JP3572239B2

JP3572239B2 - 通信機用インピーダンス検出回路

Info

Publication number: JP3572239B2
Application number: JP2000065308A
Authority: JP
Inventors: 剛佐藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001257617A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機用のインピーダンス検出回路に関し、特に、インピーダンス整合のためのインピーダンス検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無線通信システムにおいては、信号の送受信効率の向上のためインピーダンスを整合する整合器が設けられ、このインピーダンスの整合のためにインピーダンス検出回路が設けられている。例えば、従来より、無線送信システムには、送信出力を最大にするために、空中線例えばアンテナ側のインピーダンスを送信機側のインピーダンスに整合する整合器が設けられ、この整合のために、信号の電圧および電流を検出して送信機の出力側のインピーダンスを求める回路が備えられる。図３には、従来の無線送信システムを示すブロック図を、また図４には、このシステムに備えられる従来のインピーダンス検出回路を、それぞれ示す。
【０００３】
図３に示す無線送信システム１は、送信機１０と空中線７０例えばアンテナとの間に、電力増幅部２０と整合器３０とを備える。送信機１０で生成された送信信号は電力増幅部２０で増幅され、整合器３０を経由して空中線７０から送信される。整合器３０はインピーダンス検出回路４０、制御部５０、および整合部６０を有する。制御部５０は、インピーダンス検出回路４０において検出されたインピーダンスに基づいて整合部６０を制御し、整合部６０は空中線７０のインピーダンスを送信機側のインピーダンス（例えば規定インピーダンス：５０Ω）に変換する。なお、インピーダンス検出回路４０は実際には、信号電圧Ｅの抵抗分圧Ｖ_Ｅと、カレントトランス４８両端の電圧Ｖ_ｉ（即ち信号電流Ｉと相対的な電流値）とを検出し、これらに基づいてインピーダンスが算出される。
【０００４】
インピーダンス検出回路４０は、図３にも示すように、送信機１０と空中線７０との間の送信ラインに対して直列に介装される。即ち、インピーダンス検出回路４０の入力端子ｉｎと出力端子ｏｕｔとを結ぶ主接続線４６は、送信ラインの一部を成す。出力端子ｏｕｔにはインピーダンスの検出を行う対象となる整合部６０が、また入力端子ｉｎには調整目標とするインピーダンス（例えば規定インピーダンス：５０Ω）を有する装置例えば送信機１０が、それぞれ接続される。この検出回路４０は、電圧検出部４２と電流検出部４４とを備える。このうち電圧検出部４２は、主接続線４６と接地との間に直列に二つの抵抗Ｒ_ａとＲ_ｂとを備え、この二つの抵抗Ｒ_ａ、Ｒ_ｂの中間点と接地との間の電位差Ｖ_Ｅを検出電圧Ｖ_Ｅとして検出する。また電流検出部４４は、主接続線４６を１次巻線とするカレントトランス４８を有する。そして、このカレントトランス４８の２次巻線と並列に例えば一端を接地した抵抗Ｒ_２を備え、この抵抗Ｒ_２の両端の電位差Ｖ_ｉ（以下単に電圧Ｖ_ｉとする）を検出する。この検出回路４０において検出される電圧Ｖ_Ｅ、Ｖ_ｉはそれぞれ、
【数１】

【数２】

（ここに、Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ，Ｒ_２：各抵抗の抵抗値、ｊ：虚数、Ｅ：送信信号電圧、Ｉ：送信信号電流、ω：送信信号角周波数、Ｍ：カレントトランスの相互インダクタンス、Ｌ２：カレントトランスの２次巻線インダクタンス、Ｎ：カレントトランスの２次巻線の巻数、Ｚ_０：規定インピーダンス（例えば５０Ω））となる。これらの式（１）、（２）より送信信号電圧Ｅおよび送信信号電流Ｉを求めることができる。この際、インピーダンス検出回路４０の出力端子ｏｕｔに規定インピーダンスを接続したとき、電圧検出部における検出電圧Ｖ_Ｅと電流検出部における検出電圧Ｖ_ｉとが一致するよう、各要素の特性値即ち回路定数を設定する。即ち、
【数３】

【数４】

を満たすよう、各要素を設定する。ここで式（４）は、抵抗Ｒ_２をωＬ２より十分小さくすること（Ｒ_２＜＜ωＬ_２）により満足される。この式（４）の左辺（即ち虚数部分）は正確に１とすることができないため、インピーダンス検出に関する誤差成分となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成では、電流検出部４４における検出電圧Ｖ_ｉの検出レベルを大きくするために、式（２）におけるＲ_２／（ＮＺ_０）を大きくしようとすると、抵抗Ｒ_２を増大させるか、または巻数Ｎを減少させる必要があるが、これら抵抗Ｒ２の増大あるいは巻数Ｎの減少により、ωが小さい場合（即ち周波数が低い場合）式（４）の左辺中の値がωＬ_２／Ｒ_２減少し、検出電圧Ｖ_ｉの誤差が増大する場合がある。即ち、電流検出部４４における検出電圧Ｖ_ｉは、高い検出レベルで精度良く検出すること、即ち検出レベルの向上と検出精度の向上との両立が難しいという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のインピーダンス検出回路は、信号線と接地との間に直列に二つの抵抗を有し当該二つの抵抗により通信信号の電圧を分圧して検出する電圧検出部と、カレントトランスとそのカレントトランスの２次巻線に並列に接続された電流検出用抵抗とを有し通信信号の電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、を備え、上記電圧検出部により検出した電圧と上記電流検出部により検出した電圧とから通信機のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であって、上記電圧検出部は、さらに上記二つの抵抗の間に直列に接続されたコンデンサを有し、Ｃ（Ｒａ＋Ｒｂ）＝Ｌ ₂ ／Ｒ ₂ （ただし、Ｃ：上記コンデンサの容量、Ｒａ：上記電圧検出部の二つの抵抗のうち信号線側の抵抗の抵抗値、Ｒｂ：上記電圧検出部の二つの抵抗のうち接地側の抵抗の抵抗値、Ｌ ₂ ：上記カレントトランスの２次巻線インダクタンス、Ｒ ₂ ：上記電流検出用抵抗の抵抗値）を満たす。
【０００７】
また、本発明のインピーダンス検出回路は、信号線と接地との間に直列に二つのコンデンサを有し当該二つのコンデンサにより通信信号の電圧を分圧して検出する電圧検出部と、カレントトランスとそのカレントトランスの２次巻線に並列に接続された電流検出用抵抗とを有し通信信号の電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、を備え、上記電圧検出部により検出した電圧と上記電流検出部により検出した電圧とから通信機のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であって、上記電圧検出部は、さらに上記二つのコンデンサのうち接地側のコンデンサに並列に接続された抵抗を有し、Ｒ ₁ （Ｃａ＋Ｃｂ）＝Ｌ ₂ ／Ｒ ₂ （ただし、Ｒ ₁ ：上記電圧検出部の有する上記抵抗の抵抗値、Ｃａ：上記電圧検出部の二つのコンデンサのうち信号線側のコンデンサの容量値、Ｃｂ：上記電圧検出部の二つのコンデンサのうち接地側のコンデンサの容量値、Ｌ ₂ ：上記カレントトランスの２次巻線インダクタンス、Ｒ ₂ ：上記電流検出用抵抗の抵抗値）を満たす。
【０００８】
このような構成によれば、電流検出部により検出した電流に対応する電圧の虚数部分、即ちカレントトランスにより生じる誤差要因を相殺し、検出誤差を増大させることなく検出電圧のレベルを増大することが可能となるため、送信ラインのインピーダンス検出の精度をより向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるインピーダンス検出回路を無線送信システムの整合器用のインピーダンス検出回路に適用した本発明の第一の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態のインピーダンス検出回路の回路図である。なお本実施形態において、無線送信システムの構成および電流検出部４４の回路構成は、従来のもの（即ち図４に示したもの）と全く同様とすることができるため、ここでの詳細な説明を省略する。電圧検出部４２は、主接続線４６（即ち送信ライン）と接地との間に抵抗Ｒ_ｂ、コンデンサＣ、および抵抗Ｒ_ａを、接地から主接続線４６に向かってこの順に直列に備え、接地側の抵抗Ｒ_ｂとコンデンサＣとの間の電圧を抵抗分圧Ｖ_Ｅとして検出する。このような構成によれば、検出電圧Ｖ_Ｅは、
【数５】

（ここに、Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ：抵抗（Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ）の抵抗値、Ｃ：コンデンサＣの容量）
となる。また、電流検出部における検出電圧Ｖｉは、前の式（２）と同様に、
【数６】

となる。これらの式から整合部６０側のインピーダンスを検出するために、Ｖ_Ｅ＝Ｖ_ｉとするためには、
【数７】

と、
【数８】

【数９】

とをともに満たすよう、各要素の特性値即ち回路定数（例えば各抵抗値（Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ，Ｒ_２）、コンデンサ容量Ｃ、２次巻線インダクタンスＬ_２）を設定して構成すればよい。これら式（３）および（７）の導出から明らかなように、図１に示す電圧検出部４２の構成によれば、電圧検出部４２における検出電圧Ｖ_Ｅに対し、検出電圧Ｖ_ｉに含まれる虚数部分（即ち式（６）の左辺）を相殺する虚数部分（即ち式（６）の右辺）を含めることができる。即ちこれは、電圧検出部４２に、検出電流Ｖ_ｉの虚数部分を相殺する虚数部分を検出電圧Ｖ_Ｅに生じさせる回路定数を有する容量成分を設けたと言うことができる。このような構成により、電流検出部４４の検出電圧Ｖ_ｉに生じる誤差要因となる虚数部分を相殺することができるため、検出誤差を増大させることなく検出電圧のレベルを増大することが可能となり、送信ラインのインピーダンス検出の精度をより向上させることができる。
【００１２】
次に、本発明にかかるインピーダンス検出回路を無線送信システムの整合器用のインピーダンス検出回路に適用した本発明の第二の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図２には本実施形態のインピーダンス検出回路の電圧検出部の回路図である。本実施形態における電圧検出部４２は、前述した本発明の第一の実施形態と実質的に等価な回路構成を備える。なお本実施形態においても、無線送信システムの構成および電流検出部４４の回路構成は、従来のもの（即ち図４に示したもの）と全く同様とすることができるため、ここでの詳細な説明を省略する。電圧検出部４２は、主接続線４６（即ち送信ライン）と接地との間に二つのコンデンサＣ_ｂおよびＣ_ａを接地側から主接続線４６側に向かってこの順に直列に備え、さらにこれら二つのコンデンサ（Ｃ_ａ，Ｃ_ｂ）間の点と接地との間に抵抗Ｒ_１を備え、前記二つのコンデンサ（Ｃ_ａ，Ｃ_ｂ）間の電圧を検出する。このような構成によれば、検出電圧Ｖ_Ｅは、
【数１０】

（ここに、Ｃ_ａ，Ｃ_ｂ：コンデンサ（Ｃ_ａ，Ｃ_ｂ）の容量、Ｒ_１：抵抗Ｒ_１の抵抗値）となる。また、電流検出部４４における検出電圧Ｖ_ｉは、前の式（２）と同様に、
【数１１】

となる。これらの式から送信ラインのインピーダンスを検出するために、Ｖ_Ｅ＝Ｖ_ｉとするためには、
【数１２】

と、
【数１３】

【数１４】

とをともに満たすよう、各要素の特性値即ち回路定数（例えば各容量（Ｃ_ａ，Ｃ_ｂ）、抵抗値Ｒ_１、２次巻線インダクタンスＬ_２）を設定して構成すればよい。これら式（３）および（１０）の導出から明らかなように、図２に示す電圧検出部４２の構成によれば、電圧検出部４２における検出電圧Ｖ_Ｅに対し、検出電圧Ｖ_ｉに含まれる虚数部分（即ち式（９）の左辺）を相殺する虚数部分（即ち式（９）の右辺）を含めることができる。即ちこれは、電圧検出部４２に、検出電流Ｖ_ｉの虚数部分を相殺する虚数部分を検出電圧Ｖ_Ｅに生じさせる回路定数を有する抵抗成分を設けたと言うことができる。このような構成により、電流検出部４４の検出電圧Ｖ_ｉに生じる誤差要因となる虚数部分を相殺することができるため、検出誤差を増大させることなく検出電圧のレベルを増大することが可能となり、送信ラインのインピーダンス検出の精度をより向上させることができる。
【００１３】
なお、本発明は前述した実施形態には限られない。特に電圧検出部は、前述した実施形態以外のものであっても、カレントトランスにより検出した電流の虚数部分を相殺する虚数部分を前記抵抗分圧に生じる回路定数を有する容量成分を設けたものであればよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電圧検出部における分圧回路に、カレントトランスにより検出電流の虚数部分を相殺する虚数部分を生じさせ、即ちこれらの虚数部分が一致するよう回路要素を構成することにより、検出誤差を増大することなく検出電圧のレベルを増大することが可能となるため、検出レベルの向上と検出精度の向上とを両立し、より精度良くインピーダンスの整合を行い、通信効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるインピーダンス検出回路の構成図である。
【図２】本発明の別の実施形態にかかるインピーダンス検出回路の構成図である。
【図３】無線送信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図４】従来のインピーダンス検出回路の構成図である。
【符号の説明】
１０送信機、３０整合器、４０インピーダンス検出回路、４２電圧検出部、４４電流検出部、４８カレントトランス、７０空中線。

Claims

信号線と接地との間に直列に二つの抵抗を有し当該二つの抵抗により通信信号の電圧を分圧して検出する電圧検出部と、カレントトランスとそのカレントトランスの２次巻線に並列に接続された電流検出用抵抗とを有し通信信号の電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、を備え、前記電圧検出部により検出した電圧と前記電流検出部により検出した電圧とから通信機のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であって、
前記電圧検出部は、さらに前記二つの抵抗の間に直列に接続されたコンデンサを有し、
Ｃ（Ｒａ＋Ｒｂ）＝Ｌ ₂ ／Ｒ ₂
（ただし、Ｃ：前記コンデンサの容量、Ｒａ：前記電圧検出部の二つの抵抗のうち信号線側の抵抗の抵抗値、Ｒｂ：前記電圧検出部の二つの抵抗のうち接地側の抵抗の抵抗値、Ｌ ₂ ：前記カレントトランスの２次巻線インダクタンス、Ｒ ₂ ：前記電流検出用抵抗の抵抗値）
を満たすことを特徴とする通信機用インピーダンス検出回路。
信号線と接地との間に直列に二つのコンデンサを有し当該二つのコンデンサにより通信信号の電圧を分圧して検出する電圧検出部と、カレントトランスとそのカレントトランスの２次巻線に並列に接続された電流検出用抵抗とを有し通信信号の電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、を備え、前記電圧検出部により検出した電圧と前記電流検出部により検出した電圧とから通信機のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であって、
前記電圧検出部は、さらに前記二つのコンデンサのうち接地側のコンデンサに並列に接続された抵抗を有し、
Ｒ ₁ （Ｃａ＋Ｃｂ）＝Ｌ ₂ ／Ｒ ₂
（ただし、Ｒ ₁ ：前記電圧検出部の有する前記抵抗の抵抗値、Ｃａ：前記電圧検出部の二つのコンデンサのうち信号線側のコンデンサの容量値、Ｃｂ：前記電圧検出部の二つのコンデンサのうち接地側のコンデンサの容量値、Ｌ ₂ ：前記カレントトランスの２次巻線インダクタンス、Ｒ ₂ ：前記電流検出用抵抗の抵抗値）
を満たすことを特徴とする通信機用インピーダンス検出回路。