(57)【要約】【課題】送信機が送信しうる送信波の帯域が広帯域の場合でも、送信電力制御のための回路構成を小さくする。【解決手段】前置増幅器６および電力増幅器７は送信信号を増幅し、利得が可変である。方向性結合器８は、電力増幅器７から出力された送信電力の一部を検出信号として取り出す。周波数変換器１０１および１０２は、方向性結合器８で取り出された検出信号に、送信信号およびπ／２移相器１０７で位相シフトした基準信号をそれぞれ混合して差の周波数の信号を生成する。低域フィルタ１０３および１０４はそれぞれ、周波数変換器１０１および１０２の出力から、送信信号の帯域の下限の周波数以上の周波数成分を抑圧する。検波部１０５および１０６は、低域フィルタ１０３および１０４の出力を検波して検波電圧を得る。制御部１１は、検波電圧に基づいて、電力増幅器７から出力される送信電力を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を増幅する利得が可変の可変増幅器と、
前記可変増幅器から出力された送信電力の一部を検出信号として取り出す方向性結合器と、
前記送信信号の周波数から一定数を加減算した周波数の基準信号を生成する信号生成部と、
前記方向性結合器で取り出された検出信号に、前記信号生成部で生成した基準信号を混合して差の周波数の信号を生成する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力から、前記送信信号の帯域の下限の周波数に前記一定数を加えた周波数以上の高調波成分を抑圧する低域フィルタと、
前記低域フィルタの出力を検波して検波電圧を得る検波部と、
前記検波電圧に基づいて、前記可変増幅器から出力される送信電力を制御する制御部と、
を備える送信電力制御装置。
【請求項２】
前記信号生成部は、前記送信信号の周波数と同じ周波数の基準信号を生成する、請求項１に記載の送信電力制御装置。
【請求項３】
前記周波数変換部は、前記基準信号の位相をπ／２移相した移相信号を生成する移相器を含み、前記検出信号を２つに分波した一方に前記基準信号を混合して同相信号を、前記分波した他方に前記移相信号を混合して直交信号を生成し、
前記低域フィルタは前記同相信号と前記直交信号からそれぞれ前記送信信号の帯域の下限の周波数に前記一定数を加えた周波数以上の高調波成分を抑圧し、
前記検波部は前記高調波成分が抑圧された前記同相信号から同相成分の検波電圧を、前記高調波成分が抑圧された前記直交信号から直交成分の検波電圧を得、
前記制御部は、前記同相成分と前記直交成分の検波電圧に基づいて、前記可変増幅器から出力される送信電力を制御する、
請求項１または２に記載の送信電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線送信機の送信電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信装置の送信機は、他の通信機器への影響を抑えるために送信電力のレベルを電波法により規定値内に抑える必要がある。このため送信電力レベルをモニタし、そのレベルに応じて送信部の出力段の電力増幅器のゲインコントロールを行う機能（ＡＬＣ）が設けられている。電力増幅器は消費電力が大きく、効率よく運用するために入出力特性が非線形となる飽和領域で使用されるので高調波歪が発生する。送信電力レベルをモニタするために検波器が用いられているが、電力増幅器で発生する高調波成分を含む信号を検出する場合、波形歪によって信号の包絡線成分が変動する。このため検波回路の前または後に低域フィルタを用いて信号の高調波成分を除去することが必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１の送信電力制御装置は、方向性結合器により取り出された送信電力を整流ダイオードで検波して検波電圧を得て、低域フィルタで検波電圧の変動を平均化する。そして、低域フィルタで平均化された検波電圧をディジタル処理した結果に基づいて可変増幅器から出力される送信電力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８５０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高調波成分を含む信号をそのまま検波すると高調波成分による波形歪のために、基本波成分のみの信号と比較して検波電圧が変動する。特許文献１の送信電力制御装置では、検波回路の前に低域フィルタを使用して高調波成分を除去した信号を検波する。しかし送信信号が広帯域の場合には、広帯域に亘って変化する送信信号を検波する必要がある。広帯域に亘って基本波のみを抽出するには、変動する帯域幅に適応できるように、送信帯域を複数の帯域に分割し、分割した帯域ごとに適合する低域フィルタを用意して帯域に応じて低域フィルタを切り替えたり、帯域可変フィルタを用いて適用帯域を変化させたりする必要がある。そのため、広帯域では送信電力制御装置の回路構成が大きくなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、送信機が送信しうる送信波の帯域が広帯域の場合でも、送信電力制御のための回路構成を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の送信電力制御装置は、送信信号を増幅する利得が可変の可変増幅器と、可変増幅器から出力された送信電力の一部を検出信号として取り出す方向性結合器と、送信信号の周波数から一定数を加減算した周波数の基準信号を生成する信号生成部と、方向性結合器で取り出された検出信号に、信号生成部で生成した基準信号を混合して差の周波数の信号を生成する周波数変換部と、周波数変換部の出力から、送信信号の帯域の下限の周波数に一定数を加えた周波数以上の周波数成分を抑圧する低域フィルタと、低域フィルタの出力を検波して検波電圧を得る検波部と、検波電圧に基づいて、可変増幅器から出力される送信電力を制御する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高調波成分を含む出力信号から基本波の検波信号を検出する際、低域フィルタの遮断周波数より小さくなるように出力信号を周波数変換することにより、１種類の低域フィルタで高調波成分を抑圧できる。複数の帯域に分割した複数の低域フィルタまたは帯域可変フィルタを用いる必要がなく、回路構成を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る送信機の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る送信電力制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３Ａ】周波数変換する前の送信電力の周波数成分を示す図である。
【図３Ｂ】周波数変換する前の送信電力の周波数成分を示す図である。
【図４Ａ】高調波成分を含まない信号の波形図である。
【図４Ｂ】高調波成分を含む信号の波形図である。
【図５Ａ】実施の形態１に係る基本波が１０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。
【図５Ｂ】実施の形態１に係る基本波が２０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る送信電力制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図７Ａ】実施の形態２に係る基本波が１０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。
【図７Ｂ】実施の形態２に係る基本波が２０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１に係る送信機の構成例を示すブロック図である。ディジタル変調されたベースバンド信号がＤ−Ａ変換器１に入力される。Ｄ−Ａ変換器１に入力された信号は、Ｄ−Ａ変換器１でアナログのＩＦ信号に変換され、ＩＦ増幅器２、周波数変換器４、帯域フィルタ５、前置増幅器６、電力増幅器７および方向性結合器８を経由して、空中線９から放射される。前置増幅器６は利得が可変であり、前置増幅器６と電力増幅器７とで、可変増幅器を構成する。前置増幅器６、電力増幅器７および方向性結合器８は、送信電力制御装置２０の一部を構成する。
【００１１】
送信電力制御装置２０は、電力増幅器７から出力された送信電力の一部を取り出し、高調波成分を抑圧して検波し、検波電圧に基づいて、電力増幅器７から出力される送信電力を制御する。送信電力制御装置２０は、前置増幅器６、電力増幅器７および方向性結合器８の他に、検波回路１０および制御部１１を備える。以下、図１の送信機の動作を説明する。
【００１２】
Ｄ−Ａ変換器１には、ディジタル変調されたベースバンド信号が入力される。Ｄ−Ａ変換器１は入力された信号をアナログのＩＦ信号に変換して出力する。ＩＦ増幅器２は、ＩＦ信号を所望の信号レベルまで増幅し、周波数変換器４は、局部発振器３が生成する局部発振信号で送信周波数に周波数変換する。帯域フィルタ５は、周波数変換された信号を波形整形する。前置増幅器６は、波形成形された送信信号を励振増幅し、電力増幅器７で送信電力まで増幅する。電力増幅器７の出力は方向性結合器８を通り空中線９から空間に放射される。
【００１３】
電力増幅器７から出力される送信電力は、電力増幅器７で発生した高調波成分を含んでいる。そのため、検波回路１０は、方向性結合器８で取り出した送信電力の一部から高調波成分を抑圧して検波し、検波電圧を制御部１１に送る。検波回路１０で検波するには、ダイオードを用いたアナログ検波回路を用いる方法や、中間周波数（ＩＦ）に変換した信号を直接Ａ−ＤコンバータでＡ−Ｄ変換し、ディジタル信号上で低域フィルタおよび検波回路の機能を実現し検出する方法がある。
【００１４】
制御部１１は、検波電圧に基づいて、電力増幅器７から出力される送信電力が規定の値になるように、すなわち、検波電圧が規定の値になるように、前置増幅器６の利得を制御する。制御部１１は、前置増幅器６の利得を調節することにより、送信電力を制御することができる。
【００１５】
図２は、実施の形態１に係る送信電力制御装置の構成例を示すブロック図である。検波回路１０は、周波数変換器１０１および１０２、低域フィルタ１０３および１０４、検波部１０５および１０６、ならびに、π／２移相器１０７を含む。
【００１６】
帯域フィルタ５（図１参照）で波形成形された送信信号は、前置増幅器６および電力増幅器７で電力増幅される。増幅された送信電力は、方向性結合器８を通り空中線９から空間に放射される。方向性結合器８は、送信電力の一部を取り出して、周波数変換器１０１および１０２に入力する。周波数変換器１０１には、基準信号として送信信号が供給される。π／２移相器１０７は、送信信号の位相を９０°（π／２）移相して周波数変換器１０２に供給する。前置増幅器６の入力側から送信信号を分岐し、周波数変換器１０１および１０２に基準信号として供給する回路は、基準信号を生成する信号生成部である。
【００１７】
周波数変換器１０１は、送信信号の周波数で周波数変換し、差の周波数の同相信号を出力する。周波数変換器１０２は、９０°位相がずれた送信信号で周波数変換し、同じ差の周波数の９０°位相がずれた直交信号を出力する。同相信号と直交信号はいずれも、送信信号の周波数でダウンコンバートされているので、基本波は直流成分である。しかし、同相信号と直交信号にはそれぞれ、電力増幅器７で発生した高調波も周波数変換されて含まれている。
【００１８】
周波数変換器１０１から出力される同相信号は、低域フィルタ１０３に入力され、周波数変換器１０２から出力される直交信号は、低域フィルタ１０４に入力される。低域フィルタ１０３および１０４はそれぞれ、送信信号の帯域の下限の周波数以上の高調波成分を抑圧し、検波部１０５および１０６にそれぞれ入力する。
【００１９】
図３は、周波数変換する前の送信電力の周波数成分を示す図である。図３Ａは、送信信号の搬送波周波数（基本波周波数）が１０ＭＨｚの場合を示す。図３Ｂは、送信信号の搬送波周波数（基本波周波数）が２０ＭＨｚの場合を示す。図３Ａおよび図３Ｂは、電力増幅器７で発生する４倍高調波まで含む例を示す。
【００２０】
電力増幅器７の出力である送信電力Ｓ１が４倍高調波まで含む場合、送信電力Ｓ１は位相を無視して以下の式で表される。
Ｓ１＝Ａ１cos（ωｔ）＋Ａ２cos（２ωｔ）＋Ａ３cos（３ωｔ）＋Ａ４cos（４ωｔ）
右辺のＡ１cos（ωｔ）は基本波成分、Ａ２cos（２ωｔ）は２倍高調波成分、Ａ３cos（３ωｔ）は３倍高調波成分、Ａ４cos（４ωｔ）４倍高調波成分を表す。Ａ１〜Ａ４はそれぞれの振幅、ωは角周波数であり、ω＝２πｆ（ｆは周波数）である。例として周波数ｆを１０ＭＨｚとした場合と２倍の２０ＭＨｚにした場合を示す。図３Ａは基本波周波数が１０ＭＨｚの信号であり、破線で示される通過帯域特性を有する低域フィルタで２０ＭＨｚ以上の高調波成分を抑圧する必要がある。図３Ｂは基本波周波数が２０ＭＨｚの信号であり、４０ＭＨｚ以上の高調波成分を抑圧することが必要である。図３Ａと図３Ｂからわかるように、それぞれ必要な低域フィルタのカットオフ周波数が異なり、低域フィルタを共通にすることはできない。
【００２１】
図４Ａは、高調波成分を含まない信号の波形図である。図４Ｂは、高調波成分を含む信号の波形図である。図４Ｂは、上述の送信電力Ｓ１の式で、Ａ１＝３、Ａ２＝１、Ａ３＝０．８、Ａ４＝０．５の場合を示す。図４Ａは、Ａ１cos（ωｔ）でＡ１＝３の場合である。正確には、いずれもπ／２位相がずれた正弦波（sin）で表されているが、波形は余弦波（cos）と同じである。図４Ｂに示されるように、高調波成分を含む信号では信号の最大値が増加しているため、検波回路で検波した場合、高調波を含まない場合よりも検波値が大きくなる。検波値に誤差が生じることにより、送信電力偏差や送信制御の許容誤差を越えることが発生する。送信電力をそのまま検波する場合、周波数帯域が広いと、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、基本周波数の変化に応じてフィルタが複数必要となるため、検波回路の構成が大きくなる。
【００２２】
図５Ａは、実施の形態１に係る基本波が１０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。図５Ｂは、実施の形態１に係る基本波が２０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。いずれも、電力増幅器７で発生する４倍高調波まで含む例を示す。図５Ａは、送信信号の基本波周波数が１０ＭＨｚの信号であり、図３Ａに示される送信電力を周波数変換した例を示す。図５Ｂは、送信信号の基本波周波数が２０ＭＨｚの信号であり、図３Ｂに示される送信電力を周波数変換した例を示す。
【００２３】
いずれの場合も、図２の周波数変換器１０１および１０２によって、送信信号の周波数で周波数変換されるので、基本波の周波数は直流になる。図５Ａでは、図３Ａに示される高調波を含む基本周波数１０ＭＨｚの信号は、基本周波数の１０ＭＨｚの局部発振信号で混合すると差分周波数の直流に変換される。そして、２倍高調波成分の２０ＭＨｚの信号波は１０ＭＨｚに、３０ＭＨｚの信号波は２０ＭＨｚに、４０ＭＨｚの信号波は３０ＭＨｚにそれぞれ変換される。そこで、低域フィルタ１０３および１０４を、図５Ａの破線に示されるように少なくとも１０ＭＨｚ以上の周波数を抑圧する設定にすれば、高調波成分を抑圧することができる。
【００２４】
図５Ｂでは、図３Ｂに示される高調波を含む基本周波数２０ＭＨｚの信号は、基本周波数の２０ＭＨｚの局部発振信号で混合すると差分周波数の直流に変換される。そして、２倍高調波成分の４０ＭＨｚの信号波は２０ＭＨｚに、６０ＭＨｚの信号波は４０ＭＨｚに、８０ＭＨｚの信号波は６０ＭＨｚにそれぞれ変換される。そこで、低域フィルタ１０３および１０４として、図５Ａの場合と同じ１０ＭＨｚ以上の周波数を抑圧する設定を用いて、高調波成分を抑圧することができる。したがって、高調波成分を含む送信電力の信号を、送信信号の周波数で周波数変換すれば、送信信号の帯域の下限の周波数で発生する高調波成分を抑圧する低域フィルタ１０３および１０４を用いることで、送信信号の全帯域で高調波成分を抑圧することが可能となる。
【００２５】
送信信号の帯域の下限の周波数で発生する２倍高調波成分の周波数を、その送信信号の周波数すなわち帯域の下限の周波数で周波数変換すれば、下限の周波数になる。よって、送信信号の周波数で周波数変換したのち、送信信号の下限の周波数以上の周波数成分を抑圧する低域フィルタを用いて、送信信号の帯域のすべての周波数について、高調波成分を抑圧することができる。
【００２６】
低域フィルタ１０３および１０４を、以上のように設定しているので、送信信号の帯域のすべての周波数について、高調波成分は抑圧される。したがって、検波部１０５および１０６から出力される検波電圧は、高調波成分を含まない基本波のみの分になる。制御部１１は、その検波電圧に基づいて、前置増幅器６の利得を調節するので、送信電力を規定の値に近づけることができる。
【００２７】
実施の形態１の送信電力制御装置２０によれば、高調波成分を含む出力信号から基本波の検波信号を検出する際、低域フィルタの遮断周波数より小さくなるように出力信号を周波数変換することにより、１種類の低域フィルタで高調波成分を抑圧できる。複数の帯域に分割した複数の低域フィルタまたは帯域可変フィルタを用いる必要がなく、回路構成を小さくできる。
【００２８】
実施の形態１では、周波数変換器１０１および１０２は、送信信号を用いて周波数変換している。周波数変換器１０１および１０２では、送信信号と同じ周波数の基準信号を用いればよいので、送信信号でなくてもよい。例えば、Ｄ−Ａ変換器１と同じ回路を用いて、中間周波数の正弦波を生成し、局部発振器３が生成する局部発振信号で送信周波数に周波数変換した信号を基準信号として用いることができる。また、実施の形態１では、同相信号と直交信号を用いて検波する場合を例に説明したが、検波に直交信号を用いない場合は、π／２移相器１０７と周波数変換器１０２は不要である。
【００２９】
実施の形態２
図６は、この発明の実施の形態２に係る送信電力制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態１では、送信信号を用いて送信電力を周波数変換していたが、実施の形態２では、送信信号の周波数から一定数を減じた周波数の基準信号を生成する。図６に示す実施の形態２の送信電力制御装置２０では、周波数変換器１０１および１０２に供給する基準信号が送信信号ではなく、局部発振器１０８が生成する正弦波である。局部発振器１０８は、送信信号の周波数から一定数αを減じたまたは一定数αを加えた周波数ｆαの基準信号を生成する。一定数は０以上であれば制限はない。一定数αを０とすれば、局部発振器１０８が生成する基準信号の周波数ｆαは送信信号の周波数と同じであり、実施の形態１と同じである。その他の構成は、図２の実施の形態１と同じである。局部発振器１０８およびπ／２移相器１０７は、基準信号を生成する信号生成部を構成する。
【００３０】
周波数変換器１０１は、送信電力の一部を分波した一方を、送信信号の周波数から一定数を減じた周波数ｆαの基準信号で周波数変換し、差の周波数αの同相信号を出力する。周波数変換器１０２は、送信信号の周波数から一定数αを減じた周波数ｆαの基準信号を９０°（π／２）位相をずらした信号で、送信電力の一部を分波した他方を周波数変換し、同じ差の周波数の９０°位相がずれた直交信号を出力する。同相信号と直交信号はいずれも、送信信号から一定数αを加減算した周波数ｆαでダウンコンバートされているので、基本波は一定数αの周波数に変換されている。しかし、同相信号と直交信号にはそれぞれ、電力増幅器７で発生した高調波も周波数変換されて含まれている。
【００３１】
周波数変換器１０１から出力される同相信号は、低域フィルタ１０３に入力され、周波数変換器１０２から出力される直交信号は、低域フィルタ１０４に入力される。低域フィルタ１０３および１０４はそれぞれ、送信信号の帯域の下限の周波数に一定数αを加えた周波数以上の高調波成分を抑圧し、検波部１０５および１０６にそれぞれ入力する。
【００３２】
図７Ａは、実施の形態２に係る基本波が１０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。図７Ｂは、実施の形態２に係る基本波が２０ＭＨｚの場合の周波数変換後の周波数成分を示す図である。いずれも、電力増幅器７で発生する４倍高調波まで含む例を示す。図７Ａは、送信信号の基本波周波数が１０ＭＨｚの信号であり、図３Ａに示される送信電力を周波数変換した例を示す。図７Ｂは、送信信号の基本波周波数が２０ＭＨｚの信号であり、図３Ｂに示される送信電力を周波数変換した例を示す。
【００３３】
いずれの場合も、図６の周波数変換器１０１および１０２によって、送信信号の周波数から一定数αを加減算した周波数で周波数変換されるので、基本波の周波数は送信信号の周波数と局部発振器１０８の基準信号の周波数の差の周波数であるαになる。図７Ａでは、２倍高調波成分の２０ＭＨｚの信号波は１０ＭＨｚ＋α、３０ＭＨｚの信号波は２０ＭＨｚ＋α、４０ＭＨｚの信号波は３０ＭＨｚ＋αの周波数にそれぞれ変換される。そこで、低域フィルタ１０３および１０４を、図７Ａの破線に示されるように少なくとも１０ＭＨｚ＋α以上の周波数を抑圧する設定にすれば、高調波成分を抑圧することができる。
【００３４】
図７Ｂでは、２倍高調波成分の４０ＭＨｚの信号波は２０ＭＨｚ＋α、６０ＭＨｚの信号波は４０ＭＨｚ＋α、８０ＭＨｚの信号波は６０ＭＨｚ＋αにそれぞれ変換される。そこで、低域フィルタ１０３および１０４として、図７Ａの場合と同じ１０ＭＨｚ＋α以上の周波数を抑圧する設定を用いて、高調波成分を抑圧することができる。したがって、高調波成分を含む送信電力の信号を、送信信号の周波数から一定数αを加減算した周波数ｆαで周波数変換すれば、送信信号の帯域の下限の周波数で発生する高調波成分を抑圧する低域フィルタ１０３および１０４を用いることで、送信信号の全帯域で高調波成分を抑圧することが可能である。
【００３５】
局部発振器１０８、ならびに、低域フィルタ１０３および１０４を、以上のように設定しているので、送信信号の帯域のすべての周波数について、高調波成分は抑圧される。したがって、検波部１０５および１０６から出力される検波電圧は、高調波成分を含まない基本波のみの分になる。制御部１１は、その検波電圧に基づいて、前置増幅器６の利得を調節するので、送信電力を規定の値に近づけることができる。
【００３６】
実施の形態２の送信電力制御装置２０によれば、高調波成分を含む出力信号から基本波の検波信号を検出する際、低域フィルタの遮断周波数より小さくなるように出力信号を周波数変換することにより、１種類の低域フィルタで高調波成分を抑圧できる。複数の帯域に分割した複数の低域フィルタまたは帯域可変フィルタを用いる必要がなく、回路構成を小さくできる。
【００３７】
実施の形態２では、基準信号を生成するのに局部発振器１０８を用いる例を説明した。基準信号を生成するのは局部発振器１０８に限られない。例えば、中間周波数が一定とみなせれば、図１の局部発振器３で生成する周波数を基準信号として、用いることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  Ｄ−Ａ変換器、２  ＩＦ増幅器、３  局部発振器、４  周波数変換器、５  帯域フィルタ、６  前置増幅器、７  電力増幅器、８  方向性結合器、９  空中線、１０  検波回路、１１  制御部、２０  送信電力制御装置、１０１，１０２  周波数変換器、１０３，１０４  低域フィルタ、１０５，１０６  検波部、１０７  π／２移相器、１０８  局部発振器。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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