(57)【要約】【課題】電力増幅器の非線形特性解析の高精度化を図ることのできる非線形特性解析装置を得る。【解決手段】レベル可変手段３は、２トーン信号発生手段２からの２トーン信号を二つの異なる平均電力レベルに変化させる。２トーン信号の一部を分岐した２トーン信号を入力信号とし、２トーン信号を電力増幅器１で増幅した２トーン信号を出力信号として、非線形特性算出手段９は、これら入力信号と出力信号とから電力増幅器１の動的非線形特性を算出する。非線形特性平均化手段１０は、非線形特性算出手段９より算出された動的非線形特性を平均化する。非線形特性合成手段１１は、非線形特性平均化手段１０で平均化された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する。【選択図】図１
2013038772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置であって、
二つの周波数成分から構成される２トーン信号を発生する２トーン信号発生手段と、
前記２トーン信号発生手段により発生された２トーン信号を少なくとも二つの異なる平均電力レベルに変化させるレベル可変手段と、
前記レベル可変手段により平均電力レベルが調整された２トーン信号の一部を分岐する入力信号分岐手段と、
前記入力信号分岐手段により分岐された２トーン信号を検出する入力信号検出手段と、
前記レベル可変手段により平均電力レベルが調整された２トーン信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器により増幅された２トーン信号の一部を分岐する出力信号分岐手段と、
前記出力信号分岐手段により分岐された２トーン信号を検出する出力信号検出手段と、
前記入力信号検出手段により検出された２トーン信号と前記出力信号検出手段によって検出された２トーン信号から、前記電力増幅器の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する非線形特性算出手段と、
前記非線形特性算出手段により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する非線形特性平均化手段と、
前記非線形特性平均化手段に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する非線形特性合成手段とを備えた非線形特性解析装置。
【請求項２】
電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置であって、
Ｎ個（Ｎは３以上の任意の実数）の周波数成分から構成されるＮトーン信号を発生するＮトーン信号発生手段と、
前記Ｎトーン信号発生手段により発生されたＮトーン信号の電力レベルを変化させる場合と変化させない場合とを切り替え、平均電力レベルを調整する切替手段と、
前記切替手段により平均電力レベルが調整されたＮトーン信号の一部を分岐する入力信号分岐手段と、
前記入力信号分岐手段により分岐されたＮトーン信号を検出する入力信号検出手段と、
前記切替手段により平均電力レベルが調整されたＮトーン信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器により増幅されたＮトーン信号の一部を分岐する出力信号分岐手段と、
前記出力信号分岐手段により分岐されたＮトーン信号を検出する出力信号検出手段と、
前記入力信号検出手段により検出されたＮトーン信号と前記出力信号検出手段によって検出されたＮトーン信号から、前記電力増幅器の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する非線形特性算出手段と、
前記非線形特性算出手段により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する非線形特性平均化手段と、
前記非線形特性平均化手段に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する非線形特性合成手段とを備えた非線形特性解析装置。
【請求項３】
２トーン信号発生手段またはＮトーン信号発生手段は、トーン信号の周波数間隔が可変な周波数間隔可変信号発生手段であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非線形特性解析装置。
【請求項４】
入力信号検出手段の前段側に、入力信号分岐手段により分岐された２トーン信号またはＮトーン信号をダウンコンバートする第１の周波数変換手段を備えると共に、出力信号検出手段の前段側に出力信号分岐手段により分岐された２トーン信号またはＮトーン信号をダウンコンバートする第２の周波数変換手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の非線形特性解析装置。
【請求項５】
入力信号分岐手段により分岐され、非線形特性算出手段に入力される２トーン信号またはＮトーン信号を遅延させる遅延回路を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の非線形特性解析装置。
【請求項６】
レベル可変手段により複数レベルに変化される電力増幅器の出力電力のうち、少なくとも一つは、飽和電力から入力信号のＰＡＰＲと同等のバックオフをとった出力電圧レベルであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の非線形特性解析装置。
【請求項７】
２トーン信号発生手段またはＮトーン信号発生手段は、変調波信号の信号帯域幅と同じ周波数間隔を有する２トーン信号またはＮトーン信号を発生することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の非線形特性解析装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の非線形解析装置を用いた送信機であって、
前記電力増幅器のバイアス電圧を予め決められた任意の範囲内で変化させるバイアス電圧可変手段と、
非線形特性合成手段によりバイアス電圧毎に出力された前記電力増幅器の動的非線形特性から歪みレベルを計算する歪み計算手段と、
前記歪み計算手段により計算された歪みレベルをバイアス電圧毎に保存する記憶手段と、
前記バイアス電圧毎の歪みレベルから、当該歪みレベルが最小となるバイアス電圧を判別するバイアス電圧判別手段とを備え、
前記バイアス電圧判別手段により判別されたバイアス電圧を前記バイアス電圧可変手段を介して前記電力増幅器に供給することを特徴とする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置及びこれを用いた送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信に用いられる電力増幅器では、線形性が確保されていない場合に信号波形に歪みが生じ、送信帯域外、特に隣接帯域に電力が漏洩する。この漏洩電力は電波法規によって厳しく規制されており、歪みの規格を満たすように回路を設計・製造する必要がある。このような背景から、予め歪みの規格を満たすように回路を設計するために、歪み解析の高精度化が求められている。
従来の非線形特性解析装置として、例えば、特許文献１には、ネットワークアナライザのＣＷ (Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ) １トーンを掃引することで電力増幅器の非線形特性を測定する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２０１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の非線形特性解析装置では、ＣＷ１トーン入力時の非線形特性（静的非線形特性）を測定するため、電力増幅器のメモリ効果を観測できない。このため、静的非線形特性を用いたメモリ効果を考慮しない歪み解析手法では、歪みの計算結果と実測結果が異なるという課題があった。この問題は、特に広帯域システムにおいては深刻な問題であった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、電力増幅器の非線形特性解析の高精度化を図ることのできる非線形特性解析装置及び送信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る非線形特性解析装置は、電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置であって、二つの周波数成分から構成される２トーン信号を発生する２トーン信号発生手段と、２トーン信号発生手段により発生された２トーン信号を少なくとも二つの異なる平均電力レベルに変化させるレベル可変手段と、レベル可変手段により平均電力レベルが調整された２トーン信号の一部を分岐する入力信号分岐手段と、入力信号分岐手段により分岐された２トーン信号を検出する入力信号検出手段と、レベル可変手段により平均電力レベルが調整された２トーン信号を増幅する電力増幅器と、電力増幅器により増幅された２トーン信号の一部を分岐する出力信号分岐手段と、出力信号分岐手段により分岐された２トーン信号を検出する出力信号検出手段と、入力信号検出手段により検出された２トーン信号と出力信号検出手段によって検出された２トーン信号から、電力増幅器の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する非線形特性算出手段と、非線形特性算出手段により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する非線形特性平均化手段と、非線形特性平均化手段に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する非線形特性合成手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の非線形特性解析装置は、異なる平均電力レベルにおいて、２トーン信号入力時の電力増幅器の動的非線形特性を解析し、これらを合成するようにしたので、電力増幅器の非線形特性解析の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の非線形特性解析装置における動的非線形特性を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６による非線形特性解析装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態８による非線形特性解析装置の信号を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態９による送信機を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による非線形特性解析装置を示す構成図である。
図１に示す非線形特性解析装置は、電力増幅器１、２トーン信号発生手段２、レベル可変手段３、出力端子４、入力信号分岐手段５、出力信号分岐手段６、入力信号検出手段７、出力信号検出手段８、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、非線形特性合成手段１１を備え、電力増幅器１のＡＭ−ＡＭ特性（入力振幅に対する出力振幅の特性）や電力増幅器のＡＭ−ＰＭ特性（入力振幅に対する出力位相の特性）を解析するものである。
【００１０】
２トーン信号発生手段２は、二つの周波数成分から構成される２トーン信号を発生する手段である。レベル可変手段３は、２トーン信号発生手段２により発生された２トーン信号を少なくとも二つの異なる平均電力レベルに変化させる手段である。出力端子４は、電力増幅器１で増幅された信号が出力される端子である。入力信号分岐手段５は、レベル可変手段３により平均電力レベルが調整された２トーン信号の一部を分岐する手段である。出力信号分岐手段６は、電力増幅器１から出力された出力信号を分岐する手段である。入力信号検出手段７は、入力信号分岐手段５により分岐された２トーン信号を検出する手段である。出力信号検出手段８は、出力信号分岐手段６で分岐された２トーン信号を検出する手段である。非線形特性算出手段９は、入力信号検出手段７により検出された２トーン信号と、出力信号検出手段８によって検出された２トーン信号から、電力増幅器１の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する手段である。非線形特性平均化手段１０は、非線形特性算出手段９により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する手段である。非線形特性合成手段１１は、非線形特性平均化手段１０に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する手段である。
【００１１】
このように、実施の形態１は、二つの周波数成分から構成される２トーン信号を発生する２トーン信号発生手段２を有し、２トーン信号入力時の電力増幅器１の動的非線形特性を解析するものである。また、２トーン信号の平均電力レベルをレベル可変手段３により変化させることで、異なる出力電力レベルにおいて動的非線形特性を取得する。さらに、異なる出力電力レベルにおいて得られた動的非線形特性を非線形特性合成手段１１により合成する。すなわち、この実施の形態１の特徴とするところは、異なる平均電力レベルにおいて、２トーン信号入力時の電力増幅器の動的非線形特性を解析し、これらを合成することで非線形特性の解析精度を向上するものである。
【００１２】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
２トーン信号発生手段２では、異なる二つの周波数成分ｆ１およびｆ２から成る２トーン信号を発生させる。２トーン信号発生手段２より発生された２トーン信号は、レベル可変手段３により平均電力レベルがＡ ｄＢｍとなるように調整される。レベル可変手段３で平均電力レベルが調整された２トーン信号は、入力信号分岐手段５を介して、一方は電力増幅器１に出力され、他方は入力信号検出手段７に出力される。電力増幅器１に出力された２トーン信号は、電力増幅器１で増幅され、出力信号分岐手段６を介して出力信号検出手段８に出力される。入力信号検出手段７に出力された信号は、入力信号が検出され、非線形特性算出手段９に出力される。出力信号検出手段８に出力された信号は、出力信号が検出され、非線形特性算出手段９に出力される。非線形特性算出手段９には、入力信号検出手段７、および出力信号検出手段８からの出力が入力され、両者の時間波形から瞬時利得、および瞬時位相（動的非線形特性）が算出される。このとき、瞬時利得Ｇ（ｔ）、および瞬時位相θ（ｔ）は、入力信号検出手段７からの複素信号Ｖｉｎ（ｔ）と出力信号検出手段８からの複素信号Ｖｏｕｔ（ｔ）とを用いて、以下の式（１）のように表される。
【００１３】
Ｇ（ｔ）＝｜Ｖｏｕｔ（ｔ）／Ｖｉｎ（ｔ）｜・・・（１）
θ（ｔ）＝∠（Ｖｏｕｔ（ｔ）／Ｖｉｎ（ｔ））・・・（２）
上記の（１）、（２）式を用いて算出された動的非線形特性は、入力電力の平均電力レベルがＡ ｄＢｍ時の特性（例えば第１の非線形特性）として非線形特性算出手段９内の図示しないメモリに保存される。図２（ａ）に非線形特性算出手段９の効果を表す図を示す。
【００１４】
次に、２トーン信号発生手段２より発生された２トーン信号は、レベル可変手段３により平均電力レベルがＢ  ｄＢｍ（Ａ＜Ｂ）となるように調整される。２トーン信号のＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｒａｔｉｏｎ）は３ｄＢであるため、例えば、平均電力Ｂ ｄＢｍは飽和電力から３ｄＢバックオフに設定することで、飽和近傍の非線形特性を解析する。また、平均電力Ａ ｄＢｍは、例えば飽和電力からさらにバックオフをとった６ｄＢバックオフにおいて非線形特性を解析する。レベル可変手段３で平均電力レベルが調整された２トーン信号は、前述の平均電力レベルがＡ ｄＢｍの２トーン信号と同様、上記（１）、（２）式に基づき、動的非線形特性が算出される。このとき算出された動的非線形特性は、入力電力の平均電力レベルがＢ ｄＢｍ時の特性（例えば第２の非線形特性）としてメモリに保存される。
【００１５】
非線形特性平均化手段１０には、非線形特性算出手段９において保存された第１の非線形特性、および第２の非線形特性が出力される。非線形特性平均化手段１０では、第１の非線形特性、および第２の非線形特性がそれぞれ平均化され、それぞれ第１の平均非線形特性、および第２の平均非線形特性として図示しないメモリに保存される。図２（ｂ）に非線形特性平均化手段１０の効果を表す図を示す。図２（ｂ）において、四角印のプロットが平均非線形特性である。
【００１６】
非線形特性合成手段１１には、非線形特性平均化手段１０において保存された第１の平均非線形特性、および第２の平均非線形特性が出力される。図２（ｃ）は、平均電力Ａ ｄＢｍ時に取得した第１の平均非線形特性、および平均電力Ｂ ｄＢｍ時に取得した第２の非線形特性を示している。平均電力Ｂ ｄＢｍ時に取得した第２の平均非線形特性は、飽和領域の非線形特性を得ることができるものの、信号の存在確率が少ない低出力・中出力領域の特性が上反り傾向となっており、第１の平均非線形特性と一致しないことが分かる。このため、低出力・中出力領域では、平均電力Ａ ｄＢｍ時に取得した第１の平均非線形特性、飽和領域では、平均電力Ｂ ｄＢｍ時に取得した第２の平均非線形特性を用い、両者を合成する。すなわち、非線形特性合成手段１１では、第１の平均非線形特性と第２の平均非線形特性が、ある任意の平均出力電力点を基準として合成される。例えば、平均出力電力Ｃ ｄＢｍを基準とする場合，平均出力電力がＣ ｄＢｍよりも小さい電力領域では、第１の平均非線形特性を、平均出力電力がＣ ｄＢｍ以上の電力領域では第２の平均非線形特性を用い、両者を合成する。図２（ｄ）に非線形特性合成手段１１の効果を表す図を示す。なお、本実施の形態では異なる二つの平均電力で解析した非線形特性を合成する例を示したが、例えば、３ｄＢバックオフ、６ｄＢバックオフ、９ｄＢバックオフ・・・と必要に応じてある電力ステップ間隔で非線形特性を解析し、それらを合成することもできる。
【００１７】
このように、実施の形態１では、２トーン信号発生手段２を備え、２トーン信号の平均電力レベルをレベル可変手段３により変化させることで、異なる平均電力レベルにおいて、２トーン信号入力時の電力増幅器１の動的非線形特性を解析する。さらに、異なる平均電力レベルにおいて取得した動的非線形特性を平均化し合成することで、高精度な動的非線形特性を得ることができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
なお、位相特性についても上述した利得特性と同様の手法で算出することで、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
また、出力信号検出手段８では出力信号分岐手段６で分岐した信号を入力するようにしたが、電力増幅器１で増幅された２トーン信号を検出できるのであれば、出力信号分岐手段６を削除しても同様の効果を得ることができる。
【００１８】
以上説明したように、実施の形態１の非線形特性解析装置によれば、電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置であって、二つの周波数成分から構成される２トーン信号を発生する２トーン信号発生手段２と、２トーン信号発生手段２により発生された２トーン信号を少なくとも二つの異なる平均電力レベルに変化させるレベル可変手段３と、レベル可変手段３により平均電力レベルが調整された２トーン信号の一部を分岐する入力信号分岐手段５と、入力信号分岐手段５により分岐された２トーン信号を検出する入力信号検出手段７と、レベル可変手段３により平均電力レベルが調整された２トーン信号を増幅する電力増幅器１と、電力増幅器１により増幅された２トーン信号の一部を分岐する出力信号分岐手段６と、出力信号分岐手段６により分岐された２トーン信号を検出する出力信号検出手段８と、入力信号検出手段７により検出された２トーン信号と出力信号検出手段８によって検出された２トーン信号から、電力増幅器１の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する非線形特性算出手段９と、非線形特性算出手段９により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する非線形特性平均化手段１０と、非線形特性平均化手段１０に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する非線形特性合成手段１１とを備えたので、電力増幅器の非線形特性解析の高精度化を図ることができる。
【００１９】
また、本実施の形態を計算に適用する場合には、２トーン信号を使用するため、ハーモニックバランス解析によって容易に計算することが可能である。さらに、本実施の形態を測定に適用する場合には、２トーン信号を使用するため、変調器が不要となり、簡易な構成で測定系の構築ができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２の非線形特性解析装置を示す構成図である。
実施の形態２における非線形特性解析装置は、電力増幅器１、レベル可変手段３、出力端子４、入力信号分岐手段５、出力信号分岐手段６、入力信号検出手段７、出力信号検出手段８、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、非線形特性合成手段１１、第１の切替手段３０、第２の切替手段３１、Ｎトーン信号発生手段２００を備えている。実施の形態２の非線形特性解析装置と、図１に示した実施の形態１の非線形特性解析装置との違いは、実施の形態１における２トーン信号発生手段２に代えてＮトーン信号発生手段２００を設け、かつ、第１の切替手段３０、および第２の切替手段３１を設けた点である。
【００２１】
実施の形態１で用いた２トーン信号発生手段２は、ＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｒａｔｉｏｎ）が３ｄＢの２トーン信号を発生する。このため、飽和電力から３ｄＢバックオフを確保した状態で電力増幅器１を動作させなければ、飽和電力近傍の動的非線形特性を観測することが出来ない。この場合、２トーン信号と同等のＰＡＰＲを有する変調波信号、例えばＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）信号を想定した場合には、精度の高い動的非線形特性を取得することが出来る。しかしながら、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）信号などＰＡＰＲが３ｄＢよりも大きな変調波信号を想定した場合には、通常、飽和電力から十分バックオフを確保した状態で電力増幅器１を動作させるため、２トーン信号では動的非線形特性を精度良く模擬できない可能性がある。また、信号帯域幅が広帯域な変調波信号を想定した場合、帯域内の周波数特性が無視できなくなり、２トーン信号では精度良く動的非線形特性を模擬できない可能性がある。
【００２２】
これに対処するため、実施の形態２では、図３に示すように、Ｎトーン信号発生手段２００によって発生されたＮトーン信号（Ｎは３以上の任意の整数）を用いて動的非線形特性を取得する。例えば４トーンの場合、ＰＡＰＲは６ｄＢ、８トーンの場合、ＰＡＰＲは９ｄＢとなる。また、Ｎトーン信号生成手段は、ＮＰＲ（Ｎｏｉｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）を測定する際に用いるテスト信号を発生することもできる。ＮＰＲを測定する際に用いるテスト信号はＰＡＰＲが１０ｄＢ程度となる。
【００２３】
すなわち、この実施の形態の特徴とするところは、Ｎトーン信号発生手段２００を備えることで、ＰＡＰＲや信号帯域幅の異なる様々な変調波信号に対応した高精度な動的非線形特性を短時間で取得し、非線形特性の解析精度を向上するものである。また、第１の切替手段３０及び第２の切替手段３１は、Ｎトーン信号発生手段２００により発生されたＮトーン信号の電力レベルを変化させる場合と変化させない場合とを切り替え、平均電力レベルを調整する切替手段を構成するものである。図３における他の構成は実施の形態１の図１に示した構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００２４】
次に、実施の形態２の動作について説明する。
Ｎトーン信号発生手段２００では、任意のＮトーン信号が生成、送信される。送信されたＮトーン信号は、レベル可変手段３と、第１の切替手段３０および第２の切替手段３１によって、平均電力レベルを変化する場合と平均電力レベルを変化しない場合に分けられる。その後、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、および非線形特性合成手段１１により、動的非線形特性が算出され、平均化／合成される。例えば、Ｎトーン信号発生手段２００で４トーン信号が生成、送信され、第１の切替手段３０、および第２の切替手段３１によって、平均電力レベルを変化する場合には、６ｄＢバックオフ、１２ｄＢバックオフ・・・と必要に応じてある電力ステップ間隔で非線形特性を解析し、それらを合成する。一方、第１の切替手段３０、および第２の切替手段３１によって、平均電力レベルを変化しない場合においては、非線形特性合成手段１１は、ある一点の平均電力レベルで取得した動的非線形特性を算出し、平均化する。
【００２５】
それ以外の動作については、実施の形態１で既に説明しているため省略する。このように、実施の形態２の非線形特性解析装置では、Ｎトーン信号発生手段２００を備え、Ｎトーン信号入力時の動的非線形特性を解析することで、ＰＡＰＲや信号帯域幅の異なる様々な変調波信号に対応した高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００２６】
また、実施の形態２では、２トーン信号よりもＰＡＰＲの大きなＮトーン信号を用いるため、解析回数が減り計算時間もしくは測定時間を短縮することが可能である。また、本実施の形態を計算に適用する場合には、Ｎトーン信号を使用するため、ハーモニックバランス解析によって容易に計算することが可能である。さらに、本実施の形態を測定に適用する場合には、Ｎトーン信号を使用するため、変調器が不要となり、簡易な構成で測定系の構築ができる。
【００２７】
以上説明したように、実施の形態２の非線形特性解析装置によれば、電力増幅器のＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性を解析する非線形特性解析装置であって、Ｎ個（Ｎは３以上の任意の実数）の周波数成分から構成されるＮトーン信号を発生するＮトーン信号発生手段と、Ｎトーン信号発生手段により発生されたＮトーン信号の電力レベルを変化させる場合と変化させない場合とを切り替え、平均電力レベルを調整する切替手段と、切替手段により平均電力レベルが調整されたＮトーン信号の一部を分岐する入力信号分岐手段と、入力信号分岐手段により分岐されたＮトーン信号を検出する入力信号検出手段と、切替手段により平均電力レベルが調整されたＮトーン信号を増幅する電力増幅器と、電力増幅器により増幅されたＮトーン信号の一部を分岐する出力信号分岐手段と、出力信号分岐手段により分岐されたＮトーン信号を検出する出力信号検出手段と、入力信号検出手段により検出されたＮトーン信号と出力信号検出手段によって検出されたＮトーン信号から、電力増幅器の動的非線形特性を算出し、算出した動的非線形特性を平均電力レベル毎に保存する非線形特性算出手段と、非線形特性算出手段により算出された動的非線形特性を平均化し、平均電力レベル毎に保存する非線形特性平均化手段と、非線形特性平均化手段に保存された異なる平均電力レベルの非線形特性を合成して出力する非線形特性合成手段とを備えたので、電力増幅器の非線形特性解析の高速化と高精度化を図ることができる。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３の非線形特性解析装置を示す構成図である。
実施の形態３における非線形特性解析装置は、電力増幅器１、レベル可変手段３、出力端子４、入力信号分岐手段５、出力信号分岐手段６、入力信号検出手段７、出力信号検出手段８、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、非線形特性合成手段１１、変調波信号源１９、第１の切替手段３０、第２の切替手段３１を備えている。実施の形態３の非線形特性解析装置と、図３に示した実施の形態２の非線形特性解析装置との違いは、実施の形態２におけるＮトーン信号発生手段２００に代えて変調波信号源１９を設けた点である。他の構成は実施の形態２の図３に示した構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
実施の形態１や実施の形態２では、実運用時に用いられる変調波信号を模擬するために、２トーン信号発生手段２、またはＮトーン信号発生手段２００を設けているが、本実施の形態では、変調波信号そのものを用いて動的非線形特性を解析する。すなわち、この実施の形態の特徴とするところは、入力信号として変調波信号そのものを用いることで、短時間に高精度な動的非線形特性を取得し、非線形特性の解析精度を向上するものである。
【００３０】
次に、実施の形態３の動作について説明する。
変調波信号源１９では、運用時に用いられる変調波信号が生成、送信される。送信された変調波信号は、第１の切替手段３０、および第２の切替手段３１によって、平均電力レベルを変化する場合と平均電力レベルを変化しない場合に分けられる。その後、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、および非線形特性合成手段１１により、動的非線形特性が算出され、平均化／合成される。なお、切替手段３０によって、平均電力レベルを変化しない場合においては、非線形特性合成手段１１は、ある一点の平均電力レベルで取得した動的非線形特性を算出し、平均化する。それ以外の動作については、実施の形態１で既に説明しているため省略する。
【００３１】
以上説明したように、実施の形態３の非線形特性解析装置によれば、変調波信号源１９を備え、実運用時に用いられる変調波信号入力時の動的非線形特性を解析することで、短時間に高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。なお、変調波信号源１９は、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ信号、ＯＦＤＭ信号、ＬＴＥ信号などを生成する。
【００３２】
実施の形態４．
図５（ａ）は、実施の形態４の非線形特性解析装置を示す構成図である。
本実施の形態の非線形特性解析装置と図１に示した実施の形態１の非線形特性解析装置との違いは、実施の形態１における２トーン信号発生手段２に代えて周波数間隔変化型２トーン信号発生手段２ａを設けた点である。他の構成は実施の形態１の図１に示した構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００３３】
実施の形態１で用いた２トーン信号発生手段２は、２トーンの周波数間隔Δｆ（＝｜ｆ１−ｆ２｜）が固定であるため、電力増幅器１が差周波成分に依存して大きく変化するような強いメモリ効果歪みを有する場合、変調波入力時の動的非線形特性を精度良く模擬できない可能性がある。これに対処するため、実施の形態４では、図５（ｂ）に示すように、２トーン信号の周波数間隔Δｆを変化させる。
【００３４】
すなわち、この実施の形態の特徴とするところは、２トーン信号の周波数間隔Δｆを変化させる周波数間隔変化型２トーン信号発生手段２ａを備えることで、電力増幅器１のメモリ効果歪みを考慮した高精度な動的非線形特性を取得し、非線形特性の解析精度を向上するものである。
【００３５】
次に、実施の形態４の動作について説明する。
図５（ａ）において、周波数間隔変化型２トーン信号発生手段２ａでは、周波数間隔Δｆの異なる２トーン信号が順に生成、送信される。送信された２トーン信号は、非線形特性算出手段９、非線形特性平均化手段１０、および非線形特性合成手段１１により、動的非線形特性が算出され、平均化／合成される。なお、このときの動作については、実施の形態１で既に説明しているため省略する。非線形特性合成手段１１には、周波数間隔Δｆ毎に合成された非線形特性が存在するため、さらにこれらを平均化することで、差周波依存性を持つ歪みを表現することができる。
【００３６】
以上説明したように、実施の形態４の非線形特性解析装置によれば、周波数間隔変化型２トーン信号発生手段２ａを備え、周波数間隔Δｆの異なる２トーン信号入力時の動的非線形特性を解析することで、電力増幅器１のメモリ効果歪みを考慮した高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態を計算に適用する場合には、ハーモニックバランス解析によって容易に計算することが可能である。さらに、本実施の形態を測定に適用する場合には、Ｎトーン信号を使用するため、変調器が不要となり、簡易な構成で測定系の構築ができる。
なお、ここでは周波数間隔Δｆの異なる２トーン信号を生成する例を示したが、周波数間隔Δｆの異なるＮトーン信号を生成した場合についても同様の効果を得ることができる。Ｎトーン信号を用いた場合には、解析回数が減り計算時間もしくは測定時間を短縮することが可能である。
【００３８】
実施の形態５．
図６は、実施の形態５の非線形特性解析装置を示す構成図である。
本実施の形態の非線形特性解析装置と図１に示した実施の形態１の非線形特性解析装置との違いは、入力信号検出手段７の前段側に、入力信号分岐手段５により分岐された２トーン信号をダウンコンバートする第１の周波数変換手段１２を備えると共に、出力信号検出手段８の前段側に電力増幅器１により増幅された２トーン信号をダウンコンバートする第２の周波数変換手段１３を備えた点である。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
実施の形態５では、入力信号検出手段７及び出力信号検出手段８の前段側に第１の周波数変換手段１２及び第２の周波数変換手段１３を備えたので、実施の形態１と比較して、入力信号検出手段７及び出力信号検出手段８からの信号の時間変動が緩和される。すなわち、本実施の形態の特徴とするところは、入力信号分岐手段５及び出力信号分岐手段６からの出力をダウンコンバートすることで、高精度な動的非線形特性を取得し、非線形特性の解析精度を向上するものである。
【００４０】
次に、実施の形態５の非線形特性解析装置の動作について説明する。
図６において、入力信号分岐手段５からの出力は第１の周波数変換手段１２により、ＲＦからＩＦまたはＢＢ（ベースバンド）に周波数変換される。第１の周波数変換手段１２により周波数変換された信号は、入力信号検出手段７を介して、非線形特性算出手段９に出力される。一方、出力信号分岐手段６からの出力は第２の周波数変換手段１３により、ＲＦからＩＦまたはＢＢに周波数変換される。第２の周波数変換手段１３により周波数変換された信号は、出力信号検出手段８を介して、非線形特性算出手段９に出力される。非線形特性算出手段９以降の動作は実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００４１】
以上のように、この実施の形態５によれば、入力信号分岐手段５及び出力信号分岐手段６からの出力を周波数変換することで、高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
なお、第１の周波数変換手段１２及び第２の周波数変換手段１３は同一のローカル発振器を用いて構成しても良い。その場合、第１の周波数変換手段１２及び第２の周波数変換手段１３の個体ばらつきを抑えることができ、回路の小形化も期待できる。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態５の非線形特性解析装置によれば、入力信号検出手段７の前段側に、入力信号分岐手段５により分岐された２トーン信号をダウンコンバートする第１の周波数変換手段１２を備えると共に、出力信号検出手段８の前段側に出力信号分岐手段６により分岐された２トーン信号をダウンコンバートする第２の周波数変換手段１３を備えたので、高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態６．
図７は、実施の形態６の非線形特性解析装置を示す構成図である。
本実施の形態の非線形特性解析装置と図１に示した実施の形態１の非線形特性解析装置との違いは、入力信号検出手段７の出力側に、入力信号検出手段７の出力信号を遅延させる遅延回路１４を備えた点である。これ以外は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
これにより，実施の形態１と比較して、入力信号検出手段７及び出力信号検出手段８からの信号のタイミング調整が可能となる。すなわち、本実施の形態の特徴とするところは、入力信号検出手段７及び出力信号検出手段８からの信号のタイミング調整を行うことで、高精度な動的非線形特性を取得し、非線形特性の解析精度を向上するものである。
【００４５】
次に、実施の形態６の非線形特性解析装置の動作について説明する。
図７において、入力信号検出手段７と出力信号検出手段８の出力信号は、電力増幅器１の遅延分だけ、信号のタイミングにずれが生じる。このため、入力信号検出手段７からの出力は遅延回路１４によりタイミング調整を行った後、非線形特性算出手段９に出力する。これにより、非線形特性算出手段９に入力される入力信号検出手段７からの信号と出力信号検出手段８からの信号とはそのタイミングを合わせることができる。非線形特性算出手段９以降の動作は実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００４６】
なお、上記例では、遅延回路１４は入力信号検出手段７の後段側に設けたが、入力信号分岐手段５と入力信号検出手段７との間に接続された場合においても、同様の効果を得ることができる。すなわち、入力信号分岐手段により分岐され、非線形特性算出手段９に入力される２トーン信号を遅延させることができるならば、遅延回路１４の設置位置は限定されない。
【００４７】
以上説明したように、実施の形態６の非線形特性解析装置によれば、入力信号分岐手段５により分岐され、非線形特性算出手段９に入力される２トーン信号を遅延させる遅延回路１４を備え、入力信号検出手段７からの出力信号と出力信号検出手段８からの出力信号とをタイミング調整するようにしたので、高精度な動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００４８】
実施の形態７．
実施の形態７では、レベル可変手段３により２以上の複数レベルに変化される電力増幅器の出力電力のうち、少なくとも一つは飽和電力から信号のＰＡＰＲ分だけバックオフをとった出力電力とする。例えば、２トーンの場合は３ｄＢバックオフ、４トーンの場合は６ｄＢバックオフ、８トーンの場合は９ｄＢバックオフで解析する。実施の形態７における非線形特性解析装置の図面上の構成は実施の形態１〜５のいずれかであるため、ここでの説明は省略する。
【００４９】
図２（ｃ）では、第２の平均非線形特性は飽和電力から３ｄＢバックオフで取得した平均非線形特性を示している。２トーン信号のピーク対平均電力比は３ｄＢであるため、飽和電力から３ｄＢバックオフを確保することで、飽和領域の非線形特性を得ることができる。また、少なくとも一つを飽和電力から３ｄＢバックオフとした場合、その他は３ｄＢよりも大きいバックオフとする。
【００５０】
以上説明したように、実施の形態７の非線形特性解析装置によれば、レベル可変手段３により２以上の複数レベルに変化される電力増幅器の出力電力のうち、少なくとも一つは飽和電力から信号のＰＡＰＲ分だけバックオフをとった出力電力としたので、飽和領域まで非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態８．
この実施の形態では、２トーンの周波数間隔を変調波信号帯域幅と同じにする。なお、実施の形態８における非線形特性解析装置の図面上の構成は実施の形態１〜５のいずれかであるため、ここでの説明は省略する。
例えば、図８に示す変調波信号の場合、２トーンの周波数間隔をΔｆ１とする。差周波に依存して生じるメモリ効果は、信号帯域幅が広いほど強く観測されるため、変調波信号の最大帯域幅に相当する周波数間隔を２トーン信号で実現することで、変調波信号入力時に生じるメモリ効果を近似した非線形特性を得ることができる。
【００５２】
以上説明したように、実施の形態８の非線形特性解析装置によれば、２トーンの周波数間隔を変調波信号帯域幅と同じにすることで、変調波信号入力時に生じるメモリ効果を近似した非線形特性を得ることができる。またこの実施の形態においては、周波数間隔を変化させることがないため、短時間に精度の高い動的非線形特性を取得することができ、非線形特性の解析精度を向上させることができる。
【００５３】
実施の形態９．
図９は、実施の形態９における送信機を示す構成図である。
本実施の形態の送信機は実施の形態１の非線形特性解析装置を用いたものであり、図１に示した実施の形態１の非線形特性解析装置との違いは、歪み計算手段１５、メモリ１６、バイアス電圧判別手段１７、バイアス電圧可変手段１８、変調波信号源１９、切替スイッチ２０を備えた点である。
【００５４】
ここで、歪み計算手段１５は、非線形特性合成手段１１によりバイアス電圧毎に出力された電力増幅器１の動的非線形特性から歪みレベルを計算する手段である。メモリ１６は、歪み計算手段１５により計算された歪みレベルをバイアス電圧毎に保存する記憶手段である。バイアス電圧判別手段１７は、バイアス電圧毎の歪みレベルから、歪みレベルが最小となるバイアス電圧を判別する手段である。バイアス電圧可変手段１８は、電力増幅器１のバイアス電圧を予め決められた任意の範囲内で変化させる手段であり、バイアス電圧判別手段１７により判別されたバイアス電圧を電力増幅器１に供給するよう構成されている。また、変調波信号源１９は、変調波信号を発生させる信号源である。切替スイッチ２０は、２トーン信号発生手段２と変調波信号源１９とを選択して電力増幅器１に送出するためのスイッチである。
【００５５】
この実施の形態９は、２トーン信号発生手段２に加えて変調波信号源１９を備え、切替スイッチ２０により、変調波信号源１９より送信される変調波信号または２トーン信号発生手段２より送信される２トーン信号を選択するものである。また、通常運用モードと、非線形特性解析モードとの二つの動作モードを有し、通常運用モードでは、変調波信号源１９を選択し、非線形特性解析モードでは、２トーン信号発生手段２を選択する。すなわち、この実施の形態９の特徴とするところは、電力増幅器１のバイアス電圧をある任意の電圧範囲において変化させ、各バイアス電圧毎に取得した動的非線形特性を用いて歪みを計算し、計算した歪みが最小となるバイアス電圧を供給することで、非線形歪みを改善するものである。
【００５６】
次に、実施の形態９の送信機の動作について説明する。
まず、非線形特性解析モードについて説明する。
図９において、切替スイッチ２０では、２トーン信号発生手段２が選択される。バイアス電圧可変手段１８はバイアス電圧初期値Ｖ０を供給する。このときの非線形特性合成手段１１の出力を得るまでの動作は、実施の形態１と同様であるためここでの説明は省略する。歪み計算手段１５には、非線形特性合成手段１１からの出力が入力され、ＡＭ−ＡＭ／ＡＭ−ＰＭ特性を用いて歪みが計算され、その結果がバイアス電圧と共にメモリ１６に保存される。
【００５７】
以降、バイアス電圧は、バイアス電圧可変手段１８により任意の電圧範囲Ｖ０＜Ｖ＜ＶＮにおいて任意の電圧ステップで変化され、バイアス電圧毎に計算された歪みの値がバイアス電圧と共にメモリ１６に保存される。バイアス電圧判別手段１７には、メモリ１６に保存された歪みの値が入力され、歪みが最小となるバイアス電圧が判別される。バイアス電圧判別手段１７により選定されたバイアス電圧は、バイアス電圧可変手段１８に出力され、バイアス電圧可変手段１８により電力増幅器１に供給される。
【００５８】
次に、通常運用モードについて説明する。
切替スイッチ２０では、変調波信号源１９が選択される。変調波信号源１９より入力された変調波信号は、入力信号分岐手段５を介して電力増幅器１に入力される。このとき、電力増幅器１には、非線形特性解析モードにおいて選定されたバイアス電圧が供給されている。電力増幅器１に入力された変調波信号は増幅され、出力信号分岐手段６を介して出力端子４から出力される。
なお、変調波信号源１９が２トーン信号発生手段２を兼ねる場合でも同様の効果が得られる。また、上記例では、実施の形態１の非線形特性解析装置を用いたが、実施の形態２〜８の非線形特性解析装置を用いて構成してもよい。
【００５９】
以上説明したように、実施の形態９の送信機によれば、実施の形態１から実施の形態８のうちのいずれかの非線形特性解析装置を用いた送信機であって、電力増幅器１のバイアス電圧を予め決められた任意の範囲内で変化させるバイアス電圧可変手段１８と、非線形特性合成手段１１によりバイアス電圧毎に出力された電力増幅器１の動的非線形特性から歪みレベルを計算する歪み計算手段１５と、歪み計算手段１５により計算された歪みレベルをバイアス電圧毎に保存する記憶手段と、バイアス電圧毎の歪みレベルから、歪みレベルが最小となるバイアス電圧を判別するバイアス電圧判別手段１７とを備え、バイアス電圧判別手段１７により判別されたバイアス電圧をバイアス電圧可変手段１８を介して電力増幅器１に供給するようにしたので、送信機としての電力増幅器１の非線形歪みを改善することができる。
【００６０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  電力増幅器、２  ２トーン信号発生手段、２ａ  周波数間隔変化型２トーン信号発生手段、３  レベル可変手段、４  出力端子、５  入力信号分岐手段、６  出力信号分岐手段、７  入力信号検出手段、８  出力信号検出手段、９  非線形特性算出手段、１０  非線形特性平均化手段、１１  非線形特性合成手段、１２  第１の周波数変換手段、１３  第２の周波数変換手段、１４  遅延回路、１５  歪み計算手段、１６  メモリ（記憶手段）、１７  バイアス電圧判別手段、１８  バイアス電圧可変手段、１９  変調波信号源、２０  切替スイッチ、３０  第１の切替手段、３１  第２の切替手段、２００  Ｎトーン信号発生手段。
【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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