(57)【要約】【課題】本発明は、分配合成数が増加しても寸法の増大を抑えることができ、かつ損失を低減することができる電力分配合成器を得ることを目的とするものである。【解決手段】電力分配合成器は、リング状の円弧状伝送部１により構成されている。円弧状伝送部１は、複数の方向性結合器２を互いに直列接続するとともに、連続した円弧状に配置することにより構成されている。円弧状伝送部１は、電力伝送路における端部となる第１端部１ａ及び第２端部１ｂを有している。第１端部１ａには、電力を入出力するための入出力端子部３が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続されているとともに、連続した円弧状に配置されている複数の導波管タイプの方向性結合器を有する円弧状伝送部を備えていることを特徴とする電力分配合成器。
【請求項２】
上記方向性結合器内には、内周側と外周側との間に生じる位相差を補正する補正用回路素子が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力分配合成器。
【請求項３】
上記補正用回路素子は、金属製ポストであることを特徴とする請求項２記載の電力分配合成器。
【請求項４】
上記補正用回路素子は、金属板であることを特徴とする請求項２記載の電力分配合成器。
【請求項５】
上記補正用回路素子は、上記導波管の内壁面に設けられた凹部であることを特徴とする請求項２記載の電力分配合成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばアンテナ装置の高周波給電回路に用いられる電力分配合成器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直列形電力分配合成回路では、複数の方向性結合器が同一直線上に配置され互いに縦接続されていた。複数の入力端子から入射された信号が個々の方向性結合器を介して合成され、単一の出力端子で全合成電力が得られる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
「電子情報通信学会  ２００１年総合大会講演論文集」２００１年３月７日発行、ｐ．１３４「サスペンデッド線路を用いた分布結合形低損失合成回路」
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の直列形電力分配合成回路では、全ての方向性結合器が同一直線上に配置されているため、合成数を増加させようとすると、合成数に比例して寸法が大きくなってしまう。また、サスペンデッド線路は、周波数が高くなると線路損が増大するため、合成効率が低下してしまう。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、分配合成数が増加しても寸法の増大を抑えることができ、かつ損失を低減することができる電力分配合成器を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力分配合成器は、互いに直列に接続されているとともに、連続した円弧状に配置されている複数の導波管タイプの方向性結合器を有する円弧状伝送部を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力分配合成器を示す平面図である。この実施の形態１における電力分配合成器は、リング状の円弧状伝送部１により構成されている。円弧状伝送部１は、連続した円弧（ここでは円形）を形成するように導波管タイプの複数の方向性結合器２を互いに直列に接続することにより構成されている。また、用途・目的に応じて、例えば２０〜４０個の方向性結合器２が用いられる。
【０００８】
円弧状伝送部１は、電力伝送路における端部となる第１端部１ａ及び第２端部１ｂを有している。第１端部１ａには、電力を入出力するための入出力端子部３が設けられている。電力を分配する場合、入出力端子部３から入力された電力が円弧状伝送部１内を図の時計方向に伝送され、均等に分配された電力が各方向性結合器２から出力される。逆に、電力を合成する場合、各方向性結合器に入力された電力が円弧状伝送部１内を反時計方向に伝送され、合成された電力が入出力端子部３から出力される。
【０００９】
図２は図１のＩＩ部を拡大して示す平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、導波管の板厚は無視して示している。図において、各方向性結合器２は、円弧状の主導波管４と、主導波管４に平行な円弧状の副導波管５と、主導波管４と副導波管５とを結合する一対の直線状の結合用導波管６とを有している。これらの導波管４，５，６は、例えばアルミニウム等により構成されている。
【００１０】
主導波管４は、隣接する方向性結合器２の主導波管４に接続されている。副導波管５の一端部には、分配された電力を出力、又は合成する電力を入力するための分配合成端子部７が設けられている。副導波管５の他端部には、アイソレーション端子部８が設けられている。アイソレーション端子部８は、終端抵抗９により終端されている。
【００１１】
このような方向性結合器２は、ブランチライン形９０度ハイブリッドを構成しており、分配合成枝数をＮとすると、方向性結合器２の総数は（Ｎ−１）となっている。即ち、第２端部１ｂに位置する方向性結合器２の主導波管４には、もう１個の分配合成端子部７が設けられるため、方向性結合器２の総数は（Ｎ−１）となる。
【００１２】
図４は図１の方向性結合器２の一部を破断して示す斜視図である。各方向性結合器２の主導波管４及び副導波管５内には、内周側と外周側との間に生じる位相差を補正する補正用回路素子としての複数の金属製ポスト１０がそれぞれ配置されている。これらの金属製ポスト１０は、容量性素子として機能する。また、金属製ポスト１０としては、例えばねじ等を用いることができる。
【００１３】
次に、動作について説明する。ここでは、入出力端子部３に入射する電力を合計Ｎ個の分配合成端子部７に分配する電力分配回路であるとする。電力合成回路の場合は、その逆の動作を考えればよい。まず、入出力端子部３に隣接する方向性結合器２の結合量は、１０ｌｏｇＮ［ｄＢ］となっており、入射電力のうち１／Ｎが分配合成端子部７から出力される。
【００１４】
さらに、次段の方向性結合器２の結合量は、１０ｌｏｇ（Ｎ−１）［ｄＢ］となっており、その分配合成端子部７からもまた入射電力の１／Ｎが出力される。以下、最終段の方向性結合器の結合量は、１０ｌｏｇ３＝３［ｄＢ］となっており、第２端部１ｂに位置する最終段の方向性結合器２は、２個の分配合成端子部７を有している。この最終段の方向性結合器２の２個の分配合成端子部７からも入射電力のうちの１／Ｎがそれぞれ出力される。従って、この電力分配合成器は、全ての分配合成端子部７に等電力が分配される電力分配回路として動作する。
【００１５】
なお、製造時に生じる方向性結合器２の不完全性に起因するアイソレーション端子部８への入射波成分は、アイソレーション端子部８に接続された終端抵抗９により吸収される。
【００１６】
このような電力分配合成器は、例えば高周波電力を増幅する際に分配器及び合成器の組み合わせとして使用される。即ち、まず分配器で電力を分配し、分配された電力をそれぞれ増幅器により増幅し、増幅された電力を合成器で合成する。このような使用法により、高周波大電力を得ることができる。
【００１７】
上記のような電力分配合成器によれば、複数の円弧状の方向性結合器２を接続してリング状の円弧状伝送部１を構成したので、直線状の方向性結合器２を単に直線的に配列する場合に比べて、全体を大幅に小形化することができる。従って、分配合成数が増加しても、寸法の増大を十分に抑えることができる。また、導波管４，５，６を有する方向性結合器２を用いたので、伝送損失を低減することができ、特にミリ波帯などの高い周波数帯における電力合成効率の低下を抑えることができる。
【００１８】
また、実施の形態１では、円弧状の導波管４，５を用いているため、導波管４，５の内径側と外径側との間に経路差が生じ、方向性結合器２の結合特性や反射特性が劣化する恐れがある。このため、導波管４，５内の内径側又は外径側のみに金属製ポスト１０を付加している。これにより、経路差を補正し、方向性結合器２の特性劣化を抑制することができる。また、補正用回路素子として金属製ポスト１０を用いたので、構成が簡単である。
【００１９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による電力分配合成回路の一部を破断して示す斜視図である。図において、主導波管４及び副導波管５内には、内周側と外周側との間に生じる位相差を補正する補正用回路素子としての複数の金属板１１が配置されている。これらの金属板１１は、リアクタンス素子として機能する。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２０】
このような電力分配合成器では、導波管４，５内の内径側又は外径側のみに金属板１１を設けたので、導波管４，５の内径側と外径側とでの位相差が補正され、方向性結合器２の特性劣化を抑制することができる。また、補正用回路素子として金属板１１を用いたので、構成が簡単である。
【００２１】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による電力分配合成回路の一部を破断して示す斜視図である。図において、主導波管４及び副導波管５の内壁面には、補正用回路素子としての溝状の凹部１２が設けられている。凹部１２は、主導波管４の長手方向に沿って延びている。また、凹部１２は、リアクタンス素子として機能する。
【００２２】
このような電力分配合成器では、導波管４，５内の内径側又は外径側のみの側壁面に凹部１２を設けたので、導波管４，５の内径側と外径側とでの位相差が補正され、方向性結合器２の特性劣化を抑制することができる。また、補正用回路素子として凹部１２を用いたので、構成が簡単である。
【００２３】
実施の形態４．
次に、図７はこの発明の実施の形態４による電力分配合成器を示す平面図である。この実施の形態４における電力分配合成器は、リング状の円弧状伝送部１３により構成されている。円弧状伝送部１３は、連続した円弧（ここでは螺旋形）を形成するように円弧状の複数の方向性結合器２を互いに直列に接続することにより構成されている。
【００２４】
円弧状伝送部１は、電力伝送路における端部となる第１端部１３ａ及び第２端部１３ｂを有している。第１端部１３ａには、電力を入出力するための入出力端子部３が設けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２５】
このように、方向性結合器２を螺旋形に配置することにより、リング状の円弧状伝送部１３の径の増大を抑えつつ、分配合成数を増加させることができる。
【００２６】
なお、実施の形態４では、円弧状伝送部１３を１周半の螺旋形としたが、さらに方向性結合器２を増加させる場合、円弧状伝送部を２周以上の螺線形としてもよい。
【００２７】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５による電力分配合成器を示す平面図である。なお、重複した説明を避けて理解を容易にするため、図８では実施の形態１と同様の符号で説明する。
【００２８】
実施の形態１では円弧状の導波管４，５を持つ円弧状の方向性結合器２を用いたが、この実施の形態５では、直線状の導波管４，５を持つ直線状の方向性結合器２が用いられている。また、方向性結合器２は、隣接する方向性結合器２に対して傾斜して配置されており、方向性結合器２全体としては連続した円弧状に配置されている。
【００２９】
互いに隣接する主導波管４間には、三角形状の接続導波管１４が介在されている。円弧状伝送部１は、接続導波管１４を介して複数の方向性結合器２を接続することにより構成されている。実施の形態１における円弧状伝送部１は円形であるが、実施の形態５の円弧状伝送部１は、正確には多角形である。
【００３０】
このような電力分配合成器によっても、方向性結合器２を単に直線的に配列する場合に比べて、全体を大幅に小形化することができる。従って、分配合成数が増加しても、寸法の増大を十分に抑えることができる。また、導波管４，５，６を有する方向性結合器２を用いたので、伝送損失を低減することができる。
さらに、直線状の方向性結合器２を用いたので、製造が容易であり、製造コストの増大を抑えることができる。
【００３１】
なお、実施の形態５では、接続導波管１４を介して方向性結合器２を接続したが、方向性結合器２の主導波管４の端部を斜めに切断した形状とすることにより、隣接する方向性結合器２相互を直接接続するようにしてもよい。
【００３２】
また、実施の形態１〜５では、リング状の円弧状伝送部１，１３を示したが、円弧状伝送部の形状はリング状に限定されるものではなく、例えばＣ字形、半円形、又は１８０°未満の円弧であってもよい。
さらに、円弧状伝送部の円弧の曲率は必ずしも一定でなくてもよく、円弧状伝送部の長手方向の位置により曲率を変化させてもよい。この場合、補正用回路素子の設計も円弧状伝送部の長手方向の位置により変化させるとよい。
【００３３】
さらにまた、実施の形態１〜５では、円弧状伝送部のみにより電力分配合成器を構成したが、方向性結合器を従来のように直線的に配列した直線伝送部を円弧状伝送部に直列に接続してもよい。例えば、一対の半円形の円弧状伝送部の間に一対の直線伝送部を配置することにより、全体をトラック形状とすることもできる。また、例えば図７の第２端部１３ｂに直線伝送部を接続してもよい。
【００３４】
また、実施の形態１〜５では、導波管の一部を入出力端子部や分配合成端子部として用いる構成としたが、これらの端子部の少なくとも一部を例えば同軸ケーブルタイプの接続ポートとしてもよい。
さらに、実施の形態１〜５では、複数の方向性結合器を接続して円弧状伝送部を構成すると説明したが、隣接する方向性結合器の主導波管を一体物として予め連続したかたちで製造してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電力分配合成器は、互いに直列に接続されているとともに、連続した円弧状に配置されている複数の導波管タイプの方向性結合器を有する円弧状伝送部を備えたので、分配合成数が増加しても寸法の増大を抑えることができ、かつ損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電力分配合成器を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１の方向性結合器の一部を破断して示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電力分配合成回路の一部を破断して示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態３による電力分配合成回路の一部を破断して示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態４による電力分配合成器を示す平面図である。
【図８】この発明の実施の形態５による電力分配合成器を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１３  円弧状伝送部、２  方向性結合器、１０  金属製ポスト（補正用回路素子）、１１  金属板（補正用回路素子）、１２  凹部（補正用回路素子）。
【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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