特開 2023-10689 インピーダンス整合フィルタを有する高周波アセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010689

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】インピーダンス整合フィルタを有する高周波アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/02 20060101AFI20230113BHJP

   H01P 1/208 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01P5/02 601A

H01P1/208

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022110530

(22)【出願日】2022-07-08

(31)【優先権主張番号】10 2021 117 730.8

(32)【優先日】2021-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】514058751

【氏名又は名称】テザト－スペースコム・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・アルノルト

(72)【発明者】

【氏名】ベンヤミン・ファルク

(72)【発明者】

【氏名】マリア・ヴォホナー

(72)【発明者】

【氏名】セバスティアン・バルツ

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル・グラスブレナー

【テーマコード（参考）】

5J006

【Ｆターム（参考）】

5J006HC01

5J006HC03

5J006LA07

5J006PB01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】効率を改善することができるインピーダンス整合フィルタを有する高周波アセンブリを提供する。
【解決手段】高周波アセンブリ１０は、半導体増幅器出力部２２の形態の信号源２０と、インピーダンス整合フィルタ３０と、高周波導波路５０と、を含む。インピーダンス整合フィルタ３０は、入力側で半導体増幅器出力部２２に、且つ、出力側で高周波導波路５０に接続される。インピーダンス整合フィルタ３０は、出力側のインピーダンス値と異なる入力側のインピーダンス値を有し、入力側で半導体増幅器出力部２２に整合され、且つ、出力側で高周波導波路５０に整合される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波アセンブリ、ＲＦアセンブリ（１０）であって、
半導体増幅器出力部（２２）を有する信号源（２０）と、
第１のインターフェース（３１）及び第２のインターフェース（３９）を有するインピーダンス整合フィルタ（３０）と、
高周波導波路、ＲＦ導波路（５０）と
を有し、
前記第１のインターフェース（３１）は、高周波信号、ＲＦ信号を前記信号源（２０）から前記インピーダンス整合フィルタ（３０）に伝送することができるように前記信号源（２０）に通信可能に結合され、
前記第２のインターフェース（３９）は、ＲＦ信号を前記インピーダンス整合フィルタ（３０）から前記ＲＦ導波路（５０）に伝送することができるように前記ＲＦ導波路（５０）に通信可能に結合され、
前記第１のインターフェース（３１）における第１のインピーダンス値は、前記半導体増幅器出力部（２２）におけるインピーダンス値に対応し、
前記第２のインターフェース（３９）における第２のインピーダンス値は、前記ＲＦ導波路（５０）におけるインピーダンス値に対応し、
前記第１のインピーダンス値及び前記第２のインピーダンス値は、異なる値を有する、高周波アセンブリ、ＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項2】

前記半導体増幅器出力部（２２）は、前記ＲＦ導波路（５０）よりも低いインピーダンス値を有する、請求項１に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項3】

前記インピーダンス整合フィルタ（３０）は、少なくとも１つ共振器（３２）及び／又は少なくとも１つの窓（３４）を有する中空導波路として構成される、請求項１又は２に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項4】

前記インピーダンス整合フィルタ（３０）は、前記インピーダンス整合フィルタ（３０）における信号伝播方向（３６）に沿って並べて配置される複数の共振器（３２）及び／又は複数の窓（３４）を有する、請求項３に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項5】

前記信号伝播方向（３６）に沿って並べて配置された前記複数の共振器（３２）は、前記信号伝播方向（３６）に沿ってそれらの幾何学的形状に関して互いに異なる、請求項４に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項6】

前記インピーダンス整合フィルタ（３０）は、１つの隆起（８０）を有する中空導波路として構成される、請求項１又は２に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項7】

前記１つの隆起（８０）は、異なる幾何学的形状を有する複数の隆起セクション（８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ）を有する、請求項６に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項8】

ベースプレート（２８）をさらに有し、
前記半導体増幅器出力部（２２）は、前記ベースプレート（２８）上に配置され、且つ１つ又は複数のライン（２３、２４）を介して前記ベースプレート（２８）上の伝送経路（２５）に直流的に結合され、
前記伝送経路（２５）は、前記第１のインターフェース（３１）に対向して位置付けられ、且つ高周波信号を前記第１のインターフェース（３１）に容量的に結合するために配置された容量結合素子（２６）を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項9】

電源（６０）をさらに有し、前記電源（６０）は、前記伝送経路（２５）に直流的に結合され、及び直流、ＤＣの形態のエネルギー供給を前記伝送経路に送り、且つ前記エネルギー供給を、前記１つ又は複数のライン（２３、２４）を介して前記半導体増幅器出力部に提供するために具現化される、請求項８に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項10】

前記電源（６０）は、前記伝送経路（２５）上の高周波信号について非伝送性であるように構成されたＤＣフィルタ（６１）を有する、請求項９に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項11】

前記インピーダンス整合フィルタの前記第１のインターフェース（３１）に容量的に結合された複数の半導体増幅器出力部（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項12】

複数のインピーダンス整合フィルタ（３０）であって、そのそれぞれは、少なくとも１つの半導体増幅器出力部（２２）に結合される、複数のインピーダンス整合フィルタ（３０）を有し、
前記複数のインピーダンス整合フィルタ（３０）は、単一のＲＦ導波路（５０）に結合される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項13】

前記ＲＦ導波路（５０）は、中空導波路、隆起中空導波路又は同軸導体である、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＲＦアセンブリ（１０）。

【請求項14】

アンテナ装置（１００）であって、
アンテナ（２）と、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の複数のＲＦアセンブリ（１０）と
を有し、前記複数のＲＦアセンブリ（１０）は、有用な信号を前記アンテナに伝送するために前記アンテナに接続される、アンテナ装置（１００）。

【請求項15】

請求項１４に記載のアンテナ装置（１００）を有する通信衛星（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本記載は、高周波技術に関する。特に、本記載は、異なるインピーダンスを有する２つの構成要素間に配置されたインピーダンス整合フィルタを有する高周波アセンブリに関する。さらに、本記載は、１つ又は複数のそのような高周波アセンブリを有するアンテナ装置であって、高周波アセンブリは、例えば、通信装置又はデータ伝送リンク、特に衛星伝送リンク又は衛星無線伝送リンクの一部として使用され得る、アンテナ装置に関する。最後であるが、重要なことに、本記載は、そのようなアンテナ装置を有する衛星に関する。

【背景技術】

【0002】

送信局から受信局に信号及びデータを伝送するために、高周波技術分野のシステムが使用される。高周波技術は、好ましくは、データを長距離（最大数百キロメートル又は数千キロメートル）伝送する必要がある場合に使用される。

【0003】

信号は、エアインターフェース（例えば、アンテナ）に送られる前に、例えば処理、増幅、調整が必要な場合がある。高周波技術は、例えば、通信衛星で通信信号の増幅、合成、フィルタリングのために使用される。

【0004】

高周波システムは、多くの場合、個々のモジュール（ＬＮＡとも呼ばれる低雑音増幅器、フィルタ、カプラ、アイソレータ、プリアンプ、電力増幅器等）が互いに接続されて構成される。直接接続される２つのモジュール間の接続には、多くの場合、整合が必要となる。電力整合は、通常、互いに接続されたモジュールのインピーダンスが互いに整合されることによって行われる。

【0005】

（特許文献１）及び（特許文献２）は、高周波帯域で採用され、特に通信衛星に使用を見出す信号伝送ユニットを記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２ ７７５ ６１２ Ａ１号明細書

【特許文献2】米国特許第９，５３０，６０４ Ｂ２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

対処される問題は、高周波アセンブリの効率を改善することと考えることができる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この問題は、独立請求項の主題によって解決される。さらなる実施形態は、従属請求項及びまた以下の記載から明らかになる。

【0009】

一態様によれば、ＲＦアセンブリとも呼ばれる高周波アセンブリが特定される。ＲＦアセンブリは、信号源と、インピーダンス整合フィルタと、ＲＦ導波路とも呼ばれる高周波導波路とを有する。信号源は、半導体増幅器出力部を有する。インピーダンス整合フィルタは、第１のインターフェース及び第２のインターフェースを有する。第１のインターフェースは、高周波信号、ＲＦ信号を信号源からインピーダンス整合フィルタに伝送することができるように信号源に通信可能に結合される。第２のインターフェースは、ＲＦ信号をインピーダンス整合フィルタからＲＦ導波路に伝送することができるようにＲＦ導波路に通信可能に結合される。第１のインターフェースにおける第１のインピーダンス値は、半導体増幅器出力部におけるインピーダンス値に対応する（半導体増幅器の出力部のこの最適なインピーダンスは、一般に、複合的に評価され、すなわち大きさ及び位相からなる）。第２のインターフェースにおける第２のインピーダンス値は、ＲＦ導波路におけるインピーダンス値に対応する。第１のインピーダンス値及び第２のインピーダンス値は、異なる値を有する。

【0010】

換言すると、インピーダンス整合フィルタは、出力側における（ＲＦ導波路に対するインターフェースにおける）インピーダンス値と異なる入力側における（半導体増幅器出力部に対するインターフェースにおける）インピーダンス値を有し、所望の動作状況（最大効率、最大利得、最大直線性、最大出力）のための最適なインピーダンスが半導体増幅器出力部に呈されるように入力側で設計され、且つ出力側で高周波導波路に整合され、ここで、特に最適な効率のための電源整合について言及される。その結果、そのフィルタ機能に加えて、インピーダンス整合フィルタは、個々に接続された構成要素に対する整合も実行するために、半導体増幅器出力部と高周波導波路との間の別個の整合回路が必要ない。同様に、フィルタは、中空導波路出力部を有するため、専用の中空導波路接合部が必要ない。さらに、インピーダンス整合フィルタは、容量入力結合を有するため、ＤＣ遮断のための専用遮断コンデンサ（ＤＣ成分をＲＦ信号から除去するため）を省くことができる。

【0011】

半導体増幅器出力部は、インピーダンス整合フィルタに供給されるＲＦ信号を出力する半導体構成要素、例えばトランジスタである。

【0012】

インピーダンス整合フィルタは、２つの機能を有する。第１の機能は、インピーダンス整合フィルタが周波数フィルタの機能を満たし、例えば帯域フィルタとして機能することである。第２の機能は、インピーダンス整合フィルタがその第１のインターフェースで半導体増幅器出力部のインピーダンスに整合され、第２のインターフェースでＲＦ導波路のインピーダンスに整合されることである。この整合は、好ましくは、電力整合であり、すなわち、第１のインターフェースのインピーダンス値は、増幅器出力部のインピーダンス値に対応し、第２のインターフェースのインピーダンス値は、ＲＦ導波路のインピーダンス値に対応する。

【0013】

その結果、必要なインピーダンス整合の結果としての電力損失が低減される。なぜなら、中空導波路技術を使用するインピーダンス整合フィルタは、例えば、電力増幅基体又はＰＣＢで実現されるマイクロストリップ整合構造よりも大幅に低い損失を有するからである。さらに、ＲＦアセンブリのこの構造は、別個の整合回路を省くことを可能にする。むしろ、整合は、インピーダンス整合フィルタで実行される。構成要素の数が低減され、これによりエネルギー需要及び熱負荷の両方が低減される。全体的に、電力効果（ＲＦアセンブリに関する出力電力対入力電力の比としての）は、ここに記載の構造によって改善される。本明細書で考察されるインピーダンス値は、好ましくは、複合的な値であり、それぞれＲＦアセンブリのそれぞれの位置における大きさ及び位相に関連する。さらに、フィルタは、フィルタと増幅器との間の機械的な接続に必要な構造（例えば、ワイヤバンド、マイクロストリップライン）の補償を可能にするように設計される。

【0014】

第１のインターフェースと信号源との間及び第２のインターフェースとＲＦ導波路との間のそれぞれの通信結合は、これらの２つの結合が電気的及び／又は電磁的な信号を伝送することができるように構成される。これは、必ずしも上述の構成要素間に直流的な電気伝導性接続が存在することを前提としない。むしろ、信号、特に高周波信号は、容量結合を介して伝送することができる。容量結合は、ＲＦ経路の専用遮断コンデンサを省くことを可能にし、したがって同様にコンデンサによって引き起こされるその部分によるＲＦ損失を低減する。

【0015】

一実施形態によれば、半導体増幅器出力部は、ＲＦ導波路よりも低いインピーダンス値を有する。

【0016】

半導体増幅器出力部は、例えば、トランジスタの形態であり、典型的には１０～３０オームの実際のインピーダンス値を有する。対照的に、同軸ライン又は中空導波路の形態のＲＦ導波路は、典型的には、約５０オーム以上の実際のインピーダンス値を有する。

【0017】

インピーダンス整合フィルタは、異なるインピーダンス値を有するこれらの構成要素間の整合を達成する。

【0018】

さらなる実施形態によれば、インピーダンス整合フィルタは、少なくとも１つ共振器及び／又は少なくとも１つの窓を有する中空導波路として構成される。

【0019】

インピーダンス整合フィルタは、好ましくは、中空導波路技術を用いて構成される。したがって、それは、高い効率又は低い損失によって特徴付けられ、その結果、ＲＦアセンブリの電力効率が全体的により優れたものになる。

【0020】

共振器及び／又は窓は、インピーダンス整合フィルタの構成要素であり、その構造及び構成により、インピーダンス整合フィルタのフィルタ機能及び特徴的なインピーダンスに影響を及ぼす。

【0021】

さらなる実施形態によれば、インピーダンス整合フィルタは、インピーダンス整合フィルタにおける信号伝播方向に沿って並べて配置される複数の共振器及び／又は複数の窓を有する。

【0022】

並べて配置され、互いに間隔をあけられた複数の共振器及び／又は窓は、インピーダンス整合フィルタのインピーダンスの整合を提供し、またフィルタ機能を実行する役割を果たす。

【0023】

好ましくは、窓は、それぞれ並べて配置された２つの共振器間に配置され、窓は、インピーダンス整合フィルタの断面狭窄部に対応する。

【0024】

さらなる実施形態によれば、信号伝播方向に沿って並べて配置された複数の共振器は、信号伝播方向に沿ってそれらの幾何学的形状に関して互いに異なる。

【0025】

これは、共振器が異なる延在及び／又は形状を有することを意味する。例として、並べて配置された共振器は、異なる高さ、材料、厚さ及び／又は形状を有し得る。これは、一方では増幅器出力部の、及び他方ではＲＦ導波路のインピーダンス値に対する整合を達成する。

【0026】

共振器は、少なくとも２つの共振器が異なる幾何学的形状を有するように構成される。しかしながら、各共振器は、インピーダンス整合フィルタ中で一度のみ出現する幾何学的形状（大きさ、形状等）を有することも考えられる。

【0027】

さらなる実施形態によれば、インピーダンス整合フィルタは、１つの隆起を有する又は隆起を有さない中空導波路として構成される。

【0028】

さらなる実施形態によれば、前記１つの隆起は、複数の隆起セクションを有し、隆起セクションは、異なる幾何学的形状を有する。

【0029】

隆起セクションは、信号伝播方向に並べて配置される。特に、隆起は、互いに直接隣り合うように配置される。隆起セクションは、例えば、異なる高さ及び／又は幅を有する。並べて配置された複数の異なる構成の隆起セクションは、異なる構成の隆起セクションが異なる特性のインピーダンスを有するため、インピーダンス整合フィルタのインピーダンスの整合を提供する。

【0030】

さらなる実施形態によれば、ＲＦアセンブリは、ベースプレートをさらに有し、半導体増幅器出力部は、ベースプレート上に配置され、且つ１つ又は複数のラインを介してベースプレート上の伝送経路に直流的に結合される。伝送経路は、第１のインターフェースに対向して位置付けられ、且つ高周波信号を第１のインターフェースに容量的に結合するために配置された容量結合素子を有する。

【0031】

容量結合素子は、第１のインターフェースから直流的に絶縁され、第１のインターフェースから間隙によって間隔をあけて配置される。複数のＧＨｚの周波数範囲の高周波信号が半導体増幅器出力部から伝送経路及び容量結合素子に供給される。高い周波数のために、これらの信号は、容量結合素子からインピーダンス整合フィルタの第１のインターフェースに容量的に、すなわち直流的な接続なしに供給される。

【0032】

半導体増幅器出力部は、インピーダンス整合フィルタから直流的に絶縁され、ＲＦ信号の直流成分又は伝送経路及び／又は結合素子に存在する直流は、伝送経路又は容量結合素子からインピーダンス整合フィルタに伝送されることを防止される。

【0033】

通常、ベースプレートは、回路基板又はＰＣＢ（プリント回路基板の略語）である。

【0034】

さらなる実施形態によれば、ＲＦアセンブリは、電源をさらに有し、電源は、伝送経路に直流的に結合され、及び直流、ＤＣの形態のエネルギー供給を伝送経路に送り、且つエネルギー供給を、前記１つ又は複数のラインを介して半導体増幅器出力部に提供するために具現化される。

【0035】

ＤＣ電力は、半導体増幅器出力部、例えばトランジスタによって動作エネルギーとして吸収される。これは、直流を伴う。直流は、ＲＦ信号と同じ伝送経路を介して伝送される。

【0036】

さらなる実施形態によれば、電源は、伝送経路上の高周波信号について非伝送性であるように構成されたＤＣフィルタを有する。

【0037】

ＤＣフィルタは、例えば、ローパスフィルタとして構成される。その結果、ＤＣフィルタは、直流信号が通過することを許容し、高周波信号について非伝送性である。ＤＣフィルタは、伝送経路上のＲＦ信号、すなわち半導体増幅器出力部によって出力された有用な信号に対して非伝送性であり、その結果、ＤＣエネルギー供給は、半導体増幅器出力部のインピーダンス値及び高周波信号に対する挙動に顕著な影響を及ぼさない。

【0038】

さらなる実施形態によれば、ＲＦアセンブリは、インピーダンス整合フィルタの第１のインターフェースに容量的に結合された複数の半導体増幅器出力部を有する。

【0039】

この実施形態において、複数の半導体増幅器出力部は、１つのインピーダンス整合フィルタに結合される。したがって、インピーダンス整合フィルタに供給される電力が増大される。電力の組み合わせ又は増大は、この変形形態において、インピーダンス整合フィルタの入力側で実施される。

【0040】

さらなる実施形態によれば、ＲＦアセンブリは、複数のインピーダンス整合フィルタであって、そのそれぞれは、少なくとも１つの半導体増幅器出力部に結合される、複数のインピーダンス整合フィルタを有し、複数のインピーダンス整合フィルタは、単一のＲＦ導波路に結合される。

【0041】

先の実施形態の代替形態として又はそれに加えて、電力の組み合わせは、この実施形態においてインピーダンス整合フィルタの出力側で実施される。この実施形態も、出力される電力を増大する役割を果たす。複数のインピーダンス整合フィルタは、出力側において、すなわちそれらのそれぞれの第２のインターフェースで同じＲＦ導波路に接続される。それぞれの第２のインターフェースを最初に互いに接続し、次に複数のインピーダンス整合フィルタの共通の出力部を単一のＲＦ導波路につなげることも考えられる。代替的に、それぞれの第２のインターフェースは、個々にＲＦ導波路に結合される。出力側の２つ以上のインピーダンス整合フィルタをいわゆる３ｄＢカプラに接続し、ＲＦ導波路につなげることができる。

【0042】

さらなる実施形態によれば、ＲＦ導波路は、中空導波路、隆起中空導波路又は同軸導体である。

【0043】

さらなる態様によれば、アンテナ装置が特定される。アンテナ装置は、アンテナと、本明細書に記載の複数のＲＦアセンブリとを有する。複数のＲＦアセンブリは、有用な信号をアンテナに伝送するためにアンテナに接続される。

【0044】

さらなる態様によれば、本明細書に記載のアンテナ装置を有する通信衛星が特定される。

【0045】

アンテナ装置は、例えば、通信衛星内のデータ伝送リンクの一部である。通信衛星は、地球の軌道で使用するために提供され、データ又は信号を送受信するための通信局を含む宇宙船である。さらに、通信衛星は、データを処理するためのユニットも含むことができる。ＲＦアセンブリは、好ましくは、通信衛星の通信局の信号処理経路で使用され得る。

【0046】

本記載に関連して、すなわちＲＦアセンブリ、アンテナ装置及び通信衛星に関連して、高周波は、１ＧＨｚ（ギガヘルツ、１×１０Ｅ９ヘルツ）を超える周波数範囲を意味するように理解されたい。そのような周波数範囲は、例えば、衛星無線伝送リンクで使用される。そのような衛星無線伝送リンクは、例えば、ダウンリンクに関して１７．７～２１．２ＧＨｚ、アップリンクに関して２７．５～３１ＧＨｚの周波数範囲のＫａ帯伝送リンク、それぞれ約１１及び７ＧＨｚの範囲のＫｕ帯若しくはＸ帯の実装又はＬ帯（約１．５ＧＨｚ）、Ｓ帯（約２．５ＧＨｚ）若しくはＣ帯（約４ＧＨｚ）の実装であり得る。

【0047】

半導体増幅器出力部は、アンテナの上流で接続される増幅器の構成要素であり得る。例として、高電力トランジスタ増幅器を増幅器として使用することができる。高電力トランジスタ増幅器は、固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）と呼ばれることもある。このタイプの増幅器は、高い周波数におけるいわゆる進行波管増幅器の代替又は追加として使用される。ＳＳＰＡは、様々な電力クラス及び非常に高い周波数帯に利用可能である。例として、ＳＳＰＡは、以下の周波数帯：Ｃ－、Ｘ－、Ｋｕ－、Ｋａ－及びＱ－帯で使用することができる。

【0048】

以下では、本発明の例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に考察する。図は、概略的なものであり、原寸に比例しているわけではない。同一の参照符号は、同一又は同様の要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】ＲＦアセンブリの概略図を示す。

【図2】ＲＦアセンブリの一部の概略図を示す。

【図3】ＲＦ増幅器出力部とインピーダンス整合フィルタとの間の接続部の概略図を示す。

【図4】ＲＦ増幅器出力部とインピーダンス整合フィルタとの間の接続部の概略図を示す。

【図5】ＲＦ増幅器出力部と、複数の分岐を有するインピーダンス整合フィルタとの間の接続部の概略図を示す。

【図6】ＲＦ増幅器出力部と、複数の共振器を有するインピーダンス整合フィルタとの間の接続部の概略等角図を示す。

【図7】ＲＦアセンブリとアンテナとを有する衛星の概略図を示す。

【図8】複数の隆起セクションを有する隆起中空導波路の形態のインピーダンス整合フィルタを有するＲＦアセンブリの概略図を示す。

【図9】アンテナ装置の概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0050】

図１は、ＲＦアセンブリ１０の概略図を示す。ＲＦアセンブリ１０は、信号源２０を有する。信号源２０は、信号伝送経路に従う信号を出力する。信号伝送経路は、図１の図において左から右に延びる。この例では、ＲＦ信号は、最初に信号源２０から出力され、第１のライン２３及び第２のライン２４を経て、伝送経路２５及び容量結合素子２６に至る。容量結合素子２６から、ＲＦ信号は、容量的に、すなわち無線式にインピーダンス整合フィルタ３０の第１のインターフェース３１に供給される。ＲＦ信号は、インピーダンス整合フィルタ３０を介して第２のインターフェース３９まで伝播し、そこから、ＲＦ信号は、ＲＦ導波路５０に供給される。

【0051】

電源６０は、例えば、直流供給の形態であり、接続ライン６２を介して伝送経路２５に接続される。直流エネルギー供給が電源６０から伝送経路２５に送られ、そこから第１のライン２３及び第２のライン２４を介して半導体増幅器出力部２２に送られる。したがって、ＲＦ信号と、半導体増幅器出力部２２のためのエネルギー供給との両方が第１のライン２３及び第２のライン２４を介して伝送される。電源６０は、直流フィルタ（ＤＣフィルタ）６１も有する。直流フィルタ６１は、直流を通し、高周波信号を通さないか、又は一般的に高周波信号を減衰する機能を有する。

【0052】

信号源２０は、電力増幅器であり、例えば増幅器ユニット２１及び半導体増幅器出力部２２から構成される。半導体増幅器出力部２２は、例えば、増幅器ユニット２１によって増幅された信号を出力するトランジスタである。この点において、半導体増幅器出力部２２は、増幅器ユニット２１に一体化された方式において又はそれと別個に提供することができる。

【0053】

この例では、信号源２０は、高周波電力増幅器モジュールである。高周波電力増幅器モジュールは、衛星通信でよく使用される。それらは、遠隔ステーションにおいて、例えば地球上で依然として受信され得る信号レベルを得ることができるように、伝送信号を必要な電力レベルまで引き上げるように使用される。従来、このために、特に６ＧＨｚを超えるより高い周波数で真空管増幅器が使用されてきた。これらの増幅器は、突出した特性、特に良好な直線性（信号の低い歪み）を備えた高い効率（利用可能なＲＦ出力電力に対する低ＤＣエネルギー消費によって測定されるような）を有する。特に、いわゆるアクティブアンテナ、すなわち電気制御式アンテナでの使用に関して、半導体ベースの増幅器は、しかしながら、特に寸法及びコストの点で大きい利点を有する。アクティブアンテナの場合、各アンテナ素子が専用の増幅器を必要とするため、多数の低電力増幅器が必要とされる。しかしながら、非常に高い電力効率とともに高い直線性も必要とされる。しかしながら、従来の半導体ベースの増幅器は、一般に、ここでいくつかの欠点を有する。これは、高いエネルギー消費をもたらすだけでなく、高い熱の発生をもたらす。これは、アンテナの熱的な設計をより複雑にするか又はさらに不可能にする可能性がある。これらの欠点は、アクティブアンテナに適用するためのここで提案されるＲＦアセンブリの構成によって克服される。高い効率が他の増幅器用途に対しても望まれ、本ＲＦアセンブリは、他の電力増幅器用途（例えば、ゲートウェイ増幅器、チャネル増幅器等）に対しても容易に使用できることは言うまでもない。

【0054】

ＧａＮ又はＧａＡｓ技術を用いて一体化された構成要素を信号源２０の増幅器ユニット２１及び半導体増幅器出力部２２に使用することができる。

【0055】

ここに記載されるＲＦアセンブリは、例えば、１７．８～２０．２ＧＨｚ（Ｋａ帯における）の帯域のアクティブアンテナモジュールで使用することができる。しかしながら、適切なトランジスタが利用できることを条件として、他の増幅器用途及び周波数に送ることが問題なく可能である（例えば、Ｋｕ帯１０．７～１２．７ＧＨｚ、Ｑ帯３７．５～４２．５ＧＨｚ）。ＲＦアセンブリは、個々の増幅器チャネルに関する約７×３ｍｍ＾２の所与の寸法について、直線性要件（１７ｄＢ ＮＰＲ（雑音電力比）によって与えられる）及び３０％超の効率要件（出力段に関して、複数の増幅器経路について約６００Ｗの最大合計アンテナ電力によって与えられる）を満たすように構成することができる。

【0056】

信号源２０は、２つのライン２３、２４によって伝送経路２５に接続され、その結果、電磁信号が増幅器出力部２２から伝送経路２５に誘導的に伝送される。伝送経路２５は、例えば、回路基板上の導体トラックである。伝送経路２５は、容量結合素子２６に移行する。容量結合素子２６は、例えば、伝送経路２５に直接接続されるか、又はこれらの２つの素子は、回路基板上の同じ導体トラックの一部である。

【0057】

ＧａＮ（又はＧａＡｓ）技術を用いた個々のトランジスタは、特に一体化された整合及び安定化ネットワークなしに増幅器出力部２２の半導体として使用される。特に、トランジスタの出力部における整合は、中空の導波路構造（すなわちインピーダンス整合フィルタ３０）によって生成される。２つの変形形態がここで考えられる。第１の変形形態は、図４～６に示され、共振器及び窓を有するフィルタを有し、第２の変形形態は、図８に示され、隆起した中空導波路を備える。

【0058】

インピーダンス整合フィルタの中空導波路構造への入力結合は、できるだけ直接行われる。ＰＣＢ／セラミック基板の短片又は代わりに同軸構造がこのために考えられる。増幅器出力部として機能するトランジスタの直流供給は、フィルタを介して供給されるか（この場合、それ以外の点では慣習的である静電容量を用いた遮断がフィルタの入力部に位置付けられる）、又はコンデンサを用いて遮断される。その結果、インピーダンス整合フィルタの中空導波路構造へのＲＦ信号の入力結合は、容量的に行われるため、さらなる直流バリヤがＲＦライン（第１のライン２３、第２のライン２４）にもはや必要ない。

【0059】

インピーダンス整合フィルタ３０は、結合ユニット４０によってＲＦ導波路５０に結合される。結合ユニット４０は、例えば、フランジ又は他の接続部であり得る。

【0060】

インピーダンス整合フィルタ３０は、中空導波路技術を用いて作製され、増幅器出力部２２によって出力された信号をフィルタリングし、一方では増幅器出力部２２に対する整合を実行し、及びまた他方ではＲＦ導波路５０に対する整合を実行する機能を有する。この構造の結果、整合回路に必要な構成要素の数が減らされ、これによりＲＦアセンブリ１０の効率が改善され、高い直線性が提供される。特に、半導体増幅器の場合、増幅器の出力部で通常使用される整合ネットワークを省略することが可能である。そのような整合ネットワークは、通常、高い損失をもたらし、これにより増幅器の効率が下がる。

【0061】

これらの欠点は、インピーダンス整合フィルタ３０が中空導波路技術を用いて構成され、容量性の接合が増幅器出力部とインピーダンス整合フィルタとの間の直流部分のバリヤとして使用されることによって回避される。

【0062】

図２は、単一のインピーダンス整合フィルタ３０への複数の信号源２０の例示的な接続を示す。任意の数の信号源（利用できる構造スペース及び信号のレベルに関する要件によってあらかじめ決定される）をインピーダンス整合フィルタに接続することができ、信号源２０とインピーダンス整合フィルタ３０との間の接続は、伝送経路２５及び容量結合素子２６を参照して図１において構成されるように構成される。

【0063】

図２の回路は、より高い電力レベルを得る役割を果たす。しかしながら、複数のインピーダンス整合フィルタ３０を出力側で互いに接続して、出力される電力レベルを増大することも考えられる。

【0064】

図３は、２つのラインによって伝送経路２５に接続された半導体増幅器出力部２２の詳細図を示す。半導体増幅器出力部２２は、ベースプレート２８に配置される。半導体増幅器出力部２２の直流供給のための接続ライン６２が伝送経路２５に接続される。伝送経路２５は、容量結合素子２６に移行する。ＲＦ信号は、半導体増幅器出力部２２から伝送経路２５に出力され、次いで容量結合素子２６の方向に伝播し、そこから、ＲＦ信号は、インピーダンス整合フィルタに容量的に供給される。インピーダンス整合フィルタの共振器３２のみが図３に示されている。共振器３２と容量結合素子２６との間に間隙が認識できる。

【0065】

半導体増幅器出力部２２のための直流供給は、ドレイン電圧として対応するトランジスタに供給され、例えば離散型コンデンサと組み合わせて、ＰＣＢ一体化フィルタを介して実行される。代替的に、フィルタは、平行コンデンサによりラムダ／４ラインによって実現され得る。この例では、ドレイン電圧は、伝送経路２５に接続され、及びまたフィルタへのラインの任意の他の領域に接続され得る。

【0066】

図４は、ＲＦアセンブリのより大きい部分を示し、図４に示されるＲＦアセンブリは、その構造の点で図３からのＲＦアセンブリに対応する。図４は、電気エネルギーを半導体増幅器出力部２２に利用可能にする電源６０を示す。半導体増幅器出力部２２は、伝送経路及び容量結合素子を介してＲＦ信号を出力し、前記ＲＦ信号は、インピーダンス整合フィルタ３０内を信号伝播方向３６に沿って伝播する。インピーダンス整合フィルタ３０は、信号伝播方向３６に並べて配置された、複数の共振器３２（図４の例では、これらは、円筒形の台座である）と、共振器間の窓３４（断面狭窄部）とを有する。

【0067】

図３及び図４に示す変形形態では、中空導波路として構成されたインピーダンス整合フィルタ内の空洞フィルタ構造によって整合がもたらされる。原理的には、既知のすべてのフィルタトポロジー及びフィルタタイプ（矩形／円形中空導波路フィルタ、同軸フィルタ、誘電体フィルタ）がこれに適している。例として、４回路の同軸フィルタが示されている。

【0068】

インピーダンス整合フィルタ３０は、半導体増幅器出力部２２のトランジスタに対する第１のインターフェース３１において、大きさ及び位相に応じた所望の整合を提供するように開発プロセスにおいて離調される。この整合は、例えば、いわゆるロードプル測定又はシミュレーションによって決定することができる。その結果、インピーダンス整合フィルタは、個々のフィルタとして使用することはできないが、半導体増幅器出力部２２のトランジスタの出力部で動作させる場合、後者をその最適な動作点（例えば、電力整合に対する最良の効率）で動作させることができる。半導体増幅器出力部に必要な整合を生成することに加えて、半導体増幅器出力部２２のトランジスタと組み合わせたインピーダンス整合フィルタ３０は、周波数選択的な効果も有する。このため、専用の出力フィルタを不要とすることができる。このため、追加のフィルタ損失を考慮する必要がないため、効率が向上する。インピーダンス整合フィルタの回路数及びトポロジーは、出力フィルタに関する要件に依存し、伝送ゼロの有無及び群遅延等化の有無を問わずフィルタを使用することができ、典型的な回路数は、１回路～１４回路以上（実際の用途では４回路～１２回路である可能性が高い）である。インピーダンス整合フィルタへのＲＦ信号の入力結合は、ＰＣＢ、セラミック又は同軸構造を介して容量的に行われる（例えば、絶縁体材料で離散的に作製された内部導体を介して）。ＰＣＢ又はセラミックは、製造が簡単であり、コスト効率が高いという利点があり、同軸構造は、最高の効率（低損失）を実現する。

【0069】

原理上、当然のことながら、インピーダンス整合フィルタへの誘導入力結合も考えられるが、そのような場合、専用ＤＣブロック（例えば、コンデンサ又はＰＣＢ構造）が必要である。

【0070】

示される例では、半導体増幅器出力部のトランジスタの、インピーダンス整合フィルタに至る入力結合構造への接続は、バンドワイヤ（第１のライン２３、第２のライン２４、図３を参照されたい）によって形成される。半導体増幅器出力部のトランジスタは、ハウジング又はスペーサ上で直接ＰＣＢの切欠きに配置することができるが、ＰＣＢ又はセラミックに直接配置することも可能である。トランジスタは、（伝導的に）接着的に接合又ははんだ付けすることができ、ここで、銀焼結又は類似の接続技術が同様に考えられる。

【0071】

図５は、複数の経路又は分岐を有するＲＦアセンブリを示す。入力インターフェース１８を介して、信号は、ベースプレート２８に送られ、そこで、信号は、処理及び／又は増幅される。複数のインピーダンス整合フィルタ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄがそれぞれ信号をインピーダンス整合フィルタ３０の経路に出力する。

【0072】

図６は、図５からの単一経路の断面図を示す。電源６０、信号源２０及びインピーダンス整合フィルタ３０が信号伝播方向３６とともに示されている。インピーダンス整合フィルタ３０において、４つの共振器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、信号伝播方向３６において並べて且つ互いに間隔をおいて配置される。共振器は、異なる高さを有することが明らかである。しかしながら、異なる高さに加えて、共振器は、他の特性、例えば形状、直径等の点で互いに逸脱することもできる。この逸脱は、電力が入力側で半導体増幅器出力部に、且つ出力側でＲＦ導波路に整合した状態で入力側インピーダンスと出力側インピーダンスとが互いに逸脱するように、インピーダンス整合フィルタの目標とする離調を達成するために使用される。

【0073】

図７は、通信衛星１の概略図を示す。高周波アセンブリ１０は、通信衛星１に配置される。高周波アセンブリ１０は、通信衛星の信号伝送経路の一部であり得る。例として、高周波アセンブリ１０は、信号をアンテナの形態の伝送ユニット２に出力することができる。

【0074】

本明細書に記載の高周波アセンブリは、トランジスタ増幅器又は一般に半導体増幅器（ＳＳＰＡ）のアンテナへの信号に関係する連結に特に適している。

【0075】

図８は、隆起中空導波路技術を用いたインピーダンス整合フィルタを有するＲＦアセンブリ１０を示す。ＲＦアセンブリ１０の一般的な構造及び機能に関して、上の図１～７の記載が参照される。

【0076】

図８の変形形態において、インピーダンス整合フィルタは、整合のために隆起８０を有する中空導波路を使用する。隆起８０は、複数の隆起セクション８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄに分割される。隆起８０は、隆起セクションにおいて異なる構成である。機能的観点から、これは、例えば、図６に示されるような異なる構成の共振器に対応する。

【0077】

ベースプレート２８は、半導体増幅器出力部２２を支え、カバー７５によってカバーされる。

【0078】

図８の変形形態において、半導体増幅器出力部の動作のための直流の供給及びインピーダンス整合フィルタへの容量結合は、上記のように実行される。ＲＦ信号は、ＰＣＢ内のスロット７１を介してインピーダンス整合フィルタの隆起中空導波路に結合され、前記導波路において、複数の相互に異なる構成の段を有する隆起セクションが配置され（異なる特性インピーダンスを有するラインセクションに対応して）、インピーダンス整合フィルタの入力側及び出力側インピーダンスの対応する整合を提供する。

【0079】

最後に、図９は、アンテナ２に接続された複数のＲＦアセンブリ１０を有するアンテナ装置１００を示す。このアンテナ装置１００は、例えば、通信衛星で使用され得る。

【0080】

「含む」又は「有する」は、他の要素もステップも除外せず、「ある」又は「１つの」は、複数を除外しないことが補足的に指摘される。さらに、上記の例示的な実施形態の１つを参照して記載された特徴又はステップは、上記の他の例示的な実施形態の他の特徴又はステップと組み合わせて使用することもできることが指摘される。請求項中の参照符号は、限定と見なすべきでない。

【符号の説明】

【0081】

１ 通信衛星
２ アンテナ
１０ 高周波アセンブリ
１８ 入力インターフェース
２０ 信号源
２１ 増幅ユニット
２２ 半導体増幅器出力部
２３ 第１のライン
２４ 第２のライン
２５ 伝送経路
２６ 容量結合素子
２８ ベースプレート
３０ インピーダンス整合フィルタ
３１ 第１のインターフェース
３２ 共振器
３４ 窓
３６ 信号伝播方向
３９ 第２のインターフェース
４０ 結合ユニット
５０ 高周波導波路
６０ 電源
６１ ＤＣフィルタ
６２ 接続ライン
７１ 結合スロット
７５ カバー
８０ 隆起
８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ 隆起セクション
１００ アンテナ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】