(57)【要約】【課題】電力の消費をより小さくした、携帯無線装置の送信回路を提供する。【解決手段】切替器２１，２２により、高出力時に第一経路３１が選択され、低出力時に第二経路３２が選択される。第二経路３２は、段間フィルタ１４及びアイソレータ１２を含まないため、低出力時にはこれらの挿入損失を防ぐことができる。したがって、低出力時に、これらの挿入損失を補填するために、電力を消費して信号を余計に増幅する必要はなくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を増幅する第一増幅器と、
上記第一増幅器で増幅された信号を、必要とされる送信電力に応じて選択される第一経路又は第二経路に通して、アンテナに出力する切替器と、を含み、
上記第一経路は、上記第一増幅器で増幅された信号に対してフィルタリングをする段間フィルタと、上記フィルタリングされた信号を増幅する第二増幅器と、上記アンテナから上記第二増幅器への信号の通過を阻止するアイソレータとを含んで構成され、
上記第二経路は、段間フィルタ及びアイソレータを含まない、
ことを特徴とする送信回路。
【請求項２】
請求項１に記載された送信回路であって、
上記第二経路は、入力された信号を効率的に増幅することができる出力範囲が上記第二増幅器よりも低い第三増幅器を含む、
ことを特徴とする送信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、携帯無線装置を含む無線装置において、電力の利用効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯無線装置の送信回路は一般に、フェージング等により引き起こされる送信電力及び受信電力の変動を避けるために、複数の増幅器を備えており、これらの複数の増幅器を制御することにより送信電力の制御をきめ細かく行っている。また、携帯無線装置の送信回路は、電力の利用効率を向上させるために、無駄な電力の消費を防ぐ技術を備えている。
【０００３】
例えば、図３に示す従来の携帯無線装置の送信回路は、第一段目の増幅器１８と、第二段目の増幅器１７と、切替器２１，２２の切り替えにより選択可能な第三段目の増幅器２０とを備える。
【０００４】
送信電力を高くする場合には、切替器２１，２２の切り替えにより第三段目の増幅器２０が選択される。この場合、信号は、まず第一段目の増幅器１８で増幅され、バンドパスフィルタ４１（図３では、ＢＰＦと略して記載している。）を通過した後に、第二段目の増幅器１７で増幅され、さらに第二段目の増幅器２０で増幅される。すなわち、信号は、第一段目の増幅器１８、第二段目の増幅器１７及び第三段目の増幅器２０のそれぞれで増幅される。増幅された信号は、アイソレータ１２を通過して、アンテナ１１から電波として放射される。
【０００５】
送信電力を低くする場合には、切替器２１，２２の切り替えにより第三段目の増幅器２０は選択されない。この場合、信号は、第一段目の増幅器１８で増幅され、バンドパスフィルタ４１を通過した後に、第二段目の増幅器１７で増幅され、線路１９及びアイソレータ１２を順次通過して、アンテナ１１から電波として放射される。すなわち、信号は、第三段目の増幅器２０では増幅されない。この場合、用いられない第三段目の増幅器２０に供給される電力はカットされる。
【０００６】
このようして、従来の携帯無線装置の送信回路は、送信電力を低くする場合には用いられない第三段階目の増幅器２０に供給される電力をカットすることにより、無駄な電力の消費を防いでいる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２１７６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の携帯無線装置の送信回路においては、送信電力を低くする場合にも、信号は、バンドパスフィルタ４１及びアイソレータ１２を通過している。これにより、信号の電力は、バンドパスフィルタ４１及びアイソレータ１２のそれぞれの挿入損失の分だけ損失する。従来の携帯無線装置の送信回路は、これらの挿入損失を補填するために信号の電力をさらに増幅させる必要があり、この点において電力の消費が小さくないという問題があった。
この発明は、上記問題に鑑み、電力の消費をより小さくした送信回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による送信回路は、信号を増幅する第一増幅器と、第一増幅器で増幅された信号を、必要とされる送信電力に応じて選択される第一経路又は第二経路に通して、アンテナに出力する切替器と、を含む。第一経路は、第一増幅器で増幅された信号に対してフィルタリングをする段間フィルタと、フィルタリングされた信号を増幅する第二増幅器と、アンテナから第二増幅器への信号の通過を阻止するアイソレータとを含んで構成される。第二経路は、段間フィルタ及びアイソレータを含まない。
【発明の効果】
【０００９】
送信電力が低い場合に信号が通過する経路に段間フィルタ及びアイソレータを配置しないことにより、送信電力が低い場合の、段間フィルタ及びアイソレータのそれぞれの挿入損失を防ぐことができる。これにより、従来よりも電力の消費を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［第一実施形態］
図１を参照して、この発明の第一実施形態による送信回路を説明する。第一実施形態による送信回路は、変調器１５、切替器２１，２２、段間フィルタ１４、第二増幅器１３及びアイソレータ１２を含む。また、変調器１５は、変調回路１５２及び第一増幅器１５１を含む。
【００１１】
変調器１５の変調回路１５２は、端子１から入力された信号に対して所定の変調を行い、第一増幅器１５１に出力する。第一増幅器１５１は、変調された信号の電力を増幅して、切替器２２に出力する。
【００１２】
切替器２２は、切替器２１と連動して、第一増幅器１５１で増幅された信号を、必要とされる送信電力に応じて選択される第一経路３１又は第二経路３２に通してから、アンテナに出力する。切替器２１，２２を合わせたものが、特許請求の範囲における切替器に相当する。切替器２１，２２は、必要とされる送信電力が高い場合、すなわち高出力時には第二増幅器１３を含む第一経路３１に切り替えられ、必要とされる送信電力が低い場合、すなわち低出力時には第二増幅器１３を含まない第二経路３２に切り替えられる。換言すれば、必要とされる送信電力がより高い場合に、第一経路に切り替えられる。この切り替えは、端子２から入力される制御信号に基づいて行われる。切替器２１，２２は、挿入損失が小さいものを用いることが望ましい。
【００１３】
第一経路３１は、それぞれ後述する、段間フィルタ１４、第二増幅器１３及びアイソレータ１２から少なくとも構成される。この実施形態では、第二経路３２は、線路のみから構成される。
【００１４】
段間フィルタ１４は、第一増幅器１５１で増幅された信号に対してフィルタリングを行い、所望帯域外の信号を除去又は抑制をする。フィルタリングされた信号は、第二増幅器１３に出力される。変調器１５は、その内部に、ミキサ（図示せず。）、第一増幅器１５１等の非線形素子を有する。これらの非線形素子は、入力された信号の二倍波成分、三倍成分に加えて、入力された信号が属する帯域（所望帯域とする。）の外側であってその帯域の近傍に、相互変調成分を発生させる。また、これらの所望帯域外の信号が後段に配置された第二増幅器１３に入力されると、さらに別の所望帯域外の信号が発生してしまう。これらの発生した所望帯域外の信号がアンテナ１１から電波として放射されるのを防ぐために、段間フィルタ１４は設けられている。
【００１５】
第二増幅器１３は、段間フィルタ１４でフィルタリングされた信号の電力を増幅する。増幅された信号は、アイソレータ１２に出力される。
【００１６】
アイソレータ１２は、第二増幅器１３で増幅された信号をアンテナ１１に出力すると共に、アンテナ１１から第二増幅器１３への信号の通過を阻止する。アンテナ１１のインピーダンスは、この送信回路を含む携帯無線装置の使用環境、その携帯無線装置の使用者による持ち方等により変化するため、インピーダンスの不整合が生じ、アンテナ１１に印加された信号の電力の一部が反射して反射波が発生する可能性がある。反射波に対して耐性が低い増幅器は、最大送信電力の５割程度の反射波で破壊されてしまうところ、最悪の環境においては９割以上の電力が反射され、この場合その増幅器は容易に破壊されてしまう。アンテナ１１で生じる反射波から第二増幅器１３を保護するために、アイソレータ１２は設けられる。
【００１７】
アンテナ１１は、アイソレータ１２から出力された信号を電波として外部の空間に放射する。
送信電力を高くする場合には、切替器２１，２２により第一経路３１が選択され、上記のように、信号は第一増幅器１５１及び第二増幅器１３でそれぞれ増幅される。この結果、送信電力は高くなる。
【００１８】
これに対して、送信電力を低くする場合には、切替器２１，２２により第二経路３２が選択される。この場合、第一増幅器１５１で増幅された信号は、第二経路３２を通過してアンテナ１１に出力される。信号は、第一増幅器１５１で増幅されるが、第二増幅器１３では増幅されないため、送信電力は低くなる。
【００１９】
また、この場合、信号は、段間フィルタ１４及びアイソレータ１２を通過しない。したがって、段間フィルタ１４及びアイソレータ１２のそれぞれの挿入損失を防ぐことができ、これらの挿入損失を補填するために電力を消費する必要はなくなる。よって、従来よりも電力の消費を小さくすることができる。
【００２０】
送信電力を低くする場合には、非線形素子により発生する所望帯域外の信号の電力は小さく、その所望帯域外の信号は無視し得る。また、送信電力を低くする場合には、アンテナ１１からの反射波の電力も小さく、アイソレータ１２がなくても、第一増幅器１５１が破壊されることはない。したがって、送信電力を低くする場合には、段間フィルタ１４及びアイソレータ１２は必ずしも必要ではない。このことを発明者は新たに見出して、この発明に至ったのである。
【００２１】
送信電力分布調査により、携帯無線装置は、送信電力が低い状態で使用される時間が長く、当該時間が全使用時間に対して占める割合は高いことが知られている（例えば、参考文献１参照。）。したがって、この発明による送信回路を携帯無線装置に適用することにより、携帯無線装置の電力の消費を小さくすることができるという効果は大きい。また、使用者が体感する連続通話時間を延ばすことができる。
〔参考文献１〕Fowler, T. et al.,“Efficiency Improvement Techniques at Low Power Levels for Linear CDMA and WCDMA Power Amplifiers,”2002 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium Digest, pp.41-44, Jun. 2002.
上記説明した送信回路は、通信方式的な制御を行わないため、無線通信方式に依存することなく適用できる。
【００２２】
例えば、段間フィルタ１４の挿入損失を２．２ｄＢ、アイソレータ１２の挿入損失を０．６ｄＢとすると、合計２．８ｄＢの挿入損失が少なくとも生じ得る。この２．８ｄＢの挿入損失を補填するためには１５０ｍＡ程度の電流が必要であるとする。
【００２３】
一方、第一実施形態の送信回路においては、切替器２１，２２の挿入損失をそれぞれ０．３ｄＢとすると、合計０．６ｄＢの挿入損失が少なくとも生じ得る。この０．６ｄＢの挿入損失を補填するためには１２０ｍＡ程度の電流が必要であるとする。
このとき、これらの送信回路を備える携帯無線装置のバッテリーの容量を８５０ｍＡｈとし、携帯無線装置の全体の電力消費量を送信回路における電量消費量の約１．４倍とすると、約１２．５％（≒（（８５０／（１２０×１．４））／（８５０／（１５０×１．４））−１）×１００）の効率の改善となる。
【００２４】
［第二実施形態］
図２を参照して、この発明の第二実施形態による送信回路を説明する。第二実施形態による送信回路は、第一実施形態による送信回路に、第三増幅器１６を加えたものである。第一実施形態と同様の部分については、同じ符号を付けて重複説明を略する。以下では、第一実施形態と異なる部分を重点的に説明する。
【００２５】
第二実施形態においては、第二経路３２上に第三増幅器１６が配置される。第三増幅器１６は、低出力時に電力付与効率が高い。換言すれば、第三増幅器１６は、入力された信号を効率的に増幅することができる出力範囲が第二増幅器１３よりも低い。例えば、第二増幅器１３が効率的に増幅することができる出力範囲は１０ｄＢから２４ｄＢの範囲、第三増幅器１６が効率的に増幅することができる出力範囲は１０ｄＢ以下の範囲にそれぞれなるように、第二増幅器１３及び第三増幅器１６が選択、設定される。
【００２６】
送信電力を低くする場合には、切替器２１，２２により第二経路３２が選択され、第一増幅器１５１で増幅された信号は、第二経路３２に配置された第三増幅器１６に入力される。
【００２７】
第三増幅器１６は、入力された信号を増幅して、切替器２１を介してアンテナ１１に出力する。第三増幅器１６は、自身が効率的に増幅することができる出力範囲であって、第二増幅器１３が効率的に増幅することができる出力範囲よりも低い出力範囲で増幅を行う。所望帯域外の信号を無視することができない程大きくならないような出力範囲、かつ、アンテナ１１からの反射波で第三増幅器１６が破壊されないような出力範囲で、第三増幅器１６は増幅を行う必要がある点については言うまでもない。
【００２８】
このように、第二経路３２に第三増幅器１６を配置しても、第一実施形態で説明したのと同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２９】
［変形例］
この発明による送信回路を、携帯無線通信装置以外の任意の無線通信装置に用いてもよい。
第一経路３１、第二経路３２のうち、切替器２１，２２により選択されなかった方の経路に配置される素子に供給される電力をカットすることにより、無駄な電力の消費を防いでもよい。
第一実施形態及び第二実施形態の各素子間に、必要に応じて任意の回路を有していてもよい。
その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記説明した第一実施形態及び第二実施形態を適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第一実施形態の送信回路の機能ブックク図。
【図２】第二実施形態の送信回路の機能ブロック図。
【図３】従来技術による送信回路の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００３１】
１   端子
２   端子
１１ アンテナ
１２ アイソレータ
１３ 第二増幅器
１４ 段間フィルタ
１５ 変調器
１５１      第一増幅器
１５２      変調回路
１６ 第三増幅器
２１，２２  切替器
３１ 第一経路
３２ 第二経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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