JP2014220812A - マルチポート増幅器を較正する方法、このような方法の実装を可能にするマルチポート増幅器、およびこのような増幅器を備える衛星 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチポート増幅器を較正する方法、このような方法の実装を可能にするマルチポート増幅器、およびこのような増幅器を備える衛星を提供する。
【解決手段】複数の入力ポートＰＥ１〜４と、信号を分配するためのマトリックスによって入力ポートに結合された複数の電力増幅器ＰＡ１〜４と、信号を再結合するためのマトリックスによって電力増幅器に結合された複数の出力ポートＰＳ１〜４と、電力増幅器と関連する、信号を重み付けするための複数の要素とを備えるマルチポート増幅器を較正する方法において、基準と考えられる出力ポートに存在する出力信号と、その他の出力ポートに存在する信号との間の平均正規化相互相関を決定するステップと、重み付け要素の重みを繰り返し調整して、平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、またはそれを所定の閾値未満にするステップとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、マルチポート増幅器を較正する方法に関し、その出力間のアイソレーションを最大化することを可能にする。本発明はまた、このような方法を実施するための手段を備えるマルチポート増幅器、ならびに、ペイロードがこのような増幅器を備える、特に遠隔通信用の衛星に関する。

本発明は主に、遠隔通信、特に宇宙通信の分野に適用される。

マルチポート増幅器（ＭＰＡ：ｍｕｌｔｉｐｏｒｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、複数の無線周波数またはマイクロ波の信号を増幅するために主に通信衛星のペイロードにおいて使用されて、たとえば広帯域トランスポンダを実現するシステムである。ＭＰＡの動作原理は、いくつかの増幅器を使用して、すべての信号を同時に増幅することにある。すべての増幅器、または少なくともいくつかの増幅器は、すべての信号の増幅に寄与し、これにより、増幅器の最適な使用を確実にしながら、電力および帯域の柔軟な割当てが可能になる。それ自体知られているこの動作原理が図１に示してある。図１には、４つの無線周波数信号ｓ１〜ｓ４が入力される４つの入力ポートＰＥ１〜ＰＥ４、および増幅された信号Ｓ１〜Ｓ４が出力される４つの出力ポートＰＳ１〜ＰＳ４を示すマルチポート増幅器が概略的に表してある。この入力ポートは、分配マトリックスまたは入力マトリックスＩＢＭの入力ｉ_ｉ１〜ｉ_ｉ４に結合されており、このＩＢＭは、全く同一の数の出力ｏ_ｉ１〜ｏ_ｉ４を示している。このマトリックスは、入力（この場合はｉ_ｉ１）に存在する信号ｓｉ（たとえば、垂直方向のベクトルで表されるｓ１）が、互いに異なる位相シフト（ベクトルの向きの変化で示してある）で、その出力すべてにわたって分割されるように構成される。したがって、たとえば、信号ｓ１は、出力ｏ_ｉ１において位相シフトはなく、出力ｏ_ｉ２およびｏ_ｉ３において位相シフトは９０°であり、出力ｏ_ｉ４において位相シフトは１８０°である。様々な位相シフトの場合でも、信号ｓ２〜ｓ４において（図示せず）同じことが言える。この動作モードは、それ自体知られている「バトラー」マトリックスに対応する。

出力ｏ_ｉ１〜ｏ_ｉ４から生じる信号は、したがって入力信号ｓ１〜ｓ４の線形結合であり、同一の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ４によって増幅され、これらの増幅器は、たとえば進行波管タイプ（進行波管増幅器を意味するＴＷＴＡ）または半導体タイプでもよい。増幅された信号は、結合マトリックスまたは出力マトリックスＯＢＭの入力ｉ_ｏ１〜ｉ_ｏ４に加えられ、このマトリックスは、分配マトリックスの動作に類似した動作を実行し、図１の場合、ＯＢＭもバトラー・マトリックスである。

２つのマトリックスによってもたらされる位相シフトがタイムリーに選択される場合、増幅された信号ｓ１を代表するベクトルが出力ｏ_ｏ２〜ｏ_ｏ４上でゼロになり、出力ｏ_ｏ１上のみで結合されることが、図１で理解できる。同様に、増幅された信号ｓ２を表すベクトルが、出力ｏ_ｏ１、ｏ_ｏ３、およびｏ_ｏ４ではゼロになり、出力ｏ_ｏ２のみに強め合うように結合され、その他も同様である。したがって、出力ポートＰｉから生じる増幅された信号Ｓ_ｉは、増幅された入力信号ｓｉに対応し、ｊ≠ｉ（ｉ、ｊ＝１〜４）のその他の入力信号ｓｊからのいかなる影響も受けない。

この方式の動作は、理想的な入力／出力マトリックス、および厳密に同一の特性を有する電力増幅器を想定している。実際にはそうではなく、マトリックスによってもたらされる位相シフトが名目上の位相シフトとは異なり、入力における信号の電力が出力間で不均一に分割され、各増幅器が互いに異なる利得および位相を示すことなどがある。さらに、様々な要素の特性が、時が経つにつれてドリフトすることがある。理想的な状況に対してこうした食い違いがあるので、マルチポート増幅器の様々な出力間のアイソレーションは完全ではなく、このことは、ｊ≠ｉの入力信号ｓｊに対応する干渉項が各出力ポートＰＳｉ上に現れることを示している。

図２Ａには、完全にバランスがとれたＭＰＡの（バトラー・マトリックスの各モデルが完全である）場合の出力信号のスペクトルが示してあり、そのパワー・スペクトル密度はｄＢｍで表され、周波数（ｆ）はＧＨｚで表される。各出力信号Ｓｉは、対応する入力信号ｓｉの増幅されたバージョンであり、幅が約５０ＭＨｚで、様々な信号の帯域が重ならないよう中心周波数（搬送波の周波数）の異なる帯域を示すことに留意してもよい。この場合、「非重複周波数プラン（ｄｉｓｊｏｉｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｌａｎ）」と呼ばれる。信号間の干渉が肉眼では見えないので、アイソレーションは、事実上完全（干渉レベルが−４３ｄＢ未満）であることが理解され得る。アイソレーションは、基準信号の帯域（この場合は５０ＭＨｚ）における統合電力の（デシベルでの）差として定義される。

図２Ｂには、振幅誤差と位相誤差がσ_Ａ（振幅誤差の標準偏差）＝０．８ｄＢとσ_φ（位相誤差の標準偏差）＝３°のガウス分布によって定義されるランダムなアンバランスを持ち込むことによって得られるスペクトルが示してあり、バトラー・マトリックスの各モデルは「真」である（測定値から得られる）。信号間の干渉が明らかに目に見えており、計算により、干渉レベルがおよそ−２２ｄＢ程度であることが確定できる。

図２Ｃのグラフには、位相（ΔΦ［度「°」］）および振幅（ΔＡ［ｄＢ］）でのアンバランスが、マルチポート増幅器の２つの出力間のアイソレーションＩＳ（［ｄＢ］）にどのように影響を及ぼすかが示してある。

このようなアンバランスを改善するために、図１の増幅器は、重み付け要素ＥＰ１〜ＥＰ４を備え、それぞれが、調整可能な減衰器（まれには前置増幅器）および調整可能な移相器から構成され、これらの減衰器と移相器は、縦続結合され、それぞれの増幅器と連動し、一般には移相器の上流側に接続される。出力間の相対的な減衰および位相シフトのみが関連しているので、場合によっては、重み付け要素のうちの１つを割愛してもよい。

これらの重み付け要素がもたらす複素重みをタイムリーに調整することにより、出力間において、ほとんど理想的な、いずれにしても２０ｄＢ以上のアイソレーションを回復することが可能である。これらの複素重みを調整する際の較正作業は、技能者によって手動で実行することができ、または好ましくは自動的に実行することができる。

文献（特許文献１）には、マルチポート増幅器を較正する自動化方法が記載されており、これは、入力に注入される測定信号または試験信号を使用して、出力間のアイソレーションを最大化することを目的としている。この方法の主な欠点は、注入される信号が増幅され、遠隔通信システムにおいて、信号対妨害比Ｃ／Ｉを劣化させることである。

（非特許文献１）には、測定信号の注入を必要としないマルチポート増幅器を較正する自動化方法が開示されている。この方法は、出力間の干渉を識別して最小限に抑えるための、出力信号の確率密度関数の研究に基づいている。変調のタイプが正確に知られている場合にのみこれが可能であり、したがって解決策の柔軟性が限定されている。

国際公開第２００８／１３５７５３号

Ｍａｒｉｏ ＣａｒｏｎおよびＸｉｎｐｉｎｇ Ｈｕａｎｇによる論文「Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｇａｉｎ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｍｉｓｍａｔｃｈｅｓ ｉｎ ａ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｏｒｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ」、ＥＳＡ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐａｙｌｏａｄｓ、２００８年１１月１８〜２０日、Ｎｏｏｒｄｗｉｊｋ（オランダ）

本発明は、従来技術の欠点をなくす、またはその欠点を減らした、出力間のアイソレーションを最大化することを狙いとする、マルチポート増幅器を較正する自動化方法を提供することを目的としている。より具体的には、本発明は、本来の信号（ｔｒａｆｆｉｃ ｓｉｇｎａｌ）に重畳されることになる測定信号または較正信号の注入を回避することを目的としており、使用される変調のタイプに関連するいかなる制約条件をも持ち込まないことを目的としている。

この目標を実現できるようにする本発明の目的は、複数の入力ポートと、信号を分配するためのマトリックスによって前記入力ポートに結合された複数の電力増幅器と、信号を再結合するためのマトリックスによって前記電力増幅器に結合された複数の出力ポートとを備えるマルチポート増幅器であって、信号を分配および再結合するための前記マトリックスが、複数の前記電力増幅器間の前記入力ポートに存在する信号を分割するように構成され、かつ、前記出力ポートのレベルで増幅された前記信号を再結合するように構成され、信号を重み付けするための要素が前記各電力増幅器に関連するマルチポート増幅器を較正する方法において、
ａ）基準と考えられる前記出力ポートに存在する出力信号と、その他の前記出力ポートに存在する信号との間の平均正規化相互相関を決定するステップと、ｂ）前記重み付け要素の重みを繰り返し調整して、前記平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、またはそれを所定の閾値未満にするステップと
を含むことを特徴とする、方法である。

このような方法の具体的な実施形態によれば、
− 基準と考えられる前記出力ポートに存在する信号の平均自己相関に対して、前記平均正規化相互相関を正規化することができる。
− 基準と考えられる出力ポートは、電力レベルが最も高い信号を示す出力ポートとすることができる。
− 前記重みは複素重みとすることができ、それぞれが絶対値と位相を含み、前記ステップｂ）が、
ｂ１）前記重みの位相を繰り返し調整するサブステップと
ｂ２）前記重みの絶対値を繰り返し調整するサブステップと
を含む。

より具体的には、前記サブステップｂ１）およびｂ２）は、任意の順序で連続して実施することができ、前記サブステップｂ１）は、様々な電力増幅器に関連する重み付け要素の重みの位相の連続調整を含むことができ、前記サブステップｂ２）は、様々な電力増幅器に関連する重み付け要素の重みの絶対値の連続調整を含むことができる。
− 前記ステップｂ）は以下の動作、すなわち、
ｉ．前記平均正規化相互相関を決定する動作と
ｉｉ．調整される前記重みの絶対値および／または位相に、所定の増分を加える動作と、
ｉｉｉ．前記平均正規化相互相関を再決定し、その値が増加した場合には、前記増分の符号を変更する動作と、
ｉｖ．動作ｉｉｉにおいて決定された符号とともに、調整される前記重みの位相および／または絶対値に、前記所定の増分を加える動作と、
ｖ．前記平均正規化相互相関を再決定し、その値が、所定の閾値よりも大きい状態を維持しながら減少した場合には、動作ｉｖ．およびｖ．を繰り返す動作と、を含むことができる。
− 前記基準ポートに存在する信号の周波数帯域と実質的に一致する周波数帯域内で前記平均正規化相関を決定することができる。
− 前記出力ポートに存在する信号は、非重複周波数プランを示すことができる。
− 較正を実行するために前記増幅器に測定信号を注入しないことが好ましい。

本発明の別の目的は、複数の入力ポートと、信号を分配するためのマトリックスによって前記入力ポートに結合された複数の電力増幅器と、信号を再結合するためのマトリックスによって前記電力増幅器に結合された複数の出力ポートとを備え、信号を分配および再結合するための前記マトリックスが、複数の前記電力増幅器間の前記入力ポートに存在する信号を分割するように構成され、また、前記出力ポートのレベルで増幅された前記信号を再結合するように構成され、信号を重み付けするための要素が前記各電力増幅器に関連するマルチポート増幅器であって、以上説明したような較正方法を実施するように構成され、またはプログラムされた較正モジュールをも備えることを特徴とする、マルチポート増幅器である。

このようなマルチポート増幅器の具体的な実施形態によれば、
− 前記較正モジュールは、第１および第２の出力ポートを選択するための第１および第２の選択装置と、前記信号を選択し、中間周波数に変換し、フィルタリングし、デジタル化するために、前記第１および第２の出力ポート上に存在する信号を取得するための第１および第２の取得チェーンと、前記第１および第２の選択装置、ならびに前記第１および第２の取得チェーンを駆動し、前記取得チェーンから生じるデジタル化された信号を取得し、取得されたこのデジタル化信号に基づいて、基準と考えられる出力ポートから取得された出力信号と、その他の出力ポートから取得された信号との間の平均正規化相互相関を計算し、前記重み付け要素の重みを繰り返し調整して、前記平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、またはそれを所定の閾値未満にするようにプログラムされた、または構成されたプロセッサとを備えることができる。
− 前記プロセッサは、全体としてまたは部分的に、離れた位置に配置することができる。
− 前記各重み付け要素は、縦続接続された可変減衰器および可変移相器を備えることができる。
− 増幅器は、Ｋｕバンド、Ｋバンド、およびＫａバンドから選ばれる少なくとも１つの帯域で動作できることが好ましい。実際、本発明は、搬送波の周波数が高いほど、ならびに電力増幅器が進行波管であるとき、なおいっそう有用である。したがって、Ｋａバンドが、本発明の用途の有望な分野となる。

本発明のさらに他の目的は、以上に説明したようなマルチポート増幅器をそのペイロードが含む、通信用衛星である。

一例として添付図面を参照しながら提示される説明を読めば、本発明の他の特徴、詳細、および利点が明らかになろう。各図面はそれぞれ以下の通りである。

マルチポート増幅器の概略図である。 完全にバランスがとれたＭＰＡの場合の出力信号のスペクトルを示す図である。 ランダムなアンバランスを持ち込むことによって得られるスペクトルを示す図である。 アンバランスが出力間のアイソレーションに及ぼす影響を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるマルチポート増幅器の基本図である。 図３の増幅器の各出力間のアイソレーションを最大化することを可能にする、重み付け要素の複素重み調整するための手順の流れ図である。 本発明の技術的な結果を示す、図３の増幅器に各出力のスペクトルである。 本発明の技術的な結果を示す、図３の増幅器に各出力のスペクトルである。 通信衛星における、本発明の一実施形態によるマルチポート増幅器の統合化を示す概略図である。

図３に示すように、本発明の一実施形態によるＭＰＡは、出力ポート上に存在する（信号カプラＣＳ１〜ＣＳ４によって取り出された）信号Ｓ１〜Ｓ４の一部分を入力として受信し、重み付け要素ＥＰ１〜ＥＰ４を駆動するための信号を生成する、較正モジュールＭＣを備えるという点で、図１のＭＰＡとは異なる。より正確には、ここで考慮されている実施形態では、各重み付け要素が、駆動信号Ａｉを受信する可変減衰器ＡＶｉ、および駆動信号Φｉ（ｉ＝１〜４）を受信する可変移相器ΦＶｉを備える。

２つの選択装置ＳＰ１、ＳＰ２は、それぞれ独立して出力ポートを選択する（より正確には、それぞれが、出力ポート上の信号カプラによって取り出された信号を選択する）。選択された信号は、それぞれの取得チェーンＣＡＳ１、ＣＡＳ２によって処理され、これら取得チェーンは通常、イメージ・フィルタＨｉ、各信号を中間周波数に変換するためのミクサ、ナイキスト・フィルタＨｎ、およびアナログ／デジタル変換器ＡＤＣを備える。このように得られたデジタル信号が、プロセッサＤＳＰによって処理されて、駆動信号Ａ１〜Ａ４、Φ１〜Φ４を生成する。プロセッサＤＳＰはまた、選択装置ＳＰ１、ＳＰ２、および周波数変換に使用される局部発振周波数シンセサイザＳＦＬを駆動する。

プロセッサＤＳＰは、タイムリーにプログラムされたデジタル・プロセッサ（および、特にデジタル信号処理用のプロセッサ）であることが好ましいが、他の実現可能な手段（たとえば、専用のデジタル回路の製品）が考えられる。

本発明の具体的な一実施形態によれば、マルチポート増幅器の較正が以下の方式で実行される。

まず、プロセッサＤＳＰは、最も高い電力を示す信号に対応する出力ポートを識別する。この選択は、選択装置のうちの１つによって出力を走査することによって、またナイキスト帯域で（または、好ましくはデジタル・フィルタによって選択された狭帯域で）取得された信号の電力を統合することによって実行される。これにより、周波数プランを知って、局部発振周波数シンセサイザＳＦＬを各出力の中心周波数に設定することが可能になる。このように識別された出力ポート（これ以降はＰＳ１）を基準と考える。

その後、第１の選択装置ＳＰ１が駆動されて、既定の時間窓にわたって前記基準ポートを選択し、第２の選択装置ＳＰ２が駆動されて、全く同一の時間窓にわたって別の出力ポートを選択する。すべての出力ポートにおいて、この動作が繰り返される。取得されデジタル化された信号の３つの対、（Ｓ１_（２）、Ｓ２）、（Ｓ１_（３）、Ｓ３）、（Ｓ１_（４）、Ｓ４）がこのように得られ、ここで、Ｓ１_（ｉ）は、Ｓｉ（ｉ＝２〜４）と同時に取得された信号Ｓ１を識別する。これにより、信号Ｓ１_（ｉ）とＳｉ（ｉ＝２〜４）との間の相関関係または相互相関の計算がプロセッサＤＳＰによって可能になり、その最大値が、Ｒ_１1、Ｒ_１２、Ｒ_１３、およびＲ_１４で示される。Ｐ_{１（Ｔａ１ｉ）}で示される信号Ｓ１_（ｉ）の電力も計算され、たとえば、
は、信号Ｓ１およびＳ２の同期取得時にポートＰＳ１によって取り出された信号Ｓ１_（２）の電力であり、
は、信号Ｓ１およびＳ３の同期取得時にポートＰＳ１によって取り出された信号Ｓ１_（２）の電力であり、
は、信号Ｓ１およびＳ４の同期取得時にポートＰＳ１によって取り出された信号Ｓ１_（２）の電力である。

これにより、平均正規化相互相関の計算が可能になる。

Ｎが１より大きい整数で一般には偶数である、Ｎポートの場合への一般化が近い。

さらに説明するように、インデックス（０）は、これが、重み付け係数を調整するためのプロセスの第１の繰返し処理の前に決定される平均正規化相互相関に属することを意味する。

基準ポート上に存在する信号の帯域のみを考慮に入れて、相互相関が計算されることが好ましい。したがって、プロセッサＤＳＰは、信号ｓ１の搬送波を選択するように局部発振周波数シンセサイザＳＦＬを駆動し、この信号のフィルタリングがサンプリングによって確実に実行されるが、この帯域がナイキスト帯域よりも狭い場合、さらなるフィルタリング（好ましくは、プロセッサＤＳＰによるデジタル・フィルタリング）を想定することができる。

本発明の元になる原理は、重み付け要素ＥＰ１〜ＥＰ４の複素重みを繰り返し調整して、平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、それとも最低限でも既定の閾値よりも確実に小さくなるようにすることにある。実際、平均正規化相互相関が高くなるほど、マルチポート増幅器の出力は互いのアイソレーションが低下する。

いくつかの最適化アルゴリズムを使用して、この繰返し調整を実行することができる。

それらのアルゴリズムのうちの１つを、図４を用いて以下に説明する。このアルゴリズムの原理は、これにより平均正規化相互相関が低下するかどうか判定し、低下する場合は、増分を再び加え、逆の場合には、増分を再び加える前にその符号を変更する際に、既定の時間間隔（正または負）だけ重み付け要素の重みの位相を増やすことにある。このようにして重み付け要素の位相を調整した後、振幅についても同じように処理する。その後、このプロセスを繰り返すことが可能である。一変形形態として、まず振幅を調整すること、または次のステップに移る前に１つの要素の振幅と位相を調整することが可能である。

図４に示すように、このアルゴリズムの第１の動作は、最も電力の大きい出力Ｓｒを決定すること、その電力を測定すること、および平均（正規化）相互相関Ｃ_（０）を測定すること（または、より具体的には、取得された信号に基づいてそれを計算すること）である。その後、この平均正規化相互相関が所定の閾値Ｃ_ｍｉｎよりも大きいかどうか確認検査されるが、それというのも、小さい場合には、アイソレーションが既に十分であり計算する必要がないと考えてもよいからである。

その後、既定値の時間間隔Δφによって第１の重み付け要素の複素重みの位相φが増分され、平均（正規化）相互相関Ｃ_（１）が再計算される。次いで、新規に計算された相互相関Ｃ_（１）が、Ｃ_（０）より大きいかそれとも小さいか判定され、大きい場合、これは、位相の増分がアンバランスを低減させる代わりに増大させてしまったことを意味し、したがって、増分の時間間隔の符号がΔφ→−Δφに変更され、小さい場合、この時間間隔は変更されないままである。その後、増分が連続して発生した後に（常に全く同一の時間間隔における増分であり、その符号が、説明した第１の繰返しの後に一度だけ決定される）、以下の条件のうちの１つが満たされる。
− 平均相互相関が閾値Ｃ_ｍｉｎを下回って降下し、この場合、アイソレーションが十分であり、プロセスが停止していると考えられる。
− または、平均相互相関が増加し始め（Ｃ_{（ｎ＋１）}＞Ｃ_（ｎ））、それにより、最適な設定ポイントを超えたことが分かり、この場合、Δφが複素重みの位相から差し引かれて、識別された最適設定に戻り、連続して次の重み付け要素が調整される（説明を簡単にするために、図１の流れ図は、単一の重み付け要素の場合に限定されている）。

すべての位相が調整され、平均相互相関が閾値Ｃ_ｍｉｎ以上である場合、同じ方式によって振幅が調整される（流れ図の右手側）。

次に、アイソレーションが依然として十分ではない場合、再び繰り返す（図示せず）。

もちろん、各要素の位相および／または振幅の調整に関してであろうと、全体としての手順に関してであろうと、繰返しの最大回数を超えないようにすることが可能である。

図５Ａ〜５Ｃにより、本発明の技術的な結果を示すことが可能になる。各図には、図３のマルチポート増幅器の出力信号のスペクトルが示してあり、これらは、以下の条件下で数値シミュレーションによって得られる。
− 振幅と位相のアンバランスは、σＡ＝０．８ｄＢおよびσφ＝３°のガウス分布に従う。
− 搬送波の電力についての動的変動＝３ｄＢである。
− ２^１３ポイントでの信号の取得。
− ５０ＭＨｚまでの帯域制限（１００ＭＨｚでのサンプリング）。
− 各入力において帯域幅が２０ＭＨｚのＱＰＳＫ変調された搬送波。
− ５０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの間で等分された搬送波。
− 実際の装置での測定から生じるバトラー・マトリックスのモデル。
− 電力増幅器のＡＭ／ＡＭ効果（電力に関する動作点での利得の変動）およびＡＭ／ＰＭ効果（電力に関する動作点での伝達関数の位相の変動）のモデリングなし。

図５Ａには、補償前のスペクトルが示してあり、干渉が著しく、確かに最悪ケースでのアイソレーションが−１６．８ｄＢであり、これは一般には不満足であることが理解できる。５回繰り返した後（図５Ｂ）、搬送波間の干渉が事実上消失し、最悪ケースでのアイソレーションが−３１．９ｄＢに等しい。実際、一度繰り返すだけで、既に最小アイソレーションを−２２．６ｄＢの値にすることが可能になり、この値は一般に、ほとんどの用途に十分であると考えられる。

図６には、通信衛星ＳＡＴのペイロードＣＵとともに、本発明によるマルチポート増幅器ＭＰＡの統合化が非常に概略的に示してある。ペイロードＣＵは、全く同一のアンテナＡＮＴを共用する送信機と受信機を備えるトランスポンダであり、マルチポート増幅器は、この送信機の電力段を構成する。

特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、以下のような数多くの変形形態が考えられる。
− マルチポート増幅器は、宇宙通信以外の用途で使用することができ、ここで考慮に入れたスペクトル・バンド（Ｋｕ、Ｋ、Ｋａバンド）とは異なるスペクトル・バンド、たとえば、Ｌ、Ｓ、Ｃ、およびＸバンドで動作する。
− 具体的には、２のべき乗ではない複数のポート、したがって複数の電力増幅器を使用する必要がある場合、入力／出力マトリックスはバトラー・マトリックスでなくてもよい。
− 増幅器の数は、増幅される信号の数とは異なり、具体的にはその数よりも多くてもよい。
− 例外的に、もっぱら重み付け要素の重みの位相または絶対値に作用することによって、較正を実行することができる。
− 通常の動作中のマルチポート増幅器によって処理される本来の信号を使用することにより、較正法を実施してもよく、本来の信号が存在しない場合は、試験信号で変調された（もしくは実際に無変調の）搬送波、または単に雑音の多い搬送波を使用することが可能になる。
− マルチポート増幅器によって処理される信号は、非重複周波数プランを示すことなく、たとえば全く同一の搬送波を使用してもよいが、この場合、出力間のアイソレーションは、非重複周波数プランの場合よりも悪くなることがある。
− 基準出力ポートは、最も電力の大きい信号を示す出力ポートでなくてもよいが、この実施形態が好ましい。
− いくつかの様々な最適化アルゴリズムを使用して、重み付け要素の重みを調整してもよい。
− 信号の処理は、少なくとも部分的には離れた位置に配置してもよく、たとえば、取得チェーンによって取得されデジタル化される信号は、メモリに記憶してもよく、計算を実行し、重み付け要素の調整を実行する制御信号を戻す地上局に伝送してもよい。

ｓ１ 無線周波数信号
ｓ２ 無線周波数信号
ｓ３ 無線周波数信号
ｓ４ 無線周波数信号
ＰＥ１ 入力ポート
ＰＥ２ 入力ポート
ＰＥ３ 入力ポート
ＰＥ４ 入力ポート
Ｓ１ 増幅された信号
Ｓ２ 増幅された信号
Ｓ３ 増幅された信号
Ｓ４ 増幅された信号
ＰＳ１ 出力ポート
ＰＳ２ 出力ポート
ＰＳ３ 出力ポート
ＰＳ４ 出力ポート
ｉ_ｉ１ 入力
ｉ_ｉ２ 入力
ｉ_ｉ３ 入力
ｉ_ｉ４ 入力
ｏ_ｉ１ 出力
ｏ_ｉ２ 出力
ｏ_ｉ３ 出力
ｏ_ｉ４ 出力
ＰＡ１ 電力増幅器
ＰＡ２ 電力増幅器
ＰＡ３ 電力増幅器
ＰＡ４ 電力増幅器
ｉ_ｏ１ 入力
ｉ_ｏ２ 入力
ｉ_ｏ３ 入力
ｉ_ｏ４ 入力
ｏ_ｏ１ 出力
ｏ_ｏ２ 出力
ｏ_ｏ３ 出力
ｏ_ｏ４ 出力
ＥＰ１ 重み付け要素
ＥＰ２ 重み付け要素
ＥＰ３ 重み付け要素
ＥＰ４ 重み付け要素
ＣＳ１ 信号カプラ
ＣＳ２ 信号カプラ
ＣＳ３ 信号カプラ
ＣＳ４ 信号カプラ
ＳＰ１ 選択装置
ＳＰ２ 選択装置
ＣＡＳ１ 取得チェーン
ＣＡＳ２ 取得チェーン
Ａ１ 駆動信号
Ａ２ 駆動信号
Ａ３ 駆動信号
Ａ４ 駆動信号
Φ１ 駆動信号
Φ２ 駆動信号
Φ３ 駆動信号
Φ４ 駆動信号

Claims (15)

1. 複数の入力ポート（ＰＥ１〜ＰＥ４）と、信号を分配するためのマトリックス（ＩＢＭ）によって前記入力ポートに結合された複数の電力増幅器（ＰＡ１〜ＰＡ４）と、信号を再結合するためのマトリックス（ＯＢＭ）によって前記電力増幅器に結合された複数の出力ポート（ＰＳ１〜ＰＳ４）とを備えるマルチポート増幅器であって、信号を分配および再結合するための前記マトリックスが、複数の前記電力増幅器間の前記入力ポートに存在する信号を分割するように構成され、かつ、前記出力ポートのレベルで増幅された前記信号を再結合するように構成され、前記信号（ＥＰ１〜ＥＰ４）を重み付けするための要素が前記各電力増幅器に関連するマルチポート増幅器を較正する方法において、
   ａ）基準と考えられる前記出力ポートに存在する出力信号と、その他の前記出力ポートに存在する信号との間の平均正規化相互相関を決定するステップと、
   ｂ）前記重み付け要素の重みを繰り返し調整して、前記平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、またはそれを所定の閾値未満にするステップと
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 基準と考えられる前記出力ポートに存在する前記信号の平均自己相関に対して、前記平均正規化相互相関が正規化される、請求項１に記載の方法。
3. 基準と考えられる前記出力ポートが、電力レベルが最も高い信号を示す出力ポートである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記重みが複素重みであり、それぞれが絶対値および位相を含み、前記ステップｂ）が、
   ｂ１）前記重みの前記位相を繰り返し調整するサブステップと、
   ｂ２）前記重みの前記絶対値を繰り返し調整するサブステップと
   を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記サブステップｂ１）およびｂ２）が、任意の順序で連続して実施され、前記サブステップｂ１）が、前記様々な電力増幅器に関連する前記重み付け要素の前記重みの前記位相の連続調整を含み、前記サブステップｂ２）が、前記様々な電力増幅器に関連する前記重み付け要素の前記重みの前記絶対値の連続調整を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記ステップｂ）が以下の動作、すなわち、
   ｉ．前記平均正規化相互相関を決定する動作と、
   ｉｉ．調整される前記重みの絶対値および／または位相に、所定の増分を加える動作と、
   ｉｉｉ．前記平均正規化相互相関を再決定し、その値が増加した場合には、前記増分の符号を変更する動作と、
   ｉｖ．動作ｉｉｉにおいて決定された前記符号とともに、調整される前記重みの前記位相および／または前記絶対値に、前記所定の増分を加える動作と、
   ｖ．前記平均正規化相互相関を再決定し、その値が、所定の閾値よりも大きい状態を維持しながら減少した場合には、動作ｉｖ．およびｖ．を繰り返す動作と
   を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基準ポートに存在する信号の周波数帯域と実質的に一致する周波数帯域内で、前記平均正規化相互相関が決定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記出力ポートに存在する前記信号が非重複周波数プランを示す、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記較正を実行するために前記増幅器に測定信号を注入しない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 複数の入力ポート（ＰＥ１〜ＰＥ４）と、信号を分配するためのマトリックス（ＩＢＭ）によって前記入力ポートに結合された複数の電力増幅器（ＰＡ１〜ＰＡ４）と、信号を再結合するためのマトリックス（ＯＢＭ）によって前記電力増幅器に結合された複数の出力ポート（ＰＳ１〜ＰＳ４）とを備え、信号を分配および再結合するための前記マトリックスが、複数の前記電力増幅器間の前記入力ポートに存在する信号を分割するように構成され、また、前記出力ポートのレベルで増幅された前記信号を再結合するように構成され、信号（ＥＰ１〜ＥＰ４）を重み付けするための要素が前記各電力増幅器に関連するマルチポート増幅器において、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の較正方法を実施するように構成され、またはプログラムされた較正モジュール（ＭＣ）をも備えることを特徴とする、マルチポート増幅器。
11. 前記較正モジュールが、
    − 第１および第２の出力ポートを選択するための第１（ＳＰ１）および第２（ＳＰ２）の選択装置と、
    − 前記信号を選択し、中間周波数に変換し、フィルタリングし、デジタル化するために、前記第１および第２の出力ポート上に存在する信号を取得するための第１（ＣＡＳ１）および第２（ＣＡＳ２）の取得チェーンと、
    − 前記第１および第２の選択装置、ならびに前記第１および第２の取得チェーンを駆動し、前記取得チェーンから生じるデジタル化された信号を取得し、取得された前記デジタル化信号に基づいて、基準と考えられる出力ポートから取得された出力信号と、その他の出力ポートから取得された信号との間の平均正規化相互相関を計算し、前記重み付け要素の重みを繰り返し調整して、前記平均正規化相互相関を最小限に抑えるか、またはそれを所定の閾値未満にするようにプログラムされた、または構成されたプロセッサ（ＤＳＰ）と
    を備える、請求項１０に記載のマルチポート増幅器。
12. 前記プロセッサが、全体としてまたは部分的に、離れた位置に配置される、請求項１１に記載のマルチポート増幅器。
13. 前記重み付け要素それぞれが、縦続に接続された可変減衰器（ＡＶ１〜ＡＶ４）および可変移相器（ΦＶ１〜ΦＶ４）を備える、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマルチポート増幅器。
14. Ｋｕバンド、Ｋバンド、およびＫａバンドから選ばれる少なくとも１つの帯域で動作する、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のマルチポート増幅器。
15. そのペイロードが、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のマルチポート増幅器を備える、遠隔通信用の衛星（ＳＡＴ）。