JP3064683B2 - 電力増幅器および増幅方法 - Google Patents
電力増幅器および増幅方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
- H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
- H03F1/0277—Selecting one or more amplifiers from a plurality of amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
- H04B1/40—Circuits
Description
を含む移動無線通信システムに関する。より詳細には、
本発明はアナログおよびデジタルの両モードで作動可能
なセルラー電話機に使用する電力増幅器に関する。
つセル内で複数の移動局が作動する無線通信システムで
ある。代表的に、所与のサービスエリア内に比較的多数
のセルおよび基地局がある。各セル内の基地局はメッセ
ージ交換局に接続され、それは次に公衆電話システムに
接続される。
システムは、代表的に通話もしくは他種のアナログ情報
に使用されるアナログシステムであった。これらのシス
テムにはアナログ変調無線信号を送信することにより基
地局と移動局間でアナログ情報を伝送するための多数の
無線チャネルが含まれる。アナログシステムはデジタル
もしくはアナログ動作モードで作動可能なデュアルモー
ドシステムに置換されつつある。電子産業協会(EI
A)から1991年1月付のEIA/TIAプロジェク
トNo.2398“セルラーシステム、デュアルモード
移動局−基地局コンパチビリティ標準”、IS−54
(改訂A)、および1991年3月付のTR45.3プ
ロジェクトNo.2216、“セルラーシステム、80
0MHzデュアルモード移動局の推奨最低性能標準”が
発刊されている。アナログおよびデジタルの両モードで
作動可能なセルラー電話システムの設計仕様はこれらの
暫定的標準に準拠している。
動電話システムはアナログおよびデジタルの両モードで
作動する。アナログモードで作動する電話機は基地局が
決定する電力レベルで連続的に作動する電力段を有し、
変調モードはFMである。移動局の許容最大出力は移動
局のクラスに依る。現在のところ、4つのクラスI,I
I,III,IVがあり、各クラスの最大出力はそれぞ
れ+6,+2,−2,−2dBWである。したがって、
このようなシステムには電力効率の高い非線型送信機電
力段を有利に使用することができる。EIAの仕様で
は、デジタルモードにおいて送信信号にかなりの変動
(π/4−DQPSK)が含まれる変調方法が採られ
る。振幅変動はおよそ20dBの大きさであり、ピーク
と平均出力との商はおよそ4dBである。したがって、
デジタルモードの電力段は線型でなければならず、高い
ピーク電力に対するディメンジョンとしなければならな
い。完全に線型な電力段の問題点は電力効率が比較的低
いことである。しかしながら仕様に明記されたデジタル
モードでは、全レートモード内の3つのタイムスロット
の中の一つもしくは半レートモード内の6つのタイムス
ロットの中の一つで送信が行われるだけでよい。送信は
さまざまなタイムスロットで行われるため、消費電流は
最重要問題とはならない。
電話機の送信機電力増幅器は、(1).高い電力効率で
連続的にアナログモードで作動し、かつ(2).電力レ
ベルおよび線型性に制約条件があるデジタルモードで作
動することが望ましい。したがって、ADC−システム
のアナログおよびデジタル動作条件を効率的に満すこと
ができる送信機電力増幅器に対するニーズがある。
デジタルの両モードで作動可能なセルラー電話機用送信
機電力増幅器に関する。電力増幅器には線型電力段およ
び非線型電力段が含まれている。線型および非線型電力
段はスイッチング手段により制御されて、線型段もしく
は線型段に直列接続された非線型段が特定動作モード中
に使用されるようにされる。アナログ動作モードでは、
非線型電力段だけがRF信号の増幅に使用される。デジ
タル動作モードでは、基地局が比較的低出力を指令する
場合に、非線型段だけがその線型動作範囲内でRF信号
の増幅に使用される。基地局がデジタルモードにおいて
比較的高レベルの出力を指令する場合には、線型および
非線型電力段の両方がRF信号の増幅に使用され、非線
型段は線型ドライバ段として作動する。線型および非線
型電力段の選定を制御するスイッチング手段手段はそれ
自体適切にプログラムされたマイクロプロセッサにより
制御される。
である。電力増幅器10はデジタルおよびアナログの両
モードで作動可能なセルラー電話機の送信機部に使用さ
れる。電力増幅器10の端子RFinにはRF入力信号が
受信される。RFin信号は非線型増幅器段11に加えら
れる。非線型電力段11の出力はスイッチSW1,SW
2からなるスイッチング手段に加えられる。スイッチS
W2の出力は端子RFOUT に現れるRF出力信号であ
る。アナログ動作モードでは、非線型電力増幅器段11
だけがRF入力信号の増幅に使用される。比較的電力レ
ベルの高いデジタル動作モードでは、スイッチング手段
により非線型電力増幅器段11の出力が直列接続された
線型電力増幅器段12に加えられる。次に、線型電力増
幅器段12の出力はスイッチング手段を介して戻されて
端子RFOUT にRF出力信号として現れる。
低い電力レベルで作動する時、非線型電力段11はアナ
ログおよびデジタルの両動作モードに対してEIA暫定
標準の条件を満たすのに充分な線型性であるという概念
に基いている。すなわち、非線型電力段11はたとえ比
較的低電力レベルのデジタルモードで使用した場合でも
変調精度および隣接チャネル放射を提供するのに充分な
線型度である。アナログ動作モードでは、非線型電力増
幅器段11だけが全電力レベルの全出力電力を供給でき
る。比較的高い電力レベルでデジタルモードで作動する
場合には、デジタルモードの線型性および電力レベル条
件を満すRFOUT 信号を供給するために、非線型電力段
の出力に線型電力増幅器段12が付加接続される。
よび線型電力増幅器段12を制御するスイッチング手段
の回路図を示す。好ましくは、付加線型電力増幅器段1
2は、コレクタ/ドレーン電流およびベース/ゲート電
圧を有する、バイポーラもしくはFET(電界効果型ト
ランジスタ)の1個以上のトランジスタデバイスにより
構成される。好ましくは、スイッチング手段はダイオー
ドD1〜D4、送信回線TL1,TL2、およびコンデ
ンサ15,16,17により構成される。
の、例えばバッテリ電圧等の、内部直流給電に接続さ
れ、それは線型電力増幅器段12のコレクタもしくはド
レーンに接続される。線型電力増幅器段12のトランジ
スタデバイスがバイアスされないうちは端子14に電流
は流れない。したがって、ダイオードD3,D4はオフ
とされる。端子13は線型電力増幅器段12がオフとさ
れる時に接地され、付加線型電力段12が励起されると
適切な電圧源に接続される。線型増幅器段12にGaA
sトランジスタが使用される場合には、デバイスをオフ
とするのに大地よりも低い電圧が必要である。端子13
が接地されない場合には、ダイオードD1,D2に電流
は流れず、ダイオードはRF開路のようにみえる。した
がって、端子13が接地されると、非線型電力増幅器段
11に加わるRF信号は送信回線TL1、コンデンサ1
6、および送信回線TL2を介して出力端子RFOUT へ
送られる。
イオードD1,D2および線型電力増幅器段12のバイ
アス回路へ電流が流れる。ダイオードD1,D2に電流
が流れるとRF短絡のように見える。線型電力増幅器段
12はバイアスされているため、ダイオードD3,D4
にもコレクタ/ドレーン電流が流れ始め、ダイオードは
RF短絡のように見える。したがって、RFin信号が非
線型増幅段11および線型電力増幅器段12を介して出
力端子RFOUT へ送られる。
本の四分の一波長送信回線である。好ましくは、スイッ
チング手段は減結合コンデンサ15,17、および送信
回線TL1,TL2間に配置されたコンデンサ16も含
んでいる。コンデンサ16はRF周波数におけるインピ
ーダンスが非常に低く、直流阻止として作用する。ダイ
オードD1,D2,D3,D4に電流が流れてRF短絡
と見える場合には、送信回線TL1がコンデンサ15を
介してRF接地される。送信回線TL1は四分の一波長
であるため、送信回線TL1の入力端子18はRF周波
数において開路しているように見える。同様に、送信回
線TL2の入力端子19もRF短絡し、送信回線TL2
の出力端子20はRF開路のように見える。この構成に
より、非線型電力増幅器段11から付加電力増幅器段1
2の入力端子21へRF電力が送信され、次に出力端子
22からRF出力端子へ増幅されたRF電力が送信され
る。
域の中心周波数における送信信号の波長に関連した長さ
を有している。したがって、送信回線の物理的長さはそ
の材料の特性によって変動する。
のに使用できるソフトウェアサブルーチンのフロー図を
示す。好ましくは、スイッチング手段は開始ステップ3
1を有するサブルーチンを実行する適切にプログラムさ
れたマイクロプロセッサにより制御される。ステップ3
2において、送信を終止させるコマンドがあるかどうか
が判断される。送信終止コマンドが出されておれば、ス
テップ34を実施してダイオードから電流が除去され
る。コマンドが出されていなければ、電話機が送信を行
うよう指令されているかもしくは電力レベルの変更が指
令されているため、サブルーチンが呼び出されているこ
とを意味する。次に、サブルーチンはステップ33へ進
み、そこで電話機がデジタルモードで作動しているかど
うかが判断される。電話機はデジタルモードで作動して
いなければ、アナログモードで作動しており、ステップ
34においてダイオードから電流が除去される。ダイオ
ードから電流が除去されるのは端子13に電圧が現れな
い時である。したがって、RF信号は非線型電力段11
へ入力され送信回線TL1,TL2およびコンデンサC
6を介してRFOUT 端子へ送られる。
ば、線型電力増幅器段12が必要かどうかがステップ3
5において判断される。比較的高い電力レベルが要求さ
れる場合には、線型電力増幅器段12が必要である。線
型電力増幅器段12が必要でなければ、ステップ34を
実施することにより端子13に電流が存在しないことが
ソフトウェアにより保証される。線型電力段が必要であ
れば、ダイオードD1〜D4へ電流を加えることを含む
ステップ36が実施される。ダイオードD1〜D4が導
通すると、線型電流増幅器段12は非線型電力増幅器段
11の出力へ接続される。次に、サブルーチンは終了ス
テップ37へ進む。
使用した用語は説明用であってそれに制約されるもので
はなく本発明の広い局面における範囲および精神から逸
脱することなく特許請求の範囲内で変えることができ
る。
使用するスイッチング手段の回路図。
フトウェアプログラムのフロー図。
Claims (5)
- 【請求項1】 アナログモードと、比較低出力のデジタ
ルモードと、比較高出力のデジタルモードで作動可能な
無線電話送信機用電力増幅器において、該電力増幅器
は、無線周波信号を増幅する非線型段と、前記非線型段
に直列に接続可能な無線周波信号を増幅する線型段と、
送信機が所定の信号に従ってアナログモードもしくは比
較的低出力のデジタルモードで作動している時は無線周
波信号を非線型段のみに加えることができ、送信機が所
定の信号に従って比較的高出力のデジタルモードで作動
している時は無線周波信号を前記非線型段および前記線
型段へ加えることができるスイッチング手段、を具備す
る電力増幅器。 - 【請求項2】 請求項1記載の電力増幅器において、前
記スイッチング手段は前記非線型段の出力に接続された
第1および第2の容量結合送信回線を含む、電力増幅
器。 - 【請求項3】 請求項2記載の電力増幅器において、ス
イッチング手段はさらに第1の送信回線の終端に接続さ
れた第1および第2のダイオードと第2の送信回線の終
端に接続された第3および第4のダイオードを含み、前
記第1および第3のダイオードに所定の電圧値が加えら
れる時に前記線型段は前記非線型段の出力に電気的に接
続され前記第1および第3のダイオードに所定の電圧値
が加えられない時には前記線型段は前記非線型段の出力
から電気的に絶縁される、電力増幅器。 - 【請求項4】 請求項3記載の電力増幅器において、第
1および第3のダイオードはコンデンサを介して接地さ
れている、電力増幅器。 - 【請求項5】 アナログモードと、比較的低出力のデジ
タルモードと、比較的高出力のデジタル動作モードを有
する無線電話機における無線周波信号の増幅方法におい
て、該方法は、非線型増幅器段においてのみ無線周波信
号をアナログ動作モードおよび比較的低出力のデジタル
動作モードで増幅し、比較的高出力のデジタル動作モー
ド中には無線周波信号を非線型増幅器段および前記非線
型増幅器段の出力に直列に接続可能な線型増幅段により
増幅し、アナログモードおよび比較的低出力のデジタル
モードでは所定の信号に従って無線周波信号が非線型増
幅器段から出力され、比較的高出力のデジタルモードで
は非線型増幅器段の出力が線型増幅器段に直列に接続さ
れ所定の信号に従って線型増幅器段から無線周波信号が
出力されるように非線型増幅器段と線型増幅器段の出力
を制御する、ステップからなる、無線周波信号の増幅方
法。
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US07/742,386 US5175871A (en) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | Power amplifier for a cellular telephone |
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