JPH07250017A - 電力増幅器及び増幅方法 - Google Patents

電力増幅器及び増幅方法

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JPH07250017A
JPH07250017A JP6042112A JP4211294A JPH07250017A JP H07250017 A JPH07250017 A JP H07250017A JP 6042112 A JP6042112 A JP 6042112A JP 4211294 A JP4211294 A JP 4211294A JP H07250017 A JPH07250017 A JP H07250017A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一の電力増幅回路をアナログ変調、デジタ
ル変調の両方式で兼用し、かつ両変調方式とも高い付加
効率を実現する。 【構成】 アナログ変調アクセス方式としてFDMA方
式を、デジタル変調アクセス方式としてTDMA方式を
各々採用したデュアルモード方式の無線電話送信機にお
いて、電力増幅回路5に印加する直流電源電圧Vddを各
変調方式に応じて切り替えることにより、電力増幅回路
5の入出力特性を制御する。そのため、マイクロプロセ
ッサ3は、FDMA方式の場合には4.8Vが、TDM
A方式の場合には6.0VがそれぞれVddとして電力増
幅回路5に印加されるように、正電源1に接続されたス
イッチ2を切り替える。電力増幅回路5の直流バイアス
電圧Vggは固定される。TDMA方式時のVddをFDM
A方式時に比べて高く設定することにより、TDMA方
式時の高線形性及び高効率性を維持しながら、FDMA
方式時の付加効率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ変調及びデジ
タル変調の両方式で動作可能なセルラー電話機を含む移
動無線通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話、自動車電話等に代表さ
れる移動無線通信のデジタル化が進んでいる。このた
め、従来のアナログ変調方式は、デジタル変調方式、も
しくは、アナログ変調モードでもデジタル変調モードで
も動作可能なデュアルモード方式に置き換わりつつあ
る。デュアルモード方式のセルラー電話機は、デジタル
変調方式のサービスが特定のエリアに限られている現状
では有利である。
【0003】移動無線通信のための無線送信機の構成要
素のうち、RF信号増幅用の電力増幅器はアンテナへの
電力供給のために欠かせないものである。デュアルモー
ド方式の送信機用電力増幅器には、アナログ変調方式で
は高効率性が、デジタル変調方式ではこれに加えて高線
形性がそれぞれ要求される。
【0004】従来の送信機用電力増幅器において、2つ
の電力増幅回路を変調方式に応じてスイッチで切り替え
使用する技術は良く知られている。最も単純な例は、ア
ナログ変調方式専用の電力増幅回路とデジタル変調方式
専用の電力増幅回路とを設けておき、両回路を選択的に
使用するものである。特開平5−199127号公報に
は、非線形電力増幅回路と線形電力増幅回路とスイッチ
とを組み合わせた送信機用電力増幅器が開示されてい
る。アナログ変調モードでは高効率性の実現のために非
線形電力増幅回路の非線形動作範囲(飽和領域付近)
が、比較的低出力のデジタル変調モードでは変調歪みの
低減のために非線形電力増幅回路の線形動作範囲が各々
利用される。また、比較的高出力のデジタル変調モード
では、高効率性と高線形性との両立のために、非線形電
力増幅回路と線形電力増幅回路との2段構成にスイッチ
で切り替えられる。
【0005】ところが、上記スイッチ技術を利用した従
来の電力増幅器では、2つの電力増幅回路が必要である
ためコストが高くなり、加えてRF信号がスイッチを通
過する際に電力損失が生じる欠点があった。したがっ
て、単一の電力増幅回路をアナログ変調、デジタル変調
の両方式で兼用するデュアルモード方式電力増幅器の実
現が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】単一の電力増幅回路を
アナログ変調、デジタル変調の両方式で兼用しようとす
ると、次に具体例を以て説明するように、付加効率の面
で問題が生じる。
【0007】電力増幅器の付加効率ηは、 η=(交流出力電力−交流入力電力)/直流入力電力 で定義される。ここで、交流入力電力は入力RF信号の
電力であり、交流出力電力は出力RF信号の電力であ
り、直流入力電力は直流電源から該電力増幅器に供給さ
れた電力である。つまり、付加効率とは、直流電力から
交流電力への変換効率を意味するものである。直流電源
として電池を採用したセルラー電話機では、電池の消耗
を抑制するために特に高い付加効率が望まれる。
【0008】さて、日本国内においては、無線電話送信
機について、アナログ変調方式に関するNTT規格と、
デジタル変調方式に関するRCR(電波システム開発セ
ンター)規格とがある。NTT規格には周波数分割多元
アクセス(Frequency Division M
ultiple Access:FDMA)方式が規定
され、RCR規格STD−27Bには時分割多元アクセ
ス(Time Division Multiple
Access:TDMA)方式が規定されている。FD
MA及びTDMAの両方式とも、交流出力電力1.5W
の電力増幅器を必要とする。
【0009】図6は、従来の日本国内向けデュアルモー
ド方式の送信機用電力増幅器の入出力特性及び付加効率
の一例を示す図である。この電力増幅器は、単一の電力
増幅回路に6Vの直流電源電圧Vddを供給したものであ
る。1.5W出力時の付加効率は、図6に示されるよう
に、FDMA(アナログ変調)、TDMA(デジタル変
調)の両方式とも約40%である。つまり、従来は、T
DMA方式の場合の高線形性の実現のために、FDMA
方式の場合の付加効率を犠牲にせざるを得ない問題があ
った。
【0010】一方、米国においては、無線電話送信機の
デュアルモード方式に関するTIA(米国通信工業会)
規格がある。TIA規格IS−95には、アナログ変調
方式のアクセス方式としてFDMA方式が、デジタル変
調方式のアクセス方式として符号分割多元アクセス(C
ode Division Multiple Acc
ess:CDMA)方式が規定されている。FDMA方
式は交流出力電力1.5Wを、CDMA方式は交流出力
電力0.5Wを各々必要とする。
【0011】図7は、従来の米国向けデュアルモード方
式の送信機用電力増幅器の入出力特性及び付加効率の一
例を示す図である。この電力増幅器は、単一の電力増幅
回路に4.8Vの直流電源電圧Vddを供給したものであ
る。FDMA方式の場合の1.5W出力時の付加効率は
約60%であり、CDMA方式の場合の0.5W出力時
の付加効率は約30%である。つまり、従来は、FDM
A方式の場合の高効率性の実現のために、CDMA方式
の場合の付加効率を犠牲にせざるを得ない問題があっ
た。
【0012】以上のとおり、従来の単一増幅回路方式の
送信機用電力増幅器では、日本国内向けとしてはアナロ
グ変調方式(FDMA方式)動作時の付加効率が悪くな
り、また、米国向けとしてはデジタル変調方式(CDM
A方式)動作時の付加効率が悪くなるというように、ア
ナログ変調、デジタル変調の両方式のうちのいずれかの
動作時に付加効率が悪くなってしまう問題があった。
【0013】本発明の目的は、単一の電力増幅回路をア
ナログ変調、デジタル変調の両方式で兼用し、かつ両変
調方式とも高い付加効率を実現できる送信機用電力増幅
器を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、アナログ変調方式とデジタル変調方式と
の両方で動作可能な無線送信機のための電力増幅器にお
いて、単一の電力増幅回路に印加する直流電源電圧を各
変調方式に応じて切り替えることにより該電力増幅回路
の入出力特性を制御することとしたものである。
【0015】具体的には、FDMA/TDMAのデュア
ルモード方式のようにアナログ変調、デジタル変調の両
方式で同じ交流出力電力が要求される場合には、アナロ
グ変調(FDMA)方式動作時に比べてデジタル変調
(TDMA)方式動作時に高い飽和出力を持った入出力
特性を実現できるように、TDMA方式時に電力増幅回
路に印加される直流電源電圧をFDMA方式時に比べて
高く設定する。
【0016】また、FDMA/CDMAのデュアルモー
ド方式のようにアナログ変調(FDMA)方式動作時に
比べてデジタル変調(CDMA)方式動作時に低い交流
出力電力で十分である場合には、FDMA方式時に比べ
てCDMA方式時に低い飽和出力を持った入出力特性を
実現できるように、CDMA方式時に電力増幅回路に印
加される直流電源電圧をFDMA方式時に比べて低く設
定する。
【0017】
【作用】本発明によれば、FDMA/TDMAのデュア
ルモード方式では、電力増幅回路の入出力特性(交流入
力電力対交流出力電力)において、TDMA方式の場合
の飽和出力電力がFDMA方式の場合に比べて高く設定
される。したがって、TDMA方式の場合の高線形性及
び高効率性を実現しながら、FDMA方式の場合の高効
率性を実現できる。
【0018】また、FDMA/CDMAのデュアルモー
ド方式では、電力増幅回路の入出力特性において、CD
MA方式の場合の飽和出力電力がFDMA方式の場合に
比べて低く設定される。したがって、FDMA方式の場
合の高効率性を実現しながら、CDMA方式の場合の高
線形性及び高効率性を実現できる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0020】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例に係るFDMA/TDMAのデュアルモード方式の無
線電話送信機用の電力増幅器の構成を示すブロック図で
ある。図1において、1は正電源、2はスイッチ、3は
マイクロプロセッサ、4は負電源、5は電力増幅回路で
ある。
【0021】正電源1は、4.8Vと6.0Vとの2種
類の直流電源電圧を出力するものである。4.8Vはニ
ッケルカドミウム電池4セルの直列接続により、6.0
Vはニッケルカドミウム電池5セルの直列接続により各
々生成される。これら2種類の直流電源電圧を出力する
正電源1は、電圧レギュレータ回路で構成することも可
能である。
【0022】スイッチ2は、正電源1から出力された2
種類の直流電源電圧のうちのいずれかを選択するもので
ある。
【0023】マイクロプロセッサ3は、プログラムに従
い、各変調方式に応じてスイッチ2の選択を決定するも
のである。具体的には、マイクロプロセッサ3は、アナ
ログ変調(FDMA)方式の場合には4.8Vを、デジ
タル変調(TDMA)方式の場合には6.0Vをそれぞ
れ選択するように、スイッチ2を切り替える。
【0024】負電源4は、−3.6Vの直流バイアス電
圧を出力するものである。
【0025】電力増幅回路5は、無線周波数信号を増幅
するものである。RFINは電力増幅回路5のRF信号入
力端子、RFOUT は該電力増幅回路5のRF信号出力端
子である。また、該電力増幅回路5のVdd端子にはスイ
ッチ2からの直流電源電圧(4.8V又は6.0V)
が、Vgg端子には負電源4からの直流バイアス電圧(−
3.6V)が各々印加される。
【0026】図2は、図1中の電力増幅回路5の内部構
成を示す回路図である。図2において、11,12は電
界効果型トランジスタ、13〜18はマイクロストリッ
プライン(インダクタ)、C1〜C5はキャパシタ、R
1〜R4は抵抗器である。Vdd端子に印加された直流電
源電圧は、マイクロストリップライン14,17を介し
て電界効果型トランジスタ11,12のドレイン電極に
供給される。Vgg端子に印加された直流バイアス電圧
は、電界効果型トランジスタ11,12のゲート電極の
バイアスを決定するものである。これらの電界効果型ト
ランジスタ11,12としては、950MHz程度のR
F信号を取り扱えるように、GaAs−MESFETが
採用される。これに代えて、バイポーラトランジスタ、
MOSFET、あるいは、GaAsとAlGaAsのよ
うな異なる材質の接合を利用したヘテロバイポーラトラ
ンジスタ(HBT)を用いることもできる。
【0027】図3は、電力増幅回路5の直流電源電圧V
ddを切り替えることによる図1の電力増幅器の入出力特
性及び付加効率の変化を示す図である。アナログ変調
(FDMA)方式動作時の入出力特性(図3中の破線)
における飽和出力電力は1.5Wであり、デジタル変調
(TDMA)方式動作時の入出力特性(図3中の実線)
における飽和出力電力は2.8Wである。電力増幅回路
5への供給電圧の切り替えにより、1.5W出力時の付
加効率は、FDMA方式の場合には約60%、TDMA
方式の場合には約40%となる。
【0028】以上のとおり、本実施例によれば、図6の
場合に比べてFDMA方式動作時の付加効率を20%向
上でき、その効果は絶大である。
【0029】(実施例2)図4は、本発明の第2の実施
例に係るFDMA/CDMAのデュアルモード方式の無
線電話送信機用の電力増幅器の構成を示すブロック図で
ある。
【0030】上記第1の実施例と異なる点の一つは、正
電源1から出力される直流電源電圧が3.6Vと4.8
Vである点である。マイクロプロセッサ3は、アナログ
変調(FDMA)方式の場合には4.8Vを、デジタル
変調(CDMA)方式の場合には3.6Vをそれぞれ選
択するように、スイッチ2を切り替える。負電源4や電
力増幅回路5の構成は上記第1の実施例と同様である。
【0031】図5は、電力増幅回路5の直流電源電圧V
ddを切り替えることによる図4の電力増幅器の入出力特
性及び付加効率の変化を示す図である。アナログ変調
(FDMA)方式動作時の入出力特性(図5中の破線)
における飽和出力電力は、デジタル変調(CDMA)方
式動作時の入出力特性(図5中の実線)における飽和出
力電力に比べて高くなっている。電力増幅回路5への供
給電圧の切り替えにより、FDMA方式の場合の1.5
W出力時の付加効率は約60%であり、CDMA方式の
場合の0.5W出力時の付加効率は約40%となる。
【0032】以上のとおり、本実施例によれば、図7の
場合に比べてCDMA方式動作時の付加効率を10%向
上でき、その効果は絶大である。
【0033】なお、上記各実施例において採用したVdd
及びVggの値は、電力増幅回路5の内部構成に応じて変
更可能である。また、本発明は、音声伝送のための無線
電話送信機以外に、例えばデータ伝送のための無線送信
機の電力増幅器にも適用可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、単一の電力増幅回路に印加する直流電源電圧をアナ
ログ変調、デジタル変調の各方式の区別に応じて切り替
えることにより該電力増幅回路の入出力特性を制御する
構成を採用したので、両変調方式とも高い付加効率を実
現できる優れた送信機用電力増幅器を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る電力増幅器の構成
を示すブロック図である。
【図2】図1中の電力増幅回路の内部構成を示す回路図
である。
【図3】電力増幅回路の直流電源電圧Vddを切り替える
ことによる図1の電力増幅器の入出力特性及び付加効率
の変化を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施例に係る電力増幅器の構成
を示すブロック図である。
【図5】電力増幅回路の直流電源電圧Vddを切り替える
ことによる図4の電力増幅器の入出力特性及び付加効率
の変化を示す図である。
【図6】従来の電力増幅器の入出力特性及び付加効率の
一例を示す図である。
【図7】従来の電力増幅器の入出力特性及び付加効率の
他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 正電源(電源回路) 2 スイッチ(スイッチ回路) 3 マイクロプロセッサ(制御回路) 4 負電源 5 電力増幅回路 11,12 電界効果型トランジスタ 13〜18 マイクロストリップライン(インダクタ) C1〜C5 キャパシタ R1〜R4 抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04Q 7/38 H04J 3/00 H 8226−5K (72)発明者 金澤 邦彦 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ変調方式とデジタル変調方式と
    の両方で動作可能な無線送信機のための電力増幅器であ
    って、 2種類の直流電源電圧を出力するための電源回路と、 前記電源回路から出力された2種類の直流電源電圧のう
    ちのいずれかを選択するためのスイッチ回路と、 前記各方式に応じて前記スイッチ回路の選択を決定する
    ための制御回路と、 前記スイッチ回路からの直流電源電圧を用いて無線周波
    数信号を増幅するための単一の電力増幅回路とを備えた
    ことを特徴とする電力増幅器。
  2. 【請求項2】 前記電力増幅回路は無線電話送信機用で
    あることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
  3. 【請求項3】 デジタル変調方式動作時に前記電力増幅
    回路に印加される直流電源電圧がアナログ変調方式動作
    時に比べて高いことを特徴とする請求項1又は2記載の
    電力増幅器。
  4. 【請求項4】 アナログ変調方式に用いるアクセス方式
    として周波数分割多元アクセス方式(FDMA)を、デ
    ジタル変調方式に用いるアクセス方式として時分割多元
    アクセス方式(TDMA)を各々採用したことを特徴と
    する請求項3記載の電力増幅器。
  5. 【請求項5】 デジタル変調方式動作時に前記電力増幅
    回路に印加される直流電源電圧がアナログ変調方式動作
    時に比べて低いことを特徴とする請求項1又は2記載の
    電力増幅器。
  6. 【請求項6】 アナログ変調方式に用いるアクセス方式
    として周波数分割多元アクセス方式(FDMA)を、デ
    ジタル変調方式に用いるアクセス方式として符号分割多
    元アクセス方式(CDMA)を各々採用したことを特徴
    とする請求項5記載の電力増幅器。
  7. 【請求項7】 アナログ変調方式とデジタル変調方式と
    の両方で動作可能な無線送信機のための電力増幅回路に
    おける無線周波数信号の増幅方法であって、 前記電力増幅回路に印加する直流電源電圧を前記各方式
    に応じて切り替えることにより該電力増幅回路の入出力
    特性を制御することを特徴とする増幅方法。
  8. 【請求項8】 無線電話送信機用の電力増幅回路に適用
    されることを特徴とする請求項7記載の増幅方法。
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