JPH08139535A - 高効率の電力増幅器 - Google Patents

高効率の電力増幅器

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JPH08139535A
JPH08139535A JP27765194A JP27765194A JPH08139535A JP H08139535 A JPH08139535 A JP H08139535A JP 27765194 A JP27765194 A JP 27765194A JP 27765194 A JP27765194 A JP 27765194A JP H08139535 A JPH08139535 A JP H08139535A
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JP
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amplifier
output
resonator
harmonic
transmission line
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JP27765194A
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Shin Watanabe
伸 渡辺
Hiroshi Suzuki
鈴木  寛
Tominaga Watanabe
富長 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波ミリ波帯の電力増幅器に関し、増
幅器が発生する不要な高調波を出力の伝送回路から入力
側の増幅器に反射させ,必要な基本波の出力効率の低下
を防止した簡単な回路構成で高効率の電力増幅器の実現
を目的とする。 【構成】 増幅器(1)の出力の伝送線路(2)に対して或る
間隔を保って平行に,一端が接地されて線路長が対象と
する高調波の波長λnfの4分の1(λnf/4) であり其の
高調波に共振する共振器(3) を設けて前記伝送線路(2)
に結合させ、該共振器により該伝送線路上の該高調波を
該伝送線路の入力側の増幅器に反射させるように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波ミリ波帯の電
力増幅器に係り、特に増幅器の出力の伝送回路に結合し
て対象の高調波に共振する共振器により, 其の高調波を
該伝送回路の入力の増幅器に反射させることにより,増
幅素子,出力の伝送回路,共振器を含めた電力増幅器の
基本波の出力効率を向上させる電力増幅器の構成に関す
る。
【0002】
【従来の技術】或る周波数の入力信号を増幅し大振幅の
出力信号を送出する電力増幅器は、其の増幅素子の信号
増幅の非直線性により,其の出力として入力信号の高調
波が必ず発生する。この出力の高調波の発生により,本
来は入力信号の基本波のみを増幅する筈の電力増幅器
が、歪出力である高調波で飽和して了い、必要な基本波
の出力効率が低下する。この基本波の出力効率の低下の
解決方法として,従来は、図5の(1) の従来例の第1の
電力増幅器の構成図の様に、増幅器(FET)1で発生した主
要な高調波の2倍波2fを,其の増幅器(FET)1の出力の,
線路長が基本波f の波長λf の4分の1のλf /4の伝送
回路2Aの出力側に設けた集中定数による基本波f のLC
共振器3Aで反射させるか、図5の(2) の従来例の第2の
電力増幅器の構成図の様に、増幅器(FET)1の出力の伝送
回路2Bの入力側のB点のインピーダンスが、偶数次の2
倍波2fに対して短絡状態となる様に,伝送回路2Bの入力
側B点に,出力端が開放の分布定数回路のスタブλ2f/4
を, 付加する。又は、図6の従来例の第3の電力増幅器
の構成図の様に,増幅器(FET)1の出力の基本波fに整合
する伝送回路4Dの入力側に,主要な高調波の第2高調波
2fに対し長さλ2f/4の方向性結合器の高調波分離回路2D
と, 高調波の位相調整回路3c, 減衰器3b, 反射型増幅器
3aで構成される反射波発生手段3Dを設ける事により、該
反射波発生手段3Dで発生した第2高調波λ2fの反射波
を,前記の高調波分離回路2Dを経て増幅素子(FET)1に戻
す高調波の処理方法があった。此の高調波処理の為の図
5の(1) のLC共振器3Aや、図6の長さλ2f/4の第2高
調波の方向性結合器の高調波分離回路2D,反射波発生手
段3Dは、増幅素子(FET)1から見て「偶数次の高調波に対
しては短絡状態」のインピーダンスとなり、「奇数次の
高調波に対しては開放状態」のインピーダンスとなる様
に, それぞれの回路素子の定数や位相調整回路3c, 減衰
器3bの値が定められていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図5の(1) の従来例の
第1の電力増幅器の高調波処理回路であるLC共振器3A
は、増幅素子(FET)1の出力の基本波f に対する並列共振
器である。この場合、基本波f に対しては,増幅素子(F
ET)1の出力の伝送回路2Aの出力側A点での該並列共振器
のインピーダンスは開放となり,基本波f に対して無関
係となる。一方,高調波の2倍波2fに対しては,其のA
点で短絡となっているので,長さλf /4の伝送回路2Aの
入力側B点でも,該伝送回路2A上の2倍波2fの定在波の
関係により,再び短絡となる。然し、ここで問題となる
のは、実際に該LC共振器3Aを基本波f に対し並列共振
させ其の出力に影響が無い様に其の素子値を設定して
も、偶数次の2倍波2fを該A点, B点で完全に短絡とす
る事は実際には困難である。集中定数のLC共振器3A
は,マイクロ波ミリ波の超高周波領域では実現出来ない
ので、該集中定数の共振回路を分布定数の共振回路に置
換しなければならない。そこで,図5の(2) の様に、増
幅素子(FET)1の出力の伝送回路2Aの入力側B点のインピ
ーダンスを、偶数次の2倍波2fに対し、短絡状態となる
様に,分布定数回路のスタブλ2f/4を, 伝送回路2Aの入
力側B点に付加する。すると、この付加したスタブλ2f
/4が, 入力の基本波fに対して影響を与えるので、其の
B点のインピーダンスを、基本波fには整合して其の
上,2倍波2fに対しては短絡となる様にすることは、実
際には困難であるという問題があった。
【0004】また、図6の従来例の第3の電力増幅器の
構成は、反射波発生手段3Dが結合した高調波分離回路で
ある、増幅素子(FET)1の出力から高調波を分離する方向
性結合器2Dを見たインピーダンスが、其の入力端で偶数
次の2倍波2fに対して短絡し奇数次の3倍波3fに対して
は開放となる様に、分離した高調波の反射波の位相,振
幅を調整する位相調整回路3c, 減衰器3bと, 更に反射型
増幅器3aを必要とするので、高調波処理回路を含む電力
増幅器の回路全体の規模が大きくなるという問題があっ
た。
【0005】そして実際に電力増幅器の大振幅動作で問
題となる高調波は、2倍波か3倍波が主であり,より高
次の高調波を処理しても,其の効果は少ない。それで,
実際には処理効果が最も大きい2倍, 3倍の高調波を処
理する回路に着目するが、本発明では一般化して, 任意
に対象とする高調波を処理する簡単な高調波処理回路を
持つ高効率の電力増幅器を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的達成のための本
発明の高効率の電力増幅器の基本構成は,図1の高調波
処理回路の原理図と図2の其れを含む電力増幅器の原理
図とを参照し、増幅器(FET)1の出力の伝送線路2 に対し
て或る間隔dを保って平行に, 一端が接地されて線路長
が対象とする高調波nfの波長λnfの4分の1(λnf/4)
であり該高調波nfに共振する共振器3 を設けて前記伝送
線路2 に結合させ、該共振器3 により該伝送線路2 上の
対象の高調波nfを再び該伝送線路2の入力側の増幅器(FE
T)1に反射させるように構成する。
【0007】
【作用】本発明では、其の線路長が, 増幅器(FET)1の出
力の任意に対象とする高調波nfの波長λnfの4分の1
(λnf/4) であって,其の一端が設置されて,高調波nfに
共振する様な共振器3 を、増幅器(FET)1の出力の基本波
f にインピーダンス整合して出力する伝送線路2 に対し
て必要な間隙d を置いて平行に設け結合させる構成とな
っているので、該共振器3 が結合された増幅器(FET)1の
出力の伝送線路2を該増幅器1から見た高調波nfのインピ
ーダンスは零の短絡状態となり、該増幅器(FET)1の出力
の対象とする高調波nfが、該伝送線路2 の入力側の増幅
器(FET)1に反射される。よって、該増幅器(FET)1の出力
の基本波f に対する出力効率が高くなることになる。
【0008】
【実施例】図3は本発明の第1の実施例の高効率の電力
増幅器の構成を示す。増幅器(FET)1の出力の基本波f を
インピーダンス整合して出力する伝送線路2 に沿って,
一定間隔d1を保ち, 其の伝送線路2 の入力端側が接地さ
れ,線路長が該基本波f の2倍波2fの波長λ2fの4分の
1のλ2f/4(基本波f の波長λf の8分の1のλf/8)
の2倍波2fに共振する2倍波共振器31と、一定間隔d2
保ち, 其の出力端側が接地され,線路長が該基本波f の
3倍波3fの波長λ3fの4分の1のλ3f/4(基本波f の波
長λf の12分の1のλf /12)で3倍波3fに共振する3倍
波共振器32とを付加して、前記の伝送線路2 に電磁的に
結合させている。この場合、増幅器(FET)1の出力の偶数
次の高調波である2倍波2fは,長さがλ2f/4の2倍波共
振器31の短絡状態のインピーダンスにより,奇数次の高
調波である3倍波3fは,長さがλ3f/4の3倍波共振器32
の開放状態のインピーダンスによって,それぞれ2倍波
と3倍波の高調波を入力側へ反射させている(F級動
作)ので、増幅器(FET)1と出力の伝送線路2 と2倍波共
振器31と3倍波共振器32を含めた電力増幅器の基本波f
に対する出力効率は高くなる。
【0009】図4は、本発明の第2の実施例の高効率の
電力増幅器の構成を示す。回路基板上の増幅器(FET)1の
出力の基本波f の伝送線路2 の下部に, 増幅器(FET)1の
出力端から距離が2倍波2fの波長λ2fの4分の1のλ2f
/4だけ離れて、其の出力端が接地され入力端が開放の線
路長が2倍波2fの波長λ2fの4分の1のλ2f/4で、2倍
波2fに共振する2倍波共振器31を設けている。この構造
により, 回路基板における2倍波共振器31を含む電力増
幅器の占有面積を縮小している。この図4の実施例で
は、2倍波共振器31の設置位置が、増幅素子(FET)1の出
力端から距離λ2f/4だけ離れているが、2倍波2fは、増
幅素子(FET)1の出力端で短絡となる様な距離に置かれて
いる。特に図示しないが、前記の伝送線路2 の下部で,
増幅器(FET)1の出力端に直ぐ2倍波共振器31を設置し
て、2倍波2fが、増幅器(FET)1の出力端で直ぐ短絡され
て増幅器(FET)1に戻る様にすることも可能である。
【0010】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、増
幅器の出力の任意の高調波に共振する共振器を, 増幅器
の出力の伝送線路に対して平行に設けて結合させた事に
より,其の高調波に対し所謂Qの高い共振器が得られ,
其の高調波の共振器の線路長を所望の高調波に共振する
様に調節する事により,所望の高調波を増幅器に反射さ
せる事が出来る。これにより、増幅器の出力の基本波に
対し無影響な高調波処理回路が得られる。又この高調波
の共振器は分布定数回路で構成されるので,超高周波領
域においても有効な高調波処理回路となる。又この高調
波の共振器を回路基板上の伝送線路の下に設けること
で,高調波処理回路を含む電力増幅器の回路基板上の占
有面積が縮小されるので、回路全体を小形化する効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の高効率の電力増幅器の基本構成を定
める高調波処理回路の原理的な構成図
【図2】 本発明の請求項1の高効率の電力増幅器の基
本構成を示す原理図
【図3】 本発明の第1の実施例の高効率の電力増幅器
の構成図
【図4】 本発明の第2の実施例の高効率の電力増幅器
の構成図
【図5】 従来例の第1,第2の電力増幅器の構成図
【図6】 従来例の第3の電力増幅器の構成図
【符号の説明】 1は増幅器、2は増幅器1 の出力の伝送線路、3 は伝送
線路2 に電磁結合させた高調波の共振器である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 増幅器(1) の出力の伝送線路(2) に対し
    て或る間隔を保って平行に, 一端が接地されて線路長が
    対象とする高調波の波長(λnf) の4分の1(λnf/4)
    であり該高調波に共振する共振器(3) を設けて前記伝送
    線路(2)に結合させ、該共振器(3)により該伝送線路上の
    対象の高調波を該伝送線路の入力側の増幅器(1) に反射
    させるようにしたことを特徴とする高効率の電力増幅
    器。
  2. 【請求項2】 前記の共振器(3) が、前記増幅器(1)か
    ら出力側の伝送線路(2) を見て,偶数次の高調波に対す
    るインピーダンスが短絡となるような位置に設けられる
    ことを特徴とした請求項1記載の高効率の電力増幅器。
  3. 【請求項3】 前記の共振器(3) が、前記増幅器(1)か
    ら出力側の伝送線路(2)を見て,奇数次の高調波に対す
    るインピーダンスが開放となるような位置に設けられる
    ことを特徴とした請求項1記載の高効率の電力増幅器。
  4. 【請求項4】 前記の共振器(3) の接地側の端を、前記
    増幅器(1)の出力端に設定し、偶数次の高調波のみを該
    増幅器(1) の出力端で反射させたことを特徴とした請求
    項1記載の高効率の電力増幅器。
  5. 【請求項5】 前記の共振器(3) の開放側の端を、前記
    増幅器(1)の出力端に設定し、奇数次の高調波のみを該
    増幅器(1)の出力端で反射させたことを特徴とした請求
    項1記載の高効率の電力増幅器。
  6. 【請求項6】 前記の共振器(3) が、回路搭載用の基板
    上の増幅器(1) の出力の伝送線路(2) の下部に設けられ
    たことを特徴とする請求項1記載の高効率の電力増幅
    器。
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