JP6223388B2

JP6223388B2 - 通信装置

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Publication number: JP6223388B2
Application number: JP2015127999A
Authority: JP
Inventors: 伸治磯山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: US10008991B2; US20160381686A1; JP2017011624A

Description

本発明は、複数の周波数帯を用いて送信信号を送信可能な通信装置に関するものである。

従来、複数の周波数帯に対応し、さらにこれら複数の周波数帯を同時に利用して信号を送信する、いわゆるキャリアアグリゲーションに対応するため、広帯域カプラと、ダイプレクサと、マルチバンド・スイッチ（ＳＷ）とを、アンテナとデュプレクサとの間に搭載した通信装置が用いられている。

このような通信装置では、アンテナでの出力信号の電力を所定の値に保つために、出力信号の一部をカプラで分岐させて検波し、検波結果に基づいてアンプの出力を制御することが行われている。また、特許文献１には、検波回路のゲインと温度補償量を独立に設定する技術が開示されている。

特開平６−１２０７３７号公報

上記のような従来の通信装置は、出力信号の電力が低下したことを検波によって検出すると、アンプの出力を増加させるため、デュプレクサへの入力電力が増加する。デュプレクサへの入力電力が増加すると、デュプレクサにおける通過ロスによって発熱が生じる（以下、適宜「自己発熱」と略記する）。デュプレクサは、所定温度以上になると通過特性が低周波側にシフトし、特に高周波において通過ロスが増加する性質を有する。従って、デュプレクサは、入力電力の増加に伴って自己発熱が進むと、通過ロスが増加し、それにより更に自己発熱が進み続けるおそれがあった。

上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、デュプレクサの自己発熱が進み続けることを防止できる通信装置を提供することにある。

上述した課題を解決すべく、本発明に係る通信装置は、
複数の周波数帯を用いる送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された送信信号を電力増幅し出力するアンプと、
受信信号と前記アンプにより出力された送信信号とを分波し出力するデュプレクサと、
前記デュプレクサの温度を検出する温度検出部と、
前記デュプレクサから出力された送信信号を検波する第１の検波手段と、
前記第１の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する制御部と、
前記アンプから前記デュプレクサに入力される送信信号を検波する第２の検波手段と、
前記第１の検波手段と前記第２の検波手段とのいずれが前記信号生成部に接続するかを切り替えるスイッチと、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が所定値以上又は前記デュプレクサから出力された送信信号の周波数が所定の閾値以上となる周波数であるとき、前記スイッチを制御して前記第１の検波手段と前記信号生成部との接続から前記第２の検波手段と前記信号生成部との接続に切り替えると共に、前記第２の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する、
ことを特徴とする。

また、上述した課題を解決すべく、本発明に係る通信装置は、
複数の周波数帯を用いる送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された送信信号を電力増幅し出力するアンプと、
受信信号と前記アンプにより出力された送信信号とを分波し出力するデュプレクサと、
前記デュプレクサの温度を検出する温度検出部と、
前記デュプレクサから出力された送信信号を検波する第１の検波手段と、
前記第１の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する制御部と、
前記アンプから前記デュプレクサに入力される信号路に接続された抵抗と、
前記第１の検波手段と前記抵抗とのいずれが前記信号生成部に接続するかを切り替えるスイッチと、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が所定値以上又は前記デュプレクサから出力された送信信号の周波数が所定値以上であるとき、前記スイッチを制御して抵抗と前記信号生成部が接続するよう切り替え、前記抵抗を介して受信した信号に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する、
ことを特徴とする。

また、本発明に係る通信装置は、
前記第１の検波手段と接続される、ＮＴＣサーミスタを更に備えてもよい。

また、本発明に係る通信装置において、
前記デュプレクサに入力される送信信号は、ＬＴＥ信号であってもよい。

本発明に係る通信装置によれば、デュプレクサの自己発熱が進み続けることを防止できる。

本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成を示す概略図である。デュプレクサの通過特性の周波数依存を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信装置の動作例を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成を示す概略図である。本発明の第２実施形態に係る通信装置の動作例を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る通信装置の構成を示す概略図である。本発明の第４実施形態に係る通信装置の構成を示す概略図である。本発明の第４実施形態に係る通信装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る通信装置１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、通信装置１００は、制御部１と、高周波集積回路（ＲＦＩＣ）２と、マルチバンド・パワーアンプ（ＰＡ）３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４ａ，４ｂと、デュプレクサ５ａ，５ｂと、マルチバンド・スイッチ（ＳＷ）６と、ダイプレクサ７と、広帯域カプラ８と、アンテナ（ＡＮＴ）９とを備える。また、通信装置１００は、マルチバンドＰＡ３とデュプレクサ５ｂとの間にカプラ１０を備え、広帯域カプラ８とＲＦＩＣ２との接続及びカプラ１０とＲＦＩＣ２との接続を切り替えることが可能なスイッチ（ＳＷ）１１を備える。

なお、ＬＰＦ４ａ，４ｂ及びデュプレクサ５ａ，５ｂは、便宜上２つずつ示しているが、それぞれ任意の個数であってよく、通信装置１００が用いている周波数帯に対応した個数となっている。また、図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力の流れる配線を表す。制御部１と多くの機能ブロックとの間には制御信号又は情報の流れがあるが、見やすさのためにＲＦＩＣ２との配線のみを示す。

制御部１は、例えば、不揮発性の記憶部と、これに格納される制御プログラムを実行するプロセッサとを有するマイクロコンピュータ等で構成され、各部の動作を制御する。制御部１は、具体的には、広帯域カプラ８からの検波信号の情報と広帯域カプラ８の位置における送信信号の電力との対応情報や、カプラ１０からの検波信号の情報とカプラ１０の位置における送信信号の電力との対応情報等を記憶する。そして、制御部１は、ＲＦＩＣ２から入力される検波信号の情報に基づき、後述するスイッチ１１の接続状態に応じて、広帯域カプラ８の位置における送信信号の電力又はカプラ１０の位置における送信信号の電力を決定し、これら送信信号の電力が好適範囲に含まれるように、マルチバンドＰＡ３の電力増幅を制御する。

また、制御部１は、後述する図３に示すような動作を通信装置１００に実行させるためのプログラムを記憶するとともに、このプログラムの処理に用いる温度の閾値及び周波数の閾値をそれぞれ記憶する。

ＲＦＩＣ２は、制御部１からの制御信号に従って、複数の周波数帯を用いる送信信号等の送信信号を生成する信号生成部である。ＲＦＩＣ２が生成する送信信号は、例えば、ＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile communications）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の通信規格の信号である。ＲＦＩＣ２は、生成した送信信号を、送信信号の種類や使用周波数帯に応じて選択される信号路を介してマルチバンドＰＡ３に出力する。また、ＲＦＩＣ２は、広帯域カプラ８又はカプラ１０から検波信号が入力されると、入力された検波信号の情報を制御部１に出力する。

マルチバンドＰＡ３は、ＲＦＩＣ２から入力される送信信号を所定のレベルに電力増幅し、電力増幅後の送信信号を、入力される信号路に対応する信号路を介して、ＬＰＦ４ａ，４ｂ又はデュプレクサ５ａ，５ｂに出力するアンプである。例えば、マルチバンドＰＡ３は、ＧＳＭ等の規格の送信信号をＬＰＦ４ａ，４ｂに出力し、ＬＴＥやＵＭＴＳ等の規格の送信信号をデュプレクサ５ａ，５ｂに出力する。また、マルチバンドＰＡ３の近傍には、通常、温度検出回路を備え、温度検出回路は、測定温度のデータを制御部１に出力する。なお、温度検出回路は、必ずしもマルチバンドＰＡ３の近傍に備えられていなくてもよいが、カプラ１０が接続されたデュプレクサ５ｂの近傍に備えられる。

ＬＰＦ４ａ，４ｂは、マルチバンドＰＡ３から入力されるＧＳＭ等の規格の送信信号のうち、所定の遮断周波数より高い周波数成分を遮断してマルチバンドＳＷ６に出力するフィルタである。

デュプレクサ５ａ，５ｂは、データの送受信を異なる周波数帯を使用して同時に通信するＬＴＥやＵＭＴＳ等のＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式を採用する規格の送受信信号を分波するために用いられ、マルチバンドＰＡ３から入力される送信信号と、アンテナ９から入力される受信信号とを分波するフィルタである。デュプレクサ５ａ，５ｂの種類としては、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デュプレクサが一般的に使用される。通信装置１００は、デュプレクサを、ＦＤＤ方式の使用周波数帯に応じた数量分備える。

マルチバンドＳＷ６は、入力される送信信号及び受信信号の周波数帯に応じて、接続するＬＰＦ４ａ，４ｂ又はデュプレクサ５ａ，５ｂを切り替えるスイッチである。

ダイプレクサ７は、アンテナ９から入力される受信信号を、高周波数帯（例えば、１ＧＨｚ以上）と低周波数帯（例えば、１ＧＨｚ未満）に分岐させて、マルチバンドＳＷ６に出力する。ダイプレクサ７としては、例えば、例えば積層型のものが用いられる。

広帯域カプラ８は、通信装置１００が対応する全ての周波数帯で動作するカプラであり、ダイプレクサ７から入力される送信信号の一部（例えば、約１／１００）をスイッチ１１に出力し、残りをアンテナ９に出力する。また、アンテナ９から入力される受信信号の全てをダイプレクサ７に出力する。

カプラ１０は、マルチバンドＰＡ３とデュプレクサ５ｂとの間に接続され、マルチバンドＰＡ３から入力される送信信号の一部（例えば、約１／１００）をスイッチ１１に出力し、残りをデュプレクサ５ｂに出力する。なお、カプラ１０は、後述する自己発熱による特性劣化のおそれがある周波数帯を使用するデュプレクサに接続される。また、複数のカプラ１０を複数のデュプレクサにそれぞれ接続させてもよい。また、カプラ１０は、マルチバンドＰＡ３に内蔵されていてもよい。

スイッチ１１は、制御部１からの制御信号に従って、広帯域カプラ８とＲＦＩＣ２とが接続される状態（以下、適宜「第１状態」という）と、カプラ１０とＲＦＩＣ２とが接続される状態（以下、適宜「第２状態」という）とを切り替える。これにより、第１状態では、広帯域カプラ８は、広帯域カプラ８の位置における送信信号の電力を検出する第１検波手段として機能し、第２状態では、カプラ１０は、カプラ１０の位置における送信信号の電力を検出する第２検波手段として機能する。

ところで、仮にスイッチ１１が常に第１状態である場合、デュプレクサ５ｂは、入力電力Ｐｉｎが増加すると破損するおそれがある。以下、そのメカニズムについて説明する。図２は、デュプレクサ５ｂの通過特性の周波数依存を示す概念図である。ここで、横軸は周波数であり、左方から右方に向けて周波数が増加することを示す。また、縦軸は通過ロスであり、上方から下方に向けて通過ロスが増加することを示す。

デュプレクサ５ｂは、高温になるにつれて、通過特性が低周波側にシフトし、特に高周波数において通過ロスが増加する。例えば、図２に示すように、周波数ｆ₁よりも高い周波数ｆ₂において、温度が２５℃から６０℃に上昇したときの通過ロスの増加がより大きい。

Ｐｉｎが増加し、所定値以上となると、デュプレクサ５ｂにおける通過ロスによって発熱が生じる（以下、適宜「自己発熱」と略記する）。この自己発熱により、デュプレクサ５ｂの通過特性が低周波側にシフトするため、通過ロスが更に増加し、自己発熱が更に生じる。同時に、通過ロスの増加によって検波される電力が減少するため、制御部１は送信信号の出力電力を増加させ、Ｐｉｎが更に増加する。このように、デュプレクサ５ｂは通過ロスの増加に伴って自己発熱が進行し続けるおそれがある。

以上のような事態を避けるため、通信装置１００は、制御部１によって以下のような動作を実行する。図３は、本実施形態に係る通信装置１００の動作例を示すフローチャートである。本動作例は、通信装置１００が送信信号を出力している間に実行される。また、スイッチ１１は通常の動作時においては、第１状態、すなわち広帯域カプラ８に接続されている。

まず、制御部１は、温度検出回路による測定温度と、送信信号の使用周波数の情報とを取得する（ステップＳ１０１）。ここで、送信信号の使用周波数の情報は、本ステップの実行時点で制御部１がＲＦＩＣ２を用いて生成制御している送信信号の使用周波数の情報である。

次に、制御部１は、ステップＳ１０１で取得した温度が所定値以上又は周波数が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、所定値とは、制御部１が記憶する温度の閾値及び周波数の閾値のことであり、周波数が所定値以上であるとは、その送信信号の使用周波数のうち、周波数の閾値以上となる周波数が存在することを意味する。なお、制御部１が記憶する温度の閾値及び周波数の閾値は、それ以上の閾値ではスイッチ１１が常に第１状態である場合にデュプレクサ５ｂの自己発熱が進み続けるおそれがある値とすることが好ましい。

制御部１は、温度及び周波数が所定値未満であると判断すると（ステップＳ１０２のＮｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。一方、制御部１は、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上であると判断すると（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、スイッチ１１を第２状態、すなわちカプラ１０側に切り替える（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上となることでデュプレクサ５ｂの通過ロスが増加した場合であっても、スイッチ１１がカプラ１０側に切り替わると、デュプレクサ５ｂに入力される電力Ｐｉｎを検波することとなり、検波結果はデュプレクサ５ｂの通過ロスの増加の影響を受けない。よって、Ｐｉｎが増加することが防止できるため、デュプレクサ５ｂの自己発熱が進み続けることを防止することができる。

なお、ステップＳ１０２においては、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上であるか否かを判定する代わりに、温度が所定値以上であるか否かを判定してもよいし、周波数が所定値以上であるか否かを判定してもよいし、温度及び周波数が所定値以上であるか否かを判定してもよい。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る通信装置２００の構成を示す概略図である。図４に示すように、通信装置２００は、カプラ１０の代わりに、マルチバンドＰＡ３とデュプレクサ５ｂとの間に分岐点を有し、分岐点とスイッチ１１との間に抵抗１２を備えること以外は、第１実施形態に係る通信装置１００と同一の構成であるので、説明を省略する。

スイッチ１１が抵抗１２側に接続されるとき、マルチバンドＰＡ３から入力される送信信号の一部が抵抗１２を通って検波信号としてＲＦＩＣ２に入力され、Ｐｉｎが減少する。例えば１００Ωの抵抗１２を使用するとき、Ｐｉｎは約１．２ｄＢ減少する。

図５は、本実施形態に係る通信装置２００の動作例を示すフローチャートである。本動作例は、通信装置２００が送信信号を出力している間に実行される。また、スイッチ１１は通常の動作時においては、第１状態、すなわち広帯域カプラ８に接続されている。本動作例のステップＳ２０１及びＳ２０２は、第１実施形態における動作例のステップＳ１０１及びＳ１０２と同一であるので、説明を省略する。

制御部１は、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上であると判断すると（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、スイッチ１１を抵抗１２側に切り替える（ステップＳ２０３）。

このように、本実施形態によれば、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上となることでデュプレクサ５ｂの通過ロスが増加した場合であっても、スイッチ１１が抵抗１２側に切り替わると、デュプレクサ５ｂに入力される電力Ｐｉｎを検波することとなり、検波結果はデュプレクサ５ｂの通過ロスの増加の影響を受けない。さらに、マルチバンドＰＡ３から入力される送信信号の一部が検波信号としてＲＦＩＣ２に入力されるため、Ｐｉｎが減少する。よって、Ｐｉｎが増加することが防止できるため、デュプレクサ５ｂの自己発熱が進み続けることを防止することができる。

なお、本実施形態に係る通信装置２００の抵抗１２は、第１実施形態に係る通信装置１００のカプラ１０と組み合わせて用いてもよい。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る通信装置３００の構成を示す概略図である。図６に示すように、通信装置３００は、広帯域カプラ８とスイッチ１１との間にＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタを備えること以外は、第２実施形態に係る通信装置２００と同一の構成であるので、説明を省略する。また、本実施形態に係る通信装置３００の動作例は、第２実施形態に係る通信装置２００と同様であるので、説明を省略する。

ＮＴＣサーミスタ１３は、温度の上昇に対して抵抗が減少する抵抗体である。スイッチ１１が第１状態である場合、温度が上昇するのに応じて、ＮＴＣサーミスタ１３の抵抗が減少するため、広帯域カプラ８の位置における送信信号として検波される見かけの電力が実際より大きく検出される。それにより、温度が上昇しても、制御部１が送信信号の出力電力を増加させることを抑えることができる。なお、この機能を効果的に発揮させるために、ＮＴＣサーミスタ１３は、デュプレクサ５ｂの近くに配置することが好ましい。

このように、本実施形態によれば、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上となることでデュプレクサ５ｂの通過ロスが増加した場合であっても、スイッチ１１が抵抗１２側に切り替わると、デュプレクサ５ｂに入力される電力Ｐｉｎを検波することとなり、検波結果はデュプレクサ５ｂの通過ロスの増加の影響を受けない。また、マルチバンドＰＡ３から入力される送信信号の一部が検波信号としてＲＦＩＣ２に入力されるため、Ｐｉｎが減少する。さらに、スイッチ１１が抵抗１２側に切り替わる前においても、ＮＴＣサーミスタ１３により、温度上昇に伴うＰｉｎの増加を抑えることができる。よって、Ｐｉｎが増加することが防止できるため、デュプレクサ５ｂの自己発熱が進み続けることを防止することができる。

なお、本実施形態に係る通信装置３００のＮＴＣサーミスタ１３は、第１実施形態に係る通信装置１００の広帯域カプラ８とスイッチ１１との間に備えてもよい。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る通信装置４００の構成を示す概略図である。図７に示すように、通信装置４００は、カプラ１０及びスイッチ１１を備えないこと以外は、第１実施形態に係る通信装置１００と同一の構成であるので、説明を省略する。通信装置４００では、広帯域カプラ８の位置における送信信号が検波される。

図８は、本実施形態に係る通信装置の動作例を示すフローチャートである。本動作例は、通信装置４００が送信信号を出力している間に実行される。本動作例のステップＳ３０１及びＳ３０２は、第１実施形態における動作例のステップＳ１０１及びＳ１０２と同一であるので、説明を省略する。

制御部１は、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上であると判断すると（ステップＳ３０２のＹｅｓ）、マルチバンドＰＡ３による送信信号の電力増幅を低下させる（ステップＳ３０３）。ここで、電力増幅の低下量としては、例えば出力電力の規定値が２３ｄＢｍであるとき、１ｄＢｍ程度低下させ、約２２ｄＢｍとする。

このように、本実施形態によれば、温度が所定値以上又は周波数が所定値以上となることでデュプレクサ５ｂの通過ロスが増加した場合であっても、制御部１がマルチバンドＰＡ３による送信信号の電力増幅を低下させることで、Ｐｉｎが低下する。よって、Ｐｉｎが増加することが防止できるため、デュプレクサ５ｂの自己発熱が進み続けることを防止することができる。

なお、本実施形態に係る通信装置４００の制御部１による電力増幅低下の制御は、第１実施形態から第３実施形態に係る各通信装置１００，２００，３００と組み合わせてもよい。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１制御部
２ＲＦＩＣ
３マルチバンド・パワーアンプ（ＰＡ）
４ａ，４ｂＬＰＦ
５ａ，５ｂデュプレクサ
６マルチバンド・スイッチ（ＳＷ）
７ダイプレクサ
８広帯域カプラ
９アンテナ
１０カプラ
１１スイッチ（ＳＷ）
１２抵抗
１３ＮＴＣサーミスタ
１００，２００，３００，４００通信装置

Claims

複数の周波数帯を用いる送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された送信信号を電力増幅し出力するアンプと、
受信信号と前記アンプにより出力された送信信号とを分波し出力するデュプレクサと、
前記デュプレクサの温度を検出する温度検出部と、
前記デュプレクサから出力された送信信号を検波する第１の検波手段と、
前記第１の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する制御部と、
前記アンプから前記デュプレクサに入力される送信信号を検波する第２の検波手段と、
前記第１の検波手段と前記第２の検波手段とのいずれが前記信号生成部に接続するかを切り替えるスイッチと、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が所定値以上又は前記デュプレクサから出力された送信信号の周波数が所定の閾値以上となる周波数であるとき、前記スイッチを制御して前記第１の検波手段と前記信号生成部との接続から前記第２の検波手段と前記信号生成部との接続に切り替えると共に、前記第２の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する、
通信装置。
複数の周波数帯を用いる送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された送信信号を電力増幅し出力するアンプと、
受信信号と前記アンプにより出力された送信信号とを分波し出力するデュプレクサと、
前記デュプレクサの温度を検出する温度検出部と、
前記デュプレクサから出力された送信信号を検波する第１の検波手段と、
前記第１の検波手段による検波結果に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する制御部と、
前記アンプから前記デュプレクサに入力される信号路に接続された抵抗と、
前記第１の検波手段と前記抵抗とのいずれが前記信号生成部に接続するかを切り替えるスイッチと、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が所定値以上又は前記デュプレクサから出力された送信信号の周波数が所定値以上であるとき、前記スイッチを制御して抵抗と前記信号生成部が接続するよう切り替え、前記抵抗を介して受信した信号に基づいて前記アンプによる前記送信信号の電力増幅を制御する、
通信装置。
前記第１の検波手段と接続される、ＮＴＣサーミスタを更に備える、請求項２に記載の通信装置。
前記デュプレクサに入力される送信信号は、ＬＴＥ信号である、請求項１に記載の通信装置。