(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドケースと、前記シールドケース内に配置される第１の電極と、第２の電極とを備える無接点切替器であって、
前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方と、前記シールドケースとの間に配置されるインダクタンス素子と、
前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置される容量素子とを備え、
前記容量素子は、前記第１の電極に接続される第１の容量素子電極と、前記第２の電極に接続される第２の容量素子電極と、前記第１の容量素子電極と前記第２の容量素子電極との間に挿入自在に配置される誘電体を有し、
前記第１および第２の容量素子電極との間に前記誘電体を挿入して、伝送信号の周波数において前記第１の電極と前記第２の電極とを導通状態となし、あるいは、前記第１および第２の容量素子電極との間に前記誘電体が介在しない状態となるように前記誘電体を移動させて、伝送信号の周波数において前記第１の電極と前記第２の電極とを遮断状態とすることを特徴とする無接点切替器。
【請求項２】
前記第１の電極と前記シールドケースとの間に配置される第１のインダクタンス素子と、
前記第２の電極と前記シールドケースとの間に配置される第２のインダクタンス素子とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無接点切替器。
【請求項３】
現用系と予備系の切替器として、前記請求項１または請求項２の記載の無接点切替器を用いたことを特徴とする電力合成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無接点切替器および電力合成器に係わり、特に、移動通信、地上波デジタルテレビ等におけるマルチキャリアパワーアンプの並列運転時に、現用系と予備系とを切り替える切替器に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、テレビジョンの中継放送設備などにおいては、中継放送設備の一部に故障などが生じる場合を想定し、現用系と予備系との２つを備えるのが一般的である。
例えば、電力合成器であれば、図１６に示すように、３台のパワーアンプ（ＰＡ１〜ＰＡ３）を並列に接続し、このうち２台（例えば、ＰＡ１、ＰＡ２）を現用系として使用し、残りの１台（ＰＡ３）を予備系として使用するようにしている。この場合に、パワーアンプ（ＰＡ２）に故障などが生じた場合には、スイッチ（ＳＷ２１、ＳＷ２２）をオフとして、当該故障が生じたパワーアンプ（ＰＡ２）を現用系から取り外し、スイッチ（ＳＷ３１、ＳＷ３２）をオンとして、予備系のパワーアンプ（ＰＡ４）を現用系に挿入する。なお、図１６において、５０は分配器、５１は合成器である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、前述したスイッチ（ＳＷ）としては、例えば、同軸リレーなどの接点型のスイッチが使用されている。しかしながら、現用系から予備系への切り替えは運用中に行われるので、従来の接点型のスイッチではスパーク放電を伴い、接点の溶断などの事故（または、故障）が発生する恐れがあり、信頼性が低いという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、スパーク放電を伴わず、かつ、接点の溶断なども生じない無接点切替器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の無接点切替器を使用する電力合成器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、シールドケースと、前記シールドケース内に配置される第１の電極と、第２の電極とを備える無接点切替器であって、前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも一方と、前記シールドケースとの間に配置されるインダクタンス素子と、前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置される容量素子とを備え、前記容量素子は、前記第１の電極に接続される第１の容量素子電極と、前記第２の電極に接続される第２の容量素子電極と、前記第１の容量素子電極と前記第２の容量素子電極との間に挿入自在に配置される誘電体を有し、前記第１および第２の容量素子電極との間に前記誘電体を挿入して、伝送信号の周波数において前記第１の電極と前記第２の電極とを導通状態となし、あるいは、前記第１および第２の容量素子電極との間に前記誘電体が介在しない状態となるように前記誘電体を移動させて、伝送信号の周波数において前記第１の電極と前記第２の電極とを遮断状態とする。
また、本発明では、前記第１の電極と前記シールドケースとの間に配置される第１のインダクタンス素子と、前記第２の電極と前記シールドケースとの間に配置される第２のインダクタンス素子とを備える。
さらに、本発明は、現用系と予備系の切替器として、前述の無接点切替器を用いた電力合成器である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の無接点切替器の原理を説明するための図である。
図１に示すように、高周波信号の伝送経路に、第１のインダクタンス素子（Ｌ１）と、可変容量素子（Ｃｖ）と、第２のインダクタンス素子（Ｌ２）からなるハイパスフィルタ回路（以下、ＨＰＦという。）３０を挿入する。
ここで、可変容量素子（Ｃｖ）の容量値が第１の容量値の時に、ＨＰＦ３０の減衰特性が、図２の（イ）に示す減衰特性になるように、また、可変容量素子（Ｃｖ）の容量値が第２の容量値の時に、ＨＰＦ３０の減衰特性が、図２の（ロ）に示す減衰特性になるように、第１のインダクタンス素子（Ｌ１）と第２のインダクタンス素子（Ｌ２）のインダクタンス値を設定する。なお、この図２において、ｆｏは、伝送される高周波信号の周波数である。
図２に示すように、ＨＰＦ３０の減衰特性を設定することにより、可変容量素子（Ｃｖ）の容量値が第１の容量値の時には、周波数がｆｏの、伝送される高周波信号はＨＰＦ３０の通過領域の周波数となるので、伝送される高周波信号はＨＰＦ３０を通過する。即ち、切替器がオン状態となる。
しかしながら、可変容量素子（Ｃｖ）の容量値が第２の容量値の時には、周波数がｆｏの、伝送される高周波信号はＨＰＦ３０の減衰領域の周波数となるので、高周波信号はＨＰＦ３０を流れない。即ち、切替器がオフ状態となる。
【０００６】
図３は、本発明の実施の形態１の無接点切替器の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は上平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’に示すシールドケースの上面に直交する平面で切断した断面構造を示す要部断面図である。
図３において、１はシールドケース、２１，２２は同軸線路の内部導体、３１，３２は同軸線路の外部導体、４は絶縁体の支持体、５は第１のインダクタンス素子、６は第２のインダクタンス素子、１０，１２は容量素子の電極、１１は誘電体である。第１のインダクタンス素子５および第２のインダクタンス素子６は、導線などにより構成され、誘電体１１は、アルミナなどの高誘電率の材料で構成される。
ここで、誘電体１１は、容量素子の両電極（１０，１２）の間に挿入自在に配置される。なお、電極（１０，１２）の形状は、円形、あるいは、四角形などであってもよい。
したがって、本実施の形態の無接点切替器は、内部導体２１と内部導体２２との間に、図１に示すような、ハイパスフィルタ回路３０を備えることになる。
なお、使用する周波数帯により、インダクタンス素子のインダクタンス値が不足する場合には、第１のインダクタンス素子５および第２のインダクタンス素子６として、コイルを使用してもよい。
【０００７】
今、図３に示す状態、即ち、容量素子の両電極（１０，１２）の間に誘電体１１が挿入されている状態において、このＨＰＦ３０の減衰特性が図２の（イ）に示す減衰特性になるように、第１のインダクタンス素子５および第２のインダクタンス素子６のインダクタンス値、並びに、電極１０と電極１２と、両電極（１０，１２）の間に挿入される誘電体１１により形成される容量素子の容量値を設定する。したがって、この状態では、無接点切替器がオン状態となり、周波数がｆｏの、伝送される高周波信号はＨＰＦ３０を通過することになる。
逆に、図４に示す状態、即ち、容量素子の両電極（１０，１２）の間から誘電体１１を取り外した状態において、このＨＰＦ３０の減衰特性が図２の（ロ）に示す減衰特性になるように、第１のインダクタンス素子５および第２のインダクタンス素子６のインダクタンス値、並びに、電極１０と電極１２と、両電極（１０，１２）の間に挿入される空気層により形成される容量素子の容量値を設定する。したがって、この状態では、無接点切替器がオフ状態となり、周波数がｆｏの、伝送される高周波信号はＨＰＦ３０を流れなくなる。
【０００８】
以下、前述した点についてさらに説明する。
図５は、本実施の形態の無接点切替器の実用的な等価回路の一例を示す回路図であり、両電極（１０，１２）の間に誘電体１１を挿入した状態のときの等価回路を示す図である。なお、この等価回路では、誘電体１１の誘電率（εｄ）は３５（εｄ＝３５）としている。
図５に示す回路の［Ｆ］マトリクスは、下記（１）式で表される。
この（１）式に示す［Ｆ］マトリクスの各要素より、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を求めると、下記（２）式のようになり、良好なインピーダンス特性を示すことが分かる。
同様に、この（１）式に示す［Ｆ］マトリクスの各要素より、伝送特性（Ｌｉ）を求めると、下記（３）式のようになり、良好な伝送特性であることが分かる。
【０００９】
【数１】
0003635070.tif 000002
0003635070.tif 000003
【００１０】
【数２】
0003635070.tif 000004
0003635070.tif 000005
0003635070.tif 000006
0003635070.tif 000007
【００１１】
図６は、本実施の形態の無接点切替器の実用的な等価回路の一例を示す回路図であり、両電極（１０，１２）の間から誘電体１１を取り外した状態のときの等価回路を示す図である。
この場合、両電極（１０，１２）の間には、誘電率（εａ）が１（εａ＝１）の空気層が挿入されるので、図５に示す容量素子の容量値は、２９．４（＝０．８４×３５）となる。
図６に示す回路の［Ｆ］マトリクスは、下記（４）式で表される。
この（４）式に示す［Ｆ］マトリクスの各要素より、入力インピーダンス（Ｚｉｎ）を求めると、下記（５）式のようになる。
同様に、この（４）式に示す［Ｆ］マトリクスの各要素より、伝送特性（Ｌｉ）を求めると、下記（６）式のようになり、十分な減衰特性が得られることが分かる。
【００１２】
【数３】
0003635070.tif 000008
0003635070.tif 000009
【００１３】
【数４】
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【００１４】
［実施の形態２］
以下、本発明の無接点切替器を使用する電力合成器の一例について、図７を用いて説明する。
同図に示すように、伝送される高周波信号は、分配器５０により分配され、各電力増幅器（ＰＡ１〜ＰＡ３）に入力される。そして、電力増幅器（ＰＡ１〜ＰＡ３）で増幅された高周波信号は、合成器５１で合成されて出力される。
この図７において、３０１〜３０３が、前述の実施の形態１の無接点切替器であり、この無接点切替器（３０１〜３０３）のうち、２台がオン、残りの一台がオフとされ、電力増幅器の２台（例えば、ＰＡ１、ＰＡ２）が現用系として使用され、残りの１台（例えば、ＰＡ３）を予備系として使用するようにしている。
この場合に、パワーアンプ（ＰＡ２）に故障などが生じた場合には、無接点切替器３０２をオフとして、当該故障が生じたパワーアンプ（ＰＡ２）を現用系から取り外し、無接点切替器３０３をオンとして、予備系のパワーアンプ（ＰＡ３）を現用系に挿入する。
【００１５】
図８は、図７に示す無接点切替器の概略構成を示す上平面図である。同図において、１はシールドケース、１１２〜１１４は誘電体、Ｔ１は出力端子、Ｔ２〜Ｔ４は入力端子である。
図９は、図８に示す無接点切替器を、シールドケース１の上面に平行な面で、各端子を通る平面で切断した断面構造を示す要部断面図であり、図１０は、図８に示す無接点切替器を、シールドケース１の上面に直交する面で、端子Ｔ２と端子Ｔ４を通る平面で切断した断面構造を示す要部断面図である。
図９、図１０において、２１〜２４は同軸線路の内部導体、３１〜３４は同軸線路の外部導体、５４は端子Ｔ４に接続されるＨＰＦの第１のインダクタンス素子、１０２〜１０４，１２２〜１２４は、ＨＰＦを構成する容量素子の電極である。
図９、図１０に示すように、シールドケース１の内部の中心部に分岐導体７が配置される。この分岐導体７には、図１０に示すように、第２の端子（Ｔ２〜Ｔ４）に接続されるＨＰＦの第２のインダクタンス素子６となるインダクタンス素子６１が接続される。
このインダクタンス素子６１は導線などで構成され、インダクタンス素子６１のインダクタンス値は、第２の端子（Ｔ２〜Ｔ４）に個別にＨＰＦを接続した場合における、それぞれのＨＰＦの第２のインダクタンス素子のインダクタンス値を合成した値とされる。
【００１６】
図８〜図１０に示す無接点切替器は、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間、および端子Ｔ１と端子Ｔ４との間がオン（即ち、導通状態）、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間がオフ（即ち、遮断状態）の場合を図示している。
図１１は、図８〜図１０に示す無接点切替器の等価回路を示す回路図である。
図１１において、ＲＬは負荷抵抗（この場合は、各電力増幅器（ＰＡ１〜ＰＡ３）の出力インピーダンス）、Ｃｏｆｆは、電極１０と、電極１２と、両電極（１０，１２）の間から誘電体１１を取り外した状態の時に形成される容量素子の容量値、Ｃｏｎは、電極１０と、電極１２と、両電極（１０，１２）の間に誘電体１１を挿入した状態の時に形成される容量素子の容量値を示す。
また、Ｌｏは、各ＨＰＦの第１のインダクタンス素子（５２〜５４）のインダクタンス値であり、したがって、分岐導体７に接続されるインダクタンス素子６１のインダクタンス値は、（Ｌｏ／２）となる。
なお、容量素子の容量値Ｃｏｎ、および各ＨＰＦの第１のインダクタンス素子（５２〜５４）のインダクタンス値Ｌｏは、端子Ｔ１と、端子（Ｔ２〜Ｔ４）の中の２つの端子との間がオンの場合に、端子Ｔ１と、端子（Ｔ２〜Ｔ４）の中の２つの端子との間が、整合するように設定される。
【００１７】
［実施の形態１の変形例］
前述の実施の形態１では、ＨＰＦ３０が、π型のＨＰＦである場合について説明したが、ＨＰＦとしては、図１２、あるいは、図１４に示す逆Ｌ型のＨＰＦであってもよい。
図１２に示すＨＰＦの場合の無接点切替器の構成を図１３に示す。なお、図１３は、図４と同一箇所を示す要部断面図であり、第２のインダクタンス素子６が省略されている以外は、図４と同じであるのでその詳細な説明は省略する。
また、図１４に示すＨＰＦの場合の無接点切替器の構成を図１５に示す。なお、図１５は、図４と同一箇所を示す要部断面図であり、第１のインダクタンス素子５が省略されている以外は、図４と同じであるのでその詳細な説明は省略する。
また、図１３、図１５は、無接点切替器がオンの状態を図示しているが、オフの場合は、容量素子の両電極（１０，１２）の間から誘電体１１を取り除くようにすればよい。
【００１８】
このように、本発明の無接点切替器では、現用系から予備系への切り替えが運用中に行われても、従来の接点型のスイッチのように、スパーク放電が発生せず、かつ、接点の溶断などの事故（または、故障）も発生することがないので、信頼性を向上させることが可能となる。
一方、ＯＦＤＭ変調波を用いたデジタルテレビにおいては、ＭＣＰＡ（マルチキャリアパワーアンプ）を用いて、帯域が約１００ＭＨｚの多チャンネルのテレビ信号を同時に増幅する方式で中継放送を行うことが想定されている。本発明の無接点切替器はこのような用途に最適である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の無設定切替器によれば、スパーク放電を伴わず、かつ、接点の溶断なども生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無接点切替器の原理を説明するための図である。
【図２】図１に示すハイパスフィルタの減衰特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１の無接点切替器の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の無接点切替器がオフの状態を示す図である。
【図５】図３に示す無接点切替器の実用的な等価回路の一例を示す回路図である。
【図６】図４に示す無接点切替器の実用的な等価回路の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の無接点切替器を使用する電力合成器の一例を示す図である。
【図８】図７に示す無接点切替器の概略構成を示す上平面図である。
【図９】図８に示す無接点切替器を、シールドケースの上面に平行な面で、各端子を通る平面で切断した断面構造を示す要部断面図である。
【図１０】図８に示す無接点切替器を、シールドケースの上面に直交する面で、端子Ｔ２と端子Ｔ４を通る平面で切断した断面構造を示す要部断面図である。
【図１１】図８ないし図１０に示す無接点切替器の等価回路を示す回路図である。
【図１２】本発明に使用可能な他のハイパスフィルタを示す回路図である。
【図１３】図１２に示すハイパスフィルタを使用する無接点切替器の構成を示す要部断面図である。
【図１４】本発明に使用可能な他のハイパスフィルタを示す回路図である。
【図１５】図１４に示すハイパスフィルタを使用する無接点切替器の構成を示す要部断面図である。
【図１６】従来の電力合成器を示す回路図である。
【符号の説明】
１…シールドケース、２１〜２４…同軸線路の内部導体、３１〜３４…同軸線路の外部導体、４…絶縁体の支持体、５，５２〜５４，６，６１，Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス素子、７…分岐導体、１０，１０２〜１０４，１２，１２２〜１２４…容量素子の電極、１１，１１２〜１１４…誘電体、３０…ハイパスフィルタ回路、３０１〜３０３…無接点切替器、５０…分配器、５１…合成器、Ｃｖ…可変容量素子、ＰＡ１〜ＰＡ３…パワーアンプ、ＳＷ１１〜ＳＷ３１，ＳＷ１２〜ＳＷ３２…スイッチ、Ｔ１〜Ｔ４…端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003635070.tif 000022
【図１０】
0003635070.tif 000023
【図１１】
0003635070.tif 000024
【図１２】
0003635070.tif 000025
【図１３】
0003635070.tif 000026
【図１４】
0003635070.tif 000027
【図１５】
0003635070.tif 000028
【図１６】
0003635070.tif 000029