(57)【要約】【課題】エラーアンプにおける基本波歪み帯域の妨害波を除去し、良好な歪み特性を実現する。【解決手段】本発明のフィードフォワード・アンプ１は、カプラ５０とエラーアンプ４０との間の遅延信号線に、歪み信号の基本波の３倍波帯域を除去するためのフィルタ７０を設けている。このフィルタ７０は、基本波のみを通過させ基本波以上の高周波を除去するローパス・フィルタ（ＬＰＦ）、または、基本波の３倍波帯域のみを除去するバンド・エリミネーション・フィルタ（ＢＥＦ）である。なお、フィルタ７０は、エラーアンプ４０の内部に設けても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を分配し、分配された一方の信号を主信号として出力し、他方の信号を遅延信号として出力するプリアンプと、前記プリアンプから出力された主信号を増幅して出力するメインアンプと、前記メインアンプから出力された主信号を低損失で通過出力させるとともに、当該主信号から抽出した歪み信号を前記プリアンプから出力された遅延信号と結合して出力するカプラと、前記カプラから出力された信号から歪み信号を分配し、分配された歪み信号を増幅して出力するエラーアンプと、前記エラーアンプから出力された歪み信号を逆位相で前記カプラから出力された主信号と結合し、結合された信号を出力信号として出力するディレイフィルタとを有してなるフィードフォワード・アンプにおいて、
前記カプラと前記エラーアンプとの間の遅延信号線または前記エラーアンプの内部に、前記歪み信号の基本波の３倍波帯域を除去するためのフィルタを有することを特徴とするフィードフォワード・アンプ。
【請求項２】
前記フィルタは、前記歪み信号の基本波のみを通過させ基本波以上の高周波を除去するローパス・フィルタである、請求項１に記載のフィードフォワード・アンプ。
【請求項３】
前記フィルタは、前記歪み信号の基本波のみを通過させ基本波の３倍波帯域のみを除去するバンド・エリミネーション・フィルタである、請求項１に記載のフィードフォワード・アンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主信号の増幅時に生じる歪み成分を除去するフィードフォワード・アンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５を参照すると、本従来例によるフィードフォワード・アンプ１００の構成が示されている。このフィードフォワード・アンプ１００は、歪み抽出ループ１０Ａで主信号の歪みを抽出し、抽出された歪みを歪み除去ループ１０Ｂで主信号から除去するものである。図５において、プリアンプ２０、メインアンプ３０、ディレイライン８１，８３、アイソレータ８２、およびカプラ５０は、歪み抽出ループ１０Ａを構成し、また、エラーアンプ４０、カプラ５０、およびディレイフィルタ６０は、歪み除去ループ１０Ｂを構成している。プリアンプ２０は、アイソレータ２１，２７，２８、アンプ２２，２６、カプラ２３，２５、およびパイロット信号生成器２４から構成され、また、カプラ５０は、カプラ５１およびアイソレータ５２から構成され、また、エラーアンプ４０は、アンプ４１，４２およびカプラ４３から構成され、また、ディレイフィルタ６０は、フィルタ６１、カプラ６２、およびアイソレータ６３から構成される。
【０００３】
プリアンプ２０においては、入力信号は、アイソレータ２１を経てアンプ２２にて増幅された後、カプラ２３により２分配される。カプラ２３により分配された一方の信号は、パイロット信号生成器２４にて生成されたパイロット信号とカプラ２５により結合され、アンプ２６にて増幅された後、アイソレータ２７を経て主信号としてメインアンプ３０に出力される。また、カプラ２３により分配された他方の信号は、パイロット信号生成器２４にて生成されたパイロット信号とカプラ２３により結合され、アイソレータ２８、ディレイライン８１およびアイソレータ８２を経て遅延信号としてカプラ５０に出力される。
【０００４】
メインアンプ３０においては、プリアンプ２０から出力された主信号が増幅され、増幅による歪分を含む主信号（図６（ａ）参照）が出力される。
【０００５】
カプラ５０においては、メインアンプ３０から出力された主信号がカプラ５１により２分配される。詳細には、カプラ５１においては、メインアンプ３０からの主信号が低損失で通過する一方で、当該主信号から歪み信号が抽出される。カプラ５０１を通過した主信号は、アイソレータ５２を経てディレイフィルタ６０に出力され、カプラ５０１にて抽出された歪み信号は、プリアンプ２０からの遅延信号と結合された後（図６（ｂ）の実線部分参照）、ディレイライン８３を経てエラーアンプ４０に出力される。
【０００６】
エラーアンプ４０においては、カプラ５０からの信号が、カプラ４３により、カプラ５０にて抽出された歪み信号と、プリアンプ２により出力されたパイロット信号成分を含む信号とに２分配される。カプラ４３により分配された歪み信号はアンプ４１，４２にて増幅された後、ディレイフィルタ６０に出力される。また、カプラ４３により分配されたパイロット信号成分を含む信号は、歪み除去ループ１０Ｂ内の不図示のモニター部に出力され、当該モニター部にて歪み抽出ループ１０Ａで注入されたパイロット信号をモニターする際のモニター用の信号として利用される。
【０００７】
ディレイフィルタ６０においては、カプラ５０から出力されフィルタ６１を通過した主信号に対し、エラーアンプ４０で増幅された歪み信号が逆位相でカプラ６２により結合される。それにより、歪み成分が除去された出力信号（図６（ｃ）参照）が、アイソレータ６３を経て出力される。
【０００８】
ここで、カプラ５０は、主信号である高出力の基本波を低損失で通過させつつ、歪み信号を抽出するための高結合量のカプラであり、一般的に図７のような周波数特性を持っている。すなわち、基本波帯域では所望の結合量を得ることができるが、３倍波帯域では基本波帯域に比べてはるかに小さな結合量しか得ることができない。これは、カプラ５０の特性として、主信号系には高出力信号を通す必要があるために低損失であること、基本波帯域内における周波数特性が小さいことが要求されていることによる。
【０００９】
このため、カプラ５０からエラーアンプ４０に入力される歪み信号には、図８に示すように、カプラ５０で除去されなかった基本波の３倍波成分がかなり高いレベルで含まれることになる。
【００１０】
また、エラーアンプ４０は、アンプ４１，４２で歪み信号を増幅するが、通常、アンプ４１には、安価で高利得の汎用低出力広帯域増幅器が用いられ、また、アンプ４２には、基本波帯域のみを増幅する高出力増幅器が用いられている。このように、アンプ４１は広帯域・低出力の増幅器であるため、入力された信号に対して２倍波（場合によってはもっと高次の高調波）の信号を出力してしまう。
【００１１】
すると、図９に示すように、エラーアンプ４０に入力された高レベルの３倍波成分とエラーアンプ４０内のアンプ４１にて発生した２倍波成分との結合により、基本波の歪み帯域の低周波数側（Ｌｏｗ側。図９中のＩＭ（Inter Modulation）３−Ｌ）および高周波数側（Ｈｉｇｈ側。図９中のＩＭ３−Ｈ）には妨害波がミックスダウンされてしまう。
【００１２】
この妨害波が基本波の歪み帯域にミックスダウンされた場合、エラーアンプ４０の出力信号波形においては、図６（ｂ）に実線で示すように、妨害波の影響が一見何もないように観測される。しかし、歪み成分を除去したディレイフィルタ６０の出力信号波形、すなわちフィードフォワード・アンプ１００としての出力信号波形においては、図６（ｃ）に示すように、妨害波成分だけがキャンセルできずに残ってしまい、フィードフォワード・アンプ１００の歪み特性（ＡＣＬＲ）を劣化させることになる。
【００１３】
図９に示した歪み特性劣化のメカニズムを式で表すと次のようになる。
【００１４】
エラーアンプ４０に入力される基本波成分：ω１、ω２
エラーアンプ４０に入力される基本波の３倍波成分：３×ω１、３×ω２
アンプ４１で発生した基本波の２倍波成分：２×ω１、２×ω２、ω１＋ω２
基本波の３次歪み帯域にミックスダウンしてくる成分：
ＩＭ３−Ｌ側＝３×ω１−（ω１＋ω２）
ＩＭ３−Ｕ側＝３×ω２−（ω１＋ω２）
基本波の５次歪み帯域にミックスダウンしてくる成分：
ＩＭ５−Ｌ側＝３×ω１−２×ω２
ＩＭ５−Ｕ側＝３×ω２−２×ω１
【特許文献１】特開平４−２３３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上述べたように、図５に示した本従来例によるフィードフォワード・アンプ１００においては、次のような課題がある。
【００１６】
第１の課題は、基本波の歪み帯域において、カプラ５０を通過してエラーアンプ４０に入力された基本波の３倍波成分と、エラーアンプ４０内で発生した基本波の２倍波成分とによる妨害波が発生し、この妨害波によってフィードフォワード・アンプ１００の歪み特性が劣化してしまう可能性があるということである。
【００１７】
第２の課題は、エラーアンプ４０の入力部分に３倍波が入力されても問題がないように、エラーアンプ４０内のアンプ４１として基本波帯域に特化した増幅器を使用した場合には、アンプ４１のコストが高くなるために装置全体のコストが高くなり、コスト面でのデメリットが大きいということである。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、安価でかつ効果的にエラーアンプにおける基本波歪み帯域の妨害波を除去し、良好な歪み特性を実現することができるフィードフォワード・アンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、入力信号を分配し、分配された一方の信号を主信号として出力し、他方の信号を遅延信号として出力するプリアンプと、前記プリアンプから出力された主信号を増幅して出力するメインアンプと、前記メインアンプから出力された主信号を低損失で通過出力させるとともに、当該主信号から抽出した歪み信号を前記プリアンプから出力された遅延信号と結合して出力するカプラと、前記カプラから出力された信号から歪み信号を分配し、分配された歪み信号を増幅して出力するエラーアンプと、前記エラーアンプから出力された歪み信号を逆位相で前記カプラから出力された主信号と結合し、結合された信号を出力信号として出力するディレイフィルタとを有してなるフィードフォワード・アンプにおいて、前記カプラと前記エラーアンプとの間の遅延信号線または前記エラーアンプの内部に、前記歪み信号の基本波の３倍波帯域を除去するためのフィルタを有することを特徴とする。なお、このフィルタは、前記歪み信号の基本波のみを通過させ基本波以上の高周波を除去するローパス・フィルタ、または、前記歪み信号の基本波のみを通過させ基本波の３倍波帯域のみを除去するバンド・エリミネーション・フィルタである。
【００２０】
したがって、このフィルタによりエラーアンプに入力される基本波の３倍波レベルが低減されるため、この３倍波成分とエラーアンプ内の前段部分のアンプにて発生する２倍波成分とによる妨害波のレベルも低減することが可能になる。
【００２１】
その結果、フィードフォワード・アンプの出力信号であって主信号から歪み成分を除去した出力信号においては、この妨害波の影響が非常に少なくなり理論的にフィードフォワード動作の精度限界まで歪みをキャンセルすることができ良好な歪み特性が得られる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。
【００２３】
第１の効果は、カプラにより除去できない成分を除去できるのでフィードフォワード・アンプの歪み特性を改善させることが可能になるということである。
【００２４】
第２の効果は、エラーアンプ内の前段部分のアンプに安価な汎用増幅器が使用できるので装置全体の低コスト化が可能となるということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態によるフィードフォワード・アンプ１の構成が示されている。このフィードフォワード・アンプ１は、図５に示した従来例と比較して、カプラ５０とエンドアンプ４０との間のディレイライン８３にフィルタ７０を追加している点が異なる。なお、これ以外の構成は、図５に示した従来例と同様であるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２７】
フィルタ７０は、カプラ５０からの歪み信号の基本波の３倍波成分を除去するものである。このフィルタ７０は、基本波のみを通過させ基本波以上の高周波を除去するローパス・フィルタ（ＬＰＦ）、または、基本波の３倍波帯域のみを除去するバンド・エリミネーション・フィルタ（ＢＥＦ）である。
【００２８】
このように、エラーアンプ４０の前段にフィルタ７０を設けることにより、エラーアンプ４０に入力される、図８に示したような基本波の３倍波レベルが低減される。
【００２９】
このため、例えば、メインアンプ３０から図２（ａ）に示すような主信号が出力された場合において、エラーアンプ４０に入力される基本波の３倍波成分とエラーアンプ４０内のアンプ４１にて発生した２倍波成分とによる妨害波のレベルも低減することが可能になる（図２（ｂ）の点線部分参照）。
【００３０】
その結果、エラーアンプ４０の出力信号波形においては、図２（ｂ）に実線で示すように、妨害波の影響が一見何もないように観測され、従来技術と変化はないものの、歪み成分を除去したディレイフィルタ６０の出力信号波形、すなわちフィードフォワード・アンプ１としての出力信号波形においては、図２（ｃ）に示すように、妨害波の影響が非常に少なくなり理論上フィードフォワード動作の精度限界まで歪みをキャンセルすることができ良好な歪み特性が得られる。
【００３１】
図３に、本発明のフィードフォワード・アンプ１の出力において、歪み特性（ＡＣＬＲ）が改善したことを表すスペクトラム波形を示す。
【００３２】
図３を参照すると、従来技術のようにフィルタ７０がなく３倍波による妨害波がある場合と比較して、本発明のようにフィルタ７０を追加することにより１０ｄＢ前後も歪み特性が改善していることがわかる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、カプラ５０とエンドアンプ４０との間のディレイライン８３にフィルタ７０を設けているが、本発明はこれに限らず、エラーアンプ４０内部のアンプ４１の前段にフィルタ７０を設けても良い。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４を参照すると、本発明の第２の実施形態によるフィードフォワード・アンプ２の構成が示されている。このフィードフォワード・アンプ２は、図１に示した第１の実施形態と比較して、フィルタ７０を除去した点と、エンドアンプ４０内のカプラ４３をカプラ４４に変更した点とが異なる。なお、これ以外の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３５】
第１の実施形態においては、カプラ４３は、歪み除去ループ１０Ｂ内の不図示のモニター部へパイロット信号のモニター用の信号を出力する分配器としての機能のみを備えている。これに対して、本実施形態においては、カプラ４４は、上記の分配器としての機能に加えて、アンプ４１の入力部分に歪み信号を結合する結合器としての機能も備えている。
【００３６】
カプラ４４は、フィードフォワード・アンプ２の主信号系を結合するものではないため、カプラ５０のような低損失・高結合量・低周波数特性が求められるものではない。従って、エンドアンプ４０内の入力部分、すなわちカプラ４４の結合ポート部分の接続方法を変更することで、この結合ポートの部分において基本波帯域のみを通過させて３倍波帯域を通過させないような構成にすることも比較的容易である。
【００３７】
そこで、本実施形態においては、エンドアンプ４０内のカプラ４４に、パイロット信号のモニター用の信号を出力する分配器としての機能だけでなく、アンプ４１の入力部分に歪み信号を結合する結合器としての機能を持たせることで、エンドアンプ４０内の入力部分の接続方法を変更する。それによって、エンドアンプ４０内の入力部分において基本波帯域のみを通過させて３倍波帯域を通過させないような構成としている。
【００３８】
従って、本実施形態においては、フィルタ７０を使用した第１の実施形態と同様に、エラーアンプ４内のアンプ４１に入力される３倍波を除去し、良好なフィードフォワード・アンプ２の歪み特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態によるフィードフォワード・アンプの構成を示す図である。
【図２】図１に示したフィードフォワード・アンプ内の各構成要素の出力波形を示す図であり、（ａ）はメインアンプの出力波形、（ｂ）はエラーアンプの出力波形、（ｃ）はディレイフィルタの出力波形（フィードフォワード・アンプとしての出力波形）を示す図である。
【図３】図１に示したフィードフォワード・アンプの出力において、歪み特性（ＡＣＬＲ）が改善したことを表すスペクトル波形を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるフィードフォワード・アンプの構成を示す図である。
【図５】本従来例によるフィードフォワード・アンプの構成を示す図である。
【図６】図５に示したフィードフォワード・アンプ内の各構成要素の出力波形を示す図であり、（ａ）はメインアンプの出力波形、（ｂ）はエラーアンプの出力波形、（ｃ）はディレイフィルタの出力波形（フィードフォワード・アンプとしての出力波形）を示す図である。
【図７】図５に示したカプラ５０が一般的に備える周波数特性を説明する図である。
【図８】図５に示したエラーアンプに入力される歪み信号の入力レベルを説明する図である。
【図９】図５に示したエラーアンプにおいて、基本波の歪み帯域に妨害波がミックスダウンされるメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，２    フィードフォワード・アンプ
１０Ａ    歪み抽出ループ
１０Ｂ    歪み除去ループ
２０    プリアンプ
２１，２７，２８    アイソレータ
２２，２６    アンプ
２３，２５    カプラ
２４    パイロット信号生成器
３０    メインアンプ
４０    エラーアンプ
４１，４２    アンプ
４３，４４    カプラ
５０    カプラ
５１    カプラ
５２    アイソレータ
６０    ディレイフィルタ
６１    フィルタ
６２    カプラ
６３    アイソレータ
７０    フィルタ
８１，８３    ディレイライン
８２    アイソレータ
【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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