JPS63187903A - 電力合成形電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ＩｐｒＡ装置に関するものである
。

「従来の技術」 第９回は従来この種の電力合成形量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
した場合の構成間である。この従来装置は特願昭５９−
２００９５９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ｌ、〜ＩＭ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３．〜
３Ｎの第１の端子４１〜４．４にそれぞれ接続され、サ
ーキュレータ３．〜３Ｎの第２の端子５１〜５Ｈにそれ
ぞれ反射形増幅器６１〜６Ｎがそれぞれ接続され、サー
キュレータ３１〜３Ｎの第３の端子７、〜７８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１Ｂ（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
Ｈを介してそれに接続するＮ個の増幅器６Ｉ〜６Ｎ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
３１〜３Ｎ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゜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６．〜６Ｎ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量力増幅装置は、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１重量の増大は重大な欠点となり
、装置の小型５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、電力合成形量力増幅装置の小
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　（−１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ　
、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０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（２に＋
１゜２に＋２）（ｋ＝ｏ、１．・・・、２ｉ−’−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（４ｋｌ＋ｋＺ＋１．４に＋＋ｋｚ＋３）
（ｋｌ＝０．１．・・・、２ｎ−”−１，ｋｔ＝０．１
）の番号を付し、１段目のハイブリッド結合器の入出力
端子に対しては（１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ　ｋ、＋ｋ
ｚ＋　１．１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ　ｋｌ＋に２　＋
２ｉ−１＋　１）（ｋ＋＝０．１．・・・、１、２ｉｋ
１＋ｋ２＋２ｉ−’　−１，ｋｔ＝０゜１、・・・、１
、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ−’−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８個（Ｓ≦Ｎ）に８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８個のサーキュ
レータの各第２＠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３１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Ｍ　ｔ　
（Ｍ　ｔ≦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
Ｍ　３　（Ｍ　３　〈Ｎ　）個とされ、そ（？）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り、（Ｌｍ≦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量力増幅装置の一例
を示す。Ｎ個の信号端子１１＋　（ｉ’＝１〜Ｎ）　、
Ｎ個の信号端子１２＋（ｉ＝１〜Ｎ）を持つ電力結合器
１３の各信号端子１２．（ｉ＝１〜Ｎ）にそれぞれ反射
形増幅器６．〜６Ｎ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２１ｆｆｌＡに示す９０°
ハイブリッド結合器１４の回路を第２ｌ８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０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（
２に、２に＋１）（ｋ＝０．１、−、　２Ｉ′−’　−
１）　ツまり　（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（４ｋｌ　　十に、、　
４に＋＋ｋｚ＋２）　（ｋｌ＝　０．１１　＝・。

２ｉ　　１．　ｋ！＝０．１）つまり　（０，２）、（
１，３）。

（４，６）、・・・の番号を付し、１段目のハイブリッ
ド結合器の入出力端子には（１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ
に＋　十ｋｆ＋　２ｉｋ。

＋ｔｚ＋２ｉ−’　　）　　（ｋ＋＝０．１．・・・、
　　１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ−’　　−１，ｋ！＝０
．１．　・・・、１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ−’−１）
つまり　〔０，２“１〕１（１，Ｉ＋１、２ｉｋ１＋ｋ
２＋２ｉ畳）、（１、２ｉｋ１＋ｋ２＋２ｉ、２盪＋ｚ
＋−’〕。

・・・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Ｂ１３の端子１１．〜１１Ｎ及び
端子１２．〜１２．４とする。電力結合器１３は各１つ
の信号端子１１ｉ　　（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ＩＬ（ｉ＝１〜Ｎ
）に出力し、Ｎ個の信号端子１２＋（ｉ　＝　１〜Ｎ）
に人力されたＮ個の増幅器６１〜６．４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１１Ｊ　（ｊ＝Ｎ−ｉｌ１）に出力するもので
ある。即ち、任意の１つの信号端子１１ｔ（＋＝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６．〜６８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結合器１３により、信号が入
力された信号端子とは別の信号端子１１Ｊ　（Ｊ＝Ｎ−
ｉｌ１）に出力される。逆に信号端子１１．から入力さ
れた信号は信号端子１１．に出力される。従って、Ｎ個
の信号端子１１＋（ｉ＝１〜Ｎ）のうちの、（１１１＋
　１１Ｎ）、（１１□、　１１ｓ−＋）　、・・・、（
１１，。

１１　Ｎ−ｉ、、）・・・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量力
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＝１〜Ｎ）のうち任意のＳ　（ＳＩＮ
）個の端子（１１ｉｌ　〜１１　ｉ、）　ニＳ個のサー
キュレータ３１〜３ｓの第１の端子が接続され、その３
個のサーキュレータの第２の端子を信号入力端子１＋（
ｉ＝１−３）とし、第３の端子を信号出力端子９□（ｉ
＝１〜Ｓ）とする３個のサーキュレータを備えている。

３個のサーキュレータを信号端子１１□〜１１８．に接
続することにより、信号端子１１．１〜１１１．への入
力信号と信号端子１１８．〜１１．ｓからの出力信号と
を分離することができ、信号端子１１ｉ、〜１１８．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、３個の信号入力端子１゜（ｉ＝
ｌ−３）と（Ｎ−３）個のサーキュレータが接続されな
い信号端子１１．との計Ｎ個の端子のうちのｕ　ｚ　（
Ｍ　ｚ≦Ｎ）個に入力信号を供給することで、信号端子
１１Ｊ（ｊ≠ｉ）又は信号出力端子９．（ｉ＝１−３）
のうちのＭ２個に出力信号が現れる。

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．又はｌ、の信号入力端子の数がＭ。

（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．又は、信号出力端子
９．のＭ　ｓ　（Ｍ　３≦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
Ｌｚ（Ｌｘ　≦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□とＮ個の
増幅器６Ｉ〜６８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量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。

第土見生炎 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１４．〜１４Ｉ２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ｐ＋、ｐｇとし、信号出力端子１７．１８に出力
される出力信号電圧をｑｒ、ｑｔとすると、これらは（
１１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１１゜〜
ＩＩｓに加えられる信号電圧をｐ１〜ｐ８とし、８個の
（３号端子１２１〜１２８に出力される信号電圧を９１
〜ｑ、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１２１〜１２ａ側から信
号端子１１＋〜１１．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６Ｉ〜６．の
各電圧増幅度をＡとすると、各増幅器６．〜６１の入力
信号電圧ｑ、〜ｑｓは＾ｑ。

〜Ａｑ、に増幅され、電力結合器１３の信号端子１２１
〜１２ｇに入力され、信号端子１１．〜１１８に出力さ
れる信号電圧をｒ１〜ｒ、とすると、（３）弐の関係式
が成り立つ。

（２＋、　（３１式より（４）式が導かれる。

ｒ　ｑ−ｉ＝　−ｊＡｐｍ（＋　　＝　　１　〜８　）
　　　　　　　　　　　　（４１（４）式より信号端子
１１ｉ（ｉ＝１〜８）に入力される信号は信号端子１１
　、ｑ−ｒ＋　にのみ出力される。

例えば信号端子１１．〜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＝１〜４）
に入力された信号は増幅されて信号端子１１　（ｑ−１
＋　に出力され、従来のこの種の電力合成形量力増幅装
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１１１〜１１Ｎから端子１２
１〜１２Ｎ側を見た伝送特性と、端子１２ｔ〜１２．Ｉ
から端子１１＋〜１１Ｎ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
形量力増幅装置で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、大幅
な装置の小型、軽量化が達成される。

ヱｌ見生炭 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１１□、１１３゜１１−
、ｌｌｙにサーキュレータ３１３□３．をそれぞれ接続
して信号入力端子Ｉｔ〜１．と信号出力端子９．〜９．
とを分離した場合である。この場合、例えば端子１＋、
ｌｚ、ｌａ、１．、と１１．．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９＝、９ａ、９□、　９１．１１
ｓ、　Ｉ　Ｉｓ　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１　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。

玉↓１体炎 第７回は第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１１
＋、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１１１．１１□から信号を入力し
た場合に信号端子１１ｆｉ、１１？に供給される信号が
通らないハイブリッド結合器１４□、１４．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（＝２ｉ）、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６．〜６Ｎ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６、〜６Ｎ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１１．か
らの入力信号を、端子１１、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量力増幅
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量力増幅装置の小型、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
力合成形量力増幅装置の２個の電力結合器を最小限の数
のハイブリッド結合器で構成する場合と比較して、ＭＳ
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量力増幅
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−ｎｘＮ
／２）個までのハイブリッド結合器と（２Ｎ−２Ｍ）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°ハイブリツドとその回路図、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ン・り図、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回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。 特許出願人二日本電信電話株式会社 代理　人：草　野　　　　卓 才　１　図 ７７２　図 オ　４　区 第５図 オ　６　図 １．３ ７１−７　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ（＝２＾ｎ、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〔４ｋ＿１＋
   ｋ＿２＋１、４ｋ＿１＋ｋ＿２＋３〕（ｋ＿１＝０、１
   、・・・、２＾ｎ＾−＾２−１、ｋ＿２＝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〔２＾ｉｋ＿１＋ｋ＿２＋１、２＾ｉｋ＿１＋
   ｋ＿２＋２＾ｉ＾−＾１＋１〕（ｋ＿１＝０、１、・・
   ・、２＾ｎ＾−＾ｉ−１、ｋ＿２＝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。