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2012年2月 1日 (水)

90°ハイブリッドのはなし3

90°ハイブリッドとはHyblidcoup 
 既出の90°ハイブリッドのはなしハイブリッドのはなし2につづく応用編で周波数特性のはなしです。
ハード的には
今回は表面実装タイプやタブ端子のものなどに使われている積層基板の構造のものです。2つの1/4λで結合されたパターンで構成されますが、入力に繋がっているのは -3dB -90˚の出力です。この出力端子はDC的に入力と繋がっているのが特徴で、1/4λが有効な周波数領域以外ではもう1方の0˚出力と結合が弱くなりますので、入力された信号がこちらの端子に出てきます。もう一方の0˚出力ですが、ISO端子と繋がったパターンで入力信号とはカップリングで結合しています。それで使う帯域内でしか出力が現れないのが特徴です。これら2つの出力は理論上では -3dBパワーでは半分ずつ分配されますが、通過・結合ロスがありますので、通常 0.2dB〜0.7dB程度ロスが加わります。この2つの出力のロスの出方で特性の違う製品があり、通常の中心周波数でロスが等しくなるタイプと、20120201_91324結合を強めにして帯域の両端で同量の損失になるタイプ
20120201_91331があり、広めの帯域が必要の場合と、狭い帯域で性能を出したい場合がありますので、このカップリング周波数特性がどうなっているかをチェックすることが重要です。 Hyb_amp
 この90˚ハイブリッドを2つ使って2つのアンプを駆動する回路は右のような形になります。-90˚から来た信号を増幅してこんどは 0˚の端子に入力します。0˚の端子を増幅した信号は -90˚の端子に入力することによって正常に合成され、いったん入力で 3dB ロスした信号が逆の周波数特性をもった端子で2つ合成されるので +3dBとなり、トータルでは周波数特性は打ち消し合い損失は 2個の90˚ハイブリッドのロス分だけになります。また、この回路の良い点はアンプのVSWR(リターンロス)が悪くても90˚ハイブリッドによって反射電力が ISO端子に繋がった抵抗に帰るので、入力端子は VSWRの良い状態を作ることが出来ます。長いケーブルやマッチング不具合に弱い前段と繋ぐ場合にはこのような90˚ハイブリッドを使ったアンプが便利です。しかしながらアンプの動作はプッシュプルではなく、90˚位相がずれただけなので、通常のバランを使ったプッシュプルアンプに比べて2次歪み低減の効果はありませんが、90˚ハイブリッドを使った広帯域なアンプには有効な回路です。
 周波数特性的には上側の0˚端子を増幅するアンプは入力信号のカップリングなので帯域外は増幅しませんので、あまり注意が必要ではありませんが、-90˚側のアンプは帯域外の特にアンプのゲインが取れる数100MHzが帯域外の場合入力過多になって発振したり、過剰な出力状態になったりします。このアンプの入力カップリングコンデンサーを小さくしたり、コイルと50Ωの直列した回路で GNDに落として低域のゲインを落としたりする工夫が必要です。逆に出力はこちら側のアンプがカップリング出力なので、帯域外では信号は入ってくるが出力出来ない状態になります。また0˚側のアンプは帯域外は出力と密接に繋がっていますので、負荷の変動時に注意が必要です。いずれにせよ単体でのチェックだけでなく両方動作させた場合の発振や発熱などチェックが必要です。

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