(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１段の送信器出力段、少なくとも１本のアンテナ、及び、前記送信器出力段と前記アンテナとの間に設けられた少なくとも一つのインピーダンス整合回路網を含み、前記インピーダンス整合回路網はアンテナ入力インピーダンスと整合させるため送信器負荷インピーダンスを調節する変換率を有する移動無線電話機において、前記インピーダンス整合回路網内の少なくとも２個のインピーダンス変換器は、前記少なくとも２個のインピーダンス変換器を選択的に並列接続することにより、少なくとも２個の変換率を形成することを特徴とする移動無線電話機。
【請求項２】
少なくとも２個の１／４波長導波管が前記２個のインピーダンス変換器を形成することを特徴とする請求項１記載の移動無線電話機。
【請求項３】
前記インピーダンス整合回路網は、一端で前記送信器出力段の出力に接続され、他端で前記アンテナの入力に接続された第１の１／４波長導波管と、一端で前記送信器出力段の出力に接続され、他端で少なくとも１個のスイッチに接続された第２の１／４波長導波管とを含み、前記スイッチは、第１の位置でグランド端子への接続を設定し、第２の位置で前記アンテナの前記入力への接続を設定することを特徴とする請求項２記載の移動無線電話機。
【請求項４】
ＰＩＮダイオードにより構成された高周波スイッチが前記スイッチを形成するため使用されることを特徴とする請求項３記載の移動無線電話機。
【請求項５】
双安定機械的リレーが前記スイッチを形成することを特徴とする請求項３記載の移動無線電話機。
【請求項６】
少なくとも１段の送信器出力段、少なくとも１本のアンテナ、及び、前記送信器出力段と前記アンテナとの間に設けられた少なくとも一つのインピーダンス整合回路網を含み、前記インピーダンス整合回路網はアンテナ入力インピーダンスと整合させるため送信器負荷インピーダンスを調節する変換率を有する送信器において、前記インピーダンス整合回路網内の少なくとも２個のインピーダンス変換器は、前記少なくとも２個のインピーダンス変換器を選択的に並列接続することにより、少なくとも２個の変換率を形成することを特徴とする送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１段の送信器出力段、少なくとも１本のアンテナ、及び、送信器出力段とアンテナの間に設けられた少なくとも一つのインピーダンス整合回路網を含み、整合回路網はアンテナ入力インピーダンスと整合させるため送信器負荷インピーダンスを調節する変換率を有する移動無線電話機に関する。
【０００２】
本発明は、少なくとも１段の送信器出力段、少なくとも１本のアンテナ、及び、送信器出力段とアンテナとの間に設けられた少なくとも一つのインピーダンス整合回路網とを含み、整合回路網はアンテナ入力インピーダンスと整合させるため送信器負荷インピーダンスを調節する変換率を有する送信器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ドイツ国特許出願第ＤＥ  ４２  ２２  １９０  Ａ１号から、送信状態及び受信状態で選択的に動作するアンテナスイッチを含む無線電話機が公知である。この公知例によれば、調節の目的のため、送信器出力段（３１）とアンテナ（１）との間にλ／４（１／４波長）導波管が設けられている。その結果として、λ／４導波管の初期抵抗ＺA 及び終端抵抗ＺE に対する特殊な変換特性が使用される。λ／４導波管の終端抵抗ＺE は、波動抵抗Ｚに依存してλ／４導波管の入力に基づいて変換される。幾何寸法及び物質定数（ε，μ）のような導波管距離のパラメータを用いることにより、波動抵抗Ｚは使用される波長λに対し設定され得る。抵抗の変換は、一般的に、式
ＺA ＝Ｚ2 ／ＺE 
に従って行われる。送信状態において、送信器出力段（３１）に接続されたλ／４導波管（３２）は、送信器出力段（３１）の要求条件に従ってアンテナインピーダンスを変換する。これにより、送信状態中の送信器出力段（３１）はアンテナ（１）と整合するように調節され、送信器出力段（３１）の出力パワーは完全にアンテナ（１）に伝達される。特に、波動抵抗Ｚを変化させる可能性の結果として、適当な変換率が設定される。導波管の波動抵抗がアンテナ抵抗と等しく設定されているとき（上記の変換式を参照のこと）、第２のλ／４導波管（３２）は抵抗の変換のため用いなくてもよい。
【０００４】
送信器出力段の電力増幅器の負荷インピーダンスは、送信器出力段の最大効率（アンテナに供給される電力の全使用電力に対する比率）を得るため、アンテナの主力と整合するように調節される。しかし、従来技術のλ／４導波管を用いる調節は、電力増幅器の出力パワーＰA 及び電源ＵB がある特定の状況である動作状態の場合に限り良好な効率（固定変換率）が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、移動無線電話機、例えば、ＧＳＭ標準に準拠した移動無線の場合、伝送特性に依存した電力制御を用いて厳密に設定されるべき出力パワーに対して種々のレベルが決定される。また、電源電圧ＵB は使用されるバッテリーの放電曲線に従って変化する。その結果として、例えば、電源電圧ＵB が増大され、出力パワーＰA が調節されることによって動作状態が調節されるとしても、送信器出力段の電圧ＵA が一定に保たれるため効率が低下する。また、出力の電流ＩA が調節された一定値を維持するため、効率が著しく減少する。全体として、多くの場合に実現される送信器出力段の効率は低下する。これは、特にバッテリー駆動型移動無線電話機の場合に、サービス期間が結果的に短縮されるので重大な欠点である。
【０００６】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、種々の動作状態において送信器出力段の効率が改善された移動無線電話機の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、インピーダンス整合回路網内の少なくとも２個のインピーダンス変換器を選択的に並列接続することにより少なくとも２個の変換率が形成されることによって達成される。このようにして、少なくとも２個の異なる負荷インピーダンスが送信器出力段に対し設定され、一方、それより多数の変換率が適当な回路構成によって考えられる。インピーダンス整合回路網内の配置は、特に、ソフトウェア制御方式スイッチを用いて、ハードウェアに変更を加えることなく、非常に柔軟性のある方法で要求条件に適合される。これにより、送信器出力段は、設定された送信器パワーに最も実現される可能性の高い電圧振幅を発生させる負荷インピーダンスを有するので、送信器出力段の適切な効率が種々の動作状態で実現され得る。
【０００８】
本発明の好ましい一実施例によれば、少なくとも２個のλ／４導波管はインピーダンス変換器を形成する。λ／４導波管は、同軸導体又はマイクロストリップとして配置され得る。また、関連した伝送特性を有するＬＣ回路網によるλ／４導波管の等価物を使用してもよい。有利な別の一実施例において、インピーダンス回路網内の第１のλ／４導波管は、一方で送信器出力段の出力に接続され、他方でアンテナの入力に接続され、第２のλ／４導波管は、一方で送信器出力段の出力に接続され、他方で、第１の位置でグランド端子への接続を設定し、第２の位置でアンテナの入力への接続を設定する少なくとも１個のスイッチに接続される。このスイッチは、ＰＩＮダイオード高周波スイッチ又は双安定機械的リレーにより構成される。このような配置の場合、スイッチの制御はソフトウェアによって行われるので、高速かつ柔軟性のあるインピーダンス整合回路網の制御が実現可能である。また、スイッチをアンテナ側に設けることにより、スイッチに多量の損失が発生することが回避される。アンテナ側は高抵抗性であるため、送信器出力段には最大伝送電流よりも小さい電流しか流れない。
【０００９】
また、本発明の目的は、インピーダンス整合回路網内の少なくとも２個のインピーダンス変換器が選択的に並列接続されることにより少なくとも２個の変換率が形成される送信器によって達成される。
本発明の上記及び他の局面は、以下の実施例の説明によって明らかにされ、解明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば、ＧＳＭ標準に準拠する移動電話機に対応するような移動無線電話機の送信分路及び受信分路の機能的なブロック図である。アンテナ１は、受信分路及び送信分路を、夫々、受信状態及び送信状態のアンテナ１に接続するアンテナデュプレクサ２に連結される。受信状態の場合、アナログ無線信号が受信回路３を介してＡ／Ｄ変換器４に到達する。Ａ／Ｄ変換器４により発生されたディジタル信号は復調器（ＤＥＭＯＤ）５で復調され、次に、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６に供給される。ディジタル信号プロセッサ６において、同図には個別に示されていない等化、暗号解読、チャネル復号化及び音声復号化の機能が連続的に実行される。アナログ信号がＤ／Ａ変換器７によって発生され、この信号はスピーカ８を介して出力される。
【００１１】
送信状態の場合、マイクロホン９によって捕捉されたアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換器１０によって変換され、次に、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１に供給される。ディジタル信号プロセッサ１１は、音声符号化、チャネル符号化及び暗号化の機能を実行し、受信状態と相対的な全ての機能がディジタル信号プロセッサ１１によって行われる。２進符号化データワードは変調器１２でＧＭＳＫ変調され、Ｄ／Ａ変換器１３においてアナログ無線信号に変換される。電力増幅器を含む送信器出力段１４はアンテナ１を介して伝送されるべき無線信号を発生する。
【００１２】
次に、図２を参照して、送信器出力段１４の電力増幅器１５について説明する。電力増幅器１５は変換率Ｔを有するインピーダンス整合回路網１６を介してアンテナ１に接続される。アンテナ１は、例えば、値が７５Ωの入力抵抗ＺAnt を有する。送信器出力段１４の最適効率を得るため、入力抵抗ＺAnt は電力増幅器１５の要求された負荷ＺPAと整合するように調節される。大きい送信器出力（約２Ｗ）に対し、電力増幅器１５の負荷ＺPAは約１〜２Ωに設定されるべきであり、一方、要求される送信器出力が小さくなると共に、より高抵抗性の負荷が必要とされる。その結果として、インピーダンス整合回路網１６は、以下の変換率
Ｔ．ＺAnt ＝ＺPA
によってアンテナ１の入力抵抗ＺAnt を電力増幅器１５の出力に変換する。
【００１３】
電力増幅器１５は、動作電圧ＵB を有するバッテリー（図示しない）によって電力を供給される。出力側に、電力増幅器１５は出力電圧ＵA を生成し、この出力電圧ＵA が各負荷に印加される。ＧＳＭ標準に準拠した移動無線電話機の場合、非常に多数の調節可能なレベルが送信パワーに対し決定される。負荷ＺPAの実数部に作用する、すなわち、送信パワーとして放射される電力増幅器１５の出力パワーＰPAは、常に正確な値に調整される。出力パワーＰPAが
ＰPA＝（１／２）・ＵA 01／ＺPA
によって与えられ、負荷ＺPAが一定である場合、出力電圧ＵA も一定である。その結果として、
ＺPA＝ＵA ／ＩA 
に従って出力電流ＩA も一定に保たれ、過剰な電力消費が屡々生ずる。負荷ＺPA、すなわち、関連した変換率Ｔは、出力電圧ＵA の特定の動作点に対し選択される。効率ηが、
η＝ＰPA／ＰGesamt
により与えられ、かつ、動作電圧がＵB である場合に、電力増幅器１５に対し、典型的にη＞４０％となる効率ηが得られる。この効率は、動作電圧ＵB が設定された動作点よりも増加した場合、すなわち、使用されるバッテリーの典型的な放電曲線に従って低下する。動作電圧ＵB の種々の動作点に対し効率を最適化するため、変換率Ｔ、すなわち、電力増幅器１５の負荷ＺPAは二つの値の間で切換可能である。以下、図３を参照して負荷ＺPAの切換について説明する。
【００１４】
図３には、インピーダンス整合回路網１６が詳細に示されている。λ／４導波管として配置された第１のインピーダンス変換器１７は、一方で、電力増幅器１５の出力に接続され、他方で、アンテナ１の入力に接続される。このλ／４導波管１７は、電力増幅器１５の要求される負荷インピーダンスＺPAと整合するように接続された負荷ＺAnt を調整するため、インピーダンスＺW が使用される伝送周波数に関して、
ＺW ＝√（ＺAnt ・ＺPA）
となるように設計される。この値は、線路インピーダンスＺW と出力側インピーダンスＺAUS とに依存したλ／４導波管の入力インピーダンスＺEIN のためのλ／４変換器に対する式、
ＺEIN ＝ＺW 01／ＺAUS 
から得られる。λ／４導波管１７のパラメータを適当に選択することにより、夫々のインピーダンスＺW 、すなわち、以下の変換率Ｔ、
Ｔ＝ＺPA／ＺAnt ＝（Ｚw ／ＺAnt ）2 
が設定される。λ／４導波管１７は、ストリップライン若しくは同軸ケーブルとして配置してもよく、又は、λ／４導波管を複製するＬＣ回路網によって構成してもよい。インピーダンスは、幾何寸法及び物質定数を用いて設定される。また、導波管は、線路を離散的な構築ブロックによって作成することによって複製される。この線路の等価物は、複製されるべき導波管の単位長さ当たりの伝搬定数（Ｌ’＝Ｌ／ｍｍ  又は  Ｃ’＝Ｃ／ｍｍ）に対応した誘導性素子（Ｌ）及び容量性素子（Ｃ）を共に含む。全ての実現可能な場合の中で、導波管の有効長さが使用される伝送周波数と整合するように調節され得る。
【００１５】
第２のインピーダンス変換器１８はλ／４導波管によって実現され、第１のλ／４導波管１７と並列に電力増幅器１５に接続される。他端で第２のλ／４導波管１８はスイッチ１９に接続される。スイッチ１９は、第１の位置でグランド端子に接続され、第２の位置でアンテナ１に接続される。第１のスイッチ位置側での短絡は、λ／４導波管１８によって最初に開回路状況に変換される。これにより、第２のλ／４導波管１８は、第１のスイッチ位置では動作しなくなる。一方、第２のスイッチ位置では、第１のλ／４導波管１７と第２のλ／４導波管１８は並列に配置されているので、新しいλ／４導波管が現れる。新しいλ／４導波管のインピーダンスは、λ／４導波管１７のインピーダンスＺ17及びλ／４導波管１８のインピーダンスＺ18の並列結合の結果として、
ＺW ＝（Ｚ18・Ｚ17）／（Ｚ17＋Ｚ18）
のように表される。これにより、インピーダンス整合回路網１６の変換率Ｔは変更される。
【００１６】
かくして、２個の異なる変換率が非常に簡単に実現され、２個の異なる動作点でアンテナ１と整合するように電力増幅器１５を調節できる。スイッチ１９がアンテナ側に切り換えられることにより、スイッチは高抵抗側の位置に切り換わる。電力増幅器１５の約１〜２Ωの小さい負荷インピーダンスＺPAは増大されるので、スイッチ１９は小さい電流で装荷される。したがって、スイッチの寸法を最大伝送電流に合わせる必要が無く、僅かな損失しかスイッチ１９で発生しない。双安定機械的リレー又はＰＩＮダイオードを含む通常の高周波スイッチがこのスイッチ１９として使用され得る。殆どの場合に、送信器出力段１４は、二つの変換段でアンテナ１に整合するように調節することが可能である。その中の第１の段は送信器出力段１４に含まれる。その結果として、本発明によるインピーダンス整合回路網１８は、ＺPA＝１Ωを、ＺAnt ＝７５Ωに変換する必要がない。
【００１７】
【実施例】
例えば、２本の導波管としてλ／４導波管１７及び１８が使用される場合を考える。拡幅の導波管１７は波動抵抗Ｚ17＝５３Ωを有し、狭い幅の導波管１８は波動抵抗Ｚ18＝１２８Ωを有する。アンテナ入力インピーダンスがＺAnt ＝７５Ωであるとき、第１のスイッチ位置で３７．５Ωの値への変換が行われる。この変換は、送信器出力段１４に含まれる別の変換段によって完了され、変換率η2 ＝１７が得られる。この付加的な変換は、一体化された変換器並びに利用可能な寄生誘導及び容量によって得られる。これにより、第１の位置に対し、ＺPA＝２．２Ωが与えられる。第２のλ／４導波管１８が並列に配置されている場合、新しいλ／４導波管のアクティブインピーダンスは、
ＺW ＝（Ｚ18・Ｚ17）／（Ｚ17＋Ｚ18）＝３７．５Ω
であるので、インピーダンス整合回路網１６は、変換率Ｔ＝０．２５によって１８．８Ωの値に変換する。送信器出力段１４の付加的な変換を用いることによって、負荷ＺPA＝１．１Ωが生じる。スイッチ１９を調整することにより、負荷が変化し、その結果として、電力増幅器１５の出力電流ＩA は一定出力電圧ＵA で減少される。これにより、例えば、出力パワーが一定に制御されていてもバッテリーの動作電圧ＵB が増大すると共に、送信器出力段１４の電力消費が減少する。不整合に起因した効率η＞４０％から約３０％の値までの効率の低下は、かくして回避される。また、負荷が切り換えられるとき、抵抗性負荷だけが変更され、一方、伝送周波数に設定された発振器回路の共振周波数は離調しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動無線電話機の機能的なブロック図である。
【図２】移動無線電話機の伝送分路の一部を模式的に表す図である。
【図３】送信器出力段とアンテナとの間のインピーダンス整合回路網の詳細な説明図である。
【符号の説明】
１    アンテナ
１５    電力増幅器
１６    インピーダンス整合回路網
１７    第１のインピーダンス変換器
１８    第２のインピーダンス変換器
１９    スイッチ
【図１】
0004260955.tif 000002
【図２】
0004260955.tif 000003
【図３】
0004260955.tif 000004