JPH04334129A - 無線送信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無線送信機において、送
信機出力電力をなるべく一定に保つためのＡＬＣ（Ａｕ
ｔｏｍａｔｉｃ　　Ｌｅｖｅｌ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回
路の動作の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アマチュア無線用通信機のように複数の
バンドを有し周波数のカバー範囲の広い送信機ではバン
ドの切換やバンド内での周波数変化等に伴う出力電力の
変化を除去または軽減し、電力増幅器のオーバーロード
を防止するためのＡＬＣ回路を設けるのが普通である。

【０００３】無線送信機におけるＡＬＣは受信機におけ
るＡＧＣまたはＡＶＣと同様に一種のネガティブ・フィ
ードバックであって、出力信号の電力あるいは電圧を検
出して、設定値以上の出力電力を直接あるいは増幅して
前段部の増幅度を抑圧する方向に加えることにより、出
力信号レベルの変化を減少するように動作するのである
。

【０００４】この動作は旧式の真空管式回路では必ずし
も十分では無かったが、現在の半導体式回路では制御ル
ープのゲインを大きく取ることが容易なので、広い動作
範囲で出力を一定に近く保つことが可能である。

【０００５】次にＡＬＣ回路の構成例につき述べる。図
５はＡＬＣの基本構成を示す最も簡単な構成例であって
、送信回路としてはマイクロホン出力をマイク増幅器で
増幅して、低電力変調器でキャリア発振出力を振幅変調
し、前段増幅器を通して電力増幅器を励振し、電力増幅
器の出力は出力整合器（高調波除去効果の高いπマッチ
回路を用いることが多い）でアンテナ・フィーダおよび
アンテナ・エレメントとインピーダンス・マッチング（
通信機用アンテナとフィーダのインピーダンスは５０オ
ームが標準となっている）を行って、反射損失を最小に
調整して運用するのである。この図の例は低電力変調の
ＡＭ送信回路であるが、ＳＳＢ・ＦＭやＣＷの送信回路
でも前段増幅器以後の構成は殆んど同様である。

【０００６】送信電力の簡単な計測法としては図６（Ａ
）のように送信機出力端に検波ダイオードを接いで整流
電流を高感度直流電流計で指示する構成とし、電流計の
指示と高周波電圧Ｅ０　との関係から送信出力Ｐ０　＝
Ｅ０２／Ｒ０　（但しＲ０　＝５０Ω）として出力目盛
を付けるのである。前式においてＰ０　を１０Ｗとすれ
ばＥ０　は２４Ｖ、１００Ｗでは約７０Ｖとなり、小振
幅特性の良い検波ダイオードの逆耐圧を超えるので、印
加電圧は適宜分割している。

【０００７】次にＡＬＣのための検出回路としては図６
（Ｂ）のように、送信出力検出用の検波ダイオードに逆
バイアス電圧を加えて希望の出力電力に相当する出力電
圧からダイオードが導通を開始するようにし、その逆バ
イアス電圧値を加減することによりＡＬＣの動作レベル
を設定するのである。この動作レベルの設定と出力電力
の関係は第６図（Ｃ）のようになる。

【０００８】ＡＬＣ回路としては図５のように、検波ダ
イオードの整流出力電圧を、変調成分除去のための積分
（時定数）回路を通して得たＡＬＣ制御電圧を直接また
は直流増幅器を通して前段増幅器に加えてゲインを低下
することにより、ＡＬＣ設定レベル以上の出力電力を抑
圧するものである。

【０００９】上記図６の送信出力の検出方法は比較的簡
単であるが、あくまでアンテナ側の特性インピーダンス
を５０オームと想定しての計算値であって、実際にはア
ンテナ・エレメントの特性インピーダンスは周波数によ
り、また設置状態により大きく変化するし、不整合によ
る反射波と進行波との干渉で出力電力と圧力との関係は
前記のＰ０　＝Ｅ０２／Ｒ０　の式では全く表せないの
である。

【００１０】さらにインピーダンスの不整合による反射
電力の発生は伝送路での電力損失および、特に大電力半
導体出力増幅器では電力増幅素子の破損の原因ともなる
ので、整合度を表示するＳＷＲ（定在波比）が１．０に
近くなるようにアンテナ回路を調整する必要があり、Ｓ
ＷＲを簡単に測るためにはＳＷＲ計が用いられる。ＳＷ
Ｒ計の構造は適用周波数帯により異なるが、動作原理と
しては第７図のように伝送路と静電Ｃ結合する出力と誘
導Ｍ結合する出力との組合わせにより順方向電力と逆方
向（反射）電力とを求めて、その差を真の出力電力とし
、ＳＷＲ値も算出（ＳＷＲ１．０では逆方向電力は０と
なる）できるのである。

【００１１】この種の方向性結合器はＣＭカップラと呼
ばれ、これを用いた通過形電力計は図６の電圧検出形よ
り優れているので、測定器のみならず高級送信機にも内
蔵される傾向にある。

【００１２】一般にアンテナ・エレメントは使用中心周
波数において特性インピーダンス５０オームに製作され
ており、使用周波数範囲で若干の調整が出来るが、多エ
レメントの高ゲイン、アンテナとなると調整は極めて困
難である。

【００１３】送信機側としては実用上でＳＷＲ１．３以
内であれば運用に支障は無いとされているが、アマチュ
ア無線のように各種形式のアンテナを試用したり多くの
周波数帯で運用する場合にはアンテナ回路のＳＷＲが大
きくて使用に不都合が生じることがある。この際に特性
インピーダンスが５０オームから大きく離れている形式
のアンテナでは微調整によりインピーダンスを整合する
ことは無理なので中間にアンテナ・チューナと称する整
合器を用いるのであって、その構成は通常図８のように
ローパス・フィルタ形のπマッチ同調回路とする事が多
く、コイルの巻数とコンデンサの容量を調整してＳＷＲ
計が１．０になるように設定するのであるが、最低３ヵ
所の調整を行うのは面倒なので、ＳＷＲが最低となるよ
うにサーボモータにより自動調整する自動アンテナ・チ
ューナが主流となり、さらに高級の送信機やトランシー
バにも組込まれるに至っている。

【００１４】一つには真空管式出力段では内部インピー
ダンスが非常に高くて、５０オーム回路と整合するため
にはπマッチ回路の少なくも入出力のコンデンサを調整
する必要があるので、手間は掛るが、若干の範囲でライ
ンインピーダンスとの整合が可能である。

【００１５】これに対して半導体出力増幅器では内部イ
ンピーダンスが低いので、広帯域トランスにより５０オ
ームの出力回路に整合し、ローパス・フィルタを通して
アンテナ回路に送出しているので、無調整で良い反面で
整合範囲が狭いのでアンテナ・チューナの必要性が増し
ているのである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように送信機で
はアンテナ回路の整合は反射電力損失の除去と大電力機
では保安上の理由からも必要であるので、アンテナ・チ
ューナを用いてインピーダンス整合を行っているが、そ
の際にアンテナ・チューナ内では主にコイルに多少の熱
損失を伴うので、送信出力電力に０．５ｄＢ程度の低下
を生ずる。これは電力比としては約１０％であるので、
１００Ｗの送信機出力はアンテナ入力９０Ｗとなること
になる。実際上はこの程度の電力差は通信能力に影響な
いのであるが、アンテナ・インピーダンスが５０オーム
に近い場合にはアンテナ・チューナを直通するスルー回
路を設けてあるので、アンテナの代りに５０オームの終
端電力計を接いで出力電力を測定すると、明らかにアン
テナ・チューナを使用した方が電力が低下する結果とな
るので、技術者で無いアマチュアよりは特に自動アンテ
ナ・チューナについて自動設定の動作が悪いのでは無い
かという疑問と苦情がメーカに寄せられることが多く、
その都度アンテナ整合状態と不整合アンテナ使用時のア
ンテナ・チューナの効用について説明して理解を求める
煩わしさがあり、誤解を生じないで済むような対策が望
まれていたところである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】送信機のＡＬＣには主に
２つの目的があり、第１の目的は過度のキャリア励振に
より主として出力増幅段での歪の発生を防止するためで
あり、第２は送信出力電力を常に一定の設定レベルに保
持することであって、半導体回路の使用により効果的動
作が可能になっている。

【００１８】本発明ではこのＡＬＣの出力電力を一定の
設定レベルに保持する動作を利用して、アンテナ・チュ
ーナ挿入状態とスルー状態とに連動してＡＬＣの動作設
定点を変更して、アンテナ・チューナ挿入時とスルー時
のアンテナに送出する電力を一定に近く保つようにする
のである。

【００１９】そのための構成例は第１図に示すように、
１は送信回路部であって、前段増幅器１１、電力増幅器
１２、出力同調回路１３、内蔵アンテナ・チューナ１４
とより成り、アンテナ・チューナ１４は切換スイッチ１
５ａ・１５ｂによりスルー回路を通して直結することが
出来る。また前段増幅器以前の部分は電波形式により異
るし本発明と直接の関係が無いので省略してある。

【００２０】２はＡＬＣ回路部であって、ＡＬＣ検出部
２１で出力整合回路１３の出力電力を検出し、動作点設
定部２２で設定したレベル以上の出力電力ではＡＬＣ検
出電圧２１１を送出する。この電圧２１１は積分（時定
数）回路２４を通して変調成分等のリップルを除去し、
直流増幅器２５で増幅したＡＬＣ制御電圧２４１を前段
増幅器１１に加えて、送信電力を一定に保持する動作を
するのである。

【００２１】本発明では動作点設定部２２の設定点をア
ンテナ・チューナ１４の使用時の出力整合回路１３の出
力１３１をスルー時の出力よりアンテナ・チューナの挿
入損失分だけ大きく設定するのであって、そのための動
作点の変更は切換スイッチ２３をアンテナ・チューナ１
４とスルー回路の切換スイッチ１５ａ・１５ｂと連動す
ることにより、アンテナ回路に送出する電力を自動的に
常に一定に保つことを可能とするものである。

【００２２】動作点設定部２２としては全動作範囲でア
ンテナ・チューナ１４の損失分を補償するように設定さ
れることが理想であるが、現実には非常に困難あるので
、問題となり易い定格（最大）出力において完全な補償
が出来、それ以下の出力状態では多少の偏差を許すとす
れば図２（Ａ）〜（Ｄ）例示のような構成で実現できる
。

【００２３】図２（Ａ）でＲＳ　は動作範囲限定用の固
定または半固定抵抗であり、ＶＲ１　はアンテナ・チュ
ーナ使用時のＡＬＣ動作点設定用バリオームであり、Ｖ
Ｒ２　はスルー時のＡＬＣ動作点設定用バリオームであ
って、ＶＲ１　とＶＲ２　とは機械的に連動の角度をず
らしてＡＬＣ動作点を設定するのである。

【００２４】図２（Ｂ）ではＶＲ１　とＶＲ２　は通常
の２連バリオームであって、（Ｂ−１）ではＶＲ１　の
低電位側にトリマ抵抗器ＲＴ　を入れ、（Ｂ−２）では
ＶＲ２　の高電位側にＲＴ　を入れてＡＬＣ動作点をオ
フセットするのである。

【００２５】図２（Ｃ）ではバリオームＶＲ０　に直列
にトリマ抵抗器ＲＴ　を入れてスイッチで開閉すること
によりＡＬＣ動作点のオフセット量を加減するので、Ｖ
Ｒ０　は単連バリオームでよい。

【００２６】図２（Ｄ）は従来のＡＬＣ設定用バリオー
ムＶＲ０　の出力部とアース間にトリマ抵抗器と抵抗Ｒ
Ｅ　を直列に接続し、ＲＴの両端の電位差によりＡＬＣ
動作点のオフセットを行うのである。

【００２７】

【実施例】以下に最近のＨＦ帯オールモードトランシー
バに本発明を適用した実施例につき述べる。

【００２８】このトランシーバは受信は０．１〜３０Ｍ
ＨＺ　の範囲を連続カバーし、送信はアマチュアバンド
である１６０ｍ・８０ｍ・４０ｍ・３０ｍ・２０ｍ・１
７ｍ・１５ｍ・１２ｍ・１０ｍの９バンドで送信出力は
１０Ｗ・５０Ｗ・１００Ｗ・２００Ｗの種別があるが、
主として電力増幅段の構成差によっている。

【００２９】そして、このトランシーバが従来の同種機
種と異る特徴の一つは送信時に送信出力段とアンテナ回
路とのインピーダンス整合を自動的に行うアンテナ・チ
ューナを内蔵している点である。そのために〔発明が解
決しようとする課題〕の項で述べた、アンテナ・チュー
ナ使用時の出力電力がスルー時の出力電力より１割程度
少なく計測されるという問題が浮上してきたわけである
。

【００３０】また、このトランシーバの構成はオールモ
ード・トランシーバの常として非常に混み入っているの
で、特に本発明の実施に直接関係する送信励振段（前段
増幅器）より送信出力端子までとＡＬＣ回路部分に限定
して図３に示す。

【００３１】図３を簡単に説明すると、電力増幅器の出
力部は広帯域トランスにより１．５ＭＨＺ　〜３０ＭＨ
Ｚ　の周波数範囲で５０オームに整合し、バンド毎のＬ
ＰＦを通り、ＣＭカップラを通して進行波サンプリング
出力ＶＦ　と反射波サンプリング出力ＶＲ　を取り出し
て、それぞれ電圧コンパレータＶＣ１　とＶＣ２　とで
検出レベルの基準電圧と比較することにより、設定レベ
ル以上のＶＦ　とＶＲ　とではコンパレータはＡＬＣ電
圧を出力するので、直流増幅器を通してＡＬＣ制御電圧
を前段増幅器に加えてＡＬＣ動作を行っている。

【００３２】コンパレータＶＣ１　では出力電力を設定
値に保つ動作を行い、その設定は出力レベル設定用ＶＲ
によりなされ、コンパレータＶＣ２はアンテナ・チュー
ナ不使用時にアンテナ・チューナの調整動作中に許容値
以上の反射波により出力電力半導体が破損するのを防止
するために設定値以上の反射波でＡＬＣにより出力を低
下させる動作をしている。

【００３３】ＡＬＣの動作点設定部としてはコンパレー
タＶＣ１　の比較基準電圧設定のために１０ＫΩＢ形（
抵抗値直線変化）のバリオームを用いており、４．７Ｋ
Ωの抵抗を通して定電圧電源に接続している。

【００３４】本発明ではアンテナ・チューナ使用時とス
ルー時とに連動してＡＬＣの比較基準電圧をオフセット
してアンテナ・ラインへの出力電力を略一定に保つので
あるから、図２の構成例から部品数の少なくて良い（Ｃ
）の構成を選びオフッセト用抵抗として１ＫΩＢ形半固
定バリオームを、アンテナ・チューナの切換スイッチＳ
１　と連動するスイッチＳ２　によりショートする回路
で実験したところ、ＲＴ　が小さい状態では出力レベル
調整器（ＶＲ０　に相当）により励振電力（出力電力と
考えてもよい）を加減した場合に、ＣＭカップラを通過
する進行波出力電力はアンテナ・チューナ使用時にはス
ルー時より略一定値だけ大きくすることが出来、ＲＴ　
が大きい状態では励振電力の小さい状態では電力差が増
大する傾向が見られた。この電力差をデシベルで表示し
たのが図４（Ａ−３）であって、励振電力の小さい状態
ほどデシベル差は大きくなり、０．５ｄＢ程度のアンテ
ナ・チューナの挿入損失分を補償する目的にはあまり適
当で無いことが判った。

【００３５】そこで図４（Ｂ−１）のようにＶＲ０　と
ＲＴ　の位置を入れ換え、Ｓ２　開閉動作を逆接続とし
た結果は（Ｂ−２）のように、励振電力と比較的に出力
電力差は大きくなり、出力差をデシベル表示すると（Ｂ
−３）のように励振電力の極めて小さい範囲を除き略一
定値が得られたので、本実施例ではＡＬＣ動作点設定（
出力レベル調整）部は図４（Ｂ−１）の構成としたので
ある。 ただし、図４において（Ａ−２）（Ａ−３）（Ｂ−２）
（Ｂ−３）は理解を容易にするため概念化して図示して
ある。

【００３６】

【発明の効果】本発明は今後ますます増加するであろう
、アンテナ・チューナを内蔵する無線送信機に適用して
、アンテナ・チューナの挿入損失分を自動的に補償でき
る効果がある。

【００３７】本発明ではそのための手段として、アンテ
ナ・チューナの使用と直通とに連動してＡＬＣの動作開
始点の設定を切換えるのであるが、そのためのスイッチ
回路は低電圧直流回路であるから配置上での制約は無く
、アンテナ・チューナの入出力切換には高周波リレーを
用いることが多いが、そのリレー制御のスイッチにＡＬ
Ｃの動作点設定切換の一回路を増設するだけで、両スイ
ッチ回路の連動が出来、ＡＬＣの動作点設定部は図２例
示の各種構成とその変形が用いられるが、図３の実施例
のように、従来回路に半固定バリオームを１個追加する
だけの変更で適用できるので、既製の機器の改装も容易
である等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する無線送信機の回路構成図である
。

【図２】ＡＬＣ動作点設定部の回路例である。

【図３】本発明の実施例回路図である。

【図４】ＡＬＣ動作点設定部回路と動作特性図である。

【図５】無線通信機におけるＡＬＣの基本的構成図であ
る。

【図６】（Ａ）送信出力計測回路例である。 （Ｂ）ＡＬＣ検出回路例である。 （Ｃ）動作特性図である。

【図７】通過形電力計兼ＳＷＲ計の構成例である。

【図８】π形インピーダンス整合回路図である。

【符号の説明】

１　　　　無線送信機の後段部 ２　　　　ＡＬＣの回路部 １１　　　　前段増幅部 １２　　　　電力増幅部 １３　　　　出力整合回路 １４　　　　アンテナチューナ １５ａ　　切換スイッチ １５ｂ　　切換スイッチ ２１　　　　ＡＬＣ検出部 ２２　　　　動作点設定部 ２３　　　　切換スイッチ ２４　　　　直流増幅器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　送信出力段とアンテナの中間にアンテ
   ナ・チューナを挿入する無線送信機において、アンテナ
   ・チューナ挿入状態とスルー状態とに連動してＡＬＣの
   動作設定点を変更して、アンテナ・チューナ挿入時とス
   ルー時のアンテナに送出する電力を一定に近く保つよう
   にしたことを特長とするＡＬＣ回路。