(57)【要約】【課題】  製造コストが安く、伝送特性にすぐれたフィードフォワード型電力増幅器を提供する。【解決手段】  フィードフォワード型電力増幅器は、入力信号を増幅するメイン増幅器２と、メイン増幅器２の出力信号に含まれる歪み成分のみを抽出する歪抽出回路３１と、メイン増幅器２の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路３２とを備えている。メイン増幅器２の後段側の遅延回路９を平面回路で構成し、メイン増幅器２の出力端子と遅延回路９との間にアイソレータ８を配置するため、伝送線路上に定在波が発生しなくなり、不要な電力放射のなく、部品コストと製造コストが安価で、保守性に優れたフィードフォワード型電力増幅器を実現できる。【選択図】  図１
2005151401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号に含まれる歪み成分を抽出する歪抽出回路と、
前記増幅器の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路と、を備え、
前記歪みキャンセル回路は、
前記増幅器の出力信号に接続されるアイソレータと、
前記アイソレータを通過した前記増幅器の出力信号を遅延させる平面回路と、
前記平面回路の出力信号と前記歪抽出回路で抽出された歪み成分とを合成することにより、前記平面回路の出力信号から歪み成分を除去する合成器と、を有することを特徴とするフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項２】
主信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号に含まれる歪み成分を抽出する主信号キャンセル回路と、
前記増幅器の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路と、を備え、
前記歪みキャンセル回路は、
前記増幅器の出力信号を遅延させる平面回路と、
前記歪抽出回路で抽出された歪み成分を伝送する伝送経路上に接続されるアイソレータと、
前記平面回路の出力信号と前記アイソレータの出力信号とを合成することにより、前記平面回路の出力信号から歪み成分を除去する合成器と、を有することを特徴とするフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項３】
前記歪みキャンセル回路は、
前記歪抽出回路の出力信号の位相調整および振幅調整を行う位相振幅調整回路と、
前記位相振幅調整回路の出力信号を増幅するエラー増幅部と、を備え、
前記合成器は、前記平面回路の出力信号と前記エラー増幅部の出力信号とを合成することにより、前記平面回路の出力信号から歪み成分を除去することを特徴とする請求項１に記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項４】
前記歪みキャンセル回路は、
前記歪抽出回路の出力信号の位相調整および振幅調整を行う位相振幅調整回路と、
前記位相振幅調整回路の出力信号を増幅して前記アイソレータに入力するエラー増幅部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項５】
前記歪抽出回路は、
主信号を第１および第２伝送経路に分岐させる第１分岐器と、
前記増幅器の出力信号を第１および第２伝送経路に分岐させる第２分岐器と、
前記第１分岐器で分岐された第２伝送経路上の主信号と、前記第２分岐器で分岐された第２伝送経路上の前記増幅器の出力信号とを合成することにより、前記増幅器の出力信号に含まれる歪み成分を抽出する歪成分抽出回路と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項６】
前記歪抽出回路は、
前記第１分岐器で分岐された第２伝送経路上の主信号を遅延させるとともに位相調整を行う遅延位相調整回路と、
前記第２分岐器で分岐された第２伝送経路上の前記増幅器の出力信号の振幅調整を行う振幅調整回路と、を有し、
前記歪成分抽出回路は、前記遅延位相調整回路の出力信号と前記振幅調整回路の出力信号とを加算することにより、歪み成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項７】
前記平面回路は、マイクロストリップラインまたはコプレーナラインであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【請求項８】
前記増幅器と、前記歪抽出回路と、前記歪みキャンセル回路を構成する前記平面回路、前記アイソレータ、前記合成器とは一枚の基板上に実装されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のフィードフォワード型電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号を増幅して伝送するフィードフォワード型電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動通信システムにおいては、周波数の有効利用の観点から多値変調方式が採用されている。多値変調方式により変調された信号は振幅と位相に情報を含んでいる。このため、多値変調方式を採用する無線通信機では、線形特性の優れた電力増幅器が必要不可欠となる。線形電力増幅器の構成としては、バックオフ動作と線形補償回路を付加する方式があり、動作効率の観点から後者の線形補償回路を付加する方式が多く用いられている。その一つの方式としてフィードフォワード型増幅器が知られている（特許文献１参照）。フィードフォワード型増幅器を使用すると、隣接周波数帯域或いは次隣接周波数帯域へ漏出する電力レベルを規定値以下に抑圧することができる。
【０００３】
フィードフォワード型増幅器は、例えばメイン増幅器、エラー増幅器およびフィードフォワード回路を備える。フィードフォワード回路は、メイン増幅器から出力される無線信号に含まれる歪み成分を検出し、この歪み成分をもとに上記メイン増幅器から出力される無線信号と同振幅でかつ逆位相の歪み成分のみのキャンセル信号を生成する。そして、この生成されたキャンセル信号をエラー増幅器で増幅したのち、上記メイン増幅器から出力される無線信号に足し合わせて、当該無線信号に含まれる歪み成分をキャンセルする。
【０００４】
一般にフィードフォワード型増幅器では、増幅素子の出力に含まれる歪みから歪みキャンセル信号を生成して逆位相で足し合わせるために、増幅素子の後段に遅延回路が必要であり、この遅延回路には低損失な同軸ケーブルが用いられていた。
【特許文献１】特開2002-33628公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、同軸ケーブルを用いたフィードフォワード型増幅器では、同軸ケーブルを増幅素子が実装されている基板上に取り付ける作業が煩雑であるという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、同軸ケーブルの代わりに、マイクロストリップライン等の平面回路で伝送線路を形成することが考えられる。ところが、平面回路の伝送線路では、メイン増幅器の出力側のインピーダンスが入力信号によって変動し、伝送線路上に定在波が生じ、伝送線路から電力が放射されて、他の回路に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストが安く、伝送特性にすぐれたフィードフォワード型電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器は、主信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号に含まれる歪み成分を抽出する歪抽出回路と、前記増幅器の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路と、を備え、前記歪みキャンセル回路は、前記増幅器の出力信号に接続されるアイソレータと、前記アイソレータを通過した前記増幅器の出力信号を遅延させる平面回路と、前記平面回路の出力信号と前記歪抽出回路で抽出された歪み成分とを合成することにより、前記平面回路の出力信号から歪み成分を除去する合成器と、を有する。
【０００９】
また、本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器は、主信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号に含まれる歪み成分を抽出する歪抽出回路と、前記増幅器の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路と、を備え、前記歪みキャンセル回路は、前記増幅器の出力信号を遅延させる平面回路と、前記歪抽出回路で抽出された歪み成分を伝送する伝送経路上に接続されるアイソレータと、前記平面回路の出力信号と前記アイソレータの出力信号とを合成することにより、前記平面回路の出力信号から歪み成分を除去する合成器と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平面回路とアイソレータを組み合わせたため、伝送線路上に定在波が発生するおそれがなくなり、伝送線路からの不要な電力が放射されなくなり、他の回路への悪影響も防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図であり、例えば無線通信機内の電力増幅器に用いられるものである。
【００１３】
図１のフィードフォワード型電力増幅器は、入力信号を増幅するメイン増幅器２と、メイン増幅器２の出力信号に含まれる歪み成分のみを抽出する歪抽出回路３１と、メイン増幅器２の出力信号から歪み成分を除去する歪みキャンセル回路３２とを備えている。
【００１４】
歪抽出回路３１は、入力信号INを第１および第２伝送経路Ｌ１，Ｌ２に分岐させる方向性結合器１と、メイン増幅器２の出力信号を第１および第２伝送経路Ｌ１，Ｌ２に分岐させる方向性結合器３と、第２伝送経路Ｌ２上の信号の振幅を調整する振幅調整部４と、第２伝送経路Ｌ２上の入力信号を遅延させる遅延回路５と、遅延回路５の出力信号の位相を調整する位相調整部６と、振幅調整部４の出力信号と位相調整部６の出力信号とを逆相加算して歪み成分を抽出する加算器７とを有する。
【００１５】
歪みキャンセル回路３２は、第１伝送経路Ｌ１上の方向性結合器３の出力信号を減衰なく伝送するアイソレータ８と、アイソレータ８の出力信号を遅延させる遅延回路９と、加算器７の出力信号の位相を調整する位相調整部１０と、位相調整部１０の出力の振幅を調整する振幅調整部１１と、振幅調整部１１の出力を増幅するエラー増幅部１２と、遅延回路９の出力とエラー増幅部１２の出力を合成する方向性結合器１３とを有する。
【００１６】
遅延回路９は、マイクロストリップラインやコプレーナライン等の平面回路で形成されている。
【００１７】
ここで、本発明の理解の助けのために、フィードフォワード型電力増幅器の原理を改めて説明する。図２はフィードフォワード型電力増幅器の原理を説明する図であり、各ポイントにおける周波数スペクトラムの状態も示している。図２において、入力信号は、方向性結合器２１により、第１および第２伝送経路Ｌ１，Ｌ２に分岐され、第１伝送経路Ｌ１上の入力信号は、メイン増幅器２２で増幅される。メイン増幅器２２の出力には、本来の周波数成分以外に歪み成分が含まれている。図２では、入力信号のスペクトラムをａで、メイン増幅器２の出力スペクトラムをｂで表している。
【００１８】
第２伝送経路Ｌ２上の入力信号は、遅延回路２５に入力される。遅延回路２５の遅延時間は、第１伝送経路Ｌ１の遅延時間、すなわちメイン増幅器２２を通過するのに要する時間に合わせて設定される。メイン増幅器２２の出力に含まれる歪み成分を除去するために、位相調整部２６において、主信号（メイン増幅部２の出力）の逆位相の信号が作られる。図２では、位相調整部２６の出力スペクトラムをｃで表している。なお、遅延回路２５と位相調整部２６の接続順序を逆にしてもよい。
【００１９】
メイン増幅器２２の出力信号は、方向性結合器２３で第１および第２伝送経路Ｌ１，Ｌ２に分岐され、第２伝送経路Ｌ２上の信号は振幅調整部２４で振幅調整される。図２では、振幅調整部２４の出力スペクトラムをｄで表している。
【００２０】
加算器２７により、位相調整部２６の出力信号と振幅調整部２４の出力信号を加算すると、歪み成分のみが抽出される。図２では、加算器２７の出力スペクトラムをｅで表している。
【００２１】
上述した図２では、各コンポーネントの反射が無い理想状態で接続されている場合であるが、実際のコンポーネントでは完全に無反射の部品を作ることは現実的に困難である。また、電力増幅用デバイスでは、出力電力を大きく取るためなどの目的に合わせて、整合を取っており、必ずしも反射が無い条件（５０オーム負荷）ではないインピーダンスの点に合わせているのが現状である。したがって５０オームから外れることによって必ず反射が起こり、部品と部品の間では、電波の往復が起こり、定在波が発生してしまう。このとき部品間距離が信号の波長に比べて短い場合には、定在波として存在することができない。しかし、本発明の実施形態に用いる遅延回路では、数波長の長さを持つことから定在波として存在することになる。このときマイクロストリップラインのような伝送線路を用いた場合には定在波によって放射電力の増加につながる問題点がある。
【００２２】
そこで図１に戻り、本実施形態では、図１に示すように、方向性結合器３を通過した第１伝送経路Ｌ１上の信号が、アイソレータ８に入力される。アイソレータ８は、例えば図３のような構成になっており、中心にフェライト４１が設けられ、その周囲に３方向の伝送経路４２〜４４が設けられている。アイソレータ８は、一方向（図３の実線矢印方向）に対しては信号を減衰なく伝送させ、反対方向に対しては信号電力を吸収する２開口非可逆回路素子である。
【００２３】
アイソレータ８を通過した信号は平面回路からなる遅延回路９に入力される。図４はマイクロストリップラインで形成された遅延回路９の一例を示す斜視図である。図４のマイクロストリップラインは、低損失・高誘電率の誘電体基板４５上に、厚さの薄いストリップ状導体４６を形成したものであり、誘電体基板４５の下面には平面導体板４７が形成されている。ストリップ状導体の幅、厚さおよび長さを調整することにより、遅延時間を調整できる。
【００２４】
図５に本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器を構成するコンポーネントを平面基板上に実装した様子を示す。
【００２５】
マイクロストリップラインやコプレーナライン等の平面回路は、同軸ケーブルに比べて、製造が容易であり、低コストで製造でき、さらに基板に一体に形成されることから、故障も起きにくい。
【００２６】
本実施形態では、平面回路からなる遅延回路９の入力側にアイソレータ８を配置しているため、インピーダンス整合を取ることができ、伝送線路上に定在波が発生しなくなる。また、アイソレータ８を通過することにより信号が遅延するため、遅延回路９自身の遅延位相を縮小でき、メイン増幅器２の後段側の損失を削減できる。
【００２７】
一方、加算器７の出力信号は、位相調整部１０と振幅調整部１１を通過して、位相調整と振幅調整が行われる。位相調整部１０と振幅調整部１１を通過した信号は、歪み成分のみからなる。なお、位相調整部１０と振幅調整部１１の接続順序を逆にしてもよい。
【００２８】
振幅調整部１１の出力信号は、エラー増幅部１２に入力される。方向性結合器１３は、遅延回路９の出力信号とエラー増幅部１２の出力信号を合成し、歪み成分のない入力信号成分のみを出力する。
【００２９】
図６はメイン増幅部２を多段構成にした図１の変形例を示すブロック図である。メイン増幅部２を多段構成にすることにより、メイン増幅部２の遅延位相が大きくなり、位相調整部６，１０を一つにまとめたり、振幅調整部４，１１を一つにまとめることも可能である。この場合、遅延回路５、位相調整部および振幅調整部の接続順序を任意に変更可能である。
【００３０】
このように、第１の実施形態では、メイン増幅器２の後段側の遅延回路９を平面回路で構成し、メイン増幅器２の出力端子と遅延回路９との間にアイソレータ８を配置するため、伝送線路上に定在波が発生しなくなり、不要な電力放射のなく、部品コストと製造コストが安価で、保守性に優れたフィードフォワード型電力増幅器を実現できる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、アイソレータ８の接続位置が第１の実施形態と異なるものである。
【００３２】
図７は本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器の第２の実施形態のブロック図である。図７では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００３３】
図７のフィードフォワード型電力増幅器は、メイン増幅器２の出力端子に、平面回路からなる遅延回路９を接続し、遅延回路９の前段にアイソレータ８を設けると共に、エラー増幅器１２の出力端子と方向性結合器１３との間にもアイソレータ８を配置している。
【００３４】
図７のフィードフォワード型電力増幅器では、二つのアイソレータ８で放射を防ぐ。これにより、伝送線路上に定在波が発生しなくなり、不要な電力放射がなくなり、部品コストと製造コストが安価で、保守性に優れたフィードフォワード型電力増幅器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１のフィードフォワード型電力増幅器のスペクトラム図。
【図３】アイソレータの内部構成の一例を示す図。
【図４】マイクロストリップラインで形成された遅延回路９の一例を示す斜視図。
【図５】本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器を構成する各コンポーネントを平面基板上に実装した状態を示す図。
【図６】メイン増幅部２を多段構成にした図１の変形例を示すブロック図。
【図７】本発明に係るフィードフォワード型電力増幅器の第２の実施形態のブロック図。
【符号の説明】
【００３６】
１，３  方向性結合器
２  メイン増幅器
４，１１  振幅調整部
５，９  遅延回路
６，１０  位相調整部
７  加算器
８  アイソレータ
２１，２３  方向性結合器
２２  メイン増幅器
４，１１  振幅調整部
２５，２９  遅延回路
２６  位相調整部
２７  加算器
１２  エラー増幅部
Ｌ１  第１伝送経路
Ｌ２  第２伝送経路
【図１】
2005151401.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005151401.tif 000007
【図６】
2005151401.tif 000008
【図７】
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