JP2015065580A

JP2015065580A - 電力増幅器及びそれを用いた送受信共用アンテナ装置

Info

Publication number: JP2015065580A
Application number: JP2013198581A
Authority: JP
Inventors: 雄二酒井; Yuji Sakai; 内海　博三; Hirozo Utsumi; 博三内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】送信用の大電力増幅器から出力される高調波レベル自体を抑えることで、大電力増幅器の後段に設置されるフィルタに要求される高調波抑圧量を小さくできる電力増幅器及びそれを用いた送受信共用アンテナ装置を得る。
【解決手段】誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した入力回路部と、誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した出力回路部と、入力回路部と出力回路部との間に設けられた高周波信号を増幅する増幅素子部と、入力回路部、出力回路部及び前記増幅素子部を収納・保持する収納容器と、収納容器に設けられ、入力回路部に高周波信号を入力する入力端子と、収納容器に設けられ、出力回路部から高周波信号を出力する出力端子と、収納容器の出力回路部に対向する位置に設けられ、増幅する高周波信号の周波数の高調波周波数の電力を吸収する電波吸収体と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、主として衛星通信で使用する送信高周波信号（送信ＲＦ信号）を増幅する電力増幅器及びそれを用いた送受信共用アンテナ装置に関するものである。

特開２００８−２５２２４９号公報（特許文献１参照）には、送信系と受信系間の相互の干渉を回避する衛星通信用地上局装置であって、送信系における大電力増幅器の入力段と出力段にそれぞれ配置された受信帯域阻止フィルタと、大電力増幅器の入力段側の受信帯域阻止フィルタの入力段に配置され、送信系として必要な帯域内利得を補うドライバーと、受信系における低雑音増幅器の入力段と出力段にそれぞれ配置された送信帯域阻止フィルタと、低雑音増幅器の出力段側の送信帯域阻止フィルタの出力段に配置され、受信系として必要な帯域内利得を補う低雑音増幅器とを備える衛星通信用地上局装置が記載されている。

特許第３０４０９４７号公報（特許文献２参照）には、マイクロストリップ線路によって構成されるキャパシタ部およびインダクタ部を含むπ形のローパスフィルタフィルタ回路が複数形成された誘電体基板と、前記複数のうちの１または複数（全部を除く）の前記ローパスフィルタ回路における前記インダクタ部を構成する前記マイクロストリップ線路を覆うように前記誘電体基板に対して所定の間隙を有した状態でスペーサによって当該誘電体基板上に保持されると共に当該誘電体基板上に形成されたグランドパターンに当該スペーサを介して電気的に接続される少なくとも１つの金属板とを備えていることを特徴とする高周波用ローパスフィルタが記載されている。

特開２００８−２５２２４９号公報特許第３０４０９４７号公報

特許文献１において、大電力増幅器で発生した送信周波数の高調波については受信帯域阻止フィルタにより抑圧される。このとき通常は、高調波成分の抑圧は電波法で規定された電力以下になるようにする。特許文献１では、受信帯域阻止フィルタを用いているが、特許文献２に示すような高周波用ローパスフィルタが用いられることもある。

特許文献１において、使用する受信周波数が送信周波数の整数倍となる場合、大電力増幅器で発生する高調波が受信系に漏れこむことで干渉し、受信性能が劣化してしまう。

このときの対策としては、大電力増幅器の出力側の受信帯域阻止フィルタを抑圧量のより大きなものに変更することが考えられるが、大電力増幅器で発生した高調波レベルが大きい場合、受信周波数帯で必要な抑圧量も大きくなる。そのため、受信帯域阻止フィルタが大型化してしまい、コストも増大する課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、送信用の大電力増幅器から出力される高調波レベル自体を抑えることで、大電力増幅器の後段に設置されるフィルタに要求される高調波抑圧量を小さくできる電力増幅器及びそれを用いた送受信共用アンテナ装置を得る。

この発明に係る電力増幅器及びそれを用いた送受信共用アンテナ装置は、誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した入力回路部と、前記誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した出力回路部と、前記入力回路部と前記出力回路部との間に設けられた高周波信号を増幅する増幅素子部と、前記入力回路部、前記出力回路部及び前記増幅素子部を収納・保持する収納容器と、前記収納容器に設けられ、前記入力回路部に高周波信号を入力する入力端子と、前記収納容器に設けられ、前記出力回路部から高周波信号を出力する出力端子と、前記収納容器の前記出力回路部に対向する位置に設けられ、増幅する高周波信号の周波数の高調波周波数の電力を吸収する電波吸収体と、を備えたものである。

この発明によれば、収納容器の少なくとも出力回路部に対向する位置に、増幅する高周波信号の周波数の高調波周波数の電力を吸収する電波吸収体を備えたので、高調波周波数の電力を抑圧した電力増幅器が得られる。

この発明の実施の形態１に係る電力増幅器の構造図である。この発明の実施の形態１に係る送受信共用アンテナ装置の構成図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電力増幅器の構造図である。図１において、電力増幅器１０１は、誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した入力回路部を有する入力基板４と、誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した出力回路部を有する出力基板６と、入力基板４と出力基板６との間に設けられた高周波信号を増幅する増幅素子（増幅素子部）５と、入力基板４、出力基板６及び増幅素子部５を収納・保持する金属ケース１と金属カバー２とで構成される収納容器と、金属ケース１に設けられ、入力基板４の入力回路部に高周波信号を入力する入力コネクタ（入力端子）３と、金属ケース１に設けられ、出力基板６の出力回路部から高周波信号を出力する出力コネクタ（出力端子）７と、出力基板６の出力回路部に対向する位置の金属カバー２に設けられ、増幅する高周波信号の周波数の高調波周波数の電力を吸収する電波吸収体８と、を備えている。

電力増幅器１０１の動作について説明する。入力コネクタ３から入力された送信ＲＦ信号は、入力基板４を介して増幅素子５に入力され、増幅素子５で増幅する。増幅された送信ＲＦ信号は増幅素子５から出力され、出力基板６を介して出力コネクタ７より出力される。入力基板４および出力基板６は、送信ＲＦ信号を伝送するため誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路により構成されている。また、このとき金属ケース１および金属カバー２により電力増幅器外部への送信ＲＦ信号の放射・漏洩を防いでいる。

増幅素子５は、送信ＲＦ信号を増幅する際に、その非線形特性により送信ＲＦ信号の周波数の高調波成分も合わせて生成される。この高調波成分は、出力基板６を介して送信ＲＦ信号と一緒に出力されるが、一部は金属ケース１と金属カバー２で構成された空間内に放射される。電波吸収体８は、送信ＲＦ信号の周波数では電力の吸収効果はなく、高調波周波数において電力吸収効果を有する。したがって、高調波の電力の一部は出力基板６のマイクロストリップ線路に再結合することなく電波吸収体８に吸収される。これにより出力コネクタから出力される高調波成分を抑圧することが可能となる。

電波吸収体８は、発生する高調波成分のうち最も抑圧したい周波数を吸収する電波吸収体を用いる。また、少なくとも増幅素子５より出力側の金属カバー２に取り付けるが、金属カバー２の全体に取り付けてもよい。また、金属ケース１の側面に取り付けてもよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係る送受信共用アンテナ装置の構成図である。送受信共用アンテナ装置は、送信ＲＦ信号入力端子１１に入力端子が接続され、電力増幅器１０１を用いて構成された送信部１２と、送信部１２の出力端子に入力端子が接続された低域通過フィルタ１３と、低域通過フィルタ１３の出力端子が送信端子（ＴＸ）に接続された送受信共用回路（送受信共用部）１４と、送受信共用回路１４の送受信共通端子（Ｃ）に接続されたアンテナ（アンテナ部）１５と、送受信共用回路１４の受信端子（ＲＸ）に接続された受信部１６と、受信部１６の出力端子に接続された受信ＲＦ信号出力端子１７と、を備えている。

送受信共用アンテナ装置の動作について説明する。送信動作について説明する。送信ＲＦ信号入力端子１１に入力された送信ＲＦ信号は送信部１２で増幅した後、低域通過フィルタ１３、偏分波器等の送受信共用回路１４を介してアンテナ１５より放射する。次に受信動作について説明する。アンテナ１５より入力された受信ＲＦ信号は、送受信共用回路１４を介して受信部１６で低雑音増幅され、受信ＲＦ信号出力端子１７から出力される。

送信ＲＦ信号の周波数と受信ＲＦ信号の周波数について説明する。図２においては、受信ＲＦ信号の周波数は送信ＲＦ信号の周波数のいずれかの高調波周波数に等しい構成としている。すなわち、受信ＲＦ信号の周波数は送信ＲＦ信号の周波数の整数倍に等しい関係がある。これは、衛星通信においては、地上局から衛星への通信周波数（アップリンク周波数）と衛星から地上局への通信周波数（ダウンリンク周波数）は、互いの干渉をさけるため周波数を離していることを想定している。

送信部１２には、この発明の実施の形態１に係る電力増幅器１０１を用いて構成されているので、電力増幅器１０１内で発生した送信ＲＦ信号の高調波は電力増幅器１０１内で抑圧されて、送信ＲＦ信号が出力され、低域通過フィルタ１３によりさらに抑圧されるので、送受信共用回路１４を介して受信部１６に漏れ込んだとしても、高調波の電力レベルは十分小さく受信に影響のない電力レベルになる。

たとえば、受信ＲＦ信号の周波数が送信ＲＦ信号の周波数の４倍の場合、電力増幅器１０１内の電波吸収体８は送信ＲＦ信号の周波数の４倍高調波成分を吸収する電波吸収体が取り付けられている。これにより、電力増幅器１０１内で発生した送信ＲＦ信号の４倍高調波は電力増幅器１０１内で抑圧されて、送信ＲＦ信号が出力され、低域通過フィルタ１３によりさらに抑圧されるので、送受信共用回路１４を介して受信部１６に漏れ込んだとしても、送信ＲＦ信号の４倍高調波の電力レベルは十分小さく、受信に影響のない電力レベルになる。

このように、まず送信部１２自体において生成される高調波が抑圧できているので、低域通過フィルタ１３の寸法サイズを小さくし小型化が図れるとともに、コストも低減できる。なお、低域通過フィルタの代わりに、高調波周波数のみ低減する帯域制限フィルタを用いても良い。

この発明の実施の形態１を適用しない場合とした場合の高調波の電力を実際に測定した。送信周波数は２ＧＨｚ帯、測定した高調波は４倍波である８ＧＨｚ帯である。電波吸収体には、太陽金網株式会社のＥＣＣＯＳＯＲＢ（登録商標）ＳＦ−８．０を用いた。
受信部１６の入力端においての測定の結果、適用しない場合は送信電力（２ＧＨｚ帯）に対する比が−５８ｄＢｃであったものが、適用することにより−８２ｄＢｃとなり効果が得られた。

１金属ケース
２金属カバー
３入力コネクタ（入力端子）
４入力基板（入力回路部）
５増幅素子（増幅素子部）
６出力基板（出力回路部）
７出力コネクタ（出力端子）
８電波吸収体
１１送信ＲＦ信号入力端子
１２送信部
１３低域通過フィルタ
１４送受信共用回路（送受信共用部）
１５アンテナ（アンテナ部）
１６受信部
１７受信ＲＦ信号出力端子
１０１電力増幅器

Claims

誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した入力回路部と、前記誘電体基板上にマイクロストリップ線路で形成した出力回路部と、前記入力回路部と前記出力回路部との間に設けられた高周波信号を増幅する増幅素子部と、前記入力回路部、前記出力回路部及び前記増幅素子部を収納・保持する収納容器と、前記収納容器に設けられ、前記入力回路部に高周波信号を入力する入力端子と、前記収納容器に設けられ、前記出力回路部から高周波信号を出力する出力端子と、前記収納容器の前記出力回路部に対向する位置に設けられ、増幅する高周波信号の周波数の高調波周波数の電力を吸収する電波吸収体と、を備えた電力増幅器。
請求項１に記載の電力増幅器を用いた送信部と、前記送信部が送信端子に接続された送受信共用部と、前記送受信共用部の送受信共通端子に接続されたアンテナ部と、前記送受信共用部の受信端子に接続された受信部と、を備え、受信部の受信周波数は、前記送信部で増幅する高周波信号の周波数の所定の高調波周波数に等しく、この所定の高調波周波数の電力を前記電波吸収体が吸収する送受信共用アンテナ装置。