JP2002064386A - 整合装置 - Google Patents

整合装置

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JP2002064386A
JP2002064386A JP2000252647A JP2000252647A JP2002064386A JP 2002064386 A JP2002064386 A JP 2002064386A JP 2000252647 A JP2000252647 A JP 2000252647A JP 2000252647 A JP2000252647 A JP 2000252647A JP 2002064386 A JP2002064386 A JP 2002064386A
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信夫 晴山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基地局と携帯用無線電話機間で送信電力制御
(TPC)が行なわれている端末装置の電力増幅器とア
ンテナ(負荷)との整合を送信出力電力のどのパワーに
於いても出力効率よく送出することが可能な整合装置を
得る。 【解決手段】 電力増幅器1と負荷4間に設けた整合回
路3に切換手段10を設け、TPC時の送信出力電力に
適合しジャストマッチングしたインピーダンスを持つイ
ンピーダンスに切換手段10を介し切換制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は携帯用無線電話機等
に用いる電力増幅回路とアンテナ(負荷)間の入出力イ
ンピーダンスを整合させる整合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の携帯用無線電話機の電力増幅器と
アンテナ等の負荷との入出力インピーダンスを自動的に
接合させる自動インピーダンス整合方式が特開平10−
163889号公報に開示されている。
【0003】図8は上述公報に開示されている電力増幅
器と負荷とのマッチングをとる整合装置を示すものであ
る。
【0004】図8において、電力増幅器1とアンテナ
(負荷)4との間に負荷側インピーダンス(整合回路を
含む)を検出する検出器2を設け、検出信号によって整
合回路3を制御する。負荷インピーダンス検出器2でイ
ンピーダンスをR(抵抗分)とΦ(位相分)に分けて検
出し、検出信号をA/Dコンバータ5でデジタル変換し
てマイクロコンピュータ(CPU)8に入力する。CP
U8では検出信号のR分とΦ分の値が電力増幅器1の出
力インピーダンスと等しく整合するようにモータ又はリ
レー等の駆動回路7を駆動し整合回路3の制御を行な
う。
【0005】ここで、負荷インピーダンス検出器2は、
電力増幅器1の出力インピーダンスと負荷インピーダン
スとの間の整合がとれたときの、例えば入出力インピー
ダンスが50Ω(純抵抗)の状態で、負荷インピーダン
スの検出信号電圧が、検出電圧の中心値になるように較
正してある。例えば、入出力インピーダンスが50Ωの
ときの検出電圧を0Vに設定し、R分が50Ωより大き
い場合はR値に比例した正電圧が検出され、R分が50
Ωより低い場合はR値に反比例した負電圧が検出される
ように較正されている。また、Φ分も同様に位相値に比
例して中心値からの正負電圧が検出されるように較正さ
れている。
【0006】このように較正された負荷インピーダンス
検出器2を用い、検出信号のR分及びΦ分をCPU8に
入力し、CPU8はR値に比例した正電圧信号によりR
分を下げ又負荷電圧によりR分を上げ、常にR分がイン
ピーダンス50Ωの較正値に等しくなるようモータ又は
リレー駆動回路7を駆動して整合回路3を可変制御し、
電力増幅器1の出力インピーダンスと負荷側インピーダ
ンスが50Ωで整合がとれるように制御する。またΦ分
の整合も同様に制御される。
【0007】上述の構成では、電力増幅器1の出力イン
ピーダンスが50Ωから離れた場合は、整合回路3は5
0Ωに整合がとれるよう制御されるから、電力増幅器1
とアンテナ4とは完全な整合がとれずに、ずれてしま
う。特に、電力増幅器1が広帯域増幅になるほど、電力
増幅器1の出力インピーダンスは周波数特性により変化
をするから前記整合のずれは顕著となる。
【0008】この様な問題を解決するために、整合制御
プログラムを用いて整合回路3を制御するCPU8は、
整合制御プログラムの中のインピーダンス判定閾値が、
判定閾値設定器9により送信周波数に応じて変えられる
様になされている。
【0009】上述の構成によると、検出出力によって整
合回路を制御するCPU8のインピーダンス判定閾値
が、インピーダンス変更手段によって電力増幅器1の出
力インピーダンスの変化に対応して変更されるので、電
力増幅器1の出力インピーダンスが送信周波数によって
変化するとき、その送信周波数によってインピーダンス
判定閾値を変更することにより電力増幅器1の出力イン
ピーダンスが較正値からずれる場合でも確実に入出力イ
ンピーダンスの整合をとることが出来る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の整合方法
は負荷インピーダンス検出器、A/D、モータリレー駆
動回路、判定閾値設定器等を複雑な検出器や各種ICを
必要とする問題がある。
【0011】更に、上述の整合方法では電力増幅器での
出力インピーダンスを周波数に対応させて整合回路イン
ピーダンスを切換え補償している。即ち電力増幅器の周
波数特性に着目しているが、携帯用無線電話器等では近
時、着目されている符号分割多元接続(Code Division
Multiple Access :CDMA)等では遠近問題(near-f
ar Probblem)を解決するために基地局での受信電力が同
じになる様に移動局の送信電力を制御する送信電力制御
(Transmission Power Control:以下TPCと記す)が
行なわれている。
【0012】この様なTPCが行なわれる端末側の携帯
用無線電話機では電力増幅器の出力効率は余り良くな
く、この出力効率を上げる様にすると安定度が犠牲にな
っていた。従って、安定度が優先され、出力効率が犠牲
にされていた。
【0013】また、電力増幅器の出力効率を向上させ
て、例えばTPCが行なわれる電力増幅器の最大出力電
力で負荷との整合(マッチング)をとったとしても電力
増幅器の出力電力が下がったところでは後述するが極端
に出力効率が低下していた。
【0014】本発明は叙上の課題を解消するためになさ
れたものであり、本発明が解決しようとする課題は電力
増幅器の出力効率も安定度も共に犠牲にさせることなく
整合回路を電力増幅器の出力電力に応じて切換制御する
様にした整合装置を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は出力電力
を指示する命令に基づいて出力電力を送出する電力増幅
手段と、この電力増幅手段1と負荷4間に接続された整
合手段2と、この整合手段2の入出力インピーダンスを
出力電力を指示する命令に基づいて切換制御する切換手
段10とを具備してなることを特徴とする整合装置とし
たものである。
【0016】第2の本発明は電力増幅手段1の出力電力
の大きさに応じて切換手段10を多段切換してなること
を特徴とする第1の発明記載の整合装置としたものであ
る。
【0017】第3の本発明は電力増幅手段1の出力端か
らの最大出力電力時に整合手段2に整合する様に定める
と共に、最大出力電力時から所定の出力電力に減少した
時に減少した所定の出力電力に整合手段2を整合した入
出力インピーダンスに切換える切換信号を出力する様に
なしたことを特徴とする第1又は第2の発明記載の整合
装置としたものである。
【0018】上記第1乃至第3の本発明によれば、基地
局等からの出力電力指示命令に基づいて整合回路の入出
力インピーダンスを切換えることで検出器が簡単に構成
可能であり、最大出力電力でも小出力電力でも出力効率
及び安定度が共に良好な整合回路が得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の携帯用無線電話機
の整合装置を図1乃至図7によって詳記する。
【0020】図1は本発明の整合装回路近傍の要部の系
統図であり、TPCが行なわれる携帯用無線電話機の送
信出力部分を示している。
【0021】図1に於いて図8との対応部分には同一符
号を付して説明を進める。
【0022】図1で11は基地局であり、送信用のアン
テナ12から端末機器を構成する携帯用無線電話機の整
合装置20の受信用アンテナ4に対し、各携帯用無線電
話機から送出する送信電力をどの程度で出力するかのT
PC用の指示信号が伝送される。
【0023】受信用のアンテナ4からの指示信号は図示
しない各種処理回路を介してマイクロコンピュータ(以
下CPUと記す)8に供給される。
【0024】パワー検出部14はCPU8が基地局11
から受信した指示信号に基づいて、後述する表3に示す
クラス(class)2〜19の様に2dBステップで送信出
力電力を制御出来る様になされ、基地局11からの指示
信号はCPU8を介して指示データとして変換部15に
供給され、変換部15ではパワー制御用のDC信号に変
換し、パワー出力部16を介して送信用の電力増幅器1
の送信出力電力を制御している。
【0025】電力増幅器1の入力側には図示しない前段
の送話器からの送話信号処理回路等から入力端子18に
送話信号が入力される。
【0026】電力増幅器1の出力端は整合回路3及び現
在の送信電力を検出するための電力検出用のカップラ1
7を介して送信用のアンテナ(送受信用)4に直列的に
接続されている。
【0027】カップラ17からの現在の送信出力電力は
所定値のパワー値に減衰してパワー検出部14に供給さ
れ、CPU8に出力させることで、携帯用無線電話機が
現在送出している出力電力をレポートデータとして基地
局11側へ伝送している。
【0028】従って、TPCが行なわれている方式の携
帯用無線電話機では特に図8の様に負荷インピーダンス
検出器を設けなくてもCPU8から現在の携帯用無線電
話機の電力増幅器の出力電力情報を貰うことが出来る。
【0029】この現在の出力電力情報をCPU8から整
合回路3に供給し、この出力電力情報に基づいて整合回
路3内に設けた切換手段10を切換制御する様にしてい
る。
【0030】上述の整合回路3の基本回路を図2に示
す。図2に於いてR0 は電力増幅器1の出力抵抗、C0
は電力増幅器1の出力キャパシタンス、RL はアンテナ
4の負荷抵抗であり、整合回路2は一端を接地した第1
のインダクタンスL1 と第1のキャパシタンスC1 及び
第2のインダクタンスL2 の直列回路と一端を接地した
第2のキャパシタンスC3 をπ型接続構成としている。
この回路に於いて、
【0031】
【数1】 とおいて図1に於いて、ω=2πfとして実値 Q=3,RL =50,ω=5.65E9を代入すると、
0 ,C1 ,L2 ,C3の値は以下の如くなる。
【0032】
【表1】
【0033】この表1から解る様に電力増幅器1の出力
抵抗R0 の値は2Ω程度から、20Ω程度まで送信出力
電力によって大きく変化し、低い出力抵抗R0 =2Ωか
ら高い出力抵抗R0 =20Ω迄の整合回路2内のジャス
トマッチング時のインピーダンス(C1 ,L2 ,C3
はその値が大きく変わっていることが解る。
【0034】上述の負荷抵抗RL =50Ωで出力抵抗R
0 =2Ω乃至20Ω迄の実測時の出力電力(W)及び出
力電力(dBm)並びに出力電流(A)を表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】上述の表2から明らかな様にR0 =2Ω程
度の2.39Ωで電力増幅器1の出力電力は2.68
W、R0 =5Ω程度の4.8Ωで電力増幅器1の出力電
力は1.9W、R0 =10Ω程度の10.5Ωで電力増
幅器1の出力電力は0.8W、R0 =20Ω程度の21
Ωで電力増幅器1の出力電力は0.37Wを示してい
る。
【0037】即ち、R0 =2Ω程度で電力増幅器1の出
力電力が大きい時と、R0 =20Ω程度で電力増幅器1
の出力電力が小さい時では整合回路3内のインピーダン
スは出力電力に対応して表1に示す様に変えなければ負
荷4に対しジャストマッチング出来ないことが解る。
【0038】然し、実際の携帯用無線電話機では出力電
力に合せてジャストマッチング時の整合回路3内のイン
ピーダンスを変化させられないので実際には最大の出力
電力時(R0 =2Ω)でジャストマッチングとなる様に
整合回路3内のインピーダンス(C1 ,L2 ,C3 )の
値を定めている。
【0039】図7は最大出力電力(R0 =2Ω)でマッ
チングをとり上述の様にR0 =2ΩからR0 =5Ω、R
0 =10Ω、R0 =20Ωと出力抵抗R0 を大きく、即
ち、出力電力をしぼって行なった場合の周波数−利得特
性曲線を示すもので、出力電力をジャストマッチング特
性曲線22から順次しぼっていくと特性曲線23〜25
に示される様に整合ずれを起して、表3に示す様に出力
効率が非常に悪化する。
【0040】
【表3】
【0041】上述の表3はGSM(Global System for
Mobile Communication) デジタル移動体通信の欧州規格
で定められた900MCの周波バンドのTPC方式で実
測した出力電力〔Power(dBm), Power
(mW)〕及び出力効率〔Efficiency
(%)〕並びに出力電流値〔Current(mA)〕
を示している。Class中の1〜19は基地局11側
からの指示データ符号で2dB毎に出力電力が切換えら
れる様になされている。
【0042】上述の表3のNo.1で示される電力増幅
器1の出力電流値は図6に示す様に1スロット(577
ms)の1/8のバースト・トランスミッション値(B
T)を示しているので、実際には例えばClass5の
33dBm(約2W)での出力電流値155.88mA
は8倍された電力で計算される。
【0043】例えば表3に於いて、明らかな様にPow
er33dBmで出力効率50%であったものがPow
er13dBmでは7%に低下している。
【0044】そこで本発明では整合回路3を図3及び図
4に示す様に構成する。図3及び図4の整合回路2で図
2との対応部分には同一符号を付して説明を進める。
【0045】本例では電力増幅器1の出力抵抗R0 及び
出力キャパシタンスC0 は互に一端が接地され、他端が
並列接続されて、出力電流I0 が整合回路3に供給され
る。
【0046】整合回路3は一端が接地された第1のイン
ダクタンスL1 の他端を電力増幅器1の出力キャパシタ
ンスC0 の他端と第1のキャパシタンスC1 に接続す
る。
【0047】第1のキャパシタンスC1 に直列に第3の
キャパシタンスC1 ′と第3のインダクタンスL2
と、第2のインダクタンスL2 とを直列に接続し、第2
のインダクタンスL2 の他端をアンテナ4の一端が接地
された負荷抵抗RL に直列接続する。
【0048】第2のインダクタンスL2 の他端は、第1
のインダクタンスL1 と並列に接続され一端が接地され
た第2のキャパシタンスC3 の他端と接続されている。
又、インダクタンスL2 の他端は第1のインダクタンス
1 と並列に接続され一端を接地した第2のスイッチS
2 と直列接続した第4のキャパシタンスC3 ′とに接続
されている。更に第3のキャパシタンスC1 ′と第3の
インダクタンスL2 ′の直列回路をシャントする第1の
スイッチS1 より構成され、第1及び第2のスイッチS
1 及びS2 は互に連動されて切換手段10を構成しこの
切換手段10はCPU8からの出力電力情報に対応して
切換制御される。
【0049】上述の構成で最大出力電力(R0 =2Ω)
でジャストマッチングした時の各インピーダンス
(C1 ,L2 ,C3 )と例えば小電力(R0 =10Ω)
でジャストマッチングした時の各インピーダンス
(C1 ′,L2 ′,C3 ′)の値は数1から下記の値を
とる。
【0050】 C1 =29.4(PF) C1 ′=7.3(PH) L2 =6.05(nH) L2 ′=2.79(nH) C3 =7.1(PF) C3 ′=10.2(PH)
【0051】第3のキャパシタンスC1 ′及び第3のイ
ンダクタンスL2 ′、第4のキャパシタンスC3 ′の値
を上述の様に選択し、CPU8は現在の電力増幅器1の
出力電力をみて、出力電力情報を切換手段10に出力す
ることで、第1及び第2のスイッチS1 及びS2 が閉じ
られた時は第3のキャパシタンスC1 ′と第3のインダ
クタンスL2 ′は第1のスイッチS1 でシャットされ、
第4のキャパシタンスC3 ′も第2のスイッチS2 を介
して接地されるので図2に示した最大出力電力(R0
2Ω)にマッチングする。
【0052】また、切換手段10の第1及び第2のスイ
ッチS1 及びS2 を開状態にすれば小出力電力(R0
10Ω)にマッチングすることになる。
【0053】図3に示した切換手段10としては機械的
な第1及び第2のスイッチS1 及びS2 を示したが、図
4に示す様にスイッチS1 及びS2 をピンダイオードC
1及びCD2 に置き換え、バイアス抵抗R1 及びR2
を介してCPU8から出力電力情報として「オン」信号
及び「オフ」信号を出力し、「オン」時に最大出力電力
でマッチングさせ、「オフ」時に所定の中或は小パワー
でマッチングさせる様にしていもよい。
【0054】図5は図3及び図4の構成に於いて、出力
負荷R0 =20Ωでジャストマッチングをとった整合回
路3の各インピーダンスの定数でR0 =10Ω及びR0
=20Ωを切換手段10で切換制御したときの周波数−
利得特性曲線を示す。
【0055】図5で特性曲線26及び27はR0 =20
Ω及びR0 =10Ωでの切換後の特性を示すもので、こ
の特性から明らかな様に、R0 =10Ωデータでは切換
なしの場合、特性曲線23に示すように最大利得は−
1.7dBであったが切換後の最大利得は特性曲線27
に示す様に+0.8dBとなっている。
【0056】同様にR0 =20Ωでのデータでは切換な
しの場合、特性曲線25に示す様に最大利得は−6.9
dBであったが、切換後の最大利得は特性曲線26に示
す様に−2.7dBとなって、共に利得が上昇している
ことが判る。
【0057】尚、上述の各形態例では最大出力時と所定
の小レベル出力時の2段階で切換制御を行なった例を説
明したが、これら切換時の出力電力は適宜出力電力で少
なくとも2段階以上、任意に選択し得ることは明らかで
あるが、TPCに於いて最も使用電力頻度の多い出力電
力位置で切換えるを可とする。
【0058】
【発明の効果】本発明の整合装置によれば、所定の出力
電力時に最も電力増幅器の出力インピーダンスとアンテ
ナ等の負荷のインピーダンスがマッチングするインピー
ダンスに切換制御されるため、最大出力電力時でも、
中、小レベル出力電力時でも最大効率で電力増幅器を駆
動することが出来ると共に、CPU等の出力で切換制御
が出来、現在の送出電力を検出するための検出器も、携
帯用無線電話機に内蔵されているため、これを利用する
ことで、ソフトウェアだけで済み、廉価に構成出来る。
更にTPC時に出力電力の多く利用される所要出力電力
に於いて、切換制御しジャストマッチングをとる様に出
来るので携帯用無線電話機として最大出力効率及び安定
度を図った送信部を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の携帯用無線電話機の整合装置を示す要
部の系統図である。
【図2】本発明の整合装置に用いる基本的整合回路図で
ある。
【図3】本発明の整合装置の1形態例を示す回路図であ
る。
【図4】本発明の整合装置の他の形態例を示す回路図で
ある。
【図5】本発明の整合装置の切換効果を示すための周波
数−利得特性曲線図である。
【図6】本発明に用いるブースト・トランスミッション
出力電力の説明波形図である。
【図7】本発明の整合装置の説明に供する電力増幅器の
出力抵抗をパラメータとした周波数−利得特性曲線図で
ある。
【図8】従来の整合回路の整合方法を説明する系統図で
ある。
【符号の説明】
1‥‥電力増幅器、3‥‥整合回路、4‥‥アンテナ
(負荷)、8‥‥マイクロコンピュータ(CPU)、1
0‥‥切換手段、11‥‥基地局、14‥‥パワー検出
部、20‥‥携帯用無線電話機の整合装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年9月20日(2000.9.2
0)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】上述の整合回路3の基本回路を図2に示
す。図2に於いてR0 は電力増幅器1の出力抵抗、C0
は電力増幅器1の出力キャパシタンス、RL は負荷抵抗
であり、整合回路2は一端を接地した第1のインダクタ
ンスL1 と第1のキャパシタンスC1 及び第2のインダ
クタンスL2 の直列回路と一端を接地した第2のキャパ
シタンスC3 により構成している。この回路に於いて、
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】上述の表3はGSM(Global System for
Mobile Communication) デジタル移動体通信の欧州規格
で定められた900MHzの周波数バンドのTPC方式
で実測した出力電力〔Power(dBm),Powe
r(mW)〕及び出力効率〔Efficiency
(%)〕並びに出力電流値〔Current(mA)〕
を示している。Class中の1〜19は基地局11側
からの指示データ符号で2dB毎に出力電力が切換えら
れる様になされている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0058
【補正方法】変更
【補正内容】
【0058】
【発明の効果】本発明の整合装置によれば、所定の出力
電力時に最も電力増幅器の出力インピーダンスとアンテ
ナ等の負荷のインピーダンスがマッチングするインピー
ダンスに切換制御されるため、最大出力電力時でも、
中、小レベル出力電力時でも最大効率で電力増幅器を駆
動することが出来ると共に、CPU等の出力で切換制御
が出来、現在の送出電力を検出するための検出器も、携
帯用無線電話機に内蔵されているため、これを利用する
ことで、ソフトウェアだけで済み、廉価に構成出来る。
更にTPC時に出力電力の多く利用される所要出力電力
に於いて、切換制御しジャストマッチング状態が得られ
るので携帯用無線電話機として最大出力効率及び安定度
を図った送信部を得ることが可能となる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力を指示する命令に基づいて出力電力
    を送出する電力増幅手段と、 上記電力増幅手段と負荷間に接続された整合手段と、 上記整合手段の入出力インピーダンスを上記出力電力を
    指示する命令に基づいて切換制御する切換手段とを具備
    してなることを特徴とする整合装置。
  2. 【請求項2】 前記電力増幅手段の出力電力の大きさに
    応じて上記切換手段を多段切換してなることを特徴とす
    る請求項1記載の整合装置。
  3. 【請求項3】 前記電力増幅手段の出力端からの最大出
    力電力時に前記整合手段に整合する様に定めると共に、
    上記最大出力電力時から所定の出力電力に減少した時に
    該減少した所定の出力電力に整合手段を整合した前記入
    出力インピーダンスに切換える切換信号を出力する様に
    なしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の整
    合装置。
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