JP2012222394A - 電力増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基本波増幅器3と、基本波増幅器3から発生する高調波信号を基本波信号から分波する第1分波回路と、第1分波回路から出力された高調波信号を基本波増幅器3の入力側又は出力側に注入するための高調波伝達回路15と、高調波伝達回路15から出力された高調波信号を基本波増幅器3に注入する第2分波回路とを備え、高調波信号を基本波増幅器3に注入し、基本波増幅器3の効率を高めるようにしたものである。
【選択図】図4
Description
構成図である。入力端子101から入力された基本波信号は電力分配器109によって二つに分配され、一方は基本波増幅器103に入力され、増幅され、サーキュレータ108を介して出力端子102から出力される。電力分配器109によって二つに分配された他方の基本波信号は、逓倍器104により逓倍され高調波信号を発生し、2倍波バンドパスフィルタ107で2倍高調波のみが取り出され、さらに位相調整器105及び振幅調整器106によりベクトル調整して、サーキュレータ108を介して基本波増幅器103の出力側から基本波増幅器103に注入される。これにより基本波増幅器103の高効率化を図るものである。しかし、この構成では、逓倍器104が必要になるため逓倍器104の消費電力により効率が低下する問題と、回路が大型になるという問題がある。
ことを目的とするものである。
図である。基本波増幅器3の入力側及び出力側には分波回路4a,4bを取り付けている。入力側の分波回路4aには、基本波入力端子1と2倍波注入端子17aと3倍波注入端子18aを備え、出力側の分波回路4bには、基本波出力端子2と2倍波注入端子17bと3倍波注入端子18bを備えた構造となっている。
fo:基本波信号の基本周波数で1.5GHz、Pin:入力電力(dBm)、Pout:出力電力(dBm)、Gain:ゲイン(dB)、Id:電流(A)である。
図4は、本発明の実施の形態1における電力増幅器を示す回路構成図である。なお、各図中で同一符号は同一又は相当部分を示す。増幅素子を含む基本波増幅器3の出力側と入力側に分波回路4b,分波回路4aがそれぞれ接続されている。出力側の分波回路4bの2倍波端子7bには、2倍波バンドパスフィルタ11と位相調整器12と振幅調整器13とを有する高調波伝達回路15が接続され、高調波伝達回路15の出力端子に分波回路4aの2倍波端子7aが接続されている。
図5は本発明の実施の形態2における電力増幅器を示す回路構成図である。図4に示された実施の形態1の高調波伝達回路15に補助増幅器14を追加したものである。補助増幅器14は、2倍高調波信号電力を増幅すると共に、方向性を与える機能をもつ。補助増幅器14以外の回路部分の動作及び効果は実施の形態1と同様であるが、実施の形態2では、基本波増幅器3の出力側に発生した2倍高調波信号を出力側の分波回路4bで分波し、さらに高調波伝達回路15及び入力側の分波回路4aを経由して基本波増幅器3の入力側から注入するものである。また、補助増幅器14を追加したことによって、大きな2倍高調波信号電力を基本波増幅器3に注入することが可能となり、より大きな効率改善効果が期待できる。実施の形態2の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として2倍高調波を例に説明したが、2倍高調波以外の高調波、例えば3倍高調波であっても良い。
図6は本発明の実施の形態3における電力増幅器を示す回路構成図である。図5に示した実施の形態2では、基本波増幅器3の出力側に装荷した分波回路4bで高調波信号を分波し、高調波伝達回路15を経由して基本波増幅器3の入力側から注入しているのに対して、実施の形態3では、基本波増幅器3の入力側に装荷した分波回路4aで高調波信号を分波し、高調波伝達回路15を経由し、分波回路4bから基本波増幅器3の出力側に注入するものである。この結果、基本波増幅器3から発生した2倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整された後に増幅され、効率よく基本波増幅器3の出力側に注入されることにな
り、ループ発振を起こすことなく高効率化を図ることが可能となる。なお、実施の形態3の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として2倍高調波を例に説明したが、2倍高調波以外の高調波、例えば3倍高調波であっても良い。
図7は本発明の実施の形態4における電力増幅器を示す回路構成図である。基本波増幅器3の入力側に分波回路4aが接続され、分波回路4aの2倍波端子7aにサーキュレータ16が接続される。さらに、サーキュレータ16に、位相調整器12と振幅調整器13と補助増幅器14とを有する高調波伝達回路15が接続されている。基本波入力端子1から入力された基本波信号は分波回路4aを通過して基本波増幅器3にて増幅され基本波出力端子2から出力される。このとき基本波増幅器3では基本波信号を増幅する際に、増幅素子のもつ非線形性のため基本波信号の2倍の周波数をもつ2倍高調波信号も発生する。発生した2倍高調波信号は基本波増幅器3の出力側だけでなく、入力側にも発生する。基本波増幅器3の入力側に出た2倍高調波信号は、分波回路4aで基本波から分離され、2倍波端子7aに出力される。この2倍高調波信号は、サーキュレータ16、位相調整器12、振幅調整器13、補助増幅器14を通過して再びサーキュレータ16に戻り、2倍波端子7aから分波回路4aに入力される。
図8は本発明の実施の形態5における電力増幅器を示す回路構成図である。図8では、図7に示された実施の形態4の分波回路4a、サーキュレータ16、位相調整器12、振幅調整器13、補助増幅器14を基本波増幅器3の出力側に装荷したものである。実施の形態5では、図8において、基本波増幅器3から発生した2倍高調波信号が基本波増幅器3の出力側に装荷した分波回路4bで基本波から分離され、2倍波端子7bに出力される。出力された2倍高調波信号は、サーキュレータ16、位相調整器12、振幅調整器13、補助増幅器14を通過して再びサーキュレータ16に戻り、サーキュレータ16から分波回路4bに入力される。分波回路4bは2倍波端子7bから入力された2倍高調波信号が基本波端子6bに出力されず合成端子5bにのみ出力されるよう設計されているため、2倍高調波信号は、基本波出力端子2に抜けることなく基本波増幅器3に注入される。
図9は本発明の実施の形態6における電力増幅器を示す回路構成図である。図4に示し
た実施の形態1の分波回路4a,4bをバラン回路9a,9bに置き換え、基本波増幅器3をもう一つ追加することでプシュプル増幅器としたものである。つまり、図9で2個の基本波増幅器3a,3bのそれぞれの入力端子間には入力側バラン回路9aが接続され、前記2個の基本波増幅器3a,3bのそれぞれの出力端子間には出力側バラン回路9bが接続されて、プシュプル電力増幅器が構成される。ここで、入出力側バラン回路9a,9bは基本波増幅器3a,3bで発生する2倍高調波を含む偶数次高調波信号を基本波信号に対して分波する分波回路として機能する。
、注入する高調波として2倍高調波を例に説明したが、帰還する高調波は2倍高調波以外の偶数次高調波、例えば4倍高調波であっても良い。
図10は本発明の実施の形態7における電力増幅器を示す回路構成図である。図9に示された実施の形態6の高調波伝達回路15に補助増幅器14を追加したものである。補助増幅器14は、2倍高調波信号電力を増幅すると共に、方向性を与える機能をもつ。補助増幅器14以外の回路部分の動作及び効果は実施の形態6と同様であるが、実施の形態7
では、基本波増幅器3a及び3bの出力側に発生した2倍高調波信号を、出力側バラン回路9bで基本波から分波し、さらに高調波伝達回路15で位相、振幅を調整し増幅したのち、入力側バラン回路9aに入力し、そこで2分配され、基本波増幅器3a及び3bの入力側から注入するものである。また、補助増幅器14を追加したことによって、大きな2倍高調波信号電力を基本波増幅器3a及び3bに注入することが可能となり、より大きな効率改善効果が期待できる。実施の形態7の回路構成図及び動作の説明においては、帰還する高調波として2倍高調波を例に説明したが、帰還する高調波は2倍高調波以外の偶数次高調波、例えは4倍高調波であっても良い。
図11は本発明の実施の形態8における電力増幅器を示す回路構成図である。図10に示した実施の形態7では、基本波増幅器3a,3bの出力側に装荷した出力側バラン回路9bで高調波信号を分波し、高調波伝達回路15を経由して基本波増幅器3a及び3bの入力側から注入しているのに対して、実施の形態8では、基本波増幅器3a及び3bの入力側に装荷した入力側バラン回路9aで高調波信号を分波し、高調波伝達回路15を経由して出力側バラン回路9bで2分配して基本波増幅器3a及び3bの出力側に注入するも
のである。この結果、基本波増幅器3a及び3bから発生した2倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整され増幅された後に、効率よく基本波増幅器3a及び3bの出力側に注入されることになり、ループ発振を起こすことなく高効率化を図ることが可能となる。なお、実施の形態8の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として2倍高調波を例に説明したが、2倍高調波以外の偶数次高調波、例えは4倍高調波であっても良い。
図12は本発明の実施の形態9における電力増幅器を示す回路構成図である。プッシュプル増幅器の入力側バラン回路9aの2倍波端子10aにはサーキュレータ16を介して、位相調整器12と振幅調整器13と補助増幅器14とを有する高調波伝達回路15が接続されている。基本波入力端子1から入力された基本波信号はプッシュプル増幅器にて増幅され基本波出力端子2から出力される。このとき基本波増幅器3a及び3bでは基本波信号を増幅する際に、増幅素子のもつ非線形性のため基本波信号の2倍の周波数をもつ2倍高調波信号を発生する。2倍高調波信号は入力側バラン回路9aで基本波信号から分波され2倍波端子10aに出力される。
図13は本発明の実施の形態10における電力増幅器を示す回路構成図である。図12に示された実施の形態9との違いは、サーキュレータ16、位相調整器12と振幅調整器13と補助増幅器14とを有する高調波伝達回路15をプッシュプル増幅器の出力側に装荷したものである。この結果、実施の形態10では基本波増幅器3a及び3bから発生した2倍高調波信号をプッシュプル増幅器の出力側に装荷した出力側バラン回路9bから取り出し、サーキュレータ16を介して高調波伝達回路15に入力し、2倍高調波信号の位相と振幅を最適に調整し増幅した後に、再びサーキュレータ16に戻り、2倍波端子10bを介して出力側バラン回路9bに入力され2分配されて、基本波増幅器3a及び3bの出力側から注入することで高効率化を図るものである。実施の形態10の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として2倍高調波を例に説明したが、2倍高調波以外の偶数次高調波、例えば4倍高調波であっても良い。
い。また実施例6〜10ではバラン回路で分波し、プシュプル増幅器に注入する高調波は、任意の偶数次高調波であってもよい。また、実施例1〜10を組み合わせて構成したものであっても良い。さらに、複数の次数の高調波、例えば2倍高調波と3倍高調波を同時に注入するものであっても良い。
本発明の各種の変形又は変更は、関連する熟練技術者が、本発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。
3,3a,3b 基本波増幅器 4a,4b 分波回路
5a,5b 合成端子 6a,6b 基本波端子
7a,7b 2倍波端子 8a,8b 3倍波端子
9a,9b バラン回路 10a,10b 2倍波端子
11 2倍波バンドパスフィルタ 12 位相調整器
13 振幅調整器 14 補助増幅器
15 高調波伝達回路 16 サーキュレータ
17a,17b 2倍波注入端子 18a,18b 3倍波注入端子
Claims (14)
- 増幅素子を含む基本波増幅器と、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する第1分波回路と、前記第1分波回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器の入力側又は出力側に注入するための高調波伝達回路と、前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器に注入する第2分波回路とを備え、高調波信号を前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
- 前記基本波増幅器の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、高調波信号を基本波信号から分波する前記第1及び第2分波回路と、
前記第1及び第2分波回路間に接続され、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路とを有する前記高調波伝達回路とを備え、前記基本波増幅器で発生した高調波信号を、前記高調波伝達回路にて位相及び振幅を調整した後、再び前記基本波増幅器に注入するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。 - 前記第1分波回路は前記基本波増幅器の出力側に接続され、
前記第1分波回路に接続された前記高調波伝達回路は、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路と、高調波信号の電力を増幅する補助増幅器とを有し、
前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を、前記基本波増幅器の入力側に接続された前記第2分波回路から前記基本波増幅器の入力側に注入するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。 - 前記第1分波回路は前記基本波増幅器の入力側に接続され、
前記第1分波回路に接続された前記高調波伝達回路は、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路と、高調波信号の電力を増幅する補助増幅器とを有し、
前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を、前記基本波増幅器の出力側に接続された前記第2分波回路から前記基本波増幅器の出力側に注入するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。 - 増幅素子を含む基本波増幅器と、
前記基本波増幅器の入力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、
前記分波回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の入力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。 - 増幅素子を含む基本波増幅器と、
前記基本波増幅器の出力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、
前記分波回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号
を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の出力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。 - 増幅素子を含む2個の基本波増幅器と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記入力側及び出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記入力側及び出力側の一方のバラン回路で前記2個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記入力側及び出力側の他方のバラン回路から前記2個の基本波増幅器の入力側及び出力側の他方に注入する高調波伝達回路を備え、前記偶数次高調波信号を前記2個の基本波増幅器に注入し、前記2個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。 - 前記高調波伝達回路は、偶数次高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、偶数次高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路とを有することを特徴とする請求項7記載の電力増幅器。
- 前記高調波伝達回路は、さらに、偶数次高調波信号の電力を増幅する補助増幅器を有することを特徴とする請求項8記載の載の電力増幅器。
- 増幅素子を含む2個の基本波増幅器と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記入力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記入力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記入力側バラン回路で前記2個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記入力側バラン回路から前記2個の基本波増幅器の入力側に注入し、前記2個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。 - 増幅素子を含む2個の基本波増幅器と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記2個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記出力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記出力側バラン回路で前記2個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記出力側バラン回路から前記2個の基本波増幅器の出力側に注入し、前記2個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。 - 前記基本波増幅器として、多段構成の増幅器を用いたことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の電力増幅器。
- 前記基本波増幅器として、並列に増幅素子を配置した電力合成形増幅器を用いたことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の電力増幅器。
- 前記基本波増幅器として、カスコード接続された増幅器を用いたことを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の電力増幅器。
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