WO2019159323A1 - 電力分配合成回路及び電力増幅モジュール - Google Patents

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WO2019159323A1
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power distribution
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裕之 青山
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers

Definitions

  • the present invention relates to a power distribution and synthesis circuit including an impedance transformation line and a coupled transmission line, and a power amplification module including a signal distribution circuit and a signal synthesis circuit.
  • the power distribution / synthesis circuit is a circuit that distributes a high-frequency signal or a circuit that combines a plurality of high-frequency signals.
  • Non-Patent Document 1 below discloses a Gysel-type power distribution and synthesis circuit as a power distribution and synthesis circuit that has isolation characteristics between input and output terminals and has excellent power resistance.
  • the Gysel type power distribution and synthesis circuit includes the following components (1) to (6).
  • a plurality of second connection lines in which the other end and one end are connected and the other ends are connected to each other.
  • Each other end and one end of the plurality of first connection lines are connected, and the other end is grounded.
  • the lengths of the impedance transformation line, the first connection line, and the second connection line are odd multiples of a quarter wavelength at the operating frequency.
  • n is an odd number
  • ⁇ is a wavelength
  • a use frequency is a frequency of a desired high-frequency signal to be distributed or a desired high-frequency signal to be synthesized.
  • a conventional power distribution / combination circuit is a method for generating a high-frequency signal power based on a variation in amplitude or phase if the high-frequency signals input from a plurality of input / output terminals are not in phase with the same phase but have variations in amplitude or phase. Part is consumed by the terminating resistor. The terminating resistor generates heat by consuming electric power. Since the termination resistor is physically connected to the ground, the heat generated from the termination resistor is dissipated through the ground.
  • the conventional power distribution and synthesis circuit has a large power loss even when the frequency of the high-frequency signal deviates from the use frequency in addition to the variation in the amplitude or phase of the high-frequency signal input from the plurality of input / output terminals.
  • Heat generated when power is consumed by the terminating resistor is propagated from the terminating resistor to the ground and is dissipated from the ground.
  • heat is generated due to conductor loss or the like in a path for transmitting high-frequency signals input from a plurality of input / output terminals, and the generated heat is transmitted to the ground via the terminating resistor. Therefore, heat is concentrated on the termination resistor, causing a temperature rise of the termination resistor, and there is a problem that the power durability of the conventional power distribution and synthesis circuit may be deteriorated.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power distribution / combination circuit that can suppress an increase in power loss and a deterioration in power durability. It is another object of the present invention to obtain a power amplification module including a circuit capable of suppressing an increase in power loss and a deterioration in power durability as a signal synthesis circuit.
  • the power distribution / combination circuit includes a plurality of impedance transformation lines having one end connected to a common terminal and each of the plurality of input / output terminals connected to the other end, and the other ends of the plurality of impedance transformation lines. And a plurality of coupled transmission lines having one end connected and the other end connected to the connection point, each of the plurality of coupled transmission lines being one of the impedance transformation lines of the plurality of impedance transformation lines.
  • a first transmission line having one end connected to the other end and the other end grounded; a second transmission line having one end connected to a connection point and electrically coupled to the first transmission line;
  • the second transmission line included in the plurality of coupled transmission lines includes a plurality of terminating resistors that are connected to the other end and the other end and are grounded at the other end.
  • each of the plurality of coupled transmission lines is connected to the other end and one end of any one of the plurality of impedance transformation lines, and the other end is grounded.
  • the line and one end are connected to the connection point, and one end and the other end of any one of the plurality of termination resistors are connected, and are electrically coupled to the first transmission line.
  • the power distribution and synthesis circuit is configured to include two transmission lines. Therefore, the power distribution / combination circuit according to the present invention can suppress each of an increase in power loss and deterioration in power durability.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a power distribution and synthesis circuit according to a first embodiment.
  • 3A is an explanatory diagram showing a power distribution / combination circuit that is line-symmetric with respect to the line segment TT ′
  • FIG. 3B is an explanatory diagram showing an even-mode equivalent circuit in which a magnetic wall surface is applied to the symmetry plane shown in FIG. 3A
  • FIG. 3C is an explanatory diagram showing an odd-mode equivalent circuit in which an electric wall surface is applied to the symmetry plane shown in FIG. 3A.
  • FIG. 4A is an explanatory diagram showing a circuit obtained by equivalently converting the even-mode equivalent circuit shown in FIG. 3B, focusing on the termination condition of the coupled transmission line 4-1, and FIG. 4B shows the termination condition of the coupled transmission line 4-1. It is explanatory drawing which shows the circuit which equivalently converted the odd mode equivalent circuit shown to FIG. 3C paying attention.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram illustrating a calculation model of the power distribution / combination circuit according to the first embodiment
  • FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating a calculation model of the conventional power distribution / combination circuit disclosed in Non-Patent Document 1.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram showing simulation results of power loss in the power distribution / combination circuit according to the first embodiment and the conventional power distribution / combination circuit disclosed in Non-Patent Document 1
  • FIG. 6B is a diagram illustrating the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing simulation results of respective output powers in the power distribution / combination circuit and the conventional power distribution / combination circuit disclosed in Non-Patent Document 1;
  • 6 is a configuration diagram illustrating a power distribution and synthesis circuit according to a second embodiment.
  • FIG. FIG. 10 is a configuration diagram showing another power distribution and synthesis circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a configuration diagram showing a symmetric tournament-type power distribution and synthesis circuit according to the third embodiment
  • FIG. 9B is a configuration diagram showing an asymmetric tournament-type power distribution and synthesis circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a power amplification module according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a power distribution and synthesis circuit according to the first embodiment.
  • a common terminal 1 is a terminal for inputting a high-frequency signal to be distributed when a power distribution / synthesis circuit is used as a distribution circuit.
  • the common terminal 1 is a terminal for outputting a synthesized high-frequency signal when the power distribution and synthesis circuit is used as a synthesis circuit.
  • N is an integer of 2 or more.
  • the input / output terminal 2-n is a terminal for inputting a high frequency signal to be synthesized when the power distribution / synthesis circuit is used as a synthesis circuit.
  • the impedance transformation line 3-n is a line having one end connected to the common terminal 1 and the other end connected to the input / output terminal 2-n.
  • the line length of the impedance transformation line 3-n is a length of a quarter wavelength (hereinafter referred to as “ ⁇ / 4”) in terms of the frequency of the high-frequency signal input / output from the input / output terminal 2-n.
  • the coupled transmission line 4-n includes a first transmission line 4a-n and a second transmission line 4b-n.
  • the coupled transmission line 4-n is a line having one end connected to the other end of the impedance transformation line 3-n and the other end connected to the connection point 5.
  • the first transmission line 4a-n is a line having one end connected to the other end of the impedance transformation line 3-n and the other end grounded.
  • One end of the first transmission line 4a-n corresponds to one end of the coupled transmission line 4-n.
  • the second transmission line 4b-n has one end connected to the connection point 5 and the other end connected to one end of the termination resistor 6-n, and is electrically coupled to the first transmission line 4a-n. It is a track.
  • One end of the second transmission line 4b-n corresponds to the other end of the coupled transmission line 4-n.
  • the line length of each of the first transmission line 4a-n and the second transmission line 4b-n is ⁇ / 4.
  • the line length of the first transmission line 4a-n and the second transmission line is equal.
  • connection point 5 is a point where one ends of the second transmission lines 4b-1 to 4b-N are connected to each other.
  • the terminating resistor 6-n is a resistor having one end connected to the other end of the second transmission line 4b-n and the other end grounded.
  • the power distribution / combination circuit shown in FIG. 2 has a line segment TT ′ as shown in FIG. 3A if the normalized load impedances at the input / output terminals 2-1 and 2-2 are both 1.
  • the circuit is line symmetric.
  • the characteristics of the line-symmetric circuit shown in FIG. 3A can be calculated based on the reflection characteristics of the half-divided circuit obtained by dividing the circuit along the symmetry plane.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram showing an even mode equivalent circuit in which a magnetic wall surface is applied to the symmetry plane shown in FIG. 3A.
  • 3C is an explanatory diagram illustrating an odd-mode equivalent circuit in which an electric wall surface is applied to the symmetry plane illustrated in FIG. 3A.
  • Z 1 represents a respective normalized characteristic impedance of the impedance transformer lines 3-1 and impedance transformer line 3-2.
  • Z 0e indicates respective normalized even mode impedances in the coupled transmission line 4-1 and the coupled transmission line 4-2, and Z 0o indicates respective normalized in the coupled transmission line 4-1 and the coupled transmission line 4-2. Odd mode impedance is shown.
  • the line lengths of the impedance transformation lines 3-1 and 3-2, the first transmission lines 4 a-1 and 4 a-2, and the second transmission lines 4 b-1 and 4 b-2 are ⁇ .
  • FIG. 3A is an explanatory diagram showing a circuit obtained by equivalently converting the even mode equivalent circuit shown in FIG. 3B, focusing on the termination condition of the coupled transmission line 4-1.
  • FIG. 4B is an explanatory diagram showing a circuit obtained by equivalently converting the odd-mode equivalent circuit shown in FIG. 3C, focusing on the termination condition of the coupled transmission line 4-1.
  • Y 0e is a normalized even mode admittance represented by the reciprocal of the normalized even mode impedance Z 0e .
  • Y 0o is a normalized odd mode admittance represented by the reciprocal of the normalized odd mode impedance Z 0o .
  • the coupled transmission line 4-1 includes two lines whose normalized even mode admittance is Y0e , and one line whose normalized characteristic admittance is ( Y0o- Y0e ) / 2. It is represented by
  • the half circuit in the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 2 is equivalent to the circuit shown in FIG. 4A.
  • the termination resistor 6-1 causes power loss regardless of the frequency of the high frequency signal. Absent.
  • the standardized internal impedance of the common terminal 1 appears to be 2, and the standardized load impedance of the input / output terminal 2-1 and the standardized load impedance of the input / output terminal 2-2 are respectively Suppose that it is 1.
  • the half circuit in the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 2 is equivalent to the circuit shown in FIG. 4B.
  • the common terminal 1 is short-circuited, a high-frequency signal input from the input / output terminal 2-1 is not output to the common terminal 1.
  • the normalized characteristic admittance (Y 0o -Y 0e ) / 2 is 1, and the normalized resistance values R in the termination resistor 6-1 and the termination resistor 6-2 are Suppose that it is 1.
  • the power distribution / synthesis circuit shown in FIG. 2 includes impedance transformation lines 3-1 and 3-2, first transmission lines 4 a-1 and 4 a-2, and second transmission lines 4 b-1 and 4 b-2. Let the length be ⁇ . At this time, the high-frequency signals input from the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2 are consumed by the termination resistor 6-1 and the termination resistor 6-2 without being reflected.
  • the characteristics of the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 2 are the characteristics when a high-frequency signal having the same in-phase amplitude is input from each of the input / output terminals 2-1 and 2-2, and the high-frequency signal having the opposite-phase equal amplitude. Can be considered as a superposition with the characteristics when. Therefore, among the high-frequency signals input from the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2, the respective in-phase components are combined in power and output to the common terminal 1. Of the high-frequency signals input from the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2, the respective antiphase components are consumed by the termination resistor 6-1 and the termination resistor 6-2, respectively. .
  • FIG. 5A is an explanatory diagram illustrating a calculation model of the power distribution / combination circuit according to the first embodiment
  • FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating a calculation model of the conventional power distribution / combination circuit disclosed in Non-Patent Document 1. is there.
  • a high-frequency signal of 500 [W] having the same in-phase amplitude is input from each of the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2.
  • the output power and power loss are simulated.
  • Each simulation in output power and power loss is performed by a computer, for example.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating simulation results of power loss in the power distribution and synthesis circuit according to Embodiment 1 and the conventional power distribution and synthesis circuit disclosed in Non-Patent Document 1.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram showing simulation results of output power in the power distribution and synthesis circuit according to Embodiment 1 and the conventional power distribution and synthesis circuit disclosed in Non-Patent Document 1.
  • the power distribution / combination circuit according to the first embodiment has a power loss in each of the termination resistor 6-1 and the termination resistor 6-2 even when the normalized frequency is a frequency other than 1.0. It has not occurred.
  • the power distribution / combination circuit according to the first embodiment has a larger output power in a wider band than the conventional power distribution / combination circuit.
  • the circuit constant of the calculation model shown in FIG. 5A is an example.
  • the circuit constants such as the normalized characteristic impedance or the resistance value of the resistance in the impedance transformation line 3-1 and the impedance transformation line 3-2 may be asymmetric.
  • the impedance may be different.
  • each of the coupled transmission lines 4-1 to 4-N is connected to the other end and one end of any one of the impedance transformation lines 3-1 to 3-N.
  • a first transmission line 4a-n having the other end grounded, one end connected to the connection point 5, and one end of any one of the termination resistors 6-1 to 6-N;
  • the power distribution / synthesis circuit is configured to include the second transmission line 4b-n, which is connected to the other end and electrically coupled to the first transmission line 4a-n. Therefore, the power distribution / combination circuit can suppress an increase in power loss and a deterioration in power durability.
  • the impedance transformation lines 3-1 and 3-2 In the power distribution / synthesis circuit shown in FIG. 2, the impedance transformation lines 3-1 and 3-2, the first transmission lines 4a-1 and 4a-2, and the second transmission lines 4b-1 and 4b-2, respectively.
  • the length ⁇ is the frequency of the high-frequency signal and is a length of ⁇ / 4.
  • each line length ⁇ may be an odd multiple of ⁇ / 4 at the frequency of the high-frequency signal.
  • each of the impedance transformation line 3-n and the first transmission line 4a-n and the second transmission line 4b-n included in the coupled transmission line 4-n Such a line may be used.
  • Each line includes, for example, a signal conductor formed on the surface of the dielectric substrate, a microstrip line formed on the surface of the substrate having a ground conductor on the back surface, a signal conductor formed on the inner layer of the multilayer substrate, and upper and lower layers. It may be a strip line formed in the inner layer of a multilayer substrate having a ground conductor.
  • Each line may be, for example, a coplanar line in which a signal conductor and a ground conductor are formed on one surface of a dielectric substrate, a coaxial line, or a line in which a plurality of illustrated lines are combined. .
  • FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a power distribution and synthesis circuit according to the second embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIG. 7 the same reference numerals as those in FIG.
  • the third transmission line 7-n the other end and one end of the second transmission line included in the coupled transmission line 4-n are connected, and one end and the other end of the termination resistor 6-n are connected.
  • the line length of the third transmission line 7-n is arbitrary, and the line lengths of the third transmission lines 7-1 to 7-N may be different from each other.
  • the heat dissipation mechanism 8-n is a mechanism that mounts the termination resistor 6-n and radiates heat generated from the termination resistor 6-n.
  • the heat dissipation mechanism 8-n is realized by a housing formed of a metal having good thermal conductivity.
  • the normalized input impedance of the third transmission line 7-n side is estimated from the connection point between the second transmission line 4b-n and the third transmission line 7-n. It is assumed that 1.
  • the characteristic impedance and line length of the third transmission line 7-n, and the termination are set so that the normalized input impedance of the third transmission line 7-n side is 1.
  • the resistance value of the resistor 6-n is determined.
  • the power distribution / combination circuit shown in FIG. 7 realizes a circuit response similar to that of the power distribution / combination circuit shown in FIG. 1 if the normalized input impedance is 1, considering the third transmission line 7-n side.
  • the characteristics of the power distribution / combination circuit shown in FIG. 7 are the same as the characteristics of the power distribution / combination circuit shown in FIG. Specifically, the characteristics of the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 7 are opposite to the characteristics when a high-frequency signal having the same in-phase amplitude is input from each of the input / output terminals 2-1 and 2-2. This can be considered as a superposition with characteristics when a high-frequency signal of equal amplitude is input. Therefore, among the high-frequency signals input from the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2, the respective in-phase components are combined in power and output to the common terminal 1. Of the high-frequency signals input from the input / output terminal 2-1 and the input / output terminal 2-2, the respective antiphase components are consumed by the termination resistor 6-1 and the termination resistor 6-2, respectively. .
  • the power distribution / synthesis circuit shown in FIG. 7 can be arranged with wider intervals between the termination resistors 6-1 to 6-N than the power distribution / combination circuit shown in FIG. Therefore, the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 7 can alleviate the concentration of heat more than the power distribution and synthesis circuit shown in FIG.
  • the power distribution / synthesis circuit shown in FIG. 7 has better heat dissipation than the power distribution / synthesis circuit shown in FIG. 1 because the terminating resistor 6-n is mounted on the heat dissipation mechanism 8-n. Therefore, in the power distribution / combination circuit shown in FIG. 7, the temperature rise of the termination resistor 6-n is smaller than that of the power distribution / combination circuit shown in FIG. 7 shows an example in which the heat dissipation mechanisms 8-1 to 8-N are separate mechanisms.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. One heat dissipation mechanism 8 in which 1 to 8-N are collected may be used.
  • FIG. 8 is a configuration diagram illustrating another power distribution and synthesis circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a configuration diagram illustrating a symmetric tournament-type power distribution and synthesis circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 9B is a configuration diagram illustrating an asymmetric tournament type power distribution and synthesis circuit according to the third embodiment.
  • a common terminal 10 is a terminal for inputting and outputting a high-frequency signal, and is connected to the common terminal 1 of the power 2-distribution combining circuit 21-1.
  • the input / output terminals 11-1 to 11-5 are terminals for inputting / outputting high frequency signals.
  • the input / output terminal 11-1 is connected to the input / output terminal 2-1 of the power 2-distribution combining circuit 21-2.
  • the input / output terminal 11-2 is connected to the input / output terminal 2-2 of the power 2-distribution combining circuit 21-2.
  • the input / output terminal 11-3 is connected to the input / output terminal 2-1 of the power 2-distribution combining circuit 21-3.
  • the input / output terminal 11-4 is connected to the input / output terminal 2-2 of the power 2-distribution combining circuit 21-3.
  • the input / output terminal 11-5 is connected to the other end of the fourth transmission line 22-3.
  • the fourth transmission line 22-1 has one end connected to the input / output terminal 2-1 of the power 2 distribution / synthesis circuit 21-1, and the other end connected to the common terminal 1 of the power 2 distribution / synthesis circuit 21-2. It is a track.
  • the fourth transmission line 22-2 has one end connected to the input / output terminal 2-2 of the power 2 distribution / synthesis circuit 21-1, and the other end connected to the common terminal 1 of the power 2 distribution / synthesis circuit 21-3. It is a track.
  • the fourth transmission line 22-3 is a line having one end connected to the input / output terminal 2-1 of the power 2 distribution / combination circuit 21-1 and the other end connected to the input / output terminal 11-5.
  • the power combining / distributing circuit shown in FIG. 1 is a power N distributing / combining circuit having one common terminal 1 and N input / output terminals 2-1 to 2-N.
  • the power combining / distributing circuit shown in FIG. 1 performs N distribution / synthesis of a high-frequency signal.
  • the branching point is a connection point between the common terminal 1 and the N impedance transformation lines 3-1 to 3-N. It can be done at once.
  • each of the impedance transformation lines 3-1 to 3-N needs to have a large characteristic impedance. For example, in the power combining and distributing circuit shown in FIG.
  • each of the impedance transformation lines 3-1 and 3-2 needs to have a characteristic impedance of 100 ⁇ .
  • the power combining / distributing circuit shown in FIG. 1 it is necessary to increase the characteristic impedance of the impedance transformation lines 3-1 to 3 -N as the number of distributing and combining increases. Therefore, when the number of distribution combinations is large, it may be difficult to realize the characteristic impedance of the impedance transformation lines 3-1 to 3 -N in a line such as a microstrip line and a strip line.
  • the power combining and distributing circuit is formed on a dielectric substrate as shown in FIG.
  • the power combining / distributing circuit formed on the dielectric substrate if N is 3 or more, at least one or more cross wirings are generated. Therefore, a dielectric substrate in which copper foil is attached to both sides (hereinafter referred to as “double-sided substrate”). "). Therefore, if N is 3 or more, the power combining and distributing circuit shown in FIG. 1 needs to be formed on, for example, a multilayer dielectric substrate, which increases the manufacturing cost.
  • N 2 power distribution / combination circuits 21-1 to 21-3 are connected in a symmetric tournament type.
  • N 2 power distribution / combination circuits 21-1 and 21-3 are connected in an asymmetric tournament type.
  • the internal impedance of the common terminal 1 and the load impedances of the input / output terminals 2-1 and 2-2 are 50 ⁇ .
  • the characteristic impedances of the impedance transformation lines 3-1 and 3-2 may be about 70.7 ⁇ .
  • the power distribution / combination circuit of the third embodiment is an example of a symmetric tournament type power 4 distribution / combination circuit as shown in FIG. 9A and an asymmetric tournament type power 3 distribution / combination circuit as shown in FIG. 9B. An example is shown.
  • FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a power amplification module according to the fourth embodiment.
  • the input terminal 31 is a terminal for inputting a high frequency signal.
  • the signal distribution circuit 32 is a circuit that distributes the high-frequency signal input from the input terminal 31 into four, and outputs each of the distributed high-frequency signals to the fifth transmission lines 33-1 to 33-4.
  • the signal distribution circuit distributes the high-frequency signal into four, but the number of high-frequency signals distributed is not limited to four, and the number of high-frequency signals distributed is two or three. However, it may be five or more.
  • the power distribution combination circuit shown in FIG. 1 or 7 may be used, or a conventional power distribution combination circuit disclosed in Non-Patent Document 1 may be used.
  • the signal distribution circuit 32 is the power distribution combination circuit shown in FIG. 1 or FIG. 7
  • the input terminal of the signal distribution circuit 32 connected to the input terminal 31 is the power distribution combination circuit shown in FIG. This corresponds to the common terminal 1 in FIG.
  • the output terminals of the signal distribution circuit 32 connected to the respective one ends of the fifth transmission lines 33-1 to 33-4 are input / output terminals 2-1 to 2-1 to the power distribution combination circuit shown in FIG. Corresponds to 2-4.
  • Each of the fifth transmission lines 33-1 to 33-4 has one end connected to each output terminal in the signal distribution circuit 32 and the other end connected to each input terminal of the power amplifiers 34-1 to 34-4. It is a track that has been.
  • Each of the power amplifiers 34-1 to 34-4 has an input terminal connected to the other end of each of the fifth transmission lines 33-1 to 33-4, and an output terminal connected to the sixth transmission lines 35-1 to 35-3. -4 is connected to one end of each.
  • Each of the power amplifiers 34-1 to 34-4 amplifies the high frequency signal input from the input terminal, and outputs the amplified high frequency signal from the output terminal to the sixth transmission lines 35-1 to 35-4. .
  • Each of the sixth transmission lines 35-1 to 35-4 has one end connected to each output terminal of the power amplifiers 34-1 to 34-4, and the other end connected to each input terminal of the signal synthesis circuit 36. It is a track that has been.
  • the signal synthesis circuit 36 is realized by the power distribution synthesis circuit shown in FIG. 1 or FIG.
  • Each input terminal in the signal combining circuit 36 corresponds to the input / output terminals 2-1 to 2-4 in the power distribution combining circuit shown in FIG.
  • the output terminal of the signal synthesis circuit 36 connected to the output terminal 37 corresponds to the common terminal 1 in the power distribution synthesis circuit shown in FIG. 1 or FIG.
  • the signal synthesis circuit 36 is a circuit that synthesizes high-frequency signals input from the respective input terminals and outputs the synthesized high-frequency signal to the output terminal 37.
  • the output terminal 37 is a terminal for outputting a high-frequency signal synthesized by the signal synthesis circuit 36.
  • the operation of the power amplification module shown in FIG. 10 will be described.
  • the power of the output signal increases as the power of the input signal increases.
  • the output signal of the power amplifier may be distorted when the power increases.
  • the power durability of the power amplifier is limited. Therefore, the power of the output signal obtained by one power amplifier circuit is limited. Therefore, in the power amplification module shown in FIG. 10, a plurality of power amplifiers 34-1 to 34-4 are connected in parallel so as to obtain large power.
  • the signal distribution circuit 32 When a high-frequency signal is input from the input terminal 31, the signal distribution circuit 32 distributes the high-frequency signal into four, and each of the distributed high-frequency signals (hereinafter referred to as “distributed high-frequency signal”) is subjected to the fifth transmission. Output to lines 33-1 to 33-4.
  • the fifth transmission lines 33-1 to 33-4 transmit the distributed high-frequency signals output from the signal distribution circuit 32 to the power amplifiers 34-1 to 34-4, respectively.
  • the power amplifiers 34-1 to 34-4 amplify the distributed high-frequency signals respectively transmitted by the fifth transmission lines 33-1 to 33-4, and each of the amplified distributed high-frequency signals to the sixth transmission line 35. -1 to 35-4.
  • Each of the power amplifiers 34-1 to 34-4 amplifies a distributed high-frequency signal whose power is smaller than that of the high-frequency signal input from the input terminal 31.
  • the power of each output signal in the power amplifiers 34-1 to 34-4 is smaller than the power of the output signal when the high frequency signal input from the input terminal 31 is amplified by only one power amplifier. Accordingly, each output signal in power amplifiers 34-1 to 34-4 is an output signal with less distortion than an output signal obtained by amplifying a high-frequency signal input from input terminal 31 with only one power amplifier.
  • the sixth transmission lines 35-1 to 35-4 transmit the amplified distributed high-frequency signals output from the power amplifiers 34-1 to 34-4 to the signal synthesis circuit 36, respectively.
  • the signal synthesis circuit 36 synthesizes the amplified distributed high-frequency signals transmitted by the sixth transmission lines 35-1 to 35-4, respectively, and outputs the synthesized high-frequency signal, which is the distributed high-frequency signal, to the output terminal 37.
  • a high-power high-frequency signal is obtained by synthesizing a plurality of distributed high-frequency signals by the signal combining circuit 36.
  • the signal synthesis circuit 36 is required to have high power resistance and low loss because the distributed high-frequency signals amplified by the power amplifiers 34-1 to 34-4 are input.
  • a loss occurs in the termination resistor, and the power durability deteriorates as heat is generated in the termination resistor.
  • the conventional power distribution and synthesis circuit is not suitable for the signal synthesis circuit 36.
  • the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 1, FIG. 7 or FIG. 9 is suitable for the signal synthesis circuit 36 because it can suppress the increase in power loss and the deterioration of power durability. 1, the power distribution and synthesis circuit shown in FIG. 7 or FIG. 9 is used.
  • the present invention is suitable for a power distribution / synthesis circuit including an impedance transformation line and a coupled transmission line. Further, the present invention is suitable for a power amplification module including a signal distribution circuit and a signal synthesis circuit.

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Abstract

結合伝送線路（４－１）～（４－Ｎ）のそれぞれが、インピーダンス変成線路（３－１）～（３－Ｎ）の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路（４ａ－ｎ）と、一端が接続点（５）と接続され、終端抵抗器（６－１）～（６－Ｎ）の中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路（４ａ－ｎ）と電気的に結合される第２の伝送線路（４ｂ－ｎ）とを備えるように、電力分配合成回路を構成した。

Description

電力分配合成回路及び電力増幅モジュール
　この発明は、インピーダンス変成線路及び結合伝送線路を備える電力分配合成回路と、信号分配回路及び信号合成回路を備える電力増幅モジュールとに関するものである。
　電力分配合成回路は、高周波信号を分配する回路、あるいは、複数の高周波信号を合成する回路である。
　以下の非特許文献１には、入出力端子間のアイソレーション特性を有し、かつ、耐電力が優れている電力分配合成回路として、Ｇｙｓｅｌ型電力分配合成回路が開示されている。
　Ｇｙｓｅｌ型電力分配合成回路は、以下の（１）～（６）の構成要素を備えている。
（１）分配対象の高周波信号を入力、あるいは、合成した高周波信号を出力するための共通端子、
（２）分配したそれぞれの高周波信号を出力、あるいは、合成対象のそれぞれの高周波信号を入力するための複数の入出力端子
（３）一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路
（４）複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続されている複数の第１の接続線路
（５）複数の第１の接続線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が互いに接続されている複数の第２の接続線路
（６）複数の第１の接続線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器
U. H. Gysel, "A new N-way power divider/combiner suitable for high-power applications," IEEE MTT-S Int. Microw. Sym., pp. 116-118, May 1975.
　非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路において、インピーダンス変成線路、第１の接続線路及び第２の接続線路におけるそれぞれの線路長が、使用周波数で４分の１波長の奇数倍（以下、「ｎ・λ／４」と称する）の長さであるとする。ｎは、奇数、λは、波長、使用周波数は、分配対象の所望の高周波信号の周波数又は合成対象の所望の高周波信号の周波数である。
　従来の電力分配合成回路は、それぞれの線路長がｎ・λ／４の長さであれば、複数の入出力端子から同相等振幅の高周波信号が入力されると、共通端子から複数の高周波信号を合成した信号を出力する。
　従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力された高周波信号が同相等振幅ではなく、振幅又は位相にばらつきがあれば、振幅又は位相のばらつきに応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。終端抵抗は、電力を消費することで、熱を発生する。終端抵抗は、グランドと物理的に接続されているため、終端抵抗から発生した熱は、グランドを介して放熱される。
　しかしながら、従来の電力分配合成回路は、それぞれの線路長がｎ・λ／４の長さからずれている場合、複数の入出力端子から同相等振幅の高周波信号が入力されても、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。また、従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力された高周波信号の振幅又は位相にばらつきがある場合も、振幅又は位相のばらつきに応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。
　従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から、使用周波数から周波数がずれている高周波信号が入力された場合、入力された高周波信号が同相等振幅であっても、入力された高周波信号の電力に応じて、高周波信号の電力の一部が終端抵抗器で消費される。
　したがって、従来の電力分配合成回路は、複数の入出力端子から入力される高周波信号の振幅又は位相のばらつきに加えて、高周波信号の周波数が、使用周波数からずれている場合でも、電力損失が大きくなってしまうという課題があった。
　終端抵抗器で電力が消費されることで発生した熱は、終端抵抗器からグランドに伝搬され、グランドから放熱される。また、複数の入出力端子から入力された高周波信号を伝搬する経路においても、導体損などによって熱が発生し、発生した熱が、終端抵抗器を介してグランドに伝搬される。
　したがって、終端抵抗器には、熱が集中して、終端抵抗器の温度上昇を招いてしまうため、従来の電力分配合成回路の耐電力が劣化してしまうことがあるという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる電力分配合成回路を得ることを目的とする。
　また、この発明は、信号合成回路として、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる回路を備える電力増幅モジュールを得ることを目的とする。
　この発明に係る電力分配合成回路は、一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、複数の結合伝送線路のそれぞれが、複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、一端が接続点と接続されており、第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、複数の結合伝送線路に含まれる第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えるようにしたものである。
　この発明によれば、複数の結合伝送線路のそれぞれが、複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、一端が接続点と接続され、複数の終端抵抗器の中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備えるように、電力分配合成回路を構成した。したがって、この発明に係る電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる。
実施の形態１による電力分配合成回路を示す構成図である。 図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路を示す構成図である。 図３Ａは、線分Ｔ－Ｔ’に対して線対称な電力分配合成回路を示す説明図、図３Ｂは、図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された偶モード等価回路を示す説明図、図３Ｃは、図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された奇モード等価回路を示す説明図である。 図４Ａは、結合伝送線路４－１の終端条件に着目して、図３Ｂに示す偶モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図、図４Ｂは、結合伝送線路４－１の終端条件に着目して、図３Ｃに示す奇モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。 図５Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図、図５Ｂは、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図である。 図６Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの電力損失のシミュレーション結果を示す説明図、図６Ｂは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの出力電力のシミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態２による電力分配合成回路を示す構成図である。 実施の形態２による他の電力分配合成回路を示す構成図である。 図９Ａは、実施の形態３による対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図、図９Ｂは、実施の形態３による非対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。 実施の形態４による電力増幅モジュールを示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１による電力分配合成回路を示す構成図である。
　図１において、共通端子１は、電力分配合成回路が分配回路として用いられる場合、分配対象の高周波信号を入力するための端子である。
　また、共通端子１は、電力分配合成回路が合成回路として用いられる場合、合成した高周波信号を出力するための端子である。
　入出力端子２－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、電力分配合成回路が分配回路として用いられる場合、分配した高周波信号を出力するための端子である。Ｎは、２以上の整数である。
　また、入出力端子２－ｎは、電力分配合成回路が合成回路として用いられる場合、合成対象の高周波信号を入力するための端子である。
　インピーダンス変成線路３－ｎは、一端が共通端子１と接続され、他端が入出力端子２－ｎと接続されている線路である。
　インピーダンス変成線路３－ｎの線路長は、入出力端子２－ｎから入出力される高周波信号の周波数で４分の１波長（以下、「λ／４」と称する。）の長さである。
　結合伝送線路４－ｎは、第１の伝送線路４ａ－ｎ及び第２の伝送線路４ｂ－ｎを備えている。
　結合伝送線路４－ｎは、一端がインピーダンス変成線路３－ｎの他端と接続され、他端が接続点５と接続されている線路である。
　第１の伝送線路４ａ－ｎは、一端がインピーダンス変成線路３－ｎの他端と接続され、他端が接地されている線路である。
　第１の伝送線路４ａ－ｎの一端は、結合伝送線路４－ｎの一端と対応している。
　第２の伝送線路４ｂ－ｎは、一端が接続点５と接続され、他端が終端抵抗器６－ｎの一端と接続されており、第１の伝送線路４ａ－ｎと電気的に結合される線路である。
　第２の伝送線路４ｂ－ｎの一端は、結合伝送線路４－ｎの他端と対応している。
　第１の伝送線路４ａ－ｎ及び第２の伝送線路４ｂ－ｎにおけるそれぞれの線路長は、λ／４の長さであり、第１の伝送線路４ａ－ｎの線路長と第２の伝送線路４ｂ－ｎの線路長とは等しい。
　接続点５は、第２の伝送線路４ｂ－１～４ｂ－Ｎの一端を互いに接続している点である。
　終端抵抗器６－ｎは、一端が第２の伝送線路４ｂ－ｎの他端と接続され、他端が接地されている抵抗器である。
　次に、図１に示す電力分配合成回路の動作を説明する。
　図２は、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路を示す構成図である。
　以下、説明の簡単化のため、Ｎ＝２である場合の電力分配合成回路の動作を説明する。
　図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２－１及び入出力端子２－２におけるそれぞれの規格化負荷インピーダンスが共に１であれば、図３Ａに示すように、線分Ｔ－Ｔ’に対して、線対称な回路となる。
　図３Ａに示す線対称な回路の特性は、回路を対称面で分割することで得られる半割りの回路の反射特性に基づいて計算することができる。
　図３Ｂは、図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された偶モード等価回路を示す説明図である。
　図３Ｃは、図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された奇モード等価回路を示す説明図である。
　図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、Ｚ１は、インピーダンス変成線路３－１及びインピーダンス変成線路３－２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスを示している。
　Ｚ０ｅは、結合伝送線路４－１及び結合伝送線路４－２におけるそれぞれの規格化偶モードインピーダンスを示し、Ｚ０ｏは、結合伝送線路４－１及び結合伝送線路４－２におけるそれぞれの規格化奇モードインピーダンスを示している。
　インピーダンス変成線路３－１，３－２、第１の伝送線路４ａ－１，４ａ－２及び第２の伝送線路４ｂ－１，４ｂ－２におけるそれぞれの線路長は、θである。
　図３Ａに示す線対称な回路において、共通端子１の規格化内部インピーダンスは、１である。
　図３Ａに示す対称面に磁気壁面が適用された場合、図３Ｂに示すように、接続点５は、開放端となり、共通端子１の規格化内部インピーダンスは、２のように見える。
　図３Ａに示す対称面に電気壁面が適用された場合、図３Ｃに示すように、接続点５は、短絡端となり、共通端子１は、短絡される。
　図４Ａは、結合伝送線路４－１の終端条件に着目して、図３Ｂに示す偶モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。
　図４Ｂは、結合伝送線路４－１の終端条件に着目して、図３Ｃに示す奇モード等価回路を等価変換した回路を示す説明図である。
　図４Ａ及び図４Ｂにおいて、Ｙ０ｅは、規格化偶モードインピーダンスＺ０ｅの逆数で表される規格化偶モードアドミタンスである。
　Ｙ０ｏは、規格化奇モードインピーダンスＺ０ｏの逆数で表される規格化奇モードアドミタンスである。
　図４Ｂに示す回路では、結合伝送線路４－１が、規格化偶モードアドミタンスがＹ０ｅである２つの線路と、規格化特性アドミタンスが（Ｙ０ｏ－Ｙ０ｅ）／２である１つの線路とで表される。
　図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合、電圧電流分布が、図３Ａに示す対称面に対して偶対称になるため、対称面が磁気壁面となる。
　したがって、図２に示す電力分配合成回路における半割りの回路は、図４Ａに示す回路と等価になる。
　図４Ａに示す回路では、入出力端子２－１と終端抵抗器６－１が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６－１では、高周波信号の周波数に依らず、電力損失が生じない。
　図２に示す電力分配合成回路は、共通端子１の規格化内部インピーダンスが２に見えて、入出力端子２－１の規格化負荷インピーダンス及び入出力端子２－２の規格化負荷インピーダンスのそれぞれが１であるとする。
　このとき、インピーダンス変成線路３－１及びインピーダンス変成線路３－２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスＺ１は、（２×１）１／２＝２１／２となる。
　したがって、規格化内部インピーダンスが２に見えて、規格化負荷インピーダンスが１であるとき、線路長θがλ／４の長さであれば、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号は、反射されることなく共通端子１へ出力される。
　線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の長さからずれている場合、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号の電力の一部は、反射される。しかし、入出力端子２－１と終端抵抗器６－１が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６－１では、電力損失がなく、発熱しない。また、入出力端子２－２と終端抵抗器６－２が電気的に接続されていないため、終端抵抗器６－２では、電力損失がなく、発熱しない。
　図２に示す電力分配合成回路は、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合、電圧電流分布が、図３Ａに示す対称面に対して奇対称になるため、対称面が電気壁面となる。
　したがって、図２に示す電力分配合成回路における半割りの回路は、図４Ｂに示す回路と等価になる。
　図４Ｂに示す回路では、共通端子１が短絡されているため、入出力端子２－１から入力された高周波信号が共通端子１へ出力されることはない。
　図２に示す電力分配合成回路は、規格化特性アドミタンス（Ｙ０ｏ－Ｙ０ｅ）／２が１であり、終端抵抗器６－１及び終端抵抗器６－２におけるそれぞれの規格化抵抗値Ｒが１であるとする。
　図２に示す電力分配合成回路は、インピーダンス変成線路３－１，３－２、第１の伝送線路４ａ－１，４ａ－２及び第２の伝送線路４ｂ－１，４ｂ－２におけるそれぞれの線路長が、θであるとする。
　このとき、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号は、反射されることなく、終端抵抗器６－１及び終端抵抗器６－２のそれぞれで消費される。
　図２に示す電力分配合成回路の特性は、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性と、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性との重ね合わせとして考えられる。
　したがって、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの同相成分は、電力合成されて、共通端子１へ出力される。
　入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの逆相成分は、終端抵抗器６－１及び終端抵抗器６－２のそれぞれで消費される。
　ここでは、図２に示す電力分配合成回路が、合成回路として用いられる場合の動作を示したが、図２に示す電力分配合成回路が、分配回路として用いられる場合、電力分配合成回路は、図３Ｂ及び図４Ａに示す偶モードの回路で考えることができる。
　図５Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図であり、図５Ｂは、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路の計算モデルを示す説明図である。
　実施の形態１では、図５Ａ及び図５Ｂに示す計算モデルのそれぞれについて、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから同相等振幅である５００［Ｗ］の高周波信号が入力された場合の出力電力及び電力損失をそれぞれシミュレーションしている。
　出力電力及び電力損失におけるそれぞれのシミュレーションは、例えば、コンピュータによって行われる。
　図６Ａは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの電力損失のシミュレーション結果を示す説明図である。
　図６Ｂは、実施の形態１による電力分配合成回路及び非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路におけるそれぞれの出力電力のシミュレーション結果を示す説明図である。
　従来の電力分配合成回路は、図６Ａに示すように、規格化周波数が１．０以外の周波数では、２つの終端抵抗器のそれぞれで電力損失が生じている。
　実施の形態１による電力分配合成回路は、図６Ａに示すように、規格化周波数が１．０以外の周波数においても、終端抵抗器６－１及び終端抵抗器６－２のそれぞれで電力損失が生じていない。
　また、実施の形態１による電力分配合成回路は、図６Ｂに示すように、従来の電力分配合成回路よりも、広帯域に大きな出力電力が得られている。
　なお、図５Ａで示す計算モデルの回路定数は、一例である。
　例えば、電力不等分配合成回路については、インピーダンス変成線路３－１及びインピーダンス変成線路３－２におけるそれぞれの規格化特性インピーダンスＺ１等の回路定数を所望の電力分配合成比に応じて設計すればよい。
　したがって、実施の形態１の電力分配合成回路において、インピーダンス変成線路３－１とインピーダンス変成線路３－２とにおける規格化特性インピーダンス又は抵抗の抵抗値などの回路定数が非対称であってもよい。また、実施の形態１の電力分配合成回路において、結合伝送線路４－１の規格化偶モードインピーダンス及び規格化奇モードインピーダンスと、結合伝送線路４－２の規格化偶モードインピーダンス及び規格化奇モードインピーダンスとが異なっていてもよい。
　以上の実施の形態１は、結合伝送線路４－１～４－Ｎのそれぞれが、インピーダンス変成線路３－１～３－Ｎの中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路４ａ－ｎと、一端が接続点５と接続され、終端抵抗器６－１～６－Ｎの中のいずれか１つの終端抵抗器の一端と他端が接続されており、第１の伝送線路４ａ－ｎと電気的に結合される第２の伝送線路４ｂ－ｎとを備えるように、電力分配合成回路を構成した。したがって、電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができる。
　図２に示す電力分配合成回路では、インピーダンス変成線路３－１，３－２、第１の伝送線路４ａ－１，４ａ－２及び第２の伝送線路４ｂ－１，４ｂ－２におけるそれぞれの線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の長さである例を示している。
　しかし、これは一例に過ぎず、それぞれの線路長θが、高周波信号の周波数で、λ／４の奇数倍の長さであればよい。
　図１に示す電力分配合成回路では、インピーダンス変成線路３－ｎと、結合伝送線路４－ｎに含まれる第１の伝送線路４ａ－ｎ及び第２の伝送線路４ｂ－ｎとのそれぞれは、どのような線路であってもよい。
　それぞれの線路は、例えば、誘電体基板の表面に形成された信号導体、裏面に地導体を有する基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路、多層基板の内層に形成された信号導体、上下層に地導体を有する多層基板の内層に形成されたストリップ線路であってもよい。
　また、それぞれの線路は、例えば、誘電体基板の一方の面に信号導体と地導体とが形成されたコプレーナ線路、同軸線路、あるいは、例示している線路を複数組み合わせた線路であってもよい。
実施の形態２．
　実施の形態２では、結合伝送線路４－ｎと終端抵抗器６－ｎの間に、第３の伝送線路７－ｎが挿入されている電力分配合成回路について説明する。
　図７は、実施の形態２による電力分配合成回路を示す構成図である。
　図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第３の伝送線路７－ｎは、結合伝送線路４－ｎに含まれる第２の伝送線路の他端と一端が接続され、終端抵抗器６－ｎの一端と他端が接続されている。
　第３の伝送線路７－ｎの線路長は、任意であり、第３の伝送線路７－１～７－Ｎにおけるそれぞれの線路長は、互いに異なっていてもよい。
　放熱機構８－ｎは、終端抵抗器６－ｎを実装しており、終端抵抗器６－ｎから発生した熱を放熱する機構である。
　放熱機構８－ｎは、熱伝導性の良い金属で形成されている筐体などで実現される。
　次に、図７に示す電力分配合成回路の動作を説明する。
　図７に示す電力分配合成回路では、第２の伝送線路４ｂ－ｎと第３の伝送線路７－ｎとの接続点から、第３の伝送線路７－ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１であるものとする。
　図７に示す電力分配合成回路では、第３の伝送線路７－ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１となるように、第３の伝送線路７－ｎの特性インピーダンス及び線路長と、終端抵抗器６－ｎの抵抗値とがそれぞれ決定されている。
　図７に示す電力分配合成回路は、第３の伝送線路７－ｎ側を見込んだ規格化入力インピーダンスが１であれば、図１に示す電力分配合成回路と同様の回路応答が実現される。
　したがって、図７に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である場合、図７に示す電力分配合成回路の特性は、図２に示す電力分配合成回路の特性と同様になる。
　具体的には、図７に示す電力分配合成回路の特性は、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから、同相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性と、逆相等振幅の高周波信号が入力される場合の特性との重ね合わせとして考えられる。
　したがって、入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの同相成分は、電力合成されて、共通端子１へ出力される。
　入出力端子２－１及び入出力端子２－２のそれぞれから入力された高周波信号のうち、それぞれの逆相成分は、終端抵抗器６－１及び終端抵抗器６－２のそれぞれで消費される。
　図７に示す電力分配合成回路は、結合伝送線路４－ｎと終端抵抗器６－ｎの間に、第３の伝送線路７－ｎが挿入されているので、図１に示す電力分配合成回路よりも、回路のレイアウトの自由度が増している。
　例えば、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路と比べて、終端抵抗器６－１～６－Ｎの間隔を広げて配置することができる。したがって、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路よりも、熱の集中を緩和させることができる。
　図７に示す電力分配合成回路は、終端抵抗器６－ｎが放熱機構８－ｎに実装されているので、図１に示す電力分配合成回路よりも、放熱性が良くなる。
　したがって、図７に示す電力分配合成回路は、図１に示す電力分配合成回路よりも、終端抵抗器６－ｎの温度上昇が小さくなり、回路の耐電力の向上が見込まれる。
　図７に示す電力分配合成回路では、放熱機構８－１～８－Ｎが別々の機構である例を示しているが、これに限るものではなく、図８に示すように、放熱機構８－１～８－Ｎが纏まっている１つの放熱機構８であってもよい。
　図８は、実施の形態２による他の電力分配合成回路を示す構成図である。
実施の形態３．
　実施の形態３では、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路（電力２分配合成回路）が、複数個トーナメント型に接続されている電力分配合成回路について説明する。
　図９Ａは、実施の形態３による対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。
　図９Ｂは、実施の形態３による非対称トーナメント形の電力分配合成回路を示す構成図である。
　図９Ａ及び図９Ｂにおいて、共通端子１０は、高周波信号を入出力するための端子であり、電力２分配合成回路２１－１の共通端子１と接続されている。
　入出力端子１１－１～１１－５は、高周波信号を入出力するための端子である。
　入出力端子１１－１は、電力２分配合成回路２１－２の入出力端子２－１と接続されている。
　入出力端子１１－２は、電力２分配合成回路２１－２の入出力端子２－２と接続されている。
　入出力端子１１－３は、電力２分配合成回路２１－３の入出力端子２－１と接続されている。
　入出力端子１１－４は、電力２分配合成回路２１－３の入出力端子２－２と接続されている。
　入出力端子１１－５は、第４の伝送線路２２－３の他端と接続されている。
　電力２分配合成回路２１－１～２１－３のそれぞれは、Ｎ＝２である場合の図１に示す電力分配合成回路である。
　第４の伝送線路２２－１は、一端が電力２分配合成回路２１－１の入出力端子２－１と接続され、他端が電力２分配合成回路２１－２の共通端子１と接続されている線路である。
　第４の伝送線路２２－２は、一端が電力２分配合成回路２１－１の入出力端子２－２と接続され、他端が電力２分配合成回路２１－３の共通端子１と接続されている線路である。
　第４の伝送線路２２－３は、一端が電力２分配合成回路２１－１の入出力端子２－１と接続され、他端が入出力端子１１－５と接続されている線路である。
　図１に示す電力合成分配回路は、１つの共通端子１と、Ｎ個の入出力端子２－１～２－Ｎを有する電力Ｎ分配合成器回路である。
　共通端子１と、Ｎ個のインピーダンス変成線路３－１～３－Ｎとの接続点である分岐部は、１つであり、図１に示す電力合成分配回路は、高周波信号のＮ分配合成を一度に行うことが可能である。
　高周波信号のＮ分配合成を一度に行う場合、インピーダンス整合を図るには、インピーダンス変成線路３－１～３－Ｎのそれぞれが、大きな特性インピーダンスを有している必要がある。
　例えば、Ｎ＝４である場合の図１に示す電力合成分配回路において、共通端子１の内部インピーダンス及び入出力端子２－１，２－２の負荷インピーダンスのそれぞれが５０Ωであるものとする。
　それぞれのインピーダンスが５０Ωである場合、インピーダンス変成線路３－１，３－２のそれぞれは、１００Ωの特性インピーダンスを有している必要がある。
　図１に示す電力合成分配回路は、分配合成数が多いほど、インピーダンス変成線路３－１～３－Ｎの特性インピーダンスを大きくする必要がある。したがって、分配合成数が多い場合、マイクロストリップ線路及びストリップ線路などの線路では、インピーダンス変成線路３－１～３－Ｎの特性インピーダンスを実現することが困難な場合がある。
　図１に示に電力合成分配回路が誘電体基板に形成される場合を想定する。
　誘電体基板に形成される電力合成分配回路は、Ｎが３以上であれば、少なくとも１つ以上の交差配線が発生するため、両面に銅箔が張り付けられた誘電体基板（以下、「両面基板」と称する。）だけでは実現できない。
　したがって、Ｎが３以上であれば、図１に示す電力合成分配回路は、例えば、多層誘電体基板に形成される必要があり、製造コストが増加する。
　図９Ａに示す電力分配合成回路は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１－１～２１－３が対称トーナメント型に接続されている。
　また、図９Ｂに示す電力分配合成回路は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１－１，２１－３が非対称トーナメント型に接続されている。
　電力分配合成回路２１－１～２１－３において、共通端子１の内部インピーダンス及び入出力端子２－１，２－２の負荷インピーダンスのそれぞれが５０Ωであるものとする。
　図９Ａ及び図９Ｂに示す電力分配合成回路では、それぞれのインピーダンスが５０Ωであれば、インピーダンス変成線路３－１，３－２の特性インピーダンスのそれぞれは、約７０．７Ωであればよい。
　したがって、インピーダンス変成線路３－１，３－２のそれぞれは、マイクロストリップ線路及びストリップ線路などの線路を用いて実現することが可能である。
　Ｎ＝２であれば、電力分配合成回路２１－１～２１－３は、両面基板に実現することが可能である。また、電力分配合成回路２１－１～２１－３は、トーナメント型に接続される場合でも、両面基板に実現することが可能である。
　以上の実施の形態３は、Ｎ＝２である電力分配合成回路２１－１～２１－３がトーナメント型に接続されている電力分配合成回路を構成した。したがって、電力分配合成回路は、実施の形態１と同様に、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができるほか、両面基板などの平面回路に容易に実現できるため、製造コストを削減することができる。
　実施の形態３の電力分配合成回路では、図１に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路が、複数個トーナメント型に接続されている例を示しているが、これに限るものではない。
　実施の形態３では、図７に示す電力分配合成回路において、Ｎ＝２である電力分配合成回路が、複数個トーナメント型に接続されている電力分配合成回路であってもよい。
　実施の形態３の電力分配合成回路は、図９Ａに示すように、対称トーナメント形の電力４分配合成回路である例と、図９Ｂに示すように、非対称トーナメント形の電力３分配合成回路である例とを示している。
　実施の形態３の電力分配合成回路において、図１又は図７に示すＮ＝２である電力分配合成回路の組み合わせは、任意である。したがって、実施の形態３では、分配合成数が任意の電力分配合成回路を実現することができる。
実施の形態４．
　実施の形態４では、図１又は図７に示す電力分配合成回路を備える電力増幅モジュールについて説明する。
　図１０は、実施の形態４による電力増幅モジュールを示す構成図である。
　入力端子３１は、高周波信号を入力するための端子である。
　信号分配回路３２は、入力端子３１から入力された高周波信号を４つに分配し、分配した高周波信号のそれぞれを第５の伝送線路３３－１～３３－４に出力する回路である。
　ここでは、信号分配回路が、高周波信号を４つに分配する例を示しているが、高周波信号の分配数は、４つに限るものではなく、高周波信号の分配数は、２つ又は３つでもよいし、５つ以上でもよい。
　信号分配回路３２としては、図１又は図７に示す電力分配合成回路を用いてもよいし、非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路を用いてもよい。例えば、信号分配回路３２が、図１又は図７に示す電力分配合成回路であれば、入力端子３１と接続される信号分配回路３２の入力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における共通端子１と対応する。第５の伝送線路３３－１～３３－４におけるそれぞれの一端と接続される信号分配回路３２におけるそれぞれの出力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における入出力端子２－１～２－４と対応する。
　第５の伝送線路３３－１～３３－４のそれぞれは、一端が信号分配回路３２におけるそれぞれの出力端子と接続され、他端が電力増幅器３４－１～３４－４のそれぞれの入力端子と接続されている線路である。
　電力増幅器３４－１～３４－４のそれぞれは、入力端子が第５の伝送線路３３－１～３３－４におけるそれぞれの他端と接続され、出力端子が第６の伝送線路３５－１～３５－４におけるそれぞれの一端と接続されている。
　電力増幅器３４－１～３４－４のそれぞれは、入力端子から入力された高周波信号を増幅し、出力端子から増幅した高周波信号のそれぞれを第６の伝送線路３５－１～３５－４に出力する。
　第６の伝送線路３５－１～３５－４のそれぞれは、一端が電力増幅器３４－１～３４－４におけるそれぞれの出力端子と接続され、他端が信号合成回路３６におけるそれぞれの入力端子と接続されている線路である。
　信号合成回路３６は、図１又は図７に示す電力分配合成回路で実現される。
　信号合成回路３６におけるそれぞれの入力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における入出力端子２－１～２－４と対応する。
　出力端子３７と接続される信号合成回路３６の出力端子は、図１又は図７に示す電力分配合成回路における共通端子１と対応する。
　信号合成回路３６は、それぞれの入力端子から入力された高周波信号を合成し、合成した高周波信号を出力端子３７に出力する回路である。
　出力端子３７は、信号合成回路３６により合成された高周波信号を出力するための端子である。
　次に、図１０に示す電力増幅モジュールの動作について説明する。
　入力信号を増幅し、増幅した信号を出力する電力増幅器は、入力信号の電力が大きくなると、出力信号の電力が大きくなる。
　しかし、電力増幅器の出力信号は、電力が大きくなると、歪みを生じることがある。また、電力増幅器の耐電力には、限りがある。
　したがって、１つの電力増幅回路で得られる出力信号の電力には、限りがある。
　そこで、図１０に示す電力増幅モジュールでは、大電力が得られるように、複数の電力増幅器３４－１～３４－４を並列に接続している。
　信号分配回路３２は、入力端子３１から高周波信号が入力されると、高周波信号を４つに分配し、分配した高周波信号（以下、「分配高周波信号」と称する。）のそれぞれを第５の伝送線路３３－１～３３－４に出力する。
　第５の伝送線路３３－１～３３－４は、信号分配回路３２からそれぞれ出力された分配高周波信号のそれぞれを電力増幅器３４－１～３４－４まで伝送する。
　電力増幅器３４－１～３４－４は、第５の伝送線路３３－１～３３－４によってそれぞれ伝送された分配高周波信号をそれぞれ増幅し、増幅した分配高周波信号のそれぞれを第６の伝送線路３５－１～３５－４に出力する。
　電力増幅器３４－１～３４－４のそれぞれは、入力端子３１から入力された高周波信号よりも電力が小さい分配高周波信号を増幅している。
　電力増幅器３４－１～３４－４におけるそれぞれの出力信号の電力は、入力端子３１から入力された高周波信号を１つの電力増幅器のみで増幅した場合の出力信号の電力よりも、小さくなる。したがって、電力増幅器３４－１～３４－４におけるそれぞれの出力信号は、入力端子３１から入力された高周波信号を１つの電力増幅器のみで増幅した場合の出力信号よりも、歪みが小さい出力信号となる。
　第６の伝送線路３５－１～３５－４は、電力増幅器３４－１～３４－４からそれぞれ出力された増幅後の分配高周波信号のそれぞれを信号合成回路３６まで伝送する。
　信号合成回路３６は、第６の伝送線路３５－１～３５－４によってそれぞれ伝送された増幅後の分配高周波信号を合成し、合成した分配高周波信号である高周波信号を出力端子３７に出力する。
　信号合成回路３６によって複数の分配高周波信号が合成されることで、大電力の高周波信号が得られる。
　ただし、信号合成回路３６は、電力増幅器３４－１～３４－４によってそれぞれ増幅された分配高周波信号が入力されるため、大きな耐電力を有し、かつ、低損失であることが求められる。
　非特許文献１に開示されている従来の電力分配合成回路は、終端抵抗器で損失が発生するとともに、終端抵抗器での発熱に伴って耐電力が劣化する。したがって、従来の電力分配合成回路は、信号合成回路３６に適していない。
　図１、図７又は図９に示す電力分配合成回路は、電力損失の増加及び耐電力の劣化のそれぞれを抑えることができるため、信号合成回路３６に適しており、信号合成回路３６として、図１、図７又は図９に示す電力分配合成回路が用いられる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、インピーダンス変成線路及び結合伝送線路を備える電力分配合成回路に適している。
　また、この発明は、信号分配回路及び信号合成回路を備える電力増幅モジュールに適している。
　１　共通端子、２－１～２－Ｎ　入出力端子、３－１～３－Ｎ　インピーダンス変成線路、４－１～４－Ｎ　結合伝送線路、４ａ－１～４ａ－Ｎ　第１の伝送線路、４ｂ－１～４ｂ－Ｎ　第２の伝送線路、５　接続点、６－１～６－Ｎ　終端抵抗器、７－１～７－Ｎ　第３の伝送線路、８，８－１～８－Ｎ　放熱機構、１０　共通端子、１１－１～１１－５　入出力端子、２１－１～２１－３　電力２分配合成回路、２２－１～２２－３　第４の伝送線路、３１　入力端子、３２　信号分配回路、３３－１～３３－４　第５の伝送線路、３４－１～３４－４　電力増幅器、３５－１～３５－４　第６の伝送線路、３６　信号合成回路、３７　出力端子。

Claims (7)

  1. 　一端が共通端子と接続され、複数の入出力端子のそれぞれと他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、
    　前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、
    　前記複数の結合伝送線路のそれぞれが、
    　前記複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
    　一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
    　前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力分配合成回路。
  2. 　前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、前記複数の終端抵抗器におけるそれぞれの一端と他端が接続されている複数の第３の伝送線路を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
  3. 　前記複数の終端抵抗器のそれぞれを実装する複数の放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
  4. 　前記複数の終端抵抗器を実装する放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
  5. 　前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの線路長が、前記複数の入出力端子から入出力される信号の周波数で４分の１波長の奇数倍の長さであり、
    　前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路におけるそれぞれの線路長が、前記４分の１波長の奇数倍の長さであることを特徴とする請求項１記載の電力分配合成回路。
  6. 　複数の電力２分配合成回路がトーナメント型に接続されており、
    　前記複数の電力２分配合成回路のそれぞれは、
    　一端が共通端子と接続され、２つの入出力端子のそれぞれと他端が接続されている２つのインピーダンス変成線路と、
    　前記２つのインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている２つの結合伝送線路とを備え、
    　前記２つの結合伝送線路のそれぞれが、
    　前記２つのインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
    　一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
    　前記２つの結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている２つの終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力分配合成回路。
  7. 　入力された信号を分配する信号分配回路と、
    　前記信号分配回路により分配された複数の信号のそれぞれを増幅する複数の電力増幅器と、
    　前記複数の電力増幅器によりそれぞれ増幅された信号を合成する信号合成回路とを備え、
    　前記信号合成回路は、
    　一端が共通端子と接続され、前記複数の電力増幅器におけるそれぞれの出力側と他端が接続されている複数のインピーダンス変成線路と、
    　前記複数のインピーダンス変成線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接続点と接続されている複数の結合伝送線路とを備え、
    　前記複数の結合伝送線路のそれぞれが、
    　前記複数のインピーダンス変成線路の中のいずれか１つのインピーダンス変成線路の他端と一端が接続され、他端が接地されている第１の伝送線路と、
    　一端が前記接続点と接続されており、前記第１の伝送線路と電気的に結合される第２の伝送線路とを備え、
    　前記複数の結合伝送線路に含まれる前記第２の伝送線路におけるそれぞれの他端と一端が接続され、他端が接地されている複数の終端抵抗器を備えたことを特徴とする電力増幅モジュール。
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