JP2014197829A - 電力増幅装置及び送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】レベル検出用検波器を用いて電力増幅装置の出力をモニタしながら、ＲＦモニタ端子を介して高調波の発生状況を正確にモニタすることのできる電力増幅装置を提供する。
【解決手段】電力増幅装置１は、電力を分配する分岐線路１３と、分岐線路の後段に設けられて電力を増幅する複数の電力増幅素子２０と、電力増幅素子の後段に設けられて電力を合成する接続線路３１と、接続線路に接続された出力線路３２と、接続線路または出力線路に介装され、所定の周波数をフィルタリングするフィルタ１１とを備える。更に電力増幅装置は、出力線路に伝送される高周波信号をレベル検出用検波器５０に出力する第１の方向性結合器１２Ａと、出力線路に伝送される高周波信号をＲＦモニタ端子に出力する第２の方向性結合器１２Ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、安価で小型化を図った電力増幅装置及び送信機に関する。

例えば固体化素子を用いたレーダ用送信機など、高出力を要する送信機は複数個の電力増幅装置を使用し、これらの電力増幅器の出力を合成して最終出力を得ている。レーダ用の電力増幅装置は、一般的には効率が高く、高出力を得られる非線形領域において固体化素子を動作させる。しかし電力増幅装置を非線形領域にて動作させると、その出力には基本波成分の他にスプリアスや高調波成分が含まれる。従って送信機には高調波成分を空中線から放射しないようにフィルタリングするフィルタが設けられる。

また電力増幅装置には、その出力（送信電力）をモニタするためのレベル検出用検波器が設けられる。更に電力増幅装置には、送信出力レベルと高調波の発生状況をモニタするためのＲＦモニタ端子が設けられる。

特開２００６−１０８７４１号公報

従来の送信機は、電力増幅装置の出力を合成する合成器の後段に一つのフィルタを設けている。従ってフィルタとして高耐電力が必要となり、大型で高価なものを使用する必要があった。また小型のフィルタを電力増幅装置内に設ける場合、フィルタの実装スペース分が増えるため、電力増幅装置自体の寸法が大きくなってしまうという問題がある。これ故、小型で安価な電力増幅装置及び送信機の開発が求められている。

また従来の電力増幅装置では、高周波信号を伝送する線路に方向性結合器を設け、方向性結合器の出力を、分配器を介してレベル検出用検波器およびＲＦモニタ端子に供給している。このため、レベル検出用検波器が発生する高調波もＲＦモニタ端子に出力されるので、電力増幅装置のスプリアスを正確にモニタすることができないという問題がある。

本発明は上記課題を解決して、小型で安価な電力増幅装置及び送信機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電力増幅装置は、電力を分配する分配線路と、分配線路の後段に設けられ、分配線路にて分配された各電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅素子と、各電力増幅素子の後段に設けられ、各電力増幅素子の出力を一つに合成する接続線路と、この接続線路に接続された出力線路と、接続線路または出力線路に介装され、接続線路または出力線路に伝送される高周波信号に含まれる所定の周波数をフィルタリングするフィルタと、フィルタの後段に設けられ、前記出力線路に伝送される高周波信号をレベル検出用検波器に出力する第１の方向性結合器と、前記出力線路に伝送される高周波信号をＲＦモニタ端子に出力する第２の方向性結合器とを備える。

また本発明に係る送信機は、電力を分配する分配器と、前記分配器によって分配された電力をそれぞれ増幅する上記構成の複数の電力変換装置と、これらの電力変換装置の各出力を一つに合成する合成器とを備える。

上記構成の電力増幅装置によれば、接続線路の後段に所定の周波数をフィルタリングするフィルタを設けるので、フィルタとして小型で安価なものが使用できる。その上で第１および第２の方向性結合器を用いてレベル検出用検波器およびＲＦモニタ端子にそれぞれ出力する高周波信号を個別に取り出すので、電力増幅装置の出力をモニタしながら、レベル検出用検波器の影響を受けることなく電力増幅装置における高調波の発生状況を正確にモニタすることができる。

第１の実施形態の電力増幅装置を示す図である。 図１の電力増幅装置に適用されるフィルタの一例を示す図である。 図１の電力増幅装置に適用されるフィルタの他の一例を示す図である。 図１の電力増幅装置に適用される第１、第２の方向性結合器の一例を示す断面図である。 第２の実施形態の電力増幅装置における電力合成部の構成を示す図である。 第３の実施形態の電力増幅装置における電力合成部の構成を示す図である。 送信機の構成を示すブロック図である。

以下、電力増幅装置及び送信機の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明に係る電力増幅装置は、基本的には電力を分配する分岐線路と、この分岐線路の後段に設けられて電力を増幅する複数の電力増幅素子と、これらの電力増幅素子の後段に設けられて各電力増幅素子の出力を合成する接続線路と、この接続線路の後段に設けられて所定の周波数をフィルタリングするフィルタと、このフィルタの後段の接続線路に設けられた第１および第２の方向性結合器とを備える。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の電力増幅装置１を示す図である。図１に示すように電力増幅装置１は、概略的には分岐線路からなる電力分配部１０と、複数の電力増幅素子２０と、接続線路からなる電力合成部３０とを備える。更に電力増幅装置１は、電力合成部３０から出力される高周波信号をモニタするためのレベル検出用検波器５０と、接続線路に設けられた２つの方向性結合器１２Ａ、１２Ｂを備える。

電力分配部１０は、入力端子４１に接続されて該入力力端子４１から与えられる電力を分配する分岐線路１３を、基板１０ａ上に備える。分岐線路１３は、例えばエアライン構造のマイクロストリップラインであって、元の線路を２つの線路ずつ、順に分岐させる。電力増幅装置１は、分岐線路１３の後段に電力を増幅する複数の電力増幅素子２０を備える。更に電力増幅装置１は、各電力増幅素子２０の後段に、これらの電力増幅素子２０からそれぞれ出力される電力を合成する接続線路３１を、基板３０ａ上に備える。この接続線路３１は、例えばエアライン構造のマイクロストリップラインであって、二つの線路を一つに接続する接続部３１ａ、３１ｂを複数段に亘って備え、最終的に一つの線路に集約することで電力を一つに合成する。

電力増幅装置１は、電力を一つに合成する接続線路３１の後段に、所定の周波数をフィルタリングするフィルタ１１を備える。フィルタ１１（１１´）は、例えばローパスフィルタ、バンドパスフィルタなどからなる。フィルタ１１は、図２に示すように、フィルタリングする高調波のλｈ／４の長さを有し、一端が開放された複数のオープンスタブ１１ａが、マイクロストリップラインである接続線路３１の延伸部３１−１に、高周波信号の基本波のλｆ／４の間隔で接続されることによって形成されたフィルタである。また、フィルタ１１´は、図３に示すように、フィルタリングする高調波のλｈ／４の半径を有する円盤状の内導体１１ａ´−１の周囲に、絶縁体であるテフロン（登録商標）１１ａ´−２、外導体１１ａ´−３が形成された円盤部１１ａ´が、後述するようなＲＦ同軸ケーブルからなる出力線路３２の内導体の延伸部３２−１に、高周波信号の基本波のλｆ／４の間隔で接続されることによって形成された、チューブラー型フィルタである。フィルタ１１（１１´）としては、電力合成部３０の電力増幅素子２０の後段において、フィルタ１１（１１´）あるいは接続線路３１が形成される電力合成部３０の基板３０ａ上に設けられるか、接続線路３１が収納されるパッケージ内に設けられ、小型で安価なものが使用できる。

フィルタ１１からの出力は、例えばＲＦ同軸ケーブルからなる出力線路３２を介して出力端子４２に与えられる。なお、フィルタ１１として、図２に示すフィルタ１１が適用される場合、フィルタ１１の出力が、出力線路３２に接続される。また、フィルタ１１´として、図３に示すチューブラー型フィルタ１１´が適用される場合、フィルタ１１´の入力が、接続線路３１に接続される。

更にフィルタ１１と出力端子４２との間において、例えば電力合成部３０の基板３０ａ上には、第１および第２の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂが設けられる。第１の方向性結合器１２Ａの一方の出力は、ＲＦモニタ出力端子４３Ａに接続され、また第２の方向性結合器１２Ｂの一方の出力は、レベル検出用検波器５０に接続される。そして、第１の方向性結合器１２Ａの他方の出力と、第２の方向性結合器１２Ｂの他方の出力と、は共通であり、出力端子４２に接続される。

第１方向性結合器１２Ａは、出力線路３２の一部と、ＲＦモニタ出力端子４３Ａに接続された一端部から出力線路３２に伝送される高周波信号の進行方向に向かって延在し、他端部を終端した第１の線路１２Ａ−１の一部と、が近接することによって構成された、進行波検出用方向性結合器からなる。第２方向性結合器１２Ｂは、出力線路３２の一部と、レベル検出用検波器５０に接続された一端部から出力線路３２に伝送される高周波信号の進行方向に向かって延在し、他端部を終端した第２の線路１２Ｂ−１の一部と、が近接することによって構成された、進行波検出用方向性結合器からなる。

そして第１方向性結合器１２Ａにより検出される高調波は、ＲＦモニタ出力端子４３Ａを介して出力されて電力増幅装置１の高調波（スプリアス）のモニタに供される。また第２方向性結合器１２Ｂにより検出される高調波は、レベル検出用検波器５０に与えられて電力増幅装置１の出力（送信電力）の検出に用いられる。

このような構成の電力増幅装置１によれば、第１および第２の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂの結合度を、通常使用される方向性結合器の結合度以下（例えば２０ｄＢ〜６０ｄＢ程度）となるように調整することで、レベル検出用検波器５０が発生する高調波のＲＦモニタ出力端子４３Ａへの漏出を大幅に減少させることができる。図４に示すように、第１および第２の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂを構成する出力線路３２、第１の線路１２Ａ−１、および第２の線路１２Ｂ−１がそれぞれ、内導体５３、内導体５３の周囲を囲うテフロン（登録商標）等の絶縁体５４、およびこの絶縁体５４の外周面上に形成された外導体５４、からなるＲＦ同軸ケーブルである場合、第１の方向性結合器１２Ａの結合度は、出力線路３２の内導体５３と、第１の線路１２Ａ−１の内導体５３と、の間隔Ｌ１を調整することで調整可能であり、第２の方向性結合器１２Ｂの結合度は、出力線路３２の内導体５３と、第２の線路１２Ｂ−１の内導体５３と、の間隔Ｌ２を調整することで調整可能である。なお、結合度は、Ｌ１、Ｌ２の長くするほど小さくなる。

従ってレベル検出用検波器５０が発生する高調波の影響を受けることなく、電力増幅装置１が発生する高調波のスプリアスを正確にモニタすることが可能となる。しかも従来のようにレベル検出用検波器５０で高調波を発生させないため、スイッチを用いて進行波検出用方向性結合器出力をレベル検出用検波器５０とＲＦモニタ出力端子側４３Ａへ切り替える必要がないので、電力増幅器１の出力と高調波とを同時にモニタすることができ、またその小型化と製造コストの低減を図ることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施例に係る電力増幅装置の電力合成部６０を示す図である。第２の実施例に係る電力増幅装置電は、第１の実施例と同様の電力分配部１０、電力増幅素子２０、およびレベル検出用検波器５０、を備える他、第１の実施例に係る電力増幅装置１の電力合成部３０とは異なる構成の電力合成部６０を備える。

この実施形態における電力合成部６０の基板６０ａ上の接続線路３１において、最終段の前段の接続線路３１（最終段の接続部３１ａと、最終段の前段の接続部３１ｂと、の間の接続線路３１）にはそれぞれ、フィルタ１１（１１´）が備えられる。電力合成部６０は、これらのフィルタ１１（１１´）を介して、高周波信号を合成して出力する。これらのフィルタ１１（１１´）も第１の実施例と同様に実現されるものであり、従って小型で安価なものからなる。

さらに電力合成部６０は、第１および第２の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂに加えて、出力線路３２に伝送される高周波信号の反射波をモニタする第３の方向性結合器１２Ｃを、基板６０ａ上に備える。第３の方向性結合器１２Ｃは、反射波検出用方向性結合器である。この反射波検出用方向性結合器１２Ｃは、出力線路３２の一部と、この出力線路３２に沿って、反射波モニタ出力端子４３Ｂに接続された一端部から出力線路３２に伝送される高周波信号の反射方向に向かって延在し、その他端部を終端した第３の線路１２Ｃ−１の一部と、が近接することによって構成されたものである。

このような構成の第２の実施形態においても、第１および第２の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂ、および反射波検出用方向性結合器１２Ｃとの間での結合度を調整することで、レベル検出用検波器５０が発生する高調波のＲＦモニタ出力端子４３Ａおよび反射波モニタ出力端子４３Ｂへの漏出を大幅に減少させることができる。従って第１の実施形態と同様に電力増幅装置１の小型化を図り、安価に製造することができるという効果がある。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施例に係る電力増幅装置の電力合成部７０を示す図である。第３の実施例に係る電力増幅装置電は、第１の実施例と同様の電力分配部１０、電力増幅素子２０、およびレベル検出用検波器５０、を備える他、第１の実施例に係る電力増幅装置１の電力合成部３０とは異なる構成の電力合成部７０を備える。この実施形態における電力合成部７０の基板７０ａ上において、初段の接続線路３１（電力増幅素子２０と、最終段の前段の接続部３１ｂ（＝初段の接続部３１ｂ）と、の間の接続線路３１）にはそれぞれ、フィルタ１１（１１´）が備えられる。電力合成部７０は、これらのフィルタ１１（１１´）を介して、高周波信号を合成して出力する。これらのフィルタ１１（１１´）も第１の実施例と同様に実現されるものであり、従って小型で安価なものからなる。さらに電力合成部７０は、第１、第２、第３の方向性結合器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを、第２の実施形態と同様に備える。

従ってこの第３の実施形態も、先の各実施形態と同様に電力増幅器１の出力と高調波とを同時に精度良くモニタすることができる。そして小型の電力増幅装置１を安価に製造することができるという効果がある。

（送信機）
図７は、送信機２の構成を示すブロック図である。図７に示すように送信機２は、電力を分配する分配器５１と、分配器５１の後段に設けられて電力を増幅する複数の電力増幅装置１と、電力増幅装置１の後段に設けられて電力を合成する合成器５２と、を備える。送信機２は、上述の第１の実施例乃至第３の実施形態にそれぞれ示した構成の電力増幅装置を適宜選択して用いることができる。従って従来のように合成器５２と空中線との間に大型で高価なフィルタを設ける必要がなく、小型且つ安価に製造することができるという効果がある。

尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。要は本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことが可能であり、様々な形態で実施可能である。

１ 電力増幅装置
２ 送信機
１０ 電力分配部
１０ａ 基板
１１、１１´ フィルタ
１１ａ オープンスタブ
１１ａ´ 円盤部
１１ａ´−１ 内導体
１１ａ´−２ テフロン（登録商標）
１１ａ´−３ 外導体
１２Ａ 第１の方向性結合器（進行波検出用方向性結合器）
１２Ａ−１ 第１の線路
１２Ｂ 第２の方向性結合器（進行波検出用方向性結合器）
１２Ｂ−１ 第２の線路
１２Ｃ 第３の方向性結合器（反射波検出用方向性結合器）
１２Ｃ−１ 第３の線路
１３ 分岐線路
２０ 電力増幅素子
３０、６０、７０ 電力合成部
３０ａ、６０ａ、７０ａ 基板
３１ 接続線路
３１−１ 延伸部
３１ａ、３１ｂ 接続部
３２ 出力線路
３２−１ 延伸部
４１ 入力端子
４２ 出力端子
４３Ａ ＲＦモニタ出力端子
４３Ｂ 反射波モニタ出力端子
５０ レベル検出用検波器
５１ 分配器
５２ 合成器
５３ 内導体
５４ 絶縁体
５５ 外導体

Claims (6)

1. 電力を分配する分配線路と、
   前記分配線路の後段に設けられ、前記分配線路にて分配された各電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅素子と、
   前記各電力増幅素子の後段に設けられ、各前記電力増幅素子の出力を一つに合成する接続線路と、
   この接続線路に接続された出力線路と、
   前記接続線路または前記出力線路に介装され、前記接続線路または前記出力線路に伝送される高周波信号に含まれる所定の周波数をフィルタリングするフィルタと、
   前記フィルタの後段に設けられ、前記出力線路に伝送される高周波信号をレベル検出用検波器に出力する第１の方向性結合器と、
   前記出力線路に伝送される高周波信号をＲＦモニタ端子に出力する第２の方向性結合器とを備える電力増幅装置。
2. 前記フィルタは、前記接続線路において電力を一つに合成する最終段の接続線路に介装される請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 前記第１および第２の方向性結合器は、前記接続線路が設けられる基板と同一の基板上に設けられる請求項１に記載の電力増幅装置。
4. 前記第１および第２の方向性結合器は、前記出力線路に伝送される高周波信号の進行波をそれぞれ検出する進行波検出用方向性結合器である請求項１に記載の電力増幅装置。
5. 前記出力線路に伝送される高周波信号の反射波を検出する反射波検出用方向性結合器をさらに具備する請求項４に記載の電力増幅装置。
6. 電力を分配する分配器と、
   前記分配器によって分配された電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅装置と、
   これらの電力増幅装置の各出力を一つに合成する合成器とを備え、
   前記各電力増幅装置は、前記分配器から与えられた電力を分配する分配線路と、
   この分配線路の後段に設けられ、前記分配線路にて分配された各電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅素子と、
   これらの各電力増幅素子の後段に設けられ、各前記電力増幅素子の出力を一つに合成する接続線路と、
   この接続線路に接続された出力線路と、
   前記接続線路または前記出力線路に介装され、前記接続線路または前記出力線路に伝送される高周波信号に含まれる所定の周波数をフィルタリングするフィルタと、
   前記出力線路に伝送される高周波信号を取り出してレベル検出用検波器及びＲＦモニタ端子にそれぞれ出力する第１および第２の方向性結合器と
   をそれぞれ具備する送信機。

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