特開 2022-114190 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】P2022114190

(43)【公開日】2022-08-05

(54)【発明の名称】電力増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20220729BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20220729BHJP

   H03F 3/20 20060101ALI20220729BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02

H03F3/68 220

H03F3/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021010372

(22)【出願日】2021-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】北山 康夫

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA21

5J500AA41

5J500AC36

5J500AF15

5J500AF19

5J500AK00

5J500AK16

5J500AK33

5J500AK68

5J500AM20

5J500AT01

5J500AT02

5J500AT07

5J500CK06

5J500CK07

(57)【要約】

【課題】電力合成の損失をより低減させる。
【解決手段】入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器２１と、入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器２２と、第１増幅信号と第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器３０５と、合成器３０５に入力された第１増幅信号の第１位相量を検出する第１位相検出回路３１０と、合成器３０５に入力された第２増幅信号の第２位相量を検出する第２位相検出回路３１１と、第１位相量と第２位相量との差が小さくなるように第１位相量又は第２位相量を変化させる制御部３１６と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器と、
前記入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第１増幅信号と前記第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器と、
前記合成器に入力された前記第１増幅信号の第１位相量を検出する第１位相検出回路と、
前記合成器に入力された前記第２増幅信号の第２位相量を検出する第２位相検出回路と、
前記第１位相量と前記第２位相量との差が小さくなるように前記第１位相量又は前記第２位相量を変化させる制御部と、
を備える電力増幅装置。

【請求項2】

前記第１増幅器は、増幅する前の前記入力信号の位相を所定の移相量だけ変化させる可変移相器を備え、
前記制御部は、前記第１位相量と前記第２位相量との差が小さくなるように前記移相量を変化させる、
請求項１に記載の電力増幅装置。

【請求項3】

複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する第１合成器と、
複数の増幅器により前記入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する第２合成器と、
前記第１合成信号と前記第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する第３合成器と、
前記第３合成器に入力される前記第１合成信号の第１合成位相量を検出する第１合成位相検出回路と、
前記第３合成器に入力される前記第２合成信号の第２合成位相量を検出する第２合成位相検出回路と、
前記第１合成位相量と前記第２合成位相量との差が小さくなるように前記第１合成位相量又は前記第２合成位相量を変化させる制御部と、
を備える電力増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号の電力を増幅する電力増幅装置に関する。

【背景技術】

【0002】

分配器によって分配された２つの高周波信号をそれぞれ電力増幅部で増幅し、２つの電力増幅部で増幅された信号を電力合成器によって合成し、合成された一つの電力増幅信号を得る技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された技術では、２つの電力増幅部の出力の位相又は振幅に差分が生じた場合には、検出回路に高周波信号が流れる。特許文献１には、検出回路に流れる信号を入力されたフィードバック回路は、電力合成器での合成損失を低減させるために、２つの電力増幅部の出力のレベルが所定の値になるように位相及び振幅の一部を補正することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１２９４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された技術では、２つの電力増幅部の出力の位相又は電力に差分が生じた場合に検出回路に高周波信号が流れるため、２つの電力増幅部の出力に電力差がある状態では、位相差の検出精度が低くなる。このため、電力増幅部の出力の位相を補正する精度が低くなり、電力合成の損失を十分に低減させることができないという問題があった。

【0005】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電力合成の損失をより低減させることができる電力増幅装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様の電力増幅装置は、入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する第１増幅器と、前記入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する第２増幅器と、前記第１増幅信号と前記第２増幅信号とを合成した合成信号を生成する合成器と、前記合成器に入力された前記第１増幅信号の第１位相量を検出する第１位相検出回路と、前記合成器に入力された前記第２増幅信号の第２位相量を検出する第２位相検出回路と、前記第１位相量と前記第２位相量との差が小さくなるように前記第１位相量又は前記第２位相量を変化させる制御部と、を備える。

【0007】

前記第１増幅器は、増幅する前の前記入力信号の位相を所定の移相量だけ変化させる可変移相器を備え、前記制御部は、前記第１位相量と前記第２位相量との差が小さくなるように前記移相量を変化させてもよい。

【0008】

本発明の第２の態様の電力増幅装置は、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する第１合成器と、複数の増幅器により前記入力信号を増幅した複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する第２合成器と、前記第１合成信号と前記第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する第３合成器と、前記第３合成器に入力される前記第１合成信号の第１合成位相量を検出する第１合成位相検出回路と、前記第３合成器に入力される前記第２合成信号の第２合成位相量を検出する第２合成位相検出回路と、前記第１合成位相量と前記第２合成位相量との差が小さくなるように前記第１合成位相量又は前記第２合成位相量を変化させる制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電力合成の損失をより低減させるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の電力増幅装置の構成を示す図である。

【図2】複数の増幅器の構成を示す図である。

【図3】合成器の構成を示す図である。

【図4】合成損失と位相差との関係を示す図である。

【図5】制御部による第１位相量と第２位相量との制御の処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［電力増幅装置の構成］
図１は、本実施形態の電力増幅装置１００の構成を示す図である。電力増幅装置１００は、信号発生器１０、増幅器２１から増幅器２４及び合成器３０を備える。電力増幅装置１００は、高周波信号等の信号を所定電力まで増幅させる。所定電力は、例えば電力増幅装置１００の後段の回路で必要な電力に基づいて決定されている。

【0012】

信号発生器１０は、高周波信号等の入力信号を発生させる。信号発生器１０は、例えば同軸ケーブルを介して、複数の増幅器２１から増幅器２４に入力信号を入力する。増幅器２１（第１増幅器に相当）は、入力信号を増幅した第１増幅信号を生成する。増幅器２１の増幅度は、例えば、２．３～２．７ｄＢ程度である。増幅器２２（第２増幅器に相当）は、増幅器２１と同様に、入力信号を増幅した第２増幅信号を生成する。増幅器２３及び増幅器２４についても増幅器２１と同様に増幅信号を生成する。

【0013】

合成器３０は、複数の増幅器２１～増幅器２４が生成した増幅信号を合成することにより電力増幅した合成信号を生成する。合成器３０は、増幅器２１が生成する第１増幅信号の第１位相量と、増幅器２２が生成する第２増幅信号の第２位相量とを検出する。同様にして、合成器３０は、増幅器２３及び増幅器２４が生成する増幅信号の位相量をそれぞれ検出する。

【0014】

合成器３０は、図１中の破線で示すように、増幅器２１が生成する第１増幅信号の第１位相量を変化させるための移相量を増幅器２１に通知する。同様にして、合成器３０は、増幅器２２が生成する第２増幅信号の第２位相量を変化させるための移相量を増幅器２２に通知する。合成器３０は、増幅器２３及び増幅器２４が生成する増幅信号の位相量を変化させるための移相量をそれぞれ増幅器２３及び増幅器２４へ通知する。

【0015】

合成器３０は、検出した第１位相量と、検出した第２位相量との差が小さくなるように第１位相量又は第２位相量を変化させる。このようにして、合成器３０は、第１増幅信号と第２増幅信号とを合成する際の電力合成の損失をより低減させることができる。このため、合成器３０は、電力合成の損失を補うために複数の増幅器２１～増幅器２４が生成する増幅信号の電力を増加させる必要がなく、合成損失に起因する発熱により合成器３０全体が高温になることを抑制することができる。

【0016】

［増幅器の構成］
図２は、複数の増幅器２１～増幅器２４の構成を示す図である。増幅器２１は、可変移相器２１１、増幅部２１２及び信号処理回路２１３を備える。可変移相器２１１は、増幅部２１２が増幅する前の入力信号の位相を所定の移相量だけ変化させる。増幅部２１２は、可変移相器２１１により位相が調整された入力信号を電力増幅することにより、第１増幅信号を生成する。

【0017】

信号処理回路２１３は、増幅部２１２が増幅する前の入力信号の位相を所定の移相量だけ可変移相器２１１により変化させる。所定の移相量は、例えば、合成器３０により通知される。信号処理回路２１３は、例えば、合成器３０から通知された移相量に対応する電圧の信号を可変移相器２１１に入力することにより、可変移相器２１１による位相調整を制御する。

【0018】

増幅器２２は、可変移相器２２１、増幅部２２２及び信号処理回路２２３を備える。可変移相器２２１は、可変移相器２１１と同様である。増幅部２２２は、可変移相器２２１により位相調整された入力信号を電力増幅することにより、第２増幅信号を生成する。信号処理回路２２３は、信号処理回路２１３と同様である。

【0019】

増幅器２３は、可変移相器２３１、増幅部２３２及び信号処理回路２３３を備える。増幅器２３の可変移相器２３１、増幅部２３２及び信号処理回路２３３は、それぞれ増幅器２１の可変移相器２１１、増幅部２１２、信号処理回路２１３と同様である。増幅器２４は、可変移相器２４１、増幅部２４２及び信号処理回路２４３を備える。増幅器２４の可変移相器２４１、増幅部２４２及び信号処理回路２４３は、それぞれ増幅器２１の可変移相器２１１、増幅部２１２、信号処理回路２１３と同様である。

【0020】

［合成器の構成］
図３は、合成器３０の構成を示す図である。合成器３０は、カプラ３０１からカプラ３０４、第１合成器３０５、第２合成器３０６、カプラ３０７、カプラ３０８、第３合成器３０９、位相検出回路３１０から位相検出回路３１５及び制御部３１６を備える。

【0021】

カプラ３０１は、増幅器２１から入力された第１増幅信号の一部を位相検出回路３１０に入力し、それ以外の第１増幅信号を第１合成器３０５に入力する。カプラ３０２は、増幅器２２から入力された第２増幅信号の一部を位相検出回路３１１に入力し、それ以外の第２増幅信号を第１合成器３０５に入力する。カプラ３０３は、増幅器２３から入力された増幅信号の一部を位相検出回路３１２に入力し、それ以外の増幅信号を第２合成器３０６に入力する。カプラ３０４は、増幅器２４から入力された増幅信号の一部を位相検出回路３１３に入力し、それ以外の増幅信号を第２合成器３０６に入力する。

【0022】

第１合成器３０５は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第１合成器３０５には、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号が入力される。第１合成器３０５は、入力された複数の増幅信号を合成した第１合成信号を生成する。図３の例では、第１合成信号は、増幅器２１が生成した第１増幅信号と、増幅器２２が生成した第２増幅信号とを合成した信号である。第１合成器３０５には、吸収抵抗５１が設けられている。第１合成器３０５による合成において第１位相量と第２位相量とが一致しない場合、合成損失が生じる。この合成損失は、吸収抵抗５１により熱に変換される。

【0023】

第２合成器３０６は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第２合成器３０６には、複数の増幅器により入力信号を増幅した複数の増幅信号が入力される。第２合成器３０６は、入力された複数の増幅信号を合成した第２合成信号を生成する。図３の例では、第２合成信号は、増幅器２３が生成した増幅信号と、増幅器２４が生成した増幅信号とを合成した信号である。第２合成器３０６には、吸収抵抗６１が設けられている。吸収抵抗６１は、吸収抵抗５１と同様である。

【0024】

カプラ３０７は、第１合成器３０５から入力された第１合成信号の一部を位相検出回路３１４に入力し、それ以外の第１合成信号を第３合成器３０９に入力する。カプラ３０８は、第２合成器３０６から入力された第２合成信号の一部を位相検出回路３１５に入力し、それ以外の第２合成信号を第３合成器３０９に入力する。

【0025】

第３合成器３０９は、例えば、ウィルキンソン合成器である。第３合成器３０９は、第１合成信号と第２合成信号とを合成した第３合成信号を生成する。第３合成器３０９は、生成した第３合成信号を外部装置（不図示）へ出力する。第３合成器３０９には、吸収抵抗９１が設けられている。吸収抵抗９１は、吸収抵抗５１と同様である。

【0026】

［位相量の検出］
位相検出回路３１０（第１位相検出回路に相当）は、合成器３０に入力された第１増幅信号の第１位相量を検出する。位相検出回路３１０には、カプラ３０１により第１増幅信号の一部が入力される。位相検出回路３１０は、入力された信号の位相量を検出する。

【0027】

位相検出回路３１１（第２位相検出回路に相当）は、位相検出回路３１０と同様にして、合成器３０に入力された第２増幅信号の第２位相量を検出する。位相検出回路３１２は、位相検出回路３１０と同様にして、合成器３０に入力された増幅器２３の増幅信号の位相量を検出する。位相検出回路３１３は、位相検出回路３１０と同様にして、合成器３０に入力された増幅器２４の増幅信号の位相量を検出する。

【0028】

位相検出回路３１４（第１合成位相検出回路に相当）は、位相検出回路３１０と同様にして、第３合成器３０９に入力される第１合成信号の第１合成位相量を検出する。位相検出回路３１５（第２合成位相検出回路に相当）は、位相検出回路３１０と同様にして、第３合成器３０９に入力される第２合成信号の第２合成位相量を検出する。

【0029】

［位相量の制御］
制御部３１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部３１６は、位相検出回路３１０から位相検出回路３１５による電力の検出結果に基づいて、増幅器２１～増幅器２４が生成する増幅信号の位相量を変化させる。

【0030】

図４は、合成損失と位相差との関係を示す図である。図４の縦軸は、第１合成器３０５、第２合成器３０６及び第３合成器３０９が２つの信号を合成する際の合成損失をデシベル（ｄＢ）値で示す。図４の横軸は、合成器に入力される２つの信号の位相差を示す。図４に示すように、第１合成器３０５等に入力される２つの信号の位相差が０度であれば、合成損失は０ｄＢとなる。一方、位相差が大きくなるほど合成損失は大きくなり、１８０度付近では－２０ｄＢに達する。制御部３１６は、信号の合成による合成損失を低減するために、第１合成器３０５等に入力される２つの信号の位相差が小さくなるように信号の位相を調整する。

【0031】

制御部３１６は、第１増幅信号の第１位相量と、第２増幅信号の第２位相量との差を特定する。制御部３１６は、特定した差が小さくなるように可変移相器２１１又は可変移相器２２１の移相量を変化させる。本明細書の例では、制御部３１６は、可変移相器２２１の移相量を固定した状態において可変移相器２１１の移相量を変化させる。制御部３１６は、第１位相量と第２位相量とが一致する場合の可変移相器２１１の移相量を算出する。制御部３１６は、算出した可変移相器２１１の移相量を信号処理回路２１３へ通知する。

【0032】

制御部３１６は、同様にして、増幅器２３による増幅信号の位相量と増幅器２４による増幅信号の位相量との差が小さくなるように、可変移相器２３１又は可変移相器２４１の移相量を変化させる。制御部３１６は、可変移相器２４１の移相量を固定した状態において可変移相器２３１の移相量を変化させる。制御部３１６は、増幅器２３による増幅信号の位相量と増幅器２４による増幅信号の位相量とが一致する場合の可変移相器２３１の移相量を算出する。制御部３１６は、算出した可変移相器２３１の移相量を信号処理回路２３３へ通知する。

【0033】

制御部３１６は、第１合成位相量と第２合成位相量との差が小さくなるように第１合成位相量又は第２合成位相量を変化させる。制御部３１６は、第１合成位相量と第２合成位相量とが一致する場合の可変移相器２１１、可変移相器２２１、可変移相器２３１及び可変移相器２４１の移相量をそれぞれ算出する。より詳しくは、制御部３１６は、第１増幅信号の第１位相量と、第２増幅信号の第２位相量とを変化させることにより、第１増幅信号及び第２増幅信号を合成した第１合成信号の第１合成位相量を変化させる。

【0034】

このとき、制御部３１６は、第１位相量と第２位相量との差が生じないように第１位相量と第２位相量とを同じ移相量だけ変化させる。制御部３１６は、第１合成位相量と第２合成位相量とを一致させる場合の可変移相器２１１、可変移相器２２１、可変移相器２３１及び可変移相器２４１の移相量をそれぞれ算出する。制御部３１６は、算出した移相量を信号処理回路２１３、信号処理回路２２３、信号処理回路２３３及び信号処理回路２４３へそれぞれ通知する。

【0035】

［合成器による信号の合成の処理手順］
図５は、制御部３１６による第１位相量と第２位相量との制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、第１合成器３０５が第１増幅信号と第２増幅信号とを合成している間に開始される。

【0036】

まず、制御部３１６は、位相検出回路３１０が検出した第１位相量と、位相検出回路３１１が検出した第２位相量とを取得する（Ｓ１０１）。制御部３１６は、第１位相量と第２位相量との差を特定する（Ｓ１０２）。制御部３１６は、第１位相量と第２位相量とが一致する場合の可変移相器２１１の移相量を算出する（Ｓ１０３）。

【0037】

制御部３１６は、算出した可変移相器２１１の移相量を信号処理回路２１３へ通知する（Ｓ１０４）。信号処理回路２１３は、通知された移相量だけ可変移相器２１１により入力信号の位相を変化させる。制御部３１６は、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けたか否かを判定する（Ｓ１０５）。

【0038】

制御部３１６は、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けたと判定した場合に（Ｓ１０５のＹＥＳ）、処理を終了する。制御部３１６は、Ｓ１０５の判定において第１増幅信号と第２増幅信号との合成の終了を指示するユーザの操作を受け付けていないと判定した場合に（Ｓ１０５のＮＯ）、Ｓ１０１の処理に戻る。

【0039】

［電力増幅装置による効果］
制御部３１６は、検出した第１位相量と、検出した第２位相量との差が小さくなるように第１位相量又は第２位相量を変化させる。このようにして、制御部３１６は、第１増幅信号と第２増幅信号とを合成する際の電力合成の損失をより低減させることができる。このため、制御部３１６は、電力合成の損失を補うために複数の増幅器２１～増幅器２４が生成する増幅信号の電力を増加させる必要がなく、合成損失に起因する発熱により合成器３０全体が高温になることを抑制することができる。

【0040】

制御部３１６は、位相検出回路３１０及び位相検出回路３１１による高精度の検出結果を利用して第１位相量及び第２位相量を変化させることにより、第１増幅信号と第２増幅信号との合成の損失をより低減させることができる。その結果、吸収抵抗により生じる発熱量が減少するので、電力増幅装置１００が過熱することを抑制できる。また、位相検出回路３１０及び位相検出回路３１１が第１位相量及び第２位相量を常時検出しているので、環境温度の変化によるレベル変動の影響を抑制することもできる。

【0041】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0042】

１０ 信号発生器
２１ 増幅器
２２ 増幅器
２３ 増幅器
２４ 増幅器
３０ 合成器
５１ 吸収抵抗
６１ 吸収抵抗
９１ 吸収抵抗
１００ 電力増幅装置
２１１ 可変移相器
２１２ 増幅部
２１３ 信号処理回路
２２１ 可変移相器
２２２ 増幅部
２２３ 信号処理回路
２３１ 可変移相器
２３２ 増幅部
２３３ 信号処理回路
２４１ 可変移相器
２４２ 増幅部
２４３ 信号処理回路
３０１ カプラ
３０２ カプラ
３０３ カプラ
３０４ カプラ
３０５ 第１合成器
３０６ 第２合成器
３０７ カプラ
３０８ カプラ
３０９ 第３合成器
３１０ 位相検出回路
３１１ 位相検出回路
３１２ 位相検出回路
３１３ 位相検出回路
３１４ 位相検出回路
３１５ 位相検出回路
３１６ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】