JP2001016044A - 電力増幅装置 - Google Patents

電力増幅装置

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JP2001016044A
JP2001016044A JP11182446A JP18244699A JP2001016044A JP 2001016044 A JP2001016044 A JP 2001016044A JP 11182446 A JP11182446 A JP 11182446A JP 18244699 A JP18244699 A JP 18244699A JP 2001016044 A JP2001016044 A JP 2001016044A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】送信周波数、電力、接続伝送路などの設置環境
条件の変化に対し、常に高い安定性と電力効率とを確保
する。 【解決手段】高周波信号を電力増幅する増幅度が可変の
電力増幅器11と、消費電流を検出する消費電流検出回
路16と、アンテナからの反射電力を検出する反射電力
検出回路13と、進行電力を検出する進行電力検出回路
12と、送信信号の位相を可変する移相器15と、伝送
路のインピーダンスの整合をとるインピーダンス変換器
14と、検出信号S1〜S3を入力し制御信号SC1〜
3を出力する制御部17とで構成される。制御部17
は、環境条件が変化しVSWRが判断基準を超えた時に
制御信号SC1でインピーダンスの整合をとり、更に制
御信号SC2で位相を最適値にしてVSWRを最小にし
た後、再び制御信号SC2で電力効率が最大になるよう
に絞り込み制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力増幅装置に関
し、特に自動車や航空機に搭載される無線機の電力増幅
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車や航空機に搭載される無線機にお
いては、1つのアンテナで広い周波数帯域をカバーしな
ければならず、また、その搭載される自動車や航空機の
機種毎にアンテナの設置条件が異なるため、アンテナを
接続する同軸ケーブルの長さがアンテナの設置条件に応
じて異なる。
【0003】従って、電力増幅装置が、設置時に接続さ
れるアンテナの電圧定在波比(VSWR:voltag
e standing wave ratio)の値に
対して安定性を確保できたとしても、送受信の周波数を
変更することによって位相やインピーダンスが変化した
り、アンテナの設置条件に対応して同軸ケーブルの長さ
を変えることに起因して位相やインピーダンスが不整合
になったりしてVSWRが悪化して、電力増幅装置の異
状発振など安定性が損なわれ、また進行電力の低下や電
力効率の低下などが生じ、通信に支障をきたすことにな
る。
【0004】そこで、従来の電力増幅装置は、同軸ケー
ブルとの間に位相あるいはインピーダンスを整合させる
ための可変型移相器あるいは可変型インピーダンス変換
器が設けられている。
【0005】例えば、特開平10−34117号公報に
記載された電力増幅装置は、可変型の移相器を設け消費
電流とVSWRとの組合せが最適領域になるように移相
器を制御するもので、図6にこの従来例のブロック図を
示す。
【0006】図6において、高周波信号を電力増幅する
電力増幅器61と、電力増幅器61の消費電流を検出
し、検出信号S2を出力する電流検出回路65と、アン
テナ8からの反射電力を検出し、検出信号S1を出力す
る反射電力検出回路62と、入力された高周波信号の位
相を連続的又は段階的に可変可能な移相器63と、検出
信号S1と検出信号S2との組合せが図3に示すような
所定の判定基準に合致するか否かを判定し、その判定結
果に基づいて電力制御信号SC1及び位相制御信号SC
2を出力し、電力制御回路66及び位相制御回路64を
介して電力増幅器61の増幅度又は移相器63の移相量
を制御する判定回路67とを備えている。
【0007】このような構成において、アンテナ、同軸
ケーブル側の接続条件が変化した時に検出信号S2(消
費電流)と検出信号S1(反射電力)とが変化し、この
時の消費電流に対応する反射電力が判定基準の領域内に
入るように位相制御信号SC2により位相制御回路66
を介し移相器63を制御して元の状態に戻すようにして
いる。また反射電力の極端な悪化の場合は電力制御信号
SC1により電力制御回路64を介し電力増幅器61の
増幅度を下げ進行電力を減少させ増幅器を破損から保護
している。
【0008】また、特開平10−126195号公報な
どに反射電力(あるいはVSWR)を検出し、アンテナ
系が変化した時に伴うインピーダンスの変化により増加
したVSWRを元の最小値に戻すようにインピーダンス
整合用の整合同調回路を制御する技術の記載がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように従来例にお
いて、前者はアンテナ、同軸ケーブル側の接続条件の変
化に伴う反射電力の増加に対し、移相器を制御しづれた
位相を調整してこれを元の状態に戻しているが、インピ
ーダンスの変化に対しては対応しておらず、反射電力の
減少あるいは電力効率の最大化に対し充分とは言えない
問題がある。また後者はインピーダンスに変化に対して
は対応しているが位相の変化に対しては対応しておらず
同様に充分な制御として言えない問題がある。
【0010】また、反射電力あるいはVSWRと電力効
率(この場合電力増幅器の消費電流、即ち消費電力と進
行電力との比率をいう)との関係は、反射電力あるいは
VSWRが悪化すると電力効率も悪化するという略正比
例する関係にあるが、位相あるいはインピーダンスの変
化に対しそれぞれの最適点は若干のづれがある。例え
ば、VSWRが最小値となる位相値と電力効率が最大値
となる位相値は若干づれる。このことから両従来例にお
いては、反射電力あるいはVSWRが最小値になるよう
にのみ制御しているので、電力効率は必ずしも最適点に
設定されていないという問題がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の電力増幅装置
は、入力された高周波信号を電力増幅して高周波送信信
号(以下単に送信信号という)とし同軸ケーブルを介し
てアンテナに給電する電力増幅装置において、前記高周
波信号を電力増幅する増幅度が可変可能な電力増幅器
と、前記電力増幅器の消費電流を検出し第2の検出信号
を出力する消費電流検出回路と、前記アンテナからの反
射電力を検出し第1の検出信号を出力する反射電力検出
回路と、前記送信信号の電力即ち進行電力を検出し第3
の検出信号を出力する進行電力検出回路と、入力された
前記送信信号の位相を連続的又は段階的に可変可能な移
相器と、前記電力増幅器側と前記同軸ケーブル側とのイ
ンピーダンスの整合をとるインピーダンス比が可変のイ
ンピーダンス変換器と、前記第1へ第3の検出信号を入
力し前記インピーダンス変換器のインピーダンス比を可
変する第1の制御信号と前記移相器の位相量を可変する
第2の制御信号と前記電力増幅器の進行電力を通常の状
態から低減した状態に増幅度を可変する第3の制御信号
とを出力する制御部とを備えている。
【0012】前記制御部は、前記第1と第3の検出信号
とから電圧定在波比(以下VSWRという)を算出する
VSWR算出部と前記第2と第3の検出信号から前記電
力増幅器の電力効率を算出する電力効率算出部と、前記
第2の検出信号(消費電流)と前記VSWRとの組み合
せの最適領域を示す判断基準を格納した判断基準設定部
と、本装置の起動時においてあらかじめ前記判断基準を
満すように設定された前記第1と第2の制御信号の初期
値と前記電力増幅器の進行電力を通常の状態とする前記
第3の制御信号の初期値とを格納した初期値設定部と、
前記第2の検出信号と前記VSWRと前記電力効率と前
記判断基準と前記初期値設定部の初期の各値との各デー
タを入力し演算処理し常に前記判断基準に入るように各
部を制御するための前記第1と第2の制御信号および前
記判断基準の限界値を超えた時は前記電力増幅器の進行
電力を低減するように増幅度を下げするための前記第3
の制御信号を出力する制御信号生成部とを備えて構成し
ても良い。
【0013】また、前記制御信号生成部は、本装置の起
動時において前記第1〜第3の制御信号を前記初期値に
設定し、本装置の起動後において前記第2の検出信号と
前記VSWRとの組合せが前記判断基準を超えた時その
時の前記消費電流に対応する前記VSWR値が最小にな
るように前記第1の制御信号により前記インピーダンス
変換器を制御する第1回目の制御を行い、その結果前記
VSWRが前記判断基準に入らない時は更に前記第2の
制御信号により前記移相器を制御する第2回目の制御を
行い、これにより前記判断基準に入った時は、その時の
前記電力効率が最大になるように再び前記第2の制御信
号により前記移相器を絞り込み制御する第3回目の制御
を行って、若し制御を完了し、前記2回目の制御で前記
判断基準に入らずかつ、その値が所定の限界値を超えて
いる時は、前記第3の制御信号により前記電力増幅器の
増幅度を下げて進行電力を低減する一連の制御手段を備
える構成として良い。
【0014】また、前記制御信号生成部は、前記1回目
の制御の時に前記VSWRが前記判断基準を極端に超え
ている時は直ちに前記第3の制御信号により進行電力を
低減し、同時にアラームを発生する手段および前記2回
目の制御の時に前記判断基準に入らずかつ前記限界値を
超えていない時はアラームのみを発生する手段を備えて
も良い。
【0015】また、前記判断基準設定部は、判断基準の
値を任意に変更できる手段および前記初期設定部は初期
値を任意に変更できる手段をそれぞれ備えても良い。
【0016】また、前記制御信号生成部は、前記第1〜
第3の制御信号を手動で任意の値に設定できるマニアル
制御手段を備えても良い。
【0017】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【0018】図1は本発明の実施の形態例を示すブロッ
ク図,図2は図1における制御部の構成を示すブロック
図,図3は図2における判断基準設定部の判断基準を示
す特性図,図4は図1の動作を説明するフローチャー
ト,図5は図1の動作説明においてVSWRと電力効率
との関係を示す特性図である。
【0019】図1において、本電力増幅装置1は、入力
された高周波信号を電力増幅する増幅度が可変可能な電
力増幅器11と、電力増幅器11の消費電流を検出し検
出信号S2を出力する消費電流検出回路16と、アンテ
ナ3からの反射電力を検出し検出信号S1を出力する反
射電力検出回路13と、電力増幅器11の送信信号の電
力即ち進行電力を検出し検出信号S3を出力する進行電
力検出回路12と、送信信号の位相を連続的又は段階的
に可変可能な移相器15と、電力増幅器11側と同軸ケ
ーブル2側とのインピーダンスの整合をとるインピーダ
ンス比が可変可能のインピーダンス変換器14と、検出
信号SC1〜SC3を入力しインピーダンス変換器14
のインピーダンス比を可変する制御信号SC1と移相器
の位相量を可変する制御信号SC2と電力増幅器11の
増副度を可変する制御信号SC3とを出力する制御部1
7とを備えて構成している。
【0020】尚、電力増幅器11はB級あるいはC級の
増幅器で増幅度を可変して出力する送信信号の電力を調
整する。また、この電力増幅器11の消費電流、即ち検
出信号S2の値はこの送信信号の電力に略正比例する。
【0021】次に図2を参照して制御部17の構成を説
明する。検出信号S1とS3とからVSWRを算出する
VSWR算出部171と、検出信号SC2とSC3から
電力増幅器11の電力効率を算出する電力効率算出部1
72と、検出信号S2(消費電流)とVSWRとの組み
合せの最適領域を示す判断基準を格納した判断基準設定
部173と、本装置の起動時における所定の進行電力に
対して、あらかじめ前記判断基準を満すように設定され
た制御信号S1,S2の初期値と電力増幅器11の進行
電力を通常状態にするように設定された前記第3の制御
信号の初期値とを格納した初期値設定部175と、検出
信号S2とVSWR算出部172が算出したVSWR
と、電力効率算出部172が算出した電力効率と判断基
準設定部173の判断基準と、初期値設定部175の初
期値との各データを入力し演算処理し、検出信号S2
(消費電流)とVSWRとが前記判断基準値に入るよう
に各部を制御するための制御信号SC1、SC2および
アンテナ系の異常などにより判断基準の限界値を超えた
時は電力増幅器11の増幅度下げ進行電力を低減するた
めの制御信号SC3を出力する制御信号生成部174
と、判断基準の限界値を超えた時にアラームを発生する
アラーム発生回路176とから構成されている。
【0022】尚、判断基準設定部173は、図3に示す
判断基準を格納するもので、この判断基準は電力増幅器
11の進行電力に対応して変化する消費電流とVSWR
との最適領域を示すものである。この判定基準値はあら
かじめ設計条件から設定されたものである。例えば、消
費電流が0.5〜1Aの領域にある場合はVSWRの最
適値は1〜1.5の範囲と定め、この範囲内であれば正
常、範囲外であれば異常と判断する基準である。また、
太線で示した限界ゾーンは極端なVSWRの悪化を判断
する基準である。
【0023】次に本電力増幅装置の動作について図4,
5を参照して説明する。図4において、制御信号生成部
174は、先ず本装置の起動時、制御信号SC1〜3を
初期値設定部175に格納された初期値に設定してスタ
ートする(A1)。そして検出信号S2とVSWRとを
監視し(A2−1)、この組合せの値が図3に示した判
断基準を超えた時、この超え方が図3に示した限界値に
達していなければ(A2−2)、その時の消費電流に対
応するVSWRの値が最小点になるように、即ち図3に
示した判断基準に入るように制御信号SC1によりイン
ピーダンス変換器14を制御する第1回目の制御を行う
(A3)。この結果まだVSWRが判断基準に入らない
時は(A4)、制御信号SC2により移相器15を制御
する第2回目の制御を行う(A5)。この結果判断基準
に入った時は(A6)、更に電力効率が最大になるよう
にもう一度制御信号SC2により移相器を絞り込み制御
する第3回目の制御を行い制御を完了する(A7)。
【0024】但し、2回目の制御で判定基準に入らず、
かつ判定基準の限界値を超えている時は(B1)、制御
信号SC3を切換えて電力増幅器11の進行電力を低減
する(B3)。また同時にアラームを発生する(B
2)。2回目の制御で判定基準に入らないが限界値を超
えていない時は(B1)、アラームのみを発生し保守者
の注意を喚起する(B2)。
【0025】次に、第3回目の制御の詳細について図5
を参照して説明する。一般にVSWRと電力効率とは伝
送路(同軸コード)の位相変化に対し共に同傾向の変化
を示すが、図3に示したように位相に対するその最適点
A(VSWR)とB(電気効率)とは若干相違する。先
に説明した第2回目の制御により位相を変化させこれを
判定基準内にあるVSWRの最適点Aに設定したとする
と、その時の電力効率はB′点にあるので最適点ではな
い。そこで第3回目の制御で再び位相を変えてこれを電
力効率の最適点Bに再設定する。即ち、第3回目の制御
は第2回目の制御の絞り込み制御である。この結果VS
WRはA′点に移動するがVSWRの最適点付近の特性
は比較的平坦であるので、この移動量は小さく影響は少
ない。
【0026】尚、制御信号SC1、SC2の初期値設定
に関して説明する。本装置を設置した時に設置時の送信
周波数、進行電力および接続アンテナ、同軸コードなど
の環境条件で制御信号SC1、SC2の最適値を求めこ
れを初期値とする必要がある。制御部17の制御信号生
成部174は制御信号SC1、SC2を手動でその値を
変えることができるので、設置時にこの機能を用いて実
験的に初期値を求め、求めた初期値を初期値設定部17
5に格納する。
【0027】また、この初期値でスタートし、前記環境
条件が変化し前記判断基準を超えた時に先に説明した制
御を行うが、この制御機会は頻繁にあるわけでなく、ま
れであるので先に説明した一連の制御の制御速度は遅く
確実に行われる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電力増幅装
置は、送信周波数,電力、接続伝送路などの設置環境条
件が変化しVSWRが所定の基準を超えた時に伝送路側
のインピーダンスと位相との両方に対し整合をとり、V
SWRをその時の環境条件における最小値に自動的に制
御し、更に電力効率が最大になるように絞り込み制御を
行っているので、環境条件の変化にかかわらず常に高い
安定性と同時により高い電力効率が得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例を示すブロック図であ
る。
【図2】図1における制御部の構成を示すブロック図で
ある。
【図3】図2における判断基準設定部の判断基準を示す
特性図である。
【図4】図1の動作を説明するフローチャートである。
【図5】VSWRと電力効率との関係を示す特性図であ
る。
【図6】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 電力増幅装置 2 同軸ケーブル 3 アンテナ 11 電力増幅器 12 進行電力検出回路 13 反射電力検出回路 14 インピーダンス変換器 15 移相器 16 消費電流検出回路 171 VSWR算出部 172 電力効率算出部 173 判断基準設定部 174 制御信号生成部 175 初期値設定部 176 アラーム発生回路
フロントページの続き Fターム(参考) 5J091 AA04 AA41 CA36 CA75 FP05 KA16 KA28 KA29 KA68 SA14 TA01 TA02 5J092 AA04 AA41 CA36 CA76 KA16 KA28 KA29 KA68 SA14 TA01 TA02 VL08 5K060 BB00 CC04 DD04 HH06 HH37 JJ01 JJ21 KK06 LL01 LL07 LL24 LL29 LL30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された高周波信号を電力増幅して高
    周波送信信号(以下単に送信信号という)とし同軸ケー
    ブルを介してアンテナに給電する電力増幅装置におい
    て、前記高周波信号を電力増幅する増幅度が可変可能な
    電力増幅器と、前記アンテナからの反射電力を検出し第
    1の検出信号を出力する反射電力検出回路と、前記電力
    増幅器の消費電流を検出し第2の検出信号を出力する消
    費電流検出回路と、前記送信信号の電力即ち、進行電力
    を検出し第3の検出信号を出力する進行電力検出回路
    と、入力された前記送信信号の位相を連続的又は段階的
    に可変可能な移相器と、前記電力増幅器側と前記同軸ケ
    ーブル側とのインピーダンスの整合をとるインピーダン
    ス比が可変のインピーダンス変換器と、前記第1へ第3
    の検出信号を入力し前記インピーダンス変換器のインピ
    ーダンス比を可変する第1の制御信号と前記移相器の移
    相量を可変する第2の制御信号と前記電力増幅器の進行
    電力を通常の状態から低域した状態に増幅度を可変する
    第3の制御信号とを出力する制御部とを備えることを特
    徴とする電力増幅装置。
  2. 【請求項2】 前記制御部は、前記第1と第3の検出信
    号とから電圧定在波比(以下VSWRという)を算出す
    るVSWR算出部と前記第2と第3の検出信号から前記
    電力増幅器の電力効率を算出する電力効率算出部と、前
    記第2の検出信号(消費電流)と前記VSWRとの組み
    合せの最適領域を示す判断基準を格納した判断基準設定
    部と、本装置の起動時においてあらかじめ前記判断基準
    を満すように設定された前記第1と第2の制御信号の初
    期値と前記電力増幅器の進行電力を通常の状態とする前
    記第3の制御信号の初期値とを格納した初期値設定部
    と、前記第2の検出信号と前記VSWRと前記電力効率
    と前記判断基準と前記初期値設定部の初期値との各デー
    タを入力し演算処理し前記判断基準に入るように各部を
    制御するための前記第1と第2の制御信号および前記判
    断基準の限界値を超えた時は電力増幅器の進行電力を低
    減するように増幅度を下げるための前記第3の制御信号
    を出力する制御信号生成部とを備えることを特徴とする
    請求項1記載の電力増幅装置。
  3. 【請求項3】 前記制御信号生成部は、本装置の起動時
    において前記第1〜第3の制御信号を前記初期値に設定
    し、本装置の起動後において前記第2の検出信号と前記
    VSWRとの組合せが前記判断基準を超えた時その時の
    前記消費電流に対応する前記VSWR値が最小になるよ
    うに前記第1の制御信号により前記インピーダンス変換
    器を制御する第1回目の制御を行い、その結果前記VS
    WRが前記判断基準に入らない時は更に前記第2の制御
    信号により前記移相器を制御する第2回目の制御を行
    い、これにより前記判断基準に入った時は、その時の前
    記電力効率が最大になるように再び前記第2の制御信号
    により前記移相器を絞り込み制御する第3回目の制御を
    行って制御を完了し、若し前記2回目の制御で前記判断
    基準に入らずかつ、その値が所定の限界値を超えている
    時は、前記第3の制御信号により前記電力増幅器の増幅
    度を下げて進行電力を低減する一連の制御手段を備える
    ことを特徴とする請求項2記載の電力増幅装置。
  4. 【請求項4】 前記制御信号生成部は、前記1回目の制
    御の時に前記VSWRが前記判断基準を極端に超えてい
    る時は直ちに前記第3の制御信号により進行電力を低減
    し、同時にアラームを発生する手段および前記2回目の
    制御の時に前記判断基準に入らずかつ前記限界値を超え
    ていない時はアラームのみを発生する手段を備えること
    を特徴とする請求項3記載の電力増幅装置。
  5. 【請求項5】 前記判断基準設定部は、判断基準の値を
    任意に変更できる手段および前記初期設定部は初期値を
    任意に変更できる手段をそれぞれ備えることを特徴とす
    る請求項2記載の電力増幅装置。
  6. 【請求項6】 前記制御信号生成部は、前記第1〜第3
    の制御信号を手動で任意の値に設定できるマニアル制御
    手段を備えることを特徴とする請求項2,3および5記
    載の電力増幅装置。
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