JP2004023730A

JP2004023730A - 送信回路

Info

Publication number: JP2004023730A
Application number: JP2002180020A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ishii; 石井　克浩
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP3985599B2

Abstract

【課題】従来は電源とパワーアンプの間にＦＥＴを挿入する構成であるため、非常に大きな電流が流れる状態では、ＦＥＴによる電圧降下、効率劣化が大きな問題である。
【解決手段】増幅器１２の増幅量（利得）は、制御回路１５により制御される。デバイス１３の電力増幅量は、制御回路１５により制御される。制御回路１５は送信開始前に予め増幅器１２を最大利得に制御して電流を流しておき、送信開始直後にデバイス１３の利得を上昇させると同時に、増幅器１２の利得を漸次低下させる。これにより、送信開始時の増幅器１２とデバイス１３の消費電流の和の傾きは、デバイス１３を単体で動作させる場合よりも小さくなり、電源１４から見た突入電流の対時間変化量も小さくできる。このため、電源１４からデバイス１３に至る経路が他に与える影響が小さくなり、装置としての安定動作が期待できる。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送信回路に係り、特に時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式の信号を送信する送信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高出力を得るためのデバイス（例えば、送信機用のパワーアンプ）は、出力信号レベルに応じて動作点が変化することにより、電源端子から見たインピーダンスも大きく変化する。これにより、低出力から短時間で高出力に変化しなくてはならない、ＴＤＭＡ方式の送信波形を生成するＴＤＭＡ送信回路では、上記の電源端子から見たインピーダンスの大きな変化により突入電流が発生し、その突入電流により電源、あるいは電源からデバイスへの経路が他の回路に大きな影響を与える。
【０００３】
この突入電流による影響は、小型・軽量化が求められているために、他の回路とのアイソレーションの十分な確保が困難な携帯電話では特に大きい。また、急激な電流変化は、デバイスそのものの信頼性を落とすことになり、経年変化に関して考慮する必要がある。
【０００４】
携帯電話においては、装置の小型・軽量化が常に課題であるが、欧州のＧＳＭ（ｇｌｏｂａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）規格では２Ｗという非常に高い電力をＴＤＭＡ送信回路から送信するため、５０％乃至６０％程度である現在のパワーアンプの効率から逆算すると、過渡応答時には２Ａ程度の、携帯電話としては非常に大きな電流が流れることになる。今後、デバイスの能力が飛躍的に向上しない限り、この問題は常に存在する。
【０００５】
上記の突入電流を軽減するため、従来より種々の方法が提案されている（例えば、特開平１１−３０８１２３号、実開昭６３−１６５９７５号、実開平１−５２３２３号、特開昭６３−１３１６２４号、特開平６−１８９４５１号各公報）。すなわち、特開平１１−３０８１２３号公報には、送信バースト生成時に時定数回路を挿入し、デバイスの極端な状態変化を軽減するパワーアンプの電源制御方法が開示されている。
【０００６】
また、実開昭６３−１６５９７５号公報及び特開平６−１８９４５１号公報には、カスケード接続された複数の増幅器の給電回路において、いずれかの増幅器の安定化電源（ＡＶＲ）に電源が供給されると、その増幅器に設けた遅延回路が作動して、その増幅器から伝送路を介してカスケード接続されている他の増幅器にも電源が供給されるが、その給電を遅延回路の遅延時間分遅らせることにより、電源投入時に突入電流を軽減するようにしたものである。
【０００７】
また、実開平１−５２３２３号公報には、縦続接続された複数の電力増幅器のうちの初段の電力増幅器の電源供給ラインに遅延回路を設け、突入電流を軽減する構成の送信装置が開示されている。更に、特開昭６３−１３１６２４号公報には、複数の電力増幅器の出力電力を合成して出力する送信装置において、電力増幅器を駆動するための複数の直流電源を順番に起動する手段を有する構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記の特開平１１−３０８１２３号公報記載の従来回路では、電源とデバイス（パワーアンプ）の間に電界効果トランジスタを挿入する構成であるため、前述した２Ａという非常に大きな電流が流れる状態では、電界効果トランジスタによる電圧降下、効率劣化が大きな問題となる。
【０００９】
また、実開昭６３−１６５９７５号、実開平１−５２３２３号及び特開平６−１８９４５１号各公報記載の従来回路では、遅延回路を用いるようにしているが、遅延素子が比較的大型であるため、特に小型・軽量化が要求される携帯電話に適用するには不向きであり、更に、特開昭６３−１３１６２４号記載の従来回路では、複数の直流電源を必要とし、特にバッテリで動作する携帯型機器に適用するには不向きである。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、デバイス入力に接続された増幅器の消費電流を制御することにより、デバイスそのものが無出力から高出力に変化した際に発生する突入電流を最小限に抑制し得る送信回路を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、安定に送信動作を行い得る送信回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、送信波を発生する送信波発生回路と、送信波発生回路からの送信波を増幅する増幅器と、増幅器と共に電源に直接接続されており、増幅器により増幅された送信波に対して所定の信号処理を行う、電流突入時にインピーダンスが変わる特性のデバイスと、デバイスからの送信波を送信する送信手段と、送信波発生回路から送信波を発生する直前に、増幅器を予め起動して最大利得としておき、送信波の発生出力直後は、増幅器の利得を所定の第１の利得まで漸次低下させると同時に、デバイスを動作させてそのインピーダンスを漸次小に制御する制御手段とを有する構成としたものである。
【００１３】
この発明では、送信波を発生する直前に、増幅器を予め起動して最大利得としてある程度電流を流しておき、送信波の発生出力直後は、増幅器の利得を所定の第１の利得まで漸次低下させると同時に、デバイスを動作させてインピーダンスを漸次小に制御するようにしたため、増幅器に流れる電流が減少すると同時に、デバイスに流れる電流が漸次増加し、これにより増幅器とデバイスの消費電流の和の傾きは、デバイスを単体で動作させるときの消費電流の傾きよりも小さくすることができ、電源から見た突入電流の対時間変化量も小さくなる。
【００１４】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、デバイスはパワーアンプであり、制御手段は、送信波の発生出力直後は、増幅器の利得を最大利得から第１の利得まで漸次低下させると同時に、パワーアンプの利得を最小利得から所定の第２の利得まで漸次上昇させるように制御することを特徴とする。
【００１５】
ここで、上記の送信波は、時分割多元接続方式の送信波であってもよい。また、上記の制御手段は、送信波の送信停止直後は、増幅器の利得を第１の利得から最大利得まで漸次上昇させると共に、デバイスの利得を第２の利得から最小利得まで漸次減少させるように制御することを特徴とする。これにより、デバイスの立ち上げ時と立ち下げ時とで、逆の動作をさせることができる。
【００１６】
ここで、上記の送信手段は、送信波を無線送信する伸縮自在なアンテナであるか、デバイスの出力端子に対して接続・非接続自在な、デバイスから出力された送信波を有線送信する同軸ケーブルであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる送信回路の一実施の形態の回路系統図を示す。この実施の形態はＴＤＭＡ方式で無線信号を送受信する無線機の送信ブロックの一部を構成している送信回路１０で、送信波を発生する送信波発生回路１１と、送信波を増幅する増幅器１２と、複数のパワーアンプ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが縦続接続されており、増幅器１２の出力送信波を電力増幅するデバイス１３と、増幅器１２及びデバイス１３に動作電源電圧を供給する電源１４と、増幅器１２及びデバイス１３の動作を制御する制御回路１５と、デバイス１３からの送信波を自由空間に無線送信するアンテナ１６とより構成されている。
【００１８】
送信波発生回路１１は、この送信回路１０で送信されるべき信号の送信周波数、変調方式を定義した信号源である。増幅器１２は、送信波発生回路１１から出力された送信波を増幅して出力する。増幅器１２の増幅量（利得）は、制御回路１５により制御される。増幅器１２の消費電流は、その出力信号のレベルに比例する。
【００１９】
デバイス１３は、ここでは入力された送信波を電力増幅する３つのパワーアンプ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが縦続接続された構成である。デバイス１３の電力増幅量は、制御回路１５により制御される。電源１４は、増幅器１２とデバイス１３を動作させる直流電圧源である。制御回路１５は、増幅器１２とデバイス１３の出力状態を制御する。アンテナ１６は、デバイス１３から出力された信号を自由空間に放射する。
【００２０】
次に、本実施の形態の動作について、図２のタイミングチャートを併せ参照して説明する。図１において、送信波発生回路１１により発生されて取り出される送信波は、増幅器１２により例えば出力１０ｄＢｍ以下の線形性の良好な小信号増幅された後、デバイス１３に供給され、ここで例えば出力３０ｄＢｍ程度に電力増幅された後、アンテナ１６を介して空間に放射される。
【００２１】
ところで、送信波を時分割で出力するＴＤＭＡ方式においては、実際に出力される信号の前後でデバイス１３の電源又はデバイス１３の出力に比例する制御信号を急激に立ち上げる、あるいは立ち下げる必要がある。このとき、デバイス１３の動作状態によって突入電流から見込んだインピーダンスは随時変化するため、突入電流の変化量は大きくなる。
【００２２】
そこで、本実施の形態においては、制御回路１５が増幅器１２とデバイス１３を同期して利得制御することにより、上記の突入電流の変化量を極力小さく抑制するようにしたものである。すなわち、送信波を発生する前に制御回路１５は図２（ａ）に示すように時刻ｔ１から増幅器１２の利得を最大利得に制御して、ある程度の電流を図２（ｃ）に示すように増幅器１２に流しておく。
【００２３】
この状態で時刻ｔ２で送信波発生回路１１から送信波が出力されるとすると、制御回路１５は時刻ｔ２から図２（ａ）に示すように漸次増幅器１２の利得を低下させると同時に、デバイス１３に対して時刻ｔ２から図２（ｂ）に示すように漸次利得を上昇させるように制御する。制御回路１５からの制御信号に基づき、デバイス１３の利得の上昇開始時刻ｔ２から最大利得に達する時刻ｔ３までの立ち上がり時間では、図２（ｄ）に示すようにデバイス１３への突入電流Ｂは漸次上昇する。
【００２４】
一方、上記の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの立ち上がり時間では、図２（ａ）に示すように、増幅器１２が制御回路１５からの制御信号に基づき、最大利得から最小利得にまで制御されるため、増幅器１２のへの突入電流Ａは同図（ｃ）に示すように漸次減少していく。従って、電源１４より流出する増幅器１２とデバイス１３の消費電量の和（Ａ＋Ｂ）の傾きは、図２（ｅ）に示すように、デバイス１３を単体で立ち上げるときの同図（ｄ）に示す突入電流Ｂよりも小さくなり、電源１４から見た突入電流の対時間変化量も小さくなる。これにより、電源１４及び給電端子からデバイス１３に至る経路が他に与える影響を最低限にすることかでき、装置の安定動作を実現できる。
【００２５】
図２に示すように、時刻ｔ３から送信を停止する時刻ｔ４の間の有効送信期間では、増幅器１２及びデバイス１３は、それぞれ制御回路１５により所定の一定の利得に制御されるため、電源１４より流出する電流も一定である。送信停止時刻ｔ４以降デバイス１３の利得が最小値に達する時刻ｔ５までの立ち下がり時間では、立ち上がり時間と逆の制御動作が制御回路１５から増幅器１２及びデバイス１３に対して行われ、やはり対時間における消費電流の変化を、デバイス１３単体で動作させるときよりも小さくすることができる。
【００２６】
立ち上がり時だけでなく、立ち下がり時も立ち上がり時と同様に対時間における消費電流の変化を小さくする理由は、この実施の形態が例えばＧＳＭ携帯電話に適用した場合、送信時の周波数スペクトラムが自チャンネルから漏洩しないように、立ち上げと立ち下げの比例定数を絶対値を同じに、符号を逆転することが求められているためである。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、送信開始前に予め増幅器１２に電流が流れているので、送信開始直後のデバイス１３の利得を上昇させるときに、電源１４から流出する電流が増幅器１２が無い場合に比べて小さくなるので、電源１４からデバイス１３に至る経路が他に与える影響が小さくなり、変調精度の改善を例とした装置としての安定動作が期待できる。
【００２８】
また、本実施の形態では、電源１４とデバイス１３とは直結されており、間にＦＥＴが挿入されている特開平１１−３０８１２３号公報記載の従来回路に比べて電圧降下・効率劣化が少なく有利である。また、電源１４あるいはデバイス１３の過渡状態における素子そのものの劣化を防ぐことができる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図３は本発明になる送信回路の他の実施の形態の回路系統図を示す。この実施の形態はＴＤＭＡ方式で無線信号を送受信する無線機の送信ブロックの一部を構成している送信回路２０で、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図３において、デバイス１３の出力端子は、同軸ケーブル２１を介して終端負荷２２に接続されている。この同軸ケーブル２１はデバイス１３に接続したり、切り離したりすることができ、例えば、デバイス１３に接続された携帯電話端末の出力端子に、同軸ケーブル２１を接続して外部に信号を送信する場合などがある。
【００３０】
この送信回路２０では、デバイス１３から出力された送信波は、同軸ケーブル２１を介して終端負荷２２に有線送信される。ここで、終端負荷２２としては、測定器あるいは基地局などがある。
【００３１】
ここで、点線Ｉで示す個所で同軸ケーブル２１を切り離しすることにより、デバイス１３の負荷条件が変化する。このため、デバイス１３の突入電流も同軸ケーブル２１を接続したか切り離したかにより変化する。デバイス１３への突入電流の大きさは、負荷が通常の状態とは異なる状態の方が大きい。このため、負荷条件が変化するような送信回路に本発明を適用した場合、設定した通常の負荷条件と異なる負荷条件の場合に効果が大きい。
【００３２】
前述した実施の形態では、アンテナ１６が伸縮可能な場合、伸張時又は縮小時のいずれか一方が通常の負荷状態と異なる負荷状態であるので、その時に本発明の効果が大きい。一方、この実施の形態では、前述した制御回路１５による増幅器１２及びデバイス１３の利得制御により、電源１４から流出する消費電流の変化を最小限に抑えることができるが、同軸ケーブル２１を接続したときを通常の負荷条件として設定した場合は、同軸ケーブル２１を切り離したときにデバイス１３への突入電流が大きくなるので、この場合に本発明の効果が大きい。
【００３３】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、制御回路１５から増幅器１２及びデバイス１３に対して互いに独立な制御信号を供給しているが、一方の制御信号から他方の制御信号を別の回路で生成して供給するようにしてもよい。
【００３４】
また、デバイス１３は以上の実施の形態では、代表例としてパワーアンプのような入力信号を増幅して出力するようなデバイスを仮定しているが、電流突入時にインピーダンスが大きく変わるようなもの（例えば、指定帯域を通過する／減衰するアクティブフィルタ）であれば、本発明の適用が可能である。更に、電源１４は、以上の実施の形態では電池を仮定しているが、出力電流に対して電圧を保持できない、いわゆる非安定電源であるならその定義は問わない。また、終端負荷２２はアンテナであってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信波を発生する直前に、増幅器を予め起動して最大利得としてある程度電流を流しておき、送信波の発生出力直後は、増幅器の利得を所定の第１の利得まで漸次低下させると同時に、デバイスを動作させてインピーダンスを漸次小に制御することにより、送信波の出力時の増幅器とデバイスの消費電流の和の傾きを、デバイスを単体で動作させるときの消費電流の傾きよりも小さくし、電源から見た突入電流の対時間変化量も小さく抑えるようにしたため、デバイスへの突入電流を低減することができ、また、電源及び給電端子からデバイスに至る経路が他に与える影響を最低限にすることができ、装置の安定動作を実現できる。
【００３６】
また、本発明によれば、電源からの出力電流の瞬時性が小さくなるので、電源あるいはデバイスの過渡状態における素子そのものの劣化を防ぐことができる。
【００３７】
また、本発明によれば、電源とデバイスとの間は直結されており、間にスイッチ等を挿入する構成の従来回路に対して動作電圧や動作効率に関して有利であり、更に、本発明によれば、電源は単一であるので、複数の電源を必要とする従来回路に比べて携帯型機器に適用して好適であり、更にまた、本発明によれば、増幅器とデバイスの電流制御には比較的大型な素子を必要とする遅延回路を用いていないため、遅延回路が必要な従来回路に比べて、小型・軽量化が要求される形態が他機器に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の回路系統図である。
【図２】図１の動作説明用タイミングチャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態の回路系統図である。
【符号の説明】
１０、２０　送信回路
１１　送信波発生回路
１２　増幅器
１３　デバイス
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ　パワーアンプ
１４　電源
１５　制御回路
１６　アンテナ
２１　同軸ケーブル
２２　終端負荷

Claims

送信波を発生する送信波発生回路と、
前記送信波発生回路からの前記送信波を増幅する増幅器と、
前記増幅器と共に電源に直接接続されており、前記増幅器により増幅された前記送信波に対して所定の信号処理を行う、電流突入時にインピーダンスが変わる特性のデバイスと、
前記デバイスからの前記送信波を送信する送信手段と、
前記送信波発生回路から前記送信波を発生する直前に、前記増幅器を予め起動して最大利得としておき、前記送信波の発生出力直後は、前記増幅器の利得を所定の第１の利得まで漸次低下させると同時に、前記デバイスを動作させて、そのインピーダンスを漸次小に制御する制御手段と
を有することを特徴とする送信回路。
前記デバイスはパワーアンプであり、前記制御手段は、前記送信波の発生出力直後は、前記増幅器の利得を前記最大利得から前記第１の利得まで漸次低下させると同時に、前記パワーアンプの利得を最小利得から所定の第２の利得まで漸次上昇させるように制御することを特徴とする請求項１記載の送信回路。
前記送信波は、時分割多元接続方式の送信波であることを特徴とする請求項１又は２記載の送信回路。
前記制御手段は、前記送信波の送信停止直後は、前記増幅器の利得を前記第１の利得から前記最大利得まで漸次上昇させると共に、前記デバイスの利得を前記第２の利得から前記最小利得まで漸次減少させるように制御することを特徴とする請求項２又は３記載の送信回路。
前記送信手段は、前記送信波を無線送信する伸縮自在なアンテナであることを特徴とする請求項１記載の送信回路。
前記送信手段は、前記デバイスの出力端子に対して接続・非接続自在な、前記デバイスから出力された前記送信波を有線送信する同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１記載の送信回路。