(57)【要約】      （修正有）【課題】電力増幅器の後段において、アイソレータのような負荷安定化デバイスを削除しても、アンテナ負荷状態によって利得や歪み特性・消費電流が変化することのない低コスト・小面積・低消費電力の無線送信装置を提供する。【解決手段】電力増幅器１００の負荷依存特性を予めメモリ７０に記憶しておくことで、送信電力検出と電力増幅器の電流検出から電力増幅器１００からみたアンテナ負荷を特定し、その結果により電力増幅器１００の負荷調整を可変負荷４０で、また電源電圧調整をＤＣ／ＤＣコンバータ９０で実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を増幅させる電力増幅器と、
前記電力増幅器の負荷を変化させることのできる可変負荷部と、
前記電力増幅器に対する入力電力および出力電力から、前記電力増幅器の利得を算出する利得算出部と、
前記電力増幅器が消費している電流を特定する電流特定部と、
前記利得算出部によって算出された利得と前記電流特定部によって特定された電流とから前記電力増幅器の負荷を求め、前記可変負荷部の負荷を調整することで、前記電力増幅器の負荷特性を基準負荷の負荷特性へ近づける負荷設定部と、
前記負荷設定部による調整の後、前記電力増幅器の負荷特性と前記基準負荷の負荷特性との差が所定値より大きい場合、前記電力増幅器の電源電圧を調整して、前記電源電圧の調整後の前記電力増幅器の負荷の特性と、前記電源電圧の調整前の前記基準負荷の特性との差を前記所定値以下に抑える電源電圧設定部と
を備える電力制御装置。 
【請求項２】
前記電源電圧設定部は、前記負荷設定部による調整の結果、前記電力増幅器の負荷特性と前記基準負荷の負荷特性との差が所定値以下に収まった場合、前記電源電圧の調整を行わない
請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記負荷設定部は、前記電力増幅器の負荷ごとに前記電力増幅器の利得と電流とを対応付けた情報である負荷特性情報を予め保存しており、前記算出部によって算出された利得と前記検出部によって検出された電流とに対応する負荷を、前記電力増幅器の負荷とする
請求項１記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記負荷特性情報は、前記電力増幅器の負荷ごとに前記電力増幅器の利得と電流と歪みとを対応付けた情報であり、
前記負荷設定部は、前記負荷特性情報のうちから前記基準負荷の利得と歪みに最も近い利得と歪みに対応する負荷を特定し、前記電力増幅器の負荷を前記特定した負荷に合わせるよう前記可変負荷部の負荷を調整することで、前記電力増幅器の負荷特性を前記基準負荷の負荷特性に近づける
請求項３記載の電力制御装置。 
【請求項５】
前記電力増幅器は、アンテナの送信出力を増幅する請求項１記載の電力制御装置。 
【請求項６】
電力を増幅させる電力増幅器と、前記電力増幅器の負荷を変化させることのできる可変負荷部とを備えた電力制御装置による電力制御方法であって、
前記電力増幅器に対する入力電力および出力電力から、前記電力増幅器の利得を算出する利得算出ステップと、
前記電力増幅器が消費している電流を特定する電流特定ステップと、
前記利得算出ステップにて算出された利得と前記電流特定ステップにて特定された電流とから前記電力増幅器の負荷を求め、前記可変負荷部の負荷を調整することで、前記電力増幅器の負荷特性を基準負荷の負荷特性へ近づける設定ステップと、
前記設定ステップによる調整の後、前記電力増幅器の負荷特性と前記基準負荷の負荷特性との差が所定値より大きい場合、前記電力増幅器の電源電圧を調整して、前記電源電圧の調整後の前記電力増幅器の負荷の特性と、前記電源電圧の調整前の前記基準負荷の特性との差を前記所定値以下に抑える電源電圧設定ステップと
を有する電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置に用いることで、低コスト・小面積化・低消費電力化が図れる電力増幅器の負荷制御回路および電力増幅器の電力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線送信装置に用いられている電力増幅器は、その出力の負荷インピーダンスの状態によって利得、歪み特性、消費電流が変化する。特に、携帯電話等の移動体通信端末に用いられる場合、移動体通信端末が様々な形態で扱われることもあり、アンテナの負荷変動に起因する負荷インピーダンスの変動が大きい（ＶＳＷＲ＝３程度は変動する）。例えば、通話時に、機器本体を人体に近づけたり、あるいは金属の机の上で使用するといった場合、無線送信装置のアンテナが人体や金属板と容量結合することによってアンテナの負荷が変動し、その影響が、送信出力を増幅している電力増幅器の各種特性にも現れる。このため、移動体通信端末ではアイソレータのような負荷インピーダンスを安定させるデバイスが使用されている。しかしながら、アイソレータは回路規模が大きいため、携帯性を求められる移動体通信端末で使用するのは望ましくない。そこで、アイソレータを使用せずにアンテナの負荷変動の影響を抑える技術が提案されてきている。
【０００３】
特許文献１には、上述したアイソレータの代わりに制御可能な可変負荷を使用し、この可変負荷を出力電力や消費電流に基づいて制御することで、利得・歪み特性・消費電流が劣化しない負荷インピーダンスに安定させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電力増幅器のバイアス電圧と消費電流を検出し、消費電力を算出することで、バイアス電圧を変化させ、歪み特性の劣化を補正させることで、アイソレータを削減しても、電力増幅器の歪み特性を常に最適な状態にさせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９５０５５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１１１１９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の構成では、電力増幅器の負荷の変動に依存する特性（以下、負荷変動依存特性と呼ぶ）を可変負荷もしくは、バイアス電圧変化のいずれか一方のみの制御で吸収する。ここで、負荷依存特性としては、上述のような利得、歪み特性、消費電流が挙げられる。しかしながら、携帯電話等の移動体通信端末で想定されるアンテナの負荷は、非常に激しく変動する。そのため、アンテナの負荷変動が発生した際に、電力増幅器の効率変化および歪み変化を、可変負荷およびバイアス電圧変化のいずれかのみで充分に抑制することは困難である。 
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の課題を解決するため、本発明に係る電力制御装置は、電力を増幅させる電力増幅器と、電力増幅器の負荷を変化させることのできる可変負荷部と、電力増幅器に対する入力電力および出力電力から、電力増幅器の利得を算出する利得算出部と、電力増幅器が消費している電流を特定する電流特定部と、利得算出部によって算出された利得と電流特定部によって特定された電流とから電力増幅器の負荷を求め、可変負荷部の負荷を調整することで、電力増幅器の負荷特性を基準負荷の負荷特性へ近づける負荷設定部と、負荷設定部による調整の後、電力増幅器の負荷特性と基準負荷の負荷特性との差が所定値より大きい場合、電力増幅器の電源電圧を調整して、電源電圧の調整後の電力増幅器の負荷の特性と、電源電圧の調整前の基準負荷の特性との差を所定値以下に抑える電源電圧設定部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この構成によれば、本発明に係る電力制御装置は、電力増幅器の負荷を基準負荷に近づけた上で、電源電圧を調整して電力増幅器の負荷を基準負荷に更に近づける。そのため、アイソレータを用いなくとも電力増幅器の特性変動を高精度に吸収できる。また、可変負荷の調整の後で電源電圧の調整を行うので、電源電圧の調整幅を抑えることができ、電力制御装置の耐圧特性を高めずとも、電力増幅器の特性変動を吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態における負荷変動検出と電力制御回路のブロック図
【図２】本実施の形態における歪み特性をスミスチャート上で示した図
【図３】本実施の形態における電源電圧依存特性を示すグラフを示す図
【図４】本実施の形態における負荷依存表の例を示す図
【図５】本実施の形態における利得と電流の特性をスミスチャート上で示した図
【図６】本実施の形態における負荷変動検出と電力制御回路の動作を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に関わる負荷制御回路および電力制御回路の概略構成を示すブロック図である。本実施の負荷制御回路および電力制御回路は、入力電力検出用の方向性結合器１０と、出力電力検出用の方向性結合器２０と、入力電力の検波回路３０と出力電力の検波回路５０と、電力増幅器の可変負荷回路４０と、入出力電力と検出電流から負荷を特定する制御部６０と、電力増幅器の特性を保存しておくメモリ７０と、昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ９０と、消費電流検出部８０とを備えて構成される。
【００１２】
電力増幅器１００への入力電力は、方向性結合器１０で検出され、検波回路３０で電圧変換される。そして電圧変換された電力は、入出力電力と検出電流から負荷を特定する制御部６０に入力され、Ａ／Ｄ変換される。電力増幅器１００からの出力電力は、方向性結合器２０で検出され、検波回路５０で電圧変換される。そして電圧変換された電力は、制御部６０に入力され、Ａ／Ｄ変換される。制御部６０は、利得算出部６１において、これら入力電力と出力電力から、電力増幅器１００の電力利得（以下、単に利得とも呼ぶ）を特定する。
【００１３】
消費電流検出部８０は電力増幅器１００で消費される電流を検出する。電流値の特定は具体的には、消費電流検出部８０により検出された電圧値が、制御部６０内の消費電流変換部６２においてデジタル変換された後、Ｖ／Ｉ変換されることによって実施される。
【００１４】
次に、電力増幅器の特性を保存しておくメモリ７０について説明する。電力増幅器１００は、図２および図５に示すとおり、出力負荷により、電流、利得、歪みが変動する特性を有している。この負荷変動依存特性を、図４に示すような、インピーダンス毎の特性として、メモリに保存しておく。本実施の形態では、図４に示すとおり、この特性を表（以下、負荷依存表と呼ぶ）の形で保存している。ここで、図４中のＩ※※、Ｇ※※、Ａ※※（※※はそれぞれ、表中の各数字を示す）はそれぞれ、インピーダンス毎の電流、利得、歪みであり、電源電圧依存性を含め保存したものである。なお、メモリに保存されるインピーダンス毎の特性は、電力増幅器の単体特性として、自動測定にて容易に測定することができる。また、図４中のＲ※※とＸ※※はインピーダンスの実部と虚部を表す。
【００１５】
負荷特定部６３は、上記、電力利得の検出部と消費電流の検出部と電力増幅器の特性を保存しておくメモリ７０とを用いて、現在の消費電流と電力に対応する電力増幅器１００の負荷を特定する。以下、具体的な、負荷の特定手法について説明する。消費電流検出部（８０および６２）により、検出された電流値が３００ｍＡであったとする。また、電力利得の検出部（１０および２０および３０および５０および６１）により検出された電力利得が２７ｄＢであったとする。この、電流値と利得値を用い、図４に示した負荷依存特性表からＩ※※とＧ※※の組が３００ｍＡと２７ｄＢに最も近いセルを探す。そして、見つかったセルに対応するＲ軸とＸ軸の値を確認することで、現在の消費電流と電力に対応する負荷であるインピーダンスの実部Ｒと虚部Ｘを特定する。
【００１６】
上記特定した負荷と、あらかじめ記憶しておいた基準負荷とを用いて、負荷調整を行う。ここで、基準負荷とは、量産工程における検査で特性の検査に用いる負荷である。本実施の形態では、測定器等による５０Ω負荷が接続された場合に電流と歪みが最適となるように予め設定された負荷を基準負荷とする。基準負荷が図２における負荷Ａであったとし、負荷特定部６３によって特定された負荷が負荷Ｂであったとする。負荷ＡのインピーダンスがＲ１＋ｊＸ１、負荷ＢのインピーダンスがＲ２＋ｊＸ２であったとすると、Ｒ１がＲ２へ近づき、Ｘ１がＸ２へ近づくように電力増幅器の可変負荷回路４０を動作させる。より具体的には、例えば、可変負荷回路をｖａｒｉａｂｌｅ−ｃａｐａｃｉｔｏｒで構成した場合、容量性負荷を変動させ、負荷Ｃとなるように調整する。この際に、可変負荷回路で位相がどの程度変化するかを事前にメモリに保存しておく。なお、図２において負荷Ｂから負荷Ｃを経由する矢印は、可変負荷回路４０によって容量性負荷を変化させた場合における負荷の変動を示す。すなわち、容量性負荷のみを変動させる場合、負荷はこの矢印の線上から移動することが出来ない。ここで、本実施の形態では、変動する負荷のうち、基準負荷の負荷Ａに最も近い負荷Ｃを選択している。なお、負荷Ｃの選択は、負荷特定部６３が、負荷依存特性表から、Ｉ※※、Ｇ※※、Ａ※※が、基準負荷に最も近いセルを探すことによって行われる。その結果、このセルに対応するインピーダンスの実部Ｒ３と虚部Ｘ３が求められる。そして、可変負荷回路４０を動作させることで、電力増幅器のインピーダンスの実部をＲ３に虚部をＸ３に設定することによって、電力増幅器の負荷を基準負荷Ａに近い負荷（負荷Ｃ）に設定することができる。
【００１７】
しかしながら、図２に示す通り、可変負荷を負荷Ｃに調整した状態においても、歪み特性は−３６ｄＢｃである。これは、基準負荷の−４２ｄＢｃに到達していない。このため、本実施の形態では、昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ９が、電力増幅器２の電源電圧を変えることで、歪み特性を基準負荷の特性（基準状態）に近づける。図３は各電源電圧と各負荷との間の特性（電源電圧依存特性）を表したグラフである。図３から分かるとおり、電源電圧を上げることで、負荷Ｃの歪みを、電源電圧が低い場合の負荷Ａの歪みに近づけることができる。図３において、電力増幅器の可変負荷回路４０により、負荷Ｃに調整した状態で、電源電圧を初期設定状態の３．３Ｖから４．０Ｖに上昇させることで、所望（基準状態）の歪み特性が確保される。なお、電源電圧をどれだけ上昇させるべきかの判断は、設定部６４が行い、電源電圧を上昇させる処理は昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ９０によって行われる。ここで、図３に示したグラフの情報は、電力増幅器の単体特性として予め取得が可能であり、メモリ７０に保存されている、図４に示す負荷依存表の電源電圧毎の数値より算出することが可能である。
【００１８】
なお、負荷Ｃの歪み特性が負荷Ａに充分に近い場合、可変負荷回路４０による負荷の調整だけでも十分に基準状態に近い結果が得られる場合がある。このような場合には、電源電圧の調整は行わず、次回の負荷調整を行うタイミングまで、現状を維持する。
【００１９】
図６は、この一連の動作をフローチャートとして表したものである。以下、図６について説明する。
【００２０】
一定の時間間隔ごとに負荷調整の処理が開始（ステップＳ１００）される。すると、方向性結合器１０および方向性結合器２０がそれぞれ電力増幅器の入力電力と出力電力を検出し、検波器３０と検波器５０がそれぞれ入力電力と出力電力を電圧変換し、制御部６０が電圧変換された入力電力と電圧変換された出力電力とから電力利得を計算する（Ｓ１０１）。また、消費電流検出部８０が、電力増幅器の消費電流を検出する（Ｓ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の処理はどちらが先でも構わないし、並行して行っても良い。
【００２１】
続いて、制御部６０内の負荷特定部６３が、メモリ７０に保存されている負荷依存表から、ステップＳ１０１で得られた電力利得と、ステップＳ１０２で得られた消費電流に対応するセルを探し、見つかったセルから電力増幅器の負荷を特定する（Ｓ１０３）。
【００２２】
そして、制御部６０内の設定部６４が、可変負荷回路４０を動作させ、電力増幅器の負荷を基準負荷（負荷Ａ）に近づける（Ｓ１０４）。すなわち、負荷特定部６３が、負荷特性表を元に、基準負荷Ａに最も近い特性を持つ負荷Ｃを特定し、設定部６４が可変負荷回路４０を動作させることで電力増幅部の負荷を負荷Ｃに設定する。
【００２３】
続いて、制御部６０は、負荷Ｃが基準負荷Ａに充分近い特性を持っているかを評価する（Ｓ１０５）。この評価は、例えば、負荷Ｃと基準負荷Ａとの間で、利得と歪み特性それぞれの差が所定の範囲内に収まっているか否かを判断することによって行う。すなわち、制御部６０は、差が所定の範囲内に収まっていれば、所望特性を満たしていると判定し、そうでなければ所望特性を満たしていないと判断する。
【００２４】
そして、所望特性が満たされていなければ（Ｓ１０６）電源電圧の調整を行う。一方、所望特性が満たされていれば（Ｓ１０７）次回の負荷調整のタイミングまで、現状を保持する。
【００２５】
電源電圧の調整を行う場合（Ｓ１０８）、昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ９０が、設定部６４からの指示に従って、電源電圧を上昇させる。
【００２６】
そして、電源電圧を上昇させた場合は、上昇後の電源電圧をメモリ７０に記録し、次回の負荷調整のタイミングを待つ（Ｓ１０９）。
【００２７】
なお、Ｓ１０７およびＳ１０９の後、負荷調整が繰り返し行われるのは、負荷変動が常時発生しているためである。すなわち、本実施の形態では、所定の時間間隔ごとに上述した処理が繰り返される。
【００２８】
なお、上記の実施の形態では、インピーダンスごとの電流、利得、歪みを負荷特性表の形で保存していたが、これに限られるものではない。インピーダンスごとの電流、利得、歪みを保存および検索できるデータ構造であれば、他のデータ構造であっても構わない。
【００２９】
上記の様な電力増幅器の負荷変動時の特性変動の改善を従来の手法を用いて実現しようとした場合、特許文献１においては、可変負荷による特性改善手法であり、負荷Ｃの状態までしか改善しない。特許文献２においては、図３における負荷Ｂから電源電圧を上げ、特性確保することになるが、電源電圧を４．３Ｖ程度まで上げる必要があり、電力増幅器２の耐圧特性に課題が発生する可能性がある。これの回避方法としては、図２，図５の電力増幅器の負荷依存特性の変化を緩やかにする方法が考えられるが、電力増幅器の基準負荷での効率低下を発生してしまう。また、特許文献１および特許文献２の技術の単純な組み合わせでは、可変負荷制御時とバイアス電圧変化制御時のおのおのにおいて、負荷検出を実施する必要があり、１回の補正に時間がかかってしまう。
【００３０】
そこで、本発明の一態様に係る電力制御装置は、電力を増幅させる電力増幅器と、電力増幅器の負荷を変化させることのできる可変負荷部と、電力増幅器に対する入力電力および出力電力から、電力増幅器の利得を算出する利得算出部と、電力増幅器が消費している電流を特定する電流特定部と、利得算出部によって算出された利得と電流特定部によって特定された電流とから電力増幅器の負荷を求め、可変負荷部の負荷を調整することで、電力増幅器の負荷特性を基準負荷の負荷特性へ近づける負荷設定部と、負荷設定部による調整の後、電力増幅器の負荷特性と基準負荷の負荷特性との差が所定値より大きい場合、電力増幅器の電源電圧を調整して、電源電圧の調整後の電力増幅器の負荷の特性と、電源電圧の調整前の基準負荷の特性との差を所定値以下に抑える電源電圧設定部とを備える。
【００３１】
すなわち、本発明にかかる電力制御装置は、可変負荷の調整によって、電力増幅器の負荷を基準負荷に近づけた上で、電源電圧の調整によってこの負荷を更に基準負荷に近づける。そのため、アイソレータを用いなくとも電力増幅器の特性変動を高精度に吸収できる。また、可変負荷の調整の後で電源電圧の調整を行うので、電源電圧の調整幅を抑えることができ、電力制御装置の耐圧特性を高めずとも、電力増幅器の特性変動を吸収できる。
【００３２】
また、本発明の一態様に係る電力制御装置は、電源電圧設定部は、負荷設定部による調整の結果、電力増幅器の負荷特性と基準負荷の負荷特性との差が所定値以下に収まった場合、電源電圧の調整を行わない。
【００３３】
これにより、電力調整の処理を省略することが出来るので、制御を高速化することができる。
【００３４】
また、本発明の一態様に係る電力制御装置は、負荷設定部は、電力増幅器の負荷ごとに電力増幅器の利得と電流とを対応付けた情報である負荷特性情報を予め保存しており、算出部によって算出された利得と検出部によって検出された電流とに対応する負荷を、電力増幅器の負荷とする。
【００３５】
これにより、基準負荷の負荷特性に近い負荷を高速に調べることができる。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る電力制御装置は、負荷特性情報は、電力増幅器の負荷ごとに電力増幅器の利得と電流と歪みとを対応付けた情報であり、負荷設定部は、負荷特性情報のうちから基準負荷の利得と歪みに最も近い利得と歪みに対応する負荷を特定し、電力増幅器の負荷を特定した負荷に合わせるよう可変負荷部の負荷を調整することで、電力増幅器の負荷特性を基準負荷の負荷特性に近づける。
【００３７】
これにより、負荷調整を高速に行うことが出来る。すなわち、負荷特性情報は予め保存されているので、可変負荷の調整後の新しい負荷特性を調べる必要がなく、負荷検出の処理の回数を少なくすることができる。
【００３８】
また、本発明の一態様に係る電力制御装置は、電力増幅器は、アンテナの送信出力を増幅する。
【００３９】
これにより、アンテナの負荷変動の影響を、上述した電力制御装置の処理によって高精度に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、電力増幅器を持つ機器全般に適用することができる。特に電力増幅器の負荷変動が激しい移動体通信端末等の無線送信装置を備える機器で有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    入力電力検出用の方向性結合器
２０    出力電力検出用の方向性結合器
３０    入力電力の検波回路
４０    電力増幅器の可変負荷回路
５０    出力電力の検波回路
６０    入出力電力と検出電流から負荷を特定する制御部
６１    利得算出部
６２    消費電流値変換部
６３    負荷特定部
６４    可変負荷及び電圧の設定部
７０    電力増幅器の特性を保存しておくメモリ
８０    消費電流検出部
９０    昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００    電力増幅器
１１０    アンテナ共用器
１２０    アンテナ
【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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