(57)【要約】【課題】高周波電力増幅装置における損失の低減を図る。【解決手段】前段増幅器１０からの増幅高周波信号を半同軸空洞型高周波電力分配器３０にて分配する。分配により得られた複数の高周波信号は複数の後段増幅器４０に入力されて各々に増幅され、ループアンテナＡＴｂを用いた磁界結合により、ＴＥ０１１モード空洞型高周波電力合成器６０に導入される。合成器６０での電力合成にて得られた大電力の高周波出力が出力用同軸導波管７０から得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の高周波信号を分配して得られる複数の分配信号を各々に増幅して複数の増幅信号を出力する複数の増幅器と、
導体壁に囲まれた空洞を有し、前記所定周波数を共振周波数とするＴＥ０１１共振モードを用いて、前記複数の増幅信号の電力を前記空洞にて合成する空洞型高周波電力合成器と、を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅装置。
【請求項２】
各々に増幅基板を備えた複数の増幅器モジュールを備え、
各増幅器モジュールにおいて、前記増幅基板には、前記複数の増幅器の内の１以上の増幅器が実装され、
前記空洞型高周波電力合成器を、前記複数の増幅器モジュールを支持する架台として用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項３】
前記高周波信号を分配する分配器として、半同軸空洞型高周波電力分配器を用いた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項４】
前記半同軸空洞型電力分配器は、内部に分配器用空洞が形成された中空の外部導体と、前記分配器用空洞内に配置された棒状の内部導体と、を備え、
前記高周波信号を伝搬する同軸線路の芯線の一部は、前記外部導体に設けられた開口部を介して前記分配器用空洞内に挿入され、
前記内部導体の一端は、前記同軸線路の芯線の一端と対向する一方で、前記内部導体の他端は前記外部導体と短絡される
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項５】
各増幅器は、供給された分配信号を、電源電圧を用いて増幅する増幅用素子を備え、
当該高周波電力増幅装置において、前記空洞型高周波電力合成器での電力合成により得られる高周波合成電力を、所定周期にて繰り返しパルス状に出力するパルス出力動作が可能であり、
前記パルス出力動作が行われる際、各増幅器において、前記増幅用素子に対し、前記電源電圧として前記所定周期のパルス状の電源電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の高周波電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数１００Ｗから数１００ｋＷの連続波又はパルス波を生成するための高周波電力増幅装置においては、電界効果トランジスタなどの電力増幅用の高周波半導体素子が用いられている。この種の高周波半導体素子の単体での出力電力は限られている。その出力電力の上限は、増幅する高周波信号の周波数にも依存するが、例えば５００ＭＨｚにおいては、現状１ｋＷ程度であり、それ以上の周波数においては、更に小さくなる。
【０００３】
大電力の高周波出力を得るべく、電力増幅用の高周波半導体素子を並列合成する方法が提案されている（下記非特許文献２参照）。この方法では、例えば、１ｋＷ出力の高周波半導体素子を１００個用意する。そして、１つの前段増幅器からの高周波電力を分配器にて分配したものを各高周波半導体素子に入力し、それらの出力を並列合成することで１００ｋＷ級の高周波出力を得る。
【０００４】
電力合成を行う電力合成器としては、空洞型高周波電力合成器（下記非特許文献１〜５参照）や放射状高周波電力合成器（下記非特許文献６及び７参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Yuji Otake et al., “Cavity Combiner for S-band Solid-state Amplifier for The High-power Klystron at SLAC”，SLAC-PUB-5197, 1990
【非特許文献２】春待和孝ほか,” 空胴合成器を用いた５０９ＭＨｚ固体化電力増幅器の開発”，Proceedings of the 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (PASJ2016), MOP034, 2016
【非特許文献３】大久保章ほか,” 二重円筒空胴電力合成器の結合電磁界”，福山大学工学部紀要，１９９３年,１７号，Ｎｏ．２，ｐ．３９−４４
【非特許文献４】F. Perez et al., “High-Power Cavity Combiner for RF Amplifier”，Proceedings of EPAC 2006, 2006, THPCH179, p.3215-3217
【非特許文献５】M. Langlois et al., “Resonant High Power Combiner”, Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, 2005, p. 3970-3972
【非特許文献６】M. Ghanadi, “A New Compact Broadband Radial Power Combiner”, Elektrotechnik und Informatik der Technischen Universitat Berlin, 2011
【非特許文献７】A. Jain et al., “High-power, Low-loss, Radial RF power Divider/Combiner”, APAC 2007, 2007, WEPMA143, p. 520-522
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波電力増幅装置において、損失の低減が重要であることは言うまでも無い。特に、大電力出力を得ようとした場合、出力に対する損失の割合がわずかに異なるだけでも、損失の影響は大きい。例えば、１００ｋＷ出力において上記割合が１％変化するだけでも、損失は１ｋＷも変動し、影響が大きい。
【０００７】
そこで本発明は、損失の低減に寄与する高周波電力増幅装置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】
本発明に係る高周波電力増幅装置は、所定周波数の高周波信号を分配して得られる複数の分配信号を各々に増幅して複数の増幅信号を出力する複数の増幅器と、導体壁に囲まれた空洞を有し、前記所定周波数を共振周波数とするＴＥ０１１共振モードを用いて、前記複数の増幅信号の電力を前記空洞にて合成する空洞型高周波電力合成器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、損失の低減に寄与する高周波電力増幅装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力分配器の斜視図及び上面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電界同軸結合器及び電力分配器の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電力分配器の空洞内における電磁界分布を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電力分配器の空洞内に複数のループアンテナが挿入されている様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電力分配器の空洞内に挿入される複数のループアンテナの配置位置を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電力合成器の斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電力合成器の断面図である。
【図９】図８の電力合成器における空洞の形状を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る電力合成器の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る電力合成器の変形断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の電力合成器における空洞に複数のループアンテナが挿入されている様子を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る電力合成器及びそれの周辺部品の斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る電力合成器の空洞内における電磁界分布を示す図である。
【図１５】本発明の第１実施例に係り、高周波電力増幅装置に複数の増幅器モジュールが設けられていることを示す図である。
【図１６】本発明の第１実施例に係り、増幅器モジュールと増幅基板との関係を示す図である。
【図１７】本発明の第１実施例に係る電力分配器、複数の増幅器モジュール及び電力合成器の配置関係を示す斜視図である。
【図１８】参考高周波電力増幅装置の構成部品の配置例を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施例に係る電力分配器、複数の増幅器モジュール及び電力合成器の配置関係を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第３実施例に係り、パルス出力動作の説明図である。
【図２１】本発明の第４実施例に係り、パルス出力動作に適した後段増幅器の構成を示す図である。
【図２２】図２１の後段増幅器に関わるトリガパルス及びＦＥＴ駆動パルスを示す図である。
【図２３】直流駆動方式及びパルス駆動方式における増幅用素子の温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る高周波電力増幅装置１の概略ブロック図である。高周波電力増幅装置１は、前段増幅器１０と、電界同軸結合器２０と、電力分配器（半同軸空洞型高周波電力分配器）３０と、後段増幅器４０と、同軸線路５０と、電力合成器（ＴＥ０１１モード空洞型高周波電力合成器）６０と、出力用同軸導波管７０と、を備える。尚、後述されるループアンテナＡＴａ、ＡＴｂ及びＡＴｃも高周波電力増幅装置１の構成要素に含まれる。図１及び後述の幾つかの図面ではループアンテナが示されているが、それらの図面では、図示の簡略化上、ループアンテナを模式的又は概念的に示しており、ループアンテナの形状等を必ずしも正確には表していない。実際には、ループアンテナの所望の機能が実現されるように、ループアンテナの形状等を定めれば良い。
【００１３】
本実施形態において、高周波電力増幅装置１で取り扱われる高周波とは、例えば、１００ＭＨｚ（メガヘルツ）以上であって且つ１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以下の帯域における周波数を指す。但し、その帯域に属さない周波数（例えば数１０ＭＨｚの周波数や数１０ＧＨｚの周波数）も、高周波に属すると考えても構わない。
【００１４】
前段増幅器１０は、所定周波数ｆＴＧを有する高周波入力信号を受け、当該高周波入力信号を増幅して出力する。前段増幅器１０は電力増幅器として機能するため、前段増幅器１０の入力信号の電力（入力電力）に対して前段増幅器１０の出力信号の電力（出力電力）は大きい。前段増幅器１０は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）−ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ；High Electron Mobility Transistor)を用いて電力増幅を実現する。但し、ＧａＮ−ＨＥＭＴ以外のトランジスタを用いて電力増幅を実現しても良い。前段増幅器１０における増幅は、例えば、Ａ級増幅又はＡＢ級増幅であって良い。周波数ｆＴＧは、高周波に属する任意の周波数であって、例えば４７６ＭＨｚである。ここでは、前段増幅器１０の出力信号における電力が２０Ｗであると考えるが、その電力は２０Ｗに限定されない。
【００１５】
前段増幅器１０の出力信号は、同軸線路である電界同軸結合器２０に供給され、電界同軸結合器２０を介して電力分配器３０に伝搬される。
【００１６】
図２（ａ）及び（ｂ）及び図３を参照し、前段増幅器１０、電界同軸結合器２０及び電力分配器３０の結合方法、並びに、電力分配器３０の構成等を説明する。図２（ａ）は、電力分配器３０の概略斜視図である。図２（ｂ）は、電力分配器３０の上面図である。図３は、電界同軸結合器２０及び電力分配器３０の断面図（後述のｚ軸に沿った断面図）である。尚、電力分配器３０は、前段増幅器１０の出力電力を磁界結合を通じて複数の後段増幅器４０に分配且つ伝達するものであるため、後述されるように、磁界結合用のループアンテナＡＴａ（図１参照）が電力分配器３０に挿入されることになるが、図面の煩雑化防止のため、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３では、ループアンテナＡＴａに関わる図示を省略している。
【００１７】
電力分配器３０は、半同軸空洞型高周波電力分配器として構成されている。より詳細には、電力分配器３０は、円筒形状を有する外部導体３２と、外部導体３２における円筒内に配置された棒状の内部導体３１と、を備える。外部導体３２の形状としての円筒の上面及び下面にも、外部導体３２を形成する導体が配置されている。従って、外部導体３２は、中空の円柱形状を有しているとも言える。内部導体３１及び外部導体３２は、共に、金属等の導体にて形成される。電力分配器３０において、外部導体３２の内側に形成された円筒形状の空洞を符号３３にて参照する。但し、空洞３３の形状としての円筒には上面が存在する。従って、図３の断面図上において、空洞３３はコの字形状を有している。尚、図２（ａ）及び（ｂ）においては、外部導体３２の図示に際し、図示の簡略化のため、外部導体３２の肉厚の存在を無視している。
【００１８】
内部導体３１は、外部導体３２で囲まれた空間内に配置される。内部導体３１は、円柱形状を有する導体であり、外部導体３２における円筒の軸と、内部導体３１における円柱の軸と、空洞３３における円筒の軸とは、全て共通である。図３には、それらの軸を通り且つそれらの軸に平行な断面による、電界同軸結合器２０及び電力分配器３０の断面が示されている。
【００１９】
ここで、ｚ、ｒ及びθを用いた円筒座標系を導入する。円筒座標系において、ｚ軸方向は、円筒又は円柱の軸方向に相当し、ｒ方向は、円筒又は円柱の半径方向（即ちｚ軸の直交方向）に相当し、θ方向は、円筒又は円柱の周方向（動径方向）に相当する。また、ｚ軸方向が上下方向に平行であるとし、ｚ軸の正方向が上方向に且つｚ軸の負方向が下方向に対応しているものとする。上から下に向かう方向は重力が働く方向と一致するものとする。
【００２０】
仮に、内部導体３１の下面と外部導体３２の下面とが互いに導体にて接合されていると共に内部導体３１の上面と外部導体３２の上面とが互いに導体にて接合されているとき、内部導体３１と外部導体３２とで同軸空洞が形成されることになる。しかし、電力分配器３０において、内部導体３１の下面と外部導体３２の下面とは互いに導体にて接合されているが、内部導体３１の上面と外部導体３２の上面とは互いに導体にて接合されておらずに、内部導体３１の上面と外部導体３２の上面との間には隙間が形成されている（当該隙間は空洞３３の一部である）。このため、電力分配器３０は半同軸空洞を形成する。
【００２１】
電力分配器３０において、外部導体３２に囲まれた空間の内、内部導体３１が存在していない空間が、半同軸空洞における空洞３３である。以下のように考えることもできる。電力分配器３０は、内部に空洞３３が形成された中空の外部導体３２と、空洞３３内に配置された内部導体３１と、を備える。
【００２２】
外部導体３２の上面の中央部には、円形の穴である開口部３５が形成されている。電界同軸結合器２０は、内部導体である芯線２１と、芯線２１の周囲に取り囲むように設けられた外部導体２２と、芯線２１及び外部導体２２間に配置された絶縁物２３と、で構成された同軸線路である。外部導体２２は、ゼロボルトの基準電位点に接続されていると共に、電力分配器３０の外部導体３２と開口部３５の周辺にて接合されている。芯線２１は、円柱状の金属線であり、芯線２１の一端２１ａにて前段増幅器１０の出力信号を受ける。芯線２１の一部は開口部３５を介して空洞３３内に挿入され、芯線２１の他の一端である芯線２１の下端２１ｂは内部導体３１と距離ｄ１を隔てて対向している。芯線２１としての円柱の軸と内部導体３１としての円柱の軸は互いに一致している。
【００２３】
即ち、前段増幅器１０の出力信号である高周波信号を伝搬する同軸線路（２０）の芯線２１の一部は、外部導体３２に設けられた開口部３５を介して空洞３３内に挿入され、内部導体３１の一端面である内部導体３１の上面は芯線２１の下端２１ｂと対向する一方で、内部導体３１の他の端面である内部導体３１の下面は外部導体３２と直接接合により短絡されている。
【００２４】
結果、互いに対向し合う芯線２１の下端２１ｂと内部導体３１の上面とが電界結合して、両者にてコンデンサが形成される。よって、前段増幅器１０から出力される高周波信号による電磁波が、上記コンデンサによる電界結合を介して、空洞３３内に導入されて放射される。電界同軸結合器２０は、前段増幅器１０の出力を空洞３３に対して電界結合させるための同軸線路として機能する。
【００２５】
尚、本明細書では、円筒又は円柱形状を有する任意の部材について、軸、直径、半径、高さと記した場合、それらは、夫々、当該部材の形状としての円筒又は円柱における軸、直径、半径、高さを指すものとする。円筒又は円柱に関わる他の用語（動径、周など）についても同様とする。例えば、内部導体３１の軸、直径、半径、高さとは、夫々、内部導体３１の形状としての円柱における軸、直径、半径、高さを指す。
【００２６】
空洞についても同様である。即ち、円筒又は円柱形状を有する任意の空洞について、軸、直径、半径、高さと記した場合、それらは、夫々、当該空洞の形状としての円筒又は円柱における軸、直径、半径、高さを指すものとする。円筒又は円柱に関わる他の用語（動径、周など）についても同様とする。例えば、空洞３３の軸、直径、半径、高さとは、夫々、空洞３３の形状としての円筒における軸、直径、半径、高さを指す。
【００２７】
空洞３３は、詳細には、半径がｂ１であって且つ高さがｈ１の円柱形状の空洞から、当該円柱形状の空洞内における内部導体３１及び芯線２１の存在領域を除いて残った部分の空間である。尚、内部導体３１の半径はａ１で表される。
【００２８】
図４に、空洞３３内に励振される電磁界の様子を簡単に示す。図４には、空洞３３内の放射方向（空洞３３の軸の直交方向）における電界強度、磁界強度のｚ軸位置依存性も概略的に示されている。図４において、矢印付き実線は空洞３３内の電界を表し、矢印付き破線は空洞３３内の磁界を表している。空洞３３内を伝搬する電磁波はＴＥＭ（Transverse Electromagnetic）波に類似することになる。
【００２９】
電力分配器３０は、周波数ｆＴＧを共振周波数とする空洞共振器としての機能を持つ。空洞３３内にて周波数ｆＴＧの高周波信号が共振するように（即ち周波数ｆＴＧの電磁界が空洞３３内で共振現象をおこすように）、電力分配器３０の形状（ａ１、ｂ１及びｈ１の値や、内部導体３１の高さ等）が定められていると共に、電界同軸結合器２０の芯線２１の下端２１ｂと内部導体３１の上面との距離ｄ１が定められている。
【００３０】
同軸空洞にて周波数ｆＴＧの高周波信号を共振させるためには、同軸空洞の高さは“λｇ／２”に設定する必要がある。λｇは、空洞内における、周波数ｆＴＧの電磁波の波長を表す。一方、半同軸空洞にて周波数ｆＴＧの高周波信号を共振させる際には、半同軸空洞の高さを、“λｇ／４”より大きいが“λｇ／４”に近い値に設定することができ、少なくとも“λｇ／２”よりも小さくすることができる。これは、半同軸空洞の特性より自明な事項である。つまり、半同軸空洞型の電力分配器３０では、空洞３３の高さを、“λｇ／４”より大きいが“λｇ／４”に近い値に設定することができ、少なくとも“λｇ／２”よりも小さくすることができる。
【００３１】
図５に示す如く、実際には、空洞３３内に複数のループアンテナＡＴａが挿入されている。半同軸空洞型の電力分配器３０においては、放射方向の磁界強度が下側においてより強くなる傾向を有するため、空洞３３の上側よりも下側に集中的に複数のループアンテナＡＴａが分散配置される。
【００３２】
図６に示すように、電力分配器３０の外部導体３２における円筒面に沿って複数のループアンテナＡＴａが分散配置され、各ループアンテナＡＴａから伸びる伝送路（同軸線路など、インピーダンスが整合された信号伝送路であれば任意の伝送路で良い）は外部導体３２の円筒面から外部導体３２の外へと引き出される。図６には、空洞３３内に計４つのループアンテナＡＴａが挿入されている様子を示しているが、空洞３３内に挿入されるループアンテナＡＴａの個数は４以外でも良い。ループアンテナＡＴａと後段増幅器４０は一対一の関係で接続される。電力分配器３０の外部導体３２には、空洞３３内のループアンテナＡＴａから伸びる伝送路を外部導体３２の外部に引き出すための穴が設けられており、当該穴を介してループアンテナＡＴａから伸びる伝送路が後段増幅器４０の入力側に接続される。
【００３３】
高周波電力増幅装置１に設けられた後段増幅器４０の個数をＮで表す。Ｎは２以上の任意の整数である。以下では、特に記述無き限り、“Ｎ＝１００”であるとする。そうすると、ループアンテナＡＴａと後段増幅器４０の組が計１００組形成されることになる。
【００３４】
空洞３３内の磁界が各ループアンテナＡＴａを鎖交する。このため、前段増幅器１０から電界同軸結合器２０を介して空洞３３内に導入され、空洞３３内に蓄積されたエネルギは、磁界結合により、計１００個のループアンテナＡＴａに分配されて各ループアンテナＡＴａを介して各後段増幅器４０に供給される。上述の如く、前段増幅器１０の出力信号における電力が２０Ｗであるとき、理想的には（損失の存在及び分配の不均一性を無視すれば）、対応するループアンテナＡＴａを介して、２００ｍＷの電力を有する周波数ｆＴＧの高周波信号が各後段増幅器４０に供給されることになる。
【００３５】
各後段増幅器４０は、ループアンテナＡＴａを介して供給される周波数ｆＴＧの高周波信号を増幅して出力する。後段増幅器４０は電力増幅器として機能するため、後段増幅器４０の入力信号の電力（入力電力）に対して後段増幅器４０の出力信号の電力（出力電力）は大きい。後段増幅器４０は、例えば、ＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）−ＦＥＴ（Field effect transistor）を用いて電力増幅を実現する。但し、ＬＤＭＯＳ−ＦＥＴ以外のトランジスタを用いて電力増幅を実現しても良い。ここでは、各後段増幅器４０の出力信号における電力が１ｋＷであるとする（但し、その電力は１ｋＷに限定されない）。このため、１００個の後段増幅器４０は、夫々に、１ｋＷの電力を有する周波数ｆＴＧの高周波信号を出力することとなる。後段増幅器４０における増幅は、例えば、Ａ級増幅又はＡＢ級増幅であって良い。
【００３６】
後段増幅器４０ごとに入力側にループアンテナＡＴａが設けられているのと同様に、後段増幅器４０ごとに出力側に同軸線路５０及びループアンテナＡＴｂが設けられており、各後段増幅器４０の出力信号（換言すれば各後段増幅器４０から出力される高周波電力）は、対応する同軸線路５０及びループアンテナＡＴｂを介して電力合成器６０に供給される。同軸線路５０に代えて、ストリップラインなどの他の伝送路を用いても良い。
【００３７】
電力合成器６０は、空洞型高周波電力合成器として構成されている。図７は、電力合成器６０の斜視図である。図８は、電力合成器６０の断面図である。
【００３８】
電力合成器６０は、円筒形状を有する金属筐体６２（導体壁）にて形成される。金属筐体６２の形状として円筒の上面及び下面にも、金属筐体６２を形成する金属が配置されている。従って、金属筐体６２は、中空の円柱形状を有しているとも言える。尚、ここでは、筐体６２が金属で構成されることを想定しているため、筐体６２を金属筐体と称しているが、筐体６２を構成する物質は金属に属さない導体であっても良い。
【００３９】
電力合成器６０において、金属筐体６２の内側に形成された空洞を符号６３にて参照する。即ち、空洞６３は金属筐体６２としての導体壁に囲まれた空洞である。
【００４０】
図９を参照して空洞６３の形状を説明する。図９において、６３ａは半径ｒ１且つ高さｈ２ａの円柱を表し、６３ｂ及び６３ｃの夫々は、半径ｒ１且つ高さｈ２ｂの円筒であって且つ円筒面の厚みが（ｒ１−ｒ２）の円筒を表している。即ち、円筒６３ｂ及び６３ｃの夫々は、内側の半径がｒ２であり且つ外側の半径がｒ１であり且つ高さがｈ２ｂの円筒である（但し、ｒ１＞ｒ２）。円柱６３ａ、円筒６３ｂ及び円筒６３ｃの軸を同一直線上に揃えた状態で、円柱６３ａが円筒６３ｂと円筒６３ｃとの間に配置されるように、円柱６３ａ、円筒６３ｂ及び円筒６３ｃを結合する。この結合により得られた物体の形状が、空洞６３の形状に相当する。即ち、空洞６３は、円柱状の空間（６３ａ）の上面及び下面に輪状の空間（６３ｂ、６３ｃ）を付加した形状を有する（図１０も参照）。
【００４１】
金属筐体６２の軸と、空洞６３の軸（即ち、円柱６３ａ、円筒６３ｂ及び円筒６３ｃの形状を持つ各空間の軸）は、同一軸上に並んでいる。図８は、それらの軸を通り且つそれらの軸に平行な断面による、電力合成器６０の断面図である。尚、図１１に示す如く、金属筐体６２の上面及び下面に、金属筐体６２の上面及び下面における肉厚を薄くするための凹部６４を設けるようにしても良い。
【００４２】
図８には示されていないが、実際には、図１２に示す如く、空洞６３内に複数のループアンテナＡＴｂが挿入されていると共に１つのループアンテナＡＴｃが挿入されている。図１３をも参照し、後段増幅器４０の出力信号の伝送路は、同軸線路５０を用いて電力合成器６０の上面から空洞６３内に導入され、ループアンテナＡＴｂにつながる。従って、各後段増幅器４０の出力信号による電磁波は、対応する同軸線路５０を介し、対応するループアンテナＡＴｂから空洞６３内に放射される。図１２及び図１３では、図示の簡略化のため、同軸線路５０及びループアンテナＡＴｂが４つずつしか示されていないが、実際には、後段増幅器４０の個数と同じ数だけ同軸線路５０及びループアンテナＡＴｂの組も存在する。電力合成器６０の金属筐体６２の上面には、空洞６３内のループアンテナＡＴｂから伸びる伝送路を金属筐体６２の外部に引き出すための穴が設けられており、当該穴を介してループアンテナＡＴｂから伸びる伝送路が後段増幅器４０の出力側に接続される。
【００４３】
電力合成器６０は、周波数ｆＴＧを共振周波数とする空洞共振器としての機能を持つ。空洞６３内にて周波数ｆＴＧの高周波信号がＴＥ０１１モードにて共振するように（即ち周波数ｆＴＧの電磁界が空洞６３内でＴＥ０１１モードにて共振現象をおこすように）、電力合成器６０の形状（ｈ２ａ、ｈ２ｂ、ｒ１及びｒ２の値等）が定められている。
【００４４】
図１４（ａ）及び（ｂ）に、空洞６３内においてＴＥ０１１モードにて共振する電磁界の様子を簡単に示す。図１４（ａ）は、空洞６３の中心を通り且つ空洞６３の軸に直交する断面における、ＴＥ０１１モードの電磁界の様子を示している。図１４（ｂ）は、空洞６３の軸を通る断面における、ＴＥ０１１モードの電磁界の様子を示している。図１４（ａ）及び（ｂ）において、矢印付き実線は空洞６３内の電界を表し、矢印付き破線は空洞６３内の磁界を表している（但し、ＴＥ０１１モードの電界はｚ軸成分を持たないため、図１４（ｂ）では、当該電界が矢印付き実線として表現されていない）。
【００４５】
電力合成器６０において、金属筐体６２の円周面には、空洞６３内のループアンテナＡＴｃから伸びる伝送路を金属筐体６２の外部に引き出すための穴が設けられている。当該穴を介して引き出された伝送路が出力用同軸導波管７０として設けられている。尚、出力用同軸導波管７０の設置位置は金属筐体６２の円周面に限定されず、例えば、金属筐体６２の下面に出力用同軸導波管７０を設置しても良い。
【００４６】
空洞６３内の磁界がループアンテナＡＴｃを鎖交することで、磁界結合により、空洞６３内に蓄積されたエネルギがループアンテナＡＴｃを介して出力用同軸導波管７０から出力される。つまり、１００個の後段増幅器４０からの出力電力が空洞共振器として機能する電力合成器６０に供給されて空洞６３内にて合成され、合成された電力を持つ周波数ｆＴＧの高周波信号（高周波の電磁波）が出力用同軸導波管７０から出力されることになる。出力用同軸導波管７０の出力電力は、理想的には（損失等を無視すれば）、１００ｋＷに達する。
【００４７】
空洞共振器における共振現象の共振モードは、ｚ軸方向に電界成分を持たないＴＥモードと、ｚ軸方向に磁界成分を持たないＴＭモードとに大別される。ＴＥモード円筒空洞共振器の詳細な共振モードは、周知の如く、ＴＥｌｍｎで表記される（ｌ、ｍ、ｎは０以上の整数）。即ち、ＴＥｌｍｎは、円形空洞共振器の動径方向において共振周波数の半波長のｌ倍の波長を有する電界が生じ、且つ、円形空洞共振器の半径方向において共振周波数の半波長のｍ倍の波長を有する電界が生じ、且つ、円形空洞共振器の高さ方向において共振周波数の半波長のｎ倍の波長を有する電界が生じることを意味する。
【００４８】
本実施形態では、電力合成器６０での共振における共振モードをＴＥ０１１に設定し、ＴＥ０１１に適合するように、空洞６３の形状が設定されている。このため、電力合成器６０の半径方向（即ち金属筐体６２又は空洞６３の半径方向）において共振周波数の半波長の１倍の波長を有する電界が生じ、且つ、電力合成器６０の高さ方向（即ち金属筐体６２又は空洞６３の高さ方向）において共振周波数の半波長の１倍の波長を有する電界が生じる（これらの電界は空洞６３内に生じる）。電力合成器６０での共振周波数は周波数ｆＴＧに設定される。
【００４９】
仮に、電力合成器６０における空洞６３が、図９の円柱６３ａと同一形状の空洞のみから成る場合、ＴＥ０１１モードとＴＭ１１１モードは共通の周波数にて共振することになるが、円柱６３ａと同一形状の空洞に対し、円筒６３ｂ及び６３ｃに対応する溝状の空洞を付加することで、ＴＥ０１１モードとＴＭ１１１モードが分離されてＴＥ０１１モードのみで共振現象を生じさせることができる。溝状の空洞の付加により当該分離が実現される理由については周知であるので、それの詳細な説明を省略する。
【００５０】
空洞共振器として構成された高周波電力合成器自体の損失は、その空洞での損失を示す指標である無負荷時のクオリティーファクタで表現される。無負荷時のクオリティーファクタは、Ｑ０値とも表記され、空洞内の蓄積エネルギを空洞壁面での損失で割ることにより求められる。高周波電力合成器で用いられる共振モードが、従来構成で一般的に用いられるＴＭ０１０モードである場合、Ｑ０値は１００００以下であり、そこから計算や実験を通じて求められる高周波損失は入力高周波電力の数％以上になる。一方、上述した機械構造及び電磁界分布を持つＴＥ０１１モードを使用した電力合成器６０では、Ｑ０値が１０００００以上あるため、生じる高周波損失も、ＴＭ０１０モードを用いる場合と比べて約１／１０に低減できる。ＴＥ０１１モードを使用した空洞共振器のＱ０値を１０００００以上にできること自体は、単なる数値計算にて得られる公知の事実であるため、その理由の説明はここでは省略する。
【００５１】
例えば、１００ｋＷの出力を得ようとした場合において、ＴＭ０１０モードを用いて３ｋＷの損失が発生するのであれば、３個分の後段増幅器４０が無駄になるという計算になるが、本実施形態の如くＴＥ０１１モードを用いれば０．３ｋＷ程度の損失で済むことになり、メリットが非常に大きい。
【００５２】
また、空洞共振器として構成された空洞分配器は、寸法が一番小さくなるＴＭ０１０の共振モードを用いた場合でも、共振周波数の波長の１／２の直径が必要な円筒状空洞を持つ。これに対し、上述した機械構造及び電磁界分布を持つ電力分配器（半同軸空洞型高周波電力分配器）３０を用いれば、必要な空洞の直径を、ＴＭ０１０モードを用いる従来構成のそれよりも随分と小さくすることができる。
【００５３】
例えば、共振周波数が５００ＭＨｚである場合において、ＴＭ０１０の共振モードを用いて空洞分配器を構成すると、その空洞には３０ｃｍの直径が必要となるに対し、上述した機械構造及び電磁界分布を持つ電力分配器（半同軸空洞型高周波電力分配器）３０を用いれば、空洞３３の直径を３０ｃｍの半分以下にすることができ、空洞３３の高さも、ＴＭ０１０の共振モードを用いる場合の同等以下にすることができる。結果、装置の小型化が実現される。
【００５４】
上述した高周波電力増幅装置１の構成及び動作等を、便宜上、基本実施例と称する。以下、複数の実施例の中で、高周波電力増幅装置１についてのより詳細な構成例、応用例、変形例などを説明する。特に記述無き限り且つ矛盾無き限り、基本実施例に記載の事項が後述の各実施例に適用され、各実施例において基本実施例と矛盾する事項については、各実施例での記載が優先される。また矛盾無き限り、以下に述べる複数の実施例の内、任意の実施例に記載した事項を、他の任意の実施例に適用することもできる（即ち複数の実施例の内の任意の２以上の実施例を組み合わせることも可能である）。
【００５５】
＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。図１５に示す如く、高周波電力増幅装置１には、複数の増幅器モジュール４０Ｍが設けられている。図１６を参照し、１つの増幅器モジュール４０Ｍは概略直方体形状の筐体を有し、当該筐体内に、１つの後段増幅器４０を形成する回路素子が実装された１枚の増幅基板４０Ｓを収容及び固定することで当該増幅器モジュール４０Ｍが形成される。
【００５６】
後段増幅器４０ごとに増幅基板４０Ｓが設けられ、増幅基板４０Ｓごとに増幅器モジュール４０Ｍが設けられるものとする。従って、１枚の増幅基板４０Ｓには１つの後段増幅器４０が実装され、１つの増幅器モジュール４０Ｍには１枚の増幅基板４０Ｓが収容及び支持されることになる。上述したように後段増幅器４０の個数をＮで表した場合、増幅基板４０Ｓ及び増幅器モジュール４０Ｍの個数も夫々にＮである。
【００５７】
図１７は、電力分配器３０、複数の増幅器モジュール４０Ｍ及び電力合成器６０の配置関係を示す、それらの斜視図である。但し、図１７においては、図示の簡略化及び煩雑化防止のため、“Ｎ＝４”であると仮定し、また、同軸線路５０及び出力用同軸導波管７０の図示を省略している。
【００５８】
図１７に示す如く、電力合成器６０の軸を上下方向に向けた状態で、電力合成器６０の上にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍを放射状に配置する。そして、Ｎ個の増幅器モジュール４０Ｍの上方に電力分配器３０を配置する。電力合成器６０は、Ｎ個の増幅器モジュール４０Ｍ及び電力分配器３０を支持する架台としての機能を持つことになる。Ｎ個の増幅器モジュール４０Ｍを支持することとＮ枚の増幅基板４０Ｓを支持することは等価である。
【００５９】
上記の配置関係について詳細な説明を加えておく。円筒型の電力合成器６０の軸と円筒型の電力分配器３０の軸とは、上下方向に沿って同一軸上に並んでいる。電力合成器６０の軸は、金属筐体６２の軸及び空洞６３の軸でもある（図８参照）。電力分配器３０の軸は、内部導体３１の軸、外部導体３２の軸及び空洞３３の軸でもある（図３参照）。電力合成器６０の金属筐体６２の上面に相当する、電力合成器６０の上面を符号６０Ｕにて参照する。電力合成器６０の上面６０Ｕの形状は円形である。
各増幅器モジュール４０Ｍの筐体が電力合成器６０の上面６０Ｕに接する態様で、電力合成器６０の上面６０Ｕの上にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍが配置される。この際、電力合成器６０の軸に対して放射状にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍが配置される。各増幅器モジュール４０Ｍの筐体の外面を形成する６面の内、上面６０Ｕと接する面に対向する面を、増幅器モジュール４０Ｍの上面と称した場合、Ｎ個の増幅器モジュール４０Ｍの全上面は水平方向に平行な共通の平面上に位置することになり、各増幅器モジュール４０Ｍの上面と電力分配器３０の下面（換言すれば外部導体３２の下面）が接する態様で、電力分配器３０を各増幅器モジュール４０Ｍの上方に配置する。
【００６０】
図１８は、本実施形態の高周波電力増幅装置１とは異なる参考高周波電力増幅装置１００１における構成部品の配置例を示している。参考高周波電力増幅装置１００１は、高周波電力増幅装置１と同様の１００ｋＷ出力級の高周波電力増幅装置である。参考高周波電力増幅装置１００１では、ＴＭ０１０モードを利用した空洞型高周波電力合成器１０６０を中心にして放射状に複数の増幅器モジュール１０４０Ｍが配置されており、各増幅器モジュール１０４０Ｍからの１ｋＷ級の高周波電力を空洞型高周波電力合成器１０６０で合成する。図示の簡略化及び煩雑化防止のため、図１７と同様、図１８では、増幅器モジュール１０４０Ｍが４つしか示されていないが、増幅器モジュール１０４０Ｍが１００個あれば、空洞型高周波電力合成器１０６０から１００ｋＷ級の高周波電力が得られる。各増幅器モジュール１０４０Ｍ及び空洞型高周波電力合成器１０６０は相応の大きさ及び重量を有し、それらを支持する架台１１００が必須となる。
【００６１】
１００ｋＷ出力級の高周波電力増幅装置において、１ｋＷ出力が可能な出力素子を使用した場合、損失が無いと仮定したとしても、１００個の最終段増幅器が必要である。この１００個の最終段増幅器を構成する素子の数や数１００ＭＨｚ帯の空洞合成器の大きさを考慮すれば、１００ｋＷ出力級の高周波電力増幅装置の設置スペースは相当に大きなものになる。例えば、現状技術において、電力合成器に５００ＭＨｚのＴＭ０１０モードの空洞を利用した場合、増幅装置全体では、（２ｍ×２ｍ）以上の設置面積が必要となる。つまり、ＴＭ０１０モードの空洞を利用する図１８の構成において、５００ＭＨｚの高周波電力を合成する場合、（２ｍ×２ｍ）以上の設置面積が必要となり、且つ、別途に架台１１００が必須となる。
【００６２】
一方、本実施形態の高周波電力増幅装置１では、電力合成に際しＴＥ０１１モードの空洞を利用するため、電力合成器６０が相応に大きくなる。これを考慮し、電力合成器６０を架台として機能させて最終段増幅基板（増幅器モジュール４０Ｍに収容された増幅基板４０Ｓに相当）の下に配置する。これにより、高周波電力増幅装置の全体の設置体積を小さくすることができる。また、図１８に示すような架台１１００を別途に用意する必要もなくなる。
【００６３】
＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例は第１実施例を基礎とする変形実施例であり、第２実施例にて特に述べない事項に関しては、矛盾無き限り、第１実施例の記載が第２実施例に適用される。
【００６４】
第１実施例に示した配置方法では、各増幅器モジュール４０の上方に電力分配器３０を配置しているが、図１９に示す如く、電力合成器６０の軸に対してＮ個の増幅器モジュール４０Ｍを放射状に配置する際の、放射中心に電力分配器３０を配置するようにしても良い。図１９は、第２実施例に係り、電力分配器３０、複数の増幅器モジュール４０Ｍ及び電力合成器６０の配置関係を示す、それらの斜視図である。
【００６５】
電力分配器３０の下面（換言すれば外部導体３２の下面）が電力合成器６０の上面６０Ｕに接する態様で、電力合成器６０の上面６０Ｕの上に電力分配器３０が配置される。また、第１実施例と同様に、各増幅器モジュール４０Ｍの筐体が電力合成器６０の上面６０Ｕに接する態様で、電力合成器６０の上面６０Ｕの上にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍが配置され、この際、電力合成器６０の軸に対して放射状にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍが配置される。但し、放射中心位置には電力分配器３０が配置されているため、電力分配器３０の円筒面に沿って、放射状にＮ個の増幅器モジュール４０Ｍが配置されることになる。第１実施例と同様、電力合成器６０は、Ｎ個の増幅器モジュール４０Ｍ及び電力分配器３０を支持する架台としての機能を持つ。
【００６６】
＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。電力合成器６０での合成により得られる１００ｋＷ級の電力を持った周波数ｆＴＧの高周波信号であって且つ出力同軸導波管７０から出力される高周波信号（高周波電力）を、便宜上、目的高周波信号と称する。目的高周波信号を目的高周波電力と読み替えても良い。高周波電力増幅装置１は、連続出力動作又はパルス出力動作を行うことができる。
【００６７】
連続出力動作では、出力同軸導波管７０から目的高周波信号が連続的に絶え間なく出力される。パルス出力動作では、出力同軸導波管７０から目的高周波信号がパルス波として断続的に出力される。図２０を参照し、パルス出力動作が行われる場合、所定の時間幅（図２０の例において１μｓ）を持つ目的高周波信号が、所定周期ＰＲＥＦ（図２０の例において１／６０秒の周期）にて繰り返し出力される。
【００６８】
＜＜第４実施例＞＞
第４実施例を説明する。第４実施例では、上述のパルス出力動作に適した後段増幅器４０の駆動方式を説明する。
【００６９】
図２１に、１つの後段増幅器４０の構成を示す図であって、パルス出力動作に適した後段増幅器４０の構成を示す。Ｎ個の後段増幅器４０の夫々に、図２１に示す構成を採用することができる。
【００７０】
図２１に示される１つの後段増幅器４０に注目して、第４実施例に係る後段増幅器４０の構成及び動作を説明する。後段増幅器４０は、直流阻止コンデンサ４１と、入力インピーダンス整合回路４２と、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタとして構成されたＦＥＴ４３と、パルス電源電圧供給回路４４と、チョークコイル４５と、出力インピーダンス整合回路４６と、直流阻止コンデンサ４７と、を備える。
【００７１】
電力分配器３０の空洞３３に挿入されたループアンテナＡＴａから伝搬される高周波信号は、後段増幅器４０の入力高周波信号ＳＩＮとして、後段増幅器４０の入力端子に加わり、直流阻止コンデンサ４１及び入力インピーダンス整合回路４２を介して、ＦＥＴ４３のゲートに入力される。ＦＥＴ４３のソースは基準電位点に接続される。尚、図２１には示していないが、ＦＥＴ４３のゲートにバイアス電圧を加える回路を後段増幅器４０に設けておくことができる。
【００７２】
パルス電源電圧供給回路４４には、図示されないトリガパルス供給回路から、パルス状のトリガ信号であるトリガパルスが周期的に入力される。トリガパルスの入力周期は、上述の周期ＰＲＥＦと一致している。パルス電源電圧供給回路４４は、トリガパルスの入力を受けるたびに、ＦＥＴ駆動パルスを出力する。図２２に示す如く、ＦＥＴ駆動パルスは、トリガパルスの入力タイミングに同期して出力されるパルス状の電源電圧であって、一定時間分のパルス幅を持つ。ＦＥＴ駆動パルスは、チョークコイル４５を介してＦＥＴ４３のドレインに供給される。チョークコイル４５とＦＥＴ４３のドレインとの接続点は、出力インピーダンス整合回路４６及び直流阻止コンデンサ４７を介して、後段増幅器４０の出力端子に接続される。後段増幅器４０の出力端子に加わる信号は、後段増幅器４０の出力信号ＳＯＵＴとして、同軸線路５０を介し、電力合成器６０の空洞内６３に挿入されたループアンテナＡＴｂへと伝搬される。
【００７３】
このように、パルス電源電圧供給回路４４は、トリガパルスの入力を受けるたびに、ＦＥＴ駆動パルスのパルス幅に相当する一定時間分だけ、チョークコイル４５及びＦＥＴ４３の直列回路に対し直流の電源電圧を供給する。このため、パルス電源電圧供給回路４４に対してトリガパルスが入力される周期と、パルス電源電圧供給回路４４からＦＥＴ駆動パルスが出力される周期は一致する。パルス電源電圧供給回路４４は、ＦＥＴ駆動パルスのパルス幅を調整及び決定するＦＥＴ駆動パルス決定回路４４ａと、その回路４４ａにより駆動され、決定されたパルス幅を持つＦＥＴ駆動パルスを生成及び出力するパルス電源４４ｂと、で構成される。チョークコイル４５及びＦＥＴ４３の直列回路に電源電圧が供給されている期間においてのみ、後段増幅器４０の入力端子に加わる信号がＦＥＴ４３を用いて増幅されて、その増幅により得られた信号が後段増幅器４０の出力端子に現れる。
【００７４】
このように、ＦＥＴ４３（又はＦＥＴ４３とチョークコイル４５の組み合わせ）は、電源電圧を用いて入力信号ＳＩＮを増幅する。高周波電力増幅装置１においてパルス出力動作が行われるとき、電力合成器６０での電力合成により得られる高周波合成電力（換言すれば目的高周波信号）が、所定周期ＰＲＥＦにて繰り返しパルス状に出力されることになるが、当該パルス出力動作において、パルス電源電圧供給回路４４は、トリガパルスの入力を受けて、ＦＥＴ４３に対しＦＥＴ駆動パルス（パルス状の電源電圧）を供給する。トリガパルスの入力周期は所定周期ＰＲＥＦと一致するので、ＦＥＴ駆動パルス（パルス状の電源電圧）も所定周期ＰＲＥＦにて繰り返し供給されることになる。
【００７５】
入出力特性が線形となる増幅又は線形に近い増幅を実現するＡ級やＡＢ級の高周波増幅器においては、扱う高周波が連続波であるかパルス波であるかに関わらず、増幅用素子に直流の電源電圧を継続的に供給するのが一般的である（この供給による方式を直流駆動方式と称する）。しかしながら、高周波電力増幅装置１にてパルス出力動作を行う場合において、直流駆動方式を用いると、電力合成器６０からのパルス出力高周波の平均電力に対し、後段増幅器４０の消費電力が無駄に大きくなりすぎることがある。例えば、図２０に示す如く、１／６０秒の周期にて電力合成器６０から１μｓのパルス出力高周波を得るケースにおいては、１秒間の内、０．９９９９９９秒分の増幅用素子での電力消費は無駄と言え、効率が悪い。
【００７６】
そこで、本実施例の如く、パルス出力動作を行う場合には、パルス出力高周波を得たいタイミングに合わせて（即ちトリガパルスの入力に合わせて）ＦＥＴ駆動パルスを供給することにより、増幅用素子（図２１の例においてＦＥＴ４３）をパルス駆動する（この駆動方式をパルス駆動方式と称する）。これによれば、パルス出力動作時において、後段増幅器４０における電源の供給平均電流、ひいては消費電力を、直流駆動方式と比べて格段に小さくすることができる。例えば、図２０に示す如く、１／６０秒の周期にて電力合成器６０から１μｓのパルス出力高周波を得るケースにおいては、後段増幅器４０の消費電力を究極的には、直流駆動方式を用いる場合の（６０×１０−６）倍にまで低減することができる。また、上述のようなパルス駆動方式を用いたとしても、高周波出力の電力及び位相に関する安定度は、直流駆動方式と比べても遜色が無い。
【００７７】
増幅器において、出力信号の位相や電力は増幅用素子の温度に依存する。直流駆動方式を用いれば、図２３（ａ）に示す如く、増幅器の起動後、一定時間が経過すると、増幅用素子が熱的平衡に達し、熱的平衡に達した後は増幅用素子の温度が一定であるとして、安定した出力信号が得られると考えられる。パルス駆動方式においても、一定の周期ＰＲＥＦでＦＥＴ駆動パルスが供給されることから、図２３（ｂ）に示す如く、パルス駆動方式の動作の開始後、一定時間が経過すると、増幅用素子が熱的平衡に達し、熱的平衡に達した後は増幅用素子の温度が一定であるとして、安定した出力信号が得られる。
【００７８】
パルス駆動方式を用いる場合、ＦＥＴ駆動パルスの供給周期（即ち周期ＰＲＥＦ）で増幅用素子にて電力消費が生じるため、熱的平衡に達したといえる段階においても、理論的には、直流駆動方式よりも増幅用素子の温度変動が大きいとも言える。しかしながら実際には、増幅用素子の温度変化に関する応答性は秒単位のものであるため、その応答性に対し、周期ＰＲＥＦが十分に小さければ、出力信号の安定性に実質的な問題は生じない。
【００７９】
尚、トリガパルス供給回路は、高周波電力増幅装置１内であって且つ後段増幅器４０外に設けられた回路であっても良いし、高周波電力増幅装置１の外部装置に設けられた回路であっても良い。トリガパルス供給回路は、全ての後段増幅器４０に対して共通のトリガパルスを供給する。トリガパルス供給回路は、各々の後段増幅器４０に設けられるものであっても良い。この場合、各々のトリガパルス供給回路にタイマーを持たせて、Ｎ個の後段増幅器４０におけるＮ個のトリガパルス供給回路が同時にトリガパルスを発生及び出力するようにすると良い。
【００８０】
また、高周波電力増幅装置１は、連続出力動作及びパルス出力動作を選択的に実行できるように構成されていても良い。連続出力動作を行う場合においては、パルス電源４４ｂを単なる直流電源として機能させて、当該直流電源から、チョークコイル４５及びＦＥＴ４３の直列回路に対して連続的に直流の電源電圧を供給すれば良い。
【００８１】
＜＜第５実施例＞＞
第５実施例を説明する。第４実施例では、後段増幅器４０にパルス駆動方式を採用する方法を説明したが、同様のパルス駆動方式を前段増幅器１０にも採用するようにしても良い。この場合、第４実施例の記載における後段増幅器４０を前段増幅器１０に読み替えれば良く、この際、第４実施例の記載における入力高周波信号ＳＩＮ及び出力高周波信号ＳＯＵＴは、夫々、前段増幅器１０に入力される高周波信号及び前段増幅器１０から出力される高周波信号であると解される。
【００８２】
前段増幅器１０は２０Ｗ級の出力を行う単体の増幅器であるのに対し、後段増幅器４０の群は計１００ｋＷ級の出力を行う増幅器群であるため、前者にパルス駆動方式を採用することによるメリットに比べ、後者にパルス駆動方式を採用することによるメリットの方がはるかに大きい。故に、パルス出力動作を行う場合には、少なくとも後段増幅器４０に対してパルス駆動方式を採用することが好ましい。
【００８３】
＜＜第６実施例＞＞
第６実施例を説明する。
【００８４】
１枚の増幅基板４０Ｓに対して２以上の後段増幅器４０が実装されるようにしても良い。この場合、増幅基板４０Ｓの総数及び増幅器モジュール４０Ｍの総数は、後段増幅器４０の総数よりも小さくなる。
【００８５】
各後段増幅器４０は、複数段の増幅器から構成されていても良い。つまり例えば、各後段増幅器４０を２段の増幅器にて構成する場合、各後段増幅器４０は、ループアンテナＡＴａから供給される高周波信号を増幅して出力する第１増幅器と、第１増幅器から出力される増幅高周波信号を更に増幅して出力する第２増幅器とを有していても良い。この場合、第２増幅器から出力される高周波信号が、対応するループアンテナＡＴｂに供給されることになる。同様にして、前段増幅器１０も、複数段の増幅器から構成するようにしても良い。
【００８６】
電力合成器６０における空洞６３は上述の円筒型空洞に限定されず、例えば方形型空洞であっても構わない。電力分配器３０における空洞３３についても同様である。
但し、空洞６３を円筒型空洞としたときにＱ０値が最大化され、またサイズが極小化されるため、空洞６３を円筒型空洞とすることが好ましい。電力分配器３０における空洞３３についても同様である。
【００８７】
＜＜発明の考察＞＞
本発明について考察する。
【００８８】
本発明の一側面に係る高周波電力増幅装置Ｗ１は、所定周波数の高周波信号（例えば前段増幅器１０の出力信号）を分配して得られる複数の分配信号（例えば複数のループアンテナＡＴａを通じて供給される複数の高周波信号）を各々に増幅して複数の増幅信号を出力する複数の増幅器（例えば複数の後段増幅器４０）と、導体壁に囲まれた空洞（例えば空洞６３）を有し、前記所定周波数を共振周波数とするＴＥ０１１共振モードを用いて、前記複数の増幅信号の電力を前記空洞にて合成する空洞型高周波電力合成器（例えば電力合成器６０）と、を備えたことを特徴とする。
【００８９】
ＴＥ０１１共振モードを用いて電力合成を行うことにより、高周波損失を極めて小さくすることが可能となる。
【００９０】
高周波電力増幅装置Ｗ１は、例えば、各々に増幅基板（４０Ｓ）を備えた複数の増幅器モジュール（４０Ｍ）を備え、各増幅器モジュールにおいて、前記増幅基板には、前記複数の増幅器の内の１以上の増幅器が実装され、前記空洞型高周波電力合成器を、前記複数の増幅器モジュールを支持する架台として用いても良い（第１実施例参照）。
【００９１】
これにより、別途に架台を設ける必要がなくなり、高周波電力増幅装置の全体の設置体積を小さくすることができる。
【００９２】
また例えば、高周波電力増幅装置Ｗ１において、前記高周波信号を分配する分配器として、半同軸空洞型高周波電力分配器（３０）を用いると良い。
【００９３】
これによっても、高周波電力増幅装置の小型化が実現可能となる。
【００９４】
より具体的には例えば、高周波電力増幅装置Ｗ１において、前記半同軸空洞型電力分配器（３０）は、内部に分配器用空洞（３３）が形成された中空の外部導体（３２）と、前記分配器用空洞内に配置された棒状の内部導体（３１）と、を備え、前記高周波信号を伝搬する同軸線路の芯線（２１）の一部は、前記外部導体に設けられた開口部（３５）を介して前記分配器用空洞内に挿入され、前記内部導体の一端は、前記同軸線路の芯線の一端（２１ｂ）と対向する一方で、前記内部導体の他端は前記外部導体と短絡されていると良い。
【００９５】
また例えば、高周波電力増幅装置Ｗ１において、各増幅器は、供給された分配信号を、電源電圧を用いて増幅する増幅用素子（図２１の例においてＦＥＴ４３）を備えていると良い。そして、高周波電力増幅装置Ｗ１において、前記空洞型高周波電力合成器での電力合成により得られる高周波合成電力を、所定周期にて繰り返しパルス状に出力するパルス出力動作が可能であり、前記パルス出力動作が行われる際、各増幅器において、前記増幅用素子に対し、前記電源電圧として前記所定周期のパルス状の電源電圧を供給すると良い。
【００９６】
これにより、パルス出力動作時における各増幅器での損失を低く抑えることが可能となる。
【００９７】
尚、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  高周波電力増幅装置
１０  前段増幅器
２０  電界同軸結合器
３０  電力分配器（半同軸空洞型高周波電力分配器）
３１  内部導体
３２  外部導体
３３  空洞（分配器用空洞）
４０  後段増幅器
４０Ｓ  増幅基板
４０Ｍ  増幅モジュール
５０  同軸線路
６０  電力合成器（ＴＥ０１１モード空洞型高周波電力合成器）
７０  出力用同軸導波管
ＡＴａ、ＡＴｂ、ＡＴｃ  ループアンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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