JP6915312B2

JP6915312B2 - 無線通信機

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Publication number: JP6915312B2
Application number: JP2017044779A
Authority: JP
Inventors: 横山　卓頼; 卓頼横山; 賢雄堀内
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: JP2018148519A

Description

本発明は無線通信機に関し、特に送信パワーの制御を電流制御にて行う無線通信機に関する。

無線通信機の送信パワーの制御方法として、増幅器の電流を一定に保つ電流制御方法が知られている。また、特許文献１には、電流制御方法に関して、異常負荷等の過電圧時に備え、出力電力制御端子（Ｖ_ＡＰＣ）と増幅器の入力との間に過電圧制限のためのツェナーダイオードを設ける技術が開示されている。このツェナーダイオードによって、異常負荷等の過電圧時に、増幅器へ入力されるパワー制御電圧は制限される。これにより、特許文献１では、増幅器の所定のディレーティングを確保することができる。

特開平８−２４２１２８号公報

しかし、特許文献１に開示の技術では、ツェナーダイオードによる電圧制限が固定電圧であるため、異常負荷等によるパワー制御電圧の上限は、すべての条件において同じ固定電圧になる。このため、増幅器の温度プロテクション等の設定は、ディレーティングが一番厳しい条件で設定しなければならないという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、通常負荷時の出力特性に影響を与えずに、異常負荷時における増幅器のディレーティングを適切に設定することができる無線通信機を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、パワー制御電圧に基づいて入力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流に応じた電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に基づいて前記パワー制御電圧を生成するパワー制御電圧生成部と、前記増幅器の温度を検出する温度検出部と、前記パワー制御電圧生成部へ供給する電源電圧を変更可能な可変レギュレータと、前記温度に基づいて前記可変レギュレータから前記パワー制御電圧生成部へ供給される前記電源電圧を制御する制御部と、を備える無線通信機を提供する。

また、本発明は、パワー制御電圧に基づいて入力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流に応じた電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に基づいて前記パワー制御電圧を生成するパワー制御電圧生成部と、前記パワー制御電圧生成部へ供給する電源電圧を変更可能な可変レギュレータと、前記入力信号の周波数に基づいて前記可変レギュレータから前記パワー制御電圧生成部へ供給される前記電源電圧を制御する制御部と、を備える無線通信機を提供する。

本発明により、通常負荷時の出力特性に影響を与えずに、異常負荷時における増幅器のディレーティングを適切に設定することができる無線通信機を提供することができる。

実施の形態１にかかる無線通信機の構成例を示すブロック図である。実施の形態１にかかる無線通信機の常温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。実施の形態１にかかる無線通信機の高温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。実施の形態１にかかる無線通信機における異常負荷時の処理例を示すフローチャートである。実施の形態２にかかる無線通信機の構成例を示すブロック図である。実施の形態２にかかる無線通信機の常温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。実施の形態２にかかる無線通信機の高温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。実施の形態３にかかる無線通信機の構成例を示すブロック図である。実施の形態４にかかる無線通信機の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
まず、図１のブロック図を用いて、本発明の実施の形態１にかかる無線通信機１００の構成例について説明する。無線通信機１００は、増幅器１０と、電源２０と、電流検出部３０と、温度検出部４０と、制御部５０と、可変レギュレータ６０と、パワー制御電圧生成部７０と、を備えている。

増幅器１０は、パワー制御電圧をパワー制御電圧生成部７０から受け取る。また、増幅器１０は、受け取ったパワー制御電圧に基づいて入力信号を増幅する。そして、増幅器１０は、増幅された信号を出力信号として出力する。なお、増幅器１０は、例えば、無線通信機１００における送信機の終段の高周波電力増幅器である。また、増幅器１０は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）により構成される。

電源２０は、電流検出部３０を介して増幅器１０へ電力を供給する電源である。なお、電源２０は、例えば無線通信機１００のバッテリーである。

電流検出部３０は、増幅器１０に流れる電流を検出するものである。電流検出部３０は、電源２０と増幅器１０との間に配置される。電流検出部３０は、例えば、電源２０と増幅器１０との間に直列に接続された抵抗の両端の電圧を検出することにより増幅器１０に流れる電流を検出する。そして、電流検出部３０は、検出された電流値をパワー制御電圧生成部７０へ出力する。

温度検出部４０は、増幅器１０の近傍に配置され、増幅器１０の温度を検出する。そして、温度検出部４０は、検出された温度を制御部５０へ出力する。なお、温度検出部４０は、例えばサーミスタにより構成される。

可変レギュレータ６０は、パワー制御電圧生成部７０へ供給する電源電圧を変更することができるものである。また、可変レギュレータ６０は、出力をオフすることも可能である。

制御部５０は、増幅器１０の温度を温度検出部４０から受け取る。そして、制御部５０は、受け取った増幅器１０の温度に基づいて、可変レギュレータ６０からパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御する。なお、制御部５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される。

パワー制御電圧生成部７０において、可変レギュレータ６０から供給されるパワー制御電圧生成部７０の電源電圧が変更されることにより、パワー制御電圧の上限値が変更される。また、パワー制御電圧生成部７０は、電流検出部３０から電流値を受け取る。さらに、パワー制御電圧生成部７０は、受け取った電流値に応じた電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に基づいてパワー制御電圧を生成する。ここで、基準電圧とは、増幅器１０の出力電力を所定の出力電力に設定するための電圧である。そして、パワー制御電圧生成部７０は、生成されたパワー制御電圧を増幅器１０へ出力する。増幅器１０は、受け取ったパワー制御電圧に基づいて入力信号を増幅し、無線通信機１００のアンテナへ出力する。アンテナのインピーダンスが所定の範囲で変化しても、増幅器１０に流れる電流を一定に保つように、パワー制御電圧は制御されるが、その制御電圧の上限値は、可変レギュレータ６０から供給されるパワー制御電圧生成部７０の電源電圧により定まる。

続いて、図２及び図３のグラフを用いて、パワー制御電圧生成部７０により生成されるパワー制御電圧について説明する。

図２は、常温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。ここで、異常負荷とは、例えば無線通信機１００のアンテナが人の手や金属板に触れられていること等により増幅器１０の負荷であるアンテナのインピーダンスが大きく変動し、異常になっている状態のことを示す。

常温時には、パワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧は、Ｖ_ＮＴに制御される。これにより、常温時のパワー制御電圧の上限値は、Ｖ_ＮＴに設定される。なお、Ｖ_ＮＴを第１の電圧と呼んでもよい。

常温時において、通常負荷時には、パワー制御電圧生成部７０によって、基準電圧によりパワー制御電圧がＶ_ＮＴより小さい値でコントロールされる。また、異常負荷時には、基準電圧によるコントロールができず、送信が開始されるとパワー制御電圧はＶ_ＮＴまで一気に上昇する。

図３は、高温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。なお、常温と高温とは、所定の閾値によりわけられる。すなわち、常温とは、所定の閾値以下の温度であり、高温とは、所定の閾値より高い温度である。

高温時には、パワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧は、Ｖ_ＨＴに制御される。これにより、高温時のパワー制御電圧の上限値は、Ｖ_ＨＴに設定される。ここで、Ｖ_ＨＴはＶ_ＮＴより低い電圧である。なお、Ｖ_ＨＴを第２の電圧と呼んでもよい。

高温時において、通常負荷時には、パワー制御電圧生成部７０によって、基準電圧によりパワー制御電圧がＶ_ＨＴより小さい値でコントロールされる。また、異常負荷時には、基準電圧によるコントロールができず、送信が開始されるとパワー制御電圧はＶ_ＨＴまで一気に上昇する。

続いて、図４のフローチャートを用いて、無線通信機１００における異常負荷時の処理例について説明する。

まず、温度検出部４０は、増幅器１０の温度を検出する（ステップＳ１）。次に、制御部５０は、検出された温度が所定の閾値より高いか否かを判断する（ステップＳ２）。

検出された温度が所定の閾値以下である場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御部５０は、可変レギュレータ６０の出力をＶ_ＮＴに制御する（ステップＳ３）。次に、パワー制御電圧生成部７０の基準電圧を設定する（ステップＳ４）。次に、パワー制御電圧生成部７０は、パワー制御電圧をＶ_ＮＴに設定する（ステップＳ５）。次に、増幅器１０は、送信パワーを出力する（ステップＳ６）。ステップＳ６の後、ステップＳ１に戻る。

他方、検出された温度が所定の閾値より高い場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御部５０は、可変レギュレータ６０の出力をＶ_ＨＴに制御する（ステップＳ７）。次に、パワー制御電圧生成部７０の基準電圧を設定する（ステップＳ８）。次に、パワー制御電圧生成部７０は、パワー制御電圧をＶ_ＨＴに設定する（ステップＳ９）。そして、増幅器１０は、送信パワーを出力する（ステップＳ６）。ステップＳ６の後、ステップＳ１に戻る。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる無線通信機１００では、パワー制御電圧生成部７０へ供給する電源電圧を変更可能な可変レギュレータ６０と、温度検出部４０により検出された温度に基づいて可変レギュレータ６０からパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御する制御部５０と、を備えた構成としている。これにより、本実施の形態１にかかる無線通信機１００では、増幅器１０の温度に基づいてパワー制御電圧の上限値を制御することができる。このため、無線通信機１００では、通常負荷時の送信パワーや電流検出の分解能を変えずに、異常負荷時における増幅器１０のディレーティングを適切に設定することができる。すなわち、通常負荷時の出力特性に影響を与えずに、異常負荷時における増幅器のディレーティングを適切に設定することができる。

また、無線通信機１００では、制御部５０によって、温度検出部４０により検出された温度と所定の閾値とを比較する構成としている。また、無線通信機１００では、制御部５０によって、温度が所定の閾値以下である場合には、パワー制御電圧生成部７０に供給される電源電圧をＶ_ＮＴに制御し、温度が所定の閾値より高い場合には、当該電源電圧をＶ_ＮＴより低い電圧であるＶ_ＨＴに制御する構成としている。これにより、無線通信機１００では、常温時のパワー制御電圧の上限値を、高温時のパワー制御電圧の上限値より高く設定することができる。

さらに、無線通信機１００では、可変レギュレータ６０の出力をオフすることが可能な構成としている。これにより、無線通信機１００による送信をオフする際に、可変レギュレータ６０の出力をオフすることができる。すなわち、無線通信機１００による送信をオフする際に、増幅器１０へのパワー制御電圧の入力をカットすることができる。

実施の形態２
続いて、図５のブロック図を用いて、本発明の実施の形態２にかかる無線通信機２００の構成例について説明する。本実施の形態２にかかる無線通信機２００は、実施の形態１にかかる無線通信機１００の具体例である。無線通信機２００は、増幅器１０と、電源２０と、電流検出部３０と、温度検出部４０と、制御部５０と、可変レギュレータ６０と、パワー制御電圧生成部７０Ａと、を備えている。

パワー制御電圧生成部７０Ａは、比較器７１と、アクティブフィルタ７２と、を備えている。

比較器７１は、電流検出部３０から電流値を受け取る。また、比較器７１は、基準電圧を受け取る。さらに、比較器７１は、受け取った電流値に応じた電圧と基準電圧とを比較し、比較結果をアクティブフィルタ７２へ出力する。なお、比較器７１は、例えばオペアンプにより構成される。また、比較器に入力される基準電圧は、後段にアクティブフィルタ７２を備える構成のため、矩形波に近い波形とし、アクティブフィルタ７２の特性により帯域制限され波形は滑らかになる。また、アクティブフィルタ７２による時間の遅れが生じる為、立ち上がり、立ち下がりは実施例１より早くなる。

アクティブフィルタ７２の電源電圧は、可変レギュレータ６０から供給される。アクティブフィルタ７２において、可変レギュレータ６０から供給される電源電圧が変更されることにより、パワー制御電圧の上限値が変更される。また、アクティブフィルタ７２は、比較器７１から比較結果を受け取る。さらに、アクティブフィルタ７２は、受け取った比較結果に基づいてパワー制御電圧を生成する。そして、アクティブフィルタ７２は、生成されたパワー制御電圧を増幅器１０へ出力する。なお、アクティブフィルタ７２は、例えば、ベッセル型等の多重帰還型フィルタであり、オペアンプにより構成される。

続いて、図６及び図７のグラフを用いて、パワー制御電圧生成部７０Ａにより生成されるパワー制御電圧について説明する。

図６は、常温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。常温時には、アクティブフィルタ７２へ供給される電源電圧は、Ｖ_ＮＴに制御される。これにより、常温時のパワー制御電圧の上限値は、Ｖ_ＮＴに設定される。

常温時において、通常負荷時には、パワー制御電圧生成部７０Ａによって、基準電圧によりパワー制御電圧がＶ_ＮＴより小さい値でコントロールされる。また、異常負荷時には、基準電圧によるコントロールができず、送信が開始されるとパワー制御電圧はＶ_ＮＴまで上昇する。

図７は、高温時における通常負荷時と異常負荷時のパワー制御電圧を示すグラフである。高温時には、アクティブフィルタ７２へ供給される電源電圧は、Ｖ_ＨＴに制御される。これにより、高温時のパワー制御電圧の上限値は、Ｖ_ＨＴに設定される。

高温時において、通常負荷時には、パワー制御電圧生成部７０Ａによって、基準電圧によりパワー制御電圧がＶ_ＨＴより小さい値でコントロールされる。また、異常負荷時には、基準電圧によるコントロールができず、送信が開始されるとパワー制御電圧はＶ_ＨＴまで上昇する。

図６及び図７において、異常負荷時のパワー制御電圧の立ち上がり及び立ち下がりは、アクティブフィルタ７２の伝達関数により、通常負荷時と同様の滑らかな過渡応答特性となる。これにより、異常負荷時のパワー制御電圧の立ち上がり及び立ち下がりのエンベロープにおける周波数の帯域制限が可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態２にかかる無線通信機２００では、パワー制御電圧生成部７０Ａが、比較器７１及びアクティブフィルタ７２を備えた構成としている。また、無線通信機２００では、アクティブフィルタ７２の電源電圧が、可変レギュレータ６０から供給される構成としている。これにより、無線通信機２００では、実施の形態１の無線通信機１００と同様の効果を奏することができる。

また、無線通信機２００では、アクティブフィルタ７２が、多重帰還型フィルタである構成としている。これにより、無線通信機２００では、異常負荷時のパワー制御電圧の立ち上がり及び立ち下がりのエンベロープにおける周波数の帯域制限が可能となる。すなわち、異常負荷時のパワー制御電圧の立ち上がり及び立ち下がりのエンベロープにおける不要な輻射を抑えることができる。

実施の形態３
続いて、図８のブロック図を用いて、本発明の実施の形態３にかかる無線通信機３００の構成例について説明する。本実施の形態３にかかる無線通信機３００は、実施の形態１にかかる無線通信機１００の具体例である。無線通信機３００は、増幅器１０と、電源２０と、電流検出部３０と、温度検出部４０と、制御部５０と、可変レギュレータ６０と、パワー制御電圧生成部７０Ｂと、を備えている。

パワー制御電圧生成部７０Ｂは、比較器７１と、パッシブフィルタ７３と、を備えている。

比較器７１の電源電圧は、可変レギュレータ６０から供給される。比較器７１において、可変レギュレータ６０から供給される電源電圧が変更されることにより、パワー制御電圧の上限値が変更される。

パッシブフィルタ７３は、比較器７１から比較結果を受け取る。また、パッシブフィルタ７３は、受け取った比較結果に基づいてパワー制御電圧を生成する。具体的には、パッシブフィルタ７３は、受け取った比較結果を積分することによりパワー制御電圧を生成する。そして、パッシブフィルタ７３は、生成されたパワー制御電圧を増幅器１０へ出力する。なお、パッシブフィルタ７３は、例えば、コンデンサ及び抵抗を有するＣＲフィルタである。

パワー制御電圧生成部７０Ｂにより生成されるパワー制御電圧は、図２及び図３にて示したパワー制御電圧と同様であり説明及び図示を省略する。

以上のように、本発明の実施の形態３にかかる無線通信機３００では、パワー制御電圧生成部７０Ｂが、比較器７１及びパッシブフィルタ７３を備えた構成としている。また、無線通信機３００では、比較器７１の電源電圧が、可変レギュレータ６０から供給される構成としている。これにより、無線通信機３００では、実施の形態１の無線通信機１００と同様の効果を奏することができる。

また、無線通信機３００では、パワー制御電圧生成部７０Ｂが、アクティブフィルタ７２ではなくパッシブフィルタ７３を備えた構成としている。これにより、無線通信機３００では、実施の形態２の無線通信機２００に比べて、電力消費を抑え、且つコストを安くすることができる。

実施の形態４
続いて、図９のブロック図を用いて、本発明の実施の形態４にかかる無線通信機４００の構成例について説明する。本実施の形態４にかかる無線通信機４００は、実施の形態１にかかる無線通信機１００の変形例である。無線通信機４００は、増幅器１０と、電源２０と、電流検出部３０と、温度検出部４０と、制御部５０Ａと、可変レギュレータ６０と、パワー制御電圧生成部７０と、方向性結合器８０と、検波回路９０と、アンテナ１と、を備えている。

アンテナ１は、増幅器１０から方向性結合器８０を介して受け取った信号を他の装置へ送信する。また、アンテナ１は、他の装置から受信された信号を、無線通信機４００の図示しない受信回路へ出力する。

増幅器１０から方向性結合器８０を介してアンテナ１へ出力された信号の一部は、方向性結合器８０とアンテナ１との間の接続点２にて反射される。方向性結合器８０は、接続点２にて反射された反射信号を検波回路９０へ出力する。

検波回路９０は、受け取った反射信号の電力を検出する。そして、検波回路９０は、検出された反射信号の電力を制御部５０Ａへ出力する。

制御部５０Ａは、反射信号の電力を検波回路９０から受け取る。また、制御部５０Ａは、増幅器１０の温度を温度検出部４０から受け取る。そして、制御部５０Ａは、受け取った増幅器１０の温度及び反射信号の電力に基づいて、可変レギュレータ６０からパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御する。例えば、制御部５０Ａは、反射信号の電力に基づいて増幅器１０が異常負荷であるか否かを判断し、異常負荷である場合と異常負荷ではない場合とでパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を異なるように制御してもよい。なお、異常負荷であるか否かの判断は、反射信号の電力が閾値より大きい場合に異常負荷と判断し、反射信号の電力が閾値以下の場合に通常負荷と判断するようにしてもよい。

また、制御部５０Ａは、例えば、異常負荷である場合に異常負荷時の処理を開始するようにしてもよい。なお、この異常負荷時の処理として、図４に示す処理を行ってもよい。

また、制御部５０Ａは、パワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御する際のパラメータとして、増幅器１０の周波数特性を用いるようにしてもよい。すなわち、周波数特性とは、入力される信号の周波数に対する増幅器１０の諸特性であり、例えば、増幅器１０のゲインや効率の周波数特性である。無線通信機４００は、図示しない発振器を備え、その発振器の発振周波数に基づいて通信で使用される送信周波数や受信周波数は定まる。入力される信号の周波数は、この場合は送信周波数にあたる。制御部５０Ａが、入力される信号の周波数の設定情報を得ることに特に困難な点はなく、制御部５０Ａが、発振器への発振周波数の設定情報を得る構成を備えるか、制御部５０Ａが、発振器への発振周波数の設定情報を与えてもよい。

実施例では増幅器１０に流れる電流を一定にする制御を行うが、増幅器１０の周波数特性によって、電流値を一定にするパワー制御電圧が、周波数に応じて異なる場合がある。また、増幅器１０に流れる電流を周波数に応じて異なる設定としたい場合がある。それら周波数に合わせた対応を行うべく、制御部５０Ａは、周波数に応じてパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御することで、通常負荷時の出力特性に影響を与えずに、異常負荷時における増幅器のディレーティングを適切に設定することができる。

制御部５０Ａは、増幅器１０の温度、及び増幅器１０の周波数特性に基づいてパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御するようにしてもよい。これにより、温度及び周波数に応じたディレーティングを適切に設定することができる。

以上のように、本発明の実施の形態４にかかる無線通信機４００は、方向性結合器８０及び検波回路９０を備えた構成としている。また、無線通信機４００では、制御部５０Ａが、増幅器１０の温度及び反射信号の電力に基づいてパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を制御する構成としている。これにより、無線通信機４００では、制御部５０Ａにより、反射信号の電力に基づいて増幅器１０が異常負荷であるか否かを判断することができる。また、無線通信機４００では、増幅器１０が異常負荷である場合と異常負荷ではない場合とでパワー制御電圧生成部７０へ供給される電源電圧を異なるように制御することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０増幅器
３０電流検出部
４０温度検出部
５０、５０Ａ制御部
６０可変レギュレータ
７０パワー制御電圧生成部
１００、４００無線通信機

Claims

パワー制御電圧に基づいて入力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流に応じた電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に基づいて前記増幅器に流れる電流を一定に保つように制御するための前記パワー制御電圧を生成するパワー制御電圧生成部と、
前記増幅器の温度を検出する温度検出部と、
前記パワー制御電圧生成部へ供給する電源電圧を変更可能な可変レギュレータと、
前記温度に基づいて前記可変レギュレータから前記パワー制御電圧生成部へ供給される前記電源電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記温度と所定の閾値とを比較し、
前記温度が前記所定の閾値以下である場合には、前記電源電圧を第１の電圧に制御し、
前記温度が前記所定の閾値より高い場合には、前記電源電圧を前記第１の電圧より低い電圧である第２の電圧に制御する、
無線通信機。
方向性結合器と、検波回路と、をさらに備え、
前記方向性結合器は、前記増幅器から出力されてアンテナから反射された反射信号を前記検波回路へ出力し、
前記検波回路は、前記反射信号の電力を検出し、
前記制御部は、さらに前記反射信号の電力に基づいて前記可変レギュレータの前記電源電圧を制御する、
請求項１に記載の無線通信機。