JP5234947B2

JP5234947B2 - 電力検波回路

Info

Publication number: JP5234947B2
Application number: JP2008260267A
Authority: JP
Inventors: 隆仁麻生; 環誉田; 山田　　明
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: JP2010093463A

Description

基地局の増幅器から出力される送信信号の進行波電力と、増幅器の出力側から反射される信号の反射波電力と、をそれぞれ測定する電力検波回路に関する。

近年、携帯電話の回線増加とデータ転送能力向上に伴い、携帯電話の基地局では複数のアンテナを組み合わせるアレイアンテナを備えるものが増加している。また、回線増加に伴い、基地局の小型化やアンテナ近傍に配置可能とするため屋外設置されることが増えている。

基地局に用いられる高出力増幅器では約２ＧＨｚ帯の高周波信号が用いられ、このような増幅器には、アンテナフィーダ等の出力部からの反射電力を回避するため、増幅器の出力部にサーキュレータと終端器とを有する保護器が設けられている。この保護器は、例えば、アンテナフィーダ部で短絡又は開放等によって高電力が反射された場合には、その電力はサーキュレータに接続されている終端器に入力されて熱に変換されることにより、増幅器を保護する。

しかし、発熱するサーキュレータや終端器には必要に応じて冷却を考慮する必要があり、小型化が要求される基地局の増幅器では実装上の問題となっていた。そこで、このような問題を解決するために、特許文献１には、反射波を検知するための逆方向電力検波回路と、電源をＯＦＦするコマンドを電源回路に送る制御器と、を備えることにより高出力の反射波を検出した場合には増幅器を停止させることにより、従来のサーキュレータや終端器を不要にする技術が開示されている。

また、基地局の屋外配置により屋内配置に比べて温度変化が大きくなり、特に、増幅器とアンテナフィーダとの間に設けられた検波素子やフィルタ等のＶＳＷＲ特性が温度特性を有する場合には、温度変化により検波素子やフィルタ等で反射される電力量が変化するため、ＶＳＷＲの温度特性が良好な高価な素子が必要となる。また、送信信号の進行波電力と反射波電力を測定するために複数の素子を設けることはコストアップとなってしまう。そこで、コストアップを解消するために、特許文献２に示される反射電力の検波回路において、出力端子前のフィルタの温度特性の影響を無くした安価な検波回路に関する技術が開示されている。

特開平５−２８３９４２号公報特開２００１−２２１８２１号公報

上述した特許文献１に開示されている技術では、高出力の反射波を検出した場合には増幅器を停止させることにより、従来のサーキュレータや終端器を不要にすることが可能となるが、増幅器を停止させることは、通信が停止することになり好ましくない。

また、特許文献２は、正負一方の温度係数を持つ温度素子と、その逆符号の温度係数を持つ温度素子からなる減衰器を、検波器とフィルタの間に挿入することにより、フィルタのＶＳＷＲの温度特性に起因する検波器の温度特性を安価な方法で補償するものであるが、増幅器毎に温度補償を行う必要があるためアレイアンテナ用の増幅器に用いるには実装上難しい。

本発明は、基地局の増幅器から出力される信号の進行波電力と、増幅器の出力側から反射される信号の反射波電力と、をそれぞれ測定して異常を検出した場合には、少なくとも上位の制御装置に異常を通知することのできる電力検知回路を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る電力検波回路は、基地局の増幅器から出力される送信信号の進行波電力と、増幅器の出力側から反射される信号の反射波電力と、をそれぞれ測定する電力検波回路において、増幅器の出力部に設けられ、進行波と反射波とを弁別する弁別手段と、進行波電力と反射波電力との立ち上がり特性をそれぞれ調整し、これらの立ち上がり特性一致させる調整器と、立ち上がり特性が調整された進行波と反射波とを切り替える切替器と、切替器からの電力を検波する１つの電力検出器と、切替器の切り替えタイミングを指示すると共に電力検出器による検波電力を測定する制御器と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る電力検波回路においては、制御器は、測定された検波電力と、予め設定された各しきい値とを比較した結果を上位の制御装置に出力する。

さらに、本発明の一実施形態に係る電力検波回路においては、制御器は、進行波電力測定と反射波電力測定とに対して予め決められた測定比率により切替器の切り替えタイミングを制御する。

本発明を用いることにより、進行波電力と反射波電力を測定する検波回路を簡略化することが可能となり、小型化が可能となる。また、進行波電力と反射波電力とを常時測定して反射波電力の増加傾向をいち早く検知することで、例えば、増幅器の停止に至る前の予防措置により増幅器の停止を予防することが可能となる。

また、進行波電力と反射波電力とを常時測定することで、温度変化による進行波電力に対する反射波電力の変化を検出することが可能となるばかりでなく、複数箇所の電力測定を行う際に、検波回路規模を増大することなく測定箇所を増やすことが可能となるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は電力検波回路１を示し、電力検波回路１は、高周波かつ高出力である増幅器１０と、増幅器１０から出力される進行波を検出するＣＭカプラ１２と、ＣＭカプラ１２の後段に設けられたサーキュレータ１１と、アンテナフィーダ等の出力部からの反射波を検出するＣＭカプラ１３と、各ＣＭカプラによって検出された信号の立ち上がり特性を調整する調整器１４，１５と、進行波と反射波とを切り替える切替器２１と、切替信号のバッファ２４と、切替器２１によって切り替えられた進行波及び反射波の高周波電力を検波する電力検出器２３と、電力検出器２３による進行波電力と反射波電力を取得すると共に、切替器２１に切り替え指示信号を出力する制御器２０と、を有している。

本実施形態で使用した電力検出器２３は、ダイナミックレンジ２５ｄＢにおいて、測定精度±０．３ｄＢ以内の高精度な検波ＩＣを用いている。また、切替器２１は、ＧａＡｓプロセス半導体で形成され、挿入損失が所望の周波数帯域で小さいこと、許容通過電力が測定電力に合致すること、及びポート間のアイソレーションが十分取れること、などの条件を満足している。さらに、ＣＭカプラ１２，１３はストリップラインにより形成され、増幅器１０の出力を伝送するストリップラインに平行して一方端に終端抵抗を有する結合用のストリップラインを配設し、ＣＭ結合により増幅器１０の送信信号及びアンテナフィーダ等からの反射信号を抽出する。

本実施形態で特徴的な事項の一つは、通信方式の仕様及び基地局の構成により、進行波電力と反射波電力との検波条件がリアルタイム測定までは必要とされておらず、時分割測定で足り、切り替えの立ち上がり時間の制限を受けないという条件を見出したことである。このような条件により、電力測定の時間的条件を有効に活用し、かつ、測定精度を維持しながら回路のコストダウンを図ることが可能となった。

一般的に、反射波は進行波に比べて出力が小さく、信号の立ち上がり及び立ち下がりが進行波に比べて緩やかとなる。そこで、本実施形態では、進行波と反射波の立ち上がり立ち下がり特性を一致させて一つの電力検出器で測定を可能にするため、振幅と、立ち上がり及び立ち下がり特性と、を調整する調整器１４，１５を設けている。なお、本実施形態における調整器は、振幅調整及び立ち上がり及び立ち下がり特性を調整するために抵抗とコンデンサによるＲＣ積分回路とした。

図２は電力検波回路１の進行波電力と反射波電力との測定におけるタイミングチャートを示し、上段に制御器２０が出力する切替信号と下段に調整器１４，１５による調整前の進行波電力と反射電力の信号とを示している。上段の切替信号の周期は１００ｍｓ、ＤＵＴＹ５０％に設定し、上段のＦＷＤは進行波の測定時間を示し、ＲＥＶは反射波の測定時間を示しており、この信号に基づいて制御器２０は進行波電力と反射波電力とを各５０ｍｓ毎交互に電力検出器２３の出力を測定する。

調整器１４，１５による調整前の信号は、下段の検波信号に示すようにＦＷＤレベルとＲＥＶレベルに安定するものの、例えば、立ち上がりに対して立ち下がり時間が長くなっている。また、この立ち上がり特性は温度変化により影響を受けることから、制御器２０での信号読み取りを簡易化するために立ち上がり特性を同一にする目的で、調整器１４，１５を設けている。

図３は、進行波と反射波の立ち上がり及び立ち下がり特性を調整器１４，１５により調整した検波出力を示している。図３の下段の検波出力において、立ち上がり特性（Ａ）と立ち下がり特性（Ｂ）とが同一となるように調整器１４，１５が調整されている。

制御器２０が測定した進行波電力と反射波電力は図３の下段の検波出力のＦＷＤレベルとＲＥＶレベルに対して一定のしきい値を設定した範囲内にあれば、正常であり、ＲＥＶレベルが増加傾向にある場合および、しきい値を超える場合には、制御器２０は警告を上位の制御装置に伝達することになる。

以上、上述したように、本実施形態に係る電力検波回路を用いることにより、進行波電力と反射波電力を測定する検波回路を簡略化することが可能となり、小型化が可能となる。また、進行波電力と反射波電力とを常時測定することで、反射波電力の増加傾向をいち早く検知することで、例えば、増幅器の停止に至る前の予防措置により増幅器の停止を予防することが可能となる。

また、進行波電力と反射波電力とを常時測定することで、温度変化による進行波電力に対する反射波電力の変化を検出することが可能となるばかりでなく、複数箇所の電力測定を行う際に、検波回路規模を増大することなく測定箇所を増やすことが可能となるという効果がある。そして、変調方式や周波数による制約も特に無いため、Ｗ−ＣＤＭＡ方式だけでなく、あらゆるアクセス方式の基地局の増幅器に採用することが可能となる。

なお、本実施形態では、調整器１４，１５により進行波と反射波の立ち上がり特性を調整したが、これに限らず、制御器２０にて測定した進行波電力と反射波電力の連続データに平滑化処理や安定したデータを抽出する処理等を施すことにより、同様の処理をすることも好適である。さらに、本実施形態ではサーキュレータを用いて進行波と反射波を弁別したがこれに限らずアンテナスイッチを用いたＤｕｐｌｅｘ方式の回路構成でも実現できることはいうまでもない。

本発明の実施形態に係る電力検波回路の構成を示す回路図である。本発明の実施形態に係る電力検波回路の進行波電力と反射波電力との測定におけるタイミングチャートである。本発明の実施形態に係る立ち上がり及び立ち下がり特性を調整した検波出力を説明する説明図である。

符号の説明

１電力検波回路、１０増幅器、１１サーキュレータ、１２，１３ＣＭカプラ、１４，１５調整器、２０制御器、２１切替器、２３電力検出器、２４バッファ。

Claims

基地局の増幅器から出力される送信信号の進行波電力と、増幅器の出力側から反射される信号の反射波電力と、をそれぞれ測定する電力検波回路において、
増幅器の出力部に設けられ、進行波と反射波とを弁別する弁別手段と、
進行波電力と反射波電力との立ち上がり特性をそれぞれ調整し、これらの立ち上がり特性を一致させる調整器と、
立ち上がり特性が調整された進行波と反射波とを切り替える切替器と、
切替器からの電力を検波する１つの電力検出器と、
切替器の切り替えタイミングを指示すると共に電力検出器による検波電力を測定する制御器と、
を備えることを特徴とする電力検波回路。
請求項１に記載の電力検波回路において、
制御器は、測定された検波電力と、予め設定された各しきい値とを比較した結果を上位の制御装置に出力することを特徴とする電力検波回路。
請求項１または２に記載の電力検波回路において、
制御器は、進行波電力測定と反射波電力測定とに対して予め決められた測定比率により切替器の切り替えタイミングを制御することを特徴とする電力検波回路。