JP5094962B2

JP5094962B2 - 衛星通信装置用電力増幅装置

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Publication number: JP5094962B2
Application number: JP2010505726A
Authority: JP
Inventors: 好孜町野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: EP2259446A4; US20110012675A1; US8400215B2; EP2259446A1; JPWO2009119665A1; WO2009119665A1; EP2259446B1

Description

この発明は、増幅器を予備用の増幅器に切替えることのできる冗長構成を有する衛星通信装置用電力増幅装置に関する。

人工衛星に搭載される衛星通信装置として、冗長構成をなす複数の電力増幅器(高出力増幅器)を切替えスイッチ群に接続し、現用の電力増幅器が故障した場合に、予備用の電力増幅器に切替えて運用する電力増幅装置を備えた通信用中継器が開示されている(例えば、特許文献１参照)。冗長構成を設けることで、衛星運用中に衛星中継器の増幅器が故障した場合、予備用の増幅器に切替えて、衛星通信回線のサービスダウンを防ぐことができる。

特開平６−２９６１１５号公報

従来の衛星通信装置用電力増幅装置の冗長構成では、予備器への切替えルートとして、故障機器の上側と下側の２通りの切替えルートを設けるものが主流である。これにより、２本までの電力増幅器の故障に対して、他の電力増幅器へ妨害を与えずに、予備器への切替えが可能となる。しかしこの構成の場合、３本目の故障からは迂回ルートの交錯により、予備器への切替えが不能となってしまう。

なお、多チャンネルを収容する機器は、冗長比を４：３もしくは５：４の比率とするものが多いが、電力増幅器の台数が多くなるとそれとともに予備器の数も増加する。このため、全電力増幅器をリング状に接続することで、全体として予備器の数を減らすことができる。しかしこの場合、接続の仕方によって電力増幅器の故障が局所的に集中すると、前に故障した電力増幅器の迂回ルートが次に故障した電力増幅器の迂回ルートを遮断し、迂回ルートが閉塞する可能性がある。この閉塞を防止するため、分散配置されている予備器に適宜接続するための適切な迂回ルートを設けることが必要となる。

この発明は係る課題を解決するために為されたものであり、冗長構成を有する衛星通信装置用電力増幅装置において、予備器を含む複数の増幅器のそれぞれの入力側及び出力側の接続切り替えを行う切替えスイッチ群をリング状に接続し、現用の電力増幅器が故障した際に迂回ルートの閉塞を生じることなく、予備器への接続切替えを容易に行うことを目的とする。

この発明は、少なくとも１本の予備電力増幅器を含む並列に配置された複数の電力増幅器と、上記各電力増幅器の入出力端にそれぞれ配置されて接続経路を切替える複数のスイッチと、上記各スイッチ間をリング状に接続する迂回用接続ラインと、を具備した基本構成単位を複数設け、上記複数の基本構成単位を縦続接続して構成され、上記スイッチは、入出力端でそれぞれ、上記電力増幅器よりも少なくとも１つ以上多く設けられ、上記迂回用接続ラインは、各隣接するスイッチ間を接続する第１のラインと、第１のラインの外側で、間のスイッチを飛び越して離れたスイッチ間を接続する第２のラインと、第２のラインの外側で異なる基本構成単位のスイッチ間を接続する第３のラインにより構成され、上記第２、第３のラインが多重ループを構成する衛星通信装置用電力増幅装置にある。

この発明によれば、スイッチ間がリング接続された複数の基本構成単位を縦続接続することにより、段数に比例して迂回ルートが増加し、連続した電力増幅器の故障に対しても迂回ルートの閉塞を防ぐことが可能となる。

この発明に係る実施の形態１による衛星通信装置用電力増幅装置を含む衛星通信装置の構成を示す図である。この発明に係る実施の形態１による予備電力増幅器１本を含む５本の電力増幅器で１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図である。この発明に係る実施の形態１による、図２に示す基本構成単位を偶数個、縦続接続した偶数段接続構成を示す図である。図３に示す偶数段接続構成において、一部の連続した電力増幅器が故障した例を示す図である。図３の偶数段接続構成の各電力増幅器の故障時の切り替え先の予備電力増幅器を示す図である。図３の偶数段接続構成において任意の４本の電力増幅器が故障した時の、予備電力増幅器の選択フローを示す図である。この発明に係る実施の形態１による、図２に示す基本構成単位を奇数個、縦続接続した奇数段接続構成を示す図である。図７の奇数段接続構成の各電力増幅器の故障時の切り替え先の予備電力増幅器を示す図である。図７の奇数段接続構成において任意の４本の電力増幅器が故障した時の、予備電力増幅器の選択フローを示す図である。この発明に係る実施の形態１による予備電力増幅器１本を含む４本の電力増幅器で１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図である。この発明に係る実施の形態１による、図１０に示す基本構成単位を偶数個、縦続接続した偶数段接続構成を示す図である。この発明に係る実施の形態１による、図１０に示す基本構成単位を奇数個、縦続接続した奇数段接続構成を示す図である。この発明に係る実施の形態２による予備電力増幅器１本を含む２本の電力増幅器で１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図である。この発明に係る実施の形態２による予備電力増幅器１本を含む３本の電力増幅器で１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による衛星通信装置用電力増幅装置を含む衛星通信装置の構成を示す図である。図２は、予備電力増幅器１本を含む５本の電力増幅器で１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図、図３は図２に示した基本構成単位を複数、縦続接続したこの発明による衛星通信装置用電力増幅装置の偶数段接続構成の一例を示す図である。各図において同一もしくは相当部分は同一符号で示す(以下同様)。

衛星通信装置は、地上局７２との間で通信する地上局通信装置７１と、地上局通信装置７１を介して地上局７２からのコマンドを受ける制御装置７０と、複数の電力増幅器(以下、高出力増幅器；ＨＰＡ＝High Power Amplifier)５１(図２参照)から構成される電力増幅器群５０と、複数のスイッチ５２(図２参照)から構成される接続経路の切替えスイッチ群５３を備えて構成される。制御装置７０は、電力増幅器群５０を構成する各ＨＰＡ５１の動作(例えばドレイン電圧、ソース電圧)やスイッチ５２の接続状態をモニタし、各ＨＰＡ５１の故障有無を検出する。制御装置７０は、各ＨＰＡ５１の故障を検出すると、地上局７２から受信したコマンドおよび検出したＨＰＡやスイッチの状態に基づいて切替えスイッチ群５３を構成する各スイッチ５２を操作し、スイッチ５２とＨＰＡ５１の接続経路を所望の接続に切替える。各スイッチ５２はＨＰＡ５１の入出力側に配置され、各スイッチ５２はリング状の迂回用接続ラインに接続されている。また、制御装置７０により検出される各ＨＰＡ５１の動作状態や各スイッチ５２の接続状態は、テレメトリシステムにより地上局通信装置７１を介して地上局７２に伝送され、地上局７２では常時、各ＨＰＡ５１の動作状態や各スイッチ５２の接続状態をモニタする。なお、故障のない場合はその後の動作は行われない。

ここで、ＨＰＡ５１とスイッチ５２の接続構成について説明する。
最初に、リング内の４本のＨＰＡの故障に対応する冗長構成について述べる。
図３に示す偶数段接続構成は予備器となる電力増幅器(予備ＨＰＡ)を含んだ冗長系で構成される。ＨＰＡ５１の入力端と出力端はそれぞれリング状に接続されて複数の回線(チャンネル)を構成し、各リング内における何れの４本のＨＰＡの故障(連続した４本のＨＰＡの故障を含む)に対しても回線が維持でき、さらに最初の１本のＨＰＡの故障については他の運用回線に妨害を与えない構成となっている。

[ＨＰＡ５本で１グループの基本構成単位６０]
まず、５本のＨＰＡ５１により１グループを成す基本構成単位(ユニット)６０について構成例を説明する。図２は、予備ＨＰＡ１本を含む５本のＨＰＡで１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位の一例を示す図であり、(ａ)は１つの基本構成単位を示す図、(ｂ)〜(ｄ)はスイッチ５２の接続形態を示す図、(ｅ)は入力端側のスイッチ５２の変形例を示す図である。なお(ｂ)(ｅ)は同じ回転位置の状態であり、(ｃ)は(ｂ)の状態から時計回りに４５度回転させた状態、(ｄ)は(ｂ)の状態から反時計回りに４５度回転させた状態を示す。

各スイッチ５２は例えば図２の(ｂ)に示すように、周囲に回転角９０度毎に設けられたポート３１〜３４間を接続するための円形の回転部を備える。回転部には、回転部の対角位置に両側の接続端がある例えば直線形状の第１導電部材(図２の(ｂ)ではポート３１，３３間を接続)、この第１導電部材に沿った線を対象線としてその両側においてそれぞれ、第１導電部材の両側の接続端からそれぞれ回転角４５度離れた位置に両接続端がある例えばＵ字型の第２および第３導電部材を備える。なお、入力側の各スイッチについては、図２の(ｅ)に示すように、回転部がさらに、第１導電部材と直行しかつ他の導電部材とは電気的に絶縁された例えば直線形状の第４導電部材を設け得る。

以下の説明では、スイッチおよびＨＰＡの位置を、図示された装置の上側から数えた段数で示す。

図２の(ａ)において、左側の数字１〜４は基本構成単位６０へ入力される現用のチャンネル番号を示し、右側の数字１ｂ〜４ｂは基本構成単位６０から出力される現用のチャンネル番号を示し、１Ｒはチャンネルに接続されていない予備ＨＰＡを示している。
各現用チャンネル１〜４および１ｂ〜４ｂは通常、スイッチ５２を介して各ＨＰＡ５１の入力端および出力端にそれぞれ接続される。このとき、スイッチ５２は図２の(ｂ)に示すように、入出力端が紙面水平を向く接続形態となっており、各ＨＰＡ５１の入力端および出力端がそれぞれ対応する現用チャンネル１〜４および１ｂ〜４ｂに対し、ポート３１および３３を通じて接続されている。
また、図２の(ａ)の上から１段目のスイッチのための左部のポート３１が上から４段目のスイッチのための左部のポート３１に接続される迂回用の接続ライン２１と、上から４段目のスイッチのための右部のポート３３が上から７段目のスイッチのための右部のポート３３に接続される迂回用の接続ライン２２が設けられている。
また、図２の(ａ)の上から１段目のスイッチ(最上段)のための上部のポート３４が上から７段目のスイッチ(最下段)のための下部のポート３２に接続される迂回用の接続ライン２３が設けられている。
また、図２の(ａ)の上から１段目のスイッチから７段目のスイッチまでの各スイッチの間を、それぞれ上下に接続(隣接するポート３２，３４間を接続)する迂回用の接続ライン２４が設けられている。
各接続ライン２１〜２４によりリング状の迂回路が構成され、ＨＰＡの入力側と出力側では各接続ラインがＨＰＡを中心に対称形になるように構成されている。
端的に言えば、電力増幅装置の基本構成単位６０は、隣接するスイッチ間を上下に接続する迂回用接続ライン２４と、１つ置き若しくは２つ置きの離れたスイッチ(予備ＨＰＡ接続用スイット)間をＵ字状又はＳ字状に接続する内側ループの迂回用接続ライン２１、２２と、迂回用接続ライン２１、２２の外側で最上部および最下部のスイッチ(予備ＨＰＡ接続用スイット)間をＵ字状に接続する外側ループの迂回用接続ライン２３を備えて構成される。また、現用ＨＰＡに対応してその入出力側にスイッチ(現用ＨＰＡ接続スイット)が配置される他、３段目と４段目の現用ＨＰＡの間と、最下段の現用ＨＰＡの下側にも、入力側と出力側にそれぞれスイッチ(予備ＨＰＡ接続用スイット)が１つずつ配置される。
なお、上から７段目(最下部)に設けられる入力側スイッチ５２の左部のポート３１および出力側スイッチ５２の右部のポート３３は、説明の都合上、ダミー終端に接続している。

この基本構成単位では、チャンネル１〜４の何れのＨＰＡが１本故障しても、他の運用チャンネルに影響を及ぼすことなく、同グループ内にある予備ＨＰＡに繋がる構成となっており、第１段の故障発生時の冗長接続(１st Redundant)性は満足している。

例えば、現用チャンネル１に接続された上から２段目のＨＰＡが故障した場合、入力端側の上から１段目および２段目のスイッチ５２は図２の(ｄ)の接続形態となり、現用チャンネル１は上から２段目のスイッチ５２によりポート３１とポート３４が繋がるので接続ライン２４に接続される。また、該接続ライン２４は上から１段目のスイッチ５２によりポート３２と３３が繋がるので予備ＨＰＡ１Ｒの入力端に接続される。これにより、現用チャンネル１が予備ＨＰＡ１Ｒの入力端に接続されることとなる。
また、出力端側の上から１段目および２段目のスイッチ５２は図２の(ｃ)の接続形態となり、現用チャンネル１ｂは上から２段目のスイッチ５２によりポート３４とポート３３が繋がるので接続ライン２４に接続される。また、該接続ライン２４は上から１段目のスイッチ５２によりポート３１と３２が繋がるので予備ＨＰＡ１Ｒの出力端に接続される。これにより、現用チャンネル１ｂが予備ＨＰＡ１Ｒの出力端に接続されることとなる。
なお、他のＨＰＡが故障した場合についても、それぞれ迂回用の各接続ラインを介して予備ＨＰＡ１Ｒに接続される。

例えば、３段目のＨＰＡが故障した場合、入力端側の上から３段目のスイッチは図２の(ｃ)、４段目のスイッチは図２の(ｄ)の接続形態となり、現用チャンネル２は３段目のスイッチ、接続ライン２４、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ１Ｒの入力端に接続される。また、出力端側の上から３段目のスイッチは図２の(ｄ)、４段目のスイッチは図２の(ｃ)の接続形態となり、現用チャンネル２ｂは３段目のスイッチ、接続ライン２４、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ１Ｒの出力端に接続される。

また、４段目のＨＰＡが故障した場合、スイッチ５２の切り替えを行って、入力端側、出力端側それぞれで、現用チャンネル３，３ｂは、５段目のスイッチ、接続ライン２４、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ１Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。

また、５段目のＨＰＡが故障した場合、スイッチ５２の切り替えを行って、入力端側、出力端側それぞれで、現用チャンネル４，４ｂは、６段目のスイッチ、接続ライン２４、７段目のスイッチ、接続ライン２２、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ１Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。

[ＨＰＡ５本で１グループの基本構成単位６０の複数段接続]
基本構成単位６０を複数段縦続接続して冗長リングを成す、衛星通信装置用電力増幅装置の構成例について説明する。この例としては、偶数段接続する場合と奇数段接続する場合の２通りがある。
(１)基本構成単位６０の偶数段接続構成６１
ＨＰＡ５本１グループの基本構成単位を４段接続し現用ＨＰＡ１６本に対して予備ＨＰＡを含めてトータル２０本のＨＰＡを接続した構成を考える。この場合、予備ＨＰＡ数とＨＰＡ総数の比は４：２０で予備ＨＰＡの割合は０．２になる。
図３は図２の基本構成単位６０を４段縦続接続したこの発明による衛星通信装置用電力増幅装置の偶数段接続構成６１を示す図である。図３では、縦に接続(縦続接続)されたそれぞれの隣接する基本構成単位間で、入力側と出力側でそれぞれに、上側の基本構成単位の最下端スイッチと下側の基本構成単位の最上端スイッチの端子(最下端スイッチのポート３２と最上端スイッチのポート３４)が接続ライン２４で相互に接続している。すなわち入力側同士、出力側同士がそれぞれ順番に直列接続され、入力側と出力側間に接続されるＨＰＡが並列配置可能にされている。
さらに各基本構成単位の最下端スイッチのダミー終端を取り除き、この端子と他の基本構成単位の同様の端子とを迂回用の接続ライン２５にて接続している。
基本構成単位６０を偶数段接続した場合は接続端子数が入出力側それぞれ偶数個発生するため、接続端子は余りなく繋がることになる。

次に、偶数段接続構成６１の動作について説明する。
＜連続した４本のＨＰＡの故障時の運用＞
図４は連続した４本のＨＰＡが故障した時の運用を示す図である。図５は各現用ＨＰＡ(HPA Channel)の故障時の切り替え先の予備ＨＰＡを示しており、１st Redundant(初期冗長接続ポジション)及びグループ内４本のＨＰＡが連続して故障した場合に選択されるHome Position(ホームポジション)を示す。以降の説明において、図の左側のチャンネル番号に対応した現用ＨＰＡを識別するための符号として、ＨＰＡ Channel番号を用いる。
図４に示すように、最上段基本構成単位(最上段ブロック)の連続した４本の現用ＨＰＡ(上から２，３，５，６段目に配置されたＨＰＡ Channel１〜４)が連続して故障した場合、４本の故障した現用ＨＰＡを、各ブロック最上部の予備ＨＰＡ１Ｒ、４Ｒ、２Ｒ及び３Ｒに、他の運用チャンネルに影響を及ぼすことなく接続することが可能である。この時選択される予備ＨＰＡをここではホームポジション(Home Position)と言う。
例えば、図５に示すように、ＨＰＡ Channel１〜４の何れかが故障した場合、１st Redundantとして、予備ＨＰＡ１Ｒが接続される。
また、同一グループ内の４本のＨＰＡが連続して故障した場合、図５に示すＨＰＡのHome Positionに基づいて、ＨＰＡ Channel２の故障に対しては予備ＨＰＡ４Ｒが接続され、ＨＰＡ Channel３の故障に対しては予備ＨＰＡ２Ｒが接続され、ＨＰＡ Channel４の故障に対しては予備ＨＰＡ３Ｒが接続される。
かくして、同一グループ内で連続して４本のＨＰＡが故障しても、順次予備のＨＰＡに繋がることになる。

図４において、１段目のブロック(第１ブロック)の４本のＨＰＡが故障した場合、スイッチ５２の切り替えを行って、入力端側、出力端側それぞれで、現用チャンネル１、１ｂは、２段目のスイッチ、接続ライン２４、１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ１Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。
現用チャンネル２、２ｂは、第１ブロックの３段目のスイッチ、接続ライン２４、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチ、接続ライン２３、第４ブロックの７段目のスイッチ、接続ライン２２、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチ、を経由して予備ＨＰＡ４Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。
現用チャンネル３、３ｂは、第１ブロックの５段目のスイッチ、接続ライン２４、４段目のスイッチ、接続ライン２２、７段目のスイッチ、接続ライン２４、第２ブロックの１段目のスイッチを経由して予備ＨＰＡ２Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。
現用チャンネル４、４ｂは、第１ブロックの６段目のスイッチ、接続ライン２４、７段目のスイッチ、接続ライン２５、第３ブロックの７段目のスイッチ、接続ライン２２、４段目のスイッチ、接続ライン２１、１段目のスイッチ、を経由して予備ＨＰＡ３Ｒの入力端、出力端にそれぞれ接続される。

＜任意の４本のＨＰＡの故障時の運用＞
図６は任意の４本のＨＰＡが故障した時の、予備ＨＰＡの選択フローを示す図である。
１６本の現用ＨＰＡの中から任意の４本のＨＰＡが故障するケースは多数あり、ここでは一例のみ示すが、他の例でも同様である。
図６において、まずＨＰＡ Channel３が故障すると、図５に示す１st Redundantの１Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel１が故障すると、ＨＰＡ Channel１の１ｓｔ Redundantは１ＲでHome Positionも１Ｒであるため、ＨＰＡ Channel３がHome Position２Ｒへ移り、ＨＰＡ Channel１は１Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel５が故障すると、１st Redundantが２Ｒ、Home Positionも２Ｒであるが、２Ｒは既に占有されているため、Adjacent Redundant(隣接冗長接続ポジション)の３Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel８が故障すると、１st Redundantの２Ｒは占有されているため、Home Positionの４Ｒに接続されて、４ｔｈ冗長接続までが接続可能となる。

(２)基本構成単位６０の奇数段接続構成６２
ＨＰＡ Channel５本で１グループの基本構成単位を５段接続し、現用ＨＰＡ２０本に対してトータル２５本のＨＰＡの構成を考える。この場合、予備ＨＰＡ数とＨＰＡ総数の比は５：２５で予備ＨＰＡの割合は０．２になる。
図７は図２の基本構成単位６０を５段縦続接続したこの発明による衛星通信装置用電力増幅装置の奇数段接続構成６２を示す図である。各基本構成単位は図３のもと同様にして縦続接続されている。図７の(ａ)は構成を示し、(ｂ)は連続した４本のＨＰＡ Channel１〜４が故障した場合の例を示す。基本構成単位間の接続形態は基本構成単位６０を偶数段接続した場合と類似しているが、奇数ブロックを縦続接続した場合には、基本構成単位間を結ぶ端子が入出力側でそれぞれ奇数個発生ずるため、その余りが１となる。これをそれぞれリング状に繋げるために、入出力リングの迂回路中にスイッチ５２を１個追加する必要がある。この例では、図７の(ａ)の上から９段目のスイッチ５２(第２ブロックの２段目のスイッチ)がそれに相当する。

＜連続した４本のＨＰＡの故障時の運用＞
図７の(ｂ)において、最上段ブロックの連続した４本(ＨＰＡ Channel１〜４)が故障した場合、連続４本のＨＰＡの故障に対して、それぞれ予備ＨＰＡ１Ｒ、４Ｒ、２Ｒ及び３Ｒに、他の運用チャンネルに影響を及ぼすことなく接続することが可能である。
図８は各現用ＨＰＡ(HPA Channel)の故障時の切り替え先の予備ＨＰＡを示しており、１st Redundant及びグループ内４本のＨＰＡが連続して故障した場合に選択されるHome Positionを示す。同一グループ内で連続して４本のＨＰＡが故障しても、図８の１st Redundant及びHome Positionに従い、ＨＰＡ Channel１〜２０が順次予備ＨＰＡに繋がることになる。

＜任意の４本のＨＰＡの故障時の運用＞
図９は任意の４本のＨＰＡが故障した時の、予備ＨＰＡの選択フローを示す図である。図９に従って、まずＨＰＡ Channel９が故障すると、図８に示す１st RedundantのＨＰＡ３Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel１２が故障すると、ＨＰＡ Channel１２の１st Redundantは３Ｒで既に占有されているため、Home Positionの５Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel１４が故障すると、１st Redundantの４Ｒに接続される。
次に、ＨＰＡ Channel１６が故障すると、１st Redundantの４Ｒは既に占有されているため、Home Positionの１Ｒに接続される。しかし、このとき５Ｒに接続しているＨＰＡ Channel１２の迂回ルートと交錯するため、最終的にＨＰＡ Channel１２は１Ｒへ、ＨＰＡ Channel１６は５Ｒへ接続し、４ｔｈ冗長接続までが接続可能となる。

次に、リング内のＨＰＡ５本の故障に対応する冗長構成について述べる。
以下では、衛星通信装置用電力増幅装置におけるＨＰＡの冗長構成を、それぞれ入出力側のリング状接続構造で構成し、リング内の何れの５本のＨＰＡの故障(連続した５本のＨＰＡの故障を含む)に対しても回線が維持でき、さらに最初の１台の故障については他の運用回線に妨害を与えない構成について説明する。

[ＨＰＡ４本で１グループからなる基本構成単位６３]
図１０は予備ＨＰＡ１本を含む４本のＨＰＡで１グループを構成する電力増幅装置の基本構成単位６３の一例を示す図である。チャンネル１〜３の何れのＨＰＡ Channel１〜３が１本故障しても他の運用チャンネルに影響を及ぼすことなく、グループ内にある予備ＨＰＡに繋がる構成であり、１st Redundantは満足している。
なお、迂回用接続ラインの接続形態については、ＨＰＡの総数が減る点を除き、図２と同様である。

[ＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位の複数段接続]
冗長リングの構成は基本構成単位６３を複数段縦続接続して実現する。このとき、偶数段接続する場合と奇数段接続する場合の２通りがある。

(１)基本構成単位６３の偶数段接続構成６４
まず、ＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位６３を６段接続し現用ＨＰＡ１８本に対して予備ＨＰＡを含めてトータルＨＰＡ２４本を接続した偶数段接続構成６４を考える。この場合、予備ＨＰＡ数とＨＰＡ総数の比は６：２４で予備ＨＰＡの割合は０．２５になる。

図１１は図１０に示した基本構成単位６３を６段縦続接続したこの発明による衛星通信装置用電力増幅装置の偶数段接続構成６４を示す図である。縦続接続された基本構成単位間の接続に関しては基本的に図３の偶数段接続構成６１と同様である。
この構成では、さらにリング内の５本のＨＰＡの故障(連続した５本を含む)に対して、それぞれ予備ＨＰＡへの接続切り替えが可能となっている。

(２)基本構成単位６３の奇数段接続構成６５
次に、ＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位６３を５段接続し現用ＨＰＡ１５本に対して予備ＨＰＡ５本を含めてトータルでＨＰＡ２０本を接続した奇数段接続構成６５を考える。この場合、予備ＨＰＡ数とＨＰＡ総数の比は５：２０で予備ＨＰＡの割合は０．２５になる。

図１２は図１０に示した基本構成単位６３を５段縦続接続したこの発明による衛星通信装置用電力増幅装置の奇数段接続構成６５を示す図である。縦に接続された基本構成単位間の接続に関しては基本的に図７の奇数段接続構成６２と同様である。
この構成では、さらにリング内の５本のＨＰＡの故障(連続した５本のＨＰＡの故障を含む)に対して、それぞれ予備ＨＰＡへの切り替えが可能となっている。

以上説明したとおり、この実施の形態１による衛星通信装置用電力増幅装置は、１本の予備ＨＰＡを含み、並列に配置された複数のＨＰＡ５１と、ＨＰＡ５１の入出力端にそれぞれ配置されて接続経路を切替える複数のスイッチ５２と、各スイッチ間をリング状に接続する迂回用接続ライン２１〜２５とから基本構成単位を構成し、複数の基本構成単位を、迂回用接続ラインが他の基本構成単位との間を互いに繋げるように縦続接続して構成される。

また、スイッチ５２は、ＨＰＡ５１よりも少なくとも１つ以上多く設けられ、迂回用接続ラインは、各隣接するスイッチ間を接続する接続ライン２４と、接続ライン２４の外側でＵ字形状またはＳ字形状を有し、間にある１つまたは２つのスイッチを迂回して離れたスイッチ間を接続する接続ライン２１、２２と、接続ライン２１、２２の外側で異なる基本構成単位のスイッチ間を接続する接続ライン２５、接続ライン２５の外側で装置全体の両端のスイッチ間を接続する接続ライン２３により構成され、接続ライン２１、２２と接続ライン２３、２５とで多重ループを構成することを特徴としている。この際、接続ライン２３は他の基本構成単位との間を繋げるように接続される。

なお、迂回用接続ライン２１〜２５は予備ＨＰＡへの接続のために設けられた予備ＨＰＡ接続用スイットの間を接続する。予備ＨＰＡ接続用スイッチとは図２の(ａ)の基本構成単位６０では、予備ＨＰＡ１Ｒが接続された１段目のスイッチとＨＰＡが接続されていない４段目と７段目のスイッチである。予備ＨＰＡ接続用スイットは各基本構成単位において、両端と、現用ＨＰＡ接続用スイッチの１つ置きまたは２つ置きに設けられている。

また２ｎ段の偶数段接続構成では、ｋ段目の基本構成単位は接続ライン２５によりｎ＋ｋ段目の基本構成単位と互いに接続される。２ｎ＋１段の奇数段接続構成でも、ｋ段目の基本構成単位は接続ライン２５によりｎ＋ｋ段目の基本構成単位と互いに接続される。２ｎ＋１段目の基本構成単位は所望の基本構成単位に接続される(但し上記においてｎは正の整数、ｋ＝１，２、・・・ｎ)。

例えば、１本の予備ＨＰＡを持つＨＰＡ５本を１つの基本構成単位とし、この基本構成単位を４段以上縦続接続することにより、ＨＰＡの冗長系を構成する。これにより、リング内の４本のＨＰＡの故障(ＨＰＡの連続の故障を含む)に対して、それぞれ予備ＨＰＡへの切り替えが可能となる。

また、１本の予備ＨＰＡを持つＨＰＡ４本を１つの基本構成単位とし、この基本構成単位を５段以上縦続接続することにより、リング内の５本のＨＰＡの連続を含む故障に対して、それぞれ予備ＨＰＡへの切り替えが可能となる。

また、スイッチ間がリング接続された基本構成単位を縦続接続して行くことにより、２段構成にすると入出力のリング内に迂回ルートが１ルート追加され、４段で２ルート、６段で３ルートと、段数に比例して迂回ルートが増加して行くため、連続したＨＰＡの故障に対しても迂回ルートの閉塞を防ぐことが可能となる。

さらに、設計時に迂回ルートを意識することなく基本構成単位を接続するだけで自然に迂回ルートが構成されるために設計が容易となる。

なお、基本構成単位は、１本の予備ＨＰＡと複数の現用ＨＰＡで構成されるのが好ましいが、予備ＨＰＡの搭載数に余裕があれば、複数の予備ＨＰＡと複数の現用ＨＰＡとで基本構成単位を構成しても良いことは言うまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１では、基本構成単位６０または６３を用いて、現用ＨＰＡ４本に対して予備ＨＰＡ１本の場合にはリング内４本の故障まで全て予備ＨＰＡへ切り替わり、現用ＨＰＡ３本に対して予備ＨＰＡ１本の場合にはリング内の５本のＨＰＡの故障まで全て予備ＨＰＡへ切り替わる衛星通信装置用電力増幅装置について説明した。

このような構成では、基本構成単位を縦続接続して積重ねる際、奇数段の積重ねの場合は繋がる手が１本余るため、余った１本はリングを構成する迂回用接続ラインにスイッチで接続し、その先をダミー終端する。この場合、現用チャンネル数(＝現用ＨＰＡ数)が基本構成単位の現用チャンネル数(＝現用ＨＰＡ数)で割り切れることが前提となっている。
例えば、ＨＰＡ５本で１グループの基本構成単位６０を４段縦続接続し、現用チャンネル１６本に対して予備ＨＰＡ４本を含むトータルＨＰＡ２０本の電力増幅装置を構成した場合、現用チャンネル数１６本は１グループ内の現用チャンネル数４で割り切れる。
このように、実施の形態１における全てのケースでは、トータルの現用チャンネル数が基本構成単位の現用チャンネル数で割り切れる条件となっている。
しかし、トータルチャンネル数が１つの基本構成単位のチャンネル数で割り切れない任意の現用チャンネル数の場合には、上記とは異なる接続形態となる。この実施の形態２では、割り切れない条件を含む任意の現用チャンネル数を備えた衛星通信装置用電力増幅装置について説明する。
以下、これについて説明する。

[ＨＰＡ５本で１グループの基本構成単位]
図１３はこの実施の形態による電力増幅装置の基本構成単位６６(ＨＰＡ２本１グループ)、図１４は基本構成単位６７(ＨＰＡ３本１グループ)を示す。この実施の形態では、ＨＰＡ５本１グループの基本構成単位６０を４段縦続接続し、現用チャンネル１６本に対してトータルＨＰＡ２０本の図３に示したような冗長系偶数段接続構成をベースとした上で、図１３または図１４に示す基本構成単位６６または６７や、図１０に示した基本構成単位６３(ＨＰＡ４本で１グループ)を追加して、任意のチャンネル数に対応した冗長系の衛星通信装置用電力増幅装置を構成する。

例えば、現用チャンネル数１７本の場合は、基本構成単位６０を４段縦続接続して構成される現用ＨＰＡ１６本の冗長系偶数段接続構成に対して、ＨＰＡ２本から構成される図１３の基本構成単位６６(予備ＨＰＡ１本と現用ＨＰＡ１本)を追加する。このとき、トータルＨＰＡ数は２２本となる。
また、現用チャンネル数１８本の場合は、基本構成単位６０を４段縦続接続して構成される現用ＨＰＡ１６本の冗長系偶数段接続構成に対して、ＨＰＡ３本から構成される図１４の基本構成単位６７(予備ＨＰＡ１本と現用ＨＰＡ２本)を追加する。このとき、トータルＨＰＡ数は２３本となる。
また、現用チャンネル数１９本の場合は、基本構成単位６０を４段縦続接続して構成される現用ＨＰＡ１６本の冗長系偶数段接続構成に対して、ＨＰＡ４本から構成される図１０の基本構成単位６３(予備ＨＰＡ１本と現用ＨＰＡ３本)を追加する。このとき、トータルＨＰＡ数は２４本となる。
これらの追加した基本構成単位を含めて、総基本構成単位数が奇数となる場合は繋がる手が１本余るために、余った１本はリング状の迂回接続ラインにスイッチで接続し、その先をダミー終端する。
なお、現用チャンネル数２０本の場合は、ＨＰＡ５本１グループの基本構成単位６０を５段接続する。これは、図７で説明した現用ＨＰＡ２０本に対してトータル２５本のＨＰＡで冗長系を構成する場合に相当する。

[ＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位]
この実施の形態では、ＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位６３を５段接続し、現用チャンネル数１５本に対してトータルＨＰＡ２０本の図１２に示したような冗長系奇数段接続構成をベースとした上で、図１３または図１４に示す基本構成単位６６または６７や、図１０に示したＨＰＡの基本構成単位６３(ＨＰＡ４本で１グループ)を追加して、任意のチャンネル数に対応した冗長系の衛星通信装置を構成する。
例えば、現用チャンネル数１６本の場合は、基本構成単位６３を５段縦続接続して構成される現用ＨＰＡ１５本の冗長系奇数段接続構成に対して、ＨＰＡ２本から構成される図１３の基本構成単位６６(予備ＨＰＡ１本と現用ＨＰＡ１本)を追加する。このとき、トータルＨＰＡ数は２２本となる。
また、現用チャンネル数１７本の場合は、基本構成単位６３を５段縦続接続して構成される現用ＨＰＡ１５本の冗長系奇数段接続構成に対して、ＨＰＡ３本から構成される図１４の基本構成単位６７(予備ＨＰＡ１本と現用ＨＰＡ２本)を追加する。このとき、トータルＨＰＡ数は２３本となる。
なお、現用チャンネル数１８本の場合は、図１１で説明した偶数段接続構成６４と同じ構成となり、図１０に示すＨＰＡ４本で１グループの基本構成単位６３を６段縦続接続し、現用ＨＰＡ１８本に対してトータル２４本のＨＰＡを接続した構成の場合に相当する。
また、この追加した基本構成単位を含めて、総基本構成単位数が奇数となる場合は上述したものと同様の構成となる。

なお、本発明は上記各実施の形態の可能な組合せも含むことは云うまでもない。

産業上の利用の可能性

この発明の衛星通信装置用の電力増幅装置は衛星通信装置に限らず、多くの分野で利用可能である。

Claims

少なくとも１本の予備電力増幅器を含む並列に配置された複数の電力増幅器と、上記各電力増幅器の入出力端にそれぞれ配置されて接続経路を切替える複数のスイッチと、上記各スイッチ間をリング状に接続する迂回用接続ラインと、を具備した基本構成単位を複数設け、上記複数の基本構成単位を縦続接続して構成され、
上記スイッチは、入出力端でそれぞれ、上記電力増幅器よりも少なくとも１つ以上多く設けられ、
上記迂回用接続ラインは、各隣接するスイッチ間を接続する第１のラインと、第１のラインの外側で、間のスイッチを飛び越して離れたスイッチ間を接続する第２のラインと、第２のラインの外側で異なる基本構成単位のスイッチ間を接続する第３のラインにより構成され、
上記第２、第３のラインが多重ループを構成する衛星通信装置用電力増幅装置。
上記各基本構成単位が、４本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有することを特徴とする請求項１記載の衛星通信装置用電力増幅装置。
上記各基本構成単位が、３本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有することを特徴とする請求項１記載の衛星通信装置用電力増幅装置。
上記複数の基本構成単位が、４本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有する第１基本構成単位と、２本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有する第２基本構成単位を含むことを特徴とする請求項１記載の衛星通信装置用電力増幅装置。
上記複数の基本構成単位が、３本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有する第１基本構成単位と、２本の現用電力増幅器と１本の予備電力増幅器を有する第２基本構成単位を含むことを特徴とする請求項１記載の衛星通信装置用電力増幅装置。