(57)【要約】【課題】高い電力効率で入力信号の電力を増幅することができる電力増幅装置を提供すること。【解決手段】入力信号の電力を増幅する進行波管増幅装置１１と、入力信号を検波し、包絡線の振幅を検出する包絡線検波器１２と、進行波管増幅装置１１のアノード電圧を設定するアノード電圧設定器１３とを備える構成とすることにより、高い電力効率で入力信号の電力を増幅することができるようにした。【選択図】          図１
2005045478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子放出手段と、前記電子放出手段から放出される放出電子の量を制御する放出電子制御手段と、前記放出電子と入力信号とを相互作用させて前記入力信号の電力を増幅する電力増幅手段とを備え、前記放出電子制御手段は、前記入力信号の包絡線の振幅に応じて前記電力増幅手段から出力される出力信号の飽和出力電力が変化するよう前記放出電子の量を制御するようにしたことを特徴とする進行波管増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の進行波管増幅装置と、前記進行波管増幅装置に入力される入力信号の包絡線の振幅を検出する包絡線振幅検出手段とを備えたことを特徴とする電力増幅装置。
【請求項３】
前記進行波管増幅装置の利得を調整する利得調整手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項４】
前記進行波管増幅装置から出力される出力信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、進行波管増幅装置および電力増幅装置に関し、さらに詳しくは、例えば、マイクロ波帯域の信号の電力を増幅する進行波管増幅装置を備えた電力増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電力増幅装置としては、図１１に示すような進行波管増幅装置が知られている。
【０００３】
図１１に示された従来の電力増幅装置７は、電子を放出する電子銃部１と、マイクロ波を入力する入力部２と、電子を集束し細い電子ビームを生成する電子ビーム集束部およびマイクロ波の電力を増幅する低速波回路（以下、ヘリックスという。）を含む電力増幅部３と、電力増幅されたマイクロ波を出力する出力部４と、電子を捕捉するコレクタ部５とを備えている。電子銃部１は、熱により電子を放出するカソード１ａと、カソード１ａを加熱するヒータ１ｂと、カソード１ａから放出される電子を加速するアノード１ｃと、カソード電源１ｄと、アノード電源１ｅとを備えている。電力増幅部３は、ヘリックス電源３ａを備えている。コレクタ部５は、コレクタに印加するコレクタ電源５ａ〜５ｄを備えている。なお、破線６は、電子銃部１から放出された電子の流れを示している。
【０００４】
出力部４から出力されるマイクロ波の出力電力は、図１２に示すように、入力部２に入力されるマイクロ波の入力電力を増加させたとき、入力電力に応じて増加し、飽和出力電力に達した後、減少する特性を有している。また、電力増幅装置７の電力効率は、飽和出力電力が得られる入力電力の近傍において最大になる特性を有している。
【０００５】
カソード電源１ｄ、アノード電源１ｅ、ヘリックス電源３ａ、およびコレクタ電源５ａ〜５ｄの各電圧は、出力されるマイクロ波の飽和出力電力が電力増幅装置７の最大電力を超えない範囲内で電力効率が高くなるよう所定の値に固定されている。したがって、従来の電力増幅装置７は、電力効率が最大になる飽和出力電力の近傍に固定した動作点で増幅動作をするようになっている。
【０００６】
従来の電力増幅装置７は、まず、電子銃部１のカソード１ａによって電子が放出され、アノード１ｃによって放出された電子が加速される。次いで、電力増幅部３の電子ビーム集束部によって電子が集束される。集束された電子はヘリックス内を通過する。
【０００７】
一方、入力部２によってマイクロ波が入力される。次いで、電力増幅部３によって入力されたマイクロ波と電子ビームとがヘリックス内で相互作用し、マイクロ波の電力が増幅される。そして、出力部４によって電力が増幅されたマイクロ波が出力される。
【０００８】
以上のように、従来の電力増幅装置７は、電力効率が最大になる飽和出力電力の近傍に動作点を固定し、入力部２に入力されるマイクロ波と電子銃部１から放出される電子とをヘリックス内で相互作用させてマイクロ波の電力を増幅するようになっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
【非特許文献１】
鬼橋、西田、「速度テーパ付き空洞結合型進行波管の動作電圧特性」、電子情報通信学会論文誌、１９９９年６月、Ｃ−ＩＩ、Ｖｏｌ．Ｊ８２−Ｃ−ＩＩ、Ｎｏ．６、ｐ．３１４−３２２（ｐ．３１５  図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力増幅装置７では、電力効率が最大になる飽和出力電力の近傍に固定した動作点で増幅動作をするので、例えば、振幅変調された高周波信号の電力を増幅する場合、高周波信号の入力電力が時間と共に変化し、電力増幅装置７の電力効率は、高周波信号の入力電力が大きいときは高いものの、高周波信号の入力電力が小さいときは低くなってしまい、時間平均の電力効率が低下してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、入力信号の電力が変化しても、入力信号の電力を高い電力効率で増幅することができる電力増幅装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の進行波管増幅装置は、電子を放出する電子放出手段と、前記電子放出手段から放出される放出電子の量を制御する放出電子制御手段と、前記放出電子と入力信号とを相互作用させて前記入力信号の電力を増幅する電力増幅手段とを備え、前記放出電子制御手段は、前記入力信号の包絡線の振幅に応じて前記電力増幅手段から出力される出力信号の飽和出力電力が変化するよう前記放出電子の量を制御するようにしたことを特徴とする構成を有している。
【００１３】
この構成により、放出電子制御手段は、入力信号の包絡線の振幅に応じて電力増幅手段から出力される出力信号の飽和出力電力が変化するよう放出電子の量を制御するので、例えば、入力信号が振幅変調され包絡線の振幅が変化する場合でも、包絡線の振幅に応じて飽和出力電力を変化させることができ、入力信号の電力を高い電力効率で増幅することができる。
【００１４】
本発明の電力増幅装置は、電子を放出する電子放出手段と、前記電子放出手段から放出される放出電子の量を制御する放出電子制御手段と、前記放出電子と入力信号とを相互作用させて前記入力信号の電力を増幅する電力増幅手段とを備えた進行波管増幅装置と、前記進行波管増幅装置に入力される入力信号の包絡線の振幅を検出する包絡線振幅検出手段とを備えたことを特徴とする構成を有している。
【００１５】
この構成により、包絡線振幅検出手段は、進行波管増幅装置に入力される入力信号の包絡線の振幅を検出し、放出電子制御手段は、入力信号の包絡線の振幅に応じて電力増幅手段から出力される出力信号の飽和出力電力が変化するよう放出電子の量を制御するので、例えば、入力信号が振幅変調され包絡線の振幅が変化する場合でも、包絡線の振幅に応じて飽和出力電力を変化させることができ、入力信号の電力を高い電力効率で増幅することができる。
【００１６】
また、本発明の電力増幅装置は、前記進行波管増幅装置の利得を調整する利得調整手段を備えたことを特徴とする構成を有している。
【００１７】
この構成により、利得調整手段は、進行波管増幅装置の利得を所望の値に調整することができる。
【００１８】
また、本発明の電力増幅装置は、前記進行波管増幅装置から出力される出力信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする構成を有している。
【００１９】
この構成により、位相調整手段は、進行波管増幅装置から出力される出力信号の位相を所望の値に調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態の電力増幅装置の構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の電力増幅装置１０は、入力信号の電力を増幅する進行波管増幅装置１１と、入力信号を検波し、包絡線の振幅を検出する包絡線検波器１２と、進行波管増幅装置１１のアノード電圧を設定するアノード電圧設定器１３とを備えている。
【００２２】
進行波管増幅装置１１は、電子を放出する電子銃部１４と、信号を入力する入力部１５と、入力信号と放出電子とを相互作用させて入力信号の電力を増幅する電力増幅部１６と、電力が増幅された信号を出力する出力部１７と、電子を捕捉するコレクタ部１８とを備えている。電子銃部１４は、電子を放出するカソード１４ａと、放出された電子を加速するアノード１４ｂとを備えている。
【００２３】
進行波管増幅装置１１は、例えば、図２に示すように構成されている。図２において、電子銃部１４は、熱により電子を放出するカソード１４ａと、カソード１４ａを加熱するヒータ１４ｂと、カソード１４ａから放出される電子を加速するアノード１４ｃと、カソード電源１４ｄと、アノード電源１４ｅとを備えている。電力増幅部１６は、ヘリックス電源１６ａを備えている。コレクタ部１８は、コレクタ電源１８ａ〜１８ｄを備えている。なお、破線１９は、電子銃部１４から放出された電子の流れを示している。
【００２４】
アノード電源１４ｅによって印加されるアノード電圧Ｖａは、アノード電圧設定器１３によって包絡線の振幅に応じて制御されるようになっている。アノード電圧Ｖａが変化するとカソード電流Ｉｋも変化する。すなわち、アノード電圧Ｖａが変化すると電子銃部１４から放出される放出電子の量が変化する。したがって、アノード電圧設定器１３は、包絡線の振幅に応じて電子銃部１４から放出される放出電子の量を調整するようになっている。
【００２５】
この放出電子の量の調整、すなわち、カソード電流Ｉｋの調整について図３および図４を参照して説明する。なお、進行波管増幅装置１１は、図３に示すような入出力特性を有するものと仮定し、図４（ａ）に示すような入力電力を有する入力信号を図４（ｂ）に示すような出力電力を有する出力信号に増幅するものとする。
【００２６】
図３において、アノード電圧Ｖａを変化させることによってカソード電流Ｉｋを３５ｍＡ、５０ｍＡ、５８ｍＡ、７１ｍＡ、８８ｍＡと変化させたときの入力電力に対する出力電力の入出力特性カーブ２０〜２４が示されている。また、各入出力特性カーブ上の飽和出力電力２５〜２９が示されている。進行波管増幅装置１１の電力効率は、飽和出力電力２５〜２９の近傍で最大値を有する。例えば、電力効率カーブ３０は、カソード電流Ｉｋ＝３５ｍＡのときの電力効率を示している。なお、カソード電流Ｉｋ＝３５ｍＡのとき以外の電力効率カーブの表示は省略している。
【００２７】
図４（ａ）において、振幅変調された入力信号の波形３１と入力信号の包絡線３２とが示されている。図４（ｂ）においては、出力信号の最大電力および最小電力が、それぞれ２３０Ｗおよび４０Ｗのときの波形が示されている。ここで、進行波管増幅装置１１において、最大電力２３０Ｗはカソード電流Ｉｋ＝８８ｍＡのとき得られ、最小電力４０Ｗはカソード電流Ｉｋ＝３５ｍＡのとき得られると仮定する。
【００２８】
なお、出力電力の振幅の包絡線の変化は、入力電力の振幅の包絡線および入力電圧の振幅の包絡線の変化に対応している。したがって、出力電力の振幅の包絡線の変化は、入力電力および入力電圧のいずれでも取得することができるが、以下の説明においては、アノード電圧設定器１３は、入力電圧の振幅の包絡線（以下、包絡線電圧という。）に応じて電子銃部１４から放出される放出電子の量を調整するものとする。
【００２９】
包絡線検波器１２は、入力信号を検波し、図４（ｃ）に示すような包絡線検波電圧を出力する。アノード電圧設定器１３は、図４（ｄ）に示すように、包絡線検波電圧が最大のときカソード電流Ｉｋ＝８８ｍＡとなるようアノード電圧Ｖａを設定する。また、包絡線検波電圧が最小のときカソード電流Ｉｋ＝３５ｍＡとなるようアノード電圧Ｖａを設定する。すなわち、進行波管増幅装置１１が常に飽和出力電力の近傍で増幅動作をするようアノード電圧を設定するようになっている。アノード電圧設定器１３は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ等によって構成されている。
【００３０】
なお、包絡線検波器１２は包絡線振幅検出手段を構成している。また、電子銃部１４およびアノード電圧設定器１３は、それぞれ電子放出手段および放出電子調整手段を構成している。
【００３１】
次に、本実施の形態の電力増幅装置１０の動作について説明する。
【００３２】
図１において、まず、包絡線検波器１２によって、入力信号が検波され、包絡線電圧の振幅が取得される。さらに、アノード電圧設定器１３によって、包絡線電圧の振幅に応じてアノード電圧が設定される。
【００３３】
一方、図２において、電子銃部１４のカソード１４ａによって、電子が放出される。次いで、アノード１４ｂによって、包絡線電圧の振幅に応じて放出された電子が加速される。次いで、電力増幅部１６の電子ビーム集束部によって、電子が集束される。集束された電子は、ヘリックス内を通過する。さらに、電力増幅部１６によって、入力部１５から入力されたマイクロ波と電子ビームとがヘリックス内で相互作用し、マイクロ波の電力が増幅される。そして、出力部１７によって、電力が増幅されたマイクロ波が出力される。
【００３４】
次に、本実施の形態の電力増幅装置１０の電力効率の改善効果について説明する。
【００３５】
図５（ａ）において、Ａは包絡線で示された出力電力の最大値を示し、ＢはＡよりも低い出力電力を示している。図５（ｂ）は、飽和出力電力がＡのときの入出力特性カーブ３３および電力効率カーブ３４と、飽和出力電力がＢのときの入出力特性カーブ３５および電力効率カーブ３６とを示している。
【００３６】
図５（ｂ）において、従来の進行波管増幅器による電力増幅では、アノード電圧Ｖａは固定され、最大振幅時の出力電力に合わせて入力信号を増幅するので、飽和出力電力がＡからＢに変化するとき、電力効率はＣからＥに変化する。一方、本実施の形態の電力増幅装置１０では、前述のように、飽和出力電力の近傍で入力信号を増幅するので、飽和出力電力がＡからＢに変化するとき、電力効率はＣからＤに変化するだけである。したがって、ＤからＥまでの差分の電力効率が改善されることとなる。
【００３７】
次に、出力電力に対する消費電力の関係について実験結果に基づいて説明する。
【００３８】
図６において、実線３７は、カソード電流を一定にしたとき、すなわち、従来の進行波管増幅器のようにアノード電圧を一定にして飽和出力電力の近傍で増幅動作をさせたときの実験値を示している。一方、破線３８は、カソード電流を可変にしたとき、すなわち、本実施の形態の電力増幅装置１０のようにアノード電圧を可変にして飽和出力電力の近傍で増幅動作をさせたときの実験値を示している。図６に示すように、本実施の形態の電力増幅装置１０の消費電力は、従来の進行波管増幅器の消費電力よりも少ないことがわかる。例えば、出力電力が４０Ｗの場合、消費電力は従来よりも約２７％も少ない。
【００３９】
したがって、本実施の形態の電力増幅装置１０は、高い電力効率を有し、消費電力が小さいので、放送システム、通信システム等の電力増幅装置に適する。
【００４０】
近年、放送システムおよび通信システムは、より高度なサービスの実現を図るため、高いビットレートでの伝送が求められている。高いビットレートでの伝送を実現するためには、高能率な変調方式での伝送が可能となる高い出力電力を有する放送システムおよび通信システムが必要である。放送システムおよび通信システムに適用すれば、電力効率の高い本実施の形態の電力増幅装置１０は、従来の進行波管増幅器と同じ電源を使用する場合でも、従来の進行波管増幅器よりも大きい送信電力を得ることができる。
【００４１】
また、進行波管増幅器において、増幅作用を終えた電子ビームのエネルギのうち、コレクタにより回収できなかったエネルギは、コレクタで熱に変換され発熱するので、熱を放射する熱放射部が設けてある。電力効率の高い本実施の形態の電力増幅装置１０における進行波管増幅装置１１では、従来の進行波管増幅器と比べ、発生する熱量も抑えることができるので、熱放射部の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００４２】
前述のように、本実施の形態の電力増幅装置１０は、電力効率が高く、消費電力は小さいので、高いビットレートでの伝送を実現でき、発生する熱量も抑えることができる。したがって、供給電力および放熱処理の対策、高出力等が要求される衛星システム、例えば、放送衛星システム、通信衛星システム等に適用すれば、極めて簡易で低コストのシステムを構築することができる。
【００４３】
なお、入力信号の包絡線の振幅が変化するのは振幅変調のものに限定されない。例えば、ナイキストフィルタ（一般的にはロールオフフィルタなど）により帯域制限を行った位相変調波、複数のキャリアを多重した場合の合成波などによる信号も包絡線の振幅が変化する信号である。また、入力信号はマイクロ波帯域の高周波信号に限定されない。また、電力増幅部１６の構成はヘリックスによる構成に限定されるものではない。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の電力増幅装置１０によれば、アノード電圧設定器１３は、包絡線の振幅に応じてアノード電圧を設定し、電子銃部１４から放出される放出電子の量を調整するので、進行波管増幅装置１１は、常に飽和出力電力の近傍での増幅動作が可能となり、常に高い電力効率で入力信号の電力を増幅することができる。
【００４５】
また、本実施の形態の電力増幅装置１０を放送システムおよび通信システムに適用することで、従来の進行波管増幅器と同じ電源を使用する場合でも、従来の進行波管増幅器よりも大きい送信電力を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態の電力増幅装置１０における進行波管増幅装置１１では、従来の進行波管増幅器と比べ、発生する熱量も抑えることができるので、熱放射部の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態の電力増幅装置１０は、電力効率が高く、消費電力が低いという特性を有し、高いビットレートでの伝送を実現でき、発生する熱量も抑えることができるので、放送衛星システム、通信衛星システム等に適用すれば、極めて簡易で低コストのシステムを構築することができる。
（第２の実施の形態）
まず、本実施の形態の電力増幅装置４０の構成について説明する。
【００４８】
図７に示すように、本実施の形態の電力増幅装置４０は、本発明の第１の実施の形態の電力増幅装置１０に固体増幅器４１および利得制御器４２を追加したものである。したがって、電力増幅装置１０と同様な構成の説明は省略する。
【００４９】
固体増幅器４１は、例えば、電界効果トランジスタによって構成され、入力信号を増幅するようになっている。利得制御器４２は、マイクロプロセッサ、メモリ等によって構成され、包絡線の振幅に応じて固体増幅器４１の利得を制御するようになっている。なお、固体増幅器４１は利得調整手段を構成している。
【００５０】
ここで、進行波管増幅装置１１の利得について説明する。進行波管増幅装置１１の利得Ｇは、一般に次式で表される。
【数１】
2005045478.tif 000003
ここで、Ａは初期損失、Ｂは増大波係数、Ｃは結合係数、Ｎは波数を示している。また、結合係数Ｃは、結合インピーダンスＫ、カソード電流Ｉｋ、ヘリックス電圧Ｖｈによって次式で表される。
【数２】
2005045478.tif 000004
アノード電圧を上げてカソード電流を増加させると、式（２）に示すように結合係数Ｃが大きくなるので、飽和出力が増加するとともに利得Ｇも増加する。なお、数式（１）および数式（２）は線形増幅動作の領域で成立する。ただし、飽和出力電力の近傍の飽和動作の領域においても定性的には同様な性質を示す。すなわち、アノード電圧を増加させると、利得および飽和出力が大きくなり、アノード電圧を減少させると、利得および飽和出力が低下する。
【００５１】
したがって、本実施の形態の電力増幅装置４０は、アノード電圧設定器１３によってアノード電圧が変更され、カソード電流が変更された結果、進行波管増幅装置１１の利得が変化しても、進行波管増幅装置１１の利得と固体増幅器４１の利得との和を一定に保つようになっている。
【００５２】
次に、本実施の形態の電力増幅装置４０の動作について説明する。
【００５３】
図７において、まず、包絡線検波器１２によって、入力信号が検波され、包絡線電圧の振幅が取得される。さらに、アノード電圧設定器１３によって、包絡線電圧の振幅に応じてアノード電圧が設定される。
【００５４】
一方、利得制御器４２によって、包絡線電圧の振幅に応じて固体増幅器４１の利得が設定される。具体的には、包絡線電圧の振幅が増加することにより進行波管増幅装置１１の利得が増加したときは、利得制御器４２によって固体増幅器４１の利得が減少され、包絡線電圧の振幅が減少することにより進行波管増幅装置１１の利得が減少したときは、利得制御器４２によって固体増幅器４１の利得が増加される。すなわち、利得制御器４２によって、進行波管増幅装置１１の利得と固体増幅器４１の利得との和が一定になるよう固体増幅器４１の利得が制御される。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の電力増幅装置４０によれば、アノード電圧設定器１３は、包絡線電圧の振幅に応じてアノード電圧を設定し、電子銃部１４から放出される放出電子の量を調整するとともに、利得制御器４２は、進行波管増幅装置１１の利得と固体増幅器４１の利得との和が一定になるよう固体増幅器４１の利得を制御するので、進行波管増幅装置１１は、常に飽和出力電力の近傍での増幅動作が可能となり、常に高い電力効率で入力信号の電力を一定の利得で増幅することができる。
（第３の実施の形態）
まず、本実施の形態の電力増幅装置５０の構成について説明する。
【００５６】
図８に示すように、本実施の形態の電力増幅装置５０は、本発明の第１の実施の形態の電力増幅装置１０に移相器５１および移相制御器５２を追加したものである。したがって、電力増幅装置１０と同様な構成の説明は省略する。
【００５７】
移相器５１は、入力信号の位相を所定の位相遅延量だけ変化させ、入力信号とは異なる位相の出力信号を出力するようになっている。移相制御器５２は、マイクロプロセッサ、メモリ等によって構成され、包絡線電圧の振幅に応じて移相器５１の位相遅延量を制御するようになっている。なお、移相器５１は位相調整手段を構成している。
【００５８】
ここで、進行波管増幅装置１１の位相について説明する。進行波管増幅装置１１のヘリックス中の電磁波の伝搬定数Γは、一般に次式で表される。
【数３】
2005045478.tif 000005
ここで、βは電子ビーム位相速度、Ｃは結合係数を示している。また、式（３）のδは、速度係数ｂ、損失係数ｄ、プラズマ角周波数ωｑ、角周波数ωによって次式で表される。
【数４】
2005045478.tif 000006
アノード電圧を増減するとカソード電流が増減し、式（３）に示すように結合係数Ｃが変化するので、低速波回路中の伝搬定数が変化し、出力信号の位相が変化する。すなわち、飽和出力が変化すると同時に出力信号の位相も変化することとなる。
【００５９】
この位相の変化について実験結果に基づいて説明する。
【００６０】
図９に示すように、線形増幅動作の領域において、カソード電流Ｉｋを３５ｍＡから８８ｍＡに増加すると、出力位相は約２３０度から約８０度に変化するので、出力信号の位相は入力信号の位相よりも約１５０度遅れることとなる。一方、飽和動作時においては、カソード電流Ｉｋを３５ｍＡから８８ｍＡに増加すると、出力位相は約１９０度から約２０度に変化するので、出力信号の位相は入力信号の位相よりも約１７０度遅れることとなる。
【００６１】
したがって、本実施の形態の電力増幅装置５０は、アノード電圧設定器１３によってアノード電圧が変更され、カソード電流が変更された結果、進行波管増幅装置１１の出力信号の位相が変化しても、移相器５１によって進行波管増幅装置１１の出力信号の位相が一定に保たれるようになっている。
【００６２】
次に、本実施の形態の電力増幅装置５０の動作について説明する。
【００６３】
図８において、まず、包絡線検波器１２によって、入力信号が検波され、包絡線電圧の振幅が取得される。さらに、アノード電圧設定器１３によって、包絡線電圧の振幅に応じてアノード電圧が設定される。
【００６４】
一方、移相制御器５２によって、包絡線電圧の振幅に応じて移相器５１の位相遅延量が設定される。具体的には、包絡線電圧の振幅が減少したとき、つまり進行波管増幅装置１１の飽和出力が小さいときは、飽和出力が大きいときに比べて、移相器５１による位相遅延を大きくする。この結果、移相制御器５２は、進行波管増幅装置１１から出力される信号の位相を制御することができる。
【００６５】
なお、図１０に示す電力増幅装置６０のように、固体増幅器４１および利得制御器４２を本実施の形態の電力増幅装置５０に追加し、進行波管増幅装置１１の利得の制御も行うよう構成してもよい。
【００６６】
以上のように、本実施の形態の電力増幅装置５０によれば、アノード電圧設定器１３は、包絡線の振幅に応じてアノード電圧を設定し、電子銃部１４から放出される放出電子の量を調整するとともに、移相制御器５２は、進行波管増幅装置１１から出力される信号の位相が一定になるよう移相器５１の位相遅延量を制御するので、進行波管増幅装置１１は、常に飽和出力電力の近傍での増幅動作が可能となり、常に高い電力効率で入力信号の電力を増幅し、一定の位相の出力信号を出力することができる。
【００６７】
なお、図６および図９に示された実験データは、「中川、他３名、『２１ＧＨｚ帯放送衛星搭載用放射電力可変型中継器に関する一検討』、電子情報通信学会、１９９７年７月、信学技報、ＳＡＴ９７−４７、ＣＱ９７−２４、ＭＷ９７−６１、ｐ．１０５−１１０」より引用したものである。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い電力効率で入力信号の電力を増幅することができる電力増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電力増幅装置のブロック図
【図２】進行波管増幅器の構成の一例を示す図
【図３】入力電力に対する出力電力および電力効率の関係の一例を示す図
【図４】（ａ）入力電力の波形の一例を示す図
（ｂ）出力電力の波形の一例を示す図
（ｃ）包絡線検波電圧の波形の一例を示す図
（ｄ）カソード電流の波形の一例を示す図
【図５】（ａ）出力電力の波形の一例を示す図
（ｂ）電力効率の変化の説明図
【図６】出力電力に対する消費電力の関係を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態の電力増幅装置のブロック図
【図８】本発明の第３の実施の形態の電力増幅装置のブロック図
【図９】入力電力に対する出力電力および出力位相の関係を示す図
【図１０】本発明の第３の実施の形態の他の態様のブロック図
【図１１】従来の電力増幅装置のブロック図
【図１２】入力電力に対する出力電力、電力効率等の関係を示す図
【符号の説明】
１０、４０、５０、６０  電力増幅装置
１１  進行波管増幅装置
１２  包絡線検波器
１３  アノード電圧設定器
１４  電子銃部
１４ａ  カソード
１４ｂ  アノード
１４ｃ  カソード電源
１４ｄ  アノード電源
１５  入力部
１６  電力増幅部
１６ａ  電源
１７  出力部
１８  コレクタ部
１８ａ  コレクタ電源
１９  電子ビームを示す破線
２０、３３、３５  入出力特性カーブ
２５  飽和出力電力
３０、３４、３６  電力効率カーブ
３１  波形
３２  包絡線
３７  従来の電力増幅装置の消費電力を示す実線
３８  本発明の電力増幅装置の消費電力を示す破線
４１  固体増幅器
４２  利得制御器
５１  移相器
５２  移相制御器
【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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