JP2001267863A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】増幅器を対称に配置でき、かつ、設置面積が小
さい小型化が可能なマルチポート電力増幅器を提供す
る。 【解決手段】複数の入力ポートと複数の出力ポートを備
えた入力用および出力用方向性結合器と複数の増幅器を
従属接続した電力増幅器において、入力用方向性結合器
および出力用方向性結合器を積み重ねて１つの多層基板
上に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マルチビーム通
信衛星や、アレーアンテナを用いる移動体通信用基地局
に用いられ、複数の信号をそれぞれ増幅する増幅器に関
し、特に８入力、８出力ポートを備えた電力増幅器の構
成法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】マルチビーム通信衛星や、アレーアンテ
ナを用いる移動体通信用基地局では、入力Ｎポート、出
力Ｎポートの入力用方向性結合器の出力にＮ個の等利
得、等位相の単位増幅器を接続し、その出力に入力と同
等な出力用方向性結合器を接続し、Ｎ入力信号を増幅す
るマルチポート電力増幅器が利用されることがある。こ
れは、入力用方向性結合器で入力ポートの信号を各単位
増幅器に等しく分配し、増幅した後、再び出力用方向性
結合器で対応する出力ポートに合成するものである。各
単位増幅器は各入力信号を共通に増幅するので、入力信
号間のレベルの偏りがある場合でも各単位増幅器の電力
レベルを均一にすることができる。

【０００３】ここでは、Ｎ＝８に相当するマルチポート
電力増幅器の従来技術による構成法について図１を用い
て説明する。図１はマルチポート電力増幅器１の全体構
成を示したもので、入力用方向性結合器１１と出力用方
向性結合器１２と８個の増幅器１３〜２０が従属に接続
されている。この回路構成法は江上、川合：「多端子電
力合成型マルチビーム送信系」電子情報通信学会誌、Vo
l.J69-B No.2 pp206〜212(1986年２月発行)に報告され
ている。

【０００４】上記文献において、入力用および出力用方
向性結合器１１、１２は各々図２のような構成になって
いる。すなわち、入力用および出力用方向性結合器１
１、１２は、４ポート方向性結合器３３、３４とπ／２
ハイブリッド２９〜３２から構成され、さらに４ポート
方向性結合器３３、３４はπ／２ハイブリッド２１、２
２、２５、２６およびπ／２ハイブリッド２３、２４、
２７、２８とから構成される。

【０００５】次にマルチポート電力増幅器の動作につい
て説明する。図１において入力ポート３５への入力信号
は図２に示す入力用方向性結合器１１の入力ポート５１
ａに入力される。そして、π／２ハイブリッド２１によ
り２分配され、同様に正確な位相関係のもとに２分配さ
れた入力ポート５２ａからの信号と合成され、その出力
はπ／２ハイブリッド２５および２６に入力される。π
／２ハイブリッド２５の出力には正確な位相関係のもと
４分配された入力ポート５１ａ〜５４ａの信号が合成さ
れ、それらはπ／２ハイブリッド２９および３０に入力
される。同様に考えると、出力ポート５１ｂには正確な
位相関係のもとに８分配された入力ポート５１ａ〜５８
ａの信号がそれぞれ正確な位相関係のもとに合成された
ものが現れる。

【０００６】次に出力ポート５１ｂ〜５８ｂの信号は単
位増幅器１３〜２０によって増幅され、出力用方向性結
合器１２に入力される。入力用方向性結合器１１と同様
な構成をとる出力用方向性結合器１２では、分配された
信号を合成し再びもとの信号に戻す。ここで、図１にお
けるマルチポート電力増幅器１の出力ポート５０に出力
される信号は入力ポート３５より入力された信号が増幅
された信号となる。他の入力ポート３６〜４２に入力さ
れた信号も同様に増幅され、それぞれ出力ポート４９〜
４３に出力される。

【０００７】方向性結合器の構成法については、従来技
術によりいくつかのものが考えられるが、多層誘電体基
板を用いたものについては、石川、竹原、西田「電力合
成分配装置」特開平４−２４９４０２号公報に報告され
ている。入力用および出力用方向性結合器１１、１２は
図３(ａ)および図３(ｂ)に示すように多層基板７４上に
構成される。図３(ｂ)は図３(ａ)の反対側の面を示して
いる。また、各番号は図２に対応させてある。多層基板
７４は上から第１層の誘電体基板７５と第２層の誘電体
基板７６がグランド７７を挟んだ構成となっている。

【０００８】環状にかつ直列に接続された４本の伝送線
路からなるπ／２ハイブリッドはマイクロストリップ線
路またはストリップ線路により図１２に示すように誘電
体基板上に形成される。ここで、マイクロストリップ線
路によって構成されたπ／２ハイブリッドへの信号の入
出力には５０Ω線路を用いる。図２における４ポート方
向性結合器３３は２つのπ／２ハイブリッド２１、２２
を２つのπ／２ハイブリッド２５、２６で結合している
ことから、これらπ／２ハイブリッド２１、２２、２
５、２６の並びを図４に示すように変えることで、襷が
け状の配線が不要となり図５に示すようにマイクロスト
リップ線路またはストリップ線路で誘電体基板６８上に
形成される。ここで、π／２ハイブリッド間の接続には
所定の電気長のマイクロストリップ線路またはストリッ
プ線路を用いる。

【０００９】そして、４ポート方向性結合器３３を第１
誘電体基板７５上に形成し、もう１つの４ポート方向性
結合器３４を上記第１の誘電体基板に対向して配設され
る第２の誘電体基板７６上に形成する。さらに、上記第
１の誘電体基板に形成された上記４ポート方向性結合器
３３の各出力端子と上記第２の誘電体基板に形成された
上記もう１つの４ポート方向性結合器３２の出力端子を
４個のπ／２ハイブリッド回路２９、３０、３１、３２
を介して電気的に接続させれば、図３ａおよび図３ｂに
示す８ポート方向性結合器を多層基板上に形成すること
ができる。なお、４個のπ／２ハイブリッド回路２９、
３０、３１、３２は上記第１、第２の誘電体基板を貫通
するスルーホールに形成されたスルーホール導体５９〜
６６を含む。

【００１０】従来の技術による多層基板上で形成された
２つの方向性結合器を用いた電力増幅器の一例を図６に
示す。図６は多層基板によって形成された入力用方向性
結合器１１と出力用方向性結合器１２の間にケーブル７
８等を用いて接続している。なお、入力用方向性結合器
１１と増幅器群１３〜２０および増幅器群１３〜２０と
出力用方向性結合器１２を結ぶケーブルは各々同じ長さ
のものを使用するため、増幅器の配置によってケーブル
長の調整が必要となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図６に示したような構
成法では、入力用方向性結合器１１および出力用方向性
結合器１２の入出力の位置関係から８個の増幅器１３〜
２０を対称に配置することができず、ケーブル長を調整
する必要があり、小スペース設計には不利である。すな
わち、設置面積が大きく必要であり、特に移動体通信用
基地局などに使用する場合には、その設置面積の縮小と
装置全体の小型化が要求される。さらにこの場合、入力
用方向性結合器１１と８個の増幅器１３〜２０の接続に
ケーブルを用いるためにケーブルでの電力損失が避けら
れない。また、接続ケーブルも最も長く必要な長さに合
わせる必要があり、ケーブル長の違いに各伝送路間で位
相差が生じてはならないため、装置の最適設計を行なう
ことが難しい。

【００１２】この発明は、装置の設置面積の縮小を可能
とする、小型で最適設計可能なマルチポート電力増幅器
の構成法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明の電力増幅器は、複数の入
力ポートと複数の出力ポートを備え、入力用および出力
用方向性結合器と増幅器を従属接続し、方向性結合器は
複数のπ／２ハイブリッドを環状に配置して形成し、こ
れら２つの方向性結合器を積み重ね１つの多層基板上に
マイクロストリップ線路およびストリップ線路により構
成することを特徴とする。

【００１４】また、請求項２に記載の発明の電力増幅器
は、請求項１に記載の電力増幅器において、複数の入力
ポートおよび複数の出力ポートの数が８であり、増幅器
が８個であることを特徴とする。また、請求項３に記載
の発明の電力増幅器は、請求項１および請求項２に記載
の電力増幅器において、入力用方向性結合器および出力
用方向性結合器は１つの多層基板上に形成し、対称に配
置された８個の増幅器とケーブル等を用いて接続される
ことを特徴とする。

【００１５】従って、ケーブル長の調整が容易となる。
また、請求項４に記載の発明の電力増幅器は請求項１お
よび請求項２に記載の電力増幅器において、入力用方向
性結合器および出力用方向性結合器および８個の増幅器
を１つの多層基板上に構成することを特徴とする。従っ
て、従来平面状に配置していた入力用および出力用方向
性結合器と８個の増幅器を１つの多層基板で形成するた
めに、設置面積の縮小と装置の小型化が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１〜５に記載の実施例を説
明する。まず、入力用方向性結合器１１および出力用方
向性結合器１２を１つの多層基板上に構成する一例を図
７に示す。ここで、入力用方向性結合器１１を、出力用
方向性結合器１２を構成する２つの層で挟む構成を示し
ている。

【００１７】多層基板の各層は上側から出力用方向性結
合器１２の一部を形成するマイクロストリップ線路７
１、誘電体層７８、グランド層７９、誘電体層８０、入
力用方向性結合器１１の一部を形成するストリップ線路
８１、誘電体層８２、グランド層８３、誘電体層８４、
入力用方向性結合器１１の一部を形成するマイクロスト
リップ線路８５、グランド層８６、誘電体層８７、誘電
体層８８、出力用方向性結合器の一部を形成するマイク
ロストリップ８９からなる。

【００１８】多層基板の内側に構成される入力用方向性
結合器１１には、２つのグランド層で挟まれた構造であ
るストリップ線路を用いているため、多層に重ね合わせ
ても結合がなく、良好な特性を得ることができる。この
例では、入力用方向性結合器１１を出力用方向性結合器
１２で挟む構成を示したが、同様に出力用方向性結合器
１２を入力用方向性結合器１１で挟む構成としてもよ
い。また、上下にさらに誘電体層およびグランド層をそ
れぞれ一層ずつ追加し、全てをストリップ線路により構
成しても良い。

【００１９】なお、入力用および出力用方向性結合器は
従来技術と同様にスルーホール７３を通して電気的に接
続される。入力用方向性結合器１１および出力用方向性
結合器１２を含んだ多層基板の外観を図８に示す。ここ
で、入力用方向性結合器１１の入出力は入力ポート９０
〜９７、出力ポート９８〜１０５であり、出力用方向性
結合器１２の入出力は入力ポート１０６〜１１３、出力
ポート１１４〜１２１である。

【００２０】次に、入力用方向性結合器１１と出力用方
向性結合器１２を積み重ね１つの多層基板で実現した図
８を用いた電力増幅器の構成例を図９に示す。入力用方
向性結合器１１の８個の入力ポート９０〜９７に入力さ
れた信号はそれぞれ８分配され、正確な位相関係のもと
に合成された信号が入力用方向性結合器１１の８個の出
力ポート９８〜１０５に出力される。これらの信号は、
ケーブル等を通して８個の増幅器に入力され、増幅され
た後、ケーブル等で出力用方向性結合器１２の８個の入
力ポート１０６〜１１３に入力される。出力用方向性結
合器１２で再び合成され、その８個の出力ポート１１４
〜１２１に出力される。このような構成にすることによ
り、図９に示すように増幅器を対称に配置することがで
きるため、ケーブル等による接続も容易となるという利
点を有する。

【００２１】次に、８個の電力増幅器を多層基板上に入
力用、出力用方向性結合器１１、１２と共に構成する。
図１０に多層基板上に入力用方向性結合器１１および出
力用方向性結合器１２および８個の増幅器を構成した例
を示す。この場合、入力用方向性結合器１１および出力
用方向性結合器１２の構成は上記に示したものと同様で
あるが、出力用方向性結合器１２を形成している誘電体
層７８、８８に合計８個の増幅器を配置する。そして、
入力用方向性結合器１１の８個の出力ポート９８〜１０
５をスルーホールを通して８個の増幅器にそれぞれ５０
Ω線路を用いて接続する。さらに、増幅器の８出力を出
力用方向性結合器１２の８個の入力ポート１０６〜１１
３に５０Ω線路等で接続する。この構成の電力増幅器の
動作も上記と同様に、入力用方向性結合器１１の８個の
入力ポート９０〜９７に入力された信号はそれぞれ８分
配され、正確な位相関係のもとに合成された信号が入力
用方向性結合器１１の８個の出力ポート９８〜１０５に
出力される。

【００２２】これらの信号は、基板に設けられたスルー
ホールを通して８個の増幅器に入力され、増幅された
後、マイクロストリップ線路等で形成された５０Ω線路
を通り、出力用方向性結合器１２の８個の入力ポート１
０６〜１１３に入力される。出力用方向性結合器１２で
再び合成され、その８個の出力ポート１１４〜１２１に
出力される。なお、上記実施例において、各誘電体層に
異なる誘電率をもつ材料を用いることにより、線路を調
整し、配置を最適化することもできる。また、入出力ポ
ート数が５〜８の場合には不要なポートは無反射終端す
る。このような構成をとることによって、入力用方向性
結合器１１、出力用方向性結合器１２と８個の増幅器と
の接続に用いていたケーブルが不要となり、ケーブルに
より生じる可能性のある損失およびアンバランスをなく
し、最適設計が可能である。

【００２３】また、同一の多層基板上に構成するため
に、設置面積の縮小および装置の小型化が可能であると
いう利点を有する。従って、従来各個別回路を分けて構
成していた電力増幅器を一つの多層基板で実現するため
に、設置面積を小さくでき、装置全体としても小型化す
ることができるという利点を有する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、増
幅器を対称に配置できる構成により、ケーブル長の調整
を容易とし、増幅器を多層基板内に含めればケーブル自
体も不要となり、電力損失を少なくできるなどの利点が
ある。さらに、入力用、出力用方向性結合器を構成する
複数のπ／２ハイブリッドを１つの多層基板上に形成し
たので、設置面積が小さくでき基地局装置などへの利用
の際に要求される、装置の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術の電力増幅器の構成を示すブロック
図。

【図２】従来の技術の方向性結合器の回路構成を示すブ
ロック図。

【図３】従来の技術による８ポート方向性結合器の回路
パターンを示す図。

【図４】４ポート方向性結合器の構成を示す図。

【図５】４ポート方向性結合器の回路パターンを示す
図。

【図６】従来の技術による電力増幅器の構成を示す図。

【図７】本発明の多層基板による方向性結合器の回路パ
ターンを示す図。

【図８】本発明の多層基板による方向性結合器の外観を
示す図。

【図９】本発明の実施例である電力増幅器の構成を示す
図。

【図１０】本発明の実施例である多層基板による電力増
幅器のパターンを示す図。

【図１１】本発明の実施例である電力増幅器の外観を示
す図。

【図１２】π／２ハイブリッドの回路パターンを示す
図。

【符号の説明】

１１ 入力用方向性結合器 １２ 出力用方向性結合器 １３〜２０ 増幅器 ２１〜３２ π／２ハイブリッド ３３、３４ ４ポート方向性結合器 ３５〜４２ 入力ポート ４３〜５０ 出力ポート ７３ スルーホール ７４ 多層基板 ７５ 第１層の誘電体基板 ７６ 第２層の誘電体基板 ７７ グランド

フロントページの続き (72)発明者 野島 俊雄 東京都千代田区永田町二丁目11番１号 エ ヌ・ティ・ティ移動通信網株式会社内 Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA36 CA92 FA16 KA66 KA68 KS01 LS11 LS12 MA10 QA04 QS06 SA14 5J069 AA01 AA04 AA41 CA36 CA92 FA16 KA66 KA68 MA10 QA04 SA14 5J091 AA01 AA04 AA41 CA36 CA92 FA16 KA66 KA68 MA10 QA04 SA14 5J092 AA01 AA04 AA41 CA36 CA92 FA16 KA66 KA68 MA10 QA04 SA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の入力ポートと複数の出力ポートを備
   えた入力用および出力用方向性結合器と複数の増幅器を
   従属接続した電力増幅器において、上記入力用方向性結
   合器および上記出力用方向性結合器を積み重ねて１つの
   多層基板上に構成することを特徴とする電力増幅器。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電力増幅器において、 上記複数の入力ポートと上記複数の出力ポートが８個で
   あり、上記増幅器が８個であることを特徴とする電力増
   幅器。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の電力増幅器にお
   いて、 上記入力用方向性結合器と上記出力用方向性結合器に複
   数の単位増幅器を線路を用いて従属接続することを特徴
   とする電力増幅器。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載の電力増幅器にお
   いて、 上記複数の増幅器を上記１つの多層基板上に設けること
   を特徴とする電力増幅器。