(57)【要約】  【課題】  電力増幅装置では、電力増幅回路を構成する基板上に形成される入出力バラン回路のストリップ線の長さは、使用周波数で決められてしまうため、他の周波数帯域の機器で使用する場合は、電力増幅回路を構成する基板を別途設計および製作する必要があり、制作効率が悪い。  【解決手段】  電力増幅用回路基板に少なくとも入出力端子と、バイアス回路を有する増幅回路と、上記入力端子と上記増幅回路の入力部との間に配置される入力バラン回路基板および上記増幅回路の出力部と上記出力端子との間に配置される出力バラン回路基板とからなり、上記入力バラン回路基板および上記出力バラン回路基板は、使用周波数に応じて交換可能に構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅用回路基板に少なくとも入出力端子と、バイアス回路を有する増幅回路と、上記入力端子と上記増幅回路の入力部との間に配置される入力バラン回路基板および上記増幅回路の出力部と上記出力端子との間に配置される出力バラン回路基板とからなり、上記入力バラン回路基板および上記出力バラン回路基板は、使用周波数に応じて交換可能に構成されていることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力増幅装置において、上記交換可能に構成された入出力バラン回路は、それぞれストリップ線から構成され、上記ストリップ線の長さは、λｇ／４（ここに、λｇは、上記回路基板の伝送信号の波長を表す。）に設定されていることを特徴とする電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅装置に関し、特に、各種の伝送周波数に対応できる電力増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅装置は、テレビジョン放送や無線での信号伝送における信号増幅に不可欠な装置である。そしてこれらの分野では、信号の伝送に使用される周波数は、極めて広範囲にわたっている。例えば、テレビジョン放送用では、６ＭＨｚ間隔に６２チャネルが存在する。また、無線機では、１５０ＭＨｚ〜１．５ＧＨｚの間で、それぞれ我が国の標準規格（ARIB STANDARD）で定められた使用周波数帯域で使用が許可されていることは周知のことである。このような広範囲の周波数帯域に使用する電力増幅装置としては、各使用周波数帯域に合わせて動作するように仕様が定められ、設計されているのが普通である。即ち、使用周波数帯域が異なると、異なる周波数特性の電力増幅装置を設計する必要がある。
【０００３】
図３は、従来の放送用帯域、例えば、中心周波数６００ＭＨｚを設定した場合、５５０〜７００ＭＨｚ程度の電力増幅装置の一例を示す図である。図３において、３０１は、電力増幅用回路基板で、例えば、１８０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのテフロン（登録商標、以下表示を略する。）等の絶縁樹脂からなる基板で構成されている。この電力増幅用回路基板３０１上には、入力端子３０２−１、３０２−２、入力側バラン（Balun）回路３０３、電力増幅回路３０４、電力増幅回路３０４へのバイアス回路３０５、出力側バラン（Balun）回路３０６および出力端子３０７−１、３０７−２が形成されている。入力側バラン回路３０３は、電力増幅用回路基板３０１の表面に形成されたストリップ線３０３−１（図３の実線で示す。）と電力増幅用回路基板３０１の裏面に形成されたストッリプ線３０３−２（図３の点線で示す。）の一対のストリップ線から構成されている。また、同様に、出力側バラン回路３０６は、電力増幅用回路基板３０１の表面に形成されたストリップ線３０６−１（図３の実線で示す。）と電力増幅用回路基板３０１の裏面に形成されたストリップ線３０６−２（図３の点線で示す。）の一対のストリップ線から構成されている。なお、入力端子を総称する場合は、入力端子３０２と称する。同様に出力端子を総称する場合は、出力端子３０７と称する。また、電力増幅回路３０４は、プッシュプルのトランジスタで構成されている。
【０００４】
而して、入力側バラン回路３０３は、プッシュプルで構成された電力増幅回路では、必要不可欠な回路要素である。その作用は、入力端子３０２に入力される信号の内、＋側を増幅するトランジスタへの入力と、−側を増幅するトランジスタへの入力とに信号を分離する機能を有する。また、出力側バラン回路３０６は、電力増幅回路３０４で＋側を増幅したトランジスタの出力信号と−側を増幅したトランジスタの出力信号を合成する機能を有する。このためバラン回路は、入力側および出力側の両方に構成する必要があるが、このバラン回路、即ち、一対のストリップ線で構成されるバラン回路は、その長さＬをλｇ／４に設定する必要がある。ここで、λｇは、電力増幅用回路基板３０１を伝播する信号の波長を示す。従って、テレビジョン放送機器や無線機器のように使用する周波数が異なると、バラン回路の長さも変わるので、使用機器に合わせてバラン回路の長さを設計し、電力増幅用回路基板３０１（電力増幅用回路モジュールとも言う。）を多種類製作することが必要になるため、その製作に必要な時間、コストが増大し、機器の製作の短縮化、低コスト化の障害になっていた。
【０００５】
【特許文献１】特に、発見されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように従来の電力増幅装置では、電力増幅回路を構成する基板上に形成される入出力バラン回路のパターンの長さは、λｇ／４に定める必要があり、使用周波数帯域でストリップ線の長さで決められてしまうため、他の周波数帯域の機器で使用する場合は、周波数帯域には関係のないバイアス回路を含めた電力増幅回路を構成した基板を別途設計および製作する必要があり、製作効率が悪いという欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、周波数帯域の異なる機器に容易に対応できる電力増幅装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、バラン回路を差換えるだけで周波数帯域の異なる機器に容易に対応できる電力増幅装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電力増幅装置は、電力増幅用回路基板に少なくとも入出力端子と、バイアス回路を有する増幅回路と、上記入力端子と上記増幅回路の入力部との間に配置される入力バラン回路基板および上記増幅回路の出力部と上記出力端子との間に配置される出力バラン回路基板とからなり、上記入力バラン回路基板および上記出力バラン回路基板は、使用周波数に応じて交換可能に構成される。
【００１０】
また、本発明の電力増幅装置において、上記交換可能に構成された入出力バラン回路は、それぞれストリップ線から構成され、上記ストリップ線の長さは、λｇ／４（ここに、λｇは、上記回路基板の伝送信号の波長を表す。）に設定される。
【００１１】
また、本発明の電力増幅装置において、上記交換可能に構成された入出力バラン回路を形成する回路基板は、異なる比誘電率を持つ材料で構成することもできる。
【００１２】
また、本発明の電力増幅装置において、上記交換可能に構成された入出力バラン回路を形成する回路基板に少なくとも使用周波数に関係する情報を表示するように構成される。
【００１３】
更に、本発明の電力増幅装置において、少なくとも上記入力バラン回路基板と、増幅回路と、出力バラン回路基板が同一の樹脂絶縁基板上に繰返し形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、バイアス回路を含む電力増幅回路基板を共通基板として、バラン回路基板のみを交換することで、周波数帯域の異なる各種の機器に容易に対応可能となる。従って、周波数帯域毎にバイアス回路を含めた電力増幅基板を別途製作する必要がなく、広範囲の周波数帯域に対して非常に効率的なき機器の製作が可能となる特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例を説明するための斜視図を示す。また、図２は、図１で示す電力増幅装置の等価回路図を示している。なお、図１および図２において、図３と同じものには同じ符号が付されている。図１において、１０５、１０６、１０７、１０８は、例えば、テフロンのような絶縁樹脂基板からなる回路基板である。これら回路基板には、入力バラン回路３０３、１０９、出力バラン回路３０６、１１３が形成されている。以下詳細に説明する。まず、例えば、テフロンの回路基板１０５には、入力端子１０１−１、１０１−２、ストリップ線３０３−１、３０３−２およびカップリングコンデンサ１０２−１、１０２−２が具備されている。なお、ストリップ線は、比較的大きなものは、印刷技術で、微細のものは、フォトエッチング技術等で制作することができる。また、入力端子１０１−２は、絶縁樹脂の回路基板１０５に設けられたスルーホールを介してストリップ線３０３−２に接続されている。同様に、カップリングコンデンサ１０２−２の一方の電極は、絶縁樹脂の回路基板１０５に設けられたスルーホールを介してストリップ線３０３−２に接続されている。この回路基板１０５は、矢印で示すように電力増幅用回路基板３０１に取りつけられると、入力端子１０１−１は、入力端子３０２−１に、また、入力端子１０１−２は、入力端子３０２−２に結合される。一方、ストリップ線３０３−１は、カップリングコンデンサ１０２−１を介して電力増幅回路３０４に結合される。同様に、ストリップ線３０３−２は、カップリングコンデンサ１０２−２を介して電力増幅回路３０４に結合される。
【００１６】
これを図２の等価回路を用いて説明する。まず、入力信号は、同軸ケーブル２０２で電力増幅用回路基板３０１の入力端子３０２−１と３０２−２に印加される。入力端子３０２−１と３０２−２に印加された入力信号は、一対のストリップ線３０３−１、３０３−２からなるバラン回路３０３に印加される。ストリップ線３０３−１、３０３−２は、その長さＬ１は、λｇ／４に設定されており、ここで、入力信号の＋側の信号は、ストリップ線３０３−１、カップリングコンデンサ１０２−１を介して電力増幅回路３０４の一方の増幅トランジスタ２０１−１のゲート端子に印加され、増幅される。一方、入力信号の−側の信号は、ストリップ線３０３−２、カップリングコンデンサ１０２−２を介して電力増幅回路３０４のもう一方の増幅トランジスタ２０１−２のゲート端子に印加され、増幅される。なお、電力増幅回路３０４は、２個の増幅トランジスタ２０１−１および２０１−２がプッシュプル接続された電力増幅回路である。なお、図２では、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide semi-conductor）トランジスタを用いた場合を示しているが、バイポーラトランジスタを用いることもできることは勿論である。なお、２個の増幅トランジスタ２０１−１および２０１−２のゲート端子には、バイアス回路３０５により、例えば、５Ｖのバイアス電圧が印加されている。
【００１７】
次に、テフロンの回路基板１０６について説明する。テフロンの回路基板１０６には、電力増幅回路３０４の２つの出力端子と結合するカップリングコンデンサ１０３−１および１０３−２、ストリップ線３０６−１、３０６−２および出力端子１０４−１、１０４−２が形成されている。なお、カップリングコンデンサ１０３−２の一方の電極は、絶縁樹脂の回路基板１０６に設けられたスルーホールを介してストリップ線３０６−２に接続されている。同様に、出力端子１０４−２は、絶縁樹脂の回路基板１０６に設けられたスルーホールを介してストリップ線３０６−２に接続されている。この回路基板１０６は、矢印で示すように電力増幅用回路基板３０１に取りつけられると、前述の場合と同様に、電力増幅回路３０４の２つの出力端子は、カップリングコンデンサ１０３−１、１０３−２およびストリップ線３０６−１、３０６−２を介して出力端子３０７−１、３０７−２に結合される。
【００１８】
これを図２の等価回路を用いて説明する。電力増幅回路３０４の増幅トランジスタ２０１−１および２０１−２で増幅された出力信号は、カップリングコンデンサ１０３−１、１０３−２を介して一対のストリップ線３０６−１、３０６−２からなるバラン回路３０６に印加される。出力バラン回路３０６の出力は、出力端子３０７−１、３０７−２から出力同軸ケーブル２０３に供給され、後段の信号処理回路（図示せず。）に供給される。
【００１９】
ストリップ線３０６−１、３０６−２は、その長さＬ２は、入力バラン回路３０３と同様に、λｇ／４に設定されており、ここで、出力信号の内、ストリップ線３０６−１の＋側の信号と、出力信号の内の−側の信号は、出力端子３０７−１、３０７−２で加算され、同軸ケーブル２０３から増幅された出力信号が得られる。なお、２個の増幅トランジスタ２０１−１および２０１−２の出力端子には、バイアス回路３０５により、例えば、３０Ｖのバイアス電圧が印加されている。
【００２０】
さて、上述の電力増幅装置に用いられる入力側バラン回路３０３は、テフロンのような絶縁樹脂の回路基板１０５の表面に形成されたストッリプ線３０３−１（図１の実線で示す。）とテフロンのような絶縁樹脂の回路基板３０３の裏面に形成されたストッリプ線３０３−２（図３の点線で示す。）から構成されている。これらストリップ線３０３−１、３０３−２は、巾、約６ｍｍ、厚さ２０〜３０μｍである。また、出力側バラン回路３０６も同様である。
【００２１】
而して、入力端子３０２に供給された入力信号は、入力バラン回路を経由して電力増幅回路３０４に印加される。また、電力増幅回路３０４で増幅された信号は、出力バラン回路３０６を経由して出力端子３０７から出力される。この場合、入出力バラン回路３０３および３０６の長さは、使用される周波数帯域に応じて定められる。即ち、入出力バラン回路３０３および３０６の長さＬ１およびＬ２は、使用される入力信号の波長をλ、光の速さをＣ、周波数をＦとすると、λ／４に設計される。ここで、λ＝Ｃ／Ｆである。なお、波長λは、基板上では波長短縮率を考慮する必要があるため、入出力バラン回路３０３および３０６を構成する基板の比誘電率をεｒ（ここで、εｒは、真空中での誘電率ε０に対する誘電率を示す。）、基板上の波長をλｇとすると、入出力バラン回路３０３および３０６の長さＬ１およびＬ２は、数１のようになる。
【００２２】
【数１】
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例えば、７００ＭＨｚのテレビジョン放送用電力増幅装置を前述したテフロン（比誘電率εｒ＝２．５）の回路基板１０５および１０６を用いてバラン回路３０３および３０６を作成するには、λは、約４２８．６ｍｍとなり、バラン回路３０３および３０６を構成するストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、約６７．８ｍｍの長さにする必要がある。更に、バラン回路を構成するパターン幅は、終端するインピーダンスに対応させる必要があり、５０Ω系では、バラン回路を含めて入力側又は出力側から見て、インピーダンスを５０Ωとなるようにストリップ線幅を設定する。本実施例では、約６ｍｍに設計されている。
【００２３】
さて、上述したようにテフロンの回路基板に７００ＭＨｚ用のバラン回路を作成すると、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、約６７．８ｍｍ、の長さとなるが、この周波数が変化すると、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、当然、変更しなければならない。例えば、使用周波数が５００ＭＨｚの場合、テフロンの回路基板では、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、約９４．９ｍｍ、また、６００ＭＨｚでは、約７９．１ｍｍとなり、新に電力増幅用回路基板３０１を設計、制作する必要がある。また、比誘電率（εｒ）が小さい回路基板では、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２が長くなり、回路も複雑になる。従って、比誘電率（εｒ）の大きい樹脂基板を使用することも必要になる。
【００２４】
例えば、比誘電率（εｒ）が４．８の樹脂基板を用い、この樹脂基板上に周波数５００ＭＨｚのバラン回路を構成すると、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、約６８．５ｍｍとなる。また、同様に、周波数６００ＭＨｚのバラン回路を構成すると、ストリップ線の長さＬ１およびＬ２は、約５７．１ｍｍとなる。このように使用する周波数と樹脂基板の比誘電率（εｒ）でバラン回路のストリップ線の長さを変える必要がある。
【００２５】
本発明では、図１に示すように使用周波数帯域に応じてバラン回路を構成する樹脂基板を変更する。即ち、７００ＭＨｚのテレビジョン放送用電力増幅装置では、電力増幅用回路基板３０１に回路基板１０５および１０６を使用するが、例えば、使用周波数が、６００ＭＨｚの場合、回路基板１０５および１０６と回路基板１０７と１０８とを交換して使用する。即ち、回路基板１０７および１０８を使用する。回路基板１０７には、比誘電率（εｒ）が４．８の樹脂基板が使用され、この回路基板１０７には、入力端子１１０−１、１１０−２、入力バラン回路１０９を構成する一対のストリップ線１０９−１、１０９−２およびカップリングコンデンサ１０２−１、１０２−２と結合される端子１１１−１、１１１−２が形成されている。そして、一対のストリップ線１０９−１、１０９−２の長さＬ３は、約５７．１ｍｍに構成されている。なお、長さの調節は、ストリップ線の蛇行形状を適宜変更することで実現できる。例えば、図１のように回路基板１０５のストリップ線の蛇行形状と、回路基板１０７のストリップ線の蛇行形状は、異なっており、λｇ／４の長さに合わせた形状に構成されている。
【００２６】
同様に、回路基板１０８には、カップリングコンデンサ１０３−１、１０３−２と結合される端子１１２−１、１１２−２、出力バラン回路１１３を構成する一対のストリップ線１１３−１、１１３−２および出力端子１１４−１、１１４−２が形成されている。そして、一対のストリップ線１０９−１、１０９−２の長さＬ４は、約５７．１ｍｍに構成されている。
【００２７】
以上のように７００ＭＨｚに使用する回路基板１０５と１０６とは別に、６００ＭＨｚに使用する回路基板１０７と１０８を用意しておくと、電力増幅用回路基板３０１、増幅回路３０４およびバイアス回路３０５等の共通部分はそのままで、回路基板１０５、１０６を回路基板１０７、１０８に差換えるだけで、７００ＭＨｚの使用周波数の電力増幅用回路基板３０１を６００ＭＨｚの使用周波数の電力増幅用回路基板３０１に簡単に変更が可能である。即ち、電力増幅用回路基板３０１の一部を共通化し、多種類の使用周波数に対応できる電力増幅装置が構成できる。また、増幅回路３０４は、動作周波数の帯域は、一般的に広いため、広範囲の周波数帯においても使用可能である。勿論、使用帯域が増幅回路３０４の帯域をオーバする場合には、その帯域に合った増幅器と交換することもできることは勿論である。
【００２８】
なお、上述した実施例では、２種類の使用周波数、７００ＭＨｚと６００ＭＨｚについて説明したが、同様の方法で、ｆ３、ｆ４、・・・ｆｎの使用周波数に対応する入力側バラン回路および出力側バラン回路の回路基板を前もって設計、制作しておくことによって電力増幅用回路基板３０１は共通で、組み合わせる回路基板により任意の周波数帯域に対応できる電力増幅装置を実現することが可能となる。また、このように多数の回路基板を前もって準備しておくと、容易に利用することができるが、そのためには、回路基板の大きさは、差換えが容易で、また、電気的特性も一致させることが必要であるので、同じ寸法の回路基板で構成されることが望ましい。また、周波数に応じて異なるため例えば、各回路基板には、６００ＭＨｚ入力回路基板、６００ＭＨｚ出力回路基板等の表示１１５、１１６が設けられ、誤使用とならない工夫がなされている。
【００２９】
以上説明した実施例では、電力増幅用回路基板３０１のバラン回路部分を切抜いたような回路基板１０５、１０６を回路基板１０７、１０８と差換える場合について説明したが、例えば、電力増幅用回路基板３０１は、平坦な樹脂基板とし、この樹脂基板に入力端子３０２−１、３０２−２、増幅回路３０４、バイアス回路３０５および出力端子３０７−１、３０７−２を形成し、この平坦の樹脂基板の上に上述の回路基板１０５、１０６を載置するような構造とすることもできる。なお、このような構造の場合には、入出力端子、増幅回路等との接続は、段差が生じるので、それらの接続には工夫が必要であるが、従来周知の段差構造の接続で実現できる。
【００３０】
更に、上述した実施例では、１段の増幅回路を用いた電力増幅装置について説明したが、使用する機器によっては多段増幅が必要な場合がある。その場合には、絶縁樹脂基板を共通にし、上述の電力増幅用回路基板に形成される入力バラン回路、増幅回路、出力バラン回路を複数段繰返す構造とすることにより多段の電力増幅装置を実現できることは言うまでもない。
【００３１】
以上説明したように異なる周波数帯域の電力増幅装置に適宜対応でき、極めて効果的なことは言うまでもないが、バラン回路のストリップ線の長さや線幅（パターン幅）を実験的に微調整したい場合等でも数種類のパターンからバラン回路の設計仕様を決めることが可能となる等の特徴を有する。また、本発明は、バイアス回路１を含む電力増幅回路３０４は、共通とし、バラン回路の回路基板のみを交換すればよいため、製作に費やす時間やマンパワーの効率向上も図ることができる。さらに、使用する基板材料、部品材料を少なくする効果もあり、環境保護の面からも非常に有効である。
【００３２】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された電力増幅装置の実施例に限定されるものではなく、上記以外の電力増幅装置に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を説明するための斜視図を示す。
【図２】図１に示す本発明の一実施例の等価回路を示す図である。
【図３】従来の電力増幅装置の一例を示す概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１、１１０、３０２：入力端子、１０２、１０３：カップリングコンデンサ、１０４、１１４、３０７：出力端子、１０５、１０６、１０７、１０８：回路基板、１０９、３０３：入力バラン回路、１１１、１１２：端子、１１３、３０６：出力バラン回路、１１５、１１６：名前表示、２０１−１、２０１−２：増幅用トランジスタ、２０２、２０３：同軸ケーブル、３０１：電力増幅用回路基板、３０３−１、３０３−２：ストリップ線、３０４：増幅回路、３０５：バイアス回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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