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

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。

実開昭６２−８７３７号公報 特開平１１−３３０９９０号公報

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。

第１の実施形態に係るデジタル振幅変調装置の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す保護部の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す制御部の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す保護部及び制御部の処理手順の前半部を示すシーケンス図である。 図１に示す保護部及び制御部の処理手順の後半部を示すシーケンス図である。 図１に示すデジタル振幅変調装置が、電力増幅器を制御する際の時間遷移を示す図である。 従来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。 従来のデジタル振幅変調装置の保護部の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す制御部の機能構成のその他の例を示すブロック図である。 図５に示す時間遷移のその他の例を示す図である。 第２の実施形態に係るデジタル振幅変調装置の機能構成を示すブロック図である。

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。

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Ｔ_Ａ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Ｔ_Ａ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Ｔ_Ｂ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Ｔ_Ｂ−Ｔ_Ａ＝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Ｔ_Ａ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Ｔ_Ｃ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Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ａ＝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Ｔ_Ｄ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Ｔ_Ｄ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Ｔ_Ｄから所定の時間が経過した時刻Ｔ_Ｅ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Ｔ_Ｅ−Ｔ_Ｄは、制御出力部１６３１の演算遅延時間Ｔ_Ｃ−Ｔ_Ａ＝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Ｔ_Ｅ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Ｔ_Ａ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Ｔ_Ｂ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Ｔ_Ａ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Ｔ_Ｃ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Ｔ_Ｄ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Ｔ_Ｄ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Ｔ_Ｅ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Ｔ_Ｆ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Ｔ_Ｇ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Ｔ_Ｇ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Ｔ_Ｈ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Ｔ_Ｉ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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
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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