(57)【要約】【課題】従来に比べて小さな占有面積で配置され、かつ、出力信号の損失をできる限り低減することができる電力増幅器および送信機を提供する。【解決手段】電力増幅器１６はハイブリッド電力分配器２２およびハイブリッド電力結合器２３の間に設けられたアンプ回路２４を有するバランスアンプ２１を備える。ハイブリッド電力結合器２３のアイソレーションポート２３ｄに検波回路２７が接続される。【選択図】図２
2012095196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド電力分配器およびハイブリッド電力結合器の間に設けられたアンプ回路を有するバランスアンプと、前記ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される検波回路とを備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅器において、前記ハイブリット電力分配器および前記ハイブリッド電力結合器はブランチラインカプラまたはラットレースハイブリッドで構成されることを特徴とする電力増幅器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力増幅器において、前記アイソレーションポートと前記検波回路との間に挿入される整合回路および小信号アンプをさらに備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力増幅器において、前記ハイブリッド電力分配器のアイソレーションポートに整合回路および小信号アンプを備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項５】
可変アッテネータおよび／または自動利得制御アンプと、
局部信号発振器およびミキサと、
ハイブリッド電力分配器およびハイブリッド電力結合器の間に設けられたアンプ回路を有し、前記可変アッテネータおよび／または自動利得制御アンプから供給される信号の電力を増幅するバランスアンプと、
前記ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される検波回路と、
前記検波回路の出力に基づき前記可変アッテネータまたは自動利得制御アンプを調整する制御回路と
を備えることを特徴とする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バランスアンプを有する電力増幅器および送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば衛星通信用のブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）といった送信機は広く知られる。ブロックアップコンバータでは出力信号の出力レベルが調整されるものもある。出力レベルの調整にあたって自動利得制御（ＡＧＣ）アンプや可変アッテネータが利用される。ＡＧＣアンプや可変アッテネータの制御のために出力信号の一部が検波され用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
検波回路の接続にあたって、例えば特許文献１に開示されるように、プリント基板上に形成した方向性結合器が広く用いられる。方向性結合器は線路の順方向および逆方向で双方の信号の一部を取り出すことができるものの、送信機ではアンテナに向かう方向のみ信号が検出されればよく、不要な端子は線路の特性インピーダンスと等価な高周波用抵抗で終端される。このように方向性結合器は出力信号の一部を取り出すことから、出力信号は出力レベルの低下に曝される。しかも、方向性結合器はプリント基板上で比較的に大きな面積を占有してしまう。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、従来に比べて小さな占有面積で配置され、かつ、出力信号の損失をできる限り低減することができる電力増幅器および送信機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】
【０００６】
上記目的を達成するために、バランスアンプのアイソレーションポートに接続される検波回路を備えることを特徴とする電力増幅器が提供される。
【０００７】
かかる電力増幅器では、アイソレーションポートの出力に基づき検波が実施されることから、バランスアンプの出力で出力レベルの低下は回避されることができる。加えて、いわゆる方向性結合器が省略されることから、電力増幅器の占有空間は縮小されることができる。しかも、方向性結合器に使用される特性インピーダンスの終端抵抗は省略されることができる。こういった終端抵抗には一般の抵抗器よりも高価な高周波用抵抗が用いられることから、方向性結合器の省略に応じて電力増幅器の部品コストは著しく低減されることができる。
【０００８】
バランスアンプは、前段のハイブリッド電力分配器と、前記ハイブリッド電力分配器で分配された信号を出力する２つのポートにそれぞれ接続されるアンプ回路と、アンプ回路に接続される後段のハイブリッド電力結合器とを備えればよい。こうしたバランスアンプによれば、分配される信号が個々に増幅され、それぞれの出力が合成されて出力電力が得られることから、個々のアンプ回路の飽和を回避しつつ個々のアンプ回路の能力以上の出力電力（例えば個々のアンプ回路の出力電力が２Ｗの場合、バランスアンプとしての電力出力は４Ｗ）が得られる。検波回路はハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される。
【０００９】
電力増幅器は、前記アイソレーションポートに接続される高周波用終端抵抗をさらに備えてもよい。こうした電力増幅器では、高周波用終端抵抗の両端の電圧が検波されることから、広帯域な検波回路は実現されることができる。しかも、高周波用終端抵抗は検波回路の直流成分の経路として利用されることができる。反射特性は向上する。
【００１０】
電力増幅器は、前記アイソレーションポートと前記検波回路との間に挿入される整合回路および小信号アンプをさらに備えてもよい。小信号アンプはアイソレーションポートの出力を増幅することから、検波回路には増幅後の出力が入力される。微小信号の出力に比べて検波回路の検波精度は向上する。さらに、検波にあたって高周波用終端抵抗は省略されることができる。高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、電力増幅器の部品コストはさらに低減されることができる。
【００１１】
電力増幅器は、前記ハイブリッド電力分配器のアイソレーションポートに接続される整合回路および小信号アンプをさらに備えてもよい。アイソレーションポートに接続されるべき高周波用終端抵抗は省略されることができる。小信号アンプには、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、電力増幅器の部品コストはさらに低減されることができる。
【００１２】
前述の電力増幅器は送信機に組み込まれることができる。こういった送信機は、例えば、可変特性を有する出力レベル調整回路（ＡＧＣアンプおよび／または可変アッテネータ）と、ハイブリッド電力分配器およびハイブリッド電力結合器の間に設けられたアンプ回路を有し、前記出力レベル調整回路から供給される信号の電力を増幅するバランスアンプと、前記ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポートに接続される検波回路と、前記検波回路の出力に基づき前記出力レベル調整回路を調整する制御回路とを備えればよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように開示の電力増幅器および送信機によれば、従来に比べて占有面積は縮小され、しかも、出力信号の損失は低減されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】送信機の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】一具体例に係るバランスアンプの構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】他の具体例に係るバランスアンプの構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】第２実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】第３実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプの構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１６】
図１は送信機の構成を概略的に示す。送信機１１は可変アッテネータ１２およびＩＦ（中間周波）アンプ１３を備える。中間周波信号は可変アッテネータ１２で減衰されＩＦアンプ１３で増幅される。ＩＦアンプ１３は例えば自動利得制御（ＡＧＣ）アンプと共用とすることができる。この種の送信機１１は例えばブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）といった衛星通信機用送信機その他の無線送信機で例えられることができる。
【００１７】
ＩＦアンプ１３にはミキサ１４が接続される。ミキサ１４で中間周波信号（ＩＦ）に局部発振器の局部発振信号（ＬＯ）がミキシングされる。その結果、信号周波数は中間周波信号（ＩＦ）と局部発振信号（ＬＯ）の和となり出力周波信号（ＲＦ）が生成される。局部発振信号（ＬＯ）の周波数は例えばマイクロ波の周波通帯域で適宜に設定される。ここでは、例えば３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの範囲で設定されればよい。ミキサ１４の後段にはＲＦアンプ１５が接続される。ＲＦアンプ１５はミキサ１４の出力を増幅する。
【００１８】
ＲＦアンプ１５の後段にはパワーアンプ１６が接続される。パワーアンプ１６は規定の出力レベルまでＲＦアンプ１５の出力信号を増幅する。パワーアンプ１６の出力すなわち出力周波信号（ＲＦ）はアンテナ１７から無線信号として空間に伝搬する。こうして送信機１１から無線信号が送信される。同時に、パワーアンプ１６は出力周波信号（ＲＦ）を検波して検波出力として出力する。検波出力はパワーアンプ１６から出力される出力周波信号（ＲＦ）の出力レベルを反映する。
【００１９】
パワーアンプ１６には制御回路１８が接続される。パワーアンプ１６の検波出力は制御回路１８に入力される。制御回路１８は検波出力に基づき可変アッテネータ１２およびＡＧＣアンプを制御する。なお、制御回路１８は、可変アッテネータ１２およびＡＧＣアンプのうち少なくともいずれか一方を制御する。
【００２０】
図２は本発明の第１実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ１６を示す。パワーアンプ１６はバランスアンプ２１を備える。このバランスアンプ２１は前段のハイブリッド電力分配器２２と後段のハイブリッド電力結合器２３とを備える。ハイブリッド電力分配器２２の入力ポート２２ａにＲＦアンプ１５の出力信号は入力される。ハイブリッド電力分配器２２の１対の出力ポート２２ｂ、２２ｃにはそれぞれ個別にアンプ回路２４、２４が接続される。アンプ回路２４はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）で形成される。２つのアンプ回路２４、２４は同一の特性を有する。アンプ回路２４の出力にハイブリッド電力結合器２３の１対の入力ポート２３ａ、２３ｂが接続される。規定の出力レベルまで増幅された出力周波信号（ＲＦ）がハイブリッド電力結合器２３の出力ポート２３ｃから出力される。ハイブリッド電力分配器２２のアイソレーションポート２２ｄおよびハイブリッド電力結合器２３のアイソレーションポート２３ｄにはそれぞれ高周波用終端抵抗２５、２６が接続される。本実施例における伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωであるため、高周波用終端抵抗２５、２６には５０Ωの抵抗素子が用いられる。
【００２１】
ハイブリッド電力結合器２３のアイソレーションポート２３ｄには検波回路２７が接続される。検波回路２７は、アイソレーションポート２３ｄに接続されるダイオード２８を備える。ダイオード２８は、アイソレーションポート２３ｄから出力される高周波信号を半波整流する。ダイオード２８の出力にはコンデンサ２９および抵抗３１が相互に並列に接続される。コンデンサ２９および抵抗３１の働きで信号の平滑化が行われる。こうしてダイオードの２８の出力は検波信号となる。出力周波信号（ＲＦ）の強度に比例した検波出力は制御回路１８に入力される。出力周波信号（ＲＦ）が一定の出力レベルで出力されるように制御回路１８は検波出力に基づき可変アッテネータ１２および／またはＡＧＣアンプを制御する。
【００２２】
図３に示されるように、ハイブリッド電力分配器２２およびハイブリッド電力結合器２３には３ｄＢ９０°ハイブリッドカプラ（以下「ブランチラインカプラ」という）３３、３４が用いられればよい。個々のブランチラインカプラ３３、３４では第１ポート３３ａ、３４ａと第４ポート３３ｄ、３４ｄとの間には特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）で線路長λ／４の線路がブランチとして形成される。同様に、第２ポート３３ｂ、３４ｂと第３ポート３３ｃ、３４ｃとの間には特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）で線路長λ／４の線路がブランチとして形成される。その一方で、第１ポート３３ａ、３４ａと第２ポート３３ｂ、３４ｂとの間、および、第４ポート３３ｄ、３４ｄと第３ポート３３ｃ、３４ｃとの間には特性インピーダンスＺ０／√２（＝３５．３５Ω）で線路長λ／４の線路がブランチとして形成される。前段のブランチラインカプラ３３では、例えば第１ポート３３ａから０［ｄＢｍ］の信号が入力されると、入力信号は等分配され第２ポート３３ｂおよび第３ポート３３ｃから−３［ｄＢｍ］の信号が９０°の位相差をもって出力され、第４ポート３３ｄすなわちアイソレーションポート２２ｄから−３０［ｄＢｍ］程度の信号が現れる。前段のブランチラインカプラ３３の第２ポート３３ｂおよび第３ポート３３ｃにアンプ回路２４、２４が接続される。アンプ回路２４、２４の出力には後段のブランチラインカプラ３４の第１ポート３４ａおよび第４ポート３４ｄがそれぞれ接続される。個々のアンプ回路２４、２４の増幅度が２５［ｄＢ］とすると、後段のブランチラインカプラ３４の第３ポート３４ｃから各アンプ回路２４の出力が同相で合成され２５［ｄＢｍ］の出力周波信号（ＲＦ）が出力される。第２ポート３４ｂすなわちアイソレーションポート２３ｄには−５［ｄＢｍ］程度の信号が現れる。この第２ポート３４ｂの出力が検波用出力として用いられる。
【００２３】
以上のようなパワーアンプ１６によれば、高周波用終端抵抗２６の両端の電圧が検波されることから、広帯域な検波回路２７が実現されることができる。しかも、高周波用終端抵抗２６は、検波回路２７から出力される直流成分の経路として利用されることができる。反射は確実に回避されることができる。検波にあたって第３ポート３４ｃに出力される出力周波信号（ＲＦ）から検波用に信号が取り出されるわけではないことから、出力周波信号（ＲＦ）の出力レベルの低下は回避されることができる。加えて、いわゆる方向性結合器が不要になることから、プリント基板上でパワーアンプ１６の占有面積は縮小されることができる。しかも、方向性結合器に使用される５０Ωの終端抵抗は不要になる。こういった終端抵抗には一般の抵抗器よりも高価で大型な高周波用抵抗が用いられることから、方向性結合器の省略に応じてパワーアンプ１６の部品コストは著しく低減されることができる。
【００２４】
パワーアンプ１６ではブランチラインカプラ３３、３４に代えて１．５λ型３ｄＢラットレースハイブリッド（以下「ラットレースハイブリッド」という）３５、３６が用いられてもよい。図４に示されるように、個々のラットレースハイブリッド３５、３６では特性インピーダンス√２Ｚ０（＝７０．７１Ω）で線路長３／２λの環状線路にλ／４間隔で４本の特性インピーダンスＺ０（＝５０Ω）の線路が接続される。前段のラットレースハイブリッド３５では、第１ポート３５ａから０［ｄＢｍ］の信号が入力されると、入力信号は等分配され第２ポート３５ｂおよび第３ポートから−３［ｄＢｍ］の信号が１８０°の位相差をもって出力され、第４ポート３５ｄには−３０［ｄＢｍ］程度の信号が現れる。前段のラットレースハイブリッド３５の第２ポート３５ｂおよび第３ポート３５ｃにアンプ回路２４、２４が接続される。アンプ回路２４、２４の出力には後段のラットレースハイブリッド３６の第３ポート３６ｃおよび第２ポート３６ｂがそれぞれ接続される。個々のパワーアンプの増幅度が２５［ｄＢ］とすると、後段のラットレースハイブリッド３６の第１ポート３６ａから各アンプ回路２４が同相で合成され２５［ｄＢｍ］の出力周波信号（ＲＦ）が出力される。第４ポート３６ｄすなわちアイソレーションポート２３ｄから−５［ｄＢｍ］程度の検波出力が出力される。こうしてラットレースハイブリッド３５、３６はブランチラインカプラ３３、３４と同様にバランスアンプ２１を形成することができる。
【００２５】
図５は本発明の第２実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ１６ａを示す。このパワーアンプ１６ａはパワーアンプ１６に代えて送信機１１に組み込まれればよい。図中、パワーアンプ１６と均等な構成には同一の参照符号が付され、詳細な説明は割愛される。
【００２６】
このパワーアンプ１６ａではハイブリッド電力結合器２３のアイソレーションポート２３ｄと検波回路２７との間に小信号アンプ３７が挿入される。小信号アンプ３７には例えばＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）といった高周波用の増幅素子が用いられればよい。アイソレーションポート２３ｄと小信号アンプ３７との間すなわち小信号アンプ３７の入力には整合回路３８が接続される。同時に、小信号アンプ３７と検波回路２７との間すなわち小信号アンプ３７の出力には整合回路３９が接続される。整合回路３８、３９は例えば伝送線路およびスタブといったマイクロストリップラインのような配線パターンに基づき形成されればよい。出力周波信号（ＲＦ）に対してインピーダンス整合するように設計した整合回路３８、３９および小信号アンプ３７の働きでアイソレーションポート２３ｄに対する反射波は抑えられる。出力では広帯域化が実現される。その結果、バランスアンプ２１の特性は改善される。加えて、小信号アンプ３７はアイソレーションポート２３ｄの出力を増幅することから、検波回路２７には増幅後の信号出力が入力される。微小信号の出力に比べて検波回路２７の検波精度は向上する。さらに、検波にあたって高周波用終端抵抗２６が不要となり、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、パワーアンプ１６ａの部品コストはさらに低減されることができる。
【００２７】
図６は本発明の第３実施形態に係る電力増幅器すなわちパワーアンプ１６ｂを示す。このパワーアンプ１６ｂはパワーアンプ１６に代えて送信機１１に組み込まれればよい。図中、パワーアンプ１６と均等な構成には同一の参照符号が付され、詳細な説明は割愛される。
【００２８】
このパワーアンプ１６ｂでは前段のハイブリッド電力分配器２２のアイソレーションポート２２ｄに高周波用終端抵抗２５に代えて小信号アンプ４１が接続される。小信号アンプ４１には例えばＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）といった増幅素子が用いられればよい。アイソレーションポート２２ｄと小信号アンプ４１との間すなわち小信号アンプ４１の入力には整合回路４２が接続される。同時に、小信号アンプ４１の出力には整合回路４３が接続される。整合回路４２、４３は例えば伝送線路およびスタブといったマイクロストリップラインのような配線パターンに基づき形成されればよい。整合回路４２、４３および小信号アンプ４１の働きでアイソレーションポート２２ｄに対する反射波は抑えられる。出力では広帯域化が実現される。その結果、バランスアンプ２１の特性は改善される。加えて、高周波用終端抵抗２５が不要となり、高周波用抵抗に比べて安価な増幅素子が利用されることができることから、パワーアンプ１６ｂの部品コストはさらに低減されることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  送信機、１２  可変アッテネータ、１３  自動利得制御（ＡＧＣ）アンプを含む中間周波アンプ、１６  電力増幅器としてのパワーアンプ、１６ａ  電力増幅器としてのパワーアンプ、１６ｂ  電力増幅器としてのパワーアンプ、１８  制御回路、２１  バランスアンプ、２２  ハイブリッド電力分配器、２２ｄ  ハイブリッド電力分配器のアイソレーションポート、２３  ハイブリッド電力結合器、２３ｄ  ハイブリッド電力結合器のアイソレーションポート、２４  アンプ回路、２６  高周波用終端抵抗、２７  検波回路、３３  ハイブリッド電力分配器としての３ｄＢ９０°ハイブリッドカプラ、３４  ハイブリッド電力結合器としての３ｄＢ９０°ハイブリッドカプラ、３５  ハイブリッド電力分配器としての１．５λ型３ｄＢラットレースハイブリッド、３６  ハイブリッド電力結合器としての１．５λ型３ｄＢラットレースハイブリッド、３７  小信号アンプ、３８  整合回路、３９  整合回路、４１  小信号アンプ、４２  整合回路、４３  整合回路。
【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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