JPH0744408B2 - 電力合成形電力増幅装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は複数の増幅器を用いて複数のチャネルを増幅
する電力合成形電力増幅装置に関するものである。

「従来の技術」 第９図は従来この種の電力合成形電力増幅装置をインパ
ットダイオード等を使用した反射形増幅器を用いて構成
した場合の構成図である。この従来装置は特願昭59-200
959号明細書に詳細に述べられている。ここではこれを
簡単に説明する。信号入力端子1₁〜1_Mは第１電力結合器
２のＭ個の入力端に接続され、第１の電力結合器２のＮ
個の出力端はＮ個のサーキュレータ3₁〜3_Nの第１の端子
4₁〜4_Nにそれぞれ接続され、サーキュレータ3₁〜3_Nの第
２の端子5₁〜5_Nにそれぞれ反射形増幅器6₁〜6_Nがそれぞ
れ接続され、サーキュレータ3₁〜3_Nの第３の端子7₁〜7_N
は第２の電力結合器８のＮ個の各信号入力端子にそれぞ
れ接続されている。１つの信号入力端子1_i（ｉ＝１〜
Ｍ）に入力された信号は第１の電力結合器２によりＮ個
の各信号出力端子に等分配され、Ｎ個のサーキュレータ
3₁〜3_Nを介してそれに接続するＮ個の増幅器6₁〜6_Nでそ
れぞれ増幅され、その増幅出力はＮ個のサーキュレータ
3₁〜3_Nを介して第２の電力結合器８のＮ個の各信号入力
端に入力され、第２の電力結合器８により合成されて１
つの信号出力端子9_iに出力される。同様にして、他の１
つの信号入力端子に入力された信号はＮ個の増幅器6₁〜
6_Nで分配増幅され、他の１つの信号出力端子に出力され
る。

従来、この種の電力合成形電力増幅装置は、第１及び第
２の電力結合器２及び８が多数のハイブリッド結合器で
構成され、装置の規模が大型になり、重量が大となる欠
点を有していた。例えば人工衛星に搭載することを考え
た場合、装置の大型化，重量の増大は重大な欠点とな
り、装置の小型，軽量化が重要な課題となっている。

この発明は第１及び第２の電力結合器を１つの電力結合
器で構成することにより、電力合成形電力増幅装置の小
型，軽量化を達成するものである。

「問題点を解決するための手段」 この発明によればＮ（＝2ⁿ,n≧１の整数）個の第１信号
端子とＮ個の第２信号端子とを有する電力結合器と、上
記Ｎ個の第２信号端子にそれぞれ接続され、その第２信
号端子から入力される信号を増幅してその増幅出力をそ
の第２信号端子に出力するＮ個の反射形増幅器とを備
え、〔a,b〕の標記により２入力端子“a",“b"及び２出
力端子“a",“b"を有するバイブリッド結合器を特定す
るものとすると、上記電力結合器はN/2個のハイブリッ
ド結合器を並列に配列したものがｎ段縦続的に配され、
その１段目のハイブリッド結合器の入出力端子に対して
は〔2k＋1,2k＋２〕（ｋ＝0,1,…，2^n-1−１）の番号を
付し、２段目のハイブリッド結合器の入出力端子に対し
ては〔4k₁+k₂+1,4k₁+k₂+3〕（k₁＝0,1,…，2^n-2−1,k₂
＝0,1）の番号を付し、ｉ番目のハイブリッド結合器の
入出力端子に対しては〔2ⁱk₁+k₂+1,2ⁱk₁+k₂+2^i-1+1〕
（k₁＝0,1,…，2^n-i−1,k₂＝0,1,…，2^i-1−１）の入出
力端子番号を付し、同様に順次ｎ段目のハイブリッド結
合器まで入出力端子に番号を付したとき、段間において
夫々対応する番号の前段出力端子及び後段入力端子が接
続され、１段目のハイブリッド結合器の入力端子が電力
結合器の第１信号端子とされ、ｎ段目のハイブリッド結
合器の出力端子が電力結合器の第２信号端子とされＮ個
の第１信号端子のうち入力信号が供給されるＭ（Ｍ≦N/
2）個が信号入力端子として使用され、残りの第１信号
端子が出力端子として使用される。このようにこの発明
によれば電力結合器は１つで済み、それだけ構成が簡単
になり、しかも、小型，軽量に構成することができる。

なお、必要に応じて前記電力結合器のＮ個の第１信号端
子のうち任意のＳ個（Ｓ≦Ｎ）にＳ個のサーキュレータ
の第１端子がそれぞれ接続され、これらＳ個のサーキュ
レータの各第２端子が第３信号入力端子とされ、各第３
端子が第４信号出力端子とされ、このS₁個の信号入力端
子と、サーキュレータが接続されない第１信号端子との
計Ｎ個の端子のうち、入力信号が供給されるM₂（M₂≦
Ｎ）個を信号入力端子とする。このようにして全体とし
ての信号入力端子及び信号出力端子の数を増加させるこ
とができる。

前記入力信号が供給される第１又は第３信号入力端子は
M₃（M₃＜Ｎ）個とされ、そのM₃個の信号入力端子に信号
を入力した際に、第１信号端子又は第４信号出力端子の
M₃個に供給される信号が通らないハイブリッド結合器が
Ｌ個存在するとき、それらのＬ個のハイブリッド結合器
のうちL₂（L₂≦Ｌ）個を除去してもよい。

電力結合器のＮ個の第２信号端子とＮ個の反射形増幅器
との間にそれぞれ直列に移相器が挿入され、第１又は第
３信号端子から入力され信号が出力される第１又は第４
信号端子に出力される端子の関係が変更される。

第１図はこの発明による電力合成形電力増幅装置の一例
を示す。Ｎ個の信号端子11_i（ｉ＝１〜Ｎ）、Ｎ個の信
号端子12_i（ｉ＝１〜Ｎ）を持つ電力結合器13の各信号
端子12_i（ｉ＝１〜Ｎ）にそれぞれ反射形増幅器6₁〜6_N
が接続される。

電力結合器13は例えば90°ハイブリッド結合器の多段結
合により構成される。第２図Ａに示す90°ハイブリッド
結合器14の回路を第２図Ｂに示すように記し、かつハイ
ブリッド結合器の入力端子の番号を上からa,bとし、出
力端子の番号も同様に上からa,bと番号付け、これを
〔a,b〕と記す。第１図の電力結合器13はＮ（2ⁿ,nは２
以上の整数）個の入力端子と、Ｎ個の出力端子とを有
し、N/2個のハイブリッド結合器をｎ段縦続的に配置し
て構成される。その場合その端子間の接続を第３図に示
すようにする。つまりその１段目のハイブリッド結合器
の入出力端子に対しては〔2k,2k＋１〕（ｋ＝0,1,…，2
^n-1−１）つまり〔0,1〕，〔2,3〕，〔4,5〕，…，の番
号を付し、２段目のハイブリッド結合器の入出力端子に
対しては 〔4k₁+k₂,4k₁+k₂+2〕（k₁＝0,1,…，2^n-2−1,k₂＝0,1）
つまり〔0,2〕，〔1,3〕，〔4,6〕，…の番号を付し、
ｉ段目のハイブリッド結合器の入出力端子には〔2ⁱk₁+k
₂,2ⁱk₁+k₂+2^i-1〕（k₁＝0,1,…，2^n-1−1,k₂＝0,1,…，
2^i-1−１〕つまり〔0,2^i-1〕，〔1,1＋2^i-1〕，〔2ⁱ,,2
ⁱ+2^i-1〕，…の番号を付し，同様に順次各段のハイブリ
ッド結合器の入出力端子に番号を付し、段間において夫
々対応する番号の前段の出力端子と後段の入力端子とが
それぞれ接続され、初段のN/2個のハイブリッド結合器
の入力端子及び終段のN/2個のハイブリッド結合の出力
端子をそれぞれ電力結合器13の端子11₁〜11_N及び端子12
₁〜12_Nとする。電力結合器13は各１つの信号端子11
_i（ｉ＝１〜Ｎ）に入力された信号を等分割して全ての
（Ｎ個）信号端子12_i（ｉ＝１〜Ｎ）に出力し、Ｎ個の
信号端子12_i（ｉ＝１〜Ｎ）に入力されたＮ個の増幅器6
₁〜6_Nの出力信号を位相合成して各１つの信号が入力さ
れた信号端子とは別の信号端子11_j（ｊ＝Ｎ−１＋１）
に出力するものである。即ち、任意の１つの信号端子11
_i（ｉ＝１〜Ｎ）に入力された信号は電力結合器13によ
りＮ個の増幅器6₁〜6_Nに等分配され、それぞれ増幅さ
れ、これらＮ個の増幅器の出力は電力増幅器13により、
信号が入力された信号端子とは別の信号端子11_j（ｊ＝
Ｎ−ｉ＋１）に出力される。逆に信号端子11_jから入力
された信号は信号端子11_iに出力される。従って、Ｎ個
の信号端子11_i（ｉ＝１〜Ｎ）のうちの、（11₁,11_N），
（11₂,11_N-1），…，（11_i,11_N-i+1)…とN/2対をなす一
方のN/2個の信号端子のうち、入力信号が供給されるＭ
（Ｍ≦N/2）個を信号入力端子とすることで、Ｍ個の信
号入力端子と対をなす他方の信号端子に出力信号が現
れ、１つの電力結合器だけで従来のこの種の電力合成形
電力増幅装置と同等の機能を有し、装置の小型、軽量化
が成される。

第４図はこの発明の他の例を示し、電力結合器13の信号
端子11_i（ｉ＝１〜Ｎ）のうち任意のＳ（Ｓ≦Ｎ）個の
端子（11_i1〜11_iS）にＳ個のサーキュレータ3₁〜3_Sの第
１の端子が接続され、そのＳ個のサーキュレータの第２
の端子を信号入力端子1_i（ｉ＝１〜Ｓ）とし、第３の端
子を信号出力端子9_i（ｉ＝１〜Ｓ）とするＳ個のサーキ
ュレータを備えている。Ｓ個のサーキュレータを信号端
子11_i1〜11_iSに接続することにより、信号端子11_i1〜11
_iSへの入力信号と信号端子11_i1〜11_iSからの出力信号と
を分離することができ、信号端子11_i1〜11_iSを同時に信
号入力端子と信号出力端子として使用することができ
る。これにより、Ｓ個の信号入力端子1_i（ｉ＝１〜Ｓ）
と（Ｎ−Ｓ）個のサーキュレータが接続されない信号端
子11_iとの計Ｎ個の端子のうちのM₂（M₂≦Ｎ）個に入力
信号を供給することで、信号端子11_j（ｊ≠ｉ）又は信
号出力端子9_i（ｉ＝１〜Ｓ）のうちのM₂個の出力信号が
現れる。

上記第１図及び第４図の構成において信号が供給される
11_i又は1_iの信号入力端子の数がM₃（M₃≦Ｎ）個のと
き、そのM₃個の信号入力端子に信号を入力した際に、信
号端子11_j又は、信号出力端子9_iのM₃（M₃≦Ｎ）個に供
給される信号が通らないハイブリッド結合器が電力結合
器13中にＬ個存在する場合は、それらＬ個のハイブリッ
ド結合器のうちL₂（L₂≦Ｌ）個を除去しても同等の性能
を有することができる。

また、電力結合器13のＮ個の信号端子12_iとＮ個の増幅
器6₁〜6_Nとの間にそれぞれ直列に移相器を接続し、各移
相器の移相量をそれぞれ変化させることで、従来のこの
種の電力合成形電力増幅装置と同様に、信号入力端子と
これと対応してその入力信号が出力される端子との接続
関係を変化させることが可能である。

第１具体例 第５図は第１図に示した実施例の具体例を示し、Ｎ＝８
とした場合の構成図であり、電力結合器13を90°ハイブ
リッド結合器14₁〜14₁₂により構成した例である。90°
ハイブリッド結合器14は第２図Ａに示したように信号入
力端子15,16に加えられる入力信号電圧をp₁,p₂とし、信
号出力端子17,18に出力される出力信号電圧をq₁,q₂とす
ると、これらは（１）式の関係式で示される。

（１）式より電力結合器13の８個の信号端子11₁〜11₈に
加えられる信号電圧をp₁〜p₈とし、８個の信号端子12₁
〜12₈に出力される信号電圧をq₁〜q₈とすると（２）式
の関係式が成り立つ。

第５図の構成において信号端子12₁〜12₈側から信号端子
11₁〜11₈側を見た伝送マトリクスを求めると、（２）式
と同一になる。反射形増幅器6₁〜6₈の各電圧増幅度をＡ
とすると、各増幅器6₁〜6₈の入力信号電圧q₁〜q₈はAq₁
〜Aq₈に増幅され、電力結合器13の信号端子12₁〜12₈に
入力され、信号端子11₁〜11₈に出力される信号電圧をr₁
〜r₈とすると、（３）式の関係式が成り立つ。

（２），（３）式より（４）式が導かれる。

r_9-i＝−jAp_i（ｉ＝１〜８） （４） （４）式より信号端子11_i（ｉ＝１〜８）に入力される
信号は信号端子11_(9-i)にのみ出力される。例えば信号
端子11₁〜11₄を信号が供給される信号入力端子とすれ
ば、信号入力端子11_i（ｉ＝１〜４）に入力された信号
は増幅されて信号端子11_(9-i)に出力され、従来のこの
種の電力合成形電力増幅装置と同一の特性となる。つま
りこの発明は第１図に示した電力結合器13を、端子11₁
〜11_Nから端子12₁〜12_N側を見た伝送特性と、端子12₁〜
12_Nから端子11₁〜11_N側を見た伝送特性と同じになるこ
とを利用して、第８図に示した従来この種の電力合成形
電力増幅装置で２個の電力結合器が必要であったところ
を１個の電力結合器だけで構成することができ、大型な
装置の小型、軽量化が達成される。

第２具体例 第６図は第２図に示した実施例の具体例を示し、増幅器
数Ｎ＝８とし、４個の信号端子11₂,11₃,11₆,11₇にサー
キュレート3₁3₂3₃をそれぞれ接続して信号入力端子1₁〜
1₃と信号出力端子9₁〜9₃とを分離した場合である。この
場合、例えば端子1₁,1₂,1₃,1₄と11₁,11₄を信号が供給さ
れる信号入力端子とすると、各信号入力端子に対応した
信号が出力される端子は9₄,9₃,9₂,9₁,11₈,11₅となる。
この場合も第５図に関して述べた動作原理をそのまま適
用することができ、サーキュレータで信号入力端子と信
号出力端子とを分離することにより、増幅器数Ｎの1/2
より多い信号が供給される信号入力端子を持つことがで
きる。

第３具体例 第７図は第１図に示した実施例の変形例を示し、増幅器
数Ｎ＝８、信号が供給される信号入力端子を例えば11₁,
11₂とした場合である。この例では第５図の第１具体例
で信号入力端子11₁,11₂から信号を入力した場合に信号
端子11₈,11₇に供給される信号が通らないハイブリッド
結合器14₂,14₃を除去（第７図では破線で示される）
し、ハイブリッド結合器の接続がない端子は終端器19に
より終端した構成である。この場合も第３図に関して述
べた動作原理をそのまま適用することができ、ハイブリ
ッド結合器を除去したことによる回路の簡略化、軽量化
という効果を得ることができる。

なお、上記第１〜第３図の具体例はＮ＝８の場合につい
て述べたが、一般に増幅器数Ｎ（＝2ⁿ）、信号入力端子
数Ｍ（１≦Ｍ≦Ｎ）の場合についても同様に構成し、動
作原理を適用することができる。

また、上記説明では増幅器として単独の反射形増幅器を
使用する場合について構成図を示してきたが、第８図に
示すように通過形増幅器21とサーキュレータ22とにより
構成し、端子23から入力されえた信号はサーキュレータ
22を介して増幅器21で増幅され、その増幅された信号は
サーキュレータ22を介して端子23から出力される。この
ような反射形増幅器を第１図、第４図の反射形増幅器6₁
〜6_Nとして用いてもよい。また例えば第５図において電
力結合器13と増幅器6₁〜6_Nとの間に、90°単位で変化す
る移相器を挿入し、その移相量を適当に設定することに
より、例えば端子11₁からの入力信号を、端子11₈ではな
く、任意の１つの端子に出力することができ、あるいは
二つの端に分けて出力することも可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、従来この種の電力合成形電力増幅
装置で必要とされた２個の電力結合器をこの発明により
１個の電力結合器だけで構成することができ、同一の特
性を有する電力合成形電力増幅装置の小型、軽量化とい
う効果を得ることができる。

増幅器数をＮ（＝2ⁿ）、信号が供給される信号入力端子
数をＭ（１≦Ｍ≦Ｎ）とした場合、従来のこの種の電力
合成形電力増幅装置の２個の電力結合器の最小限の数の
ハイブリッド結合器で構成する場合と比較して、Ｍ≦N/
2の場合にはN/2個までのハイブリッド結合器とＮ個まで
のサーキュレータを削減することができ、N/2＜Ｍ≦Ｎ
の場合には従来この種の電力合成形電力増幅装置で２個
の電力結合器を構成するのに最小限必要なハイブリッド
結合器数を2L個とすると、 （2L−ｎ×N/2）個までのハイブリッド結合器と（2N−2
M）個までのサーキュレータを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の構成を示すブロック
図、第２図は90°ハイブリッドとその回路図、第３図は
電力結合器13の具体例を示す図、第４図はこの発明の第
２実施例の構成を示すブロック図、第５図は第１実施例
の具体例を示すブロック図、第６図は第２実施例の具体
例を示すブロック図、第７図は第１実施例の変形例を示
すブロック図、第８図は反射形増幅器を通過形増幅器を
用いて構成した例を示すブロック図、第９図は従来の電
力合成形電力増幅装置の構成を示すブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ（＝2ⁿ,n≧１の整数）個の第１信号端子
   とＮ個の第２信号端子とを有する電力結合器と、 上記Ｎ個の第２信号端子にそれぞれ接続され、その第２
   信号端子から入力される信号を増幅してその増幅出力を
   その第２信号端子に出力するＮ個の反射形増幅器とを備
   え、 〔a,b〕の標記により２入力端子“a",“b"及び２出力端
   子“a",“b"を有するハイブリッド結合器を特定するも
   のとすると、上記電力結合器はN/2個のハイブリッド結
   合器を並列に配列したものがｎ段縦続的に配され、その
   １段目のハイブリッド結合器の入出力端子に対しては 〔2k＋1,2k＋２〕（ｋ＝0,1,…，2^n-1−１） の番号を付し、２段目のハイブリッド結合器の入出力端
   子に対しては〔4k₁+k₂+1,4k₁+k₂+3〕（k₁＝0,1,…，2
   ^n-2−1,k₂＝0,1）の番号を付し、ｉ段目のハイブリッド
   結合器の入出力端子に対しては〔2ⁱk₁+k₂+1,2ⁱk₁+k₂+2
   ^i-1+1〕（k₁＝0,1,…，2^n-i−1,k₂＝0,1,…，2^i-1−
   １）の入出力端子番号を付し、同様に順次ｎ段目のハイ
   ブリッド結合器まで入出力端子に番号を付したとき、段
   間において夫々対応する番号の前段出力端子及び後段入
   力端子が接続され、１段目のハイブリッド結合器の入力
   端子が電力結合器の第１信号端子とされ、ｎ段目のハイ
   ブリッド結合器の出力端子が電力結合器の第２信号端子
   とされＮ個の第１信号端子のうち入力信号が供給される
   Ｍ（Ｍ≦N/2）個が信号入力端子として使用され、残り
   の第１信号端子が出力端子として使用される電力合成形
   電力増幅装置。