(57)【要約】【課題】使用するメモリ領域を少なくし、信号の出力レベルを高い安定性で維持する。【解決手段】所要の基準出力レベルをフラッシュメモリ２９に予め記憶し、各基準出力レベルに対応した基準温度を予め温度センサ２８によって測定してフラッシュメモリ２９に記憶する。そして、基準温度と測定した現在の温度との差の絶対値を差分として求め、この差分に基づき演算式を用いて温度補償された基準出力レベルを推定する。ＣＰＵ２２によって、基準出力レベルの推定値に測定した出力レベルを一致させるようにＧＣ６の制御電圧を調整し、所望の出力レベルを一定値に維持させるように制御動作する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を増幅する増幅手段と、ＣＰＵにより前記信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、温度を測定する温度測定手段と、増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段とを備え、
前記ＣＰＵが、予め設定記憶した所要の基準出力レベルに前記出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路において、
前記基準出力レベルに対応した基準温度を予め測定して記憶し、
前記基準温度と測定した現在の温度との差分を求め、
前記差分が零でない場合は、
前記温度測定手段から導出された係数を含む演算式を用いて前記差分に基づき温度補償された基準出力レベルを推定し、
前記ＣＰＵが、前記基準出力レベルとしての前記推定値に前記出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする信号増幅回路。
【請求項２】
信号を増幅する増幅手段と、ＣＰＵにより前記信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、温度を測定する温度測定手段と、増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段とを備え、
前記ＣＰＵが、予め設定記憶した所要の基準出力レベルに前記出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路出力レベル制御方法において、
前記基準出力レベルに対応した基準温度を予め測定して記憶し、
前記基準温度と測定した現在の温度との差分を求め、
前記差分が零でない場合は、
前記温度測定手段から導出された係数を含む演算式を用いて前記差分に基づき温度補償された基準出力レベルを推定し、
前記ＣＰＵが、前記基準出力レベルとしての前記推定値に前記出力レベルを一致させるように制御する、
ことを特徴とする信号増幅回路出力レベル制御方法。
【請求項３】
温度補償された基準出力レベルと測定した現在の出力レベルとの差分を求め、
差分が零でない場合であって、
前記基準出力レベルよりも前記出力レベルの方が小さい時には、ＣＰＵが出力レベルを増大させるように制御し、
前記基準出力レベルよりも前記出力レベルの方が大きい時には、ＣＰＵが出力レベルを減少させるように制御する
請求項２に記載の信号増幅回路出力レベル制御方法。
【請求項４】
演算式の係数が、温度測定手段の温度特性に基づく関数によって求められる
請求項２または請求項３に記載の信号増幅回路出力レベル制御方法。
【請求項５】
関数が、温度と出力レベルとを変数とする一次関数を含むものである
請求項４に記載の信号増幅回路出力レベル制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号増幅回路とその出力レベル制御方法に関し、特に出力レベルを温度補償処理するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、信号出力レベルを制御する技術において、温度変化に伴う出力変動を補正する技術が提案されている。一例として、送信アンテナのアンテナ素子から放射される信号に関し、予めアンテナから送信される所望レベルの送信電力の規定電力の最大値および標準値ならびに最小値に対応するレベル検出手段の検出電圧を記憶手段に記憶する送信電力制御回路がある。これは、レベル検出手段の検出電圧が規定電力の範囲外になったときに基準電圧発生手段の基準電圧を規定電力の標準値に対応する値に最も近くなるように基準電圧発生手段を制御する。そして、この時の基準電圧発生手段の電圧設定値を温度検出手段の検出した周囲温度の条件に対応させて記憶手段に記憶するように構成されている（特許文献１参照。）。この回路は、温度変化による収束点の変化を補正することにより、常に送信電力を規格範囲内に納めることができるものである。
【０００３】
また、他の例として、出力の一部を結合回路に取出し、入力インピーダンスに対して出力インピーダンスが大きく設定されているインピーダンス変換器に結合回路から取出した信号を入力する自動電力制御回路がある。これは、入力電圧に対して、インピーダンス変換器の出力電圧を増幅し、インピーダンス変換器の出力信号を検波回路にて検波し、この検波回路の出力と指令電力に対して送信電力増幅器の増幅度を制御するものである（特許文献２参照。）。この回路は、検波回路の入力前に電圧信号を入力インピーダンスで増幅することにより、検波回路に用いられているダイオードの温度特性による送信電力増幅器の出力変動を無視できる値にすることができるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２１２２５４号公報
【特許文献２】
特開平５−２９１８５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者は、アンテナから送信される所望レベル毎に、送信電力の規定電力の最大値および標準値ならびに最小値に対応するレベル検出手段の検出電圧を予め記憶手段に記憶しているため、これら複数種類のデータのため大容量のメモリを必要とし、コスト増となってしまう。
【０００６】
また、後者は、ダイオードの温度特性による出力変動だけを無視できる値に抑えるものであり、回路の発熱部等構成全体から生じる出力変動要因には対応することができないため、依然として所望の出力レベルから外れ易いという問題点があった。
【０００７】
こうした問題に鑑み、本発明は、信号増幅回路の出力レベル制御に必要な各種基準データの使用を最小限に抑えることで確保するメモリ領域を少なくし、また信号出力レベルを高い安定性で維持することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による信号増幅回路は、信号を増幅する増幅手段と、ＣＰＵにより前記信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、温度を測定する温度測定手段と、増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段とを備え、前記ＣＰＵが、予め設定記憶した所要の基準出力レベルに前記出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路において、前記基準出力レベルに対応した基準温度を予め測定して記憶し、前記基準温度と測定した現在の温度との差分を求め、前記差分が零でない場合は、前記温度測定手段から導出された係数を含む演算式を用いて前記差分に基づき温度補償された基準出力レベルを推定し、前記ＣＰＵが、前記基準出力レベルとしての前記推定値に前記出力レベルを一致させるように制御するよう構成される。
【０００９】
請求項２の発明による信号増幅回路出力レベル制御方法は、信号を増幅する増幅手段と、ＣＰＵにより前記信号の出力レベルを制御する自動レベル制御手段と、温度を測定する温度測定手段と、増幅された信号の出力レベルを測定する出力レベル測定手段とを備え、前記ＣＰＵが、予め設定記憶した所要の基準出力レベルに前記出力レベルを一致させるように制御する信号増幅回路出力レベル制御方法において、前記基準出力レベルに対応した基準温度を予め測定して記憶し、前記基準温度と測定した現在の温度との差分を求め、前記差分が零でない場合は、前記温度測定手段から導出された係数を含む演算式を用いて前記差分に基づき温度補償された基準出力レベルを推定し、前記ＣＰＵが、前記基準出力レベルとしての前記推定値に前記出力レベルを一致させるように制御する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明による信号増幅回路出力レベル制御方法は、温度補償された基準出力レベルと測定した現在の出力レベルとの差分を求め、差分が零でない場合であって、前記基準出力レベルよりも前記出力レベルの方が小さい時には、ＣＰＵが出力レベルを増大させるように制御し、前記基準出力レベルよりも前記出力レベルの方が大きい時には、ＣＰＵが出力レベルを減少させるように制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明による信号増幅回路出力レベル制御方法は、演算式の係数が、温度測定手段の温度特性に基づく関数によって求められることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明による信号増幅回路出力レベル制御方法は、関数が、温度と出力レベルとを変数とする一次関数を含むものであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を使用した信号増幅回路は、例えば、２００４年の春に放送開始予定の衛星を利用したモバイル放送システムにおいて、特に、衛星からの放送信号を再放射するギャップフィラー装置を構成する一要素として最適に使用されるものである。ここで、モバイル放送システムとは、家庭などに加え、携帯電話や自動車などの移動体でもデジタル放送を受信可能とするためのシステムである。このシステムは、静止衛星と地上の放送センター局と補助的な地上無線設備であるギャップフィラー装置とから構成されている。図１に示すように、ギャップフィラー装置６０は、衛星からの放送信号を受信する受信アンテナ５１、信号処理器５２、分配器５３、及び、信号増幅回路５０とアンテナ素子５４ａとからなり放送信号を再送信する送信アンテナ５４から構成されている。
【００１４】
このシステムにおいて、１２ＧＨｚ帯の放送信号が放送センター局から一旦衛星まで送り上げられ、その後、衛星から２．６ＧＨｚ帯と１２ＧＨｚ帯との２つの周波数帯の放送信号がサービスエリア全体に送出される。移動体は、放送信号が届く場所では２．６ＧＨｚ帯の放送信号を衛星から直接受信する。一方ビル内部やトンネル内等の電波が遮蔽される場所では、ギャップフィラー装置６０が受信アンテナ５１で受信した１２ＧＨｚ帯の放送信号を２．６ＧＨｚ帯に変換し電波が受信できる位置に設置した送信アンテナ５４から再送信された放送信号を受信する。
【００１５】
本システムのギャップフィラー装置６０は、放送信号が遮られるエリアであってもサービスを受けられるように、さらに、高速移動中でも安定した放送受信を実現可能とするものである。そして、本発明を使用した信号増幅回路５０を備えることにより、送信アンテナ５４は、送信する放送信号を、所望の送信出力レベルで安定して送信可能とするものである。
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、本発明に係る信号増幅回路５０を内蔵した送信アンテナ５４のブロック図である。モバイル放送システムのギャップフィラー装置６０において、送信アンテナ５４は、２．６ＧＨｚ帯の放送信号を再放射可能に形成されたアンテナ素子５４ａと、放送信号を適正な出力レベルに増幅する信号増幅回路５０とから構成されている。
【００１７】
信号増幅回路５０の入力端子１には、衛星からの１２ＧＨｚ帯の放送信号を受信可能に構成されたギャップフィラー用受信アンテナ（以下、「受信アンテナ」とする）５１が分配器５３を介して接続されている（図１参照）。ここで、分配器５３は、１台の受信アンテナに対して３台の送信アンテナを接続可能に放送信号を分配するよう３本の支線を備えている。また出力端子１０には、送信アンテナ５４のアンテナ素子５４ａが接続されている。
【００１８】
入力端子１には、分配器５３から放送信号と駆動用電源が供給され、放送信号のみを通過させるコンデンサ２が接続されている。コンデンサ２の出力端には、放送信号を後段に伝送するか否かを切り替え制御可能に構成された切替用ＲＦスイッチ４、放送信号を所望の減衰量で調整出力制御可能に構成されたゲインコントローラ（以下「ＧＣ」とする）６、ＦＥＴ等の放送信号増幅素子からなる増幅手段としてのアンプ７、及び、高調波やスプリアス成分を除去するバンドパスフィルタ８が直列に接続されている。また、バンドパスフィルタ８の出力端とアンテナ素子５４ａに接続された出力端子１０との間には、アンテナ素子５４ａに出力される放送信号の進行波電力と反射波電力とを検出可能に構成されたカプラ９が設けられている。尚、バンドパスフィルタ８は、出力端子１０の前段に設けても良い。
【００１９】
また入力端子１は、分配器５３から供給された電源成分のみを通過させるローパスフィルタ３を介して、電源ライン３ａにより制御部１５に接続されている。制御部１５は、分配器５３から供給された電源電力を各回路に供給する電力生成回路（図示略）と、送信アンテナ５４から放射される放送信号の送信レベルを一定値に維持する自動レベル制御手段としての自動レベル制御回路（以下「ＡＬＣ回路」とする）１５ａ（図３に示す）とから構成されている。ＲＦスイッチ４には、放送信号を伝送しないように切り替えた場合に、分配器５３の支線の出力端が終端処理されるように終端抵抗５が接続されている。なお本信号増幅回路５０では、終端抵抗５の抵抗値として、５０Ωが最適に用いられている。
【００２０】
カプラ９は、放送信号の進行波電力を検出して制御部１５に進行波電力波形を出力可能に形成された進行波電力検出回路１２と、放送信号の反射波電力を検出して制御部１５に反射波電力波形を出力可能に形成された反射波電力検出回路１４と接続され、出力レベル測定手段を構成している。また、カプラ９と進行波電力検出回路１２との間には、進行波電力検出回路１２に入力される進行波電力の入力レベルを所要値に調節する進行波用アッテネータ（以下「進行波用ＡＴＴ」とする）１１が設けられ、またカプラ９と反射波電力検出回路１４との間には、同様に反射波用アッテネータ（以下「反射波用ＡＴＴ」とする）１３が接続されている。またアンプ７は、電源ライン１８を介して、制御部１５から電源供給可能に接続されている。
【００２１】
図３のＡＬＣ回路１５ａは、信号増幅回路５０の各種制御動作を行うＣＰＵ２２を備えてなり、これにアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ（以下「ＡＤＣ」とする）２３を介してマルチプレクサ２４が接続されている。マルチプレクサ２４には、検出線１２ａを介した進行波電力検出回路１２、検出線１４ａを介した反射波電力検出回路１４、電力生成回路（図示略）の電圧値を検出する電圧センサ２７及び温度測定手段としての温度センサ２８等の信号検出用デバイスが接続されている。マルチプレクサ２４は、これら複数種類のうち選択した一つのデータのみをＣＰＵ２２に入力するように構成されている。なお、これら複数種類のデバイスについて夫々にＡＤＣ２３を接続すれば、マルチプレクサ２４を取り除くことも可能である。
【００２２】
またＣＰＵ２２には、各種パラメータを格納するデータ用フラッシュメモリ２９、ＣＰＵ２２のプログラムを格納するプラグラム用フラッシュメモリ３０が接続され、さらにプログラム実行中に使用される変数を格納するＳＲＡＭ３１が接続されている。その他、プログラムの書き込みや監視情報の表示などに使用されるシリアル通信ポート３２、出力レベル設定やフラッシュメモリ初期化等を行うための各種スイッチ３３、機器の状態を外部に表示させるためのＬＥＤ３４が接続されている。さらに制御線１６を介してＲＦスイッチ４が接続され、また制御線１７に接続されたＤ／Ａコンバータ（以下「ＤＡＣ」とする）３５の出力端にはＧＣ６が接続されている。
【００２３】
上記構成の送信アンテナ５４の信号増幅回路５０において、所要の基準出力レベルはフラッシュメモリ２９に予め記憶され、各基準出力レベルに対応した基準温度は予め温度センサ２８によって測定してフラッシュメモリ２９に記憶される。そして、基準温度と測定した現在の温度との差の絶対値を差分として求め、この差分に基づき演算式を用いて温度補償された基準出力レベルを推定する。
【００２４】
ここで、本信号増幅回路５０においては、演算式は（差分としての絶対値÷係数）で表される。また演算式に含まれた係数は、温度センサ２８の温度特性に基づく関数から導出される。この関数には、所要の出力レベル毎に傾きの異なる一次関数が規定され、温度と出力レベルとが変数として使用される。各係数は、これらの傾きに対応する。そしてこれらの係数は、所要の出力レベル毎に対応した温度補償係数として、予めプログラム中に記述される。
【００２５】
ＣＰＵ２２は、基準出力レベルの推定値に測定した出力レベルを一致させるようにＧＣ６の制御電圧を調整し、所望の出力レベルを一定値に維持させるように制御動作する。
【００２６】
信号増幅回路５０の出力レベル制御方法（自動レベル制御（Ｓ９））を図４のフローチャートを基に説明する。不揮発性メモリすなわちフラッシュメモリ２９には、出力電力調整時の温度が基準温度データとして予め保存されている。そしてシステム起動時に、保存されている基準温度データをＳＲＡＭ３１にコピーする。さらにＳＲＡＭ３１からＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ１５）。ここで、内部温度の基準温度データとは、製造ラインで信号増幅回路５０のレベル調整を行った時の送信アンテナ５４内部の温度データである。製造ラインでは正確な送信アンテナ５４の出力レベル調整を行う。ＡＤＣ２３で収集された現在の温度データをＳＲＡＭ３１にコピーする。さらにＳＲＡＭ３１からＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ１６）。ＣＰＵ２２により基準温度データと現在の温度データの差分を求める（Ｓ１７）。
【００２７】
差分が零かどうかをチェックする（Ｓ１８）。零ならば、信号増幅回路５０を製造ラインで調整した時と同じ温度状態なので温度補償処理（Ｓ１９）（図５参照）を行わないようにする。零でないならば、製造ラインで調整した時と同じ温度状態ではないので温度補償処理を実施する。出力レベルを合わせるための基準出力レベルデータを差分（ｃ）に応じて適切に処理して、温度補償された基準出力レベルデータに可変させる処理を行う（Ｓ１９）。ＡＤＣ２３で測定した進行波電力のＡＤＣデータ値と温度補償された基準出力レベルデータ値が一致するようにＧＣ６の制御電圧を生成するＤＡＣ３５をＣＰＵ２２によって制御する（Ｓ２０）。自動レベル制御を終了する。
【００２８】
信号増幅回路５０の温度補償処理（Ｓ１９）の動作を図５のフローチャートを基に説明する。
出力電力調整時の温度を基準温度データとして不揮発性メモリすなわちフラッシュメモリ２９に予め保存する。温度補償処理開始後、保存されている基準温度データをＣＰＵ２２のレジスタにセットする。次にＡＤＣ２３で収集された現在の温度データをＣＰＵ２２のレジスタにセットする。両者の差の絶対値を求める。符号ビット（元の値は正負情報）はフラグに保存する（Ｓ２１）。ここで、内部温度の基準温度データとは、製造ラインで信号増幅回路５０のレベル調整を行った時の送信アンテナ５４内部の温度データである。製造ラインでは正確な送信アンテナ５４の出力レベル調整を行う。
【００２９】
出力レベル設定スイッチ３３の状態を検出することにより、ＧＣ制御処理（図６参照）において、出力レベルを何ｄＢｍにすればよいか調べる（Ｓ２２）。各出力レベルに対応した温度補償係数がプログラム中に記述されている。出力レベル設定スイッチ３３の出力レベルに対応した温度補償係数を選択し、ＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２３）。温度変化に対して出力レベル変化が線形な特性をしている場合、処理Ｓ２１で求めた温度差の絶対値データを、選択した温度補償係数で割り算処理（演算処理）を行い、商を求め、この商を補償量とする（Ｓ２４）。求めた補償量を製造ラインで設定された基準出力レベルデータに加算（または減算）する。この演算結果データが推定された温度補償された基準出力レベルデータとなる（Ｓ２５）。温度補償処理を終了する。
【００３０】
信号増幅回路５０のＧＣ制御処理（Ｓ２０）の動作を図６のフローチャートを基に説明する。
ＧＣ制御処理開始後、図５の処理Ｓ２５で求めた温度補償された基準出力レベルデータをＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２６）。ＡＤＣ２３で取得した進行波電力データ（測定した現在の出力レベル）をＣＰＵ２２のレジスタにセットする（Ｓ２７）。温度補償された基準出力レベルデータと進行波電力データの差分を算出する（Ｓ２８）。求めた差分が零であるかどうか調べる（Ｓ２９）。零である場合、規定の出力レベルに一致している状態であるので、前回と同じＧＣ６の制御電圧値（ＤＡＣ３５のデータは以前と同じデータを設定）として、ＧＣ制御処理を終了する。零でない場合、規定の出力レベルに一致していない状態なので、処理Ｓ３０に進む。
【００３１】
温度補償された基準出力データと進行波電力データとを比較して大小関係を調べる（Ｓ３０）。基準出力データよりも進行波電力データの方が小さい場合は、処理Ｓ３１に進む。出力レベルを増大させる（ＧＣ６の減衰量を減らす）方向にＧＣ６の制御電圧を調整する（Ｓ３１）。基準出力データよりも進行波電力データの方が大きい場合は、処理Ｓ３２に進む。出力レベルを減少させる（ＧＣ６の減衰量を増やす）方向でＧＣ６の制御電圧を調整する（Ｓ３２）。ＧＣ制御処理を終了する。
【００３２】
このような本発明に係る信号増幅回路５０によれば、出力レベルの温度補償に必要な各種基準データの使用を基準温度と基準出力レベルとの２種類に抑え、少ないメモリ領域で、これらの基準データに基づいて安定性の高い出力レベル制御が実現可能となる。さらに基準出力レベルと現在の出力レベルとから求めた差分によって出力レベルの増減を制御して、基準出力レベルまでの収束時間を短縮すると共に、高い安定性で出力レベルを維持できる。
【００３３】
また、演算式の係数を温度測定手段の温度特性に基づく関数によって求めたので、温度センサの材料等の温度特性に合わせて関数を用意すれば、動作温度範囲内の温度補償をより正確に行うことができる。さらにまた、関数を温度と出力レベルとを変数とする一次関数で規定したので、安価な汎用温度センサを用いて、より安定性の高い出力レベル制御が可能となる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）本発明は、モバイル放送システムのギャップフィラー装置に限らず、他の衛星通信システムや無線ＬＡＮ等の送信アンテナに使用できる。
（２）本発明は、送信アンテナに限らず、ＣＡＴＶ等の有線通信システムの信号出力装置にも使用できる。
（３）本発明は、通信信号に限らず、信号増幅が必要となる他の信号の増幅に使用できる。
（４）演算式で用いられる係数は、一次関数だけでなく、二次関数、指数関数等の線形関数や、その他の非線形関数によって求めても良い。
（５）信号増幅回路５０は、アンテナ素子５４ａと別体に設けて送信アンテナ５４を構成しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１及び請求項２の発明によれば、出力レベルの温度補償に必要な基準データを基準温度と基準出力レベルとの２種類に抑えて、メモリ領域を少なくでき、安定性の高い出力レベル制御が可能となる。
【００３６】
請求項３の発明によれば、基準出力レベルと現在の出力レベルとから求めた差分によって出力レベルの増減を制御でき、基準出力レベルまでの収束時間を短縮でき、高い安定性で出力レベルを維持できる。
【００３７】
請求項４の発明によれば、演算式の係数を温度測定手段の温度特性に基づく関数によって求めたので、温度測定手段の温度特性に合わせて関数を用意すれば、温度補償をより正確に行うことができる。
【００３８】
請求項５の発明によれば、温度特性が一次関数で表される安価な汎用温度センサを用いて、安定性の高い出力レベルの維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号増幅回路を備えたギャップフィラー装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る信号増幅回路を備えた送信アンテナの一例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る信号増幅回路のＡＬＣ回路のブロック図である。
【図４】本発明に係る信号増幅回路出力レベル制御方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】温度補償処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】ＧＣ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
７・・増幅手段としてのアンプ、９・・出力レベル測定手段としてのカプラ、１５ａ・・自動レベル制御手段としてのＡＬＣ回路、２２・・ＣＰＵ、２８・・温度測定手段としての温度センサ、５０・・信号増幅回路、５４・・送信アンテナ、５４ａ・・アンテナ素子。
【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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