JPH0732334B2 - マイクロ波ハイブリッド結合形増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、3dBハイブリッド結合器を用いて、２台の
反射形増幅器の出力を電力合成するマイクロ波ハイブリ
ッド結合形増幅器に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えばIEEE Trans.MTT−29 No12（1981）129
2頁に示された従来のマイクロ波ハイブリッド結合形増
幅器のブロック図である。第３図において（1a），（1
b）は反射形増幅器、（２）は3dBハイブリッド結合器、
（3a），（3b）は3dBハイブリッド結合器の分配端子、
（４）は3dBハイブリッド結合器の入力端子、（５）は3
dBハイブリッド結合器のアイソレーション端子である。

反射形増幅器（1a）は分配端子（3a）に、反射形増幅器
（1a）は分配端子（3b）にそれぞれ接続される。この従
来のものでは反射形増幅器としては発振器を用いて注入
同期増幅器として動作させている。

次に動作について説明する。

信号電力が入力端子（４）に入力されると、この信号電
力は3dBハイブリッド結合器（２）により分配端子（3
a），（3b）に等分に分配される。この時、分配端子（3
b）に分配される信号の位相は分配端子（3a）に比べ90
゜遅れる。この分配された信号電力は反射形増幅器（1
a）及び（1b）に注入され増幅されて反射し分配端子（3
a），（3b）に戻り、3dBハイブリッド結合器（２）によ
り合成される。分配端子（3b）に戻る信号の位相が分配
端子（3a）に戻る信号に比べて90゜遅れていれば合成さ
れた信号はアイソレーション端子（５）に現れ、出力と
して取出される。

しかし、この時分配端子（3b）に戻る信号と分配端子
（3a）に戻る信号の位相差が90゜でない場合、出力の一
部は3dBハイブリッド結合器（２）の入力端子（４）に
現れ、このため合成効率が低下する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような、従来のマイクロ波ハイブリッド結合形増幅
器において、各反射形増幅器（1a），（1b）の反射利得
を高くすると、即ち反射・増幅される電力に比べ入力電
力を小さくすると、3dBハイブリッド結合器（２）の各
分配端子（3a），（3b）の反射により各反射増幅器（1
a），（1b）に戻る電力、3dBハイブリッド結合器（２）
のアイソレーションによって反射形増幅器の出力の一部
が他方の反射形増幅器へまわり込む電力及びアイソレー
ション端子（５）に負荷側から戻る電力が、入力端子
（４）から入力する電力に比べ無視できない大きさにな
る。

従って、各反射形増幅器（1a），（1b）に入力する信号
が上記3dBハイブリッド結合器（２）の各分配端子（3
a），（3b）からの反射電力、一方の反射形増幅器から
他方の反射形増幅器にまわり込む電力、負荷から戻る電
力の波と干渉するため、まず第１に分配端子（3a），
（3b）に増幅されて戻ってくる信号の位相差が90゜でな
くなり、合成効率が低下するという問題点がある。さら
に第２にその位相関係によって入力電力が小さくなった
り、大きくなったりする。この入力電力が小さくなる場
合には、その分だけ出力も小さくなる。さらに注入同期
増幅器として使う場合には、注入同期がかからなくなる
という問題点がある。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、安定な動作を得るとともに、合成効率を高
めることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係わるマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器
は、各反射形増幅器と3dBハイブリッド結合器との間に
電気長が可変な位相調整線路を挿入するとともに、3dB
ハイブリッド結合器と出力端子との間に電気長が可変な
整合回路または位相調整線路を挿入したものである。

〔作用〕

この発明におけるマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器
は各反射形増幅器と3dBハイブリッド結合器との間及び3
dBハイブリッド結合器と出力端子との間の電気長を調整
することにより、各反射形増幅器に戻る電力の位相及び
振幅が所望の値に近い値に設定できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（1a），（1b）は反射形増幅器、（２）は
3dBハイブリッド結合器、（3a），（3b）は3dBハイブリ
ッド結合器（２）の分配端子、（４）は3dBハイブリッ
ド結合器（２）の入力端子、（５）は3dBハイブリッド
結合器（２）のアイソレーション端子、（６）はマイク
ロ波ハイブリッド結合形増幅器の出力端子、（7a），
（7b）は上記反射形増幅器（1a），（1b）と上記分配端
子（3a），（3b）との間にそれぞれ挿入された位相調整
線路、（８）は上記アイソレーション端子（５）と上記
出力端子（６）の間に挿入された整合回路である。

このように構成されたマイクロ波ハイブリッド結合形増
幅器にあって上記反射形増幅器（1a），（1b）、3dBハ
イブリッド結合器（２）、位相調整線路（７）及び整合
回路（８）の反射損及び通過損とその位相を次のように
定めると、各々の値は第１式〜第５式の関係を満たす。

L₁,θ_H1:3dBハイブリッド結合器の反射損とその位相 L₂,θ_H2:3dBハイブリッド結合器の結合量とその位相 L₃,θ_H3:3dBハイブリッド結合器のアイソレーションと
その位相 Ll,θl:アイソレーション端子から出力側見込む反射損
とその位相 θ₁₁,θ₁₂:各位相調整線路長 θ₀₁,θ₀₂:各反射形増幅器の反射位相 θ₀₁＋２θ₁₁＝θ₀₂＋２θ₁₂ （１） θ₀₁＋２θ₁₁＋θ_H1＝360゜・ｎ （２） θ₀₂＋２θ₁₂＋θ_H1＝360゜・ｍ （３） （n,mは０を含む整数） L₃＝Ll （４） θ_H3＝２θ_H2＋θｌ−90゜＋360゜・ｎ （５） 次に動作について説明を行う。入力信号が増幅される過
程は従来とほぼ同様であるので、3dBハイブリッド結合
器の反射、アイソレーション及び負荷の反射による影響
についてのみ以下に説明する。

第１式を満たすとき各反射形増幅器（1a），（1b）へ入
力電圧V₁,V₂は、多重反射の影響を無視すると第６式、
第７式で与えられる。

ここで Θ_１＝θ₀₁＋２θ₁₁＋θ_H1 Θ_２＝θ₀₁＋２θ₁₁＋θ_H3＋90゜ Θ_３＝θ₀₁＋２θ₁₁＋θ_H2＋θｌ Pi:入力電力 Po:反射形増幅器の出力電力 第６式、第７式の第１項は入力信号の電力、第２項は反
射形増幅器が増幅した電力のうち3dBハイブリッド結合
器で反射する電力、第３項は互いの反射形増幅器の出力
電力が3dBハイブリッド結合器アイソレーションにより
結合する電力、第４項は合成された出力電力のうち整合
回路及び負荷で反射される電力をそれぞれ示している。

上述のように第６式、第７式は、反射形増幅器の利得を
高めてPiを小さくすると、第１項に比べ第２項〜第４項
が無視できないほどの値になるので、Θ_１〜Θ_３の位相
によってV₁,V₂が小さくなり、位相同期がかからなくな
ることを示している。また、第６式、第７式に第３項、
第４項が存在するため、分配端子（3a），（3b）への反
射波の位相差は90゜からずれて合成効率が低下すること
を示している。

まず、合成効率を高める条件について説明する。合成効
率を高めるには、各反射形増幅器から分配端子（3a），
（3b）へ反射する電圧V₁,V₂の振幅をそろえ、位相を90
゜ずらせばよい。

ここで第６式、第７式の第３項と第４項の符号が異な
り、係数が等しいことに着目し、L₂＝0.5を代入する
と、次の条件が得られる。

θ_H3＝２θ_H2＋θｌ−90゜＋360゜・ｎ （５） これは3dBハイブリッド結合器のアイソレーション
（L₃）による電力で整合回路側の反射（Ll）による電力
を打ち消し合うことを意味している。

次にマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器が安定に動作
する条件について説明する。

低い入力電力で注入同期が安定に動作するには、入力電
圧V₁,V₂を最大にしておくこが望ましい。第４式を満た
しV₁,V₂を最大とする条件は、第１項と第２項を同相に
することで、即ちΘ_１＝０であり、次式を得る。

θ₀₁＋２θ₁₁＋θ_H1＝360゜・ｎ （２） θ₀₂＋２θ₁₂＋θ_H1＝360゜・ｍ （３） 第２式と第３式は3dBハイブリッド結合器での反射波の
位相と入力信号の位相とを同相にすることを意味してい
る。

従って3dBハイブリッド結合器と第１、第２の反射形増
幅器との間に挿入されたそれぞれの位相調整線路及びア
イソレーション端子と出力端子との間に挿入された整合
回路の電気長を上述のように設定することで合成効率を
高められ、マイクロ波ハイブリッド結合形増幅器が安定
に動作する。

なお、上記実施例では、アイソレーション端子（５）か
ら出力側を見込む反射係数Ll,θｌが第３式を満足する
ためにアイソレーション端子（５）と出力端子（６）と
の間に整合回路（８）を設けているが、この発明はこれ
に限らず、負荷側から戻る電力と、3dBハイブリッド結
合器のアイソレーションによって反射形増幅器にまわり
込む電力とを打ち消し合うような手段であればよい。

第２図は他の実施例を示す図であり、アイソレーション
単式（５）と出力端子（６）との間に位相調整線路（7
c）を設け、出力端子（６）には、例えばアイソレータ
（９）が接続されている。3dBハイブリッド結合器
（２）のアイソレーションL₃とアイソレータ（９）の反
射損L_ISOとがほぼ等しければ第８式を満足する。

L₃L_ISO＝Ll （８） また、位相調整線路（7c）の電気長θ_３を第９式を満足
するように設定する。

θ_H3＝２θ_H2＋θｌ−90゜＋360゜・ｎ （９） また以上は、各反射形増幅器として、一般的な反射形増
幅器について説明したが、注入同期増幅器としてもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、3dBハイブリッド結
合器と反射形増幅器との間に位相調整線路を設け、かつ
出力側に負荷の反射係数を変えられるように整合回路ま
たは位相調整線路を設けて、各部の反射やまわりこみの
影響を低減できるようにしたので、合成効率が高めら
れ、同時に注入同時増幅器の場合には安定な動作が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すマイクロ波ハイブリ
ッド結合形増幅器のブロック図、第２図はこの発明の他
の実施例を示すブロック図、第３図は従来のマイクロ波
ハイブリッド結合形増幅器のブロック図である。 図中符号（1a），（1b）は反射形増幅器、（２）は3dB
ハイブリッド結合器、（3a），（3b）は分配端子、
（４）は入力端子、（５）はアイソレーション端子、
（６）は出力端子、（7a），（7b），（7c）は位相調整
線路、（８）は整合回路である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

フロントページの続き (72)発明者 原竹 正英 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (72)発明者 古屋 輝雄 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−124302（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−31010（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭55−15899（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】3dBハイブリッド結合器の第１の分配端子
   に第１の反射形増幅器を、第２の分配端子に第２の反射
   形増幅器をそれぞれ接続し、上記3dBハイブリッド結合
   器の入力端子をマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器の
   入力端子、同じく上記3bBハイブリッド結合器のアイソ
   レーション端子をマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器
   の出力端子とするマイクロ波ハイブリッド結合形増幅器
   において、上記3bBハイブリッド結合器の第１及び第２
   の分配端子と、上記第１及び第２の反射形増幅器との間
   に電気長が可変な位相調整線路をそれぞれ挿入し、さら
   に出力端子に電気長が可変な位相調整線路または整合回
   路を付加したことを特徴とするマイクロ波ハイブリッド
   結合形増幅器