JP2002009555A - 増幅装置およびプリディストータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】動作特性の調整を容易にした増幅装置およびプ
リディストータを提供する。 【解決手段】増幅すべき信号の流れるメインライン８
に、ダイオード１およびダイオード２を互いに逆極性か
つ並列に接続する。ダイオード１，ダイオード２には、
バイアス電圧源４，５によりそれぞれ逆バイアス電圧を
印加する。ダイオード１，ダイオード２をそれぞれコン
デンサ６，７を介して接地し、逆バイアス電圧の印加点
を直流的に遮断する。そして、バイアス電圧源４，５を
制御して逆バイアス電圧を変化させ、ダイオード１，ダ
イオード２がオンとなる電力ポイントを調整することで
歪開始点の位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動通信装
置の送信用パワーアンプとして用いられ、特に線形性
（リニアリティ）を高度に要求される増幅装置とこの増
幅装置に用いられるプリディストータに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信基地局の送信用パワーアンプな
どに用いられる増幅装置には、スプリアスの発生による
チャネル間漏話などを避けるため高い線形性（リニアリ
ティ）が求められる。この種の増幅装置には、ＧａＦＥ
Ｔなどの半導体増幅素子が使用される。

【０００３】図６に、増幅素子の一般的な歪み特性を示
す。同図から判るように、増幅素子は入力電力の低い範
囲では利得、位相ともに良好なリニアリティを示すが、
入力電力が高くなるにつれ非線形性を示すようになり、
これが歪みを生じる原因となる。

【０００４】このような歪みを避けるため増幅素子を歪
開始点よりもかなり低い領域で動作させるようにした増
幅装置もあるが、電力効率が低くならざるを得ないた
め、特にマイクロ波領域の高周波を扱う用途には適さな
い。また効率が低いと発熱量が増加するため冷却ファン
を設けるなどの対策が必要となり、装置の小型化、軽量
化などを図る上でのネックとなっていた。

【０００５】一方、プリディストーション型リニアライ
ザとして知られる増幅装置がある。この種の増幅装置
は、増幅素子の歪み特性と逆の傾向を持つ別の増幅手段
を増幅装置の入力側に接続し、歪み特性を互いに打ち消
し合うことで、良好なリニアリティを実現しつつ高い電
力効率を得ようとするものである。このような用途に使
用される増幅手段はプリディストータと呼ばれる。

【０００６】図７は、プリディストーション型リニアラ
イザによるリニアリティ改善の原理を示す図である。図
中、符号２０は増幅素子であり、符号１０は増幅素子２
０に接続されるプリディストータである。増幅素子２０
の利得、通過位相特性は図６と同様である。これに対
し、プリディストータ１０には利得、位相ともに増幅素
子２０と対称的な特性を持たせるようにする。このよう
にすることで歪み特性がお互いに打ち消され、増幅装置
全体として利得および通過位相の変化がない特性を実現
できる。すなわち、入力信号（ここではＲＦ（無線周波
数）とする）に対して平坦な出力信号を得ることができ
る。

【０００７】図８に、従来のプリディストータ１０の要
部構成を示す。このプリディストータ１０は、高周波信
号の流れる信号線（メインライン８）に、ダイオード
１，２およびインダクタ３を並列に接続したものであ
る。ダイオード１，２、インダクタ３は接地されてい
る。ここで、ダイオード１，２は互いに逆極性でメイン
ライン８に接続されている。

【０００８】一般にダイオードのＡＭ／ＰＭ特性（入力
電力の変化に対する通過位相の変化量）、およびＡＭ／
ＡＭ特性（入力電力の変化に対する通過損失の変化量）
は半導体増幅素子のそれと同じ傾向を示すため、このこ
とを逆に利用して増幅素子と打ち消し合う歪み特性を作
り出す。

【０００９】上記構成においてメインライン８に信号が
入力されると、正電圧の区間ではダイオード１に電流が
流れる。ダイオード１のインピーダンスは信号電力の大
きさによって変化し、これが歪みに相当する。また負電
圧区間ではダイオード２に電流が流れ、同様に信号電力
の大きさによりダイオード２のインピーダンスが変化す
る。信号電力の大きさにより回路全体のインピーダンス
が変化し、これが信号に対する歪みとなって通過位相や
損失が変化することになる。すなわちダイオードの出力
電流は印加電圧に対して非線形な特性を持つため、これ
を利用して波形に歪みを生じさせることができる。

【００１０】ところで、図７のような良好なリニアリテ
ィを実現するためには、プリディストータの歪み特性
と、増幅素子２０の歪み特性とを正しく正反対の関係に
しなければならない。特に、増幅素子２０の歪開始点
と、プリディストータ１０の歪開始点とを正確に一致さ
せることが重要であるが、図８の構成のままでは両者の
歪開始点を正確に一致させ難い。さらに、増幅素子２０
の特性は温度などの外部擾乱、また個々の素子特性によ
り図６のように変化する。よってこれに対処する必要も
有り、実際の応用ではプリディストータ１０の周辺に種
々の調整回路を設ける必要が有る。

【００１１】図９に、従来のプリディストーション型の
増幅装置の構成を示す。この構成では、プリディストー
タ１０の入力側に可変アッテネータ３０を、またプリデ
ィストータ１０と増幅素子２０との間に可変アッテネー
タ４０および可変増幅器５０を接続している。

【００１２】しかしながら、図９のように部品点数が増
えることは、そのまま装置のコストアップや大型化に結
びつく。さらに図９に示すように、運用面で数多くの制
御信号（コントロール電圧、バイアス電圧）を各素子に
与えて動作特性を調整する必要が生じるため、制御が複
雑になるといった不具合が有った。例えば図９の構成で
は、可変アッテネータ３０，４０の減衰量と、可変増幅
器５０の増幅量とを、常にバランスを取りつつ調整しな
ければならない。このため操作者の手間が非常に煩雑に
なる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の増幅装置には、動作特性の調整を行うべき外付けのデ
バイスの数が多いために装置のコストアップや大型化を
招きやすいという不具合が有った。また外付けデバイス
の数が増えることから、調整すべきパラメータも数多く
なり、調整の際の手間が大きかった。

【００１４】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、動作特性の調整を容易にした増幅装置およ
びプリディストータを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、増幅すべき信号に対する歪み特性を有する
増幅素子と、この増幅素子に接続されるプリディストー
タとを備えた増幅装置にあって、前記プリディストータ
に、前記増幅すべき信号が流れる信号線に並列に接続さ
れるダイオードなどの整流素子と、この整流素子に逆バ
イアス電圧を印加する電圧可変型の逆バイアス電圧印加
手段と、前記逆バイアス電圧の印加点とアースとの間に
介在されるコンデンサとを具備するようにした。

【００１６】前記逆バイアス電圧印加手段としては電圧
可変型の直流電源を用いても良い。または電圧固定型の
直流電源と、この直流電源の電圧値から前記逆バイアス
電圧を生成する可変抵抗器とを備えた電圧可変型の電源
を用いても良い。

【００１７】このような手段を講じたことにより、歪み
特性を形成する整流素子には可変可能な逆バイアス電圧
が印加される。このとき、逆バイアス電圧の印加点はコ
ンデンサによりアースと直流（ＤＣ）的に遮断される。

【００１８】整流素子に逆バイアス電圧を印加した場
合、増幅すべき信号の電力が小さい時には、整流素子は
オンせず電流は流れない。一方、増幅すべき信号の電力
がバイアス電圧に応じた一定の大きさになった時に整流
素子はオンし、通過位相や損失が変化し始める。

【００１９】したがって、バイアス電圧の大小を制御し
て整流素子がオンとなるポイントを可変することで、プ
リディストータの歪開始点の位置を制御できることにな
る。すなわちプリディストータの動作特性を変えるの
に、制御すべきパラメータがバイアス電圧値のみで良い
ことになり、これにより動作特性の容易化を図ることが
可能となる。また個々の増幅素子の特性に合わせた調整
も容易となる。

【００２０】さらに、バイアス電圧源としては上記のよ
うに簡単な構成のもので足り、これ以外に必要な回路素
子としてはコンデンサのみであるので、従来と比して部
品点数を削減することができ、低コスト化、軽量化など
を図ることも可能となる。

【００２１】また上記手段による構成ではプリディスト
ータの整流素子の数を限定していないが、前記整流素子
と、前記逆バイアス電圧印加手段と、前記コンデンサと
からなる回路を２つ備え、個々の回路の整流素子を互い
に逆の極性で前記信号線に接続するようにしても良い。
このようにすると、プリディストータにおいて入力信号
の正電圧側および負電圧側に歪みを持たせることができ
る。なおこのような構成では調整すべきポイントの数が
２つになるが、これらのポイントは個々に独立して調整
することが可能であるので、操作者の手間を大きく削減
することができる。

【００２２】また本発明では、前記可変抵抗器にサーミ
スタを接続するようにしている。または、前記可変抵抗
器に前記直流電源の電圧と順方向にダイオードを接続す
るようにしている。

【００２３】このようにすると、サーミスタやダイオー
ドに特有の温度特性によって、周囲温度の変化に伴い整
流素子に印加される逆バイアス電圧値が変化する。これ
により温度に合わせた動作特性の調整が自動化され、こ
のことによってもさらなる調整の容易化を図ることが可
能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２５】図１は、本実施形態に係わるプリディスト
ータの構成を示す回路ブロック図である。本実施形態に
おいては、プリディストータに与えられる信号としては
マイクロ波レベルの高周波を想定する。なお以下の図に
おいて図８と共通する部分には同一の符号を付して示
し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

【００２６】図１において、ダイオード１のカソード、
およびダイオード２のアノードをそれぞれコンデンサ
６，７を介して接地する。各コンデンサ６，７の容量は
高周波インピーダンスが最適な値になるように設定す
る。そして、ダイオード１，ダイオード２にそれぞれバ
イアス電圧源４，５により逆バイアス電圧を印加するよ
うにする。ここでバイアス電圧源４，５の出力電圧は、
自在に可変できるようになっている。なおインダクタ３
は不要な低周波成分を逃がすためのもので、任意に設け
られる。

【００２７】バイアス電圧源４，５は、具体的には例え
ば図２または図３に示すように構成される。図２に、図
１の構成の具体例を示す。同図においてバイアス電圧源
４は、可変型電源４１と、オペアンプ回路４２と、イン
ダクタ４３とを備えて構成される。同様にバイアス電圧
源５は、可変型電源５１と、オペアンプ回路５２と、イ
ンダクタ５３とを備えて構成される。ここで、可変型電
源４１，５１は互いに逆極性で接地され、それぞれダイ
オード１，２に逆バイアス電圧を印加している。オペア
ンプ回路４２，５２は例えばオペアンプを備えた作動増
幅回路としてなり、それぞれインダクタ４３，５３とと
もに供給電圧の安定化を図るものである。この構成で
は、可変型電源４１，５１の出力を可変することで逆バ
イアス電圧を制御することができる。

【００２８】図３に、図１の別の具体例を示す。同図に
おいては、図２の可変型電源４１に代えて安定化電源４
４の出力電圧を可変抵抗器４５で制御するようにしてい
る。同様に、可変型電源５１の代わりに安定化電源５４
の出力電圧を可変抵抗器５５で制御するようにしてい
る。

【００２９】上記構成においては、ダイオード１，２の
アノード／カソードが逆極性となっているため、プリデ
ィストータは入力された信号の正電圧／負電圧の両方に
作用して歪みを形成する。

【００３０】このとき、ダイオード１，２には逆バイア
ス電圧が印加されており、その電圧値に応じてオン／オ
フ点が移動する。言い換えれば、バイアス電圧値を任意
に設定することでダイオード１，２のオン／オフ点を自
在に移動させることができる。またダイオード１，２の
オン／オフ点がプリディストータの歪開始点に対応す
る。このことから、ダイオード１，２に印加される逆バ
イアス電圧を制御することで、プリディストータ１０の
動作特性を自在に制御することが可能となる。すなわ
ち、バイアス電圧の大小により、通過位相や損失が変化
し始める高周波電力の値を制御できることになる。これ
により、制御パラメータの数が少なくなり、動作特性の
調整の容易化を図ることが可能となる。

【００３１】このように本実施形態では、増幅すべき信
号の流れるメインライン８に、ダイオード１およびダイ
オード２を互いに逆極性かつ並列に接続する。ダイオー
ド１，ダイオード２には、バイアス電圧源４，５により
それぞれ逆バイアス電圧を印加する。ダイオード１，ダ
イオード２はそれぞれコンデンサ６，７を介して接地し
て逆バイアス電圧の印加点を直流的に遮断するようにし
ている。

【００３２】このようにして、ダイオード１，ダイオー
ド２がオンとなる電力ポイントを自在に調整できるよう
にすることでプリディストータの歪開始点の位置を調整
できるようにしている。すなわち本実施形態では、ダイ
オード１，ダイオード２オン／オフ電力を制御すること
で、プリディストータの歪開始点の位置の調整を為し得
ることに着目した。そして、ダイオード１，ダイオード
２に印加する逆バイアス電圧を可変することでオン／オ
フ電力を制御し、これによりプリディストータの歪み特
性を調節できるようにしている。

【００３３】このようにしたので、プリディストータの
歪み特性の調節に際して制御すべきパラメータがバイア
ス電圧源４，５の出力電圧だけで済むようになり、調整
の容易化を図ることが可能となる。またプリディストー
タの歪み特性の調節のため、図９に示したごとく種々の
デバイスを外付けする必要が無くなる。本実施形態で
は、図７のように増幅素子１０にプリディストータ２０
を接続するのみで、高度な線形性を実現する増幅装置を
実現することができる。

【００３４】すなわち、リニアリティを得るために調整
を行うべきデバイスの数が少なくなることから、増幅装
置の構成の簡略化、省サイズ化、さらには低コスト化を
促すことが可能となる。

【００３５】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば図４に示すように、図３の可変
抵抗器４５、５５にサーミスタ４６，５６を直列に接続
するようにしても良い。あるいは図５に示すように、可
変抵抗器４５、５５にダイオード４７，５７を順方向に
接続しても良い。

【００３６】図４の回路では、サーミスタの抵抗値が温
度により変化することを利用し、温度変化に伴いダイオ
ード４２，５２に印加される逆バイアス電圧が変化する
ようにしている。図５の回路では、ダイオードの順方向
電圧Ｖ_ｆが温度により変化することを利用し、温度変化
に伴いダイオード４２，５２に印加される逆バイアス電
圧が変化するようにしている。

【００３７】このような構成にすれば、温度の変化に伴
ってプリディストータの歪開始点の位置を自動的に調整
できるようになる。これにより、動作特性の調整のさら
なる容易化を図ることが可能となる。

【００３８】また上記実施形態では、ダイオード、コン
デンサ、バイアス電圧源よりなる回路を二つ備え、信号
の正電圧／負電圧の両方に歪みを及ぼすようにしたが、
上記回路は一つでも良い。すなわち歪みを形成するため
のダイオードを一つ備えるのみでも良い。このような構
成でも、信号の正または負のいずれかに対して歪みを及
ぼすことができ、他の回路定数の調整により所望の効果
を得ることができる。

【００３９】また本実施形態では取り扱う信号として特
に効果の高いマイクロ波を想定したが、本発明の思想は
マイクロ波に限定されず、あらゆる周波数帯の信号に対
して適用できるものである。

【００４０】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形実施を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、増幅すべ
き信号が流れる信号線に並列に接続される整流素子と、
この整流素子に逆バイアス電圧を印加する電圧可変型の
逆バイアス電圧印加手段と、前記逆バイアス電圧の印加
点とアースとの間に介在されるコンデンサとを具備する
ようにしたので、整流素子に印加される逆バイアス電圧
を調整することのみでプリディストータの歪み特性の調
節を行えるようになり、動作特性の調整を容易にした増
幅装置およびプリディストータを提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるプリディストータの実施の形
態を示す回路ブロック図。

【図２】 図１のプリディストータの具体例を示す図。

【図３】 図１のプリディストータの別の具体例を示す
図。

【図４】 図１のプリディストータの別の具体例を示す
図。

【図５】 図１のプリディストータの別の具体例を示す
図。

【図６】 増幅素子の一般的な歪み特性を示す図。

【図７】 プリディストーション型リニアライザによる
リニアリティ改善の原理を示す図。

【図８】 従来のプリディストータ１０の要部構成を示
す図。

【図９】 従来のプリディストーション型の増幅装置の
構成を示す図。

【符号の説明】

１０…プリディストータ ２０…増幅素子 １，２…ダイオード ３…インダクタ ４，５…バイアス電圧源 ６，７…コンデンサ ８…メインライン ４１，５１…可変型電源 ４２，５２…オペアンプ回路 ４３，５３…インダクタ ４４，５４…安定化電源 ４５，５５…可変抵抗器 ４６，５６…サーミスタ ４７，５７…ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA41 CA02 CA21 CA98 CN01 FA10 FN06 GN03 HA19 HA24 HA26 HA29 HA33 HA43 KA01 KA12 KA23 KA51 SA14 TA01 TA02 5J091 AA01 AA41 CA02 CA21 CA98 FA10 HA19 HA24 HA26 HA29 HA33 HA43 KA01 KA12 KA23 KA51 SA14 TA01 TA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 増幅すべき信号に対する歪み特性を有す
   る増幅素子と、この増幅素子に接続されるプリディスト
   ータとを備えた増幅装置であって、 前記プリディストータは、 前記増幅すべき信号が流れる信号線に並列に接続される
   整流素子と、 この整流素子に逆バイアス電圧を印加する電圧可変型の
   逆バイアス電圧印加手段と、 前記逆バイアス電圧の印加点とアースとの間に介在され
   るコンデンサとを具備することを特徴とする増幅装置。
2. 【請求項２】 前記逆バイアス電圧印加手段は、電圧可
   変型の直流電源であることを特徴とする請求項１に記載
   の増幅装置。
3. 【請求項３】 前記逆バイアス電圧印加手段は、 電圧固定型の直流電源と、 この直流電源の電圧値から前記逆バイアス電圧を生成す
   る可変抵抗器とを備えることを特徴とする請求項１に記
   載の増幅装置。
4. 【請求項４】 前記可変抵抗器にサーミスタを接続した
   ことを特徴とする請求項３に記載の増幅装置。
5. 【請求項５】 前記可変抵抗器に、前記直流電源の電圧
   と順方向にダイオードを接続したことを特徴とする請求
   項３に記載の増幅装置。
6. 【請求項６】 前記整流素子と、前記逆バイアス電圧印
   加手段と、前記コンデンサとからなる回路を２つ備え、
   個々の回路の整流素子を互いに逆の極性で前記信号線に
   接続したことを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
7. 【請求項７】 増幅すべき信号に対する歪み特性を有す
   る増幅素子に接続して使用されるプリディストータであ
   って、 前記増幅すべき信号が流れる信号線に並列に接続される
   整流素子と、 この整流素子に逆バイアス電圧を印加する電圧可変型の
   逆バイアス電圧印加手段と、 前記逆バイアス電圧の印加点とアースとの間に介在され
   るコンデンサとを具備することを特徴とするプリディス
   トータ。