JPS63229901A - 位相反転器 - 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】 童束上久■■分旦 本発明は例えば電力合成増幅器等において、１つの高周
波信号から位相の１８０°異なる２つの信号を作るため
に用いられる位相反転器に関する。

従迷勿市びｔ 電力合成増幅器としては、導波管及び円形空胴共振器内
に多数個のインパットダイオードを装荷した構成や、高
出力増幅器として同軸電力分割器及び３ｄＢ方向性結合
器にＧａＡｓ　　ＰｏｗｅｒＦＥＴを接続した構成があ
り、夫々既に数多くの論文で発表されている。

ところで、後者の構成の電力合成増幅器については、従
来、シングルのＡ級増幅器を使用しており、出力電力は
約２倍近くになるが、歪がそのまま残るといった問題が
あった。そこで、本発明者は、ＧａＡｓ　　Ｐｏｗｅｒ
　　ＦＥＴを用いたブシュプル増幅器の採用を考えた。

ブシュプル増幅器によれば原理的に２次高調波が打消さ
れるので、シングルＡ級増幅器のもつ問題は解消できる
のであるが、新たに次のような問題が発生する。

、■がｙ″ン１ようとする間〃占 即ち、ブシュプル増幅器の場合、各増幅器には位相が１
８０’異なった信号を入力せねばならな。

いので、入力側にはそのような位相反転作用をもつ位相
反転器を設ける必要があるが、電力合成増幅器の使用さ
れるＧ１）ｚ帯においては周波数が高いために、ブシュ
プル増幅器の入力側に一般的に使用される変成器や、Ｃ
Ｒ素子等の位相調整器では分布定数の影古によって１８
０″の位相差を作ることが困難である。

本発明はこのような問題点に濫み、高周波帯域において
１８０″位相の異なった２つの信号を作ることのできる
有用な位相反転器を提供することを目的としている。

濁題点を解〆するための手段 上記目的を達成するために本発明に係る位相反転器は、
一方の主表面の略全面にアース電極が形成された基板の
他方の主表面上に、実効的に１波長の長さをもつ１次側
励振電極と、前記励振電極に電磁結合され、励振電極に
給電された高周波信号に基づき１８０″位相の異なる２
つの信号を誘起する実効的に１／４波長の長さをもつ一
対の出力電極と、この一対の出力電極の一端に接続され
、一対の出力電極に誘起された１８０″位相の異なる２
つの信号を外部へ取出す引出電極とが形成されているこ
とを特徴としている。

本発明の作用は実施例の中で詳しく説明する。

尖−族一炎 第６図は本発明の適用される電力合成増幅器を示す。こ
の増幅器は前置増幅器１と最終増幅器２と出力回路３と
から成っている。最終増幅器２は励振用増幅器Ａ１とブ
シュプル増幅器Ａ２．Ａ３とを備えている。励振用増幅
器ＡＩとブシュプル増幅器Ａ２．Ａ３との間には高周波
信号（以下、ＲＦ倍信号いう。）を１８０″位相の異な
った２つのＲＦ倍信号変換するための位相反転器４が設
けられている。また、ブシュプル増幅器Ａ２．Ａ３と出
力回路３との間にも同様な構造の変成器５が用いられて
いる。前記励振段及びブシュプル増幅器には、例えば内
部整合された出力３ＷのＧａ　　。

Ａｓ　　ＦＥＴを用いている。ブシュプル増幅器として
は、出力回路の効率を増加させるのが目的であればＢ級
動作をさせればよいが、Ｂ級動作ではクロスオーバ歪を
生じるので、これをさけるため本実施例ではＡｌ３２級
動作としている。図中、ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３はサーキュレ
ータを用いたアイソレータである。

第１図に前記位相反転器４の一例を示す。図（イ）は正
面図、図（ロ）は側面図である。基板１）は例えば適当
厚みを有したレキソライトで構成され、その背面側表面
１）ａには略々全面にアース電極１２が形成されている
。一方、正面側表面１）ｂには、１次側励振電極１３、
該電極１３に高周波信号を給電するための給電電極１４
、一対の出力電極１５，１６、及び一対の引出電極１７
．１８が図示のようなパターンで形成されている。

前記各電極１３〜１８は基板１）を介してアース電極１
２と対向することによりマイクロストリップ線路を形成
している。１次側励振電極１３は実効的に使用周波数の
１波長（この明細書でいう波長とは管内波長λｇを指す
が実施例では理論値より若干短かい実寸となっている。

）の長さをもっている。そして、両端１３ａ、１３ｂは
開放端とされ、一端１３ａから実効的に１／４λｇのと
ころに給電電極１４が接続されている。給電電極１４は
前記励振電極１３と略々直交して形成されると共に、励
振電極１３に近づくに従って１４８で示すようにたとえ
ばｃｏｓ２関数曲線状に幅広のテーパ状に形成されてい
る。このようにテーパ状とすれば、線路の特性インピー
ダンスの変換が行なえ、励振電極１３との間のインピー
ダンス整合が可能になる。もっとも、このテーパ状のイ
ンピーダンス変換器に替えて、１／４λｇ毎に階段状に
幅広となったインピーダンス変換器を用いてもよいこと
は勿論である。

出力電極１５．１６は、実効的に長さ１／４λｇで、夫
々一端１５ａ、１６ａを励振電極１３の端部１３ａ、１
３ｂと実質的に揃えた状態で励振電極１３と略々並行し
て形成されている。出力電極１５．１６と励振電極１３
とは間隔ｄを隔てて対向しているので両者１３．１５．
１６は直流的にはアイソレートしているが交流的には電
磁結合しているといえる。各出力電極１５．１６の外側
端部１５ａ、１６ａは基板１）を貫通して形成されたス
ルーホール１９．２０を通じてアース電極１２と接続さ
れている。一方、各出力電力の内側端部１５ｂ、１６ｂ
は引出電極１７．１８と接続されている。引出電極１．
７．１８は出力電極１５゜１６から遠ざかるにつれて対
向間隔が拡がるよう形成されている。但し、これに限ら
ず、両引出電極１７．１８を並列に形成してもよいこと
は勿論である。

上記構成において、給電電極１４を通じて１次励振電極
１３に励振用増幅器Ａ１から出力されるＲＦ倍信号給電
すると、励振電極１３上での電圧、電流の分布は第１図
（ハ）に破線及び鎖線で示すようになる。このため、励
振電極１３と対向する一対の出力電極１５．１６には１
８０°位相の異なったＲＦ（８号が誘導されることとな
る。実験によれば、４．３〜６．７　ＧＨｚの範囲で１
８０°位相の異なったＲＦ倍信号誘導された。従って、
各引出電極１７．１８をブシュプル増幅器の各アンプＡ
２、Ａ３の入力と接続しておくことにより、両アンプＡ
２．Ａ３に１８０°位相の異なった２つのＲＦ倍信号供
給することができる。

第２図は上記構成の位相反転器をケースに組込んだ例を
示す。図中、２１がケースで、Ｕ字状庵した側枠２２と
、平板状側枠２３と、天板２４及び底板２５から成る。

Ｕ字状側枠２２の内面には上下中間部に溝２６が形成さ
れ、該溝２６に基板１）の端縁を挿入することによって
基板１）を保持すると共に、アース電極１２とケース２
１との電気的接続も行なっている。このＵ字状側枠２２
の両端部に平板状側枠２３が連結され、その状態で天板
２４及び底板２５を上下から取付けることによりケース
２１が組立てられている。前記Ｕ字状側枠２２及び平板
状側枠２３にはコネクタ２７゜２８．２９が取着され、
その中心導体が夫々給電電極１４、引出電極１７．１８
と接続されている。

この構成の方向結合器４を第６図中のブシュプル増幅器
Ａ２．Ａ３の入力側に用いると共に、ブシュプル増幅器
の出力側変成器５にもそれと同じ構成を入出力逆にして
使用した場合におけるブシュプル増幅器の出力電力の周
波数特性を第７図に示す。図かられかるように４６３〜
５，３Ｇｔ（ｚまでの広範囲にわたって平坦な特性が得
られ、本発明の位相反転器の有用性が確認された。また
、第８図に、ブシュプル増幅器の入出力特性及び３次相
互変調歪み特性の測定結果を示す。測定は５．５Ｇｌｌ
ｚの基本波と、これと等レベルの２ＭＨｚ離れた、たと
えば５．５０２　ＭＨｚの波の２波の信号を増幅器に入
力してスペクトラム　アナライザで行った。インタセプ
ト　ポイントは５１．５ｄＢｍであった。

尚、位相反転器の２つの出力端子にあられれる２つの信
号レベルが揃わなかったり、ブシュプル増幅器Ａ２．Ａ
３の出力特性がアンバランスであるような場合には、第
３図に示すように１次励振電極１３と出力電極１５．１
６とを角度をもたせて配し、その角度によって対応でき
る。また、第４図に示すように１次励振電極１３と出力
電極１５．１６の間隔を拡げて１次と２次の電磁結合度
を下げることによりブシュプル増幅器への入力信号レベ
ルの調整を行なうこともできる。なお、位相反転器４の
出力インピーダンスとブシュプル増幅器Ａ２．Ａ３の入
力インピーダンスとが整合しない場合には発振が起こる
こともあるので、第５図に示すように両者間にサーキュ
レータを用いたアイソレータ３１，３２を挿入しておく
とよい。

上記した実施例では、出力電極１５．１６の外側端１５
ａ、４６ａをアースに落としているが、１次側励振電極
１３の両端１３ａ、１３ｂをアースに落とし、出力電極
１５．１６側の端部を開放して実施することもできる。

但し、出力電極側をアースに落とすほうが、浮遊容量に
よる増幅器Ａ２、Ａ３の出力側から入力側への信号の回
り込みを防止する点では優れている。

また、アースに落とす方法も、実施例のようにスルーホ
ールを通じてアース電極と接続するという方法によらず
、電極端部を直接ケース２１に接続する方法によること
もできる。

第９図は本発明の別の実施例を示す。図において第１図
と同一機能をもつ部分には該当する番号にダッシュ（′
）を付しておく。第１図と異なる部分について説明する
と、テーバ状部分１４ａに代えて幅が給電電極１４’よ
り広くなり実効的に１／４λｇの線路長をもったインピ
ーダンス変換部分１４３′を有するとともに、１次側励
振電極１３′の中央から両端方向に各々実効的に１／４
波長までの部分が残余部分、すなわち両端から各々実効
的に１７４波長あって出力電極１５．１６と結合状態に
おかれている部分より、インピーダンス整合のために幅
広に形成されているのが特徴である。

更に、位相反転器の用途は上記した電力合成増幅器に限
られるものではなく、同レベルで１８０　４゜０位相の
異なる２つの信号が必要な用途であれば、例えばマイク
ロ波のミキサー回路として用いられるダブルバランスド
ミキサー回路等にも適用できる。

１浬Ｉと火星 以上説明したように本発明に係る位相反転器によれば、
超高周波電力合成増幅器の作動範囲であるＧＨｚ帯域に
おいても、１８０°位相の異なる２つの信号を作ること
ができ、超高周波電力合成増幅器へのブシュプル増幅器
の使用が確保されるといった効果がある。

加えて、本発明の位相反転器は基板上に導電パターンを
用いて構成できるので、平面実装に適した構成であると
共に、励振電極及び出力電極を基板の一方の主表面に集
中したマイクロストリップ線路として形成しているので
、インピーダンス整合がとりやすく、また雪掻間の寸法
、並行度等の精度が出しやすく設計通りの製造が可能に
なるといった効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の一実施例としての位相反転器を
示す正面図、図（ロ）は側面図、図（ハ）は１次側励振
電極上の電圧・電流分布を示す図、第２図は第１図の位
相反転器をケースに組込んだ状態を示す図、第３図は左
右の出力レベルを揃える方法を説明する図、第４図は出
力レベルを調整する手法を説明する図、第５図はインピ
ーダンスマツチングを取る方法の説明図、第６図は本発
明の一適用例を示す電力合成回路図、第７図は第６図は
出力電力の周波数特性を示す図、第８図はブシュプル増
幅器の入出力特性及び３次相互変調歪み特性の実測値を
示す図、第９図は本発明の別の実施例における電極形状
を示す図である。 ４・・・位相反転器、１）・・・基板、１２・・・アー
ス電極、１３．１３’・・・１次励振電極、１５．１５
’。 １６．１６’・・・出力電極、１７．１７’、１８゜１
８′・・・引出電極。 第１図 １／　１）ｔ）　Ｔｏｔ）　　１８ 第１図 （ハ） 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　（Ｇｌｌｚ） 第８図 Ｉｎｐｕｔ　Ｐｏｗｅｒ　（ｄａｍ） 第９図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の主表面の略全面にアース電極が形成された
   基板の他方の主表面上に、実効的に１波長の長さをもつ
   １次側励振電極と、 前記励振電極に電磁結合され、励振電極に給電された高
   周波信号に基づき１８０°位相の異なる２つの信号を誘
   起する実効的に１／４波長の長さをもつ一対の出力電極
   と、この一対の出力電極の一端に接続され、一対の出力
   電極に誘起された１８０°位相の異なる２つの信号を外
   部へ取出す引出電極とが形成されていることを特徴とす
   る位相反転器。
2. （２）入力側高周波信号は１次側励振電極の一端から実
   効的に１／４波長だけ中央寄りの励振電極上に給電され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の
   位相反転器。
3. （３）入力側高周波信号を励振電極に給電するために、
   励振電極と同じ基板主表面上に給電電極が形成されると
   共に、該給電電極は励振電極に幅広部分を介して接続さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、
   第（２）項のいずれかに記載の位相反転器。
4. （４）１次側励振電極の中央から両端方向に各々実効的
   に１／４波長までの部分が残余部分より幅広に形成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（
   ３）項のいずれかに記載の位相反転器。
5. （５）前記一対の出力電極は一端を励振電極の端部に実
   質的に揃えた状態で該励振電極と略々並行して形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至
   第（４）項のいずれかに記載の位相反転器。
6. （６）前記引出電極は、一対の出力電極の内側端に接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   乃至第（５）項のいずれかに記載の位相反転器。
7. （７）励振電極の両端が開放され、一対の出力電極の外
   側端部がアースに落とされていることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項乃至第（６）項に記載の位相反転
   器。
8. （８）前記出力電極の外側端部は基板に形成したスルー
   ホールを通じてアース電極と接続されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第（７）項に記載の位相反転器。