JP4867891B2 - Ａｍ送信機及びその変調方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＭ送信機及びその変調方法に関するものである。

従来、ＡＭ送信機として、出力する送信信号を変調し、検波することによって非線形歪を取り出し、利得制御器で電力増幅器の入力レベルを可変して帰還をかけるものがある（例えば、特許文献１参照）。

このＡＭ送信機は、図３に示すように、方向性結合器５１と、変調器５２と、検波器５３と、検波出力増幅器５４と、自動利得制御器５５と、電力増幅器５６と、を備える。

方向性結合器５１は、電力増幅器５６の搬送波成分を分岐して変調器５２に供給する。変調器５２は、方向性結合器５１から供給された搬送波成分を変調信号で振幅変調する。検波器５３は、変調器５２で振幅変調された変調信号を検波する。

検波出力増幅器５４は、検波器５３で検波された結果の検波信号を所定のレベルに増幅し、増幅した検波信号を自動利得制御器５５に供給する。自動利得制御器５５は、検波出力増幅器５４からの出力に基づき、電力増幅器５６に入力される搬送波入力信号のレベルを制御する。
実開昭６３−７２９４２号公報（第３−４頁、図１）

しかし、従来のＡＭ送信機は、この図３に示すように、変調を行う自動利得制御器５５が電力増幅器５６の前段に設けられている。このため、送信出力の変調歪が電力増幅器５６のリニア性に大きく依存する。

例えば、図４に示すように、無変調時の出力が１Ｗ（ワット）のＡＭ送信機の場合、１００％変調時には、４Ｗの出力が必要となる。つまり、電力増幅器５６には、４Ｗまで入出力特性が直線的であることが要求される。

しかし、実際には、電力増幅器５６は非線形歪を有しているため、４Ｗの出力を得るためには、４Ｗより大きな出力が可能な、例えば、８Ｗの出力が可能な電力増幅器５６が必要となる。

即ち、深い変調をかけたときの変調歪を改善するためにはピークパワーの大きな電力増幅器５６が必要となる。ＡＭ送信機にこのようなピークパワーの大きな電力増幅器５６を用いると、小型化が難しくなり、特に、小型のＡＭ送信機では、不利になる。

また、特許文献１に開示されるＡＭ送信機においては、送信信号の搬送波成分を変調し、検波することで、電力増幅器５６の非線形分の差分を取り出し、電力増幅器５６への搬送波入力信号の入力レベルを制御することで非線形歪を補償している。

方向性結合器５１で分岐した搬送波成分を変調器５２は変調し、さらに、自動利得制御器５５も変調をかけている。そのため、構成が複雑となる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、変調歪を改善することが可能なＡＭ送信機及びその変調方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るＡＭ送信機は、
利得を示す利得制御信号が供給され、搬送波を、前記利得制御信号で変調するとともに、変調した信号を、供給された利得制御信号に基づいて増幅し、送信信号を出力する増幅部と、
前記増幅部が出力した送信信号を検波して、該送信信号から前記搬送波の成分を除去した前記変調した信号の成分を検出し、これを検波信号として生成する検波信号生成部と、
変調信号が供給され、前記検波信号生成部が生成した前記検波信号の信号レベルと前記変調信号の信号レベルとを比較し、比較結果として、前記変調信号の信号レベルを基準として前記検波信号の信号レベルとの差分がゼロに近づくような前記利得制御信号を生成し、生成した利得制御信号を前記増幅部に供給する利得制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係るＡＭ送信機の変調方法は、
搬送波を、利得を示す利得制御信号で変調するとともに、変調した信号を、前記利得制御信号に基づいて増幅し、送信信号を出力するステップと、
前記送信信号を検波して、該送信信号から前記搬送波の成分を除去した前記変調した信号の成分を検出し、これを検波信号として生成するステップと、
前記搬送波を変調する変調信号が供給され、生成した前記検波信号の信号レベルと前記変調信号の信号レベルとを比較し、比較結果として、前記変調信号の信号レベルを基準として前記検波信号の信号レベルとの差分がゼロに近づくような前記利得制御信号を生成し、生成した利得制御信号に基づいて前記利得を制御するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、変調歪を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るＡＭ送信機を図面を参照して説明する。
本実施形態に係るＡＭ送信機の構成を図１に示す。
本実施形態に係るＡＭ送信機１は、増幅器（図中、「PRE DRIVE」と記す。）１１と、増幅器（図中、「DRIVE AMP」と記す。）１２と、電力増幅器（図中、「PWR AMP」と記す。）１３、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４，１６，１９と、アンテナスイッチ（図中、「ANT SW」と記す。）１５と、アンテナ１７と、電力検出器（図中、「POWER DET」と記す。）１８と、加算器２０と、ＡＰＣ（Automatic Power Control）増幅器（図中、「APC AMP」と記す。）２１と、を備える。

増幅器１１，１２は、所要の空中線出力を得るために、ＡＭ送信機１の終段の電力増幅器１３を励振させるための増幅器である。増幅器１１は、搬送波入力信号が供給され、供給された搬送波入力信号を増幅するものであり、増幅した信号Ｓ１１を増幅器１２に出力する。

増幅器１２は、後述するＡＰＣ増幅器２１から、利得を制御する利得制御信号Ｓ２１が供給され、増幅器１１が出力した信号Ｓ１１を、利得制御信号Ｓ２１に従って振幅変調するとともに、振幅変調した信号を増幅するものであり、増幅した信号Ｓ１２を電力増幅器１３に出力する。

電力増幅器１３は、ＡＰＣ増幅器２１から利得制御信号Ｓ２１が供給され、増幅器１２が出力した信号Ｓ１２を利得制御信号Ｓ２１で変調するとともに、変調した信号を電力増幅するものであり、電力増幅した信号を送信信号Ｓ１３としてＬＰＦ１４に出力する。

ＬＰＦ１４は、予めカットオフ周波数が設定され、電力増幅器１３が出力した送信信号Ｓ１３から、このカットオフ周波数以上の高域成分を除去するフィルタであり、高域成分を除去した送信信号Ｓ１４をアンテナスイッチ１５に出力する。

アンテナスイッチ１５は、受信信号と送信信号とを選択出力するスイッチであり、ＬＰＦ１４が出力した送信信号Ｓ１４を選択してＬＰＦ１６に出力する。

ＬＰＦ１６は、予めカットオフ周波数が設定され、アンテナスイッチ１５が選択出力した信号Ｓ１４から、このカットオフ周波数以上の高域成分を除去するフィルタであり、高域成分を除去した送信信号Ｓ１６をアンテナ１７に出力する。

アンテナ１７は、ＬＰＦ１６が出力した送信信号Ｓ１６を電波として送出するものである。

電力検出器１８は、ＬＰＦ１６が出力した送信信号Ｓ１６から搬送波成分を取り除いた振幅変調成分を検出するものであり、送信信号Ｓ１６の振幅変調成分である検出信号Ｓ１８をＬＰＦ１９に供給する。

ＬＰＦ１９は、予めカットオフ周波数が設定され、電力検出器１８が出力した検出信号Ｓ１８から、このカットオフ周波数以上の高域成分を除去し、高域成分を除去した信号を検波信号Ｓ１９としてＡＰＣ増幅器２１に出力するフィルタである。

ここで、ＬＰＦ１９は、検出信号Ｓ１８の変化に追従するようなカットオフ周波数が設定されている。

加算器２０は、変調信号Ｓmodと予め設定されたパワーリファレンス信号Ｓrefとを加算し、加算した信号Ｓ２０をＡＰＣ増幅器２１に供給するものである。
ＡＰＣ増幅器２１は、利得制御信号Ｓ２１を増幅器１２、電力増幅器１３に出力して、増幅器１２、電力増幅器１３の利得を制御するものである。

ＡＰＣ増幅器２１には、加算器２０から信号Ｓ２０が供給され、ＬＰＦ１９から検波信号Ｓ１９が供給される。

ＡＰＣ増幅器２１は、電力増幅器１３の非線形歪を改善するため、ＬＰＦ１９が出力した検波信号Ｓ１９と信号Ｓ２０とを比較する。ＡＰＣ増幅器２１は、比較結果に基づいて、変調信号Ｓmodの信号レベルと検波信号Ｓ１９の信号レベルとの差分がゼロに近づくような利得制御信号Ｓ２１を生成する。

次に本実施形態に係るＡＭ送信機１の動作を説明する。
搬送波入力信号は、増幅器１１に供給され、増幅器１１は、この搬送波入力信号を増幅して信号Ｓ１１を増幅器１２に出力する。

増幅器１２は、増幅器１１が出力した信号Ｓ１１を、ＡＰＣ増幅器２１が出力した利得制御信号Ｓ２１に従って変調するとともに変調した信号を増幅し、増幅した信号Ｓ１２を、電力増幅器１３に出力する。

電力増幅器１３は、増幅器１２が出力した信号Ｓ１２を、ＡＰＣ増幅器２１が出力した利得制御信号Ｓ２１に従って変調するとともに、変調した信号を増幅してＬＰＦ１４に出力する。

ＬＰＦ１４は、送信信号Ｓ１３から高域成分を除去した送信信号Ｓ１４をアンテナスイッチ１５に出力し、アンテナ１７は、アンテナスイッチ１５が選択出力した送信信号Ｓ１４から、高域成分を除去した送信信号Ｓ１６を電波として出力する。

電力検出器１８は、送信信号Ｓ１６から搬送波成分を取り除いた振幅変調成分である検出信号Ｓ１８をＬＰＦ１９に出力し、ＬＰＦ１９は、検出信号Ｓ１８から高域成分を除去し、検波信号Ｓ１９をＡＰＣ増幅器２１に出力する。

ＬＰＦ１９のカットオフ周波数は、検出信号Ｓ１８の変化に追従するような周波数に設定されている。よって、ＬＰＦ１９は、検出信号Ｓ１８に含まれる不要な高周波雑音成分のみを除去した検波信号Ｓ１９をＡＰＣ増幅器２１に出力する。

加算器２０は、変調信号Ｓmodと予め設定されたパワーリファレンス信号Ｓrefとを加算して、信号Ｓ２０をＡＰＣ増幅器２１に出力する。

ＡＰＣ増幅器２１は、加算器２０から供給された信号Ｓ２０の信号レベルと、検出信号Ｓ１８に追従するＬＰＦ１９が出力した検波信号Ｓ１９の信号レベルとを比較し、比較結果に基づいて、信号Ｓ２０の信号レベルと検出信号Ｓ１８に追従した検波信号Ｓ１９の信号レベルとの差分がゼロに近づくような利得制御信号Ｓ２１を生成する。そして、ＡＰＣ増幅器２１は、利得制御信号Ｓ２１の信号レベルを設定して、増幅器１２、電力増幅器１３に出力する。

従来のＡＭ送信機では、振幅変調された信号が送信信号として、非線形歪特性を有する電力増幅器５６を介して出力される。このため、振幅変調された信号は、電力増幅器５６の非線形歪特性の影響を受ける。

このため、図２（ａ）の特性線Ａ１で示すように、変調入力が深くなると、変調度は、電力増幅器５６の非線形歪特性により、低下し、図２（ｂ）の特性線Ａ２で示すように、変調歪も大きくなる。

これに対し、本実施形態に係るＡＭ送信機１では、増幅器１２および電力増幅器１３が、ＡＰＣ増幅器２１から供給された利得制御信号Ｓ２１に従って搬送波信号の振幅変調および増幅を行う。

つまり、一旦、振幅変調された信号が電力増幅器１３によって増幅された後、送信信号Ｓ１３として出力されるのではなく、電力増幅器１３の可変利得増幅動作そのものが振幅変調および電力増幅となる。

このため、本実施形態に係るＡＭ送信機１における変調度は、図２（ａ）の特性線Ｂ１で示すように、変調入力に対して変調度１００％まで線形となる。

従って、図２（ｂ）の特性線Ｂ２で示すように、本実施形態では、変調度に対する変調歪は、１００％まで、ほとんど変わらなくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＡＰＣ増幅器２１には、検波信号と変調信号とが供給され、ＡＰＣ増幅器２１は、供給された検波信号と変調信号とを比較し、この差分がゼロに近づくような増幅制御信号を電力増幅器１３に供給する。

従って、変調度は、電力増幅器１３の非線形歪特性に依存しなくなり、深い変調がかかったときでも変調歪は増加せず、変調歪を改善することができる。

また、増幅器１２および電力増幅器１３によって振幅変調を行っているため、変調器を必要としない。つまり、少ない部品点数で変調歪の少ない送信信号を送信することが可能になる。このため、特に、小型のＡＭ送信機では、有利となる。

尚、本実施形態においては、増幅器１２および電力増幅器１３とにおいて、振幅変調を行うものであるが、送信機の仕様や電力増幅器の性能に応じて電力増幅器のみで振幅変調を行うことも可能である。また、電力増幅器１３の前段の増幅器の段数も適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係るＡＭ送信機の構成を示すブロック図である。 従来のＡＭ送信機と本実施形態に係るＡＭ送信機との特性を比較するための図であり、（ａ）は、変調入力と変調度との関係を示す図であり、（ｂ）は、変調度と変調歪との関係を示す図である。 従来のＡＭ送信機の構成を示す図である。 従来のＡＭ送信機の変調入力とピークパワー、変調度との関係を示す図である。

符号の説明

１ ＡＭ送信機
１２ 増幅器
１３ 電力増幅器
１８ 電力検出器
１９ ＬＰＦ
２１ ＡＰＣ増幅器

Claims (2)

1. 利得を示す利得制御信号が供給され、搬送波を、前記利得制御信号で変調するとともに、変調した信号を、供給された利得制御信号に基づいて増幅し、送信信号を出力する増幅部と、
   前記増幅部が出力した送信信号を検波して、該送信信号から前記搬送波の成分を除去した前記変調した信号の成分を検出し、これを検波信号として生成する検波信号生成部と、
   変調信号が供給され、前記検波信号生成部が生成した前記検波信号の信号レベルと前記変調信号の信号レベルとを比較し、比較結果として、前記変調信号の信号レベルを基準として前記検波信号の信号レベルとの差分がゼロに近づくような前記利得制御信号を生成し、生成した利得制御信号を前記増幅部に供給する利得制御部と、を備えた、
   ことを特徴とするＡＭ送信機。
2. 搬送波を、利得を示す利得制御信号で変調するとともに、変調した信号を、前記利得制御信号に基づいて増幅し、送信信号を出力するステップと、
   前記送信信号を検波して、該送信信号から前記搬送波の成分を除去した前記変調した信号の成分を検出し、これを検波信号として生成するステップと、
   前記搬送波を変調する変調信号が供給され、生成した前記検波信号の信号レベルと前記変調信号の信号レベルとを比較し、比較結果として、前記変調信号の信号レベルを基準として前記検波信号の信号レベルとの差分がゼロに近づくような前記利得制御信号を生成し、生成した利得制御信号に基づいて前記利得を制御するステップと、を備えた、
   ことを特徴とするＡＭ送信機の変調方法。

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