(57)【要約】【課題】増幅器の故障を確実に検出できる増幅装置及び増幅装置の故障監視方法を提供すること。【解決手段】本発明の実施態様に係る増幅装置は、入力信号を分割する分配手段と、分配手段により分割された入力信号の一方を増幅するキャリア増幅器と、分配手段により分割された入力信号の他方を増幅するピーク増幅器と、キャリア増幅器からの出力信号とピーク増幅器からの出力信号を合成する合成器と、を有するドハティ増幅回路と、ピーク増幅器のゲートバイアス電圧を参照電圧と比較し、該比較結果に応じて信号を出力する第１の比較器と、第１の比較器から信号が出力されると、ピーク増幅器のドレインへの電力供給を遮断する第１のスイッチと、を具備する。【選択図】図１
2012178675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を分割する分配手段と、前記分配手段により分割された入力信号の一方を増幅するキャリア増幅器と、前記分配手段により分割された入力信号の他方を増幅するピーク増幅器と、前記キャリア増幅器からの出力信号と前記ピーク増幅器からの出力信号を合成する合成器と、を有するドハティ増幅回路と、
前記ピーク増幅器のゲートバイアス電圧を参照電圧と比較し、該比較結果に応じて信号を出力する第１の比較器と、
前記第１の比較器から信号が出力されると、前記ピーク増幅器のドレインへの電力供給を遮断する第１のスイッチと、
を具備することを特徴する増幅装置。
【請求項２】
前記キャリア増幅器のゲートバイアス電圧を参照電圧と比較し、該比較結果に応じて信号を出力する第２の比較器と、
前記第２の比較器から信号が出力されると、前記キャリア増幅器のドレインへの電力供給を遮断する第２のスイッチと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項３】
前記キャリア増幅器又は前記ピーク増幅器の少なくとも一方は、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の増幅装置。
【請求項４】
入力信号を分割する分配手段と、前記分配手段により分割された入力信号の一方を増幅するキャリア増幅器と、前記分配手段により分割された入力信号の他方を増幅するピーク増幅器と、前記キャリア増幅器からの出力信号と前記ピーク増幅器からの出力信号を合成する合成器と、を有する増幅装置の故障監視方法であって、
前記ピーク増幅器のゲートバイアス電圧を参照電圧と比較し、該比較結果に応じて信号を出力する工程と、
前記信号が出力されると、前記ピーク増幅器のドレインへの電力供給を遮断する工程と、
を有することを特徴する増幅装置の故障監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、ドハティ増幅回路を備えた増幅装置及びこの増幅装置の故障監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器の電力効率向上を実現するための手段としてドハティ増幅回路が知られている。ドハティ増幅回路は、キャリア増幅器とピーク増幅器の２つの増幅器から構成される。キャリア増幅器は、例えば、Ａ級増幅器又はＡＢ級増幅器として動作するようにバイアスされ、瞬時入力信号が小さい場合でも増幅動作を行って出力信号を出力する。
【０００３】
ピーク増幅器は、例えば、Ｂ級増幅器又はＣ級増幅器として動作するようにバイアスされ、瞬時入力信号が小さい場合、オフ状態のまま即ち増幅動作を行わず出力しない。一方、瞬時入力信号が大きい場合、ピーク増幅器がオン状態となり、ピーク増幅器の入力信号を増幅して出力信号を発生する。
【０００４】
上述のようにドハティ増幅は、キャリア増幅器の出力電力とピーク増幅器の出力電力とを合成して出力する構成とすることで、より大きな飽和電力を有する効率の高い増幅器を実現している。
【０００５】
ドハティ増幅回路では、運用状態にて故障を検出するために増幅器の動作電流を監視して故障検出を行っていることが多い。この手法では、増幅器が故障した場合は、動作電流が変化するため故障を検出することができる。しかしながら、出力電力が定格出力以下の場合、ピーク増幅器はオフ状態又はそれに近い状態であり、動作電流の変化がほとんどないためピーク増幅器の故障を検出することが困難である。
【０００６】
また、増幅素子として、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ）を用いた場合、電流コラプス現象（動作時にドレイン電流が低下する現象）により、信号出力を停止した直後は、増幅素子のバイアス電流が低下するため故障を検出することが困難である。
【０００７】
一方、増幅素子が破損した場合、ゲート−ソース間が短絡状態になることがほとんどである。この場合、ゲート−ソース間の直流抵抗値が低下するためゲートバイアス電圧が低下する。そこで、ピーク増幅器のゲートバイアス電圧を所定の閾値と比較してピーク増幅器の故障の有無を検出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３００５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように増幅素子が破損した場合、ゲート−ソース間の直流抵抗値が低下する。この直流抵抗値の低下によりドレイン−ソース間に過大な電流が流れてしまい増幅素子が焼き切れてしまう場合がある。その場合、素子の各端子が開放となる為、ゲートバイアス電圧が正常値に戻り、以後、増幅器の故障を検出することができなくなってしまう。
本発明が解決しようとする課題は、増幅器の故障を確実に検出できる増幅装置及び増幅装置の故障監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に係る増幅装置は、入力信号を分割する分配手段と、分配手段により分割された入力信号の一方を増幅するキャリア増幅器と、分配手段により分割された入力信号の他方を増幅するピーク増幅器と、キャリア増幅器からの出力信号とピーク増幅器からの出力信号を合成する合成器と、を有するドハティ増幅回路と、ピーク増幅器のゲートバイアス電圧を参照電圧と比較し、該比較結果に応じて信号を出力する第１の比較器と、第１の比較器から信号が出力されると、ピーク増幅器のドレインへの電力供給を遮断する第１のスイッチと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る増幅装置の構成図である。
【図２】増幅器、故障検出回路及びスイッチの詳細構成図である。
【図３】瞬時入力電力が小さい場合の増幅装置の動作図である。
【図４】瞬時入力電力が大きい場合の増幅装置の動作図である。
【図５】第２の実施形態に係る増幅装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る増幅装置１の構成図である。
第１の実施形態に係る増幅装置１は、整合回路Ａ〜Ｄ、線路Ｅ〜Ｇ、キャリア増幅器１０１、ピーク増幅器１０２、故障検出回路１０３Ａ及びスイッチＳＷ１を具備する。
【００１４】
整合回路Ａ〜Ｄは、インピーダンス整合を行う整合回路で５０Ωに変換する。線路Ｅ，Ｆは、線路長が入力信号搬送波の波長λの１／４、特性インピーダンスが５０Ωの１／４波長インピーダンス変換線路である。また、線路Ｇは、線路長が入力信号搬送波の波長λの１／４、特性インピーダンスが３５Ωの１／４波長インピーダンス変換線路である。
【００１５】
キャリア増幅器１０１は、バイアス設定がＡＢ級又はＢ級となっている。ピーク増幅器１０２は、バイアス設定がＢ級又はＣ級となっている。キャリア増幅器１０１及びピーク増幅器１０２はドハティ増幅回路を構成する。キャリア増幅器１０１及びピーク増幅器１０２は、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ）であり、窒化ガリウム（ＧａＮ）をチャネルとして使用するため、既存のシリコン（Ｓｉ）トランジスタやガリウムヒ素（ＧａＡｓ）トランジスタに比べて大電流化、高周波化、高耐圧化及びそれにより高効率化が可能である。
【００１６】
故障検出回路１０３Ａは、ピーク増幅器１０２の故障を検出し、該検出結果に応じてスイッチＳＷ１をＯＮ／ＯＦＦする。
【００１７】
図２は、ピーク増幅器１０２、故障検出回路１０３Ａ、スイッチＳＷ１の詳細構成図である。ピーク増幅器１０２は、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ）であり、該トランジスタのゲートは、抵抗Ｒ1，Ｒ２を介してゲート電源Ｓｇに接続されている。また、該トランジスタのドレインは、スイッチＳＷ１及びインダクタＬを介してドレイン電源Ｓｄに接続されている。さらに、該トランジスタのソースは、グランドＧＮＤに接続されている。
【００１８】
故障検出回路１０３Ａは、図２に示したゲート電圧監視点Ｐ１の電圧Ｖｇを基準電圧Ｖｒと比較する比較器である。故障検出回路１０３Ａの入力端Ｉｎ１及び入力端Ｉｎ２は、夫々ゲート電圧監視点Ｐ１及び基準電圧Ｖｒと接続されており、故障検出回路１０３Ａは、入力端Ｉｎ１から入力されるゲート電圧監視点Ｐ１の電圧Ｖｇが、入力端Ｉｎ２から入力される基準電圧Ｖｒ以下になると出力端Ｏｕｔからアラーム信号（電圧）が出力される。該アラーム信号が出力されると図示しない外部装置によりユーザへ増幅器の故障が伝達される。
【００１９】
上述したように、増幅素子が故障した場合、ゲート−ソース間の短絡することがほとんどである。この場合、ゲート−ソース間の直流抵抗値が低下するためゲートバイアス電圧が低下する。そこで、この第１の実施形態に係る増幅装置１では、図２に示すようにゲート電圧監視点Ｐ１の電圧Ｖｇを比較電圧Ｖｒと比較することによりピーク増幅器１０２の故障を検出している。
【００２０】
スイッチＳＷ１は、ドレイン電源Ｓｄとピーク増幅器１０２のドレインとの間に配置される。スイッチＳＷ１は、故障検出回路１０３Ａの出力端Ｏｕｔからアラーム信号（電圧）が出力されると接点が開いてドレイン電源Ｓｄからピーク増幅器１０２のドレインへ供給される電圧を遮断する。
【００２１】
ピーク増幅器１０２の故障が検出された場合、ピーク増幅器１０２のドレインへ供給される電圧を遮断することでドレイン−ソース間に過大な電流が流れてしまいピーク増幅器１０２が焼き切れてしまうことを防止している。結果、ゲートバイアス電圧が正常値に戻ってしまい、ピーク増幅器１０２の故障が検出できなくなることを防止できる。
【００２２】
（増幅装置１の動作）
次に、第１の実施形態に係る増幅装置１の動作について図３，図４を参照して説明する。
初めに、図３を参照して、瞬時入力電力が小さい場合について説明する。
入力端から入力されたＲＦ（以下、ＲＦ信号と称する）は、２つに分割された後、一方はキャリア増幅器１０１へ入力され、他方は、線路Ｅにより９０°位相差をつけてピーク増幅器１０２へ入力される。
【００２３】
キャリア増幅器１０１は、ＲＦ信号の電力レベルに係わらずオン（ＯＮ）状態、すなわち増幅を行う。一方、ＲＦ信号の電力レベルが小さい場合、ピーク増幅器１０２は、オフ（ＯＦＦ）状態、すなわち増幅を行わない。また、ピーク増幅器１０２がオフ（ＯＦＦ）状態となることから整合回路Ｄの出力端インピーダンスが開放となり、キャリア増幅器１０１の負荷インピーダンスは１００Ωとなり、ドレイン効率が高い状態で動作する。
【００２４】
次に、図４を参照して、瞬時入力電力が大きい場合について説明する。
入力端から入力されたＲＦ信号は、２つに分割された後、一方はキャリア増幅器１０１へ入力され、他方は、線路Ｅにより９０°位相差をつけてピーク増幅器１０２へ入力される。
【００２５】
キャリア増幅器１０１は、ＲＦ信号の電力レベルに係わらずＲＦ信号を増幅する。一方、ピーク増幅器１０２は、ＲＦ信号の電力レベルが大きい場合、ＲＦ信号を増幅する。そして、キャリア増幅器１０１で増幅されたＲＦ信号は、キャリア増幅器１０１の出力側に設けられた線路Ｆにより９０°位相差がつけられた後、ピーク増幅器１０２で増幅されたＲＦ信号と合成されて出力される。キャリア増幅器１０１の負荷インピーダンスは、ピーク増幅器１０２がオン（ＯＮ）状態となることから整合回路Ｄの出力端インピーダンスが５０Ωとなり、キャリア増幅器１０１の負荷インピーダンスも５０Ωとなり、ドレインは低下するものの飽和電力が高くなる。
【００２６】
すなわち、ドハティ増幅回路は、高出力時には、キャリア増幅器１０１及びピーク増幅器１０２を同時に動作させるが、低出力時には、ピーク増幅器１０２の動作を休止させ、キャリア増幅器１０１だけを動作させることで消費電力を低減できる。この動作により、ドハティ増幅回路は、出力電力が飽和出力よりも低い時でも高効率での動作が可能である。
【００２７】
また、ピーク増幅器１０２の故障によりゲート−ソース間の直流抵抗値が低下した場合、故障検出回路１０３Ａからアラーム信号（電圧）が出力されて、スイッチＳＷ１によりピーク増幅器１０２のドレインへ供給される電圧を遮断する。
【００２８】
以上のように、この第１の実施形態に係る増幅装置１は、ピーク増幅器１０２の故障を検出してアラーム信号（電圧）を出力する故障検出回路１０３Ａと、故障検出回路１０３Ａからアラーム信号（電圧）が出力されると接点が開いてピーク増幅器１０２のドレインへの電流供給を遮断するスイッチＳＷ１とを備えている。
【００２９】
このため、ピーク増幅器１０２の故障が検出された場合に、ピーク増幅器１０２のドレインへの電流供給を遮断することでピーク増幅器１０２のドレイン−ソース間に過大な電流が流れてしまいピーク増幅器１０２が焼き切れてしまうことを防止できる。その結果、ゲートバイアス電圧が正常値に戻ってしまいピーク増幅器１０２の故障が検出できなくなることを防止できる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る増幅装置２の構成図である。
以下、図５を参照して第２の実施形態に係る増幅装置２の構成について説明する。なお、図１を参照して説明した構成と同一の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３１】
第２の実施形態に係る増幅装置２では、キャリア増幅器１０１にもピーク増幅器１０２と同様に、故障検出回路１０３Ｂ及びスイッチＳＷ２を設けたことを特徴とする。故障検出回路１０３Ｂ及びスイッチＳＷ２は、夫々故障検出回路１０３Ａ及びスイッチＳＷ１に対応する。
【００３２】
すなわち、故障検出回路１０３Ｂは、キャリア増幅器１０１のゲートバイアス電圧Ｖｇを基準電圧Ｖｒと比較し、キャリア増幅器１０１のゲートバイアス電圧Ｖｇが基準電圧Ｖｒ以下になるとアラーム信号（電圧）を出力する。スイッチＳＷ２は、故障検出回路１０３Ｂからアラーム信号（電圧）が出力されると接点が開いてピーク増幅器１０２のドレインへの電流供給を遮断する。
【００３３】
以上のように、この第２の実施形態に係る増幅装置２は、キャリア増幅器１０１の故障を検出してアラーム信号（電圧）を出力する故障検出回路１０３Ｂと、故障検出回路１０３Ｂからアラーム信号（電圧）が出力されると接点が開いてキャリア増幅器１０１のドレインへの電流供給を遮断するスイッチＳＷ２とを備えている。
【００３４】
このため、キャリア増幅器１０１の故障が検出された場合に、キャリア増幅器１０１のドレインへの電流供給を遮断することでキャリア増幅器１０１のドレイン−ソース間に過大な電流が流れてしまいキャリア増幅器１０１が焼き切れてしまうことを防止できる。その結果、ゲートバイアス電圧が正常値に戻ってしまいピーク増幅器１０２の故障が検出できなくなることを防止できる。その他の効果は、図１を参照して説明した第１の実施形態に係る増幅装置１の効果と同じである。
【００３５】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例示であり、本発明を上記実施形態に限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１，２…増幅装置、１０１…キャリア増幅器、１０２…ピーク増幅器、１０３Ａ，１０３Ｂ…故障検出回路、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ。
【図１】
2012178675.tif 000003
【図２】
2012178675.tif 000004
【図３】
2012178675.tif 000005
【図４】
2012178675.tif 000006
【図５】
2012178675.tif 000007