(57)【要約】  第１のコンデンサ（１０）が、増幅素子（３）から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振し、第２の伝送線路（６）、第１のコンデンサ（１０）及び第２のコンデンサ（１１）を含む回路が、増幅素子（３）から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するとともに、インピーダンス整合回路（１４）と一緒に、基本波のインピーダンスを整合するように、増幅器を構成した。
2019176015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を増幅し、増幅後の信号を出力する増幅素子と、
一端が前記増幅素子における信号の出力端子と接続されている第１の伝送線路と、
一端が前記第１の伝送線路の他端と接続されている第２の伝送線路と、
一端が前記第１の伝送線路の他端と接続され、他端が接地されている第１のコンデンサと、
一端が前記第１の伝送線路の他端と接続され、他端が前記第２の伝送線路の他端と接続されている第２のコンデンサと、
一端が前記第２の伝送線路の他端と接続されており、前記増幅素子から出力される信号に含まれている基本波のインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路とを備え、
前記第１のコンデンサは、前記増幅素子から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振し、
前記第２の伝送線路、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサを含む回路は、前記増幅素子から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するとともに、前記インピーダンス整合回路と一緒に、前記基本波のインピーダンスを整合することを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記第２の伝送線路は、
一端が前記第１の伝送線路の他端と接続されている第３の伝送線路と、
一端が前記第３の伝送線路の他端と接続されている第４の伝送線路と、
一端が前記第４の伝送線路の他端と接続され、他端が前記第２のコンデンサの他端と接続されている第５の伝送線路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の増幅器。
【請求項３】
一端が前記第５の伝送線路と接続され、他端が接地されている第３のコンデンサを備えたことを特徴とする請求項２記載の増幅器。
【請求項４】
一端が前記第３の伝送線路の他端と接続され、他端が接地されている第４のコンデンサを備えたことを特徴とする請求項２記載の増幅器。
【請求項５】
一端が前記第５の伝送線路と接続され、他端が接地されている第３のコンデンサと、
一端が前記第３の伝送線路の他端と接続され、他端が接地されている第４のコンデンサとを備えたことを特徴とする請求項２記載の増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力された信号を増幅する増幅素子を備える増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、入力された信号を増幅する増幅素子を備える増幅器が開示されている。
特許文献１に開示されている増幅器では、増幅素子の出力端子に、第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路のそれぞれが並列に接続されている。
第１の直列共振回路の共振周波数は、入力信号に含まれている２次高調波の周波数よりも高い周波数である。
第２の直列共振回路の共振周波数は、入力信号に含まれている３次高調波の周波数よりも低い周波数である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１３／００１７１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の増幅器は、第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路を備えているので、２次高調波及び３次高調波におけるそれぞれのインピーダンスの整合を図ることができる。しかし、第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路のそれぞれは、入力信号に含まれている基本波のインピーダンスを整合するものではない。
したがって、従来の増幅器では、基本波の電力が熱に変わる純損失が生じてしまって、効率が低下してしまうことがあるという課題があった。【０００５】
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、基本波の電力が熱に変わる純損失の発生を防止して、効率の低下を防ぐことができる増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る増幅器は、入力された信号を増幅し、増幅後の信号を出力する増幅素子と、一端が増幅素子における信号の出力端子と接続されている第１の伝送線路と、一端が第１の伝送線路の他端と接続されている第２の伝送線路と、一端が第１の伝送線路の他端と接続され、他端が接地されている第１のコンデンサと、一端が第１の伝送線路の他端と接続され、他端が第２の伝送線路の他端と接続されている第２のコンデンサと、一端が第２の伝送線路の他端と接続されており、増幅素子から出力される信号に含まれている基本波のインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路とを備え、第１のコンデンサが、増幅素子から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振し、第２の伝送線路、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを含む回路が、増幅素子から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するとともに、インピーダンス整合回路と一緒に、基本波のインピーダンスを整合するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、第１のコンデンサが、増幅素子から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振し、第２の伝送線路、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを含む回路が、増幅素子から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するとともに、インピーダンス整合回路と一緒に、増幅素子から出力される信号に含まれている基本波のインピーダンスを整合するように、増幅器を構成した。したがって、この発明に係る増幅器は、基本波の電力が熱に変わる純損失の発生を防止して、効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１による増幅器を示す構成図である。
【図２】実施の形態１による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。
【図３】図１に示す増幅器における３次高調波についての等価回路である。
【図４】図１に示す増幅器における２次高調波についての等価回路である。
【図５】図１に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
【図６】図１に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
【図７】図６に示す増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。
【図８】増幅素子３における信号の出力端子３ｂから出力端子１５までの通過損失のシミュレーション結果を示す説明図である。
【図９】出力端子１５における増幅器の反射係数のシミュレーション結果を示す説明図である。
【図１０】実施の形態２による増幅器を示す構成図である。
【図１１】実施の形態２による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。
【図１２】図１０に示す増幅器における３次高調波についての等価回路である。
【図１３】図１０に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
【図１４】図１０に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
【図１５】実施の形態３による増幅器を示す構成図である。
【図１６】実施の形態３による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。
【図１７】図１５に示す増幅器における３次高調波についての等価回路である。
【図１８】図１５に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
【図１９】実施の形態３による他の増幅器を示す構成図である。
【図２０】２つの増幅素子３と、２つのプリマッチ回路４とを備えている増幅器を示す構成図である。
【図２１】図２１Ａ及び図２１Ｂのそれぞれは、図２０に示す増幅器におけるインピーダンス整合回路１４の具体例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による増幅器を示す構成図である。
図１において、入力端子１は、基本波のほかに、２次高調波及び３次高調波を含む信号を入力する端子である。
入力整合回路２は、一端が入力端子１と接続され、他端が増幅素子３における信号の入力端子３ａと接続されている。
入力整合回路２は、入力端子１のインピーダンスと、入力端子１から増幅素子３側を見たインピーダンスとの整合を図る回路である。
【００１１】
増幅素子３は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで実現される。
増幅素子３は、入力端子３ａが入力整合回路２の他端と接続され、出力端子３ｂがプリマッチ回路４と接続されており、入力端子１から入力されて入力整合回路２を通過してきた信号を増幅し、増幅後の信号をプリマッチ回路４に出力する。
【００１２】
プリマッチ回路４は、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を備えている。
第１の伝送線路５は、一端が増幅素子３における信号の出力端子３ｂと接続され、他端が接続点１２と接続されている線路である。
第２の伝送線路６は、第３の伝送線路７、第４の伝送線路８及び第５の伝送線路９を備えている。
第３の伝送線路７は、一端が接続点１２と接続され、他端が第４の伝送線路８の一端と接続されている線路である。
第４の伝送線路８は、一端が第３の伝送線路７の他端と接続され、他端が第５の伝送線路９の一端と接続されている線路である。
第５の伝送線路９は、一端が第４の伝送線路８の他端と接続され、他端が接続点１３と接続されている線路である。
【００１３】
第１のコンデンサ１０は、一端が接続点１２と接続され、他端がグランド１６と接続されることで接地されている。
第１のコンデンサ１０は、増幅素子３から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振するように、第１のコンデンサ１０の共振周波数が設定されている。
第１のコンデンサ１０とグランド１６との間には、図示せぬインダクタが存在している。
図示せぬインダクタは、第１のコンデンサ１０の寄生インダクタンスと、図１に示す増幅器の回路パターンで生じる寄生インダクタンスとの総和のインダクタンスを有するインダクタである。
【００１４】
第２のコンデンサ１１は、一端が接続点１２と接続され、他端が接続点１３と接続されている。
第２のコンデンサ１１の容量値は、第２のコンデンサ１１における基本波のインピーダンスが、接続点１２から第３の伝送線路７側を見たときの基本波のインピーダンスよりも高くなるように設定されている。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路は、増幅素子３から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するように設定されている。
接続点１２は、第１の伝送線路５の他端と、第３の伝送線路７の一端と、第１のコンデンサ１０の一端と、第２のコンデンサ１１の一端とが互いに接続されている点である。
接続点１３は、第５の伝送線路９の他端と、第２のコンデンサ１１の他端と、インピーダンス整合回路１４の一端とが互いに接続されている点である。
【００１５】
インピーダンス整合回路１４は、一端が接続点１３と接続され、他端が出力端子１５と接続されている。
インピーダンス整合回路１４は、出力端子１５からプリマッチ回路４側を見たときの基本波のインピーダンスと、出力端子１５に接続されている図示せぬ外部負荷における基本波のインピーダンスとの整合を図る回路である。
出力端子１５は、増幅素子３により増幅された信号に含まれている基本波を出力する端子である。
【００１６】
図２は、実施の形態１による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。
次に、図２を参照しながら、図１に示す増幅器の動作について説明する。
第１のコンデンサ１０は、増幅素子３から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振するように、第１のコンデンサ１０の共振周波数が設定されている。
第２のコンデンサ１１の容量値は、第２のコンデンサ１１における基本波のインピーダンスが、接続点１２から第３の伝送線路７側を見たときの基本波のインピーダンスよりも高くなるように設定されている。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路は、増幅素子３から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するように設定されている。
【００１７】
図２において、２１は、最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンスである。
最適負荷インピーダンスは、入力端子１から入力された信号に含まれている基本波の周波数で、増幅素子３の効率が最大になるときの、出力端子３ｂからプリマッチ回路４側を見たインピーダンスである。
最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１は、図２に示すように、第１の伝送線路５によって、誘導性の領域のインピーダンス２２に変成される。
インピーダンス２２は、図２に示すように、第１のコンデンサ１０によって、実軸付近のインピーダンス２３に変成される。
【００１８】
ここで、図３は、図１に示す増幅器における３次高調波についての等価回路であり、図４は、図１に示す増幅器における２次高調波についての等価回路である。
また、図５は、図１に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
図６は、図５と同様に、図１に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
図６では、インピーダンス整合回路１４の内部構成の一例を示している。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路は、３次高調波の周波数で共振するため、図３に示すように、３次高調波の周波数では、プリマッチ回路４の接続点１３からインピーダンス整合回路１４が見えなくなる。
第１のコンデンサ１０は、２次高調波の周波数で共振するため、図４に示すように、２次高調波の周波数では、プリマッチ回路４の接続点１２から、第３の伝送線路７及び第２のコンデンサ１１のそれぞれが見えなくなる。
【００１９】
図６において、インピーダンス整合回路１４は、１段のＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）型インピーダンス変成器である。
インピーダンス整合回路１４は、一端が接続点１３と接続され、他端が出力端子１５と接続されている伝送線路１４ａと、一端が伝送線路１４ａの他端と接続され、他端がグランド１４ｃと接続されているコンデンサ１４ｂとを備えている。
図７は、図６に示す増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。図７において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示している。
最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１は、図７に示すように、第１の伝送線路５によって、誘導性の領域のインピーダンス２２に変成される。
誘導性の領域のインピーダンス２２は、図７に示すように、第１のコンデンサ１０によって、実軸付近のインピーダンス２３に変成される。
【００２０】
実軸付近のインピーダンス２３は、図７に示すように、第２の伝送線路６と伝送線路１４ａとによって、誘導性の領域にインピーダンス変成される。
３１，３２のそれぞれは、第２の伝送線路６と伝送線路１４ａとによって変成されたインピーダンスである。
第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれが、第５の伝送線路９と電磁結合していないときは、インピーダンス２３は、第２の伝送線路６と伝送線路１４ａとによって、インピーダンス３１に変成される。
第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれが、第５の伝送線路９と電磁結合しているときは、インピーダンス２３は、第２の伝送線路６と伝送線路１４ａとによって、インピーダンス３２に変成される。
第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれと第５の伝送線路９との距離が、例えば、図６に示す増幅器を実装している基板の厚さの約３倍以下であれば、第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれが、第５の伝送線路９と電磁結合することがある。
インピーダンス３１又はインピーダンス３２は、図７に示すように、コンデンサ１４ｂによって、５０Ωのインピーダンス３３に変成される。
【００２１】
ここで、電磁結合していない場合のインピーダンス３１は、電磁結合している場合のインピーダンス３２よりも、Ｑ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）が大きいインピーダンスとなっている。
図７において、等Ｑ円３４及び等Ｑ円３５のそれぞれは、同じ値のＱ値を示す線であり、等Ｑ円３４が示すＱ値は、等Ｑ円３５が示すＱ値よりも大きい。したがって、等Ｑ円３４に存在しているインピーダンス３１は、等Ｑ円３５に存在しているインピーダンス３２よりも、Ｑ値が大きいインピーダンスとなっている。
増幅器の出力回路のような無損失回路においては、Ｑ値は、純損失を表すパラメータではなく、動作帯域とインピーダンス整合の良し悪しとを示すパラメータである。
電磁結合している場合のインピーダンス３２は、電磁結合していない場合のインピーダンス３１よりもＱ値が小さいため、電磁結合している増幅器は、電磁結合していない増幅器よりも、良好なインピーダンス整合を広帯域に実現することが可能である。
【００２２】
次に、図１に示す増幅器の特性について説明する。
ただし、増幅器のインピーダンス整合回路１４は、図６に示すように、伝送線路１４ａと、コンデンサ１４ｂとを備えているものとする。
以下、第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれが第５の伝送線路９と電磁結合していないときの増幅器の特性のシミュレーション結果と、電磁結合しているときの増幅器の特性のシミュレーション結果とを例示する。
増幅器の特性についてのシミュレーション条件は、以下の通りである。
【００２３】
基本波の中心周波数は、１００ＭＨｚである。
また、最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１をＲＣ並列回路のインピーダンスに置き換えるものとし、ＲＣ並列回路に含まれている抵抗の抵抗値は１０Ω、ＲＣ並列回路に含まれているコンデンサの容量値は１００ｐＦである。
さらに、図１に示す増幅器を実装している基板の比誘電率は４、基板の誘電正接は０、基板の厚さは１ｍｍ、基板の導体厚は０．０５ｍｍ、基板の導体損失は０である。
【００２４】
電磁結合していないときの増幅器の設計値は、以下の通りである。
・第１の伝送線路５の線路幅は２ｍｍ、第１の伝送線路５の線路長は５０ｍｍ
・第１のコンデンサ１０の容量値は７５ｐＦ、第１のコンデンサ１０の寄生インダクタは８．５ｎＨ
・第２の伝送線路６の線路幅は２ｍｍ、第２の伝送線路６の線路長は４２ｍｍ
・第２のコンデンサ１１の容量値は２４ｐＦ
・伝送線路１４ａの線路幅は２ｍｍ、伝送線路１４ａの線路長は６５ｍｍ
・コンデンサ１４ｂの容量値は５９ｐＦ
【００２５】
電磁結合しているときの増幅器の設計値は、以下の通りである。
・第１の伝送線路５の線路幅は２ｍｍ、第１の伝送線路５の線路長は５０ｍｍ
・第１のコンデンサ１０の容量値は７５ｐＦ、第１のコンデンサ１０の寄生インダクタは８．５ｎＨ
・第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれの線路幅は２ｍｍ、第３の伝送線路７の線路長と第４の伝送線路８の線路長との総和は３５ｍｍ
・第５の伝送線路９の線路幅は２ｍｍ、第５の伝送線路９の線路長は７２ｍｍ
・第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれと第５の伝送線路９との間隔は０．２ｍｍ
・第２のコンデンサ１１の容量値は２４ｐＦ
・伝送線路１４ａの線路幅は２ｍｍ、伝送線路１４ａの線路長は７２ｍｍ
・コンデンサ１４ｂの容量値は５５ｐＦ
【００２６】
図８は、増幅素子３における信号の出力端子３ｂから出力端子１５までの通過損失のシミュレーション結果を示す説明図である。
電磁結合していない場合であっても、電磁結合している場合であっても、基本波の中心周波数である１００ＭＨｚの近傍では、通過損失がほぼ０ｄＢである。
２次高調波の周波数である２００ＭＨｚ及び３次高調波の周波数である３００ＭＨｚのそれぞれでは、通過損失が、−６０ｄＢ以下であり、極めて小さい。
したがって、図８に示す通過損失のシミュレーション結果は、基本波、２次高調波及び３次高調波におけるそれぞれの周波数で、高効率動作となるインピーダンスが実現できていることを表している。
【００２７】
図９は、出力端子１５における増幅器の反射係数のシミュレーション結果を示す説明図である。
図９において、反射係数が |Γ|＝０．４以下となる周波数帯域幅に注目すると、電磁結合している場合の帯域幅は、電磁結合していない場合の帯域幅よりも、約１．１倍広がっていることが分かる。
したがって、図１に示す増幅器は、第３の伝送線路７及び第４の伝送線路８のそれぞれが第５の伝送線路９と電磁結合するように構成することで、電磁結合していない場合よりも、広帯域化を実現することができる。
【００２８】
第１のコンデンサ１０は、２次高調波の周波数で共振する共振器として動作するため、２次高調波は、第１のコンデンサ１０によって反射される。したがって、２次高調波は、出力端子１５から出力されない。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路は、３次高調波の周波数で共振する共振器として動作するため、３次高調波は、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路によって反射される。したがって、３次高調波は、出力端子１５から出力されない。
したがって、図１に示す増幅器は、２次高調波及び３次高調波のそれぞれを除去するフィルタを実装する必要がない。
【００２９】
以上の実施の形態１は、第１のコンデンサ１０が、増幅素子３から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振し、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を含む回路が、増幅素子３から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するとともに、インピーダンス整合回路１４と一緒に、基本波のインピーダンスを整合するように、増幅器を構成した。したがって、増幅器は、基本波の電力が熱に変わる純損失の発生を防止して、効率の低下を防ぐことができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１の増幅器は、プリマッチ回路４が、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を備えている例を示している。
実施の形態２は、プリマッチ回路４が、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第３のコンデンサ４１を備えている増幅器について説明する。
【００３１】
図１０は、実施の形態２による増幅器を示す構成図である。
図１０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のコンデンサ４１は、一端が第５の伝送線路９と接続され、他端がグランド４２と接続されることで接地されている。
【００３２】
図１１は、実施の形態２による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。図１１において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示している。
次に、図１１を参照しながら、図１０に示す増幅器の動作について説明する。
第１のコンデンサ１０は、増幅素子３から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振するように、第１のコンデンサ１０の共振周波数が設定されている。
第２のコンデンサ１１の容量値は、第２のコンデンサ１１における基本波のインピーダンスが、接続点１２から第３の伝送線路７側を見たときの基本波のインピーダンスよりも高くなるように設定されている。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第３のコンデンサ４１を含む回路は、増幅素子３から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するように設定されている。
【００３３】
最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１は、図１１に示すように、第１の伝送線路５によって、誘導性の領域のインピーダンス２２に変成される。
誘導性の領域のインピーダンス２２は、図１１に示すように、第１のコンデンサ１０によって、実軸付近のインピーダンス２３に変成される。
また、第５の伝送線路９のうち、第３のコンデンサ４１の一端が接続されている箇所よりも第４の伝送線路８側の線路と、第３の伝送線路７と、第４の伝送線路８とによって、実軸付近のインピーダンス２３は、誘導性の領域のインピーダンス５１に変成される。
さらに、誘導性の領域のインピーダンス５１は、図１１に示すように、第３のコンデンサ４１によって、実軸付近のインピーダンス５２に変成される。
【００３４】
ここで、図１２は、図１０に示す増幅器における３次高調波についての等価回路である。
図１０に示す増幅器における２次高調波についての等価回路は、図１に示す増幅器と同様に、図４である。
図１３は、図１０に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
図１４は、図１３と同様に、図１０に示す増幅器における基本波についての等価回路である。図１４では、インピーダンス整合回路１４の内部構成の一例を示している。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第３のコンデンサ４１を含む回路は、３次高調波の周波数で共振するため、図１２に示すように、３次高調波の周波数では、接続点１３からインピーダンス整合回路１４が見えなくなる。
第１のコンデンサ１０は、２次高調波の周波数で共振するため、図４に示すように、２次高調波の周波数では、接続点１２から、第３の伝送線路７及び第２のコンデンサ１１のそれぞれが見えなくなる。
【００３５】
基本波については、第５の伝送線路９のうち、第３のコンデンサ４１の一端が接続されている箇所よりも接続点１３側の線路と伝送線路１４ａとによって、実軸付近のインピーダンス５２は、図１１に示すように、誘導性の領域のインピーダンス５３に変成される。
誘導性の領域のインピーダンス５３は、図１１に示すように、コンデンサ１４ｂによって、５０Ωのインピーダンス５４に変成される。
図１１において、インピーダンス３２は、図７に示すインピーダンス３２と同じインピーダンスである。
等Ｑ円３６は、同じ値のＱ値を示す線であり、等Ｑ円３６が示すＱ値は、等Ｑ円３５が示すＱ値よりも大きい。
誘導性の領域のインピーダンス５３は、インピーダンス３２よりもＱ値が小さいため、  図１０に示す増幅器は、図１に示す増幅器よりも、良好なインピーダンス整合を広帯域に実現することが可能である。
【００３６】
ここで、第２の伝送線路６の線路長について説明する。
第２の伝送線路６の伝搬定数βは、第２の伝送線路６が有するインダクタンスの総和をＬ、第２の伝送線路６が有するキャパシタンスの総和をＣとすると、以下の式（１）のように表される。
β≒ω×(Ｌ×Ｃ)0.5  （１）
式（１）において、ωは、角周波数である。
図１０に示す増幅器は、第３のコンデンサ４１を備えている分だけ、図１に示す増幅器よりも、第２の伝送線路６が有するキャパシタンスの総和Ｃが大きくなる。
したがって、図１０に示す増幅器は、図１に示す増幅器よりも、第２の伝送線路６の線路長を短くしても、図１に示す増幅器と同じ特性を得ることができる。つまり、図１０に示す増幅器は、図１に示す増幅器よりも、小型にすることができる。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態１の増幅器は、プリマッチ回路４が、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０及び第２のコンデンサ１１を備えている例を示している。
実施の形態３は、プリマッチ回路４が、第１の伝送線路５、第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第４のコンデンサ６１を備えている増幅器について説明する。
【００３８】
図１５は、実施の形態３による増幅器を示す構成図である。
図１５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４のコンデンサ６１は、一端が第３の伝送線路７の他端と接続され、他端がグランド６２と接続されることで接地されている。
【００３９】
図１６は、実施の形態３による増幅器のインピーダンス変成を示す説明図である。図１６において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示している。
次に、図１６を参照しながら、図１５に示す増幅器の動作について説明する。
第１のコンデンサ１０は、増幅素子３から出力される信号に含まれている２次高調波の周波数で共振するように、第１のコンデンサ１０の共振周波数が設定されている。
第２のコンデンサ１１の容量値は、第２のコンデンサ１１における基本波のインピーダンスが、接続点１２から第３の伝送線路７側を見たときの基本波のインピーダンスよりも高くなるように設定されている。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第４のコンデンサ６１を含む回路は、増幅素子３から出力される信号に含まれている３次高調波の周波数で共振するように設定されている。
【００４０】
最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１は、図１６に示すように、第１の伝送線路５によって、誘導性の領域のインピーダンス７１に変成される。
誘導性の領域のインピーダンス７１は、図１６に示すように、第１のコンデンサ１０によって、実軸寄りのインピーダンス７２に変成される。
また、実軸寄りのインピーダンス７２は、図１６に示すように、第３の伝送線路７によって、インピーダンス７３に変成される。
さらに、インピーダンス７３は、図１６に示すように、第４のコンデンサ６１によって、実軸付近のインピーダンス７４に変成される。
【００４１】
ここで、図１７は、図１５に示す増幅器における３次高調波についての等価回路である。
図１５に示す増幅器における２次高調波についての等価回路は、図１に示す増幅器と同様に、図４である。
図１８は、図１５に示す増幅器における基本波についての等価回路である。
第２の伝送線路６、第１のコンデンサ１０、第２のコンデンサ１１及び第４のコンデンサ６１を含む回路は、３次高調波の周波数で共振するため、図１７に示すように、３次高調波の周波数では、接続点１３からインピーダンス整合回路１４が見えなくなる。
第１のコンデンサ１０は、２次高調波の周波数で共振するため、図４に示すように、２次高調波の周波数では、接続点１２から、第３の伝送線路７及び第２のコンデンサ１１のそれぞれが見えなくなる。
【００４２】
図１８に示す基本波についての等価回路において、増幅素子３における信号の出力端子３ｂから第４のコンデンサ６１までのインピーダンスの動きについて説明する。
ここでは、増幅素子３として、最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１が低いトランジスタを利用する場合を想定する。
共役整合インピーダンス２１が低いトランジスタを利用する場合、第１の伝送線路５によって変成されたインピーダンス７１を実軸付近のインピーダンスに変成するには、第１のコンデンサ１０は、大きな容量値を有している必要がある。
以下、図１５に示す増幅器と比較対象の増幅器（以下、「比較対象増幅器」と称する。）として、大きな容量値を有する第１のコンデンサ１０を備える増幅器を想定する。ただし、比較対象増幅器の構成は、図１に示す増幅器の構成と同様であり、第４のコンデンサ６１を備えていない。
【００４３】
一般的に、大きな容量値を有しているコンデンサは、コンデンサの物理形状が大きくなり、寄生インダクタンスが増加して自己共振周波数が低下する。
したがって、比較対象増幅器が、第１のコンデンサ１０のみによって、誘導性の領域のインピーダンスを実軸付近のインピーダンスに変成するには、第１の伝送線路５の電気長を長くする必要がある。
図１６において、８１は、電気長が長くされた第１の伝送線路５によって変成されたインピーダンスである。インピーダンス８１は、誘導性の低コンダクタンス領域まで変成されたインピーダンスである。等Ｑ円８３は、同じ値のＱ値を示す線であり、インピーダンス８１は、等Ｑ円８３に存在している。
等Ｑ円８４は、同じ値のＱ値を示す線であり、等Ｑ円８４が示すＱ値は、等Ｑ円８３が示すＱ値よりも小さい。
８２は、第１のコンデンサ１０によって、インピーダンス８１から変成された実軸付近のインピーダンスである。
インピーダンス８１は、図１６に示すように、Ｑ値が高い等Ｑ円８３に存在しており、増幅器が狭帯域になる。
【００４４】
図１５に示す増幅器では、比較対象増幅器よりも、第１の伝送線路５の電気長を短くしている。
図１５に示す増幅器では、電気長が短くされた第１の伝送線路５によって、最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス２１が、誘導性の領域のインピーダンス７１に変成される。
図１５に示す増幅器では、第１のコンデンサ１０によって、誘導性の領域のインピーダンス７１が実軸寄りのインピーダンス７２に変成される。
また、図１５に示す増幅器では、第３の伝送線路７によって、実軸寄りのインピーダンス７２が、Ｑ値の低い状態を維持したままインピーダンス７３に変成される。第３の伝送線路７の線路長は、インピーダンス７１が存在している等Ｑ円８４付近のインピーダンスまで変成する伝送線路の線路長よりも短い。
さらに、図１５に示す増幅器では、インピーダンス７３が、第４のコンデンサ６１によって、実軸付近のインピーダンス７４に変成される。
したがって、図１５に示す増幅器は、第４のコンデンサ６１を備えることで、Ｑ値を低く抑えることができるため、実施の形態１，２の増幅器よりも更に広帯域になる。
【００４５】
ここで、第２の伝送線路６の線路長について説明する。
第２の伝送線路６の伝搬定数βは、第２の伝送線路６が有するインダクタンスの総和をＬ、第２の伝送線路６が有するキャパシタンスの総和をＣとすると、以下の式（２）のように表される。
β≒ω×(Ｌ×Ｃ)0.5  （２）
図１５に示す増幅器は、第４のコンデンサ６１を備えている分だけ、図１に示す増幅器よりも、第２の伝送線路６が有するキャパシタンスの総和Ｃが大きくなる。
したがって、図１５に示す増幅器は、図１に示す増幅器よりも、第２の伝送線路６の線路長を短くしても、図１に示す増幅器と同じ特性を得ることができる。つまり、図１５に示す増幅器は、図１に示す増幅器よりも、小型にすることができる。
【００４６】
図１５に示す増幅器は、第４のコンデンサ６１を備えている例を示しているが、第４のコンデンサ６１のほかに、図１０に示す第３のコンデンサ４１を備えるようにしてもよい。
図１９は、実施の形態３による他の増幅器を示す構成図である。
図１９に示す増幅器は、第３のコンデンサ４１及び第４のコンデンサ６１を備えている。
図１９に示す増幅器は、第３のコンデンサ４１及び第４のコンデンサ６１を備えているため、図１に示す増幅器、図１０に示す増幅器及び図１５に示す増幅器のそれぞれよりも広帯域になる。
【００４７】
実施の形態１〜３の増幅器は、１つの増幅素子３と、１つのプリマッチ回路４とを備えている例を示している。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、２つの増幅素子３と、２つのプリマッチ回路４とを備えている増幅器であってもよい。
図２０は、２つの増幅素子３と、２つのプリマッチ回路４とを備えている増幅器を示す構成図である。図２０において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
図２０に示すように、２つの増幅素子３と、２つのプリマッチ回路４とを備えている増幅器であっても、図１に示す増幅器等と同様に、基本波の電力が熱に変わる純損失の発生を防止して、効率の低下を防ぐことができる。
【００４８】
図２１Ａ及び図２１Ｂのそれぞれは、図２０に示す増幅器におけるインピーダンス整合回路１４の具体例を示す構成図である。図２１Ａ及び図２１Ｂにおいて、図６と同一符号は同一又は相当部分を示している。
図２１Ａに示すインピーダンス整合回路１４は、２つの伝送線路１４ａと、１つのコンデンサ１４ｂとを備えている。
２つの伝送線路１４ａのうち、一方の伝送線路１４ａの一端は、２つのプリマッチ回路４のうち、例えば、図２０において、紙面上側のプリマッチ回路４の接続点１３と接続されている。
２つの伝送線路１４ａのうち、他方の伝送線路１４ａの一端は、２つのプリマッチ回路４のうち、例えば、図２０において、紙面下側のプリマッチ回路４の接続点１３と接続されている。
一方の伝送線路１４ａの他端及び他方の伝送線路１４ａの他端のそれぞれは、接続点１３ａと接続されている。
【００４９】
図２１Ｂに示すインピーダンス整合回路１４は、１つの伝送線路１４ａと、１つのコンデンサ１４ｂとを備えている。
図２０において、紙面上側のプリマッチ回路４の接続点１３と、紙面下側のプリマッチ回路４の接続点１３とは、互いに接続されている。図２１Ｂでは、紙面上側のプリマッチ回路４の接続点１３と、紙面下側のプリマッチ回路４の接続点１３との接続点を１３ｂで表記している。
１つの伝送線路１４ａは、一端が接続点１３ｂと接続され、他端が出力端子１５と接続されている。
【００５０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、入力された信号を増幅する増幅素子を備える増幅器に適している。
【符号の説明】
【００５２】
１  入力端子、２  入力整合回路、３  増幅素子、３ａ  入力端子、３ｂ  出力端子、４  プリマッチ回路、５  第１の伝送線路、６  第２の伝送線路、７  第３の伝送線路、８  第４の伝送線路、９  第５の伝送線路、１０  第１のコンデンサ、１１  第２のコンデンサ、１２  接続点、１３，１３ａ，１３ｂ  接続点、１４  インピーダンス整合回路、１４ａ  伝送線路、１４ｂ  コンデンサ、１４ｃ  グランド、１５  出力端子、１６  グランド、２１  最適負荷インピーダンスの共役整合インピーダンス、２２，２３  変成されたインピーダンス、３１，３２、３３  変成されたインピーダンス、３４，３５，３６  等Ｑ円、４１  第３のコンデンサ、４２  グランド、５１，５２，５３，５４  変成されたインピーダンス、６１  第４のコンデンサ、６２  グランド、７１，７２，７３，７４  変成されたインピーダンス、８１，８２  変成されたインピーダンス、８３，８４  等Ｑ円。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2019176015.tif 000023
【国際調査報告】
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2019176015.tif 000025
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