JPH10322146A - 増幅器モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所要帯域にわたって通過位相の揃った増幅器
モジュールを得ることを目的とする。 【解決手段】 先端開放線路と先端短絡線路との並列接
続回路から成る位相補償回路を信号が通る主線路とアー
ス間に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーダ、通信等
のアクティブフェーズドアレーアンテナに使用するマイ
クロ波帯の増幅器モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーダ、通信等では信頼性、高速性の観
点から、そこに使用されるアンテナとして、複数個の素
子アンテナから成るアクティブフェーズドアレーアンテ
ナが使用されており、各素子アンテナには信号を増幅す
るための増幅器モジュールが接続されている。

【０００３】図１１は従来の増幅器モジュールを示すも
ので、例えば１９９２年ＩＥＥＥＭＴＴ−Ｓ「Ｕｌｔｒ
ａ Ｓｍａｌｌ Ｓｉｚｅ Ｘ ｂａｎｄ ＭＭＩＣ
Ｔ／Ｒ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｈａ
ｓｅｄ Ａｒｒａｙ」に示されたのである。図中、１３
は移相器、１４は増幅器、１５、１６はそれぞれ入力端
子、出力端子、１７は位相制御回路である。このモジュ
ールは入力端子１５と出力端子１６間に、ダイオード、
ＦＥＴ等の半導体を用いた移相器１３と、この移相器１
３の出力側に縦続接続され、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の半導
体を用いた増幅器１４とが設けられており、移相器１３
には通過位相を制御するための位相制御回路１７が接続
された構成となっている。また、小形、軽量化を図るた
めに、これらの移相器１３および増幅器１４はモノリシ
ック集積回路により形成されている。なお、図中では省
略されているが、出力端子１６には素子アンテナが接続
されている。アクティブフェーズドアレーアンテナでは
このような増幅器モジュールが多数使用されており、増
幅器１４に使用するＦＥＴ、ＨＥＭＴの特性バラツキお
よび製造バラツキによるモジュール間の通過位相のバラ
ツキを補償するために移相器１３が設けられている。

【０００４】次に動作について説明する。入力端子１５
から入射した信号は位相制御回路１７からの制御信号に
より、移相器１３で所望の位相量に設定された後、増幅
器１４に到達する。そこであるレベルまで増幅され、増
幅された信号は出力端子１６を通って素子アンテナに供
給され、そこから空間に放射される。アクティブフェー
ズドアレーアンテナではこのような増幅器モジュールが
多数用いられており、各増幅器モジュール出力を効率良
く空間合成することにより、数百Ｗから数ＫＷの大電力
を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１２は増幅器モジュ
ールの周波数に対する通過位相の一例を示す図であり、
ここでは２個のモジュールの通過位相について示してい
る。一般にモジュールの位相バラツキを補償するための
移相器１３は所要周波数帯の特定の周波数でのみ補償す
ることが可能であるが、各周波数で同時に補償すること
は難しい。このため、この図のように中心周波数ｆ０で
各増幅器モジュールの通過位相が一致するように移相器
１３の位相量を設定した場合、所要周波数帯の低域側の
周波数ｆＬおよび高域側の周波数ｆＨでは一致しない。

【０００６】このため、所要周波数帯で複数個の信号を
同時に扱うような通信システムにおいては、ｆ０の信号
に対しては効率良く空間合成できるが、ｆＬおよびｆＨ
の信号に対してはモジュール間の位相バラツキにより、
合成効率が低下する。即ち、周波数によってアンテナ出
力が異なってしまう問題点があった。

【０００７】また、所要周波数帯で一つの信号を扱うよ
うな通信システムにおいては、高い合成効率を得るため
に、周波数に応じて移相器１３の位相量を設定する必要
があり、位相量を設定するための位相制御回路１７が複
雑になってしまう問題点もあった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたものであり、所要帯域にわたって、通過位
相のバラツキの小さな増幅器モジュールを得ることを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明による増幅器
モジュールは、先端開放線路と先端短絡線路との並列接
続回路から成る位相補償回路を移相器あるいは増幅器の
入力側の信号が通過する主線路とアース間に設けたもの
である。

【００１０】また、第２の発明による増幅器モジュール
は、上記第１の発明で示した位相補償回路の先端開放線
路の線路長を可変するようにしたものである。

【００１１】また、第３の発明による増幅器モジュール
は、上記第１の発明で示した位相補償回路を所要周波数
帯でほぼ１／４波長間隔で複数個主線路に設けたもので
ある。

【００１２】また、第４の発明による増幅器モジュール
は、所要周波数帯で長さがほぼ１／２波長の先端開放線
路から成る位相補償回路を移相器あるいは増幅器部の入
力側の主線路に設けたものである。

【００１３】また、第５の発明による増幅器モジュール
は、上記第４の発明で示した位相補償回路の長さがほぼ
１／２波長の先端開放線路の線路長を可変するようにし
たものである。

【００１４】また、第６の発明による増幅器モジュール
は、上記第４の発明で示した位相補償回路を所要周波数
帯でほぼ１／４波長間隔で複数個主線路に接続したもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
ブロック図であり、図において３は位相補償回路であ
る。この位相補償回路３は増幅器１４の入力側に設けら
れている。

【００１６】図２（ａ）はここで用いた位相補償回路３
の構成を示す図であり、図２（ｂ）はその等価回路図で
ある。図２（ａ）において、１、２はそれぞれ位相補償
回路３の入力端子、出力端子、４は主線路、５は先端開
放線路、６は先端短絡線路である。この位相補償回路３
は先端開放線路５と先端短絡線路６との並列接続回路で
構成されており、信号が通過する主線路４とアース間に
設けられている。また、先端開放線路５と先端短絡線路
６との長さは所要周波数帯で１／４波長より短く選ばれ
ている。

【００１７】従って、位相補償回路３の等価回路は所要
周波数帯で図２（ｂ）のように表わすことができる。即
ち、先端開放線路５に起因するキャパシタ７と先端短絡
線路６に起因するインダクタ８との並列接続回路とな
る。このキャパシタ７の値は先端開放線路５の特性イン
ピーダンスが低いほど、また、長さが１／４波長に近い
ほど大きくなる。また、インダクタ８の値は先端短絡線
路６の特性インピーダンスが高いほど、長さが１／４波
長に近いほど大きくなる。

【００１８】例えば先端開放線路５および先端短絡線路
６の特性インピーダンスを等しく、長さを所要周波数帯
の中心周波数ｆ０で１／８波長に選んだ場合、ｆ０でキ
ャパシタ７とインダクタ８とが並列共振する。このた
め、図２（ａ）の等価回路は図３（ａ）のような簡易な
等価回路で表わすことができる。即ち、低域側の周波数
ｆＬでは等価的なインダクタ、高域側の周波数ｆＨでは
キャパシタが主線路４とアース間にそれぞれ装荷された
ものと見なすことができる。また、ｆ０ではインピーダ
ンスが無限大となる。このインダクタは入力端子１と出
力端子２間の通過位相を進ませる働きがあり、インダク
タの値が小さいほど通過位相の進みが大きくなる。ま
た、逆にキャパシタは通過位相を遅らせる働きがあり、
キャパシタの値が大きいほど位相遅れが大きくなる。

【００１９】このため、図３（ｂ）の破線で示すように
位相補償回路３を用いない増幅器モジュ−ルの通過位相
は位相補償回路３を用いることにより、実線のようにな
る。即ち、この位相補償回路３は周波数に対して通過位
相の傾きを変えることができる。このような位相補償回
路３を図１２の破線で示した増幅器モジュール２に適用
することにより、増幅器モジュール１の通過位相と所要
周波数帯にわたって等しくさせることができる。なお、
この実施例では位相補償回路３を構成する先端開放線路
５および先端短絡線路６の特性インピーダンスを等し
く、長さを所要周波数帯の中心周波数ｆ０で１／８波長
に選んだ場合について説明したが、これらの値に限定さ
れるものではない。

【００２０】つぎに動作について説明する。図１におい
て、入力端子１５から入射した信号は位相制御回路１７
からの制御信号により移相器１３で所望の位相位相量に
設定され、さらに位相補償回路３で位相の傾きを調整さ
れた後、増幅器１４に到達する。そこであるレベルまで
増幅され、増幅された信号は出力端子１６を通って素子
アンテナに供給され、そこから空間に放射される。

【００２１】以上のように、この発明の増幅器モジュー
ルでは通過位相の絶対位相を補償するための移相器１３
の他に傾きを調整するための位相補償回路３を用いるこ
とにより、多数の増幅器モジュール間の通過位相にバラ
ツキがあっても所要帯域にわたって通過位相を合わせる
ことができる。

【００２２】従って、所要周波数帯で複数個の信号を同
時に扱うような通信システムにおいては所要帯域にわた
って高い合成効率を得ることができ、周波数に関係なく
大きな電力の信号をアンテナから出力させることができ
る。また、所要周波数帯で一つの信号を扱うような通信
システムにおいては周波数に応じて移相器１３の位相量
を設定する必要がないため、位相量を設定するための位
相制御回路１７が簡単になる利点もある。なお、この実
施の形態ではフェーズドアレーアンテナの信号を送信す
るための増幅器モジュールの場合について説明したが、
受信用増幅器モジュールであっても効果は同じである。
さらに位相補償回路３を増幅器１４の入力側に設けた場
合について述べたが、移相器１３の入力側に設けた場合
であっても同じである。

【００２３】実施の形態２．図４（ａ）、（ｂ）は、そ
れぞれこの発明の実施の形態２の増幅器モジュールに用
いた位相補償回路３の構成図および構造図である。この
位相補償回路３は図４（ａ）に示すように図２の位相補
償回路３の先端開放線路５の長さＬを可変するようにし
たものである。図４（ｂ）は長さを可変する手法の一例
である。この図に示すように、誘電体基板９上に形成さ
れた先端開放線路５の先端部に複数個の金属島１０を設
け、先端開放線路５と金属島１０間を金属細線１１で接
続することにより容易に可変できる。

【００２４】このように先端開放線路５の長さを可変す
ることにより、図２（ｂ）のキャパシタ７を可変するこ
とができる。即ち、キャパシタ７とインダクタ８との共
振周波数を可変することができる。

【００２５】図５（ａ）は共振周波数を所要周波数帯の
低域側の周波数ｆＬになるように先端開放線路５の長さ
を選んだ場合の位相補償回路３の等価回路図である。こ
の場合、ｆＬでは開放、中心周波数ｆ０および高域側の
周波数ｆＨではキャパシタとなる。このように設定した
位相補償回路３を用いることにより、図５（ｂ）の実線
で示すようにｆＬでは増幅器モジュールの通過位相に影
響を与えること無く、ｆ０、ｆＨでの位相を遅らせるこ
とができる。

【００２６】また、図６（ａ）に示すように共振周波数
を所要周波数帯の高域側の周波数ｆＨになるように先端
開放線路５の長さを選んだ場合、ｆＬ、ｆ０ではインダ
クタとなり、高域側の周波数ｆＨでは開放となる。この
ように位相補償回路３を設定した場合、図６（ｂ）の実
線で示すようにｆＨでは増幅器モジュールの通過位相に
影響を与えること無く、ｆ０、ｆＬでの位相を進ませる
ことができる。

【００２７】以上のように、先端開放線路５の長さを可
変するようにした位相補償回路３を用いることにより、
増幅器モジュールの通過位相を遅らせることも、進ませ
ることもできる。このため、通過位相の傾きに応じて位
相補償回路３を選択する必要が無く、固定の位相補償回
路３を用い、先端開放線路５の長さを変化させる簡単な
調整で通過位相の揃った増幅器モジュールを容易に得る
ことができ、増幅器モジュールの低価格化を図ることが
できる利点がある。

【００２８】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３の増幅器モジュールに用いる位相補償回路３の構成
図である。図２で示した位相補償回路３を所要周波数帯
でほぼ１／４波長間隔で２個主線路４上に設けたもので
ある。このような構成にすることにより、個々の位相補
償回路３で反射した反射波が互いに逆相で加わるため、
入力端子１あるいは出力端子２での反射波を小さくでき
る。なお、このような２個の位相補償回路３を用いても
実施の形態１あるいは２で示したように増幅器モジュー
ルの通過位相の傾きを調整することができ、１個用いる
場合に比べ、より大きな傾きの補償が可能である。

【００２９】実施の形態１あるいは２で用いた位相補償
回路３では帯域幅が狭い場合はＶＳＷＲを小さく保ちつ
つ、増幅器モジュールの通過位相の傾きを調整すること
ができる。しかし、帯域幅が広い場合、ＶＳＷＲが劣化
し通過位相を調整することにより、増幅器モジュールの
利得がやや変動する難点がある。

【００３０】これに対して、実施の形態３で用いた位相
補償回路３は帯域幅が広い場合でもＶＳＷＲの劣化を小
さく抑えることができるため、増幅器モジュールの利得
が変わることなく通過位相の調整ができる。これにより
各増幅器モジュールの位相調整時間の短縮を図ることが
できる利点がある。

【００３１】実施の形態４．図８は、この発明の実施の
形態４の増幅器モジュールに用いた位相補償回路３の構
成図である。この位相補償回路３は所要周波帯でほぼ１
／２波長の長さを有する先端開放線路１２のみで構成で
きる。このような長さの先端開放線路１２の等価回路は
図２（ｂ）と同じである。従って、この位相補償回路３
でも実施の形態１で示したように増幅器モジュールの通
過位相の傾きの調整ができる。この種の位相補償回路３
では通過位相の傾きは先端開放線路１２の特性インピー
ダンスに大きく依存し、インピーダンスが低い場合は傾
きを小さく、高い場合は傾きを大きくできる。

【００３２】以上のように位相補償回路３の構成が最も
簡単になるため、この位相補償回路３を用いることによ
り、小形で通過位相の揃った増幅器モジュールを得るこ
とができる。

【００３３】実施の形態５．図９は、この発明の実施の
形態５の増幅器モジュールに用いた位相補償回路３の構
成図である。この位相補償回路３は実施の形態４で示し
た位相補償回路３の先端開放線路１２の長さを可変でき
るようにしたものである。この長さを可変する手段とし
て、図４（ｂ）に示した方法を用いることにより容易で
ある。先端開放線路１２の長さを可変することにより、
所要帯域内での共振周波数を可変できるため、実施の形
態２で示した位相補償回路３とほぼ同じ機能を有する。
このため、このような位相補償回路３を用いても通過位
相の傾き調整が可能である。

【００３４】以上のように構成が簡単で、通過位相の傾
き調整が容易な位相補償回路３を用いることにより、増
幅器モジュールの小形化および通過位相の調整時間の短
縮が図れる利点がある。

【００３５】実施の形態６．図１０は、この発明の実施
の形態６の増幅器モジュールに用いた位相補償回路３の
構成図である。ここでは２個の実施の形態４で示した位
相補償回路３を所要周波数帯でほぼ１／４波長の間隔で
主線路４上に設けたものである。このような配置にする
ことにより、実施の形態３で示したように各位相補償回
路３で生じる反射波が逆相で加わるためＶＳＷＲを低く
保ちつつ通過位相の傾きの調整ができる。

【００３６】以上のように構成が簡単で、ＶＳＷＲの良
好な位相補償回路３を用いることにより、通過位相の傾
きを調整する際の利得の変化が小さいため、所要帯域が
広い場合であっても増幅器モジュールの小形化および通
過位相の調整時間の短縮が図れる利点がある。

【００３７】

【発明の効果】第１の発明によれば、先端開放線路と先
端短絡線路との並列接続回路からなる位相補償回路を設
けることにより、増幅器モジュールの周波数に対する通
過位相の傾きを調整することができる。これにより、所
要周波数帯の各周波数で増幅器モジュールの通過位相を
等しくすることができる。従って、このような増幅器モ
ジュールをフェーズドアレーアンテナに用いることによ
り、所要帯域にわたって同時に高い合成効率を得ること
ができ、周波数に関係なく大きな電力の信号をアンテナ
から出力させることができる。また、所要周波数帯で一
つの信号を扱うような通信システムにおいては周波数に
応じて移相器の位相量を設定する必要がなく、位相量を
設定するための制御回路が簡単にできる効果がある。

【００３８】また、第２の発明によれば、位相補償回路
を構成する先端開放線路と先端短絡線路のうち、先端開
放線路の線路長を可変できるようにした位相補償回路を
用いることにより、簡単な調整で通過位相の揃った増幅
器モジュールを容易に得ることができる効果がある。

【００３９】また、第３の発明によれば、所要周波数帯
でほぼ１／４波長の間隔で複数個の位相補償回路を設け
ることにより、帯域幅が広い場合でもＶＳＷＲの劣化を
小さく抑えることができるため、増幅器モジュールの利
得が変わることなく通過位相の調整ができる。これによ
り各増幅器モジュールの位相調整時間の短縮を図ること
ができる効果がある。

【００４０】また、第４の発明によれば、所要周波数帯
でほぼ１／２波長の先端開放線路のみで構成した位相補
償回路を用いることにより、小形で通過位相の揃った増
幅器モジュールを得ることができる効果がある。

【００４１】また、第５の発明によれば、実施の形態４
で示した先端開放線路の線路長を可変することのできる
位相補償回路を用いることにより、増幅器モジュールの
小形化および通過位相の調整時間の短縮が図れる効果が
ある。

【００４２】また、第６の発明によれば、実施の形態４
で示した位相補償回路を所要周波数帯でほぼ１／４波長
の間隔で複数個用いることにより、通過位相の傾きを調
整する際の利得変化を小さく抑えることができる。これ
により、所要帯域が広い場合であっても増幅器モジュー
ルの小形化および通過位相の調整時間の短縮を図ること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態１を示す図である。

【図２】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態１に用いた位相補償回路の構成および等価回路を示す
図である。

【図３】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態１に用いた位相補償回路の各周波数における等価回路
および位相補償回路の効果を説明するための増幅器モジ
ュールの通過位相を示す図である。

【図４】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態２に用いた位相補償回路の構成および等価回路を示す
図である。

【図５】 実施の形態２に用いた位相補償回路の共振周
波数を所要周波数帯の低域側に選んだ場合の位相補償回
路の等価回路および位相補償回路の効果を説明するため
の増幅器モジュールの通過位相を示す図である。

【図６】 実施の形態２に用いた位相補償回路の共振周
波数を所要周波数帯の高域側に選んだ場合の位相補償回
路の等価回路および位相補償回路の効果を説明するため
の増幅器モジュールの通過位相を示す図である。

【図７】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態３に用いた位相補償回路の構成を示す図である。

【図８】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態４に用いた位相補償回路の構成を示す図である。

【図９】 この発明による増幅器モジュールの実施の形
態５に用いた位相補償回路の構成を示す図である。

【図１０】 この発明による増幅器モジュールの実施の
形態６に用いた位相補償回路の構成を示す図である。

【図１１】 従来の増幅器モジュールを示す図である。

【図１２】 従来の増幅器モジュールの通過位相の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 入力端子、２ 出力端子、３ 位相補償回路、４
主線路、５ 先端開放線路、６ 先端短絡線路、７ キ
ャパシタ、８ インダクタ、９ 誘電体基板、１０ 金
属島、１１ 金属細線、１２ 先端開放線路、１３ 移
相器、１４ 増幅器、１５ 入力端子、１６ 出力端
子、１６ 位相制御回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体を用いた移相器と、この移相器の
   出力側に接続され、かつ、半導体を用いた増幅器と、先
   端開放線路と先端短絡線路との並列接続回路で構成さ
   れ、上記移相器または増幅器の入力側の信号が通過する
   主線路とアース間に設けられ位相補償回路とを具備した
   ことを特徴とする増幅器モジュール。
2. 【請求項２】 上記位相補償回路を構成する先端開放線
   路の線路長を可変したことを特徴とする請求項１記載の
   増幅器モジュール。
3. 【請求項３】 上記位相補償回路を所要周波数帯でほぼ
   １／４波長の間隔で主線路と接地間に複数個設けたこと
   を特徴とする請求項１または２記載の増幅器モジュー
   ル。
4. 【請求項４】 半導体を用いた移相器と、この移相器の
   出力側に接続され、かつ、半導体を用いた増幅器と、所
   要周波数帯で長さがほぼ１／２波長の先端開放線路で構
   成され、上記移相器または増幅器の入力側の信号が通過
   する主線路に設けられた位相補償回路とを具備したこと
   を特徴とする増幅器モジュール。
5. 【請求項５】 上記位相補償回路を構成する１／２波長
   の先端開放線路の長さを可変したことを特徴とする請求
   項４記載の歪補償回路。
6. 【請求項６】 上記位相補償回路を構成する１／２波長
   の先端開放線路を所要周波数帯でほぼ１／４波長の間隔
   で主線路に複数個設けたことを特徴とする請求項４また
   は５記載の増幅器モジュール。