(57)【要約】  進行波管増幅器（２０）およびリミッタ（１０）を備える、電子増幅装置（４０）であって、飽和を下回る動作点における向上したＤＣ電力効率によって動作のための信号の線形性を維持する一方で、増幅器（２０）の構成は最適化され、リミッタ（１０）は、増幅器の出力電力が予め定められた限度を超えることを防止するべく配置される電子増幅装置が提供される。これは起こり得る損傷を防止し得る。電子増幅装置（４０）を含むマルチポート増幅器システム（５０）、および電子増幅装置（４０）を含むマルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステム（１３０）、および電子増幅装置（４０）またはマルチポート増幅器システム（５０）、またはマルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステム（１３０）を含む衛星通信システム、がまた提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子増幅装置であって、
進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）と、
リミッタとを備え、
前記ＴＷＴＡの構成は、飽和を下回る動作点における動作のために最適化され、前記リミッタは、増幅器の出力電力が予め定められた限度を超えることを防止するべく配置される、電子増幅装置。
【請求項２】
前記リミッタは、飽和を下回る点まで前記増幅器の動作を制限するべく配置される、請求項１に記載の電子増幅装置。
【請求項３】
前記リミッタは、予め定められた閾値未満まで前記増幅器への入力信号の電力を制限するべく配置される、請求項１または２に記載の電子増幅装置。
【請求項４】
前記リミッタは、予め定められた閾値未満の、前記ＴＷＴＡのパラメータ、または前記ＴＷＴＡの電力調整器、ＥＰＣのパラメータを制限するべく配置される、請求項１または２に記載の電子増幅装置。
【請求項５】
前記ＥＰＣの前記パラメータは、前記ＥＰＣの電圧または電流である、請求項４に記載の電子増幅装置。
【請求項６】
前記リミッタは、前記電子増幅装置への入力信号の変化に対してほぼ瞬時の応答を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電子増幅装置。
【請求項７】
マルチポート増幅器（ＭＰＡ）システムであって、
複数の信号入力を受信するための入力段と、
複数の信号出力を提供するための出力段と、
前記入力段で受信された複数の信号を増幅し、かつ、前記出力段に増幅された前記複数の信号を提供するための増幅段と、
前記増幅段がそれぞれの１または複数の電子増幅装置の１または複数の増幅器を含む、１または複数の、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子増幅装置とを備える、
ＭＰＡシステム。
【請求項８】
それぞれの前記１または複数の増幅器の１または複数のリミッタは、前記入力段より前に、または前記増幅段に配置される、請求項７に記載のＭＰＡシステム。
【請求項９】
前記入力段と前記出力段との間の信号経路の各々の線形性を向上させるべく、前記増幅段にリニアライザ段をさらに有し、前記リニアライザ段は、それぞれの前記１または複数の電子増幅装置の１または複数のリミッタを含む、請求項７に記載のＭＰＡシステム。
【請求項１０】
マルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステムであって、
複数の信号入力を受信するための入力段と、
複数の信号出力を提供するための出力段と、
前記入力段で受信された複数の信号を増幅し、かつ、前記出力段に増幅された前記複数の信号を提供するための増幅段と、
前記増幅段がそれぞれの１または複数の電子増幅装置の１または複数の増幅器を含む、１または複数の、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子増幅装置とを備える、
アンテナシステム。
【請求項１１】
それぞれの前記１または複数の増幅器の１または複数のリミッタは、前記入力段より前に、または前記増幅段に配置される、請求項１０に記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
前記入力段と前記出力段との間の信号経路の各々の線形性を向上させるべく、前記増幅段にリニアライザ段をさらに有し、前記リニアライザ段は、それぞれの１または複数の前記電子増幅装置の１または複数のリミッタを含む、請求項１０に記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
１または複数の請求項７から９のいずれか一項に記載のＭＰＡシステムをさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
１または複数の請求項１から６のいずれか一項に記載の電子増幅装置を備える、衛星通信システム。
【請求項１５】
１または複数の請求項７から９のいずれか一項に記載のＭＰＡシステムを備える、衛星通信システム。
【請求項１６】
１または複数の請求項１０から１３のいずれか一項に記載のマルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステムを備える、衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子信号増幅に関し、特に高効率マルチポート増幅器に関するが、それに限らない。
【背景技術】
【０００２】
図１は、出力電力Ｐｏを入力電力Ｐｉの関数として示している、信号増幅器についての典型的な電力伝達曲線を示す。増幅器は線形動作領域を有し、そこにおいて入力電力の増加は、対応する出力電力の比例した増加を引き起こす。入力が増加し続けるにつれ、増幅器がもはやより高い出力を生成できないところで飽和に達する。飽和の少し前に、伝達曲線の勾配は線形領域内の勾配からすでに小さくなり出し得るが、これは「線形領域」の一部のままであるとみなされ得る。線形性は、増幅器の用途に応じた、特定の公差内の一定の勾配を表している。入力電力が飽和を超えて増加すると、増幅器に特有の、特定の２次影響が起こり始めるので、出力電力はやがて減少し始め得る。
【０００３】
従来、増幅器をできるだけ飽和に近い電力伝達曲線上の点において動作させることが望ましいとされてきた。なぜなら、このことは最大の信号出力電力と関連付けられるからである。したがって、増幅器は、ＤＣ電力に関して、飽和の近くが最も効率的である。増幅器の動作点は、自動平準化の形態を潜在的に使用して、入力信号電力を制御することにより制御され得る。
【０００４】
しかしながら、増幅器利得の非線形性ゆえに、より高い電力出力では信号の歪みが増す。
【０００５】
結果として、増幅器の構成は典型的にＤＣ効率と信号の歪みレベルとの間のトレードオフを伴う。通常、特定の用途の信号品質を維持するべく、特定の量の分飽和を下回って増幅器が動作させられるところで妥協に至る。飽和から離れる動きは、増幅器の「バックオフ」と称され、出力信号の所望の特性を実現するべく、出力電力がどれだけ減らされなければならないかの尺度である。したがって、バックオフの度合は、所望の出力信号品質に応じて、特定の用途で異なり得る。
【０００６】
この構成の不利な点は、最適効率で増幅器が動作しておらず、増幅器の「既製の（ｏｆｆ−ｔｈｅ  ｓｈｅｌｆ）」構成は、上記のように増幅器の飽和点における最適化のためのものであるということである。これは、例えば、ＤＣ電力消費、放熱および信号電力が重要な設計考慮事項であり、最適以下の動作は特に費用がかかり得る、衛星通信システムにおいて特に不利であり得る。
【０００７】
マルチポート増幅器（ＭＰＡ）システムにおいて、例えば、それは入力ネットワークと出力ネットワークとの間の多数の増幅器経路を潜在的に含み、ここで多数の信号によって各増幅器が動作しており、不必要な相互変調干渉を回避することが特に重要であるが、飽和から増幅器の各々をバックオフすることは、ＭＰＡの全体的な効率を著しく妥協することになり、宇宙での使用のための性能および適切性を低下させる。同様に、各アンテナ素子に対する信号を増幅するべく複数の増幅器が使用される、直接放射フェーズドアレイタイプのアンテナおよびフェーズドアレイフィード反射器タイプのアンテナに対して、すべての増幅器が最適効率未満で稼動しているであろう。
【０００８】
本発明は、選ばれた動作点における全体的な信号の線形性を維持する一方で、このような増幅器システムのＤＣ電力効率性能を向上させることを目的とする。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一態様によれば、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）およびリミッタを備える電子増幅装置であって、増幅器の構成は飽和を下回る動作点における動作のために最適化され、リミッタは、増幅器の出力電力が予め定められた限度を超えることを防止するべく配置される電子増幅装置が提供される。リミッタは、飽和を下回る点まで増幅器の動作を制限するべく配置されてよい。
【００１０】
リミッタは、予め定められた閾値未満まで増幅器への入力信号の電力を制限するべく配置されてよい。
【００１１】
リミッタは、予め定められた閾値未満の、ＴＷＴＡのパラメータ、またはＴＷＴＡの電力調整器、ＥＰＣのパラメータを制限するべく配置されてよい。ＥＰＣのパラメータは、ＥＰＣの電圧または電流であってよい。
【００１２】
リミッタは、電子増幅装置への入力信号の変化に対してほぼ瞬時の応答を有してよい。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、マルチポート増幅器、ＭＰＡ、システムであって、複数の信号入力を受信するための入力段と、複数の信号出力を提供するための出力段と、入力段で受信された複数の信号を増幅し、かつ、出力段に増幅された複数の信号を提供するための増幅段と、上記電子増幅装置の１または複数とを備える、マルチポート増幅器、ＭＰＡ、システムが提供され、増幅段は１または複数の電子増幅装置のそれぞれについて１または複数の増幅器を含む。
【００１４】
それぞれの１または複数の増幅器の１または複数のリミッタは、入力段より前に、または増幅段に配置されてよい。
【００１５】
増幅器システムは、入力段と出力段との間の信号経路の各々の線形性を向上させるべく、増幅段にリニアライザ段をさらに有してよく、リニアライザ段は、上記電子増幅装置の１または複数のそれぞれについて上記リミッタの１または複数をまた含んでよい。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、マルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステムであって、複数の信号入力を受信するための入力段と、複数の信号出力を提供するための出力段と、入力段で受信された複数の信号を増幅し、かつ、出力段に増幅された複数の信号を提供するための増幅段と、上記電子増幅装置の１または複数とを備える、マルチフィード、マルチ増幅器フェーズドアレイタイプのアンテナシステムが提供され、増幅段は１または複数の電子増幅装置のそれぞれについて１または複数の増幅器を含む。
【００１７】
それぞれの１または複数の増幅器の１または複数のリミッタは、入力段より前に、または増幅段に配置されてよい。
【００１８】
増幅器システムは、入力段と出力段との間の信号経路の各々の線形性を向上させるべく、増幅段にリニアライザ段をさらに有してよく、リニアライザ段は、１または複数の電子増幅装置のそれぞれについて上記リミッタの１または複数をまた含んでよい。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、上記電子増幅装置の１または複数を備える、衛星通信システムが提供される。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、上記マルチポート増幅器システムの１または複数を備える、衛星通信システムが提供される。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、上記アンテナシステムの１または複数を備える、衛星通信システムが提供される。
【００２２】
本発明の実施形態は、電子増幅装置に損傷のリスクなく、線形性性能の既存のレベルを維持する一方で、向上したＤＣ電力効率の利益に関連付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の実施形態が、添付の図面を参照して、例としてのみ説明される。
【図１】信号増幅器のための典型的な電力伝達曲線を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る、増幅器システムを示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る、マルチポート増幅器を示す。
【図４】典型的なマルチフィードフェーズドアレイタイプの伝送アンテナシステムを示す。
【図５】従来の既製の増幅器と本発明の一実施形態で使用される増幅器とのＲＦ対ＤＣ電力効率の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図２は、進行波管（ＴＷＴ）２０を増幅器として使用する、本発明の一実施形態に係る、増幅器システム４０の一例を示す。
【００２５】
したがって、増幅器システム４０は、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）とみなされ得る。ＴＷＴの構造は、当業者によく知られており、それらの従来の詳細は簡潔さのために省略される。要約すると、ＴＷＴは、無線周波数（ＲＦ）信号が管の遅波の特性によって進行するにつれ、電子ビームとＲＦ信号との間のインタラクションにより、入力ＲＦ信号の振幅を大きくするべく、電力調整器（ＥＰＣ）により生成される、高電圧の電子ビーム（例えば、５ｋＶ）からの電力を使用する。それらの高性能および広帯域幅の結果として、ＴＷＴは、宇宙用の増幅器システムにおいてポピュラーな選択である。
【００２６】
上述のように、ＴＷＴは、飽和で動作するべく最適化されるよう、典型的に構成される。これを実現するためのＴＷＴの構成は、ＥＰＣの適切な制御ならびに、増幅電子ビームのための電子源を提供する管の陰極のバイアスおよび、さらにＴＷＴコレクタ電圧の正しいバイアスを含む多くの方式で実行されてよい。構成されるように、これらのＴＷＴは、飽和を下回る任意のバックオフ点において動作させられる場合、効率が低下する。
【００２７】
本実施形態において、ＴＷＴ２０は、増幅器の線形領域内で、飽和より低い動作点において動作するべく最適化されるように構成される。ＴＷＴ２０は、このようにして最適化されるので、飽和での動作のために最適化された場合よりも、線形範囲内の最適化された動作点においてより効率が高いとみなされ得、そこで、これは、線形領域内の動作を通じて、信号の歪みが許容レベルで維持されることを可能にするが、一方で、バックオフ状況の動作に関連付けられる効率の低減を回避する。
【００２８】
そのような最適化の結果として、本実施形態の増幅器システム４０は、したがって、飽和点における使用のために意図的に最適化されないという点で、従来のＴＷＴベースの増幅器とは非常に異なる。実際に、本実施形態の増幅器が飽和で動作させられる場合、ＴＷＴ２０は実際損傷し得る。結果として、本実施形態は、そのような損傷を回避するべく、ＴＷＴ２０より前に、増幅器システム４０にリミッタ１０を含む。
【００２９】
リミッタ１０は、ＴＷＴの出力電力が予め定められた閾値を超えないことを確実にするべく、ＴＷＴ２０への入力電力を制限するために配置される。閾値は、それを超えるとＴＷＴ２０が損傷し得る動作点に対応し得、ＴＷＴ２０の飽和を下回る点であり得る。
【００３０】
ＴＷＴ２０、リミッタ１０およびＥＰＣ３０の組み合わせは、ＴＷＴ２０がより高い駆動動作点へ移動するのを防ぐことにより、信号の低歪みで高効率を実現可能にし、かつ、そうすることにおいて、本実施形態は、ＴＷＴ２０に損傷のリスクなく、バックオフ駆動の場合に効率的な動作を可能にする。
【００３１】
ＴＷＴ２０は、バックオフ状況の動作のために最適化され、飽和状態での動作に求められる必要条件が取り除かれる。ＴＷＴ２０は、線形領域のみでの使用が意図されるので、そうでなければ飽和での動作を可能にするべく必要とされる、ＴＷＴ２０の設計の制約が取り除かれる。追加的に、ＴＷＴが機能できるはずの動作範囲の程度が、線形領域への制限を通じて減らされる。それにより、そのような非線形動作要件を緩和させて、ＴＷＴが飽和で動作するのを可能にするべく必要とされる設計考慮事項よりむしろ、全体として、ＴＷＴの設計の設計改善およびチューニングの改善に焦点を当てることが可能になる。
【００３２】
ＴＷＴ２０の設計を反映するので、ＥＰＣ３０は同様に最適化され、対応してその設計の焦点は、ＴＷＴ２０の動作パラメータの設計に従って、コレクタ電圧、コレクタ電流または他のパラメータのような側面の制御に当てられ得る。
【００３３】
電子回路で使用される場合、リミッタは従来「ソフト」リミッタ性能を提供する。言い換えれば、リミッタは、自動レベル制御（ＡＬＣ）システムが採用される場合に実現され得る、ゆっくり変化している駆動レベルを制限するときに、応答時間が遅い。本実施形態のリミッタ１０は、予め定義された閾値についての動作を防止するために、駆動レベルのほぼ瞬時の変化への速い応答を確実にするべく、「ハード」リミッタ性能を有するべく設計されている。応答が速ければ速いほど、ＴＷＴの損傷が回避され得る可能性がより大きくなる。
【００３４】
上記の増幅器システムには多数の有利な用途がある。そのような用途の１つがマルチポート増幅器にある。
【００３５】
図３は、本発明の一実施形態に係る、マルチポート増幅器（ＭＰＡ）５０を示す。ＭＰＡは、衛星通信のような通信に使用される、よく知られている電力増幅器デバイスであり、その詳細な動作は簡潔さのために省略される。ＭＰＡは、例えば、周波数が１．５から２．６ＧＨｚの範囲にあるＬ＆Ｓ帯域、および周波数が１２から２０ＧＨｚの領域にあるＫｕ＆Ｋａ帯域等の１ＧＨｚを超えるマイクロ波周波数で概して動作させられる。
【００３６】
ＭＰＡは、以下のように配置されるＮ個の入力、Ｎ個の出力およびＮ個の増幅器経路を含む。Ｎ個の入力は、Ｎ個の出力を有する入力ネットワーク（ＩＮＥＴ）に渡る。典型的に、ＩＮＥＴは、状況に適した任意の便利な伝送路技術で実装された、例えば、マイクロストリップ、ストリップライン、同軸ケーブル、または導波路のような低電力ネットワークである。ＩＮＥＴからのＮ個の出力はそれぞれ、並列に配置されたＮ個の同一の増幅器のうちの１つに渡る。それらの増幅器からのＮ個の出力はそれぞれ、同じくＮ個の出力を有する出力ネットワーク（ＯＮＥＴ）へのＮ個の入力のうちの１つに渡る。ＯＮＥＴは、典型的に低損失の伝送路技術を使用して実装される高電力ネットワークである。
【００３７】
ＭＰＡは、いくつかの増幅器から入手可能な総電力が、いくつかの信号経路のいずれかまたはすべてで使用されることを可能にするべく使用される。任意の所与のＭＰＡ入力に入る信号に対して、出力信号が、Ｎ個の増幅器のすべてにより増幅されて、ある特定の出力において生成される。ＩＮＥＴおよびＯＮＥＴは同等の機能性を提供し、ＯＮＥＴは、適切な出力ポートでの組み合わせられた電力を提供するべく、入力を特定の位相関係と結び付ける。
【００３８】
説明される実施形態の原則は高次または低次のＭＰＡに等しくあてはまるが、図３に示されるＭＰＡ５０は、８個の入力および８個の出力を含み、したがって、８×８  ＭＰＡである。スイッチネットワークまたはスイッチマトリクス９０、１００は、宇宙用に必要とされる信頼性を満たすために必要とされる冗長性を提供するべく、ＩＮＥＴ６０の出力およびＯＮＥＴ７０の入力に含まれ得るが、スイッチネットワーク９０、１００は必須ではない。
【００３９】
２つのスイッチマトリクス９０、１００の間の各増幅器経路は、図２で使用されるようなＴＷＴ増幅器である増幅器８０を備える。「増幅器」という用語は簡潔さのために使用され、増幅器に対する従来の記号が、このシステムを表すべく図３で使用される。各増幅器８０の後は、異なる信号経路間のアイソレーションを改善し、かつ、ノイズを除去するアイソレータおよびローパスフィルタ（図示せず）であってよい。８×８  ＭＰＡに対して８個の増幅器経路が必要とされるが、追加の２個の増幅器経路が、陰影のある着色を使用して図３に示される。それらはＭＰＡ５０の構成要素のいずれかの不具合の場合には冗長性を提供する。冗長性は必須ではないが、ＭＰＡ５０が宇宙で使用されるべきである場合に有益であり得る。スイッチマトリクス９０、１００は、新しい増幅器に信号を転送するために増幅器経路の任意の不具合に順応するべく、遠隔でプログラムされ得る。
【００４０】
各増幅器８０より前に、減衰器およびラインストレッチャ１１０が電気路の各々を整列するべく使用される。加えて、「リニアライザ」１２０が、ＭＰＡ５０の線形動作を向上させるべく使用され、歪みを減らし、したがって、上記のように、より高電力の動作点を可能にすることを通じて、所与の歪みの度合に対して、ＭＰＡ５０がより効率的に動作させられるのを可能にする。減衰器、ラインストレッチャ１１０およびリニアライザ１２０は、必要とされる場合、位相制御および／または利得制御を提供し、可変制御が、図３の補正の矢印記号の使用を通じて示される。リニアライザ１２０は、増幅器利得で乗じる場合、歪みが実質的に平坦な利得応答を通じて減らされ得るように、信号経路への増幅器利得応答の逆数（ｉｎｖｅｒｓｅ）の適用をねらいとする。
【００４１】
増幅器８０の各ＴＷＴは、ＥＰＣを含むが、本実施形態の変形において、２つまたはそれより多くのＴＷＴが共通のＥＰＣを共有し得る。
【００４２】
本実施形態において、図２の増幅器システム４０のリミッタ機能は、図３のＭＰＡ５０のリニアライザ１２０内に組み込まれる。したがって、リミッタは、特定の閾値を超えるＩＮＥＴ６０からの出力が、飽和を下回る動作のために最適化されるＴＷＴに渡されるのを防止するべく機能する。リミッタは、ＭＰＡ５０が線形範囲内の動作のためにのみ設計される必要があることを確実にし、そうすることで必要とされる動作範囲の程度を減らすので、上述のように、ＭＰＡ５０の個々の構成要素の構造上の設計の制約が緩和される。図３の実施形態のＭＰＡ５０は、「線形限定ＭＰＡ」とみなされ得る。
【００４３】
本発明のさらなる一実施形態において、各増幅器８０のリミッタは、リニアライザ１２０内の代わりに、ＭＰＡ５０の外側、すなわち、ＩＮＥＴ６０より前に配置され得る。このことによる効果として、ＩＮＥＴ６０の各入力に提供される信号のレベルが下げられる。
【００４４】
リミッタがリニアライザ１２０の内側に配置される実施形態において、各リミッタはマルチキャリアリミッタであり、それはＩＮＥＴ６０入力のいずれかからの信号の受信に適している。結果として、リミッタの閾値は、使用されるマルチキャリア信号源から独立して、使用される設計と関連して適切に設定されるべきである。
【００４５】
本発明のさらなる一実施形態において、リミッタは、リニアライザ１２０内の代わりにＥＰＣ内に組み込まれ得る。ＲＦ信号に直接制限的な影響を与えるよりむしろ、リミッタは代わりに、ＴＷＴＡが名目上の動作点を超えるレベルにおいて動作される場合に、損傷を防止するべく、ＴＷＴＡのパラメータを制御する。この実施形態の利点は、ＥＰＣが２つまたはそれより多くのＴＷＴの間で共有される場合、各増幅器経路に対して別個のリミッタが使用される場合と比較して、リミッタの数が同様に減らされ得ることである。ＥＰＣおよびＴＷＴが、衛星内で互いに近くに物理的に配置されることは必須ではないので、例えば、必要とされるＥＰＣおよび結果としてリミッタの数に、空間的制約はなくてよい。
【００４６】
従来、ＭＰＡは、著しく飽和を超えている動作点の使用が、望ましくない増幅器の性能をもたらし得るので、これを防止するリミッタを含み得る。したがって、本発明は、通常使用されるより著しく低い閾値点を有するリミッタを使用するという意味で、従来と異なる。
【００４７】
要約すると、ＭＰＡにおける、高効率のバックオフ（本明細書では「ＨＥＢＯ」と称される）ＴＷＴＡの使用は、飽和レベルを下回って動作させる場合、従来低下させられていた、直流（ＤＣ）電力効率を向上させる。効率の向上は、ＭＰＡが使用される衛星ベースの用途において著しい利点であり、そこでＭＰＡの独自の環境および電力の入手可能性は、特定の課題を提示し、それは効率を最大化するべく増幅器が飽和近くで動作させられる従来の構成にもたらす。電力使用は、バッテリ、燃料電池および太陽電力への電源の制限を考慮して最適化されるべきであるが、低下した効率のＴＷＴＡによってオーバーヒートが起こり得る。
【００４８】
上記され、図４に示される増幅器システムのための別の用途は、マルチフィード、マルチ増幅器のフェーズドアレイタイプのアンテナシステムである。
【００４９】
図４は、そのようなアンテナシステムの一例、この場合、本発明の一実施形態に係る、アレイフィード反射器タイプのシステムＡＦＲ１３０を示す。ＡＦＲは、衛星通信のような通信に使用される、よく知られているマルチフィードフェーズドアレイタイプの伝送アンテナシステムであり、その詳細な動作は簡潔さのために省略される。
【００５０】
ＡＦＲ１３０は、以下のように配置されるＮ個の入力、Ｍ個の出力、Ｍ個の増幅器経路およびＭ個のアンテナフィードを含む。Ｎ個の入力は、特定のビーム向けのすべての信号を表す。これらの信号はビームフォーミングネットワークＢＦＮ１４０に渡り、ここで、Ｍ個の等しい信号および振幅に分割され、位相ビームの重量が加えられる。これらの信号は、Ｍ個の出力に出力される前に、他のＮ−ｉビーム入力からＮ個の同様の信号に加えられる。典型的に、かつ、この事例において、ＢＦＮ１４０は低電力のデバイスであるが、本発明の代替的な実施形態において、アンテナシステムは、ＢＦＮが増幅器経路の後に配置される場合に、高電力のビームフォーマを使用するマルチフィードフェーズドアレイの形態をとってよい。
【００５１】
ＢＦＮ１４０からのＭ個の出力は、並列に配置された本発明によるＭ個の同一の増幅器１６０の１つにそれぞれ渡る。典型的に、リニアライザ１５０は増幅器１６０より前にシステムに組み込まれることになる。増幅器からのＭ個の出力は、反射器１８０による宇宙への自由な放射の前に、フィードアレイ１７０内に含まれるＭ個のアンテナフィード素子の１つにそれぞれ渡る。代替的な実施形態において、アンテナシステムは反射器を使用する必要はなく、そのようなマルチフィード、マルチ増幅器のフェーズドアレイタイプのシステムは、直接放射アレイＤＲＡとして一般に知られている。
【００５２】
本発明の実施形態によるいくつかのＡＦＲ１３０アーキテクチャにおいて、Ｎ個のビームおよびＭ個の増幅器の数は、非常に大きいものであり得、これらの場合に、電力のフレキシビリティのより大きな度合を提供するべく、増幅器がマルチポート増幅器ＭＰＡをそれら自身で形成するグループに配置されることが多い。これらの場合、ＭＰＡ出力はフィードアレイ１７０に入力を提供する。
【００５３】
図４を参照して示される本実施形態において、図２の増幅器システム４０のリミッタ機能は、図４のＡＦＲ１３０のリニアライザ１５０内に組み込まれる。したがって、リミッタは、特定の閾値を超えるＢＦＮ１４０からの出力が、飽和を下回る動作のために最適化されるＴＷＴに渡されるのを防止するべく機能する。
【００５４】
本発明の他の実施形態において、リミッタは、ＭＰＡ５０について説明されるものと同様の方式および同様の理由で、ＡＦＲ１３０より前にまたはＴＷＴＡ１６０のＥＰＣ内に、外側に配置され得る。 
【００５５】
従来、ＡＦＲ１３０は、著しく飽和を超えている動作点の使用が、望ましくない増幅器の性能をもたらし得るので、これを防止するリミッタを含み得る。したがって、本実施形態は、通常使用されるより著しく低い閾値点を有するリミッタを使用するという意味で、従来と異なる。
【００５６】
要約すると、ＡＦＲ内の高効率のバックオフＴＷＴＡの使用は、飽和レベルを下回って動作させる場合、従来低下される、直流（ＤＣ）電力効率を向上させる。
【００５７】
実際面、動作点は増幅器の線形領域内にあるが、歪みなく増幅器を通じトラフィックを通すことが実現可能なこの範囲の最高端にあるはずなので、増幅器を通過する期待される信号の本質および周波数構成要素のふさわしい数は、飽和にどれだけ近く適切な動作点が構成されるであろうかを判定するのに考慮され得るべきである。
【００５８】
飽和を下回る特定の動作点に対する増幅器の最適化の本質は、増幅器の意図された使用に応じたものであり得る。たいていの状況において、動作点は特定のミッションの要件により決定されることになる。
【００５９】
自動平準化制御ループが特定の動作点を維持するべく、そのような状況において有用であり得る。
【００６０】
本発明の利益を示すべく、図５は、飽和で動作させるべく最適化されている、宇宙使用のための典型的な「既製の」従来のＫｕ帯域（１２ＧＨｚ）電子増幅器（ＴＷＴＡ）に対するデシベル（ｄＢ）において、出力バックオフ（ＯＢＯ）として表現される異なる動作点についての測定されたＲＦ対ＤＣ電力効率曲線を示す。図５において、この電力効率曲線は「Ｃｏｎｖ.  ＴＷＴＡ」と呼ばれる。また（例示目的のみのために）示されるのは、仮に、飽和を下回る３ｄＢの動作点において動作させるべく、本発明の実施形態によって最適化されている場合、同一のＴＷＴＡに対する、仮定の向上したＲＦ対ＤＣ効率曲線である。図５において、この電力効率曲線は「ＨＥＢＯ  ＴＷＴＡ」と呼ばれる。図は、効率は飽和領域内で著しく低下し得るが、−３ｄＢの動作点においておおよそ６％向上していることを示す。衛星レベルでこれは、対応する放熱の低減と共に、同一のＲＦ電力を実現するために必要とされるＤＣ電力のおおよそ１２％の低減に換算される。
【００６１】
当業者は、増幅器の最適化の特定の態様および動作点の選択が上記の多数の要因に依存するので、本請求項により定義される本発明の範囲に属する、説明される実施形態に対する多数の変形および修正が可能であることを本発明の教示に基づいて認識するであろう。結果として、説明される実施形態は本発明の範囲を限定する意図はないが、いかに本発明の有益な効果が実現され得るかの例である。上記のように、飽和を下回る特定の動作点に対する増幅器の最適化を通じて効率が向上するが、リミッタの使用を通じて増幅器の損傷を回避することも可能であり、線形動作範囲への制限を通じて設計の制約が緩和され得る。当業者は特定のリミッタの動作および最適化を特定の用途に適切な方式で構成できるであろう。
【図１】
2018531546.tif 000002
【図２】
2018531546.tif 000003
【図３】
2018531546.tif 000004
【図４】
2018531546.tif 000005
【図５】
2018531546.tif 000006
【国際調査報告】
2018531546.tif 000007
2018531546.tif 000008