JP2018186340A - 送信波電力制御装置、送信機及び送信波電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易で低コストの構成で、送信波電力制御における反射波の影響を低減することができる送信波電力制御装置を提供する。
【解決手段】利得が可変の前置増幅器１０１と送信端１１０の間に第１結合回路１０３と第２結合回路１０４を直列に接続し、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３と第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３との位相差をπ／２［ｒａｄ］とする。第１結合端子１０３３にπ／２［ｒａｄ］の第１移相器１０５を接続し、第１移相器１０５の出力と第２結合端子１０４３の出力を合成器１０６で合成する。制御部１０９は合成器１０６が出力する電力を検出器１０８で検出した検出値に基づいて、前置増幅器１０１の利得を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信波電力を制御する送信波電力制御装置、送信機及び送信波電力制御方法に関する。

無線通信装置の送信機は、他の通信機器への影響を抑えるために送信波の電力を規定値内に抑える必要がある。送信機における送信波電力をある目標値に制御する方式として、送信機に備えた増幅器の出力電力の一部を取り出したものを検波し、フィードバック制御にて増幅器の利得制御を行う方式が用いられている。

例えば、増幅器の出力側に接続した方向性結合器にて増幅器の出力電力の一部を取り出し、そのレベルに応じて増幅器の入力段の可変利得回路を制御する。増幅器や方向性結合器をプリント基板上に構成する場合は、２つのマイクロストリップ線路を配列した方向性結合器が用いられる。

このような、マイクロストリップ線路を配列した方向性結合器は、方向性を十分にとることが困難であり、増幅器の出力端に接続する負荷による反射波の影響を受けやすい。このため、方向性結合器の出力側にアイソレータやサーキュレータを挿入して、反射波の影響を低減する方式が用いられる（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の高周波信号送信装置は、方向性結合器と出力コネクタの間にサーキュレータを備えることにより、出力コネクタによる反射波は、方向性結合器において検出される進行波とは別経路に分離されて検出される。このため、方向性結合器の伝送特性を歪めることなく精度良くＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を測定することができると説明されている。

また、送信機の出力端に接続する負荷による反射波を減衰させる方法として、出力電力の一部の振幅と位相を調整して反射波電力と逆相合成する方法もある（例えば、特許文献２）。

特許文献２に記載の時分割多重無線システムは、増幅器からの送信信号を第１の方向性結合器で分岐させ、分岐された送信信号を振幅位相調整回路で振幅及び位相を調整し、振幅位相調整回路からの出力信号と、アンテナからの反射信号と、を第２の方向性結合器で合成する。これにより、送信区間において、振幅位相調整回路でアンテナからの反射信号と同振幅、逆位相の反射電力減衰用信号を生成し、アンテナからの反射信号を当該減衰用信号と逆相合成して減衰させることができると説明されている。

特開２００２−４３９５７号公報 特開２０１１−５５０７８号公報

特許文献１のように、サーキュレータを方向性結合器の出力側に挿入した場合、サーキュレータの損失分により送信機の効率が低下し、送信機の送信波電力を維持するために消費電力が増加する。また、サーキュレータは搬送波周波数が低いほど部品サイズが大きくなり、終端抵抗を要するため回路サイズも大きくなる。さらに、搬送波周波数が高いほど耐電力が低く、使用周波数によっては部品の入手性が悪く、部品単価が高いという問題があった。

また、特許文献２のように、方向性結合器で分岐された送信信号と、負荷からの反射信号とを逆相合成する場合、装置毎に振幅位相調整回路の調整が必要であり、時間及び労力を要するという問題があった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、簡易で低コストの構成で、送信波電力制御における反射波の影響を低減することができる送信波電力制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の送信波電力制御装置は、送信信号を可変の利得で増幅する増幅器と、増幅器の出力に第１入力端子を接続し、第１結合端子に増幅器の出力の一部を分岐して出力する第１結合回路と、第１結合回路の第１出力端子に第２入力端子を接続した、第１結合回路と同等の特性を有する結合回路であって、結合回路の第２結合端子に、第１結合回路の出力の一部を分岐して出力する第２結合回路と、第１結合回路の第１結合端子の出力をπ／２［ｒａｄ］位相遅延させる第１移相器と、第１移相器の出力と、第２結合回路の第２結合端子の出力を合成する合成器と、合成器の出力レベルを検出する検出器と、検出器の検出値に基づいて、増幅器の利得を制御する制御部と、を備え、送信信号の波長に対して、第１結合回路の第１結合端子の出力と、第２結合回路の第２結合端子の出力との位相差がπ／２［ｒａｄ］であることを特徴とする。

本発明によれば、増幅器の出力に第１結合回路と第２結合回路と、を直列に接続し、第１結合回路の第１結合端子から出力され位相遅延された信号と、第２結合回路の第２結合端子から出力された信号と、を合成器で合成することにより、反射波成分が打ち消されるため、簡易で低コストの構成で、送信波電力制御における反射波の影響を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る送信機の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る送信波電力制御装置の構成例を示すブロック図 第１結合回路又は第２結合回路の拡大図 反射係数の位相に対する結合端子出力の変動を示した図 本発明の実施の形態２に係る送信波電力制御装置の構成例を示すブロック図 送信波電力制御とＶＳＷＲの算出の動作を説明した図 本発明の実施の形態３に係る送信波電力制御装置の構成例を示すブロック図 第１結合回路と第２結合回路の低容量結合用コンデンサの特性を示した図 第１結合回路と第２結合回路の低容量結合用コンデンサの特性を示した図 第１結合回路と第２結合回路と第２移相器を示した図 第１結合回路の第１結合端子と第２結合回路の第２結合端子の出力波の位相差を示した図 送信波電力制御装置の他の構成例を示したブロック図 送信波電力制御装置の他の構成例を示したブロック図

（実施の形態１）
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当する部分には同じ符号を付す。

図１は、この発明の実施の形態１に係る送信機１の構成例を示すブロック図である。ディジタル変調されたベースバンド信号がＤ−Ａ（Digital-Analog）変換器１１に入力される。Ｄ−Ａ変換器１１に入力された信号は、Ｄ−Ａ変換器１１でアナログのＩＦ（Intermediate frequency：中間周波数）信号に変換される。ＩＦ信号は、ＩＦ増幅器１２で予め定めた信号レベルまで増幅される。

増幅されたＩＦ信号は、周波数変換器１３で、局部発振器１４が生成する局部発振信号を用いて送信波周波数に周波数変換する。周波数変換された送信信号は、帯域フィルタ１５を通過することで波形整形され、送信波電力制御装置１０に入力される。送信波電力制御装置１０は、送信信号を増幅して送信波電力を予め定めた範囲内に制御する。送信波電力制御装置１０から出力される送信信号はアンテナ１６から放射される。

図２は、送信波電力制御装置１０の構成例を示すブロック図である。送信波電力制御装置１０は、利得が可変である前置増幅器１０１と、予め定めた利得で増幅する電力増幅器１０２と、を備える。前置増幅器１０１と電力増幅器１０２とで、可変利得の増幅器を構成し、送信波電力制御装置１０に入力された送信信号を可変の利得で増幅する。

また、送信波電力制御装置１０は、電力増幅器１０２から直列に接続した第１結合回路１０３と第２結合回路１０４とを備え、電力増幅器１０２から入力された送信信号の一部を分岐する。本実施の形態では、第１結合回路１０３と第２結合回路１０４が、基板上でマイクロストリップ線路を接合した方向性結合器である場合について説明する。第１結合回路１０３と第２結合回路１０４は、互いに同一性能を有しており、その結合量及び方向性を含む性能は既知であるとする。

また、送信波電力制御装置１０は、第１結合回路１０３で分岐された送信信号の一部の位相を遅延させる第１移相器１０５と、第１移相器１０５の出力及び第２結合回路１０４で分岐された送信信号の一部を合成する合成器１０６と、を備える。

さらに、送信波電力制御装置１０は、合成器１０６で合成された信号の低域成分を通過させるローパスフィルタ１０７と、ローパスフィルタ１０７を通過した信号の電力レベルを検出する検出器１０８と、検出器１０８の検出値に基づいて前置増幅器１０１の利得を制御する制御部１０９と、を備える。

送信波電力制御装置１０の第１結合回路１０３は、第１入力端子１０３１と、第１出力端子１０３２と、第１結合端子１０３３と、を有する。また、第２結合回路１０４は、第２入力端子１０４１と、第２出力端子１０４２と、第２結合端子１０４３と、を有する。電力増幅器１０２で増幅された送信信号は、第１結合回路１０３の第１入力端子１０３１に入力し、一部を第１結合端子１０３３から出力し、残りを第１出力端子１０３２から出力して、第２結合回路１０４の第２入力端子１０４１に入力する。第２入力端子１０４１から第２結合回路１０４に入力された送信信号は、一部を第２結合端子１０４３から出力して残りを第２出力端子１０４２から出力する。

ここで、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３と第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３の間の電気長は、π／２［ｒａｄ］である。本実施の形態では、第１結合回路１０３の第１出力端子１０３２と第２結合回路１０４の第２入力端子１０４１との電気長は０であるため、第１結合回路１０３と第２結合回路１０４の入出力端子間の電気長θ１はπ／２［ｒａｄ］である。

第１移相器１０５は、第３入力端子１０５１を第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３に接続し、第１結合素子１０３３から出力する送信信号の一部の位相をπ／２［ｒａｄ］遅延させる。第１移相器１０５は、ここでは、送信信号の波長に対して、π／２［ｒａｄ］の電気長を有する伝送線路とする。

合成器１０６は、抵抗型合成器であり、第４入力端子１０６１、第５入力端子１０６２と第３出力端子１０６３を有する。第１移相器１０５の出力が第４入力端子１０６１に入力され、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３の出力が第５入力端子１０６２に入力されて、２信号を合成する。

ローパスフィルタ１０７は、送信信号のうち、高調波成分を減衰させ、基本波成分のみを通過させるフィルタである。電力増幅器１０２の出力の高調波成分が基本波成分に対して十分に小さければローパスフィルタ１０７は省略してもよい。

検出器１０８は入力電力レベルに応じた直流電圧を出力する。制御部１０９は、検出器１０８の検出値から送信波電力モニタ値を算出する。そして、制御部１０９は算出した送信波電力モニタ値に基づいて前置増幅器１０１の利得へのフィードバック制御を実行する。これにより、送信波電力制御装置１０の送信端１１０での送信波電力を予め定めた範囲に制御することができる。

以上のように構成された送信波電力制御装置１０の動作について説明する。

図３は、第１結合回路１０３、第２結合回路１０４を拡大した図である。図３に示すように、アンテナ１６を含む出力負荷に接続される送信端１１０での送信波をＶｆとし、出力負荷による反射波をＶｒとする。また、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３から出力される信号Ｖｍ１のうち、送信波成分をＶｍｆ１、反射波成分をＶｍｒ１とする。また、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３から出力される信号Ｖｍ２のうち送信波成分をＶｍｆ２、反射波成分をＶｍｒ２とする。

送信波電力制御装置１０が、送信波電力をモニタし、その結果に応じて利得を制御する際、モニタに必要な成分はＶｍｆ１とＶｍｆ２であり、反射波成分であるＶｍｒ１とＶｍｒ２は不要な成分である。

送信波成分に着目すると、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３を出力するＶｍｆ１の位相は、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３を出力するＶｍｆ２に対して、θ１（＝π／２［ｒａｄ］）進んでいる。そして、Ｖｍｆ１は第１移相器１０５でθ２（＝π／２［ｒａｄ］）位相遅延して合成器１０６に入力される。これにより、合成器１０６の第４入力端子１０６１でのＶｍｆ１と第５入力端子１０６２でのＶｍｆ２との位相差は０となり同相で合成される。

一方、反射波成分について着目すると、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３を出力するＶｍｒ１の位相は、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３を出力するＶｍｒ２に対して、θ１（＝π／２［ｒａｄ］）遅れている。そして、Ｖｍｒ１は第１移相器１０５でさらにθ２（＝π／２［ｒａｄ］）位相遅延して合成器１０６に入力されることになる。このため、合成器１０６の第４入力端子１０６１でのＶｍｒ１と第５入力端子１０６２でのＶｍｒ２との位相差はπ［ｒａｄ］となり、Ｖｍｒ１とＶｍｒ２は逆相であるため、キャンセルされる。

このようにして、合成器１０６から送信波の成分のみが出力され、ローパスフィルタ１０７を介して検出器１０８に入力される。検出器１０８は入力された信号電力に対応した直流電圧を検出値Ｖｄｅｔとして出力する。制御部１０９は、検出器１０８から出力される検出値Ｖｄｅｔから送信波電力モニタ値Ｐｍｆへの換算を行う。そして送信波電力モニタ値Ｐｍｆを目標値にするフィードバック制御を行い、前置増幅器１０１の利得を制御する。

ここで、検出値Ｖｄｅｔから送信波電力モニタ値Ｐｍｆへ換算するにあたり、送信波電力モニタ値Ｐｍｆは送信端での送信波電力Ｐｆに極力等しくする必要がある。よって、ＶｄｅｔからＰｍｆへ換算する計算式あるいはデータテーブルを、送信端１１０から検出器１０８までの各構成要素のロスと検出器１０８の特性に基づく計算や試験調整を実行し、事前に取得しておく。

本実施の形態では、第１結合回路１０３と第２結合回路１０４をマイクロストリップ線路で構成しているが、このような方向性結合器は、良い方向性を実現することは難しい。また、低損失を優先するためには結合量を小さくする必要があるが、結合量を小さくするほど方向性は悪くなる傾向がある。例えば、方向性結合器の結合量を−３０ｄＢにすることにより、損失を約０．００５ｄＢまで低減させることができるが、方向性を１０ｄＢ以上とすることが困難になる。

仮に、送信波電力制御装置１０が単一の第１結合回路１０３のみを備え、第１結合回路１０３が図３に示すような方向性結合器であり、結合量−３０ｄＢで、方向性１０ｄＢであった場合の、第１結合端子１０３３の出力への影響を考察する。図４は、反射係数の位相に対する第１結合端子１０３３の出力の変動を示した図である。

送信端１１０での出力負荷による反射係数は以下の式（１）で表される。

ρ＝｜ρ｜・ｅｘｐ（ｊφ） （１）

この反射係数ρの振幅｜ρ｜が、ＶＳＷＲ＝２に相当する｜ρ｜＝０．３３３…であるとする。第１結合端子１０３３への反射波成分Ｖｍｒ１の位相は反射係数ρの位相φとともに全位相（０〜２π［ｒａｄ］）で変化し、送信波成分Ｖｍｆ１と合成され、第１結合端子１０３３からはＶｍ１＝Ｖｍｆ１＋Ｖｍｒ１が出力される。第１結合回路１０３の方向性が１０ｄＢである場合は第１結合端子１０３３の出力の変動量は、図４に示すように約１．８４ｄＢｐｐである。

これに対し、図２に示すような第１結合回路１０３と第２結合回路１０４を直列に接続する構成の場合には、反射波の影響を大幅に低減させることができるため、方向性を見かけ上大幅に改善でき、３０ｄＢ以上とすることも可能である。この場合は、図４に示すように反射係数の位相に対する合成器１０６の出力の変動量は約０．１８ｄＢｐｐとなり、反射波の影響は軽減される。

以上説明したように実施の形態１に係る送信波電力制御装置１０によれば、利得が可変の前置増幅器１０１と送信端１１０の間に第１結合回路１０３と第２結合回路１０４を直列に接続し、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３と第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３との位相差をπ／２［ｒａｄ］とする。そして、第１結合端子１０３３にπ／２［ｒａｄ］の第１移相器１０５を接続し、第１移相器１０５の出力と第２結合端子１０４３の出力を合成器１０６で合成した信号の電力を検出器１０８で検出し、その検出値に基づいて前置増幅器１０１の利得を制御することとした。これにより、サーキュレータを用いることなく、低損失にて、見かけ上の方向性を良くすることができる。また、出力負荷とのインピーダンス不整合による反射波の、利得制御へ影響を低減させることができ、送信波電力を安定させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る送信機１は、実施の形態１と同様である。図５は、本実施の形態２に係る送信波電力制御装置２０の構成を示すブロック図である。

送信波電力制御装置２０は、実施の形態１と同様の前置増幅器１０１、電力増幅器１０２、第１結合回路１０３、第２結合回路１０４、第１移相器１０５、合成器１０６、ローパスフィルタ１０７、検出器１０８、制御部１０９を備える。送信波電力制御装置２０は、これに加えて、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３及び第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３と、第１移相器１０５の第３入力端子１０５１及び合成器１０６の第５入力端子１０６２と、の間の経路の切り替えを行うスイッチ部２１を備える。

スイッチ部２１は、第１〜第４スイッチ２０１〜２０４を備える。第１スイッチ２０１は、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３に第１共通端子ｃを接続し、第１選択端子ａ，第１選択端子ｂのいずれかに切り替える。第２スイッチ２０２は、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３に第２共通端子ｃを接続し、第２選択端子ａ，第２選択端子ｂのいずれかに切り替える。第３スイッチ２０３は、第１移相器１０５の第３入力端子１０５１に第３共通端子ｃを接続し、第３選択端子ａ，第３選択端子ｂのいずれかに切り替える。第４スイッチ２０４は、合成器１０６の第５入力端子１０６２に第４共通端子ｃを接続し、第４選択端子ａ，第４選択端子ｂのいずれかに切り替える。

そして、第１スイッチ２０１の第１選択端子ａが第３スイッチ２０３の第３選択端子ａに接続され、第１スイッチ２０１の第１選択端子ｂが第４スイッチ２０４の第４選択端子ｂに接続されている。また、第２スイッチ２０２の第２選択端子ａが第４スイッチ２０４の第４選択端子ａに接続され、第２スイッチ２０２の第２選択端子ｂが第３スイッチ２０３の第３選択端子ｂに接続されている。

以上のように構成された送信波電力制御装置２０の動作について説明する。送信波電力制御装置２０は、送信波電力の利得制御を行うと共に、送信端１１０に接続した出力負荷によるＶＳＷＲを計測する機能も有する。

送信波電力制御装置２０が送信波電力の計測を行う際には、第１〜第４スイッチ２０１〜２０４は、全て、第１〜第４選択端子ａを第１〜第４共通端子ｃに接続する。これにより、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３は、第１移相器１０５の第３入力端子１０５１に接続され、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３は、合成器１０６の第５入力端子１０６２に接続されることとなり、実施の形態１と実質上同じ構成となる。よって、実施の形態１と同様に合成器１０６の出力に基づいて前置増幅器１０１の利得制御を行う。

送信波電力制御装置２０が反射波電力の計測を行う際には、図５に示すように、第１〜第４スイッチ２０１〜２０４は、全て、第１〜第４選択端子ｂを第１〜第４共通端子ｃに接続する。これにより、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３は、合成器１０６の第５入力端子１０６２に接続され、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３は、第１移相器１０５の第３入力端子１０５１に接続されることとなる。

すなわちスイッチ部２１は、送信波電力制御装置２０が送信波電力の計測を行う際には、第１結合端子１０３３を第３入力端子１０５１に接続すると共に、第２結合端子１０４３を第５入力端子１０６２に接続し、反射波電力の計測を行う際には、第１結合端子１０３３を第５入力端子１０６２に接続すると共に、第２結合端子１０４３を第３入力端子１０５１に接続する切り替えを行うものである。

送信波電力制御装置２０が反射波電力の計測を行う際の動作について説明する。

第１〜第４スイッチ２０１〜２０４がそれぞれ第１〜第４選択端子ｂを選択して反射波電力を計測するとき、必要な成分は、送信端１１０で発生する反射波Ｖｒが第２結合回路１０４で分岐されたＶｍｒ２と第１結合回路１０３で分岐されたＶｍｒ１であり、送信波成分であるＶｍｆ１とＶｍｆ２は不要な成分である。

第１結合回路１０３、第２結合回路１０４の方向性が完全であれば、Ｖｍｒ１とＶｍｒ２の成分は第１結合端子１０３３、第２結合端子１０４３からは出力されないが、マイクロストリップ線路で構成する方向性結合器の方向性は高くないため、Ｖｍｒ１とＶｍｒ２の成分が出力される。

反射波成分に着目すると、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３を出力するＶｍｒ２の位相は、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３を出力するＶｍｒ１に対して、θ１（＝π／２［ｒａｄ］）進んでいる。そして、Ｖｍｒ２は第２スイッチ２０２の第２選択端子ｂと第３スイッチ２０３の第３選択端子ｂを経由した後、第１移相器１０５でθ２（＝π／２［ｒａｄ］）位相遅延して合成器１０６に入力される。これにより、合成器１０６の第４入力端子１０６１での反射波成分Ｖｍｒ２と第５入力端子１０６２での反射波成分Ｖｍｒ１との位相差は０となり同相で合成される。

一方、送信波成分について着目すると、第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３を出力するＶｍｆ２の位相は、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３を出力するＶｍｆ１に対して、θ１（＝π／２［ｒａｄ］）遅れている。そして、Ｖｍｆ２は第１移相器１０５でさらにθ２（＝π／２［ｒａｄ］）位相遅延して合成器１０６に入力されることになる。このため、合成器１０６の第４入力端子１０６１でのＶｍｆ２と第５入力端子１０６２でのＶｍｆ１との位相差はπ［ｒａｄ］となり、Ｖｍｆ１とＶｍｆ２は逆相であるため、キャンセルされる。

このようにして、合成器１０６から反射波の成分のみが出力され、ローパスフィルタ１０７を介して検出器１０８に入力される。検出器１０８は入力された信号電力に対応した直流電圧を検出値Ｖｄｅｔとして出力する。制御部１０９は、検出器１０８の検出値Ｖｄｅｔを反射波電力モニタ値Ｐｍｒへ換算する。

ここで、反射波電力をモニタするとき、使用する検出器１０８が送信波電力をモニタする場合と同一で、送信端１１０から検出器１０８までのロスが送信波電力をモニタする場合と同等である。よって、第１結合回路１０３及び第２結合回路１０４の方向性をＤ（真数）とすると、検出値Ｖｄｅｔから反射波電力モニタ値Ｐｍｒへの換算については、反射波電力は方向性Ｄの分だけ、送信波電力より損失が大きくなる。このため、送信波電力を検出する場合のＶｄｅｔからＰｍｆへの換算の計算式あるいはデータテーブルと同一のものを利用して得たＰｍｒ’を、方向性Ｄで除したものがＰｍｒとなり、Ｐｍｒ＝Ｐｍｒ’／Ｄより得られる。

スイッチ部２１を定期的に切り替えることにより、送信波電力制御を継続しつつ、ＶＳＷＲを算出することができる。図６は、送信波電力制御とＶＳＷＲの算出の動作を説明する図である。

図６に示すように、初期状態においては、スイッチ部２１の第１〜第４スイッチ２０１〜２０４は、第１〜第４共通端子ｃを第１〜第４選択端子ａに接続しておく。この状態において、送信ＯＮして、送信波電力モニタ制御を開始すると、制御部１０９は、送信波電力の検出値に基づいて、前置増幅器１０１の利得制御を実行する。これにより、図６（ｂ）に示すように送信波電力は安定化する。

一定時間経過後に、スイッチ部２１の第１〜第４スイッチ２０１〜２０４を切り替えて、第１〜第４共通端子ｃを第１〜第４選択端子ｂに接続させる。その後、反射波成分の検出を開始するが、この時には送信波成分はキャンセルされているため、制御部１０９による前置増幅器１０１の利得制御は、図６（ａ）のＡ区間に示すようにスイッチ部２１を切り替える直前の値に保持する。入力信号レベルが一定であり利得の制御値が変化しなければ、回路の環境温度の変化が小さいような短時間においては、送信波電力もほとんど変化しない。また、制御部１０９は、図６（ｄ）に示すように、送信波電力モニタ値Ｐｍｆもスイッチ部２１を切り替える直前の値を保持しておく。

反射波成分のモニタ値Ｐｍｒを取得した後、スイッチ部２１の第１〜第４スイッチ２０１〜２０４を切り替えて、第１〜第４共通端子ｃを第１〜第４選択端子ａに接続させると、制御部１０９は、送信波電力モニタ値Ｐｍｆを取得することとなる。その後、送信波電力モニタ制御を再開する。このとき、取得した送信波電力モニタ値Ｐｍｆと反射波電力モニタ値Ｐｍｒから出力負荷のＶＳＷＲを次の式（２）を用いて計算する。

ＶＳＷＲ＝（｜ρｍ｜＋１）／（｜ρｍ｜−１） （２）

式（２）において、ρｍは送信端１１０に接続した出力負荷の反射係数モニタ値であり、|ρｍ｜＝（Ｐｍｒ／Ｐｍｆ）^１／２である。

このようにして、送信波電力制御装置２０は、送信電力モニタ制御を継続しつつ、ＶＳＷＲを算出することができる。

以上説明したように実施の形態２に係る送信波電力制御装置２０は、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３及び第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３と、第１移相器１０５の第３入力端子１０５１及び合成器１０６の第５入力端子１０６２と、の間の経路の切り替えを行うスイッチ部２１を備える。そして、スイッチ部２１は、送信波電力の計測時には、第１結合端子１０３３を第３入力端子１０５１に接続すると共に、第２結合端子１０４３を第５入力端子１０６２に接続し、反射波電力の計測時には、第１結合端子１０３３を第５入力端子１０６２に接続すると共に、第２結合端子１０４３を第３入力端子１０５１に接続することとした。これにより、送信波電力と反射波電力を互いの影響を受けることなく、計測することができ、高精度の送信波電力モニタ制御とＶＳＷＲの取得が可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る送信機１は、実施の形態１と同様である。図７は、本実施の形態３に係る送信波電力制御装置３０の構成を示すブロック図である。

送信波電力制御装置３０は、実施の形態２と同様の前置増幅器１０１、電力増幅器１０２、第１移相器１０５、合成器１０６、ローパスフィルタ１０７、検出器１０８、制御部１０９を備える。そして、送信波電力制御装置３０は、実施の形態２のマイクロストリップ線路の方向性結合器である第１結合回路１０３、第２結合回路１０４に代えて、低容量結合用コンデンサを有する第１結合回路３０３、第２結合回路３０４を備え、第１結合回路３０３と第２結合回路３０４の間に第２移相器３０５を備え、合成器１０６の２つの第４、第５入力端子１０６１、１０６２に減衰器３０６、３０７を備えている。

第１結合回路３０３、第２結合回路３０４について、マイクロストリップ線路の方向性結合器を低容量結合用コンデンサに置き換えることで、結合回路単体としての方向性は０ｄＢとなるが、回路サイズを小さくすることができる。

第１結合回路３０３と第２結合回路３０４の低容量結合用コンデンサは同一特性であり、減衰器３０６と３０７は同一特性である。実施の形態２の第１結合回路１０３、第２結合回路１０４の方向性結合器には終端抵抗が設けられているのに対して、本実施の形態３の構成には終端抵抗に相当するものがない。このため、第１結合回路３０３から入力される経路と、第２結合回路３０４から入力される経路は十分にアイソレーションをとる必要があるため、減衰器３０６、３０７を備えている。

図８、図９は、第１結合回路３０３と第２結合回路３０４の低容量結合用コンデンサの特性を示した図である。図８は周波数ｆ及びコンデンサ容量Ｃに対する出力波位相及び結合量の特性を示しており、図９は結合量に対する通過損失の特性を示している。

図８に示すように、周波数ｆとコンデンサ容量Ｃの積に対し、出力波の位相と結合量が決まる。図９に示した関係より通過損失を０．１ｄＢ以下とするには、結合量は−１８ｄＢ以下にする必要がある。結合量−１８ｄＢ以下を実現するために、図８に示した関係に基づいて、コンデンサ容量Ｃを決定する。

図１０は第１結合回路３０３と第２結合回路３０４と第２移相器３０５を示した図であり、図１１は、第１結合回路３０３の第１結合端子３０３３と第２結合回路３０４の第２結合端子３０４３の出力波の位相差を示した図である。第２移相器３０５の移相量θ３について図１０、図１１を用いて説明する。

図１０に示すように、第１結合回路３０３の第１結合端子３０３３の出力波の位相をφ１とし、第２結合回路３０４の第２結合端子３０４３の出力波の位相をφ２とし、低容量結合用コンデンサの移相量をθ４とする。

ここで、実施の形態１で述べたように、第１結合回路３０３の第１結合端子３０３３と第２結合回路３０４の第２結合端子３０４３の間の出力の位相差（φ１−φ２）は、π／２［ｒａｄ］である必要がある。例えば、θ４は結合量が−２０ｄＢの場合は、図８よりθ４≒２．８［ｄｅｇ］である。よって、図１１より、（φ１−φ２）＝π／２[ｒａｄ]を満たすためには、θ３＝π／２−２・θ４となる。この関係はコンデンサ単体の結合量が小さい場合（概ね−１８ｄＢ以下）、すなわち通過損失が低い場合において成り立つ。

以上のように、第１結合回路３０３、第２結合回路３０４の低容量結合用コンデンサと、第２移相器３０５のパラメータを決定した送信波電力制御装置３０の動作は実施形態２と同様である。

以上説明したように実施の形態３に係る送信波電力制御装置３０は、第１結合回路３０３と、第２結合回路３０４と、が低容量結合用コンデンサを有する構成である。第１結合回路３０３と第２結合回路３０４の間に、第２移相器３０５を備えて、第１結合回路３０３の第１結合端子３０３３と、第２結合回路３０４の第２結合端子３０４３との間の位相差がπ／２［ｒａｄ］となる移相量θ３を決定した。これにより、より簡易で、回路サイズの小さい構成で、高精度の送信波電力制御とＶＳＷＲの取得が可能となる。

このように本発明は、送信信号を可変の利得で増幅する増幅器に、第１結合回路と第２結合回路を直列に接続し、第１結合回路の第１結合端子の出力をπ／２［ｒａｄ］位相遅延させたものと、第２結合回路の第２結合端子の出力とを合成させ、合成させた出力電力を検出した検出値に基づいて、増幅器の利得を制御させる。そして、送信信号の波長に対して、第１結合回路の第１結合端子の出力と、第２結合回路の第２結合端子の出力との位相差がπ／２［ｒａｄ］であるとした。これにより、簡易で低コストの構成で、送信波電力制御における反射波の影響を低減することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施の形態１において、第１結合回路１０３、第２結合回路１０４の電気長がπ／２［ｒａｄ］であることから、第１結合回路１０３の第１結合端子１０３３と第２結合回路１０４の第２結合端子１０４３との出力波の位相差がπ／２［ｒａｄ］であるとしたが、第１結合回路１０３、第２結合回路１０４の電気長がπ／２［ｒａｄ］でなくてもよい。この場合の送信波電力制御装置４０は、図１２に示すように、第１結合回路１０３と第２結合回路１０４との間に移相量θ５の第２移相器４０１を挿入し、第１結合回路１０３の電気長と第２移相器４０１の電気長の和がπ／２［ｒａｄ］となる移相量θ５を決定すればよい。同様に、実施の形態２においても、第１結合回路１０３と第２結合回路１０４との間に第２移相器４０１を備える構成にしてもよい。

また、上記実施の形態において、第１移相器１０５、第２移相器３０５、４０１を伝送線路で構成するとしたが、他の任意の移相器であってもよい。例えば、図１３に示すように、第１移相器５０１、第２移相器５０２はコイルとコンデンサを接続した集中定数型移相器であってもよい。特に、ＶＨＦ帯等、自由空間の波長が１ｍ以上の周波数では、電気長π／２の線路を基板上で構成するために物理的なサイズが大きくなる問題があるため、集中定数型移相器で構成する方がよい。この場合の第２移相器５０２の移相量は、実施の形態３における第２移相器３０５の電気長と同様の方法で決定する。

１ 送信機、１０，２０，３０，４０，５０ 送信波電力制御装置、１１ Ｄ−Ａ変換器、１２ ＩＦ増幅器、１３ 周波数変換器、１４ 局部発振器、１５ 帯域フィルタ、１６ アンテナ、２１ スイッチ部、１０１ 前置増幅器、１０２ 電力増幅器、１０３，３０３ 第１結合回路、１０４，３０４ 第２結合回路、１０５，５０１ 第１移相器、１０６ 合成器、１０７ ローパスフィルタ、１０８ 検出器、１０９ 制御部、１１０ 送信端、２０１ 第１スイッチ、２０２ 第２スイッチ、２０３ 第３スイッチ、２０４ 第４スイッチ、３０５，４０１，５０２ 第２移相器、３０６，３０７ 減衰器、１０３１ 第１入力端子、１０４１ 第２入力端子、１０５１ 第３入力端子、１０６１ 第４入力端子，１０６２ 第５入力端子、１０３２ 第１出力端子、１０４２ 第２出力端子、１０６３ 第３出力端子、１０３３，３０３３ 第１結合端子、１０４３，３０４３ 第２結合端子

Claims (9)

1. 送信信号を可変の利得で増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力に第１入力端子を接続し、第１結合端子に前記増幅器の出力の一部を分岐して出力する第１結合回路と、
   前記第１結合回路の第１出力端子に第２入力端子を接続した、前記第１結合回路と同等の特性を有する結合回路であって、当該結合回路の第２結合端子に、前記第１結合回路の出力の一部を分岐して出力する第２結合回路と、
   前記第１結合回路の前記第１結合端子の出力をπ／２［ｒａｄ］位相遅延させる第１移相器と、
   前記第１移相器の出力と、前記第２結合回路の第２結合端子の出力を合成する合成器と、
   前記合成器の出力電力を検出する検出器と、
   前記検出器の検出値に基づいて、前記増幅器の利得を制御する制御部と、
   を備え、
   前記送信信号の波長に対して、前記第１結合回路の前記第１結合端子の出力と、前記第２結合回路の前記第２結合端子の出力との位相差がπ／２［ｒａｄ］である、
   送信波電力制御装置。
2. 前記第１結合回路の前記第１結合端子及び前記第２結合回路の前記第２結合端子と、前記第１移相器の第３入力端子及び前記合成器の前記第１移相器が接続されていない方の第５入力端子と、の間にスイッチ部を更に備え、
   前記スイッチ部は、送信波電力を計測する際には、前記第１結合端子と前記第３入力端子を接続するとともに前記第２結合端子と前記第５入力端子とを接続することにより、前記合成器から送信波モニタ電力を出力させ、反射波電力を計測する際には、前記第１結合端子と前記第５入力端子を接続するとともに前記第２結合端子と前記第３入力端子とを接続することにより、前記合成器から反射波モニタ電力を出力させ、
   前記制御部は、前記合成器から出力された前記出力波モニタ電力と前記反射波モニタ電力を前記検出器で検出した検出値に基づいて、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を算出する、
   請求項１に記載の送信波電力制御装置。
3. 前記スイッチ部は、
   前記第１結合回路の前記第１結合端子の出力を第１共通端子ｃに接続し、第１選択端子ａと第１選択端子ｂとに経路を切り替える第１スイッチと、
   前記第２結合回路の前記第２結合端子の出力を第２共通端子ｃに接続し、第２選択端子ａと第２選択端子ｂとに経路を切り替える第２スイッチと、
   前記第１移相器の前記第３入力端子を第３共通端子ｃに接続し、前記第１スイッチの前記第１選択端子ａに接続した第３選択端子ａと、前記第２スイッチの前記第２選択端子ｂに接続した第３選択端子ｂと、に経路を切り替える第３スイッチと、
   前記合成器の前記第５入力端子を第４共通端子ｃに接続し、前記第２スイッチの前記第２選択端子ａに接続した第４選択端子ａと、前記第１スイッチの前記第１選択端子ｂに接続した第４選択端子ｂと、に経路を切り替える第４スイッチと、を備え、
   前記送信波電力を計測する際には、前記第１〜第４スイッチがそれぞれ前記第１〜第４選択端子ａを選択し、
   前記反射波電力を計測する際には、前記第１〜第４スイッチがそれぞれ前記第１〜第４選択端子ｂを選択する、
   請求項２に記載の送信波電力制御装置。
4. 前記第１結合回路の前記第１出力端子と、前記第２結合回路の前記第２入力端子と、の間に挿入した第２移相器を更に備え、
   前記第２移相器は、前記送信波信号の波長において、前記第１結合回路の前記第１結合端子の出力の位相と、前記第２結合回路の前記第２結合端子の出力の位相と、の位相差がπ／２［ｒａｄ］となる位相遅延を発生させる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の送信波電力制御装置。
5. 前記第１結合回路及び前記第２結合回路は、マイクロストリップ線路を有する方向性結合器である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の送信波電力制御装置。
6. 前記第１結合回路及び前記第２結合回路は、前記第１入力端子及び前記第１出力端子と、前記第１結合端子との間、並びに、前記第２入力端子及び前記第２出力端子と、前記第２結合端子との間に、低容量結合用コンデンサを挿入した結合回路である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の送信波電力制御装置。
7. 前記第１移相器は、π／２［ｒａｄ］の電気長を有する伝送線路又はコイルとコンデンサを含む集中定数型移相器である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の送信波電力制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の送信波電力制御装置を備えた送信機。
9. 送信信号を可変の利得で増幅する増幅器と送信端との間に、第１結合回路と、第２結合回路と、を直列に接続した送信機の送信波電力を制御する送信波電力制御方法であって、
   前記第１結合回路の第１結合端子から出力される前記送信信号の一部をπ／２［ｒａｄ］移相させる移相ステップと、
   前記移相ステップで移相させた前記送信信号の一部と、前記第２結合回路の第２結合端子から出力される前記送信信号の一部と、を合成する合成ステップと、
   前記合成ステップで合成された信号の出力レベルを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップで検出した検出値に基づいて、前記増幅器の利得を制御する利得制御ステップと、
   を有し、
   前記送信信号の波長に対して、前記第１結合回路の前記第１結合端子の出力と、前記第２結合回路の前記第２結合端子の出力との位相差がπ／２［ｒａｄ］である、
   送信波電力制御方法。

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