JP2009017028A

JP2009017028A - 送信装置

Info

Publication number: JP2009017028A
Application number: JP2007174284A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Inamori; 正彦稲森; Hirokazu Makihara; 弘和牧原; Kazuki Tatsuoka; 一樹立岡; Shingo Matsuda; 慎吾松田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP4799494B2; CN101340178A; US20090011723A1

Abstract

【課題】広範囲の送信出力に渡って、低消費電力で動作可能な送信装置を提供する。
【解決手段】直交変調器２０と、高出力に対応したポーラ変調用送信回路３０と、低出力に対応した直交変調用送信回路４０と、直交変調器２０、ポーラ変調用送信回路３０、直交変調用送信回路４０との接続を切り替える第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０とを備える。上記構成によれば、高出力のためのポーラ変調用送信回路３０と低出力のための直交変調用送信回路４０とを個別に設け、出力電力に応じて送信回路を切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波信号の送受信を行う装置に関し、より特定的には、広範囲の出力電力にわたって低消費電力動作を実現する送信装置に関する。

近年、デジタル方式（例えば、ＵＭＴＳ：ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ）の携帯電話端末では、高性能化および小型化が重要なキーファクターになっており、その携帯電話端末において、高出力の電力増幅を行う送信装置には、小型、低消費電力、および低歪であることが要求されている。携帯電話端末において、その送信装置が消費する電力は、全体のおよそ１／２以上を占めており、携帯電話端末の通話時間の拡大のためには、送信装置の低消費電力動作が不可欠となっている。

一般的に、送信装置の出力電力は、およそ＋２７ｄＢｍから−５０ｄＢｍの広範囲にわたっており、特に、出力電力が最大である＋２７ｄＢｍ付近で最も消費電力が大きくなるため、この付近の消費電力を抑えることが必要となる。一方で、送信装置の出力電力における使用頻度を示す確率密度（ＰＤＦ：ＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙＤｅｎｓｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎ）は、比較的低出力である＋１２ｄＢｍ付近をピークに＋７ｄＢｍから＋１７ｄＢｍの範囲で最も高い。＋７ｄＢｍから＋１７ｄＢｍの範囲での消費電力は、最大出力時に比べてそれほど高くないものの、使用頻度が高いことからこの範囲でも電力消費を低くすることが重要となる。

そこで、送信装置の広範囲な出力において電力消費を低く設定することができる従来の送信装置が、特許文献１で提案されている。特許文献１に記載の送信装置では、高出力時には動作モードをポーラ変調（極性モード）とし、低出力時には動作モードを直交変調（線形モード）に切り替えて動作を行っている。

一般的に、ポーラ変調は、送信装置内にある電力増幅器を飽和状態で使用できるため、電力増幅器は高効率で所望電力を出力可能となり、直交変調で動作する場合に比べ、送信装置の消費電力を低減させることが可能となる。さらに、ポーラ変調は、直交変調の場合に比べ、電力増幅器のデバイスサイズを小さくすることが可能である。そのため、低出力時のみ動作モードを直交変調に切り替えることで、電力増幅器の効率をより高く設定することができる。

図１５は、ポーラ変調と直交変調との動作モードの切り替え機能を有した従来の送信装置１００の回路図である。図１５において、従来の送信装置１００は、デジタル要素１０１内にあるモードセレクタ１０２と、第１のデジタル―アナログ変換器（ＤＡＣ）１０３と、入力端子と電源供給端子とを有する電力増幅器１０４と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５と、第２のＤＡＣ１０６と、変調増幅器１０７とで構成される。

図１５に示す構成の場合、従来の送信装置１００の出力が高出力になる場合には、モードセレクタ１０２に入力された信号は、位相成分と振幅成分に分離される。位相成分は、第１のＤＡＣ１０３でほぼ一定の振幅を有する位相変調信号に変換され、振幅成分は、第２のＤＡＣ１０６と変調増幅器１０７とで振幅変調信号に変換される。位相変調信号は電力増幅器１０４の入力端子に供給され、振幅変調信号は電力増幅器１０４の電源供給端子に供給され、電力増幅器１０４で合成される。このように、高出力時には従来の送信装置１００はポーラ変調モードで動作する。

一方、従来の送信装置１００の出力が低出力になる場合には、モードセレクタ１０２に入力された信号は、第１のＤＡＣ１０３（入力経路側）で直交変調信号に変換される。第２のＤＡＣ１０６と変調増幅器１０７（電源供給経路側）とでほぼ一定の振幅レベルを有する電圧が生成される。直交変調信号は電力増幅器１０４の入力端子に供給され、一定の振幅レベルを有する電圧は電力増幅器１０４の電源供給端子に供給され、電力増幅器１０４で合成される。このように、低出力時には従来の送信装置１００は直交変調モードで動作する。

従って、高出力時にはポーラ変調モードで動作させ、低出力時には直交変調モードに切り替えて動作させることで、電力増幅器１０４の効率をより高く設定することができ、送信装置としての消費電力を低減することが可能となる。
特開２００５−２０６９６号公報

上述した従来の送信装置１００において、電力増幅器１０４の飽和出力は、高出力時にポーラ変調モードで動作させることによって、直交変調モードで動作させる場合に比べて、およそ＋３ｄＢ程度下げることが可能である。これは、ポーラ変調モードでのデバイスサイズを直交変調モードでのデバイスサイズに比べて、１／２程度にできることを意味している。

一般的に、電力増幅器は飽和出力付近で最大効率となるため、このデバイスサイズを選択することで高出力時に低消費電力動作が可能となる。ところが、上述した従来の送信装置１００の電力増幅器１０４のデバイスサイズは、高出力時に合わせて設定しているため、低出力時では最大効率を引き出すデバイスサイズになっていない。

例えば、ＵＭＴＳ方式の携帯電話システムでは、送信装置の最大出力が＋２７ｄＢｍであるのに対し、使用頻度の確率の高い低出力は＋７〜＋１７ｄＢｍであり、それらの出力電力の比はおよそ１／１００〜１／１０程度である。最大出力と低出力との電力の差は非常に大きい。従って、送信装置における電力増幅器を出力に応じて最大効率を引き出すためには、送信装置の出力に応じたデバイスサイズを選択する必要がある。つまり、低出力では、少なくとも高出力の場合の１／１０の出力電力比になることから、最大効率を引き出すためにはデバイスサイズを高出力の場合に比べて１／１０に設定する必要がある。従来の送信装置１００では、ポーラ変調モードで動作させることによって、デバイスサイズを直交変調のみで動作する場合に比べて１／２程度にはできているが、出力電力比に応じた最大効率を引き出すには至っていない。よって、従来の送信装置１００では、十分な低消費電力動作とはいえない。

さらに、高出力の場合、従来の送信装置１００の消費電力のうち、電力増幅器１０４の消費電力の占める割合は７０％程度と非常に高いため、電力増幅器１０４の高効率動作は極めて重要である。

一方、低出力の場合、従来の送信装置１００の消費電力のうち、電力増幅器１０４の消費電力の占める割合は、高出力の場合に比べ著しく減少し３０％程度以下になる。よって、電力増幅器１０４だけでなく、第１のＤＡＣ１０３、第２のＤＡＣ１０６、および変調増幅器１０７も従来の送信装置１００の消費電力に大きな影響を与えることになる。すなわち、第１のＤＡＣ１０３、第２のＤＡＣ１０６、および変調増幅器１０７に関しても出力に応じた最大効率を引き出す設定が極めて重要となる。

ところが、第１のＤＡＣ１０３、第２のＤＡＣ１０６、および変調増幅器１０７は、ポーラ変調モードでの高出力に対応できるような大電力用のデバイスサイズおよび回路構成になっているため、低出力時に直交変調モードに切り替えたとしても十分な消費電力の低減ができない。

図１６は、送信装置の出力電力と消費電力との関係を示す図である。最大出力（＋２７ｄＢｍ）付近において、ポーラ変調と直交変調とのモード切り替えで動作を行う従来の送信装置１００の特性Ａ２（太い破線）は、電力増幅器を飽和状態で使用し、高効率で所望電力を出力可能となるため、直交変調のみで動作を行う送信装置の特性Ａ１（細い破線）に比べ、低消費電力を示している。

しかし、出力電力がおよそ＋１７ｄＢｍ以下である低出力時においては、消費電力にそれほど差がない。例えば、携帯電話を基地局から比較的近距離で、かつ電波状態の良好な場所で頻繁に使用した場合、送信装置は＋１７ｄＢｍ以下の低出力で動作する。そのような場合、従来の送信装置１００を用いたとしても、従来の直交変調のみの送信装置で動作を行う場合と消費電力にそれほど差はなく、携帯電話の通話時間としては大幅な改善にならないという問題がある。

以上により、上述した従来の送信装置１００の構成では、送信装置の出力に関わらず、第１のＤＡＣ１０３、電力増幅器１０４、第２のＤＡＣ１０６、および変調増幅器１０７が動作するため、これらの能力は最大出力時の能力に合わせて最適化されている。このため、送信装置の出力に応じた各デバイスの最大効率を引き出すことが困難である。特に、低出力時においては、各デバイスを高効率で動作させることができないため、送信装置全体の消費電力を十分に引き下げることができないという問題がある。

それ故に、本発明の目的は、送信装置の出力に関わらず、送信回路の最大効率を引き出すことによって、広範囲の出力にわたって低消費電力を実現できる送信装置を提供することである。

本発明は、送信装置において、送信装置の出力電力の大きさに応じて送信回路を切り替えることに向けられている。本発明の送信装置は、変調信号を生成し、電力増幅する送信装置であって、送信装置の入力信号から変調信号を生成する直交変調器と、直交変調器で生成された変調信号をポーラ変調するポーラ変調用送信回路と、直交変調器で生成された変調信号を送信する直交変調用送信回路と、送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、直交変調器の出力とポーラ変調用送信回路の入力とを接続し、送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、直交変調器の出力と直交変調用送信回路の入力とを接続する第１のスイッチと、送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、ポーラ変調用送信回路の出力と送信装置の出力端子とを接続し、送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、直交変調用送信回路の出力と送信装置の出力端子とを接続する第２のスイッチとを備えることによって上記目的を達成する。

本発明の送信装置におけるポーラ変調用送信回路は、直交変調器で生成された変調信号を振幅成分と位相成分とに分離する振幅／位相変換器と、振幅／位相変換器で分離された位相成分をほぼ一定の振幅の位相変調信号に生成する電圧制御発振器と、振幅／位相変換器で分離された振幅成分を振幅変調信号に生成する第１の電源ＩＣと、入力端子が電圧制御発振器の出力に接続され、電源供給端子が第１の電源ＩＣの出力に接続され、電圧制御発振器で生成された位相変調信号と第１の電源ＩＣで生成された振幅変調信号とを合成する第１の電力増幅器とを備える構成である。

本発明の送信装置における直交変調用送信回路は、直交変調器で生成された変調信号を帯域制限するバンドパスフィルタと、一定の電圧を供給する第２の電源ＩＣと、入力端子がバンドパスフィルタの出力に接続され、電源供給端子が第２の電源ＩＣの出力に接続され、バンドパスフィルタで帯域制限された信号と第２の電源ＩＣから供給される一定の電圧とを合成する第２の電力増幅器とを備える構成である。

上記構成により、送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、直交変調器で生成された信号は、第１のスイッチを介してポーラ変調用送信回路の振幅／位相変換器へ入力され、振幅成分と位相成分に分離される。位相成分は、電圧制御発振器でほぼ一定の振幅を有する位相変調信号に変換され、振幅成分は、第１の電源ＩＣで振幅変調信号に変換される。位相変調信号は、第１の電力増幅器の入力端子に入力され、振幅変調信号は、第１の電力増幅器の電源供給端子に供給され、第１の電力増幅器で合成される。第１の電力増幅器で合成された信号は、第２のスイッチを介して出力される。このように、高出力時には、本発明に係る送信装置はポーラ変調モードで動作する。

送信装置の出力電力が低出力レベルとなる低出力時には、直交変調器で生成された信号は、第１のスイッチを介して直交変調用送信回路のＢＰＦへ入力される。ＢＰＦで帯域制限された信号は、第２の電力増幅器の入力端子に入力され、第２の電源ＩＣで生成された一定電圧が、第２の電力増幅器の電源供給端子に供給され、第２の電力増幅器で合成される。第２の電力増幅器で合成された信号は、第２のスイッチを介して出力される。このように、低出力時には、本発明に係る送信装置は直交変調モードで動作する。

以上により、高出力時には、ポーラ変調用送信回路にてポーラ変調動作を行うので、第１の電力増幅器のデバイスサイズを直交変調の場合に比べ、およそ１／２程度に設定できる。よって、第１の電力増幅器は飽和出力付近で動作可能となるため、第１の電力増幅器の最大効率を引き出すことが可能となり、低消費電力で動作を行うことができる。

一方、低出力時には、低出力のみに対応した直交変調用送信回路にて直交変調動作を行うので、第２の電力増幅器のデバイスサイズを、従来の高出力まで対応が必要であった送信回路の電力増幅器に比べて、小さく設定できる。よって、第２の電力増幅器の最大効率を引き出すことが可能となり、低消費電力で動作を行うことができる。なお、第２の電力増幅器のデバイスサイズは、（低出力／高出力）倍に小さく設定できる。

また、第２の電力増幅器のデバイスサイズを小さくすることで、第２の電源ＩＣの駆動能力を小さく設定できる。このため、第２の電源ＩＣのデバイスサイズの縮小や回路規模の削減ができ、消費電力を必要最小限に抑えることが可能となる。

また、第１のスイッチおよび第２のスイッチによって、ポーラ変調用送信回路および直交変調用送信回路は、直交変調器と接続されていない場合、不要な電力を消費しないように設定する。

上述のように、本発明によれば、送信装置の出力電力の出力に応じて送信回路を切り替えることによって、出力に応じた送信回路の最大効率を引き出すことができる。特に、従来の送信装置では、各デバイスを高出力時に対応した設定にしていたため、低出力時においては、各デバイスを高効率で動作させることができていなかったが、本発明によれば、各デバイスを低出力時に応じて設定できる。よって、広範囲の出力電力にわたって送信装置の消費電力を最小限に抑えることができるため、低消費電力動作の実現が可能となる。

以下、本発明の各実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０の回路構成を示す図である。図１において、送信装置１０は、直交変調器２０と、ポーラ変調用送信回路３０と、直交変調用送信回路４０と、第１のスイッチ５０と、第２のスイッチ６０とで構成される。送信装置１０の入力端子ＩＮは直交変調器２０に接続されている。第１のスイッチ５０において、入力端子ａは直交変調器２０の出力に接続され、出力端子ｂはポーラ変調用送信回路３０の入力に接続され、出力端子ｃは直交変調用送信回路４０の入力に接続されている。第２のスイッチ６０において、入力端子ｄはポーラ変調用送信回路３０の出力に接続され、入力端子ｅは直交変調用送信回路４０の出力に接続され、出力端子ｆは送信装置１０の出力端子ＯＵＴに接続されている。

図２は、図１に示す送信装置１０のポーラ変調用送信回路３０と直交変調用送信回路４０とを詳細に示した図である。ポーラ変調用送信回路３０は、第１のスイッチ５０の出力端子ｂと接続された振幅／位相変換器３４と、入力端子が振幅／位相変換器３４の位相成分の出力端子に接続された電圧制御発振器３３と、入力端子が振幅／位相変換器３４の振幅成分の出力端子に接続された第１の電源ＩＣ３２と、入力端子が電圧制御発振器３３の出力に接続され、電源供給端子が第１の電源ＩＣ３２の出力に接続された第１の電力増幅器３１とを備える。第１の電力増幅器３１の出力は、第２のスイッチ６０の入力端子ｄに接続されている。

直交変調用送信回路４０は、第１のスイッチ５０の出力端子ｃと接続されたＢＰＦ４３と、第２の電源ＩＣ４２と、入力端子がＢＰＦ４３の出力に接続され、電源供給端子が第２の電源ＩＣ４２の出力に接続された第２の電力増幅器４１とを備える。第２の電力増幅器４１の出力は、第２のスイッチ６０の入力端子ｅに接続されている。

直交変調器２０は、送信装置１０の入力信号から変調信号を生成する。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０は、送信装置１０の入力信号に応じて送信装置１０の出力電力の高出力または低出力を判断する制御部（図示せず）によって制御される。よって、直交変調器２０で生成された変調信号は、送信装置１０の出力電力が高レベルとなる高出力時にはポーラ変調用送信回路３０で変調され、送信装置１０の出力電力が低レベルとなる低出力時には直交変調用送信回路４０で増幅され、出力端子ＯＵＴへ出力される。以下に、第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０が、ポーラ変調用送信回路３０と直交変調用送信回路４０とを切り替えるタイミングについて説明する。

図３は、送信装置１０が、出力電力に対してすべてポーラ変調で動作した場合、送信装置１０の消費電力に対する、ポーラ変調用送信回路３０内の第１の電力増幅器３１の消費電力の占める割合を示す図である。出力電力＋２７ｄＢｍでは、その割合は７０％と高い。出力電力が＋１７ｄＢｍまで下がるとその割合は３０％まで低下し、さらに出力電力が下がるとその割合もさらに低下する。これは、低出力時に、送信装置１０がポーラ変調で動作した場合、第１の電力増幅器３１は、送信装置１０の低消費電力化に対する寄与度が低いことを意味している。よって、低出力時には、ポーラ変調用送信回路３０内の第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４の消費電力が無視できなくなる。従って、低出力時には、ポーラ変調用送信回路３０全体としての消費電力が大きくなってしまうため、ポーラ変調用送信回路３０から直交変調用送信回路４０への切り替えが必要となる。

つまり、ポーラ変調用送信回路３０と直交変調用送信回路４０との切り替えポイントは、送信装置１０の消費電力に対するポーラ変調用送信回路３０内の第１の電力増幅器３１の消費電力の占める割合が３０％程度となる点である。なお、切り替えポイントは、使用頻度のピークである出力電力＋１２ｄＢｍ付近を避け、使用頻度が少し下がったところ（例えば、出力電力＋１７ｄＢｍ）にすることが好ましい。

以上により、出力電力が＋１７ｄＢｍ以上の高出力の場合は、第１のスイッチ５０は、入力端子ａとポーラ変調用送信回路３０側の出力端子ｂとを接続し、第２のスイッチ６０は、ポーラ変調用送信回路３０側の入力端子ｄと出力端子ｆとを接続するように制御される。出力電力が＋１７ｄＢｍ未満の低出力の場合は、第１のスイッチ５０は、入力端子ａと直交変調用送信回路４０側の出力端子ｃとを接続し、第２のスイッチ６０は、直交変調用送信回路４０側の入力端子ｅと出力端子ｆとを接続するように制御される。

図２に示す構成の場合、高出力時には、直交変調器２０で生成された信号は、第１のスイッチ５０を介してポーラ変調用送信回路３０の振幅／位相変換器３４へ入力され、振幅成分と位相成分に分離される。位相成分は、電圧制御発振器３３でほぼ一定の振幅を有する位相変調信号に変換され、振幅成分は、第１の電源ＩＣ３２で振幅変調信号に変換される。位相変調信号は、第１の電力増幅器３１の入力端子に入力され、振幅変調信号は、第１の電力増幅器３１の電源供給端子に供給され、第１の電力増幅器３１で合成される。第１の電力増幅器３１で合成された信号は、第２のスイッチ６０を介して出力される。このように、高出力時には、本実施形態に係る送信装置１０はポーラ変調モードで動作する。

低出力時には、直交変調器２０で生成された信号は、第１のスイッチ５０を介して直交変調用送信回路４０のＢＰＦ４３へ入力され、帯域制限される。ＢＰＦ４３で帯域制限された信号は、第２の電力増幅器４１の入力端子に入力され、第２の電源ＩＣ４２で生成された一定電圧が、第２の電力増幅器４１の電源供給端子に供給され、第２の電力増幅器４１で合成される。第２の電力増幅器４１で合成された信号は、第２のスイッチ６０を介して出力される。このように、低出力時には、本実施形態に係る送信装置１０は直交変調モードで動作する。

ここで、第１の電力増幅器３１と第２の電力増幅器４１は同様の回路構成であるが、電力増幅器の飽和出力の大きさによって、デバイスサイズを変えて設定を行っている。本実施形態においては、第１の電力増幅器３１のデバイスサイズは、＋２７ｄＢｍ（５０１ｍＷ）までの高出力に対応可能となるように設定している。第２の電力増幅器４１のデバイスサイズは、第１の電力増幅器３１のデバイスサイズの１／５程度に設定する。この理由は、第２の電力増幅器４１は、電力増幅器の線形性が求められる直交変調で動作させるため、＋１７ｄＢｍ（５０．１ｍＷ）までの出力に対応するためには、飽和出力を所望出力よりおよそ＋３ｄＢｍ程度高い＋２０ｄＢｍ（１００ｍＷ）に合わせて設定する必要があるためである。

第１の電源ＩＣ３２と第２の電源ＩＣ４２においては、上述した第１の電力増幅器３１と第２の電力増幅器４１とのデバイスサイズに応じた駆動能力を設定している。第１の電源ＩＣ３２は、第１の電力増幅器３１が高出力に対応するため、出力電圧３．５Ｖ、電流２５０ｍＡ程度の駆動能力が必要である。それに対して、第２の電源ＩＣ４２は、第２の電力増幅器４１が低出力の対応となるため、出力電圧１．８Ｖ、電流１００ｍＡ程度の駆動能力でよい。以上により、第２の電源ＩＣ４２のデバイスサイズは、第１の電源ＩＣ３２のデバイスサイズのおよそ１／５程度に設定することができる。また、第１の電源ＩＣ３２では、振幅／位相変換器３４で分離された入力信号の振幅成分を振幅変調信号に変換するために、オペアンプ等の専用回路が別途必要となるが、第２の電源ＩＣ４２では一定電圧信号の生成のみを行うため、オペアンプ等の専用回路が不要となる。

上述のように、直交変調用送信回路４０は、低出力における送信回路として、最適なデバイスサイズの第２の電力増幅器４１および第２の電源ＩＣ４２を設定することができる。従来の送信装置では、各デバイスサイズを高出力時に対応できるように設定していたため、低出力時においては、各デバイスを高効率で動作させることができていなかったが、本実施形態の送信装置１０では、低出力時においても各デバイスの最大効率を引き出し、回路規模を最小限に抑え、消費電力を最小限に抑えることが可能となる。

さらに、ポーラ変調用送信回路３０は高出力時にのみ動作すればよく、直交変調用送信回路４０は低出力時のみに動作すればよいため、それ以外の場合は無駄な電力を消費しないようにすることが望ましい。

以下に各構成の動作を制御する方法例を説明する。図４は、送信装置１０の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、振幅／位相変換器３４、第２の電力増幅器４１、および第２の電源ＩＣ４２にそれぞれ電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ６を設けた図である。図５は、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ６の制御のタイミングを示す図である。なお、Ｈｉｇｈレベルは２．８〜３．０Ｖ、Ｌｏｗレベルは０〜０．５Ｖである。

ポーラ変調モードの場合、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＨｉｇｈレベルにし、ポーラ変調用送信回路３０の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４を動作させ、電源制御端子Ｖｃ５およびＶｃ６をＬｏｗレベルにし、直交変調用送信回路４０の第２の電力増幅器４１、および第２の電源ＩＣ４２を非動作にする。

直交変調モードの場合、電源制御端子Ｖｃ５およびＶｃ６をＨｉｇｈレベルにし、直交変調用送信回路４０の第２の電力増幅器４１、および第２の電源ＩＣ４２を動作させ、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＬｏｗレベルにし、ポーラ変調用送信回路３０の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４を非動作にする。

以上により、高出力時において、ポーラ変調用送信回路３０でポーラ変調動作している時は、直交変調用送信回路４０内の第２の電力増幅器４１、および第２の電源ＩＣ４２は、各電源制御端子にて電源制御を行っているため、不要な電力消費をしない。逆に、低出力時において、直交変調用送信回路４０で直交変調動作している時は、ポーラ変調用送信回路３０内の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４は、各電源制御端子にて電源制御を行っているため、不要な電力消費をしない。

次に、ポーラ変調用送信回路３０と直交変調用送信回路４０との切り替えを行う、第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０スイッチの具体的な構成例を説明する。図６は、第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０の一例を示す図である。第１のスイッチ５０において、入力端子ａは直交変調器２０の出力に接続され、出力端子ｂはポーラ変調用送信回路３０の入力に接続され、出力端子ｃは直交変調用送信回路４０の入力に接続されている。第２のスイッチ６０において、入力端子ｄはポーラ変調用送信回路３０の出力に接続され、入力端子ｅは直交変調用送信回路４０の出力に接続され、出力端子ｆは送信装置１０の出力端子ＯＵＴに接続されている。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成可能であり、図７に示すタイミングで制御を行う。なお、ＦＥＴはバイポーラトランジスタであってもよい。なお、Ｈｉｇｈレベルは２．４〜３．０Ｖ、Ｌｏｗレベルは０〜０．５Ｖである。

高出力時には、第１のスイッチ５０において、基準電圧ＶＲＥＦ１をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ１をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ２をＬｏｗレベルにする。これにより、ＦＥＴ１は非導通となり、ＦＥＴ２は導通するため、入力端子ａに入力された信号は出力端子ｂへ出力される。さらに、第２のスイッチ６０において、基準電圧ＶＲＥＦ２をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ３をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ４をＬｏｗレベルにする。これにより、ＦＥＴ３は非導通となり、ＦＥＴ４は導通するため、入力端子ｄに入力された信号は出力端子ｆへ出力される。

低出力時には、第１のスイッチ５０において、基準電圧ＶＲＥＦ１をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ１をＬｏｗレベル、ＶＳＷ２をＨｉｇｈレベルにする。これにより、ＦＥＴ１は導通し、ＦＥＴ２は非導通となるため、入力端子ａに入力された信号は出力端子ｃへ出力される。さらに、第２のスイッチ６０において、基準電圧ＶＲＥＦ２をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ３をＬｏｗレベル、ＶＳＷ４をＨｉｇｈレベルにする。これにより、ＦＥＴ３は導通し、ＦＥＴ４は非導通となるため、入力端子ｅに入力された信号は出力端子ｆへ出力される。

以上により、高出力のためのポーラ変調用送信回路３０と低出力のための直交変調用送信回路４０とを個別に設け、出力電力に応じて送信回路を切り替えることにより、送信装置１０の消費電力を最小限に抑えることができる。

図８は、送信装置の出力電力と消費電力の関係において、従来の直交変調のみで動作を行う送信装置の特性Ａ１（細い破線）、従来の送信装置１００の特性Ａ２（太い破線）、および本発明の送信装置１０の特性Ｂ（実線）を示す図である。本発明の送信装置１０は、広範囲の出力電力にわたって、低消費電力動作を実現している。

従来の送信装置１００では第１のＤＡＣ１０３、第２のＤＡＣ１０６、変調増幅器１０７はポーラ変調モードでの高出力に対応できるような大電力用のデバイスサイズおよび回路構成になっていたため、低出力時に直交変調モードに切り替えたとしても十分な消費電力の低減ができなかった。しかし、本実施形態では、高出力のためのポーラ変調用送信回路３０と低出力のための直交変調用送信回路４０とを個別に設け、出力電力に応じて送信回路を第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０を用いて切り替えることにより、送信装置１０の消費電力を最小限に抑えている。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０によれば、出力の大きさ応じて送信回路を切り替えることによって、出力に応じた送信回路の最大効率を引き出すことができる。よって、広範囲の出力電力にわたって送信装置の消費電力を最小限に抑えることができるため、低消費電力動作が実現し携帯電話の通話時間の拡大にも繋がる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態に係る送信装置１０の一部を変更したものである。図９は、本発明の第２の実施形態に係る送信装置１１の回路構成を示す図である。直交変調用送信回路８０は、第１の実施形態の直交変調用送信回路４０のうち、第２の電力増幅器４１と第２の電源ＩＣ４２とが削除されたものであって、ＢＰＦ４３のみで構成されている。

第２の実施形態に係る送信装置１１は、直交変調器２０と、ポーラ変調用送信回路３０と、第２の電力増幅器４１と、第２の電源ＩＣ４２と、第１のスイッチ５０と、第２のスイッチ６０と、直交変調用送信回路８０とで構成される。送信装置１１の入力端子ＩＮは直交変調器２０に接続されている。直交変調器２０の出力は、第２の電力増幅器４１の入力端子に接続され、第２の電源ＩＣ４２の出力は、第２の電力増幅器４１の電源供給端子に接続されている。第１のスイッチ５０において、入力端子ａは第２の電力増幅器４１の出力に接続され、出力端子ｂはポーラ変調用送信回路３０の入力に接続され、出力端子ｃは直交変調用送信回路８０の入力に接続されている。第２のスイッチ６０において、入力端子ｄはポーラ変調用送信回路３０の出力に接続され、入力端子ｅは直交変調用送信回路８０の出力に接続され、出力端子ｆは送信装置１１の出力端子ＯＵＴに接続されている。なお、本実施形態に係るポーラ変調用送信回路３０、第１のスイッチ５０、および第２のスイッチ６０は、第１の実施形態と同様の構成である。

第２の実施形態に係る送信装置１１において、直交変調器２０は送信装置１１の入力信号から変調信号を生成する。直交変調器２０で生成された信号は、第２の電源ＩＣ４２で生成された電圧信号によって、第２の電力増幅器４１で増幅される。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０は、送信装置１１の入力信号に応じて送信装置１１の出力電力の高出力または低出力を判断する制御部（図示せず）によって制御される。よって、第２の電力増幅器４１で増幅された信号は、高出力時にはポーラ変調用送信回路３０で変調され、低出力時には直交変調用送信回路８０のＢＰＦ４３で帯域制限され、出力端子ＯＵＴへ出力される。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０の切り替えについては、第１の実施形態と同様である。

図９に示すように、送信装置１１の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、振幅／位相変換器３４には、それぞれ電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４を設けている。図１０は、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４の制御のタイミングを示す図である。なお、Ｈｉｇｈレベルは２．８〜３．０Ｖ、Ｌｏｗレベルは０〜０．５Ｖである。

ポーラ変調モードの場合、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＨｉｇｈレベルにし、ポーラ変調用送信回路３０の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４を動作させる。

直交変調モードの場合、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＬｏｗレベルにし、ポーラ変調用送信回路３０の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、および振幅／位相変換器３４を非動作にする。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る送信装置１１によれば、直交変調器２０の出力後に第２の電力増幅器４１の機能を持たせることで、第１の実施形態に係る送信装置１０に比べ、制御しなければならない電源制御端子を削減することができる。従って、ポーラ変調モードから直交変調モードへの切り替え（その逆も同様）において電源制御端子の制御の簡素化を図ることができ、切り替え時のタイミング遅れによる通信品質の劣化を解消できる。また、制御に必要なテーブルのメモリ容量を削減することも可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、第２の実施形態に係る送信装置１１の一部を変更したものである。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る送信装置１２の回路構成を示す図である。送信装置１２は、第２の実施形態の送信装置１１のうち、第２の電力増幅器４１と第２の電源ＩＣ４２とが削除されたものであって、直交変調器２０の出力は、第１のスイッチ５０の入力端子ａに接続されている。なお、本実施形態に係るポーラ変調用送信回路３０、第１のスイッチ５０、第２のスイッチ６０、および直交変調用送信回路８０は、第２の実施形態と同様の構成である。

第３の実施形態に係る送信装置１２において、直交変調器２０は送信装置１２の入力信号から変調信号を生成する。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０は、送信装置１１の入力信号に応じて、送信装置１２の出力電力の高出力または低出力を判断する制御部（図示せず）によって制御される。よって、直交変調器２０で生成された信号は、高出力時にはポーラ変調用送信回路３０で変調され、低出力時には直交変調用送信回路８０のＢＰＦ４３で帯域制限され、出力端子ＯＵＴへ出力される。第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０の切り替えについては、第１の実施形態と同様である。

図１１に示すように、送信装置１２の第１の電力増幅器３１、第１の電源ＩＣ３２、電圧制御発振器３３、振幅／位相変換器３４には、それぞれ電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４を設けている。図１２は、電源制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４の制御のタイミングを示す図である。なお、Ｈｉｇｈレベルは２．８〜３．０Ｖ、Ｌｏｗレベルは０〜０．５Ｖである。

以上のように、本発明の第３の実施形態に係る送信装置１２によれば、低出力時において、第１および第２の実施形態における第２の電力増幅器４１と第２の電源ＩＣ４２での消費電力が削減でき、送信装置１２の消費電力をさらに低減することが可能となる。また、ポーラ変調モードから直交変調モードへの切り替え（その逆も同様）において、第２の実施形態と同様に電源制御端子の制御の簡素化を図ることができる。その結果、送信装置の低消費電力化が実現し、また、制御に必要なテーブルのメモリ容量を削減することも可能となる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、第１の実施形態に係る送信装置１０の一部を変更したものである。図１３は、図２に示す送信装置１０における電力増幅器について、他の具体的な一例を示す図である。第１の電力増幅器３１は高出力に対応するため、高利得が必要になることがある。本実施形態に係る送信装置１３の電力増幅器は、増幅器３１ｉ、３１ｄ、３１ｆをそれぞれカスケードに接続し増幅段数を多段構成にすることで高利得化が可能としている。

なお、本実施形態に係る送信装置１３では、図２に示す送信装置１０における第１の電力増幅器３１にカスケード型３段電力増幅器を用い、第２の電力増幅器４１に１段電力増幅器を用いた場合について説明した。しかし、電力増幅器はこれに限ることなくいずれの場合においてもカスケード型ｎ段電力増幅器（ｎは整数）を用いてもよい。

なお、上述した第１〜第４の実施形態に係る第２のスイッチ６０は、図６に示すもの以外に、例えば、図１４に示すものでもよい。図１４に示すスイッチ６１において、入力端子ｄはポーラ変調用送信回路の出力に接続され、入力端子ｅは直交変調用送信回路の出力に接続され、出力端子ｆは送信装置の出力端子ＯＵＴに接続されている。第２のスイッチ６１は、第１の実施形態で示したように第１のスイッチと共に制御されている。高出力時には、基準電圧ＶＲＥＦ３をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ５をＨｉｇｈレベルにし、ＦＥＴ５を非導通にし、入力端子ｄからの入力信号を出力端子ｆへ出力するようにする。低出力時には、基準電圧ＶＲＥＦ３をＨｉｇｈレベル、ＶＳＷ５をＬｏｗレベルにし、ＦＥＴ５を導通させ、入力端子ｅからの入力信号を出力端子ｆへ出力するようにする。

さらに、上述した第１〜第４の実施形態に係る送信装置は、ＵＭＴＳ方式だけでなく、様々な移動体通信方式（ＣＤＭＡ（ＩＳ−９５）、ＧＳＭ、ＥＤＧＥ、ＷＣＤＭＡ、ＰＣＳ、ＤＣＳ、ＰＤＣ、ＣＤＭＡ２０００、ＰＨＳ、Ｗ−ＬＡＮ等）に用いることができる。

本発明の送信装置は、高周波信号の送受信を行うバイポーラトランジスタを用いた装置（例えば、携帯電話端末）等に利用可能であり、特に、広範囲の出力電力にわたって低消費電力動作を実現したい場合に適している。

本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０の回路構成例を示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０の回路構成例を示す図（ポーラ変調用送信回路および直交変調用送信回路の詳細）送信装置１０の消費電力に対するポーラ変調用送信回路３０内の第１の電力増幅器３１の消費電力の占める割合を示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０に電源制御端子を設けた回路構成例を示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０における変調モードの切り替えタイミングを示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０における第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０の一例を示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０における第１のスイッチ５０および第２のスイッチ６０の切り替えタイミングを示す図本発明の第１の実施形態に係る送信装置１０の出力電力と消費電力の関係を示す図本発明の第２の実施形態に係る送信装置１１の回路構成を示す図本発明の第２の実施形態に係る送信装置１１における変調モードの切り替えタイミングを示す図本発明の第３の実施形態に係る送信装置１２の回路構成を示す図本発明の第３の実施形態に係る送信装置１２における変調モードの切り替えタイミングを示す図本発明の第４の実施形態に係る送信装置１３の回路構成を示す図第２のスイッチの一例を示す図従来の送信装置１００の回路構成例を示す図従来の送信装置の出力電力と消費電力の関係を示す図

符号の説明

１０、１１、１２、１３、１００送信装置
２０直交変調器
３０ポーラ変調用送信回路
４０直交変調用送信回路
５０、６０、６１スイッチ
３１、４１、１０４電力増幅器
３２、４２電源ＩＣ
３３電圧制御発振器
３４振幅／位相変換器
４３、１０５バンドパスフィルタ
Ａ１、Ａ２、Ｂ出力電力における消費電力特性
３１ｉ入力段増幅器
３２ｄドライバ段増幅器
３３ｆ出力段増幅器
１０１デジタル要素
１０２モードセレクタ
１０３、１０６ＤＡＣ
１０７変調増幅器

Claims

変調信号を生成し、電力増幅する送信装置であって、
入力信号から変調信号を生成する直交変調器と、
前記直交変調器で生成された前記変調信号をポーラ変調するポーラ変調用送信回路と、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を送信する直交変調用送信回路と、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記直交変調器の出力と前記ポーラ変調用送信回路の入力とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調器の出力と前記直交変調用送信回路の入力とを接続する第１のスイッチと、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記ポーラ変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続する第２のスイッチとを備える、送信装置。
変調信号を生成し、電力増幅する送信装置であって、
入力信号から変調信号を生成する直交変調器と、
一定の電圧を供給する電源ＩＣと、
入力端子が前記直交変調器の出力に接続され、電源供給端子が前記電源ＩＣの出力に接続され、前記直交変調器で生成された信号を前記電源ＩＣから供給される前記一定の電圧によって増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器からの出力信号をポーラ変調するポーラ変調用送信回路と、
前記電力増幅器からの出力信号を帯域制限するバンドパスフィルタを含む直交変調用送信回路と、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記直交変調器の出力と前記ポーラ変調用送信回路の入力とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調器の出力と前記直交変調用送信回路の入力とを接続する第１のスイッチと、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記ポーラ変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続する第２のスイッチとを備える、送信装置。
変調信号を生成し、電力増幅する送信装置であって、
入力信号から変調信号を生成する直交変調器と、
前記直交変調器で生成された前記変調信号をポーラ変調するポーラ変調用送信回路と、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を帯域制限するバンドパスフィルタを含む直交変調用送信回路と、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記直交変調器の出力と前記ポーラ変調用送信回路の入力とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調器の出力と前記直交変調用送信回路の入力とを接続する第１のスイッチと、
前記送信装置の出力電力が高レベルとなる高出力時には、前記ポーラ変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続し、前記送信装置の出力電力が低レベルとなる低出力時には、前記直交変調用送信回路の出力と前記送信装置の出力端子とを接続する第２のスイッチとを備える、送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路は、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を振幅成分と位相成分とに分離する振幅／位相変換器と、
前記振幅／位相変換器で分離された位相成分をほぼ一定の振幅の位相変調信号に生成する電圧制御発振器と、
前記振幅／位相変換器で分離された振幅成分を振幅変調信号に生成する第１の電源ＩＣと、
入力端子が前記電圧制御発振器の出力に接続され、電源供給端子が前記第１の電源ＩＣの出力に接続され、前記電圧制御発振器で生成された前記位相変調信号と前記第１の電源ＩＣで生成された前記振幅変調信号とを合成する第１の電力増幅器とを備える、請求項１に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路は、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を振幅成分と位相成分とに分離する振幅／位相変換器と、
前記振幅／位相変換器で分離された位相成分をほぼ一定の振幅の位相変調信号に生成する電圧制御発振器と、
前記振幅／位相変換器で分離された振幅成分を振幅変調信号に生成する第１の電源ＩＣと、
入力端子が前記電圧制御発振器の出力に接続され、電源供給端子が前記第１の電源ＩＣの出力に接続され、前記電圧制御発振器で生成された前記位相変調信号と前記第１の電源ＩＣで生成された前記振幅変調信号とを合成する第１の電力増幅器とを備える、請求項２に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路は、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を振幅成分と位相成分とに分離する振幅／位相変換器と、
前記振幅／位相変換器で分離された位相成分をほぼ一定の振幅の位相変調信号に生成する電圧制御発振器と、
前記振幅／位相変換器で分離された振幅成分を振幅変調信号に生成する第１の電源ＩＣと、
入力端子が前記電圧制御発振器の出力に接続され、電源供給端子が前記第１の電源ＩＣの出力に接続され、前記電圧制御発振器で生成された前記位相変調信号と前記第１の電源ＩＣで生成された前記振幅変調信号とを合成する第１の電力増幅器とを備える、請求項３に記載の送信装置。
前記直交変調用送信回路は、
前記直交変調器で生成された前記変調信号を帯域制限するバンドパスフィルタと、
一定の電圧を供給する第２の電源ＩＣと、
入力端子が前記バンドパスフィルタの出力に接続され、電源供給端子が前記第２の電源ＩＣの出力に接続され、前記バンドパスフィルタで帯域制限された信号と前記第２の電源ＩＣから供給される前記一定の電圧とを合成する第２の電力増幅器とを備える、請求項４に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路を構成する前記第１の電力増幅器のデバイスサイズより、前記直交変調用送信回路を構成する前記第２の電力増幅器のデバイスサイズの方が小さいことを特徴とする、請求項７に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路を構成する前記第１の電力増幅器のデバイスサイズと、前記直交変調用送信回路を構成する前記第２の電力増幅器のデバイスサイズとが、前記送信装置の出力電力の比の関係であることを特徴とする、請求項７に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路を構成する前記第１の電源ＩＣの駆動能力より、前記直交変調用送信回路を構成する前記第２の電源ＩＣの駆動能力の方が低いことを特徴とする、請求項７に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路を構成する前記第１の電源ＩＣの回路規模より、前記直交変調用送信回路を構成する前記第２の電源ＩＣの回路規模の方が小さいことを特徴とする、請求項７に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路を構成する前記第１の電源ＩＣのデバイスサイズより、前記直交変調用送信回路を構成する前記第２の電源ＩＣのデバイスサイズの方が小さいことを特徴とする、請求項７に記載の送信装置。
前記ポーラ変調用送信回路および前記直交変調用送信回路は、前記直交変調器と接続されていない場合、不要な電力を消費しないことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の送信装置。