JP2002164751A - 進行波管増幅器 - Google Patents
進行波管増幅器Info
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- JP2002164751A JP2002164751A JP2000361866A JP2000361866A JP2002164751A JP 2002164751 A JP2002164751 A JP 2002164751A JP 2000361866 A JP2000361866 A JP 2000361866A JP 2000361866 A JP2000361866 A JP 2000361866A JP 2002164751 A JP2002164751 A JP 2002164751A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大ＲＦ信号入力時の入出力直線性を改善すると
共に，小ＲＦ信号入力時の消費電力の低減も実現できる
進行波増幅器を提供する。 【解決手段】この進行波管増幅器は、高圧電源１から進
行波管２の各電極に電源を供給して進行波管２に高周波
数信号ＰｉをＰｏに増幅させる。進行波管２に入力され
る高周波数信号Ｐｉのレベルが、進行波管２の第３コレ
クタ２５ｃの電流から検出される。なお、コレクタ２５
ｃの電流は、高周波数信号Ｐｉのレベルによって一意に
定まる。この電流検出は絶縁型のホール素子を用いるコ
レクタ電流検出回路１２によってなされる。コレクタ電
流を受けたデータ処理部１３は、進行波管２の増幅出力
Ｐｏを飽和出力から一定量，好ましくは５ｄＢバックオ
フさせるように進行波管２のアノード電圧Ｖａを制御す
る。
共に，小ＲＦ信号入力時の消費電力の低減も実現できる
進行波増幅器を提供する。 【解決手段】この進行波管増幅器は、高圧電源１から進
行波管２の各電極に電源を供給して進行波管２に高周波
数信号ＰｉをＰｏに増幅させる。進行波管２に入力され
る高周波数信号Ｐｉのレベルが、進行波管２の第３コレ
クタ２５ｃの電流から検出される。なお、コレクタ２５
ｃの電流は、高周波数信号Ｐｉのレベルによって一意に
定まる。この電流検出は絶縁型のホール素子を用いるコ
レクタ電流検出回路１２によってなされる。コレクタ電
流を受けたデータ処理部１３は、進行波管２の増幅出力
Ｐｏを飽和出力から一定量，好ましくは５ｄＢバックオ
フさせるように進行波管２のアノード電圧Ｖａを制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波数信号を増幅
する進行波管増幅器に関し、特に入出力直線性及び低消
費電力が要求される人工衛星搭載用に好適な進行波管増
幅器に関する。
する進行波管増幅器に関し、特に入出力直線性及び低消
費電力が要求される人工衛星搭載用に好適な進行波管増
幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の進行波管増幅器について
図６に示したブロック図，及び図７，図８に示した特性
図を参照して説明する。
図６に示したブロック図，及び図７，図８に示した特性
図を参照して説明する。
【０００３】図６に示した進行波増幅器は、進行波管２
と進行波管２の電極の各各に電極電圧を供給する高圧電
源１Ｂとで構成される。
と進行波管２の電極の各各に電極電圧を供給する高圧電
源１Ｂとで構成される。
【０００４】図６の進行波管２は、各電極を物理的な順
序で示している。つまり、フィラメント２１，カソード
２２，アノード２３，へリックス２４，多段コレクタ２
５の順である。一方、進行波管２の電極構成は、直流電
位の低い方からフィラメント２１，フィラメント２１と
同電位のカソード２２，多段コレクタ２５，アノード２
３，ヘリックス２４の順である。多段コレクタ２５は、
複数，例えば４段のコレクタからなり、各コレクタの電
位はヘリックス２４から遠ざかるにつれて低くなる。な
お、一般には最大電位のヘリックス２４が接地電位とさ
れている。また、フィラメント２１はその発生する熱で
カソード２２を活性化させる。
序で示している。つまり、フィラメント２１，カソード
２２，アノード２３，へリックス２４，多段コレクタ２
５の順である。一方、進行波管２の電極構成は、直流電
位の低い方からフィラメント２１，フィラメント２１と
同電位のカソード２２，多段コレクタ２５，アノード２
３，ヘリックス２４の順である。多段コレクタ２５は、
複数，例えば４段のコレクタからなり、各コレクタの電
位はヘリックス２４から遠ざかるにつれて低くなる。な
お、一般には最大電位のヘリックス２４が接地電位とさ
れている。また、フィラメント２１はその発生する熱で
カソード２２を活性化させる。
【０００５】進行波管２は、複数のコレクタを有する多
段コレクタ２５を採用することにより高効率となり、高
効率が要求される人工衛星搭載の通信用中継器の終段増
幅器として多く用いられている。入力高周波数（ＲＦ）
信号Ｐｉは、カソード２２に近いヘリックス２４に電磁
結合するＲＦ入力端子２６に供給され、らせん状のヘリ
ックス２４とカソード２２から多段コレクタ２５に向か
って発せられるビーム電流との相互作用によって増幅さ
れて多段コレクタ２５に近いヘリックス２４に電磁結合
するＲＦ出力端子２７から出力高周波数（ＲＦ）信号Ｐ
ｏとして取り出される。
段コレクタ２５を採用することにより高効率となり、高
効率が要求される人工衛星搭載の通信用中継器の終段増
幅器として多く用いられている。入力高周波数（ＲＦ）
信号Ｐｉは、カソード２２に近いヘリックス２４に電磁
結合するＲＦ入力端子２６に供給され、らせん状のヘリ
ックス２４とカソード２２から多段コレクタ２５に向か
って発せられるビーム電流との相互作用によって増幅さ
れて多段コレクタ２５に近いヘリックス２４に電磁結合
するＲＦ出力端子２７から出力高周波数（ＲＦ）信号Ｐ
ｏとして取り出される。
【０００６】高圧電源１Ｂは高電圧発生器１１Ａを含
む。高電圧発生器１１は、構成の容易さ及び小型化の見
地から、進行波管２の各電極に供給する電源電圧を電圧
積み上げ方式で生成することが多い。電圧積み上げ方式
とは、接地電位のヘリックス２４を基準とし、多段コレ
クタ２５の各コレクタ間の電圧差分と，コレクタ電圧Ｖ
ｈとカソード２２の電圧（カソード電圧Ｖｋ）との差分
を発生させ、これらの電圧を積み上げていく方式であ
る。但し、固定電圧のアノード電圧Ｖａ１用電源は別に
用意されることが多い。進行波管２の各電極に供給する
電圧の一例は、ヘリックス電圧Ｖｈが０Ｖ，カソード電
圧Ｖｋ及びフィラメント電圧Ｖｆが−６ＫＶ，アノード
電圧Ｖａ１が−３ＫＶ，多段コレクタ２５が４段の場合
のコレクタ電圧Ｖｃが５００Ｖおきに−３ＫＶから−
４．５ＫＶである。
む。高電圧発生器１１は、構成の容易さ及び小型化の見
地から、進行波管２の各電極に供給する電源電圧を電圧
積み上げ方式で生成することが多い。電圧積み上げ方式
とは、接地電位のヘリックス２４を基準とし、多段コレ
クタ２５の各コレクタ間の電圧差分と，コレクタ電圧Ｖ
ｈとカソード２２の電圧（カソード電圧Ｖｋ）との差分
を発生させ、これらの電圧を積み上げていく方式であ
る。但し、固定電圧のアノード電圧Ｖａ１用電源は別に
用意されることが多い。進行波管２の各電極に供給する
電圧の一例は、ヘリックス電圧Ｖｈが０Ｖ，カソード電
圧Ｖｋ及びフィラメント電圧Ｖｆが−６ＫＶ，アノード
電圧Ｖａ１が−３ＫＶ，多段コレクタ２５が４段の場合
のコレクタ電圧Ｖｃが５００Ｖおきに−３ＫＶから−
４．５ＫＶである。
【０００７】まず、図７を参照し、図６の進行波管増幅
器の入出力特性と総合効率の関係について説明する。進
行波管増幅器の入出力特性は入力ＲＦ信号Ｐｉが増大す
るにつれて出力ＲＦ信号Ｐｏが徐々に直線から低下する
飽和特性を示す。進行波管増幅器の総合効率（Ｅｆｆ：
出力ＲＦ信号Ｐｏ／高圧電源１の入力電力）は、一般
に、飽和動作の場合（Ｐｉ≒０ｄＢｍ，Ｐｏ≒５２ｄＢ
ｍ）に最高（Ｅｆｆ≒５５％）となり、入力ＲＦ信号Ｐ
ｉのレベルが低くなるに従って低下する。
器の入出力特性と総合効率の関係について説明する。進
行波管増幅器の入出力特性は入力ＲＦ信号Ｐｉが増大す
るにつれて出力ＲＦ信号Ｐｏが徐々に直線から低下する
飽和特性を示す。進行波管増幅器の総合効率（Ｅｆｆ：
出力ＲＦ信号Ｐｏ／高圧電源１の入力電力）は、一般
に、飽和動作の場合（Ｐｉ≒０ｄＢｍ，Ｐｏ≒５２ｄＢ
ｍ）に最高（Ｅｆｆ≒５５％）となり、入力ＲＦ信号Ｐ
ｉのレベルが低くなるに従って低下する。
【０００８】次に、図８を参照して進行波増幅器におけ
るＲＦ信号の入出力直線性を説明する。ＲＦ信号の入出
力直線性は、進行波増幅器に入力ＲＦ信号Ｐｉを２波入
力した場合に発生する相互干渉による不要波電力（Ｃ／
３ ＩＭ：３次混変調歪み）の発生量によって評価する
ことができる。進行波管増幅器の入出力特性は、図７に
示すように出力ＲＦ信号Ｐｏが飽和レベルに近づくに従
って入出力直線性が失われる。図８では、上記入出力直
線性が失われることに対応して，不要波電力（Ｃ／３
ＩＭ）も入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄＢｍの場合に１８
ｄＢであったのが飽和点（Ｐｉ≒０ｄＢｍ）では８ｄＢ
に増大していることが示されている。
るＲＦ信号の入出力直線性を説明する。ＲＦ信号の入出
力直線性は、進行波増幅器に入力ＲＦ信号Ｐｉを２波入
力した場合に発生する相互干渉による不要波電力（Ｃ／
３ ＩＭ：３次混変調歪み）の発生量によって評価する
ことができる。進行波管増幅器の入出力特性は、図７に
示すように出力ＲＦ信号Ｐｏが飽和レベルに近づくに従
って入出力直線性が失われる。図８では、上記入出力直
線性が失われることに対応して，不要波電力（Ｃ／３
ＩＭ）も入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄＢｍの場合に１８
ｄＢであったのが飽和点（Ｐｉ≒０ｄＢｍ）では８ｄＢ
に増大していることが示されている。
【０００９】なお、従来の進行波増幅器には、コレクタ
電流やＲＦ入力レベル又は出力レベルを検出してコレク
タ電圧を制御し，ＲＦ入力レベルの低い場合にもコレク
タの熱負荷を軽減する例（例えば、特許２８４２０４３
号，特許２８４２０４４号）や、コレクタ電流やＲＦ入
力レベル又はコレクタ電流を検出してコレクタ電圧を制
御し，飽和出力時おける電源効率を向上させる例（例え
ば、実開報昭６３−２０６１６号，実開報昭６３−２０
６１６号）が開示されている。
電流やＲＦ入力レベル又は出力レベルを検出してコレク
タ電圧を制御し，ＲＦ入力レベルの低い場合にもコレク
タの熱負荷を軽減する例（例えば、特許２８４２０４３
号，特許２８４２０４４号）や、コレクタ電流やＲＦ入
力レベル又はコレクタ電流を検出してコレクタ電圧を制
御し，飽和出力時おける電源効率を向上させる例（例え
ば、実開報昭６３−２０６１６号，実開報昭６３−２０
６１６号）が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の進行波
管増幅器は、出力ＲＦ信号が飽和レベルに近づくに従っ
てＲＦ信号の入出力の直線性が失われ、入力ＲＦ信号を
２波入力した場合に発生する相互干渉による不要波電力
も飽和点に向けて増大するという問題があった。この不
要波電力のＲＦ信号に対する悪影響を避けるには、進行
波管増幅器の飽和出力に比べて出力ＲＦ信号レベルが低
く，入出力直線性がよいリニア動作領域を使用する必要
がある。この場合には、飽和動作の時に比べて総合効率
（Ｅｆｆ）が低下するため、得られるＲＦ出力信号電力
に比較して消費電力が大きくなるという問題があった。
管増幅器は、出力ＲＦ信号が飽和レベルに近づくに従っ
てＲＦ信号の入出力の直線性が失われ、入力ＲＦ信号を
２波入力した場合に発生する相互干渉による不要波電力
も飽和点に向けて増大するという問題があった。この不
要波電力のＲＦ信号に対する悪影響を避けるには、進行
波管増幅器の飽和出力に比べて出力ＲＦ信号レベルが低
く，入出力直線性がよいリニア動作領域を使用する必要
がある。この場合には、飽和動作の時に比べて総合効率
（Ｅｆｆ）が低下するため、得られるＲＦ出力信号電力
に比較して消費電力が大きくなるという問題があった。
【００１１】従って本発明の目的は、上述した従来技術
による欠点を解消し、大ＲＦ信号入力時の入出力直線性
を改善すると共に，小ＲＦ信号入力時の消費電力の低減
（総合効率の改善）も実現できる進行波増幅器を提供す
ることにある。
による欠点を解消し、大ＲＦ信号入力時の入出力直線性
を改善すると共に，小ＲＦ信号入力時の消費電力の低減
（総合効率の改善）も実現できる進行波増幅器を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による進行波管増
幅器は、高圧電源から進行波管の各電極に電源を供給し
て前記進行波管に高周波数信号を増幅させる進行波管増
幅器において、前記進行波管に入力される前記高周波数
信号のレベル相当の信号を検出する入力レベル検出手段
と、検出された前記高周波数信号のレベル相当の信号に
従って前記進行波管の増幅出力を飽和出力から一定量バ
ックオフさせるように前記進行波管のアノード電圧を制
御するアノード電圧制御手段とを備える。
幅器は、高圧電源から進行波管の各電極に電源を供給し
て前記進行波管に高周波数信号を増幅させる進行波管増
幅器において、前記進行波管に入力される前記高周波数
信号のレベル相当の信号を検出する入力レベル検出手段
と、検出された前記高周波数信号のレベル相当の信号に
従って前記進行波管の増幅出力を飽和出力から一定量バ
ックオフさせるように前記進行波管のアノード電圧を制
御するアノード電圧制御手段とを備える。
【００１３】前記進行波管増幅器の第一は、前記バック
オフ量が、５ｄＢである構成をとることができる。
オフ量が、５ｄＢである構成をとることができる。
【００１４】前記進行波管増幅器の第二は、前記入力レ
ベル検出手段が、前記進行波管のコレクタ電流の検出器
である構成をとることができる。
ベル検出手段が、前記進行波管のコレクタ電流の検出器
である構成をとることができる。
【００１５】該進行波管増幅器の一つは、前記入力レベ
ル検出手段が、多段コレクタを有する前記進行波管の第
３コレクタ電流の検出器である構成をとることができ
る。
ル検出手段が、多段コレクタを有する前記進行波管の第
３コレクタ電流の検出器である構成をとることができ
る。
【００１６】該進行波管増幅器は、前記進行波管のコレ
クタ電流の検出器が、前記コレクタへの配線から直流的
に絶縁されている絶縁型電流検出器である構成をとるこ
とができる。
クタ電流の検出器が、前記コレクタへの配線から直流的
に絶縁されている絶縁型電流検出器である構成をとるこ
とができる。
【００１７】該進行波管増幅器は、前記絶縁型電流検出
器が、電流検出のためにホール素子を用いている構成を
とることができる。
器が、電流検出のためにホール素子を用いている構成を
とることができる。
【００１８】前記進行波管増幅器の第三は、前記入力レ
ベル検出手段が、前記進行波管のＲＦ入力端子の前段に
接続された電力検出器である構成をとることができる。
ベル検出手段が、前記進行波管のＲＦ入力端子の前段に
接続された電力検出器である構成をとることができる。
【００１９】前記進行波管増幅器の第四は、人工衛星に
搭載されている構成をとることができる。
搭載されている構成をとることができる。
【００２０】前記進行波管増幅器の第五は、前記アノー
ド電圧制御手段が、前記進行波管の入力ＲＦ信号レベル
と出力ＲＦ信号レベルおよびコレクタ電流との関係を記
憶している構成をとることができる。
ド電圧制御手段が、前記進行波管の入力ＲＦ信号レベル
と出力ＲＦ信号レベルおよびコレクタ電流との関係を記
憶している構成をとることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００２２】図１は本発明による進行波管増幅器の実施
の形態の一つを示すブロック図である。図２は図１の実
施の形態におけるＲＦ信号の入出力特性例を示す図であ
る。図３は図２のＲＦ信号の入出力特性に対応する不要
波（Ｃ／３ ＩＭ）を示す図である。また、図４は図１
の実施の形態における小ＲＦ信号入力時における総合効
率の改善を示す図である。
の形態の一つを示すブロック図である。図２は図１の実
施の形態におけるＲＦ信号の入出力特性例を示す図であ
る。図３は図２のＲＦ信号の入出力特性に対応する不要
波（Ｃ／３ ＩＭ）を示す図である。また、図４は図１
の実施の形態における小ＲＦ信号入力時における総合効
率の改善を示す図である。
【００２３】図１を参照すると、進行波管２は図６に示
した進行波管２と同じものである。しかしながら、多段
コレクタ２５は、４段コレクタで示されている。つま
り、ヘリックス２７に近い方から第１コレクタ２５ａ，
第２コレクタ２５ｂ，第３コレクタ２５ｃ及び第４コレ
クタ２５ｄの順で示している。上述したとおり、多段コ
レクタ２５のうちでは第１コレクタ２５ａの電位が最も
高く，第４コレクタ２５ｄの電位が最も低い。
した進行波管２と同じものである。しかしながら、多段
コレクタ２５は、４段コレクタで示されている。つま
り、ヘリックス２７に近い方から第１コレクタ２５ａ，
第２コレクタ２５ｂ，第３コレクタ２５ｃ及び第４コレ
クタ２５ｄの順で示している。上述したとおり、多段コ
レクタ２５のうちでは第１コレクタ２５ａの電位が最も
高く，第４コレクタ２５ｄの電位が最も低い。
【００２４】一方、高圧電源１及び高電圧発生器１１
は、まず、アノード電圧Ｖａを単独で制御できる点が図
６の高圧電源１Ｂ及び高電圧発生器１１Ａと異なってい
る。つまり、アノード電圧Ｖａが他の電極電圧に対して
独立に変化する。アノード電圧Ｖａを発生するアノード
電圧発生器１４は、高電圧発生器１１には属さず、高圧
電源１に属している。
は、まず、アノード電圧Ｖａを単独で制御できる点が図
６の高圧電源１Ｂ及び高電圧発生器１１Ａと異なってい
る。つまり、アノード電圧Ｖａが他の電極電圧に対して
独立に変化する。アノード電圧Ｖａを発生するアノード
電圧発生器１４は、高電圧発生器１１には属さず、高圧
電源１に属している。
【００２５】アノード電圧Ｖａの制御は、高電圧発生器
１１から多段コレクタ２５の第３コレクタ２５ｃに供給
されるコレクタ電流Ｉｃの値に基づいて行われる。多段
コレクタ２５を用いた進行波管増幅器２のコレクタ電流
Ｉｃは、各電極電圧が固定の場合には、入力ＲＦ信号Ｐ
ｉのレベルに応じて一意に決まる（出力ＲＦ信号Ｐｏと
も１対１の相関がある）特徴を持っている。これは、他
の第１，第２及び第４コレクタについても同じである。
しかしながら、第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流Ｉｃ
は、広範囲の入力ＲＦ信号Ｐｉにおいて、他のコレクタ
２５ａ，２５ｂ及び２５ｄより，入力ＲＦ信号Ｐｉに対
する直線性がよいという特徴を持っている。図１におい
ては、入力ＲＦ信号Ｐｉに対応あるいは相当するコレク
タ電流Ｉｃの値は、高電圧発生器１１と第３コレクタ２
５ｃとの間に挿入されたコレクタ電流検出回路１２によ
って検出される。
１１から多段コレクタ２５の第３コレクタ２５ｃに供給
されるコレクタ電流Ｉｃの値に基づいて行われる。多段
コレクタ２５を用いた進行波管増幅器２のコレクタ電流
Ｉｃは、各電極電圧が固定の場合には、入力ＲＦ信号Ｐ
ｉのレベルに応じて一意に決まる（出力ＲＦ信号Ｐｏと
も１対１の相関がある）特徴を持っている。これは、他
の第１，第２及び第４コレクタについても同じである。
しかしながら、第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流Ｉｃ
は、広範囲の入力ＲＦ信号Ｐｉにおいて、他のコレクタ
２５ａ，２５ｂ及び２５ｄより，入力ＲＦ信号Ｐｉに対
する直線性がよいという特徴を持っている。図１におい
ては、入力ＲＦ信号Ｐｉに対応あるいは相当するコレク
タ電流Ｉｃの値は、高電圧発生器１１と第３コレクタ２
５ｃとの間に挿入されたコレクタ電流検出回路１２によ
って検出される。
【００２６】コレクタ電流検出回路１２は、コレクタ電
流Ｉｃの値をデータ処理部１５に送る。データ処理部１
５はコレクタ電流Ｉｃとアノード電圧Ｖａとを比較して
アノード電圧Ｖａの変更電圧を決定・制御する。即ち、
データ処理部１５は進行波管増幅器の出力ＲＦ信号Ｐｏ
が常に５ｄＢバックオフになるようにアノード電圧Ｖａ
を決定し、アノード電圧発生器１４に決定された上記ア
ノード電圧Ｖａを発生させる。なお、アノード電圧Ｖａ
以外の電極電圧は固定電圧である。また、データ処理部
１５は、アノード電圧Ｖａの制御範囲における進行波管
２の入力ＲＦ信号Ｐｉと出力ＲＦ信号Ｐｏおよびコレク
タ電流Ｉｃとの関係を実験等により把握し，保存・記憶
しておく必要がある。
流Ｉｃの値をデータ処理部１５に送る。データ処理部１
５はコレクタ電流Ｉｃとアノード電圧Ｖａとを比較して
アノード電圧Ｖａの変更電圧を決定・制御する。即ち、
データ処理部１５は進行波管増幅器の出力ＲＦ信号Ｐｏ
が常に５ｄＢバックオフになるようにアノード電圧Ｖａ
を決定し、アノード電圧発生器１４に決定された上記ア
ノード電圧Ｖａを発生させる。なお、アノード電圧Ｖａ
以外の電極電圧は固定電圧である。また、データ処理部
１５は、アノード電圧Ｖａの制御範囲における進行波管
２の入力ＲＦ信号Ｐｉと出力ＲＦ信号Ｐｏおよびコレク
タ電流Ｉｃとの関係を実験等により把握し，保存・記憶
しておく必要がある。
【００２７】上述の動作をさらに具体的に説明すると、
例えば、入力ＲＦ信号Ｐｉが高い時に，進行波管２のＲ
Ｆ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバックオフ以下であ
り，不要波（Ｃ／３ ＩＭ）がＲＦ信号伝送のために大
きすぎるとデータ処理部１５が判断すると、データ処理
部１５は進行波管２からのＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から
５ｄＢバックオフした点となるようにアノード電圧発生
器１６が出力するアノード電圧Ｖａを高くするように制
御する。このアノード電圧Ｖａの制御により、進行波管
２の入出力特性は、ＲＦ出力Ｐｏがより大きい点まで直
線性が改善され、所要の入力ＲＦ信号Ｐｉにおける不要
波（Ｃ／３ ＩＭ）出力が抑制される。逆に、進行波管
２のＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバックオフ以上
の場合には、ＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバック
オフ点になるように，アノード電圧発生器１６にアノー
ド電圧Ｖａを下げさせ、総合効率の改善を図る。
例えば、入力ＲＦ信号Ｐｉが高い時に，進行波管２のＲ
Ｆ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバックオフ以下であ
り，不要波（Ｃ／３ ＩＭ）がＲＦ信号伝送のために大
きすぎるとデータ処理部１５が判断すると、データ処理
部１５は進行波管２からのＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から
５ｄＢバックオフした点となるようにアノード電圧発生
器１６が出力するアノード電圧Ｖａを高くするように制
御する。このアノード電圧Ｖａの制御により、進行波管
２の入出力特性は、ＲＦ出力Ｐｏがより大きい点まで直
線性が改善され、所要の入力ＲＦ信号Ｐｉにおける不要
波（Ｃ／３ ＩＭ）出力が抑制される。逆に、進行波管
２のＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバックオフ以上
の場合には、ＲＦ出力Ｐｏが飽和出力から５ｄＢバック
オフ点になるように，アノード電圧発生器１６にアノー
ド電圧Ｖａを下げさせ、総合効率の改善を図る。
【００２８】図２を参照すると、アノード電圧Ｖａ変更
前の出力ＲＦ信号Ｐｏが＋５１ｄＢｍで飽和し，入力Ｒ
Ｆ信号Ｐｉが−５ｄＢの時のバックオフが約２ｄＢであ
ったのが、アノード電圧Ｖａを高くした後では，飽和出
力が＋５６ｄＢｍに増加し、入力ＲＦ信号Ｐｉが−５ｄ
Ｂｍの時のバックオフが約５ｄＢに増加している。
前の出力ＲＦ信号Ｐｏが＋５１ｄＢｍで飽和し，入力Ｒ
Ｆ信号Ｐｉが−５ｄＢの時のバックオフが約２ｄＢであ
ったのが、アノード電圧Ｖａを高くした後では，飽和出
力が＋５６ｄＢｍに増加し、入力ＲＦ信号Ｐｉが−５ｄ
Ｂｍの時のバックオフが約５ｄＢに増加している。
【００２９】図３を参照すると、データ処理部１５が進
行波管増幅器の出力ＲＦ信号Ｐｏが常に５ｄＢバックオ
フになるようにアノード電圧Ｖａが低くなるように制御
しているので、入力ＲＦ信号Ｐｉが−５ｄＢｍ以下での
不要波（Ｃ／３ ＩＭ）のレベルは１８ｄＢ程度となっ
ている。つまり、入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄＢｍから
０ｄＢｍ程度の比較的高入力レベルでは、出力ＲＦ信号
Ｐｏの直線性改善により、不要波（Ｃ／３ ＩＭ）の抑
圧が図られている。なお、入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄ
Ｄｍ以下では、動作レベルでのバックオフが常に５ｄＢ
になるようにアノード電圧Ｖａの値を低く制御している
ので不要波（Ｃ／３ ＩＭ）のレベル改善はないが、Ｒ
Ｆ信号の品質に悪影響のない値（Ｃ／３ ＩＭ）≒１８
ｄＢ以上に押さえられている。なお、上記５ｄＢバック
オフは一例であり、一般に一定量に定めるバックオフ量
は，許容できる不要波（Ｃ／３ ＩＭ）の量によって決
定されるべきである。
行波管増幅器の出力ＲＦ信号Ｐｏが常に５ｄＢバックオ
フになるようにアノード電圧Ｖａが低くなるように制御
しているので、入力ＲＦ信号Ｐｉが−５ｄＢｍ以下での
不要波（Ｃ／３ ＩＭ）のレベルは１８ｄＢ程度となっ
ている。つまり、入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄＢｍから
０ｄＢｍ程度の比較的高入力レベルでは、出力ＲＦ信号
Ｐｏの直線性改善により、不要波（Ｃ／３ ＩＭ）の抑
圧が図られている。なお、入力ＲＦ信号Ｐｉが−１０ｄ
Ｄｍ以下では、動作レベルでのバックオフが常に５ｄＢ
になるようにアノード電圧Ｖａの値を低く制御している
ので不要波（Ｃ／３ ＩＭ）のレベル改善はないが、Ｒ
Ｆ信号の品質に悪影響のない値（Ｃ／３ ＩＭ）≒１８
ｄＢ以上に押さえられている。なお、上記５ｄＢバック
オフは一例であり、一般に一定量に定めるバックオフ量
は，許容できる不要波（Ｃ／３ ＩＭ）の量によって決
定されるべきである。
【００３０】また、図４を参照すると、入力ＲＦ信号Ｐ
ｉが−１０ｄＢｍ以下では、アノード電圧Ｖａの値を低
く制御することにより、入力ＲＦ信号Ｐｉが−２０ｄＢ
ｍ程度であっても，総合効率（Ｅｆｆ）が２６％程度に
改善されている。
ｉが−１０ｄＢｍ以下では、アノード電圧Ｖａの値を低
く制御することにより、入力ＲＦ信号Ｐｉが−２０ｄＢ
ｍ程度であっても，総合効率（Ｅｆｆ）が２６％程度に
改善されている。
【００３１】上述の通り、図１の実施の形態による進行
波管増幅器は、広い入力信号Ｐｉの範囲において、総合
効率が良く，しかも信号を２波入力して増幅したときに
相互干渉により発生する不要波（Ｃ／３ ＩＭ）を良好
な値内に抑制することができる。
波管増幅器は、広い入力信号Ｐｉの範囲において、総合
効率が良く，しかも信号を２波入力して増幅したときに
相互干渉により発生する不要波（Ｃ／３ ＩＭ）を良好
な値内に抑制することができる。
【００３２】ここで、コレクタ電流検出回路１２につい
て説明しておく。多段コレクタ２５は高電圧であるた
め，第３コレクタ２５ａに流れるコレクタ電流を検出す
るコレクタ電流検出回路１２は、多段コレクタ２５への
配線から直流（ＤＣ）的に絶縁されているのが望まし
い。また、コレクタ電流検出器１２には高精度が要求さ
れる。これらの条件を満たすコレクタ電流検出器１２に
は、ホール素子，トランス絶縁型電流検出器及び光素子
絶縁型電流検出器等がある。図１の実施の形態に用いた
ホール素子は、上記配線に流れる電流によって発生され
る磁場を用いてコレクタ電流の値を検出する機能を持
つ。ホール素子を電流検出素子に用いたコレクタ電流検
出回路１２は、検出したコレクタ電流検出信号をデータ
処理部３２に伝達する。なお、コレクタ電流は、第１コ
レクタ２５ａ，第２コレクタ２５ｂ及び第４コレクタ２
５ｄのいずれか、あるいは第１コレクタ２５ａから第４
コレクタ２５ｄ迄の全部を使用してもよい。しかし、前
述した通り、第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流は広い
範囲の入力ＲＦ信号Ｐｉに対して比較的比例的に変化す
るので、本実施の形態の進行波管増幅器のコレクタ電流
検出回路１２では第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流を
検出している。
て説明しておく。多段コレクタ２５は高電圧であるた
め，第３コレクタ２５ａに流れるコレクタ電流を検出す
るコレクタ電流検出回路１２は、多段コレクタ２５への
配線から直流（ＤＣ）的に絶縁されているのが望まし
い。また、コレクタ電流検出器１２には高精度が要求さ
れる。これらの条件を満たすコレクタ電流検出器１２に
は、ホール素子，トランス絶縁型電流検出器及び光素子
絶縁型電流検出器等がある。図１の実施の形態に用いた
ホール素子は、上記配線に流れる電流によって発生され
る磁場を用いてコレクタ電流の値を検出する機能を持
つ。ホール素子を電流検出素子に用いたコレクタ電流検
出回路１２は、検出したコレクタ電流検出信号をデータ
処理部３２に伝達する。なお、コレクタ電流は、第１コ
レクタ２５ａ，第２コレクタ２５ｂ及び第４コレクタ２
５ｄのいずれか、あるいは第１コレクタ２５ａから第４
コレクタ２５ｄ迄の全部を使用してもよい。しかし、前
述した通り、第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流は広い
範囲の入力ＲＦ信号Ｐｉに対して比較的比例的に変化す
るので、本実施の形態の進行波管増幅器のコレクタ電流
検出回路１２では第３コレクタ２５ｃのコレクタ電流を
検出している。
【００３３】図５は本発明による進行波管増幅器の実施
の形態の別の一つを示すブロック図である。
の形態の別の一つを示すブロック図である。
【００３４】前述した図１の実施の形態の進行波管増幅
器では、進行波管２への入力ＲＦ信号Ｐｉの検出に多段
コレクタ２５のコレクタ電流を用いている。これは、前
述した通り、多段コレクタ２５を用いた進行波管増幅器
２のコレクタ電流Ｉｃは、各電極電圧が固定の場合、入
力ＲＦ信号Ｐｉのレベルに応じて一意に決まる特徴を持
っているからである。しかし、入力ＲＦ信号Ｐｉのレベ
ルは、図５に示すとおり、進行波管２のＲＦ入力端子２
６にて電力検波器３によって直接検出できる。
器では、進行波管２への入力ＲＦ信号Ｐｉの検出に多段
コレクタ２５のコレクタ電流を用いている。これは、前
述した通り、多段コレクタ２５を用いた進行波管増幅器
２のコレクタ電流Ｉｃは、各電極電圧が固定の場合、入
力ＲＦ信号Ｐｉのレベルに応じて一意に決まる特徴を持
っているからである。しかし、入力ＲＦ信号Ｐｉのレベ
ルは、図５に示すとおり、進行波管２のＲＦ入力端子２
６にて電力検波器３によって直接検出できる。
【００３５】図５の進行波管増幅器は、進行波管２のＲ
Ｆ入力端子２６にダイオード検波器等，ＲＦ信号の通過
損失の少ない電力検波器３を接続し、電力検波器３はＲ
Ｆ入力端子２６に供給される入力ＲＦ信号Ｐｉのレベル
を検出する。検出された入力ＲＦ信号Ｐｉのレベルは前
述したデータ処理部１３と同様の機能を有するデータ処
理部１３Ａに供給される。高圧電源１Ａのデータ処理部
１３Ａは供給された入力ＲＦ信号Ｐｉのレベルを基に、
図１の実施の形態と同様に、進行波管２の出力ＲＦ信号
Ｐｏのレベルが飽和出力から出力ＲＦ信号Ｐｏが飽和出
力から５ｄＢバックオフになるように、アノード電圧発
生器１４を制御し、発生するアノード電圧を制御する。
Ｆ入力端子２６にダイオード検波器等，ＲＦ信号の通過
損失の少ない電力検波器３を接続し、電力検波器３はＲ
Ｆ入力端子２６に供給される入力ＲＦ信号Ｐｉのレベル
を検出する。検出された入力ＲＦ信号Ｐｉのレベルは前
述したデータ処理部１３と同様の機能を有するデータ処
理部１３Ａに供給される。高圧電源１Ａのデータ処理部
１３Ａは供給された入力ＲＦ信号Ｐｉのレベルを基に、
図１の実施の形態と同様に、進行波管２の出力ＲＦ信号
Ｐｏのレベルが飽和出力から出力ＲＦ信号Ｐｏが飽和出
力から５ｄＢバックオフになるように、アノード電圧発
生器１４を制御し、発生するアノード電圧を制御する。
【００３６】図５の実施の形態による進行波管増幅器
は、進行波管増幅器の外部に電力検波器３を配置しなけ
ればならないものの、進行波管２の入力ＲＦ信号Ｐｉの
レベルをコレクタ電流特性に依存せずに直接検出できる
ため、進行波管毎の特性に依存しない、より高精度の飽
和バックオフの制御が可能となるという特徴がある。
は、進行波管増幅器の外部に電力検波器３を配置しなけ
ればならないものの、進行波管２の入力ＲＦ信号Ｐｉの
レベルをコレクタ電流特性に依存せずに直接検出できる
ため、進行波管毎の特性に依存しない、より高精度の飽
和バックオフの制御が可能となるという特徴がある。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明による進行波
増幅器は、高圧電源から進行波管の各電極に電源を供給
して前記進行波管に高周波数信号を増幅させる進行波管
増幅器において、前記進行波管に入力される前記高周波
数信号のレベル相当の信号を検出する入力レベル検出手
段と、検出された前記高周波数信号のレベル相当の信号
に従って前記進行波管の増幅出力を飽和出力から一定量
バックオフさせるように前記進行波管のアノード電圧を
制御するアノード電圧制御手段とを備えるので、入力Ｒ
Ｆ信号が高いレベルの時にはアノード電圧を増加させて
広範囲のリニア領域を確保して直線性を改善し，不要波
を低減できるという効果がある。
増幅器は、高圧電源から進行波管の各電極に電源を供給
して前記進行波管に高周波数信号を増幅させる進行波管
増幅器において、前記進行波管に入力される前記高周波
数信号のレベル相当の信号を検出する入力レベル検出手
段と、検出された前記高周波数信号のレベル相当の信号
に従って前記進行波管の増幅出力を飽和出力から一定量
バックオフさせるように前記進行波管のアノード電圧を
制御するアノード電圧制御手段とを備えるので、入力Ｒ
Ｆ信号が高いレベルの時にはアノード電圧を増加させて
広範囲のリニア領域を確保して直線性を改善し，不要波
を低減できるという効果がある。
【００３８】また、入力ＲＦ信号が低いレベルの時には
アノード電圧を逆に低下させて消費電力を低減あるいは
総合効率の改善をすることができるという効果がある。
アノード電圧を逆に低下させて消費電力を低減あるいは
総合効率の改善をすることができるという効果がある。
【００３９】上述の効果は、進行波管増幅器のリニア領
域を確保するためにリニアライザ等の外部装置を必要と
しないので，小型化を図ることができ、人工衛星搭載の
中継器用増幅器としての大きな効果を生じることにな
る。
域を確保するためにリニアライザ等の外部装置を必要と
しないので，小型化を図ることができ、人工衛星搭載の
中継器用増幅器としての大きな効果を生じることにな
る。
【００４０】
【図１】本発明による進行波管増幅器の実施の形態の一
つを示すブロック図である。
つを示すブロック図である。
【図２】図１の実施の形態におけるＲＦ信号の入出力特
性例を示す図である。
性例を示す図である。
【図３】図２のＲＦ信号の入出力特性に対応する不要波
（Ｃ／３ ＩＭ）を示す図である。
（Ｃ／３ ＩＭ）を示す図である。
【図４】図１の実施の形態における小ＲＦ信号入力時に
おける総合効率の改善を示す図である。
おける総合効率の改善を示す図である。
【図５】本発明による進行波管増幅器の実施の形態の別
の一つを示すブロック図である。
の一つを示すブロック図である。
【図６】従来技術による進行波管増幅器のブロック図で
ある。
ある。
【図７】図６の進行波管増幅器の入出力特性と総合効率
との関係を説明するための図である。
との関係を説明するための図である。
【図８】図６の進行波増幅器におけるＲＦ信号の入出力
直線性を説明するための図である。
直線性を説明するための図である。
１，１Ａ 高圧電源 １１ 高電圧発生器 １２ コレクタ電流検出回路 １３，１３Ａ データ処理部 １４ アノード電圧発生器 ２ 進行波管 ２１ フィラメント ２２ カソード ２３ アノード ２４ ヘリックス ２５ 多段コレクタ ２５ａ 第１コレクタ ２５ｂ 第２コレクタ ２５ｃ 第３コレクタ ２５ｄ 第４コレクタ ２６ ＲＦ入力端子 ２７ ＲＦ出力端子 ３ 電力検波器
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C029 NN01 5J067 AA01 AA34 CA21 CA36 CA92 FA01 FA20 HA01 HA48 KA11 KA28 KA55 MA20 SA13 TA01 TA02 5J090 AA01 AA34 CA21 CA36 CA92 FA01 FA20 GN01 HA01 HA48 KA11 KA28 KA55 MA20 SA13 TA01 TA02
Claims (9)
- 【請求項１】 高圧電源から進行波管の各電極に電源を
供給して前記進行波管に高周波数信号を増幅させる進行
波管増幅器において、 前記進行波管に入力される前記高周波数信号のレベル相
当の信号を検出する入力レベル検出手段と、検出された
前記高周波数信号のレベル相当の信号に従って前記進行
波管の増幅出力を飽和出力から一定量バックオフさせる
ように前記進行波管のアノード電圧を制御するアノード
電圧制御手段とを備えることを特徴とする進行波管増幅
器。 - 【請求項２】 前記バックオフ量が、５ｄＢであること
を特徴とする請求項１記載の進行波管増幅器。 - 【請求項３】 前記入力レベル検出手段が、前記進行波
管のコレクタ電流の検出器であることを特徴とする請求
項１又は２記載の進行波管増幅器。 - 【請求項４】 前記入力レベル検出手段が、多段コレク
タを有する前記進行波管の第３コレクタ電流の検出器で
あることを特徴とする請求項３記載の進行波管増幅器。 - 【請求項５】 前記進行波管のコレクタ電流の検出器
が、前記コレクタへの配線から直流的に絶縁されている
絶縁型電流検出器であることを特徴とする請求項３記載
の進行波管増幅器。 - 【請求項６】 前記絶縁型電流検出器が、電流検出のた
めにホール素子を用いていることを特徴とする請求項５
記載の進行波管増幅器。 - 【請求項７】 前記入力レベル検出手段が、前記進行波
管のＲＦ入力端子の前段に接続された電力検出器である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の進行波管増幅
器。 - 【請求項８】 人工衛星に搭載されていることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか記載の進行波管増幅器。 - 【請求項９】 前記アノード電圧制御手段が、前記進行
波管の入力ＲＦ信号レベルと出力ＲＦ信号レベルおよび
コレクタ電流との関係を記憶していることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか記載の進行波管増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000361866A JP2002164751A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 進行波管増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000361866A JP2002164751A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 進行波管増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002164751A true JP2002164751A (ja) | 2002-06-07 |
Family
ID=18833239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000361866A Withdrawn JP2002164751A (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 進行波管増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002164751A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100409671C (zh) * | 2004-04-01 | 2008-08-06 | 浜松光子学株式会社 | 固态摄像装置 |
-
2000
- 2000-11-28 JP JP2000361866A patent/JP2002164751A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100409671C (zh) * | 2004-04-01 | 2008-08-06 | 浜松光子学株式会社 | 固态摄像装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |