JP2011135232A - Power combiner - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、電力増幅器出力を合成する電力合成器に関する。 The present invention relates to a power combiner that combines power amplifier outputs, for example.
通信機器等に用いられるマイクロ波帯の高周波電力を分配又は合成する電力分配合成器として、例えば、特許文献1に記載の技術が提案されている。この電力分配合成器は、電力合成器として用いられるときは、例えば、複数の電力増幅器から出力される信号がそれぞれ入力され、これらの電力を合成して出力する。
For example, a technique disclosed in
ところで、上記のような電力分配合成器を電力合成器として用いる際の問題点として、先ず電流合成による電力損失が大きいことが挙げられる。また、もう一つの問題点として、浮遊容量、浮遊インダクタンスがある。高周波回路においては、伝送線や回路素子によって浮遊容量や浮遊インダクタンスが生じ、回路インピーダンスに影響を与える。 By the way, as a problem when the above power distribution combiner is used as a power combiner, first, there is a large power loss due to current combining. Another problem is stray capacitance and stray inductance. In a high-frequency circuit, stray capacitance and stray inductance are generated by transmission lines and circuit elements, affecting circuit impedance.
この発明は上記事情に着目してなされたもので、電力損失を低減し、電力合成を高効率に行うことが可能な電力合成器を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a power combiner capable of reducing power loss and performing power combining with high efficiency.
上記目的を達成するためにこの発明の一態様は、複数の入力ポートから個別に入力される複数の高周波電力を同相で合成して出力ポートから出力する電力合成器であって、前記複数の高周波電力を2入力毎に合成する複数の入力側トランスと、前記複数の入力側トランスの各出力を1次側に接続し、2次側を前記出力ポートに直列接続して、合成とインピーダンス変換とを同時に行う複数の出力側トランスとを具備する電力合成器を提供する。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a power combiner that combines a plurality of high-frequency powers individually input from a plurality of input ports in the same phase and outputs the power from an output port, the plurality of high-frequency powers A plurality of input-side transformers that combine power every two inputs, and outputs of the plurality of input-side transformers are connected to the primary side, and a secondary side is connected in series to the output port to combine and change impedance There is provided a power combiner including a plurality of output-side transformers that simultaneously perform the above.
すなわちこの発明によれば、電力損失を低減し、電力合成を高効率に行うことが可能な電力合成器を提供することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to provide a power combiner that can reduce power loss and perform power combining with high efficiency.
以下、図面を参照してこの発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の電力合成器に係る一実施形態を示す回路構成図である。図1において、各入力ポート1〜4から入力された高周波電力信号は、2入力毎に入力側のトランスT1、T2によってそれぞれ同相で電流合成され出力される。トランスT1、T2で合成された信号は、トランスT3からトランスT4、T5の1次側にそれぞれ分配される。出力側のトランスT4、T5は、2次側が直列接続され、上記分配された信号の合成とインピーダンス変換とを同時に行う。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a power combiner according to the present invention. In FIG. 1, the high-frequency power signals input from the
例えば、入力ポート1〜4及び出力ポートのインピーダンスを全て50Ωとすると、各入力ポート1〜4から入力された電力がT1〜T5によって合成され出力ポートから出力される。また、このときアンバランス吸収抵抗R1、R2を100Ω、R3を50Ωに選択することで、入力ポート1〜4の電力にばらつきがある場合においても、入力ポート1〜4から見たインピーダンスは全て50Ωとなり、各入力ポート1〜4間でアイソレーションが取れる。例えば入力ポート1の電力が0となった場合、入力ポート2からの電流の1/2がR1を通してトランスT1に流れるため、T1の入力電流は平衡となる。また、トランスT3の入力電流はトランスT2の出力電流の1/4がR3を通してT1の出力電流に加算されてトランスT3へ流れるため、トランスT1、T2と同様に入力電流の平衡が取れる。
For example, if the impedances of the
図2に本回路の動作説明図を示す。全ての入力ポート1〜4のインピーダンスをZ、電流をIとすると、図2の(a)〜(d)点のインピーダンスZ及び電流Iは、以下のようになる。
(a)…Z/2、2I
(b)…Z/2、2I
(c)…Z/2、2I
(d)…Z/2、2I
つまり、トランスT3の出力が合成されていないため、図2の(c)、(d)点でのインピーダンスZはZ/2、電流は2Iのままである。ここで、T4、T5のインピーダンス比をそれぞれ1:1とすると、各トランス1次側のインピーダンスZ/2が2次側において直列に接続され、出力のインピーダンスは入力と同じZとなる。また、上述したように、入力ポート1〜4から見ると、各入力ポート1〜4間のアイソレーションを取ることも可能である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of this circuit. Assuming that the impedance of all the
(A) ... Z / 2, 2I
(B) ... Z / 2, 2I
(C) ... Z / 2, 2I
(D) ... Z / 2, 2I
That is, since the output of the transformer T3 is not synthesized, the impedance Z at the points (c) and (d) in FIG. 2 remains Z / 2 and the current remains 2I. Here, assuming that the impedance ratio of T4 and T5 is 1: 1, the impedance Z / 2 on each transformer primary side is connected in series on the secondary side, and the output impedance is the same as the input Z. Further, as described above, when viewed from the
ここで、比較のために、図3に従来の電力合成器の一例を示す。従来回路では、各入力ポート1〜4からトランスT3までの構成は図1の回路と同様であるが、トランスT3によって電流合成された後、トランスT4によってインピーダンス変換を行っている。
Here, for comparison, FIG. 3 shows an example of a conventional power combiner. In the conventional circuit, the configuration from each of the
図4に、この従来回路の動作説明図を示す。図4において、各入力ポート1〜4のインピーダンスをZ、電流をIとすると、図の(a)〜(c)点のインピーダンスZと電流Iは、以下のようになる。
(a)…Z/2、2I
(b)…Z/2、2I
(c)…Z/4、4I
この合成方式の問題点として、この図3を例に取ると、まず電流合成による電力損失が大きいことが挙げられる。特に(c)点においてはT3〜T4間には各入力ポート1〜4の4倍の電流が流れるため、T3〜T4間の伝送ロスが大きくなってしまう。そのため伝送線を太くしなければならず、またT4自体も大きな素子が必要となる。
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of this conventional circuit. In FIG. 4, when the impedance of each of the
(A) ... Z / 2, 2I
(B) ... Z / 2, 2I
(C) ... Z / 4, 4I
As a problem of this combining method, taking FIG. 3 as an example, first, there is a large power loss due to current combining. In particular, at point (c), a current four times as large as that of each of the
もう一つの問題点として、浮遊容量、浮遊インダクタンスがある。高周波回路においては、伝送線や回路素子によって浮遊容量や浮遊インダクタンスが生じ、回路インピーダンスに影響を与える。これは複素インピーダンスにおける虚数成分に相当する。この虚数成分は、インピーダンスの高い例えば図2の入力ポート等に存在する場合はさほど影響が無いが、(c)点の様にインピーダンスが低くなった部分に存在するものは、入力ポート1〜4及び出力ポートから見ると値が4倍となってしまうため、入出力のインピーダンスに大きな影響を与えてしまう。 Another problem is stray capacitance and stray inductance. In a high-frequency circuit, stray capacitance and stray inductance are generated by transmission lines and circuit elements, affecting circuit impedance. This corresponds to an imaginary component in the complex impedance. This imaginary component is not so much affected when it is present at a high impedance, for example, the input port of FIG. 2, but the components present at the portion where the impedance is low as at (c) are input ports 1-4. When viewed from the output port, the value is quadrupled, which greatly affects the input / output impedance.
これに対し、本実施形態では、従来、入力インピーダンスZに対して出力インピーダンスがZ/4となっていたものを、出力インピーダンスをZ/2とするため、出力側トランスを2段接続している。上記図1において、各入力ポート1〜4からトランスT3までの構成は、図3の従来回路と同じであるが、破線で囲んだ部分が従来と異なる。従来回路ではトランスT3によって電流合成された後、T4によってインピーダンス変換を行っているが、本実施形態の回路ではトランスT3の出力で合成は行わず、出力側のトランスT4、T5によって合成とインピーダンス変換を同時に行うインピーダンス(電圧)合成の構成となっている。
On the other hand, in the present embodiment, the output impedance is Z / 4 with respect to the input impedance Z, so that the output impedance is Z / 2 so that the output side transformer is connected in two stages. . In FIG. 1, the configuration from each of the
すなわち、本実施形態によれば、従来と比べて回路のインピーダンスを大きく下げずに電力合成を高効率に行うことができる。例えば、インピーダンスが1/2になると流れる電流は2倍になるが、電力損失は4倍となるため、図4の従来回路と図2の本実施形態の回路を比べた場合、T3〜T4(T5)間の電力損失は従来の1/4となるため、伝送線やT4(T5)に小さな素子を使用することが可能となる。また、従来よりも回路インピーダンスが下がらないことで、T3〜T4間で生じる複素インピーダンスの虚数成分による影響も少なくすることができ、入出力ポートの整合調整も容易となる。 That is, according to the present embodiment, power combining can be performed with high efficiency without greatly reducing the impedance of the circuit as compared with the conventional case. For example, when the impedance is halved, the flowing current is doubled, but the power loss is quadrupled. Therefore, when the conventional circuit of FIG. 4 is compared with the circuit of this embodiment of FIG. Since the power loss during T5) is ¼ that of the prior art, a small element can be used for the transmission line and T4 (T5). Further, since the circuit impedance does not decrease as compared with the conventional case, the influence of the imaginary component of the complex impedance generated between T3 and T4 can be reduced, and the matching adjustment of the input / output ports is facilitated.
なお、この発明は、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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1,2,3,4…入力ポート、T1,T2,T3,T4…トランス、R1,R2,R3…アンバランス吸収抵抗。 1, 2, 3, 4... Input port, T1, T2, T3, T4... Transformer, R1, R2, R3.
Claims (1)
前記複数の高周波電力を2入力毎に合成する複数の入力側トランスと、
前記複数の入力側トランスの各出力を1次側に接続し、2次側を前記出力ポートに直列接続して、合成とインピーダンス変換とを同時に行う複数の出力側トランスと
を具備することを特徴とする電力合成器。 A power combiner that combines a plurality of high-frequency powers individually input from a plurality of input ports in the same phase and outputs from the output port,
A plurality of input-side transformers that combine the plurality of high-frequency powers every two inputs;
A plurality of output-side transformers that simultaneously perform synthesis and impedance conversion by connecting each output of the plurality of input-side transformers to a primary side and connecting a secondary side in series to the output port; A power combiner.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009291444A JP2011135232A (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Power combiner |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009291444A JP2011135232A (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Power combiner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2011135232A true JP2011135232A (en) | 2011-07-07 |
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Family Applications (1)
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JP2009291444A Withdrawn JP2011135232A (en) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | Power combiner |
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JP (1) | JP2011135232A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9270007B2 (en) | 2013-06-18 | 2016-02-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Power divider |
CN110391787A (en) * | 2019-07-25 | 2019-10-29 | 广东工业大学 | A kind of power combiner and power amplifier integrated circuit |
US11387794B2 (en) | 2019-02-19 | 2022-07-12 | Denso Corporation | Power amplifier circuit including multiple inverters connected in parallel |
-
2009
- 2009-12-22 JP JP2009291444A patent/JP2011135232A/en not_active Withdrawn
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US11387794B2 (en) | 2019-02-19 | 2022-07-12 | Denso Corporation | Power amplifier circuit including multiple inverters connected in parallel |
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