JP2007288545A

JP2007288545A - 前置歪補償回路

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Publication number: JP2007288545A
Application number: JP2006114011A
Authority: JP
Inventors: Kengo Tsushima; 肩吾對馬
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するための可変減衰器の減衰量が変化しても増幅器の入出力特性に与える影響が小さく、かつ、実装面積を小さくできる前置歪補償回路を実現する。
【解決手段】前置歪補償回路１１０は、主信号を複数の分枝に分配して分配された各々の信号を合成して増幅器に出力する分配合成器を備える。前置歪付与回路５は、分配合成器の「第１の分枝」に設けられている。この分配合成器は、「第１の分枝」の前置歪調整器３ａの前段に主信号のレベルを調整する前置歪調整器３ａと、「第２の分枝」に主信号のレベルを調整する主信号調整器３ｂと、「第１の分枝」の入力端に主信号を４分の１波長移相する線路２ａと、「第２の分枝」の出力端に主信号を４分の１波長移相する線路２ｂと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定のレベルに調整された前置歪及び主信号を出力する前置歪補償回路に関する。

前置歪補償回路は、増幅器から歪補償された増幅信号を得るための回路である。この前置歪補償回路は、増幅器に供給される主信号に、増幅器の入出力特性（非線形特性）により出力信号に発生する歪成分を打ち消すための前置歪を予め与える回路である。このような前置歪補償回路は、ＴＶ放送用の送信設備や携帯電話の無線基地局の送信設備などに用いられている。

主信号に前置歪を付与する手段として、増幅器の入出力特性に対して逆関数となる入出力特性を有する非線形素子（例えば、ダイオード等）を利用した構成（前置歪付与回路）が知られている（特許文献１及び２）。

このような増幅器や前置歪付与回路にはその入出力特性にバラツキがあるため、前置歪補償回路は、その出力信号に含まれる前置歪及び主信号が所定のレベルになるよう調整可能であることが望ましい。

前置歪及び主信号のレベルを調整する手段としては、前置歪付与回路へ供給される主信号のレベルを調整することにより主信号に与えられる前置歪の割合を調整する構成（特許文献３）や、前置歪付与回路から出力された前置歪及び主信号の（絶対的な）レベルを調整する構成（特許文献２）が知られている。また、信号レベルの調整手段としては、一般的に可変減衰器が知られている（特許文献４）。

特開２０００−２０１０９９号公報特開２００１−２３０６３５号公報特開２００１−０１６０４７号公報特開平１１−３５５０１１号公報

前置歪補償回路は、出力される前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整できる構成であることが望ましい。このような構成としては、例えば、前置歪付与回路の前段に（特許文献３に記載されているような）主信号に与えられる前置歪の割合を調整するための可変減衰器を設け、前置歪付与回路の後段に（特許文献２に記載されているような）前置歪付与回路から出力された前置歪及び主信号の（絶対的な）レベルを調整する可変減衰器を設ける構成が考えられる。

また、上述したような、前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整する構成は、可変減衰器における減衰量の変化が増幅器の入出力特性に影響を与えないことが望ましい。例えば、特許文献４（の図１）では、減衰量が変化しても入出力インピーダンスへの影響が比較的少ない可変減衰器が提案されている。

しかしながら、特許文献４（の図１）で提案された可変減衰器は、ＰＩＮダイオードにおける寄生成分を考慮しておらず、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚのマイクロ波帯の信号に対しては、その影響が無視できなくなる。特許文献４（の図１）に記載されているようにＰＩＮダイオード毎に調整端子を設けてもよいがその調整は複雑化してしまう。

また、特許文献４（の図４）に記載されている（従来の）可変減衰器であればＰＩＮダイオードにおける反射波を入出力端子で相殺することができ、上述したようなマイクロ波帯の信号に対しても入出力インピーダンスの変化が無い（又は非常に小さい）。

しかしながら、特許文献４にも指摘されているように、このような（従来の）可変減衰器は、規模が大きくなり、上述したような前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するために前置歪付与回路の前後段に配置してしまうと、前置歪補償回路が大規模化し、その実装面積が大きくなってしまう。

本発明の目的は、前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するための可変減衰器の減衰量が変化しても増幅器の入出力特性に与える影響が小さく、かつ、実装面積を小さくできる前置歪補償回路を実現することにある。

本発明は、増幅器に供給される主信号に増幅器の入出力特性によって発生する歪成分を打ち消すための前置歪を予め与える前置歪付与回路を備え、所定のレベルに調整された前置歪及び主信号を出力する前置歪補償回路であって、主信号を複数の分枝に分配して分配された各々の信号を合成して増幅器に出力する分配合成器を備え、前置歪付与回路は、分配合成器の第１の分枝に設けられ、分配合成器は、第１の分枝であって前置歪付与回路の前段に設けられ供給される主信号のレベルを調整して前置歪付与回路に出力することにより前置歪付与回路で主信号に与えられる前置歪のレベルを調整する前置歪調整器と、他のいずれかの分枝に設けられ供給される主信号のレベルを調整することにより合成されて増幅器に出力される主信号のレベルを調整する主信号調整器と、第１の分枝と他のいずれかの分枝の一方の入力端に設けられ主信号を４分の１波長移相する第１の移相器と、第１の分枝と他のいずれかの分枝の他方の出力端に設けられ主信号を４分の１波長移相する第２の移相器と、を含むことを特徴とする。

また、本発明においては、前記分配合成器は、他のいずれかの分枝であって主信号調整器の後段に設けられ前置歪付与回路で主信号に前置歪を付与する時間分遅延させる遅延器を含むことが望ましい。

本発明によれば、前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するための可変減衰器の減衰量が変化しても増幅器の入出力特性に与える影響が小さく、かつ、実装面積を小さくできる前置歪補償回路を実現することができる。

以下、本実施形態に係る前置歪補償回路について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る前置歪補償回路が搭載された電力増幅装置の構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る前置歪補償回路の構成を示す図である。

図１に示す電力増幅装置１００は、前置歪補償回路１１０と、増幅器１３０と、を備えている。前置歪補償回路１１０は、入力端子ＩＮから入力された主信号に前置歪を与える回路である。このように与えられた前置歪は、増幅器１３０の入出力特性（非線形性）により出力信号に発生する歪成分を打ち消す（又は発生する歪成分を減らす）。

したがって、前置歪が与えられた主信号が増幅器１３０に供給されると、増幅器１３０からは歪補償された増幅信号が出力される（この増幅信号は、出力端子ＯＵＴ等を介してアンテナに給電される）。また、前置歪補償回路から出力される前置歪及び主信号は、後述する調整端子により個別に所定のレベルに調整される。なお、前置歪補償回路１１０の構成の詳細については後述にて説明する。

増幅器１３０は、入力された主信号を増幅して出力する。この増幅器１３０は、入出力特性に非線形性を有しており（前置歪が付与されていない）主信号が供給されると、歪んだ増幅信号（増幅器の非線形性によって発生する歪成分が含まれた主信号）を出力する。このような歪成分を打ち消すために前置歪補償回路１１０で主信号に前置歪を付与している。

次に、図２を用いて前置歪補償回路１１０の構成の詳細について説明する。前置歪補償回路１１０は、主信号を複数（例えば２つ）の分枝に分配する分配器１と、分配された各々の信号を合成する合成器９と、を備えている。ここで、上段の分枝を「第１の分枝」と呼び、下段の分枝を「第２の分枝」と呼ぶ。また、分配器１と合成器９とこれに接続される構成（後述する「前置歪付与回路５」を除く）とを総称して「分配合成器」と呼ぶ。

この「分配合成器」は、入力端子ＩＮから入力された主信号を「第１の分枝」及び「第２の分枝」に分岐して、「第１の分枝」で出力端子ＯＵＴから出力される前置歪のレベルを（後述する前置歪調整器３ａ及び前置歪付与回路５により）調整し、「第２の分枝」で出力端子ＯＵＴから出力される主信号のレベルを（後述する主信号調整器３ｂにより）調整する。

分配器１は、ウィルキンソン型分配器であり、線路１１ａ，１１ｂ，抵抗１３を備えている。線路１１ａ，１１ｂは、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路である。この線路１１ａ及び１１ｂは、直列接続されており、その接続点に入力端子ＩＮが接続されている。抵抗１３は抵抗値２Ｚ_０の抵抗素子であり、線路１１ａ，１１ｂの他端に接続されている。

ここで、ウィルキンソン型分配器である分配器１の原理について説明する（なお、ここでは、分配器１の各ポートのインピーダンスをＺ_０とする）。分配器１は、入力端子ＩＮから入力された信号を線路１１ａ，１１ｂを介して、後述するコンデンサＣ１ａ及びＣ１ｂに出力する。分配器１は、コンデンサＣ１ａ及びＣ１ｂを介して供給される２つの信号（後述する「反射波」）が同相であれば同相合成して入力端子ＩＮに出力し、逆相であれば入力端子ＩＮで相殺する。また、コンデンサＣ１ａを介して供給される信号（反射波）は、抵抗１３を介した同相成分と、線路１１ａ及び１１ｂを介した逆相成分と、により相殺されるため、コンデンサＣ１ｂには出力されない。同様にコンデンサＣ１ｂを介して供給される信号は、コンデンサＣ１ａには出力されない。

また、合成器９は、分配器１と同様にウィルキンソン型合成器であり、線路９１ａ，９１ｂ，抵抗９３を備えている。線路９１ａ，９１ｂは、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路である。この線路９１ａ，９１ｂは、直列接続されており、その接続点に出力端子ＯＵＴが接続されている。抵抗９３は抵抗値２Ｚ_０の抵抗素子であり、線路９１ａ，９１ｂの他端に接続されている。この合成器９の原理は、分配器１と同様であるため説明を省略する。

線路２ａは、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路である。すなわち、線路２ａは、入力された信号を４分の１波長分移相する。この線路２ａは、「第１の分枝」の入力端に設けられている。この線路２ａにより、後述する前置歪調整器３ａにおける反射波と、主信号調整器３ｂにおける反射波と、が（コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂを介して）ウィルキンソン分配器である分配器１に逆相で供給される。したがって、前置歪調整器３ａにおける反射波と、主信号調整器３ｂにおける反射波と、は入力端子ＩＮで相殺され、出力されることは無い（又は出力されたとしてもそのレベルは非常に小さい）。

また、線路２ｂは、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路であり「第２の分枝」の出力端に設けられている。この線路２ｂは、線路２ａと同様に、後述する前置歪調整器３ａにおける反射波と、主信号調整器３ｂにおける反射波と、を（コンデンサＣ５ａ，Ｃ５ｂを介して）ウィルキンソン合成器である合成器９に逆相で入力する。これにより、後述する前置歪調整器３ａにおける反射波と、主信号調整器３ｂにおける反射波と、は出力端子ＯＵＴで相殺され、出力されることは無い（又は出力されたとしてもそのレベルは非常に小さい）。

前置歪調整器３ａは、「第１の分枝」の前置歪付与回路５の前段に設けられ、供給される主信号のレベルを調整して出力する可変減衰器である。この前置歪調整器３ａは、可変抵抗となるダイオード３１ａ及び３５ａと、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路である線路３３ａと、ダイオード３１ａ及び３５ａにバイアス電流を供給してダイオード３１ａ及び３５ａの抵抗値を変えるための調整端子であるコイル３７ａと、を含んでいる。また、ダイオード３１ａ及び３５ａと、線路３３ａと、はπ型減衰器を形成している。

この前置歪調整器３ａは、コイル３７ａからダイオード３１ａ及び３５ａに供給するバイアス電流を変えてダイオード３１ａ及び３５ａの抵抗値を変えることにより、その減衰量を変えることができる。また、ダイオード３１ａの抵抗値をＲ１としダイオード３５ａの抵抗値をＲ２としたときにＲ１＝Ｒ２＋Ｚ_０とすることにより（線路３３ａによるインピーダンス変換により）前置歪調整器３ａの入出力インピーダンスをＺ_０とすることができる（すなわち反射係数ゼロ）。

また、主信号調整器３ｂは、「第２の分枝」に設けられ、供給される主信号のレベルを調整して出力する可変減衰器である。この主信号調整器３ｂは、前置歪調整器３ａと同様な構成である（すなわち、可変抵抗となるダイオード３１ｂ及び３５ｂと、特性インピーダンスＺ_０の４分の１波長線路である線路３３ｂと、ダイオード３１ｂ及び３５ｂにバイアス電流を供給してダイオード３１ｂ及び３５ｂの抵抗値を可変するためのコイル３７ｂと、を含んでおり、ダイオード３１ｂ及び３５ｂと、線路３３ｂと、はπ型減衰器を形成している）。

前置歪付与回路５は、増幅器１３０に供給される主信号に増幅器の入出力特性によって発生する歪成分を打ち消すための前置歪を予め与える回路である。この前置歪付与回路５は、増幅器１３０の入出力特性に対して逆関数（またはその近似関数）となる入出力特性を有するダイオード５１と、ダイオード５１に前述したような入出力特性になるようバイアス電流を供給するコイル５３と、を含んでいる。

遅延器７は、入力された信号を遅延させる回路である。遅延器７における遅延量は、「第１の分枝」に供給された主信号が前置歪付与回路５で受ける遅延量と同じ（又は同程度の）量に設定されている。また、コンデンサＣ１ａ及びＣ１ｂ，Ｃ３ａ及びＣ３ｂ，Ｃ５ａ及びＣ５ｂは、バイアス電流が流れる部位同士を直流的に断線させるコンデンサである。

以上のような構成により、本実施形態に係る前置歪補償回路１１０は、前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するための可変減衰器（前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂ）の減衰量が変化しても増幅器１３０の入出力特性に与える影響が小さく、かつ、実装面積を小さくすることができる。

次に動作について説明する。入力端子ＩＮを介して入力された主信号は、分配器１により前述した「第１の分枝」と「第２の分枝」とに分配される。すなわち、「第１の分枝」に分配された主信号はコンデンサＣ１ａを介して線路２ａに供給され、「第２の分枝」に分配された主信号はコンデンサＣ１ｂを介して主信号調整器３ｂに供給される。

「第１の分枝」に供給された主信号は、線路２ａにより４分の１波長分だけ移相され前置歪調整器３ａに供給される。ここで主信号は、前置歪調整器３ａでレベルが調整（減衰）される。また、「第２の分枝」に供給された主信号は、主信号調整器３ｂによりレベルが調整（減衰）される。

前置歪調整器３ａでレベルが調整された主信号は、前置歪付与回路５に供給される。前置歪付与回路５は、入力された主信号に対して前置歪を付与し、これを出力する。前置歪付与回路５で付与される前置歪は、供給される主信号のレベルに応じたレベルで付与される。このため、前置歪調整器３ａで主信号のレベルを調整することにより、主信号に付与される前置歪のレベルを調整することができる。このように前置歪が付与された主信号は、合成器９に供給される。

また、主信号調整器３ｂでレベルが調整された主信号は、線路２ｂ，遅延器７を介して、合成器９に供給される（後述するように、主信号調整器３ｂで主信号のレベルを調整することにより、出力端子ＯＵＴから出力される主信号のレベルを調整する）。このように、合成器９に入力された、第１の分枝の主信号と、第２の分枝の主信号と、出力端子ＯＵＴで合成される。

入力端子ＩＮから、「第１の分枝」を介して、出力端子ＯＵＴに供給される主信号は、線路１１ａ，２ａ，３３ａ，９１ａを通過しているため３６０度移相されている。また、入力端子ＩＮから、「第２の分枝」を介して、出力端子ＯＵＴに供給される主信号は、線路１１ｂ，２ｂ，３３ｂ，９１ｂを通過しているため３６０度移相されている。

したがって、出力端子ＯＵＴでは、「第１の分枝」を介して供給される主信号と、「第２の分枝」を介して供給される主信号と、が同相で合成される。また、「第１の分枝」の主信号は、前述したように、前置歪が付与されている。このため、出力端子ＯＵＴからは前置歪が付与された主信号が出力される。また、前述したように、主信号調整器３ｂは、「第２の分枝」の主信号のレベルを調整することができる。このため、主信号調整器３ｂで主信号のレベルを調整することにより、出力端子ＯＵＴから出力される主信号のレベルを調整することができる。

前述したように、出力端子ＯＵＴから出力される前置歪のレベルは、前置歪調整器３ａで、前置歪付与回路５に供給される主信号のレベルを調整することにより調整することができ、出力端子ＯＵＴから出力される主信号のレベルは、主信号調整器３ｂで、合成器９に供給される主信号のレベルを調整することにより調整することができる（すなわち、前置歪補償回路１１０は、前置歪及び主信号を個別に調整することができる）。

上述のような調整をしたときに、前置歪調整器３ａの入力側インピーダンスが（ダイオード３１ａ及び３５ａの抵抗値のアンバランスや寄生成分の影響により）特性インピーダンスＺ_０に対して整合が取れなくなると、主信号（の一部）が前置歪調整器３ａの入力端（のダイオード３１ａ）で反射される。同様に、主信号調整器３ｂの入力側インピーダンスが特性インピーダンスＺ_０に対して整合が取れなくなると、主信号（の一部）が主信号調整器３ｂの入力端（のダイオード３１ｂ）で反射される。

このように前置歪調整器３ａの入力端で反射された主信号（の一部）は、線路２ａによりさらに４分の１波長分だけ移相され、コンデンサＣ１ａを介して分配器１に供給される。同様に、主信号調整器３ｂの入力端で反射された主信号（の一部）は、コンデンサＣ１ｂを介して分配器１に供給される。

上述のように、前置歪調整器３ａの入力端で反射された主信号（の一部）は、線路２ａを往復しているため、主信号調整器３ｂの入力端で反射された主信号（の一部）に対して位相が１８０度遅れて供給される。したがって、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂで反射された主信号（の一部）は入力端子ＩＮにおいて逆相で合成され、相殺される。したがって、入力端子ＩＮから反射波が出力されることは無い。なお、上述の前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂの減衰量は個別に調整されているため各々の反射波のレベルは厳密には異なるが、実用上これらの減衰量はほぼ同程度に連動して変化するため入力端子ＩＮから出力されたとしてもそのレベルは実用上問題とならない程度に非常に小さいものとなる。また、「第１の分枝」と「第２の分枝」とでは前置歪付与回路５の有無の違いがあるが、前置歪付与回路５を形成するダイオード５１のインピーダンスが特性インピーダンスＺ_０に対して充分大きなものであれば入力端子ＩＮから出力される反射波に対してとりわけ影響を与えることは無い。

同様に、前置歪調整器３ａの出力端（のダイオード３５ａ）で反射された信号と、主信号調整器３ｂの出力端（のダイオード３５ｂ）で反射された信号と、は合成器９に供給されるが、主信号調整器３ｂの出力端で反射された信号が線路２ａを往復するため、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂで反射された信号は出力端子ＯＵＴにおいて逆相で合成される。このため、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂで反射された信号が出力端子ＯＵＴから出力されることは無い（上述したのと同様な理由で出力されたとしてもそのレベルは非常に小さい）。

したがって、前置歪補償回路１１０で出力される前置歪及び主信号のレベルを個別に調整する際に、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂの減衰量を変化させるためにそのインピーダンスを変化させたとしても、前置歪補償回路１１０そのものの入出力インピーダンスは（入出力の反射係数が変化しないため）変化せず、増幅器１３０の入出力特性に影響を与えることが無い（又は与える影響が少ない）。また、前述したように、分配器１及び合成器９は、ウィルキンソン型であるため、各々の分枝間のアイソレーションを確保することもできる。

このように、本実施形態に係る前置歪補償回路１１０は、（上述したような前置歪付与回路の前後段に特許文献４（の図４）に記載された可変減衰器を設けることなく）前置歪及び主信号の各々のレベルを個別に調整するための可変減衰器（前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂ）の減衰量を変化させても増幅器１３０の入出力特性に与える影響が小さく、かつ、その実装面積を小さくできる。また、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂで寄生成分等の影響で反射があったとしても、入出力端子で相殺されるため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚのマイクロ波帯の信号に対しても有効である。

また、本実施形態では、「第１の分枝」における前置歪付与回路５における遅延量と同程度遅延させる遅延器７を「第２の分枝」に設けたが、同程度の遅延量が得られるものであれば他の構成であってもよい。例えば、第２の前置歪付与回路を設けてもよい。さらに、本実施形態では、分枝の数は２であったが、２以上であってもよい。例えば、前置歪のレベルを調整するための分枝を２つ用意し、主信号のレベルを調整するための分枝を２つ用意してもよいし、任意の数の組み合わせで構成してもよい。また、線路２ａを「第２の分枝」に設け、線路２ｂを「第１の分枝」に設けてもよい（このような構成であっても、前置歪調整器３ａ及び主信号調整器３ｂにおける反射波は入出力端子で相殺される）。

本発明の実施形態に係る前置歪補償回路及び増幅器の構成を表す図である。本発明の実施形態に係る前置歪補償回路の構成を表す図である。

符号の説明

１分配器、２ａ，２ｂ線路、３ａ前置歪調整器、３ｂ主信号調整器、５前置歪付与回路、７遅延器、９合成器。

Claims

増幅器に供給される主信号に増幅器の入出力特性によって発生する歪成分を打ち消すための前置歪を予め与える前置歪付与回路を備え、
所定のレベルに調整された前置歪及び主信号を出力する前置歪補償回路であって、
主信号を複数の分枝に分配して分配された各々の信号を合成して増幅器に出力する分配合成器を備え、
前置歪付与回路は、分配合成器の第１の分枝に設けられ、
分配合成器は、
第１の分枝であって前置歪付与回路の前段に設けられ供給される主信号のレベルを調整して前置歪付与回路に出力することにより前置歪付与回路で主信号に与えられる前置歪のレベルを調整する前置歪調整器と、
他のいずれかの分枝に設けられ供給される主信号のレベルを調整することにより合成されて増幅器に出力される主信号のレベルを調整する主信号調整器と、
第１の分枝と他のいずれかの分枝の一方の入力端に設けられ主信号を４分の１波長移相する第１の移相器と、
第１の分枝と他のいずれかの分枝の他方の出力端に設けられ主信号を４分の１波長移相する第２の移相器と、
を含むことを特徴とする前置歪補償回路。
請求項１に記載の前置歪補償回路であって、
前記分配合成器は、
他のいずれかの分枝であって主信号調整器の後段に設けられ前置歪付与回路で主信号に前置歪を付与する時間分遅延させる遅延器を含むことを特徴とする前置歪補償回路。