(57)【要約】【課題】ＶＳＷＲが大きい場合でも、ＶＳＷＲ異常を正確に検出する。【解決手段】サーキュレータ２は、電力増幅器１とその出力が供給される負荷回路１０の間の、電力増幅器の出力に接続される。終端抵抗３は、サーキュレータ２の終端端子と基準電位の間に接続される。抵抗温度モニタ８は、終端抵抗３の発熱に応じて変化する温度を検知して電気信号を発生する。雰囲気温度モニタ９は、終端抵抗３の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度を検知して電気信号を発生する。制御部７は、抵抗温度モニタ８で検知した温度と、雰囲気温度モニタ９で検知した温度の差から、負荷回路１０がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅器と該電力増幅器の出力が供給される負荷回路の間の、前記電力増幅器の出力に接続されるサーキュレータと、
前記サーキュレータの終端端子と基準電位の間に接続される終端抵抗と、
前記終端抵抗の発熱に応じて変化する温度を検知して電気信号を発生する抵抗温度モニタと、
前記終端抵抗の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度を検知して電気信号を発生する雰囲気温度モニタと、
前記抵抗温度モニタで検知した温度と、前記雰囲気温度モニタで検知した温度の差から、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する制御部と、
を備えるＶＳＷＲ異常検出装置。
【請求項２】
前記サーキュレータの出力端子と前記負荷回路の間に接続される、前記電力増幅器の進行波に応じた電力を出力する進行波出力端子と、前記負荷回路からの反射波に応じた電力を出力する反射波出力端子を有する方向性結合器と、
前記進行波出力端子に接続され、前記進行波の電力に応じた進行波電圧を前記制御部に出力する進行波検波器と、
前記反射波出力端子に接続され、前記反射波の電力に応じた反射波電圧を前記制御部に出力する反射波検波器と、
を備え、
前記制御部は、前記進行波電圧、前記反射波電圧、および、前記抵抗温度モニタで検知した温度と前記雰囲気温度モニタで検知した温度の差から、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する、請求項１に記載のＶＳＷＲ異常検出装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記進行波電圧および前記反射波電圧では、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であると判定されない場合でも、前記抵抗温度モニタで検知した温度と前記雰囲気温度モニタで検知した温度の差が閾値を超える場合に、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であると判定する、請求項２に記載のＶＳＷＲ異常検出装置。
【請求項４】
電力増幅器と該電力増幅器の出力が供給される負荷回路の間の、前記電力増幅器の出力に接続されるサーキュレータの終端端子と基準電位の間に接続される、抵抗の発熱に応じて変化する温度を検知する抵抗温度検出ステップと、
前記抵抗の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度を検知する雰囲気温度検出ステップと、
前記抵抗温度検出ステップで検知した温度と、前記雰囲気温度検出ステップで検知した温度の差から、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する異常判定ステップと、
を備えるＶＳＷＲ異常検出方法。
【請求項５】
前記電力増幅器の出力の進行波に応じた電力に比例する進行波電圧と、前記負荷回路からの反射波に応じた電力に比例する反射波電圧を検出するステップを備え、
前記異常判定ステップでは、前記進行波電圧、前記反射波電圧、および、前記抵抗温度検出ステップで検知した温度と前記雰囲気温度検出ステップで検知した温度の差から、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する、請求項４に記載のＶＳＷＲ異常検出方法。
【請求項６】
前記異常判定ステップでは、前記進行波電圧および前記反射波電圧からは、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であると判定されない場合でも、前記抵抗温度検出ステップで検知した温度と前記雰囲気温度検出ステップで検知した温度の差が閾値を超える場合に、前記負荷回路がＶＳＷＲ異常であると判定する、請求項５に記載のＶＳＷＲ異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信送信装置における反射波異常を検出するＶＳＷＲ異常検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＳＷＲ検出装置は、最終段の増幅器と空中線との間に挿入される方向性結合器を用いて、出力電力の一部を取り出し、検波器にて進行波と反射波の電力を検出することでＶＳＷＲ（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）を演算して、アンテナの異常を検出する。
【０００３】
例えば特許文献１のＶＳＷＲモニタ回路において、方向性結合器は、伝送線路により接続された送信出力回路および負荷回路の途中に挿入されて順方向信号（進行波）および逆方向信号（反射波）の一部を取り出し検波器にそれぞれ出力する。可変移相器は、方向性結合器の出力側に接続され、演算回路からの制御信号により電気長が可変されて、通過する進行波および反射波に位相回転を与える。演算回路は、検波器より出力されたそれぞれの検波電圧信号の大きさに基づいて、負荷回路の入力端におけるＶＳＷＲを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のＶＳＷＲモニタ回路では、ＶＳＷＲ検出回路が故障した場合、異常検出ができなくなる。ＶＳＷＲが大きい状態で動作を続けると、アンテナからの大電力の反射波が長時間送信回路に戻り続けることで、送信回路が損傷する可能性がある。また、ＶＳＷＲが大きくなると、非常に小さな電圧差の検知が必要になり、検出精度が低下するという課題がある。
【０００６】
この発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、ＶＳＷＲが大きい場合でも、ＶＳＷＲ異常を正確に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＶＳＷＲ検出装置は、電力増幅器と該電力増幅器の出力が供給される負荷回路の間の、電力増幅器の出力に接続されるサーキュレータと、サーキュレータの終端端子と基準電位の間に接続される終端抵抗と、終端抵抗の発熱に応じて変化する温度を検知して電気信号を発生する抵抗温度モニタと、終端抵抗の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度を検知して電気信号を発生する雰囲気温度モニタと、を備える。そして、抵抗温度モニタで検知した温度と、雰囲気温度モニタで検知した温度の差から、負荷回路がＶＳＷＲ異常であるか否かを判定する制御部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＶＳＷＲ異常検出装置によれば、送信回路では一般的に使用されるサーキュレータの終端抵抗に温度モニタを追加するのみの簡単な構成で、ＶＳＷＲ異常を検出することができる。進行波と反射波の位相関係によるＶＳＷＲの検出誤差が生じないため、ＶＳＷＲが大きい場合でも安定した検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＶＳＷＲ異常検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】温度モニタで測定される温度時間変化の例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るＶＳＷＲ異常検出の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係るＶＳＷＲ異常検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】ＶＳＷＲと電圧反射係数の関係を示す図である。
【図６】方向性結合器の方向性による進行波のリークと反射波との干渉を示す図である。
【図７】実施の形態２に係るＶＳＷＲ異常検出の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＶＳＷＲ異常検出装置の構成例を示すブロック図である。ＶＳＷＲ異常検出装置は、電力増幅器１から電力が供給される負荷のＶＳＷＲ（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）が異常である場合に、ＶＳＷＲ異常を検出する。電力増幅器１の出力はサーキュレータ２を経由して負荷回路１０に供給される。サーキュレータ２の終端端子と基準電位の間に終端抵抗３が接続される。終端抵抗３は例えば５０Ωである。サーキュレータ２は、電力増幅器１の出力（進行波）を負荷に伝え、負荷からの反射波を終端端子から終端抵抗３に流す。
【００１１】
ＶＳＷＲ異常検出装置は、サーキュレータ２、終端抵抗３、抵抗温度モニタ８、雰囲気温度モニタ９および制御部７から構成される。抵抗温度モニタ８は、終端抵抗３の近くに配置されて、終端抵抗３の発熱に応じて変化する温度を検知して電気信号を発生し、制御部７に伝える。雰囲気温度モニタ９は、終端抵抗３の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度を検知して電気信号を発生して、制御部７に伝える。
【００１２】
電力増幅器１に入力される信号、例えばＲＦ信号は、電力増幅器１で増幅され、サーキュレータ２を経由して負荷回路１０に供給される。負荷回路１０は、例えば電波を放射する空中線である。電力増幅器１から供給される電力の周波数において、増幅器側と負荷回路１０のインピーダンスが完全に一致していなければ、電力増幅器１から負荷回路１０に供給される進行波の一部は、負荷回路１０で反射される。負荷回路１０で反射される反射波は、サーキュレータ２に入力される。サーキュレータ２では、電力を特定の方向にしか通過させず、反射波は終端抵抗３に流れる。反射波の電力は終端抵抗３で消費され、終端抵抗３がその分発熱して、終端抵抗３の温度が上昇する。抵抗温度モニタ８で終端抵抗３の発熱に応じて変化する温度を検知すれば、終端抵抗３の温度変化がわかる。終端抵抗３の発熱を無視できる周囲の雰囲気温度との差によって、反射波の電力を推定することができる。
【００１３】
終端抵抗３での発熱量と、温度モニタで測定される温度との間には式（１）のような関係がある。
Ｔｄ＝θ・Ｐｒ＋Ｔａ          （１）
式（１）で、Ｔｄは抵抗モニタ温度[℃]、Ｐｒは反射による終端抵抗３での発熱量[Ｗ]、Ｔａは雰囲気温度[℃]である。雰囲気温度Ｔａは、Ｔｄ用の抵抗温度モニタ８とは別の、雰囲気温度モニタ９にて測定される。θは終端抵抗３から抵抗温度モニタ８までの熱抵抗[℃/Ｗ]を表す。終端抵抗３の発熱による温度上昇は、抵抗モニタ温度と雰囲気温度の差である。熱抵抗θを予め計測しておけば、終端抵抗３の発熱による温度上昇から、発熱量Ｐｒを知ることができる。
【００１４】
発熱量Ｐｒは、終端抵抗３で消費される電力である。サーキュレータ２のポート間のアイソレーションは充分大きいので、終端抵抗３で消費される電力は反射波の電力と見なすことができる。そして、終端抵抗３で消費される電力と電力増幅器１の出力の比からＶＳＷＲを計算できる。
【００１５】
制御部７は、抵抗温度モニタ８で検知した温度（抵抗モニタ温度）と、雰囲気温度モニタ９で検知した温度（雰囲気温度）から、反射波の電力、すなわち、ＶＳＷＲを知ることができる。ＶＳＷＲが負荷回路１０の基準の値から閾値以上大きくなった場合、制御部７はＶＳＷＲ異常を出力する。ＶＳＷＲが閾値以上の値となる時はアンテナで異常発生があることを示すので、異常検出により、電力増幅器１の動作を停止したり、アンテナから出力されないようにしたりするなどの処理が行われる。
【００１６】
本実施の形態１では、サーキュレータ２の終端抵抗３の温度変化を利用している。式（１）は、反射波の電力が変化してから充分時間が経過して、温度が一定になった状態を表す。温度が一定になった状態で、抵抗モニタ温度と雰囲気温度との差から反射波の電力を算出するのでは、負荷回路１０のインピーダンス（反射波の電力）が変化してからＶＳＷＲ異常を検出するまでに時間がかかる。そこで、制御部７では、温度の変化率から最終の温度上昇を予測して、ＶＳＷＲ異常を検出してもよい。
【００１７】
図２は、温度モニタで測定される温度時間変化の例を示す図である。図２では、反射波の電力が変化した時点を原点にとっている。温度の変化率は、はじめ大きく次第に減少する。反射波の電力は変化したのち一定であると仮定すれば、温度の変化率が減少していく様子、すなわち温度変化のカーブから、最終の温度（飽和温度）を予測することができる。予測した飽和温度で反射波の電力を計算すれば、飽和温度に達する時間より早く、ＶＳＷＲ異常を判定することができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１に係るＶＳＷＲ異常検出の動作の一例を示すフローチャートである。ＶＳＷＲ異常検出装置は、抵抗温度モニタ８で終端抵抗３の温度（抵抗モニタ温度）を検出する（ステップＳ１１）。また、雰囲気温度モニタ９で雰囲気温度を検出する（ステップＳ１２）。そして、抵抗モニタ温度および雰囲気温度から、ＶＳＷＲ異常の条件である反射波の電力と進行波の電力の比が閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ１３）。前述のとおり、抵抗モニタ温度と雰囲気温度の差の変化率から飽和温度を予測し、予測した飽和温度で反射波の電力を算出してＶＳＷＲ異常を判定してもよい。
【００１９】
ＶＳＷＲ異常でないと判定した場合は（ステップＳ１４；Ｎ）、ステップＳ１１に戻って抵抗モニタ温度検出から繰り返す。ＶＳＷＲ異常であると判定した場合は（ステップＳ１４；Ｙ）、ＶＳＷＲ異常を出力する（ステップＳ１５）。
【００２０】
以上説明したように、実施の形態１のＶＳＷＲ異常検出装置によれば、サーキュレータ２のポート間のアイソレーションは充分大きく、進行波と反射波の位相関係によるＶＳＷＲの検出誤差が生じないため、ＶＳＷＲの大きさにかかわらず、温度検出の精度でＶＳＷＲ異常を検出することができる。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るＶＳＷＲ異常検出装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２では、方向性結合器４を用いて進行波の電力と反射波の電力を検出する方法を併用する。実施の形態２のＶＳＷＲ異常検出装置は、実施の形態１の構成に方向性結合器４、反射波検波器５および進行波検波器６が追加されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２２】
方向性結合器４は、サーキュレータ２と負荷回路１０の間に接続される。電力増幅器１の出力は、サーキュレータ２と方向性結合器４を経由して、負荷回路１０に供給される。方向性結合器４は、電力増幅器１から負荷回路１０に伝搬する電力（進行波電力）に応じた電力を、進行波検波器６に出力する。また、負荷回路１０からの反射波に応じた電力の信号を、反射波検波器５に出力する。進行波検波器６は、進行波の電力に応じた進行波電圧を制御部７に出力する。反射波検波器５は、反射波の電力に応じた反射波電圧を制御部７に出力する。制御部７は、進行波電圧と反射波電圧から、ＶＳＷＲ異常を判定する。
【００２３】
特性インピーダンスがＺ０の伝送線路の両端に信号源と負荷インピーダンスＺの負荷が接続されている場合を考える。このとき、負荷側の電圧定在波比VSWRは次の式で表される。
VSWR＝（１＋｜ρ｜）／（１−｜ρ｜）
ρ＝（Ｚ−Ｚ０）／（Ｚ＋Ｚ０）＝Ｖ２／Ｖ１
ここで、Ｖ１は進行波の振幅電圧、Ｖ２は反射波の振幅電圧、ρ は電圧反射係数である。伝送線路の特性インピーダンスＺ０と負荷インピーダンスＺが一致する場合、VSWR＝１となる。
【００２４】
図５は、ＶＳＷＲと電圧反射係数の関係を示す図である。ＶＳＷＲが大きくなるにつれて、ＶＳＷＲの単位変化（例えば１）あたりの電圧反射係数の差は小さくなる。つまり、検波した進行波電力、反射波電力の検波誤差によりＶＳＷＲの計算値に大きな誤差が生じることになる。
【００２５】
図６は、方向性結合器の方向性による進行波のリークと反射波との干渉を示す図である。方向性結合器４を用いる場合、方向性結合器４の方向性により、反射波検出のポートにはアンテナからの反射波だけでなく、進行波のリーク波も加算される。方向性結合器４のポートにおいて、反射波はアンテナまでの距離と周波数によって位相が変化する。進行波の位相関係により、反射波とリーク波の電圧ベクトル加算となるため、測定される反射波電力は大きく変化して誤差を生じる。一般的な方向性結合器４においては、方向性は２０ｄＢ程度である。
【００２６】
一方、実施の形態１のサーキュレータ２の終端抵抗３の発熱に応じた温度を計測する、抵抗温度モニタ８を用いるＶＳＷＲ異常検出では、サーキュレータ２のポート間のアイソレーションが十分に大きいため、上記のような誤差はほとんど生じない。
【００２７】
反射波の一部は、反射波検波器５に出力されるが、大部分はサーキュレータ２から終端抵抗３に流れる。したがって、反射波は終端抵抗３の温度変化をもたらす。制御部７は、実施の形態１と同様に、抵抗モニタ温度および雰囲気温度からも、ＶＳＷＲ異常を判定する。
【００２８】
進行波電圧と反射波電圧から、ＶＳＷＲ異常を判定する方法は、応答が速いが、上述のとおり誤差がありうる。抵抗モニタ温度および雰囲気温度から、ＶＳＷＲ異常を判定する方法を併用すれば、判定の精度を向上できる。また、方向性結合器４、反射波検波器５および進行波検波器６のいずれかに障害があっても、ＶＳＷＲ異常を判定できる。
【００２９】
図７は、実施の形態２に係るＶＳＷＲ異常検出の動作の一例を示すフローチャートである。ＶＳＷＲ異常検出装置は、進行波電圧および反射波電圧を検出する（ステップＳ２１）。また、抵抗温度モニタ８で終端抵抗３の温度（抵抗モニタ温度）を検出し（ステップＳ２２）、雰囲気温度モニタ９で雰囲気温度を検出する（ステップＳ２３）。そして、進行波電圧および反射波電圧から電圧反射係数を算出し、ＶＳＷＲ異常の条件である反射波の電力と進行波の電力の比が閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ２４）。ＶＳＷＲ異常であると判定した場合は（ステップＳ２５；Ｙ）、ＶＳＷＲ異常を出力する（ステップＳ２８）。
【００３０】
進行波電圧および反射波電圧からはＶＳＷＲ異常でないと判定した場合（ステップＳ２５；Ｎ）、抵抗モニタ温度および雰囲気温度から、ＶＳＷＲ異常の条件である反射波の電力と進行波の電力の比が閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ２６）。実施の形態１と同様、抵抗モニタ温度と雰囲気温度の差の変化率から飽和温度を予測し、予測した飽和温度で反射波の電力を算出してＶＳＷＲ異常を判定してもよい。ＶＳＷＲ異常でないと判定した場合は（ステップＳ２７；Ｎ）、ステップＳ２１に戻って、進行波電圧および反射波電圧の検出から繰り返す。ＶＳＷＲ異常であると判定した場合は（ステップＳ２７；Ｙ）、ＶＳＷＲ異常を出力する（ステップＳ２８）。
【００３１】
以上説明したとおり、本実施の形態２のＶＳＷＲ異常検出装置によれば、進行波電圧および反射波電圧からＶＳＷＲ異常を判定すると同時に、抵抗モニタ温度および雰囲気温度から、ＶＳＷＲ異常を判定する。そのため、ＶＳＷＲ異常検出の精度が向上され、また、ＶＳＷＲ異常検出の信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００３２】
１  電力増幅器、２  サーキュレータ、３  終端抵抗、４  方向性結合器、５  反射波検波器、６  進行波検波器、７  制御部、８  抵抗温度モニタ、９  雰囲気温度モニタ、１０  負荷回路。
【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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