JP3556973B2 - 送信機及びそのための電力増幅器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、送信機又はトランシーバの送信機部、特に送信機電力増幅器の電力制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セル方式電話の最近の開発は送信機電力増幅器の電力制御に興味がそそられている。その理由は、妨害を減少させるとともに電池電力を節約するためには出力電力を受信局が許容可能な信号を得るのに十分な程度に調整するのが好ましいためである。代表的な送信機電力増幅器制御回路が英国特許明細書ＧＢ−Ａ−２２２０８０８に開示されている。この制御回路は入力端子、出力端子及び利得制御端子を有する電力増幅器と、この増幅器の出力信号の一部分を取り出しこの出力の直流を表す成分を比較器の一方の入力端子に供給する方向性結合器を具え、この比較器の第２入力端子には局部的に発生した基準電力波形を供給し、この比較器の出力を電力増幅器の利得制御端子に供給する。利得制御入力は通常電力増幅器の電源電圧を制御する。このタイプの電力増幅器制御が通常使用されるが、その理由は増幅器の構成が総合帰還を通常持たないためである。実際には、周波数が高いため、増幅器の安定性のために、一般に帰還の使用が避けられる。
【０００３】
所定の用途、例えばＴＤＭＡディジタルトランクシステムにおいては、良好な総合効率を有する線形電力増幅器が必要とされる。専用移動無線ではディジタルトランクシステムに好ましくない非線形（Ｃ級）増幅器を使用するのが代表的である。既知のタイプの線形電力増幅器の構成は入力信号を直交ベクトルＩ（同相）及びＱ（直角位相）により表すカーテシアンループ増幅器である。他の既知のタイプの線形電力増幅器はポーラループ増幅器である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、増幅器をカーテシアンループ構成又はポーラループ構成を用いて線形化することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、入力端子及び出力端子を有する電力増幅器出力段を含む順方向利得経路と、該出力段の出力端子と入力端子との間に結合された帰還ループとを具えた線形化された電力増幅器回路を有する送信機であって、前記帰還ループが電力増幅器出力段の出力の一部分を取り出す手段、帰還関数段、帰還ループの出力を変調信号を表す成分と結合する手段、電力増幅器出力段の順方向利得経路内に挿入された第１利得制御素子及び帰還ループ内に挿入された第２利得制御素子を含んでいることを特徴とする。
本発明送信機の一実施例では、第１及び第２利得制御素子をそれらの利得の積がほぼ一定に維持されるように制御する手段を設ける。
【０００６】
本発明の第２の特徴は、外部信号用入力端子と、信号入力端子及び信号出力端子を有する電力増幅器出力段を含む順方向利得経路と、該出力段の信号出力端子と信号入力端子との間に結合された帰還ループとを具えた電力増幅器回路であって、前記帰還ループが電力増幅器出力段の出力の一部分を取り出す手段、帰還関数段、帰還ループの出力を前記入力端子に供給される外部信号と結合する手段、電力増幅器出力段の順方向利得経路内に挿入された第１利得制御素子、帰還ループ内に挿入された第２利得制御素子及び第１及び第２利得制御素子をそれらの利得の積がほぼ一定に維持されるように制御する手段を含んでいることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、電力増幅器回路が閉帰還ループ構造と両立する電力制御機能を有する。帰還ループ内の構成素子の利得を調整することにより電力設定を変えることができるが、第１利得制御素子を第１及び第２利得制御素子の利得の積がほぼ一定に維持されるように調整することによりループパラメータを一定に維持することができる。
本発明電力増幅器回路はカーテシアンループ構成又はポーラループ構成を有するものとすることができる。
【０００８】
【実施例】
図面を参照して本発明を実施例につき説明する。
明瞭のために、最初にカーテシアンループ構成を用いて線形化した本発明電力増幅器の実施例につき説明する。次にポーラループ構成を用いる場合に必要な変更について説明する。
【０００９】
マイクロフォン１０のような信号源の変調信号をディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２のような手段に供給し、この手段が変調信号の直角位相関係成分Ｉ，Ｑをそれぞれの出力端子１４、１６に発生する。線形化電力増幅器回路１８は出力端子１４、１６にそれぞれ結合された入力端子２０、２２を有するとともにアンテナ２６に結合された出力端子２４を有する。
【００１０】
電力増幅器回路１８は入力端子３０及び出力端子３２を有する電力増幅器出力段２８を具える。この出力段２８は５０ｄＢの利得を有するＡ／Ｂ級増幅器であり、例えばモトローラＭＨＷ９２６パワーモジュールである。電力増幅器出力段２８の出力端子３２とその入力端子３０との間に、ループ素子５６、５８、６８、６４、４０、４２、７０及び５４を含む帰還ループ３４を設ける。
【００１１】
入力端子２０、２２のＩ及びＱ信号を一対の加算接続点４０、４２の第１入力端子３６、３８に供給し、これらの接続点の第２入力端子３７、３９を帰還ループ３４からの直角位相関係成分Ｉ′，Ｑ′を受信するよう接続する。加算接続点４０、４２の出力端子を搬送波ベクトルを表すものを形成するブロック７０に接続する。ブロック７０はそれぞれミクサ４４、４６を具える周波数アップコンバータを含んでいる。マスタ発振器４８からの送信機周波数又はチャネル周波数をミクサ４４に供給するとともにこの周波数を９０°位相シフトしたものを発振器４８に接続されたπ／２ラジアン位相シフタ５０を介してミクサ４６に供給する。ミクサ４４、４６の出力が加算段５２で加算され、その出力端子に搬送波ベクトルを発生する。第１利得制御素子５４を加算段５２の出力端子と電力増幅器出力段２８の入力端子３０との間の順方向利得経路内に接続する。
【００１２】
帰還ループ３４は送信機出力信号の一部を取り出し第２利得制御素子５８に供給するカプラ５６を具える。利得制御素子５８からの出力をこの素子の出力信号のベースバンド成分を表すものを取り出すブロック６８に供給する。ブロック６８は電力分割器５９及びマスタ発振器４８及び位相シフタ５０の出力端子にそれぞれ接続されたミクサ６０、６２からなる周波数ダウンコンバータを具える。ミクサ６０、６２からの出力は直角位相関係のベースバンド信号である。これらの信号を帰還関数段６４に供給し、この段６４が加算接続点４０、４２に供給するＩ′及びＱ′信号を発生する。
【００１３】
第１及び第２利得制御素子５４、５８はプロセッサ６６により、それらの利得が逆方向に変化するように、即ち積Ｇ５４・Ｇ５８（Ｇ５４及びＧ５８は素子５４及び５８の利得）が一定になるように制御され、これにより帰還ループ３４を、このループがアンテナ２６に供給される実際の出力電力と無関係に、常に固定のレベルで動作するように最適化することができる。古典的制御理論により、このループの総合利得は、
【００１４】
【数１】
Figure 0003556973
で与えられる。
【００１５】
特に、帰還ループ内の第２利得制御素子５８がアンテナ２６の電力レベルを制御するとともに、順方向利得経路内の第１利得制御素子５４がループ利得をその設計レベルに維持するように調整される。素子５４の効果はループ安定性を維持するとともに、上式から明らかなように総合増幅器利得に何の影響も与えない点にある。この結果、素子５４の入力端子の信号レベルは送信機電力が変化しても一定に維持される。
【００１６】
ポーラループ構成を有する送信機に対しては、電力増幅器回路１８を次のように変更する。
ＤＳＰ１２は出力端子１４にＩ信号の代わりに偏角（Ａｒｇ）を出力し、出力端子１６にＱ信号の代わりに絶対値（Ｍｏｄ）を出力する。ブロック６８は第２利得制御素子５８の出力端子における信号の偏角及び絶対値をベースバンド周波数で発生する手段を具える。帰還関数段６４からの偏角及び絶対値を加算接続点４０、４２においてＤＳＰ１２の出力端子１４、１６の偏角及び絶対値と結合する。ブロック７０は偏角及び絶対値を搬送波信号に周波数上昇変換し合成して第１利得制御素子５４に供給する手段を具える。回路の残部はカーテシアンループ構成につき述べたものと同様である。
【００１７】
以上の記載を読めば、他の変更が当業者に明らかである。このような変更は、送信機及びその線形電力増幅器及びその構成部品の設計、製造及び使用において既知であって、上述した構成要素の代わりに、又は加えて使用しうる他の構成要素を含むことができる。特許請求の範囲は構成要素の組み合わせとして記載されているが、本発明で解決すべき技術的問題の一部又は全部を解決する、しないにかかわらず、本明細書に開示された新規な構成又は構成要素の組み合わせも本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明送信機の一実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ マイクロホン
１２ 信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１８ 電力増幅器回路
２６ アンテナ
２８ 電力増幅器出力段
３４ 帰還ループ
４０、４２ 加算接続点
４４、４６ ミクサ
４８ マスタ発振器
５０ 位相シフタ
５２ 加算段
５４ 第１利得制御素子
５６ カプラ
５８ 第２利得制御素子
６０、６２ ミクサ
６４ 帰還関数段
６６ マイクロプロセッサ
６８ ベースバンド信号発生手段
７０ 搬送波ベクトル発生手段

Claims (10)

  1. 入力端子及び出力端子を有する電力増幅器出力段を含む順方向利得経路と、該出力段の出力端子と入力端子との間に結合された帰還ループとを具えた線形化された電力増幅器回路を有する送信機であって、前記帰還ループが電力増幅器出力段の出力の一部分を取り出す手段、帰還関数段、帰還ループの出力を変調信号を表す成分と結合する手段、電力増幅器出力段の順方向利得経路内に挿入された第１利得制御素子、帰還ループ内に挿入された第２利得制御素子及び前記第１及び第２利得制御素子をそれらの利得の積がほぼ一定に維持されるように制御する手段を含んでいることを特徴とする送信機。
  2. 前記線形化された電力増幅器回路がカーテシアンループ構成を有し、変調信号の直交ベクトルを発生する手段及び帰還ループの信号の直交ベクトルを発生する手段を具え、前記結合手段が変調信号及び帰還信号の対応するベクトルをそれぞれ結合して同相ベクトル及び直角位相ベクトルを発生するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の送信機。
  3. 前記同相ベクトル及び直角位相ベクトルを周波数上昇変換するとともにこれらのベクトルを合成して搬送波ベクトルを発生させ前記順方向利得経路に供給する手段を具え、且つ前記帰還ループ内の信号の直交ベクトルを発生する手段が前記直交ベクトルをベースバンド周波数で発生する手段を含んでいることを特徴とする請求項２記載の送信機。
  4. 前記線形化された電力増幅器回路がポーラループ構成を有し、変調信号のポーラベクトル、即ち絶対値ベクトル及び偏角ベクトルを発生する手段及び帰還ループの信号のポーラベクトル、即ち絶対値ベクトル及び偏角ベクトルを発生する手段を具え、前記結合手段が変調信号及び帰還信号の対応するベクトルをそれぞれ結合して絶対値ベクトル及び偏角ベクトルを発生するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の送信機。
  5. 前記絶対値ベクトル及び偏角ベクトルを周波数上昇変換するとともにこれらのベクトルを結合して搬送波ベクトルを発生させ前記電力増幅器の順方向利得経路に供給する手段を具え、且つ前記帰還ループ内の信号のポーラベクトルを発生する手段が前記ポーラベクトルをベースバンド周波数で発生する手段を含んでいることを特徴とする請求項４記載の送信機。
  6. 前記第１利得制御素子が前記電力増幅器出力段の入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の送信機。
  7. 前記第２利得制御素子が前記電力増幅器出力手段の出力の一部分を取り出す手段に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の送信機。
  8. 外部信号用入力端子と、信号出力端子及び信号入力端子を有する電力増幅器出力段を含む順方向利得経路と、該出力段の信号出力端子と信号入力端子との間に結合された帰還ループとを具えた電力増幅器回路であって、前記帰還ループが前記電力増幅器出力段の出力の一部分を取り出す手段、帰還関数段、帰還ループの出力を前記入力端子に供給される外部信号と結合する手段、電力増幅器出力段の順方向利得経路内に挿入された第１利得制御素子、帰還ループ内に挿入された第２利得制御素子及び第１及び第２利得制御素子をそれらの利得の積がほぼ一定に維持されるように制御する手段を含んでいることを特徴とする電力増幅器回路。
  9. 前記第１利得制御素子が前記電力増幅器出力段の信号入力端子に接続され、前記第２利得制御素子が前記電力増幅器出力手段の出力の一部分を取り出す手段に接続されていることを特徴とする請求項８記載の電力増幅器回路。
  10. 請求項１〜７のいずれかに記載の送信機を備えたことを特徴とするトランシーバ。
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