JPS6278902A - 線形化回路付高出力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として衛星通信用小型地球局で用いられる高
電力増幅器（Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅ
ｒ：以下ＨＰＡという）の線形化回路（リニアライザ）
に関するものである。

（従来の技術） 衛星通信は広範な地域の通信網を一台の衛星で構築する
事ができ、移動体通信や、山間僻地、離島等の小容量通
信に特に適している。しかしながらそれらの小型間にと
って、衛星までの長大な距離による信号電力の大きな減
衰をいかに克服するかは重大な問題である。小規模のＨ
ＰＡで必要な出力電力を確保するためにはどうしてもＨ
ＰＡを飽和領域、あるいはその近辺で使わざるを得す、
非線形歪の抑圧即ちＨＰＡの線形化が重要な技術的課題
となる。従来の線形化回路の一例を第２図に示す、１は
ＨＰＡ、１１はπ／２移相器、１２は補償用非線形回路
、１３はＲＦ信号合成器である。本回路の動作はπ／２
移相器１１．補償用非線形回路１２．ＲＦ信号合成器１
３からなる補償回路によりＨＰＡＩの非線形歪を補償す
る様に予め信号に逆非線形特性を加えるものでブリディ
ストーション（Ｐｒｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）方式と
呼ばれる。

第３図は従来の線形化回路の他の例を示す、２は方向性
結合器（カプラ）であり、３はＨＰＡの信号遅延を補償
する遅延器である。２１は、遅延器３の出力からカプラ
２の出力をベクトル的に差し引いた誤差信号を出力する
ハイブリッドである、２２はハイブリッド２１の出力を
増幅する高出力の誤差増幅器であり、２３は、カプラ２
と誤差増幅器２２の出力を加算するＲＦ合成器である。

回路の減衰、位相特性を正確に設定することにより、ハ
イブリッド２１の出力には、歪成分が得られ、それを誤
差増幅器２２で増幅してＲＦ合成器２３にてカプラ２の
主信号出力（大電力出力側）とＲＦ合成する０回路の出
力／位相関係が正確であれば、ＲＦ合成器２３に於て歪
成分が打ち消され、線形化が実現できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記ブリディストーション方式は開ルー
プ制御であり、ＨＰＡの温度変動や経時変動で生じる歪
の変動を補償することはできず、又運用状態で非線形歪
をモニタする事も不可能であるという問題点がある。

また、第３図の方式も基本的には開ループ制御であるた
め、各部の温度、経時変動を補償できないばかりでなく
誤差増幅器２２は良好な線形性が要求されるため、誤差
増幅器自体をＨＰＡにしなくてはならず回路が複雑にな
る欠点があっ−た。

又ＲＦ合成器２３に於る信号電力の損失も又避けられな
いという問題がある。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点に顧みて
、閉ループ負帰還制御によって直線性の改善を行うこと
により、線形化回路自体に前記誤差増幅の如き大電力増
幅器を必要とせず且つＨＰＡの温度変動や経時変動に起
因する直線性の変動をも補償しうる線形化回路を有する
高出力増幅器を提供しようとするものである。

く問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために次の構成を有する
。即ち、本発明の線形化回路付高出力増幅器は、増幅器
と；　増幅すべき信号を入力する外部入力端と前記増幅
器の入力端との間に設けられた、制御電圧によって減衰
量を変化できる可変減衰器と制御電圧によって移相量を
変化できる可変移相器とからなる縦続回路と；　増幅器
の出力側に挿入された方向性結合器と；　前記外部入力
端に接続された遅延回路と；　前記方向性結合器の結合
出力端からの出力信号と前記遅延回路からの出力信号を
受けて両信号の位相差に応じた電圧を発生し前記可変移
相器へ制御電圧として加える位相比較器と；　前記方向
性結合器の結合出力端からの信号を受けて振幅検波する
第１の検波器と；　前記遅延回路からの出力信号を受け
て振幅検波する第２の検波器と；　前記第１の検波器の
出力信号と前記第２の検波器の出力信号を受けて両信号
の振幅差に応じた電圧を発生し前記可変減衰器へ制御電
圧として加える電圧差検出器と；　を有することを特徴
とする。

（作　用） 以下本発明の線形化回路付高出力増幅器の作用を実施例
の構成ブロック図に基づいて説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例の構成を示すブロック図
であり、第１図（ｂ）は動作説明ベクトル図である０図
中１はＨＰＡ、２は方向性結合器（カプラ）、３は遅延
器、４，５は２乗検波器、６は電圧差検出器、７は外部
より電圧制御可能な可変減衰器、８は位相比較器、９は
電圧制御可能な可変移相器である。

本発明によるリニアライザの動作を第１図（ｂ）によっ
て説明する０本回路は、可変減衰器７と可変移相器９の
２つで構成されるベクトルモジュレータ（Ｖｅｃｔｏｒ
　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下Ｖ、Ｍ、と記す）に負帰還
制御をかける事によりカプラ２によって取り出されるＨ
ＰＡＩの出力の一微小部分信号１０４が遅延器３の出力
と同振幅同相になるように制御が行われる。遅延器３は
Ｖ、Ｍ、およびＨＰＡ１で生じる信号遅延を補償するも
のであるが、通常Ｖ、Ｍ、およびＨＰＡＩは広帯域であ
るので遅延量は少い０以上の動作により出力信号１０３
が入力信号１０１と常に同形の信号となり、ＨＰＡｌが
線形化されている。以下に解析的説明を行う。金入力信
号１０１をＶｌとし、次の（１）式％式％ 今、可変減衰器７の利得をＧｌ、可変移相器９の移相量
をφとし、可変移相器９の出力信号１０２を■１′とす
れば、 Ｖ１’＝Ｇ＋Ａ（ｔ）ｃｏｓ　（θ＋（１）−φ）−−
−−（２＞となる、更に、ＨＰＡＩの利得をＧＡ　、移
相量をθとし、ＨＰＡＩの出力信号１０３をＶｏとすれ
ば、 Ｖｏ　＝ＧＡ−Ｇ＋Ａ（ｔ）Ｃｏ　ｓ　（θ＋（１）−
φ−θ）−−（３）となる、但し、ＧＡおよびθは非線
形歪のためその値は入力信号レベルによって変化する。

方向性結合器２は主信号出力１０５に於ては、殆ど電力
損失が無視できるようにするために結合出力１０４に於
る結合出力レベルを小さく設定する。それをＬ分の１と
し、方向性結合器２の結合出力端の信号１０４をＶＣと
すると、 ■。（１）＝ＧＬＧ、Ａ（ｔ）ｃ　ｏ　ｓ　（θ＋（１
）−φ−θ）−・−（４）となる、この信号は２乗検波
器５および位相比較器８へ加えられる。他方、遅延器３
の出力が２乗検波器４および位相比較器８へ加えられて
いる。

遅延器３の遅延時間が、可変減衰器７．可変移相器９お
よびＨＰＡＩの各遅延時間の合計に等しく設定されてい
れば電圧差検出器６および位相比較器８の動作について
は遅延時間が総て零の場合と同じように計算できる。

式（４）は遅延時間の項が入っていないので、今、計算
上遅延器３の遅延時間は零として計算する。そこで検波
器５の出力■。ｄおよび検波器４の出力■Ｉｄはそれぞ
れ ｖ　ａｄ　＝ＧＬａ　ｌ　Ａ　　　　　　　−−−ｍ−
−−−−−＜　４°）Ｖ＋ａ＝Ａ　　　　　　　　　−
−一−−−−−（１’）従って、電圧差検出器６の出力
電圧■＾は式（４′）と式（ｌ゛）の差となるから 一方、ｖａ（ｔ）とＶｌの位相差は式（４）と式（１）
とからφ＋θとなるので位相比較器８の出方電圧ＶＢは
、 ＶＢ＝ｓｉｎ（φ＋θ）　　　　　−−−−−−（６）
となる。

上記Ｖ＾を可変減衰器７の制御電圧として加えた場合の
利得Ｇ、は Ｇ　＋　＝　Ｇ　＋。−ＫＡＶＡ　　　　　　−−−−
−−−−−−（７）となる。但しＧ１゜、ＫＡは定数で
ありＧ１゜はＶ＾＝０の時の利得、ＫＡは振幅制御ルー
プのループ利得である。また、上記ＶＢを可変位相器９
の制御電圧として加えた時の位相量φは、以上の式（５
）と式（７）がら 〜」− ６Ａ（ＫＡ）１）　　　−−一−−−（９）又式（６）
と式（８）から φ＝−」組−θ １　＋Ｋｅ 〜−θ　　　　　　　　（ＫＢ）１）　　　−−−−（
１０）となる、この式（９）と式（１０）を式（３）に
代入してＨＰＡＩの出力信号１０３を求めるとＶ□　＝
ＧＡ−ＧＩＡ（ｔ）　ｃ　ｏ　ｓ　（θ＋（１）−φ−
θ）＋ＬＡ（ｔ）ｃ　ｏ　ｓθｔ（ｔ）　　　　　　−
ｍ−（１１）となり、一定利得りの線形増幅器として動
作することが分かる。

本発明は上述の説明から分るように、ＨＰＡの入出力の
信号の振幅および位相の直接検出を行い、その結果に基
づき、負帰還ループにより歪制御を行うので正確な歪補
正を行うことができる。

本発明においては、増幅する信号が送信用の高レベル信
号であるため熱雑音の影響を問題にする必要がない、従
って、帰還ループのループ帯域幅を充分に広く設定する
ことができ高速追随動作を行わせることが可能である。

普通には、ＨＰＡの周波数帯域幅は極めて広く（例えば
５００ＭＨｚ）、対して小容量局の信号速度は極めて低
い（６４Ｋｂ／ｓ〜２Ｍｂ／ｓ）ので、信号に対しては
十分高速の制御ループを設定する事ができる。

（発明の効果） 本発明の線形化回路付高出力増幅器は、以上説明した構
成と作用を有するので、線形化回路自体に大電力増幅器
を用いることなく、温度変動や経時変化に起因するＨＰ
Ａの直線性の変動をも補償できるという利点がある。

また、閉ループ制御であるなめループの適切な箇所から
信号を検出することにより非線形歪を常時監視すること
ができるという利点がある。

その結果、小規模のＨＰＡで必要な高出力が得られ且つ
地球局を無人化することが可能となり地球局の建設維持
費用の低減を図ることができるのでより多くの地球局を
結ぶ衛星通信網を構築することができるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の線形化回路付高出力増幅器の実施例の
構成を示すブロック図と動作説明ベクトル図、第２図は
従来の線形化回路の第１の例の構成を示すブロック図、
第３図は従来の線形化回路の第２の例の構成を示すブロ
ック図である。 １・・・・・・ＨＰＡ、　２・・・・・・方向性結合器
くカプラ）、　３・・・・・・遅延器、　４，５・・・
・・・２乗検波器、６・・・・・・電圧差検出器、　７
・・・・・・可変減衰器、８・・・・・・位相比較器、
　９・・・・・・可変移相器、１１・・・・・・π／２
移相器、　１２・・・・・・補償用非線形回路、　１３
・・・・・・ＲＦ信号合成器、　２１・・・・・・ハイ
ブリッド、　２２・・・・・・高出力の誤差増幅器、２
３・・・・・・ＲＦ合成器。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 第　／　図 従来の＃＄化回（（第７０倒）のＡ威゛瑯　２　口 従夫／ｌ碧１じ化回号謬（第２の夕）１）の羞応第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 増幅器と；増幅すべき信号を入力する外部入力端と前記
   増幅器の入力端との間に設けられた、制御電圧によって
   減衰量を変化できる可変減衰器と制御電圧によって移相
   量を変化できる可変移相器とからなる縦続回路と；増幅
   器の出力側に挿入された方向性結合器と；前記外部入力
   端に接続された遅延回路と；前記方向性結合器の結合出
   力端からの出力信号と前記遅延回路からの出力信号を受
   けて両信号の位相差に応じた電圧を発生し前記可変移相
   器へ制御電圧として加える位相比較器と；前記方向性結
   合器の結合出力端からの信号を受けて振幅検波する第１
   の検波器と；前記遅延回路からの出力信号を受けて振幅
   検波する第２の検波器と；前記第１の検波器の出力信号
   と前記第２の検波器の出力信号を受けて両信号の振幅差
   に応じた電圧を発生し前記可変減衰器へ制御電圧として
   加える電圧差検出器と；を有することを特徴とする線形
   化回路付高出力増幅器。