JP4001719B2 - 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器 - Google Patents

最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器 Download PDF

Info

Publication number
JP4001719B2
JP4001719B2 JP2000613072A JP2000613072A JP4001719B2 JP 4001719 B2 JP4001719 B2 JP 4001719B2 JP 2000613072 A JP2000613072 A JP 2000613072A JP 2000613072 A JP2000613072 A JP 2000613072A JP 4001719 B2 JP4001719 B2 JP 4001719B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input signal
signal
traveling wave
wave tube
tube amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2000613072A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002542704A (ja
Inventor
カークマン、ジョージ・エフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of JP2002542704A publication Critical patent/JP2002542704A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4001719B2 publication Critical patent/JP4001719B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/54Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices
    • H03F3/58Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices using travelling-wave tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号を増幅するシステムおよび方法に関し、とくにピークパワー出力を制限せずに進行波管増幅器の平均パワー出力を制限するシステムおよび方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
線形化装置を進行波管増幅器(TWT)と結合することにより、パワー増幅器は線形特性を維持しながら、さらに効率よく動作することが可能になる。この利点を完全に利用するために、動作点における最良の効率のためにTWTを最適化することが望ましい。大部分のTWTの設計に対して、バックオフされた動作点で効率を最適化すると、動作点より上に駆動レベルが上昇することによってコレクタバックストリームおよびビームデフォーカス問題のせいでTWTが損傷を受ける可能性が高い状況が生じる。高い駆動レベルを処理するようにTWTを設計することもまた、コスト高および設計の複雑さを招く。
【0003】
TWTを保護する1つの可能な方法は、入力駆動リミタを線形化装置中に内蔵することである。残念ながら、駆動レベルの制限は、システムの線形特性と適合しない。多搬送波の動作下において線形特性を提供するために、増幅器は、動作点より上およびそれより下の駆動レベルの範囲に対して線形である振幅変調−振幅変調(AM−AM)伝達特性を有していなければならない。これは、多数の搬送波が合計して高いピークパワーが生じるために要求される。たとえば、2つの等しい搬送波に対して、ピークパワーは平均的な個々の搬送波より6dB上である。多数の搬送波に対して、ピーク値ははるかに高く、すなわち、ランダムな位相にされた8つの搬送波に対してほぼ8.4dBである。任意のリミタが動作点より6dB以上高いレベルに設定されなければならないが、これにより、TWTをバックオフで最適化した利点はほとんど全てなくなる。
【0004】
TWTを保護する別の方法は、ピークおよび平均パワーの両方を制限するリミタを使用することである。これらは、簡単な飽和増幅器を使用して構成される。このようなリミタはある保護をTWTに提供するが、それらは線形特性を保つために、要求される動作点よりはるか上に動作点を設定されなければならない。この適用において、これはそれらの値を大きく制限する。このタイプのリミタは一般にTWTの飽和点以上に設定され、偶発的な過励振状態からの保護しか行なわない。
【0005】
進行波管のような非線形増幅器の利得圧縮および位相を補償する回路は従来技術に存在するが、これらの回路のいずれもピークパワーを制限することなく平均パワーを制限するリミタを含んでいない。たとえば、Copeland氏他による米国特許第 5,304,944号明細書には、PINダイオードから形成された受動型リミタが開示されているが、このタイプのリミタはピークパワーおよび平均パワーを制限し、したがって所望の動作点付近に設定された場合に線形特性を劣化させ、これでは本発明の求めているような結果は得られない。Abbiari 氏他による米国特許第 5,598,127号明細書には、マイクロ波増幅器における利得歪みの補償を調節するための方法および回路が開示されている。この方法は、平均パワーに対するピークの比を監視し、信号をフィードバックして増幅器の前に補償回路を調節し、出力のピーク対平均パワー比が一定のままであるように制御回路が調節される回路に基づいている。制御回路は、寿命または環境的変化による増幅器の線形性の変化が生じた時に線形特性を維持する手段を提供する。しかし、平均パワーは制御されておらず、増幅器の能力を越えて増加する可能性が高いため、この制御回路には高パワー増幅器に対する保護手段がない。また、この回路は増幅器の出力パワーの監視に依存しているが、それが高パワーシステムを複雑にし、その損失を増加させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
入力駆動レベルの偶発的なエクスカーション(急上昇)からTWTを保護しながら、線形化された進行波管増幅器を動作点での線形特性および効率の両方に対して最適化できるシステムおよび方法が必要とされている。本発明はこの要求を満たす。
【0007】
上述したように、TWTの設計は線形性を提供すると同時に、さらにTWTを偶発的な駆動レベルのエクスカーションから保護しなければならない。これらの明らかに両立しない設計目標の問題の解決方法は、TWTの故障モードおよびTWTの線形特性が明瞭に異なった信号およびパワー力学の影響を受けることの発見に基づいている。本発明は、TWT線形特性および過励振レベルからの損傷に対する耐性の両者を提供するためにこれらの信号力学の利点の尺度を有効に使用する。
【0008】
多搬送波動作中に遭遇する信号ピークは短期間だけ存在し、TWTに損傷を与えるものではない。ピークパワーと平均パワーとの間の差は、搬送波の数が増加するにつれてさらに顕著になる(予測可能な方法で)。多搬送波状態の下でTWTを動作するとき、平均パワーが最適化された動作点を越えて増加されなければ、損傷は生じない。
【0009】
しかしながら、TWTは過度の平均パワーレベルによって損傷を受ける可能性が高い。これらの過度のレベルは一般に、テスト時または動作時の偶発的な状態下でアップリンク信号の大気中における減衰の変化のような減衰変化のために発生する。
【課題を解決するための手段】
上記により、本発明は、平均パワー依存減衰器およびTWTAを含むシステムを開示しており、要求された場合に、線形特性をさらに改善するために予備歪み線形化装置が追加されることができる。ピークパワーが最小の減衰で送られるが、平均パワーは大きい減衰を受けるように遅い周波数応答特性を有している減衰器がTWTAの無線周波数(RF)入力の前に配置される。その結果、平均パワーに依存するAM−AM伝達特性を有するシステムが得られる。低い平均パワーに対して、要求される動作点をはるかに越える駆動レベルまで伝達曲線は線形である。平均パワーが要求される動作点より上のレベルに増加された場合、入力減衰が変化し、伝達曲線がもっと低い出力パワーにシフトするが、その形状は保持される。このようにして、TWTAを所望の動作点およびそれ以下で駆動する平均出力パワーが維持される。
【0010】
平均パワーリミタは、実質的に平均パワーに比例する非交流または直流(DC)電圧を生成する検出回路によって駆動される電圧制御減衰回路によって構成されることができる。
【0011】
上記によると、本発明は、増幅器のピークパワー出力を制限せずに増幅器の平均パワー出力を制限する方法および装置を開示している。
【0012】
この方法は、増幅器の入力信号の平均パワーに比例し、増幅器の入力信号のピークパワーから実質的に独立している値をダイナミックに決定し、この値にしたがって増幅器の入力信号をダイナミックに減衰し、ダイナミックに減衰された増幅器の入力信号を増幅器に供給して、増幅器の出力信号を生成するステップを含んでいる。
【0013】
この装置は、入力信号の平均パワーに比例し、入力信号のピークパワーから実質的に独立している検出器信号をダイナミックに生成する検出器と、検出器信号にしたがって入力信号をダイナミックに減衰する、検出器および増幅器と連絡している減衰器とを具備している。
【0014】
1実施形態において、検出器は、ローパスフィルタと直列のダイオード装置のような電流整流器を含んでおり、これは簡単な抵抗・容量型(RC)回路によって構成されることができる。別の実施形態において、減衰器は、検出器に結合されたゲートを備えたエンハンスメント電界効果トランジスタ(FET)のようなシャントリミタを含んでいる。
【0015】
上記の構成は、TWTが要求される動作点より高い出力パワーで動作することを阻止する平均パワーリミタを構成している。このリミタを使用することによって、TWTは要求される動作点の性能に対して最適化されることが可能になり、その結果効率が高くなり、要求される動作点より高いパワーレベルの増幅器を形成する必要がなくなるため、システムの費用が減少し、その複雑さが軽減される。パワーリミタは、短期間のピークパワーが低損失で通過することを可能にしながら平均パワーを制限することによって、TWTの線形特性を劣化させずにTWTを保護する。これによって、動作点における線形性および効率の両方に対して最適化され、その一方でTWTを入力駆動レベルの偶発的なエクスカーションから保護する最適化された進行波管増幅器が提供される。本発明は、とくに多搬送波信号で動作するシステムを含む高パワーマイクロ波増幅システムに対して適用可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、同じ参照符号が一貫して対応した部品を表す図面を参照する。
以下の説明において、本発明のいくつかの実施形態の一部分をなし、またそれが例示によって示されている添付図面を参照する。本発明の技術的範囲を逸脱することなく、その他の実施形態を使用してもよく、また構造上の変更を行なってもよいことが理解される。
【0017】
上述されたように、線形特性を提供するために問題が生じる。TWTは、それらの最大飽和出力パワー能力よりかなり下で動作される。この結果、性能は部分最適化され、TWTは故障状態下で発生する可能性のある高い動作パワーで残存することができるように設計されることが要求される。本発明の利点を完全に理解するために、多数の搬送波が存在する時の増幅器性能を説明する。
【0018】
多搬送波信号により動作しているときに線形特性を得るために、増幅器は、要求された動作点よりかなり上のレベルまで線形のパワー伝達曲線を有していなければならない。パワー伝達が線形でない場合、複合信号のピークは劣化し、その結果、相互変調積が生じる。
【0019】
図1は、2つのトーン(搬送波周波数f1 およびf2 によって表された)の多搬送波入力信号の時間ドメインおよび周波数ドメインを表している。この信号がパワーまたは位相シフトに関して非線形の伝達関数によりTWTを通って送られた場合、出力信号は(2f1 −f2 )および(2f2 −f1 )の周波数において相互変調積を含む。これらの望ましくない相互変調積の振幅の比は、相互変調に対する搬送波の比、すなわちC/IMとして記載される。
【0020】
理想的な増幅器におけるパワーの線形伝達は、入力パワーが1dB増加するたびに出力パワーが1dB増加する。実際には、TWT増幅器は、線形化された場合でも、入力パワーによる出力パワーの増加がdB当り1dB小さいか、あるいは負の場合もあるパワーレベルで飽和を示す。上述した相互変調歪みのために、線形システムに対して、この飽和点付近またはそれより上での動作は有効ではない。
【0021】
これらの理由のために、TWTに対する入力パワーレベルを飽和点より低いレベルに制限することが有効である。線形動作領域におけるこの高いTWT効率によって、軽減されたパワー処理要求のために複雑性が軽減できる設計が可能となる。これは、設定パワーレベルにおけるリミタを設けることによって実施可能である。これは、最高の可能な点まで線形性を保つためにTWTの飽和点に設定されたリミタを使用することにより達成されることができる。
【0022】
以下の式によって表される単一の搬送波を有する入力信号の場合を考える:
Asin(ωt)
このような入力信号は、Aのピーク振幅と、(1/2)A2 に比例する平均振幅を有している。
【0023】
さらに、2つの異なる周波数における2つの等しい振幅の信号によって示される2つの搬送波を有する入力信号の場合を考える。これは、次の式によって表されることができる:
Asin(ω1t+φ1)、および
Asin(ω2τ+φ2)
各信号はピーク振幅Aを有し、(1/2)A2 に比例するポインティング定理を使用して計算されたパワーを搬送する。三角法の角度の和および差の関係を使用して表される結合された信号は:
【数1】
Figure 0004001719
【0024】
したがって、結合された信号はピーク振幅2Aを有し、A2 に比例したパワーを搬送する。線形性を保つために、増幅器は2Aのピーク値まで線形の伝達曲線を有していなければならない。振幅2Aを有する単一の搬送波は、2A2 に比例したパワー、またはそれぞれ個々の搬送波より6dB高いパワーを搬送する。したがって、リミタは、それぞれ個々の搬送波より少くとも6dB高いレベルに設定されなければならない。
【0025】
図3および4は、TWT伝達特性およびハードリミタを備えたTWTに対する3次の相互変調積レベル(C/3IM)までの搬送波を決定するための解析を示している。
【0026】
図3は、図4に示されている結果を発生するために使用される増幅器伝達曲線を示すグラフである。TWT伝達曲線(“単一搬送波Pout (dB)”のラベルを付けられた)は、ヒューズエレクトロニクス社の電子ダイナミックス部門により生成された増幅器の典型的な曲線であり、限定された曲線(“制限された単一搬送波Pout (dB)”のラベルを付けられた)は増幅器の単一搬送波飽和点より10dB低いレベルに設定された仮想上の完全なリミタである。“ダイナミックに制限されたPout ”のラベルを付けられた曲線は、ダイナミックリミタによって曲線をさらに高い入力駆動レベルにシフトすることによって生成される。
【0027】
図4は、制限された場合および制限されていない両者に対して計算されたC/3IMを示すグラフである。制限された場合において、単一搬送波飽和点に関する搬送波当り−16dBの入力駆動レベルに対してC/3IMの劣化が観察される。これはリミタ設定点より6dB低く、それによって予測される6dB要求が確認される。ダイナミックに制限された曲線を使用した場合、C/3IMは制限されたパワーレベルで一定のままである。
【0028】
図5乃至7は、多搬送波信号の例である。図5は、余弦関数によって変調された正弦波の特性形状を有する2つの搬送波複合信号を示す。これは、図4に示されている解析において使用されたものに類似した信号のグラフ表示である。図5に示されている波形は、信号のピークがその平均値より著しく高いことを示している。
【0029】
図6は、異なった数のトーンを有する多搬送波信号に対するRMS電界に対するピークの比較を示すグラフである。2つの搬送波に対するピーク対RMS比は2であり、パワー比は20・Log(Epeak/ERMS )または6dBである。この比は、搬送波の数が増えるにつれて大きくなる。プロット602 はコヒーレントにフェーズされた(最悪の)場合に対するピーク対RMS電界を示し、この場合ピーク対RMS電界比は(2N)1/2 である。プロット604 はランダムにフェーズされた場合に対するピーク対RMS電界を示す。この結果は、1.74ln(ln(11.6・N))によって表されるラインに適合された曲線であることができる。プロット606 はゼロにされたフェーズ(最良)の場合を示す。
【0030】
図7は、8つの搬送波信号を時間的に表したグラフを示している。信号の比較的低い平均レベルがそうであるように、短期間にわたる高いピークは容易に観察される。
[入力駆動リミタ動作]
平均パワーはTWT設計を駆動するものである。一般に、高い平均パワーによるTWTに対する損傷に対する熱時定数は、ミリ秒の程度である。一般に、TWT熱時定数のために、ミリ秒程度の期間にわたる過度の平均パワーは永続的なTWT損傷を与えるのに十分である。同時に、信号ピーク(およびしたがってピークパワー)は、歪みを生じることなく通過しなければならない。このような信号ピークは一般に増幅されるマイクロ波信号に基づいた回数に対して存在し、一般にナノ秒以下の程度である。時定数におけるこの大きい分離のために、短い時間尺度で波形を劣化させずに、遅い応答特性を有するTWTを保護することのできる回路の可能性が生まれる。
【0031】
図8は、このような回路を構成する入力駆動リミタ100 のブロック図を示している。入力駆動リミタ100 は、無線周波数(RF)入力信号102 と連絡している検出器106 および減衰器108 を含んでいる。入力信号102 は、不飽和領域において増幅器110 から得られた出力信号112 の線形性を増加させるために予め歪みを与えられた線形化装置104 と連絡しているチャンネル前置増幅器103 を含む信号予備調整装置105 によって随意に調整されてもよい。検出器106 は入力信号102 から検出器信号107 をダイナミックに生成し、これは入力信号102 の平均パワーに比例し、実質的に入力信号102 のピークパワーとは無関係である。検出器は、検出器信号107 を減衰器108 に供給する。検出器信号107 は、ここに記載した目的のために信号調整装置109 を介して減衰器108 に随意に供給される。
【0032】
増幅器110 はRF周波数で出力信号112 を供給し、進行波管114 およびパワー調整装置116 を含んでいる。パワー調整装置116 は、進行波管114 に高電圧入力を供給し、別の素子に電源電圧を供給する。
【0033】
一般に、入力信号102 と検出器信号107 との間の理想的な関係は、線形比例関係である。すなわち、検出器信号107 は入力信号102 に線形に比例する。しかしながら、入力信号102 の平均パワーと検出器信号との間の比例は理想的には線形であるが、入力信号102 と検出器信号107 との間の線形比例は本発明を実施するのに必要ないことに注意すべきである。たとえば、設計選択の問題として後述する減衰器108 の説明によると、入力信号102 と検出器信号107 との間の非線形比例は、任意のこのような非線形性を説明するように減衰器108 を適切に設計することによって明らかにされることができる。
【0034】
図9は、入力駆動リミタ100 の1実施形態を示している。この実施形態に示されているように、検出器106 は電流整流器202 およびローパスフィルタ204 を含んでいる。示されている実施形態では、電流整流器202 は、入力信号源203 によって供給される入力信号102 と連絡している陽極207 と、ローパスフィルタ204 に結合された陰極209 とを備えているダイオード206 を含んでいる。電流整流器202 は、交流(AC)入力信号102 を半波整流された(時間の全ての値に対して正の)信号に変換する。この信号がローパスフィルタ204 によってローパスフィルタされた場合、入力信号102 の平均パワーに比例した検出器信号107 が生成される。電流整流器202 は、類似の機能を有する別の回路素子によって置換可能であることに注意すべきである。たとえば、所望ならば、全波整流信号を生成するために4個のダイオードを使用した2方向または4方向ブリッジを構成することができる。
【0035】
ローパスフィルタ204 は、並列に結合されたローパスフィルタ抵抗のような抵抗素子208 およびローパスフィルタキャパシタのような容量素子210 を含んでいる。そのように結合されているため、ローパスフィルタ204 は、検出器信号207 が1/RCの1次の時定数関係にしたがってダイオード206 からの整流された信号を遅延する回路を構成する。
【0036】
いくつかの状況において、多数の次数の時定数を有するローパスフィルタ204 のネットワークが好ましい。この選択は、入力信号102 の平均パワー変化とピークパワーパルスとの間の持続期間関係に依存する。したがって、設計選択の問題であるローパスフィルタは、入力信号の急峻な濾波を示すように設計されることができる。
【0037】
1実施形態では、検出器信号107 は直接減衰器108 へ送られ、減衰器108 は検出器信号にしたがって入力信号をダイナミックに減衰する。別の実施形態では、検出器信号107 は信号調整装置212 を通過し、信号調整装置212 は検出器信号107 と減衰器108 との間の利得関係を構成する。例えば検出器106 が減衰器回路を適切に駆動するのに必要な信号電圧を提供できないならば、信号調整装置は信号の利得を調節するか、減衰器回路の入力インピーダンスを整合するようにインピーダンスの変化を与えることができる。所望ならば、信号調整装置212 はまた付加的なローまたはハイパス濾波を実行でき、それによって減衰器に入る信号のダイナミック特性は増幅器110 の平均パワーを予め選択されたまたはダイナミックに決定された値に限定し、それによって信号ピークの適切な通過を許容しながらダメージを防止する。
【0038】
1実施形態では、減衰器108 は入力信号102 を接地226 へ電気的に結合するシャントリミタ装置を構成している。シャントリミタ装置は電界効果トランジスタ(FET)214 を具備できる。図示の実施形態では、FET 214は検出器信号107 が供給される(前述したように信号調整装置212 により選択的に処理されてもよい)ゲート216 を具備している。FET 214はまた入力信号102 を供給されるソース218 と、接地226 と接続されているドレインを具備している。1実施形態では、FET 214は強化されたFETであり、したがってゲート216 上のゼロ電圧は入力信号102 の接地電位への分路がないことを確実にするのに適している。強化されたFETは平均パワー検出器回路により与えられたゲート電圧を有する電圧制御シャントリミタとして使用される。結果として回路の減衰は平均パワー入力に依存する。代わりに、他のタイプのFET 214は、入力信号102 が適切な時間に適切な量をシャントされ説明した平均パワー限定機能を行うことを確実にするため、(例えば信号調整装置を使用して)これらが適切にバイアスされる限り使用されることができる。
【0039】
コンポーネントの適切な選択により、短い期間のピークパワーは減衰なしで通過するように低速度の応答時間を有するリミタが実現され、所望の動作点を超えないように平均パワーが限定される。この方法で、ダイナミック利得および位相応答はリミタにより影響を受けず、それ故、相互変調歪は増加されないが、静止利得および位相応答はTWT 114の保護手段を与えるリミタにより変更される。使用されるこのリミタにより、上方レベルがTWT 114への平均入力駆動に設定される。
【0040】
図10は、本発明の1実施形態の実行に使用されているプロセスステップを示したフローチャートである。第1に、ブロック302 で示されているように、入力信号102 の平均パワーに比例した値は入力信号102 のピークパワーと実質的に無関係に決定される。この決定は時間変化する入力信号102 の測定に基づいており、本質的にダイナミックである。重要なことは、入力信号と前述の値との関係はこの明細書の最初に説明したように線形に比例する必要はない。さらに、値は実質上入力信号102 のピークパワーと無関係であるが、入力信号102 とピークパワーの幾つかの残留関係が許容される。例えば、前述の説明で示されている実施形態では、前述の動作は電流整流装置202 と1次ローパスフィルタ204 を使用して行われ、これは入力信号102 のピークを実質上減衰するが、これらを完全には除去しない。したがって、本発明は検出器信号107 に含まれる短期間のピークの幾らかの残された徴候(manifestation )で実施されてもよい。先に決定された値はここで説明した本発明の目的、すなわち通常入力信号ピークの線形の通過を許容しながら平均パワー出力を限定するのに必要であるので、入力信号102 のピークパワーと無関係であることだけを必要とする。
【0041】
次に、ブロック304 で示されているように、入力信号102 は先に生成された値にしたがってダイナミックに減衰される。ダイナミックに減衰された入力信号102 はその後増幅器110 へ与えられる。
【0042】
図11は、ダイナミックに値を決定し、入力信号102 を減衰する前述の動作を示したフローチャートである。ブロック402 および404 に示されているように、入力信号は整流され、検出器信号107 を発生するようにローパスフィルタで濾波される。その後検出器信号107 は整流され、ローパスフィルタで濾波された入力信号にしたがってシャントされる。
【0043】
以下の表1は図9で示されているものと類似するコンピュータモデル回路を使用した初期解析結果を示している。
入力 Vdet gate Vs Vload 減衰
1Asin(at)cos(bt) 1.2 -2 0.2V 0.2V 0
2Asin(ωt 1.5 -1 0.2V <75mV 8.5dB
検出器と減衰器回路は別々にモデル化された。モデル化された2つのケースは(1)低損失で通過しなければならない2搬送波複素数信号と、(2)少なくとも3dBだけ減衰されなければならない同一のピーク振幅を有する1つの搬送波信号であった。表1で示されているように、検出器信号107 の電圧は、さらに高い平均パワー信号が存在するとき約0.3ボルトまたは約25%の増加を示している。この電圧は単独ではFET 214を所望の伝導レベルまで駆動するのに十分ではなく、増幅器のような信号調整装置212 がFET 214のゲート216 を駆動するため3ボルトレベルの増加を行うために使用された。さらに高い平均パワー信号が存在するとき、FET 214は導電状態になるように駆動され、8.5dBの減衰が与えられる。信号調整装置212 の調節により、任意の所望の減衰特性が与えられる。
[結論]
本発明の好ましい実施形態の説明を完結する。要約すると、本発明は増幅器のピークパワー出力を制限せずに増幅器の平均パワー出力を制限する方法および装置を開示している。
【0044】
この方法は、増幅器入力信号の平均パワーに比例した値を、増幅器入力信号のピークパワーと実質的に無関係にダイナミックに決定し、その値にしたがって増幅器入力信号をダイナミックに減衰し、ダイナミックに減衰された増幅器入力信号を増幅器へ提供して増幅器出力信号を発生するステップを有する。
【0045】
この装置は、入力信号の平均パワーに比例した検出器信号を、入力信号のピークパワーと実質的に無関係にダイナミックに発生する検出器と、その検出器信号にしたがって入力信号をダイナミックに減衰するために検出器および増幅器に接続された減衰器とを具備している。
【0046】
本発明は特に線形化された衛星用進行波管システムに応用可能である。多数のシステムは、増幅器が線形性を得るために出力バックオフで動作することを必要とし、典型的な出力バックオフの要求は3dB以上である。残念ながら、誤った状況のために、増幅器が十分に飽和された出力パワーへ駆動される時間が存在し、それ故増幅器はこのパワーを処理することができなければならない。本発明はこの要求を除去し、それによって増幅器はさらに高い誤状況ではなく必要な動作パワーだけを処理しさえすればよい。これにより結果的に増幅器の複雑性を減少し(さらに廉価で進行波管システムの製造を可能にする)、動作点で増幅器をさらに最適にする能力(性能を増加する)を生じる。
【0047】
本発明の好ましい実施形態の前述の説明は例示および説明のために与えられた。これは本発明を説明した形態に完全に正確に限定することを意図するものではない。多数の変形および変更が前述の説明を考慮して可能である。例えば平均パワーとピークパワーとの関係はデータ信号で使用される複数の搬送波の少なくとも部分的な関数であるので、前述の本発明は信号で使用される複数のキャリアを決定し、時定数または信号調整装置または検出器/信号調整装置の組合わせの他のダイナミック特性を設定するためにこの決定を使用することによって実施されてもよい。これは(キャパシタ210 または抵抗208 のような)可変特性を有するコンポーネントを使用し、適切な特性を有する幾つかのコンポーネントのうちの1つを切換えることによって実行されることができる。また、本発明により行われる信号調整はコンピュータまたはその他のプロセッサにより実行されることができ、デジタル濾波を行う命令を実行することも考えられる。
【0048】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって限定され、詳細な説明によっては限定されない。前述の明細書の実施形態およびデータは、本発明の構成および製造の完全な説明と使用を与えている。本発明の多数の実施形態は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われることができるので、本発明は特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 相互変調積とTWT伝達関数の線形性との関係を示した図。
【図2】 理想的なTWT増幅器の伝達関数と実世界のTWT増幅器特性とを比較したグラフ。
【図3】 搬送波と3次相互変調積レベルとの関係(C/3IM)の解析に使用された伝送曲線のグラフ。
【図4】 図3で示されている伝送曲線に対する搬送波と3次相互変調積レベルとの関係(C/3IM)のグラフ。
【図5】 2搬送波の複素数信号のグラフ。
【図6】 異なる数のトーンを有する多搬送波信号のピークと二乗平均平方根(RMS)電界強度とを比較したグラフ。
【図7】 時間における8搬送波信号のグラフ表示図。
【図8】 入力駆動リミタを使用している線形進行波管増幅器のトップレベル表示を示したブロック図。
【図9】 入力駆動リミタの1実施形態を示した概略図。
【図10】 本発明の1実施形態の実行に使用されているプロセスステップを示したフローチャート。
【図11】 入力信号の平均パワーを検出し、それを使用して平均パワーを限定するために使用されるプロセスステップを示したフローチャート。

Claims (8)

  1. 進行波管増幅器システムへの入力信号(102)の平均パワーに比例し、進行波管増幅器システムへの入力信号のピークパワーから実質的に独立している検出器信号(107)をダイナミックに生成する検出器(106)と、
    検出器信号(107)にしたがって進行波管増幅器システムへの入力信号(102)をダイナミックに減衰する、検出器(106)および増幅器(110)と連絡している減衰器(108)とを具備している進行波管増幅器システム。
  2. 検出器(106)は、ローパスフィルタ(204)に直列に結合された電流整流器(202)を含んでいる請求項1記載のシステム。
  3. ローパスフィルタ(204)は、少くとも1つの容量素子(210)に並列に結合された少くとも1つの抵抗素子(208)を含んでいる請求項1または2記載のシステム。
  4. 抵抗素子(208)の抵抗と容量素子(210)のキャパシタンスは、検出器の応答時間を実質的に10マイクロ秒より長い期間に制限するように選択される請求項3記載のシステム。
  5. 減衰器(108)は、検出器信号(107)にしたがって進行波管増幅器システムへの入力信号を接地に電気的に結合するシャントリミタを含んでいる請求項1または2または3または4記載のシステム。
  6. シャントリミタは、検出器信号(107)が結合されるゲート(216)および接地電位(226)に接続されているソース(220)を備えた電界効果トランジスタ(FET)(214)を含んでいる請求項5記載のシステム。
  7. 進行波管増幅器システムへの入力信号(102)の平均パワーに比例し、進行波管増幅器システムへの入力信号(102)のピークパワーから実質的に独立している値をダイナミックに決定し、
    この値にしたがって進行波管増幅器システムへの入力信号(102)をダイナミックに減衰し、
    ダイナミックに減衰された入力信号を進行波管増幅器(110)に供給して、出力信号を生成するステップを含んでいる進行波管増幅器システムへの入力信号(102)の処理方法。
  8. 進行波管増幅器システムへの入力信号(102)の平均パワーに比例し、進行波管増幅器システムへの入力信号(102)のピークパワーから実質的に独立している値を決定するステップは、
    進行波管増幅器システムへの入力信号(102)を整流し、
    整流された入力信号(102)をローパスフィルタで濾波するステップを含んでいる請求項7記載の方法。
JP2000613072A 1999-04-21 2000-04-19 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器 Expired - Lifetime JP4001719B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/295,720 1999-04-21
US09/295,720 US6369648B1 (en) 1999-04-21 1999-04-21 Linear traveling wave tube amplifier utilizing input drive limiter for optimization
PCT/US2000/010507 WO2000064047A1 (en) 1999-04-21 2000-04-19 Linear traveling wave tube amplifier utilizing input drive limiter for optimization

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005161547A Division JP2005295597A (ja) 1999-04-21 2005-06-01 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002542704A JP2002542704A (ja) 2002-12-10
JP4001719B2 true JP4001719B2 (ja) 2007-10-31

Family

ID=23138955

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000613072A Expired - Lifetime JP4001719B2 (ja) 1999-04-21 2000-04-19 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器
JP2005161547A Withdrawn JP2005295597A (ja) 1999-04-21 2005-06-01 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005161547A Withdrawn JP2005295597A (ja) 1999-04-21 2005-06-01 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6369648B1 (ja)
EP (1) EP1090457B9 (ja)
JP (2) JP4001719B2 (ja)
CA (1) CA2342155C (ja)
DE (1) DE60025479T2 (ja)
WO (1) WO2000064047A1 (ja)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6754287B2 (en) * 2001-03-21 2004-06-22 Skyworks Solutions, Inc. Method and apparatus for producing a modulated signal
US7483505B2 (en) * 2001-04-27 2009-01-27 The Directv Group, Inc. Unblind equalizer architecture for digital communication systems
US8005035B2 (en) * 2001-04-27 2011-08-23 The Directv Group, Inc. Online output multiplexer filter measurement
US7502430B2 (en) * 2001-04-27 2009-03-10 The Directv Group, Inc. Coherent averaging for measuring traveling wave tube amplifier nonlinearity
US7173981B1 (en) * 2001-04-27 2007-02-06 The Directv Group, Inc. Dual layer signal processing in a layered modulation digital signal system
US7423987B2 (en) * 2001-04-27 2008-09-09 The Directv Group, Inc. Feeder link configurations to support layered modulation for digital signals
WO2004040406A2 (en) * 2001-04-27 2004-05-13 The Directv Group, Inc. Estimating the operating point on a nonlinear traveling wave tube amplifier
US7209524B2 (en) * 2001-04-27 2007-04-24 The Directv Group, Inc. Layered modulation for digital signals
US7471735B2 (en) * 2001-04-27 2008-12-30 The Directv Group, Inc. Maximizing power and spectral efficiencies for layered and conventional modulations
US7245671B1 (en) * 2001-04-27 2007-07-17 The Directv Group, Inc. Preprocessing signal layers in a layered modulation digital signal system to use legacy receivers
US7639759B2 (en) * 2001-04-27 2009-12-29 The Directv Group, Inc. Carrier to noise ratio estimations from a received signal
US7184489B2 (en) * 2001-04-27 2007-02-27 The Directv Group, Inc. Optimization technique for layered modulation
US7778365B2 (en) * 2001-04-27 2010-08-17 The Directv Group, Inc. Satellite TWTA on-line non-linearity measurement
US7583728B2 (en) * 2002-10-25 2009-09-01 The Directv Group, Inc. Equalizers for layered modulated and other signals
US7822154B2 (en) * 2001-04-27 2010-10-26 The Directv Group, Inc. Signal, interference and noise power measurement
IL145110A0 (en) * 2001-08-24 2002-06-30 Phone Or Ltd Optical microphone noise suppression system
AR040366A1 (es) * 2002-07-01 2005-03-30 Hughes Electronics Corp Mejora del rendimiento de la modulacion jerarquica por desplazamiento de ocho fases (8psk)
WO2004006455A1 (en) * 2002-07-03 2004-01-15 The Directv Group, Inc. Method and apparatus for layered modulation
US7529312B2 (en) * 2002-10-25 2009-05-05 The Directv Group, Inc. Layered modulation for terrestrial ATSC applications
AU2003301717A1 (en) * 2002-10-25 2004-05-25 The Directv Group, Inc. Lower complexity layered modulation signal processor
EP1563601B1 (en) * 2002-10-25 2010-03-17 The Directv Group, Inc. Estimating the operating point on a nonlinear traveling wave tube amplifier
US7474710B2 (en) * 2002-10-25 2009-01-06 The Directv Group, Inc. Amplitude and phase matching for layered modulation reception
FR2846812B1 (fr) * 2002-11-05 2005-01-28 Eads Defence & Security Ntwk Perfectionnement aux procedes et dispositifs d'apprentissage d'un dispositif de linearisation d'un amplificateur rf
FR2846813B1 (fr) * 2002-11-05 2005-01-28 Eads Defence & Security Ntwk Procede et dispositif d'apprentissage d'un dispositif de linearisation d'un amplificateur rf, et terminal mobile incorporant un tel dispositif
FI115935B (fi) * 2003-02-25 2005-08-15 Nokia Corp Menetelmä ja laite tehovahvistimen ominaisuuksien säätämiseksi
US6747484B1 (en) * 2003-04-22 2004-06-08 Raytheon Company Radio frequency limiter circuit
US7502429B2 (en) * 2003-10-10 2009-03-10 The Directv Group, Inc. Equalization for traveling wave tube amplifier nonlinearity measurements
US20060039498A1 (en) * 2004-08-19 2006-02-23 De Figueiredo Rui J P Pre-distorter for orthogonal frequency division multiplexing systems and method of operating the same
US7400200B2 (en) * 2006-03-17 2008-07-15 Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd Linear variable gain traveling wave amplifier
CN101969298B (zh) * 2010-09-30 2012-09-26 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 宽带大功率行波管放大器
US8958184B2 (en) * 2010-12-28 2015-02-17 Infineon Technologies Ag ESD protection devices and methods
FR3013536B1 (fr) * 2013-11-18 2016-01-01 Thales Sa Limiteur de puissance radiofrequence ameliore; chaine d'emission et/ou de reception radiofrequence et etage d'amplification faible bruit associes 
GB201518859D0 (en) * 2015-10-23 2015-12-09 Airbus Defence & Space Ltd High-efficiency amplifier

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4066965A (en) 1976-09-28 1978-01-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy RF GTWT Saturating circuit
US4220929A (en) * 1978-12-26 1980-09-02 Dbx, Inc. Signal expander
US4398157A (en) 1981-01-29 1983-08-09 Rca Corporation Signal expander/compressor with adaptive control circuit
US4691173A (en) 1985-05-31 1987-09-01 Hughes Aircraft Company RF input drive saturation control loop
US5622939A (en) 1992-08-21 1997-04-22 Alpha-Beta Technology, Inc. Glucan preparation
US5177453A (en) * 1991-07-01 1993-01-05 Raytheon Company Gain control amplifier
US5633939A (en) * 1993-12-20 1997-05-27 Fujitsu Limited Compander circuit
US5631968A (en) 1995-06-06 1997-05-20 Analog Devices, Inc. Signal conditioning circuit for compressing audio signals
US5999047A (en) * 1996-11-25 1999-12-07 Space Systems/Loral, Inc. Linearizer for use with RF power amplifiers
US5789978A (en) * 1996-11-25 1998-08-04 Space Systems/Loral, Inc. Ku-band linearizer bridge

Also Published As

Publication number Publication date
DE60025479D1 (de) 2006-04-06
JP2005295597A (ja) 2005-10-20
CA2342155C (en) 2005-03-22
US6369648B1 (en) 2002-04-09
EP1090457B1 (en) 2006-01-11
EP1090457B9 (en) 2006-06-28
EP1090457A1 (en) 2001-04-11
JP2002542704A (ja) 2002-12-10
WO2000064047A1 (en) 2000-10-26
DE60025479T2 (de) 2006-09-28
CA2342155A1 (en) 2000-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4001719B2 (ja) 最適化するために入力駆動リミタを使用する線形進行波管増幅器
US6809587B2 (en) Active predistorting linearizer with agile bypass circuit for safe mode operation
EP1042864B1 (en) Method and apparatus for wideband predistortion linearization
US6639466B2 (en) Amplifier bias adjustment circuit to maintain high-output third-order intermodulation distortion performance
US6639464B2 (en) Composite amplifier
US7092683B2 (en) Transmission circuit
US8299852B2 (en) Method and apparatus for a gain control circuit via a high frequency signal
WO2000041296A1 (en) Method and apparatus for operating a radio-frequency power amplifier as a variable-class linear amplifier
EP2164170A1 (en) Self-adjusting gate bias network for field effect transistors
EP1166435A1 (en) Non-linear distortion generator
US7064613B2 (en) Amplifier bias system and method
JP4319681B2 (ja) リニアライザ
WO2004006428A1 (en) Inline presistortion for both cso and ctb correction
JPH0785523B2 (ja) 非線形歪補償回路
JP2792436B2 (ja) 高周波出力増幅器
US8963608B1 (en) Peak-to-peak average power ratio reduction and intermodulation distortion pre-suppression using open-loop signal processing
KR100976863B1 (ko) 전력 증폭기의 비선형 왜곡 보상 장치 및 방법
EP1050957A2 (en) Amplifier system for digitally modulated RF signals having adjacent sideband distortion reduction
KR100623353B1 (ko) 전치 보상 송신 장치 및 전치 보상 송신 기능을 갖는휴대용 단말기
JP2013055449A (ja) Eet電力増幅装置
JP4181828B2 (ja) Pinダイオード減衰器駆動回路
US5892401A (en) Solid state power amplifier with low distortion noise protection limiter
JPH0523612U (ja) 電力増幅器の直線性補償回路
JP3027433B2 (ja) 無線装置の変調出力モニタ回路
KR20010059650A (ko) 과전력 경보를 막기 위한 고전력 증폭기

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040224

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20040524

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20040607

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040820

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050601

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050712

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060310

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070815

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4001719

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term