高周波電力増幅装置
【課題】複数の増幅器のいずれかが故障しても、出力電力の低下を抑制する高周波電力増幅装置を提供する。
【解決手段】ウイルキンソン型電力合成器３０は、第１と第２の増幅器１ａ、１ｂの出力信号を分離するアイソレーション抵抗３２と該抵抗３２の両端に配置されて制御回路５によって開放、短絡または抵抗３２への接続の３経路のいずれかを選択可能なＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂからなる信号分離手段と、分離された第１および第２の増幅器の出力信号を出力端７に伝送する１／４波長線路３１ａ、３１ｂで構成されており、制御回路５は第１あるいは第２の電流検出回路２ａ、２ｂの検出結果によって第１または第２の増幅器の異常を検出すると、異常検出された増幅器の出力がウイルキンソン型電力合成器３０で合成されないようにＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を選択する。
【解決手段】ウイルキンソン型電力合成器３０は、第１と第２の増幅器１ａ、１ｂの出力信号を分離するアイソレーション抵抗３２と該抵抗３２の両端に配置されて制御回路５によって開放、短絡または抵抗３２への接続の３経路のいずれかを選択可能なＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂからなる信号分離手段と、分離された第１および第２の増幅器の出力信号を出力端７に伝送する１／４波長線路３１ａ、３１ｂで構成されており、制御回路５は第１あるいは第２の電流検出回路２ａ、２ｂの検出結果によって第１または第２の増幅器の異常を検出すると、異常検出された増幅器の出力がウイルキンソン型電力合成器３０で合成されないようにＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波等の高周波電力の送信装置に用いられる電力増幅装置に係わり、更に詳しくはウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力合成器としては、例えば特開平８−８４００６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
特開平８−８４００６号公報には、２個の電力源の電力を合成する電力合成器であって、各電力源から伝送される電力を検出する検出手段と、各電力伝送路を開閉する開閉手段と、各電力伝送路のインピーダンスを補正するインピーダンス補正手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、電力が伝送される電力伝送路を閉とするよう前記開閉手段を制御し、且つ、電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正するよう前記インピーダンス補正手段を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力合成器が示されている。そして、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、且つ電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正することにより、電力が伝送されない電力伝送路の影響を受けずに、且つインピーダンス不整合による電力損失を殆ど生じることなく電力が出力されることが記載されている。
【０００３】
上記特許文献１に記載された電力合成器（２電力合成器）等においては、入力２経路間の通過特性をアイソレーション特性と言う。
このアイソレーションは、理想的には“∞（即ち、一方の入力端子に信号を入力した場合に、他方の入力端子には入力信号が伝送しない状態）”であることが望ましい。
アイソレーションが取れていれば、一方の入力源の状態は他方の入力源の特性（例えば、反射特性や通過特性）に影響を与えない。
しかし、特許文献１に記載された電力合成器では、入力２経路間のアイソレーションが取れず、問題がある。
【０００４】
そのため、従来では、入力２経路間のアイソレーションを取るための一つ手段として、ウイルキンソン型電力合成器が用いられている。
図９は、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の構成を示す図である。
入力端６より入力された入力高周波信号は、電力分配器４にて分配され、分配された高周波信号は、増幅器１ａおよび増幅器１ｂでそれぞれ増幅される。増幅器１ａで増幅された信号は１／４波長線路３１ａを介して入力端７に伝送され、増幅器１ｂで増幅された信号は１／４波長線路３１ｂを介して入力端７に伝送される。
そして、この入力２経路で伝送された２つの信号は入力端７にて合成される。また、入力２経路間にはアイソレーション抵抗３２が設けられている。
増幅器１ａおよび増幅器１ｂの出力電力をＰとすると、２つの増幅器１ａ、１ｂが正常に動作する場合、合成後の出力電力は２Ｐとなる。
【０００５】
図１０は、図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の問題点を説明するための図であり、図９の２つの増幅器１ａ、１ｂの内の一方が故障などで出力０となった場合を示す。
図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器では、アイソレーション抵抗３２で０．５Ｐの電力が消費され、合成後の出力電力は０．５Ｐとなり、単位増幅器１ａの出力電力の半分がアイソレーション抵抗３２で消費される。
ウイルキンソン型電力合成器を用いることの利点としては、最大出力レベルを単位増幅器の２倍とすることができること、２経路のアイソレーション特性が良いことがある。
【０００６】
しかし、２個の増幅器の出力を合成するウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合、もう一方の入力レベルの半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるので、効率が悪くなり、出力電力が低下するというデメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−０８４００６号公報（特許第２５８１４６４号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、２個の増幅器の出力を合成する従来のウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合に、もう一方の増幅器出力（即ち、正常な方の増幅器出力）の半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるために、電力合成の効率が悪く、出力電力が低くなるというデメリットがある。
【０００９】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ウイルキンソン型電力合成器を用いた「複数の増幅器の出力を合成する高周波電力増幅装置」において、複数の増幅器の内の１個あるいは２個以上が故障した場合も動作を続ける場合でも、アイソレーション抵抗で消費される電力を抑え、増幅器の故障による出力電力低下の程度を抑制することができる高周波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】
【００１０】
本発明に係る高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器と、前記電力分配器により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器と、前記電力分配器により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器と、前記第１の増幅器への供給電流を検出する第１の電流検出回路と、前記第２の増幅器への供給電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１の電流検出回路および前記第２の電流検出回路の電流検出結果に基づいて、前記第１の増幅器および第２の増幅器への電源供給を制御する制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置において、複数の増幅器の内のいずれかの増幅器が故障して異常となった場合に、ウイルキンソン型電力合成器で用いられるアイソレーション抵抗での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１において、増幅器が故障して異常が検出された場合の電流検出回路および制御回路の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態１において、一方の増幅器が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
【図４】実施の形態１において、一方の増幅器が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
【図５】実施の形態２に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態３の高周波電力増幅装置において、単位増幅器故障時のアイソレーション抵抗両端のＳＰ３Ｔスイッチの切り替え状態と出力電力を示す表である。
【図８】実施の形態４に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図９】従来の２電力合成装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の２電力合成装置の問題点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】
以下、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、入力端６より入力された高周波信号を等分配する電力分配器４と、電力分配器４にて等分配（２分配）された高周波信号を増幅する２つの増幅器１ａ、１ｂを備えている。
増幅器１ａ、１ｂは、それぞれインピーダンスＺ０に整合されており、増幅器１ａ、１ｂの出力負荷変動による影響を軽減するためのアイソレータ８ａ、８ｂを備えている。
また、増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ電源を供給するための電源回路３ａ、３ｂを備えている。
さらに、増幅器１ａ、１ｂにより増幅された信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０を備えている。
【００１４】
本実施の形態におけるウイルキンソン型電力合成器３０は、特性インピーダンスが√２Ｚ０の１／４波長線路 ３１ａ、３１ｂと抵抗値２Ｚ０のアイソレーション抵抗３２から
なる通常の基本的なウイルキンソン型電力合成器（図９参照）において、アイソレーション抵抗３２の両端にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂを加えたことを特徴とする。
ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂは、開放(ＣＯＭ−Ｃ)、短絡（ＣＯＭ−Ｂ）、アイソレーション抵抗（ＣＯＭ−Ａ）の３つの経路のいずれかを選択可能である。
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、増幅器１ａ、１ｂへの供給電流を検出するための電流検出回路２ａ、２ｂを備えており、さらに、電流検出回路２ａ、２ｂの検出値のいずれかが異常であった場合に、異常である方の増幅器への電源供給を断ち、且つＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を切り替える制御回路５を備えることを特徴とする。
【００１５】
図１に示した高周波電力増幅装置では、例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、スイッチ３３ａの経路をＡ→Ｃ（開放）に、３３ｂの経路をＡ→Ｂ（短絡）に切り替える。
例えば、増幅器１ｂが故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
図２は、増幅器１ｂが故障して異常が検出された場合の電流検出回路２ｂおよび制御回路５の動作を説明するための図である。
例えば、図２に示すように、増幅器１ｂの電流値が時刻Ｔにおいてある閾値を下回った時に、増幅器１ｂは異常と判定し、制御回路５は上記のようにスイッチの経路切り替えを行う。
【００１６】
図３は、実施の形態１において、一方の増幅器（例えば、増幅器１ｂ）が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
スイッチ３３ａ、３３ｂの経路切り替えによりアイソレーション抵抗３２は回路より切り離され、図１に示した高周波電力増幅装置は、図３に示すような等価回路(電源３ａ、
３ｂ、電流検出回路２ａ、２ｂおよび制御回路５の記載は省略)となる。
図３において、ａ点のインピーダンスはショートとなり、１／４波長線路３１ｂはショートスタブ（Ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ）となる。１／４波長の周波数をｆｃとすると、電力合成部ｂ点から増幅器１ｂを見込んだインピーダンスはｆｃでオープンである。
したがって、周波数ｆｃにおいて図４に示すような回路と等価である。
アイソレーション抵抗３２での消費電力は、アイソレーション抵抗３２が回路上切り離されるため０となる。
【００１７】
図４のｃ点から出力負荷側をみたインピーダンスは、２Ｚ０で増幅器のインピーダンスＺ０と不整合による反射損失がおよそ０．５１ｄＢ生じる。
そのため、出力電力は、入力電力全体の−０．５１ｄＢ（＝約０．８９Ｐ）となるが、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２合成電力増幅装置の出力０．５Ｐに対して、損失を小さくすることができる。
なお、−０．５１ｄＢは、インピーダンス２Ｚ０の信号源からインピーダンスＺ０の負荷へ信号を入力した時の通過電力損失の計算値である。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器４と、電力分配器４により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器１ａと、電力分配器４により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０と、第１の増幅器１ａへの供給電流を検出する第１の電流検出回路２ａと、第２の増幅器１ｂへの供給電流を検出する第２の電流検出回路２ｂと、第１の電流検出回路２ａおよび第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果に基づいて、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂへの電源供給を制御する制御回路５を備えている。
【００１９】
そして、ウイルキンソン型電力合成器３０は、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を分離するアイソレーション抵抗３２と該アイソレーション抵抗３２の両端に配置されて前記制御回路５によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂからなる信号分離手段と、分離された第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号をそれぞれ出力端７に伝送する２つの１／４波長線路３１ａ、３１ｂで構成されている。
【００２０】
さらに、制御回路５は、前記第１の電流検出回路２ａあるいは第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果によって第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂの異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力がウイルキンソン型電力合成器３０で合成されないように２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を選択する。
したがって、本実施の形態によれば、第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂのいずれか一方が故障した場合でも、アイソレーション抵抗３２での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。
【００２１】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂを入出力特性の飽和領域での動作でなく、飽和出力より３ｄＢ以上バックオフをとった線形領域で動作させる場合は、図５に示すように、実施の形態１（図１）における電力分配器４に代えて、「ウイルキンソン型電力合成器３０の構成と同様にアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えるウイルキンソン型合成器を入力電力分配回路４０として用いる」ことで、一方の増幅器が故障などで無出力となった場合について、さらに出力低下を抑えることができる。なお、バックオフとは、増幅器がある出力電力で動作する場合に、動作出力電力と飽和出力電力との差のことである。
【００２２】
図５に示した高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂが正常時は出力電力Ｐで線形動作すると仮定すると、例えば、増幅器１ｂが故障などで無出力になった場合に、前述した図１の高周波電力増幅装置の動作に加えて、制御回路５により入力電力分配回路４０のＳＰ３Ｔスイッチ４３ａをＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ４３ｂをＢ（短絡）に切り替える。
これにより、入力電力分配回路４０から異常増幅器１ｂ側を見込んだインピーダンスは周波数ｆｃで開放となり、アイソレーション抵抗４２での消費電力は０となる。
入力信号は増幅器１ｂ側へは分配されず、増幅器１ａのみに入力される。
入力電力分配回路４０での反射損失は、合成部側（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０側）と同様に約０．５１ｄＢとなり、入力電力分配回路４０での損失を合計すると約１ｄＢの反射損失となるが、出力電力は１．５８Ｐとなる。即ち、実施の形態１の場合に比べて一方の増幅器の故障による出力低下はさらに小さくなり、出力電力を大きくすることができる。なお、出力電力が１．５８Ｐとなる詳細な説明は省略する。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置おける電力分配器４に代えて、入力する高周波電力信号を第１および第２の増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂと、この２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂから出力する信号を分離するアイソレーション抵抗４２と該アイソレーション抵抗４２の両端に配置されて制御回路５によって３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ４３ａ、４３ｂからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路４０を用いたことを特徴とする。
実施の形態１の場合は、出力電力は約０．８９Ｐであるの対して、本実施の形態の場合は、出力電力は約１．５８Ｐである。
したがって、本実施の形態によれば、一方の増幅器の故障による出力電力の低下を実施の形態１の場合よりもさらに小さくすることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図であり、４合成電力増幅装置の構成図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示すように、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、前述した実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、前述した実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有している。
また、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
【００２５】
図６の単位増幅器（即ち、増幅器１ａ〜増幅器１ｄ）のいずれかが異常な場合の動作については、考え方としては実施の形態１（図１）の高周波電力増幅装置と同様である。
増幅器の電流異常を検出した場合、電力合成部から異常である増幅器側をみたインピーダンスを周波数ｆｃにてオープンにし、且つアイソレーション抵抗を回路上切り離すことで、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑える。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路によりオフとする。
ここで、制御回路５ｃの動作について説明する。
増幅器１ａと増幅器１ｂの両方が異常の場合は、増幅器１ａと増幅器１ｂで構成される２合成電力増幅器（即ち、第１の高周波電力増幅回路１０１）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＣ（開放）に切り替える。
また、増幅器１ｃと増幅器１ｄの両方が異常の場合は、増幅器１ｃと増幅器１ｄで構成される２合成電力増幅器（即ち、第２の高周波電力増幅回路１０２）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＢ（短絡）に切り替える。
【００２６】
図７は、実施の形態３による高周波電力増幅装置（図６）において、単位増幅器故障時のアイソレーション抵抗の両端に備えたＳＰ３Ｔスイッチの切り替え状態と出力電力を示す表である。
図７は、（ａ）４つの増幅器１ａ〜１ｄのいずれもが正常であり出力０の増幅器がない場合、（ｂ）１つ増幅器が異常な場合として増幅器１ａが異常（即ち、出力が０の場合）、（ｃ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｂが異常の場合、（ｄ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｃが異常の場合、（ｅ）３つの増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常な場合について、
各ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ〜３３ｆのスイッチ経路（Ａ、Ｂ、Ｃ）、従来の２電力合成装置（従来型）の出力電力および本実施の形態による高周波電力増幅装置の出力電力を示している。
【００２７】
増幅器１ａが異常の場合は、図１と同様にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａをＢ（短絡）、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂをＣ（開放）に経路を切り替える。
正常な単位増幅器の出力電力をＰとすると、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力電力は０．８９Ｐ（図１の増幅器と同様）、ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力電力は２Ｐとなるが、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つの入力は振幅のレベル差によりアイソレーション抵抗３２ｃで０．１１Ｐの電力が消費され、高周波電力増幅装置としての出力電力は２．７８Ｐとなる。
増幅器１ａおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａＳＰ３Ｔスイッチと３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂとＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ａ、３０ｂの出力は、実施の形態１の場合と同様に、それぞれ０．８９Ｐであり、出力電力は１．７８Ｐとなる。
【００２８】
増幅器１ａおよび増幅器１ｂが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるため、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力は２Ｐであるが、ＳＰ３Ｔスイッチ３１ｆの線路により不整合損失が生じ、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの出力電力は１．７８Ｐとなる。
増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるためＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
また、図１の場合と同様に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
【００２９】
増幅器１ｄの出力側については、１／４波長線路３１ｄと１／４波長線路３１ｆで１／２波長線路が形成されるため不整合損失は生じず、出力電力はＰとなる。
図７より明らかなように、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた４電力合成装置よりも、４つの増幅器のいずれかが故障した場合において、出力電力の低下の程度が改善していることが分かる。
【００３０】
なお、図６は４電力合成の場合であるが、８合成を構成する場合は、図６に示した高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）と、この並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えてもよい。
高周波電力増幅装置をこのような構成とすることによって、８合成の電力合成装置を実現できる。
同様にして、１６合成、３２合成・・・２のｎ乗合成（ｎは自然数）増幅器も構成可能である。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有しており、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって前記電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
したがって、４つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
【００３２】
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示した構成の高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器と、前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えたことを特徴とする。
これによって、８合成の電力合成装置を構成でき、８つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
【００３３】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
一般的に、インピーダンス整合回路は、インピーダンス変換比が大きくなればなるほど整合帯域は狭くなる（狭帯域になる）。
これに対して、整合回路を多段化することによって１段あたりのインピーダンス変換比は抑えられ、広帯域に整合をとることができる。
ウイルキンソン型電力合成器は、一種のインピーダンス整合回路であるため、ウイルキンソン型電力合成器を多段構成にすることで、より広帯域にて電力合成器としての特性を良好にできる。
図８に示したウイルキンソン型電力合成器（第四のウイルキンソン型電力合成器）３０ｄは、図１に示したウイルキンソン型合成器３０を多段（例えば３段）にした構成であり、アイソレーション抵抗３２ｄ、３２ｅ、３２ｆの両端にそれぞれＳＰ３Ｔスイッチを備え、それぞれのＳＰ３Ｔスイッチは制御回路５にて経路切り替えが可能である。
【００３４】
例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、出力側に最も近いアイソレーション抵抗３２ｄの両端のスイッチについては、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂの経路をＢ（短絡）に切り替える。
多段接続された他のウイルキンソン型合成器のアイソレーション抵抗３２ｅ、３２ｆの両端のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆについては、全てのＳＰ３Ｔスイッチ経路をＣ（開放）に切り替える。
増幅器１ｂ故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路５によりオフとする。
上記のように多段接続された他のウイルキンソン型合成器のＳＰ３Ｔスイッチを切り替えることにより、電力合成部（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０ｄ）から異常な方の増幅器側をみたインピーダンスをｆｃにてオープンにし、且つ、アイソレーション抵抗を回路上切り離すことで アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を
抑えることができる。
【００３５】
図８は、２電力合成装置の構成であるが、図８の電力合成装置を２つ並列に用い、電力分配器とアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えたことを特徴とするウイルキンソン型合成器と電力合成器部のＳＰ３Ｔスイッチの経路を切り替える制御回路を追加すれば、４電力合成装置の構成をとることができる。
同様にして８電力合成、１６電力合成・・・２のｎ乗電力合成（ｎは自然数）の構成をとることができる。
また、図８のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆは、アイソレーション抵抗への経路が「開放」への経路選択であるため、ＳＰＳＴスイッチに代えてＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチであっても良い。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、ウイルキンソン型電力合成器を多段に構成にすることで、より広帯域にて高周波電力増幅装置としての特性を良好にできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、複数の増幅器のいずれかが故障した場合に、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑制できる「ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置」の実現に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ〜１ｄ 増幅器 ２ａ〜２ｄ 電流検出回路
３ａ〜３ｄ 電源回路 ４、４ａ、４ｂ 電力分配器
５、５ａ、５ｂ 制御回路 ６ 入力端
７ 出力端 ８ａ〜８ｄ アイソレータ
３０、３０ａ〜３０ｄ ウイルキンソン型電力合成器
３１ａ〜３１ｆ、３１ｇ〜３１ｌ １／４波長線路
３２、３２ａ〜３２ｃ、３２ｄ〜３２ｆ アイソレーション抵抗
３３ａ〜３３ｆ ＳＰ３Ｔスイッチ ４０ 入力電力分配回路
４１ａ、４１ｂ １／４波長線路 ４２ アイソレーション抵抗
４３ａ、４３ｂ ＳＰ３Ｔスイッチ
１０１ 第１の高周波電力増幅回路
１０２ 第２の高周波電力増幅回路
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波等の高周波電力の送信装置に用いられる電力増幅装置に係わり、更に詳しくはウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力合成器としては、例えば特開平８−８４００６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
特開平８−８４００６号公報には、２個の電力源の電力を合成する電力合成器であって、各電力源から伝送される電力を検出する検出手段と、各電力伝送路を開閉する開閉手段と、各電力伝送路のインピーダンスを補正するインピーダンス補正手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、電力が伝送される電力伝送路を閉とするよう前記開閉手段を制御し、且つ、電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正するよう前記インピーダンス補正手段を制御する制御回路を備えたことを特徴とする電力合成器が示されている。そして、電力が伝送されない電力伝送路を開とし、且つ電力が伝送される電力電送路のインピーダンスを補正することにより、電力が伝送されない電力伝送路の影響を受けずに、且つインピーダンス不整合による電力損失を殆ど生じることなく電力が出力されることが記載されている。
【０００３】
上記特許文献１に記載された電力合成器（２電力合成器）等においては、入力２経路間の通過特性をアイソレーション特性と言う。
このアイソレーションは、理想的には“∞（即ち、一方の入力端子に信号を入力した場合に、他方の入力端子には入力信号が伝送しない状態）”であることが望ましい。
アイソレーションが取れていれば、一方の入力源の状態は他方の入力源の特性（例えば、反射特性や通過特性）に影響を与えない。
しかし、特許文献１に記載された電力合成器では、入力２経路間のアイソレーションが取れず、問題がある。
【０００４】
そのため、従来では、入力２経路間のアイソレーションを取るための一つ手段として、ウイルキンソン型電力合成器が用いられている。
図９は、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の構成を示す図である。
入力端６より入力された入力高周波信号は、電力分配器４にて分配され、分配された高周波信号は、増幅器１ａおよび増幅器１ｂでそれぞれ増幅される。増幅器１ａで増幅された信号は１／４波長線路３１ａを介して入力端７に伝送され、増幅器１ｂで増幅された信号は１／４波長線路３１ｂを介して入力端７に伝送される。
そして、この入力２経路で伝送された２つの信号は入力端７にて合成される。また、入力２経路間にはアイソレーション抵抗３２が設けられている。
増幅器１ａおよび増幅器１ｂの出力電力をＰとすると、２つの増幅器１ａ、１ｂが正常に動作する場合、合成後の出力電力は２Ｐとなる。
【０００５】
図１０は、図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２電力合成装置の問題点を説明するための図であり、図９の２つの増幅器１ａ、１ｂの内の一方が故障などで出力０となった場合を示す。
図９に示した従来のウイルキンソン型電力合成器では、アイソレーション抵抗３２で０．５Ｐの電力が消費され、合成後の出力電力は０．５Ｐとなり、単位増幅器１ａの出力電力の半分がアイソレーション抵抗３２で消費される。
ウイルキンソン型電力合成器を用いることの利点としては、最大出力レベルを単位増幅器の２倍とすることができること、２経路のアイソレーション特性が良いことがある。
【０００６】
しかし、２個の増幅器の出力を合成するウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合、もう一方の入力レベルの半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるので、効率が悪くなり、出力電力が低下するというデメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−０８４００６号公報（特許第２５８１４６４号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、２個の増幅器の出力を合成する従来のウイルキンソン形電力合成器では、増幅器の故障などにより一方の増幅器出力が無出力となった場合に、もう一方の増幅器出力（即ち、正常な方の増幅器出力）の半分がアイソレーション抵抗に消費され、もう半分が合成器出力となる。
一方の増幅器の出力が０となった場合でも動作を続ける場合、アイソレーション抵抗に入力電力の半分が消費されるために、電力合成の効率が悪く、出力電力が低くなるというデメリットがある。
【０００９】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、ウイルキンソン型電力合成器を用いた「複数の増幅器の出力を合成する高周波電力増幅装置」において、複数の増幅器の内の１個あるいは２個以上が故障した場合も動作を続ける場合でも、アイソレーション抵抗で消費される電力を抑え、増幅器の故障による出力電力低下の程度を抑制することができる高周波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】
【００１０】
本発明に係る高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器と、前記電力分配器により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器と、前記電力分配器により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器と、前記第１の増幅器への供給電流を検出する第１の電流検出回路と、前記第２の増幅器への供給電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１の電流検出回路および前記第２の電流検出回路の電流検出結果に基づいて、前記第１の増幅器および第２の増幅器への電源供給を制御する制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置において、複数の増幅器の内のいずれかの増幅器が故障して異常となった場合に、ウイルキンソン型電力合成器で用いられるアイソレーション抵抗での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１において、増幅器が故障して異常が検出された場合の電流検出回路および制御回路の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態１において、一方の増幅器が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
【図４】実施の形態１において、一方の増幅器が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
【図５】実施の形態２に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態３の高周波電力増幅装置において、単位増幅器故障時のアイソレーション抵抗両端のＳＰ３Ｔスイッチの切り替え状態と出力電力を示す表である。
【図８】実施の形態４に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
【図９】従来の２電力合成装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の２電力合成装置の問題点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】
以下、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、入力端６より入力された高周波信号を等分配する電力分配器４と、電力分配器４にて等分配（２分配）された高周波信号を増幅する２つの増幅器１ａ、１ｂを備えている。
増幅器１ａ、１ｂは、それぞれインピーダンスＺ０に整合されており、増幅器１ａ、１ｂの出力負荷変動による影響を軽減するためのアイソレータ８ａ、８ｂを備えている。
また、増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ電源を供給するための電源回路３ａ、３ｂを備えている。
さらに、増幅器１ａ、１ｂにより増幅された信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０を備えている。
【００１４】
本実施の形態におけるウイルキンソン型電力合成器３０は、特性インピーダンスが√２Ｚ０の１／４波長線路 ３１ａ、３１ｂと抵抗値２Ｚ０のアイソレーション抵抗３２から
なる通常の基本的なウイルキンソン型電力合成器（図９参照）において、アイソレーション抵抗３２の両端にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂを加えたことを特徴とする。
ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂは、開放(ＣＯＭ−Ｃ)、短絡（ＣＯＭ−Ｂ）、アイソレーション抵抗（ＣＯＭ−Ａ）の３つの経路のいずれかを選択可能である。
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、増幅器１ａ、１ｂへの供給電流を検出するための電流検出回路２ａ、２ｂを備えており、さらに、電流検出回路２ａ、２ｂの検出値のいずれかが異常であった場合に、異常である方の増幅器への電源供給を断ち、且つＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を切り替える制御回路５を備えることを特徴とする。
【００１５】
図１に示した高周波電力増幅装置では、例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、スイッチ３３ａの経路をＡ→Ｃ（開放）に、３３ｂの経路をＡ→Ｂ（短絡）に切り替える。
例えば、増幅器１ｂが故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
図２は、増幅器１ｂが故障して異常が検出された場合の電流検出回路２ｂおよび制御回路５の動作を説明するための図である。
例えば、図２に示すように、増幅器１ｂの電流値が時刻Ｔにおいてある閾値を下回った時に、増幅器１ｂは異常と判定し、制御回路５は上記のようにスイッチの経路切り替えを行う。
【００１６】
図３は、実施の形態１において、一方の増幅器（例えば、増幅器１ｂ）が異常となった場合の動作を説明するための等価回路図である。
スイッチ３３ａ、３３ｂの経路切り替えによりアイソレーション抵抗３２は回路より切り離され、図１に示した高周波電力増幅装置は、図３に示すような等価回路(電源３ａ、
３ｂ、電流検出回路２ａ、２ｂおよび制御回路５の記載は省略)となる。
図３において、ａ点のインピーダンスはショートとなり、１／４波長線路３１ｂはショートスタブ（Ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ）となる。１／４波長の周波数をｆｃとすると、電力合成部ｂ点から増幅器１ｂを見込んだインピーダンスはｆｃでオープンである。
したがって、周波数ｆｃにおいて図４に示すような回路と等価である。
アイソレーション抵抗３２での消費電力は、アイソレーション抵抗３２が回路上切り離されるため０となる。
【００１７】
図４のｃ点から出力負荷側をみたインピーダンスは、２Ｚ０で増幅器のインピーダンスＺ０と不整合による反射損失がおよそ０．５１ｄＢ生じる。
そのため、出力電力は、入力電力全体の−０．５１ｄＢ（＝約０．８９Ｐ）となるが、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた２合成電力増幅装置の出力０．５Ｐに対して、損失を小さくすることができる。
なお、−０．５１ｄＢは、インピーダンス２Ｚ０の信号源からインピーダンスＺ０の負荷へ信号を入力した時の通過電力損失の計算値である。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器４と、電力分配器４により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器１ａと、電力分配器４により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器３０と、第１の増幅器１ａへの供給電流を検出する第１の電流検出回路２ａと、第２の増幅器１ｂへの供給電流を検出する第２の電流検出回路２ｂと、第１の電流検出回路２ａおよび第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果に基づいて、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂへの電源供給を制御する制御回路５を備えている。
【００１９】
そして、ウイルキンソン型電力合成器３０は、第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号を分離するアイソレーション抵抗３２と該アイソレーション抵抗３２の両端に配置されて前記制御回路５によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂからなる信号分離手段と、分離された第１の増幅器１ａおよび第２の増幅器１ｂの出力信号をそれぞれ出力端７に伝送する２つの１／４波長線路３１ａ、３１ｂで構成されている。
【００２０】
さらに、制御回路５は、前記第１の電流検出回路２ａあるいは第２の電流検出回路２ｂの電流検出結果によって第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂの異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力がウイルキンソン型電力合成器３０で合成されないように２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ、３３ｂの経路を選択する。
したがって、本実施の形態によれば、第１の増幅器１ａあるいは第２の増幅器１ｂのいずれか一方が故障した場合でも、アイソレーション抵抗３２での消費電力を抑えることができ、出力電力の低下を抑制できる。
【００２１】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂを入出力特性の飽和領域での動作でなく、飽和出力より３ｄＢ以上バックオフをとった線形領域で動作させる場合は、図５に示すように、実施の形態１（図１）における電力分配器４に代えて、「ウイルキンソン型電力合成器３０の構成と同様にアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えるウイルキンソン型合成器を入力電力分配回路４０として用いる」ことで、一方の増幅器が故障などで無出力となった場合について、さらに出力低下を抑えることができる。なお、バックオフとは、増幅器がある出力電力で動作する場合に、動作出力電力と飽和出力電力との差のことである。
【００２２】
図５に示した高周波電力増幅装置において、増幅器１ａ、１ｂが正常時は出力電力Ｐで線形動作すると仮定すると、例えば、増幅器１ｂが故障などで無出力になった場合に、前述した図１の高周波電力増幅装置の動作に加えて、制御回路５により入力電力分配回路４０のＳＰ３Ｔスイッチ４３ａをＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ４３ｂをＢ（短絡）に切り替える。
これにより、入力電力分配回路４０から異常増幅器１ｂ側を見込んだインピーダンスは周波数ｆｃで開放となり、アイソレーション抵抗４２での消費電力は０となる。
入力信号は増幅器１ｂ側へは分配されず、増幅器１ａのみに入力される。
入力電力分配回路４０での反射損失は、合成部側（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０側）と同様に約０．５１ｄＢとなり、入力電力分配回路４０での損失を合計すると約１ｄＢの反射損失となるが、出力電力は１．５８Ｐとなる。即ち、実施の形態１の場合に比べて一方の増幅器の故障による出力低下はさらに小さくなり、出力電力を大きくすることができる。なお、出力電力が１．５８Ｐとなる詳細な説明は省略する。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、前述した実施の形態１による高周波電力増幅装置おける電力分配器４に代えて、入力する高周波電力信号を第１および第２の増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂと、この２つの１／４波長線路４１ａ、４１ｂから出力する信号を分離するアイソレーション抵抗４２と該アイソレーション抵抗４２の両端に配置されて制御回路５によって３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチ４３ａ、４３ｂからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路４０を用いたことを特徴とする。
実施の形態１の場合は、出力電力は約０．８９Ｐであるの対して、本実施の形態の場合は、出力電力は約１．５８Ｐである。
したがって、本実施の形態によれば、一方の増幅器の故障による出力電力の低下を実施の形態１の場合よりもさらに小さくすることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図であり、４合成電力増幅装置の構成図である。
本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示すように、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、前述した実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、前述した実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有している。
また、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
【００２５】
図６の単位増幅器（即ち、増幅器１ａ〜増幅器１ｄ）のいずれかが異常な場合の動作については、考え方としては実施の形態１（図１）の高周波電力増幅装置と同様である。
増幅器の電流異常を検出した場合、電力合成部から異常である増幅器側をみたインピーダンスを周波数ｆｃにてオープンにし、且つアイソレーション抵抗を回路上切り離すことで、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑える。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路によりオフとする。
ここで、制御回路５ｃの動作について説明する。
増幅器１ａと増幅器１ｂの両方が異常の場合は、増幅器１ａと増幅器１ｂで構成される２合成電力増幅器（即ち、第１の高周波電力増幅回路１０１）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＣ（開放）に切り替える。
また、増幅器１ｃと増幅器１ｄの両方が異常の場合は、増幅器１ｃと増幅器１ｄで構成される２合成電力増幅器（即ち、第２の高周波電力増幅回路１０２）の出力は０となる。
この場合、第二の制御回路５ｃによりＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆの経路をＢ（短絡）に切り替える。
【００２６】
図７は、実施の形態３による高周波電力増幅装置（図６）において、単位増幅器故障時のアイソレーション抵抗の両端に備えたＳＰ３Ｔスイッチの切り替え状態と出力電力を示す表である。
図７は、（ａ）４つの増幅器１ａ〜１ｄのいずれもが正常であり出力０の増幅器がない場合、（ｂ）１つ増幅器が異常な場合として増幅器１ａが異常（即ち、出力が０の場合）、（ｃ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｂが異常の場合、（ｄ）２つの増幅器１ａと増幅器１ｃが異常の場合、（ｅ）３つの増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常な場合について、
各ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａ〜３３ｆのスイッチ経路（Ａ、Ｂ、Ｃ）、従来の２電力合成装置（従来型）の出力電力および本実施の形態による高周波電力増幅装置の出力電力を示している。
【００２７】
増幅器１ａが異常の場合は、図１と同様にＳＰ３Ｔスイッチ３３ａをＢ（短絡）、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂをＣ（開放）に経路を切り替える。
正常な単位増幅器の出力電力をＰとすると、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力電力は０．８９Ｐ（図１の増幅器と同様）、ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力電力は２Ｐとなるが、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つの入力は振幅のレベル差によりアイソレーション抵抗３２ｃで０．１１Ｐの電力が消費され、高周波電力増幅装置としての出力電力は２．７８Ｐとなる。
増幅器１ａおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａＳＰ３Ｔスイッチと３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂとＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ａ、３０ｂの出力は、実施の形態１の場合と同様に、それぞれ０．８９Ｐであり、出力電力は１．７８Ｐとなる。
【００２８】
増幅器１ａおよび増幅器１ｂが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるため、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
ウイルキンソン型電力合成器３０ｂの出力は２Ｐであるが、ＳＰ３Ｔスイッチ３１ｆの線路により不整合損失が生じ、ウイルキンソン型電力合成器３０ｃの出力電力は１．７８Ｐとなる。
増幅器１ａ、増幅器１ｂおよび増幅器１ｃが異常の場合は、ウイルキンソン型電力合成器３０ａの出力が０となるためＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｆをＣ（開放）に経路を切り替える。
また、図１の場合と同様に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃをＢ（短絡）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｄをＣ（開放）に経路を切り替える。
【００２９】
増幅器１ｄの出力側については、１／４波長線路３１ｄと１／４波長線路３１ｆで１／２波長線路が形成されるため不整合損失は生じず、出力電力はＰとなる。
図７より明らかなように、従来のウイルキンソン型電力合成器を用いた４電力合成装置よりも、４つの増幅器のいずれかが故障した場合において、出力電力の低下の程度が改善していることが分かる。
【００３０】
なお、図６は４電力合成の場合であるが、８合成を構成する場合は、図６に示した高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）と、この並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えてもよい。
高周波電力増幅装置をこのような構成とすることによって、８合成の電力合成装置を実現できる。
同様にして、１６合成、３２合成・・・２のｎ乗合成（ｎは自然数）増幅器も構成可能である。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、電力分配器４により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路１０１と、電力分配器４により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路１０２と、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃと、第二の制御回路５ｃを備えた高周波電力増幅装置であって、第１の高周波電力増幅回路１０１および第２の高周波電力増幅回路１０２は、実施の形態１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃは、実施の形態１に記載のウイルキンソン型電力合成器３０と同じ構成と機能を有しており、第二の制御回路５ｃは、第１の高周波電力増幅回路１０１あるいは第２の高周波電力増幅回路１０２に配置した電流検出回路２ａ〜２ｄの電流検出結果によって前記電流検出回路２ａ〜２ｄの異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器３０ｃの２つのＳＰ３Ｔスイッチ３３ｅ、３３ｆの経路を選択する。
したがって、４つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
【００３２】
また、本実施の形態による高周波電力増幅装置は、図６に示した構成の高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器と、前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて第三のウイルキンソン型電力合成器（図示なし）の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路（図示なし）を備えたことを特徴とする。
これによって、８合成の電力合成装置を構成でき、８つの増幅器のいずれかが故障した場合においても、出力電力の低下を抑制できる。
【００３３】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。
一般的に、インピーダンス整合回路は、インピーダンス変換比が大きくなればなるほど整合帯域は狭くなる（狭帯域になる）。
これに対して、整合回路を多段化することによって１段あたりのインピーダンス変換比は抑えられ、広帯域に整合をとることができる。
ウイルキンソン型電力合成器は、一種のインピーダンス整合回路であるため、ウイルキンソン型電力合成器を多段構成にすることで、より広帯域にて電力合成器としての特性を良好にできる。
図８に示したウイルキンソン型電力合成器（第四のウイルキンソン型電力合成器）３０ｄは、図１に示したウイルキンソン型合成器３０を多段（例えば３段）にした構成であり、アイソレーション抵抗３２ｄ、３２ｅ、３２ｆの両端にそれぞれＳＰ３Ｔスイッチを備え、それぞれのＳＰ３Ｔスイッチは制御回路５にて経路切り替えが可能である。
【００３４】
例えば、一方の増幅器１ｂが故障などで異常となった場合、制御回路５により１ｂへの電源供給を断ち、出力側に最も近いアイソレーション抵抗３２ｄの両端のスイッチについては、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ａの経路をＣ（開放）に、ＳＰ３Ｔスイッチ３３ｂの経路をＢ（短絡）に切り替える。
多段接続された他のウイルキンソン型合成器のアイソレーション抵抗３２ｅ、３２ｆの両端のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆについては、全てのＳＰ３Ｔスイッチ経路をＣ（開放）に切り替える。
増幅器１ｂ故障などの異常検出は、増幅器１ｂの電流値を電流検出回路２ｂにてモニタすることで行う。
また、電流異常を検出した増幅器への電源供給は、制御回路５によりオフとする。
上記のように多段接続された他のウイルキンソン型合成器のＳＰ３Ｔスイッチを切り替えることにより、電力合成部（即ち、ウイルキンソン型電力合成器３０ｄ）から異常な方の増幅器側をみたインピーダンスをｆｃにてオープンにし、且つ、アイソレーション抵抗を回路上切り離すことで アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を
抑えることができる。
【００３５】
図８は、２電力合成装置の構成であるが、図８の電力合成装置を２つ並列に用い、電力分配器とアイソレーション抵抗の両端にＳＰ３Ｔスイッチを備えたことを特徴とするウイルキンソン型合成器と電力合成器部のＳＰ３Ｔスイッチの経路を切り替える制御回路を追加すれば、４電力合成装置の構成をとることができる。
同様にして８電力合成、１６電力合成・・・２のｎ乗電力合成（ｎは自然数）の構成をとることができる。
また、図８のＳＰ３Ｔスイッチ３３ｃ〜３３ｆは、アイソレーション抵抗への経路が「開放」への経路選択であるため、ＳＰＳＴスイッチに代えてＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチであっても良い。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態よる高周波電力増幅装置は、ウイルキンソン型電力合成器を多段に構成にすることで、より広帯域にて高周波電力増幅装置としての特性を良好にできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、複数の増幅器のいずれかが故障した場合に、アイソレーション抵抗での消費電力を抑え、出力電力の低下を抑制できる「ウイルキンソン型電力合成器を用いた高周波電力増幅装置」の実現に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ〜１ｄ 増幅器 ２ａ〜２ｄ 電流検出回路
３ａ〜３ｄ 電源回路 ４、４ａ、４ｂ 電力分配器
５、５ａ、５ｂ 制御回路 ６ 入力端
７ 出力端 ８ａ〜８ｄ アイソレータ
３０、３０ａ〜３０ｄ ウイルキンソン型電力合成器
３１ａ〜３１ｆ、３１ｇ〜３１ｌ １／４波長線路
３２、３２ａ〜３２ｃ、３２ｄ〜３２ｆ アイソレーション抵抗
３３ａ〜３３ｆ ＳＰ３Ｔスイッチ ４０ 入力電力分配回路
４１ａ、４１ｂ １／４波長線路 ４２ アイソレーション抵抗
４３ａ、４３ｂ ＳＰ３Ｔスイッチ
１０１ 第１の高周波電力増幅回路
１０２ 第２の高周波電力増幅回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器と、前記電力分配器により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器と、前記電力分配器により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器と、前記第１の増幅器への供給電流を検出する第１の電流検出回路と、前記第２の増幅器への供給電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１の電流検出回路および前記第２の電流検出回路の電流検出結果に基づいて、前記第１の増幅器および第２の増幅器への電源供給を制御する制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする高周波電力増幅装置。
【請求項２】
前記電力分配器に代えて、
入力する高周波電力信号を前記第１および第２の増幅器にそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路と、この２つの１／４波長線路から出力する信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって前記３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路を用いたことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項３】
前記電力分配器により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路と、前記電力分配器により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路と、前記第１の高周波電力増幅回路および前記第２の高周波電力増幅回路の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器と、第二の制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記第１の高周波電力増幅回路および前記第２の高周波電力増幅回路は、請求項１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、
前記第二のウイルキンソン型電力合成器は、前記請求項１に記載のウイルキンソン型電力合成器と同じ構成と機能を有しており、
前記第二の制御回路は、前記第１の高周波電力増幅回路あるいは前記第２の高周波電力増幅回路に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器と、
前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第三のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路を備えたことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項５】
前記ウイルキンソン型電力合成器は、多段に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項１】
入力する高周波電力信号を第１の入力信号と第２の入力信号に２分配する電力分配器と、前記電力分配器により２分配された一方の入力信号を増幅する第１の増幅器と、前記電力分配器により２分配された他方の入力信号を増幅する第２の増幅器１ｂと、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を合成するウイルキンソン型電力合成器と、前記第１の増幅器への供給電流を検出する第１の電流検出回路と、前記第２の増幅器への供給電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１の電流検出回路および前記第２の電流検出回路の電流検出結果に基づいて、前記第１の増幅器および第２の増幅器への電源供給を制御する制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記ウイルキンソン型電力合成器は、前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって開放、短絡あるいはアイソレーション抵抗への接続の３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段と、分離された前記第１の増幅器および第２の増幅器の出力信号をそれぞれ出力端に伝送する２つの１／４波長線路で構成されており、
前記制御回路は、前記第１の電流検出回路あるいは第２の電流検出回路の電流検出結果によって前記第１の増幅器あるいは第２の増幅器の異常を検出すると、異常が検出された増幅器の出力が前記ウイルキンソン型電力合成器で合成されないように前記２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする高周波電力増幅装置。
【請求項２】
前記電力分配器に代えて、
入力する高周波電力信号を前記第１および第２の増幅器にそれぞれ伝送する２つの１／４波長線路と、この２つの１／４波長線路から出力する信号を分離するアイソレーション抵抗と該アイソレーション抵抗の両端に配置されて前記制御回路によって前記３つの経路のいずれかを選択可能な２つのＳＰ３Ｔスイッチからなる信号分離手段とで構成された入力電力分配回路を用いたことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項３】
前記電力分配器により２分配された入力信号の一方が入力される第１の高周波電力増幅回路と、前記電力分配器により２分配された入力信号の他方が入力される第２の高周波電力増幅回路と、前記第１の高周波電力増幅回路および前記第２の高周波電力増幅回路の出力信号を合成する第二のウイルキンソン型電力合成器と、第二の制御回路を備えた高周波電力増幅装置であって、
前記第１の高周波電力増幅回路および前記第２の高周波電力増幅回路は、請求項１に記載の高周波電力増幅装置と同じ構成と機能を有しており、
前記第二のウイルキンソン型電力合成器は、前記請求項１に記載のウイルキンソン型電力合成器と同じ構成と機能を有しており、
前記第二の制御回路は、前記第１の高周波電力増幅回路あるいは前記第２の高周波電力増幅回路に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第二のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択することを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の高周波電力増幅装置を並列に２つ用いると共に、並列に２つ配置された高周波電力増幅装置の出力信号を合成する第三のウイルキンソン型電力合成器と、
前記並列に２つ配置された高周波電力増幅装置に配置した電流検出回路の電流検出結果によって前記電流検出回路の異常を検出すると、異常検出結果に応じて前記第三のウイルキンソン型電力合成器の２つのＳＰ３Ｔスイッチの経路を選択する第三の制御回路を備えたことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力増幅装置。
【請求項５】
前記ウイルキンソン型電力合成器は、多段に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２０５２１２（Ｐ２０１２−２０５２１２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９９８７（Ｐ２０１１−６９９８７）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]