(57)【要約】【課題】主増幅器の利得を安定させることのできる小規模且つ安価な高周波増幅装置を提供する。【解決手段】分配器１１によって入力信号を二つの経路に分配し、一方の経路において入力信号を主増幅器１３で増幅し、他方の経路において遅延器１４によって主増幅器１３での増幅に要する時間だけ入力信号を遅延し、主増幅器１３の利得と同一の結合量の方向性結合器１５を用いて、両経路の信号を逆相で合成し、ベクトル制御部１８において、合成結果における基本波成分のレベルに基づき、当該レベルが最小となるよう主増幅器に入力される入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、当該減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整部１２に出力して主増幅器１３の前段でベクトル調整を行う高周波増幅装置である。【選択図】        図１
2004312527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２つのルートに分配する分配器と、
分配された一方のルートに設けられ、制御信号により入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うベクトル調整部と、
前記一方のルートにおいて前記ベクトル調整部の後段に設けられ、入力信号の増幅を行う主増幅器と、
分配された他方のルートに設けられ、前記主増幅器において増幅に要する時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延器と、
前記主増幅器の利得と同一量の結合量を有し、前記主増幅器によって増幅された信号と、前記遅延器によって遅延された信号とを逆相で合成し、合成結果を一方の出力ポートから出力し、他方の出力ポートから前記主増幅器によって増幅された信号を出力する方向性結合器と、
前記方向性結合器から出力された合成結果の基本波成分のレベル値に基づき、当該基本波成分のレベル値が最小となるような前記入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、前記減衰量及び位相調整量を反映した制御信号を前記ベクトル調整部に出力するベクトル制御部とを備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
【請求項２】
入力信号を２つのルートに分配する結合器と、
分配された一方のルートに設けられ、制御信号により入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うベクトル調整部と、
前記一方のルートにおいて前記ベクトル調整部の後段に設けられ、入力信号の増幅を行う主増幅器と、
分配された他方のルートに設けられ、前記主増幅器において増幅に要する時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延器と、
前記結合器の結合量と前記主増幅器の利得との和と同一量の結合量を有し、前記主増幅器によって増幅された信号と、前記遅延器によって遅延された信号とを逆相で合成し、合成結果を一方の出力ポートから出力し、他方の出力ポートから前記主増幅器によって増幅された信号を出力する方向性結合器と、
前記方向性結合器から出力された合成結果の基本波成分のレベル値に基づき、当該基本波成分のレベル値が最小となるような前記入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、前記減衰量及び位相調整量を反映した制御信号を前記ベクトル調整部に出力するベクトル制御部を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
【請求項３】
ベクトル制御部は、方向性結合器から出力された合成結果の歪成分のレベル値に基づき、当該歪成分を補償するような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、前記減衰量及び位相調整量を反映した制御信号を前記ベクトル調整部に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信において高周波信号の増幅を行う高周波増幅装置に係り、特に安定した利得で信号を増幅できる小規模且つ安価な高周波増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の無線通信システムでは、一般にメガヘルツ又はギガヘルツ帯の高周波の無線信号を用いて無線通信を行う。無線通信システムの基地局及び中継局では、遠方へ無線信号を送信するために、無線信号を増幅して送信する必要がある。このため上記基地局及び中継局には、無線信号を増幅するための高周波増幅装置が備えられている。
【０００３】
多チャネルの無線信号が一度に入力される等、高レベルの入力信号を増幅するような場合、当該装置で用いる増幅器（アンプ）の非線形特性に伴って、僧服器が飽和し、増幅器の利得の安定を保つことが難しくなる。これにより、無線信号の品質が劣化し、携帯電話では通話エリアの確保が困難となる。
このため従来の高周波増幅装置は、増幅器の入出力レベルに基づいて増幅器の利得を監視及び制御することにより、増幅器の利得の安定化を図っている。
【０００４】
アンプの利得の安定化を図る高周波増幅装置として、平成６年７月１５日公開の特開平６―１９６９３９号「高周波パワーアンプの歪み補償回路」（出願人：ソニー株式会社、発明者：佐藤秀明他）が提案されている。
【０００５】
上記回路は、高周波パワーアンプの入力信号レベルを調整する可変利得回路と、高周波パワーアンプへの入力信号を検波して対数変換した結果と、高周波パワーアンプの出力信号を減衰して検波し、さらに対数変換した結果との差信号を算出することで高周波パワーアンプの利得を検出する利得検出回路と、利得検出回路の利得に基づいて可変利得回路の制御電圧を供給するループフィルタを設け、高周波パワーアンプの非線形歪みを負帰還で補償するようにしたもので、十分なループ利得を得ることができ、しかも温度特性や経時劣化の影響を受けずに歪みを補償することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１９６９３９号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の高周波増幅装置では、主増幅器の利得を安定させるために、回路規模及び製造コストが増大するという問題点があった。
ここで、従来の一般的な高周波増幅装置と、その利得監視及び制御方法について、図を用いて説明する。
まず、従来の一般的な高周波増幅装置について説明する。図６及び図７は、携帯電話システムの構成図であり、図６は中継局を用いた携帯電話システムの構成図を、図７は子局を用いた携帯電話システムの構成図を示している。
【０００８】
図６において、中継局６２は、基地局６１と携帯端末６３との間の無線通信の中継を行う。中継局６２には、アンテナ部６２１、６２６と、フィルタ部６２２、６２５と、増幅器６２３、６２４とが設けられており、これらの構成によって高周波増幅装置が形成される。このうちフィルタ部６２２、６２５は、中継局６２での受信信号を無線通信で使用する周波数帯域に帯域制限するものである。
【０００９】
中継局６２において、基地局６１からの下り方向の信号は、アンテナ部６２１で受信され、フィルタ部６２２で帯域制限が行われた後、増幅器６２３でレベルの増幅が行われる。増幅された受信信号は、フィルタ部６２５で帯域制限を行われ、アンテナ部６２６を介して携帯端末６３へ無線送信される。
また、携帯端末６３からの上り方向の信号は、アンテナ部６２６で受信され、フィルタ部６２４で帯域制限が行われた後、増幅器６２５でレベルの増幅が行われる。増幅された受信信号は、フィルタ部６２２で帯域制限を行って、アンテナ部６２１を介して基地局６３へ無線送信される。
【００１０】
また、図７において、子局６５は、基地局（親局）６４と同軸ケーブル等の有線で接続されており、基地局６４との間では有線による通信を、携帯端末６３との間では無線通信を行うことで、基地局６４と携帯端末６３との通信中継を行う。図７において、基地局６４は、基地局変復調装置（ＭＤＥ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）であってもよい。
子局６５には、増幅器６５１、６５２と、フィルタ部６５３と、アンテナ部６５４とが設けられており、これらの構成によって高周波増幅装置が形成される。フィルタ部６５３は、図６のフィルタ部６２２、６２５と同様、子局６２での受信信号を無線通信で使用する周波数帯域に帯域制限するものである。
【００１１】
子局６５において、基地局６４からの下り方向の信号は、有線によって増幅部６５１に入力されて増幅が行われた後、フィルタ部６５３で帯域制限が行われ、アンテナ部６５４を介して携帯端末６３へ無線送信される。
また、携帯端末６３からの上り方向の信号は、アンテナ部６５４で受信され、フィルタ部６５３で帯域制限が行われた後、増幅器６５２でレベルの増幅が行われる。増幅された受信信号は、基地局６４へ有線送信される。
図７に示す子局は、特にビル、山間部等の無線信号の不感地帯に設置されるものであり、これにより不感地帯にも無線通信サービスを提供することができる。
【００１２】
次に、従来の一般的な高周波増幅装置における利得監視及び制御方法について、図８〜図１３を用いて説明する。
高周波増幅装置で用いる増幅器の利得監視の方法としては、増幅器の入出力レベルを監視する方法が一般的である。この場合の利得監視方法の原理について、図８を用いて説明する。図８は、高周波増幅装置において入力信号を増幅して出力する目的で用いられる主増幅器８１の構成を示した図である。
例えば主増幅器８１の入力端子からＡｄＢｍの入力信号が入力され、入力信号の増幅を行われた結果、（Ａ＋α）ｄＢｍの出力信号を出力端子から出力されたとする。このとき、増幅によって増加したレベルαｄＢｍが、主増幅器８１の利得であり、主増幅器８１の入力信号と出力信号のレベル差を検出することで、主増幅器８１の利得を監視できる。
【００１３】
図９は、主増幅器８１の利得を監視する高周波増幅装置の構成ブロック図である。図９の高周波増幅装置は、主増幅器８１の前段に結合器８２を設けており、さらに結合器８２には、増幅器８２、検波器８４及びＡ／Ｄ変換器８５とが連続して接続されている。ここで増幅器８２は、検波器８４において入力信号を検波できるレベルにまで増幅する目的で設けられているものであり、利得値が固定されている。また、検波器８４に、ダイナミックレンジの広いログアンプを用いる場合には、増幅器８２は不要である。
また、図９の高周波増幅装置は、主増幅器８１の後段に結合器８６を設けており、さらに結合器８６には、検波器８７及びＡ／Ｄ変換器８８とが連続して接続されている。
【００１４】
図９の高周波増幅装置では、入力端子から入力信号が結合器８２に入力されると、主増幅器８１及び増幅器８２に分岐して出力される。このうち増幅器８２に出力された入力信号は、増幅器８２でレベルの増幅が行われ、検波器８４で検波されて、Ａ／Ｄ変換器８５でデジタル変換され、デジタルデータの入力信号のレベル値（入力レベル）が求められる。
【００１５】
また、主増幅器８１で増幅され、出力された出力信号は、結合器８６に入力されると、出力端子及び検波器８７に分岐して出力される。このうち検波器８７に出力された出力信号は、検波器８７で検波が行われ、さらにＡ／Ｄ変換器８８でデジタル変換されて、デジタルデータの出力信号のレベル値（出力レベル）が求められる。
【００１６】
図９の高周波増幅装置は、入力レベルと出力レベルを参照し、これらのレベル差を検出することで主増幅器８１の利得を監視できる。入力レベルに対する主増幅器８１の利得の理想値が予め分かっている場合には、入力レベル及び出力レベルを参照することによって、主増幅器の利得が正常か否かを判定でき、出力レベルが変化した場合には、利得可変器（図示せず）を用いて主増幅器への入力レベルを調整するなどの制御を行って、主増幅器の線型性を保つことができる。
【００１７】
また、図１０は、ダイナミックレンジが広域となる場合に対応して主増幅器８１の利得を監視できる高周波増幅装置の構成ブロック図である。図１０の高周波増幅装置は、結合器８６と検波器８７との間に減衰器（図ではＡＴＴ）８９を設けた点が図９の高周波増幅装置の構成と異なる。
図１０の高周波増幅装置では、主増幅器の出力信号は、結合器８６から分岐して出力端子及び減衰器８９に出力される。出力信号は減衰器８９においてレベルが減衰されたのち、検波器８７で検波されて、Ａ／Ｄ変換器８８でデジタル変換されて出力レベルが求められる。
図１０の高周波増幅装置は、出力信号を減衰させて出力レベルを求めることによって、歪みや雑音が発生することなく入力信号を増幅することのできるレベル範囲であるダイナミックレンジが広域となるよう要求される環境においても、利得を監視して、主増幅器の線型性を保つことができる、
【００１８】
ところで、実際の無線通信システムでは、送信信号のレベルが不安定であったり、フェージング等の影響を受けることで、高周波増幅装置への入力信号のレベルが瞬時に変動することがある。特に、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）や多値ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）による変調方式による無線通信では、伝送情報量が多大となるため、入力信号が瞬時に且つ大幅に変動する傾向がある。
【００１９】
上述した従来の一般的な高周波増幅装置は、大幅な変動をカバーするダイナミックレンジに対応できておらず、仮に対応できたとしても、主増幅器の入力側及び出力側で複数種のデバイスを必要とするため、各デバイスの入出力特性のばらつきや、温度又は経年劣化による特性の変化によって、利得を安定して監視できない他、デバイスを設けたことによって回路規模及び消費電力が増大するという問題点がある。
【００２０】
また、従来の一般的な高周波増幅装置は、入力信号の瞬時のレベル変動に対応して正確な利得値を監視することができない。この現象について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１は、入力レベルが瞬時に変動する場合の入力レベルの時間的変化を表したグラフ図であり、縦軸はレベルを、横軸は時間を示している。
【００２１】
ここで図１０の高周波増幅装置に対し、時間ｔ１に急峻なレベルの入力信号が入力されたとする。通常増幅器では、信号の増幅に所定の時間を要し、信号の入力後所定時間だけ遅延して出力信号が出力される。図１０の主増幅器８１における遅延時間をτとすると、時間ｔ１の入力信号に対応する出力信号は、遅延時間τだけ経過した後の時間ｔ２において出力される。
【００２２】
ところが図１１に示されるように、遅延時間τの間にも入力信号のレベルは大きく変動しており、時間ｔ２における入力信号のレベルは、時間ｔ１のレベルよりも大幅に小さいものとなっている。したがって時間ｔ２における主増幅器８１の利得の監視を行おうとしても、求められる入力レベルと出力レベルとは互いに対応したものとはならず、高周波増幅装置は、時間ｔ２における正確な利得値を監視することができない。
【００２３】
主増幅器８１における正確な利得値を監視できないことに起因して、高周波増幅装置に誤動作が起きる場合がある。通常、誤動作を防止するため、高周波増幅装置は、主増幅器８１の利得の平均値を求め、当該利得の平均値が予め設定された閾値を越えた場合に警告を発したり、または利得の誤差を補償するような制御を行っている。しかしながら上記制御を行う場合でも、異常の検出から数秒程の時間を要するため、この間にも誤動作の発生するおそれがあり、高周波増幅装置の安定性及び信頼性を保証できるものとはなっていない。
【００２４】
入力レベルの瞬時且つ大幅な変動に対応して主増幅器の利得を監視するため、利得監視用のパイロット信号を用いて利得監視を行う高周波増幅装置が従来から用いられている。図１２は、パイロット信号を用いて利得監視を行う高周波増幅装置の構成ブロック図である。
図１２の高周波増幅装置は、結合器８２に増幅器９０、パイロット信号生成部９１とが連続して接続されており、また結合器８６と検波器８７との間に、フィルタ９２を設けた点が図９及び図１０の高周波増幅装置の構成と異なる。また、パイロット信号生成部９１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）９１１と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）９１２と、Ｔｃｘｏ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｘｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償水晶発振回路）９１３とから構成されている。
【００２５】
図１２の高周波増幅装置のパイロット信号生成部９１において、ＶＣＯ９１２はパイロット信号を発振するものであり、Ｔｃｘｏ９１３はパイロット信号の位相を決定する制御信号を発振するものである。そしてＰＬＬ９１１は、ＶＣＯ９１２との回路のループを制御し、Ｔｃｘｏ９１３からの制御信号の位相に同期させて、ＶＣＯ９１２のパイロット信号を発振させ、増幅器９０に出力する。ＶＣＯ９１２で発振されるパイロット信号は、無線通信の通信周波数帯域内の信号である。
【００２６】
パイロット信号生成部９１１で生成されたパイロット信号は、増幅器９０で増幅された後、結合器８２に出力される。結合器８２に出力されたパイロット信号は、同じく結合器８２に入力される入力信号と合成されて、主増幅器８１に入力される。増幅器９０は固定の利得値を有する増幅器であり、増幅器９０で増幅されるパイロット信号のレベルは、主増幅器８１のダイナミックレンジ内の規定のレベル値である。
【００２７】
主増幅器８１で増幅され、出力された出力信号は、結合器８６に入力されると、出力端子及びフィルタ９２に分岐して出力される。フィルタ９２に出力された出力信号は、フィルタ９２において通信周波数帯への帯域制限が行われ、検波器８７で検波された後、Ａ／Ｄ変換器８８でデジタル変換されて、出力レベルが求められる。
【００２８】
図１２の高周波増幅装置では、出力レベルのうち、パイロット信号に対応する出力レベルを参照することにより、主増幅器８１の利得を監視する。主増幅器８１への入力時のパイロット信号は、規定のレベルの信号であるため、入力時のパイロット信号のレベルが分かっていれば、入力信号のレベルによらず、主増幅器８１の利得を監視することができる。
上記パイロット信号を用いた利得監視方法は、入力信号のレベルが瞬時に且つ大幅に変動する場合や、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）通信方式のように、入力信号がランダム且つバースト状に発生するため、入力信号との同期を図ることが困難な場合に有効である。
【００２９】
しかしながら、上記パイロット信号を用いて利得監視を行う高周波増幅装置は、ＶＣＯ９１１やＰＬＬ９１２等のように、パイロット信号を生成するための高価な部品が必要となるため、製造コストが増大するという問題点がある。また、パイロット信号生成のための構成を設けることにより、回路規模及び消費電力が増大するという問題点がある。
上述したように、従来の一般的な高周波増幅装置は、主増幅器の利得を安定させるために、利得監視を行う構成を新たに設ける必要があるため、当該構成を設けることによって回路規模や消費電力が増大し、製造コストも増大するという問題点があった。
【００３０】
一方、近年の移動通信用基地局のマルチキャリア共通増幅装置として、歪補償を行う高周波増幅装置が用いられている。上記歪補償を行う高周波増幅装置としては、フィードフォワード方式（以下、ＦＦ方式）の増幅装置やプリディストーション方式（以下、ＰＤ方式）の増幅装置が多用されている。
ＦＦ方式の増幅装置は、主増幅器で増幅された出力信号と入力信号とを逆相で合成し、主増幅器の非線型性に起因して発生する歪を検出するための歪検出ループと、検出された歪と出力信号とを逆相で合成して歪を補償するための歪補償ループとを備えた増幅装置である。また、ＰＤ方式の増幅装置は、出力信号から抽出した歪成分のレベルに基づき、出力信号に歪が発生しないよう入力信号の減衰又は位相調整を行うことで、歪補償を行う増幅装置である。
【００３１】
特にこれまで（第３世代（ＩＭＴ−２００））の携帯電話の通信システムにおいては、主増幅器の利得が安定しやすい理由で、ＦＦ方式の増幅装置が活用されてきた。また、ＦＦ方式の増幅装置は、パイロット信号を用いた歪補償の制御が可能である。つまり、ＦＦ方式の増幅装置は、主増幅器の前段で入力信号に対してパイロット信号を合成して増幅し、歪補償後の信号に含まれる当該パイロット信号成分のレベル値に基づいて、入力信号の減衰又は位相調整を行うことで、歪補償の制御を行う。
【００３２】
しかしながら、ＦＦ方式の増幅装置は構成上、歪補償ループで信号レベルの損失が発生するため、高効率での増幅が要求される通信環境には適さない。したがって最近では、レベルの損失の少ないＰＤ方式の増幅装置が見直されてきている。
【００３３】
図１３は、従来の一般的なＰＤ方式の高周波増幅装置の構成ブロック図である。図１３の高周波増幅装置は、主増幅器８１と、方向性結合器９３と、ミキサ９４と、フィルタ９５と、増幅器９６と、検波器９７とから構成されている。また、図１３に併せて示されているグラフは、高周波増幅装置を構成する各デバイスにおける信号のスペクトラム波形を表している。
【００３４】
図１３の高周波増幅装置では、主増幅器８１において増幅された出力信号は、方向性結合器９２の入力端子ａに入力され、そのまま出力ポートｃから外部へ出力される一方、出力ポートｂからミキサ９４に出力される。また、方向性結合器９２における出力ポートｄには、終端抵抗（図示せず）が接続されている。
ミキサ９４は、通信周波数のローカル信号と出力信号との合成を行って、合成結果をフィルタ９５に出力する。ミキサ９４においてローカル信号が合成された出力信号は、スペクトラム波形に示されるように、通信周波数である基本波成分（グラフ中央の最長の線）のレベルが増幅される。また、当該出力信号には、主増幅器８１の増幅により、基本波成分の周囲の帯域に歪成分が発生している。
【００３５】
フィルタ９５は、合成結果に対し、基本波成分の周波数以外の信号成分のみを透過させる帯域制限を行い、増幅器９６に出力する。フィルタ９５で帯域制限の行われた出力信号は、スペクトラム波形に示されるように、歪成分が残った状態となる。
歪成分のみ透過された出力信号は、増幅器９６によって増幅された後、検波器９７によって検波が行われ、レベルが求められる。図１３の高周波増幅装置は、検波器９７で求められた歪成分のレベルに基づいて、歪成分のレベルを低減するよう、入力信号の減衰又は位相調整を行う。
【００３６】
これら歪補償を行う増幅装置においても、主増幅器の利得を安定させた状態に保つことで、歪の発生を防止でき、増幅装置の安定性及び信頼性を向上できる。
しかしながら、ＰＤ方式の増幅装置は、主増幅器の利得が安定しやすいＦＦ方式の増幅装置と異なり、主増幅器の利得を安定に保つためには、主増幅器の利得監視が必要となる。
さらに、ＰＤ方式の増幅装置は、増幅対象となる信号のレベルに基づいて歪検出及び歪補償を行う構成のため、パイロット信号を用いることはできない。したがってＰＤ方式の増幅装置は、図１３に示すように、出力信号から歪を抽出し、歪のレベルを監視する必要がある。
【００３７】
しかし、図１３において歪を抽出するためには、ミキサ９４にはインターセプトポイントの高さ、すなわち妨害波の影響の受けにくさが要求され、高レベルのローカル信号との合成によって、基本波成分のレベルを増幅させるようにしなければならない。
またフィルタ９５には透過対象外の周波数帯を確実に減衰できる能力が要求されるため、これらの部品が高額となり、結果として高周波増幅装置の製造コストが増大するという問題点があった。
【００３８】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、安定した利得で信号を増幅できる小規模且つ安価な高周波増幅装置を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、高周波増幅装置において、入力信号を２つのルートに分配する分配器と、分配された一方のルートに設けられ、制御信号により入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うベクトル調整部と、一方のルートにおいてベクトル調整部の後段に設けられ、入力信号の増幅を行う主増幅器と、分配された他方のルートに設けられ、主増幅器において増幅に要する時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延器と、主増幅器の利得と同一量の結合量を有し、主増幅器によって増幅された信号と、遅延器によって遅延された信号とを逆相で合成し、合成結果を一方の出力ポートから出力し、他方の出力ポートから主増幅器によって増幅された信号を出力する方向性結合器と、方向性結合器から出力された合成結果の基本波成分のレベル値に基づき、当該基本波成分のレベル値が最小となるような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整部に出力するベクトル制御部とを備えたものであり、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させることができる。
【００４０】
また、上記高周波増幅装置において、ベクトル制御部は、方向性結合器から出力された合成結果の歪成分のレベル値に基づき、当該歪成分を補償するような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整部に出力するものであり、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させ、且つ主増幅器で発生する歪を補償することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る高周波増幅装置は、入力信号を二つの経路に分配し、一方の経路において入力信号を主増幅器で増幅し、他方の経路において主増幅器での増幅に要する時間だけ入力信号を遅延し、主増幅器の利得と同一の結合量の方向性結合器を用いて、両経路の信号を逆相で合成し、合成結果における基本波成分のレベルに基づき、当該レベルが最小となるよう主増幅器に入力される入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うものであり、これにより小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させることができる。
【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る他の高周波増幅装置は、上記高周波増幅装置において、合成結果における歪成分のレベルに基づき、当該歪成分を補償するよう主増幅器に入力される入力信号のベクトル調整を行うものであり、これにより小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させ、且つ主増幅器で発生する歪を補償することができる。
尚、請求項におけるベクトル調整部は、図のベクトル調整部及びＰＤ部に相当する。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態の高周波増幅装置（以下、第１の増幅装置）の構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１の増幅装置の構成ブロック図である。また、図１に併せて示されているグラフは、第１の増幅装置を構成する各部における信号のスペクトラム波形を表している。
第１の増幅装置は、基地局又は中継局等において無線通信対象の高周波の入力信号を主増幅器１３で増幅し、出力するものである。
【００４４】
第１の増幅装置は、図１に示すように、分配器１１と、ベクトル調整部１２と、主増幅器１３と、遅延器１４と、方向性結合器１５と、検波器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７と、ベクトル制御部１８を備えている。また、第１の増幅装置において、分配器１１と方向性結合器１５との間で、ループを形成している。
【００４５】
次に、第１の増幅装置の各部について説明する。
分配器１１は、第１の増幅装置の入力端子から入力されたアナログで高周波の入力信号を、ベクトル調整器１２と遅延器１４の二つの経路に分配して出力する。
ベクトル調整器１２は、ベクトル制御部１８から出力される制御信号に基づいて、入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行う。ベクトル調整器１２は、減衰器及び移相器を内蔵するような構成としてもよい。
【００４６】
主増幅器１３は、ベクトル調整部１２で調整された入力信号の増幅を行い、方向性結合器１５の第１の入力ポートに出力する。
遅延器１４は、分配器１１から出力された入力信号を規定時間遅延した後、方向性結合器１５の第２の入力ポートに出力する。遅延器１４は、他方の経路において入力信号が主増幅器１３における増幅によって遅延するため、両経路で方向性結合器１５への入力信号の出力を同期させるために設けられている。
【００４７】
方向性結合器１５は、第１の入力ポートに入力された増幅後の入力信号を、第１の出力ポートから出力信号として出力する。出力信号は第１の増幅装置の端子から外部へ出力される。
また、方向性結合器１５は、第１の入力ポートに入力された増幅後の入力信号と、第２の入力ポートに入力された入力信号とを逆相で合成し、合成結果を第２の出力ポートを介して、検波器１６へ出力する。
【００４８】
尚、方向性結合器１５の結合量は、主増幅器１３に必要な利得と同一量である。つまり主増幅器１３の利得が３０ｄＢである場合、方向性結合器１５の結合量は３０ｄＢとなる。したがって、結合器１５から出力される出力信号のレベルは、増幅後の入力信号のレベルと同一となる。
【００４９】
検波器１６は、方向性結合器１５の第２の出力ポートから出力された合成後の入力信号を検波し、検波結果をＡ／Ｄ変換器１７に出力する。
Ａ／Ｄ変換器１７は、検波器１６における検波結果をデジタル変換し、デジタルデータの検波結果をベクトル制御部１８に出力する。
【００５０】
ベクトル制御部１８は、デジタルデータの検波結果に含まれる入力信号のうち、通信周波数の基本波成分のレベルに基づいて、入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、当該減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整器１２に出力する。
ベクトル制御部１８は、基本波成分のレベル値と、入力信号の減衰量及び位相調整量を対応付けて記憶したテーブルを内蔵しており、当該テーブルから対応する減衰量及び位相調整量を読み出すことで、減衰量及び位相調整量の特定を行う。
テーブルに記憶されている減衰量及び位相調整量は、方向性結合器１５での合成後の基本波成分のレベル値が最小となるような値となっている。
【００５１】
第１の増幅装置において、ベクトル調整部１２が減衰器及び移相器を内蔵する構成であるような場合には、ベクトル制御部１８は、減衰量を反映する制御信号を減衰器に、位相調整量を反映する制御信号を移相器にそれぞれ出力するようにしてもよい。
【００５２】
次に、第１の増幅装置の動作について図１を用いて説明する。
基地局又は中継局のアンテナで受信され、増幅装置の入力端子から入力された入力信号は、第１の増幅装置において、まず分配器１１に出力される。分配器１１は、入力信号をベクトル調整部１２の経路と、遅延器１４の経路の二つの経路に分配して出力する。
分配器１１に入力される入力信号のスペクトラム波形は、グラフ（ａ）に示すように、通信周波数である基本波成分のスペクトルが現れる波形となる。
【００５３】
分配器１１からベクトル調整部１２への経路へ分配された入力信号は、ベクトル調整部１２によって、後述するベクトル調整が行われ、さらに主増幅器１３によってレベルが増幅される。主増幅器１３で増幅されると、入力信号には主増幅器１３の非線形特性による歪が発生し、スペクトラム波形のグラフ（ｂ）には、基本波成分の近傍の周波数に歪成分のスペクトルが現れる。
主増幅器１３で増幅された入力信号は、方向性結合器１５の第１の入力ポートに入力される。
【００５４】
また、分配器１１から遅延器１４のルートへ分配された入力信号は、遅延器１４によって、主増幅器１３の増幅に要する時間だけ遅延された後、方向性結合器１６の第２の入力端子に入力される。入力信号が遅延器１４で遅延されることで、方向性結合器１６の第１及び第２の入力ポートには、入力信号が同期して入力される。
遅延器１４から出力される入力信号のスペクトラム波形は、グラフ（ｃ）に示される通りになるが、グラフ（ａ）と同様、基本波成分のスペクトルのみの波形となる。
【００５５】
主増幅器１３からの増幅された入力信号と、遅延器１４からの入力信号は、方向性結合器１５において逆相で合成される。方向性結合器１５における合成によって、増幅された入力信号中の基本波成分が相殺され、歪成分が第２の出力ポートを介して検波器１６へ出力される。第２の出力ポートから出力される合成後の入力信号のスペクトラム波形は、グラフ（ｅ）に示される通りになる。
【００５６】
また方向性結合器１５では、増幅された入力信号は、出力信号として第１の出力ポートを介して第１の増幅装置の端子から外部へ出力される。また、出力信号のスペクトラム波形は、グラフ（ｄ）に示される通りになる。
方向性結合器１５の結合量は、主増幅器１３で必要となる利得と同一量であるため、方向性結合器１５から出力される出力信号のレベルは、増幅後の入力信号のレベルと同一となる。
【００５７】
方向性結合器１５から出力された合成後の入力信号は、検波器１６によって検波され、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル変換されて、ベクトル制御部１８に出力される。
ベクトル制御部１８は、検波器１６及びＡ／Ｄ変換器１７によって求められた、デジタルデータの検波結果に含まれる基本波成分のレベル値に基づいて、内蔵されたテーブルを参照して、当該レベル値に対応する入力信号の減衰量及び位相調整量を読み出し、当該減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整器１２に出力する。
【００５８】
ベクトル調整器１２は、ベクトル制御部１８から出力された制御信号に基づいて、入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行う。すなわち、ベクトル調整器１２は、方向性結合器１５での合成結果における基本波成分のレベル値が最小となるよう、制御信号に反映された減衰量及び位相調整量だけ入力信号のベクトルを調整する。
【００５９】
第１の増幅装置で用いられるループは、フィードフォワード方式の歪検出ループに対応しており、当該ループによって合成結果における基本波成分を抽出し、基本波成分のレベル値を検出して、主増幅器１３の利得監視を行うことができる。また、レベル値の検出結果に基づいて、入力信号のベクトル調整を行って、主増幅器の利得を安定させることができる。
【００６０】
第１の増幅装置は、フィードフォワード方式の歪検出ループの構成を用いて主増幅器１３の利得監視及び利得の安定を図るものであり、利得監視のための構成が不要であるため、従来の高周波増幅装置よりも回路規模を縮小でき、さらに安価な部品によって実現できるため、製造コストも安価に抑えることができる。
また、第１の増幅装置は、フィードフォワード方式の歪補償ループは用いておらず、出力信号のレベルの損失を抑えることができるので、高効率での増幅が要求される通信環境に適している。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る高周波増幅装置（以下、第２の増幅装置）について、第１の増幅装置との相違点を中心に説明する。図２は、第２の増幅装置の構成ブロック図である。
第２の増幅装置は、第１の増幅装置における分配器１１の代わりに、結合器１９を用いて入力信号の分配を行う。結合器１９は、規定の結合量で入力信号の分配を行うものであり、結合器１９に入力された入力信号のうち、ベクトル調整部１２へ結合量分レベルを増加させて出力するものである。
例えば、結合器１９の結合量が１０ｄＢである場合には、結合器１９は、入力信号のレベルを１０ｄＢ増加させて、ベクトル調整部１２へ出力する。
【００６２】
また、第２の増幅装置において、方向性結合器１５は、第１の増幅装置と異なり、結合器１９の結合量と、主増幅器１３に必要な利得の和と同一の結合量によって、出力信号を出力するものである。
つまり、結合器１９の結合量が１０ｄＢ、主増幅器の利得が３０ｄＢであるとき、方向性結合器１５の結合量は４０ｄＢとなる。したがって、結合器１５から出力される出力信号のレベルは、主増幅器１３における増幅後の入力信号のレベルと同一となる。
【００６３】
ここで、第２の増幅装置における雑音特性について説明する。
受信機の能力を表すパラメータの一つに、雑音指数（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）がある。雑音指数とは、回路の入力信号のＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）と出力信号のＳＮ比の比であり、当該回路の雑音特性を表すものである。雑音指数の値が小さいほど、その回路の出力特性は優れていることになる。
ある増幅器の利得をＧ、当該増幅器への入力雑音をＮｉｎ、当該増幅器の雑音指数をＮＦとすると、当該増幅器の増幅で発生する雑音（出力雑音）Ｎｏは、Ｎｏ＝Ｎｉｎ×Ｇ＋ＮＦと表すことができる。
【００６４】
また、回路が複数の能動素子で構成される場合の回路全体の雑音指数は、入力信号に最も近い能動素子の雑音指数によってほぼ決まることが知られている。つまり、複数の能動素子で構成される回路について、入力信号に最も近い能動素子として、最も雑音指数が小さい能動素子を接続した場合には、その回路全体の雑音指数を最小にすることができる。
第２の増幅装置では、入力信号に最も近い能動素子として、結合器１９を接続している。したがって、結合器１９の結合量が主増幅器１３の利得よりも小さい場合には、第１の増幅装置よりも装置全体の雑音指数を低減でき、装置全体の出力特性を向上できる。
【００６５】
また、方向性結合器の挿入損失は、結合量が大きいほど小さくなることが知られている。つまり、主増幅器１３の利得が同一（３０ｄＢ）であれば、第１の増幅装置における方向性結合器１５（結合量３０ｄＢ）よりも、第２の増幅装置における方向性結合器１５（結合量４０ｄＢ）における挿入損失が小さい、すなわち増幅後の入力信号と出力信号との比が小さいことになる。
よって第２の増幅装置は、第１の増幅装置よりも方向性結合器１５による損失を低減できるため、入力信号を高効率で増幅し、出力することができる。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る高周波増幅装置（以下、第３の装置）について、第１の増幅装置との相違点を中心に説明する。図３は、第３の増幅装置の構成ブロック図である。
第３の増幅装置は、分配器１１の前段に前置増幅器（プリアンプ）２０を設けた点が、第１の増幅装置の構成と異なっている。前置増幅器２０は、主増幅器１３よりも利得の小さい増幅器であり、主増幅器１３の利得を調整するために設けられている。
【００６７】
つまり、第３の増幅装置では、主増幅器１３の利得値の調整量に応じた利得値の前置増幅器２０を分配器１１の前段に設けることで、ベクトル調整部１２におけるベクトル調整量を低減でき、主増幅器１３の利得の安定をさらに容易に行うことができる。また、前置増幅器２０は、主増幅器１３よりも利得が小さいため、第１の増幅装置よりも、増幅装置全体の雑音指数を低減でき、装置全体の出力特性を向上できる。
【００６８】
また、前置増幅器２０をＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能等の利得を可変できる可変増幅器とすることにより、主増幅器１３の利得調整量に応じて前置増幅器２０を取り替える必要がなくなり、さらに主増幅器１３の利得を監視しつつ前置増幅器２０の利得を調整できるため、主増幅器の利得の監視及び安定化を容易に行うことができる。
【００６９】
第３の増幅装置は、第１の増幅装置の構成に前置増幅器２０を設けたものであるが、第２の増幅装置についても応用できる。この場合、装置全体の雑音指数を低減するため、前置増幅器２０の利得は、結合器１９の結合量よりも小さい値であることが好適である。
【００７０】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る高周波増幅装置（以下、第４の増幅装置）について、第１の増幅装置との相違点を中心に説明する。図４は、第４の増幅装置の構成ブロック図である。
第４の増幅装置は、方向性結合器１５の第２の出力ポートに、ミキサ２１、増幅器２２及び検波器２３を連続して接続した点が、第１の増幅装置の構成と異なっている。また、検波器２３における検波結果は、ベクトル制御部１８´に出力される。
【００７１】
第４の増幅装置において、方向性結合器１５の第２の出力ポートから出力された合成後の入力信号は、検波器１６の他、ミキサ２１へ分岐して出力される。ミキサ２１には、合成結果の他に、通信周波数帯域外のローカル信号が入力され、合成後の入力信号と当該ローカル信号の合成を行って、合成結果を増幅器２２に出力する。合成結果のスペクトラム波形は、グラフ（ｆ）の通りになり、ミキサ２１における合成処理によって、歪成分を抽出することができる。
ミキサ２１の合成結果は、増幅器２２によって、検波器２３での検波ができるレベルにまで増幅された後、検波器２３によって検波される。検波器２３による検波結果、すなわち歪成分の信号波形は、ベクトル制御部１８´に出力される。
【００７２】
また、ベクトル制御部１８´は、第１の増幅装置におけるベクトル制御部１８と異なり、Ａ／Ｄ変換器１７からのデジタルデータである基本波成分のレベル値と、検波器２３からのアナログデータである歪成分の信号波形の電圧値に基づいて、入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、当該減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整器１２に出力する。
第４の増幅装置において、ベクトル制御部１８´は、主増幅器１３の利得を安定させるための減衰量及び位相調整量が記憶されたテーブルの他、歪成分の電圧値と、入力信号の減衰量及び位相調整量を対応付けて記憶したテーブルを内蔵しており、両テーブルから読み出した減衰量及び位相調整量を総合して、入力信号の減衰量及び位相調整量を特定する。
【００７３】
第４の増幅装置は、ミキサ２１、増幅器２２及び検波器２３を用いて、方向性結合器１５における合成後の歪成分を抽出し、ベクトル制御部１８´で当該歪成分の電圧値を検出する。
そしてベクトル制御部１８´は、基本波成分のレベル値及び歪成分の電圧値に基づいて、主増幅器１３の利得を安定し、且つ歪を補償することのできる減衰量及び移相調整量を特定し、ベクトル調整部１２に減衰量及び移相調整量が反映された制御信号を出力する。
したがって第４の増幅装置は、主増幅器１３の利得を安定させることができ、且つ主増幅器１３での増幅の際に発生する歪を補償できる。
【００７４】
また、第４の増幅装置で用いるミキサ２１は、通信周波数以外の信号成分を抽出することを目的とするものであるため、図１３に示すＰＤ方式で用いるミキサ９４よりも、低いインターセプトポイントで済み、低レベルのローカル信号との合成によって、歪成分の抽出を行うことができる。
また、第４の増幅装置は、歪成分の有無を検出するためには、ミキサ２１を用いて通信周波数以外の広い周波数帯域の信号成分を抽出すれば十分であり、透過対象外の周波数帯を確実に減衰できるようなフィルタは必要ない。
したがって第４の増幅装置は、安価な部品で実現できるため、製造コストを安価に抑えることができる。
【００７５】
次に、本発明の第５の実施の形態に係る高周波増幅装置（以下、第５の増幅装置）について、第４の増幅装置との相違点を中心に説明する。図５は、第５の増幅装置の構成ブロック図である。
第５の増幅装置は、ベクトル調整部１２の前段にＰＤ部２４を設けた点が、第４の増幅装置の構成と異なる。ＰＤ部２４は、ベクトル調整部１２と同様、ベクトル制御部１８´からの制御信号に基づいて、ベクトル調整による入力信号の減衰及び位相調整を行うものであるが、主増幅器１３で発生する歪を補償するために設けられており、ベクトル調整部１２とは減衰及び位相調整量の範囲が異なっている。
【００７６】
また、第５の増幅装置において、ベクトル制御部１８´は、検波器２３から出力される歪成分の信号波形の電圧値に基づいて、当該歪成分を補償するような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、特定された減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をＰＤ部２４に出力する。
【００７７】
第５の増幅装置によれば、ベクトル制御部１８´は、歪成分の有無の監視結果に基づいて、ＰＤ部２４における入力信号の減衰量及び位相調整量を制御しているため、利得の監視及び安定化とは独立して、主増幅器１３で発生する歪補償を効率よく行うことができる。
【００７８】
上述した第４及び第５の増幅装置は、第１の増幅装置に歪成分の有無を監視する構成を加えたものであるが、第２又は第３の増幅装置にも応用できる。
【００７９】
上述したように、本発明の実施の形態の高周波増幅装置によれば、入力信号を二つの経路に分配し、一方の経路において入力信号を主増幅器で増幅し、他方の経路において主増幅器での増幅に要する時間だけ入力信号を遅延し、主増幅器の利得と同一の結合量の方向性結合器を用いて、両経路の信号を逆相で合成し、合成結果における基本波成分のレベルに基づき、当該レベルが最小となるよう主増幅器に入力される入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うことにより、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させることができる効果がある。
【００８０】
また、上記高周波増幅装置において、合成結果における歪成分のレベルに基づき、当該歪成分を補償するよう主増幅器に入力される入力信号のベクトル調整を行うことにより、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させ、且つ主増幅器で発生する歪を補償することができる効果がある。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波増幅装置において、入力信号を２つのルートに分配する分配器と、分配された一方のルートに設けられ、制御信号により入力信号の減衰及び位相調整のベクトル調整を行うベクトル調整部と、一方のルートにおいてベクトル調整部の後段に設けられ、入力信号の増幅を行う主増幅器と、分配された他方のルートに設けられ、主増幅器において増幅に要する時間だけ入力信号を遅延して出力する遅延器と、主増幅器の利得と同一量の結合量を有し、主増幅器によって増幅された信号と、遅延器によって遅延された信号とを逆相で合成し、合成結果を一方の出力ポートから出力し、他方の出力ポートから主増幅器によって増幅された信号を出力する方向性結合器と、方向性結合器から出力された合成結果の基本波成分のレベル値に基づき、当該基本波成分のレベル値が最小となるような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整部に出力するベクトル制御部とを備えた高周波増幅装置としているので、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させることができる効果がある。
【００８２】
また、本発明によれば、上記高周波増幅装置において、ベクトル制御部は、方向性結合器から出力された合成結果の歪成分のレベル値に基づき、当該歪成分を補償するような入力信号の減衰量及び位相調整量を特定し、減衰量及び位相調整量を反映した制御信号をベクトル調整部に出力する高周波増幅装置としているので、小規模且つ安価で主増幅器の利得を安定させ、且つ主増幅器で発生する歪を補償することができる効果がある。
【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高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図６】中継局を用いた携帯電話システムの構成図である。
【図７】子局を用いた携帯電話システムの構成図である。
【図８】高周波増幅装置において用いられる主増幅器８１の構成を示した図である。
【図９】主増幅器８１の利得を監視する高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図１０】ダイナミックレンジが広域となる場合に対応して主増幅器８１の利得を監視できる高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図１１】入力レベルが瞬時に変動する場合の入力レベルの時間的変化を表したグラフ図である。
【図１２】パイロット信号を用いて利得監視を行う高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【図１３】従来の一般的なＰＤ方式の高周波増幅装置の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１１…分配器、  １２…ベクトル調整部、  １３，８１…主増幅器、  １４…遅延部、  １５，９３…方向性結合器、  １６，２３，８４，８７，９７…検波器、  １８，１８´…ベクトル制御部、  １９，８２，８６…結合器、  ２０…前置増幅器、  ２１，９４…ミキサ、  ２２，８３，９０，９６…増幅器、  ２４…ＰＤ部、  ６１，６４…基地局、  ６２…中継局、  ６３…携帯端末、  ６５…子局、  ８９…減衰器、  ９１…パイロット信号生成部、  ９２，９５…フィルタ
【図１】
2004312527.tif 000003
【図２】
2004312527.tif 000004
【図３】
2004312527.tif 000005
【図４】
2004312527.tif 000006
【図５】
2004312527.tif 000007
【図６】
2004312527.tif 000008
【図７】
2004312527.tif 000009
【図８】
2004312527.tif 000010
【図９】
2004312527.tif 000011
【図１０】
2004312527.tif 000012
【図１１】
2004312527.tif 000013
【図１２】
2004312527.tif 000014
【図１３】
2004312527.tif 000015