JP6612007B1 - 電力分配合成回路及び電力増幅モジュール - Google Patents

Abstract

結合伝送線路（４−１）〜（４−Ｎ）のそれぞれが、インピーダンス変成線路（３−１）〜（３−Ｎ）の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路（４ａ−ｎ）と、一端が接続点（５）と接続され、終端抵抗器（６−１）〜（６−Ｎ）の中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路（４ａ−ｎ）と電気的に結合される第２の伝送線路（４ｂ−ｎ）とを備えるように、電力分配合成回路を構成した。

Description

この発明は、インピーダンス変成線路及び結合伝送線路を備える電力分配合成回路と、信号分配回路及び信号合成回路を備える電力増幅モジュールとに関するものである。

電力分配合成回路は、高周波信号を分配する回路、あるいは、複数の高周波信号を合成する回路である。
以下の非特許文献１には、入出力端子間のアイソレーション特性を有し、かつ、耐電力が優れている電力分配合成回路として、Ｇｙｓｅｌ型電力分配合成回路が開示されている。

Ｇｙｓｅｌ型電力分配合成回路は、以下の（１）〜（６）の構成要素を備えている。
（１）分配対象の高周波信号を入力、あるいは、合成した高周波信号を出力するための共通端子、
（２）分配したそれぞれの高周波信号を出力、あるいは、合成対象のそれぞれの高周波信号を入力するための複数の入出力端子
（３）一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路
（４）複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続されている複数の第１の接続線路
（５）複数の第１の接続線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が互いに接続されている複数の第２の接続線路
（６）複数の第１の接続線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器

U. H. Gysel, "A new N-way power divider/combiner suitable for high-power applications," IEEE MTT-S Int. Microw. Sym., pp. 116-118, May 1975.

非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路において、インピーダンス変成線路、第１の接続線路及び第２の接続線路におけるそれぞれの線路長が、使用周波数で４分の１波長の奇数倍（以下、「ｎ・λ／４」と称する）の長さであるとする。ｎは、奇数、λは、波長、使用周波数は、分配対象の所望の高周波信号の周波数又は合成対象の所望の高周波信号の周波数である。
従来の電力分配合成回路は、それぞれの線路長がｎ・λ／４の長さであれば、複数の入出力端子から同相等振幅の高周波信号が入力されると、共通端子から複数の高周波信号を合成した信号を出力する。
従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力された高周波信号が同相等振幅ではなく、振幅又は位相にばらつきがあれば、振幅又は位相のばらつきに応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。終端抵抗は、電力を消費することで、熱を発生する。終端抵抗は、グランドと物理的に接続されているため、終端抵抗から発生した熱は、グランドを介して放熱される。

しかしながら、従来の電力分配合成回路は、それぞれの線路長がｎ・λ／４の長さからずれている場合、複数の入出力端子から同相等振幅の高周波信号が入力されても、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。また、従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力された高周波信号の振幅又は位相にばらつきがある場合も、振幅又は位相のばらつきに応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。
従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から、使用周波数から周波数がずれている高周波信号が入力された場合、入力された高周波信号が同相等振幅であっても、入力された高周波信号の電力に応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。

したがって、従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力される高周波信号の振幅又は位相のばらつきに加えて、高周波信号の周波数が、使用周波数からずれている場合でも、電力損失が大きくなってしまうという課題があった。
終端抵抗器で電力が消費されることで発生した熱は、終端抵抗器からグランドに伝搬され、グランドから放熱される。また、複数の入出力端子から入力された高周波信号を伝搬する経路においても、導体損などによって熱が発生し、発生した熱が、終端抵抗器を介してグランドに伝搬される。
したがって、終端抵抗器には、熱が集中して、終端抵抗器の温度上昇を招いてしまうため、従来の電力分配合成回路の耐電力が劣化してしまうことがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる電力分配合成回路を得ることを目的とする。
また、この発明は、信号合成回路として、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる回路を備える電力増幅モジュールを得ることを目的とする。

この発明に係る電力分配合成回路は、一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、複数の結合伝送線路のそれぞれが、複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、一端が接続点と接続されており、第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、複数の結合伝送線路に含まれる第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えるようにしたものである。

この発明によれば、複数の結合伝送線路のそれぞれが、複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、一端が接続点と接続され、複数の終端抵抗器の中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備えるように、電力分配合成回路を構成した。したがって、この発明に係る電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる。

実施の形態１による電力分配合成回路を示す構成図である。 図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路を示す構成図である。 図３Ａは、線分Ｔ−Ｔ’に対して線対称な電力分配合成回路を示す説明図、図３Ｂは、図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された偶モード等価回路を示す説明図、図３Ｃは、図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された奇モード等価回路を示す説明図である。 図４Ａは、結合伝送線路４−１の終端条件に着目して、図３Ｂに示す偶モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図、図４Ｂは、結合伝送線路４−１の終端条件に着目して、図３Ｃに示す奇モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。 図５Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図、図５Ｂは、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図である。 図６Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの電力損失のシミュレーション結果を示す説明図、図６Ｂは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの出力電力のシミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態２による電力分配合成回路を示す構成図である。 実施の形態２による他の電力分配合成回路を示す構成図である。 図９Ａは、実施の形態３による対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図、図９Ｂは、実施の形態３による非対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。 実施の形態４による電力増幅モジュールを示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電力分配合成回路を示す構成図である。
図１において、共通端子１は、電力分配合成回路が分配回路として用いられる場合、分配対象の高周波信号を入力するための端子である。
また、共通端子１は、電力分配合成回路が合成回路として用いられる場合、合成した高周波信号を出力するための端子である。
入出力端子２−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、電力分配合成回路が分配回路として用いられる場合、分配した高周波信号を出力するための端子である。Ｎは、２以上の整数である。
また、入出力端子２−ｎは、電力分配合成回路が合成回路として用いられる場合、合成対象の高周波信号を入力するための端子である。

インピーダンス変成線路３−ｎは、一端が共通端子１と接続され、他端が入出力端子２−ｎと接続されている線路である。
インピーダンス変成線路３−ｎの線路長は、入出力端子２−ｎから入出力される高周波信号の周波数で４分の１波長（以下、「λ／４」と称する。）の長さである。

結合伝送線路４−ｎは、第１の伝送線路４ａ−ｎ及び第２の伝送線路４ｂ−ｎを備えている。
結合伝送線路４−ｎは、一端がインピーダンス変成線路３−ｎの他端と接続され、他端が接続点５と接続されている線路である。
第１の伝送線路４ａ−ｎは、一端がインピーダンス変成線路３−ｎの他端と接続され、他端が接地されている線路である。
第１の伝送線路４ａ−ｎの一端は、結合伝送線路４−ｎの一端と対応している。
第２の伝送線路４ｂ−ｎは、一端が接続点５と接続され、他端が終端抵抗器６−ｎの一端と接続されており、第１の伝送線路４ａ−ｎと電気的に結合される線路である。
第２の伝送線路４ｂ−ｎの一端は、結合伝送線路４−ｎの他端と対応している。
第１の伝送線路４ａ−ｎ及び第２の伝送線路４ｂ−ｎにおけるそれぞれの線路長は、λ／４の長さであり、第１の伝送線路４ａ−ｎの線路長と第２の伝送線路４ｂ−ｎの線路長とは等しい。

接続点５は、第２の伝送線路４ｂ−１〜４ｂ−Ｎの一端を互いに接続している点である。
終端抵抗器６−ｎは、一端が第２の伝送線路４ｂ−ｎの他端と接続され、他端が接地されている抵抗器である。

次に、図１に示す電力分配合成回路の動作を説明する。
図２は、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路を示す構成図である。
以下、説明の簡単化のため、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路の動作を説明する。

図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２−１及び入出力端子２−２におけるそれぞれの規格化負荷インピーダンスが共に１であれば、図３Ａに示すように、線分Ｔ−Ｔ’に対して、線対称な回路となる。
図３Ａに示す線対称な回路の特性は、回路を対称面で分割することで得られる半割りの回路の反射特性に基づいて計算することができる。
図３Ｂは、図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された偶モード等価回路を示す説明図である。
図３Ｃは、図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された奇モード等価回路を示す説明図である。
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、Ｚ_１は、インピーダンス変成線路３−１及びインピーダンス変成線路３−２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスを示している。
Ｚ_０ｅは、結合伝送線路４−１及び結合伝送線路４−２におけるそれぞれの規格化偶モードインピーダンスを示し、Ｚ_０ｏは、結合伝送線路４−１及び結合伝送線路４−２におけるそれぞれの規格化奇モードインピーダンスを示している。
インピーダンス変成線路３−１，３−２、第１の伝送線路４ａ−１，４ａ−２及び第２の伝送線路４ｂ−１，４ｂ−２におけるそれぞれの線路長は、θである。

図３Ａに示す線対称な回路において、共通端子１の規格化内部インピーダンスは、１である。
図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された場合、図３Ｂに示すように、接続点５は、開放端となり、共通端子１の規格化内部インピーダンスは、２のように見える。
図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された場合、図３Ｃに示すように、接続点５は、短絡端となり、共通端子１は、短絡される。
図４Ａは、結合伝送線路４−１の終端条件に着目して、図３Ｂに示す偶モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。
図４Ｂは、結合伝送線路４−１の終端条件に着目して、図３Ｃに示す奇モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。
図４Ａ及び図４Ｂにおいて、Ｙ_０ｅは、規格化偶モードインピーダンスＺ_０ｅの逆数で表される規格化偶モードアドミタンスである。
Ｙ_０ｏは、規格化奇モードインピーダンスＺ_０ｏの逆数で表される規格化奇モードアドミタンスである。
図４Ｂに示す回路では、結合伝送線路４−１が、規格化偶モードアドミタンスがＹ_０ｅである２つの線路と、規格化特性アドミタンスが（Ｙ_０ｏ−Ｙ_０ｅ）／２である１つの線路とで表される。

図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合、電圧電流分布が、図３Ａに示す対称面に対して偶対称になるため、対称面が磁気壁面となる。
したがって、図２に示す電力分配合成回路における半割りの回路は、図４Ａに示す回路と等価になる。
図４Ａに示す回路では、入出力端子２−１と終端抵抗器６−１が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６−１では、高周波信号の周波数に依らず、電力損失が生じない。

図２に示す電力分配合成回路は、共通端子１の規格化内部インピーダンスが２に見えて、入出力端子２−１の規格化負荷インピーダンス及び入出力端子２−２の規格化負荷インピーダンスのそれぞれが１であるとする。
このとき、インピーダンス変成線路３−１及びインピーダンス変成線路３−２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスＺ_１は、（２×１）^１／２＝２^１／２となる。
したがって、規格化内部インピーダンスが２に見えて、規格化負荷インピーダンスが１であるとき、線路長θがλ／４の長さであれば、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号は、反射されることなく共通端子１へ出力される。

線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の長さからずれている場合、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号の電力の一部は、反射される。しかし、入出力端子２−１と終端抵抗器６−１が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６−１では、電力損失がなく、発熱しない。また、入出力端子２−２と終端抵抗器６−２が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６−２では、電力損失がなく、発熱しない。

図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合、電圧電流分布が、図３Ａに示す対称面に対して奇対称になるため、対称面が電気壁面となる。
したがって、図２に示す電力分配合成回路における半割りの回路は、図４Ｂに示す回路と等価になる。
図４Ｂに示す回路では、共通端子１が短絡されているため、入出力端子２−１から入力された高周波信号が共通端子１へ出力されることはない。

図２に示す電力分配合成回路は、規格化特性アドミタンス（Ｙ_０ｏ−Ｙ_０ｅ）／２が１であり、終端抵抗器６−１及び終端抵抗器６−２におけるそれぞれの規格化抵抗値Ｒが１であるとする。
図２に示す電力分配合成回路は、インピーダンス変成線路３−１，３−２、第１の伝送線路４ａ−１，４ａ−２及び第２の伝送線路４ｂ−１，４ｂ−２におけるそれぞれの線路長が、θであるとする。
このとき、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号は、反射されることなく、終端抵抗器６−１及び終端抵抗器６−２のそれぞれで消費される。

図２に示す電力分配合成回路の特性は、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性と、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性との重ね合わせとして考えられる。
したがって、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの同相成分は、電力合成されて、共通端子１へ出力される。
入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの逆相成分は、終端抵抗器６−１及び終端抵抗器６−２のそれぞれで消費される。

ここでは、図２に示す電力分配合成回路が、合成回路として用いられる場合の動作を示したが、図２に示す電力分配合成回路が、分配回路として用いられる場合、電力分配合成回路は、図３Ｂ及び図４Ａに示す偶モードの回路で考えることができる。

図５Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図であり、図５Ｂは、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図である。
実施の形態１では、図５Ａ及び図５Ｂに示す計算モデルのそれぞれについて、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから同相等振幅である５００［Ｗ］の高周波信号が入力された場合の出力電力及び電力損失をそれぞれシミュレーションしている。
出力電力及び電力損失におけるそれぞれのシミュレーションは、例えば、コンピュータによって行われる。
図６Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの電力損失のシミュレーション結果を示す説明図である。
図６Ｂは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの出力電力のシミュレーション結果を示す説明図である。

従来の電力分配合成回路は、図６Ａに示すように、規格化周波数が１．０以外の周波数では、２つの終端抵抗器のそれぞれで電力損失が生じている。
実施の形態１による電力分配合成回路は、図６Ａに示すように、規格化周波数が１．０以外の周波数においても、終端抵抗器６−１及び終端抵抗器６−２のそれぞれで電力損失が生じていない。
また、実施の形態１による電力分配合成回路は、図６Ｂに示すように、従来の電力分配合成回路よりも、広帯域に大きな出力電力が得られている。

なお、図５Ａで示す計算モデルの回路定数は、一例である。
例えば、電力不等分配合成回路については、インピーダンス変成線路３−１及びインピーダンス変成線路３−２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスＺ_１等の回路定数を所望の電力分配合成比に応じて設計すればよい。
したがって、実施の形態１の電力分配合成回路において、インピーダンス変成線路３−１とインピーダンス変成線路３−２とにおける規格化特性インピーダンス又は抵抗の抵抗値などの回路定数が非対称であってもよい。また、実施の形態１の電力分配合成回路において、結合伝送線路４−１の規格化偶モードインピーダンス及び規格化奇モードインピーダンスと、結合伝送線路４−２の規格化偶モードインピーダンス及び規格化奇モードインピーダンスとが異なっていてもよい。

以上の実施の形態１は、結合伝送線路４−１〜４−Ｎのそれぞれが、インピーダンス変成線路３−１〜３−Ｎの中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路４ａ−ｎと、一端が接続点５と接続され、終端抵抗器６−１〜６−Ｎの中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路４ａ−ｎと電気的に結合される第２の伝送線路４ｂ−ｎとを備えるように、電力分配合成回路を構成した。したがって、電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる。

図２に示す電力分配合成回路では、インピーダンス変成線路３−１，３−２、第１の伝送線路４ａ−１，４ａ−２及び第２の伝送線路４ｂ−１，４ｂ−２におけるそれぞれの線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の長さである例を示している。
しかし、これは一例に過ぎず、それぞれの線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の奇数倍の長さであればよい。

図１に示す電力分配合成回路では、インピーダンス変成線路３−ｎと、結合伝送線路４−ｎに含まれる第１の伝送線路４ａ−ｎ及び第２の伝送線路４ｂ−ｎとのそれぞれは、どのような線路であってもよい。
それぞれの線路は、例えば、誘電体基板の表面に形成された信号導体、裏面に地導体を有する基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路、多層基板の内層に形成された信号導体、上下層に地導体を有する多層基板の内層に形成されたストリップ線路であってもよい。
また、それぞれの線路は、例えば、誘電体基板の一方の面に信号導体と地導体とが形成されたコプレーナ線路、同軸線路、あるいは、例示している線路を複数組み合わせた線路であってもよい。

実施の形態２．
実施の形態２では、結合伝送線路４−ｎと終端抵抗器６−ｎの間に、第３の伝送線路７−ｎが挿入されている電力分配合成回路について説明する。
図７は、実施の形態２による電力分配合成回路を示す構成図である。
図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第３の伝送線路７−ｎは、結合伝送線路４−ｎに含まれる第２の伝送線路の他端と一端が接続され、終端抵抗器６−ｎの一端と他端が接続されている。
第３の伝送線路７−ｎの線路長は、任意であり、第３の伝送線路７−１〜７−Ｎにおけるそれぞれの線路長は、互いに異なっていてもよい。
放熱機構８−ｎは、終端抵抗器６−ｎを実装しており、終端抵抗器６−ｎから発生した熱を放熱する機構である。
放熱機構８−ｎは、熱伝導性の良い金属で形成されている筐体などで実現される。

次に、図７に示す電力分配合成回路の動作を説明する。
図７に示す電力分配合成回路では、第２の伝送線路４ｂ−ｎと第３の伝送線路７−ｎとの接続点から、第３の伝送線路７−ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１であるものとする。
図７に示す電力分配合成回路では、第３の伝送線路７−ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１となるように、第３の伝送線路７−ｎの特性インピーダンス及び線路長と、終端抵抗器６−ｎの抵抗値とがそれぞれ決定されている。
図７に示す電力分配合成回路は、第３の伝送線路７−ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１であれば、図１に示す電力分配合成回路と同様の回路応答が実現される。

したがって、図７に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合、図７に示す電力分配合成回路の特性は、図２に示す電力分配合成回路の特性と同様になる。
具体的には、図７に示す電力分配合成回路の特性は、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性と、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性との重ね合わせとして考えられる。
したがって、入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの同相成分は、電力合成されて、共通端子１へ出力される。
入出力端子２−１及び入出力端子２−２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの逆相成分は、終端抵抗器６−１及び終端抵抗器６−２のそれぞれで消費される。

図７に示す電力分配合成回路は、結合伝送線路４−ｎと終端抵抗器６−ｎの間に、第３の伝送線路７−ｎが挿入されているので、図１に示す電力分配合成回路よりも、回路のレイアウトの自由度が増している。
例えば、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路と比べて、終端抵抗器６−１〜６−Ｎの間隔を広げて配置することができる。したがって、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路よりも、熱の集中を緩和させることができる。

図７に示す電力分配合成回路は、終端抵抗器６−ｎが放熱機構８−ｎに実装されているので、図１に示す電力分配合成回路よりも、放熱性が良くなる。
したがって、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路よりも、終端抵抗器６−ｎの温度上昇が小さくなり、回路の耐電力の向上が見込まれる。
図７に示す電力分配合成回路では、放熱機構８−１〜８−Ｎが別々の機構である例を示しているが、これに限るものではなく、図８に示すように、放熱機構８−１〜８−Ｎが纏まっている１つの放熱機構８であってもよい。
図８は、実施の形態２による他の電力分配合成回路を示す構成図である。

実施の形態３．
実施の形態３では、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路（電力２分配合成回路）が、複数個トーナメント型に接続されている電力分配合成回路について説明する。

図９Ａは、実施の形態３による対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。
図９Ｂは、実施の形態３による非対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、共通端子１０は、高周波信号を入出力するための端子であり、電力２分配合成回路２１−１の共通端子１と接続されている。
入出力端子１１−１〜１１−５は、高周波信号を入出力するための端子である。
入出力端子１１−１は、電力２分配合成回路２１−２の入出力端子２−１と接続されている。
入出力端子１１−２は、電力２分配合成回路２１−２の入出力端子２−２と接続されている。
入出力端子１１−３は、電力２分配合成回路２１−３の入出力端子２−１と接続されている。
入出力端子１１−４は、電力２分配合成回路２１−３の入出力端子２−２と接続されている。
入出力端子１１−５は、第４の伝送線路２２−３の他端と接続されている。

電力２分配合成回路２１−１〜２１−３のそれぞれは、Ｎ＝２である場合の図１に示す電力分配合成回路である。
第４の伝送線路２２−１は、一端が電力２分配合成回路２１−１の入出力端子２−１と接続され、他端が電力２分配合成回路２１−２の共通端子１と接続されている線路である。
第４の伝送線路２２−２は、一端が電力２分配合成回路２１−１の入出力端子２−２と接続され、他端が電力２分配合成回路２１−３の共通端子１と接続されている線路である。
第４の伝送線路２２−３は、一端が電力２分配合成回路２１−１の入出力端子２−１と接続され、他端が入出力端子１１−５と接続されている線路である。

図１に示す電力合成分配回路は、１つの共通端子１と、Ｎ個の入出力端子２−１〜２−Ｎを有する電力Ｎ分配合成器回路である。
共通端子１と、Ｎ個のインピーダンス変成線路３−１〜３−Ｎとの接続点である分岐部は、１つであり、図１に示す電力合成分配回路は、高周波信号のＮ分配合成を一度に行うことが可能である。
高周波信号のＮ分配合成を一度に行う場合、インピーダンス整合を図るには、インピーダンス変成線路３−１〜３−Ｎのそれぞれが、大きな特性インピーダンスを有している必要がある。
例えば、Ｎ＝４である場合の図１に示す電力合成分配回路において、共通端子１の内部インピーダンス及び入出力端子２−１，２−２の負荷インピーダンスのそれぞれが５０Ωであるものとする。
それぞれのインピーダンスが５０Ωである場合、インピーダンス変成線路３−１，３−２のそれぞれは、１００Ωの特性インピーダンスを有している必要がある。
図１に示す電力合成分配回路は、分配合成数が多いほど、インピーダンス変成線路３−１〜３−Ｎの特性インピーダンスを大きくする必要がある。したがって、分配合成数が多い場合、マイクロストリップ線路及びストリップ線路などの線路では、インピーダンス変成線路３−１〜３−Ｎの特性インピーダンスを実現することが困難な場合がある。

図１に示に電力合成分配回路が誘電体基板に形成される場合を想定する。
誘電体基板に形成される電力合成分配回路は、Ｎが３以上であれば、少なくとも１つ以上の交差配線が発生するため、両面に銅箔が張り付けられた誘電体基板（以下、「両面基板」と称する。）だけでは実現できない。
したがって、Ｎが３以上であれば、図１に示す電力合成分配回路は、例えば、多層誘電体基板に形成される必要があり、製造コストが増加する。

図９Ａに示す電力分配合成回路は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１−１〜２１−３が対称トーナメント型に接続されている。
また、図９Ｂに示す電力分配合成回路は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１−１，２１−３が非対称トーナメント型に接続されている。
電力分配合成回路２１−１〜２１−３において、共通端子１の内部インピーダンス及び入出力端子２−１，２−２の負荷インピーダンスのそれぞれが５０Ωであるものとする。
図９Ａ及び図９Ｂに示す電力分配合成回路では、それぞれのインピーダンスが５０Ωであれば、インピーダンス変成線路３−１，３−２の特性インピーダンスのそれぞれは、約７０．７Ωであればよい。
したがって、インピーダンス変成線路３−１，３−２のそれぞれは、マイクロストリップ線路及びストリップ線路などの線路を用いて実現することが可能である。
Ｎ＝２であれば、電力分配合成回路２１−１〜２１−３は、両面基板に実現することが可能である。また、電力分配合成回路２１−１〜２１−３は、トーナメント型に接続される場合でも、両面基板に実現することが可能である。

以上の実施の形態３は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１−１〜２１−３がトーナメント型に接続されている電力分配合成回路を構成した。したがって、電力分配合成回路は、実施の形態１と同様に、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができるほか、両面基板などの平面回路に容易に実現できるため、製造コストを削減することができる。

実施の形態３の電力分配合成回路では、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路が、複数個トーナメント型に接続されている例を示しているが、これに限るものではない。
実施の形態３では、図７に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路が、複数個トーナメント型に接続されている電力分配合成回路であってもよい。

実施の形態３の電力分配合成回路は、図９Ａに示すように、対称トーナメント形の電力４分配合成回路である例と、図９Ｂに示すように、非対称トーナメント形の電力３分配合成回路である例とを示している。
実施の形態３の電力分配合成回路において、図１又は図７に示すＮ＝２である電力分配合成回路の組み合わせは、任意である。したがって、実施の形態３では、分配合成数が任意の電力分配合成回路を実現することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、図１又は図７に示す電力分配合成回路を備える電力増幅モジュールについて説明する。
図１０は、実施の形態４による電力増幅モジュールを示す構成図である。
入力端子３１は、高周波信号を入力するための端子である。
信号分配回路３２は、入力端子３１から入力された高周波信号を４つに分配し、分配した高周波信号のそれぞれを第５の伝送線路３３−１〜３３−４に出力する回路である。
ここでは、信号分配回路が、高周波信号を４つに分配する例を示しているが、高周波信号の分配数は、４つに限るものではなく、高周波信号の分配数は、２つ又は３つでもよいし、５つ以上でもよい。
信号分配回路３２としては、図１又は図７に示す電力分配合成回路を用いてもよいし、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路を用いてもよい。例えば、信号分配回路３２が、図１又は図７に示す電力分配合成回路であれば、入力端子３１と接続される信号分配回路３２の入力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における共通端子１と対応する。第５の伝送線路３３−１〜３３−４におけるそれぞれの一端と接続される信号分配回路３２におけるそれぞれの出力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における入出力端子２−１〜２−４と対応する。

第５の伝送線路３３−１〜３３−４のそれぞれは、一端が信号分配回路３２におけるそれぞれの出力端子と接続され、他端が電力増幅器３４−１〜３４−４のそれぞれの入力端子と接続されている線路である。
電力増幅器３４−１〜３４−４のそれぞれは、入力端子が第５の伝送線路３３−１〜３３−４におけるそれぞれの他端と接続され、出力端子が第６の伝送線路３５−１〜３５−４におけるそれぞれの一端と接続されている。
電力増幅器３４−１〜３４−４のそれぞれは、入力端子から入力された高周波信号を増幅し、出力端子から増幅した高周波信号のそれぞれを第６の伝送線路３５−１〜３５−４に出力する。

第６の伝送線路３５−１〜３５−４のそれぞれは、一端が電力増幅器３４−１〜３４−４におけるそれぞれの出力端子と接続され、他端が信号合成回路３６におけるそれぞれの入力端子と接続されている線路である。
信号合成回路３６は、図１又は図７に示す電力分配合成回路で実現される。
信号合成回路３６におけるそれぞれの入力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における入出力端子２−１〜２−４と対応する。
出力端子３７と接続される信号合成回路３６の出力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における共通端子１と対応する。
信号合成回路３６は、それぞれの入力端子から入力された高周波信号を合成し、合成した高周波信号を出力端子３７に出力する回路である。
出力端子３７は、信号合成回路３６により合成された高周波信号を出力するための端子である。

次に、図１０に示す電力増幅モジュールの動作について説明する。
入力信号を増幅し、増幅した信号を出力する電力増幅器は、入力信号の電力が大きくなると、出力信号の電力が大きくなる。
しかし、電力増幅器の出力信号は、電力が大きくなると、歪みを生じることがある。また、電力増幅器の耐電力には、限りがある。
したがって、１つの電力増幅回路で得られる出力信号の電力には、限りがある。
そこで、図１０に示す電力増幅モジュールでは、大電力が得られるように、複数の電力増幅器３４−１〜３４−４を並列に接続している。

信号分配回路３２は、入力端子３１から高周波信号が入力されると、高周波信号を４つに分配し、分配した高周波信号（以下、「分配高周波信号」と称する。）のそれぞれを第５の伝送線路３３−１〜３３−４に出力する。
第５の伝送線路３３−１〜３３−４は、信号分配回路３２からそれぞれ出力された分配高周波信号のそれぞれを電力増幅器３４−１〜３４−４まで伝送する。

電力増幅器３４−１〜３４−４は、第５の伝送線路３３−１〜３３−４によってそれぞれ伝送された分配高周波信号をそれぞれ増幅し、増幅した分配高周波信号のそれぞれを第６の伝送線路３５−１〜３５−４に出力する。
電力増幅器３４−１〜３４−４のそれぞれは、入力端子３１から入力された高周波信号よりも電力が小さい分配高周波信号を増幅している。
電力増幅器３４−１〜３４−４におけるそれぞれの出力信号の電力は、入力端子３１から入力された高周波信号を１つの電力増幅器のみで増幅した場合の出力信号の電力よりも、小さくなる。したがって、電力増幅器３４−１〜３４−４におけるそれぞれの出力信号は、入力端子３１から入力された高周波信号を１つの電力増幅器のみで増幅した場合の出力信号よりも、歪みが小さい出力信号となる。
第６の伝送線路３５−１〜３５−４は、電力増幅器３４−１〜３４−４からそれぞれ出力された増幅後の分配高周波信号のそれぞれを信号合成回路３６まで伝送する。

信号合成回路３６は、第６の伝送線路３５−１〜３５−４によってそれぞれ伝送された増幅後の分配高周波信号を合成し、合成した分配高周波信号である高周波信号を出力端子３７に出力する。
信号合成回路３６によって複数の分配高周波信号が合成されることで、大電力の高周波信号が得られる。
ただし、信号合成回路３６は、電力増幅器３４−１〜３４−４によってそれぞれ増幅された分配高周波信号が入力されるため、大きな耐電力を有し、かつ、低損失であることが求められる。
非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路は、終端抵抗器で損失が発生するとともに、終端抵抗器での発熱に伴って耐電力が劣化する。したがって、従来の電力分配合成回路は、信号合成回路３６に適していない。
図１、図７又は図９に示す電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができるため、信号合成回路３６に適しており、信号合成回路３６として、図１、図７又は図９に示す電力分配合成回路が用いられる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、インピーダンス変成線路及び結合伝送線路を備える電力分配合成回路に適している。
また、この発明は、信号分配回路及び信号合成回路を備える電力増幅モジュールに適している。

１ 共通端子、２−１〜２−Ｎ 入出力端子、３−１〜３−Ｎ インピーダンス変成線路、４−１〜４−Ｎ 結合伝送線路、４ａ−１〜４ａ−Ｎ 第１の伝送線路、４ｂ−１〜４ｂ−Ｎ 第２の伝送線路、５ 接続点、６−１〜６−Ｎ 終端抵抗器、７−１〜７−Ｎ 第３の伝送線路、８，８−１〜８−Ｎ 放熱機構、１０ 共通端子、１１−１〜１１−５ 入出力端子、２１−１〜２１−３ 電力２分配合成回路、２２−１〜２２−３ 第４の伝送線路、３１ 入力端子、３２ 信号分配回路、３３−１〜３３−４ 第５の伝送線路、３４−１〜３４−４ 電力増幅器、３５−１〜３５−４ 第６の伝送線路、３６ 信号合成回路、３７ 出力端子。

Claims (7)

1. 一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、
   前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、
   前記複数の結合伝送線路のそれぞれが、
   前記複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
   一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
   前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力分配合成回路。
2. 前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、前記複数の終端抵抗器におけるそれぞれの一端と他端が接続されている複数の第３の伝送線路を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
3. 前記複数の終端抵抗器のそれぞれを実装する複数の放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
4. 前記複数の終端抵抗器を実装する放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
5. 前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの線路長が、前記複数の入出力端子から入出力される信号の周波数で４分の１波長の奇数倍の長さであり、
   前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路におけるそれぞれの線路長が、前記４分の１波長の奇数倍の長さであることを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
6. 複数の電力２分配合成回路がトーナメント型に接続されており、
   前記複数の電力２分配合成回路のそれぞれは、
   一端が共通端子と接続され、２つの入出力端子のそれぞれと他端が接続されている２つのインピーダンス変成線路と、
   前記２つのインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている２つの結合伝送線路とを備え、
   前記２つの結合伝送線路のそれぞれが、
   前記２つのインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
   一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
   前記２つの結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている２つの終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力分配合成回路。
7. 入力された信号を分配する信号分配回路と、
   前記信号分配回路により分配された複数の信号のそれぞれを増幅する複数の電力増幅器と、
   前記複数の電力増幅器によりそれぞれ増幅された信号を合成する信号合成回路とを備え、
   前記信号合成回路は、
   一端が共通端子と接続され、前記複数の電力増幅器におけるそれぞれの出力側と他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、
   前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、
   前記複数の結合伝送線路のそれぞれが、
   前記複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
   一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
   前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力増幅モジュール。

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