JP4286708B2 - マイクロ波電力送信機 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロ波を大電力で送信するマイクロ波電力送信機に関し、特にマイクロ波電力送信機を小型化する技術に関する。

従来、マイクロ波を電力増幅器で大電力に増幅し、アンテナを介して外部に送信するマイクロ波電力送信機が知られている。このマイクロ波電力送信機では、電力増幅器の出力がアンテナの負荷特性に整合しない、つまりインピーダンス不整合であるとアンテナから反射波が発生し、この反射波の電力が大きいとマイクロ波電力送信機に不具合が発生する場合がある。

このような問題を解消するものとして、従来、電力増幅器の出力側から反射されてくる大きな逆方向電力による電力増幅器の損傷を未然に防止する高出力増幅器用保護回路が知られている（特許文献１参照）。この高出力増幅器用保護回路では、電力増幅器から出力された大電力のマイクロ波信号が出力側で反射されてきた場合に、方向性結合器と検波器とから成る逆方向電力検波回路によって逆方向の反射波が検波される。そして、この検波によって得られた信号レベルが最大許容レベルを超えた場合に電力増幅器への電源供給を停止する。この構成によれば、大電力の反射波が電力増幅器に戻ることがないので、電力増幅器を破壊から保護できる。また、大電力に耐え得る大型の終端器を使用する必要がないので、小型化が可能である。

なお、関連する技術として、受信機保護用のダイオードリミッタの動作を監視して送信電力の反射による受信機の破損を保護する受信機保護回路が知られている（特許文献２参照）。この受信機保護回路は、受信機保護用のダイオードリミッタの検波電圧を検出し、レベルコンパレータで正常／異常の判定を行ない、送信機の動作を制御して送信出力を下げる。レベルコンパレータは反射波の電力が過大な場合と定常の場合の両方についてダイオードリミッタ検波電圧を判定する。この構成により、ダイオードリミッタの良否判定が常時行われるので高い信頼性が得られる。また、反射波の電力が過大である場合には受信機が保護される。

特開平５−２８３９４２号公報 実開平５−４３６３３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の高出力増幅器用保護回路では、電力増幅器の出力が方向性結合器を介してアンテナ端子に直接に接続されるため負荷特性を良好に保つことが困難であり、安定な動作を確保できないという問題がある。また、反射波の電力を検出するために方向性結合器を用いているので、装置の大型化が避けられず、寸法制限のある筐体等に組み込むことができない場合が生じるという問題もある。

この発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、安定な動作を確保しつつ小型化が可能なマイクロ波電力送信機を提供することを目的とする。

この発明に係るマイクロ波電力送信機は、送信信号を出力する送信部と、送信部から出力される送信信号を大電力の送信信号に増幅する電力増幅器と、電力増幅器の出力をアンテナ端子に送るとともに該アンテナ端子から送られてくる反射波を反射波端子に出力するサーキュレータと、サーキュレータの反射波端子から出力される反射波を終端する終端器と、サーキュレータの反射波端子から終端器に送られる反射波を検波するプローブ型検波器と、プローブ型検波器でアンテナ端子にアンテナが接続されていない又はアンテナに異常が生じていることにより、アンテナ端子からサーキュレータに向けて送られる反射波を検波することにより得られた検波信号のレベルが所定の閾値以上である場合に送信部の出力を停止させる制御回路とを備えているものである。

この発明に係るマイクロ波電力送信機は、送信信号を出力する送信部と、送信部から出力される送信信号を大電力の送信信号に増幅する電力増幅器と、電力増幅器に電源を供給する電源回路と、電力増幅器の出力をアンテナ端子に送るとともに該アンテナ端子から送られてくる反射波を反射波端子に出力するサーキュレータと、サーキュレータの反射波端子から出力される反射波を終端する終端器とサーキュレータの反射波端子から終端器に送られる反射波を検波するプローブ型検波器と、プローブ型検波器でアンテナ端子にアンテナが接続されていない又はアンテナに異常が生じていることにより、アンテナ端子からサーキュレータに向けて送られる反射波を検波することにより得られた検波信号のレベルが所定の閾値以上である場合に電源回路から電力増幅器への電源の供給を停止させる制御回路とを備えているものである。

この発明によれば、従来の技術の欄で説明した高出力増幅器用保護回路のように、電力増幅器の出力側に方向性結合器を配置していないので、負荷特性を良好に保つことができ、安定な動作を確保できる。また、電力増幅器の出力側に設けられた方向性結合器と検波器とから成る逆方向電力検波回路で反射波の大きさを検出する代わりに、アンテナ端子からの反射波をサーキュレータで取り出し、これをプローブ型検波器で検波して反射波の大きさを検出するようにしたので、反射波の大きさを検出するための構造の小型化が可能になり、マイクロ波電力送信機の全体を小型化することができる。

この発明によれば、上述した第１の発明に係るマイクロ波電力送信機と同様の理由により、マイクロ波電力送信機の安定な動作を確保できるとともに、マイクロ波電力送信機の全体を小型化することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機は、反射波の電力が大きい場合に送信部から電力増幅器に送る送信信号を停止するようにしたものである。

図１は、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機の構成を示すブロック図である。このマイクロ波電力送信機は、送信部１、電力増幅器２、サーキュレータ３、アンテナ端子４、プローブ型検波器５、終端器６および制御回路７から構成されている。アンテナ端子４にはアンテナ（図示しない）が接続される。

送信部１は、送信信号を生成する。この送信部１で生成された送信信号は、制御回路７から送信停止信号が来ていなければ、電力増幅器２に送られる。

電力増幅器２は、送信部１から送られてきた送信信号を大電力の送信信号に増幅する。この電力増幅器２で増幅することにより得られた大電力の送信信号は、サーキュレータに送られる。

サーキュレータ３は、電力増幅器２から送られてくる送信信号をアンテナ端子４に送ると同時に、アンテナ端子４から送られてくる反射波を反射波端子Ｒｆに出力する。この反射波端子ＲＦに出力された反射波は終端器６に送られる。

プローブ型検波器５は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから出力されて終端器６に至る反射波を検波し、該反射波のレベルに応じた検波信号を生成する。このプローブ型検波器５で生成された検波信号は制御回路７に送られる。

終端器６は、例えば抵抗素子を収容したコネクタから構成されており、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから送られてくる反射波を吸収する。この吸収された反射波の電力は熱として放散される。この終端器６により、インピーダンスの整合がとられて反射の発生が抑止される。終端器６の外形は、一般に、吸収可能な電力を表す電力容量にほぼ比例して大きくなる。この実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機においては、終端器６の外形は、プローブ型検波器５で検波することにより得られる検波信号のレベルが所定の閾値未満である反射波の電力を吸収するのに十分な大きさを有するように決定される。

制御回路７は、プローブ型検波器５から送られてくる検波信号のレベルが所定の閾値以上である場合に送信停止信号を生成する。所定の閾値は、終端器６で吸収可能な反射波の電力の大きさを表す許容レベルに設定されている。この制御回路７で生成された送信停止信号は、上述したように、制御回路７に送られる。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機の動作を説明する。

送信部１は、制御回路７からの送信停止信号が来ていなければ、内部で生成した送信信号を電力増幅器２に送る。電力増幅器２は、送信部１からの送信信号を大電力の送信信号に増幅してサーキュレータ３に送る。サーキュレータ３は、電力増幅器２からの送信信号をアンテナ端子４に供給する。

ここで、アンテナ端子４にアンテナが接続されていなかったりアンテナに異常が生じていたりすると、アンテナ端子４からサーキュレータ３に向けて反射波が発生する。この反射波は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから終端器６に送られる。プローブ型検波器５は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから終端器６に送られる反射波を検波し検波信号を生成し、制御回路７に送る。

制御回路７は、プローブ型検波器５から受け取った検波信号のレベルが所定の閾値以上であるかどうかを調べ、所定の閾値以上であると判定した場合に送信停止信号を生成して送信部１に送る。これにより、送信部１は、この送信停止信号に応答して、送信信号の出力を停止する。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機によれば、送信部１が送信信号を出力してから送信停止信号が送信部１にフィードバックされるまでの時間は１ミリ秒程度である。したがって、反射波の電力が終端器６で吸収できない大きさを有する時は、送信部１からの送信信号の出力を迅速に停止できるので、終端器６の温度は殆ど上昇しない。また、送信部１からの送信信号の出力が停止された場合は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから終端器６に送られてくる反射波の電力は非常に小さくなるので、終端部６の電力容量を１／１００〜１／１０程度にすることができる。その結果、終端器６の外形を著しく小型化できる。

また、制御回路７において判定に使用される所定の閾値は、終端器６の許容レベルに設定されているので、反射波の電力が許容レベルを超えた場合に送信部１からの送信信号の出力が直ちに停止され、終端器６および電力増幅器２を保護することができる。

また、プローブ型検波器５は、方向性結合器を用いた検波器のような方向性を有しないので反射波と送信波とを区別することはできないが、この実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機では、プローブ型検波器５をサーキュレータ３と組合せて使用することにより反射波のみを検出するように構成されている。このプローブ型検波器５は、アイソレーション端子を有しないため、方向性結合器を用いた検波器に比べて外形を非常に小型化できる。その結果、終端器６の小型化と相俟って、マイクロ波電力送信機の全体を小型化できるので、寸法制限のある筐体等に組み込むことも可能になる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るマイクロ波電力送信機は、反射波の電力が大きい場合に電力増幅器の電源を遮断するようにしたものである。

図２は、この発明の実施の形態２に係るマイクロ波電力送信機の構成を示すブロック図である。以下では、実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

このマイクロ波電力送信機は、実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機に電源回路８が追加されて構成されている。そして、制御回路７は、送信停止信号を電源回路８に送るように変更されている。電源回路８は、制御回路７から送信停止信号を受け取ると、電力増幅器２への電源供給を停止する。これにより、電力増幅器２からサーキュレータ３への大電力の送信信号の出力が停止される。

次に、上記のように構成される、この発明の実施の形態２に係るマイクロ波電力送信機の動作を説明する。

初期状態では、電源回路８から電力増幅器２に電源が供給されているものとする。まず、送信部１は、内部で生成した送信信号を電力増幅器２に送る。電力増幅器２は、送信部１からの送信信号を大電力の送信信号に増幅してサーキュレータ３に送る。サーキュレータ３は、電力増幅器２からの送信信号をアンテナ端子４に供給する。

ここで、アンテナ端子４にアンテナが接続されていなかったりアンテナに異常が生じていたりすると、アンテナ端子４からサーキュレータ３に向けて反射波が発生する。この反射波は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから終端器６に送られる。プローブ型検波器５は、サーキュレータ３の反射波端子Ｒｆから終端器６に送られる反射波を検波して検波信号を生成し、制御回路７に送る。

制御回路７は、プローブ型検波器５から受け取った検波信号のレベルが所定の閾値以上であるかどうかを調べ、所定の閾値以上であると判定した場合に送信停止信号を生成して電源回路８に送る。電源回路８は、この送信停止信号に応答して、電力増幅器２への電源供給を停止する。これにより、電力増幅器２からサーキュレータ３への大電力の送信信号の出力が停止される。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るマイクロ波電力送信機によれば、上述した実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機と同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るマイクロ波電力送信機の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係るマイクロ波電力送信機の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 送信部、２ 電力増幅器、３ サーキュレータ、４ アンテナ端子、５ プローブ型検波器、６ 終端器、７ 制御回路、８ 電源回路。

Claims (3)

1. 送信信号を出力する送信部と、
   前記送信部から出力される送信信号を大電力の送信信号に増幅する電力増幅器と、
   前記電力増幅器の出力をアンテナ端子に送るとともに該アンテナ端子から送られてくる反射波を反射波端子に出力するサーキュレータと、
   前記サーキュレータの反射波端子から出力される反射波を終端する終端器と、
   前記サーキュレータの反射波端子から前記終端器に送られる反射波を検波するプローブ型検波器と、
   前記プローブ型検波器で前記アンテナ端子にアンテナが接続されていない又はアンテナに異常が生じていることにより、前記アンテナ端子から前記サーキュレータに向けて送られる反射波を検波することにより得られた検波信号のレベルが所定の閾値以上である場合に前記送信部の出力を停止させる制御回路
   とを備えたマイクロ波電力送信機。
2. 送信信号を出力する送信部と、
   前記送信部から出力される送信信号を大電力の送信信号に増幅する電力増幅器と、
   前記電力増幅器に電源を供給する電源回路と、
   前記電力増幅器の出力をアンテナ端子に送るとともに該アンテナ端子から送られてくる反射波を反射波端子に出力するサーキュレータと、
   前記サーキュレータの反射波端子から出力される反射波を終端する終端器と、
   前記サーキュレータの反射波端子から前記終端器に送られる反射波を検波するプローブ型検波器と、
   前記プローブ型検波器で前記アンテナ端子にアンテナが接続されていない又はアンテナに異常が生じていることにより、前記アンテナ端子から前記サーキュレータに向けて送られる反射波を検波することにより得られた検波信号のレベルが所定の閾値以上である場合に前記電源回路から前記電力増幅器への電源の供給を停止させる制御回路
   とを備えたマイクロ波電力送信機。
3. 前記終端器の外形は、前記プローブ型検波器で検波することにより得られる検波信号のレベルが所定の閾値未満である反射波の電力を吸収するのに十分な大きさを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のマイクロ波電力送信機。

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