DE10244167B4

DE10244167B4 - Verstärkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10244167B4
Application number: DE10244167A
Authority: DE
Inventors: Akira Inoue; Akira Ohta
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: KR20030090484A; US20030218507A1; KR20050058306A; DE10244167A1; JP2003338714A

Abstract

Verstärkungsvorrichtung, welche ein Signal einer Welle einer hohen Frequenz verstärkt, welche durch eine Antenne (4) fließt, mit:
einem Verstärker (1), welcher ein Eingangswellensignal verstärkt, um ein Ausgangswellensignal an der Antenne zu erhalten;
eine Reflexionswellenerfassungsschaltung (9), welche auf einer Ausgangsseite des Verstärkers vorgesehen ist, um einen Betrag einer von der Antenne reflektierten Welle zu erhalten; und
einer Steuerschaltung (7, 10), welche von einem Ausgang der Reflexionswellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um eine dem Verstärker zugeführte Energieversorgungsspannung zu steuern, um einen Zustand des Betriebs des Verstärkers zu ändern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Verstärkungsvorrichtungen und insbesondere auf jene, welche in Mobiltelefonen verwendet werden, um ein Signal einer hohen Frequenz wie eine Mikrowelle zu verstärken.
15 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Leistungsverstärkungsvorrichtung darstellt, die in einem herkömmlichen Mobiltelefon verwendet wird. In der Figur ist ein Verstärker 1 aus einem Halbleiterelement wie einem GaAsFET, einem HBT oder dergleichen gebildet und besitzt einen mit einem Eingang eines Isolators 2 verbundenen Ausgangsanschluß und einen mit einem Mikrowelleneingangsanschluß 3 verbundenen Eingangsanschluß. Der Isolator 2 besitzt einen an einer Antenne 4 angeschlossenen Ausgang. Ein Verstärker 1 besitzt einen Spannungsversorgungsanschluß 5, welcher eine Versorgungsspannung Vdd empfängt, und einen Steuerspannungsanschluß 6, welcher eine Steuerspannung Vgg empfängt. Im Ansprechen auf die Steuerspannung Vgg wird ein Wert eines Stroms festgelegt, welcher durch den Verstärker 1 fließt.
Wenn ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) einer Leistung Pi an den Mikrowelleneingangsanschluß 3 angelegt wird, wird das HF-Signal von dem Verstärker 1 verstärkt, und es wird eine elektrische Welle von der Antenne 4 durch den Isolator 2 in die Luft für eine Übertragung abgestrahlt. Im allgemeinen wird eine Versorgungsspannung Vdd aus einer Batterie zugeführt und besitzt somit eine im wesentlichen konstante Spannung.
Bei einem Mobiltelefon oder dergleichen kann die Antenne 4 parallel zu einer Wand, einem Leiter oder der gleichen befindlich sein. Dies würde einen Offset von einem geplanten Wert von 50Ω der Impedanz einführen, und von der Antenne 4 abgestrahlte und gesendete Leistung kann somit zu dem Verstärker 1 zurückkehren. Wenn die Reflexion der Welle zu dem Verstärker 1 zurückkehrt, würde der Offset der Impedanz des Ausgangs des Verstärkers von dem geplanten Wert von 50Ω signifikant sein. Eine Spezifizierung für eine Verzerrung wie ein Leistungsleck eines benachbarten Kanals (ACP: adjacent channel power leakage) würde im allgemeinen nicht länger erfüllt werden, und eine elektrische Welle wird somit nachteilig in einem Band außerhalb eines Übertragungskanals ausgegeben. Um dies zu verhindern, ist der Isolator 2 zwischen dem Verstärker 1 und der Antenne 4 eingesetzt.
Jedoch ist der Isolator 2 auf einer Fläche von etwa 5 × 5 mm² angebracht, was bei einer Miniaturisierung ein Hindernis darstellt. Des weiteren ist der Isolator 2 aus einem Magneten gebildet. Er besitzt eine Höhe von etwa 1,7 bis 1,5 mm, was ebenfalls ein Hindernis bei der Verringerung der Dicke darstellt. Des weiteren führt der Isolator 2 einen Verlust von etwa 0,68 dB ein, wodurch die Effizienz beeinträchtigt wird, und das Bereitstellen des Isolators 2 erfordert ebenfalls entsprechend erhöhte Kosten.

Weitere Informationen über den Stand der Technik können der DE 196 38 129 C1 entnommen werden.

Im Einleitungsteil der vorgenannten Patentschrift wird ein erster Stand der Technik angegeben, welcher einen eine Versorgungsspannung UB empfangenden Sender aufweist. Das von dem Sender an eine Antenne ausgegebene Signal läuft durch einen Richtkoppler, welcher eine Spannung der Ausgangswelle (U_VOR) und eine Spannung der von der Antenne reflektierten Welle (D_RÜCK) an eine Steuerschaltung (Steuerung) liefert. Die Steuerschaltung vergleicht die Ausgangsleistung des Senders, um ein gleichmäßiges Ausgabesignal bereitzustellen, wenn das Verhältnis von reflektierten zu Ausgangsleistungen gegenüber dem Sollwert nur leicht erhöht ist. Wenn jedoch das Verhältnis über einen bestimmten Wert hinaus erhöht ist, wird die Ausgangsleistung zurückgesteuert, um Nachteile wie etwa einen übermäßigen Energieverbrauch, eine Überhitzung des Verstärkers oder eine Störung benachbarter Kanäle zu vermeiden.

In einer zweiten in der oben erwähnten Patentschrift diskutierten Lösung des Stands der Technik wird ein von der Senderendstufe der Energiequelle entnommener Strom vermittels eines Widerstands R_SENSE direkt gemessen und je nach Bedarf begrenzt.

Die zuvor erwähnte Patentschrift selbst schlägt vor, die Ausgangsleistung eines Verstärkers (Senderendstufe) eines in Zeitschlitzen sendenden Senders zu steuern, wobei der Verstärker durch einen durch eine Spannungsversorgungsquelle geladenen Ladekondensator mit einer Betriebsspannung UB versorgt wird. Die Spannungsabfallrate über dem Ladekondensator wird während des Zeitschlitzes, während dessen die Senderendstufe sendet, gemessen. Die von dem Verstärker ausgegebene Leistung wird durch ein Steuersignal, welches dem Verstärker von einer Steuerung aus zugeführt wird, gesteuert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkungsvorrichtung zu schaffen, welche keinen Isolator aufweist und trotz einer Reflexion einer an einer Antenne eingeführten Welle zum Verstärken eines Signals einer hohen Frequenz wie einer Mikrowelle geeignet ist, ohne daß sich die Verzerrungscharakteristik verschlechtert.

Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkungsvorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, in effizientester Weise mit einer Antennenfehlanpassung zurechtzukommen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11. Bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verstärkungsvorrichtung in sehr effizienter Weise mit einer Antennenanpassung zurechtkommen. Ferner kann die vorliegende Erfindung ohne einen Isolator auskommen, und es kann ein Signal mit einer hohen Frequenz wie einer Mikrowelle verstärkt werden, ohne daß die Verzerrungscharakteristik trotz Reflexion einer an einer Antenne eingeführten Welle beeinträchtigt wird. Der Bereich für den Isolator wird nicht mehr erfordert, und es kann somit eine Miniaturisierung erzielt werden. Ebenfalls kann somit auf einen Magneten für den Isolator verzichtet werden, und es kann eine dementsprechend verringerte Höhe zu einer verringerten Dicke beitragen. Des weiteren können die Kosten für den Isolator gespart werden, um zu verringerten Kosten beizutragen, und es kann der durch den Isolator eingeführte Verlust aufgehoben werden, wodurch ein Verstärker mit erhöhter Effizienz geschaffen wird.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 zeigt ein Beispiel eines Schaltungsdiagramms, welches insbesondere den Verstärker von 1 darstellt;
3 zeigt ein Beispiel eines Richtkopplers;
4 stellt die Charakteristik der Ausgangsleistung gegen die Eingangsleistung des Verstärkers von 1 dar;
5 stellt die Charakteristik des Lasteinflusses eines Endstufenstransistors in einem Verstärker für Vdd = 3,4 V dar;
6 stellt die Charakteristik des Lasteinflusses des Endstufenstransistors in dem Verstärker für Vdd = 4,0 V dar;
7 stellt die unter Verwendung der Spannung Va festgelegte Versorgungsspannung Vdd proportional zu der Ausgangsleistung Pout und der Spannung Vb proportional zu der reflektierten Leistung dar;
8 stellt den beispielhaften Lasteinfluß eines Endstufentransistors dar, welcher erzielt wird, wenn die Beziehung von 7 verwendet wird, um die Versorgungsspannung Vdd zu ändern;
9 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer zweiten Ausführungsform darstellt;
10 zeigt die Charakteristik des Lasteinflusses eines Endstufentransistors eines Verstärkers der Ausführungsform von 9 dar;
11–13 zeigen Blockdiagramme, welche die Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung der dritten bis fünften Ausführungsformen jeweils darstellen;
14 zeigt eine arithmetische Schaltung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
15 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches einen in einem herkömmlichen Mobiltelefon verwendeten Leistungsverstärker darstellt.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer ersten Ausführungsform darstellt. Wie in der Figur dargestellt besitzt ein Verstärker 1 einen Eingangsanschluß, welcher an einen Mikrowelleneingangsanschluß 3 angeschlossen ist, und einen Aussgangsanschluß, welcher über einen Koppler einer fortschreitenden Welle (PW-Koppler, progressive wave koupler) 8, welcher als Schaltung dient, die einen Betrag eines Wellenausgangs erfaßt, und einen Reflexionswellenkoppler (RW-Koppler) 9, welcher als Schaltung dient, die einen Betrag einer reflektierten Welle erfaßt, an eine Antenne 4 angeschlossen ist. Es wird nicht wie üblich ein Isolator verwendet. Der Verstärker 1 besitzt einen Spannungsversorgungsanschluß 5, welcher eine Versorgungsspannung Vdd von einem DC-DC-Wandler 7 empfängt, der als Spannungsversorgungswandler dient, und einen Steuerspannungsanschluß 6, welcher eine Steuerspannung Vgg empfängt. In Abhängigkeit der Steuerspannung Vgg wird der Wert eines Stroms festgelegt, welcher durch den Verstärker 1 fließt.
Der PW-Koppler 8 extrahiert ein Signal entsprechend der Leistung einer fortschreitenden welle. Es wird eine Spannung Va entsprechend diesem Signal durch einen Kondensator 11 extrahiert und einer arithmetischen Schaltung 10 bereitgestellt. Der RW-Koppler 9 extrahiert ein Signal entsprechend der Leistung einer von der Antenne 4 reflektierten Welle, und ein Kondensator 12 extrahiert eine Spannung Vd, welche wiederum der arithmetischen Schaltung 10 bereitgestellt wird. Die arithmetische Schaltung 10 wird beispielsweise durch einen Si-MOSFET oder einen Bipolartransistor gebildet, und es wird eine Spannung Vcnt entsprechend den von den Kondensatoren 11 und 12 bereitgestellten Spannungen Va und Vb erzeugt. Eine Spannung Vcnt ist gleich fn(Va, Vb). Die arithmetische Schaltung 10 führt die Spannung Vcnt dem DC-DC-Wandler 7 zu. Im An sprechen auf die Spannung Vcnt erzeugt der DC-DC-Wandler 7 die Versorgungsspannung Vdd.
2 zeigt ein Beispiel eines Schaltungsdiagramms, welches insbesondere den Verstärker 1 von 1 darstellt. Entsprechend der Figur empfängt der Mikrowelleneingangsanschluß 3 ein Mikrowelleneingangssignal, welches wiederum durch einen Kondensator C1 und eine Anpassungsschaltung M1 hindurchtritt und von dem FET Q1 am Gate empfangen wird. Ein Punkt, welcher den Kondensator C1 und die Anpassungsschaltung M1 verbindet, empfängt über einen Widerstand R1 die Steuerspannung Vgg. Der FET Q1 ist an seinem Drain mit dem Gate eines FET's Q2 über eine Anpassungsschaltung M2 verbunden und empfängt ebenfalls die Versorgungsspannung Vdd über eine Anpassungsschaltung M4 und einen Widerstand R2. Der FET Q1 ist mit seinem Source geerdet, und der FET Q2 empfängt an seinem Gate die Steuerspannung Vgg über eine Anpassungsschaltung M3 und einen widerstand R3.
Der FET Q2 ist mit seinem Drain an einen Ausgangsanschluß über einen Kondensator C2 angeschlossen und empfängt ebenfalls die Versorgungsspannung Vdd über eine Anpassungsschaltung M4 und einen Widerstand R4. Das Source des FET's Q2 ist geerdet. Die Anpassungsschaltungen M1–M4 sind beispielsweise durch eine Kombination einer Induktionsspule, eines Kondensators und eines Widerstands gebildet. Der derart gebildete Verstärker 1 verstärkt ein dem Mikrowelleneingangsanschluß 3 eingegebenes Eingangswellensignal mit einer vorgeschriebenen Verstärkungsrate der FET's Q1 und Q2 und gibt das Signal an dem Ausgangsanschluß aus.
Es wird festgestellt, daß der entsprechend 2 durch einen FET gebildete Verstärker ebenfalls durch einen Bipolartransistor gebildet werden kann. Die FET's Q1 und Q2 des Verstärkers 1 von 2 empfangen an ihren Drains die Versorgungsspannung Vdd und an ihren Gates die Steuerspannung Vgg, wohingegen der durch einen Bipolartransistor gebildete Verstärker an einem Kollektor die Versorgungsspannung Vdd und an der Basis die Steuerspannung Vgg empfängt.
3 stellt ein Beispiel eines Richtkopplers dar, welcher den in 1 dargestellten PW-Koppler 8 bildet. Auf einem Substrat sind leitende Strukturen L1 und L2 parallel jeweils in einem Streifen angeordnet. Die leitende Struktur L1 besitzt ein Ende, welches das Eingangssignal empfängt, und ein anderes Ende, welches das Signal ausgibt. Die leitende Struktur L2 besitzt ein Ende, welches in einem rechten Winkel gebogen ist und eine Spitze aufweist, die über einen dazwischen angeordneten Widerstand R5 geerdet ist, und ein anderes Ende, welches ebenfalls in einem rechten Winkel gebogen ist und eine Spitze aufweist, die an einen Kondensator C3 angeschlossen ist, durch welchen ein Signal entsprechend der Leistung einer fortschreitenden Welle extrahiert wird.
Wenn ein von dem Verstärker 1 ausgegebenes Signal dem einen Ende der leitenden Struktur L1 eingegeben und von dem anderen Ende der Struktur extrahiert wird, besitzt die leitende Struktur L2 eine darin induzierte Leistung entsprechend der fortschreitenden Welle, und durch den Kondensator C3 wird ein Signal entsprechend der Leistung der fortschreitenden Welle extrahiert. Wenn eine von der Antenne 4 reflektierte Welle dem anderen Ende der leitenden Struktur L1 eingegeben wird und die leitende Struktur L2 die darin induzierte Leistung der reflektierten Welle besitzt, fließt eine Komponente des Signals über den Widerstand R5 zur Masse, und es kann somit eine Komponente der fortschreitenden Welle auf der Grundlage der Leistung der fortschreitenden Welle extrahiert werden.
Es wird festgestellt, daß der RW-Koppler 9 bezüglich der Struktur ähnlich wie der Richtkoppler von 3 sein kann. Insbesondere ist der RW-Koppler 9 mit dem Widerstand R5 von 3 und dem Kondensator C3 gebildet, welcher umgekehrt angeschlossen ist, um ein Signal entsprechend einer Leistung einer reflektierten Welle zu extrahieren.
4 stellt die Charakteristik der Ausgangsleistung gegenüber der Eingangsleistung des Verstärkers von 1 dar. Im allgemeinen besitzt der Verstärker 1 die in 4 dargestellte Charkteristik dahingehend, daß je höher die Versorgungsspannung Vdd ist, desto stärker sich die Ausgangsleistung vergrößert. Insbesondere ist bezüglich der auf eine hohe Spannung V1 festzulegenden Versorgungsspannung Vdd und derjenigen, die auf eine niedrige Spannung V2 festzulegen ist, die Abhängigkeit der Ausgangsleistung Pout und der Verzerrung (ACP) auf die Eingangsleistung Pin derart, daß sich Pout stärker für die hohe Spannung V2 als für die niedrige Spannung V1 vergrößert und sich somit die Eingangsleistung Pin mit der Verzerrung (ACP) verringert. Somit ist für eine einzige Ausgangsspannung Pout die hohe Spannung V2 stärker als die niedrige Spannung V1 dazu geeignet, ACP zu verringern.
5 und 6 stellen die Charakteristik des Lasteinflusses eines Endstufentransistors eines Verstärkers für Vdd von 3,4 V bzw. Vdd von 4,0 V dar. Die Charakteristik des Lasteinflusses stellt dar, wie sich die Charakteristik für eine Impedanz einer Ausgangsseite ändert, wobei ein Strom Id und eine Verzerrung für jede Impedanz der Ausgangsseite eines Transistors für eine Frequenz f von 1 GHz, die Ausgangsspannung Pout von 1W und die Steuerspannung Vgg, welche einen konstanten Wert aufweist, angezeigt sind.
Die Impedanz ist in einem Smith-Diagramm mit einer Mitte Z0 dargestellt, welche durch die Ausgangsimpedanz von 6Ω des Transistors standardisiert ist. In 5 und 6 stellt ein schraffierter Abschnitt ein Gebiet dar, in welchem die Verzerrung (ACP) nicht größer als der standardisierte Wert ist.
Der Strom Id ist im wesentlichen derselbe unabhängig von der Versorgungsspannung Vdd, mit einer Tendenz von unten links aus nach oben rechts anzusteigen. D.h., es versteht sich, daß je größer der Strom Id ist, desto kleiner die Verzerrung ist. Entsprechend 5 ist die Verzerrung in der Mitte ausreichend, wohingegen entsprechend 6 die Verzerrung über einen weiten Bereich verbessert ist, obwohl infolge einer höheren Spannung Vdd eine größere Leistung verbraucht wird. wenn die Versorgungsspannung Vdd auf eine ausreichende Verzerrung ohne einen Isolator erhöht ist, ist die Mitte des Smith-Diagramms einem erhöhten Leistungsverbrauch zugeordnet, was zu einer verringerten Effizienz führt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden eine Spannung Va proportional zu der Ausgangsleistung Pout und eine Spannung Vd proportional zu der reflektierten Leistung wie in 7 dargestellt verwendet, um die Versorgungsspannung Vdd festzulegen. In 7 stellt die horizontale Achse die Spannung Va proportional zu der Ausgangsleistung Pout dar, und die vertikale Achse stellt ein Verhältnis der Spannung Va, welche proportional zu der Ausgangsleistung Pout ist, zu der Spannung Vb dar, welche proportional zu der reflektierten Leistung ist, wodurch ein Wert angezeigt wird, welcher als Ergebnis eines Experiments erlangt wird. Aus 7 ist ersichtlich, daß für eine stärker reflektierte Leistung die Versorgungsspannung Vdd auf einen höheren Wert festzulegen ist.
Die gestrichelte Linie zeigt eine Linie der Spannung Va für die Ausgangsleistung Pout von 1W an.
Unter Verwendung der Beziehung zwischen der Spannung Va, welche proportional zu der Ausgangsleistung Pout ist, und der Spannung Vd, welche proportional zu der reflektierten Leistung ist, wie in 7 dargestellt, gestattet zum Festlegen der Versorgungsspannung Vdd es die Mitte des Smith-Diagramms frei von Reflexion dem verringerten Leistungsverbrauch mit einer geringen Versorgungsspannung Vdd (von 3,4 V) zugeordnet zu werden, während die Versorgungsspannung Vdd im Ansprechen auf die Größe der Reflexion (Vb/Va) zum Befriedigen der Verzerrung erhöht wird.
8 stellt beispielhaft den Lasteinfluß eines Endstufentransistors dar, welcher vorgesehen wird, wenn die Beziehung von 7 verwendet wird, um die Versorgungsspannung Vdd zu ändern. In 8 ist die Mitte der Versorgungsspannung Vdd von 3,4 V zugeordnet, obwohl die Versorgungsspannung Vdd festgelegt wird, um wie ein Reflexionskoeffizient P anzusteigen, oder es erhöht sich Vb/Va. Somit genügt entsprechend 8 die Verzerrung (ACP) einer Spezifikation in der Gesamtheit eines inneren Gebiets der Versorgungsspannung Vdd von 4,8 V, was schraffiert dargestellt ist. Durch Festlegen von Vcnt durch die arithmetische Schaltung von 1 entsprechend der Beziehung von 7 kann die Versorgungsspannung Vdd des Verstärkers 1 durch den DC-DC-Wandler 7 geändert werden, und somit kann der Transistor des Verstärkers 1 einen Ausgang mit einer Lasteinflußcharakteristik besitzen, welche wie in 8 dargestellt derart beschaffen ist, daß der Verzerrung über einen weiten Bereich genügt wird.
Somit kann ohne einen Isolator ausgekommen werden, und der Verstärker 1 kann derart gebildet werden, daß er der ACP genügt, wenn die Antenne 4 eine Reflexion einführt. Wenn die Antenne 4 keine Reflexion einführt, ist des weiteren die Versorgungsspannung Vdd niedrig, und der Leistungsverbrauch bei einer normalen Verwendung würde somit erhöht werden. Da der Isolator entfernt werden kann, wird ein Bereich dafür nicht länger erfordert. Somit kann eine Miniaturisierung erzielt werden. 3 Des weiteren kann ein Magnet, welcher als Komponente des Isolators dient, entfernt werden, was zu einer verringerten Höhe und daher zu einer verringerten Dicke beiträgt. Des weiteren werden die Kosten für den Isolator nicht länger erfordert, und es kann somit eine Kostenverringerung erzielt werden. Des weiteren kann der durch den Isolator eingeführte Verlust aufgehoben werden, um zu einer verbesserten Effizienz des Verstärkers 1 beizutragen.
Während bei der vorliegenden Ausführungsform die Versorgungsspannung Vdd in der Beziehung von 7 durch eine lineare Approximation festgelegt wird, kann Vdd durch eine unterschiedliche Funktion derart geändert werden, wie eine Kurve sich stärker an das annähert, was beim Wirksamsein vorgesehen ist.
Ein Ändern von nicht nur Vcnt, sondern ebenfalls der Steuerspannung Vgg des Verstärkers 1 entsprechend Va ermöglicht des weiteren Vb/Va, daß die Verzerrung des Verstärkers und die Charakteristik der Effizienz genauer gesteuert werden kann, um den Verstärker 1 mit einer weiter verbesserten Effizienz zu versehen.
Zweite Ausführungsform
9 zeigt die Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer zweiten Ausführungsform. In der Figur ist die vorliegende Ausführungsform bezüglich der Struktur von 1 mit der Ausnahme identisch, daß der Verstärker 1 einen von einer Id-Monitorschaltung 17 überwachten Versorgungsstrom Id empfängt und der Monitor einen Ausgang der arithmetischen Schaltung 10 liefert. Die arithmetische Schaltung 10 erzeugt eine Spannung Vcnt oder einen Strom in Abhängigkeit des Ausgangs der Id-Monitorschaltung 17, welche den Versorgungsstrom Id überwacht.
10 stellt die Charakteristik des Lasteinflusses eines Endstufenstransistors des Verstärkers der in 9 dargestellten Ausführungsform dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Id-Monitorschaltung 17 den Versorgungsstrom Id überwachen, und die arithmetische Schaltung 10 kann eine Operation durchführen, um zu ermöglichen, daß ein Gebiet mit einem größeren Versorgungsstrom Id einer geringeren Versorgungsspannung Vdd zugeordnet wird, um die Versorgungsspannung Vdd über einen weiten Bereich auf einen geringen Wert festzulegen.
Wie in 5 und 6 dargestellt neigt die Verzerrung im allgemeinen dazu, für einen größeren Versorgungsstrom Id kleiner zu sein. Somit kann einer Verzerrung genügt werden, wenn die Versorgungsspannung Vdd in einem Gebiet verringert wird, welches wie in 10 dargestellt einem großen Versorgungsstrom Id zugeordnet ist. Dadurch kann der Leistungsverbrauch in dem Gebiet mit großem Versorgungsstrom Id effektiv verringert werden. Somit kann sogar dann, wenn sich die Impedanz einer Antenne ändert, ein Betrieb mit einem geringen Leistungsverbrauch über einen breiteren Impedanzbereich erzielt werden.
Aus einem Vergleich von 10 und 8 ergibt sich, daß sich entsprechend 8 ein schraffierter Bereich, welcher einer Spezifizierung genügt, konzentrisch erstreckt, wenn die Versorgungsspannung Vdd ansteigt, wo hingegen entsprechend 10 eine Erstreckung in der Form einer Ellipse vorliegt, welche sich in eine obere rechte Richtung erstreckt. Es ergibt sich, daß beispielsweise bezüglich der Versorgungsspannung Vdd von 4 V ein überkreuzt schraffierter Abschnitt von 10 im Vergleich mit demjenigen von 8 verbessert ist.
Dritte Ausführungsform
11 stellt eine Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer dritten Ausführungsform dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ohne den PW-Koppler von 1 ausgekommen, und es wird aus einem Eingangswellensignal des Verstärkers 1 über einen Kondensator 15 eine überwachte Spannung V_T der arithmetischen Schaltung 10 bereitgestellt, und es wird des weiteren über einen Kondensator 12 eines RW-Kopplers 9 ein Signal entsprechnend einer Leistung extrahiert, welche auf die Antenne 4 trifft, und es wird eine Spannung Vd der arithmetischen Schaltung 10 bereitgestellt. Die arithmetische Schaltung 10 verwendet eine Spannung V_T und eine Spannung Vb, um eine Operation durchzuführen, um die Versorgungsspannung Vdd zu berechnen und sie für den Verstärker festzulegen. Dieser Fall ist mit einer kleinen Umkehrverstärkung verbunden, und somit gilt Va ∝ V_T. Es kann somit ohne einen PW-Koppler ausgekommen werden, um einen Betrieb ähnlich wie demjenigen der Verstärkungsvorrichtung von 1 durchzuführen.
Des weiteren kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein einziger Koppler entfernt werden, um zu einem verringerten Bereich beizutragen, und es kann der Verlust entsprechend dem einzigen Koppler aufgehoben werden, um einen Verstärker 1 mit erhöhter Effizienz zu schaffen.
Vierte Ausführungsform
12 stellt die Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einer vierten Ausführungsform dar.
Bei der Ausführungsform entsprechend 11 wird eine Eingangsleistung auf einer Eingangsseite eines Verstärkers (AMP) 1 überwacht, wohingegen bei der Ausführungsform von 12 ein Verstärker mit varibler Verstärkung (VGA) 18 einen Verstärkungsfestlegungswert empfängt, um eine Berechnung einer Ausgangsleistung von dem Verstärker mit variabler Verstärkung 18 zu ermöglichen. Unter Verwendung des Werts zur Berechnung eines Werts eines Eingang des Verstärkers 1 wird die Notwendigkeit einer Überwachung der Eingangsleistung aufgehoben. Die derart gebildete vorliegende Ausführungsform kann so effektiv wie die dritte Ausführungsform sein.
Fünfte Ausführungsform
13 stellt die Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einer fünften Ausführungsform dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein variabler Kondensator 14 zwischen einem Ausgang eines Verstärkers 1 und Masse angeschlossen, und eine Induktivitätsspule 16 ist zwischen einem Ausgang des Verstärkers 1 und einem RW-Koppler 9 in Reihe angeschlossen, um einen Tiefpaßfilter zu bilden. Der variable Kondensator 14 empfängt eine Spannung Vc von der arithmetischen Schaltung 10, um einen Wert der Kapazität beispielsweise durch eine LSI-Schaltung festzulegen. Es wird bemerkt, daß die Induktivitätsspule 16 des Tiefpaßfilters, welche in diesem Beispiel auf den variablen Kondensator folgend vorgesehen ist, dem Kondensator vorausgehen kann.
Des weiteren unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von den ersten bis vierten Ausführungsformen dahingehend, daß die Versorgungsspannung Vdd nicht gesteuert wird und der DC-DC-Wandler 7 dementsprechend nicht vorgesehen ist und daß die Ausgangsimpedanz gesteuert wird. Insbesondere gibt die arithmetische Schaltung 10 der vorliegenden Ausführungsform eine Kapazitätsfestlegungsspannung Vc aus, und im Ansprechen auf die Spannung Vc ändert der variable Kondensator 14 die Kapazität, um zu ermöglichen, daß der Verstärker 1 die Ausgangsimpedanz ändert. Die arithmetische Schaltung 10 überwacht und erfaßt einen Betrag einer von dem RW-Koppler 9 reflektierten Welle und steuert im Ansprechen auf die Erfassung, ob ein Betrag der Reflexion erhöht ist, bezüglich einem Versagen des Genügens der ACP die Kapazitätseinstellungsspannung Vc, um zu ermöglichen, daß sich die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 1 auf ein befriedigendes ACP ändert.
Die vorliegende Ausführungsform kann ohne den DC-DC-Wandler 7 auskommen, und dementsprechend können Kosten für den Konverter gespart werden, ebenso wie eine verringerte Größe erzielt werden kann.
Des weiteren kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuerspannung Vgg ebenso wie die Kapazitätseinstellungsspannung Vcc zusätzlich gesteuert werden. Die Versorgungsspannung Vdd kann natürlich, wie oben vorausgehend beschrieben wurde, zusätzlich gesteuert werden.
Sechste Ausführungsform
In jeder der obigen Ausführungsformen ist die arithmetische Schaltung 10 beispielsweise aus einem Operationsverstärker gebildet; sie kann wie in 14 dargestellt gebildet sein. Insbesondere kann ein Speicher 21 einen Steuerspannungswert in Form einer Tabelle speichern. Jede erfaßte Spannung kann einer Steuerschaltung 20 bereitgestellt werden. Die Steuerschaltung 20 kann einen entsprechenden Steuerspannungswert aus dem Speicher 21 lesen. Ein D/A-Wandler 22 kann den Wert in einen analogen Wert umwandeln. Ein Steuersignal Vcnt kann dem DC-DC-Wandler 7 bereitgestellt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein in dem Speicher 21 gespeicherter Wert in der Tabelle verwendet werden, um genauer die Steuerspannung voreinzustellen.
Somit wird bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Betrag einer von einer Antenne reflektierten Welle erfaßt und zur Steuerung einer einem Verstärker zugeführten Spannung zur Änderung eines Zustands des Betriebs des Verstärkers weitergeleitet, so daß ohne einen Isolator ausgekommen werden kann, und es kann ein Signal einer hohen Frequenz wie eine Mikrowelle ohne Beeinträchtigung der Verzerrungscharakteristik trotz einer reflektierten Welle, die an einer Antenne eingeführt wird, noch verstärkt werden.
Dementsprechend wird der Bereich für den Isolator nicht länger verlangt, und somit kann eine Miniaturisierung erzielt werden. Des weiteren kann ein Magnet aufgehoben werden, was zu einer verringerten Höhe und daher zu einer verringerten Dicke beiträgt. Des weiteren werden die Kosten für den Isolator nicht länger verlangt, und es kann somit eine Kostenverringerung erzielt werden. Des weiteren kann der durch den Isolator eingeführte Verlust aufgehoben werden, um zu einer erhöhten Effizienz des Verstärkers beizutragen. Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und erläutert worden ist, versteht es sich, daß selbiges lediglich der Erläuterung und als Beispiel und nicht einer Einschränkung dient, wobei der Rahmen der Erfindung lediglich anhand der beigefügten Ansprüche definiert wird.
Vorstehend wurde eine Verstärkungsvorrichtung offenbart. Ein Signal entsprechend einer Leistung einer fortlaufenden Welle wird von einem Koppler einer fortlaufenden welle (8) extrahiert, welcher zwischen einem Ausgang eines Verstärkers (1) und einer Antenne (4) angeschlossen ist, und es wird ein Signal entsprechend einer reflektierten Leistung ebenfalls von einem Koppler für eine Reflexion (9) extrahiert. Eine arithmetische Schaltung (10) führt eine Operation durch, um eine dem Verstärker (1) zugeführte Spannung zu berechnen, es wird eine Steuerspannung (Vgg) dem Verstärker (1) zugeführt, es wird eine Steuerspannung (Vgg) dem Verstärker (1) zugeführt, und des weiteren wird eine Versorgungsspannung (Vdd) auf der Grundlage des Ergebnisses der Operation von einem DC-DC-Wandler (7) dem Verstärker (1) zugeführt.

Claims

Verstärkungsvorrichtung, welche ein Signal einer Welle einer hohen Frequenz verstärkt, welche durch eine Antenne (4) fließt, mit: einem Verstärker (1), welcher ein Eingangswellensignal verstärkt, um ein Ausgangswellensignal an der Antenne zu erhalten; eine Reflexionswellenerfassungsschaltung (9), welche auf einer Ausgangsseite des Verstärkers vorgesehen ist, um einen Betrag einer von der Antenne reflektierten Welle zu erhalten; und einer Steuerschaltung (7, 10), welche von einem Ausgang der Reflexionswellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um eine dem Verstärker zugeführte Energieversorgungsspannung zu steuern, um einen Zustand des Betriebs des Verstärkers zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Ausgang von der Reflexionswellenerfassungsschaltung ansteigt, die Steuerschaltung derart arbeitet, daß die dem Verstärker zugeführte Energieversorgungsspannung ansteigt.
Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionswellenerfassungsschaltung einen Richtkoppler (9) enthält, welcher zwischen einen Ausgang des Verstärkers und der Antenne angeschlossen ist.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des weiteren gekennzeichnet durch eine Versorgungsstromerfassungsschaltung (17), welche einen dem Verstärker zugeführten Strom erfaßt, wobei dann, wenn die Versorgungsstromerfassungsschaltung einen Ausgang bereitstellt, welcher anzeigt, daß ein großer Strom erfaßt worden ist, die Steuerschaltung derart arbeitet, daß die dem Verstärker zugeführte Versorgungsspannung verringert wird.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Eingangswellenerfassungsschaltung (15), welche einen Betrag einer dem Verstärker eingegebenen Welle erfaßt, wobei die Steuerschaltung durch Ausgänge jeweils der Reflexionswellenerfassungsschaltung und der Eingangswellen-Erfassungsschaltung angesteuert wird, um die dem Verstärker zugeführte Versorgungsspannung zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Verstärker mit variabler Verstärkung (18), welcher derart angeschlossen ist, daß er dem Verstärker vorausgeht und von außen mit einem Verstärkungseinstellungswert versehen wird, wobei die Steuerschaltung durch den Verstärkungseinstellungswert des Verstärkers mit variabler Verstärkung angesteuert wird, um die dem Verstärker zugeführte Versorgungsspannung zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ausgangswellenerfassungsschaltung (8, 11), welche einen Betrag einer von dem Verstärker ausgegebenen Welle erfaßt, wobei die Steuerschaltung durch Ausgeben jeweils der Reflexionswellenerfassungsschaltung und der Ausgangs wellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um die dem Verstärker zugeführte Versorgungsspannung zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 7 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellenerfassungsschaltung einen Richtkoppler (8) aufweist, welcher zwischen einem Ausgang des Verstärkers und der Antenne angeschlossen ist.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7 bis 8, gekennzeichnet durch eine Filterschaltung (14, 16), welche zwischen einem Ausgang des Verstärkers und der Reflexionswellenerfassungsschaltung angeschlossen ist und einen variablen Kondensator (14) aufweist, wobei die Steuerschaltung von einem Ausgang der Reflexionswellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um eine Kapazität des variablen Kondensators zu ändern, um eine Ausgangsimpedanz des Verstärkers zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Steuerspannung zum Einstellen eines Stroms steuert, welcher durch den Verstärker fließt.
Verstärkungsvorrichtung, welche ein Signal einer Welle einer hohen Frequenz verstärkt, welche durch eine Antenne (4) fließt, mit: einem Verstärker (1), welcher ein Eingangswellensignal verstärkt, um ein Ausgangswellensignal an der Antenne zu erhalten; eine Reflexionswellenerfassungsschaltung (9, 12), welche an einer Ausgangsseite des Verstärkers vorgesehen ist, um einen Betrag einer von der Antenne reflektierten Welle zu erhalten; einer Filterschaltung (14, 16), welche zwischen einem Ausgang des Verstärkers und der Reflexionswellenerfassungsschaltung angeschlossen ist und einen variablen Kondensator (14) aufweist; und eine Steuerschaltung (7, 10), welche von dem Ausgang der Reflexionswellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um eine Kapazität des variablen Kondensators zu ändern, um eine Ausgangsimpedanz des Verstärkers zu ändern.
Verstärkungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (7, 10) eine dem Verstärker zugeführte Energieversorgungsspannung steuert, um einen Zustand des Betriebs des Verstärkers zu ändern.
Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Ausgang von der Reflexionswellenerfassungsschaltung ansteigt, die Steuerschaltung derart arbeitet, daß die dem Verstärker zugeführte Energieversorgungsspannung ansteigt.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionswellenerfassungsschaltung einen Richtkoppler (9) enthält, welcher zwischen einen Ausgang des Verstärkers und der Antenne angeschlossen ist.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Steuerspannung zum Einstellen eines Stroms steuert, welcher durch den Verstärker fließt.
Verstärkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Speichertabelle enthält, in welcher im voraus ein Steuerwert gespeichert ist, und von dem Ausgang der Reflexionswellenerfassungsschaltung angesteuert wird, um einen entsprechenden Steuerwert aus der Speichertabelle zu lesen, um ein Steuersignal zum Steuern der Versorgungsspannung auszugeben.