JP2008118581A - 電力増幅器及びその動作制御方法並びに送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 並列合成している増幅器が故障した場合、電力増幅器としての出力電力の低下を最小限に抑圧する。
【解決手段】 並列接続されている増幅器５，６のうちの一つの増幅器５が故障した場合、ＲＦスイッチ８及び１０を用いて、増幅器６の出力をバイパス線路１４を通して出力端子３０に導く様に切換えて、合成器４のバイパスを行う。これにより、合成器４による損失をなくして、出力電力の低下をできるだけ少なくすることが可能になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は電力増幅器及びその動作制御方法並びに送信機に関し、特に並列接続された増幅器を有する電力増幅器及びその動作制御方法並びに送信機に関するものである。

一般に、テレビジョン放送や通信などの送信機においては、高出力の電力増幅器が用いられるが、このような高出力の電力増幅器としては、図５に示すような電力増幅器５０が知られている。図５において、入力端子２９からの送信信号は、前段の増幅部１００により増幅され、更に終段の増幅部２００により増幅されて出力端子３０から導出される。なお、２０は終段の増幅部２００の入力端子である。

この終段の増幅部２００は、図６に示す如く、増幅器５，６を並列合成したものが知られている。すなわち、入力端子２０からの入力信号は、電力分配器３により分配されて、並列接続された２つの増幅器５，６へそれぞれ供給される。これら増幅器５，６の増幅出力は、電力合成器４へ入力されて合成され、出力端子３０へ導出されるようになっている。なお、抵抗７及び１６は吸収抵抗を示している。

図７は図５に示した電力増幅器５０を複数並列接続して構成した送信機９０の構成例を示しており、エキサイタ４０からのＲＦ信号は分配器６０により複数に分配されて、複数の電力増幅器５０−１〜５０−ｎの各々において増幅された後、合成器７０により合成されて、送信機出力端子８０へ出力されるようになっている。

この様な構成の電力増幅器５０の場合、終段増幅部２００の並列合成のための増幅器５，６のいずれかが故障により破損してしまうと、出力端子３０で得られる出力電力は、定格出力の１／４となり、著しく出力が低下してしまう。その結果、送信機９０の出力電力も大きく低下するという問題がある。

ここで、特許文献１を参照すると、並列合成用の増幅器の状態を監視していずれかが故障により切離されたとき、この切離された増幅器に対応する経路の電力分配／合成器に内蔵されている吸収抵抗を切離し、当該電力分配／合成器の電力損失の合計が最小となるように、この電力分配／合成器の入出力側に予め設けている複数のインピーダンス切換回路の内部インピーダンスを、それぞれ制御することによって、出力電力の低下を少なくする技術が開示されている。

特開２００３−００８４５２号公報

前述した特許文献１の技術では、電力分配／合成器の入出力側に、インピーダンス切換回路を設けることが必要であり、従って、回路構成が複雑化して、コスト的にも得策ではないという欠点がある。

本発明の目的は、極めて簡単な構成で、並列合成している増幅器が破損した場合の電力増幅部の出力低下を最小限に抑えるようにした電力増幅装置を提供することである。

本発明による電力増幅器は、並列接続された増幅器を有する電力増幅器であって、前記増幅器の一つの故障に応答して、前記増幅器の出力を合成する合成器をバイパスするバイパス手段を含むことを特徴とする。

そして、バイパス手段は、前記合成器をバイパスするためのバイパス線路と、前記増幅器の故障を検出する手段と、前記故障の検出に応答して、正常動作中の増幅器の出力を前記バイパス線路へ切換える手段とを有することを特徴とする。

本発明による電力増幅器の動作制御方法は、並列接続された増幅器を有する電力増幅器における動作制御方法であって、前記増幅器の一つの故障に応答して、前記増幅器の出力を合成する合成器をバイパスするバイパスステップを含むことを特徴とする。

そして、バイパスステップは、前記増幅器の故障を検出するステップと、前記故障の検出に応答して、正常動作中の増幅器の出力を前記合成器をバイパスするためのバイパス線路へ切換えるステップとを有することを特徴とする。

本発明による送信機は、前記電力増幅器を含むことを特徴とし、また前記電力増幅器が複数並列接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、電力増幅器の終段増幅部において並列合成している増幅器が故障により破損した場合に、この電力増幅器の出力電力を最小限の出力低下に抑えることができ、ひいては、この電力増幅器を複数並列合成する送信機の出力低下を抑えることができるという効果がある。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態を示す回路図であり、図５に示した電力増幅器５０の終段増幅部２００の構成を示している。なお、図１において、図６と同等部分には同一符号を付して示している。

図１を参照すると、分配器３は入力端子２０、増幅器５、増幅器６及び吸収抵抗７に接続されている。増幅器５の出力はＲＦスイッチ９により線路１２または線路１５に接続を切換えることができるようになっている。また、増幅器６の出力も、同様に、ＲＦスイッチ８により線路１１または線路１４に接続を切換えることができるようになっている。

線路１４及び１５は、それぞれ、ＲＦスイッチ８及び９を切換える前の状態、すなわち線路１１及び１２に接続されている状態と、信号位相を同じに合わせるためのものである。従って、線路１４の線路長は、線路１１，１３を足し合わせたものに等しく、また線路１５の線路長は、線路１２，１３及びλ／４（λは信号波長）を足し合わせたものに等しくなっている。

線路１１，１２は合成器４の入力に接続されており、合成器４の出力は吸収抵抗１６及び線路１３に接続されている。ＲＦスイッチ１０は、線路１３，１４，１５のいずれかを出力端子３０へ接続するものである。そして、スイッチ８，９，１０を制御するために、制御部４００が設けられており、この制御部４００は電流検出部３００の出力により動作が制御されるようになっている。電流検出部３００は増幅器５，６の電流値をモニタしており、この電流値に基づいて制御部４００が増幅器５，６の故障を判断して、ＲＦスイッチ８，９，１０の切換え制御を行う。

図１に示した本発明の実施の形態の動作を、以下に説明する。増幅器５及び６が共に正常に動作している場合について、図２を参照して説明する。増幅器５及び６が正常の場合には、ＲＦスイッチ９，８の各々は増幅器５，６の各出力を線路１２，１１へそれぞれ接続する状態になっており、ＲＦスイッチ１０は線路１３を出力端子３０へ接続する状態になっている。この状態において、電力増幅器５０（図５参照）の終段増幅部２００で、分配器３の入力端子２０に、大きさがＰin［ｄＢｍ］で、位相が０［度］の電力が入力されると、出力端子３０に至るまでのルートは、点線で示すルート２５３，２６３の２つのルートとなる。

ここで、増幅器５，６の各ゲインをＧ［ｄＢ］、分配及び合成による通常利得をそれぞれ−３［ｄＢ］及び＋３［ｄＢ］とし、分配器３及び合成器４を結ぶ伝送線路で発生する位相差をＫ［度］とすると、ルート２５３を通過する電力は、大きさが（Ｐin＋Ｇ）［ｄＢｍ］、位相が−（Ｋ＋９０）［度］となる。同様に、ルート２６３を通過する電力は、大きさが（Ｐin＋Ｇ）［ｄＢｍ］、位相が−（９０＋Ｋ）［度］となる。従って、出力端子３０に出力される電力は、ルート２５３とルート２６３とを通過する電力の和となり、（Ｐin＋Ｇ）［ｄＢｍ］、位相は−（９０＋Ｋ）［度］となる。

次に、増幅器５が破損した場合について、図３を参照して説明する。電力増幅器５０の終段増幅部２００において、増幅器５が破損すると、図１に示した電流検出部３００がその破損を検出し、制御部４００はＲＦスイッチ８及びＲＦスイッチ１０を線路１４側に切換えて、合成器４をバイパスするルート３６３が得られるようにする。この状態で、分配器３の入力端子２０に、大きさがＰin［ｄＢｍ］で、位相が０［度］の電力が入力されるものとする。この電力は合成器４をバイパスするルート３６３を通って出力端子３０に出力される。

このとき、増幅器５が故障しているので、分配器３及び合成器４のそれぞれにおいて電力損３［ｄＢ］が生じるが、合成器４はバイパスされているために、分配器３による分配損３［ｄＢ］のみが生じ、（Ｐin＋Ｇ−３）［ｄＢｍ］、位相が−（Ｋ＋９０）［度］の電力が出力端子３０に得られることになる。

同様に、増幅器６が破損した場合には、図４に示すように、ＲＦスイッチ９及びＲＦスイッチ１０が線路１５側に切換えられて、合成器４をバイパスするルート３５３が得られることになる。この状態で、大きさがＰin［ｄＢｍ］で、位相が０［度］の電力が入力端子２０に入力されるとする。この場合にも、合成器４はバイパスされているので、分配器３による分配損３［ｄＢ］のみが生じ、（Ｐin＋Ｇ−３）［ｄＢｍ］、位相が−（Ｋ＋９０）［度］の電力が出力端子３０に得られることになる。

この様に、電力増幅器の終段増幅部で並列合成している増幅器が破損した場合、破損していない増幅器の出力を、ＲＦスイッチを用いて合成器４をバイパスするためのバイパス線路に切換えるようにすることにより、増幅器を並列合成している合成器４を通さないようにして、合成器４での電力損失をなくし、最小限の電力低下に抑えるものである。

なお、増幅器の故障時に、線路１４や１５を用いて合成器４をバイパスしない場合には、上述と同じ条件では、分配器３及び合成器４の両方で電力損３［ｄＢ］が発生するために、出力電力は（Ｐin＋Ｇ−６）［ｄＢｍ］となって、大幅な電力低下となる。

いま、ここで、定格出力Ｐ1 ［Ｗ］の電力増幅器と、Ｐ2 ［Ｗ］の電力増幅器とを２台並列合成するような送信機を考えたとき、その合成出力Ｐ0 ［Ｗ］、及びダミー出力Ｐ4 ［Ｗ］は、次式で算出される。
Ｐ0 ＝（Ｐ1 ／２）^1/2 ＋（Ｐ2 ／２）^1/2 ……（１）
Ｐ4 ＝（Ｐ1 ／２）^1/2 −（Ｐ2 ／２）^1/2 （但し、Ｐ1 ＞Ｐ2 ）…（２）

そして、例えば、電力増幅器５０の終段増幅部２００が２並列の増幅器５，６で構成された５００［Ｗ］の出力の電力増幅器５０を２台（５０−１，５０−２）合成する送信機９０を考えた場合、その合成出力は１，０００［Ｗ］である。従来の構成では、１台の終段増幅部の増幅器の一つが破損した場合、その電力増幅器の出力電力は、破損前の１／４、つまり１２５［Ｗ］となってしまい、そのときの送信機の合成出力Ｐ0 ［Ｗ］は、（１）式より５６３［Ｗ］となって、破損前と比べると２．５［ｄＢ］低下する。

しかし、本発明による電力増幅器の場合、同様に、増幅器が一つ破損した場合、その電力増幅器の出力電力は、破損前の１／２、つまり２５０［Ｗ］となり、そのときの送信機の合成出力Ｐ0 ［Ｗ］は、同様に（１）式より、７２９［Ｗ］となって、破損前に比べて１．３８［ｄＢ］の出力低下に抑えられることになる。

本発明の実施の形態を示す回路図である。 図１において、正常時の動作を説明する図である。 図１において、増幅器５が故障した場合の動作を説明する図である。 図１において、増幅器６が故障した場合の動作を説明する図である。 電力増幅器５０の構成例を示す図である。 電力増幅器５０の終段増幅部２００の従来例を示す図である。 図５の電力増幅器５０を複数並列して用いた場合の送信機９０の例を示す図である。

符号の説明

３，６０ 電力分配器
４，７０ 電力合成器
５，６ 増幅器
７，１６ 吸収抵抗
８，９，１０ ＲＦスイッチ
１１〜１５ 線路
２０，２９ 入力端子
３０ 出力端子
４０ エキサイタ
５０ 電力増幅器
８０ 送信機出力
９０ 送信機
１００ 前段増幅部
２００ 終段増幅部
３００ 電流検出部
４００ 制御部

Claims (6)

1. 並列接続された増幅器を有する電力増幅器であって、前記増幅器の一つの故障に応答して、前記増幅器の出力を合成する合成器をバイパスするバイパス手段を含むことを特徴とする電力増幅器。
2. バイパス手段は、前記合成器をバイパスするためのバイパス線路と、前記増幅器の故障を検出する手段と、前記故障の検出に応答して、正常動作中の増幅器の出力を前記バイパス線路へ切換える手段とを有することを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
3. 並列接続された増幅器を有する電力増幅器における動作制御方法であって、前記増幅器の一つの故障に応答して、前記増幅器の出力を合成する合成器をバイパスするステップを含むことを特徴とする動作制御方法。
4. ステップは、前記増幅器の故障を検出する故障検出ステップと、前記故障の検出に応答して、正常動作中の増幅器の出力を前記合成器をバイパスするためのバイパス線路へ切換えるバイパスステップとを有することを特徴とする請求項３記載の動作制御方法。
5. 前記電力増幅器を含むことを特徴とする送信機。
6. 前記電力増幅器が複数並列接続されていることを特徴とする請求項５記載の送信機。

Images