JPH0927718A - 歪特性改善回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的低い動作利得が必要なＣＡＴＶ用の増幅
装置にも先行歪法による歪特性の改善を可能にし、か
つ、消費電力の増大を防止する。 【解決手段】不平衡入力を平衡信号に変換する第１のト
ランス２と平衡信号を不平衡に変換して出力する第２の
トランス１１との間に、広帯域に歪を発生する歪発生素
子３，４を接続する。この歪発生素子３，４には、歪を
伴わない原信号を適当な周波数特性のもとにバイパスさ
せるバイパス素子５，６を並列に接続すると共に、周波
数選択性のあるバイパス素子７ａ，９ａと歪発生素子８
ａ，１０ａとの直列回路を並列に接続する。上記非直線
素子３，４により、増幅回路の飽和特性の非直線性を打
ち消す逆相の歪成分を発生し、更に、バイパス素子７
ａ，９ａと歪発生素子８ａ，１０ａにより、周波数に応
じた歪成分を発生し、高周波増幅器の歪特性が改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルテレビジ
ョン（ＣＡＴＶ）等、広帯域な高周波信号を扱う伝送路
に使用される増幅装置の歪特性改善回路に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＴＶ等、同軸線路を用いた伝送路で
は、信号に対する線路の減衰を補償するため適当な間隔
で増幅装置を設けており、減衰と増幅を繰り返しながら
信号の伝送が行なわれる。増幅装置の設置間隔は通常減
衰量にして２０ｄＢ程度、距離にして約５００ｍの程度
であり、大規模な施設では増幅器の縦続段数は３０段前
後に及ぶ。そのような場合にも施設の信号伝送方向の最
下流に於て雑音対信号比、歪成分対信号比等の所要の信
号の品質を確保する必要がある。従って、各増幅装置の
性能はその施設の可能なサービスエリアを決定する重要
な要素となり、その雑音指数や歪特性はできるだけ良い
ものが望まれる。

【０００３】ＣＡＴＶ用増幅装置以外の増幅器、例えば
マイクロ波帯の進行波管増幅器、あるいは光通信用の電
気−光変換に用いるレーザダイオード等の非直線歪を補
償・改善するための手段の一つとして先行歪法と呼ばれ
る方法が一般に知られている。

【０００４】この先行歪法の動作を図２によって説明す
る。入力信号は前段増幅部２１で増幅された後、歪発生
回路２２に入力される。この歪発生回路２２には、例え
ば進行波管、あるいはレーザダイオードのような出力段
２３が接続される。上記歪発生回路２２は、出力段２３
の発生する例えば非直線歪とは逆の位相の歪を発生する
ようになっている。

【０００５】このように予め歪発生回路２２で歪ませた
信号を出力段２３に供給し、その出力に於て両者の発生
する歪を打ち消し合うようにして、歪特性の改善を図っ
ている。

【０００６】次にこの方式に於て用いられる歪発生回路
２２の一般的な構成を図３によって説明する。前段から
入力端子３１に送られてきた信号は分配器３２によって
２方向に分けられ、その一方の信号は遅延線路３３を経
て出力側の混合器３６の一方の端子に送られる。また、
分配器３２で分配された他方の信号は、歪発生部３４に
送られて歪成分を生ずる。歪発生部３４は非直線性の素
子、例えばダイオードやトランジスタを適宜に組合せて
構成される。発生した歪成分は次に周波数特性調整部３
５に送られ、上記図２の出力段２３の歪を打ち消すため
に適した周波数対振幅特性と周波数対位相特性に調整さ
れる。その後、混合器３６に於いて、遅延線路３３を通
過してきた歪を伴わない原信号成分と混合され、出力端
子３７から上記出力段２３に送出される。原信号成分の
経路に遅延線路３３を設置するのは、歪発生部３４を通
過してくる成分との時間差を一致させるためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、ある種類
の増幅装置や電気−光変換装置については有効に動作す
る先行歪法であるが、前述のＣＡＴＶ用増幅装置にはそ
れが高度の低歪特性を要求されるものであるにも拘ら
ず、今まで応用されることはなかった。それは図３に示
した従来の歪発生回路が原信号成分に対し過大な損失を
伴うものであるためと考えられる。

【０００８】図３の従来の歪発生回路について、その原
信号の通過する経路について損失を考える。まず、分配
器３２で方向に等しく電力分配を行なうと、回路内部の
損失のない理想的なものとしても約３ｄＢの損失とな
る。混合器３６は、分配器３２を逆方向に接続したもの
と等価であるから再び３ｄＢの損失となる。これ等に加
えて遅延線路３３の損失と、分配器３２及び混合器３６
が理想的なものでないことによる損失が存在するため、
損失の合計は約１０ｄＢ前後に達する。この程度の損失
があっても、後に接続される出力段２３が進行波管のよ
うに高利得の増幅器である場合には何等障害にはなら
ず、また、出力段２３がレーザダイオードの場合にはこ
れを駆動するのに高い信号レベルを要しないので、歪発
生回路２２の前段の増幅部２１の歪が問題になることは
なく、かなり大きな挿入損失を許容しながら歪の改善が
得られる。

【０００９】しかしながら、ＣＡＴＶ用の増幅装置では
前述のように、その動作利得は２０ｄＢ程度にとどまる
ものである。その理由は、多チャンネル伝送の場合、チ
ャンネル間相互の歪妨害によって出力レベルが制限され
るためと、雑音対信号比によって入力レベルが制限され
るためである。個々の増幅装置において他の特性を一定
にしたままで利得のみ上昇することは、雑音と歪の劣化
を招き、可能な縦続段数が減少する結果、所要の信号の
品質のもとにカバーできるサービスエリアをかえって縮
小してしまうこととなる。

【００１０】このような制限のあるＣＡＴＶ用増幅装置
が一般にどのように構成されているか次に説明する。入
力側と出力側に１個づつ各１０数ｄＢの固定した利得を
有する増幅回路が配置される。両増幅回路の間には温度
によって変動するケーブルの損失を補償するための自動
利得制御（ＡＧＣ）用の可変減衰回路、周波数に対する
利得の傾きを補償するための自動スロープ制御（ＡＳ
Ｃ）用の可変等価回路等が配置されている。即ち、増幅
−減衰−増幅、の順で信号を処理し、装置としての所要
の利得で動作させるものである。このような構成となっ
ているので、この中間に前述の多大な損失を伴う歪発生
回路を追加・導入することは著しい困難を生ずるもので
ある。即ち、例えば段間のＡＧＣ、ＡＳＣ用の減衰に加
えて、更に損失が増加し、損失の合計が出力側の増幅回
路の利得に迫るものとなれば、入力側の増幅回路に出力
側の増幅回路よりも高出力が要求されるという矛盾した
状況になるし、入力側から見て一旦入力側増幅回路で増
幅された信号が多大な段間の損失によって、元の入力レ
ベルと同程度にまで減衰されるということは、入力等価
雑音電力がほぼ２倍になってしまうことを意味するから
である。

【００１１】以上述べたように、従来の構成による先行
歪発生回路を低利得のＣＡＴＶ用増幅装置に導入するこ
とは、そのことによる歪の改善よりも、過大な損失によ
る弊害がむしろ隘路となって実施され得なかったのであ
る。

【００１２】ＣＡＴＶ用増幅装置として一般に実施され
ている歪改善のための他の手段としては並列動作法とフ
ィードフォワード法がある。前者の並列動作法は、単に
同じ増幅回路を並列動作させることにより、各々の扱う
信号電力を半分にして歪を軽減するものであって、ＣＡ
ＴＶ施設に於いて最大の障害となる３次歪を６ｄＢ改善
するのに２倍の消費電力を要するものである。また、後
者のフィードフォワード法は、主増幅回路の入力信号の
一部と出力信号の一部の差をとって歪成分のみを抽出
し、これを補助増幅回路で適宜増幅してから前述の主増
幅回路の出力の歪成分と打ち消す関係で合成して装置の
出力とすることにより改善を図るものであって、改善度
は一般に並列動作法よりも大きいが、補助増幅回路は主
増幅回路にほぼ匹敵する消費電力を必要とする上に、回
路が複雑・大規模でコストがかさむという欠点がある。

【００１３】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、比較的低い動作利得が必要なＣＡＴＶ用の
増幅装置にも先行歪法による歪特性の改善を可能にし、
並列動作法やフィードフォワード法等の他の歪改善手段
にみられる消費電力の増大を伴うことの少ない歪特性改
善回路の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歪特性改善
回路は、不平衡の入力を平衡の信号に変換する第１のト
ランスと、この第１のトランスで変換された平衡の信号
を不平衡に変換して出力する第２のトランスと、上記第
１のトランスの平衡側の各端子と第２のトランスの平衡
側の各端子との間に接続される第１及び第２の歪発生素
子と、上記第１及び第２の歪み発生素子にそれぞれ並列
に接続される周波数選択性を有する線形なバイパス素子
と、上記第１及び第２の歪み発生素子にそれぞれ並列に
接続される周波数選択性のあるバイパス素子と歪発生素
子からなる１ないし複数個の直列回路とを具備したこと
を特徴とする。

【００１５】比較的低い動作利得が要求されるＣＡＴＶ
用増幅装置に先行歪法を導入するためには低損失な歪発
生回路の実現が不可欠の条件となる。このため本発明の
歪特性改善回路は、従来の回路にみられる分配・混合器
を使用せず、信号の経路上に、（１）広帯域に歪を発生
する素子、（２）歪を伴わない原信号を適当な周波数特
性のもとにバイパスさせる素子、及び（３）適当な周波
数を選択して歪を発生させる素子、を並列に接続した構
成としている。

【００１６】（作用）ＣＡＴＶ用の増幅装置に使用され
る増幅回路は、一般的はプッシュプル回路で構成されて
いるため、本発明では２次歪を初めとする偶数次の歪に
ついては充分に抑圧されているとの前提に立ち、３次歪
を初めとする奇数次の歪のみを改善の対象とし、偶数次
歪については増幅回路自体の性能に何等影響を及ぼさな
い構成としている。

【００１７】このことは、例えばレーザダイオードのよ
うにプッシュプル回路動作をしていない出力段を駆動す
る場合、その偶数次の非直線性はあるばらつきの範囲内
で一定の傾向を示し、先行歪法で改善することが可能で
あるが、プッシュプルの場合、その出力に現れる偶数次
歪は互いに逆相で動作している二つの回路の発する歪波
形が互いに打ち消し合った残留成分であって、本来完全
な打ち消しが行なわれていれば出現しないものである。
つまり、偶数次歪は二つの回路間の除去しがたい、僅か
な不均衡が原因で生成されてくるので回路要素のばらつ
きそのものであり、周波数上の各成分の振幅と位相は増
幅器毎にまちまちであって、これをある一定の先行歪み
をもって、全偶数次歪成分を各個の増幅回路について改
善することは不可能であるからである。因に、このよう
な増幅回路の各個毎にランダムな２次歪成分に対する改
善効果は、得られた歪みの結果を利用して結果自体を消
去する前述のフィードフォワード法が最大であり、並列
動作法では約３ｄＢの改善にとどまる。何れにしても、
ＣＡＴＶ施設に於いて最も検知され易く、問題となるの
は３次歪成分が主であるので、この改善は信号の品質の
改善とサービスエリアの確保に大きく影響するものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本発明に係る歪特性改善
回路の構成図である。同図に於いて、入力端子１は、入
力側増幅回路からの信号を受け取る不平衡の端子であ
る。この入力端子１に入力された信号は、不平衡−平衡
変換トランス２によって平衡に変換され、非直線素子、
即ち歪発生素子３，４を介して出力側に送られる。この
出力側に送られた信号は、平衡−不平衡変換トランス１
１によって再び不平衡状態となり、出力端子１２より出
力側増幅回路へ送出される。上記歪発生素子３，４は、
周波数の全帯域に亘って歪を発生するもので、図ではダ
イオードを示しているが、他の素子、例えばトランジス
タを用いることも可能である。

【００１９】このように信号の通過する方向に直列にダ
イオードのような非直線素子を接続することにより、加
わる入力電圧が高くなるほど素子の導通状態は促進さ
れ、インピーダンスを減ずる結果、より高い入力に対し
て出力電圧が伸長されることとなる。この特性により、
より高い入力に対しては出力電圧が抑圧される増幅回路
の飽和特性の非直線性を打ち消す、逆相の歪成分を発生
するのである。

【００２０】上記歪発生素子３，４には、周波数選択性
を有する線形なバイパス素子５，６が並列に接続され
る。これは入力から出力に向かって歪成分を含まない原
信号を通過させ、出力端において歪打ち消しに適した原
信号と歪成分の比率で合成を行なうためのものである。
周波数選択性を有するとは、例えば容量性と抵抗を直列
にすれば周波数のより高い信号が通過しやすくなるし、
誘導性と抵抗を直列にすれば周波数のより低い信号が通
過しやすくなるということである。共振回路を用いれば
特定の周波数成分を通過させることもできる。また、歪
改善の対象となる増幅回路の性質によっては抵抗のみを
用いて平坦な周波数特性で通過させる場合もある。

【００２１】更に、歪発生素子３，４には、それぞれ周
波数選択性のあるバイパス素子７ａ，９ａと歪発生のた
めの非直線性素子、例えばダイオード８ａ，１０ａを直
列に接続した回路が接続される。この部分は周波数帯域
に応じて異なった歪成分を発生させるためのものであ
る。ＣＡＴＶ用の増幅装置は一般に、下限７０ＭＨｚか
ら上限４５０ＭＨｚないし５５０ＭＨｚ程度の広帯域の
高周波信号を扱うものであるが、その増幅回路の歪特性
は周波数が高い領域程悪くなる。つまり、歪成分が増大
する傾向がある。増幅回路は負帰還を施すことによって
周波数に対し平坦な利得特性を得ているのであるが、増
幅素子例えばトランジスタは周波数が高くなるほど増幅
率が低下するために負帰還による歪特性の改善効果が減
殺されるからである。このために打ち消しに要する先行
歪の量も、全帯域にわたって発生させる歪発生素子３，
４によるものに加えて、周波数に応じて発生量を変化さ
せる必要がある。また、この周波数依存性のある歪発生
回路は１系統に限らず、図１に示すバイパス素子７ｂ，
９ｂ及びダイオード８ｂ，１０ｂのように必要な系統数
だけ並列に接続して歪打ち消しの精度を向上できる。

【００２２】また、図１の回路は平衡状態に変換して処
理を行なうことにより、入力の正負各半サイクルに対し
て対称な動作をするように構成されており、プッシュプ
ル増幅と同様に偶数次の歪は出力端子１２に現われず、
従って、プッシュプル回路で構成された後段の出力増幅
回路の偶数次歪特性に影響することはない。

【００２３】なお、各ダイオードは流れる直流バイアス
電流の大きさによって歪の発生量が変化するので、各々
最適点に設定する必要がある。ダイオードにバイアスを
与える回路は図示していないが、チョークによる高周波
の遮断と容量による直流の遮断を組み合わせて容易に行
なえるものである。

【００２４】このように構成された歪発生回路の損失で
あるが、まず入出力のトランス２，１１によるものは両
者の合計として容易に１ｄＢ以内にすることができる。
また、トランス２，１１間に配置される歪発生ならびに
原信号バイパス用素子は合計のインピーダンスとして１
０オームから２０オームの程度であり、７５オームの伝
送路インピーダンスを基準として設計されるＣＡＴＶ用
機器の信号経路に直列に挿入されることにより生ずる損
失は１ｄＢから２ｄＢの程度である。以上の損失を合計
して歪発生回路全体の損失は容易に３ｄＢ以内にとどめ
ることが可能であり、前述のＣＡＴＶ用増幅装置の入力
側増幅回路と出力側増幅回路の間に介在させても、雑音
指数の劣化等を招来することなく装置全体として歪特性
を改善し得るものである。

【００２５】また、この先行歪発生回路を付加したこと
による装置全体の消費電力の増加は、回路を構成するダ
イオードに流すバイアス電流のみであって、高々数ミリ
アンペア程度のものであり、通常１５０から５００ミリ
アンペアの電流消費がある増幅回路を並列動作する方法
や、同程度の電流を必要とする補助増幅回路を用いるフ
ィードフォワード法に比較して消費電力の増大を伴わな
い歪改善が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、極
めて簡単な構成で、ＣＡＴＶ用増幅装置等、広帯域な高
周波増幅器の歪特性の改善を実現でき、しかも、他の歪
改善法に比較して消費電力の増大は僅かなものであるた
め、発熱量が低く信頼性の高い装置を実現できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る歪発生回路を示す回
路図。

【図２】先行歪法の動作を説明するための図。

【図３】従来の歪発生回路の構成を示す図。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 不平衡−平衡変換トランス １１ 平衡−不平衡変換トランス ３，４，８ａ，１０ａ，１０ｂ 歪発生素子 ５，６，７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ バイパス素子 １２ 出力端子 ２１ 前段増幅部 ２２ 歪発生回路 ２３ 出力段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不平衡の入力を平衡の信号に変換する第
   １のトランスと、この第１のトランスで変換された平衡
   の信号を不平衡に変換して出力する第２のトランスと、
   上記第１のトランスの平衡側の各端子と第２のトランス
   の平衡側の各端子との間に接続される第１及び第２の歪
   発生素子と、上記第１及び第２の歪み発生素子にそれぞ
   れ並列に接続される周波数選択性を有する線形なバイパ
   ス素子と、上記第１及び第２の歪み発生素子にそれぞれ
   並列に接続される周波数選択性のあるバイパス素子と歪
   発生素子からなる１ないし複数個の直列回路とを具備し
   たことを特徴とする歪特性改善回路。