JP2009027496A

JP2009027496A - 空中線整合回路

Info

Publication number: JP2009027496A
Application number: JP2007189225A
Authority: JP
Inventors: Takao Sato; 孝雄佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】整合動作時に、電力増幅回路の出力が過負荷になってその構成部品が破損するのを防止し、かつ整合時間の高速化が可能な空中線整合回路を提供する。
【解決手段】制御回路７の可変キャパシタホーミング位置設定手段７ａは、コンデンサ容量が最大となるように可変キャパシタ４に整合制御信号を与えて行い、一方、可変インダクタ５のホーミング位置設定は、可変インダクタホーミング位置設定手段７ｂにより、電力増幅回路１の通常の出カインピーダンスの１／２〜２／３程度のリアクタンスになるように整合制御信号を与えて行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力増幅回路の出カインピーダンスとの誤差に応じた誤差電圧がゼロになるように可変キャパシタおよび可変インダクタを可変して整合動作を行う空中線整合回路に関するものである。

従来の空中線整合回路は、図４に示すように整合器８に電力増幅回路１からＲＦ電力が入力されたとき、その負荷インピーダンスをＲ，φ検出回路３で検出し、この検出出力を取り込んだ制御回路７で、整合動作の演算処理を行って電力増幅回路１の出カインピーダンスである基準インピーダンスとの誤差に応じて発生する誤差電圧がゼロになるように、可変キャパシタ４および可変インダクタ５を可変する整合制御信号を出力するように構成している（例えば、特許文献１を参照）。このような従来の空中線整合回路において、整合動作の開始前、制御回路７からの整合制御信号を受けた可変キャパシタ４および可変インダクタ５は、変動開始位置として予め決められたホーミング位置が設定されている。このホーミング位置は、可変キャパシタ４および可変インダクタ５のリアクタンスが最小、つまり、可変キャパシタ４はコンデンサ容量が最大、可変インダクタ５はコイルのインダクタンスが最小となるようにしていた。

特開２００６−６０７２９号公報

しかしながら、上述した従来の空中線整合回路では、整合開始直後の電力増幅回路１の負荷インピーダンスは、可変キャパシタ４および可変インダクタ５のリアクタンスが最小であり、かつ電力増幅回路１と可変キャパシタ４の間に接続されたＰｆ，Ｐｒ検出回路２およびＲ，φ検出回路３の入出力ラインは、図５に示したように非接触型の高周波的にスルータイプで接続されているため、数Ω程度となっている。この負荷インピーダンスは、電力増幅回路１の出カインピーダンス（通常５０Ω）に対して小さく、整合開始直後において、電力増幅回路１の出力は負荷ショートに近い過負荷状態となっている。この過負荷状態は、整合動作が進むに従って軽減され、整合動作が完了した時点ではインピーダンス整合がとれた状態になるが、整合動作の開始から整合動作の中盤頃までは、電力増幅回路１の出力は過負荷状態が続くため、電力増幅回路１の増幅素子に過電流が流れるなどの状態となり、最悪の場合、増幅素子を破損する恐れがあった。特に、大電力の電力増幅回路になるほど、この種の不具合が発生し易くなっていた。

本発明の目的は、整合動作時に、電力増幅回路の出力が過負荷になってその構成部品が破損するのを防止し、かつ整合時間の高速化が可能な空中線整合回路を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、電力増幅回路からＲＦ電力を入力したときＲ，φ検出回路で検出した出力信号を制御回路に取り込み、この制御回路は演算処理を行って前記電力増幅回路の出カインピーダンスとの誤差に応じた誤差電圧がゼロになるように可変キャパシタおよび可変インダクタを可変して整合動作を行う空中線整合回路において、前記整合動作前の前記可変インダクタのホーミング位置として、そのインダクタンス値が前記電力増幅回路の出カインピーダンスの約１／２〜２／３に設定する可変インダクタホーミング設定手段を設けたことを特徴とする。

本発明による空中線整合回路は、可変インダクタホーミング設定手段により整合動作開始前の可変インダクタのホーミング位置を、インダクタンス値が電力増幅回路の出カインピーダンスの１／２〜２／３程度に設定することができるので、整合開始から整合動作の中盤までの間、従来のように電力増幅回路の出力が過負荷状態になることを軽減することができ、電力増幅回路の構成部品である増幅素子等が過電流等によって破損するのを防止することができるようになる。しかも、上述した可変インダクタのホーミング位置は、従来に比べて整合動作開始後の調整側に位置しているため、整合動作開始から整合動作完了までの可変移動量が少なくなり、この結果、整合時間を短縮して高速化を可能にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による空中線整合回路を示すブロック回路図である。
空中線整合回路は、電力増幅回路１の出力側に整合器８および空中線６から形成された回路が負荷として接続されて構成されている。整合器８は、電力増幅回路１からＲＦ電力が入力されたとき進行波電力Ｐｆと反射波電力Ｐｒを検出するＰｆ，Ｐｒ検出回路２と、電力増幅回路１からＲＦ電力が入力されたとき電力増幅回路１の負荷インピーダンスの抵抗成分Ｒおよびリアクタンス成分φを検出するＲ，φ検出回路３と、可変キャパシタ４と、可変インダクタ５と、可変キャパシタ４と、可変インダクタ５と、Ｐｆ，Ｐｒ検出回路２およびＲ，φ検出回路３の各検出信号を入力して整合動作の演算処理を行って基準インピーダンスとの誤差に応じた誤差電圧をゼロにするよう可変キャパシタ４および可変インダクタ５を可変して、電力増幅回路１と空中線６との間のインピーダンス整合を自動的に行わせる整合制御信号を与える制御回路７とを有している。また、この制御回路７には、従来からの機能に加えて、可変キャパシタ４の整合動作前のホーミング位置を設定する可変キャパシタホーミング位置設定手段７ａと、可変インダクタ５の整合動作前のホーミング位置を設定する可変インダクタホーミング位置設定手段７ｂと、使用周波数に応じて可変インダクタ５のホーミング位置に調整を加える周波数特性調整手段７ｃとを有している。

次に、上述した空中線整合回路における整合動作について、図２に示したフローチャートに従って説明する。
先ず、整合動作開始に先立つステップＳ１で、制御回路７の可変キャパシタホーミング位置設定手段７ａは、可変キャパシタ４の変動開始位置となるホーミング位置の設定を行う。この可変キャパシタ４のホーミング位置の設定は、従来の場合と同様にリアクタンス最小、すなわちコンデンサの容量が最大となるように整合制御信号を与えて行う。

しかし、ステップＳ２で示す可変インダクタ５のホーミング位置設定は、従来のようにリアクタンスが最小のコイルショート状態とするのではなく、可変インダクタホーミング位置設定手段７ｂにより、電力増幅回路１の通常の出カインピーダンス（例えば５０Ω）の１／２〜２／３程度のリアクタンス値になる変動開始位置をホーミング位置としている。しかも、可変インダクタ５のリアクタンス値は使用周波数に対して周波数特性があるため、制御回路７に設けた記憶素子等に周波数毎の最適値をソフトプログラムのテーブルとして格納した周波数特性調整手段７ｂを設け、ステップＳ３でこの周波数特性調整手段７ｂにより使用周波数に応じて可変インダクタ５のホーミング位置に上述した範囲内での調整を加え、その後、可変インダクタ５に対して整合制御信号を与えて上述したホーミング位置をとるようにしている。

整合器８に電力増幅回路１からＲＦ電力が入力されると、ステップＳ４でＲ，φ検出回路３は、電力増幅回路１の負荷インピーダンスの抵抗成分Ｒとリアクタンス成分φとを検出する。これを取り込んだ制御回路７は、Ｐｆ，Ｐｒ検出回路２からの出力信号と合わせてステップＳ５で整合動作の演算処理を行って基準インピーダンスとの誤差に応じた誤差電圧がゼロになるように、可変キャパシタ４および可変インダクタ５を可変する整合制御信号を出力する。その後、誤差電圧は、この整合動作の進行に従って減少する方向に変化し、ステップＳ６で検出誤差電圧が０Ｖになったとき、負荷インピーダンスが基準インピーダンスになり、電力増幅回路１と空中線６とのインピーダンス整合がとれた状態となり、整合動作を完了する。

上述した空中線整合回路は、整合動作開始前の可変インダクタ５のホーミング位置を、インダクタンス値が電力増幅回路１の出カインピーダンスの約１／２〜２／３に設定しているため、整合開始から整合動作の中盤までの間、従来のように電力増幅回路１の出力が過負荷状態になることを軽減することができ、電力増幅回路１の増幅素子が過電流等によって破損するのを防止することができる。しかも、従来の可変インダクタ５のホーミング位置は殆どコイルショート状態であったのに対して、ここでの可変インダクタ５のホーミング位置は電力増幅回路１の出カインピーダンスの約１／２〜２／３のインダクタンス値に設定しているため、整合動作開始から整合動作完了までの可変量が少なくなり、この結果、整合時間の短縮を図ることができる。また、周波数特性調整手段７ｂにより使用周波数に応じて可変インダクタ５のホーミング位置に調整を加えているため、可変インダクタ５のリアクタンス値が使用周波数に対して周波数特性を示しても、周波数毎の最適値を選定することができ、精度の安定したホーミング位置とすることができる。

従来の空中線整合回路における初期の可変インダクタ５は、コイルに接触するローラ状の接点をモータにより回転移動してそのインダクタンス値を可変し、またモータの制御はリレーを使用したモータ制御回路で行っていた。このため、可変インダクタ５のホーミング位置を任意の位置に設定するような複雑な制御はできず、インダクタンスの最小位置をホーミング位置とすることが行われていたと考えられる。しかし、最近の可変インダクタ５は、デジタル可変方式となり、インダクタンス値をバイナリステップに設定した固定コイルの組み合わせによる可変方式が採用され、またその制御回路にＣＰＵを使用するようになり、複雑な制御が可能となっている。従って、上述したように可変インダクタ５のホーミング位置を、インダクタンス値が電力増幅回路１の出カインピーダンスの約１／２〜２／３に容易に設定することができる。

図２は、本発明の他の実施の形態による空中線整合回路を示すブロック回路図である。
この実施の形態における空中線整合回路は、Ｒ，φ検出回路３と空中線６巻に接続した可変キャパシタ４よりもＲ，φ検出回路３側に可変インダクタ５を接続したもので、先の実施の形態の場合と同様に、整合動作開始前の可変インダクタ５のホーミング位置を、そのインダクタンス値が、電力増幅回路１の出カインピーダンスの約１／２〜２／３に設定している。このような空中線整合回路でも、先の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明による空中線整合回路は、図１および図３に示した構成に限らず、その他の構成のものにも適用することができる。

本発明の一実施の形態による空中線整合回路を示すブロック回路図である。図１に示した空中線整合回路における整合動作を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態による空中線整合回路を示すブロック回路図である。従来の空中線整合回路を示すブロック回路図である。従来の空中線整合回路における要部を示す回路図である。

符号の説明

１電力増幅回路
２Ｐｆ、Ｐｒ検出回路
３Ｒ、φ検出回路
４可変キャパシタ
５可変インダクタ
６空中線
７制御回路
７ａ可変キャパシタホーミング設定手段
７ｂ可変インダクタホーミング設定手段

Claims

電力増幅回路からＲＦ電力を入力したときＲ，φ検出回路で検出した出力信号を制御回路に取り込み、この制御回路は演算処理を行って前記電力増幅回路の出カインピーダンスとの誤差に応じた誤差電圧がゼロになるように可変キャパシタおよび可変インダクタを可変して整合動作を行う空中線整合回路において、前記整合動作前の前記可変インダクタのホーミング位置として、そのインダクタンス値が前記電力増幅回路の出カインピーダンスの約１／２〜２／３に設定する可変インダクタホーミング設定手段を設けたことを特徴とする空中線整合回路。