(57)【要約】      （修正有）【課題】瞬時電力制限機能を備えたＲＦチャネル増幅モジュールを提供する。【解決手段】通信衛星用の無線周波数チャネル増幅モジュール１０は、入力と、プレディストーションを用いた線形化手段を備え得る進行波管増幅器に動力を供給することを目的とした前置増幅された出力と、入力の下流に配置された少なくとも１つの第１の上流利得制御モジュール２０１と、第１の上流利得制御モジュール２０１の下流かつ何れかのプレディストーションによる線形化手段の上流に配置される少なくとも１つの第２の下流利得制御モジュール２０３とを含む。チャネル増幅モジュール１０は、瞬時電力リミッタＨＬも含み、瞬時電力リミッタは、前記第１の上流利得制御モジュール２０１と前記第２の下流利得制御モジュール２０３との間に直列に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信衛星中継器用の無線周波数チャネル増幅モジュール（１０）であって、入力無線周波数信号（ＩＮ）を伝達するように構成された入力と、プレディストーションを用いた線形化手段（１１）を備え得る進行波管増幅器（１３）に動力を供給することを目的とした前置増幅された出力無線周波数信号（ＯＵＴ）を元に戻すように構成された出力と、前記入力の下流に配置された少なくとも１つの第１の上流利得制御モジュール（２０１）と、前記第１の上流利得制御モジュール（２０１）の下流かつ何れかのプレディストーションによる線形化手段（１１）の上流に配置される少なくとも１つの第２の下流利得制御モジュール（２０３）とを含み、前記チャネル増幅モジュール（１０）は、既定の閾値を超えるレベルの前記入力無線周波数信号（ＩＮ）のピークを切り取ることを目的とした瞬時電力リミッタ（ＨＬ）も含み、前記瞬時電力リミッタは、前記第１の上流利得制御モジュール（２０１）と前記第２の下流利得制御モジュール（２０３）との間に直列に配置されることを特徴とする、無線周波数チャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項２】
前記瞬時電力リミッタ（ＨＬ）が、ダイオードリミッタによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のチャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項３】
前記既定の閾値は、予め決められた値であることを特徴とする、請求項１に記載のチャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項４】
前記既定の閾値の調節を可能にする調節手段（１５）も含むことを特徴とする、請求項１に記載のチャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項５】
前記下流利得制御モジュール（２０３）につながれたプレディストーションによるリニアライザ（１１）も含むことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のチャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項６】
前記リニアライザ（１１）の下流に配置された第２の電力リミッタ（１２）も含むことを特徴とする、請求項５に記載のチャネル増幅モジュール（１０）。
【請求項７】
少なくとも１つの進行波管増幅器（１３）を含む通信衛星用の中継器であって、請求項１〜６の何れか１項に記載のチャネル増幅モジュール（１０）も含み、その前記出力が、前記進行波管増幅器（１３）の入力を駆動させることを特徴とする、通信衛星用の中継器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬時電力制限機能を備えた無線周波数チャネル増幅モジュールに関する。これは、特に通信衛星の分野、より具体的には、プレディストーションによる線形化手段を備えた又は備えていない進行波管タイプの無線周波数電力増幅器の入力信号の前置増幅に応用される。
【背景技術】
【０００２】
通信衛星では、受信した無線周波数信号を、送信アンテナを介して受信契約者、つまり、例えば地面又は空中キャリアに位置する受信局に再送信するためには、それらの信号を増幅する必要がある。無線周波数信号の再送信を可能にする衛星に組み込まれたデバイスは、一般に「中継器」と呼ばれる。中継器は、通信サブシステム又はチャネルを備え、各通信サブシステムは、一般的に、その出力部又は「ダウンリンクチャネル」中に、一般に（Ｌ）ＴＷＴＡ（これは、「（線形化された）進行波管増幅器（（ｌｉｎｅａｒｉｚｅｄ）  ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｔｕｂｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」の略である）で表される、線形化された又はされていない１つ又は複数の進行波管増幅器を含むことができ、進行波管は、一般に、頭字語ＴＷＴで呼ばれる。最適性能のためには、ＴＷＴは、通常、その飽和領域付近で使用され、その飽和出力を超える入力レベルに対して特に感度が高い設備機器を構成する。実際、過度に高い入力レベルは、ＴＷＴの劣化や破壊さえももたらし得る。許容閾値を超える入力レベルの印加は、一般に、「オーバードライブ」という用語で呼ばれる。
【０００３】
公知の技術によれば、チャネル増幅器タイプの増幅モジュールは、ＬＴＷＴＡの上流に配置することができ、これにより、特に前置増幅によって、ＴＷＴに対する入力として印加される無線周波数信号を調整することが可能となる。公知のチャネル増幅器は、例えば、「Ｃｈａｎｎｅｌ  ＡＭＰｌｉｆｉｅｒ」の略であるＣＡＭＰ、あるいは「Ｄｒｉｖｅｒ  Ｌｉｍｉｔｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」の略である「ＤＬＡ」と呼ばれる。一般的に、線形化された進行波管増幅器ＬＴＷＴＡは、入力信号レベルが高すぎる場合にＴＷＴを保護できる出力制限機能の恩恵を受ける。この機能は、公知のように、ＴＷＴの上流及びＴＷＴの線形化に使用されるプレディストーション手段の下流に位置するリミッタによって行われ、例えばガリウムヒ素ＡｓＧａである半導体タイプの材料に基づく、ＭＭＩＣタイプ（ＭＭＩＣは、「モノリシックマイクロ波集積回路（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）」の略である）の技術に基づく。しかしながら、周知であり、特に米国特許第４，７０１，７１７号明細書に記載のこのような解決策は、以下に説明する２つの大きな欠点を提示する。
【０００４】
第１の欠点は、不確定のオーバードライブ期間にわたって関与できないという、用いられる技術のロバスト性と関係がある。継続期間の観点からの関与は、制限され、考慮されるオーバードライブレベル及び実際の状況を経験することによって得られた知識によって決まる。疲労試験又は寿命試験を実施することができるが、継続期間の観点からの関与は、現存する促進老化プロセスが存在しないことから、どうしても寿命試験の継続期間によって制限を受けてしまう。
【０００５】
第２の欠点は、チャネル増幅器の利得制御が全てリミッタの上流で行われるという事実に関係し、これは、ＴＷＴが飽和付近で動作する時にだけ、中継器の通信サブシステムの全てを保護できることを意味する。実際には、小信号を用いてＴＷＴを動作させるには、通常、ＬＴＷＴＡの上流に位置するチャネル増幅器の利得を減少させることによって行われる。この場合、出力リミッタは、その線形領域で動作し、それ以上飽和付近では動作しない。従って、意図的であろうとなかろうと干渉信号のピークを切り取ることがそれ以上できず、この現象は、リンクバジェット、ひいては、システムの性能レベルの多大な低下を引き起こし得る。
【０００６】
別の公知の制限解決策は、米国特許第４，７０１，７１７号明細書に記載のような、閾値を用いた電力調整ループの使用にあるが、この解決策は、非常に長い応答時間を示し、この応答時間は、スクランブラから、又はこの応答時間より短い継続期間のオーバードライブから生じたパルス状信号のフィルタリングと不適合である。
【０００７】
従って、この時点では、スクランブラ又は永続的オーバードライブの場合に、それが連続的又はパルス状であるかにかかわらず、強力なバックオフ又は飽和状態のどのような動作点であろうと、線形化された進行波管の保護を可能にする公知の解決策は存在しない。従って、スクランブラ又は永続的オーバードライブが存在する場合に、最低限のサービスレベルを保証すること、つまり、最低限の通信要件を満たすことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的の１つは、過渡又は連続性の高レベルの入力信号からＴＷＴを保護することができ、少なくとも衛星の寿命に相当する継続期間の間、オーバードライブ状態における耐性強度を提供する物理的解決策を提案することにより、少なくとも上記の欠点を軽減することである。本発明が提案する解決策は、スクランブラ又はオーバードライブの存在下で、ＴＷＴに関して選択された動作点（飽和状態又はバックオフモード）とは無関係に、ＴＷＴに対する効果的な保護を得るため及び通信システムの性能レベルを最適化するために、ＴＷＴＡ又はＬＴＷＴＡの上流に位置する無線周波数チャネル増幅モジュール内に、計算して配置された瞬時リミッタを導入することを伴う。本発明によれば、「ハード」リミッタと呼ばれる瞬時リミッタは、例えば、可変利得増幅器タイプ又は直列接続された可変利得増幅器及び可変減衰器の組立品である、可変利得を持つ２つの要素間で直列接続される。このようにいずれかのリニアライザの上流、従って、ＴＷＴプレディストーション手段の上流に配置されることにより、飽和状態又はバックオフモードのＬＴＷＴＡの動作点とは無関係に、リミッタが十分な制限性能レベルを提供することが可能となり、これは、プレディストーション手段の出力にリミッタを備える公知の解決策では不可能であった。瞬時リミッタの上流に位置する可変利得を持つ要素により、無線周波数増幅モジュールの入力電力とは無関係に、制限性能を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の利点の１つは、調整により、ミッションの具体的な要件に合わせた電力制限の厳格さの適応性を向上させることも可能にする点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の主題は、入力無線周波数信号を伝達するように構成された入力と、プレディストーションを用いた線形化手段を備え得る進行波管増幅器に動力を供給することを目的とした前置増幅された出力無線周波数信号を元に戻すように構成された出力と、入力の下流に配置された少なくとも１つの第１の上流利得制御モジュールと、第１の上流利得制御モジュールの下流かつ何れかのプレディストーションによる線形化手段の上流に配置される少なくとも１つの第２の下流利得制御モジュールとを含む、通信衛星用の無線周波数チャネル増幅モジュールである。チャネル増幅モジュールは、既定の閾値を超えるレベルの入力無線周波数信号のピークを切り取ることを目的とした瞬時電力リミッタも含み、瞬時電力リミッタは、前記第１の上流利得制御モジュールと前記第２の下流利得制御モジュールとの間に直列に配置される。
【００１１】
本発明のある実施形態では、瞬時電力リミッタは、ダイオードリミッタによって形成することができる。
【００１２】
本発明のある実施形態では、前記既定の閾値は、予め決められた値とすることができる。
【００１３】
本発明のある実施形態では、チャネル増幅モジュールは、前記既定の閾値の調節を可能にする調節手段も含み得る。
【００１４】
本発明のある実施形態では、チャネル増幅モジュールは、前記下流利得制御モジュールにつながれたプレディストーションによるリニアライザも含み得る。
【００１５】
本発明のある実施形態では、チャネル増幅モジュールは、リニアライザの下流に配置された第２の電力リミッタも含み得る。
【００１６】
また、本発明の主題は、少なくとも１つの進行波管増幅器と、記載の実施形態の１つによる１つのチャネル増幅モジュールとを含む通信衛星用の中継器であって、その出力が、進行波管増幅器の入力を駆動させる。
【００１７】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面に照らして、一例として提示された本明細書本文を読めば、明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ブロック図によって、先行技術からそれ自体が公知である無線周波数チャネル増幅器を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、電力制限機能を備えた無線周波数チャネル増幅モジュールを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、チャネル増幅モジュールの出力レベルを入力レベルの関数として示す曲線である。
【図４】本発明による増幅モジュールを含む衛星中継器の通信チャネルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照すると、無線周波数チャネル増幅器１は、通常、増幅モジュール１０を含むことが可能で、増幅モジュール１０の入力は、それに印加される入力無線周波数信号ＩＮを受け、その出力は、増幅された出力無線周波数信号ＯＵＴを元に戻す。無線周波数チャネル増幅器１は、増幅モジュール１０を対象とした制御信号、より具体的には、図２に示される例を参照して以下に記載されるような、カスケード配置された複数の減衰器及び低レベル増幅器を対象とした利得制御信号を生成する制御モジュール１４を含み得る。制御信号は、例えば、増幅モジュール１０に含まれ得る検出器によって数値化される信号レベルや温度等の異なるパラメータの関数として生成され得る。実際には、制御モジュール１４を構成する要素もまた、一般に頭字語ＥＰＣで呼ばれ、ＴＷＴにも関連し、図面に図示されていない、その入力が出力信号ＯＵＴによって駆動される、電子電力調整器内に組み込まれ得る。
【００２０】
図２を参照すると、図１を参照して既述したような無線周波数チャネル増幅器１の増幅モジュール１０は、上流利得制御モジュール２０１を含むことが可能で、上流利得制御モジュール２０１は、可変利得を持つ要素、例えば、カスケード配置された、一般に頭字語ＦＣＡで呼ばれる複数のフロー制御減衰器及び例えば一般に頭字語ＬＬＡで呼ばれる低レベル増幅器である複数の増幅器を含む。本発明のある特定の特徴によれば、瞬時電力リミッタＨＬは、上流利得制御モジュール２０１の下流、かつ、下流利得制御モジュール２０３の上流に配置される。下流利得制御モジュール２０３は、上記の上流利得制御モジュール２０１のように、可変利得を持つ要素、例えば、カスケード配置された複数の増幅器及び減衰器を含み得る。
【００２１】
図２によって示される増幅モジュール１０の構造例は、決して本発明を限定するものではない。一般的に、本発明によれば、増幅モジュール１０が、
−  少なくとも１つの上流利得制御モジュール２０１及び少なくとも１つの下流利得制御モジュール２０３と、
−  本発明の特定の特徴の１つによる、上流利得制御モジュール２０１と下流利得制御モジュール２０３との間に配置された瞬時電力リミッタＨＬと、
を含むことが提案される。
【００２２】
増幅モジュール１０は、プレディストーション手段を含む線形化手段１１を備えた又は備えていない進行波管ＴＷＴ１３の上流に配置され、線形化手段１１は、不図示の、ＴＷＴの入力電力の制限を可能にする、第２の電力リミッタを含むことも可能である。瞬時電力リミッタＨＬは、永続的オーバードライブモード耐性強度に適したロバスト技術に基づいてもよく、例えば、ダイオードリミッタによって形成されてもよい。電力リミッタＨＬは、既定の閾値を超えるレベルの信号のピークを切り取ることができる。
【００２３】
既定の閾値は、例えば予め決められた閾値でもよく、また有利には、調節手段１５により、ユーザが閾値を適応させることを可能にできる。
【００２４】
瞬時電力リミッタＨＬによって行われる電力制限機能により、図３を参照して以下に記載されるように、無線周波数チャネル増幅モジュール１０の入力電力範囲全体にわたって、永続的オーバードライブの場合に、線形化された又はされていないＴＷＴの入力電力を制限することが可能となる。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態による、瞬時電力リミッタを含むチャネル増幅モジュールの出力レベルを入力レベルの関数として示すグラフ図である。ｘ軸は、入力無線周波数信号ＩＮの電力値Ｐｉｎを示す。ｙ軸は、出力無線周波数信号ＯＵＴの電力値Ｐｏｕｔ、つまり、無線周波数チャネル増幅モジュール１０の下流に配置されることを意図した、線形化された又はされていないＴＷＴの入力に印加される信号の入力電力の値を示す。図３では、基準下流利得値ＧＣＡｒｅｆは、ＴＷＴを飽和させる任意の上流利得ＦＣＡ／入力電力Ｐｉｎのペアリングに対する、ＴＷＴの飽和を可能にする下流利得ＧＣＡの構成に該当する。図２を参照して既述したように、瞬時電力リミッタＨＬは、上流利得及び下流利得関数間に位置し、電力制限機能は、いずれの下流利得ＧＣＡｊにも、従って、ＴＷＴのいずれの動作点（一定の瞬時電力リミッタＨＬの入力における電力レベルに対する）にも利用可能である。
【００２６】
本発明の別の利点は、瞬時電力リミッタＨＬの特定の配置が、想定したミッションの具体的な特徴に合わせて電力制限の厳格さを適応させることを可能にする事実に関連することに留意されたい。例えば、制限が厳格であることをミッションが必要とする場合には、瞬時電力リミッタＨＬの上流の利得、つまり、図２を参照して上述した第１の利得制御モジュール２０１の利得を、第２の利得制御モジュール２０３の利得を減少させながら、増加させることが可能である。同様に、ミッションが厳格さの低い制限を反対に必要とする場合には、第１の利得制御モジュール２０１に関しては、より低い利得を用い、よりバックオフモードで瞬時電力リミッタＨＬを駆動させる、つまり、より線形の動作領域でリミッタを動作させ、その結果、制限性能を低下させるように、第２の利得制御モジュール２０３の利得を増加させることが可能である。
【００２７】
図４は、衛星中継器１００の通信チャネル内のチャネル増幅モジュール１０の位置を示す。瞬時電力リミッタＨＬを備えた増幅モジュール１０は、進行波管電力増幅器１３の上流に配置される。進行波管増幅器は、任意選択で、プレディストーションによる線形化手段１１と、増幅モジュール１０及び進行波増幅器１３間に配置された第２の電力リミッタ１２とを含んでいてもよく、第２の電力リミッタ１２は、リニアライザ（１１）の下流に配置される。
【００２８】
上記の本発明の実施形態の何れか１つによるチャネル増幅モジュール１０は、Ｋａバンド（すなわち、通常１７〜２３ＧＨｚの受信信号の周波数に関する）、又はさらにはＣバンド（３．４ＧＨｚ〜４．２ＧＨｚ）及びＫｕバンド（１０．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚ）及び他の周波数バンド（Ｌ、Ｓ、Ｑ等）の信号に等しく適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  無線周波数チャネル増幅器
１０  無線周波数チャネル増幅モジュール
１１  線形化手段
１２  第２の電力リミッタ
１３  進行波管増幅器
１４  制御モジュール
１５  調節手段
１００  衛星中継器
２０１  上流利得制御モジュール
２０３  下流利得制御モジュール
ＩＮ  入力無線周波数信号
ＯＵＴ  出力無線周波数信号
ＨＬ  瞬時電力リミッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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