JP3211919B2 - 送信電力制御回路 - Google Patents

送信電力制御回路

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JP3211919B2 JP00849094A JP849094A JP3211919B2 JP 3211919 B2 JP3211919 B2 JP 3211919B2 JP 00849094 A JP00849094 A JP 00849094A JP 849094 A JP849094 A JP 849094A JP 3211919 B2 JP3211919 B2 JP 3211919B2
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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、アンテナのインピーダ
ンスが、送信機の出力インピーダンスや同軸ケーブルの
特性インピーダンスと不整合なときに、送信機の出力を
下げて電力損失による発熱を少なくして、送信機終段の
各部を保護する回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】複数の周波数帯を切り換え、しかもそれ
ぞれの周波数帯で周波数を大きく変化させる必要のある
アマチュア無線用の送信機において、1つのアンテナを
多くの周波数用に使う場合がある。周波数を変えても、
その周波数におけるアンテナのインピーダンスが、送信
機の出力インピーダンスと同軸ケーブルの特性インピー
ダンスと等しく、整合がとれている場合には、送信機は
計算どおりの電力損失で問題なく動作し、規定の送信電
力を出力する。
【0003】ところが、送信周波数を変えた結果、その
周波数におけるアンテナのインピーダンスが、送信機の
出力インピーダンス及び同軸ケーブルの特性インピーダ
ンスとずれて、整合がとれなくなると、電力増幅部の電
力損失が大きくなる。そして、その電力損失による発熱
のために、出力整合器や低域通過フィルタ(以下、LP
Fという)のコイルのタップや部品等を接続していた半
田が溶けて、送信に支障をきたす、ということが起こ
る。
【0004】上記のような過熱による事故を未然に防ぐ
ため、アマチュア無線用の送信機においては、電力増幅
部の損失が一定以上大きくならないよう、出力整合器や
LPFのコイルの両端で定在波電圧を検出してそれが設
定電圧以上になった時、電力増幅部を制御して出力を下
げる送信電力制御回路(以下、APC回路という)を備
えるのが普通であった。
【0005】例えば、図7のような回路においては、電
力増幅部14で増幅された出力は、先ずLPF12を通
過し、アンテナ端子17から同軸ケーブル及びアンテナ
(以下、アンテナ系という)に給電される。この時、検
出回路11はLPF12のコイルL5の両端の点G,H
の定在波電圧をそれぞれ整流して、位相がλ/4ずれた
2つの検知電圧g,hを得て、どちらか高い方の検知電
圧を検出電圧v2 として、電圧比較回路13へ出力す
る。アンテナ系が不整合の時は、定在波が立つので通
常、検出電圧v2 は増加する。出力された検出電圧v2
は、電圧比較回路13で整合時の検出電圧に応じて予め
設定された設定電圧と比較され、それより大きい時はア
ンテナ系が不整合の状態である、と判断される。その時
に電圧比較回路13から制御電圧が出力される。電力増
幅部14は、その制御電圧が入力されることによって出
力電力を下げ、損失を小さくする。
【0006】この検出電圧の変化の様子を具体的に図8
で説明する。図8は、図7のアンテナ端子17に同軸ケ
ーブルに代わる可変長同軸管16とアンテナに代わる負
荷15を接続した回路が、理想的な状態で動作した場合
に出力される検出電圧v2 の変化の様子を表したもので
ある。検出電圧v2 は検知電圧g,hの高いほうの電圧
を選択して出力するものである。負荷15は∞(オープ
ン状態)とする。縦軸は検出電圧を、横軸は同軸ケーブ
ル長を表している。図8のように、2つの検知電圧g,
hが周期的に変化するのは、負荷15の不整合時には、
同軸ケーブルの長さによって送信機側からみた、アンテ
ナ系への入力インピーダンスが周期的に変化するから
で、一方が山のとき、一方が谷というようにずれてい
る。なお、可変長同軸管とは特性インピーダンスを50
オームに保ったまま同軸の長さを変化させられるもので
ある。また、電圧比較回路13の設定電圧E2Cは、負荷
15が50オームで可変長同軸管16と整合している時
の検出電圧に等しく設定されている。図8のグラフで分
かるように検出電圧v2 は設定電圧E2Cより高いので、
電圧比較回路13から制御電圧が出力され続け、出力電
力は下げられた状態におかれている。
【0007】
【発明を解決しようとする課題】ところが、アンテナが
不整合な状態にもかかわらず、電圧比較回路13から制
御電圧が出力されず、電力増幅部14やLPF12が過
熱する場合がある。これは、実際の回路では回路の定数
や配置等の要因によって、2つの検知電圧の位相がずれ
て、検出電圧v2 の谷間の点で設定電圧E2C以下になっ
てしまい、不整合の状態でも制御電圧が出力されないも
のと考えられる。
【0008】これを具体的に図9と図10の実測グラフ
で説明する。図9は、図8と同じ条件(負荷15のイン
ピーダンスが∞のオープン状態)にした回路における検
知電圧g,hの変化を実測したものである。図8の理想
状態の2つの検知電圧と違い、検知電圧gの山と検知電
圧hの谷とが、一致していないことが分かる。図10
は、図7の回路において負荷15のインピーダンスが0
オーム(ショートした状態)と、∞(オープンした状
態)にした時の検出電圧の変化の様子を示したもので、
20は負荷15が∞の時の検出電圧、v2Sは負荷15が
0オームの時の検出電圧である。この時、設定電圧は、
図10に示すように、整合時の検出電圧v2Mの最高値が
4.5ボルトであることから、4.5ボルトとされてい
る。2つの図を見比べれば分かるように、検出電圧v20
は、図9の検知電圧g,hのうち高いの方の検知電圧を
選んで出力したものである。検出電圧v20は可変長同軸
管16が18cm付近で、検出電圧v2Sは29cm付近で設
定電圧4.5ボルトより小さくなっており、この状態で
は電圧比較回路13から制御電圧は出力されず、この状
態で送信を続ければ電力増幅部14やLPF12が過熱
するおそれがある。
【0009】本発明は、上記の問題点にかんがみて提案
されたもので、アンテナが不整合の状態において、確実
に送信出力を下げて電力損失を小さくし、電力増幅部や
出力結合回路が過熱しないようにし、それによって起こ
る故障を少なくすることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる送信電力
制御回路は、上記課題を解決するために、送信出力を電
圧制御できる電力増幅部によって増幅された高周波電力
をアンテナ端子に結合する出力結合回路と、この出力結
合回路の定在波電圧を整流して検出電圧を出力する検出
回路と、前記検出電圧と所定電圧とを比較して検出電圧
が大きい時は前記電力増幅部に出力低下を指示する制御
電圧を出力する電圧比較回路と、を備えた送信電力制御
回路において、前記検出回路を、出力結合回路のリアク
タンスの異なる少なくとも3つの点の定在波電圧をそれ
ぞれ整流して検知電圧を出力する3つの検知回路と、前
記3つの検知電圧を合成して検出電圧として出力する合
成回路と、から構成した。なお、上記構成において、合
成回路は、3つの検知電圧のうち最も高い電圧を選んで
切り換えて出力してもよいし、3つの検知電圧を合計し
て出力しても構わない。また、出力結合回路とは、出力
整合器やLPF等を指す。
【0011】
【作用】図1と図2において、アンテナ端子(7)に接
続されるアンテナ(5)またはアンテナ(5)と同軸ケ
ーブル(6)が出力結合回路(2)の出力インピーダン
スと整合がとれていない場合、定在波が立ち、出力結合
回路(2)の測定点によって定在波電圧が異なる。本発
明の送信電力制御回路によれば、リアクタンスの異なる
少なくとも3つの点(A,B,C)の定在波電圧を3つ
の検知回路(1a,1b,1c)でそれぞれ整流して、
3つの検知電圧a,b,c,を出力させる。
【0012】それら3つの検知電圧a,b,cを合成回
路(1d)で合成し、検出電圧v1として、検出回路
(1)から電圧比較回路(3)に出力する。ここで、上
記3つの点(A,B,C)の定在波電圧の位相はずれて
おり、整流した検知電圧a,b,cもそれぞれ位相がず
れている。そのため、整合がとれていなくて定在波が立
っている状態でも、3つの検知電圧a,b,cのいずれ
か1つは必ず所定電圧E 1Cより高く、結果として検出電
圧v1 は常に所定電圧E1Cより高い。電圧比較回路
(3)では、前記検出電圧v1 と所定電圧E1Cとを比較
し、整合がとれていない状態では検出電圧v1 の方が高
いので制御電圧を出力する。制御電圧は電力増幅部
(4)に送られ、それによって電力増幅部(4)の出力
が下げられる。ここで、所定電圧E1Cは、アンテナ
(5)のインピーダンスが同軸ケーブル(6)や出力結
合回路(2)のインピーダンスと整合している状態の検
出電圧の最高値に設定している。
【0013】
【実施例】以下に本発明を、実施例と示した図面に基づ
いて、詳細に説明する。図3は本発明の送信電力制御回
路の実施例の回路図,図4は図3の回路図における3つ
の検知電圧のグラフ,図5は図3の回路図における検出
電圧のグラフである。ここで、設定電圧が所定電圧に対
応している。
【0014】図3において、3は検出電圧と設定電圧と
を比較して検出電圧の方が大きい時に制御電圧を出力す
る電圧比較回路,4は前記制御電圧が入力されたときに
出力を下げる動作をする電力増幅部である。8は検知回
路8a,8b,8cおよび合成回路8dから成る検出回
路,9は出力結合回路としてのLPFでL3とL4とコ
ンデンサから成っている。10は送信機のアンテナ端
子,15はアンテナに代わる負荷,16は同軸ケーブル
に代わる可変長同軸管である。点DはL3のタップの
点、点EはLPF8内のコイルL3とコイルL4間の
点,点FはLPF9と可変長同軸管16間の点である。
なお、LPF9は可変長同軸管16と整合しており、負
荷15のインピーダンスは50オームから外れていて可
変長同軸管16と整合していない。
【0015】図3において、電力増幅部4から出力され
た高周波電力は、LPF9を通過し、可変長同軸管16
に導かれて負荷15にロードされる。その時、LPF9
の各部には定在波電圧が発生する。そこで、点D,E,
Fの各点の定在波電圧はそれぞれ検知回路8a,8b,
8cで倍電圧整流され、それが検知電圧d,e,fとし
て出力されて、これら3つの検知電圧のうち最も高い検
知電圧だけが合成回路8dで選択されて、検出電圧vと
して出力される。
【0016】負荷15のインピーダンスが∞(負荷オー
プン)の状態における3つの検知電圧d,e,fを図4
のグラフに示す。ここで、vM は負荷15のインピーダ
ンスが50オームで整合しているときの検出電圧で、そ
の最高値は4.1ボルトで設定電圧はここに設定されて
いる。
【0017】図4を見ると、検知電圧eと検知電圧fと
の合成電圧(高いほうの電圧を選択出力した電圧)は、
可変長同軸管16の長さが12cmから23cmの区間で設
定電圧4.1ボルトより低い。そのため、負荷がオープ
ン(不整合)の状態にも関わらず、電圧比較回路3から
は制御電圧が出力されず、このままでは反射電力のため
過熱する部分がでてくる。そこで、この区間で検知電圧
が設定電圧4.1ボルトより高くなるような点をコイル
L3かコイルL4で探す。そうして探し出した点が点D
である。
【0018】その結果、負荷15がオープンの状態で検
知した検知電圧eと検知電圧fと検知電圧dを合成した
検出電圧vO は、図5に示したものになる。検出電圧v
O は可変長同軸管16の長さに関わらず最低でも5.5
ボルト以上で、設定電圧の4.1ボルトより充分高いの
で、電圧比較回路3から常に制御電圧が出力されて、電
力増幅部4の出力が抑制され、それによって各部の過熱
やそのための損傷を防ぐ。
【0019】また、負荷15をショート(インピーダン
スが0オーム)の状態での検出電圧も測定し、図5にそ
れを検出電圧vS として記入した。この場合も検出電圧
Sは5.2ボルト以上で、可変長同軸管16(実際に
使用する場合は同軸ケーブル)の長さに関係なく、常に
送信出力が抑制されている。
【0020】図6は別実施例の回路図で、測定点を1か
所増やしたものである。これによって、本発明にかかる
送信電力制御回路に、より確実な動作が期待できる。な
お、図1と図3の回路では、検知回路の整流は倍電圧と
したが、図6に示すように半波整流としてもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明にかかる送信電力制御回路は、以
上のように構成されており、アンテナの不整合がどのよ
うな状態でも確実に送信出力を下げて電力損失を小さく
するので、配線の異常加熱が抑えられ、出力結合回路の
半田溶けによる断線や部品の欠落、ブリッジが原因のシ
ョート等を防ぐことができる。また、全体に消費電流も
小さくなり、発熱によっておこる周波数のドリフトも防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の送信電力制御回路の回路図である。
【図2】図1の回路における検出電圧のグラフである。
【図3】本発明の送信電力制御回路にかかる実施例の回
路図である。
【図4】図3の回路における3つの検知電圧を実測した
グラフである。
【図5】図3の回路における検出電圧を実測したグラフ
である。
【図6】検出回路内の検知回路を4つに増やした別実施
例の回路図である。
【図7】従来の送信電力制御回路の回路図である。
【図8】図7の送信電力制御回路における理想状態の検
出電圧のグラフである。
【図9】図7の回路において負荷がオープン状態で2つ
の検知電圧を実測したグラフである。
【図10】図7の回路における検出電圧を実測したグラ
フである。
【符号の説明】
1,8 検出回路 1a,1b,1c,8a,8b,8c 検知回路 1d,8d 合成回路 2 出力結合回路 3 電圧比較回路 4 電力増幅部 5 アンテナ 6 同軸ケーブル 7,10 アンテナ端子 9 低域通過フィルタ(LPF)(出力結合回路) 15 負荷 16 可変長同軸管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−55844(JP,A) 特開 昭54−25109(JP,A) 特開 昭60−240219(JP,A) 特開 平4−352528(JP,A) 特開 平6−268536(JP,A) 特開 昭61−274427(JP,A) 実開 昭54−92107(JP,U) 実開 平2−36217(JP,U) 実開 昭61−134113(JP,U) 実公 昭51−46888(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 1/02 - 1/04 H03G 1/00 - 3/34 H03F 3/20 - 3/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】送信出力を電圧制御できる電力増幅部によ
    って増幅された高周波電力をアンテナ端子に結合する出
    力結合回路と、この出力結合回路の定在波電圧を整流し
    て検出電圧を出力する検出回路と、前記検出電圧と所定
    電圧とを比較して検出電圧の方が大きい時は前記電力増
    幅部に出力低下を指示する制御電圧を出力する電圧比較
    回路と、を備えた送信電力制御回路において、 前記検出回路は、出力結合回路のリアクタンスの異なる
    少なくとも3つの点の定在波電圧をそれぞれ整流して検
    知電圧を出力する3つの検知回路と、前記3つの検知電
    圧を合成して検出電圧として出力する合成回路と、から
    構成されていることを特徴とする送信電力制御回路。
JP00849094A 1994-01-28 1994-01-28 送信電力制御回路 Expired - Lifetime JP3211919B2 (ja)

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JP4750463B2 (ja) * 2005-05-11 2011-08-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 高周波電力増幅器およびそれを用いた送信器および移動体通信端末

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