JPH04504345A - 増幅器内の改良または増幅器に関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 増幅器内の改良または増幅器に関する改良技術分野 本発明は、増幅器に関し、更に詳しくは、高周波（ｒｆ、　）の用途に使用する 増幅器のようなフィード・フォワード・キャンセルを使用した高電力増幅器に関 する。

背景技術 増幅器を設計する場合、歪み性能と効率との間に二者択一が存在する。いわゆる 「クラスＡ」の条件で動作する増幅器は優れた歪みを有しているが、効率は低（ 、一方クラスＣの条件で動作する増幅器は効率は相当高いが、かなりの歪みが導 入される。高い効率と低い歪みが目標であるが、高い電力レベルでは効率がます ます考慮されることになる。

例えば、代表的なセルラ・ラジオの多重搬送ベース局の増幅器の用件は、平均が ２００ｗ、ピークが２ｋｗであり、もし増幅器内で不当な熱の放散を避けるべき であれば、明らかに効率が達成するべき最大の目標である。不幸にして、歪みを 補正するための一般のネガティブ・フィードバックの技術は、高周波高電力増幅 器では低い帯域に適用する場合のみを考慮することのできるものである。この理 由のため、多くの、高周波電力増幅器はクラスＡで動作し、その結果発生する熱 の放散は容認されている。

もしフィード・フォワード・キャンセルを適用するなら、クラスＡにおける動作 に代えて、より効率的なりラスＡＢの増幅器を使用することができる。この技術 では、増幅器の出力（適当に増減した）を入力信号と比較してエラー信号を発生 する。このエラー信号は増幅され、元の歪みを有し位相が１８０度ずれた出力に 再び加えられ、その結果、これの歪み生成物はこれによって最終出力でキャンセ ルされる。フィード・フォワードによって歪み性能は３０ｄＢ改良されるが、こ れは第１比較ループと第２比較ループの両方が正確に一致している場合のみであ る。一般的に、ループのパラメータは増幅器の全動作範囲にわたって一定に止ま っていることはなく、特に広い帯域で使用する場合には、ある種の動的な補正が 必要である。例えば、エラー信号は、増幅の前に振幅および位相制御を受けるこ とができる。必要な制御信号を得るには、パイロット・トーンを増幅器の入力に 注入してもよい。（残りの歪みレベルの）パイロット信号を出力で検出し、これ を使用して制御信号を得る。

このアプローチには解決するべき問題点が多数存在する。

まず、出力で低いレベルのパイロット・トーンをうまく検出しなければならない 。このことは受信機で優れたろ波を行う必要がある。第２に、制御信号自身を得 る問題がある。

試みられてきたシステムは、長期間のドリフトのみを補正することを目的とする 長時間乗数を有する振幅のみにょる構成、および反復マイクロプロセッサによっ て制御された位相と振幅のシステムであり、この場合制御アルゴリズムの基礎は 歪みが増加する場合に、振幅または位相の変化を導入してその効果を出力で監視 して改善を行い、次に最適化されるまでループすることである。不幸にして、こ の技術では受信機に高価なる波技術が必要になり、プロセッサ資源は大部分の用 途の場合これを実行不可能かつコストからみて無効にする。また整定時間が長く なる傾向がある。

発明の開示 本発明の特徴と利点を更に理解できるように、添付の概略図を参照して例示のみ によって実施例を説明する。

本発明によれば、比較ループによってフィード・フォワード・キャンセルの行わ れる増幅器構成が提供され、前記増幅器構成は、増幅器の入力を増幅器の出力と 比較してエラー信号を発生する比較手段、前記エラー信号を増幅する第２増幅器 手段と前記増幅されたエラー信号を前記増幅器の出力と結合する結合手段を有す るキャンセル・ループ、前記増幅器の入力に結合されてそのなかにパイロット・ トーンを導入するパイロット発生器、前記増幅器の出力におけるパイロット・ト ーンの水準を検出する検出手段、および前記キャンセル・ループの性能を前記検 出の関数として補正する補正手段によって構成され、前記パイロット発生器は更 に前記増幅器の出力を受け取る乗算器に結合され、前記乗算器はループのパラメ ータを制御して前記補正を行うように構成された出力信号を発生する。

ループのパメータは振幅、または位相またはその両方であることが望ましい。本 発明による増幅器の構成は他の乗算器を有することが望ましく、上記の他の乗算 器は他のループ・パラメータを制御するように構成された出力信号を発生する。

比較ループのパラメータ、例えば位相を制御する手段を設けることが望ましい。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるフィード・フォワード・キャンセルを有する増幅器を示 す。

第２図は、本発明の他の実施例を示す。

第３図は、位相一致ループの動作を示す位相器の図を示す。

発明を実施するための最良の形態 増幅用の信号が入力ポート１４に加えられる場合、ｒ。

ｆ、高電力増幅器１０（第１図）はカップリング１２を介してその人力１１で入 力信号を受け取る。増幅器１０の出力はカプラ１５によって分岐され、比較器１ ６の入力に供給されるが、この比較器１６は他の指向性カプラの形態を取ること もできる。ボート１４に加えられた入力信号は遅延線１７を介して比較器１６の 台に入力に供給されるが、この遅延線１７は電力増幅器１０の遅延と実質的に等 しい遅延を導入するように構成されている。したがって、比較器１６は増幅経路 ａと遅延経路すを介して供給された入力信号の差を示すエラー信号をその出力端 に発生する。増幅経路ａには、電力増幅器１０によって導入された信号ゲインを 補償するためのアッテネータ・パッド１８が含まれる。

経路ａとｂによってフィード・フォワード構成の比較ループが形成される。比較 器１６の出力端子で発生したエラー信号は電力増幅器１０によって導入された歪 みを示し、ネットワーク１９，１００を介してエラー増幅器１０１に供給され、 次に結合器１０２の入力端子に供給されるが、この結合器１０２は指向性カプラ の形態を取ってもよい。比較器１６．ネットワーク１９と１００およびエラー増 幅器１０１によって導入された遅延と実質的に等しい遅延を導入するように構成 された遅延線１０３を介して、結合器１０２の第２人力は電力増幅器１０の出力 信号を受け取る。遅延線１７と１０３は、例えば、一定の長さの同軸ケーブルの 送信線の形態を取ることもできる。結合器１０２は経路Ｃを介して受け取った増 幅されたエラー信号を経路ｄを介して受け取った増幅器の出力信号に導く機能を 果たし、その結果、このエラー信号は経路ｄを介して受け取った信号内に存在す る歪みと位相が反対である。出力ポート１０４で発生するその結果得られた信号 には、したがって、フィード・フォワードの歪みのキャンセルが加えられ、経路 Ｃとｄはフィード・フォワード構成のキャンセル・ループを形成する。

発振器１０５はパイロット・トーンを発生するように構成され、このパイロット ・トーンはカップリング１０６によって電力増幅器の入力１１に結合される。発 振器の信号が入力信号経路すに結合されないようにカプラ１２と１０６が構成さ れていることに留意すること。このことは、カプラ１０６と１２から十分な指向 性を与えることによって達成することができる。このパイロット・トーンは経路 ａを通って比較器１６のみに流れるので、これはエラー信号に貢献し、したがっ て、キャンセル・ループによってキャンセルされる。したがって、このパイロッ ト・トーンはポート１０４で発生される最終的な出力に対する歪みに寄与するが 、この歪みはフィード・フォワード・ループによって補正されずに残っている残 存歪みよりも大きくはない。

発振器は乗算器１０７の第１出力をカプラ１０８を介して供給し、乗算器１０７ の第２出力はカプラ１０９を介して最終出力から得られる。当業者にとって明ら かなように、振幅の不一致が存在すれば、乗算器の出力は、残存パイロット・ト ーンが発振器からの入力信号と同位相である場合、最大出力を与える。経路１の 位相が一定でない一般的な場合、位相ワーク２４は、この経路が一定位相の経路 として挙動するように制御される。ループを一致させる場合、遅延ネットワーク ２００はミキサー１０７からの最大出力に合わせて調整される。このミキサー１ ０７の出力は制御信号としてネットワーク１９に供給されるが、このネットワー ク１９はエラー信号増幅器１０１によって増幅を行う前に比較器１６のエラー信 号出力の振幅を調整するために使用する制御可能なアッテネータである。したが って、キャンセルされていない歪みを結果として発生するキャンセル・ループ内 の振幅エラーはこの機構によって補正することができることを理解することがで きる。

例えば、増幅器１０１の利得がその名目設計値よりも一〇だけ小さいと仮定すれ ば、補正ネットワーク１９は、したがって一致を保つためにＧだけ少ない減衰を 与えなければならない。一致していない状態では、パイロット・トーンのある部 分が出力端子１０４に表れ、これによってミキサー１０７の入力に結合される。

この不一致によって、ミキサー１０７の出力に大きさＥの応答が発生し、これは 制御増幅器２０１によって増幅されてネットワーク１９を駆動する大きさＧｃ、 Ｅの信号を与えるが、ここでＧｃ、制御増幅器２０１の利得である。もしＥが増 幅器１０１に利得が欠如することによって達成されるなら、Ｇｃ、は制御増幅器 ２０１のゲインである。もしＥが増幅器１０１に利得が欠如することによって発 生されるなら、ＣＣ，Ｅによってネットワーク１９内の減衰が削減するようにＧ Ｃの符号を決めなければならない。ゲインの高い増幅器２０１を設けることが望 ましい。

振幅制御ネットワーク１９と同様の方法で、ネットワーク１００はエラー増幅器 １０１に供給されるエラー信号の位相を制御するように構成される。ネットワー ク１００は乗算器１１２の出力によって制御されるが、この乗算器１１２はカプ ラ１１０を介してその第１人力で最終出力信号を受け取り、９０度のカプラ１１ １を介して方形の発振器の基準値を受け取る。乗算器１１２の出力は発振器の信 号と同じ方形の１０４における最終出力内に存在しているパイロット・トーンの 成分を表し、結果としてキャンセルされない歪みを発生するキャンセル・ループ 内の位相エラーは補正される。

例えば、振幅は一致しているが（図３の大きさの等しい位相器３１．３２）、位 相の不均衡があると仮定する。この不一致によって出力端子１０４に残っている 信号は位相器３３で表される。位相器３４は不均衡信号の方形成分を表すが、こ の不均衡信号はキャンセルの基礎として使用することができる。なぜならば、小 さいθ、／ｓｉｎθ／（位相器３４）は／θ／（補正するべき位相器３３）とほ ぼ等しいからである。

振幅制御ネットワーク１９はＤＣ制御装置を有する従来のＰＩＮダイオードのア ッテネータでもよく位相制御ネットワーク１００は可変容量ダイオードによって ミスマツチを制御した９０度のカップラの形態を取ってもよい。

本発明の利点は、上述の説明から明らかであり、特に歪みを最小にするためにキ ャンセル・ループを制御することによって、従来技術によるフィード・フォワー ド技術に比べて同じ電力増幅器からより優れた性能を得ることが可能になり、ま たは歪み性能がより悪い（しかし効率はより優れている）増幅器から同じ全般的 な性能を得ることができる。平均して約２００ｗの電力を発生する一般的な高電 力ｒ　／　ｆ　、増幅器（ピークの定格が２ｋｗの電力増幅器、ピークの定格が ２００Ｗのエラー増幅器）が９００ＭＨｚの帯域で動作している場合、歪み成分 を３０ｄＢ削減することができる。パイロット・トーンは問題の周波数範囲にう まく選択することが可能であり、この代表的な性能の場合制御は広帯域幅を基礎 として行うことができる。または、問題の帯域の両端の異なった点で２つ以上の パイロット・トーンを導入することが可能であり、各々のパイロット・トーンが 狭帯域のネットワークを制御することによってキャンセル・ループの制御を更に 改善することができる。

上で説明した構成の性能は、本発明の他の特徴を含むことによって更に改善する ことができ、このような実施例を以下で説明する。図１の実施例をなお検討しつ づけると、ミキサーに加えられる振幅は大きいことが好ましいが、その理由は、 パイロット・トーンの大きさが小さい（増幅信号よりも６０ｄＢ下がっている） しかし、もし振幅の大き過ぎる信号を混合すれば、中間変調（ｉｎｔｅｒ−ｍｏ ｄｕ　Ｉ　ａ　ｔ　ｉ　ｏｎ）が発生し、ループは補正を行わない。したがって 、ミキサーに対する入力信号は比較的低い水準であって増幅器２０１が制御を行 うことができる水準に増幅をおこなうことができるように、ミキサーに低いｄｃ の出力を発生しなければならない。したがって、このループはミキサーのｄｃ特 性によって決まり、このループの性能全体を制限するのは、一般的にこのミキサ ーのｄＣ安定性である。

本発明の他の実施例（これは図２に示し、機能的に図１と等価な部品に対しては 図１と同じ参照番号を付している）は、低周波発振器２０がミキサー２１を介し てパイロット・トーン発振器１０５の出力を変調する。キャンセルされないパイ ロット・トーンの位相と方形成分をそれぞれ表すミキサー１０７，１１２の変調 出力は、それぞれ包絡線復調器２２．２３によって復調され、ｄｃ制御信号を発 生して振幅ネットワーク１９と位相ネットワーク１００を制御する。ａＣ出力は 乗算器１０７と１１２によって与えられて入手可能であり、したがって、性能は 乗算器のｄｃオフセットまたはドリフトによって影響されないことが理解できる 。

基本的にミキサー１０７，１１２は同期検出器として機能し、包絡線出力はａｃ に結合された増幅器２５．２６によってそれぞれ増幅される。増幅はａＣで行わ れるので、性能はこれらのミキサーのｄｃ安定性に依存しない。包絡線は復調器 ２２．２３によって検出され、これらの復調器のｄｃ比出力増幅器２０’ｌ、２ ８によって増幅することができる。これらのｄｃに結合した増幅器の利得はこの 構成における対応する増幅器の利得よりも高いが、その理由はこれらのミキサー のいずれのドリフトまたはオフセットももはやこれを介して結合されていないか らである。したがって、全体としてパイロット・トーンの水準を減少させること ができる。ミキサーのｄｃのオフセットとドリフトを克服するという増幅の主要 な目的以外に、ａＣ増幅器はループのゲイン全体に貢献するように構成すること が可能であり、したがって、制御ゲインの均衡はａＣ増幅器によって与えられる 。本実施例は特に広帯域の用途に特に適している。このような用途の場合、パイ ロット・トーンがこのシステムを通る経路上の位相シフトは、ネガティブ・フィ ードバック構成の相のマージンが破壊される程太き（ないことが重要である。本 実施例の場合、位相制御ネットワーク２４はこの目的のために制御ループ内に設 けられる。

広帯域における動作用の本実施例の例の場合、９００ＭＨｚにおけるパイロット ・トーンはＩＫＨｚで動作する低周波発生器によって変調された。

ＦＩＧ、１ 国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　９００１８９０ Ｓ＾　４１５０８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．比較ループによってフィード・フォワード・キャンセルの行われる増幅器構 成において、前記増幅器構成は；増幅器の入力を増幅器の出力と比較してエラー 信号を発生する比較手段； 前記エラー信号を増幅する第２増幅器手段と前記増幅されたエラー信号を前記増 幅器の出力と結合する結合手段を有するキャンセル・ループ； 前記増幅器の入力に結合されてそのなかにパイロット・トーンを導入するパイロ ット発生器； 前記増幅器の出力におけるパイロット・トーンの水準を検出する検出手段；およ び 前記キャンセル・ループの性能を前記検出の関数として補正する補正手段； によって構成され、前記パイロット発生器は更に前記増幅器の出力を受け取る乗 算器に結合され、前記乗算器はループのパラメータを制御して前記補正を行うよ うに構成された出力信号を発生することを特徴とする増幅器構成。２．他の乗算 器を有し、前記他の乗算器は他のループ・パラメータを制御するように構成され た出力信号を発生することを特徴とする請求項１記載の増幅器構成。 ３．前記比較ループのパラメータを制御する手段を有することを特徴とする請求 項１または請求項２記載の増幅器構成。 ４．前記パイロット・トーンを変調する手段と前記乗算器の出力を復調して前記 制御を行う手段を有する先行する請求の範囲のいずれかに記載の増幅器構成。 ５．前記乗算器と前記復調手段の間に結合されたＡＣ増幅器を有することを特徴 とする請求項４記載の増幅器構成。 ６．前記復調手段と制御装置の間にＤＣ増幅器を有することを特徴とする請求項 ４または請求項５記載の増幅器構成。