(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の半分を同相出力端子に出力し、前記入力信号の４分の１ずつを第１及び第２の逆相出力端子に前記同相出力端子の出力に対し位相を１８０度遅らせて出力する第１の非平衡・平衡変換回路と、その第１の非平衡・平衡変換回路の第１及び第２の逆相出力端子に接続され、同一特性を有する第１及び第２の電力増幅回路と、前記第１の非平衡・平衡変換回路の同相出力端子に接続され、出力電力が前記第１又は第２の電力増幅回路の実質上２倍である第３の電力増幅回路と、前記第１及び第２の電力増幅回路の出力をそれぞれ入力する第１及び第２の逆相入力端子及び、前記第３の電力増幅回路の出力を入力する同相入力端子を有し、前記第１、第２及び第３の電力増幅回路の出力を合成して出力する第２の非平衡・平衡変換回路とを備えたことを特徴とする高出力電力増幅器。
【請求項２】
前記第１及び第２の非平衡・平衡変換回路は、少なくとも２枚の重ね合わされた第１及び第２の誘電体板と、前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間に導体パターンで形成した４分の１波長の主線路と、前記第１の誘電体板の前記主線路とは反対側の面に導体パターンで形成した４分の１波長の第１の結合線路と、前記第２の誘電体板の前記主線路とは反対側の面に導体パターンで形成した４分の１波長の第２の結合線路とを有し、前記第１及び第２の結合線路は前記主線路と重なるように形成し、前記主線路の一端を入力端子とし、前記主線路の入力端子に対応する前記第１及び第２の結合線路の一端を接地し、前記主線路の残りの一端を同相出力端子とし、前記第１の結合線路の残りの一端を第１の逆相出力端子とし、前記第２の結合線路の残りの一端を第２の逆相出力端子としたことを特徴とする請求項１記載の高出力電力増幅器。
【請求項３】
入力信号を少なくとも４つの出力に等しく分配する電力分配回路と、その電力分配回路の各々の出力端子に接続された請求項１記載の前記高出力電力増幅回路と、それら高出力電力増幅回路の出力と各々接続された入力端子を有し、前記高出力電力増幅回路の各出力を合成する電力合成回路とを備えたことを特徴とする高出力電力増幅器。
【請求項４】
前記電力分配回路及び電力合成回路は、少なくとも２枚の重ね合わされた第１及び第２の誘電体板と、前記第１及び第２の誘電体基板の間に形成されたシールド接地電極と、前記第１の誘電体基板の前記シールド接地電極とは反対の面に導体パターンで形成され、一端に入力端子が設けられ、他端に第１のスルーホールが形成された伝送線路と、前記伝送線路の前記他端に接続され、その接続端とは反対側の他の一端に第１及び第２の出力端子が各々設けられ、並列に形成された第１及び第２の２本の４分の１波長線路と、その第１及び第２の４分の１波長線路の前記他の一端にそれぞれ接続された第１及び第２の吸収抵抗と、その第１及び第２の吸収抵抗の残りの一端に接続され、第２のスルーホールが形成された共通端子と、前記第２の誘電体基板の前記シールド接地電極とは反対の面に導体パターンで形成され、一端に前記第１のスルーホールに接続されたスルーホールが設けられ、そのスルーホールで接続され並列に形成された第３及び第４の２本の４分の１波長線路と、その前記第３及び第４の４分の１波長線路の残りの一端に各々接続された第３と第４の出力端子と、前記第３及び第４の４分の１波長線路の前記残りの一端に各々接続された第３及び第４の吸収抵抗と、その第３及び第４の吸収抵抗の残りの一端に接続され、前記第２のスルーホールに接続されたスルーホールを有する共通端子とを有することを特徴とする請求項３記載の高出力電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として携帯電話基地局における高出力電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル移動体通信の基地局においては数十Ｗから数百Ｗに及ぶ高出力の電力増幅器が使用されている。このような高出力電力増幅器では２つの同じトランジスタを並列にして互いに逆相の信号を加えたプッシュプル増幅器を用い、これらを複数個並列に合成して高い出力電力を得ている。なお、プッシュプル増幅器については「Radio  Frequency  Transistors」Norm Dye, Helge Granberg 共著  販売元Butterworth/Heinemann の113から116ページに記載されているのでここで詳細な説明を省略する。この回路には電力分配合成回路と非平衡・平衡変換回路（バラン）が入力と出力に必要となる。
【０００３】
以下に、従来例の高出力電力増幅器を図６を用いて説明する。図６において、５０１は電力ｎ分配器、５０２は電力ｎ合成器、５０３，５０４はｎ個の非平衡・平衡変換器（バラン）、５０５はｎ組のプッシュプル増幅器である。この構成において使用される電力分配合成回路について、図７及び図８を用いて説明する。図７及び図８にウィルキンソン電力分配回路の構成図を示す。図７（ａ）は、一般的なウィルキンソン電力分配回路で、６０１は入力端子、６０２はn本の４分の１波長線路、６０３はｎ個の吸収抵抗、６０４はｎ個の出力端子である。図７（ｂ）は、平面回路で構成可能な２分配直列型で、６０５は入力端子、６０６は２本の４分の１波長線路、６０７は吸収抵抗、６０８は４本の４分の１波長線路、６０９は２個の吸収抵抗、６１０は４個の出力端子である。また、図８は、非対称電力分配型で、６１１は入力端子、６１２、６１３、６１６，６１７はそれぞれ特性インピーダンスの異なる４分の１波長線路、６１４、６１８は吸収抵抗、６１５、６１９、６２０はインピーダンス変換回路である。なお、ウィルキンソン電力合成回路については「マイクロ波回路の基礎とその応用」小西良弘著総合電子出版の205から210ページに記載されているのでここでは詳細な説明を省略する。
【０００４】
図９に従来のバランの構成を示す。７０１は非平衡端子、７０２は特性インピーダンス５０Ωの４分の１波長同軸線路、７０３は同相出力端子、７０４は逆相出力端子である。バランについては「Radio  Frequency  Transistors」Norm Dye, Helge Granberg共著  販売元Butterworth/Heinemannの179から181ページに記載されているのでここで詳細な説明を省略する。
【０００５】
以上の構成により従来の高出力電力増幅器は各々の単位プッシュプル増幅器の出力電力を複数個合成して基地局送信の大きな電力を得ていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７（ａ）に示したウィルキンソン電力分配回路は一度に任意のｎ個に電力を均等分配することが可能であるが、平面回路で実現するのが困難である。そのために図７（ｂ）及び図８の構成を用いることが一般的であるが、図７（ｂ）の構成では、伝送経路が長くなるため分配・合成時の損失が大きくなるという問題点を有していた。さらに、２の累乗経路にしか分配できないため融通性が低いという問題点も有していた。また図８の構成では、伝送経路が各出力ごとに異なるため、電力の分配にアンバランスが生じるという課題を有していた。また、図９に示すようなバランは同軸線路を使用するために回路の規模が大きくなり小型化が難しいという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、従来のこのような課題を考慮し、部品点数を減らし、回路規模を大幅に縮小できる高出力電力増幅器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明（請求項１に対応）は、入力信号の半分を同相出力端子に出力し、入力信号の４分の１ずつを第１及び第２の逆相出力端子に同相出力端子の出力に対し位相を１８０度遅らせて出力する第１の非平衡・平衡変換回路と、その第１の非平衡・平衡変換回路の第１及び第２の逆相出力端子に接続され、同一特性を有する第１及び第２の電力増幅回路と、第１の非平衡・平衡変換回路の同相出力端子に接続され、出力電力が第１又は第２の電力増幅回路の実質上２倍である第３の電力増幅回路と、第１及び第２の電力増幅回路の出力をそれぞれ入力する第１及び第２の逆相入力端子及び、第３の電力増幅回路の出力を入力する同相入力端子を有し、第１、第２及び第３の電力増幅回路の出力を合成して出力する第２の非平衡・平衡変換回路とを備えた高出力電力増幅器である。
【０００９】
第２の本発明（請求項３に対応）は、入力信号を少なくとも４つの出力に等しく分配する電力分配回路と、その電力分配回路の各々の出力端子に接続された第１の本発明の高出力電力増幅回路と、それら高出力電力増幅回路の出力と各々接続された入力端子を有し、高出力電力増幅回路の各出力を合成する電力合成回路とを備えた高出力電力増幅器である。
【００１０】
例えば、本発明の高出力電力増幅器は、複数枚の誘電体板を重ねた１枚の多層の基板にウィルキンソンｎ分配・ｎ合成回路と１入力１同相出力２逆相出力型バランを構成する。
【００１１】
本発明の高出力電力増幅器は、従来平面回路に実現するのが困難であった４分配以上のウィルキンソン電力分配器を多層基板を用いて、吸収抵抗をスルーホールを介して共通端子に接続し実現する。さらにこれまでは同軸線路を使用して構成していたバランを多層基板を用いて、ストリップ線路の上下層に結合線路を設けて２つの逆相出力を得る。この構成により電力分配合成回路とバランが１枚の多層基板内に形成することが可能となり、高出力電力増幅器を大幅に小型化することができる。またバランが２つの逆相出力を取り出せるので分配数を減らすことができ、分配回路の回路規模を小さくすることができる。さらに、１度にｎ分配・ｎ合成するため、損失を低減することが可能となり電力増幅器の効率を改善することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の高出力電力増幅器の構成図を示す。図１において、１０１、１０２は非平衡・平衡変換器（バラン）、１０３、１０４は同一特性の電力増幅器、１０５は出力電力が電力増幅器１０３，１０４の２倍の電力増幅器、１０６は入力端子、１０７は出力端子である。
【００１３】
この構成において、本発明で用いるバランを図２で詳細に説明する。図２（ａ）は、誘電体多層基板を用いたバランの断面図、（ｂ）は、各配線層の電極パターン図、（ｃ）は、バランの動作説明図である。図２（ａ）において、２０１から２０３は第１から第３の電極配線層、２０４，２０５は第１，第２の誘電体層である。図２（ｂ）において、２０６は入力端子、２０７は主線路、２０８，２０９は第１，第２の結合線路、２１０，２１１は第１，第２の接地電極、２１２，２１３は第１，第２のスルーホール、２１４は同相出力端子、２１５，２１６は第１，第２の逆相出力端子である。図２（ｃ）において、２１７は入力端子、２１８は主線路、２１９，２２０は第１，第２の結合線路、２２１は同相出力端子、２２２，２２３は第１，第２の逆相出力端子である。
【００１４】
図２（ｃ）において、入力端子２１７から入力された高周波信号は適当な結合度で結合させた第１の結合線路２１９と第２の結合線路２２０に電力分配されるが、第１、第２の結合線路の入力端子側を接地することで位相が１８０度ずれた逆相になる。結合度は誘電体の誘電率と誘電体の厚みと主線路及び結合線路の幅で決定される。このような構成において本実施の形態では、１つの入力に１つの同相出力と２つの逆相出力が得られるバランを入出力に１つずつ使用することにより、従来２つの電力分配回路と４つのバランを用いていた高出力電力増幅器の部品点数を減らし、回路の小型化を図ることが可能となる。
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の高出力電力増幅器の構成図を示す。図３において、３０１、３０２は電力４分配器、３０３は第１の実施の形態で説明した高出力電力増幅器、３０４は入力端子、３０５は出力端子である。
【００１５】
この構成において、本発明で用いる電力４分配器を図４で詳細に説明する。図４（ａ）は、誘電体多層基板を用いた電力４分配器の断面図、（ｂ）は、各配線層の電極パターン図、（ｃ）は、電力４分配器の回路図である。図４（ａ）において、４０１から４０３は第１から第３の電極配線層、４０４，４０５は第１，第２の誘電体層である。図４（ｂ）において、４０６は入力端子、４０７から４１０は第１から第４の４分の１波長線路、４１１から４１４は第１から第４の吸収抵抗、４１５は第１のスルーホール，４１６は共通端子、４１７から４１９は第２から第４のスルーホール、４２０はシールド電極、４２１から４２４は第１から第４の分配出力端子である。図４（ｃ）において、４２５は入力端子、４２６は４分の１波長線路、４２７は吸収抵抗、４２８は分配出力端子である。
【００１６】
図４（ｃ）のような立体型ウィルキンソン電力４分配器を図４（ａ）のような誘電体３層基板を用いて実現する方法について以下に説明する。
【００１７】
図４（ａ）の第１から第３の電極配線層の例を図４（ｂ）を参照しながら説明する。入力端子４０６から入力された信号は、同一の特性インピーダンスを有する第１の４分の１波長線路４０７と第２の４分の１波長線路４０８と、さらに第１のスルーホール４１５を介して第３の４分の１波長線路４０９と第４の４分の１波長線路４１０に分岐される。また、各４分の１波長線路４０７〜４１０の各々の残りの一端は、共通端子４１６−ａ及び第２のスルーホール４１７を介して接続された共通端子４１６−ｂにそれぞれ第１から第４の吸収抵抗４１１〜４１４が接続されている。これらの分配出力をそれぞれ第１から第４の分配出力端子４２１〜４２４で取り出す。
【００１８】
また、第１の電極配線層４０１と第３の電極配線層４０３との間の第２の電極配線層４０２には、スルーホールの周辺をくりぬいたシールド電極４２０を設けて、第１の電極配線層４０１と第３の電極配線層４０３との間の信号の干渉を防ぐ。この構造の電力４分配器に第１の実施の形態で示したバランを同一誘電体多層基板に形成することで、これまでは２つの電力８分配回路（電力２分配器１４個）と１６個のバランを用いていた高出力電力増幅器の部品点数を減らし、回路の小型化を図ることが可能となる。さらに１度に４分配・４合成を行うので電気損失も低減することができ、電力増幅器の効率を改善することができる。
【００１９】
なお、上記第２の実施の形態では、電力４分配回路としたが、誘電体基板の層数を増やすことで、４以上の任意の分配を実現することができる。その例として誘電体５層基板で形成した電力６分配回路を図５に示す。図５において、４５１は入力端子、４５２から４５７は第１から第６の４分の１波長線路、４５８から４６３は第１から第６の吸収抵抗、４６４は第１のスルーホール，４６５−ａ，４６５−ｂは共通端子、４６６から４７２は第２から第８のスルーホール、４７３，４７４は第１、第２のシールド電極、４７５から４８０は第１から第６の分配出力端子である。
【００２０】
この構成において、本第２の実施の形態の電力４分配回路と同様に、入力端子４５１から入力された信号は、第１のスルーホール４６４を介して６本の４分の１波長線路４５２〜４５７に分岐される。また、各４分の１波長線路４５２〜４５７の各々の残りの一端は、共通端子４６５−ａ及び第２のスルーホール４６６を介して接続された共通端子４６５−ｂに第１から第６の吸収抵抗４５８〜４６３が各々接続されている。ここで、第３の電極配線層の吸収抵抗は第３及び第４のスルーホール４６７，４６８を介して第１の電極配線層へ取り出した後、共通端子４６５−ａと接続する。ここで、第３，第４の吸収抵抗４６０，４６１は第１の配線層へ取り出すとしたが、第５の電極配線層へ取り出して共通端子４６５−ｂに接続しても同様の回路を実現することができる。
【００２１】
また、この構造を拡張することで任意の分配数の電力分配器が形成できる。この構造を用いれば、本第２の実施の形態の電力４分配回路と同様に、分配数の大きな高出力電力増幅器をさらに小型化し部品点数を減らすことが可能となり、さらに電力増幅器の効率を改善することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高出力電力増幅器は、従来回路規模の大きかった電力分配回路や非平衡・平衡変換回路（バラン）を誘電体多層基板で構成することにより部品点数を減らし、回路規模を大幅に縮小することができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の高出力電力増幅器の構成図である。
【図２】同図（ａ）は、同第１の実施の形態の高出力電力増幅器に用いるバランの断面図、同図（ｂ）は、そのバランの配線電極図、同図（ｃ）は、そのバランの動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の高出力電力増幅器の構成図である。
【図４】同図（ａ）は、同第２の実施の形態の高出力電力増幅器に用いる電力４分配器の断面図、同図（ｂ）は、その電力４分配器の配線電極図、同図（ｃ）は、その電力４分配器の回路図である。
【図５】同第２の実施の形態における別の例の電力６分配器を示す配線電極図である。
【図６】従来例の高出力電力増幅器の構成図である。
【図７】同図（ａ）は、一般的なウィルキンソン電力分配器の回路図、同図（ｂ）は、ウィルキンソン電力２分配器を用いた１入力多分配回路の回路図である。
【図８】ウィルキンソン非等分電力分配器を用いた１入力多分配回路の回路図である。
【図９】従来例の高出力電力増幅器に用いるバランの構成図である。
【符号の説明】
１０１、１０２  非平衡・平衡変換器
２０７  主線路
２０８  第１の結合線路
２０９  第２の結合線路
２１４  同相出力端子
２１５  第１の逆相出力端子
２１６  第２の逆相出力端子
３０１、３０２  電力４分配器
３０３  高出力電力増幅器
４０７〜４１０  第１〜第４の４分の１波長線路
４１１〜４１４  第１〜第４の吸収抵抗
４２１〜４２４  第１〜第４の４分配出力端子
５０１  電力ｎ分配器
５０２  電力ｎ合成器
５０３、５０４  非平衡・平衡変換器
５０５  プッシュプル増幅器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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