JP4572103B2 - 電力増幅器および電力増幅方法 - Google Patents

Description

本発明は電力増幅器に関し、特に入力信号を分岐して複数の増幅器系統で増幅した後に合成して出力信号を得る電力増幅器および電力増幅方法に関する。

微小（又は微弱）な信号を受けて、大きな電力で負荷を駆動するには電力増幅器を使用して所定の出力電力を得るのが一般的である。例えば、テレビジョン放送やラジオ放送における信号送信には、大な送信電力を必要とする。そこで、電力増幅器は、その用途に応じて種々のものが提案され且つ実用化されている。電力増幅器の中には、単一の増幅器系統によらず、複数の増幅器系統を備えるものがある。

斯かる複数の増幅器系統を使用する電力増幅器では、入力信号を分配器により分岐して複数の増幅器系統に入力して、増幅された信号を合成して必要とする電力の出力信号を得ている。各増幅器系統は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等により構成された増幅器を含んでいる。

上述の如く入力信号を分配器により分岐して複数の増幅器に入力して増幅し、これら複数の増幅器の出力信号を合成器で合成して最終出力信号とする電力増幅器は、周知であり幾つかの技術文献に開示されている。例えば、分岐された入力信号を複数の増幅器で増幅された後、単に合成器で合成するのみならず、制御部を備え、基準増幅器に合わせて他の増幅器の出力のアンバランスを補正する電力増幅器利得バランサー回路が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、同様にＮ個の増幅器の出力における進行波および反射波を方向性結合器で検出し、複数の増幅器に共通化した多重化レベル比較部および基準レベル調整部により順次各増幅器の制御部を制御する電力増幅装置のレベル監視装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

実開昭６２−１５８９１５号公報（第２−３頁、第１図） 特開平７−２６４１４６号公報（第３頁、第１図）

しかし、複数の増幅器を構成する、例えばＦＥＴ等の能動素子の特性は、均一ではなく比較的大きなばらつきがある。これら能動素子の特性のばらつきを自動的且つ同時に補正していないので、電力合成を簡単且つ効率的に行うことができないという課題を有する。

本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を克服又は軽減する電力増幅器および電力増幅方法を提供することを主たる目的とする。

前述の課題を解決するため本発明の電力増幅器および電力増幅方法は次のような特徴的な構成を採用している。

（１）入力信号を分岐して複数の増幅器系統に入力する電力分配器と、前記複数の増幅器系統の出力信号により当該各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御する制御部と、前記複数の増幅器系統により増幅された信号を合成して必要とする出力信号を得る電力合成器と、を備える電力増幅器であって、
前記制御部は、
前記各増幅器系統の出力信号をデジタル的に処理するアナログ・デジタル変換器と、
前記デジタル変換器においてデジタル的に処理された前記出力信号の平均値を求める平均値検出部と、
前記平均値検出部により求められた平均値を予め決められた固定値と比較する比較器と、
前記各増幅器系統の出力信号の出力電圧と前記アナログ・デジタル変換器の飽和電圧とに基づいて、当該アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かを検出するリミッタ検出器と、
前記リミッタ検出器の出力に応じて前記比較器の出力又は前記各増幅器系統に共通の固定データを選択し、当該選択された前記比較器の出力又は前記固定データを前記増幅器へ出力するセレクタと、を有する電力増幅器。

（２）前記電力合成器で合成される前記複数の増幅器系統の出力信号は、前記制御部により振幅および位相がそれぞれ等しくされる上記（１）の電力増幅器。

（３）入力信号を分岐して増幅する複数の増幅器系統により出力信号を増幅するステップと、前記複数の増幅器系統の出力信号により当該各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御するステップと、当該複数の増幅器系統により増幅された信号を合成して必要とする出力信号を得るステップと、を備える電力増幅方法であって、
前記各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御するステップは、
前記各増幅器系統の出力信号をデジタル的に処理し、
前記デジタル的に処理された前記出力信号の平均値を求め、
前記平均値と予め決められた固定値とを比較した比較結果を出力し、
前記各増幅器系統の出力信号の出力電圧と前記アナログ・デジタル変換器の飽和電圧とに基づいて、当該アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かを検出し、
前記アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かの検出結果に応じて、前記比較結果又は前記各増幅器系統に共通の固定データを選択し、当該選択された前記比較結果又は前記固定データを前記増幅器へ出力する電力増幅方法。

（４）前記デジタル的に処理された前記出力信号の平均値は、
当該出力信号のデジタルデータの絶対値を求め、当該絶対値をデジタル演算処理して求めることを特徴とする上記（３）の電力増幅方法。

本発明の電力増幅器および電力増幅方法によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、増幅器系統毎に制御しているので、高効率で電力合成が可能である。また、複数の増幅器系統を予め決められた基準値に基づき同時に自動制御可能である。更に、制御をデジタル処理により行うので、安定且つ迅速に行うことが可能である。

以下、本発明による電力増幅器および電力増幅方法の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１は、本発明による電力増幅器の好適実施例の全体構成を示す系統図又はブロック図である。この電力増幅器１０は、増幅される入力信号が入力される入力端子１１に接続された電力分配器１２、この電力分配器１２の出力側に接続された複数の増幅器系統（この特定実施例では２系統）１３Ａ、１３Ｂ、これら増幅器系統１３Ａ、１３Ｂの出力信号を合成する電力合成器１６、この電力合成器１６で合成された出力信号を出力する出力端子１７および各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂを制御する制御部（バイアス制御部）２０により構成される。

各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂは、例えばＦＥＴにより構成される増幅器１４を入力側に有し、更に出力側に分配器１５を含んでいる。そして、制御部２０は、これら分配器１５および増幅器１４の間に設けられ、後述する如く各増幅器１４のバイアス電圧を制御するように構成されている。

この制御部２０は、増幅器系統１３Ａおよび１３Ｂ毎に、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２１、絶対値検出部２２、平均値検出部２３、比較器２４、セレクタ２５、リミッタ検出器２８およびデジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）２９を備えている。また、比較器２４には、一方の入力端にはそれぞれの平均値検出部２３の出力が入力されると共に他方の入力端には固定値出力部２６から予め決められた固定値が入力されている。更に、セレクタ２５には、一方の入力端に比較器２４の出力信号が入力されると共に、他方の入力端にはリミッタ用固定データ２７が入力されている。リミッタ用固定データ２７は、出力したい固定データよりも小さい値であり、基準値２６よりも小さい値である。

次に、図１に示す電力増幅器１０の動作を説明する。入力端子１１に入力される入力信号を分配器１２にて分岐して複数の増幅器系統１３Ａ、１３Ｂに入力し、それぞれの増幅器１４にて増幅される。増幅された信号を増幅器系統１３Ａ、１３Ｂ毎に分配器１５にて分岐又は分波される。そして、一方は、そのまま電力合成器１６にて信号の合成されて出力端子１７から出力信号として出力され、他方の信号は、制御部２０、特にそのＡ／Ｄ２１に入力される。

制御部２０において、Ａ／Ｄ２１は、各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂの分配器１５で分岐された信号をデジタル変換する。Ａ／Ｄ２１にてデジタル変換されたデータは、絶対値検出部２２により絶対値変換される。また、平均値検出部２３は、絶対値検出部２２から出力される絶対値の平均値を計算する。比較器２４は、この平均値を固定値２６と比較する。

このとき、リミッタ検出器２８は、Ａ／Ｄ２１が飽和している否かを検出する。一般に、Ａ／Ｄの飽和電圧は、デバイスによって決まっているため、その範囲より大きい信号をリミッタ検出器によって検出する。セレクタ２５は、リミッタ検出器２８の出力に基づいて、固定値リミッタ用固定データ２７を出力するか、比較器２４からの比較結果である比較値を出力するかを選択する。セレクタ２５は、Ａ／Ｄが飽和しているため、得られたデータにて波形補正が出来ないために用いられ。Ｄ／Ａ２９は、セレクタ２５の出力をデジタル−アナログ変換して各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂの増幅器１４に入力し、そのバイアス電圧を可変すると共に各増幅器１４の増幅度も併せて制御する。その結果、各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂから同位相且つ同振幅の出力信号が得られる。これらの出力信号を合成することにより、高効率且つ無調整化（自動調整化）を実現している。

電力を分配して各増幅器系統毎に検波する。検波された信号をそれぞれデジタル処理し平均化したデータと固定値を比較することによってＦＥＴ等の増幅器におけるバイアス電圧を可変させることにより同振幅かつ同位相の出力を得て、その出力を合成することにより高効率かつ無調整な電力増幅器となる。

図２は、本発明による電力増幅器の動作を説明する動作波形図である。図２（Ａ）は、一方の増幅器系統１３Ａの出力波形を示す。図２（Ｂ）は、他方の増幅器系統１３Ｂの出力波形を示す。そして、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）および（Ｂ）に示す両出力波形の合成出力波形を示す。尚、図２（Ａ）〜（Ｃ）において、実線は本発明による電力増幅器の動作波形を示し、破線は従来の電力増幅器の動作波形を示している。

図２から明らかな如く、本発明の電力増幅器１０によると、各増幅器系統１３Ａ、１３Ｂの出力は、同位相且つ同振幅であるので、高精度且つ高効率の出力信号を得ることが可能である。

以上、本発明による電力増幅器および電力増幅方法の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

本発明による電力増幅器の好適実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の電力増幅器の動作を、従来の電力増幅器の動作対比して説明する動作波形図である。

符号の説明

１０ 電力増幅器
１２ 電力分配器
１３Ａ、１３Ｂ 増幅器系統
１４ 増幅器
１５ 分配器
１６ 電力合成器
２０ 制御部
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ 絶対値検出部
２３ 平均値検出部
２４ 比較器
２５ セレクタ
２８ リミッタ検出器
２９ Ｄ／Ａ変換器

Claims (4)

1. 入力信号を分岐して複数の増幅器系統に入力する電力分配器と、前記複数の増幅器系統の出力信号により当該各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御する制御部と、前記複数の増幅器系統により増幅された信号を合成して必要とする出力信号を得る電力合成器と、を備える電力増幅器であって、
   前記制御部は、
   前記各増幅器系統の出力信号をデジタル的に処理するアナログ・デジタル変換器と、
   前記デジタル変換器においてデジタル的に処理された前記出力信号の平均値を求める平均値検出部と、
   前記平均値検出部により求められた平均値を予め決められた固定値と比較する比較器と、
   前記各増幅器系統の出力信号の出力電圧と前記アナログ・デジタル変換器の飽和電圧とに基づいて、当該アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かを検出するリミッタ検出器と、
   前記リミッタ検出器の出力に応じて前記比較器の出力又は前記各増幅器系統に共通の固定データを選択し、当該選択された前記比較器の出力又は前記固定データを前記増幅器へ出力するセレクタと、を有する電力増幅器。
2. 前記電力合成器で合成される前記複数の増幅器系統の出力信号は、前記制御部により振幅および位相がそれぞれ等しくされることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
3. 入力信号を分岐して増幅する複数の増幅器系統により出力信号を増幅するステップと、前記複数の増幅器系統の出力信号により当該各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御するステップと、当該複数の増幅器系統により増幅された信号を合成して必要とする出力信号を得るステップと、を備える電力増幅方法であって、
   前記各増幅器系統の増幅器のバイアス電圧を制御するステップは、
   前記各増幅器系統の出力信号をデジタル的に処理し、
   前記デジタル的に処理された前記出力信号の平均値を求め、
   前記平均値と予め決められた固定値とを比較した比較結果を出力し、
   前記各増幅器系統の出力信号の出力電圧と前記アナログ・デジタル変換器の飽和電圧とに基づいて、当該アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かを検出し、
   前記アナログ・デジタル変換器が飽和しているか否かの検出結果に応じて、前記比較結果又は前記各増幅器系統に共通の固定データを選択し、当該選択された前記比較結果又は前記固定データを前記増幅器へ出力する電力増幅方法。
4. 前記デジタル的に処理された前記出力信号の平均値は、
   当該出力信号のデジタルデータの絶対値を求め、当該絶対値をデジタル演算処理して求めることを特徴とする請求項３記載の電力増幅方法。

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