(57)【要約】【課題】極低温時に起動させる場合、ＦＥＴの自己発熱を制御して早く温度上昇させ、装置自身の立ち上げ不能、また他装置への悪影響という事態を防止する。【解決手段】ＦＥＴを用いた電力増幅器本体１と、このＦＥＴの周囲温度を測定する温度センサ１１と、ＦＥＴのゲ−ト電圧として通常時の第１の電圧と制御信号１０１を入力した時に前記第１の電圧を０Ｖ方向（即ち、ＦＥＴドレイン電流の増加方向）に移行させた第２の電圧とを発生する可変ゲ−ト電圧源４と、温度センサ１１の出力する検出信号１０２を入力し電源をオンした時に第１の設定温度、例えば−１０℃以下の場合は制御信号１０１を出力し、そしてＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇し第２の設定温度、例えば７℃以上になった時に制御信号１０１の出力を停止する制御回路５と、電力増幅器本体１の入出力回路を制御信号１０１により動作し遮断する入出力スイッチ２、３とで構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅素子にＦＥＴ（電界効果素子）を用いた電力増幅器において、電源をオンした時の前記ＦＥＴの周囲温度が予め設定された第１の設定温度以上の時は通常に立ち上げ、また前記第１の設定温度以下の場合は前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向（即ち、ドレイン電流の増加方向）の所定の値にして立ち上げ、そして前記ＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇して前記第１の設定温度を超えて予め設定された第２の設定温度以上になった時に前記ゲ−ト電圧を通常時の値に戻すように制御する制御手段を備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向の所定の値にする時に同時に前記電力増幅器の入力回路を断とし、そして前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値に戻す時に同時に前記入力回路を接の状態に戻す入力回路切断手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向の所定の値に移行する時に同時に前記電力増幅器の出力回路を断とし、そして前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値に戻す時に同時に前記出力回路を接の状態に戻す出力回路切断手段を備えることを特徴とする請求項１あるいは２記載の電力増幅器。
【請求項４】
増幅素子にＦＥＴを用いた電力増幅器において、前記ＦＥＴの周囲温度を測定する温度センサと、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧として通常時の第１の電圧と外部から制御信号を入力した時に前記第１の電圧を０Ｖ方向（即ち、ドレイン電流の増加方向）に移行させた第２の電圧とを発生する可変ゲ−ト電圧源と、前記温度センサの出力する検出信号（アナログ値）を入力し電源をオンした時にこの電圧値が予め設定された第１の基準値以下である場合（即ち、周囲温度が予め設定された第１の設定温度以下の場合）は前記制御信号（デジタル値）を出力し、そして電源がオンされることにより前記検出信号の電圧値が上昇して行き前記第１の基準値を越え更に所定のヒステリヒス値を加算した第２の基準値を超えた時（即ち、前記ＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇して前記第１の設定温度を超えて予め設定されたヒステリヒス値を加えた第２の設定温度以上になった時）に前記制御信号の出力を停止する制御回路と、前記電力増幅器の入力回路に挿入され前記制御信号により動作してこの入力回路を断とする入力スイッチと、前記電力増幅器の出力回路に挿入され前記制御信号により動作してこの出力回路を断とする出力スイッチとを備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項５】
前記制御信号の出力中はウオ−ムアップ中であることを表示するランプを備えることを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記可変ゲ−ト電圧源は、前記第２の電圧を外部から容易に調整可能にすることを特徴とする請求項４あるいは５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記可変ゲ−ト電圧源と、前記制御回路と、前記入力スイッチと、前記出力スイッチとへ給電する補助電源を備えることを特徴とする請求項４あるいは５記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力増幅器に関し、特に屋外で使用される携帯電話基地局用の無線送受信機に使用される電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電力増幅器は、高周波信号を電力増幅して送信出力を得るために用いられるが、その設置場所は屋外に設置される空調機能のない箱体の中に収容される場合が多く、過酷な環境条件で稼動することになる。特に温度条件は寒冷地においては−３０℃以下となることも珍しくない。このような低温の環境でも稼動中であれば箱体の内部温度は、自己発熱で加温され分温度条件は緩和される。例えば、外部温度が−３０℃であっても温度上昇が２０℃あれば箱内温度は−１０℃となり許容温度内に入る。一般にこの種の電力増幅器を含む無線送受信機の動作許容温度範囲は−１０℃〜＋４０℃である。
【０００３】
このような低温時における問題として、特に起動時において次に述べる問題がある。即ち、不稼動の状態においては外部温度と箱内温度とは同一温度であり、例えば、外部温度が−３０℃であれば箱内温度も−３０℃となる。このような極低温で起動即ち、電源オンすると異常動作、不要輻射波の発生、異常発振など引き起こすことがある。この結果装置自身の立ち上げ不能、また他装置への悪影響という最悪の問題を発生する場合がある。ただしこの最悪の状態がなければ、放置して置くと自己発熱により箱内温度は上昇するので、この温度が許容温度に接近するにつれ正常動作に入ることができる。しかしこの間の待ち時間即ち、ウオ−ムアップ時間が長く必要になる。
【０００４】
このよな問題を解決するための従来技術として事前にヒ−タなどで予熱しておく方法がある。図４はこの従来例を示すブロック図である。図４は小型可搬局無線通信装置に装備されるマイクロ波管電力増幅装置のカソ−ドを予熱して装置の運用開始を早めるものである。即ち、図４において、マイクロ波管電力増幅装置４０はマイクロ波管４５のカソ−ド４６を予熱するためのヒ−タ４１を備え、通常は商用電源のヒ−タ電源回路４２からヒ−タ４１へ給電するが、緊急時に装置を設置して早急に装置を立ち上げたい時は、蓄電器４７を装置に装填しこの蓄電器に内蔵された蓄電池から給電する。そしてヒ−タ４１が所定の温度に達した時点で装置は立ち上がる。（例えば、特許文献１参照）
また、このようにヒ−タを使用しないで予熱、あるいは低温対策を行う従来技術がある。図５はこの従来例を示すブロック図である。図５は自動改札機５ａの主制御部５３が低温（０℃以下）で動作不良となるので、電源オン時に０℃以下である場合は、主制御部５３をリセット状態にして主制御部５３およびその周辺各部のみ電源オンにし、この各部の自己発熱による温度上昇で主制御部５３の周囲温度が０℃以上となった時に主制御部５３のリセットを解除して動作状態に入るものである。即ち、監視盤５ｂから電源オンの指示を受けた電源制御部５３は、その時の主制御部５３のサ−ミスタ５５からの信号が０℃以下を示していたならば、主制御部５３に対してリセット信号を送る。そして主制御部５３、搬送部５１、ドア部５７表示部５６に対して給電するように電源部５２に指示する。給電された各部の自己発熱により温度が上昇し主制御部５３の周囲温度が０℃以上となった時、電源制御部５３は主制御部５３に対してリセット解除信号を送り、主制御部５３はリセットが解除されて正規動作状態に入る。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】
特開平１０−３３５９５３号公報（第１−２頁）
特開２００１−４３４０６号公報（第１−２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した前者の従来例を本装置に適応することは可能であるが、ヒ−タとその付属回路が余分に必要となるので、コスト高となり、また装置の形も大きくなるという問題点を有している。また、後者の従来例においては、ヒ−タは使用しないが通常動作時の自己発熱を利用しているので温度上昇に時間がかかる、即ち予熱に時間がかかり装置の立ち上げが遅れるという問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、コスト高また装置の大型化もなく、かつ予熱時間が短く立ち上がりの早い電力増幅器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力増幅器は、増幅素子にＦＥＴを用いた電力増幅器において、電源をオンする時の前記ＦＥＴの周囲温度が予め設定された第１の設定温度以上の時は通常に立ち上げ、また前記第１の設定温度以下の場合は前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向（即ち、ドレイン電流の増加方向）の所定の値にして立ち上げ、そして前記ＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇して前記第１の設定温度を超えて予め設定された第２の設定温度以上になった時に前記ゲ−ト電圧を通常時の値に戻すように制御する制御手段を備えている。
【０００８】
また、前記制御手段は、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向の所定の値にする時に同時に前記電力増幅器の入力回路を断とし、そして前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値に戻す時に同時に前記入力回路を接の状態に戻す入力回路切断手段を備える。
【０００９】
また、前記制御手段は、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値より０Ｖ方向の所定の値に移行する時に同時に前記電力増幅器の出力回路を断とし、そして前記ＦＥＴのゲ−ト電圧を通常時の値に戻す時に同時に前記出力回路を接の状態に戻す出力回路切断手段を備える。
【００１０】
或いは具体的に、増幅素子にＦＥＴを用いた電力増幅器において、前記ＦＥＴの周囲温度を測定する温度センサと、前記ＦＥＴのゲ−ト電圧として通常時の第１の電圧と外部から制御信号を入力した時に前記第１の電圧を０Ｖ方向  （即ち、ドレイン電流の増加方向）に移行させた第２の電圧とを発生する可変ゲ−ト電圧源と、前記温度センサの出力する検出信号（アナログ値）を入力し電源をオンした時にこの電圧値が予め設定された第１の基準値以下である場合（即ち、周囲温度が予め設定された第１の設定温度以下の場合）は前記制御信号（デジタル値）を出力し、そして電源がオンされることにより前記検出信号の電圧値が上昇して行き前記第１の基準値を越え所定のヒステリヒス値を加算した第２の基準値を超えた時（即ち、前記ＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇して前記第１の設定温度を超えて予め設定されたヒステリヒス値を加えた第２の設定温度以上になった時）に前記制御信号の出力を停止する制御回路と、前記電力増幅器の入力回路に挿入され前記制御信号により動作してこの入力回路を断とする入力スイッチと、前記電力増幅器の出力回路に挿入され前記制御信号により動作してこの出力回路を断とする出力スイッチとを備えている。
また、前記制御信号の出力中はウオ−ムアップ中であることを表示するランプを備えるようにしても良い。
【００１１】
また、前記可変ゲ−ト電圧源は、前記第２の電圧を外部から容易に調整可能にするようにしても良い。
【００１２】
更に、前記可変ゲ−ト電圧源と、前記制御回路と、前記入力スイッチと、前記出力スイッチとへ給電する補助電源を備えるようにしても良い
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態例を示すブロック図である。図２は図１における予熱時間の特性図である。図３はＦＥＴの静特性を示す特性図である。
まず、図２を参照して、本電力増幅器の構成について説明する。増幅素子にＦＥＴ（図示せず）を用いた電力増幅器本体１と、このＦＥＴの周囲温度を測定する温度センサ１１と、ＦＥＴのゲ−ト電圧として通常時の第１の電圧と外部から制御信号１０１を入力した時に前記第１の電圧を０Ｖ方向（即ち、ＦＥＴドレイン電流の増加方向）に移行させた第２の電圧とを発生する可変ゲ−ト電圧源４と、温度センサ１１の出力する検出信号１０２（アナログ値）を入力し電源をオンした時にこの電圧値が予め設定された第１の基準値以下である場合（即ち、周囲温度が予め設定された第１の設定温度、例えば−１０℃以下の場合）は制御信号１０１（論理値１のデジタル信号）とこの制御信号１０１とタイミングが少し遅れた制御信号１０３とを出力し、そして電源がオンされることによるＦＥＴの自己発熱によりその周囲温度が上昇して検出信号１０２の電圧値が上昇して行き前記第１の基準値を越え所定のヒステリヒス値を加算した第２の基準値を超えた時、（即ち、前記第１の設定温度に予め設定されたヒステリヒス値を加えた第２の設定温度、例えば−１０℃に３℃を加えた−７℃以上になった時）に制御信号１０１の出力を停止する（論理値０に戻す）制御回路５と、電力増幅器本体１の入力回路に挿入され制御信号１０１により動作してこの入力回路を断とする入力スイッチ２と、電力増幅器本体１の出力回路に挿入され制御信号１０１により動作してこの出力回路を断とする出力スイッチ３と，制御信号１０３を入力してＦＥＴのドレイン電圧ＶＤＤオンするＶＤＤスイッチ７とを備えて構成する。
尚、電力増幅器本体１のＦＥＴは、図示しないが１個あるいは２個以上の電力増幅段に使用されるＦＥＴを意味するものである。
次に図１，２，３を参照して動作を説明する。図２において、ＦＥＴの周囲温度の第１の設定温度、（以下低温検出点という）を−１０℃とし、第２の設定温度、（以下通常移行点という）を−７とした場合を示す。
電源をオンした時の周囲温度が、低温検出点−１０℃以上であれば、そのまま通常状態で立ち上がるが、−１０℃以下、ここでは−３０℃の時の立ち上げについて以下説明する。図２に示した実線のカ−ブは、周囲温度が−３０℃の時に電源をオンした場合の温度上昇の様子を示す。
本電力増幅器の電源をオンにすると、先ず制御回路５が動作して、温度センサ１１の出力する検出信号１０２（アナログ値）を入力し、−１０℃以下であるので制御信号１０１（論理値１のデジタル信号）を出力する。この制御信号１０１は、可変ゲ−ト電圧源４と入力スイッチ２と出力スイッチ３とに送出される。可変ゲ−ト電圧源４は、制御信号１０１を入力しないとき（論理値０の時）はＦＥＴのゲ−ト電圧として通常時の第１の電圧（以下Ｖｇ１という）を出力し、制御信号１０１を入力したとき（論理値１の時）はＶｇ１を０Ｖの方向の移行させた低温時の第２の電圧（以下Ｖｇ２という）を出力する。
ここでＦＥＴの静特性について図３を参照して説明しておく。本図はゲ−ト電圧（Ｖｇ）とドレイン電流（Ｉｄｓ）との関係の一般例を示し、通常動作時は、ゲ−ト電圧はＶｇ１でドレイン電流はＩｄｓ１であるが、低温時動作時に制御信号１０１を入力するとゲ−ト電圧は０ｖ方向に移行しＶｇ１となりドレイン電流はＩｄｓ２となり増加する。
即ち、電源オンと同時に可変ゲ−ト電圧源４は、ゲ−ト電圧Ｖｇ２を出力する。電力増幅器１のＦＥＴには、電源オンより少しタイミングが遅れて制御信号１０３によりＶＤＤスイッチ７がオンしてドレイン電圧ＶＤＤが印加されるので、ドレイン電流が流れ始める。このドレイン電流はＩｄｓ２の増加状態であるので自己発熱が大きく、その周囲温度は図２に示すように急激に上昇する。
尚、ＶＤＤスイッチ７は、ゲ−ト電圧印加後にドレイン電圧を印加するものでＦＥＴの破損を防止する。また、制御信号１０３は制御信号１０１の停止後も送出を継続して電源オフによりリセットされる。
そして周囲温度が低温検出点の−１０℃を超えて通常移行点の−７℃になると、温度センサ１１の検出信号１０２の電圧値も上昇し、制御回路５は制御信号１０１の出力を停止する。すると可変ゲ−ト電圧源４は、ゲ−ト電圧Ｖｇ２をＶｇ１に通常の状態に戻す。この結果ドレイン電流もＩｄｓ１の通常状態に戻る。以降の温度上昇は、図示のように緩やかな上昇となり０℃付近で平坦となり、通常時の稼動状態に入る。
以上、周囲温度が−３０℃の時に電源オンする場合について説明したが、周囲温度が低温検出点の−１０℃以下の時であれば何れの温度でも動作は同様である。尚、通常移行点は−７℃で低温検出点との間で３℃のヒステリヒスを有するが、これは低温検出点付近での切り替え動作を安定化するためのものである。
このように電源オン時に自己発熱を大きくする制御を行っているので、予熱時間を大幅に短縮することができる。図２において、点線で示した特性カ−ブはこのような制御をしない従来の例を示したものである。
一方、入力スイッチ２と出力スイッチ３とは、制御信号１０１を入力するとそれぞれスイッチ接点を開き回路を切断する。低温時に電源オンして起動すると通常の動作温度範囲内に入るまでに期間、電力増幅器は異常動作を発生することがある。即ち、不要波の出力、輻射あるいは発振などの異常動作により他装置へ悪影響を与えることがある。入力スイッチ２と出力スイッチ３とは、この悪影響を防止するためのものである。そして予熱時間が終了して制御信号１０１の出力が停止すればスイッチ接点は接の状態に戻り回路は接続される。入力スイッチ２と出力スイッチ３とは、他装置へ悪影響の程度により何れかを省略しても良い。
尚、可変ゲ−ト電圧源４は、ゲ−ト電圧Ｖｇ２を可変抵抗器（図示せず）により外部から容易に調整することができる。ゲ−ト電圧Ｖｇ２により設定されるドレイン電流Ｉｄｓはあまり大きく設定するとＦＥＴを破損する場合もあり、予想される低温の程度などを勘案してその都度最適値に設定することができる。
また、制御回路５は、制御信号１０１を出力中にランプを点灯し予熱中であることを表示している。このようにすれば保守者が予熱状態を視認することができるので便利である。
また、制御回路５、可変ゲ−ト電圧源４，入力スイッチ２，出力スイッチ３、ＶＤＤスイッチ７への電源供給は、電力増幅器１への電源ＶＤＤと共通の電源から給電するようにしたが（この場合の電源は図示してない）、点線で図示したように補助電源６を設けて給電するようにしても良い。このようにすれば、電源オン時の起動動作がより安定化される。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動作温度範囲以下の低温時、例えば−１０℃以下の低温時に電源オンして起動させる場合、ＦＥＴの自己発熱が大きくなるようにゲ−ト電圧を制御し温度が動作温度範囲に達した時点でゲ−ト電圧を通常の電圧に戻すようにしているので、低温の電源オン時から温度が動作温度範囲に達するまでの時間、即ち、予熱時間を短縮することができるという効果がある。更に予熱中は入出力回路は切断するので、装置自身の立ち上げ不能、また他装置への悪影響という最悪の事態を完全に防止することができるという効果もある。
また、ヒ−タなどを使用せずにＦＥＴの自己発熱を大きくなるように制御して加温するので、この分コスト低減、小型化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】図１における電力増幅器の予熱時間を示す特性図である。
【図３】図１における電力増幅器に使用されるＦＥＴの静特性を示す特性図である。
【図４】従来例を示すブロック図である。
【図５】他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    電力増幅器本体
２    入力スイッチ
３    出力スイッチ
４    可変ゲ−ト電圧源
５    制御回路
６    補助電源
７    ＶＤＤスイッチ
【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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