(57)【要約】【課題】デジタル増幅をする際に、０Ｖに近い低い電圧を歪み無く連続的に得ることができる技術を提案する。【解決手段】振幅変調信号がＰＷＭ変調部２０に入力すると、その振幅変調信号は、第１および第２のＰＷＭ波形生成部２１、２２に入力される。レベル検出部６０は、振幅変調信号のレベルを検出し、所定値以上であれば、切替部２５を制御して、第１のＰＷＭ波形生成部２１をデジタル増幅部４０へ接続する。所定値未満であれば、レベル検出部６０は、切替部２５を制御して、第１のＰＷＭ波形生成部２１のパルス周波数の１／２となる第２のＰＷＭ波形生成部２２をデジタル増幅部４０へ接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号をパルス変調する、パルス周波数が異なる複数の変調手段と、
前記変調手段からの出力をスイッチング動作によって増幅する増幅手段と、
前記複数の変調手段のいずれかの変調手段の出力を前記増幅手段へ出力するように選択する切替手段と、
前記変調手段に入力される前記入力信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記増幅手段へ出力する変調手段を選択するように前記切替手段を制御する検出手段と、
を備えることを特徴とするパルス変調増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号をパルス変調し増幅するパルス変調増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル振幅変調手段（パルス変調増幅装置）を備える放送装置は、送信すべき信号、例えば音声信号に対してＡＤ変換を施し、ＡＤ変換後の信号に対してデジタル増幅を施して、所望の搬送波に重畳させて出力する。そして、信号の増幅処理に伴い生じる歪みを抑えるべく様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、電力増幅器のスイッチング周波数を下げ、変調波の歪み改善を行う技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示のデジタル振幅変調送信機は、複数の電力増幅器を備え、ＡＤ変換後の一部又は全部のビットデータに応じて、電力増幅器を選択するようになっている。この技術によって、複数の電力増幅器の動作が平均化され、電力増幅器のＭＴＢＦ（平均故障間隔）が平均化され送信機全体の故障率が低減されるようになった。さらに、電力増幅器のスイッチング周波数を下げることができ、変調波の歪みを効果的に改善することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２６１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、デジタル振幅増幅は、ＦＥＴ等の半導体スイッチのオンオフ動作によってなされる。例えば、デジタル変調方式の一つであるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式は、スイッチ動作におけるデューティ比を調整することで、所望の電圧に調整している。そして、高い電圧とする場合には、デューティ比を大きくし、低い電圧とする場合にはデューティ比を小さくしている。デューティ比が小さい場合には、オン信号のパルス幅は小さくなるという特徴がある。そして、電力増幅器の電源電圧を可変として振幅変調を得る送信機では、入力される振幅変調信号に応じて電源電圧を変化させる必要がある。そのため電源電圧を素早く変化させる必要があり、また、０Ｖに近い低い電圧から高い電圧まで連続的に歪み無く電源電圧を可変として発生させる必要がある。
【０００６】
一般に、半導体スイッチによるオン／オフする周波数（オン／オフの周期の逆数）は、送信機のデジタル振幅増幅器に入力される振幅変調信号の周波数（変調周波数）に対して十分高い周波数に設定する必要がある。これはパルス生成後にローパスフィルタによってパルスの周波数成分を減衰させる必要があるが、変調周波数はローパスフィルタを通過させる必要があるためである。通常、パルスの周波数成分を高い周波数にするためには、オン／オフする周期を短くする必要がある。しかしながら、半導体スイッチのオン／オフにはどうしても一定の時間が必要とされるため、周期Ｔｃを短くする程に困難になっていく。つまり、周波数Ｆをあまり高く設定することは困難であるという課題があった。また、終段の電源電圧が０Ｖに近い低い電圧を得るためには、パルス幅Ｔｏｎを限りなく短くする必要がある。しかし、上述の通り半導体スイッチのオン／オフには一定の時間が必要なため、この時間より細いパルスを発生させることは困難であり、そのため、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが困難という課題があった。そのような課題を解決する手法として周期Ｔを長くする方法を採用することができるが、これはパルス生成後のローパスフィルタの特性が急峻になり実現が困難であるという課題があった。さらに他の解決方法として、高速にオン／オフが可能な半導体スイッチを採用することも可能であるが、高速な半導体スイッチは高価であり部品コストが増大するという課題があり、コスト低減の要請が厳しい環境にあっては現実的でなく別の技術が求められていた。また、上記特許文献１に開示の技術にあっても、同様の課題が依然として残っていた。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、デジタル増幅をする際に、０Ｖに近い低い電圧を歪み無く連続的に得ることができる技術を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパルス変調増幅装置は、入力信号をパルス変調する、パルス周波数が異なる複数の変調手段と、前記変調手段からの出力をスイッチング動作によって増幅する増幅手段と、前記複数の変調手段のいずれかの変調手段の出力を前記増幅手段へ出力するように選択する切替手段と、前記変調手段に入力される前記入力信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記増幅手段へ出力する変調手段を選択するように前記切替手段を制御する検出手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によると、デジタル増幅をする際に、０Ｖに近い低い電圧を歪み無く連続的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る、デジタル振幅変調装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】実施形態に係る、波形の歪みの改善例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。以下に説明する実施形態では、パルス変調方式の一つであるＰＷＭ方式で生じる０Ｖ付近の歪みを低減させるために、振幅変調信号のレベルに応じてＰＷＭ波形発生器の周波数を切り替える。なお、ＰＷＭ波形発生器の周波数切り替えのために、出力するパルスの周波数（または周期）の異なる複数のＰＷＭ波形発生器を設け、振幅変調信号が０Ｖ付近のときには、パルスの周波数が低いＰＷＭ波形発生器が選択される。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るデジタル振幅変調装置１０の構成を示す機能ブロック図である。図示のように、デジタル振幅変調装置１０は、ＰＷＭ変調部２０と、デジタル増幅部４０と、電源部５０と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５４と、ＰＡ（Power Amplifier）５６と、レベル検出部６０とを備える。
【００１３】
ＰＷＭ変調部２０は、第１のＰＷＭ波形生成部２１と、第２のＰＷＭ波形生成部２２と、切替部２５とを備える。第１および第２のＰＷＭ波形生成部２１、２２は、例えば、三角波発信器と比較器とから構成されて、所定の周波数で、入力信号である振幅変調信号に対してパルス変調を施す。第１のＰＷＭ波形生成部２１は、第２のＰＷＭ波形生成部２２より相対的に高い周波数でパルス変調するように構成されている。ここでは、第１のＰＷＭ波形生成部２１は、２００ｋＨｚの周波数でパルス変調し、また、第２のＰＷＭ波形生成部２２は、１００ｋＨｚの周波数でパルス変調する。
【００１４】
また、切替部２５は、後述のレベル検出部６０からの制御信号にもとづき、第１のＰＷＭ波形生成部２１のパルス信号または第２のＰＷＭ波形生成部２２のパルス信号のいずれか一方をデジタル増幅部４０へ出力する。
【００１５】
デジタル増幅部４０は、ＦＥＴドライバ４１とＦＥＴ４２とを備え、電源部５０から供給される電圧を基にして、ＰＷＭ変調部２０から取得したパルス信号を増幅する。なお、ＦＥＴドライバ４１およびＦＥＴ４２は一般的なデジタル増幅手段に用いられる構成でよく、ここでは詳細な説明は省略する。電源部５０は、電圧変換を行うトランス５１および整流を行うダイオード５２とを備え、交流電流を所望の特性の直流電流へ変換し、デジタル増幅部４０のＦＥＴ４２へ供給する。
【００１６】
デジタル増幅部４０で増幅されたパルス信号は、ＬＰＦ５４により高周波数成分がフィルタリングされ、ＰＡ５６の電源電圧（ＰＡ電源）としてＰＡ５６へ出力される。ＰＡ５６は、入力される搬送波をＰＡ電源により変調し、振幅変調波としてアンテナ５８へ出力する。そして、アンテナ５８は、ＰＡ５６から取得した振幅変調波を無線によって送信する。
【００１７】
レベル検出部６０は、ＰＷＭ変調部２０へ入力される振幅変調信号のレベルを取得し、レベルが所定値以上であれば、第１のＰＷＭ波形生成部２１のパルス出力をデジタル増幅部４０へ出力するように切替部２５を制御する。所定値として、例えば、想定される最大振幅値の１／１０のレベルとすることができる。この所定値は、第１のＰＷＭ波形生成部２１のみで動作したときに、許容値を超える歪みが発生するレベルをもとに、所定のマージンを保って設定されることが好ましい。また、ＰＷＭ変調部２０に入力される振幅変調信号のレベルが上記の所定値より小さいときには、レベル検出部６０は、第２のＰＷＭ波形生成部２２のパルス出力をデジタル増幅部４０へ出力するように切替部２５を制御する。つまり、レベル検出部６０は、振幅変調信号のレベルが高いときには、高い周波数（短い周期）のパルス信号をデジタル増幅部４０へ出力するように制御し、レベルが低いときには、低い周波数（長い周期）のパルス信号をデジタル増幅部４０へ出力するように制御する。
【００１８】
以上の構成によるデジタル振幅変調装置１０の動作概要を説明する。
入力信号として振幅変調信号がＰＷＭ変調部２０に入力すると、その振幅変調信号は、第１および第２のＰＷＭ波形生成部２１、２２に入力される。このとき、レベル検出部６０は、振幅変調信号を取得し、そのレベルを検出する。そして、検出レベルが所定値以上であれば、レベル検出部６０は、切替部２５を制御して、第１のＰＷＭ波形生成部２１の出力をデジタル増幅部４０へ接続する。また、検出レベルが所定値未満であれば、レベル検出部６０は、切替部２５を制御して、第２のＰＷＭ波形生成部２２の出力をデジタル増幅部４０へ接続する。
【００１９】
デジタル増幅部４０では、切替部２５から取得したパルス信号に応じてＦＥＴドライバ４１がＦＥＴ４２をスイッチング動作させ、切替部２５から取得したパルス信号を所望のパルス振幅へ増幅し、ＬＰＦ５４へ出力する。ＬＰＦ５４では高周波数成分が減衰されて、所望のレベルに増幅された変調信号が生成され、ＰＡ５６へＰＡ電源として出力される。ＰＡ５６は、ＰＡ電源として入力された変調信号を搬送波に重畳し、振幅変調波として、アンテナ５８に出力する。アンテナ５８は、その振幅変調波を無線として送信する。
【００２０】
図２に、ＰＡ５６から出力される振幅変調波の計測波形を示す。図２（ａ）は第１のＰＷＭ波形生成部２１のみの従来動作による波形であり、図２（ｂ）は第１のＰＷＭ波形生成部２１と第２のＰＷＭ波形生成部２２を切り替えた本実施形態の動作による波形である。図２（ａ）においては、０Ｖ付近（領域Ｘ）で歪みが発生していることが分かる。一方、図２（ｂ）においては、０Ｖ付近（領域Ｙ）で歪みが発生せずに、良好な波形となっている。本実施形態のように、ＰＷＭ変調部２０への入力信号（振幅変調波）のレベルが０Ｖに近いときに、生成されるパルス信号の周期Ｔｃを２倍の周期Ｔｃｘ（＝２×Ｔｃ）とすることで、２倍の周期Ｔｃｘ（＝２×Ｔｃ）のパルス信号によってＬＰＦ５４を通過し生成された電圧は、ベースの周期Ｔｃのパルス信号の１／２になり、０Ｖに近い低い電圧を歪み無く生成することができる。
【００２１】
また、パルス周期を２倍に切り替える状態は、０Ｖに近い電圧を生成する場合にのみ行う。これによって、周期Ｔｃｘ（＝２×Ｔｃ）の逆数である周波数ＦｃｘとなったＰＷＭ変調部２０からの出力パルスは細いパルスとなるため、周波数Ｆｃｘの成分のエネルギは小さくなり、そのためのＬＰＦ５４の減衰量を低減することができる。この結果、０Ｖに近い低い電圧の歪みを改善することができ、図２に示すように、振幅変調された送信機出力波形（振幅変調波）の歪みが低減できる。また、デジタル増幅部４０において、高速な半導体スイッチ（ＦＥＴ４２）を使用する必要が無く、部品コストが増大することを回避できる。
【００２２】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、周期Ｔｃを２倍に限る趣旨ではなく、理論上は１〜無限大の倍率まで可変とすることができ、必要に応じた特性のＰＷＭ波形生成部が使用されればよい。これによって、送信機出力波である振幅変調波の歪みをさらに低減することができる。また、第１のＰＷＭ波形生成部２１や第２のＰＷＭ波形生成部２２は、切替部２５の切替動作に応じて作動および停止してもよい。つまり、第１のＰＷＭ波形生成部２１または第２のＰＷＭ波形生成部２２のうち切替部２５が選択している装置のみを作動させ、選択していない方の装置は休止とする。この作動／停止処理はレベル検出部６０からの制御信号（図１の破線で示す信号線）によってなされればよい。また、第２のＰＷＭ波形生成部２２が駆動する時間が少ない場合には、第１のＰＷＭ波形生成部２１は常時動作させておき、第２のＰＷＭ波形生成部２２については、入力信号である振幅変調信号のレベルが０Ｖに近づいたときのみに動作させるようにしてもよい。また、切替部２５は、第１のＰＷＭ波形生成部２１や第２のＰＷＭ波形生成部２２の前段に設けられてもよい。また、変調方式として、ＰＷＭ方式に限らず、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation）方式であっても上記技術を適用することができる。
【００２３】
本実施の形態の概要を纏めると、次の通りである。
デジタル振幅変調装置は、入力信号をパルス変調する、パルス周波数が異なる複数の変調手段と、前記変調手段からの出力をスイッチング動作によって増幅する増幅手段と、前記複数の変調手段のいずれかの変調手段の出力を前記増幅手段へ出力するように選択する切替手段と、前記変調手段に入力される前記入力信号のレベルを検出し、検出したレベルに応じて、前記増幅手段へ出力する変調手段を選択するように前記切替手段を制御する検出手段と、を備える。
デジタル振幅変調装置は、例えば、放送波の送信機に設けられる。また、パルス変調は、ＰＷＭ方式による変調であってもよく、また、入力信号は、振幅変調信号であってもよい。さらに、入力信号の変調信号のレベルが所定値より低いときに、相対的にパルス周波数が小さい変調手段が選択されてもよい。さらに、複数の変調手段のうち、選択されていない変調手段は停止してもよい。また、前記増幅手段によって増幅されたパルス信号は、高周波成分がフィルタリングされて、搬送波の電源電圧として出力されてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  デジタル振幅変調装置
２０  ＰＷＭ変調部
２１  第１のＰＷＭ波形生成部
２２  第２のＰＷＭ波形生成部
２５  切替部
４０  デジタル増幅部
５０  電源部
５４  ＬＰＦ
５６  ＰＡ
６０  レベル検出部
【図１】
2010288042.tif 000003
【図２】
2010288042.tif 000004