JP2012205212A - High frequency power amplification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はマイクロ波等の高周波電力の送信装置に用いられる電力増幅装置に係わり、更に詳しくはウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置に関する。 The present invention relates to a power amplifying apparatus used in a transmitting apparatus for high-frequency power such as microwaves, and more particularly to a high-frequency power amplifying apparatus using a Wilkinson power combiner.
従来の電力合成器としては、例えば特開平８−８４００６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
特開平８−８４００６号公報には、２個の電力源の電力を合成する電力合成器であって、各電力源から伝送される電力を検出する検出手段と、各電力伝送路を開閉する開閉手段と、各電力伝送路のインピーダンスを補正するインピーダンス補正手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、電力が伝送される電力伝送路を閉とするよう前記開閉手段を制御し、且つ、電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正するよう前記インピーダンス補正手段を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力合成器が示されている。そして、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、且つ電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正することにより、電力が伝送されない電力伝送路の影響を受けずに、且つインピーダンス不整合による電力損失を殆ど生じることなく電力が出力されることが記載されている。
As a conventional power combiner, for example, there is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-84006 (Patent Document 1).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-84006 discloses a power combiner that combines the power of two power sources, a detection unit that detects power transmitted from each power source, and an open / close that opens and closes each power transmission path. A power transmission path through which power is not transmitted and a power transmission path through which power is transmitted are closed based on the detection results of the means, the impedance correction means for correcting the impedance of each power transmission path, and the detection result of the detection means There is shown a power combiner comprising a control circuit for controlling the impedance correction means so as to control the open / close means and to correct the impedance of a power transmission path through which power is transmitted. Then, by opening the power transmission path in which power is not transmitted and correcting the impedance of the power transmission path in which power is transmitted, the power is not affected by the power transmission path in which power is not transmitted, and the power due to impedance mismatching It is described that power is output with almost no loss.
上記特許文献１に記載された電力合成器（２電力合成器）等においては、入力２経路間の通過特性をアイソレーション特性と言う。
このアイソレーションは、理想的には“∞（即ち、一方の入力端子に信号を入力した場合に、他方の入力端子には入力信号が伝送しない状態）”であることが望ましい。
アイソレーションが取れていれば、一方の入力源の状態は他方の入力源の特性（例えば、反射特性や通過特性）に影響を与えない。
しかし、特許文献１に記載された電力合成器では、入力２経路間のアイソレーションが取れず、問題がある。
In the power combiner (two power combiner) described in
This isolation is ideally “∞ (that is, when a signal is input to one input terminal, an input signal is not transmitted to the other input terminal)”.
If isolation is achieved, the state of one input source does not affect the characteristics (for example, reflection characteristics or transmission characteristics) of the other input source.
However, the power combiner described in
そのため、従来では、入力２経路間のアイソレーションを取るための一つ手段として、ウイルキンソン型電力合成器が用いられている。
図９は、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の構成を示す図である。
入力端６より入力された入力高周波信号は、電力分配器４にて分配され、分配された高周波信号は、増幅器１ａおよび増幅器１ｂでそれぞれ増幅される。増幅器１ａで増幅された信号は１／４波長線路３１ａを介して入力端７に伝送され、増幅器１ｂで増幅された信号は１／４波長線路３１ｂを介して入力端７に伝送される。
そして、この入力２経路で伝送された２つの信号は入力端７にて合成される。また、入力２経路間にはアイソレーション抵抗３２が設けられている。
増幅器１ａおよび増幅器１ｂの出力電力をＰとすると、２つの増幅器１ａ、１ｂが正常に動作する場合、合成後の出力電力は２Ｐとなる。
Therefore, conventionally, a Wilkinson power combiner is used as one means for obtaining isolation between two input paths.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a two-power combiner using a conventional Wilkinson power combiner.
An input high-frequency signal input from the
Then, the two signals transmitted through the two input paths are combined at the
When the output powers of the
図１０は、図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の問題点を説明するための図であり、図９の２つの増幅器１ａ、１ｂの内の一方が故障などで出力０となった場合を示す。
図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器では、アイソレーション抵抗３２で０．５Ｐの電力が消費され、合成後の出力電力は０．５Ｐとなり、単位増幅器１ａの出力電力の半分がアイソレーション抵抗３２で消費される。
ウイルキンソン型電力合成器を用いることの利点としては、最大出力レベルを単位増幅器の２倍とすることができること、２経路のアイソレーション特性が良いことがある。
FIG. 10 is a diagram for explaining the problem of the two-power combiner using the conventional Wilkinson-type power combiner shown in FIG. 9, in which one of the two
In the conventional Wilkinson power combiner shown in FIG. 9, 0.5P of power is consumed by the
The advantage of using the Wilkinson power combiner is that the maximum output level can be doubled that of the unit amplifier, and the two-path isolation characteristic is good.
しかし、２個の増幅器の出力を合成するウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合、もう一方の入力レベルの半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるので、効率が悪くなり、出力電力が低下するというデメリットがある。
However, in a Wilkinson power combiner that combines the outputs of two amplifiers, if one amplifier output becomes no output due to an amplifier failure or the like, half of the other input level is consumed by the isolation resistor, The other half is the synthesizer output.
If the operation is continued even when the output of one of the amplifiers becomes zero, half of the input power is consumed by the isolation resistor, so that there is a demerit that the efficiency is lowered and the output power is reduced.
前述したように、２個の増幅器の出力を合成する従来のウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合に、もう一方の増幅器出力（即ち、正常な方の増幅器出力）の半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるために、電力合成の効率が悪く、出力電力が低くなるというデメリットがある。
As described above, in the conventional Wilkinson power combiner that combines the outputs of two amplifiers, when one amplifier output becomes no output due to an amplifier failure or the like, the other amplifier output (that is, normal) Half of the amplifier output) is consumed by the isolation resistor, and the other half is the combiner output.
If the operation is continued even when the output of one amplifier becomes 0, half of the input power is consumed by the isolation resistor, so that there is a demerit that the power combining efficiency is low and the output power is low.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ウイルキンソン型電力合成器を用いた「複数の増幅器の出力を合成する高周波電力増幅装置」において、複数の増幅器の内の１個あるいは２個以上が故障した場合も動作を続ける場合でも、アイソレーション抵抗で消費される電力を抑え、増幅器の故障による出力電力低下の程度を抑制することができる高周波電力増幅装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem. In the “high frequency power amplifier for synthesizing outputs of a plurality of amplifiers” using a Wilkinson power combiner, one of the plurality of amplifiers is selected. To provide a high-frequency power amplifying device capable of suppressing power consumed by an isolation resistor and suppressing a degree of output power reduction due to an amplifier failure, even when one or two or more fail or continue operation With the goal.
本発明に係る高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器と、前記電力分配器により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器と、前記電力分配器により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器と、前記第１の増幅器への供給電流を検出する第１の電流検出回路と、前記第２の増幅器への供給電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１の電流検出回路および前記第２の電流検出回路の電流検出結果に基づいて、前記第１の増幅器および第２の増幅器への電源供給を制御する制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択するものである。
A high-frequency power amplifier according to the present invention includes a power distributor that divides an input high-frequency power signal into a first input signal and a second input signal, and one input signal that is divided into two by the power distributor. A first amplifier for amplifying, a
The Wilkinson power combiner is arranged at both ends of an isolation resistor that separates output signals of the first amplifier and the second amplifier and is opened, short-circuited, or isolated by the control circuit. Signal separating means comprising two SP3T switches capable of selecting any one of the three paths of the connection, and two ones for transmitting the separated output signals of the first amplifier and the second amplifier to the output terminals, respectively. / 4 wavelength line,
When the control circuit detects an abnormality of the first amplifier or the second amplifier based on a current detection result of the first current detection circuit or the second current detection circuit, an output of the amplifier in which the abnormality is detected is The paths of the two SP3T switches are selected so as not to be combined by the Wilkinson power combiner.
本発明によれば、ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置において、複数の増幅器の内のいずれかの増幅器が故障して異常となった場合に、ウイルキンソン型電力合成器で用いられるアイソレーション抵抗での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。 According to the present invention, in a high frequency power amplifying apparatus using a Wilkinson type power combiner, when any amplifier of a plurality of amplifiers fails and becomes abnormal, the isolator used in the Wilkinson type power combiner is used. It is possible to suppress power consumption at the transmission resistor and to suppress a decrease in output power.
以下、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、入力端６より入力された高周波信号を等分配する電力分配器４と、電力分配器４にて等分配（２分配）された高周波信号を増幅する２つの増幅器１ａ、１ｂを備えている。
増幅器１ａ、１ｂは、それぞれインピーダンスＺ０に整合されており、増幅器１ａ、１ｂの出力負荷変動による影響を軽減するためのアイソレータ８ａ、８ｂを備えている。
また、増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ電源を供給するための電源回路３ａ、３ｂを備えている。
さらに、増幅器１ａ、１ｂにより増幅された信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
In the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent ones.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the high-frequency power amplifying device according to the first embodiment.
The high frequency power amplifying apparatus according to the present embodiment equally distributes a high frequency signal input from an
The
Further,
Furthermore, a Wilkinson
本実施の形態におけるウイルキンソン型電力合成器３０は、特性インピーダンスが√２Ｚ０の１／４波長線路 ３１ａ、３１ｂと抵抗値２Ｚ０のアイソレーション抵抗３２から
なる通常の基本的なウイルキンソン型電力合成器（図９参照）において、アイソレーション抵抗３２の両端にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂを加えたことを特徴とする。
ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂは、開放(ＣＯＭ−Ｃ)、短絡（ＣＯＭ−Ｂ）、アイソレーション抵抗（ＣＯＭ−Ａ）の３つの経路のいずれかを選択可能である。
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、増幅器１ａ、１ｂへの供給電流を検出するための電流検出回路２ａ、２ｂを備えており、さらに、電流検出回路２ａ、２ｂの検出値のいずれかが異常であった場合に、異常である方の増幅器への電源供給を断ち、且つＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を切り替える制御回路５を備えることを特徴とする。
The Wilkinson type power combiner 30 according to the present embodiment is a normal basic Wilkinson type power combiner composed of
The SP3T switches 33a and 33b can select one of three paths: open (COM-C), short circuit (COM-B), and isolation resistance (COM-A).
The high-frequency power amplifying device according to the present embodiment includes
図１に示した高周波電力増幅装置では、例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、スイッチ３３ａの経路をＡ→Ｃ（開放）に、３３ｂの経路をＡ→Ｂ（短絡）に切り替える。
例えば、増幅器１ｂが故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
図２は、増幅器１ｂが故障して異常が検出された場合の電流検出回路２ｂおよび制御回路５の動作を説明するための図である。
例えば、図２に示すように、増幅器１ｂの電流値が時刻Ｔにおいてある閾値を下回った時に、増幅器１ｂは異常と判定し、制御回路５は上記のようにスイッチの経路切り替えを行う。
In the high frequency power amplifier shown in FIG. 1, for example, when one
For example, the abnormality detection such as failure of the
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the
For example, as shown in FIG. 2, when the current value of the
図３は、実施の形態１において、一方の増幅器（例えば、増幅器１ｂ）が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
スイッチ３３ａ、３３ｂの経路切り替えによりアイソレーション抵抗３２は回路より切り離され、図１に示した高周波電力増幅装置は、図３に示すような等価回路(電源３ａ、
３ｂ、電流検出回路２ａ、２ｂおよび制御回路５の記載は省略)となる。
図３において、ａ点のインピーダンスはショートとなり、１／４波長線路３１ｂはショートスタブ（Ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ）となる。１／４波長の周波数をｆｃとすると、電力合成部ｂ点から増幅器１ｂを見込んだインピーダンスはｆｃでオープンである。
したがって、周波数ｆｃにおいて図４に示すような回路と等価である。
アイソレーション抵抗３２での消費電力は、アイソレーション抵抗３２が回路上切り離されるため０となる。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram for explaining an operation when one amplifier (for example,
The
3b, description of the
In FIG. 3, the impedance at point a is shorted, and the
Therefore, the frequency fc is equivalent to the circuit shown in FIG.
The power consumption of the
図４のｃ点から出力負荷側をみたインピーダンスは、２Ｚ０で増幅器のインピーダンスＺ０と不整合による反射損失がおよそ０．５１ｄＢ生じる。
そのため、出力電力は、入力電力全体の−０．５１ｄＢ（＝約０．８９Ｐ）となるが、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２合成電力増幅装置の出力０．５Ｐに対して、損失を小さくすることができる。
なお、−０．５１ｄＢは、インピーダンス２Ｚ０の信号源からインピーダンスＺ０の負荷へ信号を入力した時の通過電力損失の計算値である。
The impedance viewed from the point c in FIG. 4 on the output load side is 2Z0, and a reflection loss due to mismatch with the impedance Z0 of the amplifier is about 0.51 dB.
Therefore, the output power is -0.51 dB (= about 0.89 P) of the entire input power, but the loss is less than the output 0.5 P of the two combined power amplifying device using the conventional Wilkinson type power combiner. Can be reduced.
In addition, -0.51 dB is a calculated value of the passing power loss when a signal is input from a signal source with impedance 2Z0 to a load with impedance Z0.
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器４と、電力分配器４により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器１ａと、電力分配器４により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０と、第１の増幅器１ａへの供給電流を検出する第１の電流検出回路２ａと、第２の増幅器１ｂへの供給電流を検出する第２の電流検出回路２ｂと、第１の電流検出回路２ａおよび第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果に基づいて、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂへの電源供給を制御する制御回路５を備えている。
As described above, the high-frequency power amplifying device according to the present embodiment has the
そして、ウイルキンソン型電力合成器３０は、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を分離するアイソレーション抵抗３２と該アイソレーション抵抗３２の両端に配置されて前記制御回路５によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂからなる信号分離手段と、分離された第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号をそれぞれ出力端７に伝送する２つの１／４波長線路３１ａ、３１ｂで構成されている。
The
さらに、制御回路５は、前記第１の電流検出回路２ａあるいは第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果によって第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂの異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力がウイルキンソン型電力合成器３０で合成されないように２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を選択する。
したがって、本実施の形態によれば、第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂのいずれか一方が故障した場合でも、アイソレーション抵抗３２での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。
Further, when the
Therefore, according to the present embodiment, even when either the
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂを入出力特性の飽和領域での動作でなく、飽和出力より３ｄＢ以上バックオフをとった線形領域で動作させる場合は、図５に示すように、実施の形態１（図１）における電力分配器４に代えて、「ウイルキンソン型電力合成器３０の構成と同様にアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えるウイルキンソン型合成器を入力電力分配回路４０として用いる」ことで、一方の増幅器が故障などで無出力となった場合について、さらに出力低下を抑えることができる。なお、バックオフとは、増幅器がある出力電力で動作する場合に、動作出力電力と飽和出力電力との差のことである。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the high-frequency power amplifying device according to the second embodiment.
In the high-frequency power amplifying device according to the first embodiment described above, when the
図５に示した高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂが正常時は出力電力Ｐで線形動作すると仮定すると、例えば、増幅器１ｂが故障などで無出力になった場合に、前述した図１の高周波電力増幅装置の動作に加えて、制御回路５により入力電力分配回路４０のＳＰ３Ｔスイッチ４３ａをＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ４３ｂをＢ（短絡）に切り替える。
これにより、入力電力分配回路４０から異常増幅器１ｂ側を見込んだインピーダンスは周波数ｆｃで開放となり、アイソレーション抵抗４２での消費電力は０となる。
入力信号は増幅器１ｂ側へは分配されず、増幅器１ａのみに入力される。
入力電力分配回路４０での反射損失は、合成部側（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０側）と同様に約０．５１ｄＢとなり、入力電力分配回路４０での損失を合計すると約１ｄＢの反射損失となるが、出力電力は１．５８Ｐとなる。即ち、実施の形態１の場合に比べて一方の増幅器の故障による出力低下はさらに小さくなり、出力電力を大きくすることができる。なお、出力電力が１．５８Ｐとなる詳細な説明は省略する。
In the high frequency power amplifying apparatus shown in FIG. 5, assuming that the
As a result, the impedance that anticipates the
The input signal is not distributed to the
The reflection loss in the input
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置おける電力分配器４に代えて、入力する高周波電力信号を第１および第２の増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂと、この２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂから出力する信号を分離するアイソレーション抵抗４２と該アイソレーション抵抗４２の両端に配置されて制御回路５によって３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ４３ａ、４３ｂからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路４０を用いたことを特徴とする。
実施の形態１の場合は、出力電力は約０．８９Ｐであるの対して、本実施の形態の場合は、出力電力は約１．５８Ｐである。
したがって、本実施の形態によれば、一方の増幅器の故障による出力電力の低下を実施の形態１の場合よりもさらに小さくすることができる。
As described above, the high-frequency power amplifying apparatus according to the present embodiment replaces the
In the case of the first embodiment, the output power is about 0.89P, whereas in the case of the present embodiment, the output power is about 1.58P.
Therefore, according to the present embodiment, the reduction in output power due to the failure of one of the amplifiers can be made smaller than in the first embodiment.
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図であり、４合成電力増幅装置の構成図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示すように、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、前述した実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、前述した実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有している。
また、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the high-frequency power amplification device according to the third embodiment, and is a configuration diagram of a four-combined power amplification device.
As shown in FIG. 6, the high-frequency power amplifier according to this embodiment includes a first high-frequency
Further, the
図６の単位増幅器（即ち、増幅器１ａ〜増幅器１ｄ）のいずれかが異常な場合の動作については、考え方としては実施の形態１（図１）の高周波電力増幅装置と同様である。
増幅器の電流異常を検出した場合、電力合成部から異常である増幅器側をみたインピーダンスを周波数ｆｃにてオープンにし、且つアイソレーション抵抗を回路上切り離すことで、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑える。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路によりオフとする。
ここで、制御回路５ｃの動作について説明する。
増幅器１ａと増幅器１ｂの両方が異常の場合は、増幅器１ａと増幅器１ｂで構成される２合成電力増幅器（即ち、第１の高周波電力増幅回路１０１）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＣ（開放）に切り替える。
また、増幅器１ｃと増幅器１ｄの両方が異常の場合は、増幅器１ｃと増幅器１ｄで構成される２合成電力増幅器（即ち、第２の高周波電力増幅回路１０２）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＢ（短絡）に切り替える。
The operation when any one of the unit amplifiers in FIG. 6 (that is, the
When the current abnormality of the amplifier is detected, the impedance seen from the power combiner at the abnormal amplifier side is opened at the frequency fc, and the isolation resistor is separated on the circuit to suppress the power consumption at the isolation resistor, Reduces output power reduction.
The power supply to the amplifier that detects the current abnormality is turned off by the control circuit.
Here, the operation of the
When both the
In this case, the path of the
When both the
In this case, the path of the
図７は、実施の形態３による高周波電力増幅装置（図６）において、単位増幅器故障時のアイソレーション抵抗の両端に備えたＳＰ３Ｔスイッチの切り替え状態と出力電力を示す表である。
図７は、（ａ）４つの増幅器１ａ〜１ｄのいずれもが正常であり出力０の増幅器がない場合、（ｂ）１つ増幅器が異常な場合として増幅器１ａが異常（即ち、出力が０の場合）、（ｃ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｂが異常の場合、（ｄ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｃが異常の場合、（ｅ）３つの増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常な場合について、
各ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ〜３３ｆのスイッチ経路（Ａ、Ｂ、Ｃ）、従来の２電力合成装置（従来型）の出力電力および本実施の形態による高周波電力増幅装置の出力電力を示している。
FIG. 7 is a table showing switching states and output powers of SP3T switches provided at both ends of the isolation resistor when the unit amplifier is faulty in the high frequency power amplifier device according to the third embodiment (FIG. 6).
FIG. 7 shows (a) when all of the four
The switch paths (A, B, C) of the SP3T switches 33a to 33f, the output power of the conventional two-power combiner (conventional type), and the output power of the high-frequency power amplifier according to the present embodiment are shown.
増幅器１ａが異常の場合は、図１と同様にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａをＢ（短絡）、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂをＣ（開放）に経路を切り替える。
正常な単位増幅器の出力電力をＰとすると、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力電力は０．８９Ｐ（図１の増幅器と同様）、ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力電力は２Ｐとなるが、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つの入力は振幅のレベル差によりアイソレーション抵抗３２ｃで０．１１Ｐの電力が消費され、高周波電力増幅装置としての出力電力は２．７８Ｐとなる。
増幅器１ａおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａＳＰ３Ｔスイッチと３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂとＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ａ、３０ｂの出力は、実施の形態１の場合と同様に、それぞれ０．８９Ｐであり、出力電力は１．７８Ｐとなる。
When the
If the output power of a normal unit amplifier is P, the output power of
When the
The outputs of
増幅器１ａおよび増幅器１ｂが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるため、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力は２Ｐであるが、ＳＰ３Ｔスイッチ３１ｆの線路により不整合損失が生じ、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの出力電力は１．７８Ｐとなる。
増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるためＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
また、図１の場合と同様に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
When the
The output of the
When the
Similarly to the case of FIG. 1, the path is switched to SP (T3) for the
増幅器１ｄの出力側については、１／４波長線路３１ｄと１／４波長線路３１ｆで１／２波長線路が形成されるため不整合損失は生じず、出力電力はＰとなる。
図７より明らかなように、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた４電力合成装置よりも、４つの増幅器のいずれかが故障した場合において、出力電力の低下の程度が改善していることが分かる。
On the output side of the amplifier 1d, since the ½ wavelength line is formed by the ¼
As is clear from FIG. 7, the degree of reduction in output power is improved when any of the four amplifiers fails, compared to the conventional four-power combiner using the Wilkinson power combiner. I understand.
なお、図６は４電力合成の場合であるが、８合成を構成する場合は、図６に示した高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）と、この並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えてもよい。
高周波電力増幅装置をこのような構成とすることによって、８合成の電力合成装置を実現できる。
同様にして、１６合成、３２合成・・・２のｎ乗合成（ｎは自然数）増幅器も構成可能である。
FIG. 6 shows the case of 4-power synthesis. However, in the case of configuring 8-synthesis, two high-frequency power amplifiers shown in FIG. 6 are used in parallel, and two high-frequency power amplifiers arranged in parallel are used. Detects an abnormality in the current detection circuit based on the current detection results of the third Wilkinson-type power combiner (not shown) that synthesizes the output signal and the current detection circuit arranged in the two high-frequency power amplifiers arranged in parallel. Then, a third control circuit (not shown) that selects the path of two SP3T switches of a third Wilkinson power combiner (not shown) according to the abnormality detection result may be provided.
By configuring the high-frequency power amplifying apparatus as described above, an eight-combined power combining apparatus can be realized.
Similarly, a 16-synthesizer, a 32-synthesizer,.
以上説明したように、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有しており、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって前記電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
したがって、４つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
As described above, the high-frequency power amplifying apparatus according to the present embodiment includes the first high-frequency
Therefore, even when any of the four amplifiers fails, a decrease in output power can be suppressed.
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示した構成の高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器と、前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えたことを特徴とする。
これによって、８合成の電力合成装置を構成でき、８つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
The high-frequency power amplifier according to the present embodiment uses two high-frequency power amplifiers having the configuration shown in FIG. 6 in parallel, and synthesizes the output signals of the two high-frequency power amplifiers arranged in parallel. When an abnormality of the current detection circuit is detected based on the current detection result of the three Wilkinson type power combiners and the current detection circuit arranged in the two high frequency power amplifiers arranged in parallel, A third control circuit (not shown) for selecting a path of two SP3T switches of a Wilkinson power combiner (not shown) is provided.
As a result, an eight-combining power combining device can be configured, and a decrease in output power can be suppressed even when any of the eight amplifiers fails.
実施の形態４．
図８は、実施の形態４係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
一般的に、インピーダンス整合回路は、インピーダンス変換比が大きくなればなるほど整合帯域は狭くなる（狭帯域になる）。
これに対して、整合回路を多段化することによって１段あたりのインピーダンス変換比は抑えられ、広帯域に整合をとることができる。
ウイルキンソン型電力合成器は、一種のインピーダンス整合回路であるため、ウイルキンソン型電力合成器を多段構成にすることで、より広帯域にて電力合成器としての特性を良好にできる。
図８に示したウイルキンソン型電力合成器（第四のウイルキンソン型電力合成器）３０ｄは、図１に示したウイルキンソン型合成器３０を多段（例えば３段）にした構成であり、アイソレーション抵抗３２ｄ、３２ｅ、３２ｆの両端にそれぞれＳＰ３Ｔスイッチを備え、それぞれのＳＰ３Ｔスイッチは制御回路５にて経路切り替えが可能である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the high-frequency power amplifying device according to the fourth embodiment.
Generally, the impedance matching circuit has a narrower matching band (a narrower band) as the impedance conversion ratio increases.
On the other hand, by making the matching circuit multi-stage, the impedance conversion ratio per stage can be suppressed, and matching can be achieved in a wide band.
Since the Wilkinson power combiner is a kind of impedance matching circuit, the characteristics as a power combiner can be improved in a wider band by configuring the Wilkinson power combiner in a multistage configuration.
A Wilkinson power combiner (fourth Wilkinson power combiner) 30d shown in FIG. 8 has a configuration in which the
例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、出力側に最も近いアイソレーション抵抗３２ｄの両端のスイッチについては、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂの経路をＢ（短絡）に切り替える。
多段接続された他のウイルキンソン型合成器のアイソレーション抵抗３２ｅ、３２ｆの両端のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆについては、全てのＳＰ３Ｔスイッチ経路をＣ（開放）に切り替える。
増幅器１ｂ故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路５によりオフとする。
上記のように多段接続された他のウイルキンソン型合成器のＳＰ３Ｔスイッチを切り替えることにより、電力合成部（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０ｄ）から異常な方の増幅器側をみたインピーダンスをｆｃにてオープンにし、且つ、アイソレーション抵抗を回路上切り離すことで アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を
抑えることができる。
For example, when one
For the SP3T switches 33c to 33f at both ends of the
Abnormality detection such as the failure of the
Further, the power supply to the amplifier that has detected the current abnormality is turned off by the
By switching the SP3T switch of another Wilkinson combiner connected in multiple stages as described above, the impedance seen from the power combiner (ie,
図８は、２電力合成装置の構成であるが、図８の電力合成装置を２つ並列に用い、電力分配器とアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えたことを特徴とするウイルキンソン型合成器と電力合成器部のＳＰ３Ｔスイッチの経路を切り替える制御回路を追加すれば、４電力合成装置の構成をとることができる。
同様にして８電力合成、１６電力合成・・・２のｎ乗電力合成（ｎは自然数）の構成をとることができる。
また、図８のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆは、アイソレーション抵抗への経路が「開放」への経路選択であるため、ＳＰＳＴスイッチに代えてＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチであっても良い。
FIG. 8 shows a configuration of a two-power combiner. A Wilkinson-type combiner is characterized in that two power combiners of FIG. 8 are used in parallel and SP3T switches are provided at both ends of the power divider and the isolation resistor. If a control circuit for switching the path of the SP3T switch between the power generator and the power combiner unit is added, the configuration of a four power combiner can be taken.
Similarly, it is possible to adopt a configuration of 8 power combining, 16 power combining... 2n power combining (n is a natural number).
Further, the SP3T switches 33c to 33f in FIG. 8 may be SPDT (Single Pole Double Throw) switches in place of the SPST switches because the path to the isolation resistance is the path selection to “open”.
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、ウイルキンソン型電力合成器を多段に構成にすることで、より広帯域にて高周波電力増幅装置としての特性を良好にできる。 As described above, the high-frequency power amplifying apparatus according to the present embodiment can improve the characteristics of the high-frequency power amplifying apparatus in a wider band by configuring the Wilkinson power combiner in multiple stages.
本発明は、複数の増幅器のいずれかが故障した場合に、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑制できる「ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置」の実現に有用である。 The present invention realizes a “high-frequency power amplifying device using a Wilkinson power combiner” that can suppress power consumption at an isolation resistor and suppress a decrease in output power when any of a plurality of amplifiers fails. Useful.
１ａ〜１ｄ 増幅器 ２ａ〜２ｄ 電流検出回路
３ａ〜３ｄ 電源回路 ４、４ａ、４ｂ 電力分配器
５、５ａ、５ｂ 制御回路 ６ 入力端
７ 出力端 ８ａ〜８ｄ アイソレータ
３０、３０ａ〜３０ｄ ウイルキンソン型電力合成器
３１ａ〜３１ｆ、３１ｇ〜３１ｌ １／４波長線路
３２、３２ａ〜３２ｃ、３２ｄ〜３２ｆ アイソレーション抵抗
３３ａ〜３３ｆ ＳＰ３Ｔスイッチ ４０ 入力電力分配回路
４１ａ、４１ｂ １／４波長線路 ４２ アイソレーション抵抗
４３ａ、４３ｂ ＳＰ３Ｔスイッチ
１０１ 第１の高周波電力増幅回路
１０２ 第２の高周波電力増幅回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする高周波電力増幅装置。 A power divider that divides an input high-frequency power signal into a first input signal and a second input signal, a first amplifier that amplifies one input signal divided into two by the power divider, and the power To the second amplifier 1b that amplifies the other input signal divided into two by the distributor, the Wilkinson power combiner that combines the output signals of the first amplifier and the second amplifier, and the first amplifier A first current detection circuit for detecting a supply current of the second amplifier, a second current detection circuit for detecting a supply current to the second amplifier, the first current detection circuit, and the second current detection circuit. A high-frequency power amplifying apparatus comprising a control circuit for controlling power supply to the first amplifier and the second amplifier based on a current detection result,
The Wilkinson power combiner is arranged at both ends of an isolation resistor that separates output signals of the first amplifier and the second amplifier and is opened, short-circuited, or isolated by the control circuit. Signal separating means comprising two SP3T switches capable of selecting any one of the three paths of the connection, and two ones for transmitting the separated output signals of the first amplifier and the second amplifier to the output terminals, respectively. / 4 wavelength line,
When the control circuit detects an abnormality of the first amplifier or the second amplifier based on a current detection result of the first current detection circuit or the second current detection circuit, an output of the amplifier in which the abnormality is detected is A high-frequency power amplifying apparatus, wherein paths of the two SP3T switches are selected so as not to be combined by a Wilkinson power combiner.
入力する高周波電力信号を前記第１および第２の増幅器にそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路と、この２つの１／４波長線路から出力する信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって前記３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路を用いたことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。 Instead of the power distributor,
Two quarter-wave lines for transmitting input high-frequency power signals to the first and second amplifiers, an isolation resistor for separating signals output from the two quarter-wave lines, and the isolation resistors 2. An input power distribution circuit comprising signal separation means including two SP3T switches that are arranged at both ends of each of the two SP3T switches and can select one of the three paths by the control circuit is used. A high-frequency power amplifying device described in 1.
前記第１の高周波電力増幅回路および前記第２の高周波電力増幅回路は、請求項１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、
前記第二のウイルキンソン型電力合成器は、前記請求項１に記載のウイルキンソン型電力合成器と同じ構成と機能を有しており、
前記第二の制御回路は、前記第１の高周波電力増幅回路あるいは前記第２の高周波電力増幅回路に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。 A first high-frequency power amplifier circuit to which one of the input signals distributed by the power distributor is input, and a second high-frequency power amplifier circuit to which the other of the input signals distributed by the power distributor is input A second Wilkinson-type power combiner that combines output signals of the first high-frequency power amplifier circuit and the second high-frequency power amplifier circuit, and a second control circuit. ,
The first high-frequency power amplifier circuit and the second high-frequency power amplifier circuit have the same configuration and function as the high-frequency power amplifier device according to claim 1,
The second Wilkinson power combiner has the same configuration and function as the Wilkinson power combiner according to claim 1,
When the second control circuit detects an abnormality of the current detection circuit based on a current detection result of a current detection circuit arranged in the first high-frequency power amplification circuit or the second high-frequency power amplification circuit, the abnormality detection result The high frequency power amplifying apparatus according to claim 1, wherein paths of two SP3T switches of the second Wilkinson type power combiner are selected accordingly.
前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第三のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路を備えたことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力増幅装置。 A third Wilkinson power combiner that synthesizes the output signals of the two high-frequency power amplifying devices arranged in parallel, using two high-frequency power amplifying devices according to claim 3 in parallel;
When an abnormality of the current detection circuit is detected based on the current detection result of the current detection circuit arranged in the two high frequency power amplifiers arranged in parallel, 2 of the third Wilkinson type power combiner is detected according to the abnormality detection result. 4. The high frequency power amplifier according to claim 3, further comprising a third control circuit for selecting a path of two SP3T switches.
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