(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する主増幅器の出力信号を２つの線路宛に分配する電力分配手段と、一方の線路上の分配信号と前記入力信号との差分に基づく補償信号を他方の線路上の分配信号に合成させる電力合成手段とを有し、前記合成によって前記出力信号の歪み成分を補償する電力増幅装置において、
前記電力分配手段が、前記一方の線路に分配信号を導く帯域阻止フィルタと、前記他方の線路に分配信号を導く帯域通過フィルタとを含んで構成されていることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
入力信号を増幅する主増幅器の出力信号を２つの線路宛に分配する電力分配手段と、一方の線路上の分配信号と前記入力信号との差分に基づく補償信号を他方の線路上の分配信号に合成させる電力合成手段とを有し、前記合成によって前記出力信号の歪み成分を補償する電力増幅装置において、
前記電力合成手段が、前記補償信号を入力とする帯域阻止フィルタと、前記他方の線路上の分配信号を入力とする帯域通過フィルタとを含み、前記帯域阻止フィルタを通過した補償信号と前記帯域通過フィルタを通過した分配信号とを合成するように構成されていることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項３】
入力信号を増幅する主増幅器の出力信号を２つの線路宛に分配する電力分配手段と、一方の線路上の分配信号と前記入力信号との差分に基づく補償信号を他方の線路上の分配信号に合成させる電力合成手段とを有し、前記合成によって前記出力信号の歪み成分を補償する電力増幅装置において、
前記電力分配手段が、前記一方の線路に分配信号を導く帯域阻止フィルタと、前記他方の線路に分配信号を導く帯域通過フィルタとを含んで構成され、
前記電力合成手段が、前記補償信号を入力とする帯域阻止フィルタと、前記他方の線路上の分配信号を入力とする帯域通過フィルタとを含み、前記帯域阻止フィルタを通過した補償信号と前記帯域通過フィルタを通過した分配信号とを合成するように構成されていることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項４】
前記一方の線路に、前記補償信号の振幅または位相を前記他方の線路側の分配信号の振幅または位相に適合させるための調整回路が挿入接続されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信装置等の終段に設けられる電力増幅装置に係り、特に、歪み補償機能を有する電力増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歪み補償機能を有する従来の電力増幅装置の構成例を図６に示す。
この種の電力増幅装置４は、パイロット信号発振器４１０で主増幅器４１２の空きチャンネルのパイロット信号または帯域外周波数のパイロット信号ｐを生成し、これを同期検出器４２１と方向性結合器４１１に出力する。方向性結合器４１１は、このパイロット信号ｐと入力信号とを合成し、合成信号ａを主増幅器４１２に入力する。主増幅器４１２の出力側には方向性結合器４１３が接続されており、ここから増幅器出力信号ｂ（ｃ）の一部の信号ｆを取り出して差分検出器４１８に出力している。
【０００３】
差分検出器４１８には遅延線路４１７で遅延された入力信号が入力されており、この入力信号と方向性結合器４１３からの信号ｆとの差分、すなわち歪み成分ｇが位相利得調整器４１９に入力されるようになっている。位相／利得調整器４１９は、制御信号ｋに基づいて歪み成分ｇの位相及び利得を調整して副増幅器４２０に出力する。副増幅器４２０は、位相及び利得調整された信号ｈを増幅して補償信号ｉとし、これを方向性結合器４１５に出力する。
【０００４】
方向性結合器４１５は、この補償信号ｉを遅延線路４１４で遅延された方向性結合器４１３の出力ｄと合成して、歪み成分が補償された増幅信号ｅを出力する。この増幅信号ｅは、方向性結合器４１６を通じて後段回路に出力される。また、その一部の増幅信号ｊが同期検出器４２１に入力され、ここで上記制御信号ｋが生成されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力増幅装置４は、方向性結合器４１３から差分検出器４１８、位相／利得調整器４１９、副増幅器４２０までの時間遅れが大きいため、この時間と等しい時間遅れの遅延線路４１４を二つの方向性結合器４１３，４１５の間に挿入する必要があった。遅延線路４１４の挿入損失は、遅延時間を大きくするほど大きくなり、その分、出力信号の直線性範囲は狭くなる。これは、必要な電力レベルの出力信号を確保するためには、遅延線路４１４の挿入損失分だけ主増幅器４１２を出力電力の大きいものにする必要があり、原価的にも不利になることを意味する。
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記時間遅れを可能な限り小さくし、出力信号の直線性範囲を拡げることができる、低コストの電力増幅装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力増幅装置は、入力信号を増幅する主増幅器の出力信号を２つの線路宛に分配する電力分配手段と、一方の線路上の分配信号と前記入力信号との差分に基づく補償信号を他方の線路上の分配信号に合成させる電力合成手段とを有し、前記合成によって前記出力信号の歪み成分を補償する電力増幅装置において、前記電力分配手段を、前記一方の線路に分配信号を導く帯域阻止フィルタ（以下、ＢＲＦ）と、前記他方の線路に分配信号を導く帯域通過フィルタ（以下、ＢＰＦ）とを含んで構成したものである。
【０００８】
本発明の他の電力増幅装置は、前記電力合成手段を、前記補償信号を入力とするＢＲＦと、前記他方の線路上の分配信号を入力とするＢＰＦとを含み、前記ＢＲＦを通過した補償信号と前記ＢＰＦを通過した分配信号とを合成するように構成したものである。
【０００９】
本発明の他の電力増幅装置は、前記電力分配手段を、前記一方の線路に分配信号を導くＢＲＦと、前記他方の線路に分配信号を導くＢＰＦとを含んで構成するとともに、前記電力合成手段を、前記補償信号を入力とするＢＲＦと、前記他方の線路上の分配信号を入力とするＢＰＦとを含み前記ＢＲＦを通過した補償信号と前記ＢＰＦを通過した分配信号とを合成するように構成したものである。
【００１０】
ＢＰＦは時間遅れ特性をもって信号を通過させ、一方、ＢＲＦは時間進み特性をもって信号を通過させる。従って、両者を組み合わせることによって、遅延を伴う２系統の信号を合成する際に必要となる遅延線路の遅延量を小さくすることができる。なお、前記一方の線路には、前記補償信号の振幅または位相を前記他方の線路側の分配信号の振幅または位相に適合させるための調整回路を挿入接続させておく。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の電力増幅装置の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による電力増幅装置１の構成図であり、図６に示した従来型装置４の構成要素と同一機能のものについては同一符号を付してある。
この電力増幅装置１は、図６に示した従来型装置４における方向性結合器４１３に代えて、電力分配器１１３を設けたものである。この電力分配器１１３を挿入接続したことによる損失は、方向性結合器４１３の結合度と同値またはそれ以下とする。
【００１２】
電力分配器１１３は、例えば図２に示すように、ＬＣ直列共振回路を含む帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）とＬＣ並列共振回路を含む帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）とを組み合わせて構成する。この実施形態では、主増幅器４１２からの線路を共用端子Ｔ１に接続し、ＢＲＦ側端子Ｔ３に差分検出器４１８宛の線路、ＢＰＦ側端子Ｔ２に遅延線路４１４宛の線路をそれぞれ接続している。これにより、主増幅器４１２で増幅された信号ｂは、共用端子Ｔ１を介して入力され、ＢＰＦ特性、つまり時間遅れ特性をもって遅延線路４１４に分配されるようになる。また、ＢＲＦ特性、つまり時間進み特性をもって差分検出器４１８にも分配される。
【００１３】
この電力増幅装置１において、主増幅器４１２から出力される増幅信号ｂの歪み成分ｇは、以下のようにして除去される。
電力分配器１１３のＢＲＦで増幅信号ｂの一部の信号ｆを取り出し、差分検出器４１８で入力信号の一部と比較して歪み成分ｇを抽出する。この歪み成分ｇを位相／利得調整器４１９で位相及び利得が調整された信号ｈに変換し、さらにこれを副増幅器４２０で増幅して増幅信号ｉとし、この増幅信号ｉを方向性結合器４１５で遅延線路４１４の出力信号ｄと合成する。このとき、ちょうど歪み成分ｇが相殺されるように、遅延線路４１４の遅延量と位相／利得調整器４１９における位相量、利得を調整する。
【００１４】
歪み成分ｇが十分に相殺されるためには、必要な帯域にわたって遅延線路４１４の遅延量は、電力分配器１１３から信号ｆが分配された後、副増幅器４２０で増幅されて方向性結合器４１５に到達するまでの遅延時間と同じ値であることが必要である。図６に示した従来型装置４では、どの素子も遅れ特性をもっているので、遅延線路４１４の遅延量はかなり大きくする必要があったが、本実施形態の電力増幅装置１では、遅延線路４１４側の線路では、ＢＰＦによって時間遅れ特性で信号が分配され、副増幅器４２０側の線路では、ＢＲＦによって時間進み特性で信号が分配されるので、遅延線路４１４の遅延量はその分少なくて済む。従って、遅延線路４１４による挿入損失は著しく小さくなり、同一の主増幅器４１２、副増幅器４２０を使用した場合でも、出力信号の直線性範囲を拡げることができる。
【００１５】
次に、ＢＲＦとＢＰＦとを組み合わせた電力分配器１１３によって、時間進み特性、時間遅れ特性を実現できる理由を説明する。ここでは、最も単純な例として、ＬＣ並列共振回路を有するＢＰＦの例を挙げる。
【００１６】
１．信号源の入力振幅をＥ１、インピーダンスをＺｏとすると、出力振幅Ｅｏは、下記（１）式で表される。
Ｅｏ＝Ｅ１＊（ＸＬ  ｜｜  ＸＣ）／（Ｚｏ＋（ＸＬ  ｜｜  ＸＣ））・・・（１）
ここで（ＸＬ  ｜｜  ＸＣ）は誘導性リアクタンスＸＬと容量性リアクタンスＸＣの並列インピーダンスである。誘導性リアクタンスＸＬはｊωＬであり、容量性リアクタンスＸＣは１／ｊωＣで表されることから、（１）式は、下記（２）式のようになる。
Ｅｏ＝Ｅ１／（Ｚｏ（ｊωＣ＋１／（ｊωＬ））＋１）  ・・・（２）
ω＝ωｏ＝１／ルート（ＬＣ）の付近では、「ｊωＣ＋１／（ｊωＬ）」は殆どゼロ値となるので、振幅については｜Ｅｏ｜と｜Ｅ１｜とが殆ど同値となるが、位相Фについては、下記（３）式のような値となる。
0003570896.tif 000002
ここで、Ｚｏ＝Ｒ、Ｉｍ（Ｚｏ）＝０とすると、Фは下記のようになる。
0003570896.tif 000003
【００１７】
さらに、ω＝ωｏ＋△（△は中心周波数からのずれ）とすると、
ωＣ−１／（ωＬ）＝（（ωｏ＋△）の２乗×ＬＣ−１）／（ωＬ）となり、これは２△Ｃで近似できることから、Фは、下記（４）式で近似することができる。
Ф＝−ａｔａｎ（２△ＣＲ）  ・・・（４）
【００１８】
２△ＣＲ＜＜１とすると、位相差Фは、−２△ＣＲで表される。すなわち、位相差Фは、中心周波数からのずれ△に比例し、周波数が高くなるほど、位相は遅れることになる。図３（ａ）は、このことを示した図である。
【００１９】
２．ここで、変調信号ｆ（ｔ）で変調された搬送周波数ωｏの信号をＢＰＦに入力した場合を考える。このときの変調によるサイドバンドＥｓは、下記（５）式で与えられるとする。
Ｅｓ＝Σ（Ａｉ×ｓｉｎ（ωｉｔ＋θｉ））・・・（５）
但し、Σはｉについての合計を表し、ωｉはωｏからのずれ角周波数を表す。例えばＡＭ変調の場合、「Ａｉ×ｓｉｎ（ωｉｔ＋θｉ）」は、ｆ（ｔ）のフーリエ展開で与えられる。
上記サイドバンドＥｓは、ＢＰＦを通過することにより、下記（６）式のような信号Ｅｓｏになる。
Ｅｓｏ＝Σ（Ａｉ＊ｓｉｎ（ωｉｔ＋θｉ−２ＣＲωｉ））・・・（６）
位相（−２ＣＲωｉ）は、すべてのωｉについて２ＣＲの時間遅れを表すので、それらの総和であるＥｓｏのＥｓに対する時間遅れ分τは、図３（ｂ）に示すように“２ＣＲ”となる。
【００２０】
３．ＢＲＦについては、位相差Фの極性が、上述のＢＰＦと逆になり、時間進み特性を呈することになる。
【００２１】
このように、ＢＰＦによって時間遅れ特性となり、ＢＲＦによって時間進み特性となるので、これらを組み合わせることにより、分配後、合成するまでの信号の遅延時間を調整でき、主増幅器４１２の後段回路による損失を小さくすることができ、出力信号の電力レベルを従来型装置４よりも大きくすることができる。一定の電力レベルが要求されている場合は、より小電力の主増幅器４１２で間に合わすことができるので、安価な電力増幅装置を構成することができるなど、その効果が大きい。
【００２２】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による電力増幅装置１の構成図であり、図６に示した従来型装置４の構成要素と同一機能のものについては同一符号を付してある。この電力増幅装置２は、図６に示した従来型装置４における方向性結合器４１５に代えて、電力合成器２１５を設けたものである。この電力合成器２１５を挿入接続したことによる損失値は、方向性結合器４１５の結合度と同値あるいはそれ以下とする。
【００２３】
電力合成器２１５は、前述のＢＲＦとＢＰＦとを組み合わせて構成したもので、例えば図２に示した構成において、遅延線路側４１４からの線路にＢＰＦ端子Ｔ２、副増幅器４２０からの線路にＢＲＦ側端子Ｔ３、方向性結合器４１６宛の線路に共有端子Ｔ１をそれぞれ接続している。これにより、副増幅器４２０で増幅された信号ｉは、ＢＲＦ特性（時間進み特性）をもって遅延線路４１４からの信号ｄと合成されるようになり、副増幅器４２０側の線路による遅延時間を短縮させることができる。
【００２４】
（第３実施形態）
上述の電力分配器１１３と電力合成器２１５とを同時に使用するような形態も可能である。図５は、このような形態の電力増幅装置３の構成図である。
この電力増幅装置３は、図６に示した従来型装置４における方向性結合器４１３、方向性結合器４１５に代えて、それぞれ電力分配器１１３と電力合成器２１５とを設けたものである。線路との接続関係については、上記第１及び第２実施形態において説明したとおりである。この電力増幅装置３による信号の時間特性は、上記２つの形態の電力増幅装置１，２による効果が相加されたものとなる。従って、遅延線路４１４の遅延量をより小さくすることができ、損失の少ない電力増幅装置が得られるようになる。
【００２５】
なお、上記各電力増幅装置１，２，３に使用される電力分配器１１３や電力合成器２１５の結合度が温度特性をもつ場合、主増幅器４１２や副増幅器４２０の利得等に影響を及ぼすことが懸念される。そこで、この影響の度合いを検討した結果、以下のような結論が得られた。
電力分配器１１３の挿入による副増幅器４２０側への結合度変化は、出力信号に影響を与えない。しかし、差分検出器４１８の出力側に現れる信号成分の大きさによって、副増幅器４２０の出力信号の直線性範囲が拡がっていないと別の歪み成分が発生することになるので、副増幅器４２０の利得に少し余裕をもたせておく必要がある。しかし、このことは、電力増幅装置全体ではさほど問題にはならない。
一方、副増幅器４２０の利得や、電力合成器２１５の挿入による結合度の変化は、直接に電力増幅装置全体の利得に影響するので、それぞれに、または纏めて温度補償を行う必要がある。しかし、温度特性の平坦な部品や素子を用いることによりこのような問題は解消される。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電力増幅装置によれば、遅延量が異なる２系統の信号を合成する際に必要となる、調整用の遅延線路の遅延量を限りなく小さくすることができるので、挿入損失が低減し、出力信号の直線性範囲が拡がるという、特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による電力増幅装置の構成図。
【図２】ＬＣ並列共振回路を含む帯域阻止フィルタ（ＢＲＦ）とＬＣ直列共振回路を含む帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）とを組み合わせた電力分配器の構成図。
【図３】（ａ）はＢＰＦを通過した信号の位相差Фが中心周波数からのずれ△に比例し、周波数が高くなるほど位相が遅れることを示した図であり、（ｂ）はＢＰＦを通過することにより信号が−２ＣＲ（Ｃは容量、Ｒは抵抗分）だけ遅れることを示した図。
【図４】本発明の第２実施形態による電力増幅装置の構成図。
【図５】本発明の第３実施形態による電力増幅装置の構成図。
【図６】従来の電力増幅装置の構成図。
【符号の説明】
１，２，３，４  歪み補償機能を有する電力増幅装置
１１３  電力分配器
２１５  電力合成器
４１０  パイロット信号発振器
４１１，４１３，４１５，４１６  方向性結合器
４１２  主増幅器
４１４，４１７  遅延線路
４１８  差分検出器
４１９  位相／利得調整器
４２１  同期検出器
【図１】
0003570896.tif 000004
【図２】
0003570896.tif 000005
【図３】
0003570896.tif 000006
【図４】
0003570896.tif 000007
【図５】
0003570896.tif 000008
【図６】
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