(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅すべき高周波の入力信号を複数の増幅器へ分配する分配器と、分配器により分配された各入力信号をそれぞれ増幅する並列動作の増幅器と、該増幅器の出力信号を合成する合成器と、該合成器の同相合成出力信号の一部を所定の結合係数で取り出したフィードバック信号を前記入力信号と比較して誤差信号を出力する比較演算器と、該比較演算器から出力される誤差信号が最小となるように入力信号に対して歪補償を行う歪補償演算回路とを備えた帰還信号参照型電力増幅装置において、
前記合成器の同相合成出力信号の一部を所定の結合係数で取り出した信号と、該同相合成出力信号と異なる位相で互いに２つの増幅器の出力信号を逆相で打ち消し合う前記合成器のアイソレーション端子から出力される信号を所定の減衰量で減衰させた信号とを合成するフィードバック信号合成手段を備え、該フィードバック信号合成手段で合成した信号を前記比較演算器に出力することを特徴とする帰還信号参照型電力増幅装置。
【請求項２】
前記合成器のアイソレーション端子から出力される信号の電力を検出する検出器を備え、該検出器の検出出力により前記増幅器の故障状態を通知する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の帰還信号参照型電力増幅装置。
【請求項３】
前記フィードバック信号合成手段から出力される信号の位相を検出する位相検出手段を備え、該位相の変化によって並列動作の増幅器の故障発生を通知する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の帰還信号参照型電力増幅装置。
【請求項４】
前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器と、該合成器の同相合成出力信号を多段の合成器で合成する同相出力信号合成手段と、前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器のアイソレーション端子の出力信号を多段の合成器で合成するアイソレーション端子出力信号合成手段と、を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の帰還信号参照型電力増幅装置。
【請求項５】
前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器と、該合成器の同相合成出力信号を多段の合成器で合成する同相出力信号合成手段と、前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器のアイソレーション端子の出力信号を並列に同等合成するアイソレーション端子出力信号合成手段と、を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の帰還信号参照型電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅器出力からの帰還信号と参照信号との誤差が最小となるように適応アルゴリズムを動作させて歪補償係数を演算し、該歪補償係数を用いて増幅器の非線型歪を補償し、増幅器の効率を向上させる特に高周波送信信号用の帰還信号参照型電力増幅装置に関し、主に移動通信用基地局又はディジタル放送用の送信機等に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の帰還信号参照型電力増幅装置の構成例を示す。同図は増幅器を２つ並列に設けて増幅する構成例を示している。帰還信号参照型電力増幅装置は、歪補償演算回路８−１、比較演算器８−２、分配器８−３、増幅器８−４１，８−４２、出力合成器８−５及び方向性結合器８−６を備える。
【０００３】
帰還信号参照型電力増幅装置への入力信号は、歪補償演算回路８−１と比較演算器８−２への経路に二分される。歪補償演算回路８−１は、入力信号に歪補償係数を乗じ、又は比較演算器８−２から得られる誤差信号を加えることにより入力信号に対して歪補償を行う。
【０００４】
該歪補償された入力信号は分配器８−３に入力され、分配器８−３は２つの増幅器８−４１，８−４２への入力用に入力信号を分岐し、２つの増幅器８−４１，８−４２はそれぞれ入力信号を増幅する。各増幅器８−４１，８−４２の出力信号は出力合成器８−５により合成され、その合成端子からの出力信号を、方向性結合器８−６を介して送信信号として出力する。
【０００５】
方向性結合器８−６からは出力信号の一部を取り出し、フィードバック信号として比較演算器８−２に入力し、比較演算器８−２では該フィードバック信号と入力信号（参照信号）とを比較し、その誤差信号を歪補償演算回路８−１に出力する。ここでいうフィードバックとは通常の帰還増幅のためのフィードバックの意ではなく、単に出力信号を参照信号と比較するためにフィードバックする。
【０００６】
歪補償演算回路８−１は比較演算器８−２からの誤差信号を基に、該誤差信号がゼロと成るように増幅器の歪特性と逆特性の歪補償係数を演算して該歪補償係数を入力信号に乗じる或いは誤差信号を入力信号に加えるなどして、入力信号に対して歪補償を行う。このような帰還信号参照型増幅器は既に特開昭５４−１４０８５６号公報等に開示されている。
【０００７】
なお、前述の入力信号は、ディジタルベースバンド信号、ディジタル中間周波数（ＩＦ）信号、アナログベースバンド信号、アナログ中間周波数（ＩＦ）信号、アナログ無線周波数（ＲＦ）信号の場合が想定される。ディジタル信号の場合には、歪補償演算回路８−１の後段にディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を、また、方向性結合器８−６から比較演算器８−２へ帰還経路にアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を挿入する必要がある。
【０００８】
また、入力信号としてベースバンド信号や中間周波数（ＩＦ）信号を入力し、分配器８−３の前段に変調器やアップコンバータを配し、方向性結合器８−６から無線周波数（ＲＦ）信号を出力する場合には、フィードバック信号を復調する復調器やダウンコンバータを帰還経路に挿入し、該復調信号と入力信号とを比較演算器８−２で比較する構成に適宜変形することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように複数の増幅器を並列動作させて出力パワーを増大させ、或いは信頼性向上のために冗長構成とした構成において、並列動作の増幅器の一部が故障して増幅器全体の出力レベルが低下した場合、入力信号と増幅器全体の合成出力信号とが一致するように歪補償動作が働き、入力信号に対して大きな歪補償を行い、該歪補償した入力信号を増幅器に入力して出力を増大させるように動作するため、増幅器への入力信号が過大となり、増幅器が飽和領域に達してスペクトラムの劣化を生ずるという問題があった。
【００１０】
本発明は、複数の増幅器を並列動作させる帰還信号参照型増幅器において、複数の増幅器のうち、一部の増幅器が故障して増幅器全体の合成出力レベルが低下した場合でも、歪補償動作による過大な入力信号が増幅器に入力されることを防ぎ、スペクトラムの劣化が生じない帰還信号参照型電力増幅装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、並列動作する二つの増幅器の一方が故障すると、増幅器の出力信号を合成するハイブリッド回路等の合成器のアイソレーション端子に信号電力が発生することを利用し、該アイソレーション端子の出力信号を元々のフィードバック信号に合成することにより、二つの増幅器の一方が故障してもフィードバック信号の電力が変化しないようにしたものである。
【００１２】
即ち、本発明の帰還信号参照型電力増幅装置は、（１）増幅すべき高周波の入力信号を複数の増幅器へ分配する分配器と、分配器により分配された各入力信号をそれぞれ増幅する並列動作の増幅器と、該増幅器の出力信号を合成する合成器と、該合成器の同相合成出力信号の一部を所定の結合係数で取り出したフィードバック信号を前記入力信号と比較して誤差信号を出力する比較演算器と、該比較演算器から出力される誤差信号が最小となるように入力信号に対して歪補償を行う歪補償演算回路とを備えた帰還信号参照型電力増幅装置において、前記合成器の同相合成出力信号の一部を所定の結合係数で取り出した信号と、該同相合成出力信号と異なる位相で互いに２つの増幅器の出力信号を逆相で打ち消し合う前記合成器のアイソレーション端子から出力される信号を所定の減衰量で減衰させた信号とを合成するフィードバック信号合成手段を備え、該フィードバック信号合成手段で合成した信号を前記比較演算器に出力することを特徴とする。
【００１３】
また、（２）前記合成器のアイソレーション端子から出力される信号の電力を検出する検出器を備え、該検出器の検出出力により前記増幅器の故障状態を通知する手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、（３）前記フィードバック信号合成手段から出力される信号の位相を検出する位相検出手段を備え、該位相の変化によって並列動作の増幅器の故障発生を通知する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、（４）前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器と、該合成器の同相合成出力信号を多段の合成器で合成する同相出力信号合成手段と、前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器のアイソレーション端子の出力信号を多段の合成器で合成するアイソレーション端子出力信号合成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、（５）前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器と、該合成器の同相合成出力信号を多段の合成器で合成する同相出力信号合成手段と、前記複数の増幅器を二つずつ組にして合成する複数の合成器のアイソレーション端子の出力信号を並列に同等合成するアイソレーション端子出力信号合成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の帰還信号参照型電力増幅装置の基本構成例を示す。同図に示すように、歪補償演算回路８−１の出力信号は、分配器８−３により二つに分配され、第１の増幅器８−４１と第２の増幅器８−４２とにそれぞれ入力されて増幅され、その増幅出力は出力合成器８−５により合成される。
【００１８】
出力合成器８−５には、例えば、ブランチライン型９０°ハイブリッド回路等が用いられ、該出力合成器８−５は、第１の増幅器８−４１と第２の増幅器８−４２の出力信号とを同相で合成して出力する合成端子と、それと９０°位相がずれ互いに逆相の出力となって打消し合うアイソレーション端子とを有する。
【００１９】
従来の帰還信号参照型増幅器では、アイソレーション端子を終端抵抗に接続して終端していた。合成端子からの出力信号は方向性結合器８−６に入力され、方向性結合器８−６から出力信号の一部を結合係数Ａでフィードバック信号として取り出し、入力信号との比較演算のために帰還する。
【００２０】
本発明では帰還経路の途中に帰還合成器１−１を設け、該帰還合成器１−１によって出力合成器８−５のアイソレーション端子からの出力信号とフィードバック信号とを合成する。こうすることによって、第１又は第２の増幅器８−４１，８−４２が故障して方向性結合器８−６からのフィードバック信号レベルが半分になったとしても、比較演算器８−２への帰還入力は一定レベルを保持することができるようになる。この作用を図２を参照して説明する。
【００２１】
図２は出力合成器８−５からの各出力信号をベクトル表示している。同図の（ａ）は第１及び第２の増幅器８−４１，８−４２が正常に動作しているときの各出力信号ベクトルを示し、同図（ｂ）は第１の増幅器８−４１のみが動作し第２の増幅器８−４２が故障したときの各出力信号ベクトルを示し、同図（ｃ）は第２の増幅器８−４２のみが動作し第１の増幅器８−４１が故障したときの各出力信号ベクトルを示す。
【００２２】
図２において、黒実線矢印のベクトルは出力合成器８−５の合成端子からの出力信号のベクトルを示し、破線矢印のベクトルは出力合成器８−５のアイソレーション端子からの出力信号のベクトルを示し、点線矢印のベクトルは帰還合成器１−１により合成されるフィードバック信号のベクトルを示す。
【００２３】
出力合成器８−５の合成端子からの出力信号のベクトルは、第１及び第２の増幅器８−４１，８−４２が正常に動作しているときは、各増幅器８−４１，８−４２の出力信号が合成されて２倍のレベルの信号が出力されるが、第１又は第２の増幅器８−４１，８−４２の何れか一方が故障すると、動作している増幅器の出力信号のみが出力される。
【００２４】
一方、出力合成器８−５のアイソレーション端子からの出力信号のベクトルは、合成端子の出力信号ベクトルと９０°の位相差を持ち、第１及び第２の増幅器８−４１，８−４２の出力信号ベクトルは互いに逆相で出力される。従って二つの増幅器８−４１，８−４２が共に正常に動作しているときは、互いに打消し合い、アイソレーション端子からは何も出力されない。
【００２５】
しかし、第１又は第２の増幅器８−４１，８−４２の何れか一方が故障すると、互いに打消し合うことがなくなるので出力合成器８−５のアイソレーション端子から合成端子の出力信号ベクトルと９０°位相がずれた信号ベクトルが出力される。
【００２６】
そこで、出力合成器８−５の合成端子の出力信号ベクトルを結合係数Ａで取り出した信号に対して、その√３倍のレベルとなるような減衰量Ｂの減衰器１−２でアイソレーション端子から出力信号ベクトルを減衰させ、該結合係数Ａで取り出した合成端子の出力信号ベクトルと減衰量Ｂの減衰器１−２で減衰させたアイソレーション端子から出力信号ベクトルとを帰還合成器１−１で合成することにより、図２の（ｂ）又は（ｃ）の点線矢印のベクトルで示すように、二つの増幅器８−４１，８−４２が正常に動作しているときの出力信号ベクトルと同じレベルの信号が出力されるようになる。
【００２７】
即ち、減衰器１−２の減衰量Ｂを方向性結合器８−６の結合係数Ａの√３倍にすることにより、出力合成器８−５の合成端子からの出力信号の振幅が半分になっても、アイソレーション端子からその√３倍の９０°位相のずれた出力信号が現われ、それらの合成信号は、故障していないときと同一振幅のレベルとなるので、比較演算器８−２に一定レベルのフィードバック信号を戻すことができる。
【００２８】
この際、フィードバック信号の位相が変化するが、位相の変化は比較演算器８−２及び歪補償演算回路８−１内で十分に吸収することができる。これに対し、フィードバック信号の振幅が小さくなると、フィードバック信号の振幅を増大させるように歪補償演算回路８−１が働き、増幅器８−４１，８−４２に入力する信号を増大させ、増幅器８−４１，８−４２に大きな振幅の信号が入力されて飽和レベルに達し、歪量の増大や不安定動作の原因になるが、上記の構成により、一つの増幅器故障に対してフィードバック信号のレベルを一定に保ち、増幅器８−４１，８−４２への入力信号の増大を防ぐことができる。
【００２９】
次に、増幅器故障通知機能を備えた第１の構成例を図３に示す。第１の増幅器８−４１又は第２の増幅器８−４２が故障すると、出力合成器８−５のアイソレーション端子に電力が現れるので、その出力信号を検波器などの検出器３−１によって検出し、アラーム信号を発生して増幅器故障を通知する構成とすることができる。
【００３０】
図４は増幅器故障通知機能を備えた第２の構成例を示す。第１又は第２の増幅器８−４１，８−４２の何れかが故障することによって、図２を参照して説明したように、帰還合成器１−１による合成後のフィードバック信号の位相が変化する。その位相変化を比較演算器８−２内で検出し、第１及び第２の増幅器８−４１，８−４２の何れが故障したのかを検出し、通知する構成とすることができる。
【００３１】
図５は増幅器故障通知機能を備えた第３の構成例を示す。この構成例は、前述の第２の構成例のように比較演算器８−２内で位相変化を検出するのではなく、比較演算器８−２とは別に設けた位相検出器５−１によりフィードバック信号の位相変化を検出するようにしたものである。この位相検出器５−１にはアナログ回路の位相検波回路などを利用することができる。
【００３２】
次に、８個の増幅器を並列に動作させる構成例を図６及び図７に示す。図６及び図７に示すように、各増幅器には歪補償演算回路の出力を、多段に接続した分配器を介して入力する。各増幅器の出力は、それぞれ２個ずつの組にして合成器６−１〜６−４により合成し、該１段目の各合成器６−１〜６−４の合成端子ｓの出力同士を２段目の合成器６−５，６−６により合成し、該合成器６−５，６−６の合成端子ｓの出力を３段目の合成器６−７により合成し、該合成器６−７の出力信号を送信信号として出力する。
【００３３】
１段目の各合成器６−１〜６−４のアイソレーション端子ｉの出力は、図６に示す構成例では、２段目の合成器６−８，６−９により合成し、該合成器６−８，６−９の合成端子ｓの出力を３段目の合成器６−１０により合成し、該合成器６−７の出力信号をアイソレーション端子出力信号として出力する。
【００３４】
図７に示す構成例では、１段目の各合成器６−１〜６−４のアイソレーション端子ｉの出力を合成器７−１により一度に並列に同等合成し、該合成器７−１の出力信号をアイソレーション端子出力信号として出力する。このような合成器７−１としてウィルキンソン型合成器等を用いることができる。
【００３５】
最終段の合成器６−７の送信信号出力は方向性結合器８−６を介して結合係数Ａのフィードバック信号を取り出し、該フィードバック信号を帰還合成器１−１の一方の入力端子に加える。帰還合成器１−１の他方の入力端子には、結合係数Ａの√３倍の減衰量の減衰器１−２を介したアイソレーション端子出力信号を入力し、それらの合成信号を比較演算器８−２へのフィードバック信号として出力する。
【００３６】
このように２Ｎ個（Ｎは整数）の増幅器を動作させる場合でも、各増幅器を２つずつ組にしてトーナメント試合形式の組み合わせのように多段に組み合わせて合成し、９０°ハイブリッド回路等の合成器の合成出力端子出力信号にアイソレーション端子出力信号を合成したフィードバック信号を生成することにより、一部の増幅器が故障して増幅器全体の合成出力レベルが低下した場合でも、フィードバック信号のレベルを一定に保持し、歪補償動作による過大な入力信号が増幅器に入力されることを防ぐことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、増幅すべき入力信号と増幅器の出力信号とを一致させるように歪補償動作が働く帰還信号参照型電力増幅装置において、複数並列に動作する増幅器のうちの一部の増幅器が故障して出力信号レベルが低下した場合でも、合成器の合成出力端子出力信号にアイソレーション端子出力信号を合成してフィードバック信号を生成することにより、フィードバック信号の振幅を一定に保つことができ、過大入力による増幅器のスぺクトラムの劣化の発生を防止することができる。
【００３８】
また、アイソレーション端子出力信号から出力される信号電力の有無を検出し、又は帰還合成器から出力されるフィードバック信号の位相変化を検出することにより、並列動作の増幅器の故障発生の検出又は故障した増幅器を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帰還信号参照型電力増幅装置の基本構成例を示す図である。
【図２】出力合成器からの各出力信号ベクトルを示す図である。
【図３】本発明の増幅器故障通知機能を備えた第１の構成例を示す図である。
【図４】本発明の増幅器故障通知機能を備えた第２の構成例を示す図である。
【図５】本発明の増幅器故障通知機能を備えた第３の構成例を示す図である。
【図６】本発明による８個の増幅器を並列設置した第１の構成例を示す図である。
【図７】本発明による８個の増幅器を並列設置した第２の構成例を示す図である。
【図８】従来の帰還信号参照型電力増幅装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１−１  帰還合成器
１−２  減衰器
８−１  歪補償演算回路
８−２  比較演算器
８−３  分配器
８−４１，８−４２  増幅器
８−５  出力合成器
８−６  方向性結合器
【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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