JPH08503594A - 高周波電力増幅器の動作を制御する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高周波電力増幅器の動作を制御する方法およびシステムに関する。本システムは、順方向ライン（Ａ）に接続された高周波電力増幅器（１）と、この高周波電力増幅器の入力側に接続された制御手段（２）および減衰手段（３）とを備える。サンプリング手段（４）および検出手段（５）が、高周波電力増幅器の出力側と入力側との間でフィードバックライン（Ｂ）に接続される。増幅手段（７）が、検出手段（５）の入力側でフィードバックライン（Ｂ）に接続される。増幅手段（７）の利得は、減衰手段（３）の減衰と同程度の大きさである。

Description

【発明の詳細な説明】 高周波電力増幅器の動作を制御する方法およびシステム 本発明は、高周波電力増幅器の動作を制御する方法およびシステムに関するも のである。この方法は、増幅すべき信号を順方向ラインにおいて高周波電力増幅 器に入力し、該高周波電力増幅器の出力側にて順方向ラインからフィードバック ラインへサンプル信号を発生させ、該高周波電力増幅器の入力側に接続された制 御手段によって前記サンプル信号に基づいてフィードバックラインを介して該高 周波電力増幅器を制御し、該高周波電力増幅器を制御信号によって制御されるオ フ状態へともたらすものである。 本発明によるシステムは、順方向ラインに接続された高周波電力増幅器と、該 高周波電力増幅器の入力側に接続された制御手段および減衰手段と、該高周波電 力増幅器の出力側と入力側との間でフィードバックラインに接続されたサンプリ ング手段および検出手段とを備える。順方向ラインおよびフィードバックライン は、送信機の電力をアンテナに接続できるようにする電力制御ループの如きもの を構成する。 本発明による解決方法は、特に、多重チャンネル無線送信機に関し、無線送信 機の高周波電力増幅器の送信電力をどのようにして切り換えるかに関し、また、 特に、送信電力をいかにしてスイッチオフするか、すなわち、送信電力をいかに してオフ状態とするかに関している。無線送信機の一例としては、ＴＤＭＡシス テムを利用したＧＳＭ移動電話ネットワークの基地局無線送信機がある。この無 線送信機の高周波電力増幅器は、変調器から受け取った信号を、アンテナへ入力 する前に、増幅するものである。 ＧＳＭ送信機においては、例えば、仕様により、送信機の動作並びに送信電力 のスイッチオンまたはスイッチオフに関して厳しい制約が課されている。送信電 力がＧＳＭ送信でスイッチオフされるときには、フレーム間のあき時間スロット 中に送信電力を少なくとも７０ｄＢだけ、実際的には、８０ｄＢだけ減少させる ことができなければならない。このような送信電力の減少は、利得を減少させる ことによったり、また、増幅器の制御によって得られる４０ｄＢに加えて約４０ ｄＢの減衰を与えるようなＲＦスイッチング手段を使用することにより、実現さ れうる。このような従来の解決方法に伴う一つの問題は、検出手段の動作範囲が 約４０ｄＢだけであるということである。 従来のあるいくつかの方法およびシステムにおいては、送信電力は、増幅器の 入力側の電力制御ループに配置されたスイッチング手段を使用することにより、 スイッチオフされている。しかし、これでは、信号路が切断されてしまい、検出 出力が浮いた状態のままとなってしまう。このために、増幅器の入力側の制御手 段において発生される制御信号は、その詳細において不確定なものとなってしま う。このように制御信号が不確定であると、種々な問題が生ずる。すなわち、実 際的には、送信電力を再びスイッチオンさせるべきときに、制御エラーが生じて しまう。そのような制御エラーが生ずると、また、送信電力をスイッチオフさせ るときに、減衰の減少を生じてしまうことがありうる。すると、検出器と制御手 段との間の最大利得は、オン状態における出力電力の精度を定めるものであるが 、このような許容最大利得に制約が課せられてしまう。 別の従来例においては、電力制御ループの外でアンテナラインにスイッチング 手段が配置される。しかしながら、これでは、より高い電力の増幅器およびＲＦ スイッチが必要とされ、より大きな電力損失が生じてしまう。 また、検出器の動作範囲を広げるために、対数ＲＦレンジ増幅器および検出器 を使用することも従来から知られているが、このような部品は、高価なハイブリ ッド部品であり、したがって、必ずしも常に適切な解決策とはいえない。 欧州特許出願第０１３５１５４号には、送信電力を制御する装置が記載されて いるが、ここには、増幅器をオフ状態へともたらすことについては、触れられて いない。この欧州特許出願に開示された装置の目的は、電力増幅器の非直線性に よって生ずるループ利得の変動を最少とすることである。この欧州特許出願の技 術は、ＤＣ利得を制御することに関するものであり、本発明の場合のように、Ｒ Ｆ利得またはＲＦ減衰を制御することに関するものでは決してない。この欧州特 許出願に開示された解決方法においては、電力制御ループの制御は、そのループ の内側で行われている。 本発明の目的は、従来技術に伴う問題点を避けうるような、高周波電力増幅器 の動作を制御する新規な方法およびシステムを提供することである。 このような目的は、高周波電力増幅器が、この高周波電力増幅器の入力側に入 力される信号を所望の減衰だけ減衰させることにより、また、フィードバックラ インの信号を所望の利得だけ増幅することにより、信号路を切断せずにオフ状態 へともたらされるようにすることを特徴とする本発明の方法を用いることにより 、達成される。本発明によるシステムは、増幅手段が検出器の入力側でフィード バックラインに接続され、この増幅手段の利得が、減衰手段の減衰と同程度の大 きさとされていることを特徴とする。 本発明による方法およびシステムは、信号路を切断せずに、電力制御ループに 対して減衰および利得の両方を与えることにより、送信電力のスイッチオフに対 して検出手段が障害となるような仕方で応答しないようにして、従来の方法では 生じていたような制御エラーを生じないようにすることに基づくものである。 本発明による解決方法を用いることにより、いくつかの効果が達成され、特に 、電力がスイッチオフされるときでも、電力制御ループを切断せず、それにより 、利得の再切り換えに対するより素早い応答およびより狭い周波数スペクルが得 られる。本発明の解決方法においては、高周波電力増幅器の諸特性は、利得中で も、電力をスイッチオンまたはスイッチオフするときでも、従来の方法における 場合よりも良い。本発明の新規な方法によれば、スイッチング手段がアンテナラ インにある方法よりも、電力損失が小さくなる。また、本発明の新規な方法によ れば、スイッチング手段が電力増幅器の入力側にある方法よりも、出力電力をよ り正確なものとすることができる。 次に、添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。 第１図は、本発明によるシステムを示すブロック図である。 第２図は、フィードバックラインにおける増幅手段の配置例を示す図である。 第１図に示すシステムは、順方向ラインＡおよびフィードバックラインＢによ って構成される電力制御ループを備えている。このシステムは、順方向ラインに 接続された高周波電力増幅器１と、高周波電力増幅器１の入力側に接続された制 御手段２および減衰手段３とを備えている。制御手段２は、例えば、電圧制御減 衰器（ＶＣＡ）を用いて実現されうる。また、減衰手段３は、例えは、４０ｄＢ の減衰または非常に小さな減衰が得られるようにスイッチおよび抵抗を用いて実 現されうる。参照符号Ｐ（ＩＮ）は、入力側を示しており、この入力側には、増 幅すべき信号が送信機の変調器から入力される。また、参照符号Ｐ（ＯＵＴ）は 、増幅器の出力側から始まるアンテナラインを示している。さらに、このシステ ムは、増幅器の出力側と入力側との間のフィードバックラインＢに接続されたサ ンプリング手段４および検出手段５を備える。サンプリング手段４は、マイクロ ストリップ方向性結合器の如き方向性結合器によって構成されるのが好ましい。 このような方向性結合器によれば、増幅器の出力信号から、その出力信号の強さ に比例したサンプル信号６が発生される。このサンプル信号６は、検出手段５に よって検出される。この検出手段５は、例えば、ダイオードにて形成された整流 器によって構成されうる。 検出器５の入力側のフィードバックラインには、増幅手段７が接続されている 。この増幅手段７の利得は、高周波電力増幅器１の入力側の減衰手段３の減衰と 同程度の大きさであり、好ましくは、その減衰の大きさと非常に厳密に同じ大き さであるのがよい。第１図の好ましい実施例では、減衰手段３は、信号路を切断 せずに、制御手段２と高周波電力増幅器１との間に接続されており、フィードバ ックラインＢの増幅手段７は、サンプリング手段４として作用する方向性結合器 と検出手段５との間に接続されている。さらに第１図を参照するに、このシステ ムは、また、制御ユニット８と、加算器９と、低域通過フィルタ１０とを備えて いる。 別の仕方として、減衰手段３は、信号路を切断せずに、制御手段２の前に接続 されてもよい。この場合には、制御手段２と減衰手段３とは、第１図に示したの とは逆の順に接続されることになる。 高周波電力増幅器の動作を制御する方法は、増幅すべき信号を順方向ラインＡ において高周波電力増幅器１に入力する段階と、前記高周波電力増幅器１の出力 側で前記順方向ラインＡからのサンプル信号を、サンプリング手段４を用いてフ ィードバックラインＢへ発生する段階とを含む。この方法は、さらに、前記サン プル信号を検出手段５によって検出する段階と、該検出されたサンプル信号を制 御ユニット８から得られる基準信号１１に加算する段階と、該加算信号１２を低 域通過フィルタ１０により低域通過ろ波する段階と、必要ならば利得を与える段 階とを含む。この方法は、また、前記高周波電力増幅器１の利得を、該高周波電 力増幅器の入力側に接続された制御手段２によって前記検出され加算されろ波さ れたサンプル信号に基づいて制御する段階を含む。電力がスイッチオフされると き、この方法は、また、前記高周波電力増幅器１を、制御信号１３および１４に よって制御されるオフ状態へともたらす段階を含む。これら制御信号１３および １４は、制御ユニット８にて発生されるものである。高周波電力増幅器は、信号 路を切断せずに、この高周波電力増幅器１の入力側に入力される信号を、減衰手 段３により所望の減衰だけ減衰させることにより且つフィードバックラインＢの 信号を、所望の利得だけ、好ましくは、入力側の信号に対して与えられた減衰の 大きさと同じ程度の利得だけ増幅させることにより、オフ状態へともたらされる 。この場合において、高周波電力増幅器１の入力側の順方向ラインＡに与えられ る減衰は、フィードバックラインに与えられる利得と実質的に等しくすべきであ る。こうすることにより、検出手段５が、電力のスイッチオフに応答しないよう にすることができ、したがって、制御エラーを避けることができる。 電圧制御される制御手段２は、４０ｄＢの減衰を行い、減衰手段３は、さらに ４０ｄＢの減衰を行う。これにより、接続される信号は、８０ｄＢだけ減衰され ることになり、これで充分である。検出器５の動作範囲を越えないようにするた めに、フィードバックラインにおいて検出器５へ同時に通される信号は、増幅手 段７によって４０ｄＢだけ増幅される。フィードバックラインの増幅手段７とし ては、例えば、４０ｄＢの利得を有した利得切り換え増幅器が使用される。増幅 手段７は、高周波増幅器自身の電力がスイッチオフされている、電力切り換えの オフ状態においてのみ作動する。これに対応して、減衰手段３としては、例えば 、４０ｄＢの減衰を有する切り換え減衰器が使用される。この減衰器は、高周波 電力増幅器自身がスイッチオフされている、オフ状態においてのみ作動する。好 ましい実施例においては、順方向ラインＡの減衰およびフィードバックラインＢ の利得は、第１図による共通の制御ユニット８によってスイッチオンされる。詳 述すると、同じ制御ユニット８によって、基準信号を加算器１２に入力するので あ るが、このようにするのが、問題解決を可能とする、構成的に最も簡単で且つ最 も容易な実施方法である。制御ユニット８は、ループに関して外部制御手段８を 構成しており、この制御手段８により、ＲＦ減衰およびＲＦ利得が制御される。 好ましい実施例においては、別々の電力範囲を検出するために別々の検出手段 が使用される。これらの別々の検出手段は、互いに離れた感度を有しており、第 １の検出手段は、オフ状態を検出するために使用され、第２の検出手段は、オン 状態を検出するために使用される。それらの感度は、オフ状態、すなわち、電力 がスイッチオフされているときに作動する検出手段の方がより感度が高いように 選択されている。 第２図は、フィードバックラインにおける増幅手段７の配置例を示している。 第２図において、入力側ＩＮは、第１図のサンプリング手段４に接続されており 、出力側ＯＵＴは、第１図の検出器５に接続されている。第２図の配置例におい ては、フィードバックラインの増幅手段７と直列に第１のスイッチング手段５１ が接続されており、さらに、第２のスイッチング手段５２および第３のスイッチ ング５３が設けられており、これらの間に、導体手段５４が設けられている。第 ２および第３のスイッチング手段５２および５３は、導体手段５４または第１の スイッチング手段５１および増幅手段７と直列に接続されうる。これらスイッチ ング手段５１から５３は、共通に制御されるように構成されており、第２図に示 す上方位置は、フィードバックラインに利得を与えない通常状態を示している。 これらスイッチング手段５１から５３が下方位置にある状態では、フィードバッ クラインに約４０ｄＢの利得が与えられ、すなわち、これは、大きさとしては、 順方向信号が第１図の減衰手段３によって与えられる減衰の大きさと同じ程度の ものである。構成部品の選択に関する限り、第２図の例は、好ましい実施例であ る。何故ならば、スイッチング手段は、ここでは妥当なコストにて使用できるか らである。第２図に示したＳＰＤＴ型のスイッチング手段の典型的な減衰能力は 、ＧＳＭ周波数で約３０ｄＢである。 第２図において、スイッチング手段５１が開放位置、すなわち、上方位置にあ る場合には、増幅器は、端子５５に接続されている。この端子５５は、例えば、 抵抗を用いて構成されうる。この場合には、スイッチング手段５１が開放である ときに増幅器７の入力が開放のままとならないようにするという効果が得られる 。したがって、増幅手段７の入力側は、スイッチング手段５１および５２が下方 位置にあるときに、それらスイッチング手段５１および５２を介して入力ＩＮに 接続でき、または、この増幅手段７は、スイッチング手段５１および５２が上方 位置にあるときに、スイッチング手段５１を介して端子、この場合には、抵抗５ ５に接続できる。 第２図の方法は、単なる一例、すなわち、好ましい実施例としてだけのもので あり、第２図の方法にはいくつかの変形が考えられるものであり、例えば、第２ 図に示した入力と出力との間の２つの信号路に、別々の方向性結合器および／ま たは検出手段を設けることが考えられる。 別の一つの好ましい実施例としては、高周波電力増幅器１の出力側から増幅手 段７へと入力されるサンプル信号６を変化させることにより、種々異なる増幅度 を与えることができる。これは、好ましくは、増幅手段７の入力側に少なくとも ２つの別々の方向性結合器を設けて、これら方向性結合器を用いることにより、 または、互いに異なる出力信号を与えるような同様の手段を用いることにより、 可能とされる。 添付図面に関して本発明の種々な実施例について説明してきたのであるが、本 発明は、これら実施例に限定されるものでなく、請求の範囲の記載によって定め られる発明思想の範囲内において、多くの変形が可能であることは、明らかであ ろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高周波電力増幅器の動作を制御する方法であって、増幅すべき信号を順方向 ライン（Ａ）において高周波電力増幅器（１）へ入力し、前記高周波電力増幅器 （１）の出力側の前記順方向ライン（Ａ）からのサンプル信号（６）をフィード バックライン（Ｂ）へ発生させ、前記フィードバックライン（Ｂ）を介して前記 高周波電力増幅器（１）を、該高周波電力増幅器（１）の入力側に接続された制 御手段（２）によって前記サンプル信号に基づいて制御し、前記高周波電力増幅 器（１）を制御信号（１３、１４）によって制御されるオフ状態へともたらすよ うな方法において、前記高周波電力増幅器（１）は、信号路を切断せずに、該高 周波電力増幅器（１）の入力側に入力される信号を所望の減衰だけ減衰させるこ とにより且つ前記フィードバックライン（Ｂ）の信号を所望の利得だけ増幅させ ることにより、オフ状態へとされることを特徴とする方法。 ２．前記高周波電力増幅器（１）の入力側で順方向ライン（Ａ）が受ける減衰は 、前記フィードバックライン（Ｂ）が受ける利得と実質的に等しい請求項１記載 の方法。 ３．前記順方向ライン（Ａ）の減衰と、前記フィードバックライン（Ｂ）の利得 とは、共通の制御ユニット（８）によって制御される請求項１または２記載の方 法。 ４．前記高周波電力増幅器（１）の出力側から前記増幅手段（７）へと入力され る前記サンプル信号（６）を変えることにより種々異なる増幅度が与えられる請 求項１または２または３記載の方法。 ５．前記種々異なる増幅度の付与は、前記増幅手段（７）の入力側に設けた少な くとも２つの別々の方向性結合器またはそれと同様のものにより、可能とされる 請求項４記載の方法。 ６．高周波電力増幅器を制御するシステムであって、順方向ライン（Ａ）に接続 された高周波電力増幅器（１）と、該高周波電力増幅器の入力側に接続された制 御手段（２）および減衰手段（３）と、前記高周波電力増幅器（１）の出力側と 入力側との間でフィードバックライン（Ｂ）に接続されたサンプリング手 段（４）および検出手段（５）とを備えたシステムにおいて、増幅手段（７）が 、前記検出手段（５）の入力側で前記フィードバックライン（Ｂ）に接続され、 この増幅手段（５）の利得は、前記減衰手段（３）の減衰と同程度の大きさとさ れていることを特徴とするシステム。 ７．前記減衰手段（３）は、信号路を切断せずに、前記制御手段（２）と前記高 周波電力増幅器（１）との間または前記制御手段（２）の前に接続されており、 前記フィードバックライン（Ｂ）の前記増幅手段（７）は、前記サンプリング手 段（４）として作用する方向性結合器と前記検出手段（５）との間に接続されて いる請求項６記載のシステム。 ８．前記フィードバックライン（Ｂ）の前記増幅手段（７）と直列に接続された 第１のスイッチング手段（５１）と、第２のスイッチング手段（５２）と、第３ のスイッチング手段（５３）と、これら第２のスイッチング手段（５２）と第３ のスイッチング手段（５３）との間の導体手段（５４）とを更に備え、前記第２ および第３のスイッチング手段（５２、５３）は、前記導体手段（５４）と直列 に、または、前記第１のスイッチング手段（５１）および前記増幅手段（７）と 直列に接続されうるようにした請求項６または７記載のシステム。 ９．前記増幅手段（７）の入力側は、前記第１のスイッチング手段（５１）によ ってスイッチオフされ、前記増幅手段（７）の入力は、端子（５５）、好ましく は、抵抗に接続される請求項８記載のシステム。 10．別々の電力範囲を検出するために別々の検出手段が使用される請求項６また は７または８記載のシステム。