(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を増幅して第１の増幅信号を出力する励振増幅器と、
前記第１の増幅信号を複数の分配信号に分配する分配器と、
前記分配信号それぞれを増幅して第２の増幅信号を出力する複数の電力増幅器と、
前記複数の電力増幅器が出力した第２の増幅信号を合成して合成信号を出力する合成器と、
前記複数の電力増幅器それぞれの出力電力を検出する複数の増幅信号検出器と、
前記増幅信号検出器それぞれの検出結果に基づいて、それぞれの出力電力が同一レベルとなるように前記複数の電力増幅器を制御する増幅レベル制御器と、
前記合成器の出力電力を検出する送信信号検出器と、
前記送信信号検出器の検出結果に基づいて、前記合成器の出力電力が定格送信電力値となるように前記励振増幅器を制御する送信レベル制御器と、を具備し、
前記増幅レベル制御器は、
前記複数の電力増幅器のうち、一の電力増幅器を制御してその出力電力が、前記一の電力増幅器の定格電力値となるように調整するとともに、
他の電力増幅器の出力電力が前記一の電力増幅器の出力電力と同一レベルとなるように該他の電力増幅器を制御すること
を特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記送信レベル制御器は、前記増幅レベル制御器が前記複数の電力増幅器の出力電力を同一レベルとなるよう制御した後に、前記励振増幅器を制御することを特徴とする請求項１記載の送信装置。
【請求項３】
前記一の電力増幅器は、前記複数の電力増幅器のうち、前記定格電力値と最も差の大きい出力電力をもつ電力増幅器であることを特徴とする請求項２記載の送信装置。
【請求項４】
前記増幅レベル制御器は、
前記電力増幅器が出力すべき電力値を前記定格電力値として含む出力電力情報を格納した第１の記憶部と、
前記一の電力増幅器に対応する前記増幅出力検出器の検出結果が、前記第１の記憶部に格納された出力電力情報が示す電力値を超えた場合に前記一の電力増幅器の増幅利得を下げ、前記出力電力情報が示す電力値に満たない場合に前記一の電力増幅利得を上げる制御を行うゲイン調整部と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項５】
前記送信レベル制御器は、
前記合成信号が満たすべき出力電力値を前記定格送信電力値として含む送信信号情報を格納した第２の記憶部と、
前記送信出力検出器の検出結果が、前記第２の記憶部に格納された送信信号情報が示す出力電力値を満たすよう前記励振増幅器の増幅利得を制御する励振制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば放送用設備などに用いられる送信装置は、比較的大電力の送信信号を生成するため、複数の電力増幅器を並列接続して電力合成している。このとき、電力増幅器１台当りの出力電力は、互いに等しいことが望ましいが、実際には、電力増幅器それぞれの入力電力やゲインのバラツキにより、個々の電力増幅器の出力電力にはバラツキが生じる。そのため、電力増幅器を並列接続して運用する場合、その定格最大電力は、マージンをとって設計されている。
【０００３】
電力増幅器の定格最大電力は、増幅素子などデバイスのディレーティングや、熱設計などの観点からコスト上昇に繋がる設計要素である。そのため、上記バラツキを極限まで抑えることが理想的である。
【０００４】
しかし、入力電力のバラツキは、各電力増幅器へ信号を分配する分配器のポート間偏差を抑えることが必要であり、ゲインのバラツキは、各電力増幅器それぞれの調整作業が必要となり、いずれも工数・費用の増大を招いてしまう。一方で、各電力増幅器それぞれの性能のバラツキを許容した場合は、全体として冗長度が大きいシステム構成が必要となり、やはりコストがかさんでしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５９０５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の送信装置では、工数・費用が増大し、または冗長度が大きくなってしまうという問題がある。以下に説明する実施形態は、かかる課題を解決するためになされたもので、工数や費用を抑えたまま冗長度を小さくすることのできる送信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】
【０００７】
上記した目的を達成するために、実施形態に係る送信装置は、送信信号を増幅して第１の増幅信号を出力する励振増幅器と、第１の増幅信号を複数の分配信号に分配する分配器と、分配信号それぞれを増幅して第２の増幅信号を出力する複数の電力増幅器と、複数の電力増幅器が出力した第２の増幅信号を合成して合成信号を出力する合成器とを備えている。そして、複数の電力増幅器それぞれの出力電力を検出する複数の増幅信号検出器と、増幅信号検出器それぞれの検出結果に基づいて、それぞれの出力電力が同一レベルとなるように複数の電力増幅器を制御する増幅レベル制御器と、合成器の出力電力を検出する送信信号検出器と、送信信号検出器の検出結果に基づいて、合成器の出力電力が定格送信電力値となるように励振増幅器を制御する送信レベル制御器とを有し、増幅レベル制御器は、複数の電力増幅器のうち、一の電力増幅器を制御してその出力電力が、前記一の電力増幅器の定格電力値となるように調整するとともに、他の電力増幅器の出力電力が前記一の電力増幅器の出力電力と同一レベルとなるように該他の電力増幅器を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る送信装置の増幅レベル制御部および送信レベル制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る送信装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態の構成）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、この実施形態の送信装置１は、励振器１０、分配器２０、電力増幅ユニット３０および合成器４０を有している。
【００１０】
励振器１０は、所定の方式で変調され所定の送信周波数に変換された送信信号を生成する。図１に示す例では、励振器１０は、信号生成部１２、ローカル発振部１４、ミキサ１６および励振増幅器１８を有している。信号生成部１２は、音声やデータなどが所定の方式で変調されたベースバンド信号を生成する。ローカル発振部１４は、信号生成部１２が生成したベースバンド信号を所定の送信周波数に変換するためのローカル信号を生成する。ミキサ１６は、ローカル発振部１４が生成したローカル信号を用いて、ベースバンド信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する。励振増幅器１８は、電力増幅ユニット３０の入力信号として適切なレベルに当該送信信号を増幅する。
【００１１】
励振増幅器１８は、外部から出力電力を制御可能に構成されている。出力電力の制御は、様々な方法を用いて実現することができる。例えば、増幅素子に対するバイアス電圧またはバイアス電流を増減する等により増幅利得を増減したり、励振増幅器１８の入力端子に可変減衰器（可変アッテネータ）を設けて励振増幅器１８への入力信号レベルを増減したりする方法が考えられる。
【００１２】
分配器２０は、励振器１０が生成した送信信号を複数の送信信号（分配信号）に分配する。送信信号の分配数は、後述する電力増幅ユニット３０をなす電力増幅器の数と対応する。図１に示す例では、電力増幅器の数に対応して３つに分配している。
【００１３】
電力増幅ユニット３０は、分配器２０が分配した分配信号それぞれを別個に増幅する複数の電力増幅部３０ａないし３０ｃを有している。図１に示す例では、電力増幅ユニット３０は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３と、第１ないし第３電力検出部３４ないし３６とを備えている。
【００１４】
第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３は、分配器２０が分配した分配信号それぞれを所定の増幅利得で増幅する。第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３は、外部から出力電力を制御可能に構成されている。出力電力の制御は、励振増幅器１８と同様に、増幅素子に対するバイアス電圧またはバイアス電流を増減する等により増幅利得を増減したり、励振増幅器１８の入力端子に可変減衰器（可変アッテネータ）を設けて各電力増幅器への分配信号のレベルを増減したりすることにより実現できる。
【００１５】
第１ないし第３電力検出部３４ないし３６は、それぞれ第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の出力端子に接続されている。第１ないし第３電力検出部３４ないし３６は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３が増幅した信号（出力信号）それぞれの電力を検出する。第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３それぞれの出力端子は、第１ないし第３電力検出部３４ないし３６を介して合成器４０の複数の入力端子と接続されている。
【００１６】
合成器４０は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の増幅出力信号を合成する。その結果、合成器４０は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３それぞれの出力電力が合成された所定の送信電力の信号を出力することになる。合成器４０は、合成した送信信号（合成出力）を出力端子Ｏｕｔに出力する。
【００１７】
励振器１０が生成した送信信号は、分配器２０により分配される。分配器２０により分配された分配信号は、それぞれ第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の入力端子に与えられる。第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３は、与えられた分配信号を所定の増幅利得で増幅して出力する。合成器４０は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３が増幅した信号を合成して出力端子Ｏｕｔに出力する。このとき、第１ないし第３電力検出部３４ないし３６は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の出力電力を検出する。
【００１８】
また、図１に示すように、実施形態の送信装置１は、増幅レベル制御部５０、出力電力検出部６０、送信レベル制御部６５および送信制御部７０を具備している。すなわち、実施形態の送信装置１は、電力増幅ユニットを構成する電力増幅器それぞれの出力電力および送信装置全体の送信電力を調節する機構を有している。
【００１９】
増幅レベル制御部５０は、第１ないし第３電力検出部３４ないし３６が検出した第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３それぞれの出力電力に基づき、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３それぞれを制御するフィードバック制御器である。出力電力検出部６０は、合成器４０が合成して出力した送信信号の電力を検出する。送信レベル制御部６５は、出力電力検出部６０が検出した送信電力に基づいて、励振器１０の励振増幅器１８を制御するフィードバック制御器である。送信制御部７０は、増幅レベル制御部５０および送信レベル制御部６５を制御して送信装置１の各電力レベルを調整する。
【００２０】
ここで、図２を参照して、実施形態の送信装置１における増幅レベル制御部５０および送信レベル制御部６５の構成を詳細に説明する。
【００２１】
図２に示すように、この実施形態の増幅レベル制御部５０は、電力測定部５１、電力判定部５２、記憶部５３およびゲイン調整部５４を有している。同様に、この実施形態の送信レベル制御部６５は、電力測定部６６、電力判定部６７、記憶部６８および励振器制御部６９を有している。
【００２２】
電力測定部５１は、電力検出部３４ないし３６の検出結果に基づいて、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の出力端子に現れる信号の電力値を算出（測定）する。記憶部５３は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３が出力すべき電力値（定格電力値）などを予め記憶したメモリである。電力判定部５２は、電力測定部５１が測定した電力値と記憶部５３に記憶された定格電力値とを比較し、その大小を判定する。ゲイン調整部５４は、電力判定部５２の判定結果に基づいて、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３を制御してその出力電力を制御する。
【００２３】
電力測定部６６は、出力電力検出部６０の検出結果に基づいて、合成器４０の出力端子に現れる信号の電力値を算出（測定）する。すなわち、送信装置１の送信電力を測定する。記憶部６８は、送信装置１が満たすべき送信電力値（定格送信電力値）などを予め記憶したメモリである。電力判定部６７は、電力測定部６６が測定した電力値と記憶部６８に記憶された定格送信電力値とを比較し、その大小を判定する。励振器制御部６９は、電力判定部６７の判定結果に基づいて、励振器１０の励振増幅器１８を制御してその出力電力を制御する。
【００２４】
このように、実施形態の送信装置１では、電力増幅ユニット３０を構成する第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３の出力電力を検出して当該電力増幅器それぞれを制御する制御ループと、合成器４０の出力電力を検出して励振器１０の励振増幅器１８を制御する制御ループとが組み合わされている。
【００２５】
（実施形態の動作）
続いて、図１ないし図３を参照して、実施形態に係る送信装置の動作、すなわち送信装置の電力調整動作を詳細に説明する。
【００２６】
信号生成部１２が所定の信号、例えば試験信号を生成すると、ミキサ１６は、ローカル発振部１４が生成したローカル信号を用いて、当該試験信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する。励振増幅器１８は、ミキサ１６が変換した送信信号を所定のレベルに増幅して分配器２０に出力する。
【００２７】
分配器２０は、励振器１０から出力された送信信号を分配して電力増幅ユニット３０に送る。電力増幅ユニット３０の第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３は、分配された送信信号をそれぞれ増幅して合成器４０に送る。合成器４０は、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３が増幅した信号を合成して出力端子Ｏｕｔに出力する。電力増幅ユニット３０が動作を開始し出力端子Ｏｕｔに送信信号が出力されると、送信制御部７０は、増幅レベル制御部５０に電力増幅ユニット３０の調節を指示する。
【００２８】
送信制御部７０から指示を受けると、増幅レベル制御部５０は、電力増幅部３０ａの電力調節を開始する。電力測定部５１は、電力検出部３４の検出結果に基づいて、第１電力増幅器３１の出力端子に現れる信号の電力を測定する（ステップ１００。以下「Ｓ１００」のように称する）。ここで測定された電力値Ｐ１は、第１電力増幅器３１の出力電力となる。
【００２９】
電力判定部５２は、電力測定部５１が測定した電力値Ｐ１と、記憶部５３に予め格納された定格電力値Ｐ０とを比較する（Ｓ１０１）。
【００３０】
比較の結果、第１電力増幅器３１の出力電力値Ｐ１が定格電力値Ｐ０を超えている場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、電力判定部５２は、ゲイン調整部５４に第１電力増幅器３１の電力制御を指示し、ゲイン調整部５４は、第１電力増幅器３１を制御してその出力電力を下げる（Ｓ１０２）。この調整は、第１電力増幅器３１の出力電力が定格電力以下になるまで繰り返される（Ｓ１００・Ｓ１０１・Ｓ１０２）。このとき、第１電力増幅器３１の出力電力の制御は、前述したとおり、バイアスの増減による増幅利得の増減や可変アッテネータの利用などにより実現することができる。
【００３１】
比較の結果、第１電力増幅器３１の出力電力値Ｐ１が定格電力値Ｐ０以下の場合（Ｓ１０１のＮｏ）、電力測定部５１は、そのときの第１電力増幅器３１の出力電力を参照電力値Ｐｒｅｆとして記憶部５３に格納し、増幅レベル制御部５０は、電力増幅部３０ｂの電力調節を開始する。このとき、直ちに参照電力値の保存をせず、第１電力増幅器３１の出力電力値Ｐ１が定格電力値Ｐ０に達するまで、出力電力値Ｐ１の測定と出力電力の調節を繰り返すように構成しても構わない。すなわち、第１電力増幅器３１の出力電力値Ｐ１を、定格電力値Ｐ０以下とするのではなく、定格電力値Ｐ０と一致させてもよい。
【００３２】
電力測定部５１は、電力検出部３５の検出結果に基づいて、第２電力増幅器３２の出力端子に現れる信号の電力を測定する（Ｓ１０３）。ここで測定された電力値Ｐ２は、第２電力増幅器３２の出力電力となる。
【００３３】
電力判定部５２は、電力測定部５１が測定した電力値Ｐ２と、記憶部５３に格納された参照電力値Ｐｒｅｆとを比較する（Ｓ１０４）。
【００３４】
比較の結果、第２電力増幅器３２の出力電力値Ｐ２が参照電力値Ｐｒｅｆと一致しない場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていない場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、電力判定部５２は、ゲイン調整部５４に第２電力増幅器３２の電力制御を指示し、ゲイン調整部５４は、第２電力増幅器３２を制御してその出力電力を調節する（Ｓ１０５）。例えば、ゲイン調整部５４は、第２電力増幅器３２の出力電力値Ｐ２が参照電力値Ｐｒｅｆよりも大きければ第２電力増幅器３２の出力電力を下げ、第２電力増幅器３２の出力電力値Ｐ２が参照電力値Ｐｒｅｆよりも小さければ第２電力増幅器３２の出力電力を上げて、両者が一致するように（あるいは所定の誤差範囲内となるように）調節する（Ｓ１０３・Ｓ１０４・Ｓ１０５）。このとき、第２電力増幅器３２の出力電力の制御は、前述したとおり、バイアスの増減による増幅利得の増減や可変アッテネータの利用などにより実現することができる。
【００３５】
比較の結果、第２電力増幅器３２の出力電力値Ｐ２が参照電力値Ｐｒｅｆと一致した場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていた場合（Ｓ１０４のＮｏ）、増幅レベル制御部５０は、電力増幅部３０ｃの電力調節を開始する。電力測定部５１は、電力検出部３６の検出結果に基づいて、第３電力増幅器３３の出力端子に現れる電力を測定する（Ｓ１０６）。ここで測定された電力値Ｐ３は、第３電力増幅器３３の出力電力となる。
【００３６】
電力判定部５２は、電力測定部５１が測定した電力値Ｐ３と、記憶部５３に格納された参照電力値Ｐｒｅｆとを比較する（Ｓ１０７）。
【００３７】
比較の結果、第３電力増幅器３３の出力電力値Ｐ３が参照電力値Ｐｒｅｆと一致しない場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていない場合（Ｓ１０７のＹｅｓ）、電力判定部５２は、ゲイン調整部５４に第３電力増幅器３３の電力制御を指示し、ゲイン調整部５４は、第３電力増幅器３３を制御してその出力電力を調節する（Ｓ１０８）。例えば、ゲイン調整部５４は、第３電力増幅器３３の出力電力値Ｐ３が参照電力値Ｐｒｅｆよりも大きければ第３電力増幅器３３の出力電力を下げ、第３電力増幅器３３の出力電力値Ｐ３が参照電力値Ｐｒｅｆよりも小さければ第３電力増幅器３３の出力電力を上げて、両者が一致するように（あるいは所定の誤差範囲内となるように）調節する（Ｓ１０６・Ｓ１０７・Ｓ１０８）。このとき、第３電力増幅器３３の出力電力の制御は、前述したとおり、バイアスの増減による増幅利得の増減や可変アッテネータの利用などにより実現することができる。
【００３８】
比較の結果、第３電力増幅器３３の出力電力値Ｐ３が参照電力値Ｐｒｅｆと一致した場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていた場合（Ｓ１０７のＮｏ）、増幅レベル制御部５０は、送信制御部７０に調整完了を報告する。報告を受けた送信制御部７０は、送信レベル制御部６５に送信電力の調節を指示する。
【００３９】
送信制御部７０から指示を受けると、送信レベル制御部６５は、送信装置１の電力調節を開始する。電力測定部６６は、出力電力検出部６０の検出結果に基づいて、合成器４０の出力端子に現れる電力を測定する（Ｓ１０９）。ここで測定された電力値ＰＯＵＴは、送信装置１の送信電力となる。
【００４０】
電力判定部６７は、電力測定部６６が測定した電力値ＰＯＵＴと、記憶部５３に予め格納された所定の定格送信電力値ＰＳＴＤとを比較する（Ｓ１１０）。
【００４１】
比較の結果、合成器４０の出力端子における送信電力値ＰＯＵＴが定格送信電力値ＰＳＴＤと一致しない場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていない場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）、電力判定部６６は、励振器制御部６９に励振増幅器１８の電力制御を指示し、励振器制御部６９は、励振増幅器１８を制御してその出力電力を調節する（Ｓ１１１）。例えば、励振器制御部６９は、合成器４０の出力電力値ＰＯＵＴが定格送信電力値ＰＳＴＤよりも大きければ励振増幅器１８の出力電力を下げ、合成器４０の出力電力値ＰＯＵＴが定格送信電力値ＰＳＴＤよりも小さければ励振増幅器１８の出力電力を上げて、両者が一致するように（あるいは所定の誤差範囲内となるように）調節する（Ｓ１０９・Ｓ１１０・Ｓ１１１）。このとき、励振増幅器１８の出力電力の制御は、前述したとおり、バイアスの増減による増幅利得の増減や可変アッテネータの利用などにより実現することができる。
【００４２】
比較の結果、合成器４０の出力電力値が定格送信電力値と一致した場合、あるいは所定の誤差範囲内に収まっていた場合（Ｓ１１０のＮｏ）、送信レベル制御部６５は、送信制御部７０に送信電力の調整完了を報告する。
【００４３】
このように、実施形態の送信装置１では、まず電力増幅ユニット３０を構成する電力増幅器のうちの１台について、所定の最大定格電力以内（望ましくは最大定格電力と一致）となるようゲインを調整し、そのときの当該電力増幅器の出力レベルを基準として、他の電力増幅器の出力レベルを一致（あるいは所定の誤差範囲内）に調整する。そして、全ての電力増幅器について出力レベルが概ね一致した後に、励振器１０の出力レベルを調整して送信装置１の送信電力が定格値となるように調整する。このループを繰り返すことにより、各電力増幅器の出力電力が同一かつ所定の出力レベルに調整することが可能となる。
【００４４】
なお、上記説明した例では、信号生成部１２が試験信号を生成するものとして説明したが、これには限定されない。すなわち、送信装置１が通常の運用状態である時に、随時上記ステップにより電力調節してもよい。また、上記説明した例では、基準となる第１電力増幅器３１を定格電力以下となるようにそのゲインを調整しているが、最大定格電力以下となるように調整しても構わない。すなわち、一の電力増幅器を先に調節して基準とし、次いで他の電力増幅器の出力レベルを当該基準の電力増幅器と一致させた後に、励振器１０の出力レベルを調節することで所定の送信電力に調整すればよい。
【００４５】
また、上記説明した例では、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３や励振増幅器１８の出力電力の制御を、これらの出力電力に基づいて行っているが、これにも限定されない。例えば、電力検出部や出力電力検出部に替えて信号の歪み成分を検出する検出器を設けてもよい。この場合、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３や励振増幅器１８の出力電力は、これらの出力信号に含まれる歪み成分の量が所定レベル以下であるか否かに基づいて制御することができる。すなわち、出力信号に歪み成分が所定レベルを超えて含まれている場合に、第１ないし第３電力増幅器３１ないし３３や励振増幅器１８の出力電力を下げる（増幅利得を下げる）ことで、図３に示す出力電力と定格電力とを比較した動作と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
この実施形態の送信装置によれば、電力合成に用いる電力増幅器の各出力レベルを均一にすることができる。また、送信電力の調節を電力増幅器ではなく励振器（励振増幅器）で行うので、電力増幅器の出力レベルの調節と送信電力の調節とを分離独立して行うことができる。すなわち、送信電力に関わらず各電力増幅器を所定の定格で動作させることを可能とし、電力増幅器の設計において見込むべきマージン量を少なくすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…送信装置、１０…励振器、２０…分配器、３０…電力増幅ユニット、４０…合成器、５０…増幅レベル制御部、６０…電力検出部、６５…送信レベル制御部、７０…送信制御部。
【図１】
0005284343.tif 000002
【図２】
0005284343.tif 000003
【図３】
0005284343.tif 000004