JP2007201596A

JP2007201596A - 電力分配回路

Info

Publication number: JP2007201596A
Application number: JP2006014943A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Kiyono; 清春清野; Toshiyuki Senba; 俊行筌場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】従来のブランチラインカップラ形の電力分配回路では比帯域が約１０％と比較的狭いため、それ以上の帯域が要求される電力増幅器には適用できない課題がある。また、仮に帯域を複数個に分割し各帯域に対応した電力増幅器を製作するような場合、帯域の異なる数種類の電力増幅器の設計・製作が必要となり、低価格化が実現できない課題もあった。
【解決手段】ブランチラインカップラを構成する４個の１／４波長線路の内、隣接する２個の１／４波長線路の接続点に、帯域の中心周波数ではブランチラインカップラ特性に影響を与えず、帯域の他の周波数にのみ影響するような直列共振回路を接続した。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力増幅器、フェズドアレーアンテナ等に使用される電力分配回路に関するものである。

レーダあるいは通信用の電力増幅器ではより高出力化の要求が強まってきており、ＦＥＴ，ＨＥＭＴなどの複数個の半導体素子出力を合成して高出力化を図ることが一般的であり、これらの半導体素子に電力を分配するための電力分配回路が必要となる。

このような電力増幅器に用いられる電力分配回路の一例として、比較的小形で、製作が容易なブランチラインカップラ型の電力分配回路が知られている（特許文献１、非特許文献１参照。）。

特開平１１-２５１９５２号公報（第1図）藤澤和男著、書名：改版マイクロ波回路、電子通信学会大学講座、第１５巻、ｐｐ２０３コロナ社

従来、電力増幅器として所要帯域内のチャネル毎に対応した比較的狭帯域なものが使用されてきたが、近年、電力増幅器の低価格化の要求が強まってきており、その解決策の１つとして電力増幅器の広帯域化が考えられる。これにより、電力増幅器の種類を減らし、共通化を図ることで低価格化が可能となる。これには電力増幅器に使用する電力分配回路の広帯域化が必要となる。

しかしブランチラインカップラ型の電力分配回路は比帯域１０％程度と比較的狭いため、それ以上の帯域が要求される電力増幅器には使用できない課題があった。また、帯域を複数個に分割し各帯域に対応した電力増幅器を製作するような場合、帯域の異なる数種類の電力増幅器を設計・製作する必要があり、低価格化が実現できない課題もあった。

さらに、比帯域が１０％程度の電力増幅器に適用するような場合、電力分配回路の製造バラツキにより電力分配回路の帯域がずれ、電力増幅器の帯域端での電気性能が著しく劣化してしまう課題もあった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、従来のブランチラインカップラの機能を維持し、広帯域な電力分配回路を得ることを目的としている。

第1の発明の電力分配回路は、リング状に接続された４個の１／４波長線路と、上記隣接する１／４波長線路の接続点にそれぞれ設けられた４個の端子と、上記接続点と端子間にそれぞれ設けられたインダクタとキャパシタとからなる直列共振回路と、上記４個の端子の内、１個の端子に終端器と、
を具備したものである。

第２の発明の電力分配回路は、リング状に接続された４個の１／４波長線路と、上記隣接する１／４波長線路の接続点にそれぞれ設けられた４個の端子と、上記接続点と端子間にそれぞれ設けられた１／２波長の高インピーダンス線路と、上記４個の端子の内、１個の端子に終端器とを具備したものである。

第１の発明によれば、ブランチラインカップラを構成する４個の１／４波長線路の内、隣接する２個の１／４波長線路の接続点に、直列共振回路を接続することによって、当該共振回路を接続しない従来のブランチラインカップラに比べ、帯域を約２倍に広帯域化を図ることが可能であるため、従来のブランチラインカップラ以上の広帯域な電力増幅器にも対応でき、電力増幅器の共通化が可能となり電力増幅器の低価格化を図ることができるとういう効果がある。

第２の発明によれば、ブランチラインカップラを構成する４個の１／４波長線路の内、隣接する２個の１／４波長線路の接続点に、高インピーダンス線路を接続することによって、ブランチラインカップラに比べ、帯域を約２倍に広帯域化を図ることが可能であるため、ブランチラインカップラ以上の広帯域な電力増幅器にも対応でき、電力増幅器の共通化が可能となり電力増幅器の低価格化を図ることができるとともに、マイクロ波集積回路技術を用いることにより、一枚の誘電体基板上にブランチラインカップラと一体形成が可能となり、安価にできる利点もあるとういう効果がある。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による電力分配回路の構成を示す図であり、１〜４はそれぞれ１／４波長線路、５〜８はそれぞれ接続点、９〜１２はそれぞれ端子、１３〜１６は直列共振回路、１７は終端器である。

この電力分配回路は帯域の中心周波数で１／４波長の長さを有する４個の１／４波長線路１〜４をリング状に接続し、隣接する１／４波長線路１と４との接続点５と端子９間に直列共振回路１３を、１／４波長線路１と２との接続点６と端子１０間に直列共振回路１４を、１／４波長線路２と３との接続点７と端子１１間に直列共振回路１５を、１／４波長線路３と４との接続点８と端子１２間に直列共振回路１６をそれぞれ設け、端子１２には終端器１７が接続された構成となっている。

即ち、４個の１／４波長線路１〜４をリング状に接続し、隣接する１／４波長線路１〜４の各接続点５〜８にそれぞれ端子９〜１２を接続して構成されるブランチラインカップラに、直列共振回路１３〜１６および終端器１７を付加したものである。

ここで、電源および負荷の特性インピーダンスをＺ０とした場合、それぞれ１／４波長線路１，３の特性インピーダンスＺ１はＺ０／√２に、伝送線路２、４の特性インピーダンスＺ２はＺ０に選ばれ、また、終端器１７の抵抗値ＲはＺ０に選ばれる。通常、Ｚ０は５０オームである。
さらに、直列共振回路１３〜１６を構成するインダクタとキャパシタは使用周波数帯域の中心周波数で直列共振するような定数に選ばれている。

図２は実施の形態１による電力分配回路のインピーダンス軌跡を示すものである。
図中、実線はこの発明の電力分配回路のインピーダンス軌跡、破線は一般的なブランチラインカップラのインピーダンス軌跡であり、これらのインピーダンス軌跡はスミスチャート上に示してある。
ここでは一例として端子９から接続点５側を見たインピーダンス軌跡を示している。
一般的なブランチラインカップラのインピーダンス軌跡は破線で示すように、帯域の中心周波数ｆ０でスミスチャートの中心を通り、帯域の低域側の周波数ｆ１から高域側の周波数ｆ２に向かってコンダクタンス一定の線上を時計方向に大きく回転する。

これに対して、この発明の電力分配回路に用いている直列共振回路１３は中心周波数ｆ０でインピーダンスが０Ω、ｆ１では等価的にキャパシタ、ｆ２ではインダクタとなる。このため、端子９と接続点５間にはｆ０で何も接続されず、ｆ１ではキャパシタ、ｆ２ではインダクタが接続されたものと見なすことができる。

従って、図２の実線で示すようにこの発明の電力分配回路のインピーダンス軌跡はｆ０でスミスチャートの中心を通り、ｆ１では抵抗一定の線上を時計方向に、また、ｆ２では抵抗一定の線上を反時計方向に回転する。
この結果、帯域のｆ１〜ｆ２に渡ってインピーダンスがスミスチャートの中心近傍に集まるようになる。即ち、広帯域にわたってインピーダンス整合が取れたことになる。

図３に実施の形態１による電力分配回路のリターンロス特性の一例を示す。
図中、実線はこの発明の電力分配回路の特性、破線は一般的なブランチラインカップラの特性である。リターンロスが２０ｄB以上となる比帯域は一般的なブランチラインカップラでは約１０％であるのに対してこの発明のものでは約２０％と２倍の帯域が得られるようになる。
なお、上述では直列共振回路１３の働きについて説明したが、他の直列共振回路１４〜１６も同様である。

次に動作について説明する。
この発明の電力分配回路では上述のような構成となっているため、例えば端子９から入力されたマイクロ波信号は端子１０と１１とにそれぞれ位相が９０°異なるものの等振幅で分配される。
また、端子１２はアイソレーション端子となっているため、この端子１２には信号が出力されない。これは一般的なブランチラインカップラと動作は同じである。

従って、この発明の電力分配器の端子１０と１１にそれぞれ半導体素子を接続することにより、端子９から入力されたマイクロ波信号を各半導体素子に等振幅で供給することができる。
なお、端子１０と１１に接続される半導体素子のインピーダンスと、端子１０および端子１１における電力分配回路のインピーダンスが一致しない場合、分配されたマイクロ波信号の一部が端子１０、１１で反射される。
この反射されたマイクロ波信号は接続点５で逆相、接続点８で同相となるため、端子９には出力されず全て端子１２に接続された終端器１７で吸収されるようになる。

以上のように、この発明の電力分配回路では一般的なブランチラインカップラの機能を損なうことなく、ブランチラインカップラに比べ、帯域を約２倍に広帯域化を図ることが可能である。
このため、ブランチラインカップラ以上の広帯域な電力増幅器にも対応でき、電力増幅器の共通化が可能となり電力増幅器の低価格化を図ることができる効果がある。

また、電力分配回路の製造バラツキにより帯域が多少ずれても必要帯域をカバーでき、電力増幅器の特性劣化が発生することもない効果がある。

実施の形態２．
図４は実施の形態２による電力分配回路の構成を示す図である。
この電力分配回路は図１に示す実施の形態１の直列共振回路１３〜１６の変わりに長さが１／２波長を有する高インピーダンス線路１８〜２１を接続したものである。
これらの高インピーダンス線路１８〜２１の特性インピーダンスＺ３はＺ０の約１.４〜１.８倍、即ち７０〜９０Ω程度に選ばれている。

このように高インピーダンス線路１８〜２１の長さを１／２波長に選ぶことにより、帯域の中心周波数ｆ０ではブランチラインカップラのインピーダンスに影響を与えることなく、帯域の他の周波数にのみ影響するようになる。即ち、この高インピーダンス線路１８〜２１は帯域の低域側の周波数ｆ１では等価的にキャパシタ、高域側の周波数ｆ２ではインダクタとなり、中心周波数では何も接続されないものと見なすことができる。

このため、等価回路的には実施の形態１で示した直列共振回路１３〜１６と同じになる。等価的
なキャパシタおよびインダクタは高インピーダンス線路１８〜２１の特性インピーダンスに依存し、インピーダンスが高いほどこれらの値が大きくなる。特性インピーダンスを８０Ω程度に選ぶことにより、比帯域２０％程度の電力分配回路が得られるキャパシタおよびインダクタとなる。

以上のように、端子９と接続点５、端子１０と接続点６、端子１１と接続点７および端子１２と接続点８間にそれぞれ高インピーダンス線路１８〜２１を接続することにより、等価的に直列共振回路１３〜１６を接続したものと見なすことができ、実施の形態１で説明したように電力分配回路の広帯域化を図ることができる。

従って、この発明の電力分配回路においてもブランチラインカップラの機能を損なうことなく、ブランチラインカップラに比べ、帯域を約２倍に広帯域化を図ることが可能である。
このため、実施の形態１と同様の効果がある。

また、実施の形態２で用いた高インピーダンス線路１８〜２１はマイクロ波集積回路技術を用いることにより、一枚の誘電体基板上にブランチラインカップラと一体形成が可能となり、実施の形態１のものに比べ安価にできる利点もある。

この発明による実施の形態１の電力分配回路の構成を示す図である。この発明による実施の形態１の電力分配回路インピーダンス軌跡を示す図である。この発明による実施の形態１の電力分配回路のリターンロス特性を示す図である。この発明による実施の形態２の電力分配回路の構成を示す図である。

符号の説明

１〜４１／４波長線路
５〜８接続点
９〜１２端子
１３〜１６直列共振回路
１７終端器
１８〜２１１／２波長の高インピーダンス線路。

Claims

リング状に接続された４個の１／４波長線路と、
隣接する上記１／４波長線路の接続点にそれぞれ設けられた４個の端子と、
上記接続点と端子間にそれぞれ設けられたインダクタとキャパシタとからなる直列共振回路と、
上記４個の端子の内、１個の端子に接続された終端器と、
を具備したことを特徴とする電力分配回路。
リング状に接続された４個の１／４波長線路と、
隣接する上記１／４波長線路の接続点にそれぞれ設けられた４個の端子と、
上記接続点と端子間にそれぞれ設けられた１／２波長の高インピーダンス線路と、
上記４個の端子の内、１個の端子に接続された終端器と、
を具備したことを特徴とする電力分配回路。