JPWO2019013062A1 - 出力電力制御装置 - Google Patents

Abstract

出力電力制御装置は、発振器から出力された高周波信号の電力を減衰させて出力する減衰器と、減衰器から出力された高周波信号の電力を増幅させて出力する高周波電力増幅器と、高周波電力増幅器から出力された高周波信号の電力をモニタしモニタ信号を出力するモニタ回路と、モニタ回路から出力されたモニタ信号に基づいて又はデータ部からの減衰量設定データに基づいて減衰器の減衰量を制御する制御部と、を備え、発振器はトリガ信号に同期した高周波信号を生成すると共に、制御部はトリガ信号に同期して、減衰量設定データに基づいて生成した減衰量制御信号を用いて減衰器の減衰量の制御を開始し、モニタ信号が入力した後はモニタ信号に基づいて生成した減衰量制御信号を用いて減衰器の減衰量を制御する。このようにして、高周波電力増幅器の出力電力の立上り時から、安定した出力電力を出力する出力電力制御装置を得る。

Description

この発明は、高周波電力増幅器から出力される高周波信号の出力電力を一定に保つ出力電力制御装置に関する。

通信やレーダ等に用いられる送信装置においては、高速通信を行う際の通信品質の低下を避けるため、或いは正確な探知を行うために、送信される高周波信号の出力電力が一定であることが望まれる。しかし、送信装置に用いられる高周波電力増幅器は、動作時に高周波電力増幅器に印加される電圧の変化や高周波電力増幅器の発熱による熱の変化により利得が変動し、その結果、出力電力が変動する。前記出力変動は、パルス動作時を含む高周波信号の出力の立上り時に特に顕著となる。この出力電力の立上り時の振幅変動、パルス動作であれば出力電力のパルス内振幅変動の大きい区間（時間）は、通信品質や探知精度に影響を及ぼすため、その区間（時間）は高周波信号の送信をしない「死に時間」として扱われることが多い。「死に時間」は「デッドタイム」ともいう。

しかし、通信品質や探知精度を向上させるために、前記死に時間を多くとると、消費電力の無駄や発熱量の増加につながり、送信装置自体のコスト・サイズの増加、或いは運用コストの増加につながる。

電圧変動については、高周波電力増幅器への突入電流或いは、高周波電力増幅器のパルス動作時のピーク電流に対して、電源からの電流供給が不足する場合に発生するが、これに対しては、電源の電流供給容量を増やしたり、コンデンサバンクを設けたりすることで対策が可能である。

一方、熱による変動について、詳しくは、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の半導体トランジスタを用いて高周波信号の電力増幅を行った際、半導体トランジスタは発熱し、一般的に、この発熱により半導体トランジスタの利得は低下する。出力電力の立上り時から半導体トランジスタを含む高周波電力増幅器の温度が安定するまで、高周波電力増幅器の利得の低下に伴い高周波電力増幅器の出力電力が徐々に低下する現象が生じる。この変動は、パルス動作時を含む高周波信号の出力電力において立上り時初期の数マイクロ秒から数十マイクロ秒の間で顕著に現れるが、その期間において、外部から直接温度を変化させて変動を補償することはきわめて困難である。

そこで、電力増幅器の出力電力を一定に保つ技術として、出力電力を検出しその出力レベルに応じた直流電圧を発生する検出手段と、この検出手段の出力電圧に基づき系に設けられている減衰手段を制御する手段とを備え、これら手段によって負帰還ループを構成し、前記出力レベルが一定となるようにしたことを特徴とする自動レベル制御回路（ＡＬＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が開示されている（特許文献１参照）。

特開昭６１−１７３５０７号公報

特許文献１に記載のものは、高周波信号が電力増幅器に入力してから、立上り時初期の数マイクロ秒から数十マイクロ秒の間では、出力電力の変化が大きいため特に細かな制御が必要であるが、負帰還ループが有効になるまでは、コンバータ等の部品や演算での遅延による時間差が発生するため、電力増幅器の出力電力の立上り時は一定期間出力電力の制御ができず、出力電力を所望の値に設定できないという問題がある。高速処理可能なコンバータや演算回路を選定することで、遅延時間の低減も可能であるが、部品コストの増加を招く。

この発明は、前述のような問題を解決するためになされたものであり、高周波電力増幅器の出力電力の立上り時から、安定した出力電力を出力する出力電力制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る出力電力制御装置は、発振器から出力されたパルス波形の高周波信号の電力を減衰させて出力する減衰器と、減衰器から出力された高周波信号の電力を増幅させて出力する高周波電力増幅器と、高周波電力増幅器から出力された高周波信号の電力をモニタし高周波信号の電力の大きさに応じたモニタ信号を出力するモニタ回路と、モニタ回路から出力されたモニタ信号に基づいて又はデータ部からの減衰量設定データに基づいて減衰器の減衰量を制御する制御部と、を備え、発振器はトリガ信号に同期したパルス波形の高周波信号を生成すると共に、制御部はトリガ信号に同期して、減衰量設定データに基づいて生成した減衰量制御信号を用いて減衰器の減衰量の制御を開始し、モニタ信号が入力した後はモニタ信号に基づいて生成した減衰量制御信号を用いて減衰器の減衰量を制御するものである。

この発明によれば、高周波電力増幅器の出力電力の立上り時から、安定した出力電力を出力する出力電力制御装置が得られる。

この発明の実施の形態１に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る送信装置の発振器から減衰器までのタイミングチャートである。 この発明に係る実施の形態１の送信装置の高周波電力増幅器の入力からモニタ回路の出力端子までのタイミングチャートである。 この発明に係る実施の形態１の送信装置の高周波電力増幅器の入力からモニタ回路の出力端子までのタイミングチャートの他の例である。 この発明に係る実施の形態１の送信装置の高周波電力増幅器の入力からモニタ回路の出力端子までのタイミングチャートの他の例である。 この発明の実施の形態１に係る出力電力制御装置を含む送信装置の変形例のブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る送信装置の発振器から減衰器までのタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３に係る送信装置の減衰器の減数量設定値と高周波電力増幅器の出力電力を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置の出力電力安定化のフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置の出力電力安定化のフローチャートの他の例である。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置の出力電力安定化のフローチャートの他の例である。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置の出力電力安定化のフローチャートの他の例である。 この発明の実施の形態３に係る送信装置の減衰器の減数量設定値と高周波電力増幅器の出力電力を示すタイミングチャートの他の例である。 図１５における出力電力制御装置の出力電力安定化のフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置を含む送信装置の変形例のブロック図である。 一般的な高周波電力増幅器の入出力特性を示す図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る出力電力制御装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。

送信装置１００は、発振器１と、出力電力制御装置１０１と、を備えている。出力電力制御装置１０１は、発振器１から出力されたパルス波形の高周波信号の電力を減衰させて出力する減衰器２と、減衰器２から出力された高周波信号の電力を増幅させて出力する高周波電力増幅器３と、高周波電力増幅器３から出力された高周波信号の電力をモニタし出力端子４から高周波信号を出力すると共に、高周波信号の電力の大きさに応じたモニタ信号ＭＯＮを出力するモニタ回路５と、を備えている。高周波電力増幅器３は、例えば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の半導体トランジスタを用いて構成されている。モニタ回路５は、カップラと検波ダイオードで構成され、カップラで抽出した高周波信号を検波ダイオードで検波した電圧をモニタ信号ＭＯＮとして出力する。

出力電力制御装置１０１は、モニタ回路５から出力されたモニタ信号ＭＯＮ又は記憶装置６に格納された減衰量設定テーブルに基づいて減衰器２の減衰量を制御する制御部７と、を備えている。制御部７からは、発振器１を減衰器２と同期動作させるためのトリガ信号ＴＲＧが、発振器１に入力されている。なお、送信装置は、発振器１、減衰器２、高周波電力増幅器３に電源を供給する電源部８を備えている。なお、記憶装置６は、データ部とも称する。また、減衰量設定テーブルは減衰量設定データとも称する。

送信装置１００の動作について説明する。送信装置１００は、定常動作時及びパルス動作におけるパルス波形の安定区間、すなわち、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算により発生する遅延時間の間に変動する電力が、所定の電力とその許容範囲の差よりも小さい区間は、モニタ回路５でモニタした際の高周波信号の電力と減衰器２に減衰量制御信号ＡＴＴが到達した際の高周波信号の電力のレベルがほぼ等しいため、制御部７がモニタ回路５から出力されたモニタ信号ＭＯＮに基づいて減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴを生成して、減衰器２の減衰量を制御し、高周波電力増幅器３から出力される高周波信号の電力を所定の電力で出力されるように制御するＡＬＣ動作が可能となる。

次に、送信装置１００のパルス動作における立上り区間の動作について説明する。制御部７は、トリガ信号ＴＲＧを生成し、トリガ信号ＴＲＧを発振器１に送信する。発振器１は、受信したトリガ信号ＴＲＧに同期したパルス波形の高周波信号を生成し出力する。高周波信号は減衰器２に入力され、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力され高周波電力増幅されて出力される高周波信号の電力が所望の電力で出力されるように、減衰器２の減衰量が調整される。

しかし、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算により、モニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて生成する減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴの生成に遅延が生じる。立上り区間においては、時間による電力の変動が大きいため、モニタ回路５でモニタした際の高周波信号の電力と減衰器２に減衰量制御信号ＡＴＴが到達した際の高周波信号の電力のレベルが大きく異なる。その結果、過補償或いは補償不足となり所望の電力に設定できない。そのため、制御部７は高周波信号の立上り区間では、予め記憶装置６に格納されている減衰量設定テーブルに基づいて減衰量制御信号ＡＴＴを生成し、自身が生成したトリガ信号ＴＲＧに同期して、減衰器２へ出力することにより減衰器２の減衰量制御を開始する。この減衰量制御信号ＡＴＴで減衰器２の減衰量を調整し、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力されて高周波電力増幅され、高周波電力増幅器３から出力される高周波信号が所望の電力で出力される。このようにして、立上り区間の高周波信号の出力電力が所望の出力電力に制御される。

減衰量設定テーブルは、高周波電力増幅器３の温度変化によって生じる電力低下（ドループ）を予め測定し、電力低下を補償し所望の電力を高周波電力増幅器３から出力するように減衰量が設定されたデータである。例えば減衰量設定テーブルは、高周波電力増幅器３が低温時は減衰量を大きく設定し、高周波電力増幅器３が高温時は減衰量が小さく設定したものである。減衰量設定テーブルは、高周波電力増幅器３に入力する高周波信号のパルス条件及び入力電力条件、高周波電力増幅器３の温度条件などに対応して、複数のテーブルが記憶装置６に格納されている。

ここで、記憶装置６は、入力端子９から制御対象の高周波信号のパルス条件及び入力電力条件などの外部条件が入力され、この外部条件に対応する電力補償条件の減衰量設定テーブルを選定し、制御部７へ出力する。

次に、制御部７は、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延時間が経過し、モニタ信号ＭＯＮに基づくＡＬＣ動作による減衰器２の減衰量制御が可能となった段階で、記憶装置６に格納されている減衰量設定テーブルに基づいた減衰器２の減衰量制御から、モニタ信号ＭＯＮに基づくＡＬＣ動作による減衰器２の減衰量制御へと切り替わり、高周波電力増幅器３の出力電力が所望の出力電力に制御される。なお、立上り区間で制御される高周波信号の所望の出力電力とＡＬＣ動作により制御される高周波信号の所望の出力電力とは同じである。

以上の動作について図を用いて説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る送信装置の発振器１から減衰器２までのタイミングチャートである。

図２において、発振器１はトリガ信号ＴＲＧに同期して高周波信号を生成する。制御部７はトリガ信号ＴＲＧに同期して、記憶装置６に格納されている減衰量設定テーブルに基づいた減衰器２の減衰量制御を開始し、図２に示す立上り区間に示す減衰器２の減衰量が設定される。減衰器２からは、減衰器２で減衰した電力の高周波信号が出力される。なお、減衰器２の立上り区間における減衰量は、高周波電力増幅器３の温度変化によって生じる電力低下（ドループ）を出力電力や、パルス条件から予測し、立上り区間の減衰量は大きい設定となっている。

立上り区間の後の安定区間はＡＬＣ動作となるため、ＡＬＣ動作区間（安定区間）では定期的に減衰器２の減衰量は変化している。

図３は、この発明の実施の形態１に係る送信装置１００の減衰器２の出力すなわち高周波電力増幅器３の入力からモニタ回路５の出力端子までのタイミングチャートである。

高周波電力増幅器３の温度変化によって生じる電力低下（ドループ）を出力電力や、パルス条件から予測し、立上り区間の高周波増幅器３の入力電力は電力レベルが絞ってある。立上り区間の後の安定区間はＡＬＣ動作となるため、ＡＬＣ動作区間では定期的に高周波増幅器３の入力電力は変化している。

この入力電力が図３に示す利得特性の高周波電力増幅器３に入力されるので、高周波電力増幅器３の出力電力は、立上り区間、ＡＬＣ動作の安定区間共に、所望の値に保たれる。

このように、実施の形態１においては、高周波信号の立上り区間は、記憶装置６に予め記憶された減衰量設定テーブルに基づいて減衰器２の減衰量制御を行うので、ＡＬＣ動作に移行する前に、高周波電力増幅器３から所望の安定した出力電力が得られる。すなわち、発振器１で高周波信号を生成直後から、高周波電力増幅器３から所望の安定した出力電力が得られる。

図３においては、立上り区間の減衰器２からの入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、一定であった。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量は一定値であった。これに限らず、図４に示すように、立上り区間における減衰器２からの高周波信号の入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、デジタル的に変化しても良い。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量はデジタル的に変化しても良い。

ここで、立上り区間の減衰器２の減衰量の設定を一定値とするか、離散的に変化する値とするかは、入力端子９から記憶装置６を介して制御部７へ入力され、制御部７は対応する減衰量設定テーブルを記憶装置６から読み出す。

また、減衰器２をアナログアッテネータで構成し、図５に示すように、立上り区間の減衰器２からの入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、連続的に変化しても良い。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量は連続的に変化しても良い。

実施の形態１では、制御部７でトリガ信号ＴＲＧを生成する例について説明した。発振器１及び制御部７で必要とするトリガ信号ＴＲＧは、図６に示すように、発振器１及び制御部７へ外部の制御装置２０などから入力される形式としても良い。このとき、発振器１は外部から入力されたトリガ信号ＴＲＧに同期したパルス波形の高周波信号を生成し、出力する。制御部７は、外部から入力されたトリガ信号ＴＲＧに同期して、記憶装置６に格納されている減衰量設定テーブルに基づいた減衰器２の減衰量制御を開始する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る出力電力制御装置について説明する。図７は、この発明の実施の形態２に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。図７において図１と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２に係る出力電力制御装置２０１は、実施の形態１に係る出力電力制御装置１０１の記憶装置６を演算装置１０に置き換えたものである。なお、演算装置１０は、データ部とも称する。

演算装置１０は、高周波電力増幅器３へ入力する高周波信号のパルス条件及び入力電力条件、高周波電力増幅器３の動作温度などの動作条件を入力端子９から入力する。演算装置１０は、入力した動作条件に基づきパルス立上り区間の減衰量設定テーブルを演算する。

送信装置１００のパルス動作における立上り区間の動作について説明する。制御部７は、トリガ信号ＴＲＧを生成し、トリガ信号ＴＲＧを発振器１に送信する。発振器１は、受信したトリガ信号ＴＲＧに同期したパルス波形の高周波信号を生成し出力する。高周波信号は減衰器２に入力され、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力され増幅されて出力される高周波信号の電力が所望の電力で出力されるように、減衰器２の減衰量が調整される。

しかし、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算により、モニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて生成する減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴの生成に遅延が生じる。立上り区間においては、時間による電力の変動が大きいため、モニタ回路５でモニタした際の高周波信号の電力と減衰器２に減衰量制御信号ＡＴＴが到達した際の高周波信号の電力のレベルが大きく異なる。その結果、過補償或いは補償不足となり所望の電力に設定できない。そのため、制御部７は高周波信号の立上り区間では、演算装置１０で演算された減衰量設定テーブルに基づいて減衰量制御信号ＡＴＴを生成し、トリガ信号ＴＲＧに同期して、減衰器２へ出力し、減衰器２の減衰量制御を開始する。この減衰量制御信号ＡＴＴで減衰器２の減衰量を調整し、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力されて高周波電力増幅され、高周波電力増幅器３から出力される高周波信号が所望の電力で出力される。このようにして、パルス立上り区間の高周波信号の電力が所望の電力に制御される。

次に、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算により発生する遅延時間の間に変動する電力が、所定の電力とその許容範囲の差よりも小さくなり、モニタ信号ＭＯＮに基づくＡＬＣ動作による減衰器２の減衰量制御が可能となった段階で、演算装置１０で演算して生成した減衰量設定テーブルに基づく減衰器２の減衰量制御から、モニタ信号ＭＯＮに基づくＡＬＣ動作による減衰器２の減衰量制御へと切り替わり、高周波電力増幅器３の出力電力が所望の出力電力に制御される。なお、立上り区間で制御される高周波信号の所望の出力電力とＡＬＣ動作により制御される高周波信号の所望の出力電力とは同じである。

立上り区間の減衰器２からの高周波信号の入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、図３に示すように一定であっても良い。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量は一定値であっても良い。これに限らず、図４に示すように、立上り区間における減衰器２からの高周波信号の入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、デジタル的に変化しても良い。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量はデジタル的に変化しても良い。

また、減衰器２をアナログ減衰器で構成し、図５に示すように、立上り区間の減衰器２からの高周波信号の入力電力はＡＬＣ動作区間になるまで、連続的に変化しても良い。すなわち、立上り区間の減衰器２の減衰量は連続的に変化しても良い。

なお、発振器１及び制御部７で必要とするトリガ信号ＴＲＧは、図６に示す実施の形態１の変形例で示すように、発振器１及び制御部７へ外部から入力される形式としても良い。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置について説明する。実施の形態１及び実施の形態２では、高周波信号の単一のパルスにおいて、パルス立上り区間から高周波信号の電力が所望の電力に制御される出力電力制御装置について説明した。実施の形態３では、高周波信号の複数のパルス区間において、高周波信号のパルス立上り区間から高周波信号の電力が所望の電力に制御される出力電力制御装置について説明する。

図８は、この発明の実施の形態３に係る出力電力制御装置を含む送信装置のブロック図である。

送信装置１００は、発振器１と、出力電力制御装置３０１と、を備えている。出力電力制御装置３０１は、発振器１から出力されたパルス波形の高周波信号の電力を減衰させて出力する減衰器２と、減衰器２から出力された高周波信号の電力を増幅させて出力する高周波電力増幅器３と、高周波電力増幅器３から出力された高周波信号の電力をモニタし出力端子４から高周波信号を出力すると共に、高周波信号の電力の大きさに応じたモニタ信号ＭＯＮを出力するモニタ回路５と、を備えている。高周波電力増幅器３は、例えば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の半導体トランジスタを用いて構成されている。モニタ回路５は、カップラと検波ダイオードで構成され、カップラで抽出した高周波信号を検波ダイオードで検波した電圧をモニタ信号ＭＯＮとして出力する。

出力電力制御装置３０１は、モニタ回路５から出力されたモニタ信号ＭＯＮが入力されモニタ信号ＭＯＮが所定の値に収束しているか演算する演算部３０と演算結果のデータに基づいて減衰器２の減衰量を制御する制御部７と、を備えている。演算部３０には、減衰量の値を格納する記憶装置６が接続されている。制御部７からは、発振器１を減衰器２と同期動作させるためのトリガ信号ＴＲＧが、発振器１に入力されている。なお、送信装置は、発振器１、減衰器２、高周波電力増幅器３に電源を供給する電源部８を備えている。なお、記憶装置６は、データ部とも称する。

次に、送信装置１００のパルス動作における高周波信号の立上り区間の動作について説明する。制御部７は、トリガ信号ＴＲＧを生成し、トリガ信号ＴＲＧを発振器１に送信する。発振器１は、受信したトリガ信号ＴＲＧに同期したパルス波形の高周波信号を生成し出力する。高周波信号は減衰器２に入力され、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力され高周波電力増幅されて出力される高周波信号の電力が所望の電力で出力されるように、減衰器２の減衰量が調整される。

高周波信号が減衰器２に入力されたとき、高周波信号は立上り区間であるため、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延により、モニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴを直ちに生成することはできない。そのため、制御部７は高周波信号の立上り区間では、予め記憶装置６に格納している、高周波信号の一つ前のパルスにて取得した、高周波信号の一つ前のパルスの出力電力データから算出した減衰量設定データを読み出し、制御部７へ入力して減衰量制御信号ＡＴＴを生成し、自身が生成したトリガ信号ＴＲＧに同期して、減衰器２へ出力することにより減衰器２の減衰量制御を開始する。この減衰量制御信号ＡＴＴで減衰器２の減衰量を調整し、減衰器２から出力された高周波信号が、高周波電力増幅器３に入力されて高周波電力増幅され、高周波電力増幅器３から出力される高周波信号が所望の電力で出力される。このようにして、立上り区間の高周波信号の出力電力が所望の出力電力に制御される。

減衰量設定データは、高周波信号の一つ前のパルスの立上り区間に、モニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて取得し、演算部３０で算出した減衰量設定値のデータである。このデータを記憶装置６に格納している。

演算部３０は、記憶装置６に格納された減衰量設定データの値で制御部７が減衰器２の減衰量を制御したときのモニタ信号ＭＯＮの値が、出力電力収束判定範囲の上限よりも高い場合は、次のパルスの同じタイミングにて、制御部７が減衰器２の減衰量を増加させる減衰量制御信号ＡＴＴを生成するよう減衰量設定データを生成して、この生成した減衰量設定データを記憶装置６に記憶して減衰量設定データを更新する。逆に、出力電力収束判定範囲の下限よりも低い場合は、次のパルスの同じタイミングにて、制御部７が減衰器２の減衰量を低下させる減衰量制御信号ＡＴＴを生成するよう減衰量設定データを生成して、この生成した減衰量設定データを記憶装置６に記憶して減衰量設定データを更新する。

次に、制御部７は、高周波信号の立上り時初期の数マイクロ秒から数十マイクロ秒の間で発生する出力電力の変動量の大きい立上り区間から、出力電力の変動量が比較的小さくなる安定区間に入るタイミングで、記憶装置６に格納されている一つ前のパルスの立上り区間に取得した、高周波信号の一つ前のパルスの出力電力データから算出した減衰量設定データに基づいた減衰器２の減衰量制御から、モニタ信号ＭＯＮに基づくＡＬＣ動作による減衰器２の減衰量制御へと切り替わり、高周波電力増幅器３の出力電力が所望の出力電力となるよう制御される。なお、立上り区間で制御される高周波信号の所望の出力電力とＡＬＣ動作により制御される高周波信号の所望の出力電力とは同じである。

以上の動作について図を用いて説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係る送信装置の発振器１から減衰器２までのタイミングチャートである。

図９において、発振器１はトリガ信号ＴＲＧに同期して高周波信号を生成する。ここで図９（ｃ）、（ｄ）において、ｓ１からｓ５は高周波信号の立上り区間のタイミングであり、ａ０からａ５は高周波信号の安定区間のタイミングを示している。ここで、ｓ５＝ａ０である。制御部７はトリガ信号ＴＲＧに同期して、記憶装置６に格納されている高周波信号の一つ前のパルスの立上り区間に取得した、高周波信号の一つ前のパルスの出力電力データから算出した減衰量設定データに基づいて減衰器２の減衰量制御を開始し、図９に示す立上り区間に示す減衰器２の減衰量が設定される。減衰器２からは、減衰器２で減衰した電力の高周波信号が出力される。なお、減衰器２の立上り区間における減衰量は、高周波電力増幅器３の温度変化によって生じる変動量の大きい電力低下（ドループ）に対応するため、ｓ１からｓ５に示す立上り区間の減衰量設定間隔はモニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延の影響を受けるａ０からａ５の安定区間でのＡＬＣ動作よりも十分狭い間隔となっている。

立上り区間の後の安定区間はＡＬＣ動作となるため、ＡＬＣ動作区間（安定区間）では、演算部３０は、例えば、タイミングａ０にてモニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づき減衰量設定データを生成し、この減衰量設定データにて制御部７は減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴを生成するが、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延が発生するため実際に減衰器２の減衰量が変化するタイミングは遅れることとなる。ここではその遅延により、減衰器２の減衰量が変化するタイミングをタイミングａ１としている。

図１０は、この発明の実施の形態３に係る送信装置１００の減衰器２の減数量設定値と高周波電力増幅器３の出力電力を示すタイミングチャートである。

時間ｔ１には、減衰器２の減衰量が一定の場合の出力電力特性を示している。このとき、増幅器の出力電力は増幅器の利得特性の時間変化と同等となる。ここで、ｓ１からｓ５は立上り区間のタイミングであり、ａ０からａ５は安定区間のタイミングを示している。ここで、ｓ５＝ａ０である。

なお、ドット（●）マークに対するｓ１からｓ５の符号及び×マークに対するａ０からａ５の符号は時間ｔ１の区間に対して記載しているが、時間ｔ２から時間ｔ６においてもドット（●）マーク及び×マークに対する符号の順番は時間ｔ１と同様の関係である。

時間ｔ２には、高周波信号の出力電力の変化が小さくなる安定区間において、ＡＬＣ動作をさせたときの減衰器２の減数量設定と、出力電力の変化を示す。この区間では、高周波信号の同一パルス内でのモニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて、演算部３０で生成された減衰量設定データに基づいて制御部７は減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴを生成するため、モニタ回路５、演算部３０及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延により、実際に減衰器２の減衰量が変化するタイミングは遅れることとなる。ＡＬＣ動作への移行後は定期的に同一パルス内の出力電力をモニタし、その情報に応じて減衰器２の減衰量を制御することで高周波増幅器３の入力電力は変化している。

この入力電力が図９に示す利得特性の高周波電力増幅器３に入力されるので、高周波電力増幅器３の出力電力は、ＡＬＣ動作の安定区間において、設定許容値内に保たれる。

時間ｔ３からｔ５は高周波信号の出力電力の変化が大きい立上り区間において、一つ前のパルスの立上り区間に取得した高周波信号の一つ前のパルスの出力電力データから算出した減衰量設定データに基づいた減衰器２の減衰量制御を実施した場合の出力電力の変化を示している。時間ｔ３では、時間ｔ２の区間における出力電力データから算出した減衰量設定データを用いて、減衰器２の減衰量制御を実施する。ｓ１からｓ４までは、出力電力が収束判定範囲に対し高い値となっているため、ｔ３においては出力電力を下げる方向すなわち、時間ｔ３の減衰量設定データに対して減衰器２の減衰量を増加させる方向に制御を行う。ｓ５はすでに収束判定範囲に入っているため、減衰器２の減衰量設定は変化させない。
時間ｔ３からｔ５のそれぞれで制御を行った減衰器２の減衰量設定データは、時間ｔ３からｔ５それぞれにおいて、そのつど記憶装置６に格納される。

次に時間ｔ４では、時間ｔ３の区間における高周波信号の出力電力データから算出した減衰量設定データを用いて、減衰器２の減衰量制御を実施する。ｓ１からｓ３までは、出力電力が収束判定範囲に対し高い値となっているため、ｔ４においては高周波信号の出力電力を下げる方向すなわち、時間ｔ３の減衰量設定データに対して減衰器２の減衰量を増加させる方向に制御を行う。ｓ４及びｓ５はすでに収束判定範囲に入っているため、減衰器２の減衰量設定は変化させない。

同様の制御を続けることで、ｔ６のタイミングにて高周波信号のパルス全体を設定許容値内に収めることができる。

図１１に、出力電力安定化のフローチャートを示す。ステップ１（ＳＴ１）において、動作が開始すると、ステップ２（ＳＴ２）で、高周波信号のパルスが立ち上がったか判定する。

ステップ２（ＳＴ２）において、高周波信号のパルスが立ち上がっていると判定された場合、ステップ３（ＳＴ３）において、現タイミングがそのパルスの立上り区間内か判定する。ステップ２（ＳＴ２）において、パルスが立上っていないと判定した場合は、ステップ２（ＳＴ２）に戻る。

ステップ３（ＳＴ３）において、現タイミングがパルスの立上り区間内の場合、ステップ４（ＳＴ４）において、記憶装置６から現タイミングに対応する減衰量設定値を読み出し（すなわち、記憶装置６から、パルス立上りからの時間Δｔｎの減衰量設定値を読み出す）、ステップ５（ＳＴ５）において、制御部７にて減衰量制御信号ＡＴＴを生成する。ステップ３（ＳＴ３）において、現タイミングがそのパルスの立上り区間内で無い場合、即ちパルスの安定区間の場合、ステップ５（ＳＴ５）に移行し、制御部７にて減衰量制御信号ＡＴＴを生成する。

ステップ５（ＳＴ５）において生成した減衰量制御信号ＡＴＴに基づいて、ステップ６（ＳＴ６）において減衰器２の減衰量が変化し、ステップ６（ＳＴ６）で設定した減衰器２の減衰量にしたがって、ステップ７（ＳＴ７）において高周波増幅器３の高周波信号の出力電力が変化し、ステップ８（ＳＴ８）においてこの出力電力をモニタ回路５でモニタし、モニタ信号ＭＯＮとして出力され、演算部３０に入力される。

ステップ９（ＳＴ９）において、演算部３０は、モニタ信号ＭＯＮとして入力したモニタ電力と高周波増幅器３の出力電力の収束判定範囲とを比較する。比較の結果、モニタ電力が収束判定範囲上限より大きい場合は、ステップ１０ａ（ＳＴ１０ａ）において、減衰量設定値をΔｐ増加させる指示を行う。比較の結果、モニタ電力が収束判定範囲下限より小さい場合は、ステップ１０ｂ（ＳＴ１０ｂ）において、減衰量設定値をΔｐ減少させる指示を行う。比較の結果、モニタ電力が収束判定範囲内である場合は、ステップ１０ｃ（ＳＴ１０ｃ）において、減衰量設定値を維持する指示を行う。

ステップ１０ａからステップ１０ｃにおいて減衰量設定値の制御を行った後、ステップ１１（ＳＴ１１）において、現タイミングが高周波信号のパルスの立上り区間内（立上り区間）かパルスの立上り区間外（安定区間）かを判定する。

現タイミングが高周波信号のパルスの立上り区間内の場合、ステップ１２（ＳＴ１２）において、記憶装置６に現タイミングでの演算部３０で指示された減衰量設定値を記憶し、ステップ１３（ＳＴ１３）に移行する。現タイミングがパルスの立上り区間外の場合、ステップ１３に移行する。

ステップ１３（ＳＴ１３）において、現在、高周波信号のパルスが立下がっているか判定し、立下がっている場合は、ステップ２（ＳＴ２）へ戻り、立下がっていない場合（即ち、パルス有り）の場合は、ステップ３（ＳＴ３）へ戻る。

この動作を、立上り区間であるｓ１からｓ５、立上り区間外（安定区間）であるａ０からａ５のそれぞれにおいて実施する。

このように、実施の形態３においては、高周波信号の立上り区間は、記憶装置６に記憶した高周波信号の一つ前のパルスの立上り区間に取得した出力電力データに基づいた減衰器の減衰量制御を行うので、ＡＬＣ動作への移行期間を含む、出力電力の変化が大きい立上り区間において、高周波電力増幅器３から所望の安定した出力電力が得られる。すなわち、高周波信号のパルス内全ての領域において、高周波電力増幅器３から所望の安定した出力電力が得られる。

図１０においては、ＡＬＣの区間（安定区間）を設けているが、高周波信号のパルス内全ての領域において、高周波信号の一つ前のパルスの立上り区間に取得した出力電力データに基づいた減衰器の減衰量制御を行ってもよい。図１２に、出力電力安定化のフローチャートを示す。図１２は、図１１に対して、現タイミングがそのパルスの立上り区間内かを判定するフロー（ステップ３（ＳＴ３）及びステップ１１（ＳＴ１１））が省略されている。

図１０においては、高周波信号の一つ前のパルスの立上り区間を参照しているが、一つ前に限らず、それ以前のパルス状態を参照してもよい。

出力電力安定化のフローチャートについては、図１３に示すように、図１１に対して、演算部３０は、ステップ９（ＳＴ９）に代えてステップ１０９（ＳＴ１０９）のように設定目標値とモニタ電力とを比較して差分Δｐを算出し、ステップ１０ａ、ｂ、ｃ（ＳＴ１０ａ、ｂ、ｃ）に代えてステップ１１０（ＳＴ１１０）のように減衰量設定値を差分Δｐを補償する量だけ変更した値に設定する指示を行う動作に変更しても良い。

出力電力安定化のフローチャートについては、図１４に示すように、図１１に対して、ステップ３（ＳＴ３）に代えてステップ２０３（ＳＴ２０３）及びステップ１１（ＳＴ１１）に代えてステップ２１１（ＳＴ２１１）のように、区間判定はモニタ電力を比較して実施する動作に変更しても良い。区間判定のステップにおいては、「モニタ電力と設定目標値との差が所定の値以下」もしくは「現タイミングの１つ前のタイミングのモニタ電力と現タイミングのモニタ電力との差が所定の値以下」の場合は安定区間と判定し、「モニタ電力と設定目標値との差が所定の値以上」もしくは「現タイミングの１つ前のタイミングのモニタ電力と現タイミングのモニタ電力との差が所定の値以上」の場合は立上り区間と判定する。

図１５についても、この発明の実施の形態３に係る送信装置１００の減衰器２の減衰量設定値と高周波電力増幅器３の出力電力を示すタイミングチャートの一つである。

増幅器３の出力電力を設定目標値に対してオーバーシュートさせたくない場合、図１５（ａ）の時間ｔ１に示すように初期の減衰量設定値を大きくすることで図１５（ｂ）時間ｔ１に示すように出力電力のパルス全体を設定目標値よりも低い値とすることができる。

また、時間ｔ１には、減衰器２の減衰量が一定の場合の出力電力特性を示している。このとき、増幅器の出力電力は増幅器の利得特性の時間変化と同等となる。ここで、ｓ１からｓ５は立上り区間のタイミングであり、ａ０からａ９は安定区間のタイミングを示している。ここで、ｓ５＝ａ０である。

なお、ドット（●）マークに対するｓ１からｓ５の符号及び×マークに対するａ０からａ５の符号は時間ｔ１の区間に対して記載しているが、時間ｔ２から時間ｔ３においてもドット（●）マーク及び×マークに対する符号の順番は時間ｔ１と同様の関係である。

時間ｔ１において全てのタイミングで設定許容値よりも小さい電力であるため、立上り区間ｓ１からｓ５において減衰量設定値をΔｐ減少させるよう記憶装置６に設定値が記憶されている、よって、時間ｔ２では、立上り区間は、それぞれΔｐだけ減衰量設定値が小さくなっている。また、出力電力の変化が小さくなる安定区間では、ＡＬＣ動作となり、この区間では、同一パルス内でのモニタ回路５から出力されるモニタ信号ＭＯＮに基づいて減衰器２の減衰量制御信号ＡＴＴを生成するため、モニタ回路５及び制御部７を構成するコンバータ等の部品や演算での遅延により、実際に減衰器２の減衰量が変化するタイミングは遅れることとなる。ＡＬＣ動作への移行後は定期的に同一パルス内の出力電力をモニタし、その情報に応じて減衰器２の減衰量を制御することで高周波増幅器３の入力電力は変化している。

図１０では、制御部７はトリガ信号ＴＲＧに同期して、記憶装置６に格納されている一つ前のパルスの立上り区間に取得した、一つ前のパルスの出力電力データから図１１のフローチャートに示すΔｐだけ増減した減衰量設定データを算出し、そのデータに基づいて次のパルスにおける減衰器２の減衰量制御を決定していたが、図１５では、設定許容値に到達するまでは一つ前のパルスの最後の減衰量設定値とすることで、一つ前のパルスの同じタイミングの出力電力からの変化量の絶対値がΔｐよりも大きい変化量Δｐｕｌｓｅとなり、単に、一つ前のパルスの出力電力データにΔｐを加えた場合に比べ、より収束判定範囲の下限に近い値から次のパルスの出力電力制御を開始することができる。

このように高周波信号の一つ前のパルスの同じタイミングの出力電力データを参照するだけでなく、ＡＬＣ動作により、より収束判定範囲の下限に近づいた、一つ前のパルスの最後の減衰量設定値を次のパルスの減衰量設定値に反映させることでより早く、出力電力を設定目標値に近づけることができる。

時間ｔ１の立上り区間における減衰量設定値については、設定許容値を極力超えないようにパルスの立上り形状に応じて任意にオフセット量をもたせてもよい。同様に、一つ前のパルスの最後の減衰量設定値にΔｐを加えることにより算出したΔｐｕｌｓｅについても必要に応じてオフセット量をもたせてもよい。

図１６に、出力電力安定化のフローチャートを示す。ステップ１（ＳＴ１）において動作が開始すると、パルスが立ち上がったか判定する。ステップ３０１（ＳＴ３０１）で、立上り区間において、増幅器３の出力電力が、設定目標値より十分低い値となるような減衰量設定値を記憶装置６に記憶させる。例えば、その値はｓ１からｓ５において、次のとおり、それぞれの減衰量を出力電力のパルス全体を設定目標値よりも低い値とする基準値Ａからα１からα５だけオフセットした数値とする。
（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５）＝(Ａ+α１，Ａ+α２，Ａ+α３，Ａ+α４，Ａ+α５)
次に、ステップ２（ＳＴ２）において、パルスが立ち上がったか判定する。
パルスが立ち上がっていると、現タイミングがそのパルスの立上り区間内か判定する。以降、パルスが立ち下がるまでの動作は図１１と同様のため説明を割愛する。

ステップ１３（ＳＴ１３）で、パルスが立ち下がった時点で、ステップ３１３（ＳＴ３１３）において、パルス立下り直前の減衰量設定値をＢとして記憶装置６に記憶し、当該パルス内で記憶したｓ１からｓ５の減衰量設定値をΔｐ１からΔｐ５とすると、ステップ３１４（ＳＴ３１４）で、例えばｓ１において設定許容値を超えるかどうかを判断し、超えるまでは、ステップ３１５（ＳＴ３１５）で、次のパルスの立上り区間減衰量設定値を次のとおりとし、
（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５）＝（Ｂ+α１,Ｂ+α２,Ｂ+α３,Ｂ+α４，Ｂ+α５）
超えた場合は、ステップ３１６（ＳＴ３１６）で、次のパルスの立上り区間減衰量設定値を次のとおりとする。
（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５）＝(Δｐ１，Δｐ２，Δｐ３，Δｐ４，Δｐ５)
その後、ステップ２（ＳＴ２）に戻る。

このように一つ前のパルスの同じタイミングの出力電力データを参照するだけでなく、ＡＬＣ動作により、より収束判定範囲の下限に近づいた、一つ前のパルスの最後の減衰量設定値を次のパルスの減衰量設定値に反映させることでより早く、出力電力を設定目標値に近づけることができる。

図１５、図１６では、ｔ１における出力電力のパルス全体が設定目標値よりも低い値とした場合について説明した。逆に、出力電力を設定目標値から下げすぎたくない場合は、減衰器２の設定を変えて、ｔ１における出力電力のパルス全体が設定目標値よりも高い値から開始すればよい。

実施の形態３では、制御部７でトリガ信号ＴＲＧを生成する例について説明した。発振器１及び制御部７で必要とするトリガ信号ＴＲＧは、図１７に示すように、発振器１及び制御部７へ外部の制御装置２０などから入力される形式としても良い。このとき、発振器１は外部から入力されたトリガ信号ＴＲＧに同期したパルス波形の高周波信号を生成し、出力する。制御部７は、外部から入力されたトリガ信号ＴＲＧに同期して、記憶装置６に格納されている減衰量設定テーブルに基づいた減衰器２の減衰量制御を開始する。

実施の形態１から３では、出力電力の調整を減衰器２を用いて実施した。送信装置１００の利得を低下させたくない場合は、減衰器２に代えて可変利得増幅器として、出力電力の調整を行ってもよい。

図１３及び図１６では減衰器設定を設定目標値とモニタ電力の差分であるΔｐ変化させたり、パルス立下り直前の減衰量設定値Ｂを使用したりすることで収束時間の短縮を図っているが、設定目標値とモニタ電力の差分に応じて一度に変化させる減衰器の設定値の変化量を変更してもよい。

また、図１８に示すように、一般的に高周波電力増幅器の出力電力は飽和するため入力電力が大きくなるほど、すなわち出力電力が大きくなるほどその差分である利得が減少する傾向にある。よって、出力電力の設定目標値が大きくなる程一度に変化させる減衰器の設定値の変化量を大きくするなどしてもよい。

１ 発振器、２ 減衰器、３ 高周波電力増幅器、４ 出力端子、５ モニタ回路、６ 記憶装置、７ 制御部、８ 電源部、９ 入力端子、１０ 演算装置、２０ 制御装置、３０ 演算部、１００ 送信装置、１０１ 出力電力制御装置、２０１ 出力電力制御装置、３０１ 出力電力制御装置。

Claims (10)

1. 発振器から出力されたパルス波形の高周波信号の電力を減衰させて出力する減衰器と、
   前記減衰器から出力された高周波信号の電力を増幅させて出力する高周波電力増幅器と、
   前記高周波電力増幅器から出力された高周波信号の電力をモニタし高周波信号の電力の大きさに応じたモニタ信号を出力するモニタ回路と、
   前記モニタ回路から出力された前記モニタ信号に基づいて又はデータ部からの減衰量設定データに基づいて前記減衰器の減衰量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記発振器はトリガ信号に同期したパルス波形の高周波信号を生成すると共に、
   前記制御部は前記トリガ信号に同期して、前記減衰量設定データに基づいて生成した減衰量制御信号を用いて前記減衰器の減衰量の制御を開始し、
   前記モニタ信号が入力した後は前記モニタ信号に基づいて生成した前記減衰量制御信号を用いて前記減衰器の減衰量を制御する、
   出力電力制御装置。
2. 前記制御部は前記トリガ信号を生成し、前記発振器に前記トリガ信号を送信して前記トリガ信号に同期した高周波信号を生成させる請求項１に記載の出力電力制御装置。
3. 前記発振器は外部から入力される前記トリガ信号に同期した高周波信号を生成し、 前記制御部は前記外部から入力される前記トリガ信号に同期して、前記減衰量設定データに基づいて生成した減衰量制御信号を用いて前記減衰器の減衰量の制御を開始する請求項１に記載の出力電力制御装置。
4. 前記データ部は、前記高周波電力増幅器の特性に基づいて決定した前記減衰量設定データを予め格納した記憶装置である請求項１から３のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
5. 前記データ部は、入力された前記高周波電力増幅器の動作条件に基づいて、前記減衰量設定データを演算して生成する演算装置である請求項１から３のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
6. 前記減衰量設定データは、前記制御部に一定値の前記減衰量制御信号を生成させるものである請求項１から５のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
7. 前記減衰量設定データは、前記制御部にデジタル的に変化する前記減衰量制御信号を生成させるものである請求項１から５のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
8. 前記減衰量設定データは、前記制御部に連続的に変化する前記減衰量制御信号を生成させるものである請求項１から５のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
9. 前記モニタ信号が入力され前記制御部と前記データ部との間に配置された演算部とを備え、
   前記演算部は、前記データ部に保存している前記減衰量設定データをパルス波形区間の前記減衰量設定データとして前記制御部に入力すると共に、
   前記パルス波形区間において前記減衰量設定データで制御されて得られた前記モニタ信号に基づいて、前記パルス波形区間の前記減衰量設定データを見直して次のパルス波形区間の前記減衰量設定データとして更新して前記データ部に保存する請求項１から３のいずれか１項に記載の出力電力制御装置。
10. 前記制御部は、前記パルス波形区間内において、パルス開始から所定の時間は前記減衰量設定データに基づいて生成した減衰量制御信号を用いて前記減衰器の減衰量を制御し、
    前記所定の時間が経過後は、前記演算部を経由して入力した前記モニタ信号に基づいて生成した前記減衰量制御信号を用いて前記減衰器の減衰量を制御する請求項９に記載の出力電力制御装置。

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