WO2017199429A1

WO2017199429A1 - 電力増幅器

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Publication number: WO2017199429A1
Application number: PCT/JP2016/065031
Authority: WO
Inventors: 拓真鳥居; 政毅半谷; 徹郎國井; 山中　宏治
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-23

Abstract

　電力増幅器（１）は、入力端子（２）に入力された高周波信号の電力を分配する分配器（１０）と、第１の分岐伝送路から入力された第１の高周波信号を増幅する第１増幅素子（４１）と、第２の分岐伝送路から入力された第２の高周波信号を増幅する第２増幅素子（４２）と、第１増幅素子（４１）の出力電力と第２増幅素子（４２）の出力電力とを合成して増幅信号を生成する合成器（５０）とを備える。分配器（１０）は、互いに直列に接続された第１及び第２の結合線路（２４，３４）を有する発振抑圧回路（１５）を含む。第１の結合線路（２４）は、互いに平行に配置された第１及び第２の伝送線路（２２，２３）を有するとともに第１の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有する。第２の結合線路（３４）は、互いに平行に配置された第３及び第４の伝送線路（３２，３３）を有するとともに第２の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有する。

Description

電力増幅器

　本発明は、電力増幅器に関し、特に、発振を抑圧し得る構成を有する電力増幅器に関する。

　マイクロ波帯及びミリ波帯などの高周波帯で使用される電力増幅器では、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの増幅素子に起因する寄生発振を抑圧することが重要である。この種の寄生発振を抑圧する技術は、たとえば、特許文献１（国際公開第２０１５／０２９４８６号公報）に開示されている。

　特許文献１に開示されている高周波電力増幅器は、入力信号を２つの分配信号に分配する分配器と、当該２つの分配信号のうちの一方の分配信号を増幅する第１の増幅素子と、当該２つの分配信号のうちの他方の分配信号を増幅する第２の増幅素子と、第１の増幅素子の出力と第２の増幅素子の出力を合成する合成器とを備える。分配器は、その一方の分配信号を伝送する伝送線路と、その他方の分配信号を伝送する伝送線路との間に接続された同調回路を有している。この同調回路には、第１及び第２の増幅素子に起因して発生する寄生発振を抑圧する抵抗素子が装荷されている。

国際公開第２０１５／０２９４８６号（たとえば、図１１及び段落００３３～００３６）

　特許文献１の従来技術では、高周波電力増幅器を動作させる基本波の周波数が決まると、寄生発振を抑圧する効果が大きく得られる周波数も決まる。このため、寄生発振を抑圧する効果が大きい周波数の選択の幅が狭いという課題がある。

　上記に鑑みて本発明の目的は、基本波での動作特性に極力影響を与えずに広範囲の周波数で寄生発振を抑圧することができる電力増幅器を提供することである。

　本発明の一態様による電力増幅器は、入力端子に入力された高周波信号の電力を２つの電力に分配して第１及び第２の高周波信号を出力する分配器と、前記第１の高周波信号を増幅して出力する第１増幅素子と、前記第２の高周波信号を増幅して出力する第２増幅素子と、前記第１増幅素子の出力電力と前記第２増幅素子の出力電力とを合成して増幅信号を生成し、前記増幅信号を出力端子に出力する合成器とを備え、前記分配器は、前記入力端子と前記第１増幅素子との間に配設され、前記第１の高周波信号を伝送する第１の分岐伝送路と、前記入力端子と前記第２増幅素子との間に配設され、前記第２の高周波信号を伝送する第２の分岐伝送路と、前記第１の分岐伝送路と前記第２の分岐伝送路との間に配設され、互いに直列に接続された第１及び第２の結合線路を有する発振抑圧回路とを含み、前記第１の結合線路は、互いに平行に配置された第１及び第２の伝送線路を有するとともに前記第１の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有し、前記第２の結合線路は、互いに平行に配置された第３及び第４の伝送線路を有するとともに前記第２の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有することを特徴とする。

　本発明によれば、基本波での動作特性に極力影響を与えずに広範囲の周波数で寄生発振を抑圧することができる。

本発明に係る実施の形態１の電力増幅器１の回路構成を概略的に示す図である。図２Ａ及び図２Ｂは、電力増幅器が偶モードで動作する場合の発振抑圧回路の等価回路図である。図３Ａ及び図３Ｂは、電力増幅器が奇モードで動作する場合の発振抑圧回路の等価回路図である。インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフである。インピーダンスの実部の周波数特性の一例を示すグラフである。インピーダンスの虚部の周波数特性の一例を示すグラフである。インピーダンスの実部の周波数特性の他の例を示すグラフである。インピーダンスの虚部の周波数特性の他の例を示すグラフである。インピーダンスの実部の周波数特性の更に他の例を示すグラフである。インピーダンスの虚部の周波数特性の更に他の例を示すグラフである。偶モード動作時のインピーダンスの計算結果の一例を表すインピーダンスチャートである。奇モード動作時のインピーダンスの計算結果の一例を表すインピーダンスチャートである。発振抑圧回路が装荷されない電力増幅器のループ利得及び位相の計算結果を示すグラフである。発振抑圧回路が装荷されている電力増幅器のループ利得及び位相の計算結果を示すグラフである。本発明に係る実施の形態２における発振抑圧回路の構成を概略的に示す図である。本発明に係る実施の形態３における発振抑圧回路の構成を概略的に示す図である。本発明に係る実施の形態４における発振抑圧回路の構成を概略的に示す図である。本発明に係る実施の形態５における発振抑圧回路の構成を概略的に示す図である。本発明に係る実施の形態６の電力増幅器の回路構成を概略的に示す図である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。

実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１の電力増幅器１の回路構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、この電力増幅器１は、マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯の高周波信号が入力される入力端子２と、当該入力された高周波信号の電力を２つの電力に分配する分配器（ディバイダ）１０と、当該２つの電力のうちの一方の電力を有する高周波信号（第１の高周波信号）を増幅して出力する第１増幅素子４１と、当該２つの電力のうちの他方の電力を有する高周波信号（第２の高周波信号）を増幅して出力する第２増幅素子４２と、第１増幅素子４１の出力電力と第２増幅素子４２の出力電力とを合成して増幅信号を出力する合成器（コンバイナ）５０と、その増幅信号を外部に出力する出力端子３とを備えて構成されている。

　第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２の各々は、たとえば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成することができる。第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２の各々のゲート（Ｇ）は分配器１０と接続され、第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２の各々のドレイン（Ｄ）は合成器５０と接続されている。また、第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２の各々のソース（Ｓ）は接地されている。なお、ＦＥＴに代えて、バイポーラトランジスタで第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２が構成されてもよい。

　分配器１０は、図１に示されるように、入力端子２と第１増幅素子４１のゲート（Ｇ）との間に配設された第１の分岐伝送路と、入力端子２と第２増幅素子４２のゲート（Ｇ）との間に配設された第２の分岐伝送路とを含む。第１の分岐伝送路は、直列に接続された一対の伝送線路１１，１２を含み、一方の伝送線路１１は、特性インピーダンスＺ_１及び電気長θ_１（単位：ラジアン）を有し、他方の伝送線路１２は、特性インピーダンスＺ_２及び電気長θ_２（単位：ラジアン）を有している。第２の分岐伝送路は、第１の分岐伝送路に対して対称な回路構成を有している。すなわち、第２の分岐伝送路は、直列に接続された一対の伝送線路１３，１４を含み、一方の伝送線路１３は、特性インピーダンスＺ_１及び電気長θ_１を有し、他方の伝送線路１４は、特性インピーダンスＺ_２及び電気長θ_２を有している。

　また、分配器１０は、第１の分岐伝送路と第２の分岐伝送路との間に配設された発振抑圧回路１５を含む。この発振抑圧回路１５は、互いに直列に接続された結合線路２４，３４を有する。一方の結合線路２４は、互いに平行に且つ近接対向して配置された一対の伝送線路（第１及び第２の伝送線路）２２，２３で構成されており、他方の結合線路３４は、互いに平行に且つ近接対向して配置された一対の伝送線路（第３及び第４の伝送線路）３２，３３で構成されている。

　更に、発振抑圧回路１５は、第１の分岐伝送路側に配設された伝送線路（第５の伝送線路）２１と、第２の分岐伝送路側に配設された伝送線路（第６の伝送線路）３１とを有する。第１の分岐伝送路側の伝送線路２１は、第１の分岐伝送路における伝送線路１１，１２間の接続ノードａ１と結合線路２４の一端（接続ノード）ｂ１との間に直列に接続されており、第２の分岐伝送路側の伝送線路３１は、第２の分岐伝送路における伝送線路１３，１４間の接続ノードａ２と結合線路３４の一端（接続ノード）ｂ２との間に直列に接続されている。伝送線路２１，３１は、同じ特性インピーダンスＺ_ａ及び同じ電気長θ_ａ（単位：ラジアン）を有する。

　一方の結合線路２４の一端すなわち伝送線路２２の一端ｂ１は、第１の分岐伝送路側の伝送線路２１を介して、第１の分岐伝送路における接続ノードａ１と電磁的に接続される。この結合線路２４は、電力増幅器１が偶モードで動作するときはインピーダンス（偶モードインピーダンス）Ｚ_ｂｅを有し、電力増幅器１が奇モードで動作するときはインピーダンス（奇モードインピーダンス）Ｚ_ｂｏを有する。伝送線路２３の一端ｄ１は、抵抗Ｒ_ｄを有する抵抗器２６を介して接地線に接続され、伝送線路２３の他端ｅ１は、抵抗Ｒ_ｅを有する抵抗器２７を介して接地線に接続されている。この結合線路２４は、電気長θ_ｂを有する。

　他方の結合線路３４の一端すなわち伝送線路３２の一端ｂ２は、第２の分岐伝送路側の伝送線路３１を介して、第２の分岐伝送路における接続ノードａ２と電磁的に接続される。この結合線路３４は、結合線路２４と同様に、電力増幅器１が偶モードで動作するときはインピーダンス（偶モードインピーダンス）Ｚ_ｂｅを有し、電力増幅器１が奇モードで動作するときはインピーダンス（奇モードインピーダンス）Ｚ_ｂｏを有する。伝送線路３３の一端ｄ２は、抵抗Ｒ_ｄを有する抵抗器３６を介して接地線に接続され、伝送線路３３の他端ｅ２は、抵抗Ｒ_ｅを有する抵抗器３７を介して接地線に接続されている。この結合線路３４は、結合線路２４と同様に、電気長θ_ｂを有する。

　結合線路２４の他端（すなわち伝送線路２２の他端）と結合線路３４の他端（すなわち伝送線路３２の他端）との間には、中間接続ノードｃ１が設けられている。また、この中間接続ノードｃ１と結合線路２４の他端との間に直列接続された抵抗器（第１の抵抗器）２５が装荷されており、中間接続ノードｃ１と結合線路３４の他端との間に直列接続された抵抗器（第２の抵抗器）３５が装荷されている。これら抵抗器２５，３５は、同じ抵抗値Ｒ_ｃを有する。

　合成器５０は、図１に示されるように、第１増幅素子４１のドレイン（Ｄ）と出力端子３との間に配設された第１の高周波伝送路と、第２増幅素子４２のドレイン（Ｄ）と出力端子３との間に配設された第２の高周波伝送路とを含む。第１の高周波伝送路は、直列に接続された一対の伝送線路５１，５２を含み、一方の伝送線路５１は、特性インピーダンスＺ_３及び電気長θ_３（単位：ラジアン）を有し、他方の伝送線路５２は、特性インピーダンスＺ_４及び電気長θ_４（単位：ラジアン）を有している。第２の高周波伝送路は、第１の高周波伝送路に対して対称な回路構成を有している。すなわち、第２の高周波伝送路は、直列に接続された一対の伝送線路５３，５４を含み、一方の伝送線路５３は、特性インピーダンスＺ_３及び電気長θ_３を有し、他方の伝送線路５４は、特性インピーダンスＺ_４及び電気長θ_４を有している。

　上記した伝送線路１１～１４，２１～２３，３１～３３，５１～５４は、たとえば、アルミナ基板などのセラミック基板上に金メッキなどの方法で配線パターンとして形成されればよい。また、上記した抵抗器２５～２７，３５～３７は、たとえば、アルミナ基板などのセラミック基板上に窒化タンタルなどの材料で形成されればよい。

　上記した構成を有する電力増幅器１では、入力端子２に高周波信号が入力されると、この高周波信号は、第１の分岐伝送路を伝搬する高周波信号と、第２の分岐伝送路を伝搬する高周波信号とに分かれる。第１の分岐伝送路を伝搬する高周波信号は、伝送線路１１、接続ノードａ１及び伝送線路１２を経て第１増幅素子４１に入力される。第１増幅素子４１は、第１の分岐伝送路から入力された高周波信号を増幅し、その増幅高周波信号を合成器５０の第１の高周波伝送路に出力する。当該増幅高周波信号は、第１の高周波伝送路における伝送線路５１、接続ノードＡ１及び伝送線路５２を伝搬する。一方、第２の分岐伝送路を伝搬する高周波信号は、伝送線路１３、接続ノードａ２及び伝送線路１４を経て第２増幅素子４２に入力される。第２増幅素子４２は、第２の分岐伝送路から入力された高周波信号を増幅し、その増幅高周波信号を合成器５０の第２の高周波伝送路に出力する。当該増幅高周波信号は、第２の高周波伝送路における伝送線路５３、接続ノードＡ２及び伝送線路５４を伝搬する。そして、第１の高周波伝送路を伝搬する増幅高周波信号と第２の高周波伝送路を伝搬する増幅高周波信号とは合成された後に、出力端子３から外部に出力される。

　次に、電力増幅器１が偶モード及び奇モードでそれぞれ動作する場合の発振抑圧回路１５の動作について説明する。

　電力増幅器１が偶モードで動作する場合、電力増幅器１の回路の対称性から中間接続ノードｃ１が仮想開放点となる。図２Ａ及び図２Ｂは、電力増幅器１が偶モードで動作する場合の発振抑圧回路１５の等価回路を示す図である。図２Ａの等価回路部分と図２Ｂの等価回路部分とは互いに対称な回路構成を有するので、これら等価回路部分は同様に動作する。図２Ａの等価回路部分を参照すると、接続ノードｂ１から中間接続ノードｃ１をみたときのインピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}の実部をＲｅ｜Ｚ_{ｉｎｂ_ｅ}｜とし、インピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}の虚部をＩｍ｜Ｚ_{ｉｎｂ_ｅ}｜とすると、インピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}は次式（１）で表される。

　接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたときのインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}は、伝送線路２１にインピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}を有する回路が装荷されたと考えると、次式（２）で表される。

　一方、電力増幅器１が奇モードで動作する場合、中間接続ノードｃ１は仮想接地点となる。図３Ａ及び図３Ｂは、電力増幅器１が奇モードで動作する場合の発振抑圧回路１５の等価回路を示す図である。図３Ａの等価回路部分と図３Ｂの等価回路部分とは互いに対称な回路構成を有するので、これら等価回路部分は同様に動作する。図３Ａを参照すると、接続ノードｂ１から中間接続ノードｃ１をみたときのインピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｏ}の実部をＲｅ｜Ｚ_{ｉｎｂ_ｏ}｜とし、インピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｏ}の虚部をＩｍ｜Ｚ_{ｉｎｂ_ｏ}｜とすると、インピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｏ}は次式（３）で表される。

　接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたときのインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｏ}は、伝送線路２１にインピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｏ}を有する回路が装荷されたと考えると、次式（４）で表される。

　上式（１），（２），（３），（４）は、Ｚ_ｂｏ，Ｚ_ｂｅ，θ_ｂ，Ｚ_ａ，θ_ａ，Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄに依存する関数と考えることができる。

　次に発振抑圧回路１５が、電力増幅器１の基本波に対する動作特性に影響を与えないことを説明する。電力増幅器１の基本動作では、電力増幅器１が偶モードで動作することが想定される。電力増幅器１が偶モードで動作するとき、基本波の周波数ｆ_ｃにおいてインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}が高インピーダンスとなれば、電力増幅器１の動作は、インピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}を無視して考えることができる。このようにインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}が高インピーダンス（実質的に無限大）となれば、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、接続ノードａ１，ａ２からみた発振抑圧回路１５のインピーダンスが高インピーダンス（実質的に無限大）となり、仮想開放点が得られる。そのため、発振抑圧回路１５は電力増幅器１の基本波での特性に影響を与えない。このとき、インピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}が無限大となればよいので、基本波の周波数ｆ_ｃについて、次式（５），（６）の条件が成立すればよい。

　ここで、Ｙ_{ｉｎａ_ｅ}は、インピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}に対応するアドミッタンスである。例として、電気長θ_ａ，θ_ｂが周波数ｆ_ｃについてλ／４に対応する電気長を有する場合を考える（λ：波長）。このとき、上式（５），（６）の条件式は、周波数ｆ_ｃにおいてＺ_{ｉｎｂ_ｅ}＝０である場合には常に成り立つ。図４は、電気長θ_ａ，θ_ｂが周波数ｆ_ｃについてλ／４に対応する値を有する場合に、特性インピーダンスＺ_ｂｏの変化に対するインピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}の大きさを示すグラフである。図４のグラフの縦軸は、インピーダンスＺ_{ｉｎｂ_ｅ}の絶対値を示している。奇モードインピーダンスＺ_ｂｏの６つの値にそれぞれ対応する６つの曲線によれば、奇モードインピーダンスＺ_ｂｏの値によらずに、周波数ｆ_ｃにおいてＺ_{ｉｎｂ_ｅ}＝０が常に成り立つことが分かる。偶モードインピーダンスＺ_ｂｅ及び抵抗Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄ，Ｒ_ｅを変化させた場合についても同様の結果が得られる。すなわち、電気長θ_ａ，θ_ｂが周波数ｆ_ｃについてλ／４に対応する値を有する場合には、式（５），（６）の条件式は常に成立する。また、このこととは独立してＺ_ｂｏ，Ｚ_ｂｅ，Ｚ_ａ，Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄ，Ｒ_ｅは、任意の値に設定され得る変数となる。

　次に、発振抑圧回路１５が広範囲の任意の周波数で寄生発振を抑圧できることについて説明する。以下、動作原理の説明のため、電力増幅器１が奇モードで動作する場合において、周波数ｆ_ｏで電力増幅器１が寄生発振を起こす危険性があるものと仮定する。

　第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２は一般に雑音成分を有しているので、入力端子２に入力される高周波信号の周波数に関わらず、電力増幅器１内で雑音電力が生じる。このとき、たとえば、周波数ｆ_ｏの信号が電力増幅器１内で多重反射を起こして定在波を生起すると、電力増幅器１が寄生発振する状態となる。周波数ｆ_ｏにおける寄生発振を抑圧するためには、周波数ｆ_ｏでの電力を抵抗などの手段で消費させればよい。周波数ｆ_ｏの電力を抵抗などの手段で消費させるには、たとえば、接続ノードａ１，ａ２にそれぞれ対接地の抵抗器を装荷すればよい。接続ノードａ１，ａ２に対接地の抵抗器が装荷されると、接続ノードａ１，ａ２の電位と接地電位との間の電圧差によって当該抵抗器に電流が流れるので、周波数ｆ_ｏの信号の電力が当該抵抗器で消費される。そこで、発振抑圧回路１５を周波数ｆ_ｏにおいて実質的に抵抗器とみなすことができれば、発振抑圧回路１５において周波数ｆ_ｏの電力が消費されるので、寄生発振を抑圧することができる。

　発振抑圧回路１５が周波数ｆ_ｏで実質的に抵抗器とみなされるように動作するためには、電力増幅器１が奇モードで動作するときに、接続ノードａ１からみた場合のインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｏ}の実部が任意の抵抗値Ｒ_ｏを有し、その虚部が０となればよい。よって、（７），（８）の条件が成立すればよい。

　上式（５），（６），（７），（８）の４つの条件式は、Ｚ_ｂｏ，Ｚ_ｂｅ，θ_ｂ，Ｚ_ａ，θ_ａ，Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄ，Ｒ_ｅの８つの変数に依存する関数であるので、これら４つの条件式を同時に満たす変数の組み合わせが複数存在する。４つの条件式を同時に満たすことができるので、発振抑圧回路１５は、電力増幅器１の基本波での動作特性に影響を与えずに任意の周波数での発振の危険性を抑圧することができる。一例として、電気長θ_ａ，θ_ｂが周波数ｆ_ｃについてλ／４に対応する値を有する場合の奇モードインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｏ}の各変数に対する依存性について説明する。図５は、Ｚ_ｂｅを変化させたときの実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフであり、図６は、Ｚ_ｂｅを変化させたときの虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフである。図５及び図６のグラフ中の「Ｒｅ」は、Ｚ_ｂｅの実部を示す記号である。各グラフでは、「Ｒｅ＝１０Ω」，「Ｒｅ＝２０Ω」及び「Ｒｅ＝３０Ω」にそれぞれ対応する３つの曲線が示されている。図５及び図６によれば、Ｚ_ｂｅに依存して実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜が変化し、また、Ｚ_ｂｅに依存して虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜＝０となる周波数が変化することが分かる。

　図７は、抵抗Ｒ_ｃを変化させたときの実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフであり、図８は、抵抗Ｒ_ｃを変化させたときの虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフである。図７及び図８のグラフ中の「Ｒｅ」は、抵抗Ｒ_ｃの値を示す記号である。各グラフでは、「Ｒｅ＝１０Ω」，「Ｒｅ＝２０Ω」及び「Ｒｅ＝３０Ω」にそれぞれ対応する３つの曲線が示されている。図７及び図８によれば、抵抗Ｒ_ｃの値に依存して実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜の曲線が変化するが、抵抗Ｒ_ｃに対する、虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜＝０となる周波数の依存度は小さいことが分かる。

　また、図９は、特性インピーダンスＺ_ａを変化させたときの実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフであり、図１０は、特性インピーダンスＺ_ａを変化させたときの虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜を示すグラフである。図９及び図１０のグラフ中の「Ｒｅ」は、特性インピーダンスＺ_ａの実部を示す記号である。各グラフでは、「Ｒｅ＝１０Ω」，「Ｒｅ＝２０Ω」及び「Ｒｅ＝３０Ω」にそれぞれ対応する３つの曲線が示されている。図９及び図１０によれば、特性インピーダンスＺ_ａの値に依存して実部Ｒｅ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜が変化し、また、特性インピーダンスＺ_ａの値に依存して虚部Ｉｍ｜Ｚ_{ｉｎａ_ｏ}｜＝０となる周波数が変化することが分かる。以上により、Ｚ_ｂｏ，Ｚ_ｂｅ，θ_ｂ，Ｚ_ａ，θ_ａ，Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄ，Ｒ_ｅを適切に選べば、広い範囲内の任意の周波数で寄生発振を抑圧できることが分かる。

　図１１は、電力増幅器１が偶モードで動作するときに接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスの計算結果の一例を表すスミスチャート（インピーダンスチャート）である。図１１によれば、電力増幅器１が偶モードで動作するとき、ｆ_ｃ＝１２ＧＨｚにおいて接続ノードａ１からみた発振抑圧回路１５のインピーダンスが高インピーダンスとなることが分かる。一方、図１２は、電力増幅器１が奇モードで動作するときに接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスの計算結果の一例を表すスミスチャート（インピーダンスチャート）である。図１２は、反射特性Ｓ１１のスミスチャートを示している。図１２によれば、電力増幅器１が奇モードで動作するときは、周波数１０．８ＧＨｚ及び１３．２ＧＨｚにおいて発振抑圧回路１５を抵抗器とみなせることが分かる。

　次に、図１３は、図１の構成から発振抑圧回路１５を取り除いた場合の電力増幅器のループ利得及び位相の計算結果を示すグラフである。これに対し、図１４は、発振抑圧回路１５を有する電力増幅器１のループ利得及び位相の計算結果を示すグラフである。図１３を参照すると、発振抑圧回路１５が装荷されない場合のループ利得は、周波数１３．２ＧＨｚで０ｄＢよりも大きく、位相はほぼ０ｄｅｇとなる。このため、周波数１３．２ＧＨｚで寄生発振の危険性が高いことが分かる。一方、図１４を参照すると、発振抑圧回路１５が装荷された場合、図１３の場合と比べると、ループ利得が低下し、寄生発振の危険性が抑圧されていることが分かる。

　以上に説明したように実施の形態１の電力増幅器１においては、第１の分岐伝送路と第２の分岐伝送路との間に、直列接続された結合線路２４，３４を有する発振抑圧回路１５が設けられている。この発振抑圧回路１５は、電力増幅器１の基本波の動作特性に極力影響を与えることなく、広範囲の任意の周波数での反射電力を吸収することができる。これにより、寄生発振の原因となる不要な反射電力が抑圧されて、広範囲の任意の周波数で電力増幅器１の寄生発振を抑圧することが可能である。

実施の形態２．
　図１５は、実施の形態１の第１の変形例である実施の形態２の電力増幅器における発振抑圧回路１５Ｂの回路構成を示す概略図である。本実施の形態の電力増幅器の回路構成は、実施の形態１の発振抑圧回路１５に代えて図１５の発振抑圧回路１５Ｂを有する点を除き、上記実施の形態１の電力増幅器１の構成と同じである。

　図１５を参照すると、発振抑圧回路１５Ｂは、第１の分岐伝送路側の伝送線路２１と接続ノードａ１との間に直列接続された補助抵抗器２８Ｒを有し、第２の分岐伝送路側の伝送線路３１と接続ノードａ２との間に直列接続された補助抵抗器３８Ｒを有している。補助抵抗器２８Ｒ，３８Ｒは、同一の抵抗値Ｒ_ｆを有する。発振抑圧回路１５Ｂの構成は、補助抵抗器２８Ｒ，３８Ｒを除いて、上記実施の形態１の発振抑圧回路１５の構成と同じである。

　このように補助抵抗器２８Ｒ，３８Ｒが装荷されることで、周波数ｆ_ｏでの電力消費をより複数個所で分散して生じさせることが可能となるので、抵抗器焼損のリスクを軽減することができる。また、上記Ｚ_ｂｏ，Ｚ_ｂｅ，Ｚ_ａ，Ｒ_ｃ，Ｒ_ｄ，Ｒ_ｅなどの変数に加えてＲ_ｆを変数とすることができることから、変数の数の増加により回路設計の自由度の向上が可能となる。

実施の形態３．
　図１６は、実施の形態１の第２の変形例である実施の形態３の電力増幅器における発振抑圧回路１５Ｃの回路構成を示す概略図である。本実施の形態の電力増幅器の回路構成は、実施の形態１の発振抑圧回路１５に代えて図１６の発振抑圧回路１５Ｃを有する点を除き、上記実施の形態１の電力増幅器１の構成と同じである。

　図１６を参照すると、発振抑圧回路１５Ｃは、中間接続ノードｃ１と抵抗器２５との間に直列接続された容量素子（キャパシタ）２８Ｃを有し、中間接続ノードｃ１と抵抗器３５との間に直列接続された容量素子（キャパシタ）３８Ｃを有している。容量素子２８Ｃ，３８Ｃは、同一容量Ｃ_ｃを有する。発振抑圧回路１５Ｃの構成は、容量素子２８Ｃ，３８Ｃを除いて、上記実施の形態１の発振抑圧回路１５の構成と同じである。

　電力増幅器１が偶モードで動作するときには中間接続ノードｃ１が仮想開放点となるので、発振抑圧回路１５の動作は実施の形態１の場合と同様に動作する。電力増幅器１が奇モードで動作するときは、中間接続ノードｃ１は仮想接地点となる。このとき、抵抗器２５の一端は容量素子２８Ｃを介して仮想接地点と接続され、抵抗器３５の一端も容量素子３８Ｃを介して仮想接地点と接続される。したがって、電力増幅器１が奇モードで動作するときにのみ、実質的に容量素子２８Ｃ，３８Ｃが装荷されるということができる。したがって、電力増幅器１が偶モードで動作する場合の接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}に影響を与えることなく、また、接続ノードａ２から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスに影響を与えることなく、電力増幅器１が奇モードで動作する場合の接続ノードａ１からみたインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｏ}及び接続ノードａ２からみたインピーダンスをそれぞれ変化させることができる。これにより、回路設計の自由度の向上が可能となる。

実施の形態４．
　図１７は、実施の形態１の第３の変形例である実施の形態４の電力増幅器における発振抑圧回路１５Ｄの概略構成を示す図である。本実施の形態の電力増幅器の回路構成は、実施の形態１の発振抑圧回路１５に代えて図１７の発振抑圧回路１５Ｄを有する点を除き、上記実施の形態１の電力増幅器１の構成と同じである。

　図１７を参照すると、発振抑圧回路１５Ｃは、中間接続ノードｃ１と抵抗器２５との間に直列接続されたインダクタ２８Ｌを有し、中間接続ノードｃ１と抵抗器３５との間に直列接続されたインダクタ３８Ｌを有している。これらインダクタ２８Ｌ，３８Ｌは、同一インダクタンスＬ_ｃを有する。発振抑圧回路１５Ｄの構成は、インダクタ２８Ｌ，３８Ｌを除いて、上記実施の形態１の発振抑圧回路１５の構成と同じである。

　電力増幅器１が偶モードで動作するときには中間接続ノードｃ１が仮想開放点となるので、発振抑圧回路１５の動作は実施の形態１の場合と同様に動作する。電力増幅器１が奇モードで動作するときは、中間接続ノードｃ１は仮想接地点となる。このとき、抵抗器２５の一端はインダクタ２８Ｌを介して仮想接地点と接続され、抵抗器３５の一端もインダクタ３８Ｌを介して仮想接地点と接続される。したがって、電力増幅器１が奇モードで動作するときにのみ、実質的にインダクタ２８Ｌ，３８Ｌが装荷されるということができる。したがって、電力増幅器１が偶モードで動作する場合の接続ノードａ１から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｅ}に影響を与えることなく、また、接続ノードａ２から中間接続ノードｃ１をみたインピーダンスに影響を与えることなく、電力増幅器１が奇モードで動作する場合の接続ノードａ１からみたインピーダンスＺ_{ｉｎａ_ｏ}及び接続ノードａ２からみたインピーダンスをそれぞれ変化させることができる。これにより、回路設計の自由度の向上が可能となる。

実施の形態５．
　図１８は、実施の形態２の変形例である実施の形態５の電力増幅器における発振抑圧回路１５Ｅの概略構成を示す図である。本実施の形態の電力増幅器の回路構成は、実施の形態２の発振抑圧回路１５Ｂに代えて図１８の発振抑圧回路１５Ｅを有する点を除き、上記実施の形態２の電力増幅器の構成と同じである。

　図１８を参照すると、発振抑圧回路１５Ｅは、第１の分岐伝送路の接続ノードａ１と中間接続ノードｃ１との間に、伝送線路２２，２３及び補助伝送線路２３Ｂからなる結合線路２４Ｂを有し、第２の分岐伝送路の接続ノードａ２と中間接続ノードｃ１との間に、伝送線路３２，３３及び補助伝送線路３３Ｂからなる結合線路３４Ｂを有している。本実施の形態の発振抑圧回路１５Ｅの構成は、実施の形態２の結合線路２４，３４に代えて図１８の結合線路２４Ｂ，３４Ｂを有する点を除いて、実施の形態２の発振抑圧回路１５Ｂの構成と同じである。

　このように結合線路２４Ｂ，３４Ｂにおける電磁的な結合の数は、実施の形態２の結合線路２４，３４におけるそれと比べて多い。これにより、回路設計の自由度の向上が可能となる。なお、各結合線路において補助伝送線路の数は、１つに限らず、２つ以上であってもよい。

実施の形態６．
　図１９は、本発明に係る実施の形態６の電力増幅器１Ａの回路構成を概略的に示す図である。図１９に示されるように、この電力増幅器１Ａは、上記した発振抑圧回路１５を含む分配器１０、第１増幅素子４１、第２増幅素子４２及び合成器５０Ａを備えて構成されている。

　本実施の形態の合成器５０Ａは、第１の高周波伝送路と第２の高周波伝送路との間に、発振抑圧回路１５と同じ回路構成を有する発振抑圧回路１５Ａを備えることを特徴としている。すなわち、合成器５０Ａは、第１の高周波伝送路上の接続ノードＡ１と第２の高周波伝送路上の接続ノードＡ２との間に並列に接続された発振抑圧回路１５Ａを有する。

　発振抑圧回路１５Ａは、互いに直列に接続された結合線路（第３及び第４の結合線路）２４，３４を有する。一方の結合線路２４は、互いに平行に且つ近接対向して配置された一対の伝送線路（第１及び第２の合成側伝送線路）２２，２３で構成されており、他方の結合線路３４は、互いに平行に且つ近接対向して配置された一対の伝送線路（第３及び第４の合成側伝送線路）３２，３３で構成されている。更に、発振抑圧回路１５Ａは、第１の高周波伝送路側に配置された伝送線路（第５の合成側伝送線路）２１と、第２の高周波伝送路側に配置された伝送線路（第６の合成側伝送線路）３１とを有する。

　このように、分配器１０が発振抑圧回路１５を有するだけでなく、合成器５０Ａが発振抑圧回路１５と同様に動作する発振抑圧回路１５Ａを有している。したがって、分配器１０における寄生発生を抑圧すると同時に、合成器５０Ａにおける寄生発振を抑圧することが可能である。

　なお、発振抑圧回路１５Ａに代えて、上記実施の形態２，３，４，５の発振抑圧回路１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅのいずれかを有するように合成器５０Ａの構成が変更されてもよい。

　以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態１～６について述べたが、これら実施の形態１～６は本発明の例示であり、これら実施の形態１～６以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記した各実施の形態は、第１増幅素子４１及び第２増幅素子４２という２個の増幅素子を備えていたが、これに限定されるものではない。２個よりも多い増幅素子が設けられてもよい。

　また、上記実施の形態６では、好ましい形態として、分配器１０及び合成器５０Ａの双方に発振抑圧回路１５，１５Ａが装荷されていたが、これに限定されるものではない。合成器５０Ａに発振抑圧回路１５Ａが装荷され、分配器１０から発振抑圧回路１５が取り除かれた形態もあり得る。

　また、上記実施の形態１～６では、分配器１０に１つの発振抑圧回路１５が装荷されていたが、これに限定されるものではない。分配器１０に、発振抑圧回路１５と同じ構成を有する発振抑制回路が複数装荷されていてもよい。また、実施の形態６では、合成器５０Ａに１つの発振抑圧回路１５Ａが装荷されていたが、これに限定されるものではない。合成器５０Ａに、発振抑圧回路１５と同じ構成を有する発振抑制回路が複数装荷されていてもよい。

　更に、上記実施の形態１～６においては、抵抗器２５～２７，３５～３７のうちのいずれかの抵抗器が装荷されていれば、当該抵抗器において周波数ｆ_ｏでの電力が消費される。よって、電力増幅器の回路構成の対称性が成立するとの制約下で、抵抗器２５～２７，３５～３７のいずれかが省略されてもよい。

　なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１～６の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明に係る電力増幅器は、たとえば、移動体通信用または衛星通信用の高周波帯の信号を処理する通信機器に用いられるのに適している。

　１，１Ａ　電力増幅器、２　入力端子、３　出力端子、１０　分配器（ディバイダ）、１１～１４　伝送線路、１５，１５Ａ～１５Ｅ　発振抑圧回路、２１～２３　伝送線路、２３Ｂ　補助伝送線路、２４，２４Ｂ　結合線路、２５，２６，２６Ｂ，２７，２７Ｂ，２８Ｒ　抵抗素子、２８Ｃ　容量素子、２８Ｌ　インダクタ、３１～３３　伝送線路、３３Ｂ　補助伝送線路、３４，３４Ｂ　結合線路、３５，３６，３６Ｂ，３７，３７Ｂ，３８Ｒ　抵抗素子、３８Ｃ　容量素子、３８Ｌ　インダクタ、４１　第１増幅素子、４２　第２増幅素子、５０，５０Ａ　合成器（コンバイナ）、５１～５４　伝送線路。

Claims

　入力端子に入力された高周波信号の電力を２つの電力に分配して第１及び第２の高周波信号を出力する分配器と、
　前記第１の高周波信号を増幅して出力する第１増幅素子と、
　前記第２の高周波信号を増幅して出力する第２増幅素子と、
　前記第１増幅素子の出力電力と前記第２増幅素子の出力電力とを合成して増幅信号を生成し、前記増幅信号を出力端子に出力する合成器と
を備え、
　前記分配器は、
　前記入力端子と前記第１増幅素子との間に配設され、前記第１の高周波信号を伝送する第１の分岐伝送路と、
　前記入力端子と前記第２増幅素子との間に配設され、前記第２の高周波信号を伝送する第２の分岐伝送路と、
　前記第１の分岐伝送路と前記第２の分岐伝送路との間に配設され、互いに直列に接続された第１及び第２の結合線路を有する発振抑圧回路とを含み、
　前記第１の結合線路は、互いに平行に配置された第１及び第２の伝送線路を有するとともに前記第１の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有し、
　前記第２の結合線路は、互いに平行に配置された第３及び第４の伝送線路を有するとともに前記第２の分岐伝送路と電磁的に接続される一端を有する
ことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１記載の電力増幅器であって、
　前記発振抑圧回路は、前記第１の結合線路の当該他端と前記第２の結合線路の当該他端との間に中間接続ノードを有し、
　前記中間接続ノードは、当該電力増幅器が偶モードで動作するときに仮想開放点となり、当該電力増幅器が奇モードで動作するときに仮想短絡点となることを特徴とする電力増幅器。
　請求項２記載の電力増幅器であって、
　前記第１の伝送線路の一端が前記第１の分岐伝送路と接続されるとともに、前記第１の伝送線路の他端が前記第２の結合線路の当該他端と接続されており、
　前記第３の伝送線路の一端が前記第２の分岐伝送路と接続されるとともに、前記第３の伝送線路の他端が前記第１の結合線路の当該他端と接続されている
ことを特徴とする電力増幅器。
　請求項３記載の電力増幅器であって、前記発振抑圧回路は、前記中間接続ノードと前記第１の伝送線路の当該他端との間に直列に接続された第１の抵抗器と、前記中間接続ノードと前記第２の伝送線路の当該他端との間に直列に接続された第２の抵抗器とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項３記載の電力増幅器であって、前記発振抑圧回路は、前記第１の伝送線路と前記第１の分岐伝送路との間に直列に接続された第５の伝送線路と、前記第３の伝送線路と前記第１の高周波伝送路との間に直列に接続された第６の伝送線路とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項５記載の電力増幅器であって、前記発振抑圧回路は、前記第１の伝送線路の当該一端と前記第５の伝送線路との間に直列に接続された第１の補助抵抗器と、前記第３の伝送線路の当該一端と前記第６の伝送線路との間に直列に接続された第２の補助抵抗器とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項４記載の電力増幅器であって、前記発振抑圧回路は、前記中間接続ノードと前記第１の抵抗器との間に直列に接続された第１の容量素子と、前記中間接続ノードと前記第２の抵抗器との間に直列に接続された第２の容量素子とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項４記載の電力増幅器であって、前記発振抑圧回路は、前記中間接続ノードと前記第１の抵抗器との間に直列に接続された第１のインダクタと、前記中間接続ノードと前記第２の抵抗器との間に直列に接続された第２のインダクタとを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１記載の電力増幅器であって、前記第１の結合線路は、前記第１及び第２の伝送線路と平行に配置された第１の補助伝送線路を更に有し、前記第２の結合線路は、前記第３及び第４の伝送線路と平行に配置された第２の補助伝送線路を更に有することを特徴とする電力増幅器。
　請求項１記載の電力増幅器であって、
　前記合成器は、
　前記第１増幅素子と前記出力端子との間に配設され、前記第１増幅素子の出力を伝送する第１の高周波伝送路と、
　前記第２増幅素子と前記出力端子との間に配設され、前記第２増幅素子の出力を伝送する第２の高周波伝送路と、
　前記第１の高周波伝送路と前記第２の高周波伝送路との間に配設され、互いに直列に接続された第３及び第４の結合線路を有する他の発振抑圧回路とを含み、
　前記第３の結合線路は、互いに平行に配置された第１及び第２の合成側伝送線路を有するとともに前記第１の高周波伝送路と電磁的に接続される一端を有し、
　前記第４の結合線路は、互いに平行に配置された第３及び第４の合成側伝送線路を有するとともに前記第２の高周波伝送路と電磁的に接続される一端を有する
ことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１０記載の電力増幅器であって、
　前記他の発振抑圧回路は、前記第１の結合線路の当該他端と前記第２の結合線路の当該他端との間に他の中間接続ノードを有し、
　前記他の中間接続ノードは、当該電力増幅器が偶モードで動作するときに仮想開放点となり、当該電力増幅器が奇モードで動作するときに仮想短絡点となることを特徴とする電力増幅器。
　請求項１１記載の電力増幅器であって、
　前記第１の合成側伝送線路の一端が前記第１の高周波伝送路と接続されるとともに、前記第１の合成側伝送線路の他端が前記第４の結合線路の当該他端と接続されており、
　前記第３の合成側伝送線路の一端が前記第２の高周波伝送路と接続されるとともに、前記第３の合成側伝送線路の他端が前記第３の結合線路の当該他端と接続されている
ことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１２記載の電力増幅器であって、前記他の発振抑圧回路は、前記他の中間接続ノードと前記第１の合成側伝送線路の当該他端との間に直列に接続された第３の抵抗器と、前記他の中間接続ノードと前記第２の合成側伝送線路の当該他端との間に直列に接続された第４の抵抗器とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１２記載の電力増幅器であって、前記他の発振抑圧回路は、前記第１の合成側伝送線路と前記第１の分岐伝送路との間に直列に接続された第５の合成側伝送線路と、前記第３の合成側伝送線路と前記第１の高周波伝送路との間に直列に接続された第６の合成側伝送線路とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１４記載の電力増幅器であって、前記他の発振抑圧回路は、前記第１の合成側伝送線路の当該一端と前記第５の合成側伝送線路との間に直列に接続された第１の補助抵抗器と、前記第３の合成側伝送線路の当該一端と前記第６の合成側伝送線路との間に直列に接続された第２の補助抵抗器とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１３記載の電力増幅器であって、前記他の発振抑圧回路は、前記他の中間接続ノードと前記第３の抵抗器との間に直列に接続された第３の容量素子と、前記他の中間接続ノードと前記第４の抵抗器との間に直列に接続された第４の容量素子とを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１３記載の電力増幅器であって、前記他の発振抑圧回路は、前記他の中間接続ノードと前記第３の抵抗器との間に直列に接続された第３のインダクタと、前記他の中間接続ノードと前記第４の抵抗器との間に直列に接続された第４のインダクタとを更に含むことを特徴とする電力増幅器。
　請求項１０記載の電力増幅器であって、前記第１の結合線路は、前記第１及び第２の合成側伝送線路と平行に配置された第１の合成側補助伝送線路を更に有し、前記第２の結合線路は、前記第３及び第４の合成側伝送線路と平行に配置された第２の合成側補助伝送線路を更に有することを特徴とする電力増幅器。
　入力端子に入力された高周波信号の電力を２つの電力に分配して第１及び第２の高周波信号を出力する分配器と、
　前記第１の高周波信号を増幅して出力する第１増幅素子と、
　前記第２の高周波信号を増幅して出力する第２増幅素子と、
　前記第１増幅素子の出力電力と前記第２増幅素子の出力電力とを合成して増幅信号を生成し、前記増幅信号を出力端子に出力する合成器と
を備え、
　前記合成器は、
　前記第１増幅素子と前記出力端子との間に配設され、前記第１増幅素子の出力を伝送する第１の高周波伝送路と、
　前記第２増幅素子と前記出力端子との間に配設され、前記第２増幅素子の出力を伝送する第２の高周波伝送路と、
　前記第１の高周波伝送路と前記第２の高周波伝送路との間に配設され、互いに直列に接続された第３及び第４の結合線路を有する他の発振抑圧回路とを含み、
　前記第３の結合線路は、互いに平行に配置された第１及び第２の合成側伝送線路を有するとともに前記第１の高周波伝送路と電磁的に接続される一端を有し、
　前記第４の結合線路は、互いに平行に配置された第３及び第４の合成側伝送線路を有するとともに前記第２の高周波伝送路と電磁的に接続される一端を有する
ことを特徴とする電力増幅器。