(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化が可能な高周波電力合成器を提供する。【解決手段】高周波電力合成器１０は、外導体１と、内導体２とを持つ。外導体は、内部空間１５を形成する。内導体は、出力側線路２１と出力側線路から分岐する複数の入力側線路２２とを有する。内導体は、外導体の内部空間に設けられている。高周波電力合成器は、内導体と接触した状態の液体５を内部空間に貯留可能な構造を有する。底板１１は、平面視において矩形状、例えば長方形状とされている。一対の側板１２は、底板１１の側縁１１ａに立設されている。側板１２は、ＸＺ平面に沿って形成されている。一対の端板１３は、底板１１の端縁１１ｂに立設されている。端板１３はＹＺ平面に沿って形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を形成する外導体と、
出力側線路と前記出力側線路から分岐する複数の入力側線路とを有し、前記外導体の内部空間に設けられた内導体と、を備え、
前記内導体と接触した状態の液体を前記内部空間に貯留可能な構造を有する、高周波電力合成器。
【請求項２】
前記出力側線路および前記入力側線路には、それぞれ端部導体が接続され、
前記外導体には、前記端部導体が挿通する挿通孔が形成され、
前記挿通孔は、閉止部材により液密に閉止されている、請求項１に記載の高周波電力合成器。
【請求項３】
前記外導体に、前記液体を前記内部空間に導入する導入路と、前記液体を前記外導体から導出する導出路とが設けられている、請求項１または２に記載の高周波電力合成器。
【請求項４】
前記外導体は、密閉構造である、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の高周波電力合成器。
【請求項５】
内部空間に液体を貯留可能な外導体と、
出力側線路と前記出力側線路から分岐する複数の入力側線路とを有し、前記外導体の内部空間に設けられた内導体と、
前記外導体の内部空間に、前記内導体に接触可能に充てんされた絶縁性の液体である熱媒体と、を備えている、高周波電力合成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波電力合成器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばテレビ放送用送信機などでは、大電力を出力するため、高周波出力を合成するための高周波電力合成器が用いられている。高周波電力合成器は、内導体（高周波線路）が発熱しやすいため、小型化が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５２８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、小型化が可能な高周波電力合成器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の高周波電力合成器は、外導体と、内導体とを持つ。前記外導体は、内部空間を形成する。前記内導体は、出力側線路と前記出力側線路から分岐する複数の入力側線路とを有する。前記内導体は、前記外導体の内部空間に設けられている。実施形態の高周波電力合成器は、前記内導体と接触した状態の液体を前記内部空間に貯留可能な構造を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の高周波電力合成器の構成の概略を示す平面図。
【図２】実施形態の高周波電力合成器の構成の概略を示す側断面図。
【図３】実施形態の高周波電力合成器の出力側端子の断面図。
【図４】実施形態の高周波電力合成器の入力側端子の断面図。
【図５】実施形態の高周波電力合成器の変形例の概略を示す平面図。
【図６】出力側端子の変形例の断面図。
【図７】入力側端子の変形例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の高周波電力合成器を、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、実施形態の高周波電力合成器１０の構成の概略を示す平面図である。図２は、高周波電力合成器１０の構成の概略を示す断面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ断面を示す。図１および図２において、Ｘ方向は、外導体１の底板１１の長さ方向である。Ｙ方向は、底板１１に沿う面内でＸ方向に直交する方向であり、底板１１の幅方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向であり、底板１１の厚さ方向である。以下の説明において、Ｚ方向を上下方向または高さ方向ともいう。平面視とはＺ方向から見ることをいう。なお、図１では天板１４を図示しない。
【０００９】
以下、高周波電力合成器１０は、底板１１に対して天板１４が上側に位置する姿勢をとると仮定して、高周波電力合成器１０の各部の位置関係を説明する。なお、この高周波電力合成器１０の姿勢は説明の便宜のために仮に定められているに過ぎない。よって、ここで定めた高周波電力合成器１０の姿勢は、高周波電力合成器の使用時の姿勢を限定しない。
【００１０】
Ｘ方向の一方をＡ方向といい、その反対の方向をＢ方向という。Ｙ方向の一方をＣ方向といい、その反対の方向をＤ方向という。Ｚ方向の一方をＥ方向といい、その反対の方向をＦ方向という。Ｅ方向は上方である。Ｘ方向とＹ方向とによって形成される平面をＸＹ平面という。Ｘ方向とＺ方向とによって形成される平面をＸＺ平面という。Ｙ方向とＺ方向とによって形成される平面をＹＺ平面という。
【００１１】
図１および図２に示すように、高周波電力合成器１０は、外導体１と、内導体２と、出力側端子３と、入力側端子４，４とを備えている。
外導体１は、底板１１と、側板１２，１２と、端板１３，１３と、天板１４（図２参照）とを備えており、容器状に形成されている。
【００１２】
図１に示すように、底板１１は、平面視において矩形状、例えば長方形状とされている。側板１２，１２は、底板１１の側縁１１ａ，１１ａに立設されている。側板１２，１２はＸＺ平面に沿って形成されている。端板１３，１３は、底板１１の端縁１１ｂ，１１ｂに立設されている。端板１３，１３はＹＺ平面に沿って形成されている。
【００１３】
図２に示すように、天板１４は、側板１２および端板１３の上縁に設けられている。天板１４はＸＹ平面に沿って形成されている。底板１１と、側板１２，１２と、端板１３，１３と、天板１４とにより囲まれた空間を内部空間１５という。外導体１は、内部空間１５を形成している。
【００１４】
側板１２の下縁および端板１３の下縁と、底板１１の周縁とは液密に接合されている。側板１２の上縁および端板１３の上縁と、天板１４の周縁とは液密に接合されている。側板１２の端縁と端板１３の側縁とは液密に接合されている。そのため、外導体１は、内部空間１５に液体５（熱媒体）を貯留可能である。
底板１１、側板１２，１２、端板１３，１３、および天板１４は、これらのうち隣り合う２以上が一体形成されていてもよい。例えば、底板１１、側板１２，１２および端板１３，１３は、一体形成されていてもよい。外導体１は、後述のように、内導体２と接触した状態の液体５を貯留可能である。
【００１５】
外導体１は、密閉構造であってもよい。外導体１が密閉構造であると、液体５の漏れおよび蒸散を防ぐことができる。また、外導体１内の圧力を一定に保つことができる。
【００１６】
底板１１および天板１４は、一部または全部が導電性材料からなる。導電性材料としては、例えばアルミニウム（またはその合金）、銅（またはその合金）などの金属が好適である。底板１１および天板１４は、接続線路（図示略）を介して接地されるため、外導体１は接地導体である。
【００１７】
一対の端板１３，１３のうち一方の端板１３（１３Ａ）には、端部導体２５が挿通する挿通孔１３ａが形成されている。挿通孔１３ａの内径は端部導体２５の外形寸法より大きい。他方の端板１３（１３Ｂ）には、端部導体２８，２８がそれぞれ挿通する一対の挿通孔１３ｂ，１３ｂが形成されている。挿通孔１３ｂの内径は端部導体２８の外形寸法より大きい。
【００１８】
図３は、出力側端子３の断面図である。図３に示すように、出力側端子３は、概略、筒状（例えば円筒状）に形成されており、端板１３（１３Ａ）の外面に設けられている。出力側端子３は、挿通孔１３ａと整合する位置に設けられている。出力側端子３には、端部導体２５が挿通する。出力側端子３および挿通孔１３ａの内部には、円環状の介装部材１７（１７Ａ）が設けられている。出力側端子３は、端板１３（１３Ａ）の外面に当接することによって端板１３（１３Ａ）と電気的に接続する。
【００１９】
挿通孔１３ａの内周面と介装部材１７（１７Ａ）の外周面との間には、円環状のパッキン１８（１８Ａ１）（閉止部材）が設けられている。介装部材１７（１７Ａ）の内周面と端部導体２５の外周面との間には、円環状のパッキン１８（１８Ａ２）（閉止部材）が設けられている。介装部材１７（１７Ａ）およびパッキン１８（１８Ａ１，１８Ａ２）は、挿通孔１３ａを液密に閉止する。そのため、外導体１内の液体５が挿通孔１３ａから外に漏出するのを抑制できる。
【００２０】
図４は、入力側端子４の断面図である。図４に示すように、入力側端子４は、概略、筒状（例えば円筒状）に形成されており、端板１３（１３Ｂ）の外面に設けられている。入力側端子４は、挿通孔１３ｂと整合する位置に設けられている。入力側端子４には、端部導体２８が挿通する。挿通孔１３ｂの内部には、円環状の介装部材１７（１７Ｂ）が設けられている。入力側端子４は、端板１３（１３Ｂ）の外面に当接することによって端板１３（１３Ｂ）と電気的に接続する。
【００２１】
介装部材１７（１７Ａ，１７Ｂ）は、樹脂（例えばテフロン（登録商標）、ポリオレフィン系樹脂など）、ゴムなどからなる絶縁体である。パッキン１８は、軟質樹脂（ポリオレフィン系樹脂など）、ゴムなどからなり、弾性変形可能である。
【００２２】
挿通孔１３ｂの内周面と介装部材１７（１７Ｂ）の外周面との間には、円環状のパッキン１８（１８Ｂ１）（閉止部材）が設けられている。介装部材１７（１７Ｂ）の内周面と端部導体２８の外周面との間には、円環状のパッキン１８（１８Ｂ２）（閉止部材）が設けられている。介装部材１７（１７Ｂ）およびパッキン１８（１８Ｂ１，１８Ｂ２）は、挿通孔１３ｂを液密に閉止する。そのため、外導体１内の液体５が挿通孔１３ｂから外に漏出するのを抑制できる。
【００２３】
端板１３は、例えばアルミニウム（またはその合金）、銅（またはその合金）などの金属からなる。
【００２４】
図１および図２に示すように、内導体２は、出力側線路２１と、一対の入力側線路２２，２２とを備えている。
出力側線路２１は、第１線路２３と、第２線路２４とを備えている。第１線路２３は、Ｘ方向に延在する。第１線路２３は、例えば動作波長の４分の１に相当する電気長を有する。第２線路２４は、第１線路２３のＢ方向側の端部からＢ方向に延出する。第２線路２４の幅（Ｙ方向寸法）は、第１線路２３の幅より小である。第１線路２３および第２線路２４は、ＸＹ平面に沿う板状に形成されている。
第２線路２４のＢ方向側の端部には、端部導体２５が接続されている。端部導体２５は、第２線路２４のＢ方向側の端部からＢ方向に延出し、端板１３（１３Ａ）の挿通孔１３ａに挿通する。
【００２５】
図１に示すように、入力側線路２２，２２は、出力側線路２１のＡ方向側の端部２１ａを分岐点として２つに分岐して形成された分岐線路である。
入力側線路２２，２２のうち一方の入力側線路２２（２２Ａ）は、第１線路２６（２６Ａ）と、第２線路２７（２７Ａ）とを備えている。第１線路２６（２６Ａ）は、出力側線路２１の端部２１ａを起点としてＣ方向に延出する。第２線路２７（２７Ａ）は、第１線路２６（２６Ａ）のＣ方向側の端部からＡ方向に延出する。第１線路２６（２６Ａ）および第２線路２７（２７Ａ）は、ＸＹ平面に沿う板状に形成されている。
第２線路２７（２７Ａ）のＡ方向側の端部には、端部導体２８（２８Ａ）が接続されている。端部導体２８（２８Ａ）は、第２線路２７（２７Ａ）のＡ方向側の端部からＡ方向に延出し、端板１３（１３Ｂ）の挿通孔１３ｂに挿通する。
【００２６】
入力側線路２２，２２のうち他方の入力側線路２２（２２Ｂ）は、第１線路２６（２６Ｂ）と、第２線路２７（２７Ｂ）とを備えている。第１線路２６（２６Ｂ）は、出力側線路２１の端部２１ａを起点としてＤ方向に延出する。第２線路２７（２７Ｂ）は、第１線路２６（２６Ｂ）のＤ方向側の端部からＡ方向に延出する。第１線路２６（２６Ｂ）および第２線路２７（２７Ｂ）は、ＸＹ平面に沿う板状に形成されている。
第２線路２７（２７Ｂ）のＡ方向側の端部には、端部導体２８（２８Ｂ）が接続されている。端部導体２８（２８Ｂ）は、第２線路２７（２７Ｂ）のＡ方向側の端部からＡ方向に延出し、端板１３（１３Ｂ）の挿通孔１３ｂに挿通する。
【００２７】
内導体２は、導電性材料からなる。導電性材料としては、例えば銅（またはその合金）、アルミニウム（またはその合金）などの金属が好適である。出力側線路２１および入力側線路２２，２２は一体に形成されている。
【００２８】
高周波電力合成器１０は、伝送線路（出力側線路２１、入力側線路２２，２２など）がストリップラインで形成された合成器である。
高周波電力合成器１０は、例えば、内導体２によって出力インピーダンスと入力インピーダンスとを整合（インピーダンス整合）させるインピーダンス変換型の合成器であってよい。
【００２９】
図２に示すように、内導体２は、内部空間１５に配置されている。内導体２は、底板１１および天板１４から離間した高さ位置にある。すなわち、内導体２は、底板１１より高く、かつ天板１４より低い位置にある。
【００３０】
外導体１の内部空間１５には、液体５が貯留されている。
液体５としては、使用温度（例えば２５℃）において絶縁性を有する熱媒体が好ましく、例えば、フッ素系不活性液体、炭化水素系絶縁油、シリコーン油などが使用できる。フッ素系不活性液体としては、３Ｍ社製のフロリナートＦＣ−７７０（登録商標）などが使用できる。炭化水素系絶縁油の主成分は、例えばアルキルベンゼン、ポリブテン、アルキルナフタレン等である。
【００３１】
液体５の絶縁耐力（２．５４ｍｍ ｇａｐ）は、２５℃において例えば３８ｋＶ〜４６ｋＶである。液体５の沸点は、例えば５０℃以上１８０℃以下である。周波数１ｋＨｚにおける誘電率は、２５℃において例えば１．７６〜１．９０である。
【００３２】
液体５は、内導体２に接触可能に内部空間１５に貯留されている。図１等では、液体５は、内部空間１５の全体に満たされているが、液体５が内部空間１５の容積より少量である場合には、液体５の液面は内部空間１５の最上部より低く位置する。
【００３３】
液体５は、内導体２の一部にのみ接触していてもよいが、内導体２の全体が液体５に浸漬することが好ましい。内導体２の全体が液体５に浸漬していると、内導体２の冷却効率を高めることができる。
【００３４】
通電によって内導体２が発熱すると、液体５は温度上昇により比重が小さくなるため、液体５は内部空間１５で自然対流（熱対流）する。液体５の対流によって、内導体２は効率よく冷却される。
【００３５】
液体５が、内部空間１５が形成する最大容積より少量である場合には、液体５の液面と、外導体１の一部（例えば側板１２）との間に空間が確保される。そのため、液体５を沸騰させて潜熱により冷却効果を高める、いわゆる沸騰冷却が可能となる。
【００３６】
高周波電力合成器１０では、内部空間１５に貯留された液体５によって内導体２を効率よく冷却することができる。そのため、過度の温度上昇を生じさせることなく、内導体２を小型化（例えば薄型化または幅狭化）できる。よって、高周波電力合成器１０を小型化できる。例えば、高周波電力合成器１０の厚さ（Ｚ方向寸法）を小さくできる。
絶縁性の液体５として誘電体を用いることで、液体５を用いない場合に比べて、出力側線路２１および入力側線路２２，２２の電気長は短くなる。そのため、内導体２のＸ方向の寸法を短くできる。よって、高周波電力合成器１０の長さ（Ｘ方向寸法）を短くできる。したがって、高周波電力合成器１０をさらに小型化できる。
【００３７】
高周波電力合成器１０は、外導体１として、汎用の高周波電力合成器における外導体を用いることができるため、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
外導体１の内部空間１５に熱媒体５が充てんされた高周波電力合成器１０は、外導体１と、内導体２と、出力側端子３と、入力側端子４，４と、熱媒体５とを備えて構成されている。
【００３９】
図５は、他の実施形態の高周波電力合成器１０Ａの構成の概略を示す平面図である。なお、図５では天板１４を図示しない。
【００４０】
図５に示すように、高周波電力合成器１０Ａでは、一対の側板１２，１２のうち一方の側板１２Ａに、液体５の導入路３１が設けられている。導入路３１は、例えば筒状に形成されている。導入路３１は、側板１２Ａの導入孔１２ａを通して、図示しない供給源からの液体５を外導体１の内部空間１５に導入できる。
【００４１】
側板１２，１２のうち他方の側板１２Ｂには、液体５の導出路３２が設けられている。導出路３２は、例えば筒状に形成されている。導出路３２は、側板１２Ｂの導出孔１２ｂを通して、外導体１の内部空間１５の液体５を、外導体１の外に導出できる。
【００４２】
高周波電力合成器１０Ａでは、外部から供給された液体５を外導体１の内部空間１５に流通させ、液体５が内導体２を冷却する効率を高めることができる。
導出路３２によって導出された熱媒体５は、熱交換器（図示略）によって冷却し、導入路３１を通して再利用してもよい。
【００４３】
実施形態の高周波電力合成器は、３ｄＢカプラ型、ウィルキンソン型、ラットレース型などの構造を採用してもよい。
内導体において、１つの出力側線路から分岐する入力側線路の数は、２に限らず、３以上の任意の数であってもよい。
実施形態の高周波電力合成器１０，１０Ａは、外導体１が液体５を貯留可能に構成されているが、高周波電力合成器の構成はこれに限定されない。例えば、実施形態の高周波電力合成器は、外導体以外に、内導体と接触した状態の液体を内部空間に貯留可能である構成要素（例えば外導体内に設けられた容器状の中間構造体）を備えていれば、外導体が液体を貯留可能な構造でなくてもよい。
【００４４】
図６は、出力側端子３の変形例である出力側端子１０３の断面図である。図６に示すように、出力側端子１０３は、概略、筒状（例えば円筒状）に形成されており、端板１３（１３Ａ）の外面に設けられている。出力側端子１０３は、挿通孔１３ａと整合する位置に設けられている。出力側端子１０３には、端部導体２５が挿通する。出力側端子１０３は、円環状の介装部材１１７を介して端板１３（１３Ａ）の外面に取り付けられている。出力側端子１０３は、図示しない接続箇所において端板１３（１３Ａ）と電気的に接続する。
【００４５】
出力側端子１０３内には、円環状のパッキン１１８（１１８Ａ）（閉止部材）が設けられている。パッキン１１８は、軟質樹脂（ポリオレフィン系樹脂など）、ゴムなどからなり、弾性変形可能である。パッキン１１８は、端部導体２５が挿通する挿通孔１１８ａを有する。パッキン１１８の外周面は出力側端子１０３の内周面に隙間なく当接する。パッキン１１８の内周面は端部導体２５の外周面に隙間なく当接する。パッキン１１８、出力側端子１０３および介装部材１１７によって挿通孔１３ａは液密に閉止されるため、外導体１内の液体５が挿通孔１３ａから外に漏出するのを防ぐことができる。
【００４６】
図７は、入力側端子４の変形例である入力側端子１０４の断面図である。図７に示すように、入力側端子１０４は、概略、筒状（例えば円筒状）に形成されており、端板１３（１３Ｂ）の外面に設けられている。入力側端子１０４は、挿通孔１３ｂと整合する位置に設けられている。入力側端子１０４には、端部導体２８が挿通する。入力側端子１０４は、円環状の介装部材１１７を介して端板１３（１３Ｂ）の外面に取り付けられている。入力側端子１０４は、図示しない接続箇所において端板１３（１３Ｂ）と電気的に接続する。
【００４７】
入力側端子１０４内には、円環状のパッキン１１８（１１８Ｂ）（閉止部材）が設けられている。パッキン１１８は、端部導体２８が挿通する挿通孔１１８ｂを有する。パッキン１１８の外周面は入力側端子１０４の内周面に隙間なく当接する。パッキン１１８の内周面は端部導体２８の外周面に隙間なく当接する。パッキン１１８、入力側端子１０４および介装部材１１７によって挿通孔１３ｂは液密に閉止されるため、外導体１内の液体５が挿通孔１３ｂから外に漏出するのを防ぐことができる。
【００４８】
介装部材１１７は、樹脂（例えばテフロン（登録商標）、ポリオレフィン系樹脂など）、ゴムなどからなる。出力側端子１０３および入力側端子１０４は、介装部材１１７を介して端板１３の外面に隙間なく当接するため、液体５の漏出を防ぐことができる。
【００４９】
なお、パッキン１１８は、端板１３の挿通孔１３ａ，１３ｂ内に、挿通孔１３ａ，１３ｂの内周面に当接して設けられていてもよい。この場合でも挿通孔１３ａ，１３ｂは閉止され、外導体１内の液体５が外に漏出するのを防ぐことができる。
【００５０】
実施形態の説明においては、高周波電力合成器１０は、底板１１に対して天板１４が上側に位置する姿勢をとると仮定したが、高周波電力合成器１０の姿勢は特に限定されない。例えば、高周波電力合成器１０は、一方の側板１２に対して他方の側板１２が上側に位置する姿勢で使用してもよい。
【００５１】
以上説明した実施形態によれば、内導体２と接触する液体５を貯留可能であるため、内部空間１５に充てんされた液体５によって内導体２を効率よく冷却することができる。そのため、過度の温度上昇を生じさせることなく、内導体２を小型化（例えば薄型化または幅狭化）できる。よって、高周波電力合成器１０を小型化できる。例えば、高周波電力合成器１０の厚さ（Ｚ方向寸法）を小さくできる。
絶縁性の液体５は誘電体とすることで、液体５を用いない場合に比べて、出力側線路２１および入力側線路２２，２２の電気長は短くなる。そのため、内導体２のＸ方向の寸法を短くできる。よって、高周波電力合成器１０の長さ（Ｘ方向寸法）を短くできる。したがって、高周波電力合成器１０をさらに小型化できる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１…外導体、２…内導体、５…液体（熱媒体）、１３ａ，１３ｂ…挿通孔、１８…パッキン（閉止部材）、１５…内部空間、２１…出力側線路、２２…入力側線路、２５，２８…端部導体、３１…導入路、３２…導出路。
【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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