(57)【要約】  電力増幅器の出力特性を補償するポーラ変調装置を提供する。  データ生成器（１１）は、ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成する。位相変調器（１２）は、位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する。加算器（１６）は、振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する。電力増幅器（１３）は、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、位相変調信号を振幅成分信号で増幅する。モニタ部（１４）は、電力増幅器（１３）をモニタし、モニタ電圧を出力する。制御部（１５）は、モニタ電圧に応じた振幅オフセット電圧を算出し、加算器（１６）に出力する。モニタ部（１４）は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧をモニタ電圧として出力する。
2010076845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、
前記位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、
前記振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、
第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、前記位相変調信号を前記振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、
前記モニタ電圧に応じた前記振幅オフセット電圧を算出し、前記加算器に出力する制御部とを備え、
前記モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧を前記モニタ電圧として出力する、ポーラ変調装置。
【請求項２】
前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタとは、同一半導体基板上に構成される、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項３】
前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタよりもサイズが小さい、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項４】
前記モニタ部は、前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電流及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を、前記モニタ電圧として出力する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項５】
前記制御部は、所定の一次関数式を用いた演算によって、前記モニタ部が出力したモニタ電圧から前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項６】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、隣接チャネル漏洩電力が最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項５に記載のポーラ変調装置。
【請求項７】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、受信帯域ノイズが最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項５に記載のポーラ変調装置。
【請求項８】
前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧が予め記憶されたＬＵＴをさらに備え、
前記制御部は、前記ＬＵＴを参照して、前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項９】
前記加算器と前記電力増幅器との間に、前記振幅オフセット電圧が加算された前記振幅成分信号を所定の増幅率Ｇで増幅する電源制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記加算器に出力する前記振幅オフセット電圧を所定の増幅率１／Ｇで増幅する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項１０】
通信機器であって、
送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備え、
前記送信回路は、請求項１に記載のポーラ変調装置から構成されることを特徴とする、通信機器。
【請求項１１】
前記アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナから受信した受信信号を前記受信回路に出力するアンテナ共用器とをさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の通信機器に用いられるポーラ変調装置に関し、より特定的には、高線形かつ高効率に動作するポーラ変調装置、及びそれを用いた通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送信変調装置において高線形性と高効率性との両立を可能とする技術として、ポーラ変調方式が注目されている（例えば、特許文献１参照）。図１５は、従来のポーラ変調方式を用いた送信変調装置（以下、ポーラ変調装置）の構成例を示す図である。図１５において、従来のポーラ変調装置は、位相変調信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ）５１と、振幅成分信号に基づいて電力増幅器５１の電源電圧を制御する電源制御部５２とで構成される。電力増幅器５１には位相変調信号が入力され、電源制御部５２には振幅成分信号が入力される。このように、ポーラ変調方式を用いると、電力増幅器５１に入力される位相変調信号を、振幅方向の変動成分をもたない定包絡線信号とすることができる。これにより、電力増幅器５１として高効率の非線形増幅器を用いることができるようになる。一方で、振幅成分信号の電圧値と電力増幅器５１の出力電圧とが比例関係になることが求められる。【０００３】
また、電力増幅器５１に使用される素子として、ＦＥＴ系デバイスよりも高いゲインが得られ、小型化が容易なＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）系デバイスが使用されるようになった。しかし、ＨＢＴ系デバイスは、異種半導体層を重ね合わせた界面でバンドオフセットが発生し、電源電圧と出力電圧との間に振幅オフセット電圧という特有のパラメータが存在する。【０００４】
図１６は、電力増幅器５１の振幅オフセット電圧について説明する図である。図１６の横軸は電力増幅器５１の電源電圧Ｖｃｃを示し、縦軸は電力増幅器５１の出力電圧Ｖｏｕｔを示す。図１６に示すように、電力増幅器５１としてＨＢＴ系デバイスを使用した場合、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、直線的に変化するが原点を通過せずに、比例関係にならない。すなわち、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、原点付近で非線形となる。この非線形部分において適切な補正を行なわないと、理想的な特性からずれることになり、そのずれ分は歪成分として現れる。この場合、問題となるのは隣接チャネルや受信帯域への影響であり、これらは規格により厳格に規定されている。【０００５】
上記した理由により、電力増幅器５１としてＨＢＴ系デバイスを用いる場合には、振幅オフセット電圧を考慮する必要がある。振幅オフセット電圧とは、電力増幅器５１の出力が立ち上がるときの電源電圧値Ｖｃｃのことである。例えば、図１６に示すように、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を直線近似して、その直線とＶｃｃ軸との交点電圧Ｖｃｏｓを、振幅オフセット電圧と擬制することができる。加算器５３は、振幅オフセット電圧を振幅成分信号に加算することで、電力増幅器５１での歪みの発生を回避する。【０００６】
また、振幅成分信号に実際に加算される振幅オフセット電圧をＶｏｓとし、電力増幅器５１に最適な振幅オフセット電圧をＶａｍｏとする。図１７は、最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏについて説明する図である。最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏの定義は、システムに要求される仕様に応じて任意に決定することができる。ここでは、図１７に示すように、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ／Adjacent Channel Leakage Power Ratio）が最小となるときの振幅オフセット電圧をＶａｍｏと定義する。また、受信帯域ノイズやＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が最小となるときの振幅オフセット電圧をＶａｍｏと定義してもよい。【０００７】
このように定義されたＶａｍｏと、Ｖｃｏｓとの間には強い相関関係があることが知られている。このため、電力増幅器５１のＶｃｏｓを算出し補償することで、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６２５６４８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電力増幅器５１の電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は電力増幅器５１の入力電力や、動作温度、固体ばらつき等の特性によって変化し、これに伴って、電力増幅器５１の振幅オフセット電圧Ｖｃｏｓも変化する。このような全特性をＲＯＭ等に記憶しておき、それを読み出して振幅オフセット電圧Ｖｃｏｓを補償する方法（すなわち、振幅ループによる補償）も考えられるが、メモリ使用量の増大はコストの増大につながるという課題がある。また、上述したような振幅ループによる補償動作を常時実行しなければならず、動作が遅延したり、消費電力が増大するといった課題も発生する。【００１０】
それ故に、本発明の目的は、電力増幅器の個体ばらつきや温度変化等に影響されず、最適な振幅オフセット電圧を算出して、電力増幅器の出力特性を補償するポーラ変調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ポーラ変調装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のポーラ変調装置は、ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、位相変調信号を振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、モニタ電圧に応じた振幅オフセット電圧を算出し、加算器に出力する制御部とを備える。モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧をモニタ電圧として出力する。【００１２】
これにより、ポーラ変調装置は、電力増幅器の振幅オフセット電圧を補正することにより、出力信号の歪みを抑制することができる。【００１３】
また、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタとは、同一半導体基板上に構成される。これにより、電力増幅器とモニタ部の動作温度を実質的に同一とできるので、オフセット電圧を電力増幅器の温度変化に合わせて自動的に調整できる。【００１４】
好ましくは、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタよりもサイズが小さい。これにより、モニタ部の消費電力を削減することができる。【００１５】
また、モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電流及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を、モニタ電圧として出力する。【００１６】
制御部は、所定の一次関数式を用いた演算によって、モニタ部が出力したモニタ電圧から振幅オフセット電圧を算出する。これにより、電力増幅器の個体ばらつき等による影響を抑制することができる。【００１７】
また、一次関数式の各パラメータは、制御部が、隣接チャネル漏洩電力が最小となる振幅オフセット電圧を出力するように選択される。これによって、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）を所望の範囲に抑えることができる。【００１８】
また、一次関数式の各パラメータは、制御部が、受信帯域ノイズが最小となる振幅オフセット電圧を出力するように選択される。これによって、受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。【００１９】
また、ポーラ変調装置は、モニタ電圧に対応した振幅オフセット電圧が予め記憶されたＬＵＴをさらに備えてもよい。この場合、制御部は、ＬＵＴを参照して、モニタ電圧に対応した振幅オフセット電圧を算出する。これによって、制御部での演算が必要なくなり、制御部の負荷を軽減することができる。【００２０】
また、ポーラ変調装置は、加算器と電力増幅器との間に、振幅オフセット電圧が加算された振幅成分信号を所定の増幅率Ｇで増幅する電源制御部をさらに備えてもよい。この場合、制御部は、加算器に出力する振幅オフセット電圧を所定の増幅率１／Ｇで増幅する。これによって、出力信号のパワーを増幅した場合も、出力信号の歪みを抑制することができる。【００２１】
また、本発明は、上述したポーラ変調装置を備える通信機器にも向けられている。通信機器は、送信信号を生成する送信回路と、送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備える。送信回路は、上述したポーラ変調装置から構成される。また、通信機器は、アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、送信回路で生成された送信信号をアンテナに出力し、アンテナから受信した受信信号を受信回路に出力するアンテナ共用部とをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明のポーラ変調装置によれば、モニタ部は、電力増幅器が備えるＨＢＴと同一基板上に設けられたモニタ用のＨＢＴを用いて、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。モニタ電圧Ｖｉｖｏｓと理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏとは強い相関関係があるので、制御部は、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出することができる。これによって、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。また、電力増幅器とモニタ部とを同一の半導体基板上に形成したので、電力増幅器とモニタ部の動作温度とは実質的に同一であり、振幅オフセット電圧Ｖｏｓ（したがって、理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏ）を電力増幅器の温度変化に合わせて自動的に調整することができる。【００２３】
また、本発明の通信機器によれば、上述したポーラ変調装置を用いることで、広い出力電力の範囲に渡って、低歪みかつ低ノイズに動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、モニタ部１４の構成例を示す回路図である。
【図３】図３は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＶＣＥ−ＩＣ特性を示す図である。
【図４】図４は、コレクタ電流ＩＣの立ち上がり領域を拡大した図である。
【図５】図５は、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図（ＩＢＢ１，ＩＣ１）である。
【図６】図６は、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図（ＩＢＢ２，ＩＣ２）である。
【図７】図７は、代表的なＶａｍｏについて説明する図である。
【図８】図８は、電圧源２４３を備えるモニタ部１４の構成例を示す回路図である。
【図９】図９は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＩＣ−ＶＣＥ特性を示す図である。
【図１０】図１０は、ＬＵＴ１７を備えるポーラ変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、ＬＵＴ１７の記憶内容の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、電源制御部１８を備えるポーラ変調装置１ｃの構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、ＬＵＴ１７と電源制御部１８とを備えるポーラ変調装置１ｄの構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態に係る通信機器２００の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、従来のポーラ変調方式を用いたポーラ変調装置の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、電力増幅器５１の振幅オフセット電圧について説明する図である。
【図１７】図１７は、最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１において、ポーラ変調装置１は、データ生成器１１と、位相変調器１２と、電力増幅器（ＰＡ）１３と、モニタ部１４と、制御部１５と、加算器１６とを備える。データ生成器１１は、ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成する。位相変調器１２は、位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する。
【００２６】
電力増幅器１３には、位相変調器１２から位相変調信号が入力される。また、電力増幅器１３には、加算器１６を介して、振幅成分信号が電源電圧として供給される。電力増幅器１３は、電源電圧として供給された振幅成分信号を用いて、位相変調信号を増幅する。電力増幅器１３は、ＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）から構成される。
【００２７】
モニタ部１４は、電力増幅器１３のＨＢＴの振幅オフセット電圧を擬似的にモニターし、モニター電圧Ｖｉｖｏｓを出力する。なお、電力増幅器１３とモニタ部１４とを合わせた構成をＰＡモジュールと記してもよい。以下、モニタ部１４の詳細について説明する。
【００２８】
図２は、モニタ部１４の構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、モニタ部１４は、トランジスタ１４１と、電流源１４２と、電流源１４３とを備える。トランジスタ１４１は、ＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）である。トランジスタ１４１は、電力増幅器１３を構成するトランジスタ（ＨＢＴ）と特性を近づけるため、同一半導体基板上に構成されることが望ましい。また、トランジスタ１４１は、消費電力を低減するため、電力増幅器１３を構成するトランジスタ（ＨＢＴ）よりもサイズが小さいことが望ましい。電流源１４２は、トランジスタ１４１にコレクタ電流ＩＣを供給する。電流源１４３は、トランジスタ１４１にベース電流ＩＢＢを供給する。
【００２９】
図３は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＶＣＥ−ＩＣ特性を示す図である。電圧源１４２及び電流源１４３を用いて、ベース電流ＩＢＢを任意の値に固定して、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを変化させたとき、トランジスタ１４１のコレクタ電流ＩＣは、図３に示すように変化する。次に、図３のコレクタ電流ＩＣの立ち上がり領域を拡大したものを図４に示す。図４において、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定すると、Ｖｉｖｏｓは、一意に決定できることがわかる。すなわち、モニタ部１４は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。
【００３０】
図５は、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ１に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ１に固定したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図である。図６は、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ２に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ２に固定したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図である。図５及び図６に示す各点は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを固定した上で、電力増幅器１３の温度や固体ばらつき等の条件が変化したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの関係をプロットしたものである。
【００３１】
ここで、Ｖａｍｏは、電力増幅器１３に最適な振幅オフセット電圧である。最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏの定義は、システムに要求される仕様に応じて任意に決定することができる。図７は、代表的なＶａｍｏについて説明する図である。図７に示す例は、ポーラ変調装置１がＵＭＴＳに適用された場合に、５ＭＨｚ離調時のＡＣＬＲを表している。図７に示すように、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）が最小となるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義することができる。また、受信帯域ノイズが最小になるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義してもよい。あるいは、ＥＶＭが最小になるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義してもよい。
【００３２】
図５を参照して、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ１に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ１で固定したとき、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係は、例えば、各プロット点を最小自乗法によって直線近似すると、一次関数の（式１）を用いて表すことができる。ただし、ＩＢＢ１とＩＣ１とは、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとが（式１）の関係を満たすように、任意の組み合わせから選択されたものである。また、一次関数式の各パラメータＡ、Ｂは任意の数値を表す。ただし、各パラメータＡ、Ｂは、（式１）を用いた演算の結果、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏを算出できるように決定される。
Ｖａｍｏ＝Ａ・Ｖｉｖｏｓ＋Ｂ    ・・・（式１）
【００３３】
また、図６を参照して、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ２に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ２で固定したとき、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係は、例えば、各プロット点を最小自乗法によって直線近似すると、（式２）を用いて表すことができる。すなわち、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣの選択の仕方によっては、Ｖｉｖｏｓ＝Ｖａｍｏとすることもできる。この場合は、ポーラ変調装置１は、モニター電圧Ｖｉｖｏｓを調整する必要がなくなるので、制御部１５を備える必要がなくなる。このように、ＶａｍｏとＶｉｖｏｓとの相関関係を表す式は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣの値に依存して決定される。
Ｖａｍｏ＝Ｖｉｖｏｓ    ・・・（式２）
【００３４】
制御部１５は、モニタ部１４が算出したモニター電圧Ｖｉｖｏｓを所定の演算式に代入して、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出する。上述した理由から、制御部１５は、所定の演算式として、（式３）や（式４）を用いることができる。加算器１６は、振幅成分信号に振幅オフセット電圧Ｖｏｓを加算して、電力増幅器１３に出力する。
Ｖｏｓ＝Ａ・Ｖｉｖｏｓ＋Ｂ    ・・・（式３）
Ｖｏｓ＝Ｖｉｖｏｓ            ・・・（式４）
【００３５】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１によれば、モニタ部１４は、電力増幅器１３が備えるＨＢＴと同一基板上に設けられたモニタ用のＨＢＴを用いて、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。モニタ電圧Ｖｉｖｏｓと理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏとは強い相関関係があるので、制御部１５は、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出することができる。これよって、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。また、電力増幅器１３とモニタ部１４とを同一の半導体基板上に形成したので、電力増幅器１３とモニタ部１４との動作温度は実質的に同一であり、振幅オフセット電圧Ｖｏｓ（したがって、理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏ）を電力増幅器１３の温度変化に合わせて自動的に調整できる。
【００３６】
なお、モニタ部１４は、図８に示すように、電流源１４３の代わりに電圧源２４３を備える構成であってもよい。図８は、電圧源２４３を備えるモニタ部１４の構成例を示す回路図である。図８を参照して、電圧源２４３は、トランジスタ１４１にベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを供給する。図９は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＩＣ−ＶＣＥ特性を示す図である。電流源１４２及び電圧源２４３を用いて、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを任意の値に固定して、コレクタ電流ＩＣを変化させたとき、トランジスタ１４１のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥは、図９に示すように変化する。ここで、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定すると、Ｖｉｖｏｓは、一意に決定できることがわかる。
【００３７】
また、ポーラ変調装置１ｂは、図１０に示すように、さらにＬＵＴ１７を備える構成であってもよい。図１０は、ＬＵＴ１７を備えるポーラ変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。ＬＵＴ１７には、図１１に示すように、Ｖｉｖｏｓに対応したＶｏｓが予め記憶されているものとする。図１０を参照して、制御部１５は、ＬＵＴ１７からＶｉｖｏｓに対応したＶｏｓを読み出して、加算器１６に出力する。その他の構成は、図１に示すポーラ変調装置１と同様である。
【００３８】
また、ポーラ変調装置１ｃは、図１２に示すように、加算器１６と電力増幅器１３との間に電源制御部１８をさらに備える構成であってもよい。図１２は、電源制御部１８を備えるポーラ変調装置１ｃの構成の一例を示すブロック図である。図１２を参照して、電源制御部１８は、任意の利得Ｇで増幅した振幅振幅成分信号を、電力増幅器１３に電源電圧として供給する。制御部１５は、任意の利得１／Ｇで増幅したＶｏｓを加算器１６に出力する。この理由は、振幅成分信号に加算されたＶｏｓが電源制御部１８で増幅されるため、増幅される前に予めＶｏｓを減衰しておくためである。その他の構成は、図１に示すポーラ変調装置１と同様である。ポーラ変調装置１ｃは、電源制御部１８を備えることによって、より大きなパワーを出力できる。
【００３９】
また、ポーラ変調装置１ｄは、図１３に示すように、ＬＵＴ１７と電源制御部１８とをさらに備える構成であってもよい。図１３は、ＬＵＴ１７と電源制御部１８とを備えるポーラ変調装置１ｄの構成の一例を示すブロック図である。図１３を参照して、電源制御部１８は、任意の利得Ｇで増幅した振幅振幅成分信号を、電力増幅器１３に電源電圧として供給する。ＬＵＴ１７には、図１１に示すように、Ｖｉｖｏｓに対応したＶｏｓが予め記憶されている。制御部１５は、ＬＵＴ１７からＶｉｖｏｓに対応したＶｏｓを読み出して、任意の利得１／Ｇで増幅したＶｏｓを加算器１６に出力する。また、ポーラ変調装置は、個々の利得Ｇ毎にＬＵＴを備える構成であってもよい。この場合、制御部１５は、利得Ｇに対応したＬＵＴからＶｏｓを読み出して、演算することなくそのまま加算器１６に出力する。
【００４０】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る通信機器２００の構成の一例を示すブロック図である。図１４を参照して、第２の実施形態に係る通信機器２００は、送信回路２１０、受信回路２２０、アンテナ共用器２３０、及びアンテナ２４０を備える。送信回路２１０は、第１の実施形態に係る送信回路１，１ｂ，１ｃ，１ｄのいずれかが用いられる。アンテナ共用器２３０は、送信回路２１０から出力された送信信号をアンテナ２４０に伝達し、受信回路２２０に送信信号が漏れるのを防ぐ。また、アンテナ共用器２３０は、アンテナ２４０から入力された受信信号を受信回路２２０に伝達し、受信信号が送信回路２１０に漏れるのを防ぐ。
【００４１】
従って、送信信号は、送信回路２１０から出力され、アンテナ共用器２３０を介してアンテナ２４０から空間に放出される。受信信号は、アンテナ２４０で受信され、アンテナ共用器２３０を介して受信回路２２０で受信される。第２の実施形態に係る通信機器２００は、第１の実施形態に係る送信回路を用いることで、送信信号の線形性および低ノイズ性を確保しつつ、かつ無線装置としての低歪みおよび低ノイズを実現することができる。また、送信回路２１０の出力に方向性結合器などの分岐がないため、送信回路２１０からアンテナ２４０までの損失を低減することが可能であり、送信時の消費電力を低減することができ、無線通信機器として、長時間の使用が可能となる。なお、通信機器２００は、送信回路２１０とアンテナ２４０とのみを備えた構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るポーラ変調装置は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の通信機器等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ  ポーラ変調装置
１１  データ生成器
１２  位相変調器
１３  電力増幅器
１４  モニタ部
１５  制御部
１６  加算器
１７  ＬＵＴ
１８  電源制御部
１４１  トランジスタ
１４２，１４３  電流源
２４３  電圧源
５１  電力増幅器
５２  電源制御部
５３  加算器
２００  通信機器
２１０  送信回路
２２０  受信回路
２３０  アンテナ共振器
２４０  アンテナ
【図１】
2010076845.tif 000003
【図２】
2010076845.tif 000004
【図３】
2010076845.tif 000005
【図４】
2010076845.tif 000006
【図５】
2010076845.tif 000007
【図６】
2010076845.tif 000008
【図７】
2010076845.tif 000009
【図８】
2010076845.tif 000010
【図９】
2010076845.tif 000011
【図１０】
2010076845.tif 000012
【図１１】
2010076845.tif 000013
【図１２】
2010076845.tif 000014
【図１３】
2010076845.tif 000015
【図１４】
2010076845.tif 000016
【図１５】
2010076845.tif 000017
【図１６】
2010076845.tif 000018
【図１７】
2010076845.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月15日(2010.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、
前記位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、
前記振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、
第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、前記位相変調信号を前記振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、
前記モニタ電圧に応じた前記振幅オフセット電圧を算出し、前記加算器に出力する制御部とを備え、
前記モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電流及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を前記モニタ電圧として出力する、ポーラ変調装置。
【請求項２】
前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタとは、同一半導体基板上に構成される、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項３】
前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタよりもサイズが小さい、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記制御部は、所定の一次関数式を用いた演算によって、前記モニタ部が出力したモニタ電圧から前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項６】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、隣接チャネル漏洩電力が最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項５に記載のポーラ変調装置。
【請求項７】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、受信帯域ノイズが最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項５に記載のポーラ変調装置。
【請求項８】
前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧が予め記憶されたＬＵＴをさらに備え、
前記制御部は、前記ＬＵＴを参照して、前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項９】
前記加算器と前記電力増幅器との間に、前記振幅オフセット電圧が加算された前記振幅成分信号を所定の増幅率Ｇで増幅する電源制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記加算器に出力する前記振幅オフセット電圧を所定の増幅率１／Ｇで増幅する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項１０】
通信機器であって、
送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備え、
前記送信回路は、請求項１に記載のポーラ変調装置から構成されることを特徴とする、通信機器。
【請求項１１】
前記アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナから受信した受信信号を前記受信回路に出力するアンテナ共用器とをさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の通信機器。
【請求項１２】
ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、
前記位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、
前記振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、
第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、前記位相変調信号を前記振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、
前記モニタ電圧に応じた前記振幅オフセット電圧を算出し、前記加算器に出力する制御部とを備え、
前記モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電圧及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を前記モニタ電圧として出力する、ポーラ変調装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月24日(2011.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の通信機器に用いられるポーラ変調装置に関し、より特定的には、高線形かつ高効率に動作するポーラ変調装置、及びそれを用いた通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送信変調装置において高線形性と高効率性との両立を可能とする技術として、ポーラ変調方式が注目されている（例えば、特許文献１参照）。図１５は、従来のポーラ変調方式を用いた送信変調装置（以下、ポーラ変調装置）の構成例を示す図である。図１５において、従来のポーラ変調装置は、位相変調信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ）５１と、振幅成分信号に基づいて電力増幅器５１の電源電圧を制御する電源制御部５２とで構成される。電力増幅器５１には位相変調信号が入力され、電源制御部５２には振幅成分信号が入力される。このように、ポーラ変調方式を用いると、電力増幅器５１に入力される位相変調信号を、振幅方向の変動成分をもたない定包絡線信号とすることができる。これにより、電力増幅器５１として高効率の非線形増幅器を用いることができるようになる。一方で、振幅成分信号の電圧値と電力増幅器５１の出力電圧とが比例関係になることが求められる。
【０００３】
また、電力増幅器５１に使用される素子として、ＦＥＴ系デバイスよりも高いゲインが得られ、小型化が容易なＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）系デバイスが使用されるようになった。しかし、ＨＢＴ系デバイスは、異種半導体層を重ね合わせた界面でバンドオフセットが発生し、電源電圧と出力電圧との間に振幅オフセット電圧という特有のパラメータが存在する。
【０００４】
図１６は、電力増幅器５１の振幅オフセット電圧について説明する図である。図１６の横軸は電力増幅器５１の電源電圧Ｖｃｃを示し、縦軸は電力増幅器５１の出力電圧Ｖｏｕｔを示す。図１６に示すように、電力増幅器５１としてＨＢＴ系デバイスを使用した場合、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、直線的に変化するが原点を通過せずに、比例関係にならない。すなわち、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は、原点付近で非線形となる。この非線形部分において適切な補正を行なわないと、理想的な特性からずれることになり、そのずれ分は歪成分として現れる。この場合、問題となるのは隣接チャネルや受信帯域への影響であり、これらは規格により厳格に規定されている。
【０００５】
上記した理由により、電力増幅器５１としてＨＢＴ系デバイスを用いる場合には、振幅オフセット電圧を考慮する必要がある。振幅オフセット電圧とは、電力増幅器５１の出力が立ち上がるときの電源電圧値Ｖｃｃのことである。例えば、図１６に示すように、電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を直線近似して、その直線とＶｃｃ軸との交点電圧Ｖｃｏｓを、振幅オフセット電圧と擬制することができる。加算器５３は、振幅オフセット電圧を振幅成分信号に加算することで、電力増幅器５１での歪みの発生を回避する。
【０００６】
また、振幅成分信号に実際に加算される振幅オフセット電圧をＶｏｓとし、電力増幅器５１に最適な振幅オフセット電圧をＶａｍｏとする。図１７は、最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏについて説明する図である。最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏの定義は、システムに要求される仕様に応じて任意に決定することができる。ここでは、図１７に示すように、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ／Adjacent Channel Leakage Power Ratio）が最小となるときの振幅オフセット電圧をＶａｍｏと定義する。また、受信帯域ノイズやＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が最小となるときの振幅オフセット電圧をＶａｍｏと定義してもよい。
【０００７】
このように定義されたＶａｍｏと、Ｖｃｏｓとの間には強い相関関係があることが知られている。このため、電力増幅器５１のＶｃｏｓを算出し補償することで、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６２５６４８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電力増幅器５１の電源電圧Ｖｃｃと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は電力増幅器５１の入力電力や、動作温度、固体ばらつき等の特性によって変化し、これに伴って、電力増幅器５１の振幅オフセット電圧Ｖｃｏｓも変化する。このような全特性をＲＯＭ等に記憶しておき、それを読み出して振幅オフセット電圧Ｖｃｏｓを補償する方法（すなわち、振幅ループによる補償）も考えられるが、メモリ使用量の増大はコストの増大につながるという課題がある。また、上述したような振幅ループによる補償動作を常時実行しなければならず、動作が遅延したり、消費電力が増大するといった課題も発生する。
【００１０】
それ故に、本発明の目的は、電力増幅器の個体ばらつきや温度変化等に影響されず、最適な振幅オフセット電圧を算出して、電力増幅器の出力特性を補償するポーラ変調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ポーラ変調装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のポーラ変調装置は、ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、位相変調信号を振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、モニタ電圧に応じた振幅オフセット電圧を算出し、加算器に出力する制御部とを備える。モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧をモニタ電圧として出力する。
【００１２】
これにより、ポーラ変調装置は、電力増幅器の振幅オフセット電圧を補正することにより、出力信号の歪みを抑制することができる。
【００１３】
また、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタとは、同一半導体基板上に構成される。これにより、電力増幅器とモニタ部の動作温度を実質的に同一とできるので、オフセット電圧を電力増幅器の温度変化に合わせて自動的に調整できる。
【００１４】
好ましくは、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタよりもサイズが小さい。これにより、モニタ部の消費電力を削減することができる。
【００１５】
また、モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電流及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を、モニタ電圧として出力する。
【００１６】
制御部は、所定の一次関数式を用いた演算によって、モニタ部が出力したモニタ電圧から振幅オフセット電圧を算出する。これにより、電力増幅器の個体ばらつき等による影響を抑制することができる。
【００１７】
また、一次関数式の各パラメータは、制御部が、隣接チャネル漏洩電力が最小となる振幅オフセット電圧を出力するように選択される。これによって、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）を所望の範囲に抑えることができる。
【００１８】
また、一次関数式の各パラメータは、制御部が、受信帯域ノイズが最小となる振幅オフセット電圧を出力するように選択される。これによって、受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。
【００１９】
また、ポーラ変調装置は、モニタ電圧に対応した振幅オフセット電圧が予め記憶されたＬＵＴをさらに備えてもよい。この場合、制御部は、ＬＵＴを参照して、モニタ電圧に対応した振幅オフセット電圧を算出する。これによって、制御部での演算が必要なくなり、制御部の負荷を軽減することができる。
【００２０】
また、ポーラ変調装置は、加算器と電力増幅器との間に、振幅オフセット電圧が加算された振幅成分信号を所定の増幅率Ｇで増幅する電源制御部をさらに備えてもよい。この場合、制御部は、加算器に出力する振幅オフセット電圧を所定の増幅率１／Ｇで増幅する。これによって、出力信号のパワーを増幅した場合も、出力信号の歪みを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明は、上述したポーラ変調装置を備える通信機器にも向けられている。通信機器は、送信信号を生成する送信回路と、送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備える。送信回路は、上述したポーラ変調装置から構成される。また、通信機器は、アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、送信回路で生成された送信信号をアンテナに出力し、アンテナから受信した受信信号を受信回路に出力するアンテナ共用部とをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明のポーラ変調装置によれば、モニタ部は、電力増幅器が備えるＨＢＴと同一基板上に設けられたモニタ用のＨＢＴを用いて、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。モニタ電圧Ｖｉｖｏｓと理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏとは強い相関関係があるので、制御部は、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出することができる。これによって、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。また、電力増幅器とモニタ部とを同一の半導体基板上に形成したので、電力増幅器とモニタ部の動作温度とは実質的に同一であり、振幅オフセット電圧Ｖｏｓ（したがって、理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏ）を電力増幅器の温度変化に合わせて自動的に調整することができる。
【００２３】
また、本発明の通信機器によれば、上述したポーラ変調装置を用いることで、広い出力電力の範囲に渡って、低歪みかつ低ノイズに動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１の構成の一例を示すブロック図
【図２】モニタ部１４の構成例を示す回路図
【図３】モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＶＣＥ−ＩＣ特性を示す図
【図４】コレクタ電流ＩＣの立ち上がり領域を拡大した図
【図５】ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図（ＩＢＢ１，ＩＣ１）
【図６】ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図（ＩＢＢ２，ＩＣ２）
【図７】代表的なＶａｍｏについて説明する図
【図８】電圧源２４３を備えるモニタ部１４の構成例を示す回路図
【図９】モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＩＣ−ＶＣＥ特性を示す図
【図１０】ＬＵＴ１７を備えるポーラ変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図
【図１１】ＬＵＴ１７の記憶内容の一例を示す図
【図１２】電源制御部１８を備えるポーラ変調装置１ｃの構成の一例を示すブロック図
【図１３】ＬＵＴ１７と電源制御部１８とを備えるポーラ変調装置１ｄの構成の一例を示すブロック図
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る通信機器２００の構成の一例を示すブロック図
【図１５】従来のポーラ変調方式を用いたポーラ変調装置の構成例を示す図
【図１６】電力増幅器５１の振幅オフセット電圧について説明する図
【図１７】最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏについて説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１において、ポーラ変調装置１は、データ生成器１１と、位相変調器１２と、電力増幅器（ＰＡ）１３と、モニタ部１４と、制御部１５と、加算器１６とを備える。データ生成器１１は、ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成する。位相変調器１２は、位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する。
【００２６】
電力増幅器１３には、位相変調器１２から位相変調信号が入力される。また、電力増幅器１３には、加算器１６を介して、振幅成分信号が電源電圧として供給される。電力増幅器１３は、電源電圧として供給された振幅成分信号を用いて、位相変調信号を増幅する。電力増幅器１３は、ＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）から構成される。
【００２７】
モニタ部１４は、電力増幅器１３のＨＢＴの振幅オフセット電圧を擬似的にモニターし、モニター電圧Ｖｉｖｏｓを出力する。なお、電力増幅器１３とモニタ部１４とを合わせた構成をＰＡモジュールと記してもよい。以下、モニタ部１４の詳細について説明する。
【００２８】
図２は、モニタ部１４の構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、モニタ部１４は、トランジスタ１４１と、電流源１４２と、電流源１４３とを備える。トランジスタ１４１は、ＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）である。トランジスタ１４１は、電力増幅器１３を構成するトランジスタ（ＨＢＴ）と特性を近づけるため、同一半導体基板上に構成されることが望ましい。また、トランジスタ１４１は、消費電力を低減するため、電力増幅器１３を構成するトランジスタ（ＨＢＴ）よりもサイズが小さいことが望ましい。電流源１４２は、トランジスタ１４１にコレクタ電流ＩＣを供給する。電流源１４３は、トランジスタ１４１にベース電流ＩＢＢを供給する。
【００２９】
図３は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＶＣＥ−ＩＣ特性を示す図である。電圧源１４２及び電流源１４３を用いて、ベース電流ＩＢＢを任意の値に固定して、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを変化させたとき、トランジスタ１４１のコレクタ電流ＩＣは、図３に示すように変化する。次に、図３のコレクタ電流ＩＣの立ち上がり領域を拡大したものを図４に示す。図４において、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定すると、Ｖｉｖｏｓは、一意に決定できることがわかる。すなわち、モニタ部１４は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。
【００３０】
図５は、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ１に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ１に固定したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図である。図６は、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ２に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ２に固定したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係を示す図である。図５及び図６に示す各点は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを固定した上で、電力増幅器１３の温度や固体ばらつき等の条件が変化したときのＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの関係をプロットしたものである。
【００３１】
ここで、Ｖａｍｏは、電力増幅器１３に最適な振幅オフセット電圧である。最適な振幅オフセット電圧Ｖａｍｏの定義は、システムに要求される仕様に応じて任意に決定することができる。図７は、代表的なＶａｍｏについて説明する図である。図７に示す例は、ポーラ変調装置１がＵＭＴＳに適用された場合に、５ＭＨｚ離調時のＡＣＬＲを表している。図７に示すように、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）が最小となるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義することができる。また、受信帯域ノイズが最小になるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義してもよい。あるいは、ＥＶＭが最小になるときの電力増幅器１３の振幅オフセット電圧を、最適なオフセット電圧Ｖａｍｏと定義してもよい。
【００３２】
図５を参照して、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ１に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ１で固定したとき、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係は、例えば、各プロット点を最小自乗法によって直線近似すると、一次関数の（式１）を用いて表すことができる。ただし、ＩＢＢ１とＩＣ１とは、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとが（式１）の関係を満たすように、任意の組み合わせから選択されたものである。また、一次関数式の各パラメータＡ、Ｂは任意の数値を表す。ただし、各パラメータＡ、Ｂは、（式１）を用いた演算の結果、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏを算出できるように決定される。
Ｖａｍｏ＝Ａ・Ｖｉｖｏｓ＋Ｂ    ・・・（式１）
【００３３】
また、図６を参照して、ベース電流ＩＢＢをＩＢＢ２に、コレクタ電流ＩＣをＩＣ２で固定したとき、ＶｉｖｏｓとＶａｍｏとの相関関係は、例えば、各プロット点を最小自乗法によって直線近似すると、（式２）を用いて表すことができる。すなわち、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣの選択の仕方によっては、Ｖｉｖｏｓ＝Ｖａｍｏとすることもできる。この場合は、ポーラ変調装置１は、モニター電圧Ｖｉｖｏｓを調整する必要がなくなるので、制御部１５を備える必要がなくなる。このように、ＶａｍｏとＶｉｖｏｓとの相関関係を表す式は、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣの値に依存して決定される。
Ｖａｍｏ＝Ｖｉｖｏｓ    ・・・（式２）
【００３４】
制御部１５は、モニタ部１４が算出したモニター電圧Ｖｉｖｏｓを所定の演算式に代入して、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出する。上述した理由から、制御部１５は、所定の演算式として、（式３）や（式４）を用いることができる。加算器１６は、振幅成分信号に振幅オフセット電圧Ｖｏｓを加算して、電力増幅器１３に出力する。
Ｖｏｓ＝Ａ・Ｖｉｖｏｓ＋Ｂ    ・・・（式３）
Ｖｏｓ＝Ｖｉｖｏｓ            ・・・（式４）
【００３５】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調装置１によれば、モニタ部１４は、電力増幅器１３が備えるＨＢＴと同一基板上に設けられたモニタ用のＨＢＴを用いて、ベース電流ＩＢＢ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥをモニター電圧Ｖｉｖｏｓとして出力する。モニタ電圧Ｖｉｖｏｓと理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏとは強い相関関係があるので、制御部１５は、モニタ電圧Ｖｉｖｏｓから、振幅成分信号に加算する振幅オフセット電圧Ｖｏｓを算出することができる。これよって、出力信号の歪みを抑制すると共に、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＬＲ）や受信帯域ノイズを所望の範囲に抑えることができる。また、電力増幅器１３とモニタ部１４とを同一の半導体基板上に形成したので、電力増幅器１３とモニタ部１４との動作温度は実質的に同一であり、振幅オフセット電圧Ｖｏｓ（したがって、理想の振幅オフセット電圧Ｖａｍｏ）を電力増幅器１３の温度変化に合わせて自動的に調整できる。
【００３６】
なお、モニタ部１４は、図８に示すように、電流源１４３の代わりに電圧源２４３を備える構成であってもよい。図８は、電圧源２４３を備えるモニタ部１４の構成例を示す回路図である。図８を参照して、電圧源２４３は、トランジスタ１４１にベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを供給する。図９は、モニタ部１４が備えるトランジスタ１４１のＩＣ−ＶＣＥ特性を示す図である。電流源１４２及び電圧源２４３を用いて、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを任意の値に固定して、コレクタ電流ＩＣを変化させたとき、トランジスタ１４１のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥは、図９に示すように変化する。ここで、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ及びコレクタ電流ＩＣを任意の値に固定すると、Ｖｉｖｏｓは、一意に決定できることがわかる。
【００３７】
また、ポーラ変調装置１ｂは、図１０に示すように、さらにＬＵＴ１７を備える構成であってもよい。図１０は、ＬＵＴ１７を備えるポーラ変調装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。ＬＵＴ１７には、図１１に示すように、Ｖｉｖｏｓに対応したＶｏｓが予め記憶されているものとする。図１０を参照して、制御部１５は、ＬＵＴ１７からＶｉｖｏｓに対応したＶｏｓを読み出して、加算器１６に出力する。その他の構成は、図１に示すポーラ変調装置１と同様である。
【００３８】
また、ポーラ変調装置１ｃは、図１２に示すように、加算器１６と電力増幅器１３との間に電源制御部１８をさらに備える構成であってもよい。図１２は、電源制御部１８を備えるポーラ変調装置１ｃの構成の一例を示すブロック図である。図１２を参照して、電源制御部１８は、任意の利得Ｇで増幅した振幅振幅成分信号を、電力増幅器１３に電源電圧として供給する。制御部１５は、任意の利得１／Ｇで増幅したＶｏｓを加算器１６に出力する。この理由は、振幅成分信号に加算されたＶｏｓが電源制御部１８で増幅されるため、増幅される前に予めＶｏｓを減衰しておくためである。その他の構成は、図１に示すポーラ変調装置１と同様である。ポーラ変調装置１ｃは、電源制御部１８を備えることによって、より大きなパワーを出力できる。
【００３９】
また、ポーラ変調装置１ｄは、図１３に示すように、ＬＵＴ１７と電源制御部１８とをさらに備える構成であってもよい。図１３は、ＬＵＴ１７と電源制御部１８とを備えるポーラ変調装置１ｄの構成の一例を示すブロック図である。図１３を参照して、電源制御部１８は、任意の利得Ｇで増幅した振幅振幅成分信号を、電力増幅器１３に電源電圧として供給する。ＬＵＴ１７には、図１１に示すように、Ｖｉｖｏｓに対応したＶｏｓが予め記憶されている。制御部１５は、ＬＵＴ１７からＶｉｖｏｓに対応したＶｏｓを読み出して、任意の利得１／Ｇで増幅したＶｏｓを加算器１６に出力する。また、ポーラ変調装置は、個々の利得Ｇ毎にＬＵＴを備える構成であってもよい。この場合、制御部１５は、利得Ｇに対応したＬＵＴからＶｏｓを読み出して、演算することなくそのまま加算器１６に出力する。
【００４０】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る通信機器２００の構成の一例を示すブロック図である。図１４を参照して、第２の実施形態に係る通信機器２００は、送信回路２１０、受信回路２２０、アンテナ共用器２３０、及びアンテナ２４０を備える。送信回路２１０は、第１の実施形態に係る送信回路１，１ｂ，１ｃ，１ｄのいずれかが用いられる。アンテナ共用器２３０は、送信回路２１０から出力された送信信号をアンテナ２４０に伝達し、受信回路２２０に送信信号が漏れるのを防ぐ。また、アンテナ共用器２３０は、アンテナ２４０から入力された受信信号を受信回路２２０に伝達し、受信信号が送信回路２１０に漏れるのを防ぐ。
【００４１】
従って、送信信号は、送信回路２１０から出力され、アンテナ共用器２３０を介してアンテナ２４０から空間に放出される。受信信号は、アンテナ２４０で受信され、アンテナ共用器２３０を介して受信回路２２０で受信される。第２の実施形態に係る通信機器２００は、第１の実施形態に係る送信回路を用いることで、送信信号の線形性および低ノイズ性を確保しつつ、かつ無線装置としての低歪みおよび低ノイズを実現することができる。また、送信回路２１０の出力に方向性結合器などの分岐がないため、送信回路２１０からアンテナ２４０までの損失を低減することが可能であり、送信時の消費電力を低減することができ、無線通信機器として、長時間の使用が可能となる。なお、通信機器２００は、送信回路２１０とアンテナ２４０とのみを備えた構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るポーラ変調装置は、携帯電話や無線ＬＡＮ等の通信機器等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ  ポーラ変調装置
１１  データ生成器
１２  位相変調器
１３  電力増幅器
１４  モニタ部
１５  制御部
１６  加算器
１７  ＬＵＴ
１８  電源制御部
１４１  トランジスタ
１４２，１４３  電流源
２４３  電圧源
５１  電力増幅器
５２  電源制御部
５３  加算器
２００  通信機器
２１０  送信回路
２２０  受信回路
２３０  アンテナ共振器
２４０  アンテナ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、
前記位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、
前記振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、
第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、前記位相変調信号を前記振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、
前記モニタ電圧に応じた前記振幅オフセット電圧を算出し、前記加算器に出力する制御部とを備え、
前記モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電流及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を前記モニタ電圧として出力する、ポーラ変調装置。
【請求項２】
前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタとは、同一半導体基板上に構成される、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項３】
前記第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、前記第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタよりもサイズが小さい、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項４】
前記制御部は、所定の一次関数式を用いた演算によって、前記モニタ部が出力したモニタ電圧から前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項５】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、隣接チャネル漏洩電力が最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項４に記載のポーラ変調装置。
【請求項６】
前記一次関数式の各パラメータは、前記制御部が、受信帯域ノイズが最小となる前記振幅オフセット電圧を出力するように選択される、請求項４に記載のポーラ変調装置。
【請求項７】
前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧が予め記憶されたＬＵＴをさらに備え、
前記制御部は、前記ＬＵＴを参照して、前記モニタ電圧に対応した前記振幅オフセット電圧を算出する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項８】
前記加算器と前記電力増幅器との間に、前記振幅オフセット電圧が加算された前記振幅成分信号を所定の増幅率Ｇで増幅する電源制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記加算器に出力する前記振幅オフセット電圧を所定の増幅率１／Ｇで増幅する、請求項１に記載のポーラ変調装置。
【請求項９】
通信機器であって、
送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備え、
前記送信回路は、請求項１に記載のポーラ変調装置から構成されることを特徴とする、通信機器。
【請求項１０】
前記アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、
前記送信回路で生成された送信信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナから受信した受信信号を前記受信回路に出力するアンテナ共用器とをさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の通信機器。
【請求項１１】
ベースバンド信号から振幅成分信号と位相成分信号とを生成するデータ生成器と、
前記位相成分信号に位相変調を施した位相変調信号を生成する位相変調器と、
前記振幅成分信号に振幅オフセット電圧を加算する加算器と、
第１のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、前記位相変調信号を前記振幅成分信号で増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器をモニタし、モニタ電圧を出力するモニタ部と、
前記モニタ電圧に応じた前記振幅オフセット電圧を算出し、前記加算器に出力する制御部とを備え、
前記モニタ部は、第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタから構成されると共に、当該第２のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース電圧及びコレクタ電流を所定の値に固定したときのコレクタ−エミッタ間電圧を前記モニタ電圧として出力する、ポーラ変調装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010076845.tif 000035
【図１７】
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【国際調査報告】
2010076845.tif 000037
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