JPH11112252A - 増幅器 - Google Patents

増幅器

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JPH11112252A
JPH11112252A JP9274594A JP27459497A JPH11112252A JP H11112252 A JPH11112252 A JP H11112252A JP 9274594 A JP9274594 A JP 9274594A JP 27459497 A JP27459497 A JP 27459497A JP H11112252 A JPH11112252 A JP H11112252A
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JP
Japan
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output
input
phase
input signal
amplifier
Prior art date
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Pending
Application number
JP9274594A
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English (en)
Inventor
Seiji Nakatsugawa
征士 中津川
Akira Yamaguchi
陽 山口
Koji Okazaki
浩司 岡崎
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力信号を2分配してそれぞれ増幅した後に
合成して出力する構成において、入力信号の基本波に対
して開放、入力信号の2次高調波に対して短絡になる出
力整合条件を簡単かつ小さな回路面積で実現する。 【解決手段】 入力信号を同相かつ同振幅で2分配する
同相電力分配器と、2分配された入力信号をそれぞれ増
幅する2つの増幅回路と、それぞれ増幅された入力信号
を互いにアイソレーション関係にある2つの入力ポート
に入力し、各入力ポートの入力信号の基本波をそれぞれ
2つの出力ポートに位相差90度で分配して各出力ポート
から同相で出力し、各入力ポートの入力信号の2次高調
波をそれぞれ2つの出力ポートに位相差 180度で分配し
て抑圧する90度ハイブリッドと、その2つの出力ポート
から同相かつ同振幅で出力される入力信号の基本波を合
成して出力する同相電力合成器とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電力を増幅
する増幅器に関する。特に、2次高調波の整合条件を考
慮して効率を高めた増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】無線用送信機では、その電力の大部分は
高出力増幅器で消費されており、送信電力に変換されな
かったエネルギーは熱となって消費される。高出力増幅
器の効率が低い場合には、増幅器での発熱量が大きくな
るので、装置性能を保つためには発熱量に見合った大き
な放熱機器を高出力増幅器に取り付ける必要がある。
【0003】一方、高出力増幅器を小型化するためには
放熱機器を小型にする必要があるが、そのためには熱の
発生を抑制しなければならず、そのためには増幅器の効
率を上げる必要がある。さらに、携帯電話機のようにバ
ッテリ駆動の端末の増幅器については、電力消費量が大
きくなると動作時間(通話時間)が短くなるなどの不都
合も生じる。
【0004】このような理由から、増幅器の効率を上げ
るための回路構成法が提案されており、そのうちの1つ
としてF級増幅器がある。F級増幅器の基本構成は、増
幅用の能動素子の出力端に、高周波出力のうち偶数次の
高調波に対して短絡であり、奇数次の高調波に対して開
放となる出力整合回路を接続したものである。
【0005】図3は、従来のF級増幅器の回路構成を示
す。図において、信号入力端子11に入力整合回路12
を介して能動素子13が接続され、その出力端にλ/4
ショートスタブ14および出力整合回路15を介して信
号出力端子16が接続される。λ/4ショートスタブ1
4は、基本周波数と奇数次の高調波に対して開放であ
り、偶数次の高調波に対して短絡となる特性をもってい
る。したがって、能動素子13の出力端にλ/4ショー
トスタブ14を接続すると、基本波に対して開放、2倍
波に対して短絡となる出力整合条件を満足し、F級増幅
器が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力増幅
器では大きな出力を実現するために、入力信号電力を2
分配し、各々を増幅した後に再度合成することが行われ
ている。このとき、各増幅器が図3に示すような構成を
とると、各増幅器にλ/4ショートスタブを接続しなけ
ればならず、回路面積が大きくなって好ましくない。特
に、モノリシックマイクロ波集積回路の場合には、回路
面積が大きくなると製造コストや歩留りを劣化させてし
まう。さらに、λ/4ショートスタブは、増幅器の出力
整合回路の一要素として機能するので、増幅器の周波数
特性への影響も考慮する必要があった。
【0007】本発明は、入力信号を2分配してそれぞれ
増幅した後に合成して出力する構成において、入力信号
の基本波に対して開放、入力信号の2次高調波に対して
短絡になる出力整合条件を簡単かつ小さな回路面積で実
現し、効率のよい増幅を可能にする増幅器を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の増幅器は、同相
電力分配器と、2つの増幅回路と、90度ハイブリッド
と、同相電力合成器とにより構成される。
【0009】同相電力分配器は、入力信号を同相かつ同
振幅で2分配して2つの増幅回路に入力する。2つの増
幅回路は、それぞれ入力信号を増幅し、90度ハイブリッ
ドの互いにアイソレーション関係にある2つの入力ポー
トに入力する。90度ハイブリッドは、各入力ポートの入
力信号の基本波をそれぞれ2つの出力ポートに位相差90
度で分配して各出力ポートから同相で出力し、各入力ポ
ートの入力信号の2次高調波をそれぞれ2つの出力ポー
トに位相差 180度で分配して抑圧する。同相電力合成器
は、90度ハイブリッドの2つの出力ポートから同相かつ
同振幅で出力される入力信号の基本波を合成して出力す
る。
【0010】このように、2つの増幅回路の出力側に外
部回路として90度ハイブリッドを接続し、入力信号の基
本波に対して開放、入力信号の2次高調波に対して短絡
になる出力整合条件を満たすことにより、簡単な構成で
効率のよいF級増幅器を実現することができる。また、
各増幅回路では、図3に示す従来構成のように能動素子
の出力側で2次高調波を抑圧するλ/4ショートスタブ
を接続する必要がないので、回路面積を小さくすること
ができ、回路の設計性を高めることができる。これによ
り、モノリシックマイクロ波集積回路として構成した場
合には製造コストを低減し、歩留りを高めることができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の増幅器の実施形
態を示す。図において、信号入力端子20から同相電力
分配器21に入力された信号は、2つに分配されてそれ
ぞれ増幅回路22−1,22−2で増幅され、90度ハイ
ブリッド23の互いにアイソレーション関係にある2つ
の入力ポート24−1,24−2に入力される。90度ハ
イブリッド23の2つの出力ポート25−1,25−2
から出力された信号は、同相電力合成器26によって合
成され、信号出力端子27から出力される。
【0012】ここで、同相電力分配器21は、高周波信
号を同相および同振幅で2分配する構成であり、例えば
ウイルキンソンパワーデバイダを用いることができる。
ウイルキンソンパワーデバイダは、入力信号波長をλ、
インピーダンスをZ0 としたときに、インピーダンス√
2 Z0 ,電気長λ/4の2本の伝送線路を並列に配置
し、それぞれの一端を信号入力端子20に接続し、それ
ぞれの他端を増幅回路22−1,22−2に接続すると
ともに、その間を抵抗値2Z0 の抵抗器で接続した構成
である。同相電力合成器26についても同様である。
【0013】したがって、信号入力端子20から同相電
力分配器21,増幅回路22−1を介して90度ハイブリ
ッド23の入力ポート24−1に至る経路と、信号入力
端子20から同相電力分配器21,増幅回路22−2を
介して90度ハイブリッド23の入力ポート24−2に至
る経路は全く等価であり、各入力ポート24−1,24
−2における電力の大きさおよび位相は等しい。
【0014】90度ハイブリッド23は、入力ポート24
−1,24−2間、入出力ポート24−1,25−1
間、入出力ポート24−2,25−2間、出力ポート2
5−1,25−2間に、それぞれ電気長λ/4の4本の
伝送線路を接続した構成である。
【0015】まず、90度ハイブリッド23に入力する基
本波の分配動作について、図1(b)を参照して説明す
る。入力ポート24−1に入力された基本波電力の1/
2は、出力ポート25−1に位相が90度遅れて出力さ
れ、残りの1/2の基本波電力は出力ポート25−2に
位相が 180度遅れて出力される。また、入力ポート24
−2に入力された基本波電力の1/2は、出力ポート2
5−2に位相が90度遅れて出力され、残りの1/2の基
本波電力は出力ポート25−1に位相が 180度遅れて出
力される。したがって、出力ポート25−1,25−2
では、それぞれ入力ポート24−1の1/2の基本波電
力と入力ポート24−2の1/2の基本波電力が合成さ
れ、入力ポート24−1,24−2に対して大きさが等
しく位相が 135度遅れた基本波電力が出力される。
【0016】次に、90度ハイブリッド23に入力する2
倍波の分配動作について、図1(c)を参照して説明す
る。なお、2倍波の位相遅れは基本波の2倍になる。す
なわち、入力ポート24−1に入力された2倍波電力の
1/2は、出力ポート25−1に位相が 180度遅れて出
力され、残りの1/2の2倍波電力は出力ポート25−
2に位相が 360度遅れて出力される。また、入力ポート
24−2に入力された2倍波電力の1/2は、出力ポー
ト25−2に位相が 180度遅れて出力され、残りの1/
2の2倍波電力は出力ポート25−1に位相が 360度遅
れて出力される。したがって、出力ポート25−1,2
5−2では、それぞれ入力ポート24−1の1/2の2
倍波電力と入力ポート24−2の1/2の2倍波電力が
合成されるが、位相遅れがそれぞれ 180度と 360度であ
るので互いに打ち消しあい、各出力ポートが短絡された
ことと等価になる。
【0017】このような機能を有する90度ハイブリッド
23を用いることにより、増幅回路22−1,22−2
から等電力および等位相で出力された基本波は、90度ハ
イブリッド23の出力ポート25−1,25−2に等電
力および等位相で出力され、同相電力合成器26で合成
されて信号出力端子27から出力される。一方、増幅回
路22−1,22−2から等電力および等位相で出力さ
れた2倍波は、90度ハイブリッド23の出力ポート25
−1,25−2が短絡状態になるので出力されず、信号
出力端子27から出力されない。すなわち、90度ハイブ
リッド23を用いることにより、F級増幅器の基本動作
である基本波通過、2倍波短絡の出力整合条件が実現さ
れる。
【0018】ここで、90ハイブリッド23の入力ポート
24−1,24−2に出力0dBmの高周波信号源を接続
し、周波数を5GHzから25GHzまで掃引したときの出力
ポート25−1,25−2に現れる電力について、市販
の高周波回路シミュレータを用いて確認したシミュレー
ション結果を図2に示す。なお、シミュレーションでは
回路に理想素子を用いており、10GHzを基本波として計
算している。図に示すように、基本波(10GHz)では挿
入損失が0であるが、2倍波(20GHz)では挿入損失が
無限大となっていることが確認できる。すなわち、F級
増幅器に必要な基本波開放、2倍波短絡の出力整合回路
の動作が得られることがわかる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の増幅器
は、F級増幅器を実現するために2つの増幅回路の出力
側で2次高調波を抑圧する回路を個別に配置せず、1つ
の90度ハイブリッドで入力信号の基本波に対して開放、
入力信号の2次高調波に対して短絡になる出力整合条件
を満たすようにする。これにより、簡単な構成で効率の
よいF級増幅器を実現することができる。
【0020】また、回路面積を小さくすることができる
ので、製造コストを低減しかつ歩留りを高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の増幅器の実施形態を示す図。
【図2】90度ハイブリッド23の機能を示す図。
【図3】従来のF級増幅器の回路構成を示す図。
【符号の説明】 11 信号入力端子 12 入力整合回路 13 能動素子 14 λ/4ショートスタブ 15 出力整合回路 16 信号出力端子 20 信号入力端子 21 同相電力分配器 22 増幅回路 23 90度ハイブリッド 24 入力ポート 25 出力ポート 26 同相電力合成器 27 信号出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号を同相かつ同振幅で2分配する
    同相電力分配器と、 前記同相電力分配器で2分配された入力信号をそれぞれ
    増幅する2つの増幅回路と、 前記2つの増幅回路でそれぞれ増幅された入力信号を互
    いにアイソレーション関係にある2つの入力ポートに入
    力し、各入力ポートの入力信号の基本波をそれぞれ2つ
    の出力ポートに位相差90度で分配して各出力ポートから
    同相で出力し、各入力ポートの入力信号の2次高調波を
    それぞれ2つの出力ポートに位相差 180度で分配して抑
    圧する90度ハイブリッドと、 前記90度ハイブリッドの2つの出力ポートから同相かつ
    同振幅で出力される入力信号の基本波を合成して出力す
    る同相電力合成器とを備えたことを特徴とする増幅器。
JP9274594A 1997-10-07 1997-10-07 増幅器 Pending JPH11112252A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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