JP2006060301A

JP2006060301A - 増幅器

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Publication number: JP2006060301A
Application number: JP2004237333A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hayashi; 宏行林; Toru Maniwa; 透馬庭
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-17
Also published as: JP4539225B2

Abstract

【課題】ドハティ型電力増幅器の増幅装置において、増幅器が故障した場合、増幅された出力信号の非線形歪みの増大を防止する回路構成を提供する。
【解決手段】ＲＦ信号は９０度等電力２分配器１１にて分配されてスイッチング回路２０を経由してキャリア増幅器１２とピーク増幅器１３に入力される。キャリア増幅器１２が故障した場合は、故障増幅器識別回路１８への入力がなくなり故障増幅器識別回路１８にて故障と判断し、バイアス制御回路１９およびスイッチング回路２０に制御信号を送ると共に出力低下信号を出力する。バイアス制御回路１９に制御信号が入力されると、ピーク増幅器１３のバイアスをキャリア増幅器１２のバイアス方向に変更すると共に、スイッチング回路２０において９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端２０−１を終端する。
【選択図】図２

Description

本発明は、増幅器に関し、特にドハティ型増幅器によって線形性を保持する装置および方法に関する。

近年、映像信号および音声信号等を伝送する無線通信システムにおいては、高品質な伝送および周波数利用効率の向上に有効なディジタル変復調技術が採用されている。このディジタル変復調技術としては、例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式等のマルチキャリア通信が周波数利用効率の向上に有効である。

このマルチキャリア通信を利用した無線通信システムにおいては、ピークファクタの大きな信号を増幅しなければならず、電力増幅器に対して線形性および高効率が要求されている。このような線形性と効率に係る問題を解決するために、１９４０年にＷ．Ｈ．Ｄｏｈｅｒｔｙ氏によって、いわゆるドハティ型増幅器が開発された。

図９は、例えば特開平７−２２８５２号公報に示された、従来のドハティ型増幅器の構成図である。図９において、１０１は入力端子、１０２はキャリア増幅器、１０３および１０４は１／４波長ネットワーク、１０５はピーク増幅器、１０６は出力負荷、１０７は出力端子であり、キャリア増幅器１０２はＡ級、ＡＢ級またはＢ級にバイアスされた増幅器、ピーク増幅器１０５はＢ級またはＣ級にバイアスされた増幅器であり、出力負荷１０６は便宜的にＲ／２としたインピーダンス（Ｒは任意の値を取り得る）を有している。また、ピーク増幅器１０５は、キャリア増幅器１０２に対して１／４（９０度）位相がずれるように駆動される。

入力端子１０１に入力された入力信号を２つの経路に分配し、一方の経路ではキャリア増幅器１０２に入力し、キャリア増幅器１０２からの出力信号を１／４波長ネットワーク１０３に入力する。また、他方の経路では１／４波長ネットワーク１０４を通過した入力信号をピーク増幅器１０５に入力する。そして、２つの経路に分配され、それぞれ伝送された信号を合成して出力負荷１０６に与え、出力端子１０７から出力する。

キャリア増幅器１０２は、Ａ級、ＡＢ級またはＢ級にバイアスされており、瞬時入力信号が小さい場合には、入力信号の電力レベルに関わらず増幅動作を行って出力信号を出力する。一方、ピーク増幅器１０５はＢ級またはＣ級にバイアスされており、瞬時入力信号が小さい場合には、入力信号の電力レベルがピーク増幅器１０５をオンさせるには十分でないため、オフ状態すなわち増幅動作を行わず出力しない。また、ピーク増幅器１０５の直流消費電力も０あるいは十分に小さいので、ドハティ型増幅器全体としての効率も高い。

一方、瞬時入力信号が大きい場合には、ピーク増幅器１０５がオン状態となって、ピーク増幅器１０５への入力信号を増幅し出力信号を発生する。そして、キャリア増幅器１０２の出力電力とピーク増幅器１０５の出力電力とを合成することで、結果的により大きな飽和電力を有する増幅器を構成する。

図１０は、入力信号の電力レベルが小さい場合のドハティ型増幅器の構成を示す図である。ピーク増幅器１０５はオフ状態になっているために、その出力インピーダンスは理想的には無限大であり、キャリア増幅器１０２の出力電力はすべて出力負荷１０６に与えられる。キャリア増幅器１０２の出力側に設けられている１／４波長ネットワーク１０３の特性インピーダンスはＲであるため、出力負荷１０６がインピーダンス変換されてキャリア増幅器１０２に与えられる負荷インピーダンスは２Ｒとなる。

負荷インピーダンスが２Ｒの場合には、キャリア増幅器１０２は飽和電力が小さいものの効率が良好になるように設計されている。したがって、この場合にはキャリア増幅器１０２は最大の効率で動作する。

また、図９は入力信号の電力レベルが大きい場合の構成を示す。この場合、キャリア増幅器１０２とピーク増幅器１０５とが並列に接続されて両方の増幅器が電力を出力するため、出力負荷１０６が接続された状態においてそれぞれの増幅器が見る負荷インピーダンスは出力負荷１０６のインピーダンスの２倍、すなわちＲとなる。キャリア増幅器１０２の出力側に設けられた１／４波長ネットワーク１０３の特性インピーダンスはＲであるため、インピーダンス変換は行なわれず、キャリア増幅器１０２に与えられる負荷インピーダンスもＲとなる。

負荷インピーダンスがＲの場合には、キャリア増幅器１０２およびピーク増幅器１０５ともに飽和電力が大きくなるように設計されており、ドハティ型増幅器全体として大きな飽和電力を得ることができる。このような動作状態においては、ドハティ型増幅器は飽和電力に近い状態で動作するので効率も高い。

このように、ドハティ型増幅器は、入力信号の電力が大きい場合にピーク増幅器１０５が動作することでキャリア増幅器１０２とピーク増幅器１０５の２つの出力電力が合成されて飽和電力が大きくなること、並びに、入力信号の電力が小さい場合と大きい場合とでキャリア増幅器１０２に与えられる見かけの負荷インピーダンスが変化して高効率に動作可能となることで、高効率な動作を実現することができる。

本質的にキャリア増幅器１０２は、入力信号の電力レベルが大きくなり出力が飽和し始める点で動作すると、最大効率が得られる。しかしながら、線形性と効率との間にはトレードオフがあり、出力信号の線形性を維持するために、ピーク増幅器１０５は、キャリア増幅器１０２がちょうど飽和し始める時に、動作を開始するように設計されている。このため、ピーク増幅器１０５のバイアスはキャリア増幅器１０２のバイアスより深く設定されており、ピーク増幅器１０５の非線形歪みはキャリア増幅器１０２の非線形歪みより大きい。
特開平７−２２８５２号公報

マルチキャリア通信を用いた無線通信システムでは、相互変調歪みを回避するために、増幅器は可能な限り線形性を保たなければならない。しかしながら、ドハティ型増幅器における電力増幅器のうち一つが故障すると、出力信号の非線形歪みにより帯域外への干渉が大きくなり、隣接チャネルへの漏洩電力が大きくなる。それによって、無線通信システムにおける出力信号に歪みが生じ、伝送品質の劣化が起こるという問題が生じ、また、マルチキャリア通信を用いた周波数利用効率が低下してしまうという問題が生じる。

本発明の課題は、複数の増幅装置を用いるシステムにおいて、一部の増幅器が故障した時、入力信号に対する増幅された出力信号の非線形歪みを緩和することである。

本発明の増幅装置は、入力信号を複数の出力信号に分配する分配器と、出力信号を入力して増幅する複数の増幅器と、増幅器の出力信号の有無を検出し、信号を出力している増幅器のバイアスを制御する制御回路と、複数の増幅器の出力信号を合成する合成器と、を有する構成とする。

前記増幅装置は、分配器と増幅器の間にスイッチング回路を有し、スイッチング回路は、増幅器の入力レベルを調整するための手段を有する構成とすることができる。

また、前記増幅装置における増幅器の数は分配器の出力数より多く設け、制御回路が増幅器の故障を検出した時に故障を検出した増幅器から予備の増幅器に切り替える構成としてもよい。

本発明の増幅装置は、入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、キャリア増幅器の出力信号の有無に基づいてキャリア増幅器の故障を検出した時にピーク増幅器のバイアスをキャリア増幅器のバイアス方向に変更する手段を有する構成とすることができる。

また、本発明の増幅装置は、入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、前記２つの増幅器の入力側および出力側にそれぞれ位置する第１、第２のスイッチング回路と、予備増幅器と、キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号の有無に基づいて故障した増幅器を検出した時に前記故障増幅器に接続された第１、第２のスイッチング回路に対して予備増幅器への切り替え制御を行うと共に予備増幅器のバイアスを故障増幅器のバイアスに設定する制御回路を有する構成とすることができる。

本発明によれば、故障増幅器を検出した時、信号を出力している増幅器のバイアスを制御するようにしたので、増幅装置の最大出力レベルは低下する一方で、線形性を保持または改善することが可能となる。特にキャリア増幅器が故障して動作しなくなった時、ピーク増幅器の入力信号レベルに対する出力信号レベルの非線形歪みは大きくなるが、ピーク増幅器のバイアスをキャリア増幅器のバイアスに変更することにより、非線形歪みの増大を防止することができる。従って、無線通信システムにおける相互変調歪みによる伝送品質の劣化増大を防止することができる。また、マルチキャリア通信を用いた周波数利用効率の低下を防止することができる。

また、本発明によれば、スイッチング回路により増幅器の入力レベルを調整するようにしたので、動作している増幅器への過入力を防止して増幅器を保護すると共に、故障した増幅器からの不要な雑音出力を防止することができる。

また、本発明によれば、予備増幅器を設けて故障増幅器を切り替えると共にバイアスを変更するようにしたので、それまでの効率、線形性を保持したまま切り替えることができる。

さらに、本発明によれば、増幅装置において増幅器が故障した場合、特にキャリア増幅器が故障した場合に入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大を防止することができる。従って、無線通信システムにおける相互変調歪みによる伝送品質の劣化増大を防止することができる。また、マルチキャリア通信を用いた周波数利用効率の低下を防止することができる。

以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る増幅装置の構成図である。ドハティ型増幅器１は、９０度等電力２分配器１１、キャリア増幅器１２、ピーク増幅器１３、ドハティ型電力合成ネットワーク１４、スイッチング回路（過入力保護回路）２０、制御回路２１を備える。制御回路２１はさらに、方向性結合器１６および１７、故障増幅器識別回路１８、バイアス制御回路１９を備える。
このドハティ型増幅器１は、例えば送信側において無線周波数（ＲＦ）信号に変換された後のアンテナ１５からの出力前段に接続される。

ＲＦ信号は、９０度２分配器１１に入力され、９０度の位相差で２つの経路に分配されて出力される。この分配された一方の経路では、同相信号（０°）がスイッチング回路２０−１を経由してキャリア増幅器１２に入力され、他方の経路では直交位相信号（−９０°）がスイッチング回路２０−２を経由してピーク増幅器１３に入力される。キャリア増幅器１２で増幅された信号は方向性結合器１６に入力され、信号の一部を分離して故障増幅器識別回路１８に入力し、主出力をドハティ型電力合成ネットワーク１４に入力する。他方、ピーク増幅器１３で増幅された信号は方向性結合器１７に入力され、一部を分離して故障増幅器識別回路１８に入力し、主出力をドハティ型電力合成ネットワーク１４に入力する。

ドハティ型電力合成ネットワーク１４は、方向性結合器１６を経由して入力されたキャリア増幅器１２の出力信号に対して９０°の遅延を与え、方向性結合器１７を経由して入力されたピーク増幅器１３の出力信号と合成してアンテナ１５へ出力する。故障増幅器識別回路１８は、方向性結合器１６および１７で分離されたキャリア増幅器１２およびピーク増幅器１３の出力信号の一部を入力して、後述する故障増幅器の識別（検出）を行い、故障増幅器を検出した場合は、故障を検出した増幅器に基づいたバイアス制御回路１９およびスイッチング回路２０の制御を行う。

キャリア増幅器１２およびピーク増幅器１３のいずれも正常に動作している場合は、故障増幅器識別回路１８において故障増幅器を検出せず、バイアス制御回路１９およびスイッチング回路２０への制御を行わないので、スイッチング回路２０は、図1に示す状態のままとなる。また、アラーム信号としてシステムへ出力される最大出力の低下を通知する出力低下信号も出力されない。

図２は、本発明の実施形態におけるキャリア増幅器１２の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の構成を示す図であり、図１の構成と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、スイッチング回路２０−１が終端されている点である。

故障増幅器識別回路１８においてキャリア増幅器１２の故障を検出して制御するまでは、図１に示すようにＲＦ信号は９０度等電力２分配器１１に入力され、２つの経路に分配されてスイッチング回路２０−１および２０−２を経由してキャリア増幅器１２およびピーク増幅器１３に入力される。

しかし、キャリア増幅器１２が故障した場合は、キャリア増幅器１２からの出力信号がなくなり、方向性結合器１６への入力がなく故障増幅器識別回路１８への入力もなくなるため、故障増幅器識別回路１８において故障と判断し、バイアス制御回路１９およびスイッチング回路２０に制御信号を送ると共にシステムへ出力低下信号を出力する。バイアス制御回路１９に制御信号が入力されると、ピーク増幅器１３のバイアスをキャリア増幅器１２のバイアス方向に変更すると共に、スイッチング回路２０において９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端２０−１を終端する。

上記キャリア増幅器１２が故障した場合の増幅装置の制御動作について、図４に示す信号の流れ図を用いて説明する。ただし、スイッチング回路はスイッチング回路２０とする。

図４において、故障増幅器識別回路１８は、キャリア増幅器１２の出力側に設けられた方向性結合器１６から入力された信号の電力レベルを検出するパワー検出部１８１、検出した電力レベルを予め定めた閾値と比較し、例えば閾値以上／以下の判定結果を出力する判定部１８２、ピーク増幅器１３の出力側に設けられた方向性結合器１７から入力された信号の電力レベルを検出するパワー検出部１８３、検出した電力レベルを予め定めた閾値と比較して閾値以上／以下の判定結果を出力する判定部１８４、判定部１８２および１８４の判定結果に基づいてバイアス制御回路１９およびスイッチング回路２０を制御し、またシステムへのアラーム信号として最大出力の低下を通知する出力低下信号を出力する制御部１８５を備えている。

キャリア増幅器１２が故障した場合、キャリア増幅器１２からの出力がなくなり方向性結合器１６への入力がなくなるため、この時の電力レベルをパワー検出部１８１で検出して判定部１８２に入力し閾値と比較すると、閾値以下と判定される。

一方、ピーク増幅器１３の出力側に設けられた方向性結合器１７の出力信号の電力レベルをパワー検出部１８３で検出し、判定部１８４にて閾値と比較する。この場合、ピーク増幅器１３は正常に動作しているので閾値以上と判定される。

上記判定部１８２および１８４の判定結果が制御部１８５に入力されるが、判定部１８２にてキャリア増幅器１２からの出力は閾値以下と判定され、判定部１８４にてピーク増幅器１３からの出力は閾値以上と判定されたので、キャリア増幅器１２が故障したと判断される。

そして、ピーク増幅器１３のバイアスをキャリア増幅器１２のバイアスに変更するための制御信号をバイアス制御回路１９に送信すると共に、スイッチング回路２０において、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端２０−１を終端する。

これにより、ピーク増幅器１３のバイアスがキャリア増幅器１２のバイアスに変更され、キャリア増幅器１２の故障によるドハティ型増幅器１の入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大を防止することができる。

さらに、システムへ出力低下信号を出力することにより、システム側へ最大出力が低下したという通知を行うことができる。なお、システムへの通知は、単なる最大出力の低下のみでなく、いずれの増幅器を故障と判断したかを通知することも可能である。

図３は、本発明の他の実施形態におけるキャリア増幅器の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の構成を示す図であり、図２の実施形態と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、ドハティ型増幅器２においてスイッチング回路２０に代えてスイッチング回路３０を備えた点である。

図２の実施形態では、キャリア増幅器１２が故障した場合は、スイッチング回路２０において９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端２０−１を終端していた。

図３の実施形態では、スイッチング回路３０において、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端３０−１は接続されたままで、ピーク増幅器１３への出力端３０−２にピーク増幅器１３への入力が過入力とならないように電力減衰器３０−３の挿入を行う。

この場合の増幅装置の制御動作について、図４に示す信号の流れ図を用いて説明する。ただし、スイッチング回路はスイッチング回路３０とする。

図４において、キャリア増幅器１２が故障した場合、キャリア増幅器１２からの出力がなくなり方向性結合器１６への入力がなくなるため、この時の電力レベルをパワー検出部１８１で検出して判定部１８２に入力し閾値と比較すると、閾値以下と判定される。

そして、ピーク増幅器１３のバイアスをキャリア増幅器１２のバイアスに変更するための制御信号をバイアス制御回路１９に送信すると共に、スイッチング回路３０において、９０度等電力２分配器１１のピーク増幅器１３への出力端３０−２に電力減衰器３０−３を挿入する。

これにより、ピーク増幅器１３のバイアスがキャリア増幅器１２のバイアスに変更され、キャリア増幅器１２の故障によるドハティ型増幅器２の入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大による線形性劣化を防止することができる。

さらに、システムへ出力低下信号を出力することにより、システム側へ最大出力が低下したという通知を行うことができる。

図５は、ピーク増幅器１３が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図である。
まず、図２に示したスイッチング回路２０を用いた場合の制御動作を説明する。

故障増幅器識別回路１８においてキャリア増幅器１２の故障を検出して制御するまでは、図１に示した構成となっている。
図５において、ピーク増幅器１３が故障した場合、ピーク増幅器１３からの出力がなくなり方向性結合器１７への入力がなくなるため、この時の電力レベルをパワー検出部１８３で検出して判定部１８４に入力し閾値と比較すると、閾値以下と判定される。

一方、キャリア増幅器１２の出力側に設けられた方向性結合器１６の出力信号の電力レベルをパワー検出部１８１で検出し、判定部１８２にて閾値と比較する。

上記判定部１８２および１８４の判定結果が制御部１８５に入力されるが、判定部１８２にてキャリア増幅器１２からの出力は閾値以上と判定され、判定部１８４にてピーク増幅器１３からの出力は閾値以下と判定された場合は、キャリア増幅器１２から出力される電力レベルが閾値以上であり、キャリア増幅器１２は正常に動作していると判断し、ピーク増幅器１３は導通していないため故障と判断される。
そして、スイッチング回路２０において、９０度等電力２分配器１１のピーク増幅器１３への出力端２０−２を終端する。

一方、判定部１８２にてキャリア増幅器１２からの出力が閾値以下と判定され、判定部１８４にてピーク増幅器１３からの出力も閾値以下と判定された場合は、ピーク増幅器１３の故障かどうかの判断は行えないため、例えば出力低下信号を送出してシステムへの通知を行う。

これにより、ピーク増幅器１３の故障によるドハティ型増幅器１の入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大を防止することができる。さらに、システムへ出力低下信号を出力することにより、システム側へ最大出力が低下したという通知を行うことができる。

なお、ピーク増幅器１３のバイアスはキャリア増幅器１２のバイアスより深く設定されているので、バイアスを変更する必要はなく、バイアス制御回路１９への制御信号は出力しない、もしくは、バイアス変更不要の制御信号を出力してもよい。

上記説明したピーク増幅器１３の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置１の実施形態は、図２のスイッチング回路２０において、点線で示すように、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端２０−１は接続されたままで、ピーク増幅器１３への出力端２０−２を終端した状態となる。

次に、図３に示したスイッチング回路３０を用いた場合の制御動作を説明する。
図５において、ピーク増幅器１３が故障した場合、ピーク増幅器１３からの出力がなくなり方向性結合器１７への入力がなくなるため、この時の電力レベルをパワー検出部１８３で検出して判定部１８４に入力し閾値と比較すると、閾値以下と判定される。

上記判定部１８２および１８４の判定結果が制御部１８５に入力されるが、判定部１８２にてキャリア増幅器１２からの出力は閾値以上と判定され、判定部１８４にてピーク増幅器１３からの出力は閾値以下と判定された場合は、キャリア増幅器１２から出力される電力レベルが閾値以上であり、キャリア増幅器１２は正常に動作していると判断し、ピーク増幅器１３は導通していないため故障と判断される。

そして、スイッチング回路３０において、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端３０−１に電力減衰器３０−３を挿入する。

これにより、ピーク増幅器１３の故障によるドハティ型増幅器２の入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大を防止することができる。さらに、システムへ出力低下信号を出力することにより、システム側へ最大出力が低下したという通知を行うことができる。

なお、ピーク増幅器１３の故障を検出した場合は、スイッチング回路３０を用いた場合もスイチング回路２０を用いた場合と同様に、バイアスを変更する必要はなく、バイアス制御回路１９への制御信号は出力不要である。

上記説明したピーク増幅器１３の故障を検出して制御が行われた後のドハティ型増幅器２の実施形態は、図３のスイッチング回路３０において、点線で示すように、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端３０−１に電力減衰器３０−３を挿入し、ピーク増幅器１３への出力端は接続されたままの構成となる。

図６は、本発明の別の実施形態におけるピーク増幅器の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の構成を示す図であり、図２の実施形態と同一部分には同一符号を付している。

異なる点は、ドハティ型増幅器３において、スイッチング回路２０、制御回路２１に代えてそれぞれスイッチング回路４４、制御回路４６を備えた点、新たに予備増幅器４１、スイッチング回路４５を備えた点である。
制御回路４６はさらに、方向性結合器１６および１７、故障増幅器識別回路４２、バイアス制御回路４３を備える。

図６の実施形態では、ピーク増幅器１３の故障を検出して制御するまでは、ＲＦ信号は９０度等電力２分配器１１に入力され、２つの経路に分配されてスイッチング回路４４を経由してキャリア増幅器１２およびピーク増幅器１３にそれぞれ入力される。

しかし、ピーク増幅器１３が故障した場合は、ピーク増幅器１３からの出力信号がなくなり、方向性結合器１７への入力がなく故障増幅器識別回路４２への入力もなくなる。この場合、故障増幅器識別回路４２においてキャリア増幅器１２の出力側に設けられた方向性結合器１６から入力された信号の電力レベルを測定して、ピーク増幅器１３の入力レベルが導通レベルを超えていることを判断する。
そして、ピーク増幅器１３が故障と判断されたら、バイアス制御回路４３、スイッチング回路４４および４５に予備増幅器４１をピーク増幅器１３として接続するための制御信号を送る。

これにより、スイッチング回路４４および４５においてピーク増幅器１３側に接続されているスイッチが切り替わって予備増幅器４１側に接続され、ピーク増幅器１３が回路から切り離されて予備増幅器４１がピーク増幅器として接続される。この時、ドハティ型増幅器３の位相と振幅を保持しながら切り替える。また、バイアス制御回路４３により、ピーク増幅器１３と同じバイアスが予備増幅器４１に印加される。

前記ピーク増幅器１３が故障した場合の増幅装置の制御動作について、図７に示す信号の流れ図を用いて説明する。さらに、キャリア増幅器の故障を検知した場合の制御動作について、図８に示す信号の流れ図を用いて説明する。

図７において、ピーク増幅器１３が故障した場合、ピーク増幅器１３からの出力がなくなり方向性結合器１７の出力がなくなるため、この時の電力レベルをパワー検出部１８３で検出して判定部１８４に入力すると閾値以下と判定される。

上記判定部１８２および１８４の判定結果が制御部１８５に入力されるが、判定部１８２にてキャリア増幅器１２からの出力は閾値以上と判定され、判定部１８４にてピーク増幅器１３からの出力は閾値以下と判定された場合は、キャリア増幅器１２から出力される電力レベルが閾値以上であり、キャリア増幅器１２は正常に動作していると判断し、ピーク増幅器１３は導通していないため故障と判断される。そして、バイアス制御回路４３、スイッチング回路４４および４５に予備増幅器４１をピーク増幅器１３として接続するための制御信号が送出される。

これにより、スイッチング回路４４および４５においてピーク増幅器１３側に接続されているスイッチが切り替わり予備増幅器４１側に接続され、予備増幅器４１がピーク増幅器として接続される。また、バイアス制御回路４３よりピーク増幅器１３と同じバイアス値が予備増幅器４１に印加され、予備増幅器４１のバイアスがピーク増幅器１３のバイアス値に変更（設定）される。

図８は、キャリア増幅器１２が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図である。図８において、キャリア増幅器１２の出力側に設けられた方向性結合器１６から入力された電力レベルをパワー検出部１８１で検出して判定部１８２に入力すると閾値以下と判定される。一方、ピーク増幅器１３の出力側に設けられた方向性結合器１７の出力信号の電力レベルをパワー検出部１８３で検出し判定部１８４にて閾値と比較すると、閾値以上と判定される。

上記判定部１８２および１８４の判定結果が制御部１８５に入力され、キャリア増幅器１２が故障したと判断されたら、バイアス制御回路４３、スイッチング回路４４および４５に予備増幅器４１をキャリア増幅器１２として接続するための制御信号が送出される。

これにより、図６のスイッチング回路４４および４５において、９０度等電力２分配器１１のキャリア増幅器１２への出力端に接続されているスイッチが切り替わり予備増幅器４１側に接続され、予備増幅器４１がキャリア増幅器として接続される。また、バイアス制御回路４３よりキャリア増幅器１２と同じバイアス値が予備増幅器４１に印加され、予備増幅器４１のバイアスがキャリア増幅器１２のバイアス値に変更（設定）される。なお、ピーク増幅器１３への出力端はピーク増幅器１３へ接続された状態である。（図示せず）
上記により、キャリア増幅器１２が故障したと検出した場合には予備増幅器４１をキャリア増幅器として動作させ、また、ピーク増幅器１３が故障したと検出した場合には予備増幅器４１をピーク増幅器として動作させることにより、
キャリア増幅器もしくはピーク増幅器の故障によるドハティ型増幅器３の入力信号に対する出力信号の非線形歪みの増大による線形性劣化を緩和することができる。

なお、図６、７および８においては、システムへの出力低下信号を図示していないが、故障増幅器が発生して予備増幅器に切り替わったことを知らせる信号を送出してもよい。

また、増幅器が故障した場合、各増幅器の出力側に設定された方向性結合器の出力電力レベルが０となるので、増幅器の故障を判定するために使用される閾値は、例えば０を設定すればよい。または増幅器導通時の入力電力値とすることもできる。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）入力信号を複数の出力信号に分配する分配器と、
前記出力信号を入力して増幅する複数の増幅器と、
前記増幅器の出力信号の有無を検出し、信号を出力している増幅器のバイアスを制御する制御回路と、
前記複数の増幅器の出力信号を合成する合成器と、
を有することを特徴とする増幅装置。（請求項１）
（付記２）前記分配器と増幅器の間にスイッチング回路を有し、
前記スイッチング回路は、前記増幅器の入力レベルを調整するための手段を有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２）
（付記３）前記分配器と増幅器の間にスイッチング回路を有し、
前記制御回路は信号を出力しない増幅器の入力を前記スイッチング回路により終端することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。

（付記４）前記増幅器の数は前記分配器の出力数より多く設け、
前記制御回路が増幅器の故障を検出した時に前記故障を検出した増幅器から予備の増幅器に切り替え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）
（付記５）入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、
前記キャリア増幅器の出力信号の有無に基づいて前記キャリア増幅器の故障を検出した時に前記ピーク増幅器のバイアスをキャリア増幅器のバイアス方向に変更する手段を有することを特徴とする増幅装置。（請求項４）
（付記６）入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、
前記２つの増幅器の入力側および出力側にそれぞれ位置する第１、第２のスイッチング回路と、
予備増幅器と、
前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号の有無に基づいて故障した増幅器を検出した時に前記故障増幅器に接続された前記第１、第２のスイッチング回路に対して前記予備増幅器への切り替え制御を行うと共に前記予備増幅器のバイアスを前記故障増幅器のバイアスに設定する制御回路を有することを特徴とする増幅装置。（請求項５）

本発明の実施形態に係る増幅装置の構成図である。本発明の実施形態におけるキャリア増幅器の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の状態を示す図である。本発明の他の実施形態におけるキャリア増幅器の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の状態を示す図である。キャリア増幅器が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図（１）である。ピーク増幅器が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図（１）である。本発明の別の実施形態におけるピーク増幅器の故障を検出して制御が行われた後の増幅装置の状態を示す図である。ピーク増幅器が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図（２）である。キャリア増幅器が故障した場合の増幅装置の制御動作を示す流れ図（２）である。従来のドハティ型増幅器の構成図である。従来のドハティ型増幅器における入力信号の電力レベルが小さい場合の動作状態を示す図である。

符号の説明

１、２、３ドハティ型増幅器
１１９０度等電力２分配器
１２、４１、１０２キャリア増幅器
１３、４２、１０５ピーク増幅器
１４ドハティ型電力合成ネットワーク
１５アンテナ
１６、１７方向性結合器
１８故障増幅器識別回路
１９、４４バイアス制御回路
２０、３０スイッチング回路（過入力保護回路）
４５、４６スイッチング回路
４３予備増幅器
１０１入力端子
１０２キャリア増幅器
１０３、１０４１／４波長ネットワーク
１０５ピーク増幅器
１０６出力負荷
１０７出力端子
１８１、１８３パワー検出部
１８２、１８４判定部
１８５制御部

Claims

入力信号を複数の出力信号に分配する分配器と、
前記出力信号を入力して増幅する複数の増幅器と、
前記増幅器の出力信号の有無を検出し、信号を出力している増幅器のバイアスを制御する制御回路と、
前記複数の増幅器の出力信号を合成する合成器と、
を有することを特徴とする増幅装置。
前記分配器と増幅器の間にスイッチング回路を有し、
前記スイッチング回路は、前記増幅器の入力レベルを調整するための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
前記増幅器の数は前記分配器の出力数より多く設け、
前記制御回路が増幅器の故障を検出した時に前記故障を検出した増幅器から予備の増幅器に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、
前記キャリア増幅器の出力信号の有無に基づいて前記キャリア増幅器の故障を検出した時に前記ピーク増幅器のバイアスをキャリア増幅器のバイアス方向に変更する手段を有することを特徴とする増幅装置。
入力信号から同相信号および直交位相位相信号を生成しキャリア増幅器およびピーク増幅器に入力する分配器と、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号を合成する合成器を有する増幅装置において、
前記２つの増幅器の入力側および出力側にそれぞれ位置する第１、第２のスイッチング回路と、
予備増幅器と、
前記キャリア増幅器およびピーク増幅器の出力信号の有無に基づいて故障した増幅器を検出した時に前記故障増幅器に接続された前記第１、第２のスイッチング回路に対して前記予備増幅器への切り替え制御を行うと共に前記予備増幅器のバイアスを前記故障増幅器のバイアスに設定する制御回路を有することを特徴とする増幅装置。