(57)【要約】【課題】特に装置出力電力が大きい場合であっても出力端におけるＶＳＷＲ値を精度よく検出できる新規な無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路の提供。【解決手段】増幅された進行波成分電力を分配する方向性結合器１２と、装置出力端１８にて反射された反射波成分電力を取り出すサーキュレータ１３と、前記分配された進行波成分電力値と反射波成分電力値とに基づいてＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出手段を備え、当該ＶＳＷＲ検出手段は、前記分配された進行波成分電力の振幅と位相を変化させた電力と前記サーキュレータをリークしてくるリーク進行波成分電力とを合成して当該リーク進行波成分電力を除去すると共に、前記進行波成分電力と反射波成分電力との相対位相差が半波長の整数倍になるように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅装置で増幅された進行波成分電力を出力すると共にその一部を分配する方向性結合器と、
当該方向性結合器からの進行波成分電力を出力端へ送出すると共に当該出力端での反射波成分電力を取り出して出力するサーキュレータと、
前記方向性結合器で分配された進行波成分電力の一部を取り込むと共にその振幅と位相とを、前記サーキュレータから取り出された反射波成分電力のなかに含まれるリーク進行波成分電力と同一振幅、逆位相となるように変化させて出力するベクトル調整器と、
当該ベクトル調整器の出力と前記サーキュレータから取り出された反射波成分電力とを合成してリーク進行波成分電力を除去した反射波成分電力を出力する合成器と、
前記方向性結合器で分配された進行波成分電力のレベルを検出する出力レベル検出部と、
前記合成器から出力されるリーク進行波成分電力除去後の反射波成分電力のレベルを検出する反射レベル検出部と、
前記出力レベル検出部で検出した進行波成分電力値と前記反射レベル検出部で検出した反射波成分電力値とに基づいてＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出手段と、
前記出力レベル検出部に取り込まれる進行波成分電力と前記反射レベル検出部に取り込まれる反射波成分電力との位相差が半波長の整数倍になるように、前記出力レベル検出部に取り込まれる進行波成分電力の位相または前記反射レベル検出部に取り込まれる反射波成分電力の位相のいずれかまたは両方を変化させる位相器とを備え、
前記ＶＳＷＲ検出手段での前記進行波成分電力値と前記反射波成分電力値とは、前記位相器での位相変化後の電力値とすることを特徴とする増幅装置のＶＳＷＲ検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の無線基地局（ＢＴＳ：Base Transceiver Station）に備えられている無線増幅装置のＶＳＷＲ（電圧定在波比）値を精度良く検出するためのＶＳＷＲ検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の無線基地局から出た高周波信号は、無線増幅装置により増幅され、ＲＦケーブルを介してアンテナに出力される。この無線増幅装置には、接続するＲＦケーブルの断線ならびにアンテナ故障などによる異常を検出するために、出力端にＶＳＷＲ（電圧定在波比）値を検出するための回路が設けられている場合が多い。
【０００３】
一般に、通常の無線増幅装置からの出力は、ＲＦケーブルからアンテナ端までインピーダンスの整合がとれているため、接続時のＶＳＷＲ値は小さく、無線増幅装置に反射してくる電力量は小さい。しかしながら、ＲＦケーブルが断線したりアンテナが破損した場合には、接続時のＶＳＷＲ値が大きくなって無線増幅装置に反射してくる電力量が増大して無線増幅装置の最終増幅部などを破壊するおそれが生ずる。
【０００４】
このため、例えば無線増幅装置の最終端に、非可逆回路素子であるアイソレーターを挿入したり、あるいは以下の特許文献１乃至３などに示すように、方向性結合器や電力検知器などからなるＶＳＷＲ検出回路を挿入してＶＳＷＲ値が閾値以上となった場合に増幅動作を停止または出力レベルを下げるなどして無線増幅装置を保護することが行われている。
【０００５】
ここで、出力端におけるＶＳＷＲ値は、出力端の進行波電力Ｐａと出力端から反射してくる反射波電力Ｐｂの比で求められるリターンロスＲＬから計算することができる。ＶＳＷＲ値とリターンロスＲＬには下記の様な関係式（１）がある。
ＶＳＷＲ＝（１０ＲＬ／２０＋１）／（１０ＲＬ／２０−１）…（１）
ここで、ＲＬ＝Ｐａ−Ｐｂである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８４５２２号公報
【特許文献２】特開２００５−４９２３１号公報
【特許文献３】特開２０１１−３５７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記特許文献１乃至３などに開示されている従来のＶＳＷＲ検出回路では、例えば鉄塔アンテナ端までの距離が長く、接続不良がそのアンテナ部周辺で発生した場合には、ＶＳＷＲ検出基準点までの距離が長くなってしまい、ケーブル損失が増大してしまう。この結果、ＶＳＷＲ値の精度が悪くなってしまい、接続不良などを検出できなくなったり、あるいは誤検出してしまう可能性が高い。
【０００８】
そこで、これらの課題を解決するために本発明者らは、図２及び図３に示すようなＶＳＷＲ検出回路を構成してその作用・効果を検討した。先ず、図２のＶＳＷＲ検出回路は、無線増幅装置の最終増幅部１０とアンテナ１１との間に設けられた方向性結合器１２と、サーキュレータ１３と、出力レベル検出器１４と、減衰器１５と、反射レベル検出器１６と、制御部１７とから構成される。
【０００９】
そして、最終増幅部１０から出力された進行波成分電力（ＲＦ出力）は、方向性結合器１２に入力してその一部が分配された後、サーキュレータ１３を通過し、本線の出力端１８からＲＦケーブル１９を介してアンテナ１１より出力される。一方、方向性結合器１２により分配された進行波成分電力Ｐｏは、出力レベル検出部１４の検波ＩＣにより出力レベルが検出される。
【００１０】
回路の出力端１８における進行波成分電力Ｐａは、あらかじめ方向性結合器１２の分岐端から出力レベル検出部１４までの減衰量と出力端１８までの減衰量オフセット値と分配された進行波成分電力Ｐｏとから制御部１７にて換算して求められる。また、出力端１８からの反射波成分電力Ｐｂはサーキュレータ１３から減衰器１５に入力し、この減衰器１５によって減衰した反射波成分電力Ｐｒを反射レベル検出部１６の検波ＩＣ部にて求めることができる。これにより、出力端１８からの反射波成分電力Ｐｂは、あらかじめ出力端１８からのオフセット値と反射波成分電力Ｐｒとから制御部１７により換算して求められる。
【００１１】
なお、アンテナ１１端の干渉にて他帯域成分が混入する場合には、出力端１８にデュプレクサやバンドパスフィルタなどを挿入したりして、不要スプリアスを除去することができる。また、装置出力が大きい場合には、サーキュレータ１３および減衰器１５の耐電力も大きいものを使用しなければならないため、反射電力検出素子としてサーキュレータ１３と減衰器１５の代わりに、図中破線で示すように第２の方向性結合器１２ａを実装し、進行波側と反射波側の出力レベルを求める方法もある。これらの方法で求めたリターンロスＲＬよりＶＳＷＲ値を求める。しかしながら、出力端１８側のＶＳＷＲ値が悪い場合、方向性結合器の特性にも影響が出て、検出精度が悪くなってしまう。
【００１２】
一方、図３に示すＶＳＷＲ検出回路は、図２の出力端１８側に可変位相器２０を入れると共に、出力レベル検出部１４と反射レベル検出部１６の代わりに検波部２０ａを備えた構成としたものである。この可変位相器２０により、反射波には任意に位相が加えられる。この場合、反射波成分と進行波成分の漏れ成分と可変位相器２０による両者の相対位相差をθとする。θ値を回転させ、位相差を変化させると検波電圧は、最大値｜｜Ｖｏ‘｜＋｜Ｖｒ｜｜と、最小値｜｜Ｖｏ‘｜−｜Ｖｒ｜｜をとる。このことから、制御部１７にて反射レベル検波電圧が最大と最小になるように可変位相器２０を操作し、その時の値を求めることによって、反射波成分と進行波成分の漏れ成分が計算できる。同様に進行波成分も求めることができるため、精度よくＶＳＷＲ値を求めることができる。
【００１３】
しかし、これら図２および図３に示すような構成では、特に装置出力電力が大きい場合などでは精度よくＶＳＷＲ値を求めることができないといった問題点が生じる。例えば、図２の構成にて求められたＶＳＷＲ値は、求める値によっては誤差が大きくなる傾向にある。図４にその増幅装置のＶＳＷＲ検出構成時の問題点を示す。方向性結合器１２によって分配されたポート側には、分配された進行波成分電力Ｐｏと、出力端１８で反射してサーキュレータ１３を通過してきた反射波成分電力Ｐｒ’が合成して出力される。
【００１４】
仮に出力端１８で進行波成分電力Ｐａが全反射（Ｐａ＝Ｐｂ）した場合には、サーキュレータ１３の阻止成分が２０ｄＢならびに方向性結合器１２の方向性が１４．１５ｄＢ以上程度と考える。この場合、出力レベル検出部１４では、Ｐｏ＞＞Ｐｒ’の関係が成り立つ。出力端１８におけるＶＳＷＲ値が良くなれば、さらに進行波成分電力Ｐａ＞＞反射波成分電力Ｐｂの関係になり、出力レベル検出部１４で検出する電力レベルは、Ｐｏ＋Ｐｒ’≒Ｐｏと考えても問題ない。
【００１５】
一方、サーキュレータ１３のポート側には、反射波成分電力Ｐｒとサーキュレータ１３をリークしてその減衰器１５によって減衰した進行波成分Ｐｏ’が合成して出力される。仮に出力端１８で進行波成分電力Ｐａが全反射（Ｐａ＝Ｐｂ）した場合は、Ｐｒ＞＞Ｐｏ’が成り立つが、ＶＳＷＲ値が良くなり反射成分が減ると、Ｐｒ≒Ｐｏ’となり、さらにＶＳＷＲ値が良くなれば、Ｐｒ＜Ｐｏ’となってしまう。
【００１６】
つまり、ＶＳＷＲ値が良くなるにつれ、反射電力ポートで検出する誤差成分が増えて、正確な反射電力成分Ｐｒを算出することができなくなる。また、電力の大きな装置では、鉄塔アンテナ端までの距離が長く、接続不良がアンテナ部周辺で発生した場合、出力端１８から鉄塔までのＲＦケーブル損失が例えば５ｄＢであれば、往復リターンロスＲＬは１０ｄＢとなる。ＶＳＷＲ検出基準点までの距離が長くなると、ＶＳＷＲ検出精度が悪くなるため、接続不良などを診断することができなくなったり、あるいは誤検出してしまう可能性がある。
【００１７】
また、図３の構成では、装置出力部に可変位相器２０を挿入しているため、出力電力が大きい増幅装置では、仮に本素子の伝送損失が０．５ｄＢ〜１ｄＢと考えても耐電力の問題が発生したり、装置効率も下がってしまう。さらに、複数ユニットにて、装置を合成する系の場合には、装置としての位相を可変させることができないため、図３の様な構成ではＶＳＷＲ値を求めることができなくなってしまう。
【００１８】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その主な目的は、特に装置出力電力が大きい場合であっても出力端におけるＶＳＷＲ（電圧定在波）値を精度よく検出できる新規な無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を達成するために本発明は、増幅された進行波成分電力を分配する方向性結合器と、出力端にて反射された反射波成分電力を取り出すサーキュレータと、前記分配された進行波成分電力値と反射波成分電力値とに基づいてＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出手段を備え、当該ＶＳＷＲ検出手段は、前記分配された進行波成分電力の振幅と位相を変化させた電力と前記サーキュレータをリークしてくるリーク進行波成分電力とを合成して当該リーク進行波成分電力を除去すると共に、前記進行波成分電力と反射波成分電力との相対位相差が半波長の整数倍になるように制御するようにした無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路である。
【００２０】
より具体的には、増幅装置で増幅された進行波成分電力を出力すると共にその一部を分配する方向性結合器と、当該方向性結合器からの進行波成分電力を出力端へ送出すると共に当該出力端での反射波成分電力を取り出して出力するサーキュレータと、前記方向性結合器で分配された進行波成分電力の一部を取り込むと共にその振幅と位相とを前記サーキュレータから取り出された反射波成分電力のなかに含まれるリーク進行波成分電力と同一振幅、逆位相となるように変化させて出力するベクトル調整器と、当該ベクトル調整器の出力と前記サーキュレータから取り出された反射波成分電力とを合成してリーク進行波成分電力を除去した反射波成分電力を出力する合成器と、前記方向性結合器で分配された進行波成分電力のレベルを検出する出力レベル検出部と、前記合成器から出力されるリーク進行波成分電力除去後の反射波成分電力のレベルを検出する反射レベル検出部と、前記出力レベル検出部で検出した進行波成分電力値と前記反射レベル検出部で検出した反射波成分電力値とに基づいてＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出手段と、前記出力レベル検出部に取り込まれる進行波成分電力と前記反射レベル検出部に取り込まれる反射波成分電力との位相差が半波長の整数倍になるように、前記出力レベル検出部に取り込まれる進行波成分電力の位相または前記反射レベル検出部に取り込まれる反射波成分電力の位相のいずれかまたは両方を変化させる位相器とを備え、前記ＶＳＷＲ検出手段での前記進行波成分電力値と前記反射波成分電力値とは、前記位相器での位相変化後の電力値とすることを特徴とする増幅装置のＶＳＷＲ検出回路である。
【００２１】
このような構成によれば、サーキュレータから反射レベル検出部にリークしてくる進行波成分を、ベクトル調整器によって逆位相とした進行波成分と合成して予め除去（相殺）することにより、反射波成分電力値を精度よく検出することができる。また、位相器によって反射波成分または進行波成分のいずれかあるいは両方の位相をそれらの位相差が半波長の整数倍になるように可変させることにより、進行波成分と反射波成分の位相差による誤差ＶＳＷＲ値の計算誤差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路によれば、反射レベル検出部にリークしてくる進行波成分を予め除去（相殺）することにより、反射波成分電力値を精度よく検出することができる。また、反射波成分または進行波成分の位相をそれらの位相差が半波長の整数倍になるように可変させることにより、位相差による誤差ＶＳＷＲ値の計算誤差を小さくすることができる。この結果、特に装置出力電力が大きい場合やＶＳＷＲ検出基準点までの距離が長い場合、さらには出力端でＶＳＷＲ値が良い場合であっても、精度良くＶＳＷＲ値を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路１００の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路の第一の構成例を示す図である。
【図３】無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路の第二の構成例を示す図である。
【図４】第一の構成例の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の一形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る無線増幅装置のＶＳＷＲ検出回路１００の実施の一形態を示したものである。図示するようにこのＶＳＷＲ検出回路１００は、無線増幅装置の最終増幅部１０とアンテナ１１との間に、方向性結合器１２と、サーキュレータ１３とが順に備えられている。
【００２５】
方向性結合器１２は、最終増幅部１０で増幅された装置の出力電力である進行波成分電力を出力すると共にその一部を分配する機能を有する。サーキュレータ１３は、この方向性結合器１２からの進行波成分電力を出力端１８へ送り出すと共にこの出力端１８で反射してきた反射波成分電力を取り出して出力する機能を有する。
【００２６】
この方向性結合器１２側には、分配された進行波成分の一部をさらに分配する第１分配器２１および第２分配器２４と、分配された進行波成分電力の出力レベルを検出する出力レベル検出部１４と、これを制御する制御部１７とが順に接続されている。
【００２７】
一方、サーキュレータ１３側には、取り出された反射波成分を減衰する減衰器１５と、反射波成分と前記方向性結合器１２で分配された進行波成分の一部と合成する第１の合成器２２と、反射波成分の位相を変化させる可変位相器２５と、反射波成分を分配する第３の分配器２６と、反射波成分電力の出力レベルを検出する反射レベル検出器１６とが順に接続されている。
【００２８】
そして、前記第１分配器２１と第１合成器２２との間には、第１分配器２１で分配された進行波成分の振幅及び位相を変化させるベクトル調整器２３が設けられている。また、第２分配器２４と第３分配器２６との間には、それぞれで分配された成分電力を合成する第２合成器２７とその合成波を検出する合成波検出部２８とが設けられている。これら合成波検出部２８、反射レベル検出器１６、ベクトル調整器２３、可変位相器２５は、前記出力レベル検出部１４と共に制御部１７によってそれぞれ制御および検出された電力監視を行う構成となっている。制御部１７からの各制御については、図１に点線で示した通りである。
【００２９】
次に、このような構成をしたＶＳＷＲ検出回路１００の動作原理について説明する。先ず、方向性結合器１２によって分配される進行波成分の電力をＰｏ、出力端１８から反射し、サーキュレータ１３をリークして方向性結合器１２で分配される反射波リーク電力をＰｒ’とする。この反射波リーク電力Ｐｒ’は、サーキュレータ１３の阻止方向成分でかつ方向性結合器１２のＩＳＯポート側になるので２重に減衰してくる。
【００３０】
そのため、出力端１８で進行波成分が全反射したとしても、Ｐｏ＞＞Ｐｒ’の関係が成り立つので、反射波リーク電力Ｐｒ’は、誤差成分以下であると考えられることから、出力レベル検出部１４で検出される電力はＰｏ（Ｐｏ＋Ｐｒ’≒Ｐｏ）となる。一方、方向性結合器１２によって分配された進行波成分電力Ｐｏは、さらに第１分配器２１によってベクトル調整器２３側に分配され、このベクトル調整器２３によって振幅と位相を変化させた進行波成分電力Ｐｖとなる。
【００３１】
次に、サーキュレータ１３によって分配され、減衰器１５を通ってくる反射波成分電力をＰｒ、方向性結合器１２を通過してサーキュレータ１３をリークしてくるリーク進行波電力をＰｏ’とすると、これらは、第１合成器２２によって、先に変調させた進行波成分電力Ｐｖと合成される。その後に接続されている可変位相器２５は一定位相値とする。
【００３２】
このとき、反射レベル検出部１６にて検出される電力は、これらの合計であるＰｒ＋Ｐｏ’＋Ｐｖである。Ｐｏ’の振幅と位相値は固定値となるため、進行波成分電力Ｐｖの振幅は出力レベル検出部１５の値との差、位相は事前に両経路値が逆位相になる様にベクトル調整器２３にて調整する（Ｐｖ→−Ｐｏ’）。これらの制御により、リーク進行波成分電力Ｐｏ’は第１合成器２２にて進行波成分電力Ｐｖ（−Ｐｏ’）と合成されることで相殺されて除去されるため、反射レベル検出部１６では、所望の反射波電力Ｐｒだけを求める結果となる。
【００３３】
ＶＳＷＲ値を求めるための電力検出値は、進行波成分電力Ｐｏおよび反射波成分電力Ｐｒの電力検出位置（つまり位相差）を調整することによって誤差を低減できることが知られている（例えば、前記特許文献２（特開２００５−４９２３１号公報）など）。すなわち、進行波成分と反射波成分の電力検出部までの位相差を半波長の整数倍となるように制御することによって誤差を低減することが可能となる。
【００３４】
そのため、本発明においても、出力レベル検出部１４と反射レベル検出部１６との間の位相差を検出するため、第２分配器２４および第３分配器２６からそれぞれ分配された進行波成分電力Ｐｏと、リーク進行波成分電力Ｐｏ’が除去された反射波成分電力Ｐｒとを第２合成器２７にて合成する。
【００３５】
この際、あらかじめ方向性結合器１２から出力レベル検出部１４およびサーキュレータ１３から反射レベル検出部１６までの初期位相差を検出しておく。さらに進行波成分と反射波成分の第２合成器２７までの初期位相差を一定値にしておく。それを合成波レベル検出部２８にて出力を検出するときに、可変位相器２５を回転させる。この可変位相器２５による位相変化量をθとする。合成波レベル検出部２８の電力はθ＝２ｎπの整数倍（ｎ＝１，２，…）で最大となり、θ＝（２ｎ−１）π（ｎ＝１，２，…）で最小となるため、可変位相器２５を走査することにより、進行波成分電力Ｐｏと反射波成分電力Ｐｒの相対位相差が半波長の整数倍になるように制御部１７にて制御することができる。このようにして求められた進行波成分電力Ｐｏと反射波成分電力ＰｒとからＶＳＷＲ値を求めることになる。
【００３６】
本発明のＶＳＷＲ検出回路１００は、このような構成にすることにより、出力本線部分の挿入損失を増やすことなく、精度よくＶＳＷＲ値を検出することが可能となる。なお、本実施の形態では可変位相器２５は、反射レベル検出側に挿入しているが、出力レベル検出側あるいは両方に挿入した構成にしても良い。
【００３７】
また、本発明のＶＳＷＲ検出手段は、分配された進行波成分電力値を検出する出力レベル検出部１４と、反射波成分電力値を検出する反射レベル検出部１６と、これらを制御する制御部１７とによって実現される。
【符号の説明】
【００３８】
１００…ＶＳＷＲ検出回路
１０…無線増幅装置の最終増幅部
１１…アンテナ
１２…方向性分配器
１３…サーキュレータ
１４…出力レベル検出部
１５…減衰器
１６…反射レベル検出部
１７…制御部
２１…第一分配器
２２…第一合成器
２３…ベクトル調整器
２４…第二分配器
２５…可変位相器
２６…第三分配器
２７…第二合成器
２８…合成波レベル検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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