冗長化増幅器及びその切替方法
【課題】どの現用増幅器も予備増幅器で代替可能であり、現用系から予備系への切替の前後どちらでも、増幅器の出力間の振幅及び位相が同じで、入力信号の振幅に依存しない冗長化増幅器を提供する。
【解決手段】入力Ｐ１〜Ｐｍと出力Ｑ１〜Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）のうちのｍ個とを一対一に接続する第１のスイッチと、入力Ｒ１〜Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１〜Ｓｍとを一対一に接続する第２のスイッチと、出力Ｑ１〜Ｑｎと入力Ｒ１〜Ｒｎの間に一対一に接続された増幅器Ａ１〜Ａｎとを備える冗長化増幅器。第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続し、それぞれ増幅器Ａ１〜Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１〜Ｌｍの経路長を、少なくとも２種類の接続状態で全て等しくする。
【解決手段】入力Ｐ１〜Ｐｍと出力Ｑ１〜Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）のうちのｍ個とを一対一に接続する第１のスイッチと、入力Ｒ１〜Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１〜Ｓｍとを一対一に接続する第２のスイッチと、出力Ｑ１〜Ｑｎと入力Ｒ１〜Ｒｎの間に一対一に接続された増幅器Ａ１〜Ａｎとを備える冗長化増幅器。第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続し、それぞれ増幅器Ａ１〜Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１〜Ｌｍの経路長を、少なくとも２種類の接続状態で全て等しくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は増幅器の冗長構成に関し、ＭＰＡ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｒｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）における増幅器の冗長構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＰＡは複数の増幅器で増幅された高周波信号を合成することで、数百〜数千Ｗ級の出力を可能とする増幅器であり、電気通信システムやレーダーシステム等の電波を送信するシステムで使用されている。２０１１年現在軌道上で運用中である人工衛星「きずな（ＷＩＮＤＳ）」にもＭＰＡが搭載されている。人工衛星にＭＰＡを搭載することにより、駆動部を持たずにアンテナビームを振ることが可能になっているが、こうした人工衛星や宇宙機では、ＭＰＡに特に高い信頼性が要求されるともに、リソース上の問題からその冗長台数が制限される。
【０００３】
ＭＰＡに高い信頼性が要求されるときには、ＭＰＡを構成する増幅器部分の信頼性を確保することが重要となる。信頼性を向上する手法のひとつに冗長化がある。ＭＰＡのように複数の同種の機器からなるシステムにおいて、機器を冗長構成することにより、現用機器のいずれかで障害が発生しても、予備機器に切り替えることにより、システムの機能を維持可能にすることが考えられる。単純な冗長構成としては、現用機器すべてに予備機器を用意するものが考えられるが、このような構成によれば必要な機器数が現用機器の２倍となり、リソースの問題を考慮すると好ましくない。
【０００４】
そこで現用機器よりも少ない予備機器を用意し、障害が発生した現用機器への接続を予備機器に切り替える構成が考えられる。この場合、障害が発生する現用機器を障害発生以前に特定することはできないので、どの現用機器にて障害が発生しても予備機器で代替可能であることも求められる。
【０００５】
一方で、ＲＦ信号を分配器等にて複数に分配し、分配した各ＲＦ信号をＭＰＡにて増幅した後、合成器にて合成する場合を考える。このとき、合成器に入力される複数のＲＦ信号の振幅及び位相が、互いに同じであることが求められる。増幅器を冗長構成した場合、現用増幅器の出力を互いに比較したときの振幅及び位相が同じであることだけではなく、現用増幅器の一部を予備増幅器に切り替えた後であっても、出力の振幅及び位相が同じであることが求められる。
【０００６】
特許文献１には、接続経路の電気長を適切に定めることにより、現用系増幅器を経由する接続経路を通過したときの位相と、予備系増幅器を経由する接続経路を通過したときの位相とを一致させる技術が記載されている。この技術では、電気長に基づいて経路長を定めるため、効果が得られるのは特定の波長の信号が入力される場合のみであり、この特定波長以外の信号が入力される場合には効果を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３３２２０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、どの現用増幅器も予備増幅器で代替可能であり、現用系から予備系への切替の前後どちらでも、増幅器の出力間の振幅及び位相が同じであり、入力信号の振幅に依存しない冗長化増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明は、その一態様として、入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍ、出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）を備え、ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎのうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍを備え、ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しいことを特徴とする冗長化増幅器を提供する。
【００１０】
また、本発明は、他の一態様として、第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階とを含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冗長切替前にアクティブな増幅器（現用系増幅器）を通過する出力の信号経路は互いに等しい信号経路長を有する。また、現用系増幅器のいずれかで障害が発生し、その増幅器の代わりに予備系増幅器を用いるようにした後でアクティブな増幅器（障害未発生の現用系増幅器と予備系増幅器）を通過する出力の信号経路もまた、互いに等しい信号経路長を有する。このため、冗長切替の前後どちらであっても、アクティブな増幅器を通過する信号経路長は互いに等しく、このため、冗長切替の前後どちらであっても、増幅器の出力間の振幅及び位相が同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非冗長構成の増幅器からなる信号増幅器１００のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態である信号増幅器１のブロック図である。
【図３】信号増幅器１の入力スイッチ３及び出力スイッチ５を構成するＣスイッチの動作について説明するためのモード図である。
【図４】入力スイッチ３及び出力スイッチ５でのＣスイッチの接続を説明するための図である。
【図５】信号増幅器１における、個々のＣスイッチ、個々の増幅器の接続関係を含む全体の接続関係を説明するためのブロック図である。
【図６】冗長化増幅器２において現用増幅器４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図７】冗長化増幅器２において現用増幅器４ａにて障害が発生し、現用増幅器４ｂ、４ｄ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図８】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｂにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｄ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図９】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｄにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｂ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図１０】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｅにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｄ、４ｄと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図１１】冗長化増幅器１０の構成を説明するとともに、現用増幅器１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するためのブロック図である。
【図１２】入力スイッチ１１及び出力スイッチ１３を構成する導波管スイッチ（Ｒスイッチ）１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄの接続状態であるモード１、モード２、モード３、モード４を説明するための図である。
【図１３】冗長化増幅器１０において現用増幅器１２ｂ、１２ｃにて障害が発生し、現用増幅器１２ｄ、１２ｅ及び予備増幅器１２ａ、１２ｆを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するための図である。
【図１４】冗長化増幅器１０において現用増幅器１２ｃ、１２ｄにて障害が発生し、現用増幅器１２ｂ、１２ｅ及び予備増幅器１２ａ、１２ｆを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、比較のため、従来の信号増幅装置１００について図１を参照して説明する。信号増幅装置１００は、入力された信号を４つに分配する分配器１０１、増幅器１０２、入力された４つの信号を１つに合成する合成器１０３からなる。増幅器１０２は非冗長構成であり、４つの信号を増幅するための４台の増幅器１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備えるＭＰＡである。分配器１０１の４つの出力と４台の増幅器１０２ａ〜１０２ｄの各入力とは一対一に直接接続されている。４台の増幅器の各出力と合成器１０３の４つの入力との間も同様である。
【００１４】
これに対し、本発明の実施形態１である信号増幅器１は、図２に示すように増幅器１０２の代わりに冗長化増幅器２を備える。冗長化増幅器２は、入力スイッチ３、５台の増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、出力スイッチ５を備える。５台の増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの入力から出力に至る信号経路は５台とも等しいものとする。増幅器１０２と同様に、冗長化増幅器２は、４つの信号を増幅するＭＰＡであるが、４台の現用増幅器に１台の予備増幅器を加えた５台の増幅器からなる冗長構成となっている。増幅器が１台故障した場合であっても機能・性能を損なわない為に冗長の増幅器を１台搭載し、合計５台の増幅器から任意の４台を選択して使用する。５台中４台を選択する冗長構成であるため、４／５冗長と呼ぶ。
【００１５】
後述するように、現用増幅器のいずれかが故障すると、入力スイッチ３及び出力スイッチ５での接続状態を変更することにより、故障した現用増幅器を信号経路から除外し、予備増幅器を信号経路に追加するが、このとき、単に故障した現用増幅器を予備増幅器に置換するように接続状態を変更するのではなく、故障していない現用増幅器を介する信号経路についても同時に変更する。
【００１６】
入力スイッチ３は７つの導波管スイッチからなり、それぞれＣスイッチと呼ばれるＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ、双極双投）スイッチである。同様に、出力スイッチ５も７つの導波管スイッチからなり、それぞれＣスイッチと呼ばれるＤＰＤＴスイッチである。即ち、４／５冗長を実現するスイッチは、入力側に７個、出力側に７個の合計１４個の導波管スイッチで構成される。
【００１７】
図３を参照してＣスイッチの動作モードについて説明する。Ｃスイッチは４つのポートｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３、ｐｏｒｔ４と、２つのポートを接続するための２本の導波管とを備え、導波管が接続するポートの組み合わせが異なる２つのモード、モード１及びモード２を有する。２本の導波管は等しい長さを有する。入力スイッチ３及び出力スイッチ５を構成するＣスイッチは全て同じ仕様のものなので、１４個の導波管スイッチが備える合計２８本の導波管は全て同じ長さを有する。モード１ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ２とを一方の導波管にて接続するとともに、ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを他方の導波管にて接続する。モード２ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ４とが接続されるとともに、ｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ３とが接続される。
【００１８】
図４に示すように、入力スイッチ３は、互いに隣接する７台のＣスイッチ３ａ〜３ｇのｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３とを互いに接続して直線状に繋げた構造を有する。ここでＣスイッチ３ａと３ｂ、３ｂと３ｃ、３ｃと３ｄ、３ｄと３ｅ、３ｅと３ｆ、３ｆと３ｇの間の信号経路は等しい長さを有するものとする。図中で上端部にあるＣスイッチ３ａのｐｏｒｔ３、及び、下端部にあるＣスイッチ３ｇのｐｏｒｔ１は、それぞれ、増幅器４ａ、４ｅの入力に接続される。Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆのｐｏｒｔ４は、それぞれ、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄの入力に接続される。ここでＣスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆと増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の３本の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇのｐｏｒｔ２はそれぞれ分配器１０１の一出力に接続される。ここでＣスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇと分配器１０１の出力との間の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇのｐｏｒｔ４、Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆのｐｏｒｔ２はそれぞれ接地している。入力スイッチ３は、分配器１０１の出力のいずれかに接続され、増幅器には接続されない２つのＣスイッチ３ｃ、３ｅと、分配器１０１の出力には接続されず、増幅器のいずれかの入力に接続される３つのＣスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆと、分配器１０１及び増幅器の両方に接続される２つのＣスイッチ３ａ、３ｇとを含む。
【００１９】
同様に、図４に示すように、出力スイッチ５は、互いに隣接する７台のＣスイッチ５ａ〜５ｇのｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３とを互いに接続して直線状に繋げた構造を有する。ここでＣスイッチ５ａと５ｂ、５ｂと５ｃ、５ｃと５ｄ、５ｄと５ｅ、５ｅと５ｆ、５ｆと５ｇの間の信号経路は等しい長さを有するものとする。図中、上端部にあるＣスイッチ５ａのｐｏｒｔ３、及び、下端部にあるＣスイッチ５ｇのｐｏｒｔ１は、それぞれ、増幅器４ａ、４ｅの出力に接続されている。Ｃスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆのｐｏｒｔ４は、それぞれ、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄの出力に接続されている。ここでＣスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆと増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の３本の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇのｐｏｒｔ４はそれぞれ合成器１０３の入力に接続されている。ここでＣスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇと合成器１０３の入力との間の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇのｐｏｒｔ２、Ｃスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆのｐｏｒｔ４は接地している。出力スイッチ５は、合成器１０３の入力のいずれかに接続され、増幅器には接続されない２つのＣスイッチ５ｃ、５ｅと、合成器１０３の入力には接続されず、増幅器のいずれかの入力に接続される３つのＣスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆと、合成器１０３及び増幅器の両方に接続される２つのＣスイッチ５ａ、５ｇとを含む。尚、図４において、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のどのＣスイッチも、図３と同様に、図中時計の６時、９時、１２時、３時の方向に、それぞれｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３、ｐｏｒｔ４が配置されているものとする。
【００２０】
分配器１０１の出力から、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経て、合成器１０３の入力に至る信号経路を考える。どの増幅器であっても、これら信号経路として、入力スイッチ３と出力スイッチ５の接続状態を適切に定めることにより、入力スイッチ３の２つのＣスイッチと、出力スイッチ５の２つのＣスイッチを経由するような信号経路を定められることが理解できるであろう。
【００２１】
これらの信号経路は、（１）分配器１０１の出力から入力スイッチ３のＣスイッチ３ｗ（ｗはａ、ｃ、ｅ、ｇのいずれか）のｐｏｒｔ２に至る経路、（２）そのＣスイッチ３ｗのｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とを繋ぐ導波管、（３）そのＣスイッチ３ｗから隣接するＣスイッチ３ｘ（ｘは３ｂ、３ｄ、３ｆのいずれか）に至るまでの経路、（４）そのＣスイッチ３ｘのｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを繋ぐ導波管、（５）そのＣスイッチ３ｘから増幅器の入力までの経路、（６）増幅器内部の経路、（７）増幅器から出力スイッチ５のＣスイッチ５ｙ（ｙはｂ、ｄ、ｅのいずれか）のｐｏｒｔ２に至る経路、（８）そのＣスイッチ５ｙのｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とを繋ぐ導波管、（９）そのＣスイッチ５ｙから隣接するＣスイッチ５ｚ（ｚはａ、ｃ、ｅ、ｇのいずれか）に至るまでの経路、（１０）そのＣスイッチ５ｚのｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを繋ぐ導波管、（１１）そのＣスイッチ５ｚから合成器１０３の入力に至る経路、の（１）〜（１１）までの経路からなる。（１）〜（１１）の各経路は、いずれも、通過する入力スイッチ３の２つのＣスイッチ、増幅器、出力スイッチ５の２つのＣスイッチの組み合わせがどれであっても一定である。
【００２２】
一方、分配器１０１の出力から、増幅器４ａ、４ｅのどちらかを経て、合成器１０３の入力に至る信号経路を考える。Ｃスイッチ３ａ、増幅器４ａ、Ｃスイッチ５ａを経由する経路、または、Ｃスイッチ３ｇ、増幅器４ｅ、Ｃスイッチ５ｇを経由する経路のどちらかになる。増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経由する上述の経路と比較すると、入力スイッチ３及び出力スイッチ５それぞれの内部でひとつしかＣスイッチを経由しない。このため、経路全体では経由するＣスイッチの数が２つ少なくなり、導波管２本相当の長さ経路が短くなる。更に、Ｃスイッチ同士を繋ぐ経路がないのでその分経路が短くなる。この短くなる分の長さを、Ｃスイッチ３ａのｐｏｒｔ４から増幅器４ａに至る経路、増幅器４ａからＣスイッチ５ａのｐｏｒｔ２に至る経路にて補うことにより、増幅器４ａを介する経路の経路長を、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経由する上述の経路と一致させることができる。増幅器４ｅを介する経路の経路長についても同様である。
【００２３】
信号増幅器１における、個々のＣスイッチ、個々の増幅器の接続関係を含む全体の接続関係を図５に示す。信号増幅器１は、Ｃスイッチ、即ち、冗長構成した増幅器の前段及び後段に、導波管スイッチ群を挿入することにより、増幅器を４／５冗長構成している。
【００２４】
冗長化増幅器２は４ポートＭＰＡである。冗長化増幅器２の入力側からは、分配器１０１に入力された信号が４つに分配された４つの信号が、入力スイッチ３を介し、５台の増幅器４ａ〜４ｅのうちの４台の増幅器に入力される。他方、冗長化増幅器２の出力側では、５台の増幅器４ａ〜４ｅのうち、信号が入力された４台の増幅器の出力が、出力スイッチ５を介して、４つの信号として合成器１０３に出力され、合成器１０３はこれら４つの信号を合成してひとつの信号として出力する。
【００２５】
上述したように、信号増幅器１では、入力スイッチ３及び出力スイッチ５での接続状態を適切に定めることにより、分配器１０１から増幅器のいずれかを介して合成器１０３に至る信号経路を、どの増幅器を経由するものも同じ経路長になるように接続することができる。言い換えると信号の振幅・位相を変化させること無く冗長の増幅器が選択可能である。
【００２６】
なお、入力スイッチ３の前段（入力側）及び出力スイッチ５の後段（出力側）については、従来の４ポートＭＰＡと全く同じである。
【００２７】
次に、図６〜１０を参照して、信号増幅器１の入力スイッチ３、出力スイッチ５における接続状態の切替について説明する。増幅器４ｃを予備増幅器とし、他の増幅器４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅを現用増幅器とする。
【００２８】
まず、現用増幅器が全て正常に作動し、予備増幅器が待機しているものとする。このときの接続状態を図６に示す。このとき、分配器１０１の出力と合成器１０３の入力との間には、次の４本の信号経路Ｒ１〜Ｒ４が確立される。
【００２９】
入力スイッチ３において、Ｃスイッチ３ａ〜３ｃはモード２、Ｃスイッチ３ｄ〜３ｇはモード１である。出力スイッチ５において、Ｃスイッチ５ａ〜５ｃはモード１、Ｃスイッチ５ｄ〜５ｇはモード２である。その結果、経路Ｒ１として、Ｃスイッチ３ａ、増幅器４ａ、Ｃスイッチ５ａを介する経路が確立される。経路Ｒ２として、Ｃスイッチ３ｃ、Ｃスイッチ３ｂ、増幅器４ｂ、Ｃスイッチ５ｂ、Ｃスイッチ５ｃを介する経路が確立される。経路Ｒ３として、Ｃスイッチ３ｅ、Ｃスイッチ３ｆ、増幅器４ｄ、Ｃスイッチ５ｆ、Ｃスイッチ５ｅを介する経路が確立される。経路Ｒ４として、Ｃスイッチ３ｇ、増幅器４ｅ、Ｃスイッチ５ｇを介する経路が確立される。
【００３０】
経路Ｒ１、Ｒ４は入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをひとつと増幅器ひとつとを経由する経路であり、経路Ｒ２、Ｒ３は入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路である。既に説明したように経路Ｒ１〜Ｒ４は同じ経路長を有する。
【００３１】
増幅器４ｃは予備増幅器のため、ここでは増幅器４ｃを介した分配器１０１−合成器１０３間の経路は確立されない。待機冗長である増幅器４ｃの入出力は入力スイッチ３、出力スイッチ５を介して終端される。増幅器４ｃの入力は、Ｃスイッチ３ｄ、Ｃスイッチ３ｃを介して接地している。同様に、増幅器４ｄの出力は、Ｃスイッチ５ｄ、Ｃスイッチ５ｃを介して接地している。
【００３２】
次に、現用増幅器のいずれかがなんらかの理由で使用不可になったとする。このとき、待機冗長である増幅器４ｃを起動し、入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更することにより、分配器１０１と合成器１０３とを繋ぐ４台の増幅器の構成を変更する。
【００３３】
ある経路の増幅器に障害が発生したら、その経路が、その増幅器から見て予備増幅器４ｃの側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更する。変更先の増幅器が予備増幅器４ｃではなく現用増幅器であり、別の経路が現に経由している場合は、前述の経路と同様に、その経路が現に経由する増幅器から見て、予備増幅器４ｃ側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更する。以下これを予備増幅器４ｃを経由する経路が確立するまで順次繰り返すと、最終的には、障害が発生した現用増幅器以外の３台の現用増幅器と予備増幅器の合計４台をそれぞれ経由する４つの経路が確立される。
【００３４】
尚、信号増幅器１では、現用増幅器での障害発生に応じて、待機冗長の増幅器を起動し、入力スイッチと出力スイッチとを連動して切り替えて信号の経路を変更する。これを自動的に行なうため、信号増幅器１は、増幅器４ａ〜４ｅの動作状態を監視、制御するとともに、入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を制御するための不図示の処理装置を更に備えることが好ましい。この処理装置は、いずれかの現用増幅器にて障害発生を検出すると、その増幅器を停止し、予備増幅器を起動する。また、障害が発生した増幅器に応じてＣスイッチ３ａ〜３ｇ、５ａ〜５ｇを切り替えることにより、分配器１０１と合成器１０３との間の接続状態を変更する。
【００３５】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ａにて障害が発生したときの動作について説明する。このとき、予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ａ、３ｂをモード２からモード１に切り替え、Ｃスイッチ５ａ、５ｂをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器４ａから増幅器４ｂに変更する。また、Ｃスイッチ３ｃをモード２からモード１へ切り替えて、Ｃスイッチ５ｃをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ２が経由していた増幅器を増幅器４ｂから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図７に示す。
【００３６】
この切り替えにより、経路Ｒ１が、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをひとつと増幅器ひとつとを経由する経路から、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路に変更されるが、経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長が全て等しい点では変わらない。
【００３７】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｂにて障害が発生したときの動作について説明する。このとき、予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｃをモード２からモード１に切り替え、Ｃスイッチ５ｃをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ２が経由していた増幅器を増幅器４ｂから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図８に示す。
【００３８】
この切り替えにより、経路Ｒ２は、Ｃスイッチ３ｂ、増幅器４ｂ、Ｃスイッチ５ｂの代わりに、Ｃスイッチ３ｄ、増幅器４ｃ、Ｃスイッチ５ｄを経由することになるが、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路である点では変らず、経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長が全て等しい点でも変わらない。
【００３９】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｄにて障害が発生したときの動作について説明する。予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｄ、３ｅをモード１からモード２へ切り替え、Ｃスイッチ５ｄ、５ｅをモード２からモード１へ切り替えることにより、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器４ｄから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図９に示す。
【００４０】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｅにて障害が発生したときの動作について説明する。予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｄ〜３ｇをモード１からモード２へ切り替え、Ｃスイッチ５ｄ〜５ｇをモード２からモード１へ切り替えることにより、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器４ｄから増幅器４ｃに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器４ｅから増幅器４ｄに変更する。変更後の接続状態を図１０に示す。
【００４１】
以上のようにして、４台の現用増幅器のうちの任意の１台で障害が発生しても、入力スイッチ３及び出力スイッチ５の接続状態を変更することにより、障害が発生した現用増幅器を除く３台の現用増幅器と、予備増幅器の合計４台を用いて、４つの入力信号を増幅する機能を維持することができる。接続状態の変更により、各経路が経由するＣスイッチ、増幅器は変わるものの、経路長については変化せず、４つの経路は全て同じ経路長を有するので、各経路から出力される信号の振幅・位相を揃えることができる。
【００４２】
上述の切替動作の説明では、増幅器４ｃを予備増幅器として説明したが、他の増幅器を予備増幅器としてもよい。どの増幅器を予備増幅器としても、入力スイッチ３及び出力スイッチ５の接続状態を適切に変更することにより、接続状態の変更の前後で経路長が不変であるような経路を構成可能であることは容易に理解できるであろう。
【００４３】
ＭＰＡに搭載する増幅器は原則として２の乗数であり、２台、４台、８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載する。冗長化増幅器２は、増幅器４台を搭載するＭＰＡに待機冗長として１台の予備増幅器を追加した構成であるが、冗長化増幅器２と同様に、予備増幅器１台を追加して、冗長切替をしても経路長が変化しない冗長化増幅器を構成することは、増幅器２台、４台、８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載するＭＰＡであっても可能である。このような冗長構成をしたＭＰＡに必要なＣスイッチの台数は次のようにして求める。
【００４４】
予備増幅器１台を含むｎ台の増幅器（ｎは自然数）を備え、冗長化増幅器２と同様の構成・効果を有する冗長化増幅器は、３種類のＣスイッチを備える。まず入力スイッチについて考えると、並列に並べた増幅器の両端に位置する増幅器と分配器との両方に直結される第１のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ａ、３ｇ）が２台、両端の増幅器以外の増幅器に直結される第２のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆ）がｎ−２台、２台の第２のスイッチの間に配置され、分配器に直結される第３のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ｃ、３ｅ）は、第２のスイッチよりも１台少ないのでｎ−３台である。出力スイッチでも同様である。ｎ台の増幅器を備える本実施の形態の信号増幅器にて必要なＣスイッチの数は、（２＋ｎ−２＋ｎ−３）×２＝４ｎ−６台となる。
【００４５】
このようにｎ台の増幅器を備える場合であっても、ある経路の増幅器に障害が発生したら、その経路が、その増幅器から見て予備増幅器の側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ、出力スイッチの接続状態を変更する。変更先の増幅器が予備増幅器ではなく、別の経路が経由している場合は、その経路も同様にして経由する増幅器を予備増幅器側のものにずらすように入力スイッチ、出力スイッチの接続状態を変更していく。以下これを経路が予備増幅器を経由するようになるまで順次繰り返す。これにより、ｎ台の増幅器を備える冗長化増幅器でも上述の冗長化増幅器２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
本発明の実施形態２として冗長化増幅器１０について図１１を参照して説明する。冗長化増幅器１０は、上述した冗長化増幅器２と同様に４つの信号を増幅するＭＰＡとして機能するが、冗長化増幅器２が予備増幅器を１台備え、現用増幅器１台の障害に対応するものであるのに対して、冗長化増幅器１０は予備増幅器を２台備え、最大で２台の現用増幅器の障害に対応するものである。図２、図５において、冗長化増幅器１０は、冗長化増幅器２に置換して分配器１０１、合成器１０３に接続可能である。
【００４７】
冗長化増幅器１０は、入力スイッチ１１、６台の増幅器１２ａ〜１２ｆ、出力スイッチ１３からなる。増幅器１２ａ〜１２ｆの入力から出力に至る内部の経路長は全て等しいものとする。
【００４８】
入力スイッチ１１は４台の導波管スイッチからなるスイッチマトリクスである。冗長化増幅器２の導波管スイッチはＣスイッチだが、入力スイッチ１１の導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆはそれぞれ４モードを有するＲスイッチである。
【００４９】
図１２を参照して導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆについて更に説明する。導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆ（Ｒスイッチ１２ａ〜１２ｆとも記す）は、それぞれ、４つのポートｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３及びｐｏｒｔ４と、隣接乃至対向する２つのポートを繋ぐ３本の導波管を備える。ｐｏｒｔ１〜４は順に時計方向で６時、９時、１２時、３時の方向に配置されている。モード１ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３の間のみが接続される。モード２ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ２の間、及び、ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４の間がそれぞれ接続される。モード３ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ４の間、及び、ｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ３の間がそれぞれ接続される。モード４ではｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ４の間のみが接続される。
【００５０】
Ｒスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄそれぞれの３本の導波管の長さは全て等しい。この経路長をＬ１とする。上述のように、増幅器１２ａ〜１２ｆの内部の経路長は全て等しい。この経路長をＬ２とする。分配器１０１の出力からＲスイッチ１１ａ〜１１ｄそれぞれのｐｏｒｔ２までの経路長は全て等しい。この経路長をＬ３とする。入力スイッチ１１において、互いに隣接するＲスイッチの間を繋ぐ経路、即ち、Ｒスイッチ１１ａ−１１ｂ間、１１ｂ−１１ｃ間、１１ｃ−１１ｄ間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ４とする。Ｒスイッチ１１ａ〜１１ｄのｐｏｒｔ４と増幅器１２ｂ〜１２ｅの各入力との間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ５とする。Ｒスイッチ１１ａのｐｏｒｔ３と増幅器１２ａの入力の間の経路、及び、Ｒスイッチ１１ｄのｐｏｒｔ１と増幅器１２ｆの入力の間の経路の経路長は、Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５である。増幅器１２ｂ〜１２ｅの各出力とＲスイッチ１３ａ〜１３ｄのｐｏｒｔ２の間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ６とする。出力スイッチ１３において、互いに隣接するＲスイッチの間を繋ぐ経路、即ち、Ｒスイッチ１３ａ−１３ｂ間、１３ｂ−１３ｃ間、１３ｃ−１３ｄ間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ７とする。増幅器１２ａの出力からＲスイッチ１３ａのｐｏｒｔ３の間の経路、及び、増幅器１２ｆの出力からＲスイッチ１３ｄのｐｏｒｔ１の間の経路長はＬ１＋Ｌ６＋Ｌ７である。Ｒスイッチ１３ａ〜１３ｄそれぞれのｐｏｒｔ４から合成器１０３の入力までの経路長は全て等しい。この経路長をＬ８とする。
【００５１】
冗長化増幅器１０の動作について説明する。現用増幅器は増幅器１２ｂ〜１２ｅの４台であり、予備増幅器は増幅器１２ａ、１２ｆの２台である。現用増幅器が全て正常に動作しているとき、図１１のようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄは全てモード１にある。本実施形態において、途中で経由する増幅器に関わらず、分配器１０１の出力から合成器１０３の入力に至るまでの経路を、冗長化増幅器１０に入出力するＲスイッチのポートに応じて次のように呼ぶものとする。即ち、Ｒスイッチ１１ａのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ａのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ１、Ｒスイッチ１１ｂのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｂのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ２、Ｒスイッチ１１ｃのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｃのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ３、Ｒスイッチ１１ｄのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｄのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ４と呼ぶものとする。
【００５２】
ここで、増幅器１２ｂ及び１２ｃの少なくとも一方で障害が発生したとする。障害は増幅器１２ｂ及び１２ｃのどちらか一方だけでもよいし、両方であってもよい。このとき、図１３に示すようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄを切り替える。即ち、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器１２ｂから増幅器１２ａに変更するため、Ｒスイッチ１１ａをモード３に、Ｒスイッチ１３ａをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ２が経由する増幅器を増幅器１２ｃから増幅器１２ｄに変更するため、Ｒスイッチ１１ｂ、１１ｃをモード２に、Ｒスイッチ１３ｂ、１３ｃをモード３にそれぞれ切り替える。更に、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器１２ｄから増幅器１２ｅに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器１２ｅから増幅器１２ｆに変更するため、Ｒスイッチ１１ｄをモード２に、Ｒスイッチ１３ｄをモード３にそれぞれ切り替える。このとき、増幅器１２ｂ及び１２ｃは経路Ｒ１〜Ｒ４から分離される。
【００５３】
或いは、ここで増幅器１２ｃ及び１２ｄの少なくとも一方で障害が発生したものとする。先と同様に、障害は増幅器１２ｃ及び１２ｄのどちらか一方だけでもよいし、両方であってもよい。このとき、図１４に示すようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄを切り替える。即ち、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器１２ｂから増幅器１２ａに変更するため、Ｒスイッチ１１ａをモード３に、Ｒスイッチ１３ａをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ２が経由する増幅器を増幅器１２ｃから増幅器１２ｂに変更するため、Ｒスイッチ１１ｂをモード３に、Ｒスイッチ１３ｂをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器１２ｄから増幅器１２ｅに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器１２ｅから増幅器１２ｆに変更するため、Ｒスイッチ１１ｄをモード２に、Ｒスイッチ１３ｄをモード３にそれぞれ切り替える。このとき、増幅器１２ｃ及び１２ｄは経路Ｒ１〜Ｒ４から分離される。
【００５４】
増幅器１２ｄ及び１２ｅの少なくとも一方で障害が発生したときの動作については、冗長化増幅器１０が上下に対称であり、図１３及び対応する説明から容易に類推可能なので説明を省略する。
【００５５】
切替前の経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長は、いずれも、Ｌ３＋Ｌ１＋Ｌ５＋Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１＋Ｌ８＝２Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ８である。このとき経路Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも、２台のＲスイッチと１台の増幅器を経由する直線的な経路なので、経路長が一致することは図１１から視覚的に即座に理解されるであろう。
【００５６】
一方、切替後の経路Ｒ１〜Ｒ４は、入力スイッチ１１及び出力スイッチ１３の対応するＲスイッチの間の直線上に接続された増幅器ではなく、その増幅器の隣に配置された増幅器を経由する迂回した経路を辿るが、２台のＲスイッチを経由する経路と、４台のＲスイッチを経由する経路の２種類がある。例えば、図１３の接続状態では、経路Ｒ１はＲスイッチ１１ａ、１３ａの２台を経由するが、経路Ｒ２はＲスイッチ１１ｂ、１１ｃ、１３ｂ、１３ｃの４台を経由する。
【００５７】
このように経由するＲスイッチの数が異なる２通りの経路があるが、Ｒスイッチ２台を経由する経路においてＲスイッチと増幅器との間を繋ぐ経路の長さを適切に定めることにより、Ｒスイッチ４台を経由する経路と経路長を一致させている。例えば、図１３の接続状態において、分配器１０１から合成器１０３までの経路長を順番に足していくと、経路Ｒ１の経路長は、Ｌ３＋Ｌ１＋（Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５）＋Ｌ２＋（Ｌ１＋Ｌ６＋Ｌ７）＋Ｌ１＋Ｌ８＝４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８である。同様にして経路Ｒ２の経路長を求めると、Ｌ３＋Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ１＋Ｌ５＋Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１＋Ｌ７＋Ｌ１＋Ｌ８＝４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８である。従って、切替後の経路Ｒ１及びＲ２の経路の経路長は等しい。経路Ｒ３、Ｒ４についても同様である。
【００５８】
尚、切替の前後で経路長を比較すると、上述のように、切替前のＲ１〜Ｒ４の経路長は２Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ８であるのに対して、切替後のＲ１〜Ｒ４の経路長は４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８であり、切替後の方が２Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ７だけ長い。これに対して、実施形態１では、現用増幅器のみを経由する４経路から予備増幅器を含む４経路に切り替える前後において経路長は変化しない。
【００５９】
本実施形態では、増幅器を直線状に配置し、その両端に配置した増幅器を予備増幅器とし、予備増幅器の間に配置された現用増幅器のいずれかで障害が発生すると、その現用増幅器を含み、かつ、互いに隣接する２台の増幅器を回避するような迂回経路を確立する。このため、互いに隣接した２台であるという制限はあるものの、最大２台の現用増幅器の障害に対応可能な冗長化を行なうことができる。本実施形態は、４台の現用増幅器と２台の予備増幅器からなる冗長化構成だが、より一般化したｎ台（ｎは３以上の自然数）の現用増幅器と２台の予備増幅器からなる冗長化構成を取り、互いに隣接する２台の現用増幅器迄の障害に対応可能な冗長化増幅器とすることができる。従って、原則として２の乗数、即ち８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載するＭＰＡにも本実施形態は適用可能である。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態に則して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
【００６１】
（付記１）
入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍ、出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）を備え、ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎのうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、
入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍを備え、ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、
第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、
第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、
前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい
ことを特徴とする冗長化増幅器。
【００６２】
（付記２）
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする付記１に記載の冗長化増幅器。
【００６３】
（付記３）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする付記２に記載の冗長化増幅器。
【００６４】
（付記４）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする付記２に記載の冗長化増幅器。
【００６５】
（付記５）
信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第１の組み合わせにおける信号経路長である第１の信号経路長と、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第２の組み合わせにおける信号経路長である第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする付記１に記載の冗長化増幅器。
【００６６】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の冗長化増幅器と、
入力された信号をｍ本に分配し、分配したｍ本の信号をそれぞれ第１のスイッチの入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍに一対一に入力する分配器と、
第２のスイッチの出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍから入力されたｍ本の信号を合成して出力する合成器と
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【００６７】
（付記７）
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、
前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階と
を含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法。
【００６８】
（付記８）
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする付記７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００６９】
（付記９）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする付記８に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７０】
（付記１０）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする付記８に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７１】
（付記１１）
第１の信号経路長と第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする付記７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７２】
（付記１２）
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号は、分配器にて１本の信号から分配された信号であり、
第２のスイッチのｍ本の出力は、合成器にて１本の信号に合成される
ことを特徴とする付記７乃至１１のいずれかに記載の冗長化増幅器の切替方法。
【符号の説明】
【００７３】
１、１００ 信号増幅装置
２、１０ 冗長化増幅器
３、１１ 入力スイッチ
３ａ〜３ｇ、５ａ〜５ｇ 導波管スイッチ（Ｃスイッチ）
４ａ〜４ｅ、１２ａ〜１２ｆ 増幅器
５、１３ 出力スイッチ
１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ 導波管スイッチ（Ｒスイッチ）
１０１ 分配器
１０２ 合成器
【技術分野】
【０００１】
本発明は増幅器の冗長構成に関し、ＭＰＡ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｒｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）における増幅器の冗長構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＰＡは複数の増幅器で増幅された高周波信号を合成することで、数百〜数千Ｗ級の出力を可能とする増幅器であり、電気通信システムやレーダーシステム等の電波を送信するシステムで使用されている。２０１１年現在軌道上で運用中である人工衛星「きずな（ＷＩＮＤＳ）」にもＭＰＡが搭載されている。人工衛星にＭＰＡを搭載することにより、駆動部を持たずにアンテナビームを振ることが可能になっているが、こうした人工衛星や宇宙機では、ＭＰＡに特に高い信頼性が要求されるともに、リソース上の問題からその冗長台数が制限される。
【０００３】
ＭＰＡに高い信頼性が要求されるときには、ＭＰＡを構成する増幅器部分の信頼性を確保することが重要となる。信頼性を向上する手法のひとつに冗長化がある。ＭＰＡのように複数の同種の機器からなるシステムにおいて、機器を冗長構成することにより、現用機器のいずれかで障害が発生しても、予備機器に切り替えることにより、システムの機能を維持可能にすることが考えられる。単純な冗長構成としては、現用機器すべてに予備機器を用意するものが考えられるが、このような構成によれば必要な機器数が現用機器の２倍となり、リソースの問題を考慮すると好ましくない。
【０００４】
そこで現用機器よりも少ない予備機器を用意し、障害が発生した現用機器への接続を予備機器に切り替える構成が考えられる。この場合、障害が発生する現用機器を障害発生以前に特定することはできないので、どの現用機器にて障害が発生しても予備機器で代替可能であることも求められる。
【０００５】
一方で、ＲＦ信号を分配器等にて複数に分配し、分配した各ＲＦ信号をＭＰＡにて増幅した後、合成器にて合成する場合を考える。このとき、合成器に入力される複数のＲＦ信号の振幅及び位相が、互いに同じであることが求められる。増幅器を冗長構成した場合、現用増幅器の出力を互いに比較したときの振幅及び位相が同じであることだけではなく、現用増幅器の一部を予備増幅器に切り替えた後であっても、出力の振幅及び位相が同じであることが求められる。
【０００６】
特許文献１には、接続経路の電気長を適切に定めることにより、現用系増幅器を経由する接続経路を通過したときの位相と、予備系増幅器を経由する接続経路を通過したときの位相とを一致させる技術が記載されている。この技術では、電気長に基づいて経路長を定めるため、効果が得られるのは特定の波長の信号が入力される場合のみであり、この特定波長以外の信号が入力される場合には効果を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３３２２０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、どの現用増幅器も予備増幅器で代替可能であり、現用系から予備系への切替の前後どちらでも、増幅器の出力間の振幅及び位相が同じであり、入力信号の振幅に依存しない冗長化増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明は、その一態様として、入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍ、出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）を備え、ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎのうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍを備え、ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しいことを特徴とする冗長化増幅器を提供する。
【００１０】
また、本発明は、他の一態様として、第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階とを含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冗長切替前にアクティブな増幅器（現用系増幅器）を通過する出力の信号経路は互いに等しい信号経路長を有する。また、現用系増幅器のいずれかで障害が発生し、その増幅器の代わりに予備系増幅器を用いるようにした後でアクティブな増幅器（障害未発生の現用系増幅器と予備系増幅器）を通過する出力の信号経路もまた、互いに等しい信号経路長を有する。このため、冗長切替の前後どちらであっても、アクティブな増幅器を通過する信号経路長は互いに等しく、このため、冗長切替の前後どちらであっても、増幅器の出力間の振幅及び位相が同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非冗長構成の増幅器からなる信号増幅器１００のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態である信号増幅器１のブロック図である。
【図３】信号増幅器１の入力スイッチ３及び出力スイッチ５を構成するＣスイッチの動作について説明するためのモード図である。
【図４】入力スイッチ３及び出力スイッチ５でのＣスイッチの接続を説明するための図である。
【図５】信号増幅器１における、個々のＣスイッチ、個々の増幅器の接続関係を含む全体の接続関係を説明するためのブロック図である。
【図６】冗長化増幅器２において現用増幅器４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図７】冗長化増幅器２において現用増幅器４ａにて障害が発生し、現用増幅器４ｂ、４ｄ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図８】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｂにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｄ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図９】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｄにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｂ、４ｅと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図１０】冗長化増幅器２において現用増幅器４ｅにて障害が発生し、現用増幅器４ａ、４ｄ、４ｄと予備増幅器４ｃを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を説明するための図である。
【図１１】冗長化増幅器１０の構成を説明するとともに、現用増幅器１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するためのブロック図である。
【図１２】入力スイッチ１１及び出力スイッチ１３を構成する導波管スイッチ（Ｒスイッチ）１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄの接続状態であるモード１、モード２、モード３、モード４を説明するための図である。
【図１３】冗長化増幅器１０において現用増幅器１２ｂ、１２ｃにて障害が発生し、現用増幅器１２ｄ、１２ｅ及び予備増幅器１２ａ、１２ｆを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するための図である。
【図１４】冗長化増幅器１０において現用増幅器１２ｃ、１２ｄにて障害が発生し、現用増幅器１２ｂ、１２ｅ及び予備増幅器１２ａ、１２ｆを経由する４本の経路を確立するときの入力スイッチ１１、出力スイッチ１３の接続状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、比較のため、従来の信号増幅装置１００について図１を参照して説明する。信号増幅装置１００は、入力された信号を４つに分配する分配器１０１、増幅器１０２、入力された４つの信号を１つに合成する合成器１０３からなる。増幅器１０２は非冗長構成であり、４つの信号を増幅するための４台の増幅器１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備えるＭＰＡである。分配器１０１の４つの出力と４台の増幅器１０２ａ〜１０２ｄの各入力とは一対一に直接接続されている。４台の増幅器の各出力と合成器１０３の４つの入力との間も同様である。
【００１４】
これに対し、本発明の実施形態１である信号増幅器１は、図２に示すように増幅器１０２の代わりに冗長化増幅器２を備える。冗長化増幅器２は、入力スイッチ３、５台の増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、出力スイッチ５を備える。５台の増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの入力から出力に至る信号経路は５台とも等しいものとする。増幅器１０２と同様に、冗長化増幅器２は、４つの信号を増幅するＭＰＡであるが、４台の現用増幅器に１台の予備増幅器を加えた５台の増幅器からなる冗長構成となっている。増幅器が１台故障した場合であっても機能・性能を損なわない為に冗長の増幅器を１台搭載し、合計５台の増幅器から任意の４台を選択して使用する。５台中４台を選択する冗長構成であるため、４／５冗長と呼ぶ。
【００１５】
後述するように、現用増幅器のいずれかが故障すると、入力スイッチ３及び出力スイッチ５での接続状態を変更することにより、故障した現用増幅器を信号経路から除外し、予備増幅器を信号経路に追加するが、このとき、単に故障した現用増幅器を予備増幅器に置換するように接続状態を変更するのではなく、故障していない現用増幅器を介する信号経路についても同時に変更する。
【００１６】
入力スイッチ３は７つの導波管スイッチからなり、それぞれＣスイッチと呼ばれるＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ、双極双投）スイッチである。同様に、出力スイッチ５も７つの導波管スイッチからなり、それぞれＣスイッチと呼ばれるＤＰＤＴスイッチである。即ち、４／５冗長を実現するスイッチは、入力側に７個、出力側に７個の合計１４個の導波管スイッチで構成される。
【００１７】
図３を参照してＣスイッチの動作モードについて説明する。Ｃスイッチは４つのポートｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３、ｐｏｒｔ４と、２つのポートを接続するための２本の導波管とを備え、導波管が接続するポートの組み合わせが異なる２つのモード、モード１及びモード２を有する。２本の導波管は等しい長さを有する。入力スイッチ３及び出力スイッチ５を構成するＣスイッチは全て同じ仕様のものなので、１４個の導波管スイッチが備える合計２８本の導波管は全て同じ長さを有する。モード１ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ２とを一方の導波管にて接続するとともに、ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを他方の導波管にて接続する。モード２ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ４とが接続されるとともに、ｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ３とが接続される。
【００１８】
図４に示すように、入力スイッチ３は、互いに隣接する７台のＣスイッチ３ａ〜３ｇのｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３とを互いに接続して直線状に繋げた構造を有する。ここでＣスイッチ３ａと３ｂ、３ｂと３ｃ、３ｃと３ｄ、３ｄと３ｅ、３ｅと３ｆ、３ｆと３ｇの間の信号経路は等しい長さを有するものとする。図中で上端部にあるＣスイッチ３ａのｐｏｒｔ３、及び、下端部にあるＣスイッチ３ｇのｐｏｒｔ１は、それぞれ、増幅器４ａ、４ｅの入力に接続される。Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆのｐｏｒｔ４は、それぞれ、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄの入力に接続される。ここでＣスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆと増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の３本の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇのｐｏｒｔ２はそれぞれ分配器１０１の一出力に接続される。ここでＣスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇと分配器１０１の出力との間の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇのｐｏｒｔ４、Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆのｐｏｒｔ２はそれぞれ接地している。入力スイッチ３は、分配器１０１の出力のいずれかに接続され、増幅器には接続されない２つのＣスイッチ３ｃ、３ｅと、分配器１０１の出力には接続されず、増幅器のいずれかの入力に接続される３つのＣスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆと、分配器１０１及び増幅器の両方に接続される２つのＣスイッチ３ａ、３ｇとを含む。
【００１９】
同様に、図４に示すように、出力スイッチ５は、互いに隣接する７台のＣスイッチ５ａ〜５ｇのｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３とを互いに接続して直線状に繋げた構造を有する。ここでＣスイッチ５ａと５ｂ、５ｂと５ｃ、５ｃと５ｄ、５ｄと５ｅ、５ｅと５ｆ、５ｆと５ｇの間の信号経路は等しい長さを有するものとする。図中、上端部にあるＣスイッチ５ａのｐｏｒｔ３、及び、下端部にあるＣスイッチ５ｇのｐｏｒｔ１は、それぞれ、増幅器４ａ、４ｅの出力に接続されている。Ｃスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆのｐｏｒｔ４は、それぞれ、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄの出力に接続されている。ここでＣスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆと増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の３本の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇのｐｏｒｔ４はそれぞれ合成器１０３の入力に接続されている。ここでＣスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇと合成器１０３の入力との間の信号経路は互いに等しい経路長を有する。Ｃスイッチ５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｇのｐｏｒｔ２、Ｃスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆのｐｏｒｔ４は接地している。出力スイッチ５は、合成器１０３の入力のいずれかに接続され、増幅器には接続されない２つのＣスイッチ５ｃ、５ｅと、合成器１０３の入力には接続されず、増幅器のいずれかの入力に接続される３つのＣスイッチ５ｂ、５ｄ、５ｆと、合成器１０３及び増幅器の両方に接続される２つのＣスイッチ５ａ、５ｇとを含む。尚、図４において、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のどのＣスイッチも、図３と同様に、図中時計の６時、９時、１２時、３時の方向に、それぞれｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３、ｐｏｒｔ４が配置されているものとする。
【００２０】
分配器１０１の出力から、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経て、合成器１０３の入力に至る信号経路を考える。どの増幅器であっても、これら信号経路として、入力スイッチ３と出力スイッチ５の接続状態を適切に定めることにより、入力スイッチ３の２つのＣスイッチと、出力スイッチ５の２つのＣスイッチを経由するような信号経路を定められることが理解できるであろう。
【００２１】
これらの信号経路は、（１）分配器１０１の出力から入力スイッチ３のＣスイッチ３ｗ（ｗはａ、ｃ、ｅ、ｇのいずれか）のｐｏｒｔ２に至る経路、（２）そのＣスイッチ３ｗのｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とを繋ぐ導波管、（３）そのＣスイッチ３ｗから隣接するＣスイッチ３ｘ（ｘは３ｂ、３ｄ、３ｆのいずれか）に至るまでの経路、（４）そのＣスイッチ３ｘのｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを繋ぐ導波管、（５）そのＣスイッチ３ｘから増幅器の入力までの経路、（６）増幅器内部の経路、（７）増幅器から出力スイッチ５のＣスイッチ５ｙ（ｙはｂ、ｄ、ｅのいずれか）のｐｏｒｔ２に至る経路、（８）そのＣスイッチ５ｙのｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とを繋ぐ導波管、（９）そのＣスイッチ５ｙから隣接するＣスイッチ５ｚ（ｚはａ、ｃ、ｅ、ｇのいずれか）に至るまでの経路、（１０）そのＣスイッチ５ｚのｐｏｒｔ１／ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４とを繋ぐ導波管、（１１）そのＣスイッチ５ｚから合成器１０３の入力に至る経路、の（１）〜（１１）までの経路からなる。（１）〜（１１）の各経路は、いずれも、通過する入力スイッチ３の２つのＣスイッチ、増幅器、出力スイッチ５の２つのＣスイッチの組み合わせがどれであっても一定である。
【００２２】
一方、分配器１０１の出力から、増幅器４ａ、４ｅのどちらかを経て、合成器１０３の入力に至る信号経路を考える。Ｃスイッチ３ａ、増幅器４ａ、Ｃスイッチ５ａを経由する経路、または、Ｃスイッチ３ｇ、増幅器４ｅ、Ｃスイッチ５ｇを経由する経路のどちらかになる。増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経由する上述の経路と比較すると、入力スイッチ３及び出力スイッチ５それぞれの内部でひとつしかＣスイッチを経由しない。このため、経路全体では経由するＣスイッチの数が２つ少なくなり、導波管２本相当の長さ経路が短くなる。更に、Ｃスイッチ同士を繋ぐ経路がないのでその分経路が短くなる。この短くなる分の長さを、Ｃスイッチ３ａのｐｏｒｔ４から増幅器４ａに至る経路、増幅器４ａからＣスイッチ５ａのｐｏｒｔ２に至る経路にて補うことにより、増幅器４ａを介する経路の経路長を、増幅器４ｂ、４ｃ、４ｄのいずれかを経由する上述の経路と一致させることができる。増幅器４ｅを介する経路の経路長についても同様である。
【００２３】
信号増幅器１における、個々のＣスイッチ、個々の増幅器の接続関係を含む全体の接続関係を図５に示す。信号増幅器１は、Ｃスイッチ、即ち、冗長構成した増幅器の前段及び後段に、導波管スイッチ群を挿入することにより、増幅器を４／５冗長構成している。
【００２４】
冗長化増幅器２は４ポートＭＰＡである。冗長化増幅器２の入力側からは、分配器１０１に入力された信号が４つに分配された４つの信号が、入力スイッチ３を介し、５台の増幅器４ａ〜４ｅのうちの４台の増幅器に入力される。他方、冗長化増幅器２の出力側では、５台の増幅器４ａ〜４ｅのうち、信号が入力された４台の増幅器の出力が、出力スイッチ５を介して、４つの信号として合成器１０３に出力され、合成器１０３はこれら４つの信号を合成してひとつの信号として出力する。
【００２５】
上述したように、信号増幅器１では、入力スイッチ３及び出力スイッチ５での接続状態を適切に定めることにより、分配器１０１から増幅器のいずれかを介して合成器１０３に至る信号経路を、どの増幅器を経由するものも同じ経路長になるように接続することができる。言い換えると信号の振幅・位相を変化させること無く冗長の増幅器が選択可能である。
【００２６】
なお、入力スイッチ３の前段（入力側）及び出力スイッチ５の後段（出力側）については、従来の４ポートＭＰＡと全く同じである。
【００２７】
次に、図６〜１０を参照して、信号増幅器１の入力スイッチ３、出力スイッチ５における接続状態の切替について説明する。増幅器４ｃを予備増幅器とし、他の増幅器４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅを現用増幅器とする。
【００２８】
まず、現用増幅器が全て正常に作動し、予備増幅器が待機しているものとする。このときの接続状態を図６に示す。このとき、分配器１０１の出力と合成器１０３の入力との間には、次の４本の信号経路Ｒ１〜Ｒ４が確立される。
【００２９】
入力スイッチ３において、Ｃスイッチ３ａ〜３ｃはモード２、Ｃスイッチ３ｄ〜３ｇはモード１である。出力スイッチ５において、Ｃスイッチ５ａ〜５ｃはモード１、Ｃスイッチ５ｄ〜５ｇはモード２である。その結果、経路Ｒ１として、Ｃスイッチ３ａ、増幅器４ａ、Ｃスイッチ５ａを介する経路が確立される。経路Ｒ２として、Ｃスイッチ３ｃ、Ｃスイッチ３ｂ、増幅器４ｂ、Ｃスイッチ５ｂ、Ｃスイッチ５ｃを介する経路が確立される。経路Ｒ３として、Ｃスイッチ３ｅ、Ｃスイッチ３ｆ、増幅器４ｄ、Ｃスイッチ５ｆ、Ｃスイッチ５ｅを介する経路が確立される。経路Ｒ４として、Ｃスイッチ３ｇ、増幅器４ｅ、Ｃスイッチ５ｇを介する経路が確立される。
【００３０】
経路Ｒ１、Ｒ４は入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをひとつと増幅器ひとつとを経由する経路であり、経路Ｒ２、Ｒ３は入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路である。既に説明したように経路Ｒ１〜Ｒ４は同じ経路長を有する。
【００３１】
増幅器４ｃは予備増幅器のため、ここでは増幅器４ｃを介した分配器１０１−合成器１０３間の経路は確立されない。待機冗長である増幅器４ｃの入出力は入力スイッチ３、出力スイッチ５を介して終端される。増幅器４ｃの入力は、Ｃスイッチ３ｄ、Ｃスイッチ３ｃを介して接地している。同様に、増幅器４ｄの出力は、Ｃスイッチ５ｄ、Ｃスイッチ５ｃを介して接地している。
【００３２】
次に、現用増幅器のいずれかがなんらかの理由で使用不可になったとする。このとき、待機冗長である増幅器４ｃを起動し、入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更することにより、分配器１０１と合成器１０３とを繋ぐ４台の増幅器の構成を変更する。
【００３３】
ある経路の増幅器に障害が発生したら、その経路が、その増幅器から見て予備増幅器４ｃの側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更する。変更先の増幅器が予備増幅器４ｃではなく現用増幅器であり、別の経路が現に経由している場合は、前述の経路と同様に、その経路が現に経由する増幅器から見て、予備増幅器４ｃ側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を変更する。以下これを予備増幅器４ｃを経由する経路が確立するまで順次繰り返すと、最終的には、障害が発生した現用増幅器以外の３台の現用増幅器と予備増幅器の合計４台をそれぞれ経由する４つの経路が確立される。
【００３４】
尚、信号増幅器１では、現用増幅器での障害発生に応じて、待機冗長の増幅器を起動し、入力スイッチと出力スイッチとを連動して切り替えて信号の経路を変更する。これを自動的に行なうため、信号増幅器１は、増幅器４ａ〜４ｅの動作状態を監視、制御するとともに、入力スイッチ３、出力スイッチ５の接続状態を制御するための不図示の処理装置を更に備えることが好ましい。この処理装置は、いずれかの現用増幅器にて障害発生を検出すると、その増幅器を停止し、予備増幅器を起動する。また、障害が発生した増幅器に応じてＣスイッチ３ａ〜３ｇ、５ａ〜５ｇを切り替えることにより、分配器１０１と合成器１０３との間の接続状態を変更する。
【００３５】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ａにて障害が発生したときの動作について説明する。このとき、予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ａ、３ｂをモード２からモード１に切り替え、Ｃスイッチ５ａ、５ｂをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器４ａから増幅器４ｂに変更する。また、Ｃスイッチ３ｃをモード２からモード１へ切り替えて、Ｃスイッチ５ｃをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ２が経由していた増幅器を増幅器４ｂから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図７に示す。
【００３６】
この切り替えにより、経路Ｒ１が、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをひとつと増幅器ひとつとを経由する経路から、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路に変更されるが、経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長が全て等しい点では変わらない。
【００３７】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｂにて障害が発生したときの動作について説明する。このとき、予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｃをモード２からモード１に切り替え、Ｃスイッチ５ｃをモード１からモード２に切り替えることにより、経路Ｒ２が経由していた増幅器を増幅器４ｂから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図８に示す。
【００３８】
この切り替えにより、経路Ｒ２は、Ｃスイッチ３ｂ、増幅器４ｂ、Ｃスイッチ５ｂの代わりに、Ｃスイッチ３ｄ、増幅器４ｃ、Ｃスイッチ５ｄを経由することになるが、入力スイッチ３及び出力スイッチ５のそれぞれでＣスイッチをふたつと増幅器ひとつとを経由する経路である点では変らず、経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長が全て等しい点でも変わらない。
【００３９】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｄにて障害が発生したときの動作について説明する。予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｄ、３ｅをモード１からモード２へ切り替え、Ｃスイッチ５ｄ、５ｅをモード２からモード１へ切り替えることにより、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器４ｄから増幅器４ｃに変更する。変更後の接続状態を図９に示す。
【００４０】
信号増幅器１が図６の接続状態にあり、増幅器４ｅにて障害が発生したときの動作について説明する。予備増幅器である増幅器４ｃを起動するとともに、Ｃスイッチ３ｄ〜３ｇをモード１からモード２へ切り替え、Ｃスイッチ５ｄ〜５ｇをモード２からモード１へ切り替えることにより、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器４ｄから増幅器４ｃに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器４ｅから増幅器４ｄに変更する。変更後の接続状態を図１０に示す。
【００４１】
以上のようにして、４台の現用増幅器のうちの任意の１台で障害が発生しても、入力スイッチ３及び出力スイッチ５の接続状態を変更することにより、障害が発生した現用増幅器を除く３台の現用増幅器と、予備増幅器の合計４台を用いて、４つの入力信号を増幅する機能を維持することができる。接続状態の変更により、各経路が経由するＣスイッチ、増幅器は変わるものの、経路長については変化せず、４つの経路は全て同じ経路長を有するので、各経路から出力される信号の振幅・位相を揃えることができる。
【００４２】
上述の切替動作の説明では、増幅器４ｃを予備増幅器として説明したが、他の増幅器を予備増幅器としてもよい。どの増幅器を予備増幅器としても、入力スイッチ３及び出力スイッチ５の接続状態を適切に変更することにより、接続状態の変更の前後で経路長が不変であるような経路を構成可能であることは容易に理解できるであろう。
【００４３】
ＭＰＡに搭載する増幅器は原則として２の乗数であり、２台、４台、８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載する。冗長化増幅器２は、増幅器４台を搭載するＭＰＡに待機冗長として１台の予備増幅器を追加した構成であるが、冗長化増幅器２と同様に、予備増幅器１台を追加して、冗長切替をしても経路長が変化しない冗長化増幅器を構成することは、増幅器２台、４台、８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載するＭＰＡであっても可能である。このような冗長構成をしたＭＰＡに必要なＣスイッチの台数は次のようにして求める。
【００４４】
予備増幅器１台を含むｎ台の増幅器（ｎは自然数）を備え、冗長化増幅器２と同様の構成・効果を有する冗長化増幅器は、３種類のＣスイッチを備える。まず入力スイッチについて考えると、並列に並べた増幅器の両端に位置する増幅器と分配器との両方に直結される第１のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ａ、３ｇ）が２台、両端の増幅器以外の増幅器に直結される第２のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ｂ、３ｄ、３ｆ）がｎ−２台、２台の第２のスイッチの間に配置され、分配器に直結される第３のＣスイッチ（Ｃスイッチ３ｃ、３ｅ）は、第２のスイッチよりも１台少ないのでｎ−３台である。出力スイッチでも同様である。ｎ台の増幅器を備える本実施の形態の信号増幅器にて必要なＣスイッチの数は、（２＋ｎ−２＋ｎ−３）×２＝４ｎ−６台となる。
【００４５】
このようにｎ台の増幅器を備える場合であっても、ある経路の増幅器に障害が発生したら、その経路が、その増幅器から見て予備増幅器の側に隣接して配置されている増幅器を経由するように入力スイッチ、出力スイッチの接続状態を変更する。変更先の増幅器が予備増幅器ではなく、別の経路が経由している場合は、その経路も同様にして経由する増幅器を予備増幅器側のものにずらすように入力スイッチ、出力スイッチの接続状態を変更していく。以下これを経路が予備増幅器を経由するようになるまで順次繰り返す。これにより、ｎ台の増幅器を備える冗長化増幅器でも上述の冗長化増幅器２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
本発明の実施形態２として冗長化増幅器１０について図１１を参照して説明する。冗長化増幅器１０は、上述した冗長化増幅器２と同様に４つの信号を増幅するＭＰＡとして機能するが、冗長化増幅器２が予備増幅器を１台備え、現用増幅器１台の障害に対応するものであるのに対して、冗長化増幅器１０は予備増幅器を２台備え、最大で２台の現用増幅器の障害に対応するものである。図２、図５において、冗長化増幅器１０は、冗長化増幅器２に置換して分配器１０１、合成器１０３に接続可能である。
【００４７】
冗長化増幅器１０は、入力スイッチ１１、６台の増幅器１２ａ〜１２ｆ、出力スイッチ１３からなる。増幅器１２ａ〜１２ｆの入力から出力に至る内部の経路長は全て等しいものとする。
【００４８】
入力スイッチ１１は４台の導波管スイッチからなるスイッチマトリクスである。冗長化増幅器２の導波管スイッチはＣスイッチだが、入力スイッチ１１の導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆはそれぞれ４モードを有するＲスイッチである。
【００４９】
図１２を参照して導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆについて更に説明する。導波管スイッチ１２ａ〜１２ｆ（Ｒスイッチ１２ａ〜１２ｆとも記す）は、それぞれ、４つのポートｐｏｒｔ１、ｐｏｒｔ２、ｐｏｒｔ３及びｐｏｒｔ４と、隣接乃至対向する２つのポートを繋ぐ３本の導波管を備える。ｐｏｒｔ１〜４は順に時計方向で６時、９時、１２時、３時の方向に配置されている。モード１ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ３の間のみが接続される。モード２ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ２の間、及び、ｐｏｒｔ３とｐｏｒｔ４の間がそれぞれ接続される。モード３ではｐｏｒｔ１とｐｏｒｔ４の間、及び、ｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ３の間がそれぞれ接続される。モード４ではｐｏｒｔ２とｐｏｒｔ４の間のみが接続される。
【００５０】
Ｒスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄそれぞれの３本の導波管の長さは全て等しい。この経路長をＬ１とする。上述のように、増幅器１２ａ〜１２ｆの内部の経路長は全て等しい。この経路長をＬ２とする。分配器１０１の出力からＲスイッチ１１ａ〜１１ｄそれぞれのｐｏｒｔ２までの経路長は全て等しい。この経路長をＬ３とする。入力スイッチ１１において、互いに隣接するＲスイッチの間を繋ぐ経路、即ち、Ｒスイッチ１１ａ−１１ｂ間、１１ｂ−１１ｃ間、１１ｃ−１１ｄ間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ４とする。Ｒスイッチ１１ａ〜１１ｄのｐｏｒｔ４と増幅器１２ｂ〜１２ｅの各入力との間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ５とする。Ｒスイッチ１１ａのｐｏｒｔ３と増幅器１２ａの入力の間の経路、及び、Ｒスイッチ１１ｄのｐｏｒｔ１と増幅器１２ｆの入力の間の経路の経路長は、Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５である。増幅器１２ｂ〜１２ｅの各出力とＲスイッチ１３ａ〜１３ｄのｐｏｒｔ２の間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ６とする。出力スイッチ１３において、互いに隣接するＲスイッチの間を繋ぐ経路、即ち、Ｒスイッチ１３ａ−１３ｂ間、１３ｂ−１３ｃ間、１３ｃ−１３ｄ間の経路長は全て等しい。この経路長をＬ７とする。増幅器１２ａの出力からＲスイッチ１３ａのｐｏｒｔ３の間の経路、及び、増幅器１２ｆの出力からＲスイッチ１３ｄのｐｏｒｔ１の間の経路長はＬ１＋Ｌ６＋Ｌ７である。Ｒスイッチ１３ａ〜１３ｄそれぞれのｐｏｒｔ４から合成器１０３の入力までの経路長は全て等しい。この経路長をＬ８とする。
【００５１】
冗長化増幅器１０の動作について説明する。現用増幅器は増幅器１２ｂ〜１２ｅの４台であり、予備増幅器は増幅器１２ａ、１２ｆの２台である。現用増幅器が全て正常に動作しているとき、図１１のようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄは全てモード１にある。本実施形態において、途中で経由する増幅器に関わらず、分配器１０１の出力から合成器１０３の入力に至るまでの経路を、冗長化増幅器１０に入出力するＲスイッチのポートに応じて次のように呼ぶものとする。即ち、Ｒスイッチ１１ａのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ａのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ１、Ｒスイッチ１１ｂのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｂのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ２、Ｒスイッチ１１ｃのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｃのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ３、Ｒスイッチ１１ｄのｐｏｒｔ２から入力され、Ｒスイッチ１３ｄのｐｏｒｔ４から出力される経路を経路Ｒ４と呼ぶものとする。
【００５２】
ここで、増幅器１２ｂ及び１２ｃの少なくとも一方で障害が発生したとする。障害は増幅器１２ｂ及び１２ｃのどちらか一方だけでもよいし、両方であってもよい。このとき、図１３に示すようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄを切り替える。即ち、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器１２ｂから増幅器１２ａに変更するため、Ｒスイッチ１１ａをモード３に、Ｒスイッチ１３ａをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ２が経由する増幅器を増幅器１２ｃから増幅器１２ｄに変更するため、Ｒスイッチ１１ｂ、１１ｃをモード２に、Ｒスイッチ１３ｂ、１３ｃをモード３にそれぞれ切り替える。更に、経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器１２ｄから増幅器１２ｅに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器１２ｅから増幅器１２ｆに変更するため、Ｒスイッチ１１ｄをモード２に、Ｒスイッチ１３ｄをモード３にそれぞれ切り替える。このとき、増幅器１２ｂ及び１２ｃは経路Ｒ１〜Ｒ４から分離される。
【００５３】
或いは、ここで増幅器１２ｃ及び１２ｄの少なくとも一方で障害が発生したものとする。先と同様に、障害は増幅器１２ｃ及び１２ｄのどちらか一方だけでもよいし、両方であってもよい。このとき、図１４に示すようにＲスイッチ１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄを切り替える。即ち、経路Ｒ１が経由する増幅器を増幅器１２ｂから増幅器１２ａに変更するため、Ｒスイッチ１１ａをモード３に、Ｒスイッチ１３ａをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ２が経由する増幅器を増幅器１２ｃから増幅器１２ｂに変更するため、Ｒスイッチ１１ｂをモード３に、Ｒスイッチ１３ｂをモード２にそれぞれ切り替える。経路Ｒ３が経由する増幅器を増幅器１２ｄから増幅器１２ｅに変更し、経路Ｒ４が経由する増幅器を増幅器１２ｅから増幅器１２ｆに変更するため、Ｒスイッチ１１ｄをモード２に、Ｒスイッチ１３ｄをモード３にそれぞれ切り替える。このとき、増幅器１２ｃ及び１２ｄは経路Ｒ１〜Ｒ４から分離される。
【００５４】
増幅器１２ｄ及び１２ｅの少なくとも一方で障害が発生したときの動作については、冗長化増幅器１０が上下に対称であり、図１３及び対応する説明から容易に類推可能なので説明を省略する。
【００５５】
切替前の経路Ｒ１〜Ｒ４の経路長は、いずれも、Ｌ３＋Ｌ１＋Ｌ５＋Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１＋Ｌ８＝２Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ８である。このとき経路Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも、２台のＲスイッチと１台の増幅器を経由する直線的な経路なので、経路長が一致することは図１１から視覚的に即座に理解されるであろう。
【００５６】
一方、切替後の経路Ｒ１〜Ｒ４は、入力スイッチ１１及び出力スイッチ１３の対応するＲスイッチの間の直線上に接続された増幅器ではなく、その増幅器の隣に配置された増幅器を経由する迂回した経路を辿るが、２台のＲスイッチを経由する経路と、４台のＲスイッチを経由する経路の２種類がある。例えば、図１３の接続状態では、経路Ｒ１はＲスイッチ１１ａ、１３ａの２台を経由するが、経路Ｒ２はＲスイッチ１１ｂ、１１ｃ、１３ｂ、１３ｃの４台を経由する。
【００５７】
このように経由するＲスイッチの数が異なる２通りの経路があるが、Ｒスイッチ２台を経由する経路においてＲスイッチと増幅器との間を繋ぐ経路の長さを適切に定めることにより、Ｒスイッチ４台を経由する経路と経路長を一致させている。例えば、図１３の接続状態において、分配器１０１から合成器１０３までの経路長を順番に足していくと、経路Ｒ１の経路長は、Ｌ３＋Ｌ１＋（Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５）＋Ｌ２＋（Ｌ１＋Ｌ６＋Ｌ７）＋Ｌ１＋Ｌ８＝４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８である。同様にして経路Ｒ２の経路長を求めると、Ｌ３＋Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ１＋Ｌ５＋Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１＋Ｌ７＋Ｌ１＋Ｌ８＝４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８である。従って、切替後の経路Ｒ１及びＲ２の経路の経路長は等しい。経路Ｒ３、Ｒ４についても同様である。
【００５８】
尚、切替の前後で経路長を比較すると、上述のように、切替前のＲ１〜Ｒ４の経路長は２Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ８であるのに対して、切替後のＲ１〜Ｒ４の経路長は４Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８であり、切替後の方が２Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ７だけ長い。これに対して、実施形態１では、現用増幅器のみを経由する４経路から予備増幅器を含む４経路に切り替える前後において経路長は変化しない。
【００５９】
本実施形態では、増幅器を直線状に配置し、その両端に配置した増幅器を予備増幅器とし、予備増幅器の間に配置された現用増幅器のいずれかで障害が発生すると、その現用増幅器を含み、かつ、互いに隣接する２台の増幅器を回避するような迂回経路を確立する。このため、互いに隣接した２台であるという制限はあるものの、最大２台の現用増幅器の障害に対応可能な冗長化を行なうことができる。本実施形態は、４台の現用増幅器と２台の予備増幅器からなる冗長化構成だが、より一般化したｎ台（ｎは３以上の自然数）の現用増幅器と２台の予備増幅器からなる冗長化構成を取り、互いに隣接する２台の現用増幅器迄の障害に対応可能な冗長化増幅器とすることができる。従って、原則として２の乗数、即ち８台、１６台…といった台数の増幅器を搭載するＭＰＡにも本実施形態は適用可能である。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態に則して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
【００６１】
（付記１）
入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍ、出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）を備え、ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎのうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、
入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ、出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍを備え、ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、
第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、
第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、
前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい
ことを特徴とする冗長化増幅器。
【００６２】
（付記２）
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする付記１に記載の冗長化増幅器。
【００６３】
（付記３）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする付記２に記載の冗長化増幅器。
【００６４】
（付記４）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする付記２に記載の冗長化増幅器。
【００６５】
（付記５）
信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第１の組み合わせにおける信号経路長である第１の信号経路長と、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第２の組み合わせにおける信号経路長である第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする付記１に記載の冗長化増幅器。
【００６６】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の冗長化増幅器と、
入力された信号をｍ本に分配し、分配したｍ本の信号をそれぞれ第１のスイッチの入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍに一対一に入力する分配器と、
第２のスイッチの出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍから入力されたｍ本の信号を合成して出力する合成器と
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【００６７】
（付記７）
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、
前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階と
を含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法。
【００６８】
（付記８）
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする付記７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００６９】
（付記９）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする付記８に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７０】
（付記１０）
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする付記８に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７１】
（付記１１）
第１の信号経路長と第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする付記７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【００７２】
（付記１２）
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号は、分配器にて１本の信号から分配された信号であり、
第２のスイッチのｍ本の出力は、合成器にて１本の信号に合成される
ことを特徴とする付記７乃至１１のいずれかに記載の冗長化増幅器の切替方法。
【符号の説明】
【００７３】
１、１００ 信号増幅装置
２、１０ 冗長化増幅器
３、１１ 入力スイッチ
３ａ〜３ｇ、５ａ〜５ｇ 導波管スイッチ（Ｃスイッチ）
４ａ〜４ｅ、１２ａ〜１２ｆ 増幅器
５、１３ 出力スイッチ
１１ａ〜１１ｄ、１３ａ〜１３ｄ 導波管スイッチ（Ｒスイッチ）
１０１ 分配器
１０２ 合成器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）のうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、
ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、
第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、
第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、
前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい
ことを特徴とする冗長化増幅器。
【請求項２】
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする請求項１に記載の冗長化増幅器。
【請求項３】
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冗長化増幅器。
【請求項４】
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冗長化増幅器。
【請求項５】
信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第１の接続状態における信号経路長である第１の信号経路長と、前記第１の接続状態とは異なる接続状態であって、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第２の接続状態における信号経路長である第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の冗長化増幅器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の冗長化増幅器と、
入力された信号をｍ本に分配し、分配したｍ本の信号をそれぞれ第１のスイッチの入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍに一対一に入力する分配器と、
第２のスイッチの出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍから入力されたｍ本の信号を合成して出力する合成器と
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項７】
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、
前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階と
を含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法。
【請求項８】
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする請求項７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【請求項９】
第１の信号経路長と第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする請求項７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【請求項１０】
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号は、分配器にて１本の信号から分配された信号であり、
第２のスイッチのｍ本の出力は、合成器にて１本の信号に合成される
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の冗長化増幅器の切替方法。
【請求項１】
ｍ個の入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍと、ｎ個の出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎ（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）のうちのｍ個とを一対一に接続する切替を行なう第１のスイッチと、
ｎ個の入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎのうちのｍ個と、ｍ個の出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍとを一対一に接続する切替を行なう第２のスイッチと、
第１のスイッチの出力Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑｎと、第２のスイッチの入力Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎとの間に一対一に接続されたｎ個の同じ増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎとを備え、
第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態により、入力Ｐ１と出力Ｓ１、入力Ｐ２と出力Ｓ２、…、入力Ｐｍと出力Ｓｍとを接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍであって、それぞれ、増幅器Ａ１、Ａ２、…、Ａｎのいずれかひとつを介して接続する信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍを形成し、
前記接続状態の少なくとも２種類において、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい
ことを特徴とする冗長化増幅器。
【請求項２】
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする請求項１に記載の冗長化増幅器。
【請求項３】
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な２本の導波管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冗長化増幅器。
【請求項４】
前記複数の導波管スイッチは、それぞれ、４つのポートと、当該４つのポートのうちの２つを互いに接続可能な３本の導波管とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冗長化増幅器。
【請求項５】
信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第１の接続状態における信号経路長である第１の信号経路長と、前記第１の接続状態とは異なる接続状態であって、信号経路Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｍの長さが全て等しい第２の接続状態における信号経路長である第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の冗長化増幅器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の冗長化増幅器と、
入力された信号をｍ本に分配し、分配したｍ本の信号をそれぞれ第１のスイッチの入力Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｍに一対一に入力する分配器と、
第２のスイッチの出力Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｍから入力されたｍ本の信号を合成して出力する合成器と
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【請求項７】
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、それぞれ、ｎ個の増幅器のうち予め定められたｍ個の現用系増幅器のいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第１の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第１の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階（ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）と、
前記ｍ個の現用系増幅器のうち少なくともひとつにて障害が発生する段階と、
前記第１及び第２のスイッチのそれぞれにおける入出力間の接続状態を変更することにより、現用系増幅器のうち障害が発生していないものと、前記ｎ個の増幅器のうち予め定められたｎ−ｍ個の冗長系増幅器とのいずれかを介する信号経路であって、互いに同じ第２の経路長を有するｍ本の信号経路からなる第２の信号経路群を形成する段階と、
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号が、前記第２の信号経路群を通過して、第２のスイッチのｍ本の出力それぞれから出力される段階と
を含むことを特徴とする冗長化増幅器の切替方法。
【請求項８】
前記第１及び第２のスイッチは、それぞれ、互いに接続された複数の導波管スイッチからなることを特徴とする請求項７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【請求項９】
第１の信号経路長と第２の信号経路長とが等しいことを特徴とする請求項７に記載の冗長化増幅器の切替方法。
【請求項１０】
第１のスイッチに同時に入力されたｍ本の信号は、分配器にて１本の信号から分配された信号であり、
第２のスイッチのｍ本の出力は、合成器にて１本の信号に合成される
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の冗長化増幅器の切替方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−７８０２３（Ｐ２０１３−７８０２３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７３４６（Ｐ２０１１−２１７３４６）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０１０７２６５０）ＮＥＣ東芝スペースシステム株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０１０７２６５０）ＮＥＣ東芝スペースシステム株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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