JPH04314205A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は衛星通信その他に用い
られる高周波信号（数ＭＨｚ〜数＋ＧＨｚ）の電力増幅
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置として図４に示すもの
があった。図において、１は信号入力端子、２は小信号
増幅部、３はステップ式可変減衰部、４は減衰値設定信
号入力端子、５は減衰値設定回路、６は電圧制御可変減
衰器、７は高出力増幅部、８は利得補償回路、９は誤差
増幅器、１０は抵抗器、１１はサーミスタ、１２は直流
電圧印加端子、１３は信号出力端子である。

【０００３】次に動作について説明する。信号入力端子
１に印加された被増幅信号は、小信号増幅部２にて適当
なレベルまで線形増幅された後、１個又は複数個のステ
ップ式可変減衰器から成るステップ式可変減衰部３に送
られる。ステップ式可変減衰部３では、減衰値設定回路
５からの１／０バイナリ制御信号で入力信号レベルを減
衰させることができ、減衰値設定信号入力端子４より読
み込んだ入力信号レベルの変化に応じた減衰値設定情報
に従って動作し０〜１５ｄＢの減衰量を１ｄＢ刻みで設
定する。本例は０／１ｄＢ、０／２ｄＢ、０／４ｄＢ、
０／８ｄＢの４個のステップ式可変減衰器から成る場合
である。さらに、ステップ式可変減衰部３の出力信号は
電圧制御可変減衰器６に入力する。利得補償回路８では
抵抗器１０とサーミスタ１１の接続点から直流電圧印加
端子１２に印加された直流電圧の分割電圧を取り出し、
誤差増幅器９の反転入力端子に入力しているが、周囲温
度が変動するとサーミスタ１１の抵抗値が変化し誤差増
幅器９の出力もこれに応じて変化する。電圧制御可変減
衰器６はマイクロ波帯の場合、例えばＰＩＮダイオード
で構成されており、上記誤差増幅器９の出力をダイオー
ドの順方向バイアス電圧として取り込むことで、温度変
化に応じて入力信号を減衰させることができる。電圧制
御可変減衰器６の出力は更に高出力増幅部７にて所望の
レベルまで電力増幅された後、信号出力端子１３より出
力する。上記のように、従来の装置は入力信号レベルの
変化に伴いステップ式可変減衰器の設定を変化させ、一
定の出力電力を得るものであるが、周囲温度の変化によ
る小信号増幅部２、ステップ式可変減衰部３及び高出力
増幅部７での利得変動を相殺する温度係数を持ったサー
ミスタを実装することで、装置全体の利得を一定に保っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力増幅装置は
以上のように構成されているが、周囲温度変化によって
生じる装置各部の利得変動量を、予測もしくは実測によ
りあらかじめ算出し、これを補償するサーミスタの値を
数回に及ぶ温度試験により決定するため調整時間がかか
る、また、ステップ式可変減衰部３での設定値ごとに利
得変動量が異なるため、すべての設定減衰値において最
適な利得変動補償をすることができないという問題点が
あった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、任意の減衰量設定値において周
囲温度変化により生じる装置の利得変動を正確に検出し
、逐次利得補償することのできる電力増幅装置を得るこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる電力増
幅装置は、入力信号の一部から取り出した直流成分をＡ
／Ｄ変換した信号と、減衰値設定回路から送出するステ
ップ式減衰器制御信号の一部を取り込み演算処理する演
算処理回路を設け、その出力をＤ／Ａ変換した値を基準
信号として高出力増幅部出力の一部から抽出した直流成
分との比較を誤差増幅器にて行い、利得変動にともなう
誤差電圧にて電圧制御可変減衰器の減衰量を制御するも
のである。

【０００７】また、第２の包絡線検波器の出力信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を設けて、出力信
号レベル検出値を演算処理回路に取り込み、入力信号の
一部から取り出した直流成分をＡ／Ｄ変換した信号と、
減衰値設定回路から送出するステップ式減衰器制御信号
の一部と併せて演算処理を行うようにしたものである。

【０００８】

【作用】この発明における電力増幅装置では、周囲温度
変化に伴い変化する出力レベルを上記基準信号と比較し
、差分を誤差信号として出力し電圧制御可変減衰器の減
衰量を増減させる。

【０００９】また、電圧制御可変減衰器の減衰量を制御
する誤差信号を演算処理回路にて生成する。

【００１０】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１において１〜７、１３は上記従来
例と全く同一のものである。１４は入力カップラー、１
５は利得補償回路、１６は第１の包絡線検波器、１７は
第１のローパスフィルタ、１８はＡ／Ｄ変換器、１９は
タイミング信号発生回路、２０は演算処理回路、２１は
Ｄ／Ａ変換器、２２は出力カップラー、２３は第１の抵
抗器、２４は第２の抵抗器、２５は第２の包絡線検波器
、２６は第２のローパスフィルタ、２７は誤差増幅器で
ある。また図２は本実施例の説明を補足するための出力
波形例で、ａ及びａ´は入力カップラー出力波形、ｂ及
びｂ´は第１の包絡線検波器出力波形、ｃ及びｃ´は第
１のローパスフィルタ出力波形、ｄ及びｄ´はＤ／Ａ変
換器出力波形、ｅ及びｅ´は第１及び第２の抵抗器によ
る上記出力カップラー出力波形の電圧変換波形、ｆ及び
ｆ´は第２の包絡線検波器出力波形、ｇ及びｇ´は第２
のローパスフィルタ出力波形である。

【００１１】上記のように構成された電力増幅装置では
、信号入力端子１に印加された被増幅信号は入力カップ
ラー１４を経由して小信号増幅部２にて適当なレベルま
で線形増幅された後、１個または複数個のステップ式可
変減衰器から成るステップ式可変減衰部３へ送られる。 ステップ式可変減衰部３では従来例と同様、減衰値設定
信号入力端子４より読み込んだ減衰値設定情報に従って
動作する減衰値設定回路５からの１／０バイナリ制御信
号により０〜１５ｄＢの減衰量を１ｄＢ刻みで設定し、
小信号増幅部２から入力した信号レベルを減衰させる。 ステップ式可変減衰部３の出力信号は電圧制御可変減衰
器６を通過後、高出力増幅部７にて所望のレベルまで電
力増幅され、更に出力カップラー２２を経由して出力端
子１３より出力する。

【００１２】まず本装置への入力信号レベルが最大の場
合（入力信号レベル０ｄＢとする）の利得補償について
説明する。利得補償は利得補償回路１５にて行われるが
、まず入力カップラー１４にて取り出した入力信号の一
部（図２波形ａ）は第１の包絡線検波器１６にてピーク
値が検出され（図２波形ｂ）、第１のローパスフィルタ
１７でリップル成分が除去された後（図２波形ｃ）Ａ／
Ｄ変換器１８にてタイミング信号発生回路１９からのタ
イミングごとにディジタル信号に変換され、演算処理回
路２０へ送られる。本例では６ビットのＡ／Ｄ変換器の
場合を示し、入力信号レベルが最大の場合の変換値を１
、１、１、１、１、１とする（０Ｖのとき０、０、０、
０、０、０とする）。また、ステップ式可変減衰部３制
御信号の一部は減衰値設定回路５から演算処理回路２０
へ送られている。演算処理回路２０では、減衰値設定回
路５からの入力値を最大値１、１、１、１より引き算し
、電力デシベル値から電圧真数値へ変換する演算をする
。次にＡ／Ｄ変換器１８からの信号と掛け算をし、その
計算結果をＤ／Ａ変換器２１へ送出する。

【００１３】入力信号レベルが最大のとき減衰値設定回
路５からの信号は１、１、１、１のため上記引き算、電
力デシベル値／電圧真数値変換結果は１となる（（ｌｏ
ｇ−１（（１５−１５）／１０）１／２　＝１，１５は
バイナリ１、１、１、１の１０進値）。そしてＡ／Ｄ変
換器１８からの信号との掛け算結果６４となる（１×６
４＝６４，６４はバイナリ１、１、１、１、１、１の１
０進値＋１）。

【００１４】以上の計算結果はバイナリ信号でＤ／Ａ変
換器２１に送られ、ここでアナログ電圧値に変換され誤
差増幅器２６の反転入力端子へ基準電圧として送出され
る（図２波形ｄ）。一方出力カップラー２２にて取り出
した高出力増幅部７出力信号の一部は第１の抵抗器２３
及び第２の抵抗器２４にて抵抗分圧された後（図２波形
ｅ）、第２の包絡線検波器２４にてピーク値が検出され
（図２波形ｆ）、第２のローパスフィルタ２６でリップ
ル成分が除去された後（図２波形ｇ）、誤差増幅器２７
の非反転入力端子へ入力する。ここで、第１の抵抗器２
３及び第２の抵抗器２４による分圧比は、常温において
上記誤差増幅器２７の反転入力端子へ印加されている基
準電圧と等しくなるように設定されているため、誤差増
幅器２７においては誤差電圧は発生しない（図２波形ｄ
とｇは等しい値となる）。

【００１５】今、周囲温度変化により小信号増幅部２、
高出力増幅部７における利得まてはステップ式可変減衰
部３での減衰量が増減すると高出力増幅部の出力信号レ
ベルが変動し、図２波形ｅは例えばｅ´のようになる。 これに従い第２の包絡線検波器２４出力波形は図２波形
ｆ´に、第２のローパスフィルタ２６出力波形は図２波
形ｇ´のように変化するため誤差増幅器２７にて誤差電
圧が発生する（誤差電圧ｄ−ｇ´Ｖ）。電圧制御可変減
衰器６の電圧制御端子は誤差増幅器２７の出力に接続さ
れており、上記誤差電圧に応じて減衰量が変化する制御
ループを形成しているため常に一定の利得が保持される
。

【００１６】次に本装置への入力信号レベルが−６ｄＢ
の時の利得補償場合について説明する。上記入力カップ
ラー１４にて取り出した信号、第１の包絡線検波器１６
にて検出した信号、第１のローパスフィルタ１７でリッ
プル成分が除去された後の波形はそれぞれ図２波形ａ´
、ｂ´、ｃ´のようになる。上記図２波形ｃ´は電圧値
で最大時の１／２となり、Ａ／Ｄ変換器１８での変換電
圧値は０、１、１、１、１、１となる。入力信号レベル
が−６ｄＢの場合、ステップ式可変減衰部３での減衰量
設定値は９ｄＢで、減衰値設定回路５からの制御信号は
１、０、０、１となる（９のバイナリ値）。

【００１７】演算処理回路２０での引き算、電力デシベ
ル値／電圧真数値変換結果は２となる（（ｌｏｇ−１（
（１５−９）／１０）１／２＝２）。そしてＡ／Ｄ変換
器１８からの信号との掛け算結果は６４となる。（２×
３２＝６４，３２はバイナリ０、１、１、１、１、１、
の１０進値＋１）。

【００１８】以上のように入力信号レベル−６ｄＢの場
合も演算処理回路２０での演算結果は入力信号レベルが
最大の場合と等しくなる。計算結果は入力信号レベルが
最大時と同様にバイナリ信号でＤ／Ａ変換器２１に送ら
れ、ここでアナログ電圧値に変換され誤差増幅器２７の
反転入力端子へ基準電圧として送出される（図２波形ｄ
´）。以後の動作は入力信号レベルが最大の場合と同様
となり、周囲温度変動で発生した誤差増幅器２７からの
誤差電圧に従い電圧制御可変減衰器６の減衰量を制御す
るループにより常に一定の利得を保持している。

【００１９】本実施例では入力信号レベルが最大の場合
とその−６ｄＢの場合について説明をおこなったが、ス
テップ式可変減衰部３での可変範囲１５ｄＢより、入力
信号レベルが−１５ｄＢまで動作可能である。他の入力
信号レベルについても上記のように入力信号レベルに応
じてステップ式可変減衰部３の設定がなされていれば、
演算処理回路２０での演算結果は一定（本例では６４）
となるため、その設定条件での周囲温度変動による小信
号増幅部２、高出力増幅部７における利得またはステッ
プ式可変減衰部３での減衰量補償をおこなう。また、ス
テップ式可変減衰部３を構成するステップ式可変減衰器
の段数を増やせば、上記説明と同様の制御を広い入力信
号レベル範囲において実施できる。尚、本説明中の第１
のローパスフィルタ１７及び第２のローパスフィルタ２
６の周波数特性は、各々の被ろ波信号中のリップル除去
率および温度変動に伴う本制御ループの応答速度を考慮
して決定されるため同一のものとならない場合もある。

【００２０】実施例２．上記実施例１では電圧制御可変
減衰器６の減衰量を制御する誤差電圧は誤差増幅器２７
の反転入力端子と非反転入力端子間のアナログ電圧値の
差であったが、第２のローパスフィルタ２６の出力信号
をディジタル値にＡ／Ｄ変換して演算処理回路２０に取
り込み、演算によって誤差電圧を生成し再びＤ／Ａ変換
器にてアナログ信号に戻しても同様の動作を期待できる
。

【００２１】図３に示す実施例２では、第１のローパス
フィルタ１７の出力信号は実施例１と同様Ａ／Ｄ変換器
１８にてディジタル信号に変換されるが、第２のローパ
スフィルタ２６の出力信号も第２のＡ／Ｄ変換器２８に
てディジタル信号に変換され演算処理回路２０に入力す
る。演算処理回路２０では上記実施例１の場合と同様の
演算がまず行われ、その演算結果を基準電圧とし第２の
Ａ／Ｄ変換器２８との信号値の比から、周囲温度変化に
よる小信号部２、高出力増幅部７における利得変動及び
ステップ式可変減衰部３での減衰値変動量を演算にて求
め、Ｄ／Ａ変換器２１にてアナログの誤差電圧に変換し
た信号で電圧制御可変減衰器６の減衰量を制御する。

【００２２】実施例３．上記実施例１及び実施例２では
入力カップラー１４及び出力カップラー２２の出力信号
レベルの検出に包絡線検波器を用いた場合を示したが、
二乗検波器等レベルを検出できるものならばいずれでも
よく、本発明の範囲を越えるものではない。

【００２３】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２４】周囲温度変化による装置の利得変動に応じ
て誤差電圧を発生し、電圧制御可変減衰器の減衰量を制
御する自動利得制御ループとしたので、従来例における
温度試験での温度補償素子（サーミスタ）の最適値選定
作業が不要となり、人件費、設備費が削減できる。

【００２５】自動利得制御ループにおいて、誤差増幅器
の基準電圧値はステップ式可変減衰器での設定減衰値に
係わらず常に一定となる回路としたので、どの設定減衰
値においても周囲温度変化による装置各部での利得・減
衰量の変動に精度良く追従し、利得補償をおこなうこと
ができる。

【００２６】また、誤差増幅器で誤差電圧を発生する機
能を演算処理にて行うことにより、誤差増幅器、第１、
第２の抵抗器が不要となり実施例１での第１、第２の抵
抗器の分圧比調整、誤差増幅器の反転、非反転入力端子
間の初期レベル合わせなどの試験時間も更に削減できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】この発明の実施例１の動作説明を補う信号波形
図である。

【図３】この発明の実施例２を示す回路ブロック図であ
る。

【図４】従来の電力増幅装置を示す回路ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１　　信号入力端子 ２　　小信号増幅部 ３　　ステップ式可変減衰部 ４　　減衰値設定信号入力端子 ５　　減衰値設定回路 ６　　電圧制御可変減衰器 ７　　高出力増幅部 １３　　信号出力端子 １４　　入力カップラー １５　　利得補償回路 １６　　第１の包絡線検波器 １７　　第１のローパスフィルタ １８　　Ａ／Ｄ変換器 １９　　タイミング信号発生回路 ２０　　演算処理回路 ２１　　Ｄ／Ａ変換器 ２２　　出力カップラー ２３　　第１の抵抗器 ２４　　第２の抵抗器 ２５　　第２の包絡線検波器 ２６　　第２のローパスフィルタ ２７　　誤差増幅器 ２８　　第２のＡ／Ｄ変換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１個又は複数個の小信号増幅器から成
   る小信号増幅部と、減衰値設定信号により動作する減衰
   値設定回路と、この減衰値設定回路出力信号により制御
   される１個又は複数個のステップ式可変減衰器から成る
   ステップ式可変減衰部と、印加電圧により減衰量を変化
   できる電圧制御可変減衰器と、１個又は複数個の高出力
   増幅器から成る高出力増幅部とで構成される電力増幅装
   置において、入力信号の一部を取り出す入力カップラー
   と、この入力カップラーの出力信号レベルを検出する第
   １のレベル検出器と、この第１のレベル検出器の出力信
   号の交流成分を除去する第１のローパスフィルタと、こ
   の第１のローパスフィルタの出力をタイミング信号発生
   回路からのタイミングごとにディジタル値に変換するＡ
   ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力信号と上記減衰
   値設定回路の出力信号の一部を入力しタイミング信号発
   生回路からのタイミングごとに演算処理する演算処理回
   路と、この演算処理回路の出力信号をアナログ値に変換
   するＤ／Ａ変換器と、上記高出力増幅部の出力信号の一
   部を取り出す出力カップラーと、この出力カップラーの
   出力信号を複数の抵抗器にて分圧し、分圧したレベルを
   検出する第２のレベル検出器と、この第２のレベル検出
   器の出力信号の交流成分を除去する第２のローパスフィ
   ルタと、この第２のローパスフィルタの出力を非反転入
   力端子へ、上記Ｄ／Ａ変換器の出力を反転入力端子へ取
   り込みその出力電圧により上記電圧制御可変減衰器の減
   衰量を制御する誤差増幅器とを具備したことを特徴とす
   る電力増幅装置。
2. 【請求項２】　　１個又は複数個の小信号増幅器から成
   る小信号増幅部と、減衰値設定信号により動作する減衰
   値設定回路と、この減衰値設定回路出力信号により制御
   される１個又は複数個のステップ式可変減衰器から成る
   ステップ式可変減衰部と、印加電圧により減衰量を変化
   できる電圧制御可変減衰器と、１個又は複数個の高出力
   増幅器から成る高出力増幅部とで構成される電力増幅装
   置において、入力信号の一部を取り出す入力カップラー
   と、この入力カップラーの出力信号レベルを検出する第
   １のレベル検出器と、この第１のレベル検出器の出力信
   号の交流成分を除去する第１のローパスフィルタと、上
   記高出力増幅部の出力信号の一部を取り出す出力カップ
   ラーと、この出力カップラーの出力信号レベルを検出す
   る第２のレベル検出器と、この第２のレベル検出器の出
   力信号の交流成分を除去する第２のローパスフィルタと
   、上記第１、第２のローパスフィルタの出力信号をそれ
   ぞれ上記タイミング信号発生回路からのタイミングごと
   にディジタル値に変換する第１、第２のＡ／Ｄ変換器と
   、上記第１、第２のＡ／Ｄ変換器の出力信号と上記減衰
   値設定回路の出力信号を入力し、上記タイミング信号発
   生回路からのタイミングごとに演算処理する演算処理回
   路と、この演算処理回路から出力される誤差電圧をアナ
   ログ信号に変換し、そのアナログ信号により上記電圧制
   御可変減衰器の減衰量を制御するためのＤ／Ａ変換器と
   を具備したことを特徴とする電力増幅装置。