(57)【要約】  Ｎウェイ多層放射状の電力結合器／分割器は、共通のポートからＮ個のポートへ放射状に拡がるＮ個のプレーナＲＦ伝送線を含むＲＦ層を具備する。実質的にＲＦ層に平行な隔離層は共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有するスター抵抗と、それぞれの抵抗アームに直列に結合されたＮ個のプレーナ隔離伝送線を具備している。抵抗アームと隔離伝送線の各直列対は理想的には電気的な長さにおいて半波長である。ＲＦ層と隔離層との間のＮ個の垂直相互接続はＮ個の隔離伝送線の端部をＮ個の個々のポートのＮ個のＲＦ伝送線の端部へそれぞれ接続する。スター抵抗の共通の接続部を通る１つの個々のポートからの任意のパスはほぼフル波長λｃまたはその整数倍であり、それによって隔離ネットワークを通る位相角度はほぼゼロ度である。この方法はプレーナ金属化技術の利点を使用しながらウィルキンソン設計よりも良好な隔離と電力管理を実現できる。【選択図】図６
2013502874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状の電力結合器／分割器において、
共通のポートからＮ個のポートへ放射状に拡がるＮ個のプレーナＲＦ伝送線を含むＲＦ層を具備し、ここでＮは２よりも大きい整数であり、前記伝送線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成され、前記各ＲＦ伝送線はほぼＡ＊λｃ／４の電気的な長さを有し、ここでＡは整数である放射状の電力結合器／分割器において、
実質的に前記ＲＦ層に平行な隔離層を具備し、前記隔離層は、
共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有するスター抵抗を具備し、各抵抗アームは電気的長さＬ１を有し、さらに前記隔離層は、
それぞれの抵抗アームに直列に結合された電気的な長さＬ２のＮ個のプレーナ隔離伝送線を具備し、抵抗アームと隔離伝送線の前記各直列対はほぼＢ＊λｃ／２に等しい電気的な長さＬ１+Ｌ２を有し、ここでＢは整数であり、前記放射状の電力結合器／分割器はさらに、
前記Ｎ個の隔離伝送線の前記端部を前記Ｎ個の個々のポートにおいて前記Ｎ個のＲＦ伝送線の前記端部にそれぞれ接続する前記ＲＦ層と前記隔離層間のＮ個の垂直相互接続を具備している放射状の電力結合器／分割器。
【請求項２】
λｃは約０．１ｃｍ乃至３０ｃｍの範囲である請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項３】
前記ＲＦ伝送線と前記隔離伝送線は同軸線、ストリップライン、マイクロストリップまたは導波管構造である請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項４】
前記ＲＦ伝送線は内部導体と外部遮蔽体を具備し空気により分離されている空気同軸構造を具備している請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項５】
前記隔離伝送線は絶縁材料により分離されている２つの平行な接地面間に金属の平坦なストリップを具備している請求項４記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項６】
Ａは１に等しく、Ｂは１に等しい請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項７】
前記スター抵抗は金属のチップ抵抗または絶縁材料上にパターン化された焼成された抵抗ペーストを具備している請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項８】
前記スター抵抗の各アームの長さＬ１はλｃ／８より大きくない請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項９】
前記スター抵抗の各アームの長さＬ１はλｃ／２０より大きくない請求項８記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１０】
前記抵抗アームと前記隔離伝送線の前記直列対の電気的な長さＬ１＋Ｌ２は、特定されたλｃのプラスまたはマイナス１８度内である請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１１】
前記スター抵抗の前記共通の接続部を通り、隔離ネットワークの１つの個々のポートから別の個々のポートへのパスはほぼλｃまたはその倍数であり、それによって前記隔離ネットワークを通る前記位相角度はほぼゼロ度である請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１２】
各前記ＲＦ伝送線はＺ０により乗算されたほぼ平方根（Ｎ）のインピーダンスを有する請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１３】
さらに、前記個々の各ポートに結合されているＮ個の固体状態電力増幅器を具備している請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１４】
前記垂直相互接続は導電性のバイアで構成されている請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１５】
前記垂直相互接続は伝送線で構成されている請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１６】
前記共通のポートと共通の接続部は実質的に同軸であり、前記ＲＦ伝送線は前記共通のポートから前記それぞれのＮ個のポートへの直線パスをたどり、前記隔離伝送線は前記スター抵抗の前記端部から前記それぞれのＮ個のポートへの曲線パスをたどる請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１７】
Ｎ個の第１のポートをＮ個の第２のポートへそれぞれ接続するＮ個のプレーナの第２のＲＦ伝送線を含む第２のＲＦ層を具備し、前記伝送線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成され、各前記ＲＦ伝送線はほぼＣ＊λｃ／４の電気的な長さを有し、ここでＣは整数であり、
さらに、前記Ｎ個のポートの前記端部を前記第２のＲＦ層の前記Ｎ個の第１のポートへ接続する前記隔離層と前記第２のＲＦ層との間のＮ個の垂直相互接続と、
実質的に前記第２のＲＦ層に実質的に平行な第２の隔離層とを具備し、
前記第２の隔離層は、
共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有する第２のスター抵抗を具備し、その各抵抗アームは電気的長さＬ３を有し、さらに前記第２の隔離層は、
それぞれの抵抗アームに直列結合された電気的な長さＬ４のＮ個のプレーナ第２の隔離伝送線を具備し、抵抗アームと隔離伝送線の前記各直列対はほぼＤ＊λｃ／２に等しい長さＬ３+Ｌ４を有し、ここでＤは整数であり、
さらに、前記Ｎ個の第２の隔離伝送線の前記端部を前記Ｎ個の第２のポートにおいて前記Ｎ個の第２のＲＦ伝送線の前記端部にそれぞれ接続する前記第２のＲＦ層と前記第２の隔離層間のＮ個の垂直相互接続とを具備している請求項１記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１８】
放射状の電力結合器／分割器において、
共通のポートからＮ個のポートへ放射状に拡がるＮ個のＲＦ空気同軸プレーナ伝送線を含むＲＦ層を具備し、ここでＮは２よりも大きい整数であり、前記伝送線は０．１ｃｍ乃至３０ｃｍの波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成され、各前記ＲＦ伝送線はほぼλｃ／４の電気的な長さを有し、前記放射状の電力結合器／分割器は、
前記ＲＦ層に実質的に平行である隔離層を具備し、この隔離層は、
共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有するスターチップ抵抗を具備し、各抵抗アームはλｃ／８より大きくない長さＬ１を有し、さらに前記隔離層は、
それぞれの抵抗アームに直列結合された長さＬ２のＮ個の隔離ストリップライン伝送線を具備し、抵抗アームと隔離伝送線の前記各直列対はプラスまたはマイナス１８度の許容範囲内でλｃ／２の長さＬ１+Ｌ２を有し、前記放射状の電力結合器／分割器はさらに、
前記Ｎ個の隔離伝送線の前記端部を前記Ｎ個の個々のポートにおいて前記Ｎ個のＲＦ伝送線の前記端部にそれぞれ接続する前記ＲＦ層と前記隔離層間のＮ個の垂直相互接続を具備している放射状の電力結合器／分割器。
【請求項１９】
放射状の電力結合器／分割器において、
共通のポートからＮ個の第１のポートへ放射状に拡がるＮ個のプレーナＲＦ伝送線を含む第１のＲＦ層を具備し、ここでＮは２よりも大きい整数であり、前記伝送線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成され、
前記放射状の電力結合器／分割器は、
前記第１のＲＦ層に実質的に平行である第１の隔離層を具備し、この第１の隔離層は、
共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有するスター抵抗と、
それぞれの抵抗アームに直列に結合されたＮ個のプレーナ隔離伝送線と、
前記Ｎ個の隔離伝送線の端部を前記Ｎ個の第１のポートにおいて前記Ｎ個のＲＦ伝送線の端部にそれぞれ接続する前記ＲＦ層と前記隔離層間のＮ個の垂直相互接続を具備し、前記隔離層は任意の２つの第１のポートがほぼλｃの長さまたはほぼゼロ位相角度においてその整数倍の長さを有するスター抵抗の共通の接続部を通るパスにより分離されている放射状の電力結合器／分割器。
【請求項２０】
前記直列接続された各抵抗アームと隔離伝送線の長さはほぼλｃ／２であるかまたはプラスまたはマイナス１８度の許容差内でのその整数倍であり、前記スター抵抗の各アームの前記長さはλｃ／８よりも大きくはない請求項１９記載の放射状の電力結合器／分割器。
【請求項２１】
さらに、Ｎ個の第２のポートをＮ個の第３のポートへそれぞれ接続するＮ個のプレーナＲＦ伝送線を含む第２のＲＦ層を具備し、前記伝送線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成され、前記放射状の電力結合器／分割器はさらに、
前記Ｎ個の第１のポートの端部を前記第２のＲＦ層の前記Ｎ個の第２のポートへ接続する前記第１の隔離層と前記第２のＲＦ層との間のＮ個の垂直相互接続と、
前記第２のＲＦ層に実質的に平行である第２の隔離層とを具備し、前記第２の隔離層は、
共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有する第２のスター抵抗と、
それぞれの抵抗アームに直列に結合されたＮ個の第２のプレーナ隔離伝送線とを具備し、前記放射状の電力結合器／分割器は、
前記Ｎ個の第２の隔離伝送線の前記端部を前記Ｎ個の第３のポートにおいて前記Ｎ個の第２のＲＦ伝送線の前記端部にそれぞれ接続する前記第２のＲＦ層と前記第２の隔離層間のＮ個の垂直相互接続を具備している請求項１９記載の放射状の電力結合器／分割器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体状態電力増幅器（ＳＳＰＡ）で使用するための放射状電力分割器／結合器に関し、特にＮウェイ装置のウィルキンソン分割器／結合器の隔離特徴に妥協せずに平面製造の価格の利点を実現する多層トポロジに関し、ここでＮは２よりも大きい。
【背景技術】
【０００２】
固体状態電力増幅器（ＳＳＰＡ）モジュールは受動的な分割器／結合器を使用して単一の増幅器構造へ組み合わされるＮ個の同一の増幅器装置から構成されている。ＳＳＰＡは種々の使用法を有する。例えばＳＳＰＡは地上ベースの受信機における受信に十分な伝送電力レベルを与え、またはクロスリンク応用において他の衛星へ伝送される信号に対して必要な増幅を行うように衛星で使用されることができる。ＳＳＰＡはまたセルラ基地のような高出力の電力を必要とする地上ベースのＲＦ応用にも適している。ＳＳＰＡは約３０乃至０．１ｃｍのＬ帯域からＫａ帯域（将来の応用ではさらに高い周波数）の走査波長範囲（約１ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚ）の応用で典型的に使用される。
【０００３】
典型的なミリメートル波のＳＳＰＡは１０ワットを超える信号出力レベルを実現する。単一の増幅器チップは過剰な大きさ及び電力消費（低効率）を招かずにこの電力レベルを実現できない。図１に示されているように、ＳＳＰＡ10は信号が多数の個々の部分に分割され個別に増幅される分割及び結合アーキテクチャを使用する。１：Ｎの電力分割器12は入力信号14を個々の信号16へ分割する。各信号はＧａＡｓｐＨＥＭＴまたはＧａＮＨＥＭＴ技術装置のような各増幅器チップ18により増幅される。増幅器の出力信号20はその後Ｎ：１の電力結合器22を介して単一の増幅された出力信号24へコヒーレントに結合され、これは所望の総信号電力レベルを実現する。増幅器の性能を維持するためには電力結合器を通るパスが低損失であり、良好に隔離され最小の位相誤差を有することが重要である。
【０００４】
ウィルキンソンは１９５９年に図２ａおよび２ｂに示されているような第１の隔離された電力分割器／結合器30を開発した。ウィルキンソンのＮウェイ分割器はスター抵抗ネットワーク34により相互に隔離されている各アームで伝送線の４分の１波長部32を使用している。スター抵抗は共通の接続部38（接地されていない）で接続されているＮ個の抵抗36を含んでいる。各抵抗36は外部負荷42へのポート40で４分の１波長セクション32のうちの１つに接続されている。これらの「負荷」はスプリッタが結合器または分割器として使用されるのに応じてＳＳＰＡにおける増幅器の入力または出力を構成している。４分の１波長セクション34の他端部は共通のポート44で外部負荷46へ接続される。分割器の場合、この「負荷」は信号発生器である。別の４分の１波長セクションまたはその縦続接続（図示せず）は帯域幅を拡張するために共通のポートに結合されることができる。セクション32は「４分の１波長」であるので、これらはインピーダンス整合変成器として機能する。したがって、任意の個々のポート40または共通のポート44で見られるインピーダンスはＺ０であり、即ち所望のシステムインピーダンス（典型的に５０オーム）である。インピーダンス整合は重要であり、負荷プル効果によりＳＳＰＡ結合器で利得リップルまたは減少された電力を生じる可能性がある不整合を除去することは常識である。
【０００５】
Ｎウェイ電力分割器／結合器は以下のように動作する。電力分割器としては、信号は共通ポート１に入り、ポート２，３，．．．Ｎ＋１で等しい振幅で等しい位相の出力信号に分割する。任意の２つのポート40間の隔離抵抗36の各端部は同じ電位にあるので、抵抗を通って流れる電流はなく、それ故抵抗は入力から結合を解除され、分割信号電力を消費しない。電力結合器としては、等しい振幅／位相の信号が同時にポート２乃至Ｎ＋１に入ることを考慮しなければならない。再び任意の隔離抵抗の各端部は同じ電位であり、結合された信号電力を消費しない。抵抗ネットワークが与えるポートの隔離を理解するために、単一の信号がポート２乃至Ｎ＋１の１つに入るようにされているケースを考える。その電力の一部（理想的には１／Ｎ）がポート１で現われ、（完全な隔離が行われるならば）残りの信号は抵抗ネットワークで十分に消費され、他のポートで現われる信号はない。
【０００６】
Ｎウェイウィルキンソン電力分割器は中心周波数で（理想的には）完全な隔離と、実質的な部分帯域幅にわたって適切な隔離（２０ｄＢ以上であるが、この性能指数は随意選択的であり設計状況にしたがう）を行うことができ、隔離帯域幅は多数の４分の１波長部を縦続し付加的な隔離ネットワーク（Ｎ＞２でスター抵抗）を付加することにより増加されることができる。
【０００７】
理論上、ウィルキンソンの設計はほぼ完璧な隔離と広い帯域幅を与えることができる。しかしながら電気的に理想的な抵抗が可能ではないため完璧な隔離は達成されない。これらの抵抗は好ましくは任意の２つのポートを分離する位相角度を最小にするために可能な限り短い。しかしながら、最小の抵抗さえもＮ個のポートの隔離を限定しポートインピーダンス整合を破壊する有限の位相を誘起する。それぞれλｃ／２０を有する直列に結合された２つの抵抗はλｃ／１０のパス長を発生し、これは＋３６度の伝送位相角度に対応する。ＳＳＰＡにおいて僅かに不整合にされた増幅器或いはその１つの増幅器の故障により生じる電力の消費のため、結合器ネットワークの隔離抵抗は最悪のケースの熱負荷を発生するのに十分大きくなければならず、これは代わりにより大きな伝送位相を生じる。隔離ネットワークの対称性とほぼゼロの伝送位相角度を維持することはＲＦ性能の劣化を避けるために重要である。
【０００８】
２ウェイ電力分割器／結合器はプレーナ技術を使用して製造されるが、ウィルキンソン電力分割器／結合器の重要な制限は、これがさらに廉価な製造価格が得られ、２よりも大きいＮに対するプレーナ金属化技術の別の利点が得られるように設計されることができないことである。図２ａに示されているように、スター抵抗34はシリンダの端部に位置され、４分の１波長セクション32はシリンダに沿って縦方向に位置される。この構造は隔離ネットワークを保持するが製造するのに高価であり、ＳＳＰＡに統合することが難しい。プレーナ金属化技術は隔離抵抗36の物理的な位置付けで生じるトポロジ問題のために通常Ｎウェイ結合器に適用されず、それ故これらは容易的に組立てられることができるが増幅器における不平衡のためにまたは増幅器チップの故障時に入射電力を適切に消費することができる。電力の消費のための隔離抵抗の不適切な容量は素子増幅器の故障時、またはＳＳＰＡ全体の破局的な故障時に複合増幅器の電力出力レベルにおける予測不可能な効果を生じる。
【０００９】
より高い次数のＮ＞２の電力分割器／結合器では、隔離ネットワークは図３および４に示されているようなプレーナレイアウトで妥協されるか図５で示されているような２：１装置の結集構造が使用される。図３に示されているように、３ウェイのウィルキンソン電力分割器／結合器50は図２ａと２ｂに示されているウィルキンソン装置の２次元近似を使用することによりプレーナトポロジで構成される。これはＮ＝３で２セクション設計であり、ここではＲＦは縦続の２つの４分の１波長（９０度）セクションを通過する。この場合、３つの隔離抵抗のうちの１つはレイアウトから消去され、その結果「フォーク」構造が得られる。妥協されたプレーナレイアウトで受ける不都合なことは隔離と帯域幅の減少である。１０％さえも超えるこのタイプのネットワークの対向するアーム間で２０ｄＢ隔離を実現することは困難である。図４に示されているように、１２ウェイのプレーナ放射結合器60は隣接パス間に隔離抵抗62が設けられている。隣接パス間の隔離は高いが隣接しないパス間の隔離は犠牲にされる。図５に示されているように、８ウェイの電力分割器／結合器70は共に縦続されている２：１分割器／結合器72の３つの段の結集構造を使用して構成される。この方法の欠点は単に縦続された分割器／結合器素子だけではなく段の接続に使用される相互接続線におけるＲＦ損失が増加することである。さらにＮの値はＮ＝２、Ｎ＝４、Ｎ＝８、Ｎ＝１６のような二進解に限定される。この例の単位セル２：１分割器は３セクション設計であり、ここではＲＦは波長の３／４を通過する。ポート２乃至９間の位相関係は維持されず（外部の４つのパスは内部の４つのパスよりも長い）それ故ＳＳＰＡに適していない。幾つかの分割信号は４波長以上のパス長を伝送しなければならない。
【発明の概要】
【００１０】
以下は本発明の幾つかの特徴を基本的に理解するための本発明の要約である。この要約は本発明のキーまたは臨界素子を識別するか本発明の技術的範囲を示すことを意図していない。この唯一の目的は、後述する詳細な説明および規定された請求項に対する除外として本発明の幾つかの概念を簡潔化された形態で提示することである。
【００１１】
本発明はウィルキンソンの隔離ネットワークの対称性及び位相特性を犠牲にせずに多層プレーナトポロジを有するＮウェイ放射状の電力分割器／結合器を提供する。
【００１２】
１実施形態では、放射状の電力結合器／分割器は共通のポートからＮ個のポートへ放射状に拡がるＮ個のプレーナＲＦ伝送線を含むＲＦ層を具備しており、ここでＮは２よりも大きい整数である。ＲＦ伝送線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成されている。各ＲＦ伝送線は約Ａ＊λｃ／４の電気的な長さを有し、ここでＡは整数である。実質的にＲＦ層に平行な隔離層は共通の接続部から放射状に拡がるＮ個の抵抗アームを有するスター抵抗を具備し、各抵抗アームはλｃ／４程度の大きさの電気的長さＬ１を有し、さらに隔離層はそれぞれの抵抗アームに直列結合された電気的な長さＬ２のＮ個のプレーナ隔離伝送線を具備する。抵抗アームと隔離伝送線の各直列対はほぼＢ＊λｃ／２に等しい電気的な長さＬ１+Ｌ２を有し、ここでＢは整数であり、好ましくは最良の帯域幅では１である。ＲＦ層と隔離層間のＮ個の垂直相互接続はＮ個の隔離伝送線の端部をＮ個の個々のポートにおいてＮ個のＲＦ伝送線の端部にそれぞれ接続する。スター抵抗の共通の接続部を通る１つの個々のポートから別の個々のポートへの任意のパスはほぼフル波長λｃであるかその倍数であり、それによって隔離ネットワークの位相角度は中心周波数でほぼゼロ度である。Ｎ＞２では、この方法はプレーナ金属化技術の利点を使用しながらウィルキンソンの設計よりも良好な隔離を実現できる。
【００１３】
本発明のこれら及び他の特徴と利点は添付図面を伴った好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明白であろう。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固体状態電力増幅器（ＳＳＰＡ）のブロック図である。
【図２ａ】Ｎウェイのウィルキンソン放射分割器／結合器の図である。
【図２ｂ】Ｎウェイのウィルキンソン放射分割器／結合器の概略図である。
【図３】プレーナトポロジを実現するために隔離ネットワークと妥協するプレーナ３ウェイ、２セクションの１：３ウィルキンソン分割器の１例を示す図である。
【図４】隣接するパス間の隔離抵抗を含んでいるが隣接しないパス間の隔離に妥協するプレーナ１２ウェイ放射結合器の１例を示す図である。
【図５】ウィルキンソンＮウェイスプリッタと比較してＲＦ損失を増加する２：１スプリッタの縦続段の結集技術を使用したプレーナ８ウェイスプリッタの１例の図である。
【図６】隔離ネットワークと妥協せずにプレーナトポロジの利点を実現する本発明による多層放射状の電力分割器／結合器の概略図である。
【図７ａ】ＲＦおよび隔離伝送線の空気誘電体の長方形コウクス（ｃｏａｘ）を使用した４ウェイ多層放射状の電力分割器／結合器の１実施形態の斜視図である。
【図７ｂ】空気コウクスの断面図である。
【図７ｃ】スター抵抗を与えるためのチップ抵抗の斜視図である。
【図８ａ】ＲＦの空気コウクスと隔離伝送線のストリップラインを使用する４ウェイ多層放射状の電力分割器／結合器の１実施形態の斜視図。
【図８ｂ】ストリップラインの断面図。
【図９ａ】Ｋａ帯域で使用するための８ウェイ多層放射状の電力分割器／結合器の理想的な電力転送のグラフである。
【図９ｂ】Ｋａ帯域で使用するための８ウェイ多層放射状の電力分割器／結合器の隔離のグラフである。
【図９ｃ】Ｋａ帯域で使用するための８ウェイ多層放射状の電力分割器／結合器の帰還損失のグラフである。
【図１０】多段放射状の電力分割器／結合器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明はウィルキンソンの隔離ネットワークの対称性及び位相特性を犠牲にせずに多層トポロジをＮウェイ放射状の電力分割器／結合器に与える。実際に、提案された多層トポロジはウィルキンソンのものよりも良好な位相特性を与えることができ、それによって物理的により大きな抵抗を使用するので隔離を改良しより高い電力の処理を行う。放射状の電力分割器／結合器の隔離ネットワークは別々のパスがパスの隔離を最大にするために中心周波数でほぼゼロの位相角度により分離されるように好ましく構成される。多層構造は廉価なプレーナ金属化技術を使用して製造されることができる。分割器／結合器はＳＳＰＡ技術の進化につれて、約３０乃至０．１ｃｍ（約１ＧＨｚ乃至３００ＧＨｚ）とより高い周波数にわたって使用されることができる。
【００１６】
図６の概略図で示されているように、放射状の電力分割器／結合器100は共通のポート106からＮ個のポート108へ放射状に拡がるＮ個のプレーナＲＦ伝送線104を含むＲＦ層102を具備し、ここでＮは２よりも大きい整数である（Ｎ＝４が概略的に示されている）。随意選択的な４分の１波長伝送線109は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）帯域幅を改良し、ＲＦ伝送線104のインピーダンス要求を減少するために共通のポートの前面に挿入されることができる。ＲＦ伝送線104は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成される。各ＲＦ伝送線は約Ａ＊λｃ／４の電気的長さを有し、ここでＡは整数である。電気的な長さは波長の一部分として測定される。Ａは伝送線の長さを維持するために１が適切であり、したがってスプリッタの損失は最小である。ＲＦ伝送線104はインピーダンス整合変換器として機能し、それによってスプリッタの各ポートはシステム特徴インピーダンスＺ０に対して良好な整合を行う。
【００１７】
実質的にＲＦ層102に平行な隔離層110は共通の接続部116から放射状に拡がるＮ個の抵抗アーム114を有するスター抵抗112を具備し、各抵抗アームは電気的な長さＬ１を有し、電気的な長さＬ２のＮ個のプレーナ隔離伝送線118はそれぞれの抵抗アームと直列に結合されている。抵抗アームと隔離伝送線の各直列対はほぼＢ＊λｃ／２に等しい長さＬｔ＝Ｌ１＋Ｌ２を有し、ここでＢは整数である。Ｌｔの全長は理想的には０度の位相角度を誘起する。実際に、各直列対は１８度以下の、好ましくは５度の、最も好ましくは２．５度の位相角度を誘起することができる。したがって、任意の２つのパス２＊Ｌｔ間の位相角度は３６度以下、好ましくは１０度以下、最も好ましくは５度以下である。Ｂは隔離の帯域幅とポートインピーダンス整合を最大にするため理想的には１である。Ｌ１の長さは約λｃ／８までであることができ、スプリッタネットワークは良好な応答特性を与えるが、Ｌ１が長い程、与えられる帯域幅は少ない。ウィルキンソンの設計では、抵抗の長さＬ１は任意の２つのパス間で３６度以下の位相角度を維持するためにλｃ／２０よりも小さいように限定されることに注意すべきである。
【００１８】
ＲＦ層102と隔離層110との間のＮ個の垂直相互接続120はＮ個の隔離伝送線の端部をＮ個のポート108におけるＮ個のＲＦ伝送線の端部へそれぞれ接続する。垂直相互接続は導電性のバイア（孔）または他の適切な伝送線であることができる。
【００１９】
隔離伝送線118は２つの目的を行う。第１に、図２ａのウィルキンソントポロジを多層プレーナトポロジへ広げるのに必要とされる相互接続長を与える。第２に、隔離伝送線は抵抗アーム114の有限位相を補償することができ、それによって各直列対は理想的には半波長である。したがって１つの個々のポート108からスター抵抗の共通の接続部116を通り別の個々のポート108への任意のパスはほぼフル波長λｃまたはその倍数である。その結果、任意のポートから任意の他のポートへの隔離ネットワークの位相角度は中心周波数でほぼゼロの電気角度である。この方法はウィルキンソン設計と同様に完璧な隔離及びインピーダンス整合を中心周波数において理想的に実現できるが、プレーナ金属化技術の利点を有する。
【００２０】
通常のウィルキンソン設計では、スター抵抗の抵抗アームは電気的位相角度を最小にするために可能な限り短くされ、λｃ／２０よりも小さい。これは隔離ネットワークで消費されることができる電力の量、したがって異常な電力増幅器の故障後のような実際の（理想的ではない）状況下でＳＳＰＡにおいて結合器を通って伝送されることができる電力の量に限定を与える。隔離伝送線の使用はより大きな（電気的に長い）抵抗（例えば≦λｃ／８）が必要なときにより多くの電力を消費することを可能にする副効果を有する。１実施形態では、抵抗は電気的な長さ＞λｃ／２０を有する。別の実施形態では、抵抗は電気的な長さ＞λｃ／１０を有する。より大きなまたはより長い抵抗で動作する能力は隔離抵抗の製造工程を簡単にする。より高い周波数レジメでは、抵抗は抵抗を通じて小さい位相を維持するため非常に小さくなる。その長さの制約を緩和する能力は抵抗の製造を容易にする。
【００２１】
この多層であるがプレーナのトポロジでは、各スター抵抗、ＲＦ伝送線、隔離伝送線、および垂直相互接続は廉価のバッチ製造技術を使用して製造されることができる。スター抵抗は絶縁材料上にパターン化される金属のチップ抵抗を具備している。ＲＦ伝送線は（結合器の）重要な特徴が低い電気損失である場合、コウクス、ストリップライン、マイクロストリップ又は導波管で実現されることができる。同軸構造は、共通の軸を共有し、内部導体と、空気又はポリテトラエチレン（ＰＴＦＥ）ベースの材料のような絶縁媒体により分離される外部遮蔽とを具備する。空気コウクスはより大きなＮについて４分の１波長のＲＦ伝送線の必要とされるさらに高いインピーダンスをサポートでき、降伏電圧が多数桁高いのでＰＴＦＥベースの材料は非常に高いピーク電力処理を行うことができる。ストリップラインは絶縁材量により分離される２つの平行な接地平面間に金属の平坦な条帯を具備する。マイクロストリップはストリップラインに類似しているが単一の接地平面だけを具備する。導波管は内部導体がなく典型的には（必ずではなく）空気で充填されているコウクスと類似して、断面が問題の周波数帯域における電磁伝播を許容するような寸法にされた中空の導電パイプである。１実施形態では、ＲＦ伝送線は低損失性能に対しては空気コウクスであり、低損失が重要な特性ではない隔離伝送線は減少された価格についてのストリップラインである。垂直相互接続は導電バイアのような簡単な構造であるか、伝送線であることができる。これらの各構造は廉価のプレーナ金属化技術を使用して製造されることができる。
【００２２】
［多層の空気コウクス電力分割器／結合器］  
Ｋａ帯域動作のための４ウェイ多層空気コウクス電力分割器／結合器200の１実施形態が図７ａ乃至７ｃで示されており、λｃは３３．２５ＧＨｚを中心とし、帯域幅を理想的に横切る少なくとも−４０ｄＢ隔離で２６．５ＧＨｚ乃至４０ＧＨｚの範囲にわたって４０％の帯域幅を有する。
【００２３】
４ウェイ空気コウクス電力分割器／結合器200は共通のポート206から４つのポート208に放射状に拡がる４つのＲＦ空気コウクス線204を含むＲＦ層202を具備している。４分の１波長伝送線（図示せず）は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）帯域幅を改良し、ＲＦ空気コウクス媒体のインピーダンス要求を減少するために共通のポートに結合されることができる。ＲＦ空気コウクス線204は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成されている。各ＲＦ空気コウクス線は約λｃ／４の長さを有する。システムインピーダンスＺ０は５０オームが適切である。各ＲＦセクションは１００Ωのインピーダンスを有する。実質的にＲＦ層202に平行な隔離層210は共通の接続部216から放射状に拡がるＮ個の抵抗アーム214を有するスター抵抗212を具備する。各抵抗アームは長さＬ１を有する絶縁層220（例えば薄いまたは厚い膜の印刷抵抗）上にパターン化された金属218のチップ抵抗を具備しているか、または代わりに全ての抵抗は単一のカスタムチップ上で実現されることができる。長さＬ２のＮ個の隔離空気コウクス線222はそれぞれの抵抗アームに対して直列に結合されている。各空気コウクス線は共通の軸を共有し、空気により分離されている内部導体224と外部遮蔽226を具備している。外部遮蔽と内部導体は同じ導体材料から適切に形成される。Nuvotronics, LLCはそのPolyStrata（商標名）を使用して空気マイクロコウクスを開発し、それにおいては内部導体224はコウクス線に沿って周期的に位置されている薄い誘電層228のストラップ上でサポートされている。示されているように、PolyStrata（商標名）技術を使用して、外部遮蔽226はパターン化された金属の多層から形成される。他の技術が分割器／結合器の適切なコウクスまたは空気コウクス構造を構成するために使用されることもできる。隔離抵抗と隔離伝送線の内部導体は電気的に接続されている。抵抗アームと伝送線の各直列対はほぼλｃ／２に等しい長さＬｔ＝Ｌ１＋Ｌ２を有する。ＲＦ層と隔離層との間のＮ個の垂直な空気コウクス線230はＮ個の隔離空気コウクス線の端部をＮ個のＲＦ空気コウクス線の端部へＮ個のポート208でそれぞれ接続している。ＲＦ及び隔離層と垂直相互接続は多層のバッチ製造された構造232で製造される。
【００２４】
この特別な実施形態で示されているように、ＲＦ層の共通のポート206と隔離層の共通の接続部216は軸234に沿って実質的に同軸である。ＲＦ空気コウクス線204は共通のポートからそれぞれのＮ個のポート208までの直線のパスをたどる。より長い空気コウクス線222はスター抵抗212の端部から、それぞれのＮ個のポート208でＲＦ空気コウクス線に接続する垂直空気コウクス線の端部までの湾曲されたパスをたどる。湾曲されたパスは簡単な曲線または蛇行したパスであってもよい。
【００２５】
［多層空気コウクス／ストリップライン電力分割器／結合器］  
Ｋａ帯域動作の４ウェイ多層空気コウクス／ストリップライン電力分割器／結合器300の実施形態が図８ａと８ｂに示されている。λｃは３３．２５ＧＨｚを中心とし、帯域幅を横切って理想的には少なくとも４０ｄＢの隔離を有する２６．５ＧＨｚ乃至４０ＧＨｚにわたる４０％の帯域幅を有している。空気コウクスはＲＦ線に対して所望の低損失を与える。ストリップラインは低損失を必要としない隔離層では廉価な代替手段である。
【００２６】
４ウェイ空気コウクス電力分割器／結合器300は共通のポート306から４つのポート308へ放射状に拡がる４つの空気コウクス線304を含むＲＦ層302を具備している。４分の１波長伝送線（図示せず）は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）帯域幅を改良し、ＲＦ伝送線のインピーダンス要求を減少するため共通のポートに結合されることができる。ＲＦ空気コウクス線304は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成される。各ＲＦ空気コウクス線は約λｃ／４の長さを有する。システムインピーダンスＺ０は５０オームが適切である。各ＲＦ部は１００Ωのインピーダンスを有する。
【００２７】
実質的にＲＦ層302に平行な各隔離層310は共通の接続部316から放射状に拡がるＮ個の抵抗アーム214を有するスター抵抗312を具備する。各抵抗アームは電気的な長さＬ１を有する図７ｃに示されているものと類似のチップ抵抗を具備している。長さＬ２のＮ個の隔離ストリップライン318はそれぞれの抵抗アームに直列に結合されている。各ストリップラインは図８ｂに示されているように絶縁材料326により分離されている２つの平衡接地平面322、324との間に金属の平坦な条帯を具備する。隔離抵抗と金属320は適切に電気的に接続されている。抵抗アームと伝送線の各直列対はほぼλｃ／２に等しい長さＬｔ＝Ｌ１＋Ｌ２を有する。ＲＦ層と隔離層との間のＮ個の垂直な導体バイア328はＮ個の隔離空気コウクス線の端部をＮ個のＲＦ空気コウクス線の端部へＮ個のポート308でそれぞれ接続している。ＲＦ及び隔離層と垂直相互接続は多層のバッチ製造された構造330で製造される。
【００２８】
［理想的な８ウェイ空気コウクス電力分割器／結合器の予測される性能］  
図９ａ乃至９ｃは２６．５乃至４０ＧＨｚ帯域にわたる理想的な８ウェイ多層空気コウクス電力分割器／結合器の電力転送400、隔離402、帰還損失404を示している。共通のポート上の変換器は周波数応答を改良するために含まれている。
【００２９】
１：８スプリットにおける理想的な電力伝送は１０  ｌｏｇ（１／８）＝−９．０８ｄＢである。図９ａに示されているように、理想的な電力転送400は帯域のエッジで−９．０８３ｄＢである。０．０４３ｄＢはこの理想的なシミュレーションでは反射に対して失われる（伝送線媒体の減衰特性は考慮されない）。図９ｂに示されているように理想的な隔離402は帯域にわたって−４０ｄＢよりも小さい。製造された装置における実際の隔離は当業者が予測するように僅かに劣化されることが予測される。図９ｃに示されているように、理想的な帰還損失404は帯域にわたって約−２０ｄＢよりも小さい。
【００３０】
［多段の多層トポロジ］  
図１０に示されているように、多層放射状の電力結合器／分割器500は多段トポロジで構成されることができる。多数のＲＦ４分の１波長変換器502a、502b、502c、502d、502eは別々の層上の別々のネットワークで実現されることができ、或いは隣接する変換器は単一層503上に多セクションのＲＦネットワークを生成するために１つの層上で組み合わせられることができる。多数の変換器セクションの使用により、Ｚ０乃至Ｎ＊Ｚ０の必要とされるインピーダンス変換は漸進的に行われることができ、したがって性能が改良される。多数の隔離ネットワーク504aと504bはそれぞれ別々の層505を占有する。全体的な構造500は共通のポート506とＮ個のポート508との間で信号電力を伝送する役目を行う。Ｎウェイ結合器または分割器では、ただ１つのＲＦ伝送層はスプリットを与え、Ｎ個のノードを単一のノードに組み合わせる。付加的なＲＦネットワーク層はＮ個の入力ポートとＮ個の出力ポートを有し、先行する隔離ネットワークのＮ個のポートと次の隔離ネットワークのＮ個のポート間を接続する（または分割器のＮ個の出力を形成する）。垂直相互接続509は層間のポートを接続する。１以上の単一の変換器510は共通のポート506へ結合されることができ、特有のスプリット層と同じ層上に製造されることができる。通常、ＲＦ４分の１波長変換器部（またはＲＦネットワーク層）の数が大きい程、入力インピーダンス整合の周波数帯域は広くなる可能性がある。隔離ネットワーク（層）の数が大きい程、出力インピーダンス整合の帯域幅および隔離は広くなる可能性がある。ＲＦ層と隔離層の数は等しくても等しくなくてもよい。
【００３１】
最も簡単なケースの実施形態では、分割器／結合器は単一の４分の１波長変換器502aと単一の隔離ネットワーク504aからなる単一のＲＦセクションのみを含んでいる。別の実施形態では、分割器／結合器は単一の隔離部504aの前面の２つの４分の１波長変換器502aと502bの縦続からなる単一のＲＦ部を含んでいる。この場合、総合的なＲＦネットワークアームは半波長であり、これは隔離ネットワークアームが同じ長さであり蛇行される必要がないので製造上の利点を有することができる。別の実施形態では、１以上の単一の変換器510は共通のポートに結合される。
【００３２】
別の実施形態では、２段の分割器／結合器は４分の１波長変換器502aを有する第１のＲＦネットワークと、第１の隔離ネットワーク504aと、４分の１波長変換器502cを有する第２のＲＦネットワークと、第２の隔離部504bとを具備している。構造は４０％を超える帯域を提供できる。垂直相互接続509は異なるネットワークと層間のポートを接続する。特に、Ｎウェイ２段装置では、第２のＲＦ層502bはＮ個の第１のポートをＮ個の第２のポートへそれぞれ接続するＮ個の平坦な第２のＲＦ伝送線を有することができる。線は波長λｃを中心とする電磁波を伝送するように構成される。各ＲＦ伝送線は約Ｃ＊λｃ／４の電気的な長さを有し、ここでＣは整数である。隔離層504aと第２のＲＦ層502bとの間のＮ個の垂直相互接続は第１の隔離層のＮ個のポートの端部を第２のＲＦ層のＮ個の第１のポートへそれぞれ接続する。第２のＲＦ層に実質的に平行な第２の隔離層504bは共通の接続部から放射状に拡がる電気的な長さＬ３を有するＮ個の抵抗アームを有する第２のスター抵抗と、それぞれの抵抗アームに直列結合される電気的な長さＬ４のＮ個のプレーナ第２の隔離伝送線を具備し、抵抗アームと隔離伝送線の各直列対は約Ｄ＊λｃ／２に等しいなあ差Ｌ３＋Ｌ４を有し、ここでＤは整数である。第２のＲＦ層と第２の隔離層との間のＮ個の垂直相互接続はＮ個の第２の隔離伝送線の端部をＮ個の第２のＲＦ伝送線の端部へＮ個の第２のポートでそれぞれ接続する。
【００３３】
本発明の幾つかの例示的な実施形態を示し説明したが、多数の変形及び代りの実施形態が当業者に行われるであろう。このような変形及び代替の実施形態が考察され、特許請求の範囲に規定されているように本発明の技術的範囲から逸脱せずに行われることができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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