(57)【要約】【課題】２つの電力増幅部のそれぞれから出力された波形が振幅、位相ともに同一となるように制御することによって電力合成器の電力損失を小さくし、小型化、経済性、信頼性に優れた高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】分配器の出力端と電力増幅部との間に挿入接続され、分配出力された高周波信号の位相及び振幅の制御をするための第１、第２の補正・保護回路と、合成トランスの入力端と吸収抵抗器の端との間に挿入接続され吸収抵抗器で吸収された差分の電力を電圧に変換して出力するための第１、第２の検出回路と、第１、第２の検出回路の電圧出力値を比較し、該比較の結果から２つの電力増幅信号が同一位相、同一振幅とさせるように制御する制御信号を第１、第２の補正・保護回路に与え２つの電力増幅信号の合成時の合成損失を低減させる制御回路とを備える。【選択図】      図１
2007129426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を入力する高周波信号入力端と、
該高周波信号入力端に接続され２つの高周波信号に分配出力するための分配器と、
該分配器の２出力のそれぞれが接続されて前記高周波信号を電力増幅された電力増幅信号を出力するための２つの電力増幅部と、
該各電力増幅部の出力が接続され少なくとも２つの電力増幅信号を合成するための合成トランスと、
該合成トランスの２つの入力端の間に接続されて前記２つの電力増幅信号間に振幅及び又は位相の差異が生じたときの差分の電力を吸収するための吸収抵抗器と、
該合成トランスの出力が接続される高周波電力出力端とを備えた高周波電力増幅器であって、
前記分配器の一方の出力端と一方の電力増幅部との間に挿入接続され、前記分配出力された一方の高周波信号の位相及び振幅の制御をするための第１の補正・保護回路と、
前記分配器の他方の出力端と他方の電力増幅部との間に挿入接続され、前記分配出力された他方の高周波信号の位相及び振幅の制御をするための第２の補正・保護回路と、
前記合成トランスの一方の入力端と前記吸収抵抗器の一方端との間に挿入接続され前記吸収抵抗器で吸収された差分の電力を電圧に変換して出力するための第１の検出回路と、
前記合成トランスの他方の入力端と前記吸収抵抗器の他方端との間に挿入接続され前記吸収抵抗器で吸収された差分の電力を電圧に変換して出力するための第２の検出回路と
前記第１、第２の検出回路の電圧出力値を比較し、該比較の結果から前記２つの電力増幅信号が同一位相、同一振幅とさせるように制御する制御信号を前記第１、第２の補正・保護回路に与え前記２つの電力増幅信号の合成時の合成損失を低減させる制御回路とを備えた高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記第１、第２の検出回路の出力値のいずれもが予め蓄えた基準値を超えた場合は、アラームを外部へ出力する前記制御回路を備えた請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波増幅器に入力される高周波信号の電力増幅に関するもので、特に増幅器の組み合わせ時における各増幅器の出力信号に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の高周波電力増幅器のシステムブロック図である。
図４において、１は高周波信号入力端、２は分配器、４Ａ，４Ｂは電力増幅部、６は吸収抵抗器、７は合成トランス、９は高周波電力出力端であり、３０は吸収抵抗器６及び合成トランス７を備えた電力合成器である。
更に、３１はＡＧＣ回路、３２はプリアンプ、３３は出力フィルタ、３４は出力検波回路である。
入力される高周波信号はＡＧＣ回路３１及びプリアンプ３２を経て、高周波信号は高周波信号入力端１から分配器２に入力（一例として高周波信号レベル；+１３ｄＢｍ）され、分配器２は高周波信号を２分配（分配損失；３ｄＢ）し、その出力は振幅、位相ともに同一（+１０ｄＢｍの２出力）である。分配器２によって分配された高周波信号はそれぞれ電力増幅部４Ａ及び４Ｂに入力される。電力増幅部４Ａ及び４Ｂのそれぞれ同一の定められた増幅度（利得；３０ｄＢ、最大出力；+４０ｄＢｍ⇒１０Ｗ）によって増幅され、振幅、位相ともに同一の電力増幅信号Ａ，Ｂとしての出力信号（各出力；+４０ｄＢｍ）を得る。
電力増幅部４Ａ及び４Ｂから出力された二つの振幅、位相ともに同一波形である電力増幅信号Ａ，Ｂは電力合成器３０（２倍合成）によって合成され、合成された一つの電力増幅信号として得られ、高周波電力出力端９から高周波電力増幅器の出力信号（+４３ｄＢｍ⇒２０Ｗ）が出力される。
高周波電力出力端９から出力された高周波電力増幅器の出力信号は、出力フィルタ３３によって帯域外スペクトラムを減衰させて出力される。この出力の一部のレベルが出力検波回路３４に導かれ、出力レベルに比例したＤＣに変換されて、ＡＧＣ回路３１のＡＧＣ制御電圧として供給される。
【０００３】
なお、電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力されたそれぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂが位相及び、又は振幅の一部に相違が生じている場合、その相違された互いの電力の差分は吸収抵抗器６によって熱に変換して吸収され（一般的には電力増幅部出力の１／４程度の定格値のものを備える；一例；２．５Ｗ）、位相、振幅ともに同一範囲の波形である二つの電力増幅信号分は合成トランス７へ供給され電力合成され、高周波電力出力端９から高周波電力増幅器の出力信号（一例として２０Ｗ−２．５Ｗ⇒１７．５Ｗ）が出力される。
それぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂとの間で、位相及び、又は振幅の一部が相違する理由としては、電力増幅部内の半導体など用いた増幅素子の増幅度あるいは、プリント基板回路に実装されたときのストレー容量などの微小なアンバランスが影響して発生するものである。
特に経時変化によって起こる場合、部品の修理、交換によって起こる場合がある。
このような現象は、大電力の高周波電力増幅器になるほど、吸収抵抗器６での耐電力（損失電力）が比例して大きな値のものを備えるので、放熱システムの考慮も含めて装置が大掛かりとなる。
以上の電力合成方式を用いた高周波電力増幅器は、電力増幅部に半導体増幅素子を用いたようなものに適し、即ち、半導体増幅素子個々の最大出力には限度があるが、合成により大電力化を実現できるものである。
このような構成の増幅器は一般にウィルキンソン回路による平衡増幅器と言われているものである。
【０００４】
以上のほか電力合成時の損失電力を低減させる従来技術として、分配器からの出力信号を減衰させる可変減衰器と、位相を調整させる可変位相器と、ベクトル比較回路と、制御回路とを備え、制御回路は必要に応じて可変減衰器ならびに可変位相器を制御を行って合成損失を低減することができるようなものであった。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１８５９６７号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウィルキンソン回路による平衡増幅器の回路構成によって、半導体増幅素子を複数個用いて大電力の高周波電力増幅器を実現しようとすると、吸収抵抗器での耐電力（損失電力）が大きな値のものを備え、その放熱システムも大きくなり、装置の小型化での欠点であった。しかも長期信頼性において電力増幅部の出力信号のバランスがくずれることもあり、電力合成器での損失が増加し、定格出力確保のためには消費電力も増大し、ひいては一部の電力増幅部又は、及び電力合成器に破損を来たす問題が生じた。
【０００６】
本発明の目的は、２つの電力増幅部のそれぞれから出力された波形が振幅、位相ともに同一となるように制御することによって電力合成器の電力損失を小さくし、小型化、経済性、信頼性に優れた高周波電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、高周波電力増幅器は、高周波信号を入力する高周波信号入力端と、
該高周波信号入力端に接続され２つの高周波信号に分配出力するための分配器と、
該分配器の２出力のそれぞれが接続されて前記高周波信号を電力増幅された電力増幅信号を出力するための２つの電力増幅部と、
該各電力増幅部の出力が接続され少なくとも２つの電力増幅信号を合成するための合成トランスと、
該合成トランスの２つの入力端の間に接続されて前記２つの電力増幅信号間に振幅及び又は位相の差異が生じたときの差分の電力を吸収するための吸収抵抗器と、
該合成トランスの出力が接続される高周波電力出力端とを備えた高周波電力増幅器であって、
前記分配器の一方の出力端と一方の電力増幅部との間に挿入接続され、前記分配出力された一方の高周波信号の位相及び振幅の制御をするための第１の補正・保護回路と、
前記分配器の他方の出力端と他方の電力増幅部との間に挿入接続され、前記分配出力された他方の高周波信号の位相及び振幅の制御をするための第２の補正・保護回路と、
前記合成トランスの一方の入力端と前記吸収抵抗器の一方端との間に挿入接続され前記吸収抵抗器で吸収された差分の電力を電圧に変換して出力するための第１の検出回路と、
前記合成トランスの他方の入力端と前記吸収抵抗器の他方端との間に挿入接続され前記吸収抵抗器で吸収された差分の電力を電圧に変換して出力するための第２の検出回路と
前記第１、第２の検出回路の電圧出力値を比較し、該比較の結果から前記２つの電力増幅信号が同一位相、同一振幅とさせるように制御する制御信号を前記第１、第２の補正・保護回路に与え前記２つの電力増幅信号の合成時の合成損失を低減させる制御回路とを備え、
更に、前記第１、第２の検出回路の出力値のいずれもが予め蓄えた基準値を超えた場合は、アラームを外部へ出力する前記制御回路を備えた請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を実施すれば、吸収抵抗器の耐電力の減少化及び回路の小型化が実現され、増幅器の組み合わせ時における合成損失を低減させるものであり、電力増幅部及び電力合成器が破損から保護され、長期間の高安定動作および経済性に著しい効果を奏する。安全性、信頼性をもって実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の実施例である高周波電力増幅器のブロック図である。
図１において、１は高周波信号入力端、２は分配器、３Ａ、３Ｂは補正・保護回路、４Ａ，４Ｂは電力増幅部、５Ａ、５Ｂは検出回路、６は吸収抵抗器、７は合成トランス、８は制御回路、９は高周波電力出力端、１０はアラーム出力端であり、２０は検出回路５Ａ、５Ｂ、吸収抵抗器６及び合成トランス７を有する電力合成器である。
高周波信号は高周波信号入力端１から分配器２に入力（一例として；+１３ｄＢｍ）され、分配器２は高周波信号を２分配（分配損失；３ｄＢ）し、その出力は振幅、位相ともに同一（+１０ｄＢｍの２出力）である。
分配器２で分配された高周波信号はそれぞれ補正・保護回路３Ａ、３Ｂに入力され、このとき必要に応じて高周波信号に位相調整及び、又は振幅調整されて、その出力は電力増幅部４Ａ及び４Ｂに入力される。電力増幅部４Ａ、４Ｂは、それぞれ同一の定められた増幅度（利得；３０ｄＢ、最大出力；+４０ｄＢｍ⇒１０Ｗ）によって増幅され、振幅、位相ともに同一の電力増幅信号の出力信号（各出力+４０ｄＢｍ）である。
電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力された電力増幅信号Ａ，Ｂは電力合成器２０（２倍合成）によって二つの振幅、位相ともに同一波形を合成して一つの電力増幅信号となり、高周波電力出力端９から高周波電力増幅器の出力信号（+４３ｄＢｍ⇒２０Ｗ）として出力される。
電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力された２つの電力増幅信号Ａ，Ｂが同位相、同振幅の所定の同一波形であるうちは、電力増幅信号Ａ，Ｂはそれぞれ全ての電力量が合成トランス７に供給され規定の電力増幅信号を出力し、吸収抵抗器６での電力消費は発生しない。従って、検出回路５Ａ、５Ｂにも高周波電流が流れないので検出電圧Ａ，Ｂはそれぞれゼロである。
【００１０】
しかし、電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力された、それぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂが位相及び、又は振幅の一部に相違が生じた時には、その相違された互いの電力の差分は吸収抵抗器６によって熱に変換して吸収される。
同時に検出回路５Ａ、５Ｂには電力の差分によって高周波電流が流される。検出回路５Ａ、５Ｂにはそれぞれに方向性結合器が用いられているので、検出回路５Ａでは電力増幅信号Ａのレベルが電力増幅信号Ｂのレベルに比べ大きいときに検出され、検出回路５Ｂでは電力増幅信号Ｂのレベルが電力増幅信号Ａのレベルに比べ大きいときに検出される。位相差、振幅差ともに振幅差として検出される。
検出電圧Ａ、Ｂは制御回路８へ入力され、制御処理された制御信号がそれぞれ補正・保護回路３Ａ、３Ｂに入力され、電力増幅信号Ａ，Ｂが所定の値にされるように補正・保護回路３Ａ、３Ｂにて位相及び、又は振幅の一部が補正される。このようなフィードバック回路が電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力された２つの電力増幅信号Ａ，Ｂが次第に収斂して同位相、同振幅の所定の同一波形に制御され、電力増幅信号Ａ，Ｂはそれぞれ電力量が合成トランス７に供給され規定の電力増幅信号を出力し、吸収抵抗器６での電力消費は制御が収斂したときの極小の電力であり、電力合成器２０での合成損失を低減させる。
本発明での吸収抵抗器６の電力消費は電力増幅部出力の１／１０程度の定格値のものを備えればよい。（一例；約１Ｗ）
【００１１】
また、何れかの原因でフィードバック回路での同位相、同振幅の制御が保てなくなったような場合は、電力増幅信号Ａ，Ｂの差分が任意の値を超えた方の電力増幅部４Ａ及び４Ｂのいずれかを出力停止させ、正常な方の電力増幅部４Ａ又は４Ｂを動作させ、電力合成器２０からは、電力増幅部４Ａまたは４Ｂによって片側出力された低減出力が出力されるような保護の制御としても動作する。
このようなそれぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂが、位相及び、又は振幅の一部に相違する理由としては、電力増幅部内の半導体など用いた増幅素子の増幅度あるいは、プリント基板回路に実装されたときのストレー容量などの微小なアンバランスが影響して発生することがある。経時変化によって起こる場合、部品の修理、交換によって起こる場合が顕著である。
電力増幅部４Ａ又は４Ｂのいずれかが破損し、残る電力増幅部４Ａ又は４Ｂ及び電力合成器２０をともに破損から保護させるものである。
更に、制御回路８では、検出電圧Ａ、Ｂのこれら入力の値が予め蓄えた基準値を超えるかの比較を行い、超えた場合は電力増幅部を破損から守られるようにするためのアラームを外部へのアラーム出力端１０から出力させ、図示されてはいないが入力信号「断」などして高周波電力増幅器全体の動作停止をさせる。
一例として、基準値の３ｄＢ以内であれば制御範囲とし、基準値に比較し３ｄＢを超えた場合はアラーム情報をアラーム出力端１０から出力するとともに、当該電力増幅器の入力を停止させてもよい。
なお電力合成器２０は電力増幅信号Ａ，Ｂの１対を入力とし、検出電圧Ａ，Ｂの１対を出力する例について説明したが、それぞれｎ対に対応するものであってもよいことは言うまでもない。
以上の制御方式を備えた電力合成方式を用いた高周波電力増幅器は、電力増幅部に半導体増幅素子を用いたようなものに適し、即ち、半導体増幅素子個々の最大出力は限度があるが、合成により大電力化を安全性、信頼性をもって実現できるものである。
【００１２】
図２は本発明の電力合成器２０の回路図である。
電力増幅部４Ａ及び４Ｂによって出力された、それぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂが位相及び、又は振幅の一部に相違が生じた時には、その相違された互いの電力の差分は吸収抵抗器６によって熱に変換して吸収される。
同時に検出回路５Ａ、５Ｂには電力の差分によって高周波電流が流される。検出回路５Ａ、５Ｂにはそれぞれ方向性結合器が用いられているので、検出回路５Ａでは電力増幅信号Ａに対応するレベルが検出され、検波ダイオードによって検波されたＤＣ分に変換された検出電圧Ａが出力され、検出回路５Ｂでは電力増幅信号Ｂに対応するレベルが検出され、検波ダイオードによって検波されたＤＣ分に変換された検出電圧Ｂが出力される。
それぞれの電力増幅信号Ａ，Ｂの位相及び振幅の合致されている分の電力量は合成トランスにて同位相、同振幅の２つの電力増幅信号が合成されて高周波電力出力端９から出力される。
【００１３】
図３は本発明の高周波電力増幅器のモデル化された波形図である。
図３（イ）は、電力増幅信号Ａが所定の振幅であり，電力増幅信号Ｂ’が所定の振幅より低くかった例であり、ＡとＢ’間で電力差となる振幅差（ａ）が表れ、そのときの吸収電力分（ハッチング部分）が合成損失となり、合成損失が差し引かれた残りの波形が合成されて合成電力波形（破線）を表わす波形図である。
図３（ロ）は、電力増幅信号Ａが所定の位相であり，電力増幅信号Ｂ’が所定の位相より進んでしまった位相の例であり、ＡとＢ’間で電力差となる位相差（φ）が現れ、そのときの吸収電力分（ハッチング部分）が合成損失となり、合成損失が差し引かれた残りの波形が合成されて合成電力波形（破線）を表わす波形である。
図３（ハ）は、電力増幅信号Ａ，Ｂ’間で振幅差（ａ）を有する波形または電力増幅信号Ａ，Ｂ’間で位相差（φ）を有する波形に対して位相又は振幅の制御がそれぞれ行われ、電力増幅信号Ｂが電力増幅信号Ａに振幅、位相ともに同一にされるように補正され、その合成電力（Ａ+Ｂ）が作成され出力される。
合成器の入出力電力の関係式は、簡易的に次式で表わされる。
電力増幅信号の電力Ａ＋電力増幅信号の電力Ｂ＝吸収電力＋出力電力
従って、吸収電力が極小であれば合成損失も極小にされ、最大効率の出力電力即ち高周波電力出力を得る。
【００１４】
本発明の実施例である高周波電力増幅器のブロック図において、高周波信号入力端１の前に直列にＡＧＣ回路とプリアンプを接続し、高周波電力出力端９の後に直列に出力フィルタを接続し、出力フィルタの出力に出力検波回路を接続し、出力検波回路の出力をＡＧＣ回路の制御信号として接続し、
高周波電力出力端９から出力された高周波電力増幅器の出力信号は、出力フィルタによって帯域外スペクトラムを減衰させて出力され、この出力の一部のレベルが出力検波回路に導かれ、出力レベルに比例したＤＣに変換されて、ＡＧＣ回路３１のＡＧＣ制御電圧として供給されるようなシステム化された構成でもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、半導体増幅素子を用いて大電力の高周波電力増幅器を備えた通信システムに適用されて通信事業等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例である高周波電力増幅器のブロック図である。
【図２】本発明の電力合成器の回路図である。
【図３】本発明の高周波電力増幅器のモデル化された波形図である。
【図４】従来の高周波電力増幅器のシステムブロック図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  高周波信号入力端
２  分配器
３Ａ、３Ｂ  補正・保護回路
４Ａ、４Ｂ  電力増幅部
５Ａ、５Ｂ  検出回路
６  吸収抵抗器
７  合成トランス
８  制御回路
９  高周波電力出力端
１０  アラーム出力端
２０、３０  電力合成器
３１  ＡＧＣ回路
３２  プリアンプ
３３  出力フィルタ
３４  出力検波回路
【図１】
2007129426.tif 000003
【図２】
2007129426.tif 000004
【図３】
2007129426.tif 000005
【図４】
2007129426.tif 000006