JP2018157486A - 送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置およびゲートバイアス電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の増幅素子のそれぞれのゲートバイアス電圧を精度良く調整可能な、送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置およびゲートバイアス電圧制御方法の提供を目的とする。【解決手段】ゲートバイアス電圧制御装置１００は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと、制御部１０と、電源配線３０と、電流センサ２０と、を備え、電源配線３０は、電源５０に接続された幹部分３１と、分岐部分３２と、を備え、電流センサ２０はホール素子２２を備え、ホール素子２２には、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流によって生じる磁界が入力され、制御部１０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能であり、制御部１０は、電流センサ２０から得た測定値に基づいて、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲートバイアス電圧を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置およびゲートバイアス電圧制御方法に関し、特に多素子アンテナを有する送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置およびゲートバイアス電圧制御方法に関する。

第５世代携帯電話システムにおいては、従来の準マイクロ波帯マクロセル基地局のセル内に高ＳＨＦ帯のピコセル基地局装置が配置される。第５世代携帯電話システムにおいては、伝搬距離の長い準マイクロ波帯基地局を介して制御情報の通信が行われる。また、帯域の広い高ＳＨＦ帯基地局を介してユーザデータの通信が行われる。高ＳＨＦ帯基地局装置では、空間多重方式による周波数利用効率改善のため、適応制御型のフェーズドアレーアンテナ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ：ＡＰＡＡ）が採用されている。

ＡＰＡＡシステムは、アレーアンテナを構成する多素子アンテナのそれぞれに個別に送受信機が接続される。各素子アンテナの励振振幅および励振位相をダイナミックに制御することで、アンテナ放射パターンをダイナミックに変化させて同一周波数での空間多重通信を可能にする。

通常、ＡＰＡＡを構成するアンテナの個数は、例えば１６から１０２４の範囲で選択される。所望の指向性を精度良く実現するためには、個々の素子の特性が揃っている必要があり、各送受信機の利得・飽和特性を細かく調整する必要がある。

一般にマイクロ波、ミリ波送受信機には、増幅素子としてＧａＡｓ−ｐＨＥＭＴやＧａＮ−ｐＨＥＭＴによるＭＭＩＣが適用される。増幅素子の利得・飽和特性は無信号時のドレイン電流（ＩＤｑ）の大きさに依存する。各増幅素子のＩＤｑの大きさは当該デバイスのゲートバイアス電圧を制御することにより調整することが可能である。ＩＤｑをある一定の値にするためのゲートバイアス電圧の大きさは、個々の増幅素子ごとに大きくばらつくことが知られている。

従って、各増幅素子の特性を揃えるための調整は、無信号状態においてドレイン電流を測定しながらゲートバイアス電圧を変化させるという手順をとる。ＭＭＩＣ上でのゲートバイアス電圧の調整にはレーザートリミング抵抗が使用されるのが一般的だが、レーザートリミング抵抗は高価である上、高抵抗から低抵抗への変更しか出来ないなど、設計上の制約事項が大きい。

マイクロ波又はミリ波の送受信機を構成する高出力増幅器（ＨＰＡ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）には、これら増幅素子が２〜３段ずつ使用される。従ってＡＰＡＡの各素子アンテナあたりの調整点数は送受合わせて４〜６箇所となる。仮に５箇所とするとＡＰＡＡ全体では、８０〜５１２０カ所のゲートバイアス電圧の調整が必要である。従って、ＡＰＡＡを低コストで効率よく生産するためには、これら調整の自動化と調整回路・設備の簡易化が重要な課題である。

このような課題に対して、例えば、特許文献１では、シャント抵抗素子を用いたドレイン電流モニタ回路によって、各増幅器に流れるドレイン電流の総量を測定し、これが所望の値になるように各増幅素子のゲート電圧を設定する方法が開示されている。また、特許文献２では、各増幅器の受信利得を測定してバイアス電圧を決定する技術が開示されている。

特開２００５−２２７０３１号公報 特開２００９−６９１２５号公報

ＡＰＡＡのような超多素子アンテナの場合、全ての増幅素子に流れる電流の総和は、個々の増幅素子に流れる電流の１０から１０００倍に達する。そのため、特許文献１のように、シャント抵抗素子による電圧降下の大きさで電流を測定する電流センサでは、総電流の１／１００、１／１０００といった微少な電流の変化を検出することが困難であった。従って、ゲートバイアス電圧を調整する精度が著しく低下するという問題があった。

さらに、複数の増幅素子のそれぞれにシャント抵抗素子を配置し、電圧降下の大きさで各増幅素子のドレイン電流を個別に測定する構成においては、電流センサと各増幅素子との接続を選択的に切り替える配線経路を設ける必要があり、回路が複雑になる問題があった。

また、特許文献２ではアンテナの接続端に受信電波に相当する信号発生器を接続し、ＭＭＩＣから出力される受信信号の高周波特性を測定して、測定結果が規格内に入るようにバイアス条件を設定する方法が開示されている。この技術によれば、アレーを構成する全ての受信デバイス（ＭＭＩＣ）のバイアス電圧を個別に設定することが可能になる。しかし、この方法では送信デバイスを調整することが不可能であった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、複数の増幅素子のそれぞれのゲートバイアス電圧を精度良く調整可能な、送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置およびゲートバイアス電圧制御方法の提供を目的とする。

本発明に係る送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置は、アンテナから送信する送信信号、又はアンテナで受信した受信信号を増幅する複数の増幅素子と、複数の増幅素子のそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を制御する制御部と、複数の増幅素子と電源を接続する電源配線と、電流センサと、を備え、電源配線は、電源に接続された幹部分と、幹部分から分岐して複数の増幅素子のドレイン電極のそれぞれに接続された分岐部分と、を備え、電流センサは、入力される磁界の磁束密度に応じた電圧を発生するホール素子を備え、ホール素子には、電源配線の幹部分を流れる電流によって生じる磁界が入力され、制御部は、複数の増幅素子を個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能であり、ピンチオフ状態とは、増幅素子のドレイン電極にドレイン電流が流れないようなゲートバイアス電圧がゲート電極に印加されている状態であり、制御部は、電流センサから得た測定値に基づいて、複数の増幅素子のそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整する。

本発明に係る送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置によれば、電流センサはホール素子を備え、電源配線に非接触で電流の測定を行う。従って、シャント抵抗素子の電圧降下で電流を測定する構成と比較して、各増幅素子のドレイン電圧が低下することがないため、各増幅素子の性能に影響を与えずに電流の測定を行うことが可能である。さらに、ゲートバイアス電圧の調整に際して特別な試験信号や信号発生器を使用しないので、送信側、受信側の両方の増幅器のゲートバイアス電圧を調整することが可能である。

また、電流センサを非接触のセンサとすることで、電流センサの測定可能範囲を大きく超える電流が入力される場合であっても、増幅素子の電源電圧が低下することがない。従って、例えば、複数の増幅素子のうち、調整対象の増幅素子以外の増幅素子をピンチオフ状態に切り替えることによって、調整対象の増幅素子に流れるドレイン電流のみを測定する場合は、増幅素子１つ分のドレイン電流を測定するときに最も精度が良くなるように電流センサの測定可能範囲を設定することが可能となる。

また、例えば、複数の増幅素子のうち、調整対象の増幅素子以外の増幅素子を稼働させ、調整対象の増幅素子をピンチオフ状態にした状態において、ドレイン電流の総電流の変化を測定する場合は、送受信装置の送受信処理を中断することなく、ゲートバイアス電圧の調整が可能である。

実施の形態１に係るゲートバイアス電圧制御装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係るゲートバイアス電圧制御装置に備わるゲートバイアス電圧制御部および測定値判定部のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係るゲートバイアス電圧制御装置の電流センサの入出力特性を示す図である。 実施の形態１に係るゲートバイアス電圧制御装置のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例に係るゲートバイアス電圧制御装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るゲートバイアス電圧制御装置のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るゲートバイアス電圧制御装置のゲートバイアス電圧の調整を説明するための電流センサの入出力特性を示す図である。 実施の形態３に係るゲートバイアス電圧制御装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係るゲートバイアス電圧制御装置の電流センサの入出力特性を示す図である。 実施の形態４に係るゲートバイアス電圧制御装置の構成を示す図である。 実施の形態４に係るゲートバイアス電圧制御装置のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。 実施の形態５に係るゲートバイアス電圧制御装置の構成を示す図である。 実施の形態５に係るゲートバイアス電圧制御装置のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。 電流センサの変形例を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置１００の構成を示す図である。ここで、送受信装置とは、例えばＡＰＡＡシステムが適用された、多素子アンテナを有する送受信装置である。以下で説明するゲートバイアス電圧制御装置１００は、送受信装置において送受信信号の増幅に用いられる複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲートバイアス電圧の調整を行うものである。

ゲートバイアス電圧制御装置１００は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと、制御部１０と、電源配線３０と、電流センサ２０を備える。

複数の増幅素子の個数はｎである。ｎは例えば１６以上１０２４以下の範囲で任意に選択される。なお、ｎは２以上であればよく、上記範囲に限定されるものではない。１番目、２番目、３番目の増幅素子をそれぞれ増幅素子ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，ＡＭＰ３と記載する。ｉ番目の増幅素子を増幅素子ＡＭＰｉと記載する。ここでｉは１以上ｎ以下の任意の整数である。また、複数の増幅素子を互いに区別しない場合は単に増幅素子ＡＭＰと記載する。

なお、上記参照符号のルールは、後述する高周波集積回路ＭＭＩＣ１〜ＭＭＩＣｎ、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎ、ゲートバイアス信号ＳＧ１〜ＳＧｎ、ゲートバイアス電圧Ｇ１〜Ｇｎ、ドレイン電流Ｄ１〜Ｄｎに関しても同様である。

複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれは、高周波集積回路ＭＭＩＣ１〜ＭＭＩＣｎのそれぞれに形成されている。なお、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎは、１つの高周波集積回路に形成されていてもよいし、複数の高周波集積回路に分かれて形成されていてもよい。複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれは、例えばＧａＡｓ−ｐＨＥＭＴ又はＧａＮ−ｐＨＥＭＴである。

複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれは、送受信装置に設けられた多素子アンテナ（図示せず）に接続される。複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれは、アンテナから送信されるマイクロ波又はミリ波の信号を増幅するための高出力増幅器である。また、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれは、アンテナが受信したマイクロ波又はミリ波の信号を増幅するための低雑音増幅器であってもよい。

制御部１０は、ゲートバイアス電圧制御部１１と、バイアス電圧生成部１２と、測定値判定部１３とを備える。制御部１０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を制御する。

バイアス電圧生成部１２は、複数のデジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎを備える。デジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎのそれぞれには、ゲートバイアス電圧制御部１１からゲートバイアス信号ＧＳ１〜ＧＳｎが入力される。デジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎのそれぞれは、ゲートバイアス信号ＧＳ１〜ＧＳｎをアナログ信号に変換して、ゲートバイアス電圧Ｇ１〜Ｇｎとして複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲート電極に印加する。

さらに、ゲートバイアス電圧制御部１１は、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎのそれぞれに個別にピンチオフ信号ＰＳを入力することが可能である。デジタルアナログ変換器ＤＡＣｉは、ピンチオフ信号ＰＳが入力されると、増幅素子ＡＭＰｉのゲート電極にピンチオフ電圧を印加する。

ここで、ピンチオフ電圧とは、増幅素子ＡＭＰのドレイン電極にドレイン電流が流れないようなゲートバイアス電圧を意味する。また、ピンチオフ状態とは、増幅素子ＡＭＰのゲート電極にピンチオフ電圧が印加されている状態を意味する。

つまり、本実施の形態１において、制御部１０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能である。制御部１０は、電流センサ２０から得た測定値に基づいて、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整する。調整方法については後述する。

複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと電源５０を接続する電源配線３０は、幹部分３１と分岐部分３２を備える。幹部分３１は電源５０に接続される。分岐部分３２は、幹部分３１から分岐して、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電極のそれぞれに接続される。つまり、幹部分３１を流れるドレイン電流ＩＤＤは、増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれに流れるドレイン電流ＩＤ１〜ＩＤｎの総電流量となる。

電流センサ２０はホール素子２２を備える。図１に示すように、ホール素子２２は、入力される磁界の磁束密度に応じた電圧を発生する。ホール素子２２には、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流によって生じる磁界が入力される。ホール素子２２が発生する電圧は増幅器２３で増幅され、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）においてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された測定値は、制御部１０に備わる測定値判定部１３に入力される。

図２は、ゲートバイアス電圧制御装置１００の制御部１０に備わるゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３に関するハードウェア構成図である。図２に示すように、ゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３の各機能は、処理回路ＨＷ１により実現される。処理回路ＨＷ１は、専用のハードウェアであっても、メモリＨＷ２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。

処理回路ＨＷ１が専用のハードウェアである場合、処理回路ＨＷ１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。ゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３の各機能それぞれを個別の処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路ＨＷ１で実現してもよい。

処理回路ＨＷ１がＣＰＵの場合、ゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリＨＷ２に格納される。処理回路ＨＷ１は、メモリＨＷ２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。また、これらのプログラムは、ゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリＨＷ２とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等、あらゆる記憶媒体が該当する。

なお、ゲートバイアス電圧制御部１１および測定値判定部１３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、ゲートバイアス電圧制御部１１については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、測定値判定部１３については処理回路ＨＷ１がメモリＨＷ２に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路ＨＷ１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

図３は、電流センサ２０の入出力特性を示す図である。電流センサ２０への入力はドレイン電流であり、電流センサ２０は入力された電流値に応じて電圧を出力する。なお、電流センサ２０のホール素子２２は電源配線３０には非接触であるため、電流センサ２０に電流が流れ込むわけではなく、電流によって発生する磁界が電流センサ２０のホール素子２２に入力される。

電流センサ２０の入出力特性は、電流の増加に対して電圧の増加が一定でない非線形の立ち上がり領域Ａと、電流の増加に対して電圧の増加がほぼ一定である線形の領域Ｂを有する。また、電流センサ２０に入力される電流がある値を超えると、出力電圧は飽和する。

電流センサ２０の出力電圧が飽和する飽和電流は、ホール素子２２の特性を変更することで任意に設定可能である。即ち、１つ分の増幅素子ＡＭＰのドレイン電流を基準として飽和電流を設定することも可能であるし、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎの総電流を基準として飽和電流を設定することも可能である。

本実施の形態１では、ゲートバイアス電圧調整の際に、電流センサ２０には増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流が入力される。従って、電流センサ２０の飽和電流は、１つ分の増幅素子ＡＭＰのドレイン電流を基準としてある程度の余裕を設けて設定される。

＜動作＞
図４は、ゲートバイアス電圧制御装置１００のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。ゲートバイアス電圧制御装置１００は、１番目の増幅素子ＡＭＰ１からｎ番目の増幅素子ＡＭＰｎまで順番にゲートバイアス電圧の調整を行う。

まず、ｉがｉ＝１に設定される（ステップＳ１０１）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ番目、即ち１番目の増幅素子ＡＭＰ１以外の全ての増幅素子をピンチオフ状態に切り替える（ステップＳ１０２）。つまり、増幅素子ＡＭＰ１以外の全ての増幅素子にはドレイン電流が流れない状態となる。

次に、電流センサ２０で増幅素子ＡＭＰ１への流入するドレイン電流を測定しながら、その値が予め定められた電流値になるまで、増幅素子ＡＭＰ１のゲートバイアス電圧を徐々に上昇させる（ステップＳ１０３）。測定値判定部１３は電流センサ２０が測定する電流値が予め定められた値に達したか否かの判定を行う。電流センサ２０が測定する電流値が予め定められた値に達した場合、ゲートバイアス電圧制御部１１は、そのときのゲートバイアス電圧に対応するゲートバイアス信号ＳＧ１をメモリＨＷ２に記録する。以上の動作により、増幅素子ＡＭＰ１に最適なゲートバイアス電圧（基準ゲートバイアス電圧とも記載する）が設定される（ステップＳ１０４）。

次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ＝ｎであるか否かの判定を行う（ステップＳ１０５）。ここではｉ＝１のため、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６ではｉ＝ｉ＋１とする。

そして、ゲートバイアス電圧制御部１１はステップＳ１０２を実行する。このとき、ｉ＝２であるので、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ番目、即ち２番目の増幅素子ＡＭＰ２以外の全ての増幅素子をピンチオフ状態に切り替える。つまり、増幅素子ＡＭＰ２以外の全ての増幅素子にはドレイン電流が流れない状態となる。そして、増幅素子ＡＭＰ２に関して、増幅素子ＡＭＰ１と同様にゲートバイアス電圧の調整が行われ、増幅素子ＡＭＰ２に基準ゲートバイアス電圧が設定される。以降、増幅素子ＡＭＰｎまで順番にゲートバイアス電圧の調整が行われ、それぞれの増幅素子に基準ゲートバイアス電圧が設定される。

以上の動作により、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれに流れる無信号時のドレイン電流を互いに等しくすることが可能である。

なお、図４のフローチャートにおいては、１番目の増幅素子ＡＭＰ１からＡＭＰｎまで順番にゲートバイアス電圧の調整を行ったが、調整を行う順番はこれに限定されるものではない。また、任意の増幅素子ＡＭＰを選択してゲートバイアス電圧の調整を行ってもよい。

＜効果＞
本実施の形態１における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置１００は、アンテナから送信する送信信号、又はアンテナで受信した受信信号を増幅する複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を制御する制御部１０と、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと電源５０を接続する電源配線３０と、電流センサ２０と、を備え、電源配線３０は、電源５０に接続された幹部分３１と、幹部分３１から分岐して複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電極のそれぞれに接続された分岐部分３２と、を備え、電流センサ２０は、入力される磁界の磁束密度に応じた電圧を発生するホール素子２２を備え、ホール素子２２には、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流によって生じる磁界が入力され、制御部１０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能であり、ピンチオフ状態とは、増幅素子ＡＭＰのドレイン電極にドレイン電流が流れないようなゲート電圧がゲート電極に印加されている状態であり、制御部１０は、電流センサ２０から得た測定値に基づいて、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整する。

本実施の形態１におけるゲートバイアス電圧制御装置１００によれば、電流センサ２０はホール素子２２を備え、電源配線３０の幹部分３１に非接触で電流の測定を行う。従って、シャント抵抗素子の電圧降下で電流を測定する構成と比較して、各増幅素子のドレイン電圧が低下することがないため、各増幅素子の性能に影響を与えずに電流の測定を行うことが可能である。さらに、ゲートバイアス電圧の調整に際して特別な試験信号や信号発生器を使用しないので、送信側、受信側の両方の増幅器のゲートバイアス電圧を調整することが可能である。

本実施の形態１では、制御部１０が複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能であるので、例えば、調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子をピンチオフ状態に切り替えることによって、調整対象の増幅素子ＡＭＰに流れるドレイン電流のみを測定することが可能である。従って、電流センサ２０として、増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流を測定するときに最も精度が良くなるセンサを採用することが可能となり、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎの個々のゲートバイアス電圧の調整を精度良く行うことが可能となる。

また、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させて信号の送受信を行う際に、電流センサ２０に入力される電流は、調整時のｎ倍に達する。従って、調整精度を確保する目的で高感度の電流センサ２０を用いた場合、信号の送受信時に電流センサ２０に入力される電流は、電流センサ２０の測定可能範囲を大きく超過する。しかしながら、本実施の形態１においては、ホール素子２２を備える電流センサ２０を用いるため、電流センサ２０に電流が直接流れない。そのため、電流センサ２０がダメージを受けることがない。また、電流センサ２０によって電源配線３０の電圧が降下するなどの影響がない。このように実施の形態１によれば、１つの電流センサ２０で、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎの個々のゲートバイアス電圧の調整を精度良く行うことが可能となる。

また、本実施の形態１における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置１００において、制御部１０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子をピンチオフ状態にした状態で、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲート電圧を変化させながら、電流センサ２０から得た測定値に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する。

また、本実施の形態１におけるゲートバイアス電圧制御方法は、（ａ）複数の増幅素子ＡＭＰ１のうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外をピンチオフ状態に切り替える工程と、（ｂ）工程（ａ）の後、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を変化させながら、電流センサ２０から得た測定値に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、を備える。

本実施の形態１では、調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子をピンチオフ状態に切り替えることによって、調整対象の増幅素子ＡＭＰに流れるドレイン電流のみを測定する。従って、電流センサ２０として、増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流を測定するときに最も精度が良くなるセンサを採用することが可能となり、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎの個々のゲートバイアス電圧の調整を精度良く行うことが可能となる。

＜変形例＞
図５は、実施の形態１の変形例におけるゲートバイアス電圧制御装置１００Ａの構成を示す図である。図５に示すように、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎのそれぞれの前段に、温度補償部１２１〜１２ｎを配置してもよい。温度補償部１２１〜１２ｎのそれぞれは、温度変化に伴う増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎの特性の変化を補償する。

例えば、増幅素子がＧａＡｓ−ｐＨＥＭＴである場合、温度の上昇に伴ってドレイン電流が低下する。即ち、温度の上昇に伴って増幅素子の利得が低下する。そこで、温度補償部１２１は増幅素子ＡＭＰ１の温度の上昇に応じて、ゲートバイアス信号ＧＳ１を、ゲート電圧を増大させる方向に補正する。温度補償制御部１２２〜１２ｎの動作に関しても同様である。

＜実施の形態２＞
本実施の形態２におけるゲートバイアス電圧制御装置２００の構成は実施の形態１（図１）と同じため、説明を省略する。

図６は、ゲートバイアス電圧制御装置２００のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。また、図７は、ゲートバイアス電圧制御装置２００のバイアス電圧調整動作を説明するための電流センサ２０の入出力特性を示す図である。

図７に示すように、電流センサ２０のホール素子２２には暗電流が存在するため、電流センサ２０の立ち上がり領域Ａにおいて、例えば電流ＩＤ１を測定すると測定誤差が大きくなる傾向がある。そこで、本実施の形態２では、図７中の領域Ｂに示す線形の領域Ｂにおいて電流の測定を行う。

まず、ｉがｉ＝１に設定される（ステップＳ２０１）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ番目（即ち１番目）の増幅素子ＡＭＰ１以外の増幅素子のゲートバイアス電圧を制御することによって、電流センサ２０に立ち上がり領域Ａを超えて線形の領域Ｂに達する電流が入力されている状態にする（ステップＳ２０２）。このとき、電流センサ２０において、例えば図７に示す電流ＩＤＤ１が測定され、電流センサ２０から電圧Ｖ１が出力されているとする。

次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、電流センサ２０の線形の領域Ｂにおいて１番目の増幅素子ＡＭＰ１のゲート電圧を調整する（ステップＳ２０３）。つまり、ゲートバイアス電圧制御部１１は、増幅素子ＡＭＰ１のゲートバイアス電圧を徐々に上昇させる。このとき、電流センサ２０において、例えば図７に示す電流ＩＤＤ２が測定され、電流センサ２０から電圧Ｖ２が出力されているとする。

測定値判定部１３は、測定された電流ＩＤＤ１と電流ＩＤＤ２の差（ΔＩ）が予め定められた電流値に等しいか否かの判定を行う。言い換えると、測定値判定部１３は出力電圧Ｖ１とＶ２の差（ΔＶ）予め定められた電圧値に等しいか否かの判定を行う。ここで、予め定められた電流値とは、増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流値に相当する。

測定値判定部１３が、ΔＩが予め定められた電流値に等しいと判定した場合、ゲートバイアス電圧制御部１１は、そのときのゲートバイアス電圧に対応するゲートバイアス信号ＧＳ１をメモリＨＷ２に記録する。以上の動作により、増幅素子ＡＭＰ１の基準ゲートバイアス電圧が設定される（ステップＳ２０４）。

以降、同様にして、ｎ番目の増幅素子ＡＭＰｎまで順番にゲートバイアス電圧の調整が行われる。ここで、ステップＳ２０２の動作について具体的に説明する。例えば、予め、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ１０、ＡＭＰ１１〜ＡＭＰ２０、ＡＭＰ２１〜ＡＭＰ３０のように１０個ずつのグループに分けておく。そして、ｉ番目の増幅素子ＡＭＰｉのゲートバイアス電圧を調整する際は、増幅素子ＡＭＰｉが属するグループにおいて、増幅素子ＡＭＰｉ以外の増幅素子ＡＭＰに予め定められたゲートバイアス電圧を印加して、電流センサ２０に立ち上がり領域Ａを超えて線形の領域Ｂに達する電流が流れる状態にする。このとき、増幅素子ＡＭＰｉが属するグループ以外のグループの増幅素子ＡＭＰはピンチオフ状態に切り替えられている。この状態にした上で、ステップＳ２０３，Ｓ２０４においてｉ番目の増幅素子ＡＭＰｉのゲートバイアス電圧の調整が行われる。

＜効果＞
本実施の形態２における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置２００において、電流センサ２０の入出力特性曲線は、非線形の立ち上がり領域Ａと、線形の領域Ｂとを有し、制御部は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子ＡＭＰのゲート電圧を制御することによって、電流センサ２０に立ち上がり領域Ａを超えて線形の領域Ｂに達する電流が入力された状態にした上で、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲート電圧を変化させながら、電流センサ２０の線形の領域Ｂから得た測定値に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する。

また、本実施の形態２におけるゲートバイアス電圧制御方法において、電流センサ２０の入出力特性曲線は、非線形の立ち上がり領域Ａと、線形の領域Ｂとを有し、（ｃ）複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子ＡＭＰのゲート電圧を制御して、電流センサ２０に立ち上がり領域Ａを超えて線形の領域Ｂに達する電流が入力された状態にする工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲート電圧を変化させながら、電流センサ２０の線形の領域Ｂから得た測定値に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、を備える。

電流センサ２０に備わるホール素子２２には一般に暗電流が存在するため、小さい電流を測定すると測定誤差が大きくなる傾向を示す。本実施の形態２においては、電流センサ２０に立ち上がり領域Ａを超えて線形の領域Ｂに達する電流が入力された状態にした上で、電流センサ２０の線形の領域Ｂを利用して調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲートバイアス電圧の調整を行う。これにより、ホール素子の暗電流の影響を回避して、より精度良くゲートバイアス電圧の調整を行うことが可能である。

＜実施の形態３＞
図８は、本実施の形態３における送受信装置のゲートバイアス電圧制御装置３００の回路構成を示す図である。本実施の形態３におけるゲートバイアス電圧制御装置３００は、ゲートバイアス電圧制御装置１００（図１）と比較して、電源配線３０の幹部分３１の電流経路が異なる。

図８に示すように、ゲートバイアス電圧制御装置３００において電源配線３０の幹部分３１は、第１の経路と第２の経路とを備える。

第１の経路は、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を１回通過する経路である。第２の経路は、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を２回通過する経路である。

第１の経路と第２の経路は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２によって切り替え可能である。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は制御部１０に備わるスイッチ制御部１４によって制御される。スイッチ制御部１４の機能は、図２に示した処理回路ＨＷ１によって実現される。

つまり、第１の経路は、電源５０から、電流線３１ａ、非ループ端子Ｓ１を選択したスイッチＳＷ１、電流線３１ｂ、非ループ端子Ｓ１を選択したスイッチＳＷ２を通過する経路である。また、第２の経路は、電源５０から、電流線３１ａ、ループ端子Ｓ２を選択したスイッチＳＷ１、電流線３１ｃ、ループ端子Ｓ２を選択したスイッチＳＷ２を通過する経路である。

ゲートバイアス電圧制御装置３００のその他の構成はゲートバイアス電圧制御装置１００（図１）と同じため、説明を省略する。

図９は、本実施の形態３における電流センサ２０の入出力特性を示す図である。本実施の形態３において、第２の経路は、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流を、ホール素子２２の前を２回通過させることが可能な経路となっている。

本実施の形態３の構成においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれがループ端子Ｓ２を選択することにより、ホール素子２２に入力される磁界の磁束密度を増大させることができる。従って、電流センサ２０の検出感度を高めることが可能である。

本実施の形態３では例えば、個々の増幅素子ＡＭＰのゲートバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整時は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２にループ端子Ｓ２を選択させる。このとき、電流センサ２０の入出力特性は図９中の曲線Ｃで表される。一方、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させて、送受信装置において信号の送受信を行っているときにドレイン電流の総量を測定する場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に非ループ端子Ｓ１を選択させる。このとき、電流センサ２０の入出力特性は図９中の曲線Ｄで表される。図９に示すように、曲線Ｃで示される入出力特性は測定可能範囲が狭く、測定感度が高い。一方、曲線Ｄで示される入出力特性は測定可能範囲が広く、測定感度が低い。

本実施の形態３において、通常動作時（即ち複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させている時）は、スイッチ制御部１４はスイッチＳＷ１，ＳＷ２に非ループ端子Ｓ１を選択させる。これにより、電流センサ２０の測定可能範囲が広くなるため、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を測定することが可能となる。

また、本実施の形態３において、実施の形態１および実施の形態２で述べたように調整対象の増幅素子ＡＭＰを稼働させてゲートバイアス電圧の調整を行う時は、スイッチ制御部１４はスイッチＳＷ１，ＳＷ２にループ端子Ｓ２を選択させる。これにより、電流センサ２０の測定感度が高くなるため、１つの増幅素子ＡＭＰのドレイン電流を精度良く測定することが可能となる。

なお、図８において、第２の経路は電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を２回通過する経路であるとしたが、通過する回数は２回に限定されるものではなく、任意の回数通過するように回路を構成して良い。

＜効果＞
本実施の形態３における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置３００において、電源配線３０の幹部分３１は、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を１回通過する第１の経路と、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を複数回通過する第２の経路と、を備え、第１の経路と第２の経路とが切り替え可能である。

また、本実施の形態３におけるゲートバイアス電圧制御方法において、電源配線３０の幹部分３１は、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を１回通過する第１の経路と、電源配線３０の幹部分３１を流れる電流がホール素子２２の前を複数回通過する第２の経路と、を備え、（ｅ）電流センサ２０が測定する電流が比較的小さい場合に、第２の経路に切り替える工程と、（ｆ）電流センサ２０が測定する電流が比較的大きい場合に、第１の経路に切り替える工程と、をさらに備える。

本実施の形態３において、通常動作時（即ち複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させている時）は、電源配線３０の幹部分３１が第１の経路に切り替えられる。これにより、電流センサ２０の測定可能範囲が広くなるため、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を測定することが可能となる。また、調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子をピンチオフ状態にしてゲートバイアス電圧の調整を行う時は、電源配線３０の幹部分３１が第２の経路に切り替えられる。これにより、電流センサ２０の測定感度が高くなるため、１つの増幅素子ＡＭＰのドレイン電流を精度良く測定することが可能となる。

＜実施の形態４＞
図１０は、本実施の形態４における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置４００の回路構成を示す図である。本実施の形態４におけるゲートバイアス電圧制御装置４００は、ゲートバイアス電圧制御装置１００（図１）と比較して、故障判定部１５をさらに備える。故障判定部１５の機能は、図２に示した処理回路ＨＷ１によって実現される。本実施の形態４では、電流センサ２０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を測定する。従って、電流センサ２０の飽和電流は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を基準としてある程度の余裕を設けて設定される。

本実施の形態４において、ゲートバイアス電圧制御部１１は、上位装置制御部６０からの故障判定指示信号３０５を受けると、増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎに対して順番に故障か正常かの判定を行う。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、送受信装置に備わる上位装置制御部６０に判定結果信号３０４を送信する。判定結果信号３０４には、故障していると判定された増幅素子を識別する情報が含まれている。

上位装置制御部６０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、どの増幅素子ＡＭＰが故障しているかを集積して管理している。上位装置制御部６０は素子故障情報６０１を送受信装置に備わるアンテナ制御部７０に通知する。素子故障情報６０１には、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、どの増幅素子ＡＭＰが故障しているかを示す情報が含まれている。通知を受けたアンテナ制御部７０は、アンテナビーム形成処理時に、故障している増幅素子ＡＭＰを制御対象から外してアンテナビームを形成する。つまり、アンテナ制御部７０は、故障している増幅素子を「存在しない増幅素子」とみなしてビーム形成演算を行う。

＜動作＞
図１１は、ゲートバイアス電圧制御装置４００のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。ゲートバイアス電圧制御装置４００は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させて信号の送受信を行っているとする。つまり、ゲートバイアス電圧制御部１１は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれに対して基準ゲートバイアス電圧を印加している（ステップＳ３０１）。ここで、基準ゲートバイアス電圧とは、各増幅素子ＡＭＰに対して予め設定された最適なゲートバイアス電圧である。

ゲートバイアス電圧制御部１１は、上位装置制御部６０から故障判定指示信号３０５を受信する（ステップＳ３０２）。次に、ｉ＝１に設定される（ステップＳ３０３）。ゲートバイアス電圧制御部１１は、故障判定指示信号３０５を受信すると、電流センサ２０から得た測定値を第１の測定値としてメモリＨＷ２に記録する（ステップＳ３０４）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１はｉ番目（即ち１番目）の増幅素子ＡＭＰ１をピンチオフ状態に切り替える（ステップＳ３０５）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、電流センサ２０から得た測定値を第２の測定値としてメモリＨＷ２に記録する（ステップＳ３０６）。なお、増幅素子ＡＭＰ１がピンチオフ状態になっている間においても、増幅素子ＡＭＰ１以外の複数の増幅素子ＡＭＰによって、信号の送受信が継続される。

次に、故障判定部１５は、メモリＨＷ２に記録してある第１の測定値と第２の測定値との差が、予め定められた値（電流値Ｉｔｈ）を下回るか否かを判定する（ステップＳ３０７）。ここで、電流値Ｉｔｈは増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流に相当する。

ステップＳ３０７において、第１、第２の測定値の差が電流値Ｉｔｈを下回ると判定された場合、故障判定部１５は、増幅素子ＡＭＰ１が故障していると判定する（ステップＳ３０８）。そして、故障した増幅素子ＡＭＰ１を識別する情報をメモリＨＷ２に記録する（ステップＳ３０９）。

一方ステップＳ３０７において、第１、第２の測定値の差が電流値Ｉｔｈ以上と判定された場合、故障判定部１５は、増幅素子ＡＭＰ１が正常と判定する（ステップＳ３１０）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は増幅素子ＡＭＰ１に対して基準ゲートバイアス電圧を印加することにより、ピンチオフ状態を解除する（ステップＳ３１１）。

以上で、１番目の増幅素子ＡＭＰ１に対する故障判定が完了した。次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ＝ｎであるか否かの判定を行う（ステップＳ３１２）。ここではｉ＝１のため、ステップＳ３１３に進む。ステップＳ３１３ではｉ＝ｉ＋１とする。このときｉ＝２となる。そして、ステップＳ３０４に戻り、２番目の増幅素子ＡＭＰ２に対して、増幅素子ＡＭＰ１と同様にして故障判定が行われる。以降、ｎ番目の増幅素子ＡＭＰｎまで順に故障判定が行われる。

そして、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎに対して故障判定が完了すると、ゲートバイアス電圧制御部１１は、上位装置制御部６０に判定結果信号３０４を送信する（ステップＳ３１４）。判定結果信号３０４には、故障していると判定された増幅素子ＡＭＰを識別する情報が含まれている。そして、アンテナ制御部７０は、アンテナビーム形成処理時に、故障している増幅素子ＡＭＰを制御対象から外してアンテナビームを形成する。

＜効果＞
本実施の形態４における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置４００において、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させた状態において電流センサ２０から得た測定値を第１の測定値とし、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、故障判定対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子ＡＭＰを稼働させ、故障判定対象の増幅素子ＡＭＰをピンチオフ状態にした状態において電流センサ２０から得た測定値を第２の測定値とし、制御部１０は、第１の測定値と第２の測定値との差が予め定められた値以下の場合に、故障判定対象の増幅素子ＡＭＰが故障していると判定し、制御部１０は、送受信装置に、故障していると判定された増幅素子ＡＭＰを通知する。

また、本実施の形態４におけるゲートバイアス電圧制御方法は、（ｇ）複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させた状態において電流センサ２０から得た測定値を第１の測定値として記録する工程と、（ｈ）複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、１つの故障判定対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子を稼働させ、故障判定対象の増幅素子ＡＭＰをピンチオフ状態にした状態において電流センサ２０から得た測定値を第２の測定値として記録する工程と、（ｉ）第１の測定値と前記第２の測定値との差が予め定められた値を下回るか否か判定する工程と、（ｊ）工程（ｉ）において第１の測定値と前記第２の測定値との差が予め定められた値を下回ると判定された場合に、故障判定対象の増幅素子ＡＭＰが故障していると判定する工程と、（ｋ）送受信装置に、故障していると判定された増幅素子ＡＭＰを通知する工程と、を備える。

本実施の形態４において、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、故障判定が行われている増幅素子ＡＭＰのみ動作を停止するので、他の増幅素子ＡＭＰにより、送受信装置の運用を継続することが可能である。特に、送受信装置が超多素子アンテナを有する場合、１つの増幅素子のみの動作停止は、送受信装置の全体性能に大きな影響を及ぼさない。

なお、故障して受信信号が得られない、又は送信に寄与しない増幅素子を含んだ状態でのアンテナ制御は、ＳＮＲ劣化の要因となる。本実施の形態４では、故障した増幅素子を特定し、送受信装置のアンテナ制御部７０に通知する。従って、アンテナ制御部７０は、故障した増幅素子を「存在しない増幅素子」とみなしてビーム形成演算を行うことが可能となり、通信品質の劣化を抑制することが可能となる。

＜実施の形態５＞
＜構成＞
図１２は、本実施の形態５における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置５００の回路構成を示す図である。本実施の形態５におけるゲートバイアス電圧制御装置５００は、ゲートバイアス電圧制御装置１００（図１）と同様の構成であるが、本実施の形態５では、電流センサ２０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を測定する。従って、電流センサ２０の飽和電流は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのドレイン電流の総量を基準としてある程度の余裕を設けて設定される。

本実施の形態５において、ゲートバイアス電圧制御部１１は、上位装置制御部６０からのバイアス調整指示信号３０７を受けると、増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎに対して順番に基準ゲートバイアス電圧の調整を行う。各増幅素子ＡＭＰの調整を行う前に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、送受信装置に備わる上位装置制御部６０に、どの増幅素子ＡＭＰの調整を行っているかを示すバイアス調整中信号３０６を送信する。

上位装置制御部６０は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、現在どの増幅素子ＡＭＰが調整中であるかを集積して管理している。上位装置制御部６０は調整中素子情報６０２を、送受信装置に備わるアンテナ制御部７０に通知する。調整中素子情報６０２には、現在どの増幅素子ＡＭＰが調整中であるかを示す情報が含まれている。通知を受けたアンテナ制御部７０は、アンテナビーム形成処理時に、調整中の増幅素子ＡＭＰを制御対象から外してアンテナビームを形成する。つまり、アンテナ制御部７０は、調整中の増幅素子を「存在しない増幅素子」とみなしてビーム形成演算を行う。

＜動作＞
図１３は、ゲートバイアス電圧制御装置５００のゲートバイアス電圧制御動作を示すフローチャートである。ゲートバイアス電圧制御装置５００は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させて信号の送受信を行っているとする。つまり、ゲートバイアス電圧制御部１１は、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれに対して基準ゲートバイアス電圧を印加している（ステップＳ４０１）。ここで、基準ゲートバイアス電圧とは、各増幅素子ＡＭＰに対して予め設定された最適なゲートバイアス電圧である。

ゲートバイアス電圧制御部１１は、上位装置制御部６０からバイアス調整指示信号３０７を受信する（ステップＳ４０２）。次に、ｉ＝１に設定される（ステップＳ４０３）。

次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、電流センサ２０から得た測定値を第３の測定値としてメモリＨＷ２に記録する（ステップＳ４０４）。

次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ番目（即ち１番目）の増幅素子ＡＭＰ１に関してバイアス電圧を調整中であることを示すバイアス調整中信号３０６を上位装置制御部６０に送信する（ステップＳ４０５）。アンテナ制御部７０は、アンテナビーム形成処理時に、バイアス電圧を調整中である増幅素子ＡＭＰを制御対象から外してアンテナビームを形成する。

そして、ゲートバイアス電圧制御部１１はｉ番目（即ち１番目）の増幅素子ＡＭＰ１をピンチオフ状態に切り替える（ステップＳ４０６）。そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、電流センサ２０から得た測定値を第４の測定値としてメモリＨＷ２に記録する（ステップＳ４０７）。なお、増幅素子ＡＭＰ１がピンチオフ状態になっている間においても、増幅素子ＡＭＰ１以外の複数の増幅素子ＡＭＰによって、信号の送受信が継続される。

次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、メモリＨＷ２に記録してある第３の測定値と第４の測定値との差に基づいて、増幅素子ＡＭＰ１の基準ゲートバイアス電圧を調整する（ステップＳ４０８）。つまり、ゲートバイアス電圧制御部１１は、第３の測定値と第４の測定値との差が予め定められた値（電流値Ｉｔｈ）に近づくように基準ゲートバイアス電圧を調整する。ここで、電流値Ｉｔｈは増幅素子ＡＭＰ１つ分のドレイン電流に相当する。第３の測定値と第４の測定値との差が電流値Ｉｔｈよりも小さい場合、基準ゲートバイアス電圧を増大させる方向に補正する。一方、第３の測定値と第４の測定値との差が電流値Ｉｔｈよりも大きい場合、基準ゲートバイアス電圧を減少させる方向に補正する。

そして、ゲートバイアス電圧制御部１１は、メモリＨＷ２に記録されている増幅素子ＡＭＰ１の基準ゲートバイアス電圧を調整後の基準ゲートバイアス電圧に更新する（ステップＳ４０９）。次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、メモリＨＷ２に記録されている増幅素子ＡＭＰ１の基準ゲートバイアス電圧を、増幅素子ＡＭＰ１に印加する（ステップＳ４１０）。

以上で、１番目の増幅素子ＡＭＰ１に対するゲートバイアス電圧の調整が完了した。次に、ゲートバイアス電圧制御部１１は、ｉ＝ｎであるか否かの判定を行う（ステップＳ４１１）。ここではｉ＝１のため、ステップＳ４１２に進む。ステップＳ４１２ではｉ＝ｉ＋１とする。このときｉ＝２となる。そして、ステップＳ４０４に戻り、２番目の増幅素子ＡＭＰ２に対して、増幅素子ＡＭＰ１と同様にしてゲートバイアス電圧の調整が行われる。以降、ｎ番目の増幅素子ＡＭＰｎまで順にゲートバイアス電圧の調整が行われる。

＜効果＞
本実施の形態５における送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置５００において、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させた状態において電流センサ２０から得た測定値を第３の測定値とし、複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子を稼働させ、調整対象の増幅素子ＡＭＰをピンチオフ状態にした状態において電流センサ２０から得た測定値を第４の測定値とし、制御部１０は、第３の測定値と第４の測定値との差に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整し、制御部１０は、送受信装置に、ゲートバイアス電圧を調整中の増幅素子ＡＭＰを通知する。

また、本実施の形態５におけるゲートバイアス電圧制御方法は、（ｌ）複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを稼働させた状態における電流センサ２０から得た測定値を第３の測定値として記録する工程と、（ｍ）複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、１つの調整対象の増幅素子ＡＭＰ以外の増幅素子を稼働させ、調整対象の増幅素子ＡＭＰをピンチオフ状態にした状態における電流センサ２０から得た測定値を第４の測定値として記録する工程と、（ｎ）第３の測定値と第４の測定値との差に基づいて、調整対象の増幅素子ＡＭＰのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、を備える。

本実施の形態５において、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうち、ゲートバイアスの調整が行われている増幅素子ＡＭＰのみ動作を停止するので、他の増幅素子ＡＭＰにより、送受信装置の運用を継続することが可能である。特に、送受信装置が超多素子アンテナを有する場合、１つの増幅素子のみの動作停止は、送受信装置の全体性能に大きな影響を及ぼさない。

なお、ゲートバイアス電圧を調整中の増幅素子ＡＭＰを含んだ状態でのアンテナ制御は、ＳＮＲ劣化の要因となる。本実施の形態５では、ゲートバイアス電圧を調整中の増幅素子がアンテナ制御部７０に通知される。従って、アンテナ制御部７０は、調整中の増幅素子を「存在しない増幅素子」とみなしてビーム形成演算を行うことが可能となり、通信品質の劣化を抑制することが可能となる。

なお、以上で説明した実施の形態１〜５において、複数の増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのそれぞれはモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）である。多数の増幅素子がＭＭＩＣとして半導体基板上に形成される場合であっても、個々の増幅素子のゲートバイアス電圧を精度良く調整することが可能である。

図１４は、電流センサ２０の変形例である電流センサ２０Ａの構成を示す図である。実施の形態１〜５において電流センサ２０に代えて電流センサ２０Ａを配置してもよい。図１４に示すように、電流センサ２０Ａは、電流センサ２０に対して環状の磁気コア２１をさらに備える。磁気コア２１の環状部分を、電源配線３０の幹部分３１が貫通している。ホール素子２２は、磁気コア２１に生じる磁界の磁束密度に応じた電圧を発生する。電流センサ２０が磁気コア２１をさらに備える構成とすることにより、電流センサ２０の感度をより高めることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０ 制御部、１１ ゲートバイアス電圧制御部、１２ バイアス電圧生成部、１３ 測定値判定部、１４ スイッチ制御部、１５ 故障判定部、２０，２０Ａ 電流センサ、２１ 磁気コア、２２ ホール素子、２３ 増幅器、ＡＤＣ アナログデジタル変換器、３０ 電源配線、３１ 幹部分、３２ 分岐部分、５０ 電源、６０ 上位装置制御部、７０ アンテナ制御部、１００，１００Ａ，２００，３００，４００，５００ ゲートバイアス電圧制御装置、ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎ 増幅素子、ＭＭＩＣ１〜ＭＭＩＣｎ 高周波集積回路、ＤＡＣ１〜ＤＡＣｎ デジタルアナログ変換器、ＧＳ１〜ＧＳｎ ゲートバイアス信号、Ｇ１〜Ｇｎ ゲートバイアス電圧、Ｄ１〜Ｄｎ ドレイン電流。

Claims (13)

1. アンテナから送信する送信信号、又はアンテナで受信した受信信号を増幅する複数の増幅素子と、
   前記複数の増幅素子のそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を制御する制御部と、
   前記複数の増幅素子と電源を接続する電源配線と、
   電流センサと、
   を備え、
   前記電源配線は、
   前記電源に接続された幹部分と、
   前記幹部分から分岐して前記複数の増幅素子のドレイン電極のそれぞれに接続された分岐部分と、
   を備え、
   前記電流センサは、入力される磁界の磁束密度に応じた電圧を発生するホール素子を備え、
   前記ホール素子には、前記電源配線の前記幹部分を流れる電流によって生じる磁界が入力され、
   前記制御部は、前記複数の増幅素子を個別にピンチオフ状態に切り替えることが可能であり、
   前記ピンチオフ状態とは、前記増幅素子の前記ドレイン電極にドレイン電流が流れないようなゲートバイアス電圧が前記ゲート電極に印加されている状態であり、
   前記制御部は、前記電流センサから得た測定値に基づいて、前記複数の増幅素子のそれぞれの前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整する、
   送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
2. 前記制御部は、前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子を前記ピンチオフ状態にした状態で、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を変化させながら、前記電流センサから得た測定値に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する、
   請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
3. 前記電流センサの入出力特性曲線は、非線形の立ち上がり領域と、線形の領域とを有し、
   前記制御部は、前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子のゲートバイアス電圧を制御することによって、前記電流センサに前記立ち上がり領域を超えて前記線形の領域に達する電流が入力された状態にした上で、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を変化させながら、前記電流センサの前記線形の領域から得た測定値に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する、
   請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
4. 前記電源配線の前記幹部分は、
   前記電源配線の前記幹部分を流れる電流が前記ホール素子の前を１回通過する第１の経路と、
   前記電源配線の前記幹部分を流れる電流が前記ホール素子の前を複数回通過する第２の経路と、
   を備え、
   前記第１の経路と前記第２の経路とが切り替え可能である、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
5. 前記複数の増幅素子を稼働させた状態において前記電流センサから得た測定値を第１の測定値とし、
   前記複数の増幅素子のうち、１つの故障判定対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子を稼働させ、故障判定対象の前記増幅素子を前記ピンチオフ状態にした状態において前記電流センサから得た測定値を第２の測定値とし、
   前記制御部は、前記第１の測定値と前記第２の測定値との差が予め定められた値以下の場合に、故障判定対象の前記増幅素子が故障していると判定し、
   前記制御部は、前記送受信装置に、故障していると判定された前記増幅素子を通知する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
6. 前記複数の増幅素子を稼働させた状態において前記電流センサから得た測定値を第３の測定値とし、
   前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子を稼働させ、調整対象の前記増幅素子を前記ピンチオフ状態にした状態において前記電流センサから得た測定値を第４の測定値とし、
   前記制御部は、前記第３の測定値と前記第４の測定値との差に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を調整し、
   前記制御部は、前記送受信装置に、ゲートバイアス電圧を調整中の前記増幅素子を通知する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
7. 前記複数の増幅素子のそれぞれはモノリシック・マイクロ波集積回路である、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
8. 前記電流センサは、環状の磁気コアをさらに備え、
   前記磁気コアの環状部分を、前記電源配線の前記幹部分が貫通し、
   前記ホール素子は、前記磁気コアに生じる磁界の磁束密度に応じた電圧を発生する、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置。
9. 請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置によるゲートバイアス電圧制御方法であって、
   （ａ）前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外を前記ピンチオフ状態に切り替える工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を変化させながら、前記電流センサから得た測定値に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、
   を備える、
   ゲートバイアス電圧制御方法。
10. 請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置におけるゲートバイアス電圧制御方法であって、
    前記電流センサの入出力特性曲線は、非線形の立ち上がり領域と、線形の領域とを有し、
    （ｃ）前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子のゲートバイアス電圧を制御して、前記電流センサに前記立ち上がり領域を超えて前記線形の領域に達する電流が入力された状態にする工程と、
    （ｄ）前記工程（ｃ）の後、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲート電圧を変化させながら、前記電流センサの前記線形の領域から得た測定値に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、
    を備える、
    ゲートバイアス電圧制御方法。
11. 前記電源配線の前記幹部分は、
    前記電源配線の前記幹部分を流れる電流が前記ホール素子の前を１回通過する第１の経路と、
    前記電源配線の前記幹部分を流れる電流が前記ホール素子の前を複数回通過する第２の経路と、
    を備え、
    （ｅ）前記電流センサが測定する電流が比較的小さい場合に、前記第２の経路に切り替える工程と、
    （ｆ）前記電流センサが測定する電流が比較的大きい場合に、前記第１の経路に切り替える工程と、
    をさらに備える、
    請求項９又は請求項１０に記載のゲートバイアス電圧制御方法。
12. 請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置によるゲートバイアス電圧制御方法であって、
    （ｇ）前記複数の増幅素子を稼働させた状態において前記電流センサから得た測定値を第１の測定値として記録する工程と、
    （ｈ）前記複数の増幅素子のうち、１つの故障判定対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子を稼働させ、故障判定対象の前記増幅素子を前記ピンチオフ状態にした状態において前記電流センサから得た測定値を第２の測定値として記録する工程と、
    （ｉ）前記第１の測定値と前記第２の測定値との差が予め定められた値を下回るか否か判定する工程と、
    （ｊ）前記工程（ｉ）において前記第１の測定値と前記第２の測定値との差が予め定められた値を下回ると判定された場合に、故障判定対象の前記増幅素子が故障していると判定する工程と、
    （ｋ）前記送受信装置に、故障していると判定された前記増幅素子を通知する工程と、
    を備える、
    ゲートバイアス電圧制御方法。
13. 請求項１に記載の送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置によるゲートバイアス電圧制御方法であって、
    （ｌ）前記複数の増幅素子を稼働させた状態における前記電流センサから得た測定値を第３の測定値として記録する工程と、
    （ｍ）前記複数の増幅素子のうち、１つの調整対象の前記増幅素子以外の前記増幅素子を稼働させ、調整対象の前記増幅素子を前記ピンチオフ状態にした状態における前記電流センサから得た測定値を第４の測定値として記録する工程と、
    （ｎ）前記第３の測定値と前記第４の測定値との差に基づいて、調整対象の前記増幅素子の前記ゲート電極に印加するゲートバイアス電圧を決定する工程と、
    を備える、
    ゲートバイアス電圧制御方法。

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