(57)【要約】【課題】主増幅器の動作が不安定となる状態であっても、歪除去ループを破損することがないフィードフォワード増幅回路を提供する。【解決手段】フィードフォワード増幅回路１０を起動する際、電源スイッチＳＷ２をＯＮとして主増幅器１６の動作が安定した後、電源スイッチＳＷ３をＯＮとして補助増幅器２４に電力を供給し、また、フィードフォワード増幅回路１０を停止させる際には、電源スイッチＳＷ３をＯＦＦとして補助増幅器２４を停止させた後、電源スイッチＳＷ２をＯＦＦとして主増幅器１６を停止させることにより、補助増幅器２４、及び、歪補償結合器２８に接続されている終端抵抗３４に過大な電力が印加される事態を回避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅して出力信号を得る主増幅器を有し、前記入力信号と前記出力信号との位相を調整して逆相加算することで、前記主増幅器による前記出力信号の歪成分を検出する歪検出ループと、検出された前記歪成分を増幅して出力する補助増幅器を有し、前記出力信号と前記補助増幅器から出力された前記歪成分との位相を調整して逆相加算することで、前記出力信号から前記歪成分を除去する歪除去ループとを備えたフィードフォワード増幅回路であって、
前記主増幅器の起動タイミング又は停止タイミングを調整する第１調整手段と、
前記補助増幅器の起動タイミング又は停止タイミングを調整する第２調整手段とを備え、
前記第１調整手段が前記主増幅器を起動させた後に、前記第２調整手段が前記補助増幅器を起動させる一方、前記第２調整手段が前記補助増幅器を停止させた後に、前記第１調整手段が前記主増幅器を停止させることを特徴とするフィードフォワード増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載のフィードフォワード増幅回路において、
前記第１調整手段は、電源からの電力を前記主増幅器に供給する一の電源スイッチを有し、前記第２調整手段は、前記電源からの電力を前記補助増幅器に供給する他の電源スイッチを有し、前記第１調整手段及び前記第２調整手段は、前記各電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うスイッチ制御部を有することを特徴とするフィードフォワード増幅回路。
【請求項３】
請求項１記載のフィードフォワード増幅回路において、
前記第１調整手段は、電源からの電力を前記主増幅器に供給するタイミングと、前記電力の前記主増幅器への供給を停止するタイミングとを所定の時定数で調整する一の調整回路を有し、前記第２調整手段は、前記電源からの電力を前記補助増幅器に供給するタイミングと、前記電力の前記補助増幅器への供給を停止するタイミングとを、前記一の調整回路の前記時定数と異なる時定数で調整する他の調整回路を有することを特徴とするフィードフォワード増幅回路。
【請求項４】
請求項１記載のフィードフォワード増幅回路において、
前記第１調整手段及び前記第２調整手段は、前記主増幅器及び前記補助増幅器のゲートバイアス回路のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うバイアス回路制御部から構成されることを特徴とするフィードフォワード増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主増幅器で入力信号を増幅する一方、主増幅器による入力信号の歪成分を抽出し、位相を反転させた歪成分を入力信号と合成することにより、歪成分が除去された信号を生成するフィードフォワード増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、携帯電話等の移動体通信用基地局装置に使用される電力増幅器では、線形性に優れた低歪の無線特性が要求される。そのため、一般的には、増幅素子の電流値を増加させる等により歪特性を改善することが行われる。しかしながら、電流値の大きい高出力回路は、消費電力が大きく且つ高価となる欠点がある。そこで、低消費電力化及び低価格化を実現できる電力増幅器として、増幅された入力信号の歪成分を除去するフィードフォワード増幅回路が実用化されている。
【０００３】
図５は、従来から用いられているフィードフォワード増幅回路の構成を示す（特許文献１参照）。
【０００４】
フィードフォワード増幅回路に供給されたＲＦ入力信号は、入力回路１００によって低歪で増幅された後、電力分配器１０２で分配される。分配された一方のＲＦ入力信号は、主増幅器１０４により高い増幅率で増幅され、また、分配された他方のＲＦ入力信号は、遅延線１０６を介して電力合成器１０８に供給される。電力合成器１０８は、主増幅器１０４によって増幅された一方のＲＦ入力信号の一部をカプラ１１０で取り出し、他方のＲＦ入力信号と合成する。このとき、遅延線１０６は、主増幅器１０４から出力される一方のＲＦ入力信号に対して位相が逆相となるように他方のＲＦ入力信号を調整する。従って、電力合成器１０８は、主増幅器１０４によって増幅されたＲＦ入力信号の歪成分のみを抽出することになる。
【０００５】
主増幅器１０４によって増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号は、遅延線１１２を介して歪補償結合器１１４に供給される。一方、電力合成器１０８によって抽出された歪成分は、補助増幅器１１６により増幅され、歪補償結合器１１４に供給され、主増幅器１０４で増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号と合成される。このとき、遅延線１１２は、補助増幅器１１６から出力される歪成分に対して位相が逆相になるようにＲＦ入力信号を調整する。従って、歪補償結合器１１４は、歪成分が除去されたＲＦ入力信号を生成することになる。歪成分が除去されたＲＦ入力信号は、アイソレータ１１８を介して出力される。
【０００６】
なお、電力分配器１０２、主増幅器１０４、遅延線１０６、カプラ１１０及び電力合成器１０８は、歪検出ループを構成する。また、遅延線１１２、補助増幅器１１６、歪補償結合器１１４及び終端抵抗１２２は、歪除去ループを構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、フィードフォワード増幅回路を構成する入力回路１００、主増幅器１０４及び補助増幅器１１６は、共通の電源１２０から同時に印加される電力に従って駆動されている。従って、入力回路１００、主増幅器１０４及び補助増幅器１１６は、電源１２０のＯＮ／ＯＦＦに応じて同時に動作を開始し、又は、同時に動作を停止する。
【０００９】
この場合、電源１２０がＯＮ／ＯＦＦされると、入力回路１００、主増幅器１０４又は補助増幅器１１６を構成する増幅デバイスは、電源１２０から供給される電圧が０Ｖから定格電圧になる過程、又は、その逆の過程において、動作が不安定になる領域があり、条件次第では、瞬間的に自励発振する場合がある。特に、主増幅器１０４の動作が不安定になると、主増幅器１０４と同時に動作する補助増幅器１１６が過入力状態に曝され、歪補償結合器１１４に接続されている終端抵抗１２２に過剰な電流が流れて破損してしまうおそれがある。
【００１０】
また、フィードフォワード増幅回路にＲＦ入力信号が供給されている状態で電源１２０がＯＮ／ＯＦＦされると、主増幅器１０４が動作を開始し、又は、動作を停止する過程において、補助増幅器１１６が過入力状態に曝され、歪補償結合器１１４に接続されている終端抵抗１２２が破損してしまうおそれがある。
【００１１】
さらに、フィードフォワード増幅回路に過大なＲＦ入力信号が供給された場合、主増幅器１０４の線形性が保てなくなり、主増幅器１０４及び補助増幅器１１６が共に過入力状態に曝されることになる。従って、この場合においても同様に、終端抵抗１２２が破損してしまうおそれがある。
【００１２】
本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、主増幅器の動作が不安定となる状態であっても、歪除去ループを破損することがないフィードフォワード増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るフィードフォワード増幅回路は、入力信号を増幅して出力信号を得る主増幅器を有し、前記入力信号と前記出力信号との位相を調整して逆相加算することで、前記主増幅器による前記出力信号の歪成分を検出する歪検出ループと、検出された前記歪成分を増幅して出力する補助増幅器を有し、前記出力信号と前記補助増幅器から出力された前記歪成分との位相を調整して逆相加算することで、前記出力信号から前記歪成分を除去する歪除去ループとを備えたフィードフォワード増幅回路であって、前記主増幅器の起動タイミング又は停止タイミングを調整する第１調整手段と、前記補助増幅器の起動タイミング又は停止タイミングを調整する第２調整手段とを備え、前記第１調整手段が前記主増幅器を起動させた後に、前記第２調整手段が前記補助増幅器を起動させる一方、前記第２調整手段が前記補助増幅器を停止させた後に、前記第１調整手段が前記主増幅器を停止させることを特徴とする。
【００１４】
前記フィードフォワード増幅回路において、前記第１調整手段は、電源からの電力を前記主増幅器に供給する一の電源スイッチを有し、前記第２調整手段は、前記電源からの電力を前記補助増幅器に供給する他の電源スイッチを有し、前記第１調整手段及び前記第２調整手段は、前記各電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うスイッチ制御部を有することを特徴とする。
【００１５】
前記フィードフォワード増幅回路において、前記第１調整手段は、電源からの電力を前記主増幅器に供給するタイミングと、前記電力の前記主増幅器への供給を停止するタイミングとを所定の時定数で調整する一の調整回路を有し、前記第２調整手段は、前記電源からの電力を前記補助増幅器に供給するタイミングと、前記電力の前記補助増幅器への供給を停止するタイミングとを、前記一の調整回路の前記時定数と異なる時定数で調整する他の調整回路を有することを特徴とする。
【００１６】
前記フィードフォワード増幅回路において、前記第１調整手段及び前記第２調整手段は、前記主増幅器及び前記補助増幅器のゲートバイアス回路のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うバイアス回路制御部から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のフィードフォワード増幅回路では、主増幅器の動作が不安定となる状態であっても、過電力により補助増幅器を含む歪除去ループを破損するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態のフィードフォワード増幅回路の構成ブロック図である。
【図２】第２実施形態のフィードフォワード増幅回路の構成ブロック図である。
【図３】第３実施形態のフィードフォワード増幅回路の構成ブロック図である。
【図４】第４実施形態のフィードフォワード増幅回路の構成ブロック図である。
【図５】従来技術に係るフィードフォワード増幅回路の構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、第１実施形態のフィードフォワード増幅回路１０の構成ブロック図である。
【００２１】
フィードフォワード増幅回路１０は、ＲＦ入力信号を低歪の範囲で増幅する入力回路１２と、増幅されたＲＦ入力信号の電力を分配する電力分配器１４と、分配された一方のＲＦ入力信号を高い増幅率で増幅する主増幅器１６と、分配された他方のＲＦ入力信号の位相を調整する遅延線１８と、主増幅器１６により増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号の一部を取り出すカプラ２０と、取り出された歪成分を含むＲＦ入力信号と遅延線１８を介して位相の調整されたＲＦ入力信号とを合成することで歪成分を抽出する電力合成器２２と、抽出された歪成分を増幅する補助増幅器２４と、主増幅器１６により増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号の位相を調整する遅延線２６と、位相の調整された歪成分を含むＲＦ入力信号と補助増幅器２４により増幅された歪成分とを合成することで歪成分を除去する歪補償結合器２８と、歪成分の除去されたＲＦ入力信号を定電流のＲＦ出力信号として出力端子３０から出力するアイソレータ３２とを備える。なお、フィードフォワード増幅回路１０の最終段の歪補償結合器２８には、終端抵抗３４が接続される。
【００２２】
フィードフォワード増幅回路１０を構成する入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４には、電源スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を介して、電力を供給する電源３６が接続される。また、ＲＦ入力信号の入力端子３８と入力回路１２との間には、ＲＦスイッチＳＷ４が接続される。これらの電源スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＲＦスイッチＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦ制御のタイミングは、スイッチ制御部４０によって制御される。
【００２３】
電力分配器１４、主増幅器１６、遅延線１８、カプラ２０及び電力合成器２２は、歪検出ループを構成する。また、遅延線２６、補助増幅器２４、歪補償結合器２８及び終端抵抗３４は、歪除去ループを構成する。さらに、電源スイッチＳＷ２及びスイッチ制御部４０は、第１調整手段を構成し、電源スイッチＳＷ３及びスイッチ制御部４０は、第２調整手段を構成する。
【００２４】
第１実施形態のフィードフォワード増幅回路１０は、基本的には以上のように構成される。次に、その動作について説明する。
【００２５】
フィードフォワード増幅回路１０を起動する場合について説明する。
【００２６】
起動に先立ち、スイッチ制御部４０は、電源スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＲＦスイッチＳＷ４の全てをＯＦＦの状態にしておき、電源３６をＯＮにした後、先ず、主増幅器１６に電圧を印加する電源スイッチＳＷ２をＯＮにする。
【００２７】
このとき、電源３６から電源スイッチＳＷ２を介して主増幅器１６に印加される電圧が０Ｖから定格電圧になる過程において、主増幅器１６の出力が不安定になる領域があるため、過電流がカプラ２０及び電力合成器２２を介して下流側の補助増幅器２４に供給されるおそれがある。
【００２８】
しかしながら、補助増幅器２４に接続されている電源スイッチＳＷ３がＯＦＦの状態になっているため、補助増幅器２４から過電力が出力されることはない。従って、補助増幅器２４、及び、補助増幅器２４の出力側に接続されている歪補償結合器２８の終端抵抗３４が破損するおそれはない。
【００２９】
次いで、スイッチ制御部４０は、主増幅器１６の上流側に配設されている入力回路１２に電圧を印加する電源スイッチＳＷ１をＯＮにする。このとき、主増幅器１６の場合と同様に、入力回路１２に印加される電圧が０Ｖから定格電圧になる過程において、入力回路１２から過電流が補助増幅器２４に供給されるおそれがあるが、補助増幅器２４の電源スイッチＳＷ３がＯＦＦの状態になっているため、過電力が補助増幅器２４を介して終端抵抗３４に印加され、終端抵抗３４が破損してしまうおそれはない。
【００３０】
入力回路１２及び主増幅器１６の動作が安定した後、スイッチ制御部４０は、補助増幅器２４に接続されている電源スイッチＳＷ３をＯＮにする。最後に、スイッチ制御部４０は、ＲＦスイッチＳＷ４をＯＮにし、入力端子３８に供給されるＲＦ入力信号の増幅動作が開始される。
【００３１】
入力端子３８からＲＦスイッチＳＷ４を介して入力回路１２に入力されたＲＦ入力信号は、低歪の範囲で増幅された後、電力分配器１４により分配される。分配された一方のＲＦ入力信号は、主増幅器１６により増幅される。また、分配された他方のＲＦ入力信号は、遅延線１８を介して電力合成器２２に供給される。電力合成器２２は、主増幅器１６によって増幅された歪成分を含む一方のＲＦ入力信号の一部をカプラ２０で取り出し、他方のＲＦ入力信号と合成する。このとき、遅延線１８は、主増幅器１６から出力される一方のＲＦ入力信号に対して位相が逆相となるように、他方のＲＦ入力信号の位相を調整する。従って、電力合成器２２は、主増幅器１６によって増幅されたＲＦ入力信号の歪成分のみを抽出することになる。
【００３２】
主増幅器１６によって増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号は、遅延線２６を介して歪補償結合器２８に供給される。一方、電力合成器２２によって抽出された歪成分は、補助増幅器２４により増幅され、歪補償結合器２８に供給され、主増幅器１６で増幅された歪成分を含むＲＦ入力信号と合成される。このとき、遅延線２６は、補助増幅器２４から出力される歪成分に対して位相が逆相になるようにＲＦ入力信号の位相を調整する。従って、歪補償結合器２８は、歪成分が除去されたＲＦ入力信号を生成することになる。歪成分が除去されたＲＦ入力信号は、アイソレータ３２を介して出力端子３０よりＲＦ出力信号として出力される。
【００３３】
次に、フィードフォワード増幅回路１０を停止する場合について説明する。
【００３４】
先ず、スイッチ制御部４０は、ＲＦスイッチＳＷ４をＯＦＦとし、フィードフォワード増幅回路１０に対するＲＦ入力信号の入力を遮断する。次いで、電源スイッチＳＷ３をＯＦＦとし、補助増幅器２４、及び、歪補償結合器２８の終端抵抗３４に対して過電力が供給されない状態とする。その後、電源スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフとする。この場合、電源スイッチＳＷ３が既にＯＦＦとされているため、電源スイッチＳＷ２がＯＦＦとされるときに動作が不安定となる主増幅器１６から出力される過電力により、補助増幅器２４及び歪補償結合器２８の終端抵抗３４が破損してしまう事態を確実に回避することができる。
【００３５】
図２は、第２実施形態のフィードフォワード増幅回路５０の構成ブロック図である。このフィードフォワード増幅回路５０は、第１実施形態のフィードフォワード増幅回路１０を構成する電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ制御時における電力のロスを回避するため、電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のそれぞれを、入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４のゲートバイアス回路に接続される調整回路５２、５４及び５６に代えたものである。なお、調整回路５２、５４及び５６以外の構成については、第１実施形態のフィードフォワード増幅回路１０と同様であるため、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。なお、調整回路５４は、第１調整手段を構成し、調整回路５６は、第２調整手段を構成する。
【００３６】
調整回路５２、５４及び５６は、入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４を構成する各ＦＥＴのゲートバイアス回路の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２に、ダイオードＤ、コンデンサＣ及びコイルＬを図２に示すように接続し、各調整回路５２、５４及び５６のＲＣ回路の時定数を調整することで、電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ動作と同じ手順で入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４を起動又は停止させることができる。
【００３７】
すなわち、調整回路５２、５４及び５６を構成する各コンデンサＣの静電容量Ｃ１〜Ｃ３をＣ３＞Ｃ１＞Ｃ２の関係に設定することにより、コンデンサの静電容量Ｃ１〜Ｃ３の小さい順に、主増幅器１６、入力回路１２及び補助増幅器２４が順次起動する。また、停止時には、調整回路５２及び５６に接続されているダイオードＤを介してコンデンサＣの電荷が急速に放電されるため、入力回路１２及び補助増幅器２４が同時に停止した後、主増幅器１６が停止する。
【００３８】
図３は、第３実施形態のフィードフォワード増幅回路６０の構成ブロック図である。このフィードフォワード増幅回路６０は、第１実施形態のフィードフォワード増幅回路１０を構成する入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４を電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ３により直接ＯＮ／ＯＦＦする代わりに、ＲＦスイッチＳＷ４、入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４のゲートバイアス回路６２、６４及び６６をＣＰＵ６８により制御する。なお、ゲートバイアス回路６４及びＣＰＵ６８は、第１調整手段を構成し、ゲートバイアス回路６６及びＣＰＵ６８は、第２調整手段を構成する。また、ＣＰＵ６８は、バイアス回路制御部を構成する。
【００３９】
ＣＰＵ６８は、入力回路１２、主増幅器１６及び補助増幅器２４を構成する各ゲートバイアス回路６２、６４及び６６を、電源スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ動作と同じ手順で接続し、あるいは、遮断する。これにより、補助増幅器２４及び歪補償結合器２８の終端抵抗３４の保護が図られる。
【００４０】
図４は、第４実施形態のフィードフォワード増幅回路７０の構成ブロック図である。このフィードフォワード増幅回路７０は、第３実施形態のフィードフォワード増幅回路６０を構成するＲＦスイッチＳＷ４をＲＦ入力信号の過入力保護回路７２に組み込んだものである。過入力保護回路７２は、入力端子３８から入力されたＲＦ入力信号をカプラ７４で取り出し、検波器７６を介してコンパレータ７８に供給して所定の閾値電圧と比較することにより、ＲＦ入力信号が閾値電圧以上となったとき、過大なＲＦ入力信号が供給されたものとして、ＲＦスイッチＳＷ４をＯＦＦとし、ＲＦ入力信号の入力回路１２への入力を阻止するように構成したものである。
【００４１】
フィードフォワード増幅回路７０をこのように構成することにより、電源３６のＯＮ／ＯＦＦ時において、補助増幅器２４及び歪補償結合器２８の終端抵抗３４に過電流が供給されてしまう事態を回避できるとともに、フィードフォワード増幅回路７０の動作中において、外部から過大なＲＦ入力信号が供給された場合であっても、主増幅器１６、補助増幅器２４、及び、歪補償結合器２８の終端抵抗３４を保護することができる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０、５０、６０、７０…フィードフォワード増幅回路
１２、１００…入力回路
１４、１０２…電力分配器
１６、１０４…主増幅器
１８、２６、１０６、１１２…遅延線
２０、７４、１１０…カプラ
２２、１０８…電力合成器
２４、１１６…補助増幅器
２８、１１４…歪補償結合器
３０…出力端子
３２、１１８…アイソレータ
３４、１２２…終端抵抗
３６、１２０…電源
３８…入力端子
４０…スイッチ制御部
５２、５４、５６…調整回路
６２、６４、６６…ゲートバイアス回路
６８…ＣＰＵ
７２…過入力保護回路
７６…検波器
７８…コンパレータ
Ｃ…コンデンサ
Ｄ…ダイオード
Ｌ…コイル
Ｒ１、Ｒ２…分圧抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…電源スイッチ
ＳＷ４…ＲＦスイッチ
【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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