JPH06120748A - マイクロ波電力増幅器 - Google Patents
マイクロ波電力増幅器Info
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- JPH06120748A JPH06120748A JP4192595A JP19259592A JPH06120748A JP H06120748 A JPH06120748 A JP H06120748A JP 4192595 A JP4192595 A JP 4192595A JP 19259592 A JP19259592 A JP 19259592A JP H06120748 A JPH06120748 A JP H06120748A
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- bias
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- H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
- H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
- H03F1/0261—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the polarisation voltage or current, e.g. gliding Class A
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- H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
- H03F1/302—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ダイナミック効率の良いバイアス構成を有し
ており且つ有効なＢ級バイアス下でのリニア作動が可能
な電力増幅器を提供する。 【構成】 多重ビーム位相形アンテナアレーシステムに
適用できるマイクロ波電力増幅器であって、マイクロ波
トランジスタ（ＭＷＴ）のベースに接続されたバイアス
手段が、ターミナル６からの高周波信号入力に応答して
バイアスレベルを自動的に調節して増幅器の一定の利得
を維持する。バイアス手段は２つの電圧調節器１，２を
備えており、これらの出力が、マイクロ波トランジスタ
の特性により決定される値をもつ固定抵抗器４を介して
コンデンサ結合されている。マイクロ波トランジスタの
ベースは、該トランジスタと一方の電圧調節器のコンデ
ンサ結合との接続部においてバイアス手段に接続されて
いる。電力増幅器の作動モードにより、有効なＢ級バイ
アス（非リニアバイアス）下で高効率のシステムが得ら
れる。
ており且つ有効なＢ級バイアス下でのリニア作動が可能
な電力増幅器を提供する。 【構成】 多重ビーム位相形アンテナアレーシステムに
適用できるマイクロ波電力増幅器であって、マイクロ波
トランジスタ（ＭＷＴ）のベースに接続されたバイアス
手段が、ターミナル６からの高周波信号入力に応答して
バイアスレベルを自動的に調節して増幅器の一定の利得
を維持する。バイアス手段は２つの電圧調節器１，２を
備えており、これらの出力が、マイクロ波トランジスタ
の特性により決定される値をもつ固定抵抗器４を介して
コンデンサ結合されている。マイクロ波トランジスタの
ベースは、該トランジスタと一方の電圧調節器のコンデ
ンサ結合との接続部においてバイアス手段に接続されて
いる。電力増幅器の作動モードにより、有効なＢ級バイ
アス（非リニアバイアス）下で高効率のシステムが得ら
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波電力増幅器に
関し、より詳しくは、ダイナミック効率の良いバイアス
構成をもち且つ多重ビーム位相形アンテナアレーに適用
できるＬバンドマイクロ波トランジスタ電力増幅器に関
する。
関し、より詳しくは、ダイナミック効率の良いバイアス
構成をもち且つ多重ビーム位相形アンテナアレーに適用
できるＬバンドマイクロ波トランジスタ電力増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】多重ビーム位相形アクティブアンテナア
レーシステムにおいては、各アンテナエレメント（又は
エレメント的なサブアレー）は専用の電力増幅器により
駆動される。このようなシステムの条件は、種々のビー
ム間に電力を適宜再配分できること、及び電力増幅器が
広いダイナミックレンジにわたって作動できると同時に
非常に高度の利得（ゲイン）及び位相トラッキングを維
持できることである。
レーシステムにおいては、各アンテナエレメント（又は
エレメント的なサブアレー）は専用の電力増幅器により
駆動される。このようなシステムの条件は、種々のビー
ム間に電力を適宜再配分できること、及び電力増幅器が
広いダイナミックレンジにわたって作動できると同時に
非常に高度の利得（ゲイン）及び位相トラッキングを維
持できることである。
【０００３】位相アレーシステムにリーズナブルな高レ
ベルの効率を維持するには、電力増幅器をそれらの非リ
ニア領域で作動させる必要がある。また、広範囲の信号
ダイナミック（最小２０dB）が得られるようにするた
め、通常、設計者は最高効率のバイアスモード（Ｂ級又
はＣ級）は考慮せず、その代わりやむを得ずＡ級増幅器
（Ａ／Ｂ級）を「オーバーラン」させる。
ベルの効率を維持するには、電力増幅器をそれらの非リ
ニア領域で作動させる必要がある。また、広範囲の信号
ダイナミック（最小２０dB）が得られるようにするた
め、通常、設計者は最高効率のバイアスモード（Ｂ級又
はＣ級）は考慮せず、その代わりやむを得ずＡ級増幅器
（Ａ／Ｂ級）を「オーバーラン」させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ダイ
ナミック効率の良いバイアス構成を有しており且つ有効
なＢ級バイアス（非リニアバイアス）下でのリニア作動
が可能な電力増幅器を提供することにある。
ナミック効率の良いバイアス構成を有しており且つ有効
なＢ級バイアス（非リニアバイアス）下でのリニア作動
が可能な電力増幅器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、マイク
ロ波トランジスタと、該マイクロ波トランジスタのベー
スに接続されたトランジスタバイアス手段とを有するマ
イクロ波電力増幅器において、トランジスタバイアス手
段が、前記増幅器に入力される高周波信号に応答してト
ランジスタバイアスレベルを自動的に調節して増幅器の
一定の利得を維持し、マイクロ波トランジスタのベース
が、固定抵抗器及びコンデンサ結合の第１セクションを
介して第１調節器に接続され且つ電圧スイッチング手段
及びコンデンサ結合の第２結合を介して第２調節器に接
続されているマイクロ波電力増幅器が提供される。
ロ波トランジスタと、該マイクロ波トランジスタのベー
スに接続されたトランジスタバイアス手段とを有するマ
イクロ波電力増幅器において、トランジスタバイアス手
段が、前記増幅器に入力される高周波信号に応答してト
ランジスタバイアスレベルを自動的に調節して増幅器の
一定の利得を維持し、マイクロ波トランジスタのベース
が、固定抵抗器及びコンデンサ結合の第１セクションを
介して第１調節器に接続され且つ電圧スイッチング手段
及びコンデンサ結合の第２結合を介して第２調節器に接
続されているマイクロ波電力増幅器が提供される。
【０００６】本発明による上記及び他の特徴は、添付図
面に関連して述べる以下の詳細な説明により理解されよ
う。
面に関連して述べる以下の詳細な説明により理解されよ
う。
【０００７】
【実施例】本発明によるマイクロ波電力増幅器の作動原
理は、増幅器のマイクロ波トランジスタのバイアスを副
次的高周波電力レベル（incident radio frequency (r
f)power lebel)で自動的に調節して増幅器の利得を維持
することである。この作動モード、すなわちダイナミッ
クに変化するトランジスタバイアス構成により、高効率
のリニアシステムが得られる。
理は、増幅器のマイクロ波トランジスタのバイアスを副
次的高周波電力レベル（incident radio frequency (r
f)power lebel)で自動的に調節して増幅器の利得を維持
することである。この作動モード、すなわちダイナミッ
クに変化するトランジスタバイアス構成により、高効率
のリニアシステムが得られる。
【０００８】ほぼ２０dBのダイナミックレンジにわたり
一定の利得関数を得るのに必要なトランジスタのベース
／エミッタ電圧Ｖbe及びトランジスタのコレクタ電流Ｉ
c に関するバイアスレベルが図面の図１に示されてい
る。コレクタ電流Ｉc は、ベースエミッタの順方向バイ
アス及び高周波入力駆動レベルの両者の関数である。図
１に示すように、Ｖbe対Ｉc 特性の傾斜は低い駆動レベ
ルでは完全にリニアであり、この部分には破線で示す平
坦領域により近似される変曲点が続いている。
一定の利得関数を得るのに必要なトランジスタのベース
／エミッタ電圧Ｖbe及びトランジスタのコレクタ電流Ｉ
c に関するバイアスレベルが図面の図１に示されてい
る。コレクタ電流Ｉc は、ベースエミッタの順方向バイ
アス及び高周波入力駆動レベルの両者の関数である。図
１に示すように、Ｖbe対Ｉc 特性の傾斜は低い駆動レベ
ルでは完全にリニアであり、この部分には破線で示す平
坦領域により近似される変曲点が続いている。
【０００９】一定利得に必要な図１のＶbe対Ｉc 特性
は、コレクタ電流Ｉc との関係ではなくベース電流Ｉb
との関係に容易に変換できる。そのように変換した場合
には、リニアな傾斜領域が、当該傾斜により決定される
有限出力インピーダンスのＶbe源及びゼロインピーダン
スに至る理想的な平坦領域に一致することは明白であ
る。
は、コレクタ電流Ｉc との関係ではなくベース電流Ｉb
との関係に容易に変換できる。そのように変換した場合
には、リニアな傾斜領域が、当該傾斜により決定される
有限出力インピーダンスのＶbe源及びゼロインピーダン
スに至る理想的な平坦領域に一致することは明白であ
る。
【００１０】制御可能な方法でそのような機能を実現で
きる電力増幅器の最も簡単な回路トポロジーが図面の図
２に示されている。図２に示すように、このトポロジー
は、出力がコンデンサ減結合手段３に接続された２つの
同一の調整器１、２と、抵抗器と、コンデンサ減結合手
段５とからなり、抵抗器４は図１に示したＶbe対Ｉc 特
性から決定される値である。マイクロ波トランジスタの
ベース（図２にベース／エミッタ電圧Ｖbeとして示され
ている）は、コンデンサ減結合手段５を介して調節器２
に接続されており、また抵抗器４及びコンデンサ減結合
手段３を介して調節器１に接続されている。
きる電力増幅器の最も簡単な回路トポロジーが図面の図
２に示されている。図２に示すように、このトポロジー
は、出力がコンデンサ減結合手段３に接続された２つの
同一の調整器１、２と、抵抗器と、コンデンサ減結合手
段５とからなり、抵抗器４は図１に示したＶbe対Ｉc 特
性から決定される値である。マイクロ波トランジスタの
ベース（図２にベース／エミッタ電圧Ｖbeとして示され
ている）は、コンデンサ減結合手段５を介して調節器２
に接続されており、また抵抗器４及びコンデンサ減結合
手段３を介して調節器１に接続されている。
【００１１】電力増幅器の休止点（Ｖb 、Ｉcq）は調節
器１により設定され、調節器２は図１に示した平坦な
「ひざ」に一致する電圧Ｖb ′に設定される。電力増幅
器の作動時に高周波ドライブが増大すると、より大きな
ベース電流が引き出される。このため、調節器１の電圧
Ｖb は、調節器２の予設定レベルに到達するまでリニア
に比例して降下する。両回路は電流の源となるだけで電
流を弱めることがないため、調節器２はドロップインす
る一方、調節器１はドロップアウトし、これらの２つの
状態は所望の関数のように非常に円滑である。
器１により設定され、調節器２は図１に示した平坦な
「ひざ」に一致する電圧Ｖb ′に設定される。電力増幅
器の作動時に高周波ドライブが増大すると、より大きな
ベース電流が引き出される。このため、調節器１の電圧
Ｖb は、調節器２の予設定レベルに到達するまでリニア
に比例して降下する。両回路は電流の源となるだけで電
流を弱めることがないため、調節器２はドロップインす
る一方、調節器１はドロップアウトし、これらの２つの
状態は所望の関数のように非常に円滑である。
【００１２】図面の図３には、高周波回路及び該回路に
関連する本発明の電力増幅器の主要バイアス部品が示さ
れている。図３に示すように、マイクロ波トランジスタ
ＭＷＴ（例えばバイポーラトランジスタ）のエミッタは
接地されており、トランジスタＭＷＴのベースは入力整
合トランスＴ１及びコンデンサＣ１を介して高周波入力
ターミナル６に接続されており、トランジスタＭＷＴの
コレクタは、出力整合トランスＴ２及びコンデンサＣ２
を介して高周波出力ターミナルと、１／４波長（λ／
４）バイアスラインＬ１及びコンデンサＣ３〜Ｃ６から
なる並列バンクを介してコレクタ電圧源Ｖc とに接続さ
れている。
関連する本発明の電力増幅器の主要バイアス部品が示さ
れている。図３に示すように、マイクロ波トランジスタ
ＭＷＴ（例えばバイポーラトランジスタ）のエミッタは
接地されており、トランジスタＭＷＴのベースは入力整
合トランスＴ１及びコンデンサＣ１を介して高周波入力
ターミナル６に接続されており、トランジスタＭＷＴの
コレクタは、出力整合トランスＴ２及びコンデンサＣ２
を介して高周波出力ターミナルと、１／４波長（λ／
４）バイアスラインＬ１及びコンデンサＣ３〜Ｃ６から
なる並列バンクを介してコレクタ電圧源Ｖc とに接続さ
れている。
【００１３】図２の電圧調節器１、２及び抵抗器４は図
３において同じ参照番号で示されており、図２のコンデ
ンサ減結合手段３及び５は、図３においてそれぞれコン
デンサＣ７〜Ｃ９からなる並列バンク及びコンデンサＣ
７′〜Ｃ９′からなる並列バンクで示されている。コン
デンサＣ１０は、抵抗器４とラインＬ２とダイオードＤ
１との接続部と調節器１、２の各側との間でコンデンサ
バンクＣ７〜Ｃ９及びコンデンサバンクＣ７′〜Ｃ９′
に対して並列に接続されている。
３において同じ参照番号で示されており、図２のコンデ
ンサ減結合手段３及び５は、図３においてそれぞれコン
デンサＣ７〜Ｃ９からなる並列バンク及びコンデンサＣ
７′〜Ｃ９′からなる並列バンクで示されている。コン
デンサＣ１０は、抵抗器４とラインＬ２とダイオードＤ
１との接続部と調節器１、２の各側との間でコンデンサ
バンクＣ７〜Ｃ９及びコンデンサバンクＣ７′〜Ｃ９′
に対して並列に接続されている。
【００１４】図３に示すように、トランジスタＭＷＴの
ベースには、ラインＬ２を介してバイアスがかけられて
いる。ラインＬ２はコンデンサＣ１０により高周波的に
短絡され、これにより、高周波中心周波数（この場合に
は1.54 GHz）において高インピーダンスを形成する。中
間周波数（マルチトーン入力信号の場合にはうなり周波
数）において、バイアスラインは、コンデンサバンクＣ
７〜Ｃ９及びＣ７′〜Ｃ９′及び抵抗器４がバイアス源
からトランジスタＭＷＴのベースへの電流経路内にある
ように有効な低インピーダンスになる。従って、抵抗器
Ｒ１のリニア化作用はこれらの周波数において有効であ
る。
ベースには、ラインＬ２を介してバイアスがかけられて
いる。ラインＬ２はコンデンサＣ１０により高周波的に
短絡され、これにより、高周波中心周波数（この場合に
は1.54 GHz）において高インピーダンスを形成する。中
間周波数（マルチトーン入力信号の場合にはうなり周波
数）において、バイアスラインは、コンデンサバンクＣ
７〜Ｃ９及びＣ７′〜Ｃ９′及び抵抗器４がバイアス源
からトランジスタＭＷＴのベースへの電流経路内にある
ように有効な低インピーダンスになる。従って、抵抗器
Ｒ１のリニア化作用はこれらの周波数において有効であ
る。
【００１５】コンデンサＣ７〜Ｃ９の値の選択は、充分
な減結合を確保する上で、従って電力増幅器内に「変調
バンド幅」を維持する上で最も重要である。高いレベル
の高周波入力信号でバイアス源Ｖb ′が作動するように
なると、ブロック抵抗器４により、従って電圧
（Ｖb ′）調節器２に直接接続されたコンデンサバンク
Ｃ７′〜Ｃ９′が設けてあることにより、コンデンサバ
ンクＣ７〜Ｃ９により与えられる減結合が不十分にな
る。低駆動レベルで調節器２が作動しないときには、ダ
イオードスイッチＤ１は、コンデンサバンクＣ７′〜Ｃ
９′が抵抗器４のリニア化効果を無効にしないようにす
る。これが行われない場合には、抵抗器４は、非常に低
い中間周波数の回路にあるに過ぎない。
な減結合を確保する上で、従って電力増幅器内に「変調
バンド幅」を維持する上で最も重要である。高いレベル
の高周波入力信号でバイアス源Ｖb ′が作動するように
なると、ブロック抵抗器４により、従って電圧
（Ｖb ′）調節器２に直接接続されたコンデンサバンク
Ｃ７′〜Ｃ９′が設けてあることにより、コンデンサバ
ンクＣ７〜Ｃ９により与えられる減結合が不十分にな
る。低駆動レベルで調節器２が作動しないときには、ダ
イオードスイッチＤ１は、コンデンサバンクＣ７′〜Ｃ
９′が抵抗器４のリニア化効果を無効にしないようにす
る。これが行われない場合には、抵抗器４は、非常に低
い中間周波数の回路にあるに過ぎない。
【００１６】ダイオードＤ１のスイッチング作用は、該
ダイオードＤ１を調節器２のフィードバック検出ループ
８に設けることにより制御される。適用上充分な性能を
維持する上でコンデンサフィルタ網が必要であること、
及びあらゆる電力レベルで回路を正しく機能させるには
高周波スイッチを介してコンデンサフィルタ網を二重に
しなければならないことを除き、コンデンサ減結合手段
３、５を形成する各並列バンクにおけるコンデンサの実
際の個数及び値は重要ではない。
ダイオードＤ１を調節器２のフィードバック検出ループ
８に設けることにより制御される。適用上充分な性能を
維持する上でコンデンサフィルタ網が必要であること、
及びあらゆる電力レベルで回路を正しく機能させるには
高周波スイッチを介してコンデンサフィルタ網を二重に
しなければならないことを除き、コンデンサ減結合手段
３、５を形成する各並列バンクにおけるコンデンサの実
際の個数及び値は重要ではない。
【００１７】抵抗器４の値はトランジスタＭＷＴに整合
する値であり且つ装置のhfe に正比例する。
する値であり且つ装置のhfe に正比例する。
【００１８】
【発明の効果】本発明によるマイクロ波電力増幅器の長
所は、２つの簡単な固定形調節器、コンデンサ減結合手
段及び固定形抵抗器を用いて、有効なＢ級バイアス（非
リニアバイアス）下でのリニア作動を行わせるようにし
たことである。また、一方の調節器の簡単なクランプ作
用により可変抵抗器の必要性をなくし且つ高い高周波駆
動レベルでの性能低下が生じないようにすることができ
る。
所は、２つの簡単な固定形調節器、コンデンサ減結合手
段及び固定形抵抗器を用いて、有効なＢ級バイアス（非
リニアバイアス）下でのリニア作動を行わせるようにし
たことである。また、一方の調節器の簡単なクランプ作
用により可変抵抗器の必要性をなくし且つ高い高周波駆
動レベルでの性能低下が生じないようにすることができ
る。
【００１９】本発明のマイクロ波電力増幅器は、各アン
テナエレメント（又はエレメント的なサブアレー）が専
用の電力増幅器により駆動される多重ビーム位相形アク
ティブアンテナアレーシステム、より詳しくは、Ｌバン
ドマイクロ波トランジスタ電力増幅器に主として適用さ
れる。
テナエレメント（又はエレメント的なサブアレー）が専
用の電力増幅器により駆動される多重ビーム位相形アク
ティブアンテナアレーシステム、より詳しくは、Ｌバン
ドマイクロ波トランジスタ電力増幅器に主として適用さ
れる。
【図１】本発明によるマイクロ波電力増幅器のＶbe対Ｉ
c 特性を示すグラフである。
c 特性を示すグラフである。
【図２】本発明によるマイクロ波電力増幅器の簡単な回
路トポロジーを示す図面である。
路トポロジーを示す図面である。
【図３】本発明によるマイクロ波電力増幅器の回路図を
示すものである。
示すものである。
１ 調節器（電圧調節器） ２ 調節器（電圧調節器） ３ コンデンサ減結合手段 ４ 抵抗器 ５ コンデンサ減結合手段 ６ 高周波入力ターミナル ７ 高周波出力ターミナル ８ フィードバック検出ループ Ｄ１ ダイオード（ダイオードスイッチ） Ｌ１ １／４波長バイアスライン Ｌ２ ライン Ｔ１ 入力整合トランス Ｔ２ 出力整合トランス ＭＷＴ マイクロ波トランジスタ
Claims (4)
- 【請求項１】 マイクロ波トランジスタと、該マイクロ
波トランジスタのベースに接続されたトランジスタバイ
アス手段とを有するマイクロ波電力増幅器において、前
記トランジスタバイアス手段が、前記増幅器に入力され
る高周波信号に応答してトランジスタバイアスレベルを
自動的に調節して増幅器の一定の利得を維持し、前記マ
イクロ波トランジスタのベースが、固定抵抗器及びコン
デンサ結合の第１セクションを介して第１調節器に接続
され且つ電圧スイッチング手段及びコンデンサ結合の第
２結合を介して第２調節器に接続されていることを特徴
とするマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項２】 前記電圧スイッチング手段が半導体ダイ
オードであり且つ前記第２電圧調節器のフィードバック
検出ループに設けられていることを特徴とする請求項１
に記載のマイクロ波電力増幅器。 - 【請求項３】 前記抵抗器の値が前記トランジスタのベ
ースエミッタ電圧対コレクタ電流特性に整合しているこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 - 【請求項４】 複数のアンテナエレメントを有してお
り、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ波電
力増幅器が前記アンテナエレメントの各々に設けられて
いることを特徴とする多重ビーム位相形アンテナアレー
システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9115926A GB2258097B (en) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | Microwave power amplifiers |
| GB9115926:9 | 1991-07-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120748A true JPH06120748A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=10698856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4192595A Pending JPH06120748A (ja) | 1991-07-23 | 1992-07-21 | マイクロ波電力増幅器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5243301A (ja) |
| EP (1) | EP0524772B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06120748A (ja) |
| CA (1) | CA2073790A1 (ja) |
| DE (1) | DE69222483T2 (ja) |
| GB (1) | GB2258097B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5973543A (en) * | 1996-07-29 | 1999-10-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Bias circuit for bipolar transistor |
Families Citing this family (10)
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