(57)【要約】デュアルバンド電力増幅器は、電力増幅器（４２０）と、第１の整合回路（４５０）と、第１の補助回路（４７０）と、第２の整合回路（４４０）と、第２の補助回路（４６０）とを含む。電力増幅器）は、入力および出力を有し、入力信号を第１および第２の周波数で増幅させるように構成される。第１の整合回路は、電力増幅器の出力に電気的に接続され、第１の周波数で負荷インピーダンスを出力インピーダンスに整合させるように構成される。第１の整合回路および第１の補助回路は、第２の周波数で負荷インピーダンスを出力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の整合回路は、電力増幅器の入力に電気的に接続され、第１の周波数でソースインピーダンスを入力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の整合回路および第２の補助回路は、第２の周波数でソースインピーダンスを入力インピーダンスに整合させるように構成される。
2017521012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルバンド電力増幅器であって、
入力および出力を有し、第１の周波数および第２の周波数で入力信号を増幅させるように構成される、電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力に電気的に接続され、前記第１の周波数で負荷インピーダンスを前記電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される、第１の整合回路と、
前記電力増幅器の出力に電気的に接続される、第１の補助回路であって、前記第１の補助回路は、少なくとも２つのシャントスタブを有し、前記第１の整合回路および前記第１の補助回路は、前記第２の周波数で前記負荷インピーダンスを前記電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される、第１の補助回路と、
前記電力増幅器の入力に電気的に接続され、前記第１の周波数でソースインピーダンスを前記電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される、第２の整合回路と、
前記電力増幅器の入力に電気的に接続される、第２の補助回路であって、前記第２の補助回路は、少なくとも２つのシャントスタブを有し、前記第２の整合回路および前記第２の補助回路は、前記第２の周波数で前記ソースインピーダンスを前記電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される、第２の補助回路と、
を備え、前記第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブおよび前記第２の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記第１の周波数の４分の１波長と実質的に等しい長さを有する、デュアルバンド電力増幅器。
【請求項２】
前記第１の周波数は、前記第２の周波数を実質的に上回る、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項３】
前記第１の周波数は、２４５０メガヘルツ（ＭＨｚ）であって、前記第２の周波数は、９１５ＭＨｚである、請求項２に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項４】
前記第１の整合回路、第２の整合回路、第１の補助回路、第２の補助回路、および前記電力増幅器は、伝送ラインによって電気的に接続される、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項５】
前記伝送ラインの入力部分の特性インピーダンスは、前記ソースインピーダンスに等しい、請求項４に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項６】
前記伝送ラインの出力部分の特性インピーダンスは、前記負荷インピーダンスに等しい、請求項４に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項７】
前記第１の周波数で、前記ソースインピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、前記第１の周波数で、前記負荷インピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項８】
前記第２の周波数で、前記ソースインピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、前記第２の周波数で、前記負荷インピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項９】
前記第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記電力増幅器の出力と平行に電気的に接続される、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項１０】
前記第２の整合回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記電力増幅器の入力と平行に電気的に接続される、請求項１に記載のデュアルバンド電力増幅器。
【請求項１１】
マイクロ波発生器であって、
第１の周波数および第２の周波数で入力信号を発生させ、ソースインピーダンスを有する、マイクロ波エネルギー源と、
入力および出力を有し、前記源から受信された入力信号を前記第１の周波数および前記第２の周波数で増幅させるように構成される、電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力に電気的に接続され、負荷インピーダンスを有する、負荷と、
前記電力増幅器の出力に電気的に接続され、前記第１の周波数で前記負荷インピーダンスを前記電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される、第１の整合回路と、
前記電力増幅器の出力に電気的に接続される、第１の補助回路であって、前記第１の補助回路は、少なくとも２つのシャントスタブを有し、前記第１の整合回路および前記第１の補助回路は、前記第２の周波数で前記負荷インピーダンスを前記電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される、第１の補助回路と、
前記第１の周波数で前記ソースインピーダンスを前記電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される、第２の整合回路と、
前記電力増幅器の入力に電気的に接続される、第２の補助回路であって、前記第２の補助回路は、少なくとも２つのシャントスタブを有し、前記第２の整合回路および前記第２の補助回路は、前記第２の周波数で前記ソースインピーダンスを前記電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される、第２の補助回路と、
を備え、前記第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブおよび前記第２の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記第１の周波数の４分の１波長と実質的に等しい長さを有する、マイクロ波発生器。
【請求項１２】
前記第１の周波数は、前記第２の周波数を実質的に上回る、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１３】
前記第１の周波数は、２４５０メガヘルツ（ＭＨｚ）であって、前記第２の周波数は、９１５ＭＨｚである、請求項１２に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１４】
前記マイクロ波エネルギー源、第１の整合回路、第２の整合回路、第１の補助回路、第２の補助回路、および前記電力増幅器は、伝送ラインによって電気的に接続される、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１５】
前記伝送ラインの入力部分の特性インピーダンスは、前記ソースインピーダンスに等しい、請求項１４に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１６】
前記伝送ラインの出力部分の特性インピーダンスは、前記負荷インピーダンスに等しい、請求項１４に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１７】
前記第１の周波数で、前記ソースインピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、前記第１の周波数で、前記負荷インピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１８】
前記第２の周波数で、前記ソースインピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、前記第２の周波数で、前記負荷インピーダンスの虚数部および前記電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【請求項１９】
前記第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記電力増幅器の出力と平行に電気的に接続される、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【請求項２０】
前記第２の整合回路の少なくとも２つのシャントスタブは、前記電力増幅器の入力と平行に電気的に接続される、請求項１１に記載のマイクロ波発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
（技術分野）
本開示は、マイクロ波発生器のためのデュアルバンド電力増幅器回路に関する。より具体的には、本開示は、同時に、１つの周波数を有する信号および別の周波数を有する信号を増幅させる、１つのデュアルバンド電力増幅器回路を含む、マイクロ波切除発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の背景）
概して、マイクロ波発生器のマイクロ波源は、単一周波数を有する信号を発生させ、その電力は、電力増幅器によってある大きさに増幅される。発生された信号は、伝送ラインを通してマイクロ波源から電力増幅器に進行する。伝送ラインの各端部は、臨界境界点であって、発生された信号は、臨界境界点の周囲のインピーダンスが整合しないとき、反射され得る。進行信号および反射された信号は、相互に重複または重畳し、これらの信号が、ある点で加算的であって、他の点で減算的であることを意味し得る。
【０００３】
進行信号および反射された信号は、定在波となり、電力浪費をマイクロ波発生器内に生じさせ、不良効率をもたらし、かつ不満足な性能をもたらし得る。さらに、進行信号および反射された信号が、加算されると、電力が伝送ラインに沿ったある場所または１つの電気構成要素において総和され、加算された電力は、マイクロ波発生器内の回路の容量を超過し、回路の破壊を生じさせ得る。本理由から、インピーダンス整合回路が、マイクロ波源と伝送ラインとの間または伝送ラインと電力増幅器との間に設置される。または、概して、あるインピーダンス整合回路が、マイクロ波源と電力増幅器の入力との間に設置され、別のインピーダンス整合回路が、増幅器の出力とマイクロ波発生器の負荷（例えば、エネルギー送達デバイス）との間に設置される。
【０００４】
切除手技では、異なる周波数を有する信号が、異なるタイプの組織を処置するために必要とされ得る。したがって、マイクロ波発生器は、異なるタイプの組織を切除するための必要性を満たすために、異なる周波数を有する信号を発生させる必要がある。１つの周波数に対するインピーダンス整合回路は、別の周波数に対するインピーダンスと整合しない場合がある。言い換えると、マイクロ波源が、異なる周波数を有する信号を発生させるように切り替わると、以前の周波数におけるインピーダンスと整合していたインピーダンス整合回路は、現在の周波数におけるインピーダンスに整合することができない。したがって、マイクロ波発生器は、マイクロ波発生器が発生可能である周波数と同数のインピーダンス整合回路の数を有する必要がある。これは、マイクロ波発生器のサイズおよびそれを作製するコストを増加させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要旨）
本開示は、同時に、２つの異なり、かつ独立した周波数に対してインピーダンスを整合させる、インピーダンス整合回路を含む、マイクロ波発生器のためのデュアルバンド増幅器回路を特徴とする。
【０００６】
ある実施形態では、デュアルバンド電力増幅器は、電力増幅器と、第１の整合回路と、第１の補助回路と、第２の整合回路と、第２の補助回路とを含む。電力増幅器は、入力および出力を有し、第１の周波数および第２の周波数で入力信号を増幅させるように構成される。第１の整合回路は、電力増幅器の出力に電気的に接続され、第１の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される。第１の補助回路は、電力増幅器の出力に電気的に接続され、少なくとも２つのシャントスタブを有する。第１の整合回路および第１の補助回路は、第２の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の整合回路は、電力増幅器の入力に電気的に接続され、第１の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の補助回路は、電力増幅器の入力に電気的に接続され、少なくとも２つのシャントスタブを有する。第２の整合回路および第２の補助回路は、第２の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される。第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブおよび第２の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、第１の周波数の４分の１波長と実質的に等しい長さを有する。
【０００７】
別の実施形態では、上記周波数は、第２の周波数を実質的に上回る。第１の周波数は、２，４５０メガヘルツ（ＭＨｚ）であってもよく、第２の周波数は、９１５ＭＨｚであってもよい。
【０００８】
別の実施形態では、第１の整合回路、第２の整合回路、第１の補助回路、第２の補助回路、および電力増幅器は、伝送ラインによって電気的に接続される。伝送ラインの入力部分の特性インピーダンスは、ソースインピーダンスに等しい。伝送ラインの出力部分の特性インピーダンスは、負荷インピーダンスに等しい。
【０００９】
別の実施形態では、第１の周波数で、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、第１の周波数で、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている。
【００１０】
別の実施形態では、第２の周波数で、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、第２の周波数で、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている。
【００１１】
別の実施形態では、第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、電力増幅器の出力と平行に電気的に接続される。
【００１２】
別の実施形態では、第２の整合回路の少なくとも２つのシャントスタブは、電力増幅器の入力と平行に電気的に接続される。
【００１３】
さらに別の実施形態では、マイクロ波発生器は、マイクロ波エネルギー源と、電力増幅器と、第１の整合回路と、第１の補助回路と、第２の整合回路と、第２の補助回路とを含む。マイクロ波エネルギー源は、第１の周波数および第２の周波数で入力信号を発生させ、ソースインピーダンスを有する。電力増幅器は、入力および出力を有し、第１の周波数および第２の周波数で入力信号を増幅させるように構成される。第１の整合回路は、電力増幅器の出力に電気的に接続され、第１の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される。第１の補助回路は、電力増幅器の出力に電気的に接続され、少なくとも２つのシャントスタブを有する。第１の整合回路および第１の補助回路は、第２の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の出力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の整合回路は、電力増幅器の入力に電気的に接続され、第１の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される。第２の補助回路は、電力増幅器の入力に電気的に接続され、少なくとも２つのシャントスタブを有する。第２の整合回路および第２の補助回路は、第２の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の入力インピーダンスに整合させるように構成される。第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブおよび第２の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、第１の周波数の４分の１波長と実質的に等しい長さを有する。
【００１４】
別の実施形態では、上記周波数は、第２の周波数を実質的に上回る。第１の周波数は、２，４５０メガヘルツ（ＭＨｚ）であってもよく、第２の周波数は、９１５ＭＨｚであってもよい。
【００１５】
別の実施形態では、第１の整合回路、第２の整合回路、第１の補助回路、第２の補助回路、および電力増幅器は、伝送ラインによって電気的に接続される。伝送ラインの入力部分の特性インピーダンスは、ソースインピーダンスに等しい。伝送ラインの出力部分の特性インピーダンスは、負荷インピーダンスに等しい。
【００１６】
別の実施形態では、第１の周波数で、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、第１の周波数で、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている。
【００１７】
別の実施形態では、第２の周波数で、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれていて、第２の周波数で、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０°位相がずれている。
【００１８】
別の実施形態では、第１の補助回路の少なくとも２つのシャントスタブは、電力増幅器の出力と平行に電気的に接続される。
【００１９】
さらに別の実施形態では、第２の整合回路の少なくとも２つのシャントスタブは、電力増幅器の入力と平行に電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本開示は、後続の詳細な説明と併せて検討されるとき、付随の図面を参照することによって理解され得る。
【００２１】
【図１】図１は、本開示の実施形態による、マイクロ波切除システムの例証である。
【００２２】
【図２】図２は、本開示の実施形態による、図１のマイクロ波切除システムのマイクロ波発生器の機能ブロック図である。
【００２３】
【図３】図３は、一般的マイクロ波発生器の機能回路図である。
【００２４】
【図４】図４は、本開示の実施形態による、デュアルバンド電力増幅器回路の回路図である。
【００２５】
【図５】図５は、本開示の実施形態による、デュアルバンド電力増幅器回路を設計するためのプロセスを図示する、フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（詳細な説明）
本開示による、デュアル電力増幅器回路は、デュアルバンドマイクロ波発生器が、同時に、２つの異なり、かつ独立した周波数で、良好な性能を達成することを可能にする。言い換えると、デュアル電力増幅器回路は、同時に、２つの異なり、かつ独立した周波数で、インピーダンスを整合させる。デュアルバンドマイクロ波発生器は、マイクロ波範囲周波数を有する信号を発生させる、マイクロ波源を含む。マイクロ波源は、本質的には、インピーダンス値、すなわち、ソースインピーダンスを有する。エネルギー送達デバイスは、発生された信号がエネルギー送達デバイスに伝送されるように、マイクロ波発生器の出力ポートに接続される。本エネルギー送達デバイスはまた、本質的には、インピーダンス値、すなわち、負荷インピーダンスを有する。マイクロ波源とエネルギー送達デバイスとの間またはソースインピーダンスと負荷インピーダンスとの間に、デュアルバンド電力増幅器回路が、設置され、発生された信号を２つの独立した異なるマイクロ波周波数で意図される性能のために十分な大きさに増幅させる。ソースインピーダンスと電力増幅器の入力インピーダンスとの間および電力増幅器の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの間の不整合に起因して、デュアル電力増幅器回路は、２つの独立した異なるマイクロ波周波数で、ソースインピーダンスを電力増幅器の入力インピーダンスに、および負荷インピーダンスを電力増幅器の出力インピーダンスに整合させる、入力および出力インピーダンス整合回路を含む。
【００２７】
用語「マイクロ波周波数」は、概して、３００メガヘルツ（ＭＨｚ）（３×１０８サイクル／秒）〜３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）（３×１０１１サイクル／秒）の周波数範囲内の電磁波を指す。
【００２８】
伝送ラインは、マイクロ波源、デュアル電力増幅器回路、およびエネルギー送達デバイス間を接続する。用語「伝送ライン」は、概して、１つの構成要素から別の構成要素への信号の伝搬のために使用され得る、任意の伝送媒体を指す。
【００２９】
図１は、マイクロ波発生器１００と、エネルギー送達デバイス１１０と、同軸伝送ケーブル１２０と、絶縁装置１５０とを含む、マイクロ波発生器システム１０を図示する。マイクロ波発生器１００は、組織の切除等の意図される目的のために好適である、マイクロ波範囲周波数を有する信号を発生させる。マイクロ波発生器１００は、出力ポート１００ａと、ディスプレイ１０２と、ボタン１０５とを含む。マイクロ波発生器１００は、発生された信号を同軸ケーブルと接続可能な出力ポート１００ａに出力する。ディスプレイ１０２は、発生された信号の周波数および電力等の項目を設定するための値と、タイプ（例えば、鋸歯タイプ、正弦波タイプ、方形波タイプ等）等の発生された信号のグラフィカル情報とを表示してもよい。ボタン１０５は、ユーザが、発生されるべき信号の周波数、電力の量、およびタイプを設定し得るように、設定項目を設定するために使用されてもよい。
【００３０】
マイクロ波エネルギー送達デバイス１１０は、ハンドル１１６と、アンテナ１１８と、同軸伝送ケーブル１２０とを含む。ハンドル１１６は、送達されるエネルギーを環境の中に放射する、アンテナ１１８の近位のエネルギー送達デバイス１１０の伝送部分である。同軸伝送ケーブル１２０は、出力ポート１００ａからアンテナ１１８までの発生された信号の伝送経路である。伝送経路１２５は、絶縁装置１５０と、同軸伝送ケーブル１２０と、ハンドル１１６とを含む。マイクロ波エネルギー送達デバイス１１０は、組織を穿通し、標的組織を切除するように構成される、鋭的先端を有する、経皮的デバイスを含んでもよい。
【００３１】
絶縁装置１５０は、マイクロ波発生器１００の同軸ケーブル１００ａを通して、マイクロ波発生器１００とマイクロ波エネルギー送達デバイス１１０との間に接続される。絶縁装置１５０はまた、カテーテル挿入可能マイクロ波エネルギー送達デバイス、皮膚表面処置マイクロ波エネルギー送達デバイス、および展開可能マイクロ波エネルギー送達デバイス、またはマイクロ波エネルギーを組織１８０に送達するように構成される、他の好適なデバイスと併用されてもよい。絶縁装置１５０は、エネルギー送達デバイス１１０とともに、本質的に、負荷インピーダンスと呼ばれる、インピーダンス値を有する。負荷インピーダンスは、マイクロ波発生器１００からエネルギー送達デバイス１１０への電力伝送の効率に影響を及ぼす。説明目的のために、負荷インピーダンスは、５０オームに等しいと見なされる。
【００３２】
図２は、図１のマイクロ波発生器システム１０のマイクロ波発生器１００を図示する、機能ブロック図を示す。マイクロ波発生器１００は、マイクロ波源２１０と、入力インピーダンス整合回路２２０と、電力増幅器２３０と、出力インピーダンス整合回路２４０とを含む。マイクロ波源２１０は、標的組織の切除等のその意図される性能のために好適な特定の周波数を有する信号を発生させる。この特定の周波数は、標的組織のタイプに従って効果的加熱および加熱境界を検討することによって、選択されてもよい。例えば、マイクロ波源２１０は、肝臓組織を切除するための９１５メガヘルツ（ＭＨｚ）を有する信号または肝臓もしくは肺組織を切除するための２，４５０ＭＨｚを有する信号を発生させる。本開示の一側面では、マイクロ波源２１０は、胃、肝臓、肺、腎臓、腸等における悪性細胞等、他のタイプの組織を切除するために好適な異なる周波数を有する信号を発生させてもよく、そのような周波数は、１５０、４３３、９１５、２，４５０、および５，８００ＭＨｚであってもよい。周波数のこのリストは、例として提供され、マイクロ波周波数範囲以外の周波数の範囲を制限するものではない。
【００３３】
本質的に、マイクロ波源２１０は、ソースインピーダンスと呼ばれる、インピーダンス値を有する。電力増幅器２３０の入力インピーダンスは、ソースインピーダンスとともに、マイクロ波源２１０と電力増幅器２３０との間の電力伝達の効率に影響を及ぼす。説明目的のために、マイクロ波源２１０は、５０オームのインピーダンス値を有すると見なされる。
【００３４】
信号がマイクロ波源２１０によって発生されると、発生された信号は、意図される動作を行うために十分な電力を有していない場合がある。電力増幅器２３０が、次いで、発生された信号を意図される動作のために十分な特定の大きさに増幅させる。ここでは、電力増幅器２３０もまた、本質的には、インピーダンス値を有する。本開示の一側面では、電力増幅器２３０は、２つの異なるインピーダンス値を有し得る、すなわち、１つは、マイクロ波源２１０の側で見た電力増幅器２３０の入力インピーダンス値であって、もう１つは、マイクロ波発生器１００の出力から見た電力増幅器２３０の出力インピーダンス値である。前者は、本開示における説明目的のために、電力増幅器の入力インピーダンスと命名され、後者は、電力増幅器の出力インピーダンスと命名される。
【００３５】
マイクロ波発生器１００のマイクロ波源２１０、電力増幅器２３０、および出力ポートは、概して、伝送ラインによって接続される。伝送ラインのインピーダンスが、マイクロ波源２１０のソースインピーダンスに等しくないか、またはそれと整合しない場合、発生された信号は、伝送ラインからマイクロ波源２１０までの接続点で反射される。また、伝送ラインのインピーダンスおよび電力増幅器２３０の入力インピーダンスが、整合しないとき、伝送ラインを通して進行する信号もまた、電力増幅器２３０から伝送ラインまでの接続点で反射される。これらの反射された信号および元々発生された信号は、相互に重畳され、電力を消費し、マイクロ波発生器１００の回路の破壊となり得る、定在波を発生させ得、反射された信号は、発生された信号に加算され、重畳から生じる大きさは、潜在的に、マイクロ波発生器１００内のいくつかの回路の容量を超える。入力インピーダンス整合回路２２０は、マイクロ波源２１０のソースインピーダンスを電力増幅器２３０の入力インピーダンスに整合させ、そのような意図されない損傷を防止する。
【００３６】
入力インピーダンス整合回路２２０は、同時に、２つの独立した異なる周波数で、電力増幅器２３０の入力インピーダンスをマイクロ波源２１０のソースインピーダンスに整合させることが可能であり得る。前述のように、マイクロ波源２１０のソースインピーダンスは、典型的には、５０オームである。同様に、マイクロ波発生器１００の各構成要素を接続する、伝送ラインのインピーダンスもまた、典型的には、５０オームである。伝送ラインの特性インピーダンスは、電圧信号を電流信号で除算することによって、伝送ラインに沿って測定される。したがって、信号は、ソースインピーダンスおよび負荷インピーダンスが、伝送ラインの特性インピーダンス、すなわち、５０オームに整合されるため、伝送ラインの特性インピーダンスが一定であるとき、マイクロ波源から電力増幅器までの伝送ラインに沿って反射されない。
【００３７】
同様に、出力インピーダンス整合回路２４０は、図１のエネルギー送達デバイス１１０等のマイクロ波発生器１００に接続されるエネルギー送達デバイスのインピーダンス値である、負荷インピーダンスを、電力増幅器２３０の出力インピーダンスに整合させる。このように、マイクロ波発生器１００は、殆どまたは全く反射またはエネルギー損失を伴わずに、発生された信号を、電力増幅器２３０を介して、エネルギー送達デバイスに効率的に伝送可能である。
【００３８】
概して、インピーダンスは、複素数、すなわち、ａ＋ｊｂの形態であって、式中、ａおよびｂは、複素数の実数であって、ｊは、虚数部を表す。例えば、電力増幅器２３０の入力インピーダンスがａ＋ｊｂである場合、入力インピーダンス整合回路は、ソースインピーダンスを電力増幅器２３０の入力インピーダンスの共役、すなわち、ａ−ｊｂに整合させる。同様に、電力増幅器２３０の出力インピーダンスがｃ＋ｊｂであるとき、出力インピーダンス整合回路２４０は、負荷インピーダンスを電力増幅器２３０の出力インピーダンスの共役、すなわち、ｃ−ｊｂに整合させる。
【００３９】
しかしながら、マイクロ波源２１０が信号を発生させると、整合回路２２０および２４０は、典型的には、単一周波数ｆ１においてインピーダンスを整合させることが可能であり得るのみである。この限界は、主に、整合回路の構成要素、具体的には、コンデンサおよびインダクタの関数である。例えば、Ｃの静電容量値を有するコンデンサは、
【数１】
2017521012.tif 000003
のインピーダンス値を有し、式中、ωは周波数ｆの角周波数であって、そしてｊは、複素値の虚数部を表し、Ｌのインダクタンス値を有するインダクタは、
【数２】
2017521012.tif 000004
のインピーダンス値を有する。したがって、コンデンサおよびインダクタのインピーダンスは、信号の周波数に依存する。
【００４０】
インピーダンス整合をさらに説明するために、図３を参照する。図３では、マイクロ波発生器３００は、典型的例示的マイクロ波発生器であって、インピーダンス整合回路は、単一周波数においてのみインピーダンスを整合させることができる。マイクロ波発生器３００は、マイクロ波源３１０と、入力インピーダンス整合回路３２０と、電力増幅器３３０と、出力インピーダンス整合回路３４０とを含む。エネルギー送達デバイス３５０は、出力インピーダンス整合回路３４０またはマイクロ波発生器３００の出力ポートに接続される。ソースインピーダンスＺＳは、周波数ｆ１で信号を発生させる、マイクロ波源３１０のインピーダンスを表し、負荷インピーダンスＺＬは、エネルギー送達デバイス３５０のインピーダンスを表す。
【００４１】
ソースインピーダンスＺＳは、マイクロ波源３１０のインピーダンス値、または入力整合回路３２０と、マイクロ波源３１０と、伝送ラインとを含む、電力増幅器３３０の入力側の全電気構成要素の全体的インピーダンス値を表し得る。言い換えると、ソースインピーダンスＺＳは、電力増幅器３３０の入力ポート側から見たインピーダンス値である。ＺＩＮは、電力増幅器３３０の入力インピーダンスである。負荷インピーダンスＺＬは、エネルギー送達デバイス３５０のインピーダンス値、または出力整合回路３４０と、エネルギー送達デバイス３５０と、伝送ラインとを含む、電力増幅器３３０の出力側の全電気構成要素の全体的インピーダンス値を表す。言い換えると、負荷インピーダンスＺＬは、電力増幅器３３０の出力ポート側から見たインピーダンス値である。ＺＯＵＴは、電力増幅器３３０の出力インピーダンスである。
【００４２】
電力増幅器３３０の入力インピーダンスＺＩＮは、概して、ソースインピーダンスＺＳに等しくなく、電力増幅器３３０の出力インピーダンスＺＯＵＴは、概して、負荷インピーダンスＺＬに等しくなく、したがって、前述のように、整合回路の使用を要求する。入力インピーダンス整合回路３２０は、ソースインピーダンスＺＳを電力増幅器３３０の入力インピーダンスＺＩＮに整合させる。したがって、電力増幅器３３０とソース３１０との間の信号反射は、存在しないかも知れない。同様に、出力インピーダンス整合回路３４０は、負荷インピーダンスＺＬを電力増幅器の出力インピーダンスＺＯＵＴに整合させる。したがって、電力増幅器３３０と負荷３５０との間の信号反射は、存在しないかも知れない。
【００４３】
それでもやはり、入力および出力インピーダンス整合回路３２０ならびに３４０は、マイクロ波発生器３００によって発生された信号の単一周波数ｆ１でインピーダンスを整合させるように設計されるため、入力および出力インピーダンス整合回路３２０ならびに３４０は、周波数ｆ１と異なる別の周波数ｆ２でインピーダンスを整合させることができないかも知れない。前述のように、入力および出力インピーダンス整合回路３２０ならびに３４０内の反応および／または容量成分は、周波数ｆ２におけるソースインピーダンスおよび負荷インピーダンスを変化させ、ソースインピーダンスと電力増幅器の入力インピーダンスとの間および負荷インピーダンスと電力増幅器の出力インピーダンスとの間に不整合をもたらす。
【００４４】
図４は、２つの異なり、かつ独立した周波数ｆ１およびｆ２で信号を発生させ、かつ同時に、増幅させることができる、デュアルバンドマイクロ波発生器４００を図示する、回路図を示す。デュアルバンドマイクロ波発生器４００は、マイクロ波源４１０と、電力増幅器４２０と、入力インピーダンス整合回路４４０と、出力インピーダンス整合回路４５０と、補助入力インピーダンス整合回路４６０と、補助出力インピーダンス整合回路４７０とを含む。入力および出力整合回路４４０ならびに４５０は、第１の周波数ｆ１でインピーダンスを整合させるためのものである一方、補助入力および出力インピーダンス整合回路４６０ならびに４７０は、第２の周波数ｆ２でインピーダンスを整合させるためのものである。
【００４５】
マイクロ波源４１０は、ソースインピーダンスＺＳとして示され、エネルギー送達デバイス４３０は、デュアルバンドマイクロ波発生器４００の出力ポートに接続され、負荷インピーダンスＺＬとして示される。図３に前述のように、入力および出力インピーダンス整合回路４４０ならびに４５０は、入力および出力インピーダンス整合回路３２０ならびに３４０がインピーダンスを整合させるにつれて、第１の周波数ｆ１でインピーダンスを整合させる。入力インピーダンス整合回路４４０は、第１の周波数ｆ１でソースインピーダンスＺＳを電力増幅器４２０の入力インピーダンスＺＩＮ１に整合させ、出力インピーダンス整合回路４５０は、第１の周波数ｆ１で負荷インピーダンスＺＬを電力増幅器４２０の出力インピーダンスＺＯＵＴ１に整合させる。
【００４６】
マイクロ波源４１０が、第１の周波数ｆ１から独立し、かつそれとは実質的に異なる、第２の周波数ｆ２を有する信号を発生させると、入力および出力インピーダンス整合回路４４０ならびに４５０は、第２の周波数ｆ２でインピーダンス値を整合させることができないかも知れない。この欠点を補償するために、補助入力インピーダンス整合回路４６０は、第２の周波数ｆ２でソースインピーダンスＺＳを電力増幅器４２０の入力インピーダンスＺＩＮ２に整合させ、補助出力インピーダンス整合回路４７０は、第２の周波数ｆ２で負荷インピーダンスＺＬを電力増幅器４２０の出力インピーダンスＺＯＵＴ２に整合させる。
【００４７】
補助入力インピーダンス整合回路４６０は、入力インピーダンス整合回路４４０とソース４１０との間に平行して位置する、第１のシャントスタブ４６２および第２のシャントスタブ４６４を含む。第１および第２のシャントスタブ４６２ならびに４６４は、第１の周波数ｆ１の９０度電気長または第１の周波数ｆ１の４分の１波長を有し、第１および第２のシャントスタブ４６２ならびに４６４の物理的長さＳＬが、以下に示される第１の周波数ｆ１の波長の４分の１に実質的に等しいことを意味する。
【数３】
2017521012.tif 000005
式中、λは、周波数ｆ１の波長であって、ｖは、光の速度を表し、すなわち、本状況では、ｖは、第１および第２のシャントスタブ４６２ならびに４６４内を移動する電子の速度を表す。
【００４８】
概して、伝送ライン内を移動する電子の速度は、特性インピーダンスに起因して、光の速度未満である。したがって、特性インピーダンスを検討するとき、伝送ラインの４分の１波長は、以下に示される。
【数４】
2017521012.tif 000006
式中、ｖｃは、光の速度であって、
【化１】
2017521012.tif 000007
は、伝送ラインの特性インピーダンスに関連する、誘電定数である。周波数ｆ１の４分の１波長のシャントスタブは、開回路と考えられ、無限インピーダンスをもたらすか、または単に、周波数ｆ１において全体的回路のインピーダンスに影響を及ぼさない。
【００４９】
実際は、シャントスタブの物理的長さは、伝送ライン内の他の関連パラメータに起因して、周波数の４分の１波長に正確に等しくないかも知れない。したがって、シャントスタブの物理的長さは、シャントスタブの物理的長さが、周波数の正確な４分の１波長を上回るまたはそれ未満であり得、そしてまた、同調または調節され得るように、近似されてもよい。
【００５０】
補助入力インピーダンス整合回路４６０の第１および第２のシャントスタブ４６２ならびに４６４は、第１の周波数ｆ１の４分の１波長を有するため、第１の周波数ｆ１における第１および第２のシャントスタブ４６２ならびに４６４のインピーダンス値は、無限∞である。したがって、入力整合回路４４０が、補助入力整合回路４６０およびソースＺＳのインピーダンスを見るとき、入力インピーダンス整合回路４４０は、以下の計算に示されるように、ソースＺＳを見るのみである。
【数５】
2017521012.tif 000008
このように、補助入力インピーダンス整合回路４６０は、第１の周波数ｆ１でソースインピーダンスＺＳに影響を及ぼさない。しかしながら、入力インピーダンス整合回路４４０のインピーダンスは、第２の周波数ｆ２で変化する。したがって、入力インピーダンス整合回路４４０および補助入力インピーダンス整合回路４６０はともに、ソースインピーダンスＺＳを第１の周波数ｆ１で電力増幅器４２０の入力インピーダンスＺＩＮ１に、第２の周波数ｆ２でＺＩＮ２整合させることができ、ここで、ｆ１およびｆ２は、相互から異なり、かつ独立している。補助出力インピーダンス整合回路４７０は、補助入力インピーダンス整合回路４６０に類似し、出力インピーダンス整合回路４５０と負荷ＺＬとの間に、それらと平行に位置する、第３のシャントスタブ４７２および第４のシャントスタブ４７４を含む。第３および第４のシャントスタブ４７２ならびに４７４は、第１の周波数ｆ１の４分の１波長を有し、第３および第４のシャントスタブ４７２ならびに４７４の長さＳＬもまた、第１の周波数ｆ１の波長の４分の１に実質的に等しいことを意味する。４分の１波長スタブ４６２および４６４と同様に、４分の１波長シャントスタブ４７２、４７４は、開回路と考えられ、無限インピーダンスをもたらし、単に、第２の周波数ｆ２で全体的回路の出力インピーダンスに影響を及ぼさず、出力インピーダンス整合回路４５０が、前述のように、入力インピーダンス整合回路４４０に対して負荷ＺＬを見るのみであることを意味する。
【００５１】
出力インピーダンス整合回路４５０および補助出力インピーダンス整合回路４７０は、入力インピーダンス整合回路４４０および補助入力インピーダンス整合回路４６０と同様に働く。具体的には、出力インピーダンス整合回路４５０は、第１の周波数ｆ１で負荷インピーダンスＺＬを電力増幅器４２０の出力インピーダンスＺＯＵＴ１に整合させる。また、補助出力インピーダンス整合回路４７０は、第２の周波数ｆ２で負荷インピーダンスＺＬを電力増幅器４２０の出力インピーダンスＺＯＵＴ２に整合させる一方、補助出力インピーダンス整合回路４７０は、第１の周波数ｆ１で負荷インピーダンスＺＬに影響を及ぼさない。
【００５２】
図３の電力増幅器３００の周囲でこれらの補助入力および出力インピーダンス整合回路４６０ならびに４７０を電気的に接続することによって、デュアルバンドマイクロ波発生器４００は、２つの独立し、かつ異なる周波数で、信号発生と、信号の同時の増幅とを行うことができる。このように、デュアルバンドマイクロ波発生器４００のサイズおよび作製コストは、削減され得る。
【００５３】
シャントスタブ４６２、４６４、４７２、および４７４のパラメータは、ｆ２が、本開示の範囲から逸脱することなく、いくつかの周波数から選択されることを可能にするように同調されるようにそれらが可変であってもよい。
【００５４】
図５は、デュアルバンドマイクロ波発生器のデュアルバンド電力増幅器回路を設計し、同時に、２つの独立し、かつ異なる周波数でインピーダンスを整合させるための方法５００を図示する、フロー図を示す。
【００５５】
方法は、ステップ５１０から開始し、そこでは、デュアルバンド電力増幅器回路の電力増幅器の第１の入力インピーダンスおよび第１の出力インピーダンスが、デュアルバンド電力増幅器回路の所定の性能のために判定される。第１の入力インピーダンスは、第１の周波数におけるデュアルバンド電力増幅器回路の電力増幅器の、デュアルバンドマイクロ波発生器のマイクロ波源から見た、インピーダンス値であり得、そして第１の出力インピーダンスは、第１の周波数における電力増幅器の、デュアルバンド電力増幅器回路の出力ポートから見た、インピーダンス値であり得る。ステップ５２０では、電力増幅器の第２の入力インピーダンスおよび第２の出力インピーダンスが、デュアルバンド電力増幅器回路の所定の性能のために判定される。第２の入力インピーダンスは、第２の周波数における電力増幅器の、マイクロ波源から見た、インピーダンス値であり得、第２の出力インピーダンスは、第２の周波数における電力増幅器の、デュアルバンド電力増幅器回路の出力ポートから見た、インピーダンス値であり得る。
【００５６】
ステップ５３０では、入力インピーダンス整合回路は、マイクロ波源と電力増幅器との間に電気的に接続され、第１の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の第１の入力インピーダンスに整合させる。ステップ５４０では、出力インピーダンス整合回路もまた、デュアルバンド電力増幅器回路の出力ポートと電力増幅器との間に電気的に接続され、第１の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の第１の出力インピーダンスに整合させる。
【００５７】
インピーダンスの整合に関して、第１の周波数では、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の第１の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０度位相がずれていて、それらが異なる符号を有することを意味し、第１の周波数では、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の第１の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０度位相がずれている。同様に、第２の周波数では、ソースインピーダンスの虚数部および電力増幅器の第２の入力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０度位相がずれていて、第２の周波数では、負荷インピーダンスの虚数部および電力増幅器の第２の出力インピーダンスの虚数部は、実質的に等しい大きさを有し、１８０度位相がずれている。
【００５８】
ステップ５５０では、補助入力インピーダンス整合回路の第１および第２のシャントスタブの寸法が、第２の周波数でソースインピーダンスを電力増幅器の第２の入力インピーダンスに整合させるために判定される。第１および第２のシャントスタブは、実質的に等しい長さ、すなわち、第１の周波数の４分の１波長を有する。第１および第２のシャントスタブは、第１の周波数では、開回路として作用するため、補助入力インピーダンス整合回路は、第１の周波数でソースインピーダンスに影響を及ぼさない。ステップ５６０では、補助出力インピーダンス整合回路の第３および第４のシャントスタブの寸法が、第２の周波数で負荷インピーダンスを電力増幅器の第２の出力インピーダンスに整合させるために判定される。第３および第４のシャントスタブは、実質的に等しい長さ、すなわち、第１の周波数の４分の１波長を有する。第３および第４のシャントスタブは、第１の周波数では、開回路として作用するため、補助出力インピーダンス整合回路は、第１の周波数で負荷インピーダンスに影響を及ぼさない。
【００５９】
シャントスタブの寸法は、幅、長さ、および厚さを含む。幅または長さが狭いほど、インピーダンスがより大きくなり、厚さが厚いほど、インピーダンスがより大きくなる。したがって、シャントスタブの幅、長さ、または厚さを調節することによって、補助入力および出力インピーダンス整合回路は、２つの異なり、かつ独立した周波数でソースおよび負荷インピーダンスを電力増幅器の入力および出力インピーダンスに整合させるように同調され得る。ここでは、第１、第２、第３、および第４のシャントスタブの長さは、第１の周波数の４分の１波長に固定される。それでもやはり、長さはまた、シャントスタブ内の現実世界の欠陥を妥協して解決し、４分の１波長シャントスタブとして作用するように調節されてもよい。
【００６０】
ステップ５７０では、補助入力インピーダンス整合回路は、マイクロ波源と電力増幅器との間に電気的に接続される。補助入力インピーダンス整合回路の第１および第２のシャントスタブは、マイクロ波源および電力増幅器と平行に電気的に接続される。ステップ５８０では、補助出力インピーダンス整合回路は、電力増幅器と出力負荷との間に電気的に接続される。補助出力インピーダンス整合回路の第３および第４のシャントスタブは、電力増幅器およびデュアルバンド電力増幅器回路の出力ポートと平行に電気的に接続される。方法５００のこれらのステップに従うことによって、デュアルバンド電力増幅器回路は、同時に、２つの独立し、かつ異なる周波数で、マイクロ波源によって発生された信号を所定の大きさに増幅させることができる。
【００６１】
ある実施形態では、補助入力インピーダンス整合回路、入力整合回路、電力増幅器、出力インピーダンス整合回路、および補助出力インピーダンス整合回路は、順番に、直列に電気的に接続される。別の実施形態では、補助入力インピーダンス整合回路および入力整合回路は、それらの接続順序を変更してもよく、出力インピーダンス整合回路および補助出力インピーダンス整合回路もまた、それらの接続順序を変更してもよい。
【００６２】
他の修正および変更も、特定の動作要件および環境に適合するように行われ得るため、本開示は、本開示に説明される実施例に限定されず、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、種々の他の変更および修正を網羅し得ることが、当業者によって理解されるはずである。
【図１】
2017521012.tif 000009
【図２】
2017521012.tif 000010
【図３】
2017521012.tif 000011
【図４】
2017521012.tif 000012
【図５】
2017521012.tif 000013
【国際調査報告】
2017521012.tif 000014
2017521012.tif 000015