JPH11103218A - フィードフォワード型増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比べ低歪の電力増幅器を実現する。 【解決手段】 歪補償のための合成部１４の後段に方向
性結合器２２及び受信部２４を設け、ＯＦＤＭ波の伝送
帯域外にある不要輻射の周波数成分を受信する。受信レ
ベルに応じ制御部２０Ａが歪補償増幅器１８の増幅利得
や移相量を制御する。主増幅器１０や歪補償増幅器１８
などにおいて環境的な要因により特性変化が発生した場
合でも、方向性結合器２２を介して後段の回路に供給さ
れる信号には歪の増加乃至発生が生じない。更に、主増
幅器１０に信号を入力し始めるときにこの信号の入力レ
ベルを徐々に増加させるソフトスタート回路２８を設け
ることにより、電源投入直後や放送開始直後でも歪を抑
えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主増幅器にて生じ
た歪成分を補償するための歪補償系を備えたフィードフ
ォワード型増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】直交周波数分割多重(Ort
hogonal Frequency Division Multiplex:ＯＦＤＭ)方式
は、図６に示すように互いに直交関係にある複数の副搬
送波を用いる多重方式であり、副搬送波同士でその周波
数成分が互いに重なり合うため、周波数利用効率が高い
という利点を有している。この方式を採用することによ
り、電波資源の有効利用と両立させながら、単一の主搬
送波を用いたネットワーク即ち単一周波数ネットワーク
(ＳＦＮ:Single Frequency Network)を実現することが
できる。そのため、日本をはじめとして、ＯＦＤＭ方式
を用いた次世代ディジタル放送システムが構想乃至開発
されている。

【０００３】ＯＦＤＭ方式を採用した放送システム用の
放送局を構築する際には、低歪の電力増幅器が必要にな
る。これは、上述のようにＯＦＤＭ方式が複数の副搬送
波を用いる方式であることと関連している。即ち、直線
性の悪い電力増幅器を用いたのでは、副搬送波間の奇数
次混変調積が伝送帯域（図６参照）内に現れ伝送品質が
劣化するのみでなく、伝送帯域近傍にも不要輻射成分が
現れてしまう。このような現象を避けるためには、放送
局にて放送波の電力増幅に使用する電力増幅器の直線性
を高め、歪を減らす必要がある。

【０００４】図７に、従来の低歪電力増幅器の一例とし
て、フィードフォワード型の電力増幅器を示す。この電
力増幅器においては、入力信号即ち放送すべき信号を放
送のために必要な電力まで増幅する役割が、主増幅器１
０により担われており、主増幅器１０により増幅された
信号の大部分は、方向性結合器１２及び合成部１４を介
して図示しない送信用の回路に供給される。主増幅器１
０により増幅された信号の一部は方向性結合器１２によ
り分岐され歪抽出部１６に与えられる。歪抽出部１６
は、方向性結合器１２を介して主増幅器１０から与えら
れる信号と、主増幅器１０に入力される信号とに基づ
き、例えば前者から後者を減ずることによって、主増幅
器１０にて発生した歪成分を検出し、歪補償増幅器１８
に供給する。歪補償増幅器１８は、歪抽出部１６にて検
出された歪成分を、主増幅器１０の出力中に含まれる歪
成分と同じレベルまで増幅し、合成部１４に供給する。
また、歪抽出部１６にて検出された歪成分については、
歪抽出部１６から合成部１４に至る歪補償系のいずれか
の部位にて（例えば歪補償増幅器１８から出力する際又
は合成部１４に入力する際に）位相反転しておく。合成
部１４は、方向性結合器１２を介して主増幅器１０から
与えられる信号に、歪補償増幅器１８から供給される信
号即ち歪成分を示す信号を合成することにより、上述の
歪成分を補償する。これによって、図示しない後段の回
路には、歪が既に補償された大電力の信号が供給される
ことになる。

【０００５】また、主増幅器１０や歪補償増幅器１８を
構成する部品の振幅特性や位相特性は環境的な要因例え
ば温度に依存している。このような要因による特性変化
は、歪抽出及び歪補償に誤差をもたらすため、何らかの
手段を用いてこれに対策する必要がある。その一例とし
ては、主増幅器１０や歪補償増幅器１８を構成する部品
として温度に対する安定性が高い部品を使用するととも
に、温度補償回路等の付加的な回路を設ける、という手
法がある。図７において符号２０で示されている制御部
は、環境条件を示す情報例えば周囲温度の検出値に応
じ、主増幅器１０や歪補償増幅器１８における増幅利得
や移相量を制御乃至設定する温度補償回路を構成してい
る。しかしながら、実際の特性変化は多種類の要因に依
存しているし製品毎のばらつきや経時変化もあるから、
図７の如く温度補償回路を設けたとしても十分な温度補
償は実現困難である。これに代わる方法としては、所定
の信号波形及びレベルを有するパイロット信号を適当な
タイミングで主増幅器に入力しそのときの出力を利用し
て主増幅器における増幅利得や移相量を調整するという
方法があるが、この方法では、パイロット信号を発生さ
せる回路が必要になるため装置が高価になる。

【０００６】

【発明の概要】本発明の目的の一つは、環境的要因等に
より回路各部に特性変化が生じたとしてもその特性変化
によって歪が発生乃至増加することがない増幅器、即ち
ＯＦＤＭ方式を採用した放送システム用の放送局にて電
力増幅器として利用できる低歪の増幅器を、できるだけ
小規模な回路変更で安価に実現することにある。この目
的を達成するため、本発明に係るフィードフォワード型
増幅器においては、歪補償系からの出力信号に含まれる
伝送帯域外周波数成分を受信する受信部を設けている。
更に、制御部は、受信した伝送帯域外周波数成分がより
低レベルとなるよう、歪補償系における増幅利得及び／
又は位相調整量を制御する。歪補償系では、主増幅器に
て生じた歪成分を抽出、増幅及び位相調整し主増幅器か
らの出力と結合させることにより、歪成分が補償された
出力信号を生成する。

【０００７】ここに、ＯＦＤＭ方式のように複数の副搬
送波を使用する多重方式に従い生成された信号を増幅す
る際に、当該増幅器の直線性の悪さ（非直線性）が原因
で生じる不要輻射成分は、出力信号が本来属するはずの
周波数帯域（図６中の伝送帯域）の近傍の周波数帯域に
現れる。従って、歪補償系からの出力信号に含まれる伝
送帯域外周波数成分を受信し、伝送帯域外周波数成分が
より低レベルとなるよう、歪補償系における増幅利得や
位相調整量を制御するようにすれば、主増幅器等におい
て環境等に起因する特性変化が生じても、この特性変化
が原因となった歪の増加乃至発生を防ぐことができる。
従って、本発明によれば、従来に比べ低歪のフィードフ
ォワード型増幅器を実現できる。更に、パイロット信号
源等も必要でないから、低価格化も実現できる。

【０００８】なお、本発明においては増幅された信号中
の伝送帯域外周波数成分を受信しその結果を利用して増
幅利得や位相調整量を制御する処理、言い換えれば伝送
帯域外周波数成分の受信・フィードバックを行っている
ため、電源投入や使用開始（放送局の例でいえば放送開
始）の直後は十分低歪とならない可能性もある。これを
避けるためには、増幅すべき信号を主増幅器へ入力し始
める際に主増幅器への入力レベルを徐々に増加させてい
くソフトスタート回路を設ければよい。即ち、主増幅器
への入力レベルが低い間は、主増幅器等において発生す
る歪の絶対電力も小さいから、増幅器への入力レベルを
徐々に増加させていく期間においても増幅利得及び／又
は位相調整量に関する上述の制御を実行するようにすれ
ば、主増幅器への入力レベルが本来の即ち目標とするレ
ベルに達する時点における出力信号（放送波）中の歪
を、電波法等で規定されるレベル以下に抑えることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。なお、図６及び図７に記し
た従来技術と同一の部材には同一の符号を付し説明を省
略する。

【００１０】図１に、本発明の一実施形態に係るフィー
ドフォワード型増幅器の構成を示す。この実施形態にお
いては、合成部１４の後段に方向性結合器２２を設け、
合成部１４の出力の一部を受信部２４にて受信するよう
にしている。受信部２４にて受信するのは、伝送帯域外
に属する所定の周波数成分である。すなわち、多重方式
としてＯＦＤＭ方式を採用している場合には、図２
（ａ）に示されているように伝送帯域の下側に存する周
波数成分か、あるいは図２（ｂ）に示されるように伝送
帯域の上側に存する周波数成分を、受信部２４にて受信
する。ＯＦＤＭの場合、不要輻射成分が現れるのは伝送
帯域の上端又は下端から副搬送波間隔の整数倍をおいた
周波数であるから、図２（ａ）又は（ｂ）において上向
きの矢印で示される周波数を、受信部２４にて受信する
ようにすれば、主増幅器１０や歪補償増幅器１８などで
線形性の悪さのために発生している不要輻射成分を、好
適に検出することができる。更に、制御部２０Ａは、受
信部２４によって受信された周波数成分即ち伝送帯域外
の不要輻射に係る周波数成分のレベルに応じ、歪補償増
幅器１８における増幅利得や移相量（位相調整量）を、
不要輻射に係る周波数成分のレベルがより低くなるよ
う、制御する。

【００１１】このような構成を採用することによって、
本実施形態においては、従来に比べ低歪のフィードフォ
ワード型増幅器を実現することができる。即ち、環境的
な要因による主増幅器１０や歪補償系の特性の変化ひい
てはそれによる歪の増加乃至発生を、防止することがで
きるため、ＯＦＤＭ方式を用いた次世代ディジタル放送
システムにて放送局を構築するのに適する電力増幅器を
実現できる。

【００１２】なお、図１においては、受信部２４を１個
示していたが、図２（ａ）及び（ｂ）に示されているよ
うに、伝送帯域の近傍では複数の周波数において不要輻
射に係る不要輻射が現れるから、これら複数種類の周波
数成分を受信できるよう回路を構成するのが好ましい。
例えば、図３に示されるように、それぞれ受信する周波
数が異なる複数の受信部２４−１，２４−２，…２４−
ｎを設け、制御部２０Ａがこれら受信部２４−１，２４
−２，…２４−ｎにて受信された各周波数成分のレベル
に基づき前述の制御を行うようにするとよい。あるい
は、図４に示されるように、制御部２０Ａからの指令に
よって受信部２４の受信周波数を設定するようにすれ
ば、単一の受信部２４を用いているにもかかわらず、複
数種類の周波数成分を受信することが可能になり、より
経済的な構成となる。あるいは、受信部２４が、ある特
定の周波数成分を受信するのではなく、伝送帯域の上側
又は下側にありある程度の広がりを有する周波数帯域を
監視し、受信部２４の受信出力をその後段に設けたＦＦ
Ｔ部２６により高速フーリエ変換して、その結果得られ
るスペクトラム情報を制御部２０Ａに供給するようにし
てもよい。このような構成によっても、制御部２０Ａ
は、不要輻射成分のレベルに関する情報を複数とおりの
周波数について知ることができる。

【００１３】更に、図１に示されるように、ソフトスタ
ート回路２８を主増幅器１０に前置するようにするのが
好ましい。ソフトスタート回路２８は、制御部２０Ａか
ら信号の入力が指令されたときに、主増幅器１０への信
号の入力レベルを徐々に増加させていく回路である。こ
の回路は、例えば、主増幅器１０への入力信号の一部を
分岐し更に積分し、主増幅器１０に前置した内蔵する可
変減衰器の減衰量を、この積分値に応じて可変するとい
った回路として、構成することができる。このように、
主増幅器１０への信号の入力を開始するとき（例えば電
源を投入したときや放送を開始するとき）に、主増幅器
１０への信号の入力レベルを徐々に増加させていくよう
にすれば、出力信号に含まれる歪を更に抑えることがで
きる。即ち、主増幅器１０への入力電力が小さく従って
図１のフィードフォワード型増幅器の出力電力が小さい
ときには、主増幅器１０にて発生する歪の絶対電力も小
さいため、信号の入力開始直後即ち歪補償増幅器１８の
増幅利得や移相量が最適化されていない期間であって
も、方向性結合器２２から出力される信号中の歪を、例
えば電波法で規定される所定の上限値以下に抑えること
が可能となる。

【００１４】なお、以上の説明では、本発明を「フィー
ドフォワード型増幅器」に係る発明であると記載してい
たが、本願の開示を参照した当業者であれば、本発明を
例えば「次世代地上波放送用電力増幅器」「フィードフ
ォワード型電力増幅器の制御方法」等として表現するこ
ともできる。更に、以上の説明では、ＯＦＤＭ方式を用
いる次世代地上波放送システムを念頭においていたが、
マルチキャリア方式を用いているため直線性のよい増幅
器が要求されるような用途であれば、本発明を適用する
余地がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るフィードフォワー
ド型増幅器の構成を示すブロック図である。

【図２】 伝送帯域の下側又は上側において不要輻射が
現れる周波数を示す図であり、特に（ａ）は伝送帯域の
下側を、（ｂ）は伝送帯域の上側をそれぞれ示すであ
る。

【図３】 受信部の変形例を示すブロック図である。

【図４】 受信部の変形例を示すブロック図である。

【図５】 受信部の変形例を示すブロック図である。

【図６】 ＯＦＤＭ方式における伝送帯域の広がり及び
副搬送波の直交関係を示す図である。

【図７】 一従来技術に係るフィードフォワード型増幅
器の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 主増幅器、１４ 合成部、１６ 歪抽出部、１８
歪補償増幅器、２０Ａ 制御部、２４，２４−１，２
４−２，…２４−ｎ 受信部、２６ ＦＦＴ部、２８
ソフトスタート回路。

フロントページの続き (72)発明者 丸山 高志 東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号 日本 無線株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主増幅器と、 主増幅器にて生じた歪成分を抽出、増幅及び位相調整し
   主増幅器からの出力と結合させることにより、上記歪成
   分が補償された出力信号を生成する歪補償系と、 上記出力信号に含まれる伝送帯域外周波数成分を受信す
   る受信部と、 受信した伝送帯域外周波数成分がより低レベルとなるよ
   う、上記歪補償系における増幅利得及び／又は位相調整
   量を制御する制御部と、 を備えることを特徴とするフィードフォワード型増幅
   器。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフィードフォワード型増
   幅器において、 増幅すべき信号を主増幅器へ入力し始める際に、主増幅
   器への入力レベルを徐々に増加させていくソフトスター
   ト回路を備え、 主増幅器への入力レベルが徐々に増加していく期間にお
   いても上記増幅利得及び／又は位相調整量に関する上記
   制御を実行することを特徴とするフィードフォワード型
   増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のフィードフォワー
   ド型増幅器において、 主増幅器に入力される信号が、直交周波数分割多重方式
   に従い多重化された信号であることを特徴とするフィー
   ドフォワード型増幅器。