JP2011176394A - Power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅器に係り、特に電力変換効率を向上させることができる電力増幅器に関する。 The present invention relates to a power amplifier that amplifies a high-frequency signal, and more particularly to a power amplifier that can improve power conversion efficiency.
[先行技術の説明]
送信用電力増幅器は、高周波信号を所要の送信出力に増幅するものであり、ほとんどの無線機において最も多くの電力を消費する部分である。
電力増幅器が消費する電力は、高周波出力に変換されるだけでなく、内部損失となる熱として放出される。
そのため、発熱量を低減して消費電力の低減や信頼性の向上を図るために、電力増幅器の電力変換効率を上げて、無駄な内部損失を抑えることが要求されている。
この要求に応えるために、種々の高効率動作方式を取り入れた増幅器があり、例えば高調波処理を利用したF級増幅器がある。
[Description of Prior Art]
The transmission power amplifier amplifies a high-frequency signal to a required transmission output, and is the part that consumes the most power in most radio devices.
The power consumed by the power amplifier is not only converted into a high-frequency output but also released as heat that causes internal loss.
Therefore, in order to reduce the amount of heat generation and reduce power consumption and improve reliability, it is required to increase the power conversion efficiency of the power amplifier to suppress useless internal loss.
In order to meet this demand, there are amplifiers incorporating various high-efficiency operation methods, for example, class F amplifiers using harmonic processing.
[従来のF級増幅器]
従来のF級増幅器について簡単に説明する。
F級増幅器は、能動素子であるFET(Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ、増幅素子)のドレイン端子に高調波反射回路を接続して、デバイスから見た出力負荷インピーダンスを、偶数次高調波周波数において短絡、奇数次高調波周波数において開放とすることで、FETのドレイン電圧とドレイン電流の波形が重ならないようにしたものである。
[Conventional class F amplifier]
A conventional class F amplifier will be briefly described.
A class F amplifier has a harmonic reflection circuit connected to the drain terminal of an FET (Field Effect Transistor), which is an active element, and the output load impedance viewed from the device at an even harmonic frequency. By opening the circuit at the short-circuit and odd harmonic frequencies, the FET drain voltage and drain current waveforms are prevented from overlapping.
これにより、FETの動作としては、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆にドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるので、ドレイン端子とソース端子間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。
すなわち、理想的にはFETのドレイン電圧とドレイン電流の時間波形が重なっていない状態として、FETで消費する電力をゼロにすることができ、内部損失を抑えることができるものである。
As a result, the operation of the FET is that the drain voltage becomes zero when the drain current is flowing, and conversely the drain current becomes zero when the drain voltage is applied. The power can always be zero.
That is, ideally, the power consumption in the FET can be reduced to zero and the internal loss can be suppressed, assuming that the time waveforms of the FET drain voltage and drain current do not overlap.
[従来のF級増幅器の構成:図6]
従来のF級増幅器の構成について図6を用いて説明する。図6は、従来のF級増幅器の概略構成を示す構成ブロック図である。ここでは、高調波成分を2次まで考慮した場合の回路を示している。
図6に示すように、従来のF級増幅器は、入力端子1と、入力側基本波整合回路2と、トランジスタ3と、出力側基本波・2次高調波整合回路12と、2次高調波反射回路13と、出力端子7とを備えている。
入力側基本波整合回路2は、基本波について、入力負荷とトランジスタ3との間の負荷整合を取る。
トランジスタ3は、入力電力を増幅する。
出力側基本波・2次高調波整合回路12は、基本波及び2次高調波について、トランジスタ3の出力と2次高調波反射回路13との間の負荷整合を取る。
2次高調波反射回路13は、2次高調波を反射する。
[Configuration of Conventional Class F Amplifier: FIG. 6]
The configuration of a conventional class F amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional class F amplifier. Here, a circuit in the case where harmonic components are taken into consideration up to the second order is shown.
As shown in FIG. 6, a conventional class F amplifier includes an input terminal 1, an input side fundamental
The input side fundamental
The
The output side fundamental wave / second
The second
上記F級増幅器の動作について説明する。
上記構成のF級増幅器では、入力端子1から入力した基本波は、入力側基本波入力回路2を通ってトランジスタ3へ入力される。トランジスタ3から出力された基本波と2次高調波は、出力側基本波・2次高調波整合回路12を通り、2次高調波反射回路13に入力される。
The operation of the class F amplifier will be described.
In the class F amplifier configured as described above, the fundamental wave input from the input terminal 1 is input to the
2次高調波反射回路13は、2次高調波については反射回路として機能し、基本波については伝送線路として機能する。
そのため、2次高調波反射回路13によって適切な負荷を与えることで、トランジスタ3の出力から見た2次高調波負荷は短絡となる。2次高調波反射回路13から出力された基本波は出力端子7より出力される。
このようにして従来のF級増幅器の動作が行われる。
The second
Therefore, by applying an appropriate load by the second
In this way, the operation of the conventional class F amplifier is performed.
上記構成のF級増幅器においては、出力側基本波・2次高調波整合回路12は、基本波と2次高調波の両方に対して、トランジスタ3と2次高調波反射回路13との負荷整合を取らねばならないため、設計が困難である。
また、基本波整合の調整を行う場合、同時に2次高調波の整合が崩れてしまうため、トランジスタ3の出力から見た2次高調波負荷も変わってしまう。
より高次の高調波を考慮した場合にも同様である。
In the class F amplifier configured as described above, the output side fundamental wave / second
In addition, when the fundamental wave matching is adjusted, the matching of the second harmonic is broken at the same time, so that the second harmonic load viewed from the output of the
The same is true when higher harmonics are taken into account.
[別の従来のF級増幅器の構成:図7]
別の従来のF級増幅器の構成について図7を用いて説明する。図7は、別の従来のF級増幅器の概略構成を示す構成ブロック図である。
図7に示すように、別の従来のF級増幅器は、入力端子1と、入力側基本波整合回路2と、トランジスタ3と、出力側基本波整合・2次高調波反射回路24と、出力端子7とを備えている。
出力側基本波整合・2次高調波反射回路24は、図6に示したF級増幅器の、出力側基本波・2次高調波整合回路12と2次高調波反射回路13とを同一回路で一体に構成したものであり、出力側基本波・2次高調波整合回路12と2次高調波反射回路13とを合わせた機能を備えている。
しかし、別の従来のF級増幅器においても、出力側基本波整合・2次高調波反射回路24で、基本波整合の調整と、2次高調波負荷の調整とを独立して調整することは困難である。
[Configuration of Another Conventional Class F Amplifier: FIG. 7]
The configuration of another conventional class F amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of another conventional class F amplifier.
As shown in FIG. 7, another conventional class F amplifier includes an input terminal 1, an input side fundamental
The output side fundamental wave matching / second
However, even in another conventional class F amplifier, it is not possible to independently adjust the fundamental matching and the second harmonic load by the output side fundamental matching / second
[最適な負荷条件]
上述したように、F級増幅器は、デバイスから見た出力負荷を、偶数次高調波において短絡、奇数次高調波において開放とすることで高い効率を得るものであるが、実際には、トランジスタの有する様々な特性から、必ずしもその負荷条件において最も高い効率が得られるとは限らない。
たとえば、出力負荷を、偶数次高調波において開放、奇数次高調波において短絡とする逆F級増幅器と呼ばれる状態が最適となる場合や、F級増幅器と逆F級増幅器との中間の負荷条件が最適となる場合もある。
このように、高調波を利用した増幅器の整合回路を設計する際には、基本波負荷及び偶数次高調波、奇数次高調波の負荷を最適な条件に設定する必要がある。
[Optimum load conditions]
As described above, the class F amplifier obtains high efficiency by making the output load viewed from the device short-circuited in the even-order harmonics and open in the odd-order harmonics. Due to the various characteristics possessed, the highest efficiency is not always obtained under the load conditions.
For example, when a state called an inverse class F amplifier in which the output load is open in the even-order harmonics and short-circuited in the odd-order harmonics is optimal, or an intermediate load condition between the class F amplifier and the inverse class F amplifier is It may be optimal.
As described above, when designing a matching circuit of an amplifier using harmonics, it is necessary to set the fundamental load, the even-order harmonic load, and the odd-order harmonic load to optimum conditions.
[先行技術文献]
尚、F級増幅器に関する先行技術としては、特開平6−204764号公報(特許文献1)がある。
特許文献1には、電力整合回路において、トランジスタの出力端子A点に、基本波の1/8波長の先端開放の伝送線路を接続し、これと並列に、A点に1/8波長の伝送線路を接続し、伝送線路の先端B点に奇数次高調波の1/4波長の先端開放伝送線路を1種類以上接続し、更にB点に基本波整合回路を接続し構成として、多くの高調波に対して正確な短絡あるいは開放の処理を行うことができることが記載されている。
しかしながら、特許文献1では、偶数次高調波を短絡にすることはできるが、開放にすることはできず、負荷を短絡から開放まで自由に設定可能とするものではない。
[Prior art documents]
As a prior art related to the class F amplifier, there is JP-A-6-204764 (Patent Document 1).
In Patent Document 1, in the power matching circuit, a 1/8 wavelength open-end transmission line of the fundamental wave is connected to the output terminal A of the transistor, and in parallel with this, transmission of 1/8 wavelength is performed at the A point. Connect the line, connect one or more open-ended transmission lines with 1/4 wavelength of odd-order harmonics to the point B of the transmission line, and connect a fundamental wave matching circuit to the point B. It is described that accurate short-circuiting or opening processing can be performed on waves.
However, in Patent Document 1, even harmonics can be short-circuited, but cannot be opened, and the load cannot be freely set from short-circuit to open.
しかしながら、従来のF級増幅器や逆F級増幅器のように高調波処理を利用した電力増幅器では、整合回路に、基本波成分、偶数次高調波、奇数次高調波の全てに対して同時に最適となる負荷を設定することは困難であり、また、各周波数成分に対する負荷を独立して調整することができないという問題点があった。 However, in a power amplifier using harmonic processing such as a conventional class F amplifier or inverse class F amplifier, the matching circuit is optimal for all of the fundamental component, even harmonics, and odd harmonics at the same time. In other words, it is difficult to set a specific load, and the load for each frequency component cannot be adjusted independently.
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、各周波数成分に対して、短絡から開放までの範囲で最適な負荷をそれぞれ独立に設定することができ、高い電力変換効率を得ることができる電力増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and for each frequency component, an optimum load can be independently set in a range from short circuit to open circuit, and high power conversion efficiency can be obtained. An object of the present invention is to provide a power amplifier that can be used.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、入力された高周波信号を増幅する増幅素子を有する電力増幅器であって、増幅素子から出力される高調波に負荷を与えて反射する高調波反射回路と、高調波反射回路の出力に接続され、高調波反射回路に対する後段の負荷の影響を分離する負荷分離回路と、負荷分離回路の出力に接続され、基本波について負荷整合をとる出力側基本波整合調整回路とを備え、負荷分離回路が、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子との間に設けられた高調波の1/4波長の長さの第1の伝送線路と、第1の伝送線路と出力端子との間に接続された高調波の1/4波長の長さの第1の先端開放スタブとを備え、高調波反射回路が、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子との間に設けられた高調波の整合回路と、整合回路と出力端子との間に接続された基本波の1/4波長の長さの第2の伝送線路と、第2の伝送線路に直列に接続された第2の先端開放スタブと、第2の伝送線路と第2の先端開放スタブとの間に接続された基本波の1/4波長の長さの第3の先端開放スタブとを備え、第2の先端開放スタブの長さが調整されることで、高調波の負荷を短絡から開放までの範囲で調整可能とすることを特徴としている。 The present invention for solving the problems of the above conventional example is a power amplifier having an amplifying element that amplifies an input high-frequency signal, and applies a load to a harmonic output from the amplifying element to reflect the harmonic. Connected to the output of the reflection circuit and the harmonic reflection circuit, the load separation circuit that isolates the influence of the subsequent load on the harmonic reflection circuit, and the output side connected to the output of the load separation circuit to perform load matching on the fundamental wave A first transmission line having a length of ¼ wavelength of a harmonic wave provided between the input terminal, the output terminal, and the input terminal and the output terminal. And a first open-ended stub having a length of a quarter wavelength of the harmonic connected between the first transmission line and the output terminal, the harmonic reflection circuit including the input terminal, the output terminal And the harmonics provided between the input and output terminals. A matching circuit, a second transmission line having a quarter wavelength of the fundamental wave connected between the matching circuit and the output terminal, and a second tip connected in series to the second transmission line A second tip open stub, comprising: an open stub; and a third tip open stub having a length of ¼ wavelength of the fundamental wave connected between the second transmission line and the second tip open stub. By adjusting the length, the harmonic load can be adjusted in the range from short circuit to open circuit.
本発明によれば、入力された高周波信号を増幅する増幅素子を有する電力増幅器であって、増幅素子から出力される高調波に負荷を与えて反射する高調波反射回路と、高調波反射回路の出力に接続され、高調波反射回路に対する後段の負荷の影響を分離する負荷分離回路と、負荷分離回路の出力に接続され、基本波について負荷整合をとる出力側基本波整合調整回路とを備え、負荷分離回路が、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子との間に設けられた高調波の1/4波長の長さの第1の伝送線路と、第1の伝送線路と出力端子との間に接続された高調波の1/4波長の長さの第1の先端開放スタブとを備え、高調波反射回路が、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子との間に設けられた高調波の整合回路と、整合回路と出力端子との間に接続された基本波の1/4波長の長さの第2の伝送線路と、第2の伝送線路に直列に接続された第2の先端開放スタブと、第2の伝送線路と第2の先端開放スタブとの間に接続された基本波の1/4波長の長さの第3の先端開放スタブとを備え、第2の先端開放スタブの長さが調整されることで、高調波の負荷を短絡から開放までの範囲で調整可能とする電力増幅器としているので、高調波と基本波についてそれぞれ独立に負荷調整して最適な負荷条件とすることができ、増幅器の電力変換効率を向上させることができる効果がある。 According to the present invention, a power amplifier having an amplifying element that amplifies an input high-frequency signal, a harmonic reflection circuit that applies a load to a harmonic output from the amplifying element and reflects it, and a harmonic reflection circuit A load separation circuit that is connected to the output and separates the influence of the subsequent load on the harmonic reflection circuit, and an output side fundamental wave matching adjustment circuit that is connected to the output of the load separation circuit and performs load matching on the fundamental wave; A load separation circuit includes an input terminal, an output terminal, a first transmission line having a length of ¼ wavelength of a harmonic wave provided between the input terminal and the output terminal, a first transmission line, and an output A first open-ended stub having a length of ¼ wavelength of the harmonic connected between the terminals and a harmonic reflection circuit comprising: an input terminal; an output terminal; and an input terminal and an output terminal. Harmonic matching circuit, matching circuit and output A second transmission line having a length of ¼ wavelength of the fundamental wave connected to the terminal, a second open-ended stub connected in series to the second transmission line, and a second transmission line And a third tip open stub having a quarter wavelength of the fundamental wave connected between the second tip open stub and the length of the second tip open stub is adjusted. Since the power amplifier is capable of adjusting the harmonic load in the range from short circuit to open circuit, it is possible to adjust the load independently for the harmonics and the fundamental wave to achieve the optimum load condition. There is an effect that efficiency can be improved.
[発明の概要]
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、トランジスタの出力に、2次高調波を反射すると共に2次高調波に対する負荷を設定する2次高調波反射回路と、設定された2次高調波負荷に対する後段の負荷の影響を分離する負荷分離回路と、基本波についてトランジスタと出力負荷との整合を取る基本波整合調整回路とを備えたものであり、2次高調波反射回路では基本波整合調整回路の影響を受けることなく2次高調波に対して最適な負荷となるよう負荷調整を行い、基本波整合調整回路では基本波のみに対して整合を調整することができ、2次高調波と基本波のそれぞれについて他方に影響を与えることなく最適な負荷調整を行って、電力変換効率を向上させることができるものである。
[Summary of Invention]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A power amplifier according to an embodiment of the present invention includes a second-harmonic reflection circuit that reflects a second-order harmonic and sets a load on the second-order harmonic, and a set second-order harmonic load. A load separation circuit that separates the influence of the subsequent load on the signal and a fundamental wave matching adjustment circuit that matches the transistor and the output load with respect to the fundamental wave. The load is adjusted so as to obtain an optimum load for the second harmonic without being affected by the circuit, and the fundamental wave matching adjustment circuit can adjust the matching only for the fundamental wave. It is possible to improve the power conversion efficiency by performing optimum load adjustment without affecting the other of each of the fundamental waves.
また、本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、トランジスタの出力に、n次高調波に対する負荷を設定して反射するn次高調波反射回路と、設定されたn次高調波に対する後段の負荷の影響を分離するn次負荷分離回路とから成るn次高調波処理回路を、n次高調波、n−1次高調波、…2次高調波に対応して備え、更に基本波についてトランジスタと出力負荷との整合を取る基本波整合調整回路を備えており、n次、n−1次、…2次の各高調波成分及び基本波について独立して最適な負荷調整を行うことができ、電力変換効率を向上させることができるものである。 In addition, the power amplifier according to the embodiment of the present invention includes an n-order harmonic reflection circuit configured to reflect the output of the transistor by setting a load with respect to the n-order harmonic, and a subsequent load with respect to the set n-order harmonic. The n-th order harmonic processing circuit comprising the n-th order load separation circuit for separating the influence of the second order harmonic, the n-1st order harmonic,... A fundamental wave matching adjustment circuit for matching with an output load is provided, and optimum load adjustment can be performed independently for each of the n-th order, n-1st order,... The power conversion efficiency can be improved.
[実施の形態に係る電力増幅器:図1]
本発明の実施の形態に係る電力増幅器について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成ブロック図である。尚、ここでは、説明を簡単にするために、まず、高調波として2次高調波のみを考慮した構成について説明する。
図1に示すように、本電力増幅器は、入力端子1と、入力側基本波整合回路2と、トランジスタ3と、出力側2次高調波反射回路4と、出力側負荷分離回路5と、出力側基本波整合調整回路6と、出力端子7とを備えている。
[Power Amplifier According to Embodiment: FIG. 1]
A power amplifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration block diagram of a power amplifier according to an embodiment of the present invention. Here, in order to simplify the description, first, a configuration in which only the second harmonic is considered as the harmonic will be described.
As shown in FIG. 1, this power amplifier includes an input terminal 1, an input side fundamental
各構成部分について説明する。
入力端子1と、入力側基本波整合回路2と、トランジスタ3と、出力端子7は、図6に示した従来のF級増幅器と同じであるため説明を省略する。
出力側2次高調波反射回路4は、本電力増幅器の特徴部分であって、2次高調波を最適な負荷条件で反射するものであり、2次高調波に対して最適な負荷を与える。
Each component will be described.
The input terminal 1, the input side fundamental
The output-side second
出力側負荷分離回路5は、本電力増幅器の特徴部分であり、出力側2次高調波反射回路4で設定された2次高調波負荷に対して、後段の回路が影響を与えないよう、また、2次高調波の負荷調節が後段における基本波整合に影響を与えないよう分離するものである。
出力側基本波整合調整回路6は、基本波について、出力端子に接続される出力負荷とトランジスタ3との負荷整合を取る。
The output side
The output side fundamental wave matching
[出力側負荷分離回路5:図2]
次に、出力側負荷分離回路5の回路構成について図2を用いて説明する。図2は、出力側負荷分離回路5の回路図である。
図2に示すように、出力側負荷分離回路5は、入力端子14と、伝送線路16と、先端開放スタブ17と、出力端子15とを備えている。
伝送線路16及び先端開放スタブ17は、基本波の波長をλとするとλ/8の長さを備えている。
[Output-side load separation circuit 5: FIG. 2]
Next, the circuit configuration of the output side
As shown in FIG. 2, the output side
The
そして、伝送線路16と先端開放スタブ17は、基本波に対してλ/8の長さを持つため、出力端子15にどのような負荷が接続されても、2次高調波については、B点の負荷は0であり、A点における負荷は無限大となる。このため、2次高調波は、出力側負荷分離回路5の後段に接続される負荷によらず、常に出力側負荷分離回路5の入力端子14からみた負荷は無限大となる。
Since the
また、出力側負荷分離回路5は、基本波については出力側基本波整合調整回路6のプリマッチ回路として動作する。
広帯域でインピーダンス整合を取る場合には、Q値を低く抑えるように、出力側負荷分離回路5の各伝送線路の特性インピーダンスを選択する。
The output side
When impedance matching is performed in a wide band, the characteristic impedance of each transmission line of the output side
[出力側2次高調波反射回路4:図3]
次に、出力側2次高調波反射回路4について図3を用いて説明する。図3は、出力側2次高調波反射回路4の回路図である。
図3に示すように、出力側2次高調波反射回路4は、入力端子18と、整合回路20と、伝送線路21と、先端開放スタブ22と、先端開放スタブ23と、出力端子19とを備えている。
[Output-side second harmonic reflection circuit 4: FIG. 3]
Next, the output-side second
As shown in FIG. 3, the output side second
伝送線路21と、先端開放スタブ22とは、基本波の波長をλとすると、λ/4の長さを備えている。
また、先端開放スタブ23は、任意の長さLを備えている。
The
The tip
整合回路20は、2次高調波においてトランジスタ3の出力の2次高調波負荷インピーダンスと、整合回路20以降の回路との整合を取る回路である。
また、整合回路20は、基本波に対してはプリマッチ回路として動作する。
The matching
The matching
伝送線路21及び先端開放スタブ22,23の特性インピーダンスは、整合回路20によるインピーダンス変換によって基本波のQ値が高くなりすぎないように、2次高調波負荷と基本波負荷との関係に応じて、任意に設定されるようになっている。
The characteristic impedances of the
出力側2次高調波反射回路4の動作について説明する。
伝送線路21は、基本波に対してλ/4の長さであるため、2次高調波については、D点の負荷と、C点から伝送線路21側をみた負荷ZC21は同じになる(ZC=ZC21)。
また、先端開放スタブ22は、基本波に対してλ/4の長さであるため、2次高調波については、D点での先端開放スタブ22側の負荷は無限大となり、先端開放スタブ22の負荷はD点に影響しない。
そのため、D点における2次高調波の負荷は、先端開放スタブ23の長さLによって決まる。
The operation of the output side second
Since the
Since the tip
Therefore, the second harmonic load at point D is determined by the length L of the
C点での負荷は、伝送線路21側の負荷と出力側2次高調波反射回路4の出力に接続される負荷ZAとの合成となる。
出力端子19に、上述した出力側負荷分離回路5を接続することにより、負荷ZAが2次高調波においては無限大となるため、C点における2次高調波の負荷はZC=ZDとなり後段の負荷の影響を受けない。
これにより、先端開放スタブ23の長さLを変化させることで、後段の回路負荷に関係なく、2次高調波負荷を短絡から開放まで調整することができるものである。
ここで、2次高調波負荷を短絡とする場合の先端開放スタブ23の長さをL1、開放とする場合の長さをL2とすると、Lの可変範囲は、L1<L2の場合L1≦L≦L2、L2<L1の場合L2≦L≦L1となる。
The load at the point C is a combination of the load on the
By connecting the output side
Thus, by changing the length L of the
Here, assuming that the length of the
基本波については、先端開放スタブ22が基本波に対してλ/4の長さであるため、先端開放スタブ23の長さによらず、D点の負荷は常に0となる。
また、伝送線路21が基本波に対しλ/4の長さであるため、C点における伝送線路21側の負荷は無限大となり、先端開放スタブ23の長さLを変更しても、基本波の負荷は変化しない。
すなわち、出力側2次高調波反射回路4と出力側負荷分離回路5は、基本波についてはプリマッチ回路となるものである。
For the fundamental wave, the load at the point D is always zero regardless of the length of the tip
Further, since the
That is, the output side second
[別の構成:図4]
出力側負荷分離回路5の別の構成について図4を用いて説明する。図4は、出力側負荷分離回路5の別の構成を示す回路図である。
図4に示すように、別の出力側負荷分離回路5は、先端開放スタブ22が接続されたD点と先端開放スタブ23との間に、伝送線路21と先端開放スタブ23との負荷整合をとる整合回路25を備えている。
図3の構成において、整合回路20で、2次高調波について、伝送線路21と先端開放スタブ23との負荷整合が十分にとれない場合には、整合回路25によって負荷調整を行うようにしている。
[Another configuration: FIG. 4]
Another configuration of the output side
As shown in FIG. 4, another output-side
In the configuration of FIG. 3, when the matching
[基本波成分の整合]
基本波成分におけるトランジスタ3と出力負荷との整合について説明する。
基本波成分について、出力側2次高調波反射回路4、出力側負荷分離回路5及び出力側基本波整合調整回路6の負荷の合成で、出力側基本波整合調整回路6において出力端子7に接続される出力負荷とトランジスタ3との負荷整合を取る。
[Matching fundamental wave components]
The matching between the
For the fundamental wave component, the output side second
このとき、調整された2次高調波負荷は、出力側負荷分離回路5によって、出力側負荷分離回路5以降の回路の負荷の影響を受けないため、基本波成分の整合を調整するために出力側基本波整合調整回路6を調整しても、出力側2次高調波反射回路4で設定した2次高調波負荷には影響を与えることなく、独立して基本波整合を調整することができるものである。
At this time, the adjusted second harmonic load is not affected by the load on the circuit after the output side
また、入力側バイアス、出力側バイアスはそれぞれ任意の回路から印加することが可能である。ただし、バイアス回路は基本波及び2次高調波に対し、影響を与えないもの、もしくは整合回路の一部として機能するものとする。 The input side bias and the output side bias can be applied from arbitrary circuits. However, the bias circuit does not affect the fundamental wave and the second harmonic, or functions as a part of the matching circuit.
[本電力増幅器の原理的構成:図5]
次に、本電力増幅器の原理的構成について図5を用いて説明する。図5は、本電力増幅器の原理的構成を示す回路図である。
図5に示すように、本電力増幅器の原理的構成は、トランジスタ3の入力側に、入力負荷とトランジスタとの負荷整合を取る入力側基本波整合回路2が接続され、トランジスタ3の出力側には、n次(nは3以上の整数)〜2次高調波について、後段の回路の負荷とは独立して負荷調整を行って反射する複数の高調波処理回路と、出力側基本波整合調整回路6とが直列に接続されている。図5の例では、n−1個の高調波処理回路を備えている。
[Principle configuration of this power amplifier: FIG. 5]
Next, the basic configuration of the power amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing the basic configuration of the power amplifier.
As shown in FIG. 5, the fundamental configuration of this power amplifier is that an input side fundamental
n次高調波処理回路は、n次高調波について整合をとり、反射する出力側n次高調波反射回路8と、後段の負荷の影響を分離する出力側n次負荷分離回路9とから成る。
出力側n次高調波反射回路8の構成は、図3に示した出力側2次高調波反射回路4と同様の構成であり、先端開放スタブ23の長さは、n次高調波の負荷条件が最適となるLとしている。
The nth-order harmonic processing circuit includes an output-side nth-order
The configuration of the output-side nth-order
また、出力側n次負荷分離回路9は、図2に示した出力側負荷分離回路5と同様の構成であるが、伝送線路16及び先端開放スタブ17の長さは、n次高調波の波長の1/4の長さとしている。
The output side n-th order load separation circuit 9 has the same configuration as that of the output side
また、n−1次高調波処理回路は、n−1次高調波について整合をとり、反射する出力側n−1次高調波反射回路10と、後段の負荷の影響を分離する出力側n−1次負荷分離回路11とから成る。
以下同様に、各次数の高調波について、出力側高調波反射回路と出力側負荷分離回路とを備えた高調波処理回路を備え、2次高調波処理回路の出力側負荷分離回路が出力側基本波整合調整回路6に接続された構成となっている。
The n-1st order harmonic processing circuit matches the n-1st order harmonic and reflects the output side n-1st order
Similarly, for each order of harmonics, a harmonic processing circuit including an output side harmonic reflection circuit and an output side load separation circuit is provided, and the output side load separation circuit of the secondary harmonic processing circuit is the output side basic. The wave matching
これにより、n〜2次の各次数の高調波を、それぞれ後段の負荷の影響を受けることなく、且つ各高調波より低い周波数の負荷(後段で調節される)に対して影響を与えることなく、各々独立して、短絡から開放までの範囲で負荷条件の最適化を行うことができるものである。 As a result, the harmonics of the respective orders of n to 2nd order are not affected by the load of the subsequent stage, and without affecting the load of the lower frequency than each harmonic (adjusted at the subsequent stage). Independently, load conditions can be optimized in the range from short circuit to open circuit.
そして、基本波における、トランジスタ3と出力端子7に接続される出力負荷との負荷の整合を取るよう、出力側基本波整合調整回路6の負荷を最適化する。
本電力増幅器では、このようにして、基本波及びn次までの高調波の負荷をそれぞれ独立に最適化し、高効率を得ることができるものである。
Then, the load of the output side fundamental wave matching
In this way, the power amplifier can optimize the loads of the fundamental wave and the harmonics up to the n-th order independently and obtain high efficiency.
上記構成では、出力側のみに高調波反射回路及び負荷分離回路、基本波整合調整回路を接続しているが、入力側についても、同様の構成で入力側高調波反射回路及び入力側負荷分離回路、入力側基本波整合調整回路を接続することで、入力側高調波負荷と入力側基本波整合を独立に最適化することができる。
また、高調波反射回路、負荷分離回路の高調波次数は必ずしもトランジスタ側から高い次数の順でなくてもよいし、偶数次のみ、又は奇数次のみについて高調波処理回路を設けることも可能である。
In the above configuration, the harmonic reflection circuit, the load separation circuit, and the fundamental wave matching adjustment circuit are connected only to the output side, but the input side harmonic reflection circuit and the input side load separation circuit are similarly configured on the input side. By connecting the input side fundamental wave matching adjustment circuit, the input side harmonic load and the input side fundamental wave matching can be optimized independently.
Further, the harmonic orders of the harmonic reflection circuit and the load separation circuit do not necessarily have to be in the order of higher order from the transistor side, and it is possible to provide a harmonic processing circuit only for the even order or only for the odd order. .
[実施の形態の効果]
本実施の形態に係る電力増幅器によれば、トランジスタ3の出力に、2次高調波に負荷を与え反射する出力側2次高調波反射回路4と、後段の回路の負荷が2次高調波負荷に影響を与えないよう分離する出力側負荷分離回路5と、基本波についてトランジスタ3と出力負荷との負荷整合をとる出力側基本波整合調整回路6とを備えた電力増幅器としているので、基本波整合の調整の影響を受けずに2次高調波の負荷条件を最適に設定することができると共に、2次高調波の負荷の影響を受けずに基本波の整合を調整でき、2次高調波と基本波をそれぞれ独立して最適な負荷に調整することができ、電力変換効率を向上させることができる効果がある。
[Effect of the embodiment]
According to the power amplifier of the present embodiment, the output side second
また、本電力増幅器によれば、トランジスタ3の出力に、n次高調波に対する負荷を設定して反射するn次高調波反射回路8と、設定されたn次高調波に対する後段の負荷の影響を分離するn次負荷分離回路9とから成るn次高調波処理回路を、n次高調波、n−1次高調波、…2次高調波に対応して備え、更に基本波についてトランジスタと出力負荷との整合を取る基本波整合調整回路6を備えており、n次、n−1次、…2次の各高調波成分及び基本波について独立して最適な負荷調整を行うことができ、電力変換効率を向上させることができるものである。
Further, according to the present power amplifier, the output of the
本発明は、高調波処理を利用して電力変換効率を向上させることができる電力増幅器に適している。 The present invention is suitable for a power amplifier that can improve power conversion efficiency using harmonic processing.
1…入力端子、 2…入力側基本波整合回路、 3…FET、 4…出力側2次高調波反射回路、 5…出力側負荷分離回路、 6…出力側基本波整合調整回路、 7…出力端子、 8…出力側n次高調波反射回路、 9…出力側n次負荷分離回路、 10…出力側n−1次高調波反射回路、 11…出力側n−1次負荷分離回路、 12…出力側基本波・2次高調波整合回路、 13…2次高調波反射回路、 14…入力端子、 15…出力端子、 16…伝送線路、 17…先端開放スタブ、 18…入力端子、 19…出力端子、20…整合回路、 21…伝送線路、 22…先端開放スタブ、 23…先端開放スタブ、 24…出力側基本波整合・2次高調波反射回路、 25…整合回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input terminal, 2 ... Input side fundamental wave matching circuit, 3 ... FET, 4 ... Output side 2nd harmonic reflection circuit, 5 ... Output side load separation circuit, 6 ... Output side fundamental wave matching adjustment circuit, 7 ... Output 8: Output side nth order harmonic reflection circuit, 9 ... Output side nth order load separation circuit, 10 ... Output side n-1st order harmonic reflection circuit, 11 ... Output side n-1st order load separation circuit, 12 ... Output side fundamental / second harmonic matching circuit, 13 ... second harmonic reflection circuit, 14 ... input terminal, 15 ... output terminal, 16 ... transmission line, 17 ... open stub, 18 ... input terminal, 19 ... output Terminals, 20 ... matching circuit, 21 ... transmission line, 22 ... open end stub, 23 ... open end stub, 24 ... output side fundamental wave matching / second harmonic reflection circuit, 25 ... matching circuit
Claims (1)
前記増幅素子から出力される高調波に負荷を与えて反射する高調波反射回路と、
前記高調波反射回路の出力に接続され、前記高調波反射回路に対する後段の負荷の影響を分離する負荷分離回路と、
前記負荷分離回路の出力に接続され、基本波について負荷整合をとる出力側基本波整合調整回路とを備え、
前記負荷分離回路が、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた前記高調波の1/4波長の長さの第1の伝送線路と、前記第1の伝送線路と前記出力端子との間に接続された前記高調波の1/4波長の長さの第1の先端開放スタブとを備え、
前記高調波反射回路が、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた前記高調波の整合回路と、前記整合回路と前記出力端子との間に接続された前記基本波の1/4波長の長さの第2の伝送線路と、前記第2の伝送線路に直列に接続された第2の先端開放スタブと、前記第2の伝送線路と前記第2の先端開放スタブとの間に接続された前記基本波の1/4波長の長さの第3の先端開放スタブとを備え、前記第2の先端開放スタブの長さが調整されることで、前記高調波の負荷を短絡から開放までの範囲で調整可能とすることを特徴とする電力増幅器。 A power amplifier having an amplifying element for amplifying an input high-frequency signal,
A harmonic reflection circuit that applies a load to the harmonics output from the amplification element and reflects the harmonics;
A load separation circuit that is connected to an output of the harmonic reflection circuit and separates an influence of a subsequent load on the harmonic reflection circuit;
An output side fundamental wave matching adjustment circuit that is connected to the output of the load separation circuit and takes load matching for the fundamental wave;
The load separation circuit includes an input terminal, an output terminal, a first transmission line having a length of ¼ wavelength of the harmonics provided between the input terminal and the output terminal, and the first A first open-ended stub having a length of ¼ wavelength of the harmonic connected between the transmission line and the output terminal,
The harmonic reflection circuit is connected between an input terminal, an output terminal, the harmonic matching circuit provided between the input terminal and the output terminal, and between the matching circuit and the output terminal. A second transmission line having a length of ¼ wavelength of the fundamental wave, a second open-ended stub connected in series to the second transmission line, the second transmission line, and the second transmission line. A third tip open stub having a length of ¼ wavelength of the fundamental wave connected between the tip open stub and the length of the second tip open stub is adjusted, A power amplifier characterized in that the harmonic load can be adjusted in a range from a short circuit to an open circuit.
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