(57)【要約】【課題】受信モード時と送信モード時の両方において動作性能を最適化することが可能な双方向増幅器を提供する。【解決手段】第１のポート及び第２のポートと、第１のポートと第２のポートとの間に電気的に接続された受信器増幅器及び送信器増幅器とを備える双方向増幅器を開示する。この構成において、受信器増幅器は、受信モード中に、第２のポートからの信号を第１のポートに一方向に結合する。送信器増幅器のバイアスは、そのモードの間オフにされる。送信器増幅器は、送信モード中に、第１のポートと第２のポートとの間で一方向に信号を結合する。このモードの間、受信器増幅器はオフにされる。【選択図】図１Ａ
2005057724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモードと第２のモードを有する双方向増幅器であって、
第１のポートと、
第２のポートと、
前記第２のポートと前記第１のポートの間に電気的に接続された第１の増幅経路であって、前記第１のモード中に、前記第２のポートから前記第１のポートへ信号を方向性を持たせて結合するようにバイアスされ、前記第２のモード中にバイアスがオフにされることからなる、第１の増幅経路と、
前記第１のポートと前記第２のポートの間に電気的に接続された第２の増幅経路であって、前記第２のモード中に、前記第１のポートから前記第２のポートへ信号を方向性を持たせて結合するようにバイアスされ、前記第１のモード中にバイアスがオフにされることからなる、第２の増幅経路
とを備える、双方向増幅器。
【請求項２】
前記第１の増幅経路は共通ソース増幅器である、請求項１の双方向増幅器。
【請求項３】
前記第２の増幅器経路は共通ソース増幅器である、請求項１の双方向増幅器。
【請求項４】
前記第１のモードは受信モードであり、前記第１の増幅経路は、低ノイズ用に最適化された受信器増幅器であり、さらに、前記受信器増幅器が前記受信モードにあるときに高電位にバイアスされる受信器電極を備える、請求項１の双方向増幅器。
【請求項５】
前記第２のモードは送信モードであり、前記第２の増幅経路が、高電力用に最適化された送信器増幅器であり、さらに、前記送信器増幅器が前記送信モードにあるときに高電位にバイアスされる送信器電極を備える、請求項１の双方向増幅器。
【請求項６】
前記受信器増幅器がさらに、前記受信器増幅器の雑音指数を最適化するための入力整合ネットワークと出力整合ネットワークを備え、前記送信器増幅器がさらに、入力整合ネットワークと出力整合ネットワークを備え、前記受信器の入力整合ネットワーク及び出力整合ネットワークの構成が、前記送信器の入力整合ネットワーク及び出力整合ネットワークと非対称である、請求項５の双方向増幅器。
【請求項７】
前記受信器増幅器がさらに、低雑音指数用に最適化された段間整合ネットワークを備え、前記送信器増幅器がさらに、高電力出力用に最適化された段間整合ネットワークを備える、請求項６の双方向増幅器。
【請求項８】
前記双方向増幅器が、１つのモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）半導体ウェーハである、請求項６の双方向増幅器。
【請求項９】
前記第２のポートが放射素子に電気的に接続される、請求項１の双方向増幅器。
【請求項１０】
前記第１のポートが、組み合わせマトリックスの少なくとも１つのマトリックス入力ポートに電気的に接続される、請求項６の双方向増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子システム用の双方向信号フロー増幅器に関する。より詳しくは、本発明は、電子システムのための高レベル送信信号用の高電力送信用増幅器経路と、低レベル受信信号用の低ノイズ受信用増幅器経路を有する双方向信号フロー増幅器構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線（ラジオ）周波数及びマイクロ波通信システムは、複数のクライアントから信号を受信し、及びそれらに信号を送る。電子システムは、低ノイズ信号動作及び／または高出力電力信号動作などのさまざまな信号用途に用いる増幅器などの電子的ハードウエアを必要とする（以下、ノイズを雑音とも記す）。電子システムのいくつかの例には、レーダー及び通信システムが含まれる。低ノイズ信号動作中は、増幅器は、微弱な低レベル信号の信号利得を増幅し、同時に、システム雑音指数の増加を最小限に抑える。高電力信号動作中は、増幅器は、信号レベルを増幅すると同時に、高出力電力レベルを維持する。したがって、増幅器は、要素間の相互接続に関連した信号損失を補償するために通信システムハードウエア内の戦略的な位置において使用される。この場合、信号損失には、有限の伝送ライン長によって引き起こされる受動的な損失、及び／または、入力信号ポートと出力信号ポートとの間の受動的な接続及び能動的な接続によって引き起こされる損失がある。
【０００３】
レーダ及び通信システム用途では、増幅器は、一般的に少なくとも１つのアンテナ列（アンテナアレイ）に結合される。一般に、レーダーシステムまたは通信システムは、信号を送受信するために少なくとも１つのアンテナを備える。受信モードでは、アンテナは、アンテナ放射ビームパターンの方位を変えることによって信号を空間的にスキャンし、所望の信号に照準を合わせる。振幅励起列及び／または位相励起列から構成されるアンテナを使用して、受信ビームを形成して入力信号をサーチすることができる。振幅及び／または位相励起列は、また、送信ビームを形成して、クライアントの方向に高信号強度を出力することができる。そのようなアレイアンテナの１つの例は、整相列（phased array。またはフェイズドアレーまたは位相アンテナ）である。
【０００４】
整相列は、複数の隔置された放射素子を備える。放射素子の各々を独立に制御して、所望の方向に電磁エネルギーを放射し、所望のビーム形状を形成することができる。放射要素の各々には、信号伝送のために、互いに対して選択された位相及び振幅励起を有する信号が供給され、信号受付のために、各素子からの受信信号が処理されて、各信号の位相及び振幅が変更される。放射素子の振幅励起を使用して、ビームの形状及びサイドローブレベルを制御することができる。ビーム形状及びサイドローブレベルを制御するための１つの方法は、各放射素子にトランシーバ回路、すなわち、信号の送信と受信の両方の能力を具備する回路、を利用することである。かかるトランシーバ回路は、高電力送信モードと低ノイズ受信モードを切り換える機能を備えていなければならない。トランシーバ回路は、通常は、高電力増幅のための送信用増幅器（送信器増幅器）と、低ノイズ増幅のための受信用増幅器（受信器増幅器）からなる２つの増幅器を備える。この場合、送信ビームまたは受信ビームをそれぞれ形成する信号は、スイッチによりその向きが操作（すなわち操向）されて、送信器増幅器または受信器増幅器から送信され、または、それらに送られる。これらの増幅器のうちの１つを除去することが望ましいであろう。さらに、送信器増幅器を各アンテナ素子の近くで接続して、受信モードにおける雑音指数を最小にすると共に、送信モードにおける出力電力を最大にすることが望ましいであろう。
【０００５】
従来技術では、基本的なすべての送受信機能、すなわち、高電力増幅及び低ノイズ電力増幅を具備する集積化増幅器が、１つのモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）チップにおいて製造されている。集積化増幅器は、整相列用に送信及び受信信号を処理する。整相列は、各々が個別の集積化増幅器に関連付けられた非常に多くの放射素子を備えており、個々の機能ブロック（すなわち、各放射素子用の２つの増幅器と２つのスイッチ）を個別に搭載して結合することを必要としない。個別の機能ブロックを不要とすることにより、部品点数が減少し、歩留まり及び信頼性が改善される。なぜなら、部品点数が多い増幅器は、製造プロセスが複雑になり、通常、平均故障時間及び平均修理時間が短くなってしまうからである。
【０００６】
しかしながら、典型的な集積化増幅器によるアプローチは、個別の機能ブロックで構成する場合ほど効率的ではない。なぜなら、単一の集積化増幅器内のRFスイッチによる無線周波数（RF）信号のルーティングにより、通常、挿入損失が、RF送信経路及びRF受信経路の両方で増加することとなり、これによって、受信モードにおける雑音指数が増加し、及び、送信モードにおける出力電力及び電力効率が低下してしまうからである。
【０００７】
双方向増幅器は既知のものであり、種々のマイクロ波及びRF用途で使用されている。２つの異なるタイプの双方向増幅器がある。第１のタイプは、米国特許第4,054,837号、米国特許第4,758,822、及び米国特許第5,296,762号に開示されている受動性RF信号スイッチング構成である。上記米国特許第4,054,837号は、一対の平行ダイオードを使用して、受信器増幅器と送信器増幅器間のRF信号フローを制御する双方向増幅器を開示しており、上記米国特許第4,758,822は、絶縁トランスを備える一対の相互接続されたブリッジ回路を使用して信号フローを制御する双方向増幅器を開示しており、上記米国特許第5,296,762号は、切り換えられる増幅器に電気的に結合されたリング構造をなすように配置された複数のダイオードを備える双方向増幅器を開示している。受動性RFスイッチング構造を特徴とする全ての双方向増幅器には、挿入損失が増加し、その結果、受信経路における雑音指数が増加し、かつ、送信経路における出力電力が減少するという欠点がある。
【０００８】
第２のタイプは、米国特許第5,821,813号、米国特許第5,105,166号に開示されている能動性RF信号操向構成である。上記米国特許第5,821,813号には、コモンゲートモードにおいて接続される双方向増幅器が開示されており、上記米国特許第5,105,166号には、RF入力端子の対とRF出力端子の対を有する対称マトリックス増幅器である双方向増幅器が開示されている。しかしながら、従来技術の能動性RF信号操向構成もまた、最適な高電力または低ノイズ用途向けに設計されていない増幅器を備えるという欠点、及び、入力端子と出力端子の対を有する増幅器を備えるという欠点を有している。従って、この能動性RF信号操向構成は、低ノイズと高電力との妥協物である。この結果、設計者は、以下の組み合わせのうちの１つを取らざるを得ない。すなわち、低ノイズ増幅器用に最適化された性能、高電力用途の送信器入力に対して最適化された性能、または、低ノイズ性能と高電力性能の両方をできるだけ最良に達成できるポイントに設定された増幅器構成、のうちの１つを選択せざるを得ないのである。
【特許文献１】米国特許第4,054,837号明細書
【特許文献２】米国特許第4,758,822号明細書
【特許文献３】米国特許第5,296,762号明細書
【特許文献４】米国特許第5,821,813号明細書
【特許文献５】米国特許第5,105,166号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、挿入損失を導入するスイッチ回路を含まない、送信及び受信用途に適した双方向増幅器であって、最適な設計基準を満たさない操向回路（ステアリング回路）を含まず、かつ、受信モードにおける低ノイズ動作と送信モードにおける高電力性能に対して最適化された双方向増幅器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、レーダー及び通信システム（またはレーダー通信システム）のような電子システム用の双方向増幅器に関する。より具体的には、本発明は、第１の増幅経路と第２の増幅経路を備え、信号のフロー（流れ）の方向が、第１の増幅経路と第２の増幅経路の選択的なバイアスによって制御される、マイクロ波帯に対応したコモンソース（または共通ソース）の双方向増幅器に関する。各々の増幅経路は、所望の性能を最適化するよう設計される。高電力性能に関しては、増幅経路を、入力及び出力整合ネットワーク（ネットワークとは回路網または回路のこと。以下同じ）、段間インピーダンス整合ネットワークが最適化され、高電力増幅用にバイアスされるものとして設計することができる。低ノイズ性能に関しては、増幅経路は、入力及び出力整合ネットワーク、段間インピーダンス整合ネットワークが最適化され、低ノイズ増幅用にバイアスされるように設計される。第１の増幅経路を通る信号フローに関しては、第１の増幅経路がバイアス（すなわちバイアスがオンに）され、第２の増幅経路はバイアスされない（すなわちバイアスがオフにされる）。第２の増幅経路を通る信号フローに関しては、第２の増幅経路がバイアスされ、第１の増幅経路はバイアスされない。
【００１１】
１実施形態では、本発明は、第１のポート及び第２のポート、第１のポートと第２のポートとの間に電気的に接続された受信器増幅器及び送信器増幅器を備える双方向増幅器である。この構成において、受信器増幅器は、受信モード中に、第２のポートからの信号を第１のポートに方向性を考慮して結合し、送信器増幅器のバイアスは、そのモードの間オフにされる。さらに、送信器増幅器は、送信モード中に、第１のポートと第２のポートとの間で方向性を考慮して信号を結合し、このモードの間、受信器増幅器はオフにされる。
【００１２】
本発明をよりよく理解できるようにするために、添付図面を参照して説明する。本発明の同じかまたは等価な部分には、いくつかの図面を通して同じ参照番号が付されている。
【実施例】
【００１３】
図１Ａには、第１のモードと第２のモードを有する本発明の双方向増幅器１０のブロック図が示されている。さらに、双方向増幅器１０は、第１の増幅経路と第２の増幅経路を有している。本発明の説明の便宜上、第１のモードは受信モード、第２のモードは送信モード、第１の増幅経路は受信器増幅器１４、第２の増幅経路は送信器増幅器１６である。さらに、本発明は、任意の第１の増幅経路と任意の第２の増幅経路を有することができ、受信器増幅器１４と送信器増幅器１６に限定されないということに留意されたい。
【００１４】
さらに、双方向増幅器１０は、第１のポート１２、第２のポート１８，受信器電極２２、及び送信器電極２０を備える。受信器電極２２及び送信器電極２０は、増幅器１０を通る信号の流れ（フロー）の方向、したがって、増幅器１０のモードを制御する。増幅される信号は、RF、マイクロ波またはミリ波信号などの電気信号である。受信モードでは、受信器電極２２は高電圧値であり、送信器電極２０は低電圧値であり、この結果、受信信号が、受信器増幅器１４を介して第２のポート１８から第１のポート１２へ送られる。送信モードでは、受信器電極２２は低電圧値であり、送信器電極２０は高電圧値であり、この結果、送信信号が、増幅器１６を介して第１のポート１２から第２のポート１８へ送られる。したがって、受信器電極２２と送信器電極２０の電圧値によって、双方向増幅器１０が送信モードであるか、または受信モードであるかがきまる。
【００１５】
図１Ｂに示すように、双方向増幅器１０はさらに、１つ以上のバイアスネットワーク２４及び２６を備える。送信器電極２０は、送信器増幅器１６をバイアスするために、バイアスネットワーク２６に直流(DC)電流及び電圧を印加する。受信器電極２２は、受信器増幅器１４をバイアスするために、バイアスネットワーク２４に直流(DC)電流及び電圧を印加する。バイアスネットワーク２４及び２６は、抵抗分圧器回路（または抵抗性分割器回路）とすることができる。バイアスネットワーク２４は、受信器増幅器１４に低電圧レベルを印加することによって、受信器増幅器１４に低ノイズバイアス状態を提供するように構成される。これとは逆に、バイアスネットワーク２６は、送信器増幅器１６に高出力電力状態を提供するように構成される。
【００１６】
図２には、本発明による双方向増幅器１０の略図が示されている。双方向増幅器１０は、整相列アンテナ（または位相アレイアンテナ）に結合されたトランシーバモジュールにおいて使用するのに適している。双方向増幅器１０は、第１のポート１２、送信器増幅器１６、受信器増幅器１４、第２のポート１８、受信器電極２２、及び送信器電極２０を備える。第１のポート１２は２つの機能を有する。すなわち、第１のポート１２は送信器入力ポートと受信器出力ポートとして機能する。第２のポート１８もまた２つの機能を有する。すなわち、第２のポート１８は、受信器入力ポートと送信器出力ポートとして機能する。例えば、送信器電極２０が送信器増幅器１６をアクティブにするようにバイアスされ、受信器電極２２が受信器増幅器１４をオフにするようにバイアスされると、第１のポート１２は送信器入力ポートして機能し、第２のポート１８は送信器出力ポートとして機能する。この例では、第１のポート１２からの信号フロー（信号の流れ）が、送信器増幅器１４によって増幅され、第２のポート１８から出力される。
【００１７】
送信器電極２０が送信器増幅器１６を非アクティブにするようにバイアスされ、受信器電極２２が受信器増幅器１４をアクティブにするようにバイアスされると、第１のポート１２は受信器出力ポートとして機能し、第２のポート１８は受信器入力ポートとして機能する。この場合、第２のポート１８からの信号フローが受信器増幅器１４によって増幅され、第１のポート１２から出力される。
【００１８】
送信器増幅器１６は、高電力増幅用に設計された入力整合ネットワーク３２と、高出力電力用に設計された出力整合ネットワーク３４を備える。送信器増幅器１６は、３つの段（３ステージ）のFET増幅回路から構成される。FETの各々は、少なくとも１つのゲート端子、少なくとも１つのドレイン端子、及びソース端子を備える。しかしながら、本発明は、各々のFET段の間に追加の整合ネットワーク、すなわち、段間整合部２７，３５を備えることもでき、増幅器１０は、FET増幅の３つの４５、４７、４９よりも多くの段または少ない段を有することもできることに留意されたい。さらに、FETを、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）、高電子移動度トランジスタ（HEMT）、相補型金属酸化物半導体（CMOS）デバイス、または、電流利得及び／または電圧利得を有する他の能動デバイスなどで置き換えることも可能であることに留意されたい。入力及び出力整合ネットワーク３２及び３４は、それぞれ、ローパス（または低域通過型）、バンドパス（または帯域通過型）、またはハイパス（または高域通過型）整合ネットワークとして実施することができる。
【００１９】
送信器増幅器１６は、抵抗分圧器ネットワーク３１を用いて自己バイアスされる。FETが、送信器出力電力を最大化するためにデプレッションモードHEMT電力処理デバイス（depletion mode HEMT power process device）である場合には、ゲート４０を、０ボルトの近く及びドレイン４２の電圧近辺でバイアスして、出力電圧の振れによって、ゲート−ドレイン間の電圧が降伏（破壊）条件を超えないようにする。FETは、ソース端子が接地された共通ソース増幅器とすることができる。代替的には、BJT能動デバイスでエミッタ端子が接地されたFETを置き換えることができる。一般的には、電力増幅器の出力整合ネットワークを、低インピーダンス直列伝送ライン（low impedance series transmission line）または、低インピーダンス分路キャパシタンス（または低インピーダンス並列容量）または開回路伝送ラインスタブ（open circuit transmission line stub）とすることができる。図２では、開回路スタブ６３を使用して、電力増幅器の低出力インピーダンスを、より高くより簡単に処理できるインピーダンスに変換するだけでなく、増幅用FETの間を絶縁している。さらに、最大出力電力を達成するために送信器増幅器出力整合ネットワーク３４は、受信器増幅器１４のオフ状態のキャパシタンス、シャットオフ（遮断）状態のリアクタンス性を有し（または反動的または無効）な、抵抗性かつ寄生性のコンポーネント、すなわち、シャットオフされる受信器増幅器１４のFET内のオフ状態のキャパシンタンス、直列インダクタンス、または寄生抵抗を考慮している。この構成の特別な利点は、送信器増幅器１６用のバイアスネットワーク、入力及び出力整合ネットワークが最大出力電力を伝送するように設計されるということである。増幅器１６のバイアス及び整合ネットワークの構成は、受信器増幅器１４がシャットオフ（遮断）されるときに、そのリアクタンス性を有し、抵抗性かつ寄生性のコンポーネントを考慮している。
【００２０】
受信器増幅器１４は、低ノイズ応答に対して最適化された低ノイズ入力整合ネットワーク３８と、出力整合ネットワーク３６を備える。受信器増幅器１４は、３段の電界効果トランジスタ（FET）増幅器構成から構成される。各FETは、少なくとも１つのゲート端子、少なくとも１つのドレイン端子、及びソース端子を有する。しかしながら、FETを、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）、高電子移動度トランジスタ（HEMT）、相補型金属酸化物半導体（CMOS）デバイス、または、電流利得及び／または電圧利得を有する他の能動デバイス等で置き換えることも可能であることに留意されたい。図２に示すように、本発明は、各々のFET段の間に追加の段間整合ネットワーク、すなわち、段間整合部２９，３３を備えることもでき、増幅器１０は、FET増幅の段４１、３９、３７を有することもできることに留意されたい。入力及び出力整合ネットワーク３８及び３６は、ローパス（または低域通過型）、バンドパス（または帯域通過型）、またはハイパス（または高域通過型）整合ネットワーク構成として実施することができる。
【００２１】
受信器増幅器１４は、抵抗分圧器ネットワーク３５を用いて自己バイアスされることができる。FETが、受信器雑音指数を最小にするためにデプレッションモードHEMT電力処理デバイスである場合には、ゲート４２を、約−１．５〜約−２．０ボルトにバイアスすることができる。この例では、FETのソース端子を接地することができる。代替的には、BJTデバイスでエミッタ端子が接地されたFETを置き換えることができる。一般的には、低ノイズ増幅器の入力整合ネットワーク３８は、最小雑音反射係数、すなわち、ｒｍｉｎを実現する整合ネットワークから構成され、選択されたFETデバイスについて雑音指数反射係数を最小にするために、直列伝送ライン及びオプションとしての短絡伝送系、または、任意の他の分布型または集中型リアクタンス整合素子（または分布型または集中型の反動性整合素子）を備えることができる。
【００２２】
さらに、雑音指数を最小にするために受信器増幅器入力整合ネットワーク３８は、送信器増幅器１６が遮断されるときに生じる、ｍ番目、すなわち、最後のFET段のオフ状態キャパシンタンス、及び、ｍ番目のFETの他の内因性（すなわち本来的に有する）及び外因性の寄生要素（及びそのキャパシタンス）を考慮している。したがって、この構成の特別な利点は、バイアスネットワーク、入力及び出力整合ネットワーク３８、３６が、送信器増幅器１６のシャットオフ（遮断）状態のリアクタンスを有し（または反動的な）、抵抗性かつ寄生性のコンポーネントを考慮して雑音指数を最小にするよう設計されるということである。したがって、高電力出力用に設計された送信器増幅器１６と低雑音指数を実現するよう設計された受信器増幅器１４とは、異なる回路構成、インダクタ、抵抗器、コンデンサ、伝送ライン長について異なる整合コンポーネント値を有することができる。したがって、整合ネットワークは、送信器増幅器１６と受信器増幅器１４についてそれぞれ異なるもの、すなわち、非対称的なものとすることができる。
【００２３】
図３は、送信モードで動作する双方向増幅器１０の略図である。バイアスネットワーク３１は、送信器増幅器１６に高出力電力状態を提供するよう構成される。送信モード中、送信器電極２０は高電圧値に接続される。図示のように、送信器電極２０は、約３ボルトから約５ボルトの高電圧値に接続されて、送信器増幅器１６をアクティブにし、第１のポート１２から第２のポート１８に信号経路５５に沿って方向を考慮して（この場合には、一方向に）信号を結合する。送信モードでは、受信器電極２２は接地される。
【００２４】
図４は、受信モードで動作する双方向増幅器１０の略図である。バイアスネットワーク３５は、受信器増幅器１４に高出力電力状態を提供するように構成される。受信モード中、受信器電極２２は高電圧値に接続される。図示のように、送信器電極２０は低電圧値に接続され、受信器電極は、約３ボルト〜約５ボルトの電圧に接続されて、受信器増幅器１４をアクティブにし、第２のポート１８から第１のポート１２に信号経路５７に沿って方向を考慮して（この場合には、一方向に）信号を結合する。受信モードでは、送信器電極２０は接地される。
【００２５】
図５Ａは、双方向増幅器１０が整相列６６の一部として示されている略図である。直線（または線形）整相列のために、ユーザは、放射素子６０の各々の位相及び振幅を電子的に制御することにより、放射されるアンテナパターンのビームの形状とサイドローブのレベルを制御することができるようになる。この実装例では、整相列６６の各放射素子６０によって受信される入力信号波面６７は、１つの双方向増幅器１０に電気的に結合され、また、オプションとして、移相器（位相シフタ）６２に電気的に結合される。例えば、放射素子６０は、マイクロストリップパッチ（microstrip patch）またはホーンアンテナとすることができる。受信モードでは、各双方向増幅器１０は、各放射素子６０の直近で低ノイズ信号増幅を行う。したがって、雑音指数が小さい双方向増幅器１０と、さらにまた、放射素子６０と双方向増幅器１０との間の損失、及び、放射素子６０に電気的に結合された隣接する任意の組み合わせマトリックス（または結合マトリックス：combining matrix）６４における損失を解消（または低減）するための振幅利得とを有することによって、受信入力信号の信号対ノイズ性能の低下を最小限にし、これによって、微弱な受信信号を回復できるようにする。さらに、各放射素子６０は双方向増幅器１０に結合されているので、各放射素子６０の振幅励起を個別に制御して、整相列のビーム形状とサイドローブレベルを制御することができる。オプションとして、マトリックス出力ポート７５、７７を有する組み合わせマトリックス６４を使用することができる。
【００２６】
図５Ｂには、送信モードにおいて、高電力送信モードの双方向増幅器１０により、送信信号６５を出力信号波面６１として送信する前に増幅できるようにする構成が示されている。さらに、整相列６６を、双方向増幅器１０及びオプションである移相器６２に結合された放射素子６０を含めて、モノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）半導体ウェーハ上で完全に製作する場合には、低コストの整相列６６が製造される。オプションとして、マトリックス出力ポート６５、７７を有する組み合わせマトリックス６４を利用することができる。さらに、双方向増幅器１０は、組み合わせマトリックス６４の後方にあるので（組み合わせマトリックス６４は、損失がある）、直流（ＤＣ）電力消費がより少ない、より小さな周辺部、すなわち、より小さな面積の能動デバイス、双方向増幅器１０を使用することができる。なぜなら、放射素子６０に近接した双方向増幅器１０により挿入損失が最小にされるからである。
【００２７】
この結果、整相列６６は、低ノイズ性能を有すると共に、より小さな周辺要素であるFETデバイス増幅器を用いて長距離の信号伝送能力を保持することとなる。さらに、各双方向増幅器１０のMMICにオプションの移相器６２を加えたものは、およそ１．２ｍｍ×１．２ｍｍの面積を占有するので、約３５ギガヘルツ（GHz）で動作する完全なMMIC整相列６６を、数百のマイクロストリップパッチで製造することができ、それは、４ミル厚の半導体ウェーハ上のわずか約３インチ平方の面積を占めるだけである。したがって、全てのMMIC整相列が有する多くの利点のうちの１つは、サイズが小さくなること、並びに、大きなアパーチャ（開口）性能が達成されることである。他の利点は、非常に多くの（例えば数百の）放射素子６０を含む整相列６６は低コストであるということである。なぜなら、全ての基本的なトランシーバ機能、すなわち、送信における増幅及び受信における増幅が、１つの小さなMMIC増幅器を用いて実現されるからである。
【００２８】
図６は、「Rotman Bootlace Lens matrix array」（ロットマンブーツレースタイプレンズのマトリックスアレイ）７０の一部として使用される双方向増幅器１０の略図である。放射素子６０の列（アレイ）に向けてRFエネルギーを送信し、及び、放射素子６０のアレイからRFエネルギーを受信するための他の方法は、ロットマンブーツレースレンズ７２のようなレンズを使用することである。ロットマンレンズ７２は、放射素子が取り付けられるアレイポート側７６、及び、双方向増幅器１０が取り付けられるビームポート側７８を備える。レンズ７２は、個別の導波路−マイクロストリップランチ７４を備える２つのグランドプレーン（ground plane）間に挟まれた大きな平坦プレートの中央導体から構成される。この場合、先細になるランチは、インピーダンスがビームポート側７８からアレイポート側７６に向けて変化する。アレイ７０が受信モードの場合には、アレイポート側７６上で捕捉される（またはインターセプトされる）入力信号波面７１、７３は、より大きなアンテナのようにコネクタランチ（connector launch）の先細りになっている部分によって張られている角度により制御される。ロットマンブーツレースレンズ７２を使用することの主な利点は、１つのレンズコンポーネントで実時間遅延移相シフトと振幅の漸減が提供されることである。この場合、実時間遅延とビーム操向は周波数に依存しない。
【００２９】
本明細書で図示し、詳細に説明した情報により、本発明の上記した目的を十分に達成することができる。本発明の好適な実施形態は、したがって、本発明によって広く考察された主題を代表するものである。本発明の範囲は、当業者にとって明白であろう他の実施形態を完全に包含しており、したがって、特許請求の範囲のみによって限定される。単数形式による要素の参照は、明示的に言及していない限り、「１つ及び１つだけ」を意味するのではなく、「１つ以上」を意味することを意図したものである。上記した好適な実施形態、及び当業者に既知の他の実施形態の要素と構造的及び機能的に等価な全てのものを参照により本明細書に明示的に組み込むこととし、また、そのようなものも、特許請求の範囲に包含されるものとする。
【００３０】
さらに、本発明が解決しようとする各々の及び全ての問題に対処するために、装置または方法に課される要件は、特許請求の範囲に包含されているもの以外にはない。さらに、本明細書及び図面に開示された要素、コンポーネント、または方法ステップのいずれも、その要素、コンポーネント、または方法ステップが特許請求の範囲に明示的に記載されているか否かに関係なく、公衆に開放されることを意図していない。しかしながら、当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び要素の細部にさまざまな変更及び修正を加えることが可能であることを理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明による双方向増幅器のブロック図である。
【図１Ｂ】本発明によるバイアスネットワークを有する双方向増幅器のブロック図である。
【図２】本発明による、整相列アンテナのトランシーバモジュールで使用される双方向増幅器の略図である。
【図３】本発明による、送信モードで使用されるときの双方向増幅器の略図である。
【図４】本発明による、受信モードで使用されるときの双方向増幅器の略図である。
【図５Ａ】本発明による、線形整相列の一部として使用される、受信モードにおける双方向増幅器の略図である。
【図５Ｂ】本発明による、線形整相列の一部として使用される、送信モードにおける双方向増幅器の略図である。
【図６】本発明による、「Rotman Bootlace Lens matrix array」（ロットマンブーツレースレンズマトリックスアレイ）の一部として使用される双方向増幅器の略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  双方向増幅器
１２  第１のポート
１４  受信用増幅器
１６  送信用増幅器
１８  第２のポート
２０  送信器用電極
２２  受信器用電極
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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