特開 2015-216511 電力増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-216511(P2015-216511A)

(43)【公開日】2015年12月3日

(54)【発明の名称】電力増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20151106BHJP

   H03F 3/217 20060101ALI20151106BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20151106BHJP

【ＦＩ】

   H03F1/02

   H03F3/217

   H03F3/68 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-98298(P2014-98298)

(22)【出願日】2014年5月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】中村 克之

(72)【発明者】

【氏名】坂井 達郎

(72)【発明者】

【氏名】市橋 憲幸

(72)【発明者】

【氏名】中原 功一

(72)【発明者】

【氏名】千藤 雄樹

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA21

5J500AA24

5J500AA27

5J500AA41

5J500AA66

5J500AC36

5J500AF15

5J500AF19

5J500AH25

5J500AH35

5J500AK15

5J500AK16

5J500AK41

5J500AK51

5J500AM13

5J500AT01

(57)【要約】

【課題】本発明は、スイッチングアンプ（Ｄ級アンプ）のユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる電力増幅装置において、電力増幅効率を向上させるとともに、回路規模を小型化させることを目的とする。
【解決手段】本発明は、電力増幅対象の信号を位相変調して、位相変調に応じた位相差を互いに有しデューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波を出力する位相変調部８と、位相変調部８の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部２と、各電力増幅部２の矩形波出力をそれぞれパルス幅変調信号に変換する複数のパルス幅変調信号変換部９と、各パルス幅変調信号変換部９の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する複数の帯域制限部４と、各帯域制限部４の正弦波出力を電力合成する電力合成部３と、を備えることを特徴とする電力増幅装置Ａである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力増幅対象の信号を位相変調して、位相変調に応じた位相差を互いに有しデューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波を出力する位相変調部と、
前記位相変調部の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、
各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれパルス幅変調信号に変換する複数のパルス幅変調信号変換部と、
各パルス幅変調信号変換部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する複数の帯域制限部と、
各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する電力合成部と、
を備えることを特徴とする電力増幅装置。

【請求項2】

電力増幅対象の信号をパルス幅変調するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、
各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する複数の帯域制限部と、
各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する電力合成部と、
を備えることを特徴とする電力増幅装置。

【請求項3】

各帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各電力増幅部の矩形波入力、各電力増幅部の矩形波出力、各帯域制限部の矩形波入力及び各帯域制限部の正弦波出力のうち少なくともいずれか一つに対して、遅延処理を行なう位相ばらつき補償部、
をさらに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。

【請求項4】

前記位相ばらつき補償部は、一の電力増幅部の矩形波入力、一の電力増幅部の矩形波出力、一の帯域制限部の矩形波入力及び一の帯域制限部の正弦波出力のうち少なくともいずれか一つの位相（以下では、「変化位相」という。）を変化させ、他の電力増幅部の矩形波入力、他の電力増幅部の矩形波出力、他の帯域制限部の矩形波入力及び他の帯域制限部の正弦波出力の位相を固定して、前記電力合成部の出力電力を最大にする前記変化位相を設定することにより、他の帯域制限部の正弦波出力の位相に対する一の帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力増幅装置。

【請求項5】

前記位相ばらつき補償部は、少なくとも３点の前記変化位相における前記電力合成部の出力電力の測定結果に対して、所定の関数のフィッティングを行なうことにより、前記電力合成部の出力電力を最大にする前記変化位相を設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチングアンプ（Ｄ級アンプ）のユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる電力増幅装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術（非特許文献１−３を参照。）の電力増幅装置の構成を図１に示す。従来技術の電力増幅装置Ａは、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができ、パルス幅変調部１、電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４、電力合成部３及び帯域制限部４から構成される。

【0003】

パルス幅変調部１は、電力増幅対象の信号を変調波によりパルス幅変調する。電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４は、パルス幅変調部１の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する。電力合成部３は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力を電力合成する。帯域制限部４は、電力合成部３の矩形波出力を帯域制限する。最終的に、電力増幅装置Ａは、電力増幅対象の信号を電力増幅することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】生岩量久、中尚、宮崎徹郎、「ハイブリッド変調方式中波ラジオ送信機の開発」、テレビジョン学会誌、１９９３年、第４７巻、第４号、ｐｐ．５２３−５２７．

【非特許文献2】宮崎徹郎、山口竹彦、中尚、那須嘉彦、生岩量久、「ＳＩＴを使用した大電力中波放送機の開発」、テレビジョン学会誌、１９９１年、第４５巻、第４号、ｐｐ．５３１−５３７．

【非特許文献3】山口竹彦、宮崎徹郎、中尚、那須嘉彦、生岩量久、「ＳＩＴを使用した大電力中波放送機の実用設計」、テレビジョン学会誌、１９９１年、第４５巻、第６号、ｐｐ．７４７−７５３．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術では、電力合成部３は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力を電力合成する。よって、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力の位相にばらつきがあるとき、電力合成部３で損失が発生し、電力増幅効率が低下する。また、従来技術では、帯域制限部４は、電力合成部３の矩形波出力を帯域制限する。よって、帯域制限部４は、幅広い可変の出力電力に対応する必要があり、大型化される。

【0006】

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる電力増幅装置において、電力増幅効率を向上させるとともに、回路規模を小型化させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、複数の帯域制限部は、各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限し、電力合成部は、各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する。

【0008】

具体的には、本発明は、電力増幅対象の信号を位相変調して、位相変調に応じた位相差を互いに有しデューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波を出力する位相変調部と、前記位相変調部の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれパルス幅変調信号に変換する複数のパルス幅変調信号変換部と、各パルス幅変調信号変換部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する複数の帯域制限部と、各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する電力合成部と、を備えることを特徴とする電力増幅装置である。

【0009】

また、本発明は、電力増幅対象の信号をパルス幅変調するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調部の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する複数の電力増幅部と、各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する複数の帯域制限部と、各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する電力合成部と、を備えることを特徴とする電力増幅装置である。

【0010】

この構成によれば、電力合成部は、各帯域制限部の正弦波出力を電力合成する。よって、各帯域制限部の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部で損失が発生せず、電力増幅効率が向上する。また、この構成によれば、複数の帯域制限部は、各電力増幅部の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する。よって、各帯域制限部は、従来技術と比較して、幅広い可変の出力電力に対応する必要がなく、小型化される。

【0011】

また、本発明は、各帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各電力増幅部の矩形波入力、各電力増幅部の矩形波出力、各帯域制限部の矩形波入力及び各帯域制限部の正弦波出力のうち少なくともいずれか一つに対して、遅延処理を行なう位相ばらつき補償部、をさらに備えることを特徴とする電力増幅装置である。

【0012】

この構成によれば、位相ばらつき補償部は、各帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償する。よって、各帯域制限部の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部で損失がほとんど発生せず、電力増幅効率がさらに向上する。

【0013】

電力増幅前にパルス幅変調する場合と比べ、電力増幅後にパルス幅変調する場合には、デューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波に対する遅延処理が容易である。

【0014】

また、本発明は、前記位相ばらつき補償部は、一の電力増幅部の矩形波入力、一の電力増幅部の矩形波出力、一の帯域制限部の矩形波入力及び一の帯域制限部の正弦波出力のうち少なくともいずれか一つの位相（以下では、「変化位相」という。）を変化させ、他の電力増幅部の矩形波入力、他の電力増幅部の矩形波出力、他の帯域制限部の矩形波入力及び他の帯域制限部の正弦波出力の位相を固定して、前記電力合成部の出力電力を最大にする前記変化位相を設定することにより、他の帯域制限部の正弦波出力の位相に対する一の帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償することを特徴とする電力増幅装置である。

【0015】

この構成によれば、位相ばらつき補償部は、電力合成部の出力電力を最大にする変化位相を設定することにより、各帯域制限部の正弦波出力の位相のばらつきを補償する。よって、各帯域制限部の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部で損失がほとんど発生せず、電力増幅効率がさらに向上する。

【0016】

また、本発明は、前記位相ばらつき補償部は、少なくとも３点の前記変化位相における前記電力合成部の出力電力の測定結果に対して、所定の関数のフィッティングを行なうことにより、前記電力合成部の出力電力を最大にする前記変化位相を設定することを特徴とする電力増幅装置である。

【0017】

この構成によれば、位相ばらつき補償部は、少なくとも３点の変化位相における電力合成部の出力電力に対してフィッティングを行なうことにより、電力合成部の出力電力を最大にする変化位相を設定する。よって、各帯域制限部の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部で損失がほとんど発生せず、電力増幅効率がさらに向上する。そして、電力合成部の出力電力の測定結果の分解能が低くても、確実にかつ迅速に電力合成部の出力電力を最大にする変化位相を設定することができる。

【発明の効果】

【0018】

このように、本発明は、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる電力増幅装置において、電力増幅効率を向上させるとともに、回路規模を小型化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来技術の電力増幅装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の第１の電力増幅装置の構成を示す図である。

【図3】本発明の第２の電力増幅装置の構成を示す図である。

【図4】本発明の電力合成部の構成を示す図である。

【図5】本発明の第１の位相ばらつき補償の手順を示す図である。

【図6】本発明の第２の位相ばらつき補償の手順を示す図である。

【図7】本発明の位相ばらつき補償の原理を示す図である。

【図8】本発明の位相ばらつき補償の精度を示す図である。

【図9】本発明の位相ばらつき補償の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0021】

本発明の第１の電力増幅装置の構成を図２に示す。本発明の電力増幅装置Ａは、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができ、位相変調部８、電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４、電力合成部３、帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４、パルス幅変調信号変換部９−１、９−２、９−３、９−４、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４、電力測定部６及び位相設定部７から構成される。

【0022】

位相変調部８は、電力増幅対象の信号を変調波により位相変調して、位相変調に応じた位相差を互いに有しデューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波を出力する。電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４は、位相変調部８の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する。パルス幅変調信号変換部９−１、９−２、９−３、９−４は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力をそれぞれパルス幅変調信号に変換する。帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４は、各パルス幅変調信号変換部９−１、９−２、９−３、９−４の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する。電力合成部３は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力を電力合成する。最終的に、電力増幅装置Ａは、電力増幅対象の信号を電力増幅することができる。

【0023】

本発明の第２の電力増幅装置の構成を図３に示す。本発明の電力増幅装置Ａは、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができ、パルス幅変調部１、電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４、電力合成部３、帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４、電力測定部６及び位相設定部７から構成される。

【0024】

パルス幅変調部１は、電力増幅対象の信号を変調波によりパルス幅変調する。電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４は、パルス幅変調部１の矩形波出力をそれぞれ電力増幅する。帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する。電力合成部３は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力を電力合成する。最終的に、電力増幅装置Ａは、電力増幅対象の信号を電力増幅することができる。

【0025】

このように、電力合成部３は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力を電力合成する。よって、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部３で損失が発生せず、電力増幅効率が向上する。また、複数の帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力をそれぞれ帯域制限する。よって、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４は、従来技術と比較して、幅広い可変の出力電力に対応する必要がなく、小型化される。このように、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる電力増幅装置Ａにおいて、電力増幅効率を向上させるとともに、回路規模を小型化させることができる。

【0026】

遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波入力に対して、それぞれ遅延処理を行なう。

【0027】

なお、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波出力に対して、それぞれ遅延処理を行なってもよい。

【0028】

また、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の矩形波入力に対して、それぞれ遅延処理を行なってもよい。

【0029】

また、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを補償するように、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力に対して、それぞれ遅延処理を行なってもよい。

【0030】

また、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、以上に説明の遅延処理を組み合わせることにより、それぞれ遅延処理を行なってもよい。以下の説明では、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各電力増幅部２−１、２−２、２−３、２−４の矩形波入力に対して、それぞれ遅延処理を行なうとする。

【0031】

このように、遅延処理部５−１、５−２、５−３、５−４は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを補償する。よって、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相にばらつきがあっても、従来技術と比較して、電力合成部３で損失がほとんど発生せず、電力増幅効率がさらに向上する。

【0032】

電力増幅前にパルス幅変調する場合と比べ、電力増幅後にパルス幅変調する場合には、デューティー比率がともに５０％である２系統の矩形波に対する遅延処理が容易である。

【0033】

電力測定部６及び位相設定部７については、図４−９を用いて詳しく説明する。

【0034】

本発明の電力合成部の構成を図４に示す。電力合成部３は、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、負荷抵抗ＲＬ及びトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５から構成される。

【0035】

ここで、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、振幅のばらつきがあっても、電力合成部３での損失は大きな問題にならない。しかし、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきがあるとき、電力合成部３での損失が問題になりうる。ただし、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきが小さいとき、例えば以下の実施形態では、位相のばらつきが５°以内であるとき、電力合成部３での損失は問題にならない。

【0036】

各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきがあるとき、バランス抵抗Ｒ１での損失、バランス抵抗Ｒ２での損失、バランス抵抗Ｒ３での損失及び負荷抵抗ＲＬでの出力は、それぞれ数式１−４で表される。ただし、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）は、実効値を表す。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【0037】

よって、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきがないときには、バランス抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３での損失は０になり、負荷抵抗ＲＬでの出力は最大になる。

【0038】

そこで、負荷抵抗ＲＬでの出力を最大にして、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきを補償する。

【0039】

つまり、位相設定部７は、一の電力増幅部２（例えば、２−１）の矩形波入力の位相（以下では、「変化位相」という。）を変化させ、他の電力増幅部２（例えば、２−２、２−３、２−４）の矩形波入力の位相を固定して、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定することにより、他の帯域制限部４（例えば、４−２、４−３、４−４）の正弦波出力の位相に対する一の帯域制限部４（例えば、４−１）の正弦波出力の位相のばらつきを補償する。そして、位相設定部７が、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定するにあたり、電力測定部６は、電力合成部３の出力電力を測定する。

【0040】

以下の説明では、位相ばらつき補償の手順として、２種の手順を説明する。

【0041】

まず、第１の位相ばらつき補償の手順を説明する。位相設定部７は、スキャニングされた変化位相における電力合成部３の出力電力の測定結果に従って、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定する。

【0042】

本発明の第１の位相ばらつき補償の手順を図５に示す。位相設定部７は、電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を遅延処理部５−１を通じてスキャニングして、電力増幅部２−２、２−３、２−４の矩形波入力の位相を固定して、電力合成部３の出力電力を最大にする電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を遅延処理部５−１を通じて設定する。

【0043】

各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相をそれぞれ０°、１１°、１２°、１３°とする。初期状態では、位相のばらつきが５°以内でないため、電力合成部３での損失が問題になりうる。

【0044】

スキャニング曲線Ｓによれば、変化位相θ_１が０°であるとき、出力電力Ｐ_Ｏは初期電圧Ｐ_ＩＮＩであるが、変化位相θ_１が１２°であるとき、出力電力Ｐ_Ｏは最大電力Ｐ_ＭＡＸとなる。各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、位相補償後の位相はそれぞれ１２°、１１°、１２°、１３°である。位相補償後では、位相のばらつきが５°以内であるため、電力合成部３での損失は問題にならない。

【0045】

次に、第２の位相ばらつき補償の手順を説明する。位相設定部７は、少なくとも３点の変化位相における電力合成部３の出力電力の測定結果に対して、所定の関数のフィッティングを行なうことにより、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定する。

【0046】

本発明の第２の位相ばらつき補償の手順を図６に示す。位相設定部７は、電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を遅延処理部５−１を通じて３点（例えば、測定点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３。ここで、測定点Ｍ１は、初期状態の位相。）選択して、電力増幅部２−２、２−３、２−４の矩形波入力の位相を固定して、電力合成部３の出力電力の測定結果に対して２次関数又は正弦関数のフィッティングを行ない、電力合成部３の出力電力を最大にする電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を遅延処理部５−１を通じて設定する。

【0047】

各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相をそれぞれ０°、１１°、１２°、１３°とする。初期状態では、位相のばらつきが５°以内でないため、電力合成部３での損失が問題になりうる。

【0048】

フィッティング曲線Ｆによれば、変化位相θ_１が０°であるとき、出力電力Ｐ_Ｏは初期電圧Ｐ_ＩＮＩであるが、変化位相θ_１が１２°であるとき、出力電力Ｐ_Ｏは最大電力Ｐ_ＭＡＸとなる。各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、位相補償後の位相はそれぞれ１２°、１１°、１２°、１３°である。位相補償後では、位相のばらつきが５°以内であるため、電力合成部３での損失は問題にならない。

【0049】

次に、第１及び第２の位相ばらつき補償の原理を説明する。本発明の位相ばらつき補償の原理を図７に示す。各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、それぞれベクトル表示しており、振幅をそれぞれ｜Ｖ_１｜、｜Ｖ_２｜、｜Ｖ_３｜、｜Ｖ_４｜として、位相をそれぞれθ_１、θ_２、θ_３、θ_４とする。

【0050】

ここで、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、振幅のばらつきがあっても、電力合成部３での損失は大きな問題にならないため、｜Ｖ_１｜、｜Ｖ_２｜、｜Ｖ_３｜、｜Ｖ_４｜は等しいと考えても問題はない。そして、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきがあるとき、電力合成部３での損失が問題になりうるため、θ_１、θ_２、θ_３、θ_４は必ずしも等しいとは限らないと考えなければならない。

【0051】

電力合成部３の出力電力は、｜Ｖ_１＋Ｖ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_４｜の二乗に比例する。電力合成部３の出力電力を最大にするためには、｜Ｖ_１＋Ｖ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_４｜を最大にすればよい。図５、６を用いて説明した第１及び第２の位相ばらつき補償の手順において、ベクトルＶ_１の位相θ_１を変化させ、ベクトルＶ_２、Ｖ_３、Ｖ_４の位相θ_２、θ_３、θ_４を固定して、｜Ｖ_１＋Ｖ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_４｜を最大にするためには、ベクトルＶ_１の方向をベクトルＶ_２＋Ｖ_３＋Ｖ_４の方向と同方向にすればよく、ベクトルＶ_１の位相θ_１は、数式５を満たせばよい。

【数5】

【0052】

各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきが小さいときには、数式６を仮定することができる。

【数6】

数式６を仮定することができるときには、数式５を数式７に簡略化することができる。

【数7】

【0053】

図５、６を用いて説明した第１及び第２の位相ばらつき補償の手順において、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、位相補償後の位相はそれぞれ１２°、１１°、１２°、１３°である。位相補償後の位相は、１２°＝（１１°＋１２°＋１３°）／３を満たしており、数式７を確かに満たしている。

【0054】

次に、第１及び第２の位相ばらつき補償の精度を説明する。本発明の位相ばらつき補償の精度を図８に示す。電力測定部６は、電力合成部３のアナログ出力を１２ｂｉｔのデジタル出力に変換する、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｅｇｉｔａｌ）変換器であるとする。

【0055】

つまり、５Ｖフルスケールに対して、１．２２ｍＶの電圧分解能が得られる。よって、５Ｖフルスケールが１０ｋＷに対応するとすれば、５ｋＷ、２ｋＷ、１ｋＷ、５００Ｗの出力電力に対して、３．５Ｗ、２．２Ｗ、１．５Ｗ、１．１Ｗの電力分解能がそれぞれ得られる。そして、５ｋＷ、２ｋＷ、１ｋＷ、５００Ｗの出力電力に対して、どの程度の電力合成前の位相差があれば、どの程度の電力合成後の電力減少があるか、図８に示した。

【0056】

すると、５ｋＷ、２ｋＷ、１ｋＷ、５００Ｗの出力電力に対して、±３°以上、±４°以上、±４°以上、±５°以上の電力合成前の位相差がそれぞれ検出可能である。ここで、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４において、位相のばらつきが５°以内であるとき、電力合成部３での損失は問題にならない。

【0057】

よって、図５を用いて説明した第１の位相ばらつき補償の手順において、電力合成部３での損失が問題にならない程度まで、電力合成部３での出力電力のピークは探索可能であり、電力合成前の位相ばらつきは検出可能である。

【0058】

しかし、第１の位相ばらつき補償の手順においては、ノイズ又は誘導等の影響があるとき、電力合成部３での損失が問題にならない程度には、電力合成部３での出力電力のピークは探索不能となり得て、電力合成前の位相ばらつきは検出不能となり得る。

【0059】

一方で、図６を用いて説明した第２の位相ばらつき補償の手順において、測定点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３における変化位相θ_１に大きな差分があれば、測定点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３における出力電力Ｐ_Ｏに大きな差分が生じて、フィッティング精度は向上可能である。

【0060】

よって、第２の位相ばらつき補償の手順においては、ノイズ又は誘導等の影響があっても、電力合成部３での損失が問題にならない程度まで、電力合成部３での出力電力のピークは探索可能であり、電力合成前の位相ばらつきは検出可能である。

【0061】

このように、第２の位相ばらつき補償の手順においては、電力合成部３の出力電力Ｐ_Ｏの測定結果の分解能が低くても、確実に（ノイズ又は誘導等の影響を受けずに）かつ迅速に（３点の測定点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のみ測定して）、電力合成部３の出力電力Ｐ_Ｏを最大にする変化位相θ_１を設定することができる。なお、ノイズ又は誘導等の影響を受けにくくするため、４点以上の測定点において測定してもよい。

【0062】

次に、本発明の位相ばらつき補償の一例を図９に示す。図９の具体例では、第１及び第２の位相ばらつき補償の手順のうち、いずれの手順を用いてもよい。

【0063】

図５、６の具体例では、各帯域制限部４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相は互いに近い値をとっている。よって、一の電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を変化させ、他の電力増幅部２−２、２−３、２−４の矩形波入力の位相を固定して、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定するのみにより、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを、５°以内に抑えることができ、つまり補償することができる。

【0064】

図９の具体例では、各帯域制限部４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相は互いに離れた値をとっている。よって、一の電力増幅部２−１の矩形波入力の位相を変化させ、他の電力増幅部２−２、２−３、２−４の矩形波入力の位相を固定して、電力合成部３の出力電力を最大にする変化位相を設定するのみでは、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきを、５°以内に抑えることができず、つまり補償することができない。

【0065】

そこで、図９の具体例では、以下に説明する第１及び第２のサイクルを実施する。これらのサイクルは、スイッチングアンプのユニットの交換時や、経年変化を考慮した定期メンテナンス時に、行なうことができる。これらのサイクルの終了後は、各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力の位相のばらつきが補償された状態で、電力増幅装置Ａによる電力増幅対象の信号の電力増幅が行なわれる。

【0066】

まず、第１のサイクルについて説明する。各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相をそれぞれ−１２°、−１２°、−１２°、１２°とする。θ_１の補償ステップでは、θ_１を変化させ、θ_２、θ_３、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_１＝−４°を設定する。θ_２の補償ステップでは、θ_２を変化させ、θ_１、θ_３、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_２＝−１°を設定する。θ_３の補償ステップでは、θ_３を変化させ、θ_１、θ_２、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_３＝２°を設定する。θ_４の補償ステップでは、θ_４を変化させ、θ_１、θ_２、θ_３を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_４＝−１°を設定する。θ_４の補償ステップの後に、θ_１、θ_２、θ_３、θ_４のばらつきを、５°以内に抑えられていない。

【0067】

次に、第２のサイクルについて説明する。各帯域制限部４−１、４−２、４−３、４−４の正弦波出力Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４について、初期状態の位相はそれぞれ−４°、−１°、２°、−１°である。θ_１の補償ステップでは、θ_１を変化させ、θ_２、θ_３、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_１＝０°を設定する。θ_２の補償ステップでは、θ_２を変化させ、θ_１、θ_３、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_２＝０°を設定する。θ_３の補償ステップでは、θ_３を変化させ、θ_１、θ_２、θ_４を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_３＝０°を設定する。θ_４の補償ステップでは、θ_４を変化させ、θ_１、θ_２、θ_３を固定して、Ｐ_Ｏを最大にするθ_４＝０°を設定する。θ_４の補償ステップの後のみならず、θ_１の補償ステップの後であっても、θ_１、θ_２、θ_３、θ_４のばらつきを、５°以内に抑えられている。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明の電力増幅装置は、スイッチングアンプのユニット数を可変にすることにより、出力電力を可変にすることができる送信装置等に適用することができる。

【符号の説明】

【0069】

Ａ：電力増幅装置
１：パルス幅変調部
２、２−１、２−２、２−３、２−４：電力増幅部
３：電力合成部
４、４−１、４−２、４−３、４−４：帯域制限部
５−１、５−２、５−３、５−４：遅延処理部
６：電力測定部
７：位相設定部
８：位相変調部
９、９−１、９−２、９−３、９−４：パルス幅変調信号変換部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：バランス抵抗
ＲＬ：負荷抵抗
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５：トランス
Ｓ：スキャニング曲線
Ｆ：フィッティング曲線
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３：測定点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】