(57)【要約】【課題】送信電力増幅器の出力の不要な低下や停止を解消し、安定した発信動作が可能な送信機を、安価な構成で実現する。【解決手段】ＲＦ入力を電力増幅する電力増幅部１２と、電力増幅されたＲＦ入力をアンテナ２０に結合する方向性結合器１４とを備えた送信機において、電力増幅部の前段に電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１を備えると共に、方向性結合器は、電力増幅部とアンテナとの間における進行波電力と反射波電力を検知して出力し、ＦＰＧＡからなる制御デバイスは、進行波電力の値に基づいて送信機の安定した動作状態を判定して、進行波電力と反射波電力の値により電圧定在波比を算出し、この算出した定在波比を閾値と比較して電力増幅部における高周波信号の電力増幅を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を入力して電力増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部からの出力される電力増幅された高周波信号をアンテナに結合する方向性結合器とを備えた送信機であって、
前記電力増幅部の前段には、前記電力増幅部へ入力する高周波信号の電圧を可変する手段を備えると共に、前記方向性結合器は、前記電力増幅部と前記アンテナとの間における進行波電力と反射波電力を検知して出力し、更に、
当該検出された進行波電力の値に基づいて送信機の安定した動作状態を判定すると共に、当該安定した動作状態の判定に基づいて、前記進行波電力と反射波電力の値に基づいて電圧定在波比を算出する手段を備えており、
前記算出手段は、前記電圧可変手段を介して、当該算出した電圧定在波比を用いて前記電力増幅部における高周波信号の電力増幅を制御することを特徴とする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナを介して電波を発射するための送信機に関し、特に、広帯域でかつ大電力で電波を送信する送信機における保護技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナに接続して電波を発射する送信機を種々のものが知られており、特に、広帯域で使用する送信機のアンテナでは、発射する電波の周波数によってインピーダンスが大きく変化するのが一般的である。このようなアンテナに送信機を接続した場合、当該送信機とアンテナとの間で不整合が発生し、送信機から出力された電力の一部がアンテナで反射されて送信機に入力されることとなる。そして、かかる反射された電力は、送信機のフィルタを通って増幅器へ入力され、そして、この反射電力が大きい場合には、しばしが、増幅器の破損を招いてしまう危険性がある。
【０００３】
そこで、かかる現象から増幅器を保護するため、一般には、添付の図３にも示すように、送信機の出力側にアイソレータを接続することが行なわれている。即ち、図４にも示すように、アイソレータは、サーキュレータの１ポートを終端器で終端したものである。
【０００４】
即ち、図４にも示すように、サーキュレータは、その「port１」から入力されたＲＦ信号を「port２」に出力し、「port２」から入力されたＲＦ信号については「port３」に出力する性質を有することから、このアイソレータを送信機とアンテナとの間に接続することにより、アンテナで反射されたＲＦ信号が増幅器に入力されることを防ぐことが可能となる。
【０００５】
しかしながら、広帯域で使用され、かつ、大電力でもその性能を満足するアイソレータは高価であるという問題点がある。
【０００６】
そこで、例えば、以下の特許文献１によれば、増幅器の出力電力の絶対値に関係なく、あらゆる電力範囲において、増幅器を破壊させないよう制御することが可能な増幅器制御回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしならが、上述した従来技術になる増幅器制御回路では、従来の高価なアイソレータに代えて、増幅器とアンテナとの間に、方向性結合機（器）を設け、当該方向性結合機より得られる進行波電力（電力検出器）と反射波電力（反射電力検出器）とから算出される電圧定在波比（電圧制御器）を設定値と比較することにより、上記送信電力増幅器の前段に設けた送信緩衝増幅器の駆動電圧を制御する（断とする）ことにより、反射電力による送信電力増幅器の増幅素子の破壊を防止する。
【０００９】
ところで、上記の特許文献１に開示された増幅器制御回路では、なお、以下のような問題点がある。即ち、電圧制御器により、進行波電力と反射波電力の電圧定在波比を算出し、その値が所定の値（閾値）を超えた場合には、送信電力増幅器を反射電力による破壊から防止するが、しかしながら、例えば、送信の立上がり時など、出力電力が低い場合には、上述した進行波電力と反射波電力の電圧定在波比を正しく算出することが出来ず、そのため、不要に送信電力増幅器の出力が低下・停止することとなる。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、送信電力増幅器の出力の不要な低下や停止を解消して、より安定した発信動作が可能な送信機を、安価な構成で実現することが可能な送信機を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、高周波信号を入力して電力増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部からの出力される電力増幅された高周波信号をアンテナに結合する方向性結合器とを備えた送信機であって、前記電力増幅部の前段には、前記電力増幅部へ入力する高周波信号の電圧を可変する手段を備えると共に、前記方向性結合器は、前記電力増幅部と前記アンテナとの間における進行波電力と反射波電力を検知して出力し、更に、当該検出された進行波電力の値に基づいて送信機の安定した動作状態を判定すると共に、当該安定した動作状態の判定に基づいて、前記進行波電力と反射波電力の値に基づいて電圧定在波比を算出する手段を備えており、前記算出手段は、前記電圧可変手段を介して、当該算出した電圧定在波比を用いて前記電力増幅部における高周波信号の電力増幅を制御する送信機が提供される。
【００１２】
また、本発明では、上述した送信機において、上記の算出手段は、特に、ＦＰＧＡにより構成することが好ましく、又は、電圧定在波比を閾値と比較し、その結果により、前記電力増幅部における高周波信号の電力増幅を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、送信電力増幅器の出力の不要な低下や停止を解消して、より安定した発信動作が可能な送信機を、安価な構成で実現することが可能な送信機を提供することが可能となるという、実用的にも優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態になる送信機の内部構成を示す図である。
【図２】上記本発明の送信機における保護動作の詳細を説明するためのフローチャート図である。
【図３】上記本発明の送信機における保護動作を示す送信機の各部の信号波形を示すタイムチャート図である。
【図４】従来技術になる送信機の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、添付の図１には、本発明になる送信機１０の内部構成が示されている。送信機１０は、その入力から順に、電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１、送信電力用の電力増幅器１２、低域通過帯域フィルタなどのフィルタ１３、そして、方向性結合器１４を備えており、図に示すように、外部からのＲＦ入力（放送用の高周波信号）は、電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１に入力され、その出力は、送信電力用の電力増幅器１２により増幅される。この電力増幅器１２により所定の電力にまで電力増幅された送信信号は、更に、例えば、低域通過帯域フィルタなどのフィルタ１３、そして、方向性結合器１４を介して、当該送信機１０に接続されたアンテナ２０に導かれ、当該アンテナ２０によって電波として広域に放射される。
【００１７】
ところで、上述した送信回路が動作している時、アンテナ２０の負荷が何等かの影響により変動した場合、上記電力増幅器１２からアンテナ２０までの整合が変化して不整合に陥り、上記電力増幅器１２の最終段の増幅素子からアンテナ２０までの間に定在波が発生し、又は、電力増幅器１２の消費電力が過剰に増大したりする。そこで、上記電力増幅器１２とアンテナ２０との間に設けられた方向性結合器１４は、フィルタ１３を介して入力される進行波に比例する電圧（Ｖｆ）と、上記アンテナ２０から入力される反射波に比例する電圧（Ｖｒ）を出力する。
【００１８】
そして、上記方向性結合器１４から出力される進行波に比例する電圧（Ｖｆ）と反射波に比例する電圧（Ｖｒ）は、それぞれ、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１４１、１４２によってデジタル値に変換され、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)１５に入力される。なお、このＦＰＧＡ１５は、例えば、薄型の液晶又はプラズマテレビやＨＤＤなどを含め、広く民生用に採用されてきている機器であり、希望する論理機能をＰＣなどを使って簡単に実現することができ、かつ、書き換えも可能な安価なデバイスであり、そのため、上述した動作を安価に実現することが可能となる。また、このＦＰＧＡ１５からの出力はＤＣコンバータ（ＤＡＣ）１６によりアナログ信号に変換されて、前記電圧可変ＡＴＴ１１の制御端子に入力される。
【００１９】
このＦＰＧＡ１５では、送信機の保護動作として、入力されたる電圧（Ｖｆ）と電圧（Ｖｒ）の値（デジタル値）に基づいて、進行波電力と反射波電力の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を算出する。なお、この電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、上述した不整合を表すパラメータであり、その数値が大きくなる程、整合性が大きく、即ち、反射電力が大きいことを示す。そこで、ＦＰＧＡ１５では、上記ＶｆとＶｒから算出された電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を所定の比較値（閾値）と比較し、定在波比（ＶＳＷＲ）がこの閾値を超えた場合、上記電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１に対し、その出力を低減するＡＴＴ制御信号を出力する。
【００２０】
より具体的には、添付の図２にも示すように、動作が開始すると、ＦＰＧＡ１５では、電圧（Ｖｆ）と電圧（Ｖｒ）とを入力し（Ｓ２１）、これら入力した値（デジタル値）に基づいて、進行波電力と反射波電力の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をリアルタイムで算出し（Ｓ２３）、当該算出した電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を所定の比較値（閾値：ＶＳＷＲｔｈ）と比較し（Ｓ２４）、その結果、算出した電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が所定の閾値を越えると判断した場合には、直ちに、電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１を制御する（Ｓ２５）。しかしながら、例えば、送信の立上がり時など、出力電力が低い場合には、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を正しく算出することができない。
【００２１】
そこで、進行波に比例する電圧（Ｖｆ）の値にＶＳＷＲ検出閾値（Ｖｆｔｈ）を設け、送信機からの出力が当該閾値（Ｖｆｔｈ）に達した時点で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を算出する。より具体的には、上記ステップ（Ｓ２１）で電圧（Ｖｆ）と電圧（Ｖｒ）を入力した（Ｓ２１）後、とを比較し（Ｓ２２）、その結果、ＶｆがＶｆｔｈと等しい、又は、それ以上である（Ｖｆ≧Ｖｆｔｈ）と判定された場合には、上述したステップＳ２３へ移行する。他方、ＶｆがＶｆｔｈに達していない（Ｖｆ＜Ｖｆｔｈ）場合には、再び、上記のステップＳ２１へ戻る。なお、上記のＶＳＷＲ検出閾値（Ｖｆｔｈ）は、送信機が安定して動作する時の電圧に対応したものであり、規定の出力電力に達したときの電圧（Ｖｒｅｇ）よりも小さい値に設定される（Ｖｆｔｈ＜Ｖｒｅｇ）。
【００２２】
そして、上記で算出した電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が閾値（ＶＳＷＲｔｈ）を超えている場合、電圧可変減衰器（ＡＴＴ）１１を制御して出力を低減する。即ち、以上の制御により、送信機が規定の出力に達する前に出力の低減を実施し、もって、電力増幅器１２への反射電力のレベルが一瞬でも許容値を越えることを防止することができる。なお、この時の、送信装置の各部の波形を、添付の図３に示す。
【００２３】
以上の説明からも--明らかなように、本発明の一実施の形態になる送信機によれば、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)という安価なデバイスを利用することにより、その保護動作において、出力電力が低い場合などにおいて、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を正しく算出することができない場合での電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の算出やそれによるＡＴＴの制御を回避し、安定な状態において電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を正しく算出することが可能となることから、不要な低下や停止を解消して、より安定した発信動作が可能な送信機を、安価な構成で実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１０…送信機、１１…電圧可変減衰器（ＡＴＴ）、１２…電力増幅器、１３…フィルタ、１４…方向性結合器、１５…ＦＰＧＡ、１４１、１４２…ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、１６…ＤＣコンバータ（ＤＡＣ）、２０…アンテナ。
【図１】
2011035703.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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