高周波電力増幅器
【課題】分岐部におけるロスの増加およびループ発振を防止できる高周波電力増幅器。
【解決手段】入力信号を２分配する分配器１と、分配器の出力の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部で２分配する第１分配器、第１分配器の出力を増幅した信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部で合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部２と、分配器の出力の他方を第４分配器分岐部、第２分配器分岐部の隣の第３分配器分岐部で２分配する第２分配器、第２分配器の出力を増幅した信号を第４合成器分岐部、第２合成器分岐部の隣の第３合成器分岐部で合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部３と、第１合成器の出力と第２合成器の出力とを合成する合成器４と、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間または第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に設けられた安定化回路５を備える。
【解決手段】入力信号を２分配する分配器１と、分配器の出力の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部で２分配する第１分配器、第１分配器の出力を増幅した信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部で合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部２と、分配器の出力の他方を第４分配器分岐部、第２分配器分岐部の隣の第３分配器分岐部で２分配する第２分配器、第２分配器の出力を増幅した信号を第４合成器分岐部、第２合成器分岐部の隣の第３合成器分岐部で合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部３と、第１合成器の出力と第２合成器の出力とを合成する合成器４と、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間または第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に設けられた安定化回路５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波を電力増幅する高周波電力増幅器に関し、特に、高周波電力増幅器の内部で発生するループ発振を抑止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電力増幅器は、大電力を得るために、通常、入力信号を複数の増幅素子で増幅した後に、増幅された信号を合成して出力する。このような高周波電力増幅器は、入力信号を複数の増幅素子に分配する分配器と、分配器で分配された信号を増幅する複数の増幅器と、複数の増幅素子の出力を合成する合成器とを備えている。
【０００３】
図６は、２個の増幅素子を備えた従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、整合／分配回路（以下、単に「分配器」という）１０、整合回路２０、増幅回路３０および整合／合成回路（以下、単に「合成器」という）４０から構成されている。
【０００４】
分配器１０は、第１分配器分岐部１１、第２分配器分岐部１２および抵抗Ｒ２から構成されている。第１分配器分岐部１１および第２分配器分岐部１２は、例えばマイクロストリップ線路からなる伝送線路によって構成されている。第１分配器分岐部１１の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端は整合回路２に接続されている。また、第２分配器分岐部１２の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端は整合回路２に接続されている。入力端子ＩＮと、第１分配器分岐部１１と、第２分配器分岐部１２との接続点を「分配点」と呼ぶ。抵抗Ｒ２はオプションであり、第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間に設けられる。この分配器１０は、入力端子ＩＮから入力された信号を第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２とに分配して整合回路２に送る。
【０００５】
整合回路２０は、インピーダンス整合をとるために設けられており、第１整合回路２１と第２整合回路２２とから構成されている。第１整合回路２１は、インダクタンスＬ１１、インダクタンスＬ２１およびコンデンサＣ１１から構成されている。インダクタンスＬ１１は、第１分配器分岐部１１とコンデンサＣ１１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。インダクタンスＬ２１は、コンデンサＣ１１と増幅回路３の第１増幅素子３１（後述する）とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。コンデンサＣ１１の一端は、インダクタンスＬ１１を介して第１分配器分岐部１１に接続されるとともに、インダクタンスＬ２１を介して増幅回路３０の第１増幅素子３１に接続されており、他端は接地されている。
【０００６】
同様に、第２整合回路２２は、インダクタンスＬ１２、インダクタンスＬ２２およびコンデンサＣ１２から構成されている。インダクタンスＬ１２は、第２分配器分岐部１２とコンデンサＣ１２とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。インダクタンスＬ２２は、コンデンサＣ１２と増幅回路３０の第２増幅素子３２（後述する）とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。コンデンサＣ１２の一端は、インダクタンスＬ１２を介して第２分配器分岐部１２に接続されるとともに、インダクタンスＬ２２を介して増幅回路３０の第２増幅素子３２）に接続されており、他端は接地されている。
【０００７】
増幅回路３０は、第１増幅素子３１と第２増幅素子３２とから構成されている。第１増幅素子３１は、例えばＭＥＳＦＥＴから構成されており、そのゲートは、第１整合回路２１を介して第１分配器分岐部１１に接続され、ソースは接地され、ドレインはインダクタンスＬ３１を介して合成器４０の第１合成器分岐部４１（後述する）に接続されている。インダクタンスＬ３１は、第１増幅素子３１と第１合成器分岐部４１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。この第１増幅素子３１は、第１分配器分岐部１１から第１整合回路２１を介して送られてくる信号を増幅し、インダクタンスＬ３１を介して合成器４０の第１合成器分岐部４１に送る。
【０００８】
同様に、第２増幅素子３２は、例えばＭＥＳＦＥＴから構成されており、そのゲートは、第２整合回路２２を介して第２分配器分岐部１２に接続され、ソースは接地され、ドレインはインダクタンスＬ３２を介して合成器４０の第２合成器分岐部４２（後述する）に接続されている。インダクタンスＬ３２は、第２増幅素子３２と第２合成器分岐部４２とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。この第２増幅素子３２は、第２分配器分岐部１２から第２整合回路２２を介して送られてくる信号を増幅し、インダクタンスＬ３２を介して合成器４０の第２合成器分岐部４２に送る。
【０００９】
合成器４０は、第１合成器分岐部４１、第２合成器分岐部４２および抵抗Ｒ１から構成されている。第１合成器分岐部４１および第２合成器分岐部４２は、例えばマイクロストリップ線路からなる伝送線路によって構成されている。第１合成器分岐部４１の一端はインダクタンスＬ３１を介して第１増幅素子３１に接続され、他端は出力端子ＯＵＴに接続されている。第２合成器分岐部４２の一端はインダクタンスＬ３２を介して第２増幅素子３２に接続され、他端は出力端子ＯＵＴに接続されている。出力端子ＯＵＴと、第１合成器分岐部４１と、第２合成器分岐部４２との接続点を「合成点」と呼ぶ。抵抗Ｒ１は、第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間に設けられている。この合成器４０は、増幅回路３０から送られてくる信号を第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２とによって合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１０】
上記のように構成される高周波電力増幅器においては、入力端子ＩＮに入力された信号は、分配器１０において２つの信号に分配される。分配された信号の一方は、第１整合回路２１を介して第１増幅素子３１に送られ、この第１増幅素子３１において増幅された信号は、合成器４０の第１合成器分岐部４１に送られる。一方、分配された信号の他方は、第２整合回路２２を介して第２増幅素子３２に送られ、この第２増幅素子３２において増幅された信号は、合成器４０の第２合成器分岐部４２に送られる。合成器４０は、第１増幅素子３１から第１合成器分岐部４１に送られてきた信号と、第２増幅素子３２から第２合成器分岐部４２に送られてきた信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１１】
ところで、上述した従来の高周波電力増幅器では、仮に抵抗Ｒ１またはＲ２が存在しなければ、分配器１の第１分配器分岐部１１→第１増幅素子３１→合成器４の第１合成器分岐部４１→合成点→合成器４の第２合成器分岐部４２→第２増幅素子３２→分配器１の第２分配器分岐部１２→分配点→分配器１の第１分配器分岐部１１→・・・という閉ループが形成されており、しばしばループ発振が起こるという問題がある。そこで、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間に抵抗Ｒ１を接続し、または、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間に抵抗Ｒ２を接続して発振を防ぐことが行われている。
【００１２】
抵抗Ｒ１またはＲ２が発振の防止に最も有効に働く周波数は、合成点または分配点から抵抗の位置までの分岐長がλ／４となる周波数である。これは、ウィルキンソン回路を応用したものと見ることができる。抵抗Ｒ１の両端が接続された場所をそれぞれポートＰａ、ポートＰｂとすれば、ウィルキンソン回路はポートＰａとポートＰｂとの間のアイソレーションを得る回路であるから、ポートＰａに入った信号はポートＰｂに伝わらない。同様に、抵抗Ｒ２の両端が接続された場所をそれぞれポートＰｃ、ポートＰｄとすれば、ウィルキンソン回路はポートＰｃとポートＰｄとの間のアイソレーションを得る回路であるから、ポートＰｃに入った信号はポートＰｄに伝わらない。すなわち、先の閉ループのループ利得をアイソレーションで打ち消すことになり、ループ発振を防止することができる。
【００１３】
図６に示す構造を有する高周波電力増幅器は、増幅素子の数が２つであるので、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２とを隣り合った導体パターンで構成することができるので、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間の距離を短くすることができる。したがって、第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間を、抵抗体パターンから成る抵抗Ｒ１で接続することは容易である。同様に、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２とを隣り合った導体パターンで構成することができるので、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間の距離を短くすることができる。したがって、第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間を、抵抗体パターンから成る抵抗Ｒ２で接続することは容易である。
【００１４】
図７は、４個の増幅素子を備えた従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、分配器１００、第１高周波電力増幅部２００、第２高周波電力増幅部３００および合成器４００から構成されている。第１高周波電力増幅部２００および第２高周波電力増幅部３００は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、必要に応じて付加される。
【００１５】
分配器１００は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２００に送り、他方を第２高周波電力増幅部３００に送る。合成器４００は、第１高周波電力増幅部２００から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３００から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１６】
この高周波電力増幅器は、４個の増幅素子を備えているため、そのままでは分配器１００の２つの分岐部の間の距離が大きくなり、その間を抵抗で接続することが難しくなるという問題がある。同様に、合成器４００の２つの分岐部の間の距離が大きくなり、その間を抵抗で接続することが難しくなるという問題がある。
【００１７】
そこで、合成器４００は、合成点からλ／４の長さとなる位置で２つの分岐部が近づくように導体パターンを形成し、２つの分岐部が近づいた位置に抵抗Ｒ１を接続し、再度必要な幅まで分岐部を広げる導体パターンを形成して構成されている。同様に、分岐部１００は、分岐点からλ／４の長さとなる位置で２つの分岐部が近づくように導体パターンを形成し、２つの分岐部が近づいた位置に抵抗Ｒ２を接続し、再度必要な幅まで分岐部を広げる導体パターンを形成して構成されている。
【００１８】
図８は、４個の増幅素子を備えた従来の他の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、分配器５００、第１高周波電力増幅部２００、第２高周波電力増幅部３００および合成器６００から構成されている。第１高周波電力増幅部２００および第２高周波電力増幅部３００は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、必要に応じて付加される。
【００１９】
分配器５００は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２００に送り、他方を第２高周波電力増幅部３００に送る。合成器６００は、第１高周波電力増幅部２００から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３００から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００２０】
この高周波電力増幅器は、図７に示した高周波電力増幅器と同様の問題を解消するために、合成器６００は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ３１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ３２から成る直列回路を、線路Ｌ４１および線路Ｌ４２を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ３１は、線路Ｌ４１のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。また、コンデンサＣ３２は、線路Ｌ４２のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００２１】
同様に、分配器５００は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ４１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ４２から成る直列回路を、線路Ｌ５１および線路Ｌ５２を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ４１は、線路Ｌ４１のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。また、コンデンサＣ４２は、線路Ｌ４２のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００２２】
以上説明したような従来の高周波電力増幅器に関連する技術として、特許文献１は、アイソレーション特性を飛躍的に向上させた高周波電力分配器／合成器と、これを用いた高性能な電力増幅器とを開示している。この特許文献１に開示されている高周波電力分配器／合成器は、第１ノードと、第２ノードと、第３ノードと、第１ノードと第２ノードとに電気的に結合された第１伝送線路と、第１ノードと第３ノードとに電気的に結合された第２伝送線路と、第２ノードと第３ノードとに電気的に結合され、抵抗およびリアクタンスを有する移相器とを備え、第２ノードからみたときの抵抗およびリアクタンスの分布は、第３ノードからみたときの抵抗およびリアクタンスの分布に実質的に等しくなるように構成されている。
【００２３】
また、特許文献２は、分配端子間の距離が離れることにより生じるアイソレーションの劣化を防止し、良好なアイソレーション特性を有するマイクロ波電力合成・分配回路を開示している。このマイクロ波電力合成・分配回路においては、第１伝送線路の一端を第１信号端子（分配端子）とし、第２伝送線路の一端を第２信号端子（分配端子）とし、第１伝送線路の他端と第２伝送線路の他端を接続し、その接続部を第３信号端子（合成端子）とする。第１信号端子と第２信号端子との間には、第１コンデンサ、抵抗（アイソレーション抵抗）、第２コンデンサが直列に接続され、第１伝送線路および第２伝送線路の長さは波長の約１／４で構成されている。
【特許文献１】特開平９−３２１５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２８４９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来の高周波電力増幅器では、分岐部を形成する導体パターンの長さが長くなるので、ロスが増えるという問題がある。
【００２５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、分岐部におけるロスの増加を防ぎつつ、ループ発振を防止できる高周波電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入力信号を２つに分配する分配器と、分配器から送られてくる信号の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とによって２つに分配する第１分配器、第１分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第１増幅回路、第１増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部と、分配器から送られてくる信号の他方を第４分配器分岐部と第２分配器分岐部に隣り合うように設けられた第３分配器分岐部とによって２つに分配する第２分配器、第２分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第２増幅回路、第２増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第４合成器分岐部と第２合成器分岐部に隣り合うように設けられた第３合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部と、第１合成器から送られてくる信号と第２合成器から送られてくる信号とを合成する合成器と、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間、または、第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、合成器および分配器の分岐部の長さは増大しないので、ロスの増加を防ぐことができる。また、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間、または、第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路を備えたので、ループ発振を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。なお、この高周波電力増幅器は、「内部整合型電力増幅回路」とも呼ばれる。この高周波電力増幅器は、分配器１、第１高周波電力増幅部２、第２高周波電力増幅部３、合成器４および安定化回路５から構成されている。第１高周波電力増幅部２および第２高周波電力増幅部３は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１およびＲ２は、必要に応じて付加される。
【００３０】
第１高周波電力増幅部２の分配器、増幅回路および合成器は、それぞれ本発明の第１分配器、第１増幅回路および第１合成器に対応し、第２高周波電力増幅部３の分配器、増幅回路および合成器は、それぞれ本発明の第２分配器、第２増幅回路および第２合成器に対応する。また、第２分配器の２つの分岐部は、本発明の第３分配器分岐部および第４分配器分岐部にそれぞれ対応し、第２合成器の２つの分岐部は、本発明の第３合成器分岐部および第４合成器分岐部にそれぞれ対応する。
【００３１】
分配器１は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２に送り、他方を第２高周波電力増幅部３に送る。合成器４は、第１高周波電力増幅部２から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００３２】
安定化回路５は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２が直列に接続されて構成されており、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置されている。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２は、同一の容量を有する。
【００３３】
ここで、安定化回路５は、コンデンサと抵抗とから成る直列回路ではなく、コンデンサ、抵抗およびコンデンサから成る直列回路にして、２つのコンデンサを用いているのは以下の理由による。すなわち、コンデンサや抵抗が理想的な集中定数素子であれば、コンデンサ、抵抗およびコンデンサから成る直列回路（以下、「Ｃ−Ｒ−Ｃ回路」という）は、半分の容量から成るコンデンサと抵抗とから成る直列回路（以下、「Ｃ／２−Ｒ回路」という）と等価であるから、敢えて２個のコンデンサを用いる必要はない。
【００３４】
ところが、本発明に係る高周波電力増幅器が適用される高周波領域では、実際の抵抗素子には寄生容量成分などが存在し、実際のコンデンサ素子には寄生インダクタンス成分などが存在するので、Ｃ−Ｒ−Ｃ回路とＣ／２−Ｒ回路は等価にならない。増幅動作中は、回路の対称性から各分岐部の電位は等しく、安定化回路５に信号が流れないことが理想であるが、実際には上述した寄生成分のために僅かな信号が流れる。このとき、回路が対称でないと、抵抗Ｒ１における消費電力が増えるので、増幅回路としてロスが増えるという欠点が生じる。そこで、安定化回路５を、コンデンサ、抵抗およびコンデンサといった順番で接続することにより対称性を有するように構成し、ロスの増大を防いでいる。
【００３５】
図８を参照して説明した従来の高周波電力増幅器と同様に、合成器４は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る安定化回路５を、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部および第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部の各一部を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ１は、第２合成器分岐部の一部のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用し、コンデンサＣ２は、第３合成器分岐部の一部のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００３６】
図２は、図１に示した高周波電力増幅器の回路の実装図である。分配器１、第１高周波電力増幅部２の分配器および第２高周波電力増幅部３の分配器は、入力側の誘電体基板６１上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されている。同様に、第１高周波電力増幅部２の合成器および第２高周波電力増幅部３の合成器は、出力側の第１誘電体基板６８上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されており、合成器４は、出力側の第２誘電体基板６９上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されている
第１高周波電力増幅部２および第２高周波電力増幅部３の整合回路を構成するコンデンサ６２（図６に示すコンデンサＣ１１およびコンデンサＣ１２に対応する）と、第１高周波電力増幅部２の分配器および第２高周波電力増幅部３の分配器との間はボンディングワイヤ６３により接続されている。また、コンデンサ６２と増幅素子６４（図６に示す増幅素子３１および増幅素子３２に対応する）との間はボンディングワイヤ６５により接続され、さらに、増幅素子６４と第１誘電体基板６８との間は、ボンディングワイヤ６７により接続されている。
【００３７】
また、安定化回路５は、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置されている。図３は、安定化回路５の部分を拡大して示す図である。抵抗Ｒ１は、誘電体基板６８上に形成された抵抗体パターンにより構成されている。抵抗Ｒ１の形成は、通常は、アルミナなどの誘電体基板上に、抵抗膜としてニクロムやクロムの薄膜を蒸着し、その上に金などの導体薄膜を蒸着後、金などの導体のめっきを所望の厚みだけ付ける。その後、エッチングにて所望の抵抗体パターンが形成される。
【００３８】
図３に示す例では、抵抗膜が金パターンの下に全て存在しているが、抵抗が必要なところに部分的に膜付けするように構成することもできる。また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２は、高誘電率基板の両面に導体パターンが形成された平行平板コンデンサから構成されており、一方の導体パターンからボンディングワイヤ７０によって誘電体基板上の導体パターンに接続され、他方の導体パターンが誘電体基板上の抵抗体パターンに接続された導体パターン上に半田接合されている。
【００３９】
なお、図３に示す安定化回路５では、コンデンサは別部品で構成したが、薄膜技術で誘電体基板上に形成するように構成することもできる。
【００４０】
次に、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路５を抵抗Ｒ１のみで構成した場合と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る直列回路で構成した場合とを比較する実験を行ったので、その結果を説明する。
【００４１】
図４は、安定化回路５を抵抗Ｒ１のみで構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。Ｋファクタは、回路のパラメータから算出される値であり、発振が起こるか否かを示す値である。このＫファクタが「１」以下であれば、発振が起こって動作は不安定になる可能性があり、「１」より大きければ発振は起こらず動作は安定になる。抵抗Ｒ１の抵抗値を変化させてもＫファクタは１以下であり、動作は不安定になる。
【００４２】
図５は、安定化回路５をコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る直列回路で構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図であり、図５（ａ）は、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２を１ｐＦとして抵抗Ｒ１の抵抗値を変化させた場合、図５（ｂ）は、抵抗Ｒ１を１２．５ΩとしてコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量を変化させた場合を示している。この図５により、使用される帯域内の安定化には、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量が１ｐＦ、抵抗Ｒ１の抵抗値が１２．５Ω程度であることが好ましいことが分かる。
【００４３】
なお、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器では、安定化回路５を、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置したが、第１高周波電力増幅部２の第２分配器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３分配器分岐部との間に配置するように構成することもできる。
【００４４】
また、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器では、４個の高周波電力増幅部を備えた場合について説明したが、本発明は、一般的に表すと、２のｎ乗個（ｎは２以上の整数）の高周波電力増幅部を備えて構成することができる。この場合、２のｎ乗個の高周波電力増幅部の各々の構成は、図１に示した実施例１のそれと同じであり、また、入力信号を２のｎ乗個の高周波電力増幅部に分配する完全２分岐状に配置された分配器群と、２のｎ乗個の高周波電力増幅部からの信号を合成する完全２分岐状に配置された合成器群とを備えて構成される。
【００４５】
また、安定化回路は、２のｎ乗個の高周波電力増幅部のうちの中央に配置された２個の高周波電力増幅部の一方の第２分配器分岐部と他方の第１分配器分岐部との間、または、２個の高周波電力増幅部の一方の第２合成器分岐部と他方の第１合成器分岐部との間に、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続されて構成される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、例えばマイクロ波を高い増幅率で増幅する場合に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図２】図１に示した高周波電力増幅器の回路の実装図である。
【図３】図１に示す安定化回路の部分を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路を抵抗のみで構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路をＣ−Ｒ−Ｃ回路で構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。
【図６】従来の２個の増幅素子を備えた高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図７】従来の４個の増幅素子を備えた高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図８】従来の４個の増幅素子を備えた他の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…分配器、２…第１高周波電力増幅部、３…第２高周波電力増幅部、４…合成器、５…安定化回路、１１…第１分配器分岐部、１２…第２分配器分岐部、４１…第１合成器分岐部、４２…第２合成器分岐部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波を電力増幅する高周波電力増幅器に関し、特に、高周波電力増幅器の内部で発生するループ発振を抑止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電力増幅器は、大電力を得るために、通常、入力信号を複数の増幅素子で増幅した後に、増幅された信号を合成して出力する。このような高周波電力増幅器は、入力信号を複数の増幅素子に分配する分配器と、分配器で分配された信号を増幅する複数の増幅器と、複数の増幅素子の出力を合成する合成器とを備えている。
【０００３】
図６は、２個の増幅素子を備えた従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、整合／分配回路（以下、単に「分配器」という）１０、整合回路２０、増幅回路３０および整合／合成回路（以下、単に「合成器」という）４０から構成されている。
【０００４】
分配器１０は、第１分配器分岐部１１、第２分配器分岐部１２および抵抗Ｒ２から構成されている。第１分配器分岐部１１および第２分配器分岐部１２は、例えばマイクロストリップ線路からなる伝送線路によって構成されている。第１分配器分岐部１１の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端は整合回路２に接続されている。また、第２分配器分岐部１２の一端は入力端子ＩＮに接続され、他端は整合回路２に接続されている。入力端子ＩＮと、第１分配器分岐部１１と、第２分配器分岐部１２との接続点を「分配点」と呼ぶ。抵抗Ｒ２はオプションであり、第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間に設けられる。この分配器１０は、入力端子ＩＮから入力された信号を第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２とに分配して整合回路２に送る。
【０００５】
整合回路２０は、インピーダンス整合をとるために設けられており、第１整合回路２１と第２整合回路２２とから構成されている。第１整合回路２１は、インダクタンスＬ１１、インダクタンスＬ２１およびコンデンサＣ１１から構成されている。インダクタンスＬ１１は、第１分配器分岐部１１とコンデンサＣ１１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。インダクタンスＬ２１は、コンデンサＣ１１と増幅回路３の第１増幅素子３１（後述する）とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。コンデンサＣ１１の一端は、インダクタンスＬ１１を介して第１分配器分岐部１１に接続されるとともに、インダクタンスＬ２１を介して増幅回路３０の第１増幅素子３１に接続されており、他端は接地されている。
【０００６】
同様に、第２整合回路２２は、インダクタンスＬ１２、インダクタンスＬ２２およびコンデンサＣ１２から構成されている。インダクタンスＬ１２は、第２分配器分岐部１２とコンデンサＣ１２とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。インダクタンスＬ２２は、コンデンサＣ１２と増幅回路３０の第２増幅素子３２（後述する）とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。コンデンサＣ１２の一端は、インダクタンスＬ１２を介して第２分配器分岐部１２に接続されるとともに、インダクタンスＬ２２を介して増幅回路３０の第２増幅素子３２）に接続されており、他端は接地されている。
【０００７】
増幅回路３０は、第１増幅素子３１と第２増幅素子３２とから構成されている。第１増幅素子３１は、例えばＭＥＳＦＥＴから構成されており、そのゲートは、第１整合回路２１を介して第１分配器分岐部１１に接続され、ソースは接地され、ドレインはインダクタンスＬ３１を介して合成器４０の第１合成器分岐部４１（後述する）に接続されている。インダクタンスＬ３１は、第１増幅素子３１と第１合成器分岐部４１とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。この第１増幅素子３１は、第１分配器分岐部１１から第１整合回路２１を介して送られてくる信号を増幅し、インダクタンスＬ３１を介して合成器４０の第１合成器分岐部４１に送る。
【０００８】
同様に、第２増幅素子３２は、例えばＭＥＳＦＥＴから構成されており、そのゲートは、第２整合回路２２を介して第２分配器分岐部１２に接続され、ソースは接地され、ドレインはインダクタンスＬ３２を介して合成器４０の第２合成器分岐部４２（後述する）に接続されている。インダクタンスＬ３２は、第２増幅素子３２と第２合成器分岐部４２とを結ぶボンディングワイヤのインダクタンス成分である。この第２増幅素子３２は、第２分配器分岐部１２から第２整合回路２２を介して送られてくる信号を増幅し、インダクタンスＬ３２を介して合成器４０の第２合成器分岐部４２に送る。
【０００９】
合成器４０は、第１合成器分岐部４１、第２合成器分岐部４２および抵抗Ｒ１から構成されている。第１合成器分岐部４１および第２合成器分岐部４２は、例えばマイクロストリップ線路からなる伝送線路によって構成されている。第１合成器分岐部４１の一端はインダクタンスＬ３１を介して第１増幅素子３１に接続され、他端は出力端子ＯＵＴに接続されている。第２合成器分岐部４２の一端はインダクタンスＬ３２を介して第２増幅素子３２に接続され、他端は出力端子ＯＵＴに接続されている。出力端子ＯＵＴと、第１合成器分岐部４１と、第２合成器分岐部４２との接続点を「合成点」と呼ぶ。抵抗Ｒ１は、第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間に設けられている。この合成器４０は、増幅回路３０から送られてくる信号を第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２とによって合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１０】
上記のように構成される高周波電力増幅器においては、入力端子ＩＮに入力された信号は、分配器１０において２つの信号に分配される。分配された信号の一方は、第１整合回路２１を介して第１増幅素子３１に送られ、この第１増幅素子３１において増幅された信号は、合成器４０の第１合成器分岐部４１に送られる。一方、分配された信号の他方は、第２整合回路２２を介して第２増幅素子３２に送られ、この第２増幅素子３２において増幅された信号は、合成器４０の第２合成器分岐部４２に送られる。合成器４０は、第１増幅素子３１から第１合成器分岐部４１に送られてきた信号と、第２増幅素子３２から第２合成器分岐部４２に送られてきた信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１１】
ところで、上述した従来の高周波電力増幅器では、仮に抵抗Ｒ１またはＲ２が存在しなければ、分配器１の第１分配器分岐部１１→第１増幅素子３１→合成器４の第１合成器分岐部４１→合成点→合成器４の第２合成器分岐部４２→第２増幅素子３２→分配器１の第２分配器分岐部１２→分配点→分配器１の第１分配器分岐部１１→・・・という閉ループが形成されており、しばしばループ発振が起こるという問題がある。そこで、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間に抵抗Ｒ１を接続し、または、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間に抵抗Ｒ２を接続して発振を防ぐことが行われている。
【００１２】
抵抗Ｒ１またはＲ２が発振の防止に最も有効に働く周波数は、合成点または分配点から抵抗の位置までの分岐長がλ／４となる周波数である。これは、ウィルキンソン回路を応用したものと見ることができる。抵抗Ｒ１の両端が接続された場所をそれぞれポートＰａ、ポートＰｂとすれば、ウィルキンソン回路はポートＰａとポートＰｂとの間のアイソレーションを得る回路であるから、ポートＰａに入った信号はポートＰｂに伝わらない。同様に、抵抗Ｒ２の両端が接続された場所をそれぞれポートＰｃ、ポートＰｄとすれば、ウィルキンソン回路はポートＰｃとポートＰｄとの間のアイソレーションを得る回路であるから、ポートＰｃに入った信号はポートＰｄに伝わらない。すなわち、先の閉ループのループ利得をアイソレーションで打ち消すことになり、ループ発振を防止することができる。
【００１３】
図６に示す構造を有する高周波電力増幅器は、増幅素子の数が２つであるので、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２とを隣り合った導体パターンで構成することができるので、合成器４０の第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間の距離を短くすることができる。したがって、第１合成器分岐部４１と第２合成器分岐部４２との間を、抵抗体パターンから成る抵抗Ｒ１で接続することは容易である。同様に、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２とを隣り合った導体パターンで構成することができるので、分配器１０の第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間の距離を短くすることができる。したがって、第１分配器分岐部１１と第２分配器分岐部１２との間を、抵抗体パターンから成る抵抗Ｒ２で接続することは容易である。
【００１４】
図７は、４個の増幅素子を備えた従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、分配器１００、第１高周波電力増幅部２００、第２高周波電力増幅部３００および合成器４００から構成されている。第１高周波電力増幅部２００および第２高周波電力増幅部３００は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、必要に応じて付加される。
【００１５】
分配器１００は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２００に送り、他方を第２高周波電力増幅部３００に送る。合成器４００は、第１高周波電力増幅部２００から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３００から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００１６】
この高周波電力増幅器は、４個の増幅素子を備えているため、そのままでは分配器１００の２つの分岐部の間の距離が大きくなり、その間を抵抗で接続することが難しくなるという問題がある。同様に、合成器４００の２つの分岐部の間の距離が大きくなり、その間を抵抗で接続することが難しくなるという問題がある。
【００１７】
そこで、合成器４００は、合成点からλ／４の長さとなる位置で２つの分岐部が近づくように導体パターンを形成し、２つの分岐部が近づいた位置に抵抗Ｒ１を接続し、再度必要な幅まで分岐部を広げる導体パターンを形成して構成されている。同様に、分岐部１００は、分岐点からλ／４の長さとなる位置で２つの分岐部が近づくように導体パターンを形成し、２つの分岐部が近づいた位置に抵抗Ｒ２を接続し、再度必要な幅まで分岐部を広げる導体パターンを形成して構成されている。
【００１８】
図８は、４個の増幅素子を備えた従来の他の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。この高周波電力増幅器は、分配器５００、第１高周波電力増幅部２００、第２高周波電力増幅部３００および合成器６００から構成されている。第１高周波電力増幅部２００および第２高周波電力増幅部３００は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、必要に応じて付加される。
【００１９】
分配器５００は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２００に送り、他方を第２高周波電力増幅部３００に送る。合成器６００は、第１高周波電力増幅部２００から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３００から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００２０】
この高周波電力増幅器は、図７に示した高周波電力増幅器と同様の問題を解消するために、合成器６００は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ３１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ３２から成る直列回路を、線路Ｌ４１および線路Ｌ４２を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ３１は、線路Ｌ４１のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。また、コンデンサＣ３２は、線路Ｌ４２のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００２１】
同様に、分配器５００は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ４１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ４２から成る直列回路を、線路Ｌ５１および線路Ｌ５２を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ４１は、線路Ｌ４１のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。また、コンデンサＣ４２は、線路Ｌ４２のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００２２】
以上説明したような従来の高周波電力増幅器に関連する技術として、特許文献１は、アイソレーション特性を飛躍的に向上させた高周波電力分配器／合成器と、これを用いた高性能な電力増幅器とを開示している。この特許文献１に開示されている高周波電力分配器／合成器は、第１ノードと、第２ノードと、第３ノードと、第１ノードと第２ノードとに電気的に結合された第１伝送線路と、第１ノードと第３ノードとに電気的に結合された第２伝送線路と、第２ノードと第３ノードとに電気的に結合され、抵抗およびリアクタンスを有する移相器とを備え、第２ノードからみたときの抵抗およびリアクタンスの分布は、第３ノードからみたときの抵抗およびリアクタンスの分布に実質的に等しくなるように構成されている。
【００２３】
また、特許文献２は、分配端子間の距離が離れることにより生じるアイソレーションの劣化を防止し、良好なアイソレーション特性を有するマイクロ波電力合成・分配回路を開示している。このマイクロ波電力合成・分配回路においては、第１伝送線路の一端を第１信号端子（分配端子）とし、第２伝送線路の一端を第２信号端子（分配端子）とし、第１伝送線路の他端と第２伝送線路の他端を接続し、その接続部を第３信号端子（合成端子）とする。第１信号端子と第２信号端子との間には、第１コンデンサ、抵抗（アイソレーション抵抗）、第２コンデンサが直列に接続され、第１伝送線路および第２伝送線路の長さは波長の約１／４で構成されている。
【特許文献１】特開平９−３２１５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２８４９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上述した従来の高周波電力増幅器では、分岐部を形成する導体パターンの長さが長くなるので、ロスが増えるという問題がある。
【００２５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、分岐部におけるロスの増加を防ぎつつ、ループ発振を防止できる高周波電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入力信号を２つに分配する分配器と、分配器から送られてくる信号の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とによって２つに分配する第１分配器、第１分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第１増幅回路、第１増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部と、分配器から送られてくる信号の他方を第４分配器分岐部と第２分配器分岐部に隣り合うように設けられた第３分配器分岐部とによって２つに分配する第２分配器、第２分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第２増幅回路、第２増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第４合成器分岐部と第２合成器分岐部に隣り合うように設けられた第３合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部と、第１合成器から送られてくる信号と第２合成器から送られてくる信号とを合成する合成器と、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間、または、第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、合成器および分配器の分岐部の長さは増大しないので、ロスの増加を防ぐことができる。また、第２分配器分岐部と第３分配器分岐部との間、または、第２合成器分岐部と第３分配器分岐部との間に、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路を備えたので、ループ発振を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。なお、この高周波電力増幅器は、「内部整合型電力増幅回路」とも呼ばれる。この高周波電力増幅器は、分配器１、第１高周波電力増幅部２、第２高周波電力増幅部３、合成器４および安定化回路５から構成されている。第１高周波電力増幅部２および第２高周波電力増幅部３は、図６に示した高周波電力増幅器と同じであるが、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の記載は省略されている。これら抵抗Ｒ１およびＲ２は、必要に応じて付加される。
【００３０】
第１高周波電力増幅部２の分配器、増幅回路および合成器は、それぞれ本発明の第１分配器、第１増幅回路および第１合成器に対応し、第２高周波電力増幅部３の分配器、増幅回路および合成器は、それぞれ本発明の第２分配器、第２増幅回路および第２合成器に対応する。また、第２分配器の２つの分岐部は、本発明の第３分配器分岐部および第４分配器分岐部にそれぞれ対応し、第２合成器の２つの分岐部は、本発明の第３合成器分岐部および第４合成器分岐部にそれぞれ対応する。
【００３１】
分配器１は、入力端子ＩＮから入力された信号を２つに分配し、この分配した信号の一方を第１高周波電力増幅部２に送り、他方を第２高周波電力増幅部３に送る。合成器４は、第１高周波電力増幅部２から送られてくる信号と、第２高周波電力増幅部３から送られてくる信号とを合成し、出力端子ＯＵＴから出力する。
【００３２】
安定化回路５は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２が直列に接続されて構成されており、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置されている。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２は、同一の容量を有する。
【００３３】
ここで、安定化回路５は、コンデンサと抵抗とから成る直列回路ではなく、コンデンサ、抵抗およびコンデンサから成る直列回路にして、２つのコンデンサを用いているのは以下の理由による。すなわち、コンデンサや抵抗が理想的な集中定数素子であれば、コンデンサ、抵抗およびコンデンサから成る直列回路（以下、「Ｃ−Ｒ−Ｃ回路」という）は、半分の容量から成るコンデンサと抵抗とから成る直列回路（以下、「Ｃ／２−Ｒ回路」という）と等価であるから、敢えて２個のコンデンサを用いる必要はない。
【００３４】
ところが、本発明に係る高周波電力増幅器が適用される高周波領域では、実際の抵抗素子には寄生容量成分などが存在し、実際のコンデンサ素子には寄生インダクタンス成分などが存在するので、Ｃ−Ｒ−Ｃ回路とＣ／２−Ｒ回路は等価にならない。増幅動作中は、回路の対称性から各分岐部の電位は等しく、安定化回路５に信号が流れないことが理想であるが、実際には上述した寄生成分のために僅かな信号が流れる。このとき、回路が対称でないと、抵抗Ｒ１における消費電力が増えるので、増幅回路としてロスが増えるという欠点が生じる。そこで、安定化回路５を、コンデンサ、抵抗およびコンデンサといった順番で接続することにより対称性を有するように構成し、ロスの増大を防いでいる。
【００３５】
図８を参照して説明した従来の高周波電力増幅器と同様に、合成器４は、合成点からλ／４の長さとなる２つの分岐部の位置の間に、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る安定化回路５を、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部および第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部の各一部を介して接続することにより構成されている。コンデンサＣ１は、第２合成器分岐部の一部のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用し、コンデンサＣ２は、第３合成器分岐部の一部のインダクタンス成分による位相の変化をキャンセルするように作用する。
【００３６】
図２は、図１に示した高周波電力増幅器の回路の実装図である。分配器１、第１高周波電力増幅部２の分配器および第２高周波電力増幅部３の分配器は、入力側の誘電体基板６１上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されている。同様に、第１高周波電力増幅部２の合成器および第２高周波電力増幅部３の合成器は、出力側の第１誘電体基板６８上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されており、合成器４は、出力側の第２誘電体基板６９上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されている
第１高周波電力増幅部２および第２高周波電力増幅部３の整合回路を構成するコンデンサ６２（図６に示すコンデンサＣ１１およびコンデンサＣ１２に対応する）と、第１高周波電力増幅部２の分配器および第２高周波電力増幅部３の分配器との間はボンディングワイヤ６３により接続されている。また、コンデンサ６２と増幅素子６４（図６に示す増幅素子３１および増幅素子３２に対応する）との間はボンディングワイヤ６５により接続され、さらに、増幅素子６４と第１誘電体基板６８との間は、ボンディングワイヤ６７により接続されている。
【００３７】
また、安定化回路５は、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置されている。図３は、安定化回路５の部分を拡大して示す図である。抵抗Ｒ１は、誘電体基板６８上に形成された抵抗体パターンにより構成されている。抵抗Ｒ１の形成は、通常は、アルミナなどの誘電体基板上に、抵抗膜としてニクロムやクロムの薄膜を蒸着し、その上に金などの導体薄膜を蒸着後、金などの導体のめっきを所望の厚みだけ付ける。その後、エッチングにて所望の抵抗体パターンが形成される。
【００３８】
図３に示す例では、抵抗膜が金パターンの下に全て存在しているが、抵抗が必要なところに部分的に膜付けするように構成することもできる。また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２は、高誘電率基板の両面に導体パターンが形成された平行平板コンデンサから構成されており、一方の導体パターンからボンディングワイヤ７０によって誘電体基板上の導体パターンに接続され、他方の導体パターンが誘電体基板上の抵抗体パターンに接続された導体パターン上に半田接合されている。
【００３９】
なお、図３に示す安定化回路５では、コンデンサは別部品で構成したが、薄膜技術で誘電体基板上に形成するように構成することもできる。
【００４０】
次に、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路５を抵抗Ｒ１のみで構成した場合と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る直列回路で構成した場合とを比較する実験を行ったので、その結果を説明する。
【００４１】
図４は、安定化回路５を抵抗Ｒ１のみで構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。Ｋファクタは、回路のパラメータから算出される値であり、発振が起こるか否かを示す値である。このＫファクタが「１」以下であれば、発振が起こって動作は不安定になる可能性があり、「１」より大きければ発振は起こらず動作は安定になる。抵抗Ｒ１の抵抗値を変化させてもＫファクタは１以下であり、動作は不安定になる。
【００４２】
図５は、安定化回路５をコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２から成る直列回路で構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図であり、図５（ａ）は、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２を１ｐＦとして抵抗Ｒ１の抵抗値を変化させた場合、図５（ｂ）は、抵抗Ｒ１を１２．５ΩとしてコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量を変化させた場合を示している。この図５により、使用される帯域内の安定化には、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の容量が１ｐＦ、抵抗Ｒ１の抵抗値が１２．５Ω程度であることが好ましいことが分かる。
【００４３】
なお、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器では、安定化回路５を、第１高周波電力増幅部２の第２合成器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３合成器分岐部との間に配置したが、第１高周波電力増幅部２の第２分配器分岐部と第２高周波電力増幅部３の第３分配器分岐部との間に配置するように構成することもできる。
【００４４】
また、上述した実施例１に係る高周波電力増幅器では、４個の高周波電力増幅部を備えた場合について説明したが、本発明は、一般的に表すと、２のｎ乗個（ｎは２以上の整数）の高周波電力増幅部を備えて構成することができる。この場合、２のｎ乗個の高周波電力増幅部の各々の構成は、図１に示した実施例１のそれと同じであり、また、入力信号を２のｎ乗個の高周波電力増幅部に分配する完全２分岐状に配置された分配器群と、２のｎ乗個の高周波電力増幅部からの信号を合成する完全２分岐状に配置された合成器群とを備えて構成される。
【００４５】
また、安定化回路は、２のｎ乗個の高周波電力増幅部のうちの中央に配置された２個の高周波電力増幅部の一方の第２分配器分岐部と他方の第１分配器分岐部との間、または、２個の高周波電力増幅部の一方の第２合成器分岐部と他方の第１合成器分岐部との間に、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続されて構成される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、例えばマイクロ波を高い増幅率で増幅する場合に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図２】図１に示した高周波電力増幅器の回路の実装図である。
【図３】図１に示す安定化回路の部分を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路を抵抗のみで構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る高周波電力増幅器において、安定化回路をＣ−Ｒ−Ｃ回路で構成した場合の周波数とＫファクタとの関係を示す図である。
【図６】従来の２個の増幅素子を備えた高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図７】従来の４個の増幅素子を備えた高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【図８】従来の４個の増幅素子を備えた他の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…分配器、２…第１高周波電力増幅部、３…第２高周波電力増幅部、４…合成器、５…安定化回路、１１…第１分配器分岐部、１２…第２分配器分岐部、４１…第１合成器分岐部、４２…第２合成器分岐部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２つに分配する分配器と、
前記分配器から送られてくる信号の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とによって２つに分配する第１分配器、前記第１分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第１増幅回路、前記第１増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部と、
前記分配器から送られてくる信号の他方を第４分配器分岐部と前記第２分配器分岐部に隣り合うように設けられた第３分配器分岐部とによって２つに分配する第２分配器、前記第２分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第２増幅回路、前記第２増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第４合成器分岐部と前記第２合成器分岐部に隣り合うように設けられた第３合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部と、
前記第１合成器から送られてくる信号と前記第２合成器から送られてくる信号とを合成する合成器と、
前記第２分配器分岐部と前記第３分配器分岐部との間、または、前記第２合成器分岐部と前記第３分配器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路と、
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記分配器、第１分配器、第２分配器、第１合成器、第２合成器および合成器は、誘電体基板上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記抵抗は、誘電体基板上に形成された抵抗体パターンから構成されていることを特徴とする請求項２記載の高周波電力増幅器。
【請求項４】
前記第１コンデンサおよび第２コンデンサは、高誘電率基板の両面に導体パターンが形成された平行平板コンデンサから成り、該第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々の一方の導体パターンは誘電体基板上の導体パターン上に半田で接合され、他方の導体パターンはボンディングワイヤで前記誘電体基板上の抵抗体パターンに接続された導体パターンに接続されていることを特徴とする請求項３記載の高周波電力増幅器。
【請求項５】
入力された信号を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部によって２つに分配する分配器、前記分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する増幅回路、前記増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する合成器を、各々が備えた２のｎ乗個（ｎは２以上の整数）の高周波電力増幅部と、
入力信号を前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部に分配する完全２分岐状に配置された分配器群と、
前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部からの信号を合成する完全２分岐状に配置された合成器群と、
前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部のうちの中央に配置された２個の高周波電力増幅部の一方の第２分配器分岐部と他方の第１分配器分岐部との間、または、前記２個の高周波電力増幅部の一方の第２合成器分岐部と他方の第１合成器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路と、
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項１】
入力信号を２つに分配する分配器と、
前記分配器から送られてくる信号の一方を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とによって２つに分配する第１分配器、前記第１分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第１増幅回路、前記第１増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第１合成器を備えた第１高周波電力増幅部と、
前記分配器から送られてくる信号の他方を第４分配器分岐部と前記第２分配器分岐部に隣り合うように設けられた第３分配器分岐部とによって２つに分配する第２分配器、前記第２分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する第２増幅回路、前記第２増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第４合成器分岐部と前記第２合成器分岐部に隣り合うように設けられた第３合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する第２合成器を備えた第２高周波電力増幅部と、
前記第１合成器から送られてくる信号と前記第２合成器から送られてくる信号とを合成する合成器と、
前記第２分配器分岐部と前記第３分配器分岐部との間、または、前記第２合成器分岐部と前記第３分配器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路と、
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記分配器、第１分配器、第２分配器、第１合成器、第２合成器および合成器は、誘電体基板上に形成された導体パターンによる分布定数回路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記抵抗は、誘電体基板上に形成された抵抗体パターンから構成されていることを特徴とする請求項２記載の高周波電力増幅器。
【請求項４】
前記第１コンデンサおよび第２コンデンサは、高誘電率基板の両面に導体パターンが形成された平行平板コンデンサから成り、該第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々の一方の導体パターンは誘電体基板上の導体パターン上に半田で接合され、他方の導体パターンはボンディングワイヤで前記誘電体基板上の抵抗体パターンに接続された導体パターンに接続されていることを特徴とする請求項３記載の高周波電力増幅器。
【請求項５】
入力された信号を第１分配器分岐部と第２分配器分岐部によって２つに分配する分配器、前記分配器の第１分配器分岐部と第２分配器分岐部とから送られてくる２つの信号をそれぞれ増幅する増幅回路、前記増幅回路から送られてくる２つの増幅された信号を第１合成器分岐部と第２合成器分岐部とによりそれぞれ受け取って合成する合成器を、各々が備えた２のｎ乗個（ｎは２以上の整数）の高周波電力増幅部と、
入力信号を前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部に分配する完全２分岐状に配置された分配器群と、
前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部からの信号を合成する完全２分岐状に配置された合成器群と、
前記２のｎ乗個の高周波電力増幅部のうちの中央に配置された２個の高周波電力増幅部の一方の第２分配器分岐部と他方の第１分配器分岐部との間、または、前記２個の高周波電力増幅部の一方の第２合成器分岐部と他方の第１合成器分岐部との間に設けられた、第１コンデンサ、抵抗および第２コンデンサが直列に接続された安定化回路と、
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１６０４４９（Ｐ２００８−１６０４４９Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６４３４（Ｐ２００６−３４６４３４）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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