JP2689290B2 - 無線送信機 - Google Patents

無線送信機

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JP2689290B2
JP2689290B2 JP3132251A JP13225191A JP2689290B2 JP 2689290 B2 JP2689290 B2 JP 2689290B2 JP 3132251 A JP3132251 A JP 3132251A JP 13225191 A JP13225191 A JP 13225191A JP 2689290 B2 JP2689290 B2 JP 2689290B2
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alc
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武昭 大平
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八重洲無線 株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は無線送信機において、送
信機出力電力をなるべく一定に保つためのALC(Au
tomatic Level Control)回路の
動作の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アマチュア無線用通信機のように複数の
バンドを有し周波数のカバー範囲の広い送信機ではバン
ドの切換やバンド内での周波数変化等に伴う出力電力の
変化を除去または軽減し、電力増幅器のオーバーロード
を防止するためのALC回路を設けるのが普通である。
【0003】無線送信機におけるALCは受信機におけ
るAGCまたはAVCと同様に一種のネガティブ・フィ
ードバックであって、出力信号の電力あるいは電圧を検
出して、設定値以上の出力電力を直接あるいは増幅して
前段部の増幅度を抑圧する方向に加えることにより、出
力信号レベルの変化を減少するように動作するのであ
る。
【0004】この動作は旧式の真空管式回路では必ずし
も十分では無かったが、現在の半導体式回路では制御ル
ープのゲインを大きく取ることが容易なので、広い動作
範囲で出力を一定に近く保つことが可能である。
【0005】次にALC回路の構成例につき述べる。図
5はALCの基本構成を示す最も簡単な構成例であっ
て、送信回路としてはマイクロホン出力をマイク増幅器
で増幅して、低電力変調器でキャリア発振出力を振幅変
調し、前段増幅器を通して電力増幅器を励振し、電力増
幅器の出力は出力整合器(高調波除去効果の高いπマッ
チ回路を用いることが多い)でアンテナ・フィーダおよ
びアンテナ・エレメントとインピーダンス・マッチング
(通信機用アンテナとフィーダのインピーダンスは50
オームが標準となっている)を行って、反射損失を最小
に調整して運用するのである。この図の例は低電力変調
のAM送信回路であるが、SSB・FMやCWの送信回
路でも前段増幅器以後の構成は殆んど同様である。
【0006】送信電力の簡単な計測法としては図6
(A)のように送信機出力端に検波ダイオードを接いで
整流電流を高感度直流電流計で指示する構成とし、電流
計の指示と高周波電圧E0 との関係から 送信出力P0 =E0 2/R0 (但しR0 =50Ω) として出力目盛を付けるのである。前式においてP0
10WとすればE0 は24V、100Wでは約70Vと
なり、小振幅特性の良い検波ダイオードの逆耐圧を超え
るので、印加電圧は適宜分割している。
【0007】次にALCのための検出回路としては図6
(B)のように、送信出力検出用の検波ダイオードに逆
バイアス電圧を加えて希望の出力電力に相当する出力電
圧からダイオードが導通を開始するようにし、その逆バ
イアス電圧値を加減することによりALCの動作レベル
を設定するのである。この動作レベルの設定と出力電力
の関係は第6図(C)のようになる。
【0008】ALC回路としては図5のように、検波ダ
イオードの整流出力電圧を、変調成分除去のための積分
(時定数)回路を通して得たALC制御電圧を直接また
は直流増幅器を通して前段増幅器に加えてゲインを低下
することにより、ALC設定レベル以上の出力電力を抑
圧するものである。
【0009】上記図6の送信出力の検出方法は比較的簡
単であるが、あくまでアンテナ側の特性インピーダンス
を50オームと想定しての計算値であって、実際にはア
ンテナ・エレメントの特性インピーダンスは周波数によ
り、また設置状態により大きく変化するし、不整合によ
る反射波と進行波との干渉で出力電力と圧力との関係は
前記のP0 =E0 2/R0 の式では全く表せないのであ
る。
【0010】さらにインピーダンスの不整合による反射
電力の発生は伝送路での電力損失および、特に大電力半
導体出力増幅器では電力増幅素子の破損の原因ともなる
ので、整合度を表示するSWR(定在波比)が1.0に
近くなるようにアンテナ回路を調整する必要があり、S
WRを簡単に測るためにはSWR計が用いられる。SW
R計の構造は適用周波数帯により異なるが、動作原理と
しては第7図のように伝送路と静電C結合する出力と誘
導M結合する出力との組合わせにより順方向電力と逆方
向(反射)電力とを求めて、その差を真の出力電力と
し、SWR値も算出(SWR1.0では逆方向電力は0
となる)できるのである。
【0011】この種の方向性結合器はCMカップラと呼
ばれ、これを用いた通過形電力計は図6の電圧検出形よ
り優れているので、測定器のみならず高級送信機にも内
蔵される傾向にある。
【0012】一般にアンテナ・エレメントは使用中心周
波数において特性インピーダンス50オームに製作され
ており、使用周波数範囲で若干の調整が出来るが、多エ
レメントの高ゲイン、アンテナとなると調整は極めて困
難である。
【0013】送信機側としては実用上でSWR1.3以
内であれば運用に支障は無いとされているが、アマチュ
ア無線のように各種形式のアンテナを試用したり多くの
周波数帯で運用する場合にはアンテナ回路のSWRが大
きくて使用に不都合が生じることがある。この際に特性
インピーダンスが50オームから大きく離れている形式
のアンテナでは微調整によりインピーダンスを整合する
ことは無理なので中間にアンテナ・チューナと称する整
合器を用いるのであって、その構成は通常図8のように
ローパス・フィルタ形のπマッチ同調回路とする事が多
く、コイルの巻数とコンデンサの容量を調整してSWR
計が1.0になるように設定するのであるが、最低3ヵ
所の調整を行うのは面倒なので、SWRが最低となるよ
うにサーボモータにより自動調整する自動アンテナ・チ
ューナが主流となり、さらに高級の送信機やトランシー
バにも組込まれるに至っている。
【0014】一つには真空管式出力段では内部インピー
ダンスが非常に高くて、50オーム回路と整合するため
にはπマッチ回路の少なくも入出力のコンデンサを調整
する必要があるので、手間は掛るが、若干の範囲でライ
ンインピーダンスとの整合が可能である。
【0015】これに対して半導体出力増幅器では内部イ
ンピーダンスが低いので、広帯域トランスにより50オ
ームの出力回路に整合し、ローパス・フィルタを通して
アンテナ回路に送出しているので、無調整で良い反面で
整合範囲が狭いのでアンテナ・チューナの必要性が増し
ているのである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】前述のように送信機で
はアンテナ回路の整合は反射電力損失の除去と大電力機
では保安上の理由からも必要であるので、アンテナ・チ
ューナを用いてインピーダンス整合を行っているが、そ
の際にアンテナ・チューナ内では主にコイルに多少の熱
損失を伴うので、送信出力電力に0.5dB程度の低下
を生ずる。これは電力比としては約10%であるので、
100Wの送信機出力はアンテナ入力90Wとなること
になる。実際上はこの程度の電力差は通信能力に影響な
いのであるが、アンテナ・インピーダンスが50オーム
に近い場合にはアンテナ・チューナを直通するスルー回
路を設けてあるので、アンテナの代りに50オームの終
端電力計を接いで出力電力を測定すると、明らかにアン
テナ・チューナを使用した方が電力が低下する結果とな
るので、技術者で無いアマチュアよりは特に自動アンテ
ナ・チューナについて自動設定の動作が悪いのでは無い
かという疑問と苦情がメーカに寄せられることが多く、
その都度アンテナ整合状態と不整合アンテナ使用時のア
ンテナ・チューナの効用について説明して理解を求める
煩わしさがあり、誤解を生じないで済むような対策が望
まれていたところである。本発明はこれらの課題を解決
するために、アンテナ・チューナとスルー回路とを切換
えても送信出力に変動が無く、非同調状態による大きな
反射波出力があれば電力半導体が破損されないように送
信電力を制御するALCを備えた無線送信機の提供を目
的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】送信機のALCには主に
2つの目的があり、第1の目的は過度のキャリア励振に
より主として出力増幅段での歪の発生を防止するためで
あり、第2は送信出力電力を常に一定の設定レベルに保
持することであって、半導体回路の使用により効果的動
作が可能になっている。
【0018】ALC回路と、送信出力段とアンテナの中
間にアンテナ・チューナとスルー回路とを選択して接続
する回路を備えた無線送信機において、前記ALC回路
は、アンテナ・チユーナとスルー回路の接続を切換えて
も、送信電力レベルが変動しないようにアンテナ・チュ
ーナとスルー回路の設定切換に連動してALCの動作設
定点を変更する動作設定点変更手段と、反射波出力が予
め設定したしきい値を超えるとALC制御信号を出力す
る非同調用のALC制御信号出力手段とを具備して、送
信電力をALC制御する無線送信機である。
【0019】そのための構成例は第1図に示すように、
は送信回路部であって、前段増幅器11、電力増幅器
12、出力同調回路13、内蔵アンテナ・チューナ14
とより成り、アンテナ・チューナ14は切換スイッチ1
5a・15bによりスルー回路を通して直結することが
出来る。また前段増幅器以前の部分は電波形式により異
るし本発明と直接の関係が無いので省略してある。
【0020】はALC回路部であって、ALC検出部
21で出力整合回路13の出力電力を検出し、動作点設
定部22で設定したレベル以上の出力電力ではALC検
出電圧211を送出する。この電圧211は積分(時定
数)回路24を通して変調成分等のリップルを除去し、
直流増幅器25で増幅したALC制御電圧241を前段
増幅器11に加えて、送信電力を一定に保持する動作を
するのである。
【0021】本発明では動作点設定部22の設定点をア
ンテナ・チューナ14の使用時の出力整合回路13の出
力131をスルー時の出力よりアンテナ・チューナの挿
入損失分だけ大きく設定するのであって、そのための動
作点の変更は切換スイッチ23をアンテナ・チューナ1
4とスルー回路の切換スイッチ15a・15bと連動す
ることにより、アンテナ回路に送出する電力を自動的に
常に一定に保つことを可能とするものである。
【0022】動作点設定部22としては全動作範囲でア
ンテナ・チューナ14の損失分を補償するように設定さ
れることが理想であるが、現実には非常に困難あるの
で、問題となり易い定格(最大)出力において完全な補
償が出来、それ以下の出力状態では多少の偏差を許すと
すれば図2(A)〜(D)例示のような構成で実現でき
る。
【0023】図2(A)でRS は動作範囲限定用の固定
または半固定抵抗であり、VR1 はアンテナ・チューナ
使用時のALC動作点設定用バリオームであり、VR2
はスルー時のALC動作点設定用バリオームであって、
VR1 とVR2 とは機械的に連動の角度をずらしてAL
C動作点を設定するのである。
【0024】図2(B)ではVR1 とVR2 は通常の2
連バリオームであって、(B−1)ではVR1 の低電位
側にトリマ抵抗器RT を入れ、(B−2)ではVR2
高電位側にRT を入れてALC動作点をオフセットする
のである。
【0025】図2(C)ではバリオームVR0 に直列に
トリマ抵抗器RT を入れてスイッチで開閉することによ
りALC動作点のオフセット量を加減するので、VR0
は単連バリオームでよい。
【0026】図2(D)は従来のALC設定用バリオー
ムVR0 の出力部とアース間にトリマ抵抗器と抵抗RE
を直列に接続し、RTの両端の電位差によりALC動作
点のオフセットを行うのである。
【0027】
【実施例】以下に最近のHF帯オールモードトランシー
バに本発明を適用した実施例につき述べる。
【0028】このトランシーバは受信は0.1〜30M
Z の範囲を連続カバーし、送信はアマチュアバンドで
ある160m・80m・40m・30m・20m・17
m・15m・12m・10mの9バンドで送信出力は1
0W・50W・100W・200Wの種別があるが、主
として電力増幅段の構成差によっている。
【0029】そして、このトランシーバが従来の同種機
種と異る特徴の一つは送信時に送信出力段とアンテナ回
路とのインピーダンス整合を自動的に行うアンテナ・チ
ューナを内蔵している点である。そのために〔発明が解
決しようとする課題〕の項で述べた、アンテナ・チュー
ナ使用時の出力電力がスルー時の出力電力より1割程度
少なく計測されるという問題が浮上してきたわけであ
る。
【0030】また、このトランシーバの構成はオールモ
ード・トランシーバの常として非常に混み入っているの
で、特に本発明の実施に直接関係する送信励振段(前段
増幅器)より送信出力端子までとALC回路部分に限定
して図3に示す。
【0031】図3を簡単に説明すると、電力増幅器の出
力部は広帯域トランスにより1.5MHZ 〜30MHZ
の周波数範囲で50オームに整合し、バンド毎のLPF
を通り、CMカップラを通して進行波サンプリング出力
F と反射波サンプリング出力VR を取り出して、それ
ぞれ電圧コンパレータVC1 とVC2 とで検出レベルの
基準電圧と比較することにより、設定レベル以上のVF
とVR とではコンパレータはALC電圧を出力するの
で、直流増幅器を通してALC制御電圧を前段増幅器に
加えてALC動作を行っている。
【0032】コンパレータVCでは出力電力を設定値
に保つ動作を行い、その設定は出力レベル設定用VRに
よりなされ、コンパレータVC図3に示す反射波レ
ベル設定による許容値以上の反射波があると出力電力半
導体が破損するのでそれを防止するために設定値以上の
反射波でALCにより出力を低下させる動作をしてい
る。
【0033】ALCの動作点設定部としてはコンパレー
タVC1 の比較基準電圧設定のために10KΩB形(抵
抗値直線変化)のバリオームを用いており、4.7KΩ
の抵抗を通して定電圧電源に接続している。
【0034】本発明ではアンテナ・チューナ使用時とス
ルー時とに連動してALCの比較基準電圧をオフセット
してアンテナ・ラインへの出力電力を略一定に保つので
あるから、図2の構成例から部品数の少なくて良い
(C)の構成を選びオフッセト用抵抗として1KΩB形
半固定バリオームを、アンテナ・チューナの切換スイッ
チS1 と連動するスイッチS2 によりショートする回路
で実験したところ、RT が小さい状態では出力レベル調
整器(VR0 に相当)により励振電力(出力電力と考え
てもよい)を加減した場合に、CMカップラを通過する
進行波出力電力はアンテナ・チューナ使用時にはスルー
時より略一定値だけ大きくすることが出来、RT が大き
い状態では励振電力の小さい状態では電力差が増大する
傾向が見られた。この電力差をデシベルで表示したのが
図4(A−3)であって、励振電力の小さい状態ほどデ
シベル差は大きくなり、0.5dB程度のアンテナ・チ
ューナの挿入損失分を補償する目的にはあまり適当で無
いことが判った。
【0035】そこで図4(B−1)のようにVR0 とR
T の位置を入れ換え、S2 開閉動作を逆接続とした結果
は(B−2)のように、励振電力と比較的に出力電力差
は大きくなり、出力差をデシベル表示すると(B−3)
のように励振電力の極めて小さい範囲を除き略一定値が
得られたので、本実施例ではALC動作点設定(出力レ
ベル調整)部は図4(B−1)の構成としたのである。
ただし、図4において(A−2)(A−3)(B−2)
(B−3)は理解を容易にするため概念化して図示して
ある。
【0036】
【発明の効果】本発明は今後ますます増加するであろ
う、アンテナ・チューナを内蔵する無線送信機に適用し
て、アンテナ・チューナの挿入損失分を自動的に補償で
きる効果がある。
【0037】本発明によれば、送信出力段とアンテナの
間に設けたアンテナ・チューナとスルー回路の回路切換
に連動してALCの動作開始点の設定を切換えるが、通
常高周波リレーを用いて切換える。その高周波リレーの
スイッチ回路にALCの動作点設定切換の一回路を増設
するだけで、スイッチ回路は全て連動する。この連動に
よりスルー回路の送信出力レベルとなるALC動作点に
対して、アンテナ・チューナ回路のコイルによる減衰分
を補償するALC動作点に設定することでアンテナ・チ
ューナとスルー回路の送信出力の計測値を合わせること
ができる。また、反射波レベル設定による許容値以上の
反射波があると出力電力半導体が破損するのでそれを防
止するために設定値以上の反射波でALCにより出力を
低下させる動作をするので安全対策上でも大きな効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関する無線送信機の回路構成図であ
る。
【図2】ALC動作点設定部の回路例である。
【図3】本発明の実施例回路図である。
【図4】ALC動作点設定部回路と動作特性図である。
【図5】無線通信機におけるALCの基本的構成図であ
る。
【図6】(A)送信出力計測回路例である。 (B)ALC検出回路例である。 (C)動作特性図である。
【図7】通過形電力計兼SWR計の構成例である。
【図8】π形インピーダンス整合回路図である。
【符号の説明】 無線送信機の後段部 ALCの回路部 11 前段増幅部 12 電力増幅部 13 出力整合回路 14 アンテナチューナ 15a 切換スイッチ 15b 切換スイッチ 21 ALC検出部 22 動作点設定部 23 切換スイッチ 24 直流増幅器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ALC回路と、送信出力段とアンテナの
    中間にアンテナ・チューナとスルー回路とを選択して接
    続する回路を備えた無線送信機において、前記ALC回
    路は、アンテナ・チューナとスルー回路の接続を切換え
    ても、送信電力レベルが変動しないようにアンテナ・チ
    ューナとスルー回路の設定切換に連動してALCの動作
    設定点を変更する動作設定点変更手段と、反射波出力が
    予め設定したしきい値を超えるとALC制御信号を出力
    する非同調用のALC制御信号出力手段とを具備して、
    送信電力をALC制御することを特徴とする無線送信
    機。
JP3132251A 1991-05-09 1991-05-09 無線送信機 Expired - Lifetime JP2689290B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0628826Y2 (ja) * 1987-08-04 1994-08-03 株式会社ケンウッド Alc増幅回路
JPH0737386Y2 (ja) * 1989-04-28 1995-08-23 アイコム株式会社 アンテナチューナの保護回路

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