JP5726948B2 - 増幅器 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、増幅器に関する。
マイクロ波を用いた高周波加熱装置が従来から用いられている。この高周波加熱装置は大電力の無変調信号を使用する。
しかし、マイクロ波信号源に接続される負荷は、加熱或いは加工時等にインピーダンスが大きく変化することがある。マイクロ波信号源が発振器と半導体増幅器からなる場合、増幅回路と負荷との間のインピーダンスの不整合により異常発振が生じることがある。異常発振が生じると設計許容範囲を超えた定在波が生じ、増幅器を構成するトランジスタなどの増幅素子が破壊される可能性がある。
また、異常発振により電波法に抵触する電力と周波数の信号が出力される可能性がある。
そこで、増幅器が異常発振していないかを監視する必要がある。
この点に関し、フィルタを用いて所望周波数帯以外のマイクロ波信号を取り出して異常発振を検知する技術が提案されている。
しかし、半導体を用いる増幅器においては分布定数によって構成される整合回路が多く用いられ、この整合回路ではλ／４合成器におけるループ発振など使用周波数帯近傍において発振しやすい。
これに対して、フィルタを用いる上記技術においては使用周波数帯近傍において発生する異常発振の検出が困難である。
従って、負荷のインピーダンスが変化しても使用周波数帯近傍において生じる異常発振を検出できる増幅器が求められている。
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、無変調高周波の入力信号を増幅する電力増幅器と、電力増幅器の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器と、電力増幅器の出力端子側に設けられ、信号を取り出す第２の分波器と、第１の分波器からの信号及び第２の分波器からの信号を混合するミキサと、ミキサの出力信号から入力信号の周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタと、信号を取り出す検波器と、を備える増幅器を提供する。
以下、増幅器の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態の増幅器は、無変調高周波の入力信号を増幅する電力増幅器と、電力増幅器の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器と、電力増幅器の出力端子側に設けられ、信号を取り出す第２の分波器と、第１の分波器からの信号及び第２の分波器からの信号を混合するミキサと、ミキサの出力信号から入力信号の周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタと、信号を取り出す検波器と、を備える。
図１は、本実施形態の増幅器１の構成を示す図である。図１に示すように、増幅器１は、無変調高周波の入力信号ＩＮを増幅する電力増幅器１０１と、電力増幅器１０１の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器である第１の方向性結合器１０２Ａと、電力増幅器１０１の出力端子側に設けられ、信号を取り出す第２の分波器である第２の方向性結合器１０２Ｂと、第１の方向性結合器１０２Ａからの信号及び第２の方向性結合器１０２Ｂからの信号を混合するミキサ１０３と、ミキサ１０３の出力信号から入力信号ＩＮの周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタ１０４と、低域通過フィルタ１０４の出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタ１０５と、信号を取り出す検波器１０６と、を備える。
電力増幅器１０１は複数の増幅素子を備える多段増幅器であってよい。
第１の分波器及び第２の分波器は方向性結合器に限られるものではない。第１の分波器及び第２の分波器に方向性結合器を用いる場合、方向性結合器１０２Ａ及び第２の方向性結合器１０２Ｂは、公知の方向性結合器を用いることができる。
次に、本実施形態の増幅器の動作について説明する。
まず、異常発振が生じていない場合、第１の方向性結合器１０２Ａの出力信号の電圧振幅は以下の（１）式のようになる。
第２の方向性結合器１０２Ｂの出力信号の電圧振幅は以下の（２）式のようになる。
ここで、Ａは定数、ωは入力信号、ｔは時間、φは振幅を示す。
従って、ミキサ１０３が理想的なミキサである場合、ミキサ１０３の出力は以下の（３）式のようになる。
なお、現実のミキサ１０３においては、入力信号の出力への漏洩があるが、低域通過フィルタ１０４において２倍波の周波数成分とともに入力信号ＩＮの周波数成分を取り除くことにより、低域通過フィルタ１０４の出力は上記（３）式の直流項のみとなる。
従って、高域通過フィルタ１０５の出力は０となり、検波器１０６の出力も０となる。
一方、異常発振が生じている場合、第１の方向性結合器１０２Ａの出力信号の電圧振幅は以下の（４）式に表わされるように、少なくとも１つの入力信号以外の周波数成分を持つ。
従って、ミキサ１０３の出力は以下の（５）式のようになる。
ここで、異常発振が生じている場合、入力信号以外の周波数と入力信号の周波数との差と和の出力である次の項が得られる。
この差と和の出力は、低域通過フィルタ１０４及び高域通過フィルタ１０５によって取り除かれることがなく、検波器１０６によって検出される。
従って、入力信号の周波数帯近傍において生じる異常発振が検出できる。
図２は、本実施形態の増幅器１の変形例の構成を示す図である。図２に示すように、増幅器１は、無変調高周波の入力信号ＩＮを増幅する第１の電力増幅器１０１Ａと、第１の電力増幅器１０１Ａの入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器である第１の方向性結合器１０２Ａと、第１の電力増幅器１０１Ａに縦続し第１の電力増幅器１０１Ａの出力信号を増幅する第２の電力増幅器１０１Ｂと、第１の電力増幅器１０１Ａの出力端子側と第２の電力増幅器１０１Ｂの入力端子側の間に設けられ、信号を取り出す第２の分波器である第２の方向性結合器１０２Ｂと、第１の方向性結合器１０２Ａからの信号及び第２の方向性結合器１０２Ｂからの信号を混合するミキサ１０３と、ミキサ１０３の出力信号から入力信号ＩＮの周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタ１０４と、低域通過フィルタ１０４の出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタ１０５と、信号を取り出す検波器１０６と、を備える。
電力増幅器１０１は複数の増幅素子を備える多段増幅器であってもよい。
第１の分波器及び第２の分波器は方向性結合器に限られるものではない。第１の分波器及び第２の分波器に方向性結合器を用いる場合、方向性結合器１０２Ａ及び第２の方向性結合器１０２Ｂは、公知の方向性結合器を用いることができる。
第２の方向性結合器１０２Ｂは、第１の電力増幅器１０１Ａと第２の増幅器１０２Ｂとの間において生じる異常発振を入力信号とともに出力する。
従って、第２の方向性結合器の出力は上記（３）式と等しくなる。
よって、上述した動作により異常発振の成分が検波器１０６によって取り出される。
以上述べたように、増幅器１は、無変調高周波の入力信号ＩＮを増幅する電力増幅器１０１と、電力増幅器１０１の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器である第１の方向性結合器１０２Ａと、電力増幅器１０１の出力端子側に設けられ、入力信号の周波数成分とともに異常発振の周波数成分を取り出す第２の分波器である第２の方向性結合器１０２Ｂと、第１の方向性結合器１０２Ａからの信号及び第２の方向性結合器１０２Ｂからの信号を混合するミキサ１０３と、ミキサ１０３の出力信号から入力信号ＩＮの周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタ１０４と、低域通過フィルタ１０４の出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタ１０５と、信号を取り出す検波器１０６と、を備える。
従って、所望周波数帯近傍において生じる異常発振も検出できるという効果がある。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０１：増幅器
１０２Ａ：第１の分波器
１０２Ｂ：第２の分波器
１０３：ミキサ
１０４：低域通過フィルタ
１０５：高域通過フィルタ
１０６：検波器
１０２Ａ：第１の分波器
１０２Ｂ：第２の分波器
１０３：ミキサ
１０４：低域通過フィルタ
１０５：高域通過フィルタ
１０６：検波器
Claims (4)
- 無変調高周波の入力信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器と、
前記電力増幅器の出力端子側に設けられ、信号を取り出す第２の分波器と、
前記第１の分波器からの信号及び第２の分波器からの信号を混合するミキサと、
前記ミキサの出力信号から前記入力信号の周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタと、
信号を取り出す検波器と、
を備える増幅器。 - 前記電力増幅器は、
増幅素子を複数備える多段増幅器である請求項１記載の増幅器。 - 無変調高周波の入力信号を増幅する第１の電力増幅器と、
前記第１の電力増幅器の入力端子側に設けられ、信号を取り出す第１の分波器と、
前記第１の電力増幅器に縦続し、前記第１の電力増幅器の出力信号を増幅する第２の電力増幅器と、
前記第１の電力増幅器の出力端子側と前記第２の電力増幅器の入力端子側の間に設けられ、信号を取り出す第２の分波器と、
前記第１の分波器からの信号及び第２の分波器からの信号を混合するミキサと、
前記ミキサの出力信号から前記入力信号の周波数帯の成分を取り除く低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの出力信号から直流成分を取り除く高域通過フィルタと、
信号を取り出す検波器と、
を備える増幅器。 - 前記分波器は、
方向性結合器である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の増幅器。
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