JP2012205018A - High output power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として携帯電話等の移動体通信装置に使用する高出力電力増幅器に関する。特に、高周波信号を入力信号として、複数の増幅器を並列動作させて数10〜100Wクラスの出力信号に出力する高出力電力増幅器に関する。 The present invention relates to a high output power amplifier mainly used in a mobile communication device such as a mobile phone. In particular, the present invention relates to a high output power amplifier that outputs a high frequency signal as an input signal and outputs a signal of several 10 to 100 W class by operating a plurality of amplifiers in parallel.
従来、ハイブリッド回路を用いた高出力電力増幅器が知られている(例えば、特許文献1)。図7は、ハイブリッド回路を用いた従来の高出力電力増幅器900を示した図である。図7に示すように、従来の高出力電力増幅器900は、同一性能を有する電力増幅器(増幅器)902及び903のそれぞれの入力端が、ハイブリッド回路904の分配端子(出力端子)にそれぞれ接続され、電力増幅器(増幅器)902及び903のそれぞれの出力端が、ハイブリッド回路905の合成端子(入力端子)にそれぞれ接続され、更に、ハイブリッド回路904の入力端子に非線形歪補償器901が接続された構成になっている。
Conventionally, a high-output power amplifier using a hybrid circuit is known (for example, Patent Document 1). FIG. 7 is a diagram showing a conventional high
また、図8に示すような、ウィルキンソン型分配器を用いた従来の高出力電力増幅器910も知られている。ウィルキンソン型分配器を用いた従来の高出力電力増幅器910は、図8に示すように、同一性能を有する電力増幅器(増幅器)912及び913のそれぞれの入力端が、ウィルキンソン型分配器914の出力端にそれぞれ接続され、電力増幅器(増幅器)912及び913のそれぞれの出力端が、ウィルキンソン型分配器915の入力端にそれぞれ接続された構成になっている。ここで、Rは吸収抵抗である。
A conventional high
上述したハイブリッド回路を用いた従来の高出力電力増幅器900においては、ハイブリッド回路904及び905の入出力端のインピーダンスは一般に50Ωである。また、電力増幅器(増幅器)902及び903に用いられる増幅素子(FET)においては、増幅素子(FET)から最大利得を得るための入出力インピーダンスは一般的に数〜数10Ωの範囲になることが多い。従って、高出力電力増幅器900において、電力増幅器(増幅器)902及び903の最大利得を得るために、増幅素子(FET)の入出力整合を数〜数10Ωの範囲になるようにする必要があり、例えば、ハイブリッド回路904と電力増幅器(増幅器)902とを接続するために、ハイブリッド回路904と電力増幅器902との間にインピーダンス変換回路を設ける必要があった。同様に、ハイブリッド回路904と電力増幅器(増幅器)903との間、ハイブリッド回路905と電力増幅器(増幅器)902との間、ハイブリッド回路905と電力増幅器(増幅器)903との間にもインピーダンス変換回路を設ける必要があった。インピーダンス変換回路は、接続させるインピーダンスの差が大きくなるほど該インピーダンス変換回路のスペースサイズが大きくなることから、インピーダンス変換回路を多数設けることにより、高出力電力増幅器900の回路全体の大きさが肥大化してしまうという問題があった。
In the conventional high
また、上述したウィルキンソン型分配器を用いた従来の高出力電力増幅器910においては、例えば、数10W以上の高出力電力を達成する場合、ウィルキンソン型分配器914及び915の吸収抵抗Rの電力耐圧以上となってしまい、吸収抵抗Rが破壊されてしまうという問題があった。また、ウィルキンソン型分配器914及び915の入出力端のインピーダンスは一般に50Ωであり、上述したハイブリッド回路を用いた従来の高出力電力増幅器900の場合と同様に、スペースサイズの大きいインピーダンス変換回路を設ける必要があり、高出力電力増幅器910の回路全体の大きさが肥大化してしまうという問題もあった。
Further, in the conventional high-
そこで、本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、入力信号を4分配した分配信号をそれぞれ増幅させた後、これらの全ての分配信号を合成することにより高出力信号を出力するができるとともに、高出力電力増幅器を構成する回路全体の大きさを小型化することが可能な高出力電力増幅器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems. After amplifying each of the distribution signals obtained by dividing the input signal into four parts, the high output is obtained by synthesizing all these distribution signals. An object of the present invention is to provide a high output power amplifier capable of outputting a signal and capable of reducing the size of the entire circuit constituting the high output power amplifier.
上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第1の態様にかかる高出力電力増幅器は、入力信号を高出力信号に増幅する高出力電力増幅器であって、入力信号を4つの分配信号に分配する電力分配手段と、前記電力分配手段によって分配された4つの前記分配信号をそれぞれ増幅する増幅器と、前記増幅器によって増幅された4つの前記分配信号を1つの合成信号に合成する電力合成手段と、を備えた4合成型電力増幅回路を1つ有し、前記電力分配手段は、1つの第1入力信号を位相差90°で2つの第1分配信号に分配する1つの第1分配手段と、1つの第2入力信号を位相差180°で2つの第2分配信号に分配する2つの第2分配手段と、を備え、前記第1分配手段によって分配された2つの前記第1分配信号を、2つの前記第2分配手段のそれぞれの前記第2入力信号として入力することにより、1つの前記第1入力信号である前記入力信号を4つの前記第2分配信号である前記分配信号に分配し、前記電力合成手段は、2つの第3入力信号を位相差180°で1つの第1合成信号に合成する2つの第1合成手段と、2つの第4入力信号を位相差90°で1つの第2合成信号に合成する1つの第2合成手段と、を備え、2つの前記第1合成手段によってそれぞれ合成された2つの前記第1合成信号を前記第2合成手段の前記第4入力信号として入力することにより、4つの前記第3入力信号である前記分配信号を1つの前記第2合成信号である前記合成信号に合成することを特徴とする。
The following invention is provided to solve the above-mentioned conventional problems.
A high output power amplifier according to a first aspect of the present invention is a high output power amplifier that amplifies an input signal into a high output signal, the power distribution means for distributing the input signal into four distribution signals, and the power distribution 4 combined type power amplifier circuit comprising: an amplifier for amplifying each of the four distributed signals distributed by the means; and a power combining unit for combining the four distributed signals amplified by the amplifier into one combined signal The power distribution means includes one first distribution means for distributing one first input signal to two first distribution signals with a phase difference of 90 °, and one phase difference between one second input signal. Two second distribution means for distributing the two first distribution signals at 180 ° to each of the two second distribution means, the two first distribution signals distributed by the first distribution means. The second input signal of The input signal, which is one of the first input signals, is distributed to the four distribution signals, which are the second distribution signals, and the power combining means is configured to phase-differ the two third input signals. Two first synthesis means for synthesizing one first synthesized signal at 180 ° and one second synthesis means for synthesizing two fourth input signals into one second synthesized signal with a phase difference of 90 °, The distribution of four third input signals by inputting the two first synthesized signals respectively synthesized by the two first synthesizing means as the fourth input signals of the second synthesizing means. A signal is synthesized with the synthesized signal which is one second synthesized signal.
本発明の第2の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第1の態様にかかる高出力電力増幅器において、前記第2分配手段及び前記第1合成手段が、平衡不平衡変換器であり、前記第2分配手段となる前記平衡不平衡変換器は、不平衡信号を入力して平衡信号を出力し、前記第1合成手段となる前記平衡不平衡変換器は、平衡信号を入力して不平衡信号を出力することを特徴とする。 The high output power amplifier according to the second aspect of the present invention is the high output power amplifier according to the first aspect of the present invention, wherein the second distributing means and the first combining means are balanced-unbalanced converters. The balanced / unbalanced converter serving as the second distribution means inputs an unbalanced signal and outputs a balanced signal, and the balanced / unbalanced converter serving as the first combining means inputs a balanced signal. And an unbalanced signal is output.
本発明の第3の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第2の態様にかかる高出力電力増幅器において、前記平衡不平衡変換器が、180°バランであることを特徴とする。 A high output power amplifier according to a third aspect of the present invention is the high output power amplifier according to the second aspect of the present invention, wherein the balanced / unbalanced converter is a 180 ° balun. .
本発明の第4の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第2の態様にかかる高出力電力増幅器において、前記平衡不平衡変換器が、同軸ケーブルを有した同軸型平衡不平衡変換器であることを特徴とする。 The high output power amplifier according to the fourth aspect of the present invention is the same as the high output power amplifier according to the second aspect of the present invention, wherein the balanced / unbalanced converter includes a coaxial cable. It is a converter.
本発明の第5の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第1乃至4のいずれか1つの態様にかかる高出力電力増幅器において、前記第1分配手段及び前記第2合成手段が、3dBハイブリッドカプラであることを特徴とする。 A high output power amplifier according to a fifth aspect of the present invention is the high output power amplifier according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the first distributing means and the second combining means are It is a 3 dB hybrid coupler.
本発明の第6の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第1乃至5のいずれか1つの態様にかかる高出力電力増幅器において、前記増幅器の入力端及び出力端のそれぞれに接続された発振防止回路を備えていることを特徴とする。 A high output power amplifier according to a sixth aspect of the present invention is the high output power amplifier according to any one of the first to fifth aspects of the present invention described above, connected to each of an input end and an output end of the amplifier. An oscillation prevention circuit is provided.
本発明の第7の態様にかかる高出力電力増幅器は、上記の本発明の第1乃至6のいずれか1つの態様にかかる高出力電力増幅器において、kをk≧1の整数値とし、NをN=2kとしたとき、前記4合成型電力増幅回路を並列にN個配置し、前記入力信号をN個に分配した各信号を前記4合成型電力増幅回路毎の前記入力信号とし、当該4合成型電力増幅回路毎に合成されたN個の前記合成信号を更に合成することにより、各前記入力信号を(4×N)合成した前記高出力信号に増幅させることを特徴とする。 A high output power amplifier according to a seventh aspect of the present invention is the high output power amplifier according to any one of the first to sixth aspects of the present invention described above, wherein k is an integer value of k ≧ 1, and N is When N = 2 k , the four combined power amplifier circuits are arranged in parallel N, and the signals obtained by distributing the input signals into N signals are used as the input signals for the four combined power amplifier circuits. By further synthesizing the N synthesized signals synthesized for each of the four synthesized power amplifier circuits, each of the input signals is amplified to the (4 × N) synthesized high output signal.
本発明の高出力電力増幅器は、高周波信号である入力信号を位相差90°で2分配した後、2分配された信号をそれぞれ位相差180°で更に2分配した4分配された分配信号をそれぞれ増幅し、分配手順とは逆の合成手順で4分配された分配信号を1つに合成する4合成型電力増幅回路を1つ備えることにより、増幅された分配信号を4合成した数10〜100Wクラスの高出力信号を出力することができる。 The high output power amplifier of the present invention divides the input signal, which is a high-frequency signal, into two parts with a phase difference of 90 °, and then distributes the two divided signals into two parts with a phase difference of 180 °, respectively. A number of 10 to 100 W obtained by synthesizing four amplified distributed signals by providing one 4-synthesized power amplifier circuit that amplifies and synthesizes the four distributed signals into one by a synthesis procedure opposite to the distribution procedure. Can output high output signal of class.
また、1つの信号を位相差180°で2つの信号に分配する手段(第2分配手段)及び2つの信号を位相差180°で1つの信号に合成する手段(第1合成手段)として、平衡不平衡変換器を用いることにより、第2分配手段の出力端のインピーダンスと第1合成手段の入力端のインピーダンスとを25Ω以下にすることができるため、スペースサイズの大きいインピーダンス変換回路を設けることなく、電力増幅器(増幅器)に用いられる増幅素子(FET)の最大利得を得ることができる。即ち、第2分配手段及び第1合成手と電力増幅器(増幅器)との間に設けられるインピーダンス変換回路のスペースサイズを小型化しても、電力増幅器(増幅器)に用いられる増幅素子(FET)の最大利得を得ることができる。従って、高出力電力増幅器の回路全体の大きさを小型化することができる。 Further, there is a balance as a means for distributing one signal into two signals with a phase difference of 180 ° (second distribution means) and a means for combining two signals into one signal with a phase difference of 180 ° (first combining means). By using an unbalanced converter, the impedance of the output terminal of the second distributing means and the impedance of the input terminal of the first synthesizing means can be reduced to 25Ω or less, so that an impedance conversion circuit having a large space size is not provided. The maximum gain of the amplifying element (FET) used in the power amplifier (amplifier) can be obtained. That is, even if the space size of the impedance conversion circuit provided between the second distributing means and the first combining hand and the power amplifier (amplifier) is reduced, the maximum number of amplifying elements (FETs) used in the power amplifier (amplifier) is reduced. Gain can be obtained. Therefore, the size of the entire circuit of the high output power amplifier can be reduced.
また、平衡不平衡変換器及びハイブリッド回路を用いて入力信号を4合成することにより、電力増幅器(増幅器)で発生する偶高調波成分、特に2倍波成分を抑圧することができる。 In addition, by combining four input signals using a balanced / unbalanced converter and a hybrid circuit, even harmonic components generated by the power amplifier (amplifier), in particular, second harmonic components can be suppressed.
また、電力増幅器(増幅器)の入力端及び出力端のそれぞれに発振防止回路を接続することにより、いかなる負荷条件、環境条件等においても発振しない(無条件安定化した)、安定な動作を行うことができる。 In addition, by connecting an oscillation prevention circuit to each of the input and output terminals of the power amplifier (amplifier), it will not oscillate under any load conditions or environmental conditions (unconditionally stabilized) and perform stable operation. Can do.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施の形態における記述は、本発明にかかる高出力電力増幅器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における高出力電力増幅器の細部構成等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the description in the present embodiment shows an example of the high-output power amplifier according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and the like of the high output power amplifier in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
まず、本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器10のブロック図である。図1に示すように、本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器10は、1つの4合成型電力増幅回路11によって構成されている。尚、高出力電力増幅器10は、4合成型電力増幅回路11の入力側に、非線形歪み補償回路21を接続し、4合成型電力増幅回路11で発生する歪み成分を低減させている。
First, the high output power amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of a high
4合成型電力増幅回路11は、入力信号を4つの分配信号に分配する電力分配回路12と、電力増幅器24(24a〜24d)と、電力増幅器24(24a〜24d)によって増幅された4つの分配信号を合成する電力合成回路13と、を備えている。また、電力分配回路12は、ハイブリッド回路22と平衡不平衡回路23(23a、23b)とを備え、電力合成回路13は、ハイブリッド回路26と平衡不平衡回路25(25a及び25b)とを備えている。
The four-composition
ハイブリッド回路22は、信号W1を入力して、信号W21及び信号W22に分配する分配回路である。分配された信号W21と信号W22との間の位相差は90°であり、信号W21と信号W22の出力電力は、信号W1を等分に分配した電力である。また、ハイブリッド回路26は、信号W51及び信号W52を入力して、信号W6に合成する合成回路である。入力された信号W51と信号W52との位相差を90°で合成する。ハイブリッド回路22及び26としては、3dBハイブリッドカプラを使用することが好ましい。
The
平衡不平衡回路23a及び23bは、信号W21及び信号W22を入力して、それぞれ信号W31及び信号W32、並びに、信号W33及び信号W34に分配する分配回路である。分配された信号W31と信号W32との間の位相差、並びに、分配された信号W33と信号W34との間の位相差はともに180°であり、信号W31と信号W32の出力電力は、信号W21を等分に分配した電力であり、信号W33と信号W34の出力電力は、信号W22を等分に分配した電力である。また、入力する信号W21及び信号W22は不平衡信号であり、分配された信号W31及び信号W32、並びに、信号W33及び信号W34は平衡信号である。
The balanced /
また、平衡不平衡回路25a及び25bは、信号W41及び信号W42、並びに、信号W43及び信号W44をそれぞれ入力し、それぞれ信号W51及び信号W52に合成する合成回路である。入力された信号W41及び信号W42は位相差180°で合成し、信号W43及び信号W44も位相差180°で合成する。また、入力する信号W41及び信号W42、並びに、信号W43及び信号W44は平衡信号であり、合成された信号W51及び信号W52は不平衡信号である。
The balanced /
平衡不平衡回路23a、23b、25a及び25bとしては、180°バランを使用することが好ましい。また、図2に示すような、同軸ケーブル31を不平衡型として、2本の信号線32及び33を平衡型として使用する同軸型平衡不平衡変換器を、平衡不平衡回路23a、23b、25a及び25bとしては使用することも好ましい。
As the balanced /
また、平衡不平衡回路23a、23b、25a及び25bにおいて、不平衡側の入出力端のインピーダンスを50Ωとし、平衡側の入出力端のインピーダンスを25Ω以下とすることが好ましい。即ち、平衡不平衡回路23a及び23bの入力端のインピーダンス、並びに、平衡不平衡回路25a及び25bの出力端のインピーダンスを50Ωとし、平衡不平衡回路23a及び23bの出力端のインピーダンス、並びに、平衡不平衡回路25a及び25bの入力端のインピーダンスを25Ω以下(例えば、25Ω、12.5Ω)とすることが好ましい。特に、平衡側の出力端のインピーダンスを25Ωすることが好ましい。
Further, in the balanced /
電力増幅器24a〜24dは、それぞれ増幅素子(FET)を使用した同一性能の電力増幅器である。
Each of the
次に、上述した構成の4合成型電力増幅回路11における分配・増幅・合成手順について説明する。図1に示すように、まず、高周波信号(例えば、携帯電話にも用いられるマイクロ波)である入力信号W1をハイブリッド回路22が入力して位相差90°で信号W21及び信号W22に分配する。ハイブリッド回路22として3dBハイブリッドカプラを使用すると、3dBハイブリッドカプラの入出力端のインピーダンスは50Ωであり、入力信号W1の伝送路として用いるマイクロストリップラインも50Ωであることから、インピーダンス変換回路を設ける必要が無くなり、インピーダンス変換回路のスペースサイズを零にすることができる。
Next, a distribution / amplification / combination procedure in the 4-composite
その後、ハイブリッド回路22から出力された信号W21を平衡不平衡回路23aが入力して位相差180°で信号W31及び信号W32に分配する。また、ハイブリッド回路22から出力された信号W22を平衡不平衡回路23bが入力して位相差180°で信号W33及び信号W34に分配する。平衡不平衡回路23a及び23bの入力端のインピーダンスを50Ω、平衡不平衡回路23a及び23bの出力端のインピーダンスを25Ω以下とすることで、平衡不平衡回路23a及び23bの出力端のインピーダンスと増幅素子(FET)の入出力インピーダンス(最大利得が得られる数〜数10Ωの入出力インピーダンス範囲)との差が小さくなり、小型のインピーダンス変換回路を設けるだけで良くなる。即ち、平衡不平衡回路23(23a、23b)及び25(25a及び25b)と電力増幅器24(24a〜24dとの間に設けられるインピーダンス変換回路のスペースサイズを小型化することができる。
Thereafter, the signal W21 output from the
その後、平衡不平衡回路23aから出力された信号W31及び信号W32、並びに、平衡不平衡回路23bから出力された信号W33及び信号W34を、電力増幅器24a〜24dがそれぞれ入力して所望の出力電力まで増幅して、信号W41、信号W42、信号W43及び信号W44としてそれぞれ出力する。
Thereafter, the
その後、電力増幅器24a及び24bから出力された信号W41及び信号W42を平衡不平衡回路25aが入力して平衡不平衡回路23aと逆の位相差180°で合成して信号W51として出力し、電力増幅器24c及び24dから出力された信号W43及び信号W44を平衡不平衡回路25bが入力して平衡不平衡回路23bと逆の位相差180°で合成して信号W52として出力する。
Thereafter, the signal W41 and the signal W42 output from the
その後、平衡不平衡回路25aから出力された信号W51及び平衡不平衡回路25bから出力された信号W52をハイブリッド回路26が入力してハイブリッド回路22と逆の位相差90°で合成して、数10〜100Wクラスの高出力信号を信号W6として出力する。
Thereafter, the signal W51 output from the balanced /
上述した分配・増幅・合成手順によって、4合成型電力増幅回路11は、電力増幅器24(24a〜24d)で所望の出力電力まで増幅した信号(W41,W42,W43及びW44)を4合成することによって、電力増幅器24の出力電力の約4倍の出力電力を得ることができる。即ち、4合成型電力増幅回路11を1つ備えた本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器10は、電力増幅器24(24a〜24d)によって増幅された出力電力の約4倍の出力電力を得ることができる。
Through the above-described distribution / amplification / synthesis procedure, the 4-synthesis
また、4合成型電力増幅回路11は、ハイブリッド回路22及び26と、平衡不平衡回路23(23a、23b)及び25(25a及び25b)と、を用いて入力信号を4分配して増幅し、その後4合成することにより、電力増幅器24(24a〜24d)によって発生する偶高調波成分、特に2倍波成分を抑圧することができる。
Further, the four-composition
次に、偶高調波成分を抑圧できる理由を以下に説明する。
電力増幅器24a乃至24dをAB級やB級アンプであると仮定すると、増幅後の出力ドレイン電流Idは、フーリエ級数展開すると一般的に下記の関係式(1)で表される。
Next, the reason why even harmonic components can be suppressed will be described below.
Assuming that the
例えば、平衡不平衡回路23aで位相差180°で2分配された後、電力増幅器24aで増幅された信号W41及び電力増幅器24bで増幅された信号W42の場合、信号W41は関係式(1)のままであるが、信号W42は関係式(1)の「ωτ」が「ωτ+π」に置き換えられる。即ち、下記の関係式(2)で表される。
For example, in the case of the signal W41 amplified by the
従って、信号W41及び信号W42は、奇数次項(基本波成分)が反転した関係になっている。平衡不平衡回路25aにおいて、増幅された信号W41及び信号W42を平衡不平衡回路23aと逆の位相差180°で2合成することにより、偶数次項(偶高調波成分)が打ち消し合い、基本波成分のみが2倍に合成された信号W51が出力される。同様に、平衡不平衡回路25b及びハイブリッド回路26においても、それぞれ2合成される。その結果、4合成型電力増幅回路11によって、基本波成分のみが4倍に合成され高出力化された信号W6が出力される。また、平衡不平衡回路25a、平衡不平衡回路25b及びハイブリッド回路26で合成されることにより、偶高調波成分は打ち消し合って抑圧される。
Therefore, the signal W41 and the signal W42 have a relationship in which the odd-order term (fundamental wave component) is inverted. In the balanced /
以上のことから、4合成型電力増幅回路11を1つ備えた本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器10は、増幅された分配信号を4合成した高出力信号を出力することができるとともに、偶高調波成分を抑圧することができる。また、インピーダンス変換回路のスペースサイズを小型化しても、電力増幅器24(24a〜24d)に用いられる増幅素子(FET)の最大利得を得ることができる。従って、高出力電力増幅器10の回路全体の大きさを小型化することができる。
From the above, the high-
次に、本発明の第1の実施形態の変形例にかかる高出力電力増幅器について説明する。図3は、本発明の第1の実施形態の変形例にかかる高出力電力増幅器110のブロック図である。尚、図3に示す高出力電力増幅器110についての説明は、図1に示した高出力電力増幅器10との相違点について説明し、図1に示した高出力電力増幅器10と同じ構成の回路については説明を省略する。
Next, a high output power amplifier according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of a high-
図3に示すように、高出力電力増幅器110の4合成型電力増幅回路120と、図1に示した高出力電力増幅器10の4合成型電力増幅回路11との相違点は、各電力増幅器24(24a〜24d)の入力端及び出力端に、発振防止回路27(27a〜27d)及び28(28a〜28d)がそれぞれ接続されている点である。
As shown in FIG. 3, the difference between the four-composite
発振防止回路27(27a〜27d)及び28(28a〜28d)は、各電力増幅器24(24a〜24d)の高出力化を図る上で問題となる発振を抑えて安定した動作を行うための回路で、増幅素子(FET)へバイアス供給を行うバイアス回路、高周波線路へDCバイアスを漏洩させないDCカット、増幅素子(FET)から最大利得を得るための整合回路および平衡不平衡回路へ接続するためのインピーダンス変換回路、そして安定化素子を含むものとする。 The oscillation prevention circuits 27 (27a to 27d) and 28 (28a to 28d) are circuits for performing stable operation while suppressing oscillation that is a problem in increasing the output of each power amplifier 24 (24a to 24d). In order to connect to a bias circuit for supplying a bias to an amplifying element (FET), a DC cut that does not leak a DC bias to a high frequency line, a matching circuit for obtaining a maximum gain from the amplifying element (FET), and a balanced / unbalanced circuit An impedance conversion circuit and a stabilization element are included.
発振防止回路27(27a〜27d)は、基本的な構成回路の例として、電力増幅器24に用いられる増幅素子(FET)51の入力側にバイアス回路52及び整合回路54が接続された構成(図4参照)である。また、発振防止回路28(28a〜28d)は、基本的な構成回路として、増幅素子(FET)51の出力側にバイアス回路53及び整合回路55が接続された構成(図4参照)である。
The oscillation prevention circuit 27 (27a to 27d) has, as an example of a basic configuration circuit, a configuration in which a
また、バイアス回路52及び53に高周波信号が漏れ込むことによる信号損失を防止するために、希望周波数帯におけるバイアスポートのインピーダンスを高くする手段がライン61及び62に設けられている。バイアスポートのインピーダンスを高くする手段としては、ライン61及び62のライン幅を細くする方法、シリーズに抵抗を入れる方法、フィルタ回路(LやCで実現)を用いて希望周波数を遮断する方法、あるいは上述した複数の方法を組み合わせた方法等が用いられる。
Further, in order to prevent signal loss due to leakage of high-frequency signals into the
上述した構成の本発明の第1の実施形態の変形例にかかる高出力電力増幅器110は、各電力増幅器24(24a〜24d)の入力端及び出力端に、発振防止回路27(27a〜27d)及び28(28a〜28d)をそれぞれ接続した4合成型電力増幅回路120を備えることにより、いかなる負荷条件、環境条件等においても発振しない(無条件安定化した)、安定な動作を行うことができる。
The high-
また、高出力電力増幅器110の4合成型電力増幅回路120は、4合成型電力増幅回路11と同様に、ハイブリッド回路22及び26と、平衡不平衡回路23(23a、23b)及び25(25a及び25b)と、電力増幅器24(24a〜24d)と、を備えていることから、高出力電力増幅器110は、上述した図1に示した高出力電力増幅器10と同様の効果を得ることができる。
Similarly to the 4-composite
次に、本発明の第2の実施形態にかかる高出力電力増幅器について説明する。図5は、本発明の第2の実施形態にかかる高出力電力増幅器210のブロック図である。尚、図5に示す高出力電力増幅器210についての説明は、図1に示した高出力電力増幅器10との相違点について説明し、図1に示した高出力電力増幅器10と同じ構成の回路については説明を省略する。
Next, a high output power amplifier according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram of a high-
図1に示した本発明の第1の実施形態にかかる高出力電力増幅器10は、4合成型電力増幅回路11を1つ配置しているのに対して、図5に示す本発明の第2の実施形態にかかる高出力電力増幅器210は、4合成型電力増幅回路11を並列にN個(図5では、N=2)配置し、高出力電力増幅器210に入力される入力信号WIをN個の4合成型電力増幅回路11に入力される信号W1n(N≧n≧1)にN分配するハイブリッド回路222と、N個の4合成型電力増幅回路11から出力される信号W6n(N≧n≧1)をN合成してWOとして出力するハイブリッド回路223と備えている点である。尚、ハイブリッド回路222及び223として、3dBハイブリッドカプラを使用することが好ましい。また、Nは、N=2kであり、kは、k≧1の整数値である。
The high-
また、図5では、N=2(k=1)の場合を示しているが、N=2k(k≧2)の場合は、3dBハイブリッドカプラを2k個組み合わせることにより、N=2の場合のハイブリッド回路222に対応する回路を構成して入力信号WIをN個の4合成型電力増幅回路11に入力される信号W1nにN分配し、更に、N=2の場合のハイブリッド回路223に対応する回路を構成してN個の4合成型電力増幅回路11から出力される信号W6nをN合成してWOとして出力する。また、図5では、4合成型電力増幅回路11を並列にN個配置しているが、4合成型電力増幅回路120を並列にN個配置した構成にしても良い。
Further, FIG. 5 shows the case of N = 2 (k = 1), but in the case of N = 2 k (k ≧ 2), the case of N = 2 by combining 2k 3 dB hybrid couplers. The circuit corresponding to the
上述した構成の本発明の第2の実施形態にかかる高出力電力増幅器210は、4合成型電力増幅回路11によって増幅された出力電力の約N倍の出力電力を得ることができる。即ち、4合成型電力増幅回路11を構成する電力増幅器24によって増幅された出力電力の約(4×N)倍の出力電力を得ることができる。また、4合成型電力増幅回路11の替わりに4合成型電力増幅回路120を備えることにより、いかなる負荷条件、環境条件等においても発振しない(無条件安定化した)、安定な動作を行うことができる。
The high
(実施例)
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(Example)
Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1及び比較例1の高出力電力増幅器を用意して、2倍波成分の抑圧効果を測定した。実施例1の高出力電力増幅器は、図3に示した構成の回路であり、ハイブリッド回路22及び26として3dBハイブリッドカプラを使用し、平衡不平衡回路23(23a、23b)及び25(25a及び25b)として180°バランを使用した構成の回路である。尚、3dBハイブリッドカプラの入出力端のインピーダンスは50Ωであり、入力信号の伝送路として用いるマイクロストリップラインも50Ωである。また、180°バランの不平衡側の入出力端のインピーダンスは50Ωであり、平衡側の入出力端のインピーダンスは25Ωである。比較例1の高出力電力増幅器は、上述した実施例1の高出力電力増幅器における180°バランの替わりに3dBハイブリッドカプラを使用した構成の回路である。
The high output power amplifiers of Example 1 and Comparative Example 1 were prepared, and the suppression effect of the second harmonic component was measured. The high-output power amplifier according to the first embodiment is a circuit having the configuration shown in FIG. 3, using 3 dB hybrid couplers as the
2倍波成分の抑圧効果として、実施例1及び比較例1の高出力電力増幅器において、基本波成分の出力電力に対する2倍波成分の抑圧量を測定した。測定した結果を図6のグラフに示した。尚、図6において、横軸は出力電力(単位:dBm)を示し、縦軸は基本波の出力電力に対する2倍波成分の抑圧量(単位:dBc)を示す。また、実線は実施例1の結果を示し、波線は比較例1の結果を示す。 As the suppression effect of the second harmonic component, the amount of suppression of the second harmonic component with respect to the output power of the fundamental wave component was measured in the high output power amplifiers of Example 1 and Comparative Example 1. The measurement results are shown in the graph of FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents output power (unit: dBm), and the vertical axis represents the suppression amount (unit: dBc) of the second harmonic component with respect to the output power of the fundamental wave. The solid line shows the result of Example 1, and the wavy line shows the result of Comparative Example 1.
図6の結果から、同じ出力電力時における2倍波成分の抑圧量は、比較例1の高出力電力増幅器に比べて、実施例1の高出力電力増幅器が小さくなることがわかった。即ち、実施例1の高出力電力増幅器は比較例1の高出力電力増幅器よりも2倍波成分の抑圧効果があることがわかった。特に、出力電力が40〜48dBmの範囲においては、10dBc以上の改善効果があることがわかった。 From the result of FIG. 6, it was found that the amount of suppression of the second harmonic component at the same output power is smaller in the high output power amplifier of Example 1 than in the high output power amplifier of Comparative Example 1. That is, it was found that the high output power amplifier of Example 1 had a second harmonic component suppression effect than the high output power amplifier of Comparative Example 1. In particular, when the output power is in the range of 40 to 48 dBm, it has been found that there is an improvement effect of 10 dBc or more.
10,110,210 : 高出力電力増幅器
11,120 : 4合成型電力増幅回路
12 : 電力分配回路
13 : 電力合成回路
21 : 非線形歪み補償回路
22,26,222,223 : ハイブリッド回路
23,23a,23b,25,25a,25b : 平衡不平衡回路
24,24a,24b,24c,24d : 電力増幅器
27,27a,27b,27c,27d,28,28a,28b,28c,28d : 発振防止回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110,210: High output power amplifier 11,120: 4 synthetic | combination type power amplifier circuit 12: Power distribution circuit 13: Power synthesis circuit 21: Nonlinear
Claims (7)
前記入力信号を4つの分配信号に分配する電力分配手段と、前記電力分配手段によって分配された4つの前記分配信号をそれぞれ増幅する増幅器と、前記増幅器によって増幅された4つの前記分配信号を1つの合成信号に合成する電力合成手段と、を備えた4合成型電力増幅回路を1つ有し、
前記電力分配手段は、
1つの第1入力信号を位相差90°で2つの第1分配信号に分配する1つの第1分配手段と、1つの第2入力信号を位相差180°で2つの第2分配信号に分配する2つの第2分配手段と、を備え、
前記第1分配手段によって分配された2つの前記第1分配信号を、2つの前記第2分配手段のそれぞれの前記第2入力信号として入力することにより、1つの前記第1入力信号である前記入力信号を4つの前記第2分配信号である前記分配信号に分配し、
前記電力合成手段は、
2つの第3入力信号を位相差180°で1つの第1合成信号に合成する2つの第1合成手段と、2つの第4入力信号を位相差90°で1つの第2合成信号に合成する1つの第2合成手段と、を備え、
2つの前記第1合成手段によってそれぞれ合成された2つの前記第1合成信号を前記第2合成手段の前記第4入力信号として入力することにより、4つの前記第3入力信号である前記分配信号を1つの前記第2合成信号である前記合成信号に合成することを特徴とする高出力電力増幅器。 A high output power amplifier that amplifies an input signal into a high output signal,
Power distribution means for distributing the input signal into four distribution signals, amplifiers for amplifying the four distribution signals distributed by the power distribution means, and four distribution signals amplified by the amplifier as one One power combining circuit including a power combining means for combining with a combined signal,
The power distribution means includes
One first distribution means for distributing one first input signal to two first distribution signals with a phase difference of 90 °, and one second input signal to two second distribution signals with a phase difference of 180 ° Two second distribution means,
The two input first distribution signals distributed by the first distribution means are input as the second input signals of the two second distribution means, respectively, so that the input that is one first input signal Distributing the signal to the four distribution signals which are the second distribution signals;
The power combining means includes
Two first synthesis means for synthesizing two third input signals into one first synthesized signal with a phase difference of 180 °, and two fourth input signals into one second synthesized signal with a phase difference of 90 °. One second synthesizing means,
By inputting the two first synthesized signals respectively synthesized by the two first synthesizing means as the fourth input signals of the second synthesizing means, the distribution signals which are the four third input signals are obtained. A high-output power amplifier, characterized by being combined with the combined signal that is one second combined signal.
前記第2分配手段となる前記平衡不平衡変換器は、不平衡信号を入力して平衡信号を出力し、
前記第1合成手段となる前記平衡不平衡変換器は、平衡信号を入力して不平衡信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の高出力電力増幅器。 The second distributing means and the first combining means are balanced-unbalanced converters;
The balanced / unbalanced converter serving as the second distributing means inputs an unbalanced signal and outputs a balanced signal;
2. The high output power amplifier according to claim 1, wherein the balanced / unbalanced converter serving as the first combining means inputs a balanced signal and outputs an unbalanced signal.
前記4合成型電力増幅回路を並列にN個配置し、前記入力信号をN個に分配した各信号を前記4合成型電力増幅回路毎の前記入力信号とし、当該4合成型電力増幅回路毎に合成されたN個の前記合成信号を更に合成することにより、各前記入力信号を(4×N)合成した前記高出力信号に増幅させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の高出力電力増幅器。
When k is an integer value of k ≧ 1 and N is N = 2 k ,
N pieces of the four combined power amplifier circuits are arranged in parallel, and each signal obtained by distributing the input signal into N pieces is set as the input signal for each of the four combined power amplifier circuits. 7. The N output synthesized signals are further synthesized to amplify each of the input signals to the high output signal synthesized by (4 × N). The high output power amplifier described in 1.
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