(57)【要約】【課題】増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する可変移相器を用いて上記ばらつきを補償し、安定した高出力増幅器を提供することを目的とするものである。【解決手段】可変移相器９ｂにおいて、第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂについては、一定の電気的変化に対する可変リアクタンス素子の値の変化が、指数的変化となる可変リアクタンス素子を、第２の可変リアクタンス素子１５ａ，１５ｂについては、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いる構成とする。【選択図】　図１
2004040527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ入力端子に接続された入力ポートとＲＦ出力端子に接続されたアイソレーションポートと２つの出力ポートを備えた３ｄＢ方向性結合器の２つの出力ポートにそれぞれ同容量の第１の可変リアクタンス素子の一方の端を接続し、前記各第１の可変リアクタンス素子の他方の端とグランドとの間にそれぞれ同容量の第２の可変リアクタンス素子を接続し、前記第１および第２の可変リアクタンス素子の値を変化させることによりＲＦ入力端子に入力される信号の位相を変化させる可変移相器において、前記第１および第２の可変リアクタンス素子がある一定の電気的変化に対し指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いた可変移相器。
【請求項２】
全ての可変リアクタンス素子に同一単種類のバイアス電圧が印加されるように各第１および第２の可変リアクタンス素子の接続端子とバイアス供給端子との間に電気的に可変するバイアス供給回路を挿入し、前記バイアス電圧を変化させて可変リアクタンス素子の値を変化させる請求項１に記載の可変移相器。
【請求項３】
第１および第２の可変リアクタンス素子にバラクタダイオードを用いた請求項１に記載の可変移相器。
【請求項４】
３ｄＢ方向性結合器は分布結合型方向性結合器である請求項１に記載の可変移相器。
【請求項５】
３ｄＢ方向性結合器は９０度ハイブリッド回路である請求項１に記載の可変移相器。
【請求項６】
少なくとも可変移相器、増幅器からなる高出力増幅器において、請求項１から５のいずれか１つに記載の可変移相器を用いた高出力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報通信分野の情報通信機器、特に基地局等の高出力増幅器に用いられる可変移相器およびそれを用いた高出力増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の可変移相器の例を示したものである。この可変移相器９ａは、ＲＦ入力端子１に接続された入力ポート２、ＲＦ出力端子３に接続されたアイソレーションポート４、および第１の出力ポート５、第２の出力ポート６を備えた３ｄＢ方向性結合器７と、これら２つの出力ポートとグランドとの間にそれぞれ同容量の第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂを接続した構造となっている。
【０００３】
このような可変移相器９ａは、接続した第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂの値を電気的に可変するバイアス機構により調整することで、その値に対応した反射が起こり、出力信号の位相を連続的に変化させることができる。例えば図９（ａ）のように、第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂの値Ａ１を小さくさせることにより、図９（ｂ）のように、ＲＦ入力端子１から入力される信号の位相角（入力信号の位相角Ａ２）を大きくすることが可能となり、可変移相器における位相調整機能を果たしている。
【０００４】
図１０は可変移相器の原理を説明するもので、伝達信号は図１０（ａ）に示すように、ＲＦ入力端子１−入力ポート２−第１の出力ポート５−第１の可変リアクタンス素子８ａ−第１の出力ポート５−アイソレーションポート４−ＲＦ出力端子３と経由するものと、図１０（ｂ）に示すように、ＲＦ入力端子１−入力ポート２−第２の出力ポート６−第１の可変リアクタンス素子８ｂ−第２の出力ポート６−アイソレーションポート４−ＲＦ出力端子３と経由するものとの和で表される。
【０００５】
この時、それぞれの経路とも、３ｄＢ方向性結合器７の内部の伝送線路をそのまま進む成分と、３ｄＢ方向性結合器７の内部の他方の伝送線路に結合・偏移しながら進む成分を１回ずつ含み、２経路とも同相で合成される。２つの成分とも第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂによって、信号の位相に一定の変化が与えられて反射される。従って、第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂの値を電気的に変化させることにより、位相の変化量を連続的に設定することが可能となる。
【０００６】
また、可変移相器９ａは、例えば図１１のような各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃの入出力間における位相角のばらつきを補正するために、それぞれ高出力増幅器１１ａ，１１ｂ，１１ｃに内蔵して用いられる。これにより増幅された信号は、合波器１２を用いて合成され、合成波出力端子１９から合成出力される。
【０００７】
このように、可変移相器９ａの可変リアクタンスの値を小さくすることにより、各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃの入出力間の位相角を大きくし、可変リアクタンスの値を大きくすることにより、各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃの入出力間の位相角を小さくすることができるため、結果として各高出力増幅器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ入出力間の位相角をばらつきに対し補正することができる。
【０００８】
これらの位相角がばらつく主な原因として、各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ間における位相角の相対ばらつきが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成による可変移相器９ａでは、その位相変化量をなるべく大きくするために、ある一定の電気的変化に対し、リアクタンスの値の変化量が大きい可変リアクタンス素子を使用すればよい。しかしながら、このような可変リアクタンス素子は、図１２（ａ）に示すように、ある一定の電気的変化に対するリアクタンス値Ｘが、＋／−約１０（Ω）以上となると、指数的に変化（リアクタンス値の指数的変化１３）するため、図１２（ｂ）に示すように、位相角も指数的に変化（位相角の指数的変化１４）してしまうという課題があった。
【００１０】
各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ間における位相角の相対ばらつきを補償するための補償量が、可変移相器９ａの位相変化が指数的に変化する領域まで必要な場合、電気的変化を指数的に変化させる必要があるため、可変移相器９ａを制御する制御回路が複雑になる。
【００１１】
本発明は高出力増幅器において、リアクタンス値の変化量が大きい可変リアクタンス素子と、リアクタンス値の変化が直線的に変化する可変リアクタンス素子の両方を用いて、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する可変移相器を用いて上記ばらつきを補償し、安定した高出力増幅器を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、ＲＦ入力端子に接続された入力ポート、ＲＦ出力端子に接続されたアイソレーションポート、および２つの出力ポートを備えた３ｄＢ方向性結合器のうち２つの出力ポートに、それぞれ同容量の第１の可変リアクタンス素子の一方の端を接続し、前記各第１の可変リアクタンス素子の他方の端とグランドとの間にそれぞれ同容量の第２の可変リアクタンス素子を接続し、前記第１および第２の可変リアクタンス素子の値を変化させることによりＲＦ入力端子に入力される信号の位相を変化させる可変移相器において、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と直線的変化を両立するために、前記第１および第２の可変リアクタンス素子の変化が指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いた構造となっている。
【００１３】
このような第１および第２の可変リアクタンス素子を、３ｄＢ方向性結合器の出力ポートとグランド間で直列に接続することにより、第１および第２の可変リアクタンス素子のリアクタンス値の和で表されるため、従来のリアクタンス値の変化量より大きなリアクタンス値の変化量と、直線的変化を両立する可変リアクタンスを実現することができる。この結果より、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する位相角となる可変移相器を実現することができる。
【００１４】
さらに、この可変リアクタンス素子を内蔵した可変移相器を用いることで各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償することができ、安定した高出力増幅器が実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ＲＦ入力端子に接続された入力ポート、ＲＦ出力端子に接続されたアイソレーションポート、および２つの出力ポートを備えた３ｄＢ方向性結合器のうち２つの出力ポートにそれぞれ同容量の第１の可変リアクタンス素子の一方の端を接続し、前記各第１の可変リアクタンス素子の他方の端とグランドとの間にそれぞれ同容量の第２の可変リアクタンス素子を接続した構成で、前記第１および第２の可変リアクタンス素子の変化が指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いることにより、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償に必要な位相補償量と、直線的変化の両立が可能となるため、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となる効果が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の第１および第２の可変リアクタンス素子の変化が指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用い、全ての可変リアクタンス素子に同一のバイアス電圧が印加されるように、前記各第１および第２の可変リアクタンス素子の接続端子とバイアス供給端子との間に電気的に可変するバイアス供給回路を挿入した構成で、バイアス供給回路から印加される電圧を調整することで、可変移相器出力信号の位相を連続的に変化させることができるため、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償に必要な位相補償量と、直線的変化の両立が可能となり、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となる効果が得られる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の第１および第２の可変リアクタンス素子において、バラクタダイオードを用いるものであり、バラクタダイオードのカソードにある一定の逆バイアス電圧を印加し、電圧を変化させた時のバラクタダイオードの容量変化が、指数的変化となるバラクタダイオードと直線的変化となるバラクタダイオードを用いることにより、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償に必要な位相補償量と直線的変化の両立が可能となり、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となる効果が得られる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の３ｄＢ方向性結合器において、分布結合型方向性結合器として構成したものであり、前記入力ポートから入力された信号が２つの前記出力ポートに出力され、２つの前記出力ポートに対称に接続された前記第１および第２の可変リアクタンス素子で反射が起こり、前記入力ポートと２つの前記出力ポートとの間で９０度位相が離れていることから、前記入力ポートから入力された信号が前記アイソレーションポートへ再び導かれる。前記第１および第２の可変リアクタンス素子の変化が、指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いて前記分布結合型方向性結合器と構成することにより、請求項１に記載の可変移相器を実現することができ、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償に必要な位相補償量と、直線的変化の両立が可能となるため、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となる効果が得られる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の３ｄＢ方向性結合器において、９０度ハイブリッド回路として構成したものであり、前記入力ポートから入力された信号が２つの前記出力ポートに出力され、２つの前記出力ポートに対称に接続された前記第１および第２の可変リアクタンス素子で反射が起こり、前記入力ポートと２つの前記出力ポートとの間で９０度位相が離れていることから、前記入力ポートから入力された信号が前記アイソレーションポートへ再び導かれる。前記第１および第２の可変リアクタンス素子の変化が指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いて、前記９０度ハイブリッド回路と構成することにより、請求項１に記載の可変移相器を実現することができ、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償に必要な位相補償量と、直線的変化の両立が可能となるため、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となる効果が得られる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、少なくとも可変移相器、増幅器からなる高出力増幅器において、請求項１から５のいずれかに記載の可変移相器を用いたことを特徴とするものであり、高出力増幅器において、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する可変移相器を用いることにより、各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償が可能となり、安定した高出力増幅器の出力信号が得られる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における可変移相器の構成を示す構成図である。図示のように、この可変移相器９ｂは、ＲＦ入力端子１に接続された入力ポート２、ＲＦ出力端子３に接続されたアイソレーションポート４、および第１の出力ポート５、第２の出力ポート６を備えた３ｄＢ方向性結合器７のうち、２つの出力ポートにそれぞれ同容量の第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂの一方の端が接続され、前記各第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂの他方の端とグランドとの間にそれぞれ同容量の第２の可変リアクタンス素子１５ａ，１５ｂが接続されている。ここで、第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂについては、一定の電気的変化に対して、可変リアクタンス素子の値の変化が指数的変化となる可変リアクタンス素子８ａ，８ｂを、第２の可変リアクタンス素子１５ａ，１５ｂについては、直線的変化となる可変リアクタンス素子１５ａ，１５ｂを用いる。
【００２３】
また、図２に示すように、全ての可変リアクタンス素子８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂに同一のバイアス電圧が印加されるように、各第１および第２の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂ，１５ａ，１５ｂの接続端子１６とバイアス供給端子１７との間に、電気的に可変するためのバイアス供給回路１８を挿入することにより、同一のバイアス電圧を出力し、バイアス供給回路１８から出力されるバイアス電圧を大きくすると、可変リアクタンス素子の値を小さくすることができ、ＲＦ入力端子１から入力される信号の位相角を大きくすることができるため、可変移相器９ｂにおける位相調整機能を果たすことが可能となる。
【００２４】
以上のように構成された可変移相器９ｂは、例えば図３で示す各増幅器１０ａ，１０ｂ，１０ｃの入力側に、各増幅器の入出力間における位相角のばらつきを補償するためにそれぞれ接続され、高出力増幅器１１ｄ，１１ｅ，１１ｆに内蔵して用いられる。前記高出力増幅器１１ｄ，１１ｅ，１１ｆにより増幅された複数の信号出力は、合波器１２を用いて合成され、合成波出力端子１９から合成出力される。
【００２５】
この構成による高出力増幅器１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの可変移相器９ｂにおいて、図２に示すような一定の電気的変化に対して指数的変化となる第１の可変リアクタンス素子８ａ，８ｂと、直線的変化となる可変リアクタンス素子１５ａ，１５ｂを用いて、３ｄＢ方向性結合器７の出力ポートとグランド間で直列に接続することにより、第１および第２の可変リアクタンス素子のリアクタンス値の和で表されるため、図４（ａ）で示すように、従来の第１の可変リアクタンス素子の値Ａ１の変化量より大きなリアクタンス値の変化量と、直線的変化を両立する可変リアクタンス素子の値Ｂ１を実現することができる。
【００２６】
この結果より、図４（ｂ）で示すように、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する位相角Ｂ２となる可変移相器を実現することができる。
【００２７】
この場合、指数的に変化（リアクタンス値の指数的変化１３）する可変リアクタンス素子のみを用いて構成した可変移相器の位相角と、ほぼ同程度まで位相角を変化させることができる。
【００２８】
これにより、従来では困難であった直線的変化による各増幅器間における位相角の相対ばらつきの補償を、複雑な制御回路を必要とすることなく、実現することができる。
【００２９】
なお、図５に示すように、可変リアクタンス素子において、バラクタダイオード２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを用いることで、バイアス供給回路１８からバラクタダイオードのカソードに逆バイアス電圧を印加することで、各バラクタダイオードの容量を変化させることができ、結果的に可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることができる。
【００３０】
また、図１０で示した２経路を持つ伝達信号が同相で合成される必要があるため、図５の可変移相器９ｂを基板上に具現化する場合、第１の出力ポート５−バラクタダイオード２０ａ−バラクタダイオード２０ｂ−グランド間の距離と、第２の出力ポート６−バラクタダイオード２０ｃ−バラクタダイオード２０ｄ−グランド間の距離を、同一にすることが望ましい。
【００３１】
本発明に関わる可変移相器の３ｄＢ方向性結合器７は、第１の例として図６（ａ）〜（ｃ）のような、分布結合型方向性結合器が用いられる。同図６において、２は入力ポート、４はアイソレーションポート、５，６は出力ポートを示しており、２１ａ，２１ｂはそれぞれλ／４伝送路、２２ａ，２２ｂはそれぞれλ／４伝送路を直列に接続した伝送路を示している。
【００３２】
また、図７に示すように、３ｄＢ方向性結合器７の第２の例として、分岐線路型ハイブリッドカプラと呼ばれる９０度ハイブリッド回路を用いることも可能である。同図７において、２は入力ポート、４はアイソレーションポート、５，６は出力ポートを示しており、各構成素子の電気長はλ／４であって、各構成素子に付した５０Ω、３５．４Ωは、上記各端子から見たインピーダンスを５０Ωとしたときの、各構成素子のインピーダンスを表している。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に関わる可変移相器においては、一定の電気的変化に対する第１および第２の可変リアクタンス素子の値の変化が、指数的変化となる可変リアクタンス素子と、直線的変化となる可変リアクタンス素子を用いて、３ｄＢ方向性結合器の出力ポートとグランド間で直列に接続することにより、第１および第２の可変リアクタンス素子のリアクタンス値の和で表されるため、従来より大きなリアクタンス値の変化量と、直線的変化を両立する可変リアクタンス素子を実現することができる。例えば、可変リアクタンス素子の値を小さくすることにより、ＲＦ入力端子から入力される信号の位相角を大きくすることが可能となる。
【００３４】
従って、本発明によれば、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する可変移相器を実現することができるため、複雑な制御回路を必要とすることなく、安定した高出力増幅器の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる可変移相器の一例を示す回路図
【図２】本発明に関わる可変移相器の一例において、バイアス供給回路を挿入したことを示す回路図
【図３】本発明に関わる可変移相器が、高出力増幅器に内蔵して使用される一例を示す構成図
【図４】（ａ），（ｂ）本発明に関わる可変移相器が、各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化の両立を実現することを説明するための図
【図５】可変リアクタンス素子にバラクタダイオードを用いたことを示す回路図
【図６】（ａ）〜（ｃ）３ｄＢ方向性結合器の第１の例を示す図
【図７】３ｄＢ方向性結合器の第２の例を示す図
【図８】従来の可変移相器の回路図
【図９】（ａ），（ｂ）可変リアクタンス素子の値が小さく（大きく）なると、可変移相器の入力信号の位相角が大きく（小さく）なることを説明するための図
【図１０】可変移相器の原理を説明するための図
【図１１】従来の可変移相器が、高出力増幅器に内蔵して使用される一例を示す構成図
【図１２】（ａ）リアクタンス値Ｘと電圧の関係を示すグラフ
（ｂ）位相角と電圧の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　ＲＦ入力端子
２　入力ポート
３　ＲＦ出力端子
４　アイソレーションポート
５　第１の出力ポート
６　第２の出力ポート
７　３ｄＢ方向性結合器
８ａ，８ｂ　第１の可変リアクタンス素子
９ｂ　可変移相器
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　増幅器
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ　高出力増幅器
１２　合波器
１３　リアクタンス値の指数的変化
１４　位相角の指数的変化
１５ａ，１５ｂ　第２の可変リアクタンス素子
１６　接続端子
１７　バイアス供給端子
１８　バイアス供給回路
１９　合成波出力端子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　バラクタダイオード
２１ａ，２１ｂ　λ／４伝送路
２２ａ，２２ｂ　λ／４伝送路を直列に接続した伝送路
Ａ１　第１の可変リアクタンス素子の値
Ａ２　入力信号の位相角
Ｂ１　従来の第１の可変リアクタンス素子の値の変化量より大きなリアクタンス値の変化量と、直線的変化を両立する可変リアクタンス素子の値
Ｂ２　各増幅器間における位相角の相対ばらつきを補償するための位相補償量と、直線的変化を両立する位相角
【図１】
2004040527.tif 000003
【図２】
2004040527.tif 000004
【図３】
2004040527.tif 000005
【図４】
2004040527.tif 000006
【図５】
2004040527.tif 000007
【図６】
2004040527.tif 000008
【図７】
2004040527.tif 000009
【図８】
2004040527.tif 000010
【図９】
2004040527.tif 000011
【図１０】
2004040527.tif 000012
【図１１】
2004040527.tif 000013
【図１２】
2004040527.tif 000014