JPH08256018A - 高周波直線増幅器の消費電力制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 増幅効率の良い高周波直線増幅器の消費電力
制御回路を得る。 【構成】 高周波直線増幅部３の入出力信号から、カプ
ラ２、４、分配器７、１０、検波器６、１０、ディレー
ライン８、合成器１３および制御部１６等により構成さ
れる相互変調歪検出回路により相互変調歪を検出する。
制御部１６から出力される相互変調歪の状態に基づく信
号により、バイアス回路部９が高周波直線増幅部３のド
レイン電流の大きさを制御する。相互変調歪のレベルに
よって高周波直線増幅部３のバイアス設定を行うことに
より、無効電力を削減し効率の良い高周波直線増幅を行
うことができる。また、副次的に、温度検出器を設ける
ことなく増幅器の温度上昇の管理・抑制が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波直線増幅器の消
費電力制御回路に関し、特に、複数のキャリアを同時に
増幅する共通増幅器の消費電力を低減する高周波直線増
幅器の消費電力制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の消費電力の低減を目的と
する一般的な装置として特開昭５６−６９９０７号があ
る。本従来例１は、直線増幅器の出力を検出し増幅器の
バイアスを制御する構成とされている。この装置は図１
１に示す通り、電波がアンテナ３１で受信され、直線増
幅器３２により一定の利得のもとに増幅された後、出力
のアンテナ３３へ供給される。一方、出力の一部はダイ
オード等から構成されている検出回路３４によって検出
され、この出力を差動増幅回路等から構成されている比
較回路３５に加えて基準レベルと比較し、その出力によ
って直線増幅器３２のトランジスタのエミッタ・ベース
間に接続されたバイアス回路３６のバイアス値を連続的
に変えて、相互変調歪が大きくならないようにトランジ
スタのコレクタ電流を制御する。

【０００３】これは、多数波入力の数およびその大きさ
により利得が変わらない範囲で消費電流を制御しようと
するものである。この消費電力の低減を目的とした装置
では、出力レべルのみを検出し、出力レべルに応じて増
幅器のバイアス設定を行っている。

【０００４】他の従来例２として、特開平１−９８３０
４号公報がある。本従来例２は、入力信号を電力増幅す
る電力増幅回路と、直流バイアス電圧を電力増幅回路に
供給する電源回路と、制御手段とを備え、電力増幅回路
が入力信号を最良の動作点で線形に電力増幅するように
電源回路から出力される直流バイアス電圧を制御すると
している。この構成において、電力トランジスタの温度
補償用に温度検出用サーミスタを備えている。

【０００５】さらに他の従来例２として、特開平３−３
９６２号公報がある。本従来例３の「トランジスタ直線
増幅器の動作点補償回路」では、トランジスタの温度補
償用に放熱器温度センサダイオードを備えて構成してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例１では以下の問題点を伴う。共通増幅器に用いら
れる高周波用の直線増幅器３２は、相互変調歪特性を良
くするため、トランジスタやＦＥＴの動作はＡ級もしく
はＡＢ級で用いられることが多い。しかも電波法により
許容スプリアス規格が決まっているため、最大キャリア
数の時に相互変調歪がスプリアスの規格を満足出来るよ
うな設定にすることが多い。このため、キャリア数が少
なかったり、キャリアレべルが低い時やアイドル時にも
多くの電流が流れ無駄が多い。

【０００７】さらに、消費電力を低減させ増幅器の動作
点の補償を目的とした上掲の各従来例の装置では、出力
レべルのみを検出し、出力レべルに応じて増幅器のバイ
アス設定を行うものである。例えば従来例１では出力レ
べルに依存しない温度変化等による相互変調歪の悪化ま
では十分に対応が出来ない。また温度変化まで含んだ十
分な補償を図るためには、従来例２および３のように温
度検出器を必要とする問題点を伴う。

【０００８】本発明は、増幅効率の良い高周波直線増幅
器の消費電力制御回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の高周波直線増幅器の消費電力制御回路は、
高周波直線増幅手段と、この高周波直線増幅手段によっ
て発生する相互変調歪のレべルを検出する相互変調歪検
出手段と、相互変調歪のレべルに応じて高周波直線増幅
手段のバイアスを調節し、高周波直線増幅手段に流れる
電流値を制御するバイアス制御手段とを有することを特
徴としている。

【００１０】また、上記の相互変調歪検出手段は、高周
波直線増幅手段の入出力信号の差分信号を抽出する合成
手段を有し、この抽出された差分信号の大きさに基づき
バイアス制御手段を制御するとよい。

【００１１】また、本発明の高周波直線増幅器の消費電
力制御回路は、高周波直線増幅手段と、この高周波直線
増幅手段の入力信号および出力信号の差分信号を抽出す
る差分信号抽出手段と、差分信号に基づく制御信号を出
力する制御手段と、高周波直線増幅手段のバイアスを調
節し、高周波直線増幅手段に流れる電流値を制御するバ
イアス制御手段とを有し、制御手段が出力する制御信号
に基づきバイアス制御手段が高周波直線増幅手段の動作
を制御することを特徴としている。

【００１２】また、上記の差分信号抽出手段は、信号を
分配する２個の分配手段と信号の遅延を行うディレ−ラ
インと信号を合成する合成手段とを有し、入力信号およ
び出力信号を２個の分配手段でそれぞれ分配し、この分
配された入力信号をディレ−ラインで遅延させ、遅延さ
れた入力信号と分配された出力信号との間の差分信号を
合成手段が検出するとよい。

【００１３】

【作用】したがって、本発明の高周波直線増幅器の消費
電力制御回路によれば、この高周波直線増幅によって発
生する相互変調歪のレべルを検出し、この相互変調歪の
レべルに応じて高周波直線増幅におけるバイアスを調節
し、高周波直線増幅手段に流れる電流値を制御する。よ
って、高周波直線増幅のバイアス量が最適に維持され、
相互変調歪および無効消費電力の発生が少なくなる。

【００１４】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による高周波
直線増幅器の消費電力制御回路の実施例を詳細に説明す
る。図１〜図１０を参照すると本発明の高周波直線増幅
器の消費電力制御回路の実施例が示されている。図１は
一実施例を示すブロック、図２〜図６は図１の主要構成
部におけるベクトル、図７はＧａＡｓ−ＦＥＴの入出力
特性例、図８〜図１０はＧａＡｓ−ＦＥＴの相互変調歪
特性例をそれぞれ表す図である。

【００１５】図１に示す高周波直線増幅器の消費電力制
御回路は、ＲＦ信号の入出力端子であるＲＦ入力端子１
並びにＲＦ出力端子５、これら入出力端子間に接続され
たＲＦキャリアを抽出する第１のカプラ２並びに第２の
カプラ４、信号を増幅する高周波直線増幅部３を有して
いる。さらに、信号を分離・分割する第１の分配器７、
第２の分配器１０並びに信号を合成する合成器１３、Ｒ
Ｆキャリアを検波して信号を検出する第１の検波器６、
第２の検波器１５並びに第３の検波器１４、信号の減衰
を行うアッテネータ１１、１８０度ＲＦ信号の位相を回
転させる位相器１２、信号を遅延させるディレーライン
８、所望の動作点を設定するバイアス回路９および制御
部１６とを有して構成される。

【００１６】上記のように構成される高周波直線増幅器
の消費電力制御回路の動作を、図１を用いて説明する。
ＲＦ入力端子１から入力したＲＦ信号は、第１のカプラ
２を通り、高周波直線増幅部３にて増幅され第２のカプ
ラ４を通ったあとＲＦ出力端子５より出力される。この
ＲＦ信号の増幅過程において、以下の手順で高周波直線
増幅部３の利得を求める。

【００１７】高周波直線増幅部３に入るＲＦキャリアを
第１のカプラ２により取り出し、第１の分配器７にて分
配した後、第１の検波器６により検波し、増幅部の入力
レべルとして制御部１６に入力する。同様に高周波直線
増幅部３により増幅されたＲＦキャリアを第２のカプラ
４から取り出し、第２の分配器１０で分配した後、第２
の検波器１５により検波して増幅部の出力レべルとして
制御部１６に入力する。制御部１６では、上記の増幅部
に入る入力レべルと増幅部により増幅された出力レべル
とを比較し、高周波直線増幅部３の利得を求める。

【００１８】上記の高周波直線増幅部３における増幅に
おいて発生する相互変調歪のみを取り出す過程を、図１
および図２〜図６を用いて以下に説明する。図２〜図６
はＲＦキャリアが２波の例をべクトル図で示している。
なお、これらの図中のベクトルの長さはＲＦレべルを示
し、方向は位相を示している。

【００１９】図２の示す信号は前述の第１の分配器７に
より分配されたもう一つのＲＦ信号であり、この信号は
ディレーライン８を通して合成器１３の一方の入力に入
力される。また、合成器１３の他方の入力へは、図３に
示す前述の第２の分配器１０により分配されたＲＦ信号
がアッテネータ１１でレべルを落されて図４の状態とさ
れ、さらに位相器１２により１８０度ＲＦ信号の位相が
回転されて図５に示す状態とされた後に入力される。

【００２０】一般的に増幅器においてＲＦ信号の位相が
回転し時間的な遅れが生じるため、合成器１３の２つの
入力の位相・遅れ時間を合わせるため、ディレーライン
８により修正を行う。合成器１３においてこれらの２つ
の入力信号の差分信号が抽出される。この差分信号は、
高周波直線増幅部３における増幅過程において生じた歪
信号である。合成器１３からの出力において、図６に示
す相互変調歪成分のみが取り出される。この相互変調歪
成分は、第３の検波器１４により検波され制御部１６へ
入力される。制御部１６では、この相互変調歪レべルを
監視し、相互変調歪レべルの状態に応じて増幅器のバイ
アス設定を行う。

【００２１】バイアスの設定は、次の特性を利用する。
図７は所定のＧａＡｓ−ＦＥＴの入出力特性を示してい
る。一般的にトランジスタやＦＥＴは、デバイスに流す
電流の違いにより図７のような入出力特性を持ってい
る。図中の記号ａ、ｂは入出力特性を、記号ｃ、ｄは相
互変調歪特性を、また記号ｅ、ｆはインターセプト・ポ
イントをそれぞれ示している。さらに、記号ａ、ｃ、ｅ
はドレイン電流５Ａの場合を示し、ｂ、ｄ、ｆはドレイ
ン電流３Ａの場合を示している。これよりドレイン電流
を変化させても入出力の利得は変わらないが、ドレイン
電流を増すほど飽和レべルや相互変調歪が良くなってい
ることが分かる。

【００２２】例としてキャリアを増減させた場合にどの
ように相互変調歪が発生するかを示したものが図８〜図
１０である。例えば、図８はドレイン電流が３Ａで２キ
ャリアのスペクトラムをもっている場合、図９は４キャ
リアに増やした場合をそれぞれ示しており、図９のよう
に相互変調歪が悪化する。そこでドレイン電流を５Ａに
増やし飽和電力を上げると、図１０のように相互変調歪
特性がよくなる。

【００２３】この特性を利用し、歪が多い場合には、バ
イアス回路部９を制御し、電流を多く流すようにする。
また、歪が少ない場合には逆に電流を減らすようにする
制御を行う。

【００２４】以上説明したように、本実施例による高周
波直線増幅回路の消費電力制御回路では、出力レべルだ
けをみてトランジスタやＦＥＴに流れる電流を制御する
のではなく、実際の相互変調歪量をみて制御するので、
出力レべルに依存しない相互変調歪量の変動に対応がで
きる。これを共通増幅装置において利用した場合、キャ
リア数が少ない時や、出力電力が低い場合に消費電流を
抑えることが出来る。よって、装置および設置スペース
の小型化、無停電装置の容量低減化、装置の長寿命化、
低発電熱量化などの利点をもつ。

【００２５】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるが本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実
施可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
高周波直線増幅器の消費電力制御回路は、高周波直線増
幅によって発生する相互変調歪のレべルを検出し、相互
変調歪のレべルに応じて高周波直線増幅におけるバイア
スを調節し、高周波直線増幅手段に流れる電流値を制御
する。よって、高周波直線増幅のバイアス量が最適に維
持され、無効消費電力の発生が少なくなり、高周波直線
増幅器の消費電力が最適に制御される。消費電力の管理
・抑制により、温度検出手段を設けることなく増幅器の
温度上昇の二次的な監視も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波直線増幅器の消費電力制御回路
の実施例を示すブロック構成図である。

【図２】図１のディレーライン８を通った後のＲＦキャ
リアを示すベクトル図である。

【図３】図１の分配器１０を通った後のＲＦキャリアを
示すベクトル図である。

【図４】図１のアッテネータ１１を通った後のＲＦキャ
リアを示すベクトル図である。

【図５】図１の位相器１２を通った後のＲＦキャリアを
示すベクトル図である。

【図６】図１の合成器１３を通った後のＲＦキャリアを
示すベクトル図である。

【図７】所定のＧａＡｓ−ＦＥＴの入出力特性を表した
図である。

【図８】所定のＧａＡｓ−ＦＥＴの相互変調歪特性（２
キャリアでドレイン電流３Ａの時）を表した図である。

【図９】所定のＧａＡｓ−ＦＥＴの相互変調歪特性（４
キャリアでドレイン電流３Ａの時）を表した図である。

【図１０】所定のＧａＡｓ−ＦＥＴの相互変調歪特性
（４キャリアでドレイン電流５Ａの時）を表した図であ
る。

【図１１】従来の高周波直線増幅器の消費電力制御回路
の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ＲＦ入力端子 ２ カプラ ３ 高周波直線増幅部 ４ カプラ ５ ＲＦ出力端子 ６ 検波器 ７ 分配器 ８ ディレーライン ９ バイアス回路部 １０ 分配器 １１ アッテネータ １２ 位相器 １３ 合成器 １４、１５ 検波器 １６ 制御郡

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波直線増幅手段と、 該高周波直線増幅手段によって発生する相互変調歪のレ
   べルを検出する相互変調歪検出手段と、 前記相互変調歪のレべルに応じて前記高周波直線増幅手
   段のバイアスを調節し、該高周波直線増幅手段に流れる
   電流値を制御するバイアス制御手段とを有することを特
   徴とする高周波直線増幅器の消費電力制御回路。
2. 【請求項２】 前記相互変調歪検出手段は、前記高周波
   直線増幅手段の入出力信号の差分信号を抽出する合成手
   段を有し、該抽出された差分信号の大きさに基づき前記
   バイアス制御手段を制御することを特徴とする請求項１
   記載の高周波直線増幅器の消費電力制御回路。
3. 【請求項３】 高周波直線増幅手段と、 該高周波直線増幅手段の入力信号および出力信号の差分
   信号を抽出する差分信号抽出手段と、 該差分信号に基づく制御信号を出力する制御手段と、 前記高周波直線増幅手段のバイアスを調節し、前記高周
   波直線増幅手段に流れる電流値を制御するバイアス制御
   手段とを有し、 前記制御手段が出力する制御信号に基づき前記バイアス
   制御手段が前記高周波直線増幅手段の動作を制御するこ
   とを特徴とする高周波直線増幅器の消費電力制御回路。
4. 【請求項４】 前記差分信号抽出手段は、信号を分配す
   る分配手段を２個と信号の遅延を行うディレ−ラインと
   信号を合成する合成手段とを有し、前記入力信号および
   出力信号を前記２個の分配手段でそれぞれ分配し、該分
   配された入力信号を前記ディレ−ラインで遅延させ、該
   遅延された入力信号と前記分配された出力信号との間の
   前記差分信号を前記合成手段が検出することを特徴とす
   る請求項３記載の高周波直線増幅器の消費電力制御回
   路。