JP4313170B2

JP4313170B2 - 信号増幅回路、送信アンテナ、およびその出力レベル制御方法

Info

Publication number: JP4313170B2
Application number: JP2003409540A
Authority: JP
Inventors: 倫也林
Original assignee: Maspro Denkoh Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-12-08
Also published as: JP2005175636A

Description

本発明は、信号増幅回路、送信アンテナ、およびその出力レベル制御方法に関し、特に閾値を温度補償処理するものに関する。

従来から、信号出力レベルを制御する技術において、温度変化に伴う出力変動を補正する技術が提案されている。一例として、送信アンテナのアンテナ素子から放射される信号に関し、予めアンテナから送信される所望レベルの送信電力の規定電力の最大値および標準値ならびに最小値に対応するレベル検出手段の検出電圧を記憶手段に記憶する送信電力制御回路がある。これは、レベル検出手段の検出電圧が規定電力の範囲外になったときに基準電圧発生手段の基準電圧を規定電力の標準値に対応する値に最も近くなるように基準電圧発生手段を制御する。そして、この時の基準電圧発生手段の電圧設定値を温度検出手段の検出した周囲温度の条件に対応させて記憶手段に記憶するように構成されている（特許文献１参照）。この回路は、温度変化による収束点の変化を補正することにより、常に送信電力を規格範囲内に納めることができるものである。

特開平７−２１２２５４号公報

しかし、この送信電力制御回路は、アンテナから送信される所望レベル毎に、送信電力の規定電力の最大値および標準値ならびに最小値に対応するレベル検出手段の検出電圧を予め記憶手段に記憶しているため、これら複数種類のデータのための大容量のメモリを必要とし、コスト増となってしまう。

こうした問題に鑑み、本発明は、信号増幅回路の出力レベル制御に必要な各種基準データの使用を最小限に抑えることで確保するメモリ領域を少なくしながら、信号出力レベルを基準出力値に閾値の範囲内で高精度に一致させるように制御する信号増幅回路、送信アンテナ、およびその出力レベル制御方法の提供を課題とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明による信号増幅回路は、放送信号増幅素子としてのＦＥＴからなり信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の所要の基準出力値を設定する出力レベル設定スイッチと、前記増幅された信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、前記自動レベル制御手段の温度を測定する温度測定手段と、前記増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段と、を備え、前記自動レベル制御手段によって、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に、前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路であって、前記自動レベル制御手段は、予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、前記両温度の差分が零でない場合は、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御構成される。

請求項２の発明による信号増幅回路出力レベル制御方法は、放送信号増幅素子としてのＦＥＴからなり信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の所要の基準出力値を設定する出力レベル設定スイッチと、前記増幅された信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、前記自動レベル制御手段の温度を測定する温度測定手段と、前記増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段と、を備え、前記自動レベル制御手段によって、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に、前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路であって、前記自動レベル制御手段は、予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、前記両温度の差分が零でない場合は、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御することを特徴とする。

請求項３の発明による送信アンテナは、請求項１に記載の信号増幅回路と、前記信号増幅回路で増幅された信号の出力レベルを調整する調整回路と、前記調整回路の温度を測定する別の温度測定手段と、前記調整回路で調整された信号を放射可能に形成されたアンテナ素子とを備え、前記自動レベル制御手段は、前記アンテナ素子から放射された信号の放射レベルに基づき、予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記自動レベル制御手段または前記調整回路のうち少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、前記両温度の差分が零でない場合は、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御構成される。

請求項４の発明による送信アンテナの出力レベル制御方法は、請求項１に記載の信号増幅回路と、前記信号増幅回路で増幅された信号の出力レベルを調整する調整回路と、前記調整回路の温度を測定する別の温度測定手段と、前記調整回路で調整された信号を放射可能に形成されたアンテナ素子とを備えてなる送信アンテナにおいて、前記自動レベル制御手段は、前記アンテナ素子から放射された信号の放射レベルに基づき、予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記自動レベル制御手段または前記調整回路のうち少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、前記両温度の差分が零でない場合は、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御することを特徴とする。

請求項１及び請求項２の発明によれば、閾値の温度補償を行う際、基準出力値、上側閾値及び下側閾値の３種類の値に対応する調整時出力値と、基準温度としての調整時温度の計４種類の値を予め記憶すれば良いので、少ないメモリ領域で、これらの各値に基づいて安定性の高い出力レベル制御が高精度で実現可能となる。また閾値を温度補償したので、使用環境温度の変化に伴う閾値の変動幅を小さく抑えることができ、出力レベルの変動許容幅を大きく拡張することができる。よって、出力レベルを一定に維持するための部品の性能を下げて出力レベル制御が可能となり、例えば廉価品を使用して製造コストを低減できる。

また、出力基準値を閾値と同様の温度測定手段から導出された係数を含む演算式を用いて差分に基づき温度補償したので、演算式の変数も閾値と同じものを使用すれば、同じ変動幅で温度補償でき、所要の出力レベルを、より高い精度で得ることができる。

また、基準出力値と現在の出力レベルとから求めた差分によって出力レベルの増減を制御でき、基準出力値までの収束時間を短縮でき、高い安定性で出力レベルを維持できる。

また、演算式の係数を温度測定手段の温度特性に基づく関数によって求めたので、温度測定手段の温度特性に合わせて関数を用意すれば、温度補償をより正確に行うことができる。

また、温度特性が一次関数で表される安価な汎用温度センサを用いて、信頼性の高い出力レベル制御が可能となる。

請求項３及び請求項４の発明によれば、信号増幅回路とアンテナ素子との間に、調整回路を加えたので、信号増幅回路の出力レベルをさらに細かく調整可能となり、調整回路による出力変化も含めて温度補償することができ、信号をより高い精度で安定して放射できる。

また、調整回路を、信号増幅回路で増幅された信号を所要の周波数帯域で減衰させるフィルタ素子を含むように構成すれば、送信アンテナから放射される信号の品質を向上できる。

本発明に係る信号増幅回路および送信アンテナは、例えば、２００４年の春に放送開始予定の衛星を利用したモバイル放送システムにおいて、特に、衛星からの放送信号を再放射するギャップフィラー装置を構成する一要素として最適に使用されるものである。ここで、モバイル放送システムとは、家庭などに加え、携帯電話や自動車などの移動体でもデジタル放送を受信可能とするためのシステムである。このシステムは、静止衛星と地上の放送センター局と補助的な地上無線設備であるギャップフィラー装置とから構成されている。図１に示すように、ギャップフィラー装置６０は、衛星からの放送信号を受信する受信アンテナ５１、信号処理器５２、分配器５３、及び、信号増幅回路５０とアンテナ素子５４ａとを備え放送信号を再送信する送信アンテナ５４から構成されている。

このシステムでは、１２ＧＨｚ帯の放送信号が放送センター局から一旦衛星まで送り上げられ、その後、その衛星から２．６ＧＨｚ帯と１２ＧＨｚ帯との２つの周波数帯の放送信号としてサービスエリア全体に送信される。サービスエリア内において、衛星から放送信号が届く場所では、移動体等のサービス利用者は、２．６ＧＨｚ帯の放送信号を衛星から直接受信する。一方ビル内部やトンネル内等の衛星からの電波が遮蔽される場所では、衛星から送信された１２ＧＨｚ帯の放送信号は、一旦ギャップフィラー装置６０の受信アンテナ５１で受信され、２．６ＧＨｚ帯の放送信号に変換される。そして、サービス利用者は、その２．６ＧＨｚ帯に変換された放送信号を遮蔽された場所に設置された送信アンテナ５４から受信する。

本システムのギャップフィラー装置６０は、サービスエリア内において放送信号が遮られる場所であっても利用者がサービスを受けられるように、さらに、高速移動中でも安定した放送受信を実現可能とするものである。そして、本発明を使用した信号増幅回路５０を備えた送信アンテナ５４は、再送信する放送信号を、所望の送信出力レベルで安定して送信可能とするものである。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、本発明に係る信号増幅回路５０を内蔵した送信アンテナ５４のブロック図である。モバイル放送システムのギャップフィラー装置６０において、送信アンテナ５４は、２．６ＧＨｚ帯の放送信号を放射可能に形成されたアンテナ素子５４ａと、そのアンテナ素子５４ａに放送信号を適正な「出力レベル」に増幅して出力する信号増幅回路５０とから構成されている。

信号増幅回路５０の入力端子１には、衛星からの１２ＧＨｚ帯の放送信号を受信可能に構成されたギャップフィラー用受信アンテナ（以下、「受信アンテナ」とする）５１が分配器５３を介して接続されている（図１参照）。ここで、分配器５３は、１台の受信アンテナ５１に対して３台の送信アンテナ５４を接続可能に放送信号を分配するよう３本の支線を備えている。また出力端子１０には、送信アンテナ５４のアンテナ素子５４ａが接続されている。

入力端子１には、分配器５３から放送信号と駆動用電源が供給され、後段に放送信号のみを通過させるコンデンサ２が接続されている。コンデンサ２の出力端には、放送信号を後段に伝送するか否かを切り替え制御可能に構成されたＲＦスイッチ４、放送信号を所望の減衰量で調整出力制御可能に構成されたゲインコントローラ（以下「ＧＣ」とする）６、ＦＥＴ等の放送信号増幅素子からなる増幅手段としてのアンプ７、及び、アンプ７で増幅された信号を所要の周波数帯域で減衰させるフィルタ素子の一例として高調波等のスプリアス成分を除去するバンドパスフィルタ８が直列に接続されている。また、バンドパスフィルタ８の出力端と出力端子１０との間には、アンテナ素子５４ａに出力される放送信号の進行波電力と反射波電力とを検出可能に構成されたカプラ９が設けられている。このバンドパスフィルタ８の入出力端は、外部導体として継ぎ目の無い銅等の金属チューブを用いてなるセミリジット同軸ケーブルによって、前後段のアンプ７およびカプラ９に接続されている。

また入力端子１は、分配器５３から供給された電源成分のみを通過させるローパスフィルタ３を介して、電源ライン３ａにより制御部１５に接続されている。制御部１５は、分配器５３から供給された駆動用電源電力を各回路に供給する電力生成回路（図示略）と、送信アンテナ５４から放射される放送信号の送信レベルを一定値に維持する自動レベル制御手段としての自動レベル制御回路（以下「ＡＬＣ回路」とする）１５ａ（図３に示す）とから構成されている。ＲＦスイッチ４には、放送信号を伝送しないように切り替えた場合に、分配器５３の支線の出力端が終端処理されるように終端抵抗５が接続されている。なお本信号増幅回路５０では、終端抵抗５の抵抗値として、５０Ωが最適に用いられている。

カプラ９は、放送信号の進行波電力を検出して制御部１５に進行波電力波形を出力可能に形成された進行波電力検出回路１２と、放送信号の反射波電力を検出して制御部１５に反射波電力波形を出力可能に形成された反射波電力検出回路１４とに接続され、出力端子１０から出力される放送信号の「出力レベル」を測定する出力レベル測定手段を構成している。また、カプラ９と進行波電力検出回路１２との間には、進行波電力検出回路１２に入力される進行波電力を所要値に調節する進行波用アッテネータ（以下「進行波用ＡＴＴ」とする）１１が設けられ、またカプラ９と反射波電力検出回路１４との間には、同様に反射波用アッテネータ（以下「反射波用ＡＴＴ」とする）１３が接続されている。またアンプ７は、電源ライン１８を介して、制御部１５の電力生成回路（図示略）から電源供給されている。

図３のＡＬＣ回路１５ａは、信号増幅回路５０の各種制御動作を行うＣＰＵ２２を備えてなり、これにアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ（以下「ＡＤＣ」とする）２３を介してマルチプレクサ２４が接続されている。マルチプレクサ２４には、検出線１２ａを介した進行波電力検出回路１２、検出線１４ａを介した反射波電力検出回路１４、電力生成回路（図示略）の電圧値を検出する電圧センサ２７及び温度測定手段としての温度センサ２８等の信号検出用デバイスが接続されている。マルチプレクサ２４は、これら複数種類のうち選択した一つのデータのみをＣＰＵ２２に入力するように構成されている。なお、これら複数種類のデバイスについて夫々にＡＤＣ２３を接続すれば、マルチプレクサ２４を取り除くことも可能である。

またＣＰＵ２２には、各種パラメータを格納するデータ用フラッシュメモリ２９、ＣＰＵ２２のプログラムを格納するプラグラム用フラッシュメモリ３０が接続され、さらにプログラム実行中に使用される変数を格納するＳＲＡＭ３１が接続されている。その他、プログラムの書き込みや監視情報の表示などに使用されるシリアル通信ポート３２、「出力レベル」の設定やフラッシュメモリの初期化等を行うための出力レベル設定スイッチ３３、機器の状態を外部に表示させるためのＬＥＤ３４が接続されている。さらに制御線１６を介してＲＦスイッチ４が接続され、また制御線１７に接続されたＤ／Ａコンバータ（以下「ＤＡＣ」とする）３５の出力端にはＧＣ６が接続されている。

上記構成の送信アンテナ５４においては、その製造ラインにおいて、信号増幅回路５０のＣＰＵ２２により、
例えば「＋２３．０ｄＢｍ」と、「＋２４．０ｄＢｍ」から「＋３０．５ｄＢｍ」まで「０．５ｄＢｍ」毎に規定した計１５種類の「調整出力値」に対して、出力端子１０から出力される放送信号の「出力レベル」を夫々一致するように予め調整される。この調整時の「出力レベル」は、「調整出力値」毎に係数化され、記憶手段としてのフラッシュメモリ２９に予め記憶される。また、これら「出力レベル」に対応した調整時の温度も温度センサ２８によって測定される。この測定された温度は係数化され、フラッシュメモリ２９に「調整時温度」として予め記憶される。これら「調整出力値」及び「調整時温度」は、図４（ａ）、（ｂ）のアドレスマップに示すとおりに、フラッシュメモリ２９に記憶される。

図４（ａ）では、例えば「＋２４．０ｄＢｍ」に調整された「出力レベル」は、「調整出力値」として「０ｘ０３９Ｂ」のように係数化されてアドレス「０ｘ１０Ｄ」に記憶され、その他１４種類の「調整出力値」についても同様に記憶される。また図４（ｂ）では、「調整時温度（１８℃の時）」は、「０ｘ０３ＥＤ」のように係数化されてアドレス「０ｘ１０Ｆ」に記憶される。

また、送信アンテナ５４は、その設置場所での動作時において、信号増幅回路５０のＣＰＵ２２により、予め規定された所要の「基準出力値」に、予め設定記憶した所要の「閾値」の範囲内で、「出力レベル」を一致させるように制御する。この「基準出力値」は、「＋２４ｄＢｍ」から「＋３０ｄＢｍ」まで「１ｄＢｍ」毎に７種類が規定され、「閾値」は、「基準出力値＋０．５ｄＢｍ」の「上側閾値」と、「基準出力値−１．０ｄＢｍ」の「下側閾値」とから規定される。そして「基準出力値」は、「＋２４ｄＢｍ」から「＋３０ｄＢｍ」まで「１ｄＢｍ」毎の「調整出力値」に対応し、「閾値」は、「上側閾値」が「基準出力値＋０．５ｄＢｍ」、「下側閾値」が「基準出力値−１．０ｄＢｍ」の「調整出力値」に対応する。また「基準出力値」に対応する「基準温度」には、「調整時温度」が使用される。

設置場所での動作時における、この送信アンテナ５４のＣＰＵ２２による出力レベル制御方法（自動レベル制御処理（Ｓ９））を図５のフローチャートを基に説明する。
先ずシステム起動時に、フラッシュメモリ２９に保存されている係数化された「調整時温度」をＳＲＡＭ３１にコピーする。さらに「調整時温度」をＳＲＡＭ３１からＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ１５）。現在の温度を係数化してなる「現在温度」を、温度センサ２８からＡＤＣ２３を介して収集し、ＳＲＡＭ３１にコピーする。さらにＳＲＡＭ３１からＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ１６）。ＣＰＵ２２により「調整時温度」と「現在温度」との「温度差分（ｃ）」を求める（Ｓ１７）。「温度差分」が零かどうかをチェックする（Ｓ１８）。

零である場合、信号増幅回路５０を製造ラインで調整した時と同じ温度状態なので「温度補償処理（Ｓ１９）（図６参照）」を行わずに終了する。
零でない場合、製造ラインで調整した時と同じ温度状態ではないので、温度補償処理（Ｓ１９）を実施する。温度補償処理では、「基準出力値」を「温度差分（ｃ）」に応じて適切に処理して「温度補償された基準出力値」に修正すると共に、「基準出力値」の「上側及び下側閾値」も「温度補償された上側及び下側閾値」に修正する。
次にＡＤＣ２３で測定した「進行波電力値（測定した現在の「出力レベル」）」と「温度補償された基準出力値」とが、「温度補償された上側及び下側閾値」の範囲内で一致するように、ＣＰＵ２２によってＤＡＣ３５を制御しＧＣ６の制御電圧を生成する（Ｓ２０）。自動レベル制御処理を終了する。

信号増幅回路５０の温度補償処理（Ｓ１９）の動作を図６のフローチャートを基に説明する。
温度補償処理開始後、予めフラッシュメモリ２９に保存されている「調整時温度」をＣＰＵ２２のレジスタにセットする。次にＡＤＣ２３で収集された「現在温度」をＣＰＵ２２のレジスタにセットする。両者の差分として「温度差分（ｃ）」の絶対値を算出する。符号ビット（元の値は正負情報）は符号フラグに保存する（Ｓ２１）。

出力レベル設定スイッチ３３の状態を検出することにより、「基準出力値」と「上側及び下側閾値」を何ｄＢｍにすればよいか調べる（Ｓ２２）。出力レベル設定スイッチ３３の状態から検出された「基準出力値」に合わせて、図４の「調整出力値」に対応する「基準出力値」と「上側及び下側閾値」の３つの「係数」を選択し、ＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２３）。温度変化に対して出力レベル変化が線形な特性を備えている場合、「処理Ｓ２１」で求めた「温度差分」の絶対値を、選択した３つの「係数」で割り算処理（演算処理）を行い、３つの商を求め、これらの商を「温度補償量」とする（Ｓ２４）。求めた「温度補償量」を「基準出力値」及び「上側及び下側閾値」に夫々加算（または減算）する。この演算結果データが「温度補償された基準出力値」と「温度補償された上側及び下側閾値」となる（Ｓ２５）。温度補償処理を終了する。

このように本信号増幅回路５０において、「演算式」は『「温度差分」の絶対値÷「係数」』で表される。「演算式」に含まれる「係数」は、温度センサ２８の温度特性に基づく「関数」から導出される。「関数」は、プログラム中に記述され、増幅手段としてのアンプ７の所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数が最適に用いられ、温度測定手段で測定した「現在温度」と増幅手段の「出力レベル」とが変数として使用される。この場合、各「係数」は両者の比である一次関数の傾きに対応している。

信号増幅回路５０のＧＣ制御処理（Ｓ２０）の動作を図７のフローチャートを基に説明する。
ＧＣ制御処理開始後、図６の処理Ｓ２５で求めた「温度補償された基準出力値」と「温度補償された上側及び下側閾値」をＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２６）。ＡＤＣ２３で取得した「進行波電力値（測定した現在の「出力レベル」）」をＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２７）。「温度補償された基準出力値」と「進行波電力値」の「出力差分」を算出する（Ｓ２８）。求めた「出力差分」が零であるかどうか調べる（Ｓ２９）。
零である場合、「出力レベル」が「温度補償された基準出力値」に一致している状態であるので、前回と同じＧＣ６の制御電圧値（ＤＡＣ３５のデータは以前と同じデータを設定）として、ＧＣ制御処理を終了する。
零でない場合、「出力レベル」が「温度補償された基準出力値」に一致していない状態なので、処理Ｓ３０に進む。

「温度補償された基準出力値」と「進行波電力値」とを比較して大小関係を調べる（Ｓ３０）。「基準出力値」よりも「進行波電力値」の方が大きい場合は、上側閾値判定処理（Ｓ４０）に進む。小さい場合は、下側閾値判定処理（Ｓ５０）に進む。

ここで、上側閾値判定処理（Ｓ４０）の動作を図８のフローチャートを基に説明する。
「温度補償された上側閾値」と「進行波電力値」とを比較して大小関係を調べる（Ｓ４１）。「上側閾値」よりも「進行波電力値」の方が大きい場合（Ｓ４２）は、上側閾値エラーフラグをＯＮ状態にして（Ｓ４３）判定処理を終了する。小さい場合は、上側閾値エラーフラグをＯＦＦ状態にして（Ｓ４４）判定処理を終了する。

また下側閾値判定処理（Ｓ５０）の動作を図９のフローチャートを基に説明する。「温度補償された下側閾値」と「進行波電力値」とを比較して大小関係を調べる（Ｓ５１）。「下側閾値」よりも「進行波電力値」の方が小さい場合（Ｓ５２）は、下側閾値エラーフラグをＯＮ状態にして（Ｓ５３）判定処理を終了する。大きい場合は、下側閾値エラーフラグをＯＦＦ状態にして（Ｓ５４）判定処理を終了する。

図７において、図８の上側閾値判定処理（Ｓ４０）の後、上側閾値エラーフラグがＯＮ状態か否かを調べる（Ｓ３１）。ＯＮ状態の場合、「出力レベル」を所要量減少させる（ＧＣ６の減衰量を増やす）方向にＧＣ６の制御電圧を調整する（Ｓ３２）。再度、上側閾値判定処理（Ｓ４０）を行い上側閾値エラーフラグがＯＮ状態か否かを調べる（Ｓ３１）。処理Ｓ３２、処理Ｓ４０、処理Ｓ３１を上側閾値エラーフラグがＯＦＦ状態になるまで繰り返す。

上側閾値エラーフラグがＯＦＦ状態になった場合、「出力レベル」を所要量減少させる（ＧＣ６の減衰量を増やす）方向にＧＣ６の制御電圧を調整し（Ｓ３５）、ＧＣ制御処理を終了する。

一方、下側閾値判定処理（Ｓ５０）の後、下側閾値エラーフラグがＯＮ状態か否かを調べる（Ｓ３３）。ＯＮ状態の場合、「出力レベル」を所要量増大させる（ＧＣ６の減衰量を減らす）方向にＧＣ６の制御電圧を調整する（Ｓ３４）。再度、下側閾値判定処理（Ｓ５０）を行った後、下側閾値エラーフラグがＯＮ状態か否かを調べる（Ｓ３３）。処理Ｓ３４、処理Ｓ５０、処理Ｓ３３を下側閾値エラーフラグがＯＦＦ状態になるまで繰り返す。

下側閾値エラーフラグがＯＦＦ状態になった場合、「出力レベル」を所要量増大させる（ＧＣ６の減衰量を減らす）方向にＧＣ６の制御電圧を調整し（Ｓ３６）、ＧＣ制御処理を終了する。

このような本発明に係る信号増幅回路５０によれば、「出力基準値」及び「閾値」の温度補償を行う際、「基準出力値」、「下側閾値」及び「上側閾値」の３種類の値に対応する「調整時出力値」と、その調整時の「調整時温度」の計４種類の値を予め記憶すれば良いので、少ないメモリ領域で、これらの各値に基づいて安定性の高い出力レベル制御が高精度で実現可能となる。また閾値として、「下側閾値」或いは「上側閾値」の何れか一方のみを使用する場合には、メモリ領域をさらに少なくできる。また「基準出力値」と現在の「出力レベル」とから求めた「出力差分」によって、「出力レベル」の増減を制御でき、「基準出力値」までの収束時間を短縮すると共に、高い安定性で「出力レベル」を維持できる。また「下側閾値」及び「上側閾値」を温度補償したので、環境温度の変化に伴う「閾値」の変動幅を小さく抑えることができ、その分「出力レベル」の変動許容幅を大きく拡張することができる。よって、「出力レベル」を一定に維持するための個々の部品の性能を下げることが可能となり、比較的安価に製造できる。

さらに「出力基準値」を「閾値」と同様の「演算式」を用いて温度補償したので、「演算式」の変数も「閾値」と同じものを使用すれば、同じ変動幅で温度補償でき、より精度の高い出力レベルを得ることができる。

また、「演算式」の「係数」を温度センサ２８の温度特性に基づく「関数」によって求めたので、温度センサ２８の材料等の温度特性に合わせて「関数」を用意すれば、動作温度範囲内の温度補償をより正確に行うことができる。さらにまた、「関数」を温度測定手段で測定した温度と増幅手段の出力レベルとを変数として、増幅手段の所要の基準出力レベル毎に傾きの異なる一次関数で規定したので、安価な汎用温度センサを用いて、信頼性の高い出力レベル制御が可能となる。

図１０は、本発明に係る送信アンテナの一実施形態を示すブロック図である。この送信アンテナ１５４は、信号増幅回路１５０と、この信号増幅回路１５０で増幅された信号の出力レベルを調整する調整回路と、調整回路で調整された信号を放射可能に形成されたアンテナ素子を備えて構成されている。調整回路は、一例として、バンドパスフィルタ８２を含むように構成されている。バンドパスフィルタ８２は、信号増幅回路５０の出力端子１０とアンテナ素子５４ａの間に、入出力ケーブルとして夫々セミリジット同軸ケーブル８４を用いて、直列に接続されている。この調整回路は、バンドパスフィルタ８２によって信号増幅回路１５０で増幅された信号を所要の周波数帯域で減衰させ、信号の出力レベルを調整するものである。また、この送信アンテナ１５４は、信号増幅回路１５０内のアンプ７とカプラ９との間に、反射波電力と進行波電力との両方をカプラ９で検出するために、一方向にのみ信号を伝送するアイソレータ８１を介設して構成されている。尚、送信アンテナ１５４の構成素子のうち、図２の送信アンテナ５４と同一符号のものについては、これらの説明を省略する。

この送信アンテナ１５４では、その製造ラインにおいて、ＣＰＵ２２により、
例えば「＋２３．０ｄＢｍ」と、「＋２４．０ｄＢｍ」から「＋３０．５ｄＢｍ」まで「０．５ｄＢｍ」毎に規定した計１５種類の「調整出力値」に対して、アンテナ素子５４ａから放射される放送信号の「放射レベル」に基づき、夫々を一致させるように、予め出力端子１０から出力される放送信号の「出力レベル」が調整される。この時の「出力レベル」は、図２の送信アンテナ５４と同様に、「調整出力値」毎に係数化され、記憶手段としてのフラッシュメモリ２９に予め記憶される。また、これら「出力レベル」に対応した調整時の温度も、温度センサ２８と、バンドパスフィルタ８２に内蔵された別の温度センサ（図示略）とによって測定され、平均値演算等の数値処理後に係数化されて、フラッシュメモリ２９に「調整時温度」として予め記憶される。

また送信アンテナ１５４は、その設置場所での動作時において、予め規定された所要の「基準出力値」に、予め設定記憶した所要の「閾値」の範囲内で、「出力レベル」を一致させるように制御する。この送信アンテナ１５４の出力レベル制御は、図５〜９に示すフローチャートと同様の手順で行われる。この時の「基準出力値」及び「閾値（上側及び下側閾値）」は、温度センサ２８及びバンドパスフィルタ８２の温度センサから導出された係数を含む演算式を用いて差分に基づき温度補償され、「温度補償された基準出力値」と「温度補償された上側及び下側閾値」を得る。また演算式の係数は、温度センサ２８及びバンドパスフィルタ８２の温度センサの温度特性に基づく関数によって求められる。

すなわち、本送信アンテナ１５４において、温度センサ２８及びバンドパスフィルタ８２の温度センサが線形な温度特性を備えている場合、『「温度差分」の絶対値÷「係数」』で表された「演算式」に含まれる「係数」は、温度センサ２８及びバンドパスフィルタ８２の温度センサの温度特性に基づく「関数」から導出される。夫々の「関数」は、プログラム中に記述され、所要の出力レベル毎に傾きの異なる一次関数等が適用され、「現在温度」と「出力レベル」とが変数として使用される。この時「関数」は、近似演算等の数値処理によって一つの「関数」にまとめても良い。

尚、「基準出力値」及び「閾値（上側及び下側閾値）」は、温度センサ２８またはバンドパスフィルタ８２の温度センサのいずれか一方から導出された係数を含む「演算式」を用いて温度補償し、演算式の係数を、対応するいずれか一方の温度特性に基づく「関数」によって求めることができるように、送信アンテナ１５４を構成しても良い。こうすれば、信号増幅回路１５０とバンドパスフィルタ８２とを別体に設けた場合、これらの設置場所の環境温度が大きく異なる時でも、出力レベル制御に最適な一方の回路を選択できる。

このように、送信アンテナ１５４によれば、アンテナ素子５４ａから放射される放送信号の放射レベルに基づき、調整出力値に対して信号増幅回路５０の出力レベルを調整したので、信号増幅回路１５０の入力端子１からアンテナ素子５４ａに至る全ての回路構成素子を考慮した状態で温度補償を行ったこととなり、送信アンテナ１５４の放射レベルを高い精度で所要の基準出力値に一致させることができる。

また、信号増幅回路１５０とアンテナ素子５４ａとの間に、温度変化で出力特性が変化するバンドパスフィルタ８２等のフィルタ素子を含む調整回路を加えたので、信号増幅回路５０の出力レベルをさらに細かく調整可能となり、このバンドパスフィルタ８２による出力変化も含めて温度補償することができ、放送信号をより高い精度で安定して放射できる。さらに調整回路を、信号増幅回路１５０で増幅された信号を所要の周波数帯域で減衰させるバンドパスフィルタ８２を含むように構成したので、送信アンテナ１５４から放射される信号の品質を向上できる。

また、バンドパスフィルタ８２を信号増幅回路１５０の後段に別体に設けたので、バンドパスフィルタ８を信号増幅回路５０内の中段に設けた図２の送信アンテナ５４に比較して、前後段の回路素子による配置位置の制約を減らし、配置位置の自由度を増加できる。よって、例えばバンドパスフィルタ８２の入出力ケーブル８４としてセミリジット同軸ケーブルを用いた場合であっても、外部導体である金属チューブの最小曲げ半径を確保するために蛇行させていた配線を、より直線的な配線で接続できるように配置位置の選択範囲を拡張可能となり、配線長をより短くして、伝送損失を低減できるとともに比較的高価なケーブルの使用量を減少させて製造コストを低減できる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）本発明は、モバイル放送システムのギャップフィラー装置に限らず、他の衛星通信システムや無線ＬＡＮ等の送信アンテナに使用できる。
（２）本発明は、送信アンテナに限らず、ＣＡＴＶ等の有線通信システムの信号出力装置にも使用できる。
（３）本発明は、通信信号に限らず、信号増幅が必要となる他の信号の増幅に使用できる。
（４）閾値は、上側閾値及び下側閾値に限らず、基準出力値の何れか一方側に規定することもできる。

（５）演算式で用いられる係数は、一次関数だけでなく、二次関数、指数関数等の線形関数や、その他の非線形関数によって求めても良い。
（６）信号増幅回路５０は、アンテナ素子５４ａと別体に設けて送信アンテナ５４を構成しても良い。
（７）図７のＧＣ制御処理（Ｓ２０）では、上側又は下側閾値エラーフラグがＯＮ状態となった場合（Ｓ３１、Ｓ３３）、例えばフラッシュメモリ２９の別領域に確保した異常フラグをＯＮ状態にし、この異常フラグに基づいて、異常報知するようにＬＥＤ３４を点滅させる処理や、ＲＦスイッチ４を制御して後段に伝送される過大信号を阻止しアンプ７等を保護する処理を行うこともできる。
（８）基準出力値は、７種類等の複数に限らず、必要とする出力レベルに合わせて、１種類だけを規定しても良い。
（９）送信アンテナ５４は、アンテナ素子を１基で構成するものに限らず、信号増幅回路５０から出力された放送信号を分配器９１で複数に分配し、各分配信号を複数のアンテナ素子で夫々放射可能に構成しても良い。例えば、図１１のギャップフィラー装置２６０のように、２基のアンテナ素子５４ａ，５４ｂを備えるように送信アンテナ２５４を構成した場合、十字路の角に建てられたビル１０１によって衛星からの放送信号が遮蔽される２本の道路に対して、そのビル１０１の屋上に設置されたアンテナ素子５４ａ，５４ｂから、共通の信号増幅回路５０で出力レベル制御された放送信号を再放射でき、同等の高品質な放送信号を受信可能なサービスエリアＡ，Ｂを形成できる。また図１のギャップフィラー装置６０のように、アンテナ素子毎に信号増幅回路５０を接続することがないので、共通の信号増幅回路５０のみを管理するだけの手間で保守点検作業等を容易にできる。尚、送信アンテナ１５４についても同様に分配器と複数のアンテナ素子とで構成することが可能である。

本発明に係る信号増幅回路を備えたギャップフィラー装置を示すブロック図である。本発明に係る信号増幅回路を備えた送信アンテナの一例を示すブロック図である。本発明に係る信号増幅回路のＡＬＣ回路のブロック図である。基準出力値及び閾値に対応する調整出力値と調整時温度を示すアドレスマップである。本発明に係る信号増幅回路及び送信アンテナの出力レベル制御方法の流れを示すフローチャートである。温度補償処理の流れを示すフローチャートである。ＧＣ制御処理の流れを示すフローチャートである。上側閾値判定処理の流れを示すフローチャートである。下側閾値判定処理の流れを示すフローチャートである。本発明に係る送信アンテナの一実施形態を示すブロック図である。本発明に係る送信アンテナを備えたギャップフィラー装置の設置例を示す説明図である。

７・・増幅手段としてのアンプ、８，８２・・フィルタ素子としてのバンドパスフィルタ、９・・出力レベル測定手段としてのカプラ、１５ａ・・自動レベル制御手段としてのＡＬＣ回路、２２・・ＣＰＵ、２８・・温度測定手段としての温度センサ、２９・・記憶手段としてのフラッシュメモリ、５０，１５０・・信号増幅回路、５４，１５４・・送信アンテナ、５４ａ・・アンテナ素子、８２・・調整回路を構成するバンドパスフィルタ。

Claims

放送信号増幅素子としてのＦＥＴからなり信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の所要の基準出力値を設定する出力レベル設定スイッチと、
前記増幅された信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、
前記自動レベル制御手段の温度を測定する温度測定手段と、
前記増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段と、を備え、
前記自動レベル制御手段によって、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に、前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路であって、
前記自動レベル制御手段は、
予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、
前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、
前記両温度の差分が零でない場合は、
前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、
前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、
前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする信号増幅回路。
放送信号増幅素子としてのＦＥＴからなり信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の所要の基準出力値を設定する出力レベル設定スイッチと、
前記増幅された信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、
前記自動レベル制御手段の温度を測定する温度測定手段と、
前記増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段と、を備え、
前記自動レベル制御手段によって、前記増幅手段の前記所要の基準出力値に、前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路であって、
前記自動レベル制御手段は、
予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、
前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、
前記両温度の差分が零でない場合は、
前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、
前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、
前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする信号増幅回路出力レベル制御方法。
請求項１に記載の信号増幅回路と、
前記信号増幅回路で増幅された信号の出力レベルを調整する調整回路と、
前記調整回路の温度を測定する別の温度測定手段と、
前記調整回路で調整された信号を放射可能に形成されたアンテナ素子とを備え、
前記自動レベル制御手段は、
前記アンテナ素子から放射された信号の放射レベルに基づき、
予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、
前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記自動レベル制御手段または前記調整回路のうち少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、
前記両温度の差分が零でない場合は、
前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、
前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、
前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする送信アンテナ。
請求項１に記載の信号増幅回路と、
前記信号増幅回路で増幅された信号の出力レベルを調整する調整回路と、
前記調整回路の温度を測定する別の温度測定手段と、
前記調整回路で調整された信号を放射可能に形成されたアンテナ素子とを備えてなる送信アンテナにおいて、
前記自動レベル制御手段は、
前記アンテナ素子から放射された信号の放射レベルに基づき、
予め、前記増幅された信号の出力レベルを前記増幅手段の前記所要の基準出力値となるようにレベル調整を行い、前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の基準出力値に対応した基準温度とを記憶し、
前記温度測定手段の温度特性に基づく関数を、前記自動レベル制御手段または前記調整回路のうち少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した温度と前記増幅手段の出力レベルとを変数として、前記増幅手段の前記所要の基準出力値毎に傾きの異なる一次関数で規定し、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に対応する前記基準温度と少なくとも一方の前記温度測定手段で測定した現在の温度との差分を求め、
前記両温度の差分が零でない場合は、
前記増幅手段の前記所要の基準出力値に対応した前記一次関数の傾きを係数とし、
前記差分に前記係数を除算して求めた演算結果を温度補償量とし、
前記出力レベル設定スイッチで設定した前記増幅手段の前記所要の基準出力値と前記所要の閾値に前記温度補償量を加算または減算して、前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値と温度補償された前記所要の閾値を求め、
前記増幅手段の温度補償された前記所要の基準出力値に、温度補償された前記所要の閾値の範囲内で、前記増幅された信号の出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする送信アンテナの出力レベル制御方法。