JPH043608A - 電力制御回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディジタルセルラ（移動通信）システムにお
けるセルラ移動通信用自動車電話のような無線送信機等
に設けられる電力制御回路に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の電力制御回路としては、例えば第２図の
ようなものがあった。以下その構成を、図を用いて説明
する。

第２図は、セルラシステムにおけるセルラ移動通信用自
動車電話の無線送信機内に設けられた、従来の電力制御
回路の一構成例を示すブロック図である。

セルラシステムは、例えば上位に位置するローカル局経
由で一般電話網につながるセルラ交換局と、該セルラ交
換局の指示のもとに自動車電話機である移動局との間で
移動無線回線を設定する基他局と、該基地局経由のセル
ラ交換局の指令で働くコンピュータを内蔵した自動車電
話機からなる移動局とで、構成されている。第２図の電
力制御回路は、自動車電話機内の送信機側に設けられて
いる。

この電力制御回路は、基地局との距離に応じて電力増幅
器１０の出力電力レベルを、例えば６〜８段程度、切換
制御する回路である。

電力増幅器１０は、入力電力を増幅するドライバ段１１
と、出力の大きなＡＢ級増幅器からなる制御段１２と、
電力効率の大きなＣ級増幅器からなる出力段１３とで、
構成されている。制御段１２の電源端子１２ａには、フ
ィードバック電圧■Ｆが印加されると共に、出力段１３
の電源端子１３ａには、一定の電源電圧■ＣＣが印加さ
れている。

この電力増幅器１０の出力端子には、出力伝送線路２０
ａ及び結合伝送線路２０ｂからなる高周波電力取出手段
２０、及びアイソレータ２］を介してアンテナ２２が接
続されている。アイソレータ２１には、図示されていな
いが受信機側回路が接続されている。

結合伝送線路２０ｂには、検波ダイオード２３を介して
モニタ電圧出力点２４が接続されている。

モニタ電圧出力点２４は、抵抗分割器２５、直流増幅段
（以下、ＤＣ増幅段という）２６、比較器２７、及び電
流ドライバ段２８を介して制御段１２の電源端子１２ａ
に接続されている。

次に、動作を説明する。

電力増幅器１０に送信電力が入力されると、その入力電
力は、ドライバ段１１で増幅されて制御段１２へ出力さ
れる。制御段１２は、電源端子１２ａに印加されるフィ
ードバック電圧ＶＦによりゲイン（利得）が制御され、
そのゲインに基づきドライバ段１１の出力電力を増幅す
る。この増幅された電力は、出力段１３で増幅され、高
周波電力取出手段２０内の出力伝送線路２０ａ、及びア
イソレータ２１を経てアンテナ２２１＼供給され、空中
に放射される。

空中に放射された電波は、図示しない基地局に受信され
る。その基地局からの電波は、アンテナ２２で受信され
、図示しない受信機側に入力される。

電力増幅器１０の出力電力の一部は、結合伝送線路２０
ｂにより取出され、検波ダイオード２３で検波されてモ
ニタ電圧出力点２４に、出力モニタ電圧ＶＭが得られる
。この出力モニタ電圧ＶＭは、抵抗分割器２５により、
基地局側で受信した受信レベルに基づき求められた基地
局までの距離に応じた制御電力レベルに対応した電圧に
分圧される。

抵抗分割器２５で分圧された電圧は、ＤＣ増幅段２６で
増幅された後、比較器２７により、基準電圧ＶＲで比較
される。比較器２７の出力電圧は、電流ドライバ段２８
で電流増幅され、フィードバック電圧ＶＦの形で、制御
段１２の電源端子１２ａに供給される。

セルラ移動通信用自動車電話機では、基地局との距離に
応じて電力増幅器１０の出力電力レベルを、例えば６〜
８段程度に制御している。そのなめ、抵抗分割器２５に
より、６〜８段程度に分圧比を変化させて、それに応じ
たフィードバック電圧ＶＦを制御段１２の電源端子１２
ａに印加する。

すると、制御段１２では、前記６〜８段程度に切換えら
れたレベルに応じた電力を出力する。この出力電力は、
出力段１３で増幅された後、出力伝送線Ｂ２０ａ、アイ
ソレータ２１及びアンテナ２３を介して空中に放射され
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の電力制御回路では、電力制御
の直線性という点で、次のような問題があった。

第３図は、電力増幅器１０の電源端子１．２ａに印加さ
れるフィードバック電圧ＶＦを変化させたときの従来の
出力電力特性図である。この図では、電力増幅器１０の
電源端子１３ａに印加される電源電圧■ＣＣは一定であ
る。横軸にフィードバック電圧ＶＦを直線スケール（リ
ニア目盛）で、縦軸にｌｏｇスケールで出力電力ＰＯを
とっである。

図中の実線Ｐ１は現実の制御特性曲線、破線Ｐ２は理想
のリニア曲線である。

第３図に示すように、出力電力特性は、ノンリニア領域
Ａ、リニア領域Ｂ及び飽和領域Ｃの３つの領域に分ける
ことができる。ノンリニア領域Ａは、電力増幅器１０を
構成する増幅素子のアイソレーション特性の限界に起因
する領域である。つまり、増幅素子の特性上、例えば入
力電力を最小及び入力電圧を○■にしても、アイソレー
ション特性上、出力側には電流が流れ、出力電力が０と
ならない。リニア領域Ｂは、フィードバック電圧ＶＦに
対して出力電力ＰＯがリニアに変化する、つまり比例し
て変化する領域である。飽和領域Ｃは、増幅素子の能力
限界に起因する領域である。

例えば、ディジタルセルラシステムにおけるセルラ移動
通信用自動車電話機では、フィードバック電圧ＶＦに対
してリニアに電力増幅器１０の出力電力ＰＯが変化する
こと、さらに５０ｄＢにも及ぶ広範な電力制御ができる
ことが重要である。

ところが、従来の電力制御回路では、第３図から明らか
なように、出力電力ＰＯが小さい時のノンリニア領域Ａ
における非直線性の問題と、増幅素子のアイソレーショ
ン特性の限界から最小制御可能電力が大きい（即ち、電
力制御範囲が狭い）という問題があった。

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、制御出
力電力が小さい時のフィードバック電圧−出力電力特性
が非直線性になる点と、出力電力制御範囲が狭いという
点について解決した電力制御回路を提供するものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、フィードバック信
号で制御されるゲインに基づき入力電力を増幅する制御
段、及び該制御段の出力電力を増幅して出力する出力段
を有する電力増幅器と、前記制御段に対するフィードバ
ック制御を行うフィードバック制御回路とを、備えた電
力制御回路において、次のような手段を設けたものであ
る。

ここで、フィードバック制御回路は、前記出力段の出力
電力をモニタ電圧の形で検出し、制御電力レベルに応じ
た制御信号に基づき、該モニタ電圧を所定レベルに変え
て基準電圧と比較し、その比較結果に応じたフィードバ
ック信号を生成して前記制御段へ供給する回路である。

本発明は、このような従来の電力制御回路において、前
記制御信号に基づき前記出力段のゲインを変えるゲイン
可変手段を設けたものである。

前記ゲイン可変手段は、例えば前記制御信号に基づきス
イッチング動作を行って可変電源電圧を前記出力段に供
給する構成になっている。

（作用） 本発明によれば、以上のように電力制御回路を構成した
ので、入力電力は制御段で増幅された後、出力段で増幅
されて出力される。フィードバック制御回路では、出力
段の出力電力をモニタ電圧の形で検出し、制御電力レベ
ルに応じた制御信号に基づき、該モニタ電圧を所定レベ
ルに変換した後、基準電圧と比較してその比較結果に応
じたフィードバック信号を生成し、制御段へ供給する。

ゲイン可変手段では、制御電力レベルに応じた前記制御
信号に基づき、出力段のゲインを変える。すると、出力
段は、そのゲインに基づき、制御段の出力を増幅する。

これにより、広い範囲で直線性良く、出力電力の制御が
行えると共に、出力電力制御範囲の拡大化が図れる。

また、ゲイン可変手段を、制御信号に基づきスイッチン
グ動作を行って可変電源電圧を出力段に供給する構成に
すれば、該出力段における低消費電力化と電力効率の向
上が図れる。

従って、前記課題を解決できるのである。

（実施例〉 第１図は、本発明の実施例を示すもので、ディジタルセ
ルラシステムにおけるセルラ移動通信用自動車電話機の
無線送信機内に設けられる、電力制御回路の構成ブロッ
ク図である。

この電力制御回路は、出力電力がフィードバック制御さ
れる電力増幅器３０を備えている。電力増幅器３０は、
入力電力を増幅するドライバ段３１と、該ドライバ段３
１の出力を増幅するＡＢ級増幅器等からなる制御段３２
と、該制御段３２の出力を増幅するＣ級増幅器からなる
出力段３３とで、構成されている。制御段３２の電源端
子３２ａには、フィードバック電圧ＶＦが印加され、さ
らに出力段３３の電源端子３３ａには、可変電源電圧Ｖ
Ａが印加される。

電力増幅器３０の出力端子には、高周波電力取出手段４
０が接続されている。この高周波電力取出手段４０は、
例えばストリップラインからなる出力伝送線路４０ａ及
び結合伝送線路４０ｂより、構成されている。出力伝送
線Ｂ４０ａは、非可逆的な二開ロ受動素子であるアイソ
レータ４１を介してアンテナに接続されている。アイソ
レータ４１には、図示されていないが受信機側回路が接
続されている。

結合伝送線路４０ｂは、電力増幅器３０の出力電力の一
部を取出すもので、その出力側には、検波ダイオード４
３ａ等で構成された検波図Ｈ＠４３が接続されている。

この検波回路４３は、モニタを行うための信号源である
結合伝送線路４０ｂからの、例えば数百ＭＨｚの高周波
の入力電力レベルをモニタ（検出）し、モニタ電圧出力
点４４より出力モニタ電圧ＶＭを出力する回路である。

モニタ電圧出力点４４には、制御信号８４９によって分
圧比が切換えられる電圧分圧器４５が接続されている。

この電圧分圧器４５の出力端子には、直流増幅器からな
るＤＣ増幅段４６を介して、比較器４７の（−〉個入力
端子が接続されている。

比較器４７は、ＤＣ増幅段４６の出力電圧と、（＋）個
入力端子に印加された基準電圧ＶＲとを、比較する回路
であり、反転増幅器等で構成されている。比較器４７の
出力端子には、フィードバック電圧ＶＦを出力する電流
駆動増幅器からなる電流ドライバ段４８を介して、制御
段３２の電源端子３２ａが接続されている。このような
系で、電力制御用のフィードバック制御回路が構成され
ている。

また、この電力制御回路には、電力制御信号発生器４９
が設けられ、その出力側が、電圧分圧器４５に接続され
ると共に、可変電圧源５０を介して出力段３３の電源端
子３３ａに接続されている。

電力制御信号発生器４９は、図示しない基地局での受信
電波レベルに基づき、その基地局までの距離を検出し、
その距離に応じてアンテナ４２からの出力電力レベルを
変化させるために、制御信号Ｓ４９によって電圧分圧器
４５及び可変電圧源５０を制御するものであり、ＣＰＵ
　（中央処理装置）等で構成されている。可変電圧源５
０は、制御信号Ｓ４９に基づき、それに応じた可変電源
電圧ＶＡを出力段３３の電源端子３３ａへ供給する回路
であり、該出力段３３のゲインを変えるゲイン可変手段
としての機能を有している。

次に、動作を説明する。

送信電力が電力増幅器３０に入力されると、その入力電
力は、ドライバ段３１で増幅され、さらにフィードバッ
ク電圧ＶＦで制御されるゲインに基づき制御段３２で増
幅され、その後、可変電源電圧ＶＡで制御されるゲイン
に基づき出力段３３で増幅される。出力段３３の出力電
力は、高周波電力取出手段４０内の出力伝送線路４０ａ
、及びアイソレータ４１を経てアンテナ４２へ供給され
、空中に放射される。空中に放射された電波は、図示し
ない基地局に受信される。その基地局からの電波は、ア
ンテナ４２で受信され、図示しない受信機側に入力され
る。

電力制御信号発生器４９では、基地局側で受信した受信
レベルに基づき、基地局までの距離を求め、その距離に
応じた制御信号８４９を電圧分圧器４５及び可変電圧源
５０に与える。

電力増幅器３０内における出力段３３の出力電力の一部
は、結合伝送線路４０ｂにより取出され、検波図８４３
で検波された後、出力モニタ電圧■Ｍがモニタ電圧出力
点４４から出力される。この出力モニタ電圧ＶＭは、制
御信号Ｓ４９により切換え制御される電圧分圧器４５に
より、電力制御レベルに応じた電圧に分圧される。

電圧分圧器４５で分圧された電圧は、ＤＣ増幅段４６で
増幅された後、比較器４７により、基準電圧ＶＲと比較
される。比較器４７の出力電圧は、電流ドライバ段４８
によって電流増幅され、フィードバック電圧ＶＦの形で
、電力増幅器３０内の制御段３２の電源端子３２ａに印
加される。すると、制御段３２では、フィードバック電
圧ＶＦに応じたゲインで、ドライバ段３１の出力電力を
増幅し、出力段３３に与える。

可変電圧源５０では、電力制御信号発生器４９からの制
御信号Ｓ４９に基づき、制御電力レベルに応じた可変電
源電圧ＶＡを出力し、出力段３３の電源端子３３ａに印
加する。そのなめ、出力段３３では、電源端子３３ａに
印加された可変電源電圧ＶＡによりゲインが変化し、そ
の変化したゲインに基づき、制御段３２の出力電力を増
幅する。

この出力段３３の出力電力は、出力伝送線Ｈ！ｒ４０ａ
、アイソレータ４１及びアンテナ４２を介して空中に放
射される。

本実施例の特徴は、可変電源電圧ＶＡに基づき、出力段
３３のゲインを、制御電力レベルに応じて変化させるよ
うにしたことである。従って、これについて第４図を参
照しつつ、さらに詳細に説明する。

第４図は、本実施例において可変電源電圧ＶＡを変化さ
せたときの可変電源電圧−出力電力特性図である。横軸
に可変電源電圧ＶＡをリニア目盛（直線スケール）で、
縦軸にｌｏｇスケールで出力電力Ｐ○をとっである。な
お、この第４図では、第１図のループ動作時でなく、電
力増幅器３０単体での出力電力特性が示されている。

第４図に示すように、最終段３３のゲインは、可変電源
電圧ＶＡをＶＡＩ→ＶＡ２　（ＶＡＩ＞ＶＡ２）と変化
させることにより、制御特性曲線Ｐが図のように変化す
る。可変電源電圧ＶＡ＝ＶＡ１のときは、リニア領域Ｂ
が出力電力ＰＯＩ→Ｐｍａｘの範囲しかなかったのに対
し、可変電源電圧ＶＡ＝ＶＡ２とすると、より小さい出
力電力ＰＯ２までリニア領域Ｂが広がる。従って、出力
電力ＰＯに応じて可変電源電圧ＶＡを切換えれば、非常
に広い範囲において、可変電源電圧ＶＡ・出力電力２０
間で直線関係を維持できる。

さらに、ノンリニア領域Ａにおける最小制御可能電力も
、Ｐｍｉ　ｎｌ−＋Ｐｍｉ　ｎ２と小さくなり、より広
い電力制御が可能となる。しかも、電力増幅器３０の出
力段３３で電力制御を行っているので、消費電力が減少
し、電力効率が向上する。

第５図は、本発明の他の実施例を示す電力制御回路の要
部の構成ブロック図である。

この実施例では、第１図の可変電圧源５０に代えて、可
変電源回路６０を設けている。可変電源回路６０は、制
御信号Ｓ４９に基づき小電力で可変電圧を出力する可変
電圧源５０ａと、該可変電圧源５０ａの出力をパルス幅
変調するパルス幅変調器（以下、ＰＷＭという）６１と
、該ＰＷＭ６１の出力を直流の可変電源電圧ＶＡｘに変
換するパルス成分除去用のローパスフィルタ（以下、Ｌ
ＰＦという）６２とで、構成されている。

この回路では、電力制御信号発生器４９から、制御電力
レベルに応じた制御信号Ｓ４９が可変電圧源５０ａに供
給されると、可変電圧源５０ａは、制御信号Ｓ４９に応
じた可変電圧をＰＷＭ６１へ出力する。ＰＷＭ６１では
、可変電圧源５０ａの出力電圧をスイッチング動作によ
りパルス幅変調し、その変調結果をＬＰＦ６２に与える
。ＬＰＦ６２では、ＰＷＭ６１の出力を直流の可変電源
電圧ＶＡｘに変換し、それを電源端子３３ａを介して出
力段３３に与える。これにより、出力段３３は、可変電
源電圧ＶＡｘに応じたゲインで、制御段３２の出力電力
を増幅して出力伝送線路４０ａへ出力する。

この実施例において、電力増幅器３０の最終段３３は、
通常、２Ａ程度の電流を扱うので、ｐｗＭ６１を使用し
たスイッチング動作により、電源端子３３ａに印加する
可変電源電圧ＶＡｘを、電力効率良く可変できることに
なる。従って、第１図に比べてより消費電力の低減化と
、電力効率の向上を図ることができる。その他は、第１
図の実施例と同様の利点を有している。

なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。その変形例としては、例えば次のよう
なものがある。

（ａ＞　　上記実施例では、電力制御器３０をドライバ
段３１、制御段３２及び出力段３３で構成したが、使用
する電力によってはドライバ段３１を省略したり、ある
いは制御段３２をＡＢ級増幅器以外のＢ級等の増幅器で
構成したり、さらに出力段３３を０級以外の増幅器で構
成することも可能である。

（ｂ）　　上記実施例において、可変電圧源５０、ある
いは可変電源回路６０で構成されるゲイン可変手段は、
出力段３３に印加する電源電圧を変えることにより、そ
の出力段３３のゲインを変える構成にしたが、該出力段
３３のバイアス電圧等を変えることにより、ゲインを変
える構成にしても良い。

（ｃ）　　電力増幅器３０をフィードバック制御するフ
ィードバック制御回路は、図示以外の回路構成にしても
良い。例えば、第１図の高周波電力取出手段４０は、結
合コンデンサ等の他の回路構成により、電力増幅器３０
からの出力電力の一部を取出すようにしても良い。

（ｄ）　　第１図のアイソレータ４１は、送信機と受信
機とを共用しない場合、それを省略しても良い （ｅ）　　上記実施例では、ディジタルセルラ移動通信
用自動車電話の無線送信機内に設けられた電力制御回路
について説明したが、無線送信機以外の装置にも、本発
明の電力制御回路の適用が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、第１の発明によれば、ゲイ
ン可変手段を設けて電力増幅器の出力段のゲインを可変
する構成にしたので、制御出力電力が小さいときの制御
電力−出力電力特性の直線性を改善でき、広い範囲で直
線性良く、出力電力を制御できる。しかも、制御電圧−
出力電力特性の直線性が改善されるので、広範な出力電
力制御範囲を得ることができる。さらに、出力段のゲイ
ンを変えることにより、電力増幅器の出力電力を制御し
ているので、その電力増幅器における消費電力を減少さ
せ、電力効率を向上させることができる。

ゲイン可変手段を、例えばスイッチング動作を利用して
電源電圧を可変する構成にした場合、消費電力をより減
少させることができ、出力段の電力効率をさらに向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す電力制御回路の構成ブロ
ック図、第２図は従来の電力制御回路の構成ブロック図
、第３図は従来のフィードバック電圧−出力電力特性図
、第４図は第１図における可変電源電圧−出力電力特性
図、第５図は本発明の他の実施例を示す要部の構成ブロ
ック図である。 ３０・・・・・・電力増幅器、３１・・・・・・ドライ
バ段、３２・・・・・・制御段、３３・・・・・・出力
段、４ｏ・・同高周波電力取出手段、４３・・・・・・
検波回路、４５・・・・・・電圧分圧器、４６・・・・
・・ＤＣ増幅段、４７・・・・・・比較器、４８・・・
・・・電流ドライバ段、４９・・・・・・電力制御信号
発生器、５０．５０ａ・・・・・・可変電圧源、６０・
曲可変電源回路、６１・・・・・・ＰＷＭ、Ｓ４９・・
・・・・制御信号、ＶＡ、ＶＡｘ・・・・・・可変電源
電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィードバック信号で制御されるゲインに基づき入
   力電力を増幅する制御段、及び該制御段の出力電力を増
   幅して出力する出力段を有する電力増幅器と、 前記出力段の出力電力をモニタ電圧の形で検出し、制御
   電力レベルに応じた制御信号に基づき該モニタ電圧を所
   定レベルに変えて基準電圧と比較し、その比較結果に応
   じた前記フィードバック信号を生成して前記制御段へ供
   給するフィードバック制御回路とを、 備えた電力制御回路において、 前記制御信号に基づき前記出力段のゲインを変えるゲイ
   ン可変手段を、 設けたことを特徴とする電力制御回路。 ２、請求項１記載の電力制御回路において、前記ゲイン
   可変手段は、前記制御信号に基づきスイッチング動作を
   行って可変電源電圧を前記出力段に供給する構成にした
   電力制御回路。