JPH043625A

JPH043625A - 電力制御回路

Info

Publication number: JPH043625A
Application number: JP10477590A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nakanishi; 英一中西; Tetsuo Onodera; 小野寺　哲雄
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1992-01-08
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2690595B2

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、このような分野の技術としては、信号技報、旦ダ
［２５１］　　（１９８９）千葉・野島・富里著「双方
向フィード形ドレイン電圧制御増幅器（ＢＤＦ−ＤＶＣ
Ａ）Ｊ　Ｐ、７−１２等に記載されるものがあった。

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地局と、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、ドライバ用増幅器１１、制御用増幅
器１２、及び出力用増幅器１３より構成されている。制
御用増幅器１２の電源端子１２ａには、フィードバック
電圧ＶＦが印加されると共に、出力用増幅器１３の電源
端子１３ａには、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２１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を介して制御用増幅器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、ドライバ用増幅器１１で増幅されて制御用増幅器
１２へ出力される。制御用増幅器１２は、電源端子１２
ａ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用増幅
器１１の出力電力を増幅する。この増幅された電力は、
出力用増幅器１３で増幅され、高周波電力取出手段２０
内の出力伝送線Ｂ　２０　ａ、及びアイソレータ２１を
経てアンテナ２２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Ｂ２０
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
用増幅器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。そのため、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を制御用増幅器１２の電源端
子１２ａに印加する。すると、制御用増幅器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、出力用増幅器１３で増幅さ
れた後、出力伝送線路２０ａ、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。

一般に、従来の自動車電話送信機用電力増幅器１０は、
電力効率の観点から出力用増幅器１３にＣ級増幅器が用
いられている。即ち、この種の電力増幅器１０では、ド
ライバ用増幅器１１と、ＡＢ級の制御用増幅器１２と、
０級の出力用増幅器１３とで構成され、その出力用増幅
器１３の電源端子１３ａには、一定の電源電圧ＶＣＣが
印加される。

このようなＣ級電力増幅器１０をアナログセルラシステ
ムに用いて、リニア・アンプとして応用した時の構成方
法の一例が第３図に示されている。

前記文献に記載されているように、第２図のＣ級電力増
幅器１０をリニア・アンプとして応用しようとする場合
、電力効率の観点から、増幅素子を飽和領域で使用する
ことが重要である。この場合、電力増幅のためのフィー
ドバック電圧ＶＦはＣ級増幅器１３の電源端子１３ａに
印加し、ＡＢ級増幅器１２の電源端子１２ａには一定の
電源電圧■ＣＣを印加する方式が用いられる。このよう
な方式を採用すれば、電力増幅器１０を動作させた場合
、出力電力を小さくする時には、Ｃ級増幅器１３のフィ
ードバック電圧ＶＦが低くなるので、電源効率が向上す
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、次のよう
な課題があった。

（ａ）　　第３図に示すように、Ｃ級電力増幅器１０を
用いて電力制御を行う場合、出力電力を小さくするため
に、Ｃ級増幅器１３のフィードバック電圧ＶＦが非常に
小さくなると、そのＣ級増幅器１３を構成しているトラ
ンジスタにおけるコレクタ・ベース間接合が逆バイアス
状態になり、帰還容量が増大して発振等の不安定動作に
至るという問題があった。

第４図はＣ級増幅器１３の構成例を示す回路図、及び第
５図はその動作波形図である。

第４図に示すように、Ｃ級増幅器１３は、ＮＰＮ形トラ
ンジスタＱを有し、そのトランジスタＱのコレクタ側か
電源電圧■ＣＣに、エミッタ側がグランドにそれぞれ接
続されている。またトランジスタＱのベースには、入力
用キャパシタＣが接続されると共に、リアクタンスＬを
介してグランドに接続されている。

このようなＣ級増幅器において、トランジスタＱのベー
スのバイアス電圧は０■であるので、そのトランジスタ
Ｑのベースへの交流電圧振幅が、該トランジスタＱのベ
ース・エミッタ間電圧（オン電圧）Ｖｂｅを越えた時に
コレクタ電流Ｉｃｅが流れ、Ｃ級増幅動作が行われる。

ここで、Ｃ級増幅器１３に電力制御のためのフィードバ
ック電圧ＶＦがかかつて第４図の■ＣＣが１■未満程度
になると、トランジスタＱがオンとなる瞬時に、ベース
電圧ｖｂがコレクタ電圧■Ｃよりも高くなる状態に至る
。トランジスタＱのコレクタ・ベース間は通常、逆バイ
アス状態で用いられているが、これが順バイアスとなっ
てしまつ。

一般に、トランジスタＱのＰＮ接合空乏層容量Ｃｊとバ
イアス電圧Ｖｂｉの関係（階段接合におけるＰＮ接合空
乏層容量のバイアス依存性）は、第６図のようになり、
順バイアスの時に、空乏層容量Ｃｊが激増する。従って
、トランジスタＱの順バイアス、即ちベース電圧ｖｂ＞
コレクタ電圧Ｖｃとなった時に、コレクタ・ベース間の
接合容量＝帰還容量が増大する。この時、Ｃ級増幅器は
著しく不安定動作に陥り、発振に至る。

（ｂ）　　前記（ａ）で説明したように、第３図のＣ級
電力増幅器１０の出力電力を小さくするため、それに印
加するフィードバック電圧ＶＦが小さくなると、Ｃ級増
幅器１３が発振等の不安定動作となり、出力電力の低レ
ベル側の電力制御に制限を受ける。そのため、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
電力レベルが低い時にトランジスタが発振等の不安定動
作となる点、及び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、複数段の増幅器が
縦続接続された電力増幅器と、前記電力増幅器に対する
フィードバック制御を行うフィードバック回路とを、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、フィードバック回路は、前記電力増幅器の出力
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
ク電圧を前記電力増幅器へ帰還する回路である。

本発明は、このような従来の電力制御回路において、前
記電力増幅器内の出力段増幅器のゲインを前記フィード
バック電圧により可変する回路構成にし、かつ、前記電
力増幅器内における前記出力段増幅器の前段側増幅器の
ゲインを前記制御信号により変えるゲイン可変手段を、
設けたものである。

（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、入力電力は電力増幅器内の前段側の増幅器で増幅
された後、出力段増幅器で増幅されて出力される。フィ
ードバック回路て′は、出力段増幅器の出力電力をモニ
タ電力の形で出力し、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
電圧を生成し、電力増幅器内の前段側増幅器へ供給する
。

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、前段側増幅器のゲインを変える。すると
、前段側増幅器は、そのゲインに基づき、入力電力を増
幅し、出力段増幅器に与える。出力段増幅器では、フィ
ードバック回路からのフィードバック電圧によりゲイン
が変化し、その変化したゲインに基づき、前段側増幅器
の出力電力を増幅して出力する。

制御信号に基づき電力増幅器の出力電力が小さくなる時
、その制御信号に応じてゲイン可変手段により、電力増
幅器内の前段側増幅器のゲインが小さくなる。そのため
、出力段増幅器への電力レベルが小さく抑えられ、該出
力段増幅器での発振等といった不安定動作が除去され、
該出力段増幅器が安定して動作する。さらに、電力増幅
器内の前段側増幅器のゲインを小さくしてそれらの出力
電力を抑えるので、電力増幅器全体での出力電力制御範
囲が広くなる。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前段側の２段の増幅器３１．３２と
、出力段増幅器３３とで構成されている。前段側増幅器
３１．３２の内、増幅器３１は、入力電力を増幅するド
ライバ用の回路であり、その電源端子３１ａには可変電
源電圧ＶＡＩが印加される。増幅器３２は、増幅器３１
の出力電力を増幅する回路であり、出力の大きな例えば
ＡＢ級増幅器等で構成され、その電源端子３２ａには、
可変電源電圧ＶＡ２が印加される。

出力段増幅器３３は、増幅器３２の出力電力を増幅する
回路であり、電力効率の大きなＣ級増幅器等で構成され
、その電源端子３３ａには、フィードバック電圧ＶＦが
印加される。

これらの各増幅器３１，３２．３３は、それぞれ１段あ
るいは複数段の増幅段でそれぞれ構成されている。

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
線路４０ａ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４２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回路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（−）側入力
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、出力
段増幅器３３の電源端子３３ａ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４つ
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５０．５１を介して前段側増幅器
３１．３２の各電源端子３１ａ、３２ａにそれぞれ接続
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が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５０．５１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５０゜５１は、制御信号Ｓ４０に基づき、それに応じ
た可変電源電圧ＶＡＩ、ＶＡ２を前段側増幅器３１゜３
２の各電源端子３１ａ、３２ａへ供給する回路であり、
該増幅器３１．３２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、各可変電源電圧ＶＡＩ、ＶＡ２で制御されるゲイ
ンに基づき、前段側増幅器３１゜３２でそれぞれ増幅さ
れる。その後、フィードバック電圧ＶＦで制御されるゲ
インに基づき、出力段増幅器３３で増幅される。出力段
増幅器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Ｓ４９を電圧分圧器４５及び可変電圧源
５０．５１に与える。

電力増幅器３０内における出力段増幅器３３の出力電力
の一部は、結合伝送線路４０ｂにより取出され、検波回
路４３で検波された後、出力モニタ電圧ＶＭがモニタ電
圧出力点４４がら出力される。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３ｏ内の出力段増幅器３３の電源端子３３
ａに印加される。

すると、出力段増幅器３３では、フィードバック電圧Ｖ
Ｆに応じたゲインで、前段側増幅器３２の出力電力を増
幅して出力する。

可変電圧源５０．５１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ＶＡＩ、ＶＡ２を出力し、前段側増幅器３
１．３２の各電源端子３１ａ、３２ａにそれぞれ印加す
る。そのなめ、前段側増幅器３１．３２では、電源端子
３１ａ、３２ａに印加された可変電源電圧ＶＡ１．ＶＡ
２によりゲインがそれぞれ変化し、その変化したゲイン
に基づき、入力電力を増幅する。この出力電力は、出力
段増幅器３３で増幅された後、出力伝送線路４０ａ、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、フィードバック電圧ＶＦにより出力
段増幅器３３の出力電力レベルを制御する構成の他に、
前段側増幅器３１．３２の出力電力レベルをゲイン可変
手段によって変化させる構成にしたことである。従って
、これについてさらに説明する。

電力制御信号発生器４９がらは、制御電力レベルに応じ
た制御信号８４９が電圧分圧器４５に供給されると共に
、可変電圧源５０．５１に供給されている。そのため、
電圧分圧器４５の分圧比が切換えられると共に、可変電
圧源５０．５１から出力される可変電源電圧ＶＡＩ、Ｖ
Ａ２が変化し、その可変電源電圧ＶＡＩ、ＶＡ２により
、前段側増幅器３１．３２の出力電力レベルが変化する
。

ここで、電力増幅器３０の出力電力を小さく制御してフ
ィードバック電圧ＶＦが、例えば１■程度と非常に小さ
くなる場合、それに応じて可変電源電圧ＶＡＩ、ＶＡ２
も小さくなる。そのため、出力段増幅器３３への入力電
力レベルが小さく抑えられ、該出力段増幅器３３を構成
するトランジスタのベース・コレクタ接合が常に逆バイ
アスとなるように作用する。これにより、出力段増幅器
３３は、発振等の不安定動作が防止され、該出力段増幅
器３３から安定した電力レベルの出力が可能となる。こ
の際、前段側増幅器３１．３２の出力電力レベルも低レ
ベルとなり、その増幅器３１゜３２での消費電流も低減
するので、電力効率が向上する。さらに、前段側増幅器
３１．３２での出力電力を抑えるので、電力増幅器全体
での出力電力制御範囲も広くなる。

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、電力増幅器３０を２個の前
段側増幅器３１．３２と１個の出力段増幅器３３とで構
成したが、制御電力レベルに応じて、前段側の増幅器を
追加したり、あるいはその増幅器３１を省略しても良い
。さらに、増幅器３２をＡＢ級増幅器以外のＢ級等の増
幅器で構成したり、出力段増幅器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゜５１
で構成されるゲイン可変手段は、前段側増幅器３１．３
２に印加する電源電圧を変えることにより、その増幅器
３１．３２のゲインを変える構成にしたが、該増幅器３
１．３２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。さらに、可変電圧源５０．
５１を共通の回路構成にしても良い。

（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ＵｉｉＪ路は、図示以外の回ｎ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３
０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る電力制御回路
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、本発明によれば、フィード
バック回路のフィードバック電圧により、電力増幅器内
の出力段増幅器をフィードバック制御すると共に、ゲイ
ン可変手段を設け、電力増幅器内の前段側増幅器のゲイ
ンを可変する構成にしなので、出力段増幅器の出力電力
が小さくなっな場合、その前段側増幅器の出力電力レベ
ルも小さくなる。そのなめ、出力段増幅器を構成するト
ランジスタの、ベース電圧が常にコレクタ電圧よりも小
さくなり、そのトランジスタの帰還容量の増大が抑制さ
れ、出力段増幅器の安定した電力制御動作が可能となる
。しかも、電力増幅器の出力電力を小さく制御する時、
前段側増幅器の出力電力も低減してその増幅器の消費電
流の低減化が図れるので、電力効率が向上する。その上
、前段側増幅器での出力電力を抑えるので、電力増幅器
全体の出力電力制御範囲を広くすることが可能となる。

従って、本発明の電力制御回路を種々の装置や回路に用
いれば、良好な電力制御が行える。

【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図は従来のリニア・アンプの構成図、第４図は第
３図におけるＣ級増幅器の回路図、第５図は第４図の動
作波形図、第６図はＮＰＮ形トランジスタにおけるＰＮ
接合空乏層容量Ｃｊのバイアス依存性（階段接合）を示
す図である。３０・・・・・・電力増幅器、３１．３２・・・・・・
前段側増幅器、３３・・・・・・出力段増幅器、４０・
・・・・・高周波電力取出手段、４３・・・・・・検波
回路、４５・・・・・・電圧分圧器、４７・・・・・・
比較器、４９・・・・・・電力制御信号発生器、５０．
５１・・・・・・可変電圧源、Ｓ４９・・・・・・制御
信号、ＶＡＩ、ＶＡ２・・・・・・可変電源電圧、ＶＦ
・・・・・・フィードバック電圧、ＶＭ・・・・・・出
力モニタ電圧。

Claims

【特許請求の範囲】複数段の増幅器が縦続接続された電力増幅器と、前記電
力増幅器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
たフィードバック電圧を前記電力増幅器へ帰還するフィ
ードバック回路とを、備えた電力制御回路において、前記電力増幅器内の出力段増幅器のゲインを前記フィー
ドバック電圧により可変する回路構成にし、かつ、前記電力増幅器内における前記出力段増幅器の前
段側増幅器のゲインを前記制御信号により変えるゲイン
可変手段を、設けたことを特徴とする電力制御回路。