(57)【要約】【課題】電力損失を最小化して大きな出力電力で電力増幅器の効率を高めた電力結合器を使用した電力増幅器を提供する。【解決手段】無線通信システムで使用される多数個の電力増幅器で発生する電力を電送線変圧器を使用して結合することにより、電力損失を最小化するだけではなく、大きい出力電力で電力増幅器の効率を高めることができる利点がある。【選択図】図７
2008131645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第１増幅段ないし第２増幅段と第１電送線変圧器の第１電送線と第２電送線の片側を各々接続して、
お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第３増幅段ないし第４増幅段と第２電送線変圧器の第３電送線と第４電送線の片側を各々接続して、
前記第１電送線変圧器の第２電送線のもう一方の側と前記第２電送線変圧器の第３電送線のもう一方の側を接地を介してお互いに接続して、
前記第１電送線変圧器の第１電送線のもう一方の側と第３電送線変圧器の第５電送線の片側を接続して、
前記第２電送線変圧器の第４電送線のもう一方の側と第３電送線変圧器の第６電送線の片側を接続して、
前記第３電送線変圧器の第５電送線は出力抵抗を介して接地と接続して、
前記第３電送線変圧器の第６電送線は接地と接続して成り立ったことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項２】
請求項１による電力増幅器を複数個結合して、各第３電送線変圧器は出力抵抗と接地が各々共通に接続して結合されたことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項３】
前記第１ないし第３電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項４】
請求項１による電力増幅器を複数個結合して、前記出力抵抗及び前記接地の間に第４電送線変圧器を介して、前記電力増幅器の各前記第３電送線変圧器のお互いに異なる出力はお互いに接続されて、各前記第３電送線変圧器のまた他のお互いに異なる出力は各々前記第４電送線変圧器の第７電送線と第８電送線に接続されたことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項５】
前記第１ないし第４電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする請求項４に記載の電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項６】
お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第１増幅段ないし第２増幅段の中で、前記第１増幅段は、第１電送線変圧器の第１電送線と第２電送線変圧器の第３電送線の片側に接続して、
前記第２増幅段は、前記第１電送線変圧器の第２電送線と第２電送線変圧器の第４電送線の片側に接続して、
前記第１電送線変圧器の第２電送線のもう一方の側と前記第２電送線変圧器の第３電送線のもう一方の側が接地を介してお互いに接続して、
前記第１電送線変圧器の第１電送線のもう一方の側は、第３電送線変圧器の第５電送線の片側に接続して、
前記第２電送線変圧器の第４電送線のもう一方の側は、前記第３電送線変圧器の第６電送線の片側に接続して、
前記第３電送線変圧器の第５電送線は出力抵抗を介して接地と接続して、
前記第３電送線変圧器の第６電送線は接地と接続して成り立ったことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項７】
請求項６による電力増幅器を複数個結合して、各前記第３電送線変圧器は前記出力抵抗と前記接地が各々共通に接続して結合されたことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項８】
前記第１ないし第３電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項９】
請求項６による電力増幅器を複数個結合して、前記出力抵抗及び前記接地の間に第４電送線変圧器を介して、前記電力増幅器の各前記第３電送線変圧器のお互いに異なる出力はお互いに接続されて、各前記第３電送線変圧器のまた他のお互いに異なる出力は各々前記第４電送線変圧器の第７電送線と第８電送線に接続されたことを特徴とする電力結合器を使用した電力増幅器。
【請求項１０】
前記第１ないし第４電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする請求項９に記載の電力結合器を使用した電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力結合器を使用した電力増幅器に関するもので、より詳細には、無線通信システムに使用される多数個の電力増幅器で発生する電力を電送線変圧器を使用して結合することで、電力損失を最小化するだけではなく、大きい出力電力で電力増幅器の効率を高めるようにした電力結合器を使用した電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような電力結合器及び電力増幅器は、コードレス通信システムの送信段で高周波信号を大きい出力電力で送信するのによく使用される。
【０００３】
図１は、一般的な電力増幅器を示した構成図である。ここに図示したように電力トランジスター１０１で構成される増幅段を示したもので、整合回路１０２は、出力段１０３に接続される負荷抵抗値を電力トランジスター１０１が、大きい電力を発生するのに適当な負荷抵抗値に変換させる。
【０００４】
一般的に無線通信システムで出力段１０３に接続される負荷抵抗値は、５０Ωであるが、最適の負荷抵抗（Ｒｌｏａｄ＿ｏｐｔｉｍｕｍ）値は５０Ωではないので、整合回路１０２を必要とする。万一、図１に示した電力増幅器よりさらに大きい出力電力を得るためには、１０１よりさらに大きい増幅段が必要である。
【０００５】
図２は、複数個の増幅段を使用して大きい出力電力を出すための一般的な増幅器構造を示した図面である。図２の２０１は、１０１を複数個使用することによって、１０１よりさらに大きい電力トランジスターで構成された増幅段を示したものである。
【０００６】
ここに図示したように、一般的な電力増幅器の場合、各々の増幅段２０１で発生する出力電力は、電力結合器及び整合回路２０２によって結合される。ここで、整合回路２０２で電力を結合するにおいて、電力損失を最小化する方向に設計されなければならない。
【０００７】
一般的な場合、整合回路２０２は、インダクターやキャパシターなどのような受動素子を組み合わせて構成される。しかし、ＣＭＯＳが集積されたシリコン基板上で形成されるこのような受動素子は、寄生抵抗成分が大きくて、電力結合器及び整合回路２０２を構成するにおいて、多くの電力損失を引き起こすようになる。
【０００８】
現在の技術段階では、数ワット級の出力電力を出す電力増幅器をシリコン基板上で形成する場合、電力結合器及び整合回路で発生する電力損失は、電力トランジスターで発生する電力の５０％以上に達する。
【０００９】
したがって、現在の技術段階では、シリコン基板上ですべての受動素子を集積化した電力増幅器の商用化がとても難しいという問題点がある。
【００１０】
このような問題点を克服するために、現在大部分の電力増幅器は、受動素子の寄生抵抗成分が少ない化合物半導体を使用したり、受動素子は集積化しないで、オフチップ（ｏｆｆ−ｃｈｉｐ）状で具現したりする方法を使用している。しかし、このような解決方法は、電力増幅器の製作時に費用が多く必要になる問題点がある。
【００１１】
【非特許文献１】Ｗ．Ａ．Ｄａｖｉｓ  ａｎｄ  Ｋ．Ａｇａｒｗａｌ，Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ．Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，２００１年，１０５−１２１頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は無線通信システムで使用される多数個の電力増幅器で発生する電力を電送線変圧器を使用して結合することで、電力損失を最小化するだけでなく大きい出力電力で電力増幅器の効率を高められるようにした電力結合器を使用した電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記のような目的を実現するための本発明による電力結合器を使用した電力増幅器は、お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第１増幅段ないし第２増幅段と第１電送線変圧器の第１電送線と第２電送線の片側を各々接続して、お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第３増幅段ないし第４増幅段と第２電送線変圧器の第３電送線と第４電送線の片側を各々接続して、第１電送線変圧器の第２電送線のもう一方の側と第２電送線変圧器の第３電送線のもう一方の側とを接地を介してお互いに接続して、第１電送線変圧器の第１電送線のもう一方の側と第３電送線変圧器の第５電送線の片側を接続して、第２電送線変圧器の第４電送線のもう一方の側と第３電送線変圧器の第６電送線の片側を接続して、第３電送線変圧器の第５電送線は出力抵抗を介して接地と接続して、第３電送線変圧器の第６電送線は接地と接続して成り立ったことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器を複数個結合して、各第３電送線変圧器は出力抵抗と接地が各々共通に接続して結合されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器を複数個結合して、出力抵抗及び接地間に第４電送線変圧器を介して、電力増幅器の各第３電送線変圧器のお互いに異なる出力はお互いに接続して、各第３電送線変圧器のまた他のお互いに異なる出力は各々第４電送線変圧器の第７電送線と第８電送線に接続されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器の電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による電力結合器を使用した電力増幅器は、お互いに相反した位相の高周波を増幅して出力する第１増幅段ないし第２増幅段の中で、第１増幅段は第１電送線変圧器の第１電送線と第２電送線変圧器の第３電送線の片側に接続して、第２増幅段は第１電送線変圧器の第２電送線と第２電送線変圧器の第４電送線の片側に接続して、第１電送線変圧器の第２電送線のもう一方の側と前記第２電送線変圧器の第３電送線のもう一方の側が接地を介してお互いに接続して、第１電送線変圧器の第１電送線のもう一方の側は、第３電送線変圧器の第５電送線の片側に接続して、第２電送線変圧器の第４電送線のもう一方の側は、第３電送線変圧器の第６電送線の片側に接続して、第３電送線変圧器の第５電送線は出力抵抗を介して接地と接続して、第３電送線変圧器の第６電送線は接地と接続して成り立ったことを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器を複数個結合して、各第３電送線変圧器は出力抵抗と接地が各々共通に接続して結合されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器を複数個結合するけれど、出力抵抗及び接地の間に第４電送線変圧器が媒介して、電力増幅器の各第３電送線変圧器のお互いに異なる出力はお互いに接続されて、各第３電送線変圧器のまた他のお互いに異なる出力は各々第４電送線変圧器の第７電送線と第８電送線に接続されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記のように構成された電力増幅器の電送線変圧器を螺旋形変圧器で形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように構成された本発明は、電力増幅器で発生する電力を電送線変圧器を使用して結合することで、電力損失を最小化するだけでなく、大きい出力電力で電力増幅器の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施例を添付された図面を参照して説明する。また、本実施例は、本発明の権利範囲を限定するものではなく、単に例示のために提示したもので、当分野で通常の知識を有する者なら本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が可能だろう。
【００２３】
図３は、本発明による電力結合器の基本構成要素である電送線及び電送線に流れる信号波形を示したものである。
【００２４】
ここで、３０２は一般的なＡＣ信号を伝達する線路３０１を通じて送信されるＡＣ信号の波形を示している。
【００２５】
ここに図示したように、ポイントＡの場合は電圧が「＋Ｖ」であるが、ポイントＢでは電圧が「０」で、ポイントＣでは電圧が「−Ｖ」になる。一般的に、数ＭＨｚのＡＣ信号は、波長の長さが非常に長くて、このような特性を示すためには非常に長い線路が必要であるが、数ＧＨｚのＡＣ信号は波長の長さが非常に短くて、数ｍｍあるいは数百μｍの長さを有する線路でもこれと同じ特性を有する。
【００２６】
このような特性を有する送信線路３０１を電送線と言って、このような電送線は螺旋形インダクターのような受動素子に比べて電力損失が非常に少ない。
【００２７】
したがって、本発明による電力結合器は、このような電送線を基本構成要素にして形成することによって電力結合器の電力損失は、一般的な整合回路に比べて非常に低くなる。
【００２８】
図４は、本発明による電力結合器に適用される一般的な電送線変圧器を示した図面である。ここで「＋」符号及び「−」符号は、各々ＡＣ信号の位相がお互いに反対であることを示す。
【００２９】
図４の（Ａ）に図示したように、電送線変圧器３００は、各々電送線４０１、４０２で構成されていて、お互いに非常に隣接して位置していて、各電送線４０１、４０２で発生する磁場によって各々に流れる電流の流れが影響を受けるようになっている。
【００３０】
ここで、電送線と言うのは、高周波信号を送る線路を指称し、このような電送線４０１、４０２を使用した変圧器３００の動作原理を説明すると下記のようになる。
【００３１】
万一、ある一つの電送線４０１にＩ１という電流が流れるようになれば、Ｉ１によって電送線４０１の周囲には磁場が形成される。ここで、他の電送線４０２には、Ｉ１によって形成される磁場の変化を妨害する方向に電流が誘導されてＩ２のような電流が発生するようになる。ここで、ＶＡ１はＡ１での電圧、ＶＡ２はＡ２での電圧、ＶＢ１はＢ１での電圧、ＶＢ２はＢ２での電圧であるとすると、各電圧は、次の数式１のような関係が成立する。
【００３２】
ＶＡ１−ＶＢ１＝ＶＡ２−ＶＢ２                    ・・・（数式１）
【００３３】
前記のような電送線変圧器３００の基本原理を基に、図４の（Ｂ）を下記に説明する。
【００３４】
ある瞬間、ＶＡ１とＶＢ１は交流電圧源（ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ）４０３によって、各々＋Ｖ及び−Ｖになる時点を仮定することができるので、前記電送線変圧器３００の基本原理によって、各々の電送線４０１、４０２に流れる電流は、お互いに大きさは同じで、方向だけ反対であるという特性を有する。また、ＶＡ１＝＋Ｖ、ＶＢ１＝−ＶそしてＶＢ２＝０であるので、数式１によってＶＢ２は２Ｖであることが容易に分かる。
【００３５】
ここで、交流電圧源４０３で発生した電力を計算してみると、電力は電流と電圧の積で示されるようになり、万一交流信号ならここに０．５を掛けると、Ａ１での電力は０．５×Ｉ×Ｖで、Ｂ１での電力は０．５×Ｉ×Ｖである。したがって、交流電圧源４０３では、０．５×Ｉ×Ｖ＋０．５×Ｉ×Ｖ＝Ｉ×Ｖの電力が生成されたことが分かる。Ａ２では、電流はＩで電圧は２Ｖであるので、Ｒｏｕｔに伝達される電力は、０．５×Ｉ×２Ｖ＝Ｉ×Ｖになって、交流電圧源４０３で発生した電力が全てＲｌｏａｄに伝達したことが分かる。ここで、オームの法則によって、Ｒｏｕｔ＝２Ｖ／Ｉになり、Ｒｌｏａｄ＿ａ＝Ｖ／Ｉ、Ｒｌｏａｄ＿ｂ＝Ｖ／Ｉになる。
【００３６】
したがって、２Ｒｌｏａｄ＿ａ＝２Ｒｌｏａｄ＿ｂ＝Ｒｏｕｔの関係式を満足するようになり、電送線４０１、４０２によってインピーダンスの変換が可能であることが分かる。したがって、Ａ１及びＢ１での電圧は、＋／−Ｖにスイングするなら、Ａ２では＋／−２Ｖでスイングするようになり、一般的な変圧器の特性である電圧変換が可能であることが分かる。
【００３７】
このように一般的に電送線を使用した変圧器を電送線変圧器と言い、本発明ではこのような電送線変圧器を基本構成要素にして形成する。
【００３８】
図５は、本発明に適用される電送線変圧器を使用した電力結合器の基本構造を示した回路構成図である。
【００３９】
ここに図示したように、電力トランジスターで構成される増幅段５０１、５０２に、入力位相がお互いに反対であるＲＦｉｎが入力として印加されると、電力トランジスター５０１、５０２の出力もやはり−Ｖ及び＋Ｖのように位相がお互いに反対である信号が発生する。したがって、図４の（Ｂ）での交流電圧源４０３が電力トランジスター５０１、５０２に代替されたもので、図４の（Ｂ）と図５は同一な回路図であることが分かる。
【００４０】
ここで、Ｒｏｕｔの値が５０ΩならＲｌｏａｄ＿ａ及びＲｌｏａｄ＿ｂの値は全て２５Ωになる。したがって、インピーダンス変換比（Ｒ）は、２になる。以下、Ｒｌｏａｄ＿ａ及びＲｌｏａｄ＿ｂの値は常に同じであるので  Ｒｌｏａｄとのみ指称することにする。前記のように、５０Ωの増幅器の負荷抵抗値は、Ｒｌｏａｄに変換にされるので、前記のような電送線５０３、５０４による電送線変圧器は、整合回路の役割をすると見られる。
【００４１】
したがって、電力結合器５００の出力は、次の数式２のような特性を有する。
【００４２】
【数１】
2008131645.tif 000003
・・・（数式２）
【００４３】
Ｐｏｕｔ：出力電力
Ｎ：増幅段の個数
ＶＤＤ：増幅段の電源電圧
Ｒｌｏａｄ：増幅段で見られる負荷抵抗
Ｒ：インピーダンス変換比
【００４４】
前記で電力結合器５００の出力電力を相対的な大きさで容易に比較するために、数式２のＮとＲの積であるＮ×Ｒ値を使用する場合、理論的にＮ×Ｒの値が大きいほど大きい出力電力を有することが数式２から分かるように、Ｎ＝２及びＲ＝２なのでＮ×Ｒ＝４になる。
【００４５】
図６は、本発明の第１実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【００４６】
ここに図示したように図５に図示された電力結合器の出力電力を結合するための電力増幅器６００であり、電力結合器５００を二器使用して構成されている。すなわち、各電力結合器５００の接地５０５をお互いに接続する。ここで、接地５０５は、差動増幅段の原理によってＡＣ的に仮想接地（Ｖｉｒｔｕａｌ  ｇｒｏｕｎｄ）が形成される。したがって、ＡＣ的に接地と等しい効果を示す電源電圧が接地５０５に印加されても回路のＡＣ動作には何らの支障も与えない。したがって、接地５０５は、電力増幅器の電源電圧の入力部として活用が可能である。
【００４７】
また、電力結合器５００の増幅段６０３、６０４、６０５、６０６のＲＦｉｎ位相を各々−、＋、−及び＋とすると、出力部６０１、６０２の電圧は、各々＋２Ｖ及び−２Ｖになる。そして、出力部６０１、６０２での電圧及び電流は、再び電送線変圧器６０７の入力になって出力段６０８では＋４Ｖの電圧が示されるようになる。
【００４８】
ここで、増幅段６０３、６０４、６０５、６０６で流れる電流の大きさが１Ｉとすると、出力部６０１、６０２で流れる電流の大きさも１Ｉになって、電送線変圧器６０７で流れる電流の大きさも１Ｉになる。したがって、オームの法則によって、下記のような数式３が可能である。
【００４９】
４Ｖ／Ｉ＝Ｒｏｕｔ、２Ｖ／Ｉ＝Ｒａ、Ｖ／Ｉ＝Ｒｌｏａｄ    ・・・（数式３）
【００５０】
したがって、Ｒｏｕｔ：Ｒａ：Ｒｌｏａｄ＝４：２：１が成立する。
【００５１】
一般的に高周波回路の最終出力と最終入力に接続される負荷抵抗は、５０Ωであるので、Ｒｏｕｔが５０Ωの場合、Ｒａ及びＲｌｏａｄ値は各々２５Ω及び１２．５Ωになる。したがって、Ｎ×Ｒの値は、Ｎ＝４で、Ｒ＝４になってＮ×Ｒ＝１６になる。
【００５２】
図７は、本発明の第２実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【００５３】
ここに図示したように、本第２実施例では図６に図示した電力増幅器６００を二器結合して構成される。したがって、二器の電力増幅器６００の各々の接地部分は、お互いに接続して再び接地と接続させ、出力段はお互いに接続してＲｏｕｔに接続した。
【００５４】
ここで、接地５０５には、ＡＣ的な仮想接地が形成され、増幅器の電源電圧の入力部として活用が可能である。
【００５５】
このような電力増幅器の増幅段７０１、７０２のＲＦｉｎ位相を各々−及び＋にすると、増幅段７０１、７０２の出力電圧は各々＋Ｖ及び−Ｖになって、Ｒｏｕｔに流れ込む電流は２Ｉになることによって、Ｒｏｕｔでの電圧は４Ｖになる。したがって、この場合のＲｌｏａｄ及びＲｏｕｔは、次の数式４のように計算可能になる。
【００５６】
４Ｖ／２Ｉ＝Ｒｏｕｔ、Ｖ／Ｉ＝Ｒｌｏａｄ          ・・・（数式４）
【００５７】
したがって、Ｒｏｕｔ：Ｒｌｏａｄ＝２：１が成立する。
【００５８】
このような場合にはＮ＝８で、Ｒ＝２なので、Ｎ×Ｒの値は１６になって、図６の場合と等しい出力電力を得ることができる。
【００５９】
図８は、本発明の第３実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【００６０】
ここに図示したように第３実施例では、図６に図示した電力増幅器６００の出力電力を結合して、電送線変圧器３００を追加してさらに大きい出力電力を得るために、電力増幅器６００を二器結合して構成している。
【００６１】
すなわち、二器の電力増幅器６００各々の片側の接地と出力段をお互いに接続して、もう一方の側の出力段と接地は、各々電送線変圧器３００の接地とＲｏｕｔに接続される。
【００６２】
ここで、増幅段８０１、８０２のＲＦｉｎ位相を各々−及び＋にすると、増幅段８０１、８０２の出力電圧は各々＋Ｖ及び−Ｖになって、各々の電力増幅器６００の出力段８０３、８０４での電圧は、各々＋４Ｖ及び−４Ｖになって、流れる電流の大きさがＩになることによって、図３で説明した原理を使うとＲｏｕｔにかかる電圧は、＋８Ｖになり電流はＩになる。
【００６３】
したがって、前に説明した方式をそのまま使用すると、Ｒ＝８になり、Ｎ＝８になって、Ｎ×Ｒ＝６４になる。
【００６４】
ここでもＡＣ的な仮想接地５０５が形成されて、増幅器の電源電圧の入力部として活用可能である。
【００６５】
したがって、本発明による電送線変圧器を使用した電力結合器を通じて、前記のような方式で拡張して出力電力を結合することにより、さらに大きい出力電力を得ることが可能になる。
【００６６】
図９は、本発明の第４実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【００６７】
ここに図示された電力増幅器の形態は、図６に図示した電力増幅器を成す電力結合器を変形した形態であり、電力トランジスターで構成された増幅段９０１の一つの出力を二つの電送線変圧器の片側の電送線に各々接続して、他の増幅段９０２一つの出力を二つの電送線変圧器のもう一方の側の電送線に各々接続して、２器の電送線変圧器に分配するように接続し、二器の電送線変圧器の各出力段のもう一方の側及び片側はお互いに接続して、片側６０１及びもう一方の側６０２は各々異なる電送線変圧器の電送線と各々接続して、接地と負荷段に接続する。
【００６８】
ここで、増幅段９０１、９０２のＲＦｉｎ入力波形がお互いに位相が反対だとすると、増幅段９０１、９０２の出力波形もお互いに位相が反対になる。万一、増幅段９０１、９０２の出力電圧が各々＋Ｖ及び−Ｖで、各々流れる電流の大きさが２Ｉだとすると、各電送線に流れる電流の大きさはＩになって、Ｒｏｕｔに流れて行く電流の大きさもＩになって、電圧は＋４Ｖになる。
【００６９】
ここで、インピーダンス変換比Ｒを求めるために次の数式５を使用する。
【００７０】
４Ｖ／Ｉ＝Ｒｏｕｔ、Ｖ／２Ｉ＝Ｒｌｏａｄ          ・・・（数式５）
【００７１】
したがって、Ｒｏｕｔ：Ｒｌｏａｄ＝８：１が成立する。
【００７２】
このように数式５から、Ｒは８になってＲｏｕｔが５０Ωだとすると、Ｒｌｏａｄは６．２５Ωになる。また、増幅段の個数Ｎは２になる。したがって、Ｎ×Ｒの値は１６になる。
【００７３】
図１０は、本発明の第５実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【００７４】
ここに図示した電力増幅器は、図７に図示した電力増幅器を図９のような電力結合器の形態に変形した構造と同一である。
【００７５】
ここで、各電送線及びＲｏｕｔに流れる電流及び各地点の電圧を詳しくみると、下記の数式６によってＮ及びＲを求めることができる。
【００７６】
４Ｖ／２Ｉ＝Ｒｏｕｔ、Ｖ／２Ｉ＝Ｒｌｏａｄ          ・・・（数式６）
【００７７】
したがって、Ｒｏｕｔ：Ｒｌｏａｄ＝４：１が成立する。
【００７８】
このように数式６から、Ｒは４になり、増幅段の個数が４個であるのでＮ＝４になる。したがって、Ｎ×Ｒの値は１６になる。
【００７９】
上のように変形された図９と図１０の電力結合器でも、ＡＣ的な仮想接地５０５が形成され、増幅器の電源電圧の入力部として活用が可能である。
【００８０】
一方、図８に図示された電力増幅器の構造でも、図９の電力結合器に変形して拡張することができる。
【００８１】
図１１は、図１０による電力増幅器を実際にレイアウトした集積回路の写真であり、ＲＦＣＭＯＳ０．１８μｍ工程を使用してレイアウトした写真である。
【００８２】
１１０１は、本発明による電力結合器を示している。ここで、電力結合器を形成している電送線の材質はアルミニウムで、厚さは約２．５μｍで幅は２０μｍで形成した。
【００８３】
図１２は、図１１による電力増幅器のコンピューター模写結果を示したグラフである。
ここに図示されたコンピューター模写結果は、回路の動作周波数は１．８ＧＨｚで入力電力は一定の値に固定し、回路の電源電圧の大きさを０．５Ｖから３．３Ｖまで変化させながら効率と出力電力を詳しく見たものである。図１１のように最高出力電力は、約３４．５ｄＢｍ出た。ここで、効率は４８％の値を得た。このような結果は、１．８ＧＨｚ動作周波数でワット級出力電力を有する増幅器の効率としては非常に高い値である。
【００８４】
このように本発明による電力増幅器は、各増幅段で発生する出力電力を効率的に結合することが分かる。
【００８５】
一方、図１３は図６による電力増幅器で、電力結合器をなす電送線変圧器を螺旋形変圧器に変形した回路構成図である。
【００８６】
ここでは電送線変圧器と一般的な螺旋形変圧器の基本動作原理は同じであるので、電送線変圧器を使用した本発明による電力結合器で、電送線変圧器を螺旋形変圧器に代替することが可能である。
【００８７】
すなわち、図１３の（Ｂ）に図示された螺旋形変圧器１３０１、１３０２各々の巻数比（ｔｕｒｎ−ｒａｔｉｏ）が１：１なら、前述した電送線変圧器を使用した電力結合器と同一な特性を有するようになり、前述したようにＮ値及びＲ値の計算も同じになる。しかし、万一螺旋形変圧器の巻数比が１：１ではなくて、１：ＮあるいはＮ：１になれば、次の数式７に見られる螺旋形変圧器の巻き比による１次側と２次側の電流比そして電圧比の計算式によって、各螺旋形変圧器の１次側あるいは２次側に流れる電流及び電圧の大きさを知ることが可能になり、それによって、Ｒｏｕｔ値によるＲｌｏａｄ値の計算が可能になる。
【００８８】
したがって、螺旋形変圧器を使用する場合も、前述した方式を使用して易しくＮ値とＲ値が分かるようになる。
【００８９】
Ｎ＝Ｖ２／Ｖ１＝Ｉ１／Ｉ２                        ・・・（数式７）
【００９０】
Ｎ：螺旋形変圧器の巻数比
Ｖ１：変圧器の１次側の二つの端子の電圧差
Ｉ１：変圧器の１次側に流れる電流の大きさ
Ｖ２：変圧器の２次側の二つの端子の電圧差
Ｉ２：変圧器の２次側に流れる電流の大きさ
【産業上の利用可能性】
【００９１】
上記のような本発明は、無線通信システムに使用される多数個の電力増幅器で発生する電力を電送線変圧器を使用して結合することで、電力損失を最小化するだけではなく、大きい出力電力によって電力増幅器の効率を高めることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】一般的な電力増幅器を示した構成図である。
【図２】いくつかの増幅段を使用して大きい出力電力を出すための一般的な増幅器を示した構成図である。
【図３】本発明による電力結合器の基本構成要素である電送線及び電送線に流れる信号波形を示した図面である。
【図４】本発明による電力結合器に適用される一般的な電送線変圧器を示した回路構成図である。
【図５】本発明に適用される電送線変圧器を使用した電力結合器の基本構造を示した回路構成図である。
【図６】本発明の第１実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【図７】本発明の第２実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【図８】本発明の第３実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【図９】本発明の第４実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【図１０】本発明の第５実施例による電力結合器を使用した電力増幅器を示した回路構成図である。
【図１１】図１０による電力増幅器を実際にレイアウトした集積回路の写真である。
【図１２】図１１による電力増幅器のコンピューター模写結果を示したグラフである。
【図１３】図６による電力増幅器で電力結合器をなす電送線変圧器を螺旋形変圧器に変形した回路構成図である。
【符号の説明】
【００９３】
３００、６０７：電送線変圧器
４０１、４０２、５０３、５０４：電送線
５０１、５０２、６０３、６０４、７０１、７０２、８０１、８０２、９０１、９０２：増幅段
５００：電力結合器
５０５：接地
６００：電力増幅器
１３０１、１３０２：螺旋形変圧器
【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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