(57)【要約】【課題】電力増幅回路の破損を防ぎ、整合動作完了後の残存整合誤差をなくした空中線整合器を提供することにある。【解決手段】空中線整合器の入力端と整合回路との間に挿入接続される可変アッテネータと、可変アッテネータをバイパスさせる切替スイッチとを備えて、制御回路は、演算処理を基に可変アッテネータのアッテネータ値を変化させる可変アッテネータ制御信号および切替えスイッチを切替える切替スイッチ制御信号を出力し、可変アッテネータは、可変アッテネータ制御信号により、整合動作の開始直後において発生するインピーダンス不整合による大きな反射電力を吸収させるようにアッテネータ値が大きな減衰量に制御され、整合動作の進行に伴いインピーダンス不整合による反射電力が小さくされるのに従って、アッテネータ値が小さな減衰量に制御され、整合動作の完了時にはアッテネータ値が略ゼロの減衰量に制御されるように構成されたことを特徴とする。【選択図】      図１
2006060729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号源である電力増幅回路と空中線との間に挿入接続され、整合回路と、Ｐｆ、Ｐｒ検出回路と、Ｒ、Φ検出回路と、該Ｐｆ、Ｐｒ検出回路および該Ｒ、Φ検出回路が出力する各検出信号を入力とし、該入力された各検出信号によって整合動作の演算処理をして、前記整合回路に前記電力増幅回路と前記空中線との間のインピーダンス整合を自動的に行わせる整合制御信号を出力する制御回路とを備えた空中線整合器であって、
該空中線整合器の入力端と前記整合回路との間に挿入接続される可変アッテネータと、該可変アッテネータをバイパスさせる切替スイッチとを備えて、
前記制御回路は、前記演算処理を基に該可変アッテネータのアッテネータ値を変化させる可変アッテネータ制御信号および該切替えスイッチを切替える切替スイッチ制御信号を出力し、
前記可変アッテネータは、可変アッテネータ制御信号により、整合動作の開始直後において発生するインピーダンス不整合による大きな反射電力を吸収させるように前記アッテネータ値が大きな減衰量に制御され、該整合動作の進行に伴い該インピーダンス不整合による該反射電力が小さくされるのに従って、前記アッテネータ値が小さな減衰量に制御され、該整合動作の完了時には前記アッテネータ値が略ゼロの減衰量に制御され、
前記切替えスイッチは、前記減衰量が略ゼロに制御された後、切替スイッチ制御信号により、前記可変アッテネータを前記バイパスさせるように制御されるように構成されたことを特徴とする空中線整合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路の高周波信号出力端での電源インピーダンスを空中線（空中線）の入力端での負荷インピーダンスに自動整合させる空中線整合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術は、送信機と空中線との間に挿入接続された整合器が、送信機と空中線間のインピーダンス差を示す信号成分（Ｚ）および位相差を示す信号成分（φ）を検出し、この各値をゼロにするような整合動作と、進行波電力と反射波電力の比をとった電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を算出し、ＶＳＷＲの最良点探索を行い、これが最良値となるような整合動作とを行い、この整合動作が繰り返されることによって整合精度を向上させるものであった。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１６２７５７号公報（第３頁、図１）
【０００３】
図３に前記従来技術の空中線整合器のブロック図の一例を示す。
図３において、１は電力増幅回路、１１は空中線、２は電力増幅回路１と空中線１１との間に挿入接続される空中線整合器、４は整合回路、５は可変キャパシタ、６は可変インダクタ、７はＰｆ（進行波電力）、Ｐｒ（反射波電力）検出回路、８はＲ（インピーダンスの抵抗分）、Φ（インピーダンスのリアクタンス分）検出回路、１２は制御回路の各ブロックによって構成される。
空中線整合器２は、整合回路４と、Ｐｆ、Ｐｒ検出回路７と、Ｒ、Φ検出回路８と、Ｐｆ、Ｐｒ検出回路７およびＲ、Φ検出回路８の各検出信号を入力とし、入力された各検出信号は整合動作の演算処理をして整合回路４に、電力増幅回路１と空中線１１との間のインピーダンス整合を自動的に行わせる整合制御信号２０ａ、２０ｂを出力とする制御回路１２とを備えたものである。
図３における整合動作の説明をする。
制御回路１２は、整合動作開始に先立ち可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれの変動位置が予め定められた開始位置であるホーミング位置に設定させるように整合制御信号２０ａ、２０ｂを可変キャパシタ５および可変インダクタ６へ出力させる。
整合回路４の例では、可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれのリアクタンス分が最小値となる位置に制御される。
整合回路４とこれに直列接続された空中線１１によって形成される回路が電力増幅回路１の出力に対しての負荷回路となる。
次に、電力増幅回路１から出力される高周波信号電力（ＲＦ電力）が整合回路４に入力される。これと同時に、信号回路Ａ０点にカップルされて微小ＲＦ電力がＲ、Φ検出回路８に入力される。Ｒ、Φ検出回路８にて電力増幅回路１の出力インピーダンス値と空中線整合器２の入力インピーダンス値の差から誤差信号として得られるＲ、Φ検出信号が検出される。このＲ、Φ検出信号は電力増幅回路１の出力インピーダンス（基準インピーダンス；例えば５０Ω）のときのＲ成分、Φ成分とそれぞれ比較される。このとき信号回路Ａ０点のインピーダンス（入力端から整合回路４と空中線１１側をみたインピーダンス）は電力増幅回路１の出力インピーダンスと整合が取れていないので、Ｒ成分の差（誤差）あるいはΦ成分の差（誤差）が生じて、その誤差に応じた誤差電圧がＲ、Φ検出出力として生成される。
制御回路１２は、Ｒ、Φ検出回路８が出力するＲ、Φ検出出力を取り込み、整合動作の演算処理である基準インピーダンスとの誤差がゼロ又はゼロに限りなく近づくように可変キャパシタ５の容量値および可変インダクタ６のインダクタンス値を変化させるための駆動信号として整合制御信号２０ａ、２０ｂを出力する。
なお、Ｒ、Φ検出回路８は信号回路Ａ０点のインピーダンスが基準インピーダンスに同じであれば、誤差が生じなかったものとしてＲ、Φ検出出力は各誤差電圧０Ｖになるように予め調整されている。
このとき、信号回路Ａ０点にカップルされて微小ＲＦ電力がＰｆ、Ｐｒ検出回路７にも入力される。Ｐｆ、Ｐｒ検出回路７にてＰｆ（進行波電力の成分）およびＰｒ（反射波電力の成分）のＰｆ、Ｐｒ検出信号が検出される。このＰｆ、Ｐｒ検出信号は電圧値であるＰｆ値、Ｐｒ値として制御回路１２へ供給する。制御回路１２ではＰｆ値とＰｒ値の比を演算して、定在波比を得る。得られた定在波比は、予め制御回路１２に記憶させた規定値と比較し、規定値以下であることを確認する。
以上の整合動作によって、定在波比が規定値以下であり、Ｒ、Φ検出回路８のＲ、Φ検出出力がそれぞれ０Ｖまたは０Ｖに限りなく近づくようになったとき、信号回路Ａ０点のインピーダンスが電力増幅回路１の出力インピーダンス（基準インピーダンス）に一致または限りなく一致したときであり、電力増幅回路１と空中線１１とのインピーダンス整合がとれた状態である。このとき、電力増幅回路１から出力される高周波信号電力（ＲＦ電力）がもっとも効率よく空中線１１へ供給される。
整合動作開始の直後の電力増幅回路１の負荷インピーダンスは、可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれのリアクタンスが最小値であるので、基準インピーダンスに対して、かなり低い値（例；基準インピーダンスが５０Ωの場合、可変キャパシタ５および可変インダクタ６からなる整合回路４のインピーダンスは数Ω〜十数Ω程度）となる。
電力増幅回路１の負荷インピーダンスが基準インピーダンスに対して低いので、その出力は過負荷状態である。この過負荷状態は整合動作が進むにつれ軽減されてくる。整合動作が完了すれば電力増幅回路１の出力インピーダンスは負荷インピーダンスとほぼ同一となり整合がとれた状態となる。
整合動作の開始から整合動作の中盤頃までは、電力増幅回路１の出力は、過負荷状態となるので、過負荷状態となった電力増幅回路１に有する半導体の出力増幅素子に過電流が流される状態となり、稀に半導体の内部回路を過電流破損に至らしめるときがある。大電力用の半導体の出力増幅素子になるほど、この不具合が発生し易くなる傾向がある。
【０００４】
図４に従来の空中線整合器のブロック図の他の例として、上記の従来技術の欠点を対策したものを示す。
図４において、１０ａ、１０ｂは電力増幅回路１と整合回路４との間に挿入接続された切替スイッチ、１４は切替スイッチ１０ａ、１０ｂの接続切替えにより電力増幅回路１と整合回路４との間に挿入接続される基準インピーダンスを有した固定アッテネータであり、制御回路１２は切替スイッチ１０ａ、１０ｂを切替え制御する信号を出力する。そのほかのブロックは図３に同じ構成であるので各ブロックの説明を省略する。
固定アッテネータ１４は、整合動作時に切替スイッチ１０ａ、１０ｂの接点が制御回路１２からの切替スイッチ制御信号に従い電力増幅回路１と整合回路４との間に挿入接続される。一方、整合動作が完了したら切替スイッチ１０ａ、１０ｂの接点が制御回路１２からの切替スイッチ制御信号に従い電力増幅回路１と整合回路４との間が直結され、固定アッテネータ１４は外されることになる。
固定アッテネータ１４が接続されたときは、反射波電力を低減するように働くので、図３の構成のときに生じた次の問題点である「整合動作の開始から整合動作の中盤頃までは、電力増幅回路１の出力は、過負荷状態となるので、過負荷状態となった電力増幅回路１に有する半導体の出力増幅素子に過電流が流される状態となり、稀に半導体の内部回路を過電流破損に至らしめるときがある。大電力用の半導体の出力増幅素子になるほど、この不具合が発生し易くなる傾向がある。」の解決が図られ、即ち、電力増幅回路１の出力の過負荷状態を軽減させることが可能となる。
この結果、電力増幅回路１に有する半導体の出力増幅素子に過電流が流される状態となることを避けることができ、半導体の内部回路を破損防止させるものである。
【０００５】
図４の固定アッテネータ１４は整合動作中に接続され、整合が完了し機器の使用状態では外される。これは機器の使用状態での固定アッテネータによる電力損失による機器全体での電力効率の低下を防ぐためである。従って、固定アッテネータ１４の減衰量は電力増幅回路１の所定の出力において、インピーダンス不整合による反射電力の最大値において電力増幅回路１の出力半導体回路を破損から保護されるように値を決めている。
このため、整合動作中の整合回路４は低減された信号電力での整合状態であり、このときの整合回路４に有する可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれの整合位置と、整合動作完了して所定の信号電力が整合回路４に供給されたときには、可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれの整合位置に誤差が生じる。
固定アッテネータ１４が外され、電力増幅回路１と整合回路４との間が直結されたときには、整合誤差が残存し、機器の使用状態での電力増幅回路１の出力インピーダンスと空中線１１を負荷にもつ整合回路４のインピーダンスとの整合状態にわずかな誤差が生じ最適整合状態とはならない。従って、空中線１１の放射電力は最大効率が得られない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上説明した、電力増幅回路の出力端での過負荷状態により増幅素子が破損するのを防止した上で電力増幅回路の出力インピーダンスと空中線の入力インピーダンスとの整合を行う整合回路の整合動作における固定アッテネータ挿入時の残存整合誤差をなくし整合精度の低下を防ぐことが課題である。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、電力増幅回路の破損を防ぎ、整合動作完了後の残存整合誤差をなくした空中線整合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、空中線整合器は、信号源である電力増幅回路と空中線との間に挿入接続され、整合回路と、Ｐｆ、Ｐｒ検出回路と、Ｒ、Φ検出回路と、該Ｐｆ、Ｐｒ検出回路および該Ｒ、Φ検出回路が出力する各検出信号を入力とし、該入力された各検出信号によって整合動作の演算処理をして、前記整合回路に前記電力増幅回路と前記空中線との間のインピーダンス整合を自動的に行わせる整合制御信号を出力する制御回路とを備えた空中線整合器であって、
該空中線整合器の入力端と前記整合回路との間に挿入接続される可変アッテネータと、該可変アッテネータをバイパスさせる切替スイッチとを備えて、
前記制御回路は、前記演算処理を基に該可変アッテネータのアッテネータ値を変化させる可変アッテネータ制御信号および該切替えスイッチを切替える切替スイッチ制御信号を出力し、
前記可変アッテネータは、可変アッテネータ制御信号により、整合動作の開始直後において発生するインピーダンス不整合による大きな反射電力を吸収させるように前記アッテネータ値が大きな減衰量に制御され、該整合動作の進行に伴い該インピーダンス不整合による該反射電力が小さくされるのに従って、前記アッテネータ値が小さな減衰量に制御され、該整合動作の完了時には前記アッテネータ値が略ゼロの減衰量に制御され、
前記切替えスイッチは、前記減衰量が略ゼロに制御された後、切替スイッチ制御信号により、前記可変アッテネータを前記バイパスさせるように制御されるように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施すれば、従来の空中線整合器での整合精度の低下があるのに対し、本発明の空中線整合器が最適整合状態を確保するものである。このように整合回路の信号源である電力増幅回路を整合動作中に現れる過負荷状態から電力増幅回路の内部増幅素子の破損から保護され、かつ、電力増幅回路の保護のために用いているアッテネータによる残存整合誤差をなくし整合精度の向上を図ることができるので、電力増幅回路の長寿命化ひいては機器の信頼性向上のみならず通信品質の面でも向上となり、本発明は極めて有用であり、特殊効果を発揮するものであることは明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の空中線整合器のブロック図を図１に示す。図１において、１は電力増幅回路、１１は空中線、２は電力増幅回路１と空中線１１との間に挿入接続される空中線整合器である。
空中線整合器２は、可変キャパシタ５と可変インダクタ６を備える整合回路４と、Ｐｆ（進行波電力）、Ｐｒ（反射波電力）検出回路７と、Ｒ（インピーダンスの抵抗分）、Φ（インピーダンスのリアクタンス分）検出回路８と、切替スイッチ１０ａ、１０ｂとによる図４と同じ構成を有し、３は切替スイッチ１０ａ、１０ｂの接続切替えにより電力増幅回路１と整合回路４との間に挿入接続される基準インピーダンスを有した可変アッテネータであり、９はＰｆ、Ｐｒ検出回路７およびＲ、Φ検出回路８の検出出力を入力とし、整合回路４に備えた可変キャパシタ５を制御する整合制御信号２０ａ、可変インダクタ６を制御する整合制御信号２０ｂ、切替スイッチ１０ａ、１０ｂを制御する切替スイッチ制御信号２１、可変アッテネータを制御する可変アッテネータ制御信号２２を出力する制御回路である構成を有して、図４と比較して固定アッテネータに換え可変アッテネータとし、可変アッテネータ３を制御する可変アッテネータ制御信号２２が制御回路９から出力されている点で異なるものである。
【００１１】
次に整合動作の実施例の説明をする。整合動作は制御回路９の制御動作によって行われる。以下図３に示された整合動作フローチャートのＳＴＥＰ順に説明する。
（ＳＴＥＰ１）整合動作開始に先立ち整合回路４の可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれの変動位置が予め定められた開始位置であるホーミング位置に設定させるように制御回路９から整合制御信号２０ａ、２０ｂが可変キャパシタ５および可変インダクタ６に出力される。整合回路４の開始位置であるホーミング位置の設定例では、可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれのリアクタンス分が最小値となる位置に制御される。
切替スイッチ１０ａ、１０ｂのそれぞれの接点は制御回路９から出力される切替スイッチ制御信号２１によって、整合動作開始に先立ち可変アッテネータ３が信号回路Ａ点−Ｂ点間に挿入されるように制御される。
可変アッテネータ３は制御回路９から出力される可変アッテネータ制御信号２２によって整合動作開始に先立つアッテネータ値を任意の大きな減衰量にするように制御される。
（ＳＴＥＰ２）電力増幅回路１から出力される高周波信号電力（ＲＦ電力）は切替スイッチ１０ａ、可変アッテネータ３、切替スイッチ１０ｂの回路を直列に経由して整合回路４に入力される。
同時に、信号回路Ｂ点のインピーダンスを有する信号回路Ｂ点にカップルされて微小ＲＦ電力がＲ、Φ検出回路８に入力される。
整合動作開始の直後の電力増幅回路１の負荷インピーダンスは、可変キャパシタ５および可変インダクタ６のそれぞれのリアクタンスが最小値であるので、基準インピーダンスに対して、かなり低い値（例；基準インピーダンスが５０Ωの場合、可変キャパシタ５および可変インダクタ６からなる整合回路４のインピーダンスは数Ω〜十数Ω程度）となる。
（ＳＴＥＰ３）Ｒ、Φ検出回路８にて検出されたＲ、Φ検出信号が制御回路９へ入力される。
制御回路９へ入力されたＲ、Φ検出信号のＲ成分であるＲＢ、Φ成分であるΦＢは、制御回路９にメモリに記憶された電力増幅回路１の出力インピーダンス（基準インピーダンス；例えば５０Ω）のときのＲ成分であるＲ０、Φ成分であるΦ０とそれぞれ比較される。
（ＳＴＥＰ４）整合動作が開始され、信号回路Ｂ点のインピーダンス（空中線１１側をみたインピーダンス）は電力増幅回路１の出力インピーダンス（信号回路Ａ点）と整合が取れていないので、Ｒ成分の差（誤差）あるいはΦ成分の差（誤差）が生じて、その誤差に応じた誤差電圧がＲ、Φ検出出力として生成される。即ち、Ｒ、Φ検出回路８の検出出力である誤差電圧〔ＶＲ；（ＲＢとＲ０の差分を電圧変換値）およびＶΦ；（ΦＢとΦ０の差分を電圧変換値）〕は整合動作の進行に伴い小さくなり、すなわち誤差が減少方向に変化し、整合が取れる方向に制御される。電力増幅回路１の負荷インピーダンスが基準インピーダンスに対して低いので、その出力は過負荷状態である。この過負荷状態は整合動作が進むにつれ軽減されてくる。
（ＳＴＥＰ５）可変アッテネータ３は、Ｒ、Φ検出回路８にて電力増幅回路１の出力インピーダンス値と空中線整合器２の入力インピーダンス値の差から誤差信号として得られるＲ、Φ検出信号が検出される値を基に制御回路９にて演算処理されて、整合動作の開始直後において発生するインピーダンス不整合による大きな反射電力を吸収させるように大きな減衰量をとり、整合動作が進むにしたがい反射電力が小さくなるので、小さな減衰量をとるように、制御回路９から出力される可変アッテネータ制御信号により逐次制御される。
可変アッテネータ３の減衰量の制御は、Ｒ、Φ検出回路８の検出出力である誤差電圧を用いて行われるので、誤差電圧に比例されるように制御され、整合開始時には誤差電圧が大きく、従って、減衰量も大きな値をとり最大反射電力を吸収し、整合動作の進行に伴い、誤差電圧が小さく、減衰量も小さな値となり信号回路Ｂ点において所定の信号電力での整合状態に近づけるように逐次制御される。
（ＳＴＥＰ６）誤差がゼロとなるように制御が進むことによって整合動作が完了となる。整合動作が完了すると信号回路Ａ点と信号回路Ｂ点が切替スイッチ１０ａ、１０ｂにより直結され可変アッテネータ３がバイパスされ外されるように制御される。
整合動作完了後においては、整合回路４とこれに直列接続された空中線１１によって形成される回路が電力増幅回路１の出力に対してのシステム使用中の負荷回路となる。
整合動作が完了したときには、残存整合誤差がなくなり、電力増幅回路１の出力インピーダンスは負荷インピーダンスとほぼ同一となり最適な整合状態となりメッセージ送信可能となる。
【００１２】
制御回路９は、Ｒ、Φ検出回路８が出力するＲ、Φ検出出力を取り込み、整合動作の演算処理である基準インピーダンスとの誤差が略ゼロになるように可変キャパシタ５の容量値および可変インダクタ６のインダクタンス値を変化させるための駆動信号として整合制御信号２０ａ、２０ｂを出力する。
なお、Ｒ、Φ検出回路８は信号回路のインピーダンスが基準インピーダンスに同じであれば、誤差が生じなかったものとしてＲ、Φ検出出力は各誤差電圧０Ｖになるように予め制御回路９の制御条件としている。
また、信号回路Ｂ点にカップルされて微小ＲＦ電力がＰｆ、Ｐｒ検出回路７にも入力される。Ｐｆ、Ｐｒ検出回路７にてＰｆ（進行波電力の成分）およびＰｒ（反射波電力の成分）のＰｆ、Ｐｒ検出信号が検出される。このＰｆ、Ｐｒ検出信号は電圧値であるＰｆ値、Ｐｒ値として制御回路９へ供給する。制御回路９ではＰｆ値とＰｒ値の比を演算して、定在波比を得て制御回路９にメモリに記憶される。メモリに記憶された定在波比は、予め制御回路９にメモリに記憶された規定値と比較し規定値以下であることをも制御条件として整合動作の整合時の確認としている。
【００１３】
以上の整合動作によって、Ｒ、Φ検出回路８のＲ、Φ検出出力がそれぞれ略０Ｖになったとき、定在波比が規定値以下であれば、信号回路Ａ点、Ｂ点の所定の信号電力でのインピーダンスが電力増幅回路１の出力インピーダンス（基準インピーダンス）に略一致したときであり、電力増幅回路１と空中線１１とのインピーダンス整合がとれた状態である。このとき、電力増幅回路１から出力される高周波信号電力（ＲＦ電力）がもっとも効率よく空中線１１へ供給される。さらに空中線１１からも最も効率のよい放射がなされる。
この結果、電力増幅回路１に有する半導体の出力増幅素子に過電流が流される状態となることを避けることができ、半導体の内部回路を破損防止させるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、無線周波数、空中線形状、空中線設置環境に依存して空中線インピーダンスが大きく変化する短波帯の移動通信又は固定通信に用いられる無線通信システムに適用されて通信事業等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る空中線整合器のブロック図である。
【図２】本発明に係る空中線整合器の整合動作フローチャート図である。
【図３】従来技術に係る空中線整合器のブロック図である。（従来例１）
【図４】従来技術に係る空中線整合器のブロック図である。（従来例２）
【符号の説明】
【００１６】
１  電力増幅回路
２  空中線整合器
３  可変アッテネータ    
４  整合回路
５  可変キャパシタ        
６  可変インダクタ
７  Ｐｆ、Ｐｒ検出回路
８  Ｒ、Φ検出回路
９、１２  制御回路
１０ａ、１０ｂ  切替スイッチ          
１１  空中線
１３  固定アッテネータ
２０ａ、２０ｂ  整合制御信号
２１  切替スイッチ制御信号
２２  可変アッテネータ制御信号
Ｓ１〜Ｓ６  ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６
【図１】
2006060729.tif 000003
【図２】
2006060729.tif 000004
【図３】
2006060729.tif 000005
【図４】
2006060729.tif 000006