JP2000068902A

JP2000068902A - 電力増幅器

Info

Publication number: JP2000068902A
Application number: JP10240384A
Authority: JP
Inventors: Fumito Tomaru; 史人都丸
Original assignee: Hitachi Denshi KK
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】２つ、あるいはそれ以上の複数の増幅器を合成
し、その合成出力を用いるような電力増幅器において、
経年変化、温度変化等に依らず、常に最適な位相で合成
することを目的とする。【解決手段】合成前の各々の増幅器出力および合成器出
力から、方向性結合器にて分波し、分波した信号から、
各々のレベル情報を抽出、比較した結果から、合成する
ための最適位相を求め、移相器を制御して合成を行う電
力増幅器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信装置に用いら
れる電力増幅器に関わり、特に伝送路の損失を補償して
再送出する中継増幅器に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来無線通信システムに用いられる中継
器を図３によって説明する。図３は多段中継器を説明を
するため構成図で、列車と基地局との通信を行う通信シ
ステムであり、移動する列車と基地局との伝送手段とし
て漏洩同軸ケーブル（以下LCXと称する）を使用したも
のである。20は基地局、23-1は第１の中継機、23-2は第
２の中継機、‥‥‥、23-m′は第m′の中継器、23-mは
第mの中継器、‥‥‥、23-nは第ｎの中継機（nは自然
数）、31-0，31-1，‥‥‥，31-m′，31-m，‥‥‥，31
-nは上り線側LCX、32-0，32-1，‥‥‥，32-m′，32-
m，‥‥‥，32-nは下り線側LCXである。基地局20に近い
方から順番に、上り線側LCX31-0，31-1，‥‥‥，31-
m′，31-m，‥‥‥，31-nと下り線側LCX32-0，32-1，‥
‥‥，32-m′，32-m，‥‥‥，32-nが線路沿いに配置さ
れ、基地局20は上り線側LCX31-0と下り線側のLCX32-0と
に接続する。上り線側LCX31-0と下り線側LCX32-0とが第
１の中継機23-1に接続し、第１の中継機23-1は上り線側
LCX31-1と下り線側LCX32-1とに接続する。次に上り線側
LCX31-1と下り線側LCX32-1とが第２の中継機23-2に接続
し、第２の中継機23-2には上り線側LCX31-2と下り線側L
CX32-2とに接続する。‥‥‥第ｍ′の中継器23-ｍ′に
上り線側LCX31-ｍ′と下り線側LCX32-ｍ′とが接続し、
上り線側LCX31-ｍ′と下り線側LCX32-ｍ′は第ｍの中継
器23-ｍに接続し、第ｍの中継器23-ｍは上り線側LCX31-
ｍと下り線側LCX32-ｍとに接続する。‥‥‥第nの中継
器23-nは上り線側LCX31-nと下り線側LCX32-nとに接続す
る。ここで、n，m，m′は自然数で、n≧m，m′=m-1であ
る。このように任意の第mの中継器23-mは、LCX31-m′，
LCX32-m′とLCX31-m，LCX32-mとの間にあり、入力信号
を中継増幅して出力する。また、上り線側とは列車の
“上り”、下り線側とは列車の“下り”を意味してお
り、信号の伝送方向ではない。例えば上り線側の伝送路
では、基地局20から上り線側LCX31-0，31-1，‥‥‥，3
1-m′，31-m，‥‥‥，31-nに送られてくる信号と、上
り線側LCX31-0，31-1，‥‥‥，31-m′，31-m，‥‥
‥，31-nから基地局20へ送られる信号とが異なる搬送周
波数で伝送され、下り線側の伝送路でも、基地局20から
下り線側LCX32-0，32-1，‥‥‥，32-m′，32-m，‥‥
‥，32-nに送られてくる信号と、下り線側LCX32-0，32-
1，‥‥‥，32-m′，32-m，‥‥‥，32-nから基地局20
へ送られる信号とが異なる搬送周波数で伝送される。こ
の時、任意の第mの中継器23-mは、実際には図５に示す
構成になっており、図３の中継機23-1，23-2，‥‥‥，
23-m′，23-mは第mの中継器，‥‥‥，23-nは省略して
描いてある。図５については後述する。

【０００３】図３のように、２本の異なった伝送経路を
構成することによって、それぞれ上り列車用、下り列車
用として多段中継を行う。図４に列車無線等で用いられ
る従来のLCX伝送路用中継機のブロック図の一例を示
す。11は上り線側の入力端子、12は下り線側の入力端
子、21は上り線側の電力増幅部、22は下り線側の電力増
幅部、5は移相器、61は上り線側の第１のスイッチ、62
は下り線側の第１のスイッチ、91は上り線側のジャンパ
線、92は下り線側のジャンパ線、81は上り線側の第２の
スイッチ、82は下り線側の第２のスイッチ、41は上り線
側の出力、42は下り線側の出力、8は第１のハイブリッ
ド、9は第２のハイブリッドである。ここで、上り線側
の電力増幅部21と下り線側の電力増幅部22は図３と同様
にそれぞれ、図５に示した構成を省略して描いてある。

【０００４】図４において上り線側では、信号が入力端
子11に入力され、該入力端子11から入力された信号は電
力増幅部21に入力して、該電力増幅部21によって増幅さ
れ、第１のスイッチ61に送られる。通常時には、該第１
のスイッチ61の出力はジャンパ線91側に設定されており
該第１のスイッチ61に入力した信号は該ジャンパ線91を
介して第２のスイッチ81に入力する。通常時には、該第
２のスイッチ81の出力もまたジャンパ線91側に設定され
ており、該第２のスイッチ81の出力が上り線側の出力41
として出力される。次に下り線側では、信号が入力端子
12に入力され、該入力端子12から入力された信号は電力
増幅部22に入力して、該電力増幅部22によって増幅さ
れ、移相器5を介しては第１のスイッチ62に送られる。
通常時には、該第１のスイッチ62出力はジャンパ線92側
に設定されており該第１のスイッチ62に入力した信号は
該ジャンパ線92介して第２のスイッチ82に入力する。通
常時には、該第２のスイッチ82の出力もまたジャンパ線
92側に設定されており、該第２のスイッチ82の出力下り
線側の出力42として出力される。

【０００５】次に、図４において、上り線側の電力増幅
部21の出力が何らかの理由で低下した場合その中継機以
降の上り線系統すべてに支障をきたしてしまう。この場
合には、各中継機において、第１のスイッチ61と62の出
力側を第１のハイブリッド8側に切換え、第２のスイッ
チ81と82入力側を第２のハイブリッド9側に切換える。
このようにして、２つの電力増幅部21と22の出力を第１
のハイブリッド8で合成し、第２のハイブリッド9に送
り、該第２のハイブリッド9で再分配して次段に送出す
るような構成をとることによって通信路を確保する。こ
のとき、次段の中継機において位相があっていないと合
成後のレベルが低下するため、前記移相器5で上り線側
とで下り線側との出力位相を一致させる。

【０００６】図５は中継器23-mの入出力例を示すブロッ
ク図である。101は基地局20側からLCX31-n側の方向に伝
送される信号とLCX31-n側から基地局20側へ伝送される
信号とが１つの増幅部に入力し増幅された信号が再び２
つの信号に分離されるまでの攻勢を説明するブロック図
である。101は基地局20側からLCX31-n側の方向に伝送さ
れる信号の入力端子、102はLCX31-n側から基地局20側へ
伝送される信号の入力端子、120と140は共用器、130は
中継器23-mの電力増幅部の一方、例えば上り線側の電力
増幅部21（図４）、111は基地局20側からLCX31-n側の方
向に伝送される信号の出力端子、102はLCX31-n側から基
地局20側へ伝送される信号の出力端子である。

【０００７】図５において、入力端子101から基地局側
から伝送されてきた信号が入力され、入力端子102から
はLCXの最も遠い側（基地局から見て）から伝送された
信号が入力される。入力された２つの信号は共用器120
にそれぞれ送られ、該共用器120によって合成され中継
器の一方の電力増幅部130に送られる。例えば実際的に
は、図４の入力端子11に入力する。該電力増幅部130は
送られてきた信号を増幅して、共用器140に送る。例え
ば実際的には、図４の出力信号41が前記電力増幅部130
から前記共用器140に送られる。前記共用器140は送られ
てきた信号を２つに分離して、出力端子111を介して基
地局側から伝送されてきた信号を出力し、出力端子112
を介してLCX側から伝送されてきた信号を出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来例では、
移相器が固定（あるいは半固定）であり、温度変化や経
年変化、あるいはLCXの敷設条件の変化等による特性変
化に追従できず、合成後の出力低下を起こすという欠点
がある。

【０００９】本発明の目的は、複数の電力増幅器の出力
位相を適応的に制御し、常に最適な合成出力を得られる
電力増幅器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、合成前の各増幅器の出力レベルと、合
成器出力のレベルを検出し、これらの情報を基に増幅器
出力に挿入される移相器の移相量を変化させるようにし
たものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例について、
図１を用いて説明する。図１は２つの入力信号をそれぞ
れ増幅し、該増幅された２つの信号を合成出力する電力
増幅器の構成を示すブロック図である。従来技術で説明
した図４と同じ機能のものには同一の符号を付した。そ
の他、5´は移相器、71は第１の方向性結合器、72は第
３の方向性結合器、14は第２の方向性結合器、51は第１
の検波器、52は第３の検波器、17は第２の検波器、18は
位相制御部、4は出力である。入力端子11は電力増幅部2
1、第１の方向性結合器71を介してハイブリッド8に、入
力端子12は電力増幅部22、移相器5´、第３の方向性結
合器72を介してハイブリッド8にそれぞれ接続される。
ハイブリッド8は第2の方向性結合器14を介して出力4と
なる。また、第１の方向性結合器71は第１の検波器51を
介して位相制御部18に接続され、第３の方向性結合器72
は第３の検波器52を介して位相制御部18に接続され、第
２の方向性結合器14は第２の検波器17を介して位相制御
部18と接続され、位相制御部18は、移相器5´と接続さ
れる。

【００１２】以下、この動作について説明する。図１に
おいて、入力端子11から入力された信号は、電力増幅部
21で、入力端子12から入力された信号は電力増幅部22
で、それぞれ所定のレベルまで増幅される。増幅された
それぞれの信号は、ハイブリッド8に入力し，該ハイブ
リッド8によって合成される。また、前記電力増幅部21
の出力は第１の方向性結合器71で分離され、第１の検波
器51がそのレベル情報を抽出する。また前記電力増幅部
22の出力は第３の方向性結合器72で分離され、第３の検
波器52がそのレベル情報を抽出する。一方、前記ハイブ
リッド8で合成された合成出力も第２の方向性結合器14
で分離され、第２の検波器17がそのレベル情報を抽出す
る。これら第１の検波器51及び第３の検波器52及び第２
の検波器17で抽出されたレベル情報はそれぞれ位相制御
部18へ送られる。前記位相制御部18では、入力されたそ
れぞれのレベル情報を基に、合成出力が最も大きくなる
ように、前記移相器5´を調整し、出力4として出力され
る。

【００１３】本発明の他の実施例について、図２と図３
を用いて説明する。図２は列車無線等で用いられるLCX
伝送路の多段中継器を説明するブロック構成図で、従来
技術で説明したものである。図２は列車無線等で用いら
れるLCX伝送路用中継機のブロック図で、ある。図３は
従来技術で説明したので説明は省略する。また図２につ
いて、図１と従来技術で説明した図４と同じ機能のもの
には同一の符号を付した。その他、71´は上り線側の第
１の方向性結合器、72´は下り線側の第１の方向性結合
器、51´は上り線側の第１の検波器、52´は下り線側の
第１の検波器、18´は位相制御部，1は制御信号入力端
子である。入力端子11は上り線側の電力増幅部21、上り
線側の第１の方向性結合器71´を介して上り線側の第１
のスイッチ61に接続される。また、入力端子12は下り線
側の電力増幅部22、移相器5´、下り線側の第１の方向
性結合器72´を介して下り線側の第１のスイッチ62に接
続される。前記上り線側の第１のスイッチ61はジャンパ
線91と第１のハイブリッド8に接続され、前記下り線側
の第１の方向性スイッチ62はジャンパ線92と前記ハイブ
リッド8に接続される。前記ハイブリッド8は、第２の方
向性結合器14と、第２のハイブリッド9を介して、上り
線側の第２のスイッチ81と下り線側の第２のスイッチ82
とに接続される。前記上り線側の第1のスイッチ61はジ
ャンパ線91を介して前記上り線側の第２のスイッチ81と
接続され、前記下り線側の第1のスイッチ62はジャンパ
線92を介して前記下り線側の第２のスイッチ82と接続さ
れる。また、前記上り線側の方向性結合器71´は上り線
側の第１の検波器51´を介して位相制御部18´に接続さ
れ、前記下り線側の第１の方向性結合器72´は下り線側
の第１の検波器52´を介して前記位相制御部18´に接続
される。また、前記第２の方向性結合器14は第２の検波
器17を介して、前記位相制御部18´と接続されている。
前記位相制御部18´は、前記移相器5´と接続される。
更に、制御信号入力端子1が前記位相制御部18´と接続
されている。

【００１４】以下、この動作について説明する。入力端
子21から入力された信号は電力増幅部21で前段のLCXで
の損失分を補正するように増幅され、入力端子22から入
力された信号は電力増幅部22で前段のLCXでの損失分を
補正するように増幅される。前記電力増幅部21によって
増幅された信号は、方向性結合器71´を介して上り線側
の第１のスイッチ61に送られ、前記電力増幅部22によっ
て増幅された信号は、移相器5´、方向性結合器72´を
介して下り線側の第１のスイッチ62に送られる。通常
は、従来例で述べたように、前記上り線側の第１のスイ
ッチ61と第２のスイッチ81とは上り線側のジャンパ線91
側を、前記下り線側の第１のスイッチ2と第２のスイッ
チ82とは下り線側のジャンパ線92側を選択しており２系
統の伝送路を構成している。この時、前記位相制御部18
´は、基地局20から伝送路を介して送信される切換えス
イッチを制御する信号により、正常動作、すなわち２つ
の電力増幅部21と22の出力とが合成されないことを認知
し、前記移相器5´の制御は止めている。

【００１５】ここで、図３に示したような多段中継に用
いられている、いくつかの中継機のうちのある中継機で
用いられている２つの電力増幅部のうち１台が、何らか
の原因で出力低下を起こしたときの動作について図２、
図３を用いて説明する。

【００１６】図３において第１の中継機23-1で異常が発
生したとすると、制御線を介して、異常が基地局20に通
知される。これを受けて前記基地局20からは、各中継機
のスイッチ（図２におけるスイッチ61，62，81，82）を
切換えるための制御信号を送出する。中継機23-1では、
この切換え制御信号を制御信号入力端子1で受け、スイ
ッチ61，62，81，82を切換えて２台の増幅部の出力を合
成する。この時、電力増幅部21，22の出力は、各々第１
の方向性結合器71´と72´で分離され、第１の検波器51
´と52´とで検波されている。この検波出力を基に位相
制御部18´ではまず２つの電力増幅部21と22の出力レベ
ルを比較する。この時この第１の中継機23-1が異常を起
こした中継機であって、２つの電力増幅部21と22の出力
レベルにある程度以上の差があったとすると、最悪条件
での合成、すなわち互いに位相が１８０度ずれた状態で
の合成が行われたとしてもそのことによる減衰量は、元
のレベルに対して十分低くなるため移相器5´の制御は
行わない。例えば、各電力増幅部の規定出力が１Ｗであ
ると仮定し、出力異常を起こした電力増幅部の出力が１
０ｄＢ低くなったとし、これらの電力増幅部出力を互い
に逆相で合成すると、合成後のレベルは２つの出力レベ
ルの差、すなわち１．０―０．１＝０．９（Ｗ）＝９００（ｍＷ）１０×ｌｏｇ９００＝２９．５（ｄＢｍ）となり、０．５ｄＢ低下するだけである。

【００１７】異常を起こしていない中継機においては、
２つの電力増幅部の出力はほぼ同レベルであるため、ハ
イブリッド８の出力は、各電力増幅部出力に比べ約３ｄ
Ｂ上がることになる。このことより各検波出力から得ら
れる信号を比較し、比較した結果により移相器５を適応
的に調整できるる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、複数系統の増幅部出力
を合成して用いる場合において、適応的に増幅部の出力
位相を合わせることができるため、経年変化、温度変化
や、ケーブル敷設等の条件の変化によって各々の増幅器
の位相特性に変化が生じたような場合でも、常に安定し
た利得で中継増幅することが可能となり、高安定な伝送
路が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図３】多段中継器の構成を説明するブロック図。

【図４】従来の中継増幅器の構成を示すブロック図。

【図５】図４の中継増幅器の入出力例を示すブロック
図。

【符号の説明】

1：制御信号入力端子、 4：出力、 5，5´：移相器、
8：第１のハイブリッド、 9：第２のハイブリッド、
11：上り線側の入力端子、 12：下り線側の入力端
子、 14：第２の方向性結合器、 17：第２の検波器、
18，18´：位相制御部、 20：基地局、 21：上り線
側の電力増幅器、22は下り線側の電力増幅器、 23-1：
第１の中継機、 23-2：第２の中継機、‥‥‥、23-
m′：第m′の中継器、 23-m：第mの中継器、‥‥‥、2
3-n：第ｎの中継機、 31-0，31-1，‥‥‥，31-m′，3
1-m，‥‥‥，31-n：上り線側LCX、 32-0，32-1，‥‥
‥，32-m′，32-m，‥‥‥，32-n：下り線側LCX、 4
1：上り線側の出力、 42：下り線側の出力、 51：第
１の検波器、 52：第３の検波器、 51´：上り線側の
第１の検波器、 52´：下り線側の第１の検波器、 6
1：上り線側の第１のスイッチ、 62：下り線側の第１
のスイッチ、 71：第１の方向性結合器、 72：第３の
方向性結合器、 71´：上り線側の第１の方向性結合
器、 72´：下り線側の第１の方向性結合器、 81：上
り線側の第２のスイッチ、 82：下り線側の第２のスイ
ッチ、 91：上り線側のジャンパ線、 92：下り線側の
ジャンパ線、101，102：入力端子、 120，140：共用
器、 130：中継器23-mの電力増幅部の一方、 111，11
2：出力端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J069 AA04 AA21 AA41 AA51 CA02 CA03 CA26 CA35 CA58 FA18 FA19 HA38 HA40 KA16 KA17 KA55 KA68 KC06 KC07 SA14 TA01 5J100 AA03 AA18 BA01 BB15 BC06 CA11 CA23 DA07 EA02 FA01 LA05 5K046 AA01 BA04 BB05 CC01 DD11 EF52 KK12 YY04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の増幅部を有し、前記複数の増幅部
の出力を合成する合成手段を有し、該合成手段によって
合成された出力を出力する電力増幅器において、合成前
の各増幅部出力間の位相を変えるための移相器と、合成
前の各々のレベルを検出する第１の検出手段と、合成後
の出力レベルを検出する第２の検出手段と、前記第１の
検出手段及び前記第２の検出手段によって検出された出
力レベルを入力情報とし該レベル情報を基に前記移相器
を制御する位相制御部とを有し、該位相制御部によって
前記移相器の移相量を制御することによって電力増幅器
の出力レベルを制御することを特徴とした電力増幅器。
【請求項２】請求項１記載の電力増幅器において、前
記複数の増幅部の出力をそれぞれ単独に出力するための
ジャンパ線と、前記複数の増幅部の出力をそれぞれ前記
ジャンパ線と前記合成手段のどちらかに入力するように
切換える切換え手段とを有し、前記複数の増幅部によっ
て増幅された信号を、合成して出力するかそれぞれ単独
に出力するかを選択して使用することを特徴とした電力
増幅器。
【請求項３】第１の信号を増幅する第１の増幅部と、
該第１の増幅部によって増幅された信号を２つに分波す
る入力する第１の方向性結合器と、第２の信号を増幅す
る第２の増幅部と、該第２の増幅部によって増幅された
信号を２つに分波する入力する第２方向性結合器と、該
第３方向性結合器によって分波された信号の一方と前記
第１の方向性結合器によって分波された信号の一方とを
入力し合成するハイブリッドと、該ハイブリッドによっ
て合成された信号を分波する第２の方向性結合器と、前
記第２の方向性結合器によって分波された信号の一方を
検波する第２の検波器と、前記第１の方向性結合器によ
って分波された信号の他方を検波する第１の検波器と、
前記２の方向性結合器によって分波された信号の他方を
検波する第３の検波器と、前記第１の検波器及び前記第
２の検波器及び前記第３の検波器によって検波されたそ
れぞれのレベル情報を入力し、前記それぞれのレベル情
報に基いて前記移相器を制御することによって電力増幅
器の出力を制御することを特徴とする電力増幅器。