(57)【要約】【課題】  本発明は、無線通信システムの構成要素である通信衛星、無線基地局その他の無線局において、送信されるべき無線信号を電力増幅する増幅装置に関し、構成が煩雑化することなく、かつ実装や消費電力にかかわる制約に妨げられることなく適応型歪み補償が精度よく達成されることを目的とする。【解決手段】  一つが終端された４つの入力端子を有し、これらの入力端子の内、終端されていない入力端子に個別に入力された無線周波信号を４つの出力端子に分配合成する第一の分配合成手段と、４つの出力端子を介して供給された無線周波信号を個別に増幅する４つの増幅手段と、４つの出力端子を有し、これらの出力端子に、４つの増幅手段によって出力された無線周波信号を分配合成する第二の分配合成手段とを備えて構成される。【選択図】      図１
2005086527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つが終端された４つの入力端子を有し、これらの入力端子の内、終端されていない入力端子に個別に入力された無線周波信号を４つの出力端子に分配合成する第一の分配合成手段と、
前記４つの出力端子を介して供給された無線周波信号を個別に増幅する４つの増幅手段と、
４つの出力端子を有し、これらの出力端子に、前記４つの増幅手段によって出力された無線周波信号を分配合成する第二の分配合成手段と
を備えたことを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅装置において、
前記４つの増幅手段によって個別に増幅されるべき無線周波信号に、前記第二の分配合成手段が有する４つの出力端子の内、前記第一の分配合成手段の何れかの終端された入力端子に対応する特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、歪みを重畳する歪み重畳手段を備えた
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項３】
請求項２に記載の増幅装置において、
前記特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、前記４つの増幅手段によって個別に増幅されるべき無線周波信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する振幅位相可変手段を備えた
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項４】
請求項２に記載の増幅装置において、
前記特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、前記第一の分配合成手段の入力端子の内、前記終端された入力端子以外の入力端子に個別に入力されるべき無線周波信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する振幅位相可変手段を備えた
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項５】
請求項１に記載の増幅装置において、
前記第一の分配合成手段の入力端子の内、前記終端された入力端子以外の入力端子に個別に入力されるべき無線周波信号をベースバンド領域で示すベースバンド信号を周波数変換し、これらの無線周波信号を生成する周波数変換手段と、
前記ベースバンド信号に、前記第二の分配合成手段が有する４つの出力端子の内、前記第一の分配合成手段の何れかの終端された入力端子に対応する特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、前記ベースバンド領域において歪みを重畳する歪み重畳手段とを備えた
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項６】
請求項５に記載の増幅装置において、
前記特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、前記ベースバンド信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の増幅装置において、
前記第一の分配合成手段と前記第二の分配合成手段との双方もしくは何れか一方は、
４つの９０度ハイブリッドの集合として構成された
ことを特徴とする増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの構成要素である通信衛星、無線基地局その他の無線局において、送信されるべき無線信号を電力増幅する増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信サービス等の無線通信サービスを提供する無線通信システムの無線基地局や通信衛星の送信部には、一般的に、厳しい小型化の要求を満たすために、複数の無線信号を共通増幅するマルチポート増幅器その他の電力増幅器が備えられる。
このマルチポート増幅器は、例えば、後述する「特許文献１」に示されるように、トラフィックの変動に柔軟に対応可能であり、かつ限られた電力を有効に利用できるために、通信衛星に積極的に搭載されている。さらに、マルチポート増幅器は、近年、地上無線サービスに対しても適用が提案されている空間分割多重方式により複数のアンテナを用いて通信容量を増加させる「ＭＩＭＯ技術」にも適している。
【０００３】
また、マルチポート増幅器に適用される固体増幅器（ＳＳＰＡ）あるいはＴＷＴ増幅器は、一般に、入力信号の電力の増加に応じて出力レベルが飽和出力に近づくにつれて電力効率が上昇する特性を有するが、複数の無線信号を増幅する場合には、固有の非線形性に起因してこれらの無線信号の相互変調歪みが発生するために、干渉や妨害の要因となり得る。したがって、共通増幅に供される高出力の増幅器は、上述した相互変調歪みに起因する回線品質や伝送品質の低下を回避するために飽和点からバックオフした線形性の良い動作点で運用される。
【０００４】
さらに、増幅器の電力効率は、飽和出力時には４０パーセント以上であるにもかかわらず、このようなバックオフ動作時は数パーセントないし１０パーセント程度の低い値であるために、有限の電力資源が必ずしも有効には利用されず、かつ運用に要するコストが高かった。
従来、このような課題を解決するための歪み補償回路としては、「プリディストーション型歪み補償回路」、「フィードバック型歪み補償回路」、「フィードフォーワード型歪み補償回路」等が提案されている。
【０００５】
「プリディストーション型歪み補償回路」は、増幅器の前段に配置され、予め相互変調歪み成分を付加し、その付加した歪み成分が増幅器で発生する歪み成分と相殺し合うように制御される。このような「プリディストーション型歪み補償回路」の内、特に、後述する「非特許文献１」に示される「アナログプリディストーション型歪み補償回路」は、回路規模が小さいため多く利用されている。さらに、近年、後述する「非特許文献２」に示されるように、ベースバンド信号発生時に増幅器の入出力特性が補償されるように信号を成形する「ディジタルプリディストーション型歪み補償回路」も脚光を浴びている。
【０００６】
また、「フィードバック型歪み補償回路」は、後述する「非特許文献３」に示されるように、増幅器の出力信号が無線信号帯域や中間周波数帯域に変換され、かつ入力信号にフィードバックされることによって実現される。しかし、「フィードバック型歪み補償回路」は、一般に、発振する恐れがあり、しかも、狭帯域でしか十分な補償効果が達成されない。
【０００７】
さらに、「フイードフォワード型歪み補償回路」は、後述する「非特許文献４」に示されるように、主増幅器の出力の一部から信号成分がキャンセルされることによって相互変調歪みが抽出され、かつ補助増幅器で増幅された後に合成回路を使って主増幅器の相互変調歪みと補助増幅器の相互変調歪みが相殺し合うように調整される。このような「フイードフォワード型歪み補償回路」は、歪み補償が可能な信号の帯域が広く、かつ歪み補償量が大きいというメリットがあるが、装置全体の規模が大きくなる。
【０００８】
すなわち、これらの歪み補償回路では、振幅や位相のバランスの下で歪み成分が相殺されるため、温度の変動や増幅器の経年変化に応じてこれらのバランスが崩れると、歪み補償の精度が低下する。
従来、このような課題を解決可能な歪み補償回路としては、例えば、図６に示す適応型歪み補償回路がある。
【０００９】
このような適応型歪み補償回路では、初段に配置された分配回路５１と、その分配回路５１の分岐路に縦続接続された遅延線路５２とによって得られる主信号の成分と、増幅器５３の出力から分配回路５４を介して得られる信号との差分が合成回路５５によってとられることによって、その増幅器５３によって出力された信号に含まれる相互変調歪みが抽出され、「その相互変調歪みの電力を最小とする適応アルゴリズム」の下で、この増幅器５３の前段に配置された歪み補償回路（ＤＣ）５６の特性に併せて、その歪み補償回路５６と分配回路５１との段間に配置された振幅位相調整回路（ＡＰＡ）５７の利得および移相量が制御部５８によって適宜可変される。
【特許文献１】特開昭６１−７８２１３号公報
【非特許文献１】野島、岡本、大山：「マイクロ波ＳＳＢ−ＡＭ方式用プリディストーション非線形ひずみ補償回路」,電子通信学会論文誌, Vol.J67一B No.1, pp.78-85,1984.
【非特許文献２】J.C. Pedro, J. Perez,"An MMIC linearized amplifier using active feedback," IEEE Microwave and Millimeter一Wave Monolithic Circuits Symp. Dig., pp.113一116, 1993.
【非特許文献３】H.Seide1, H.R. Beurrier and A.N. Friedman, "Error Controlled High Power Linear Amplifiers at VHF", The Bell System Technical Journal, Vol.47, pp.651-722, May/June 1968.
【非特許文献４】S. Andreoli, H.G. McClure, P. Banelli, S. Cacopardi, "Digital linearizer for RF amplifiers," IEEE Trans. on Broadcasting, vol.43, 1, pp.12-19, 1997.
【非特許文献５】堀口、中山、池田：「適応型リニアライザのひずみ検出回路特性の検討」2000年電子情報通信学会総合大会 C-2-58、pp109、2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述した適応型歪み補償回路では、増幅器５３の前段に縦属接続された分配回路５１、振幅位相調整回路５７および歪み補償回路５６からなる経路の特性が線形であるにもかかわらず、その増幅器５３の特性が非線形であり、特に、温度の変動に応じたこれらの特性の変化が異なるために、既述の適応制御が煩雑となり、あるいは相互変調歪みを十分に抑圧できるとは限らなかった。
【００１１】
さらに、適応型歪み補償回路は、既述のマルチポート増幅器のように、複数の増幅器が備えられる場合には、これらの増幅器に個別に対応した振幅位相調整回路、歪み補償回路その他のハードウエアが備えられなければならないために、回路規模が増大し、かつ質量、体積、電力その他の制約の下で実際には適用され難かった。
本発明は、構成が煩雑化することなく、かつ実装や消費電力にかかわる制約に妨げられることなく適応型歪み補償が精度よく達成される増幅装置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】
【００１２】
請求項１に記載の増幅装置では、第一の分配合成手段は、一つが終端された４つの入力端子を有し、これらの入力端子の内、終端されていない入力端子に個別に入力された無線周波信号を４つの出力端子に分配合成する。４つの増幅手段は、４つの出力端子を介して供給された無線周波信号を個別に増幅する。第二の分配合成手段は、４つの出力端子を有し、これらの出力端子に、４つの増幅手段によって出力された無線周波信号を分配合成する。
【００１３】
このような第二の分配合成手段の４つの出力端子の内、上述した第一の分配合成手段の終端された入力端子に対応する特定の出力端子には、これらの分配合成手段の特性の下で後述する式(8)〜(10) が精度よく成立するほど、４つの増幅手段で発生したあるタイプの３次の歪みが集中的に出力され、かつその特定の出力端子以外の出力端子には、第一の分配合成手段の入力端子の内、個別に対応する入力端子に入力された無線周波信号がそれぞれ出力される。
【００１４】
したがって、第一および第二の分配合成手段と４つの増幅手段とによってハイブリッド増幅器が構成されるにもかかわらず、その第一の分配手段の特定の入力端子が接地される簡単な改良の下で、これらの増幅手段の非線形性、あるいはその非線形性に起因して生じる３次の歪みの監視や把握が精度よく安定に実現される。
請求項２に記載の増幅装置では、請求項１に記載の増幅装置において、歪み重畳手段は、４つの増幅手段によって個別に増幅されるべき無線周波信号に、第二の分配合成手段が有する４つの出力端子の内、第一の分配合成手段の何れかの終端された入力端子に対応する特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、歪みを重畳する。
【００１５】
すなわち、マルチポート増幅器を構成する４つの増幅器の非線形性、あるいはその非線形性に起因して生じる３次の歪みの監視が上述した特定の出力端子を介して一括して行われ、その監視の結果に基づいて精度よく、かつ安価にこの３次の歪みの低減が図られる。
したがって、ハードウエアの構成の煩雑化と、ハードウエアの規模の大幅な増加との何れもが伴うことなく、直線性が精度よく確保される。
【００１６】
請求項３に記載の増幅装置では、請求項２に記載の増幅装置において、振幅位相可変手段は、特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、４つの増幅手段によって個別に増幅されるべき無線周波信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する。
すなわち、マルチポート増幅器を構成する４つの増幅器の非線形性、あるいはその非線形性に起因して生じる３次の歪みの監視が上述した特定の出力端子を介して一括して行われ、その監視の結果に基づいてこれらの４つの増幅器を個別に含んで構成される系統の特性の偏差が精度よく補償される。
【００１７】
したがって、ハードウエアの構成の煩雑化と、ハードウエアの規模の大幅な増加との何れもが伴うことなく、さらに精度よく直線性が確保される。
請求項４に記載の増幅装置では、請求項２に記載の増幅装置において、振幅位相可変手段は、特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、第一の分配合成手段の入力端子の内、終端された入力端子以外の入力端子に個別に入力されるべき無線周波信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する。
【００１８】
すなわち、マルチポート増幅器を構成する４つの増幅器を個別に含んで構成される系統にかかわる特性の偏差の補償は、第一の分配合成手段の後段に配置された場合に比べて小さな規模で構成される振幅位相可変手段によって実現される。
したがって、ハードウエアの構成の簡略化に併せて、ハードウエアの規模の縮小化が図られる。
【００１９】
請求項５に記載の増幅装置では、請求項１に記載の増幅装置において、周波数変換手段は、第一の分配合成手段の入力端子の内、終端された入力端子以外の入力端子に個別に入力されるべき無線周波信号をベースバンド領域で示すベースバンド信号を周波数変換し、これらの無線周波信号を生成する。歪み重畳手段は、ベースバンド信号に、第二の分配合成手段が有する４つの出力端子の内、第一の分配合成手段の何れかの終端された入力端子に対応する特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、ベースバンド領域において歪みを重畳する。
【００２０】
これにより、ディジタル信号処理技術を用いた高精度な歪みの補償を行うことができる。
請求項６に記載の増幅装置では、請求項５に記載の増幅装置において、振幅位相可変手段は、特定の出力端子に出力された３次歪みが最小化される自動制御または適応制御の下で、ベースバンド信号の振幅と位相との双方もしくは何れか一方を可変する。
【００２１】
すなわち、マルチポート増幅器を構成する４つの増幅器の非線形性、あるいはその非線形性に起因して生じる３次の歪みの監視の結果に基づいて、これらの４つの増幅器を個別に含んで構成される系統の特性の偏差がベースバンド領域で精度よく補償される。
したがって、ハードウエアの構成の煩雑化と、ハードウエアの規模の大幅な増加との何れもが伴うことなく、さらに精度よく直線性が確保される。
【００２２】
請求項７に記載の増幅装置では、請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の増幅装置において、第一の分配合成手段と第二の分配合成手段との双方もしくは何れか一方は、４つの９０度ハイブリッドの集合として構成される。
このような第一の分配合成手段および第二の分配合成手段は、後述する式(8)〜(10) が最も精度よく成立し、かつ挿入損失が少ない回路として構成される。
【００２３】
したがって、第二の分配合成手段の特定の出力端子には、４つの増幅手段で発生したある特定の３次の歪みが集中して出力される。
【発明の効果】
【００２４】
上述した請求項１に記載の発明では、第一の分配手段の特定の入力端子が接地される簡単な改良の下で、４つの増幅手段の非線形性、あるいはその非線形性に起因して生じる３次の歪みの監視や把握が精度よく安定に実現される。
また、請求項２、３、６に記載の発明では、ハードウエアの構成の煩雑化と、ハードウエアの規模の大幅な増加との何れもが伴うことなく、直線性が精度よく確保される。
【００２５】
さらに、請求項４に記載の発明では、ハードウエアの構成の簡略化に併せて、ハードウエアの規模の縮小化が図られる。
また、請求項５に記載の発明では、低廉化、小型化および軽量化に併せて、総合的な信頼性の向上が図られる。
さらに、請求項７に記載の発明では、第二の分配合成手段の特定の出力端子には、４つの増幅手段で発生したある特定の３次の歪みが精度よく集中して出力される。
【００２６】
したがって、これらの発明が適用された無線伝送システムや無線通信システムでは、伝送品質、サービス品質および総合的な信頼性が高められ、かつ高く維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
図において、分配合成回路１１の第一ないし第三の入力ＩＰ１〜ＩＰ３にはそれぞれ異なる無線周波信号（以下、「第一の入力信号」、「第二の入力信号」、「第三の入力信号」という。）が与えられ、その分配合成回路１１の第四の入力ＩＰ４は抵抗器１２を介して終端される。この分配合成回路１１の第一ないし第四の出力は、それぞれ増幅器１３-1〜１３-4を介して分配合成回路１４の第一ないし第四の入力に接続される。分配合成回路１４の第一の出力ＯＰ１は計測部１５の入力に接続され、その分配合成回路１４の第二ないし第四の出力ＯＰ２〜ＯＰ４には、それぞれ異なる無線周波信号が出力される。
【００２８】
また、分配合成回路１１は、下記の４つの９０度ハイブリッド（ＨＹＢ）１１Ａ-11、１１Ａ-12、１１Ａ-21、１１Ａ-22 から構成される。
・  一方の入力に上述した「第一の入力信号」が与えられ、かつ他方の入力に「第二の入力信号」が与えられる９０度ハイブリッド１１Ａ-11
・  一方の入力に上述した「第三の入力信号」が与えられ、かつ他方の入力が抵抗器１２を介して接地される９０度ハイブリッド１１Ａ-12
・  一方の入力に９０度ハイブリッド１１Ａ-11 の一方の出力が接続され、かつ他方の入力に９０度ハイブリッド１１Ａ-12 の一方の出力が接続されると共に、２つの出力がそれぞれ増幅器１３-1、１３-2の入力に接続された９０度ハイブリッド１１Ａ-21
・  一方の入力に９０度ハイブリッド１１Ａ-11 の他方の出力が接続され、かつ他方の入力に９０度ハイブリッド１１Ａ-12 の他方の出力が接続されると共に、２つの出力がそれぞれ増幅器１３-3、１３-4の入力に接続された９０度ハイブリッド１１Ａ-22
以下、図１を参照して本発明の第一の実施形態の動作を説明する。
【００２９】
「第一の入力信号」、「第二の入力信号」がそれぞれ下式(1)、(2)に示されるように周波数が異なり、かつ振幅が共通である無線周波信号Ｘ1，Ｘ2である場合には、９０度ハイブリッド１１Ａ-11 の第一の出力および第二の出力から出力される出力信号Ｙ1，Ｙ2は、これらの無線周波信号Ｘ1，Ｘ2が９０度の位相差で合成されることによって生成されるため、下式(3)、(4)で表される。
【００３０】
【数１】
2005086527.tif 000003
なお、上式(1)、(2)において、ｘ* は、ｘの共役複素数を意味する。
また、上式(3)、(4)は、下式(5)、(6)で示される行列Ｈ2，Ｈ2* に対して成立し、これらの式(3)、(4)に等価である下式(7) で表すことが可能である。
【００３１】
【数２】
2005086527.tif 000004
したがって、分配合成回路１１の第一ないし第四の出力から個別に出力される信号（以下、「第一の被増幅信号」、「第二の被増幅信号」、「第三の被増幅信号」、「第四の被増幅信号」という。）Ｙ1，Ｙ2，Ｙ3，Ｙ4は、同様にして、その分配合成回路１１の第一ないし第四の入力にそれぞれ入力される第一の入力信号Ｘ1 、第二の入力信号Ｘ2 、第三の入力信号Ｘ3 および第四の入力信号Ｘ4 と、下式(8)、(9)で示される行列Ｈ2，Ｈ2* とに対して下式(10)、(11)で表される。
【００３２】
【数３】
2005086527.tif 000005
ところで、これらの行列Ｈ2，Ｈ2* は、両者の数学的な意義と上式(8)、(9)との下で下記の特性を有する。
・  下式(12) が成立する。
【００３３】
【数４】
2005086527.tif 000006
・  行列Ｈ2、Ｈ2* の要素が下式(13)、(14)で表される場合には、これらの行列Ｈ2、Ｈ2* が対称行列であるので、下式(15)、(16)が成立する。
【００３４】
【数５】
2005086527.tif 000007
ｈkl＝ｈlk      ・・・(15)
ｈkl*＝ｈlk*    ・・・(16)
・  下式(17)、(18)に示すように、何れの行および列についても、該当する行（列）の全ての要素の積が「１」となる。
【００３５】
【数６】
2005086527.tif 000008
したがって、第一の被増幅信号Ｙ1 、第二の被増幅信号Ｙ2 、第三の被増幅信号Ｙ3 、第四の被増幅信号Ｙ4 は、上式(10)に上式(13)、(14)が代入されてなる下式(19)により、それぞれ下式(20-1)〜(20-4)で表される。
【００３６】
【数７】
2005086527.tif 000009
ところで、増幅器１３-1〜１３-4の出力に個別に得られる信号（以下、「第一の増幅信号ＡＯ1 」、「第二の増幅信号ＡＯ2 」、「第三の増幅信号ＡＯ3 」、「第四の増幅信号ＡＯ4 」という。）は、これらの増幅器１３-1〜１３-4の特性（非線形性を含む。）が共通である場合には、その特性で定まる係数ａ0、ａ1、ａ3、… と、既述の第一の被増幅信号Ｙ1 、第二の被増幅信号Ｙ2 、第三の被増幅信号Ｙ3 、第四の被増幅信号Ｙ4 とに対して下式(21)で与えられる。
【００３７】
【数８】
2005086527.tif 000010
なお、上式(21)に含まれる項Λは、増幅器１３-1〜１３-4の特性に応じて発生し得る「３次より高次の歪み」の成分を意味する。
上式(21)の右辺に含まれるＹの一次の項のみから構成される列ベクトルについては、分配合成回路１４の特性が分配合成回路１１の特性と同じである場合には、下式(22)の左辺に相当し、かつ既述の式(10)が成立する。
【００３８】
【数９】
2005086527.tif 000011
したがって、分配合成回路１４の第一ないし第四の出力にそれぞれ得られる信号（以下、簡単のため、「第一の出力信号Ｚ1 」、「第二の出力信号Ｚ2 」、「第三の出力信号Ｚ3 」、「第四の出力信号Ｚ4 」という。）は、上式(21)、(12)に基づいて下式(23)で与えられる。
【００３９】
【数１０】
2005086527.tif 000012
したがって、分配合成回路１１の第一ないし第四の入力端子ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、ＩＰ４に入力された信号は、分配合成回路１４の第四の出力端子ＯＰ４、第三の出力端子ＯＰ３、第二の出力端子ＯＰ２、第一の出力端子ＯＰ１にそれぞれａ1 倍されて出力される。
【００４０】
また、上式(21)の右辺の第三項で示される３次の非線形歪みの成分の内、合成分配回路１４の第一の出力端子ＯＰ１に出力される成分[ＡＯ1]IM3は、既述の式(20-1)に基づいた式(24)で表される。
【００４１】
【数１１】
2005086527.tif 000013
したがって、増幅器１３-1〜１３-4でそれぞれ発生する３次の非線形歪みは、「１」から「４」の何れにも該当し得る添え番号ｍに対して、下式(25)で表される。
【００４２】
【数１２】
2005086527.tif 000014
このような式(25)の右辺の第一項および第二項は、既述の式(1)より導出される下式(26)、(27) に対して下式(28)、(29)が成立するので、周波数（＝ｆa＋ｆb＋ｆc)を含む３倍波の周波数帯に発生する非線形歪みに該当する。しかし、このような３次の非線形歪みについては、一般に、増幅器１３-1〜１３-4の後段に配置されたフィルタによって容易に除去可能である。
【００４３】
【数１３】
2005086527.tif 000015
また、上式(25)の右辺の第三項および第四項は、上式(26)、(27) に対して下式(30)、(31)が成立するので、周波数（＝ｆa＋ｆb−ｆc) を含む１次の周波数帯に発生する相互変調歪みに該当し、その相互変調歪みは増幅器１３-1〜１３-4の後段にフィルタが配置されても容易には除去されず、かつ干渉や妨害の要因となり得る。
【００４４】
すなわち、このような相互変調歪みは、増幅器１３-1〜１３-4の出力端では、上式(25)の右辺の第三項および第四項に含まれるｘaｘbｘc*、ｘa*ｘb*ｘc の成分のみに着目することによって導出される下式(33)、(34)で表される。
【００４５】
【数１４】
2005086527.tif 000016
ここで、上述した周波数（＝ｆa＋ｆb−ｆc)のみの成分から構成され、かつ時間ｔに対する余弦関数として与えられる相互変調歪みと、その相互変調歪みの位相がφラジアンに亘って進んだ信号とは、それぞれ下式(35)、(36)で示されるので、増幅器１３-1〜１３-4の個々の出力に得られるその相互変調歪みの相対位相分布は、下式(37)の行列で与えられる。
【００４６】
【数１５】
2005086527.tif 000017
ところで、このような相互変調歪みは、図２に示すように、ａ、ｂ、ｃの異同の形態に応じて下記の３つに分類される。
(a) ｆa＋ｆa−ｆa＝ｆa（ａ＝ｂ＝ｃ）
(b) ｆa＋ｆa−ｆb＝２ｆa−ｆb（ａ≠ｂ，ａ＝ｃ)
(c) ｆa＋ｆb−ｆc  (ａ≠ｂ≠ｃ)
上記(a) に示す相互変調歪み（以下、「相互変調歪み(a) 」という。）の相対位相分布は、共役複素数ｈkl、ｈkl* に対して一般に成立する下式(38)が上式(37)に適用されることによって下式(39)で与えられる。
【００４７】
ｈklｈkl*＝１  ・・・(38)
【００４８】
【数１６】
2005086527.tif 000018
さらに、分配合成回路１４の第一の出力ＯＰ１ないし第四の出力ＯＰ４に得られる相互変調歪み(a) は、下式(40)で表される。
【００４９】
【数１７】
2005086527.tif 000019
すなわち、このような相互変調歪み(a) は、ａがそれそれ「１」、「２」、「３」、「４」である場合には、上式(40)より導出される下式(40-1)〜(40-4)の右辺の第一項および第二項に個別に含まれる行列の要素の内、値が「１」である要素で示されるように、分配合成回路１４の第四の出力ＯＰ４ないし第一の出力ＯＰ１に集中して出力される。
【００５０】
【数１８】
2005086527.tif 000020
したがって、相互変調歪み(a) は、一次の信号Ｘa の成分と同様に、分配合成回路１１の４つの入力の内、その信号Ｘa が与えられた入力に対応する「分配合成回路１４の出力」に集中して出力される。
【００５１】
また、上記(b) に示す相互変調歪み（以下、「相互変調歪み(b) 」という。）の相対位相分布は、上式(8)、(9)の下で成立する下式(41)、(42)が上式(37)に適用されることによって導出される下式(43)で与えられる。
ｈklｈkl＝±１  ・・・(41)
(ただし、ｈklが実数のときには「１」となり、虚数のときには「−１」となる。）
ｈkl*＝±ｈkl    ・・・(42)
(ただし、ｈklが実数のときには＋ｈklとなり、虚数のときには−ｈklとなる。)
【００５２】
【数１９】
2005086527.tif 000021
したがって、このような相互変調歪み(b) は、増幅器１３-1〜１３-4によって出力される「第一の増幅信号ＡＯ1 」ないし「第四の増幅信号ＡＯ4 」が上式(43)で示される相対位相分布を有する場合には、上述した相互変調歪み(a) と同様に、信号Ｘb が入力される分配合成回路１１の入力端子に対応した分配合成回路１４の出力端子に集中して出力される。
【００５３】
さらに、上記(c) に示す相互変調歪み（以下、「相互変調歪み(c) 」という。）の相対位相分布は、下式(44)で表される。
【００５４】
【数２０】
2005086527.tif 000022
以下、このような式(44)で表される相対位相分布について、数学的に解析する。
・  行列Ｈ2 は、下式(45)に示すように、その行列Ｈ2 の何れの行についても全ての要素の積が「１」となる性質を有する。
【００５５】
【数２１】
2005086527.tif 000023
・  式(17)の左辺では、何れかの１列が共役複素数である場合には、虚数成分のみの符号が反転するので、式(8) で表される行列Ｈ2 の特性により下式(46)が成立する。
【００５６】
【数２２】
2005086527.tif 000024
（ただし、右辺の符号は、信号Ｘc が入力される入力端子に応じて定まる。）
・  式(46)の両辺に
【００５７】
【数２３】
2005086527.tif 000025
が乗じられ、かつ式(38)が適用されることによって得られる式（以下、「式Ａ」という。）の左辺は、下式(47)で表される。
【００５８】
【数２４】
2005086527.tif 000026
・  また、式Ａの右辺は、式(42)、(8) に基づいて変形されることによって、下式(48)で表される。
【００５９】
【数２５】
2005086527.tif 000027
（ただし、右辺の符号は、信号Ｘc、Ｘdが入力される入力端子に応じて定まる。）
・  したがって、式Ａは、上式(47)、(48)がそれぞれ左辺と右辺として配置された下式(49)で表される。
【００６０】
【数２６】
2005086527.tif 000028
すなわち、相互変調歪み(c) は、増幅器１３-1〜１３-4によって出力される「第一の増幅信号ＡＯ1 」ないし「第四の増幅信号ＡＯ4 」が上式(44)で示される相対位相分布を有する場合には、上式(49)に示すように、信号Ｘd (ただし、ｄ≠ａ≠ｂ≠ｃ)が入力される分配合成回路１１の入力端子に対応した「分配合成回路１４の出力端子」に、集中して出力される。
【００６１】
したがって、信号Ｘa、Ｘb、Ｘc によって発生する相互変調歪みの内、周波数が(ｆa＋ｆb−ｆc）となる成分は、これらの信号Ｘa、Ｘb、Ｘc が出力されない出力端子ＯＰ１に集中して出力される。
本実施形態では、送信されるべき有効な信号Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3 は、分配合成回路１１の第一ないし第三の入力のみから入力され、その分配合成回路１１の第四の入力が抵抗器１２によって終端されるために、上記の信号Ｘd は「０」となる。
【００６２】
また、これらの信号Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3 は、図２に示すように、それぞれ分配合成回路１４の第四の出力ＯＰ４ないし第二の出力ＯＰ２に出力され、かつ周波数がそれぞれ(ｆ1＋ｆ2−ｆ3）、（ｆ1＋ｆ3−ｆ2）、（ｆ2＋ｆ3−ｆ1）である３次の相互変調歪みは、その分配合成回路１４の第一の出力ＯＰ１に、これらの信号Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3 の何れもが重畳されることなく出力される。
【００６３】
計測部１５は、このようにして分配合成回路１４の第一の出力ＯＰ１に出力された３次の歪み（「相互変調歪み(c) 」）について、電力および周波数スペクトラムを測定する。  さらに、これらの３次の相互変調歪み（「相互変調歪み(c) 」）は、信号Ｘa、Ｘbに依存し、かつ周波数が(２ｆa−ｆb)である「相互変調歪み(b) 」に比べて、入力される３つの信号Ｘa、Ｘb、Ｘc の全てと、増幅器１３-1〜１３-4の全ての非線形性とに依存する。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、増幅器１３-1〜１３-4の全てについて、精度よく安定に非線形性の監視および把握が実現されると共に、アンテナ２１-1〜２１-3を介して放射され、かつ干渉や妨害の要因となる３次の相互変調歪みの電力の低減が図られる。
［第二の実施形態］
図３は、本発明の第二の実施形態を示す図である。
【００６５】
本実施形態には、下記の要素が備えられる。
・  給電点が分配合成回路１４の第四、第三および第二の出力にそれぞれ接続されたアンテナ２１-1、２１-2、２１-3
・  増幅器１３-1の入力に代えて分配合成回路１１の第一の出力に直列に接続された振幅位相調整回路（ＡＰＡ）２２-1
・  その振幅位相調整回路２２-2の出力に直列に接続され、かつ出力が増幅器１３-1の入力に接続された歪み補償回路（ＤＣ）２３-1
・  増幅器１３-2の入力に代えて分配合成回路１１の第二の出力に直列に接続された振幅位相調整回路（ＡＰＡ）２２-2
・  その振幅位相調整回路２２-2の出力に直列に接続され、かつ出力が増幅器１３-2の入力に接続された歪み補償回路（ＤＣ）２３-2
・  増幅器１３-3の入力に代えて分配合成回路１１の第三の出力に直列に接続された振幅位相調整回路（ＡＰＡ）２２-3
・  その振幅位相調整回路２２-3の出力に直列に接続され、かつ出力が増幅器１３-3の入力に接続された歪み補償回路（ＤＣ）２３-3
・  増幅器１３-4の入力に代えて分配合成回路１１の第四の出力に直列に接続された振幅位相調整回路（ＡＰＡ）２２-4
・  その振幅位相調整回路２２-4の出力に直列に接続され、かつ出力が増幅器１３-4の入力に接続された歪み補償回路（ＤＣ）２３-4
・  計測部１５の出力に縦続接続され、かつ「振幅位相調整回路２２-1〜２２-4および歪み補償回路２３-1〜２３-4の制御端子に個別に接続された出力ポート」を有する制御部２４
なお、振幅位相調整回路２２-1〜２２-4については、以下では、簡単のため、「減衰素子や増幅素子としてＦＥＴが適用された可変減衰器あるいは可変利得増幅器」と、「バラクタダイオードが適用された可変移相器」との組み合わせとして構成されると仮定する。
【００６６】
また、歪み補償回路２３-1〜２３-4については、以下では、簡単のため、「動作点に応じて入出力特性が変化するダイオード」が適用されて構成されると仮定する。
以下、図３を参照して本発明の第二の実施形態の動作を説明する。
計測部１５は、既述の第一の実施形態と同様に、分配合成回路１４の出力の内、相互変調歪みが集中して出力される第一の出力ＯＰ１を介してその相互変調歪みの電力または周波数スペクトラムを計測する。
【００６７】
制御部２４は、『このようにして計測され電力、または「周波数スペクトラムの分散および平均値」を最小とする適応アルゴリズム』に基づいて、下記の処理を並行して、あるいは適宜行う。
・  上記の適応アルゴリズムに基づいて振幅位相調整回路２２-1〜２２-4の利得および移相量を可変することによって、増幅器１３-1〜１３-4の出力に個別に得られる「第一の増幅信号」〜「第四の増幅信号」のレベルおよび位相の偏差を小さな値に維持する。
・  同様の適応アルゴリズムに基づいて歪み補償回路２３-1〜２３-4の特性（または、これらの歪み補償回路２３-1〜２３-4によって重畳されるべき歪みの振幅および位相）を適宜可変することによって、増幅器１３-1〜１３-4の非線形性の偏差および変動（温度等の環境条件の変化や経年に起因する。）を柔軟に吸収する。
【００６８】
したがって、本実施形態によれば、ハードウエアの構成の煩雑化と、ハードウエアの規模の大幅な増加との何れもが伴うことなく、マルチポート増幅器を構成する４つの増幅器１３-1〜１３-4に共通の計測部１５によって３次の相互変調歪みの監視が行われ、その監視の結果に基づいて精度よく、かつ安価にこれらの相互変調歪みの低減が図られる。
なお、本実施形態では、振幅位相調整回路２２-1〜２２-4が分配合成回路１１の個々の出力に直列に配置されている。
【００６９】
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、図４に示すように、分配合成回路１１の入力端子ＩＰ１〜ＩＰ４の内、抵抗器１２によって終端されることなく無線信号が入力される第一ないし第三の入力端子ＩＰ１〜ＩＰ３に、出力がそれぞれ接続された３つの振幅位相調整回路２２Ａ-1〜２２Ａ-3がこれらの振幅位相調整回路２２-1〜２２-4に代えて配置されることによって、ハードウエアの規模の削減が図られてもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、分配合成回路１１と分配合成回路１４との間に並列に形成される４つの経路の特性の偏差は、制御部２４の配下で作動する振幅位相調整回路２２-1〜２２-4によって補正されている。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、これらの経路の特性の偏差が許容される場合には、振幅位相調整回路２２-1〜２２-4が備えられることなく構成されてもよい。
【００７１】
さらに、振幅位相調整回路２２-1〜２２-4のそれぞれの後段に、歪み補償回路２３-1〜２３-4が配置されている。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、既述の３次の相互変調歪みが所望の精度で補償される限り、例えば、歪み補償回路２３-1〜２３-4のそれぞれの後段に振幅位相調整回路２２-1〜２２-4が配置されてもよい。
［第三の実施形態］
図５は、本発明の第三の実施形態を示す図である。
【００７２】
本実施形態には、下記の要素が備えられる。
・  分配合成回路１１の第一のないし第三の入力に、既述の「第一の入力信号」ないし「第三の入力信号」をそれぞれ与える周波数変換部（ＭＩＸ）４１-1〜４１-3
・  入力に計測部１５の出力が接続され、これらの周波数変換部４１-1〜４１-3の入力に個別に接続された第一ないし第三の出力を有するベースバンド信号発生部４２
以下、図５を参照して本発明の第三の実施形態の動作を説明する。
【００７３】
本実施形態の特徴は、ベースバンド信号発生部４２が周波数変換部４１-1〜４１-3との連係の下で行う下記の処理にある。
ベースバンド信号発生部４２は、既述の第二の実施形態において、制御部２４と、その制御部２４の配下で振幅位相調整回路２２-1〜２２-4および歪み補償回路２３-1〜２３-4とによって行われる処理とベースバンド領域において等価な処理を行い、その処理の結果として３つのベースバンド信号を生成する。
【００７４】
周波数変換部４１-1〜４１-3は、このような３つのベースバンド信号を個別に周波数変換することによって既述の「第一の入力信号」ないし「第三の入力信号」を生成し、かつ分配合成回路１１の第一ないし第三の入力に、これらの「第一の入力信号」ないし「第三の入力信号」をそれぞれ与える。
このように本実施形態によれば、「第一の入力信号」ないし「第三の入力信号」の生成が無線周波領域あるいは中間周波領域で行われる場合に比べて、ハードウエアの構成の簡略化と消費電力の節減とが図られるので、低廉化、小型化および軽量化に併せて、総合的な信頼性の向上が図られる。
【００７５】
なお、上述した各実施形態では、分配合成回路１１、１４が何れも４つの９０度ハイブリッドの集合として構成されている。
しかし、これらの分配合成回路１１、１４は、既述の特性を所望の精度で有し、かつ低廉化、小型化および軽量化に併せて、総合的な信頼性の向上が妨げられる程度が許容される限り、ウイルキンソン型電力分配器その他の如何なる回路で代替されてもよい。
【００７６】
また、上述した各実施形態では、分配合成回路１１、１４の入力端子の数および出力端子の数が何れも「４」に設定されている。
しかし、これらの入力端子および出力端子の数は、その数に応じて特定の出力端子に集中して得られる相互変調歪みの次数が所望の値となる限り、例えば、「２」以外の『「２」のべき乗値』に設定されてもよい。
【００７７】
さらに、上述した各実施形態では、マルチポート増幅器を構成する増幅器１３-1〜１３-4が分配合成回路１１と分配合成回路１４との段間に並列に配置されている。
しかし、本発明は、このような構成に限定されず、例えば、増幅器１３-1〜１３-4に代えて、これらの増幅器１３-1〜１３-4と同様に非線形性に基づいて３次の相互変調歪みを生成する回路や素子が備えられる場合であっても、同様に適用可能である。
【００７８】
また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲において多様な実施形態が可能であり、構成装置の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の出力に得られる信号を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態の他の構成を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示す図である。
【図６】適応型歪み補償回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１，１４  分配合成回路
１１Ａ，１４Ａ  ９０度ハイブリッド（ＨＹＢ）
１２  抵抗器
１３，５３  増幅器
１５  計測部
２１  アンテナ
２２，２２Ａ，５７  振幅位相調整回路（ＡＰＡ）
２３，５６  歪み補償回路（ＤＣ）
２４，５８  制御部
４１  周波数変換部（ＭＩＸ）
４２  ベースバンド信号発生部
５１，５４  分配回路
５２  遅延線路
５５  合成回路
【図１】
2005086527.tif 000029
【図２】
2005086527.tif 000030
【図３】
2005086527.tif 000031
【図４】
2005086527.tif 000032
【図５】
2005086527.tif 000033
【図６】
2005086527.tif 000034