JPH11312934A - 電力増幅装置及び電力増幅方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の自動制御をする電力増幅装置を提供
する。 【解決手段】 分配器１は、入力信号を２経路に分配す
る。位相器４は、位相指示信号に従って、供給された信
号の位相を制御する。増幅器２，３は、供給された信号
のレベルを増幅する。導波管合成器５は、増幅器２，３
から供給された信号の和信号及び差信号を生成する。方
向性結合器６は、和信号を、電力増幅装置の出力信号と
して出力すると共にその一部をレベル検出器１０に供給
する。方向性結合器７は差信号を終端器８に供給して収
束させると共にその一部をレベル検出器９に供給する。
比較器１１は、レベル検出器９と１０から供給される差
信号及び和信号の信号レベルの差分を検出し、この差分
が最大となるような位相指示信号を生成して位相器４に
供給し、位相を制御させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信装置等に使
用するマイクロ波帯の送信電力を増幅する増幅装置及び
増幅方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波帯の送信電力を増加さ
せるため、入力信号を複数の増幅器で増幅し、出力時に
位相合成を行う増幅装置が用いられている。

【０００３】例えば、特開平５−２５１９６５号公報に
は、入力信号を分配する電力分配器と、分配器に接続さ
れた２つの増幅器と、２つの増幅器の入力側に接続され
た第１の位相差検出回路と出力側に接続された第２の位
相差検出回路と、第１と第２の位相差検出回路が検出し
た位相差を比較して、位相差を補正する制御信号を位相
器に供給する位相制御部と、位相制御部から供給された
制御信号に従って位相差を補正する位相器と、から構成
される増幅装置が記載されている。

【０００４】また、特開平２−３０５１０４号公報に
は、高周波信号を分岐する第１の分岐回路と、第１の分
岐回路に接続された可変位相器と、可変位相器に接続さ
れた制限増幅器と、制限増幅器に接続された第２の分岐
回路と、第１と第２の分岐回路で分岐された信号の位相
を比較して可変位相器に制御信号を供給する位相比較器
と、から構成される高周波電力増幅回路が記載されてい
る。

【０００５】また、位相比較回路を使用しない方法とし
て、導波管合成器が出力する和信号（合成信号）又は差
信号のレベル変化により位相器を自動制御する方法があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平５−２
５１９６５に開示された増幅装置及び特開平２−３０５
１０４に開示された高周波電力増幅回路では、増幅器の
入力信号と出力信号の位相差に対応した制御信号に従っ
て位相を制御している。このため、位相制御の精度は、
位相差検出回路及び位相比較器の周波数特性と温度特性
に影響されやすく、結果として、加算対象の信号の位相
がずれてしまい、最大出力レベルを得ることができない
場合があった。

【０００７】また、和信号のレベル変化を使用した方式
では、検出電圧の変化量が小さいため、また、差信号を
使用した方式では、高出力点の検出電圧が低いため、高
精度の自動制御を実現することができず、加算対象の信
号の位相がずれてしまい、最大出力レベルをうることが
困難であった。

【０００８】このように、従来の電力増幅回路では、増
幅された信号を最後に加算する際に、位相を高精度で一
致させることが困難であり、出力信号の電力に損失が生
じる場合があった。

【０００９】この発明は、上記実情に鑑みてなされたも
ので、入力された信号の電力を効率よくかつ簡単・高精
度の制御で安定して増幅して出力することを目的とす
る。

【００１０】また、この発明は、回路の周波数特性や温
度特性の影響が少なく、且つ、高精度の自動制御を実現
することができる電力増幅装置及び電力増幅方法を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる電力増幅装置は、入
力信号を第１と第２の経路に分配する分配器と、前記分
配器が第１の経路に分配した信号を増幅する第１の増幅
器と、前記分配器が第２の経路に分配した信号の位相を
位相制御信号に従って制御する位相器と、前記位相器に
接続され、前記位相器から供給された信号を増幅する第
１の増幅器と、前記第１と第２の増幅器が増幅した信号
の和分及び差分に相当する和信号及び差信号を生成する
合成器と、前記合成器が生成した前記和信号及び差信号
の信号レベルを検出する第１と第２のレベル検出器と、
前記第１と第２のレベル検出器により検出された前記和
信号の信号レベルと前記差信号の信号レベルの差分を検
出し、検出した差分に応じた差分信号を生成する比較器
と、前記比較器が生成した差分信号に応じて、前記分配
器が前記２の経路に分配した信号の位相を前記位相器に
変化させるための前記指示信号を生成する位相制御器
と、から構成されることを特徴とする。

【００１２】このような構成によれば、増幅した信号の
位相を、和信号の信号レベルと差信号の信号レベルとの
差が最大となるように制御する。従って、周波数特性や
温度特性の影響をうけることなく、高精度の自動制御を
実現することができる。

【００１３】前記位相制御器は、前記和信号の信号レベ
ルと前記差信号の信号レベルとの差の絶対値が大きくな
るように、前記第２の経路の信号の位相を変化させる前
記位相制御信号を生成し、前記位相器に供給するように
してもよい。

【００１４】前記合成器に接続され、前記合成器が生成
した和信号を取得して、出力信号として出力すると共に
前記第１のレベル検出器に供給する第１の方向性結合器
と、前記合成器に接続され、前記合成器が生成した差信
号を取得して出力すると共に前記第２のレベル検出器に
供給する第２の方向性結合器と、前記第２の方向性結合
器の出力した差信号を吸収する終端器と、を備えるよう
にしてもよい。

【００１５】このような方法とすることにより、より精
度の高い位相制御を実現することができる。

【００１６】上記目的を達成するため、この発明の第２
の観点にかかる電力増幅装置は、入力信号を分配する分
配器と、前記分配器が分配した一の信号を増幅する第１
の増幅器と、前記分配器が分配した他の信号の位相を制
御する位相器と、前記位相器から供給された信号を増幅
する第２の増幅器と、前記第１と第２の増幅器の出力信
号の和分及び差分に相当する和信号及び差信号を生成す
る合成器と、前記合成器が生成した前記和信号及び差信
号の信号レベルの差分を検出し、検出した差分に応じ
て、前記位相器に前記信号の位相を制御させる制御手段
と、から構成されることを特徴とする。

【００１７】上記目的を達成するため、この発明の第３
の観点にかかる電力増幅方法は、入力信号を分配するス
テップと、前記分配した一の信号を増幅する第１の増幅
ステップと、前記分配した他の信号の位相を変化させる
位相制御ステップと、前記位相が変化した信号を増幅す
る第２の増幅ステップと、前記第１と第２の増幅ステッ
プで増幅した信号の和信号及び差信号を生成し、該和信
号及び差信号のレベル差を検出するステップＳと、検出
したレベル差が最大となるように、位相制御ステップで
の位相制御の量を制御するステップと、を備えることを
特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態にか
かる電力増幅装置について説明する。

【００１９】本発明の実施の形態の電力増幅装置は、図
１に示すように、分配器１と、増幅器２及び３と、位相
器４と、合成器５と、方向性結合器６及び７と、終端器
８と、レベル検出器９及び１０と、比較器１１と、位相
制御器１２と、から構成される。

【００２０】分配器１は、入力端が信号入力端子に接続
され、第１と第２の出力端を有し、入力信号を第１の出
力端と第２の出力端にほぼ均等に分配する。

【００２１】位相器４は、入力端が分配器１に接続さ
れ、制御信号入力端が位相制御器１２に接続され、分配
器１から供給された信号の位相を、位相制御器１２から
供給される位相指示信号Ｓｘに従って制御する（進める
又は遅らせる）。

【００２２】増幅器２は、入力端が分配器１に接続さ
れ、分配器１から供給された信号を増幅する。

【００２３】増幅器３は、入力端が位相器４に接続さ
れ、位相器４から供給された信号を増幅する。

【００２４】導波管合成器５は、入力端が増幅器２及び
３に接続され、増幅器２及び３から供給された信号の和
分に相当する和信号と、差分に相当する差信号と、を生
成する。

【００２５】方向性結合器６は、入力端が導波管合成器
５に接続され、導波管合成器５が生成した和信号を、こ
の電力増幅装置の出力信号として出力端子に供給する信
号と、レベル検出器１０に供給する信号と、に分割す
る。

【００２６】方向性結合器７は、入力端が導波管合成器
５に接続され、導波管合成器５が生成した差信号を、終
端器８に供給する信号と、レベル検出器９に供給する信
号と、に分割する。

【００２７】終端器８は、入力端が方向性結合器７に接
続され、方向性結合器７から供給された差信号を吸収す
る。

【００２８】レベル検出器９は、入力端が方向性結合器
７に接続され、方向性結合器７から供給された差信号の
信号レベルを検出する。

【００２９】レベル検出器１０は、入力端が方向性結合
器６に接続され、方向性結合に６から供給された和信号
の信号レベルを検出する。

【００３０】比較器１１は、入力端がレベル検出器９及
び１０に接続され、供給された差信号と和信号の信号レ
ベルの差分を検出し、検出した信号レベルの差分に対応
する差分信号を生成し、位相制御器１２に供給する。

【００３１】位相制御器１２は、供給された差分信号に
応じて、この差分が大きくなるように位相器４を通過す
る信号の位相を変化させる位相指示信号Ｓｘを生成し、
位相器４に供給する。この、位相指示信号Ｓｘの生成方
法を、図２を参照して説明する。

【００３２】図示するように、レベル検出器９が出力す
る差信号のレベルと増幅器２と３の出力信号の位相差と
の関係は実線Ａに示すようになり、レベル検出器１０が
出力する和信号のレベルと増幅器２と３の出力信号の位
相差との関係は実線Ｂに示すようになり、和信号と差信
号のレベルと増幅器２と３の出力信号の位相差との関係
は実線Ｃに示すようになる。

【００３３】この電力増幅回路の出力電力を最大にする
ためには、実線Ｂのレベルが最大となるように、即ち増
幅器２と３の出力信号の位相差が０となるように、位相
器４が位相を調整する量を制御する必要がある。位相差
が０となるためには、実線Ｃに示すように、レベル差が
最大となるように、位相器４の位相シフト量を調整する
必要がある。従って、位相制御器１２は、比較器１１の
出力する差分信号の信号レベルが最大となるように、位
相指示信号Ｓｘを制御する。

【００３４】次に、上記構成を有する電力増幅装置１の
動作について説明する。

【００３５】この電力増幅装置に入力した電力、即ち入
力信号は、分配器１に供給されて、ほぼ均等に２分配さ
れて、増幅器２と位相器４に供給される。

【００３６】位相器４に供給された信号は、位相制御器
１２から供給される位相指示信号Ｓｘに従って位相が制
御されて（進められ又は遅らせられ）、増幅器３により
増幅されて導波管合成器５に供給される。

【００３７】増幅器２に供給された信号も増幅されて導
波管合成器５に供給される。

【００３８】導波管合成器５は、増幅器２から供給され
た信号と増幅器３から供給された信号との和に相当する
和信号と差に相当する差信号とをを生成し、それぞれ、
方向性結合器６と７に供給する。

【００３９】方向性結合器６は、供給された和信号の例
えば９８％をこの電力増幅装置の出力信号として外部に
出力すると共に、残りを位相制御用にレベル検出器１０
に供給する。

【００４０】また、方向性結合器７は供給された差信号
の例えば９８％を終端器８に供給して吸収させると共
に、残りを位相制御用にレベル検出器９に供給する。

【００４１】レベル検出器９と１０は、それぞれに供給
された差信号と和信号の信号レベルを検出し、比較器１
１は和信号と差信号の信号レベルの差分に相当する差分
信号を位相制御器１２に供給する。

【００４２】位相制御器１２は、供給された差分信号に
従って、この電力増幅回路の出力信号の電力が最大レベ
ルとなるように、即ち、増幅器２と３の出力する信号の
位相が一致するように、位相指示信号Ｓｘ制御して、位
相器４に供給する。

【００４３】次に、位相制御器１２により、位相器４の
位相制御量を調整して、この増幅回路の出力信号のレベ
ルを最大とする方法を、図３を参照して説明する。

【００４４】位相制御器１２は、制御動作を開始する
と、まず、初期設定として、信号の位相を変化させない
ような信号レベルの位相指示信号Ｓｘを位相器４に供給
する（ステップＳ１）。

【００４５】次に、この状態で、比較器１１から供給さ
れる差分信号、即ち和信号と差信号のレベル差を測定す
る（ステップＳ２）。

【００４６】次に、信号の位相をΔθだけ進める（又は
遅らせる）ように位相指示信号Ｓｘの信号レベルをΔＳ
ｘ増加させ（Ｓｘ＝Ｓｘ＋ΔＳｘ）、位相器４に供給す
る（ステップＳ３）。

【００４７】続いて、比較器１１から差分信号を再度取
り込み（ステップＳ４）、ステップＳ３で、位相指示信
号Ｓｘの信号レベルを変化させた結果、和信号と差信号
の信号レベルの差が大きくなったか小さくなったかを、
ステップＳ４で今回測定したレベル差と、前回測定した
レベル差と、を比較して判別する（ステップＳ５）。

【００４８】ステップＳ５で、レベル差が大きくなった
と判別されたとき、ステップＳ３に戻り、差分がさらに
大きくなるように、位相指示信号Ｓｘの信号レベルを更
新する。

【００４９】一方、ステップＳ５で、レベル差が小さく
なったと判別されたときには、レベル差が大きくなるよ
うに、ΔＳｘ＝−ΔＳｘとして、位相指示信号Ｓｘの変
化分の符号を反転し（ステップＳ６）、ステップＳ３に
戻り、位相指示信号Ｓｘの信号レベルを更新する。

【００５０】このようにして、位相制御器１２は、常
に、増幅器２と３の出力信号の位相が一致するように、
位相器４の位相変化量を制御し（遅らせ又は進め）、増
幅器３に供給する。

【００５１】以上説明したように、この実施の形態で
は、増幅器２及び３が増幅した信号の和分及び差分に相
当する和信号及び差信号を生成し、生成した和信号及び
差信号のレベルの差が最大となるように、位相器４を通
過する信号の位相を変化させる。従って、方向性結合器
６と７、レベル検出器９と１０、及び位相制御器１２の
周波数特性や温度特性の変化にかかわらず、安定して、
この電力増幅回路の出力信号の電力を最大とすることが
できる。また、位相制御部分の回路の構成及び制御動作
も簡単である。

【００５２】なお、この発明は、上記実施の形態に限定
されず、種々の変形が可能である。

【００５３】例えば、上記実施の形態では、分配器１が
入力信号を２経路に分配するとしたが、分配する経路の
数は２に限らずに任意であり、例えば４経路に分配して
もよい。この場合、例えば、第１と第２の経路がそれぞ
れ増幅した信号の位相を第２の経路で調整して加算し、
同様に、第３と第４の経路がそれぞれ増幅した信号の位
相を第４の経路で調整して加算し、一方の加算信号の位
相を他方の加算加算信号の位相に一致するするように制
御する。このような方法とすることにより、分配器が分
配する信号経路の数に関わらず、位相差を適切に調整
し、大きな出力を得ることができる。

【００５４】また、方向性結合器６及び７がレベル検出
器１０及び９に供給する信号を、受信した信号の２％と
したが、レベル検出器１０及び９に供給する信号の比率
は任意である。また、レベル検出器１０及び９、並びに
方向性結合器６と７の特性は異なってもよい。

【００５５】また、図３に示した制御フローは、一例に
すぎず、和信号と差信号の信号レベルの差に基づいて、
増幅器２と３の出力信号の位相を一致させることができ
るならば、制御手順自体は任意である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、増幅した信号の位相を、和信号の信号レベルと差信
号の信号レベルとの差が最大となるように制御するの
で、回路の周波数特性や温度特性の影響をうけることな
く、安定して制御し、効率のよい電力増幅が可能とな
る。

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力増幅回路の構成を示す図である。

【図２】本発明の電力増幅回路の増幅器２及び３の位相
差の関係を示す図である。

【図３】位相指示信号Ｓｘの生成方法を説明するための
フローチャートである。

【符号の説明】

１ 分配器 ２，３ 増幅器 ４ 位相器 ５ 導波管合成器 ６，７ 方向性結合器 ８ 終端器 ９，１０ レベル検出器 １１ 比較器 １２ 位相制御器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を第１と第２の経路に分配する分
   配器と、 前記分配器が第１の経路に分配した信号を増幅する第１
   の増幅器と、 前記分配器が第２の経路に分配した信号の位相を位相制
   御信号に従って制御する位相器と、 前記位相器に接続され、前記位相器から供給された信号
   を増幅する第１の増幅器と、 前記第１と第２の増幅器が増幅した信号の和分及び差分
   に相当する和信号及び差信号を生成する合成器と、 前記合成器が生成した前記和信号及び差信号の信号レベ
   ルを検出する第１と第２のレベル検出器と、 前記第１と第２のレベル検出器により検出された前記和
   信号の信号レベルと前記差信号の信号レベルの差分を検
   出し、検出した差分に応じた差分信号を生成する比較器
   と、 前記比較器が生成した差分信号に応じて、前記分配器が
   前記２の経路に分配した信号の位相を前記位相器に変化
   させるための前記指示信号を生成する位相制御器と、 から構成されることを特徴とする電力増幅装置。
2. 【請求項２】前記位相制御器は、前記和信号の信号レベ
   ルと前記差信号の信号レベルとの差の絶対値が大きくな
   るように、前記第２の経路の信号の位相を変化させる前
   記位相制御信号を生成し、前記位相器に供給する、 ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 【請求項３】前記合成器に接続され、前記合成器が生成
   した和信号を取得して、出力信号として出力すると共に
   前記第１のレベル検出器に供給する第１の方向性結合器
   と、 前記合成器に接続され、前記合成器が生成した差信号を
   取得して出力すると共に前記第２のレベル検出器に供給
   する第２の方向性結合器と、 前記第２の方向性結合器の出力した差信号を吸収する終
   端器と、 を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力
   増幅装置。
4. 【請求項４】入力信号を分配する分配器と、 前記分配器が分配した一の信号を増幅する第１の増幅器
   と、 前記分配器が分配した他の信号の位相を制御する位相器
   と、 前記位相器から供給された信号を増幅する第２の増幅器
   と、 前記第１と第２の増幅器の出力信号の和分及び差分に相
   当する和信号及び差信号を生成する合成器と、 前記合成器が生成した前記和信号及び差信号の信号レベ
   ルの差分を検出し、検出した差分に応じて、前記位相器
   に前記信号の位相を制御させる制御手段と、 から構成されることを特徴とする電力増幅装置。
5. 【請求項５】入力信号を分配するステップと、 前記分配した一の信号を増幅する第１の増幅ステップ
   と、 前記分配した他の信号の位相を変化させる位相制御ステ
   ップと、 前記位相が変化した信号を増幅する第２の増幅ステップ
   と、 前記第１と第２の増幅ステップで増幅した信号の和信号
   及び差信号を生成し、該和信号及び差信号のレベル差を
   検出するステップＳと、 検出したレベル差が最大となるように、位相制御ステッ
   プでの位相制御の量を制御するステップと、 を備えることを特徴とする電力増幅方法。