(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主増幅器の非線形歪を検出する歪検出回路と、
その検出した歪成分を第一補助増幅器を用いて増幅した後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成分の相殺を行う歪除去回路と、
上記歪除去回路の第一補助増幅器の非線形歪を検出する第一補助増幅器用歪検出回路と、
その第一補助増幅器用歪検出回路で検出した歪成分を第二補助増幅器で増幅して、上記第一補助増幅器の出力に再び注入することによって第一補助増幅器の歪成分の相殺を行って上記主増幅器の出力への再注入とする第一補助増幅器用歪除去回路と、
フィードフォワード増幅器の入力経路に挿入され、第一パイロット信号を注入する手段と、
上記歪検出回路の主増幅器の入力経路に挿入された第一電気的可変減衰手段と第一電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入された第一パイロット信号検出手段と、
その第一パイロット信号検出手段の出力信号を入力し、上記第一電気的可変減衰器と上記第一電気的可変位相器を制御する第一制御器と、
上記歪検出回路の主増幅器の段間に挿入され、第二パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の第一補助増幅器の入力経路に挿入された第二電気的可変減衰手段及び第二電気的可変位相手段と、
上記歪除去回路の出力経路に挿入された第一の第二パイロット信号検出手段と、
その第一の第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第二電気的可変減衰器と上記第二電気的可変位相器を制御する第二制御器と、
上記第一補助増幅器の段間に挿入され、第三パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第三電気的可変減衰手段及び第三電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の出力経路に挿入された第三パイロット信号検出手段と、
その第三パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を制御する第三制御器と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の線形信号伝達経路に挿入された第四電気的可変減衰手段及び上記第四電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第二の第二パイロット信号検出手段と、
その第二の第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第四電気的可変減衰手段及び上記第四電気的可変位相手段を制御する第四制御器と、
上記第一パイロット信号検出手段で検出した第一パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第一電気的可変減衰手段と上記第一電気的可変位相手段を上記第一制御器で段階的に制御し、
上記第二の第二パイロット検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を上記第四制御器で段階的に制御し、
上記第三パイロット信号検出手段で検出した第三パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を上記第三制御器で段階的に制御し、上記第一の第二パイロット信号検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段を上記第二制御器で段階的に制御し、かつこの第二制御器にて制御した上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段のそれぞれの制御量を上記第四制御器により上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段に対して連動制御する制御手段と、
により構成されることを特徴とする二重ループを持つフィードフォワード増幅器。
【請求項２】
主増幅器の非線形歪を検出する歪検出回路と、
その検出した歪成分を第一補助増幅器を用いて増幅した後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成分の相殺を行う歪除去回路と、
上記歪除去回路の第一補助増幅器の非線形歪を検出する第一補助増幅器用歪検出回路と、
その第一補助増幅器用歪検出回路で検出した歪成分を第二補助増幅器で増幅して、上記第一補助増幅器の出力に再び注入することによって第一補助増幅器の歪成分の相殺を行って上記主増幅器の出力への再注入とする第一補助増幅器用歪除去回路と、
フィードフォワード増幅器の入力経路に挿入され、第一パイロット信号を注入する手段と、
上記歪検出回路の主増幅器の入力経路に挿入された第一電気的可変減衰手段及び第一電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入された第一パイロット信号検出手段と、
その第一パイロット信号検出手段の出力信号を入力し、上記第一電気的可変減衰器と上記第一電気的可変位相器を制御する第一制御器と、
上記歪検出回路の主増幅器の段間に挿入され、第二パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の第一補助増幅器の入力経路に挿入された第二電気的可変減衰手段及び第二電気的可変位相手段と、
上記歪除去回路の出力経路に挿入された第二パイロット信号検出手段と、
その第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第二電気的可変減衰器と上記第二電気的可変位相器を制御する第二制御器と、
上記第一補助増幅器の段間に挿入され、第三パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第三電気的可変減衰手段及び第三電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入され、第四パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の線形信号伝達経路に挿入された第四電気的可変減衰手段及び第四電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の出力経路に挿入された第三パイロット信号検出手段と、
その第三パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を制御する第三制御器と、
上記第一補助増幅器歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第四パイロット信号検出手段と、
その第四パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を制御する第四制御器と、
上記第一パイロット信号検出手段で検出した第一パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第一電気的可変減衰手段と上記第一電気的可変位相手段を上記第一制御器で段階的に制御し、
上記第二パイロット検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段を上記第二制御器で段階的に制御し、
上記第三パイロット信号検出手段で検出した第三パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を上記第三制御器で段階的に制御し、上記第四パイロット信号検出手段で検出した第四パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を上記第四制御器で段階的に制御し、かつ上記第二制御器にて制御した上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段のそれぞれの制御量を上記第四制御器により上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段に対して連動制御する制御手段と、
により構成されることを特徴とする二重ループを持つフィードフォワード増幅器。
【請求項３】
主増幅器の非線形歪を検出する歪検出回路と、
その検出した歪成分を第一補助増幅器を用いて増幅した後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成分の相殺を行う歪除去回路と、
上記歪除去回路の第一補助増幅器の非線形歪を検出する第一補助増幅器用歪検出回路と、
その第一補助増幅器用歪検出回路で検出した歪成分を第二補助増幅器で増幅して、上記第一補助増幅器の出力に再び注入することによって第一補助増幅器の歪成分の相殺を行って上記主増幅器の出力への再注入とする第一補助増幅器用歪除去回路と、
フィードフォワード増幅器の入力経路に挿入され、第一パイロット信号を注入する手段と、
上記歪検出回路の主増幅器の入力経路に挿入された第一電気的可変減衰手段及び第一電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入された第一パイロット信号検出手段と、
その第一パイロット信号検出手段の出力信号を入力し、上記第一電気的可変減衰器と上記第一電気的可変位相器を制御する第一制御器と、
上記歪検出回路の主増幅器の段間に挿入され、第二パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力の電力分配器の前に挿入された第二電気的可変減衰手段及び第二電気的可変位相手段と、
上記歪除去回路の出力経路に挿入された第一の第二パイロット信号検出手段と、
その第一の第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第二電気的可変減衰器と上記第二電気的可変位相器を制御する第二制御器と、
上記第一補助増幅器の段間に挿入され、第三パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第三電気的可変減衰手段及び第三電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の出力経路に挿入された第三パイロット信号検出手段と、
その第三パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を制御する第三制御器と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の線形信号伝達経路に挿入された第四電気的可変減衰手段及び第四電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第二の第二パイロット信号検出手段と、
その第二の第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を制御する第四制御器と、
上記第一パイロット信号検出手段で検出した第一パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第一電気的可変減衰手段と上記第一電気的可変位相手段を上記第一制御器で段階的に制御し、
上記第二の第二パイロット検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を上記第四制御器で段階的に制御し、
上記第三パイロット信号検出手段で検出した第三パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を上記第三制御器で段階的に制御し、かつ上記第一の第二パイロット信号検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段を上記第二制御器で段階的に制御する制御手段と、
により構成されることを特徴とする二重ループを持つフィードフォワード増幅器。
【請求項４】
主増幅器の非線形歪を検出する歪検出回路と、
その検出した歪成分を第一補助増幅器を用いて増幅した後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成分の相殺を行う歪除去回路と、
上記歪除去回路の第一補助増幅器の非線形歪を検出する第一補助増幅器用歪検出回路と、
その第一補助増幅器用歪検出回路で検出した歪成分を第二補助増幅器で増幅して、上記第一補助増幅器の出力に再び注入することによって第一補助増幅器の歪成分の相殺を行って上記主増幅器の出力への再注入とする第一補助増幅器用歪除去回路と、
フィードフォワード増幅器の入力経路に挿入され、第一パイロット信号を注入する手段と、
上記歪検出回路の主増幅器の入力経路に挿入された第一電気的可変減衰手段及び第一電気的可変位相手段と、
第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入された第一パイロット信号検出手段と、
その第一パイロット信号検出手段の出力信号を入力し、上記第一電気的可変減衰器と上記第一電気的可変位相器を制御する第一制御器と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力の電力分配器の前に挿入された第二電気的可変減衰手段と第二電気的可変位相手段と、
上記歪検出回路の主増幅器の段間に挿入され、第二パイロット信号を注入する手段と、
上記歪除去回路の出力経路に挿入された第二パイロット信号検出手段と、
その第二パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第二電気的可変減衰器と上記第二電気的可変位相器を制御する第二制御器と、
上記第一補助増幅器の段間に挿入され、第三パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第三電気的可変減衰手段及び第三電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の入力経路に挿入され、第四パイロット信号を注入する手段と、
上記第一補助増幅器用歪検出回路の線形信号伝達経路に挿入された第四電気的可変減衰手段及び第四電気的可変位相手段と、
上記第一補助増幅器用歪除去回路の出力経路に挿入された第三パイロット信号検出手段と、
その第三パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を制御する第三制御器と、
上記第一補助増幅器歪除去回路の第二補助増幅器の入力経路に挿入された第四パイロット信号検出手段と、
その第四パイロット信号検出手段の出力を入力し、上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を制御する第四制御器と、
上記第一パイロット信号検出手段で検出した第一パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第一電気的可変減衰手段と上記第一電気的可変位相手段を上記第一制御器で段階的に制御し、
上記第二パイロット検出手段で検出した第二パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第二電気的可変減衰手段と上記第二電気的可変位相手段を上記第二制御器で段階的に制御し、
上記第三パイロット信号検出手段で検出した第三パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第三電気的可変減衰手段と上記第三電気的可変位相手段を上記第三制御器で段階的に制御し、かつ上記第四パイロット信号検出手段で検出した第四パイロット信号検出レベルを最小にするように上記第四電気的可変減衰手段と上記第四電気的可変位相手段を上記第四制御器で段階的に制御する制御手段と、
により構成されることを特徴とする二重ループを持つフィードフォワード増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として高周波帯で使用される線形増幅器であるフィードフォワード増幅器、特に電力効率を高効率化したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５にフィードフォワード増幅器の構成を示す。フィードフォワード増幅器は、主増幅器の増幅伝達経路１１と線形信号伝達経路１２により構成される歪検出回路１３と、主信号伝達経路１４と歪注入経路１５により構成される歪除去回路１６により構成される。主増幅器の増幅伝達経路１１には、可変減衰器２１、可変位相器２２と主増幅器２３の直列接続で構成される。線形信号伝達経路１２は、遅延線２４と位相反転回路２５の直列接続により構成される。主信号伝達経路１４は、遅延線２６により構成される。そして、歪注入経路１５は、可変減衰器２７、可変位相器２８と補助増幅器２９の直列接続により構成される。フィードフォワード増幅器の入力は、電力分配回路３１により、主増幅器の増幅伝達経路１１と線形信号伝達経路１２に分配される。また、歪検出回路１３と歪除去回路１６は、電力合成／分配器３２により縦続に構成される。フィードフォワード増幅器の出力は、主信号伝達経路１４と歪注入経路１５の各出力を合成する電力合成器３３より得られる。
【０００３】
フィードフォワード増幅器は、前段の歪検出回路１３で主増幅器２３より発生する歪成分を検出し、後段の歪除去回路１６で主増幅器２３より発生する歪成分の位相量と振幅量を調整して、主増幅器２３の出力信号に注入することで主増幅器２３より発生する非線形歪を除去する。一般にフィードフォワード増幅器の非線形歪改善量は、歪検出回路１３の可変減衰器２１と可変位相器２２、歪除去回路１６の可変減衰器２７と可変位相器２８と補助増幅器２９の調整により左右される。その調整等の精度は、特願昭６３−２３５７４「フィードフォワード増幅器の自動調整回路」に示されている。たとえば、３０ｄＢ以上の歪圧縮量を得るための位相及び振幅偏差は、それぞれ±２度以内及び±０．３ｄＢ以内であり、歪検出回路１３及び歪除去回路１６の伝送特性の平衡度及び調整の完全性について厳しい条件が要求されているといえる。
【０００４】
フィードフォワード増幅器で歪補償するのは、主増幅器２３の非線形歪である。従って、補助増幅器２９で発生する非線形歪は、回路構成上原理的にフィードフォワード増幅器により歪補償できない。また、上記二つの経路の平衡条件が厳しいため、従来のフィードフォワード増幅器の補助増幅器２９には、線形性が要求されている。一般に半導体増幅素子を用いた増幅回路の線形性を高めるには、いわゆるＡ級バイアスとする動作条件とし、増幅する信号のピーク電力よりも飽和出力を十分に大きくしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年無線装置の小型化・経済化・低消費電力化などが求められている。フィードフォワード増幅器を用いる無線装置においても同様である。フィードフォワード増幅器の低消費電力化を達成するために、主増幅器及び補助増幅器の高効率化が必須である。これにより、増幅器の放熱板などを小型化でき、結果として無線装置の小型化を達成できる。
【０００６】
主増幅器の高効率化は、Ｂ級バイアス条件のプッシュプル回路等により可能である。主増幅器で生じる非線形歪は、従来のフィードフォワード増幅器により補償できる。これに対して、フィードフォワード増幅器の歪注入経路１５に挿入される補助増幅器２９の電力効率を高めることは、一般に補助増幅器の半導体増幅素子をいわゆるＢ級、Ｃ級などバイアス条件で動作させる必要がある。これらのバイアス条件により生じる非線形歪は、上記で述べたようにフィードフォワード増幅で原理的に補償できない。従って、補助増幅器２９の高効率化は、フィードフォワード増幅器の歪補償能力を低下させる問題があった。
【０００７】
たとえば、文献（野島俊雄、楢橋祥一、「移動通信用超低歪多周波共通増幅器」、電子情報通信学会無線通信システム研究会技術報告、ＲＣＳ９０−４、１９９０）によると、主増幅器の飽和出力を１００Ｗ、補助増幅器の飽和出力を主増幅器飽和出力の１／８、１．５ＧＨｚ帯、主増幅器と補助増幅器の半導体増幅素子にＧａＡｓのＭＥＳＦＥＴの場合において、主増幅器のＭＥＳＦＥＴのドレイン電圧１２Ｖ、ドレイン電流２０Ａ、補助増幅器のＭＥＳＦＥＴのドレイン電圧１２Ｖ、ドレイン電流５Ａとし、いずれもＡ級バイアスの条件でフィードフォワード増幅器への供給電力は１５３Ｗ程度になり、ドレイン効率を求めると、約５％以下になる。主増幅器にＢ級プッシュプルなどの高効率増幅回路、補助増幅器にＡ級増幅回路を用いても高々約１０％以下のドレイン効率しか得られない。
【０００８】
歪検出回路及び歪除去回路は、等振幅、等遅延、逆位相になるようにそれぞれのループの可変減衰器と可変位相器を制御する必要がある。一般にフィードフォワード増幅器の非線形歪改善量は、これら可変減衰器と可変位相器の調整によるループの平衡性に左右される。その調整等の精度は、特願昭６３−２３５７４「フィードフォワード増幅器の自動調整回路」に示されている。たとえば、３０ｄＢ以上の歪圧縮量を得るための位相及び振幅偏差は、それぞれ±２度以内及び±０．３ｄＢ以内であり、歪検出回路及び歪除去回路の伝送特性の平衡度及び調整の完全性について厳しい条件が要求されていることがいえる。実際には、歪検出回路及び歪除去回路とのそれぞれの回路の平衡性を完全に保持することは容易でない。また、仮に初期設定が完全であっても、周囲温度、電源等の変動により増幅器の特性が変化するため、時間的に安定して良好な平衡性を維持することはきわめて困難である。
【０００９】
このフィードフォワード増幅器の歪検出回路及び歪除去回路の完全な平衡性を高精度に保持する方法として、パイロット信号を用いた自動調整方法が知られている。たとえば、特願昭６３−２３５７４があり、これらを実用化した装置として、野島俊雄、楢橋祥一、「移動通信用超低歪多周波共通増幅器……自己調整形フィードフォワード増幅器（ＳＡＦＦ−Ａ）…」、電子情報通信学会、無線通信システム研究会、ＲＣＳ９０−４，１９９０が知られている。
【００１０】
これらの自動調整方法は、いずれも従来の主増幅器の発生した非線形歪成分を除去するフィードフォワード増幅器に適用されている。これまで、歪注入経路をフィードフォワード構成化した高効率増幅可能なフィードフォワード増幅器に適用可能なパイロット信号を用いた自動調整方法はなかった。
この発明の解決するべき課題は、従来のフィードフォワード増幅器と同等以上の歪補償能力を持ち、かつ高効率増幅可能なフィードフォワード増幅器の各ループの自動調整を可能とするフィードフォワード増幅器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば歪注入経路をフィードフォワード増幅器構成とする。具体的には補助増幅器を主増幅器と見なして、補助増幅器（第一補助増幅器）に対する第一補助増幅器用歪検出回路と第一補助増幅器用歪除去回路とを用いて歪注入経路が構成され、補助増幅器（第一補助増幅器）で発生する非線形歪を、歪注入経路のこのフィードフォワード構成により補償する。また補助増幅器（第一補助増幅器）をＡ級バイアス以外のＢ級、Ｃ級、Ｅ級、Ｆ級等による高効率動作を可能にする。
【００１２】
更に以下に述べるように各請求項において各ループの平衡が自動的にとれる構成としている。
（１）請求項１の発明によれば、第一補助増幅器用歪検出回路の遅延線路と位相反転回路にて構成されていた経路を可変減衰器と可変位相器にて構成し、主増幅器に注入されるパイロット信号を第一補助増幅器用歪除去経路にて検出し、その検出レベルを最小にするように制御器にて該可変減衰器と該可変位相器を制御する。歪検出回路と第一補助増幅器用歪除去回路のループの平衡性を達成し、歪除去回路のループの平衡性を、第一補助増幅器の入力側の可変減衰器と可変位相器を主増幅器に注入されたパイロット信号をフィードフォワード増幅器出力にて検出し、その検出レベルを最小にするように制御器にて制御する。あらたに挿入した可変減衰器と可変位相器は、このとき制御した減衰量と位相量により連動して設定値を調整する。これにより、歪除去回路と第一補助増幅器用歪検出回路の平衡性を同時に達成できる。
【００１３】
（２）請求項２の発明によれば、第一補助増幅器用歪検出回路の遅延線路と位相反転回路にて構成されていた経路を可変減衰器と可変位相器にて構成し、歪注入経路の入力端に注入されるパイロット信号を第一補助増幅器用歪除去経路にて検出し、その検出レベルを最小にするように制御器にて該可変減衰器と該可変位相器を制御する。歪検出回路と第一補助増幅器用歪除去回路のループの平衡性を達成し、歪除去回路のループの平衡性を第一補助増幅器の入力側の可変減衰器と可変位相器を主増幅器に注入されたパイロット信号をフィードフォワード増幅器出力にて検出し、その検出レベルを最小にするように制御器にて制御する。あらたに挿入した可変減衰器と可変位相器は、このとき制御した減衰量と位相量により連動して設定値を調整する。これにより、歪除去回路と第一補助増幅器用歪検出回路の平衡性を同時に達成できる。
【００１４】
（３）請求項３の発明によれば、第二可変位相器と第二可変減衰器を第一補助増幅器用歪検出回路の入力の電力分配器の前に挿入する。第一補助増幅器用歪検出回路の第一補助増幅器用信号伝達経路に遅延線路を用い、第一補助増幅器用線形信号伝達経路に第四可変位相器と第四可変減衰器と位相反転回路を用いて第一補助増幅器用歪検出回路を構成する。請求項１の発明において第二制御器と第四制御器の協調動作を必要としていたが、請求項３の発明ではこの協調動作を必要としない。フィードフォワード増幅器の４つのループの平衡を独立に達成できる。
【００１５】
（４）請求項４の発明によれば、第二可変位相器と第二可変減衰器を第一補助増幅器用歪検出回路の入力の電力分配器の前に挿入する。第一補助増幅器用歪検出回路の第一補助増幅器用信号伝達経路に遅延線路を用い、第一補助増幅器用線形信号伝達経路に第四可変位相器と第四可変減衰器と位相反転回路を用いて第一補助増幅器用歪検出回路を構成する。請求項２の発明において第二制御器と第四制御器の協調動作を必要としていたが、請求項４の発明ではこの協調動作を必要としない。フィードフォワード増幅器の４つのループの平衡を独立に達成できる。
作用
この発明は、歪注入経路をフィードフォワード構成化により、補助増幅器を高効率化することができ、その高効率化に伴い発生した歪成分を除去することができる。またこの歪注入経路のフィードフォワード構成化により存在する４つのループの平衡性をそれぞれパイロット信号を用いて、そのレベルを最小にするように各ループの可変減衰器と可変位相器を制御することで、主増幅器の発生する歪成分の補償と第一補助増幅器の発生する歪成分の補償を可能にし、第一補助増幅器の半導体増幅素子にＡ級バイアス条件以外の高効率増幅の動作条件を適用できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の請求項１の実施例を示す。図１は、３つのパイロット信号と４つの制御手段を用いる。この発明のフィードフォワード増幅器は、増幅器入力側に第一パイロット信号発生器４１と、第一パイロット信号を増幅器入力に注入する方向性結合器４２と、増幅器入力信号を二経路に分配する電力分配器３１と、分配された信号を入力する、第一可変減衰器２１と第一可変位相器２２と主増幅器２３により構成される経路１１と、遅延線路２４と位相反転回路２５により構成される経路１２と、主増幅器２３の段間に注入する第二パイロット信号発生器４３と、これら二つの経路１１，１２を電力合成し、二経路に分配する電力合成／分配器３２と、この電力合成／分配器３２により分配された信号を入力する遅延線路２６と、分配された信号を入力し第一パイロット信号を抽出する方向性結合器４４と、抽出された第一パイロット信号を検出する第一パイロット信号検出器４５と、その検出されたレベルを入力し、そのレベルを最小にするように第一可変減衰器２１と第一可変位相器２２を制御する第一制御器４６と、第一パイロット信号を抽出した方向性結合器４４の出力を入力し、二経路に分配する電力分配器４７と、分配された信号を入力する、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８と第一補助増幅器２９により構成される経路４８と、分配された信号を入力する第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１と位相反転回路５２にて構成される経路５３と、第一補助増幅器２９の段間に第三パイロット信号を注入する手段と第三パイロット信号発生器５４と、これら二つの経路４８，５３を電力合成し、二経路に分配する電力合成／分配器５５と、分配された信号を入力する遅延線路５６よりなる経路６０と、分配された信号を入力し第二パイロット信号を抽出する方向性結合器５７と、抽出された第二パイロット信号のレベルを検出する第二パイロット信号検出器５８と、その検出されたレベルを最小にするように第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１を制御する第四制御器５９と、方向性結合器５７の出力を入力する、第三可変減衰器６１と第三可変位相器６２と第二補助増幅器６３により構成される経路６４と、これら二つの経路６０，６４の出力を合成する電力合成器６５と、その電力合成器６５の出力を入力し第三パイロット信号を抽出する方向性結合器６６と、抽出された第三パイロット信号を入力し、そのレベルを検出する第三パイロット信号検出器６７と、その検出されたレベルを最小になるように第三可変減衰器６１と第三可変位相器６２を制御する第三制御器６８と、上記遅延線路２６による経路１４の出力と第三パイロット信号を抽出する方向性結合器６６の出力を電力合成する電力合成器３３と、電力合成された信号を入力し第二パイロット信号を抽出する方向性結合器６９と、抽出された第二パイロット信号のレベルを検出する第二パイロット信号検出器７１と、その検出されたレベルが最小になるように第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８を制御する第二制御器７２により構成される。
【００１７】
第二可変減衰器２７、第二可変位相器２８、第一補助増幅器２９よりなる経路４８と、第四可変減衰器４９、第四可変位相器５１、位相反転回路５２よりなる経路５３とにより第一補助増幅器用歪検出回路７３が構成され、この第一補助増幅器用歪検出回路７３により第一補助増幅器２９で発生する歪成分を検出する。遅延線路５６の経路６０と第三可変減衰器６１、第三可変位相器６２、第二補助増幅器６３よりなる経路６４とより第一補助増幅器用歪除去回路７４が構成され、第一補助増幅器用歪検出回路７３にて検出した歪成分を逆位相、等振幅、等遅延で第一補助増幅器２９の出力に注入して、第一補助増幅器２９で発生する歪成分を除去する。
【００１８】
このように歪注入経路１５のフィードフォワード構成化により、第一補助増幅器２９にＡ級バイアス以外の動作条件で第一補助増幅器２９の半導体増幅素子を高効率に動作させ、この高効率化に基づき補助増幅器２９から新たに生じた歪成分を、補助増幅器用歪検出回路７３で検出し、この検出した歪成分で補助増幅器用歪除去回路７４において、第一補助増幅器２９の増幅出力中の第一補助増幅器２９で生じた歪成分を除去する。よって、第一補助増幅器２９の高効率増幅を可能にできる。
【００１９】
このように、歪除去回路１６の遅延線路２６による経路１４と、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８と第一補助増幅器２９と遅延線路５６にて構成される経路によるループと、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループを独立に達成するために、第一補助増幅器用歪検出回路７３に第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１を新たに設ける。
【００２０】
この発明によるフィードフォワード増幅器は、３つのパイロット信号を用いて、歪検出回路１３、第一補助増幅器用歪検出回路７３、第一補助増幅器用歪除去回路７４、歪除去回路１６の各平衡を達成する。このとき、これまで述べてきたように、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性は、第二パイロット信号を用いて第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１により達成する。歪除去回路１６のループの平衡性は、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性を達成後、第二パイロット信号を用いて第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８を用いて達成する。このとき、第一補助増幅器２９の経路４８上の第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８の設定値を、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性達成後に変更するため、第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１の設定値をそれぞれ第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８の設定値に連動して修正する。この一連の設定値の連動・修正過程により、歪除去回路１６と第一補助増幅器用歪検出回路７３のそれぞれのループの平衡性を達成する。
【００２１】
図２にこの発明の請求項２の実施例を示す。図２は、４つのパイロット信号と４つの制御手段を用いる。図２において図１と対応する部分は同一番号を付けてある。この実施例では第一パイロット信号を抽出した方向性結合器４４の出力が方向性結合器８１に入力され、第四パイロット信号発生器８２よりの第四パイロット信号が方向性結合器８１に注入され、方向性結合器８１の出力は電力分配器４７に入力される。方向性結合器５７の出力から第四パイロット信号検出器８３で第四パイロット信号が抽出され、その第四パイロット信号のレベルが検出される。第四制御器５９はこの検出された第四パイロット信号のレベルを最小にするように第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１を制御する。その他の構成は図１の場合と同様である。
【００２２】
このように、歪除去回路１６の遅延線路２６による経路１４と、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８と第一補助増幅器２９と遅延線路５６にて構成される経路によるループと、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループを独立に達成するために、第一補助増幅器用歪検出回路７３に第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１と、第一補助増幅器用歪検出回路７３の入力側に第四パイロット信号発生器８２と注入手段である方向性結合器８１を新たに設ける。
【００２３】
この実施例によるフィードフォワード増幅器は、４つのパイロット信号を用いて、歪検出回路１３、第一補助増幅器用歪検出回路７３、第一補助増幅器用歪除去回路７４、歪除去回路１６の各平衡を達成する。このとき、これまで述べてきたように、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性は、第四パイロット信号を用いて第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１により達成する。歪除去回路１６のループの平衡性は、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性を達成後、第二パイロット信号を用いて第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８を用いて達成する。このとき、第一補助増幅器２９の経路上の第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８の設定値を第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性達成後に変更するため、第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１の設定値を第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８の設定値に連動して修正する。この一連の設定値の連動・修正過程により、歪除去回路１６と第一補助増幅器用歪検出回路７３のそれぞれのループの平衡性を達成する。
【００２４】
図３にこの発明の請求項３の実施例を示し、図１と対応する部分に同一番号を付けてある。この図３は、３つのパイロット信号と４つの制御手段を用いる。この実施例のフィードフォワード増幅器では、第一パイロット信号抽出した方向性結合器４４の出力は電力分配器４７ではなく、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８の直列回路に入力され、この直列回路の出力が電力分配器４７に入力され、電力分配器４７で、分配された一方の信号は遅延線路８５と第一補助増幅器２９により構成される経路に、分配された他方の信号は第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１と位相反転回路５２にて構成される経路にそれぞれ入力される。これら二つの経路の出力は電力合成／分配器５５に供給される。その他は図１と同様である。
【００２５】
このように、歪除去回路１６の遅延線路２６による経路と、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８と遅延線路８５と第一補助増幅器２９と遅延線路５６にて構成される経路によるループと、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループを独立に達成するために、第一補助増幅器用歪検出回路７３の入力に第二可変位相器２７と第二可変減衰器２８を設け、第一補助増幅器用歪検出回路７３に第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１を設ける。
【００２６】
この実施例によるフィードフォワード増幅器は、３つのパイロット信号を用いて、歪検出回路１３、第一補助増幅器用歪検出回路７３、第一補助増幅器用歪除去回路７４、歪除去回路１６の各平衡を達成する。このとき、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性は、第二パイロット信号を用いて第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１により達成する。歪除去回路１６のループの平衡性は、第二パイロット信号を用いて第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８を用いて達成する。ループの調整手段である可変位相器と可変減衰器をいずれも共有していないため、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡と歪除去回路１６のループの平衡は独立に達成できる。このようにして、歪除去回路１６と第一補助増幅器用歪検出回路７３のそれぞれのループの平衡は、歪除去回路１６のループの調整手段を第一補助増幅器用歪検出回路７３の前に設け、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの調整手段を第一補助増幅器用歪検出回路７３に設けることでそれぞれ独立に達成できる。
【００２７】
図４にこの発明の請求項４の実施例を示し、図３と対応する部分に同一番号を付けてある。図４では、４つのパイロット信号と４つの制御手段を用いる。この実施例では第二可変位相器２８と電力分配器４７との間に方向性結合器８１が挿入され、この方向性結合器８１に、第四パイロット信号発生器８２からの第四パイロット信号が注入される。方向性結合器５７の出力から第四パイロット信号検出器８３で第四パイロット信号が検出され、そのレベルが検出され、その検出されたレベルを最小にするように第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１を第四制御器５９で制御する。その他は図３と同様である。
【００２８】
このように、歪除去回路１６の遅延線路２６による経路と、第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８と遅延線路８５と第一補助増幅器２９と遅延線路５６にて構成される経路によるループと、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループを独立に達成するために、第一補助増幅器用歪検出回路７３の入力に第二可変位相器２７と第二可変減衰器２８を設け、第一補助増幅器用歪検出回路７３に第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１とを設け、第一補助増幅器用歪検出回路７３の入力側に第四パイロット信号発生器８２と注入手段である方向性結合器８１を新たに設ける。
【００２９】
この実施例によるフィードフォワード増幅器は、４つのパイロット信号を用いて、歪検出回路１３、第一補助増幅器用歪検出回路７３、第一補助増幅器用歪除去回路７４、歪除去回路１６の各平衡を達成する。このとき、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡性は、第四パイロット信号を用いて第四可変減衰器４９と第四可変位相器５１により達成する。歪除去回路１６のループの平衡性は、第二パイロット信号を用いて第二可変減衰器２７と第二可変位相器２８を用いて達成する。ループの調整手段である可変位相器と可変減衰器をいずれも共有していないため、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの平衡と歪除去回路１６のループの平衡は独立に達成できる。このようにして、歪除去回路１６と第一補助増幅器用歪検出回路７３のそれぞれのループの平衡は、歪除去用ループの調整手段を第一補助増幅器用歪検出回路７３の前に設け、第一補助増幅器用歪検出回路７３のループの調整手段を第一補助増幅器用歪検出回路７３に設けることでそれぞれ独立に達成できる。
上記各実施例における第一から第四制御器は、各パイロット信号から検出されたレベルを最小にする点において、制御アルゴリズムを共通できるため、各可変減衰器と各可変位相器の制御を時分割で行う単一の制御器で実現してもよい。これにより、制御器を共通化でき、制御器の消費電力を削減できる。制御アルゴリズムについては、従来から実用化されている摂動法、最小自乗推定等の適応アルゴリズムを適用できる。一般にフィードフォワード増幅器のループの平衡性は、電源電圧の変動、装置温度の変化などにより変動する。その変動の時間率は、比較的遅い。このため、最適値に収束するのに時間のかかる制御アルゴリズムであっても、この発明の二重ループを持つフィードフォワード増幅器の制御に十分対応できる。
【００３０】
各パイロット信号については、それぞれ異なる周波数に設定された無変調波、または異なる変調波による同一周波数の搬送波を変調したものに設定され、あるいはそれぞれ異なる拡散符号による同一搬送波の拡散変調のいずれかでもよい。無変調波を用いるパイロット信号を検出するパイロット信号検出器は、狭帯域のレベル検出器により構成される。たとえば、帯域通過フィルタで制限し、そのフィルタ出力をしダイオード等のレベル検出器で検波する構成とされる。変調波を用いるパイロット信号を検出するパイロット信号検出器は、パイロット信号の帯域をベースバンド帯に周波数変換する周波数変換器と、周波数変換されたベースバンド信号を復調する復調器にて構成される。無変調波によるパイロット信号に比べて、変調波によるパイロット信号はパイロット信号を復調するため、各種の干渉、雑音などに対する等化処理、誤り訂正処理などを適用できる。このため、より少ないパイロット信号電力で各ループの平衡を達成できる。拡散符号を用いるパイロット信号を検出するパイロット信号検出器は、パイロット信号の帯域をベースバンド帯に周波数変換する周波数変換器と、周波数変換されたベースバンド信号を逆拡散処理する逆拡散器と、その信号を復調する復調器にて構成される。このようにして、この発明のフィードフォワード増幅器の自動調整装置は、各種パイロット信号に適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明により、次の効果がある。
（１）高効率増幅可能な二重ループを持つフィードフォワード増幅器の自動調整装置の提供。
（２）安定した歪補償能力を提供できること。
（３）（１）と（２）より、フィードフォワード増幅器の低消費電力化を達成し、小型な装置、経済性のある装置の提供。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の実施例を示すブロック図。
【図２】請求項２の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項３の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項４の実施例を示すブロック図。
【図５】従来のフィードフォワード増幅器を示すブロック図。
【符号の説明】
１３    歪検出回路            ５１    第四可変位相器
１６    歪除去回路            ５２    位相反転回路
２１    第一可変減衰器        ６１    第三可変減衰器
２２    第一可変位相器        ６２    第三可変位相器
２７    第二可変減衰器        ６３    第二補助増幅器
２８    第二可変位相器        ７３    第一補助増幅器用歪検出回路
２９    第一補助増幅器        ７４    第一補助増幅器用歪除去回路
４９    第四可変減衰器        ８２    第四パイロット信号発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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