JPH10107508A - Kバンド増幅器結合器用の高電力広帯域終端 - Google Patents
Kバンド増幅器結合器用の高電力広帯域終端Info
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- JPH10107508A JPH10107508A JP9237835A JP23783597A JPH10107508A JP H10107508 A JPH10107508 A JP H10107508A JP 9237835 A JP9237835 A JP 9237835A JP 23783597 A JP23783597 A JP 23783597A JP H10107508 A JPH10107508 A JP H10107508A
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Abstract
器用の極めて広帯域な高電力終端は、標準的な抵抗性低
周波終端と、Eccosorbなどの吸収材料を利用する広帯域
高周波吸収素子とを組み合わせる。 【解決手段】 中帯域整合回路網は、抵抗性終端とEcco
sorb吸収素子との間に設けられる。Eccosorbは、より高
いマイクロ波周波数のエネルギを吸収し、抵抗器は低周
波数のエネルギを吸収する。従って、小型で平坦な環境
において、より高い電力処理能力が実現される。この終
端は、分離ポートの高い分離および高い電力処理能力を
必要とするKバンド電力増幅器結合器で用いるのに適す
る。
Description
路の分野に関し、特に、減衰器に関し、さらに詳しく
は、Kバンド電力増幅器用の高電力広帯域終端(high po
wer broadbandtermination)に関する。
用いられる整合特性インピーダンス負荷を有することが
望ましい。例えば、これらの整合負荷は、分岐ライン
や、Lange 構成ハイブリッド電力結合器(combiner)お
よびディバイダ(divider) だけでなく、ミキサ,ダブラ
およびカプラにおいて有用である。ほとんどの場合、終
端が回路の帯域幅の制限要因とならないように、広帯域
終端を設けることが望ましい。また、広帯域終端は、帯
域外調波,相互変調スプリアスまたはミキサ成分を終端
・吸収し、電力合成回路における反射発振モードおよび
ループ発振モードを防ぐために望ましい。マイクロ波回
路用の標準的な抵抗器終端は一般に極めて狭い帯域で、
その結果、ループ発振の問題が生じることがある。
力レベルに対処できることが望ましい。これは、増幅器
の出力においてショートまたはオープン回路負荷が存在
する場合や、VSWRが不十分な場合や、帯域外信号が
出力フィルタから電力増幅器に反射し戻される場合に、
増幅器の破損を防ぐのに役立つ。高周波数設計では、終
端は、より短い波長のために、望ましくはサイズが小さ
い。一般に、この小さなサイズの結果、このような終端
では電力処理能力が極めて低くなる。例えば、一般的な
終端は、一般に用いられる小さいサイズの集中素子抵抗
器のため、反射電力の1/8ワットしか耐えられない。
電力増幅器が最大4ワットの出力RF電力を生成できる
場合、増幅器は破損を防ぐため15d B損以上で終端し
なければならない。これらの増幅器がアンテナを給電す
ると、増幅器の出力からのアンテナの劣悪な反射減衰量
(return loss) を分離するため導波管アイソレータが一
般に用いられる。ただし、衛星用途では、導波管アイソ
レータの大きなサイズおよび重量のため、望ましくな
い。
端は、一般に製造するのが難しく、その結果、コストが
高くなる。これは、これらの典型的な終端において広帯
域を達成するために、高価で、時間のかかる同調が必要
になるためである。これは、より大量かつより低コスト
のマイクロ波・ミリメートル波ハードウェアが必要とさ
れる市販の衛星および移動通信システムでは一般に許容
できない。
のは、改善された広帯域終端である。また必要とされる
のは、衛星通信システム用に適した終端である。また、
必要とされるのは、衛星通信システム用に適した広帯域
の、高電力・低コストで、製造が簡単なマイクロ波およ
びミリメートル波終端である。
必要を省き、かつアンテナ・ポートにおいて良好な反射
減衰量を与えるKバンド増幅器結合器である。
に指摘する。ただし、図面とともに詳細な説明および特
許請求の範囲を参照することにより、本発明のより完全
な理解を得ることができよう。ただし、同様な参照番号
は、図面を通じて同様な項目を表すものとする。
発明の好適な実施例を示し、このような例は、決して制
限的であるのみなされるものではない。
端を提供する。また、本発明は、衛星通信システム用に
適した広帯域高電力終端を提供する。また、本発明は、
任意のマイクロ波システム用に適した、低コストで、製
造しやすい整合マイクロ波およびミリメートル波終端を
提供する。また、本発明は、広帯域高電力終端を利用す
るKバンド電力増幅器結合器を提供する。本発明の好適
な実施例では、抵抗性の低周波数終端は、吸収材料を利
用する広帯域高周波数吸収素子と合成される。
マイクロ波信号を終端する終端を提供する。好適な実施
例では、この終端は、マイクロ波信号を伝送するマイク
ロストリップ・ラインと、マイクロ波信号の高周波成分
を吸収するため、マイクロストリップ・ライン上に配置
された吸収素子と、マイクロ波信号の低周波成分を終端
するため、マイクロストリップ・ラインを結合する抵抗
性終端と、マイクロ波信号を抵抗性終端に整合させるた
め、抵抗性終端と吸収素子との間の整合回路網とによっ
て構成される。
号を合成する方法を提供する。好適な実施例では、この
方法は、各分岐ライン結合器が入力ポートと、出力ポー
トと、分離ポートとを有する複数の分岐ライン結合器に
おいて、被増幅マイクロ波信号を合成して、出力信号を
与える段階と、各分離ポートにて存在するマイクロ波信
号を広帯域高電力終端で終端する段階とによって構成さ
れる。
器を提供する。好適な実施例では、このKバンド電力増
幅器結合器は、複数の増幅器と、増幅器からの出力信号
を合成し、出力信号を与える複数の分岐ライン結合器と
によって構成される。各分岐ライン結合器は、入力ポー
トと、出力ポートと、分離ポートとを有する。各入力ポ
ートとは、増幅器のうちの一つの出力に結合される。分
離ポートにて存在する広帯域高電力マイクロ波信号を終
端するため、各分岐ライン・カプラについて終端が設け
られる。上記の終端は、本発明のKバンド電力増幅器結
合器で用いるのに適する。
性負荷および整合回路網とを組み合わせて、超広帯域高
電力負荷および終端を形成する。また、本発明は、一般
に同調または整合を必要としない平坦な高電力終端を提
供する。
Cuming社製の一般にEccosorbとして知られるCR−S−
124である。望ましくは、成形されたEccosorbプラグ
はマイクロストリップ伝送ラインの上に挿入される。Ec
cosorbは、きわめて高い損失正接(loss tangent)を与え
ることによって、マイクロ波周波数におけるエネルギを
吸収する。マイクロストリップ・ラインは、低周波性能
のため抵抗器で終端される。中帯域周波数は、抵抗器終
端とEccosorbプラグとの間の整合回路を利用して、好ま
しくは抵抗器で整合される。その結果、超広帯域応答が
実現される。本発明のこの広帯域終端は、適切な低周波
抵抗器値および中帯域整合回路を選ぶことによって、ほ
とんど任意の特性インピーダンスに調整可能である。
域高電力終端を示す。終端10は、入力11を有するマ
イクロストリップ・ライン(12)からなる。マイクロ
ストリップ・ラインは、好ましくはDuroidまたはアルミ
ナ基板上に配置され、好ましくは50オームの特性イン
ピーダンスを有する。終端(10)は、図示のように基
板上のマイクロストリップ・ラインの上に配置された吸
収素子(13)を含む。終端(10)は、中帯域整合回
路網(14)および抵抗性終端(15)を含む。中帯域
整合回路網(14)は、オープン・エンド型スタブでも
よく、もしくはグランドに容量結合されてもよい。吸収
素子(13)は、好ましくはCR−S−124(Eccosor
b)であるが、任意のカーボン系の吸収材料も適する。抵
抗性終端(15)は、任意の集中素子抵抗器または抵抗
性終端でもよく、好ましくは標準的なチップ抵抗器であ
る。好ましくは、抵抗性終端(15)は、低周波数にて
良好な反射減衰量を与えるべく整合される。
100ミル〜200ミルで、幅が50〜200ミルで、
厚さが50〜100ミル程度の寸法を有する成形された
Eccosorbプラグである。これらの寸法は何ら制限するも
のではなく、終端の性能にとって重要ではない。好適な
実施例では、抵抗性終端(15)は、1/4ワットの5
0x50ミルのチップ抵抗器である。これらのチップ抵
抗器の1つ,2つまたはそれ以上を組み合わせて、抵抗
性終端(15)を形成できる。一般に、この種のチップ
抵抗器は、8ギガヘルツ(GHz)以下の周波数につい
て20dB以上の反射減衰量を与える。中帯域整合回路
網(14)は、8〜15GHzの周波数について少なく
とも15dBの反射減衰量を与えることにより、抵抗性
終端(15)の減衰を改善する。吸収素子(13)は、
15GHz以上の周波数について良好な反射減衰良を与
える。吸収素子(13)は、望ましくは、少なくとも1
〜2ワットの電力レベルに対処する。
吸収素子(13)は、好ましくは、長さが約0.14イ
ンチ(例えば、約0.4波長)である。これは、20G
Hzにて13dB以上の反射減衰量を与える。吸収素子
(13)が与える反射減衰量は、Eccosorbブロックを大
きくすることによって増加する。吸収素子(13)が与
える高周波減衰は、吸収素子(13)の下のマイクロス
トリップ・ラインの長さにほぼ比例する。低い周波数
(例えば、10GHz以下)では、少なくとも2つの要
因により、吸収素子(13)はRF吸収素子としての効
率が低くなる。例えば、波長が長いと、減衰は少なくな
るが、これは損の大きい吸収素子が波長に比べて電気的
に極めて短くなるためである。第2に、吸収素子(1
3)はより大きな減衰のために高周波分散(high freque
ncy dispersion) 効果を利用するので、吸収素子(1
3)は、低周波数では分散効果はわずかなため減衰しな
い。
(例えば、10GHz以下)では、全反射減衰量に対し
て3dB以下を寄与する。これらの低周波数における残
りの反射減衰量は、一般に抵抗性終端(15)および関
連する中帯域整合回路網(14)に起因する。
バンド電力増幅器結合器における用途を含め、多くの潜
在的な用途を有する。終端(10)の他の潜在的な用途
には、例えば、高電力および広帯域マイクロ波回路があ
り、ここでは小型化および低コスト化が重要になる。
クロ波周波数およびミリ波周波数の拡張した利用として
は、改良された性能がますます必要となる。これらの周
波数が増加すると従来のマイクロ波回路は、費用のかか
るものになる。本発明は、プロセス変動に対して影響を
受けにくいより広帯域な高電力終端を提供する。これら
の観点の双方は、量産環境におけるアラインメント時間
および関連コストを節減する。
な実施例による広帯域高電力終端との比較を示すグラフ
である。グラフ(22)は、従来の整合抵抗器終端を示
し、グラフ(24)は、図1の広帯域終端の反射減衰量
を示す。なお、整合抵抗器終端(すなわち、グラフ(2
2))は、狭帯域幅では良好な反射減衰量を与えるが、
広帯域終端(グラフ(24))は、はるかに広い帯域で
より優れた反射減衰量を与えることに留意されたい。
域高電力終端を利用するKバンド電力増幅器結合器を示
す。Kバンド電力増幅器結合器(30)は、好ましくは
同相の、Kバンドマイクロ波信号を受ける複数の入力ポ
ート(31)を有し、出力ポート(38)において出力
信号を与える。好適な実施例では、出力信号の電力レベ
ルは、4.2〜5ワットである。
は、一般に23±1GHzの周波数範囲で動作するが、
増幅器結合器(30)は、KバンドまたはLバンド周波
数を含め他の周波数範囲で動作するように設計できる。
−Kバンド電力増幅器結合器(30)は、複数の結合器
(34)に給電する複数の増幅器(32)を含む。各結
合器は、反射電力および帯域外RFエネルギを終端する
ため、その分離ポート(35)に結合された広帯域高電
力終端(10)を有する。好適な実施例では、増幅器
(32)はモノリシック・マイクロ波集積回路(MMI
C:monolithic microwave integrated circuit )増幅
器であり、好ましくは整合され、かつ同じダイから作ら
れた整合増幅器である。好適な実施例では、結合器(3
4)は、好ましくは、分岐ライン型結合器であり、終端
(10)は、好ましくは図1に示す広帯域高電力終端
(10)である。増幅器結合器(30)は、好ましくは
単一のDuroidまたはアルミナ基板上で作製される。
離ポートは整合負荷で終端しなければならない。従来、
これは、50オームのマイクロストリップ伝送ラインに
整合された集中素子抵抗器によって行われた。一般に、
これは極めて狭い帯域になる傾向があり、その結果、こ
れらのカプラに給電する増幅器にとって帯域外低周波数
発振の問題が生じることがある。さらに、集中素子抵抗
器は一般に電力処理能力が極めて低く、劣悪なVSWR
負荷に対してハードウエアを脆弱にさせる。
防ぐのに役立つ。Eccosorb吸収素子(13)は、極めて
広帯域であり、しかもきわめて高い電力レベルにも耐え
ることができる。Kバンド電力増幅器結合器(30)が
これらの高電力レベルに対処し、低UHF周波数および
中帯域Lバンド周波数を終端するためには、図1の終端
(10)に類似した終端が好ましくは用いられる。
電力マイクロ波信号を終端する終端を提供する。好適な
実施例では、この終端は、マイクロ波信号を伝送するマ
イクロストリップ・ラインと、マイクロ波信号の高周波
成分を吸収するためマイクロストリップ・ライン上に配
置された吸収素子と、マイクロ波信号の低周波成分を終
端するため、マイクロストリップ・ラインを結合する抵
抗性終端と、マイクロ波信号を抵抗性終端に整合させる
ため、抵抗性終端と吸収素子との間の整合回路網とによ
って構成される。
器であり、吸収素子は吸収材料の成形されたプラグであ
る。別の実施例では、吸収材料はEccosorbからなる。別
の実施例では、整合回路網はオープン・エンド型マイク
ロストリップ・ラインである。好ましくは、マイクロス
トリップ・ラインは第1端部および第2端部を有し、第
1端部は最大4ワットの電力レベルにてマイクロ波信号
を受ける入力であり、第2端部は抵抗性終端に結合され
る。別の実施例では、吸収素子は、第1端部にて存在す
る20GHz以上の信号の減衰を行う。好ましくは、吸
収素子は、20GHz以上の周波数について13dB以
上の反射減衰量を第1端部にて与え、高周波成分は10
GHzよりも実質的に高く、低周波成分は10GHzよ
りも実質的に低い。望ましくは、吸収素子は、マイクロ
ストリップ・ライン上に配置された、高周波成分の波長
に比例する長さ寸法を有する。
は、実質的に平坦で、アルミナからなる基板上に配置さ
れる。吸収素子は、長さ寸法が100〜200ミルで、
幅寸法が50〜200ミルで、高さ寸法が少なくとも5
0ミルである。幅寸法はマイクロストリップ・ラインに
対して垂直であり、長さ寸法はマイクロストリップ・ラ
インに対して平行であり、高さ寸法は基板に対して垂直
である。
イクロ波信号を合成する方法を提供する。好適な実施例
では、この方法は、各分岐ライン結合器が入力ポート
と、出力ポートと、分離ポートとを有する複数の分岐ラ
イン結合器において、被増幅マイクロ波信号を合成し
て、出力信号を与える段階と、各分離ポートにおいて存
在するマイクロ波信号を広帯域高電力終端で終端する段
階とによって構成される。終端する段階は、分離ポート
にて存在するマイクロ波信号をマイクロストリップ・ラ
イン上で伝送する段階と、分離ポートにて存在するマイ
クロ波信号の高周波成分を、マイクロストリップ・ライ
ン上に配置された吸収素子で吸収する段階と、分離ポー
トにて存在するマイクロ波信号の低周波成分を抵抗性終
端で終端する段階と、抵抗性終端と吸収素子との間に配
置された整合回路網によって、分離ポートにて存在する
マイクロ波信号を抵抗性終端に整合させる段階とによっ
て構成される。
増幅器結合器を提供する。好適な実施例では、Kバンド
電力増幅器結合器は、複数の増幅器と、増幅器からの出
力信号を合成し、出力信号を与える複数の分岐ライン結
合器とによって構成される。各分岐ライン結合器は、入
力ポートと、出力ポートと、分離ポートとを有する。各
入力ポートは、増幅器のうちの一つの出力に結合され
る。分離ポートにて存在する広帯域高電力マイクロ波信
号を終端するため、各分岐ライン・カプラについて終端
が設けられる。上記の終端は、本発明のKバンド電力増
幅器結合器において用いるのに適する。
的な性質を十分に示すため、第三者はこの知見を適用す
ることにより、一般的な概念から逸脱せずに、このよう
な特定の実施例をさまざまな用途について容易に修正お
よび/または適応でき、そのためそのような適応および
修正は開示される実施例の等価の意味および範囲内で理
解されるものとする。
は用語は説明のためであり、制限するものではない。従
って、本発明は、特許請求の範囲の精神および広い範囲
内に入る一切のこのような代替,修正,等価および変形
を網羅するものとする。
を示す図である。
る広帯域高電力終端との間の比較を示すグラフである。
端を利用するKバンド電力増幅器結合器を示す図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 広帯域高電力マイクロ波信号を終端する
終端(10)であって:前記マイクロ波信号を伝送する
マイクロストリップ・ライン(11);前記マイクロ波
信号の高周波成分を吸収するため、前記マイクロストリ
ップ・ライン上に配置された吸収素子(13);前記マ
イクロ波信号の低周波成分を終端するため、前記マイク
ロストリップ・ラインを結合する抵抗性終端(15);
および前記マイクロ波信号を前記抵抗性終端に整合させ
るため、前記抵抗性終端と前記吸収素子との間の整合回
路網(14);によって構成されることを特徴とする終
端(10)。 - 【請求項2】 Kバンド電力増幅器結合器(30)であ
って:複数の増幅器(32);前記増幅器からの出力信
号を合成し、出力信号を与える複数の分岐ライン結合器
(34)であって、前記各分岐ライン結合器は、入力ポ
ート,出力ポートおよび分離ポートを有し、前記各入力
ポートは、前記増幅器のうちの一つの出力に結合され
る、複数の分岐ライン結合器(34);および前記分離
ポートにて存在する広帯域高電力マイクロ波信号を終端
する、各分岐ライン・カプラ用の終端(10)であっ
て、前記終端は:マイクロストリップ・ライン(1
1);実質的に10GHz以上の前記マイクロ波信号の
高周波成分を吸収するため、前記マイクロストリップ・
ライン上に配置された吸収素子(13);実質的に10
GHz以下の前記マイクロ波信号の低周波成分を吸収す
るため、前記マイクロ波ストリップ・ラインを結合する
抵抗性終端(15);および前記マイクロ波信号を前記
抵抗性終端に整合させるため、前記抵抗性終端と前記吸
収素子との間の整合回路網(14);からなる終端(1
0);によって構成されることを特徴とするKバンド電
力増幅器結合器(30)。 - 【請求項3】 増幅されたマイクロ波信号を合成する方
法であって:各分岐ライン結合器が入力ポートと、出力
ポートと、分離ポートとを有する複数の分岐ライン結合
器(34)において、被増幅マイクロ波信号を合成し
て、出力信号を与える段階;前記分離ポートのそれぞれ
にて存在するマイクロ波信号を広帯域高電力終端(1
0)で終端する段階であって、前記終端する段階は:前
記分離ポートにて存在する前記マイクロ波をマイクロス
トリップ・ライン(11)上で伝送する段階;前記分離
ポートにて存在する前記マイクロ波信号の高周波成分
を、前記マイクロストリップ・ライン上に配置された吸
収素子(13)で吸収する段階;前記分離ポートにて存
在する前記マイクロ波信号の低周波成分を抵抗性終端
(15)で終端する段階;および前記抵抗性終端と前記
吸収素子との間に配置された整合回路網(14)によ
り、前記分離ポートにて存在する前記マイクロ波信号を
前記抵抗性終端に整合させる段階;によって構成される
ことを特徴とする方法。
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