JPH01200825A - 電力検出装置及びこれを用いた電力増幅段制御装置 - 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、例えば各種無線送信機の最終出力段等、電力
増幅段の出力電力値を実時間で検出する装置及びこれを
用いた電力増幅段制御装置に関し、特に出力電力線路の
インピーダンス変動や電源電圧変動に対する耐性を高め
た改良に関する。

［従来の技術］ 電力増幅段の出力を実時間で監視し、これに応じて当該
電力増幅段の出力を所定の範囲内に、または最大限度以
下に抑え込まねばならないことも良くある。特に各種無
線通信機器の送信出力段においてそうした要求がなされ
ることが多い。法規上の制約からのこともあるし、予定
されている以上の強電界を発生すると、他の通信システ
ムのみならず、自己の回路系にも悪影響を及ぼすことが
あるためである。

一方ではまた、そうした各種制御の入力量としてではな
く、例えば低周波音響増幅器においての実時間出力表示
等のため、電力増幅段が現に出力している電力値を検出
する場合もある。

いずれにしても、このように動機こそ異なれ、電力増幅
段の出力検出はかなり一般的な要求であり、各所に応用
されているが、その割に従来、これに応える回路系は、
どれも概ね、第３図に示されるような原理構成に集約で
き、端的に言って、監視対象である電力増幅段１１の出
力の一部を分岐的に取出し、これを出力電力検出回路１
２にて検出する手法に限られていた。

図示の場合は一例として、与えられる供給電源電力（電
圧■８．電力ＩＢ）と、自身に設定されている利得に応
じ、送信信号を電力変換してアンテナｌＯから空中線に
放射する高周波電力増幅段１１に対する監視例が示され
ているが、当該電力増幅段１１の負荷であるアンテナ１
０（空中線）を他の負荷に置き換えると一般性が生じ、
ここでの説明は低周波音響増幅器等も含んで考えること
ができる。

また、簡単のため、本図では電力増幅段１１の出力から
アンテナ１０に向かう線路途中を有線分岐し、出力電力
検出回路１２に入力信号を与えるように示しているが、
この信号取出し部分には容量結合や誘導結合、特にある
種の無線通信器の場合には方向性結合器を利用する場合
もある。しかし、いずれの場合にも、原理構成としては
どれも有線分岐のように示せるということで、図示構成
で代表した。

［発明が解決しようとする一４５％］ 上記した従来法でまず最も問題となるのは、特に図示さ
れているような空中線利用機器では、出力電力検出回路
Ｉ２への入力信号を取出している電力増幅段１１の出力
線路インピーダンスが安定性に乏しく、実際にはかなり
変動するため、これによって正確な電力値検出が妨げら
れるということである。

例えばアンテナ端のインピーダンスが設計値から狂って
くると反射波が生じ、ライン・インピーダンスもずれて
くるので、実際に出力されている出力電力（Ｗ）と、こ
れに応じて出力電力検出回路１２の側に取出されている
電圧信号または電流信号との対応関係も狂い、結局は正
確な出力電力値の検出が不能となってしまう。

特に、例示されているような高周波通信機器の場合には
、単に高周波電力増幅段１１の出力電力を表示するとい
う目的のためだけではなく、先に述べたように、検出し
た電力値に応じて図示されていない適当なる帰還系を介
し、当該電力増幅段１１の出力電力を所定の最大値以下
に制御しようとすることが多いが、このような場合に上
記のような誤検出が生じ、電力増幅段１１が実際に出力
している電力値がかなり大きくても、出力電力検出回路
１２がこれを相当小さ目の値として検出してしまうと、
帰還系は電力増幅段１１に対し、より大きな出力を生じ
せしめるべく、一種の正帰還作用をなし、その結果、不
測にも大きな電力出力が放射されてしまうとか、電力増
幅段内の増幅素子に損傷を起こしてしまうようなことが
あった。

また、従来の電力検出原理においては、取込み信号から
電力値を求値する演算関係に、電源電圧値が除去できな
いパラメータの一つとして入ってしまうことも良くあり
、そのような場合には当然、当該電源電圧の変動をもろ
に受け、正確な出力電力値の検出を妨げるのみならず、
帰還系付きの電力増幅段制御系を組んだ場合には、上記
と同様、回路に対して危険な状態を生成したり、放射電
波の電力値の抑え込みに失敗したりする。

本発明はこうした従来の実情に鑑みて成されたもので、
出力線路のインピーダンス変動や電源変動にも強い電力
増幅段の出力電力検出手段、及びこれを利用しての電力
増幅段の制御装置を提供せんとする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題の解決のため、電力増幅段に供給され
る電源電流量を検出するという技術思想に即し、かつ、
その電源電流値検出に関しては最も筒乍でありながら信
頼性の高い電圧への変換手法を採用することとして、電
力増幅段への電源供給線路中に電力損失が問題とならな
い程度の低抵抗を挿入し、この低抵抗両端の電圧値を検
出することで対応的に電力増幅段出力電力値を求める。

そしてまた、こうした本発明による電力検出装置の出力
によって電力増幅段を帰還制御する場合には、上記低抵
抗両端の電圧値が所定の値ないし所定の範囲内となるよ
うな帰還系とする。

さらに、上記検出装置とする場合にも、これを用いた制
御装置とする場合にも、特に電源電圧変動に対する耐性
が極めて高く、かつ簡単で望ましい手段として、低抵抗
両端の電位差を差動増幅回路を用いて検出するように図
る。

こうしたことを発明の構成としてまとめれば次のように
なる。

（１）電力増幅段への供給電源線路中に直列に挿入され
た低抵抗と； 該低抵抗両端の電位差を検出することにより該電力増幅
段の出力電力値に対応した電気量値を得る検出回路と： を有して成る電力検出装置。

（２）検出回路は、低抵抗の一端側の電位を正相入力に
受け、他端側の電位を逆相入力に受けて、それら両入力
電位の差を差動増幅する差動増幅回路を有することを特
徴とする請求項１に記載の電力検出装置。

（３）電力増幅段への供給電源線路中に直列に挿入され
た低抵抗と： 該低抵抗両端の電位差を検出することにより該電力増幅
段の出力電力値に対応した電気量値を得る検出回路と： 該検出回路の出力に基づき、上記低抵抗両端の電位差が
所定の値または所定の範囲内に入るよう、上記電力増幅
段を制御する帰還系と：を有して成る電力増幅段制御装
置。

（４）検出回路は、低抵抗の一端側の電位を正相入力に
受け、他端側の電位を逆相入力に受けて、それら両入力
電位の差を差動増幅する差動増幅回路を有することを特
徴とする請求項３に記載の電力増幅段制御装置。

［作用および効果］ 電力増幅段においては、種類によらず、与えられる電源
電力を所定の効率で出力電力に変換するのであるから、
この電源電力と対応関係にある電源電流を検出すれば、
既知の関係から出力電力を求めることができる。

本発明ではこの電源電流量を得るのに、最も簡単で信頼
性の高い手段として、当該電力増幅段への供給電源線路
中に低抵抗を挿入し、この低抵抗両端の電圧を計測する
手法を採用しているが、いずれにしても上記原理からし
て、本発明によると、まずもって電力増幅段の出力電流
値、ひいては出力電力値を実時間で知ることができる。

一方、このようにした場合、電力増幅段出力電力値検出
に係る入力信号成分は、当該電源電流量検出のために用
いた低抵抗両端の電圧値のみてあって、電力増幅段の出
力線路インピーダンスや電源電圧値はパラメータとして
入る余地がないため、それらの変動にも極めて強いもの
となる。

特に、請求項２に示されるように、低抵抗両端の電位差
検出に差動増幅回路を用いれば、最も簡単な構成で電源
電圧変動の影響を最も受は難い合理的な検出系を構成す
ることができる。

そこでさらに、こうした検出原理に基づき、請求項３に
示されるように、上記低抵抗両端の電圧値が所定の値な
いし所定の範囲内（上限値または下限値のいずれか一方
のみにより見回が画される場合を含む）になるよう、公
知既存の適当なる帰還制御系構成を利用し、電力増幅段
を制御すれば、結局は電力増幅段に供給される電源電流
量を制御することになる。

特にその場合、端的な例として電力増幅段の出力電流値
を予定の最大値以下に規制したい場合には、上記低抵抗
両端電圧が予定の最大電圧値以下になるよう制御すれば
良い。

こうすれば当然、電力増幅段に供給される最大電源電流
値にも上限値が設定され、従来のように出力電力検出回
路１２の誤検出によって電力増幅段１１に異常に大きな
電ｆ！Ａ電力が印加され、電力増幅段１１の出力が異常
に大きくなるとか、場合によっては素子損傷を起こすと
いうような不具合はこれを確実に防ぐことができる。

もちろん、この請求項３に従う場合にも、請求項１と２
の関係に見られるように、検出回路には差動増幅回路を
採用すると良い。

なお、上記低抵抗は、検出に十分な電位差を生じ得る限
り、そしてまた精度上のばら付きを許容し得る限り、電
力損失の観点からして、一般にはなるべく小さい値を選
ぶのが良い。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例につき説明するが、第１図は、本
発明の最も基本的な態様である電力検出装置としての望
ましい一実施例を示している。

この実施例では、本発明要旨構成に言う電力検出装置は
出力電力検出回路２０として具現されており、やはり先
の従来例に関し例示したように、適当なる無線送信機の
終段高周波電力回路１１に対する出力電力検出のために
使われている。

つまり、終段電力増幅回路１１は、供給される電源電圧
＋ｖＢ、電流ＩＢの電源電力を入力の送信信号により出
力電力Ｗに変換し、アンテナｌＯから空中線に放射する
回路であって、この出力電力に関する検出例が本第−実
施例である。

電圧＋ｖＢ、電流ＩＢの電源線路中には本発明の趣旨に
従い、低抵抗Ｒ６が挿入されている。したがって、この
電源線路中に流れる電流値ＩＢに関し、当該低抵抗Ｒ８
の両端には検出電圧ＡＶが発生する。

低抵抗Ｒ０の両端はそれぞれ一対のポテンショ・メータ
を介して接地され、各ポテンショ・メータは、この実施
例の場合、後述する演算関係に最も簡単なように、それ
ぞれ同じ抵抗値関係、すなわちＲ，、Ｒ２の直列回路で
構成され、各ポテンショ・メータ出力Ｖ、、Ｖ２が表れ
る両抵抗Ｒ，、Ｒ２の接続点は、これも簡単化のために
同じ値としである抵抗Ｒ３を介し、それぞれ演算増幅器
Ａ、の逆相入力（−）と正相入力（＋）の−万死に接続
されている。

演算増幅器Ａ、の出力はまた、帰還抵抗Ｒ４を介して逆
相入力に帰還され、正相入力は上記帰還抵抗Ｒ４と同じ
値の抵抗Ｒ４と基準電圧Ｖｒｅｆどの直列回路を介し、
接地されていて、これにより、当該演算増幅器Ａ１は差
動増幅回路を構成している。

このような構成においては、当該演算増幅器Ａ１の出力
端子Ｔ。に表れる電圧■。は、まず−数的な問題として
、本発明により電力増幅段１１の電源線路中に挿入され
た低抵抗Ｒ０の両端電圧ＪＶの関数となり、一方、先に
説明したように、当該低抵抗Ｒ８の両端電圧Δ■は、そ
のときどきの電力増幅段１１の出力電力Ｗの関数ｆ　（
Ｗ）となるから、結局、演算増幅器酷の出力端子Ｔ０に
表れる電圧ＶＤの如何をして電力増幅段１１の出力電力
を監視ないし検出することができる。

実際上、この演算増幅器Ａ１の出力端子Ｔ０に表れる電
圧ｖ０は、電源電圧ＶＢや本発明により挿入された低抵
抗Ｒ０の両端電圧ＡＶに対し、次のような演算式により
、その関係を説明することができる。

まず、低抵抗Ｒ８の両端の中、高電位側に挿入されてい
るポテンショ・メータの出力電圧ｖ１と低電位側に挿入
されているポテンショ・メータの出力電位■２は、それ
ぞれ次のように示すことができる。

■＋＝□Ｖ。

Ｒ，＋Ｒ２ ・・・・・・■ ｖ２＝−ｍ−（ｖａ−Ｂ） Ｒ，＋Ｒ２ ・・・・・・■ したがって、演算増幅器Ａ１の出力端子Ｔ。に表れる電
圧■。は、当該演算増幅器Ａ１の各直列入力抵抗Ｒ３に
対し、抵抗Ｒ＋　、　Ｒ２の並列合成抵抗値が十分に小
さい適当な値に設定されている限り（そのような設定自
体は当業者に極めて容易）、次式■のように表される。

・・・・・・■ この弐〇から理解されるように、出力電力Ｗの関数とな
る検出電圧ＶＤの項には、上記■、■式中にあった電源
電圧ｖ８のパラメータが消去され、影響を及ぼしていな
い。換言すれば、この実施例の出力電力検出回路２０は
、特に電源電圧ＶＢの変動の影響を受は難いようになっ
ている。

なお、同様に上記式〇から明らかなように、この実施例
で用いられている基準電圧ｖ、、。ｆは、意図的に検出
電圧ＶＤにレベル・シフトを与える作用をしている。

これは、例えば演算増幅器Ａ１の出力端子Ｔ。に接続さ
れている仮想線の負荷抵抗を介し、図示されていないが
適当なる電力表示回路等の入力信号として検出電圧Ｖ。

を利用する場合に、そうした処理に適当なオーダにまで
、検出電圧範囲をシフト・アップしたり、電力制御装置
を構成する後述の実施例において、同様に処理に都合の
良い電圧オーダにまで、検出電圧をシフトするのに便利
なため、用いられているのであって、本発明の原理構成
上は必須のものではなく、したがってこの基準電源はな
くても良いしくこの実施例構成ではその場合、検出電圧
Ｖ。は−数的に負電圧領域に入るが）、場合によっては
さらに負方向にシフトするものであっても良い外、回路
によっては、差動増幅回路Ａ１への入力関係も正逆反転
可能である。

しかるに、第１図示の実施例構成のように、基本的には
電力を検出する装置として定義される本発明も、やはり
、電力増幅段の最大出力電力を規制し、少なくとも安全
側に機能して不測に大きな出力を生じさせず、素子損傷
の恐れを未然に回避させる装置に発展させることか最も
望ましい。こうした目的の下には、電力増幅段の出力線
路インピーダンス変動があっても、所期通り上記安全側
に機能させ得るからであり、その意味において当該イン
ピーダンス変動の影響は受は難いものとなるからである
。

これについては、第２図示の実施例に即して説明するこ
とができる。

すなわち、本発明のさらなる実施例としてのこの第２図
示実施例は、電力検出部分に実質的に第１図示の構成と
同じ回路構成による出力電力検出回路２０を用いながら
も、その検出電圧値Ｖ。に基づき、電力増幅段１１の出
力電力をこの場合、特に上限値を越えないように制御す
るものである。

この実施例においても、出力電力検出回路２０の出力電
圧値Ｖ。は、上記のように、回路構成が実質的に第１図
示実施例におけると同じことから、既述の０式に従うも
のとなるが、当該検出電圧Ｖ。はさらに、電圧−電流変
換回路２２に与えられ、それにより、元々の検出対象値
である低抵抗Ｒ０の両端電圧ＡＶに応じた制御電流ＩＣ
を発生させ、これをして制御回路２１を稼動させて、終
段電力増幅段１１の出力電力を制御すべく図っている。

電圧−電流変換回路２２は、−例としてではあるが、こ
の場合、演算増幅器Ａ２において入力端子Ｖ。

を基準電圧ｖＳとの間で比較増幅し、ＮＰＮトランジス
タＱ、、ＰＮＰトランジスタＱ２を介して必要程度電流
増幅する回路となっていて、この回路の内部構成自体は
この種の公知の構成に従っており、入力信号レベルと出
力電流レベルとの対応関係は、基準電圧ｖ８に対し適当
なるポテンショ・メータＲｘを採用することで調整可能
である。

こうした制御系により終段の電力増幅段１１を制御すれ
ば、従来のように出力電力検出回路の誤検出により、不
測にも電力増幅段１１中の回路素子に重大な損傷を与え
てしまうようなおそれは回避できる。

と言うのも、先に述べたように、本発明に従い構築され
た電力検出装置である出力電力検出回路２０は、電源電
圧の変動に強いことがある上に、例えばアンテナ端のイ
ンピーダンスが設計値から大幅にずれるようなことがあ
っても、第２図示の制御回路系ではそうした線路インピ
ーダンスに無関係な電源線路中の電流値のみ、そしてそ
れを電圧変換した低抵抗Ｒ８の両端電圧ＡＶにのみ鑑み
て動作するため、電力増幅段１１への供給電流■８か設
定値を越えて増そうとしたときには、当該低抵抗Ｒ８の
両端電圧Δ■も極めて大きくなり、したがって電圧−電
流変換回路２２中の出力トランジスタＱ２をして制御電
流ＩＣを十分に抑え込む方向に動作させ、これに応答す
る制御回路２１を介し、結局は電力増幅段１１の出力電
流を少なくとも所定の上限値以下に抑え込むことができ
るからである。

もちろん、第２図もある意味で模式的なものであり、終
段の電力増幅段１１を制御する制御回路２１は当該電力
増幅段１１に直列な関係で示されているが、これ自体、
種々の構成が考えられ、等価的に示せば電力増幅段１１
に対し並列な関係になるものもある。

簡単には、当該電力増幅段１１の供給電流そのものを分
流制御する回路として制御回路２１を構成し、自身に印
加される制御電流が小さい程、電力増幅段１１への供給
電流も絞るものとか、制御電流が小さくなる程、送信信
号入力の電圧レベルでの大きさを意図的に所定レベルだ
け、低下方向にシフトないし減衰させるもの等が考えら
れ、さらにアナログ的なレベル制御もデジタル的、段階
的な（最小限、二段階でも良い）レベル制御も共に採用
することができる。

なお、電力増幅段１１への供給電源線路中に挿入する低
抵抗Ｒ０は、先にも述べたように、その両端電位差Δ■
が十分に検出可能なレベルとなる限り、また抵抗自体の
精度として満足が行く限り、そこにおける電力損失がな
るべく少なくなるよう、−般には小さい値を選ぶ程、良
い。

因みに本発明者における実験では、定格最大出力３５Ｗ
の高周波電力増幅段１１を用い、これに供給される最大
電源電圧が１３■、最大電源電流７Ａの条件下において
、用いた低抵抗Ｒ８の値は０．０５Ωである。したがっ
て計算上は、この低抵抗Ｒ０の部分で最大２．５Ｗ程度
の電力を消費する可能性があるが、実際には高周波電力
増幅段１１が常に最大出力で動作することはなく、この
程度は一般に許容範囲と考えられる。もちろん、電圧検
出系の精度や信号対雑音比特性に応じ、より低い値の抵
抗値をも採用可能である。

また、これも既述したように、本発明装置の適用可能な
電力増幅段は、上記実施例中に見られる高周波電力増幅
段に限らず、低周波電力増幅段等を含め、−数的に展開
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力検出装置としての本発明一実施例の概略構
成図、第２図は電力増幅段制御装置としての本発明一実
施例の概略構成図、第３図は従来における電力増幅段出
力電力検出方法の説明図、である。 図中、１１は電力増幅段、２０は電力検出装置としての
出力電力検出回路、２１は電力増幅段の出力電力を制御
する制御回路、２２は電圧−電流変換回路、■８は電力
増幅段への供給電源電圧、ＩＲは同じく供給電源電流、
Ｒｏは電力増幅段の供給電源線路中に挿入された低抵抗
、Δ■は当該低抵抗両端電圧、Ｖ、は電源電流ＩＢに対
応的して検出された検出電圧、である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力増幅段への供給電源線路中に直列に挿入され
   た低抵抗と； 該低抵抗両端の電位差を検出することにより該電力増幅
   段の出力電力値に対応した電気量値を得る検出回路と； を有して成る電力検出装置。
2. （２）検出回路は、低抵抗の一端側の電位を正相入力に
   受け、他端側の電位を逆相入力に受けて、それら両入力
   電位の差を差動増幅する差動増幅回路を有することを特
   徴とする請求項１に記載の電力検出装置。
3. （３）電力増幅段への供給電源線路中に直列に挿入され
   た低抵抗と； 該低抵抗両端の電位差を検出することにより該電力増幅
   段の出力電力値に対応した電気量値を得る検出回路と； 該検出回路の出力に基づき、上記低抵抗両端の電位差が
   所定の値または所定の範囲内に入るよう、上記電力増幅
   段を制御する帰還系と；を有して成る電力増幅段制御装
   置。
4. （４）検出回路は、低抵抗の一端側の電位を正相入力に
   受け、他端側の電位を逆相入力に受けて、それら両入力
   電位の差を差動増幅する差動増幅回路を有することを特
   徴とする請求項３に記載の電力増幅段制御装置。