JP2004532565A

JP2004532565A - 送信器の効率を向上させるための方法及び装置

Info

Publication number: JP2004532565A
Application number: JP2002580480A
Authority: JP
Inventors: ボリンデル，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: WO2002082637A1; US6963241B2; US20040104770A1; JP4061197B2

Abstract

本発明は概してＲＦ送信器の分野に関し、より詳細には少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれで異なるパワーレベルで送信することができる送信器の効率を向上させるための方法及び装置に関する。提示された本発明の方法並びに本発明の送信器は、少なくとも１つの電力増幅器を含み、電力増幅器の効率を高く保つために、出力パワーが変化したときに、伝送経路の負荷が変更される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してＲＦ技術の分野に関し、より詳細にはＲＦ送信器の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ送信器の多くのアプリケーションにおいて、ＲＦ送信器が様々なパワーレベルで送信できるようにするのが望ましい。これは例えば、移動無線通信において、移動局並びに基地局の無線出力パワーを、信号品質及び送信器と受信器の距離に応じて好適には可変とすべきであるような場合である。
【０００３】
出力パワーレベルの変更がＲＦ送信器の電力増幅器への入力を変更するだけで達成できる場合には、電力増幅器はいくつかのパワーレベルで、電源電圧及び入力パワーレベルの複数の組合わせで動作する必要があり、これは電力増幅器の効率を悪化させる。電源電圧は調整されてもよく、電力増幅器の効率は最も高いパワーレベルに合わせて最適化されるが、効率は電力増幅器への入力パワーレベルが低下するにつれて悪化する。移動局などにおけるようなＲＦ送信器の多くのアプリケーションでは、電源として制限されたエネルギーを有する電池に依存しなければならないので、ＲＦ送信器の効率の悪化は深刻な問題である。
【０００４】
この問題は以前は、電力増幅器への入力パワーレベルが低下するにつれて電源電圧を低下できるように、設定可能なスイッチング電源を電力増幅器に設け、電力増幅器の効率を高いレベルにとどめることで解決されてきた。知られている別の解決策は、電力増幅器の出力に複数の切り換えステップを有する変圧器を設け、その結果、異なった時間で変圧器の異なった部分が送信器の出力に接続されるので、電力増幅器への入力パワーレベルを変化させずに、出力信号のパワーを変える事ができる。しかしながら、これらの解決策それぞれにはある欠点がある。設定可能なスイッチング電源は、送信されるＲＦ信号に干渉する妨害を発生する。更に、大きな周波数範囲をカバーする超高周波用の変圧器を設計するのは困難である。今日多くの送信器は、例えば移動無線電話のように、大きな周波数範囲用に設計されており、送信器が１つより多くの遠く離れた周波数帯域で動作するように設計されることが多いので、変圧器の解決策は最適ではない。従って、出力パワーが変化したときに効率が悪化することがなく、出力パワーが変化したときにＲＦ信号への妨害をもたらさない、広い周波数範囲で様々なパワーレベルでＲＦ信号を送信することができる送信器が所望されている。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、１つより多い周波数帯域での送信が可能であり、送信器の効率を大きく低下させず、かつ送信されるＲＦ信号への妨害をもたらさずに、ＲＦ送信器の送信パワーレベルを変更することができる、方法及び装置を提供することである。
【０００６】
この目的は、少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれで、少なくとも２つのパワーレベルでＲＦ信号を送信する送信器によって達成される。この送信器は、動作負荷（working load）と第１の電子回路とに接続された少なくとも１つの電力増幅器を備えている。第１の電子回路は、動作負荷と並列に、少なくとも１つの電力増幅器と該少なくとも１つの電力増幅器からの配線長（line length）で接続されている。第１の電子回路は、直列に接続されたリアクティブ・インピーダンス（reactive impedance）及びスイッチング・デバイスとを含んでおり、スイッチング・デバイスが閉じているとき、リアクティブ・インピーダンス及び配線長は、送信器が少なくとも２つのパワーレベルの一方で送信するとき、少なくとも１つの電力増幅器の効率に関して選択された負荷を提供するように選択されている。送信器が１つより多くの電力増幅器を含む場合、第１の電子回路が電力増幅器に接続される配線長は、それぞれの電力増幅器に対して異なっている。
【０００７】
本発明の目的は、送信器が送信する出力パワーレベルを変更するのに応じて送信器の効率を改善する、本発明の方法によっても達成される。送信器は少なくとも２つの周波数帯域それぞれにおいて少なくとも２つのパワーレベルでの送信が可能であり、送信器は動作負荷に接続された電力増幅器を備えている。本発明の方法では、少なくとも１つの電子回路が、動作負荷と並列に、電力増幅器からの配線長で電力増幅器と接続されており、電子回路がスイッチング・デバイス及びリアクティブ・インピーダンスを含んでおり、配線長及びリアクティブ・インピーダンスは、少なくとも２つのパワーレベルの一方で少なくとも２つの周波数帯域の一方において送信器が送信するときに、効率に関して最適な負荷を形成するように選択されている。送信器が、配線長及びリアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択されたパワーレベル及び周波数帯域で送信する場合、上記のスイッチング・デバイスは閉じている。送信器が、配線長及びリアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択されていないパワーレベル及び／又は周波数帯域で送信する場合、上記のスイッチング・デバイスは開いている。
【０００８】
本発明の方法及び送信器によって、送信器の電力増幅器の負荷が、単純な方法で、送信されるＲＦ信号への妨害なしに、送信器が送信するパワーレベルに調整される。このように、電力増幅器、従って、送信器の効率は、送信器の出力パワーの変化によって低下されることはない。
【０００９】
本発明の送信器の一実施形態では、少なくとも１つの電力増幅器は、それぞれが少なくとも２つの周波数帯域の一方におけるＲＦ信号で動作可能な２つの独立した電力増幅器である。２つの電力増幅器は、この実施形態では異なった配線長で第１の電子回路に接続されている。第１の電子回路のリアクティブ・インピーダンスと２つの配線長は、送信器が少なくとも２つの周波数帯域の一方で送信するときに、スイッチング・デバイスが閉じているとき、上記の負荷を提供するように選択されている。この実施形態の１つの態様では、リアクティブ・インピーダンスは、送信器が少なくとも２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、スイッチング・デバイスが閉じているときに、上記の負荷を提供するように選択される。送信器が送信する少なくとも２つのパワーレベルは、少なくとも２つの周波数帯域に対して、同じであっても異なっていてもよい。第１の電子回路のリアクティブ・インピーダンスは、この実施形態では、例えば、並列あるいは直列のキャパシタ及びインダクタから形成されてもよい。その上、２つの電力増幅器は、異なった変調モードのＲＦ信号で動作可能であってもよい。
【００１０】
本発明の送信器の第２の実施形態では、少なくとも１つの電力増幅器は、少なくとも２つの周波数帯域のＲＦ信号で動作可能な単一の電力増幅器であり、それに第２の電子回路が接続されている。第２の電子回路は、動作負荷及び第１の電子回路と並列に、電力増幅器から第２の配線長で接続されている。第２の電子回路は、第２のリアクティブ・インピーダンスと第２のスイッチング・デバイスを含んでいる。第１の電子回路のリアクティブ・インピーダンス及び配線長は、デュアルモードの送信器が少なくとも２つの周波数帯域の第１の帯域において少なくとも２つのパワーレベルの一方で送信するときに、電力増幅器の効率に関して選択された上記の負荷を提供するように調整されている。第２のリアクティブ・インピーダンス及び第２の配線長は、デュアルモードの送信器が少なくとも２つの周波数帯域の第２の帯域において少なくとも２つのパワーレベルの一方で送信するときに、電力増幅器の効率に関して選択された負荷を提供するように選択されている。第１の電子回路のリアクティブ・インピーダンス及び配線長が関連して選択されたパワーレベルと、第２の電子回路のリアクティブ・インピーダンス及び配線長が関連して選択されたパワーレベルとは同じであっても、異なっていてもよい。
【００１１】
本発明の送信器の第３の実施形態では、少なくとも１つの電力増幅器は、少なくとも２つの周波数帯域のＲＦ信号で動作可能な単一の電力増幅器であり、送信器は電力増幅器の出力に接続されたフィルタ回路を含んでいる。フィルタ回路は、少なくとも２つの周波数帯域に対して異なった電気的長さ（electrical length）を提供する。これらの電気的長さ、第１の電子回路の配線長及びリアクティブ・インピーダンスは、スイッチング・デバイスが閉じており、送信器が少なくとも２つの周波数帯域の一方で送信するときに、上記の負荷を提供するように選択されている。電気的長さ、第１の電子回路の配線長及びリアクティブ・インピーダンスは、スイッチング・デバイスが閉じているときに、送信器が少なくとも２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、上記の負荷を提供するように選択され得る。
【００１２】
本発明の一態様では、第１の電子回路の配線長及びリアクティブ・インピーダンスは、スイッチング・デバイスが開いているときの負荷とスイッチング・デバイスが閉じているときの負荷の比率が、スイッチング・デバイスが閉じているときに送信器が送信するように設計されたパワーレベルと吸いチング・デバイスが開いているときに送信器が送信するように設計されたパワーレベルとの比率に等しい。
【００１３】
本発明の方法の一態様では、少なくとも１つの電子回路は、単一の電子回路であり、デュアルモードのＲＦ送信器は、該電子回路へ異なった配線長で接続された２つの独立した電力増幅器を含んでいる。各電力増幅器は、周波数帯域の一方で動作可能である。電子回路のリアクティブ・インピーダンス及び２つの配線長は、スイッチング・デバイスが閉じたときに、送信器が少なくとも２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、上記の負荷を提供するように選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、単に例として示す本発明の好適な実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】
ＲＦ送信器によって送信されるＲＦ信号の出力パワーが変化するときに、電力増幅器の効率を向上するためには、動作負荷に加えて可変負荷を送信経路に用いることができる。送信されるＲＦ信号のパワーレベルを変えるために、電力増幅器に供給されるＲＦ信号のパワーレベルが変化するとき、送信経路の負荷は電力増幅器の効率が高い値に保たれる負荷に変更されてもよい。送信器の出力パワーレベルが変化するときに、電力増幅器の出力電圧は一定に保たれるのが好ましいが、電力増幅器にかかる負荷は変化する。従って、電力増幅器によって消費されるエネルギーは、負荷を調整せずに電力増幅器に供給されるＲＦ信号が変更される場合と比べて小さくなるであろう。
【００１６】
２つの異なった周波数帯域ｆ₁及びｆ₂でＲＦ信号を送信する、デュアルバンドＲＦ送信器の例１００、あるいは単に送信器１００が、図１に概略的に示されており、この送信器１００は、送信器１００が送信しているパワーレベルに応じて負荷を変化させる原理に従って動作する。これらの周波数帯域は、例えば、ＧＳＭ（汎欧州デジタル移動電話方式）及びＤＣＳ（デジタル通信方式）のアップリンク周波数帯域に対応する、８９０ＭＨｚから９１５ＭＨｚと１７１０ＭＨｚから１７８５ＭＨｚであってもよく、あるいは他のあらゆる周波数帯域でもよい。図１のデュアルバンドＲＦ送信器１００は、２つの電力増幅器１０５及び１１０を含んでいる。電力増幅器１０５は２つの周波数帯域の一方ｆ₁内のＲＦ信号で動作し、電力増幅器１１０は他方の周波数帯域ｆ₂内のＲＦ信号で動作する。２つの伝送経路１１５及び１２０は、電力増幅器１０５及び１１０をコンバイナ１２５にそれぞれ接続し、コンバイナ１２５は２つの電力増幅器１０５及び１１０を同じ出力ポートに接続する。伝送経路１１５および１２０の配線長ｌ₁及びｌ₂は独立して調整され得る。コンバイナ１２５は、例えば、フィルタ・ダイプレクサ又はスイッチであってもよい。そしてコンバイナ１２５の出力は、電子回路１３０及び動作負荷１３５に接続され、電子回路１３０及び動作負荷１３５は並列に接続されている。動作負荷１３５は、例えば、別の増幅器やアンテナであってもよく、このアンテナは例えばアンテナ・アレイを含んでいてもよい。
【００１７】
電子回路１３０は、リアクティブ・インピーダンスに直列に接続されたスイッチ１４０を含んでおり、リアクティブ・インピーダンスのリアクタンスは周波数に依存し、このためリアクティブ・インピーダンスは２つの周波数帯域で異なったリアクタンスを提供する。図１では、代表的リアクティブ・インピーダンスとして、キャパシタンスＣ₁₄₅のキャパシタ１４５とインダクタンスＬ₁₅₀のインダクタ１５０を並列に接続したものを使用する。電子回路１３０のリアクティブ・インピーダンスは、直列に接続されたキャパシタンス及びインダクタンスを代替的に含んでいたり、より複雑な回路網であってもよい。スイッチ１４０が開いているとき、電力増幅器１０５又は１１０の出力でＲＦ信号にかかるインピーダンスは、動作負荷１３５のインピーダンスによって設定され、スイッチ１４０が閉じているとき、ＲＦ信号にかかるインピーダンスは、動作負荷１３５のインピーダンスと電子回路１３０のインピーダンスによって決定されるであろう。
【００１８】
特性アドミタンスＹ₀を有し、接続された負荷のアドミタンスがＹ_Lの、伝送経路の反射係数ρは、以下の式、
【数１】

で定義され、ここで、ｙ_Lは正規化負荷アドミタンスである。負荷が接続されている点からの電気的長さがφの地点でかかるインピーダンスＺは、
【数２】

であり、ここで、Ｚ₀＝１／Ｙ₀であり、電気的長さφは角度項で表わされる伝送経路でのＲＦ信号の波長で測定される。
【００１９】
図１において、電子回路１３０と動作負荷１３５は共に接続点１５５で接続されている。動作負荷が単に抵抗性とみなせる場合、スイッチ１４０が閉じているときの全負荷のアドミタンスＹ_L ^closedは、以下の式、
【数３】

のように表わすことができ、ここで、Ｇ_WLは動作負荷のコンダクタンス、Ｂ₁₃₀は電子回路１３０のサセプタンス、ωはＲＦ信号の角周波数である。スイッチ１４０が開いているとき、全負荷のアドミタンスＹ_L ^openは、単純に以下の式、
Ｙ_L ^open＝Ｇ_WL （４）
で表わされる。動作負荷１３５のインピーダンスがリアクタンス成分を有している場合、式（３）及び（４）はそれに合わせて調整する必要がある。
【００２０】
異なった出力パワーレベルで異なった負荷インピーダンスの送信器１００を設計するとき、送信器の出力パワーレベルが変わっても電力増幅器１０５および１１０の出力電圧が同じとなるように、異なった負荷インピーダンスが選択されるのが好ましい。従って、Ｚ_closedとＺ_openの比率は、スイッチング・デバイスが開いたときと閉じたときそれぞれに対応して設計されたパワーレベル、Ｐ_openとＰ_closedの比率に等しいのが好ましい。式（１）に式（３）及び（４）を代入することで、反射係数ρ_openとρ_closedそれぞれについての式が求まる。ρ_closedを式（２）に代入することで、接続点１５５からの電気的長さφの地点でのＺ_closedの値が求められ、ρ_openを同じ式に代入することで、Ｚ_openの式が同様に得られる。動作負荷のアドミタンスＧ_WLが特性アドミタンスＹ0と等しい場合、ρ_open＝０であり、スイッチ１４０が開いているときに電力増幅器１０５及び１１０にかかる負荷は、配線長ｌ₁及びｌ₂に関わらず、Ｚ₀となる。従って、Ｐ_open／Ｐ_closedの所望の値と等しく設定された、Ｚ_closed／Ｚ_openの式は、以下のように表わされる。
【００２１】
【数４】

【００２２】
式（５）は、サセプタンスＢ₁₃₀及び電気的長さφの値の異なる２つの組によって解かれる。電力増幅器１０５及び１１０はそれぞれ、接続点１５５への独立した電気的長さφ₁₀₅及びφ₁₁₀を有し、これら電気的長さは伝送経路１１５及び１２０が変化すると共に独立して調整可能である。その上、サセプタンスＢ₁₃₀（ω）は周波数の関数である。２つの電力増幅器が異なる周波数帯域内のＲＦ信号で動作するので、各電力増幅器複数の周波数帯域の一方のＲＦパワー信号で動作し、φ₁₀₅及びＢ₁₃₀（ω₁）並びにφ₁₁₀及びＢ₁₃₀（ω₂）は、送信器１００が２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、Ｚ_closed／Ｚ_openの値が同じとなるように選択され得る。電子回路１３０の共振周波数が２つの周波数帯域ｆ₁及びｆ₂の間となるように、Ｃ₁₄₅及びＬ₁₅₀を選択することにより、サセプタンスＢ₁₃₀は例えば、周波数帯域ｆ₁で１つの値となり、周波数帯域ｆ₂ではモジュールが同じで符号が反対の別の値となる。
【００２３】
説明のため、９００ＭＨｚ及び１８００ＭＨｚをそれぞれの中心とした２つの代表的周波数帯域で動作する、代表的デュアルバンドＲＦ送信器１００に基づいて、数字を以下で例示する。スイッチ１４０が閉じているときの本例の所望のパワーレベルは、スイッチが開いているときのパワーレベルの半分、すなわち、Ｐ_open／Ｐ_closedの所望の値は２である。本例での特性アドミタンスＹ0は０．０２Ω^-1である。ＲＦ信号は代表的伝送ラインを０．６ｃの速度で移動し、ここでｃは光速である。本例に適用可能な値を式（５）に代入すると、ｂ＝Ｂ₁₃₀／Ｙ₀のときに、以下の式が得られる。
【００２４】
【数５】

【００２５】
式（６）は、以下のｂ及びφの組で成り立つ。
【００２６】
【数６】

【００２７】
数字の例示での計算において、２つの周波数帯域それぞれにおける１つの周波数が選択されて上記の式に代入されている。すなわち、第１の周波数帯域を表わすのに９００ＭＨｚが使用され、第２の周波数帯域を表わすのに１８００ＭＨｚが使用されている。２つの周波数９００ＭＨｚ及び１８００ＭＨｚに対応した２つの角周波数ω₁及びω₂の値をｂの式に代入すると、
【数７】

となり、ｂ₁及びｂ₂の平方根に等しい式を求めると、Ｃ₁₄₅及びＬ₁₅₀に好適な値が得られる。ここで検討した例では、Ｃ₁₄₅は２．５ｐＦに選択すべきであり、Ｌ₁₅₀は６．３ｎＨに選択すべきであることが分かる。
【００２８】
同様な方法で、式（７）のφ₁及びφ₂の平方根と周波数ｆ₁及びｆ₂の値を用いて、電力増幅器１０５及び１１０それぞれを分離すべき配線長ｌ₁及びｌ₂の値と、接続点１５５を求めることができる。本例のＲＦ信号は、ｃが光速のとき０．６ｃで伝送されるので、ｌについての式は、
【数８】

となる。これから低い周波数帯域に対応するｌ₁を３．０ｃｍとし、高い周波数帯域に対応するｌ₂を３．５ｃｍとすべきであることが分かる。これらの長さにそれぞれのＲＦ信号の半波長のいずれの倍数を加えてもよい。
【００２９】
上記の数字の例示は単に説明のための例であり、図１の本発明の送信器はあらゆる２つの周波数帯域において、２つの出力パワーレベルの比率がどんな値でも、動作負荷のインピーダンスがどんな値でも使用できる。伝送ラインの特性アドミタンスＹ₀はどんな値でもよい。その上、図１に示した本発明の送信器１００は、デュアルモードの送信器、すなわち、電力増幅器１０５及び１１０は異なった周波数のＲＦ信号だけでなく、異なった変調モードで動作可能であってもよい。例えば、電力増幅器１０５が周波数ｆ₁のＡＭ変調された信号で動作可能であり、電力増幅器１１０が周波数ｆ₂のＦＭ変調された信号で動作可能であってもよい。電子回路１３０のキャパシタ１４５及びインダクタ１５０は、図１に示したように並列接続される代わりに直列接続されてもよく、あるいは電子回路１３０のリアクティブ・インピーダンスとしてより複雑な回路網を使用してもよい。その場合には式（３）を合わせて調整する必要がある。
【００３０】
送信器１００によって送信される周波数帯域ｆ₁のＲＦ信号は、周波数帯域ｆ₂のＲＦ信号と同じパワーで送信されても、異なったパワーで送信されてもよい。周波数帯域ｆ₁のアドミタンスＹ_L ^closedが周波数帯域ｆ₂のアドミタンスＹ_L ^closedと同じとなるように、電子回路１３０のリアクティブ・インピーダンスと配線長ｌ₁及びｌ₂が選択された場合、負荷を調整する２つのパワーレベル間の比率は同じとなる。２つの周波数帯域でアドミタンスＹ_L ^closedが異なるように、電子回路１３０のリアクティブ・インピーダンスと配線長ｌ₁及びｌ₂を選択してもよい。
【００３１】
図２には、デュアルバンドＲＦ送信器２００、あるいは単に送信器２００が概略的に示されているが、この送信器２００は２つの異なった周波数帯域ｆ₁及びｆ₂のＲＦ信号を送信できる。送信器２００は、動作負荷１３５に接続され、両方の周波数帯域ｆ₁及びｆ₂のＲＦ信号で動作可能な電力増幅器２０５を含んでいる。動作負荷１３５と並列に接続された２つの電子回路２１５及び２２０は、電力増幅器からそれぞれ配線長ｌ₁及びｌ₂で接続点２２５及び２３０で接続されている。電子回路２１５は、インピーダンスＸ₂₃₅（ω）のリアクティブ・インピーダンス２３５とスイッチ２４０を含んでおり、電子回路２２０は、インピーダンスＸ₂₄₅（ω）のリアクティブ・インピーダンス２４５とスイッチ２５０を含んでいる。配線長ｌ₁及びｌ₂は独立して選択され得るので、電力増幅器の出力と接続点２２５及び２３０との間の電気的長さφ₂₂₅及びφ₂₃₀は、独立して調整され得る。Ｘ₂₃₅（ω）、Ｘ₂₄₅（ω）、φ₂₂₅及びφ₂₃₀の値は、周波数帯域ｆ₁で送信するときにスイッチ２４０を閉じた場合と、周波数帯域ｆ₂で送信するときにスイッチ２５０を閉じた場合とで電力増幅器２０５にかかるインピーダンスが同じとなるように、式（１）及び（２）の原理に従って選択され得る。従って、電子回路２１５及び２２０のそれぞれは、周波数帯域の一方で動作するように調整され得、電子回路２１５及び２２０は、スイッチ２４０（ｆ₁の場合）又はスイッチ２５０（ｆ₂の場合）が閉じているときに、同じあるいは同様な負荷を提供するように調整され得る。このように、両方のスイッチを開放することによって、第１のパワーレベルでの送信に調整した一方の負荷が得られ、送信器が現在送信している周波数帯域に調整したスイッチを閉鎖することによって、第２のパワーレベルでの送信に調整した別の負荷が得られる。代替的に、電子回路２１５のリアクティブ・インピーダンス２３５が周波数帯域ｆ₁において提供するインピーダンスが、リアクティブ・インピーダンス２４５が周波数帯域ｆ₂において提供するインピーダンスと異なるようにして、２つの周波数帯域ｆ₁及びｆ₂において異なるパワーレベルで送信する送信器２００を設計してもよい。
【００３２】
図３には、周波数帯域ｆ₁及びｆ₂の両方においてＲＦ信号で動作可能な１つの電力増幅器２０５を含む、デュアルバンドＲＦ増幅器３００が示されている。ＲＦデュアルバンド送信器３００は、２つの周波数帯域ｆ₁及びｆ₂の信号に異なった配線長を提供するフィルタ回路３０５を含んでいる。フィルタ回路３０５は、電力増幅器２０５の出力と動作負荷１３５の間に直列に接続されている。フィルタ回路３０５の出力には、図１の電子回路１３０と同様の電子回路１３０が動作負荷１３５と並列に接続されている。図３に示されている代表的フィルタ回路３０５は、入力ＲＦ信号を分割するダイプレクサ３１０を含んでおり、その結果、ＲＦ信号の周波数帯域ｆ₁内にある部分が伝送経路３１５に伝送され、ＲＦ信号の周波数帯域ｆ₂内にある部分が伝送経路３２０に伝送される。伝送経路３１５及び３２０の配線長は、関連する周波数帯域ｆ₁又はｆ₂の所望の電気的長さを満たすように独立に調整され得る。そして伝送経路３１５及び３２０はコンバイナ３２５に接続され、コンバイナ３２５は２つの伝送経路３１５および３２０を同じ出力ポートに接続する。フィルタ回路３０５を、例えば、２つの異なった周波数帯域の信号に異なった配線長を提供することが可能な、単一のフィルタで置換えてもよい。２つの周波数帯域内のＲＦ信号に異なった電気的長さを提供するフィルタ回路３０５を導入することにより、両方の周波数帯域で動作可能な電力増幅器２０５が１つだけであるにもかかわらず、リアクティブ・インピーダンスと直列に接続された１つのスイッチング・デバイスを含む単一の電子回路１３０を用いることができる。図３に示された代表的電子回路１３０では、リアクティブ・インピーダンスはインダクタ３３５に直列に接続されたキャパシタ３３０として示されているが、電子回路１３０のリアクティブ・インピーダンスは、並列に接続されたインダクタンス及びキャパシタンス、あるいはより複雑な回路網で構成してもよい。
【００３３】
図１のキャパシタ１４５及びインダクタ１５０を、適切な長さの配線、あるいは所望の周波数依存性を有する適切なインピーダンスを有するあらゆる別の回路で置換してもよい。図３のキャパシタ３３０及びインダクタ３３５についても同様なことが言える。図２のリアクティブ・インピーダンスＸ₂₃₅（ω）及びＸ₂₄₅（ω）は、適切な方法で接続されたキャパシタ及びインダクタ、適切な長さの配線、あるいは所望の値のリアクティブ・インピーダンスを与える他のあらゆる回路で構成してもよい。スイッチ１４０、２４０及び２５０は、ダイオード・スイッチ、リレー、あるいは他のあらゆるタイプのスイッチング回路であってもよい。電子回路１３０のインピーダンスと電気的長さφ₁₀₅及びφ₁₁₀の値はいずれも、閉じたスイッチ１４０が開いたスイッチ１４０よりも高いか低いかのいずれかの出力パワーレベルを与えるように選択され得る。同様に、Ｘ₂₃₅（ω）及びＸ₂₄₅（ω）とφ₂₂₅及びφ₂₃₀の値は、閉じたスイッチが開いたスイッチよりも高いか低いかのいずれかの出力パワーレベルを与えるように選択され得る。図１及び２において、スイッチ１４０，２４０及び２５０は、電力増幅器と電子回路のリアクティブ・インピーダンスとの間に接続されるように示されている。スイッチ１４０、２４０及び２５０は、リアクティブ・インピーダンスの反対側、すなわち関連する電子回路のリアクティブ・インピーダンスとグランドとの間に位置していても結構である。
【００３４】
上記で検討した本発明は多くの様々なＲＦ送信器のアプリケーションで有効であり、とりわけデュアルバンド移動局内のデュアルバンドＲＦ送信器が重要なアプリケーションである。代表的送信器１００、２００及び図３に示した３００は、いずれも別々の２つの周波数帯域においてＲＦ信号を送信可能なデュアルバンドＲＦ送信器である。しかしながら、本発明はデュアルバンドＲＦ送信器に限定されず、２つより多い周波数帯域でＲＦ信号を送信可能な送信器に適用可能であることを理解されたい。
【００３５】
本発明は、負荷が調整されたパワーレベルとは別のパワーレベルでの送信に用いることができる。例えば、図１の送信器１００が、負荷が調整されたパワーレベルのいずれでもないパワーレベルでの送信に使用される場合、スイッチ１４０は開放するか閉鎖するかのいずれかとできる。スイッチが開放するか閉鎖するかは、２つの負荷のどちらが特定のパワーレベルで２つの電力増幅器１０５及び１１０に最適な効率をもたらすかに依存してもよい。同様に、図２のスイッチ２４０及び２５０並びに図３のスイッチ１４０を、負荷が調整されたパワーレベルのいずれでもないパワーレベルで送信するときに、開放するか閉鎖するかのいずれかとできる。
【００３６】
本発明が、説明のためのみに提示した添付図面及び上記の発明を実施するための最良の形態に開示した実施形態に限定されないことは、当業者にはわかるであろう。本発明は、多くの様々な方法で実施可能であり、特許請求の範囲によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】２つの電力増幅器を含み、２つの異なったパワーレベルで送信する、デュアルバンドＲＦ送信器を示す図である。
【図２】単一の電力増幅器を含み、２つの異なったパワーレベルで送信する、デュアルバンドＲＦ送信器を示す図である。
【図３】単一の電力増幅器を含み、２つの異なったパワーレベルで送信する、別のデュアルバンドＲＦ送信器を示す図である。

Claims

少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれで少なくとも２つのパワーレベルでＲＦ信号を送信し、動作負荷に接続された少なくとも１つの電力増幅器を備えた送信器であって、
前記動作負荷と並列に前記少なくとも１つの電力増幅器に該電力増幅器からの配線長で接続されており、直列に接続されたリアクティブ・インピーダンスとスイッチング・デバイスとを含んでおり、前記送信器が前記２つのパワーレベルの一方で送信するとき、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記少なくとも１つの電力増幅器の効率に関して選択された負荷を提供するように、前記リアクティブ・インピーダンスと前記配線長が選択されている、第１の電子回路を含み、前記少なくとも１つの電力増幅器が１つより多い電力増幅器である場合、
前記第１の電子回路と複数の電力増幅器とを接続する配線長が、各電力増幅器で異なっていることを特徴とする送信器。
前記少なくとも１つの電力増幅器が、それぞれが前記少なくとも２つの周波数帯域の一方におけるＲＦ信号で動作可能な２つの別個の電力増幅器であり、該２つの電力増幅器が異なる配線長で前記第１の電子回路と接続されており、
前記送信器が前記２つの周波数帯域の一方で送信するとき、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記負荷を提供するように、前記第１の電子回路の前記リアクティブ・インピーダンスと２つの配線長とが選択されていることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
更に、前記送信器が前記少なくとも２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、前記負荷を提供するように、前記第１の電子回路の前記リアクティブ・インピーダンスと前記２つの配線長とが選択されていることを特徴とする請求項２に記載の送信器。
更に、前記送信器が送信するように設計された前記少なくとも２つのパワーレベルが、前記少なくとも２つの周波数帯域について同じであることを特徴とする請求項３に記載の送信器。
更に、前記２つの電力増幅器が、異なった変調モードのＲＦ信号で動作可能であることを特徴とする請求項２に記載の送信器。
前記少なくとも１つの電力増幅器が、前記少なくとも２つの周波数帯域の全てのＲＦ信号で動作可能な単一の電力増幅器であり、
前記動作負荷及び前記第１の電子回路と並列に、前記電力増幅器から第２の配線長で第２の電子回路が接続されており、該第２の電子回路が、第２のリアクティブ・インピーダンス及び第２のスイッチング・デバイスを含んでおり、
前記第１の電子回路の前記リアクティブ・インピーダンス及び前記配線長が、前記送信器が前記少なくとも２つの周波数帯域の第１の帯域で送信するときに前記負荷を提供するように調整されており、
前記第２のリアクティブ・インピーダンス及び前記第２の配線長が、前記送信器が前記少なくとも２つの周波数帯域の第２の帯域で送信するときに、前記電力増幅器の効率に関して選択された負荷を提供するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
前記第１の電子回路の前記リアクティブ・インピーダンス及び前記配線長の選択に関するパワーレベルと、前記第２の電子回路の前記リアクティブ・インピーダンス及び前記配線長の選択に関するパワーレベルとが同じであることを特徴とする請求項６に記載の送信器。
前記少なくとも１つの電力増幅器が、少なくとも２つの周波数帯域の全てのＲＦ信号で動作可能な単一の電力増幅器であり、
前記電力増幅器の出力にフィルタ回路が接続されており、該フィルタ回路は、前記少なくとも２つの周波数帯域に対して異なる電気的長さを提供し、
前記第１の電子回路の前記電気的長さ、前記配線長及び前記リアクティブ・インピーダンスが、前記送信器が前記少なくとも２つの周波数帯域の少なくとも一方で送信するとき、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記負荷を提供するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
前記第１の電子回路の前記電気的長さ、前記配線長及び前記リアクティブ・インピーダンスが、前記送信器が前記少なくとも２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記負荷を提供するように選択されていることを特徴とする請求項８に記載の送信器。
前記第１の電子回路のリアクティブ・インピーダンスが、キャパシタ及びインダクタによって形成されており、該キャパシタ及びインダクタが並列又は直列に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の送信器。
前記第１の電子回路の前記配線長及び前記リアクティブ・インピーダンスが、前記スイッチング・デバイスが開いているときの負荷と前記スイッチング・デバイスが閉じているときの負荷との比率が、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記送信器が送信するように設計されたパワーレベルと前記スイッチング・デバイスが開いているときに前記送信器が送信するように設計されたパワーレベルとの比率と等しくなるように選択されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の送信器。
前記動作負荷がアンテナであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の送信器。
請求項１に記載の送信器を備えることを特徴とする移動局。
送信器が送信する出力パワーレベルを変更するのに応じて送信器の効率を向上させる方法であって、前記送信器が少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれで少なくとも２つのパワーレベルでＲＦ信号を送信し、該デュアルモードＲＦ送信器が動作負荷に接続された電力増幅器を備えており、
前記少なくとも１つの電力増幅器からの配線長を有し、スイッチング・デバイスとリアクティブ・インピーダンスとを含んでおり、前記配線長と前記リアクティブ・インピーダンスが、前記送信器が前記周波数帯域の一方において前記少なくとも２つのパワーレベルの一方で送信するときに、前記少なくとも１つの電力増幅器の効率に関して最適な負荷を形成するように選択されている、電子回路を前記動作負荷と並列に接続するステップと、
前記配線長及び前記リアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択された前記パワーレベル及び前記周波数帯域で前記送信器が送信する場合に、前記スイッチング・デバイスを閉鎖するステップと、
前記配線長及び前記リアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択されていないパワーレベル及び／又は周波数帯域で前記送信器が送信する場合に、前記スイッチング・デバイスを開放するステップと、を備えることを特徴とする方法。
前記送信器が、それぞれが前記少なくとも２つの周波数帯域の一方におけるＲＦ信号で動作可能で、異なる配線長で前記電子回路と接続されている２つの電力増幅器を含み、
前記送信器が前記２つの周波数帯域のどちらで送信するかに関わらず、前記スイッチング・デバイスが閉じているときに前記負荷を提供するように、前記電子回路の前記リアクティブ・インピーダンスと前記少なくとも２つの配線長とが選択されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記リアクティブ・インピーダンスが、並列又は直列に接続されたキャパシタ及びインダクタで形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記少なくとも１つの電力増幅器が、前記少なくとも２つの周波数帯域の全てのＲＦ信号で動作可能な単一の電力増幅器であり、前記方法が更に、
前記電力増幅器から第２の配線長を有し、第２のスイッチング・デバイスと第２のリアクティブ・インピーダンスとを含んでおり、前記第２の配線長と前記第２のリアクティブ・インピーダンスが、前記送信器が前記周波数帯域の第２の帯域において前記少なくとも２つのパワーレベルの一方で送信するときに、前記電力増幅器の効率に関して最適な負荷を形成するように選択されている、第２の電子回路を前記動作負荷と並列に接続するステップと、
前記第２の配線長及び前記第２のリアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択された前記パワーレベル及び前記周波数帯域で前記送信器が送信する場合に、前記第２のスイッチング・デバイスを閉鎖するステップと、
前記第２の配線長及び前記第２のリアクティブ・インピーダンスが最適な負荷を形成するように選択されていないパワーレベル及び／又は周波数帯域で前記送信器が送信する場合に、前記第２のスイッチング・デバイスを開放するステップと、を備えることを特徴とする方法。