(57)【要約】【課題】  従来のウイルキンソン不等分配合成回路を用いたマイクロ波大電力用増幅装置（３合成のマイクロ波大電力用増幅装置）は、入力ＲＦ電力がウイルキンソン不等分配回路に入力され、２分配後、分配された片方を、さらに２分配することにより３分配となり、合成損が２回生じることになる。また３合成以上の場合は位相差を合わせにくく、合成損失などのＲＦロスが大きいという課題があり、そして電力の分配合成の毎に入力ＲＦの４分の１波長で線路長をとり整合する必要があり、長手方向だけでなく幅方向にも大幅にスペースが必要になるとういう課題もあった。【解決手段】  入出力整合回路を近似的に給電点を１つに設計して入力ＲＦ電力の分配合成の位相差を生じにくくして損失などのＲＦロスを軽減し、入出力整合回路の長手方向・幅方向ともにスペースを大幅に削減したマイクロ波大電力用増幅装置を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、この筐体の表面上に設けられ、長穴部を有する下層誘電体基板と、この下層誘電体基板上の前記長穴部の一方及び他方の側であって、前記長穴部に接近して前記長穴部の長手方向に沿って延在する幅広部を有する入力及び出力パターンと、入力及び出力リード部並びにフランジを具備し、そのフランジを前記長穴部に挿入してその入力及び出力リード部を前記入力及び出力パターンにそれぞれ接続するとともに、前記長穴部の長手方向に近接配列された複数個の大電力用増幅器と、前記入力及び出力パターン上の前記長穴部に接近して設けられ、前記入力及び出力リード部を取り囲む部分に切欠き部をそれぞれ設けた上層誘電体基板と、この上層誘電体基板上に設けられたグランドパターンと、前記筐体の裏面上に設けられた冷却器とを備えたことを特徴とするマイクロ波大電力用増幅装置。
【請求項２】
前記大電力用増幅器は、前記フランジを前記筐体に固着した請求項１に記載のマイクロ波大電力用増幅装置。
【請求項３】
前記複数個の大電力用増幅器は、共通のフランジを有する請求項１に記載のマイクロ波大電力用増幅装置。
【請求項４】
前記大電力用増幅器は、位置決めピンにより前記長穴部に位置決めした請求項１に記載のマイクロ波大電力用増幅装置。
【請求項５】
前記複数個の大電力用増幅器は、合成損失及び温度上昇率に基づいて近接させた請求項１に記載のマイクロ波大電力用増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を分配させて複数の大電力用増幅器により電力を増幅させ、その増幅された電力を再び合成することにより大電力を増幅することを可能にするレーダ及び電子戦のハイパワーアンプ部用のマイクロ波大電力用増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波大電力用増幅装置の電力の分配や合成には、ウイルキンソン不等分配合成回路が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。ウイルキンソン不等分配合成回路以外の分配による整合回路の大型化を回避するためには、並列配置した能動素子に入力ワイヤを介して共通の入力整合回路に接続し、出力ワイヤを介して共通の出力整合回路に接続する手法がある（例えば、特許文献２参照）。また装置製造時における回路の再現性を向上するために増幅器の位置固定に出力端子を位置決めピンで固定する手法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平１１−３３０８１３号公報（第１図）
【０００４】
【特許文献２】特公平２−１５４５０１号公報（第１図）
【０００５】
【特許文献３】実公平３−１０１０１６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ウイルキンソン不等分配合成回路を用いたマイクロ波大電力用増幅装置（以下、本発明は言及がない限り３合成のマイクロ波大電力用増幅装置を用いて説明する）は、入力ＲＦ電力がウイルキンソン不等分配回路に入力され、２分配後、分配された片方を、さらに２分配することにより３分配となり、３つの大電力用増幅器にそれぞれ入力され、その出力が入力とは逆の手順で合成される。一般に位相差をΔφ１＝φ１−φ２とすると２合成損Ｌ１は、
【０００７】
【数１】
2005159598.tif 000003
【０００８】
のように表わせる。かりにＰ＝Ｐ１＝Ｐ２とすると、
【０００９】
【数２】
2005159598.tif 000004
【００１０】
となり３合成損Ｌ３はＬ３＝Ｌ１＋Ｌ２で、出力電力差よりも位相差が合成損失に及ぼす影響が大きいので、仮に入力ＲＦ電力が等分に分配合成されるとするとＰ＝Ｐ３＝Ｐ４、Δφ２＝φ３−φ４となり
【００１１】
【数３】
2005159598.tif 000005
【００１２】
【数４】
2005159598.tif 000006
【００１３】
となり、合成損が２回生じることになる。３合成以上の場合は位相差を合わせにくく、合成損失などのＲＦロスが大きいという課題があった。また電力の分配合成の毎に入力ＲＦ信号の４分の１波長で線路長をとり整合する必要があり、長手方向だけでなく幅方向にも大幅にスペースが必要になるとういう課題もあった。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、入出力整合回路を近似的に給電点を１つに設計して入力ＲＦ電力の分配合成の位相差を生じにくくして損失などのＲＦロスを軽減し、入出力整合回路の長手及び幅方向ともにスペースを大幅に削減したマイクロ波大電力用増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明に係るマイクロ波大電力用増幅装置は、筐体と、この筐体の表面上に設けられ、長穴部を有する下層誘電体基板と、この下層誘電体基板上の前記長穴部の一方及び他方の側であって、前記長穴部に接近して前記長穴部の長手方向に沿って延在する幅広部を有する入力及び出力パターンと、入力及び出力リード部並びにフランジを具備し、そのフランジを前記長穴部に挿入してその入力及び出力リード部を前記入力及び出力パターンにそれぞれ接続するとともに、前記長穴部の長手方向に近接配列された複数個の大電力用増幅器と、前記入力及び出力パターン上の前記長穴部に接近して設けられ、前記入力及び出力リード部を取り囲む部分に切欠き部をそれぞれ設けた上層誘電体基板と、この上層誘電体基板上に設けられたグランドパターンと、前記筐体の裏面上に設けられた冷却器とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２の発明に係るマイクロ波大電力用増幅装置は、前記フランジを前記筐体に固着したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の発明に係るマイクロ波大電力用増幅装置は、前記複数個の大電力用増幅器に共通のフランジを有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の発明に係るマイクロ波大電力用増幅装置は、位置決めピンにより前記長穴部に位置決めしたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５の発明に係るマイクロ波大電力用増幅装置は、前記複数個の大電力用増幅器の合成損失及び温度上昇率に基づいて近接させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、入力ＲＦ信号の給電点を近似的に１つとしているので、４分の１波長整合回路が不要である。従って通常２回に分けて行う３合成が１回で済み、位相差が生じにくく合成損失やＲＦロスが軽減される。また電力の分配合成の毎に入力ＲＦ信号の４分の１波長で線路長をとる必要がなく、長手及び幅方向の回路寸法を小型することができる。従って出力電力差よりも位相差が合成損失に及ぼす影響が大きいので、チップごとの対応電力が異なる場合や大電力用増幅器のチップ選択肢の幅が狭い場合においても既存のチップを使用し所望の性能で設計可能あり、さらに回路構造をトリプレート誘電体基板で構成したことにより、筐体実装時の回路から筐体上部への漏れ電磁界の影響を防ぐために設けた空間を狭めて回路厚方向の回路寸法の減少させたことにより長手、幅及び回路厚方向の回路寸法小型化したマイクロ波大電力用増幅装置を得ることができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、チップを実装しているフランジを筐体に固着したことにより、チップから発生する熱を筐体から冷却器へと効率よく伝導させることができるので、熱による位相差が生じにくいマイクロ波大電力用増幅装置を得ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、チップ毎に設けていたフランジを共通の１つのフランジにすることにより、筐体実装の際にネジなどの部品点数が減じることができ、チップ間隔や配置の再現性や自由度が広がったマイクロ波大電力用増幅装置を得ることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、位置決めピンにより前記長穴部に複数の大電力用増幅器の位置決めしたことにより、固定方法がネジ止めに比べて取付け位置の精度及び再現性や自由度が向上したマイクロ波大電力用増幅装置を得ることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、合成損失及び温度上昇率に基づいてチップを配置したことにより、３合成以上の回路での隣り合うチップ間の熱の重なりが引き起こす両端のチップと内部のチップの温度差がなく、チップを通過するＲＦ信号はチップが等通過位相であるので位相差が生じない。またチップ間隔の上限が合成損失の最悪値以下にしているので合成による位相差も軽減したマイクロ波大電力用増幅装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施例１．
以下、この発明の実施例１及び５について図１乃至４及び７を用いて説明する。図１乃至４は、実施例１及び５によるマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図であり、図１において１は大電力用増幅器、２は誘電体基板、３は入出力整合回路（内層）パターン、４はネジである。図２は、図１のＡ‐Ａ´の断面図であり、図２において５，６，７は導体、８，９は誘電体、１０は筐体、１１は冷却器である。図３は、図１のＢ‐Ｂ´の断面図であり、図３において１２は大電力用増幅器のチップであり内部にダイボンドされている。図４おいて１４は内層ＲＦパターン部に切り欠かれたトリプレート誘電体基板である。図７において横軸は位相差で、縦軸は合成損失を示し、グラフの線は上から順に分配合成の電力差３，２，１，０ｄＢの位相差による合成損失を表している。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００２６】
３つの大電力用増幅器１は個々のリード部が切りかかれた誘電体基板２の入出力整合回路（内層）パターン３に接続され、リード部間隔はＸ１の距離で設けて取付け固定はネジ４によって行う（図２）。導体５の１層目は接地導体のパターンを有し、その導体５と誘電体８は、リード部取付け部分が切り欠かれており、トリプレート整合基板を構成する。大電力用増幅器１のリード部は導体６のＲＦパターンに接続される。導体７は接地導体のパターンを有し、筐体１０に接触している。この筐体１０の下に設置されて大電力用増幅器を冷却する冷却器１１である（図３）。また図４のようにトリプレート整合基板には、トリプレート誘電体基板１４のように内層ＲＦパターン部にインピーダンス調整用島パターン持つ、切り欠かれた基板を用いてもよい。
【００２７】
大電力用増幅器１の取付け位置Ｘ１は、図３に示すように左項は大電力用増幅器のチップ１２の位置が近接すると中央の大電力用増幅器のチップ温度が外側の大電力増幅器の温度に比べて上昇し、大電力用増幅器１の内、外側のチップと内側のチップが等通過位相ではなくなり位相差が生じる。図３において大電力用増幅器１の幅をｗ、大電力用増幅器１のフランジ厚みをｔ１、筐体１０の厚みをｔ２、冷却器１１は十分冷却されるとし、チップ１２の端から４５°で熱が拡散するとした場合の延長線が筐体厚の底辺と交わるまでの距離をＸ２とすると、
【００２８】
【数５】
2005159598.tif 000007
【００２９】
取付け位置Ｘ１の最小値は、
【００３０】
【数６】
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【００３１】
つまり２（ｔ１+ｔ２）+ｗ＜Ｘ１で大電力用増幅器のチップ間隔を構成することで、熱の重なりによる中央の大電力用増幅器の温度差を回避して大電力用増幅器の等通過位相を維持できるので、温度差による位相差から生じる合成損失を低減できる。
【００３２】
しかし取付け位置Ｘ１の値が大きくなり、使用周波数の波長λｇに比べて十分小さくない値になると、３合成は給電点が近似的に１つではなくなり、合成損失が大きくなる。一般的に位相関係は図７で表わされ、合成損失の最悪値は従来の技術と同じく０．４ｄＢ程度で、位相差Δφ１＝３６°に相当する。そのときの合成損失は給電点が近似的に１つであるので、従来に比べると１回分の合成損失が少なくなる。つまり取付け位置Ｘ１の最大値はＸ１＜λｇ／１０となる。上記の条件から取付け位置Ｘ１は２（ｔ１+ｔ２）＋ｗ＜Ｘ１＜λｇ／１０の範囲で設計する必要がある。
【００３３】
次に動作について説明する。入力ＲＦ信号が入力整合回路パターンにおいて、それぞれのＲＦ信号がリード部によって３分割されるが、大電力用増幅器１の取付け位置Ｘ１が２（ｔ１+ｔ２）＋ｗ＜Ｘ１＜λｇ／１０の間隔で取付けられているので、その間隔が使用周波数の１０分の１以下と小さく、回路を分布定数的取り扱いから集中定数的に取り扱いにでき４分の１波長の線路長をとり整合する必要がなくなる。また先に説明したように大電力用増幅器１の同士の放熱による温度差から生じる位相差も抑えられているため、３つの大電力用増幅器１に接続されて増幅された後に入力側と同じく出力整合回路パターンへのリード部を経由して増幅されたＲＦ信号が取り出される。
【００３４】
実施例２．
この発明の実施例２について説明する。実施例２は、について図１乃至４を用いて説明する。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。構成は、実施例１のマイクロ波大電力用増幅装置における大電力用増幅器１を筐体に固着したものである。
【００３５】
実施例３．
この発明の実施例３について図５を用いて説明する。図５において１３は共通フランジである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。構成は、実施例１のマイクロ波大電力用増幅装置における３つの大電力用増幅器１のフランジを１つの共通フランジにしたものである。
【００３６】
実施例４．
この発明の実施例４について図６を用いて説明する。図６は、実施例４によるマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図であり、図６において１６は位置決めピンである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。構成は、実施例１のマイクロ波大電力用増幅装置における大電力用増幅器１の固定方法をネジから位置決めピンにより、固定したものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施例１によるマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図
【図２】この発明の実施例１によるマイクロ波大電力用増幅装置の図１Ａ‐Ａ´の断面図
【図３】この発明の実施例１によるマイクロ波大電力用増幅装置の図１Ｂ‐Ｂ´の断面図
【図４】この発明の実施例３によるマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図
【図５】この発明の実施例１による調整用島パターンを設けたマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図
【図６】この発明の実施例４によるマイクロ波大電力用増幅装置の回路構成図
【図７】この発明の実施例１乃至４及びウイルキンソン不等分配回路の分配合成おける位相差による合成損失のグラフ図
【符号の説明】
【００３８】
１…大電力用増幅器  ２…誘電体基板  ３ａ，３ｂ…入出力整合回路パターン  ４…ネジ５，６，７…導体  ８，９…誘電体  １０…筐体  １１…冷却器  １２…チップ
１３…共通フランジ  １４…トリプレート誘電体基板  １５…調整用島パターン
１６…位置決めピン
【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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