JP2867987B2 - 高周波電力合成器 - Google Patents

高周波電力合成器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の高周波増幅
器の出力電力を、任意の組み合わせで合成する高周波電
力合成器に関し、特に複数の増幅器の出力電力合成を、
低合成損失で行うことを可能にした高周波電力合成器に
関する。
【0002】
【従来の技術】高周波電力合成器は、例えば特開平6−
318829号公報に示されるように、高周波電力合成
する場合において、増幅器を含めた電力増幅部としての
電力損失が少なくてすむように高周波電力を合成するこ
とを目的として用いられている。
【0003】図4に、上記公開公報に記載された高周波
電力合成器20を示す。この高周波電力合成器20は、
n台(図では4台)の電力増幅器211 ,212 ,21
3 ,214 が並列運転される場合において、システムの
グレードまたは故障に簡単に対応できるように、ダイオ
ードスイッチD1 ,D2 ,D3 ,D4 を用い、増幅器の
切り換えを行えるシステムである。ダイオードスイッチ
と合成点Pとの間には、特性インピーダンスが[(n/
2)+1]1/2 ・Z0 、長さが[(2m−1)・λ/
4]のn本(図では4本)の線路L1 ,L2 ,L3 ,L
4 が設けられている。ここに、n,mは整数、Z0 は回
路の特性インピーダンス、λは波長である。
【0004】この合成器20によれば、2〜4個ポート
各々の合成時、合成損失が均一化し、かつ合成損失が低
減するので、システムの効率化運用、また、部品点数の
削減による回路信頼性向上、低消費電力化、低損失化、
および低価格化を図ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に、システムグレ
ードに対応する場合、高周波電力合成器を用いて、増幅
器1台からn台(1〜n個ポート)へと徐々にシステム
アップ(グレードアップ)する場合が考えられる。前述
した従来の合成器では、増幅器1台のみで合成器を通過
した場合の電力損失は、1.4dB(線路損失0.2d
Bを含む)となり、2,3,4台の増幅器の出力電力の
合成に比べ大きな電力損失となる。その理由は、図4の
合成器では、3合成時にインピーダンスの整合が最良と
なるように設計されているため、増幅器1台での運用で
は、合成損失が1.4dBと悪化してしまうからであ
る。
【0006】ここで、合成損失とは、合成器のポートの
選択により生じるインピーダンスの不整合により生じる
損失(線路損失を含む)を言うものとする。また、通過
損失とは、合成数が4,3,2のときに、それぞれ対応
する合成器の電力損失に前述した合成損失を加えた損失
である。
【0007】本発明の目的は、n台の高周波増幅器の出
力電力を、任意の組み合わせで合成することができる高
周波電力合成器において、増幅器1台の運用においても
通過損失(1台の場合には、合成損失に同じである)を
低減できる高周波電力合成器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波電力合成
器は、高周波電力が入力されるn個(nは2以上の整
数)の入力ポートにそれぞれ切り換えスイッチを設け、
これら切り換えスイッチのオン/オフにより任意の組み
合わせで、1〜n個の入力ポートを合成し、最大n個の
合成時に最良の整合となるようインピーダンス変換回路
を設定し、このインピーダンス変換回路の後段にオープ
ンスタブ回路を設定し、1〜n個の入力ポートの合成で
通過損失が悪化する合成時に、前記オープンスタブ回路
を切換えて通過損失を低減することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について、図面を
参照して詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明の第1の実施例を示す構成
図であり、4ポート高周波入力の高周波4合成器を示
す。なお本実施例では、使用周波数の中心周波数は、8
81.5MHzである。
【0011】この合成器は、図示しない増幅器が接続さ
れる高周波入力端子(入力ポート)IN1 ,IN2 ,I
3 ,IN4 を備え、これら入力端子は、スイッチ1,
2,3,4を経て、インピーダンスが50Ωで長さがλ
/2のライン5,6,7,8の一端に接続されている。
これらラインの他端は合成点Aに接続され、合成点A
は、インピーダンス変換ライン9,インピーダンスが5
0Ωのライン10,インピーダンスが50Ωのライン1
1の直列回路を経て高周波出力端子OUTに接続されて
いる。
【0012】インピーダンス変換ライン9は、スイッチ
1,2,3,4がすべてオンされた4合成時にインピー
ダンス整合が最良となるように設計されており、λ/4
長、25Ωに設計されている。
【0013】また、50Ωライン10は、(28.7°
/360°)λの長さに設計されており、50Ωライン
11は、任意の長さとすることができる。
【0014】スイッチ1,2,3,4のオン/オフによ
り、4ポートから入力された高周波電力を任意に自由に
組合せることができる。スイッチがオフの場合、このス
イッチに接続されたラインを合成点Aより見たインピー
ダンスは無限大となる。このとき、使用中の入力ポート
は、インピーダンス整合がくずれるため、4,3,2,
1合成時に、合成損失は0.2dB,0.3dB,0.
8dB,2.1dB(これらは、それぞれ線路損失を含
んでいる)となる。通過損失は、合成数が4,3,2の
ときに、それぞれ対応する合成器を使用した理想的な通
過損失に上記の合成損失を加えた値となる。すなわち、
6.2dB,5.1dB,3.8dB,2.1dBとな
る。
【0015】50Ωライン10と50Ωライン11との
接続点Bには、オープンスタブ回路16が設けられてい
る。このオープンスタブ回路は、50Ωライン12と、
スイッチ15と、このスイッチにより接続が切り換えら
れる50Ωライン13,14とから構成されている。接
続点Bから50Ωライン12,スイッチ15を経て50
Ωライン13までは、(191.9°/360°)λ長
となるように設計されている。また、接続点Bから50
Ωライン12,スイッチ15を経て50Ωライン14ま
では、(233°/360°)λ長となるように設計さ
れている。
【0016】次に、本実施例の高周波電力合成器の動作
を説明する。
【0017】高周波入力ポートから入力された高周波電
力は、スイッチ1,2,3,4で切り換えられて入力さ
れる。これらスイッチは、任意にオン/オフが可能であ
り、入力ポートと合成数は、入力ポートの組み合わせで
自由に選べるように構成されている。スイッチから出た
高周波信号は、λ/2長の50Ωライン5,6,7,8
を通る。ここで、対応するスイッチがオフされている入
力ポートは、点Aにおいてその入力ポートを見たときの
インピーダンスが無限大となる。前述したように、イン
ピーダンス変換ライン9は、点Aにおけるインピーダン
ス整合が4合成時に最良となるように設計されている
(λ/4,25Ω)。最大4合成に重点をおいてインピ
ーダンス変換ラインが設計されているので、オープンス
タブ回路16がなければ、前述したように、合成数が最
大の4個より減少する程、合成損失の悪化は顕著に現れ
る。
【0018】本実施例によれば、このような合成損失の
悪化は、インピーダンス変換ライン9の後の50Ωライ
ン10と50Ωラインとの接続点Bに接続されたオープ
ンスタブ回路16にて改善される。本発明は、特に、増
幅器1台の運用時における合成損失を改善するものであ
る。
【0019】図1において、4,3,2合成時は、オー
プンスタブ回路16のスイッチ15を側に切り換え
て、ライン12〜ライン13により、(233°/36
0°)長の50Ωラインを形成する。このとき、B点の
インピーダンスは無限大となるため、4,3,2合成時
は、インピーダンス変換ライン9による通常のインピー
ダンス変換後、インピーダンス整合された50Ωライン
10,11を通過して高周波出力端子OUTに出力され
る。
【0020】増幅器1台のみの出力電圧が合成器を通過
する場合、インピーダンス変換ライン9との不整合が最
大となり、通過損失は増加してしまう。そこで、オープ
ンスタブ回路16のスイッチ15を側に切り換える。
増幅器が1台のみの場合、25Ωのインピーダンス変換
ライン9を通ったときのインピーダンスは、12.5Ω
となる。このインピーダンスは、図1においてインピー
ダンス変換ライン9と50Ωライン10との間の接続点
Cから入力ポート側を見たインピーダンスである。
【0021】以上のインピーダンス変換の状態を、図2
のスミスチャートに示す。12.5Ωはチャート上でa
点の位置にある。a点の12.5Ωのインピーダンス
は、50Ωライン10でスミスチャート上を、b点に移
動する。ここで、50Ωライン12〜50ライン14に
より構成されたオープンスタブにより、b点よりスミス
チャート上をc点に移動し、c点で50Ωとなる。この
インピーダンスは、図1の点Bより入力ポート側を見た
インピーダンスである。したがって、B点で最良のイン
ピーダンス整合が得られる。インピーダンス整合された
高周波出力は、損失なく50Ωライン11を通り高周波
出力端子OUTに出力される。
【0022】本実施例の通過損失・合成損失シミュレー
ションを表1に記載する。
【0023】
【表1】
【0024】表1には、比較のためにオープンスタブ回
路の無い場合の通過損失・合成損失を示す。増幅器1台
を運用する場合、オープンスタブ回路が無い場合には、
合成損失は2.1dBであるが、オープンスタブ回路を
設けた場合には、合成損失は0.2dB(実質的に線路
損失のみ)と低く抑えることができた。
【0025】図3は、本発明の第2の実施例である高周
波電力合成器を示す。この合成器は、図1と同様の構成
において、オープンスタブ回路の構成を変えると共に、
オープンスタブ回路のスイッチのオン/オフを制御する
コントロール回路を設けたものである。
【0026】本実施例のオープンスタブ回路19は、ス
イッチ17を、3路スイッチとし、50Ωライン18を
さらに付加している。接続点Bから50Ωライン12を
経て各50Ωライン13,14,18のライン端に到る
長さは順次長くなるように設定されている。このオープ
ンスタブ回路19により、第1の実施例で合成損失の大
きい2合成時の合成損失を改善できる。
【0027】具体的には、4合成時および3合成時には
スイッチ17をに、2合成時にに、増幅器1台のと
きににそれぞれ切り換える。これにより通過損失およ
び合成損失は、表2に示すようになる。
【0028】
【表2】
【0029】2合成時の合成損失は、0.8dBかつ
0.2dBに改善できた。
【0030】オープンスタブ回路19のスイッチ17の
切り換えは、スイッチ1,2,3,4の組み合わせから
合成数をコントロール回路30で読み取り、合成数に合
ったスイッチ17の接続点を自動的に切り換えられるよ
うにしている。
【0031】
【発明の効果】本発明の高周波電力合成器によれば、オ
ープンスタブ回路を切り換えることにより、インピーダ
ンス整合を最良にできるので、n個のポートの合成で、
1台の増幅器の出力電力のみ合成器を通した場合の通過
損失を小さく抑えることができる。さらにはオープンス
タブ回路の構成によって、2合成時の通過損失を改善す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高周波電力合成器の第1の実施例を示
す構成図である。
【図2】インピーダンス変換の状態を示すスミスチャー
トである。
【図3】本発明の高周波電力合成器の第2の実施例を示
す構成図である。
【図4】従来の高周波電力合成器の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1〜4 スイッチ 5〜8 50Ωライン 9 インピーダンス変換ライン 10〜14,18 50Ωライン 15 スイッチ 16,19 オープンスタブ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−206711(JP,A) 特開 昭64−72601(JP,A) 特開 平4−54006(JP,A) 特開 平8−84006(JP,A) 特開 平7−86812(JP,A) 特開 平6−318829(JP,A) 特開 平3−179808(JP,A) 特開 平4−332209(JP,A) 特開 平4−23605(JP,A) 特開 昭63−272110(JP,A) 実開 平4−85912(JP,U) 実開 昭63−78413(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01P 5/12 - 5/22 H01P 5/02 603 H03F 3/60 H03F 3/68

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n台(nは2以上の整数)の高周波増幅器
    の出力電力を、任意の組合せで合成する高周波電力合成
    器において、 前記出力電力が入力されるn個の入力ポートの各々に接
    続されたn個のスイッチと、 前記スイッチのそれぞれに接続され、同一の特性インピ
    ーダンスおよび同一の長さを有するn本のラインと、 前記ラインの出力側が共通に接続された合成点と、 この合成点に接続され、最大n個の合成時に、前記合成
    点で最良のインピーダンス整合が得られるように設計さ
    れたインピーダンス変換ラインと、 前記インピーダンス変換ラインに接続された第1のライ
    ンと、 前記第1のラインに接続された第2のラインと、 前記第1のラインと第2のラインとの接続点に接続され
    たオープンスタブ回路と、 前記スイッチの任意組み合わせによる合成数を読み取
    り、読み取った合成数に応じて、前記オープンスタブ回
    路を切り換えるコントロール回路と、 を備える高周波電力合成器。
  2. 【請求項2】前記オープンスタブ回路は、 前記接続点に一端が接続される、特定のインピーダンス
    および長さを有する第1のラインと、 特定のインピーダンスおよび長さを有する複数本の第2
    のラインと、 前記第1のラインを、前記複数本の第2のラインのいず
    れかに切り換えて接続するスイッチと、 よりなる請求項1記載の高周波電力合成器。
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