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技術 電力増幅装置

出願人 アイコム株式会社
発明者 岸田博文
出願日 2002年7月30日 (18年4ヶ月経過) 出願番号 2002-221762
公開日 2004年2月26日 (16年9ヶ月経過) 公開番号 2004-064540
状態 拒絶査定
技術分野 増幅器1 増幅器の制御の細部、利得制御 増幅器一般
主要キーワード 分圧比率 温度補償用ダイオード 温度変動量 型減衰器 分圧抵抗器 送信電力増幅回路 出力電力増幅器 不連続的
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この項目の情報は公開日時点(2004年2月26日)のものです。
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図面 (7)

課題

送信電力増幅回路自身が発熱して、増幅率が低下し、電力増幅出力が低下した等の場合に、送信電力増幅回路自身の発熱を抑止して、送信電力増幅回路の温度上昇による破損を防止すること。

解決手段

本発明では、送信信号を電力増幅する送信電力増幅回路2と、慨送信電力増幅回路2から出力される送信電力の大きさに関連付けられた送信電力関連信号を出力する送信電力関連信号出力手段3,4と、前記送信電力関連信号と基準値との比較結果に応じて前記送信電力増幅回路の増幅率を制御する制御信号を出力する制御手段5と、を備えた電力増幅装置20において、前記送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多いか否かを検出する検出手段12と、前記送信電力増幅回路2の発熱が前記所定の状態より多い場合には増幅率を下げるように前記制御信号を補正する補正手段13とを備えるという手段を講じた。

概要

背景

従来より、送信機出力電力増幅器には、いわゆる自動電力制御(APC回路が採用されることが多く、送信出力電源電圧入力電力、温度等の諸条件の変動に対して一定に保つ役割をしている。この種の技術の一例は、例えば特公平7−83326等に記載されている。
そのような従来例を示した第5図において、1は送信VCO、2は送信電力増幅回路、3は方向性結合器、4はダイオードを使用した検波回路、5は比較誤差アンプ、Vrefは出力電力基準電圧信号、7は前記検波回路4の温度特性補償するために、入力された前記出力電力基準電圧信号Vrefを補正して、補正された出力電力基準電圧信号Vref’を出力する温度補償回路、11は温度補償減衰器である。

概要

送信電力増幅回路自身が発熱して、増幅率が低下し、電力増幅出力が低下した等の場合に、送信電力増幅回路自身の発熱を抑止して、送信電力増幅回路の温度上昇による破損を防止すること。本発明では、送信信号を電力増幅する送信電力増幅回路2と、慨送信電力増幅回路2から出力される送信電力の大きさに関連付けられた送信電力関連信号を出力する送信電力関連信号出力手段3,4と、前記送信電力関連信号と基準値との比較結果に応じて前記送信電力増幅回路の増幅率を制御する制御信号を出力する制御手段5と、を備えた電力増幅装置20において、前記送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多いか否かを検出する検出手段12と、前記送信電力増幅回路2の発熱が前記所定の状態より多い場合には増幅率を下げるように前記制御信号を補正する補正手段13とを備えるという手段を講じた。      

目的

本発明はこのような従来の問題を解決するために、送信電力増幅回路の温度上昇による破損を防止することのできる温度補償回路を提供する

効果

実績

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請求項1

送信信号電力増幅する送信電力増幅回路と、慨送信電力増幅回路から出力される送信電力の大きさに関連付けられた送信電力関連信号を出力する送信電力関連信号出力手段と、前記送信電力関連信号と基準値との比較結果に応じて前記送信電力増幅回路の増幅率を制御する制御信号を出力する制御手段と、を備えた電力増幅装置において、前記送信電力増幅回路の発熱が所定の状態より多いか否かを検出する検出手段と、前記送信電力増幅回路の発熱が前記所定の状態より多い場合には増幅率を下げるように前記制御信号を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする電力増幅装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば移動体無線通信機において、送信機出力電力を厳しい温度条件下でも安定して制御する技術に関するものであり、特には、送信機の出力電力増幅器における温度上昇による破損を防止できる温度補償技術に関するものである。

0002

従来より、送信機の出力電力増幅器には、いわゆる自動電力制御(APC回路が採用されることが多く、送信出力電源電圧入力電力、温度等の諸条件の変動に対して一定に保つ役割をしている。この種の技術の一例は、例えば特公平7−83326等に記載されている。
そのような従来例を示した第5図において、1は送信VCO、2は送信電力増幅回路、3は方向性結合器、4はダイオードを使用した検波回路、5は比較誤差アンプ、Vrefは出力電力基準電圧信号、7は前記検波回路4の温度特性補償するために、入力された前記出力電力基準電圧信号Vrefを補正して、補正された出力電力基準電圧信号Vref’を出力する温度補償回路、11は温度補償減衰器である。

0003

上記構成において、送信VCO1からの出力は送信電力増幅回路2で電力増幅され、方向性結合器3を介して送信される。方向性結合器3は送信電力増幅回路2の出力を一部分岐して検波回路4に供給し、その検波出力を比較誤差アンプ5に入力する。比較誤差アンプ5では、この検波出力と温度補償回路7から出力される補正された出力電力基準電圧信号Vref’とを比較し、その比較結果に応じて送信電力増幅回路2に制御電圧VAPCを与え増幅率を制御する。こうして送信出力制御負帰還ループが構成されている。

0004

このような構成において、検波回路4で使用されるダイオードは一般に温度による特性の変化が大きいという問題を持っている。
そこで、従来技術においては、温度補償回路7を付加して、ダイオードの温度特性を補償し、温度変化の激しい環境下においても、送信電力を一定に保つように構成されている。

0005

よって、方向性結合器3で同じ送信電力を一部分離して出力したとき、検波回路4は温度が高くなると出力される電圧は高くなり、温度補償回路7がない場合、比較誤差アンプ5では等価的に送信機の出力が高いと判断され、送信機の出力電力は低下する方向に制御されてしまう。

0006

また、温度が低くなると逆に検波回路4の出力電圧が低くなり、比較誤差アンプ5では等価的に送信機の出力が低いと判断され、送信機の出力電力は上昇する方向に制御されてしまうことになる。以上のような温度特性を補正するためのものが、温度補償回路7である。この回路の特性は、上記検波回路4の特性を考慮して比較誤差アンプ5に入力される出力電力基準電圧信号Vrefを補正するものであり、温度が高くなるとこの出力電力基準電圧Vrefを高くして、補正された出力電力基準電圧信号Vref’を出力し、送信機の出力電力が低下するのを抑え、逆に温度が低くなると出力電力基準電圧Vrefを低くして、補正された出力電力基準電圧信号Vref’を出力し、送信機の出力電力が上昇するのを抑えるものである。

0007

次に、この温度補償回路7の具体例を図6に示す。図6において、8は温度補償用ダイオード、9は分圧抵抗器A、10は分圧抵抗器Bである。温度補償用ダイオード8に検波回路のダイオードと同等な順方向特性をもつものを使用すれば、分圧抵抗器A 9、温度補償用ダイオード8、分圧抵抗器B 10には常に一定の順方向電流が流れるので、温度が高くなると温度補償用ダイオード8の順電圧が小さくなり、温度が低くなるとダイオード8の順電圧が大きくなる。つまり、温度補償用ダイオード8のカソード端子部の電圧(補正された出力電力基準電圧信号Vref’)は、温度が高くなると大きくなり、逆に温度が低くなると小さくなる特性となる。

0008

このようにして前記温度補償用ダイオード8の順方向電圧温度変動量を分圧抵抗器A 9、分圧抵抗器B 10の抵抗値により適度に選ぶことにより、検波回路4の温度特性を打ち消す補償回路7となる。

0009

さらに、方向性結合器3と検波回路4との間に温度特性をもつ温度補償減衰器11を挿入することによって、検波回路4の温度特性成分が完全に補償しきれなかった場合でも、送信機の出力電力の更なる安定化を行うことができる。
例えば、検波回路4の温度特性が完全に抑えられなかった時、方向性結合器3で同じ送信電力を一部分離して出力しても、使用環境下の温度が高くなった場合、比較誤差アンプではまだ等価的に送信機の出力が高いと判断され、送信機の出力電力は低下する方向に制御されてしまい、また、温度が低くなると逆に送信機の出力電力は上昇する方向に制御されてしまう成分が残る。

0010

そして、温度補償回路7による補正が強すぎた場合、これとは逆に温度が高くなると、比較誤差アンプでは等価的に送信機の出力が低いと判断され、送信機の出力電力は上昇する方向に制御されてしまい、また、温度が低くなると逆に送信機の出力電力は低下する方向に制御されてしまう成分が残る。

0011

これを補正する為の回路が、温度補償減衰器11である。この温度補償減衰器11は、温度が高くなった時に送信機の出力電力が低下する方向に制御のずれがある場合には、方向性結合器3により一部分離される出力電力成分を常温時より多く減衰させるように動作する。これにより、検波回路4は等価的に送信機の出力電力が低下しているように検波出力を出力することとなり、比較誤差アンプ5に送信機の出力電力が低いと判断させ、送信電力増幅回路2の増幅率を上げるように動作する。同様に低温時はこの逆の動作をする。

0012

また、逆に温度が高くなった時に送信機の出力電力が上昇する方向に制御のずれがある場合には、この温度補償減衰器11は、方向性結合器3より一部分離される出力電力成分を常温時より少なく減衰するように動作する。これにより、検波回路4は等価的に送信機の出力電力が上昇しているように検波出力を出力することとなり、比較誤差アンプを送信機の出力電力が高いと判断させ、送信電力増幅回路2の増幅率を下げるように動作する。同様に低温時はこの逆の動作をする。

0013

このように温度補償減衰器11は、方向性結合器3より一部分離される出力電力成分の減衰量を直接調整する機能を持つものである。

背景技術

0014

これにより、送信機の出力電力の温度特性による制御のずれを抑え、送信機の出力電力を更に安定化させるものである。この温度補償減衰器11の具体例としては、π型減衰器抵抗サーミスタ等の温度特性を持ったものに組み合わせて構成することや、温度センサディジタル駆動型減衰器を組み合わせるなどの手法が考えられる。

0015

従来技術によれば、確かに以上のようにして、送信機の出力電力の温度特性のバラツキがあっても、温度補償回路7と温度補償減衰器11によって送信機の出力電力を一定に保つように制御できる。
しかしながら、送信電力増幅回路自身が発熱して、増幅率が低下し、電力増幅出力が低下した等の場合には、低下した増幅率を上げようと前記制御電圧VAPCを制御して、さらに送信電力増幅回路の発熱を助長してしまい、送信電力増幅回路の破損を招きかねないという問題があった。
従来技術では、このような理由により、送信電力増幅回路自身の発熱を抑止することができなくなるので、送信電力増幅回路を保護できないという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0016

本発明はこのような従来の問題を解決するために、送信電力増幅回路の温度上昇による破損を防止することのできる温度補償回路を提供することを目的とするものである。

0017

上記目的を達成するために、本発明は、
送信信号を電力増幅する送信電力増幅回路と、
慨送信電力増幅回路から出力される送信電力の大きさに関連付けられた送信電力関連信号を出力する送信電力関連信号出力手段と、
前記送信電力関連信号と基準値との比較結果に応じて前記送信電力増幅回路の増幅率を制御する制御信号を出力する制御手段と、
を備えた電力増幅装置において、
前記送信電力増幅回路の発熱が所定の状態より多いか否かを検出する検出手段と、
前記送信電力増幅回路の発熱が前記所定の状態より多い場合には増幅率を下げるように前記制御信号を補正する補正手段と、
を備えるという手段を講じた。

課題を解決するための手段

0018

【作用】
上記構成によれば、送信電力増幅回路の発熱が所定の状態より多い状態になると、前記送信電力増幅回路の増幅率を下げるように前記制御信号を補正するので、前記送信電力増幅回路の発熱は減少する。

0019

以下に、本発明にかかる電力増幅装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。

0020

図1において、20は本発明にかかる電力増幅装置であり、1は送信VCO、2は送信電力増幅回路、3は方向性結合器、4はダイオードを使用した検波回路、5は比較誤差アンプ、Vrefは出力電力基準電圧信号、12はサーミスタ、Rは抵抗器である。

0021

上記構成において、送信VCO1から出力される送信信号は送信電力増幅回路2で電力増幅され、方向性結合器3を介して送信される。方向性結合器3は送信電力増幅回路2の出力を一部分岐して検波回路4に供給し、その検波出力Vdを比較誤差アンプ5に入力する。比較誤差アンプ5では、この検波出力Vdと出力電力基準電圧信号Vrefとを比較し、その比較結果に応じた電圧信号Vcを出力する。
前記電圧信号Vcは、抵抗器Rとサーミスタ12とが直列接続されてなる分圧回路13によって分圧されて、前記送信電力増幅回路2への制御電圧VAPCとして出力される。
この制御電圧VAPCによって前記送信電力増幅回路2の増幅率は制御されるのである。
即ち、前記サーミスタ12の抵抗値が一定の場合には、前記送信電力増幅回路2からの送信電力が一定となるように前記制御電圧VAPCによって制御されるような送信出力制御負帰還ループが構成されている。

0022

なお、図5に示した従来技術の構成と同様の構成に関しては詳細な説明を省略した。
そして、前記方向性結合器3と前記検波回路4とで特許請求の範囲に記載された送信電力関連信号出力手段を構成し、前記比較誤差アンプ5は特許請求の範囲に記載された制御手段に相当する構成である。また、前記サーミスタ12は特許請求の範囲に記載された検出手段に相当する構成であり、前記分圧回路13は特許請求の範囲に記載された補正手段に相当する構成である。

0023

このような構成において、
通常の状態(送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多くない状態)においては、前記送信電力増幅回路2の送信電力が低下した場合には、前記検波出力Vdが低下するので、比較誤差アンプ5において出力電力基準電圧信号Vrefと比較されて電圧信号Vcは上昇する。
ここで、図2に示したサーミスタの温度特性に示したように、サーミスタの温度が所定の温度(例えば25℃)以下の場合には、当該サーミスタの抵抗値は所定の抵抗値(例えば10kΩ)以上である。従って、抵抗器Rの抵抗値を220Ωとした場合には、図3に示した分圧回路の温度特性に示したように、分圧回路13における分圧比率は約0.98(=10kΩ/(10kΩ+220Ω))である。例えば、電圧信号Vcが3.6Vの場合に制御電圧VAPCは約3.5Vとなる。(なお、前記抵抗器Rの抵抗値を470Ωとした場合には、前記分圧比率は約0.96(=10kΩ/(10kΩ+470Ω))となる。)
従って、送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多くない場合には、前記サーミスタ12の抵抗値が所定の抵抗値以上であるので、分圧回路による分圧比率は大きいままで大きくは変化しない。
従って、電圧信号Vcの上昇に従って制御電圧VAPCも上昇して、送信電力増幅回路2の増幅率を増加させ、図4に示したように、送信電力も増加するのである。このような制御によって、送信電力増幅回路2から出力される送信電力はほぼ一定に保たれるのである。

0024

一方、送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多くなって送信電力が低下した場合には、前記同様に前記検波出力Vdが低下するので、比較誤差アンプ5において出力電力基準電圧信号Vrefとと比較されて電圧信号Vcは上昇する。
送信電力増幅回路2の発熱が所定の状態より多い場合には、図2に示したサーミスタの温度特性に示したように、サーミスタの温度が所定の温度(例えば70℃)以上になって、当該サーミスタの抵抗値は所定の抵抗値以下(例えば2kΩ)となる。従って、抵抗器Rの抵抗値を220Ωとした場合には、図3の分圧回路の温度特性に示したように、分圧回路13における分圧比率は約0.90以下に低下する。例えば、電圧信号Vcが3.6Vの場合に制御電圧VAPCは約3.2Vとなる。
従って、電圧信号Vcが上昇しても分圧された制御電圧VAPCは低下して、送信電力増幅回路2の増幅率を減少させるように制御する。このような制御によって、送信電力増幅回路2の発熱の増加が抑制されるので、送信電力増幅回路2の破損が防止され保護されるのである。

発明を実施するための最良の形態

0025

なお、ダイオードの温度特性を補償するために、従来例の温度補償回路7と同様の構成の温度補償回路を設けてもよい。
また、従来例の温度補償減衰器11と同様の構成の温度補償減衰器を設けてもよい。
また、サーミスタ12の配置場所を送信電力増幅回路の近くに設定することによって、温度変化に敏感に応答することができる。なお、検出手段としては、サーミスタに限らず他の温度センサと制御回路との組み合わせを採用することもできる。そして、温度変化に連動した連続的な制御でもよいが、所定のしきい値を越えるか否かによって不連続的に制御してもよい。
さらに、抵抗器Rの値を変えることによって、図3に示したように、分圧回路の温度特性を変えることができる。

図面の簡単な説明

0026

本発明によれば、送信信号を電力増幅する送信電力増幅回路と、慨送信電力増幅回路から出力される送信電力の大きさに関連付けられた送信電力関連信号を出力する送信電力関連信号出力手段と、前記送信電力関連信号と基準値との比較結果に応じて前記送信電力増幅回路の増幅率を制御する制御信号を出力する制御手段と、を備えた電力増幅装置において、前記送信電力増幅回路の発熱が所定の状態より多いか否かを検出する検出手段と、前記送信電力増幅回路の発熱が前記所定の状態より多い場合には増幅率を下げるように前記制御信号を補正する補正手段と、を備えることによって、送信電力増幅回路の発熱が所定の状態より多い状態になると、前記送信電力増幅回路の増幅率を下げるように前記制御信号を補正して、前記送信電力増幅回路の発熱を減少させるので、送信電力増幅回路の温度上昇による破損を防止することができるという効果が得られる。

図1
本発明にかかる電力増幅装置の実施の形態の構成を示した構成図である。
図2
サーミスタの温度特性図である。
図3
分圧回路の温度特性図である。
図4
送信電力の特性図である。
図5
従来例の電力増幅装置の構成図である。
図6
温度補償回路の具体例の構成図である。
【符号の説明】
20 電力増幅装置
1 送信VCO
2 送信電力増幅回路
3 方向性結合器
4 ダイオードを使用した検波回路
5 比較誤差アンプ
12 サーミスタ、検出手段
13 分圧回路、補正手段
R 抵抗器
Vref 出力電力基準電圧信号
3、4 送信電力関連信号出力手段

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