JP5932686B2 - 無線通信装置 - Google Patents

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Description

本開示は、高周波信号を送信又は受信する無線通信装置に関する。
マイクロ波、ミリ波帯を用いた無線通信分野におけるＲＦ（Radio Frequency）回路のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）化が進められ、ＲＦ回路の商用化に向けて小型化、低消費電力化の検討が図られている。
ミリ波帯、例えば６０ＧＨｚ帯を用いた特定小電力無線では送信電波の強さ、即ち送信信号の電力が規定されている。高周波領域（例えばミリ波帯）では、ＩＣ（Integrated Circuit）チップを構成するトランジスタの閾値電圧が、プロセスばらつき、温度変動、又は電源電圧変動に応じて変化することで、高周波特性が大きく変動する。従って、送信信号の電力が変動することがあるので、送信信号の電力制御が必要となる。即ち、送信信号の電力を測定することで、送信電力を一定値に制御する必要がある。
送信信号の電力を一定に制御する無線通信装置に関する先行技術として、例えば特許文献１及び２が知られている。特許文献１に示す無線送信機は、高周波信号の電力の測定結果に応じて、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）に印加される基準電圧を変更することで、ベースバンド信号の電力レベルを変更し、高周波信号の送信電力レベルを一定に制御する。
また、特許文献２に示すＲＦ電力増幅装置は、高周波信号の電力の測定結果に応じて、負帰還回路とアッテネータとが接続された誤差増幅器が出力する自動パワー制御電圧をＲＦ電力増幅器に印加することで、高周波信号の送信電力レベルを一定に制御する。なお、特許文献１及び２に示す各装置の動作については、図１４及び図１５を参照して後述する。
特開平５−１２２０８７号公報 特開２００９−８９２０２号公報
しかし、上述した特許文献１及び２では、ベースバンド信号と高周波信号との各送信電力を一定に制御することは記載されているが、高周波信号を生成するミキサ回路に入力される局所発振信号（ローカル信号）の送信電力を一定に制御することは考慮されていない。
従って、ベースバンド信号の電力レベルを可変することで高周波信号の送信電力が一定に制御されても、ミキサに入力されるローカル信号の電力レベルがばらつくと、高周波信号の送信電力を一定に制御することが困難となるという課題がある。
本開示は、上述した従来の課題を解決するために、トランジスタの閾値電圧が所望値から変動しても、所望電力の高周波送信信号を得る無線通信装置を提供することを目的とする。
本開示は、送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、増幅された前記送信ベースバンド信号を高周波送信信号に変換する送信ミキサと、前記送信ミキサに入力されるローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド可変利得増幅器及び前記送信ローカル可変利得増幅器の各利得を変更させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記送信ベースバンド可変利得増幅器、前記送信ローカル可変利得増幅器の順に各利得を変更させる、無線通信装置である。
更に、本開示は、ローカル信号と送信ベースバンド信号とを用いて高周波送信信号を生成する送信回路と、受信された高周波受信信号と前記ローカル信号とを用いてベースバンド受信信号を生成する受信回路と、前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド信号及び前記ローカル信号を増幅するための各利得を変更させる制御部と、を備え、前記送信回路は、前記送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、増幅された前記送信ベースバンド信号を前記高周波送信信号に変換する送信ミキサと、前記送信ミキサに入力される前記ローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、を含み、前記制御部は、前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド可変利得増幅器、前記送信ローカル可変利得増幅器の順に各利得を変更させる、無線通信装置である。
本開示によれば、トランジスタの閾値電圧が所望値から変動しても、所望電力の高周波送信信号を得ることができる。
第１の実施形態の無線通信装置の回路構成を示す図 ミキサに入力されるローカル信号とミキサから出力される高周波信号との電力特性を示すグラフ ベースバンド可変利得アンプ、ＶＣＯ可変利得アンプ、ローカル可変利得アンプ及びハイブリッド可変利得アンプの等価回路図の一例 （Ａ），（Ｂ）図３に示す可変利得アンプの入力整合回路の等価回路図、（Ｃ），（Ｄ）図３に示す可変利得アンプの出力整合回路の等価回路図 図３に示す可変利得アンプの電流値に対する利得特性を示すグラフ レベル検出制御部の内部構成の一例を示すブロック図 第１の実施形態の無線通信装置における送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャート （Ａ）〜（Ｅ）第１の実施形態の無線通信装置における送信信号の電力制御動作の他の一例を簡易に説明するフローチャート ミキサに入力されるベースバンド信号とミキサから出力される高周波送信信号との電力特性を示すグラフ 図８（Ｃ）に示す送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャート 第２の実施形態の無線通信装置の回路構成を示す図 受信回路のミキサに入力されるローカル信号とミキサから出力されるベースバンド信号との電力特性を示すグラフ 第２の実施形態の無線通信装置における送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャート 従来の無線通信装置の回路構成の一例を示す図 従来の無線通信装置の回路構成の他の一例を示す図 トランジスタの製造プロセスのばらつきに応じた入出力信号の電力特性を示すグラフ （Ａ）トランジスタの等価回路図、（Ｂ）トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流特性を示すグラフ
（各実施形態の内容に至る経緯）
先ず、本開示の無線通信装置の各実施形態を説明する前に、各実施形態の内容に至る経緯について図１４〜図１７を参照して説明する。図１４は、従来の無線通信装置の回路構成の一例を示す図である（特許文献１参照）。図１５は、従来の無線通信装置の回路構成の他の一例を示す図である（特許文献２参照）。
図１４では、ベースバンド波形生成部１０において生成された位相が互いに直交する各ベースバンド信号ＤＴＳａ，ＤＴＳｂは、ＤＡＣ２０ａ，２０ｂにおいてアナログ信号波形に変換され、更に、低域通過フィルタ３ａ，３ｂにおいて不要周波数成分が除去された後、ミキサ４ａ，４ｂに入力される。
ミキサ４ａ，４ｂでは、アナログベースバンド信号ＡＴＳａ，ＡＴＳｂが、局部発振器５及びπ／２移相器６により発生された局部発振信号とミキシングされ、アナログベースバンド信号ＡＴＳａ，ＡＴＳｂによって直交変調された搬送波が得られる。被変調波は加算器７において加算され、更に、帯域通過フィルタ８により帯域外の不要周波数成分が除去された後に送信電力増幅器９に入力されて電力増幅され、不図示のアンテナから送信される。
ここで、送信動作中に何らかの原因により被変調波の送信電力が変動したとすると、送信電力の変動レベルは、ＡＰＣ回路１１のＣＰＵ１５において所定の閾値と比較されることで検出される。ＡＰＣ回路１１は、粗結合コンデンサ１８に直列接続され、整流回路１２と低域通過フィルタ１３とＡＤＣ１４とＣＰＵ１５とを有する。
ＣＰＵ１５は、検出された変動レベルをキャンセルするためのデジタル利得制御情報ＧＳを生成してＤＡＣ３０に出力する。ＣＰＵ１５からデジタル利得制御情報ＧＳが出力されると、ＤＡＣ３０は、デジタル利得制御情報ＧＳに対応するアナログ電圧を発生させ、基準電圧ＧＶｒｅｆとして、ＤＡＣ２０ａ，２０ｂに供給する。ＤＡＣ２０ａ、２０ｂは、基準電圧ＧＶｒｅｆの変化に応じて直流利得を変更する。
これにより、アナログベースバンド信号ＡＴＳａ，ＡＴＳｂが局部発振信号とミキシングされることにより得られた被変調波の直流利得は変化し、送信電力増幅器９から出力される被変調波の送信電力レベルも変化する。被変調波の送信電力は、ＣＰＵ１５に予め設定された所定の閾値に対応する一定のレベルとなるように制御される。
また、図１５では、ＲＦ電力増幅器１００のゲインを制御する誤差増幅器１０６の非反転入力端子に、抵抗Ｒ３，Ｒ４を有するアッテネータ１０７を介して、送信出力レベル指示電圧Ｖｒａｍｐが印加される。誤差増幅器１０６は、自動パワー制御電圧Ｖａｐｃにより、ＲＦ電力増幅器１００のゲインを制御する。誤差増幅器１０６の出力端子と反転入力端子との間の負帰還回路１０５は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ５とを有する。
パワー検出器１０２により検波された送信電力が低い場合には、アッテネータ１０７は、送信出力レベル指示電圧Ｖｒａｍｐの上昇に対する送信電力Ｐｏｕｔの増加を緩和する。一方、パワー検出器１０２により検波された送信電力が中程度又は高い場合には、第３抵抗Ｒ５は、送信出力レベル指示電圧Ｖｒａｍｐの変化による自動パワー制御電圧Ｖａｐｃの変化の制御感度を向上する。これにより、パワー検出器１０２により検波された送信電力に応じて、ＲＦ電力増幅器１００に入力される自動パワー制御電圧Ｖａｐｃによって高周波信号の電力を制御することで、精度の高いパワー制御ができる。
このように、従来の無線通信装置は、ベースバンド帯のＤＡＣ若しくは増幅器の利得、又は電力増幅器の利得を制御することで、安定したパワー制御を行うことができる。
しかし、図１４及び図１５に示す従来の無線通信装置では、ベースバンド信号と高周波信号との各電力レベルを制御することは記載されているが、高周波信号を生成するミキサ回路に入力されるローカル信号の電力レベルを制御することは考慮されていない。
また、上述した無線通信装置の回路構成が搭載されるＩＣ（Integrated Circuit）チップの特性が製造時のプロセスばらつきによってばらつくと、無線通信装置は、高周波送信信号において所望電力Ｐｏを得ることが困難となる場合がある（図１６参照）。図１６は、トランジスタの製造ばらつきに応じた入出力信号の電力特性を示すグラフである。図１７（Ａ）は、トランジスタの等価回路図である。図１７（Ｂ）は、トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流特性を示すグラフである。
図１７（Ｂ）では、図１７（Ａ）に示すトランジスタのゲート電圧Ｖｇ−ドレイン電流Ｉｄの特性が示されている。ゲート電圧Ｖｇが閾値電圧Ｖｔｈを超えるとドレイン電流Ｉｄが流れる。トランジスタでは、プロセスばらつきによって閾値電圧Ｖｔｈが変動するので、閾値電圧Ｖｔｈが低いとドレイン電流Ｉｄは増加し、閾値電圧Ｖｔｈが高いとドレイン電流Ｉｄは減少する。
また、トランジスタの最大動作周波数ｆｍａｘは、閾値電圧Ｖｔｈが低いと増加し、閾値電圧Ｖｔｈが高いと減少するので、最大動作周波数ｆｍａｘが高いと、トランジスタの高周波特性は良好となる。図１６では、閾値電圧Ｖｔｈが低い状態をＦ（Fast）状態、閾値電圧Ｖｔｈが高い状態をＳ（Slow）状態、閾値電圧Ｖｔｈが中心値（典型値又は平均値）の状態をＴ（Typical）状態として示されている。
無線通信装置が高周波送信信号において所望電力Ｐｏを得るためには、入力電力は、Ｆ状態ではＰｆ、Ｔ状態ではＰｔであれば良いが、Ｓ状態では最大動作周波数ｆｍａｘが低くなるため、入力電力をどれだけ高くしても所望電力Ｐｏを得ることは困難である。
ここで、ミリ波を用いる無線通信装置の回路における動作周波数がＳ状態の最大動作周波数ｆｍａｘと比べて充分低くない（例えば１／１０以下でない）回路では、増幅回路の利得が低下する傾向がある。このように、無線通信装置が例えば高周波信号（例えばミリ波）を用いる場合には、特許文献１又は特許文献２のように高周波の送信信号の電力制御を行っても、Ｓ状態において所望電力Ｐｏを得ることが困難であるという課題がある。
そこで、以下の各実施形態では、ＩＣチップに用いられるトランジスタの閾値電圧が所望値（例えば典型値又は中心値）から変動して、例えば閾値電圧が高いＳ状態においても、所望電力の高周波送信信号を得る無線通信装置の例を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の無線通信装置１０００の回路構成を示す図である。図１に示す無線通信装置１０００は、主に送信機としての回路構成が図示されている。
図１に示す無線通信装置１０００は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ミキサ５０４ａ，５０４ｂと、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）５１１と、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０と、ローカルスイッチ５０９と、ローカル可変利得アンプ５０８と、９０度ハイブリッド移相器５０６と、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂと、電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）５０３と、結合器５０２と、パワー検波器（ＤＥＴ：Detector）５１３と、レベル検出制御部５１４とを含む。
送信ベースバンド可変利得増幅器としてのベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂは、入力端子５１２ａ，５１２ｂを介して、位相が互いに直交する、即ち９０度の位相差を有する同相アナログベースバンド信号，直交アナログベースバンド信号を入力して増幅する。ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂは、後述するレベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、各利得を変更する。増幅された同相アナログベースバンド信号，直交アナログベースバンド信号は、それぞれミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力される。
電圧制御発振器５１１は、印加された制御電圧に応じて、無線通信装置１０００における所定周波数の局所発振信号（ローカル信号）を生成してＶＣＯ可変利得アンプ５１０に出力する。所定周波数は、例えば６０ＧＨｚ（ミリ波）である。
ＶＣＯ可変利得増幅器としてのＶＣＯ可変利得アンプ５１０は、電圧制御発振器５１１が生成したローカル信号を増幅してローカルスイッチ５０９に出力する。ＶＣＯ可変利得アンプ５１０は、後述するレベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
ローカルスイッチ５０９は、不図示の制御回路が出力した制御信号に応じて、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０が増幅したローカル信号を、ローカル可変利得アンプ５０８又は他の回路に出力する。
ローカル可変利得アンプ５０８は、ローカルスイッチ５０９を介して、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０が増幅したローカル信号を増幅して９０度ハイブリッド移相器５０６に出力する。ローカル可変利得アンプ５０８は、後述するレベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
移相器としての９０度ハイブリッド移相器５０６は、ローカル可変利得アンプ５０８が増幅したローカル信号を基に、位相が互いに直交する同相ローカル信号，直交ローカル信号を生成し、同相ローカル信号をハイブリッド可変利得アンプ５０５ａに出力し、直交ローカル信号をハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂに出力する。
ハイブリッド可変利得増幅器としてのハイブリッド可変利得アンプ５０５ａは、９０度ハイブリッド移相器５０６が生成した同相ローカル信号を増幅してミキサ５０４ａに出力する。ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａは、後述するレベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
ハイブリッド可変利得増幅器としてのハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂは、９０度ハイブリッド移相器５０６が生成した直交ローカル信号を増幅してミキサ５０４ｂに出力する。ハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂは、後述するレベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
なお、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂは、ローカル信号（同相ローカル信号、直交ローカル信号を含む）の電力を増幅し、送信ローカル可変利得増幅器を構成する。
送信ミキサとしてのミキサ５０４ａは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａが増幅した同相アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ａが増幅した同相ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の同相送信信号（搬送波）を生成して電力増幅器５０３に出力する。
送信ミキサとしてのミキサ５０４ｂは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ｂが増幅した直交アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂが増幅した直交ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の直交送信信号（搬送波）を生成して電力増幅器５０３に出力する。なお、高周波の同相送信信号と高周波の直交送信信号とは加算されて電力増幅器５０３に入力される。
電力増幅器５０３は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂが生成した高周波の同相送信信号と高周波の直交送信信号とが加算された高周波送信信号を増幅し、結合器５０２を介して出力端子５０１に出力する。出力端子５０１は不図示の送信アンテナに接続される。電力増幅器５０３が増幅した高周波送信信号は、送信アンテナにおいて給電されて電波として空中に放射される。
結合器５０２は、例えば方向性結合器を用いて構成され、電力増幅器５０３が増幅した高周波送信信号の一部を抜き出してパワー検波器５１３に出力する。
パワー検波器５１３は、結合器５０２により抜き出された高周波送信信号を検波し、検波出力としての高周波送信信号の電力（レベル）をレベル検出制御部５１４に出力する。
制御部としてのレベル検出制御部５１４は、パワー検波器５１３の検波出力としての高周波送信信号の電力（レベル）に応じて、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つとの各利得を変更するための制御信号を生成する。制御信号には、変更後の利得を設定するための制御信号値が含まれる。
レベル検出制御部５１４は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値を含む制御信号を生成して出力する。なお、レベル検出制御部５１４の回路構成については図６を参照して後述する。更に、レベル検出制御部５１４は、利得の変更対象ではない各可変利得アンプに対し、現在設定されている各利得を設定する制御信号値を含む制御信号を生成して出力しても良いし、出力しなくても良い。
これにより、レベル検出制御部５１４は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得を変更させることで、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力される同相アナログベースバンド信号，直交アナログベースバンド信号の電力（レベル）を、適切な目標値に調整できる。
更に、レベル検出制御部５１４は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの利得を変更させることで、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力される同相ローカル信号，直交ローカル信号の電力（レベル）を適切な目標値に調整できる。
図２は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号とミキサ５０４ａ，５０４ｂから出力される高周波信号との電力特性を示すグラフである。図２に示す実線は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが典型値（中心値）となるＴ状態における電力特性を示す。図２に示す一点鎖線は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが低い値となるＦ状態における電力特性を示す。図２に示す点線は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高い値となるＳ状態における電力特性を示す。
図２では、プロセスばらつきによって、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号の電力（入力信号）に対する高周波送信信号の電力（出力電力）の特性が異なる。
具体的には、ローカル信号の入力電力をＰＬｔとすると、出力電力はＴ状態では目標電力Ｐｍとなるが、Ｆ状態では目標電力Ｐｍより高く、Ｓ状態では目標電力Ｐｍより低くなる。即ち、ローカル信号の入力電力が一定であると、Ｓ状態ではミキサ５０４ａ，５０４ｂの出力電力が低下するので、電力増幅器５０３の出力電力が所望電力Ｐｏに満たない場合がある。
本実施形態では、無線通信装置１０００は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号の入力電力を変更するために、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、少なくとも１つの利得を変更する。
これにより、無線通信装置１０００は、ローカル信号の電力を、Ｆ状態ではＴ状態よりも低い入力電力ＰＬｆに変更し、Ｓ状態ではＴ状態より高い入力電力ＰＬｓに変更することで、高周波送信信号の所望出力電力Ｐｍを得ることができる。
図３は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂの等価回路図の一例である。ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂは、例えば図３に示す可変利得アンプ６００の回路構成を共通に有する。
図３に示す可変利得アンプ６００は、入力端子６０１と、入力整合回路６０２と、増幅用トランジスタ６０３と、出力整合回路６０４と、出力端子６０５と、出力用バイアス端子６０６と、カレントミラー用トランジスタ６０７と、基準電流源回路６０８と、電流源端子６０９とを含む。増幅用トランジスタ６０３とカレントミラー用トランジスタ６０７とはカレントミラーを構成し、共にソース接地である。
図３では、入力信号は、入力端子６０１に入力され、入力整合回路６０２を介して増幅用トランジスタ６０３において増幅され、出力整合回路６０４を介して出力端子６０５から出力される。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図３に示す可変利得アンプ６００の入力整合回路６０２の等価回路図である。図４（Ａ）に示す入力整合回路６０２は、キャパシタ６１２が直列に接続され、キャパシタ６１２と増幅用トランジスタ６０３との接続点にインダクタ６１３が並列に接続された構成である。図４（Ｂ）に示す入力整合回路６０２は、キャパシタ６１２と伝送線路６１１とが直列接続され、更にキャパシタ６１２と伝送線路６１１の接続点にインダクタ６１３が並列接続された構成である。入力整合回路６０２は、可変利得アンプ６００の用途に応じて、例えば図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示す回路構成が用いられる。
図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、図３に示す可変利得アンプ６００の出力整合回路６０４の等価回路図である。図４（Ｃ）に示す出力整合回路６０４は、キャパシタ６２２が直列に接続され、キャパシタ６２２と増幅用トランジスタ６０３との接続点にインダクタ６２３が並列に接続された構成である。図４（Ｄ）に示す出力整合回路６０４は、伝送線路６２１とキャパシタ６２２とが直列接続され、更に伝送線路６２１とキャパシタ６２２の接続点にインダクタ６２３が並列接続された構成である。出力整合回路６０４は、可変利得アンプ６００の用途に応じて、例えば図４（Ｃ）又は図４（Ｄ）に示す回路構成が用いられる。
増幅用トランジスタ６０３のゲート端子は、入力整合回路６０２を介して、カレントミラー用トランジスタ６０７のゲート端子と基準電流源回路６０８とに接続される。増幅用トランジスタ６０３のゲート端子とカレントミラー用トランジスタ６０７のゲート端子とには、電流源端子６０９に印加された信号を基に基準電流源回路６０８が出力した基準電流に応じて、ＤＣのゲートバイアス電圧が印加される。
増幅用トランジスタ６０３のドレイン端子には、出力整合回路６０４を介して、出力用バイアス端子６０６からドレイン電圧が印加される。上述したように、増幅用トランジスタ６０３とカレントミラー用トランジスタ６０７とはカレントミラーを構成し、増幅用トランジスタ６０３及びカレントミラー用トランジスタ６０７のサイズの比と基準電流源回路６０８の出力電流とによって、可変利得アンプ６００の電流値、即ち出力用バイアス端子６０６に流れる電流値が決まる。可変利得アンプ６００の利得は、出力用バイアス端子６０６に流れる電流値によって決まるので、増幅用トランジスタ６０３及びカレントミラー用トランジスタ６０７のサイズの比と基準電流源回路６０８の出力電流とを変えることによって、利得を変更することができる。
図５は、図３に示す可変利得アンプ６００の電流値に対する利得特性を示すグラフである。図５に示す実線は、増幅用トランジスタ６０３，カレントミラー用トランジスタ６０７の閾値電圧Ｖｔｈが典型値（中心値）となるＴ状態における利得特性を示す。図５に示す一点鎖線は、増幅用トランジスタ６０３，カレントミラー用トランジスタ６０７の閾値電圧Ｖｔｈが低い値となるＦ状態における利得特性を示す。図５に示す点線は、増幅用トランジスタ６０３，カレントミラー用トランジスタ６０７の閾値電圧Ｖｔｈが高い値となるＳ状態における利得特性を示す。
図５の横軸は、可変利得アンプ６００の電流値を表す。図５の縦軸は、可変利得アンプ６００の利得を表す。図５では、可変利得アンプ６００の電流値が増加すると、可変利得アンプ６００の利得は増加する。また、プロセスばらつきによって、可変利得アンプ６００の利得特性は変化する。
具体的には、可変利得アンプ６００の電流値をＩａｔとすると、可変利得アンプ６００の利得はＴ状態では目標値Ｇａとなるが、Ｆ状態では目標値Ｇａより高く、Ｓ状態では目標値Ｇａより低くなる。
本実施形態では、可変利得アンプ６００は、可変利得アンプ６００の電流値を、Ｆ状態ではＴ状態よりも低い電流値Ｉａｆに変更し、Ｓ状態ではＴ状態より高い電流値Ｉａｓに変更することで、可変利得アンプ６００の目標値Ｇａの利得を得ることができる。即ち、可変利得アンプ６００は、可変利得アンプ６００の電流値を変更することで利得を変更でき、プロセスばらつきによらず、ミキサ５０４ａ，５０４ｂの出力電力を一定に調整できる。
図６は、レベル検出制御部５１４の内部構成の一例を示すブロック図である。図６に示すレベル検出制御部５１４は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog Digital Converter）５２１と、レベル比較部５２２と、レベル制御部５２３とを含む。
アナログデジタル変換器５２１は、パワー検波器５１３の検波出力としてのアナログの高周波送信信号のパワー（電力又はレベル）を、パワー（電力又はレベル）に応じたデジタル値に変換してレベル比較部５２２に出力する。
レベル比較部５２２は、アナログデジタル変換器５２１の出力値（デジタルコード、デジタル値）から電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴを算出（検出）し、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴと予め定められた基準出力電力Ｐｄｅｆとを比較して比較結果をレベル制御部５２３に出力する。
レベル制御部５２３は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴと基準出力電力Ｐｄｅｆとの比較結果に応じて、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値を含む制御信号を生成する。
レベル制御部５２３は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、変更対象の各可変利得アンプに、生成した制御信号を出力する。なお、基準出力電力Ｐｄｅｆはレベル比較部５２２に外部から入力されても良いし、予めレベル比較部５２２に記憶されても良い。
図７は、第１の実施形態の無線通信装置１０００における送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャートである。図７では、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」、即ちベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得が変更される動作が先に開始され、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」の後に、「ＬＯ ＬＯＯＰ」、即ちＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得が変更される動作が開始される。
図７において、例えばベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０と、ローカル可変利得アンプ５０８と、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂとの各利得は最小値（初期値）に設定される（Ｓ１０００）。また、入力端子５１２ａ，５１２ｂにテスト用のベースバンド送信信号が入力される（Ｓ１０００）。
ここで、テスト用のベースバンド送信信号は、実際に無線通信装置１０００が用いる変調信号でも良いし、ＣＷ（Continuous Wave：無変調連続波）信号でも良い。
ミキサ５０４ａは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａが増幅した同相アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ａが増幅した同相ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の同相送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
また、ミキサ５０４ｂは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ｂが増幅した直交アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂが増幅した直交ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の直交送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
電力増幅器５０３は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂが生成した高周波の同相送信信号と高周波の直交送信信号とが加算された高周波送信信号を増幅し、結合器５０２を介して出力端子５０１に出力する。
パワー検波器５１３は、結合器５０２により抜き出された高周波送信信号を検波し（Ｓ１００１）、検波出力としての高周波送信信号の電力（レベル）をレベル検出制御部５１４に出力する。
レベル検出制御部５１４は、パワー検波器５１３の検波出力としてのアナログの高周波送信信号の電力（レベル）を、パワー（電力又はレベル）に応じたデジタル値に変換して電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴを検出する（Ｓ１００２）。
レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴと予め定められた基準出力電力Ｐｄｅｆとを比較する（Ｓ１００３）。電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより大きい場合には（Ｓ１００３、ＮＯ）、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが所望電力を超えているので、図７に示す無線通信装置１０００における送信信号の電力制御動作は終了する。
一方、レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより小さいと判定した場合には（Ｓ１００３、ＹＥＳ）、ＶＧＡ利得、即ちベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得が上限値であるか否かを判定する（Ｓ１００４）。
レベル検出制御部５１４は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得が上限値ではないと判定した場合には（Ｓ１００４、ＮＯ）、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得を１ステップ増加するための制御信号値を含む制御信号を生成してベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂに出力する。ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂは、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号に応じて、現在の各利得を１ステップ増加する（Ｓ１００５）。ステップＳ１００５の後、無線通信装置１０００の動作はステップＳ１００１に進む。
レベル検出制御部５１４は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得が上限値であると判定した場合には（Ｓ１００４、ＹＥＳ）、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」を終了して「ＬＯ ＬＯＯＰ」を開始する。
即ち、レベル検出制御部５１４は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得を現在の各利得から１ステップ増加するための制御信号値を含む制御信号を生成してＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つに出力する。
ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つは、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号に応じて、現在の各利得を１ステップ増加する（Ｓ２０００）。
ミキサ５０４ａは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａが増幅した同相アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ａが増幅した同相ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の同相送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
また、ミキサ５０４ｂは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ｂが増幅した直交アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂが増幅した直交ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の直交送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
電力増幅器５０３は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂが生成した高周波の同相送信信号と高周波の直交送信信号とが加算された高周波送信信号を増幅し、結合器５０２を介して出力端子５０１に出力する。
パワー検波器５１３は、結合器５０２により抜き出された高周波送信信号を検波し（Ｓ２００１）、検波出力としての高周波送信信号の電力（レベル）をレベル検出制御部５１４に出力する。
レベル検出制御部５１４は、パワー検波器５１３の検波出力としてのアナログの高周波送信信号の電力（レベル）を、パワー（電力又はレベル）に応じたデジタル値に変換して電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴを検出する（Ｓ２００２）。
レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴと予め定められた基準出力電力Ｐｄｅｆとを比較する（Ｓ２００３）。電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより大きい場合には（Ｓ２００３、ＮＯ）、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが所望電力を超えているので、図７に示す無線通信装置１０００における送信信号の電力制御動作は終了する。
一方、レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより小さいと判定した場合には（Ｓ２００３、ＹＥＳ）、ＬＯ利得、即ちＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得が上限値であるか否かを判定する（Ｓ２００４）。
レベル検出制御部５１４がＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得が上限値ではないと判定した場合には（Ｓ２００４、ＮＯ）、無線通信装置１０００の動作はステップＳ２０００に戻る。
一方、レベル検出制御部５１４は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得が上限値であると判定した場合には（Ｓ２００４、ＹＥＳ）、無線通信装置１０００の動作は終了する。
以上により、本実施形態の無線通信装置１０００は、例えば「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」の次に「ＬＯ ＬＯＯＰ」を実行することで、プロセスばらつきによってミキサ５０４ａ，５０４ｂの利得が低下した場合でも、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号（同相ローカル信号，直交ローカル信号）の電力を増加させ、電力増幅器５０３の所望の出力電力を得ることができる。
即ち、無線通信装置１０００は、トランジスタの閾値電圧がプロセスばらつきによって所望値から変動しても、高周波送信信号の所望電力を得ることができる。
なお、本実施形態では図８（Ａ）に示す「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」の後に「ＬＯ ＬＯＯＰ」が実行されるが、例えば図８（Ｅ）に示す「ＬＯ ＬＯＯＰ」の後に「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」が実行されても良い。
また、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つとの各利得が変更されれば、各利得の変更順序は限定されない。例えば図８（Ｂ）〜（Ｄ）に示す順序に従って利得が変更されても良い。
ここで、図８（Ａ）〜（Ｅ）は、第１の実施形態の無線通信装置１０００における送信信号の電力制御動作の他の一例を簡易に説明するフローチャートである。図８（Ａ）〜（Ｅ）に示す「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」，「ＶＧＡ ＬＯＯＰ１」，「ＶＧＡ ＬＯＯＰ２」は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得が図７に示す「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」に従って変更される動作を表す。図８（Ｂ），（Ｄ）に示す「ＶＣＯ ＬＯＯＰ」は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０の利得が図７に示す「ＬＯ ＬＯＯＰ」に従って変更される動作を表す。
図８（Ｂ），（Ｄ）に示す「ＬＯＳＷ ＬＯＯＰ」は、ローカル可変利得アンプ５０８の利得が図７に示す「ＬＯ ＬＯＯＰ」に従って変更される動作を表す。更に、図８（Ｂ），（Ｄ）に示す「ＨＹＢ ＬＯＯＰ」は、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂの利得が図７に示す「ＬＯ ＬＯＯＰ」に従って変更される動作を表す。
図８（Ｂ）に示す「ＶＣＯ ＬＯＯＰ」，「ＬＯＳＷ ＬＯＯＰ」，「ＨＹＢ ＬＯＯＰ」は、ローカル信号、又は、同相ローカル信号及び直交ローカル信号の出力電力が増加するように、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの各利得が変更される動作を表す。
これにより、無線通信装置１０００は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力される同相ローカル信号及び直交ローカル信号の入力電力の可変幅を大きくすることができる。
また、図７に示すステップＳ１００４及びステップＳ２００４では、各利得が上限値まで増加される場合を想定して説明したが、特に上限値まで増加される必要はなく、所定の設定値（例えば中間値）まで増加される場合でも良い（図８（Ｃ）又は図８（Ｄ）参照）。
図９は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるベースバンド信号とミキサ５０４ａ，５０４ｂから出力される高周波送信信号との電力特性を示すグラフである。図９に示す実線は、ローカル信号の入力電力がＰＬ１における電力特性を示す。図９に示す二点鎖線は、ローカル信号の入力電力がＰＬ２における電力特性を示す。入力電力ＰＬ１＜入力電力ＰＬ２とする。
ローカル信号の入力電力がＰＬ１の場合、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得をＧｖ０からＧｖ１に増加することで、ミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるベースバンド信号の入力電力はＰｖ０からＰｖ１に増加するが、Ｐｖ１付近ではミキサ５０４ａ，５０４ｂの飽和が始まり、利得Ｇｖ２に対応する入力電力Ｐｖ２ではかなり飽和し、ミキサ５０４ａ，５０４ｂの特性は歪む。
このため、電力増幅器５０３の出力電力が所望電力Ｐｏに至らない場合、ミキサ５０４ａ，５０４ｂの歪み特性によって無線通信装置１０００として信号精度（例えばＥＶＭ（Error Vector Magnitude））が劣化する場合がある。
無線通信装置１０００は、ローカル信号の入力電力をＰＬ１からＰＬ２に増加することで、ベースバンド信号の入力電力Ｐｖ１ではミキサ５０４ａ，５０４の飽和を抑制してミキサ５０４ａ，５０４ｂを線形動作させ、ベースバンド信号の入力電力Ｐｖ２付近から飽和するようにミキサ５０４ａ，５０４ｂの線形性を向上させる。これにより、無線通信装置１０００は、送信信号の精度を保ったまま、所望電力Ｐｏを得ることができる。
従って、図１０に示すように、無線通信装置１０００は、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ１」において、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得を所定の設定値Ｇｖ１まで増加し（Ｓ１００４’）、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの利得が設定値ＧＶ１となった時点において、「ＬＯ ＬＯＯＰ」の動作を実行する。
図１０は、図８（Ｃ）に示す送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャートである。なお、図１０に示すフローチャートでは、図７に示す動作と同一の動作については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
更に、無線通信装置１０００は、「ＬＯ ＬＯＯＰ」においてＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つの利得が上限値でも、電力増幅器５０３の出力電力が所望電力Ｐｏに満たない場合には、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ２」の動作を実行する。
具体的には、レベル検出制御部５１４は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得を設定値Ｇｖ１から１ステップ増加するための制御信号値を含む制御信号を生成してベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂに出力する。ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂは、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号に応じて、現在の各利得（＝設定値Ｇｖ１）を１ステップ増加する（Ｓ３０００）。
ミキサ５０４ａは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａが増幅した同相アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ａが増幅した同相ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の同相送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
また、ミキサ５０４ｂは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ｂが増幅した直交アナログベースバンド信号とハイブリッド可変利得アンプ５０５ｂが増幅した直交ローカル信号とを用いて直交変調することで、高周波の直交送信信号を生成して電力増幅器５０３に出力する。
電力増幅器５０３は、ミキサ５０４ａ，５０４ｂが生成した高周波の同相送信信号と高周波の直交送信信号とが加算された高周波送信信号を増幅し、結合器５０２を介して出力端子５０１に出力する。
パワー検波器５１３は、結合器５０２により抜き出された高周波送信信号を検波し（Ｓ３００１）、検波出力としての高周波送信信号の電力（レベル）をレベル検出制御部５１４に出力する。
レベル検出制御部５１４は、パワー検波器５１３の検波出力としてのアナログの高周波送信信号の電力（レベル）を、パワー（電力又はレベル）に応じたデジタル値に変換して電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴを検出する（Ｓ３００２）。
レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴと予め定められた基準出力電力Ｐｄｅｆとを比較する（Ｓ３００３）。電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより大きい場合には（Ｓ３００３、ＮＯ）、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが所望電力を超えているので、図１０に示す無線通信装置１０００における送信信号の電力制御動作は終了する。
一方、レベル検出制御部５１４は、電力増幅器５０３の出力電力ＰＯＵＴが基準出力電力Ｐｄｅｆより小さいと判定した場合には（Ｓ３００３、ＹＥＳ）、ＶＧＡ利得、即ちベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得が上限値であるか否かを判定する（Ｓ３００４）。ステップＳ３００４においてベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得が上限値である場合には（Ｓ３００４、ＹＥＳ）、無線通信装置１０００の送信信号の電力制御動作は終了する。
ステップＳ３００４においてベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂの各利得が上限値でない場合には（Ｓ３００４、ＮＯ）、無線通信装置１０００の動作はステップＳ３０００に戻る。
なお、本実施形態の無線通信装置１０００は、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂ、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０、ローカル可変利得アンプ５０８、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂの各利得を変更すると説明したが、他に、ミキサ５０４ａ，５０４ｂ、又は電力増幅器５０３の利得を変更しても良い。
なお、本実施形態の無線通信装置１０００は、ダイレクトコンバージョン方式を用いているが、特にこの方式に限定する必要は無く、ベースバンド可変利得アンプとローカル可変利得増幅器とを有する方式であれば良く、例えばヘテロダイン方式でも同様の効果が得られる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、送信機としての回路構成を有する無線通信装置１０００が、プロセスばらつきが生じることで、トランジスタの閾値電圧が所望値から変動しても、電力増幅器５０３の出力電力として所望電力Ｐｏを得る動作を説明した。
第２の実施形態では、送受信機としての回路構成を有する無線通信装置２０００が、プロセスばらつきが生じることでトランジスタの閾値電圧が所望値から変動しても、送信回路において電力増幅器５０３の出力電力として所望電力Ｐｏを得て、更に、受信回路における一定の利得を得る動作を説明する。
図１１は、第２の実施形態の無線通信装置２０００の回路構成を示す図である。図１１に示す無線通信装置２０００は、送信回路ＴＸと、受信回路ＲＸと、電圧制御発振器５１１と、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０と、ローカルスイッチ５０９とを含む。図１１に示す回路構成において、図１に示す回路構成と同一の回路構成については同一の符号を付して説明を省略、簡略化又は補足し、異なる内容について説明する。
図１１に示す送信回路ＴＸは、ベースバンド可変利得アンプ５０７ａ，５０７ｂと、ミキサ５０４ａ，５０４ｂと、電圧制御発振器５１１と、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０と、ローカルスイッチ５０９と、ローカル可変利得アンプ５０８と、９０度ハイブリッド移相器５０６と、ハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂと、電力増幅器５０３と、結合器５０２と、パワー検波器５１３と、レベル検出制御部５１４とを含む。
図１１に示す受信回路ＲＸは、ＬＮＡ（低雑音増幅器：Low Noise Amplifier）５５２と、ミキサ５５４ａ，５５４ｂと、ローカル可変利得アンプ５５８と、９０度ハイブリッド移相器５５６と、ハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂと、ベースバンド可変利得アンプ５５７ａ，５５７ｂとを含む。
ＬＮＡ５５２は、入力端子５５１を介して、高周波受信信号を入力して増幅する。増幅された高周波受信信号は、２つに分岐されてミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力される。
ローカルスイッチ５０９は、不図示の制御回路が出力した制御信号に応じて、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０が増幅したローカル信号を、ローカル可変利得アンプ５０８又はローカル可変利得アンプ５５８に出力する。
なお、ローカルスイッチ５０９は、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０が増幅したローカル信号を送信回路又は受信回路に切り換えて出力しているが、ローカルスイッチ５０９を設けずに、電圧制御発振器５１１及びＶＣＯ可変利得アンプ５１０が送信回路ＴＸ及び受信回路ＲＸに対して１つずつそれぞれ設けられても良い。
ローカル可変利得アンプ５５８は、ローカルスイッチ５０９を介して、ＶＣＯ可変利得アンプ５１０が増幅したローカル信号を増幅して９０度ハイブリッド移相器５５６に出力する。ローカル可変利得アンプ５５８は、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
９０度ハイブリッド移相器５５６は、ローカル可変利得アンプ５５８が増幅したローカル信号を基に、位相が互いに直交する同相ローカル信号，直交ローカル信号を生成し、同相ローカル信号をハイブリッド可変利得アンプ５５５ａに出力し、直交ローカル信号をハイブリッド可変利得アンプ５５５ｂに出力する。
ハイブリッド可変利得増幅器としてのハイブリッド可変利得アンプ５５５ａは、９０度ハイブリッド移相器５５６が生成した同相ローカル信号を増幅してミキサ５５４ａに出力する。ハイブリッド可変利得アンプ５５５ａは、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
ハイブリッド可変利得増幅器としてのハイブリッド可変利得アンプ５５５ｂは、９０度ハイブリッド移相器５５６が生成した直交ローカル信号を増幅してミキサ５５４ｂに出力する。ハイブリッド可変利得アンプ５５５ｂは、レベル検出制御部５１４が生成した制御信号の制御信号値に応じて、利得を変更する。
受信ミキサとしてのミキサ５５４ａは、ＬＮＡ５５２が増幅したアナログの高周波受信信号とハイブリッド可変利得アンプ５５５ａが増幅した同相ローカル信号とを用いて直交復調することで、同相アナログベースバンド受信信号を生成してベースバンド可変利得アンプ５５７ａに出力する。
受信ミキサとしてのミキサ５５４ｂは、ＬＮＡ５５２が増幅したアナログの高周波受信信号とハイブリッド可変利得アンプ５５５ｂが増幅した直交ローカル信号とを用いて直交復調することで、直交アナログベースバンド受信信号を生成してベースバンド可変利得アンプ５５７ｂに出力する。
受信ベースバンド可変利得増幅器としてのベースバンド可変利得アンプ５５７ａ，５５７ｂは、同相アナログベースバンド受信信号，直交アナログベースバンド受信信号を入力して増幅する。増幅された同相アナログベースバンド信号，直交アナログベースバンド信号は、それぞれ出力端子５６２ａ，５６２ｂに出力され、不図示の各ＡＤＣ（Analog Digital Converter）に入力される。
制御部としてのレベル検出制御部５１４は、送信回路ＴＸにおけるローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち少なくとも１つのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値を含む制御信号を、受信回路ＲＸにおけるローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち少なくとも１つに同様に出力する。
即ち、レベル検出制御部５１４は、送信回路ＴＸにおけるローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定する制御信号値を、受信回路ＲＸにおけるローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の利得を設定するための制御信号値として用いる。
これにより、レベル検出制御部５１４は、無線通信装置２０００の送信回路ＴＸと同様に、ローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち少なくとも１つにおいて利得を変更することで、無線通信装置２０００の受信回路ＲＸにおいてもミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力されるローカル信号の入力電力を適切な目標値に調整できる。
図１２は、受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力されるローカル信号とミキサ５５４ａ，５５４ｂから出力されるベースバンド信号との電力特性を示すグラフである。図１２に示す実線は、ミキサ５５４ａ，５５４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが典型値（中心値）となるＴ状態における電力特性を示す。図１２に示す一点鎖線は、ミキサ５５４ａ，５５４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが低い値となるＦ状態における電力特性を示す。図１２に示す点線は、ミキサ５５４ａ，５５４ｂに用いられるトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高い値となるＳ状態における電力特性を示す。
図１２では、プロセスばらつきによって、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂと同様に、受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力されるローカル信号の入力電力に対するベースバンド信号の出力電力の特性が異なる。
具体的には、ローカル信号の入力電力をＰｒｔとすると、出力電力はＴ状態では目標電力Ｐｒｍとなるが、Ｆ状態では目標電力Ｐｒｍより高く、Ｓ状態では目標電力Ｐｒｍより低くなる。即ち、ローカル信号の入力電力が一定であると、Ｓ状態ではトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高く、最大動作周波数ｆｍａｘが減少してしまい、ミリ波帯を用いる無線通信回路では動作周波数がｆｍａｘと比べて充分低くない（例えば１／１０以下でない）と、Ｓ状態では、ミキサ５５４ａ，５５４ｂの各利得は低下する。
言い換えると、本実施形態の無線通信装置２０００が単一のチップ（１チップ）のＣＭＯＳにより構成される場合、プロセスばらつきによって、送信回路ＴＸと、受信回路ＲＸとの両方に同様の影響を受ける場合がある。例えば、チップがＦ状態となると、チップ上に構成される送信回路ＴＸ及び受信回路ＲＸも同様にＦ状態となり、送信回路ＴＸ及び受信回路ＲＸに用いられるトランジスタの特性がＦ状態となる。
そこで、本実施形態では、無線通信装置２０００は、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号の入力電力の設定値を、受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力されるローカル信号の入力電力の設定値に用いる。
言い換えると、無線通信装置２０００は、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値を、ローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値に用いる。
これにより、無線通信装置２０００は、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂと受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂとに対してプロセスばらつきの影響が同様に生じても、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂだけでなく、受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂにおいても一定の利得を得ることができる。
なお、無線通信装置２０００は、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値と同一の値を、ローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値に用いなくても良い。
例えば、無線通信装置２０００は、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値より所定値低い値又は高い値を、ローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値として用いても良い。これは、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂと受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂの各ローカル信号の入力電力に対する出力電力特性が一致するとは限らないためである。
図１３は、第２の実施形態の無線通信装置２０００における送信信号の電力制御動作の詳細な内容を説明するフローチャートである。なお、図１３に示すフローチャートでは、図７に示す動作と同一の動作については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
図１３において、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるベースバンド信号及びローカル信号を増幅するための各利得を変更するための動作（「ＴＸ ＬＯＯＰ」）は、ステップＳ１０００〜ステップＳ２００４までの「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」及び「ＬＯ ＬＯＯＰ」であり、図７に示すステップＳ１０００〜ステップＳ２００４までの動作と同一であるため説明を省略する。
本実施形態では、無線通信装置２０００は、ステップＳ２００４の後、送信ローカルの利得設定値、即ちローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定する制御信号値と同一の値を、ローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値に用いる（Ｓ４０００、ＲＸ ＵＰＤＡＴＥ）。
なお、図１３では、「ＴＸ ＬＯＯＰ」は、「ＶＧＡ ＬＯＯＰ」と「ＬＯ ＬＯＯＰ」とであるが、例えば図８（Ｂ）〜図８（Ｄ）に示す各動作であっても良い。
以上により、本実施形態の無線通信装置２０００は、送信回路ＴＸのミキサ５０４ａ，５０４ｂに入力されるローカル信号の入力電力の設定値、言い換えるとローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値を、受信回路ＲＸのミキサ５５４ａ，５５４ｂに入力されるローカル信号の入力電力の設定値、言い換えるとローカル可変利得アンプ５５８及びハイブリッド可変利得アンプ５５５ａ，５５５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定するための制御信号値として用いる。
これにより、無線通信装置２０００は、プロセスばらつきが生じることで送信回路ＴＸに用いられるトランジスタの閾値電圧が所望値（典型値、中心値）から変動しても、送信回路ＴＸにおいて電力増幅器５０３の出力電力として所望電力Ｐｏを得ることができる。更に、無線通信装置２０００は、プロセスばらつきが生じることで受信回路ＲＸに用いられるトランジスタの閾値電圧が所望値（典型値、中心値）から変動しても、ローカル可変利得アンプ５０８及びハイブリッド可変利得アンプ５０５ａ，５０５ｂのうち、利得を変更させる変更対象の各可変利得アンプに対し、変更後の各利得を設定する制御信号値と同一の値又は所定値高い値又は低い値を用いることで、受信回路ＲＸにおいて一定の利得を得ることができる。
以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
本開示は、高周波、特にミリ波帯を用いた送受信機において、プロセスばらつきによる送信電力変動を低減し、安定した送信電力を出力する送受信機として有用である。
５０２ 結合器
５０３ 電力増幅器
５０４ａ，５０４ｂ，５５４ａ，５５４ｂ ミキサ
５０５ａ，５０５ｂ，５５５ａ，５５５ｂ ハイブリッド可変利得アンプ
５０６，５５６ ９０度ハイブリッド移相器
５０７ａ，５０７ｂ，５５７ａ，５５７ｂ ベースバンド可変利得アンプ
５０８，５５８ ローカル可変利得アンプ
５０９ ローカルスイッチ
５１０ ＶＣＯ可変利得アンプ
５１１ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
５１３ パワー検波器（ＤＥＴ）
５１４ レベル検出制御部
５５２ ＬＮＡ
１０００，２０００ 無線通信装置

Claims (9)

  1. 送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、
    増幅された前記送信ベースバンド信号を高周波送信信号に変換する送信ミキサと、
    前記送信ミキサに入力されるローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、
    前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド可変利得増幅器及び前記送信ローカル可変利得増幅器の各利得を変更させる制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記送信ベースバンド可変利得増幅器、前記送信ローカル可変利得増幅器の順に各利得を変更させる、
    無線通信装置。
  2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    前記ローカル信号を基に、互いに直交する同相ローカル信号と直交ローカル信号を生成する移相器と、を更に備え、
    前記送信ローカル可変利得増幅器は、
    前記同相ローカル信号を増幅する第１のハイブリッド可変利得増幅器と、
    前記直交ローカル信号を増幅する第２のハイブリッド可変利得増幅器と、を含む、
    無線通信装置。
  3. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    前記ローカル信号を生成する電圧制御発振器と、を更に備え、
    前記送信ローカル可変利得増幅器は、
    生成された前記ローカル信号を増幅するＶＣＯ可変利得増幅器を含む、
    無線通信装置。
  4. 送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、
    増幅された前記送信ベースバンド信号を高周波送信信号に変換する送信ミキサと、
    前記送信ミキサに入力されるローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、
    前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド可変利得増幅器及び前記送信ローカル可変利得増幅器の各利得を変更させる制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記送信ベースバンド可変利得増幅器の利得を初期値から所定の第１設定値まで変更させ、
    前記送信ローカル可変利得増幅器の利得を初期値から所定の第２設定値又は上限値まで変更させ、
    前記送信ベースバンド可変利得増幅器の利得を前記所定の第１設定値から変更させる、
    無線通信装置。
  5. ローカル信号と送信ベースバンド信号とを用いて高周波送信信号を生成する送信回路と、
    受信された高周波受信信号と前記ローカル信号とを用いてベースバンド受信信号を生成する受信回路と、
    前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド信号及び前記ローカル信号を増幅するための各利得を変更させる制御部と、を備え、
    前記送信回路は、
    前記送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、
    増幅された前記送信ベースバンド信号を前記高周波送信信号に変換する送信ミキサと、
    前記送信ミキサに入力される前記ローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、を含み、
    前記制御部は、
    前記高周波送信信号の電力に応じて、前記送信ベースバンド可変利得増幅器、前記送信ローカル可変利得増幅器の順に各利得を変更させる、
    無線通信装置。
  6. 請求項５に記載の無線通信装置であって、
    前記送信回路は、
    前記送信ベースバンド信号を増幅する送信ベースバンド可変利得増幅器と、
    増幅された前記送信ベースバンド信号を前記高周波送信信号に変換する送信ミキサと、
    前記送信ミキサに入力される前記ローカル信号を増幅する送信ローカル可変利得増幅器と、を含み、
    前記受信回路は、
    前記高周波受信信号を前記ベースバンド受信信号に変換する受信ミキサと、
    前記受信ミキサに入力される前記ローカル信号を増幅する受信ローカル可変利得増幅器と、を含み、
    前記制御部は、
    前記送信ローカル可変利得増幅器の変更後の利得を設定する制御信号値と同一値、又は所定値を加算若しくは減算した値を、前記受信ローカル可変利得増幅器の利得を設定する制御信号値として用いる、
    無線通信装置。
  7. 請求項５又は６に記載の無線通信装置であって、
    前記送信回路と前記受信回路とは、単一のチップに集積される、
    無線通信装置。
  8. 請求項６に記載の無線通信装置であって、
    前記ローカル信号を基に、互いに直交する同相ローカル信号と直交ローカル信号を生成する移相器と、を更に備え、
    前記送信ローカル可変利得増幅器は、
    前記同相ローカル信号を増幅する第１のハイブリッド可変利得増幅器と、
    前記直交ローカル信号を増幅する第２のハイブリッド可変利得増幅器と、を含み、
    前記受信ローカル可変利得増幅器は、
    前記同相ローカル信号を増幅する第３のハイブリッド可変利得増幅器と、
    前記直交ローカル信号を増幅する第４のハイブリッド可変利得増幅器と、を含む、
    無線通信装置。
  9. 請求項６に記載の無線通信装置であって、
    前記ローカル信号を生成する電圧制御発振器と、を更に備え、
    前記送信ローカル可変利得増幅器と前記受信ローカル可変利得増幅器とは、
    生成された前記ローカル信号を増幅するＶＣＯ可変利得増幅器を共通に用いる、
    無線通信装置。
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