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1. WO2020003417 - AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE ET FILTRE

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明 細 書

発明の名称 電力増幅器及びフィルタ

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023  

産業上の利用可能性

0024  

符号の説明

0025  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 電力増幅器及びフィルタ

技術分野

[0001]
 この発明は、奇数次高調波及び偶数次高調波のそれぞれに共振する電力増幅器及びフィルタに関するものである。

背景技術

[0002]
 以下の特許文献1には、2倍波に共振する2倍波共振器と、3倍波に共振する3倍波共振器とを備える電力増幅器が開示されている。
 特許文献1に開示されている電力増幅器は、増幅素子から出力された増幅後の信号を伝送する伝送線路を備えている。
 また、特許文献1に開示されている電力増幅器は、伝送線路と平行に配置されており、伝送線路と電磁結合される結合線路である2倍波共振器と、伝送線路と平行に配置されており、伝送線路と電磁結合される結合線路である3倍波共振器とを備えている。
 2倍波共振器が、増幅素子から出力された増幅後の信号に含まれている2倍波に共振することで、2倍波を抑圧し、3倍波共振器が、増幅素子から出力された増幅後の信号に含まれている3倍波に共振することで、3倍波を抑圧する。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開平8-139535号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 特許文献1に開示されている電力増幅器は、増幅後の信号に含まれている2倍波及び3倍波のそれぞれを抑圧することができる。
 しかし、特許文献1に開示されている電力増幅器では、2倍波共振器である結合線路と、3倍波共振器である結合線路とを伝送線路と平行に配置する必要があり、3本の線路を平行に配置するスペースを確保しなければならない。
 したがって、特許文献1に開示されている電力増幅器は、3本の線路を平行に配置するスペースを確保できない場合、2倍波及び3倍波のそれぞれを抑圧することができないという課題があった。
[0005]
 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、2本の線路を平行に配置するスペースを確保できれば、奇数次高調波及び偶数次高調波のそれぞれを抑圧することができる電力増幅器及びフィルタを得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 この発明に係る電力増幅器は、増幅対象の信号を増幅し、増幅後の信号を出力する増幅素子と、一端が増幅素子の出力端子と接続されており、増幅素子の出力端子から出力された増幅後の信号を伝送する伝送線路と、一端が伝送線路の一端と接続されているスタブと、伝送線路及びスタブのそれぞれと平行に配置されており、伝送線路及びスタブのそれぞれと電磁結合される結合線路とを備え、スタブ及び結合線路が、増幅後の信号に含まれている奇数次高調波に共振する第1の共振器として動作し、伝送線路、スタブ及び結合線路が、増幅後の信号に含まれている偶数次高調波に共振する第2の共振器として動作するようにしたものである。

発明の効果

[0007]
 この発明によれば、一端が伝送線路の一端と接続されているスタブと、伝送線路及びスタブのそれぞれと平行に配置されており、伝送線路及びスタブのそれぞれと電磁結合される結合線路とを備え、スタブ及び結合線路が、増幅後の信号に含まれている奇数次高調波に共振する第1の共振器として動作し、伝送線路、スタブ及び結合線路が、増幅後の信号に含まれている偶数次高調波に共振する第2の共振器として動作するように、電力増幅器を構成した。したがって、この発明に係る電力増幅器は、2本の線路を平行に配置するスペースを確保できれば、奇数次高調波及び偶数次高調波のそれぞれを抑圧することができる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 実施の形態1による電力増幅器を示す構成図である。
[図2] 図2Aは、シミュレーション結果を示すスミスチャート、図2Bは、シミュレーション結果として、周波数と信号強度の関係を示すグラフである。
[図3] 実施の形態2による電力増幅器を示す斜視図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
[0010]
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1による電力増幅器を示す構成図である。
 図1において、増幅素子1は、入力端子1aから入力された高周波信号(増幅対象の信号)を増幅し、出力端子1bから増幅後の高周波信号をフィルタ2に出力する。
 増幅素子1としては、電界効果トランジスタ(FET: Field Effect Transistor)又はヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)などを用いることができる。
 図1に示す電力増幅器では、増幅素子1のソース端子又はエミッタ端子が接地されている。しかし、これは一例に過ぎず、増幅素子1のドレイン端子又はコレク タ端子が接地されているトランジスタであってもよい。
[0011]
 フィルタ2は、伝送線路11、スタブ12及び結合線路13を備えている。
 伝送線路11、スタブ12及び結合線路13のそれぞれは、例えば、メタルパターンで半導体基板に形成されている。
 伝送線路11とスタブ12の直列線路は、1本の線路であるとみなされる。したがって、フィルタ2の構成は、伝送線路11及びスタブ12の直列線路と、結合線路13との2本の線路が平行に配置されているものである。
 フィルタ2は、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている2次高調波及び3次高調波のそれぞれを抑圧して、高周波信号に含まれている基本波を出力する。
[0012]
 伝送線路11は、一端が増幅素子1の出力端子1bと接続されており、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号を伝送する線路である。
 スタブ12は、一端が伝送線路11の一端と接続されているオープンスタブである。
 スタブ12は、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の12分の1の電気長L1(=λ /12)を有している。
 図1に示す電力増幅器では、伝送線路11とスタブ12が離れているように表記しているが、実際には、接続点Cにおいて、伝送線路11とスタブ12が接続されている。
[0013]
 結合線路13は、スタブ12側の端部13aが開放され、伝送線路11側の端部13bが接地されている。
 結合線路13は、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと平行に配置されており、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと電磁結合される線路である。
 結合線路13は、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の8分の1の電気長(L1+L2)(=λ /8)を有している。
 電気長L2は、伝送線路11が有する電気長であり、基本波fの波長λ の24分の1の長さλ /24である。
[0014]
 スタブ12及び結合線路13は、増幅後の高周波信号に含まれている3次高調波(奇数次高調波)に共振する第1の共振器21として動作する。
 伝送線路11、スタブ12及び結合線路13は、増幅後の高周波信号に含まれている2次高調波(偶数次高調波)に共振する第2の共振器22として動作する。
[0015]
 次に、図1に示す電力増幅器の動作について説明する。
 増幅素子1は、入力端子1aから高周波信号が入力されると、高周波信号を増幅し、出力端子1bから増幅後の高周波信号をフィルタ2に出力する。
 伝送線路11の一端にはスタブ12が接続されており、スタブ12の電気長L1は、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の12分の1の長さλ /12である。また、スタブ12の電気長L1は、増幅後の高周波信号に含まれている3次高調波の波長λ 3fの4分の1の長さλ 3f/4である。
 したがって、スタブ12及び結合線路13は、高周波信号に含まれている3次高調波に共振する第1の共振器21として動作するため、3次高調波は、第1の共振器21によって抑圧される。
[0016]
 結合線路13は、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと平行に配置されており、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと電磁結合される。
 結合線路13の電気長(L1+L2)は、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の8分の1の長さλ /8である。また、結合線路13の電気長(L1+L2)は、増幅後の高周波信号に含まれている2次高調波の波長λ 2fの4分の1の長さλ 2f/4である。
 したがって、伝送線路11、スタブ12及び結合線路13は、高周波信号に含まれている2次高調波に共振する第2の共振器22として動作するため、2次高調波は、第2の共振器22によって抑圧される。
 増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fは、伝送線路11を伝送されて、外部に出力される。
[0017]
 ここで、図2は、フィルタ2によって、2次高調波処理及び3次高調波処理のそれぞれが実施された場合のシミュレーション結果を示す説明図である。
 図2Aは、シミュレーション結果を示すスミスチャートであり、図2Bは、シミュレーション結果として、周波数と信号強度の関係を示すグラフである。
 図2に示すシミュレーション結果は、フィルタ2が、30GHz帯の高周波信号に含まれている2次高調波を処理した結果と、3次高調波を処理した結果とを示している。
 図2Aは、2次高調波の周波数である60HHzが開放され、3次高調波の周波数である90HHzが短絡されていることを示している。
 図2Bは、高周波信号に含まれている2次高調波及び3次高調波のそれぞれの信号強度が減衰されていることを示している。
[0018]
 以上の実施の形態1は、一端が伝送線路11の一端と接続されているスタブ12と、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと平行に配置されており、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれと電磁結合される結合線路13とを備え、スタブ12及び結合線路13が、増幅後の信号に含まれている奇数次高調波に共振する第1の共振器21として動作し、伝送線路11、スタブ12及び結合線路13が、増幅後の信号に含まれている偶数次高調波に共振する第2の共振器22として動作するように、電力増幅器を構成した。したがって、電力増幅器は、2本の線路を平行に配置するスペースを確保できれば、奇数次高調波及び偶数次高調波のそれぞれを抑圧することができる。
[0019]
 図1に示す電力増幅器では、第1の共振器21が3次高調波に共振し、第2の共振器が2次高調波に共振している。しかし、これは一例に過ぎず、第1の共振器21が5次高調波又は7次高調波などの奇数次高調波に共振し、第2の共振器が4次高調波又は6次高調波などの偶数次高調波に共振するものであってもよい。
 第1の共振器21が例えば5次高調波に共振するには、スタブ12の電気長L1が、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の20分の1の長さλ /20であればよい。
 第2の共振器22が例えば4次高調波に共振するには、結合線路13の電気長(L1+L2)が、増幅素子1の出力端子1bから出力された増幅後の高周波信号に含まれている基本波fの波長λ の16分の1の長さλ /16であればよい。
[0020]
実施の形態2.
 図1に示す電力増幅器では、伝送線路11、スタブ12及び結合線路13が、半導体基板の同一平面に形成されている。
 実施の形態2では、結合線路13が、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれが形成されている半導体基板(回路基板)の層と別の層に形成されている電力増幅器について説明する。
[0021]
 図3は、実施の形態2による電力増幅器を示す斜視図である。図3において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 図3では、増幅素子1の記載を省略している。
 半導体基板40は、第1の層41と第2の層42とを備える多層基板である。
 結合線路13は、第1の層41に形成されている。図3に示す電力増幅器では、結合線路13の形状がL字型である。
 伝送線路11及びスタブ12のそれぞれは、第2の層42に形成されている。図3に示す電力増幅器では、結合線路13の形状に合わせて、伝送線路11とスタブ12がL字型に接続されている。
 第1の層41から第2の層42を見たとき、結合線路13と、伝送線路11及びスタブ12とが重なる位置に配置されている。
[0022]
 以上の実施の形態2は、結合線路13が、伝送線路11及びスタブ12のそれぞれが形成されている回路基板の層と別の層に形成されているように、電力増幅器を構成した。したがって、実施の形態2の電力増幅器は、実施の形態1の電力増幅器よりも、回路基板における1つの平面でのフィルタ2の占有面積を縮小することができる。
[0023]
 なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

産業上の利用可能性

[0024]
 この発明は、奇数次高調波及び偶数次高調波のそれぞれに共振する電力増幅器及びフィルタに適している。

符号の説明

[0025]
 1 増幅素子、1a 入力端子、1b 出力端子、2 フィルタ、11 伝送線路、12 スタブ、13 結合線路、13a,13b 端部、21 第1の共振器、22 第2の共振器、40 半導体基板、41 第1の層、42 第2の層。

請求の範囲

[請求項1]
 増幅対象の信号を増幅し、増幅後の信号を出力する増幅素子と、
 一端が前記増幅素子の出力端子と接続されており、前記増幅素子の出力端子から出力された増幅後の信号を伝送する伝送線路と、
 一端が前記伝送線路の一端と接続されているスタブと、
 前記伝送線路及び前記スタブのそれぞれと平行に配置されており、前記伝送線路及び前記スタブのそれぞれと電磁結合される結合線路とを備え、
 前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている奇数次高調波に共振する第1の共振器として動作し、
 前記伝送線路、前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている偶数次高調波に共振する第2の共振器として動作することを特徴とする電力増幅器。
[請求項2]
 前記スタブは、前記増幅後の信号に含まれている基本波の波長の12分の1の電気長を有しており、
 前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている3次高調波に共振する第1の共振器として動作することを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
[請求項3]
 前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている基本波の波長の8分の1の電気長を有しており、
 前記伝送線路、前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている2次高調波に共振する第2の共振器として動作することを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
[請求項4]
 前記スタブがオープンスタブであり、
 前記結合線路は、前記スタブ側の端部が開放され、前記伝送線路側の端部が接地されていることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
[請求項5]
 前記結合線路は、前記伝送線路及び前記スタブのそれぞれが形成されている回路基板の層と別の層に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
[請求項6]
 一端が増幅素子の出力端子と接続されており、前記増幅素子の出力端子から出力された増幅後の信号を伝送する伝送線路と、
 一端が前記伝送線路の一端と接続されているスタブと、
 前記伝送線路及び前記スタブのそれぞれと平行に配置されており、前記伝送線路及び前記スタブのそれぞれと電磁結合される結合線路とを備え、
 前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている奇数次高調波に共振する第1の共振器として動作し、
 前記伝送線路、前記スタブ及び前記結合線路は、前記増幅後の信号に含まれている偶数次高調波に共振する第2の共振器として動作することを特徴とするフィルタ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]