JP2685003B2 - 電力合成器 - Google Patents

電力合成器

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JP2685003B2
JP2685003B2 JP6285462A JP28546294A JP2685003B2 JP 2685003 B2 JP2685003 B2 JP 2685003B2 JP 6285462 A JP6285462 A JP 6285462A JP 28546294 A JP28546294 A JP 28546294A JP 2685003 B2 JP2685003 B2 JP 2685003B2
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control signal
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の高周波電力源か
らの電力を合成して負荷に供給する電力合成器に係わ
り、例えば高周波電力源側と負荷側との間でインピーダ
ンス不整合が発生したときに、これを検出して自動的に
インピーダンス整合を行うようにした電力合成器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロ波大電力を送信する送信
装置にあっては、多数の固体化増幅器を並列に動作させ
て、各増幅器からの出力電力を電力合成器により合成し
て負荷に供給することが行われている。
【0003】この種の電力合成器としては、ウィルキン
ソン形電力合成器が広く知られている。また、大電力を
扱う場合には、アイソレーション抵抗を持たないλ/4
変成器形電力合成器も用いられている。このような従来
のλ/4変成器形電力合成器の構成を図3および図4に
示す。
【0004】まず、図3に示す電力合成器について説明
すると、この図には二つのマイクロ波電力源の電力を合
成する電力合成器のブロック構成が示されている。
【0005】図3において、電力合成器101には、入
力端子T11、T12と出力端子T00とが設けられている。
電力合成器101の入力端子T11には例えば電力増幅器
等からなるマイクロ波電力源1021 が、その入力端子
12にはマイクロ波電力源1022 が、それぞれ接続さ
れている。また、電力合成器101の出力端子T00には
負荷103が接続されている。負荷103は、負荷イン
ピーダンスZL を有している。また、入力端子T11、T
12と出力端子T00との間にλ/4インピーダンス変成回
路1111 、1112 をそれぞれ接続することにより、
電力合成器101が構成されている。
【0006】次に、図4に示す電力合成器について説明
すると、この図にはN個(N=1,2,3,…,N)の
マイクロ波電力源の電力を合成する電力合成器のブロッ
ク構成が示されている。
【0007】図4の構成にあっては、電力合成器101
にN個の入力端子T11、T12、T13、…、T1Nが設けら
れている点と、それら入力端子T11、T12、T13、…、
1Nにマイクロ波電力源1021 、1022 、10
3 、…、103N がそれぞれ接続されている点と、入
力端子T11、T12、T13、…、T1Nと出力端子T00との
間にλ/4インピーダンス変成回路1111 、11
2 、、1113 、…、111 N とが設けられている点
とが、図3の電力合成器と異なるだけである。したがっ
て、図3の電力合成器についての説明をし、これを利用
することにより、図4に示す電力合成器については説明
を省略する。
【0008】図3において、電力合成器101は、入力
端子T11、T12に接続されているマイクロ波電力源10
1 、1022 の出力インピーダンスZ0 と、出力端子
0に接続されている負荷103の負荷インピーダンス
L とを、λ/4インピーダンス変成回路1111 、1
112 により整合させている。すなわち、Z0 =ZL
なるようにしている。ここで上記マイクロ波電力源10
1 、1022 の出力電力を各々P0 とすると、出力端
子T00には倍の電力2P0 が出力されることになる。
【0009】しかしながら、例えば、入力端子T11に接
続されるマイクロ波電力源1021の出力インピーダン
スが変化した場合、λ/4インピーダンス変成回路11
1との間にインピーダンス不整合を起こし、入力端子
11に反射電力を生じ、入力端子T11での定在波(VS
WR=Voltage Standing Wave Ratio )の悪化を招くと
いう不都合がある。このような場合に、マイクロ波電力
源1021 からの出力P0 が全て伝送されず、合成電力
の低下を招く。また、入力端子T11における反射電力の
ため、マイクロ波電力源1021 の破壊を招くことにな
る。
【0010】このような不都合を解消する第1の従来装
置としては、例えば特願昭63−164516号公報に
記載されているようなインピーダンス整合装置がある。
このインピーダンス整合装置は、マイクロ波電力源と負
荷との間に方向性結合器とインピーダンス整合器とを直
列接続したものを設け、かつ方向性結合器から得られた
進行波と反射波の各信号をオシロスコープで監視し、オ
シロスコープを見ながら反射波成分が少なくなるように
インピーダンス整合器を手動で調整するようにしたもの
である。これにより、電力増幅源と負荷との間のインピ
ーダンス不整合がなくなり、電力が負荷に伝達されるこ
とになる。
【0011】一方、上記不都合を解消する第2の従来装
置としては、例えば特開昭57−118412号公報に
記載された高周波電力増幅器がある。この高周波電力増
幅器は、複数のマイクロ波電力源の出力端子と合成器と
の間にそれぞれ方向性結合器を設け、各方向性結合器で
得られる反射電力の内の最大のものが所定の基準値を超
えたときに、マイクロ波電力源の出力電力を制御して出
力段トランジスタが過負荷となるのを防止するようにし
たものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記第1の従来装置に
よれば、オシロスコープを見ながら手動でインピーダン
ス整合器を調整する必要があるため、常にオシロスコー
プを見ている必要があり、かつ調整に熟練を要するとい
う欠点があった。
【0013】一方、上記第2の従来装置によれば、反射
電力が大きくなったときに、マイクロ波電力を低下方向
に制御して出力段トランジスタの破壊を防止するだけで
あるので、全体として出力が低下してしまうという欠点
があった。
【0014】本発明の目的は、インピーダンス不整合に
よる合成電力の低下および反射電力による電力増幅器の
破壊を防ぐことができる電力合成器を提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明
は、多数の高周波電力源からの電力を合成して負荷に供
給する電力合成器が、(イ)電力源から負荷側に供給さ
れる電力および負荷から電力源側に進行する反射電力と
で定在波比を求め、この定在波比が良好になるような制
御信号を形成する定在波検出回路と、(ロ)可変ダイオ
ードを含んだ集中定数回路で構成され、制御信号を可変
容量ダイオードに印加するようにしてこの制御信号で可
変容量ダイオードの静電容量が変化することにより電力
源と負荷との間でインピーダンス整合を行うインピーダ
ンス補正回路とを具備することを特徴とするものであ
る。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】本発明では、合成器内部のインピーダンス
不平衡による反射電力を双方向性結合器等の電力検出手
段で検出し、これらからVSWR(定在波比)を検出
し、そのVSWRに応じたインピーダンス補正信号を形
成し、これによりインピーダンスを補正している。した
がって、電力源と負荷との不整合があっても自動的にイ
ンピーダンス整合がとれるので、負荷に各電力源からの
電力が供給されて、しかも電力源側の最終段トランジス
タ等の破壊がなくなる。
【0021】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0022】図1は本発明に係る電力合成器の一実施例
を示すブロック図である。この図で電力合成器1には、
入力端子T11、T12と、出力端子T00とが設けられてい
る。この入力端子T11には電力源である電力増幅器21
の出力端子が接続されており、他の入力端子T12にも電
力源である電力増幅器22 の出力端子が接続されてい
る。また、電力合成器1の出力端子T00には、負荷3が
接続されている。電力合成器1は、高周波電力増幅回路
1 、22 からの電力を合成して負荷3に供給するよう
になっている。
【0023】電力合成器1には、二つの制御手段1
1 、102 と、二つのインピーダンス補正手段1
1 、112 とが設けられている。制御手段101 は、
電力増幅器2 1 から負荷3側に供給される電力および負
荷3から電力増幅器21 側に進行する反射電力とでVS
WRを求め、このVSWRに応じた制御信号を形成する
回路である。また、制御手段102 は、電力増幅器22
から負荷3側に供給される電力および負荷3から電力増
幅器22 側に進行する反射電力とでVSWRを求め、こ
のVSWRに応じた制御信号を形成する回路である。さ
らに、インピーダンス補正回路111 は、制御手段10
1 からの制御信号に従ってインピーダンスを変化させて
電力増幅器21 と負荷3側との間でインピーダンス整合
を行なうようにしたものである。同様に、インピーダン
ス補正回路112 は、制御手段102 からの制御信号に
従ってインピーダンスを変化させて電力増幅器22 と負
荷3側との間でインピーダンス整合を行なうようにした
ものである。
【0024】制御手段101 は、電力検出器(方向性結
合器)121 と、補正信号形成手段(VSWR検出回
路)131 とからなる。同様に、制御手段102 は、電
力検出器(方向性結合器)122 と、補正信号形成手段
(VSWR検出回路)132 とからなる。
【0025】また、双方向性結合器121 とインピーダ
ンス補正回路111 とは直列接続されて、入力端子T11
と出力端子T00との間に接続されている。また、双方向
性結合器121 の出力端子にはVSWR検出回路131
が接続されている。VSWR検出回路131 は、電力増
幅器21 から負荷3に供給される電力および負荷3から
電力増幅器21 に進行する反射電力とを検出し、これら
電力で定在波比を求め、この定在波比に応じた制御信号
を形成するようになっており、この制御信号をインピー
ダンス補正回路112 に入力している。すなわち、この
制御信号は、例えばインピーダンス補正回路11 1 が容
量性を示すことで定在波比が形成されているようであれ
ば、可変容量ダイオードの静電容量が小さくなるような
電圧とする。あるいは、この制御信号は、例えばインピ
ーダンス補正回路11 1 が誘導性を示すことで定在波比
が形成されているようであれば、可変容量ダイオードの
静電容量が大きくなるような電圧とする。
【0026】また、双方向性結合器122 とインピーダ
ンス補正回路112 とは直列接続されて、入力端子T12
と出力端子T00との間に接続されている。また、双方向
性結合器122 の出力端子にはVSWR検出回路132
が接続されている。VSWR検出回路132 は、電力増
幅器22 から負荷3に供給される電力および負荷3から
電力増幅器22 に進行する反射電力とを検出し、これら
電力で定在波比を求め、この定在波比に応じた制御信号
を形成するようになっており、この制御信号をインピー
ダンス補正回路112 に入力するようになっている。
なわち、この制御信号は、例えばインピーダンス補正回
路11 2 が容量性を示すことで定在波比が形成されてい
るようであれば、可変容量ダイオードの静電容量が小さ
くなるような電圧とする。あるいは、この制御信号は、
例えばインピーダンス補正回路11 2 が誘導性を示すこ
とで定在波比が形成されているようであれば、可変容量
ダイオードの静電容量が大きくなるような電圧とする。
【0027】なお、インピーダンス補正回路111 また
は112 は、例えば、可変容量ダイオードを含む集中定
数回路で構成され、制御信号を可変容量ダイオードに印
加するようにし、この制御信号で可変容量ダイオードの
静電容量が変化することによりインピーダンスを変化さ
せるようにすればよい。
【0028】通常、入力端子T11、T12に接続された電
力増幅器21 、22 から入力される電力P0 は、双方向
性結合121 、122 、インピーダンス補正回路1
1 、112 を介して出力端子T00から負荷3に供給さ
れる。これにより、負荷3には、合成電力2P0 が供給
されることになる。
【0029】次に、一例として、入力端子T11に接続さ
れる電力増幅器21 の出力インピーダンスが変化した場
合を考える。その場合、インピーダンス補正回路111
と電力増幅器21 との間にインピーダンス不整合を招
き、双方向性結合器121 において入力電力および反射
電力を検出して、これらをVSWR検出回路131 に供
給する。VSWR検出回路131 では、入力電力および
反射電力からVSWRの悪化を検出し、インピーダンス
補正回路111 に反射電力を低減させるような制御信号
を、インピーダンス補正回路111 を送出する。こうす
ることにより、入力端子T11に接続される電力増幅器2
1 の出力インピーダンスが変化しても、常に電力合成器
1の入力端子T11の点で整合させることができ、合成電
力の低下を防ぐとともに、反射電力の増大による電力増
幅器21 の破壊を防ぐことが可能になる。
【0030】このように本実施例によれば、電力合成器
の入力端子に接続される電力増幅器の出力インピーダン
スが変化した場合であっても、双方向性結合器12とV
SWR検出回路13によりVSWRの悪化を検出し、イ
ンピーダンス補正回路11により入力端子Tに接続され
る電力増幅器2のインピーダンス整合をとるため、イン
ピーダンス不整合による電力合成器の内部のインピーダ
ンス不平衡を防ぎ、合成電力の低下を防ぐ効果がある。
【0031】また、本実施例では、入力端子Tのインピ
ーダンスを常にかつ自動的に整合させているため、電力
増幅器2への反射電力を防ぎ、反射電力による破壊を常
時かつ自動的に防ぐことができる。
【0032】次に、図2に、本発明の他の実施例を示
す。この実施例は、複数の電力増幅器21 、22 、…、
N からの電力を電力合成器1aで合成して負荷3に供
給するようにし、かつ各電力増幅器21 、22 、…、2
N の内で出力インピーダンスが変化した場合に自動的に
インピーダンス整合をとり、反射電力を発生させないよ
うにしたものである。要するに、この実施例は、図1の
各構成の要素が電力増幅器21 、22 、…、2N 分だけ
設けられたものである点が異なるだけである。したがっ
て、この電力合成器1aでは、双方向性結合器121
インピーダンス補正回路111 とが直列接続されて入力
端子T11と出力端子T00との間に接続されており、双方
向性結合器122 とインピーダンス補正回路112 とが
直列接続されて入力端子T12と出力端子T00との間に接
続されており、双方向性結合器12N とインピーダンス
補正回路11N とが直列接続されて入力端子T1Nと出力
端子T00との間に接続されている。また、各双方向性結
合器121 、122 、…、12N にはVSWR検出回路
131 、132 、…、13N が接続されている。すなわ
ち、図2の実施例も、第1の実施例と同様な制御手段1
1 、10 2 、…、10 N が設けられている。
【0033】このように構成されており、動作について
は、図1の実施例と全く同一である。この実施例では、
インピーダンス不整合による電力合成器内部のインピー
ダンス不平衡を自動的に防ぎ、合成電力の低下を防ぐ効
果がある。またこの実施例では、入力端子でのインピー
ダンスを常に整合させるため、電力増幅器への反射電力
を防ぎ、反射電力による破壊の自動的にかつ瞬時に防ぐ
ことができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、進行電力および反射電力とで得られた定在
波比に応じてこの定在波比が良好になるような制御信号
を形成し、かつこの制御信号に従って可変容量ダイオー
ドの静電容量が変化させて電力源と負荷との間でインピ
ーダンス整合を行うようにしたので、インピーダンス不
整合による電力合成器内部のインピーダンス不平衡を自
動的に防ぎ、合成電力の低下を防ぐ効果がある。また、
本発明によれば、インピーダンスを常に整合させるた
め、電力増幅器への反射電力を常に防止し、反射電力
よる破壊を自動的にかつ瞬時に防ぐことができる。
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】従来の電力合成器を示すブロック図である。
【図4】従来の他の電力合成器を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1、1a 電力合成器 21 、22 、…、2N 電力増幅器 3 負荷 101 、102 、…、10N 制御手段 111 、112 、…、11N インピーダンス補正回路 121 、122 、…、12N 双方向性結合器 131 、132 、…、13N VSWR検出回路 T00 出力端子 T11、T12、…、T1N 入力端子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の高周波電力源からの電力を合成し
    て負荷に供給する電力合成器であって、前記電力源から
    負荷側に供給される電力および負荷から電力源側に進行
    する反射電力とで定在波比を求め、この定在波比が良好
    になるような制御信号を形成する定在波検出回路と、可変ダイオードを含んだ集中定数回路で構成され、前記
    制御信号を可変容量ダイオードに印加するようにしてこ
    の制御信号で可変容量ダイオードの静電容量が変化する
    ことにより前記電力源と負荷との間でインピーダンス整
    合を行うインピーダンス補正回路 とを具備することを特
    徴とする電力合成器。
JP6285462A 1994-11-18 1994-11-18 電力合成器 Expired - Lifetime JP2685003B2 (ja)

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