(57)【要約】【課題】入力インピーダンス整合が劣化しても、送信周波数に依存することなく、送信電力効率を改善することができる無線送信装置および無線送信システムを提供する。【解決手段】本発明による無線送信装置は、無線周波数信号を増幅して出力する増幅器と、伝送線路を通じて前記増幅器から入力される無線周波数信号を電磁波に変換して空間に放射するアンテナ部と、前記伝送線路上に設けられ、前記アンテナ部に前記無線周波数信号の基本波を供給すると共に、前記基本波以外の周波数成分を前記無線周波数信号から分離する周波数分離部と、前記分離された周波数成分を整流する整流部と、所定の電源から得られる電力を前記増幅器の動作電源電力として供給し、前記整流部から直流電力が出力された場合、前記所定の電源から前記増幅器に供給される電力を制限すると共に前記直流電力を前記増幅器の動作電源電力として前記増幅器に供給する電源制御部と、を備える。【選択図】図１
2016012780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を増幅して出力する増幅器と、
伝送線路を通じて前記増幅器から入力される無線周波数信号を電磁波に変換して空間に放射するアンテナ部と、
前記伝送線路上に設けられ、前記アンテナ部に前記無線周波数信号の基本波を供給すると共に、前記増幅器から出力される前記無線周波数信号の基本波以外の周波数成分を前記無線周波数信号から分離して分岐線に出力する周波数分離部と、
前記周波数分離部により分離された前記基本波以外の周波数成分が前記分岐線を介して入力され、前記基本波以外の周波数成分を整流して直流電力を出力する整流部と、
所定の電源から得られる電力を前記増幅器の動作電源電力として前記増幅器に供給し、前記整流部から前記直流電力が出力された場合、前記所定の電源から前記増幅器に供給される電力を制限すると共に前記直流電力を前記増幅器の動作電源電力として前記増幅器に供給する電源制御部と、
を備えた無線送信装置。
【請求項２】
前記周波数分離部は、高調波抑圧フィルタであり、
前記増幅器の出力部には、前記高調波抑圧フィルタの入力部が接続され、
前記高調波抑圧フィルタの出力部には、前記アンテナ部が接続され、
前記増幅器の出力部には、前記分岐線を介して基本波抑圧フィルタの入力部が接続され、
前記基本波抑圧フィルタの出力部には、前記整流部の入力部が接続され、
前記整流部の出力部には、前記電源制御部が接続されたことを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
【請求項３】
前記整流部から出力された直流電力を蓄える蓄電部を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の無線送信装置。
【請求項４】
並列接続された複数の無線送信装置を備え、前記複数の無線送信装置のアンテナ部がアレー状に配列された無線送信システムであって、
前記複数の無線送信装置のそれぞれは、請求項１から３の何れか１項に記載の無線送信装置であることを特徴とする無線送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送信装置および無線送信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線送信装置の送信電力効率は、直流電源等の動作電源から無線送信装置に供給される動作電源電力のうち、実際にアンテナから空間に放射される電磁波の電力の割合により表される。送信電力効率を改善するための技術として、非特許文献１には、高効率電力増幅器構成法により、無線送信装置において最も電力を消費する電力増幅器の電力効率を向上する技術が記載されている。
【０００３】
無線送信装置の送信電力効率を改善するためには、上述の電力増幅器の電力効率を改善することのほかに、アンテナに入力される無線周波数の電力とアンテナから空間に放射される電磁波の電力との比によって表されるアンテナ放射効率を改善することも重要である。アンテナ放射効率は、アンテナの入力インピーダンス整合がとれているか否か応じて異なり、入力インピーダンス整合がとれていれば、アンテナ放射効率が高くなり、入力インピーダンス整合がとれていなければ、アンテナ放射効率が低下する。一般に、アンテナの放射導体の共振により高効率で電磁波を空間に放射するために、放射導体の物理サイズは、放射導体の共振周波数で定まる或る一定の大きさに設定され、入力インピーダンス整合がとられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】F. H. Raab, “Maximum efficiency and output of Class-F power amplifiers,”IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 49, No. 6, pp.1162-1166, June 2001.
【非特許文献２】S. Nishiki and T. Nojima, "Harmonic Reaction Amplifier - A Novel High-Efficiency and High-Power Microwave Amplifier," Microwave Symposium Digest, 1987 IEEE MTT-S International, vol.2, no., pp.963-966, May 9 1987-June 11 1987.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、携帯端末に代表されるように、無線通信装置の小型化が推し進められている。無線通信装置の小型化を実現するためには、小型集積化されたアンテナを有する無線送信装置を実現する必要がある。また、アレー化によりアンテナの利得の向上を図る場合や、アンテナの放射指向性を制御する場合にも、小型集積化されたアンテナを有する無線送信装置を実現する必要がある。
【０００６】
しかしながら、アンテナを小型化するためには放射導体の物理サイズを小さくする必要があり、放射導体の物理サイズを小さくすると、無線周波数信号の波長との関係でアンテナの入力インピーダンス整合をとることが困難になる。アンテナの入力インピーダンス整合がとれないと、無線周波数で放射導体の共振が得られなくなる。従って、アンテナの入力インピーダンス整合がとれないと、アンテナ放射効率が低下する。この結果、無線送信装置の送信電力効率が低下する。
【０００７】
更に具体的に説明する。
図５は、アンテナの放射導体の長さと入力抵抗との関係の一例を示す特性図であり、（Ａ）は、ダイポールアンテナのアンテナ長と入力抵抗との関係を示す特性図であり、（Ｂ）は、ループアンテナのループ長と入力抵抗との関係を示す特性図である。図５（Ａ）において、横軸は、ダイポールアンテナの放射導体の長さであるアンテナ長Ｌを波長λで正規化した値（Ｌ／λ）を表し、縦軸は、ダイポールアンテナの入力抵抗を表す。また、図５（Ｂ）において、横軸は、ループアンテナの放射導体の長さであるループ長Ｄを波長λで正規化した値（Ｄ／λ）を表し、縦軸は、ループアンテナの入力抵抗を表す。
【０００８】
通常、ダイポールアンテナの場合、棒状の放射導体の全長は、入力される無線周波数信号の例えば半波長に設定され、無線周波数信号の周波数で放射導体が共振する。ダイポールアンテナの入力インピーダンスは、例えば約７３オームである。
【０００９】
図５（Ａ）から理解されるように、ダイポールアンテナのアンテナ長（Ｌ／λ）を無線周波数信号の半波長より短くすると、ダイポールアンテナの入力抵抗が大幅に小さくなる傾向を示す。このため、外付けの整合回路により入力インピーダンス整合を実現することが困難になる。無線送信装置の電力増幅器の出力とダイポールアンテナの入力抵抗が整合していないと、放射導体の共振を得ることができなくなる。このため、ダイポールアンテナに効率よく電力を供給することが困難になり、アンテナ放射効率が大幅に劣化する。また、図５（Ｂ）から理解されるように、ループアンテナについても、ダイポールアンテナと同様、ループ長（Ｄ／λ）を短くすると、ループアンテナの入力抵抗が大幅に小さくなり、入力インピーダンス整合を実現することが困難になる。
【００１０】
このように、アンテナの放射導体のサイズを無線周波数信号の半波長よりも小さくしてアンテナを小型化することは、アンテナの入力インピーダンス整合を劣化させる。アンテナの入力インピーダンス整合が劣化すると、無線送信装置の電力増幅器からアンテナに供給される無線周波数信号の電力の大部分がアンテナで反射され、実際にアンテナから空間に放射される電磁波の電力が小さくなる。このため、アンテナ放射効率が低下し、無線送信装置の送信電力効率が低下する。コードレス電話機のアンテナや無線タグのように、無線伝送距離が十分に短く、アンテナ放射効率が低下しても必要とされる信号強度が得られる用途を除けば、無線周波数信号の半波長よりも大幅に小さい微小サイズの放射導体を用いることは、アンテナ放射効率および送信電力効率の観点から好ましくない。
【００１１】
また、無線送信装置の電力増幅器を構成するトランジスタ等の増幅素子の非線形特性に起因して発生する２倍波（高調波）によっても送信電力効率が劣化する場合がある。このような２倍波による送信電力効率の劣化を防止するための技術として、非特許文献２に開示された高調波整合反射型増幅器(HMRA)を用いることができる。
【００１２】
図６は、非特許文献２に開示された高調波整合反射型増幅器を電力増幅器９２０として備えた従来技術による無線送信装置の構成例を示す図である。
電力増幅器９２０は、ドライバ９２１、基本波抑圧フィルタ９２２、移相器９２３、高調波抑圧フィルタ９２４を備えている。ドライバ９２１は、トランジスタ等の増幅素子から構成される。図６に示す無線送信装置では、電力増幅器９２０は、入力端子９１０を通じて入力された無線周波数信号を増幅する。電力増幅器９２０によって増幅された無線周波数信号は、接続点９３０ａを通じてアンテナ９３０に供給される。アンテナ９３０は、電力増幅器９２０から入力された無線周波数信号を電磁波に変換して空間に放射する。
【００１３】
ここで、電力増幅器９２０において、ドライバ９２１の増幅素子の非線形特性に起因して増幅素子で発生した２倍波は、基本波抑圧フィルタ９２２と高調波抑圧フィルタ９２４により基本波と分離される。分離された２倍波は、分岐された先端短絡または先端開放のスタブで反射されてドライバ９２１の増幅素子に戻され、増幅素子で基本波に変換される。このように増幅素子で発生した２倍波を増幅素子に戻して基本波に変換することにより送信電力効率が改善される。
【００１４】
しかしながら、この例から理解されるように、無線送信装置の電力増幅器が備える増幅素子の出力部に高周波信号が入力された場合、増幅素子の非線形特性に基づくミキシング効果により、和または差の周波数成分が発生され得る。従って、２倍波が増幅素子の出力部に入力される場合だけでなく、増幅素子の負荷回路であるアンテナの入力インピーダンス整合がとれていないために無線周波数信号の基本波がアンテナで反射されて増幅素子の出力部に入力される場合にも、増幅素子において基本波から２倍波を含む高調波への変換が行われ得る。このため、送信電力効率の改善効果が低減する場合が起こり得る。
【００１５】
図７は、従来技術による無線送信装置が備えた電力増幅器の入力電力と２倍波の出力電力との関係の一例を示す特性図である。この例では、電力増幅器として、マイクロ波用電界効果トランジスタを使用した電力増幅器が使用されている。図７において、点線によって示される特性線は、電力増幅器の負荷のインピーダンス整合がとれている場合の特性を示し、負荷インピーダンスＲＬは５０オームに設定されている。また、図７において、実線によって示される特性線は、電力増幅器の負荷インピーダンス整合を劣化させた場合の特性を示し、負荷インピーダンスＲＬは０．０００１オームに設定されている。
【００１６】
図７の例から理解されるように、電力増幅器の負荷インピーダンス整合が取れている場合に比較して、電力増幅器の負荷インピーダンス整合が劣化した場合（即ち、負荷であるアンテナと電力増幅器との間のインピーダンス整合がとれておらず、アンテナで基本波の大部分が反射されて増幅素子に戻る場合）、２倍波の出力電力が大きくなる。このように２倍波の出力電力が大きくなる原因は、上述したように、電力増幅器の増幅素子の非線形性に基づくミキシング効果により、アンテナで反射されて電力増幅器の増幅素子に入力される基本波の電力が２倍波の電力に変換されているためである。このため、送信電力効率が低下する。
【００１７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、入力インピーダンス整合が劣化しても、送信周波数に依存することなく、送信電力効率を改善することができる無線送信装置および無線送信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様による無線送信装置は、無線周波数信号を増幅して出力する増幅器と、伝送線路を通じて前記増幅器から入力される無線周波数信号を電磁波に変換して空間に放射するアンテナ部と、前記伝送線路上に設けられ、前記アンテナ部に前記無線周波数信号の基本波を供給すると共に、前記増幅器から出力される前記無線周波数信号の基本波以外の周波数成分を前記無線周波数信号から分離して分岐線に出力する周波数分離部と、前記周波数分離部により分離された前記基本波以外の周波数成分が前記分岐線を介して入力され、前記基本波以外の周波数成分を整流して直流電力を出力する整流部と、所定の電源から得られる電力を前記増幅器の動作電源電力として前記増幅器に供給し、前記整流部から前記直流電力が出力された場合、前記所定の電源から前記増幅器に供給される電力を制限すると共に前記直流電力を前記増幅器の動作電源電力として前記増幅器に供給する電源制御部と、を備えた無線送信装置の構成を有する。
【００１９】
前記無線送信装置において、例えば、前記周波数分離部は、高調波抑圧フィルタであり、前記増幅器の出力部には、前記高調波抑圧フィルタの入力部が接続され、前記高調波抑圧フィルタの出力部には、前記アンテナ部が接続され、前記増幅器の出力部には、前記分岐線を介して基本波抑圧フィルタの入力部が接続され、前記基本波抑圧フィルタの出力部には、前記整流部の入力部が接続され、前記整流部の出力部には、前記電源制御部が接続されたことを特徴とする。
【００２０】
前記無線送信装置において、例えば、前記整流部から出力された直流電力を蓄える蓄電部を更に備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の一態様による無線送信システムは、並列接続された複数の無線送信装置を備え、前記複数の無線送信装置のアンテナ部がアレー状に配列された無線送信システムであって、前記複数の無線送信装置のそれぞれは、前記本発明の一態様による無線送信装置であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の一態様によれば、アンテナ部におけるインピーダンスの不整合によりアンテナ部から反射された無線周波数信号を増幅器の出力部（増幅器の増幅素子が例えば電界効果トランジスタである場合には、そのドレイン）に入力させ、増幅器の増幅素子の非線形効果によるミキシング効果により発生する２倍波に変換し、その２倍波を、増幅器の負荷回路を形成する高調波分離フィルタ（増幅素子からアンテナの間に挿入されたフィルタ）等の周波数分離部において２倍波を基本波から分離して整流部に出力することにより直流電力に変換し、その直流電力を増幅器の動作電源電力（直流電源）として再利用する。これにより、入力インピーダンス整合が劣化しても、送信周波数に依存することなく、送信電力効率を改善することを可能とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、入力インピーダンス整合が劣化しても、送信周波数に依存することなく、送信電力効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態による無線送信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による無線送信装置の動作例を説明するための図であり、電力の流れを示す図である。
【図３】図１に示す本発明の第１実施形態による無線送信装置の構成例を補足説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態による無線送信装置の構成例を示す図である。
【図５】アンテナ部の放射導体の長さと入力抵抗との関係の一例を示す特性図であり、（Ａ）は、ダイポールアンテナのアンテナ長と入力抵抗との関係を示す特性図であり、（Ｂ）は、ループアンテナのループ長と入力抵抗との関係を示す特性図である。
【図６】従来技術による無線送信装置の構成例を示す図である。
【図７】従来技術による無線送信装置が備えた電力増幅器の入力電力と出力電力との関係の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態による無線送信装置１００の構成例を示す図である。
第１実施形態による無線送信装置１００は、送信増幅器（電力増幅器）１２０の増幅素子で発生する２倍波を高調波抑圧フィルタ（周波数分離部）１３０により分離し、その２倍波の電力を直流電力に変換して再利用する機能を有する。
【００２６】
具体的には、無線送信装置１００は、入力端子１１０、送信増幅器（電力増幅器）１２０、高調波抑圧フィルタ１３０、アンテナ部１４０、基本波抑圧フィルタ１５０、整流部１６０、電源制御部１７０、バッテリや商用電源等の所定の電源１８０を備えている。
【００２７】
送信増幅器１２０の入力部には入力端子１１０が接続され、入力端子１１０を通じて電力Ｐｓの無線周波数信号Ｓｓが送信増幅器１２０に入力される。送信増幅器１２０の出力部には、伝送線路を介して高調波抑圧フィルタ１３０の入力部が接続され、高調波抑圧フィルタ１３０の出力部には、伝送線路を介してアンテナ部１４０が接続されている。即ち、送信増幅器１２０から出力された無線周波数信号Ｓｔをアンテナ部１４０に伝送するための伝送線路上に高調波抑圧フィルタ１３０が設けられている。
【００２８】
また、送信増幅器１２０の出力部には、高調波抑圧フィルタから分岐された分岐線１３０ａを介して基本波抑圧フィルタ１５０の入力部が接続されている。基本波抑圧フィルタ１５０の出力部には、整流部１６０の入力部が接続され、整流部１６０の出力部には、電源制御部１７０の検知部１７２が接続されている。本実施形態では、高周波領域の信号を取り扱う必要上、送信増幅器１２０から出力された無線周波数信号Ｓｔをアンテナ部１４０に伝送するための伝送線路と共に、高調波抑圧フィルタ１３０、分岐線１３０ａ、基本波抑圧フィルタ１５０は、マイクロストリップ線路を用いて構成されているが、この例に限定されず、信号の周波数領域に応じて任意のフィルタを用いることが可能である。
【００２９】
ここで、送信増幅器１２０は、入力端子１１０を通じて入力される電力Ｐｓの無線周波数信号Ｓｓを増幅して電力Ｐｔの無線周波数信号Ｓｔを出力する電力増幅器である。送信増幅器１２０には、動作電源電力Ｐｄｃｉｎが電源制御部１７０から供給される。送信増幅器１２０は、電源制御部１７０から供給される動作電源電力Ｐｄｃｉｎを電源として動作し、入力端子１１０を通じて入力される無線周波数信号Ｓｓを増幅して電力Ｐｔの無線周波数信号Ｓｔを出力する。
【００３０】
高調波抑圧フィルタ１３０は、送信増幅器１２０から出力された無線周波数信号Ｓｔに含まれる２倍波を含む高調波を抑圧して無線周波数信号Ｓｔの基本波を通過させるものである。高調波抑圧フィルタ１３０は、アンテナ部１４０に無線周波数信号Ｓｔの基本波を供給すると共に、送信増幅器１２０から出力される無線周波数信号Ｓｔの基本波以外の周波数成分を無線周波数信号Ｓｔから分離して分岐線１３０ａに出力する周波数分離部として機能する。高調波抑圧フィルタ１３０と基本波抑圧フィルタ１５０との間は上記分岐線１３０ａを介して接続されている。高調波抑圧フィルタ１３０（周波数分離部）により分離された無線周波数信号Ｓｔの基本波以外の周波数成分は、上記分岐線１３０ａを介して基本波抑圧フィルタ１５０に入力される。
【００３１】
アンテナ部１４０は、送信増幅器１２０から、高調波抑圧フィルタ１３０が設けられた伝送線路を通じて入力される無線周波数信号Ｓｔを電磁波に変換して空間に放射するための構成要素である。アンテナ部１４０の放射導体の長さは、必ずしも入力インピーダンス整合をとることを前提として設定されていない。なお、アンテナ部１４０は、所望の無線通信に必要とされる電磁波を空間に放射し得ることを限度として、任意の形式のアンテナから構成することができ、その放射導体の長さも任意に設定し得る。
【００３２】
基本波抑圧フィルタ１５０は、高調波抑圧フィルタ１３０により分離されて分岐線１３０ａに出力された周波数成分のうち、基本波の周波数成分を抑圧するための構成要素である。なお、高調波抑圧フィルタ１３０によって分離された周波数成分に残留する基本波の周波数成分が十分に小さければ、基本波抑圧フィルタ１５０を省略することも可能である。この場合、高調波抑圧フィルタ１３０により分離された周波数成分は、高調波抑圧フィルタ１３０から整流部１６０に直接入力される。
【００３３】
整流部１６０は、高調波抑圧フィルタ１３０（周波数分離部）により分離された無線周波数信号Ｓｔの基本波以外の周波数成分を整流して直流電力Ｐｄｃｒｅｔを出力するための構成要素である。直流電力Ｐｄｃｒｅｔは電源制御部１７０に出力される。
【００３４】
電源制御部１７０は、送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎを供給するための構成要素である。基本的には、電源制御部１７０は、バッテリや商用電源等の所定の電源１８０から得られる電力Ｐｄｃを送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして送信増幅器１２０の電源端子（図示なし）に供給する。また、電源制御部１７０は、整流部１６０から直流電力Ｐｄｃｒｅｔが出力された場合には、動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして所定の電源１８０から送信増幅器１２０に供給される電力を制限すると共に、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして送信増幅器１２０の電源端子（図示なし）に供給する。
【００３５】
次に、図２を参照して、第１実施形態による無線送信装置１００の動作を説明する。
図２は、本発明の第１実施形態による無線送信装置１００の動作例を説明するための図であり、無線送信装置１００における電力の流れを模式的に示す図である。図２に示す装置構成は図１に示す装置構成と同じである。
ここでは、動作電源電力Ｐｄｃｉｎを電源として動作する送信増幅器１２０の増幅素子で発生する２倍波の電力を回収し、この２倍波の電力を送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして再利用するまでの無線送信装置１００の動作を説明する。
【００３６】
無線周波数信号Ｓｓが送信増幅器１２０に入力されていない状態では、電源制御部１７０は、送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎを、バッテリや商用電源等の所定の電源１８０の電力Ｐｄｃから得る。即ち、電源制御部１７０は、電源１８０から得られる電力Ｐｄｃを動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして送信増幅器１２０に供給する。この状態から、入力端子１１０を通じて電力Ｐｓの無線周波数信号Ｓｓが送信増幅器１２０に入力されると、送信増幅器１２０は、無線周波数信号Ｓｓを増幅して電力Ｐｔの無線周波数信号Ｓｔを出力する。
【００３７】
送信増幅器１２０から出力された無線周波数信号Ｓｔは、高調波抑圧フィルタ１３０を通じてアンテナ部１４０に供給される。ここで、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合がとれていない場合、図２に例示するように、アンテナ部１４０に供給される無線周波数信号Ｓｔの電力Ｐｔの大部分が、高調波抑圧フィルタ１３０とアンテナ部１４０との間の接続点１４０ａで反射され、アンテナ部１４０に供給される無線周波数信号Ｓｔの電力Ｐｔの一部が電磁波に変換されてアンテナ部１４０から空間に放射される。
【００３８】
なお、図２の例では、説明の便宜上、アンテナ部１４０に供給される無線周波数信号Ｓｔの電力Ｐｔの大部分が接続点１４０ａで反射されるものとしているが、その反射の程度はアンテナ部１４０の入力インピーダンス整合の程度に応じて定まり、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合の度合いが低い程（入力インピーダンス整合がとれていない程）、接続点１４０ａでの反射波が増加する。
【００３９】
アンテナ部１４０の接続点１４０ａで反射された無線周波数の基本波は、図２に例示するように、反射波となって高調波抑圧フィルタ１３０を通じて送信増幅器１２０の出力部に入力される。送信増幅器１２０の出力部に入力された反射波（基本波）は、送信増幅器１２０を構成するトランジスタ等の増幅素子の非線形特性に基づくミキシング効果により２倍波に変換される。このため、２倍波を主な周波数成分とする高調波Ｓｗが送信増幅器１２０から出力される。
【００４０】
送信増幅器１２０から出力された２倍波を含む高調波Ｓｗの電力Ｐｗは、高調波抑圧フィルタ１３０のフィルタ特性によりアンテナ部１４０の方向には伝達せず、図２に例示するように、基本波抑圧フィルタ１５０に接続されている分岐線１３０ａの方向に伝達する。２倍波を含む高調波Ｓｗは、基本波抑圧フィルタ１５０と移相器（図示なし）を通過して整流部１６０に入力される。整流部１６０は、基本波抑圧フィルタ１５０から入力された２倍波を含む高調波Ｓｗの電力Ｐｗを整流して直流電力Ｐｄｃｒｅｔを生成し、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを電源制御部１７０の検知部１７２に供給する。
【００４１】
電源制御部１７０の検知部１７２は、整流部１６０から直流電力Ｐｄｃｒｅｔが入力されると、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを検知する。検知部１７２は、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを検知すると、電流制限部１７１に対し、電源１８０から送信増幅器１２０に供給される動作電源電力Ｐｄｃｉｎを制限すると共に、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｒｅｔとして利用する旨の指示を与える。
【００４２】
電流制限部１７１は、検知部１７２から上記の指示を受けると、整流部１６０から供給される直流電力Ｐｄｃｒｅｔの電流容量に相当する量だけ、所定の電源１８０からの電力Ｐｄｃの電流量を制限する。この場合、電流制限部１７１は、整流部１６０から直流電力Ｐｄｃｒｅｔを受電し、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを利用して送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎを生成する。
【００４３】
具体的には、整流部１６０から供給される直流電力Ｐｄｃｒｅｔが、送信増幅器１２０の動作に必要とされる電力未満である場合、電流制限部１７１は、直流電力Ｐｄｃｒｅｔの全てを動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして利用すると共に、不足分の電力を所定の電源１８０の電力Ｐｄｃから得る。この場合、整流部１６０から出力される直流電力Ｐｄｃｒｅｔの電流量だけ、所定の電源１８０から取り出される電力Ｐｄｃの電流量が減少するため、電源１８０の電力Ｐｄｃの消費が抑制される。なお、エネルギー保存則から、直流電力Ｐｄｃｒｅｔは、送信増幅器１２０の動作に必要とされる電力以上になることはない。
【００４４】
このように、アンテナ部１４０で反射された無線周波数信号の基本波（反射波）は、送信増幅器１２０において２倍波を含む高調波Ｓｗに変換される。そして、２倍波を含む高調波Ｓｗの電力Ｐｗは、送信増幅器１２０の負荷回路として設置された高調波抑圧フィルタ１３０から分岐線１３０ａを通じて整流部１６０に供給され、整流部１６０から直流電力Ｐｄｃｒｅｔとして電源制御部１７０に帰還される。また、電源制御部１７０の電流制限部１７１は、整流部１６０から供給される直流電力Ｐｄｃｒｅｔに応じて所定の電源１８０の電力Ｐｄｃの利用を制限し、２倍波を含む高調波Ｓｗの電力Ｐｗから生成された直流電力Ｐｄｃｒｅｔを送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして再利用する。このため、電源１８０の電力Ｐｄｃとアンテナ部１４０から放射される電磁波の電力Ｐｏｕｔとの比（Ｐｏｕｔ／Ｐｄｃ）によって表される送信電力効率を改善することができ、無線送信装置１００全体で消費電力を低減することが可能となる。
【００４５】
また、第１実施形態によれば、アンテナ部１４０の放射導体として、入力インピーダンス整合をとることが困難な微小サイズ（例えば、無線周波数信号の半波長以下のサイズ）の放射導体を使用した場合、一般のアンテナ部と同様に、アンテナ部１４０の入射波の大半は反射されるため、アンテナ放射効率は低下する。しかし、第１実施形態によれば、アンテナ部１４０での反射波が送信増幅器１２０において２倍波を含む高調波Ｓｗに変換され、上記高調波Ｓｗの電力Ｐｗが送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして再利用されるので、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合が劣化しても、送信周波数（無線周波数信号の周波数）に依存することなく、無線送信装置１００全体で送信電力効率を改善することができる。
【００４６】
また、第１実施形態によれば、アンテナ部１４０での反射波の電力が送信増幅器１２０の動作電源電力Ｐｄｃｉｎとして利用されるので、微小サイズ（例えば、無線周波数信号の半波長以下のサイズ）のアンテナ部１４０を用いたことにより、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合がとれなくても、送信電力効率に優れた微小アンテナを実現することができる。
【００４７】
また、第１実施形態によれば、微小サイズ（例えば、無線周波数信号の半波長以下のサイズ）のアンテナ部１４０を用いた場合（即ち、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合がとれていない場合）において、アンテナ部１４０の共振現象を利用しないので、アンテナ放射効率と送信電力効率の送信周波数に対する依存性を抑制することが出来る。
【００４８】
また、第１実施形態によれば、アンテナ部１４０を微小サイズの放射導体から構成し、アンテナ部１４０を小型に構成することができるため、無線送信装置１００を高集積化することができる。
【００４９】
また、第１実施形態によれば、微小サイズ（例えば、無線周波数信号の半波長以下のサイズ）のアンテナ部１４０をアレー化することができる。このため、空間に放射された電磁波の振幅だけでなく、位相の放射指向特性を柔軟に制御することができるいわゆるパターンコントロールアンテナを実現することができる。この場合、アレーを形成する個々のアンテナ部から空間に放射される電磁波の電力は小さくなるが、後述する第３実施形態のように、多数のアンテナ部を並列化することにより、空間に放射される電磁波の電力として、共振型アンテナ等を使用した場合と同等の電力を得ることができる。
【００５０】
次に、参考までに、第１実施形態による効果について、第１実施形態による送信電力効率と従来技術による送信電力効率とを比較して説明する。
基準インピーダンスが５０オームの回路において、アンテナ部１４０（電磁波放射部）の入力抵抗が１オームの場合、アンテナ部１４０の反射係数Ｒが０．９６１となるため、リターンロスはわずか０．３４６ｄＢである。
【００５１】
そこで、アンテナ部１４０の反射係数Ｒを０．９６１と仮定する。その他、整流部１６０の整流効率ηＣＶと、送信増幅器１２０において基本波を２倍波に変換する際の変換効率ηｈと、送信増幅器１２０の電力効率ηＰＡを次のように仮定する。
ηＣＶ＝０．９
ηｈ＝０．９
ηＰＡ＝０．７
【００５２】
従来技術による無線送信装置により空間に放射される電磁波の電力をＰｏｕｔ’とすれば、従来構成による無線送信装置の送信電力効率η０は、次式（１）より算出される。
【００５３】
η０＝Ｐｏｕｔ’／Ｐｄｃｉｎ
＝ηＰＡ×（１−Ｒ）
＝０．７×（１−０．９６１）
＝０．０２７  …（１）
【００５４】
これに対し、第１実施形態による無線送信装置１００により空間に放射される電磁波の電力をＰｏｕｔとすれば、無線送信装置１００の送信電力効率ηは、式（２）より算出される。
【００５５】
η＝Ｐｏｕｔ／Ｐｄｃｉｎ
＝｛ηＰＡ×（１−Ｒ）｝／｛１−ηＰＡ×ηｈ×ηＣＶ×Ｒ｝
＝０．７×（１−０．９６１）／（１−０．７×０．９×０．９×０．９６１）
＝０．０６０  …（２）
【００５６】
上述の例では、第１実施形態による無線送信装置１００の送信電力効率ηと従来技術による無線送信装置の送信電力効率η０との比（η／η０）は、約２．２となり、送信電力効率ηは約２．２倍に向上している。従って、第１実施形態によれば、従来技術に比較して、無線送信装置１００の送信電力効率ηを向上させることができる。
【００５７】
図３は、図１に示す本発明の第１実施形態による無線送信装置１００の構成例を補足説明するための図であり、従来の装置構成に相当する。図３に示す無線送信装置では、送信増幅器１２０の動作電源電力として、所定の電源１８０から電力Ｐｄｃが送信増幅器１２０に供給される。また、送信増幅器１２０から出力される電力Ｐｔの無線周波数信号Ｓｔは、低域通過フィルタ（LPF）８３０とアイソレータ８４０を通じてアンテナ部１４０に供給される。
【００５８】
図３の従来の装置構成によれば、アンテナ部１４０で反射された無線周波数信号の基本波の電力はアイソレータ８４０に備えられたダミーロードで消費される。これにより、アンテナ部１４０で反射された反射波（基本波）の大部分はアイソレータ８４０により吸収されるが、その反射波の一部はアイソレータ８４０を通過して送信増幅器１２０の出力部に入力される。このため、送信増幅器１２０の増幅素子の非線形性に基づくミキシング効果により、送信増幅器１２０の増幅素子で２倍波を含む高調波が発生する。増幅素子で発生した２倍波を含む高調波は低域通過フィルタ８３０で阻止される。これにより、アンテナ部１４０には２倍波を含まない無線周波数信号の基本波のみが伝達され、送信増幅器１２０の増幅素子で発生した２倍波が通信に与える影響を抑制することができる。
【００５９】
しかしながら、図３に示す従来の装置構成によれば、アンテナ部１４０での反射波の大部分はアイソレータ８４０のダミーロードによって消費され、送信増幅器１２０の動作電源電力として利用されることはない。従ってこの場合、アンテナ部１４０での反射波による電力は送信電力効率の改善に寄与しない。これに対し、第１実施形態による図１に示す無線送信装置１００によれば、上述したように、アンテナ部１４０での反射波が送信増幅器１２０の増幅素子で２倍波に変換され、この２倍波の電力を整流して直流電力Ｐｄｃｒｅｔを生成し、直流電力Ｐｄｃｒｅｔを送信増幅器１２０の動作電源電力として利用する。これにより、無線送信装置１００の送信電力効率を改善することができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図４は、本発明の第２実施形態による無線送信装置２００の構成例を示す図である。
第２実施形態による無線送信装置２００は、上述の第１実施形態による図１に示す無線送信装置１００の構成において、電源制御部１７０に代えて電源制御部２７０を備える。
【００６１】
電源制御部２７０は、上述の第１実施形態による図１に示す電源制御部１７０の構成において、電流制限部１７１と検知部１７２との間に、整流部１６０から出力された直流電力Ｐｄｃｒｅｔを蓄えるための蓄電部１７３を更に備えている。蓄電部１７３は例えば二次電池である。電源制御部２７０は、直流電力Ｐｄｃｒｅｔをエネルギーとして二次電池に蓄積する機能、即ち二次電池を充電する機能を有している。
その他は第１実施形態と同様である。
【００６２】
第２実施形態によれば、電源制御部２７０が蓄電部１７３を備えたことにより、送信増幅器１２０が電源１８０の容量を超える大きな電力を必要する場合、蓄電部１７３に蓄積されたエネルギーを纏めて利用することができ、送信増幅器１２０が必要とする電力を安定的に確保することができる。
【００６３】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、上述の第１実施形態または第２実施形態において、アンテナ部１４０が、共振波長を無視した超小型のダイポールアンテナから構成され、その放射導体の長さは、例えば、無線周波数の電波伝搬空間内波長の１０分の１以下に設定されている。その他は、第１実施形態または第２実施形態と同様である。
【００６４】
第３実施形態によれば、アンテナ部１４０を小型に構成することができ、アンテナ部１４０の入力インピーダンス整合がとられていなくても、送信電力効率に優れた無線送信装置を実現することができる。
【００６５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態による無線送信システムは、上述した第１実施形態または第２実施形態による無線送信装置を複数並列接続して備えている。また、第４実施形態による無線送信システムでは、複数の無線送信装置のアンテナ部１４０がアレー状に配列されて備えられている。
【００６６】
第４実施形態によれば、アンテナ部１４０を多数アレー化して備えたことにより、アンテナ部１４０の位相指向性をコントロールすることが可能な無線送信システムを実現することができる。前述したように、アンテナ部１４０の放射導体の物理サイズを小さくすると、送信電力効率ηが劣化するが、第３実施形態によるアレー化された複数のアンテナ部１４０を使用することにより、送信電力の低下を補う。このため、第４実施形態によれば、アンテナ部１４０の放射導体の物理サイズを小さくしても、アンテナ部１４０をアレー化したことにより、アンテナ部１４０から空間に放射される電磁波の電力Ｐｏｕｔの低下を抑制することが可能となる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正等が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００，２００…無線送信装置、１１０…入力端子、１２０…送信増幅器、１３０…高調波抑圧フィルタ、１３０ａ…分岐線、１４０…アンテナ部、１４０ａ…接続点、１５０…基本波抑圧フィルタ、１６０…整流部、１７０，２７０…電源制御部、１７１…電流制限部、１７２…検知部、１７３…蓄電部、１８０…電源。
【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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