JP2022098009A

JP2022098009A - 電力増幅装置

Info

Publication number: JP2022098009A
Application number: JP2020211318A
Authority: JP
Inventors: 康夫北山; Yasuo Kitayama
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01

Abstract

【課題】電力合成の損失を低減させる。【解決手段】入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器と、入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器と、第１増幅信号と第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器３０と、合成器３０に入力された第１増幅信号の第１増幅電力を検出する第１電力検出回路と、合成器に入力された第２増幅信号の第２増幅電力を検出する第２電力検出回路と、第１増幅電力と第２増幅電力との差が小さくなるように第１増幅電力又は第２増幅電力の少なくとも一方を変化させる制御部３１８と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、信号の電力を増幅する電力増幅装置に関する。

複数の単位電力増幅器に高周波信号を分配してそれぞれの単位電力増幅器において高周波信号を増幅し、増幅後の信号を同じ電力合成器に入力して合成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された技術では、電力合成を効果的に行うため、単位電力増幅器の出力段において出力レベルをモニタ回路により検出し、検出した単位電力増幅器の出力レベルと、基準電力出力部の出力段に接続されたモニタ回路で検出した出力レベルとを比較する。特許文献１には、２つの出力レベルにずれがある場合に、単位電力増幅器の入力段に接続された電圧可変減衰器を制御することにより、ずれを小さくすることが記載されている。

特開昭６３－１６０４０３号公報

引用文献１に記載された技術では、単位増幅器から出力された信号が電力合成器に入力される際に入出力のインピーダンスの不整合に起因する損失が生じることがある。このとき、損失が生じる前にモニタ回路により検出された信号レベルは、電力合成器において信号の合成に用いられる信号の信号レベルと異なる値を示すため、単位増幅器の信号レベルと基準電力出力部の信号レベルとのずれを十分に小さくすることができないという問題があった。このため、電力合成器による電力合成において損失が大きくなるという問題があった。合成損失を補うために複数の単位増幅器の信号レベルをそれぞれ増大させたとすれば、合成損失に起因する発熱により電力合成器全体が高温になるという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電力合成の損失を低減させることができる電力増幅装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の電力増幅装置は、入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器と、前記入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器と、前記第１増幅信号と前記第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器と、前記合成器に入力された前記第１増幅信号の第１増幅電力を検出する第１電力検出回路と、前記合成器に入力された前記第２増幅信号の第２増幅電力を検出する第２電力検出回路と、前記第１増幅電力と前記第２増幅電力との差が小さくなるように前記第１増幅電力又は前記第２増幅電力の少なくとも一方を変化させる制御部と、を備える。

前記第１増幅器は、増幅する前の前記入力信号を所定の減衰量だけ減衰させる可変減衰器を備え、前記制御部は、前記第１増幅電力と前記第２増幅電力との差が小さくなるように前記減衰量を変化させてもよい。

本発明の第２の態様の電力増幅装置は、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する第１合成器と、複数の増幅器により前記入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する第２合成器と、前記第１合成信号と前記第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する第３合成器と、前記第３合成器に入力される前記第１合成信号の第１合成電力を検出する第１合成電力検出回路と、前記第３合成器に入力される前記第２合成信号の第２合成電力を検出する第２合成電力検出回路と、前記第１合成電力と前記第２合成電力との差が小さくなるように前記第１合成電力又は前記第２合成電力の少なくとも一方を変化させる制御部と、を備える。

本発明によれば、電力合成の損失を低減させるという効果を奏する。

実施形態の電力増幅装置の構成を示す図である。複数の増幅器の構成を示す図である。合成器の構成を示す図である。合成器による第１増幅信号と第２増幅信号との合成の処理手順を示すフローチャートである。

［電力増幅装置の構成］
図１は、本実施形態の電力増幅装置１００の構成を示す図である。電力増幅装置１００は、信号発生器１０、増幅器２１から増幅器２４及び合成器３０を備える。電力増幅装置１００は、高周波信号等の信号を所定電力まで増幅させる。所定電力は、例えば電力増幅装置１００の後段の回路で必要な電力に基づいて決定されている。

信号発生器１０は、高周波信号等の入力信号を発生させる。信号発生器１０は、例えば同軸ケーブルを介して、複数の増幅器２１から増幅器２４に入力信号を入力する。増幅器２１（第１増幅器に相当）は、入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する。増幅器２１の増幅度は、例えば、２．３～２．７ｄＢ程度である。増幅器２２（第２増幅器に相当）は、増幅器２１と同様に、入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する。増幅器２３及び増幅器２４についても増幅器２１と同様に増幅信号を生成する。

合成器３０は、複数の増幅器２１～増幅器２４が生成した増幅信号を合成することにより電力増幅した合成信号を生成する。合成器３０は、増幅器２１が生成する第１増幅信号の第１増幅電力と、増幅器２２が生成する第２増幅信号の第２増幅電力とを検出する。同様にして、合成器３０は、増幅器２３及び増幅器２４が生成する増幅信号の電力をそれぞれ検出する。

合成器３０は、図１中の破線で示すように、増幅器２１が生成する第１増幅信号の第１増幅電力を変化させるための制御信号を増幅器２１に入力する。同様にして、合成器３０は、増幅器２２が生成する第２増幅信号の第２増幅電力を変化させるための制御信号を増幅器２２に入力する。合成器３０は、増幅器２３及び増幅器２４が生成する増幅信号の電力を変化させるための制御信号をそれぞれ増幅器２３及び増幅器２４へ入力する。

合成器３０は、第１増幅信号と第２増幅信号とを合成する際の合成損失を低減させることを目的として、検出した第１増幅電力と、検出した第２増幅電力との差が小さくなるように第１増幅電力又は第２増幅電力を変化させる。このとき、合成器３０は、合成器３０に入力された後の第１増幅電力及び第２増幅電力を検出する。このようにして、合成器３０は、第１増幅信号及び第２増幅信号が合成器３０に入力される際に入出力のインピーダンスの不整合に起因する損失が生じた場合であっても、信号の合成に用いられる電力を精度よく検出することができる。このため、合成器３０は、電力合成の損失をより低減させることができる。したがって、合成器３０は、電力合成の損失を補うために複数の増幅器２１～増幅器２４が生成する増幅信号の電力を増加させる必要がなく、合成損失に起因する発熱により合成器３０全体が高温になることを抑制することができる。

［増幅器の構成］
図２は、複数の増幅器２１～増幅器２４の構成を示す図である。増幅器２１は、可変減衰器２１１、増幅部２１２及び信号処理回路２１３を備える。可変減衰器２１１は、信号処理回路２１３の制御信号に基づいて、増幅部２１２が増幅する前の入力信号を減衰させる。増幅部２１２は、可変減衰器２１１により減衰された入力信号を電力増幅することにより、第１増幅信号を生成する。

信号処理回路２１３は、合成器３０から入力された制御信号において指定される減衰量に基づいて、可変減衰器２１１を制御する。信号処理回路２１３は、増幅部２１２が増幅する前の入力信号を所定の減衰量だけ可変減衰器２１１により減衰させる。所定の減衰量は、例えば、合成器３０により通知される。信号処理回路２１３は、例えば、合成器３０から通知された減衰量に対応する電圧の信号を可変減衰器２１１に入力することにより、可変減衰器２１１の減衰量を制御する。

増幅器２２は、可変減衰器２２１、増幅部２２２及び信号処理回路２２３を備える。可変減衰器２２１は、可変減衰器２１１と同様である。増幅部２２２は、可変減衰器２２１により減衰された入力信号を電力増幅することにより、第２増幅信号を生成する。信号処理回路２２３は、信号処理回路２１３と同様である。

増幅器２３は、可変減衰器２３１、増幅部２３２及び信号処理回路２３３を備える。増幅器２３の可変減衰器２３１、増幅部２３２及び信号処理回路２３３は、それぞれ増幅器２１の可変減衰器２１１、増幅部２１２、信号処理回路２１３と同様である。増幅器２４は、可変減衰器２４１、増幅部２４２及び信号処理回路２４３を備える。増幅器２４の可変減衰器２４１、増幅部２４２及び信号処理回路２４３は、それぞれ増幅器２１の可変減衰器２１１、増幅部２１２、信号処理回路２１３と同様である。

［合成器の構成］
図３は、合成器３０の構成を示す図である。合成器３０は、カプラ３０１からカプラ３０４、第１合成器３０５、第２合成器３０６、カプラ３０７、カプラ３０８、第３合成器３０９、カプラ３１０、ＰＤＥＴ３１１からＰＤＥＴ３１７及び制御部３１８を備える。

カプラ３０１は、増幅器２１から入力された第１増幅信号の一部をＰＤＥＴ３１１に入力し、それ以外の第１増幅信号を第１合成器３０５に入力する。カプラ３０２は、増幅器２２から入力された第２増幅信号の一部をＰＤＥＴ３１２に入力し、それ以外の第２増幅信号を第１合成器３０５に入力する。カプラ３０３は、増幅器２３から入力された増幅信号の一部をＰＤＥＴ３１３に入力し、それ以外の増幅信号を第２合成器３０６に入力する。カプラ３０４は、増幅器２４から入力された増幅信号の一部をＰＤＥＴ３１４に入力し、それ以外の増幅信号を第２合成器３０６に入力する。

第１合成器３０５は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第１合成器３０５には、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号が入力される。第１合成器３０５は、入力された複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する。図３の例では、第１合成信号は、増幅器２１が生成した第１増幅信号と、増幅器２２が生成した第２増幅信号とを合成した信号である。第１合成器３０５には、吸収抵抗５１が設けられている。第１合成器３０５による合成において第１増幅電力と第２増幅電力とが一致しない場合、合成損失が生じる。この合成損失は、吸収抵抗５１により熱に変換される。

第２合成器３０６は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第２合成器３０６には、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号が入力される。第２合成器３０６は、入力された複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する。図３の例では、第２合成信号は、増幅器２３が生成した増幅信号と、増幅器２４が生成した増幅信号とを合成した信号である。第２合成器３０６には、吸収抵抗６１が設けられている。吸収抵抗６１は、吸収抵抗５１と同様である。

カプラ３０７は、第１合成器３０５から入力された第１合成信号の一部をＰＤＥＴ３１５に入力し、それ以外の第１合成信号を第３合成器３０９に入力する。カプラ３０８は、第２合成器３０６から入力された第２合成信号の一部をＰＤＥＴ３１６に入力し、それ以外の第２合成信号を第３合成器３０９に入力する。

第３合成器３０９は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第３合成器３０９は、第１合成信号と第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する。第３合成器３０９は、生成した第３合成信号を外部装置（不図示）へ出力する。第３合成器３０９には、吸収抵抗９１が設けられている。吸収抵抗９１は、吸収抵抗５１と同様である。カプラ３１０は、第３合成器３０９から入力された第３合成信号の一部をＰＤＥＴ３１７に入力し、それ以外の第３合成信号を外部装置へ出力する。

［電力の検出］
ＰＤＥＴ３１１（第１電力検出回路に相当）は、合成器３０に入力された第１増幅信号の第１増幅電力を検出する電力検出回路である。ＰＤＥＴ３１１には、カプラ３０１により第１増幅信号の一部が入力される。ＰＤＥＴ３１１は、入力された信号の電力を検出する。ＰＤＥＴ３１１は、検出した電力を、第１合成器３０５に入力される第１増幅信号の第１増幅電力に換算する。

ＰＤＥＴ３１２（第２電力検出回路に相当）は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、合成器３０に入力された第２増幅信号の第２増幅電力を検出する。ＰＤＥＴ３１３は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、合成器３０に入力された増幅器２３の増幅信号の電力を検出する。ＰＤＥＴ３１４は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、合成器３０に入力された増幅器２４の増幅信号の電力を検出する。

ＰＤＥＴ３１５（第１合成電力検出回路に相当）は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、第３合成器３０９に入力される第１合成信号の第１合成電力を検出する。ＰＤＥＴ３１６（第２合成電力検出回路に相当）は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、第３合成器３０９に入力される第２合成信号の第２合成電力を検出する。ＰＤＥＴ３１７は、ＰＤＥＴ３１１と同様にして、外部装置へ出力される第３合成信号の電力を検出する。

［増幅電力の制御］
制御部３１８は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部３１８は、ＰＤＥＴ３１１からＰＤＥＴ３１７による電力の検出結果に基づいて、増幅器２１～増幅器２４が生成する増幅信号の電力を変化させる。

制御部３１８は、第１増幅電力と第２増幅電力との差を特定する。制御部３１８は、特定した差が小さくなるように第１増幅電力又は第２増幅電力の少なくとも一方を変化させる。本明細書の例では、制御部３１８は、特定した差が小さくなるように可変減衰器２１１又は可変減衰器２２１の少なくとも一方の減衰量を変化させる。制御部３１８は、第１増幅電力と第２増幅電力とが一致する場合の可変減衰器２１１の減衰量と、この場合の可変減衰器２２１の減衰量とを算出する。制御部３１８は、算出した可変減衰器２１１及び可変減衰器２２１の減衰量を信号処理回路２１３及び信号処理回路２２３へそれぞれ通知する。

また、制御部３１８は、可変減衰器２１１の減衰量を変化させる代わりに、増幅部２１２の入出力電圧等を増減させることにより増幅部２１２の増幅度を変化させてもよい。このようにして、制御部３１８は、増幅部２１２の増幅度を変化させることにより、第１増幅電力を変化させてもよい。

制御部３１８は、同様にして、増幅器２３による増幅電力と増幅器２４による増幅電力との差が小さくなるように、可変減衰器２３１又は可変減衰器２４１の減衰量の少なくとも一方を変化させる。制御部３１８は、増幅器２３による増幅電力と増幅器２４による増幅電力とが一致する場合の可変減衰器２３１の減衰量と、この場合の可変減衰器２４１の減衰量とを算出する。制御部３１８は、算出した可変減衰器２３１及び可変減衰器２４１の減衰量を信号処理回路２３３及び信号処理回路２４３へそれぞれ通知する。

制御部３１８は、第１合成電力と第２合成電力との差が小さくなるように第１合成電力又は第２合成電力の少なくとも一方を変化させる。制御部３１８は、第１合成電力と第２合成電力とが一致する場合の可変減衰器２１１～可変減衰器２２１の減衰量をそれぞれ算出する。より詳しくは、制御部３１８は、第１増幅電力及び第２増幅電力を変化させることにより、第１増幅信号及び第２増幅信号を合成した第１合成信号の第１合成電力を変化させる。同様にして、制御部３１８は、増幅器２３による増幅電力及び増幅器２４による増幅電力を変化させることにより、第２合成電力を変化させる。

制御部３１８は、第１増幅電力と第２増幅電力との差を特定する。制御部３１８は、増幅器２３による増幅電力と増幅器２４による増幅電力との差を特定する。制御部３１８は、第１合成電力と第２合成電力との差を特定する。制御部３１８は、これらの３つの差に基づいて、（１）第１増幅電力と第２増幅電力とが一致し、（２）増幅器２３が生成する増幅信号の電力と増幅器２４が生成する増幅信号の電力とが一致し、且つ、（３）第１合成電力と第２合成電力とが一致する場合の可変減衰器２１１、可変減衰器２２１、可変減衰器２３１及び可変減衰器２４１の減衰量をそれぞれ算出する。制御部３１８は、算出した可変減衰器２１１、可変減衰器２２１、可変減衰器２３１及び可変減衰器２４１の減衰量を信号処理回路２１３、信号処理回路２２３、信号処理回路２３３及び信号処理回路２４３へそれぞれ通知する。

［合成器による信号の合成の処理手順］
図４は、制御部３１８による第１増幅電力と第２増幅電力との制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、第１合成器３０５が第１増幅信号と第２増幅信号とを合成している間に開始される。

まず、制御部３１８は、ＰＤＥＴ３１１が検出した第１増幅電力と、ＰＤＥＴ３１２が検出した第２増幅電力とを取得する（Ｓ１０１）。制御部３１８は、第１増幅電力と第２増幅電力との差を特定する（Ｓ１０２）。制御部３１８は、第１増幅電力と第２増幅電力とが一致する場合の可変減衰器２１１の減衰量と、この場合の可変減衰器２２１の減衰量とを算出する（Ｓ１０３）。制御部３１８は、算出した可変減衰器２１１及び可変減衰器２２１の減衰量を信号処理回路２１３及び信号処理回路２２３へそれぞれ通知する（Ｓ１０４）。信号処理回路２１３は、通知された減衰量だけ可変減衰器２１１により入力信号を減衰させる。信号処理回路２２３は、通知された減衰量だけ可変減衰器２２１により入力信号を減衰させる。制御部３１８は、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けたか否かを判定する（Ｓ１０５）。

制御部３１８は、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けたと判定した場合に（Ｓ１０５のＹＥＳ）、処理を終了する。制御部３１８は、Ｓ１０５の判定において第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けていないと判定した場合に（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０１の処理に戻る。

［電力増幅装置による効果］
本実施形態の電力増幅装置１００によれば、ＰＤＥＴ３１１及びＰＤＥＴ３１２は、合成器３０に入力された後の第１増幅電力及び第２増幅電力を検出する。このため、ＰＤＥＴ３１１及びＰＤＥＴ３１２は、第１増幅信号及び第２増幅信号が合成器３０に入力される際に入出力のインピーダンスの不整合に起因する損失が生じた場合であっても、信号の合成に用いられる電力を精度よく検出することができる。制御部３１８は、ＰＤＥＴ３１１及びＰＤＥＴ３１２による高精度の検出結果を利用して第１増幅電力及び第２増幅電力を変化させることにより、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の損失をより低減させることができる。その結果、吸収抵抗により生じる発熱量が減少するので、電力増幅装置１００が過熱することを抑制できる。また、ＰＤＥＴ３１１及びＰＤＥＴ３１２が第１増幅電力及び第２増幅電力を常時検出しているので、環境温度の変化によるレベル変動の影響を抑制することもできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０信号発生器
２１増幅器
２２増幅器
２３増幅器
２４増幅器
３０合成器
５１吸収抵抗
６１吸収抵抗
９１吸収抵抗
１００電力増幅装置
２１１可変減衰器
２１２増幅部
２１３信号処理回路
２２１可変減衰器
２２２増幅部
２２３信号処理回路
２３１可変減衰器
２３２増幅部
２３３信号処理回路
２４１可変減衰器
２４２増幅部
２４３信号処理回路
３０１カプラ
３０２カプラ
３０３カプラ
３０４カプラ
３０５第１合成器
３０６第２合成器
３０７カプラ
３０８カプラ
３０９第３合成器
３１０カプラ
３１８制御部

Claims

入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器と、
前記入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第１増幅信号と前記第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器と、
前記合成器に入力された前記第１増幅信号の第１増幅電力を検出する第１電力検出回路と、
前記合成器に入力された前記第２増幅信号の第２増幅電力を検出する第２電力検出回路と、
前記第１増幅電力と前記第２増幅電力との差が小さくなるように前記第１増幅電力又は前記第２増幅電力の少なくとも一方を変化させる制御部と、
を備える電力増幅装置。
前記第１増幅器は、増幅する前の前記入力信号を所定の減衰量だけ減衰させる可変減衰器を備え、
前記制御部は、前記第１増幅電力と前記第２増幅電力との差が小さくなるように前記減衰量を変化させる、
請求項１に記載の電力増幅装置。
複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する第１合成器と、
複数の増幅器により前記入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する第２合成器と、
前記第１合成信号と前記第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する第３合成器と、
前記第３合成器に入力される前記第１合成信号の第１合成電力を検出する第１合成電力検出回路と、
前記第３合成器に入力される前記第２合成信号の第２合成電力を検出する第２合成電力検出回路と、
前記第１合成電力と前記第２合成電力との差が小さくなるように前記第１合成電力又は前記第２合成電力の少なくとも一方を変化させる制御部と、
を備える電力増幅装置。