JP4808182B2

JP4808182B2 - 無線通信装置、無線通信装置の給電方法

Info

Publication number: JP4808182B2
Application number: JP2007118049A
Authority: JP
Inventors: 敦史福田; 浩司岡崎; 祥一楢橋
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: KR100986962B1; JP2008278097A; CN101295887A; US20080268796A1; KR20080096405A; CN101295887B; EP1986335B1; US8073407B2; EP1986335A2; EP1986335A3

Description

この発明は、アンテナから増幅部への交流信号を直流電力に変換し、利用する無線通信装置、無線通信装置の給電方法に関する。

携帯型無線通信装置の送信部では、高周波電力増幅器からの出力信号を効率よくアンテナから出力させるために、高周波増幅器とアンテナとのインピーダンス整合を取るように設計する。しかし、アンテナのインピーダンスは、使用者の持ち方や使用環境で変化するため、アンテナでの反射が生じてしまう。
この対策として、高周波電力増幅器とアンテナの間に制御可能な整合回路を設けて反射波を小さくする方法（特許文献１）、送信電力の一部で反射波をキャンセルする方法（特許文献２）、反射波を用いて反射波をキャンセルする方法（特許文献３）などがある。
特開２０００−２９５０５５号公報特開平２−１５１１３０号公報特開平９−１１６４５９号公報

特許文献１の方法では、高周波電力増幅器内のトランジスタの電力付加効率が最も高い状態で利用できない。特許文献２の方法では、送信電力の一部を反射波のキャンセルに使用してしまうので、その分効率の悪化となる。特許文献３の方法では、反射波の一部を増幅するための電力が必要になってしまい、携帯型無線通信装置全体の電力効率が悪くなる。
本発明は、高周波電力増幅器を最適な状態で動作でき、かつ電源利用効率の高い無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、アンテナと、前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、交流信号を直流電力に変換する整流部と、サーキュレータ部とを有する。なお、サーキュレータ部は、第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、理想的には第１端子からの入力は第２端子に出力し第３端子には出力しない、一方、第２端子からの入力は第３端子に出力し、第１端子には出力しない。実際のサーキュレータ部においては、他端子への漏れ電力が生ずるため、アンテナで反射された送信信号の位相を、サーキュレータ部の第１端子から第３端子に漏れた送信信号の位相に同相となるようにあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないように調整する移相部も備えてもよい。キャリアの帯域が複数ある場合には、帯域ごとに増幅部、サーキュレータ部、移相部を備えればよい。

さらに、アンテナが複数ある場合には、アンテナごとに増幅部、サーキュレータ部、整流部を備えてもよい。アレイアンテナのように同じ帯域のアンテナが複数ある場合には、アンテナごとに増幅部、サーキュレータ部、サーキュレータ部の第３端子に接続された移相部を備えさせ、各移相部を各アンテナで反射された送信信号の位相が同相となるようにあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないように調整すればよい。

本発明によれば、高周波電力増幅部を最適な状態で動作するように設定し、さらに、たとえ反射波が発生しても、アンテナで反射した送信信号（反射波）を電力に変換して再利用する。したがって、反射波をキャンセルするために電力を使ってしまう従来の方法に比べ、電源利用効率の高い無線通信装置を提供できる。また、移相部により位相を合わせて複数の信号を合成すれば、さらに電源利用効率を高くできる。

以下に、本発明の実施形態を説明する。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同じ番号を付し、重複説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に第１実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す。無線通信装置１００は、アンテナ１１０、アンテナ１１０に送信信号を供給する増幅部１２０、交流信号を直流電力に変換する整流部１３０、サーキュレータ部１４０、送信信号を生成する信号源９１０を有する。サーキュレータ部１４０は、第１端子が増幅部１２０側に接続され、第２端子がアンテナ１１０側に接続され、第３端子が整流部１３０側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力する。

図２と図３は、整流部１３０の詳細な構成例を示す図である。図２（Ａ）の整流部１３０は、ダイオード１３１、抵抗１３２、コンデンサ１３３、コイル１３４、コンデンサ１３５を備えている。整流部１３０はこのような構成なので、交流信号がダイオード１３１側から入力された場合、整流と平滑化を行うことができる。したがって、交流信号を直流電力に変換できる。また、図２（Ｂ）のような構成としてもよい。

ここで、一般的なダイオードの特性について簡単に説明する。ダイオードには電流の容量があるが、その容量に比べ入力が小さすぎると電力変換効率が悪くなる（順方向でも電流を流しにくくなる）。逆にその容量に比べ入力が大きすぎると歪が生じ、その歪が増幅部１２０に戻され、それがアンテナから再放射されたり、電力変換効率が悪くなったり、ダイオードの破壊が生じたりする。そこで、図３（Ａ）および（Ｂ）の整流部１３０’は、整流部１３０にスイッチ１３６とダイオード１３７が追加されている。例えば、ダイオード１３７の容量をダイオード１３１に比べ小さくしておく。そして、増幅部１２０が所定の値よりも出力が小さくなるように制御される場合には、スイッチ１３６をＯＮにする。また、増幅部１２０が所定の値よりも出力が大きくなるように制御される場合には、スイッチ１３６をＯＦＦにする。このようにスイッチ１３６を制御すれば、整流部１３０’への入力が小さい場合には、ダイオード１３７に電流が流れるので、効率をよくできる。また、整流部１３０’への入力が大きい場合には、歪を生じやすい小容量のダイオード１３７を切り離すので、歪の発生やダイオード１３７の破壊を防ぐことができる。したがって、整流部１３０の代わりに整流部１３０’を用いれば、より効率よく交流信号を直流電力に変換できる。なお、整流部１３０’では、ダイオードの種類を２種類としたが、３種類以上のダイオードを用い、整流部１３０への入力の大きさによってダイオードを使い分けてもよい。

図４は、無線通信装置１００の処理フローの例を示す図である。送信信号は、信号源９１０で生成され、増幅部１２０で増幅され、サーキュレータ部１４０を通過して、アンテナ１１０から送出される（Ｓ１００）。アンテナ１１０で反射された送信信号は、反射波となる。反射波は、サーキュレータ部１４０の第２端子から第３端子に通過し、整流部１３０で整流され、増幅部１２０などの構成部に給電される（Ｓ１３０）。図２の整流部１３０を用いた場合は、このような処理フローとなる。図３の整流部１３０’を用いた場合には、さらに、整流部１３０が、増幅部１２０の出力が所定の値より大きいかを判断する（Ｓ１３６）。ステップＳ１３６がＹｅｓの場合には、スイッチ１３６をＯＦＦとし、大容量のダイオード１３１を用いる（Ｓ１３６１）。ステップＳ１３６がＮｏの場合には、スイッチ１３６をＯＮとし、小容量のダイオード１３７を用いる（Ｓ１３６２）。

無線通信装置１００はこのような構造なので、高周波電力増幅部を最適な状態で動作するように設定することで反射波が発生しても、アンテナで反射した送信信号（反射波）を電力に変換して再利用する。したがって、電源利用効率の高い無線通信装置を提供できる。

［変形例］
図５は、無線通信装置１００を外部からの交流電力で駆動する様子を示す図である。第１実施例では、無線通信装置１００自身の送信信号の反射波を給電に用いた。しかし、受信した信号も、サーキュレータ部１４０の第２端子から第３端子に通過し、整流部１３０に入力される。したがって、無線通信装置１００は、外部から交流電力の供給によっても給電できる。

［第２実施形態］
図６に、第２実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す。無線通信装置２００は、移相部２５０をサーキュレータ部１４０とアンテナ１１０との間に備える点が、無線通信装置１００と異なる。サーキュレータ部１４０は、第１端子に入力された信号を第２端子に出力する。しかし、わずかではあるが、第１端子に入力された信号が第３端子にも漏れる。移相部２５０は、反射波の位相を第３端子に漏れた送信信号の位相と同相にあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないようにする。したがって、効率よく反射波と漏れた送信信号とを電力に変換できるので、さらに電源利用効率を高くできる。
なお、無線通信装置２００は充電できる電源部２９０を備えてもよい。この場合は、整流部１３０から出力される直流電力を、電源部２９０に蓄え、各構成部には電源部２９０が給電する。

［変形例］
図７に、１つのアンテナを複数の帯域のキャリアで共用する場合の無線通信装置の機能構成例を示す。キャリアの帯域が異なれば、反射波の位相と漏れた送信信号の位相を合わせるための移相部２５０の調整は、キャリアごとに行わなければならない。そこで、無線通信装置３００は、帯域ごとに（信号源ごとに）増幅部１２０−ｎ（ｎは、１または２）、サーキュレータ部１４０−ｎを備えている。また、送信されるキャリアの帯域は、スイッチ３６０で切り替えられる。このような構成なので、１つのアンテナを複数の帯域のキャリアで共用する場合も、電源利用効率を高くできる。なお、図７ではキャリアの帯域を２つとしたが、３つ以上の場合も同じ考え方で、増幅部１２０−ｎ、サーキュレータ部１４０−ｎを増やせばよい（ｎが３以上となる。）。

また、無線通信装置３００は、移相部２５０−ｎをサーキュレータ部１４０−ｎとスイッチ３６０の間に備えてもよい。各移相部２５０−ｎは、各アンテナ１１０で反射された送信信号の位相を、各サーキュレータ部１４０−ｎの第１端子から第３端子に流れた送信信号の位相と同位相にあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないようにする。このように移相部も備えれば、さらに電源利用効率を高くできる。
また、無線通信装置３００も充電できる電源部２９０を備えてもよい。この場合は、整流部１３０から出力される直流電力を、電源部２９０に蓄え、各構成部には電源部２９０が給電する。例えば電源部は増幅部のうち動作している１２０−nに給電する。

［第３実施形態］
図８に、アンテナが複数ある場合の無線通信装置の機能構成例を示す。無線通信装置４００は、信号源９１０−ｎ（ｎは、１または２）ごとに、無線通信装置１００（図１）のアンテナ１１０−ｎ、増幅部１２０−ｎ、サーキュレータ部１４０−ｎ、整流部１３０−ｎの組合せを備えている。また、各整流部１３０−ｎからの出力を加算するための、直流電力合成部４７０も備えている。無線通信装置４００はこのような構成なので、無線通信装置１００と同じように電源利用効率を高くできる。
なお、図８ではアンテナの数を２つとしたが、３つ以上の場合も同じ考え方で、アンテナ１１０−ｎ、増幅部１２０−ｎ、サーキュレータ部１４０−ｎ、整流部１３０−ｎの組合せを増やせばよい（ｎが３以上となる。）。

また、無線通信装置４００は、移相部２５０−ｎをサーキュレータ部１４０−ｎとアンテナ１１０−ｎの間に備えてもよい。各移相部２５０−ｎは、各アンテナ１１０−ｎで反射された送信信号の位相を、各サーキュレータ部１４０−ｎの第１端子から第３端子に流れた送信信号の位相と同位相にあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないようにする。このように移相部も備えれば、さらに電源利用効率を高くできる。
また、無線通信装置４００も充電できる電源部２９０を備えてもよい。この場合は、直流電力合成部４７０から出力される直流電力を、電源部２９０に蓄え、各構成部には電源部２９０が給電する。例えば電源部は増幅部のうち動作している１２０−nに給電する。

［第４実施形態］
図９に、同じ帯域用のアンテナが複数ある場合の無線通信装置の機能構成例を示す。図９の信号源９１０−ｎ（ｎは、１または２）のキャリアの帯域は同じとする。無線通信装置５００は、アンテナ１１０−ｎ、サーキュレータ部１４０−ｎ、増幅部１２０−ｎ、移相部５５０−ｎの組合せを複数備えている。また、１つの合成部５７０と整流部１３０を備えている。

無線通信装置２００と大きく異なる点は、移相部５５０−ｎがサーキュレータ部１４０−ｎの第３端子に接続されていることである。移相部５５０−ｎは、各アンテナ１１０−ｎで反射された送信信号（反射波）の位相を整流部への入力信号強度を強め合うようにそろえる、もしくは少なくとも逆相に近い状態となり整流部への入力信号強度を弱め合わないようにそろえる。合成部５７０は、各移相部５５０−ｎからの出力を合成する（加算する）。整流部１３０は、合成部５７０で合成された交流信号を直流電力に変換し、各構成部に給電する。

無線通信装置５００は、基本的に複数のアンテナからの反射波の位相を強めあうようにそろえるので、効率よく反射波を直流電力に変換できる。したがって、電源利用効率を高くできる。
なお、図９ではアンテナの数を２つとしたが、３つ以上の場合も同じ考え方で、アンテナ１１０−ｎ、増幅部１２０−ｎ、サーキュレータ部１４０−ｎ、移相部５５０−ｎの組合せを増やせばよい（ｎが３以上となる。）。

また、無線通信装置５００は、移相部２５０−ｎをサーキュレータ部１４０−ｎとアンテナ１１０−ｎの間に備えてもよい。各移相部２５０−ｎは、各アンテナ１１０−ｎで反射された送信信号の位相を、各サーキュレータ部１４０−ｎの第１端子から第３端子に流れた送信信号の位相と同位相にあわせる、もしくは少なくとも逆相とならないようにする。このように移相部も備えれば、さらに電源利用効率を高くできる。
また、無線通信装置５００も充電できる電源部２９０を備えてもよい。この場合は、整流部１３０から出力される直流電力を、電源部２９０に蓄え、各構成部には電源部２９０が給電する。

第１実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す図。１種類のダイオードを用いた整流部の詳細な構成例を示す図。２種類のダイオードを用いた整流部の詳細な構成例を示す図。無線通信装置の処理フローの例を示す図。無線通信装置を外部からの交流電力で駆動する様子を示す図。第２実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す図。第２実施形態変形例の無線通信装置の機能構成例を示す図。第３実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す図。第４実施形態の無線通信装置の機能構成例を示す図。

符号の説明

１１０アンテナ
１２０増幅部
１３０整流部
１４０サーキュレータ部
２５０、５５０移相部
２９０電源部
３６０スイッチ
４７０直流電力合成部
５７０合成部
９１０信号源

Claims

アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部と、
前記アンテナと前記サーキュレータ部との間に移相部を備え、
前記移相部は、前記アンテナで反射された送信信号の位相を、前記サーキュレータ部の第1端子から第３端子に流れた送信信号の位相と少なくとも逆相とならないように調整されている
ことを特徴とする無線通信装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部と、
前記サーキュレータ部のアンテナ側に接続された移相部を備え、
前記増幅部、前記サーキュレータ部、前記移相部の組合せが、送信信号のキャリアの帯域ごとに複数あり、
前記増幅部のいずれか１つを選択し、送信信号を前記アンテナに伝えるスイッチを備え、
前記移相部は、前記アンテナで反射された送信信号の位相を、対応するサーキュレータ部の第1端子から第３端子に流れた送信信号の位相と少なくとも逆相とならないように調
整されている
ことを特徴とする無線通信装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部を備え、
前記アンテナ、前記増幅部、前記サーキュレータ部、前記整流部の組合せが複数あり、
複数の前記整流部からの出力を合成する直流電力合成部を
備える無線通信装置。
請求項３記載の無線通信装置であって、
前記アンテナと前記サーキュレータ部との間ごとに移相部も備え、
前記移相部は、前記アンテナで反射された送信信号の位相を、前記サーキュレータ部の第1端子から第３端子に流れた送信信号の位相と少なくとも逆相とならないように、前記
移相部ごとに調整されている
ことを特徴とする無線通信装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部と、
前記サーキュレータ部の整流部側に接続された移相部を備え、
前記アンテナ、前記増幅部、前記サーキュレータ部、前記移相部の組合せが複数あり、
複数の前記移相部からの出力を合成する合成部を備え、
複数の前記増幅部から出力される送信信号のキャリアの帯域は同じであり、
前記移相部は、各アンテナで反射された送信信号の位相が少なくとも互いに逆相とならないように調整されている
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項５記載の無線通信装置であって、
前記アンテナと前記サーキュレータ部との間ごとに第２移相部も備え、
前記第２移相部は、前記アンテナで反射された送信信号の位相を、前記サーキュレータ部の第1端子から第３端子に流れた送信信号の位相と少なくとも逆相とならないように、
前記第２移相部ごとに調整されている
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１から６のいずれかに記載の無線通信装置であって、
当該無線通信装置の能動的な構成部に電力を供給する電源部も備え、
前記電源部は、前記整流部からの直流電力を充電できる
ことを特徴とする無線通信装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部を備え、
前記整流部は、異なる２種類以上のダイオードを有し、
あらかじめダイオードごとの出力レベルの範囲を定めておき、前記増幅部の出力レベルを制御する信号を参照して、出力レベルがあらかじめ定められた範囲に該当するダイオードを用いる
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１から７のいずれかに記載の無線通信装置であって、
前記整流部は、異なる２種類以上のダイオードを有し、
あらかじめダイオードごとの出力レベルの範囲を定めておき、前記増幅部の出力レベルを制御する信号を参照して、出力レベルがあらかじめ定められた範囲に該当するダイオードを用いる
ことを特徴とする無線通信装置。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部と、
前記アンテナと前記サーキュレータ部との間に移相部と、
を備える無線通信装置の給電方法であって、
前記増幅部と前記アンテナが、送信信号を送出する信号送信ステップと、
前記サーキュレータ部が前記アンテナ部から前記増幅部の方向へ進む信号を前記整流部に送り、前記整流部が直流電力に変換する信号整流ステップと、
前記移相部が前記アンテナで反射された送信信号の位相を前記サーキュレータ部の第1端子から第３端子に流れた送信信号の位相と少なくとも逆相とならないように調整する信号調整ステップと
を有する無線通信装置の給電方法。
アンテナと、
前記アンテナに送信信号を供給する増幅部と、
交流信号を直流電力に変換する整流部と、
第１端子が前記増幅部側に接続され、第２端子が前記アンテナ側に接続され、第３端子が前記整流部側に接続され、第１端子からの入力は第２端子に出力し、第２端子からの入力は第３端子に出力するサーキュレータ部と、
を備える無線通信装置の給電方法であって、
前記整流部は、異なる２種類以上のダイオードを備え、
前記増幅部と前記アンテナが、送信信号を送出する信号送信ステップと、
前記サーキュレータ部が前記アンテナ部から前記増幅部の方向へ進む信号を前記整流部に送り、前記整流部が直流電力に変換する信号整流ステップと、
前記整流部が、前記増幅部からの出力に応じて前記整流部内のダイオードを選択する選択ステップ
を有する無線通信装置の給電方法。