(57)【要約】【課題】  高効率でかつ広範囲な出力レベルをカバーすることができる送信装置を提供すること。【解決手段】  動作モード指定信号１０７に基づいて、高周波電力増幅器１５の動作モードを線形動作モードまたは飽和動作モードのいずれか１つに指定する。高周波電力増幅器１５の前段に設けられた可変利得増幅器１４の利得、および電源電圧／バイアス電流制御回路１７から高周波電力増幅器１５に供給される出力電圧１０９およびバイアス電流の値が切り替わる。飽和動作モードの場合、可変利得増幅器１４の利得は、線形動作モードの場合よりも所定量だけ常に大きくなるように構成されている。これにより、高周波電力増幅器１５は、指定された動作モードで動作し、出力送信電力範囲を広くとれる。【選択図】  図１
2005117315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を電力増幅して出力する送信装置であって、
送信信号に基づいた入力変調信号を増幅するとともに、制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
前記可変利得増幅手段の後段に接続された電力増幅手段と、
前記制御信号に基づいて前記電力増幅手段の電源電圧およびバイアス電流を制御する電力増幅制御手段と、
を備え、
前記電力増幅手段は、前記電力増幅手段の入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形動作モードと、前記電力増幅手段の入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和動作モードとを含む動作モードを有し、
前記制御信号は、前記電力増幅手段の動作モードを指定する動作モード指定信号を含み、
前記可変利得増幅手段の利得と前記電力増幅手段に入力する電源電圧およびバイアス電流とに基づいて、前記電力増幅手段はいずれかの動作モードで動作するものである送信装置。
【請求項２】
請求項１記載の送信装置であって、前記可変利得増幅手段の利得は、前記電力増幅手段を前記飽和動作モードで動作させる場合は前記線形動作モードで動作させる場合よりも所定値大きくなるように制御されるものである送信装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の送信装置であって、前記飽和動作モードにおいて、前記電力増幅制御手段は前記電力増幅手段の瞬時出力電力に対応するように電源電圧を変化させるものである送信装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項記載の送信装置であって、前記電力増幅制御手段は、前記電力増幅手段に入力する前記バイアス電流の値を、前記電力増幅手段に入力する前記電源電圧に基づいて変化させるものである送信装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項記載の送信装置であって、前記送信信号の位相信号を変調した位相変調信号に振幅変調を加えて出力する振幅変調用可変利得増幅手段をさらに備え、前記振幅変調された信号に基づいて、前記電力増幅手段は電力増幅を行うものである送信装置。
【請求項６】
請求項５記載の送信装置であって、前記振幅変調用可変利得増幅手段は、前記可変利得増幅手段の前段に設けられる送信装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の送信装置であって、前記振幅変調用可変利得増幅手段が前記位相変調信号に加える前記振幅変調は、前記振幅変調用可変利得増幅手段の電源電圧に基づいて行われるものである送信装置。
【請求項８】
請求項５ないし７記載のいずれか一項送信装置であって、前記振幅変調用可変利得増幅手段の前段に、正弦波信号を方形波信号に変換するためのリミッタ回路をさらに備えた送信装置。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれか一項記載の送信装置であって、前記送信信号の位相信号を変調した位相変調信号と前記送信信号の振幅信号とを乗算することにより振幅変調を加える乗算器をさらに備え、前記振幅変調された信号に基づいて、前記電力増幅手段は電力増幅を行うものである送信装置。
【請求項１０】
請求項９記載の送信装置であって、前記乗算器は前記可変利得増幅手段の前段に設けられる送信装置。
【請求項１１】
請求項１ないし４のいずれか一項記載の送信装置であって、前記送信信号が入力され、前記送信信号の同相成分と直交成分とから前記送信信号の振幅成分および位相成分を抽出する振幅位相抽出手段と、前記送信信号の位相成分に基づいて位相変調高周波信号を出力する位相変調手段とをさらに備えた送信装置。
【請求項１２】
請求項５ないし１０のいずれか一項記載の送信装置であって、前記送信信号が入力され、前記送信信号の同相成分と直交成分とから前記送信信号の振幅成分および位相成分を抽出する振幅位相抽出手段と、前記送信信号の位相成分に基づいて前記位相変調信号を出力する位相変調手段とをさらに備えた送信装置。
【請求項１３】
請求項１ないし４のいずれか一項記載の送信装置であって、前記送信信号が入力され、前記送信信号に位相変調および振幅変調を行うとともに、前記変調された送信信号を前記可変利得増幅手段に出力する直交変調器をさらに備えた送信装置。
【請求項１４】
送信出力を制御する送信出力制御方法であって、
入力変調信号を増幅する可変利得増幅ステップと、
前記可変利得増幅ステップで生成された出力を電力増幅手段に入力して電力増幅を行う電力増幅ステップと、
前記電力増幅手段の動作モードを、線形動作モードまたは飽和動作モードに切り替える動作モード切り替えステップと、
前記電力増幅手段に対する電源電圧およびバイアス電流と、前記電力増幅手段に対する入力とを制御して、前記線形動作モードでは前記電力増幅手段の入出力電力特性における線形動作領域、前記飽和動作モードでは前記入出力電力特性における飽和動作領域で動作させる動作モード制御ステップと、
を備えた送信出力制御方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１１のいずれか一項記載の送信装置を備えた無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力を可変に制御可能な送信装置および送信出力制御方法、ならびにこの送信装置を用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力を可変に制御可能な送信装置は、装置の性能を図る指標として、送信機能における電力効率および線形性が評価されている。この送信機能における電力効率および線形性は、特に、携帯電話等の高周波変調送信機器において、装置の性能を表す上で最も重要な指標となっている。
【０００３】
このような高周波変調送信機器の最終段の増幅器としては、いわゆるＡ級動作の増幅器が広く用いられている。このＡ級増幅器は、歪みが少ない、すなわち線形性には優れている反面、常時直流バイアス成分に伴う電力を消費するため電力効率は小さくなってしまうものである。
【０００４】
そこで、電力増幅器を高効率動作させる方法として、トランジスタの入出力電力特性の飽和領域を用いて、ドレイン電圧またはコレクタ電圧（電源電圧）をベースバンド信号の振幅成分に応じて変化させて増幅する方法が考案されている。たとえば、平均出力電力を変化させる時には、前述の電源電圧を所望の平均出力電力に比例して変化させるものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図９は、上述した電力増幅器の入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）の一例を示す図である。
【０００６】
同図に示すように、出力電力Ｐｏｕｔは、それぞれのＶｃｃに対して入力電力Ｐｉｎが増加するにつれて線形に増加するが、ある入力電力以上ではそれぞれの電源電圧に応じたある出力電力Ｐsでもって飽和する。ここで、入力電力Ｐｉｎが増加するにつれて出力電力Ｐｏｕｔが線形に増加する領域を電力増幅器の線形領域、出力電力Ｐｏｕｔが入力電力Ｐｉｎに依存せずに飽和する領域を電力増幅器の飽和領域とする。このように、電力増幅器の飽和動作領域における出力電力は電源電圧によって決まるため、所望の平均出力電力（ｄＢ単位）に比例した電源電圧を与えることにより時々刻々と変化させることができ、平均出力電力を変化させることができる。
【０００７】
図９に示す電力増幅器の例では、入力電力がＰｉ８１からＰｉ８２まで変化する時、電源電圧をＶ８２からＶ８３に変化させた時は、出力電力はＰｏ８２からＰｏ８３まで変化し、電源電圧をＶ８４からＶ８５に変化させた時は、出力電力はＰｏ８４からＰｏ８５まで変化する。このように所望の平均出力電力に比例した電源電圧Ｖｃｃを与えることによって増幅器の平均出力電力を変化させることができる。
【０００８】
なお、近年、携帯電話網は、第３世代の標準システムの時代を迎え、携帯電話方式として、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ移動通信方式などがモバイルマルチメディアサービスに採用されている。このような第３世代の携帯電話方式では、電力増幅器に要求される出力レベルの範囲が従来よりも拡大している。
【特許文献１】特許第３０４４０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の送信装置にあっては、電力増幅器の可変出力レベルの全範囲を、前述したような入出力電力特性における飽和動作領域によって全てカバーしようとしているため、出力レベルの範囲を十分に広く確保することができないという事情があった。
【００１０】
特に、近年は、第３世代の携帯電話方式であるＷ−ＣＤＭＡ移動通信方式等の場合などで、電力増幅器の要求される出力レベルの範囲が１００ｄＢ近くにもおよぶため、このような出力レベルの全範囲を、前述したような入出力電力特性における飽和動作領域によって全てカバーする手段では全く対応できないという事情があった。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、高効率であるとともに広範囲な出力レベルをカバーすることができる送信装置、送信出力制御方法および無線通信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の送信装置は、送信信号を電力増幅して出力する送信装置であって、
送信信号に基づいた入力変調信号を増幅するとともに、制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
前記可変利得増幅手段の後段に接続された電力増幅手段と、
前記制御信号に基づいて前記電力増幅手段の電源電圧およびバイアス電流を制御する電力増幅制御手段と、
を備え、
前記電力増幅手段は、前記電力増幅手段の入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形動作モードと、前記電力増幅手段の入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和動作モードとを含む動作モードを有し、
前記制御信号は、前記電力増幅手段の動作モードを指定する動作モード指定信号を含み、
前記可変利得増幅手段の利得と前記電力増幅手段に入力する電源電圧およびバイアス電流とに基づいて、前記電力増幅手段はいずれかの動作モードで動作する構成を有している。
【００１３】
この構成により、送信装置の高周波電力増幅器を、線形動作モードと飽和動作モードとで動作させることが可能となり、広範囲な出力レベルをカバーすることができる送信装置を実現できることとなる。
【００１４】
また、本発明の送信装置は、前記可変利得増幅手段の利得は、前記電力増幅手段を前記飽和動作モードで動作させる場合は前記線形動作モードで動作させる場合よりも所定値大きくなるように制御される構成を有している。
【００１５】
この構成により、線形動作モードと飽和動作モードとで、前記可変利得増幅手段の利得に一定量の差を確保することにより、線形動作モードと飽和動作モードとの間をスムーズに移行して、高効率でかつ広範囲な出力レベルをカバーすることができることとなる。
【００１６】
また、本発明の送信装置は、前記飽和動作モードにおいて、前記電力増幅制御手段は前記電力増幅手段の瞬時出力電力に対応するように電源電圧を変化させる構成を有している。
【００１７】
この構成により、飽和動作モードにおいても線形動作モード時と同様に入力信号を線形増幅することが可能となり、飽和動作モード時と線形動作モード時とを併せて送信出力レベルを広範囲に広げることができることとなる。
【００１８】
また、本発明の送信装置は、前記電力増幅制御手段は、前記電力増幅手段に入力する前記バイアス電流の値を、前記電力増幅手段に入力する前記電源電圧に基づいて変化させる構成を有している。
【００１９】
この構成により、高い電力効率を維持しながら出力レベルを可変とし、また、前記線形動作モードにおける前記電力増幅手段の線形特性領域と、前記飽和動作モードにおける前記電力増幅手段の飽和特性領域との間をスムーズに移行することができることとなる。
【００２０】
また、本発明の送信装置は、前記送信信号の位相信号を変調した位相変調信号に振幅変調を加えて出力する振幅変調用可変利得増幅手段をさらに備え、前記振幅変調された信号に基づいて、前記電力増幅手段は電力増幅を行うものである構成を有している。
【００２１】
この構成により、例えば、ポーラー変調方式の送信機に対しても可変の出力レベルの範囲を大きくとることができることとなる。
【００２２】
また、本発明の送信装置は、前記振幅変調用可変利得増幅手段は、前記可変利得増幅手段の前段に設けられる構成を有している。
【００２３】
この構成により、例えば、ポーラー変調方式の送信機に対してさらに電力効率を高めることができる。
【００２４】
また、本発明の送信装置は、前記振幅変調用可変利得増幅手段が前記位相変調信号に加える前記振幅変調は、前記振幅変調用可変利得増幅手段の電源電圧に基づいて行われる構成を有している。
【００２５】
この構成により、前記振幅変調用可変利得増幅手段による前記振幅変調を、前記振幅変調用可変利得増幅手段の電源電圧に基づいて、前記振幅変調用可変利得増幅手段が備えるトランジスタの飽和特性領域を用いて行うことができるので、前記振幅変調用可変利得増幅手段の電力効率を高くすることができる。
【００２６】
また、本発明の送信装置は、前記振幅変調用可変利得増幅手段の前段に、正弦波信号を方形波信号に変換するためのリミッタ回路をさらに備えた構成を有している。
【００２７】
この構成により、飽和動作モードでの前記振幅変調用可変利得増幅手段が備えるトランジスタのＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えが速やかに行われるため、前記振幅変調用可変利得増幅手段の電力効率を一層改善することができる。
【００２８】
また、本発明の送信装置は、前記送信信号の位相信号を変調した位相変調信号と前記送信信号の振幅信号とを乗算することにより振幅変調を加える乗算器をさらに備え、前記振幅変調された信号に基づいて、前記電力増幅手段は電力増幅を行うものである構成を有している。
【００２９】
この構成により、振幅変調手段として、前記振幅変調用可変利得増幅手段の代わりにミキサを用いることが可能となり、前記振幅変調用可変利得増幅手段の回路構成に多様性を持たせるとともに、前記回路構成を簡素化することができることとなる。
【００３０】
また、本発明の送信装置は、前記乗算器は前記可変利得増幅手段の前段に設けられる構成を有している。
【００３１】
この構成により、ミキサをなるべく低電力な前段部側に配置して電力ロスを最小限に抑え、可変利得増幅器以降のブロックを飽和モードで動作させることにより、全体として高い電力効率を実現することができる。
【００３２】
また、本発明の送信装置は、前記送信信号が入力され、前記送信信号の同相成分と直交成分とから前記送信信号の振幅成分および位相成分を抽出する振幅位相抽出手段と、前記送信信号の位相成分に基づいて位相変調高周波信号を出力する位相変調手段とをさらに備えた構成を有している。
【００３３】
この構成により、入力信号の変調を行って前記可変利得増幅手段に入力される位相変調高周波信号を得るまでの回路を、従来からの一般的な回路構成により確実に構成することができることとなり、従来の送信装置を本発明の送信装置にリフォームすることも簡単にできることとなる。
【００３４】
さらに、本発明の送信装置は、前記送信信号が入力され、前記送信信号に位相変調および振幅変調を行うとともに、前記変調された送信信号を前記可変利得増幅手段に出力する直交変調器をさらに備えた構成を有している。
【００３５】
この構成により、入力信号の変調を行って、前記可変利得増幅手段に入力する変調高周波信号を得るまでの回路構成に多様性を持たせるとともに、前記回路構成を簡素化することができることとなる。
【００３６】
また、本発明の送信出力制御方法は、送信出力を制御する送信出力制御方法であって、
入力変調信号を増幅する可変利得増幅ステップと、
前記可変利得増幅ステップで生成された出力を電力増幅手段に入力して電力増幅を行う電力増幅ステップと、
前記電力増幅手段の動作モードを、線形動作モードまたは飽和動作モードに切り替える動作モード切り替えステップと、
前記電力増幅手段に対する電源電圧およびバイアス電流と、前記電力増幅手段に対する入力とを制御して、前記線形動作モードでは前記電力増幅手段の入出力電力特性における線形動作領域、前記飽和動作モードでは前記入出力電力特性における飽和動作領域で動作させる動作モード制御ステップと、
を備えた構成を有している。
【００３７】
この構成により、送信装置の高周波電力増幅器を、線形動作モードと飽和動作モードとで動作させることが可能となり、広範囲な出力レベルをカバーすることができる送信出力制御方法を実現できることとなる。
【００３８】
また、本発明は、上記装置を備えた無線通信装置を提供する。
【００３９】
この構成により、送信装置の高周波電力増幅器を小型にできるため、無線通信装置のより一層の小型化を図ることができるとともに、広範囲な出力レベルをカバーすることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る送信装置、送信出力制御方法および無線通信装置によれば、高効率でかつ広範囲な出力レベルをカバーすることができる送信装置、送信出力制御方法および無線通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図である。同図に示す送信装置は、例えば、ポーラー変調方式を用いた携帯電話の高周波送信部である。
【００４２】
図１に示すように、第１の実施形態の送信装置は、入力されたベースバンドＩＱ信号１０１をベースバンド振幅信号１０２およびベースバンド位相信号１０３に分離して出力する振幅／位相抽出部１１と、ベースバンド位相信号１０３に搬送波信号を位相変調して位相変調高周波信号１０４を出力する位相変調手段１２と、位相変調高周波信号１０４を増幅する可変利得増幅器１３および１４と、可変利得増幅器１４の出力を高周波電力増幅して送信信号１０５を出力する高周波電力増幅器１５とを備える。
【００４３】
さらに、第１の実施形態の送信装置は、ベースバンド振幅信号１０２に基づいて第１可変利得増幅器１３への電源電圧１０８およびバイアス電流を生成する電源電圧バイアス電流制御回路１６と、ベースバンド振幅信号１０２と平均出力レベル制御信号１０６および動作モード指定信号１０７とに基づいて高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を生成する電源電圧バイアス電流制御回路１７とを備える。
【００４４】
振幅／位相抽出手段１１は、ベースバンドＩＱ信号１０１の同相成分（Ｉ信号）と直交成分（Ｑ信号）とから、ベースバンド信号の振幅および位相成分を抽出して、ベースバンド振幅信号１０２とベースバンド位相信号１０３とを出力する。
【００４５】
位相変調手段１２は、振幅／位相抽出手段１１から出力された前記ベースバンド位相信号１０３に基づいて、位相変調された高周波信号を生成して位相変調高周波信号１０４を出力する。この位相変調高周波信号１０４は、振幅成分における時間変化のない定包絡線信号である。
【００４６】
電源電圧／バイアス電流制御回路１６は、振幅／位相抽出手段１１から出力された前記ベースバンド振幅信号１０２に基づいて、可変利得増幅器１３に入力する電源電圧１０８およびバイアス電流を生成する。なお、この電源電圧１０８は、瞬時のベースバンド信号の振幅成分（即ち、電力）に比例した電圧である。
【００４７】
可変利得増幅器１３は、電源電圧／バイアス電流制御回路１６で生成された電源電圧１０８に基づいて飽和増幅モードで動作することで、位相変調高周波信号１０４に対して振幅変調を加える。この振幅変調は、トランジスタの飽和特性領域を用いているために電力効率を高くすることができる。
【００４８】
動作モード指定信号１０７は、高周波電力増幅器１５の動作モードを線形動作または飽和動作に切り替えるための信号である。この動作モード指定信号１０７は、例えば、所望の平均出力電力に応じて設定されるものである。また、平均出力レベル制御信号１０６および動作モード指定信号１０７は、たとえば制御部によって設定される。この制御部は、送信装置自身の内部に設けられてもよい。また、たとえば、送信装置が無線通信装置等に設けられる場合は、無線通信装置の動作を制御する制御部と共用されてもよい。
【００４９】
可変利得増幅器１４は、可変利得増幅器１３の出力信号を増幅するが、平均出力レベル制御信号１０６と動作モード指定信号１０７とにより、その利得が制御される。なお、後述するように、これらの動作モード間では、可変利得増幅器１４の利得は一定利得だけ異なる。
【００５０】
電源電圧／バイアス電流制御回路１７は、振幅／位相抽出手段１１で抽出されたベースバンド振幅信号１０２、平均出力レベル制御信号１０６、および動作モード指定信号１０７が示す動作モードに基づいて、高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を生成する。後述するように、線形動作モード（以下、「線形モード」と略記する）の時は、平均出力に対応した電源電圧およびバイアス電流を出力し、飽和動作モード（以下、「飽和モード」と略記する）の時は、瞬時出力電力に対応した電源電圧およびバイアス電流を出力する。
【００５１】
高周波電力増幅器１５は、電源電圧／バイアス電流制御回路１７の電源電圧１０９に基づき、可変利得増幅器１４から出力された変調信号を、線形モードまたは飽和モードで増幅して、送信信号１０５を出力する。
【００５２】
次に、高周波電力増幅器１５の電源電圧、およびバイアス電流制御について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る送信装置の高周波電力増幅器１５に設けられた増幅用トランジスタの静特性を表す図である。
【００５３】
同図において、飽和特性を示す複数の曲線は、高周波電力増幅器１５内部の増幅用トランジスタのエミッタ／コレクタ電圧（ＶＣＥ）・コレクタ電流（ＩＣ）特性を示す。また、同図において、パラメータは、ベース電流（ＩＢ）である。但し、ここでは、高周波電力増幅器１５内部の増幅用トランジスタがバイポーラトランジスタである場合で説明する。
【００５４】
さらに、同図において、実線で示した直線は、増幅用トランジスタの負荷線（インピーダンス：ＲＬ）を示す。なお、前記増幅用トランジスタはエミッタ接地回路であり、図２に示されたバイアス点（Ｖｃｃ、ＩＣ）を中心として、入力のベース電流の変化に対してコレクタ出力での動作点が、図２の黒丸で示した点の範囲を動く、いわゆるＡ級動作となっている。
【００５５】
この動作点の動く範囲は、線形モードの場合、すなわち、出力が飽和しない場合は、ベース入力信号の振幅（すなわち、入力電力）によって決まる。Ａ級動作では、歪みの少ない線形性に優れた増幅を行うことができる。このＡ級動作における電力効率ηは、（負荷で消費される電力）／（電源から供給される電力）の比で定義され、出力振幅が出力最大振幅のｋ倍（０≦ｋ≦１）である時、電力効率ηはｋ２／２で与えられる。このように、電力効率としては、ｋ＝１、即ち、出力振幅が出力最大振幅と等しい時に最大値５０％をとる。
【００５６】
出力最大振幅は、入力電力、電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０９）、およびバイアス電流ＩＣにより決まる量である。図２に示すように、出力におけるバイアス点からの電圧振幅は下側がＶｃｃ−Ｖｓａｔにより制限され、上側はＩＣ×ＲＬにより制限され、出力最大振幅は、（Ｖｃｃ−Ｖｓａｔ）＋（ＩＣ×ＲＬ）となる。したがって、出力が歪まずに出力される線形モードにおける電力効率を上げるためには、下側と上側の電圧振幅のふれ幅が等しく、かつ、出力最大振幅に近いことが望ましく、式１の関係式を満たすように電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０９）、およびバイアス電流ＩＣを制御することが望ましい。
【００５７】
Ｖｃｃ−Ｖｓａｔ＝ＩＣ×ＲＬ  ・・・  （１）
【００５８】
即ち、各々のＶｃｃに対して、式１で決定されるＩＣをバイアス電流とすることにより、低歪み特性を保ちつつ効率を最大限に高めることができる。すなわち、電源電圧Ｖｃｃにより、高周波電力増幅器１５に与えるバイアス電流ＩＣ（したがって、バイアス電流Ｉｂ）を変化させるものである。なお、図２では、式１の関係を満たすＶｃｃ、およびＩＣの軌跡（バイアス点の軌跡）を破線直線で示している。本実施形態に係る送信装置では、出力振幅が大きい時はバイアス点を原点から遠ざけ、出力振幅が小さい時はバイアス点を原点に近づけるように、バイアス点をこの破線直線上に設定することにより効率を最大限に保つことができる。
【００５９】
なお、出力振幅が上述した下側、および上側の上限値に達した時には、バイアス条件（Ｖｃｃ、およびＩＣ）が一定の条件下では、それ以上入力電力を増やしても出力電力は増加せず、飽和することになり、飽和モードとなる。ちなみに、このような動作は飽和Ａ級動作と呼ばれ、電力効率を高くすることができる。また、このような飽和モードにおいても、バイアス条件を、式１を満たすように設定すれば、バイアス点に対する下側、および上側の振幅値が同程度飽和するので、線形動作と飽和動作間の移行を、速やかに、かつスムーズに行うことができる。
【００６０】
図３は、可変利得増幅器１３の入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）を示す図である。以下、図３を参照して、可変利得増幅器１３による、飽和モードを用いての振幅変調について説明する。
【００６１】
同図において、複数の曲線は、それぞれ異なる電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０８）に対する可変利得増幅器１３の入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）を示すものである。
【００６２】
図３に示されるように、複数の電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０８）の各々のいずれに対しても、入力電力Ｐｉｎが増加するにつれて出力電力Ｐｏｕｔは線形に増加するが、入力電力Ｐｉｎがある値以上の場合では、それぞれの電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０８）に応じた出力電力Ｐｏにおいて飽和する。ここで、この飽和出力電力Ｐｏ（Ｗ）は、電源電圧Ｖｃｃ（この場合は電源電圧１０８）の２乗に比例する。
【００６３】
可変利得増幅器１３の入力は、位相変調のみのかかった振幅一定、即ち、入力電力が一定値Ｐｉ１の変調波であるので、電源電圧１０８が一定であるならば、一般に瞬時出力電力Ｐｏｕｔは変化しないが、本実施形態に係る送信装置では、前述のとおり、電源電圧１０８は所望の瞬時振幅信号に比例したものであり、可変となるので、例えば、この電源電圧１０８が、Ｖ１２からＶ１３まで変化するときには、出力電力Ｐｏｕｔは、図３の黒丸と矢印で示すようにＰｏ１２からＰｏ１３まで変化し、飽和増幅モードで入力位相変調信号に振幅変調を加えることができる。
【００６４】
次に、高周波電力増幅器１５による線形モードまたは飽和モードでの増幅動作について説明する。まず、高周波電力増幅器１５を線形モードで動作させるか、若しくは飽和モードで動作させるかを指定するために、動作モード指定信号１０７により動作モードを指定する。この指定された動作モードに応じて、高周波電力増幅器１５の前段の可変利得増幅器１４の利得、および電源電圧／バイアス電流制御回路１７からの出力（電源電圧１０９およびバイアス電流）が切り替わる。
【００６５】
図４は、線形モード動作時と飽和モード動作時における可変利得増幅器１４の利得と、電源電圧／バイアス電流制御回路１７から印加される電源電圧１０９およびバイアス電流の時間毎の推移の１例を示す図である。ここで、時間ｔ（ｍ，ｎ）、電源電圧バイアス電流制御回路１７の電圧Ｖ（ｍ，ｎ）、電源電圧バイアス電流制御回路１７の電流Ｉ（ｍ，ｎ）について、ｍは平均送信電力を指定する最小単位、すなわち、スロット番号を表し、ｎは、そのスロット内の最小ステップ表す。すなわち、ｔ（ｍ，ｎ）、Ｖ（ｍ，ｎ）、Ｉ（ｍ，ｎ）は、ｍ番目のスロット中のｎ番目の時間、電圧値、電流値をそれぞれ示す。
【００６６】
図４に示すように、可変利得増幅器１４の利得は、飽和モードでは線形モードの利得ｇよりも常に一定値αｄＢだけ大きい値をとり、また、電源電圧／バイアス電流制御回路１７から高周波電力増幅器１５へ印加される電源電圧１０９は、線形モードでは可変利得増幅器１４の平均出力電力、飽和モードでは各時点での可変利得増幅器１４の瞬時出力電力に対応したものとなっている。
【００６７】
図５は、高周波電力増幅器１５の線形モードと飽和モードにおける入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）を示す図である。以下、図５を参照して、高周波電力増幅器１５の線形モードと飽和モードにおける動作を説明する。
【００６８】
まず、所望出力レベルが大きい時は、電力効率の観点から図５に示すＰｉｎ−Ｐｏｕｔ特性の飽和特性領域を用いるのが望ましい。動作モード指定信号１０７で飽和モードを指定した場合、図４に示すように、高周波電力増幅器１５の入力電力（即ち、可変利得増幅器１４の出力電力）は、線形モードの場合よりも常にαｄＢだけ高くなる。この状態で、高周波電力増幅器１５の電源電圧１０９を瞬時出力電力に基づいて与えることにより、例えば、高周波電力増幅器１５の入力電力ＰｉｎがＰｉ２２からＰｉ２３まで変化する場合は、電源電圧１０９がＶ２２からＶ２３まで変化して、高周波電力増幅器１５の出力電力Ｐｏｕｔを、図５の黒丸と矢印で示すようにＰｏ２２からＰｏ２３まで変化させることができる。
【００６９】
このように、飽和モードでは、動作モード指定信号１０７により、可変利得増幅器１４の利得が常にαｄＢだけ高くなるために、高周波電力増幅器１５が飽和領域で動作し、かつ、この飽和増幅モードにおいても、電源電圧１０９を瞬時出力電力に基づいて与えることにより、入力変調波を線形に増幅することができる。
【００７０】
次に、高周波電力増幅器１５の所望出力レベルが小さい時にも、電力効率の観点からは、高周波電力増幅器１５を飽和動作させながらバイアス点を原点に可能な限り近づけることが望ましい。しかしながら、このバイアス点を原点近くに持ってくると、今度は、バイポーラトランジスタのエミッタ・コレクタ間の飽和電圧等の影響により電源電圧１０９に応じて正確に振幅成分を変化させることが困難になるので、適当な電力以下の出力では動作モードを線形動作にする必要がある。
【００７１】
よって、この場合は、動作モード指定信号１０７で線形モードを指定することにより、図４に示したように、高周波電力増幅器１５の入力電力は飽和モードの場合よりも常にαｄＢだけ低くなるので、電源電圧１０９を平均出力電力に基づいて与えることにより、例えば、図５に示すように、瞬時入力電力ＰｉｎがＰｉ２６からＰｉ２７まで変化する時、電源電圧１０９をＶ２５に固定して飽和モードにならないようにすることにより、出力電力Ｐｏｕｔを、図５の黒丸と矢印で示すように、Ｐｏ２６からＰ０２７まで変化させることができる。
【００７２】
図６は、高周波電力増幅器１５の平均出力電力がある一定値を示す時に、線形モードと飽和モードを切り替えた場合の動作点の変化を示す図である。同図の矢印部分は、入力変調波が振幅成分の変動を有し、かつ高周波電力増幅器１５の平均出力レベル、最大出力レベル、最小出力レベルがそれぞれ、Ｐｓ３４、Ｐｓ３２、Ｐｓ３３である場合の、線形モード、および飽和モードでの動作点の変化を示している。
【００７３】
高周波電力増幅器１５が線形モードで動作している時は、電源電圧１０９はＶ３１であり、これは平均出力レベルＰｓ３４から飽和出力レベルまでのマージンをとったものであるので、歪みの少ない増幅を行うことができる。また、本発明に係る送信装置では電源電圧１０９だけでなく、バイアス電流も上述したような最適化を行っているために、電力効率も高く維持することができる。
【００７４】
高周波電力増幅器１５を線形モードから飽和モードに移す場合は、動作モード指定信号１０７を切り替えることにより、可変利得増幅器１４の利得、および高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を、図４に示す値に切り替えればよい。この時、図６に示すように、例えば、平均出力電力Ｐｓ３４の時、電源電圧１０９は、瞬時出力電力の最大値、および最小値に対応してＶ３２からＶ３３の値をとり得る。このように、ある同一の平均出力電力で線形モードから飽和モードに移行するときは、電源電圧１０９は線形モード時の電源電圧の上下両側の範囲を取ることになる。また、飽和モードにおいても、バイアス電流の最適化をすることにより、動作モード間の移行をスムーズに行うことができる。勿論、このような特性は、高周波電力増幅器１５が逆に飽和モードから線形モードに移行する場合も同様である。
【００７５】
図６に示す一点鎖線は、平均出力電力Ｐｓ３４で線形モードと飽和モードを切り替える場合、即ち、Ｐｓ３４以下の出力電力では線形モード、Ｐｓ３４以上の出力電力では飽和モードとして動作させる場合の平均入力電力と平均出力電力との関係を示している。同図に示すように、平均入力電力と平均出力電力との関係は、線形モードと飽和モードとで常に一定値αｄＢだけ異なったものとなる。
【００７６】
以上に述べたとおり、動作モード指定信号１０７により、線形モードと飽和モードとを切り替えることで、同一の電力増幅器を用いて、広範囲にわたる出力レベルを制御することができる。
【００７７】
また、本発明に係る送信装置においては、前述のとおり、電源電圧、およびバイアス電流を、平均または瞬時出力電力に応じて常に最適化しているために、常に高い電力効率を維持し、線形モードと飽和モードとの相互の移行に際して、バイアス条件の変化を最小限に抑えることができるとともに、モード切替の際の過渡特性や外部への妨害を最小限に抑制することができる。
【００７８】
なお、図１に示すように、本実施形態では位相変調手段１２の出力に直接可変利得増幅器１３を接続したが、この位相変調手段１２の出力に正弦波を方形波に変換するためにリミッタ回路を挿入してもよい。この場合は、後段の可変利得増幅器１３、および高周波電力増幅器１５の飽和モードでのトランジスタのＯＮ状態とＯＦＦ状態の切り替えを速やかに行うことができるので、電力効率をさらに改善することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、可変利得増幅器１３における振幅変調を電源電圧１０８でかけたが、利得制御用信号等のほかの信号により振幅変調をかけてもよい。
【００８０】
さらに、本実施形態では、線形モードにおいて高周波電力増幅器１５の電源電圧１０９を平均出力電力に合わせて設定したが、瞬時出力電力に基づいて変化させることも可能である。この場合、高周波電力増幅器１５が線形動作を行う範囲内で、出力電圧の電源電圧からのいわゆるバックオフを最小限に抑えることにより線形モードにおける効率の低下を最小限に抑制することができる。（このような動作は「エンベロープトラッキング動作」と呼ばれている。）
【００８１】
また、バイアス電流の制御は、可変利得増幅器１３、および高周波電力増幅器１５に限らず、可変利得増幅器１４にも適用するように構成すれば、さらに電力効率を改善することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態では、高周波電力増幅器１５内部の増幅用トランジスタがバイポーラトランジスタの場合で説明したが、本発明の効果は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等、別のトランジスタの材料、および種類を用いてもよい。また、本発明は種々の増幅器の動作クラスや変調方式にも適用可能である。例えば、変調信号が位相変調（または周波数変調）のみで振幅成分の変動を伴わない場合でも、電力増幅器を線形モード、および飽和モードに切り替えることにより、広範囲に出力レベルを制御することができる効果がある。
【００８３】
なお、本実施形態では、可変利得増幅器１３の後段の可変利得増幅器１４は線形モードで動作する場合について説明したが、可変利得増幅器１４についても高周波電力増幅器１５と同様に飽和モードで動作させてもよい。この場合においても、可変利得増幅器１４の利得は、高周波電力増幅器１５の動作モードに合わせて、所定の値αだけ変化させる。
【００８４】
また、本実施形態では振幅変調用可変利得増幅器１３を位相変調手段１２と可変利得増幅器１４との間に配置したが、振幅変調用可変利得増幅器１３を可変利得増幅器１４の後段に配置してもよい。この場合でも、可変利得増幅器１４の利得は、高周波電力増幅器１５の動作モードに合わせて、所定の値αだけ変化させることにより本発明の効果を得ることができる。
【００８５】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図である。同図において、第１の実施形態で説明した図１と重複する部分には同一の符号を付す。
【００８６】
図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係る送信装置は、入力されたベースバンドＩＱ信号１０１をベースバンド振幅信号１０２およびベースバンド位相信号１０３に分離して出力する振幅／位相抽出部１１と、ベースバンド位相信号１０３に搬送波信号を位相変調して位相変調高周波信号１０４を出力する位相変調手段１２と、位相変調高周波信号１０４に振幅変調を加える線形のミキサ２１と、ミキサ２１の出力を増幅する可変利得増幅器１４と、可変利得増幅器１４の出力を高周波電力増幅して送信信号２０５を出力する高周波電力増幅器１５と、ベースバンド振幅信号１０２と平均出力レベル制御信号１０６および動作モード指定信号１０７とに基づいて高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を生成する電源電圧バイアス電流制御回路１７とを備える。
【００８７】
本実施形態では、位相変調手段１２と可変利得増幅器１４との間に、ミキサ２１が挿入されている。このミキサ２１は、例えば線形の乗算器であり、ベースバンド振幅信号１０２に基づいて位相変調手段１２の出力である位相変調高周波信号１０４に振幅変調を加える。
【００８８】
なお、本実施形態では、振幅変調を行う手段としてミキサ２１を用いるが、振幅変調を行った以降の、出力電力レベルを広範囲にわたって制御する部分については、第１の実施形態と同様である。
【００８９】
即ち、本実施形態では、図４で示したように、平均出力レベル制御信号１０６、および動作モード指定信号１０７に基づいて、可変利得増幅器１４の利得を制御し、かつ高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を、電源電圧／バイアス電流制御回路１７において制御する。
【００９０】
このように、本実施形態に係る送信装置は、高周波電力増幅器１５の動作モードを、線形モードと飽和モードとに選択的に切り替えることが可能であるとともに、前記両モード間で同一の高周波電力増幅器１５を用いて、広範囲に渡る出力レベルを制御することが可能となる。
【００９１】
なお、本実施形態では、ミキサ２１の後段の可変利得増幅器１４は線形モードで動作する場合を説明したが、可変利得増幅器１４についても高周波電力増幅器１５と同様に飽和モードで動作させてもよい。この場合においても、可変利得増幅器１４の利得は、高周波電力増幅器１５の動作モードに合わせて、所定の値αだけ変化させる。
【００９２】
また、本実施形態ではミキサ２１を位相変調手段１２と可変利得増幅器１４との間に配置する場合を説明した。この場合、電力効率の低い線形ミキサ２１をなるべく低電力な前段部側に配置して電力ロスを最小限に抑え、可変利得増幅器１４以降のブロックを飽和モードで動作させることにより、全体として高い電力効率を実現することができる。しかしながら、ミキサ２１を可変利得増幅器１４の後段に配置した場合でも、高周波電力増幅器１５の動作モードに合わせて可変利得増幅器１４の利得を所定の値αだけ変化させることにより本発明の効果を得ることができる。
【００９３】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図である。同図において、第１の実施形態で説明した図１と重複する部分には同一の符号を付す。
【００９４】
図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係る送信装置は、入力されたベースバンドＩＱ信号１０１からベースバンド振幅信号１０２を抽出して出力する振幅抽出部３１と、ベースバンドＩＱ信号１０１から搬送波の位相変調および振幅変調を行う直交変調器３２と、直交変調器３２の出力を増幅する可変利得増幅器１４と、可変利得増幅器１４の出力を高周波電力増幅して送信信号３０５を出力する高周波電力増幅器１５と、ベースバンド振幅信号１０２と平均出力レベル制御信号１０６および動作モード指定信号１０７とに基づいて高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を生成する電源電圧バイアス電流制御回路１７とを備える。
【００９５】
本実施形態では、ベースバンドＩＱ信号１０１に基づいて搬送波の位相変調、および振幅変調を行う機能が直交変調器３２によってなされる。
【００９６】
本実施形態では、位相変調を行う手段および振幅変調を行う手段として直交変調器３２を用いるが、この変調を行った以降の、出力電力レベルを広範囲に渡って制御する部分については、前述の第１の実施形態と同様である。
【００９７】
即ち、本実施形態では、図４で示したように、平均出力レベル制御信号１０６、および動作モード指定信号１０７に基づいて、可変利得増幅器１４の利得を制御し、かつ高周波電力増幅器１５への電源電圧１０９およびバイアス電流を、電源電圧／バイアス電流制御回路１７において制御する。
【００９８】
このように、本実施形態に係る送信装置は、高周波電力増幅器１５の動作モードを、線形モードと飽和モードとに選択的に切り替えることが可能であるとともに、前記両モード間で同一の高周波電力増幅器１５を用いて、広範囲に渡る出力レベルを制御することができる。
【００９９】
また、本発明の送信装置は、携帯無線端末装置や無線基地局等の無線通信装置に適用可能である。本発明の送信装置を携帯無線端末装置等に適用した場合、電力効率を向上させて電池の消耗を防止でき、その分、使用時間を延ばすことができる。また、高周波電力増幅器は電力効率が向上された分、小型化でき、また、発熱量も低減できるため、これを搭載する無線通信装置の小型化を図ることができる。さらに、第３世代の通信方式等のように、広い送信制御範囲が要求された場合にも適応することができる。
【０１００】
また、本発明の送信装置を大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用すれば、高周波電力増幅器の高出力電力時の電力効率が向上するため、高周波電力増幅器を小型にできると共に、発熱量を低減できるため、設備の大型化を防止でき、スペース性を向上させることができる。さらに、第３世代の通信方式等のように、広い送信制御範囲が要求された場合にも適応することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上説明したように、本発明に係る送信装置、送信出力制御方法によれば、高効率でかつ広範囲な出力レベルをカバーすることができる効果を有し、携帯無線端末装置や無線基地局装置等の無線通信装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る送信装置の高周波電力増幅器内部の増幅用トランジスタの静特性を示す図
【図３】可変利得増幅器の入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）を示す図
【図４】線形モード動作時と飽和モード動作時における可変利得増幅器の利得と、電源電圧／バイアス電流制御回路から印加される電源電圧およびバイアス電流の時間毎の推移の一例を示す図
【図５】高周波電力増幅器の線形モードと飽和モードにおける入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）を示す図
【図６】高周波電力増幅器の平均出力電力がある一定値を示す時に、線形モードと飽和モードを切り替えた場合の動作点の変化を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図
【図８】本発明の第３の実施形態を説明するための送信装置を示す概略構成図
【図９】電力増幅器の入出力電力特性（Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ特性）の一例を示す図
【符号の説明】
【０１０３】
１１  振幅／位相抽出部
１２  位相変調手段
１３、１４  可変利得増幅器
１５  高周波電力増幅器
１６、１７  電源電圧／バイアス電流制御回路
２１  ミキサ
１０６  平均出力レベル制御信号
１０７  動作モード指定信号
【図１】
2005117315.tif 000003
【図２】
2005117315.tif 000004
【図３】
2005117315.tif 000005
【図４】
2005117315.tif 000006
【図５】
2005117315.tif 000007
【図６】
2005117315.tif 000008
【図７】
2005117315.tif 000009
【図８】
2005117315.tif 000010
【図９】
2005117315.tif 000011