JPH0483407A - フィードフォワード増幅器 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は主として高周波帯で使用される線形増幅器で
あって、主増幅器の非線形歪成分を検出する歪検出回路
と、その検出した歪成分を補助増幅器を用いて増幅した
後、主増幅器の出力に再び注入することによって歪成分
の相殺を行う歪除去回路とを有するフィードフォワード
増幅器に関する。

「従来の技術Ｊ フィードフォワード増幅器の基本構成を第６図に示す、
フィードフォワード増幅器は基本的に二つの信号相殺形
回路により構成される。一つは歪検出回路１であり、他
の一つは歪除去回路２である。歪検出回路１は主増幅器
信号経路３と線形信号経路４とから構成され、また、歪
除去回路２は主増幅器出力信号経路５と全注入経路６と
から構成される。さらに、主増幅器信号経路３は主増幅
！１ｉｉ７と可変減衰器８と可変遅延線路９との縦続接
続から構成され、線形信号経路４は伝送線路から構成さ
れる。主増幅器出力信号経路５は伝送線路からなり、全
注入経路６は可変減衰器１０と可変遅延線路１１と補助
増幅器１２との縦続接続から構成される。ここで、特性
的に大きな違いが生じることがないので、可変減衰器８
と可変遅延線路９とは、両方とも、またはいずれか一方
だけが線形信号経路４に具備される場合もある。同様に
、可変減衰器１０と可変遅延線路１１とは、その両方、
またはいずれか一方だけが主増幅器出力信号経路５に具
備されることもある。また、電力分配器１３と電力合成
器１４および１５とはトランス回路、ハイブリッド回路
等で構成される単純な無損失電力分配器・電力合成器で
ある。まず、この動作について説明する。

入力端子１６に印加された入力信号は、まず電力分配器
１３により経路３と経路４とに分配された後、電力合成
器１４により電力合成される。ここで、可変減衰器８お
よび可変遅延線？ａ９は、電力合成器１４から全注入経
路６の側に出力される二つの経路３と４との両信号成分
に関して互いに振幅、遅延量が等しく、かつ、位相が逆
相となるように調整される。ただし、逆相の条件は電力
分配器１３もしくは電力合成器１４における入出力端子
間の移相量を適当に設定することにより実現す番か、も
しくは、主増幅器７での位相反転を利用するか、もしく
は、第７図に示すようにサーキュレータ１８の一つの端
子に短絡終端１９を具備した位相反転回路を経路３か４
かのいずれかに挿入することにより実現する。このよう
に歪検出回路１は構成されているから、電力合成器１４
から経路６の側への出力上して、結局二つの経路３と４
との二つの信号の差成分が検出されることになる。この
差成分は、まさに主増幅器７が発生する歪成分そのもの
であり、このことからこの回路１は歪検出回路と呼ばれ
る。

さてつぎに可変減衰器１０と可変遅延線路１１とは、経
路３についての電力合成器１４の入力端子１４ａから電
力合成器１５の出力端子１７までの二つの経路５と６と
の伝達関数が、互いに振幅、遅延量に関して等しく、か
つ、位相に関して逆相となるように調整される。ここで
、経路６の入力信号は、歪検出回路１で検出された主増
幅器７の歪成分であるから、経路６は電力合成器１５の
出力端子１７において、主増幅器７の出力信号に歪成分
を逆相等振幅で注入することになり、結局、回路全体の
出力における歪成分の相殺が実現される。

「発明が解決しようとする課題」 以上が理想的なフィードフォワード増幅器の動作である
が、実際には歪検出回路１と歪除去回路２との二つの回
路の平衡性を完全にすることば容昌ではなく、また、仮
に初期設定が完全であっても、周囲温度、電源等の変動
により増幅器の特性が変化するために、時間的に安定し
て良好な平衡性を維持することは通常きわめて困難であ
る。第８図は、回路を構成する二つの経路の振幅と位相
が等振幅逆相条件からずれた偏差量と信号の抑圧量との
関係を計算した結果である。この図から、例えば、３０
ｄＢ以上の抑圧量を達成するためには、位相および振幅
の偏差がそれぞれ±１．８°以内および±０．３ｄＢ以
内であることが必要であり、二つの経路の伝送特性の平
衡度および調整の完全性について厳しい条件が要求され
ることがよくわかる。

歪検出回路１の平衡性が劣化すると補助増幅器１２の入
力に歪成分よりも大きいレベルで主信号が相加されるた
めに不要な歪が発生し、また、歪除去回路２の平衡性が
劣化すると抑圧量の劣化した分フィードフォワード増幅
器としての歪改善量が劣化する。このように従来のフィ
ードフォワード増幅器では、回路の安定性が十分でなか
ったために良好な線形増幅器を実現できない基本的問題
点があった。

この発明の目的は、このような特性の不安定性を解決し
たフィードフォワード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」 この発明によれば、主増幅器の非線形歪成分を検出する
歪検出回路と、その検出した歪成分を補助増幅器を用い
て増幅した後、主増幅器の出力に再び注入することによ
って歪成分の相殺を行う歪除去回路とを有するフィード
フォワード増幅器において、上記フィードフォワード増
幅器の入力経路に特定周波数の第１パイロット信号を注
入する第１注入手段が設けられ、上記歪検出回路に挿入
された第１電気的可変減衰手段、第１電気的可変移相手
段が設けられるとともに、その主増幅器の経路に他の特
定周波数の第２パイロット信号を注入する第２注入手段
が設けられ、上記歪除去回路に第２電気的可変減衰手段
、第２電気的可変移相手段が設けられるとともに、その
補助増幅器の経路に第１パイロット信号のレベルを検出
する第１レベル検出手段が設けられ、上記フィードフォ
ワード増幅器の出力経路の第２バイロフト信号のレベル
を検出する第２レベル検出手段が設けられ、上記フィー
ドフォワード増幅器の出力経路に第１パイロット信号を
注入する第３注入手段が設けられ、その第３注入手段に
供給する第１パイロット信号の供給通路に第３１気的可
変減衰手段、第３電気的可変移相手段ならに増幅器が挿
入され、上記フィードフォワード増幅器の出力経路にお
ける第３注入手段の出力側の第１パイロット信号のレベ
ルを検出する第３レベル検出手段が設けられ、上記第１
レベル検出手段の検出レベルが最小となるように上記第
１電気的可変減衰手段および上記第１電気的可変移相手
段が制御手段で制御され、かつ、上記第２レベル検出手
段の検出レベルが最小となるように上記第２電気的可変
減衰手段および上記第２［気的可変移相手段が制御手段
で制御され、かつ、上記第３レベル検出手段の検出レベ
ルが最小となるように上記第３電気的可変減衰手段およ
び上記第３ｉｔ気的可変移相手段が制御手段で制御され
る。

「作　用」 フィードフォワード増幅器の二つの回路の信号相殺条件
の不完全性に起因して生しる残留信号骨が、パイロット
信号検出手段により検出され、これらの検出レベルを監
視しつつ、それが最小値をとるように回路の伝送特性が
自動調整される。

「実施例」 以下、凹面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明す
る。第１図は、この発明の実施例を示し、第６図と対応
する部分には同一符号をつけである。

周波数の特定した第１バイロフト信号を発生するための
周波数シンセサイザ等の発振器２０が方向性結合器２１
を介して電力分配器１３の入力端子１３ａ側に結合され
る。また、周波数の特定した第２パイロット信号を発生
するための周波数シンセサイザ等の発振器２２が方向性
結合器２３を介して主増幅器７の出力側に結合される。

可変減衰器８、可変遅延線路９の代りに歪検出回路１の
主増幅器信号経路３に電気的に調整可能な可変減衰器２
４と電気的に調整可能な可変移相器２５とが挿入される
。歪除去回路２の歪注入経路６に、可変減衰器１０、可
変遅延線路１１の代りに電気的に調整可能な可変減衰器
２６と電気的に調整可能な可変移相器２７とが挿入され
る。これらの可変減衰器２４．２６および可変移相器２
５，２７は、ＰＩＮダイオードとバラクタダイオードと
を用いて容易に構成でき、市販の製品も利用可能である
。

補助増幅器１２の出力経路に方向性結合器２８を介し、
第１パイロット信号のレベル検出手段としての選択レベ
ル計２９が結合される。フィードフォワード増幅器の出
力経路に、方向性結合器３０を介して第２パイロフト信
号のレベル検出手段としての選択レベル計３１が結合れ
される。また、第１パイロット信号が、電気的に調整可
能な可変減衰器３２と電気的に調整可能な可変移相器３
３と信号増幅器３４を経て、電力合成器３５を介してフ
ィードフォワード増幅器の出力経路に結合される。さら
に、フィ“−ドフォワード増幅器の出力経路における電
力合成器３５の出力側に方向性結合器３６を介して、第
１パイロット信号のレベルを検出する手段として選択レ
ベル計３７が結合される。選択レベル計２９．３’ｌお
よび３７の各出′力が制御回路３８に入力され、制御回
路３８は可変減衰器２４．２６および３２、可変移相器
２５２７および３３を制御する。選択レベル計２９゜３
１および３７は入力信号の特定の周波数成分を検出する
周波数変換器および狭帯域フィルタと、その狭帯域フィ
ルタの出力レベルを検出する検波器とを具備して構成さ
れる。制御回路３８は、基本回路としてのＡ／Ｄ変換器
、マイクロプロセッサ、Ｄ／Ａ変換器から構成され、選
択レベル計２９３１および３７からの入力信号を監視し
つつ、可変減衰器２４，２６．３２および可変移相器２
５．２７．３３の設定点を調整する機能を有する。

以下、この制御回路の制御動作について説明する。

発振器２０による第１パイロット信号はこのフィードフ
ォワード増幅器の入力信号の周波数帯域から少し離れた
周波数に設定し、発振器２２による第２パイロット信号
は主増幅器７が発生する歪成分のうち、本来の信号の占
有周波数のすき間、もしくは、本来の信号の帯域外の周
波数に設定しておく。

制御回路３８は、選択レベル計２９の出力が最小値をと
るように可変減衰器２４と可変移相器２５との設定点を
調整する。この制御方法としては、例えば、設定点をわ
ずかずつ段階的に変化させ、選択レベル計２９の出力が
最小となる点を検出した後、そのときの可変減衰器２４
と可変移相器２５の制御電圧を保持する方法が通用でき
る。このように特定の周波数を持つ信号、すなわち、第
１パイロット信号を用いることにより、入力信号とは独
立に、かつ、容易に歪検出回路１を構成する二つの経路
の伝送特性を、互いに等振幅、かつ、逆位相にすること
ができる。これにより補助増幅器１２の出力中の上記本
来の信号が最小となる条件、すなわち、歪検出回路１の
信号抑圧量が最大となる状態を実現できる。

つぎに、制御回路３８は選択レベル計３１の出力レベル
が最小値をとるように電気的可変減衰器２６と電気的可
変移相器２７との設定点を調整する。これは、主増幅器
７が発振器２２による第２パイロット信号と同一成分の
歪を発生したこととみなせるからこの制御方法が有効で
あり、出力信号に含まれる歪出力が最小となる条件、す
なわち、歪除去回路２の信号抑圧量が最大となる状態を
実現できる。

さらに、フィードフォワード増幅器の出力信号中から発
振器２０による第１パイロット信号を除去するために、
制御回路３８は選択レベル計３７の出力レベルが最小値
をとるように電気的可変減衰器３２と電気的可変移相器
３３との設定点を調整する。これは、第１パイロット信
号を、フィードフォワード増幅器の出力信号に、これに
含まれる第１パイロット信号と等振幅、かつ、逆位相条
件で注入することであり、したがって出力端子１７には
第１パイロット信号は現れない。

以上の三つの制御を常時、または、間欠的に実行するこ
とにより線形性が良好なフィードフォワード増幅器の最
適動作条件を実現できる。

第２図に示すように、方向性結合器２８を可変減衰器２
６よりも入力側に挿入してもよい、また第２図に示すよ
うに、方向性結合器２３を主増幅器７の入力端に挿入し
てもよい。

第３図は、この発明の他の実施例を示す。パイロット信
号のレベルを検出する選択レベル計２９゜３１および３
７のかわりにホモダイン検波回路３９．４０および４１
が用いられる。ホモダイン検波回路３９は、ミクサ４２
、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４３および直流増幅器４
４から構成され、発振器２０からのローカル信号でホモ
ダイン検波することにより、補助増幅器１２の出力信号
中の発振器２０による第１パイロット信号のレベルを高
感度に検出することができる。ホモダイン検波回路４０
は、ミクサ４５、ＬＰＦ４６および直流増幅器４７から
構成され、発振器２２からのローカル信号でホモダイン
検波することによりフィードフォワード増幅器の出力信
号中の発振器２２による第２パイロフト信号レベルを高
感度に検出することができる。さらに、ホモダイン検波
回路４１は、ミクサ４８、ＬＰＦ４９および直流増幅器
５０から構成され、発振器２０からのローカル信号でホ
モダイン検波することにより電力合成器３５の出力信号
中の発振器２０による第１パイロット信号レベルを高感
度に検出することができる。

この回路の動作は、第１図の場合と同様に信号が入力さ
れると、制御回路３８はホモダイン検波回路３９の出力
レベルが最小値をとるように電気的可変減衰器２４と電
気的可変移相器２５との設定点を調整し、歪検出回路１
の動作について、これを構成する二つの経路の伝送特性
が互いに等振幅、かつ、逆位相となる所望の平衡状態に
なるようにする。つぎに、制御回路３８は、ホモダイン
検波回路４０の出力レベルが最小値をとるように同様に
電気的可変減衰器２６と電気的可変移相器２７との設定
点を調整する。このようにして、歪除去回路２の動作に
ついて、これを構成する二つの経路の伝送特性が互いに
等振幅、かつ、逆位相となる所望の平衡状態になるよう
にする。さらに、制御回路３日は、ホモダイン検波回路
４１の出力レベルが最小値をとるように同様に電気的可
変減衰器３２と電気的可変移相器３３との設定点を調整
する。これによって、フィードフォワード増幅器の出力
信号にこれに含まれる第１パイロット信号と等振幅、か
つ、逆位相で第１パイロット信号が注入される。この結
果、二つの回路の最適調整点が自動的に設定され、線形
性が良好なフィードフォワード増幅動作が実現されると
ともに、フィードフォワード増幅器の出力信号から第１
パイロット信号を除去することができる。なお、ここで
は第１図の選択レベル計２９．３１．３７のすべてを、
それぞれホモダイン検波回路３９．４０４１で構成した
が、選択レベル計２９．３１．３７のうちの一つ、ある
いは、二つをホモダイン検波回路で構成してもよい、同
様に、第２図中の選択レベル計２９．３１．３７のうち
の一つ、または二つ、あるいはすべてをホモダイン検波
回路で構成してもよい。

第４図はこの発明のさらにはかの実施例を示す。

この実施例では、第３図の構成例にさらに信号切替器５
１が新たに設けられ、レベル検出手段はホモダイン検波
回路３９および４０のみになっている。これは、切替器
５１がホモダイン検波回路３９を共用するためである。

切替器５１が実線のように方向性結合器２８に接続され
た場合は、動作は第３図における歪検出口Ｂ１の自動調
整を行う場合と同様である。また、切替器５１が破線の
ように方向性結合器３６に接続された場合は、動作は第
３図におけるフィードフォワード増幅器の出力信号から
第１パイロット信号の除去を行う場合と同様である。歪
除去回路２の動作は、第３図の場合と同様である。なお
、ホモダイン検波回路４０は選択レベル針に置き換えて
もよい。以上のように切替器５１を切替えて、ホモダイ
ン検波回路３９の出力が最小値をとるように制御回路３
８を動作させることにより、歪検出回路１の最適動作状
態を実現するとともに、フィードフォワード増幅器の出
力信号から第１パイロット信号の除去を行う。また、ホ
モダイン検波回路４０の出力が最小値をとるように制御
回路３８を動作させることにより歪除去回路２の最適動
作状態を実現することができる。このようにして、フィ
ードフォワード増幅器の最適動作状態を実現することが
できる。

第５図は、第４図の実施例にさらに切替器５２５３が設
けられた例である。これは、１個のホモダイン検波回路
３９を三つの動作に共用するためである。切替器５２お
よび５３が実線のように接続され、かつ、切替器５１が
実線のように方向性結合器２８に接続された場合は、動
作は第３図における歪検出回路１の自動調整を行う場合
と同様である。また、切替器５２および５３が実線のよ
うに接続され、かつ、切替器５１が破線のように接続さ
れた場合は、動作は、第３図におけるフィードフォワー
ド増幅器の出力信号から第１パイロット信号の除去を行
う場合と同様である。これに対して、切替器５２および
５３が破線のように接続された場合は、動作は、第３図
の歪除去回路２の自動調整を行う場合と同様である。以
上のように切替器５１．５２および５３を切替えて、ホ
モダイン検波回路３９の出力が最小値をとるように制御
回路３８を動作せることにより、歪検出回路１および歪
除去回路２の最適動作状態を実現するとともに、フィー
ドフォワード増幅器の出力信号から第１パイロット信号
の除去を行う。このようにして、フィードフォワード増
幅器の最適動作状態を実現することができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明により、温度変化、電源
変動等によって生しるフィードフォワード増幅器の特性
劣化を救済することができるから、通信、放送等におけ
る送信用高出力増幅器はもとより、有線通信中継器、オ
ーディオ機器等の実用的な線形増幅器としてフィードフ
ォワード増幅器を広範囲に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第−実施例を示すブロック図、第２
図ないし第５図はそれぞれこの発明の他の実施例を示す
ブロック図、第６図は従来のフィードフォワード増幅器
を示すブロック図、第７図はサーキユレータを用いた位
相反転回路を示す図、第８図は回路の振幅、位相不平衡
度と信号相殺量との計算例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）主増幅器の非線形歪成分を検出する歪検出回路と
   、その検出した歪成分を補助増幅器を用いて増幅した後
   、上記主増幅器の出力に再び注入することによって歪成
   分の相殺を行う歪除去回路とを有するフィードフォワー
   ド増幅器において、 上記フィードフォワード増幅器の入力経路に特定周波数
   の第１パイロット信号を注入する第１注入手段と、 上記歪検出回路に挿入された第１電気的可変減衰手段、
   第１電気的可変移相手段ならびに上記歪検出回路の上記
   主増幅器の経路に挿入され、上記特定周波数と異なる特
   定周波数の第２パイロット信号を注入する第２注入手段
   と、 上記歪除去回路に挿入された第２電気的可変減衰手段、
   第２電気的可変移相手段ならびに上記歪除去回路の上記
   補助増幅器の経路に挿入され、上記第１パイロット信号
   のレベルを検出する第１レベル検出手段と、 上記フィードフォワード増幅器の出力の経路の上記第２
   パイロット信号のレベルを検出する第２レベル検出手段
   と、 上記フィードフォワード増幅器の出力の経路に上記第１
   パイロット信号を注入する第３注入手段と、 その第３注入手段により注入する上記第１パイロット信
   号の供給通路に挿入された第３電気的可変減衰手段、第
   ３電気的可変移相手段ならびに増幅器と、 上記フィードフォワード増幅器の出力経路における上記
   第３注入手段の出力側の上記第１パイロット信号のレベ
   ルを検出する第３レベル検出手段と、 上記第１レベル検出手段の検出レベルが最小となるよう
   に上記第１電気的可変減衰手段および上記第１電気的可
   変移相手段を制御し、かつ、上記第２レベル検出手段の
   検出レベルが最小となるように上記第２電気的可変減衰
   手段および上記第２電気的可変移相手段を制御し、さら
   に、上記第３レベル検出手段の検出レベルが最小となる
   ように上記第３電気的可変減衰手段および上記第３電気
   的可変移相手段を制御する制御手段と、 を具備することを特徴とするフィードフォワード増幅器
   。