JPH06350393A - 電力分配器 - Google Patents

電力分配器

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JPH06350393A
JPH06350393A JP13634793A JP13634793A JPH06350393A JP H06350393 A JPH06350393 A JP H06350393A JP 13634793 A JP13634793 A JP 13634793A JP 13634793 A JP13634793 A JP 13634793A JP H06350393 A JPH06350393 A JP H06350393A
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JP
Japan
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line
transmission line
lines
output
resistor
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JP13634793A
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English (en)
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Dekuru Rogan
デクル ロガン
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 進行波増幅器の理論に従って、電力分配器を
構成する一般的な構造を提供する。 【構成】 ライン1,2とからなる伝送ラインは、ライ
ン1が入力ポート33に、ライン2が抵抗3にそれぞれ
接続されている。ライン1,2の接続点は、ライン1
3,14によってFET4,5のゲートに接続されてい
る。FETの各ソースは、接地されている。ライン6,
7からなる伝送ラインは、ライン6が抵抗8に、ライン
7が出力ポート44にそれぞれ接続されている。ライン
6,7の接続点はライン12によってFET4のドレイ
ンに接続されている。ライン9,10からなる伝送ライ
ンは、ライン9が抵抗11に、ライン10が出力ポート
55にそれぞれ接続されている。ライン9,10の接続
点は、ライン15によってFET5のドレインに接続さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MMICやMIC回路
に適用可能な能動的な電力分配器に関する。
【0002】
【従来の技術】多くの応用例においては、損失無しに信
号を分割することが必要とされる。このことは、特に、
多くの発振器出力また信号サンプリングを必要とする装
置において望まれている。この種の装置に用いられる電
力分配器は、Wilkinsonによって、“A n
way hybrid power divider,
IRE Trans MTT−8 Jan 1960
pp116−118”に紹介されている電力分配器(実
際にはNウェイ分配器である)のように、受動素子であ
る。
【0003】図7に、Wilkinsonの電力分配器
の例を示す。この電力分配器は、5本の伝送ライン71
〜75と1個の抵抗器76とによって構成されている。
伝送ライン71の一端は入力ポート77に接続され、伝
送ライン71の他端は、伝送ライン72および73の一
端に接続されている。伝送ライン72および73の他端
は、抵抗76を経て互いに接続されている。抵抗76と
伝送ライン72との接続点は、伝送ライン74の一端に
接続され、伝送ライン74の他端は出力ポート78に接
続されている。抵抗76と伝送ライン73との接続点
は、伝送ライン75の一端に接続され、伝送ライン75
の他端は出力ポート79に接続されている。
【0004】このようなWilkinsonの電力分配
器によれば、各伝送ラインの幅と長さを調整することに
より、中心周波数を最適化でき、分配の比も最適化でき
る。信号が電力分配器に与えられると、電力分配器は対
称性(すべての伝送ラインの長さが対称的に等しけれ
ば)によって、信号を等位相,等振幅である2つの部分
に分割する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のWil
kinsonの電力分配器は、各出力ポートに対して、
抵抗を接続する共通点が必要なため、3つ以上の出力ポ
ートを有するプレーナ回路網に対しては実用的でない。
また従来の電力分配器は、動作周波数帯域が制限され、
帯域幅は中心周波数の値の約36%であるということ
が、“Microwave transmission
couplers,Malherbe J.A.G.
Artech House 1985”に開示されてい
る。
【0006】また、これらの考察によると、伝送ライン
の長さと幅が固定されていれば、分配比は可変できない
ことが容易に理解できる。さらには、従来の電力分配器
は、伝送ラインが長いためにMMIC回路上に伝送ライ
ンを集積できないことが、問題である。
【0007】以上の問題点を整理すると、以下のとおり
である。 (1)出力ポートが2つしかない。 (2)周波数帯域が狭い。 (3)損失が多い。 (4)MMIC回路上に集積できない。
【0008】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、3つ以上の出力ポート、広い周波数帯域、高利得を
有し、MMIC回路上に集積可能な構造を有する電力分
配器を実現することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電力分配器は、
第1および第2のラインよりなる第1の伝送ラインを備
え、第1のラインは入力ポートに接続され、第2のライ
ンは抵抗を経て接地され、第3および第4のラインより
なる第2の伝送ラインを備え、第3のラインは抵抗を経
て接地され、第4のラインは第1の入力ポートに接続さ
れ、第5および第6のラインよりなる第3の伝送ライン
を備え、第5のラインは抵抗を経て接地され、第6のラ
インは第2の入力ポートに接続され、第1および第2の
FETを備え、第1のFETのゲートは、第7のライン
を経て、前記第1と第2のラインの接続点に接続され、
ドレインは、第8のラインを経て、前記第3と第4のラ
インの接続点に接続され、ソースは、直接にまたはライ
ンを経て接地され、第2のFETのゲートは、第9のラ
インを経て、前記第1と第2のラインの接続点に接続さ
れ、ドレインは、第10のラインを経て、前記第5と第
6のラインの接続点に接続され、ソースは、直接にまた
はラインを経て接地されている、ことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の原理を説明する。高利得を実現するた
めの唯一の方法は、FETのような能動素子を用いるこ
とである。FETを用いると、信号を増幅するために多
くの種類の構造を選択することが可能になる。最も興味
のある構造は、進行波増幅器構造である。というのは、
動作帯域周波数が大きいからである。この構造の主な利
点は、数個のFETの相互コンダクタンスを、それらの
入力キャパシタンスを結合することなく、結合できるこ
とである。この種の構造は、計算が容易で、信頼性が改
善されているので、MMIC上で使用することは非常に
興味深い。また、多出力および多段に拡散することは、
もはや難しいことではない。
【0011】進行波理論は、FETの特性(キャパシタ
ンスとレジスタンス)および伝送ラインによって生成さ
れるインダクタンスの結合に基づいている。したがっ
て、その原理は、FETのゲートおよびドレイン上に人
為的な伝送ラインを形成することである。この人為的な
伝送ラインは、抵抗と整合され、伝送ラインは広帯域周
波数で信号を駆動できるので、伝送ラインは非常に広帯
域となる。主な制限は、伝送ラインの特性を変化させる
FETのキャパシタンスの変動による不具合である。こ
の不具合を解消するために、本発明の電力分配器は、F
ETの増幅効果を利用し、最も簡単な場合(等分配)に
は、回路の対称性を利用している。伝送ラインのモデル
化は、並列に設けられた一連のインダクタンス(小さな
ライン)とキャパシタンスとによって行われる。入力伝
送ラインに到来する信号は、この伝送ラインの幾つかの
点において分割される。したがって、n個の出力に関連
するパスは、FET特性に基づく増幅装置といくつかの
伝送ラインとによって再結合される。整合回路網は、各
出力および入力ポートに関連した1組の抵抗である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0013】まず最初に、1段2出力の電力分配器の構
造を図1により説明する。この電力分配器は、2本のラ
イン1および2よりなる伝送ラインを備え、ライン1は
入力ポート33に、ライン2は抵抗3の一端にそれぞれ
接続されている。抵抗3の他端は接地されている。2本
のライン1,2の接続点は、FET4およびFET5の
ゲートに、ライン13,14を経て接続されている。
【0014】FET4,5のソースは、直接に、または
ラインを経て接地することができる。本実施例では、直
接に接地されている。
【0015】本実施例の電力分配器は、2本のライン6
および7よりなる伝送ラインをさらに備え、ライン7は
出力ポート44に、ライン6は抵抗8の一端にそれぞれ
接続されている。抵抗8の他端は接地されている。2本
のライン6,7の接続点は、ライン12を経てFET4
のドレインに接続されている。
【0016】本実施例の電力分配器は、2本のライン9
および10よりなる伝送ラインをさらに備え、ライン1
0は出力ポート55に、ライン9は抵抗11の一端にそ
れぞれ接続されている。抵抗11の他端は接地されてい
る。2本のライン9,10の接続点は、ライン15を経
てFET5のドレインに接続されている。
【0017】本発明者は、進行波増幅器の計算に基づい
て、ゲートのライン・モデル化においてFET4とFE
T5のゲート・ソース間に2つのキャパシタンスを並列
に含むことによって、単一増幅器と同じ効果が得られる
ことを、わかっている。この原理によれば、伝送ライン
は、長さが伝搬波長の1/2に等しく、整合インピーダ
ンスに適合しているライン1,2によってモデル化され
る。
【0018】図2および図3に、2出力2段構造に関連
したシミュレーション例を示す。図2は、2出力2段構
造のSパラメータ計算に関連する数値を示すグラフであ
り、入力整合S11と出力整合S22をDB対周波数で
示している。また図3は、2出力2段構造のSパラメー
タ計算に関連する数値を示すグラフであり、構造S21
の利得をDB対周波数で示している。
【0019】このシミュレーションは、約10GHz帯
域で、約3dBの利得と、同じ動作帯域で少なくとも−
7dBの入力整合とを示している。この原理は、進行波
増幅器の場合と同様に多数のデバイスを直列に接続する
ことによって、簡単に多段装置に拡張できる。
【0020】ゲート上での等価ライン計算に対する、入
力キャパシタンスの組み合わせに、違いが存在する。N
個の出力が必要ならば、増幅器に対する古典的な計算
を、Cgdの代わりにN×Cgdに置き換えて使用する
ことができる。したがって、入力キャパシタンスが主要
な制限であり、非常に高い周波数を遮断するには、入力
キャパシタンスが小さいほど好適であることが容易に理
解できるであろう。すべての出力ポートにおける電力利
得は、以下の式で示される。
【0021】G=(Ngm0/2)2 odog ここに、gm0はFETの相互コンダクタンスを、Zod
はゲート・ライン上の整合インピーダンスを、Zogはド
レイン・ライン上の整合インピーダンスをそれぞれ表し
ている。ラインの特性によって、遮断周波数Fc は以下
の式で示される。
【0022】Fc =1/2πCt od ここに、Ct はFETのドレイン・ソース間の容量であ
る。したがって、遮断周波数Fc の計算を定在波比(S
WR)に関係させることによって、利用できる最大周波
数Fを、次式により表すことができる。
【0023】
【数1】
【0024】図4は、2出力多段電力分配器を示す。こ
の2出力多段電力分配器は、図1の1段2出力をほぼ基
本構成とし、これを縦続に接続することにより得られ
る。図4は、図面を簡単にするため、2段構成のものを
示している。第1段の構成で、図1と同じ要素には、図
1と同じ参照番号を付して示してある。2段目の構成
は、FET21,22と、ライン23〜29とで構成さ
れている。
【0025】長い計算を避けるために、すべての中間ラ
インは同じ長さとした。出力ラインは、中間ラインの2
倍の長さとした。抵抗は50Ωとした。帯域幅を増大さ
せるために、これらのすべての値を調整することは容易
である。段の数は、各出力の利得を決定する。進行波の
効果が無くならないようにするためには、相互コンダク
タンスの値およびラインの損失に関係した或る数に制限
される。
【0026】図5は、1段多出力の電力分配器を示す。
図面を簡単にするために、3出力の場合を示してある。
図1の構成に、FET31、ライン34〜37、抵抗3
8、出力ポート66を付加したものである。FET31
のベースは、ライン32を経て、ライン1と2の接続点
に接続されている。FET31のソースは接地され、ド
レインはライン35を経てライン36と37の接続点に
接続されている。ライン36の他端は抵抗38の一端に
接続され、抵抗の他端は接地されている。ライン37の
他端は、出力ポート66に接続されている。各出力の利
得は、図1の1段2出力の場合と同じである。
【0027】図6は、図4と図5の構成を組み合わせ
た、2段3出力の電力分配器を示す。この構成によれ
ば、より多くの利得および3出力が得られる。この構造
は、並列ライン群および基本セル構成の段よりなるの
で、基本的に多くの計算を要しないことがわかってい
る。
【0028】
【発明の効果】現在まで、電力分配器は、損失の多い構
造であり、かつ、調和周波数構造であるとみなされてき
た。本発明の主な利点は、1段の場合には、利得が得ら
れる、あるいは少なくとも損失がないことである。動作
周波数帯域は広く、少なくとも数GHzである。電圧を
調整でき、出力を等しくしないようにできるために、本
発明の電力分配器はある種の非等価広帯域電力分配器で
ある。MMIC集積化に好適に適合された技術の使用に
より、本発明の電力分配器を集積化できる。
【0029】FETのような能動素子の使用に基づい
て、利得は、ゲートまたはドレイン電圧(すなわちドレ
イン電流)を調整することにより可変できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】2出力1段構造の電力分配器の回路図である。
【図2】2出力2段構造のSパラメータ計算に関連する
数値を示すグラフであり、入力整合S11と出力整合S
22をdB対周波数で示している。
【図3】2出力2段構造のSパラメータ計算に関連する
シミュレーション結果を示すグラフであり、構造S21
の利得をdB対周波数で示している。
【図4】2出力多段構造の電力分配器の回路図である。
【図5】多出力1段構造の電力分配器の回路図である。
【図6】多出力多段構造の電力分配器の回路図である。
【図7】Wilkinsonの計算に基づいた典型的な
共通電力分配器の回路図である。
【符号の説明】
1,2,6,7,9,10,12,13,14,15,
23〜29,34,35,36,37,71,72,7
3,74,75 伝送ライン 4,5,21,22,31 FET 3,8,11,38,76 抵抗器 33,77 入力ポート 44,55,66,78,79 出力ポート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力が入力される入力伝送ラインと、この
    入力伝送ラインから分岐する分岐伝送ラインと、この分
    岐伝送ラインに接続される出力伝送ラインとを基本構成
    要素として有し、前記分岐伝送ライン中に能動素子が設
    けられていることを特徴とする電力分配器。
  2. 【請求項2】請求項1記載の構成が並列に接続されて1
    段多出力を構成することを特徴とする電力分配器。
  3. 【請求項3】請求項2記載の構成が縦続に接続されて、
    多段多出力を構成することを特徴とする電力分配器。
  4. 【請求項4】第1および第2のラインよりなる第1の伝
    送ラインを備え、第1のラインは入力ポートに接続さ
    れ、第2のラインは抵抗を経て接地され、 第3および第4のラインよりなる第2の伝送ラインを備
    え、第3のラインは抵抗を経て接地され、第4のライン
    は第1の入力ポートに接続され、 第5および第6のラインよりなる第3の伝送ラインを備
    え、第5のラインは抵抗を経て接地され、第6のライン
    は第2の入力ポートに接続され、 第1および第2のFETを備え、 第1のFETのゲートは、第7のラインを経て、前記第
    1と第2のラインの接続点に接続され、ドレインは、第
    8のラインを経て、前記第3と第4のラインの接続点に
    接続され、ソースは、直接にまたはラインを経て接地さ
    れ、 第2のFETのゲートは、第9のラインを経て、前記第
    1と第2のラインの接続点に接続され、ドレインは、第
    10のラインを経て、前記第5と第6のラインの接続点
    に接続され、ソースは、直接にまたはラインを経て接地
    されている、 ことを特徴とする電力分配器。
JP13634793A 1993-06-08 1993-06-08 電力分配器 Pending JPH06350393A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354788A (zh) * 2011-09-15 2012-02-15 南京肯立科技有限责任公司 一种空气带状线宽带低互调一分三功分器

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