JP4400553B2

JP4400553B2 - 電力合成器

Info

Publication number: JP4400553B2
Application number: JP2005344832A
Authority: JP
Inventors: 卓弥谷本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007150925A

Description

本発明は電力合成器に関し、特にＶＨＦ帯域やＵＨＦ帯域におけるテレビジョン送信機やＦＭ送信機などの高周波電力部に用いる電力合成器に関するものである。

ＶＨＦ帯域やＵＨＦ帯域におけるテレビジョン送信機やＦＭ送信機などの高周波電力部では、複数の電力増幅器を並列に配置してこれら並列の電力増幅器の出力を合成することが行われている。この種の電力合成器の例を図４に示す。

図４においては４つの増幅出力（端子１１〜１４で示す）を合成する場合の電力合成器の等価回路図であり、基本的に、３つの方向性結合器Ｈ１〜Ｈ３を用いた例である。この方向性結合器の詳細を示す図５を参照すると、方向性結合器Ｈは、位相０度の信号入力端子ａと、位相９０度の信号入力端子ｂと、合成電力出力端子ｃと、不平衡電力出力端子ｄとを有し、３ｄＢの結合度を有する周知の構成である。

再び図４を参照すると、入力端子１１，１２から入力された２つの高周波電力は、第一の方向性結合器Ｈ１により合成されて合成電力出力端子ｃより導出される。また、入力端子１３，１４から入力された２つの高周波電力は、第二の方向性結合器Ｈ２により合成されて合成電力出力端子ｃより導出される。第一及び第二の方向性結合器Ｈ１及びＨ２の各不平衡電力出力端子ｄには、電力吸収ダミーロードＤＬ６及びＤＬ７が、それぞれ接続されている。

第一及び第二の方向性結合器Ｈ１及びＨ２の各合成電力出力端子ｃからの出力は、第三の方向性結合器Ｈ３の２入力となっている。この第三の方向性結合器Ｈ３の合成電力出力端子ｃから最終的な電力合成出力が導出されるのである（出力２１）。この第三の方向性結合器Ｈ３の不平衡電力出力端子ｄには、λ／４インピーダンストランス４１〜４３が接続されており、これにより不平衡電力を２分配して、電力吸収ダミーロードＤＬ８及びＤＬ９により吸収するようになっている。

なお、方向性結合器を縦続接続して構成された電力増幅器の例が、特許文献１に開示されている。また、方向性結合器の不平衡出力端子に、ダミーロードを接続した技術が、特許文献２に開示されている。
特開２００１−２６７８６２号公報特許第３２０８８４８号（特開平６−６１１６号）公報

上述した従来の電力合成器においては、合成すべき電力が大きくなればなる程、合成器の不平衡電力を吸収するために必要なダミーロードに要求される定格電力値が大きくなる。このダミーロードの定格が大きくなれば、価格の増大、装置の大型化、冷却能力の増大などの種々の問題が生ずることになる。

図４に示した例では、λ／４インピーダンストランス４１〜４３を用いて不平衡電力を２分配し、２つのダミーロードＤＬ８，ＤＬ９で吸収するようになっている。この場合、電力合成数が多くなればなる程ダミーロードの定格電力値を増大することが必要であるために、不平衡電力を分配して複数のダミーロードに供給しなければならない。そのために、λ／４インピーダンストランスが増大し、更には広帯域特性を得るためには、複数段のトランスが必要となって、実用的ではないという欠点がある。

本発明の目的は、ダミーロードの定格電力値を小さくでき、かつその数も減らすことが可能な電力分配器を提供することである。

本発明の他の目的は、λ／４インピーダンストランスを不要として、広帯域化、小型軽量化及び回路構成の簡素化を図った電力合成器を提供することである。

本発明による電力合成器は、方向性結合器を多段接続して構成された電力合成器であって、前記方向性結合器の各々の不平衡電力出力端子に入力端子がそれぞれ接続されたアイソレータを含み、前記アイソレータの各々の通過端子を共通接続点で接続して、前記方向性結合器の各々の前記不平衡電力出力端子からの不平衡電力を、他の方向性結合器の不平衡電力出力端子に接続された前記アイソレータを構成する電力吸収ダミー抵抗により吸収するようにしたことを特徴とする。

更に、前記方向性結合器の不平衡電力出力端子からの不平衡電力を分配する別の方向性結合器と、この別の方向性結合器の２つの出力をそれぞれ入力とする別の２つのアイソレータとを含み、前記別の２つのアイソレータの各々の通過端子も前記共通接続点で接続してなることを特徴とする。

また、前記アイソレータの各々の通過端子と前記共通接続点との間を、伝送路により接続してなることを特徴とし、更に、前記共通接続点に接続されたダミーロードを含むことを特徴とする。

本発明の作用を述べる。多段従属接続された方向性結合器の各々の不平衡電力出力端子に、アイソレータの各入力端子を接続し、各アイソレータの通過端子を、伝送路を介して共通接続点にて共通接続する構成とする。これにより、方向性結合器で発生する不平衡電力は、アイソレータを介して接続点で分配され、他の複数のアイソレータへ入力されて、各サーキュレータの動作により、各々のダミー抵抗で吸収される。アイソレータから接続点までの線路インピーダンスを調整することにより、不平衡電力が通過したアイソレータへの反射電力の割合を調整することができる。

本発明による第一の効果は、回路構成を簡素化して構造を小さくでき、価格低減及び特性向上を図ることができることである。その理由は、ダミーロードの数及びそれに必要な定格電力値を下げることができるからである。また、λ／４インピーダンストランスを使用しなくても、アイソレータを通過した不平衡電力を、伝送線路を用いて他のアイソレータの通過端子側に供給することにより、不平衡電力を分配して複数のダミーロードに供給できるからである。更にはまた、不平衡電力を分配して複数のダミーロードに吸収するようにしたので、従来の１つの不平衡電力を２つの電力に分配する方法に比較して、よりダミーポートの数を削減できるからである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す等価回路図であり、図４と同等部分は同一符号をもって示している。本例においても、図４の例と同様に４つの増幅出力を合成する場合の電力合成器を示しており、基本的に３つの方向性結合器Ｈ１〜Ｈ３を用いた例であり、これら方向性結合器は図５に示すものである。

図１において、入力端子１１，１２から入力された２つの高周波電力は、第一の方向性結合器Ｈ１により合成されて合成電力出力端子ｃより導出される。また、入力端子１３，１４から入力された２つの高周波電力は、第二の方向性結合器Ｈ２により合成され合成電力出力端子ｃより導出される。第一及び第二の方向性結合器Ｈ１及びＨ２の各不平衡電力出力端子ｄは、それぞれ第一及び第二のアイソレータＩＳＯ１及びＩＳＯ２を介して接続点３１へ接続されている。

第一及び第二の方向性結合器Ｈ１及びＨ２の合成電力出力端子ｃからの合成電力は、それぞれ第三の方向性結合器Ｈ３により合成されて合成電力出力端子ｃを介して出力端子２１へと導出される。この第三の方向性結合器Ｈ３の不平衡電力出力端子ｄは、第三のアイソレータＩＳＯ３を介して接続点３１へ接続されている。

図２は図１におけるアイソレータＩＳＯ１〜ＩＳＯ３の詳細を説明する図であり、ｅはアイソレータ入力端子、ｆはアイソレータ通過端子、ＣＩはサーキュレータ、ＤＬは電力吸収ダミーを示している。図１における各アイソレータＩＳＯ１〜ＩＳＯ３の通過端子ｆから共通の接続ポイント３１までは、伝送線路を用いて接続されている。

以上の構成において、第一の方向性結合器Ｈ１の不平衡電力は、アイソレータＩＳＯ１の入力端子ｅへ入力されてサーキュレータＣＩを介して通過端子ｆへと通過し、接続ポイント３１において分配され、アイソレータＩＳＯ２とＩＳＯ３へと入力されて、各電力吸収ダミーＤＬにて吸収されることになる。なお、接続ポイント３１までの伝送線路のインピーダンス整合がとれていない場合には、電力が通過したアイソレータに、整合がとれていない分だけ電力が反射してこれがその電力吸収ダミーＤＬで吸収される。すなわち、アイソレータ通過端子ｆから接続ポイント３１までの線路インピーダンスを調整することにより、不平衡電力が通過したアイソレータへの反射電力の割合を調整することができる。

他の方向性結合器Ｈ２やＨ３における不平衡電力についても、上記と同様に、各アイソレータＩＳＯ２やＩＳＯ３を通過して、接続ポイント３１において分配され、他のアイソレータの電力吸収ダミーＤＬで吸収される。

このように、不平衡電力を電力分配して複数のダミーロードにより吸収するようにすることにより、ダミーロードの数や最大定格値を少なくすることができ、小型軽量及び低価格化が可能になる。

図３は本発明の他の実施の形態を示す図であり、図１と同等部分は同一符号により示している。本例において、図１と異なる部分について述べると、例えば、初段を除く中間段に設けられている第三の方向性結合器Ｈ３の不平衡電力出力端子ｄを、第四の方向性結合器Ｈ４の入力端子ａに接続し、この入力端子ａへの不平衡電力を２つに分配した後、それぞれ、アイソレータＩＳＯ４，ＩＳＯ５を通過させて接続ポイント３１に接続するようにしている。他の構成は図１と同じである。

本例においては、図１のアイソレータＩＳＯ３の通過電力定格が小さい場合において、図３に示す如く、更に第四の方向性結合器Ｈ４を用いて、不平衡電力を電力分配するようにしている。このように、不平衡電力を方向性結合器により分配する構成としているので、従来例（図４参照）のように、λ／４インピーダンストランスが不要となり、小型でかつ広帯域特性を得ることができる。

また、接続ポイント３１にダミーロードＤＬ５を接続して、このダミーロードＤＬ５でも電力を吸収させることができ、よって各アイソレータの電力吸収ダミーＤＬで吸収される電力量が軽減される。このような方法は、各アイソレータの通過電力の定格やアイソレータの電力吸収ダミーＤＬの吸収電力が小さい場合に、特に有効となり得る。

なお、図３において、Ｒ１は方向性結合器Ｈ４の第二の入力端子に接続されたアイソレーション用抵抗を示している。

本発明の一実施の形態を示す図である。図１におけるアイソレータＩＳＯの例を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。従来技術を説明する図である。方向性結合器Ｈの例を示す図である。

符号の説明

１１〜１４入力端子
２１出力端子
３１接続ポイント
Ｈ１〜Ｈ４方向性結合器
ＩＳＯ１〜ＩＳＯ５アイソレータ
ＣＩサーキュレータ
ＤＬダミーロード
Ｒ１アイソレーション用抵抗

Claims

方向性結合器を多段接続して構成された電力合成器であって、前記方向性結合器の各々の不平衡電力出力端子に入力端子がそれぞれ接続されたアイソレータを含み、前記アイソレータの各々の通過端子を共通接続点で接続して、前記方向性結合器の各々の前記不平衡電力出力端子からの不平衡電力を、他の方向性結合器の不平衡電力出力端子に接続された前記アイソレータを構成する電力吸収ダミー抵抗により吸収するようにしたことを特徴とする電力合成器。
前記方向性結合器の不平衡電力出力端子からの不平衡電力を分配する別の方向性結合器と、この別の方向性結合器の２つの出力をそれぞれ入力とする別の２つのアイソレータとを、更に含み、前記別の２つのアイソレータの各々の通過端子も前記共通接続点で接続してなることを特徴とする請求項１記載の電力合成器。
前記アイソレータの各々の通過端子と前記共通接続点との間を、伝送路により接続してなることを特徴とする請求項１または２記載の電力合成器。
前記共通接続点に接続されたダミーロードを、更に含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電力合成器。
前記アイソレータは、第１〜第３の端子を有しこの順に信号が循環するサーキュレータと、前記電力吸収ダミー抵抗とからなり、前記第１の端子が前記入力端子に接続され、前記第２の端子が前記通過端子に接続され、前記第３の端子が前記電力吸収ダミー抵抗に接続されたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電力合成器。