(57)【要約】【課題】ダイオードリニアライザを利用した小型で簡易な構成でありながら、ダイナミックレンジをより拡張することができる歪補償回路を提供する。【解決手段】パワーアンプ３への入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、バイアス抵抗Ｒｂ１に切り替えてバイアス電圧を第１バイアス電圧値に切り替え、基準レベルより高い範囲では、バイアス抵抗Ｒｂ２に切り替えて第２バイアス電圧に切り替える。ここで、第１バイアス電圧は、入力信号のレベルが所定の基準レベル以下の範囲において、第２バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、一方、第２バイアス電圧は、入力信号のレベルが基準レベルよりも高い範囲において、第１バイアス電圧よりも、大きく出力歪みを補償する値である。【選択図】      図１
2004343296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプの前段に設けられてこのパワーアンプの出力歪みを補償するダイオードリニアライザを用いた歪補償回路であって、
前記パワーアンプに供給される前記入力信号のレベルに基づいて、前記ダイオードリニアライザのバイアス電圧を、少なくとも、第１バイアス電圧値又はこれとは異なる第２バイアス電圧値に切り替える切替制御手段を有し、
前記第１バイアス電圧は、前記入力信号のレベルが所定の基準レベル以下の範囲において、前記第２バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、
前記第２バイアス電圧は、前記入力信号のレベルが前記基準レベルよりも高い範囲において、前記第１バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、
前記切替制御手段は、
前記入力信号と所定の基準レベルとを比較し、
前記入力信号のレベルが前記基準レベル以下の範囲では、前記バイアス電圧を前記第１バイアス電圧値に切り替え、
前記入力信号のレベルが前記基準レベルより高い範囲では、前記バイアス電圧を前記第２バイアス電圧に切り替える、
ことを特徴とするダイオードリニアライザを用いた歪補償回路。
【請求項２】
請求項１記載の歪補償回路において、
前記切替制御手段は、
それぞれ異なる抵抗値を有する第１バイアス抵抗又は第２バイアス抵抗のうちのいずれかを、選択的に前記ダイオードリニアライザに含まれるダイオードと一定電圧を供給するバイアス電圧供給源との間に介接させることにより、前記バイアス電圧を切り替える、
ことを特徴とするダイオードリニアライザを用いた歪補償回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の歪補償回路において、
前記バイアス電圧はそれぞれ、所定の範囲において、他よりも大きく前記出力歪みを補償する３種類以上の値に設定されており、
前記切替制御手段は、各範囲毎に、前記バイアス電圧を前記３種類以上の値のうちで最も大きく前記出力歪みを補償する値に切り替える、
ことを特徴とするダイオードリニアライザを用いた歪補償回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプの入力段に設けられてこのパワーアンプの出力歪みを補償するダイオードリニアライザを用いた歪補償回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、衛星通信や携帯電話をはじめとする地上波通信用の無線通信器では、マイクロ波をはじめとするＲＦ信号（無線周波数帯の信号）が多用されている。このようなＲＦ信号を利用する無線通信器では、ＲＦ信号を増幅するパワーアンプが搭載されている。図４は、ＲＦ信号を利用した通信に用いられるパワーアンプの入出力特性等を示すグラフである。
【０００３】
図４のＹ１に示すように、パワーアンプの入力信号レベルと出力信号レベルとは、線形、すなわち、リニアな関係にあることが理想的なのだが、現実的にこの種のパワーアンプにおいては、図中、Ｖ１′に示すように、入力信号レベルが所定レベルより高くなると歪みが発生して線形性がくずれる。このような出力歪みは、使用許可されていない無線周波数を発生させたり、混信の原因になったりして好ましくない。そこで、このような歪みを補償するための回路がパワーアンプの入力段に設けられることが多い。特に、小型かつ構成の簡易さから、歪補償回路としてダイオードを用いたリニアライザ（以下、ダイオードリニアライザともよぶ）が用いられることが多い。
【０００４】
図５は、従来のダイオードリニアライザを用いた歪補償回路に係るブロック回路図である。図５に示すように、この歪補償回路としてのリニアライザ１′が、バッファアンプ２を介して、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ３の前段に接続されて構成されている。
【０００５】
このリニアライザ１′は、一端が接地されたダイオードＤ、このダイオードＤの他端に接続された入力側バイアス阻止用キャパシタＣ１及び出力側バイアス阻止用キャパシタＣ２、ダイオードＤの他端とバイアス電圧供給源＋Ｖｃｃとの間に介設されたバイアス抵抗Ｒｂを含む。
【０００６】
このような構成の歪補償回路の動作を説明すると、図１において、入力端子ＩＮに入力した無線周波数帯の信号は、入力側バイアス阻止用キャパシタＣ１を通過して、ダイオードＤに入力される。このダイオードＤには、上記バイアス抵抗Ｒｂにより固定的に定められたバイアス電圧が印加される。このとき、上記無線周波数帯の信号は、このバイアス電圧が印加されたダイオードＤによりレベル補償されて、出力側バイアス阻止用キャパシタＣ２を介して、バッファアンプ２、パワーアンプ３に供給される。そして、図４に示すように、上記Ｖ１′で示される特性がＶｂで示すように補償された無線周波数帯の信号が、出力端子ＯＵＴから出力される。なお、この図５に示すような歪補償回路は、下記の非特許文献１中でも示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＩＣＯＲＯＷＡＶＥ  ＴＨＥＯＲＹ  ＡＮＤ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯＬ．４５，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  １９９７（ｐｐ．２４３１−２４３２，Ｆｉｇ．１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイオードリニアライザを利用した歪補償回路は、小型で構成が簡易であるという長所を有するが、ダイナミックレンジが狭いという欠点も併せもつ。すなわち、上記従来の歪補償回路によると、図４のＶｂで示すように、線形性を維持できる入力信号レベルがやや高くなるように改善されるが、すなわち、ダイナミックレンジはある程度広くなるが、まだ十分なダイナミックレンジが得られないという問題がある。
【０００９】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ダイオードリニアライザを利用した小型で簡易な構成でありながら、ダイナミックレンジをより拡張することができる歪補償回路を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の歪補償回路は、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ３の前段に設けられてこのパワーアンプ３の出力歪みを補償するダイオードリニアライザを用いた歪補償回路であって、前記パワーアンプ３に供給される前記入力信号のレベルに基づいて、前記ダイオードリニアライザのバイアス電圧を、少なくとも、第１バイアス電圧値又はこれとは異なる第２バイアス電圧値に切り替える切替制御手段を有し、前記第１バイアス電圧は、前記入力信号のレベルが所定の基準レベル以下の範囲において、前記第２バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、前記第２バイアス電圧は、前記入力信号のレベルが前記基準レベルよりも高い範囲において、前記第１バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、前記切替制御手段は、前記入力信号と所定の基準レベルとを比較し、前記入力信号のレベルが前記基準レベル以下の範囲では、前記バイアス電圧を前記第１バイアス電圧値に切り替え、前記入力信号のレベルが前記基準レベルより高い範囲では、前記バイアス電圧を前記第２バイアス電圧に切り替える、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、パワーアンプ３への入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、バイアス電圧を第１バイアス電圧値に切り替え、基準レベルより高い範囲では、第２バイアス電圧に切り替える。ここで、第１バイアス電圧は、入力信号のレベルが所定の基準レベル以下の範囲において、第２バイアス電圧よりも、大きく前記出力歪みを補償する値であり、一方、第２バイアス電圧は、入力信号のレベルが基準レベルよりも高い範囲において、第１バイアス電圧よりも、大きく出力歪みを補償する値である。このように、各範囲においてそれぞれ、バイアス電圧をより大きく出力歪みを補償する値に切り替えることにより、パワーアンプ３の出力歪みがより高い入力レベルまで補償できる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の歪補償回路は、請求項１記載の歪補償回路において、前記切替制御手段は、それぞれ異なる抵抗値を有する第１バイアス抵抗又は第２バイアス抵抗のうちのいずれかを、選択的に前記ダイオードリニアライザに含まれるダイオードと一定電圧を供給するバイアス電圧供給源との間に介接させることにより、前記バイアス電圧を切り替える、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、それぞれ異なる抵抗値を有する第１バイアス抵抗又は第２バイアス抵抗のうちのいずれかを、選択的にダイオードリニアライザに含まれるダイオードと一定のバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給源との間に介設させることにより、バイアス電圧を切り替えるようにしているので、バイアス電圧供給源自体は変更の必要がない。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の歪補償回路は、請求項１又は２記載の歪補償回路において、前記バイアス電圧はそれぞれ、所定の範囲において、他よりも大きく前記出力歪みを補償する３種類以上の値に設定されており、前記切替制御手段は、各範囲毎に、前記バイアス電圧を前記３種類以上の値のうちで最も大きく前記出力歪みを補償する値に切り替える、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、バイアス電圧はそれぞれ、所定の範囲において、他よりも大きく前記出力歪みを補償する３種類以上の値に設定されており、各範囲毎に、バイアス電圧を最も大きく出力歪みを補償する値に切り替えるようにしているので、より広範囲かつより高精度に出力歪みを補償することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の歪補償回路に係るブロック回路図である。図１に示すように、この歪補償回路は、バッファアンプ２を介して、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ３の前段に接続されている。この歪補償回路は、リニアライザ１、分配器４、検波器５及び比較器６を含んで構成される。
【００１７】
ここで、リニアライザ１は、一端が接地されたショットキーダイオードＤ、ダイオードＤの他端に接続された入力側バイアス阻止用キャパシタＣ１及び出力側バイアス阻止用キャパシタＣ２、ダイオードＤの他端とバイアス電圧供給源＋Ｖｃｃとの間に切替器１１を介して設けられたバイアス抵抗Ｒｂ１及びＲｂ２を含む。切替器１１は、例えばトランジスタ等で構成されるスイッチ回路であり、比較器６からの切替制御信号に応答して、バイアス抵抗Ｒｂ１又はＲｂ２のいずれかを、選択的にダイオードＤの他端とバイアス電圧供給源＋Ｖｃｃとの間に介接させる。
【００１８】
バイアス抵抗Ｒｂ１及びＲｂ２はそれぞれ、バイアス電圧供給源＋Ｖｃｃの電圧を第１バイアス電圧及び第２バイアス電圧として、ダイオードＤに印加するための値に設定されている。第１バイアス電圧は、入力信号のレベルが所定の基準レベルＩｒ１以下の範囲において、第２バイアス電圧よりも、より大きくパワーアンプ３の出力歪みを補償する値であり、逆に、第２バイアス電圧は、入力信号のレベルが基準レベルＩｒ１よりも高い範囲において、第１バイアス電圧よりも、大きく出力歪みを補償する値である。なお、より大きく出力歪みを補償するとは、パワーアンプ３の出力歪みが、図４のＹ１に示すような理想とする特性により近似されるように補償するという意味である。なお、近似計算は、周知の最小２乗法等を用いればよい。
【００１９】
説明を加えると、ダイオードＤに印加するバイアス電圧の値により、リニアライザの特性は変化する（図３を用いて後述する）。このようなリニアライザの特性を積極的に利用して、入力信号レベルに応じて、より大きくパワーアンプの出力歪みを補償するようなバイアス電圧を選択的に切り替えるようにする。バイアス電圧の値を切り替えるための上記基準レベルＩｒ１は、使用されるパワーアンプ３やリニアライザ１等の特性を考慮して、予め実験等により定める。なお、バイアス抵抗Ｒｂ１及びＲｂ２を選択的に切り替えることによりバイアス電圧の値を切り替えるようにしているので、バイアス電圧供給源自体に何ら変更を加える必要がなく、いたずらに回路構成を複雑化することがない。
【００２０】
分配器４は、入力端子ＩＮに入力される無線周波数帯の入力信号を分配して、リニアライザ１及び検波器５に供給する。検波器５は、分配器４からの信号を検波して、少なくとも、入力信号の信号レベルを検出してこれを比較器６に与える。比較器６は、例えばオペアンプで構成され、検出された信号レベルと上記基準レベルＩｒ１とを比較して、切替器１１を制御するための上記切替制御信号を出力する。なお、上記分配器４、検波器５、比較器６、切替器１１、バイアス抵抗Ｒｂ１及びＲｂ２は、請求項中の切替制御手段に対応する。
【００２１】
このような構成の歪補償回路の動作及び入出力特性の改善例を図２及び図３を加えて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るバイアス電圧の切り替え処理を示すフローチャートである。図３は、本発明による入出力特性の改善例を示すグラフである。
【００２２】
図１において、入力端子ＩＮに入力し、分配器４にて分配された無線周波数帯の信号は、検波器５にてその信号レベルが検出されて比較器６に至る。この信号レベルは、図１及び図２において、比較器６にて上記基準レベルＩｒ１と比較され、入力信号レベルＩｉが上記基準レベルＩｒ１以下である場合には（ステップＳ１のＹ）、切替器１１にてバイアス抵抗Ｒｂ１が選択されて、ダイオードＤに印加されるバイアス電圧の値が第１バイアス電圧に設定される（ステップＳ２）。なお、バイアス電圧の値が第１バイアス電圧に設定された場合（入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ１以下の場合）には、パワーアンプの入出力特性は、図３のＶｂ１で示されるようになる。
【００２３】
これに対して、入力信号レベルＩｉが上記基準レベルＩｒ１より大きな場合には（ステップＳ１のＮ）、切替器１１にてバイアス抵抗Ｒｂ２が選択されて、ダイオードＤに印加されるバイアス電圧の値が第２バイアス電圧に設定される（ステップＳ３）。なお、バイアス電圧の値が第２バイアス電圧に設定された場合（入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ１より大きな場合）には、パワーアンプの入出力特性は、図３のＶｂ２で示されるようになる。そして、ステップＳ１に戻り、常時、入力端子ＩＮに入力してくる信号のレベルを監視して、このレベルに応じたバイアス電圧の制御を行う。
【００２４】
一方、入力端子ＩＮに入力した無線周波数帯の信号は、図１において、分配器４を経由した後、リニアライザ１の入力側バイアス阻止用キャパシタＣ１を通過して、ダイオードＤに入力される。このダイオードＤには、上述のような値に設定されたバイアス電圧、すなわち、第１バイアス電圧又は第２バイアス電圧のいずれかが印加される。このとき、上記無線周波数帯の信号は、上記のようなバイアス電圧が印加されたダイオードＤによりレベル補償されて、出力側バイアス阻止用キャパシタＣ２を介して、バッファアンプ２、パワーアンプ３に供給される。そして、上記バイアス電圧の切り替え制御により、入力信号のレベルが、上記基準レベルＩｒ１以下の範囲であっても、基準レベルＩｒ１より高い範囲であっても、より線形に近い特性（例えば、理想とする特性線形Ｙ１）に歪み補償された無線周波数帯の信号が、出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２５】
なお、上記実施形態では、バイアス電圧を２段階に切り替える例を示したが、２段階以上の多段階に切り替えるようにしてもよい。例えば、上記実施形態に、図３のＩｒ２で示すような基準レベルを追加し、入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ２より大きな場合には、パワーアンプの入出力特性が、図３のＶｂ３で示されるようになるようなバイアス電圧が選択されるようにする。この結果、パワーアンプの入出力特性は、入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ１以下の場合には、図３のＶｂ１で示されるようになり、入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ１より大きな場合には図３のＶｂ２で示されるようになり、入力信号レベルＩｉが基準レベルＩｒ２より大きな場合には図３のＶｂ３で示されるようになる。これにより、より広範囲かつより高精度に出力歪みを補償することができるようになる。
【００２６】
バイアス電圧は、更に多段階に切り替え制御するようにしてもよい。この場合、バイアス電圧をそれぞれ、各段階に対応する範囲において、他よりも大きく出力歪みを補償するような値に設定し、各範囲毎に割り当てられたバイアス電圧に切り替えるようにすればよい。これにより、更に広範囲かつ高精度に出力歪みを補償することができるようになる。
【００２７】
このように、本発明の実施形態によると、入力信号のレベルに応じて、バイアス電圧をより大きく出力歪みを補償する値に切り替えることにより、パワーアンプ３の出力歪みが、より高い入力レベルまで補償できる。すなわち、ダイオードリニアライザを利用した小型で簡易な構成でありながら、ダイナミックレンジをより拡張することができる。
【００２８】
なお、上記比較器６にて行われる切り替え制御は、オペアンプのみならず、マイクロコンピュータを利用して行うようにしてもよい。本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で変更されたものも含む。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、入力信号のレベルに応じて、バイアス電圧をより大きく出力歪みを補償する値に切り替えることにより、パワーアンプ３の出力歪みがより高い入力レベルまで補償できる。すなわち、ダイナミックレンジが拡張される。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、それぞれ異なる抵抗値を有する第１バイアス抵抗又は第２バイアス抵抗のうちのいずれかを、選択的にダイオードリニアライザに含まれるダイオードと一定のバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給源との間に介設させることにより、バイアス電圧を切り替えるようにしているので、バイアス電圧供給源自体は変更の必要がない。すなわち、バイアス抵抗を選択するだけの簡易な構成で、上記請求項１の発明の効果が得られる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、バイアス電圧はそれぞれ、所定の範囲において、他よりも大きく前記出力歪みを補償する３種類以上の値に設定されており、各範囲毎に、バイアス電圧を最も大きく出力歪みを補償する値に切り替えるようにしているので、より広範囲かつより高精度に出力歪みを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の歪補償回路に係るブロック回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイアス電圧の切り替え処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明による入出力特性の改善例を示すグラフである。
【図４】ＲＦ信号を利用した通信に用いられるパワーアンプの入出力特性等を示すグラフである。
【図５】従来の歪補償回路に係るブロック回路図である。
【符号の説明】
１  リニアライザ（ダイオードリニアライザ）
２  バッファアンプ
３  パワーアンプ
４  分配器
５  検波器
６  比較器
１１  切替器
Ｒｂ１、Ｒｂ２  バイアス抵抗
Ｄ  ダイオード
【図１】
2004343296.tif 000003
【図２】
2004343296.tif 000004
【図３】
2004343296.tif 000005
【図４】
2004343296.tif 000006
【図５】
2004343296.tif 000007