(57)【要約】【課題】パワーアンプの歪みが大きい高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することができる歪補償回路を提供する。【解決手段】比較制御器５にて、パワーアンプ２に対する入力信号のレベルと、実用的に歪み補償が不要とされるパワーアンプの出力に対応する、入力信号のレベルである基準レベルＩrとを比較し、入力信号のレベルが基準レベルＩr以下の範囲では、ダイオードリニアライザ１をパワーアンプ２から切り離して、パワーアンプ２と分配器３との間をバイバス線路７で接続するようにしている。したがって、パワーアンプ２の出力歪みが大きい高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することが可能となる。【選択図】図１
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【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備えた歪補償回路において、
前記パワーアンプに対する入力信号のレベルと、実用的に歪み補償が不要とされる前記パワーアンプの出力レベルの最大値に対応する、前記入力信号のレベルである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、前記ダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させる、
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、
前記ダイオードリニアライザを前記パワーアンプから切り離して前記ダイオードリニアライザによる歪み補償を停止させる、
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２記載の歪補償回路において、
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、更に、
前記入力信号のレベルを決定するアンプの利得を実用的に影響のない所定量だけ低下させる、
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】
【技術分野】
【０００１】
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備えた歪補償回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。パワーアンプの出力特性は入力に対してリニアであることが好ましいのだが、現実的には、パワーアンプは出力歪みを有するためその出力特性はリニアでないことが多い。したがって、パワーアンプの出力歪みを補償するために、パワーアンプの前段に小型かつ簡易な点で有利なダイオードリニアライザが接続されることが多いが、こんどは、ダイオードリニアライザにより、低出力範囲において挿入損失が発生するという問題が出てきた。この問題を図７及び図８を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来の歪補償回路に係るブロック回路図である。図８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。
【０００４】
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、現実的にはこの種のパワーアンプにおいては、図８のＶxに示すように、歪みが発生してリニアな関係にはならない。特に、入力信号レベルが高くなるにしたがって、この歪みは大きくなる傾向がある。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。
【０００５】
図７に示すように、歪補償回路としてのダイオードリニアライザ１は、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ２の前段に接続される。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との間に介接されたバイアス抵抗Ｒbを含む。
【０００６】
このような構成のダイオードリニアライザ１の動作を説明すると、図７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、パワーアンプ２に供給される。ダイオードリニアライザ１の特性は、図８のＶcに示すようになるため、上記Ｖxで示されるパワーアンプ２の特性は、Ｖyで示されるような、リニアな特性に補償されて、出力端子ＯＵＴから出力される。なお、この図７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。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＩＣＯＲＯＷＡＶＥ  ＴＨＥＯＲＹ  ＡＮＤ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯＬ．４５，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  １９９７（ｐｐ．２４３１−２４３２，Ｆｉｇ．１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、パワーアンプ２の出力信号レベルは、入力信号レベルが高くなると、歪みが急激に大きくなる傾向がある。したがって、通常、歪み補償は、最大出力レベルに合うように調整されている。そうすると、このような調整により、図８の入力信号レベルＩ0以下の範囲で示すような低出力範囲においては、例えば４ｄＢ〜８ｄＢ程度の、大きなインサーションロス（挿入損失）ΔＬが発生することになる。この結果、低出力範囲において、本来必要な信号レベルが得られなくなるという問題があった。
【０００８】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、パワーアンプの歪みが大きい高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することができる、ダイオードリニアライザを用いた歪補償回路を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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備えた歪補償回路において、前記パワーアンプに対する入力信号のレベルと、実用的に歪み補償が不要とされる前記パワーアンプの出力レベルの最大値に対応する、前記入力信号のレベルである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、前記ダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させる、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、パワーアンプに対する入力信号のレベルと、実用的に歪み補償が不要とされるパワーアンプの出力に対応する、入力信号のレベルである基準レベルとを比較し、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、ダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させるようにしている。したがって、パワーアンプの出力歪みが大きいとされる高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することが可能となる。
【００１１】
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、前記ダイオードリニアライザを前記パワーアンプから切り離して前記ダイオードリニアライザによる歪み補償を停止させる、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、ダイオードリニアライザによる歪み補償を停止させるようにしているので、ダイオードリニアライザの簡単なオンオフ制御だけで、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲においてダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させることができる。したがって、いたずらに複雑化することもない。
【００１３】
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２記載の歪補償回路において、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、更に、前記入力信号のレベルを決定するアンプの利得を実用的に影響のない所定量だけ低下させる、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、更に、入力信号のレベルを決定するアンプの利得を実用的に影響のない所定量だけ低下させるようにしているので、省電力化の効果も付加される。したがって、更に、省電力化も促進される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、パワーアンプに対する入力信号のレベルと、実用的に歪み補償が不要とされるパワーアンプの出力に対応する、入力信号のレベルである基準レベルとを比較し、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、ダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させるようにしている。したがって、パワーアンプの出力歪みが大きいとされる高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することが可能となる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、ダイオードリニアライザによる歪み補償を停止させるようにしているので、ダイオードリニアライザの簡単なオンオフ制御だけで、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲においてダイオードリニアライザに起因する挿入損失を低減させることができる。したがって、いたずらに複雑化することなく、パワーアンプの歪みが大きいとされる高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することが可能となる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、入力信号のレベルが基準レベル以下の範囲では、更に、入力信号のレベルを決定するアンプの利得を実用的に影響のない所定量だけ低下させるようにしているので、省電力化の効果も付加される。したがって、省電力化も促進し、パワーアンプの歪みが大きいとされる高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
[第１実施形態]
まず、図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１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、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ２の前段に接続されるこの歪補償回路は、ダイオードリニアライザ１、分配器３、検波器４、比較制御器５、切替器６Ａ、６Ｂ及びバイバス線路７を含んで構成される。
【００１９】
ダイオードリニアライザ１は、無線周波数帯の入力信号を増幅するパワーアンプ２の前段に接続されて構成されている。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との間に介接されたバイアス抵抗Ｒbを含んで構成される。
【００２０】
分配器３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側及び検波器４側に供給する。検波器４は、分配器３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制御器５に与える。比較制御器５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所定の基準レベルＩrとを比較して、切替器６Ａ、６Ｂを切替制御する。切替器６Ａ、６Ｂは、例えば、スイッチング用トランジスタを含んで構成され、上記比較制御器５に切替制御されて、ダイオードリニアライザ１とパワーアンプ２とを接続又は切断する。すなわち、パワーアンプ２と分配器３との間にリニアライザ１が介接されるか、或いは、バイパス線路７が介接されるか（ダイオードリニアライザ１による歪み補償を停止させる）のいずれかが、入力信号のレベルに応じて切替制御される。なお、基準レベルＩrは、実用的に歪み補償が不要とされるパワーアンプ２の出力レベルの最大値に対応する、入力信号のレベルであり、パワーアンプ２の性能や仕様等に基づき予め定められた値である。
【００２１】
このような構成の歪補償回路の動作及び作用効果を図２及び図３を加えて説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る切替処理を示すフローチャートである。図３は、第１実施形態による挿入損失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３にて分配された無線周波数帯の信号は、検波器４にてその信号レベルＩiが検出されて比較制御器５に至る。この信号レベルＩiは、比較制御器５にて上記基準レベルＩrと比較され、図２に示すように、入力信号レベルＩiが上記基準レベルＩr以下である場合には（ステップＳ１０１のＹ）、パワーアンプ２と分配器３との間にバイパス線路７が接続される（ステップＳ１０３）。これにより、パワーアンプ２からリニアライザ１が切り離されるので、この範囲におけるパワーアンプ２の出力特性は、Ｖx′で示すようになる。したがって、パワーアンプ２の出力は、図８で示した挿入損失ΔＬぶんが改善されることになる。したがって、この範囲において、本来必要な信号レベルを確保することができるようになる。なお、この範囲においては、歪み量も少ないので、ダイオードリニアライザ１を切り離しても、実用的に問題はない。
【００２３】
これに対して、入力信号レベルＩiが上記基準レベルＩrより大きな場合には（ステップＳ１０１のＮ）、パワーアンプ２と分配器３との間にダイオードリニアライザ１が介接される（ステップＳ１０２）。これにより、パワーアンプ２の前段にリニアライザ１が接続されるので、この範囲においてパワーアンプ２の出力特性は、Ｖy′で示すようになる。したがって、パワーアンプ２の出力歪みが急激に大きくなるこの範囲においては、パワーアンプ２の出力は、図８と同等に歪み補償されることになる。このような第１実施形態の切替制御による最終的な入出力特性は、図３の太線で示すようになる。
【００２４】
なお、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、パワーアンプ２に供給される。そして、上記図３で示したような特性の無線周波数帯の信号が、出力端子ＯＵＴから出力される。
【００２５】
[第２実施形態]
次に、図４〜図６を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態の歪補償回路に係るブロック回路図である。図５は、本発明の第２実施形態に係る切替処理を示すフローチャートである。図６は、第２実施形態による挿入損失及び消費電力の改善例を示すグラフである。なお、図４〜図６において、図１〜図３と共通する部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図４に示すように、この実施形態においては、比較制御器５′は、切替器６Ａ、６Ｂを切替制御する共に、パワーアンプ２への入力信号のレベルを決定する可変アンプ８の利得を、実用的に影響のない所定量だけ低下させるように制御する。他の構成は、図１で示した構成と同等である。
【００２７】
図５及び図６を用いて、第２実施形態の作用効果を説明すると、比較制御器５にて入力信号レベルＩiが上記基準レベルＩrと比較され、図５に示すように、入力信号レベルＩiが上記基準レベルＩr以下である場合には（ステップＳ２０１のＹ）、パワーアンプ２と分配器３との間にバイパス線路７が接続される（ステップＳ２０２）と同時に、可変アンプ８の利得が所定量だけ低下される（ステップＳ２０３）。これにより、この範囲におけるパワーアンプ２の出力特性は、Ｖx″で示すように、挿入損失ΔＬぶんが改善された特性（図３のＶx′参照）から、可変アンプ８の利得低下量ΔＧに対応する分だけ低下したものとなる。可変アンプ８の利得は、図６のＶyで示すようなリニアな特性にできるだけ近づくような、利得に制御することが好ましい。こうすると、この範囲において、本来必要な信号レベルを確保することができるうえに、第１実施形態と比較して、利得が低下されたぶんだけ省電力化も促進される。
【００２８】
これに対して、入力信号レベルＩｉが上記基準レベルＩrより大きな場合には（ステップＳ２０１のＮ）、パワーアンプ２と分配器３との間にダイオードリニアライザ１が介接される（ステップＳ２０４）。これにより、パワーアンプ２の前段にリニアライザ１が接続されるので、この範囲においてパワーアンプ２の出力特性は、Ｖy′で示すようになる。したがって、パワーアンプ２の出力歪みが急激に大きくなるこの範囲においては、パワーアンプ２の出力は、図８と同等に歪み補償されることになる。このような第２実施形態の切替制御による最終的な入出力特性は、図６の太線で示すようになる。
【００２９】
なお、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、パワーアンプ２に供給される。そして、上記図６で示したような特性の無線周波数帯の信号が、出力端子ＯＵＴから出力される。
【００３０】
このように、本発明の実施形態によると、簡易な構成でありながら、パワーアンプの歪みが大きいとされる高出力範囲では確実に歪み補償を達成しつつ、実用的に歪み補償が不要とされる低出力範囲では本来必要な信号レベルを確保することができる。更に、省電力化も促進することができる。
【００３１】
なお、本発明は、近年普及しつつあるＣＤＭＡ方式をはじめとする、送信電力制御が頻繁に行われる携帯電話基地局への適用に有用である。また、上記比較制御器５にて行われる制御は、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１実施形態に係る切替処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態による挿入損失の改善例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態の歪補償回路に係るブロック回路図である
【図５】本発明の第２実施形態に係る切替処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による挿入損失及び消費電力の改善例を示すグラフである。
【図７】従来の歪補償回路に係るブロック回路図である。
【図８】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。
【符号の説明】
【００３３】
１  ダイオードリニアライザ
２  パワーアンプ
３  分配器
４  検波器
５、５′  比較制御器
６Ａ、６Ｂ  切替器
７  バイバス線路
８  可変アンプ
【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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