(57)【要約】【課題】小型の回路構成で、高調波を抑圧することができるバランス型広帯域増幅器を得ることを目的とする。【解決手段】一対の単位増幅器４ａ，４ｂの動作周波数帯域における低域端ｆLの２倍の周波数２ｆLで共振状態となる一対の直列共振回路８ａ，８ｂと、一対の直列共振回路８ａ，８ｂの間に直列に接続されているＮ型ＦＥＴ１１とから構成されている帯域通過型回路が、一対の単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子間に接続されているように構成する。【選択図】図１
2013135304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差が９０度である入力電力を２分配する９０°ハイブリッドと、上記９０°ハイブリッドにより２分配された入力電力を増幅する動作周波数帯域の幅が１オクターブである一対の単位増幅器と、上記一対の単位増幅器により増幅された入力電力を合成する９０°ハイブリッドとを備えたバランス型広帯域増幅器において、
上記一対の単位増幅器の動作周波数帯域における低域端の２倍の周波数で共振状態となる一対の直列共振回路と、上記一対の直列共振回路の間に直列に接続されている単極／単投スイッチとから構成されている帯域通過型回路が、上記一対の単位増幅器の出力端子間に接続されていることを特徴とするバランス型広帯域増幅器。
【請求項２】
位相差が９０度である入力電力を２分配する９０°ハイブリッドと、上記９０°ハイブリッドにより２分配された入力電力を増幅する動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上である一対の単位増幅器と、上記一対の単位増幅器により増幅された入力電力を合成する９０°ハイブリッドとを備えたバランス型広帯域増幅器において、
上記一対の単位増幅器の動作周波数帯域における低域端の２倍の周波数で共振状態となる一対の直列共振回路と、上記一対の直列共振回路の間に直列に接続されている単極／単投スイッチとから構成されている帯域通過型回路が、上記一対の単位増幅器の出力端子間に複数個並列に接続されていることを特徴とするバランス型広帯域増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動作周波数帯域の幅が１オクターブ、あるいは、動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上であるバランス型広帯域増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動作周波数帯域の幅が１オクターブ、あるいは、動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上であるバランス型広帯域増幅器では、その動作周波数帯域における低域端ｆLの成分と、その低域端ｆLの成分の２倍波に相当する周波数２ｆLの成分の双方が増幅器自身の通過帯域に含まれる。
そのため、バランス型広帯域増幅器の動作周波数がｆLであるとき、その高調波成分である周波数２ｆLの成分の輻射を抑圧する必要がある場合、１８０°電力分配合成回路からなるプッシュプル増幅器が用いられることがある。あるいは、増幅器の外部に切換機能又は可変機能を有するフィルタが接続されることがある。
【０００３】
ここで、図３は以下の特許文献１に開示されているバランス型広帯域増幅器を示す構成図であり、このバランス型広帯域増幅器は、１８０°電力合成分配回路（バラン）を用いたプッシュプル型増幅器である。
図３のプッシュプル型増幅器では、増幅対象の信号の周波数がｆLである場合、当該増幅器を構成している一対の単位増幅器の出力端子において、周波数ｆLの成分が互いに逆相になり、周波数ｆLの２倍波２ｆLの成分が同相になる。
そのため、出力側の１８０°電力合成回路において、周波数ｆLの成分が２合成されて出力されるが、２倍波２ｆLの成分は互いに逆相で相殺されるため出力されない。
【０００４】
また、図４は広帯域増幅器の出力側に、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｄｕａｌ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチからなる切換型フィルタが接続されているバランス型広帯域増幅器を示す構成図である。
広帯域増幅器においては、動作周波数帯域の低域端をｆLとすると、周波数ｆLの２倍波周波数２ｆLが動作周波数帯域に含まれるため、周波数ｆLの成分を増幅する際に、２倍波周波数２ｆLの輻射を抑圧することができない。
そこで、図４のバランス型広帯域増幅器では、ＳＰＤＴスイッチを広帯域増幅器の出力端に接続し、そのＳＰＤＴスイッチが、２倍波周波数２ｆLを通過させる伝送線路と、２倍波周波数２ｆLの通過を阻止するフィルタとを切り換えるようにしている。
これにより、広帯域増幅器の動作周波数が周波数ｆLのときには、ＳＰＤＴスイッチをフィルタ側に切換えることで２倍波２ｆLの輻射を抑圧し、広帯域増幅器の動作周波数が２倍波周波数２ｆLのときは、ＳＰＤＴスイッチを伝送線路側に切り換えることで増幅された２倍波２ｆLの成分を通過させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１２２５２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のバランス型広帯域増幅器は以上のように構成されているので、２倍波２ｆLの成分を抑圧することができるが、プッシュプル型増幅器では、一対の単位増幅器からの反射波が互いに同相で合成されるため、増幅器全体の入出力反射係数が大きくなってしまう課題があった。特に動作周波数帯域の幅が１オクターブを超えるような広帯域増幅器では、単位増幅器の反射係数を小さく保つことが困難であるため、この課題が顕在化する傾向にある。
また、ＳＰＤＴスイッチが、２倍波周波数２ｆLを通過させる伝送線路と、２倍波周波数２ｆLの通過を阻止するフィルタとを切り換える方式では、ＳＰＤＴスイッチが複数個のＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｔｈｒｏｗ）スイッチから構成されることが一般的であるため、回路寸法の大型化を招いてしまう課題があった。また、切換型フィルタを構成する伝送線路とフィルタの回路寸法と相まって回路寸法がかなり大きくなってしまう課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小型の回路構成で、高調波を抑圧することができるバランス型広帯域増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るバランス型広帯域増幅器は、位相差が９０度である入力電力を２分配する９０°ハイブリッドと、９０°ハイブリッドにより２分配された入力電力を増幅する動作周波数帯域の幅が１オクターブである一対の単位増幅器と、一対の単位増幅器により増幅された入力電力を合成する９０°ハイブリッドとを備え、一対の単位増幅器の動作周波数帯域における低域端の２倍の周波数で共振状態となる一対の直列共振回路と、一対の直列共振回路の間に直列に接続されている単極／単投スイッチとから構成されている帯域通過型回路が、一対の単位増幅器の出力端子間に接続されているようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、一対の単位増幅器の動作周波数帯域における低域端の２倍の周波数で共振状態となる一対の直列共振回路と、一対の直列共振回路の間に直列に接続されている単極／単投スイッチとから構成されている帯域通過型回路が、一対の単位増幅器の出力端子間に接続されているように構成したので、小型の回路構成で、高調波を抑圧することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１によるバランス型広帯域増幅器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるバランス型広帯域増幅器の等価回路を示す回路図である。
【図３】特許文献１に開示されているバランス型広帯域増幅器を示す構成図である。
【図４】広帯域増幅器の出力側に、ＳＰＤＴスイッチからなる切換型フィルタが接続されているバランス型広帯域増幅器を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバランス型広帯域増幅器を示す構成図である。
図１において、誘電体基板１は伝送線路２、９０°ハイブリッド３，５や単位増幅器４ａ，４ｂなどが表示面に形成されているが、裏面は金属で裏打ちされている基板である。
伝送線路２は金属導体で構成されており、誘電体基板１の表面に形成されている。
９０°ハイブリッド３は例えばランゲカプラから構成されており、位相差が９０度である入力信号の電力を２分配して、分配後の信号を単位増幅器４ａ，４ｂに出力する。
なお、９０°ハイブリッド３の分配端子は単位増幅器４ａ，４ｂの入力端子が接続されており、一方の入力端子は伝送線路２を介して誘電体基板１の入力端子と接続され、他方の入力端子は薄膜抵抗６を介してスルーホール７（誘電体基板１の表裏面を電気的に接続する部材）と接続されている。
【００１２】
単位増幅器４ａは動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上の増幅器（例えば、動作周波数帯域の低域端ｆLが１ＧＨｚであれば、動作周波数帯域の高域端ｆHが２ＧＨｚ以上の増幅器）であり、９０°ハイブリッド３により２分配された一方の信号を増幅し、増幅後の信号を伝送線路２を介して９０°ハイブリッド５に出力する。
単位増幅器４ｂは動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上の増幅器であり、９０°ハイブリッド３により２分配された他方の信号を増幅し、増幅後の信号を伝送線路２を介して９０°ハイブリッド５に出力する。
【００１３】
９０°ハイブリッド５は例えばランゲカプラから構成されており、一対の単位増幅器４ａ，４ｂにより増幅された信号の電力を合成する。
なお、９０°ハイブリッド５の入力端子は単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子が接続されており、一方の出力端子は伝送線路２を介して誘電体基板１の出力端子と接続され、他方の出力端子は薄膜抵抗６を介してスルーホール７と接続されている。
【００１４】
直列共振回路８ａは一端が単位増幅器４ａの出力端子と接続されており、単位増幅器４ａの動作周波数帯域における低域端ｆLの２倍の周波数２ｆLで共振状態となる回路であり、直列共振回路８ａは、インダクタとして動作する高インピーダンスの伝送線路９と、櫛型の導体パターンを対向させることで形成されているインターデジタルキャパシタ１０とから構成されている。
直列共振回路８ｂは一端が単位増幅器４ｂの出力端子と接続され、他端がＮ型ＦＥＴ１１を介して直列共振回路８ａと接続されており、単位増幅器４ｂの動作周波数帯域における低域端ｆLの２倍の周波数２ｆLで共振状態となる回路であり、直列共振回路８ｂは、インダクタとして動作する高インピーダンスの伝送線路９と、櫛型の導体パターンを対向させることで形成されているインターデジタルキャパシタ１０とから構成されている。
【００１５】
Ｎ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１１はＳＰＳＴスイッチ（単極／単投スイッチ）として動作するスイッチであり、直列共振回路８ａと直列共振回路８ｂの間に直列に接続されており、直列共振回路８ａ，８ｂ及びＮ型ＦＥＴ１１から帯域通過型回路が構成されている。
なお、単位増幅器４ａの動作周波数帯域の幅が１オクターブである場合、１個の帯域通過型回路が単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子間に接続されるが、単位増幅器４ａの動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上である場合、複数個の帯域通過型回路が単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子間に並列に接続される。
図１の例では、２個の帯域通過型回路が単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子間に並列に接続されている。
【００１６】
電極１３は薄膜抵抗１２（増幅する高周波成分の漏洩を防ぐだけの高い抵抗値を有する抵抗）を介してＮ型ＦＥＴ１１と接続されており、Ｎ型ＦＥＴ１１に対して制御電圧を供給する。
なお、図１のバランス型広帯域増幅器では、誘電体基板１の外部からバイアス電圧が単位増幅器４ａ，４ｂに印加されるものとして、そのバイアス回路の図示は省略している。
【００１７】
次に動作について説明する。
図１のバランス型広帯域増幅器は、単位増幅器４ａ，４ｂや、９０°ハイブリッド３，５などから構成されているが、これらの構成要素は、いずれも１オクターブ以上の動作周波数帯域幅を有しているため、増幅器全体としても、１オクターブ以上の動作周波数帯域幅を有している。
【００１８】
この実施の形態１では、バランス型増幅器を構成している単位増幅器４ａ，４ｂの出力側に、高インピーダンスの伝送線路９とインターデジタルキャパシタ１０からなる一対の直列共振回路８ａ，８ｂと、ＳＰＳＴスイッチであるＮ型ＦＥＴ１１と、Ｎ型ＦＥＴ１１に対して制御電圧を印加する電極１３とを加えたものであり、その等価回路は、図２のようになる。
以下、図２に示す等価回路に基づいて、バランス型広帯域増幅器の動作を説明する。
【００１９】
バランス型広帯域増幅器が一般的に有する利点として、増幅器全体の入出力端子から見た入出力反射係数を小さくできることが挙げられる。
例として、単位増幅器４ａ，４ｂの入力側をみると、入力端子から入力された信号が、９０°ハイブリッド３により９０°の位相差で２分配されて単位増幅器４ａ，４ｂに入力され、その反射波は９０°ハイブリッド３に再び入力されるが、これらの反射波は、９０°ハイブリッド３の端子のうち、抵抗Ｚｏが接続されている端子（薄膜抵抗６を介してスルーホール７と接続されている端子）で、互いに同相で出力されて合成され、誘電体基板１の入力端子では、互いに逆相で出力されて相殺される。
したがって、抵抗Ｚｏを９０°ハイブリッド３の入力インピーダンス（通常は５０Ω）として、その一端を電気的に接地することで、反射波を抵抗Ｚｏに吸収させて、増幅器全体で見た入力反射係数を十分小さくすることができる。
同様の動作原理により、増幅器全体の出力側反射係数も小さくすることができる。
【００２０】
次に、この実施の形態１によるバランス型広帯域増幅器が有するもう一つの利点（高調波抑圧機能）について説明する。
図１のバランス型広帯域増幅器は、上述したように、１オクターブ以上の動作周波数帯域幅を有しているため、その動作周波数帯域における低域端ｆLの２倍の周波数２ｆLが本増幅器の動作帯域に含まれ、バランス型広帯域増幅器を運用する際に一般的に要求される高調波抑圧が難しくなる（特に、電力レベルが比較的大きくなる２倍波の抑圧が難しくなる）。
【００２１】
この実施の形態１では、周波数ｆLの成分を増幅して通過させながら、周波数２ｆLの成分だけを抑圧するために、単位増幅器４ａ，４ｂの出力側に、一対の直列共振回路８ａ，８ｂ（Ｌ１、Ｃ１の直列共振回路）とＮ型ＦＥＴ１１を接続している。
増幅器全体の入力端子から周波数ｆLの信号が位相角０°で入力されるとすると、単位増幅器４ａ，４ｂの入力端子における周波数ｆLの成分の位相角は各々０°，−９０°となり、単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子には，増幅された周波数ｆLの成分が各々位相角０°，−９０°となる（単位増幅器の通過移相量は０°と考える）。
【００２２】
一方、単位増幅器４ａ，４ｂの非線形性により、単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子には、周波数２ｆLの成分が発生するが、その位相角は各々０°，−１８０°となり、周波数ｆLの成分の２倍となる。
したがって、図２に示す回路対称面は、周波数２ｆLの成分に対しては電気的短絡面となり、図２に示す直列共振回路８ａ，８ｂの共振周波数を２ｆLとして、Ｎ型ＦＥＴ１１をオン状態（電極１３が正の制御電圧をＮ型ＦＥＴ１１に印加する）とすることで、図２における点Ａと点Ｂは、いずれも周波数２ｆLにおいて電気的短絡点となる。
このため、周波数２ｆLの成分は、点Ａと点Ｂで全反射され、増幅器全体の出力端子へは出力されない。
【００２３】
直列共振回路８ａ，８ｂは、周波数がｆLであれば、そのインピーダンスが十分大きくなるため、図２における点Ａ，点Ｂにおいて、直列共振回路８ａ，８ｂの影響は無視でき、増幅すべき周波数ｆLの成分は殆ど損失なく、増幅器全体の出力端子へ出力される。
このとき、増幅器への入力周波数がｆLより、ある程度大きくなったとしても、その２倍波の周波数において、点Ａと点Ｂが電気的短絡に近い状態となるため、一定の２倍波の抑圧特性を呈することが可能となる。
【００２４】
しかし、直列共振回路８ａ，８ｂにより遮断できる２倍波周波数範囲は、ある程度制限される。
この実施の形態１では、直列共振回路８ａ，８ｂで対応できない２倍波周波数を抑圧するために、図２に示すもう一つ別の直列共振回路８ａ，８ｂ（Ｌ２、Ｃ２の直列共振回路）とＮ型ＦＥＴ１１を接続している。
この直列共振回路８ａ，８ｂ（Ｌ２、Ｃ２の直列共振回路）では、直列共振周波数が２ｆLより高い周波数２ｆL’に設定されており、上述した動作と同様の原理により、増幅器への入力周波数がｆL’（＞ｆL）のときの２倍波２ｆL’の周波数成分を抑圧することができる。
【００２５】
例えば、広帯域増幅器の動作周波数帯域幅が１：３（低域端ｆL、高域端３ｆL）の場合には、２ｆL’≒３ｆLとすることが考えられる。
なお、この実施の形態１において、増幅器に入力される増幅すべき周波数が、上述したｆLやｆL’ではなく、２ｆLや２ｆL’となる場合には、直列共振回路８ａ，８ｂ（Ｌ１、Ｃ１の直列共振回路、あるいは、Ｌ２、Ｃ２の直列共振回路）のＮ型ＦＥＴ１１をオフ状態として、直列共振回路８ａ，８ｂが周波数２ｆLあるいは２ｆL’でほぼ影響しないようにする。
これにより、周波数２ｆLあるいは２ｆL’で不要な内部損失を有さない高利得な広帯域増幅器を構成することができる。
【００２６】
なお、直列共振回路８ａ，８ｂ（Ｌ１、Ｃ１の直列共振回路、あるいは、Ｌ２、Ｃ２の直列共振回路）とＮ型ＦＥＴ１１からなる通過帯域型回路を、図２の点Ａ，点Ｂの位置ではなく、バランス増幅器全体の出力端子（図２の点Ｃの位置）に接続することも考えられる。
しかし、この場合、Ｎ型ＦＥＴ１１をオフ状態としたときに、Ｎ型ＦＥＴ１１に印加される電圧が、この実施の形態１の場合と比べて大きくなるため、Ｎ型ＦＥＴ１１の過電力による破壊や、歪信号成分の増加による通信品質の劣化を招く可能性が高まる問題が生じる。
この実施の形態１の構成を採ることにより、それらの可能性を低減することが可能となる。
【００２７】
このように、９０°ハイブリッド３，５及び単位増幅器４ａ，４ｂから構成され、動作周波数帯域の幅が１オクターブ以上のバランス型広帯域増幅器において、単位増幅器４ａ，４ｂの出力端子間に一対の直列共振回路８ａ，８ｂとＮ型ＦＥＴ１１からなる通過帯域型回路を接続し、増幅対象の信号周波数に応じて、Ｎ型ＦＥＴ１１を適宜切り換えることで、入出力反射係数が広帯域に亘り小さくなり、また、増幅対象の信号の周波数の高調波が増幅器自身の増幅帯域に含まれる場合でも、その高調波を抑圧することが可能となる。
【００２８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  誘電体基板、２  伝送線路、３，５  ９０°ハイブリッド、４ａ，４ｂ  単位増幅器、６  薄膜抵抗、７  スルーホール、８ａ，８ｂ  直列共振回路、９  高インピーダンスの伝送線路、１０  インターデジタルキャパシタ、１１  Ｎ型ＦＥＴ（単極／単投スイッチ）、１２  薄膜抵抗、１３  電極。
【図１】
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【図２】
2013135304.tif 000004
【図３】
2013135304.tif 000005
【図４】
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