JP5744712B2 - 電力検波回路 - Google Patents

Description

本発明は、電力検波回路に関する。

近時において、出力電力の検波回路は様々な機器で利用されている。例えば、無線通信端末等においては、基地局またはアクセスポイント間の通信時に最適出力電力で通信を行っているため、出力電力の検波回路は不可欠である。

例えば下記の特許文献１には、検波ダイオードへの入力電力レベルに応じて抵抗値が切り替わる回路構成とした検波回路が記載されている。また、特許文献２には、ダイオード及び抵抗を、キャパシタと並列に設ける回路構成とした検波回路が記載されている。

特開平０３−２５８１２１号公報 特開２００１−２０３５３６号公報

しかしながら、検波回路においては、入力電力に対する検波電圧の特性が、高入力電力側になるほど指数関数的に増加するという問題がある。検波回路で検出された検波電圧は処理回路に送られるが、処理回路への供給電圧値に制限があるため、高入力電力側では検波電圧が制限値を超えることが想定される。特許文献１の第３図においても、入力電力と整流電圧は共に対数で表示されているため、整流電圧を実数で表示すれば、入力電力に対して整流電圧は指数関数的に増大しており、高入力電力側では検波電圧が高くなりすぎることが想定される。

また、特許文献２には、検波時に検波電圧出力端子１６に現れる電圧が温度変化に伴い変動しないように、抵抗１４の抵抗値は抵抗１９より大きく設定された構成が記載されている（図１）。しかしながら、特許文献２に記載された構成は、温度特性を補償するものであり、入力電力に対する検波電圧の特性を最適に調整することは想定していない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡素な構成で検波電圧の特性を最適に調整することが可能な、新規かつ改良された 電力検波回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電流が印加されて入力電力の検波電圧値を調整する第１の抵抗と、前記入力電力に応じて特性負荷が変動する素子と、前記素子と接続され、前記素子が低抵抗になると電流が印加されて前記入力電力の検波電圧値を調整する第２の抵抗と、を備える電力検波回路が提供される。

上記構成によれば、入力電力が低い場合は素子にかかる電圧が低く素子が高抵抗となることにより、第１の抵抗によって検波電圧が調整される。また、入力電力が高い場合は素子にかかる電圧が高くなるに従い素子が低抵抗となることにより第１の抵抗とともに第２の抵抗によって検波電圧が調整される。従って、入力電力が低電力から高電力の全域で、検波電圧を最適に調整することができる。

また、前記素子は、ダイオードから構成される。この構成によれば、入力電力が低い場合はダイオードにかかる電圧が低くダイオードが高抵抗となり、入力電力が高い場合はダイオードにかかる電圧が高なるに従いダイオードが低抵抗となり、電力に応じて特性負荷が変動する素子を構成することができる。

また、前記素子は、検波電圧値のフィードバックに応じて特性負荷が変動する。この構成によれば、検波電圧値のフィードバックに応じて素子の特性負荷が変動するため、より精度の高い負荷変動の制御が可能となり、検波電圧の特性をより高精度に調整することが可能となる。

本発明によれば、簡素な構成で検波電圧の特性を最適に調整することが可能な電力検波回路を提供することができる。

第１の実施形態の電力検波回路の前提となる回路を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電力検波回路の構成を示す模式図である。 図１の回路と図２の電力検波回路との検波特性を示す特性図である。 図１の回路と図２の電力検波回路との検波特性の相違を詳細に説明するための他の例を示す特性図である。 図５は、図４の縦軸を対数表示とした特性図である。 第２の実施形態に係る電力検波回路の構成を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の電力検波回路１００の前提となる回路を示す模式図である。図１に示す回路は、コンデンサ１０２、ダイオード１０６、抵抗１０８、抵抗１１０、コンデンサ１１２、入力端子１１４、出力端子１１６を有して構成されている。

図１に示す回路において、入力端子１１４には、検波の対象となる入力電力（ＲＦ振幅）が入力される。入力電力は、コンデンサ１０２によってＤＣ成分がカットされる。入力電力は、ダイオード１０６にて整流され、抵抗１１０とコンデンサ１１２にてＲＦ成分がカットされることにより特性がフラット化され、出力端子１１６より出力される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力検波回路１００の構成を示す模式図である。図２に示す電力検波回路１００は、図１の回路に加えて、直列に接続されたダイオード１１８、抵抗１２０が抵抗１０８に並列に接地している。なお、本発明の実施形態として順方向半波整流回路を用いているが、他の構成として、倍電圧整流回路・ブリッジ整流回路・電圧印加型整流回路、等があり、本発明の整流回路部の回路構成は実施形態に限定されない。

ダイオード１０６、抵抗１０８、抵抗１１０は、本実施形態に係る電力検波回路１００の主要部を構成する素子である。ダイオード１１８は、電圧に応じて特性負荷が変化する素子として構成されている。

図３は、図１の回路と図２の電力検波回路１００との検波特性を示す特性図であって、横軸は入力端子１１４に入力される電力Ｐｉｎを対数で表示したものであり、縦軸は出力端子１１６から出力される検波結果の電圧（検波電圧）を実数で示している。また、図３において、破線の特性は図１の回路の検波特性を示しており、実線の特性は図２の回路の検波特性を示している。

図１の回路の場合、抵抗１０８によって検波電圧値を設定しており、抵抗１０８は、入力端子１１４に入力される高周波電力Ｐｉｎに関わらず一定の割合で接地しているため、電力Ｐｉｎが大きくなるに従い検波電圧が急激に大きくなる。つまり、ダイオード１０６で整流された電流が抵抗１０８に流れるが、抵抗１０８に流れる電流は電力Ｐｉｎに応じて変化するため、電力Ｐｉｎが大きくなるに従い特性の傾きが指数関数的に大きくなる。検波電圧の供給可能な上限値は予め定められているため、特に電力Ｐｉｎが高い場合は、検波電圧が供給可能な値よりも大きくなり、検波ができなくなる可能性がある。このため、図１のような回路では、電力Ｐｉｎが高電力の場合の検波電圧を抑えるため、電力Ｐｉｎが低出力時の特性の傾きが小さくなり、検波感度が劣化していた。

これに対して、本実施形態に係る電力検波回路１００では、入力端子１１４に入力される電力Ｐｉｎの電力に応じて、ダイオード１１８にかかる電圧が変動しダイオード１１８の特性負荷が変動する。このため、電力Ｐｉｎが低電力であり、ダイオード１１８が高抵抗の場合は並列抵抗（抵抗１０８）により検波電圧を調整することができる。また、入力端子１１４に入力される電力Ｐｉｎが大きくなるに従い、ダイオード１１８が低抵抗となり、ダイオード１１８と抵抗１２０で構成される素子の特性負荷が低くなるので、ダイオード１０６から出力された電流の一部は、ダイオード１１８及び抵抗１２０へ流れる。このため、電力Ｐｉｎが高電力の場合は、抵抗１２０、及び抵抗１０８の値によって検波電圧値を調整できる。

換言すれば、電力Ｐｉｎが高電力の場合は、ダイオード１１８が低抵抗となり、ダイオード１１８及び抵抗１２０と、抵抗１０８とが並列接続であるため、図１の回路と比べて抵抗値が低くなり電位を低く抑えることが出来る。これにより、電力Ｐｉｎが大きい領域においても、特性の傾きを抑えることができる。従って、検波結果の電圧が測定可能な上限値を超えてしまうことがなく、電力Ｐｉｎが高い場合においても、確実に検波をすることができる。

従って、本実施形態に係る電力検波回路１００では、抵抗１２０と抵抗１０８の値を調整することにより、特性の傾きを調整することができる。図３に示す例では、高電力側で特性の傾きを抑えるとともに、領域Ａ１において、実線の特性の傾きの方が破線の特性の傾きよりも大きくなるように抵抗１２０、抵抗１０８の値が調整されている。これにより、電力Ｐｉｎが比較的小さい領域においても、電力Ｐｉｎの振幅によって検波結果の電圧が変動するため、確実に電力値を検波することができる。従って、電力Ｐｉｎの変化に対して、縦軸の検波電圧検出値をより大きく変化させることができるため、電力Ｐｉｎが小さい領域においても、検波性能を向上することが可能である。

また、図３に示す実線の特性では、電力Ｐｉｎの値が中程度の領域では、特性がほぼ直線状となっている。このように、抵抗１２０、抵抗１０８の値を適宜調整することによって、特性をリニアにすることも可能である。

以上のように、図２の電力検波回路１００によれば、図１の回路に対して、電力Ｐｉｎが高い領域では特性の傾きを抑えることができ、電力Ｐｉｎが小さい領域では特性の傾きを大きくすることが可能である。従って、図１の回路に比べてより高精度な検波電圧の検出が可能となる。

図４及び図５は、図１の回路と図２の電力検波回路１００との検波特性の相違を詳細に説明するための他の例を示す特性図である。図４は、図３と同様に、横軸は入力端子１１４に入力される高周波の電力Ｐｉｎを示しており、縦軸は検波電圧を示している。また、図５は、図４の縦軸を対数表示とした特性図である。図４及び図５においても、破線の特性は図１の回路の検波特性を示しており、実線の特性は図２の電力検波回路１００の検波特性を示している。

図４及び図５に示す例においても、特に高電力側で検波電圧の値を抑えることができる。また、抵抗１２０、抵抗１０８の値を適宜調整することにより、図４の特性の傾きをリニアにすることが可能である。

以上説明したように第１の実施形態によれば、電力Ｐｉｎに応じて特性負荷の変動するダイオード１１８と抵抗１２０を直列に接続して素子を構成し、この素子と抵抗１０８を並列に接続した。これにより、低電力側では抵抗１０８によって検波電圧値を調整するとともに、高電力側では抵抗１２０（及び抵抗１０８）によって検波電圧値を調整することができる。従って、電力Ｐｉｎに対する検波電圧の特性を最適に調整することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る電力検波回路１００の構成を示す模式図である。図６に示すように、第２の実施形態では、ダイオード１１８の代わりにトランジスタ１２２が配置されている。また、出力端子１１６における検波電圧はオペアンプ１２４に入力され、検波電圧は、抵抗１２６と抵抗１２８の分圧比に応じて係数倍されてトランジスタ１２２のゲートに入力される。

このような構成によれば、検波電圧値に応じてトランジスタ１２２の特性負荷が変化するため、電力Ｐｉｎが低電力の時は、トランジスタ１２２が高抵抗となることにより、抵抗１０８によって検波電圧値を調整することができる。

また、電力Ｐｉｎが高電力の時は、トランジスタ１２２が低抵抗となることによって、抵抗１２０（及び抵抗１０８）によって検波電圧値を調整することができる。従って、第１の実施形態と同様に、電力Ｐｉｎに対する検波電圧の特性を最適に調整することが可能となる。

また、第２の実施形態では、検波電圧のフィードバックによってトランジスタ１２２の負荷を制御することができるため、ダイオード１１８自体の特性によって負荷が変動する第１の実施形態と比べて、より精度の高い負荷変動の制御が可能となる。従って、電力Ｐｉｎに対する検波電圧の特性の調整を、より自由度が高く且つ精度良く調整することが可能となる。

以上説明したように第２の実施形態によれば、検波電圧値に応じてトランジスタ１２２の特性負荷が変化するため、電力Ｐｉｎが低電力の時は、トランジスタ１２２が高抵抗となることによって、抵抗１０８によって検波電圧値を調整することができる。また、電力Ｐｉｎが高電力になるに従い、トランジスタ１２２が低抵抗となり、抵抗１２０（及び抵抗１０８）によって検波電圧値を調整することができる。従って、第１の実施形態と同様に、電力Ｐｉｎに対する検波電圧の特性を最適に調整することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 電力検波回路
１０８ 抵抗
１１８ ダイオード
１２０ 抵抗
１２２ トランジスタ

Claims (1)

1. 電流が印加されて入力電力の検波電圧値を調整する第１の抵抗と、
   前記入力電力が低い場合は高抵抗になり、前記入力電力が高い場合は低抵抗になる素子と、
   前記素子と接続され、前記素子が低抵抗になると電流が印加されて前記入力電力の検波電圧値を調整する第２の抵抗と、
   を備え、
   前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗は印加される電流が変化して前記入力電力の検波電圧値を調整し、
   前記素子は前記入力電力の検波電圧値のフィードバックに応じて抵抗値が変動することを特徴とする、電力検波回路。

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