(57)【要約】【課題】電力効率の高い無線機を提供する。【解決手段】  電力増幅器２０から出力される信号の一部を方向性結合器３０で取り出す。また、整流回路６０で直流信号に変換し、制御回路７０で送信信号１０の制御を行う。さらに、電力増幅器２０の出力が一定となるように制御する送信出力制御回路において、整流回路６０と制御回路７０間に充電回路８０を接続して、回路に流れる信号の一部で充電を行う。これにより、無線機の送信部１に流れる信号を熱として浪費するのではなく、信号の一部を用いて充電を行い再利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器から入力された信号の一部を取り出す方向性結合器と、該方向性結合器から取り出した交流信号を直流信号に変換する整流回路と、該整流回路からの出力から前記電力増幅器の出力が一定の出力となるように送信信号の制御を行う制御部とを有する送信部を備える無線機において、
前記送信部は、充電回路を前記整流回路と前記制御部との間に備える
ことを特徴とする無線機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機に係り、特に無線機の送信出力制御回路に流れる信号の一部を利用し充電を行い、再利用する無線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル無線である携帯電話や無線通信網の発達、又は低消費電力が求められるセンサネットワーク等の発展により、各種無線機の電力の低減が課題となっている。
従来から、無線機の送信部には、アンテナ負荷が変動した場合や無線機の電源電圧が変動した際にも送信出力が一定の値となるように、送信出力制御回路が備わっている。
【０００３】
ここで、図８を参照して、従来の送信出力制御回路（ＡＰＣ回路）を備えた無線機の送信部３の構成について説明する。
従来の送信部３は、送信信号１０、電力増幅器２０、方向性結合器３０、ＬＰＦ４０、アンテナ５０、整流回路１６０、制御回路７０を備えている。
送信信号１０は、電波出力のために変調された出力信号である。
電力増幅器２０は、電波出力用のＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等である。電力増幅器２０は、送信信号１０を入力し、所望の出力が得られるように一定の利得で電力増幅を行う。
方向性結合器３０は、同軸線路等の伝送線路上に挿入し、所定方向に伝搬される電力の一部を別の結合ポート（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｏｒｔ）に取り出す方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ）等である。方向性結合器３０は、結合ポート用の入力端子３１、出力端子３２、順方向結合端子３３、逆方向結合端子３４を備えている。方向性結合器３０は、電力増幅器２０からの出力信号を、入力端子３１へ入力する。そして、方向性結合器３０は、入力端子３１から入力された信号を、出力端子３２へ出力する。ここで、方向性結合器３０は、入力端子３１から入力された信号を、所定の結合量をもって順方向結合端子３３へ出力する。また、方向性結合器３０は、逆方向結合端子３４へは、入力端子３１から入力した信号をほぼ出力しない。また、方向性結合器３０の順方向結合端子３３は、整流回路１６０へ接続される。
ＬＰＦ４０は、電波出力用の低域通過フィルタ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ、ＬＰＦ）であり、出力端子３２から出力された信号のうち、所定周波数以下の信号を通過させる。
アンテナ５０は、各種アンテナや送信設備等であり、変調され増幅された信号を電波として放射、又は入力する。
【０００４】
整流回路１６０は、順方向結合端子３３から入力された交流信号を、直流信号に変換して制御回路７０へ出力する部位である。
制御回路７０は、入力された直流信号から、電力増幅部２０の出力電力が所望の値となっているかを監視する回路である。制御回路７０は、出力電力が所望の値となるように、送信信号１０に対して電力の制御を行う。
以上の構成により、アンテナ負荷が変動した場合や無線機の電源電圧が変動した場合において、制御回路７０から送信信号１０に対して、無線機の送信出力が一定の値となるように適切な制御を行うことができる。
【０００５】
このような従来のＡＰＣ回路を備えた無線機として特許文献１を参照すると、送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号生成部で生成された送信信号を電力増幅する増幅部と、前記増幅部の出力レベルに応じて前記増幅部の利得を制御するＡＰＣ回路と、前記送信信号生成部と前記増幅部の間に設けられるスイッチ回路と、少なくとも前記スイッチ回路と前記ＡＰＣ回路の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ＡＰＣ回路の動作を開始させた後、所定時間経過後に前記スイッチ回路を導通させて前記増幅部に前記送信信号生成部で生成された送信信号を入力させることを特徴とする無線機が記載されている（以下、従来技術１とする。）。
従来技術１によると、増幅部の出力に一時的な低下は発生せず、送信立ち上がり時にアンテナ出力が瞬時低下するのを回避する無線機を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術１を含む従来のＡＰＣ回路を備えた無線機の送信部３では、方向性結合器３０の順頂方向結合端子３３から出力された信号は、すべて整流回路１６０と制御回路７０において熱として浪費されていた。
このため、より電力効率が高い無線機の送信部が求められていた。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の無線機は、送信信号を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器から入力された信号の一部を取り出す方向性結合器と、該方向性結合器から取り出した交流信号を直流信号に変換する整流回路と、該整流回路からの出力から前記電力増幅器の出力が一定の出力となるように送信信号の制御を行う制御部とを有する送信部を備える無線機において、前記送信部は、充電回路を前記整流回路と前記制御部との間に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来は熱として浪費していた電力を、充電回路を通して回収して再利用することができるので、電源利用効率の高い送信部を備えた無線機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無線機の送信部１の制御構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る処理の整流回路６０の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制御回路７０の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る充電回路８０の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る充電回路８０で充電した電力の使用方法の一例を示す概念図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る無線機の送信部１の制御構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る充電回路１００の構成を示す回路図である。
【図８】従来のＡＰＣ回路を備えた無線機の送信部３の制御構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施の形態に係る無線機の送信部１について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線機の送信部１のブロック図である。
本実施形態の送信部１は、送信信号１０、電力増幅器２０、方向性結合器３０、ＬＰＦ４０、アンテナ５０、整流回路６０、制御回路７０（制御部）、充電回路８０を備えている。
ここで、送信信号１０、電力増幅器２０、方向性結合器３０、ＬＰＦ４０、アンテナ５０は、図８の従来の送信部３と同様の機能を備える構成部位である。
本発明の第１の実施の形態に係る無線機の送信部１は、方向接合器３０の順方向結合端子３３に、制御回路７０と、充電回路８０とが接続されている。入力端子８１は、整流回路６０からの直流信号の入力端子である。
【００１３】
図２は、整流回路６０の具体的な構成例を示す回路図である。
本実施形態の整流回路６０は、整流器であるダイオード６２と、電荷を蓄積するコンデンサ６３とを備えている。ダイオード６２、コンデンサ６３とも伝送路を流れる高周波信号に対応する部品を用いる。
整流回路６０は、入力端子６１から入力された交流信号を、ダイオード６２を通して半波整流し、コンデンサ６３の充電を行う。
整流回路６０は、このコンデンサ６３で充電された電力を、出力端子６４から直流信号として取り出すことができる。
【００１４】
図３は、制御回路７０の具体的な構成例を示す回路図である。
本実施形態の制御回路７０は、分圧用の抵抗７２、７３と、電圧比較器である電圧比較部７４とを備えている。また、入力インピーダンスＺａは、制御回路７０の入力インピーダンスである。
制御回路７０は、入力端子７１から入力された直流信号を抵抗７２、７３で分圧して、電圧比較部７４に入力する。
電圧比較部７４では、所定の基準電圧と入力電圧とを比較して、電力増幅器２０の出力が一定となるように制御信号を出力端子７５から出力する。
【００１５】
図４は、充電回路８０の具体的な構成例を示す回路図である。
充電回路８０は、入力端子８１に、ダイオード８２と、抵抗８３と、コンデンサ８４とを直列に接続して備えている。さらに、抵抗８３とコンデンサ８４との間にコンデンサ８４に充電された電力を取り出すための放電端子８５を接続している。入力インピーダンスＺｃは、充電回路８０の入力インピーダンスである。
ダイオード８２は、コンデンサ８４に蓄えた電力が入力端子８１に逆流するのを防ぐために備える。
また、抵抗８３は、入力インピーダンスＺｃを調整するために備える。
【００１６】
上述の図１〜図４を参照して、本実施の形態の具体的な動作について説明する。
まず、無線機の送信信号１０は、電力増幅器２０で増幅され、方向性結合器３０を通過して、ＬＰＦ４０で高調波の除去を行い、アンテナ５０へ給電される。
このとき、電力増幅器２０で増幅された信号の一部は、方向性結合器３０の順方向結合端子３３から出力される。
この信号は、整流回路６０の入力端子６１に入力され、ダイオード６２により整流される。
この整流された信号の電位よりコンデンサ６３の電位が低い場合、コンデンサ６３が充電される。
また、整流された信号の電位よりコンデンサ６３の電位が高い場合、コンデンサ６３が放電し、出力端子６４から直流信号が出力される。
コンデンサ６３は、無線機が送信中は、この充電と放電を繰り返し行う。
【００１７】
コンデンサ６３が放電する場合、出力端子６４を介して直流信号として出力される。この直流信号は、制御回路７０と充電回路８０に入力される。
制御回路７０では、電圧比較部７４に、コンデンサ６３の電圧に比例した電圧が入力される。
電圧比較部７４は、この入力電圧と所定の基準電圧とを比較し、電力増幅器２０の出力が一定となるように、制御信号を出力端子７５から出力する。
【００１８】
充電回路８０では、ダイオード８２、抵抗８３を通過した直流信号がコンデンサ８４に入力され、コンデンサ８４の充電が行われる。
放電端子８５は、コンデンサ８４に充電された電力を直流信号として取り出し、無線機で再利用する。
【００１９】
（直流信号の再利用方法）
次に、図５を参照して、放電端子８５から出力された直流信号の再利用方法の一例について説明する。
本実施形態において、無線機での直流信号の再利用として、所定の低消費電力デバイス９２に対して電力の供給を行う等の方法を用いることができる。
図５において、放電端子入力９１は、充電回路８０の放電端子８５に接続されている。
低消費電力デバイス９２は、無線機に備えられた各種の低消費電力のデバイスである。低消費電力デバイス９２として、例えば、携帯電話用のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、低消費電力の無線コントローラ、例えばＺｉｇＢｅｅ規格のコントローラ等を用いることができる。なお、制御回路７０の少なくとも一部を、低消費電力デバイス９２として用いることもできる。
電源９３は、無線機の電源であり、低消費電力デバイス９２に供給可能な電圧に変換された電源を用いる。
電圧監視部９４は、放電端子入力９１の電圧で低消費電力デバイス９２が駆動可能か否かを監視する部位である。電圧監視部９４としては、一般的な電圧監視ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いることができる。
スイッチ９５は、一般的な電子スイッチである。
【００２０】
電圧監視部９４は、放電端子入力９１の電圧で低消費電力デバイス９２が駆動可能な場合は、放電端子入力９１から電力供給を行うようにスイッチ９５の制御を行う。
逆に、電圧監視部９４は、放電端子入力９１の電圧で低消費電力デバイス９２が駆動不可能な場合は、電源９３から電力供給を行うようにスイッチ９５の制御を行う。
以上の再利用方法により、低消費電力デバイス９２に電力を充電回路から供給、再利用することで無線機の電源効率を上げることができる。
【００２１】
以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
本発明の第１の実施の形態に係る送信部１は、従来の送信部３の構成に加えて、整流回路と制御回路間に充電回路を並列に接続している。
これにより、第１の実施の形態方向性結合器３０の順方向結合端子３３から出力された信号の一部を充電回路で充電し、再利用することができる。
つまり、無線機の送信出力制御回路に流れる信号を熱として浪費するのではなく、信号の一部を用いて充電を行い再利用することで、無線機の電源効率を上げることができる。
【００２２】
また、本発明の無線機は、送信信号１０と、送信信号１０を電力増幅する電力増幅器２０と、電力増幅器２０から入力された信号の一部を取り出す方向性結合器３０と、方向性結合器３０から取り出した交流信号を直流信号に変換する整流回路６０と、整流回路６０からの出力から電力増幅器３０の出力が一定の出力となるように送信信号の制御を行う制御部７０とを有する無線機の送信部１において、整流回路６０と制御部７０の間に充電回路８０を備えることを特徴とする。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る無線機の送信部２について、図面を参照して詳しく説明する。
送信部２は、第１の実施の形態の送信部１と同様の機能を有する、送信信号１０、電力増幅器２０、方向性結合器３０、ＬＰＦ４０、アンテナ５０、整流回路６０、制御回路７０を備えている。
これに加えて、送信部２は、充電回路１００とダイオード１１０とを備えている。つまり、送信部２では、方向性結合器３０の逆方向結合端子３４が、整流のためのダイオード１１０と充電回路１００とに直列に接続されている。
また、入力端子１０１は、整流回路６０からの直流信号の入力端子である。
【００２４】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る充電回路１００の詳細を説明する。
充電回路１００は、第１の実施の形態の充電回路８０（図４参照）と同様の機能を備える充電回路である。つまり、ダイオード１０２はダイオード８２と、抵抗１０３は抵抗８３と、コンデンサ１０４はコンデンサ８４と、放電端子１０５は放電端子８５とそれぞれ同様の部位である。また、入力インピーダンスＺｃは、充電回路１００の入力インピーダンスである。
これに加えて、充電回路１００は、抵抗１０３とコンデンサ１０４の間にダイオード１１０の接続端子１０７がある部分が、第１の実施の形態の充電回路８０と異なっている。
つまり、充電回路１００では、ダイオード１１０により整流された直流信号も、コンデンサ１０４を充電する。
【００２５】
このような本実施形態の送信部２の構成により、無線機送信時のアンテナからの反射波についても、熱として消費するのではなく、コンデンサ１０４へ充電することが可能となる。
よって、第１の実施の形態の充電回路８０よりも、更に充電効率を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の無線機は、送信部２が、方向性結合器３０に入力されるアンテナ５０からの反射波の一部を、前記方向性結合器３０から取り出して、交流信号を直流信号に変換する整流回路６０に入力して、整流回路６０の出力により充電を行う充電回路１００を備えることを特徴とする。
なお、上述の第１又は第２の実施の形態に係る各ダイオードについては、単なる半波整流用のダイオードではなく、ダイオードブリッジ等の各種整流回路を用いることもできる。
【００２７】
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２８】
１、２、３  送信部
１０  送信信号
２０  電力増幅器
３０  方向性結合器
３１  入力端子
３２  出力端子
３３  順方向結合端子
３４  逆方向結合端子
４０  ＬＰＦ
５０  アンテナ
６０、１６０  整流回路
６１、７１、８１、１０１  入力端子
６２、８２、１０２  ダイオード
６３、８４、１０４  コンデンサ
６４、７５  出力端子
７０  制御回路
７２、７３、８３、１０３  抵抗
７４  電圧比較部
８０、１００  充電回路
８５、１０５  放電端子
９１  放電端子入力
９２  低消費電力デバイス
９３  電源
９４  電圧監視部
９５  スイッチ
１０７  接続端子
１１０  ダイオード
Ｚａ、Ｚｃ  入力インピーダンス
【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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【図８】
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