(57)【要約】【課題】回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を得る。【解決手段】相互間が磁界結合あるいは電界結合された４個の共振器１２と、４個の共振器１２のそれぞれを高周波信号により励振するために、それぞれの共振器１２に接続あるいは近接配置された励振用の信号線１６とを備える。このように、共振回路を用いて方向性結合器を構成することにより、その結合特性に帯域通過特性を持たせて帯域通過フィルタとしての機能を内包させることができる。【選択図】図１
2007104290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互間が磁界結合あるいは電界結合された４個の共振器と、
前記４個の共振器のそれぞれを高周波信号により励振するために、それぞれの前記共振器に接続あるいは近接配置された励振用の信号線と
を備えたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
請求項１に記載の方向性結合器において、
前記４つの共振器は、４つの正方配置された小区画を含む金属筐体の各区画内に収納された誘電体共振器であり、各々の隣接する小区画間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓あるいは同軸線路プローブにより相互間が結合され、
前記励振用の信号線は、前記誘電体共振器のそれぞれに近接して配置された同軸線路プローブである
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項３】
請求項１に記載の方向性結合器において、
前記４つの共振器は、４つの正方配置された小区画を含む金属筐体の各区画内に収納された先端短絡コムライン同軸共振器であり、各々の隣接する小区画間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓あるいは同軸線路プローブにより相互間が結合され、
前記励振用の信号線は、前記先端短絡コムライン同軸共振器のそれぞれに先端が接続された同軸線路プローブである
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項４】
請求項１に記載の方向性結合器において、
前記４つの共振器は、金属筐体内に正方配置された４つのキャビティ共振器であり、各々の隣接する小区画間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓により相互間が接続され、  前記励振用の信号線は、前記キャビティ共振器のそれぞれに挿入された同軸線路プローブあるいは前記キャビティ共振器のそれぞれに接続された導波管である
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項５】
請求項１に記載の方向性結合器において、
前記４つの共振器は、互いの開放端が近接し、残る一方の端が接地されて同一直線上に配置された２つのマイクロストリップ線路共振器またはサスペンデッド線路共振器と、同線路に平行に配置され、一端が共通のインダクタンスを介して接地され、残る一方の端が電気的に開放された別の２つのマイクロストリップ線路共振器またはサスペンデッド線路共振器であり、
前記励振用の信号線は、前記マイクロストリップ線路共振器または前記サスペンデッド線路共振器のそれぞれに接続されたマイクロストリップ線路あるいはサスペンデッド線路である
ことを特徴とする方向性結合器。
【請求項６】
請求項１に記載の方向性結合器において、
前記４個の共振器は、２個のデュアルモード共振器で等価的に構成されることを特徴とする方向性結合器。
【請求項７】
請求項６に記載の方向性結合器において、
前記デュアルモード共振器は、金属筐体内に収納された誘電体共振器であり、前記誘電体共振器間の前記金属筐体内壁面に設けられた電磁結合用の結合窓あるいは同軸線路プローブにより相互間が結合されたことを特徴とする方向性結合器。
【請求項８】
請求項６に記載の方向性結合器において、
前記デュアルモード共振器は、金属壁に囲われたキャビティ共振器であり、前記キャビティ共振器間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓により相互間が結合されたことを特徴とする方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器に関し、特に、帯域通過フィルタとしての機能を内包する方向性結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の方向性結合器は、その動作中心周波数において、長さ約１／４波長となる伝送線路を複数個組み合わせて構成されるブランチラインカプラやラットレースカプラが用いられていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
これらブランチラインカプラおよびラットレースカプラは、いずれも動作中心周波数で長さ１／４波長あるいは３／４波長となる伝送線路により構成される。長さ１／４波長となる伝送線路においては、入力信号が位相差１８０度で等分配され、長さ３／４波長となる伝送線路においては、入力信号が位相差９０度で等分配される。
【０００４】
【非特許文献１】Ｒ．Ｅ．Ｃｏｌｌｉｎ著、「ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮＳ  ＦＯＲ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ」、ＭａＣＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社、１９９２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の方向性結合器は、長さ１／４波長あるいは３／４波長の伝送線路を複数個連ねることで構成されており、時としてその回路占有面積が問題化することがあった。
【０００６】
一方、方向性結合器は、ＲＦ帯送信機における高出力増幅器の合成回路としてよく用いられる。しかしながら、同増幅器の非線形動作に起因するスプリアス輻射を抑圧するために、方向性結合器の動作帯域幅に比べて狭帯域な通過帯域幅を有する帯域通過フィルタを別途接続する必要に迫られる。この結果、送信機の大型化を招いてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る方向性結合器は、相互間が磁界結合あるいは電界結合された４個の共振器と、４個の共振器のそれぞれを高周波信号により励振するために、それぞれの共振器に接続あるいは近接配置された励振用の信号線とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共振回路を用いて方向性結合器を構成し、さらに、その結合特性に帯域通過特性を持たせて帯域通過フィルタとしての機能を内包させることにより、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の方向性結合器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における方向性結合器の構成図である。図１における方向性結合器は、金属筐体１１、誘電体共振器１２、誘電体共振器の支持台１３、金属筐体に設けられた結合窓１４、誘電体基板上に構成された共振器間結合用プローブ１５、そして誘電体共振器１２を励振するための同軸プローブ１６で構成される。
【００１２】
次に、本実施の形態１における方向性結合器の動作について説明する。４つの共振器である誘電体共振器１２は、ＴＥ０１δモードで共振するシングルモード共振器として動作する。そして、それぞれの誘電体共振器１２は、励振用の信号線である同軸プローブ１６を介して励振される。さらに、それぞれの誘電体共振器１２は、金属筐体１１内に設けられた結合窓１４を介して磁界結合するか、あるいは、共振器間結合用プローブ１５を介して電界結合する。
【００１３】
ここで、磁界結合した２つの共振器は、正値のＪインバータと等価となり、また、電界結合した２つの共振器は、負値のＪインバータと等価となる。このことから、図１に示した方向性結合器は、Ｊインバータを用いた等価回路で表現できる。図２は、本発明の実施の形態１における方向性結合器のＪインバータを用いた等価回路を示した図である。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態１における方向性結合器の別の等価回路を示した図である。一般に、Ｊ＞０、Ｊ＜０のＪインバータは、それぞれ長さ１／４波長、３／４波長の伝送線路と等価となることから、図２の回路は、図３に示す回路と等価となる。図３の回路は、従来技術におけるラットレースハイブリッドに並列共振回路を付加したものと見なすことができる。
【００１５】
図４は、本発明の実施の形態１における方向性結合器と従来の方向性結合器との帯域通過特性を比較した図である。図４に示すように、図３に示した本実施の形態１における方向性結合器の帯域通過特性は、従来のラットレースハイブリッドの帯域通過特性に、共振回路自体の有する帯域通過特性が付加されたものとなっている。
【００１６】
すなわち、共振回路を用いて方向性結合器を構成し、さらに、その結合特性に帯域通過特性を持たせて帯域通過フィルタとしての機能を内包させることにより、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を実現している。
【００１７】
以上のように、実施の形態１によれば、誘電体共振器間の磁界結合および電界結合を利用して方向性結合器を構成することにより、長さ１／４波長あるいは３／４波長の伝送線路からなる従来の方向性結合器に比べて、回路の小型化を図ることができる。さらに、その結合特性に急峻な帯域通過特性を持たせることが可能となり、別途付加するフィルタの除去あるいは要求性能緩和を図ることができる。
【００１８】
なお、上述においては、４つの共振器として、４つの正方配置された小区画を含む金属筐体の各区画内に収納された誘電体共振器を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。４つの共振器として、金属筐体内に正方配置された４つのキャビティ共振器を用いることも可能である。
【００１９】
この場合には、４つのキャビティ共振器は、各々の隣接する小区画間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓により相互間が接続される。さらに、キャビティ共振器のそれぞれに挿入された同軸線路プローブあるいはキャビティ共振器のそれぞれに接続された導波管を励振用の信号線として用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における方向性結合器の構成図である。図２における方向性結合器は、金属筐体２１、同軸線路共振器２２、金属筐体に設けられた結合窓２４、そして同軸線路共振器２２を励振するための同軸プローブ２６で構成される。同軸線路共振器２２は、一端が金属筐体２１に接続された金属棒で構成されており、先端短絡コムライン同軸共振器として動作する。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態２による方向性結合器の動作について説明する。本実施の形態２は、実施の形態１における誘電体共振器１２を同軸線路共振器２２に置換したものである。
【００２２】
この同軸線路共振器２２において、結合窓２４の位置が金属棒の短絡端に近い場合には、共振器間は磁界結合し、逆に、金属棒の開放端に近い場合には、共振器間は電界結合する。従って、本実施の形態２の等価回路は、先に示した図２と同一となり、実施の形態１と同様の動作を呈することになる。
【００２３】
すなわち、同軸線路共振器による共振回路を用いて方向性結合器を構成することにより、実施の形態１と同様に、その結合特性に帯域通過特性を持たせた帯域通過フィルタとしての機能を内包させることができ、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を実現している。
【００２４】
以上のように、実施の形態２によれば、同軸線路共振器間の磁界結合および電界結合を利用して方向性結合器を構成することにより、長さ１／４波長あるいは３／４波長の伝送線路からなる従来の方向性結合器に比べて、回路の小型化を図ることができる。さらに、その結合特性に急峻な帯域通過特性を持たせることが可能となり、別途付加するフィルタの除去あるいは要求性能緩和を図ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における方向性結合器の構成図である。図６における方向性結合器は、誘電体基板３１、共振器を構成するためのマイクロストリップ線路３２ａ〜３２ｄ、接地用のスルーホール３３、共振器を励振するためのマイクロストリップ線路３６、そして高インピーダンスのマイクロストリップ線路３７で構成される。
【００２６】
誘電体基板３１は、その裏面が地導体で裏打ちされている。マイクロストリップ線路３６は、励振用の信号線に相当する。また、高インピーダンスのマイクロストリップ線路３７は、スルーホール３３と併せて近似的にインダクタとして動作する。
【００２７】
次に、本実施の形態３による方向性結合器の動作について説明する。本実施の形態３は、図２に示す方向性結合器の回路において、共振回路を線路３２ａ〜３２ｄとスルーホール３３からなるマイクロストリップ共振器で構成したものに相当する。
【００２８】
ここで、この方向性共振器は、共振器間のＪインバータＪ１２とＪ３４を線路３２ａ−３２ｂ間と３２ｃ−３２ｄ間の電磁結合により実現している。さらに、Ｊ１４を線路３２ａ−３２ｄの開放端に形成されるギャップキャパシタにより、そして、Ｊ２３を線路３２ｂと３２ｃの短絡端に挿入されたマイクロストリップ線路３７とスルーホール３３からなるインダクタにより実現したものである。従って、本実施の形態３は、実施の形態１と同様の動作を呈することになる。
【００２９】
すなわち、マイクロストリップ線路による共振回路を用いて方向性結合器を構成することにより、実施の形態１と同様に、その結合特性に帯域通過特性を持たせた帯域通過フィルタとしての機能を内包させることができ、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を実現している。
【００３０】
以上のように、実施の形態３によれば、マイクロストリップ共振器間の電磁結合および容量性、誘導性結合を利用して方向性結合器を構成することにより、長さ１／４波長あるいは３／４波長の伝送線路からなる従来の方向性結合器に比べて、回路の小型化を図ることができる。さらに、その結合特性に急峻な帯域通過特性を持たせることが可能となり、別途付加するフィルタの除去あるいは要求性能緩和を図ることができる。
【００３１】
なお、マイクロストリップ線路共振器の代わりにサスペンデッド線路共振器を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４における方向性結合器の構成図である。図７における方向性共振器は、円形導波管共振器４１ａ、４１ｂ、共振器間結合用の十字型の結合窓４４、円形導波管共振器４１ａ、４１ｂを励振するための同軸プローブ４６ａ〜４６ｄ、そして直交偏波間の結合量を調整する結合量調整ねじ４７ａ、４７ｂで構成される。
【００３３】
次に、本実施の形態４による方向性結合器の動作について説明する。円形導波管共振器４１ａ、４１ｂは、２つの互いに直交する偏波で共振するＴＥ１１１モード共振器となっており、結合量調整ねじ４７ａ、４７ｂを挿入することにより、各直交偏波間が結合するデュアルモード共振器となる。
【００３４】
さらに、共振器間の結合窓４４により同一偏波の共振モード間を結合させることにより、本実施の形態４における共振器は、等価的に、図７に示した４個の共振モード（１）−（４）が互いに結合する共振器となる。従って、その等価回路は、図２と同様となり、実施の形態１と同様の動作を呈することになる。
【００３５】
すなわち、デュアルモード共振器による共振回路を用いて方向性結合器を構成することにより、実施の形態１と同様に、その結合特性に帯域通過特性を持たせた帯域通過フィルタとしての機能を内包させることができ、回路の小型化を図るとともに、送受信部全体の部品点数の削減および小型化を図った方向性結合器を実現している。
【００３６】
以上のように、実施の形態４によれば、デュアルモード導波管共振器を利用して方向性結合器を構成することにより、長さ１／４波長あるいは３／４波長の伝送線路からなる従来の方向性結合器に比べて、回路の大幅なる小型化を図ることができる。さらに、その結合特性に急峻な帯域通過特性を持たせることが可能となり、別途付加するフィルタの除去あるいは要求性能緩和を図ることができる。
【００３７】
なお、上述においては、デュアルモード共振器として円形導波管共振器を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。その他のデュアルモード共振器として、例えば、金属筐体内に収納された誘電体共振器を用い、誘電体共振器間の金属筐体内壁面に設けられた電磁結合用の結合窓あるいは同軸線路プローブにより相互間を結合することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、さらにその他のデュアルモード共振器として、例えば、金属壁に囲われたキャビティ共振器を用い、キャビティ共振器間の壁面に設けられた電磁結合用の結合窓により相互間を結合することによっても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における方向性結合器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における方向性結合器のＪインバータを用いた等価回路を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における方向性結合器の別の等価回路を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における方向性結合器と従来の方向性結合器との帯域通過特性を比較した図である。
【図５】本発明の実施の形態２における方向性結合器の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３における方向性結合器の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４における方向性結合器の構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１、２１  金属筐体、１２  誘電体共振器（共振器）、１３  支持台、１４、２４、４４  結合窓、１５  結合用プローブ（励振用の信号線）、１６、２６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ  同軸プローブ、２２  同軸線路共振器（共振器）、３１  誘電体基板、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  マイクロストリップ線路（共振器）、３３  スルーホール、３６  共振器を励振するためのマイクロストリップ線路、３７  高インピーダンスのマイクロストリップ線路、４１ａ、４１ｂ  円形導波管共振器（共振器）、４７ａ、４７ｂ  結合量調整ねじ。
【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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