JPH037287B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はVHF帯およびUHF帯で使用する大電
力並列出力合成形の高周波電力増幅器に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 第１図は従来のVHF帯またはUHF帯で並列動
作する電力増幅器の系統図を示したものである。
以下にこの従来例の構成と問題点について第１図
とともに説明する。

第１図において、１は送信機の前段部であり、
FM変調方式の場合は発振器、変調器、周波数逓
倍器等を包含しており、前段部１の出力はVHF
帯またはUHF帯周波数（以下RF周波数という）
で数百ｍＷ程度である。２は前段部１の出力を増
幅する前置増幅器で、次の励振増幅器３にRF周
波数を出力する。３は終段電力増幅器を励振する
ための励振増幅器であり、前置増幅器２の出力を
増幅して終段電力増幅器５，６，７にRF周波数
の励振電力を供給する。４は終段電力増幅器５〜
７へRF周波数の励振電力を分配供給する電力分
配器、８は終段電力増幅器５，６，７の出力合成
器、９は方向性結合器（以下方結という）であ
り、進行電力P_F、反射電力P_Rの検出端子Ａ、Ｂ
を設けている。１０は出力端子であり、ここから
同軸ケーブルや同軸管等により負荷となるアンテ
ナ１１へ出力される。１２は励振増幅器３のコレ
クタ電力制御器であり、方結９が負荷１１からの
反射が増大し、あらかじめ設定したVSWRを超
えたとき励振増幅器３のコレクタ電力供給を切断
する機能が与えられている。１３は電力増幅部の
コレクタ電圧供給端子である。１４は出力検出部
で、方結９の端子Ａから進行波電力P_F、同端子
Ｂから反射波電力P_Rの供給を受けて負荷１１の
VSWRを検出し、そのVSWRが所定と値、例え
ば、VSWR＞３の場合コレクタ電力制御器１２
に制御信号を送出して、励振増幅器３への電力供
給を停止して不動作にさせることによつて終段電
力増幅器５，６，７を保護するようになつてい
る。

放送機のように公共性の高い送信装置の場合は
このような障害発生時は予備送信装置と予備のア
ンテナに切替えて送信を継続させればよいのであ
るが、設備費が２倍となりコスト高が欠点であ
る。また１基のアンテナに対してセツト予備方式
とした場合にアンテナが障害を起した場合には、
送信装置を切替えても障害は復旧されない欠点が
ある。有人局の場合はこのような障害が発生すれ
ばその時点で警報音を出せばよいのであるが、無
人局の場合には保守者が駆けつけるまでに相当長
い時間が必要であり、公共性の強い放送サービス
の場合にはこのブランク時間を少なくすることが
重要な課題である。

一度障害を起してダウンしたこのような送信装
置も人手によつて点検修理すれば正常動作する場
合がある。そこで、所定時間の間隔を設けて自動
的な再起動が起なわれる。この再起動によつても
動作が復旧しないときは所定時間後、再び再起動
を行なう。このように、数回再起動を行なつても
正常動作に戻らない場合に始めて人力による障害
排除作業に入るのである。

人力による再起動の場合には周辺回路や回路系
統の点検を行なつて起動させるものであるから、
この点検によつて大部分の障害排除が可能である
が、自動的に再起動するような場合にはこれらの
障害は改善されないまま、電源電力の再投入が行
われることになり、この再起動によつて終段電力
増幅器５，６，７を同時に破壊させてしまうこと
がある。これは障害発生場所が出力回路にあると
き、例えば、帯域フイルタやノツチフイルタ、コ
ネクタの接触不良、有機、無機等の不純物による
短絡等の原因によつて起きる障害であり、平常時
では考えられないような高周波位相の遷移発生が
原因であり、再起動時のトランジエント等により
終段電力増幅器に異常状態を生じ、励振増幅器３
の電源切断のみでは異常状態を解除できない場合
が多い。しかし、現実的にはこのような事態にも
異常動作を生じないような安全で確実な再起動を
自動的に行なう方法が必要となつていた。

発明の目的 本発明は上記のような従来例の問題点を除去す
るものであり、電力増幅装置の調整状態が何等か
の原因で、極めて特異な条件に変化した場合に自
動的な再起動を繰返しても、装置に損傷を与える
ことがなく始動および再起動を安全、確実に行な
えるようにすることを目的とするものである。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するために、励振段と
これに並列接続した電力増幅器とを備え、前記電
力増幅器の出力を負荷の影響を受けにくいウイル
キンソン形合成器で合成して取り出し、取り出し
た出力を方結で検出し、そのVSWR値と前記励
振器への励振電力の有無から前記励振段および前
記電力増幅器の起動制御を行ない、特に電力増幅
器を同時でなく、一台ずつ順次所定のタイミン
グ、所定の回数起動制御できるように構成したの
で、起動に際してトランジエント破損を起さない
効果を得るものである。

実施例の説明 以下に本発明の一実施例の構成について、図面
とともに説明する。

第２図において、符号１〜１４の内、第１図と
同じ番号のものは同じ機能を有するものである。
第２図において、１５は前置増幅器２のコレクタ
電流検出器であり、あらかじめ設定した値以上の
電流を検出したときコレクタ電力制御器１６へ情
報を出力する。１６は励振増幅器３および終段電
力増幅器５〜７のコレクタ電力制御器であり、以
下の各機能が与えられている。

第１は前記コレクタ電流検出器１５から励振情
報により励振増幅器３にコレクタ電力を供給する
機能が与えられている。

第２は、コレクタ電流検出器１５と出力検出器
１４のVSWR情報とで動作し、VSWR（電圧定在
波比）が、あらかじめ定められた限界値以下の場
合は所定タイミングを以て、リレー回路１７を起
動させて終段電力増幅器６にコレクタ電力を供給
して、これを動作させる機能が与えられている。

第３は、リレー回路１７を起動して出力検出器
１４のVSWRが所定値以下のとき、リレー回路
１８を起動して終段電力増幅器７にコレクタ電力
を供給して、これを動作させる機能が与えられて
いる。

第４は、前記コレクタ電流検出器１５の情報に
より励振増幅器３にコレクタ電力を供給したとき
出力検出器１４のVSWRが劣化している場合に
励振増幅器３へのコレクタ電力供給を停止させる
機能が与えられている。

第５は、リレー回路１７が起動して終段電力増
幅器６へコレクタ電力を供給したとき、前記出力
検出器１４のVSWRが劣化している場合、リレ
ー１７を復旧させて終段電力増幅器６へのコレク
タ電力供給を断とするとともに、励振増幅器３へ
のコレクタ電力供給を停止させる機能が与えられ
ている。

第６は、リレー回路１８が起動して終段電力増
幅器７へコレクタ電力を供給したとき、前記出力
検出器１４のVSWRが劣化している場合、リレ
ー１７，１８を復旧させて終段電力増幅器６，７
へのコレクタ電力供給を断とするとともに、励振
増幅器３のコレクタ電力供給を停止させる機能が
与えられている。これら電力供給を停止する場
合、励振増幅器３へのコレクタ電力供給の停止は
数μs〜数十μsで行なわれ、終段電力増幅器６，７
のコレクタ電力の供給停止はリレーの動作復旧時
間、即ち数mS以内に行なわれることになる。

第７は、励振増幅器３にコレクタ電力を供給し
たのち終段電力増幅器６，７へコレクタ電力を供
給しVSWR劣化を検出してリレー１７，１８を
復旧し、励振増幅器３のコレクタ電力供給をしや
断する一連の動作をあらかじめ定められた時間間
隔、例えば、10〜20秒にてｎ回（例えば、ｎ＝１
〜10）再起動させる。そうして、ｎ回起動しても
正常動作に戻らないときに再起動のための動作を
停止させる機能が与えられている。

第８は、VSWRの異常を出力検出器１４が検
出したとき異常警報を音響的に、光学的に発生ま
たは表示させるとともに、有人の保守局に異常を
通知する。さらにこの間、再起動の回数をカウン
トしてあらかじめ定めた回数起動しても、正常な
起動が不能のとき障害警報を発生させ、これを有
人の保守局に通知するとともに、送信装置機能を
停止させることがある。

この際、有人の保守局からのテレメータリング
や遠隔操作による再起動機能を付与するか否かは
保守規準の考え方で決定されることである。

第３図は第２図の主要部の具体構成例を示し、
１４Ａは出力検出部、１５はコレクタ電流検出
器、１６Ａは定電圧回路、１６Ｂは制御部であ
る。

出力検出部１４で、D₁は進行波電力P_Fの検波
器、D₂は反射波電力P_Rの検波器、D_Vは電圧分配
器、P₀は電圧比較器、D₃はサイリスタである。
次に出力検出部１４Ａで、R₈は抵抗、T₅、T₆は
トランジスタである。定電圧回路１６Ａで、T₁
〜T₄はトランジスタ、D₄はツエナーダイオード、
R₅、R₆は抵抗、R₇は半固定抵抗である。制御回
路１６Ｂは、電圧比較回路P₁〜P₆、ORはオア回
路、R₁〜R₃は抵抗、C₁〜C₃はタイミング用コン
デンサ、C₄、C₅は結合コンデンサ、E₁〜E₃は基
準電圧源であり、C₁R₁、C₂R₂、C₃R₃で時定数回
路を構成している。

次に、第３図の動作を説明する。検波器D₁の
検波出力e₀は電圧分圧器DVで分圧され、e₁とな
り、検波器D₂と検波出力e₂と電圧比較器P₀で比
較され、反射電圧e₂が進行電圧e₁に対してe₂＞e₁
のときにサイリスタD₃を導通させて、励振増幅
器３への基準電圧E_jの０電圧に落すように動作す
る。さらに大きな電力を得るため、この電力増幅
器を複数台合成して使用する構成では、負荷の
VSWR悪いとき、出力の立上りの遅い電力増幅
器の出力端子へは、出力合成器を経由して他の電
力増幅器からの電力が廻り込んで、反射電力が多
いと判定して立上れなくなるのを防止するため、
第３図のe₂が小さい時は一定電圧E₄を越えた反射
電圧e₂でVSWR異常を検出し、しや断させるよ
うにしている。通常このE₄は定格出力の50％程
度になるように設定している。

コレクタ電流検出器１５は電段部１５は前段部
１から励振がないとき、また励振レベルが規格値
以下のときにトランジスタT₅のベースをＨとし
て、トランジスタT₆のエミツタ出力をＯ電位と
し、励振増幅器３へのコレクタ電力の供給を停止
させる。

次に、コレクタ制御器１６の動作について説明
する。定電圧回路１６Ａで、トランジスタT₁〜
T₄、ツエナーダイオードD₄、抵抗R₅〜R₆は一般
に使用される定電圧回路であり、前記のように
VSWR劣化時には規定電圧E_jをサイリスタD₃で
短絡して励振増幅器３へのコレクタ電力供給を停
止させる。なお電圧比較器P₁の比較電圧E₃はE_j
＞E₃に設定されている。VSWR劣化時、電圧比
較器P₁の出力はＨとなり、第１のCR時定数回路
のコンデンサC₁の充電を開始する。この間、励
振増幅器３および終段電力増幅器６，７のコレク
タ電力の供給はリレー１７，１８により切断され
ている。第１のCR時定数回路が充電されて、V₁
＞E₁となつた点で、電圧比較器P₅の（＋）端子
にパルスが与えられ、電圧比較器P₅の出力は短
時間Ｈとなり、オア回路ORの出力はＨとなる。
従つてトランジスタT₆のエミツタは０電位とな
り、サイリスタD₃の導通を解除する。

再起動によつて異常が恢復した場合はリレー１
８が動作して終段電力増幅器７にコレクタ電圧が
印加されて正常動作となる。

また、異常動作の場合はサイリスタD₃が再び
導通となつて励振増幅器３および終段電力増幅器
６のコレクタ電力の切断を持続する。一方、この
時点で電圧比較器P₂の出力Ｈのため、第２のCR
時定数によりコンデンサC₂が充電されて、V₂＞
E₁の点で再起動を行なう。正常動作にならない
ときは同様な動作を繰返して第３のCR時定数回
路のコンデンサC₃の充電により電圧比較器P₄は
出力をＨとして端子２０に出力して警報器（図示
せず）により異常を警報することになる。

以上はアナログ回路による回路構成例を説明し
たが、同様な機能はデイジタル回路でも構成でき
る。

第４図は終段電力増幅器５，６，７の出力合成
を行なうウイルキンソン形出力合成器を示す。こ
れは各入力I_a〜I_cには入力がインピーダンスＺで、
出力が３×Ｚのインピーダンス変換器Z_a〜Z_cと３
出力の合成部からなり、入力側にインピーダンス
Ｚの星形抵抗体R_a、R_b、R_cが接続されている。
この抵抗体は終段電力増幅器５のみが動作中には
抵抗体R_a、R_b、R_cは負荷となり、出力端子１０
でのVSWR＝∞のときにもI_aから見たインピーダ
ンスはVSWR＝２に見えるので、終段電力増幅
器５を１台のみ動作させておいても、増幅器に損
傷を与えることはない。出力検出器１４の調整点
をVSWR＝３すなわち反射電力25％とした場合
でも出力電力は定格電力の1²／3²＝１／９となる
ので、VSWR異常判定は行なわずリレー１７が
動作して電力増幅器６が動作する。このとき出力
電圧は定格電力の2²／3²＝４／９となるので
VSWR＝３すなわち反射電力25％で調整した場
合VSWR＝７すなわち反射電力56％の値以上で
しや断する。

終段電力増幅器５，６の２台が動作していると
きは出力端子１０でのVSWR＝∞のときでもI_aあ
るいはI_bから見たインピーダンスはVSWR＝５に
見えるので終段電力増幅器５，６は安定に立上り
損傷を受けることはない。

負荷のVSWR＝７以下の場合はリレー１８が
動作して電力増幅器７も動作する。この電力増幅
器７が動作するのはVSWR7.0以下であるから安
定に立上り動作にする。

即ち上記動作をまとめると、 (1) 終段電力増幅器出力にウイルキンソン形等の
入力端子間がアイソレーシヨン特性を有する出
力合成器を接続し、終段電力増幅器の内の１台
だけを常に動作状態にするとともに、負荷イン
ピーダンスのあらゆるVSWR、あらゆる位相
条件によつて異常状態の発生がないようにする
とともに、正常時には効率的に出力を負荷側に
供給することである。

(2) 初期状態および異常発生時は終段電力増幅器
の内の１台だけを常に動作させるとともに、
VSWRに異常のないときには自己タイミング
を用いて、次の終段電力増幅器を動作させ、こ
れにも異常がなければ、さらに、次の終段電力
増幅器を動作させることによつて全増幅器を正
常動作させるものであり、全増幅器の同時動作
によるトランジエントの発生を防止することで
ある。

(3) 前段部１からのコレクタ電流検出器１５を設
け、前段部１の出力が瞬断された場合は励振増
幅器の動作を停止させ、さらに第２、第３の終
段電力増幅器６，７にコレクタ電力を供給する
電力供給リレー１７，１８を開放してこれらの
動作を停止させ、適当なタイミングを与え、始
動時と同様にVSWRを確かめながら順次増幅
器を動作させてトランジエントの発生を軽減さ
せることである。

(4) 出力検出器１４が異常を検出して励振増幅器
３および終段電力増幅器の内の１台を残して動
作を停止させた場合も出力検出器１４の
VSWRを目安に終段電力増幅器の再起動を行
なう。この時、もし、VSWRが劣化している
ときは直ちに初期状態に戻し、さらにタイミン
グをとつて終段電力増幅器の起動を行ない、あ
らかじめ定められた回数、再起動を行なつても
正常に動作しないときはそれ以後の再起動を停
止させ、休止状態とするものであるから、瞬時
的異常状態の発生に対して終段電力増幅器の機
能が無駄に停止させることを防止することであ
る。

発明の効果 本発明は上記のような構成であり、以下に示す
効果が得られる。

(a) 並列接続された複数の終段増幅器を同時起動
しないのでトランジエントにより増幅器の破損
が起らない。

(b) 再起動の間隔、回数を任意に設定できるので
再起動の成功の確率が高い。

(c) ウイルキンソン形出力合成器と並列再起動動
作を組合せているので、例えば負荷が開放状態
で２台の終段増幅器を動作状態にしても安全で
ある。

(d) あらかじめ定められた回数、再起動を行なつ
ても正常に動作しないときはそれ以後休止状態
にするように構成したので、自動運転に対して
も安全である利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波電力増幅器の構成を示す
ブロツク図、第２図は本発明の一実施例の高周波
電力増幅器の構成を示すブロツク図、第３図は第
２図の構成における要部の具体構成を示す回路
図、第４図はウイルキンソン型出力合成器の動作
を説明するための説明図である。 １……前段部、２……前置増幅器、３……励振
増幅器、４……電力分配器、５，６，７……終段
電力増幅器、８……出力合成器、９……方向性結
合器、１４……出力検出器、１５……コレクタ電
流検出器、１６……コレクタ電力制御器、１７，
１８……リレー回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高周波入力を順次増幅して出力を得るための
   前置増幅器と、励振増幅器と、並列接続された複
   数の電力増幅器と、前記電力増幅器の出力を合成
   するウイルキンソン形回路と方向性結合器の縦続
   接続を備えると共に前記方向性結合器からの負荷
   整合状態情報と前記前置増幅器からの励振電力の
   有無情報から、前記励振増幅器と前記複数の電力
   増幅器の一部ずつを所定の段階を経て一定のタイ
   ミングおよび回数で再起動して立上げ動作を行な
   わせると共に、前記再起動にもかかわらず前記負
   荷整合状態情報から電力増幅器の動作が正常に復
   帰しないことが確認された場合には、前記電力増
   幅器を休止させるようにした制御部を備えた高周
   波電力増幅器。