(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器を含む、無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリであって、
前記電力合成器及び／又は電力分配器は、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタ（１，４）と、入力又は出力のいずれかのための該複数のコネクタ（１）を少なくとも１つの中央導体（２）に電気的に接続する複数のボックス内導体（３）と、少なくとも１つの外側導体（５）とを有する、アセンブリにおいて、
前記少なくとも１つの外側導体は、ボックス形ケーシングであり、
前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、前記少なくとも１つの中央導体（２）内に配置された少なくとも１つの流体式冷却装置を含み、
前記少なくとも１つの中央導体（２）は、扁平なプレート状をなしており、前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の底面に対して平行に配置されており、
前記複数のボックス内導体（３）は、前記少なくとも１つの中央導体（２）の平坦面に沿って延在しかつ一端で当該平坦面へ向かって屈曲されている屈曲ロッド状をなしている、
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記ボックス形ケーシングは、平行多面体である、
請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の複数の部分が、中実の金属部材から形成されており、銅及び／又はアルミニウム及び／又は銅コーティングを有する鋼を含む、又は、これらから成る、
請求項１又は２記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、少なくとも１つの電力合成部もしくは分配部（Ａ）と少なくとも１つのインピーダンス変換部（Ｂ）とを含む、
請求項１から３までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記インピーダンス変換部（Ｂ）は、狭帯域もしくは広帯域の周波数エレメントである、
請求項４記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記インピーダンス変換部（Ｂ）は、ＲＦ電力の反射を低減するＲＦマッチングエレメントであり、前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の一方側の５０Ω同軸マルチプルコネクタと他方側の５０Ωシングルコネクタとの間に配置されている、
請求項４又は５記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記インピーダンス変換部（Ｂ）は、段形状、又は、先細形状、又は、双頭形状の外形を有する導電線路である、
請求項４から６までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、少なくとも１つの同軸コネクタ、及び／又は、少なくとも１つの方形導波コネクタ、及び／又は、少なくとも１つの円形導波コネクタ（１，４）を含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、実質的に１９インチラックの寸法を有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの流体式冷却装置は、前記少なくとも１つの外側導体（５）において、前記コネクタ（１，４）が配置されるのと同じ側に流入口を有する、
請求項１から９までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１１】
入力又は出力のいずれかのための前記コネクタ（１）と前記少なくとも１つの中央導体（２）とを電気的に接続する前記複数のボックス内導体（３）は、円形及び／又は方形の断面を有する中実の屈曲ロッド状をなしている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の、無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリの使用方法であって、
複数のボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器を、相互に横方向及び／又は上下方向に積み重ねるステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器を含む、無線周波数電力結合アセンブリ、及び、このアセンブリの使用方法に関する。電力合成器及び／又は電力分配器は、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタと、これらのコネクタを少なくとも１つの中央導体に電気的に接続する複数のボックス内導体と、少なくとも１つの外側導体とを有する。
【０００２】
電力分配器は、単独のＲＦジェネレータからのＲＦ電力を複数の受容者へ分配するために用いられる。電力合成器は、複数の源からのＲＦ電力を合成して単独の受容者へ付加的電力として供給するために用いられる。ＲＦ電力を受け取る受容者とは、例えば負荷もしくはアンテナである。電力分配器もしくは電力合成器として用いられる多くの装置はレシプロ動作を行う装置であり、つまりこれらは分配器としても合成器としても利用可能である。以下では、分配器という語を用いる際には合成器の使用の意も含み、逆も同様とする。ＲＦ電力処理の観点での合成器／分配器の主たるパラメータは、熱及びブレイクダウン電圧である。使用時には、低い挿入帰還損失でＲＦ電力の送信を行うことが要求される。さらに、コンパクト性、組み立て乃至製造の容易さ、及び、費用効率も要求されている。
【０００３】
従来技術から公知の電力合成器／分配器の主たるタイプには、プリント回路板ＰＣＢをベースにしたものと同軸コネクタをベースにしたものとの２つがある。ＰＣＢベースの合成器／分配器は主として低電力分野で用いられる。ここで云う低電力とは、連続波モードでの数キロワットからパルスモードでの使用の約１０キロワットまでの領域である。ＰＣＢベースの装置はきわめてコンパクトであるが、高電力では使用できない。同軸コネクタベースの合成器／分配器は、低電力分野、及び、特に数百キロワットまでの超高電力分野の双方で使用可能である。ただし、同軸コネクタベースの合成器／分配器は、コンパクト性に欠ける、すなわち、大きな寸法容積を要するという欠点を有する。
【０００４】
従来技術から公知の合成器として、例えば、ＵＳ４４５９５６８に記載されているエアストリップカプラが挙げられる。ここでは電力が２つのストリップライン間のギャップを伝搬する。当該装置はＰＣＢを含むので、高電圧での使用は不可能である。また、ＵＳ２０１２０２９３２７からは、高電力信号を処理可能な電力合成器／分配器が公知である。当該電力合成器／分配器は、寸法がかなり大きくコンパクト性に欠け、しかも円筒形状を有するためにラック内では使用できない。なお、この電力合成器／分配器の構造体内には余剰のスペースが存在している。さらに、ＵＳ５１１１１６６には、特に電力結合に適用される、マルチ入力用の電気線路長の等化装置が記載されている。当該装置はＰＣＢベースであるので、低電力分野でしか使用できない。しかも、当該装置の製造もしくは取り扱いは容易でない。アセンブリが複雑な構造を有するためである。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、低コストで容易に組み立て乃至製造可能であり、高電力分野で使用可能な、コンパクトな無線周波数電力結合アセンブリを提供することである。本発明はさらに、こうしたアセンブリをコンパクトに使用する方法を提供することも課題とする。
【０００６】
上記課題は、請求項１記載の無線周波数電力結合アセンブリと、請求項１３記載の無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリの使用方法、特に上述したアセンブリの使用方法とによって解決される。本発明の有利な実施形態は各従属請求項に記載されている。各独立請求項の特徴は相互にもしくは各従属請求項の特徴と組み合わせ可能であり、各従属請求項の特徴も相互に組み合わせ可能である。
【０００７】
本発明の無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリは、少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器を含み、この電力合成器及び／又は電力分配器は、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタと、これらのコネクタを少なくとも１つの中央導体に電気的に接続する複数のボックス内導体と、少なくとも１つの外側導体とを有する。本発明によれば、少なくとも１つの外側導体はボックス形ケーシングである。
【０００８】
ボックス形状により、コンパクトな無線周波数電力結合アセンブリを実現できる。電力合成器／分配器の構造が単純なため、組み立て及び製造を低コストで容易に行える。また、本発明のアセンブリは高電力分野で使用可能である。
【０００９】
ボックス形ケーシングは、平行多面体、特には直方体として形成できる。これにより、ラック内に容易に格納でき、電力合成器／分配器のコンパクトなアセンブリが実現される。外形を綿密に調整しなくても、スペースをさほど必要とせず、また、損失スペースが発生しない。
【００１０】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の複数の部分、特には全ての部分を、中実の金属部材から形成できる。当該金属部材は、特に、銅及び／又はアルミニウム及び／又は銅コーティングを有する鋼を含むかもしくはこれらから形成できる。これにより、高電力分野での適用が可能となるうえ、電力合成器／分配器内の電気抵抗損失及び／又は周波数損失も大きくならない。
【００１１】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、少なくとも１つの電力合成部もしくは分配部Ａと、少なくとも１つのインピーダンス変換部Ｂとを含むことができる。ここで、インピーダンス変換部Ｂは狭帯域もしくは広帯域の周波数エレメントであってよい。なお、当該周波数エレメントは、ＲＦ電力の反射を低減するＲＦマッチングエレメントであってよく、特には、少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の一方側の５０Ω同軸マルチプルコネクタと他方側の５０Ωシングルコネクタとの間に配置される。
【００１２】
インピーダンス変換部Ｂは、段（ステップ）形状もしくは先細（テーパ）形状もしくは双頭（バイノミナル）形状の外形を有する導電線路として構成できる。こうした形状は、適用分野すなわち使用される電力及び周波数に応じて選択でき、出力損失及び生じる熱を低減するために最適化できる。
【００１３】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、少なくとも１つの同軸コネクタ及び／又は少なくとも１つの方形導波コネクタ及び／又は少なくとも１つの円形導波コネクタを含むことができる。これらのコネクタは、特定の適用分野すなわち使用される周波数及び電力に応じて、並びに、各電力合成器及び／又は電力分配器に接続される装置の種類に応じて、選択される。対応する接続線路は他の装置との接続に使用可能である。
【００１４】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、実質的に１９インチラックの寸法、特に４８２．６ｍｍのモジュールフロントパネル幅を有することができる。このようにすれば、１９インチラックはエレクトロニクス分野及びデバイスで最も広汎に利用されているラックであるので、利用が容易となる。他の標準部品と組み合わせたきわめてコンパクトなラックも実現できる。
【００１５】
少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器は、少なくとも１つの流体式冷却装置、特に水冷装置を含むことができる。冷却装置は、高電力分野では、電力合成器からの廃熱を除去するために必須である。水冷装置は中央導体内に配置可能である。水冷装置は、ボックス形ケーシングの形態の外側導体のうち、入出力のためのＲＦ電力用コネクタが配置されるのと同じ側に流入口を有する。これにより、水冷系統が電力合成器／分配器の内部空間へ進入することによる電力合成器／分配器のＲＦ特性の混乱が防止される。こうして、電力合成器／分配器で使用可能な最大動作ＲＦ出力が増大される。
【００１６】
少なくとも１つの中央導体を、扁平なプレート状をなすように、特に、少なくとも１つのボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器の底面に対して平行に配置できる。これにより、小さい寸法の電力合成器／分配器、ひいては、きわめてコンパクトなアセンブリが実現される。
【００１７】
各コネクタと少なくとも１つの中央導体とを電気的に接続するボックス内導体を、ロッド状をなすように、特に、円形断面及び／又は方形断面を有する中実の屈曲ロッド状をなすように構成できる。こうしたアセンブリにより、低い抵抗損失での良好な電気的接続、及び、ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）から中央導体への高周波伝送が可能となる。低損失のため、除去すべき廃熱も僅かとなる。よって、冷却装置なしで又は小規模の冷却装置のみでの動作が可能である。
【００１８】
本発明の無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリ、特に上述したアセンブリの使用方法は、複数のボックス形の電力合成器及び／又は電力分配器を特には１９インチラック内で相互に横方向及び／又は上下方向に積み重ねるステップを含む。
【００１９】
本発明の無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリの上述した使用方法に関連する利点は、無線周波数（ＲＦ）電力結合アセンブリに即して上述した利点と同様であり、逆も当てはまる。特に、電力合成器／分配器がコンパクトに組み立て可能となること、及び、従来技術の電力合成器／分配器よりも必要スペースが小さくなることなどが、上述したのと共通する利点である。
【００２０】
本発明を以下に添付図に示した実施形態に即して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のアセンブリの電力合成器／分配器を示す斜視図である（ただし電力合成器／分配器の一部の内部要素も見えている）。
【図２】電力合成部もしくは分配部Ａとインピーダンス変換部Ｂとを有する図１の電力合成器／分配器を長手軸線に沿って切断した側方断面図である。
【図３】図１の電力合成器／分配器を長手軸線に沿って切断した上方断面図である。
【００２２】
図１には、本発明のアセンブリの電力合成器／分配器の斜視図が示されている。ここでは、外側ケーシング５の一部が除去され、電力合成器／分配器の内部要素の一部が見えるようになっている。電力合成器／分配器は、直方体ボックスの形態を有しており、このボックス形ケーシング５の一方側に複数のＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１が設けられ、他方側にＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４が設けられている。こうした構成は可能な実施形態の一例にすぎないが、他の構成は簡明性のために図示していない。
【００２３】
ケーシング５内には扁平な中央導体２がボックス形ケーシング５の底面に対して平行に配置されている。当該中央導体２は、ＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４に直接に電気的に接続されている。各ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１は各ボックス内導体３を介して中央導体２に導電接続されており、各ボックス内導体３は円形断面を有する屈曲ロッド状をなしている。
【００２４】
ボックス形ケーシング５は導電性を有する。外側導体５は、金属シート、特には銅もしくはアルミニウムもしくは銅めっきされた鋼から形成可能である。
【００２５】
中央導体２内には、冷却装置、特に水冷装置を配置可能である。ただし、図をわかりやすくするために、冷却装置は図示していない。なお、中央導体２からの廃熱は、電力合成器／分配器の外側へ放出可能である。
【００２６】
図２には、電力合成器／分配器を長手軸線に沿って切断した側方断面図が示されている。左方では、ＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４が、ケーシング５に取り付けられて、中央導体２に電気的に接続されている。ケーシング５の右方では、ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１の各コネクタが、２列（もしくは２段）で、一方の列が他方の列の上方に位置するように配置されている。ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１の第１の列は中央導体２の上方に配置されており、第２の列は中央導体２の下方に配置されている。簡明性のために図示していないが、コネクタ１を他の個数及び他の構成で配置することもできる。
【００２７】
図２の実施形態では、コネクタ１は５０Ω同軸コネクタである。コネクタ４は５０Ωシングルコネクタである。電力合成器／分配器のアセンブリの適用分野及び使用される周波数に応じて、他のコネクタ１，４を使用することもできる。
【００２８】
図２の側方断面図及び図３の上方断面図に示されているように、電力合成器／分配器は、電力合成部もしくは分配部Ａとインピーダンス変換部Ｂとを含む。インピーダンス変換部Ｂは、狭帯域もしくは広帯域の周波数エレメントである。当該周波数エレメントは、ＲＦ電力の反射を低減するＲＦマッチングエレメントであり、特にはボックス形ケーシング５の一方側の１２個の５０Ω同軸コネクタと他方側の１個の５０Ωシングルコネクタとの間に配置される。
【００２９】
図２，図３のインピーダンス変換部Ｂは、段（ステップ）形状の外形を有する導電線路である。また、簡明性のために図示していないが、当該インピーダンス変換部Ｂは先細（テーパ）形状もしくは双頭（バイノミナル）形状を有してもよい。こうした形状は、適用分野すなわち使用される電力及び周波数に応じて定められ、電力損失の低減のために最適化可能である。
【００３０】
図２，図３に示されているように、１２個のＲＦ電力用コネクタ１は、それぞれ、屈曲ロッド状のボックス内導体３を介して、相互に６列（もしくは６段）に並べられて、中央導体２に電気的に接続されている。ロッドは中実の銅もしくはアルミニウムもしくは銅めっきされた鋼又は他の金属から形成可能である。図２，図３に示されているロッドは円形断面を有する。適用分野に応じて、各ロッドが長方形もしくは正方形などの別の断面形状を有してもよい。導体３はその長辺において中央導体２の平坦側へ向かって屈曲されている。各導体３は各コネクタ１を電気的かつ機械的に中央導体２に直接に接続している。
【００３１】
上述した各特徴は、単独で又は任意に組み合わせて、従来技術から公知の種々の実施形態に統合することができる。複数のＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１、中央導体２、複数のボックス内導体３、ＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４、及び、ボックス形ケーシングの形態の外側導体５などに対して、金もしくは銀などの金属又は半導体又は導電性ポリマーなどの他の材料も利用可能である。なお、各要素は同じ材料から形成しても異なる材料から形成してもよい。
【００３２】
ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）１の個数及びＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４の数は、図示の実施形態と異なっていてもよい。例えば、特にＲＦ電力を受け取る別の出力装置との接続のため、２個以上のＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）４を設けることができる。中央導体２はプレート状もしくは扁平円錐などの他の形状を有してもよい。冷却装置は、ボックス５に取り付けられてもよいし、ボックス５内、特に中央導体２内に収容されてもよい。また、インピーダンス変換部Ｂは、湾曲形、波形、段形など、種々の形状を有することができる。
【００３３】
コネクタ１，４は、同軸コネクタもしくは方形導波体もしくは円形導波体又は他の形態のいずれであってもよい。ボックス形ケーシング５は、平行多面体、特には直方体、又は、扁平円錐などの他の形状を有することができる。簡明性のために図示していないが、各部材を配向及び固定するエレメントを設けてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＲＦ電力用コネクタ（マルチプルコネクタ）、  ２  中央導体、  ３  コネクタと中央導体とを電気的に接続するボックス内導体、  ４  ＲＦ電力用コネクタ（シングルコネクタ）、  ５  ボックス形ケーシングの形態の外側導体、  ＲＦ  無線周波数、  Ａ  電力合成部もしくは分配部、  Ｂ  インピーダンス変換部
【図１】
0006312174.tif 000002
【図２】
0006312174.tif 000003
【図３】
0006312174.tif 000004