WO2004070945A1

WO2004070945A1 - 電力増幅装置

Info

Publication number: WO2004070945A1
Application number: PCT/JP2003/001117
Authority: WO
Inventors: Takashi Ono
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-19

Abstract

　2つの電力増幅器の出力信号を電力合成器で合成する電力増幅装置において、電力増幅器が故障又は保守の際においても電力合成器の出力低下を招かないようにするため、1つの電力増幅器の障害時に、障害のない電力増幅器の出力信号をスイッチ切替動作により電力合成器からバイパスさせる。

Description

明細書

電力増幅装置技術分野

本発明は電力増幅装置に関し、特に移動無線基地局などにおいて並列運転増幅装置として使用される電力増幅装置に関するものである。背景技術

移動体通信基地局の送信機などにおいて無線信号の大電力増幅を行う高出力型電力増幅装置においては、入力電力を分配し、 2 台の電力増幅器でそれぞれ増幅した後、各出力電力を合成（並列増幅）することが一般に行われている。

図 2には、このような高出力の電力増幅装置が示されており、上記のように、入力信号 100を電力分配器 10で 2つの信号 101及び 102に分配し、これらの信号 101及ぴ 102をそれぞれ電力増幅器 21及び 22で電力増幅した後、それらの出力信号 103及び 104を電力合成器 30で合成して出力電力信号 105を発生する構成を有している。

このように、 2つの電力増幅器 21及び 22を用いて電力増幅を行うのは、公表されている半導体素子を用いた高周波（マイクロ波）電力増幅装置としては、単一の電力増幅器では大容量の出力を発生することが困難であることから、電力分配器 10と電力合成器 30に 2つの電力増幅器 21及び 22を組み合わせて所望の高出力を実現する必要があるからである。

また、機器の故障、もしくは保守の際に、電力増幅器が運用されない場合でも並列運転中の一方の電力増幅器が稼動している限りサービスを中断せずに済むと V、う冗長構成による利点もある。

ここで、上記の電力分配器 10及び電力合成器 30としては、同相ハイプリッド又は 90° ハイブリッドなどの種々のハイブリッドが使用される。

図 3はこのようなハイプリッドを示しており、同図（1)及び（2)は同相ハイブリッドを示し、特に前者は単純型同相ハイブリッドであり、後者はウィルキンソン型同相ハイブリッドと称されるものである。これらの同相ハイプリッドにおいては、例えば図中の左側入力端から同位相の

2 つの入力信号が与えられたとき、右側の出力側からは合成されて出力されるものである。これは、分配器の場合には丁度逆の動作を呈する。なお、図中の 70. 7 Ω及び 50 Ωはそれぞれ入出力インピーダンスを示し、抵抗 rはアイソレーシヨン機能を果たしている。

また、同図（3)は 90° ハイブリッドを示したもので、 /4力プラを構成している。すなわち、左上側入力端への入力信号を基準 0° としたとき、この入力信号は、右上側出力端において 90° ずれた- 90° で出力され、右下側出力端において 0° の同相で出力される。

また、左下側入力端から入力された - 90° の入力信号は、右上側出力端において -90° の同相で出力され、右下側出力端において 90° ずれた - 180° の信号として出力される。

通常、所望の合成出力端末ではなく未使用となる出力端（同図（3)では右下側出力端）は、信号反射による回路への影響を無くすため、 50 Ω終端して使用される。従って、 90° 位相が異なった入力信号同士は、右上側出力端において同相となるため合成されて出力され、右下側出力端においては互いに逆相となって打ち消し合い、出力されないこととなる。これも、分配器の場合には、丁度逆の動作を呈する。

このようにして、電力分配器 10及び電力合成器 30においては、出力損失無く (回路損失は除く）合成出力されることとなる。

一方、図 4に示すように、一方の電力増幅器 22が故障した場合、その出力インピーダンスは変化し、特に保守に際して電力増幅器 22を取り外した場合は完全にオープン状態となる。

これにより、図 3に示した各ハイプリッドでは、その構造からも分かるように、電力増幅器 21の出力が、

• 単純型同相ハイブリッドでは、電力増幅器 22の方に回り込み、

. ウィルキンソン型ハイブリッドでは、アイソレーション抵抗 rで消費され、 . 90° ハイブリッドでは、終端抵抗 60で消費されることになり、

いずれも出力レベルの低下を招く。すなわち、図 2における正常動作時においては、電力増幅器 21及び 22の出力信号 103及ぴ 104のレベルを共に OdBとすると、合成器 30で合成された結果、出力信号 105のレベルは 3dBとなるが、図 4の障害時には、電力増幅器 21の出力信号 103のレベルが OdBであっても、電力合成器 30における回り込み、その他により、電力合成器 30の出力信号 105のレベルは- 3dBに低下してしまう。

これは、電力合成器 30へ入力される信号 103及び 104力同振幅及び同位相（または 90° の位相差）というハイブリッドによる電力合成における理想状態からずれればずれるほど損失は増加することとなり、図 4に示すような極端な例（機器の故障又は保守時）である片方入力の場合は、信号 105のレベルが- 3dBに低下してしまうことを示しており、図 2の正常時に比べて 6dB低下することになる。一方、入力信号を第 1の 90° ハイブリッドで第 1、第 2の信号に分配し、対応する第 1、第 2の増幅器で増幅した後、第 2の 90° ハイブリッドを介して出力する受信用並列運転増幅回路において、入力端子が該第 2の 90° ハイプリッドの出力端子と接続され、出力端子が相互接続された第 3の 90° ハイプリッドとスイツチ手段とを設け、切替命令が印加した時、該スィッチ制御手段が該第 2の 90° ハィプリッドの出力を該第 3の 90° ハイプリッドを介して取り出すように構成したものが既に提案されている（例えば特許文献 1)。

しかしながら、このような従来技術の場合には、余分なハイブリッドを必要とし、さらには、別途スィッチを揷入しなければ実現できず、部品点数を大幅に増大させてしまう。

ぐ特許文献 1 >

特開平 7-212275号公報（要約書）

従って本発明は、 2 つの電力増幅器の出力信号を電力合成器で合成して後段回路に出力する電力増幅装置において、電力増幅器が故障又は保守の際においても電力合成器の出力低下を招かず、また部品点数を減少させることを目的とする。発明の開示

上記の目的を達成するため、本発明に係る電力増幅装置は、 2 つの電力増幅器の出力信号を電力合成器で合成して後段回路に出力する電力増幅装置において、一方の電力増幅器の障害時に、他方の該電力増幅器の出力信号を該電力合成器を介さずに前記出力を行う手段を設けたことを特徴としている。

すなわち、本発明においては、電力合成器で合成される 2つの入力信号の一方が停止した際、残る他方の入力信号を、該出力を行う手段によって電力合成器を介さずに出力させることにより、電力増幅器におけるインピーダンス変動による信号劣化と出力低下を回避することが可能となる。

上記の手段は、各電力増幅器と該電力合成器との間に設けた切替スィツチと、該電力合成器の出力信号及び各切替スィツチの出力信号のいずれかを選択する選択スィッチを含み、該障害時は、前記他方の電力増幅器と前記電力合成器間の切替スィッチを切り替え、且つ、該選択スィッチを切り替えることで前記出力を行うようになっている。

したがって、本発明では、少ない部品点数で、電力増幅器におけるインピーダンス変動による出力低下を回避することができる。

ここで上記の切替スィツチとしては、高周波スィツチを用いることができる。また、上記の各電力増幅器は、共通の電力分配器により分配された各出力信号を増幅することができる。

さらに上記の電力合成器は、同相ハイプリッド又は 90° ハイプリッドで構成することができる。

さらに上記の分配器も、同相ハイプリッド又は 90° ハイプリッドで構成することができる。

上記の同相ハイプリッドとしては、単純型ハイプリッド又はウィルキンソン型ハイブリッドを用いることができる。

さらに上記の 90° ハイプリッドとしては、ランゲ型ハイプリッドを用いることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る電力増幅装置の構成例を示したブロック図である。

図 2は、従来技術による構成例を示したもので、特に正常時の状態を説明するためのプロック図である。図 3は、電力分配器又は電力合成器に用いられる同相ハイプリッド又は 90° ハィプリッドを説明するための回路図である。

図 4は、従来技術による構成例を示したもので特に障害発生時の状態を説明するためのブロック図である。

符号の説明

10 電力分配器

21, 22 電力増幅器

30 電力合成器

41〜43 高周波スィッチ

50 制御部

60 終端抵抗

100〜： 106， 200〜203 信号

図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明に係る電力増幅装置の一実施例を示したものであり、特に電力合成器 30の周囲を拡大して示したものである。図中、電力合成器 30への入力信号 103及び 104は図 2及び図 4に示した電力増幅器 21及ぴ 22からの出力信号 103 及ぴ 104にそれぞれ対応している。

すなわち、電力増幅器 21及び 22からの出力信号 103及ぴ 104はそれぞれ入力信号として高周波スィツチ 41及び 42を経由して電力合成器 30に与えられる。この電力合成器 30の出力信号 105は高周波スィツチ 43を経由して出力信号 106としてアンテナ（図示せず）への入力信号となる。

高周波スィツチ 41〜43は、制御信号 200を受けた制御部 50から発生される制御信号 201〜203によって制御されるように接続されており、高周波スィッチ 41 は、制御信号 201によつて中心点 aが接点 bと cとの間で切り替わるように制御され、高周波スィツチ 42 も同様にして制御信号 202によって中心点 aが接点 b と cとの間を切り替わるように制御される。さらに高周波スィツチ 43は、制御信号 203により中心点 aから接点 b, c，又は dを選択するように制御されるようになつている。

ここで、図 4に示すように、 2つの電力増幅器 21及び 22の内、電力増幅器 22 が障害又は保守の状態になった場合、これを検出することによって発生される制御信号 200を受けた制御部 50は、電力増幅器 21の出力信号 103を生かすため、制御信号 201によって高周波スィツチ 41を接点から cに切り替えるとともに、制御信号 203により接点 bから cに切り替える制御を行う。ただし、電力増幅器 22に接続された高周波スィツチ 42は何もする必要が無いので制御信号 202は発生されない。

このようにして、正常な電力増幅器 21の出力信号 103は高周波スィツチ 41の中心点 aから接点 cを介して高周波スィッチ 43の接点 cに送られ、この高周波スィツチ 43において接点 cから中心点 aを経由して出力信号 106としてアンテナに出力されることとなるので、電力合成器 30において電力増幅器 22の側に回り込むことが無くなり、出力信号 106のレベルは電力増幅器 21の出力信号 103のレべルを保持することができ'る。

以上説明したように、本発明に係る電力増幅装置によれば、 1 つの電力増幅器の障害時に、障害のない電力増幅器の出力信号をスィツチ切替動作により電力合成器からバイパスさせるように構成したので、並列増幅運転時における片系運転時においても電力合成器による伝送信号の劣化と出力信号レベルの低下を少ない部品点数で回避することが可能となる。

Claims

1 . 2 つの電力増幅器の出力信号を電力合成器で合成して後段回路に出力する電力増幅装置において、

一方の電力増幅器の障害時に、他方の該電力増幅器の出力信号を該電力合成器を介さずに前記出力を行う手段を設けたことを特徴とする電力増幅装置。

2 . 請求の範囲 1において、

前記手段は、各電力増幅器と青該電力合成器との間に設けた切替スィッチと、該電力合成器の出力信号及び各切替スィツチの出力信号のいずれかを選択する選択スィッチを含み、該障害時は、前記他方のの電力増幅器と前記電力合成器間の切替スィッチを切り替え、且つ、該選択スィッチを切り替えることで前記出力を行うことを特徴とした電力増幅装置。

囲

3 . 請求の範囲 2において、

前記切替スィツチが、高周波スィツチであることを特徴とした電力増幅装置。

4 . 請求の範囲 1において、

各電力増幅器が、共通の電力分配器により分配された各出力信号を増幅することを特徴とした電力増幅装置。

5 . 請求の範囲 1又は 2において、

該電力合成器が、同相ハイプリッド又は 90° ハイプリッドで構成されていることを特徴とした電力増幅装置。

6 . 請求の範囲 4において、

該電力分配器が、同相ハイプリッド又は 90° ハイプリッドで構成されていることを特徴とした電力増幅装置。

7 . 請求の範囲 5又は 6において、

該同相ハイプリッドが、単純型ハイプリッド又はゥィルキンソン型ハイブリッドであることを特徴とした電力増幅装置。

8 . 請求の範囲 5又は 6において、

該 90° ハイブリッドが、ランゲ型ハイブリッドであることを特徴とした電力增幅装置。