JP2012095196A - Power amplifier and transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バランスアンプを有する電力増幅器および送信機に関する。 The present invention relates to a power amplifier and a transmitter having a balance amplifier.
例えば衛星通信用のブロックアップコンバータ(BUC)といった送信機は広く知られる。ブロックアップコンバータでは出力信号の出力レベルが調整されるものもある。出力レベルの調整にあたって自動利得制御(AGC)アンプや可変アッテネータが利用される。AGCアンプや可変アッテネータの制御のために出力信号の一部が検波され用いられる。 For example, a transmitter such as a block up converter (BUC) for satellite communication is widely known. Some block up converters adjust the output level of the output signal. An automatic gain control (AGC) amplifier and a variable attenuator are used for adjusting the output level. A part of the output signal is detected and used for controlling the AGC amplifier and the variable attenuator.
検波回路の接続にあたって、例えば特許文献1に開示されるように、プリント基板上に形成した方向性結合器が広く用いられる。方向性結合器は線路の順方向および逆方向で双方の信号の一部を取り出すことができるものの、送信機ではアンテナに向かう方向のみ信号が検出されればよく、不要な端子は線路の特性インピーダンスと等価な高周波用抵抗で終端される。このように方向性結合器は出力信号の一部を取り出すことから、出力信号は出力レベルの低下に曝される。しかも、方向性結合器はプリント基板上で比較的に大きな面積を占有してしまう。
When connecting the detection circuit, for example, as disclosed in
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、従来に比べて小さな占有面積で配置され、かつ、出力信号の損失をできる限り低減することができる電力増幅器および送信機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 it is an object of the present invention to provide a power amplifier and a transmitter that are arranged with a smaller occupied area than before and that can reduce loss of an output signal as much as possible. And
上記目的を達成するために、バランスアンプのアイソレーションポートに接続される検波回路を備えることを特徴とする電力増幅器が提供される。 In order to achieve the above object, there is provided a power amplifier including a detection circuit connected to an isolation port of a balance amplifier.
かかる電力増幅器では、アイソレーションポートの出力に基づき検波が実施されることから、バランスアンプの出力で出力レベルの低下は回避されることができる。加えて、いわゆる方向性結合器が省略されることから、電力増幅器の占有空間は縮小されることができる。しかも、方向性結合器に使用される特性インピーダンスの終端抵抗は省略されることができる。こういった終端抵抗には一般の抵抗器よりも高価な高周波用抵抗が用いられることから、方向性結合器の省略に応じて電力増幅器の部品コストは著しく低減されることができる。 In such a power amplifier, since detection is performed based on the output of the isolation port, a decrease in output level can be avoided at the output of the balance amplifier. In addition, since a so-called directional coupler is omitted, the space occupied by the power amplifier can be reduced. In addition, the termination resistor of the characteristic impedance used for the directional coupler can be omitted. Since such a terminating resistor uses a high-frequency resistor that is more expensive than a general resistor, the cost of power amplifier components can be significantly reduced in accordance with the omission of the directional coupler.
バランスアンプは、前段のハイブリッド電力分配器と、前記ハイブリッド電力分配器で分配された信号を出力する2つのポートにそれぞれ接続されるアンプ回路と、アンプ回路に接続される後段のハイブリッド電力結合器とを備えればよい。こうしたバランスアンプによれば、分配される信号が個々に増幅され、それぞれの出力が合成されて出力電力が得られることから、個々のアンプ回路の飽和を回避しつつ個々のアンプ回路の能力以上の出力電力(例えば個々のアンプ回路の出力電力が2Wの場合、バランスアンプとしての電力出力は4W)が得られる。検波回路はハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される。 The balance amplifier includes a front-stage hybrid power distributor, an amplifier circuit connected to each of two ports that output signals distributed by the hybrid power distributor, and a rear-stage hybrid power combiner connected to the amplifier circuit, Should be provided. According to such a balanced amplifier, the distributed signals are individually amplified and the outputs are combined to obtain output power. Therefore, the saturation of the individual amplifier circuits is avoided and the capacity of the individual amplifier circuits is exceeded. Output power (for example, when the output power of each amplifier circuit is 2 W, the power output as a balance amplifier is 4 W) is obtained. The detection circuit is connected to the isolation port of the hybrid power combiner.
電力増幅器は、前記アイソレーションポートに接続される高周波用終端抵抗をさらに備えてもよい。こうした電力増幅器では、高周波用終端抵抗の両端の電圧が検波されることから、広帯域な検波回路は実現されることができる。しかも、高周波用終端抵抗は検波回路の直流成分の経路として利用されることができる。反射特性は向上する。 The power amplifier may further include a high-frequency termination resistor connected to the isolation port. In such a power amplifier, since the voltage across the high-frequency termination resistor is detected, a broadband detection circuit can be realized. In addition, the high-frequency termination resistor can be used as a DC component path of the detection circuit. The reflection characteristics are improved.
電力増幅器は、前記アイソレーションポートと前記検波回路との間に挿入される整合回路および小信号アンプをさらに備えてもよい。小信号アンプはアイソレーションポートの出力を増幅することから、検波回路には増幅後の出力が入力される。微小信号の出力に比べて検波回路の検波精度は向上する。さらに、検波にあたって高周波用終端抵抗は省略されることができる。高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、電力増幅器の部品コストはさらに低減されることができる。 The power amplifier may further include a matching circuit and a small signal amplifier inserted between the isolation port and the detection circuit. Since the small signal amplifier amplifies the output of the isolation port, the amplified output is input to the detection circuit. The detection accuracy of the detection circuit is improved compared to the output of a minute signal. Furthermore, the high-frequency termination resistor can be omitted for detection. Since an amplifying element that is less expensive than a high-frequency resistor can be used, the component cost of the power amplifier can be further reduced.
電力増幅器は、前記ハイブリッド電力分配器のアイソレーションポートに接続される整合回路および小信号アンプをさらに備えてもよい。アイソレーションポートに接続されるべき高周波用終端抵抗は省略されることができる。小信号アンプには、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、電力増幅器の部品コストはさらに低減されることができる。 The power amplifier may further include a matching circuit and a small signal amplifier connected to the isolation port of the hybrid power distributor. The high-frequency termination resistor to be connected to the isolation port can be omitted. Since the small signal amplifier can use an amplifying element that is less expensive than the high-frequency resistor, the component cost of the power amplifier can be further reduced.
前述の電力増幅器は送信機に組み込まれることができる。こういった送信機は、例えば、可変特性を有する出力レベル調整回路(AGCアンプおよび/または可変アッテネータ)と、ハイブリッド電力分配器およびハイブリッド電力結合器の間に設けられたアンプ回路を有し、前記出力レベル調整回路から供給される信号の電力を増幅するバランスアンプと、前記ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される検波回路と、前記検波回路の出力に基づき前記出力レベル調整回路を調整する制御回路とを備えればよい。 The aforementioned power amplifier can be incorporated into the transmitter. Such a transmitter has, for example, an output level adjustment circuit (AGC amplifier and / or variable attenuator) having variable characteristics, and an amplifier circuit provided between the hybrid power distributor and the hybrid power combiner. A balance amplifier that amplifies the power of the signal supplied from the output level adjustment circuit, a detection circuit connected to the isolation port of the hybrid power combiner, and the output level adjustment circuit is adjusted based on the output of the detection circuit And a control circuit.
以上のように開示の電力増幅器および送信機によれば、従来に比べて占有面積は縮小され、しかも、出力信号の損失は低減されることができる。 As described above, according to the disclosed power amplifier and transmitter, the occupied area can be reduced as compared with the conventional case, and the loss of the output signal can be reduced.
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は送信機の構成を概略的に示す。送信機11は可変アッテネータ12およびIF(中間周波)アンプ13を備える。中間周波信号は可変アッテネータ12で減衰されIFアンプ13で増幅される。IFアンプ13は例えば自動利得制御(AGC)アンプと共用とすることができる。この種の送信機11は例えばブロックアップコンバータ(BUC)といった衛星通信機用送信機その他の無線送信機で例えられることができる。
FIG. 1 schematically shows the configuration of a transmitter. The
IFアンプ13にはミキサ14が接続される。ミキサ14で中間周波信号(IF)に局部発振器の局部発振信号(LO)がミキシングされる。その結果、信号周波数は中間周波信号(IF)と局部発振信号(LO)の和となり出力周波信号(RF)が生成される。局部発振信号(LO)の周波数は例えばマイクロ波の周波通帯域で適宜に設定される。ここでは、例えば3GHz〜30GHzの範囲で設定されればよい。ミキサ14の後段にはRFアンプ15が接続される。RFアンプ15はミキサ14の出力を増幅する。
A
RFアンプ15の後段にはパワーアンプ16が接続される。パワーアンプ16は規定の出力レベルまでRFアンプ15の出力信号を増幅する。パワーアンプ16の出力すなわち出力周波信号(RF)はアンテナ17から無線信号として空間に伝搬する。こうして送信機11から無線信号が送信される。同時に、パワーアンプ16は出力周波信号(RF)を検波して検波出力として出力する。検波出力はパワーアンプ16から出力される出力周波信号(RF)の出力レベルを反映する。
A
パワーアンプ16には制御回路18が接続される。パワーアンプ16の検波出力は制御回路18に入力される。制御回路18は検波出力に基づき可変アッテネータ12およびAGCアンプを制御する。なお、制御回路18は、可変アッテネータ12およびAGCアンプのうち少なくともいずれか一方を制御する。
A
図2は本発明の第1実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ16を示す。パワーアンプ16はバランスアンプ21を備える。このバランスアンプ21は前段のハイブリッド電力分配器22と後段のハイブリッド電力結合器23とを備える。ハイブリッド電力分配器22の入力ポート22aにRFアンプ15の出力信号は入力される。ハイブリッド電力分配器22の1対の出力ポート22b、22cにはそれぞれ個別にアンプ回路24、24が接続される。アンプ回路24はFET(電界効果トランジスタ)やMMIC(モノリシックマイクロ波集積回路)で形成される。2つのアンプ回路24、24は同一の特性を有する。アンプ回路24の出力にハイブリッド電力結合器23の1対の入力ポート23a、23bが接続される。規定の出力レベルまで増幅された出力周波信号(RF)がハイブリッド電力結合器23の出力ポート23cから出力される。ハイブリッド電力分配器22のアイソレーションポート22dおよびハイブリッド電力結合器23のアイソレーションポート23dにはそれぞれ高周波用終端抵抗25、26が接続される。本実施例における伝送線路の特性インピーダンスは50Ωであるため、高周波用終端抵抗25、26には50Ωの抵抗素子が用いられる。
FIG. 2 shows a power amplifier, that is, a
ハイブリッド電力結合器23のアイソレーションポート23dには検波回路27が接続される。検波回路27は、アイソレーションポート23dに接続されるダイオード28を備える。ダイオード28は、アイソレーションポート23dから出力される高周波信号を半波整流する。ダイオード28の出力にはコンデンサ29および抵抗31が相互に並列に接続される。コンデンサ29および抵抗31の働きで信号の平滑化が行われる。こうしてダイオードの28の出力は検波信号となる。出力周波信号(RF)の強度に比例した検波出力は制御回路18に入力される。出力周波信号(RF)が一定の出力レベルで出力されるように制御回路18は検波出力に基づき可変アッテネータ12および/またはAGCアンプを制御する。
A
図3に示されるように、ハイブリッド電力分配器22およびハイブリッド電力結合器23には3dB90°ハイブリッドカプラ(以下「ブランチラインカプラ」という)33、34が用いられればよい。個々のブランチラインカプラ33、34では第1ポート33a、34aと第4ポート33d、34dとの間には特性インピーダンスZ0(=50Ω)で線路長λ/4の線路がブランチとして形成される。同様に、第2ポート33b、34bと第3ポート33c、34cとの間には特性インピーダンスZ0(=50Ω)で線路長λ/4の線路がブランチとして形成される。その一方で、第1ポート33a、34aと第2ポート33b、34bとの間、および、第4ポート33d、34dと第3ポート33c、34cとの間には特性インピーダンスZ0/√2(=35.35Ω)で線路長λ/4の線路がブランチとして形成される。前段のブランチラインカプラ33では、例えば第1ポート33aから0[dBm]の信号が入力されると、入力信号は等分配され第2ポート33bおよび第3ポート33cから−3[dBm]の信号が90°の位相差をもって出力され、第4ポート33dすなわちアイソレーションポート22dから−30[dBm]程度の信号が現れる。前段のブランチラインカプラ33の第2ポート33bおよび第3ポート33cにアンプ回路24、24が接続される。アンプ回路24、24の出力には後段のブランチラインカプラ34の第1ポート34aおよび第4ポート34dがそれぞれ接続される。個々のアンプ回路24、24の増幅度が25[dB]とすると、後段のブランチラインカプラ34の第3ポート34cから各アンプ回路24の出力が同相で合成され25[dBm]の出力周波信号(RF)が出力される。第2ポート34bすなわちアイソレーションポート23dには−5[dBm]程度の信号が現れる。この第2ポート34bの出力が検波用出力として用いられる。
As shown in FIG. 3, 3 dB 90 ° hybrid couplers (hereinafter referred to as “branch line couplers”) 33 and 34 may be used for the
以上のようなパワーアンプ16によれば、高周波用終端抵抗26の両端の電圧が検波されることから、広帯域な検波回路27が実現されることができる。しかも、高周波用終端抵抗26は、検波回路27から出力される直流成分の経路として利用されることができる。反射は確実に回避されることができる。検波にあたって第3ポート34cに出力される出力周波信号(RF)から検波用に信号が取り出されるわけではないことから、出力周波信号(RF)の出力レベルの低下は回避されることができる。加えて、いわゆる方向性結合器が不要になることから、プリント基板上でパワーアンプ16の占有面積は縮小されることができる。しかも、方向性結合器に使用される50Ωの終端抵抗は不要になる。こういった終端抵抗には一般の抵抗器よりも高価で大型な高周波用抵抗が用いられることから、方向性結合器の省略に応じてパワーアンプ16の部品コストは著しく低減されることができる。
According to the
パワーアンプ16ではブランチラインカプラ33、34に代えて1.5λ型3dBラットレースハイブリッド(以下「ラットレースハイブリッド」という)35、36が用いられてもよい。図4に示されるように、個々のラットレースハイブリッド35、36では特性インピーダンス√2Z0(=70.71Ω)で線路長3/2λの環状線路にλ/4間隔で4本の特性インピーダンスZ0(=50Ω)の線路が接続される。前段のラットレースハイブリッド35では、第1ポート35aから0[dBm]の信号が入力されると、入力信号は等分配され第2ポート35bおよび第3ポートから−3[dBm]の信号が180°の位相差をもって出力され、第4ポート35dには−30[dBm]程度の信号が現れる。前段のラットレースハイブリッド35の第2ポート35bおよび第3ポート35cにアンプ回路24、24が接続される。アンプ回路24、24の出力には後段のラットレースハイブリッド36の第3ポート36cおよび第2ポート36bがそれぞれ接続される。個々のパワーアンプの増幅度が25[dB]とすると、後段のラットレースハイブリッド36の第1ポート36aから各アンプ回路24が同相で合成され25[dBm]の出力周波信号(RF)が出力される。第4ポート36dすなわちアイソレーションポート23dから−5[dBm]程度の検波出力が出力される。こうしてラットレースハイブリッド35、36はブランチラインカプラ33、34と同様にバランスアンプ21を形成することができる。
In the
図5は本発明の第2実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ16aを示す。このパワーアンプ16aはパワーアンプ16に代えて送信機11に組み込まれればよい。図中、パワーアンプ16と均等な構成には同一の参照符号が付され、詳細な説明は割愛される。
FIG. 5 shows a power amplifier, that is, a
このパワーアンプ16aではハイブリッド電力結合器23のアイソレーションポート23dと検波回路27との間に小信号アンプ37が挿入される。小信号アンプ37には例えばHEMT(高電子移動度トランジスタ)といった高周波用の増幅素子が用いられればよい。アイソレーションポート23dと小信号アンプ37との間すなわち小信号アンプ37の入力には整合回路38が接続される。同時に、小信号アンプ37と検波回路27との間すなわち小信号アンプ37の出力には整合回路39が接続される。整合回路38、39は例えば伝送線路およびスタブといったマイクロストリップラインのような配線パターンに基づき形成されればよい。出力周波信号(RF)に対してインピーダンス整合するように設計した整合回路38、39および小信号アンプ37の働きでアイソレーションポート23dに対する反射波は抑えられる。出力では広帯域化が実現される。その結果、バランスアンプ21の特性は改善される。加えて、小信号アンプ37はアイソレーションポート23dの出力を増幅することから、検波回路27には増幅後の信号出力が入力される。微小信号の出力に比べて検波回路27の検波精度は向上する。さらに、検波にあたって高周波用終端抵抗26が不要となり、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、パワーアンプ16aの部品コストはさらに低減されることができる。
In this
図6は本発明の第3実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ16bを示す。このパワーアンプ16bはパワーアンプ16に代えて送信機11に組み込まれればよい。図中、パワーアンプ16と均等な構成には同一の参照符号が付され、詳細な説明は割愛される。
FIG. 6 shows a power amplifier, that is, a
このパワーアンプ16bでは前段のハイブリッド電力分配器22のアイソレーションポート22dに高周波用終端抵抗25に代えて小信号アンプ41が接続される。小信号アンプ41には例えばHEMT(高電子移動度トランジスタ)といった増幅素子が用いられればよい。アイソレーションポート22dと小信号アンプ41との間すなわち小信号アンプ41の入力には整合回路42が接続される。同時に、小信号アンプ41の出力には整合回路43が接続される。整合回路42、43は例えば伝送線路およびスタブといったマイクロストリップラインのような配線パターンに基づき形成されればよい。整合回路42、43および小信号アンプ41の働きでアイソレーションポート22dに対する反射波は抑えられる。出力では広帯域化が実現される。その結果、バランスアンプ21の特性は改善される。加えて、高周波用終端抵抗25が不要となり、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、パワーアンプ16bの部品コストはさらに低減されることができる。
In this
11 送信機、12 可変アッテネータ、13 自動利得制御(AGC)アンプを含む中間周波アンプ、16 電力増幅器としてのパワーアンプ、16a 電力増幅器としてのパワーアンプ、16b 電力増幅器としてのパワーアンプ、18 制御回路、21 バランスアンプ、22 ハイブリッド電力分配器、22d ハイブリッド電力分配器のアイソレーションポート、23 ハイブリッド電力結合器、23d ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポート、24 アンプ回路、26 高周波用終端抵抗、27 検波回路、33 ハイブリッド電力分配器としての3dB90°ハイブリッドカプラ、34 ハイブリッド電力結合器としての3dB90°ハイブリッドカプラ、35 ハイブリッド電力分配器としての1.5λ型3dBラットレースハイブリッド、36 ハイブリッド電力結合器としての1.5λ型3dBラットレースハイブリッド、37 小信号アンプ、38 整合回路、39 整合回路、41 小信号アンプ、42 整合回路、43 整合回路。
Claims (5)
局部信号発振器およびミキサと、
ハイブリッド電力分配器およびハイブリッド電力結合器の間に設けられたアンプ回路を有し、前記可変アッテネータおよび/または自動利得制御アンプから供給される信号の電力を増幅するバランスアンプと、
前記ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される検波回路と、
前記検波回路の出力に基づき前記可変アッテネータまたは自動利得制御アンプを調整する制御回路と
を備えることを特徴とする送信機。 A variable attenuator and / or an automatic gain control amplifier;
A local signal oscillator and a mixer;
A balance amplifier that has an amplifier circuit provided between the hybrid power distributor and the hybrid power combiner, and amplifies the power of the signal supplied from the variable attenuator and / or the automatic gain control amplifier;
A detection circuit connected to an isolation port of the hybrid power combiner;
And a control circuit for adjusting the variable attenuator or the automatic gain control amplifier based on the output of the detection circuit.
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