JPH06224664A - 電力増幅器 - Google Patents

電力増幅器

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JPH06224664A
JPH06224664A JP3295133A JP29513391A JPH06224664A JP H06224664 A JPH06224664 A JP H06224664A JP 3295133 A JP3295133 A JP 3295133A JP 29513391 A JP29513391 A JP 29513391A JP H06224664 A JPH06224664 A JP H06224664A
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line
impedance
capacitor
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Koji Yamamoto
耕司 山本
Kazuichi Yamamoto
員市 山本
Masayoshi Tanaka
將義 田中
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体増幅素子と入出力整合回路と第2次高
調波整合回路とを有する電力増幅器において、信号周波
数が高い場合でも、容易な回路構成によって実現できる
高調波制御型の電力増幅器を提供することを目的とする
ものである。 【構成】 信号波長のほぼ8分の1の長さを具備する結
合線路を、入力整合回路または出力整合回路と結合し、
この結合線路の両端にそれぞれ、有限長の線路長を具備
する第1、第2の接続線路を接続し、第1のリアクタン
ス素子を介して第1の接続線路を接地し、第2のリアク
タンス素子を介して第2の接続線路を接地することによ
って、上記第2次高調波整合回路を構成したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、衛星通信、地上マイク
ロ波通信等に使用されるマイクロ波半導体電力増幅器の
高効率化、すなわち消費電力を低減する電力増幅器に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】電力増幅器の高効率化を図る目的で信号
波の高調波を利用する方法が知られている。すなわち、
増幅素子出力端において、偶数次高調波に対して短絡
し、奇数次高調波に対して開放となるような高調波整合
用インピーダンスを付加することによって、出力電圧波
形の整形を行い、出力電流波形と重ならないようにして
消費電力を低減するものである。実際には、全ての高調
波に対して上記のような整合用インピーダンスを実現す
ることは困難であり、そこで、消費電力に対する影響の
大きな第2次高調波のみを対象にし、その出力インピー
ダンスを最適化することによって、消費電力の充分な低
減効果を見込んでいる。
【0003】図5は、特開昭60−5,615号公報に
記載された「マイクロ波電力増幅器」に示されている図
と同様の図であり、第2次高調波のみを対象にして整合
用インピーダンスを付加した場合の例を示す図である。
【0004】この図において、増幅素子1と、入力整合
回路2と、出力整合回路3と、基本波の約1/8の長さ
を有し、しかも出力整合回路3と結合している第2次高
調波用インピーダンス回路4と、キャパシタC1、C2
と、カップリングコンデンサC3と、DCカット用カッ
プリングコンデンサC5と、バイアスコンデンサC4、
C6と、高調波チョークコイルRFC1、RFC2とが
設けられている。
【0005】この構成において、キャパシタC1、C2
の値を変化させると、増幅信号周波数に対する出力イン
ピーダンスを一定に保持したまま、増幅信号周波数の第
2次高調波に対する出力インピーダンスを独立して変化
させることができる。したがって、2つのキャパシタC
1、C2の値を適切に設定すると、第2次高調波に対す
る出力インピーダンスの最適化、すなわち消費電力の低
減が達成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の電
力増幅器においては、まず、信号周波数が高くなると、
キャパシタC1、C2の必要とされる値は極めて小さく
なるので、精度良く回路を構成させることができないと
いう問題があり、また、信号周波数が高くなると、回路
全体の寸法が小さくなるので、キャパシタC1、C2の
取り付けが困難になるという問題があり、さらに、第2
次高調波用インピーダンス回路として使用されている結
合線路4に取りつけられている素子がキャパシタC1、
C2のみであるので、第2次高調波整合用インピーダン
スの可変範囲が狭いという問題がある。
【0007】本発明は、信号周波数が高い場合でも、容
易な回路構成によって実現できる高調波制御型の電力増
幅器を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体増幅素
子と入力整合回路と出力整合回路と第2次高調波整合回
路とを有する電力増幅器において、信号波長のほぼ8分
の1の長さを具備する結合線路を、入力整合回路または
出力整合回路と結合し、この結合線路の両端にそれぞ
れ、有限長の線路長を具備する第1、第2の接続線路を
接続し、第1のリアクタンス素子を介して第1の接続線
路を接地し、第2のリアクタンス素子を介して第2の接
続線路を接地することによって、上記第2次高調波整合
回路を構成したものである。
【0009】
【作用】本発明は、半導体増幅素子と入出力整合回路と
第2次高調波整合回路とを有する電力増幅器において、
信号波長のほぼ8分の1の長さを具備する結合線路を入
力整合回路または出力整合回路と結合し、この結合線路
の両端にそれぞれ、有限長の線路長を具備する第1、第
2の接続線路を接続し、第1のリアクタンス素子を介し
て第1の接続線路を接地し、第2のリアクタンス素子を
介して第2の接続線路を接地することによって、上記第
2次高調波整合回路を構成したもので、回路全体の寸法
が小さくなってもそのリアクタンス素子の取り付けが容
易であり、したがって、信号周波数が高くなっても設計
性が高い高調波制御型の電力増幅器を実現できる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す図である。
【0011】この実施例において、入力整合回路2と出
力整合回路3との間に増幅素子1が接続され、マイクロ
ストリップ結合線路5は、信号波長の約1/8の長さL
を有し、出力整合回路3と結合している。マイクロスト
リップ結合線路5は、その中央部が接地され、その一端
が、長さL1の接続線路6とキャパシタC11とを介し
て接地され、その他端が、長さL2の接続線路7とキャ
パシタC12とを介して接地されている。また、第2次
高調波整合回路10は、マイクロストリップ結合線路5
と接続線路6、7とキャパシタC11、C12とで構成
されている。さらに、カップリングコンデンサC3と、
DCカット用カップリングコンデンサC5と、バイアス
コンデンサC4、C6と、高調波チョークコイルRFC
1、RFC2とが設けられている。
【0012】なお、マイクロストリップ結合線路5は、
入力整合回路または出力整合回路と結合し、中央部が接
地され、信号波長のほぼ8分の1の長さを具備する結合
線路の一例であり、接続線路6は、結合線路の一端に接
続され、しかも有限長の線路長を具備する第1の接続線
路の一例であり、接続線路7は、結合線路の他端に接続
され、しかも有限長の線路長を具備する第2の接続線路
の一例であり、キャパシタC11は、第1の接続線路と
接地点との間に接続された第1のリアクタンス素子の一
例であり、キャパシタC12は、第2の接続線路と接地
点との間に接続された第2のリアクタンス素子の一例で
ある。
【0013】次に、上記実施例の動作について説明す
る。
【0014】入力端子Tiから入力された信号波は、入
力整合回路2によって適切なインピーダンスに変換さ
れ、増幅素子1に入力される。増幅素子1から出力され
た信号波は、出力整合回路3によって再び適切なインピ
ーダンスに変換され、電力増幅器の出力端子Toから出
力される。増幅素子1の出力には、増幅素子1の非線形
特性によって発生した第2次高調波が含まれているが、
この第2次高調波は、第2次高調波整合回路10によっ
て、信号波とは独立的に整合される。
【0015】図2は、信号波と第2次高調波とが独立的
に整合可能である様子を示す図である。
【0016】この図2において、信号周波数を2.5G
Hzとし、第2次高調波整合回路10を適切な線路に結
合させ、接続線路6、7のそれぞれの長さL1、L2を
信号波の電気長でそれぞれ70度とし、キャパシタC1
2の値を約10pFとし、キャパシタC11の値を1p
Fから20pFまで変化させたときに、信号波に対する
出力整合回路3の入力インピーダンスZ1と、第2次高
調波に対する出力整合回路3の入力インピーダンスZ2
をスミスチャートに表示してある。なお、この場合、接
続線路7の接続部から見た接続線路7とキャパシタC1
2とがなす正規化入力インピーダンスは、約−jになっ
ている。
【0017】図2に示すように、キャパシタC11の値
が変化するのに伴って、スミスチャートの外周部に沿っ
て、入力インピーダンスZ2(第2次高調波に対する出
力整合回路3の入力インピーダンス)がほぼ1周するの
に対して、信号波に対する出力整合回路3の入力インピ
ーダンスZ1は殆ど動かない。したがって、第2次高調
波整合用の結合線路5との結合に必要な長さ(信号波長
の約1/8)を出力整合回路3が備えていれば、出力整
合回路3としては、信号波との整合だけを目的に設計す
ればよい。また、第2次高調波整合回路10は、何ら信
号波に影響を及ぼさないので、その調整を自由に行って
もよい。
【0018】増幅素子1のパッケージやボンディングワ
イヤ等による寄生的なキャパシタやインダクタンスの影
響、また素子の製造時におけるバラツキ等によって、増
幅素子1の出力接続点における第2次高調波整合回路1
0が実現すべきインピーダンスは必ずしも短絡ではない
ので、それらを総合してそのインピーダンスを実験的に
決定する必要がある。
【0019】上記実施例において、設計の段階でキャパ
シタC11、C12の値を変化させたときに、マイクロ
ストリップ結合線路5から接続線路6、7、キャパシタ
C11、C12までのインピーダンスの変化範囲が、第
2次高調波整合回路10が実現すべきインピーダンスの
範囲を含むように、接続線路6、7の長さを予め決めて
おく必要がある。実際の調整時には、電力増幅器の使用
時と同じ条件でその電力増幅器を動作させ、しかもキャ
パシタC11、C12の各値を変化させながら効率を測
定し、高効率動作を行っているときのキャパシタC1
1、C12の値を実際にも使用すればよい。
【0020】図3は、上記実施例の説明図である。
【0021】接続線路6、7のそれぞれに設けられたキ
ャパシタC11、C12のインピーダンスを変化させる
と、増幅信号周波数に対する出力整合回路3のインピー
ダンスを一定に保ったまま、信号周波数の第2次高調波
に対する出力整合回路3のインピーダンスを独立的に変
化させることができ、第2次高調波に対する出力整合回
路3のインピーダンスが適切であれば消費電力の低減が
図れるので、キャパシタC11、C12のインピーダン
スを適切に選択することによって高効率が達成できる。
【0022】上記実施例において、第2次高調波に対す
る出力整合回路3の適切なインピーダンスを選択するた
めには、マイクロストリップ結合線路5の端部に接続さ
れる回路の入力インピーダンスが重要になる。つまり、
このインピーダンスを変えることによって、第2次高調
波に対する出力整合回路3のインピーダンスを変化させ
ることができるので、結合線路5の端部に接続される回
路の入力インピーダンスが重要になる。
【0023】従来構成においては、この回路は、キャパ
シタのみで実現されているが、上記実施例においては接
続線路6、7とキャパシタC11、C12とで構成され
ている。なお、これら接続線路6、7は、キャパシタC
11、C12の取り付けを容易にする機能を有するとと
もに、そのインピーダンスを変換する機能をも有する。
【0024】図4は、上記実施例において、接続線路7
とキャパシタC11とで作られる正規化入力インピーダ
ンスが−jとなるような接続線路7の電気長L2とキャ
パシタC12との関係を示す図である。
【0025】接続線路6、7の長さが0の場合(従来例
の場合)には、非常に小さな値のキャパシタが必要にな
り、実現できないが、長さL2の接続線路7を付加する
ことによって、キャパシタC12の値を実現可能な値に
設定できる。したがって、実現可能なキャパシタの値に
応じて、接続線路7の長さを決めれば、必要な如何なる
インピーダンスをも実現することができる。また、キャ
パシタ以外に、後述するようにインダクタンス等の他の
リアクタンス素子をも利用できるので、自由な設計が可
能になる。
【0026】出力整合回路3と結合するマイクロストリ
ップ結合線路5の端部から接続線路6、7、キャパシタ
C11、C12を見込んだ正規化入力インピーダンスの
一方が約−jとなるように、接続線路6、7の長さとキ
ャパシタC11、C12の値とを決めると、第2次高調
波に対する整合回路のインピーダンスとして、抵抗分の
殆どない純リアクタンスにすることができる。したがっ
て、これを利用して、第2次高調波に対する出力整合回
路3のインピーダンスを最適値に設定することができる
(第2次高調波成分に関して短絡することができる)。
【0027】なお、上記実施例では、マイクロストリッ
プ結合線路5と接続線路6、7とキャパシタC11、C
12とで構成されている第2次高調波整合回路10は、
出力整合回路3に結合されているが、その第2次高調波
整合回路10を入力整合回路2に結合させるようにして
もよい。
【0028】また、上記実施例におけるキャパシタC1
1、C12は集中定数のキャパシタであるが、この代わ
りに、可変容量キャパシタ、インダクタ、分布定数素子
等の他のリアクタンス素子を用いるようにしてもよい。
つまり、接続線路6は、リアクタンス素子を介して接地
されていればよく、接続線路7も、リアクタンス素子を
介して接地されていればよい。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、第2次高調波整合回路
10におけるリアクタンス素子は接続線路を介して取り
付けるので、回路全体の寸法が小さくなってもそのリア
クタンス素子の取り付けが容易であり、したがって、信
号周波数が高くなっても設計性が高いという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電力増幅器の構成例を
示す図である。
【図2】上記実施例における第2次高調波整合回路10
の機能を説明するスミスチャートの一例である。
【図3】上記実施例の説明図である。
【図4】上記実施例において、接続線路7とキャパシタ
C12とで作られる正規化入力インピーダンスが−jと
なるような接続線路7の電気長L2とキャパシタC12
との関係を示す図である。
【図5】従来の電力増幅器の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…増幅素子、 2…入力整合回路、 3…出力整合回路、 5…マイクロストリップ結合線路、 6、7…接続線路、 C11、C12…キャパシタ、 10…第2次高調波整合回路。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 7/38 C 9184−5J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体増幅素子と入力整合回路と出力整合
    回路と第2次高調波整合回路とを有する電力増幅器にお
    いて、上記第2次高調波整合回路は、 少なくとも上記出力整合回路と結合し、中央部が接地さ
    れ、信号波長のほぼ8分の1の長さを具備する結合線路
    と;この結合線路の一端に接続され、しかも有限長の線
    路長を具備する第1の接続線路と;上記結合線路の他端
    に接続され、しかも有限長の線路長を具備する第2の接
    続線路と;上記第1の接続線路と接地点との間に接続さ
    れた第1のリアクタンス素子と;上記第2の接続線路と
    接地点との間に接続された第2のリアクタンス素子と;
    を有するものであることを特徴とする電力増幅器。
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