(57)【要約】【課題】デジタル変調信号に好適な、信号を歪みなくかつ高効率に変調、増幅することが可能な変調増幅回路を提供すること。【解決手段】変調増幅回路は、位相差が１８０度ある２つのキャリヤ信号を発生する１８０°移相回路１２、キャリヤ信号を増幅する２つのアンプ１３、アンプ１３の出力を合成するハイブリッド回路１５、２つのアンプ１３の電源の一方に正極性の変調信号を、他方に負極性の変調信号をそれぞれ重畳する変調回路を備える。また、この変調増幅回路を２組備え、９０°移相器１１と、２組の変調増幅回路の出力を合成する第２のハイブリッド回路１６を備えてもよい。個々のアンプをコレクタ変調によって振幅変調するので、Ｃ級増幅器を使用でき、従来の電力効率１〜１０％が本発明においては１０〜３０％と向上する。ＰＳＫ、ＱＡＭのほかＯＦＤＭにも対応できる。【選択図】図１
2006279130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリヤ信号を入力し、位相差が１８０度ある２つのキャリヤ信号を発生するキャリヤ信号移相手段と、
前記キャリヤ信号移相手段から出力されるそれぞれのキャリヤ信号を増幅する２つの増幅手段と、
前記２つの増幅手段の出力を合成して出力する合成手段と、
前記２つの増幅手段の電源の一方に正極性の変調信号を、他方に負極性の変調信号をそれぞれ重畳する変調手段と
を備えたことを特徴とする変調増幅回路。
【請求項２】
前記増幅手段は、トランジスタ素子を使用した、エミッタ接地のＣ級電力増幅回路からなり、前記変調手段からの出力に基づきキャリヤ信号を振幅変調することを特徴とする請求項１に記載の変調増幅回路。
【請求項３】
前記合成手段は、ウィルキンソン型ハイブリッド回路であることを特徴とする請求項１に記載の変調増幅回路。
【請求項４】
前記増幅手段の電源の電圧が、電源電圧の変化に対して前記増幅手段の出力電力が直線的に変化する領域の中央に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の変調増幅回路。
【請求項５】
キャリヤ信号を入力し、位相差が１８０度ある２つのキャリヤ信号を発生するキャリヤ信号移相手段と、
前記キャリヤ信号移相手段から出力されるそれぞれのキャリヤ信号を増幅する２つの増幅手段と、
前記２つの増幅手段の出力を合成して出力する合成手段と、
前記２つの増幅手段の電源の一方に正極性の変調信号を、他方に負極性の変調信号をそれぞれ重畳する変調手段と
からなる変調増幅手段を２組備え、更に、
キャリヤ信号を入力し、位相差が９０度ある２つのキャリヤ信号を発生し、それぞれの前記キャリヤ信号移相手段に出力する９０度移相手段と、
前記２組の変調増幅手段の２つの合成手段の出力信号を合成する第２の合成手段と
を備えたことを特徴とする変調増幅回路。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変調増幅回路に関するものであり、特にＱＡＭ、ＯＦＤＭ信号などのデジタル変調信号に好適な、信号を歪みなくかつ高効率に変調、増幅する変調増幅回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来の変調および電力増幅回路の構成を示すブロック図である。キャリヤ信号発振器３０の出力は９０°移相器３１に入力され、位相差が９０°ある２つのキャリヤ信号が生成される。それぞれのキャリヤ信号は変調器３３、３４によって変調信号Ｉ、Ｑに基づき振幅、位相変調され、合成回路３５によって合成される。そして、リニアアンプ３６によって電力増幅されて出力される。下記特許文献１には、上記したような従来の変調および電力増幅回路例が開示されている。
【特許文献１】特開平０５−２６０１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したような従来の電力増幅回路においては、リニアアンプ３６が歪みの少ないＡ級動作をする必要があるので、電力効率が１〜１０％と非常に悪く、特に大電力の出力を得ることが困難であるという問題点があった。また、電力効率を上げようとするとリニアアンプの非直線性によって歪みが発生し、不要輻射電力（スプリアス）が大きくなってしまうという問題点もあった。
【０００４】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、特にＱＡＭ、ＯＦＤＭ信号などのデジタル変調信号に好適な、信号を歪みなくかつ高効率に変調、増幅することが可能な変調増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の変調増幅回路は、キャリヤ信号を入力し、位相差が１８０度ある２つのキャリヤ信号を発生するキャリヤ信号移相手段と、前記キャリヤ信号移相手段から出力されるそれぞれのキャリヤ信号を増幅する２つの増幅手段と、前記２つの増幅手段の出力を合成して出力する合成手段と、前記２つの増幅手段の電源の一方に正極性の変調信号を、他方に負極性の変調信号をそれぞれ重畳する変調手段とを備えたことを主要な特徴とする。
【０００６】
また、前記した変調増幅回路において、前記増幅手段は、トランジスタ素子を使用した、エミッタ接地のＣ級電力増幅回路からなり、前記変調手段からの出力に基づきキャリヤ信号を振幅変調する点にも特徴がある。また、前記した変調増幅回路において、前記合成手段は、ウィルキンソン型ハイブリッド回路である点にも特徴がある。また、前記した変調増幅回路において、前記増幅手段の電源の電圧が、電源電圧の変化に対して前記増幅手段の出力電力が直線的に変化する領域の中央に設定されている点にも特徴がある。
【０００７】
本発明の変調増幅回路は、キャリヤ信号を入力し、位相差が１８０度ある２つのキャリヤ信号を発生するキャリヤ信号移相手段と、前記キャリヤ信号移相手段から出力されるそれぞれのキャリヤ信号を増幅する２つの増幅手段と、前記２つの増幅手段の出力を合成して出力する合成手段と、前記２つの増幅手段の電源の一方に正極性の変調信号を、他方に負極性の変調信号をそれぞれ重畳する変調手段とからなる変調増幅手段を２組備え、更に、キャリヤ信号を入力し、位相差が９０度ある２つのキャリヤ信号を発生し、それぞれの前記キャリヤ信号移相手段に出力する９０度移相手段と、前記２組の変調増幅手段の２つの合成手段の出力信号を合成する第２の合成手段とを備えたことも主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の変調増幅回路は、最終増幅段の個々のアンプにおいてコレクタ変調によって振幅変調するので、アンプとしてＣ級増幅器を使用でき、従来の電力効率が１〜１０％であったものが、本発明においては１０〜３０％と向上するという効果がある。また、位相が反転したキャリヤを増幅する２つのアンプの出力をカップラで合成することによって振幅変調、位相変調が可能であり、更に、本発明の２つのアンプを使用した変調増幅回路を２組使用することによりＱＡＭが可能であり、１次変調処理を行えばＯＦＤＭにも対応できるという効果がある。従って、デジタル通信を行う無線送信機に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、図面を参照して本発明の変調増幅回路について説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の変調増幅回路の構成を示すブロック図である。キャリヤ信号発振器１０から出力されるキャリヤ信号（100ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）は９０°移相器１１に入力され、位相差が９０°の２つの信号が出力される。９０°移相器１１は例えばコイルとコンデンサからなる回路網により構成可能である。
【００１１】
それぞれのキャリヤ信号は２つの１８０°移相器１２に入力され、位相差が１８０°の２つの信号が出力される。１８０°移相器１２は例えば差動トランスにより構成される。あるいは、差動増幅回路の差動出力を差動信号として利用してもよい。それぞれの１８０°移相器１２の出力信号は４個のアンプ１３にそれぞれ入力される。
【００１２】
図３は、本発明のアンプ１３の構成を示す回路図である。このアンプはバイポーラトランジスタ４０を使用したエミッタ接地増幅回路であり、コレクタ電流のカットオフ点よりも深いところに動作点があり、Ｃ級電力増幅器を構成している。トランジスタ４０のコレクタはキャリヤ周波数に同調した同調回路４１を介して電源端子４２に接続されており、電源端子４２は変調回路１４に接続されている。また、コレクタはインピーダンスマッチング回路４３を介してハイブリッド回路１５の一方の入力端子に接続されている。
【００１３】
図４は、本発明の変調回路１４の構成を示す回路図である。送信データは例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５０に入力され、プログラムによって公知のＯＦＤＭ一次変調処理され、Ｉ、Ｑデジタル信号が出力される。Ｄ／Ａ変換器５１はＤＳＰ５０から出力されるＩ、Ｑデジタル信号をアナログＩ、Ｑ信号に変換する。
【００１４】
アナログＩ、Ｑ信号はそれぞれ変調回路１４のアンプ５２に入力され、電力増幅される。アンプ５２は一般的な低周波・中間周波数用の低歪みの電力増幅回路であり、Ｂ級プッシュプルアンプであってもよい。それぞれのアンプ５２の出力はそれぞれの変調トランス５３の一次巻線に入力される。変調トランス５３の２次巻線の中点は電圧Ｖｃを出力する定電圧電源回路５４に接続されている。従って、２次巻線の両端からは、電源（電圧Ｖc）の一方に正極性の変調信号＋mＩ（＋mＱ）が、他方に負極性の変調信号−mＩ（−mＱ）がそれぞれ重畳された電圧（例えばＶc＋mＩ）が出力される。なおｍはアンプ５２の出力電力などによって決まる係数である。
【００１５】
図５は、本発明のアンプ１３の動作特性を示す説明図である。このグラフは入力されるキャリヤの電力が一定である場合の、アンプ１３の電源端子４２にかかる変調回路１４の出力電圧とアンプ１３の高周波出力電力の関係を示している。図５に示すように変調回路１４の出力電圧の変化に対して高周波出力電力が直線的に変化する領域（ＶL〜Ｖh、太線で示した範囲）が存在する。
そこで、本発明においては、変調回路１４の定電圧電源回路の出力電圧Ｖcをこの直線領域のほぼ中央に設定する。また、変調信号Ｖｃ±ｍＩの変動範囲がこの直線領域に収まるように、変調回路１４のアンプ５２の出力電力を設定する。
【００１６】
図６は、ハイブリッド回路の構成例を示す回路図である。ハイブリッド回路１５（１６）は２つのアンプ１３の出力を加算、合成して出力する回路である。図６（ａ）は、ハイブリッド回路１５、１６として採用可能なウィルキンソン型ハイブリッド回路の構成を示している。マイクロストリップラインによって７０Ω１／４λの伝送線路が形成されており、ポートＡおよびポートＢから入力された信号は加算されてポートＣに出力される。
【００１７】
なお、ハイブリッド回路の入力および出力インピーダンスが５０Ωのとき、７０Ωのマイクロストリップラインのインピーダンスは、厳密には√２×５０Ω（約70.7Ω）になる。また、マイクロストリップラインの部分は、特性インピーダンスがほぼ等しく電気的長さが同じである同軸ケーブルを用いてもよい。
図６（ｂ）は、ウィルキンソン型ハイブリッド回路の伝送線路（マイクロストリップライン）をトランスに置き換えた狭帯域ハイブリッド回路の構成を示している。
【００１８】
図７は、ハイブリッド回路の他の構成例を示す回路図である。この４ポートハイブリッド回路は、４つの入力ポートＪ〜Ｍから入力された信号が加算されてポートＮに出力される。従って、図１の２つのハイブリッド回路１５および次段のハイブリッド回路１６を図７のハイブリッド回路で置き換えることができる。
【００１９】
次に動作について説明する。なお、Ｉ信号とＱ信号の変調動作は同じであるので、Ｉ信号の変調動作について説明する。また、最も単純な場合としてＩ＝１、０、ー１の場合について説明する。
【００２０】
まず、Ｉ＝０の場合にはそれぞれのアンプ１３の電源端子に変調回路から同じ電圧Ｖｃが印加される。従って図５に示すように、それぞれのアンプ１３からは同じ電力Ｐｃが出力される。しかし、それぞれのアンプに入力されるキャリヤ信号は１８０°位相差があるので、ハイブリッド回路１５によって加算、合成された結果、打ち消し合って出力は０となる。
【００２１】
Ｉ＝１の場合にはそれぞれのアンプ１３の電源端子に変調回路からＶｈ（＝Ｖｃ＋ｍ）およびＶL（＝Ｖｃ−ｍ）が印加される。従って図５に示すように、それぞれのアンプ１３からは電力ＰｈおよびＰLが出力される。そしてハイブリッド回路１５によって加算、合成された結果、出力は２つの入力電力の差（Ｐｈ−ＰL）となる。
【００２２】
Ｉ＝−１の場合にはそれぞれのアンプ１３の電源端子に変調回路からＩ＝１の場合とは逆の電圧が印加される。そして、それぞれのアンプ１３からは電力ＰLおよびＰｈが出力される。ハイブリッド回路１５によって加算、合成された結果、出力は（ＰL−Ｐｈ）となり、Ｉ＝１の場合とは逆位相で同じ電力のキャリヤが出力される。結局、Ｖｃおよびｍを前記したように適切に設定することにより、例えば−１≦Ｉ、Ｑ≦１の範囲でＩ、Ｑに比例した位相および出力電力の信号が得られる。
【００２３】
以上実施例を説明したが、本発明には以下のような変形例も考えられる。実施例においては、バイポーラトランジスタを使用する例を開示したが、電力増幅するアンプの素子としてはＦＥＴや集積回路（IC）、真空管も使用可能である。アンプの歪みをＤＳＰで生成し、逆位相で加える公知のリニアライザを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の変調増幅回路の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の変調および電力増幅回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のアンプ１３の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の変調回路１４の構成を示す回路図である。
【図５】本発明のアンプ１３の動作特性を示す説明図である。
【図６】ハイブリッド回路の構成例を示す回路図である。
【図７】ハイブリッド回路の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    キャリヤ信号発振器
１１    ９０°移相器
１２    １８０°移相器
１３    アンプ
１４    変調回路
１５    ハイブリッド回路
１６    ハイブリッド回路 
【図１】
2006279130.tif 000003
【図２】
2006279130.tif 000004
【図３】
2006279130.tif 000005
【図４】
2006279130.tif 000006
【図５】
2006279130.tif 000007
【図６】
2006279130.tif 000008
【図７】
2006279130.tif 000009