JP3090026B2 - 高出力電力増幅器 - Google Patents
高出力電力増幅器Info
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- JP3090026B2 JP3090026B2 JP08041142A JP4114296A JP3090026B2 JP 3090026 B2 JP3090026 B2 JP 3090026B2 JP 08041142 A JP08041142 A JP 08041142A JP 4114296 A JP4114296 A JP 4114296A JP 3090026 B2 JP3090026 B2 JP 3090026B2
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- JP
- Japan
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- power
- output
- power amplifier
- combiner
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
- H03F3/602—Combinations of several amplifiers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Waveguides (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高出力電力増幅器に
関し、特に複数の単位電力増幅器の出力電力を合成して
高出力を得る高出力電力増幅器に関する。
関し、特に複数の単位電力増幅器の出力電力を合成して
高出力を得る高出力電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、単位電力増幅器の出力電力が所望
する電力よりも小さい場合、複数の単位電力増幅器の出
力電力を合成して所望の電力を得ている。この場合、単
位電力増幅器の出力電力は電力合成器により電力合成さ
れる。この電力合成器としては、構成が簡単な１／４波
長の長さの伝送線路を用いた３ｄＢカップラ（例えばラ
ンゲカップラ、ブランチラインカップラ、平行線路カッ
プラなどの３ｄＢカップラ）が多く使用されている。
する電力よりも小さい場合、複数の単位電力増幅器の出
力電力を合成して所望の電力を得ている。この場合、単
位電力増幅器の出力電力は電力合成器により電力合成さ
れる。この電力合成器としては、構成が簡単な１／４波
長の長さの伝送線路を用いた３ｄＢカップラ（例えばラ
ンゲカップラ、ブランチラインカップラ、平行線路カッ
プラなどの３ｄＢカップラ）が多く使用されている。
【０００３】この単位電力増幅器の数が多い場合、最初
に隣り合う２個の単位電力増幅器の出力をそれぞれ電力
合成器により合成し、次にこれら２個の各出力をさらに
電力合成器により合成する、これを繰り返して最後は１
個の出力端子に全ての電力が合成されるまで電力合成器
を従属接続している。一方、各単位電力増幅器の入力側
は入力端から各単位電力増幅器に信号を分配する電極分
配器が使用される。この回路は一般に、前述の電力合成
器を逆に使用して入力信号を分配する方法が使用されて
いる。
に隣り合う２個の単位電力増幅器の出力をそれぞれ電力
合成器により合成し、次にこれら２個の各出力をさらに
電力合成器により合成する、これを繰り返して最後は１
個の出力端子に全ての電力が合成されるまで電力合成器
を従属接続している。一方、各単位電力増幅器の入力側
は入力端から各単位電力増幅器に信号を分配する電極分
配器が使用される。この回路は一般に、前述の電力合成
器を逆に使用して入力信号を分配する方法が使用されて
いる。
【０００４】従来の高出力電力増幅器の一例を図３の平
面図に示す。この図は、単位電力増幅器１を４個並列に
並べて電力合成する場合を示している。電力分配器２
は、入力端２１に入力された入力信号を２段の電力分配
器を用いて４個の単位電力増幅器１に電力を分配して供
給する。電力合成器３は、４個の単位電力増幅器１の出
力電力を２段の電力合成器を用いて１個の出力端子３１
に電力合成する。
面図に示す。この図は、単位電力増幅器１を４個並列に
並べて電力合成する場合を示している。電力分配器２
は、入力端２１に入力された入力信号を２段の電力分配
器を用いて４個の単位電力増幅器１に電力を分配して供
給する。電力合成器３は、４個の単位電力増幅器１の出
力電力を２段の電力合成器を用いて１個の出力端子３１
に電力合成する。
【０００５】この電力分配、合成方法としては、各種の
方法があるが、この従来例ではランゲカップラを使用し
た場合を示している。なお、図面ではランゲカップラの
詳細パターンを示さずに全体を破線で示している。
方法があるが、この従来例ではランゲカップラを使用し
た場合を示している。なお、図面ではランゲカップラの
詳細パターンを示さずに全体を破線で示している。
【０００６】電力分配器２の入力端２１に入力された信
号は、第１段のランゲカップラ２２により２信号に電力
分配され、その各出力は第２段のランゲカップラ２３に
よりさらに２分配ずつされて合計４信号に分配される。
この信号がそれぞれの単位電力増幅器１に入力される。
号は、第１段のランゲカップラ２２により２信号に電力
分配され、その各出力は第２段のランゲカップラ２３に
よりさらに２分配ずつされて合計４信号に分配される。
この信号がそれぞれの単位電力増幅器１に入力される。
【０００７】単位電力増幅器１により増幅された信号
は、電力合成器３により１つの信号に合成される。単位
電力増幅器１の出力は、第１段のランゲカップラ３２に
より、隣り合う２つの信号が合成され、これら合成信号
はさらに第２段のランゲカップラ３３によりさらに合成
されて、最後には１つの信号として電力合成器３の出力
端３１から出力される。
は、電力合成器３により１つの信号に合成される。単位
電力増幅器１の出力は、第１段のランゲカップラ３２に
より、隣り合う２つの信号が合成され、これら合成信号
はさらに第２段のランゲカップラ３３によりさらに合成
されて、最後には１つの信号として電力合成器３の出力
端３１から出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電力分
配器２および電力合成器３のランゲカップラ（２２，２
３，３２，３３）はその物理長が伝送線路の伝搬波長
（以下λｇという）の１／４波長の長さが必要である。
このλｇは電力分配器２および電力合成器３に使用され
る基板の誘電率から計算される実効誘電率により決ま
る。これら電力分配器２及び電力合成器３は１枚の基板
でできているので、それぞれに使用されるランゲカップ
ラの長さは同じになる。この電力分配器、電力合成器
を、誘電体の厚さｈ，中心導体幅Ｗのマイクロストリッ
プ線路で構成した場合、その伝搬波長λｇは次の式で算
出される。ここで、λｃは自由空間内の波長、Ｅｅは実
効誘電率、Ｅｒは比誘電率、とする。
配器２および電力合成器３のランゲカップラ（２２，２
３，３２，３３）はその物理長が伝送線路の伝搬波長
（以下λｇという）の１／４波長の長さが必要である。
このλｇは電力分配器２および電力合成器３に使用され
る基板の誘電率から計算される実効誘電率により決ま
る。これら電力分配器２及び電力合成器３は１枚の基板
でできているので、それぞれに使用されるランゲカップ
ラの長さは同じになる。この電力分配器、電力合成器
を、誘電体の厚さｈ，中心導体幅Ｗのマイクロストリッ
プ線路で構成した場合、その伝搬波長λｇは次の式で算
出される。ここで、λｃは自由空間内の波長、Ｅｅは実
効誘電率、Ｅｒは比誘電率、とする。
【０００９】
【００１０】この式から誘電率が低いとλｇは長くな
り、逆に誘電率が高いとλｇは短くなり、また周波数が
低いほど波長λｇが長いといえる。
り、逆に誘電率が高いとλｇは短くなり、また周波数が
低いほど波長λｇが長いといえる。
【００１１】一方、単位電力増幅器１はトランジスタ、
整合回路などにより構成され、これらの隣り合う単位電
力増幅器１の間隔は使用するトランジスタまたはその前
後に接続される整合回路などにより決定される。使用す
る周波数が低い時、および整合回路の誘電率が低い時、
単位電力増幅器１の幅が小さい時に、単位電力増幅器１
の間隔よりランゲカップラのほうが長いことがたびたび
起こる。
整合回路などにより構成され、これらの隣り合う単位電
力増幅器１の間隔は使用するトランジスタまたはその前
後に接続される整合回路などにより決定される。使用す
る周波数が低い時、および整合回路の誘電率が低い時、
単位電力増幅器１の幅が小さい時に、単位電力増幅器１
の間隔よりランゲカップラのほうが長いことがたびたび
起こる。
【００１２】この場合、図３に示すように、ランゲカッ
プラ２３，３２の入力および出力端のインターフェイス
を単位電力増幅器１の入力および出力端の位置に合わせ
なくてはならない。このためランゲカップラ２３，３２
を蛇行させてそれぞれのインターフェイスに合わせてい
る。さらに、ランゲカップラ２２とランゲカップラ３３
の長さが単位電力増幅器１の３個分の幅より長いと、こ
れらもそれぞれのインターフェイスを合わせるためにラ
ンゲカップラ２２およびランゲカップラ３３を蛇行する
必要がある。さらに、図３に示すように各カップラの入
出力を接続するための伝送線路を使用する必要がある。
プラ２３，３２の入力および出力端のインターフェイス
を単位電力増幅器１の入力および出力端の位置に合わせ
なくてはならない。このためランゲカップラ２３，３２
を蛇行させてそれぞれのインターフェイスに合わせてい
る。さらに、ランゲカップラ２２とランゲカップラ３３
の長さが単位電力増幅器１の３個分の幅より長いと、こ
れらもそれぞれのインターフェイスを合わせるためにラ
ンゲカップラ２２およびランゲカップラ３３を蛇行する
必要がある。さらに、図３に示すように各カップラの入
出力を接続するための伝送線路を使用する必要がある。
【００１３】この結果、ランゲカップラが蛇行した分だ
け電力増幅器１の長さが長くなり、また長い伝送線路の
使用により電力増幅器の形状が大きくなってしまうとい
う欠点があった。
け電力増幅器１の長さが長くなり、また長い伝送線路の
使用により電力増幅器の形状が大きくなってしまうとい
う欠点があった。
【００１４】また、電力分配器２と電力合成器３の誘電
率の高い基板を使用すれば、ランゲカップラの長さは短
くなるが、ランゲカップラ３３が小さくなりすぎて、信
号を伝送する伝送路が必要になり電力ロスが増加する。
一般に、高い誘電率の基板ほどロスは大きい。この結果
高出力電力増幅器の出力電力と効率が低下した性能劣化
を起こすという欠点があった。
率の高い基板を使用すれば、ランゲカップラの長さは短
くなるが、ランゲカップラ３３が小さくなりすぎて、信
号を伝送する伝送路が必要になり電力ロスが増加する。
一般に、高い誘電率の基板ほどロスは大きい。この結果
高出力電力増幅器の出力電力と効率が低下した性能劣化
を起こすという欠点があった。
【００１５】本発明の目的は、これらの欠点を除き、並
列に並べた複数の単位電力増幅器と複数段からなる分
配、合成器を用いて高電力を得ると共に、その性能劣化
を最小限にして、形状を小さくした高出力電力増幅器を
提供することにある。
列に並べた複数の単位電力増幅器と複数段からなる分
配、合成器を用いて高電力を得ると共に、その性能劣化
を最小限にして、形状を小さくした高出力電力増幅器を
提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、入力信
号を複数段の電力分配器により分配して並列に並べた複
数の単位電力増幅器により増幅して複数段の電力合成器
により合成して高出力を得る高出力電力増幅器におい
て、前記各電力分配器および電力合成器を構成する伝送
線路を直線状のものとし、かつ前記各電力分配器および
電力合成器に用いられる伝送線路の誘電体の誘電率を変
えることにより、これら各伝送線路の長さを調整し、こ
れら各段の電力分配器および電力合成器の信号の入出力
端が一致するように配置したことを特徴とする。
号を複数段の電力分配器により分配して並列に並べた複
数の単位電力増幅器により増幅して複数段の電力合成器
により合成して高出力を得る高出力電力増幅器におい
て、前記各電力分配器および電力合成器を構成する伝送
線路を直線状のものとし、かつ前記各電力分配器および
電力合成器に用いられる伝送線路の誘電体の誘電率を変
えることにより、これら各伝送線路の長さを調整し、こ
れら各段の電力分配器および電力合成器の信号の入出力
端が一致するように配置したことを特徴とする。
【００１７】本発明において、各段の電力分配器および
電力合成器をそれぞれ立体的に積み重ねて垂直方向に各
入出力端を接続することもできる。
電力合成器をそれぞれ立体的に積み重ねて垂直方向に各
入出力端を接続することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施形態である高出力電
力増幅器の構成を示す平面図である。なお、図では、図
３で示した構成要素と同じ構成要素には同じ記号を用い
ている。本実施形態の高出力電力増幅器は、単位電力増
幅器１の入力側に電力分配器５、その前段に電力分配器
４を配置している、また単位電力増幅器１の出力側には
電力合成器６と電力合成器７を配置している。
て説明する。図１は本発明の一実施形態である高出力電
力増幅器の構成を示す平面図である。なお、図では、図
３で示した構成要素と同じ構成要素には同じ記号を用い
ている。本実施形態の高出力電力増幅器は、単位電力増
幅器１の入力側に電力分配器５、その前段に電力分配器
４を配置している、また単位電力増幅器１の出力側には
電力合成器６と電力合成器７を配置している。
【００１９】電力分配器５は２個のランゲカップラ５２
の各出力端子が隣り合うそれぞれの単位電力増幅器１の
入力端子と直線で接続できる間隔になるように、基板の
誘電率を前記した式により得られる値に近いものを使用
している。
の各出力端子が隣り合うそれぞれの単位電力増幅器１の
入力端子と直線で接続できる間隔になるように、基板の
誘電率を前記した式により得られる値に近いものを使用
している。
【００２０】例えば、各単位電力増幅器１の間隔が２０
ｍｍで、周波数が１ＧＨｚの場合について説明する。こ
のとき電力分配器５に使用する誘電率が約１７の誘電体
（例えばＢａＴｉＯ3 ）を使用すれば、各ランゲカップ
ラ５２の各出力端子の間隔が約２０ｍｍになる。従っ
て、このまま直線的に入出力端子を出せば電力分配器５
と単位電力増幅器１の入出力のインターフェイスは同じ
位置になる。この結果従来例で示したランゲカップラの
蛇行はなくなり接続も最短で接続可能となり、伝送損失
も最小になる。
ｍｍで、周波数が１ＧＨｚの場合について説明する。こ
のとき電力分配器５に使用する誘電率が約１７の誘電体
（例えばＢａＴｉＯ3 ）を使用すれば、各ランゲカップ
ラ５２の各出力端子の間隔が約２０ｍｍになる。従っ
て、このまま直線的に入出力端子を出せば電力分配器５
と単位電力増幅器１の入出力のインターフェイスは同じ
位置になる。この結果従来例で示したランゲカップラの
蛇行はなくなり接続も最短で接続可能となり、伝送損失
も最小になる。
【００２１】さらに、電力分配器４はランゲカップラ４
２が電力分配器５の入力端子間距離となるように、前と
同じく誘電率を計算する。通常単位電力増幅器１は等間
隔に並んでいるので、ランゲカップラ４２の出力短距離
も２０ｍｍにすればよい。従って本実施形態の場合、電
力分配器５と同じ誘電率のものが使用可能である。
２が電力分配器５の入力端子間距離となるように、前と
同じく誘電率を計算する。通常単位電力増幅器１は等間
隔に並んでいるので、ランゲカップラ４２の出力短距離
も２０ｍｍにすればよい。従って本実施形態の場合、電
力分配器５と同じ誘電率のものが使用可能である。
【００２２】単位電力増幅器１の出力端の間隔は入力と
同じになっているので、電力合成器６に使用する２個の
ランゲカップラ６２は、入力回路のランゲカップラ５２
と同じである。従って、分配器５と同じ誘電率のものを
使用すればよい。しかし、電力合成器６の出力端は、入
力側の電力分配器の入出力端子配置の関係から電力合成
器６の両側端側から出力される。従って、電力合成器７
の入力端は単位電力増幅器１の３個分の端子間距離があ
る。本実施形態の場合６０ｍｍである。
同じになっているので、電力合成器６に使用する２個の
ランゲカップラ６２は、入力回路のランゲカップラ５２
と同じである。従って、分配器５と同じ誘電率のものを
使用すればよい。しかし、電力合成器６の出力端は、入
力側の電力分配器の入出力端子配置の関係から電力合成
器６の両側端側から出力される。従って、電力合成器７
の入力端は単位電力増幅器１の３個分の端子間距離があ
る。本実施形態の場合６０ｍｍである。
【００２３】この距離間の長さはほぼランゲカップラ７
２の入力端の長さになるように誘電率を決定する。前例
に従って計算すると、電力合成器７に使用する誘電率は
比誘電率が約２（例えばＳｉＯ2 ）のものを使用すれ
ば、ランゲカップラ７２の入力端距離は約６０ｍｍにな
る。これにより電力合成器６の出力端とランゲカップラ
７２の入力端は直線的に接続できる。
２の入力端の長さになるように誘電率を決定する。前例
に従って計算すると、電力合成器７に使用する誘電率は
比誘電率が約２（例えばＳｉＯ2 ）のものを使用すれ
ば、ランゲカップラ７２の入力端距離は約６０ｍｍにな
る。これにより電力合成器６の出力端とランゲカップラ
７２の入力端は直線的に接続できる。
【００２４】以上説明したように、各電力分配器および
電力合成器に使用する基板の誘電率は、その入力端及び
出力端の各間隔が等しくなるように最適な誘電率の基板
を使用する。これにより各合成出力器のそれぞれの入力
端子と出力端子は最短で直線的に接続可能となる。この
結果、高出力電力増幅器の形状はランゲカップラが蛇行
しないですむので小型になり、また伝送線路が最短にな
るためロスも小さく性能劣化を抑えることが出来る。
電力合成器に使用する基板の誘電率は、その入力端及び
出力端の各間隔が等しくなるように最適な誘電率の基板
を使用する。これにより各合成出力器のそれぞれの入力
端子と出力端子は最短で直線的に接続可能となる。この
結果、高出力電力増幅器の形状はランゲカップラが蛇行
しないですむので小型になり、また伝送線路が最短にな
るためロスも小さく性能劣化を抑えることが出来る。
【００２５】さらに、電力分配器４，５および電力合成
器６，７は基本的に熱を発生しない、また各基板のイン
ターフェイス間距離は同じ位置にあるので、これらの基
板を重ね合わせて、図２のように構成することが出来
る。この場合、重ね合わされた基板の入出力端は、基板
を垂直に貫くスルーホール８により接続して信号を接続
する。これにより長さ方向は電力分配器、合成器をさら
に短くすることが出来、電力増幅器の小型化が可能とな
る。
器６，７は基本的に熱を発生しない、また各基板のイン
ターフェイス間距離は同じ位置にあるので、これらの基
板を重ね合わせて、図２のように構成することが出来
る。この場合、重ね合わされた基板の入出力端は、基板
を垂直に貫くスルーホール８により接続して信号を接続
する。これにより長さ方向は電力分配器、合成器をさら
に短くすることが出来、電力増幅器の小型化が可能とな
る。
【００２６】なお、基板に用いる誘電体としては、マイ
クロ波誘電体セラミックとして各種の比較的大きな比誘
電率をもつものが実用化されている。また、基板に使用
する誘電体は計算値に必ずとも一致する必要はなく、そ
れに近いものを使用すれば同様な効果があることは明ら
かである。
クロ波誘電体セラミックとして各種の比較的大きな比誘
電率をもつものが実用化されている。また、基板に使用
する誘電体は計算値に必ずとも一致する必要はなく、そ
れに近いものを使用すれば同様な効果があることは明ら
かである。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、並列に
並べた複数の単位電力増幅器と複数段からなる分配、合
成器を用いて電力を得る高出力電力増幅器において、各
分配、合成器に使用する誘電体の誘電率を変えて最適な
値の誘電率を組み合わせることにより、電力分配、合成
器の信号の入出力端が直線的に接続することができ、高
出力電力増幅器の形状を小さくすることが可能になり、
性能劣化を最小限に抑えることが出来る。
並べた複数の単位電力増幅器と複数段からなる分配、合
成器を用いて電力を得る高出力電力増幅器において、各
分配、合成器に使用する誘電体の誘電率を変えて最適な
値の誘電率を組み合わせることにより、電力分配、合成
器の信号の入出力端が直線的に接続することができ、高
出力電力増幅器の形状を小さくすることが可能になり、
性能劣化を最小限に抑えることが出来る。
【図１】本発明の高出力電力増幅器の一実施形態の構成
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の構成を示す平面図であ
る。
る。
【図３】従来の高出力電力増幅器の構成を示す平面図で
ある。
ある。
１ 単位電力増幅器 ２，４，５ 電力分配器 ３，６，７ 電力合成器 ８ スルーホール ２１ 入力端 ３１ 出力端 ２２，２３，３２，３３，４２，５２，６２，７２
ランゲカップラ
ランゲカップラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03F 3/60 H03F 3/68 H01P 5/18
Claims (3)
- 【請求項１】 入力信号を複数段の電力分配器により分
配して並列に並べた複数の単位電力増幅器により増幅し
て複数段の電力合成器により合成して高出力を得る高出
力電力増幅器において、前記各電力分配器および電力合
成器を構成する伝送線路を直線状のものとし、かつ前記
各電力分配器および電力合成器に用いられる伝送線路の
誘電体の誘電率を変えることにより、これら各伝送線路
の長さを調整し、これら各段の電力分配器および電力合
成器の信号の入出力端の位置が一致するように配置した
ことを特徴とする高出力電力増幅器。 - 【請求項２】 各段の電力分配器および電力合成器をそ
れぞれ立体的に積み重ねて垂直方向に各入出力端を接続
した請求項１記載の高出力電力増幅器。 - 【請求項３】 電力分配器および電力合成器の伝送線路
が、ランゲカップラ、ブランチラインカップラまたは平
行線路カップラである請求項１記載の高出力電力増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08041142A JP3090026B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 高出力電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08041142A JP3090026B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 高出力電力増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232821A JPH09232821A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3090026B2 true JP3090026B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=12600180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08041142A Expired - Fee Related JP3090026B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 高出力電力増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3090026B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4925096B2 (ja) * | 2006-04-26 | 2012-04-25 | 三菱電機株式会社 | 高周波増幅器 |
| JP2010011186A (ja) * | 2008-06-27 | 2010-01-14 | Mitsubishi Electric Corp | ドハティ増幅器 |
| US7764120B2 (en) * | 2008-08-19 | 2010-07-27 | Cree, Inc. | Integrated circuit with parallel sets of transistor amplifiers having different turn on power levels |
-
1996
- 1996-02-28 JP JP08041142A patent/JP3090026B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09232821A (ja) | 1997-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000620 |
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