JPH03283717A - 無線送信機の電力増幅装置 - 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］ 本発明は無線送信機の電力増幅装置に関し、特に、電力
増幅器に対する電力制御フィードバック回路の動作を安
定化させたものである。

し従来の技術］ 無線送信機の電力増幅装置として、出力電力を一定に制
御する電力制御フィードバック回路を備えたものが提案
されている。例えば、自動車電話システムの端末機にお
ける無線送信機の電力増幅装置は、これを備えている。

第２図は、電力制御フィードバック回路を備えた従来の
無線送信機の電力増幅装置を示すものである。

第２図において、送信信号は、電力増幅器１によって電
力増幅された後、出力伝送線路２及びアイソレータ（な
い場合もある）３を順次弁して図示しないアンテナに供
給される。

出力電力の一部は、結合伝送線路や結合コンデンサ等の
結合手段４により取り出される。この取出された電力は
、検波ダイオード５によって検波され、さらに、平滑コ
ンデンサ６によって平滑されて電力増幅器１からの高岡
波出力電力レベルを反映したモニタ電圧に変換される。

このモニタ電圧は、抵抗分割器７によって電圧変換（減
衰）された後、直流増幅段８によって直流増幅されて、
演算増幅器構成の比較器９の反転入力端子に与えられる
。比較器９の非反転入力端子には、基準電圧が与えられ
ており、モニタ電圧の基準電圧からの差分電圧が電流駆
動増幅段１０に与えられる。

差分電圧は、電流駆動増幅段１０によって増幅されて電
流駆動能力が高められた後に、電力増幅器１の電力制御
端子１１へ制御電圧として印加される。

以上の構成により、直流増幅段８からのモニタ電圧と基
準電圧とが等しくなるようにフィードバック制御が実行
され、電力増幅器１からの出力電力が安定化される。

ところで、自動車電話システムにおいては、電源の節約
を期して、基地局との距離に応じて端末機の出力電力を
制御している。このような出力電力レベルの切換えは、
上述した抵抗分割器７として複数タップを有する可変式
のものを適用して、分割比を変えることで実行している
。

また、自動車電話システムの電力増幅装置においては、
電力増幅器１として、第２図に示すように３段構成のも
のが適用されている。すなわち、ドライバ段（複数の増
幅器で構成されることもある）ｌａと、例えばＡＢ級増
幅器でなる制御段としての出力前置段１ｂと、例えばＣ
級増幅器でなる出力段（複数の増幅器で構成されること
もある）１ｃとで構成されている。上述した出力前置段
１ｂに、電流駆動増幅段１０からの制御電圧ｖ　ｃｏｎ
を印加することで電力制御を実行している。従って、出
力段ＩＣには、固定電源Ｖｃｃが供給されている。なお
、出力段ＩＣにＣ級増幅器を採用しているのは、電力効
率の観点からである。

以上の構成は、主としてアナログ方式の自動車電話端末
機に対する構成である。今後は、デジタル方式の自動車
電話端末機が普及していくが、この場合には、電力増幅
器１で振幅変動をも増幅する必要があり、そのため、出
力段１ｃｃｒ）Ｃ級電力増幅器をリニアアンプとして適
用することが求められる。この場合、電力効率の観点か
らＣ級増幅器１ｃの増幅器素子を飽和状態で使用するこ
とが重要である（千葉耕司他著、「双方向フィード形ド
レイン電圧制御増幅器（ＢＤＦ−ＤＶＣＡ）Ｊ、信学技
報、ＶＯＬ、　８９、ＮＯ，２５０，ＲＣ３８９−３３
）。

出力段１ｃのＣ級電力増幅器をリニアアンプとして用い
る場合、第３図に示すように、電力制御のためにフィー
ドバックを施す電流駆動増幅段１０からの制御電圧ｖ　
ｃｏｎをこの出力段１ｃに印加し、また、出力前置段１
ｂに固定電源Ｖｃｃを印加することも考えられる。この
第３図の電力制御方式の場合、出力電力を得るときには
Ｃ級増幅器構成の出力段１ｃの電源電圧（制御電圧）Ｖ
ＣＯｎが低くなるので電源効率が上がる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第３図の構成により、出力段ＩＣにＣ級
増幅器を用いて電力制御を行なう場合、出力電力を絞ろ
うとしてＣ紐出力段１ｃに対する制御電圧Ｖ　ｃｏｎが
非常に小さくなると、Ｃ紐出力段１ｃのトランジスタに
おけるコレクターベース間接合か逆バイアス状態に陥り
、帰還容量が増大してこの帰還容量のために電力制御フ
ィードバック回路が発振等の不安定動作に至るという問
題点があった。

第４図は、Ｃ紐出力段１ｃの構成例及びその特性を示し
ている。第４図（Ａ＞に示すように、コレクタが電力制
御端子１１に接続され、エミッタがアースされているＮ
ＰＮ型トランジスタＱと、このトランジスタＱのベース
に入力電圧を印加する結合コンデンサＣと、トランジス
タＱのベース及びアース間に介挿さｈな、コイルし及び
抵抗Ｒの直列回路から構成されている。この構成例の場
合、第４図（Ｂ）に示すように、ベースバイアスはＯＶ
であるので、トランジスタＱへの交流電圧振幅がトラン
ジスタＱのオン電圧ＶＢＥを越えたときにだけ第４図（
Ｃ）に示すようにコレクタ電流ＩＣＣが流れる。

ここで、Ｃ販出力段１ｃに電力制御フィードバックがか
かつて制御電圧ｖ　ｃｏｎがＩＶ未満程度になると、ト
ランジスタＱがオンとなる瞬時に、ベース電位がコレク
タ電位よりも高くなる状態に至る。トランジスタＱのコ
レクターベース間は通常逆バイアス状態で用いられるが
、上述した電位の大小関係の逆転は順バイアスとなって
しまうことを意味する。

一般に、ｐｎ接合の空乏層容量ＣＪとバイアス電圧Ｖｂ
ｉの関係は、第５図に示すようになり、空乏層容量ＣＪ
は順バイアスのときには激増する。

従って、順バイアスとなった場合に、コレクタ・ベース
間の接合容量（帰還容量）が増大する。このとき出力段
１ｃに用いられているＣ級増幅器は著しく不安定動作に
陥り、電力制御フィードバック回路が発振に至ることも
生じる。

上述した問題は、電界効果型トランジスタを用いたＣ級
増幅器を適用した場合にも、同様に生じる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、複
数段構成の電力増幅器を用い、その出力段に電力制御フ
ィードバック回路からの制御電圧を与えるようにした場
合にも、出力段の増幅素子が安定に動作して電力制御フ
ィードバック回路が発振等を起こすことなく安定に電力
制御を実行できる、しかも電力効率の良い無線送信機の
電力増幅装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するため、本発明においては、出力段
及びこの出力段に増幅信号を与える出力前置段を少なく
とも備えた電力増幅器と、この電力増幅器からの出力電
力レベルをモニタして第１の基準レベルとの差分を得て
電力増幅器を制御し、出力電力を安定化させる、しかも
出力電力として多段階の値を取らせることができる主電
力制御フィードバック回路とを備えた無線送信機の電力
増幅装置を、以下のように構成しな。

すなわち、主電力制御フィードバック回路からの制御電
圧を出力段に与えると共に、出力前置段からの出力電力
レベルをモニタして第２の基準レベルどの差分を得て出
力前置段を制御するものであって、主電力制御フィード
バック回路と連動して段階切換え動作を行なう副電力制
御フィードバック回路を設けた。

［作用］ 本発明では、電力効率を考慮して、出力電力の安定化を
実行させるための主電力制御フィードバック回路からの
制御電圧を、電力増幅器の出力段に与えるようにした。

この場合において、電力増幅器からの出力電力レベルと
して小さい値が指示されると、出力段内部の増幅素子の
バイアス状態が適切でなくなって制御が不安定となるこ
とがある。

そこで、出力前置段からの出力電力レベルを安定化させ
る副電力制御フィードバック回路を設けて出力段からの
出力電力レベルが小さく指示されたときには、これに応
じて出力段に与える電力レベルをも小さくして、出力段
内部の増幅素子のバイアス状態を適切な所定の状態に維
持させて電力制御を安定化させるようにした。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図は、この実施例の構成を示すブロック図である。

この実施例においても、送信信号を電力増幅してアンテ
ナに与える構成、出力電力の一部からモニタ電圧と基準
電圧との差分電Ｅを得て出力電力を制御する基本的構成
は、従来装置と同様である。

すなわち、送信信号は、電力増幅器２１によって電力増
幅された後、出力伝送線路２２及びアイソレータ２３を
順次弁して図示しないアンテナに供給される。

出力電力の一部は、結合伝送線路や結合コンデンサ等の
結合手段２４により取り出され、この取出された電″力
は検波ダイオード２５によって検波され、平滑コンデン
サ２６によって平滑されてモニタ電圧に変換される。こ
のモニタ電圧は、抵抗分割器２７によって外部から分割
比指令（出力電力指令）に応じて電圧変換（減衰）され
た後、直流増幅段２８によって直流増幅されて、演算増
幅器構成の比較器２９の反転入力端子に与えられる。

比較器２９の非反転入力端子には、第１の基準電圧が与
えられており、モニタ電圧の第１の基準電圧からの差分
電圧が得られる。この差分電圧は、電流駆動増幅段３０
によって増幅されて電流駆動能力が高められた後、電力
増幅器２１に対する制御電圧として電力制御端子３１に
与えられる。

この実施例の場合、電力増幅器２１としては、ドライバ
段２１ａ、出力前置段（副制御段）２１ｂ及び出力段（
主制御段）２１Ｃの３段構成のものが適用されており、
上述した制御電圧は電力制御端子３１を介して出力段２
１ｃに印加されるようになされている。

以上の電力制御フィードバック回路（以下、主電力制御
フィードバック回路と呼ぶ＞ＬＰＩの構成により、直流
増幅段２８からのモニタ電圧と第１の基準電圧とが等し
くなるようにフィードバック制御が実行され、電力増幅
器２１からの出力電力が所定電力に安定化される。

例えば、自動車電話システムにおいて、基地局からの距
離が遠くなって抵抗分割器２７の分割比（減衰率）が大
きな値に可変されたとする。この場合にも、直流増幅段
２８からのモニタ電圧と第１の基準電圧とが等しくなる
ようにフィードバック制御が実行され、電力増幅器２１
からの出力電力が所定電力に安定化される。しかし、直
流増幅段２８からのモニタ電圧は分割比が可変される前
と同一であるが、分割比は可変されているので、かかる
フィードバック処理によって抵抗分割器２７に入力され
るモニタ電圧、従って、出力電力は可変される前の分割
比の場合に比較して大きくなり、この大きくなった出力
電力で安定化される。

このようにして多段階の出力電力の安定化制御が実現さ
れている。

以上の基本的な構成に加えて、この実施例では、出力前
置段２１ｂから出力段２１ｃに与える出力電力を安定化
させる副電力制御フィードバック回ＮＬＰ２が設けられ
ている。すなわち、この実施例は、副電力制御フィード
バック回路ＬＰ２を設けている点に特徴を有する。

副電力制御フィードバック回路ＬＰ２も主電力制御フィ
ードバック回路ＬＰＩと同様な構成を有する。すなわち
、結合手段３２と、検波ダイオード３３と、平滑コンデ
ンサ３４と、抵抗分割器３５と、直流増幅段３６と、比
較器３７と、電流駆動増幅段３８と、電力制御端子３９
とから構成されている。

出力前置段２１ｂから出力段２１ｃに向う電力の一部は
、結合手段３２により取り出され、この電力は検波ダイ
オード３３によって検波され、平滑コンデンサ３４によ
って平滑されてモニタ電圧に変換される。このモニタ電
圧は、抵抗分割器３５によって外部から分割比指令（電
力指令）に応じて減衰された後、直流増幅段３６によっ
て直流増幅されて、演算増幅器構成の比較器３７の反転
入力端子に与えられる。比較器３７の非反転入力端子に
は第２の基準電圧が与えられており、モニタ電圧の第２
の基準電圧からの差分電圧が得られる。この差分電圧は
、電流駆動増幅段３８によって増幅されて電流駆動能力
が高められた後、出力前置段２１ｂに対する制御電圧と
して電力制御端子３つに与えられる。

この副電力制御フィードバック回路ＬＰ２における抵抗
分割器３５は、主電力制御フィードパ・ンク回路ＬＰＩ
における抵抗分割器２７と連動して切り替えられるもの
である。

この副電力制御フィードバック回路ＬＰ２によって、無
線送信機の出力電力レベルに応じて、電力増幅器２１の
出力前置段２１ｂの出力電力レベル、すなわち、出力段
２１ｃへの入力電力レベルを制御している。

無線送信機の出力電力レベルとして非常に小さい値が指
示されて出力段２１ｃに対する制御電圧が１ｖ程度と非
常に小さくなっても、副電力制御フィードバック回路Ｌ
Ｐ２によって出力段２１ｃへの入力電力レベルを小さく
するようにしたので、出力段２１ｃにＣ級増幅器を適用
したとしても、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。その結果、主電力制御フイード
バツク回路ＬＰＩが発振するようなことを未然に防止し
ている。

以上のように、上述の実施例によれば、電力効率を考慮
して、出力段２１ｃに主電力制御フィードバック回ＮＬ
ＰＩからの制御電圧を与えるようにしても、安定した電
力制御を行なうことができる。また、副電力制御フィー
ドバック回路ＬＰ２によって出力前置段２１ｂの電流も
絞られ、副電力制御フィードバック回路ＬＰ２を設けた
ことが電力効率を低下させることはなく、むしろ電力効
率を高めている。

従って、この実施例は、出力段２１ｃにリニア・アンプ
としてＣ級増幅器を用いるようなことが考えられるデジ
タル方式の自動車電話システムの端末機等に好適なもの
となる。

なお、本発明は、出力段２１ｃにＣ級増幅器を適用した
場合の問題を考慮してなされたものであるが、他の増幅
器を用いた場合にも本発明を適用することができる。

また、自動車電話端末機だけに限定されるものではなく
、各種の無線送信機に適用することができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、出力段に向う電力レベ
ルを安定化させる副電力制御フィードバック回路を設け
゛るようにしたので、出力段からの出力電力レベルが小
さい場合にも、出力段内の増幅素子のバイアス状態を所
定の状態に維持でき、主電力制御フィードバック回路が
発振等を起こすことなく安定に電力制御を実行できる、
しかも電力効率の良い無線送信機の電力増幅装置を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による無線送信機の電力増幅装置の一実
施例を示すブロック図、第２図は従来装置を示すブロッ
ク図、第３図は従来装置の他の例を示す要部ブロック図
、第４図はＣ級増幅器の構成例及びその特性を示す説明
図、第５図は従来装置の欠点の説明図である。 ２１・・・電力増幅器、２１ｂ・・・出力前置段、２１
Ｃ・・・出力段、 ＬＰＩ・・・主電力制御フィードバック回路、 ＬＰ２・・・副電力制御フィードバック回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 出力段及びこの出力段に増幅信号を与える出力前置段を
   少なくとも備えた電力増幅器と、この電力増幅器からの
   出力電力レベルをモニタして第１の基準レベルとの差分
   を得て上記電力増幅器を制御し、出力電力を安定化させ
   る、しかも出力電力として多段階の値を取らせることが
   できる主電力制御フィードバック回路とを備えた無線送
   信機の電力増幅装置において、 上記主電力制御フィードバック回路からの制御電圧を上
   記出力段に与えると共に、 上記出力前置段からの出力電力レベルをモニタして第２
   の基準レベルとの差分を得て上記出力前置段を制御する
   ものであって、上記主電力制御フィードバック回路と連
   動して段階切換え動作を行なう副電力制御フィードバッ
   ク回路を設けたことを特徴とする無線送信機の電力増幅
   装置。