(57)【要約】  本発明は、平面ＸＹに平行な少なくとも１つのプレートと、そのプレート上に装着される少なくとも２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）とを含む低容積の増幅装置に関する。各増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）は、増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）と、縦の伝播の方向に合致する同じ方向Ｘに配置される入力接続導波路（１２ａ、１２ｂ）および出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）とを含み、その増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）は、伝播の方向Ｘに垂直な方向Ｙに配置される入力および出力軸（１８ａ、１８ｂ）を有するこの低容積の増幅装置において、２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）の入力接続導波路（１２ａ、１２ｂ）は、別個のものであって、異なる長さ（Ｌａ１、Ｌａ２）を有すると共に互いに平行に装着され、前記２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）の出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）は、別個のものであって、異なる長さ（Ｌａ２、Ｌｂ２）を有すると共に互いに平行に装着されること、および、同じ増幅器モジュールの入力および出力導波路の長さの合計（Ｌａ１＋Ｌａ２、Ｌｂ１＋Ｌｂ２）は各増幅器モジュールについて同一である、すなわち、Ｌａ１＋Ｌａ２＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２であること、が特徴である。
2012525038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面ＸＹに平行な少なくとも１つのプレートと、そのプレート上に装着される少なくとも２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）とを含む低容積の増幅装置であって、各増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）は、接続の順序において、入力接続導波路（１２ａ、１２ｂ）と、入力トランジション（１４ａ、１４ｂ）と、増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）と、出力トランジション（１５ａ、１５ｂ）と、出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）とを含み、前記入力接続導波路（１２ａ、１２ｂ）および前記出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）は、縦の伝播の方向に合致する１つの同じ方向Ｘに向けられ、前記増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）は、伝播の方向Ｘに垂直な方向Ｙに向けられる入力および出力軸（１８ａ、１８ｂ）を有する低容積の増幅装置において、前記２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）の入力接続導波路（１２ａ、１２ｂ）は、別個のものであって、異なる長さ（Ｌａ１、Ｌｂ１）を有すると共に互いに平行に装着され、前記２つの増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）の出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）は、別個のものであって、異なる長さ（Ｌａ２、Ｌｂ２）を有すると共に互いに平行に装着されること、および、１つの同じ増幅器モジュールの入力および出力導波路の長さの合計（Ｌａ１＋Ｌａ２、Ｌｂ１＋Ｌｂ２）は各増幅器モジュールについて同一であり、すなわち、Ｌａ１＋Ｌａ２＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２であり、さらに、前記増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）は少なくとも１つの列（４１）において平行に装着され、その列（４１）の前記増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）の入力導波路（１２ａ、１２ｂ）の前に電力デバイダ（１６）が設けられ、その列（４１）の前記増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）の出力導波路（１３ａ、１３ｂ）は、その出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）から電力コンバイナ（１６）に伝達される信号が同相になるように、出力電力コンバイナ（１７）に連結されることを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記列（４１）の増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）の入力導波路（１２ａ、１２ｂ）および出力導波路（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ互いに隣接し、かつ、前記列（４１）の増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）は、互いに対して２つの垂直な方向ＸおよびＹにずれていることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項３】
前記入力および出力接続導波路（１２、１３）が長方形断面の金属導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の増幅装置。
【請求項４】
前記入力デバイダ（１６）および／または前記出力コンバイナ（１７）が、前記接続導波路を分離する壁面を延長する少なくとも１つの抵抗性の隔壁（５１）を含むことを特徴とする請求項１〜３の一項に記載の増幅装置。
【請求項５】
前記増幅装置が２つの別個の増幅列（４１、４２）を含み、各増幅列は同じ個数の増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）を含み、第１列（４１）の増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）は、伝播の方向に平行な対称軸（４５）のいずれかの側において、第２列（４２）の増幅器モジュール（４２ａ、４２ｂ）に対して対称に装着されることを特徴とする請求項２〜４の一項に記載の増幅装置。
【請求項６】
前記第１列（４１）の各増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ）が、前記方向Ｙに沿って向けられる入力および出力軸（１８ａ、１８ｂ）であって、前記第２列（４２）の増幅器モジュール（４２ａ、４２ｂ）の増幅器素子（１９ａ、１９ｂ）の入力および出力軸（２０ａ、２０ｂ）とそれぞれ同心に並べられる入力および出力軸（１８ａ、１８ｂ）を有する増幅器素子（１１ａ、１１ｂ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の増幅装置。
【請求項７】
前記２列（４１、４２）のすべての増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）の増幅器素子の出力接続導波路（１３）が、別個のものであって、互いに隣接し、かつすべての出力接続導波路（１３）に共通の１つの出力電力コンバイナ（１７）に連結されることを特徴とする請求項６に記載の増幅装置。
【請求項８】
前記増幅装置が、さらに、２つのトランジション（４３、４４）と交差する前記２つの増幅列（４１、４２）にそれぞれ連結される２つの出力部を有する第１入力電力デバイダ（４０）を含むこと、および、各増幅列（４１、４２）は、対応する前記増幅器モジュール（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）の各入力接続導波路（１２）にそれぞれ連結される出力部を有する第２電力デバイダ（１６ａ、１６ｂ）を含むことを特徴とする請求項４〜７の一項に記載の増幅装置。
【請求項９】
前記第１入力電力デバイダ（４０）がマイクロストリップ型の入力部を有することを特徴とする請求項８に記載の増幅装置。
【請求項１０】
前記増幅装置が、互いに重ねて置かれる少なくとも２つの増幅器モジュール（２３、２４）を含み、この２つの増幅器モジュールは、互いに重ねて置かれる少なくとも２枚の別個のプレート（２１、２２）上に配置されると共に、全く同じ個数の増幅器モジュール（２３、２４）を含むこと、および、この２つの重ねて置かれる増幅器モジュール（２３、２４）は、１つの入力導波路および１つの出力導波路を共通に有することを特徴とする請求項１〜９の一項に記載の増幅装置。
【請求項１１】
前記トランジションの素子（１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、４３、４４）が、フィン線路（６０）、または基板（６８）上に置かれた金属化線路（６７）を含むプランジャ（７０）、またはガラスビーズ（６９）を用いる機械的プランジャ（７５）の中から選択されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の増幅装置。
【請求項１２】
前記電力デバイダおよび前記電力コンバイナが長方形断面を有する金属導波路であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の増幅装置。
【請求項１３】
各入力接続導波路（１２）に位相調整素子（５４）が装備されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の増幅装置。
【請求項１４】
前記増幅装置が、この増幅装置の入力部において光ファイバ（８１）およびトランジション（８２）によって接続されるオプトエレクトロニックフィード装置（８０）を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低容積の電力増幅装置に関する。これは、半導体に基づくマイクロ波増幅器の分野、さらに具体的には電力合成システム、特にアクティブアンテナに応用される。
【背景技術】
【０００２】
増幅装置の操作周波数の増大に伴う半導体素子の出力電力の低下のために、マイクロ波分野の特定用途において必要とされる出力電力を達成するように、いくつかの半導体素子増幅器を結合する必要性が生じている。特に、Ｋｕバンドのアクティブアンテナの場合には、十分な電力レベルを得るために、いくつかの増幅器モジュールをアンテナのグリッドの１つのセルの中で結合することが必要になる場合が多い。この場合、このセルの寸法は数センチメートル程度のものである。
【０００３】
統合または径方向アーキテクチャに基づく線路または導波路による現代の電力合成システムによっては、素子増幅器を、長方形導波路の出力インタフェースが下流側の装置と協動可能な状態で、制限された空間内において効率的に結合することは不可能である。
【０００４】
いくつかの増幅器を結合する統合構造においては、増幅器は互いに平行に配置され、１つの同じ軸に沿って同心に配列される。増幅器の入力および出力導波路、ドライバ並びにコンバイナもこの同じ軸に沿って同心に配列される。Ｋｕバンドおよび長方形導波路技術においては、このような増幅装置の幅は、主としてコンバイナの長方形導波路のかなりの大きさによって制約される。従って、標準Ｋｕバンド長方形導波路の断面による内部寸法の値、すなわち１．９ｃｍに等しい内部寸法の値のみを考慮すれば、例えば８個の増幅器を含む増幅装置の幅は、最低でも８倍の大きさ、すなわち１５ｃｍより大きくなる。この幅は、Ｋｕバンドのアクティブアンテナに応用する場合の寸法的制約より遥かに大きいので、従って、この技術はこのタイプの用途には適していない。より高い周波数に適用する場合は、長方形導波路の大きさが縮小し、増幅装置の幅が、コンバイナによって決まるのではなく、素子増幅器と、デカップリングコンデンサと、この増幅器の分極ポートの幅によって定まることになる。従って、この幅も、アクティブアンテナのグリッドのセルに関して非常に重要である。
【０００５】
特許文献の米国特許第５７３６９０８号明細書に記載されているような空間的結合技術は、長方形導波路の中に重ねて置かれたいくつかのプレート上に配置される複数の増幅器モジュールを含んでいる。単一のソースが発生する入力信号は、信号のエネルギーの空間分布のために増幅器モジュールの間に配分され、それが同じ原理に従って増幅されると、出力部において再合成される。この解決策は、一方では、信号の合成と、他方では、平面技術による線路および長方形導波路の出力インタフェースの間の信号移行との遂行を、単一のステップにおいて可能にする。この特性によって、合成損失と構造の容積とを最小化することが可能になる。しかし、この結合技術は、先行技術において記述されているように欠点および限界を露呈している。
【０００６】
実際、長方形導波路の中に積み重ねられるプレートの枚数と、１つの同じプレート上の関連増幅器の個数とは、操作周波数の増加によって決まる長方形導波路の大きさの低減と共に減少する。
【０００７】
例えばＫａバンドのような高い周波数に適用する場合には、長方形導波路の標準の大きさは増幅器モジュールの大きさよりも遥かに小さく、それによって、増幅器モジュールを、単一ソースによって励起される空間デバイダのトランジションおよび空間コンバイナのトランジションに連結するための長い伝達線路を有することが必要になる。この伝達線路は、損失の点で非常に不利であり、分割および合成の効率を低下させる。アクティブＫｕバンドアクティブアンテナの場合に８個の素子増幅器を結合するためには、小型化の点から４枚のプレートを有する構造が最良の適応形態であろう。しかし、この形態においては、このタイプのアーキテクチャは、構造の中心に位置するプレートに関して、好ましくない熱の取り扱い方を呈し、結合された増幅器の間の絶縁が欠如していることによって、特定の場合においては増幅装置の不安定性をもたらす可能性がある。
【０００８】
文献の国際公開第２００６０９６７７１号パンフレットは、別の空間結合技術を記述している。この空間結合技術においては、増幅器の軸が、入力および出力導波路に垂直な方向に沿って配置されるが、例えばＫａバンドのような高い周波数に適用する場合には、長い入力伝達線路が、分割損失の点で不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、低容積の増幅装置であって、既存の装置の欠点を含まず、かつ、数センチメートル程度の寸法しかないアクティブＫｕバンドアンテナのグリッドセルの中において、特に多数の増幅器を、高い合成効率でかつほとんど分割損失なしに結合することが可能になるような増幅装置を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明は、平面ＸＹに平行な少なくとも１つのプレートと、そのプレート上に装着される少なくとも２つの増幅器モジュールとを含む低容積の増幅装置に関する。各増幅器モジュールは、増幅器素子と、縦の伝播の方向に合致する１つの同じ方向Ｘに向けられる入力接続導波路および出力接続導波路とを含み、この増幅器素子は、伝播の方向Ｘに垂直な方向Ｙに向けられる入力および出力軸を有する。この増幅装置は、さらに、２つの増幅器モジュールの入力接続導波路は、別個のものであって、異なる長さを有すると共に互いに平行に装着され、かつ、２つの増幅器モジュールの出力接続導波路は、別個のものであって、異なる長さを有すると共に互いに平行に装着されること、および、１つの同じ増幅器モジュールの入力および出力導波路の長さの合計は各増幅器モジュールについて同一であり、その場合、増幅器モジュールは少なくとも１つの列において平行に装着され、その列の増幅器素子の入力導波路の前に電力デバイダが設けられ、その列の増幅器素子の出力導波路は、その出力接続導波路（１３ａ、１３ｂ）から電力コンバイナ（１６）に伝達される信号が同相になるように、出力電力コンバイナに連結されること、という特徴を有する。
【００１１】
列の増幅器素子の複数の入力導波路および複数の出力導波路は、それぞれが互いに隣接し、列の増幅器素子は、互いに対して２つの垂直な方向ＸおよびＹにずれていることが有利である。
【００１２】
入力デバイダおよび／または出力コンバイナは、接続導波路を分離する壁面を延長する抵抗性の隔壁を有することができることが有利である。
【００１３】
増幅装置は、さらに、各入力接続導波路と対応する増幅器素子との間に配置される入力トランジションと、各出力接続導波路と対応する増幅器素子との間に配置される出力トランジションとを含むことが有利である。
【００１４】
一実施形態によれば、増幅装置が２つの別個の増幅列を含み、各増幅列は同じ個数の増幅器モジュールを含み、第１列の増幅器モジュールは、伝播の方向に平行な対称軸のいずれかの側において、第２列の増幅器モジュールに対して対称に装着される。
【００１５】
第１列の各増幅器モジュールは、方向Ｙに沿って向けられる入力および出力軸であって、第２列の増幅器モジュールの増幅器素子の入力および出力軸とそれぞれ同心に並べられる入力および出力軸を有する増幅器素子を含むことが有利である。
【００１６】
２列のすべての増幅器モジュールの増幅器素子の出力接続導波路は、別個のものであって、互いに隣接し、かつすべての出力接続導波路に共通の１つの出力電力コンバイナに連結されることが有利である。
【００１７】
増幅装置は、さらに、２つのトランジションと交差する２つの増幅列にそれぞれ連結される２つの出力部を有する第１入力電力デバイダを含み、各増幅列は、対応する増幅器モジュールの各入力接続導波路にそれぞれ連結される出力部を有する第２電力デバイダを含むことが有利である。第１入力電力デバイダはマイクロストリップ型の入力部を含むことができる。
【００１８】
一実施形態によれば、増幅装置が、上下に重ねて置かれる少なくとも２つの増幅器モジュールを含み、この２つの増幅器モジュールは、上下に重ねて置かれる少なくとも２枚の別個のプレート上に配置されると共に、全く同じ個数の増幅器モジュールを含み、この２つの重ねて置かれる増幅器モジュールは、１つの入力導波路および１つの出力導波路を共通に有する。
【００１９】
トランジションの素子は、フィン線路、または基板上に置かれた金属化線路を含むプランジャ、またはガラスビーズを用いる機械的プランジャの中から選択することが有利である。
【００２０】
入力および出力接続導波路は長方形断面を有する金属導波路であることが望ましい。さらに、電力デバイダおよび電力コンバイナも、長方形断面を有する金属導波路とすることができる。
【００２１】
各入力接続導波路には位相調整素子を装備することが望ましい。
【００２２】
増幅装置は、増幅装置の入力部において光ファイバおよびトランジションによって接続されるオプトエレクトロニックフィード装置を含むことが有利である。
【００２３】
本発明の他の特徴および利点は、純粋に例示的かつ非限定的な例によって、添付の模式図を参照しながら記述される以下の説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による第１の例示的な増幅器モジュールの概略図である。
【図２】本発明による第１の例示的な増幅装置であって、プレート上に１列に結合された２つの増幅器モジュールを含む増幅装置の概略図である。
【図３ａ】本発明による第２の例示的な増幅装置であって、プレート上に１列に結合された４つの増幅器モジュールを含む増幅装置の概略図である。
【図３ｂ】図３ａと同じ増幅装置であるがデバイダおよびコンバイナ部分のみが異なる別の概略図である。
【図３ｃ】図３ａの増幅装置の縦断面図である。
【図３ｄ】図３ｃの断面Ｉ−Ｉにおける図３ａの増幅装置の横断面図である。
【図３ｅ】図３ｃの断面Ｊ−Ｊにおける図３ａの増幅装置の横断面図である。
【図４ａ】本発明の変形実施形態による増幅装置であって、重ねて置かれる２枚のプレート上に配置された２列の増幅器モジュールを含む増幅装置の、図３ｃの断面Ｉ−Ｉに相当する断面おける横断面図である。
【図４ｂ】図４ａの増幅装置の、図３ｃの断面Ｊ−Ｊに相当する断面おける横断面図である。
【図５ａ】本発明の変形実施形態による第３例としての増幅装置であって、１つの同じプレートの２つの列に結合された４つの増幅器モジュールを含む増幅装置の概略図である。
【図５ｂ】本発明の変形実施形態による第４例としての増幅装置であって、１つの同じプレートの２つの列に結合された複数個の増幅器モジュールを含む増幅装置の概略図である。
【図６】単一のプレート上に結合された１列の２つの増幅器モジュールを含む本発明による増幅装置の変形実施形態の縦断面図である。
【図７ａ】本発明による例示的な隔壁の模式的詳細図である。
【図７ｂ】本発明による隔壁タイプの１段型コンバイナの例の模式的詳細図である。
【図７ｃ】本発明による隔壁タイプの２段型コンバイナの例の模式的詳細図である。
【図８ａ】本発明によるトランジションの１つの例の模式的断面図である。
【図８ｂ】本発明によるトランジションの別の例の模式的断面図である。
【図８ｃ】本発明によるトランジションのさらに別の例の模式的断面図である。
【図８ｄ】本発明によるトランジションのさらに別の例の模式的断面図である。
【図９】本発明による増幅装置用フィード装置の例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に表現される増幅器モジュールは、増幅器素子１１と、入力接続導波路１２と、出力接続導波路１３と、入力導波路および増幅器モジュールの間の信号移行を確実にする入力トランジション１４と、出力導波路および増幅器モジュールの間の信号移行を確実にする出力トランジション１５とを含む。入力および出力導波路１２、１３は、伝播の縦方向に合致する１つの同じ方向Ｘに向けられており、かつ、例えば長方形とすることができる断面を有する。増幅器素子１１は、縦の伝播方向に垂直な方向Ｙに向けられる入力および出力軸１８を有する。入力トランジション１４および出力トランジション１５は、縦の伝播方向Ｘに垂直であり、増幅器素子１１と、長方形の入力導波路１２および出力導波路１３との間の電気的整合を確実に行う。
【００２６】
図２は、本発明による第１の例示的な増幅装置であって、２つの増幅径路を構成する２つの増幅器モジュールを含む増幅装置の概略図を表現している。２つの増幅器モジュール４１ａ、４１ｂは、１つの同じプレートＸＹ上に平行に、かつ１つの同じ列４１において、次のように装着される。すなわち、２つの増幅器素子１１ａ、１１ｂの２つの入力導波路１２ａ、１２ｂと２つの出力導波路１３ａ、１３ｂとがそれぞれ互いに隣接するように、かつ、２つの増幅器素子１１ａ、１１ｂが１つの同じ軸上に同心に並ぶのではなく、互いに対して２つの垂直な方向ＸおよびＹにずれるように装着されるのである。増幅器素子１１ａ、１１ｂは、別個の入力導波路および別個の出力導波路と、それぞれ、伝播方向Ｘに垂直な方向Ｙに沿う方向に向けられる入力および出力軸１８ａ、１８ｂとを有しており、増幅器素子１１ａ、１１ｂは、その入力導波路および出力導波路に対して、それぞれ、入力トランジション１４ａ、１４ｂおよび出力トランジション１５ａ、１５ｂによって接続される。２つの増幅器素子１１ａ、１１ｂの２つの入力導波路１２ａ、１２ｂと２つの出力導波路１３ａ、１３ｂとは、それぞれが、縦の伝播軸Ｘに沿って異なる長さＬａ１、Ｌａ２およびＬｂ１、Ｌｂ２を有するが、１つの同じ増幅器モジュールの入力および出力導波路の長さの合計は、すべての増幅器モジュールについて同一である。すなわち、
Ｌａ１＋Ｌａ２＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２
である。
【００２７】
２つの増幅器素子１１ａ、１１ｂの２つの入力導波路１２ａ、１２ｂの前には、電力デバイダ１６が設けられる。この電力デバイダ１６は、例えば１０．５ＧＨｚおよび１４ＧＨｚバンドのマイクロ波入力信号を、２つの入力接続導波路１２ａ、１２ｂ内を伝播する２つの成分に分割することを可能にする。また、２つの増幅器素子１１ａ、１１ｂの２つの出力導波路１３ａ、１３ｂは、それぞれの増幅器素子によって増幅された出力マイクロ波信号の再合成を可能にする電力コンバイナ１７に連結される。各増幅器素子は、例えば図３ｃに表現されるように、デカップリングコンデンサ１０を有する分極回路を含む。図３ｃは、４つの増幅径路を構成する１つの同じ列に結合された４つの増幅器モジュールを示す。
【００２８】
電力デバイダ１６は、金属導波路技術を用いて具現化され、長方形導波路形態の１つの入力部と２つの出力部とから構成される。このデバイダは「隔壁デバイダ（ｓｅｐｔｕｍ  ｄｉｖｉｄｅｒ）」タイプのものとすることができる。このタイプのデバイダにおいては、２つの出力導波路は、一般的に分割位置において、「隔壁（ｓｅｐｔｕｍ：ラテン語）」を構成する薄い壁体であって金属または抵抗性のものとすることができる薄い壁体によって分離される。電力コンバイナ１７も、金属導波路技術を用いて具現化され、長方形導波路形態の２つの入力部と１つの出力部とから構成され、かつ、「隔壁コンバイナ（ｓｅｐｔｕｍ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）」タイプのものとすることができる。「隔壁デバイダ」および「隔壁コンバイナ」タイプのデバイダ１６およびコンバイナ１７は、マイクロ波信号を、低容積において低損失で分割および合成することを可能にする。入力導波路１２ａ、１２ｂおよび出力導波路１３ａ、１３ｂの合計長さは２つの増幅器モジュール４１ａ、４１ｂについて同一であるので、コンバイナの入力部における信号は同相であり、２つの増幅径路によって増幅された信号の再合成は、移相器を追加することなく同相で行われる。この方法で結合される増幅器モジュールの個数は２つに限定されない。
【００２９】
図３ａ〜３ｅは、１つの同じ列に結合されて４つの増幅径路を構成する４つの増幅器モジュールの概略図および断面図を示しているが、この図３ａ〜３ｅに表現されるように、２つの垂直な方向ＸおよびＹにおいて互いにずらして配置される増幅器素子を含む多数の増幅器モジュールを結合することが可能である。この場合、異なる増幅器素子の入力導波路および出力導波路は、それぞれが互に隣接すると共に、異なる入力および出力長さを有するが、１つの同じ増幅器モジュールの入力および出力導波路の合計長さは、すべての増幅器モジュールについて同一である。従って、各増幅径路において、入力導波路に相当する電気径路は出力導波路に相当する電気径路とは異なるが、すべての径路について、１つの同じ径路の入力および出力導波路に相当する電気径路の合計は同一であり、それによって、出力においては、すべての信号が同一位相になり、従ってすべてのマイクロ波信号を移相器の追加なしに同相で再合成することが可能になる。
【００３０】
図３ｂに表現される実施形態は、２段階の入力デバイダ１６および出力コンバイナ１７を含む増幅装置を示す。この実施形態においては、入力信号は２つのステップで分割される。第１ステップにおいて、信号は、２つの中間的な長方形導波路３１、３２に配分され、続いて、第２ステップにおいて、２つの中間的な長方形導波路３１、３２内に伝播するそれぞれの信号が再度２つに分割され、４つの増幅器素子１１の４つの入力接続導波路１２の中に配分される。出力コンバイナ１７の部分においては、４つの増幅径路によって増幅された４つの信号は、２つのステップにおいて同相の対として合成される。第１ステップにおいては、増幅器１１の４つの出力接続導波路１３内を伝播する４つの出力信号が、２つの中間的な長方形出力導波路３３、３４内において同相で再合成され、続いて、第２ステップにおいて、２つの中間的な長方形導波路３３、３４内を伝播するそれぞれの信号が、再度、コンバイナ１７の出力導波路内において同相で再合成される。
【００３１】
本発明の第１の変形形態によれば、図３ａの増幅器モジュールを対の形でグループ化することができる。各対のモジュールは、図４ａおよび４ｂの断面Ｉ−Ｉおよび断面Ｊ−Ｊの横断面図に示されるように、重ねて置かれる２つの別個のプレート２１、２２上に配置される。この場合、各対は、重ねて置かれる２つの増幅器モジュール２３、２４を含み、この２つの増幅器モジュール２３、２４は、１つの入力接続導波路および１つの出力接続導波路を共通に有する。従って、１つの同じ入力接続導波路が、２つの入力トランジションによって、２つの素子増幅器を励起する。出力側においては、２つの素子増幅器が、それぞれ、２つの出力トランジションによって同じ出力接続導波路に結合される。２枚のプレートを互いに反対向きに配置することによって、外部への熱流束を除去することが可能になる。同様の方法で２つより多い個数の増幅器モジュールを一緒にグループ化することができる。この場合、グループ化されたモジュールは、互いに重ねて置かれる別個のプレート上に配置される。
【００３２】
図５ａに模式的に表現される第３の例は、本発明の第２の変形形態に従って、１つの同じプレート上に結合される４つの増幅器モジュールを含む増幅装置を示している。
【００３３】
４つの増幅器モジュールは、伝播軸に平行な２つの別個の増幅列４１、４２において対として結合され、各増幅列は、同じ個数の増幅径路、例えば図５ａに示すように２つの径路を含み、各増幅径路は１つの増幅器モジュールを含む。増幅装置は、プレーナ型の第１入力電力デバイダ４０を含み、そのアクセスポートはマイクロストリップ型の入力部によって実現される。このマイクロストリップ型入力部は、２つの増幅列のそれぞれ１つに連結される２つの長方形入力導波路であって、２つのトランジション４３、４４と交差する２つの長方形入力導波路を照射するように、入力マイクロ波信号１を２つの成分に分割することを可能にする。代わりの方式として、電力デバイダ４０をデバイダ隔壁とすることも可能である。各増幅列４１、４２において、２つの増幅径路の前に第２の電力デバイダ１６ａ、１６ｂを設ける。この第２の電力デバイダ１６ａ、１６ｂは、対応する増幅器モジュール４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの各入力接続導波路１２にそれぞれ連結される２つの出力部を含んでいる。例えばデバイダ隔壁タイプの第２電力デバイダ１６ａ、１６ｂは、トランジション４３、４４のいずれかから生じるマイクロ波信号の成分を、２つの対応する増幅径路の２つの入力接続導波路１２内をそれぞれ伝播する２つの新しい成分に２回目として分割することを可能にする。第１列４１の２つの増幅径路の２つの増幅器モジュール４１ａ、４１ｂは、電波の方向Ｘに平行な対称軸４５のいずれかの側において、第２列４２の２つの増幅器モジュール４２ａ、４２ｂに対して対称に装着される。第１列４１の各増幅器モジュール４１ａ、４１ｂは増幅器素子１１ａ、１１ｂを含み、この増幅器素子１１ａ、１１ｂは、方向Ｙに沿うように向けられた入力および出力軸１８ａ、１８ｂであって、第２列４２の増幅器モジュール４２ａ、４２ｂの増幅器素子１９ａ、１９ｂの入力および出力軸２０ａ、２０ｂとそれぞれ同心に並べられる入力および出力軸１８ａ、１８ｂを有する。２つの列のすべての増幅器素子の出力接続導波路１３は、分離されて互いに隣接しており、これによって、２つの列４１、４２のすべての出力導波路に共通の出力電力コンバイナ１７の出力部において、すべての信号の同相における再合成が可能になる。
【００３４】
信号は、入力デバイダ４０の出力トランジション４３、４４から、長方形の接続導波路１２内を伝播し、各列４１、４２の第２デバイダ１６ａ、１６ｂと交差して分割された後、増幅器モジュール４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの入力トランジション素子１４に向かって伝播する。増幅された後、信号は、出力接続導波路内を、信号が同相で再合成される出力コンバイナ１７まで伝播する。
【００３５】
各列における増幅器モジュールの個数は２つに限られない。図５ｂは、各列４１、４２ごとに４つの増幅器モジュール４１ｉ、４２ｉの結合を示しているが、この図５ｂから分かるように、各列に多数の増幅器モジュールを結合することが可能である。
【００３６】
図６に表現される実施形態においては、増幅装置が、各増幅器素子のすぐ上流側およびすぐ下流側の入力および出力接続導波路内に配置される整合導波路５５の部分を含む。さらに、入力デバイダ１６およびコンバイナ１７は、それぞれ、入力部および出力部において、長方形の接続導波路を分離する金属壁４８を延長する抵抗性の隔壁を含む。例えば図７ａに表現されるように、各隔壁は、抵抗性の表面が装備された少なくとも１つの壁体５１を含む。この抵抗性の表面の機能は、増幅器モジュールの間の絶縁を確保することにある。その絶縁によって、各増幅器モジュールを他のモジュールとは別個に調整できるようになるので、増幅装置の電気的安定性が改善され、かつ、その位相の調整が簡単化されるのである。この抵抗性の表面は、２枚の同一基板４６、４７の間の対称平面に配置される抵抗性の膜であって、例えばアルミナまたは窒化アルミニウムのようなセラミックの膜から構成することができる。図７ｂに表現されるように、１段階の隔壁においては、壁面５１の抵抗性表面が、すべて、コンバイナまたはデバイダの入力部５０から１つの同じ距離に装着される。
【００３７】
図３ｂに表現される例のような１つの同じ列に２つより多い増幅器モジュールを含む増幅装置の場合には、代替方式として、複数段階、例えば図７ｃのコンバイナに示すような２段階の隔壁を用いることが可能である。この場合は、コンバイナの入力部５０から所定距離に配置される抵抗性膜を備えた第１壁面５２と、第１壁面５２の抵抗性膜に対してずらされた位置に後置して配置される抵抗性膜を備えたもう１つの壁面５３とが含まれる。隔壁を含むデバイダは、コンバイナに対して入力部および出力部を入れ換えることによって類似の形態を有する。デバイダ１６の２段階隔壁は、入力信号の分割を２つの連続するステップにおいて遂行する。すなわち、信号の４つの成分が得られ、各成分は、４つの増幅モジュールの４つの入力接続導波路の１つに導かれる。この場合、まず、２つの成分への第１の信号分割は、第１隔壁段階の第１壁面５２によって実行され、続いて、この成分のそれぞれが、第２の分割として、第２隔壁段階の別の２つの壁面５３によってさらに２つの成分に分割される。出力導波路１３においては、コンバイナ１７も、２段階の隔壁を含み、隔壁の壁面５３、５２によって、２つの連続するステップにおける信号の再合成を可能にする。デバイダおよびコンバイナの隔壁の壁面の個数は、上記の例示的な実施形態に表現されるような３つに制限されるわけではなく、増幅装置の種々の増幅径路に必要とされる信号成分の数に応じて適応させることができる。
【００３８】
位相の調整は、各入力接続導波路１２の中に装着される位相調整素子５４によって実行することができる。この調整は、信号が増幅器モジュールによって増幅された後、これらの信号の出力導波路における同相での再合成を確実に実行し得るように、接続導波路１２内を伝播する信号間の相対的な位相を制御するためのものである。この機能によって、製造公差による被合成信号の位相不均衡に起因する損失が除去され、合成損失を最小化することが可能になる。位相調整素子５４は、例えば、多様な形状の誘電体素子として具現化することができる。代わりの方式として、移相素子を、マイクロメータネジで調整可能な誘電体のウエハまたは薄層を有する移相器とすることができる。この場合は、この誘電体素子が接続導波路１２の中に押し込まれる深さによって、接続導波路１２内を伝播する信号の位相を変化させることができる。
【００３９】
入力および／または出力トランジションは、例えば、図８ａに表現されるように、マイクロストリップ線路６２に関わるスロット６１を備えたフィン線路６０を用いて製造することができる。入力接続導波路内を伝播する信号は、基板６３の低面上に形成されるＶｉｖａｌｄｉアンテナ６４によって捕捉される。基板６３の低面上の金属化の端部は点線で示されている。Ｖｉｖａｌｄｉアンテナの出力部においては、開放λ／４スタブ６５と、基板の２つの金属化面を連結する金属化孔６６とによって、スロットモードから、マイクロストリップ線路６２内を伝播するマイクロストリップモードへの転移が可能になる。
【００４０】
代替方式として、図８ｂに表現されるように、トランジションを、基板６８の上に置かれる金属化線路６７を含むプランジャ７０を用いて具現化すること、あるいは、図８ｃに表現されるように、ガラスビーズ６９と、ガラスビーズのコアを延長する円筒部７１と、トランジションの整合に寄与する誘電体７２とを用いる機械式プランジャによって具現化することができる。
【００４１】
さらに代わりの方式として、入力部および出力部において、２つの異なるタイプのトランジションを組み合わせることが可能である。例えば、図８ｄに表現されるように、フィン線路６０を含む入力トランジションと、基板上に装着されるプランジャ７０を含む出力トランジションとを用いることが可能である。この図においては、増幅器素子の入力部７３と出力部７４とが同じ軸上にはない。
【００４２】
図９は、低容積の電力増幅装置の入力部において適用し得る例示的なフィード装置を示す。このフィード装置は、例えばフォトダイオードまたは増幅器を備えたフォトダイオードのようなオプトエレクトロニック装置８０を含み、増幅されるべきＲＦ信号によって変調される光信号を光ファイバ８１から受け取る。フォトダイオード装置による検出後、ＲＦ信号は、トランジション８２によって電力デバイダへの入力として伝達される。
【００４３】
本明細書において提案した解決策は、６センチメートル程度のアンテナのグリッドセル内において、多数の増幅器モジュール、例えば８個の増幅器を１つ以上の列および１つ以上のプレートに結合することを可能にするものであり、さらに、次の各項の特徴を備えている。
・装置の印加電力に関して効率を低下させないような、デバイダおよびコンバイナのきわめて低い挿入損失
・下流側に置かれる回路のインタフェースと直接的に適合させるための長方形導波路の出力部
・上流側に置かれる回路とのさらに良好な適合性を可能にする平面技術による入力部
・増幅器の電気的安定性に必要なデカップリングコンデンサの装着を可能にするための増幅器回りの十分な空間
・半導体の接合部温度に関する空間的制約を遵守するためのきわめて良好な熱の取り扱い方
・機器の重量を最小化するような低容積
・低コストの解決策の提供を可能にする組み立ての容易さ
・光ファイバによるＲＦ信号搬送用システムとの適合の可能性
【００４４】
本発明を特定の実施形態と関連付けて記述したが、本発明は決してそれに限定されないこと、および、記述された手段並びにそれらの組合せのあらゆる技術的等価物が本発明の範囲内のものであれば、本発明はそれらを含むことは全く明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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