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発明の名称 増幅装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−216680
公開日 平成6年(1994)8月5日
出願番号 特願平5−5629
出願日 平成5年(1993)1月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 岡本 達人 / 船田 孝 / 名古屋 喜則
要約 目的
増幅器において、規定の高調波減衰量の確保を行いながら、平均消費電力を最小限に抑えることを目的とする。

構成
増幅器(1)の出力波中の高調波を検出する高調波検出部(2)、高調波検出部で検出した高調波量を許容値と比較するための基準値を持つ高調波基準値発生部(3)、発生した高調波量と高調波基準値との比較を行う比較器(4)、及び比較器(4)からの情報で作用し、増幅器(1)内の増幅素子のバイアスを決定するバイアス制御部(5)を設けた増幅装置。
特許請求の範囲
【請求項1】増幅器(1)の出力波中の高調波を検出する高調波検出部(2)、高調波検出部で検出した高調波量を許容値と比較するための基準値を持つ高調波量基準値発生部(3)、発生した高調波量と高調波基準値との比較を行う比較器(4)、及び比較器(4)からの情報で作用し、増幅器(1)内の増幅素子のバイアスを決定するバイアス制御部(5)を設けたことを特徴とする増幅装置。
【請求項2】増幅器(1)に於いて入力信号の振幅を検出する検出部1(6)、出力信号の振幅を検出する検出部2(7)、両検出部の出力を比較する比較器(4)、比較器出力によって動作する増幅素子用のバイアス制御部(5)を設けたことを特徴とする増幅装置。
【請求項3】増幅器(1)の出力信号の基本波電流を検出する検出部(8)と、検出部(8)出力を或る演算法則によって演算し、増幅器増幅素子のバイアス電流を決定するバイアス制御部(5)を設けたことを特徴とする増幅装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅器に必要な高調波減衰量の確保を行いながら、電源利用効率を高めることを目的とするもので、電源容量の限られる電池を電源とするような機器、即ち、移動体端末等に適し、特に無線送信部の出力段等に適するものに関する。
【0002】
【従来の技術】増幅器を低消費電力でかつ、低歪とする技術の中で、低周波向きのものでは、増幅素子の動作点をAB級やB級などにして消費電力の低減を図りながら或る程度、裸特性の歪率を犠牲にし、目的の歪率を帰還によって達成する技術が有る。しかし、高周波増幅器においては、帰還部の電気長と周波数とで帰還信号の位相が変化するために広帯域で位相裕余を確保することが困難である。従って帰還量に制限があり、十分な低歪の実現が困難である。そこで、高周波向けの低消費電力かつ低歪な増幅器として、電力増幅器と負荷との間に方向性結合器を挿入し、これより電力増幅器の送信出力の一部を取り出し、これを検波し、ベ−スバンド部からの信号と検波信号とを比較演算し、両者の差が最小となるまで増幅素子の電源電圧を制御する技術があった。しかし電源電圧の制御にDC−DCコンバ−タを用いる必要があり、DC−DCコンバ−タの高効率化という課題を残している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】移動体端末などに用いる電源は2次電池等の電池類である。これの充電一回あたりでの稼動可能時間、電池の容積等は端末の回路電流量に依存する。つまり、端末の省消費電力化によって、端末の連続稼働時間を拡大でき、端末の体積を抑えることが可能である。こうした、稼働可能時間の確保、端末小型化の要となる端末消費電力の中でも、とりわけ消費電力の大きい高周波送信部の消費電力を抑えることが課題となっている。本発明は、特に、高周波送信部の消費電力を抑えつつ且つ、送信部の高調波を抑制することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】増幅器の非飽和領域における出力波の(N次高調波電流/基本波電流)の比率は、増幅器の増幅素子のバイアス電流と基本波電流の比によって決定される。例として、2次高調波出力電流は(基本波出力電流/バイアス電流)に比例し、3次高調波出力電流は(基本波出力電流/バイアス電流)2に比例する。故に、ある一定の基本波電流を出力する条件の基で、バイアス電流を、素子の飽和領域でない範囲で多く流せば、有害である高調波電流の発生を抑える事が可能となる。その反面に消費電力が大きくなる。一般に高調波抑制を第一目的とする増幅器の設計では、バイアス電流の増加を無視して、増幅素子の直線性の良い動作領域を用いる。これに対して本発明は、出力電流が一定でない用途の場合に限り、その出力電流に応じて高調波減衰量を確保するための必要最低限のバイアス電流を与えることで電源効率を高めることを目的とする。つまり、あらゆる出力電流に対して(基本波電流/バイアス電流)値を、高調波量の許容値の許す範囲で最大とするように随時調整することで、平均消費電力を下げようとするものである。
【0005】
【作用】請求項1に関する概念図を図1に示す。増幅器1の出力より高調波検出部2で高調波成分を検出し、この値と、高調波量基準値発生部3が与える、規定済みの高調波量許容値、または他部からの情報によって得られる高調波許容値を、比較器4によって比較演算し、その結果が高調波許容値以下であるときにはバイアス電流を下げる方向に、許容値上であるときにはバイアス電流を上げる方向にバイアス制御部5が作用する。以上によって、規定の高調波減衰量を確保すべく一定のバイアス電流を増幅素子に流す方式よりも平均消費電力を抑える事が可能となる。
【0006】請求項2に関する概念図を図2に示す。増幅器1の入力側に検出部(1)6を設け、これによって入力電力の一部を取り出し振幅を検出する。一方、増幅器1の出力側に検出部(2)7を設けて、これによって出力電力の一部を取り出し振幅を検出する。以上の二つの検出出力は、増幅器本体の扱う入出力信号に比べ、周波数が著しく低いために、位相の扱いが容易であるために両者の演算が容易となる。検出部(1)6の出力と検出部(2)7の出力とを比較器4によって比較演算を行い出力波中の高調波成分の量を演算する。この演算結果に応じて増幅素子のバイアス電流を決定するバイアス制御部5を設けることで、高調波成分が規定値以上発生する場合にバイアス電流を増加させる方向に、この増幅器は状態変化する。逆に高調波成分が規定値以下に収まっている場合は規定値を越えない範囲でバイアス電流を減少させるよう、増幅器は状態変化する。以上の動作によって、本増幅器は規定の高調波減衰量を確保しながら平均消費電力を下げるよう作用する。
【0007】請求項3に関する概念図を図3に示す。増幅器1の出力側に出力波中の基本波電流を検出する検出部8を持ち、これによって増幅器1出力中の基本波電流が負荷抵抗にどの程度流出しているかを検出する。バイアス制御部5によって、この基本波電流値に応じて、或る特定の次数の高調波を規定値内に抑えるためのバイアス電流値を決定する。以上の動作によって、本増幅器は特定次数の高調波を規定値内に抑えながら、平均消費電力を最小限に抑えるよう作用する。
【0008】
【実施例】実施例1の具体例を図4の高周波増幅器を用いて説明する。出力段増幅素子8の出力は方向性結合器11を介して出力端へと送られる。方向性結合器11より取り出された出力の一部はハイパスフィルタ12によって高調波成分のみ取り出される。この高調波成分は検波器14によって検波され平滑器15に送られる。平滑器15は検波信号をDC電圧値に置き換えて、この電圧値を比較器4に送る。比較器4は基準電圧発生器13の発生する電圧と、このDC出力とを引き算し、引き算出力で増幅素子8のバイアス制御電圧とする。以上の構成によって、定常状態から出力段増幅素子8の出力中の高調波成分増加したときに、この高調波成分の積分値が増加し、バイアス制御電圧が増加する方向に働く。従って、出力段増幅素子8のバイアス電流は増加し、高調波を減少させる方向に働き、再び定常状態へと戻る。逆に高調波成分が規定値以下となった場合には、バイアス電流を減少させる方向へと状態変化し、高調波成分が規定値となったときに定常状態となる。
【0009】実施例2の具体例を図5で説明する。増幅素子8の入力端に方向性結合器11を設け、入力信号の一部を取りだし、この信号を検波器14により検波する。一方で、増幅素子8の出力端に設けた方向性結合器11によって出力信号の一部を取りだし、この信号も検波器14によって検波する。以上の2検波信号を比較器4によって引き算しこの引き算結果を整流器15にてDC電圧値に置き換え、このDC電圧値を増幅素子8のバイアス制御電圧に用いる。以上の構成で、或る安定状態から高調波出力が増加する方向へと変化したときに、出力波と入力波の検波信号の差が、規定値を超えてバイアス電流を増やす方向に作用し、高調波出力が規定の高調波出力値を下回るまでこの動作を継続した後に安定状態へ移る。逆に、入力波の検波信号と出力波の検波信号との差が規定値に比べ少ない場合は平滑器15のDC出力が下がり、バイアス電流が少ない方向へと状態変化し、同じく、規定の高調波発生量になって安定状態に移る。
【0010】実施例3の具体例を3次高調波成分を抑える仕様の高周波増幅器である図6で説明する。増幅素子8の出力側に方向性結合器11を設け、方向性結合器の出力をバンドパスフィルタ16を通して出力信号中の基本波成分のみ取り出す。この基本波成分を検波器14に入力して検波し、検波出力をA/D変換器17によってディジタル値に置き換えてCPU18にこの情報を受け渡す。前述の通り、3次高調波出力電流は(基本波出力電流/バイアス電流)2に比例するので、この値が一定になるように、CPU18は演算し、D/A変換器19出力を制御する。以上の構成によって、或る安定状態から、出力電流の増加にともない、増幅素子8のバイアス電流が増加して(基本波出力電流/バイアス電流)2値を一定に保つ方向に状態変化する。(基本波出力電流/バイアス電流)2値が規定範囲内に収まったときにこの状態変化は止まり、再び別の安定状態に入る。逆に、出力電流が減少したときには、或る安定状態から(基本波出力電流/バイアス電流)2値が安定状態のときの値と同じ値になるまで状態変化(バイアス電流を減らす方向)を行い、(基本波出力電流/バイアス電流)2値が規定範囲内に収まったときを持って再び別の安定状態に遷移する。
【0011】
【発明の効果】本発明によって、出力が一定値でない用途の増幅器の規定高調波減衰量の確保をさせながら平均消費電力を抑える事が可能となる。特に、携帯機器に本発明を用いた場合には、携帯機器の体積を決定する電池の体積を縮小できるので、携帯機器の体積を縮小でき、また、連続使用可能時間を拡大できる。




 

 


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