(57)【要約】【課題】  従来と同程度の歪補償量を実現しつつ、小型化、低消費電力化、低コスト化を可能とするマイクロ波分配回路を得る。【解決手段】  マイクロ波分配回路の各出力端子ごとに設けられた電力増幅器と、各入力系統ごとの入力端部にそれぞれ設けられ、上記各入力系統ごとの入力信号に対応する上記電力増幅器の歪み特性をキャンセルするための歪み補償を上記各入力系統ごとの入力信号に対して行なう歪み補償回路と、を備え、上記歪み補償回路のそれぞれの出力が分配されて上記電力増幅器を介して上記各出力端子に供給され、複数波を同時に出力させることを可能にした。【選択図】  図２
2006067428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波分配回路の各出力端子ごとに設けられた電力増幅器と、入力端部に設けられ、入力信号に対応する上記電力増幅器の歪み特性をキャンセルするための歪み補償を上記入力信号に対して行なう歪み補償回路と、を備え、上記歪み補償回路の出力が分配されて上記電力増幅器を介して上記マイクロ波分配回路の各出力端子に供給され、出力されることを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項２】
マイクロ波分配回路の各出力端子ごとに設けられた電力増幅器と、各入力系統ごとの入力端部にそれぞれ設けられ、上記各入力系統ごとの入力信号に対応する上記電力増幅器の歪み特性をキャンセルするための歪み補償を上記各入力系統ごとの入力信号に対して行なう歪み補償回路と、を備え、上記歪み補償回路のそれぞれの出力が分配されて上記電力増幅器を介して上記各出力端子に供給され、複数波を同時に出力させることを可能にしたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロ波分配回路をサブブロックとして複数個配置し、上記サブブロックのそれぞれの入力端部に入力信号を分配する分配器を設けたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項４】
請求項２記載のマイクロ波分配回路をサブブロックとして複数個配置し、上記サブブロックのそれぞれの各入力系統ごとの入力端部に各系統ごとの入力信号をそれぞれ分配する分配器を設けたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項５】
請求項３記載のマイクロ波分配回路において、上記複数個のサブブロックのそれぞれに設けられた歪み補償回路を除去し、上記サブブロックのそれぞれの入力端部に入力信号を分配する分配器の入力端に接続される歪み補償回路を設けたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【請求項６】
請求項４記載のマイクロ波分配回路において、上記複数個のサブブロックのそれぞれに設けられた歪み補償回路を除去し、上記サブブロックのそれぞれの各入力系統ごとの入力端部に各系統ごとの入力信号をそれぞれ分配する分配器の入力端にそれぞれ接続される歪み補償回路を設けたことを特徴とするマイクロ波分配回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、出力端に増幅器を有するマイクロ波分配回路における増幅器の非線形歪みを抑圧する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数帯域は有限の資源のため、周波数の利用効率を高めることが望まれている。そのためには、近接周波数への妨害や干渉低減を図る目的で設けられたガードバンドの削減をする必要がある。そのため、増幅器で発生する非線形歪を抑圧することが望まれている。
出力端に増幅器を有するマイクロ波分配回路は、フェーズドアレイアンテナ等でアンテナを構成する素子アンテナに電力を供給するために用いられている。低歪な特性を得るために増幅器の低歪化が盛んに行われてきた。図８に示す従来例では歪み補償回路を増幅器の直近に前置し、増幅器で発生する非線形歪を歪み補償回路で抑圧している。図８中の１０１はアンテナ、１０２は増幅器、１０３は歪み補償回路、１０４は移相器、１０５は増幅器モジュール、１０６は可変遅延回路、１０７は分配器、１０８は入力端子である。増幅器１つにつき１つの歪み補償回路を設けることで増幅器は低歪化され、入力信号によらず低歪な特性を実現することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】高木他、"MMIC Developmet for Millimeter-Wave Space Application、” IEEE Trans．on Microwave Theory and Tech．、 Vol． 49、 No． 11、 pp．2073-2079、 November、 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出力端に増幅器を有するマイクロ波分配回路は、フェーズドアレイアンテナ等でアンテナを構成する素子アンテナに電力を供給するために用いられている。増幅器は回路損失による電力損を減らす為、通常各素子アンテナ直下に配置される。そのため、素子アンテナ１つにつき、１つの増幅器を必要とし、増幅器を多数必要とする。その結果、フェーズドアレイアンテナの消費電力増加や大型化、発熱量増加、高コスト化等、大きな影響を与える。歪み補償回路を増幅器の直近に前置した従来例の構成では、入力信号によらず低歪な特性を実現することができるものの、増幅器１つにつき１つの歪み補償回路を要するため、フェーズドアレーアンテナ全体の大きさやコストなどに与える影響が大きい問題がある。また、増幅器モジュールの大型化により、モジュールをアレーアンテナの裏面に垂直にして配列する必要が生じ、フェーズドアレーアンテナの薄型化の妨げになる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の増幅器に対して１つの歪み補償回路で済み、従来と同程度の歪み補償量を実現しつつ、小型化、低消費電力化、低コスト化を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のマイクロ波分配回路においては、各出力端子ごとに設けられた電力増幅器と、入力端部に設けられ、入力信号に対応する上記電力増幅器の歪み特性をキャンセルするための歪み補償を上記入力信号に対して行なう歪み補償回路と、を備え、上記歪み補償回路の出力が分配されて上記電力増幅器を介して上記出力端子に出力されたものである。
【０００７】
また、この発明のマイクロ波分配回路においては、各出力端子ごとに設けられた電力増幅器と、各入力系統ごとの入力端部にそれぞれ設けられ、上記各入力系統ごとの入力信号に対応する上記電力増幅器の歪み特性をキャンセルするための歪み補償を上記入力系統ごとの入力信号に対して行なう歪み補償回路と、を備え、上記歪み補償回路のそれぞれの出力が分配されて上記電力増幅器を介して上記出力端子に導かれ、複数波を同時に出力させることを可能にしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、増幅器を有するマイクロ波分配回路の小型化、低消費電力化を可能とする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図1は、この発明の実施の形態１によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。ここでは、４素子フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路に提案のマイクロ波分配回路を適用した場合を例にあげて説明する。図１において、１はフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子、３はマイクロ波分配回路、４は移相器、５は増幅器、６は出力端子である。また、２は増幅器５と逆の利得位相特性を有し、増幅器５での発生が見込まれる歪みをキャンセルするための歪み補償回路（Linearizer）である。
【００１０】
次に動作について説明する。フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子1から入力された信号は、増幅器５と入力電力に対して逆の利得・位相特性を有する歪み補償回路２によって、予め増幅器５で発生する歪と逆位相、等振幅の歪が加算される。その後、マイクロ波分配回路３によって信号は分配され、フェーズドアレーアンテナのビームが構成されるように移相器４によって適切な位相が与えられる。そして、増幅器５で増幅され、出力端子６に導かれる。
【００１１】
次に上記図１で例示した４素子フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路に提案のマイクロ波分配回路を適用することで、歪み補償回路の個数を削減できる理由について述べる。増幅器で発生する非線形歪は増幅器の出力電力に応じて増幅器の振幅、位相が変化することで発生する。従来例の構成で示すように、増幅器モジュール１０５は、移相器１０４、増幅器１０２などからなるが、移相器や可変遅延回路１０６は出力電力の変化に対して減衰量は変化しない。また、分配器１０７は増幅器モジュールから見た場合、分配比に応じて電力が減衰し、電力によっては変化しない。よって、歪み補償回路と増幅器モジュール間の損失は増幅器の出力電力によらずほぼ一定となる。ここで、分配器の各ポート間の分配比や移相器の減衰量、増幅器の利得等、個々の部品の個体差がない場合を想定すると、すべてのモジュールは同じ動作をするため、必ずしも歪み補償回路は増幅器の直前である必要はなく、フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子に歪み補償回路を１つ設ければよいことになる。このように、複数の増幅器に対し１つの歪み補償回路で済むため、従来と同じ歪み補償量を実現しつつ、フェーズドアレーアンテナの小型化、低消費電力化、低コスト化を可能とする。
【００１２】
なお、上記図１に例示した４素子フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路では、増幅器の出力は１つの素子アンテナに給電している構成を示したが、これに限らず、複数個の素子アンテナに給電しても良い。
【００１３】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。ここでは、４素子フェーズドアレーアンテナにのビーム形成回路に提案のマイクロ波分配回路を適用した場合を例にあげて説明する。図において、１１はフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子、１３はマイクロ波分配回路、１４は移相器、１５は増幅器、１６は出力端子、１７は電力合成器である。また、１２は増幅器１５と逆の利得位相特性を有し、増幅器１５での発生が見込まれる歪みをキャンセルするための歪み補償回路（Linearizer）である。
【００１４】
次に動作について説明する。フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子１１から入力された信号は、増幅器１５と逆の利得位相特性を有する歪み補償回路１２によって、増幅器１５で発生する歪と逆位相の歪が加算される。その後、マイクロ波分配回路１３によって信号は分配され、フェーズドアレーアンテナのビームが構成されるように移相器１４によって適切な位相が与えられる。電力合成器１７によって、複数ビームの信号を合成した後、増幅器１５で共通増幅され、出力端子１６に導かれる。
【００１５】
実施の形態1ではシングルビームフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端に１つの歪み補償回路を設けた場合の増幅器の非線形性補償について説明した。実施の形態１の構成をマルチビーム化した場合、各ビーム系統の歪み補償回路によって増幅器と逆の歪が予め加算された信号が複数加算されて増幅器に入力される。歪み補償回路では1波動作時に増幅器で発生する歪みを補償するように逆の歪を予め加算しているため、マルチビーム化によって複数信号が加算されると信号波形が変化し、適切に歪み補償できていない可能性がある。その結果、歪み補償効果が得られないばかりか、かえって歪を悪化させる可能性がある。そこで、マルチビーム動作時の歪特性について検討した。ここでは、説明を簡便にするため、マルチビームとして２ビームの場合を例に説明する。
【００１６】
図３は、この発明のフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の１つの増幅器に着目した２ビーム動作時の動作を説明する説明図である。図４は、増幅器の直前に歪み補償回路を配置した従来の一般的なフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の構成での２ビーム動作時の動作を説明する説明図である。
図３において、２１は入力端子、２２は歪み補償回路、２３はマイクロ波分配回路、２４は電力合成器、２５は電力増幅器、２６は出力端子である。
図４において、３１は入力端子、３２は電力合成器、３３は歪み補償回路、３４は電力増幅器、３５は出力端子である。
【００１７】
図４に示すように、通常の構成では、歪み補償回路３３は増幅器３４の直前に設けられ、増幅器３４に入力された信号の電力に応じ、増幅器と逆方向に信号を歪ませることで増幅器の線形性を確保する。なお、歪み補償回路３３と増幅器３４が直結されているため、増幅器１つに１つの歪み補償回路が必要になる。
【００１８】
図３に示す２波動作では、２波の信号は電力合成器２４で合成される。電力合成器２４では２波の位相関係も含めて加算される。つまり、時間領域において信号が加算される。この場合、２波が同一信号かつ同相の場合は電力は加算されるがエンベローブの形状には変化がない。しかし、２波が異なる信号の場合、時間領域において異なる波形同士を加算するため、合成された信号波形は入力した２波と異なるエンベローブを有する波形になる。
【００１９】
ここで、歪み補償回路２２では、シングルビーム動作の時に、増幅器２５で発生する歪を打ち消す歪を加算している。そこで、時間領域における変化の仕方が異なる２波が電力合成器２４に入力された場合、入力された２波とは異なるエンベローブを有する信号が電力合成器２４から出力される。したがって、増幅器２５で発生する歪みは、歪み補償回路２２で予め加算された歪みとは異なるものとなる。その結果、増幅器２５の歪み特性を改善するためにそれぞれの歪み補償回路２２で加算された歪は不適切なものとなり、かえって歪み特性を悪化させる可能性がある。
例えば次のような場合である。大きな電力を持つ入力信号が歪み補償回路に与えられた場合、増幅器では歪が発生することが予想されるため、歪み補償回路ではこの歪を打ち消すような歪を信号に加算する。電力合成器によって他からの信号と電力合成した場合、合成する２つの信号が同相、同振幅でない場合にはエンベローブが変化し、入力した信号の２倍の電力よりも振幅が小さくなる場合がある。歪み補償回路では信号が合成されない場合に発生する歪を打ち消す歪を加算しているため、予測したほどの歪が増幅器では発生しないことになり、大信号入力時に発生する歪を見込んで歪み補償回路で予め加算した歪が原因でキャリア電力に対する歪電力の比がかえって悪化する可能性がある。
しかしながら、上記キャリア電力に対する歪電力の比は悪化するものの、増幅器へ入力される合成電力は２つの信号が同相で加算される場合と比較して小さくなっているため、歪電力の大きさ（絶対量）としてはその影響を無視し得るものになる可能性がある。
【００２０】
そこで、上記可能性について、この発明のフェーズドアレーアンテナにおける歪み補償の効果があることを以下のように検証した。
すなわち、「歪み補償回路で１波動作時に増幅器で発生する歪を打ち消す歪を加算することが不適切なものとなるか。」または「増幅器のキャリア電力に対する歪電力の比は悪化するものの、増幅器への入力電力が分配されて小さくなっているため、歪電力の影響を無視し得るか。」ということを確認するため、市販のシミュレータを使って計算を行った。
【００２１】
１波動作時の歪み補償量を確認するため、図３の構成において、２つの入力端子に同一の信号を入力した場合の歪み補償特性を計算した。計算結果を図５に示す。図５の横軸は増幅器の出力電力、縦軸は増幅器の歪みを表わしている。歪み補償回路を用いることで、歪が補償され効果があることが確認できる。この歪み補償回路と増幅器を用い、図３の構成で２波入力時の歪特性を計算した。計算では２つの入力端子に周波数が異なる２つの信号波をそれぞれ入力した。計算結果を図６に示す。図６の横軸は増幅器の出力電力、縦軸は増幅器の歪みを表わしている。ここでは２波の位相関係によって合成された場合に発生する信号のエンベローブが変化することに対応させるため、位相を変えて３通りの計算をした。図６では、図５に示した１波動作時より歪み補償量が減少しているものの、２波入力時でも歪み補償が有効に動作して効果があることがわかる。
【００２２】
以上のように、上記図３に例示した複数の増幅器に対し１つの歪み補償回路を設けた構成により歪み補償が有効に動作して効果が得られることをあきらかにできた。
従って、この発明のマイクロ波分配回路によれば、複数の増幅器に対し１つの歪み補償回路で済むため、フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の小型化、薄型化、低消費電力化、低コスト化が可能となる。
【００２３】
なお、上記図３では増幅器の出力は１つの素子アンテナに給電している構成を例示したが、複数個の素子アンテナに給電する構成にしても良く、上記同様に効果を奏する。
【００２４】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。この発明の実施の形態３によるシングルビームフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路は、実施の形態１または実施の形態２で例示したようなシングルビームフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路を複数個組み合わせ、さらに規模の大きいマイクロ波分配回路を構成したものである。図７では、実施の形態１で例示したフェーズドアレーアンテナを４台組み合せた、１６素子フェーズドアレーアンテナを例示して説明する。図において、４１はフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子、４２はマイクロ波分配回路、４３はフェーズドアレーアンテナを形成するサブブロックである。
【００２５】
次に実施の形態３における動作について説明する。
フェーズドアレーアンテナのビーム形成回路の入力端子４１から入力された信号はマイクロ波分配回路４２で分配後、それぞれサブブロック４３に入力され、歪み補償回路を経て電力増幅器で増幅後、出力端子に出力される。サブブロック４３のフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路を組み合わせることで容易に大規模なフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路を構成することができる。
【００２６】
また、上記図７に示したフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路において、歪み補償回路はマイクロ波分配回路４２の入力端子４１側に１個だけ設ける構成にしてもよい。なお、実施の形態２の図２に示したフェーズドアレーアンテナのビーム形成回路をサブブロックに適用する場合についても、上記同様で、各ビーム系統ごとのマイクロ波分配回路の入力端子側にそれぞれ１個だけ設ける構成にしてもよい。
【００２７】
以上のように、歪み補償回路の設置位置を選定することにより、分配回路中では２分配されるごとに電力が半分となるため、歪み補償回路を設ける位置により、歪み補償回路への入力電力レベルを所望のレベルに調整でき、適切な歪み補償回路の動作レベルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。
【図３】この発明のマイクロ波分配回路の１つの増幅器に着目した２波動作時の動作を説明する説明図である。
【図４】増幅器の直前に歪み補償回路を配置した従来の一般的なフェーズドアレーアンテナで用いられるマイクロ波分配回路での２波動作時の動作を説明する説明図である。
【図５】図３の構成において、２つの入力端子に同一の信号を入力した場合の歪み補償特性を計算した計算結果を示す図である。
【図６】図３の構成において、２つの入力端子に周波数が異なる２つの信号波をそれぞれ入力した場合の歪み補償特性を計算した計算結果を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるマイクロ波分配回路を説明するための、構成説明図である。
【図８】従来のフェーズドアレーアンテナの構成説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  入力端子、２  歪み補償回路、３  マイクロ波分配回路、４  移相器、５  増幅器、６  出力端子、１１  入力端子、１２  歪み補償回路、１３  マイクロ波分配回路、１４  移相器、１５  増幅器、１６  出力端子、１７  電力合成器、２１  入力端子、２２  歪み補償回路、２３  マイクロ波分配回路、２４  電力合成器、２５  電力増幅器、２６  出力端子、３１  入力端子、３２  電力合成器、３３  歪み補償回路、３４  電力増幅器、３５  出力端子、４１  入力端子、４２  マイクロ波分配回路、４３  サブブロック、１０１  アンテナ、１０２  増幅器、１０３  歪み補償回路、１０４  移相器、１０５  増幅器モジュール、１０６  可変遅延回路、１０７  分配器、１０８  入力端子。
【図１】
2006067428.tif 000003
【図２】
2006067428.tif 000004
【図３】
2006067428.tif 000005
【図４】
2006067428.tif 000006
【図５】
2006067428.tif 000007
【図６】
2006067428.tif 000008
【図７】
2006067428.tif 000009
【図８】
2006067428.tif 000010