(57)【要約】電力増幅装置は、電力増幅するパワーアンプ（４）と、保護回路（６）を有する。保護回路（６）は、パワーアンプ（４）の出力がアノード側に入力されたダイオードと、ダイオードのカソードと一端が接続され他端がグランドまたは電源（３）に接続されたコンデンサ、および一端がダイオードのカソードと接続され他端がグランドまたは電源（３）に接続された抵抗、とを備える。そして、コンデンサと抵抗による時定数がパワーアンプ（４）から出力する信号の周期より大きい構成を有する。これにより、送信状態において、アンテナが未接続状態からアンテナを接続した場合に発生する高電圧によるパワーアンプの破損を防止する電力増幅装置を実現できる。
2016042689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅するパワーアンプと、保護回路と、を有し、
前記保護回路は、
前記パワーアンプの出力がアノード側に入力されるダイオードと、
前記ダイオードのカソードと一端が接続され、他端がグランドまたは電源に接続されるコンデンサと、
前記ダイオードのカソードと一端が接続され、他端が前記グランドまたは前記電源に接続される抵抗と、を備え、
前記コンデンサと前記抵抗による時定数が前記パワーアンプから出力する信号の周期より大きい構成を有する電力増幅装置。
【請求項２】
電力増幅するパワーアンプと、保護回路と、を備え、
前記保護回路は、
前記パワーアンプの出力が第１端子に接続される直流阻止用のコンデンサと、
前記直流阻止用のコンデンサの第２端子とアノード側が接続され、カソード側が前記パワーアンプの電源に接続されるダイオードと、で構成される電力増幅装置。
【請求項３】
前記パワーアンプは、供給される電源電圧により送信出力が可変する飽和動作型パワーアンプで構成される請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電力増幅装置。
【請求項４】
前記パワーアンプは、ＦＥＴから構成され、
前記ＦＥＴは、ゲートを入力とし、ドレインを出力として備え、
前記ＦＥＴの前記ドレインと前記電源の間にチョークコイルを挿入して構成される請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電力増幅装置。
【請求項５】
前記パワーアンプは、トランジスタから構成され、
前記トランジスタのベースを入力とし、コレクタを出力として備え、
前記トランジスタの前記コレクタと前記電源の間にチョークコイルを挿入して構成される請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を無線送信する送信アンプを有する電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスや水道の検針データを、人手を使わずに通信網を介して自動で収集する、いわゆる自動検針システムが普及しつつある。例えば、各戸に設置されたメータから無線を用いて既存の公衆通信網に接続する自動検針システムが実用化されている。【０００３】
以下では、既存の公衆通信網に接続する無線アクセスポイントを無線親機と呼ぶ。一方、各メータに設置されている無線機を無線子機と呼んで説明する。【０００４】
通常、自動検針システムの無線親機は、電柱やビルの屋上などに設置される。そして、無線親機の１台に対し、数十台から数百台の無線子機が通信エリア内に収容されている。【０００５】
自動検針システムの無線子機は、アンテナと無線回路が同一の筺体内に組み込まれている。そのため、無線子機は、アンテナと無線回路とが未接続の状態で各戸に取り付けられることはない。【０００６】
しかしながら、無線親機の場合は、設置の自由度に対する要求から、アンテナと無線回路部とが別体で構成される。そして、無線回路部を収容した筺体から、同軸ケーブルを介して、電柱やビルの屋上に設置したアンテナに接続される。【０００７】
このとき、無線親機を現場に設置する場合、まず、無線回路部を収容する筺体に同軸ケーブルを接続する。そして、同軸ケーブルの先端にアンテナを接続する。しかし、同軸ケーブルの先端にアンテナの接続忘れや、無線送信動作を行うという設置時の施工ミスなどが発生する場合がある。アンテナを接続しないまま送信動作を行った場合、同軸ケーブルの先端で反射した反射波が無線回路部の送信アンプに戻り、送信アンプを破損してしまうことがある。【０００８】
一方、アンテナを接続しない状態で送信しても送信アンプが破損しない場合がある。その場合でも、送信動作を行っている状態で、同軸ケーブルにアンテナを取り付けると、取り付けた瞬間に送信アンプを破損することがある。【０００９】
そこで、上記電力増幅装置の送信アンプの破損を防ぐために、以下の技術が開示されている。具体的には、送信アンプとアンテナとの間にサーキュレータを挿入する。そして、アンテナ端で反射した反射波を送信アンプ側ではないサーキュレータの第３の端子に出力する。このとき、第３の端子の出力が所定の大きさ以上であれば、送信アンプの動作を停止させる構成を備えている（例えば、特許文献１参照）。【００１０】
また、同様の技術として、以下のように構成された電力増幅装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。【００１１】
以下に、特許文献２に記載の電力増幅装置の構成について、図７を用いて説明する。【００１２】
図７は、従来の電力増幅装置の構成例を示す図である。【００１３】
図７に示すように、従来の電力増幅装置は、送信アンプを構成する増幅器１９を備えている。増幅器１９は、トランジスタ３１、過電流防止素子３２、信号入力端子３３、信号出力端子３４、入力整合回路３５および出力整合回路３６から構成されている。このとき、過電流防止素子３２とトランジスタ３１は、同一の半導体基板３０の上に実装されている。さらに、過電流防止素子３２は、すず、鉛、銀などの低融点金属で形成された低抵抗導体で構成される。そのため、過電流防止素子３２は、所定値以上の電流が流れると、発熱して溶断する。これにより、電源２１とトランジスタ３１との接続を遮断し、トランジスタ３１の破損を防止する。【００１４】
以下に、従来の電力増幅装置における増幅器１９の具体的な動作について、説明する。【００１５】
まず、増幅器１９の信号入力端子３３に入力された信号は、入力整合回路３５を介してトランジスタ３１に入力される。入力された信号は、トランジスタ３１で増幅される。そして、増幅器１９は、出力整合回路３６を介して信号出力端子３４から所定の信号を出力する。信号出力端子３４から出力された信号は、同軸ケーブルに接続されたアンテナを介して、外部に無線送信される。なお、トランジスタ３１には、過電流防止素子３２を介して電源２１から直流電力が供給される。【００１６】
このとき、増幅器１９の信号出力端子３４にアンテナが接続されていないと、信号出力端子３４に生じた反射波によりトランジスタ３１に所定電流以上の大電流が流れる。そして、大電流で発生するジュール熱により、過電流防止素子３２が溶断する。これにより、電源２１からのトランジスタ３１への直流電力の供給が停止する。その結果、トランジスタ３１の破損が防止される。【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載の電力増幅装置の構成は、サーキュレータが必要である。そのため、部品点数、コストおよび実装面積などの観点において、課題があった。さらに、理想的なサーキュレータを構成することは、技術的に困難である。そのため、サーキュレータの構成によっては、反射波が送信アンプ側に戻る場合がある。その結果、送信アンプの動作を停止する前に、反射波の影響で送信アンプが破損する虞があった。【００１８】
また、特許文献２に記載の電力増幅装置の構成は、過電流防止素子３２により、過電流によるトランジスタ３１の破損を防止できる。しかし、過電流防止素子３２は、トランジスタ３１の最大定格を超える過電圧がトランジスタ３１の出力に印加された場合の破損に対しては、なんら効果がない。【００１９】
つまり、アンテナが未接続状態からアンテナが接続された場合、増幅器１９に戻ってくる反射波の状況が変化する。このとき、トランジスタ３１の出力に定格電圧を超える高電圧が印加される場合がある。そのため、高電圧により、トランジスタ３１が破損する虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２０１２−２３９０６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７７０７号公報
【発明の概要】
【００２１】
本発明は、簡単な構成により、送信アンプの破損を防止できる電力増幅装置を提供する。
【００２２】
つまり、本発明の電力増幅装置は、電力増幅するパワーアンプと、保護回路とを有する。保護回路は、パワーアンプの出力がアノード側に入力されるダイオードと、ダイオードのカソードと一端が接続され、他端がグランドあるいは電源に接続されるコンデンサと、ダイオードのカソードと一端が接続され、他端がグランドまたは電源に接続される抵抗と、を備える。そして、コンデンサと抵抗による時定数が、パワーアンプから出力する信号の周期より大きい構成を有する。
【００２３】
この構成によれば、過渡的な高電圧がパワーアンプの出力に印加された場合、パワーアンプの出力にダイオードを介して接続したコンデンサにより、高電圧を吸収する。これにより、パワーアンプの破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における電力増幅装置の構成図である。
【図２】図２は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第１の構成例を説明する図である。
【図３】図３は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第２の構成例を説明する図である。
【図４】図４は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第３の構成例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における電力増幅装置の構成図である。
【図６】図６は、同実施の形態における電力増幅装置の構成例を説明する図である。
【図７】図７は、従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における電力増幅装置の構成について、図１を用いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１における電力増幅装置の構成図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態の電力増幅装置は、少なくともパワーアンプ４と、インピーダンス変換部５と、電圧吸収部６などから構成されている。電圧吸収部６は、保護回路を構成する。
【００２９】
そして、電力増幅装置は、例えば１６９ＭＨｚの高周波信号を増幅して出力する。具体的には、入力端１から入力される１６９ＭＨｚの高周波信号を、パワーアンプ４で電力増幅する。電力増幅された高周波信号を、インピーダンス変換部５を介して、出力端２に出力する。
【００３０】
ここで、上記１６９ＭＨｚという周波数は一例であり、例えば欧州の自動検針システムにおいて、無線子機と無線親機との送受信に採用されている周波数である。
【００３１】
なお、図１に示していないが、出力端２には、伝送路やローパスフィルタを介してアンテナが接続されている。通常、アンテナが接続された状態においては、出力端２に接続される負荷インピーダンスは５０Ωとなっている。
【００３２】
また、パワーアンプ４の電源端３には、電圧Ｖｄの直流電源が接続されている。なお、本実施の形態では、例えば４．５Ｖの電圧Ｖｄが電源端３に印加されている。
【００３３】
電圧吸収部６は、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１などで構成される。そして、パワーアンプ４の出力は、電圧吸収部６のダイオードＤ１のアノードＡに接続され、ダイオードＤ１のカソードＫはコンデンサＣ３を介してグランド（以下、「ＧＮＤ」と略称する）に接続されている。さらに、電圧吸収部６の抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ３に並列に接続されている。なお、電圧吸収部６は、本発明の主要素であり、高電圧を吸収するための保護回路を構成している。
【００３４】
インピーダンス変換部５は、インダクタＬ３とコンデンサＣ２で構成され、電力増幅装置の出力端２に接続される負荷インピーダンスを変換する。具体的には、インピーダンス変換部５は、電力増幅装置の出力端２に接続される５０Ωの負荷インピーダンスを、例えば１６Ωに変換してパワーアンプ４に接続する。そのため、インピーダンス変換部５の出力端２に５０Ωの負荷インピーダンスが接続されている場合、パワーアンプ４の出力には１６Ωの負荷インピーダンスが接続されているとみなすことができる。これにより、パワーアンプ４の負荷インピーダンスは１６Ωとなる。つまり、インピーダンス変換部５は、アンテナを含む負荷インピーダンス５０Ωを任意の負荷インピーダンスに変換するための機能を有する。そして、パワーアンプ４の送信出力は、負荷インピーダンスが小さいほど大きな出力となる。そのため、インピーダンス変換部５で、負荷インピーダンスを所定の値に変換することにより、所望の送信出力を得ることができる。
【００３５】
なお、図１では、インピーダンス変換部５として、インダクタＬ３とコンデンサＣ２によるローパスフィルタ型の構成を例に示したが、これに限られない。例えば、インダクタＬ３とコンデンサＣ２を入れ替えたハイパスフィルタ型で構成してもよい。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の電力増幅回路が構成されている。
【００３７】
以下に、本実施の形態の電力増幅回路の具体的な動作について、説明する。
【００３８】
まず、電力増幅回路の出力端２にアンテナが接続されていない場合について、説明する。
【００３９】
この場合、電力増幅回路の出力端２から出力された１６９ＭＨｚの高周波信号は、アンテナが接続される伝送路の端部で反射する。これにより、伝送路に定在波が生じる。このとき、伝送路の長さにより、パワーアンプ４の出力に接続される負荷インピーダンスは、０Ωから無限大までの値を取り得る。
【００４０】
しかし、現実には、伝送路での損失やインピーダンス変換部５での損失があるため、定在波比（以下、「ＶＳＷＲ」と称する）は最大でも１０程度である。具体的には、ＶＳＷＲが１０とすると、パワーアンプ４の負荷インピーダンスは、１．６Ωから１６０Ωの間の値を取り得る。
【００４１】
ここで、アンテナが接続されていない場合の負荷インピーダンスを１．６Ωとし、パワーアンプ４の出力電圧をＶａとして、負荷インピーダンスに流れる電流を見積もる。その結果、負荷インピーダンス（１．６Ω）には、Ｖａ／１．６という大きな電流Ｉが流れる。
【００４２】
つぎに、上記の状況において、アンテナが未接続の状態からアンテナが接続された場合について、説明する。
【００４３】
アンテナが接続されると、上述したように、パワーアンプ４の負荷インピーダンスは、未接続時の１．６Ωから１６Ωに変化する。しかし、パワーアンプ４の出力電流は、負荷インピーダンスの急激な変化に即座に対応できない。そのため、変化した負荷インピーダンス１６Ωに、上記Ｖａ／１．６の電流Ｉが過渡的に流れる。これにより、アンテナが接続された瞬間、パワーアンプ４の出力電圧Ｖｂは、次式で示す値となる。
【００４４】
Ｖｂ＝（１６／１．６）×Ｖａ＝１０×Ｖａ
つまり、正常動作時の電圧Ｖａの１０倍の電圧が、瞬間的に、パワーアンプ４の出力に発生する。そのため、発生した出力電圧Ｖｂが、パワーアンプ４を構成する素子の最大定格電圧以上の場合、パワーアンプ４が破損することになる。
【００４５】
そこで、本実施の形態の電力増幅装置は、電圧吸収部６により上記電圧Ｖｂの発生を抑え、パワーアンプ４の破損を防止している。
【００４６】
以下に、電圧吸収部６の動作について、具体的に説明する。
【００４７】
まず、アンテナが接続されていない状態で、パワーアンプ４の負荷インピーダンスが１．６Ωの場合、パワーアンプ４の出力信号は、電圧Ｖａの振幅で振動している。出力信号は、電圧吸収部６のダイオードＤ１とコンデンサＣ３で整流され、ダイオードＤ１のカソードＫの電圧は直流電圧となる。直流電圧は、（Ｖａ−ダイオードのアノードＡ／カソードＫ間電圧）となる。
【００４８】
ここで、Ｖａ＞＞（ダイオードのアノードＡ／カソードＫ間電圧）
とすると、ダイオードＤ１のカソードＫの電圧は、ほぼ電圧Ｖａに等しい。そこで、以下では、（ダイオードのアノードＡ／カソードＫ間電圧）は無視して説明する。
【００４９】
上記の状態において、アンテナの接続により、負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに変化した場合、パワーアンプ４の過渡的に発生する電流Ｉにより、ダイオードＤ１のアノードＡは、電圧Ｖｂに上昇しようとする。しかし、過渡的に発生した電流Ｉは、電圧吸収部６のコンデンサＣ３を介してＧＮＤに流れる。そのため、ダイオードＤ１のアノードＡの電圧は、正常動作時の電圧Ｖａからほとんど上昇しない。つまり、パワーアンプ４の出力に高電圧が発生しない。その結果、高電圧によるパワーアンプ４の破損が防止される。
【００５０】
一方、アンテナが接続された定常状態においては、パワーアンプ４の出力は、正常動作時の電圧Ｖａの振幅で振動する。このとき、電圧吸収部６のコンデンサＣ３と抵抗Ｒ１の時定数は、パワーアンプ４の出力信号である１６９ＭＨｚの周期に比べて非常に大きい値となるように設定している。そのため、電圧吸収部６のダイオードＤ１には、ほとんど電流は流れない。これにより、コンデンサＣ３とダイオードＤ１の接続点の電圧は、直流電圧Ｖａを保持する。つまり、定常状態においては、パワーアンプ４の出力に電圧吸収部６を挿入しても、送信出力の低下などの影響は、ほとんどない。
【００５１】
なお、電圧吸収部６のコンデンサＣ３と抵抗Ｒ１の時定数は、受信側で送信した信号が復調できる程度の送信信号に影響が出ない時定数を選べばよい。
【００５２】
以上のように、本実施の形態の電力増幅回路は動作する。これにより、過渡的な高電圧を吸収して、パワーアンプ４の破損を防止することができる。
【００５３】
つぎに、本実施の形態の電力増幅回路におけるパワーアンプの具体的な構成について、説明する。
【００５４】
まず、パワーアンプ４として、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴを用いた第１の構成例について、図２を用いて説明する。
【００５５】
図２は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第１の構成例を説明する図である。
【００５６】
図２に示すように、第１の構成例のパワーアンプ４は、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴからなるトランジスタＴＲ１と、チョークコイルＬ１とで構成されている。トランジスタＴＲ１のゲートＧは入力端１に接続され、ソースＳはＧＮＤに接続され、ドレインＤはチョークコイルＬ１を介して電源端３に接続されている。なお、トランジスタＴＲ１は、入力端１からゲートＧに入力された１６９ＭＨｚの高周波信号によりＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチとして動作する。つまり、パワーアンプ４は、飽和動作型アンプを形成している。
【００５７】
まず、アンテナが未接続の定常状態においては、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、電源端３に印加される直流電圧Ｖｄを中心に振幅Ｖｄの１６９ＭＨｚ信号で振動している。つまり、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、０Ｖと２倍のＶｄの間で振動する。これにより、ダイオードＤ１のカソードＫの電圧は、２×Ｖｄの直流電圧となる。
【００５８】
この状態において、アンテナを接続すると、パワーアンプ４の負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに変化する。このとき、チョークコイルＬ１は、負荷インピーダンスが１．６Ω時にチョークコイルＬ１に流れる電流を保持しようとする。そのため、図１で説明したように、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は上昇しようとする。しかし、電圧吸収部６で電圧の上昇が吸収されるので、ドレインＤの電圧は２×Ｖｄからほとんど上昇しない。つまり、トランジスタＴＲ１の最大定格が、２×Ｖｄよりも大きな性能を有する素子であれば、アンテナの接続時において破損することがない。
【００５９】
つぎに、パワーアンプ４として、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴを用いた第２の構成例について、図３を用いて説明する。
【００６０】
図３は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第２の構成例を説明する図である。
【００６１】
なお、第２の構成例は、コンデンサＣ１とインダクタＬ２をさらに追加した点で、第１の構成例のパワーアンプとは異なる。
【００６２】
第２の構成例のコンデンサＣ１は、直流阻止用のコンデンサとして動作する。インダクタＬ２は、トランジスタＴＲ１の内部に存在するドレインＤ／ソースＳ間容量を打ち消すように機能する。これにより、パワーアンプ４の電力効率を向上させる。
【００６３】
また、コンデンサＣ１およびインダクタＬ２は、パワーアンプ４の負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに変化したときに、トランジスタＴＲ１の出力の過渡応答を振動的に収束させるように機能する。つまり、図２に示す第１の構成例のパワーアンプに比べて、トランジスタＴＲ１のドレインＤの急激な電圧変動を緩やかに振動する電圧変動に変換することができる。これにより、電圧吸収部６での電圧変動の吸収に対する負担を軽くできる。その結果、さらに効果的に電圧変動を吸収できる。
【００６４】
つぎに、パワーアンプ４として、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴを用いた第３の構成例について、図４を用いて説明する。
【００６５】
図４は、同実施の形態における電力増幅装置のパワーアンプの第３の構成例を説明する図である。
【００６６】
なお、第３の構成例は、直流阻止用のコンデンサＣ１を介して直流成分を除去した後に、電圧吸収部６を接続する点で、第２の構成例とは異なる。
【００６７】
第３の構成例のパワーアンプ４は、定常状態において、ダイオードＤ１のアノードＡは、０Ｖを中心に振幅Ｖｄの１６９ＭＨｚ信号で振動している。そのため、ダイオードＤ１のカソードＫは、Ｖｄの直流電圧となる。また、コンデンサＣ１の両端の直流電圧は、Ｖｄである。
【００６８】
この状態において、アンテナを接続すると、パワーアンプ４の負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに変化する。このとき、チョークコイルＬ１は、負荷インピーダンスが１．６Ω時にチョークコイルＬ１に流れる電流を保持しようとする。
【００６９】
そのため、トランジスタＴＲ１がＯＦＦの時、チョークコイルＬ１に流れた電流が負荷インピーダンスに流れようとする。このとき、負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに１０倍変化するため、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は定常動作時の１０倍の電圧に上昇しようとする。
【００７０】
しかし、チョークコイルＬ１に流れる電流の大部分は、コンデンサＣ１を介して電圧吸収部６に流れる。コンデンサＣ１は、直流阻止用の十分大きな容量を有するコンデンサである。そのため、コンデンサＣ１の両端の直流電圧は、ほとんど変化しない。つまり、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、２×Ｖｄからほとんど上昇しない。これにより、トランジスタＴＲ１の最大定格が、２×Ｖｄよりも大きな性能を有する素子であれば、アンテナの接続時において破損することはない。
【００７１】
なお、図３および図４で説明した第２の構成例および第３の構成例のパワーアンプでは、コンデンサＣ１を介してインピーダンス変換部５に接続する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、コンデンサＣ１を介さずに、トランジスタＴＲ１のドレインＤに、直接、インピーダンス変換部５を接続する構成でもよい。
【００７２】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における電力増幅装置の構成について、図５を用いて説明する。
【００７３】
図５は、本発明の実施の形態２における電力増幅装置の構成図である。
【００７４】
本実施の形態の電力増幅装置は、電圧吸収部６の構成が、実施の形態１と異なる。なお、それ以外の構成や動作などは、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００７５】
つまり、図５に示すように、本実施の形態の電力増幅装置は、少なくともパワーアンプ４と、インピーダンス変換部５と、電圧吸収部６などから構成されている。電圧吸収部６は、保護回路を構成する。
【００７６】
そして、電力増幅装置は、例えば１６９ＭＨｚの高周波信号を増幅して出力する。具体的には、入力端１から入力される１６９ＭＨｚの高周波信号を、パワーアンプ４で電力増幅する。電力増幅された高周波信号を、電圧吸収部６の一部を構成する直流阻止用のコンデンサＣ１およびインピーダンス変換部５を介して、出力端２に出力する。
【００７７】
なお、図５に示していないが、出力端２には、伝送路やローパスフィルタを介してアンテナが接続されている。通常、アンテナが接続された状態においては、出力端２に接続される負荷インピーダンスは５０Ωとなっている。
【００７８】
また、パワーアンプ４の電源端３には、電圧Ｖｄの直流電源が接続されている。なお、本実施の形態では、例えば４．５Ｖの電圧Ｖｄが電源端３に印加されている。
【００７９】
図５においては、電圧吸収部６は、ダイオードＤ１と直流阻止用のコンデンサＣ１で構成される。このとき、パワーアンプ４の出力は、直流阻止用のコンデンサＣ１を介してダイオードＤ１のアノードＡに接続され、ダイオードＤ１のカソードＫは電源端３に接続されている。なお、電圧吸収部６が本発明の主要素であり、高電圧を吸収するための保護回路を構成している。
【００８０】
以上のように、本実施の形態の電力増幅回路が構成されている。
【００８１】
以下に、本実施の形態の電力増幅回路の具体的な動作について、説明する。
【００８２】
なお、実施の形態１で説明したように、アンテナが未接続の状態からアンテナが接続されると、パワーアンプ４の負荷インピーダンスは１．６Ωから１６Ωに急激に変化する。この場合、上述したように、パワーアンプ４の出力には、正常動作時の電圧Ｖａの１０倍の電圧Ｖｂが過渡的に発生する。
【００８３】
しかし、本実施の形態では、過渡的に発生した電圧Ｖｂを、まず、コンデンサＣ１で直流成分を除去する。その後、電圧吸収部６のダイオードＤ１を介して電源端３に吸収される。そのため、ダイオードＤ１のアノードＡ／カソードＫ間電圧を無視すると、ダイオードＤ１のアノードＡの電圧は、電源端３の電圧Ｖｄ以上には上昇しない。
【００８４】
つまり、ダイオードＤ１のアノードＡには、過渡的に最大±Ｖｄの振幅で振動する１６９ＭＨｚの高周波信号が生じる。
【００８５】
このとき、パワーアンプ４の出力に印加される最大電圧は、（パワーアンプ４の出力の直流バイアス電圧＋電源端３の電圧Ｖｄ）である。
【００８６】
通常、パワーアンプ４の出力の直流バイアス電圧は。電源端３の電圧Ｖｄよりも低い。そのため、パワーアンプ４の最大定格電圧を、電源端３の電圧Ｖｄの２倍以上に設定すれよい。これにより、負荷インピーダンスが急激に変動してもパワーアンプ４の破損を防止できる。
【００８７】
つぎに、本実施の形態の電力増幅回路におけるパワーアンプとして、ＭＯＳＦＥＴを用いた構成例について、図６を用いて説明する。
【００８８】
図６は、同実施の形態における電力増幅装置の構成例を説明する図である。
【００８９】
図６に示すように、電力増幅装置のパワーアンプ４は、ＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴＲ１と、チョークコイルＬ１とで構成されている。トランジスタＴＲ１のゲートＧは入力端１に接続され、ソースＳはＧＮＤに接続され、ドレインＤはチョークコイルＬ１を介して電源端３に接続されている。
【００９０】
また、電力増幅装置のコンデンサＣ１は、直流阻止用のコンデンサとして動作する。インダクタＬ２は、トランジスタＴＲ１の内部に存在するドレインＤ／ソースＳ間容量を打ち消すように機能する。これにより、パワーアンプ４の電力効率を向上させる。
【００９１】
つまり、本実施の形態の構成例は、図２で説明した実施の形態１の第１の構成例と、電圧吸収部６の構成およびその動作が異なる。なお、それ以外の構成や動作などは、実施の形態１の図４で説明した第３の構成例と同様であるので、第３の構成例を参照しながら説明する。
【００９２】
なお、トランジスタＴＲ１は、入力端１からゲートＧに入力された１６９ＭＨｚの高周波信号によりＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチとして動作している。すなわち、パワーアンプ４は、飽和動作型アンプを形成している。
【００９３】
まず、アンテナが未接続の定常状態においては、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、電源端３に印加される直流電圧Ｖｄを中心に振幅Ｖｄの１６９ＭＨｚ信号で振動している。つまり、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、０Ｖと２倍のＶｄの間で振動する。そして、直流阻止用のコンデンサＣ１により、直流電圧Ｖｄが除去される。そのため、定常状態においては、ダイオードＤ１のアノードＡは、０Ｖを中心に振幅Ｖｄの１６９ＭＨｚ信号で振動する。これにより、ダイオードＤ１のアノードＡに入力する最大ピーク電圧は、Ｖｄとなる。このとき、ダイオードＤ１のカソードＫの電圧は、電源端３の電圧Ｖｄである。
【００９４】
そのため、ダイオードＤ１には、順方向の電流は流れない。これにより、定常状態においては、ダイオードＤ１は常に逆バイアス状態で、ダイオードＤ１が接続されていないのと等価になる。
【００９５】
つまり、定常状態においては、パワーアンプ４が出力した１６９ＭＨｚの高周波信号は、ダイオードＤ１が挿入されたことによる影響を受けることなく、インピーダンス変換部５を介して出力端２に出力される。
【００９６】
つぎに、上記の状態で、アンテナを接続した場合の過渡応答について、説明する。
【００９７】
この場合、パワーアンプ４の負荷インピーダンスは、１．６Ωから１６Ωに変化する。このとき、上述したように、チョークコイルＬ１は、負荷インピーダンスが１．６Ω時にチョークコイルＬ１に流れる電流を保持しようとする。
【００９８】
そのため、トランジスタＴＲ１がＯＦＦの時、チョークコイルＬ１に流れた電流は負荷インピーダンスに流れようとする。このとき、負荷インピーダンスが１．６Ωから１６Ωに１０倍変化するため、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は定常時の１０倍の電圧に上昇しようとする。
【００９９】
しかし、チョークコイルＬ１に流れる電流の大部分は、コンデンサＣ１およびダイオードＤ１を介して電源端３に流れる。そのため、ダイオードＤ１のアノードＡの最大ピーク電圧は、電源端３の電圧Ｖｄより大きくはならない。また、コンデンサＣ１は、直流阻止用の十分大きな容量を有するコンデンサである。そのため、コンデンサＣ１の両端の直流電圧Ｖｄは、ほとんど変化しない。つまり、トランジスタＴＲ１のドレインＤの電圧は、２×Ｖｄからほとんど上昇しない。これにより、トランジスタＴＲ１の最大定格が、２×Ｖｄよりも大きな性能を有する素子であれば、アンテナの接続時において破損することはない。
【０１００】
なお、本実施の形態の図６に示す構成例では、コンデンサＣ１を介してインピーダンス変換部５に接続する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、コンデンサＣ１を介さずに、トランジスタＴＲ１のドレインＤに、直接、インピーダンス変換部５を接続する構成でもよい。
【０１０１】
また、上記構成例では、直流阻止用のコンデンサＣ１を介して、電圧吸収部６に接続する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、図２および図３を用いて説明した電圧吸収部６の構成を、本実施の形態の電圧吸収部６と置き換えてもよい。この場合、図２および図３の電圧吸収部６を構成するコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１のＧＮＤに接続されている端子が、電源端３に接続される。
【０１０２】
また、上記各実施の形態では、トランジスタＴＲ１が、ＭＯＳＦＥＴなどのＦＥＴから構成された例で説明したが、これに限られない。例えば、ｎｐｎ型のバイポーラ型トランジスタで構成してもよい。この場合、バイポーラ型トランジスタのベースＢは、パワーアンプ４の入力端１と接続する入力となる。一方、バイポーラ型トランジスタのコレクタＣは、パワーアンプ４の出力となる。さらに、バイポーラ型トランジスタのコレクタＣは、パワーアンプ４のチョークコイルＬ１を介して電源端３と接続する。これにより、ＦＥＴと同様の作用、効果を得ることができる。
【０１０３】
以上で説明したように、本発明の電力増幅装置は、電力増幅するパワーアンプと、保護回路とを有する。保護回路は、パワーアンプの出力がアノード側に入力されるダイオードと、ダイオードのカソードと一端が接続され、他端がグランドあるいは電源に接続されるコンデンサと、ダイオードのカソードと一端が接続され、他端がグランドまたは電源に接続される抵抗と、を備える。そして、コンデンサと抵抗による時定数が、パワーアンプから出力する信号の周期より大きい構成としてもよい。
【０１０４】
この構成によれば、過渡的な高電圧がパワーアンプの出力に印加された場合、パワーアンプの出力にダイオードを介して接続したコンデンサにより、高電圧を吸収する。これにより、パワーアンプの破損を防止できる。
【０１０５】
また、本発明の電力増幅装置は、電力増幅するパワーアンプと、保護回路を備える。保護回路は、パワーアンプの出力に直流阻止用のコンデンサの一端を接続し、直流コンデンサの他端をダイオードを介してパワーアンプの電源に接続する構成としてもよい。
【０１０６】
この構成によれば、パワーアンプの出力が電源電圧以上の振幅で振動するのを防止できる。これにより、パワーアンプの破損を確実に防止できる。
【０１０７】
また、本発明の電力増幅装置のパワーアンプは、パワーアンプに供給される電源電圧により送信出力が可変する飽和動作型パワーアンプでもよい。
【０１０８】
この構成によれば、飽和動作型パワーアンプであるため、バイアスの動作点に影響されない。そのため、パワーアンプの出力に生じた電源電圧の２倍程度の高電圧を吸収できる。これにより、パワーアンプの破損を防止できる。
【０１０９】
また、本発明の電力増幅装置のパワーアンプは、ＦＥＴから構成され、ＦＥＴは、ゲートを入力とし、ドレインを出力として備え、ＦＥＴのドレインと電源の間にチョークコイルを挿入した構成でもよい。
【０１１０】
さらに、本発明の電力増幅装置のパワーアンプは、トランジスタから構成され、トランジスタは、ベースを入力とし、コレクタを出力として備え、トランジスタのコレクタと電源の間にチョークコイルを挿入した構成でもよい。
【０１１１】
これらにより、簡単な構成で、ＦＥＴの破損を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の電力増幅装置は、パワーアンプにアンテナが未接続の状態で送信動作が行われ、送信動作の途中でアンテナが接続された場合でも、パワーアンプの破損を防止できるので、各種無線通信装置に有用である。特に、アンテナと、無線通信装置本体とが別体で構成され、同軸ケーブルを介して無線通信装置本体とアンテナが接続されるような無線通信装置に有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１    入力端
２    出力端
３    電源端
４    パワーアンプ
５    インピーダンス変換部
６    電圧吸収部（保護回路）
１９    増幅器
２１    電源
３０    半導体基板
３１，ＴＲ１    トランジスタ
３２    過電流防止素子
３３    信号入力端子
３４    信号出力端子
３５    入力整合回路
３６    出力整合回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３    コンデンサ
Ｄ１    ダイオード
Ｌ１    チョークコイル
Ｌ２，Ｌ３    インダクタ
Ｒ１    抵抗
【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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【国際調査報告】
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