JP2002217657A

JP2002217657A - 電力増幅器の並列運転システム

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Publication number: JP2002217657A
Application number: JP2001332723A
Authority: JP
Inventors: Kunisato Kanesaka; 邦郷金坂; Takashi Maruyama; 高志丸山; Atsushi Kaneda; 厚兼田; Masato Sone; 正人曾根; Yasuhisa Onoda; 耕久小野田; Kenichi Kono; 健一河野; Kazuhiro Egawa; 和宏江川; Ryoji Ito; 良次伊藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP3820136B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチ故障に対する信頼性、保守性を改善
する。【解決手段】電力増幅器１０−ｉと分配器１２及び合
成器１４との接続を開閉するためのスイッチＳＷ１ａｓ
及びＳｗｉｂｓを、電子的スイッチにより構成すると共
に、接続先の電力増幅器１０−ｉと同じＰＡユニット２
６−ｉに収納する。電子的スイッチとしてはＰＩＮダイ
オードによるスイッチ回路が用いられる。ＰＩＮダイオ
ードの逆バイアス用電源は高圧電源でありインピーダン
スが高いが、その高圧電源に加え、その高圧電源と同じ
く負電圧でより電圧が低い中圧電源を逆バイアス用電源
として併用する。中圧電源によりＰＩＮダイオードの高
速スイッチングが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル地上波
テレビジョン放送局、各種移動体通信用無線基地局等に
て使用される電力増幅器に関し、特に複数台の電力増幅
器を並列運転する並列運転システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数台の電力増幅器を並列運転するとい
う手法は、個々の電力増幅器の出力を下げることができ
回路コスト低減につながる手法である。即ち、図１に示
すように単一の電力増幅器１０により構成されたシステ
ムと、図２に示すように複数の電力増幅器１０−ｉを並
列運転するシステムとを比べると、図１に示す電力増幅
器１０に比べ、図２に示す各電力増幅器１０−ｉ（ｉ＝
１，２，…，Ｎ、Ｎ：２以上の自然数）は、より低出力
（低利得）でよく、従って小型でありかつ低コストでの
調達・実現が容易である。図中、１２は入力電力を各電
力増幅器１０−ｉに分配する分配器、１４は各電力増幅
器１０−ｉの増幅出力を合成する合成器であり、各種の
受動素子や分布定数線路により実現できる。特に、無線
周波数増幅用のシステムにあっては、インピーダンス変
換やインピーダンスマッチング等を綿密に考慮して分配
器１２や合成器１４を設計する。

【０００３】複数台の電力増幅器を並列運転するという
手法は、また、各電力増幅器の故障・不調への対処に至
便な手法でもある。まず、図１に示すシステムでは、電
力増幅器１０が故障したために増幅出力が得られなくな
ることがあり得る。これに対し、図２に示すシステムで
は、複数の電力増幅器１０−ｉのうち一部例えば１個が
故障しても、残りのＮ−１個の電力増幅器１０−ｉが正
常に動作している限り、高々合成出力が低下するだけで
すみ、合成出力が全く得られなくなることはない。従っ
て、放送、通信等、連続的・継続的な運用が必要なシス
テムにおいては、図２に示す並列運転システムを利用す
る方が望ましい。このように、複数台の電力増幅器を並
列運転する手法は、実現コスト等の点で優れているだけ
でなく、故障・不調等に関連する信頼性・冗長性の確保
という点でも優れている。

【０００４】また、電力増幅器１０−ｉに故障・不調等
が生じたときには、その電力増幅器１０−ｉを修理・点
検する必要がある。そのため、システム運用中（例えば
放送中）であっても電力増幅器１０−ｉを交換できるよ
うにシステムを構成するのが望ましい。図３に、その種
のシステム構成例を示す。この図に示すシステムにおい
ては、電力増幅器１０−ｉと分配器１２との間にスイッ
チＳＷｉａを、また電力増幅器１０−ｉと合成器１４と
の間にスイッチＳＷｉｂを、それぞれ設けている。但
し、システム仕様によっては低電力側のスイッチＳＷｉ
ａを省略することもできる。

【０００５】このようにスイッチを各電力増幅器１０−
ｉの前段（ＳＷｉａ）や後段（ＳＷｉｂ）に設けておけ
ば、必要に応じ、そのスイッチを開放して任意の電力増
幅器１０−ｉを分配器１２や合成器１４から切り離すこ
とも、逆にスイッチを閉じて任意の電力増幅器１０−ｉ
を追加することもできる。その際に、他の電力増幅器１
０−ｉの運転を停止させる必要はない。即ち、放送等を
中断することなく、故障・不調等が生じた電力増幅器１
０−ｉを取り外し新たなものに交換することが可能であ
る。なお、いずれかの電力増幅器１０−ｉに故障・不調
等が生じたことについては、システム全体での増幅利得
を監視制御回路２０にて監視及び判定することにより検
出できる。例えば、方向性結合器ＤＣ１を分配器１２の
入力側に設けて入力電力を検出し、合成器１４の出力側
に方向性結合器ＤＣ２を設けて合成出力電力を検出し、
前者に対する後者の比即ちシステム全体での増幅利得を
求め、この増幅利得に有意な低下が現れたときに、いず
れかの電力増幅器１０−ｉにて故障・不調等が発生した
と判定してシステムの運用者に対して警報する。また、
監視制御回路２０は、スイッチＳＷｉａ及びＳＷｉｂを
開閉させるための制御信号を運用者からの指令に応じ又
は所定の条件が成立したときに出力する。何れのスイッ
チＳＷｉａ及びＳＷｉｂを開閉させるか（即ち何れの電
力増幅器１０−ｉを脱着するか）については、警報に応
じて運用者が決めて監視制御回路２０に指令するか、あ
るいは増幅利得の変化量や分配器１２／合成器１４の種
別（アイソレーションタイプか非アイソレーションタイ
プか）等に基づき監視制御回路２０が自動決定する。

【０００６】また、周知の如く分配器及び合成器は互い
に同一の構成にて実現できる。原理的には、コモンポー
トから見てＮ個の個別ポートが互いに並列になるよう形
成された１：Ｎ分岐を有する信号伝送路を設け、使用時
にコモンポートを入力に用い各個別ポートを出力に用い
れば分配器となり、各個別ポートを入力に用いコモンポ
ートを出力に用いれば合成器となる。他方、図３に示し
たシステムでは、分配器１２とスイッチＳＷｉａが単一
のユニットたる分配器ユニット１６を構成しており、同
様に、合成器１４とスイッチＳＷｉｂが単一のユニット
たる合成器ユニット１８を構成している。Ｎ＝３の場合
を例とすると、これら分配器ユニット１６及び合成器ユ
ニット１８は、何れも図４に示す如き構成とすることが
できる。同図に示したユニットの詳細動作・仕様や同種
製品ファミリーについては、例えば、ＫＭＷ社の頒布資
料"RF & Microwave Components and Subsystem 1998-19
99"、特にSwitchable Power Combiners/Dividersに関す
るTechnical Notesを参照されたい。

【０００７】図４に示したユニットは、基本的には、平
衡型のＴ分岐回路（並列分配合成器）であり、コモンポ
ートＣＯＭ、Ｎ個（ここでは３個）の個別ポートＰＯＲ
Ｔｉ、コモンポートＣＯＭ・個別ポートＰＯＲＴｉ間を
接続する分布定数型のインダクタＬｉ、並びに個別ポー
トＰＯＲＴｉ同士を接続する抵抗Ｒｉ及び１／２波長線
路（図中、λ：信号波長）を備えている。更に、スイッ
チＳＷｉ１がコモンポートＣＯＭ・個別ポートＰＯＲＴ
ｉ間に、スイッチＳＷｉ２が個別ポートＰＯＲＴｉ同士
の間に、それぞれ設けられている。図４に示したユニッ
トを分配器ユニット１６として用いる際には、スイッチ
ＳＷ１１及びＳＷ１２がスイッチＳＷ１ａとして、スイ
ッチＳＷ２１及びＳＷ２２がスイッチＳＷ２ａとして、
スイッチＳＷ３１及びＳＷ３２がスイッチＳＷ３ａとし
て、それぞれ動作する。図４に示したユニットを合成器
ユニット１８として用いる際には、スイッチＳＷ１１及
びＳＷ１２がスイッチＳＷ１ｂとして、スイッチＳＷ２
１及びＳＷ２２がスイッチＳＷ２ｂとして、スイッチＳ
Ｗ３１及びＳＷ３２がスイッチＳＷ３ｂとして、それぞ
れ動作する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、各電力増
幅器の前後のうち少なくとも一方にスイッチを設けてお
けば、合成出力を停止させないで、故障したと見られる
電力増幅器を随時交換できる。また、そのためのスイッ
チを内蔵する分配器ユニット及び合成器ユニットを用い
れば、外付スイッチを用いたシステム（図２に示したシ
ステムに単純にスイッチを付加した構成）に比べ、シス
テムを構成するユニットの個数を低減でき、また設置ス
ペースを節約できる。

【０００９】しかしながら、スイッチを内蔵する分配器
ユニット及び合成器ユニットを用いると、ユニット内の
スイッチが故障した場合にそのユニットごと交換等する
必要がある。分配器ユニット或いは合成器ユニットを取
り外す際には、システムの運転を停止させねばならず、
従って合成出力の停止による放送停止等を余儀なくされ
る。特に、合成器側のスイッチは、増幅後の信号即ち大
電力の信号が加わることや、雷サージを受けやすいこと
から、その損耗や故障が生じる頻度が比較的高い。その
ため、故障時における対処措置を放送停止等なしに実施
できるようにすることが望まれている。

【００１０】また、分配器及び合成器それ自体は受動素
子や分布定数線路により実現可能なデバイスであり、本
来、接点、制御回路、電源回路等を必要としない。しか
し、スイッチ内蔵型の分配器ユニット又は合成器ユニッ
トには、スイッチを構成する接点を内蔵する必要があ
り、またそれを駆動するための制御・電源回路を内蔵さ
せ又はそれらを付設する必要がある。更に、図５に示す
ように、コモンポートＣＯＭとなるコネクタ（例えば
Ｎ）及び個別ポートＰＯＲＴｉとなるＮ個のコネクタ
（例えばＳＭＡ）だけでなく、スイッチを制御するため
の制御信号入力用コネクタ（例えばＲＳ２３２Ｃポー
ト）２２を、筐体２４の外表面に設ける必要がある。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、電力増幅器が故障
した場合でもまたスイッチが故障した場合でも、システ
ムの合成出力を停止させることなく当該故障等に対処で
きるようにすることを、その目的の一つとしている。ま
た、本発明は、分配器又は合成器の本来の構成要素とは
異質な構成要素を分配器及び合成器に付加することによ
り生じていた問題点、例えば分配器ユニット及び合成器
ユニットの構成の複雑さや制御信号入力用のコネクタの
必須設置等の問題点を解消することを、その目的の一つ
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る並列運転システムは、（１）そ
れぞれ電力増幅器及び当該電力増幅器の信号入力若しく
は出力経路上に設けられたスイッチを収納する複数のＰ
Ａユニットと、（２）各ＰＡユニットに対し各電力増幅
器により増幅させるべく信号を分配する分配器と、
（３）各ＰＡユニットから各電力増幅器により増幅され
た信号を受け取り合成する合成器と、を備え、（４）各
電力増幅器を分配器又は合成器から切り離すための上記
スイッチを当該電力増幅器と同じＰＡユニット内に設け
たことを特徴とする。望ましくは、各スイッチを駆動す
るための回路をそのスイッチと同じＰＡユニット内に設
ける。更に望ましくは、上記スイッチとして、ＰＩＮダ
イオード等の半導体スイッチング素子を含む電子的スイ
ッチを用いる。

【００１３】このように、本発明においては、電力増幅
器を分配器や合成器から切り離すために使用できるスイ
ッチを、その電力増幅器と同じユニット（ＰＡユニッ
ト）内に設けることとしている。従って、スイッチが故
障した場合はそのスイッチを内蔵しているＰＡユニット
を取り外せばよく、他のＰＡユニットの動作や、分配器
及び合成器による電力分配／合成、ひいては合成出力に
よる放送等を停止させる必要がない。また、電力増幅器
が故障した場合も、ＰＡユニットを取り外せばよい。更
に、スイッチがＰＡユニットに内蔵されているため、分
配器や合成器に、スイッチ及びその駆動用の回路を内蔵
又は付加する必要がなく、またスイッチ制御信号入力用
のコネクタを設ける必要もない。

【００１４】本発明におけるスイッチとしてＰＩＮダイ
オード等の半導体スイッチング素子を含む電子的スイッ
チを用いる場合、好ましくは、各スイッチを構成する半
導体スイッチング素子をバイアスするための電源とし
て、順バイアス電源、中バイアス電源及び逆バイアス電
源を用いるのが望ましい。順バイアス電源及び逆バイア
ス電源は、それぞれ、半導体スイッチング素子を順又は
逆バイアスするためのバイアス電源である。中バイアス
電源は、順バイアス電源及び逆バイアス電源のうちいず
れかと同極性でかつそれより電圧値が低いバイアス電源
である。本発明の好ましい実施形態では、ＰＡユニット
に内蔵されたトランジスタ等の素子又は回路により、順
バイアス電源、中バイアス電源及び逆バイアス電源のう
ちいずれかを、選択的にかつ制御信号に応じ半導体スイ
ッチング素子に接続する。より詳細には、順バイアス電
源から逆バイアス電源へ又は逆バイアス電源から順バイ
アス電源へと、半導体スイッチング素子に接続するバイ
アス電源を切り替える途中で、切換元のバイアス電源を
切り離した後切換先のバイアス電源を接続する前に、当
該半導体スイッチング素子に中バイアス電源を接続す
る。順及び逆バイアス電源のうち中バイアス電源と同極
性の電源と、中バイアス電源とを比べると、その出力電
圧値が低い中バイアス電源の方が一般に低インピーダン
スであるため、上記の如き“中バイアス”状態を途中に
組み込むことにより、半導体スイッチング素子のバイア
ス状態の順逆バイアス状態切換を高速化できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。なお、図１乃至図５に示し
た従来技術と同様の又は対応する部分には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００１６】図６に、本発明の一実施形態に係る並列運
転システムの構成を示す。この図に示すシステムでは、
分配器１２からＮ個のＰＡユニット２６−ｉに対して信
号が分配されており、各ＰＡユニット２６−ｉの出力が
合成器１４にて合成されている。分配器１２及び合成器
１４は、例えば、抵抗やインダクタにより構成されてい
る。分配器１２及び合成器１４には、スイッチは組み込
まれていない。

【００１７】ＰＡユニット２６−ｉは、電力増幅器１０
−ｉに加え、スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓ等を内
蔵している。分配器１２から分配される信号は、分配器
１２とＰＡユニット２６−ｉとを結ぶ１／２波長線路を
介して、各ＰＡユニット２６−ｉに供給される。ＰＡユ
ニット２６−ｉに供給された信号は、１／２波長線路３
２又は１／４波長線路３４（後述）を有する電子的なス
イッチＳＷ１ａｓを介してリミッタ２８−ｉに入力さ
れ、電力増幅器１０−ｉへの過入力による破損や信号の
歪を防ぐためのレベル制限を受ける。リミッタ２８−ｉ
の出力は、電力増幅器１０−ｉに入力され増幅される。
増幅された信号は、１／２波長線路３２又は１／４波長
線路３４を有する電子的なスイッチＳＷ１ｂｓを介して
ＰＡユニット２６−ｉの外部に出力される。出力された
信号は、ＰＡユニット２６−ｉと合成器１４とを結ぶ１
／２波長線路を介して、合成器１４に入力される。合成
器１４は、Ｎ個のＰＡユニット２６−ｉのうち現在スイ
ッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓが閉じておりその電力増
幅器１０−ｉが増幅動作を行っているものから、その増
幅出力を入力及び合成して出力する。

【００１８】ＰＡユニット２６−ｉ内の故障検知制御回
路３０−ｉは、同じＰＡユニット２６−ｉ内に収納され
ている電力増幅器１０−ｉやスイッチＳＷｉａｓ及びＳ
Ｗｉｂｓの故障を検知し、その結果を監視制御回路２０
Ａを通じて運用者に警報する。故障検知の方法として
は、例えば方向性結合器ＤＣｉ１及びＤＣｉ２（図では
ＤＣ１１及びＤＣ１２）を用いて電力増幅器１０−ｉの
入出力電力を監視する等の方法があり得る。故障検知制
御回路３０−ｉは、監視制御回路２０Ａから供給される
信号に応じて、又は上記監視の結果に応じて自動的に、
スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓのオン／オフや電力
増幅器１０−ｉに対する電力供給を制御する。例えば、
ＰＡユニット２６−ｉの取り外しに先立ち、故障検知制
御回路３０−ｉは、スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓ
をオフさせかつ電力増幅器２６−ｉへの電源供給を断
つ。

【００１９】なお、図６では、ＰＡ２６−１についてそ
の内部構成を示し、他のＰＡユニット２６−ｉについて
はその内部構成の図示を省略している。また、本願で
は、その電気長がλ／２のｎ倍（ｎ：自然数）の線路を
全て「１／２波長線路」と呼ぶ。同様に、その電気長が
λ／４の奇数倍の線路を全て「１／４波長線路」と呼
ぶ。

【００２０】図７に、本実施形態にてスイッチＳＷｉａ
ｓ又はＳＷｉｂｓとして使用しうる電子的なスイッチの
例を６通り示す。図中、ＰＡは直接又はリミッタ２８−
ｉを介して電力増幅器１０−ｉ側に接続される端子であ
り、Ｃ／ＤはＰＡユニット２６−ｉの入出力端から１／
２波長線路を介して分配器１２又は合成器１４に接続さ
れる端子であり、ＣＴＬはＰＡユニット２６−ｉ内の故
障検知制御回路３０−ｉに接続される端子である。従っ
て、図示した回路をスイッチＳＷｉａｓとして用いる場
合には、分配器１２とＰＡユニット２６−ｉとを結ぶ１
／２波長線路を介して分配器／合成器接続端子Ｃ／Ｄか
ら信号が印加され、電力増幅器接続端子ＰＡを介して信
号がリミッタ２８−ｉに出力される。逆に、図示した回
路をスイッチＳＷｉｂｓとして用いる場合には、電力増
幅器１０−ｉにより増幅された信号が電力増幅器接続端
子ＰＡに印加され、分配器／合成器接続端子Ｃ／Ｄから
ＰＡユニット２６−ｉと合成器１４とを結ぶ１／２波長
線路を介して信号が合成器１４に供給される。

【００２１】また、図７（ａ）に示した回路では、スイ
ッチング素子たるＰＩＮダイオードＤが、端子ＰＡから
端子Ｃ／Ｄに向かう方向に対し順方向接続となるよう、
主信号経路上にシリーズ配置されている。ＰＩＮダイオ
ードＤは、そのカソードが高周波コイル（ＲＦＣ）Ｌ５
により接地されており、他方で、そのアノードには、高
周波コイルＬ４及びバイパスコンデンサＣ２からなるバ
イアス印加回路並びに端子ＣＴＬを介して、故障検知制
御回路３０−ｉ（より詳細にはその内部のバイアス電
源）から制御信号たるバイアス電圧が印加されている。
また、このバイアス電圧による直流成分を阻止するため
端子ＰＡとＰＩＮダイオードＤのアノードとの間には結
合コンデンサＣ１が設けられている。更に、端子Ｃ／Ｄ
側とのアイソレーションを確保するため、主信号経路
上、ＰＩＮダイオードＤのカソードと端子Ｃ／Ｄとの間
には１／２波長線路３２が設けられている。従って、正
のバイアス電圧を端子ＣＴＬに印加すると図７（ａ）中
のＰＩＮダイオードＤがオンするため、端子ＰＡから端
子Ｃ／Ｄに至る主信号経路が形成される。逆に、負のバ
イアス電圧を端子ＣＴＬに印加するとＰＩＮダイオード
Ｄがオフするため、主信号経路は遮断される。

【００２２】このような構成の電子的スイッチを例えば
スイッチＳＷｉａｓとして用いることにより、機械的接
点を有するスイッチを用いた場合に比べ、長寿命で信頼
性が高くまた高速スイッチングが可能で小型かつ安価な
スイッチＳＷｉａｓを得ることができる。更に、バイア
ス電圧を徐々に立ち上げる（又は立ち下げる）スロース
タート（又はストップ）制御も実施可能である。そのよ
うにすれば、スイッチ制御に伴う合成出力変動が急激に
ではなく徐々に現れることとなるため、図６に示したシ
ステムからの合成出力を受け取る側の装置（図示したシ
ステムを送信機にて使用している場合には受信機）にて
同期はずれ等の現象が生じにくくなる。また、図７
（ａ）中のＰＩＮダイオードＤの向きを逆転させてもよ
い（但し、バイアス電圧の正負に対するオン／オフの関
係が逆転する）。その際、図７（ｂ）に示すようにバイ
アス印加回路の位置を変え、バイアス電圧の正負に対す
るオン／オフの関係を保ってもよい。

【００２３】更に、ＰＩＮダイオードＤを主信号経路外
において（即ちシャント回路にして）バイアス印加回路
と縦続接続し、１／２波長線路３２に代えて１／４波長
線路３４を用いるようにしてもよい。１／４波長線路で
はインピーダンス変換が行われるので、オン／オフの関
係が１／２波長線路とは逆になる（図７（ｄ）及び
（ｅ））。従って、主信号経路は、正のバイアス電圧が
端子ＣＴＬに印加されているときオフし、負のバイアス
電圧が印加されているときオンする。ここに、ＰＩＮダ
イオードＤの故障モードが通常はオープンモードである
ことから、雷サージ等によってＰＩＮダイオードＤが故
障した場合でも、図７（ｄ）又は（ｅ）に示すスイッチ
を例えばスイッチＳＷｉｂｓとして用いていれば、増幅
出力の提供（例えば放送、送信）を継続することができ
る。なお、図７（ｄ）では、ＰＩＮダイオードＤのアノ
ード即ちバイアス電圧印加個所が主信号経路上にあるた
め、結合コンデンサを端子ＰＡ側及びＣ／Ｄ側に合計２
個（Ｃ１ａ及びＣ１ｂ）設ける必要があるのに対し、図
７（ｅ）では、ＰＩＮダイオードＤのカソードが主信号
経路上にあり更に高周波コイルＬ５により接地に接続し
ているため、結合コンデンサは必要でない。

【００２４】更に、図７（ａ）又は（ｄ）と図７（ｂ）
又は（ｅ）とを組合せることにより、２個のＰＩＮダイ
オードＤａ又はＤｃとＤｂ又はＤｄとの対向接続を含む
図７（ｃ）又は（ｆ）に示す電子的スイッチを得ること
ができる。このようにすれば、負のバイアス電圧を端子
ＣＴＬに印加するのに代えて、端子ＣＴＬを開放（＝ハ
イインピーダンスにする）ことによって、同様のスイッ
チングを実現できる。

【００２５】図８（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ、故障
検知制御回路３０−ｉの内部に設ける回路の一部に関
し、例を示す。これらの図に示したのは、故障検知制御
回路３０−ｉ内に設けられた図示しない回路から供給さ
れる制御信号に応じて、抵抗Ｒを介し端子ＣＴＬにバイ
アス電源を接続するためのトランジスタ回路である。端
子ＣＴＬは図７中の同名の端子にバイアス電圧を印加す
るための端子であり、順バイアス電源と端子ＣＴＬとの
間に設けられているトランジスタＱ１がオンすると端子
ＣＴＬには正電圧が現れ、逆バイアス電源と端子ＣＴＬ
との間に設けられているトランジスタＱ２がオンすると
端子ＣＴＬには負電圧が現れる。なお、ここでは、順バ
イアス電源としては＋５［Ｖ］の電源を用い逆バイアス
電源としては−２００［Ｖ］のバイアス電源を用いてい
る。ＰＩＮダイオードＤを用いるに当たっては、このよ
うに充分に高い負電圧を出力できる逆バイアス電源を用
いないと、歪（スプリアス）の発生を初めとするいくつ
かの問題が生じる。

【００２６】図８（ａ）に示した回路と図８（ｂ）に示
した回路の相違点は、後者において、−１００［Ｖ］の
中バイアス電源を用いていること、中バイアス電源と端
子ＣＴＬとの間に前述の抵抗Ｒ及び保護・逆流阻止用の
ダイオードＤ０に加えトランジスタＱ３を設けているこ
とである。トランジスタＱ３がオンすると端子ＣＴＬに
は逆バイアス電源接続時と同極性だがより低い電圧が現
れる。バイアス状態を順から逆へ或いはその逆へと切り
替えるに当たっては、その途中、切換元のバイアス電源
に対応するトランジスタ例えばＱ１をオフさせた後切換
先のバイアス電源に対応するトランジスタ例えばＱ２を
オンさせる前に、一時的に、故障検知制御回路３０−ｉ
内に設けられた図示しない回路から制御信号を供給して
トランジスタＱ３をオンさせる（Ｑ２＝オンの期間とＱ
３＝オンの期間は若干重複）。

【００２７】ここに、高圧電源は一般に高周波で高イン
ピーダンスであるため、図８（ａ）に示した回路では切
換速度の向上について逆バイアス電源に依る限界があ
る。これに対し、図８（ｂ）に示した回路では、中バイ
アス電源がバイアス電圧を供給する状態、即ち逆バイア
ス電源による逆バイアスより弱い逆バイアスを切換途中
で一時的・中間的に行っているため、電源インピーダン
スによる制約が緩和される。その結果、図８（ａ）に示
した回路に比べ高速での切換を実現できるようになる。
切換が高速であれば、切換途中におけるＰＩＮダイオー
ドＤ等の高周波抵抗値の変化の影響、特にＰＩＮダイオ
ードＤ等における高周波電力消費による温度上昇破損を
抑えることができ、従ってＰＩＮダイオードＤ等の破損
を抑えることができる。

【００２８】なお、図８に示した各回路では、トランジ
スタＱ１としてＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを、
トランジスタＱ２（及びＱ３）としてＮＰＮ型のバイポ
ーラトランジスタを、それぞれ用いている。ＰＮＰに代
えＮＰＮを用いフローティング回路により構成してもよ
い。バイポーラに代えＦＥＴ等を用いてもよい。各トラ
ンジスタの耐圧不足が懸念される場合はフローティング
回路により直列多段接続してもよい。中バイアス電源は
１種類に限られない。

【００２９】このように、本実施形態によれば、スイッ
チＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓをＰＡユニット１０−ｉに
内蔵する構成としたため、電力増幅器１０−ｉに故障が
生じた場合だけでなく、スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉ
ｂｓが故障した場合でも、合成出力（放送機用電力増幅
の場合には放送波）を停止させることなく、故障したと
見られる部材を内蔵するＰＡユニット２６−ｉの交換等
を以て対処できる。特に、電力増幅器１０−ｉから見て
合成器１４側にあるスイッチＳＷｉｂｓについては比較
的故障が発生しやすいことから、合成出力停止を伴わな
い保守交換が可能になるメリットは大きい（逆に言え
ば、比較的故障が発生しにくい分配器側スイッチについ
ては従来通り分配器ユニット１６に内蔵させても構わな
い）。故障への対処だけでなく、保守、清掃等に当たっ
ても、かかる構成は有用である。

【００３０】また、分配器１２及び合成器１４の構成は
図３における分配器ユニット１６及び合成器ユニット１
８に比べ簡素であり、スイッチや制御信号入力用のコネ
クタ２２や電源回路等を分配器１２及び合成器１４に設
ける必要がない。他方で、スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷ
ｉｂｓの駆動に必要な電力が電力増幅器１０−ｉの駆動
に必要な電力に比べ小さいこと等からすれば、スイッチ
ＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓをＰＡユニット２６−ｉに内
蔵させたことによるＰＡユニット２６−ｉの肥大化、特
に故障検知制御回路３０−ｉの一部たる電源回路の肥大
化・消費電力増大は、無視しうる程度のものにとどま
る。全体として、システムを構成する機器それぞれの小
型簡素化と、機器間の接続の簡素化とにより、システム
コスト低減が可能になる。

【００３１】更に、電子的スイッチを用いているため、
前述の通り、スイッチ長寿命化、高信頼化、高速化、小
型化、低コスト化その他の面で従来より改良されたシス
テムが得られる。振動や衝撃が加わっても合成出力は概
ね瞬断しないし、スイッチＳＷｉａｓ又はＳＷｉｂｓの
オン／オフ時のチャタリングも生じにくい。図６に示し
た如く、故障検知制御回路３０−ｉ、特に各部材の故障
を検知しそれに応じた制御を実行する回路をＰＡユニッ
ト２６−ｉに収納することによって、電力増幅器やそれ
に関連するスイッチだけでなく当該制御用の回路に関し
ても冗長化することができ、信頼性が高まる。

【００３２】また、分配器１２及び合成器１４として、
個別ポート間がインピーダンス的に分離されていない
（即ち任意の個別ポートから電力増幅器１０−ｉを切り
離すとその電力増幅器１０−ｉにより担われていた電力
が反射により他の電力増幅器１０−ｉにより案分され
る）非アイソレーションタイプを用いた場合、電子的な
スイッチＳＷｉａｓ及びＳＷｉｂｓの操作前後でのレベ
ル変動はほとんどない。より詳細には、例えばスイッチ
ＳＷ１ａｓ及びＳＷ１ｂｓとを同時にオフすると、それ
まで電力増幅器１０−１が負担していた送出電力を他の
電力増幅器が分担して受け持つこととなるので、合成器
１４の出力電力はほとんど変化しない。但し、当該他の
電力増幅器に増加分の電力を送出できる能力（余力）が
あることが前提である。従って、本実施形態に係るシス
テムを例えばディジタル地上波テレビジョン放送局の送
信装置にて使用した場合、伝送エラーを発生させないで
高速切り替えを行えるシステムが得られる。

【００３３】更に、分配器１２として非アイソレーショ
ンタイプを使用している場合、スイッチＳＷｉａｓ及び
ＳＷｉｂｓ内のＰＩＮダイオードに対するバイアス電圧
の漸減制御をふまえず誤って“活きている”ＰＡユニッ
ト２６−ｉを取り外すと、そのＰＡユニット２６−ｉ内
の電力増幅器１０−ｉにより担われていた電力が対応す
る個別ポートにて全反射し、他の電力増幅器１０−ｉに
入力される。本実施形態では、リミッタ２８−ｉを電力
増幅器１０−ｉに前置しているため、このような場合に
おける各電力増幅器１０−ｉの過入力による破損や歪み
発生を防ぐことができる。

【００３４】また、分配器１２として個別ポート間がイ
ンピーダンス的に分離している（即ち任意の個別ポート
から電力増幅器１０−ｉを切り離しても他の個別ポート
に接続されている他の電力増幅器１０−ｉが担う電力が
変化しない）アイソレーションタイプを用いた場合、任
意のＰＡユニット２６−ｉをそのスイッチＳＷｉａｓ及
びＳＷｉｂｓの制御によって電気的に切り離し又は接続
したときの合成出力電力変動を抑えるためには、何らか
の電力調整回路が必要である。この電力調整回路を故障
検知制御ユニット３０−ｉの一部として即ちＰＡユニッ
ト２６−ｉの内部に設け、監視制御回路２０Ａからの信
号に応じて動作させることにより、制御信号伝送用のケ
ーブルの本数を抑えながら合成出力電力変動を防ぐこと
が可能になる。無論、当該電力調整回路を監視制御回路
２０Ａの一部として即ちＰＡユニット２６−ｉの外部に
設けてもよい。

【００３５】以上の説明は、Ｎ個の電力増幅器１０−ｉ
を同時に全て稼働させるいわゆる全数動作方式の実施に
当たっていかに故障等に対処するか、という側面からの
説明であった。しかしながら、本実施形態に係る回路
は、現用の電力増幅器に加え予備の電力増幅器を設ける
方式、例えば（Ｎ＋１）方式においても、使用すること
ができる。その種の用途では、故障発生時に現用から予
備へ、予備から現用への自動的切換が行われるよう、監
視制御回路２０Ａの動作プロトコル等を設計する。さら
に、予備の電力増幅器の定期的試験のため、当該切換を
行う。或いは、複数の電力増幅器を巡回的に使用しまた
休止させるローテーション方式の実施のため、当該切換
を行うシステムが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】電力増幅器の単独運転システムの構成を示す
ブロック図である。

【図２】電力増幅器の並列運転システムの基本構成を
示すブロック図である。

【図３】スイッチ内蔵型分配器及び合成器を用いた並
列運転システムの構成を示すブロック図である。

【図４】スイッチ内蔵型分配器及び合成器として用い
うる装置の回路構成を示す回路図である。

【図５】図４に示した装置の外観、特にコネクタの種
類及び個数を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る並列運転システム
の構成を示すブロック図である。

【図７】本実施形態にて使用可能な電子的スイッチの
例を（ａ）〜（ｆ）にて示す回路図である。

【図８】本実施形態にて故障検知制御回路の一部とし
て使用可能なバイアス回路の例を（ａ）及び（ｂ）にて
示す回路図である。

【符号の説明】

１０−１，１０−２，…１０−Ｎ電力増幅器、１２
分配器、１４合成器、２６−１，２６−２，…２６−
ＮＰＡユニット、３０−１故障検知制御回路、Ｄ，
Ｄａ〜ＤｄＰＩＮダイオード、Ｑ１〜Ｑ３トランジ
スタ、ＳＷ１ａｓ，ＳＷｉｂｓスイッチ。

フロントページの続き (72)発明者兼田厚東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者曾根正人東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者小野田耕久東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者河野健一東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者江川和宏東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者伊藤良次東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内Ｆターム(参考） 5J069 AA01 AA04 AA21 AA41 CA89 CA92 FA16 HA08 HA19 HA25 HA29 HA32 HA33 HA38 KA20 KA61 KA68 KC03 KC06 KC07 QA04 SA13 TA01 5J091 AA01 AA04 AA21 AA41 CA89 CA92 FA16 HA08 HA19 HA25 HA29 HA32 HA33 HA38 KA20 KA61 KA68 QA04 SA13 TA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ電力増幅器及び当該電力増幅器
の信号入力若しくは出力経路上に設けられたスイッチを
収納する複数のＰＡユニットと、各ＰＡユニットに対し各電力増幅器により増幅させるべ
く信号を分配する分配器と、各ＰＡユニットから各電力増幅器により増幅された信号
を受け取り合成する合成器と、を備え、各電力増幅器を分配器又は合成器から切り離す
ための上記スイッチを当該電力増幅器と同じＰＡユニッ
ト内に設けたことを特徴とする並列運転システム。
【請求項２】請求項１記載の並列運転システムにおい
て、各スイッチを駆動するための回路をそのスイッチと同じ
ＰＡユニット内に設けたことを特徴とする並列運転シス
テム。
【請求項３】請求項１又は２記載の並列運転システム
において、上記スイッチが、半導体スイッチング素子を含む電子的
スイッチであることを特徴とする並列運転システム。
【請求項４】請求項３記載の並列運転システムにおい
て、各スイッチを駆動するための回路が、そのスイッチを構
成する上記半導体スイッチング素子を順バイアスするた
めの順バイアス電源、当該半導体スイッチング素子を逆
バイアスするための逆バイアス電源、並びに順バイアス
電源及び逆バイアス電源のうちいずれかと同極性でかつ
それより電圧値が低い中バイアス電源のうち、いずれか
を、選択的にかつ制御信号に応じて、当該半導体スイッ
チング素子に接続する手段を備えることを特徴とする並
列運転システム。
【請求項５】ＰＩＮダイオード等の半導体スイッチン
グ素子のバイアス状態を順逆切換する切換方法であっ
て、バイアス電源として、上記半導体スイッチング素子を順
バイアスするための順バイアス電源、当該半導体スイッ
チング素子を逆バイアスするための逆バイアス電源、並
びに順バイアス電源及び逆バイアス電源のうちいずれか
と同極性でかつそれより電圧値が低い中バイアス電源
を、準備しておき、順バイアス電源から逆バイアス電源へ又は逆バイアス電
源から順バイアス電源へと、上記半導体スイッチング素
子に接続するバイアス電源を切り替える途中で、切換元
のバイアス電源を切り離した後切換先のバイアス電源を
接続する前に、当該半導体スイッチング素子に中バイア
ス電源を接続することを特徴とする切換方法。