(57)【要約】【課題】アンテナ基部が短絡状態となった場合でも、電力増幅器のストレスを低減し、信頼性を確保する。【解決手段】実施形態のディジタル振幅変調装置は、前段から入力された音声信号に基づいてキャリア信号の電力増幅を行い、後段に接続された負荷に供給するディジタル振幅変調装置であって、並列接続された複数の電力増幅器を有し、キャリア信号の振幅変調を行う振幅変調部と、振幅変調部の出力が入力され、位相調整を行って前記負荷に出力する位相調整部と、を備え、位相調整部は、負荷の実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合の振幅変調部の出力端における負荷の見かけ上のインピーダンスが、通常時よりも高くなるように位相調整を行って負荷に出力する。【選択図】図１
2019009735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段から入力された音声信号に基づいてキャリア信号の電力増幅を行い、後段に接続された負荷に供給するディジタル振幅変調装置であって、
並列接続された複数の電力増幅器を有し、前記キャリア信号の振幅変調を行う振幅変調部と、
前記振幅変調部の出力が入力され、位相調整を行って前記負荷に出力する位相調整部と、を備え、
前記位相調整部は、前記負荷の実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合の前記振幅変調部の出力端における前記負荷の見かけ上のインピーダンスが、前記通常時よりも高くなるように位相調整を行って前記負荷に出力する、
ディジタル振幅変調装置。
【請求項２】
前記負荷の実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合とは、前記負荷が短絡状態とされている場合である、
請求項１記載のディジタル振幅変調装置。
【請求項３】
前記振幅変調部は、前記複数の電力増幅器を用い、前記音声信号に基づいてオン／オフ制御され、オン制御状態において入力された前記キャリア信号の電力増幅を行う電力増幅部と、
前記オン制御状態にある複数の電力増幅器の出力を合成して合成出力信号を出力する合成部と、
を備えており、
前記負荷の実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合の前記振幅変調部の出力端における前記負荷の見かけ上のインピーダンスが、前記通常時よりも高くなる状態とは、前記電力増幅器の出力電流が前記通常時よりも少なくなる状態である、
請求項１又は請求項２記載のディジタル振幅変調装置。
【請求項４】
前記電力増幅器は、電力増幅を行うＭＯＳＦＥＴを備えており、前記出力電流は、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流である、
請求項３記載のディジタル振幅変調装置。
【請求項５】
前記位相調整部は、前記振幅変調側の入力端子と前記負荷側の出力端子との間に直列接続された一対のインダクタ素子と、前記一対のインダクタ素子の接続点に一端が接続され、他端が接地されたキャパシタ素子と、を備えている、
請求項１乃至３の何れか一記載のディジタル振幅変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ディジタル振幅変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中波放送用の送信装置において、ディジタル振幅変調装置が用いられている。
ディジタル振幅変調装置は、並列に接続された複数の電力増幅器を備えている。
そして、外部から供給される音声信号等の変調信号の電圧振幅レベルに合わせて複数の電力増幅器をオン／オフ制御することで、同時にオン状態とされる電力増幅器の台数を変更しながら、キャリア信号を増幅する。
【０００３】
そして、同時にオン状態とされている電力増幅器の出力信号を合成することでＡＭ（Amplitude  Modulation）波を生成し、生成したＡＭ波を所定の放送サービスエリアへ送出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３２９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のディジタル振幅変調装置においては、送信アンテナに落雷が発生した際などに送信アンテナ基部を短絡状態にすることで雷のエネルギーを逃がすための仕組みが設けられている。その理由は、中波放送用のディジタル振幅変調装置に使用する送信アンテナはその物理的特性から１００ｍ級の大きさになることが多く、アンテナに落雷する可能性が非常に高いためである。
【０００６】
ところで、上記構成において、電力増幅器は定電圧源として機能するため、送信アンテナ基部が短絡状態となった際には、電力増幅器の出力が増大することとなり、電力増幅器において流れる電流量の増加、さらには、発熱などのストレスが増大し、電力増幅器の信頼性、ひいては、ディジタル振幅変調装置の信頼性が低下する虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、送信アンテナ基部が短絡状態となった場合でも、電力増幅器のストレスを低減し、信頼性を確保することが可能なディジタル振幅変調装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のディジタル振幅変調装置は、前段から入力された音声信号に基づいてキャリア信号の電力増幅を行い、後段に接続された負荷に供給するディジタル振幅変調装置である。
そして、ディジタル振幅変調装置の振幅変調部は、並列接続された複数の電力増幅器を有し、キャリア信号の振幅変調を行う。
また、位相調整部は、前記負荷の実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合の前記振幅変調部の出力端における前記負荷の見かけ上のインピーダンスが、通常時よりも高くなるように位相調整を行って前記負荷に出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態のディジタル振幅変調装置の機能構成ブロック図である。
【図２】図２は、位相調整部の概要構成説明図である。
【図３】図３は、コイルのインダクタンス及びコンデンサの容量の設定テーブル例の説明図である。
【図４】図４は、電力増幅器の出力電流の変化の説明図（その１）である。
【図５】図５は、電力増幅器の出力電流の変化の説明図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態のディジタル振幅変調装置の機能構成ブロック図である。
ディジタル振幅変調装置１０は、大別すると、制御部１１、電力増幅部１２、合成部１３、フィルタ部１４、位相調整部１５、キャリア信号入力端子Ｔｃ、音声信号入力端子Ｔｓ及び出力信号端子Ｔｂを備えている。
【００１１】
キャリア信号入力端子Ｔｃには、伝送信号としてのキャリア信号Ｓｃが入力される。
音声信号入力端子Ｔｓには、変調信号である音声信号Ｓｓが入力される。
制御部１１は、ディジタル振幅変調装置１０全体の制御を行う。
【００１２】
電力増幅部１２は、ｎ台の電力増幅器（ＰＡ：Power  Amplifier）１２−１〜１２−ｎを備えている。キャリア信号入力端子Ｔｃに入力されたキャリア信号Ｓｃは、制御部１１を介して電力増幅器１２−１〜１２−ｎにそれぞれ入力される。
【００１３】
電力増幅器１２−１〜１２−ｎは、音声信号Ｓｓの電圧振幅レベルに従い、それぞれ制御部１１の制御下でオン／オフ制御される。そして、電力増幅器１２−１〜１２−ｎは、オン制御状態で駆動状態となり、入力されたキャリア信号Ｓｃを予め設定されたレベルに増幅する。また、電力増幅器１２−１〜１２−ｎは、オフ制御状態で、停止状態となり、その出力が禁止される。
【００１４】
合成部１３は、電力増幅器１２−１〜１２−ｎの出力信号が入力され、増幅されたキャリア信号を合成して、合成増幅キャリア信号Ｓａｃを生成し、フィルタ部１４へ出力する。
【００１５】
フィルタ部１４は、合成部１３で合成された合成増幅キャリア信号Ｓａｃをフィルタリング（濾波）することで、合成増幅キャリア信号Ｓａｃに含まれるノイズ等の不要な成分を抑圧してフィルタリング合成信号Ｓｆａｃを出力する。そして、フィルタ部１４は、フィルタリング合成信号Ｓｆａｃを中間接続端子Ｔａを介して出力する。なお、この中間接続端子Ｔａは、説明の便宜のため図示しているものであり、フィルタ部１４に対し、位相調整部１５が電気的に直接接続されていても構わない。
【００１６】
位相調整部１５は、中間接続端子Ｔａを介して入力されたフィルタリング合成信号Ｓｆａｃの位相を後に詳述するように調整して位相調整フィルタリング合成信号Ｓｆａｃｐｓを振幅変調されたＲＦ帯の放送波（ＡＭ波）として、出力信号端子Ｔｂから出力する。
【００１７】
出力信号端子Ｔｂの後段には、整合回路、フィルタ、リジェクタ及びトラップ回路等を含む後段回路ＮＣが設けられており、後段回路ＮＣを介して送信アンテナ（空中線）ＡＮＴが接続される。ここで、送信アンテナＡＮＴの基部には、送信アンテナＡＮＴに落雷等があった場合に、異常電圧からディジタル振幅変調装置１０を保護するために基準電位点である大地と電気的に接続し、導通状態（短絡状態）とさせるカーボンギャップ等の避雷器ＳＰが設けられている。
【００１８】
次に位相調整部１５の構成について説明する。
図２は、位相調整部の概要構成説明図である。
位相調整部１５は、中間接続端子Ｔａに一端が接続されたインダクタとして機能するコイルＬ１と、コイルＬ１の他端に一端が接続され、他端が出力信号端子Ｔｂに接続されたインダクタとして機能するコイルＬ２と、コイルＬ１とコイルＬ２の接続点に一端が接続され、他端が接地されたキャパシタとして機能するコンデンサＣと、を備えている。
【００１９】
この場合において、フィルタ部１４のインピーダンスを設計値（例えば、５０Ω）とした場合のコイルＬ１の初期定格インダクタンスをＬｉ０（Ｈ：henry）とし、後段回路Ｎｃ（あるいは送信アンテナＡＮＴ）のインピーダンスを設計値（例えば、５０Ω）とした場合のコイルＬ２の初期定格インダクタンスをＬｏ０（Ｈ）とし、コンデンサＣの初期定格容量をＣ０（Ｆ：farad）とする。
【００２０】
さらに、コイルＬ１の初期定格インダクタンスＬｉ０、コイルＬ２の初期定格インダクタンスＬｏ０及びコンデンサＣの初期定格容量Ｃ０に対応する位相調整量をＸ°とした場合に、同じくコンデンサＣの初期定格容量Ｃ０とし、位相調整量を（Ｘ＋９０）°とした場合のコイルＬ１の初期定格インダクタンスをＬｉ０１、コイルＬ２の初期定格インダクタンスをＬｏ０１とする。
【００２１】
この場合において、位相調整量Ｘ°及び位相調整量（Ｘ＋９０°）の双方を考慮しているのは、Ｓパラメータで特性を評価する場合に、反射波における位相が１８０°異なる状態を考慮するためであり、いずれか一方は、いずれか他方に対して必ずＳパラメータ特性が良くなるからである。
【００２２】
図３は、コイルのインダクタンス及びコンデンサの容量の設定テーブル例の説明図である。
コイルＬ１、Ｌ２のインダクタンス及びコンデンサＣの容量の組合せは、様々考えられるが、コイルＬ１の初期定格インダクタンスＬｉ０、コイルＬ２の初期定格インダクタンスＬｏ０及びコンデンサＣの初期定格容量Ｃ０は、位相調整前の暫定的な値として、送信アンテナＡＮＴの基部を接地した、すなわち、避雷器ＳＰを短絡状態の場合に、振幅変調部の出力端における負荷を見込んだインピーダンスが高くなるように、値として後段回路ＮＣの位相変化量Ｚ°（＝−Ｘ°）を打ち消す値を採用している。これは、フィルタ部１４の位相変化量を９０°として設計していることにより、避雷器ＳＰを短絡状態の場合に振幅変調部の出力端における負荷を見込んだインピーダンスが開放状態になるように設計しているためである。仮にフィルタ部１４の位相変化量をＷ°とし、後段回路ＮＣの位相変化量Ｚ°とすると、位相調整量はＸ°（＝−Ｚ°＋９０°―Ｗ°）となる。
【００２３】
さらに図３の設定テーブルＴＢにおいては、処理の簡略化のため、コンデンサＣの容量を一定の容量変化量εずつずらした状態において、初期値における位相調整量Ｘ°の第１グループについては、コイルＬ１及びコイルＬ２のインダクタンス増加量α１、α２、α３、…（ただし、０＜α１＜α２＜α３＜…）あるいはコイルＬ１及びコイルＬ２のインダクタンス減少量β１、β２、β３、…（ただし、０＜β１＜β２＜β３、…）を、フィルタ部１４と後段回路ＮＣのインピーダンス整合の条件を保ちつつ、設定している。なお、Ｃ容量とＬ１及びＬ２インダクタンスを変化させた場合の位相調整量については、Ｘ°より変化するため、必要に応じて、計算の上、設定テーブルＴＢに追加する。
【００２４】
同様に、コンデンサＣの容量を一定の容量変化量εずつずらした状態において、初期値における位相調整量［Ｘ＋９０］°の第２グループについては、コイルＬ１及びコイルＬ２のインダクタンス増加量をγ１、γ２、γ３、…（ただし、０＜γ１＜γ２＜γ３＜…）と設定し、あるいは、コイルＬ１及びコイルＬ２のインダクタンス減少量をδ１、δ２、δ３、…（ただし、０＜δ１＜δ２＜δ３、…）と、フィルタ部１４と後段回路ＮＣのインピーダンス整合の条件を保ちつつ、設定している。同様に、Ｃ容量とＬ１及びＬ２インダクタンスを変化させた場合の位相調整量については、［Ｘ＋９０］°より変化するため、必要に応じて、計算の上、設定テーブルＴＢに追加する。
【００２５】
そして、実際の設定においては、まず、設定テーブルＴＢの第１グループを参照し、コイルＬ１のインダクタンスを初期定格インダクタンスＬｉ０に設定し、コイルＬ２のインダクタンスを初期定格インダクタンスＬｏ０に設定し、コンデンサＣの容量を初期定格容量Ｃ０に設定して、電力増幅部１２を構成している電力増幅器１２−１〜１２−ｎを定格出力状態とし、いずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量（ＭＯＳＦＥＴの場合、ドレイン電流量）を測定する。
次にその状態で避雷器ＳＰを強制的に短絡状態とし、同様に定格出力状態とし、いずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量（ＭＯＳＦＥＴの場合、ドレイン電流量）を測定する。これは、寄生成分などの影響により、位相調整前の暫定的な値である後段回路ＮＣの位相変化量Ｚ°（＝−Ｘ°）を打ち消す値から振幅変調部の出力端における負荷を見込んだインピーダンスが高くなるような最適解を得るためである。
【００２６】
図４は、電力増幅器の出力電流の変化の説明図（その１）である。
図５は、電力増幅器の出力電流の変化の説明図（その２）である。
そして、避雷器ＳＰを強制的に短絡状態とする前の状態（以下、正常状態という）と、避雷器ＳＰを強制的に短絡状態とした後の状態と、を比較し、図４（ａ）に示すように、短絡状態とした方がいずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量が減少する場合には、第１グループの値を採用する方が、避雷器ＳＰが動作した場合の電力増幅器１２−１〜１２−ｎのストレスが減少する側となる。
【００２７】
したがって、この場合には、テーブルＴＢの第１グループを参照して、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）で示すように、短絡時にいずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量がもっとも少なくなるコイルＬ１のインダクタンス値、コイルＬ２のインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値の組合せを選択し、これに基づいて位相調整部１５を作成することで最適解を得ることができる。
【００２８】
この結果、位相調整部１５は、送信アンテナ基部が短絡状態となった際など、負荷である送信アンテナＡＮＴの実際のインピーダンスが通常時よりも低下した場合の振幅変調部の出力端おける負荷の見かけ上のインピーダンスが、通常時よりも高くなるように位相調整がなされていることとなる。
【００２９】
テーブルＴＢの第１グループの場合、例えば、初期値に対してコイルＬ１のインダクタンス値、コイルＬ２のインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値をより小さくする方向に選択した場合に、ある値よりも小さくなった時点で出力電流量が図４（ｄ）に示すように転じた場合には、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に対応するコイルＬ１のインダクタンス値、コイルＬ２のインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値の範囲内で、短絡時に電力増幅器１２−１〜１２−ｎの出力電流量がもっとも少なくなるコイルＬ１のインダクタンス値、コイルＬ２のインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値の組合せが存在するはずである。
【００３０】
ここで、可能性としては、ある値よりも小さくなった時点で出力電流量が図４（ｄ）に示すように転じた場合であっても、図４（ｂ）〜図４（ｃ）の状態にあることも考えられるが、しかしながら、コンデンサＣの容量をわずかに変化させた場合（すなわち、コンデンサＣの容量を一定の容量変化量εずつずらしたテーブルの行数(データ数)が十分に大きな状態など）を考慮すれば、その可能性を無視することができる。
【００３１】
一方、図５に示すように、短絡状態とした方がいずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量が増加する場合には、第１グループの値を採用する方が、避雷器ＳＰが動作した場合の電力増幅器１２−１〜１２−ｎのストレスが増加する側となるので、この場合には、テーブルＴＢの第２グループを採用するために参照して、まずは、コイルＬ１のインダクタンスを初期定格インダクタンスＬｉ０１に設定し、コイルＬ２のインダクタンスを初期定格インダクタンスＬｏ０１に設定し、テーブルＴＢの第２グループを参照して、短絡時にいずれかの任意の電力増幅器１２−Ｙの出力電流量がもっとも少なくなるコイルＬ１のインダクタンス値、コイルＬ２のインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値の組合せを選択し、これに基づいて位相調整部１５を作成する。これは、Ｓパラメータで特性を評価する場合に、反射波における位相が１８０°異なる状態を考慮することで、いずれか一方は、いずれか他方に対して必ずＳパラメータ特性が良くなるからである。
【００３２】
以上の説明のように、本実施形態によれば、落雷等により避雷器が動作し、送信アンテナＡＮＴの基部が短絡状態となった場合でも、電力増幅器１２−１〜１２−ｎからは負荷である送信アンテナＡＮＴを開放状態、もしくは、開放状態に近い状態（振幅変調部の出力端おける負荷の見かけ上のインピーダンスが通常時よりも高くなる状態）に見えるため、出力電流の増加をなくし、あるいは、出力電流の増加を抑制できるので、電力増幅器１２−１〜１２−ｎのストレスが増加することもなく、信頼性を維持することが可能となる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３４】
特に、位相調整部１５をコイルＬ１、コイルＬ２、コンデンサＣのＴ型の構成としたが、コイルＬ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２のΠ型の構成の場合も、コイルＬ３の容量を一定の容量変化量ずつずらした状態において、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２のキャパシタンス増加量、あるいは、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２のキャパシタンス減少量を示す設定テーブルＴＢ１を使用することで、最適な位相調整部１５を得ることが可能となる。さらに、コイルやコンデンサの数が増え、より複雑な構成となっても、同様な方法にて、最適な位相調整部１５を得ることができる。
【００３５】
以上の説明は、後段回路ＮＣに接続されるディジタル振幅変調装置の系統が１系統の場合について説明したが、電力増幅部１２、合成部１３及びフィルタ部１４を複数系統設け、切替器により位相調整部１５に接続した冗長構成のディジタル振幅変調装置であっても同様に適用が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ディジタル振幅変調装置
１１  制御部
１２  電力増幅部（振幅変調部）
１２−１〜１２−ｎ  電力増幅器（振幅変調部）
１３  合成部
１４  フィルタ部
１５  位相調整部
ＡＮＴ  送信アンテナ
Ｃ  コンデンサ（キャパシタ）
Ｌ１、Ｌ２  コイル（インダクタ）
ＮＣ  後段回路
Ｓａｃ  合成増幅キャリア信号
Ｓｃ  キャリア信号
Ｓｆａｃ  フィルタリング合成信号
Ｓｆａｃｐｓ  位相調整フィルタリング合成信号
Ｓｓ  音声信号
Ｔａ  中間接続端子
Ｔｂ  出力信号端子
Ｔｃ  キャリア信号入力端子
Ｔｓ  音声信号入力端子
【図１】
2019009735.tif 000003
【図２】
2019009735.tif 000004
【図３】
2019009735.tif 000005
【図４】
2019009735.tif 000006
【図５】
2019009735.tif 000007