(57)【要約】【課題】信号を送信する送信機で、例えば、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることを可能とし、安価に実現することを可能とする。【解決手段】ＰＷＭ手段３が送信対象となる変調用の信号に基づいてＰＷＭ波形を生成し、低速の半導体スイッチ７が生成されたＰＷＭ波形に基づいてパルス信号を出力し、高速の半導体スイッチ９が生成されたＰＷＭ波形に基づいてパルス信号を出力し、レベル検出手段４が前記送信対象となる変調用の信号のレベルを検出し、制御手段５が検出されたレベルが所定の閾値以上である場合には高速の半導体スイッチをオフ状態とし、検出されたレベルが所定の閾値未満である場合には高速の半導体スイッチをオン／オフ動作させ、送信手段１０、１１が低速の半導体スイッチ及び高速の半導体スイッチから出力されるパルス信号に基づいて搬送波を変調して送信する。【選択図】  図１
2009060529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送信する送信機において、
送信対象となる変調用の信号に基づいてＰＷＭ波形を生成するＰＷＭ手段と、
前記ＰＷＭ手段により生成されたＰＷＭ波形に基づいてパルス信号を出力する低速の半導体スイッチと、
前記ＰＷＭ手段により生成されたＰＷＭ波形に基づいてパルス信号を出力する高速の半導体スイッチと、
前記送信対象となる変調用の信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値以上である場合又は所定の閾値を超える場合には前記高速の半導体スイッチをオフ状態とし、前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値未満である場合又は所定の閾値以下である場合には前記高速の半導体スイッチをオン／オフ動作させる制御手段と、
前記低速の半導体スイッチ及び前記高速の半導体スイッチから出力されるパルス信号に基づいて搬送波を変調して送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使用する送信機に関し、特に、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能なために低歪みであり且つ安価に実現することが可能な送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３には、従来の無線送信機の構成例を示してある。
なお、図３では、説明の便宜上から、後述する本発明に係る実施例で参照する図１に示されるのと概略的に同様な構成部については同一の符号を付してあるが、ここでは、本発明を不要に限定する意図は無い。
本例の無線送信機では、交流の電源入力について、まずトランス１により電圧を変換した後に、ダイオード２により直流に整流している。その後、その電圧を必要な電圧へ可変する。
【０００３】
ここで、この電圧を可変する手段としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチによりオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を周期的に繰り返し、そのオンしている時間幅（オン／オフのデューティ）を調節することにより必要な電圧にする。本例では、半導体スイッチとして、低速ＦＥＴ７を用いている。
高い電圧を得る場合にはオンしているパルス幅は長くなり、また、低い電圧を得る場合にはオンしているパルス幅は短くなる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１６５４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、終段増幅器の電源電圧を可変して振幅変調を得る無線送信機では、０Ｖに近い低い電圧から高い電圧まで連続的に歪みなく電源電圧を可変して発生する必要がある。特に、０Ｖに近い低い電圧を得るためには、前記したパルス幅を限りなく短くする必要があるが、半導体スイッチのオン／オフには時間がかかるため、この時間より細いパルスを発生させることは困難である。
【０００６】
このため、図４に示されるように、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが困難であるという問題があった。
図４には、図３に示される無線送信機における電圧波形の一例を示してある。電圧の低いところで歪みが発生している。
また、このような問題を解決するためには、例えば、高速にオン／オフが可能な半導体スイッチを採用する必要があるが、高速な半導体スイッチは高価であり部品コストが増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能なために低歪みであり且つ安価に実現することが可能な送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、信号を送信する送信機において、次のような構成とした。
すなわち、ＰＷＭ手段が、送信対象となる変調用の信号に基づいて、ＰＷＭ波形を生成する。低速の半導体スイッチが、前記ＰＷＭ手段により生成されたＰＷＭ波形に基づいて、パルス信号を出力する。高速の半導体スイッチが、前記ＰＷＭ手段により生成されたＰＷＭ波形に基づいて、パルス信号を出力する。レベル検出手段が、前記送信対象となる変調用の信号のレベルを検出する。制御手段が、前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値以上である場合（又は、所定の閾値を超える場合）には、前記高速の半導体スイッチをオフ状態とし、前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値未満である場合（又は、所定の閾値以下である場合）には、前記高速の半導体スイッチをオン／オフ動作させる。送信手段が、前記低速の半導体スイッチ及び前記高速の半導体スイッチから出力されるパルス信号に基づいて、搬送波を変調して送信する。
【０００９】
従って、低速の半導体スイッチと高速の半導体スイッチを備えて、変調用の信号のレベルが小さいときだけ（必要なときだけ）高速の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように制御することにより、例えば、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能であり、低歪みな送信機を安価に実現することができる。
【００１０】
ここで、低速の半導体スイッチの数や、高速の半導体スイッチの数としては、それぞれ、特に限定は無く、例えば、低速の半導体スイッチについては変調用の信号のレベルが比較的大きいときに対応できるように（比較的）多数備え、高速の半導体スイッチについては変調用の信号のレベルが比較的小さいときだけ（必要なときだけ）に対応できる程度で（比較的）少数備えるような構成を用いることができる。このような構成では、一般的に高価な高速の半導体スイッチの数を少なく（例えば、必要最少限に）抑えることができるため、全体的なコストを低くすることができる。
【００１１】
また、高速の半導体スイッチを制御するための前記した所定の閾値（変調用の信号のレベルに関する前記した所定の閾値）としては、実用上で有効であれば、種々な値が用いられてもよい。
また、信号のレベルとしては、例えば、電圧のレベルなど、種々なものが用いられてもよい。
【００１２】
また、低速の半導体スイッチについては、例えば、常にオン／オフ動作させられるような構成が用いられてもよく、或いは、前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値以上である場合（又は、所定の閾値を超える場合）には、前記低速の半導体スイッチをオン／オフ動作させ、前記レベル検出手段により検出されたレベルが所定の閾値未満である場合（又は、所定の閾値以下である場合）には、前記低速の半導体スイッチをオフ状態とするような構成が用いられてもよい。つまり、低速の半導体スイッチと高速の半導体スイッチのうちのいずれか一方のみがオン／オフ動作して使用されて他方はオフ状態となるように切り替える構成が用いられてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明に係る送信機によると、変調用の信号に基づくＰＷＭ波形から半導体スイッチによりパルス信号を出力し、当該パルス信号により搬送波を変調して送信するに際して、低速の半導体スイッチと高速の半導体スイッチを備えて、変調用の信号のレベルが小さいときだけ（必要なときだけ）高速の半導体スイッチをオン／オフ動作させるように制御することにより、例えば、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能であり、低歪みな送信機を安価に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施例に係る無線送信機の構成例を示してある。
本例の無線送信機は、トランス１と、ダイオード２と、ＰＷＭ波形生成部３と、レベル検出部４と、制御部５と、ＦＥＴドライバ６と、低速の半導体スイッチである低速ＦＥＴ７と、ＦＥＴドライバ８と、高速の半導体スイッチである高速ＦＥＴ９と、電力増幅器１０と、アンテナ１１を備えている。
また、本例の無線送信機は、ダイオード２１と、３個のコイル２２、２３、２４と、５個のコンデンサ２５、２６、２７、２８、２９を有する回路群を備えており、この回路群はローバスフィルタの機能を有している。
【００１５】
本例の無線送信機において行われる動作の一例を示す。
交流電源がトランス１に入力される。
トランス１は、入力された交流電源の電圧を変換してダイオード２へ出力する。
ダイオード２は、トランス１から入力された交流電源を直流に整流して低速ＦＥＴへ出力する。
【００１６】
送信対象となる振幅変調信号がＰＷＭ波形生成部３及びレベル検出部４に入力される。
ＰＷＭ波形生成部３は、入力された振幅変調信号に基づいて、それに対応したＰＷＭ波形の信号を生成して制御部５及びＦＥＴドライバ６へ出力する。
レベル検出部４は、入力された振幅変調信号のレベルを検出し、その検出結果の情報を制御部５へ出力する。
【００１７】
制御部５は、レベル検出部４から入力された情報とＰＷＭ波形生成部３から入力されたＰＷＭ波形に基づいて、ＦＥＴドライバ８を介して高速ＦＥＴ９を制御する。本例では、制御部５は、レベル検出部４により検出された振幅変調信号のレベルと所定の閾値とを比較し、当該レベルが当該閾値以上である場合（又は、当該閾値を超える場合としてもよい）には、高速ＦＥＴ９がオフ状態となるように制御し、一方、当該レベルが当該閾値未満である場合（又は、当該閾値以下である場合としてもよい）には、ＰＷＭ波形生成部３からのＰＷＭ波形をＦＥＴドライバ８へ出力して、高速ＦＥＴ９がオン／オフ動作するように制御する。
【００１８】
ＦＥＴドライバ６は、ＰＷＭ波形生成部３から入力されたＰＷＭ波形に応じて低速ＦＥＴ７を駆動させる。
低速ＦＥＴ７は、ダイオード２から入力される直流電源によりオン／オフ動作し、ＦＥＴドライバ６により駆動されて、ＰＷＭ波形に応じた信号をローパスフィルタの機能を有する回路群へ出力する。
ＦＥＴドライバ８は、高速ＦＥＴ９をオン／オフ動作させる場合には、制御部５から入力されたＰＷＭ波形に応じて高速ＦＥＴ９を駆動させる。
高速ＦＥＴ９は、ダイオード２から入力される直流電源によりオン／オフ動作し、ＦＥＴドライバ８により駆動されて、ＰＷＭ波形に応じた信号をローパスフィルタの機能を有する回路群へ出力する。
【００１９】
ローパスフィルタの機能を有する回路群は、設定されたフィルタ特性に応じて、低速ＦＥＴ７や高速ＦＥＴ９から入力された信号に含まれる高周波数成分を減衰させて電力増幅器（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の電源として電力増幅器１０へ出力する。
また、無線送信のための搬送波が電力増幅器１０に入力される。
電力増幅器１０は、入力される搬送波を入力される電源（ＰＡ電源）により変調した振幅変調波の信号をアンテナ１１へ出力する。
アンテナ１１は、電力増幅器１０から入力された信号を無線により送信する。
【００２０】
以上のように、本例の無線送信機では、直流電源電圧をオン／オフすることによりパルスへ変換する手段（本例では、ＦＥＴ７、９）と、このパルスの幅を変化させることにより必要な電源電圧へ制御する手段（本例では、ＰＷＭ波形生成部３など）と、このパルスの高周波数成分をローパスフィルタにより減衰させて必要な電源電圧を取り出す手段（本例では、前記した回路群）を備えた。そして、直流電源電圧をオン／オフする手段として、安価であるがオン／オフ時間が長い半導体スイッチ（本例では、低速ＦＥＴ７）と、高価であるが高速にオン／オフが可能な半導体スイッチ（本例では、高速ＦＥＴ９）を並列に接続して使用する構成とした。
【００２１】
このような構成により、本例の無線送信機では、必要な電圧が高くパルス幅が長い動作領域では、例えば従来通り、低速な半導体スイッチ（本例では、低速ＦＥＴ７）のみオン／オフして、高速な半導体スイッチ（本例では、高速ＦＥＴ９）はオフ状態で使用し、一方、必要な電圧が低くパルス幅が短い動作領域では、高速な半導体スイッチ（本例では、高速ＦＥＴ９）をオン／オフ動作させる。
これにより、細いパルスを発生することが可能となり、図２に示されるように、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能となる。
ここで、図２には、本例の無線送信機における電圧波形の一例を示してある。
【００２２】
従って、本例では、終段増幅器（本例では、電力増幅器１０）の電源電圧を可変して振幅変調を得る無線送信機において、電圧が高いところでは低速ＦＥＴ７を使用し、電圧が低いところでは高速ＦＥＴ９を使用することにより、例えば、０Ｖに近い低い電圧を歪みなく連続的に得ることが可能であり、低歪みである無線送信機を安価に実現することができる。
なお、本例では、無線送信機の電源に関して説明したが、本発明は、他の種々な機器（装置）などに適用されてもよい。
【００２３】
ここで、本例の無線送信機により得られる効果の具体例を示す。
例えば、従来ではＢ級のリニア増幅器が使用されていたが、最近は、増幅効率の面から能率の高いＰＷＭのようなデジタル化が行われるようになっている。
大電力（例えば、３００ｋＷ）及び高電圧（例えば、１２ｋＶ）の送信機では、多数の高価な電力型ＦＥＴを直列や並列で使用することから、購入費用が高額になり、原価を低減することが必要とされる。
【００２４】
そこで、本例では、振幅変調用の信号をＰＷＭによりパルス幅変調信号へ変換し、変調信号の振幅がゼロに近い部分の細いパルスについては高速用の高価なＦＥＴ（高速ＦＥＴ９）を使用するようにし、変調信号の振幅が大きい部分の太いパルスについては低速用の安価なＦＥＴ（低速ＦＥＴ７）で十分に処理できるためそれを使用するようにする。これら２個のＦＥＴ７、９については、例えば、いずれかを選択することができるように並列構成となっており、変調信号の波形をセンサ（本例では、レベル検出部４や制御部５）で検知して、振り分ける。
【００２５】
このように、本例では、ＰＷＭを構成する高速ＦＥＴ９の電流分担に伴う構成個数（列）の削減を図っている。
具体例として、大電力送信機の動作を概算する。
送信機の終段（ＰＡ）の出力が３５０ｋＷである場合、送信終段効率を７０％とすると、ＰＡへの直流入力は５００ｋＷであり、正弦波の１００％変調時におけるＰＷＭのＰＡへの出力は７５０ｋＷとなる。直流高圧を１２ｋＶとすると、ＰＷＭの処理電流は約６２．５Ａとなる。
一方、ディレーティングしたＦＥＴの定格を仮に１５０Ｖ、１０Ａとすると、直列に８０個及び並列に７列で合計５６０個のＦＥＴが必要となり、高速ＦＥＴの１個当たりの購入価を仮に５０００円とすると、高速ＦＥＴのみで構成すると合計２８０００００円となる。
【００２６】
これに対して、これを仮に１個当たり１０００円の低速ＦＥＴで構成すると、合計で５６００００円となる。変調波の谷の近傍におけるＰＷＭのパルスでは、電圧は１２ｋＶであり、直列個数は８０個で同じであるが、電流は僅少であるため、この部分を高速ＦＥＴの１列で処理させることとして、１列追加の８並列構成とすると、全体的なＦＥＴの合計価格は９６００００円（＝５６００００円＋４０００００円）となる。
つまり、この場合、本例のような構成では、１８４００００円（＝２８０００００円−９６００００円）だけ安価にすることができ、約６６％の原材料の購入価を低減することができる。
【００２７】
なお、本例の無線送信機では、ＰＷＭ波形生成部３が送信対象となる変調用の信号（本例では、振幅変調信号）に基づいてＰＷＭ波形を生成する機能によりＰＷＭ手段が構成されており、ＰＷＭ波形に基づいてＦＥＴドライバ６により制御されてパルス信号を出力する低速ＦＥＴ７により低速の半導体スイッチが構成されており、ＰＷＭ波形に基づいてＦＥＴドライバ８により制御されてパルス信号を出力する高速ＦＥＴ９により高速の半導体スイッチが構成されており、レベル検出部４が送信対象となる変調用の信号（本例では、振幅変調信号）のレベルを検出する機能によりレベル検出手段が構成されており、制御部５が送信対象となる変調用の信号（本例では、振幅変調信号）のレベルと所定の閾値との大小関係に基づいてＦＥＴドライバ８を介して高速ＦＥＴ９の動作状態を制御する機能により制御手段が構成されており、電力増幅器１０が半導体スイッチ（本例では、低速ＦＥＴ７や高速ＦＥＴ９）からローパスフィルタを介して入力されるパルス信号により搬送波を変調してアンテナ１１により変調波の信号を無線送信する機能により送信手段が構成されている。
【００２８】
ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例に係る無線送信機の構成例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る無線送信機における電圧波形の一例を示す図である。
【図３】無線送信機の構成例を示す図である。
【図４】無線送信機における電圧波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・トランス、  ２、２１・・ダイオード、  ３・・ＰＷＭ波形生成部、  ４・・レベル検出部、  ５・・制御部、  ６、８・・ＦＥＴドライバ、  ７・・低速ＦＥＴ、  ９・・高速ＦＥＴ、  １０・・電力増幅器、  １１・・アンテナ、  ２２〜２４・・コイル、  ２５〜２９・・コンデンサ、
【図１】
2009060529.tif 000003
【図２】
2009060529.tif 000004
【図３】
2009060529.tif 000005
【図４】
2009060529.tif 000006