JP2006014287A

JP2006014287A - 送信出力制御回路およびそれを用いた無線機器

Info

Publication number: JP2006014287A
Application number: JP2005147863A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Iwamiya; 裕樹岩宮; Yuuji Oosumi; 勇二大炭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】電力増幅装置に内蔵されたダイオードを検波器に用いることにより、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジに広範囲に対応することが可能であり、安定した送信出力制御回路を提供することを目的とするものである。
【解決手段】電力増幅器２１の出力端子２９に結合コンデンサ２４の一端と方向性結合器２８の主線路３０の一端を接続し、前記結合コンデンサ２４の他端と、前記方向性結合器２８の副線路３１の一端をダイオード２３のカソード、または第２の終端抵抗３５のいずれかに接続するスイッチ３３を電力増幅装置２０の内部に設け、前記スイッチ３３を切り替えることで、前記結合コンデンサ２４、または前記方向性結合器２８のいずれかに接続する構成とする送信出力制御回路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報通信分野の情報通信機器、特にアンテナから放射される送信信号を制御するための送信出力制御回路、およびそれを使用するための無線機器に関するものである。

図１０は、従来の送信出力制御回路を示す構成図である。この送信出力制御回路１に用いる電力増幅装置２は、電力増幅器３の他に検波器４ａのダイオード５、結合コンデンサ６を含む。

送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジが小さい場合は、電力増幅装置２に内蔵されたダイオード５、および外部の平滑回路７に用いる負荷抵抗８、平滑コンデンサ９を用いて検波器４ａを構成することが可能である。また、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジが大きい場合は、電力増幅装置２の外部に方向性結合器１０と検波器４ｂ、第１の終端抵抗１４を用いて、増幅器出力端子１１から見た信号出力端子１８のアイソレーションを十分に取ることで、電力増幅装置２の出力レベルの検出を行っていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平７−２１２２５６号公報

上記従来の構成による送信出力制御回路１では、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジが大きい場合、ＩＣ化されたダイオード５を使用することができず、電力増幅装置２の外部にも、別に検波器４ｂを必要とするため、回路の小型化が困難であった。

本発明は、電力増幅装置に内蔵されたダイオードを検波器に用いることにより、送信出力信号レベルの検波に必要な広範囲のダイナミックレンジに対応することが可能であり、安定した送信出力制御回路を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、電力増幅器と、前記電力増幅器の送信出力信号の一部を取り出す結合コンデンサと、前記電力増幅器により増幅された出力信号に対応する信号を入力して検波信号を生成する第１のダイオードと、を有する電力増幅装置と、方向性結合器と、前記方向性結合器の副線路の一端に接続された第１の終端抵抗と、第２の終端抵抗と、前記第１のダイオードのアノードが接続された平滑回路とから構成される送信出力制御回路であり、前記電力増幅器の出力端子に前記結合コンデンサの一端と前記方向性結合器の主線路の一端とが接続され、前記結合コンデンサの他端および前記方向性結合器の副線路の他端に、前記第１のダイオードのカソードまたは前記第２の終端抵抗のいずれかを接続するための切換え可能なスイッチが、前記電力増幅装置の内部に設けられ、前記スイッチの切換えにより、前記結合コンデンサまたは前記方向性結合器のいずれか一方を介して前記電力増幅器の送信出力信号の一部が取出されることを特徴とする送信出力制御回路である。

これにより、ＩＣ化されたダイオードを用いた検波器により、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジが小さい場合は、前記結合コンデンサを用いて送信出力信号の一部を取り出し、ダイナミックレンジが大きい場合は、前記方向性結合器を用いることで、アイソレーションが十分に得られた安定した送信出力信号の一部を取り出すことができるため、広範囲のダイナミックレンジにおいて使用することが可能となる。また、この構成とすることにより検波器が不要となるので、送信出力制御回路の小型化が可能となる。

本発明の送信出力制御回路は、電力増幅器の出力端子に結合コンデンサ、および方向性結合器を接続し、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジに応じてスイッチを切り替えることで、結合コンデンサ、または方向性結合器から出力信号の一部を取り出すことが可能な構成である。これにより、ダイナミックレンジが小さい場合、または大きい場合においても、電力増幅装置にＩＣ化されたダイオードを用いた検波器を使用することができるため、電力増幅装置の外部に設けた検波器が不要となり、送信出力制御回路の小型化が図れる。

また、電力増幅回路のベースバイアス端子に温度補償回路を設けることにより、周辺の温度変化に対し、安定した出力レベルを検波することが可能となる。

さらに、送信出力制御回路の小型化により、無線機器の小型化を実現することができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、６〜９に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の送信出力制御回路を示す構成図である。図１に示すように、この送信出力制御回路１９に用いる電力増幅装置２０には、電力増幅器２１の他に、検波器２２に用いる第１のダイオード２３、結合コンデンサ２４を含む。例えば送信出力制御回路１９の信号入力端子３７に入力される信号レベルがほぼ一定となるように制御されている場合は、電力増幅器２１の増幅器出力端子２９から出力される出力信号のレベルもほぼ一定であるため（約１５ｄＢｍ）、検波に必要なダイナミックレンジは１０ｄＢと小さくてよい。この場合、増幅器出力端子２９に接続される結合コンデンサ２４から送信出力信号レベルの一部を取り出す。

一方、送信出力制御回路１９の信号入力端子３７に入力される信号レベルが、他の機器で使用されている近傍チャンネルと干渉しないように制御されている場合は、検波に必要なダイナミックレンジは３５ｄＢと大きくなければならない。そのため、約−２０ｄＢｍの低い信号レベルでも検波する必要がある。このような低い信号レベルを検波する場合、結合コンデンサ２４を用いて送信出力信号レベルの一部を取り出すと、その信号出力信号には方向性が無いので、その取り出した信号に対するインピーダンスは、電力増幅器２１の増幅器出力端子２９に接続される負荷により変動しやすい。

そこで、電力増幅装置２０の増幅器出力端子２９に、方向性結合器２８の主線路３０の一端を接続し、他端を信号出力端子３９に接続する。また、方向性結合器２８の副線路３１の一端を第１の終端抵抗３２の一端に接続する。このような構成により、信号出力端子３９に対する増幅器出力端子２９のアイソレーションを十分に取ることができる。その結果、送信出力信号レベルは信号出力端子３９に接続される負荷の変動に影響されない安定したものとなっている。

ここで、電力増幅装置２０にスイッチ３３を設けることで、結合コンデンサ２４から取り出された送信出力信号レベルの一部と、方向性結合器２８から取り出された送信出力信号レベルの一部を、必要な検波のダイナミックレンジの大きさに応じて任意に選択することができる。

図２は、信号のダイナミックレンジが小さい場合のスイッチ３３の接続状態を示した図である。図２において、スイッチ３３内の端子３４ａと端子３４ｂが接続され、端子３４ｄと端子３４ｃが接続される。このような接続とすることで、電力増幅装置２０の送信出力レベルの一部は、結合コンデンサ２４から取り出され、内蔵されたダイオード２３、および外部の平滑回路２５に用いる負荷抵抗２６、平滑コンデンサ２７で構成される検波器２２により平滑化された信号となり、結果的に送信出力レベルを検出することが可能である。一方、方向性結合器２８は、第１の終端抵抗３２と接続されるため、電力増幅装置２０の信号は取り出されない。

図３は、信号のダイナミックレンジが大きい場合のスイッチ３３の接続状態を示した図である。図３において、スイッチ３３内の端子３４ｄと端子３４ｂが接続され、端子３４ａと端子３４ｃが接続される。このような接続とすることで、電力増幅装置２０の送信出力レベルの一部は、方向性結合器２８から取り出され、内蔵されたダイオード２３、および外部の平滑回路２５に用いる負荷抵抗２６、平滑コンデンサ２７で構成される検波器２２により平滑化された信号となり、結果的に送信出力信号レベルを検出することが可能である。一方、結合コンデンサ２４は、第２の終端抵抗３５と接続されるため、電力増幅装置２０の信号は取り出されない。

従来、図１０の送信出力制御回路１において、任意のダイナミックレンジが必要となる場合、電力増幅装置２０の内部と外部に２つの検波器を必要としていた。しかし、図１に示す本発明に係る送信出力制御回路１９では、スイッチ３３を設けることで電力増幅装置２０の外部には検波器が不要となるため、送信出力制御回路の回路の小型化を実現することができる。

さらに、電力増幅器２１の利得は周辺の温度によって変化するが、電力増幅回路２０のベースバイアス端子５０に温度補償回路４９を設けることにより、電力増幅器２１の利得の変化量に対して、ベースバイアス電圧を調節することができる。よって、周辺の温度が変化しても安定したレベルで送信信号を出力すると同時に、正確なレベルを検波することが可能となる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路において第２のダイオードを用いることを示す構成図である。

温度補償回路４９に構成される第２のダイオード５１のＰＮ接合の温度依存性を用いることで、前記電力増幅器２１の利得の変化量に対して、ベースバイアス端子５０に印加されるベースバイアス電圧の補償機能を持たせることが可能となる。これにより、周辺の温度が変化しても安定したレベルで送信信号を出力すると同時に、正確なレベルを検波することが可能となる。

また、図５は本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路においてバイポーラトランジスタを用いることを示す構成図である。図５に示すように、バイポーラトランジスタ５２のＰＮ接合の温度依存性を用いて、ベースバイアス電圧の補償機能を持たせることも可能である。

さらに、図６は本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路においてＭＯＳＦＥＴを用いることを示す構成図である。図６に示すように、ＭＯＳＦＥＴ５３のスレシュホールド電圧の温度依存性を用いて、ベースバイアス電圧の補償機能を持たせることも可能である。

なお、本実施の形態では、第２の終端抵抗３５は電力増幅装置２０の外部に接続されているが、他の例として、電力増幅装置２０に内蔵されていてもよい。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２〜５に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図７は本発明の実施の形態２における送信出力制御回路１９の斜視図、図８は表層４１と誘電体層４２の平面図を示したものである。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図７、図８において、送信出力制御回路１９は、電力増幅装置２０、第１の終端抵抗３２および第２の終端抵抗３５、平滑回路の負荷抵抗２６を多層基板４０の表層４１に搭載し、方向性結合器２８を誘電体層４２に一体化している。

ここで、方向性結合器２８の主線路３０は、増幅器出力端子２９とビアホール４５ａを介して接続され、副線路３１は、第１の終端抵抗３２とビアホール４５ｂを介して接続されている。このように誘電体層４２に方向性結合器２８を構成することで、表層４１に構成する場合と比較して、送信出力制御回路１９の実装面積を削減できるため、部品の小型化が可能となる。

また、方向性結合器２８の主線路３０と副線路３１を、誘電体層４２の内部に設けた櫛型のストリップラインで構成する。これにより、主線路３０と副線路３１間に生じる容量で方向性結合器２８のカップリング量が決定され、主線路３０と副線路３１を平行線路で構成した時と比べ大きな容量が得られるため、方向性結合器２８の小型化が可能となる。なお、この櫛の数を増減することで細かなカップリング量の調整が可能となる。

さらに、表層４１の上面にはグランド電極４４が形成され、その上に負荷抵抗２６を実装するためのランドＬ１が形成される。また、誘電体層４２の上面にはコンデンサ電極４３が形成され、ビアホール４５ｃを介して、負荷抵抗２６を実装するためのもう一方のランドＬ２に接続される。これにより、表層４１の上面に形成されたグランド電極４４と誘電体層４２の上面に形成されたコンデンサ電極４３とが互いに対向し、平滑コンデンサ２７を構成する。よって、別途平滑コンデンサを設ける必要が無く、送信出力制御回路１９の部品点数を削減することができる。

また、負荷抵抗２６を実装するためのランドＬ１と平滑コンデンサ２７のグランド電極４４が共通となるように構成しているため、送信出力制御回路１９の実装面積の削減が可能となる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３を用いて、本発明の請求項１０、１１に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図９は、本発明に係る送信出力制御回路を用いた無線機器の送信機を示す構成図である。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図９において、電力増幅装置２０の送信出力信号レベルの一部は、結合コンデンサ２４および方向性結合器２８によって取り出される。ここで、スイッチ３３は、実施の形態１と同様に、送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジに応じて、結合コンデンサ２４または方向性結合器２８に接続されるように切り換えられる。取り出された送信出力信号レベルは、検波器２２の平滑回路２５の平滑コンデンサ２７によって平滑化された検波信号に変換される。この検波信号は、検波出力端子３６から出力され、送信出力制御回路１９の外部に設けた制御部４７で制御信号に変換される。この制御信号は送信部４８へ入力され、送信部４８から送信出力制御回路１９へ出力される送信信号が、目標のレベルとなるように制御する。このように送信出力制御回路１９は、送信出力信号レベルを制御するフィードバックループを形成しており、目標の出力レベルとなった送信出力信号は、信号出力端子３９からアンテナ４６へと送られ、無線機器の送信機として機能している。

また、実施の形態１と同様に、温度補償回路４９を用いることで、前記電力増幅器２１の利得の変化量に対して、ベースバイアス端子５０に印加されるベースバイアス電圧の補償機能を持たせている。このように、電力増幅器２１、第１のダイオード２３、結合コンデンサ２４、スイッチ３３からなる電力増幅装置２０をＩＣ化することで、良好な特性を持つ小型の電力増幅装置２０を構成することができる。

さらに、このような無線機器の送信機において、良好な特性を持つ小型な送信出力制御回路を用いるため、良好な特性を保ちながら小型の無線機器を実現することができる。

本発明は、一つの検波器で送信出力信号レベルの検波に必要なダイナミックレンジの大小にかかわらず対応することが可能となるため、小型かつ安定した送信出力制御回路を実現することができるという効果を有し、それを用いた無線機器の送信機等に有用である。

本発明の実施の形態１における送信出力制御回路を示す構成図本発明の実施の形態１における電力増幅装置の内部に設けたスイッチの構成図本発明の実施の形態１における電力増幅装置の内部に設けたスイッチの接続状態を示す図本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路において第２のダイオードを用いることを示す構成図本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路においてバイポーラトランジスタを用いることを示す構成図本発明の実施の形態１に係る送信出力制御回路の温度補償回路においてＭＯＳＦＥＴを用いることを示す構成図本発明の実施の形態２における送信出力制御回路の斜視図本発明の実施の形態２における送信出力制御回路の平面図本発明の実施の形態３における送信出力制御回路を用いた無線機器の送信機を示す構成図従来の送信出力制御回路を示す構成図

符号の説明

１９送信出力制御回路
２０電力増幅装置
２１電力増幅器
２２検波器
２３第１のダイオード
２４結合コンデンサ
２５平滑回路
２６負荷抵抗
２７平滑コンデンサ
２８方向性結合器
２９増幅器出力端子
３０主線路
３１副線路
３２第１の終端抵抗
３３スイッチ
３５第２の終端抵抗
３６検波出力端子
３７信号入力端子
３８直流バイアス端子
３９信号出力端子
４９温度補償回路
５０ベースバイアス端子

Claims

電力増幅器と、前記電力増幅器の送信出力信号の一部を取り出す結合コンデンサと、前記電力増幅器により増幅された出力信号に対応する信号を入力して検波信号を生成する第１のダイオードと、を有する電力増幅装置と、方向性結合器と、前記方向性結合器の副線路の一端に接続された第１の終端抵抗と、第２の終端抵抗と、前記第１のダイオードのアノードが接続された平滑回路とから構成される送信出力制御回路であり、前記電力増幅器の出力端子に前記結合コンデンサの一端と前記方向性結合器の主線路の一端とが接続され、前記結合コンデンサの他端および前記方向性結合器の副線路の他端に、前記第１のダイオードのカソードまたは前記第２の終端抵抗のいずれかを接続するための切換え可能なスイッチが、前記電力増幅装置の内部に設けられ、前記スイッチの切換えにより、前記結合コンデンサまたは前記方向性結合器のいずれか一方を介して前記電力増幅器の送信出力信号の一部が取出されることを特徴とする送信出力制御回路。
電力増幅装置と第１の終端抵抗と第２の終端抵抗と平滑回路を構成する負荷抵抗とは、多層基板の表層に搭載され、方向性結合器は、前記多層基板の誘電体層に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の送信出力制御回路。
第２の終端抵抗は、電力増幅装置に内蔵されることを特徴とする請求項２に記載の送信出力制御回路。
方向性結合器の主線路および副線路は、多層基板の誘電体層の内部に設けた櫛型のストリップライン電極で構成されることを特徴とする請求項２に記載の送信出力制御回路。
平滑回路は、平滑コンデンサと負荷抵抗とで構成され、前記平滑コンデンサは、多層基板の表層上のグランド電極と前記多層基板の誘電体層上に形成されたコンデンサ電極とで前記誘電体層を挟んで互いに対向する構造を有し、前記負荷抵抗の一端は、前記グランド電極と接続され、前記負荷抵抗の他端は、前記コンデンサ電極と前記多層基板のスルーホールを介して接続されることを特徴とする請求項２に記載の送信出力制御回路。
電力増幅器はベースバイアス端子と、前記ベースバイアス端子に接続される温度補償回路をさらに有し、ベースバイアス端子に印加されるベースバイアス電圧を調節することにより、前記電力増幅器の周辺温度の変動に伴う前記電力増幅器の利得変化量の補償を行うことを特徴とする請求項１に記載の送信出力制御回路。
温度補償回路は、ダイオードを用いて構成されることを特徴とする請求項６に記載の送信出力制御回路。
温度補償回路は、バイポーラトランジスタを用いて構成されることを特徴とする請求項６に記載の送信出力制御回路。
温度補償回路は、ＭＯＳＦＥＴを用いて構成されることを特徴とする請求項６に記載の送信出力制御回路。
電力増幅器、第１のダイオード、結合コンデンサ、スイッチ、温度補償回路から構成される電力増幅装置がＩＣ化されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の送信出力制御回路。
送信部と、制御部と、送信出力制御回路と、アンテナとから構成される無線機器であり、前記送信出力制御回路は、請求項１〜請求項１０のいずれか一つに記載の送信出力制御回路であることを特徴とする無線機器。