JP2018505593A

JP2018505593A - Ｒｆ高電力発生装置

Info

Publication number: JP2018505593A
Application number: JP2017535703A
Authority: JP
Inventors: ヴァレリエヴィッチイワノフ、エフゲニー; アレクサンドロヴィッチクラノフ、アンドレイ; レザノフ、イリヤ
Original assignee: リミテッドライアビリティカンパニー “シーメンス”
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2018-02-22
Also published as: US20170366139A1; CA2972373A1; EP3228003A1; CN107408928A; WO2016108710A1

Abstract

ＲＦ高電力発生装置が提供される。この装置は、ＲＦ電力結合器（３）と、少なくとも１つのＲＦ電力増幅器（１）と、スイッチ（２）と、制御ユニット（４）と、伝送路（８）とを含む。ＲＦ電力結合器（３）は、少なくとも１つのＲＦ入力と少なくとも１つのＲＦ出力とを有する。ＲＦ電力増幅器（１）は、伝送路（８）を介してＲＦ入力に電気的に接続される。スイッチ（２）は伝送路（８）に設けられる。スイッチ（２）は、切り換え動作によって、伝送路（８）を介したＲＦ電力増幅器（１）からＲＦ入力へのＲＦ信号伝送を制御するように構成される。制御ユニット（４）は、スイッチ（２）の切り換え動作を制御するように構成される。制御ユニット（４）は、同一の伝送路（８）を共用してスイッチ（２）に電気的に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦ高電力発生装置、より詳細には、ＲＦ電力結合器、少なくとも１つのＲＦ増幅器、及び制御ユニットを備えたスイッチを含むＲＦ高電力発生装置に関する。

ＲＦ電力結合器は、無線技術において、ＲＦ（無線周波数）電力又はＲＦ信号を結合する必要があるときに使用されるデバイスである。ＲＦ電力結合器は、複数のＲＦ入力を受信し、この受信したＲＦ入力のインピーダンスを単一伝送路のインピーダンスに出力として変換する。高ＲＦ電力を発生させる１つの方法は、幾つかのＲＦ電力増幅器を、共通の（できれば単一の）ＲＦ電力結合器と共に使用することである。ＲＦ電力増幅器からのＲＦ電力はＲＦ電力結合器に供給される。ＲＦ電力増幅器は、各自伝送路によって共通ＲＦ電力結合器に接続される。各ＲＦ電力増幅器からのＲＦ信号がＲＦ電力結合器において合わせられて高ＲＦ電力を生成する。一般に、ＲＦ電力増幅器をそれぞれＲＦ電力結合器に接続する伝送路として、同軸ケーブル又はストリップライン、あるいはその両方が使用される。所望の出力ＲＦ信号を得るには、ＲＦ電力結合器の出力電力を調節し最適化する必要がある。

出力ＲＦ電力を調節又は最適化する、あるいは調節且つ最適化する１つの方法は、ＲＦ電力増幅器からＲＦ電力結合器へ供給するＲＦ信号を制御することである。例えば、ＲＦ電力結合器のＲＦ出力の電力を低減する必要がある場合、ＲＦ電力増幅器の１つ以上について、ＲＦ電力結合器への入力提供を止めることができる。あるいは、例えば、ＲＦ電力結合器のＲＦ出力の電力を増大させる必要がある場合、ＲＦ電力増幅器の１つ以上について、ＲＦ電力結合器への入力提供のためにスイッチオンすることが要求され得る。ＲＦ電力増幅器に対する当該制御を実施するために、すなわち、所望のＲＦ増幅器からのＲＦ信号だけがＲＦ電力結合器へ供給されるようにＲＦ電力増幅器を制御するために、所定のＲＦ増幅器をＲＦ電力結合器に接続する各伝送路において、ＲＦ電力結合器のＲＦ電力入力のそれぞれに対し配設されたスイッチを備えるのが一般的である。該各スイッチは、その切り換え動作によって、所定のＲＦ電力増幅器からＲＦ電力結合器へのＲＦ信号提供を許可又は阻止する。通常、各スイッチは個別の制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、切り換え動作を誘導する、すなわち、スイッチオンとオフを切り換える。制御ユニットは、個別の電気コネクタによってスイッチに接続される。スイッチを誘導するための情報は、中央制御システムから制御ユニットに送られる。

特に高出力のＲＦ増幅器／発生器システムは、多数のＲＦ電力増幅器を含むものがあり、その各ＲＦ電力増幅器が自身の個別スイッチを有し、各スイッチが、個別の電気コネクタでスイッチと接続される自身の制御ユニットを有する。つまり、制御ユニットとスイッチを接続するために数多くの配線や電気コネクタを必要とする。したがって、レイアウト、装置が全体的に複雑で高コストになる。

多数の電気コネクタの少なくとも一部を不要とした、簡素で費用対効果の良いＲＦ高電力発生装置を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１に係るＲＦ高電力発生装置によって達成される。

本発明の一態様によってＲＦ高電力発生装置が提供される。この装置は、ＲＦ電力結合器と、少なくとも１つのＲＦ電力増幅器と、スイッチと、制御ユニットと、伝送路とを含む。前記ＲＦ電力結合器は、少なくとも１つのＲＦ入力及び少なくとも１つのＲＦ出力をもつ。前記ＲＦ電力増幅器は、前記伝送路を介して前記ＲＦ入力へ電気的に接続される。前記スイッチは前記伝送路に設けられる。該スイッチは、切り換え動作を行うように構成される。前記スイッチは、その切り換え動作によって、前記伝送路を介した前記ＲＦ電力増幅器から前記ＲＦ入力へのＲＦ信号の伝送を制御するように構成される。前記制御ユニットは、前記スイッチと電気的に接続される。該制御ユニットは、前記スイッチの切り換え動作を制御するように構成される。さらに、前記制御ユニットは、同一の前記伝送路を利用（共用）して前記スイッチへ電気的に接続される。したがって、当該制御ユニットと前記スイッチとの間に接続部又は伝送路を別途用意する必要はない。この同一（共用）伝送路は、前記ＲＦ電力増幅器から前記スイッチにはＲＦ信号を伝え、同時に、前記制御ユニットから前記スイッチには制御信号（すなわち直流信号）を伝えもする。この制御信号が前記スイッチの切り換え動作を誘導する。当該構成によりＲＦ高電力発生装置が簡素化される。さらに、必要な素子が減る、すなわち、各ＲＦ電力増幅器及びスイッチ間と各制御ユニット及びスイッチ間とには１つの同一の伝送路だけがあればよいので、回路が簡素化され、そしてさらに、費用対効果が向上し且つ保守を容易にもし得る。

上記装置の一つの態様において、前記伝送路は同軸ケーブルである。同軸ケーブルは、ＲＦ信号を前記ＲＦ電力増幅器から前記ＲＦ電力結合器に伝え且つ同時に制御信号（すなわち直流信号）を前記制御ユニットから前記スイッチに伝える前記伝送路を確立するための、簡素で効率的な手段である。

上記装置の別の態様において、前記ＲＦ電力増幅器と前記制御ユニットとがＲＦモジュールを構成する。該ＲＦモジュールは単一ユニットである。このＲＦモジュールは、前記ＲＦ電力増幅器及び前記制御ユニットを含んだ容器又は筐体の形態でよい。このようなＲＦモジュールにより、上記装置のＲＦ系への組み込みが簡単且つ容易になる。

本発明の別の態様において、上記装置は、前記制御ユニットと前記ＲＦ電力増幅器との間に接続されたＲＦチョークを含む。このＲＦチョークは、前記ＲＦ電力増幅器がＲＦ信号を生成するために使用されるとき又は使用されているときに、前記制御ユニットを、当該ＲＦ電力増幅器によるＲＦ信号から電気的に分離する。これにより、前記制御ユニットはＲＦ信号による影響を受けない。

本発明の他の態様において、上記装置は、前記ＲＦ電力増幅器と前記制御ユニットとの間に接続された第１直流阻止キャパシタを含む。この第１直流阻止キャパシタは、前記制御ユニットが直流信号を生成するために使用されるとき又は使用されているときに、前記ＲＦ電力増幅器を、当該制御ユニットによる直流信号から電気的に分離する。これにより、前記ＲＦ電力増幅器は直流信号による影響を受けない。

本発明の他の態様において、上記装置は、前記スイッチと前記ＲＦ電力結合器との間に接続された第２直流阻止キャパシタを含む。この第２直流阻止キャパシタは、前記制御ユニットが直流信号を生成するために使用されるとき又は使用されているときに、前記ＲＦ電力結合器を、当該制御ユニットによる直流信号から電気的に分離する。これにより、前記ＲＦ電力結合器は直流信号による影響を受けない。

上記装置の他の態様において、前記制御ユニットは、安定化直流源及び直流電圧源のいずれか又は両方を含む。これは、前記制御ユニットの簡単な形態を提供する。

上記装置の他の態様において、前記スイッチは、ＰＩＮダイオードを含む。このＰＩＮダイオードは、オン（ＯＮ）モードとオフ（ＯＦＦ）モードの切り換えが可能で、そのオンモードとオフモードとで、ＲＦ信号は、前記スイッチを通って流れることが許可され又は阻止される。このようなＰＩＮダイオードは、ＲＦ用途での効率的なスイッチである。

上記装置の他の態様において、前記スイッチは、トランジスタを含む。このトランジスタは、オンモードとオフモードの切り換えが可能で、そのオンモードとオフモードとで、ＲＦ信号は、前記スイッチを通って流れることが許可又は阻止される。このようなトランジスタは、ＲＦ用途での効率的スイッチである。

上記装置の他の態様において、前記スイッチは、前記伝送路及び前記ＲＦ電力結合器に対して直列に接続される。これにより、当該スイッチを上記装置に組み込む簡単な手法が提供される。

上記装置の他の態様において、前記スイッチは、前記伝送路及び前記ＲＦ電力結合器に対して並列に接続される。これにより、当該スイッチを上記装置に組み込む別の簡単な手法が提供される。

次の図面に例示した実施形態を参照して本発明につき以下に詳述する。

現在最新の既知回路配置を示す図。本発明の態様に係る装置を示す図。

以下に、本発明の前述した特徴及びその他の特徴を詳細に説明する。図面を参照して種々の実施形態を説明するが、全体を通じて類似の参照数字が類似の要素を指すために使用される。以下の説明では、解説を目的として、１つ以上の実施形態の徹底した理解を可能にするために多数の特定の詳細が開示される。当然ながら、例示する実施形態は、本発明を説明するためのものであり、限定するためのものではない。同様の実施形態が、それら特定の詳細でなくとも実施され得ることは、言う迄も無い。

図１に、ＲＦ電力増幅器１及びＲＦ電力結合器３について現在最新の既知回路配置１０を示す。回路配置１０においてＲＦ電力結合器３は、ＲＦ入力１４とＲＦ出力１５をもつ。ＲＦ電力結合器３のＲＦ入力１４はそれぞれ、伝送路１１によってＲＦ電力増幅器１に接続される。ＲＦ電力増幅器１からのＲＦ信号又はＲＦ電力が、伝送路１１を介してＲＦ電力結合器３のＲＦ入力１４に供給される。ＲＦ電力増幅器１からの供給を制御するために、すなわち、所望のＲＦ増幅器１だけからＲＦ信号がＲＦ電力結合器３へ供給されるようにＲＦ電力増幅器１を制御するために、所定のＲＦ増幅器１をＲＦ電力結合器３へ接続する各伝送路１１にスイッチ２を備える。スイッチ２は、伝送路１１が接続する各ＲＦ電力入力１４にそれぞれ配設されるのが一般的である。各スイッチ２は、その切り換え動作によって、所定のＲＦ電力増幅器１からＲＦ電力結合器３へのＲＦ信号提供を許可又は阻止する。各スイッチ２は、個別の制御ユニット４によって制御される。制御ユニット４は、切り換え動作を誘導する、すなわち、スイッチオンとオフを切り換える。制御ユニット４は、個別の電気コネクタ１３によってスイッチ２に接続される。スイッチ２をオン又はオフ状態にする情報が、コネクタ１２を介して中央制御システム６から制御ユニット４へ提供される。

図１には、２つの電力増幅器１及びその各接続部とスイッチ２及び制御ユニット４だけが示されているが、高出力ＲＦ増幅器／発生器システムは、より多くのＲＦ電力増幅器１を含み得る。その各ＲＦ電力増幅器１が個別のスイッチ２を有し、各スイッチ２は、個別の電気コネクタ１３によってスイッチ２と接続された個別の制御ユニット４を有する。

制御ユニット４は、スイッチ２に電流又は電圧を印加して該スイッチを導通状態と非導通状態に切り換えることによって、スイッチ２のポジションを制御する。制御ユニット４は、安定化直流源４１及び直流電圧源４２のいずれか又は両方を、制御ユニット４からスイッチ２へ提供される直流電流又は直流電圧を制御するマイクロプロセッサ（省略可能：図示せず）と共に、含む。制御ユニット４に電力を提供するために直流電源５が使用される。以上の回路配置１０から明らかなように、１つのＲＦ電力増幅器１をＲＦ電力結合器３の１つのＲＦ入力１４と接続するために、ＲＦ電力増幅器１をＲＦ入力１４へ接続する少なくとも１つの伝送路１１が必要とされ、且つ、伝送路１１を制御するスイッチ２に制御ユニット４を接続するために少なくとも１つの電気コネクタ１３が必要とされる。

図２は、本発明の実施形態に係る装置１００を示す。装置１００は、ＲＦ電力結合器３と、少なくとも１つのＲＦ電力増幅器１と、スイッチ２と、制御ユニット４と、伝送路８とを含む。

ＲＦ電力結合器３は、複数の入力ＲＦ信号を受けて単一のＲＦ出力信号を送出するＲＦ電力結合回路である。ＲＦ電力結合器３は、複数のＲＦ入力１４と少なくとも１つのＲＦ出力１５とを含む。ＲＦ電力結合器３は、複数のＲＦ入力１４を介してＲＦ電力を受信し、受信したＲＦ電力のインピーダンスを合成単一出力のインピーダンスへ変換する。合成単一出力は、単一ＲＦ出力１５を介してＲＦ電力結合器３から出力される。ＲＦ電力結合器３は、様々なタイプ、例えば、ゼロ度ＲＦ電力結合器（zero-degree RF power combiner）であり、任意の技術仕様をもち得る。

ＲＦ電力増幅器１は、伝送路８を介してＲＦ入力１４と電気的に接続される。伝送路８は同軸ケーブルであるが、ただしこれに限定されない。

スイッチ（又はＲＦスイッチ）２は、限定する訳ではないが、トランジスタ、ＰＩＮダイオードなどである。スイッチ２は、切り換え動作を行うように構成される。スイッチ２は、その切り換え動作によって、伝送路８を通したＲＦ電力増幅器１からＲＦ入力１４へのＲＦ信号伝送を制御するように構成される。制御ユニット４は、スイッチ２と電気的に接続される。制御ユニット４は、スイッチ２の切り換え動作を制御するように構成される。制御ユニット４は、安定化直流源４１及び直流電圧源４２のいずれか又は両方を、制御ユニット４からスイッチ２へ提供される直流電流又は直流電圧を制御するマイクロプロセッサ（省略可能：図示せず）と共に、含み得る。制御ユニット４に電力を提供するために直流電源５が使用される。制御ユニット４は、同一の伝送路８によってスイッチ２と電気的に接続される。したがって、図１に示したような制御ユニット４とスイッチ２との間の電気コネクタ１３が不要である。すなわち装置１００においては、同一の伝送路８が、ＲＦ信号をＲＦ電力増幅器１からＲＦ入力１４へ伝え、且つ同時に、制御信号（すなわち直流信号）を制御ユニット４からスイッチ２へ伝える。制御信号は、スイッチ２の切り換え動作を誘導する。

装置１００の一実施形態において、スイッチ２は、伝送路８、ＲＦ電力結合器３及びＲＦ電力増幅器１に対して直列に接続される。図２において参照数字２１が示すのは、概略的に示した直列接続のスイッチ２である。スイッチ２はＲＦ入力１４に配設される。あるいは、装置１００の別の実施形態では、スイッチが伝送路８及びＲＦ電力結合器３に対して並列に接続される。図２において参照数字２２が示すのは、概略的に示した並列接続のスイッチ２である。

伝送路８と直列に接続されたスイッチ２が装置１００に含まれる場合、オンモードでは、スイッチ２（例えば、ＰＩＮダイオード２）が、伝送路８を介したＲＦ電力増幅器１からＲＦ電力結合器３へのＲＦ信号の流れを許可し、オフモードでは、ＰＩＮダイオード２が、伝送路８を介したＲＦ電力増幅器１からＲＦ電力結合器３へのＲＦ信号の流れを阻止する。制御ユニット４は、スイッチ２に電流又は電圧を印加することによってスイッチ２のポジションを制御することにより、該スイッチ２を導通状態又は非導通状態へ遷移させる。

上述したように、スイッチ２は、並列接続方式でも動作し得る。並列接続の場合、例えば、スイッチ２は、ＲＦ電力増幅器１からのＲＦ信号を短絡するように接続され、したがって、スイッチ２がオン又は閉状態のときはＲＦ電力増幅器１からのＲＦ信号がスイッチ２に通されることでＲＦ電力結合器３の方には行かず、一方、スイッチ２がオフ又は開状態のときにはＲＦ電力増幅器１からのＲＦ信号がスイッチに通されないことでＲＦ電力結合器３の方へ流れる。言うまでも無く、電気学分野の当業者であれば分かるように、スイッチ２は、制御ユニット４からスイッチ２への制御信号がＲＦ電力増幅器１からＲＦ入力１４へＲＦ信号を提供するのと同一の伝送路８によって提供されるという、本発明の範囲内で、装置１００において様々な回路トポロジで接続可能である。

装置１００は、制御ユニット４とＲＦ電力増幅器１との間に接続された図２のＲＦチョーク１０を含む。ＲＦチョーク１０は、ＲＦ電力増幅器１がＲＦ信号を生成するために使用されるか又は使用されているときに、制御ユニット４を、ＲＦ電力増幅器１によるＲＦ信号から電気的に分離する。さらに、装置１００は、ＲＦ電力増幅器１と制御ユニット４との間に接続された第１直流阻止キャパシタ９を含む。第１直流阻止キャパシタ９は、制御ユニット４が直流信号を生成するために使用されるか又は使用されているときに、ＲＦ電力増幅器１を、制御ユニット４による直流信号から電気的に分離する。制御ユニット４による直流信号は、スイッチ２を制御、誘導する信号、すなわち、スイッチ２を導通状態と非導通状態とに切り換えるかあるいはスイッチ２を導通状態又は非導通状態に維持する信号を、含む。

装置１００の一実施形態において、ＲＦ電力増幅器１と制御ユニット４は、ＲＦモジュール７を構成する。ＲＦモジュール７は単一ユニットである。ＲＦモジュール７は、ＲＦ電力増幅器１と制御ユニット４とが中に収められた容器７１又は筐体の形態であり得る。さらに、ＲＦチョーク１０と第１直流阻止キャパシタ９も、ＲＦモジュール７内に収容され得る。直流電源５がＲＦモジュール７に提供される。中央制御システム６が、制御ユニット４に情報を提供する。

装置１００は、さらに、スイッチ２とＲＦ電力結合器３との間に接続された第２直流阻止キャパシタ９１を含む。第２直流阻止キャパシタ９１は、制御ユニット４が直流信号を生成するために使用されるか又は使用されているときに、スイッチ２を介した制御ユニット４による直流信号からＲＦ電力結合器３を電気的に分離する。

本発明についていくつかの実施形態を基に詳細に説明したが、当然ながら、本発明はそれら実施形態そのものに限定されない。さらに言えば、本発明を実施するための例示的態様を説明した本開示に鑑みれば、本発明の範囲及び思想から逸脱することなく多くの変形及び派生のあることが当業者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、以上の説明によってではなく特許請求の範囲によって画定される。特許請求の範囲と均等の要旨及び範囲において可能な置換、変形及び派生は全て本発明の範囲内にある。

１ＲＦ電力増幅器
２スイッチ
３ＲＦ電力結合器
４制御ユニット
５直流電源
６中央制御システム
７ＲＦモジュール
８伝送路
９第１直流阻止キャパシタ
１０ＲＦチョーク
１１ＲＦ電力増幅器−スイッチ間のコネクタ（伝送路）
１２中央制御システム−制御ユニット間のコネクタ
１３制御ユニット−スイッチ間のコネクタ
１４ＲＦ電力結合器のＲＦ入力
１５ＲＦ電力結合器のＲＦ出力
２１直列接続スイッチ
２２並列接続スイッチ
４１安定化直流源
４２直流電圧源
７１ＲＦモジュールの容器（筐体）
９１第２直流阻止キャパシタ
１００ＲＦ高電力発生装置

Claims

ＲＦ高電力発生装置（１００）であって、
少なくとも１つのＲＦ入力（１４）及び少なくとも１つのＲＦ出力（１５）を有するＲＦ電力結合器（３）と、
伝送路（８）を介して前記ＲＦ入力（１４）と電気的に接続された少なくとも１つのＲＦ電力増幅器（１）と、
前記伝送路（８）に設けられる少なくとも１つのスイッチ（２）であって、切り換え動作によって、前記伝送路（８）を介した前記ＲＦ電力増幅器（１）から前記ＲＦ入力（１４）へのＲＦ信号伝送を制御するように構成されたスイッチ（２）と、
前記スイッチ（２）と電気的に接続され、前記スイッチ（２）の前記切り換え動作を制御するように構成された制御ユニット（４）とを備え、
前記制御ユニット（４）が、同一の前記伝送路（８）を利用して前記スイッチ（２）へ電気的に接続される、ＲＦ高電力発生装置。
各前記伝送路（８）が単一の同軸ケーブルである、請求項１に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記ＲＦ電力増幅器（１）及び前記制御ユニット（４）がＲＦモジュール（７）を構成し、該ＲＦモジュール（７）が単一ユニットである、請求項１又は請求項２に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記制御ユニット（４）と前記ＲＦ電力増幅器（１）との間に接続されて、前記制御ユニット（４）を、前記ＲＦ電力増幅器（１）によるＲＦ信号から電気的に分離するＲＦチョーク（１０）をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記ＲＦ電力増幅器（１）と前記制御ユニット（４）との間に接続されて、前記ＲＦ電力増幅器（１）を、前記制御ユニット（４）による直流信号から電気的に分離する第１直流阻止キャパシタ（９）をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記スイッチ（２）と前記ＲＦ電力結合器（３）との間に接続されて、前記ＲＦ電力結合器（３）を、前記制御ユニット（４）による直流信号から電気的に分離する第２直流阻止キャパシタ（９１）をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記制御ユニット（４）が、安定化直流源（４１）及び直流電圧源（４２）のいずれか又は両方を備えている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記スイッチ（２）がＰＩＮダイオードを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記スイッチ（２）がトランジスタを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記スイッチ（２）が、前記伝送路（８）と前記ＲＦ電力結合器（３）に対して直列に接続されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。
前記スイッチ（２）が、前記伝送路（８）と前記ＲＦ電力結合器（３）に対して並列に接続されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のＲＦ高電力発生装置。