(57)【要約】【課題】入力側ハイブリッドネットワークにおける系統間の利得偏差、及び位相偏差を無くすことで最適設計を容易にし、且つ入力側ハイブリッドネットワークを大幅に小型、低コストで実現することが可能で、更に小型化によって装置としての設置性を改善できるマルチポート増幅装置を提供する。【解決手段】本発明に係るマルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワークを構成する各個別ハイブリッドを、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路で実現するので、入力側ハイブリッドネットワークにおける系統間の利得偏差、及び位相偏差を無くすることができる。これによって、装置総合に対して要求される系統間の利得偏差、及び位相偏差の所要値を、増幅器と出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワークのみに配分することができ、最適設計が容易となる。更にディジタル直交ベースバンド信号系で処理するので、入力側ハイブリッドネットワークを大幅に小型、低コストで実現できる。【選択図】  図１
2004336448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力ポートを有する入力側ハイブリッドネットワークと、
前記入力側ハイブリッドネットワークの出力に接続される複数の増幅器と、
前記増幅器の出力に接続されて複数の出力ポートを有する出力側ハイブリッドネットワークとを具備し、
前記入力側ハイブリッドネットワークは、前記複数の入力ポートからディジタル直交ベースバンド信号を入力し、入力した前記ディジタル直交ベースバンド信号を前記複数の増幅器に均等に分配するマルチポート増幅装置。
【請求項２】
前記入力側ハイブリッドネットワークは、
２のｎ乗個の前記入力ポートと、
２の（ｎ−１）乗×ｎ個のハイブリッド回路とを備え、
前記ハイブリッド回路は、ディジタル直交ベースバンド信号を処理するディジタルハイブリッド回路である請求項１に記載のマルチポート増幅装置。
【請求項３】
前記ディジタルハイブリッド回路は、
入力するディジタル直交ベースバンド信号を加算する加算器と、
ディジタル直交ベースバンド信号を減算する減算器と
を備えるディジタル直交ベースバンドハイブリッド回路である請求項２に記載のマルチポート増幅装置。
【請求項４】
前記出力側ハイブリッドネットワークは、
２のｎ乗個の前記出力ポートと、
２の（ｎ−１）乗×ｎ個の出力ハイブリッド回路とを備え、
前記出力ハイブリッド回路は、アナログＲＦ帯信号を処理するアナログハイブリッド回路である請求項１から請求項３のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【請求項５】
前記増幅器は、
前記入力側ハイブリッドネットワークから入力するディジタル直交ベースバンド信号を増幅し、アナログＲＦ帯信号を出力するディジタル直交ベースバンド信号入力型増幅器である請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【請求項６】
前記入力側ハイブリッドネットワークの後段にディジタル直交ベースバンド信号をアナログＲＦ帯信号に変換する変換回路を備え、
前記変換回路は、
前記ディジタル直交ベースバンド信号をアナログ直交ベースバンド信号に変換するディジタル／アナログ変換器と、
前記アナログ直交ベースバンド信号に含まれるサンプリングによる折り返し成分を除去するフィルタと、
折り返し成分を除去された前記アナログ直交ベースバンド信号を直交変調する直交変調器とを含み、
前記増幅器は、前記変換回路から出力される前記アナログＲＦ帯信号を増幅するアナログＲＦ入力型増幅器である請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【請求項７】
前記入力側ハイブリッドネットワークは、
前記ディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器をさらに備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【請求項８】
前記入力側ハイブリッドネットワークの前段にディジタル周波数変換器を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【請求項９】
前記入力側ハイブリッドネットワークの前段に複数の前記ディジタル直交ベースバンド信号を合成するベースバンド合成器を備える請求項１から請求項８のいずれかに記載のマルチポート増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム通信衛星やアレイアンテナを用いた移動体通信用基地局などに利用されるマルチポート増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチビーム通信衛星やアレイアンテナを用いる移動体通信基地局では、マルチポート増幅装置が利用される。マルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワークと、増幅器と、出力側ハイブリッドネットワークを接続した構成になっている。入力側ハイブリッドネットワークは、入出力ポートが２のｎ乗個（ｎは自然数）で、入力側ハイブリッドネットワークの出力に２のｎ乗個の増幅器を接続する。増幅器の出力に入力側と同等の出力側ハイブリッドネットワークを接続した構成になっている。
【０００３】
入力側ハイブリッドネットワークは、２のｎ乗個の各入力ポートからの入力信号を各増幅器に対して均等に分配するように動作する。各増幅器は、均等分配された入力信号を増幅する。増幅器で増幅された入力信号は、出力側ハイブリッドネットワークで合成する。合成されたそれぞれの信号は、各入力ポートから入力される入力信号に対応している。各増幅器では均等分配されたすべての入力ポートからの入力信号を増幅するため、各入力ポートにおける信号間にレベル差がある場合にも各増幅器の出力電力レベルを均一にすることが可能である。つまり、入力ポートの信号毎に固定の増幅器を接続するのではなく、各増幅器が任意の入力ポートの信号に接続できるようにして分散増幅することで、各増幅器の増幅ダイナミックレンジを有効利用するものである。
【０００４】
従来技術による８系統マルチポート増幅装置の一構成例を図１３に示す。８系統マルチポート増幅装置は、入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２と、アナログＲＦ入力型増幅器１３と、出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５から構成され、８系統のＲＦ帯入力ポート２３と、８系統のＲＦ帯出力ポート９を有する。（例えば特開２００３−１７９２７号公報  図３、特開平９−１６７９３０号公報  図３等）
【０００５】
入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２は、電力分配用のＲＦ帯９０度ハイブリッド６によって構成される。同様に、出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５は電力合成用のＲＦ帯９０度ハイブリッド６によって構成される。ここで、従来技術の特徴は、各々のハイブリッドネットワークにおいて分配、合成される信号はいずれもＲＦ帯信号である。
【０００６】
このマルチポート増幅装置におけるハイブリッドネットワークの動作を説明する。図１４にＲＦ帯９０度ハイブリッド６の動作を説明するためのブロック図を示す。ここでは、説明の簡略化のために２系統マルチポート増幅装置の場合の例を示している。ＲＦ帯９０度ハイブリッド６は、２系統のＲＦ入力信号を、それぞれの信号の振幅を１／√２倍にし、それぞれの信号の位相を０度と９０度遅れた信号に分配した後、加算し、２系統の信号を出力する。ＲＦ帯９０度ハイブリッド６の出力は、アナログＲＦ入力型増幅器１３に入力される。アナログＲＦ入力型増幅器１３で増幅された２系統のＲＦ帯信号は、各々出力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６によって振幅と位相が変えられた後に合成されて出力される。
【０００７】
図１４において、２系統のＲＦ入力の信号をｐ１、ｐ２、入力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６の２系統出力の信号をｑ１、ｑ２とすると、入力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６の入出力の関係は数式（７）及び数式（８）で表現できる。
このＲＦ帯９０度ハイブリッド６の特性は、出力側においても同一である。出力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６の２系統の出力信号をｒ１、ｒ２とし、９０度の位相遅れを数式（９）による置き換えを用いたマトリックス表現にすると、２系統マルチポート増幅装置の入出力特性は数式（１０）で表される。ここで、入力ポートと出力ポートでは図１４における上下の系が反転している。
【０００８】
従来のマルチポート増幅装置は、以上のようにアナログＲＦ帯信号によるハイブリッドネットワークで構成されている。このような構成の場合、図１３における、入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２、各アナログＲＦ入力型増幅器１３、及び出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５の特性によって、マルチポート増幅装置における系統間の利得偏差及び位相偏差を生じてしまう。この系統間の偏差は、出力における合成損失や系統間アイソレーションに大きく影響を与える。その影響の特性解析は、文献（Ｓ．ＥＧＡＭＩ，Ｍ．ＫＡＷＡＩ，”Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｂｅａｍ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｎｃｅｐｔ”，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＮ  ＳＥＬＥＣＴＥＤ  ＡＲＥＡＳ  ＩＮ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．ＳＡＣ−５，ＮＯ．４，ＭＡＹ  １９８７）に示されている。
【０００９】
例えば、８系統マルチポート増幅装置の場合、特性解析の結果は、図１５及び図１６に示すようになる。各系統間の利得標準偏差をΔＧ（ｄＢ）、位相標準偏差をΔθ（ｄｅｇ）とすると、出力における合成損失（ｄＢ）に対する利得標準偏差と位相標準偏差の影響は、図１５に示すようなグラフになる。標準偏差値は、８系統が利得標準値に対して±ΔＧ（ｄＢ）、位相標準値に対して±Δθ（ｄｅｇ）の範囲で均等に分散しているものとしている。尚、合成損失は、ハイブリッドネットワークによる固定挿入損失を除いた標準偏差の影響によって生じる損失を示す。また、系統間アイソレーション（ｄＢ）に対する前記利得標準偏差と位相標準偏差の影響は、図１６に示すようなグラフになる。
【００１０】
合成損失を０．１ｄＢ以下にするためには、図１５から利得標準偏差１．５ｄＢ以下、位相標準偏差１０ｄｅｇ以下を実現する必要がある。さらに、系統間アイソレーションを３０ｄＢ以上確保するためには、図１６から利得標準偏差０．８ｄＢ以下、位相標準偏差５ｄｅｇ以下を実現する必要がある。各偏差の所要値を入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２、各アナログＲＦ入力型増幅器１３、及び出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５の要素に割り振るものとすると、各要素に対して非常に厳しい特性が要求される。
【００１１】
図１３に示すような、入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２、及び出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５において、ハイブリッドネットワークを構成する複数のＲＦ帯９０度ハイブリッド６間を接続するための、ケーブルまたはマイクロストリップ線路またはストリップ線路の電気長を設計上完全に一致させることは困難である。そのため、装置毎の調整が必要となる問題があった。さらに、最も長い電気長に合わせて他の系統も調整されるので、ハイブリッドネットワークが大型化するという問題もあった。
【００１２】
系統間の各偏差を調整する方法として、各増幅器の前段に利得と位相を補償する利得位相補償回路を備える方法がある。図１３における入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク２２とアナログＲＦ入力型増幅器１３との間に、ＲＦ帯利得位相補償回路２４を備えた構成を図１７に示す。この構成によれば、各系統間の利得偏差及び位相偏差を系統数分のＲＦ帯利得位相補償回路２４によって、装置レベルで調整することが可能である。しかしながら、ＲＦ帯利得位相補償回路２４は、ＲＦ帯の可変減衰器及び可変移相器がその系統数分必要となるため、装置が高価となる問題がある。さらに、利得位相補償回路２４はアナログ素子で構成されるため、補償特性に周波数偏差や温度変化、及び経年変化が生じてしまう問題があった。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００３−１７９２７号公報
【特許文献２】
特開平９−１６７９３０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、系統間の偏差を抑制し、合成損失や系統間アイソレーションなどの特性を向上させたマルチポート増幅装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、周波数偏差、温度変化、経年変化の少ない安定した特性のマルチポート増幅装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、マルチポート増幅装置の最適設計を容易化することにある。
【００１８】
さらに、本発明の他の目的は、装置毎の調整工程を削減し、生産性を向上させるマルチポート増幅装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、小型化し、装置としての設置性を改善したマルチポート増幅装置を提供することにある。
【００２０】
さらに、本発明の他の目的は、マルチポート増幅装置のコストを低減することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２２】
本発明の観点では、マルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワーク（１）と、増幅器（４、１３）と、出力側ハイブリッドネットワーク（５）とを具備している。入力側ハイブリッドネットワーク（１）は、複数の入力ポート（８）を有する。増幅器（４、１３）は、入力側ハイブリッドネットワーク（１）の出力に接続され、入力側ハイブリッドネットワーク（１）の入力ポート数と同数である出力数分具備している。出力側ハイブリッドネットワーク（５）は、増幅器（４、１３）の出力に接続されて複数の出力ポート（９）を有する。入力側ハイブリッドネットワーク（１）は、複数の入力ポート（８）からディジタル直交ベースバンド信号を入力し、入力した前記ディジタル直交ベースバンド信号を複数の増幅器（４、１３）に均等に分配する。
【００２３】
本発明のマルチポート増幅装置における入力側ハイブリッドネットワーク（１）は、２のｎ乗個の入力ポート（８）と、２の（ｎ−１）乗×ｎ個のハイブリッド回路（２）とを備えている。ハイブリッド回路（２）は、ディジタル直交ベースバンド信号を処理するディジタルハイブリッド回路（２）である。
【００２４】
本発明のマルチポート増幅装置におけるディジタルハイブリッド回路（２）は、入力するディジタル直交ベースバンド信号を加算する加算器（１０）と、ディジタル直交ベースバンド信号を減算する減算器（１１）とを備えるディジタル直交ベースバンドハイブリッド回路（２）である。
【００２５】
本発明のマルチポート増幅装置における出力側ハイブリッドネットワーク（５）は、２のｎ乗個の出力ポート（９）と、２の（ｎ−１）乗×ｎ個の出力ハイブリッド回路（６）とを備える。出力ハイブリッド回路（６）は、アナログＲＦ帯信号を処理するアナログハイブリッド回路（６）である。
【００２６】
本発明のマルチポート増幅装置における増幅器（４）は、入力側ハイブリッドネットワークから入力するディジタル直交ベースバンド信号を増幅し、アナログＲＦ帯信号を出力するディジタル直交ベースバンド信号入力型増幅器である。
【００２７】
本発明のマルチポート増幅装置は、入力側ディジタルハイブリッドネットワーク（１）の後段にディジタル直交ベースバンド信号をアナログＲＦ帯信号に変換する変換回路（１２）を備えている。変換回路（１２）は、ディジタル直交ベースバンド信号をアナログ直交ベースバンド信号に変換するディジタル／アナログ変換器（１４）と、アナログ直交ベースバンド信号に含まれるサンプリングによる折り返し成分を除去するフィルタ（１５）と、折り返し成分を除去されたアナログ直交ベースバンド信号を直交変調する直交変調器（１６、１６−２）とを含んでいる。増幅器（１３）は、変換回路（１２）から出力されるアナログＲＦ帯信号を増幅するアナログＲＦ入力型増幅器（１３）である。
【００２８】
本発明のマルチポート増幅装置における入力側ハイブリッドネットワーク（１）は、ディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器（１８）をさらに備える。
【００２９】
本発明のマルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワーク（１）の前段にディジタル周波数変換器（１９）を備える。
【００３０】
本発明のマルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワーク（１）の前段に複数のディジタル直交ベースバンド信号を合成するベースバンド合成器（２１）を備える。
【００３１】
本発明のマルチポート増幅装置は、入力側ハイブリッドネットワークを構成する個々のハイブリッドにディジタル直交ベースバンド信号を処理するディジタル直交ベースバンドハイブリッド回路を用いるため、入力側ハイブリッドネットワークにおける系統間の利得偏差、位相偏差を排除することが可能となる。したがって、マルチポート増幅装置に要求される系統間の利得偏差、位相偏差の所要値を増幅器と出力側ハイブリッドネットワークに配分することが可能となり、従来に比較して最適設計が容易になる。また、入力側ハイブリッドネットワークをディジタル直交ベースバンド信号系で処理するので、従来技術に較べて入力側ハイブリッドネットワークを大幅に小型、低コストで実現できる。
【００３２】
増幅器と出力側ハイブリッドネットワークのみに配分された系統間の利得偏差、及び位相偏差の所要値に対して、ディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器を備えることで、さらに調整が簡素化され最適設計が容易となる。この複素乗算器はディジタル直交ベースバンド信号系で処理するので、従来技術のアナログＲＦ帯での利得及び位相補償回路に較べて大幅に小型、低コストで実現でき、更には安定性を向上させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態に関して、図１から図３を参照して説明する。図１は、８系統マルチポート増幅装置の構成例を示すブロック図である。図１において、図１３に示した従来技術と同一部分には同一符号を符している。図１３に示した従来技術との相違は、入力側ハイブリッドネットワークと、増幅器にある。入力側ハイブリッドネットワークは、８系統のディジタル直交ベースバンド入力ポート８を備える、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２で構成される入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１である。入力側ハイブリッドネットワークに接続される増幅器は、ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４である。ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４は、ディジタルプリディストーション型増幅器に代表される増幅器である。出力側ハイブリッドネットワーク５は従来技術の例と同じ構成となっている。
【００３４】
図２は、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の基本構成を示すブロック図である。ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２は、２個の加算器１０と２個の減算器１１を備え、２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ１およびｐ２が入力され、２系統のディジタル直交ベースバンド出力信号ｑ１およびｑ２が出力される。ディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ１は、Ｉ成分信号Ｉｐ１とＱ成分信号Ｑｐ１とから構成される。ディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ２は、Ｉ成分信号Ｉｐ２とＱ成分信号Ｑｐ２とから構成される。また、ディジタル直交ベースバンド出力信号ｑ１は、Ｉ成分信号Ｉｑ１とＱ成分信号Ｑｑ１とから、ディジタル直交ベースバンド出力信号ｑ２は、成分信号Ｉｐ２とＱ成分信号Ｑｐ２とから構成される。
【００３５】
２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ１及びｐ２に対して、
Ｉｑ１＝Ｉｐ１＋Ｑｐ２
Ｑｑ１＝Ｑｐ１＋（−Ｉｐ２）
および、
Ｉｑ２＝Ｉｐ２＋Ｑｐ１
Ｑｑ２＝Ｑｐ２＋（−Ｉｐ１）
となるように加算器１０と減算器１１が接続されている。
【００３６】
以下図面を参照しながら本発明の実施例の動作について説明する。ディジタル直交ベースバンド入力ポート８には８系統のディジタル直交ベースバンド信号が入力される。入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１に入力された８系統のディジタル直交ベースバンド信号は、各個別のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２によって、各系統間で利得偏差、位相偏差を生じることなく、各々分配される。分配されたディジタル直交ベースバンド信号は、ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４によって増幅される。ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４以降の出力側ハイブリッドネットワーク５は従来技術の例と同一であるので、動作の説明は省略する。
【００３７】
ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の動作について、図２、図３を参照して説明する。９０度ハイブリッド回路に入力された２系統の信号は、振幅が１／√２倍で、位相が０度と９０度遅れた信号に分配された後に加算される。ここで、９０度の位相遅れは図２中の数式（１）で表される。直交ベースバンド信号において、入力信号をＩ及びＱ、９０度の位相遅れを発生させた出力信号をＩ’及びＱ’とすると、数式（２）に示す通り、Ｉ’＝Ｑ、Ｑ’＝−Ｉとなる。従って、２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ１およびｐ２の信号成分をそれぞれＩｐ１、Ｑｐ１、および、Ｉｐ２、Ｑｐ２とし、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の２系統の出力信号ｑ１およびｑ２の信号成分をそれぞれＩｑ１、Ｑｑ１、および、Ｉｑ２、Ｑｑ２とすると、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の入出力の関係は、
Ｉｑ１＝Ｉｐ１＋Ｑｐ２
Ｑｑ１＝Ｑｐ１＋（−Ｉｐ２）
および、
Ｉｑ２＝Ｉｐ２＋Ｑｐ１
Ｑｑ２＝Ｑｐ２＋（−Ｉｐ１）
となる。この演算は、図２に示す通り、２個の加算器１０と、２個の減算器１１で構成される演算回路によって実現される。従って、図２の演算回路によれば、各系統間で利得偏差、及び位相偏差を生じることなく、従来技術のＲＦ帯９０度ハイブリッド６と等価の特性を実現し、２系統のディジタル直交ベースバンド出力信号を得ることができる。
【００３８】
図３を参照して、図２のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２を使用したマルチポート増幅装置の動作について説明する。ここでは説明の簡略化のために、２系統マルチポート増幅装置の場合を示す。１個の図２に示したディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２と、２系統のディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４と、１個のＲＦ帯９０度ハイブリッド６により構成される。
【００３９】
ここで、２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号をｐ１、ｐ２、出力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６の２系統の出力信号をｒ１、ｒ２とする。さらに９０度の位相遅れを数式（１）による置き換えを用いたマトリックス表現にすると、２系統マルチポート増幅装置の入出力特性は数式（３）で表される。この入出力特性は、従来技術の例に係る図１４中の数式（１０）に相当する特性になっている。
【００４０】
入力側のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２では、従来技術のＲＦ帯９０度ハイブリッド６とは異なり、入力信号の各々の振幅が１／√２倍（電力で１／２倍）とはならないので、装置の出力振幅が数式（１０）の√２倍となっている。従って本発明によれば、マルチポート増幅装置に要求される利得が従来技術の場合と同一とすると、増幅器の利得を振幅で１／√２倍（電力で１／２倍）に低減することができる。尚、前記と同様の解析を行えば、４系統、および８系統を含む２のｎ乗個（ｎは自然数）の任意の系統数のマルチポート増幅装置についても、本発明が応用できることは明らかである。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施の形態の変形例であるディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の構成を示すブロック図である。図２に示す本発明の実施例との相違は、図２における加算器１０と減算器１１を入れ替えた構成にしたことである。
【００４２】
以下図面を参照して動作について説明する。本変形例は、第１の実施の形態で示した９０度の位相遅れと異なり、９０度の位相進みを発生させたディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２である。９０度の位相進みは図４の数式（４）で表される。直交ベースバンド信号において、入力信号をＩおよびＱ、９０度の位相進みを発生させた出力信号Ｉ’及びＱ’とすると、数式（５）に示す通り、Ｉ’＝−Ｑ、Ｑ’＝Ｉとなる。従って、２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号ｐ１およびｐ２の信号成分をそれぞれＩｐ１、Ｑｐ１、およびＩｐ２、Ｑｐ２とし、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の２系統の出力信号ｑ１およびｑ２の信号成分をそれぞれＩｑ１、Ｑｑ１、および、Ｉｑ２、Ｑｑ２とすると、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２の入出力の関係は、
Ｉｑ１＝Ｉｐ１＋（−Ｑｐ２）
Ｑｑ１＝Ｑｐ１＋Ｉｐ２
および、
Ｉｑ２＝Ｉｐ２＋（−Ｑｐ１）
Ｑｑ２＝Ｑｐ２＋Ｉｐ１
となる。この演算についても、図４に示す通り、２個の加算器１０と、２個の減算器１１で構成される演算回路によって実現される。この演算回路は、図２に示した演算回路の加算器１０と減算器１１を入れ替えた構成である。従って、当該演算回路によれば、各系統間で利得偏差、及び位相偏差を生じることなく、２系統のディジタル直交ベースバンド出力信号を得ることができる。
【００４３】
図５を参照して、図４のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２を使用したマルチポート増幅装置の動作について説明する。ここでは説明の簡略化のために、２系統マルチポート増幅装置の場合を示す。１個の図４に示したディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２と、２系統のディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４と、１個のＲＦ帯９０度ハイブリッド６により構成される。
【００４４】
ここで、２系統のディジタル直交ベースバンド入力信号をｐ１、ｐ２、出力側のＲＦ帯９０度ハイブリッド６の２系統の出力信号をｒ１、ｒ２とする。９０度の位相遅れを図２中の数式（１）、更に９０度の位相進みを図４中の数式（４）による置き換えを用いたマトリックス表現にすると、２系統マルチポート増幅装置の入出力特性は数式（６）で表される。第１の実施の形態で示した図２数式（３）と較べると、入力ポートと出力ポートの図中における上下の系が反転しない特性を得ることができる。尚、本変形例においても、ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２では、従来技術のＲＦ帯９０度ハイブリッド６とは異なり、入力信号の各々の振幅が１／√２倍（電力で１／２倍）とはならないので、第１の実施形態と同様に、マルチポート増幅装置に要求される利得が従来技術の場合と同一とすると、増幅器の利得を振幅で１／√２倍（電力で１／２倍）に低減することができる。
【００４５】
また、前記と同様の解析を行えば、４系統、及び８系統を含む２のｎ乗個（ｎは自然数）の任意の系統数のマルチポート増幅装置についても、本発明が応用できることは明らかである。
【００４６】
本発明の第２の実施の形態を図６と図７を参照して説明する。図６は、マルチポート増幅装置の８系統の場合の一実施構成例を示すブロック図である。第１の実施の形態（図１）との相違は、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１の出力と増幅器との間に変換回路１２を備え、増幅器にアナログＲＦ入力型増幅器１３を使用することである。
【００４７】
図７は、図６における変換回路１２の基本構成を示すブロック図である。変換回路１２は、ディジタル／アナログ変換器１４と、フィルタ１５と、アナログ直交変調器１６と、周波数変換回路１７とを備えている。ディジタル／アナログ変換器１４とフィルタ１５は、入力するディジタル直交ベースバンド信号のＩおよびＱ信号成分のそれぞれに対応して２系統備えている。
【００４８】
ディジタル／アナログ変換器１４は、入力するディジタル直交ベースバンド信号のＩおよびＱ信号成分のそれぞれをディジタル信号からアナログ信号に変換する。フィルタ１５は、ディジタル／アナログ変換器１４から出力されるアナログ直交ベースバンド信号からサンプリングによる折り返し成分を除去する。アナログ直交変調器１６は、折り返し成分を除去したアナログ直交ベースバンド信号を直交変調し、ＩＦ帯信号を出力する。周波数変換回路１７は、アナログ直交変調器１６から出力されたＩＦ帯信号をＲＦ帯信号に周波数変換する。
【００４９】
図８は、第２の実施の形態の変形例である変換回路１２の基本構成を示すブロック図である。図７との相違は、アナログ直交変調器１６−２がベースバンド信号から直接ＲＦ帯信号に変調可能な機能を有することである。つまり、アナログ直交変調器１６−２は、機能的に図７のアナログ直交変調器１６と周波数変換回路１７とを内蔵したものとなっている。
【００５０】
変換回路１２は、ディジタル／アナログ変換器１４と、フィルタ１５と、アナログ直交変調器１６−２とを備えている。ディジタル／アナログ変換器１４とフィルタ１５は、入力するディジタル直交ベースバンド信号のＩおよびＱ信号成分のそれぞれに対応して２系統備えている。
【００５１】
ディジタル／アナログ変換器１４は、入力するディジタル直交ベースバンド信号のＩおよびＱ信号成分のそれぞれをディジタル信号からアナログ信号に変換する。フィルタ１５は、ディジタル／アナログ変換器１４から出力されるアナログ直交ベースバンド信号からサンプリングによる折り返し成分を除去する。アナログ直交変調器１６−２は、折り返し成分を除去したアナログ直交ベースバンド信号を直交変調し、ＲＦ帯信号を出力する。
【００５２】
以上に示したように、図７および図８に示した変換回路１２を、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１の出力に備えることによって、図１におけるディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４のみならず、図６に示したような、アナログＲＦ入力型増幅器１３を使用する場合においても、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１を適用できることが示された。アナログＲＦ入力型増幅器１３として、歪補償を行わないストレート増幅器、アナログプリディストーション型増幅器、さらにフィードフォワード型増幅器等を使用する場合において、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１を適用できる。
【００５３】
本発明の第３の実施の形態を図９と図１０を参照して説明する。図９は、マルチポート増幅装置の８系統の場合の一実施構成例を示すブロック図である。図１に示す本発明の実施例との相違は、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１に複素乗算器１８を備えたことである。
【００５４】
複素乗算器１８は、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１の最終段のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２のディジタル直交ベースバンド出力信号を入力し、振幅と位相を調整したディジタル直交ベースバンド出力信号を出力する。複素乗算器１８から出力されたディジタル直交ベースバンド出力信号は、ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器４で増幅される。
【００５５】
複素乗算器１８は、図１０に示されるように、ディジタル直交ベースバンド信号ｐと振幅情報Ｒと位相情報θとを入力し、外部からの振幅情報Ｒと位相情報θとに基づいた振幅（利得）補償と位相補償を行ったディジタル直交ベースバンド信号ｑを出力する。
【００５６】
ディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器１８を備えることで、増幅器４と出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク５における各系統間の利得偏差、及び位相偏差の所要値に対して、さらに調整が簡素化され最適設計が容易となる。また、複素乗算器１８はディジタル直交ベースバンド信号系で処理するので、従来技術のアナログＲＦ帯での利得及び位相補償回路に比較して大幅に小型、低コストで実現でき、さらに安定性を向上させることができる。
【００５７】
本発明の第４の実施の形態として、入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１と、周知の技術による回路を組み合わせた構成を説明する。入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１と、周知の技術による回路を組み合わせることによって、容易に装置の機能を拡張することができる。
【００５８】
マルチポート増幅装置に入力される信号の周波数が異なる場合、図１１に示すような周波数変換器１９を各ディジタル直交ベースバンド入力ポート８の前段に設けることにより対応することができる。図１、または図６、または図９に示した入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１の前段に、図１１に示すような周知の技術による周波数変換器１９を系統数分備える。周波数変換器１９は、複素乗算器等を組み合せて構成されている。入力されたディジタル直交ベースバンド信号ｐに数値制御発振器２０で発振された周波数ｆ１の信号により周波数変換が行われ、周波数変換が行われたディジタル直交ベースバンド信号ｑが出力される。各ポートに割り当てる周波数ｆ１を適宜設定することにより、入力された各ディジタル直交ベースバンド信号ｐをベースバンド上で周波数配置できる。この周波数変換器１９によって、図１、または図６、または図９におけるディジタル直交ベースバンド入力ポート８の各系統毎にベースバンド上で周波数配置を設定する。
【００５９】
また、複数波が合成された信号がマルチポート増幅装置の各ポートに入力される場合、図１２に示すようなベースバンド信号合成回路を設けることにより対応することができる。ベースバンド信号合成回路は、複素乗算器等で構成される周波数変換器１９と、周波数ｆを指定して発振させる数値制御発振器２０と、加算器等で構成されるベースバンド合成器２１とを備えている。
【００６０】
周波数変換器１９と数値制御発振器２０は、マルチポート増幅器の入力ポートの１つに入力する信号の数を備え、ベースバンド上で周波数配置を設定する。入力されたベースバンド入力信号ｐ１、ｐ２、・・・は、周波数変換器１９によって、周波数ｆ１、ｆ２、・・・で周波数変換される。周波数変換された各ベースバンド入力信号は、それぞれのＩ信号成分、Ｑ信号成分をベースバンド合成器２１によりベースバンド上で複数波が合成され、出力信号ｑとして出力される。
【００６１】
図１、または図６、または図９に示した入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク１の前段に、図１２に示すようなベースバンド信号合成回路を系統分備え、複数波が合成された信号の増幅ができる。
【００６２】
以上、マルチビーム通信衛星やアレイアンテナを用いた移動体通信用基地局に利用されるマルチポート増幅装置への適用について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、本発明の実施において、図２、及び図４に示すディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路２は、マルチポート増幅装置以外の構成においても９０度ハイブリッドとして使用することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、入力側ハイブリッドネットワークを構成するハイブリッドがディジタル直交ベースバンド信号を処理するため、系統間の偏差を抑制し、合成損失や系統間アイソレーションなどの特性を向上させたマルチポート増幅装置を提供することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、入力側ハイブリッドネットワークにおいてディジタル信号処理するため、周波数偏差、温度変化、経年変化の少ない安定した特性のマルチポート増幅装置を提供することができる。
【００６５】
さらに、本発明によれば、入力側ハイブリッドネットワークにおける系統間の利得偏差、位相偏差を排除することができるため、マルチポート増幅装置全体に要求される系統間の利得偏差、位相偏差の所要値を増幅器と出力側ハイブリットネットワークに配分でき、マルチポート増幅装置の最適設計を容易化することができる。
【００６６】
また、本発明によれば、入力側ハイブリッドネットワークがディジタル信号処理されることによって、ケーブルまたはマイクロストリップ線路またはストリップ線路を装置毎に調整する調整工程を削減でき、生産性を向上させるマルチポート増幅装置を提供することができる。また、増幅器と出力側ハイブリッドネットワークに配分された系統間の利得偏差、位相偏差の所要値に対して、ディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器を備えることで調整工程を削減でき、生産性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、本発明によれば、入力側ハイブリッドネットワークおよびディジタル直交ベースバンド信号の振幅と位相を調整する複素乗算器が、ディジタル直交ベースバンド信号系で処理するため、従来のアナログＲＦ帯信号系で処理するものに比較して大幅に小型化し、低コスト化ができる。小型化されることによって装置としての設置性を改善したマルチポート増幅装置を提供することができる。特にアレイアンテナを用いた移動体通信用基地局装置において、アンテナ鉄塔に実装する構造の塔頂装置を実現する上で設置性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマルチポート増幅装置の８系統の場合の基本構成例を示すブロック図である。
【図２】同ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路の基本構成を示すブロック図である。
【図３】同ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路を使用した２系統のマルチポート増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例のディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路の構成を示すブロック図である。
【図５】同ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路を使用した２系統のマルチポート増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るマルチポート増幅装置の８系統の場合の基本構成例を示すブロック図である。
【図７】同変換回路の基本構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態の変形例の変換回路の基本構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るマルチポート増幅装置の８系統の場合の基本構成を示すブロック図である。
【図１０】同複素乗算器の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係るマルチポート増幅装置の前段に周波数変換器を備える周波数変換器を示すブロック図である。
【図１２】同ベースバンド合成器を示すブロック図である。
【図１３】従来技術に係るマルチポート増幅装置の８系統の場合の基本構成を示すブロック図である。
【図１４】同ＲＦ帯９０度ハイブリッドを使用したの２系統のマルチポート増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】８系統マルチポート増幅装置の出力における合成損失に対する各系統間の利得標準偏差と位相標準偏差の影響を表したグラフである。
【図１６】８系統マルチポート増幅装置の系統間アイソレーションに対する各系統間の利得標準偏差と位相標準偏差の影響を表したグラフである。
【図１７】従来技術に係るマルチポート増幅装置の８系統の場合のＲＦ帯利得位相補償回路を備えた基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  入力側ディジタル直交ベースバンドハイブリッドネットワーク
２  ディジタル直交ベースバンド９０度ハイブリッド回路
４  ディジタル直交ベースバンド入力型増幅器
５  出力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク
６  ＲＦ帯９０度ハイブリッド
８  ディジタル直交ベースバンド入力ポート
９  ＲＦ帯出力ポート
１０  加算器
１１  減算器
１２  変換回路
１３  アナログＲＦ入力型増幅器
１４  ディジタル／アナログ変換器
１５  フィルタ
１６  アナログ直交変調器
１７  周波数変換回路
１８  複素乗算器
１９  周波数変換器
２０  数値制御発振器
２１  ベースバンド合成器
２２  入力側ＲＦ帯ハイブリッドネットワーク
２３  ＲＦ帯入力ポート
２４  ＲＦ帯利得位相補償回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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