JP2014127958A - デジタル振幅変調装置及びデジタル振幅変調制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異常の発生が急激な変化を伴う場合であっても、その変化に対して実時間で追従することが可能なデジタル振幅変調装置を提供する。
【解決手段】デジタル振幅変調装置は、電力増幅器、合成部、フィルタ部、測定部、保護部及び制御部を具備する。複数の電力増幅器は、並列に配置され、入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する。合成部は、電力増幅器が出力する信号を合成する。フィルタ部は、不要な成分を抑圧してAM信号を生成する。測定部は、フィルタ部と、フィルタ部で生成されたAM信号を出力する信号出力端子との間における測定値を測定する。保護部は、アナログ回路から成り、測定値に基づいて評価値を算出する演算部、及び、アナログ回路から成り、評価値を参照して第1の制御信号を生成する第1の処理部を備える。制御部は、第1の制御信号を受信した場合、複数の電力増幅器に対してオフ制御を行う。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、例えば、中波放送の送信装置に用いられるデジタル振幅変調装置及びこの装置で用いられるデジタル振幅変調方法に関する。
例えば中波放送においては、送信装置にデジタル振幅変調装置が利用されている。デジタル振幅変調装置は、並列に配置された複数の電力増幅器を有する。デジタル振幅変調装置は、外部から供給される音声信号等の被変調信号の電圧振幅レベルに合わせ、複数の電力増幅器をオン/オフ制御することで、駆動させる電力増幅器の台数を変更しながら、キャリア信号を増幅する。デジタル振幅変調装置は、オン状態の電力増幅器の各出力信号を合成することでAM波(振幅変調波:Amplitude Modulation Wave)を生成し、生成したAM波を所定の放送サービスエリアへ送出する。
ところで、この種のデジタル振幅変調装置では、電力増幅器が壊れたり、合成部が短絡・開放したり等、何等かの障害が発生すると、AM波の信号品質が劣化する可能性がある。このため、例えば、落雷の際、断線、故障及びサージ混入等の負荷系異常の際、並びに、アンテナの負荷特性によるSWR(定在波比:Standing Wave Ratio)の悪化の際に、電力増幅器の破壊を防止する必要がある。
そこで、デジタル振幅変調装置では、電力増幅器の破壊を防止するため、AM波を送信する過程における電圧及び電流を測定し、測定結果に基づいて装置内の機器を制御している。例えば、測定した電圧及び電流に基づいて算出したSWR(Standing Wave Ratio)値が電力増幅器を破壊する恐れがある警告値の限界を超えた場合、送信回路のスイッチを切断することで出力電力を零にする方法、及び、電力増幅器の送信電力を減力する方法等が知られている。
ところで、上記SWR値の算出には、一般にCPU(Central Processing Unit)が使用される。CPUは、演算遅延量が大きいため、落雷時等の急激なSWR値の変化に対する実時間での追従が不可能となる。そのため、デジタル振幅変調装置は、電力増幅器の破壊を防止することが困難である。また、電力増幅器の破壊を防止するための制御に、CPLD(Complex Programmable Logic Device)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)等から構成されたデジタル回路を用いても、遅延演算量の問題は同様に発生する。
以上のように、従来のデジタル振幅変調装置は、電力増幅器の破壊を防止するため、AM波を送信する過程における電圧及び電流を測定し、測定結果に基づいて装置内の機器を制御しているが、異常の発生が急激な変化を伴う場合、デジタル回路では演算遅延の発生により、その急激な変化に対応することができないという問題がある。
そこで、本発明の目的は、異常の発生が急激な変化を伴う場合であっても、その変化に対して実時間で追従することが可能なデジタル振幅変調装置と、この装置で用いられるデジタル振幅変調方法とを提供することにある。
実施形態によれば、デジタル振幅変調装置は、複数の電力増幅器、合成部、フィルタ部、測定部、保護部及び制御部を具備する。複数の電力増幅器は、並列に配置され、入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する。合成部は、前記電力増幅器が出力する信号を合成して合成信号を生成する。フィルタ部は、前記合成部が生成する合成信号の不要な成分を抑圧し、RF(Radio Frequency)帯のAM(Amplitude Modulation)信号を生成する。測定部は、前記フィルタ部と、前記フィルタ部が生成するRF帯のAM信号を出力する信号出力端子との間における測定値を測定する。保護部は、アナログ回路から成り、前記測定部が測定する測定値に基づいて評価値を算出する演算部、及び、アナログ回路から成り、前記算出された評価値に基づいて前記複数の電力増幅器をオフ制御する第1の制御信号を生成する第1の処理部を備える。制御部は、被変調信号の振幅レベルを参照し、前記複数の電力増幅器に対してオン制御及び/又はオフ制御を行い、前記第1の制御信号を受信した場合、前記複数の電力増幅器に対してオフ制御を行う。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るデジタル振幅変調装置100の機能構成を示すブロック図である。図1に示すデジタル振幅変調装置100は、制御部11、電力増幅部12、合成部13、フィルタ部14、測定部15、保護部16、キャリア信号入力端子101及び音声信号入力端子102を具備する。キャリア信号入力端子101には、伝送信号としてのキャリア信号が入力される。音声信号入力端子102には、被変調信号である音声信号が入力される。
図1は、第1の実施形態に係るデジタル振幅変調装置100の機能構成を示すブロック図である。図1に示すデジタル振幅変調装置100は、制御部11、電力増幅部12、合成部13、フィルタ部14、測定部15、保護部16、キャリア信号入力端子101及び音声信号入力端子102を具備する。キャリア信号入力端子101には、伝送信号としてのキャリア信号が入力される。音声信号入力端子102には、被変調信号である音声信号が入力される。
電力増幅部12は、n台の電力増幅器(PA:Power Amplifier)121〜12nを備える。キャリア信号入力端子101に入力されたキャリア信号は、制御部11を介して電力増幅器121〜12nに分配される。電力増幅器121〜12nは、分配されたキャリア信号を受け取る。電力増幅器121〜12nは、制御部11からのオン制御により駆動状態となり、受け取ったキャリア信号を予め設定するレベルに増幅する。また、電力増幅器121〜12nは、制御部11からのオフ制御により出力を停止する停止状態となる。
合成部13は、電力増幅器121〜12nで増幅されたキャリア信号を合成する。フィルタ部14は、合成部13で合成された合成信号を濾波することで、合成信号に含まれる不要な成分を抑圧する。フィルタ部14は、濾波後の合成信号を、振幅変調されたRF帯の放送波(AM波)として、測定部15を介し、信号出力端子103から出力する。信号出力端子103の先には図示しない送信アンテナが接続される。一般的には、信号出力端子103と送信アンテナとの間には、整合回路やフィルタ、リジェクタ及びトラップ回路等が挿入される。
測定部15は、フィルタ部14から供給される放送波の電圧値及び電流値、並びに/又は、信号出力端子103から供給される信号の電圧値及び電流値を測定する。測定部15は、測定した電圧値および電流値を保護部16へ出力する。なお、測定される値は電圧値および電流値に限らず、電圧値v1と電圧値v1から位相がπ/2離れた電圧値v2の組み合わせでも良い。つまり、電圧v1とv1からλ/4離れた電圧v2が測定値となる。ただし、λは波長である。
図2は、図1に示す保護部16の機能構成を示すブロック図である。図2に示す保護部16は、評価値演算部161、第1の処理部であるファーストプロテクション部162、及び、第2の処理部であるスロープロテクション部163を備える。
評価値演算部161は、例えば、オペアンプやコンパレータなどのアナログICから構成されるアナログ回路を用いて構成され、測定値入力端子1611を備える。測定値入力端子1611は、測定部15で測定した測定値が入力される。評価値演算部161は、測定値入力端子1611から入力される測定値に基づき、SWR(定在波比:Standing Wave Ratio)、反射係数、又は反射電力等のいずれかの値であるの評価値を算出する。評価値演算部161は、算出した評価値を、ファーストプロテクション部162と、スロープロテクション部163とへ出力する。
ファーストプロテクション部162は、例えば、オペアンプやコンパレータなどのアナログICから構成されるアナログ回路を用いて構成され、制御出力部1621及び第1の制御信号出力端子1622を備える。制御出力部1621は、評価値演算部161が算出する評価値が、それぞれにおいて予め設定された閾値である第1の基準値以上となる場合、第1の制御信号を生成する。第1の制御信号は、制御部11に対して、電力増幅器121〜12nをオフ制御の指示をする。そして、第1の制御信号のステータスはSTOPとなる。このとき、第1の制御信号のパルス幅は、デジタル回路を用いて構成されるスロープロテクション部163における演算遅延時間よりも長いものとする。制御出力部1621は、生成した第1の制御信号を第1の制御信号出力端子1622から制御部11へ出力する。
スロープロテクション部163は、例えば、CPU、CPLD及びFPGA等のデジタル回路を用いて構成され、制御出力部1631、再起動部1632、カウンタ部1633及び第2の制御信号/再起動信号出力端子1634を備える。制御出力部1631は、評価値演算部161が算出する評価値に基づき、第2の制御信号を生成する。第2の制御信号は、制御部11に対して、オン制御する電力増幅器121〜12nの台数の上限値を指示する。そして、第2の制御信号のステータスはSTOPとなる。制御出力部1631は、複数の第2の基準値を予め記憶しており、SWR、反射係数、又は反射電力のいずれかの値である評価値が第2の基準値を超えると、第2の基準値に応じた台数を上限値として設定する。例えば、第2の基準値の1つが第2の基準値Aであり、この第2の基準値Aよりも小さい別の第2の基準値B(第2の基準値A>第2の基準値B)である場合、評価値が第2の基準値B以上となる(評価値≧第2の基準値B)とオン制御する電力増幅器121〜12nの台数の上限値をn/2台とし、評価値が第2の基準値A以上となる(評価値≧第2の基準値A)とオン制御する電力増幅器121〜12nの台数の上限値を0とする。なお、基準値及び上限値は、装置により任意に設定される。また、このスロープロテクション部163に、測定部15が測定する測定値から評価値を算出する機能を持たせ、このスロープロテクション部163において評価値を算出する構成にすることも可能である。つまり、この構成の場合、測定部15が測定する測定値は、評価値演算部161に入力されるともに、スロープロテクション部163に直接入力されることになる。制御出力部1631は、生成した第2の制御信号を第2の制御信号/再起動信号出力端子1634から制御部11へ出力すると共に、再起動部1632へ出力する。なお、複数の第2の基準値の1つである第2の基準値Cが第1の基準値よりも小さく、評価値が第1の基準値より小さく、第2の基準値C以上となる(第1の基準値>評価値≧第2の基準値C)場合、保護部16は、第2の制御信号のみ出力する。
再起動部1632は、第2の制御信号を受け取ると、制御時間の計時を開始する。第2の制御信号により電力増幅器のオン/オフ制御を行った後、再起動部1632は、制御時間の計時開始後かつ所定の時間の経過後に、再起動信号を第2の制御信号/再起動信号出力端子1634から制御部11へ出力する。再起動信号は、制御部11に対して、所定のパルス幅を有し、評価値が基準値以上(評価値≧基準値)となる前に設定されていた上限値と同台数の上限値を、制御部11に対して指示する。そして、第2の制御信号のステータスはRUNとなる。ここで、所定のパルス幅とは、電力増幅器121〜12nの最小許容時間(例えば、負荷が短絡することで電力増幅器へ過電流が供給され、電力増幅器が発熱し、電力増幅部が破損に至るまでの時間)100μsに比べて小さい時間の幅である。また、所定の時間の経過とは、第1の制御信号が終了した後に、再起動信号が出現するような時間をいう。再起動部1632は、所定のパルス幅経過後に、再起動信号におけるオン制御する電力増幅器121〜12nの台数の上限値を第2の制御信号が設定する値とする。そして、第2の制御信号のステータスはSTOPとなる。再起動部1632は、再起動信号を出力すると、カウンタ部1633の再起動回数をカウントするカウント値をインクリメントする。再起動部1632は、評価値が第2の基準値を超えている場合、再起動信号を演算遅延時間よりも長い間隔で繰り返し出力し、再起動信号を出力する度にカウント値をインクリメントする。再起動部1632は、カウント値が予め設定した回数に達するまでに、評価値が第2の基準値以上となる状態が維持される場合、再起動信号の出力を終了する。なお、再起動信号の出力前に、評価値が基準値以上となる異常状態が解消されれば、制御信号はすべてリセットされる。
図3は、図1に示す制御部11の機能構成を示すブロック図である。図3に示す制御部11は、電力制御部111、信号制御部112、割込み部113、キャリア信号入力端子1101、音声信号入力端子1102、第1の制御信号入力端子1104及び第2の制御信号/再起動信号入力端子1105を備える。
電力制御部111は、音声信号入力端子1102に入力される被変調信号である音声信号と、スロープロテクション部163から出力されて第2の制御信号/再起動信号入力端子1105に入力される第2の制御信号とを受け取る。電力制御部111は、音声信号の電圧振幅レベルに応じ、第2の制御信号により指示される上限値以内で、電力増幅器121〜12nのいずれをオン制御するかを算出する。電力制御部111は、電力増幅器121〜12nのいずれをオン/オフ制御するかの情報を信号制御部112へ出力する。
また、電力制御部111は、スロープロテクション部163から出力されて第2の制御信号/再起動信号入力端子1105に入力される再起動信号を受け取る。電力制御部111は、入力された再起動信号により指示される上限値以内で、音声信号の電圧振幅レベルに応じて、電力増幅器121〜12nのいずれをオン制御するかを算出する。電力制御部111は、電力増幅器121〜12nのいずれをオン/オフ制御するかの情報を信号制御部112へ出力する。
信号制御部112は、キャリア信号入力端子1101に入力されるキャリア信号と、電力制御部111から出力される情報を受け取る。信号制御部112は、受け取った情報を参照し、キャリア信号の周波数に従い、オン制御する電力増幅器に対してはオン制御信号を出力し、オフ制御する電力増幅器に対してはオフ制御信号を出力する。このとき、オン/オフ制御信号については、キャリア信号のレベルを変更することで電力増幅器を制御するオン/オフ制御信号、又は、キャリア信号の位相を変更することで電力増幅器を制御するオン/オフ制御信号がある。いずれの制御信号を採用するかは、装置により任意に設定される。
割込み部113は、信号制御部112が生成するオン/オフ制御信号を受け取る。割込み部113は、受け取ったオン/オフ制御信号を制御信号出力端子1103から電力増幅器121〜12nへ出力する。
また、割込み部113は、信号制御部112が生成するオン/オフ制御信号と、ファーストプロテクション部162から出力されて第1の制御信号入力端子1104に入力される第1の制御信号とを受け取る。割込み部113は、信号制御部112からのオン/オフ制御信号よりも、第1の制御信号を優先して扱い、第1の制御信号により指示されるオフ制御信号を電力増幅器121〜12nへ出力する。なお、第1の制御信号が生成されない場合、割込み部113は、信号制御部112からのオン/オフ制御信号を出力する。
なお、制御部の構成は一例であり、例えば、電力制御部のオン制御する電力増幅器121〜12nの台数を算出する機能と、電力増幅器121〜12nのいずれをオン/オフ制御するかの情報を算出する機能とを分離し、配置することも可能である。
次に、以上のように構成されたデジタル振幅変調装置100による電力増幅器121〜12nの制御動作を、保護部16及び制御部11の処理手順に従い説明する。なお、スロープロテクション部163の制御出力部1631は、第2の基準値の一つを第1の基準値として記憶しており、測定値が第1の基準値を超えると、電力増幅器の台数の上限値を零とする。つまり、本実施の形態は、評価値が予め設定された閾値である第1の基準値を下回る(評価値<第1の基準値=第2の基準値)状態を正常状態とし、評価値が予め設定された閾値である第1の基準値以上となる(評価値≧第1の基準値=第2の基準値)状態を異常状態とする。図4はデジタル振幅変調装置100が電力増幅器121〜12nを制御する際の、保護部16及び制御部11の処理手順を示すシーケンス図であり、図4Aはシーケンスの前半部を示し、図4Bはシーケンスの後半部を示す。図5は、電力増幅器12nに対する制御の時間遷移図を示す。図5では、電力増幅器12nにおけるオン/オフ制御信号は、時刻TAまでは、ある周期をもってオン状態とオフ状態とを繰り返していると仮定する。
次に、以上のように構成されたデジタル振幅変調装置100による電力増幅器121〜12nの制御動作を、保護部16及び制御部11の処理手順に従い説明する。なお、スロープロテクション部163の制御出力部1631は、第2の基準値の一つを第1の基準値として記憶しており、測定値が第1の基準値を超えると、電力増幅器の台数の上限値を零とする。つまり、本実施の形態は、評価値が予め設定された閾値である第1の基準値を下回る(評価値<第1の基準値=第2の基準値)状態を正常状態とし、評価値が予め設定された閾値である第1の基準値以上となる(評価値≧第1の基準値=第2の基準値)状態を異常状態とする。図4はデジタル振幅変調装置100が電力増幅器121〜12nを制御する際の、保護部16及び制御部11の処理手順を示すシーケンス図であり、図4Aはシーケンスの前半部を示し、図4Bはシーケンスの後半部を示す。図5は、電力増幅器12nに対する制御の時間遷移図を示す。図5では、電力増幅器12nにおけるオン/オフ制御信号は、時刻TAまでは、ある周期をもってオン状態とオフ状態とを繰り返していると仮定する。
まず、図4Aにおいて、評価演算部161は、測定部15で測定された測定値に基づいて評価値を算出する(シーケンスS41)。評価演算部161は、算出した評価値をファーストプロテクション部162及びスロープロテクション部163へ出力する(シーケンスS42)。
ファーストプロテクション部162は、図5の時刻TAにおいて何らかの異常が発生し、評価値が第1の基準値以上(評価値≧第1の基準値)の異常状態になったと判断すると、時刻TBにおいて、第1の制御信号を生成し、第1の制御信号のステータスをRUNからSTOPとし(シーケンスS43)、生成した第1の制御信号を制御部11へ出力する(シーケンスS44)。このとき、異常が発生してから第1の制御信号を出力するまでの時間、すなわち、制御出力部1621の演算処理量はTB−TA=15μs程度であり、電力増幅器12nの最小許容時間100μsに比べて小さい。
制御部11は、第1の制御信号を受けると、割込み部113から電力増幅器12nへオフ制御信号を出力する(シーケンスS45)。
スロープロテクション部163は、図5の時刻TAにおいて発生した何らかの異常により、評価値が第1の基準値以上の異常状態(評価値≧第1の基準値=第2の基準値)になったと判断すると、演算処理のために発生する演算遅延時間を経て時刻TCにおいて、第2の制御信号を生成し、第2の制御信号のステータスをRUNからSTOPとする(シーケンスS46)。スロープロテクション部163は、生成した第2の制御信号を制御部11へ出力する(シーケンスS47)。このとき、異常が発生してから第2の制御信号を出力するまでの時間、すなわち、制御出力部1631の演算遅延時間はTC−TA=0.5msであり、電力増幅器12nの最小許容時間100μsに比べて大きい。
制御部11は、第2の制御信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、受けた第2の制御信号に基づき、オン/オフ制御信号を生成し(シーケンスS48)、割込み部113により、第1の制御信号に由来するオン/オフ制御信号の出力が終了した後に、第2の制御信号に由来するオン制御信号/オフ制御信号を電力増幅器12nへ出力する(シーケンスS49)。図5に示す電力増幅器12nに対する制御では、制御部11は、シーケンスS48において、オフ制御信号を生成し、シーケンスS49において、割込み部113により、第1の制御信号に由来するオフ制御信号の出力が終了した後に、第2の制御信号に由来するオフ制御信号を電力増幅器12nへ出力している。
続いて、図4Bにおいて、スロープロテクション部163は、第2の制御信号の出力後、所定の時間が経過して時刻TDとなると、評価値が基準値以上となる前、つまり正常状態において設定していた上限値を指示する再起動信号を生成する(シーケンスS410)。この再起動信号は、第2の制御信号によりRUNからSTOPと変化したステータスを、STOPからRUNとしている。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を例えば5μsの幅で制御部11へ出力すると共に、再起動回数のカウント値をインクリメントする(シーケンスS411)。なお、再起動信号のパルス幅5μsは、電力増幅器12nの最小許容時間100μsに比べて小さい。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、受けた再起動信号に基づき、オン/オフ制御信号を生成し(シーケンスS412)、生成したオン/オフ制御信号を電力増幅器12nへ出力する(シーケンスS413)。
再起動信号のパルス幅である5μsが経過すると、スロープロテクション部163は、第2の制御信号で設定される上限値を指示する再起動信号を生成する(シーケンスS414)。この再起動信号は、RUNとなったステータスを、STOPへ変更させる。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を制御部11へ出力する(シーケンスS415)。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、受けた再起動信号に基づき、オン/オフ制御信号を生成し(シーケンスS416)、生成したオン/オフ制御信号を電力増幅器12nへ出力する(シーケンスS417)。
図5に示す電力増幅器12nに対する制御では、制御部11は、時刻TDに、シーケンスS412において、再起動信号より電力制御部111及び信号制御部112で、オン制御信号を生成する。そして、制御部11は、シーケンスS413において、生成したオン制御信号を電力増幅器12nへ出力する。制御部11は、所定のパルス幅経過後に、シーケンスS416において、再起動信号より電力制御部111及び信号制御部112で、オフ制御信号を生成する。そして、制御部11は、シーケンスS417において、生成したオフ制御信号を電力増幅器12nへ出力している。
スロープロテクション部163は、再起動信号の出力後、評価値を参照し、評価値が第1の基準値以上(評価値≧第1の基準値=第2の基準値)となっている異常状態が解消したか否かを判断する。この異常状態が回復しない場合、スロープロテクション部163は、時刻TDから所定の時間が経過した時刻TEに、再度、再起動信号を生成する(シーケンスS418)。この再起動信号は、シーケンスS414の再起動信号によりRUNからSTOPと変化したステータスを、STOPからRUNとする。なお、期間TE−TDは、制御出力部1631の演算遅延時間TC−TA=0.5msよりも長い。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を制御部11へ出力すると共に、再起動回数のカウント値をインクリメントする(シーケンスS419)。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、オン/オフ制御信号を生成する(シーケンスS420)。制御部11は、生成したオン/オフ制御信号を電力増幅器12nへ出力する(シーケンスS421)。
再起動信号のパルス幅である5μsが経過すると、スロープロテクション部163は、第2の制御信号で設定される上限値を指示する再起動信号を生成する(シーケンスS422)。この再起動信号は、RUNとなったステータスを、STOPへ変更させる。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を制御部11へ出力する(シーケンスS423)。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、受けた再起動信号に基づき、オン/オフ制御信号を生成し(シーケンスS424)、生成したオン/オフ制御信号を電力増幅器12nへ出力する(シーケンスS425)。
図5に示す電力増幅器12nに対する制御では、制御部11は、時刻TEに、シーケンスS420において、オン制御信号を生成し、シーケンスS421において、生成したオン制御信号を電力増幅器12nへ出力する。制御部11は、所定のパルス幅経過後に、シーケンスS424において、再起動信号より電力制御部111及び信号制御部112で、オフ制御信号を生成する。そして、制御部11は、シーケンスS425において、生成したオフ制御信号を電力増幅器12nに出力している。
図4A,B及び図5で説明した動作においては、再起動処理が2回と設定されている。再起動処理を2回実行した後も、評価値が第1の基準値以上(評価値≧第1の基準値=第2の基準値)である異常状態が解消されない場合、スロープロテクション部163は、再起動処理を終了し、終了後はオフ状態を維持する。また、再起動処理を2回実行する間に、前記異常状態が解消される場合、スロープロテクション部163は、ファーストプロテクション部162へリセットをかけ、第1の制御信号を生成する前の状態に戻すと共に、異常状態となる前の処理を実施する。なお、正常状態、異常状態の判断については、本実施の形態に記載した他にも、様々なケースが想定される。例えば、第2の基準値の1つをA、この第2の基準値Aよりも小さい第2の基準値をB(第2の基準値A>第2の基準値B)とした場合、評価値<第2の基準値Bの状態で、例えば落雷が発生した等の理由により、評価値≧第2の基準値Aと変化する場合、評価値<第2の基準値Bである状態を正常状態、評価値≧第2の基準値Aである状態を異常状態であると判断する。一方、アンテナに降雪した等の理由により、第2の基準値A>評価値≧第2の基準値Bの状態で、例えば落雷が発生した等の理由により、評価値≧第2の基準値Aとなれば、第2の基準値A>評価値≧第2の基準値Bが正常状態、評価値≧第2の基準値Aが異常状態であると判断する。
以上のように、第1の実施形態では、評価値演算部161は、アナログ回路を用いて構成され、測定値に基づいて評価値を算出する。そして、ファーストプロテクション部162は、算出された評価値が、予め設定された閾値である第1の基準値以上となる場合、電力増幅器121〜12nに対してオフ制御信号を指示する第1の制御信号を制御部11へ出力するようにしている。
CPU等のデジタル回路を用いてSWR値を算出する、従来のデジタル振幅変調装置では、演算遅延時間のため、異常が発生した後に、オン/オフ制御信号を制御するまでに時間差が発生する。図6は、この種のデジタル振幅変調装置において生成されるオン/オフ制御信号の時間遷移を示す図である。演算遅延量は、例えば、T’B−T’A=0.5ms程度となり、電力増幅器の最小許容時間100μsに比べて非常に大きいものとなる。このため、保護動作が間に合わず、電力増幅器が破損してしまう。本実施形態に係るデジタル振幅変調装置100によれば、アナログ回路を用いて構成される評価値演算部161により評価値を算出し、ファーストプロテクション部162により電力増幅器121〜12nに対してオフ制御信号を指示する第1の制御信号を制御部11へ出力するようにしているため、異常が発生してから第1の制御信号を出力するまでの遅延量が短縮されることになる。これにより、保護部16は、演算遅延時間を、電力増幅器の最小許容時間100μsに比べて小さくすることが可能となるため、電力増幅器の保護動作が間に合わないということがなくなり、電力増幅器の破壊を防ぐことが可能となる。
したがって、第1の実施形態に係るデジタル振幅変調装置によれば、異常の発生が急激な変化を伴う場合であっても、その変化に対して実時間で追従することができる。
また、第1の実施形態では、スロープロテクション部163は、デジタル回路を用いて構成され、制御出力部1631、再起動部1632及びカウンタ部1633を備える。そして、制御出力部1631は、第2の制御信号を制御部11へ出力し、再起動部1632は、カウンタ部1633を用いて再起動処理を実施するようにしている。
従来のデジタル振幅変調装置において、急激な変化を伴う異常に対応しようとする場合、アナログ回路を用いて保護部を構成することが考えられる。図7は、従来のデジタル振幅変調装置におけるアナログ回路を用いて保護部20を構成した場合の機能構成を示すブロック図である。図7に示す保護部20は、評価値演算部22、制御出力部23、再起動部24、カウンタ部25、測定値入力端子21及び制御信号出力端子26を備える。
評価値演算部22は、測定部15が測定する電圧値及び電流値を含む測定値に基づき、SWR値、反射係数、反射電力等のいずれかの値である評価値を算出する。評価値演算部22は、算出した評価値を、制御出力部23へ出力する。制御出力部23は、評価値演算部22が算出する評価値に基づき、オフ制御信号、又は、オン制御する電力増幅器の台数の上限値を算出する。制御出力部23は、算出したオフ制御信号、又は、台数の上限値を、制御信号出力端子26から、制御部へ出力する。また、制御出力部23は、オフ制御信号を再起動部24へ出力する。再起動部24は、カウンタ部25と連携し、制御信号出力端子26を介して制御部11へオフ制御信号、又は、オン制御する電力増幅器の台数の上限値を、再起動信号として出力する。再起動部24は、ある一定の時間経過後に再度オン状態を指定された回数繰り返すことで、装置の動作継続を試みる。保護部20は、アナログ回路で構成されているため、再起動信号を出力する際の時間を管理し、カウンタ回数を管理しようとすると、回路規模が増大する問題がある。本実施形態によれば、スロープロテクション部163を、デジタル回路を用いて構成しているため、保護部をアナログ回路のみで構成する場合と比較して、回路規模の増大を抑えることが可能となる。
また、第1の実施形態における制御部11では、割込み部113は、信号制御部112からオン/オフ制御信号が供給される場合であっても、ファーストプロテクション部162から供給される第1の制御信号に応じたオフ制御信号を電力増幅器121〜12nへ出力するようにしている。これにより、制御部11は、ファーストプロテクション部162からの第1の制御信号に迅速に対応することが可能となる。すなわち、制御部11は、電力増幅器の最小許容時間100μsよりも短い期間で電力増幅器の保護動作を実行することが可能となり、電力増幅器が破壊されることを防ぐことが可能となる。
また、第1の実施形態では、ファーストプロテクション部162は、第1の制御信号のパルス幅を、スロープロテクション部163における演算遅延時間より長くなるようにしている。これにより、第1の制御信号と、第2の制御信号との間に時間が生じることを防ぐことが可能となり、電力増幅器が破壊されることを防ぐことが可能となる。
また、第1の実施形態におけるデジタル振幅変調装置100は、測定部15を、フィルタ部14の後段に備えるようにしている。これにより、測定部15は、測定部15からアンテナまでの間で発生した異常を測定することが可能となる。
なお、第1の実施形態では、制御部11は、図3に示す構成をとる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、制御部11は、図8に示す構成をとっても構わない。すなわち、制御部11は、電力制御部111、信号制御部112、割込み部114、キャリア信号入力端子1101、音声信号入力端子1102、第1の制御信号入力端子1104及び第2の制御信号/再起動信号入力端子1105を備える。
割込み部114は、第2の制御信号/再起動信号入力端子1105に入力される第2の制御信号を受け取る。割込み部114は、受け取った第2の制御信号により指示される上限値を電力制御部111へ通知する。
また、割込み部114は、第1の制御信号入力端子1104に入力される第1の制御信号と、第2の制御信号/再起動信号入力端子1105に入力される第2の制御信号とを受け取る。割込み部114は、第1の制御信号を受信すると、オン制御する電力増幅器の台数の上限値を零台とする。割込み部114は、第2の制御信号により指示される上限値よりも、第1の制御信号に基づいて取得される上限値を優先し、電力制御部111へ第1の制御信号に基づいて取得される上限値を通知する。
電力制御部111は、割当て部114から、第2の制御信号により指示される上限値が通知されると、音声信号の電圧振幅レベルに応じ、通知された上限値以内で、電力増幅器121〜12nのいずれをオン制御するかを算出する。電力制御部111は、電力増幅器121〜12nのいずれをオン/オフ制御するかの情報を信号制御部112へ出力する。
また、電力制御部111は、第2の制御信号により指示される上限値の代わりに、第1の制御信号に由来する上限値零台との通知を受信すると、電力制御部111は、電力増幅器121〜12nをオフ制御する情報を信号制御部112へ出力する。
これにより、制御部11は、ファーストプロテクション部162からの第1の制御信号に迅速に対応することが可能となる。すなわち、制御部11は、電力増幅器の最小許容時間100μsよりも短い期間で電力増幅器の保護動作を実行することが可能となり、電力増幅器の破壊を防ぐことが可能となる。
また、第1の実施形態では、再起動部1632が、図5に示すように、所定のパルス幅の再起動信号を生成する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、再起動部1632は、再起動信号として、異常発生前に設定されていた上限値と同台数の上限値を指示する信号を出力すると共に、ファーストプロテクション部162の制御出力部1621へリセット処理をかけるようにしても構わない。
図9は、評価値が予め設定された閾値である第1の基準値を超え、異常が発生したと判断される場合の電力増幅器12nに対する制御の時間遷移図を示す。なお、図9において、第2の制御信号は、オン制御する電力増幅器121〜12nの台数の上限値が零台であることを指示するものであるとする。
ファーストプロテクション部162は、図9の時刻TAにおいて何らかの異常が発生し、評価値が第1の基準値以上(評価値≧第1の基準値)の異常状態になったと判断すると、時刻TBにおいて、第1の制御信号を生成し、第1の制御信号のステータスをRUNからSTOPとする。制御部11は、第1の制御信号を受けると、電力増幅器12nへオフ制御信号を出力する。
スロープロテクション部163は、図9の時刻TAにおいて発生した何らかの異常により、評価値が第1の基準値以上の異常状態になったと判断すると、演算処理のために生じる演算遅延時間を経て時刻TCにおいて、第2の制御信号を生成し、第2の信号のステータスをRUNからSTOPとする。制御部11は、第2の制御信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、オフ制御信号を生成する。
スロープロテクション部163は、第2の制御信号の出力後、所定の時間が経過して時刻TDとなると、評価値が第1の基準値以上となる前、つまり正常状態において設定していた上限値を指示する再起動信号を生成する。この再起動信号は、第2の制御信号によりRUNからSTOPと変化したステータスを、STOPからRUNとしている。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を制御部11へ出力すると共に、再起動回数のカウント値をインクリメントし、リセット信号をファーストプロテクション部162へ出力する。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、オン制御信号を生成し、生成したオン制御信号を電力増幅器12nへ出力する。ファーストプロテクション部162は、リセット信号を受信すると、第1の制御信号を生成する前の状態に戻る。
ファーストプロテクション部162は、図9の時刻TDにおいて生成された再起動信号に由来する評価値を参照し、異常状態が継続していると判断すると、時刻TEに第1の制御信号を生成し、第1の制御信号のステータスをRUNからSTOPとする。制御部11は、第1の制御信号を受けると、電力増幅器12nへオフ制御信号を出力する。
スロープロテクション部163は、再起動信号の出力後、評価値を参照し、異常状態が解消したか否かを判断する。異常状態が回復しない場合、スロープロテクション部163は、演算遅延時間を経て時刻TFに第2の制御信号を生成し、第2の制御信号のステータスをRUNからSTOPとする。スロープロテクション部163は、第2の制御信号の出力後、所定の時間が経過して時刻TGとなると、再起動信号を再度生成する。スロープロテクション部163は、生成した再起動信号を制御部11へ出力すると共に、再起動回数のカウント値をインクリメントし、リセット信号をファーストプロテクション部162へ出力する。制御部11は、再起動信号を受けると、電力制御部111及び信号制御部112により、オン制御信号を生成し、生成したオン制御信号を電力増幅器12nへ出力する。ファーストプロテクション部162は、リセット信号を受信すると、第1の制御信号を生成する前の状態に戻る。
ファーストプロテクション部162は、図9の時刻TGにおいて生成された再起動信号に由来する評価値を参照し、異常状態が継続していると判断すると、時刻THに第1の制御信号を生成する。制御部11は、第1の制御信号を受けると、電力増幅器12nへオフ制御信号を出力する。
スロープロテクション部163は、再起動信号の出力後、評価値を参照し、異常状態が解消したか否かを判断する。異常状態が回復しない場合、スロープロテクション部163は、演算遅延時間を経て時刻TIに第2の制御信号を生成する。
図9で説明した動作においては、再起動処理が2回と設定されているとする。再起動処理を2回実行した後も、評価値が第1の基準値以上(評価値≧第1の基準値)になるという異常状態が解消されない場合、スロープロテクション部163は、再起動処理を終了し、終了後はオフ状態を維持する。
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態に係るデジタル振幅変調装置200の機能構成を示すブロック図である。図10に示すデジタル振幅変調装置200は、制御部11、電力増幅部12、合成部13、測定部17、フィルタ部14、保護部16、キャリア信号入力端子101及び音声信号入力端子102を具備する。
図10は、第2の実施形態に係るデジタル振幅変調装置200の機能構成を示すブロック図である。図10に示すデジタル振幅変調装置200は、制御部11、電力増幅部12、合成部13、測定部17、フィルタ部14、保護部16、キャリア信号入力端子101及び音声信号入力端子102を具備する。
第2の実施形態に係るデジタル振幅変調装置200では、測定部17が、合成部13の後段、かつ、フィルタ部14の前段に位置し、合成部13から供給される合成信号の電圧値及び電流値を測定する。これにより、測定部17は、合成部13から測定部17までの間で発生した異常を測定することが可能となる。
また、第2の実施形態では、評価値演算部161は、たとえば、オペアンプやコンパレータなどのアナログICから構成されるアナログ回路を用いて構成され、測定部17が測定する測定値に基づいて評価値を算出する。そして、ファーストプロテクション部162は、算出された評価値が、予め設定された閾値である第1の基準値以上となる場合、電力増幅器121〜12nに対してオフ制御信号を指示する第1の制御信号を制御部11へ出力するようにしている。これにより、合成部13が短絡及び/又は開放した場合であっても、デジタル振幅変調装置200は、電力増幅器の保護動作が間に合わないということがなくなり、電力増幅器の破壊を防ぐことが可能となる。
また、第2の実施形態では、スロープロテクション部163は、デジタル回路を用いて構成され、評価値演算部161で算出された評価値を参照し、第2の制御信号を制御部11へ出力する。また、スロープロテクション部163は、電力増幅器121〜12nが停止されてから所定の時間が経過すると、再起動処理を実行するようにしている。これにより、デジタル振幅変調装置200は、保護部をアナログ回路のみで構成する場合と比較して、回路規模の増大を抑えることが可能となる。
したがって、第2の実施形態に係るデジタル振幅変調装置200によれば、異常の発生が急激な変化を伴う場合であっても、その変化に対して実時間での追従が可能であり、かつ、回路規模の増大を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100…デジタル振幅変調装置、11…制御部、111…電力制御部、112…信号制御部、113,114…割込み部、1101…キャリア信号入力端子、1102…音声信号入力端子、1103…制御信号出力端子、1104…第1の制御信号入力端子、1105…第2の制御信号/再起動信号入力端子、12…電力増幅部、121〜12n…電力増幅器、13…合成部、14…フィルタ部、15,17…測定部、16…保護部、161…評価値演算部、1611…測定値入力端子、162…ファーストプロテクション部、1621…制御出力部、1622…第1の制御信号出力端子、163…スロープロテクション部、1631…制御出力部、1632…再起動部、1633…カウンタ部、1634…第2の制御信号/再起動信号出力端子、101…キャリア信号入力端子、102…音声信号入力端子、103…信号出力端子、20…保護部、21…測定値入力端子、22…評価値演算部、23…制御出力部、24…再起動部、25…カウンタ部、26…制御信号出力端子
Claims (10)
- 入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する、並列に配置される複数の電力増幅器と、
前記電力増幅器が出力する信号を合成して合成信号を生成する合成部と、
前記合成部が生成する合成信号の不要な成分を抑圧し、RF(Radio Frequency)帯のAM(Amplitude Modulation)信号を生成するフィルタ部と、
前記フィルタ部と、前記フィルタ部が生成するRF帯のAM信号を出力する信号出力端子との間における測定値を測定する測定部と、
アナログ回路から成り、前記測定部が測定する測定値に基づいて評価値を算出する演算部、及び、アナログ回路から成り、前記算出された評価値に基づいて前記複数の電力増幅器をオフ制御する第1の制御信号を生成する第1の処理部を備える保護部と、
被変調信号の振幅レベルを参照し、前記複数の電力増幅器に対してオン制御及び/又はオフ制御を行い、前記第1の制御信号を受信した場合、前記複数の電力増幅器に対してオフ制御を行う制御部と
を具備するデジタル振幅変調装置。 - 前記保護部は、デジタル回路から成り、前記オフ制御された電力増幅器を再起動させる再起動信号を生成する第2の処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記再起動信号に基づき、前記オフ制御された電力増幅器に対してオン制御を行う請求項1記載のデジタル振幅変調装置。 - 前記第2の処理部は、前記算出された評価値、または、前記測定部が測定する測定値に基づいて算出された評価値に基づいて前記複数の電力増幅器のいずれかをオン制御する際の上限台数を指示する第2の制御信号を生成し、
前記制御部は、前記第2の制御信号で指示される上限台数以内で、前記複数の電力増幅器に対してオン制御を行う請求項2記載のデジタル振幅変調装置。 - 前記制御部は、
前記被変調信号の振幅レベルを参照し、前記第2の制御信号で指示される上限台数以内で、オン制御の対象となる前記電力増幅器を決定する電力制御部と、
キャリア信号の周波数に従い、前記オン制御の対象となる電力増幅器の決定結果に基づき、オン制御信号及び/又はオフ制御信号を生成する信号制御部と、
前記オン制御信号及び/又は前記オフ制御信号を前記複数の電力増幅器へ出力し、前記第1の制御信号を受信した場合、前記第1の制御信号に応じて生成するオフ制御信号を、前記オン制御信号及び/又は前記オフ制御信号よりも優先して前記複数の電力増幅器へ出力する割込み部と
を備える請求項3記載のデジタル振幅変調装置。 - 前記制御部は、
前記第2の制御信号により指示される上限台数を出力し、前記第1の制御信号を受信した場合、前記上限台数を零とし、前記第2の制御信号により指示される上限台数よりも、前記上限台数零を優先して前記複数の電力増幅器へ出力する割込み部と
前記第2の制御信号により指示される上限台数を受け取ると、被変調信号の振幅レベルを参照し、前記第2の制御信号で指示される台数以内で、オン制御の対象となる前記電力増幅器の台数を決定し、前記上限台数零を受け取ると、オン制御の対象となる前記電力増幅器の台数を零とする電力制御部と、
キャリア信号の周波数に従い、前記オン制御の対象となる電力増幅器の決定結果に基づき、オン制御信号及び/又はオフ制御信号を生成する信号制御部と
を備える請求項3記載のデジタル振幅変調装置。 - 前記第1の制御信号の幅は、前記第2の処理部における演算遅延時間よりも長い請求項3記載のデジタル振幅変調装置。
- 入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する、並列に配置される複数の電力増幅器と、
前記電力増幅器が出力する信号を合成して合成信号を生成する合成部と、
前記合成部が生成する合成信号の測定値を測定する測定部と、
前記合成部が生成する合成信号の不要な成分を抑圧し、RF(Radio Frequency)帯のAM(Amplitude Modulation)信号を生成するフィルタ部と、
アナログ回路から成り、前記測定部が測定する測定値に基づいて評価値を算出する演算部、及び、アナログ回路から成り、前記算出された評価値に基づいて前記複数の電力増幅器をオフ制御する第1の制御信号を生成する第1の処理部を備える保護部と、
被変調信号の振幅レベルを参照し、前記複数の電力増幅器に対してオン制御及び/又はオフ制御を行い、前記第1の制御信号を受信した場合、前記複数の電力増幅器に対してオフ制御を行う制御部と
を具備するデジタル振幅変調装置。 - 前記保護部は、デジタル回路から成り、前記オフ制御された電力増幅器を再起動させる再起動信号を生成する第2の処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記再起動信号に基づき、前記オフ制御された電力増幅器に対してオン制御を行う請求項7記載のデジタル振幅変調装置。 - 入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する、並列に配置される複数の電力増幅器を具備するデジタル振幅変調装置で用いられるデジタル振幅変調制御方法において、
フィルタ部と、前記フィルタ部が生成するRF(Radio Frequency)帯のAM(Amplitude Modulation)信号を出力する信号出力端子との間において測定した測定値に基づき、アナログ回路を用いて評価値を算出し、
前記算出した評価値に基づいて前記複数の電力増幅器をオフ制御する第1の制御信号を、アナログ回路を用いて生成し、
前記第1の制御信号に基づき、前記複数の電力増幅器に対してオフ制御を行い、
前記オフ制御された電力増幅器を再起動させる再起動信号を、デジタル回路を用いて生成し、
前記再起動信号に基づき、前記オフ制御された電力増幅器に対してオン制御を行うデジタル振幅変調制御方法。 - 入力信号をオン制御に応じて増幅し、オフ制御に応じて出力を停止する、並列に配置される複数の電力増幅器を具備するデジタル振幅変調装置で用いられるデジタル振幅変調制御方法において、
合成部が生成する合成信号を測定した測定値に基づき、アナログ回路を用いて評価値を算出し、
前記算出した評価値に基づいて前記複数の電力増幅器をオフ制御する第1の制御信号を、アナログ回路を用いて生成し、
前記第1の制御信号に基づき、前記複数の電力増幅器に対してオフ制御を行い、
前記オフ制御された電力増幅器を再起動させる再起動信号を、デジタル回路を用いて生成し、
前記再起動信号に基づき、前記オフ制御された電力増幅器に対してオン制御を行うデジタル振幅変調制御方法。
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