JP2021073751A

JP2021073751A - 高周波増幅器

Info

Publication number: JP2021073751A
Application number: JP2018044617A
Authority: JP
Inventors: 健太黒田; Kenta Kuroda; 一考高木; Kazutaka Takagi
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2021-05-13
Also published as: WO2019176185A1

Abstract

【課題】外部負荷が所定値からずれた場合でも増幅特性の低下を抑制可能な高周波増幅器を提供する。【解決手段】高周波増幅器１０は、増幅回路部３０と、出力端子１４と、分波器４０とを有する。分波器４０は、基本波整合回路である第１フィルタ４１および高調波処理回路である第２フィルタ４２を有し、増幅回路部の出力端部３０ｂと出力端子１４との間に接続される。分波器４０は、出力端部３０ｂに接続された一方の端子４１ａと出力端子１４に接続された他方の端子４１ｂとを有する第１フィルタ４１と、疑似負荷６０と、出力端部３０ｂに接続された一方の端子４２ａと疑似負荷６０に接続された他方の端子４２ｂとを有する第２フィルタ４２とを有する。基本波信号は、第１フィルタ４１を通過したのち出力端子１４から外部に出力され、高調波信号は、第２フィルタ４２を通過したのち疑似負荷６０を介して接地される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、高周波増幅器に関する。

高周波増幅回路は、基本波整合回路と高調波処理回路とを備えることにより、高効率をはかることができる。

高調波処理回路は、外部負荷を５０Ωなどであると想定して設計される。ところが、実際の外部負荷は、高調波において５０Ωからずれることがある。

高調波において、負荷インピーダンスが５０Ωから大きくずれると、反射波が増幅器に影響を与える。このため、高周波増幅器の効率が低下する。

特開２０１４−１６５７２４号公報特開２０１３−１８７７７３号公報

外部負荷が所定値からずれた場合でも増幅特性の低下を抑制可能な高周波増幅器を提供する。

実施形態の高周波増幅器は、増幅回路部と、出力端子と、分波器と、を有する。前記増幅回路部は、基本波整合回路および高調波処理回路を有する。前記分波器は、前記増幅回路部の出力端部と前記出力端子との間に接続される。前記分波器は、前記出力端部に接続された一方の端子と前記出力端子に接続された他方の端子とを有する第１フィルタと、疑似負荷と、前記出力端部に接続された一方の端子と前記疑似負荷に接続された他方の端子とを有する第２フィルタと、を有する。基本波信号は前記第１フィルタを通過したのち前記出力端子から外部に出力され、高調波信号は前記第２フィルタを通過したのち前記疑似負荷を介して接地される。

第１の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。図２（ａ）は比較例にかかる高周波増幅器の構成図、図２（ｂ）は比較例の高周波増幅器の負荷として送信アンテナを接続した構成図、である。第１の実施形態の分波器の第１具体例を表す回路図である。第１の実施形態の分波器の第２具体例を表す回路図である。第２の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。第３の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。第４の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。第５の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。
高周波増幅器１０は、増幅回路部３０と、出力端子１４と、分波器（ダイプレクサ）４０と、を有する。

増幅回路部３０は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor)などを増幅素子として含み、集中定数回路や分布定数回路からなる基本波整合回路や高調波処理回路とを含む。高周波増幅器１０の帯域は、ＵＨＦ〜３０ＧＨｚなどとすることができる。

分波器４０は、増幅回路部３０の出力端部３０ｂと出力端子１４との間に接続される。分波器４０は、第１フィルタ４１と、疑似負荷６０と、第２フィルタ４２と、を有する。第１フィルタ４１は、出力端部３０ｂに接続された一方の端子４１ａと、出力端子１４に接続された他方の端子４１ｂと、を有する。第２フィルタ４２は、出力端部３０ｂに接続された一方の端子４２ａと、疑似負荷６０に接続された他方の端部４２ｂと、を有する。

基本波信号は第１フィルタ４１を通過したのち出力端子１４から外部に出力される。また、高調波信号は第２フィルタ４２を通過したのち疑似負荷６０を介して接地される。

図１において、第１フィルタ４１は、基本波を通過させるローパスフィルタとする。ローパスフィルタの通過上限周波数ｆ_dLPFは、f_o（基本波周波数）よりも大きく、2f₀（2倍波）よりも小さい。第２フィルタ４２は、高調波を通過させるハイパスフィルタとする。ハイパスフィルタの通過下限周波数ｆ_dHPFは、f₀よりも大きく、2f₀よりも小さい。

第１の実施形態にかかる高周波増幅器１０は、たとえば、高周波送信器の出力段として用いることができる。増幅回路部３０からの出力信号が高調波成分を含むとしても、高調波成分を第２フィルタ４２に分波し、基本波成分を第１フィルタ４１に分波してより分けることができる。

第２フィルタ４２を通過した高調波成分は疑似負荷６０を介して接地される。このため、高調波成分が、反射により増幅回路部３０に影響を及ぼして、電力付加効率を低下させるなどの増幅特性劣化を抑制できる。

図２（ａ）は比較例にかかる高周波増幅器の構成図、図２（ｂ）は比較例の高周波増幅器の負荷として送信アンテナが接続された構成図、である。
図２（ａ）に表すように、比較例の高周波増幅器１４０は、分波器を有していない。図２（ｂ）では、高周波増幅器１４０の出力端子１４４と送信用アンテナ１６０との間にアイソレータ１５０が設けられている。

高調波処理回路は、外部負荷（たとえば５０Ωの純抵抗など）に対して高効率動作が期待される高調波に対する負荷インピーダンスを増幅素子に対して与えるように決定される。もし、基本波（f₀）におけるアイソレータ通過損失を低減するために狭帯域にすると、高調波成分（2f₀、3f₀など）はアイソレータ１５０により反射され増幅回路部１４０の増幅特性を劣化させる。このため、比較例において、電力付加効率が低下する。

なお、送信アンテナ１６０のインピーダンス特性は、基本周波数においてもアンテナ毎に異なることがあるので、高調波を含めた周波数において所定のインピーダンス（たとえば５０Ω）にすることは容易ではない。

これに対して、第１の実施形態において、高調波成分が第２フィルタ４２により分波され、疑似負荷６０により終端される。このため、高調波成分が増幅回路部３０へ与える影響が低減され電力付加効率の低下が抑制される。なお、疑似負荷６０は、終端抵抗などとすることができる。この場合、高調波成分（2f₀、3f₀など）は第１フィルタ４１を通過しないので、アイソレータ５０により反射されることはない。

図３は、第１の実施形態の分波器の第１具体例を表す回路図である。
ローパスフィルタである第１フィルタ４１は、キャパシタＣ１、Ｃ２、およびインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３を含む集中定数素子からなるものとする。また、ハイパスフィルタである第２フィルタ４２は、キャパシタＣ３−Ｃ８およびインダクタＬ４、Ｌ５を含む集中定数素子からなるものとする。

たとえば、ＵＨＦ〜Ｌ帯などの低い周波数帯では、フィルタサイズを小さくできる集中定数素子型がより好ましい。これらの集中定数素子は、たとえば、チップ形状とすることができる。

図４は、第１の実施形態の分波器の第２具体例を表す回路図である。
ローパスフィルタである第１フィルタ４１は、特性インピーダンスと線路長が異なる複数の伝送線路を含む分布定数素子からなるものとする。また、ハイパスフィルタである第２フィルタ４２は、集中定数素子からなるものとする。なお、Ｃ帯以上では線路長サイズが小さくできかつ寄生素子効果が少ない分布定数素子型が好ましい。

図５は、第２の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。
第１フィルタ４３はバンドパスフィルタであり、第２フィルタ４２はハイパスフィルタである。

図６は、第３の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。
第１フィルタ４３はバンドパスフィルタであり、第２フィルタ４４はバンドストップフィルタである。

図７は、第４の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。
第１フィルタ４１はローパスパスフィルタであり、第２フィルタ４４はバンドストップフィルタである。

図８は、第５の実施形態にかかる高周波増幅器の構成図である。
分波器４０は、出力端部３０ｂに接続された一方の端子４５ａと電源端子１６に接続された他方の端子４５ｂとを有する第３フィルタ４５をさらに有することができる。第１フィルタ４３はバンドパスフィルタであり、第２フィルタ４２はハイパスフィルタであり、第３フィルタ４５は基本波信号よりも低い周波数帯域を通過させるローパスフィルタである。第３フィルタ４５をローパスフィルタとすると、電源回路に基本波以上の周波数信号が漏れ出ることが抑制できる。

第１〜第５の実施形態によれば、外部負荷のインピーダンスが所定値からずれた場合でも増幅特性の低下を抑制可能な高周波増幅器が提供される。このような高調波増幅器は、レーダ装置、衛星通信地上局などに広く使用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０高周波増幅器、１４出力端子、１６電源端子、３０増幅回路部、３０ｂ（増幅回路部の）出力端部、４０分波器、４１第１フィルタ（ローパスフィルタ）、４２第２フィルタ（ハイパスフィルタ）、４３第１フィルタ（バンドパスフィルタ）、４４第２フィルタ（バンドストップフィルタ）、４５第３フィルタ（ローパスフィルタ）、６０疑似負荷

Claims

基本波整合回路および高調波処理回路を有する増幅回路部と、
出力端子と、
前記増幅回路部の出力端部と前記出力端子との間に接続された分波器であって、前記出力端部に接続された一方の端子と前記出力端子に接続された他方の端子とを有する第１フィルタと、疑似負荷と、前記出力端部に接続された一方の端子と前記疑似負荷に接続された他方の端子とを有する第２フィルタと、を有する、分波器と、
を備え、
基本波信号は前記第１フィルタを通過したのち前記出力端子から外部に出力され、
高調波信号は前記第２フィルタを通過したのち前記疑似負荷を介して接地される、高周波増幅器。
前記第１フィルタは、ローパスフィルタであり、
前記第２フィルタは、ハイパスフィルタである、請求項１記載の高周波増幅器。
前記第１フィルタは、バンドパスフィルタであり、
前記第２フィルタは、ハイパスフィルタである、請求項１記載の高周波増幅器。
前記第１フィルタは、バンドパスフィルタであり、
前記第２フィルタは、バンドストップフィルタである、請求項１記載の高周波増幅器。
前記第１フィルタは、ローパスパスフィルタであり、
前記第２フィルタは、バンドストップフィルタである、請求項１記載の高周波増幅器。
電源端子をさらに備え、
前記分波器は、前記出力端部に接続された一方の端子と前記電源端子に接続された他方の端子とを有する第３フィルタをさらに有し、
前記第１フィルタは、バンドパスフィルタであり、
前記第２フィルタは、ハイパスフィルタであり、
前記第３フィルタは、前記基本波信号の周波数よりも低い周波数帯域を通過させるローパスフィルタである、請求項１記載の高周波増幅器。