JP2022532168A - 大電力無線周波数増幅器 - Google Patents

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Abstract

【要約】電力増幅器(10)が、複数のN個の増幅器(12)であり、Nは1より大きい整数である、N増幅器と;M個の入力とN個の出力とを有するM:N電力スプリッタ(14)であり、MはN未満の整数であり、N個の出力の各々はN増幅器のうちの対応する1つの入力に結合されている、M:N電力スプリッタと;複数のM個の遅延線(18)であり、各遅延線は、M:N電力スプリッタのM個の入力の対応する1つに結合される出力を有し、当該電力増幅器の共通入力に結合されている、M遅延線とを含む。M:N電力スプリッタ及びM遅延線は、共通のプリント回路基板上に配置されている。N増幅器は、M個の増幅器モジュール(24)内に配置され、M個の増幅器モジュールの各々はN/M個の増幅器を有し、N/M個の増幅器の各々は、M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ所定の位相シフトを有する。

Description

本開示は、一般に、大電力無線周波数(RF)増幅器に関し、より詳細には、共通入力に結合された複数の増幅器モジュールを有する大電力RF増幅器に関する。
当技術分野で知られているように、多くの大電力無線周波数(RF)増幅器は、電力スプリッタ(power splitter)を介して共通入力に結合された複数の増幅器モジュールを含み、増幅器モジュールの各々は、複数の出力のうちの対応する出力を生成する。このような電力増幅器の1つが図1に示されており、この例では16個の増幅器モジュール1~16があり、16個の出力1~16のうちの対応する1つの出力を生成している。電力RF増幅器は、入力におけるRF信号の電力を16個の増幅器モジュール間に等しく分割するための1対16の電力スプリッタを含む。増幅器モジュールの各々は、図示のように、電力スプリッタの対応する1つの出力と増幅器モジュールのうちの1つへの入力との間に結合された調節可能な移相器(phase shifter)を含む。増幅器モジュールの各々は、典型的には、製作されるとき、それを通る異なる位相シフトを有するので、位相シフト器は、16個の増幅器モジュールの全てからの出力信号が互いに同相であるように、RF電力増幅器の製造中に調整される。すなわち、出力1~16の信号は全て同相である。しかしながら、複数の移相器の各々を調整することは、時間を消費する。
本開示に従って電力増幅器が提供される。該電力増幅器は、複数のN個の増幅器(12)であり、Nは1より大きい整数である、N増幅器と; M個の入力とN個の出力とを有するM:N電力スプリッタ(14)であり、MはN未満の整数であり、N個の出力の各々はN増幅器のうちの対応する1つの入力に結合されている、M:N電力スプリッタと; 複数のM個の遅延線(18)であり、各遅延線は、M:N電力スプリッタのM個の入力の対応する1つに結合される出力を有し、当該電力増幅器の共通入力に結合されている、M遅延線と;を含む。
一実施形態において、前記M:N電力スプリッタ及び前記M遅延線は、共通のプリント回路基板上に配置されている。
一実施形態において、当該電力増幅器は、M個の出力を有する1:M電力スプリッタ(22)であり、各々が前記M遅延線の対応する1つの入力に結合されている1:M電力スプリッタを含む。
一実施形態において、前記N増幅器は、M個の増幅器モジュール(24)内に配置され、M個の増幅器モジュールの各々はN/M個の増幅器を有し、M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中のN/M個の増幅器の各々は、それぞれ、位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有し、前記M遅延線の各々は、それぞれ、位相シフトΔからΔMを有する。
本開示における1又は複数の実施形態の詳細は、付随する図面及び下記の説明において規定される。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。
従来技術による大電力RF電力増幅器の概略図である。 本開示に従った大電力RF電力増幅器の概略図である。 図2の大電力RFパワー増幅器と共にその製作の様々な段階で使用するための、1:M電力スプリッタ、M:N電力スプリッタ、M個の遅延線18~18、及び複数個の抵抗を有するプリント回路基板の上面の平面図である。 図2の大電力RFパワー増幅器と共にその製作の様々な段階で使用するための、1:M電力スプリッタ、M:N電力スプリッタ、M個の遅延線18~18、及び複数個の抵抗を有するプリント回路基板の上面の平面図である。 図2の大電力RFパワー増幅器と共にその製作の様々な段階で使用するための、1:M電力スプリッタ、M:N電力スプリッタ、M個の遅延線18~18、及び複数個の抵抗を有するプリント回路基板の上面の平面図である。 図2の大電力RFパワー増幅器と共にその製作の様々な段階で使用するための、1:M電力スプリッタ、M:N電力スプリッタ、M個の遅延線18~18、及び複数個の抵抗を有するプリント回路基板の上面の平面図である。 図2の大電力RFパワー増幅器と共にその製作の様々な段階で使用するための、1:M電力スプリッタ、M:N電力スプリッタ、M個の遅延線18~18、及び複数個の抵抗を有するプリント回路基板の上面の平面図である。 種々の図面における同様な参照記号は、同様な要素を示す。
次に図2を参照すると、大電力RF増幅器10が示されている。大電力RF増幅器10は、複数のN個の増幅器12~12N(ここでNは1よりも大きい整数、本実施例ではNは16である)を有する。さらに、M個の入力14~14M(ここではMはNよりも小さい整数、本実施例ではMは4である)と、N個の出力16~16N(ここではN個の出力16~16Nはそれぞれ、N個の増幅器12~12Nの対応する1つの入力14~14Nに結合される)とを有するM:N電力スプリッタ14を有する。さらに、複数のM個の遅延線18~18Mを有し、M個の遅延線18~18Mは、それぞれ、複数のM:N電力スプリッタ14のM個の入力14~14Mの対応する1つにそれぞれ結合された出力T2、T4、T6、及びT8を有する。M個の遅延線18~18Mは、それぞれ、電力増幅器10の共通入力に結合された入力T1、T3、T5及びT7を有する。本実施例では、さらに1:Nの電力スプリッタ22がある。1:N電力スプリッタ及びM:N電力スプリッタ14は、従来の設計であり、本例では50オームの従来の整合終端抵抗Rを含む。また、本例では、電力スプリッタ14及び22を形成するために使用されるマイクロ波伝送線、本実施例では、50オームのマイクロストリップ伝送線、並びに遅延線18~18Mを含むことに留意されたい。かくして、本例では、入力20から16個の出力OUTPUT1~OUTPUT16のうちの対応する1つまでの16個のチャンネルが存在する。
ここで、本実施例では、複数の増幅器が製造され、公称動作頻度における各々の位相シフトが測定され、記録される。M個の増幅器モジュール部24~24Mの各々について、所定の位相シフトΔ~ΔMから所定の許容差 +/-δが選択される。ここで、本実施例では、M個の増幅器モジュール部24~24Mに対して、それぞれ、所定の許容差δを5度に選択し、所定の位相シフトΔ~ΔMは、Δ=20度、Δ+10=30度、Δ+20=40度、Δ+30=50度として選択される。
本例では、製作された増幅器のうち16個は、16、17、22、24、26、31、34、35、36、37、42、44、48、49、52及び53度の位相シフトを有するものが選択される。
選択された増幅器は、以下のようにM個の増幅器モジュール部24~24M内に配置される。
Figure 2022532168000002
N個の増幅器12~1216は、M個の増幅器モジュール部24~24M内に配置され、M個の増幅器モジュール部24~24Mの各々は、増幅器12~12NのうちN/M個の増幅器 (ここでは4)を有する。N/M個の増幅器12~12Nの各々は、M個の増幅器モジュール部24~24Mの対応する1つの中にあり、それぞれ位相シフト(Δ+/-δ)度から(ΔM +/-δ)度を有する。M個の遅延線18~18Mの各々は、それぞれ、位相シフトΔ~ΔMを有することに留意されたい。
なお、1:M電力スプリッタ22及びM:N電力スプリッタ14並びにM個の遅延線18~18は、マイクロストリップマイクロ波伝送線として共通のプリント回路基板30上に配置され、また、複数の抵抗器Rもプリント回路基板30上に形成されていることに留意されたい。
次に、図3A~図3Eを参照すると、高RF電力増幅器10のプリント回路30部分の製造における種々のステージの平面図が示されている。かくして、1:M電力スプリッタ22、M:N電力スプリッタ14、及び抵抗器Rを示す。ここで、1:M電力スプリッタ22及びM:N電力スプリッタ14は、誘電体基板35の上方表面33上に形成されたストリップ導体31と、誘電体基板35の底部表面に形成された図示しない接地面導体とによって形成されたマイクロストリップ伝送線路である。抵抗器Rの一端は、図示のようにストリップ導体31に接続され、抵抗器の他端は、図示のように導電性ビアVIAを介して接地平面導体(図示せず)に接続される。
図3Aのようにプリント回路基板30を形成した後、遅延線18~18はマイクロストリップ伝送線として形成され、接地面は誘電体基板35の背面に形成された接地面(図示せず)によって提供される。第1遅延線18のマイクロストリップ伝送線路のストリップ導体は、図3Bに示すように、加算製造又は3D印刷を用いて印刷される。
次に、第2遅延線18のためのマイクロストリップ伝送線路のストリップ導体は、図3Cに示すように、加算製造又は3D印刷を用いて印刷される。
次に、第3遅延線18のためのマイクロストリップ伝送線路のストリップ導体は、図3Dに示すように、加算製造又は3D印刷を用いて印刷される。
最後に、第4遅延線18のマイクロストリップ伝送線路のストリップ導体は、図3Eに示すように、加算製造又は3D印刷を用いて印刷される。
上記の実施例では、遅延線18~18のマイクロストリップ伝送線路のストリップ導体は、連続的に印刷されているが、例えば、3Dプリントヘッドのためのラスタ型の動作を使用して、それらを同時に印刷することができることを理解されたい。
ここで、本開示に従った電力増幅器は、複数のN個の増幅器(12)であり、Nは1より大きい整数である、N増幅器と; M個の入力とN個の出力とを有するM:N電力スプリッタ(14)であり、MはN未満の整数であり、N個の出力の各々はN増幅器のうちの対応する1つの入力に結合されている、M:N電力スプリッタと; 複数のM個の遅延線(18)であり、各遅延線は、M:N電力スプリッタのM個の入力の対応する1つに結合される出力を有し、当該電力増幅器の共通入力に結合されている、M遅延線と;を含むことが理解されるべきである。当該電力増幅器は、以下の1つ又は複数の特徴を個々的に又は組み合わせて含むことができる。すなわち、M:N電力スプリッタ及びM遅延線が共通のプリント回路基板上に配置され、M個の出力を有する1:M電力スプリッタのM個の出力の各々がM遅延線の対応する1つの入力に結合される。M:N電力スプリッタ、M遅延線及び1:M電力スプリッタが共通のプリント回路基板上に配置される。N増幅器がM増幅器モジュール内に配置され、M増幅器モジュールの各々がN/M 個の増幅器を有する。N/M個の増幅器の各々は、M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有する。M遅延線の各々は、それぞれ位相シフトΔからΔMを有する。
本開示の多くの実施形態が記述されてきた。しかしながら、本開示の技術思想及び範囲から逸脱せずに、種々の改変がなされてもよいということを理解されたい。したがって、他の態様は特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims (8)

  1. 電力増幅器であって:
    複数のN個の増幅器であり、Nは1より大きい整数である、N増幅器;
    M個の入力とN個の出力とを有するM:N電力スプリッタであり、MはN未満の整数であり、前記N個の出力の各々は前記N増幅器のうちの対応する1つの入力に結合されている、M:N電力スプリッタ;及び
    複数のM個の遅延線であり、各遅延線は、前記M:N電力スプリッタの前記M個の入力の対応する1つに結合される出力を有し、当該電力増幅器の共通入力に結合されている、M遅延線;
    を含む電力増幅器。
  2. 前記M:N電力スプリッタ及び前記M遅延線は、共通のプリント回路基板上に配置されている、請求項1に記載の電力増幅器。
  3. M個の出力を有する1:M電力スプリッタであり、各々が前記M遅延線の対応する1つの入力に結合されている1:M電力スプリッタを含む、請求項1に記載の電力増幅器。
  4. 前記M:N電力スプリッタ、前記M遅延線及び前記1:M電力スプリッタは、共通のプリント回路基板上に配置されている、請求項3に記載の電力増幅器。
  5. 前記N増幅器は、M個の増幅器モジュール内に配置され、前記M個の増幅器モジュールの各々は前記増幅器のN/M個を有し、前記N/M個の増幅器の各々は、前記M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ、位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有し、前記M遅延線の各々は、それぞれ、位相シフトΔからΔMを有する、請求項1に記載の電力増幅器。
  6. 前記N増幅器は、M個の増幅器モジュール内に配置され、前記M個の増幅器モジュールの各々は前記増幅器のN/M個を有し、前記N/M個の増幅器の各々は、前記M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有し、前記M遅延線の各々は、それぞれ、位相シフトΔからΔMを有する、請求項2に記載の電力増幅器。
  7. 前記N増幅器は、M個の増幅器モジュール内に配置され、前記M個の増幅器モジュールの各々は前記増幅器のN/M個を有し、前記N/M個の増幅器の各々は、前記M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有し、前記M遅延線の各々は、それぞれ、位相シフトΔからΔMを有する、請求項3に記載の電力増幅器。
  8. 前記N増幅器は、M個の増幅器モジュール内に配置され、前記M個の増幅器モジュールの各々は前記増幅器のN/M個を有し、前記N/M個の増幅器の各々は、前記M個の増幅器モジュールのうち対応する1個の中にあり、それぞれ位相シフト(Δ+/-δ)度~(ΔM +/-δ)度を有し、前記M遅延線の各々は、それぞれ、位相シフトΔからΔMを有する、請求項4に記載の電力増幅器。
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