JPS6178213A - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、複数の増幅器を用いて複数のチャネルを増
幅する電力増幅装置に関するものである。

「従来の技術」 第１θ図は従来のこの種の電力増幅装置の構成を示す。

入力端子１、〜ＩＮはそれぞれ最大送信出力Ｐの増幅器
２．〜２Ｎの入力側に接続され、増幅器２１〜２Ｎはそ
れぞれ出力端子３１〜３Ｎに接続されている。

入力端子ｌ、〜靭からそれぞれ入力された各チャネルの
信号はそれぞれ各別の増幅”４：’４２．〜八て増幅さ
れた後出力端子３１〜３Ｎに出力される。この電力増幅
装置においては各チャイルの送信出力は増幅器２□〜２
Ｎの出力Ｐによって限定されることになる。

すなわち、各チャイルが完全ζこ独立に構成されている
ため、例えば入力端’ｆ　ｌ＋から入力さね、出力端子
３１に出力されるチャネルｉこ出力の余裕があるとして
もその余裕出力を他のチャオルに振り分けることは不可
能であった。例えば衛星通（、′’ｉ　ｔこおいて、複
数の異なる地域に異なるアンテナヒー２、が割当てられ
、各地域に対する通信量が変動し、これに応じて１つの
チャイルに与える副チャネル（周波数多重分割の搬送波
）の数を変化させるが、各−ｆヤイルの増副器は最も多
くの搬送波が割当てられた時の入力を十分増幅するだけ
の電力増幅容量をもつ必要がある。このため大電力容量
の高価な増幅器を用意する必要があり、搬送波数の割当
てが少い場合はそのチャネルの増幅器は有効遥こ利用さ
れてない。また他のチャイルの増幅器に出力の余裕があ
って、あるチャネルの増幅器が最大π［容出力を出して
いる状態で、その増幅器のチャネルがそれよりも多くの
搬送波を割当てることはできなかった。

この発明の目的は複数の増幅器中の増幅出力容量を有効
ｊこ利用できる電力増幅装置を提供することにある。

「問題点を解決するための手段」 この発明によればＭ１個の信号入力端子及びＮ個（Ｎ≧
Ｍｌ）の信号出力端子をもつ第１の電力結合器の各信号
出力端子にそれぞれ増幅器が接続され、そのＮ個の増幅
器の出力側は、Ｎ個の信号入力端子及びＭ２　ＩＩ　（
Ｎ≧λ１□）の信号出力端子をもつ第２の電力結合器の
各信号入力端子にそれぞれ接続される。第１の電力結合
器はその各１つの信号入力端子に入力された信号を等分
割してすべての（Ｎ個）・、の信号出力端子に出力する
ものであり、第２の電力結合器は第１の電力結合器の信
号入力端子と信号出力端子とを逆にしたものである。１
つの信号入力端子に入力された信号は第１の電力結合器
によりＮ個の増幅器に等分配されてそれぞれ増幅され、
これらＮ個の増幅器の出力は第２の電力結合器により合
成されて１つの信号出力端子に出力される０同様にして
他の１つの信号入力端子（こ入力された信号はＮ個の増
幅器で分配増幅され他の１つの信号出力端子に出力され
る。

２入力端子”ａ”　１１　ｂ＃及び出力端子ｕ　ａＨ、
ＩＩ　１）１１をもつハイフリット結合器を〔ａ、ｂ）
と標記する個のハイブリッド結合器が並置されたものが
０段縦続的に配され、１段目のハイブリッド結合器の入
出力端子に番号［２に、２に＋４）］（ｋ−１、ｋ２＝
０、１．・・・・・・。

２ｎ−１１）を、２段目のハイブリッド結合器の入出力
端子に番号［４に、−１，、に２．４に、−＋−に２−
１−２　］（ｋ、＝０　、　］、。

・・・・、］２ｎ−２−１に２−０．１）ヲ、ｒ　段目
（ｌ−１＋　２　＋・・・・・＋ｎ）のハイブリッド結
合器の入出力端子に香ると、各段間でそれぞれ対応する
番号の前段出力合器の入力端子、ｎ段目の／’％イブリ
ット結合器の出力端子を電力結合器の出力端子とするも
のである。この場合Ｍ、（Ｎ、Ｍ２＜Ｎの場合（こおい
てはＭ１個（Ｍ２個）の入力端子に信号を入力した際に
信号か通らないハイフリット結合器か第１．第２の電力
結合器に生じ、これらのハイフリット゛結合器は省略し
てもよい。

「第１実施例」 第１図はこの発明の実施例を示し、第１Ｏ図と対応する
部分に同一符号を付けである。この実施例では入力端子
１１〜１Ｎと増幅器２、〜２Ｎとの間に電力結合器１１
が挿入され、また増幅器２１〜２Ｎと出力端子３１〜３
Ｎとの間に電力結合器１２が挿入される。電力結合器１
１　、１２はそれぞれハイフリット結合器で構成したも
ので、任意の端子からの入力電力を常にＮ等分してＮ個
の出力端子に出力する機能を有するものである。

この構成において例えば１つの入力端子１１からの信号
は電力結合器１１でＮ等分された後、Ｎ等分された信号
毎に増幅器２．〜２Ｎでそれぞれ増幅され、これら増幅
出力は電力結合器１２て合成されて１つの出力端子３１
に出力される。

他の１つの入力端子から人力された信号も同様（こ電力
結合器１１てＮ等分された後、Ｎ等分された信号毎に増
幅器２１〜２Ｎで増幅され、再び電力結合器１２て合成
されてその入力端子に対応した１つの出力端子から出力
されることになる。

従って、各増幅器２．〜八は各チャイル（各入力端子１
１〜ＩＮの入力信号）のそれぞれＮ等分された信号電力
の総和に対して最大出力の限界を弓える。

このためＮ個のチャイルの内爪出力チ−１・オルの全裕
電力を他のチＡ′イルに振り分けることが「１丁能とな
る。次に、この動作を理論的に説明するため、先ずハイ
ブリッド結合器の性質に基つき一般的な説明を行う。

４人力４出力電力結合器 第２図Ａはバイブリソｉ・結合器ＩＩＹＨの幣体を示し
たものであり、表示を簡単化するため、結合の生じてい
る部分を第２図Ｂ１こ示すように縦実線で表わすことに
する。この時、例えば４つのハイフリット結合器を用い
た入出力端子数がそれぞれ４の電力結合器（第３図Ａ）
は第３図Ｂｉこ示すように表わせる。なお、以下におい
ては、端子に付した連続番号により信号端子を呼ぶこと
にする。また、ハイフリット結合器は、〔ｋｌ、に２〕
の標記により入力端子″に１″′、°“ｋ２″および出
力端子ＩＩ　１（１Ｎ。

１１に、１′を有するハイブリッド結合器を特定するも
のとする。

ハイフリット結合器にはカップラー型／）イフリツト゛
結合器（９０６ＨＹＢ）と、マジックＴ型／Ｓイフリッ
ト結合器（１８０°ＨＹＢ　）とがある。前者のカップ
ラー型ハイフリット結合器では入力端子ＩＩ　ｋ、　１
１からの入力信号は出力端子ＩＩ　ｋ、ＩＩと゛に２″
′とに＋９０°（または−９０°）の位相差で２等分し
て出力され、かつ入力端子ｔｔｋ２＋＋からの入力信号
は出力端子″に１″′と“ｌ］（２１″とに一９０°（
または＋９０°）の位相差で２等分されて出力される。

後者のマジックＴ型ノ＼イブリッド結合器では、入力端
子°′に１″′からの入力信号は出力端子“ｋ１″と”
ｋ２パとに同相（または１８０°の位相差）で２等分さ
れて出力され、かつ入力端子−ｔｋ２１１からの入力信
号は出力端子゛に、′と”ｋ、”とに１８０°の位相差
（または同相）で２等分されて出力さね、る３、第４図
Ａ、Ｈにそれぞれ９０°ＩＩＹＢ　、　１８０°ＩＩＹ
Ｂの各端子間の結合関係を夫々小している。

−膜構成の電力結合器 さて、第１図中に示した電力結合器１．１．１２を一般
性を持つように分配数Ｎ（＝２ｎ）ｉこすると、その接
続関係は第５図に示すようになる。この図は第２図に示
した簡略配回を用いている。また、ノ・イフリツＩ・結
合器としては９（１０１１ＹＨ、１８（１’　ＩＩＹＩ
Ｉのいずれても使用することができる。

第５図ζこおいては、１段目のハイブリッド結合器は隣
接間、２段目の〕・イフリソト結合器は１つ飛ばし、３
段目のバイブリソｉ・結合器は３つ飛ばし、１段目のハ
イフリット結合器は２ｉ−１１飛（１しでそれぞれハイ
フリット結合器を接続することにより構成されている。

この時、必要とされる／Ｓイフリツト゛結合器の数鞠は ａ　二ｎ　２ｎ　Ｉ　　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・（１）である。この電力結合器の構成を更に詳
細１こ説明する杏、［ａ、ｂｌの標記により入力端子“
ａ”。

ｂ′″および出力端子ｕａＩＩ　、　ｔｔｂ”を有する
ハイフリット結合器を特定Ｖるものとすると、−個のハ
イブリッド結合器が並列に配列したものが５段縦続的に
配置される。その１段目のハイブリッド結合器の入出力
端子に対しては［２に、２に＋１１（ｋ＝０゜ｌｒ　”
””　＋　２ｎ−１’　）　ツマリＣＯ＋　’　〕＋　
Ｃ２＋　３）　＋　Ｃ４＋５〕、・・・・、の番号を付
し、２段目のハイブリツｌ−’結合器の入出力端子に対
しては［４に１＋　ｋ２．４に、　＋に２＋２：）（ｋ
、−０，１，・−−−−−，２”−１，に２−１、ｋ２
＝０、１）つ７す［０１２］、［１，３：１．（４，６
］、・・・・の番号を付し、１段目のハイフリット結合
器の入出力端子には［２ｉｋ、十に、　、　２ｉｋ、＋
に、＋２”　］　（ｋ、＝ｏ　、　１　、・・・・・　
２ｎ−ｊ−１，に、−１、ｋ２＝０、１．・・・・・・
、２ｉ−１−ＢつまりＣ０１２ｉ−１］１［１、１＋２
ｉ−１〕、　［２’　、　２’＋２ｉ−１）　、・・・
・・・の番号を付し、同様に順次ｎ段目のハイブリッド
結合器の入出力端子に番号を付し、任意の順序で段間の
夫々対応する番号の後段の入力端子と前段の出力端子と
がそれぞれ接続され、初段のＮ個の・・イブリツト結合
器の入力端子０〜２ｎ−１及び終段の７個のノ＼イブリ
ット結合器の出力端子Ｏ〜２°−１をそれぞれ電力結合
器の信号入力端子及び信号出力端子とする。

次に、第５図に示した電力結合器において、入力側り端
子の入力電圧Ｅ１ｈと出力側に端子の出力電圧Ｅ。ｋと
の関係を’ｐｒａｎｓｆｅｒ行列（玲ｈ（ｈ＝０゜、−
−・、　２ｎ−１、ｋ＝０　、　＝−、２ｎ−１））ヲ
用イテ、Ｅｏｋ””呻ｈＥ１ｈ　　　　　　　　・・・
・・・・・・・（２）と表わすことにする。この時、ハ
イブリッド結合器として９０°ＨＹＢを用いて構成する
と、ｎ＝１に対しては９０’　ＨＹＢの特性として、ｎ
＝２に対しては となる。ここで、ｈ、ｋを２進表示、すなわち０または
１のみをとるｒｌおよびｓｉを用いて、と表示すると、
式（３）　、　（４）は次のように表示することができ
る。

＋ＩＩ　　１ Ｔｋｈ−ｒｅＸｐＣＪ−ｒｏ■Ｓｏ）　　　　”・・・
・・・・・・（６）Ｔ’Ｑ’ｈ＝４ｅｘｐ（Ｊｉ（ｒｏ
■Ｓ０＋ｒ、■Ｓ　Ｉ　）　、：ｌ　　−・・−・（７
）たたし、■は排他的論理和を示し、 である。しかして、式（６）　、　（７）は第５図に示
すＮ−２ｎに対して、 Ｔｒｈ一本ｅｘｐＣｊ　Ｘ”、ｌユｒ、■Ｓ、　）　　
−−−−＝・（９）（ｈ−１、ｋ２＝０、１、…、２ｎ
Ｌ］、、に−１、ｋ２＝０、］、。

・・・・・・、２ｎ−１） となる。

同様に、１８０°）ＩＹＢを用いた場合は、Ｔ′−！−
ｅＸｐ〔ｊπΣｉ＝。ｒ１△Ｓｉ〕・・・・・・・・・
・・・ｔ）Ｏｋｈへ （ｈ−１、ｋ２＝０、１．・＝−，２ｎ−１，に−１、
ｋ２＝０、１゜・・・・・・、２ｎ−１）と表示するこ
とができる。ただし、△は論理積、−は否定を示す。

第１図の入出力関係 次に、第１図に示した実施例の入出力関係を上記の各式
より求めると以下のようになる。Ｅｍ（ｍ−〇、・・・
・・・、Ｎ−１）を電力結合器１１の端子ｍの入力信号
電圧とし、Ｔｈｍを電力結合器１１の入力端子ｍと’ｌ
’ｒａｎｓｆｅｒ係数とすると、増幅器２１〜２Ｎの各
電圧増幅度をＡｍとすると、入力電圧Ｅに対する電力結
合器１２の出力側１（端子における出力電圧は、・・・
・・・・・・・・Ｏめ Ｅｍｋ−ＡＥｍΣｈ二ｏ　”；ｊｈ　Ｔｈｍとなる。従
ってその時のに端子の出力電力Ｐｍｋは、となる。ただ
しＲは信号出力端子に接続される負荷の抵抗値であり、
Ｐｍは入力電力（Ｅ、！＋１／２Ｒ）を示す。これより
、ハイブリッド結合器として９０゜ＨＹＢを使用したと
すると、式（９）を弐〇２＃こ代入することにより、 対して、 ｍ＝　ｔ０＋ｔ、２　＋ｊ、２”＋・・・・・　　　　
　・・・・・・・・・０４である。式へ１において、２
進数の性質を考慮すると、 となる。すなわち、入力端子１１〜ＩＮの１つｍ（−ｔ
ｏ十ｔ、　２＋　ｔ２２２＋・・・・・）から入力され
た信号はＮ個の増幅器２．〜２Ｎに分配増幅された後、
出力端子３．〜３Ｎ中の１つｋ　（−ｔ０＋　ｔ、　２
＋　ｔ２２２＋・・・・・・）１こ出力される。

このように入力端子１１〜ＩＮからそれぞれ入力された
各信号はそれぞれ増幅器２．〜八に等分配されて増幅さ
れた後、再び合成されて出力端子３１〜３Ｎ中の対応す
る１つに出力される。

「第２実施例」 次に第６図はこの発明の第２の実施例を示す。

この例ではＮ個よりも少ない入力端子１．〜ＩＭ＋　と
され、また出力端子もＮ個より少ない３１〜３Ｍ２　と
された場合でその他は第１図の実施例と同一である。こ
の端子数の変更により電力結合器１１は入力端子数がＭ
ｌ、出力端子数がＮとされ、電力結合器１２は入力端子
数がＮ、出力端子数がＭ２とされている。このような電
力結合器の構成例を第２図の簡略記号を用いて、ＩＶＬ
＝４．Ｎ＝ｓの場合について第７図１こ示す。第７Ｎ−
こおける左端の端子番号０゜１．２．３を入力端子とし
た場合、これら入力端子０．１，２．３からの各入力信
号は破線で囲まれた部分のハイブリッド結合器を通過し
ないため、この部分のハイブリッド結合器を除去して構
成することができる。この場合も第１図に関して述べた
動作原理をそのま法適用することができ、／Ｓイブリッ
ド結合器を除去したことによる回路の簡易化。

軽量化という効果を得ることができる。また、入力端子
数Ｍ３（Ｍ＋≦Ｍ３≦Ｎ）の電力結合器を使用して、Ｍ
３個の入力端子の内Ｍ８個を信号入力端子として使用し
、他の入力端子をダミーとしてもよい。

「第３実施例」 第８図はこの発明の第３の実施例を示す。増幅器２、〜
２Ｎとそれぞれ直列に移相器５、〜５Ｎを接続した点を
除いて他は第１図の場合と同一である。第８図において
移相器５１〜５Ｎの移相量をそれぞれθ。

〜θＮ−１とすると、電力結合器１１の入力側ｍ端子に
入力された入力電力Ｐｍに対する電力結合器１２の出力
側１（端子における出力電力Ｐｍｋは、式（２）と同様
に ＋ｊθｈ〕１　　　　　　・・・・・・・・・０Ｑとな
る。ここてθ。〜θＮ−１がすべて等しい場合は式０Ｑ
は弐〇諺と一致するため、第１図と同じ動作となる。θ
。〜θＮ−１をそれぞれ変化させると、入力端子とこれ
と対応してその入力信号が出力される出力端子との接続
関係を変化させることが可能となる。

たとえば式ＯＱにおいてＮ＝４とすると、θ０−θ１−
θ２−θ３＝０の時０，１，２．３端子からの入力はそ
れぞれ３，２，１．０端子に出力され、θ。＝θ２−０
．θにθ３二πの時０，１，２．３端子からの入力はそ
れぞれ２．３，０．１端子に出力される。また、入力端
子数が出力端子数と異なる電力結合器を用いた第６図に
示したものについても移相器を用いて、入力端子と出力
端子との対応関係を変更させることができる。

「発明の効果」 この発明の詳細な説明するために衛星中継装置にこの発
明装置を応用した場合について第９図を用いて説明する
。第９図は衛星中継装置を示し、それぞれ異なる地域を
照射する受信アンテナ６、〜６Ｎはそれぞれ受信機７１
〜７Ｎに接続され、これら受信機７１〜７Ｎの出力側は
受信信号をそれぞれ所望の送信先に接続するためのスイ
ッチマトリックス１３に接続される。スイッチマトリッ
クス１３の出力側はこの発明電力増幅装置１４中の電力
結合器１１に接続される。電力結合器１２の出力端子は
それぞれ異なる地域を照射する送信アンテナ９□〜〜に
接続される。

受信アンテナ６．〜６Ｎで受信された信号はそれぞれ受
信機７．〜７Ｎを経由した後、行先別にスイッチマトリ
ックス１３て切換接続される。スイッチマトリックス１
３の出力は電力増幅装置１４によって増幅され、送信ア
ンテナ９．〜籟によって各行先に向けて送信される。こ
のような装置では各地域に送信するべき伝送量は時間的
に変動し、ある時は多くの受信機からの各信号が同一の
送信アンテナへ送出されることがあり、その場合は多く
の出力を必要とするが、この発明では増幅器２１〜２Ｎ
で分配して増幅され、この時、他の送信アンテナに対す
る出力は小さいもの古なり、１つの増幅器に片寄ること
なく、互に増幅余裕を融通し合って増幅することになる
。従って送信アンテナ９．〜籟に供給する全出力の和を
Ｎ等分した出力を各増幅器で出力−１−るこ吉ができれ
ばよく、１つの送信アンテナに供給する最大出力よりも
、増幅器の最大出力を小さくするこ吉ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の第１の実施例を示す構成図、第
２図はハイブリッド結合器とその表示法を示す図、第３
図は４つのハイブリッド結合器を用いた４人出力端子を
もつ電力結合器及びその表記を示す図、第４図はカップ
ラ型ハイブリッド結合器及びマジックＴ型ハイブリッド
結合器の表記を示す図、第５図は電力結合器の一般的構
成を示す図、第６図はこの発明装置の第２の実施例を示
す構成図、第７図は第８図中の電力結合器の例を示す図
、第８図はこの発明の第３の実施例を示す構成図、第９
図はこの発明装置の応用例を示す図、第１Ｏ図は従来の
多チヤンネル増幅器を示す構成図である。 １１〜ＩＮ・・・信号入力端子、２１〜２Ｎ・・・増幅
器、３１〜３Ｎ・・・信号出力端子、５．〜５Ｎ・・・
移相器、６１〜６Ｎ・・・受信アンテナ、７１〜７Ｎ・
・受信機、９、〜籟・・送信アンテナ、１１　、１２・
・・電力結合器、１３・・・スイッチマトリックス。 特許出願人　　日本電信電話公社 代　　理　　人　　　草　　野　　　　　卓オ　１　ｋ 牛　２図 木３圏 ヰ４囮 第５口 々６図 オフ回 ヤ　８図 づＮ　　　　　　　２Ｎ 牛　９０ １乙。 杓Ｏ口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ（＝２＾ｎ）個の信号入力端子及びＮ個の信号
   出力端子を有する第１の電力結合器と、この第１の電力
   結合器のＮ個の信号出力端子にそれぞれ接続されるＮ個
   の増幅器と、これらのＮ個の増幅器の出力端子にそれぞ
   れ接続されるＮ個の信号入力端子及びＮ個の信号出力端
   子を有する第２の電力結合器とを備え、 〔ａ、ｂ〕の標記により２入力端子“ａ”、“ｂ”およ
   び２出力端子“ａ”、“ｂ”を有するハイブリッド結合
   器を特定するものとすると、上記第１、及び第２の電力
   結合器はそれぞれＮ／２個のハイブリッド結合器を並列
   に配列したものがｎ段縦続的に配され、その１段目のハ
   イブリッド結合器の入出力端子に対しては〔２ｋ、２ｋ
   ＋１〕（ｋ＝０、１、…、２＾ｎ＾−＾１−１）の番号
   を付し、２段目のハイブリッド結合器の入出力端子に対
   しては〔４ｋ＿１＋ｋ＿２、４ｋ＿１＋ｋ＿２＋２〕（
   ｋ＿１＝０、１、…、２＾ｎ＾−＾２−１、ｋ＿２＝０
   、１）の番号を付し、ｉ段目のハイブリッド結合器の入
   出力端子に対しては〔２＾ｉｋ＿１＋ｋ＿２、２＾ｉｋ
   ＿１＋ｋ＿２＋２＾ｉ＾−＾１〕（ｋ＿１＝０、１、…
   、２＾ｎ＾−＾ｉ−１、ｋ＿２＝０、１、…、２＾ｉ＾
   −＾１−１）の入出力端子番号を付し、同様に順次ｎ段
   目のハイブリッド結合器まで入出力端子に番号を付した
   時、任意の順序で段間の夫々対応する番号の後段入力端
   子及び前段出力端子が接続され、１段目のハイブリッド
   結合器の入力端子及びｎ段目のハイブリッド結合器の出
   力端子がそれぞれ電力結合器の信号入力端子及び信号出
   力端子とされている電力増幅装置。
2. （２）前記第１の電力結合器の信号入力端子はＭ＿１個
   （Ｍ＿１＜Ｎ）とされ、前記第２の電力結合器の信号出
   力端子はＭ＿２個（Ｍ＿１≦Ｍ＿２＜Ｎ）とされ、その
   第１の電力結合器のＭ＿１個の信号入力端子に信号を入
   力した際に信号が通らないハイブリッド結合器は除去さ
   れ、前記第２の電力結合器のＭ＿２個の信号出力端子に
   信号を入力した際にＮ個の信号入力端子に供給される信
   号が通らないハイブリッド結合器は除去されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電力増幅装置
   。
3. （３）前記第１の電力結合器はＭ＿３個（Ｍ＿１＜Ｍ＿
   ３≦Ｎ）の信号入力端子をもち、そのＭ＿１個の信号入
   力端子に入力信号が供給されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の電力増幅装置。
4. （４）前記第１の電力結合器と、第２の電力結合器との
   間において前記Ｎ個の増幅器とそれぞれ直列に移相器が
   接続されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の電力増幅装置。