振回路３と表記する）は、コンデンサＣ
１とコイルＬ１とを直列接続してなるＬＣ直列共振回路
であり、その一端は増幅器５の入力端子に接続されてい
る。この（２ｆｍ）共振回路３の共振周波数は、入力信
号ｖin(fm)の主周波数ｆｍの２倍の周波数２×ｆｍに設
定されている。また入力側２×ｆｍ直列共振回路４（以
下、単に（３ｆｍ）共振回路４と表記する）は、コンデ
ンサＣ２とコイルＬ２とを直列接続してなるＬＣ直列共
振回路であり、その一端は増幅器５の入力端子に接続さ
れており、その共振周波数は３×ｆｍに設定されてい
る。

【００１５】同様に、出力側２×ｆｍ直列共振回路６
（以下、単に（２ｆｍ）共振回路６と表記する）は、コ
ンデンサＣ３とコイルＬ３とを直列接続してなるＬＣ直
列共振回路であり、その一端は増幅器５の出力端子に接
続されている。この２ｆｍ共振回路６の共振周波数は、
（２ｆｍ）共振回路３と同じ２×ｆｍに設定されてい
る。また出力側３×ｆｍ直列共振回路７（以下、単に
（３ｆｍ）共振回路７と表記する）は、コンデンサＣ４
とコイルＬ４とを直列接続してなるＬＣ直列共振回路で
あり、その一端は増幅器５の出力端子に接続されてお
り、その共振周波数は（３ｆｍ）共振回路４と同じ３×
ｆｍに設定されている。

【００１６】入力側２×ｆｍ直列負荷回路１０（以下、
単に（２ｆｍ）負荷回路１０と表記する）は、（２ｆ
ｍ）共振回路３に接続されており、（２ｆｍ）共振回路
３を通過してきた信号ｖaiの成分、すなわち入力信号ｖ
in(fm)の２倍高調波成分を主とする歪成分を所定時間遅
延させて反射する。この遅延時間は調整できるものとす
る。またこの（２ｆｍ）負荷回路１０のインピーダンス
を変化させることにより、（２ｆｍ）共振回路３の等価
的なＱを調整できる。ここで（２ｆｍ）共振回路３の等
価的なＱとは、（２ｆｍ）共振回路３と（２ｆｍ）負荷
回路１０の反射端までのインピーダンスにより構成され
る共振回路のＱを示す。

【００１７】入力側３×ｆｍ直列負荷回路１１（以下、
単に（３ｆｍ）負荷回路１１と表記する）は、（３ｆ
ｍ）共振回路４に接続されており、（３ｆｍ）共振回路
４を通過してきた信号ｖaiの成分、すなわち入力信号ｖ
in(fm)の３倍高調波成分を主とする歪成分を所定時間遅
延させて反射する。この遅延時間は調整できるものとす
る。またこの（３ｆｍ）負荷回路１１のインピーダンス
を変化させることにより、（３ｆｍ）共振回路４の等価
的なＱを調整できる。

【００１８】出力側２×ｆｍ直列負荷回路１２（以下、
単に（２ｆｍ）負荷回路１２と表記する）は、（２ｆ
ｍ）共振回路６に接続されており、（２ｆｍ）共振回路
６を通過してきた信号ｖaoの成分、すなわち２倍高調波
成分を主とする歪成分を所定時間遅延させて反射する。
この遅延時間は調整できるものとする。またこの（２ｆ
ｍ）負荷回路１２のインピーダンスを変化させることに
より、（２ｆｍ）共振回路６の等価的なＱを調整でき
る。

【００１９】出力側３×ｆｍ直列負荷回路１３（以下、
単に（３ｆｍ）負荷回路１３と表記する）は、（３ｆ
ｍ）共振回路７に接続されており、（３ｆｍ）共振回路
１３を通過してきた信号ｖaoの成分、すなわち３倍高調
波成分を主とする歪成分を所定時間遅延させて反射す
る。この遅延時間は調整できるものとする。またこの
（３ｆｍ）負荷回路１３のインピーダンスを変化させる
ことにより、（３ｆｍ）共振回路７の等価的なＱを調整
できる。

【００２０】次に、図１に示す低歪増幅回路の動作を説
明する。入力信号ｖin(fm)は、入力側アイソレータ１お
よび入力側ローパスフィルタ２を介して増幅器５に入力
され、増幅器５はこれを増幅する。このとき増幅器５の
出力信号ｖaiには、入力信号ｖin(fm)の２倍高調波成分
および３倍高調波成分を主とする歪成分が含まれてい
る。

【００２１】増幅器５の出力側において、上記の２倍高
調波成分を主とする歪成分は（２ｆｍ）共振回路６を通
過して（２ｆｍ）負荷回路１２に入力され、また上記の
３倍高調波成分を主とする歪成分は（３ｆｍ）共振回路
７を通過して（３ｆｍ）負荷回路１３に入力される。

【００２２】（２ｆｍ）負荷回路１２は、２倍高調波成
分を遅延して（２ｆｍ）共振回路６に反射するが、この
ときの遅延時間は２倍高調波成分が増幅器５の出力端子
に出力されてから、再び増幅器５の出力端子に戻るまで
に要する時間が１／（２×２×ｆｍ）となるように設定
する。また（３ｆｍ）負荷回路１３は、３倍高調波成分
を遅延して（３ｆｍ）共振回路７に反射するが、このと
きの遅延時間は３倍高調波成分が増幅器５の出力端子に
出力されてから再び増幅器５の出力端子に戻るまでに要
する時間が１／（２×３×ｆｍ）となるように設定す
る。

【００２３】これにより、増幅器５の出力端子において
は、増幅器５から出力された歪成分の２倍高調波成分の
逆相成分が（２ｆｍ）共振回路６から注入され、また３
倍高調波成分の逆相成分が（３ｆｍ）共振回路７から注
入されて、増幅器５から出力された歪成分が相殺される
こととなる。

【００２４】また、増幅器５の入力側において、信号ｖ
aiに含まれる２倍高調波成分を主とする歪成分は（２ｆ
ｍ）共振回路３を通過して（２ｆｍ）負荷回路１０に入
力され、信号ｖaiに含まれる３倍高調波成分を主とする
歪成分は（３ｆｍ）共振回路４を通過して（３ｆｍ）負
荷回路１１に入力される。

【００２５】（２ｆｍ）負荷回路１０は、上記の２倍高
調波成分を遅延して（２ｆｍ）共振回路３に反射し、ま
た（３ｆｍ）負荷回路１１は、上記の３倍高調波成分を
遅延して（３ｆｍ）共振回路４に反射する。（２ｆｍ）
負荷回路１０および（３ｆｍ）負荷回路１１で反射され
た歪成分は、（２ｆｍ）共振回路３および（３ｆｍ）共
振回路４を介して再び増幅器５に入力され、増幅器５は
これを増幅する。このとき（２ｆｍ）負荷回路１０およ
び（３ｆｍ）負荷回路１１の遅延時間は、（２ｆｍ）共
振回路６および（３ｆｍ）共振回路７を切り離した状態
において、増幅器５の出力信号に含まれる歪成分が最も
小さくなるように設定する。すなわち、増幅器５に再注
入した歪成分の増幅出力が、入力信号ｖin(fm)の増幅に
より増幅器５で発生する歪成分を相殺するように設定す
る。

【００２６】このように上記第１の実施形態によれば、
増幅器５の入力側および出力側にそれぞれ、共振周波数
２×ｆｍの共振回路と遅延反射のための負荷回路とを直
列接続した回路、および共振周波数３×ｆｍの共振回路
と遅延反射のための負荷回路とを直列した回路を設け、
増幅器５が出力した２倍高調波成分および３倍の高調波
成分を位相反転して増幅器５の出力端子に戻し、また増
幅器５の入力端子に現れた２倍高調波成分および３倍高
調波成分を増幅器５に再注入することにより、プリディ
ストーション回路および歪除去ループ等の帰還回路を用
いない簡単な回路構成で、増幅器５の歪成分を除去する
ことができる。

【００２７】第２の実施形態 図２は本発明の第２の実施形態を示す高周波用低歪増幅
回路の回路構成図である。この低歪増幅回路の入力信号
の主周波数ｆｍは、例えば８００［ＭＨｚ］〜２［ＧＨ
ｚ］であり、ここではｆｍ＝８００［ＭＨｚ］とする。

【００２８】図２に示す低歪増幅回路は、入力側保護ア
イソレータ１と、入力側ローパスフィルタ２と、（２×
ｆｍ）共振回路３と、（３×ｆｍ）共振回路４と、増幅
器５と、（２×ｆｍ）共振回路６と、（３×ｆｍ）共振
回路７と、出力側ローパスフィルタ８と、出力側保護ア
イソレータ９と、終端抵抗Ｒ１〜Ｒ４（第１〜第４の抵
抗）とを有する。

【００２９】すなわち図２に示す低歪増幅回路は、図１
において、（２ｆｍ）負荷回路１０、１２、および（３
ｆｍ）負荷回路１１、１３を取り除き、増幅器５の入力
側において、（２ｆｍ）共振回路３を抵抗Ｒ１で終端
し、（３ｆｍ）共振回路４を抵抗Ｒ２で終端し、また増
幅器５の出力側において、（２ｆｍ）共振回路６を抵抗
Ｒ３で終端し、（３ｆｍ）共振回路７を抵抗Ｒ４で終端
したものである。抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は、例えば５
０［Ω］である。ただし歪成分の除去効果は、上記第１
の実施形態よりも低い。

【００３０】このように上記第２の実施形態によれば、
共振周波数が２×ｆｍおよび３×ｆｍの共振回路を簡略
的に抵抗終端することにより、上記第１の実施形態より
さらに簡単な回路構成で、増幅器５の歪成分を（上記第
１の実施形態には及ばないながらも）除去することがで
きる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１の低歪増幅回路に
よれば、増幅器が出力した２倍高調波成分および３倍の
高調波成分を位相反転して増幅器の出力端子に戻すとと
もに、増幅器の入力端子に現れた２倍高調波成分および
３倍高調波成分を増幅器に再注入することにより、プリ
ディストーション回路および歪除去ループ等の帰還回路
を用いずに、回路構成が簡単で安定性に優れた低歪増幅
回路を実現することができるという効果がある。

【００３２】また請求項２の低歪増幅回路によれば、共
振回路を簡略的に抵抗終端することにより、さらに回路
構成を簡単にすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す高周波用低歪増
幅回路の回路構成図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す高周波用低歪増
幅回路の回路構成図である。

【符号の説明】

１ 入力側保護アイソレータ、２ 入力側ローパスフィ
ルタ、３ 入力側２×ｆｍ直列共振回路、４ 入力側３
×ｆｍ直列共振回路、５ 増幅器、６ 出力側２×ｆｍ
直列共振回路、７ 出力側３×ｆｍ直列共振回路、８
出力側ローパスフィルタ、９ 出力側保護アイソレー
タ、１０ 入力側２×ｆｍ直列負荷回路、１１ 入力側
３×ｆｍ直列負荷回路、１２ 出力側２×ｆｍ直列負荷
回路、１３出力側３×ｆｍ直列負荷回路、Ｃ１〜Ｃ４
コンデンサ、Ｌ１〜Ｌ４ コイル、Ｒ１〜Ｒ４ 終端抵
抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を増幅するための増幅器と、 直列接続した第１のコンデンサと第１のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の入力端子に接続した第１の共振
   回路と、 前記第１の共振回路の他端に接続する第１の負荷回路
   と、 直列接続した第２のコンデンサと第２のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の入力端子に接続した第２の共振
   回路と、 前記第２の共振回路の他端に接続する第２の負荷回路
   と、 直列接続した第３のコンデンサと第３のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の出力端子に接続した第３の共振
   回路と、 前記第３の共振回路の他端に接続する第３の負荷回路
   と、 直列接続した第４のコンデンサと第４のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の出力端子に接続した第４の共振
   回路と、 前記第４の共振回路の他端に接続する第４の負荷回路と
   を有し、 前記第１および第３の共振回路の共振周波数は、前記入
   力信号周波数の２倍の周波数であり、 前記第２および第４の共振回路の共振周波数は、前記入
   力信号周波数の３倍の周波数であり、 前記各負荷回路は、対応する共振回路を通過してきた信
   号成分を所定時間遅延させて反射することを特徴とする
   低歪増幅回路。
2. 【請求項２】 入力信号を増幅するための増幅器と、 直列接続した第１のコンデンサと第１のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の入力端子に接続した第１の共振
   回路と、 前記第１の共振回路の他端を終端する第１の抵抗と、 直列接続した第２のコンデンサと第２のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の入力端子に接続した第２の共振
   回路と、 前記第２の共振回路の他端を終端する第２の抵抗と、 直列接続した第３のコンデンサと第３のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の出力端子に接続した第３の共振
   回路と、 前記第３の共振回路の他端を終端する第３の抵抗と、 直列接続した第４のコンデンサと第４のコイルからな
   り、一端を前記増幅器の出力端子に接続した第４の共振
   回路と、 前記第４の共振回路の他端を終端する第４の抵抗とを有
   し、 前記第１および第３の共振回路の共振周波数は、前記入
   力信号周波数の２倍の周波数であり、 前記第２および第４の共振回路の共振周波数は、前記入
   力信号周波数の３倍の周波数であることを特徴とする低
   歪増幅回路。