JP2005210316A - 反射電力抑制回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、小型化を容易に図ることができると共に、信号送信時における電力損失を抑制しつつ、アンテナの破損等を原因とする電力増幅器の破損を防止できる反射電力抑制回路を提供することである。
【解決手段】 増幅器３は、送信信号を増幅してアンテナに対して出力し、方向性結合器６は、増幅器３とアンテナとの間をつなぐ第１の経路を通過する電力の一部を、当該第１の経路と異なる第２の経路に分岐し、検出手段７は、アンテナ側から増幅器３側へと反射してくる反射電力の強度の変化に相関して変化する電気的なパラメータを検出することにより、当該反射電力の強度を検出し、制御手段８は、検出手段７が検出した電気的なパラメータに基づいて、方向性結合器６が第２の経路へと分岐する電力の割合を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射電力抑制回路に関し、より特定的には、アンテナ側から反射してくる反射電力が電力増幅器に入力することを防止する回路に関する発明である。

携帯電話、ＰＨＳ（簡易型携帯電話）などの移動体通信機器の携帯端末機では、その特徴である携帯性や小型化のために、アンテナが破損したり、アンテナがスチールデスクの鉄板などの金属との接触することなどが応々にして起こる。このような状態で携帯端末機が発呼または通話状態になり送信電力を放射すると、アンテナ部付近より送信電力が反射して電力増幅器とアンテナ間の整合条件が崩れる。反射波電力により電力増幅器の出力整合条件が崩れると、電力増幅器の負荷曲線が変わり設計時に設定していた安全動作領域（ＡＳＯ：Ａｒｅａ ｏｆ Ｓａｆｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を、当該電力増幅器の動作領域が逸脱してしまい、電力増幅器が破損または破壊に至る可能性がある。よって、このような携帯端末機に用いられる電力増幅器を構成する増幅デバイスには、負荷変動に対する十分な破壊耐量が求められる。

ところで、近年、デバイスの高効率化のため、ＧａＡｓ−ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）が開発および実用化され携帯端末機の電力増幅器にも利用されつつある。ところが、当該ＧａＡｓ−ＨＢＴの負荷変動に対する破壊耐量は、従来のデバイスであるＳｉ−ＭＯＳＦＥＴやＧａＡｓ−ＭＥＳＦＥＴの破壊耐量と比較して低い。そのため、当該ＧａＡｓ−ＨＢＴが電力増幅器に適用された携帯端末機においてアンテナの破損等が生じた場合には、当該電力増幅器が破損または破壊に至る可能性が高い。したがって、高性能・高効率デバイスであるＧａＡｓ−ＨＢＴを携帯端末機の電力増幅器として実用に供するには、負荷変動に対する破壊保護が不可欠な課題である。

上記課題を解決する方法としては、電力増幅器とアンテナとの間にアイソレータが挿入された携帯端末機が存在する。また、電力増幅器とアンテナとの間に方向性結合器が挿入され、当該方向性結合器から出力される反射電力に基づいて、電力増幅器の送信電力を抑制する携帯端末機も存在する。以下に、これらの携帯端末機について、図面を参照しながら説明する。図８は、アイソレータが用いられた携帯端末機の構成を示したブロック図である。また、図９は、方向性結合器が用いられた携帯端末機の構成を示したブロック図である。

まず、図８に示す携帯端末機について説明を行う。図８に示す携帯端末機は、入力端子１０１、出力端子１０２、電力増幅器１０３、電源供給端子１０４およびアイソレータ１０５を備える。入力端子１０１からは、送信信号が入力される。電力増幅器１０３は、当該送信信号を増幅して出力する。電源供給端子１０４は、電力増幅器１０３を駆動させるための電力を供給する端子である。アイソレータ１０５は、電力増幅器１０３から出力される送信信号を出力端子１０２へと出力すると共に、出力端子１０２から電力増幅器１０３側へと反射してくる信号を、接地側へと出力する。出力端子１０２は、アイソレータ１０５から出力されてくる送信信号をアンテナへと出力する。

以上のように構成された携帯端末機では、アンテナの破損等を原因として生じる電力増幅器１０３の破損が防止される。以下に詳しく説明する。

携帯端末において、アンテナの破損等により、アンテナから電力増幅器１０３側への反射電力が大きくなる。このような反射電力は、電力増幅器１０３とアンテナとの整合条件を崩してしまう。電力増幅器１０３とアンテナとの整合条件が崩れると、電力増幅器１０３の負荷曲線が変化してしまい、設計時に設定されていたＡＳＯを、当該電力増幅器３の動作領域が逸脱してしまう。その結果、当該電力増幅器１０３は、破損してしまう。

ここで、図８に示す電力増幅器１０３では、電力増幅器１０３と出力端子１０２との間にアイソレータ１０５が挿入されている。当該アイソレータ１０５は、反射電力を接地側に出力する。したがって、アンテナの破損などにより反射電力が大きくなったとしても、当該反射電力は、電力増幅器１０３に入力しない。そのため、電力増幅器１０３とアンテナとの整合条件は、維持された状態となり、当該電力増幅器１０３の負荷曲線も維持される。その結果、電力増幅器３の動作領域が設計時のＡＳＯを逸脱することがなくなり、電力増幅器１０３の破損が防止される。

次に、図９に示す携帯端末機について説明する。図９に示す携帯端末機は、入力端子１０１、出力端子１０２、電力増幅器１０３、電源供給端子１０４、方向性結合器１０６、検波回路１０７、制御回路１０８および終端抵抗器１０９を備える。入力端子１０１からは、送信信号が入力される。電力増幅器１０３は、当該送信信号を増幅して出力する。電源供給端子１０４は、電力増幅器１０３を駆動させるための電力を供給する端子である。方向性結合器１０６は、電力増幅器１０３から出力される送信信号を出力端子１０２へと出力すると共に、出力端子１０２から電力増幅器１０３側への反射電力を、検波回路１０７へ出力する。出力端子１０２は、方向性結合器１０６から出力されてくる送信信号をアンテナへと出力する。検波回路１０７は、反射電力を電圧信号に変換して、制御回路１０８に出力する。制御回路１０８は、当該電圧信号の強度に基づいて、電力増幅器１０３の電力利得を制御する。

以上のように構成された携帯端末機においても、アンテナの破損等を原因として生じる電力増幅器１０３の破損が防止される。以下に詳しく説明する。

携帯端末機において、アンテナの破損等により、アンテナから電力増幅器１０３側への反射電力が大きくなる。このように反射電力が大きくなると、前述したように当該電力増幅器１０３が破損してしまう。

そこで、図９に示す携帯端末機では、方向性結合器１０６が、反射電力を検出し、検波回路１０７が、反射電力を電圧信号に変換している。さらに、制御回路１０８は、当該電圧信号が大きいときには、電力増幅器１０３の電力利得を小さくしている。このように、電力増幅器１０３の電力利得が制御されることにより、反射電力によりアンテナと電力増幅器１０３とが不整合状態になったとしても、負荷曲線は、安全動作領域内に抑えられる。その結果、電力増幅器１０３の破損が防止される。
特開平６−２６８５３６号公報 特開２００２−７６７９１号公報 特開２０００−１６５１６４号公報

しかしながら、図８に示す携帯端末機は、小型化できないという問題と、送信方向の電力損失が発生するという問題が存在する。以下に詳しく説明する。

アイソレータは、磁気回路である。そのため、磁気回路を構成する材料の比透磁率が飛躍的に向上しない限り、当該アイソレータの小型化を望むことはできない。一般的に携帯端末機に用いられる８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ帯付近の市販されているアイソレータの形状は、５〜７ｍｍ角程度であり、電力増幅器と同等またはそれ以上の形状を有するに至っている。したがって、小型化が重要な携帯端末機において、アイソレータの存在は小型化の大きな障害になっている。また、アイソレータは、反射電力の有無に関わらず一定の順方向通過損失特性をもっている。そのため、当該携帯端末機において、信号送信時には常に電力損失が発生している。

また、図９に示す携帯端末機においても、送信方向の電力損失が発生するという問題が存在する。具体的には、方向性結合器１０６は、常に一定の結合度を有するため、反射電力の有無に関わらず一定の順方向通過損失特性をもっている。そのため、当該携帯端末機において、信号送信時には常に電力損失が発生している。

そこで、本発明の目的は、小型化を容易に図ることができると共に、信号送信時における電力損失を抑制しつつ、アンテナの破損等を原因とする電力増幅器の破損を防止することができる反射電力抑制回路を提供することである。

本発明に係る反射電力抑制回路では、増幅器は、送信信号を増幅してアンテナに対して出力し、方向性結合器は、増幅器とアンテナとの間をつなぐ第１の経路を通過する電力の一部を、当該第１の経路と異なる第２の経路に分岐し、検出手段は、アンテナ側から増幅器側へと反射してくる反射電力の強度の変化に相関して変化する電気的なパラメータを検出することにより、当該反射電力の強度を検出し、制御手段は、検出手段が検出した電気的なパラメータに基づいて、方向性結合器が第２の経路へと分岐する電力の割合を変化させるようにしている。

また、検出手段は、方向性結合器により第２の経路へと分岐された電力の強度を検出することで反射電力の強度を検出するようにしてもよい。

また、検出手段は、方向性結合器により第２の経路へと分岐された電力を当該電力の強度に応じた電圧値を持つ電圧信号に変換して、当該電圧信号の電圧値を検出することにより、反射電力の強度を検出する。さらに、制御手段は、方向性結合器に対して電気的に接続されている終端抵抗の抵抗値を可変とすることにより、当該方向性結合器が第２の経路へと電力を分岐する割合が最大となる特性インピーダンスを持った抵抗器と、検出手段が検出した電圧信号の電圧値と、予め定められた電圧値とを比較して、当該電圧信号の方が大きい場合には、第１の制御信号を出力し、当該予め定められた電圧値の方が大きい場合には、第２の制御信号を出力する比較手段と、比較手段から第１の制御信号が出力された場合には、方向性結合器と抵抗器とを電気的に接続し、当該比較手段から第２の制御信号が出力された場合には、当該方向性結合器と当該抵抗器とを電気的に切断するスイッチとを含むようにしてもよい。

また、スイッチは、ダイオードにより構成されることが望ましい。

また、スイッチは、電界効果型トランジスタにより構成されることが望ましい。

また、スイッチは、バイポーラ・トランジスタにより構成されることがのぞましい。

また、検出手段は、増幅器に対して供給される消費電流の大きさを検出することで反射電力の強度を検出するようにしてもよい。

また、検出手段は、消費電流の大きさに応じた電圧信号を出力している。さらに、制御手段は、方向性結合器に対して電気的に接続されて終端抵抗として用いられることにより、当該方向性結合器が第２の経路へと電力を分岐する割合が最大となる特性インピーダンスを持った抵抗器と、検出手段が検出した電圧信号の電圧値と、予め定められた電圧値とを比較して、当該電圧信号の方が大きい場合には、第１の制御信号を出力し、当該予め定められた電圧値の方が大きい場合には、第２の制御信号を出力する比較手段と、比較手段から第１の制御信号が出力された場合には、方向性結合器と抵抗器とを電気的に接続し、当該比較手段から第２の制御信号が出力された場合には、当該方向性結合器と当該抵抗器とを電気的に切断するスイッチとを含んでいてもよい。

本発明によれば、反射電力の大きさに応じて、方向性結合器の結合度を変化させている。具体的には、反射電力が小さい場合には、方向性結合器の結合度は、小さくなるように制御され、反射電力が大きい場合には、方向性結合器の結合度は、大きくなるように制御される。そのため、従来問題となっていた反射電力が小さい場合における送信信号の損失の問題が解決される。さらに、アイソレータが用いられないので、回路の縮小化を図ることが可能となる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る反射電力抑制回路について図面を参照しながら説明する。図１は、当該反射電力抑制回路を含んだ携帯端末機のブロック図である。

図１に示す携帯端末機は、入力端子１、出力端子２、電力増幅器３、電源供給端子４および反射電力抑制回路５を備える。また、反射電力抑制回路５は、方向性結合器６、検波回路７、制御回路８、終端抵抗器９およびスイッチ回路１０を備える。当該携帯端末機は、大電力の反射電力が電力増幅器３に入力することを防止するために、電力増幅器３と出力端子２との間に方向性結合器６が設けられている。そして、当該方向性結合器６の結合度は、制御回路８により、反射電力の大きさに基づいて制御されている。それでは、以下に、図１に示す携帯端末機の各構成要素について説明する。

入力端子１からは、送信信号が入力する。電力増幅器３は、送信信号を増幅して出力する。電力増幅器３は、当該送信信号を増幅して出力する。出力端子２は、電力増幅器３で増幅された送信信号が出力される。なお、当該出力端子２は、アンテナ（図示せず）に接続されている。電源供給端子４は、電力増幅器３を駆動させるための電力を供給する端子である。反射電力抑制回路５は、出力端子２側から反射されてくる電力が電力増幅器３に入力することを防止する。以下に、反射電力抑制回路５の詳細について、図面を参照しながら説明する。

方向性結合器６は、例えば、マイクロストリップライン型の方向性結合器により実現され、電力増幅器３と出力端子２とをつなぐ第１の経路を通過する電力の一部を、当該第１の経路と異なる第２の経路に分岐する。具体的には、当該方向性結合器６は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を有している。Ｐ１には、電力増幅器３が接続され、送信信号が入力する。また、Ｐ２には、出力端子２が接続され、送信信号が出力していく。また、Ｐ３には、終端抵抗器９が接続される。また、Ｐ４には、検波回路７が接続される。すなわち、上記第１の経路は、Ｐ１とＰ２とを含む経路である。また、上記第２の経路は、Ｐ４に接続される経路である。このように、方向性結合器６が接続されることにより、上記第１の経路を流れる送信信号の一部と反射電力の一部がＰ４側の第２の経路に出力されるようになる。そして、Ｐ４側の第２の経路に出力される電力の大きさは、当該方向性結合器６の結合度に依存している。具体的には、結合度が相対的に大きい場合には、相対的に強い強度の電力がＰ４側の第２の経路へと出力する。以下に、当該結合度について詳しく説明する。

結合度は、第１の経路を流れる電力が第２の経路へと分岐される度合を示したものである。具体的には、結合度が大きい場合には、相対的に多い割合で、第１の経路から第２の経路へと電力が分岐される。当該結合度は、Ｐ３側のインピーダンスにより変化する。具体的には、Ｐ３側のインピーダンスが特性インピーダンスとなっている場合に、結合度は最大値を取り、第２の経路へと分岐される電力の割合が最も大きくなる。すなわち、電力増幅器３に入力する反射電力の大きさが抑制される。

終端抵抗器９は、方向性結合器６の特性インピーダンスを有する抵抗器であって、例えば、５０Ωの抵抗器により実現される。検波回路７は、分岐された電力の大きさを検出することにより、反射電力の強度を検出している。具体的には、当該検波回路７は、分岐された電力を、当該電力の大きさに応じた電圧を持つ電圧信号に変換して、制御回路８に出力する。制御回路８は、反射電力の強度に応じて、方向性結合器６の結合度を変化させる。具体的には、制御回路８は、当該電圧信号の電圧値に基づいて、スイッチ回路１０のＯＮ／ＯＦＦを制御して、方向性結合器６の結合度を制御する。

スイッチ回路１０は、一端が終端抵抗器９に接続され、他端が接地される。当該スイッチ回路１０は、制御回路８から出力されてくる電圧信号の電圧値に応じて、ＯＮとＯＦＦとに切り替わる。スイッチ回路１０がＯＮに制御された場合には、終端抵抗器９と接地とが導通する。一方、スイッチ回路１０がＯＦＦに制御された場合には、終端抵抗器９と接地とが導通しない。ここで、制御回路８とスイッチ回路１０とについて、詳しく説明する。

制御回路８には、閾値となる電圧値を持ったリファレンス電圧が、リファレンス電圧入力端子１１を介して入力してくる。ここで、リファレンス電圧の大きさは、所定値の電圧値を持つ電力が検波回路７において検波されたときに、信号電圧が有する電圧値であるとする。また、当該所定値の反射電力とは、アンテナに破損等が発生する反射電力の大きさである。制御回路８は、当該リファレンス電圧の大きさと、検波回路７から出力される信号電圧の大きさとを比較し、リファレンス電圧の方が大きい場合には、Ｌｏｗの信号を出力し、信号電圧の方が大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号を出力する。

スイッチ回路１０は、制御回路８からＨｉｇｈの信号が出力された場合には、ＯＮの状態に制御される。したがって、終端抵抗器９と接地とが導通し、Ｐ３側のインピーダンスが特性インピーダンスとなる（すなわち、Ｌｏｗインピーダンス）。その結果、方向性結合器６の結合度が最大となる。一方、スイッチ回路１０は、制御回路８からＬｏｗの信号が出力された場合には、ＯＦＦの状態に制御される。したがって、終端抵抗器９と接地との間が導通せず、Ｐ３側のインピーダンスが特性インピーダンスよりも大きくなる（すなわち、Ｈｉｇｈインピーダンス）。その結果、方向性結合器６の結合度が相対的に小さくなる。

以上のように構成された図１に示す携帯端末機について、以下にその動作について説明を行う。最初に、アンテナの破損等が生じていない場合に、図１に示す携帯端末機が行う動作を説明する。

まず、反射電力抑制回路５の初期状態では、スイッチ回路１０は、ＯＦＦ（遮断）状態に制御されている。そのため、方向性結合器６の終端は、Ｈｉｇｈインピーダンス（ＯＰＥＮ）となり結合度は低くなる。その結果、方向性結合器６による順方向通過損失は低くなり、Ｐ４へ送信信号が殆ど分岐されない。

次に、携帯端末機が起動してしばらくたった状態（すなわち定常状態）では、方向性結合器６によって分岐検出された電力は、アンテナの破損等が生じた場合に比べて、十分に小さい。そのため、当該電力が検波回路７で検波された検波電圧も、リファレンス電圧よりも小さくなる。そこで、制御回路８は、検波電圧がリファレンス電圧以下の場合であるので、スイッチ回路１０をＯＦＦに制御する。

次に、アンテナ破損等により、出力端子２からの反射電力が増大した場合に、図１に示す携帯端末機が行う動作を説明する。

この場合、方向性結合器６のＰ２に入力する反射電力が大きくなる。そのため、Ｐ４へと分岐される電力も、定常状態より増加する。その結果、検波回路７で検波される検波電圧も増加する。制御回路８は、検波電圧があるリファレンス電圧以上になると、スイッチ回路１０をＯＮに制御する。そのため、方向性結合器６のＰ３のインピーダンスは、終端抵抗器９の特性インピーダンス（すなわち５０Ω）となる。これにより、方向性結合器６の結合度は、高くなる。その結果、方向性結合器６による電力のＰ４側への分岐量は増大する。そして、Ｐ４側へと分岐された電力は、検波回路７により消費される。

なお、反射電力がある所定値以下になった場合、すなわち携帯端末機の状態が定常状態に復帰した場合には、反射電力抑制回路５は作動を停止する。

ここで、図１に示す携帯端末機の具体的な回路構成について、図面を参照しながら説明する図２は、当該携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面である。

図２に示す携帯端末に含まれる反射電力抑制回路５は、コンデンサ１２、ダイオード１３、ダイオード１４、抵抗器１５、コンデンサ１６、オペアンプ１７、抵抗器１８およびダイオード１９を含む。ここで、コンデンサ１２、ダイオード１３、ダイオード１４、抵抗器１５およびコンデンサ１６は、検波回路７を構成する。オペアンプ１７および抵抗器１８は、制御回路８を構成する。ダイオード１９は、スイッチ回路１０を構成する。

コンデンサ１２と、ダイオード１４とは、直列に接続される。当該コンデンサ１２とダイオード１４との間には、ダイオード１３の出力側が接続される。なお、当該ダイオード１３の入力側は、設置される。また、ダイオード１４の出力側は、オペアンプ１７の入力端子の一方に接続されている。そして、ダイオード１４とオペアンプ１７との間には、抵抗器１５とコンデンサ１６のそれぞれの一端が接続される。なお、抵抗器１５とコンデンサ１６とのそれぞれの他端は接地される。

また、オペアンプ１７の他方の入力には、リファレンス電位が印加される。そして、オペアンプ１７の出力には、抵抗器１８が接続される。当該抵抗器１８は、終端抵抗器９の一端と接続されている。さらに、終端抵抗器９とダイオード１９とは、直列に接続されている。当該ダイオード１９の出力側は接地される。

コンデンサ１２は、方向性結合器６から分岐された電力のうち、交流成分のみを出力する。ダイオード１４は、電力を検波して、電圧信号に変換する。抵抗器１５およびコンデンサ１６は、ダイオード１４から出力される電圧信号を、平滑化する。オペアンプ１７は、リファレンス電圧入力端子から入力されるリファレンス電圧と、上記電圧信号とを比較し、リファレンス電圧よりも当該電圧信号が大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号を出力し、リファレンス電圧よりも当該電圧信号が小さい場合には、Ｌｏｗの信号を出力する。ダイオード１９は、オペアンプ１７からＨｉｇｈの信号が出力されてきた場合には、ＯＮの状態に制御される。これにより、方向性結合器６の結合度が高い状態に制御され、方向性結合器６は、電力を分岐するようになる。一方、オペアンプ１７からＬｏｗの信号が出力されてきた場合には、ＯＦＦに制御される。これにより、方向性結合器６の順方向通過損失が小さくなる。

以上のように、図１に係る携帯端末機の反射電力抑制回路５によれば、反射電力の大きさに基づいて、方向性結合器６の結合度が制御される。具体的には、反射電力の大きさが所定値よりも大きな場合には、反射電力が電力増幅器３に入力しないように、結合度が大きくなるように制御される。一方、反射電力の大きさが所定値以下の場合には、反射電力が電力増幅器３に入射しても大きな問題がないので、結合度が小さくなるように制御される。以上のように制御されることにより、アンテナの破損等が生じている場合には、方向性結合器６の結合度が高く設定され、電力増幅器３の破損が防止される。一方、アンテナの破損等が生じていない場合には、方向性結合器６の結合度が低く設定され、送信方向における電力損失が低く抑えられる。

また、反射電力抑制回路５の破壊防止機能は、作動開始する時の反射電力より作動が解除される時の反射電力の方が小さいというヒステリシス特性を有する。そのため、反射電力抑制回路５は、反射電力が設定された、ある所定値近傍でも作動がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す、いわゆるチャタリング現象は起こらず、実使用上極めて安定した動作をする。以下に、このヒステリシス特性について、図面を参照しながら詳しく説明する。図３は、出力端子２側からの反射電力量と、方向性結合器６により分岐される反射電力量との関係を示したグラフである。縦軸は、方向性結合器６により分岐される反射電力量を示し、横軸は、出力端子２側からの反射電力量を示す。

反射電力が十分に小さい定常状態（Ａ点）では、すでに説明したように反射電力抑制回路５は作動しない。そのため、反射波検出用方向性結合器６の終端は、Ｈｉｇｈインピーダンスで結合度が低い状態を維持している。アンテナ破損等による反射電力増加に比例して反射波検出用方向性結合器６による分岐される反射電力が増加する。そして、反射電力が所定値を超える（Ｂ点）と、反射電力抑制回路５は、動作を開始する。その結果、方向性結合器６の終端は、結合度が高い状態に遷移する（Ｂ点⇒Ｃ点）。

この後、反射電力抑制回路５は、定常状態に復帰しない限り、作動し続けて電力増幅器３に対する負荷変動による破壊防止機能が維持される（Ｃ点⇔Ｄ点間）。

定常状態に回復し反射電力がある一定値以下に低減される（Ｄ点）と反射電力抑制回路５は、作動解除される。その結果、再び方向性結合器６の終端は、結合度が低い状態に遷移する。（Ｄ点⇒Ｅ点）なお、この時点で再び反射電力が増加した場合には、Ｅ点⇒Ｂ点⇒Ｃ点という軌跡を描いて反射電力抑制回路５が作動、維持される。逆に反射電力がさらに減少すると分岐される反射電力も減少して定常状態となり、反射電力抑制回路５は作動解除状態が維持される。（Ａ点）なお、反射電力抑制回路５の作動時における直線ＡＢの傾きと、非作動時における直線ＣＤの傾きとは、方向性結合器６の結合度が違うため異なる。

以上のように、携帯端末機が定常状態に回復するＤ点における反射電力量（作動解除反射電力）は、Ｂ点における反射電力量（作動開始反射電力）よりも小さくなっている。そのため、Ｂ点付近において、反射電力量が変動した場合に、頻繁にＯＮ／ＯＦＦされるチャタリングが発生しにくくなる。その結果、反射電力抑制回路５は、安定動作に不可欠なヒステリシス特性を有することがいえる。

なお、本実施形態に係る反射電力抑制回路において、スイッチ回路１０は、図２においてダイオード１９が用いられていたが、当該スイッチ回路１０の構成はこれに限らない。当該スイッチ回路１０は、例えば、図４に示すようにエンハンスメント型電界効果トランジスタ２１が用いられてもよいし、図５に示すようにバイポーラ・トランジスタ２２が用いられてもよい。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る反射電力抑制回路について、図面を参照しながら説明する。図６は、当該反射電力抑制回路を含んだ携帯端末機のブロック図である。

図６に示す携帯端末機は、入力端子１、出力端子２、電力増幅器３、電源供給端子４、反射電力抑制回路２５および電流検出回路２８を備える。また、反射電力抑制回路２５は、方向性結合器６、終端抵抗器９、スイッチ回路１０、反射電力負荷回路２６および制御回路２７を含む。ここで、電力増幅器３の消費電流の大きさと電力増幅器３に入力する反射電力の大きさとの間には、反射電力が大きくなれば、消費電流も大きくなるという関係が成立する。すなわち、消費電流を検出することにより、間接的に反射電力の大きさを検出することが可能となる。そこで、本実施形態に係る携帯端末機では、電流検出回路２８により電力増幅器３の消費電流の大きさが検出され、検出された消費電流に基づいて、方向性結合器６の結合度が制御されている。それでは、以下に、図６に示す携帯端末機の各構成要素について説明する。

入力端子１からは、送信信号が入力する。電力増幅器３は、送信信号を増幅して出力する。出力端子２は、電力増幅器３で増幅された送信信号を出力する。なお、当該出力端子２は、アンテナ（図示せず）に接続されている。電力増幅器３は、当該送信信号を増幅して出力する。電源供給端子４は、電力増幅器３を駆動させるための電力を供給する端子であり、バッテリー等の直流電源が接続されている。電流検出回路２８は、電力増幅器３における消費電流を検出し、当該消費電流に応じた電圧を出力する。反射電力抑制回路２５は、出力端子２側から反射されてくる電力が電力増幅器３に入力することを防止する。以下に、反射電力抑制回路２５の詳細について、図面を参照しながら説明する。

方向性結合器６は、例えば、マイクロストリップライン型の方向性結合器により実現され、電力増幅器３と出力端子２とをつなぐ第１の経路を通過する電力の一部を、当該第１の経路と異なる第２の経路に分岐する。具体的には、当該方向性結合器６は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を有している。Ｐ１には、電力増幅器３が接続され、送信信号が入力する。また、Ｐ２には、出力端子２が接続され、送信信号が出力していく。また、Ｐ３には、終端抵抗器９が接続される。また、Ｐ４には、反射電力負荷回路２６が接続される。すなわち、上記第１の経路は、Ｐ１とＰ２とを含む経路である。また、上記第２の経路は、Ｐ４に接続される経路である。このように、方向性結合器６が接続されることにより、上記第１の経路を流れる送信信号の一部と反射電力の一部がＰ４側の第２の経路に出力されるようになる。そして、Ｐ４側の第２の経路に出力される電力の大きさは、当該方向性結合器６の結合度に依存している。具体的には、結合度が相対的に大きい場合には、相対的に強い強度の電力がＰ４側の第２の経路へと出力する。以下に、当該結合度について詳しく説明する。

反射電力負荷回路２６は、Ｐ４へと出力されてきた反射電力を消費する回路である。制御回路２７は、反射電力の強度に基づいて、方向性結合器６の結合度を変化させる。具体的には、制御回路２７は、電流検出回路２８からの出力電圧に基づいて、スイッチ回路１０のＯＮ／ＯＦＦを制御して、方向性結合器６の結合度を制御する。終端抵抗器９は、特性インピーダンスを持った抵抗器であり、例えば、５０Ωの抵抗器により実現される。スイッチ回路１０は、一端が終端抵抗器９に接続され、他端が接地される。そして、当該スイッチ回路１０は、制御回路２７から出力されてくる電圧信号の電圧値に応じて、ＯＮとＯＦＦとに切り替わる。なお、スイッチ回路１０がＯＮに制御された場合には、終端抵抗器９と接地とが導通し、スイッチ回路１０がＯＦＦに制御された場合には、終端抵抗器９と接地とが導通しない。ここで、制御回路２７とスイッチ回路１０とについて、詳しく説明する。

制御回路２７には、閾値となる電圧値を持ったリファレンス電圧が、リファレンス電圧入力端子２９を介して入力してくる。ここで、リファレンス電圧の大きさは、所定値の反射電力が電力増幅器３に入力した場合に、電力増幅器３が消費する消費電流に対応する出力電圧値であるとする。また、当該所定値の反射電力とは、アンテナに破損等が発生するときの反射電力の大きさである。制御回路２７は、当該リファレンス電圧の大きさと、電流検出回路２８から出力電圧の大きさとを比較し、リファレンス電圧の方が大きい場合には、Ｌｏｗの信号を出力し、出力電圧の方が大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号を出力する。

スイッチ回路１０は、制御回路２７からＬｏｗの信号が出力された場合には、ＯＦＦの状態に制御される。一方、スイッチ回路１０は、制御回路２７からＨｉｇｈの信号が出力された場合には、ＯＮの状態に制御される。なお、スイッチ回路１０がＯＦＦに制御されると、方向性結合器６の終端は、Ｈｉｇｈインピーダンスとなり、結合度は低くなる。一方、スイッチ回路１０がＯＮに制御されると、方向性結合器６の終端は、Ｌｏｗインピーダンスとなり、結合度は高くなる。

以上のように構成された図６に示す携帯端末機について、以下にその動作について説明を行う。最初に、アンテナの破損等が生じていない場合に、図６に示す携帯端末機が行う動作を説明する。

まず、反射電力抑制回路２５の初期状態では、スイッチ回路１０は、ＯＦＦ（遮断）状態に制御されている。そのため、方向性結合器６の終端は、Ｈｉｇｈインピーダンス（ＯＰＥＮ）となり結合度は低くなる。その結果、方向性結合器６による順方向通過損失は低くなり、Ｐ４へ送信信号が殆ど分岐されない。

次に、携帯端末機が起動してしばらくたった状態（すなわち定常状態）では、方向性結合器６によって分岐検出された電力は、アンテナの破損等が生じた場合に比べて、十分に小さい。そのため、電流検出回路２８からの出力電圧も、リファレンス電圧より小さくなる。そこで、制御回路２７は、出力電圧がリファレンス電圧以下であるので、スイッチ回路１０をＯＦＦに制御する。

次に、アンテナ破損等により、出力端子２からの反射電力が増大した場合に、図６に示す携帯端末機が行う動作を説明する。

この場合、方向性結合器６のＰ２に入力する反射電力が大きくなる。そのため、電力増幅器３に入力する反射電力の大きさも大きくなる。電力増幅器３に入力する反射電力の大きさが大きくなると、当該電力増幅器３における消費電流の大きさも大きくなる。その結果、電流検出回路２８から出力される出力電圧も増加する。制御回路２７は、出力電圧がリファレンス電圧以上になると、スイッチ回路１０をＯＮに制御する。そのため、方向性結合器６のＰ３のインピーダンスは、終端抵抗器９の特性インピーダンス（すなわち５０Ω）となる。これにより、方向性結合器６の結合度は、高くなる。その結果、方向性結合器６による電力のＰ４側への分岐量は増大する。そして、Ｐ４側へと分岐された電力は、検波回路７により消費され、大きな強度を持った反射電力が電力増幅器３に入力することが防止される。

なお、反射電力がある所定値以下になった場合、すなわち携帯端末機の状態が定常状態に復帰した場合には、反射電力抑制回路２５は作動を停止する。

以上のように本実施形態に係る携帯端末機によれば、反射電力抑制回路２５により反射電力の分岐量がコントロールされる。具体的には、反射電力が大きくなった場合には、電力の分岐量を増加させて、電力増幅器３側への反射電力の入力を減少させている。これにより、電力増幅器３の出力側から見たＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）特性の劣化を抑えることができ、負荷変動による電力増幅器３の破壊を防止することができる。

また、負荷変動の改善により電力増幅器３の消費電流量がある一定値以下に低下しない限り、すなわち定常状態に復帰しない限り反射電力抑制回路５は作動し続けて電力増幅器３に対する負荷変動による破壊防止機能が維持される。

次に、図６に示す携帯端末機の具体的な回路構成について、図面を参照しながら説明する図７は、当該携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面である。

図７に示す携帯端末に含まれる反射電力抑制回路２５は、終端抵抗器９、ダイオード１９、抵抗器３１、抵抗器３２およびオペアンプ３３を含む。ここで、終端抵抗器９は、反射電力負荷回路２６を構成する。抵抗器３２およびオペアンプ３３は、制御回路２７を構成する。ダイオード１９は、スイッチ回路１０を構成する。

抵抗器３１は、一端が方向性結合器６のＰ４に接続され、他端が接地される。終端抵抗器９は、一端が方向性結合器６のＰ３に接続され、他端がダイオード１９の入力に接続される。ダイオード１９の出力側は設置されている。終端抵抗器９とダイオード１９との間には、抵抗器３２を介して、オペアンプ３３の出力が接続されている。オペアンプ３３の一方の入力には、電流検出回路２８の出力が接続され、当該オペアンプの他方の入力には、リファレンス電圧入力端子２９が接続され、リファレンス電圧が印加される。

オペアンプ３３は、リファレンス電圧入力端子から入力されるリファレンス電圧と、電流検出回路２８からの出力電圧とを比較する。そして、当該オペアンプ３３は、出力電圧がリファレンス電圧よりも大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号を出力し、出力電圧がリファレンス電圧よりも小さい場合には、Ｌｏｗの信号を出力する。ダイオード１９は、オペアンプ３３からＨｉｇｈの信号が出力されてきた場合には、ＯＮの状態に制御される。これにより、方向性結合器６の結合度が高い状態に制御されて、方向性結合器６は、電力をＰ４側に分岐するようになる。そして、分岐された電力は、抵抗器３１において消費される。一方、オペアンプ３３からＬｏｗの信号が出力されてきた場合には、ダイオード１９はＯＦＦに制御される。これにより、方向性結合器６の順方向通過損失が小さくなる。

なお、本実施形態に係る反射電力抑制回路においても第１の実施形態と同様に、スイッチ回路１０にエンハンスメント型電界効果トランジスタ２１やバイポーラ・トランジスタ２２が用いられてもよい。

なお、本実施形態に係る反射電力抑制回路においても第１の実施形態と同様に、作動・停止にヒステリシス特性を有する。

本発明に係る反射電力抑制回路は、小型化を容易に図ることができると共に、信号送信時における電力損失を抑制しつつ、アンテナの破損等を原因とする電力増幅器の破損を防止出きる効果を有し、アンテナ側から反射してくる反射電力が電力増幅器に入力することを防止する回路として有用である。

第１の実施形態に係る反射電力抑制回路を含んだ携帯端末機のブロック図 第１の実施形態に係る携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面 出力端子２側からの反射電力量と、方向性結合器６により分岐される反射電力量との関係を示したグラフ 第１の実施形態に係る携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面 第１の実施形態に係る携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面 第２の実施形態に係る反射電力抑制回路を含んだ携帯端末機のブロック図 第２の実施形態に係る携帯端末機の具体的な回路構成を示した図面 従来の携帯端末機の構成を示したブロック図 従来の携帯端末機の構成を示したブロック図

符号の説明

１ 入力端子
２ 出力端子
３ 電力増幅器
４ 電源供給端子
５ 反射電力抑制回路
６ 方向性結合器
７ 検波回路
８ 制御回路
９ 終端抵抗器
１０ スイッチ回路
１２ コンデンサ
１３ ダイオード
１４ ダイオード
１５ 抵抗器
１６ コンデンサ
１７ オペアンプ
１８ 抵抗器
１９ ダイオード
２１ エンハンスメント型電界効果トランジスタ
２２ バイポーラ・トランジスタ
２５ 反射電力抑制回路
２６ 反射電力負荷回路
２７ 制御回路
２８ 電流検出回路
３１ 抵抗器
３２ 抵抗器
３３ オペアンプ

Claims (8)

1. 送信信号を増幅してアンテナに対して出力する増幅器と、
   前記増幅器と前記アンテナとの間をつなぐ第１の経路を通過する電力の一部を、当該第１の経路と異なる第２の経路に分岐する方向性結合器と、
   前記アンテナ側から前記増幅器側へと反射してくる反射電力の強度の変化に相関して変化する電気的なパラメータを検出することにより、当該反射電力の強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記電気的なパラメータに基づいて、前記方向性結合器が前記第２の経路へと分岐する電力の割合を変化させる制御手段とを備える、反射電力抑制回路。
2. 前記検出手段は、前記方向性結合器により第２の経路へと分岐された電力の強度を検出することで前記反射電力の強度を検出することを特徴とする、請求項１に記載の反射電力抑制回路。
3. 検出手段は、前記方向性結合器により前記第２の経路へと分岐された電力を当該電力の強度に応じた電圧値を持つ電圧信号に変換して、当該電圧信号の電圧値を検出することにより、前記反射電力の強度を検出し、
   前記制御手段は、
   前記方向性結合器に対して電気的に接続されて終端抵抗として用いられることにより、当該方向性結合器が前記第２の経路へと電力を分岐する割合が最大となる特性インピーダンスを持った抵抗器と、
   前記検出手段が検出した前記電圧信号の電圧値と、予め定められた電圧値とを比較して、当該電圧信号の方が大きい場合には、第１の制御信号を出力し、当該予め定められた電圧値の方が大きい場合には、第２の制御信号を出力する比較手段と、
   前記比較手段から第１の制御信号が出力された場合には、前記方向性結合器と前記抵抗器とを電気的に接続し、当該比較手段から第２の制御信号が出力された場合には、当該方向性結合器と当該抵抗器とを電気的に切断するスイッチとを含む、請求項２に記載の反射電力抑制回路。
4. 前記スイッチは、ダイオードにより構成されることを特徴とする、請求項３に記載の反射電力抑制回路。
5. 前記スイッチは、電界効果型トランジスタにより構成されることを特徴とする、請求項３に記載の反射電力抑制回路。
6. 前記スイッチは、バイポーラ・トランジスタにより構成されることを特徴とする、請求項３に記載の反射電力抑制回路。
7. 前記検出手段は、前記増幅器に対して供給される消費電流の大きさを検出することで前記反射電力の強度を検出することを特徴とする、請求項１に記載の反射電力抑制回路。
8. 前記検出手段は、前記消費電流の大きさに応じた電圧信号を出力し、
   前記制御手段は、
   前記方向性結合器に対して電気的に接続されて終端抵抗として用いられることにより、当該方向性結合器が前記第２の経路へと電力を分岐する割合が最大となる特性インピーダンスを持った抵抗器と、
   前記検出手段が検出した前記電圧信号の電圧値と、予め定められた電圧値とを比較して、当該電圧信号の方が大きい場合には、第１の制御信号を出力し、当該予め定められた電圧値の方が大きい場合には、第２の制御信号を出力する比較手段と、
   前記比較手段から第１の制御信号が出力された場合には、前記方向性結合器と前記抵抗器とを電気的に接続し、当該比較手段から第２の制御信号が出力された場合には、当該方向性結合器と当該抵抗器とを電気的に切断するスイッチとを含む、請求項２に記載の反射電力抑制回路。
   
   
   

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