WO1999043083A1

WO1999043083A1 - Amplifier for radio transmission

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Publication number: WO1999043083A1
Application number: PCT/JP1999/000801
Authority: WO
Inventors: Ryuusuke Kaneda; Seiji Hagiwara; Tadao Takami
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; NTT Inc
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2000-08-19
Also published as: US6265935B1; EP0977354A1; EP0977354A4; DE69942964D1; EP0977354B1; JP3387508B2

Description

明細書

無線送信増幅装置

技術分野

この発明は例えば、送信出力を大幅に制御する必要がある移動通信システムに適用される無線送信増幅装置に関する。

従来の技術

例えば C D MA方式を使用する移動通信システムにおいては、基地局は、各移動局に対し送信出力を制御する信号を送り、移動局と基地局との距離に関わらず、どの移動局からの送信波の受信レベルもほぼ一定となるように送信出力を制御することにより、異なる拡散符号で割り当てられたチヤネル間の受信レベル差に起因する干渉を低減している。

図 1 Aに移動局の無線送信装置の一部を構成する従来の無線送信増幅装置を示す。無線送信増幅装置は可変利得制御増幅器（G C A) 1 1、前段増幅器 1 2、終段増幅器 1 3を有している。入力端子 1 0よりの入力信号は G C A 1 1で増幅され、この出力が前段増幅器 1 2で増幅され、更に利得が前段増幅器 1 2よりも大きい終段増幅器 1 3で増幅されて出力端子 1 4へ供給される。移動局は、その種類によって異なるが、例えば最大定格送信電力が 0. 3Wで、通常は例えば数 10mW 程度で送信を行う。基地局から送信出力増加制御信号が受信される毎に、移動局は G C A 1 1を制御して予め決めた利得（dB)だけ送信出力電力を増加させ、送信出力減少制御信号が受信される毎に、 G C A 1 1を制御して予め決めた利得（dB) だけ送信電力を低下させる。

図 1 Bは、このような無線送信増幅装置において、送信出力増加制御信号を繰り返し受信することによる送信出力制御量の増加と、無線送信増幅装置の動作効率の変化の例を示す。図 1 Bに示すように従来の無線送信増幅装置は、送信電力が最大の時に最大の効率が得られるように設計されていた。そのため、送信電力が低い場合は、効率が可成り低下し、無駄に電力を消費していた。これは、携帯電話のように、特に電池を電力源として使用する移動局の場合、好ましくない。この発明の目的は、定格よりも小さい送信電力での動作時においても効率の高い無線送信増幅装置を提供することである。発明の開示

この発明の第 1の観点によれば、入力端子に与えられた信号を増幅して出力端子に出力する無線送信増幅装置は、

上記入力端子と上記出力端子間に設けられ、それぞれが電源端子を有する複数の増幅器と、

上記複数の増幅器に電力を供給するための電源手段と、

上記電源手段と上記複数の増幅器の電源端子との間を選択的に接続し、電力を供給する電源スィツチ手段と、

上記複数の増幅器に対する縦続接続を切り替え、選択した増幅器の出力を上記出力端子に接続する経路選択スィツチ手段と、

送信出力レベルに対応する送信出力制御量に応じて上記電源スィツチ手段による接続と、上記経路選択スィツチ手段による接続状態を指定するスィツチ制御信号を生成し、それぞれ上記電源スィツチ手段及び上記経路選択スィツチ手段に与える制御信号発生手段、

とを含むように構成される。

上記第 1の観点による無線送信増幅装置において、更に上記電源手段から第 1 及ぴ第 2バイアス電圧をバイアス選択スィツチ手段により選択的に上記複数の増幅器の各入力側に供給するように構成してもよい。

この発明の第 2の観点によれば、入力端子に与えられた信号を増幅して出力端子に出力する無線送信増幅装置は、

上記入力端子と上記出力端子間に縦続接続して設けられ、それぞれが電源端子を有する複数の増幅器と、

異なる少なくとも第 1及び第 2のバイアス電圧を出力する電源手段と、上記第 1及び第 2のバイアス電圧のいずれかを選択的に上記複数の増幅器の入力側にそれぞれ与え、それによりそれぞれの上記増幅器の動作点を選択的に設定するバイアス選択スィツチ手段と、

送信出力レベルに対応し、上記バイアス選択スィツチ手段の選択を制御するバィァス選択制御信号を発生する制御信号発生手段、

とを含むように構成される。図面の簡単な説明

図 1 Aは従来の無線送信装置における無線送信増幅装置を示す図。

図 1 Bはその送信出力制御量に対する増幅装置の動作効率を示す図。

図 2 Aはこの発明による無線送信増幅装置の第 1実施例における 3つの増幅器とそれらの接続を切り換えのためのスィツチの接続図。

図 2 Bは図 2 Aにおける信号経路を簡略化して示す図。

図 3 Aは送信出力制御量に対する送信出力の一般的関係を示す概念図。

図 3 Bは図 2 Aに示したこの発明の第 1実施例における 3つの増幅器に対する接続切り換えを行った場合の送信出力制御量に対する経路点 Bと D間の利得変化を示すグラフ。

図 3 Cは第 1実施例におけるスィッチ切り換えを行った場合の利得制御増幅器

1 1の利得変化を示すグラフ。

図 3 Dは第 1実施例におけるスィツチ切り換えを行った場合の送信出力制御量に対する効率の変化を示すグラフ。

図 4はこの発明による無線送信増幅装置の第 1実施例を示す図。

図 5は図 4中のメモリよりなる制御信号発生器 2 5のメモリ内容の例を示す図。図 6 Aは増幅器 1 2又は 1 3を F E Tで構成した場合の一例を示す接続図。図 6 Bは図 6 Aにおける F E T増幅器のグートバイアス制御による消費電流の削減方法を説明するためのドレイン電流対ドレイン · ソース間電圧特性と負荷曲線を示す図。

図 7はこの発明による第 2の実施例を示すブロック図。

図 8 Aは図 7における送信出力制御量に対する送信出力の関係を示す図。

図 8 Bは図 7における送信出力制御量の 3つの領域における増幅器 1 2、 1 3 に対するゲートバイアス電圧の例を示す図。

図 8 Cは図 8 Bの制御による動作効率の概念図。

図 9はこの発明による無線送信増幅装置の第 3実施例を示すブロック図。

図 1 O Aは図 9における増幅器 1 2、 1 3に対するバイアス電圧の制御を示す図。

m 1 0 Bは送信出力制御量に对する効率の例を示す図。図 1 1は増幅部の歪補償の構成例を示す図。

図 1 2はその歪補償の様子を示す図。

図 1 3は歪補償及び低消費電力送信としたこの発明の実施例を示すプロック図発明を実施するための最良の形態

図 2 Aにこの発明による無線送信増幅装置の第 1実施例における増幅器 1 1、 1 2、 1 3と、これらを切り換え接続するスィッチ 1 5、 1 6、 1 8、 1 9、 2

1、 22を示し、図 1 Aと対応する部分に同一符号を付けてある。利得制御増幅幅器 1 1の出力端 11。 _uと前段増幅器 1 2の入力端 12_{i n}との間に直列にスィッチ 1 5 が挿入され、前段増幅器 1 2の出力端 12。と終段増幅器 1 3の入力端 13_{i n}との間にスィッチ 1 6が直列に接続される。また増幅器 1 1， 1 2， 1 3の各出力端 11 12 13。_uの 1つを選択スィッチ手段により選択して出力端子 14に接続することができるようにされる。このため実施例ではスィツチ 1 5は切替スィツチとされ、その可動接点が出力端 ll。_uに接続され、一方の固定接点 15a が入力端 12 _inに接続され、他方の固定接点 15b はスィッチ 1 8を通じて切替スィッチ 1 9の一方の固定接点 19a に接続され、切替スィッチ 1 9の可動接点は出力端子 14に接続され、他方の固定接点 1% は出力端 13。_uに接続される。更に出力端 12,_>uがスイッチ 21を介して固定接点 19a に接続される。

切替スィッチ 1 9を固定接点 19a に接続した状態で、切替スィッチ 1 5を固定接点 15b に接続し、スィッチ 1 8をオンにすれば出力端 ll。が出力端子 1 4に接続され、この状態からスィッチ 1 5を固定接点 15a 側に切替え、スィッチ 21をオンにすれば、出力端 12。_uが出力端子 14に接続され、更に切替スィッチ 1 9を固定接点 19b 側とし、かつスィッチ 1 6をオンにすれば出力端 13。_uが出力端子 1 4に接続される。つまりスィッチ 1 5， 1 8， 1 9， 2 1により選択スィッチ手段が構成される。

また図 2 Aの例では利得制御増幅器 1 1の出力端 1L,_Uを、終段増幅器 1 3の入力端 13_{i n}に接続して前段増幅器 1 2をバイパスさせるため、切替スィツチ 1 5の固定接点 15b をスィッチ 22を介して終段増幅器 1 3の入力端 13 _{i n}に接続可能とされている。従って切替スィッチ 1 5を固定接点 15b 側とし、スィッチ 1 6をォフとし、スィッチ 22をオンにし、切替スィッチ 1 9を固定接点 19b 側にすれば利得制御増幅器 1 1の出力は前段増幅器 1 2をバイパスして終段増幅器 1 3に入力されて、これにより増幅されて出力端子 1 4に供給される。スィッチ 1 5 , 1 6 , 2 2はバイパススィッチ手段を構成する。

つまり、この図 2 Aに示した増幅装置は、図 2 Bに示すように入力端子 1 0を A、増幅器 1 1と 1 2との接続点を B、増幅器 1 2と 1 3との接続点を C、出力端子 1 4を D、前段増幅器 1 2をバイパスする経路を B-E-F- C 、終段増幅器 1 3 をバイパスする経路を C- F-G- D とすると、経路 A- B - C - D、経路 A-B-C- F - G - D、経路 A-B - E-F - G - D の何れかをとらせることができる。しかしながら、前段増幅器 1 2 と終段増幅器 1 3の特性がそれほど大きな違いがなければ、前端増幅器 1 2をバィパスした接続状態の特性と終段増幅器 1 3をバイパスした接続状態の特性に大きな差異はないので、実用的には前段増幅器 1 2に対するバイパスを形成しないでもよレ、。その場合、スィッチ 2 2は設けず、スィッチ 1 8は常時オン、即ち結線接続と置き換える。従って、増幅器 1 1のみをアクティブにして使用する状態と、増幅器 1 1と 1 2をアクティブにして使用する状態と、全増幅器 1 1、 1 2、 1 3をアクティブにして使用する状態の 3つの状態が選択可能である。逆に、前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3の特性が大きく異なる場合は、スィッチ 1 8、 2 2を設け、前段増幅器 1 2をバイパス可能とする。この場合、前述の 3つの状態に加えて、増幅器 1 1と 1 3をアクティブにして使用する状態の 4つの状態が選択可能である。以下の説明では、前者の 3つの状態から選択する場合について説明する。

この発明では、図 3 Aに示すように、 3つの増幅器 1 1、 1 2、 1 3に対応して送信出力制御量を小、中、大の 3つの領域（1)， (II) , (III)に分け、送信出力制御量が小さい領域（I) では、図 2 Aにおけるスィッチ 1 5を端子 15b に接続し、スィツチ 1 8をオンとし、スィツチ 1 9を端子 19a に接続し、スィッチ 2 1、 2 2をオフとすることにより、図 2 Bにおける経路 A-B-E- F-G-D を形成する。これにより利得制御増幅器 1 1のみを動作させ、前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3に対する電源をオフとする。従って、この領域（I) では、図 3 Bに示す経路点 Bと D間の利得は 0 dBであり、図 3 Cに示す利得制御増幅器 1 1の利得のみにより図 3 Aの送信出力が決まる。送信出力制御量が中の領域（II)では、図 2 Aにおけるスィッチ 1 5を端子 15a に接続し、スィッチ 1 6、 1 8、 2 2をオフとし、スィッチ 1 9を端子 19a に接続し、スィッチ 2 1をオンとすることにより、経路 A - B-C- F- G- D を形成する。これにより増幅器 1 1 , 1 2をアクティブにし、増幅器 1 3に対する電源はオフとする。従って、この領域（II)では、図 3 Bに示す経路点 Bと D間の利得は前段増幅器 1 2による一定の利得となり、利得制御増幅器 1 1の利得を図 3 Cの領域（I I)に示すように変化させることにより図 3 Aの中領域（Π)の出力特性が得られる。領域（I) から領域（II)への切り替わった点で、領域（Π)で加えられる増幅器 1 2 の利得だけ G C A 1 1の利得を落とすことにより、図 3 Aの送信出力特性を領域（I) から（Π)へ連続させることができる。

送信出力制御量が大きい領域（III) では、図 2 Aにおけるスィッチ 1 5を端子 15a に接続し、スィッチ 1 6をオンとし、スィッチ 1 9を端子 1% に接続し、スイッチ 2 1、 2 2をオフとすることにより、経路 A - B-C - D を形成する。これにより全ての増幅器 1 1， 1 2， 1 3をアクティブにする。従って、この領域における経路点 Bと D間の利得は図 3 Bに示すように増幅器 1 2と 1 3の利得の和で決まる一定の利得となり、利得制御増幅器 1 1の利得を図 3 Cの領域（III) に示すように変化させることにより図 3 Aの領域（III) の出力特性が得られる。領域（I I)から領域（ΠΙ) への切り替わった点で、領域（III) で追加される増幅器 1 3の利得 G₂だけ利得制御増幅器 1 1の利得を下げることで、図 3 Aの送信出力特性を領域（II)から（III) へ連続させることができる。

これら 3つの領域（1)， (II) , (III)における無線送信増幅装置の効率は例えば図 3 Dの対応する領域に示すようになり、小出力領域（I) では増幅器 1 2、 1 3 の電源をオフとしているため、また中出力領域（Π)では増幅器 1 3の電源をオフとしているため、いずれも消費電力を削減し、無線送信増幅装置としての効率を従来よりも高くすることができる。

このような制御を行うために、図 4に示すように、例えばメモリで構成された制御信号発生器 2 5を設け、図 3 Aに示した送信出力制御量の制御範囲をメモリ 2 5のァドレス値 0〜255に対応ずけ、この各ァドレスに対応する送信出力制御量に対する利得制御増幅器 1 1の設定利得値と、その送信出力制御量の属する領域 (I) , (II)又は（III)でのスィッチ 15, 16， 18， 19, 21， 22, 28, 29に対する接続制御信号が予め書き込まれてある。基地局から受信した出力増加制御信号又は出力減少制御信号が与えられる毎にアップカウント又はダウンカウントするアップダウンカウンタ 2 4が設けられており、その計数値を送信出力制御量に対応したアドレスとしてメモり（制御信号発生器） 2 5をアクセスし、利得制御増幅器 1 1に対応する利得を設定する利得値制御信号 3 2と、スィッチ 15, 16, 18, 19， 21， 22を制御するスイッチング制御信号群 2 6と、前段増幅器 1 2、終段増幅器 1 3をそれぞれ動作状態にするか否か、つまり電池 2 7と前段増幅器 1 2、終段増幅器 1 3の各動作電源端子 1 2 D、 1 3 Dとの間に挿入された電源スィツチ 2 8， 2 9をそれぞれオンオフ制御する増幅器 0N/0FF信号群 3 1とが読出され、それらのスイッチング制御信号に応じて、各スィッチのオン、オフ切替が行われ、増幅器 1 2， 1 3に対する電源オン、オフ制御がなされ、更に利得制御増幅器 1 1に対する利得が設定される。

つまり、制御信号発生器 2 5は図 5に示すように、例えば領域（III) の最大送信出力制御量に対応するアドレス 255 の領域には図 2 B中の経路 A-B - C- D をとるように各スィッチを制御するスイッチング制御信号群と、終段増幅器 1 3の電源をオンにし、かつ前段増幅器 1 2をオンにする増幅器 0N/0FF信号と、利得制御增幅器 1 1の利得を可変範囲の最大値にする利得制御信号が記憶されている。領域 (I) の最小の送信出力制御量に対応するアドレス 0の領域には、経路 A- B-E- F-G をとるように各スィッチを制御するスイッチング制御信号と、前段増幅器 1 2、終段増幅器 1 3の各動作電源をオフとする信号と、利得制御増幅器 1 1の利得を可変範囲の最小に設定する利得制御信号とが格納されている。

このようにして必要な送信出力制御量を制御信号発生器 2 5にァドレスとして設定するだけでスィッチ 15, 16， 18， 19, 21, 22の複雑な切替制御、電源スイツチ 2 8， 2 9の 0N/0FF制御、利得制御増幅器 1 1に対する利得の設定を行うことができる。

前段増幅器 1 2及び終段増幅器 1 3はいずれも例えば図 6 Aに示すような F E T増幅器により構成することができる。入力端子 4 1よりの入力はマッチング回路 4 2を诵じて、 F E T 4 3のゲートへ供給され、 F E T 4 3のソースは接地され、ドレインから増幅された信号がマッチング回路 4 4を通じて出力端子 4 5に出力される。 F E T 4 3のドレインには高周波遮断用コイル 4 6を通じてドレインバイアス V_Dが印加され、またゲートには高周波遮断用コイル 4 7を通じてゲートバイアス（入力側バイアス） V_Kが印加されている。

図 1 O Aに示すように増幅器のドレイン電流特性において、増幅器の通常のバィァス法では、増幅器の最大許容入力に対し、負荷曲線 A上の動作点 aを決める _c 負荷曲線 Aはゲートバイアス

では、最大ドレイン電流は I_{ama x} であり、動作点 aをドレイン電流 L=I_{A MU X}/2に選べば、ほぼ線形に増幅可能な入力レベルを最大にすることができる。しカゝしながら、無入力時においても、常時動作点 aのドレイン電流 Lが流れるため、増幅器の動作の効率はそれだけ悪くなつている。そこで、入力信号が小レベル時には、図 1 0 A中に曲線 Bで示すように、ゲ一トバイアス電圧 V_Kを Ε。より小さレ、 V_G=E_B とすることにより、動作点を bにシフトさせれば、無入力、あるいは入力信号レベルが小さいときに、ドレイン電流 lbを小さくすることができるので、増幅器としての動作の効率を改善することが可能である。この方法を利用し、例えば図 3 A〜 3 Dで説明した領域（II)及び/又は（III) において、電源がオンとされた増幅器 1 2及び/又は 1 3のゲートバイアス V_Sを下げ、それによつて動作点を負荷曲線 B の b点に移すことにより効率劣化を低減できる。

各前段増幅器 1 2及び終段増幅器 1 3として図 9で示したような F E T増幅器を使用し、それらのゲートバイアス電圧 V_Kを制御することにより、増幅器の効率を高めることができる実施例を図 1 1に示す。入力端子 1 0と出力端子 1 4の間には、利得制御増幅器 1 1、前段増幅器 1 2、及び終段増幅器 1 3が縦続して接続されており、前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3の端子 1 2 G、 1 3 Gに与えるゲートバイアス電圧が制御される。電池 2 7は最大バイアス電圧 EHと最小バイァス電圧 ELを出力し、これらは電圧変換器 5 3に与えられると共に、スィッチ 5 1 にも与えられ、スィッチ 5 2にはバイアス電圧 ELが与えられている。

スィツチ 5 1は制御信号発生器 2 5からの制御信号に従って最大バイアス電圧 EH、最小バイアス電圧 Eし、オフのいずれかを選択し、端子 1 2 Gに接続する。電圧変換器 5 3は、制御信号発生器 2 5からの制御信号に従って最小バイアス電圧 ELから最大バイアス電圧 Euまでの間のァドレスに対応した任意の電圧を出力し、スィッチ 5 4、 5 5を介してゲートバイアス端子 1 2 G、 1 3 Gに与える。

ァップダウンカウンタ 2 4は送信出力制御量の最小値から最大値までに対応する値、例えば 0〜255 の範囲で基地局から出力増加制御信号を受信する毎に 1をアップカウントし、出力減少制御信号を受信する毎に 1をダウンカウントする。計数値は送信出力制御量に対応したァドレスとして前述と同様のメモリから構成された制御信号発生器 2 5に与えられ、対応する利得制御増幅器 1 1に対する利得制御量、スィッチ 51， 52, 54， 55に対する接続制御信号、電圧変換器 5 3に対するバイアス制御量をそれぞれ読み出し、出力に対応する各部に与える。

図 8 Aは図 3 Aと同様の送信出力制御量（アドレスに対応）と図 7の無線送信増幅装置の送信出力の関係を表し、この例においても送信出力制御量を 3つの領域（I), (II), (III)に分け、それぞれ増幅装置の効率を高める制御を行う。

図 8 Bは前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3に対するゲートバイアス制御の例を示す。小送信出力領域（I) においては、この例では 2つの増幅器 1 2、 1 3に対し最小ゲートバイアス電圧 E_Lを与えるようスィツチ 5 1、 5 2を電圧 E_Lに接続し、スィッチ 5 4、 5 5をオフとする。従って、この領域では増幅器 1 2、 1 3は図 6 Bで説明したように例えば負荷曲線 Bに設定されるので動作点のドレイン電流がと低い値となり、小レベル信号入力時において、この領域での増幅器 1 2、 1 3の動作の効率を図 8 Cに示すように全体的に高めることができる。

中送信出力領域（II)においては、この例では増幅器 1 3に対しては領域 α) と同じ低ゲートバイアス電圧 ELを与える。従って、スィッチ 5 2、 5 5の状態は領域（I) の場合と同じである。増幅器 1 2に対しては、図 8 Bに示すように送信出力制御量が増加すると共に、高くなるゲートバイアス電圧を与える。即ち、領域 (II)ではスィッチ 5 1をオフとし、スィッチ 5 4をオンとすることにより、電圧変換器 5 3の出力電圧を端子 1 2 Gに与える。電圧変換器 5 3は領域（II)内で送信出力制御量と共に E_Lから Enまで出力電圧を変化させる。従って、この領域においては、ゲートバイアスが Eしから EHまで変化するにつれ、図 6 Bで説明した負荷曲線が Bから Aの位置まで順次変化することになる。

大送信出力領域（ΙΠ) においては、図 8 Bに示すように、増幅器 1 2に対するゲートバイアス電圧 V_Kは最高バイアス電圧 E_Hに保持され、増幅器 1 3に対するゲ一トバイアス電圧を送信出力制御量と共に E _Lから EHまで次第に増加させる。即ち、この領域（I II) では、スィッチ 5 1を高バイアス電圧 E_Hに接続し、スィッチ 5 4 をオフとすることによりバイアス電圧 Enを増幅器 1 2のゲートバイアス端子 1 2 Gに与える。一方、スィッチ 5 2をオフとし、スィッチ 5 5をオンとすることにより電圧変換器 5 3の出力電圧を増幅器 1 3のゲートバイアス端子 1 3 Gに与える。この領域においても電圧変換器 5 3は送信出力制御量と共に E Lから EHに変化する電圧を出力する。

メモリで構成された制御信号発生器 2 5には、送信出力制御量に対応する各ァドレスに、その送信出力制御量における利得制御増幅器 1 1に対する設定利得、スィッチ 5 1、 5 2、 5 4、 5 5に対する接続設定、電圧変換器 5 3に対する変換設定電圧をそれぞれ指定する制御信号が予め記憶されており、アップダウン力ゥンタ 2 4の出力をァドレスとしてこれら制御信号が読み出される。

このように図 7の実施例によれば、前段増幅器 1 2及び終段増幅器 1 3の入力側に対するバイアス電圧を制御することにより、図 8 Cに示すように送信出力制御量が小さい領域（I) で無線送信増幅装置の動作効率が大きく改善され、中領域 (I I)及び大領域（Ι Π) においても、それぞれバイアス電圧の制御により効率が改善される。なお、上述の実施例では、移動無線システムにおいて基地局からの送信出力制御信号に応じて移動局の送信器が送信出力制御量を生成する場合を例に説明したが、この発明の増幅装置はこのような特定のものに限定されるものでなく、例えば、アップダウンカウンタ 2 4を使用せず、送信装置の使用者が所望の送信出力を送信器に設定し、その設定送信出力を送信出力制御量として制御信号発生器 2 5に与えてもよい。以下の実施例においても同様である。

図 9は図 2 Aの実施例における増幅器の電源 ON/OFF制御と、図 7の実施例における増幅器のグートバイアス制御を組み合わせた実施例を示す。図 9において、図 2 B及び 7と対応する部分に同一符号を付けてある。ここでは、小送信出力制御量領域（I) においては前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3の両方の電源をオフとし、利得制御増幅器 1 1の出力を端子 1 4に出力し（経路 A-B-E- F- G- D)、中送信出力制御量領域（Π)においては終段増幅器 1 3に対する電源をオフとし、前段増幅器 1 2の出力端子 1 4に出力するものとする（経路 A- B- C-F- G-D)。ただし、図を簡略化するため、経路切り換えのための図 2 A及び 4で示したスィッチ 15， 16， 18, 19, 21 , 22は示しておらず、単に経路点 A, B, C, D, E, F, Gのみを示してめる。

図 7の場合と同様に、電源電池 2 7はスィッチ 2 8、 2 9を介して増幅器 1 2、 1 3の電源端子 1 2 D、 1 3 Dに電源電圧 Esを与えると共に、高バイアス電圧 EH と低バイアス電圧 E Lを電圧変換器 5 3に与える。また、高バイアス電圧 EHをスィツチ 5 1、 5 2を介してゲートバイアス端子 1 2 G、 1 3 Gにそれぞれ与えることができる。電圧変換器 5 3は電圧 E _Lから EHの間の任意の電圧を制御信号に従つて出力し、スィッチ 5 4、 5 5を介してゲートバイアス端子 1 2 G、 1 3 Gに与えることができる。

送信出力制御量が小さい領域（I) では、図 4について説明したと同様に、利得制御増幅器 1 1のみを用いるため、スィッチ 5 1， 5 2， 5 4， 5 5は全てオフとし、かつ前段増幅器 1 2と終段増幅器 1 3の電源端子 1 2 D、 1 3 Dへのスィツチ 2 8、 2 9をオフとし、利得制御増幅器 1 1の出力を、経路 B - E - F-G-F を経て端子 1 4に与える。

送信出力制御量が中間の領域（Π)では、前述したように終段増幅器 1 3をバイパスさせるため、スィッチ 5 2， 5 5は共にオフとする。またスィッチ 5 1をォフ、スィッチ 5 4をオンとして、電圧変換器 5 3の出力を前段増幅器 1 2のゲートバイアス端子 1 2 Gに供給し、図 1 O Aに示すように、この領域で送信出力制御量が大になるに従って電圧変換器 5 3の出力を E_Lから E_Hまで変化させる。

送信出力制御量が大なる領域（III) では、図 1 O Aに示すようにスィッチ 5 2 をオフ、スィッチ 5 5をオンとして、終段増幅器 1 3のゲートバイアス端子 1 3 Gに電圧変換器 5 3の出力電圧を印加し、しかも、この送信出力制御量が大の領域（II I) で送信出力制御量を大にするにつれて電圧変換器 5 3の出力電圧を E _Lから Enまで変化させる。また、スィッチ 5 1をオン、スィッチ 5 4をオフとして最大バイアス電圧 EHを前段増幅器 1 3のゲートバイアス端子 1 2 Gに印加する。以上のように制御することにより送信出力制御量に対する増幅効率は図 1 ◦ B に示すように. 小送信出力領域（I) 、中送信出力領域（Π)、及び大送信出力領域 (III) における効率がいずれも従来より向上する。アップダウンカウンタ 2 4の出力である送信出力制御量をァドレスとしてメモリで構成された制御信号発生器 2 5に与え、対応する制御信号を読み出し、利得制御増幅器 1 1の利得、電圧変換器 5 3の変換電圧、スィッチ 28, 29, 51， 52, 54， 55及び図 4で説明したスィツチ 15, 16, 18， 21, 22の設定を行う。

上述の F E Tを使用した前段増幅器 1 2及び終段増幅器 1 3の効率を上げる点からは、これらを C級増幅器として動作させればよレ、。前述の実施例では A B級増幅としているが、多少歪が生じる。この歪は特に終段増幅器 1 3の温度や動作電源電圧により影響を受ける。よってこの歪を補償する例を図 1 1を参照して説明する。図 1 1において、 D / A変換器 6 1よりの 2系列の信号は直交変調器 6 2で直交変調され、その変調出力は増幅器 1 7により増幅されて出力端子 1 4へ出力される。この増幅器 1 7の温度が温度センサ 6 3で検出され、この検出温度信号が A/D変換器 6 9でディジタル値とされたものと、増幅器 1 7の動作電源電圧と、変調信号発生器 6 4よりの変調信号 S iとがァドレス生成器 6 5に入力され、ァドレス生成器 6 5で生成されたァドレスによりメモリよりなる歪補償信号発生器 6 6が読出され、増幅器 1 7で受ける歪特性と逆の特性をもつ歪補償信号 φ , を得、この歪補償信号 (/ と変調信号 S iを歪補償回路 6 7で線形合成し、その合成出力 S i + φ iを D /A変換器 6 1へ供給する。

図 1 2に示すように、増幅器 1 7で変調信号 S iが位相歪（- ø を受けるが、その歪- Φ iを打消す信号 Φ：が信号 S iに加算されて直交変調器 6 2へ供給されるため、増幅器 1 7の出力としてはその変調信号は歪みのない信号 S iとなる。

図 1 3に以上の各種実施例を組合せた例を示す。この図 1 3において、図 2 A，図 4，図 7 A，図 1 0と対応する部分に同一符号を付けて重複説明を省略する。基準信号発生器 7 1の信号を基準とした P L Lと V C Oよりなる発振器 7 2の搬送波信号が直交変調器 6 2へ供給され、基準信号発生器 7 1の信号を基準とした P L Lと V C Oよりなる発振器 7 3の高周波搬送波信号により直交変調器 6 2の出力が周波数誤差器 7 4でァップコンバートされて利得制御増幅器 1 1へ供給される。この出力は中間周波フィルタ 7 5を通じて前段増幅器 1 2へ供給される。制御信号発生器 2 5は、電圧変換器 5 3の変換電圧を制御する信号⁷ 6も発生し、また増幅器 1 2， 1 3の入力側バイアス端子 1 2 G， 1 3 Gと電池 2 7、電圧変換器 5 3の切替えのためのスィッチ 5 1， 5 2 , 5 4， 5 5を制御するバイアススィツチング制御信号群 7 7も発生するようにされている。またァドレス生成器 6 5には電源電圧として電池 2 7の電圧が AZD変換器 7 8でディジタル値に変換されて供給され、またスィツチング制御信号群 2 6も供給されている。

発明の効果

以上述べたようにこの発明によれば、送信出力のレベルに応じて、前段増幅器 1 2及び Z又は終段増幅器 1 3をバイパスさせると共に、バイパスした増幅器に対する電源をオフとすることにより、無線送信増幅装置の動作効率を高めることができる。しかも利得制御増幅器 1 1に対し送信出力レベルに応じた利得制御を行うことにより、増幅器の効率を中レベル、小レベルでも比較的大きくすることができ、消費電力を小さくすることができる。あるいは、前段増幅器 1 2及び終段増幅器 1 3に対する入力側のバイアス電圧を送信出力に応じて制御することにより、増幅器負荷曲線を移動させ、効率を高めることができる。

また歪補償手段を設けることにより、増幅器である程歪が発生するが効率を上げることができ、つまりその歪を補償した効率の高い増幅を行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入力端子に与えられた信号を増幅して出力端子に出力する無線送信増幅装置であり、

上記複数の増幅器に電力を供給するための電源手段と、

上記複数の増幅器に対する縦続接続を切り替え、選択した増幅器の出力を上記出力端子に接続する経路選択スィッチ手段と、

とを含む。

2 . 請求項 1記載の装置において、上記制御信号発生手段は、要求された送信出カレベルに対応した送信出力制御量を出力する送信出力制御量生成手段と、上記送信出力制御量に対応してそれぞれの上記スィツチ制御信号を生成する制御信号発生器とを含む。

3 . 請求項 1又は 2記載の装置において、送信出力レベルは予め決めた複数の領域に分割されており、上記制御信号発生手段は上記電源スィツチ手段に対する接続及び上記経路選択スィツチ手段に対する接続をそれぞれの上記領域毎に指定するスィツチ制御信号を生成する。

4 . 請求項 2記載の装置において、上記複数の増幅器の少なくとも 1つは利得制御増幅器であり、上記制御信号発生器は上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号を生成する。

5 . 請求項 2記載の装置において、上記制御信号発生器は、上記電源スィッチ手段と、上記経路選択スィツチ手段の接続を上記送信出力制御量に対応してそれぞれ指定する上記スィツチ制御信号を上記送信出力制御量に対応するアドレス領域にそれぞれ予め格納したメモリ手段を含み、与えられた上記送信出力制御量をァドレスとして対応する上記スィツチ制御信号と上記利得制御信号とを読み出し、対応する各部に与える。

6 . 請求項 5記載の装置において、上記複数の増幅器の少なくとも 1つは利得制御増幅器であり、上記制御信号発生手段は上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号を生成し、上記メモリ手段の上記送信出力制御量に対応するァドレス領域には対応する上記利得制御信号が格納されてレヽる。

7 . 請求項 4又は 6記載の装置において、上記複数の増幅器は上記利得制御増幅器の出力側に更に縦続して設けられた第 1及び第 2の増幅器を含み、上記送信出カレベルは予め決めた小、中、大の領域に分割されており、上記制御信号発生手段は、

上記送信出力レベルが小の領域では、上記電源スィツチ手段により上記電源手段の、上記第 1増幅器及び上記第 2増幅器の上記電源端子に対する接続を遮断し、上記経路選択スィツチ手段により上記利得制御増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記利得制御増幅器の利得を上記送信出力制御量に応じて変化させ、

上記送信出力レベルが中の領域では、上記電源スィツチ手段により上記電源手段を上記第 1増幅器の電源端子に接続すると共に、上記第 2増幅器の電源端子から切断し、上記経路選択スィツチ手段により上記利得制御増幅器と上記第 1増幅器を縦続接続すると共に上記第 1増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記利得制御増幅器の利得を上記送信出力制御量に応じて変化させ、

上記送信出力レベルが大の領域では、上記電源スィツチ手段により上記電源手段を上記第 1増幅器と上記第 2増幅器の上記電源端子に接続し、上記経路選択スィツチ手段により上記第 2増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記利得制御増幅器の利得を上記送信出力制御量に応じて変化させる、

手段である。

8 . 請求項 2記載の装置において、上記電源手段は互いに異なる少なくとも第 1 及び第 2のバイアス電圧を出力し、上記複数の増幅器の少なくとも 1つの入力側に上記第 1及び第 2のバイアス電圧を選択して与え、その増幅器を異なる動作点に設定するバイアス選択スィツチ手段が設けられ、上記制御信号発生器は上記送信出力制御量に応じて上記第 1及び第 2バイアスのいずれかを選択するバイアス制御信号を生成し、上記バイアス選択スィツチ手段に与える。

9 . 請求項 2記載の装置において、上記制御信号発生器は上記送信出力制御量に応じて可変のバイアス電圧を指定するバイアス制御信号を発生し、上記電源手段から与えられた電圧を上記バイアス制御信号に従つて指定されたバイアス電圧に変換する電圧変換手段と、上記バイアス電圧を上記複数の増幅器の少なくとも 1 つの入力側に選択的に与え、その増幅器の上記バイァス電圧に対応した動作点を設定するバイアス選択スィツチ手段とを含む。

1 0 . 請求項 2の装置において、上記複数の増幅器は第 1及び第 2増幅器を含み、上記電源手段は互いに異なる第 1及び第 2バイアス電圧を出力し、上記電源手段からの上記第 1及び第 2バイアス電圧が与えられ、上記第 1及び第 2バイアス電圧間で上記送信出力制御量に応じた変換電圧を出力する電圧変換手段と、上記第 1及び第 2バイアス電圧と上記電圧変換手段の変換出力電圧とを選択的に、上記第 1増幅器及び第 2増幅器の各入力側にバイアス電圧として与えるバイアス選択スィッチ手段とを含み、上記制御信号発生手段は、上記送信出力制御量に対応して更に上記バイアス選択スィツチ手段の選択を制御するバイアススィツチ制御信号と、上記送信出力制御量に対応して上記電圧変換手段の変換電圧を指定するバィァス電圧制御信号とを出力する。

1 1 . 請求項 1 0の装置において、上記複数の増幅器は上記第 1及び第 2増幅器と縦続した利得制御増幅器を含み、上記送信出力レベルはその大きさにより予め決めた少なくとも小、中、大の領域に分割されており、上記第 1及び第 2バイァス電圧は上記第 1及び第 2増幅器にそれぞれ異なる動作点を設定し、上記制御信号発生手段は、

上記送信出力レベルが小の領域においては、上記電源スィツチ手段により上記第 1増幅器及び上記第 2増幅器の電源端子に対する接続を遮断し、上記経路選択スィツチ手段により上記利得制御増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記バイアス選択スィツチ手段により上記電源手段からの上記上記第 1増幅器及び上記第 2増幅器に対するバイアス電圧を遮断し、上記利得制御増幅器の利得を上記送信出力制御量に応じて変化させ、

上記送信出力レベルが中の領域では、上記電源スィツチ手段により上記電源手段を上記第 1増幅器の電源端子に接続すると共に上記第 2増幅器の電源端子に対する接続を遮断し、上記経路選択スィツチ手段により上記利得制御増幅器と上記第 1増幅器を縦続接続すると共に、上記第 1増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記第 1増幅器の入力側に上記電圧変換手段の出力をバイアス電圧として与え、上記第 2増幅器の入力側に上記第 2バイアス電圧を与え、上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を変化させると共に、上記電圧変換手段の変換出力電圧を変化させ、

上記送信出力レベルが大の領域では、上記電源スィツチ手段により上記電源手段を上記第 1増幅器及び上記第 2増幅器の電源端子に接続し、上記経路選択スィッチ手段により上記利得制御増幅器と上記第 1増幅器と上記第 2増幅器とを縦続接続すると共に上記第 2増幅器の出力を選択して上記出力端子に接続し、上記第 1増幅器の入力側に上記第 1バイアス電圧を与え、上記第 2増幅器の入力側に上記電圧変換手段の変換出力電圧をバイアス電圧として与え、上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を変化させると共に、上記電圧変換手段の変換出力電圧を変化させる、

手段である。

1 2 . 入力端子に与えられた信号を増幅して出力端子に出力する無線送信増幅装置であり、

とを含む。

1 3 . 請求項 1 2記載の装置において、上記制御信号発生手段は、上記送信出力レベルに応じて可変のバイァス電圧を指定するバイァス制御信号を発生し、上記増幅装置は更に上記電源手段から与えられた電圧を上記バイアス制御信号により指定された可変バイアス電圧に変換する電圧変換手が設けられており、上記バイァス選択スィツチ手段は、上記バイアス選択制御信号に従って上記第 1及び第 2 のバイアス電圧と上記可変バイアス電圧のいずれかを選択的に上記複数の増幅器のそれぞれの入力側に与えて対応する動作点に設定する。

1 4 . 請求項 1 2の装置において、上記制御信号発生手段は、要求された送信出カレベルに対応した送信出力制御量を出力する送信出力制御量生成手段と、上記送信出力制御量に対応してそれぞれの上記スィツチ制御信号を生成する制御信号発生器とを含む。

1 5 . 請求項 1 4記載の装置において、上記複数の増幅器の少なくとも 1つは利得制御増幅器であり、上記制御信号発生器は上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を制御する利得制御信号を生成する。

1 6 . 請求項 1 5の装置において、上記制御信号発生器は、上記バイアス選択スィツチ手段の接続を上記送信出力制御量に対応して指定する上記スィツチ制御信号と、上記送信出力制御量に対応して上記利得制御増幅器の利得を制御する上記利得制御信号と、上記送信出力制御量に対応して上記電圧変換手段の変換出力電圧を指定する上記バイアス制御信号とを上記送信出力制御量に対応するァドレス領域にそれぞれ予め格納したメモリ手段を含み、与えられた上記送信出力制御量をァドレスとして対応する上記スィツチ制御信号と上記利得制御信号とを読み出し、対応する各部に与える。

1 7 . 請求項 1 6の装置において、上記複数の増幅器は第 1及び第 2増幅器を含み、上記送信出力レベルの予め決めた範囲は予め決めた小、中、大の領域に分割されており、上記 2つのバイアス電圧は増幅器の第 1動作点を設定する第 1バイァス電圧と、上記動作点より大きなレベルの出力が可能な第 2の動作点を設定する第 2バイアス電圧であり、上記送信出力レベルが小の領域においては、上記第 1増幅器及び上記第 2増幅器の入力側にそれぞれ上記第 1バイアス電圧を与え、上記利得制御増幅器の利得を上記送信出力制御量に応じて変化させ、

上記送信出力レベルが中の領域では、上記第 1増幅器の入力側に上記電圧変換手段の出力をバイアス電圧として与え、上記第 2増幅器の入力側に上記第 2バイァス電圧を与え、上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を変化させると共に、上記電圧変換手段の変換出力電圧を変化させ、

上記送信出力レベルが大の領域では、上記第 1増幅器の入力側に上記第 1バイァス電圧を与え、上記第 1増幅器の入力側に上記電圧変換手段の変換出力電圧をバイアス電圧として与え、上記送信出力制御量に応じて上記利得制御増幅器の利得を変化させると共に、上記電圧変換手段の変換出力電圧を変化させる。

1 8 . 請求項 4， 1 1又は 1 5の装置において、上記利得制御増幅器は初段に設けられており、

上記複数の増幅器のうち終段の増幅器の温度を検出する温度センサと、その温度センサの検出温度信号と、上記終段増幅器で増幅される信号の変調信号とが入力されてァドレスを生成するァドレス生成器と、

上記ァドレスにより読出されて歪補償信号を発生するメモリよりなる歪補償信号発生器と、

上記利得制御増幅器の前段に挿入され、上記変調信号に対し、上記歪補償信号を合成する歪補償回路と、

を含む。

1 9 . 請求項 1 8の装置において、上記歪補償信号発生器には、上記制御信号発生手段からのスィツチ制御信号及び利得制御信号もァドレスとして入力されている。