JPH0214819B2 - - Google Patents
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
- H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
- H03G1/0011—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying tubes of the amplifier
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電子ビーム管を用いた電力増幅装置
の送信電力制御方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a transmission power control method for a power amplifier using an electron beam tube.
マイクロ波帯あるいは準ミリ波帯を用いる各種
伝送方式の端局装置や中継装置の装信系または衛
星通信用地球局や衛星搭載装置の送信系には、通
信信号を回線構成上必要な電力まで増幅する電力
増幅装置（以下、PAと略記する。）が設けられ、
このPAの電力増幅器としては高出力性、広帯域
性、操作性等から進行波管あるいはクライストロ
ン等の電子ビーム管が使われている。 In the terminal equipment and relay equipment equipment systems of various transmission systems that use microwave bands or quasi-millimeter wave bands, and the transmission systems of satellite communication earth stations and satellite-mounted equipment, communication signals must be powered up to the power required for the line configuration. A power amplifying device (hereinafter abbreviated as PA) is installed,
Traveling wave tubes or electron beam tubes such as klystrons are used as power amplifiers for this PA due to their high output, broadband properties, and ease of operation.
このPAの信号出力電力は常に一定ではなく、
天候状態により変り、一般的には晴天時には比較
的小電力で通信信号をアンテナ系に送出し、雨天
時やフエージング発生時等、受信電力が低下した
時や空間伝播損失が増加した時には最大出力電力
で通信信号を送出する。 The signal output power of this PA is not always constant,
It varies depending on the weather conditions, and in general, communication signals are sent to the antenna system with relatively low power when it is sunny, and maximum output is used when received power decreases or spatial propagation loss increases, such as during rainy weather or when fading occurs. Sends communication signals using electricity.
第１図は上記PAの出力電力制御を行なう送信
系電力増幅装置の一例を示す構成図である。図に
おいて、１は電力増幅装置の入力端子、２は信号
電力調整用可変減衰器、３は電力増幅管（電子ビ
ーム管）、４は出力電力モニタ用方向性結合器、
５は出力電力監視用モニタ端子、６は電力増幅装
置の出力端子、７は電子ビーム管用ヒータ電源回
路、８は電子ビーム管用アノード電源回路、９は
電子ビーム管用コレクタ電源回路、１０は電子ビ
ーム管用ヘリツクス（電子ビーム作用部）電源回
路である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a transmission system power amplification device that controls the output power of the PA. In the figure, 1 is an input terminal of a power amplifier, 2 is a variable attenuator for adjusting signal power, 3 is a power amplification tube (electron beam tube), 4 is a directional coupler for output power monitoring,
5 is a monitor terminal for monitoring the output power, 6 is an output terminal of the power amplifier, 7 is a heater power supply circuit for the electron beam tube, 8 is an anode power supply circuit for the electron beam tube, 9 is a collector power supply circuit for the electron beam tube, and 10 is for the electron beam tube. This is a helix (electron beam action section) power supply circuit.
上記構成において、PAの出力電力の増減は、
PAの入力側に設けられている可変減衰器２によ
り、入力端子１からの入力信号電力を変化させ、
PAの出力電力をモニタ端子５で確認しながら所
定の電力に設定し、運用されている。 In the above configuration, the increase/decrease in the PA output power is as follows:
A variable attenuator 2 provided on the input side of the PA changes the input signal power from the input terminal 1,
While checking the output power of the PA through the monitor terminal 5, the power is set to a predetermined value and the system is operated.
この制御方法においては、PAの電子ビーム管
は常に定バイアス、定利得（管球利得最大）で運
用されるので、PAの出力電力が小さくて良い時
には電子ビーム管は不要利得を有することにな
り、この場合、PAの能率（出力電力／消費電力）
は非常に悪くなる欠点があつた。 In this control method, the PA electron beam tube is always operated with a constant bias and constant gain (maximum tube gain), so when the PA output power is small, the electron beam tube has unnecessary gain. , in this case, PA efficiency (output power/power consumption)
It had some drawbacks that made it very bad.
本発明は、送信電力増幅装置の出力電力を所要
電力に設定するのに、電子ビーム管のアノード電
圧（Ea）とヒータ電圧（Ef）を同時に制御して行
うことを特徴とし、その目的は送信電力増幅装置
の余剰出力電力を無くし、電子ビーム管を最大出
力電力以下で運用する場合の装置消費電力の軽減
（能率の維持）と電子ビーム管の長寿命化を図る
にある。 The present invention is characterized in that the output power of the transmission power amplifier is set to the required power by simultaneously controlling the anode voltage (E a ) and heater voltage (E f ) of the electron beam tube. The purpose of this invention is to eliminate surplus output power of the transmission power amplifier, reduce device power consumption (maintain efficiency) when operating the electron beam tube at less than the maximum output power, and extend the life of the electron beam tube.
本来、送信電力増幅装置（PA）に要求される
出力電力値が小さい時は、PAの最大出力電力も
要求値に対し必要以上に大きくする必要はない。 Originally, when the output power value required of the transmission power amplifier (PA) is small, there is no need to increase the maximum output power of the PA more than necessary compared to the required value.
このため、本発明ではPAの所要出力電力の設
定を、PA中の電子ビーム管の入力信号レベルは
そのままで、電子ビーム管の利得（出力電力）を
電子ビーム管に供給しているカソード電流を制御
する（アノード電圧を変える）と同時にヒータ電
圧をも調整して行なう。アノード電圧とヒータ電
圧の制御の方法として、所要の出力電力に対応し
たカソード電流値に応じたアノード電圧に設定す
ること、および同アノード電圧におけるヒータ電
圧対カソード電流特性上の空間電荷制限領域と温
度制限領域との境界点に対応するヒータ電圧に設
定することとした。これにより、電子ビーム管の
能率向上と寿命延長を計つている。 Therefore, in the present invention, the required output power of the PA is set by changing the gain (output power) of the electron beam tube by changing the cathode current that supplies the electron beam tube to the electron beam tube while keeping the input signal level of the electron beam tube in the PA unchanged. At the same time as controlling (changing the anode voltage), the heater voltage is also adjusted. As a method of controlling the anode voltage and heater voltage, it is necessary to set the anode voltage according to the cathode current value corresponding to the required output power, and the space charge limitation area and temperature in the heater voltage vs. cathode current characteristic at the same anode voltage. It was decided to set the heater voltage corresponding to the boundary point with the restricted area. This is intended to improve the efficiency and extend the life of the electron beam tube.
以下、本発明を図面に用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第２図は本発明の送信電力制御方法を実施する
電力増幅装置の一例を示す構成図である。図にお
いて、前出のものと同一符号のものは同一または
均等部分を示すものとする。１１はヒータ電圧制
御回路、１２はアノード電圧制御回路で、いずれ
も電子ビーム管への印加電圧を増減させる機能を
有するものである。 FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a power amplification device implementing the transmission power control method of the present invention. In the figures, the same reference numerals as those mentioned above indicate the same or equivalent parts. 11 is a heater voltage control circuit, and 12 is an anode voltage control circuit, both of which have the function of increasing or decreasing the voltage applied to the electron beam tube.
第３図は本発明の説明の準備のために示した電
子ビーム管におけるヒータ電圧（Ef）に対するカ
ソード電流（Ik）の関係である。第３図におい
て、領域（温度制限領域）と領域（空間電荷
制限領域）との境界点Ａを一般にニーポイント
（KneePoint）と称する。電子ビーム管を動作さ
せる場合、Efは領域の直線部で、しかもEfので
きるだけ低い点、例えばＢ点に設定する。これ
は、Efをできるだけ低くすることにより、カソー
ド温度をできるだけ低くし、電子ビーム管の寿命
を長くするためである。 FIG. 3 shows the relationship between the cathode current (I k ) and the heater voltage (E f ) in the electron beam tube shown in preparation for the explanation of the present invention. In FIG. 3, a boundary point A between a region (temperature limited region) and a region (space charge limited region) is generally referred to as a knee point. When operating the electron beam tube, E f is set at a straight line part of the region and at the lowest possible point of E f , for example, point B. This is because by lowering E f as much as possible, the cathode temperature is kept as low as possible and the life of the electron beam tube is extended.
さて、本発明では前記の通り第１に電子ビーム
管の出力電力をカソード電流を変えることにより
制御する。カソード電流と出力電力は一般的には
ほぼ比例の関係にあり、カソード電流はアノード
電圧により制御される。 Now, in the present invention, as described above, firstly, the output power of the electron beam tube is controlled by changing the cathode current. Cathode current and output power are generally in a substantially proportional relationship, and cathode current is controlled by anode voltage.
第４図はアノード電圧（Ea）を変えた場合の
ヒータ電圧（Ef）対カソード電流（Ik）の関係を
示している。但し、Ea1＞Ea2である。第４図から
明らかなように、電子ビーム管の出力電力を低出
力レベルに設定した場合（第４図のEa2に相当）
はニーポイントは高出力レベルの場合（第４図の
Ea1に相当）より低くなるから、Efもニーポイン
トの低下分だけ低く設定可能となる。 FIG. 4 shows the relationship between heater voltage (E f ) and cathode current (I k ) when changing anode voltage (E a ). However, E a1 > E a2 . As is clear from Figure 4, when the output power of the electron beam tube is set to a low output level (corresponding to E a2 in Figure 4)
The knee point is at a high output level (see Figure 4).
Since E f (equivalent to E a1 ) is lower, E f can also be set lower by the amount of the lower knee point.
従来は、電子ビーム管の出力電力を変えるの
に、Ef，Eaは一定（例えばEf1とEa1のまま）で電
子ビーム管の入力信号レベルを変えるか、Ikを変
える場合でもEfは高出力レベルを出せる値、すな
わち第４図におけるEf1に固定し、Eaの値だけを
変えていた。そのため、低出力レベルすなわち第
４図におけるEa2のレベルで動作させる場合は、
Efは必要以上に高くなつたままであるという欠点
があつた。 Conventionally, to change the output power of an electron beam tube, E f was fixed at a value that could produce a high output level, that is, E f1 in Figure 4, and only the value of E a was changed. Therefore, when operating at a low output level, that is, the level of E a2 in Figure 4,
The disadvantage was that E f remained higher than necessary.
本発明では、必要な出力レベルに応じてIkを制
御するが、同時にIkに応じてEfをも制御すること
を特徴としている。 The present invention is characterized in that, while Ik is controlled according to the required output level, Ef is also controlled according to Ik at the same time.
上記の可変される出力レベル、カソード電流に
応じてアノード電圧とモータ電圧を同時に制御し
た場合に、延長される電子ビーム管の寿命の関係
について数値例を以下に示す。本数値例の対象と
した電子ビーム管は、電子ビーム作用部にヘリツ
クス形遅波回路を用いた進行波管である。 A numerical example will be shown below regarding the relationship between the extended life of the electron beam tube when the anode voltage and motor voltage are simultaneously controlled according to the variable output level and cathode current. The electron beam tube used in this numerical example is a traveling wave tube using a helical slow wave circuit in the electron beam acting section.
第５図は上記進行波管のカソード電流（Ik）に
対する出力電力（Pout）の関係を示している。 FIG. 5 shows the relationship between the output power (Pout) and the cathode current (I k ) of the traveling wave tube.
第６図は上記カソード電流（Ik）とアノード電
圧（Ea）の関係を示している。 FIG. 6 shows the relationship between the cathode current (I k ) and the anode voltage (E a ).
ここで進行波管の出力電力（Pout）を10dB変
化させる場合を考える。すなわち、第５図におい
て高出力レベルを550Wとし、低出力レベルを
55Wに設定する。その場合、Ikは550ｍＡから340
ｍＡに切替えればよい。そのためには第６図から
明らかなようにEaは8.7kVから6.3kVに変化させ
ればよい。 Now consider the case where the output power (Pout) of the traveling wave tube is changed by 10 dB. That is, in Figure 5, the high output level is 550W, and the low output level is 550W.
Set to 55W. In that case I k is 550mA to 340
Just switch to mA. To do this, E a should be changed from 8.7 kV to 6.3 kV, as is clear from Figure 6.
一方、本進行波管のIkとEfの関係をEaをパラメ
ータとして測定した結果である第４図からわかる
ように、Ikを550ｍＡ（Ik1）から340ｍＡ（Ik2）に
切替えた場合、Efは4.9V（Ef1）から4.3V（Ef2）に
低下させることが可能となる。その場合、カソー
ド温度は約50℃低下することがわかつている。 On the other hand, as can be seen from Figure 4, which is the result of measuring the relationship between I k and E f of this traveling wave tube using E a as a parameter, I k was switched from 550 mA (I k1 ) to 340 mA (I k2 ). In this case, E f can be lowered from 4.9V (E f1 ) to 4.3V (E f2 ). In that case, it has been found that the cathode temperature decreases by about 50°C.
通常のカソードでは、温度が50℃低下した場合
の管球寿命は約２倍になると云われている（例え
ばIEE Proc.、Vol.128、PtI、p.19〜32、No1、
1981）。従つて、本進行波管を使用する装置が例
えば年間の使用時間を通してその90％が低出力レ
ベルで使用するものと仮定すると、この進行波管
の寿命は従来の使用方法に比して約２倍に延長さ
れることになる。 It is said that with a normal cathode, the tube life will approximately double if the temperature drops by 50℃ (for example, IEE Proc., Vol. 128, PtI, p. 19-32, No. 1,
1981). Therefore, assuming that a device using this traveling wave tube is used at a low output level for 90% of the year, the lifespan of this traveling wave tube will be approximately 2 times longer than that of conventional usage. It will be doubled.
そこで本発明においては、所要PA出力電力に
対し第２図中のヒータ電源回路７の出力電圧とア
ノード電源回路８の出力電圧をそれぞれの電源回
路の出力側に設けた電圧制御回路１１と１２によ
り変化させ、管球利得を変え、所要出力電力にな
るよう進行波管の出力電力を変える。例えば、本
装置の端子６における装置出力電力が最大値を要
求される時は１１と１２の電圧制御回路は通過電
圧に対し“０”とし、ヒータ電源回路７からのヒ
ータ電圧およびアノード電源回路８からのアノー
ド電圧はそのまま進行波管に供給し、進行波管出
力電力（利得）は最大とする。逆に、装置出力電
力が最大出力に対し小さくて良い場合は１１と１
２の電圧制御回路により、与えられた進行波管に
対し、あらかじめ知られている出力電力Pout対Ik
特性、Ik対Ea特性およびIk対Ef特性に関係からア
ノード電源回路８とモータ電源回路７からのアノ
ード電圧およびヒータ電圧を“所定の値”に設定
する。 Therefore, in the present invention, the output voltage of the heater power supply circuit 7 and the output voltage of the anode power supply circuit 8 in FIG. By changing the tube gain, the output power of the traveling wave tube is changed to achieve the required output power. For example, when the device output power at the terminal 6 of the device is required to reach its maximum value, the voltage control circuits 11 and 12 are set to “0” with respect to the passing voltage, and the heater voltage from the heater power supply circuit 7 and the anode power supply circuit 8 are set to “0”. The anode voltage from is supplied as is to the traveling wave tube, and the output power (gain) of the traveling wave tube is maximized. Conversely, if the device output power is smaller than the maximum output, use 11 and 1.
For a given traveling wave tube, the voltage control circuit No. 2 calculates the output power Pout vs. I k for a given traveling wave tube.
The anode voltage and heater voltage from the anode power supply circuit 8 and motor power supply circuit 7 are set to "predetermined values" in relation to the characteristics, I k vs. E a characteristics, and I k vs. E f characteristics.
なお、上記本発明の実施例の詳細な説明は、進
行波管について述べたが、本発明の送信電力制御
方法は、カソードとカソードを加熱するヒータと
加熱したカソードから発生する電子ビームを制御
するアノードを有して成る電子銃と上記電子銃か
ら出た電子ビームと高周波信号とを相互作用させ
高周波信号を増幅させる機能をもつ電子ビーム作
用部を具えて構成される電子ビーム管の全てにつ
いて適用されることは云うまでもないことであ
る。 Although the above detailed description of the embodiment of the present invention describes a traveling wave tube, the transmission power control method of the present invention controls a cathode, a heater that heats the cathode, and an electron beam generated from the heated cathode. Applicable to all electron beam tubes that include an electron gun having an anode and an electron beam operating section that has the function of interacting the electron beam emitted from the electron gun with a high frequency signal and amplifying the high frequency signal. It goes without saying that this will happen.
以上説明したように、本発明は各種伝送方式の
送信系に設置される電子ビーム管形電力増幅装置
の所要出力電力の設定を、電子ビーム管に供給し
ているアノード電圧とヒータ電圧を調製し電子ビ
ーム管の出力（利得）を変化させて行つているた
め、装置出力電力が小さい時には従来装置より消
費電力が小なく、装置能率（出力電力／消費電
力）が良く、さらに電子ビーム管のカソード寿命
を延長させ、電力増幅装置の運用時間（寿命）を
伸ばす利点がある。 As explained above, the present invention adjusts the anode voltage and heater voltage supplied to the electron beam tube to set the required output power of the electron beam tube power amplifier installed in the transmission system of various transmission systems. This is done by changing the output (gain) of the electron beam tube, so when the device output power is small, the power consumption is lower than the conventional device, and the device efficiency (output power / power consumption) is high. This has the advantage of extending the lifespan and extending the operating time (lifespan) of the power amplifier.
第１図は従来の出力電力制御を行なう送信系電
力増幅装置の構成図、第２図は本発明の送信電力
制御方法を実施する電力増幅装置の一例を示す構
成図、第３図は電子ビーム管のヒータ電圧Ef対カ
ソード電流Ik特性図、第４図は電子ビーム管のア
ノード電圧EaをパラメータとしたEf対Ik特性図、
第５図は電子ビーム管（進行波管）のIk対出力電
力Pout特性図、第６図は電子ビーム管（進行波
管）のEa対Ik特性図である。
１……電力増幅装置の入力端子、２……信号電
力調整用可変減衰器、３……電力増幅管（電子ビ
ーム管）、４……方向性結合器、５……出力電力
監視用モニタ端子、６……電力増幅装置の出力端
子、７……ヒータ電源回路、８……アノード電源
回路、９……コレクタ電源回路、１０……ヘリツ
クス（電子ビーム作用部）電源回路、１１……ヒ
ータ電圧制御回路、１２……アノード電圧制御回
路。
FIG. 1 is a block diagram of a transmission power amplifier that performs conventional output power control, FIG. 2 is a block diagram of an example of a power amplifier that implements the transmission power control method of the present invention, and FIG. 3 is an electron beam The tube heater voltage E f vs. cathode current I k characteristic diagram. Figure 4 is the E f vs. I k characteristic diagram with the anode voltage E a of the electron beam tube as a parameter.
FIG. 5 is a characteristic diagram of I k versus output power Pout of an electron beam tube (traveling wave tube), and FIG. 6 is a characteristic diagram of E a versus I k of an electron beam tube (traveling wave tube). 1...Input terminal of power amplifier device, 2...Variable attenuator for adjusting signal power, 3...Power amplification tube (electron beam tube), 4...Directional coupler, 5...Monitor terminal for monitoring output power , 6... Output terminal of the power amplifier, 7... Heater power supply circuit, 8... Anode power supply circuit, 9... Collector power supply circuit, 10... Helix (electron beam acting part) power supply circuit, 11... Heater voltage Control circuit, 12... Anode voltage control circuit.
Claims (1)
したカソードから発生する電子ビームを制御する
アノードを有して成る電子銃と上記電子銃から出
た電子ビームと高周波信号とを相互作用させ高周
波信号を増幅させる機能をもつ電子ビーム作用部
を具えて構成される電子ビーム管と、上記電子ビ
ーム管を駆動するためのヒータ電源回路とアノー
ド電源回路と電子ビーム作用部電源回路を有する
電源部を具備して成る電力増幅装置において、上
記電力増幅装置の出力電力を増減させるのにアノ
ード電圧およびヒータ電圧を制御することとし、
この制御の方法として、所要の出力電力に対応し
たカソード電流値に応じたアノード電圧に設定す
ること、および同アノード電圧におけるヒータ電
圧対カソード電流特性上の空間電荷制限領域と温
度制限領域との境界点に対応するヒータ電圧に設
定することを特徴とする送信電力制御方法。1. An electron gun comprising a cathode, a heater that heats the cathode, and an anode that controls the electron beam generated from the heated cathode, and the electron beam emitted from the electron gun interacts with a high-frequency signal to amplify the high-frequency signal. An electron beam tube configured with a functional electron beam acting section, and a power source section having a heater power supply circuit, an anode power supply circuit, and an electron beam acting section power circuit for driving the electron beam tube. In the power amplification device, an anode voltage and a heater voltage are controlled to increase or decrease the output power of the power amplification device,
As a method of this control, it is necessary to set the anode voltage according to the cathode current value corresponding to the required output power, and to set the boundary between the space charge limited region and the temperature limited region on the heater voltage vs. cathode current characteristic at the same anode voltage. A transmission power control method characterized by setting a heater voltage corresponding to a point.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3937182A JPS58157206A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Method for controlling transmission power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3937182A JPS58157206A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Method for controlling transmission power |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58157206A JPS58157206A (en) | 1983-09-19 |
| JPH0214819B2 true JPH0214819B2 (en) | 1990-04-10 |
Family
ID=12551189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3937182A Granted JPS58157206A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Method for controlling transmission power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58157206A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5835822B1 (en) | 2014-06-30 | 2015-12-24 | Ｎｅｃネットワーク・センサ株式会社 | High frequency circuit system |
-
1982
- 1982-03-15 JP JP3937182A patent/JPS58157206A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58157206A (en) | 1983-09-19 |
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