JPH04104506A - 高周波電力増幅装置 - Google Patents

高周波電力増幅装置

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JPH04104506A
JPH04104506A JP22169690A JP22169690A JPH04104506A JP H04104506 A JPH04104506 A JP H04104506A JP 22169690 A JP22169690 A JP 22169690A JP 22169690 A JP22169690 A JP 22169690A JP H04104506 A JPH04104506 A JP H04104506A
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fundamental wave
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JP22169690A
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Toru Maniwa
透 馬庭
Hisafumi Okubo
大久保 尚史
Masahiko Asano
浅野 賢彦
Shiyuuji Kobayakawa
周磁 小早川
Kazuhiko Kobayashi
一彦 小林
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概  要〕 高周波電力増幅装置の高効率化、大電力化並びに回路の
小形化に関し、 2つの増幅器の出力を合成する高周波電力増幅装置にお
いて、簡単な回路形式で2倍波と3倍波に対する負荷条
件を満たして基本波のみを小形な回路で高効率 大電力
状態で出力できるようにすることを目的とし、 高周波入力信号を同相で2つSこ分配する電力分配器と
、該電力分配器で分配された各出力信号を増幅し且つ高
調波を発生する第1及び第2の増幅器と、これら両増幅
器の出力信号を合成して基本波のみを出力する整合回路
と、を備え、該整合回路が、各増幅器に一端が接続され
共に該増幅器の内部抵抗と同じ特性インピーダンスを有
する第1及び第2の分布定数線路と、両分布定数線路間
に接続され再分布定数線路とは異なる特性インピーダン
スを有する第3の分布定数線路と、該第3の分布定数線
路の中央に接続された基本波出力回路とで構成され、該
第1の増幅器の出力信号を入力する該第1の分布定数線
路の端子の反射係数を311、該第2の増幅器の出力信
号を入力する該第2の分布定数線路の端子の反射係数を
322、両端子間の信号伝達における透過係数を321
及びS12とすると、上記の全回路によるS11+SL
2=322+321の値が、基本波周波数「においてO
12倍波周波数2rにおいて−1,3倍波周波数3fに
おいて1となる散乱特性を有するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は高周波電力増幅装置に関し、特にその高効率化
、大電力化並びに回路の小形化に関するものである。
近年移動体通信や衛星通信に用いられる高周波電力増幅
装置の高効率化が盛んに行われているが、この増幅装置
を搭載した装置自体がどんどん小形になって来ているた
め、高効率増幅装置にも簡単で小形な回路が要求されて
いる。
〔従来の技術〕
従来より、高周波電力増幅装置の高効率化を図るため、
装置内の増幅器から負荷側を見たインピーダンスが2倍
波(偶数次高調波)に対しては短絡、3倍波(奇数次高
調波)に対しては開放となるようにすると有効であるこ
とが知られている。
第13図は、特開昭62−1it号公報(「マイクロ波
電力増幅器」)に示された従来の高周波電力増幅装置の
概略図であり、特に2倍波と3倍波を考慮した場合の例
である。
この従来例では、増幅器(FET)20の入力側と出力
側にそれぞれマイクロストリップ線路21.22を設け
、マイクロストリップ線路22の入力端部には増幅器2
0の出力端で2倍波を短絡状態にするための直列共振回
路23が接続され、マイクロストリップ線路22の中間
部には同じく増幅器20の出力端で3倍波を開放状態(
マイクロストリップ線路22の中間部で短絡状態)にす
るための直列共振回路24がそれぞれ個別に設けられて
いる。従って、マイクロストリップ線路21からは基本
波のみが出力されることとなる。
このような従来例の場合において、高調波に対する負荷
条件を満たしたまま大電力化するためには第13図の回
路を並列に設ける必要があり、回路が大形になってしま
う。
そこで、特開昭63453904号公報では、第14図
に示すように、高周波入力信号を電力分配器1により2
つに分配し、この分配された各出力信号を増幅器2.3
でそれぞれ増幅する回路形式を採っており、更にこれら
の増幅器2,3から基本波rのみを取り出すバントパス
・フィルタ(「・BPF)25 26と、増幅器2,3
からの2倍波2rを短絡させるために2つの2倍波バン
トパス・フィルタ(2f−BPF)27a、27bを含
み、これらバンドパス・フィルタ27a、27bの位相
を移相器(PS)27cで逆相関係に調整するための2
倍波フィルタ27と、増幅器2.3からの3倍波3fを
開放状態にさせるために2つの3倍波バンドパス・フィ
ルタ(3f・BPF)28a、28bを含み、これらバ
ントパス・フィルタ28a、28bの位相を移相器(P
S)28Cで同相関係に調整するための3倍波フィルタ
2日とを設けている。そして、バンドパス・フィルタ2
5.26の各基本波のみの出力は合成器29で合成され
て出力される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、増幅器を大電力化するためには増幅器として
通常、第15図のようなFETパンケージが用いられ、
各FET30a、30bの入力側には入力整合回路31
a、31bかそれぞれ設けられると共に、出力側には共
通の出力整合回路32が設けられている。
しかしながら、このような出力整合回路32の外部に2
倍波、3倍波に対する回路を設けてもこれらの高調波に
対する負荷条件を満たせない場合があり、そのような場
合には第14図に示すような高周波電力増幅装置が便利
であるが、回路にフィルタや移相器を含んでいるため回
路の小形化が困難であった。
従って、本発明は、2つの増幅器の出力を合成する高周
波電力増幅装置において、簡単な回路形式で2倍波と3
倍波に対する負荷条件を満たして基本波のみを小形な回
路で高効率・大電力状態で出力できるようにすることを
目的とする。
〔課題を解決するための手段と作用〕
第1図は本発明に係る高周波電力増幅装置の原理的な構
成図である。
図中、■は高周波入力信号を2分配する電力分配器で、
入力信号を同相で第1及び第2の増幅器2.3に出力す
る。第1及び第2の増幅器2.3は入力電力が大きい場
合には奇数次と偶数次の高調波を発生する。
そして、第1及び第2の増幅器2,3の各出力は整合回
路4の入力端子5,6にそれぞれ接続されており、最終
的に電力は整合回路4の出力端子15から出力される。
ここで、整合回路4の端子5.6.15をそれぞれ3端
子対回路の端子1,2.3とすると、これらの端子1,
2.3に入出力する波をそれぞれal、a2.a3.b
l、b2.b3とすると次の式のようになる ・・・・ (Fl) 尚、式(Fl)の右辺第1項の行列[3)は散乱行列と
して知られているものであり、この式では、例えば、端
子1では入力a1に対して反射係数S11で端子1から
出力b1が反射され、端子2への入力a2に対して透過
係数312で端子1から出力b1が透過されることを意
味している。
また、第1及び第2の増幅器2.3の出力の振幅が等し
いものとし、また位相も電力分配器1で同相に分配され
るのでal=a2=aと置き、方、端子3からの入力は
ないのでa3=0とすると弐(Fl)は、 となる。従って、S11+S12.S22+S21の値
が基本波に対して0.2倍波に対して−1,3倍波に対
して1となるように整合回路4を構成すると、一つの増
幅器からみた負荷条件が基本波に対して整合、2倍波に
対して短絡、3倍波に対して開放となって高効率化が実
現されることになる。
本発明では、この整合回路4を第1図に示すように各増
幅器2.3に一端が接続され共に該増幅器23の内部抵
抗と同じ特性インピーダンスを有する第1及び第2の分
布定数線路マ、8と、両分布定数線路7,8間二こ接続
され両分布定数線路7.8とは異なる特性インピーダン
スを有する第3の分布定数線路9と、該第3の分布定数
線路9の中央に接続された基本波出力回路10とで構成
し、該第1の増幅器2の出力信号を入力する該第1の分
布定数線路7の端子5の反射係数をSit、該第2の増
幅器3の出力信号を入力する該第2の分布定数線路8の
端子6の反射係数を522、両端子5.6間の信号伝達
における透過係数を821及び512とすると、上記の
全回路によるS11+SL2=322+321の値が、
基本波周波数fにおいて0.2倍波周波数2fにおいて
−1,3倍波周波数3fにおいて1となる散乱特性を有
するように構成したものである。
以下、この整合回路4の構成原理について説明する。
まず、第1図のように分布定数線路7.8.9と基本波
出力回路10とを接続した場合の等価回路を第2図に示
す。但し、分布定数線路7.8は増幅器2.3の内部抵
抗と等しい特性インピーダンスR1を有し、その電気長
は共にθFとする。
また、分布定数線路9は別の特性インピーダンスR1と
電気長2θアとを有するものとし、その中央接続点16
に接続された負荷も含めた基本波出力回路10の等価回
路を分布定数線路9の特性インピーダンスで規格化した
アドミタンスG+jBで考える。尚、Nは高調波の次数
である。
この等価回路では、T(伝達散乱)行列を用いると第2
図に示すように表すことが出来るが、この場合の1行列
について第3図を用いて簡単に説明する。
即ち、第3図(A)に示すように成る4端子回路の入力
をal、a2.出力をbl、b2とする七、これらの入
出力関係は同図(B)に示すように、S行列と1行列の
双方を用いて表すことができ、更にこれらの関係から同
図(C)及び(D)の関係が得られる。
従って、これらのS行列と下行列との関係を用いると、
第2図の1行列からS行列に変換することにより、上記
の式(F2)中の反射係数S11及び透過係数312が
得られ、結局、5114S12 (=322+321)
の値が第4図(A)に示す式(F3)として求められる
この式(F3)において、高調波に関しては基本波出力
回路10で電力を消費させないため、G+jB=Oで切
り離した形にするので、この場合には第2図の等価回路
の1行列は第5図に示すように簡略化することができ、
この場合の式(F2)中の311+312 (=322
+S21)の値は第4図(B)の式(F4)に示す値と
なる。
そして、分布定数線路7,8の特性インピーダンスR1
は予め増幅器2,3の内部抵抗と決まっているので、残
りの電気長θ、並びに分布定数線路9の特性インピーダ
ンスR7と電気長θTは、上記の式(F4)が、N=2
 (2倍波)のときlでN=3 (3倍波)のときlと
なる値に選ばれる。
このようにして分布定数線路7.8.9の特性インピー
ダンスと電気長が決まると、今度は、基本波については
、式(F3)において上記の値RF +  RT + 
 θ2.θ、を代入すると共にN=1として式(F3)
による311+SL2 (=322+321)=0とお
くと、基本波出力回路10のアドミタンスG+jBのコ
ンダクタンスGとサセプタンスBを求めることができる
従って、基本波出力回路10を第6図に原理的に示すよ
うに、二本の直列接続された分布定数線路11.13と
、これらの分布定数線路の接続点において分布定数線路
9と並列接続されて3倍波に共振する共振回路12と、
分布定数線路13と出力端子15との接続点において分
布定数線路9と並列接続されて2倍波に共振する共振回
路14とで構成し、これらの分布定数線路11.13の
特性インピーダンスR,,R,は上記に求めたGとBか
ら求められる。
そして、分布定数線路11.13の電気長θ。
θ、は、分布定数線路9との接続点16から見た基本波
出力回路10の高調波(2倍波、3倍波)に対する負荷
条件が開放(インピーダンスが無限大)となる位置(電
気長)であり、この位置において共振回路12.14が
分布定数線路9に並列接続されることとなる。
このようにして、基本波については、増幅器2(増幅器
3)から整合回路4に入力した波は整合回路4の端子5
(端子6)からの反射波と、増幅器3(増幅器2)から
端子6(端子5)に入力し端子5(端子6)に出力する
透過波によって打ち消されると整合状態になり端子15
に最大電力が出力される。
そして、2倍波と3倍波に関してはそれぞれ、反射波と
透過波が合成され整合回路4への入力と逆相になると短
絡、同相になると開放状態となり、端子15には出力さ
れないこととなり、高効率の大電力増幅を行うことがで
きる。
〔実 施 例] 第7図は、第1図に示した本発明に係る高周波電力増幅
装宜の一実施例を示したもので、入力高周波信号は電力
分配器Iで同相で二分され増幅器2.3に入力される。
増幅器2の出力は特性インピーダンスRFが増幅器の内
部抵抗の値に等しく、基本波における電気長が15°の
分布定数線路7に接続されている。分布定数線路7の他
端は特性インピーダンスが分布定数線路7の2.27倍
で基本波における電気長が2 X 37.9°の分布定
数線路9に接続されている。
分布定数線路9の他端は分布定数線路7と同じパラメー
タを有する分布定数線路8に接続されており、分布定数
線路8の他端は増幅器3の出力に接続されている。分布
定数線路9の中央には基本波出力回路10が接続されて
いる。
この接続点16から基本波出力回路10を見込むインピ
ーダンスを無限大(アドミタンスG十jB=0)とする
と、増幅器2.3に接続されている整合回路4おける上
記の各内部抵抗及び電気長を弐(F4)に代入したとき
、その値は2倍波で1.3倍波で1となる。
第8図は、本発明の他の実施例を示しており、この実施
例では、分布定数線路7.8は特性インピーダンスが増
幅器2,3の内部抵抗の値に等しく、基本波における電
気長が22.5°であり、分布定数線路9は特性インピ
ーダンスが分布定数線路7,8の2.33倍で基本波に
おける電気長が2X 33.4 ’である。
この実施例でも、分布定数線路9の中間接続点から基本
波出力回路10を見込むインピーダンスを無限大とする
と、増幅器2.3に接続されている整合回路4は式(F
4)を適用できその値は2倍波で−1,3倍波で1とな
る。
第9図には、第1図に示した基本波出力回路10の一実
施例が示されており、接続点16から特性インピーダン
スR4で基本波における電気長θ3が30@ (これは
3倍波共振回路12が3倍波で短絡状態となるときに対
応する電気長で一定値となる)の分布定数線路11が接
続されている。この分布定数線路11の他端からは、特
性・インピダンスR3で基本波にお゛ける電気長がθ5
の分布定数線路13が接続され、その他端は出力端子1
5になっている。
また、分布定数線路11と13の接続点には3倍波にお
ける共振回路12が負荷と並列に接続されており、この
共振回路12はキャパシタとインダクタによる直列共振
器で構成されている。
分布定数線路13と15との間には2倍波における共振
回路14が負荷と並列に接続されており、この共振回路
14もキャパシタとインダクタによる直列共振器で構成
されている。
そして、接続点16からみたインピーダンスが2倍波で
開放となるようにθ、が決定される。この場合のθ、は
2倍波で接続点16が開放状態となるような電気長であ
るが、3倍波共振回路12の2倍波における特性にも依
存する電気長となる。
また、R,、R1は基本波において式(F3)の値がO
になるインピーダンス(アドミタンスG+jB)から決
定される。
第10図は、基本波出力回路10の他の実施例か示され
ており、この実施例では、共振回路12が3倍波におい
て1/4波長の先端開放スタブで構成されており、共振
回路14が2倍波において1/4波長の先端開放スタブ
で構成されている点が第9図の実施例と異なっている。
第11図は、基本波出力回路10の更に別の実施例を示
しており、この実施例では、共振回路12.14がそれ
ぞれ薄膜キャパシタ121.141と細いマイクロスト
リンプ線路122.142の直列共振器で構成されてい
る点が第9図及び第10図の実施例と異なっている。
第12図は、本発明に係る高周波電力増幅装置をパッケ
ージFETに応用した例を示しており、この場合には、
第8図の例と第11図の例を組み合わせたもので、入力
信号は電力分配器1で分配されて入力整合回路31a、
31bを経由した後、FET2.3でそれぞれ増幅され
る。
FET2,3の出力信号は分布定数線路7及び8に送ら
れ、更に分布定数線路9の中央部から基本波出力回路1
0に送られ、3倍波は共振回路12で短絡され、2倍波
は共振回路14で短絡される結果、分布定数線路11及
び13を経由して出力端子15からは基本波のみが出力
されることとなる。
この場合、分布定数線路13の長さは基本波の波長の1
/4程度かそれ以下になるため増幅装置全体の大きさは
最大でも基本波の波長の1/2平方以内におさめること
が可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、増幅器を2個並
列動作させて大電力増幅させる高周波電力増幅装置にお
いて、各増幅器の出力に分布定数線路を接続し、これら
の分布定数線路間を更に別の分布定数線路で接続してそ
の中央に基本波出力回路を接続してその接続点から見た
負荷条件が2倍波及び3倍波に対して開放となり、基本
波に対しては両増幅器から最大電力を出力するように構
成したので、各増幅器の出力側で2倍波は短絡、3倍波
は開放となって高効率化を達成することができる。
またフィルタや移相器を用いないため装置構成が簡単で
小形化でき、更に装置をすべて分布定数線路の一種であ
るマイクロストリンプ線路を用いて構成すれば増幅器全
体をMMrC化することも可能とり、−層小形な増幅器
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る高周波電力増幅器の原理構成ブ
ロック図、 第2図は、本発明における整合回路の等価回路とそのT
(伝達散乱)行列を示した図、第3図は、S(散乱)行
列とT行列との変換を説明するための図、 第4図は、S行列におケルS 11+312 (S22
+321)の値を求める式を示した図、第5図は、第2
図の等価回路を高調波の場合について考えたときの等価
回路とそのT行列を示した図、 第6図は、本発明で用いる基本波山ツノ回路を原理的に
示したブロック図、 第7図及び第8図は、それぞれ第1図の原理図に数値を
適用した実施例を示す図、 第9図乃至第11図は、それぞれ第6図に示した基本波
出力回路の実施例を示した図、第12図は、本発明をF
ETパッケージに組み込んだときの実施例を示した図、 第13図乃至第15図は、それぞれ従来例を示した図、
である。 図中、 1:電力分配器、 2:第1の増幅器、 3:第2の増幅器、 4:整合回路、 5.6:第1、第2の増幅器からの入力端子、7:第1
の分布定数線路、 8:第2の分布定数線路、 9:第3の分布定数線路、 0:基本波出力回路、 l:第4の分布定数線路、 2:3倍波共振回路、 3:第5の分布定数線路、 4:2倍波共振回路、 5:出力端子 6:分布定数線路9と基本波出力回路との接読点。 図中、 同一符号は同−又は相当部分を示す。 理 人

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高周波入力信号を同相で2つに分配する電力分配
    器(1)と、該電力分配器(1)で分配された各出力信
    号を増幅し且つ高調波を発生する第1及び第2の増幅器
    (2)(3)と、これら両増幅器(2)(3)の出力信
    号を合成して基本波のみを出力する整合回路(4)と、
    を備え、該整合回路(4)が、各増幅器(2)(3)に
    一端が接続され共に該増幅器(2)(3)の内部抵抗と
    同じ特性インピーダンスを有する第1及び第2の分布定
    数線路(7)(8)と、両分布定数線路(7)(8)間
    に接続され両分布定数線路(7)(8)とは異なる特性
    インピーダンスを有する第3の分布定数線路(9)と、
    該第3の分布定数線路(9)の中央に接続された基本波
    出力回路(10)とで構成され、該第1の増幅器(2)
    の出力信号を入力する該第1の分布定数線路(7)の端
    子(5)の反射係数をS11、該第2の増幅器(3)の
    出力信号を入力する該第2の分布定数線路(8)の端子
    (6)の反射係数をS22、両端子(5)(6)間の信
    号伝達における透過係数をS21及びS12とすると、
    上記の全回路によるS11+S12=S22+S21の
    値が、基本波周波数fにおいて0、2倍波周波数2fに
    おいて−1、3倍波周波数3fにおいて1となる散乱特
    性を有することを特徴とした高周波電力増幅装置。
  2. (2)該基本波出力回路(10)が、該散乱特性を与え
    る全回路に基づいてS11+S12=S22+S21の
    値が基本周波数fにおいて0となるインピーダンスを有
    していることを特徴とした請求項1に記載の高周波電力
    増幅装置。
  3. (3)該基本波出力回路(10)が、該第3の分布定数
    線路(9)との接続点から基本波において所定電気長と
    特性インピーダンスの第4の分布定数線路(11)と、
    該第4の分布定数線路(10)の出力端子に並列接続さ
    れ3倍波に対して接地状態となるように共振する共振回
    路(12)と、該第4の分布定数線路(11)に接続さ
    れた特性インピーダンスの異なる第5の分布定数線路(
    13)と、該第5の分布定数線路(13)の出力端子に
    並列接続され2倍波に対して接地状態となるように共振
    する別の共振回路(14)とで構成され、該第4及び第
    5の分布定数線路(11)(13)が、全回路によるS
    11+S12=S22+S21の値を0にする特性イン
    ピーダンスを有し3倍波及び2倍波について該第3の分
    布定数線路(9)との接続点から基本波出力回路(10
    )を見込む負荷条件が開放となる電気長を有するように
    可変選択されることを特徴とした特許請求の範囲第1項
    記載の高周波電力増幅装置。
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Cited By (5)

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