JP3739981B2

JP3739981B2 - 電力増幅器

Info

Publication number: JP3739981B2
Application number: JP28920099A
Authority: JP
Inventors: 敦史福田; 哲夫廣田; 俊雄野島
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: JP2001111363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マルチビーム通信衛星や、アレーアンテナを用いる移動体通信用基地局に用いられ、複数の信号をそれぞれ増幅する増幅器に関し、特に８入力、８出力の電力増幅器の構成法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
マルチビーム通信衛星や、アレーアンテナを用いる移動体通信用基地局では、入力Ｎポート、出力Ｎポートの方向性結合器の出力にＮ個の等利得、等位相の単位増幅器を接続し、その出力に入力と同等な方向性結合器を接続し、Ｎ入力信号を増幅するマルチポート電力増幅器が利用されることがある。
【０００３】
これは、方向性結合器で入力ポートの信号を各単位増幅器に等しく分配し、増幅した後、再び方向性結合器で対応する出力ポートに合成するものである。各単位増幅器は各入力信号を共通に増幅するので、入力信号間のレベルに偏りがある場合でも各単位増幅器の電力レベルを均一にすることができる。
ここでは、Ｎ＝８に相当する電力増幅器の従来技術による構成法について図１を用いて説明する。
【０００４】
図１は電力増幅器１の全体構成を示したもので、２つの方向性結合器11,12と８つの増幅器13〜20が従属接続されている。その回路構成法は江上、川合：「多端子電力合成型マルチビーム送信系」電子情報通信学会誌、Vol.J69-B No.2、pp206〜212(1986年２月発行)に報告されている。
方向性結合器11,12は図２のような構成になっている。すなわち、方向性結合器11,12は、４ポート方向性結合器98,99とπ／２ハイブリッド29〜32から構成され、さらに４ポート方向性結合器98,99はπ／２ハイブリッド21,22,25,26及びπ／２ハイブリッド23,24,27,28とから構成される。平面上に並べられた12個のπ／２ハイブリッド21〜32の各々４つの入出力端子にコネクタを設け、コネクタ間をケーブルにより接続する。図２では、一例としてコネクタ33,34をケーブル35により接続した様子を示す。ケーブル36,37のように襷がけ状に配線する場合、ケーブルを空間で交差させる。また各π／２ハイブリッド間を結ぶ伝送線路での信号の移相量の違いは全体的に特性を劣化させることから、ケーブルはすべて同じ長さのものを用いる。
【０００５】
次に、電力増幅器の動作について説明する。
図１において、ポート82の信号は図２に示す入力用方向性結合器11の入力ポート74aに入力される。そして、π／２ハイブリッド21により２分配され、同様に正確な位相関係のもと２分配されたポート75aからの信号と合成され、その出力はπ／２ハイブリッド25及び26に入力される。ここで、信号は例えばコネクタ33からケーブル35を通り、コネクタ34へ伝送される。π／２ハイブリッド25の出力には正確な位相関係のもと４分配されたポート74a〜77aの信号が合成され、それらはπ／２ハイブリッド29及び30に入力される。同様に考えると、ポート74bの出力には正確な位相関係のもと８分配されたポート74a〜81aの信号が合成されたものが現れる。ポート75b〜81bの信号も同様にポート74a〜81aの信号がそれぞれ８分配され、正確な位相関係のもと合成されたものが現れる。次にポート74b〜81bの信号は単位増幅器13〜20により増幅され、出力用方向性結合器12に入力される。入力用方向性結合器11と同様な構成をとる出力用方向性結合器12では、分配された信号を合成し再び元の信号に戻す。ここで図１における電力増幅器の出力ポート97に出力される信号はポート82より入力された信号が増幅された信号となる。他のポート83〜89に入力された信号も同様に増幅され、それぞれポート96〜90に出力される。
【０００６】
方向性結合器の他の構成法を図３〜８を用いて説明する。
入力用および出力用方向性結合器の構成は図２に示したように、２つの４ポート方向性結合器98,99をπ／２ハイブリッドで結合していることから、まず、マイクロストリップ線路によりπ／２ハイブリッドと４ポート方向性結合器を実現する方法について説明する。従来技術による４ポート方向性結合器を図３に示す。４ポート方向性結合器はπ／２ハイブリッド43〜46の４つとコネクタ55,57およびケーブル56により構成される。図３において、47〜54はポートを示す。ここで、π／２ハイブリッド43,45は取り付けられたコネクタ55,57を介して、ケーブル56により接続される。他のπ／２ハイブリッド間の接続も同様に行う。ケーブルはすべて同じ長さのものを用いる。次に、４ポート方向性結合器が２つのπ／２ハイブリッド43,44を２つのπ／２ハイブリッド45,46で結合していることに注目し、これらπ／２ハイブリッドの並びを図４に示すように変える。これにより襷がけ状の配線が不要となり、図４に示すようにマイクロストリップ線路によって基板上に構成することができる。ここで、図６は図５のπ／２ハイブリッドをマイクロストリップ線路によって実現した回路パターンを示したものであり、２本のインピーダンスの違う線路62,63によって構成される。また、図６において、58a〜61aは各ポートを表す。従って、４ポート方向性結合器をマイクロストリップ線路で構成すると図７のようになる。図７は各π／２ハイブリッド43b〜46bを基板上に環状に配置すると共に直結した構成で示しているが、これらを同じ長さの50Ω線路で接続した図８のような構成でもよい。
【０００７】
次に、２つの４ポート方向性結合器を接地導体を介在させ積層して２つの４ポート方向性結合器相互を接続することにより８ポート化した８ポート方向性結合器とする（例えば、特開平４−２４９４０２号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示したような構成法では、設置面積が大きく必要であり、特に移動体通信用基地局などに使用する場合には、その設置面積の縮小と装置全体の小型化が要求される。設置面積が大きくなってしまう原因の１つに、図２に示した方向性結合器の構成法が考えられる。これは、12個のπ／２ハイブリッド21〜32を平面上に並べた場合、広い設置面積を必要とするからである。さらに、この場合、各々の接続にケーブルを用いるためにケーブル接続用のコネクタを設ける必要があり、ケーブルでの電力損失、およびコネクタでの電力損失および反射が避けられない。また、方向性結合器では、すべてのケーブル長を接続距離の最も長いものに合わせる必要があり、ケーブル長の違いにより各伝送路間で移相差が生じてはならないため、装置の最適設計を行うことが難しい。
【０００９】
また、２つの４ポート方向性結合器を接地導体を介在させ積層して２つの４ポート方向性結合器相互を接続することにより８ポート化した８ポート方向性結合器では、各入出力ポートとコネクタとの接続が困難であり、積層した４ポート方向性結合器間の接続部において反射が発生するという問題があり、さらに、設置面積の縮小化は難しいという問題があった。
【００１０】
この発明は、装置の設置面積の縮小を可能とし、各素子間の接続にコネクタとケーブルを用いたことから生じる損失、および、ケーブル長の異なりから生じる移相量の違いなど、特性の劣化を招く要因となりうる部分を除去し、さらに、各入出力ポートへのコネクタの取り付けが容易であり、損失が発生することのない小型で最適設計が可能な電力増幅器の構成を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１記載の発明の電力増幅器は、方向性結合器を複数のπ／２ハイブリッドを環状に配置して構成し、入力用方向性結合器および上記出力用方向性結合器の一方は環状支持体の外面又は内面の一方に配置し、入力用方向性結合器および出力用方向性結合器の他方は環状支持体の外面又は内面の他方に配置し、複数の増幅器を環状支持体の外面に配置することを特徴とする。従って、方向性結合器をπ／２ハイブリッドを環状に配置して構成したのでケーブルを接続していたコネクタも不要となり、これらによる挿入損失と反射も除去することができ、また、環状支持体表面に方向性結合器を配置したので装置の設置面積の縮小化及び小型化が可能である。
【００１２】
また、請求項２記載の発明の電力増幅器は、請求項１に記載の電力増幅器において、
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートの数が８であり、増幅器が８個であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の発明の電力増幅器は、請求項１に記載の電力増幅器において、
環状支持体が四角環状支持体であることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明の電力増幅器は、請求項１に記載の電力増幅器において、
入力用方向性結合器と出力用方向性結合器は環状支持体に設けたスルーホールを通した線路と上記増幅器を介して接続されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
請求項１〜４記載の発明の実施例を説明する。
まず、マイクロストリップ線路により構成した12個のπ／２ハイブリッドを基板上に環状に配置し、この基板を図９に示す四角環状支持体５の表面に配置する。このとき環状支持体は例えば、金属で構成し接地面となる。ここで、マイクロストリップ線路による方向性結合器の構成法は後述するが、この様子を正面からみた場合を図10に、側面からみた場合を図11に示す。図10および図11は、環状支持体外側にマイクロストリップ線路により方向性結合器を構成した基板38を貼り合わせた例を示している。次に環状支持体内側にも同様にマイクロストリップ線路により方向性結合器を構成した基板39を貼り合わせる。この様子を図12に示す。さらに、環状支持体外側には、増幅器40を８個配置する。これを図13に示す。電力増幅器は入力用方向性結合器、増幅器、出力用方向性結合器の縦続接続の構成となる。
【００１５】
ここで、内側基板39に施した方向性結合器を入力用方向性結合器とし、外側基板38に施した方向性結合器を出力用方向性結合器とする。また、入力用方向性結合器の８出力と外側の８個の増幅器38とは支持体に設けたスルーホール41を通して50Ω線路により接続させる。さらに、入力用方向性結合器の８入力端子と出力用方向性結合器の８出力端子にコネクタ42を設置する。この様子を図14に示す。方向性結合器とコネクタは50Ω線路により接続する。
【００１６】
次に、環状支持体の内側と外側基板に配置したマイクロストリップ線路による入力用および出力用方向性結合器の構成法について説明する。
従来構成法による８ポート方向性結合器はマイクロストリップ線路による基板一面では実現困難であり、図７の４ポート方向性結合器と図６のπ／２ハイブリッドを組み合わせて四角環状支持体内外側表面に配置すると、入力用および出力用方向性結合器は図15のような構成で実現できる。ここで、各ポート番号は図２のポート番号に対応させている。図15のような入力用および出力用方向性結合器を図９に示した環状支持体の内側、外側に設置した電力増幅器の一例を図16に示す。電力増幅器の動作説明としてここでは、コネクタ42aより入力された信号の伝送特性を例にあげる。コネクタ42aからの信号は支持体内側に設置された、その構成が図15のような入力用方向性結合器により８分配された信号は、スルーホール41を介して伝送した後、支持体外側に設置された単位増幅器40に入力される、ここで、この単位増幅器で増幅され、同じく支持体外側に設置された、その構成が図15のような出力用方向性結合器に入力される。そして、出力用方向性結合器に入力される８個の信号がそれぞれ合成され、コネクタ42bからはコネクタ42aより入力され増幅された信号が出力された信号が出力される。他ポートから入力された信号も同様に分配、増幅、再合成され増幅された各信号が出力される。
【００１７】
なお、上記実施例において、環状支持体外側表面に入力用方向性結合器を設置し、内側表面に出力用方向性結合器を設置してもよい。また、実施例においては環状支持体は四角形状としているが円筒あるいは多角形状とすることもでき、また、入力用、出力用方向性結合器を環状支持体の内側あるいは外側表面のみに設置することもできる。さらに、外側表面は内側表面に比較して表面積が大きくなるので、外側に構成する８ポート方向性結合器は内側のそれと比較して誘電率の小さい基板で作成してもよく、また、内側の線路を蛇行させてもよい。また、入出力ポートの数が５〜７の場合には不用なポートは無反射終端する。
【００１８】
したがって、内部のπ／２ハイブリッド間の接続にコネクタやケーブルを用いず、それらの損失を除去し、さらに設置面積も小さくでき、装置全体としても小型化することができるという利点を有する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、コネクタやケーブルによる無駄な電力損失を無くすことができるとともに、ケーブル長の調整が不要になるという利点がある。さらに、入出力ポートへのコネクタの接続が容易となり、また、環状支持体の表面に複数のπ／２ハイブリッドを配置したので設置面積が小さくでき基地局設置などの際に要求される、装置の小型化ということを可能とする利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術の電力増幅器の構成を示すブロック図。
【図２】従来の技術の方向性結合器の回路構成を示すブロック図。
【図３】従来の技術による４ポート方向性結合器の構成を示すブロック図。
【図４】４ポート方向性結合器の構成図。
【図５】π／２ハイブリッドのブロック図。
【図６】π／２ハイブリッドの構成図。
【図７】４ポート方向性結合器の回路パターンを示す図。
【図８】他の４ポート方向性結合器の回路パターンを示す図。
【図９】本発明の支持体の一例を示す構成図。
【図１０】支持体外側に基板を設置した正面図。
【図１１】支持体外側に基板を設置した側面図。
【図１２】支持体内、外側に基板を設置した正面図。
【図１３】方向性結合器と増幅器を備えた電力増幅器の構成図。
【図１４】方向性結合器、増幅器およびコネクタを備えた電力増幅器の構成図。
【図１５】８ポート方向性結合器の回路パターンを示す図。
【図１６】本発明の実施例を示す電力増幅器の構成図。
【符号の説明】
１電力増幅器
５支持体
11 入力用方向性結合器
12 出力用方向性結合器
13〜20 ,40 増幅器
21〜32 ,43〜46 π／２ハイブリッド
35〜37 ,56 ケーブル
38,39 基板
41 スルーホール
42 コネクタ
98,99 ４ポート方向性結合器

Claims

複数の入力ポート、複数の出力ポートを備えた入力用方向性結合器および出力用方向性結合器と複数の増幅器を縦続接続した電力増幅器において、
上記入力用方向性結合器および上記出力用方向性結合器は複数のπ／２ハイブリッドを環状に配置して構成し、上記入力用方向性結合器および上記出力用方向性結合器の一方は環状支持体の外面又は内面の一方に配置し、上記入力用方向性結合器および上記出力用方向性結合器の他方は環状支持体の外面又は内面の他方に配置し、
上記複数の増幅器を上記環状支持体の外面に配置することを特徴とする電力増幅器。
請求項１に記載の電力増幅器において、
上記複数の入力ポートおよび上記複数の出力ポートの数が８であり、上記増幅器が８個であること
を特徴とする電力増幅器。
請求項１に記載の電力増幅器において、
上記環状支持体が四角環状支持体であること
を特徴とする電力増幅器。
請求項１に記載の電力増幅器において、
上記入力用方向性結合器と上記出力用方向性結合器は上記環状支持体に設けたスルーホールを通した線路と上記増幅器を介して接続されていること
を特徴とする電力増幅器。