(57)【要約】 【課題】高周波増幅器と高周波増幅器の出力を増幅する電力増幅器とを備え、両増幅器のバイアス電圧を制御して過大入力を防止する電力増幅回路を提供する。【解決手段】高周波増幅器１の出力を増幅する電力増幅器２の出力の一部をＣＭカプラー３で検出し、この検出出力をＲＦ検波器４にて検波し、ＲＦ検波器４の検波出力を自動出力制御回路５で受けて、自動出力制御回路５の制御の下にバイアス回路６および７の直流バイアス電圧を制御して、電力増幅器２の出力電力を所定値に制御する。バイアス回路７から高周波出力をカップリングコンデンサ９にて検出し、この検出出力をＲＦ検波器１０にて検波し、ＲＦ検波器１０の出力と基準電圧とをコンパレータ１１にて比較し、ＲＦ検波器１０からの検波出力が基準電圧を超えているときのみバイアス回路６へ導く自動出力制御回路５からの出力をスイッチ回路１２によって遮断して、電力増幅器２への過大入力を防止する。【選択図】        図１
2007028490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する高周波増幅器と、高周波増幅器の出力を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅器の出力の一部を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段からの検出出力を検波する第１のＲＦ検波器と、高周波増幅器への直流バイアス電圧を出力する第１のバイアス回路と、電力増幅器への直流バイアス電圧を出力する第２のバイアス回路と、第１のＲＦ検波器の出力を受けて第１および第２のバイアス回路の直流バイアス電圧を最適化して電力増幅器の出力電力を所定値に制御する自動出力制御回路とを備えた電力増幅回路において、第２のバイアス回路から高周波出力を検出する第２の検出手段と、第２の検出手段からの検出出力を検波する第２のＲＦ検波器と、電力増幅器の最大定格入力時に第２の検出手段により検出される出力を検波したときにおける電圧を基準電圧とし、該基準電圧と第２のＲＦ検波器の出力とを比較するコンパレータと、第２のＲＦ検波器からの出力が基準電圧を超えているときのみ第１のバイアス回路へ導く自動出力制御回路からの出力を遮断するスイッチ手段とを備えたことを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載の電力増幅回路において、第１の検出手段はＣＭカプラーであることを特徴とする電力増幅回路。
【請求項３】
請求項１記載の電力増幅回路において、第２の検出手段はカップリングコンデンサであることを特徴とする電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波増幅器と高周波増幅器の出力を増幅する電力増幅器とを備え、両増幅器のバイアス電圧を制御して過大入力を防止する電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波増幅器と高周波増幅器の出力を増幅する電力増幅器とを備え、両増幅器に供給される電源電圧値は同一電圧値であって、かつ選択的に切り替えられる電力増幅回路において、高周波増幅器と電力増幅器の入出力特性の相違を補償するために、高周波増幅器のバイアス電圧と電力増幅器のバイアス電圧を独立して制御するようにした電力増幅回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１４７４７号公報
【０００３】
また一方、従来、図２に示すように、高周波増幅器１と電力増幅器２とＣＭカプラー３と自動出力制御回路５を備えて、ＣＭカプラー３から所定の一定送信出力を得るようにした電力増幅回路がある。この電力増幅回路はＣＭカプラー３を用いて高周波電力の一部を検出し、その信号をＲＦ検波器４にて検波した後、ＲＦ検波出力を自動出力制御回路５に入力することによって、自動出力制御回路５の出力を受けたバイアス回路６、７から出力される各増幅器１、２の直流バイアス電圧を制御して、電力増幅器２から所定の出力がなされるように最適化するものであって、安定した一定出力電力を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図２に示すように、自動出力制御回路５では、電力増幅器２から出力される電力の一部を監視し、ループ制御している。この場合、同一素子であっても増幅度の小さい素子が増幅器に使用された場合一定出力を得るために、たとえ高周波増幅器１の出力レベルが電力増幅器２の定格入力レベルを超えていたとしても、あるいはそれが、電力増幅器２の飽和出力（入力レベルを増加させても出力レベルが飽和してそれ以上出力をとりだせない状態）を越えても、自動出力制御回路５にはその状態を検出する方法がないため、自動出力制御回路５は高周波増幅器１のバイアス回路６の出力を増加させる方向に動作する。
【０００５】
比較的大きな高周波電力（１００Ｗクラス）を得る場合、１個の電力増幅器で取り扱う入力電力は大信号になりやすいため、過入力状態は容易に起こり得るが、その結果、電力増幅器２の増幅素子は過大入力状態に曝される危険がある。このため、電力増幅回路２の増幅素子の寿命を著しく低下させる可能性があった。さらに、高周波増幅器１の増幅素子は、過剰な出力の取り出しを求められるため、発熱による寿命の低下やハンダ溶融による素子の落下にさらされる危険があった。
【０００６】
このような現象を回避するために、自動出力制御回路５からの出力により高周波増幅器１のバイアス回路６において、ツエナーダイオードなどでバイアス電圧をクランプすることが考えられる。この場合、ツエナーダイオードのクランプ電圧のマージンを大きく採らないと電力増幅器２の出力が所定の出力電力まで達しないという不具合が生ずるという可能性がある。これは、通常増幅素子の入力電圧（電流）対出力電力特性が大きくばらついていることに起因するが容易に回避することができない。
【０００７】
他の方法として、高周波増幅器１への過大入力状態が続くことを高周波増幅器１自身の温度上昇と考え、サーミスタやポジスタを使用してその温度上昇分を検出して、検出信号によって高周波増幅器１の出力を制御する方法が考えられる。この場合、検出信号は入力電力の上昇を温度上昇に見立てた間接量であるから、高周波増幅器１によるループ制御が動作するためには、温度が過剰に上昇するまで一定時間を要することになり、結果的にその間電力増幅器２のデバイスの劣化は進むと考えられる。
【０００８】
本発明は、高周波増幅器と高周波増幅器の出力を増幅する電力増幅器とを備え、両増幅器のバイアス電圧を制御して過大入力を防止する電力増幅回路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】
【０００９】
本発明の請求項１にかかる電力増幅回路は、入力信号を増幅する高周波増幅器と、高周波増幅器の出力を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅器の出力の一部を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段からの検出出力を検波する第１のＲＦ検波器と、高周波増幅器の直流バイアス電圧を出力する第１のバイアス回路と、電力増幅器の直流バイアス電圧を出力する第２のバイアス回路と、第１のＲＦ検波器の出力を受けて第１および第２のバイアス回路の直流バイアス電圧を最適化して電力増幅器の出力電力を所定値に制御する自動出力制御回路とを備えた電力増幅回路において、第２のバイアス回路から高周波出力を検出する第２の検出手段と、第２の検出手段からの検出出力を検波する第２のＲＦ検波器と、電力増幅器の最大定格入力時に第２の検出手段により検出される出力を検波したときにおける電圧を基準電圧とし、該基準電圧と第２のＲＦ検波器の出力とを比較するコンパレータと、第２のＲＦ検波器からの出力が基準電圧を超えているときのみ第１のバイアス回路へ導く自動出力制御回路からの出力を遮断するスイッチ手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項１にかかる電力増幅回路において、第１の検出手段はＣＭカプラーであり、第２の検出手段はカップリングコンデンサであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１にかかる電力増幅回路によれば、電力増幅器の出力の一部が第１の検出手段にて検出され、この検出出力は第１のＲＦ検波器にて検波され、第１の検波出力を受けた自動出力制御回路の制御の下に第１および第２のバイアス回路の直流バイアス電圧が制御されて、電力増幅器の出力電力が所定値に制御される。第２のバイアス回路から高周波出力が第２の検出手段にて検出され、この検出出力は第２のＲＦ検波器にて検波され、第２のＲＦ検波器の出力と基準電圧とがコンパレータにて比較されて、第２のＲＦ検波器からの出力が基準電圧を超えているときのみ第１のバイアス回路へ導く自動出力制御回路からの出力がスイッチ手段によって遮断される。
【００１２】
したがって、本発明の請求項１にかかる電力増幅回路によれば、第２のＲＦ検波器の出力が基準電圧を超えているときのみ第１のバイアス回路へ導く自動出力制御回路からの出力がスイッチ手段によって遮断される。この結果、高周波増幅器には直流バイアス電圧が印加されないため、高周波増幅器の出力電力はゼロになり、電力増幅器の増幅素子は過大入力から保護される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる電力増幅回路を実施の形態によって説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態にかかる電力増幅回路の構成を示すブロック図であり、図２に示した電力増幅回路と同一構成要素には同一の符号を付して示してある。
【００１５】
本発明の実施の形態にかかる電力増幅回路は、図１に示すように、高周波増幅器１と電力増幅器２とＣＭカプラー３と自動出力制御回路５を備えて、ＣＭカプラー３から所定の一定送信出力を得るように構成されている。この電力増幅回路はＣＭカプラー３を用いて高周波電力の一部を検出し、その信号をＲＦ検波器４にて検波した後、ＲＦ検波器４から出力されるＲＦ検波出力（第１のＲＦ検波出力とも記す）を自動出力制御回路５に入力して、自動出力制御回路５において第１のＲＦ検波出力と基準電圧（第１の基準電圧とも記す）と比較し、第１のＲＦ検波出力が第１の基準電圧以下になるようにバイアス回路７およびスイッチ回路１２を介してバイアス回路６を制御することにより、高周波増幅器１の直流バイアス電圧および電力増幅器２の直流バイアス電圧を制御して電力増幅器２の出力電力が所定の出力電力となるように制御している。
【００１６】
一方、電力増幅器２のバイアス回路７の一部からカップリングコンデンサ９を介して、高周波増幅器１と電力増幅器２の段間における高周波出力（ＲＦ）を検出し、これをＲＦ検波器１０に供給して検波する。ＲＦ検波器１０からの検波出力（第２のＲＦ検波出力とも記す）は直流であり、コンパレータ１１に供給して、基準電圧（第２基準電圧とも記す）と比較する。ここで、第２の基準電圧は、電力増幅器２の最大定格入力時においてバイアス回路７の一部からカップリングコンデンサ９を介して取り出され、かつこの取り出された出力がＲＦ検波器１０で検波されたときにおける信号レベルに設定されている。同様に、第１の基準電圧も、電力増幅器２からの定格出力時にＣＭカプラー３を介して取り出され、かつＲＦ検波器４で検波されたときにおける信号レベルに設定されている。
【００１７】
コンパレータ１１からの出力はスイッチ回路１２へ供給して、第２のＲＦ検波出力が第２の基準電圧以上のときにはスイッチ回路１２をオフ状態に制御してバイアス回路６への自動出力制御回路５の出力を遮断し、第２のＲＦ検波出力が第２の基準電圧未満のときにはスイッチ回路１２をオン状態に制御して自動出力制御回路５の出力をバイアス回路６へ導く。
【００１８】
本発明の実施の形態にかかる電力増幅回路では、高周波増幅器１からの出力は電力増幅器２にて電力増幅され、ＣＭカプラー３によって高周波電力の一部が検出され、高周波電力の一部がＲＦ検波器４にて検波されて、第１のＲＦ検波出力が第１の基準電圧以下になるようにバイアス回路７およびスイッチ回路１２を介してバイアス回路６が制御されて、高周波増幅器１の直流バイアス電圧および電力増幅器２の直流バイアス電圧が制御され電力増幅器２の出力電力が所定の出力電力となるように制御される。
【００１９】
この制御において、電力増幅器２のバイアス回路７の一部からカップリングコンデンサ９を介して、高周波増幅器１と電力増幅器２の段間における高周波出力（ＲＦ）が検出され、ＲＦ検波器１０にて検波される。ＲＦ検波器１０から出力される第２のＲＦ検波出力は、コンパレータ１１において第２基準電圧と比較され、第２のＲＦ検波出力が第２の基準電圧未満のときには、コンパレータ１１の出力によりスイッチ回路１２はオン状態に制御されて、バイアス回路６への自動出力制御回路５の出力がバイアス回路６へ導かれて、高周波増幅器１にバイアス回路６から出力される直流バイアス電圧が供給されて、高周波増幅器１は正常に動作し、電力増幅器２から所定の電力が出力される。
【００２０】
逆に、第２のＲＦ検波出力が第２の基準電圧以上のときには、コンパレータ１１の出力によりスイッチ回路１２はオフ状態に制御されて、バイアス回路６への自動出力制御回路５の出力は遮断される。この場合は電力増幅器２への入力電力が過大な場合であり、バイアス回路６へ入力される自動出力制御回路５の出力は遮断状態にされる。この結果、高周波増幅器１には直流バイアス電圧が供給されないため、高周波増幅器１の出力電力はゼロとなり、電力増幅器２の増幅素子は過大入力から保護される。
【００２１】
上記において、第２の基準電圧は、電力増幅器２の最大定格入力時においてバイアス回路７の一部からカップリングコンデンサ９を介して取り出され、かつこの取り出された出力がＲＦ検波器１０で検波されたときにおける信号レベルであり、これは増幅素子の特性のばらつきによらず、一義的に決まる絶対量であって、事前に実験などによって求めておくことができる。したがって、第２の基準電圧の値が判れば、実際には簡単な分圧回路で第２の基準電圧を容易に得ることができる。また、第２の基準電圧をプログラマブルにすれば、高周波増幅器１の専用自動出力制御回路とすることができる。また、ＲＦ検出回路はＣＭカプラーのほか、通常のダイオード検波方式で代用することもできる。
【００２２】
上記した本発明の電力増幅回路では、電力増幅器２の過入力電力状態を自身のバイアス回路を経由して直接検出し、異常時には前段の出力を実質的に遮断することから、電力増幅器の増幅素子を過入力から瞬時に保護することができる。また、何らかの異常によって電力増幅器が過入力状態になった場合に発生する異常発振、スプリアスなどの不要輻射を時間的に遅延なく阻止することができる。
【００２３】
高周波増幅器の出力が実質的に遮断されということは、電力増幅器から所定の出力電力が得られないということうことを意味している。したがって、電力増幅器から所定の出力電力の出力状態から、電力増幅器の不良の原因を容易に推定することができる。また、電力増幅器自身で過入力状態を監視しているため、同時に高周波増幅器の出力をも監視していることになり、電力増幅器の過入力の監視による監視信号は副次的に高周波増幅器の過剰増幅による増幅素子のジャンクション温度上昇による劣化、破壊から保護するための信号として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電力増幅回路の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の電力増幅回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  高周波増幅器
２  電力増幅器
３  ＣＭカプラー
４および１０  ＲＦ検波器
５  自動出力制御回路
６および７  バイアス回路
９  カップリングコンデンサ
１１  コンパレータ
１２  スイッチ回路
【図１】
2007028490.tif 000003
【図２】
2007028490.tif 000004