JP2003258652A - パワーサーボループおよび無線周波数信号の増幅回路およびこのような回路を備えた無線周波数信号送信機 - Google Patents

パワーサーボループおよび無線周波数信号の増幅回路およびこのような回路を備えた無線周波数信号送信機

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JP2003258652A
JP2003258652A JP2003039292A JP2003039292A JP2003258652A JP 2003258652 A JP2003258652 A JP 2003258652A JP 2003039292 A JP2003039292 A JP 2003039292A JP 2003039292 A JP2003039292 A JP 2003039292A JP 2003258652 A JP2003258652 A JP 2003258652A
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Pierre Kolodziej
ピエール・コロジエ
Mikael Pouliquen
ミカエル・プリカン
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Nokia Inc
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Alcatel SA
Nokia Inc
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F1/34Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出制御手段を内蔵した、特にパワー増幅器
制御用の安価なパワーサーボループを提供する。 【解決手段】 本発明に係るサーボループの検出回路
(100)は、無線周波数信号を採取するカップリング
手段(1)と、このカップリング手段により採取された
第一の無線周波数信号を一部分として表す検出信号(V
det)を送る検出ユニット(3)とを含む。本発明に
よる検出回路は、上記カップリング手段と検出ユニット
との間に、カップリング手段により採取される第二の無
線周波数信号、いわゆる妨害信号をほぼ除去する検出制
御手段(21、22、4)を含み、その結果、検出信号
が、全体として第一の無線周波数信号を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線周波数信号の
伝送の分野に関し、特に、パワー増幅器を制御するため
のパワーサーボループに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、無線周波数信号送信機が
このような信号の受信機と通信する通信システムでは、
最大のサービス品質を保証しなければならない。たとえ
ばデジタル信号伝送の場合、この条件は、二進エラーレ
イトが、指定のレイトより常に低いことを要する。こう
した受信条件を満たすために、受信したSN比が絶えず
所定値より大きくなることを保証する必要がある。
【0003】送信される無線周波数信号のパワーを増加
できるようにするために、送信機はパワー増幅器を備え
る。たとえば移動端末と、GSM(Global Sy
stem for Mobile communica
tions)タイプのセルラネットワークの基地局との
間での通話に対し、パワー増幅器は、対応する基地局が
現行の仕様に従って適正に受信可能であるように十分な
パワーでの送信を目的とする。かくして、この基地局が
通信情報を端末から殆ど受信しないか、あるいはまった
く受信しないほど端末から離れているとき、基地局は、
基地局が決定する大きいパワーで送信するように端末に
指示を出す。
【0004】そのため、送信機において、送信される無
線周波数信号のパワーを増幅器の出力で調節するパワー
サーボループにより増幅器を制御することが知られてい
る。
【0005】より詳しくは、送信機が発生する無線周波
数信号を増幅器の入力に供給する。パワーループは、パ
ワー増幅器の出力信号の一部を採取するカップリング手
段を備えた検出回路を含む。採取された無線周波数信号
は、出力信号を示し、検出ユニットのダイオードを通過
する際に、いわゆる検出直流(DC)電圧レベルとなる
よう整流される。次に、検出回路の出力に配置される比
較ユニットにより、この検出電圧を基準電圧と比較す
る。基準電圧に達しない限り、比較ユニットは、出力信
号のパワーレベルを増分するようにパワー増幅器に作用
する。
【0006】しかしながら、妨害無線周波数信号が、出
力信号の伝播方向と反対方向に送信機内を通り抜けるこ
とがある。たとえば、パワーが、送信機の不整合アンテ
ナ、すなわちSWR(定在波比)が高いアンテナにより
反射される場合がそうである。この妨害信号は、同様に
検出回路のカップリング手段を介して部分的に採取さ
れ、出力信号の採取信号に加わって、検出電圧がもはや
出力信号の真の画像ではないようなひずみを形成する。
こうした不適切な検出は、増幅器のサーボ制御を狂わせ
る。これによって、送信機が過剰のパワーを消費した
り、あるいは、送信信号の伝送性能が劣化したりするこ
とがある。
【0007】従来技術では、ある種の送信機は、反射パ
ワーの伝播方向に対してパワーループの前段に配置され
るサーキュレータを備える。サーキュレータは、単一方
向性デバイスである。すなわち、送信信号の通過を許可
し、逆方向に伝播する反射信号を除去する。
【0008】このようなサーキュレータは、高価なコン
ポーネントである。さらに、その大型性のために、携帯
無線電話局のような一定の小型送信機には組み入れにく
い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、検出
制御手段を内蔵し、しかも安価なサーボループを提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、検
出回路を含む、特にパワー増幅器を制御するためのパワ
ーサーボループを提供し、検出回路は、無線周波数信号
を採取するカップリング手段と、前記カップリング手段
により採取された第一の無線周波数信号を部分的に示す
検出信号を送る検出ユニットとを含み、検出回路は、更
に、カップリング手段と検出ユニットとの間に、カップ
リング手段により同様に採取されいわゆる妨害をする第
二の無線周波数信号を実質的に除去する検出制御手段を
含み、その結果、検出信号が、全体として第一の無線周
波数信号を示すことを特徴とする。
【0011】本発明による制御手段は、検出回路に内蔵
される。従来技術のようにループ前段にサーキュレータ
を用いることは不要である。
【0012】本発明の好適な実施形態では、検出回路
は、カップリング手段の出力に、当該検出ユニットを含
むいわゆる検出分岐線に相互接続する第一および第二の
いわゆる出力分岐線を備える。各出力分岐線は、採取さ
れた妨害信号の各成分を伝送する機能を果たす。検出制
御手段は、第一の出力分岐線に挿入された第一の位相シ
フト手段と、第二の出力分岐線に挿入された第二の位相
シフト手段とを含む。第一および第二の位相シフト手段
が、前記成分に実質的に逆の位相シフトを誘起すること
ができる。
【0013】本発明による位相シフト手段により、採取
された妨害信号の成分は逆位相とされて検出分岐線にお
いて相殺される。
【0014】好適には、第一および第二の位相シフト手
段のそれぞれが、キャパシタに結合されるインダクタを
それぞれ含む。
【0015】かくして、本発明による制御手段は、携帯
機器に容易に一体化可能で、既存のループに容易に付加
可能な、安価なディスクリート部品を含む。
【0016】特にこの実施形態では、第一の出力分岐線
は、第一の前記インダクタを含み検出分岐線につながる
第一の主要分岐線と、接地面と対応する主要分岐線への
結合点との間に接続された第一の前記キャパシタを含む
第二の分岐線を備える。第二の出力分岐線は、また、第
一のキャパシタと実質的に同一な前記キャパシタの他方
を含み検出分岐線につながる主要分岐線と、接地面と対
応する主要分岐線への結合点との間に接続され、第一の
インダクタと実質的に同一な前記インダクタの他方を含
む第二の分岐線を備える。
【0017】有利には、検出制御手段が、除去すべき採
取妨害信号の2つの成分の振幅を容易に等しくすること
ができるように一方の出力分岐線に配置される減衰器を
含む。
【0018】好適には、カップリング手段が、採取され
た無線周波数信号の位相をシフトすることができる位相
シフト手段を備えることができる。
【0019】本発明は、また、パワー増幅器と、前記増
幅器のための上記に明示したパワーサーボループとを含
む、無線周波数信号の増幅回路を提供する。
【0020】本発明は、また、無線周波数信号の送信手
段を含み、上記に明示した増幅回路を備えた、無線周波
数信号送信機を提供する。
【0021】好適には、本発明による送信機は、携帯無
線電話局群、携帯情報端末、携帯用パソコンの中から選
択される。
【0022】本発明による携帯用の無線電話局は、GS
M、DCS(Digital Communicati
on System)、またはUMTS(Univer
sal Mobile Telecommunicat
ions System)タイプ、あるいはDECT
(Digital European Cordles
s Telecommunications)タイプの
セルラ電話とすることができる。
【0023】本発明は、以下の説明を読み、添付図を参
照すれば、いっそう理解されるであろう。添付図は、少
しも限定的ではなく、例としてのみ本発明を示してい
る。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は、本発明によるパワールー
プの検出回路100の実施形態を示す。
【0025】検出回路100は、それぞれ適切な採取利
得係数G、G、Gにより重み付けられた無線周波
数信号を採取し、これらをそれぞれΔφ1、Δφ2、Δ
φ3だけ位相シフトする位相シフト手段11、12、1
3を備えた、指向性ハイブリッドカプラ型のカップリン
グ手段1と、抵抗器32及びキャパシタ33に並列に接
続するとともに接地面M3に接続する整流ダイオード3
1から構成される検出ユニット3を備えるいわゆる検出
分岐線B3に対して相互接続点Aにおいて相互接続する
第一および第二の出力分岐線B1,B2と、検出制御手
段とを含る。前記検出制御手段は、第一の出力分岐線B
1に挿入されて、無線周波数信号の位相を−Δφだけ
シフトする第一の位相シフト手段21と、第二の出力分
岐線B2に挿入されて、無線周波数信号の位相をΔφ
だけシフトする第二の位相シフト手段22とを備え、各
位相シフト手段21、22が、キャパシタ211、22
1に結合されるインダクタ210、220を備え、第二
の手段22とカップリング手段1との間に、たとえば第
二の出力分岐線B2に配置されて適切な減衰利得係数G
を有する減衰器4を備える。
【0026】より詳しくは、第一の出力分岐線B1は、
第一のインダクタ210を備え、相互接続点Aで検出分
岐線B3につながる主要分岐線B1a、および、接地面
M1と対応する主要分岐線B1aに接続する結合点P1
との間に第一のキャパシタ211を備えた第二の分岐線
B1bを含む。同様に、第二の出力分岐線B2は、第一
のキャパシタ211と実質的に等しい他のキャパシタ2
21を備え、相互接続点Aで検出分岐線B3につながる
主要分岐線B2aを含み、併せて、第一のインダクタ2
10と実質的に等しく、接地面M2と対応する主要分岐
線B2aに接続する接続点P2との間に接続される他の
インダクタンス220を備える第二の分岐線B2bを備
える。
【0027】次に、パワー増幅器(図示せず)から送ら
れて軸Zに沿って伝播される、いわゆる入射パワー無線
周波数電流Iinの経路と、パワー妨害無線周波数電流
Iref、たとえばアンテナ(図示せず)で反射された
電流で軸Z’に沿って伝播される電流の経路とから、ル
ープのダイナミック動作について説明する。
【0028】出力分岐線B2aの入力において、採取さ
れた入射電流の成分Iinと、採取された反射電流の
成分Irefとは、それぞれ次のように表される。
【数1】
【数2】
【0029】第一の位相シフト手段21の出力におい
て、これらの電流は、次のようになる。
【数3】
【数4】
【0030】出力分岐線B2bの入力で、採取された入
射電流の成分Iinと、採取された反射電流の成分I
refとは、それぞれ次のように表される。
【数5】
【数6】
【0031】減衰器4および第二の位相シフト手段21
を通過後、これらの電流は次のようになる。
【数7】
【数8】
【0032】相互接続点Aの位置で、全体電流Iは、次
のように表すことができる。
【数9】
【0033】一般に、採取された反射電流の成分I’r
ef、I’refの振幅が相互接続点Aで確実に等
しくなるようにGを選択する。この条件は、次の式に
よって表される。
【数10】 そのため:
【数11】
【0034】好適には、−10デシベル(dB)から−
14dBの範囲に入るようGを選択し、Gは、−2
0dBから−25dBの範囲に入るよう選択する。たと
えば、G=−10dB、G=−20dBの場合、G
は、−10dBとなる。
【0035】並行して、採取された反射電流の成分I’
ref、I’refの位相が相互接続点Aで逆位相
となる条件を満たすようにΔφを選択する。この条件
は、次の式によって表される。
【数12】
【0036】これらは通常のカプラの特性であるため、
Δφ=Δφ=0、Δφ=π/2を選択すると好ま
しい。
【0037】これにより:
【数13】 が得られる。
【0038】かくして、当該ループが動作する無線周波
数領域でこのような位相シフトを得るようインダクタン
ス値と容量値とを調整する。たとえば、無線電話で一般
に使用されている無線周波数バンド(たとえば900M
Hzまたは1800MHz)では、これらの容量値が約
10pFであり、インダクタンス値が約5nHである。
【0039】手段11、12、13、21、22で与え
られた位相シフトに対するこれらの選択された値のた
め、採取されて相互接続点Aに達する入射電流の成分
I’in 、I’inはまた、逆位相となる。したが
って、G≠Gは、採取された入射電流を相殺するの
を防止するために満すべき更なる必要条件である。実際
には、Gは、無線電話で使用されるカプラの特性であ
るため、Gは、常にGより大きくなるように選択さ
れる。最後に、全体電流Iは、以下のようになる。
【数14】
【0040】G>>Gであれば、振幅G ×G
−1の成分I’inは、振幅Gの成分I’in
対して無視できる。
【0041】たとえばGとGを等しくするように選
択する。
【0042】全体電流Iは、ダイオード31を通過する
際、直流検出電流Vdetを提供するよう整流される。
【数15】
【0043】本発明による手段により、この電圧は、採
取された入射電流を確実に表すことが保証される。従っ
て、検出回路100は効果的である。
【0044】図2は、増幅器200と、図1を参照して
説明した検出回路100を含む本発明のパワーサーボル
ープ10と、を包含する本発明の増幅回路の実施形態を
示す。
【0045】パワー増幅器200、たとえば非線形動作
トランジスタは、増幅されるパワー無線周波数電流を受
容する。この電流は、前段の処理ユニットから送られ
る。GSMタイプの電話の場合、音波により伝送される
音声は、アナログ電流に変換され、次いでデジタル電流
に変換される。電流は、位相変調の対象となり、場合に
よっては、変調器(図示せず)による振幅変調の対象と
もなる。前述のように、このデジタル電流は、電話と通
信する通信基地局(図示せず)が受信できるようパワー
増幅の対象となる。このような変調器の出力で、この電
流は、前段増幅器(図示せず)により前段増幅される。
【0046】増幅器200の出力電流Iinは、その
後、対応する基地局との接続を確立するためにアンテナ
300に導かれる。
【0047】この信号の一部を検出回路100が採取す
る。
【0048】パワーループ10は、また、増幅器200
の入力201に接続され、この入力が、増幅器のバイア
ス電圧制御を受信する。
【0049】検出回路100の検出ユニット(図1参
照)の出力には、従来の比較ユニット400の入力に送
られる検出電圧が存在する。
【0050】比較ユニット400は、一般に、2個の抵
抗器41、42を含み、各抵抗器は演算増幅器44の各
入力端子に接続される。キャパシタ43は並列接続さ
れ、その一端は、それ自体が検出ユニットの出力に接続
された第一の抵抗器41に接続され、その他端は、演算
増幅器200の出力に接続される。第二の抵抗器42
は、その他端で、比較ユニット400の第二の入力端子
に接続される。この第二の入力端子はDA変換器7の出
力に接続され、DA変換器の入力はマイクロコントロー
ラ5の出力に接続される。マイクロコントローラは、ま
た、メモリ6に接続される。
【0051】比較ユニット400の出力は、パワー増幅
器200のバイアス電圧制御入力201に接続される。
【0052】使用されるべき出力パワーのレベルは、マ
イクロコントローラ5により管理される。メモリ6は、
複数の送信機のパワーの値(たとえば33dBm。すな
わち、1ミリワットに対して33dBm)を複数の個々
の数値と対応づける対応テーブルを有する。かくして、
33dBmの送信パワーは、所定の数値に対応する。こ
の値は、比較ユニット400の入力端子の一つに基準電
圧Vrefを印加するようDA変換器7によりアナログ
基準信号に変換される。
【0053】検出ユニットの出力における電圧Vdet
が演算増幅器44の第一の端子におけるVrefよりも
小さい限り、比較ユニット400は、増幅器200のバ
イアス電圧に作用できるように増加する正の直流電圧を
送る。従って、電圧Vdetは、Vrefに達するまで
変化する。
【0054】そのため、比較ユニット400は、パワー
を所望のパワーに調整するようにパワーループ10に配
置される。
【0055】図3は、本発明による携帯用無線電話端末
500、たとえばGSMタイプの携帯用無線電話端末の
実施形態を示しており、アンテナ300と、図2に示す
回路のような本発明による増幅回路20に対して変調無
線周波数信号を送信する送信手段30を備えたハウジン
グ301とを含み、図1で説明した検出回路100を含
むパワーサーボループ10を備える。
【0056】もちろん、本発明は、上記の実施形態に制
限されるものではない。
【0057】位相シフトパラメータに対し与えられた値
と、採取係数および減衰係数の値とは、減衰器の位置同
様、例として挙げたものである。
【0058】さらに、本発明による携帯用端末のアンテ
ナは、また、端末のハウジング内に同様に収納されても
よい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパワーループの検出回路の実施形
態を示す図である。
【図2】本発明による増幅回路の実施形態を示す図であ
る。
【図3】本発明による携帯用無線電話端末の実施形態を
示す図である。
【符号の説明】
1 カップリング手段 3 検出ユニット 4 減衰器 5 マイクロコントローラ 6 メモリ 7 DA変換器 10 パワーサーボループ 11、12、13 位相シフト手段 20 増幅回路 21 第一の位相シフト手段 22 第二の位相シフト手段 30 送信手段 31 整流ダイオード 32、41、42 抵抗器 33、43、211、221 キャパシタ 44 演算増幅器 100 検出回路 200 パワー増幅器 201 バイアス電圧制御入力 210、220 インダクタ 300 アンテナ 301 ハウジング 400 検出ユニット 500 無線周波数信号送信機 I 全体電流 Iref パワー妨害無線周波数電流 Iref、Iref 採取された妨害信号の成分 Iin 入射パワー無線周波数電流 Iin、Iin 入射電流の成分 A 相互接続点 B1 第一の出力分岐線 B1a、B2a 主要分岐線 B1b、B2b 第二の分岐線 B2 第二の出力分岐線 B3 検出分岐線 M1、M2、M3 接地面 P1、P2 結合点 Vdet 検出信号 Vref 基準電圧 Z、Z’ 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5K060 BB07 CC04 CC11 DD04 HH06 HH37 JJ03 JJ04 JJ16 KK01 LL01 LL24 LL28 LL30

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出回路(100)を含む、特にパワー
    増幅器(200)を制御するためのパワーサーボループ
    (10)であって、 前記検出回路(100)は、 無線周波数信号を採取するカップリング手段(1)と、 前記カップリング手段により採取された第一の無線周波
    数信号を一部分として表す検出信号(Vdet)を送る
    検出ユニット(400)とを含み、 前記検出回路は、更に、前記カップリング手段と前記検
    出ユニットとの間に、検出信号が全体として前記第一の
    無線周波数信号を表すように、前記カップリング手段に
    より同様に採取されていわゆる妨害をする第二の無線周
    波数信号を実質的に除去する検出制御手段(21、2
    2、4)を含むパワーサーボループ。
  2. 【請求項2】 前記検出回路(100)は、前記カップ
    リング手段(1)の出力に、前記検出ユニット(40
    0)を含むいわゆる検出分岐線(B3)に相互接続さ
    れ、採取された前記妨害をする信号の各成分(Iref
    、Iref)を伝送する働きをする第一および第二
    のいわゆる出力分岐線(B1、B2)を備え、前記検出
    制御手段は、前記第一の出力分岐線に挿入された第一の
    位相シフト手段(21)と、前記第二の出力分岐線に挿
    入された第二の位相シフト手段(22)とを備え、前記
    第一および前記第二の位相シフト手段は、前記成分に実
    質的に逆の位相シフトを誘起することができる、請求項
    1に記載のパワーサーボループ(10)。
  3. 【請求項3】 前記第一および前記第二の位相シフト手
    段(21、22)のそれぞれは、キャパシタ(211、
    221)に結合されるインダクタ(210、220)を
    含む請求項2に記載のパワーサーボループ(10)。
  4. 【請求項4】 前記第一の出力分岐線(B1)は、第一
    の前記インダクタ(210)を含み前記検出分岐線(B
    3)につながる第一の主要分岐線(B1a)と、接地面
    (M1)および対応する主要分岐線との結合点(P1)
    の間に接続された第一の前記キャパシタ(211)を含
    む第二の分岐線(B1b)とを併せて備え、 前記第二の出力分岐線(B2)は、前記第一のキャパシ
    タ(211)と実質的に同一な前記キャパシタの他方
    (221)を含み前記検出分岐線(B3)につながる主
    要分岐線(B2a)と、接地面(M2)および対応する
    主要分岐線との結合点(P2)の間に接続され、前記第
    一のインダクタ(210)と実質的に同一な前記インダ
    クタの他方(220)を含む第二の分岐線(B2b)を
    と備える、請求項3に記載のパワーサーボループ(1
    0)。
  5. 【請求項5】 前記検出制御手段が、前記一方の出力分
    岐線(B2a)に配置される減衰器(4)を含む請求項
    2に記載のパワーサーボループ(10)。
  6. 【請求項6】 前記検出制御手段が、前記一方の出力分
    岐線(B2a)に配置される減衰器(4)を含む請求項
    3に記載のパワーサーボループ(10)。
  7. 【請求項7】 前記検出制御手段が、前記出力分岐線
    (B2a)に配置される減衰器(4)を含む請求項4に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  8. 【請求項8】 前記カップリング手段(1)が、採取さ
    れた無線周波数信号の位相をシフトすることができる位
    相シフト手段(11、12、13)を含む請求項1に記
    載のパワーサーボループ(10)。
  9. 【請求項9】 前記カップリング手段(1)が、採取さ
    れた無線周波数信号の位相をシフトすることができる位
    相シフト手段(11、12、13)を含む請求項2に記
    載のパワーサーボループ(10)。
  10. 【請求項10】 前記カップリング手段(1)が、採取
    された無線周波数信号の位相をシフトすることができる
    位相シフト手段(11、12、13)を含む請求項3に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  11. 【請求項11】 前記カップリング手段(1)が、採取
    された無線周波数信号の位相をシフトすることができる
    位相シフト手段(11、12、13)を含む請求項4に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  12. 【請求項12】 前記カップリング手段(1)が、採取
    された無線周波数信号の位相をシフトすることができる
    位相シフト手段(11、12、13)を含む請求項5に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  13. 【請求項13】 前記カップリング手段(1)が、採取
    された無線周波数信号の位相をシフトすることができる
    位相シフト手段(11、12、13)を含む請求項6に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  14. 【請求項14】 前記カップリング手段(1)が、採取
    された無線周波数信号の位相をシフトすることができる
    位相シフト手段(11、12、13)を含む請求項7に
    記載のパワーサーボループ(10)。
  15. 【請求項15】 パワー増幅器(200)と、前記増幅
    器のための請求項1に記載のパワーサーボループ(1
    0)とを含む無線周波数信号の増幅回路(20)。
  16. 【請求項16】 無線周波数信号の送信手段(30)を
    含み、請求項15に記載の無線周波数信号の増幅回路
    (20)を備えた、無線周波数信号送信機(500)。
  17. 【請求項17】 前記送信手段は、携帯無線電話局、携
    帯情報端末、携帯用パソコンの中から選択される請求項
    16に記載の送信機(500)。
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