JP4252009B2

JP4252009B2 - 高周波増幅器

Info

Publication number: JP4252009B2
Application number: JP2004136044A
Authority: JP
Inventors: 桂一郎佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: TW200614659A; EP1592128A1; TWI298580B; DE602005001018T2; DE602005001018D1; JP2005318417A; EP1592128B1

Description

本発明は、衛星放送受信用ダウンコンバータに用いて好適な高周波増幅器に係り、特に、周波数帯域として１０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する際に、高周波増幅器のシールド筐体内に不要な伝送モードが発生しないような構成にし、高周波信号を高安定状態で増幅する高周波増幅器に関する。

従来、衛星放送受信用ダウンコンバータとしては、一端側に衛星放送電波を受け入るホーン形開口部を持った導波管と、その導波管の他端側に結合配置された筐体とを備えており、その筐体に形成された区画室内に衛星放送信号を増幅する高周波増幅器を配置したものが知られており、その一例として、特開平１０−２３３７０５公報に開示された衛星放送受信用ダウンコンバータを挙げることできる。

ここで、図４は、前記特開平１０−２３３７０５公報に開示された衛星放送受信用ダウンコンバータの要部構成を示す断面図である。

図４に示されるように、この衛星放送受信用ダウンコンバータは、一端がホーン状に開口している導波管４１と、導波管４１の後部開口部分に一体形成され、導波管４１とともにＬ字状に形成されている金属筐体４２とからなり、金属筐体４２の内部を２分する金属板４３が設けられ、金属筐体４２内に第１の区画室４４と第２の区画室４５とが形成されている。また、第１の区画室４４内における金属板４３の一面側に第１の回路基板４６が配置され、第２の区画室４５内における金属板４３の他面側に第２の回路基板４７が配置されている。この場合、第２の回路基板４７は、導波管４１の後部開口の内部まで延在配置され、その延在部分に、第２の回路基板４７から導波管４１の後部開口の内部に突出した第１の直線偏波（例えば、水平偏波）を検出する第１のプローブ４９と、導波管４１の後部開口の内部の第２の回路基板４７上に短絡パターン５０及び第２の直線偏波（例えば、垂直偏波）を検出する第２のプローブ５１がそれぞれ設けてある。

前記構成による衛星放送受信用ダウンコンバータは、概略、次のように動作する。衛星放送電波が導波管４１に到来すると、第１のプローブ４９が第１の直線偏波を検出し、同時に第２のプローブ５１が第２の直線偏波を検出する。第１のプローブ４９で検出された第１の直線偏波信号及び第２のプローブ５１で検出された第２の直線偏波信号は、それぞれ、第２の回路基板４７に形成されている個別の高周波増幅器により増幅され、次いで、第２の回路基板４７に形成されている分波器によりローバンド信号（周波数１０．７ＧＨｚ〜１１．７ＧＨｚ）とハイバンド信号（周波数１１．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚ）に分波され、その後、第１及び第２の回路基板４６、４７に形成されているローバンド用周波数変換器及びハイバンド用周波数変換器によって個別の中間周波信号（周波数０．９５ＧＨｚ〜１．９５ＧＨｚ）にダウンコンバートされ、得られたこれらの中間周波信号が次続の利用機器に供給されるものである。

次に、図５は、この衛星放送受信用ダウンコンバータで使用されている高周波増幅器の構成部分の一例を示す平面図である。

図５に示されるように、この高周波増幅器は、回路基板６０上に形成配置されるもので、第１の半導体増幅素子を有し、入力端６１（１）及び出力端６１（２）を備える第１高周波増幅回路部６１と、第２の半導体増幅素子を有し、入力端６２（１）及び出力端６２（２）を備える第２高周波増幅回路部６２と、増幅器入力端（図示なし）と第１高周波増幅回路部６１の入力端６１（１）との間に接続配置される第１導電帯６３と、第１高周波増幅回路部６１の出力端６１（２）と第２高周波増幅回路部６２の入力端６２（１）との間に接続配置される第２導電帯６４と、第２高周波増幅回路部６２の出力端６２（２）と増幅器出力端（図示なし）との間に接続配置される第３導電帯６５と、回路基板６０上の各構成要素６１〜６５をシールドするシールド筐体６６とを備えている。

そして、この高周波増幅器に用いられるシールド筐体６６は、増幅される信号周波数帯域が１０．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚであることを考慮したとき、通常、対向配置される側壁間隔ａとして、７ｍｍまたはそれよりも若干大きい程度の寸法になるように構成されている。また、この高周波増幅器は、周波数帯域が１０．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚの高周波信号の増幅が可能なように、高い周波数領域の信号まで増幅することができる第１及び第２の半導体増幅素子にＨＥＭＴ（高電子移動度電界効果トランジスタ）やＧａＡｓＦＥＴ（ガリウム砒素電界効果トランジスタ）が用いられている。

前記構成による高周波増幅器の動作は、次のとおりである。いま、直線偏波信号が増幅器入力端に供給されると、その直線偏波信号は、第１導電帯６３を通して第１高周波増幅回路部６１に供給され、第１高周波増幅回路部６１で増幅される。増幅された直線偏波信号は、第２導電帯６４を通して第２高周波増幅回路部６２に供給され、第２高周波増幅回路部６２で再度増幅される。そして、再度増幅された直線偏波信号は、第３導電帯６５を通して増幅器出力端に供給され、増幅器出力端から次段の分波器（図示なし）に供給される。
特開平１０−２３３７０５公報

前記既知の高周波増幅器は、高周波増幅器をシールドするシールド筐体６６の内部が矩形導波管を構成しており、シールド筐体６６における対向配置される側壁間隔ａを７ｍｍまたはそれよりも若干大きい程度の寸法にすると、その矩形導波管の基本伝送モードであるＴＥ₁₀モードのカットオフ周波数ｆｃが２２ＧＨｚ前後になっている。また、前記既知の高周波増幅器は、前述のように第１及び第２の半導体増幅素子にＨＥＭＴまたはＧａＡｓＦＥＴを用いているので、この高周波増幅器の本来の周波数帯域１０．７ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚの２倍程度高い２２ＧＨｚ前後の周波数においても、０ｄＢ以上の利得特性を有している場合があり、このような場合に、２２ＧＨｚ前後の周波数領域で高周波増幅器内に不要な帰還結合ができると、２２ＧＨｚ前後の周波数以下において、矩形導波管内に基本伝送モードの他に第２の伝送伝送モードが発生し、それにより高周波増幅器内に異常発振を生じて、高周波増幅器の増幅動作が極めて不安定になる。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波増幅器の内部で不要な帰還結合が生じないような配置構成にし、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作が行われる高周波増幅器を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明による高周波増幅器は、それぞれ回路基板上に配置形成され、第１半導体増幅素子を有する第１高周波増幅回路部と、第２半導体増幅素子を有する第２高周波増幅回路部と、前記第１高周波増幅回路部と前記第２高周波増幅回路部とをマイクロストリップラインによって従属接続する接続部と、前記第１高周波増幅回路部と前記接続部と前記第２高周波増幅回路部とをシールドするシールド筐体とを備え、
前記シールド筐体は、前記第１半導体増幅素子、前記マイクロストリップライン及び前記第２半導体素子を挾むような位置に、対向配置される側壁の内部間隔を狭くした幅狭部分が形成され、前記シールド筐体により導波管が形成されている。

また、前記側壁の幅狭部分の内部間隔は４ｍｍ以上で５ｍｍ以下である。

この発明に係わる高周波増幅器によれば、高周波増幅器をシールドするシールド筐体の対向配置される側壁に、その内部間隔が４ｍｍ以上で５ｍｍ以下の幅狭部分を形成するようにし、その幅狭部分によって不要な帰還結合の発生を阻止するようにしたので、シールド筐体による矩形導波管の基本モードであるＴＥ₁₀モードのカットオフ周波数ｆｃを３０ＧＨｚ前後にまで上昇させることができ、その場合に、３０ＧＨｚ前後の周波数領域において高周波増幅器の利得特性が０ｄＢ以下であるので、矩形導波管内に生じる３０ＧＨｚ前後の周波数以下の伝送モードが基本伝送モードであるＴＥ₁₀モードだけになり、その結果、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器を得ることができるという効果がある。

この場合、幅狭部分を第１半導体増幅素子及び第２半導体増幅素子を挾むような位置に形成すれば、第１高周波増幅回路部の入出力端間及び第２高周波増幅回路部の入出力端間がそれぞれこれらの幅狭部分によって遮蔽隔離される形になり、簡単な構成により、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器を得ることができるという効果がある。

また、幅狭部分を第１高周波増幅回路部と第２高周波増幅回路部との間にある導電帯を挾むような位置に形成すれば、第１高周波増幅回路部と第２高周波増幅回路部とがこの幅狭部分によって遮蔽隔離される形になり、簡単な構成により、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器を得ることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明による高周波増幅器の第１の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。

図１に示されるように、第１の実施の形態による高周波増幅器は、回路基板１０上に形成配置されるもので、第１の半導体増幅素子を有し、入力端１（１）及び出力端１（２）を備える第１高周波増幅回路部１と、第２の半導体増幅素子を有し、入力端２（１）及び出力端２（２）を備える第２高周波増幅回路部２と、増幅器入力端（図示なし）と第１高周波増幅回路部１の入力端１（１）との間に接続配置される第１導電帯３と、第１高周波増幅回路部１の出力端１（２）と第２高周波増幅回路部２の入力端２（１）との間に接続配置される第２導電帯４と、第２高周波増幅回路部２の出力端２（２）と増幅器出力端（図示なし）との間に接続配置される第３導電帯５と、回路基板１０上の各構成要素１〜５をシールドするシールド筐体６とを備えている。

この場合、シールド筐体６は、対向配置される２つの側壁６（１）、６（２）を有しており、２つの側壁６（１）、６（２）は、第１高周波増幅回路部１が配置形成された部分及び第２高周波増幅回路部２が配置形成された部分にそれぞれ内側方向に突出した幅狭部分７（１）、７（２）、８（１）、８（２）が設けられている。そして、幅狭部分７（１）、７（２）における側壁間隔ｂ及び幅狭部分８（１）、８（２）における側壁間隔ｂは、それらの部分以外の側壁間隔ａに比べて狭くなっており、例えば、側壁間隔ａが７ｍｍであるのに対して、側壁間隔ｂが４．５ｍｍになっている。

このような構成にすれば、第１高周波増幅回路部１の入力端１（１）と出力端１（２）間、及び、第２高周波増幅回路部２の入力端２（１）と出力端２（２）間の双方が、それぞれ幅狭部分７（１）、７（２）及び幅狭部分８（１）、８（２）によって遮蔽隔離され、第１高周波増幅回路部１の出力端１（２）から入力端１（１）に至る帰還結合、及び、第２高周波増幅回路部２の出力端２（２）から入力端２（１）に至る帰還結合がそれぞれ阻止されるようになり、幅狭部分７（１）、７（２）及び幅狭部分８（１）、８（２）を設けるという簡単な構成により、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器が得られる。

次に、図２は、本発明による高周波増幅器の第２の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。

図２に示されるように、第２の実施の形態による高周波増幅器は、２つの側壁６（１）、６（２）の幅狭部分を形成している箇所が第１の実施の形態による高周波増幅器と異なっているだけで、それ以外の構成については第１の実施の形態による高周波増幅器と同じである。このため、第２の実施の形態による高周波増幅器の構成については、後述する幅狭部分の形成箇所を除いて、その説明を省略する。なお、図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号をつけている。

この場合、第２の実施の形態による高周波増幅器に用いるシールド筐体６は、対向配置される２つの側壁６（１）、６（２）を有しており、２つの側壁６（１）、６（２）は、第２導電帯４が配置形成された部分の一部に内側方向に突出した幅狭部分９（１）、９（２）が設けられている。そして、幅狭部分９（１）、９（２）における側壁間隔ｂは、それらの部分以外の側壁間隔ａに比べて狭くなっており、例えば、側壁間隔ａが７ｍｍであるのに対して、側壁間隔ｂが４．５ｍｍになっている。

このような構成にすれば、第１高周波増幅回路部１と第２高周波増幅回路部２との間が、幅狭部分９（１）、９（２）によって半ば遮蔽隔離され、第２高周波増幅回路部２から第１高周波増幅回路部１至る帰還結合状態が解消されるようになり、幅狭部分９（１）、９（２）を設けるという簡単な構成により、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器が得られる。

次に、図３は、本発明による高周波増幅器の第３の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。

図３に示されるように、第３の実施の形態による高周波増幅器も、２つの側壁６（１）、６（２）の幅狭部分を形成している箇所が第１の実施の形態による高周波増幅器及び第２の実施の形態による高周波増幅器と異なっているだけで、それ以外の構成については第１の実施の形態による高周波増幅器及び第２の実施の形態による高周波増幅器と同じである。このため、第３の実施の形態による高周波増幅器の構成については、後述する幅狭部分の形成箇所を除いて、その説明を省略する。なお、図３において、図１及び図２に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号をつけている。

この場合、第３の実施の形態による高周波増幅器に用いるシールド筐体６は、対向配置される２つの側壁６（１）、６（２）を有しており、２つの側壁６（１）、６（２）は、第１高周波増幅回路部１が配置形成された部分及び第２高周波増幅回路部２が配置形成された部分にそれぞれ内側方向に突出した幅狭部分７（１）、７（２）、８（１）、８（２）が、また、第２導電帯４が配置形成された部分の一部に内側方向に突出した幅狭部分９（１）、９（２）が各々設けられている。そして、幅狭部分７（１）、７（２）における側壁間隔ｂ、幅狭部分８（１）、８（２）における側壁間隔ｂ、幅狭部分９（１）、９（２）における側壁間隔ｂは、それらの部分以外の側壁間隔ａに比べて狭くなっており、例えば、側壁間隔ａが７ｍｍであるのに対して、側壁間隔ｂが４．５ｍｍになっている。

このような構成にすれば、第１高周波増幅回路部１の入力端１（１）と出力端１（２）間、及び、第２高周波増幅回路部２の入力端２（１）と出力端２（２）間の双方が、それぞれ幅狭部分７（１）、７（２）及び幅狭部分８（１）、８（２）によって遮蔽隔離され、第１高周波増幅回路部１の出力端１（２）から入力端１（１）に至る帰還結合、及び、第２高周波増幅回路部２の出力端２（２）から入力端２（１）に至る帰還結合がそれぞれ阻止されるようになるとともに、第１高周波増幅回路部１と第２高周波増幅回路部２との間が、幅狭部分９（１）、９（２）によって半ば遮蔽隔離され、第２高周波増幅回路部２から第１高周波増幅回路部１至る帰還結合状態が解消されるようになり、幅狭部分７（１）、７（２）、８（１）、８（２）、９（１）、９（２）をそれぞれ設けるという簡単な構成により、異常発振の発生を抑えて安定した増幅動作を行う高周波増幅器が得られる。

なお、前記の各実施の形態においては、それぞれの幅狭部分７（１）、７（２）の側壁間隔ｂ、幅狭部分８（１）、８（２）の側壁間隔ｂ、幅狭部分９（１）、９（２）の側壁間隔ｂを４．５ｍｍに設定した例を挙げて説明したが、側壁間隔ｂを狭くし過ぎると、第１高周波増幅回路部１と幅狭部分７（１）、７（２）との間、第２高周波増幅回路部２と幅狭部分８（１）、８（２）との間、第２導電帯４と幅狭部分９（１）、９（２）との間に結合が生じ、高周波信号のロスを招いたり、第１高周波増幅回路部１や第２高周波増幅回路部２の増幅特性が変化したりするようになり、一方、側壁間隔ｂを広くし過ぎると、側壁間隔ｂを設けたことの効果が薄弱になる可能性があるので、それらを総合判断した場合、側壁間隔ｂは４ｍｍ乃至５ｍｍの範囲内にすることが好適である。

本発明による高周波増幅器の第１の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。本発明による高周波増幅器の第２の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。本発明による高周波増幅器の第３の実施の形態に係わるもので、その構成部分を示す平面図である。既知の衛星放送受信用ダウンコンバータの要部構成を示す断面図である。既知の衛星放送受信用ダウンコンバータで使用されている高周波増幅器の構成部分の一例を示す平面図である。

符号の説明

１第１高周波増幅回路部
１（１）、２（１）入力端
１（２）、２（２）出力端
２第２高周波増幅回路部
３第１導電帯
４第２導電帯４
５第３導電帯
６シールド筐体
６（１）、６（２）側壁
７（１）、７（２）、８（１）、８（２）、９（１）、９（２）幅狭部分
１０回路基板

Claims

それぞれ回路基板上に配置形成され、第１半導体増幅素子を有する第１高周波増幅回路部と、第２半導体増幅素子を有する第２高周波増幅回路部と、前記第１高周波増幅回路部と前記第２高周波増幅回路部とをマイクロストリップラインによって従属接続する接続部と、前記第１高周波増幅回路部と前記接続部と前記第２高周波増幅回路部とをシールドするシールド筐体とを備え、
前記シールド筐体は、前記第１半導体増幅素子、前記マイクロストリップライン及び前記第２半導体素子を挾むような位置に、対向配置される側壁の内部間隔を狭くした幅狭部分が形成され、前記シールド筐体により導波管が形成されていることを特徴とする高周波増幅器。
前記側壁の幅狭部分の内部間隔は４ｍｍ以上で５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅器。