(57)【要約】【課題】簡易な構成により、電力が入力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が９０°の状態でアイソレーション特性を向上させることのできる電力合成装置を実現することを目的とする。【解決手段】前記課題を解決するために本発明における電力合成装置は、主線路と前記主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、前記主線路の両端に接続する第１および第２伝送線路と、前記副線路の両端に接続する第３および第４伝送線路とを備え、前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第１伝送線路に合成して出力し、前記主線路に接続する第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器を挿入したことを特徴とする。【選択図】図１
2008219175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主線路と該主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、
前記主線路の両端に接続する第１および第２伝送線路と、
前記副線路の両端に接続する第３および第４伝送線路とを備え、
前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第１伝送線路に合成して出力する、或いは前記主線路に接続する第１伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路に分配して出力する電力合成／分配装置において、
前記主線路に接続する第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器を挿入したことを特徴とする電力合成／分配装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力合成／分配装置において、
前記４分の１波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路で代用したことを特徴とする電力合成／分配装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力合成／分配装置において、
前記４分の１波長変成器を集中定数回路素子で代用したことを特徴とする電力合成／分配装置。
【請求項４】
複数の給電点を具備し円偏波を受信する多点給電円偏波アンテナにおいて、
主線路と前記主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、
前記主線路の両端に接続する第１および第２伝送線路と、
前記副線路の両端に接続する第３および第４伝送線路とから成り、
前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第１伝送線路に合成して出力するとともに、
前記主線路に接続する第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器を挿入した電力合成装置を少なくとも一つ備えることを特徴とする多点給電円偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力が入力される複数の伝送線路間、または電力が出力される複数の伝送線路間のアイソレーション特性を向上させた電力の合成あるいは分配を行う電力合成／分配装置、及び該電力合成／分配装置を備えた多点給電円偏波アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力の合成を行うにあたって、方向性結合器のような回路が広く用いられている。特に、図１０に示すような分布結合型方向性結合器１７を用いた電力合成装置１０が多用されている。この電力合成装置１０は、主線路１１と主線路１１に電磁界結合する副線路１２から成る分布結合型方向性結合器１７を有し、主線路１１には第１伝送線路１３及び第２伝送線路１４が、副線路１２には第３伝送線路１５及び第４伝送線路１６が接続されている。そして、第４伝送線路１６には終端抵抗が接続されている。例えば、第２伝送線路１４及び第３伝送線路１５から電力が入力されると、それらの電力は合成され第１伝送線路１３へ出力される。
【０００３】
ここで、このような分布結合型といわれる方向性結合器では、その特性が方向性結合器の対称面が偶モード、および奇モードとなるインピーダンスＺｅｖｅｎ、Ｚｏｄｄを使って表すことができる。この種の方向性結合器では、一般に３ｄＢ、つまり第２伝送線路１４及び第３伝送線路１５における入力インピーダンスが等しいものが比較的多く使用されており、このとき理論的にはＺｅｖｅｎ、Ｚｏｄｄを適当な値に選べば反射特性（Ｓ１１）やアイソレーション特性（Ｓ３２）を極めて小さくすることができる。しかしながら、実際にＺｅｖｅｎ、Ｚｏｄｄをそのような値とするためには２本の線路の結合度や位相が問題と成るため、一般に製品化されているものでは、反射特性、アイソレーション特性ともにせいぜい−２０ｄＢ程度となっている。そこでここでは、Ｚｅｖｎｅ、Ｚｏｄｄの値がそれぞれ１５０ｄＢ，２５ｄＢとなるように選んでいる。
【０００４】
この時の特性（散乱行列）を図１１に示す。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図１１からわかるように、所望の周波数（１．５ＧＨｚ）において、Ｓ２１とＳ３１は等しい。これは、第２伝送線路１４及び第３伝送線路１５における入力インピーダンスが等しいことを示している。また、反射特性及びアイソレーション特性は、ともにせいぜい−２０ｄＢ程度であり、簡易な構成によりこのアイソレーション特性を向上させることが求められている。
【０００５】
そこで、特許文献１には、アイソレーション特性を向上させることができる電力合成装置２０が開示されている。図１２に示すように、電力合成装置２０は、上述の電力合成装置１０における副線路１２の一部にインピーダンス整合回路２１ａ及び２１ｂが設けられている。したがって、容易に第３伝送線路１５と第４伝送線路１６とのインピーダンス整合をとることができるようになり、所定の回路網などに接続される第３伝送線路１５のインピーダンスを所望の値に設定することができる。そのため、第４伝送線路１６に流れ出る高周波信号を少なくすることができ、アイソレーション特性を向上することができる。
【特許文献１】特開２００２−２８０８１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、衛星などから送信される円偏波を良好に受信するために、多点給電円偏波アンテナの各給電点に接続される電力合成装置の伝送線路は、それぞれの位相差が９０°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の電力合成装置２０はアイソレーション特性を向上させるため第３伝送線路１５側のインピーダンスを所定の値に変更するので、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５のインピーダンスは異なったものとなってしまう。さらに、インピーダンス整合回路２１ａ及び２１ｂが接続されると、その部分で位相が変化してしまう。つまり、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５の位相差は元の９０°とからずれてしまう。したがって、前述の電力合成装置２０はアイソレーション特性を向上してはいるが、多点給電円偏波アンテナ等への使用には向かないといった問題点があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、電力が入力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が９０°の状態でアイソレーション特性を向上させることのできる電力合成装置を実現することを目的とする。特に、多点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくした円偏波アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために本発明における電力合成装置は、主線路と該主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、前記主線路の両端に接続する第１および第２伝送線路と、前記副線路の両端に接続する第３および第４伝送線路とを備え、前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第１伝送線路に合成して出力する、或いは前記主線路に接続する第１伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路に分配して出力し、前記主線路に接続する第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器を挿入したことを特徴とする。
【００１０】
また、前述の電力合成装置において、前記４分の１波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路、或いは集中定数回路素子で代用することを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記課題を解決するために本発明における複数の給電点を具備し円偏波を受信する多点給電円偏波アンテナは、主線路と前記主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、前記主線路の両端に接続する第１および第２伝送線路と、前記副線路の両端に接続する第３および第４伝送線路とから成り、前記主線路に接続する第２伝送線路および前記副線路に接続する第３伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第１伝送線路に合成して出力するとともに、前記主線路に接続する第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器を挿入した電力合成装置を少なくとも一つ備えることを特徴とする。
【００１２】
例えば、２つの給電点を具備し円偏波を受信する２点給電円偏波アンテナは、主線路の一端に接続された第１伝送線路と、前記主線路の他端に接続された第２伝送線路と、前記主線路に電磁界結合した副線路の前記第１伝送線路と同じ側の一端に接続された第３伝送線路と、前記副線路の他端に接続された第４伝送線路とから成る電力合成装置を備え、前記第１伝送線路は前記２点給電円偏波アンテナの内部回路網に接続され、前記第２伝送線路及び前記第３伝送線路はそれぞれ前記２つの給電点に接続され、前記第４伝送線路は終端抵抗に接続され、前記第１伝送線路に該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器が挿入されることを特徴とする。
【００１３】
例えば、４つの給電点を具備し円偏波を受信する４点給電円偏波アンテナは、主線路の一端に接続された第１伝送線路と、前記主線路の他端に接続された第２伝送線路と、前記主線路に電磁界結合した副線路の前記第１伝送線路と同じ側の一端に接続された第３伝送線路と、前記副線路の他端に接続された第４伝送線路とから成る第１電力合成装置乃至第３電力合成装置を備え、前記第１電力合成装置が備えた前記第１伝送線路は前記４点給電円偏波アンテナの内部回路網に接続され、前記第１電力合成装置が備えた前記第２伝送線路及び前記第３伝送線路はそれぞれ前記第２電力合成装置及び前記第３電力合成装置が備えた前記第１伝送線路に接続され、前記第２電力合成装置及び前記第３電力合成装置が備えた前記第２伝送線路及び前記第３伝送線路はそれぞれ前記４つの給電点に接続され、前記第１電力合成装置乃至前記第３電力合成装置が備えた前記第４伝送線路は終端抵抗に接続され、前記第１電力合成装置乃至前記第３電力合成装置が備えた前記第１伝送線路の少なくとも一つに該第１伝送線路とは特性インピーダンスが異なる４分の１波長変成器が挿入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、汎用品の分布結合型方向性結合器を基に、電力が入力または出力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が９０°の状態で、アイソレーション特性を向上させた電力合成／分配装置を簡易に実現することができる。特に、多点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における電力合成装置１００について図１を参照しながら説明する。
【００１６】
実施の形態１における電力合成装置１００は、４分の１波長変成器１と、主線路１１及び主線路１１に電磁界結合する副線路１２から成る分布結合型方向性結合器１７と、第１伝送線路１３と、第２伝送線路１４と、第３伝送線路１５と、第４伝送線路１６とから構成されている。そして、第１伝送線路１３及び第２伝送線路１４は主線路１１に接続され、第３伝送線路１５及び第４伝送線路１６は副線路１２に接続されている。ここで、第１伝送線路１３と第３伝送線路１５はそれぞれ主線路１１と副線路１２の同じ側（図１において左側）に接続されている。また、第４伝送線路１６には主に抵抗器が接続され、特に終端抵抗が接続されている。
【００１７】
４分の１波長変成器１は、第１伝送線路１３に挿入されている。第１伝送線路１３の一部を、この第１伝送線路１３とは異なる特性インピーダンスである４分の１波長変成器１で構成することにより、分布結合型方向性結合器１７のアイソレーション特性等をより向上させることができる。
【００１８】
ここで、具備された４分の１波長変成器１のインピーダンスを６０Ωとした時のシミュレーション結果を図２に示す。なお、分布結合型方向性結合器１７は、背景技術で示した電力合成装置１０に用いたものと同様である。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図２より、所望の周波数帯域（１．５ＧＨｚ）におけるアイソレーション特性は、約−２２ｄＢと向上していることがわかる。また、反射特性も約−４０ｄＢと大きく向上している。なお、従来の電力合成装置１０における場合と同様にＳ２１，Ｓ３１は等しく、また、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５は対称性が保たれたままであり、その位相差は９０°である。
【００１９】
したがって、各給電点に接続される伝送線路の位相差が９０°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる２点給電円偏波アンテナの電力合成用回路として電力合成装置１００を用いることができる。以下、２点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れを説明する。
【００２０】
２点給電円偏波アンテナの各給電点は、それぞれ電力合成装置１００の第２伝送線路１４及び第３伝送線路１５に接続されている。また、第１伝送線路１３は合成された電力が処理されるべき回路網等に接続され、第４伝送線路１６は終端抵抗に接続されている。ここで、測位用衛星などから円偏波を受信したとき、各給電点からそれぞれ第２伝送線路１４及び第３伝送線路１５に電力が入力される。この時、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５の位相差は９０°なので、円偏波を受信した時につつがなく電力を入力することができる。さらに、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５のインピーダンスは等しく構成されているので、入力される電力も等しい。
【００２１】
主線路１１は副線路１２と電磁界結合しており、第２伝送線路１４より入力した電力と第３伝送線路１５により入力された電力とが、第１伝送線路１３より合成されて出力される。そしてこの合成された電力は、第１伝送線路１３に接続された回路網等において所定の処理が行われる。
【００２２】
ここで、４分の１波長変成器１の代わりに、２つの終端開放スタブ２ａ及び２ｂと高インピーダンス線路３を用いることもできる。具体的には、図３に示すように第１伝送線路１３の一部を高インピーダンス線路３とし、その両端に終端開放スタブ２ａ及び２ｂを接続することにより代用できる。この時のシミュレーション結果を図４に示す。図４により、所望の周波数帯域（１．５ＧＨｚ）において、約−３２ｄＢまでアイソレーション特性が向上することがわかる。また、反射特性も約−２５ｄＢまで向上することがわかる。なお、従来の電力合成装置１０における場合と同様にＳ２１，Ｓ３１は等しく、また、第２伝送線路１４と第３伝送線路１５は対称性が保たれたままであり、その位相差は９０°である。
【００２３】
このように、４分の１波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路で代用することでも、アイソレーション特性及び反射特性を従来よりも向上させることができる。さらに、４分の１波長変成器を用いたときよりも小型な電力合成装置を実現することができる。また、４分の１波長変成器をコンデンサやインダクタといった集中定数回路素子で代用すれば、さらに小型にすることもできる。
【００２４】
以上のような構成により、汎用品の分布結合型方向性結合器を基に、電力が入力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が９０°の状態で、アイソレーション特性を向上させた電力合成装置を簡易に実現することができる。特に、２点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくすることができる。
【００２５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における電力合成装置２００について図５を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
【００２６】
電力合成装置２００は、３つの電力合成装置２００ａ，２００ｂ及び２００ｃから構成されている。具体的には、電力合成装置２００ｂの第１伝送線路１３ｂが電力合成装置２００ａの第２伝送線路１４ａに接続され、電力合成装置２００ｃの第１伝送線路１３ｃが電力合成装置２００ａの第３伝送線路１５ａに接続されている。また、電力合成装置２００ａ，２００ｂ及び２００ｃはそれぞれ実施の形態１における電力合成装置１００と同様の構成であり、それぞれの第１伝送線路１３ａ，１３ｂ及び１３ｃに４分の１波長変成器１ａ，１ｂ及び１ｃが挿入されている。
【００２７】
この構成におけるシミュレーション結果を図６に示す。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図６より、所望の周波数帯域（１．５ＧＨｚ）において、Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１及びＳ２１はいずれも等しい。これは、電力合成装置２００ｂ及び２００ｃの第２伝送線路１４ｂ，１４ｃ及び第３伝送線路１５ｂ，１５ｃにおける入力インピーダンスが等しいことを示している。また、電力合成装置２００ａ，２００ｂ及び２００ｃのアイソレーション特性がそれぞれ約−５０ｄＢまで向上することがわかる。また、反射特性も約−５０ｄＢまで向上することがわかる。なお、第２伝送線路１４ａ，１４ｂ及び１４ｃと第３伝送線路１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、それぞれ対称性が保たれたままであり、相対するそれぞれの位相差は９０°である。
【００２８】
したがって、位相差が９０°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる４点給電円偏波アンテナの電力合成用回路として電力合成装置２００を用いることができる。以下、４点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れを説明する。
【００２９】
４点給電円偏波アンテナの各給電点は、それぞれ電力合成装置２００ｂの第２伝送線路１４ｂ及び第３伝送線路１５ｂ，並びに電力合成装置２００ｃの第２伝送線路１４ｃ及び第３伝送線路１５ｃに接続されている。また、電力合成装置２００ａの第１伝送線路１３ａは合成された電力が処理されるべき回路網等に接続され、各第４伝送線路１６ａ，１６ｂ及び１６ｃは終端抵抗に接続されている。
【００３０】
測位用衛星などから円偏波を受信したとき、各給電点からそれぞれ第２伝送線路１４ｂ及び１４ｃ，第３伝送線路１５ｂ及び１５ｃに電力が入力される。この時、それぞれの相対する第２伝送線路１４ｂ及び１４ｃ，第３伝送線路１５ｂ及び１５ｃの位相差は９０°なので、円偏波を受信した時につつがなく電力を入力することができる。さらに、第２伝送線路１４ｂ及び１４ｃ，第３伝送線路１５ｂ及び１５ｃのインピーダンスは等しく構成されているので、入力される電力も等しい。
【００３１】
主線路１１ａ，１１ｂ及び１１ｃはそれぞれ副線路１２ａ，１２ｂ及び１２ｃと電磁界結合している。したがって、各第３伝送線路１５ａ，１５ｂ及び１５ｃにより入力された電力は、それぞれ主線路１１ａ，１１ｂ及び１１ｃ側に流れ、第２伝送線路１４ａ，１４ｂ及び１４ｃより入力した電力と合成される。この合成された電力が、それぞれ第１伝送線路１３ａ，１３ｂ及び１３ｃより出力される。ここで、第２伝送線路１４ａ及び第３伝送線路１５ａには、それぞれ第１伝送線路１３ｂ及び１３ｃが接続されている。したがって、第１伝送線路１３ａから出力される電力は、第２伝送線路１４ｂ及び１４ｃと第３伝送線路１５ｂ及び１５ｃから入力された電力の総和となる。そして、第１伝送線路１３ａに接続された回路網等において所定の処理が行われる。
【００３２】
また、図７に示すような電力合成装置３００も用いることができる。電力合成装置３００は、電力合成装置１０と同様の電力合成装置３００ａ及び３００ｃ，並びに実施の形態１における電力合成装置１００と同様の電力合成装置３００ｂから構成されている。なお、各伝送線路の接続方法や４点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れ方などは、電力合成装置２００と同様である。
【００３３】
ここで、この構成におけるシミュレーション結果を図８に示す。図８より、各電力合成装置３００ａ，３００ｂ及び３００ｃのアイソレーション特性は、所望の周波数帯域（１．５ＧＨｚ）において、約−２５ｄＢまでアイソレーション特性が向上することがわかる。このように、電力合成装置３００ｂの第１伝送線路１３ｂのみに４分の１波長変成器１が挿入されているような電力合成装置３００でも４点給電円偏波アンテナに用いることができ、従来よりも良い特性を得ることができる。なお、４分の１波長変成器が挿入される第１伝送線路は、何れの第１伝送線路でも本発明の効果を得ることができる。
【００３４】
また、参考のため電力合成装置３００の位相特性を図９に示す。図９より、所望の周波数（１．５ＧＨｚ）において、電力が入力される複数の伝送線路の位相差は、９０°ずつとなっていることがわかる。
【００３５】
以上のように、本発明における電力合成装置を単独で用いるよりも複合して（接続して）用いることで、接続することのできる伝送線路の数を任意に増やすことができる。さらに、アイソレーション特性をより向上させることもできる。また、複数の電力合成装置の何れか一つに４分の１波長変成器を挿入することでも本発明による効果を得ることができる。
【００３６】
最後に、高周波では可逆性が成り立ち、上述した電力の入出力を逆にしても、同様の効果が得られることを断っておく。つまり、第１伝送線路から入力された電力を、第２伝送線路及び第３伝送線路に分配し出力するような電力分配装置についても、本発明における電力合成装置と同様な構成により、第２伝送線路及び第３伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が９０°の状態で、アイソレーション特性を向上させることができる。
【００３７】
さらに、分布結合型方向性結合器はＳＭＤ(表面実装用部品)であってもよい。ＳＭＤを用いることで、コストダウン及び小型化をさらに図ることができる。また、光導波路を用いた光方向性結合器にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１による電力合成装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図３】終端開放スタブと高インピーダンス線路を用いる時の概略図である。
【図４】図３における構成を用いたときの電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２による電力合成装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２による電力合成装置の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態２による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】一般的な電力合成装置の概略図である。
【図１１】一般的な電力合成装置におけるシミュレーション結果である。
【図１２】特許文献１に記載の電力合成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ４分の１波長変成器
２    終端開放スタブ
３    高インピーダンス線路
１０    電力合成装置
１１    主線路
１２    副線路
１３    第１伝送線路
１４    第２伝送線路
１５    第３伝送線路
１６    第４伝送線路
１７    分布結合型方向性結合器
１００    電力合成装置
２００    電力合成装置
３００    電力合成装置
【図１】
2008219175.tif 000003
【図２】
2008219175.tif 000004
【図３】
2008219175.tif 000005
【図４】
2008219175.tif 000006
【図５】
2008219175.tif 000007
【図６】
2008219175.tif 000008
【図７】
2008219175.tif 000009
【図８】
2008219175.tif 000010
【図９】
2008219175.tif 000011
【図１０】
2008219175.tif 000012
【図１１】
2008219175.tif 000013
【図１２】
2008219175.tif 000014