(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムの電池式送受話器ユニット用無線周波電力増幅器であって、該無線周波電力増幅器は、無線周波信号を供給する手段に接続された入力端子及び増幅後の無線周波信号を出力する出力端子を有し、
（イ）前記入力端子と前記出力端子との間に接続された小電力信号経路と、
（ロ）前記入力端子と前記出力端子との間に、前記小電力信号経路と並列に接続された大電力信号経路と、
（ハ）バイアス論理手段とを備え、
（ニ）前記小電力信号経路が、
（ａ）前記入力端子に入力が直結された第１の制御スイッチと、
（ｂ）該第１の制御スイッチの出力に入力が直結され、出力が前記出力端子に直結された第１の無線周波電力増幅器とを有し、
（ホ）前記大電力信号経路が、
（ｃ）前記入力端子に入力が直結された励振無線周波増幅器と、
（ｄ）該励振無線周波増幅器の出力に入力が直結された第２の制御スイッチと、
（ｅ）該第２の制御スイッチの出力に入力が直結され、出力が前記出力端子に直結された、第２の無線周波電力増幅器とを有し、
（ヘ）前記送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、前記バイアス論理手段が、
（ｆ）前記入力端子からの前記無線周波信号を前記第１の無線周波電力増幅器に通過させるように、前記第１の制御スイッチを入れ、
（ｇ）前記無線周波信号を増幅するように、前記第１の無線周波電力増幅器にバイアスを与え、
（ｈ）前記無線周波信号を増幅しないように、前記励振無線周波増幅器及び前記第２の無線周波電力増幅器へのバイアスを切り、
（ｉ）前記無線周波信号が前記第２の無線周波電力増幅器に進まないように、前記第２の制御スイッチを入れて、前記第２の無線周波電力増幅器を接地に接続し、
（ト）前記送受話器が基地局から所定距離の外にある時には、前記バイアス論理手段が、
（ｊ）前記入力端子からの前記無線周波信号を前記第１の無線周波電力増幅器に通過させないように、前記第１の制御スイッチを切り、
（ｋ）前記無線周波信号を増幅しないように、前記第１の無線周波電力増幅器へのバイアスを切り、
（ｌ）前記無線周波信号を増幅するように、前記励振無線周波増幅器及び前記第２の無線周波電力増幅器にバイアスを与え、
（ｍ）前記無線周波信号が前記第２の無線周波電力増幅器に進むように、前記第２の制御スイッチを切って前記第２の無線周波電力増幅器を接地から切り離すことを特徴とする、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用無線周波電力増幅器。
【請求項２】
前記小電力信号経路の前記第１の制御スイッチが直列スイッチであり、前記大電力信号経路の前記第２の制御スイッチが分路スイッチであることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システムの電池式送受話器ユニット用無線周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、無線周波電力増幅器に関し、より詳細には、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用に構成され、効率の改善された無線周波電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムの電池式送受話器ユニットで使用される無線周波電力増幅器の効率は、この電力増幅器が電池に対して最も大きな電力負荷であるから、重要な考慮すべき事項である。電力増幅器の効率が高ければ高いほど、電池式送受話器の充電なしでの使用時間は長くなる。
【０００３】
Ｊ−ＣＤＭＡ電力増幅器に関して、送受話器ユニットは、最大電力（すなわち、＋２７ｄＢｍ）で電力増幅器の効率、利得、および隣接チヤネル電力比（ＡＣＰＲ）に関する一般に容認された性能基準を満たさなければならないし、一方で比較的小電力（すなわち、＋１３ｄＢｍ）で特別に優れた効率を実現しなければならない。
【０００４】
２７ｄＢｍから２８ｄＢｍの一般的な従来技術による電力増幅器の実現では、GaAs MOSFET（Anadigics）で、２８ｄＢ程度の利得および３２％程度の電力増幅器効率が得られる。GaAs PHMETのような珍しく高価な技術を使用すると、そのような従来技術の構成で、最大電力で４５％から５０％の電力増幅器効率が達成されると信じられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の新規で改良された無線周波電力増幅器を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の従来技術による無線周波電力増幅器の欠点を克服した、この種の無線周波電力増幅器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらおよびその他の目的を達成するために、本発明に従って構成された、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の無線周波電力増幅器は、無線周波信号を供給する手段、小電力信号経路、および大電力信号経路を含む。ここで、その小電力信号経路は、無線周波信号を増幅する第１の無線周波増幅器、および第１の出力に向う無線周波信号の小電力信号経路の通過を制御する第１の制御スイッチとを有し、さらにその大電力信号経路は、無線周波信号を増幅する第２の無線周波増幅器および第２の出力に向かう無線周波信号の大電力信号経路の通過を制御する第２の制御スイッチを有する。また、この無線周波電力増幅器はバイアス論理手段を含む。このバイアス論理手段は、（ａ）送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、無線周波信号の小電力信号経路の通過を許可するように、また前記送受話器が基地局から所定距離の外にある時には、無線周波信号の小電力信号経路の通過を防げるように、第１の制御スイッチを制御し、（ｂ）送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、無線周波信号を増幅するように、また送受話器が基地局から所定距離の外にある時には、第１の無線周波増幅器による無線周波信号の増幅を防げるように、第１の無線周波増幅器をバイアスし、（ｃ）送受話器が基地局から所定距離の外にある時には、無線周波信号の大電力信号経路の通過を許可するように、また送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、無線周波信号の大電力信号経路の通過を妨げるように、第２の制御スイッチを制御し、さらに（ｄ）送受話器が基地局から所定距離の外にある時には、無線周波信号を増幅するように、また送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、第２の無線周波増幅器による無線周波信号の増幅を防げるように、第２の無線周波増幅器をバイアスする。この無線周波電力増幅器はさらに第１の出力と第２の出力を互いに結合する手段を含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明に従って構成された、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の無線周波電力増幅器は、無線周波信号を供給する手段を含む。そのような手段は端子１０を含み、図１に示されないオーディオ供給源および変調器から無線周波信号がこの端子１０に伝えられる。
【０００９】
本発明に従って構成された無線周波増幅器は、さらに、小電力信号経路１２および第１の制御スイッチ１６を含む。ここで小電力信号経路１２は、無線周波信号を増幅する従来設計の第１の無線周波電力増幅器１４を有し、第１の制御スイッチ１６は、従来設計によるものであり、第１の出力に向かう、すなわち第１の無線周波電力増幅器１４の出力に向かう無線周波信号の小電力信号経路の通過を制御する。図１に示す本発明の実施形態では、制御スイッチ１６は直列スイッチである。
【００１０】
本発明に従って構成された無線周波増幅器は、さらに、大電力信号経路１８および第２の制御スイッチ２２を含む。ここで、大電力信号経路１８は無線周波信号を増幅する従来設計の第２の無線周波電力増幅器２０を有し、第２の制御スイッチ２２は、従来の設計によるものであり、第２の出力に向かう、すなわち、第２の無線周波電力増幅器２０の出力に向かう無線周波信号の大電力信号経路の通過を制御する。図１に示す本発明の実施形態では、制御スイッチ２２は分路スイッチである。
【００１１】
図１に示す本発明の実施形態に関して、大電力信号経路１８は、第２の無線周波電力増幅器２０の上流に従来設計の励振無線周波増幅器２４も含む。励振無線周波増幅器２４は、大電力信号経路１８に含まれて、要求されるより高い利得に対応し、増幅された無線周波信号を第２の無線周波増幅器２０に供給している。大電力信号経路１８内の第２の制御スイッチ２２は、第２の無線周波電力増幅器２０と励振無線周波増幅器２４の間に配置されている。このように、大電力信号経路１８は、増幅段を２段有する。これに対して、小電力信号経路１２は増幅段を１段だけ持つ。
【００１２】
また、本発明に従って構成された無線周波増幅器は、第１の制御スイッチ１６を制御し、第１の無線周波電力増幅器１４をバイアスし、第２の制御スイッチ２２を制御し、さらに第２の無線周波電力増幅器２０をバイアスするためのバイアス論理手段２６を含む。具体的には、バイアス論理手段２６は、従来設計技術を使用して次のように構成される。
（１）第１の制御スイッチ１６を制御して、無線周波信号の小電力信号経路１２の通過を許可するか、または無線周波信号の小電力信号経路１２の通過を妨げるかいずれかにし、
（２）第１の無線周波電力増幅器１４をバイアスして、無線周波信号を増幅するか、または第１の無線周波電力増幅器１４が無線周波信号を増幅しないようにするかいずれかにし、
（３）第２の制御スイッチ２２を制御して、無線周波信号の大電力信号経路１８の通過を許可するか、または無線周波信号の大電力信号経路１８の通過を妨げるかいずれかにし、
（４）第２の無線周波電力増幅器２０をバイアスして、無線周波信号を増幅するか、または第２の無線周波電力増幅器２０が無線周波信号を増幅しないようにするかいずれかにする。
【００１３】
ＣＤＭＡ動作では、セル内の基地局で受信される送受話器からの信号が同じ電力レベルであることが必要である。本発明によれば、バイアス論理手段２６は、小電力信号経路１２か大電力信号経路１８かいずれかを選択するように制御して、基地局で受信される送受話器からの信号が確実に必要な電力レベルになるようする。この選択は送受話器とバイアス論理手段２６とによって行われる。ここで送受話器は、基地局が必要な電力レベルで送受話器からの信号を受信しているどうかを、基地局からの信号を受信することで感知し、バイアス論理手段２６は、端子２８に加えられた制御信号に応答して、必要な電力レベルで送受話器から基地局に信号を送信するように、必要に応じ小電力信号経路１２と大電力信号経路１６を切り換える。
【００１４】
小電力信号経路１２を動作させるために、第１の制御スイッチ１６、すなわち小電力信号経路内の直列スイッチが、バイアス論理手段２６によって入れられて、無線周波信号が第１の無線周波電力増幅器１４に進むことができるようになる。同時に、バイアス論理手段２６は、第１の無線周波電力増幅器１４にバイアスを加えて第１の無線周波電力増幅器が無線周波信号を増幅することができるようにする。一方では大電力信号経路１８を動作させないために、さらに第２の無線周波電力増幅器２０が電力を消費しないことで節電するために、バイアス論理手段２６は、第２の制御スイッチ２２、すなわち大電力信号経路１８内の分路スイッチを入れて、第２の無線周波電力増幅器を接地に接続し無線周波信号が第２の無線周波電力増幅器に伝わらないようにする。同時に、バイアス論理手段２６は、第２の無線周波電力増幅器２０および励振無線周波増幅器２４からバイアスを切って、第２の無線周波電力増幅器が無線周波信号を増幅しないようにし、さらに励振無線周波増幅器が無線周波信号を増幅しないようにする。
【００１５】
大電力信号経路１８を動作させるために、バイアス論理手段２６は、第２の制御スイッチ２２、すなわち大電力信号経路内の分路スイッチを切って、第２の無線周波電力増幅器２０を接地から切り離し無線周波信号が第２の無線周波増幅器に伝わるようにする。同時に、バイアス論理手段２６は、第２の無線周波電力増幅器２０および励振無線周波増幅器２４にバイアスを接続して第２の無線周波電力増幅器が無線周波信号を増幅することができるようにし、さらに励振無線周波増幅器が無線周波信号を増幅することができるようにする。一方で、小電力信号経路１２を動作させないために、さらに第１の無線周波電力増幅器１４が電力を消費しないことで節電するために、バイアス論理手段２６は、第１の制御スイッチ１６、すなわち小電力信号経路内の直列スイッチを切って、無線周波信号が第１の無線周波電力増幅器に伝わらないようにする。同時に、バイアス論理手段２６は、第１の無線周波電力増幅器１４からバイアスを切って、第１の無線周波電力増幅器が無線周波信号を増幅しないようにする。
【００１６】
本発明に従って構成された無線周波電力増幅器は、さらに、第１の出力すなわち第１の無線周波電力増幅器１４の出力と第２の出力すなわち第２の無線周波電力増幅器２０の出力とを結合する手段を含む。２つの無線周波電力増幅器１４および２０の出力が端子３０で結合され、その端子３０から、無線周波電力増幅器からの信号が、図１に示されないアンテナに伝えられる。ＣＤＭＡの用度では、アンテナでのインピーダンス不整合による反射電力から無線周波電力増幅器を保護するために、サーキュレータまたはアイソレータが、どちらも図１に示されないが、一般に無線周波電力増幅器とアンテナの間に配置される。
【００１７】
図１のブロック図に従って構成された無線周波増幅器の実施での修正によって、２７ｄＢｍの性能と１３ｄＢｍの性能の間の調整が影響を受ける。図２の概略図を参照して、「モード１」と示した上半分は、図１の無線周波増幅器の大電力信号経路１８に対応し、「モード２」と示した下半分は、図１の無線周波増幅器の小電力信号経路１２に対応する。３個の集積インダクタ３２、３４および３６を通して、それぞれ３個の無線周波増幅トランジスタＱ１、Ｑ２およびＱ３（それぞれ、図１の参照数字２４、２０および１４に対応する）にバイアスが加えられる。
【００１８】
モード１（大電力信号経路１８）の動作に関して、抵抗器３８およびコンデンサ４０によるＲＣ分路帰還が安定性を保証するために使用される。直列のＣ素子および分路のＬ素子、すなわちコンデンサ４２およびインダクタ３４が段間の整合をとるために使用される。
【００１９】
モード２（小電力信号経路１２）の動作に関して、図１のスイッチ１６に対応する直列ＮＦＥＴ制御スイッチ４４で、入力無線周波信号は直流阻止コンデンサ４６に結合される。寄生インダクタ４８、コンデンサ５０およびインダクタ３６で構成される追加の同調手段は、小電力信号経路内のインピーダンス整合を設定する働きをする。
【００２０】
小電力性能を優先する場合は、図示のように、分路コンデンサ５２と５４および直列インダクタ５６を小電力信号経路と大電力信号経路の間に追加する。これによって、小電力信号経路基準レベルから大電力信号経路の基準レベルへの適切なインピーダンス変換が保証される。ここで、大電力信号経路は、動作中に、基板上でその大電力信号経路の基準レベルに整合されている。しかし、この段間整合を除去し、さらにＯＦＦ電力信号経路を直接的に結合する場合に、大電力信号経路のより高い性能を達成することができる。
【００２１】
第１の無線周波電力増幅器１４の出力側ではなくて、第１の無線周波電力増幅器１４の入力側に小電力信号経路制御スイッチ１６（図２の参照数字４４）を置くことが重要である。その理由は、そうでないと、０．５μｍＣＭＯＳ（３．６Ｖ）の一般的な電圧許容値は、例えば８ボルトまたはそのようなオーダの電圧の振れ（最大電源およびサーキュレータで緩衝された最高ＶＳＷＲの下で）に関して問題があるからである。同様に、大電力信号経路の制御スイッチ２２（図２の参照数字５８）を、第２の無線周波電力増幅器２０の出力側ではなくて第２の無線周波電力増幅器２０の入力側に置くことで、同様の問題が回避され、同様な恩恵が得られる。
【００２２】
さらに、スイッチが大電力レベルではなくて小電力レベルで動作している時に、スイッチの全電力損失はかなり減少する。２つの信号経路を別々にすることで、遮断周波数がより高くかつ降伏電圧がより低いトランジスタを大電力信号経路の入力段に使用することが可能になり、また好ましい。これによって、電圧許容値の問題のないあのモードでより優れた効率対直線性が可能になる。しかし、電池の４．５ボルトでそのデバイスは損傷するので、これには単独の３ボルト電源が必要である。
【００２３】
最後に、留意すべきことであるが、第２の無線周波電力増幅器２０が使用されないで接地に短絡される時、使用されているトランジスタ（すなわち、第１の無線周波電力信号経路のトランジスタ）の直線性は改善される。その理由は、非直線性のコンデンサ負荷ではなくて純粋な短絡だからである。
【００２４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２５】
（１）無線通信システムの電池式送受話器ユニット用無線周波電力増幅器であって、
無線周波信号を供給するための手段と、
小電力信号経路と、ここで前記小電力信号経路が、
（ａ）前記無線周波信号を増幅するための第１の無線周波電力増幅器、および、
（ｂ）第１の出力に向かう前記無線周波信号の前記小電力信号経路の通過を制御するための第１の制御スイッチを有し、
大電力信号経路と、ここで前記大電力信号経路が、
（ａ）前記無線周波信号を増幅するための第２の無線周波電力増幅器、および、
（ｂ）第２の出力に向かう前記無線周波信号の前記大電力信号経路の通過を制御するための第２の制御スイッチを有し、
バイアス論理手段とを備え、ここで前記バイアス論理手段が、
（ａ）前記送受話器が基地局から所定距離以内にある時には、前記無線周波信号の前記小電力信号経路の通過を許可するように、また前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記無線周波信号の前記小電力信号経路の通過を妨げるように、前記第１の制御スイッチを制御し、
（ｂ）前記送受話器が前記基地局から前記所定距離以内にある時には、前記無線周波信号を増幅するように、また前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記第１の無線周波電力増幅器による前記無線周波信号の増幅を妨げるように、前記第１の無線周波電力増幅器をバイアスし、
（ｃ）前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記無線周波信号の前記大電力信号経路の通過を許可するように、また前記送受話器が前記基地局から前記所定距離以内にある時には、前記無線周波信号の前記大電力信号経路の通過を妨げるように、前記第２の制御スイッチを制御し、さらに、
（ｄ）前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記無線周波信号を増幅するように、また前記送受話器が前記基地局から前記所定距離以内にある時には、前記第２の無線周波電力増幅器による前記無線周波信号の増幅を妨げるように、前記第２の無線周波電力増幅器をバイアスする無線周波電力増幅器。
（２）前記大電力信号経路が、前記第２の無線周波電力増幅器の上流に、前記無線周波信号を増幅するための第３の無線周波増幅器を有する上記（１）に記載の無線周波電力増幅器。
（３）前記大電力信号経路内の前記第２の制御スイッチが、前記第２の無線周波電力増幅器と前記第３の無線周波増幅器との間に配置されている上記（２）に記載の無線周波電力増幅器。
（４）上記（１）に記載の無線周波電力増幅器であって、
（ａ）前記小電力信号経路内の前記第１の制御スイッチは、前記送受話器が前記基地局から前記所定距離以内にある時には、前記無線周波信号が前記第１の無線周波電力増幅器に進むことができるように、前記バイアス論理手段によって入れられ、
（ｂ）前記大電力信号経路内の前記第２の制御スイッチは、前記送受話器が前記基地局から前記所定距離以内にある時には、前記第２の無線周波電力増幅器を接地に接続し前記無線周波信号が前記第２の無線周波電力増幅器に進まないように、前記バイアス論理手段で入れられ、
（ｃ）前記大電力信号経路内の前記第２の制御スイッチは、前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記第２の無線周波電力増幅器を接地から切り離し前記無線周波信号が前記第２の無線周波電力増幅器に進むことができるように、前記バイアス論理手段で切られ、さらに、
（ｄ）前記小電力信号経路内の前記第１の制御スイッチは、前記送受話器が前記基地局から前記所定距離の外にある時には、前記無線周波信号が前記第１の無線周波電力増幅器に進まないように、前記バイアス論理手段で切られる無線周波電力増幅器。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の無線周波電力増幅器のブロック図である。
【図２】本発明に従って構成された、無線通信システムの電池式送受話器ユニット用の無線周波電力増幅器の増幅器部分とスイッチ部分の概略図である。
【符号の説明】
１０  入力端子
１２  小電力信号経路
１４  第１の無線周波電力増幅器
１６  第１の制御スイッチ
１８  大電力信号経路
２０  第２の無線周波電力増幅器
２２  制御スイッチ
２４  励振無線周波増幅器
２６  バイアス論理手段
２８  端子（バイアス論理手段が加えられる）
３０  出力端子
３２  集積インダクタ
３４  集積インダクタ
３６  集積インダクタ
３８  抵抗器
４０  コンデンサ
４４  小電力信号経路制御スイッチ
４６  直流阻止コンデンサ
４８  寄生インダクタ
５０  コンデンサ
５２  分路コンデンサ
５４  直列インダクタ
５８  大電力信号経路の制御スイッチ
【図１】
0004024010.tif 000002
【図２】
0004024010.tif 000003