JP2006020033A - Power composite distributor, power amplifier and high frequency communication device - Google Patents

Power composite distributor, power amplifier and high frequency communication device Download PDF

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義久 天野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power composite distributor which can improve filter characteristics without increasing a circuit scale. <P>SOLUTION: According to this power composite distributor, the first high frequency signal line T101 and the second high frequency signal line T102 of the constituting element of an Wilkinson power composite distributor are electromagnetic field coupled, and a third high frequency line T103 and a fourth high frequency line T104 are electromagnetic field coupled in a reverse direction to one another. Consequently, steep filter characteristics having an attenuation pole B can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、電力合成分配器に関し、例えば、高周波回路において多用されているウィルキンソン型の電力合成分配器を高機能化、小型化した電力合成分配器に関し、この電力合成分配器を備えた電力増幅器に関し、さらに、この電力増幅器を有する高周波通信装置に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power combiner / distributor, for example, a power combiner / distributor in which a Wilkinson type power combiner / distributor frequently used in a high-frequency circuit is highly functional and downsized, and a power amplifier provided with the power combiner / distributor Furthermore, it is related with the high frequency communication apparatus which has this power amplifier.

ウィルキンソン型の電力合成分配器は、マイクロ波帯からミリ波帯において広く用いられている公知回路であり、多数の文献において開示されている(例えば、電子情報通信学会編「モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)」初版、55〜56頁など)。   The Wilkinson-type power combiner / distributor is a well-known circuit widely used from the microwave band to the millimeter wave band, and is disclosed in many documents (for example, “Monolithic Microwave Integrated Circuit ( MMIC) "first edition, pages 55-56, etc.).

このウィルキンソン型の電力合成分配器は単純な受動回路であるので、可逆特性を有しており、電力を入力する方向によって、電力合成器としても電力分配器としても用いることができる。ただし、上記ウィルキンソン型の電力合成分配器は電力分配器として見た方が回路動作の説明が比較的容易である。このため、文献では名称を簡略化して「ウィルキンソン型分配器」としてのみ議論されている場合が多いようである。   Since this Wilkinson type power combiner / distributor is a simple passive circuit, it has reversible characteristics, and can be used as a power combiner or a power distributor depending on the direction in which power is input. However, the explanation of the circuit operation is relatively easy when the Wilkinson type power combiner / distributor is viewed as a power distributor. For this reason, in the literature, the name is simplified and it is often discussed only as “Wilkinson type distributor”.

図7に、第1従来例として分布定数形の上記ウィルキンソン型電力合成分配器の回路を示し、図8に、第2従来例として集中定数形の上記ウィルキンソン型電力合成分配器の回路を示す。なお、この図7及び図8は、上記文献(電子情報通信学会編「モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)」)における図2.39(a)と(b)を、この明細書の説明に合うように記号などを微修正した図である。   FIG. 7 shows a circuit of the Wilkinson type power combiner / distributor of the distributed constant type as the first conventional example, and FIG. 8 shows a circuit of the Wilkinson type power combiner / distributor of the lumped constant type as the second conventional example. FIG. 7 and FIG. 8 are the same as the description of this specification in FIGS. 2.39 (a) and (b) in the above-mentioned document ("Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)" edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers). In this way, the symbols are finely corrected.

図7に示す第1従来例の分布定数形の電力合成分配器は、第1〜第3の3つのポート501〜503を備え、この第1〜第3のポート501〜503の間に、2本の高周波線路T501,T502と1個の抵抗R501とがリング状に接続されている。   A distributed constant power combiner / distributor of the first conventional example shown in FIG. 7 includes first to third ports 501 to 503, and 2 between the first to third ports 501 to 503. The high frequency lines T501 and T502 and one resistor R501 are connected in a ring shape.

この電力合成分配器では、上記文献に記されているように、第1から第3の3つのポート501〜503の特性インピーダンスをZoとすると、2本の高周波線路T501およびT502の特性インピーダンスが(2)1/2・Zoで長さが1/4(4分の1)波長とし、抵抗R501の値が2Zoとすると、電力分配器(合成器)として機能することが知られている。 In this power combiner / distributor, as described in the above document, if the characteristic impedances of the first to third ports 501 to 503 are Zo, the characteristic impedances of the two high-frequency lines T501 and T502 are ( 2) the length in 1/2 · Zo is 1/4 (quarter) wavelength, the value of the resistor R501 is to 2Zo, are known to function as a power divider (synthesizer).

すなわち、第1から第3までのポート501〜503の反射係数が全て小さくなり、第2ポート502と第3ポート503の間では良好なアイソレーション特性が確保される。この状態で、第1ポート501から高周波電力を入力すると、この高周波電力は第2ポート502と第3ポート503に等分配で出力される。また逆に、第2ポート502と第3ポート503から高周波電力を入力すれば、両方の高周波電力は合成されて第1ポート501から出力される。   That is, the reflection coefficients of the first to third ports 501 to 503 are all reduced, and good isolation characteristics are ensured between the second port 502 and the third port 503. In this state, when high frequency power is input from the first port 501, this high frequency power is output to the second port 502 and the third port 503 with equal distribution. Conversely, if high frequency power is input from the second port 502 and the third port 503, both high frequency powers are combined and output from the first port 501.

ところで、図7においては、2本の高周波線路T501、T502の長さが1/4波長も必要なため、低い周波数帯においては例えば数cmもの大きなサイズになってしまう。そこで、図7に示す分布定数形の電力合成分配器に対しては、様々な改良が試みられてきた。   By the way, in FIG. 7, since the length of the two high-frequency lines T501 and T502 needs to be 1/4 wavelength, the size becomes as large as several centimeters in the low frequency band. Accordingly, various improvements have been attempted for the distributed constant power combiner / distributor shown in FIG.

例えば、図8に、主に小型化を目的に改良された第2従来例としての集中定数形の電力合成分配器を示す。すなわち、図8に示す集中定数形の電力合成分配器では、図7における2本の高周波線路T501,T502を集中定数のインダクタンス素子L601,L602とキャパシタンス素子C601〜C603で置き換えることで、小型化を図っている。   For example, FIG. 8 shows a lumped constant type power combiner / distributor as a second conventional example improved mainly for the purpose of downsizing. That is, in the lumped constant type power combiner / distributor shown in FIG. 8, the two high-frequency lines T501 and T502 in FIG. 7 are replaced with lumped constant inductance elements L601 and L602 and capacitance elements C601 to C603, thereby reducing the size. I am trying.

さらに、図9には、第3従来例を示す。この第3従来例の電力合成分配器は、図7に示した分布定数形の電力合成分配器を多段化して広帯域化すると同時に、分布定数形の高周波線路T501,T502を半集中定数化して小型化も行った例である。この第3従来例の電力合成分配器は、分布定数形の高周波線路T701〜T704と抵抗R701,R702に加えて、集中定数のキャパシタンス素子C701〜C705を備えた。   FIG. 9 shows a third conventional example. The power combiner / distributor of the third conventional example has a distributed constant type power combiner / distributor shown in FIG. 7 having a multi-stage configuration and a wide band, and at the same time, the distributed constant type high frequency lines T501 and T502 are made semi-lumped constants to be small. This is an example in which The power combiner / distributor of the third conventional example includes lumped constant capacitance elements C701 to C705 in addition to distributed constant type high frequency lines T701 to T704 and resistors R701 and R702.

次に、図13および図14に、上述のような従来技術におけるウィルキンソン型電力合成分配器の代表的な特性例として、図9に示す第3従来例の回路におけるSパラメータのシミュレーション結果を示す。図13には、第1ポート701の反射特性を示すSパラメータS11と、第2ポート702への透過特性を示すSパラメータS21と、第3ポート703への透過特性を示すSパラメータS31を示す。SパラメータS21とS31とは同じ特性になっている。   Next, FIGS. 13 and 14 show S parameter simulation results in the circuit of the third conventional example shown in FIG. 9 as a typical characteristic example of the Wilkinson power combiner / distributor in the conventional technique as described above. FIG. 13 shows an S parameter S11 indicating the reflection characteristic of the first port 701, an S parameter S21 indicating the transmission characteristic to the second port 702, and an S parameter S31 indicating the transmission characteristic to the third port 703. The S parameters S21 and S31 have the same characteristics.

このシミュレーションでは、一般的な市販の回路シミュレータ(アジレント社製ADS2003)を用い、一例として、IEEE802.11a規格の無線LANの帯域である4.9〜5.85GHzを目標に設計を行った回路を用いた。この回路では、3つのポート701〜703のインピーダンスは、全て50Ωにしておくと分かり易くて良いのだが、敢えて異なるインピーダンスで設計しておいた。すなわち、第1ポート701は50Ωで、第2ポート702と第3ポート703は低インピーダンス6.8Ωで設計した。なお、このようにした目的は、後述の応用例としての電力増幅器(図11)を説明するための準備である。   In this simulation, a general commercially available circuit simulator (Agilent ADS2003) is used, and as an example, a circuit designed with a target of 4.9 to 5.85 GHz, which is a wireless LAN band of IEEE802.11a standard, is used. Using. In this circuit, the impedances of the three ports 701 to 703 can be easily understood by setting all the impedances to 50Ω, but they are designed with different impedances. That is, the first port 701 is designed with 50Ω, and the second port 702 and the third port 703 are designed with a low impedance of 6.8Ω. The purpose as described above is preparation for explaining a power amplifier (FIG. 11) as an application example described later.

図13および図14に示すSパラメータ特性結果は、図9に示す各素子において、C701=0.697334pF、C702=C704=1.82133pF、C703=C705=0.0190999pF、R701=0.407236Ω、R702=11.5276Ωであった。また、基板は0.2mm厚の一般的なガラエポ(ガラスエポキシ)基板とし、高周波線路T701とT703は線幅0.216522mmで長さ4.31292mmのマイクロストリップ線路とし、高周波線路T702とT704は線幅0.875751mmで長さ1.84402mmのマイクロストリップ線路であった。   The S parameter characteristic results shown in FIG. 13 and FIG. 14 are as follows for each element shown in FIG. = 11.5276Ω. The substrate is a general glass epoxy (glass epoxy) substrate having a thickness of 0.2 mm, the high-frequency lines T701 and T703 are microstrip lines having a line width of 0.221622 mm and a length of 4.31922 mm, and the high-frequency lines T702 and T704 are lines. It was a microstrip line having a width of 0.875751 mm and a length of 1.84402 mm.

図13は、反射および透過特性を表すSパラメータのグラフである。4.9〜5.85GHzの広帯域において、第1ポート701の反射特性であるパラメータS11は低く抑制され、かつ、第2ポート702と第3ポート703への透過特性であるパラメータS21とS31は大きく保たれた。つまり、正常な電力分配動作が確認できる。パラメータS21とS31に3dBのロスが生じているのは、第1ポート701から入力された電力が2分の1に分配された結果の見掛け上のロスに過ぎない。   FIG. 13 is a graph of S parameters representing reflection and transmission characteristics. In a wide band of 4.9 to 5.85 GHz, the parameter S11 that is the reflection characteristic of the first port 701 is suppressed to be low, and the parameters S21 and S31 that are the transmission characteristics to the second port 702 and the third port 703 are large. Kept. That is, normal power distribution operation can be confirmed. The loss of 3 dB in the parameters S21 and S31 is only an apparent loss as a result of the power input from the first port 701 being distributed in half.

図14は、アイソレーション特性を表すSパラメータのグラフである。このアイソレーション特性を実現できることが、ウィルキンソン型電力合成分配器の大きな特徴となっている。このグラフより、4.9〜5.85GHzの広帯域において、第2ポート702と第3ポート703の間の透過特性であるパラメータS23は低く抑制されている。すなわち、第2ポート702と第3ポート703はお互いにアイソレートされており、干渉が無い安全な状態が実現されていることが分かる。   FIG. 14 is a graph of S parameters representing isolation characteristics. The realization of this isolation characteristic is a major feature of the Wilkinson power combiner / distributor. From this graph, the parameter S23, which is a transmission characteristic between the second port 702 and the third port 703, is suppressed to be low in a wide band of 4.9 to 5.85 GHz. That is, it can be seen that the second port 702 and the third port 703 are isolated from each other, and a safe state without interference is realized.

このようなウィルキンソン型電力合成器は、一つの応用分野として、高周波電力増幅器における構成要素の一つとして用いられる場合も多い。例えば、特開平6−349676号公報においては、高周波電力増幅器においてウィルキンソン型電力合成器(分配器)が必要とされる理由や、半導体増幅素子の入力側における電力分配器としての応用例が示されている。   Such a Wilkinson power combiner is often used as one of components in a high-frequency power amplifier as one application field. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-349676 discloses the reason why a Wilkinson power combiner (distributor) is required in a high-frequency power amplifier, and an application example as a power distributor on the input side of a semiconductor amplifying element. ing.

図11は、ウィルキンソン型電力合成器(分配器)を、半導体増幅素子の出力側における電力合成器として応用した電力増幅器を一例として示す模式図である。この電力増幅器では、入力ポート301から入力された高周波電力は、適当な電力分配回路303によって2分配され、複数の増幅用半導体素子306が並列化された第1の増幅ブロック304と第2の増幅ブロック305に入力される。これら第1と第2の増幅ブロック304、305の出力電力は、例えば、図9に示す第3従来例からなるウィルキンソン電力合成器307によって合成され、出力ポート302から出力される。   FIG. 11 is a schematic diagram showing, as an example, a power amplifier in which a Wilkinson type power combiner (distributor) is applied as a power combiner on the output side of a semiconductor amplifying element. In this power amplifier, the high frequency power input from the input port 301 is divided into two by an appropriate power distribution circuit 303, and a first amplification block 304 and a second amplification block in which a plurality of amplification semiconductor elements 306 are arranged in parallel. Input to block 305. The output powers of the first and second amplification blocks 304 and 305 are combined by, for example, the Wilkinson power combiner 307 according to the third conventional example shown in FIG.

一般的に、半導体増幅素子306を大信号動作させるためには、低インピーダンスの負荷を接続してやる必要があることが広く知られている。この要求に対し、図11に示すウィルキンソン電力合成器307(第3従来例)では、図13と図14を参照して既述したように、例えば、第2ポート702と第3ポート703だけを低インピーダンスにするような設計が可能なことが公知である。したがって、上記ウィルキンソン電力合成器307(第3従来例)によれば、大信号負荷としての要求をも満たすことが可能である。   In general, it is widely known that a low-impedance load needs to be connected to operate the semiconductor amplifying element 306 with a large signal. In response to this request, the Wilkinson power combiner 307 (third conventional example) shown in FIG. 11 has, for example, only the second port 702 and the third port 703 as described with reference to FIGS. It is well known that a design with a low impedance is possible. Therefore, according to the Wilkinson power combiner 307 (third conventional example), it is possible to satisfy the demand as a large signal load.

なお、説明を簡略化するために、図11においては、2つの増幅ブロック304,305を有する場合の例を説明したが、この増幅ブロックの個数は一般的には、2以上の整数である場合もある。また、図11においては、説明を簡略化するために、各増幅ブロック304、305の内部には複数の増幅用半導体素子306が並べられている場合を説明したが、一般的には増幅用半導体素子は複数ではなく1個である場合もある。   In order to simplify the description, FIG. 11 illustrates an example in which two amplification blocks 304 and 305 are provided. However, the number of amplification blocks is generally an integer of 2 or more. There is also. Further, in FIG. 11, for the sake of simplifying the explanation, the case where a plurality of amplification semiconductor elements 306 are arranged inside each amplification block 304, 305 has been described. There may be one element instead of a plurality.

図12は、上述の図11に示したような電力増幅器404を備えた高周波通信装置の模式的ブロック図である。なお、図12においては、説明の簡略化のため、一般的に無線通信装置には必ず含まれている周波数変換回路(アップコンバータ、ダウンコンバータ)については、省略した。   FIG. 12 is a schematic block diagram of a high-frequency communication device including the power amplifier 404 as shown in FIG. 11 described above. In FIG. 12, for simplicity of explanation, frequency conversion circuits (up-converters and down-converters) that are generally included in radio communication apparatuses are omitted.

図12に示す高周波通信装置において、変調回路403が生成した送信信号は、電力増幅器404で増幅され、LPF(ローパスフィルタ)405およびアンテナスイッチ402を経由して、アンテナ401から送信される。ここで、上記LPF(ローパスフィルタ)405は、電力増幅器404が発生する高調波スプリアスを除去するためのフィルタである。   In the high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12, the transmission signal generated by the modulation circuit 403 is amplified by the power amplifier 404 and transmitted from the antenna 401 via the LPF (low-pass filter) 405 and the antenna switch 402. Here, the LPF (low-pass filter) 405 is a filter for removing harmonic spurious generated by the power amplifier 404.

また、この高周波通信装置では、受信時には、アンテナ401が受信した信号が、アンテナスイッチ402を介し、BPF(バンドパスフィルタ)408で不要周波数成分が除去された後、LNA(低雑音アンプ)407で増幅され、復調回路406で復調される。   Further, in this high frequency communication apparatus, at the time of reception, a signal received by the antenna 401 is removed from an unnecessary frequency component by a BPF (band pass filter) 408 via an antenna switch 402, and then an LNA (low noise amplifier) 407. Amplified and demodulated by the demodulation circuit 406.

ところで、図12に示す高周波通信装置に対しては、フィルタ部品の削減による小型化、軽量化、低コスト化が望まれていた。受信側のBPF408を無くすことは原理的に難しいため、送信側のLPF405を無くすことが望まれていた。   By the way, for the high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12, it is desired to reduce the size, weight, and cost by reducing filter parts. Since it is theoretically difficult to eliminate the BPF 408 on the reception side, it has been desired to eliminate the LPF 405 on the transmission side.

図12に示す高周波通信装置において、送信側のLPF405が必要な理由は、その直前の電力増幅器404が高調波スプリアスを発生してしまうからである。このため、図11に示す従来技術の電力増幅器に対しては、フィルタ405の機能を取り込んで高調波スプリアス漏洩を抑制することが望まれていた。   In the high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12, the reason why the transmission-side LPF 405 is necessary is that the power amplifier 404 immediately before that generates harmonic spurious. For this reason, it has been desired for the power amplifier of the prior art shown in FIG. 11 to incorporate the function of the filter 405 to suppress harmonic spurious leakage.

また、図11に示す電力増幅器において、フィルタ機能が不十分で高調波スプリアスを漏洩してしまう理由は、その出力部におけるウィルキンソン型電力合成器307が一般的にはフィルタ特性を有していないからである。そのため、従来技術のウィルキンソン型電力合成分配器(図7〜図9)に対しては、フィルタ機能を強化して高機能化することが望まれていた。   In addition, in the power amplifier shown in FIG. 11, the reason why the filter function is insufficient and the harmonic spurious is leaked is that the Wilkinson power combiner 307 in the output section generally does not have filter characteristics. It is. For this reason, it has been desired that the Wilkinson power combiner / distributor (FIGS. 7 to 9) of the prior art be enhanced by enhancing the filter function.

以上説明してきたように、図12に示す従来技術の高周波通信装置や図11に示す電力増幅器に対する要求は、結局のところ、図7〜図9に示した第1〜第3従来例のウィルキンソン型電力合成分配器のフィルタ機能を強化することで解消することができる。   As described above, the requirements for the prior art high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12 and the power amplifier shown in FIG. 11 are ultimately the Wilkinson type of the first to third conventional examples shown in FIGS. This can be solved by strengthening the filter function of the power combiner / distributor.

ところで、ウィルキンソン型電力合成分配器に対するフィルタ機能強化の試みは、既に従来技術でも先例がある。例えば、特許文献1(特開2001−94316号公報)と特許文献2(特開2002−280864号公報)には、類似技術が複数開示されている。全てを説明する必要は無いと思われるので、ここでは、代表として、上記特許文献1の第4図に示された一例を取り上げて説明を行う。図10は、この特許文献1の第4図に開示されている電力合成分配器をこの明細書における説明に対応にするように微修正した電力合成分配器を第4の従来例として示す図である。図10において、キャパシタンスC801〜C803と、高周波線路T801,T802によって形成されたインダクタンス成分から成る部分だけを取り上げれば、図8に示した第2従来例の集中定数型のウィルキンソン電力合成分配器と全く同じ回路構造になっている。   By the way, an attempt to enhance the filter function for the Wilkinson power combiner / distributor has already been preceded by the prior art. For example, Patent Literature 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-94316) and Patent Literature 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280864) disclose a plurality of similar techniques. Since it is considered unnecessary to explain everything, here, as an example, an example shown in FIG. 4 of Patent Document 1 will be described. FIG. 10 is a diagram showing, as a fourth conventional example, a power combiner / distributor that is slightly modified so that the power combiner / distributor disclosed in FIG. 4 of Patent Document 1 corresponds to the description in this specification. is there. In FIG. 10, if only the portion composed of the inductance components formed by the capacitances C801 to C803 and the high frequency lines T801 and T802 is taken up, the lumped constant Wilkinson power combiner / distributor of the second conventional example shown in FIG. The circuit structure is the same.

ただし、図10に示す電力合成分配器の回路では、高周波線路T801、T802の両端に新たに2つのキャパシタンスC804、C805が追加されている。これら2つのキャパシタンスC804とC805が元々あった高周波線路T801とT802によるインダクタンス成分と並列共振を起こす。その結果、並列共振が起こった狭い周波数帯内では電力が第1ポート801から第2のポート802と第3のポート803へ流れることができなくなり、いわゆる減衰極が生じてフィルタ機能が高まる。   However, in the circuit of the power combiner / distributor shown in FIG. 10, two capacitances C804 and C805 are newly added to both ends of the high-frequency lines T801 and T802. These two capacitances C804 and C805 cause parallel resonance with the inductance component due to the high-frequency lines T801 and T802 that originally existed. As a result, power cannot flow from the first port 801 to the second port 802 and the third port 803 within a narrow frequency band in which parallel resonance has occurred, so-called attenuation poles are generated, and the filter function is enhanced.

しかしながら、図10に示す第4の従来例には欠点があり、ウィルキンソン型電力合成分配器のフィルタ機能強化のためには別の技術が望まれていた。つまり、前述のように、図10の回路では、新たに2つのキャパシタンスC804、C805を追加することで、共振を起こして減衰極を形成しているが、共振によって生じた減衰極によってフィルタ機能が高まる帯域は、非常に狭い。これに対し、図12に示す高周波通信装置が備える電力増幅器404が発生する高調波スプリアスを抑制するためには、2次高調波スプリアスに対して共振する回路と、3次高調波スプリアスに対して共振する回路と、4次高調波スプリアスに対して共振する回路などが必要になる。その結果、図10に示す第4従来例のように、新たな2つのキャパシタンスC804、C805を追加する程度では済まず、回路規模の増大が不可避である。   However, the fourth conventional example shown in FIG. 10 has drawbacks, and another technique has been desired to enhance the filter function of the Wilkinson power combiner / distributor. In other words, as described above, in the circuit of FIG. 10, two additional capacitances C804 and C805 are newly added to cause resonance to form an attenuation pole. However, the filter function is provided by the attenuation pole generated by the resonance. The increasing bandwidth is very narrow. On the other hand, in order to suppress the harmonic spurious generated by the power amplifier 404 included in the high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12, the circuit that resonates with the second harmonic spurious and the third harmonic spurious A circuit that resonates and a circuit that resonates with respect to the fourth harmonic spurious are required. As a result, as in the fourth conventional example shown in FIG. 10, it is not necessary to add two new capacitances C804 and C805, and an increase in circuit scale is inevitable.

この場合の問題を、視点を変えて図12のブロック図で説明すると、たとえ見掛け上はフィルタ部品(LPF405)を一個削除できたように見えても、その分だけ電力増幅器404が大型化、複雑化しているだけである。結局、差し引きでは、高周波通信装置全体としては、小型化、軽量化、低コスト化が十分に図れていないことを意味する。
特開2001−094316号公報 特開2002−280864号公報
The problem in this case will be described from the block diagram of FIG. 12 by changing the viewpoint. Even if it seems that one filter component (LPF 405) has been deleted, the power amplifier 404 is increased in size and complexity. It is just becoming. After all, subtraction means that the high-frequency communication apparatus as a whole cannot be sufficiently reduced in size, weight, and cost.
JP 2001-094316 A JP 2002-280864 A

そこで、この発明の課題は、回路規模を増大させることなく、フィルタ特性を向上できる電力合成分配器、電力増幅器および高周波通信装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power combiner / distributor, a power amplifier, and a high-frequency communication device that can improve the filter characteristics without increasing the circuit scale.

上記課題を解決するため、この発明の電力合成分配器は、第1のポートと、第2のポートと、第3のポートと、
互いに逆方向に磁界結合を起こすように上記第1のポートと第2のポートとの間に順に接続されると共にインダクタンス成分を含む第1および第2の回路要素と、
互いに逆方向に磁界結合を起こすように上記第1のポートと第3のポートとの間に順に接続されると共にインダクタンス成分を含む第3および第4の回路要素と、
上記第2のポートと第3のポートの間に接続された第1の抵抗部と、上記第1の回路要素と第2の回路要素との接続点と上記第3の回路要素と第4の回路要素との接続点との間に接続された第2の抵抗部との2つの上記抵抗部のうちのいずれか一方あるいは両方の抵抗部を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a power combiner / distributor of the present invention includes a first port, a second port, a third port,
First and second circuit elements sequentially connected between the first port and the second port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions, and including an inductance component;
Third and fourth circuit elements sequentially connected between the first port and the third port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions, and including an inductance component;
A first resistor connected between the second port and the third port; a connection point between the first circuit element and the second circuit element; the third circuit element; One or both of the two resistance parts of the second resistance part and the second resistance part connected to the connection point with the circuit element are provided.

この発明の電力合成分配器では、上記第1のポートに入力された高周波電力を上記第2のポートと第3のポートに分配して出力する一方、第2のポートに入力された高周波電力と第3のポートに入力された高周波電力を合成して第1のポートから出力する。   In the power combiner / distributor of the present invention, the high frequency power input to the first port is distributed to the second port and the third port for output, while the high frequency power input to the second port is The high frequency power input to the third port is combined and output from the first port.

この発明の電力合成分配器では、上記第1および第2の回路要素は、インダクタンス成分を含み、互いに逆方向に磁界結合を起こすように第1のポートと第2のポートとの間に順に接続されている。また、上記第3および第4の回路要素は、インダクタンス成分を含み、互いに逆方向に磁界結合を起こすように第1のポートと第3のポートとの間に順に接続されている。これにより、この発明によれば、減衰極を有する急峻なフィルタ特性の実現が可能となって、回路規模を増大させることなく、フィルタ特性を向上できる。   In the power combiner / distributor of the present invention, the first and second circuit elements include an inductance component, and are sequentially connected between the first port and the second port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions to each other. Has been. The third and fourth circuit elements include an inductance component and are sequentially connected between the first port and the third port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions. Thus, according to the present invention, a steep filter characteristic having an attenuation pole can be realized, and the filter characteristic can be improved without increasing the circuit scale.

また、一実施形態の電力合成分配器では、上記第1および第2の回路要素は、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置された第1および第2の高周波線路であり、
上記第3および第4の回路要素は、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置された第3および第4の高周波線路である。
In the power combiner / distributor according to the embodiment, the first and second circuit elements may be arranged in such a manner that part or all of the first and second circuit elements are arranged substantially parallel to each other so as to cause electromagnetic coupling in opposite directions. 1 and a second high-frequency line,
The third and fourth circuit elements are third and fourth high-frequency lines that are partly or entirely adjacent to each other and arranged substantially in parallel so as to cause electromagnetic field coupling in opposite directions.

この実施形態の電力合成分配器によれば、第1の高周波線路と第2の高周波線路は、一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置されて、互いに逆方向に電磁界結合を起こす。また、第3の高周波線路と第4の高周波線路は、一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置されて、互いに逆方向に電磁界結合を起こす。この実施形態によれば、ウィルキンソン型電力合成分配器の構成要素のうち、第1の高周波線路と第2の高周波線路を互いに逆方向に電磁界結合させると共に、第3の高周波線路と第4の高周波線路を互いに逆方向に電磁界結合させた。これにより、減衰極を有する急峻なフィルタ特性を実現できる。したがって、この実施形態の電力合成分配器によれば、回路規模を増大させることなく、フィルタ特性を向上できる。   According to the power combiner / distributor of this embodiment, part or all of the first high-frequency line and the second high-frequency line are arranged in close proximity to each other and are substantially parallel to each other to cause electromagnetic field coupling in opposite directions. . In addition, the third high-frequency line and the fourth high-frequency line are partly or entirely arranged close to each other and substantially parallel, and cause electromagnetic field coupling in opposite directions. According to this embodiment, among the components of the Wilkinson power combiner / distributor, the first high-frequency line and the second high-frequency line are electromagnetically coupled in opposite directions, and the third high-frequency line and the fourth high-frequency line are connected. The high frequency lines were electromagnetically coupled in opposite directions. Thereby, a steep filter characteristic having an attenuation pole can be realized. Therefore, according to the power combiner / distributor of this embodiment, the filter characteristics can be improved without increasing the circuit scale.

また、一実施形態の電力合成分配器では、上記第1および第2の回路要素は、互いに逆方向に相互誘導磁界結合を起こす第1および第2のインダクタンス部であり、
上記第3および第4の回路要素は、互いに逆方向に相互誘導磁界結合を起こす第3および第4のインダクタンス部であり、
上記第1乃至第4のインダクタンス部の端点のうちの少なくとも1つの端点とグランドとの間にシャント接続されたキャパシタンス部を備えた。
In the power combiner / distributor of an embodiment, the first and second circuit elements are first and second inductance units that cause mutual induction magnetic field coupling in opposite directions to each other,
The third and fourth circuit elements are third and fourth inductance portions that cause mutual induction magnetic field coupling in opposite directions,
A capacitance portion is provided that is shunt-connected between at least one end point of the first to fourth inductance portions and the ground.

この実施形態によれば、第1のインダクタンス部と第2のインダクタンス部を互いに逆方向に相互誘導磁界結合させると共に、第3のインダクタンス部と第4のインダクタンス部を互いに逆方向に相互誘導磁界結合させた。これにより、減衰極を有する急峻なフィルタ特性を実現できる。したがって、この実施形態の電力合成分配器によれば、回路規模を増大させることなく、フィルタ特性を向上できる。   According to this embodiment, the first inductance unit and the second inductance unit are coupled to each other in the opposite directions, and the third inductance unit and the fourth inductance unit are coupled to each other in the opposite directions. I let you. Thereby, a steep filter characteristic having an attenuation pole can be realized. Therefore, according to the power combiner / distributor of this embodiment, the filter characteristics can be improved without increasing the circuit scale.

また、一実施形態の電力増幅器は、上記電力合成分配器を備え、
上記第2のポートのインピーダンスおよび第3のポートのインピーダンスを、それぞれ、上記第1のポートのインピーダンスよりも低くし、
上記第2のポートと第3のポートを、それぞれ、複数の半導体増幅素子の出力部に接続し、
上記複数の半導体増幅素子が出力する高周波電力を上記第1のポートから合成して取り出す。
The power amplifier according to an embodiment includes the power combiner / distributor.
The impedance of the second port and the impedance of the third port are made lower than the impedance of the first port, respectively.
The second port and the third port are respectively connected to output portions of a plurality of semiconductor amplification elements,
The high frequency power output from the plurality of semiconductor amplifying elements is combined and extracted from the first port.

この実施形態の電力増幅器によれば、減衰極を有する急峻なフィルタ特性を有する上記電力合成分配器を備えたことで、上記複数の半導体増幅素子からの高調波スプリアス放射が抑制された電力増幅器を実現できる。   According to the power amplifier of this embodiment, by including the power combiner / distributor having a steep filter characteristic having an attenuation pole, a power amplifier in which harmonic spurious radiation from the plurality of semiconductor amplifying elements is suppressed is provided. realizable.

また、一実施形態の高周波通信装置は、上記電力増幅器を備え、上記電力増幅器を送信用パワーアンプとした。   In addition, a high-frequency communication device according to an embodiment includes the power amplifier, and the power amplifier is a transmission power amplifier.

この実施形態の高周波通信装置によれば、高調波スプリアス放射が抑制された上記電力増幅器を送信用パワーアンプとして備えたことで、小型化と、軽量化と、低コスト化を図れる高周波通信装置を実現できる。   According to the high-frequency communication device of this embodiment, the above-described power amplifier in which harmonic spurious radiation is suppressed is provided as a transmission power amplifier, thereby reducing the size, weight, and cost of the high-frequency communication device. realizable.

この発明の電力合成分配器によれば、第1および第2の回路要素は、インダクタンス成分を含み、互いに逆方向に磁界結合を起こすように第1のポートと第2のポートとの間に順に接続されている。また、第3および第4の回路要素は、インダクタンス成分を含み、互いに逆方向に磁界結合を起こすように第1のポートと第3のポートとの間に順に接続されている。これにより、この発明によれば、減衰極を有する急峻なフィルタ特性の実現が可能となって、回路規模を増大させることなく、フィルタ特性を向上できる。   According to the power combiner / distributor of the present invention, the first and second circuit elements include an inductance component, and in order between the first port and the second port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions to each other. It is connected. The third and fourth circuit elements include an inductance component and are sequentially connected between the first port and the third port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions. Thus, according to the present invention, a steep filter characteristic having an attenuation pole can be realized, and the filter characteristic can be improved without increasing the circuit scale.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施の形態)
図1に、この発明の電力合成分配器の第1実施形態を示す。この第1実施形態の電力合成分配器は、第1のポート101と第2のポート102と第3のポート103を備え、この第1のポート101と第2のポート102との間に順に接続された第1の高周波線路T101と第2の高周波線路T102とを備える。また、この電力合成分配器は、第1のポート101と第3のポート103との間に順に接続された第3の高周波線路T103と第4の高周波線路T104とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of a power combiner / distributor of the present invention. The power combiner / distributor according to the first embodiment includes a first port 101, a second port 102, and a third port 103, and is sequentially connected between the first port 101 and the second port 102. The first high-frequency line T101 and the second high-frequency line T102 are provided. In addition, the power combiner / distributor includes a third high-frequency line T103 and a fourth high-frequency line T104 that are sequentially connected between the first port 101 and the third port 103.

上記第1の高周波線路T101と第2の高周波線路T102とは、領域A1の部分において、互いに近接して略平行に配置されており、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように配置されている。また、上記第3の高周波線路T103と第4の高周波線路T104とは、領域A2の部分において、互いに近接して略平行に配置されており、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように配置されている。   The first high-frequency line T101 and the second high-frequency line T102 are disposed in parallel with each other in the region A1 so as to cause electromagnetic field coupling in opposite directions. . In addition, the third high-frequency line T103 and the fourth high-frequency line T104 are arranged in parallel and close to each other in the region A2, and are arranged so as to cause electromagnetic field coupling in opposite directions. ing.

上記第1の高周波線路T101の一端と上記第3の高周波線路T103の一端は接続点N1に接続され、この接続点N1は第1のポート101に接続されている。また、上記接続点N1とグランドとの間には、キャパシタC101が接続されている。   One end of the first high-frequency line T101 and one end of the third high-frequency line T103 are connected to a connection point N1, and the connection point N1 is connected to the first port 101. A capacitor C101 is connected between the connection point N1 and the ground.

また、上記第1の高周波線路T101の他端と第2の高周波線路T102の他端は、接続点N2に接続され、第3の高周波線路T103の他端と第4の高周波線路T104の他端は、接続点N3に接続されている。そして、この接続点N3は、第2の抵抗部としての抵抗R101を経由して、接続点N2に接続されている。   The other end of the first high-frequency line T101 and the other end of the second high-frequency line T102 are connected to the connection point N2, and the other end of the third high-frequency line T103 and the other end of the fourth high-frequency line T104. Is connected to the connection point N3. And this connection point N3 is connected to the connection point N2 via resistance R101 as a 2nd resistance part.

一方、上記第2の高周波線路T102の一端は、接続点N4に接続され、この接続点N4は第2のポート102に接続されている。この接続点N4は、キャパシタC103を経由してグランドに接続されている。   On the other hand, one end of the second high-frequency line T102 is connected to a connection point N4, and this connection point N4 is connected to the second port 102. The connection point N4 is connected to the ground via the capacitor C103.

また、上記第4の高周波線路T104の一端は、接続点N5に接続され、この接続点N5は第3のポート103に接続されている。この接続点N5は、キャパシタC105を経由してグランドに接続されている。この接続点N5は、第1の抵抗部としての抵抗R102によって、接続点N4に接続されている。   One end of the fourth high-frequency line T104 is connected to a connection point N5, and this connection point N5 is connected to the third port 103. The connection point N5 is connected to the ground via the capacitor C105. The connection point N5 is connected to the connection point N4 by a resistor R102 as a first resistance unit.

上記構成の電力合成分配器では、上記第1のポート101に入力された高周波電力を上記第2のポート102と第3のポート103に分配して出力する一方、第2のポート102に入力された高周波電力と第3のポート103に入力された高周波電力を合成して第1のポート101から出力する。   In the power combiner / distributor configured as described above, the high frequency power input to the first port 101 is distributed and output to the second port 102 and the third port 103, while being input to the second port 102. The high frequency power and the high frequency power input to the third port 103 are combined and output from the first port 101.

この第1実施形態では、上記第1および第2の高周波線路T101およびT102が、領域A1において、略平行に近接しており、電磁界結合を起こしていると共に、上記第3および第4の高周波線路T103およびT104が、領域A2において、略平行に近接しており、互いに逆方向に電磁界結合を起こしている。   In the first embodiment, the first and second high-frequency lines T101 and T102 are close to each other in the region A1 so as to cause electromagnetic coupling, and the third and fourth high-frequency lines. The lines T103 and T104 are close to each other in the region A2, and are electromagnetically coupled in opposite directions.

この電磁界結合の効果によって、この第1実施形態では、従来例に比べて、回路規模を全く増大させることなく、急峻なローパスフィルタ(LPF)特性を実現している。   Due to the effect of the electromagnetic field coupling, the first embodiment realizes a steep low-pass filter (LPF) characteristic without increasing the circuit scale as compared with the conventional example.

この第1実施形態の電力合成分配器の特性の代表的な例を、図3と図4に示す。図3には、第1のポート101の反射特性であるSパラメータS11と、第1ポート101から第2ポート102への透過特性であるパラメータS21と第1ポート101から第3ポート103への透過特性であるパラメータS31を示している。また、図4には、第2ポート102と第3ポート103との間の透過特性であるパラメータS23を示している。   A typical example of the characteristics of the power combiner / distributor of the first embodiment is shown in FIGS. In FIG. 3, the S parameter S11 which is the reflection characteristic of the first port 101, the parameter S21 which is the transmission characteristic from the first port 101 to the second port 102, and the transmission from the first port 101 to the third port 103 are shown. A parameter S31 which is a characteristic is shown. FIG. 4 shows a parameter S23 that is a transmission characteristic between the second port 102 and the third port 103.

この図3と図4に示す特性例は、既に説明した第3従来例(図9)の特性例(図13,図14)との比較を可能にする目的で、図13,14の特性を測定したのと同じ条件で測定を行った。すなわち、この一例では、一般的な市販の回路シミュレータ(アジレント社製ADS2003)を用い、一例としてIEEE802.11a規格の無線LANの帯域である4.9〜5.85GHzを目標に設計を行った。また、この一例では、3つのポート101〜103のインピーダンスについては、第3従来例(図9)における測定の場合と同様に、第1ポート101は50Ω、第2と第3ポート102、103は低インピーダンス(6.8Ω)で設計した。   The characteristic examples shown in FIGS. 3 and 4 have the characteristics shown in FIGS. 13 and 14 for the purpose of enabling comparison with the characteristic examples (FIGS. 13 and 14) of the third conventional example (FIG. 9) already described. The measurement was performed under the same conditions as the measurement. That is, in this example, a general commercially available circuit simulator (ADS2003 made by Agilent) was used, and as an example, the design was performed with a target of 4.9-5.85 GHz, which is a wireless LAN band of the IEEE802.11a standard. In this example, the impedance of the three ports 101 to 103 is 50Ω for the first port 101 and the second and third ports 102 and 103 are the same as in the measurement in the third conventional example (FIG. 9). Designed with low impedance (6.8Ω).

また、図3および図4に示すSパラメータの特性結果は、図1に示す各素子において、キャパシタC101を1.62347pFとし、キャパシタC102およびキャパシタC104を2.25756pFとした。また、キャパシタC103およびC105を0.00120313pFとした。また、抵抗R101を、69.4627Ωとし、抵抗R102を67.2861Ωとした。また、基板は0.2mm厚の一般的なガラエポ(ガラスエポキシ)基板とした。また、第1の高周波線路T101と第3の高周波線路T103は、線幅0.202506mmで長さ3.13113mmのマイクロストリップ線路とした。また、第2の高周波線路T102と第4の高周波線路T104は、線幅0.425075mmで長さ1.34248mmのマイクロストリップ線路とした。また、図1に示した各線路間の重なり領域A1およびA2の長さは1.34248mmであった。これらの素子値のうち、最も回路サイズに影響するのは第1〜第4の高周波線路T101〜T104の長さである。この第1実施形態においては、各高周波線路T101〜T104の総線路長が約8.9mmであるのに対し、図9の第3従来例では、総線路長が約12.1mmであった。したがって、この第1実施形態によれば、従来に比べて、回路規模を減少できることが分かる。   3 and FIG. 4, the characteristics of the S parameter shown in FIG. 1 were that the capacitor C101 was set to 1.62347 pF and the capacitor C102 and the capacitor C104 were set to 2.25756 pF in each element shown in FIG. Further, the capacitors C103 and C105 were set to 0.0002313pF. The resistor R101 was 69.4627Ω, and the resistor R102 was 67.2861Ω. The substrate was a general glass epoxy (glass epoxy) substrate having a thickness of 0.2 mm. The first high-frequency line T101 and the third high-frequency line T103 are microstrip lines having a line width of 0.202506 mm and a length of 3.13113 mm. The second high-frequency line T102 and the fourth high-frequency line T104 are microstrip lines having a line width of 0.425075 mm and a length of 1.34248 mm. Further, the length of the overlapping regions A1 and A2 between the lines shown in FIG. 1 was 1.34248 mm. Among these element values, the length of the first to fourth high-frequency lines T101 to T104 has the greatest influence on the circuit size. In the first embodiment, the total line length of each of the high-frequency lines T101 to T104 is about 8.9 mm, whereas in the third conventional example of FIG. 9, the total line length is about 12.1 mm. Therefore, according to the first embodiment, it can be seen that the circuit scale can be reduced as compared with the prior art.

また、図3に示すように、この第1実施形態によれば、4.9〜5.85GHzの広帯域において、第1のポート101の反射特性であるパラメータS11は低く抑制されている。また、第1ポート101から第2ポート102への透過特性であるパラメータS21、および第1ポート101から第3ポート103への透過特性であるパラメータS31は略同じに大きく保たれている。   Also, as shown in FIG. 3, according to the first embodiment, the parameter S11 that is the reflection characteristic of the first port 101 is suppressed to be low in a wide band of 4.9 to 5.85 GHz. Also, the parameter S21 that is the transmission characteristic from the first port 101 to the second port 102 and the parameter S31 that is the transmission characteristic from the first port 101 to the third port 103 are kept substantially the same.

しかも、図3に示すS21とS31による透過特性を見ると、第3の従来例の特性(図13)よりも大幅に急峻なフィルタ(LPF)特性が実現されていることが分かる。これは、図1に示す領域A1,A2における電磁界結合の効果によって、図3に示す減衰極Bが発生したからである。特に、想定した通過帯域のほぼ2倍高調波の周波数帯9.8〜11.7GHz付近において、30dB以上の減衰量が実現されている。   Moreover, it can be seen from the transmission characteristics of S21 and S31 shown in FIG. 3 that a filter (LPF) characteristic that is significantly steeper than the characteristic of the third conventional example (FIG. 13) is realized. This is because the attenuation pole B shown in FIG. 3 is generated by the effect of electromagnetic field coupling in the areas A1 and A2 shown in FIG. In particular, an attenuation of 30 dB or more is realized in the vicinity of the frequency band 9.8 to 11.7 GHz, which is approximately twice the assumed passband.

また、図4は、アイソレーション特性を表すSパラメータS23を示す。このパラメータS23によれば、第2ポート102と第3ポート103との間で、第3従来例の特性(図14)と同じ水準のアイソレーション特性(S32特性)が実現されていることが分かる。   FIG. 4 shows an S parameter S23 representing the isolation characteristic. According to this parameter S23, it can be seen that the isolation characteristic (S32 characteristic) of the same level as the characteristic of the third conventional example (FIG. 14) is realized between the second port 102 and the third port 103. .

上述の如く、この第1実施形態の電力合成分配器によれば、図9の第3従来例と比べて、回路サイズを縮小しつつ、フィルタ特性を大幅に強化できた。   As described above, according to the power combiner / distributor of the first embodiment, the filter characteristics can be greatly enhanced while reducing the circuit size as compared with the third conventional example of FIG.

(第2の実施の形態)
次に、図2に、この発明の電力合成分配器の第2実施形態を示す。この第2実施形態は、図1の第1実施形態の第1〜第4の高周波線路T101〜T104に替えて、第1〜第4のインダクタンスL201〜L204を備えた点が、前述の第1実施形態と異なる。すなわち、この第2実施形態は、第1実施形態を、集中定数化した一例である。したがって、図2に示すキャパシタC201、C202、C203、C204、C205は、それぞれ、図1のキャパシタC101、C102、C103、C104、C105に相当している。また、図2に示す抵抗R201、R202は、それぞれ、図1に示す抵抗R101、R102に相当する。また、図2に示す第1のポート201、第2のポート202、第3のポート203は、それぞれ、図1に示す第1のポート101、第2のポート102、第3のポート103に相当する。
(Second embodiment)
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the power combiner / distributor of the present invention. The second embodiment is provided with first to fourth inductances L201 to L204 in place of the first to fourth high-frequency lines T101 to T104 of the first embodiment of FIG. Different from the embodiment. That is, the second embodiment is an example in which the first embodiment is a lumped constant. Therefore, the capacitors C201, C202, C203, C204, and C205 shown in FIG. 2 correspond to the capacitors C101, C102, C103, C104, and C105 in FIG. 1, respectively. Also, the resistors R201 and R202 shown in FIG. 2 correspond to the resistors R101 and R102 shown in FIG. 1, respectively. Further, the first port 201, the second port 202, and the third port 203 shown in FIG. 2 correspond to the first port 101, the second port 102, and the third port 103 shown in FIG. 1, respectively. To do.

この第2実施形態では、結合係数K201で磁界結合した2個のインダクタンスL201とL202を有し、結合係数K202で磁界結合した2個のインダクタンスL203とL204を有する。   In the second embodiment, there are two inductances L201 and L202 magnetically coupled with a coupling coefficient K201, and two inductances L203 and L204 magnetically coupled with a coupling coefficient K202.

この第2実施形態では、一例として、インダクタンスL201を1.1435nHとし、インダクタンスL202を0.353721nHとし、結合係数K201を0.135835として、その他の素子値は前述の第1実施形態と同じとすると、第1実施形態の図3,図4に示した特性とほぼ同様の特性を示した。   In the second embodiment, for example, the inductance L201 is set to 1.1435 nH, the inductance L202 is set to 0.335321 nH, the coupling coefficient K201 is set to 0.135835, and other element values are the same as those in the first embodiment. The characteristic shown in FIG. 3 and FIG. 4 of the first embodiment was almost the same.

(第3の実施の形態)
次に、図5に、この発明の第3実施形態としての電力増幅器を模式的に示す。この第3実施形態の電力増幅器は、図11に示した従来の電力増幅器において、第3従来例の電力合成器307に替えて、前述の第1実施形態の電力合成分配器308を備えた点が、上記従来の電力増幅器と異なる。
(Third embodiment)
Next, FIG. 5 schematically shows a power amplifier as a third embodiment of the present invention. The power amplifier according to the third embodiment is different from the conventional power amplifier shown in FIG. 11 in that the power combiner / distributor 308 of the first embodiment is provided instead of the power combiner 307 of the third conventional example. Is different from the conventional power amplifier.

したがって、図5において、入力ポート301、電力分配回路303、第1の増幅ブロック304、第2の増幅ブロック305は、図11に示す電力増幅器と同じ構成である。   Therefore, in FIG. 5, the input port 301, the power distribution circuit 303, the first amplification block 304, and the second amplification block 305 have the same configuration as the power amplifier shown in FIG.

この第3実施形態の電力増幅器では、入力ポート301から入力された高周波電力は、適当な電力分配回路303によって2分配されて、複数の増幅用半導体素子306が並列接続された第1の増幅ブロック304と第2の増幅ブロック305に入力される。これら第1と第2の増幅ブロック304と305の出力電力は、ウィルキンソン型の電力合成分配器308によって合成されて、出力ポート302から出力される。   In the power amplifier according to the third embodiment, the high-frequency power input from the input port 301 is divided into two by an appropriate power distribution circuit 303, and a plurality of amplification semiconductor elements 306 are connected in parallel. 304 and the second amplification block 305 are input. The output powers of the first and second amplification blocks 304 and 305 are combined by a Wilkinson type power combiner / distributor 308 and output from the output port 302.

このウィルキンソン型電力合成分配器308は、図1に示す構成であり、図3と図4の特性例を参照して既に説明したように、例えば、第2のポート102と第3のポート103だけを低インピーダンスにするような設計が可能である。したがって、ウィルキンソン型電力合成分配器308は、複数の増幅用半導体素子306に対する大信号負荷に対する要求をも満たすことが可能である。   This Wilkinson type power combiner / distributor 308 has the configuration shown in FIG. 1 and, for example, only the second port 102 and the third port 103 are already described with reference to the characteristic examples of FIGS. 3 and 4. Can be designed to have a low impedance. Therefore, the Wilkinson power combiner / distributor 308 can also satisfy the demand for a large signal load on the plurality of amplifying semiconductor elements 306.

なお、説明を簡略化するために、図5においては、2つの増幅ブロック304、305を備えた一例を示したが、増幅ブロックの個数は一般的には2以上の整数である場合もある。また、説明を簡略化するために、図5には、各増幅ブロック304,305の内部には複数の増幅用半導体素子306が並べられている場合の一例を示したが、一般的には増幅用半導体素子が複数ではなく1個である場合もある。   In order to simplify the description, FIG. 5 shows an example in which two amplification blocks 304 and 305 are provided, but the number of amplification blocks may generally be an integer of 2 or more. In order to simplify the description, FIG. 5 shows an example in which a plurality of amplification semiconductor elements 306 are arranged inside each amplification block 304, 305. There may be a single semiconductor element instead of a plurality.

図5の第3実施形態の電力増幅器の大きな特徴は、出力ポート302の直前に、ウィルキンソン型電力合成分配器308がフィルタ特性が高い回路として挿入されている点である。その結果として、この電力増幅器の全出力には、強いローパスフィルタ(LPF)特性が掛けられることになる。すなわち、半導体素子306が発生する高調波スプリアスは、出力ポート302からは漏洩しにくくなる。   A major feature of the power amplifier according to the third embodiment of FIG. 5 is that a Wilkinson power combiner / distributor 308 is inserted as a circuit having high filter characteristics immediately before the output port 302. As a result, the entire output of the power amplifier is subjected to strong low-pass filter (LPF) characteristics. That is, the harmonic spurious generated by the semiconductor element 306 is less likely to leak from the output port 302.

このように、この第3実施形態の電力増幅器によれば、高調波スプリアスの抑制が図られたにも関わらず、図11に示した従来技術による電力増幅器と比べて、部品数が全く増えていない。むしろ、第1実施形態と同じ構成の電力合成分配器308を採用したことで、第1実施形態において説明したように、図9に示す第3従来例の電力合成分配器と比べて、高周波線路T101〜T104のトータルの長さが短縮されており、小型化も実現されている。   As described above, according to the power amplifier of the third embodiment, although the spurious harmonics are suppressed, the number of components is completely increased as compared with the power amplifier according to the related art shown in FIG. Absent. Rather, by adopting the power combiner / distributor 308 having the same configuration as that of the first embodiment, as described in the first embodiment, compared with the power combiner / distributor of the third conventional example shown in FIG. The total length of T101 to T104 is shortened, and downsizing is also realized.

(第4の実施の形態)
次に、図6に、この発明の第4実施形態としての高周波通信装置を模式的ブロック図で示す。この第4実施形態は、図12に示す従来の高周波通信装置と比較して、ローパスフィルタ405を削除すると共に、従来の電力増幅器404に替えて、上記第3実施形態の電力増幅器409を備えた点が異なる。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 6 is a schematic block diagram showing a high-frequency communication device as a fourth embodiment of the present invention. Compared with the conventional high-frequency communication apparatus shown in FIG. 12, the fourth embodiment has a low-pass filter 405 and a power amplifier 409 of the third embodiment in place of the conventional power amplifier 404. The point is different.

この第4実施形態によれば、送信側の電力増幅器409を上記第3実施形態としたことで、この電力増幅器409自体が持つ高いフィルタ機能により、高調波スプリアスが抑制される。したがって、第4実施形態では、図12の従来例におけるローパスフィルタ405が不要になり、フィルタ405の削除が可能となり、フィルタ部品を1個削除した結果、従来に比べて、小型化、軽量化、低コスト化を図ることができた。   According to the fourth embodiment, since the power amplifier 409 on the transmission side is the third embodiment, harmonic spurious is suppressed by the high filter function of the power amplifier 409 itself. Therefore, in the fourth embodiment, the low-pass filter 405 in the conventional example of FIG. 12 is not necessary, and the filter 405 can be deleted. As a result of deleting one filter component, the size and weight are reduced compared to the conventional example. The cost could be reduced.

この発明の電力合成分配器の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the electric power combiner | distributor of this invention. この発明の電力合成分配器の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the electric power combiner / distributor of this invention. 上記第1実施形態の回路のSパラメータ特性例である。It is an S parameter characteristic example of the circuit of the first embodiment. 上記第1実施形態の回路のSパラメータ特性例である。It is an S parameter characteristic example of the circuit of the first embodiment. この発明の第3実施形態としての電力増幅器を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the power amplifier as 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4実施形態としての高周波通信装置を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the high frequency communication apparatus as 4th Embodiment of this invention. 第1従来例の分布定数形のウィルキンソン型電力合成分配器の回路図である。It is a circuit diagram of a Wilkinson type power combiner / distributor of a distributed constant type of a first conventional example. 第2従来例の集中定数形のウィルキンソン型電力合成分配器の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a lumped constant Wilkinson power combiner / distributor of a second conventional example. 第3従来例の電力合成分配器の回路図である。It is a circuit diagram of the electric power combiner / distributor of the 3rd prior art example. 第4従来例の電力合成器である。It is a power combiner of the 4th conventional example. 従来技術による電力増幅器を示す図である。It is a figure which shows the power amplifier by a prior art. 従来技術による高周波通信装置を示す図である。It is a figure which shows the high frequency communication apparatus by a prior art. 従来のウィルキンソン型電力合成分配器の特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of the conventional Wilkinson type | mold power combiner / distributor. 従来のウィルキンソン型電力合成分配器のもう1つの特性例を示す図である。It is a figure which shows another example of a characteristic of the conventional Wilkinson type | mold power combiner / distributor.

符号の説明Explanation of symbols

101、201 第1のポート
102、202 第2のポート
103、203 第3のポート
T101 第1の高周波線路
T102 第2の高周波線路
T103 第3の高周波線路
T104 第4の高周波線路
A1、A2 領域
B 減衰極
L201 第1のインダクタンス
L202 第2のインダクタンス
L203 第3のインダクタンス
L204 第4のインダクタンス
K201、K202 結合係数
301 入力ポート
302 出力ポート
303 電力分配回路
304 第1の増幅ブロック
305 第2の増幅ブロック
306 増幅用半導体素子
308 ウィルキンソン型電力合成分配器
405 ローパスフィルタ
409 電力増幅器
101, 201 1st port 102, 202 2nd port 103, 203 3rd port T101 1st high frequency line T102 2nd high frequency line T103 3rd high frequency line T104 4th high frequency line A1, A2 area B Attenuation pole L201 1st inductance L202 2nd inductance L203 3rd inductance L204 4th inductance K201, K202 coupling coefficient 301 Input port 302 Output port 303 Power distribution circuit 304 1st amplification block 305 2nd amplification block 306 Amplifying semiconductor element 308 Wilkinson power combiner / distributor 405 Low-pass filter 409 Power amplifier

Claims (5)

第1のポートと、
第2のポートと、
第3のポートと、
互いに逆方向に磁界結合を起こすように上記第1のポートと第2のポートとの間に順に接続されると共にインダクタンス成分を含む第1および第2の回路要素と、
互いに逆方向に磁界結合を起こすように上記第1のポートと第3のポートとの間に順に接続されると共にインダクタンス成分を含む第3および第4の回路要素と、
上記第2のポートと第3のポートの間に接続された第1の抵抗部と、上記第1の回路要素と第2の回路要素との接続点と上記第3の回路要素と第4の回路要素との接続点との間に接続された第2の抵抗部との2つの上記抵抗部のうちのいずれか一方あるいは両方の抵抗部を備えたことを特徴とする電力合成分配器。
A first port;
A second port;
A third port;
First and second circuit elements sequentially connected between the first port and the second port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions, and including an inductance component;
Third and fourth circuit elements sequentially connected between the first port and the third port so as to cause magnetic field coupling in opposite directions, and including an inductance component;
A first resistor connected between the second port and the third port; a connection point between the first circuit element and the second circuit element; the third circuit element; A power combiner / distributor comprising: one of or both of the two resistance parts, the second resistance part connected to a connection point with a circuit element.
請求項1に記載の電力合成分配器において、
上記第1および第2の回路要素は、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置された第1および第2の高周波線路であり、
上記第3および第4の回路要素は、互いに逆方向に電磁界結合を起こすように一部もしくは全部が互いに近接して略平行に配置された第3および第4の高周波線路であることを特徴とする電力合成分配器。
The power combiner / distributor according to claim 1.
The first and second circuit elements are first and second high-frequency lines that are partly or wholly arranged in close proximity to each other so as to cause electromagnetic field coupling in opposite directions,
The third and fourth circuit elements are third and fourth high-frequency lines that are partly or wholly arranged in close proximity to each other so as to cause electromagnetic field coupling in opposite directions. A power combiner / distributor.
請求項1に記載の電力合成分配器において、
上記第1および第2の回路要素は、互いに逆方向に相互誘導磁界結合を起こす第1および第2のインダクタンス部であり、
上記第3および第4の回路要素は、互いに逆方向に相互誘導磁界結合を起こす第3および第4のインダクタンス部であり、
上記第1乃至第4のインダクタンス部の端点のうちの少なくとも1つの端点とグランドとの間にシャント接続されたキャパシタンス部を備えたことを特徴とする電力合成分配器。
The power combiner / distributor according to claim 1.
The first and second circuit elements are first and second inductance portions that cause mutual induction magnetic field coupling in opposite directions,
The third and fourth circuit elements are third and fourth inductance portions that cause mutual induction magnetic field coupling in opposite directions,
A power combiner / distributor comprising a capacitance section shunt-connected between at least one end point of the first to fourth inductance sections and a ground.
請求項1に記載の電力合成分配器を備え、
上記第2のポートのインピーダンスおよび第3のポートのインピーダンスを、それぞれ、上記第1のポートのインピーダンスよりも低くし、
上記第2のポートと第3のポートを、それぞれ、複数の半導体増幅素子の出力部に接続し、
上記複数の半導体増幅素子が出力する高周波電力を上記第1のポートから合成して取り出すことを特徴とする電力増幅器。
A power combiner / distributor according to claim 1,
The impedance of the second port and the impedance of the third port are made lower than the impedance of the first port, respectively.
The second port and the third port are respectively connected to output portions of a plurality of semiconductor amplification elements,
A power amplifier characterized in that high frequency power output from the plurality of semiconductor amplifying elements is combined and extracted from the first port.
請求項4に記載の電力増幅器を備え、
上記電力増幅器を送信用パワーアンプとしたことを特徴とする高周波通信装置。
A power amplifier according to claim 4,
A high-frequency communication apparatus, wherein the power amplifier is a transmission power amplifier.
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JP2010251904A (en) * 2009-04-13 2010-11-04 Mitsubishi Electric Corp Power distribution/composition device
RU2805010C1 (en) * 2023-06-05 2023-10-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" High-frequency signals divider

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