JP2007173955A

JP2007173955A - 高周波電力増幅器とその組立方法

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Publication number: JP2007173955A
Application number: JP2005365094A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Satomi; 明洋里見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP4703391B2

Abstract

【課題】単位増幅器それぞれのシールドを確保しつつ、分配器、単位増幅器、合成器それぞれを同軸ケーブルを使用せずに直接的に接続可能とし、これによって装置の小型化及び電力損失の低減を同時に実現する。
【解決手段】分配器２２の出力端子、基板状態の単位増幅器２３ａ，２３ｂの入出力端子、合成器２４の入力端子をそれぞれマイクロストリップ線路で構成してベースプレート２１上に実装し、銅箔等で対応する端子間を接合する。また、単位増幅器２３ａ，２３ｂは、ブロックＡ１，Ａ２、プレートＡ５，Ａ６、カバーＡ８によって、分配器２２と合成器２４の接続部分を含めて同時にシールドする。この際、ブロックＡ１，Ａ２とプレートＡ５，Ａ６との間に導電性緩衝材Ａ７を介在させて、分配器２２、合成器２４と単位増幅器２３ａ，２３ｂの間の寸法誤差によってシールドの隙間を生じさせないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマイクロ波等の高周波信号の送出に使用される高周波電力増幅器に関する。

レーダ装置の送信機に使用されるマイクロ波電力増幅器では、送信信号を分配器によって複数系統に分配し、各系統の信号をそれぞれ単位増幅器で電力増幅した後、合成器で合成することで所望の出力電力を得ている（例えば非特許文献１参照）。このため、分配器と合成器との間に複数系統の単位増幅器が近接配置されている。この場合、個々の単位増幅器は、不要伝播モードの抑圧、互いの干渉を防ぐためにシールドが必要であることから、それぞれシールドケースに収容されている。その結果、各単位増幅器のケースに、信号の入出力端に同軸ケーブル接続用のコネクタを装備し、分配器、合成器それぞれとの間を同軸ケーブルによって接続するようになされている。

ところで、近年の半導体集積回路の実装技術の向上により、上記分配器、単位増幅器、合成器は、いずれもマイクロストリップ線路による集積回路化が実現され、装置全体の小型化が図られている。ここで、単位増幅器は、上記のように個別にシールドケースに収容され、信号の入出力に同軸ケーブルによる伝送が余儀なくされている。このため、ケーブルの引き回しによってスペース効率が低下している。また、マイクロストリップ線路出力をいったん同軸コネクタに変換する必要があることから、この部分で多大な電力損失が生じている。
社団法人電子情報通信学会発行、株式会社コロナ社出版、「改訂レーダ技術」第１６５頁

以上述べたように、従来の分配・合成型の高周波電力増幅器では、複数系統の単位増幅器が個別にシールドケースに収容され、信号の入出力に同軸ケーブルによる伝送が余儀なくされているため、ケーブルの引き回しによってスペース効率が低下し、また、マイクロストリップ線路出力をいったん同軸コネクタに変換する必要があることから、この部分で多大な電力損失が生じる点が問題となっている。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、単位増幅器それぞれのシールドを確保しつつ、分配器、単位増幅器、合成器それぞれを同軸ケーブルを使用せずに直接的に接続可能とし、これによって装置の小型化及び電力損失の低減を同時に実現することのできる高周波電力増幅器を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係る高周波電力増幅器は、高周波信号を複数系統に分配するもので、各系統の分配出力端子をマイクロストリップ線路で形成してなる分配器と、前記複数系統それぞれに設けられ、入力端子及び出力端子がマイクロストリップ線路で形成され、前記入力端子に供給される高周波信号を電力増幅して前記出力端子から出力する複数の単位増幅器と、前記複数系統分の入力端子がマイクロストリップ線路で形成され、前記入力端子に供給される高周波信号を合成して出力する合成器と、前記分配器、複数の単位増幅器、合成器が載置固定されるベースプレートと、前記分配器で分配された高周波信号を前記複数の単位増幅器に入力して電力増幅し、各系統の増幅信号を合成器で合成するように、前記分配器、単位増幅器、合成器それぞれの対応する端子同士を接合する端子接合手段と、前記単位増幅器に対し、前記分配器の出力側及び前記合成器の入力側の面にシールド材料によるブロックを接合し、前記分配器及び合成器間の側面及び上面をそれぞれシールド材料によるプレート及びカバーで覆うシールド手段とを具備することを特徴とするものである。

このように、本発明では、分配器、単位増幅器、合成器それぞれの端子をマイクロストリップ線路で形成し、端子間を銅箔等で接合することで、分配器、単位増幅器、合成器それぞれを同軸ケーブルを使用せずに直接的に接続し、接合処理後に単位増幅器全体をシールド材料で覆うことで、各単位増幅器のシールドを確保する。

本発明によれば、単位増幅器それぞれのシールドを確保しつつ、分配器、単位増幅器、合成器それぞれを同軸ケーブルを使用せずに直接的に接続可能とし、これによって装置の小型化及び電力損失の低減を同時に実現することのできる高周波電力増幅器を提供することができる。

本発明に係る実施の形態を説明するに先立ち、従来のレーダ装置に採用されるマイクロ波電力増幅器の構造を図２に示して簡単に説明する。

図２において、（ａ）は上面図、（ｂ）波側面図である。１１はヒートシンクとして機能するベースプレートであり、このベースプレート１１上に２系統分配器１２、２系統の単位増幅器１３ａ，１３ｂ、２系統合成器１４が載置固定される。各系統の単位増幅器１３ａ，１３ｂは、いずれも不要伝播モードの抑圧、互いの干渉を防ぐために、シールドケースに収容され、シールドカバーで開口面が覆われている。また、信号入出力端にはそれぞれ同軸コネクタが装備されており、分配器１２の信号出力端及び合成器１４の信号入力端それぞれに設けられる同軸コネクタとの間は同軸ケーブルで接続される。

すなわち、上記構造による電力増幅器では、分配器１２にて入力マイクロ波信号を２系統に分配し、それぞれ同軸ケーブルを介して単位増幅器１３ａ，１３ｂに供給して並列的に電力増幅させ、その増幅出力を同軸ケーブルにより合成器１４に送るようになされている。この構造では、前述のように、単位増幅器１３ａ，１３ｂが個別にシールドケースに収容され、信号の入出力に同軸ケーブルが使用されているため、ケーブルの引き回しによってスペース効率が低下している。また、分配器１２、単位増幅器１３ａ，１３ｂ、合成器１４がいずれもマイクロストリップ線路による集積回路構造となっていても、マイクロストリップ線路出力をいったん同軸コネクタに変換する必要があることから、この部分で多大な電力損失が生じている。

上記問題を解決する本発明の実施形態について、以下、図１を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態として、上記のマイクロ波電力増幅器に本発明を適用した場合の構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。

図１において、２１はヒートシンクとして機能するベースプレートであり、このベースプレート２１上の中央部には単位増幅器（シールドされていない基板自体）２３ａ，２３ｂが並べて固定され、その両側に２系統分配器２２、２系統合成器２４が配置固定される。

上記分配器２２の分配出力側には、ベースプレート２１との接合側に縁部２２１が本体部と一体形成されており、２系統出力端として内部回路基板（図示せず）からマイクロストリップ線路による出力端子２２２ａ，２２２ｂが縁部２２１上に形成されている。同様に、上記合成器２４の合成入力側には、ベースプレート２１との接合側に縁部２４１が本体部と一体形成されており、２系統入力端として内部回路基板（図示せず）からマイクロストリップ線路による入力端子２４２ａ，２４２ｂが縁部２４１上に形成されている。

一方、単位増幅器２３ａ，２３ｂには、分配器２２のマイクロストリップ線路による出力端子２２２ａ，２２２ｂ、合成器２４のマイクロストリップ線路による入力端子２４２ａ，２４２ｂと対向する位置に、マイクロストリップ線路による入力端子２３ａ１，２３ｂ１、出力端子２３ａ２，２３ｂ２がそれぞれ形成されている。そして、それぞれの対向端子間を銅箔にて結合することで、分配器、単位増幅器、合成器間のマイクロストリップ線路による伝送を可能とする。

上記単位増幅器２３ａのシールドは、以下のような構造によって実現される。尚、２３ｂのシールド構造については２３ａの場合と同様であるので、その説明及び図面上の符号は省略する。

まず、ベースプレート２１には、シールド効果を奏する金属材料を使用する。分配器２２及び合成器２４の縁部２２１，２４１の上部には、シールド材による逆Ｌ字型ブロックＡ１，Ａ２を載置する。これらのブロックＡ１，Ａ２の側面は、分配器２２及び合成器２４の縁部２２１，２４１それぞれの端面と同一面となる寸法とする。また、これらのブロックＡ１，Ａ２の上側に形成される縁部には、分配器２２、合成器２４それぞれのケース上面と当接する部分に溝部を形成し、ここにシールド効果を奏するチューブ状の導電性緩衝材Ａ３，Ａ４を嵌入しておく。また、詳細は図示しないが、上記ブロックＡ１，Ａ２には、単位増幅器２３ａと分配器２２、合成器２４との銅箔による端子間接合部分に接触しないように切り欠き部を形成しておく。

上記単位増幅器２３ａの側面には、分配器２２及び合成器２４の間（ブロックＡ１，Ａ２の間）を閉塞するようにプレートＡ５，Ａ６を装着する。この際、プレートＡ５，Ａ６とベースプレート２１との接合面、ブロックＡ１，Ａ２との接合面には、それぞれシート状の導電性緩衝材Ａ７，Ａ８を介在させて隙間を埋めておく。上記ブロックＡ１，Ａ２とプレートＡ５，Ａ６はそれぞれの上面が同一面となる寸法であり、これらの部材の上面にはシールド材によるカバーＡ８を乗せ、要所（図では６カ所）で上からベースプレート２１まで貫通するように螺子止めする。

上記の構造によれば、単位増幅器２３ａの底面はベースプレート２１によってシールドされ、その側面はブロックＡ１，Ａ２とプレートＡ５，Ａ６によってシールドされ、その上面はカバーＡ８によってシールドされる。さらに、螺子止めによってブロックＡ１，Ａ２が分配器２２、合成器２４の上面に圧接されるため、その間に介在される導電性緩衝材Ａ３，Ａ４も各接触面に密着され、よりいっそうのシールド効果を得ることができる。

したがって、上記構成による高周波電力増幅器では、分配器２２の出力端子と合成器２４の入力端子をそれぞれマイクロストリップ線路で構成し、単位増幅器２３ａ，２３ｂを基板のままベースプレート（ヒートシンク）２１上に直接実装するようにするようにしている。このとき、単位増幅器２３ａ，２３ｂは、マイクロストリップ線路で構成されているために、そのまま銅箔等で分配器２２と合成器２４の出力端子、入力端子に接続できる。また、単位増幅器２３ａ，２３ｂは、ブロックＡ１，Ａ２、プレートＡ５，Ａ６、カバーＡ８によって、分配器２２と合成器２４の接続部分を含めて同時にシールドされる。この際、ブロックＡ１，Ａ２とプレートＡ５，Ａ６との間に導電性緩衝材Ａ７を介在させている。これにより、分配器２２、合成器２４と単位増幅器２３ａ，２３ｂの間の寸法誤差によってシールドの隙間を生じさせないようにすることができる。

尚、上記実施形態で用いた導電性緩衝材Ａ３，Ａ４，Ａ７は電波を反射することでシールド効果を得るものであるが、これに代わって電波を吸収する電波吸収体を用いても同様のシールド効果を得ることができる。

また、特に、上記の手法では、従来使用していた単位増幅器のケースを無くすことができるため、コストの高い部品を減らすことができる。また、分配器や合成器と接続する手法として、マイクロストリップ線路のまま接合するため、従来のように同軸線路に変換してケーブルで配線する必要がなくなり、これによってマイクロ波の電力損失を減らすことができ、機器の性能を向上することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る高周波電力増幅器の一実施形態の構造を示す上面図及び側面図。従来の高周波電力増幅器の構造を示す上面図及び側面図。

符号の説明

１１…ベースプレート、１２…２系統分配器、１３ａ，１３ｂ…単位増幅器、１４…２系統合成器、２１…ベースプレート、２２…２系統分配器、２２１…縁部、２２２ａ，２２２ｂ…出力端子、２３ａ，２３ｂ…単位増幅器、２４…２系統合成器、２４１…縁部、２４２ａ，２４２ｂ…入力端子、２３ａ１，２３ｂ１…入力端子、２３ａ２，２３ｂ２…出力端子、Ａ１，Ａ２…逆Ｌ字型ブロック、Ａ３，Ａ４…導電性緩衝材（電波吸収体）、Ａ５，Ａ６…プレート、Ａ７…導電性緩衝材（電波吸収体）、Ａ８…カバー。

Claims

高周波信号を複数系統に分配するもので、各系統の分配出力端子をマイクロストリップ線路で形成してなる分配器と、
前記複数系統それぞれに設けられ、入力端子及び出力端子がマイクロストリップ線路で形成され、前記入力端子に供給される高周波信号を電力増幅して前記出力端子から出力する複数の単位増幅器と、
前記複数系統分の入力端子がマイクロストリップ線路で形成され、前記入力端子に供給される高周波信号を合成して出力する合成器と、
前記分配器、複数の単位増幅器、合成器が載置固定されるベースプレートと、
前記分配器で分配された高周波信号を前記複数の単位増幅器に入力して電力増幅し、各系統の増幅信号を合成器で合成するように、前記分配器、単位増幅器、合成器それぞれの対応する端子同士を接合する端子接合手段と、
前記単位増幅器に対し、前記分配器の出力側及び前記合成器の入力側の面にシールド材料によるブロックを接合し、前記分配器及び合成器間の側面及び上面をそれぞれシールド材料によるプレート及びカバーで覆うシールド手段と、
を具備することを特徴とする高周波電力増幅器。
前記端子接合手段は、前記マイクロストリップ線路による端子同士を銅箔で連結し接合することを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
前記シールド手段は、前記プレートの接合に導電性緩衝材または電波吸収体を介在させることを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
前記シールド手段は、前記ブロックに前記分配器、合成器それぞれの上面と対向する縁部を形成し、その縁部と対向面との間に導電性緩衝材または電波吸収体を介在させることを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
高周波信号を複数系統に分配する分配器の各系統の分配出力端子をマイクロストリップ線路で形成し、
前記複数系統それぞれに設けられ、高周波信号を電力増幅する複数の単位増幅器の入力端子及び出力端子をマイクロストリップ線路で形成し、
前記複数系統分の入力端子に供給される高周波信号を合成して出力する合成器の各入力端子をマイクロストリップ線路で形成し、
前記分配器、複数の単位増幅器、合成器をベースプレートに載置固定した状態で、前記分配器で分配された高周波信号を前記複数の単位増幅器に入力して電力増幅し、各系統の増幅信号を合成器で合成するように、前記分配器、単位増幅器、合成器それぞれの対応する端子同士を接合し、
前記複数の単位増幅器それぞれに対し、端子接合後に増幅器の周囲をシールド材料で覆うことを特徴とする高周波電力増幅器の組立方法。