(57)【要約】【課題】  マイクロ波給電回路において、１つの電力合成側端子と２つの電力分配側端子を有する分配合成回路において、電力分配側端子間のアイソレーションを高くするために電力分配側端子間に抵抗素子を装荷した回路がある。この分配合成回路は高い電力分配出力端子間のアイソレーションを持つが、抵抗素子の抵抗値が変動した場合にアイソレーション特性が劣化するという課題があった。【解決手段】  電力分配側端子間に抵抗素子を装荷した分配合成回路において、電力合成側端子に２個のインピーダンス変成器を接続し、それに電力分配側端子と第１の抵抗を接続し、第１の抵抗に第１の接続線路を接続し、それぞれの第１の接続線路に第２の接続線路の両端と第２の抵抗素子を接続し、それぞれの第２の抵抗素子を終端するという回路構成とすることで、抵抗値の変動によるアイソレーション特性劣化を低減した。【選択図】      図１
2013017115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力合成側端子に一端が接続され、複数の電力分配側端子のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器と、
上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の抵抗素子と、
上記各第１の抵抗素子の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路と、
上記各第１の接続線路の他端の間に接続された第２の接続線路と、
上記各第１の接続線路の他端にそれぞれ一端が接続され、他端がそれぞれ終端される複数の第２の抵抗素子と、
を備えた分配合成回路。
【請求項２】
上記インピーダンス変成器は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第１の接続線路は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第２の接続線路は２分の１波長の整数倍の電気長を有することを特徴とした請求項１記載の分配合成回路。
【請求項３】
電力合成側端子に一端が接続され、複数の電力分配側端子のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器と、
上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路と、
上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第２の接続線路と、
上記各第２の接続線路の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第３の接続線路と、
上記各第１の接続線路の他端の間に接続された第１の抵抗素子と、
上記各第３の接続線路の他端の間に接続された第２の抵抗素子と、
を備えた分配合成回路。
【請求項４】
上記インピーダンス変成器は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第１の接続線路は８分の１波長および４分の１波長の整数倍の和による電気長を有し、上記第２の接続線路は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第３の接続線路は８分の１波長および４分の１波長の整数倍の和による電気長を有することを特徴とした請求項３記載の分配合成回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を分配または合成する分配合成器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波給電回路において、分配合成器が広く用いられている。１つの電力合成側端子と２つの電力分配側端子を有する従来の分配合成器として、２つの電力分配側端子間のアイソレーションを高くするために電力分配側端子間に抵抗素子を装荷した分配合成回路が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。これらの分配合成回路は、電力分配出力端子間のアイソレーションを高く取ることができるが、抵抗素子の抵抗値が変動した場合にアイソレーション特性が劣化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７１４２０（図１）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】E.Wilkinson,゛An N-Way Hybrid Power Divider゛,IEEE Trans.,vol.MTT-8,pp.116-118,1960.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の分配合成器は、電力分配側端子間に装荷された抵抗素子の抵抗値が製造誤差や温度特性等により変化した場合、抵抗素子の値が変化しているため電力分配側端子に入力される電力に反射波が生じ、電力分配側端子間のアイソレーション特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、抵抗素子の抵抗値が変化しても、電力分配側端子間のアイソレーション特性劣化を抑えることのできる分配合成器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による分配合成器は、電力合成側端子に一端が接続され、複数の電力分配側端子のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器と、上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の抵抗素子と、上記各第１の抵抗素子の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路と、上記各第１の接続線路の他端の間に接続された第２の接続線路と、上記各第１の接続線路の他端にそれぞれ一端が接続され、他端がそれぞれ終端される複数の第２の抵抗素子と、を備えたものである。
【０００８】
また、電力合成側端子に一端が接続され、複数の電力分配側端子のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器と、上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路と、上記各インピーダンス変成器の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第２の接続線路と、上記各第２の接続線路の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第３の接続線路と、上記各第１の接続線路の他端の間に接続された第１の抵抗素子と、上記各第３の接続線路の他端の間に接続された第２の抵抗素子と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１、第２の抵抗素子の抵抗値の変動による、電力分配側端子間のアイソレーション特性の劣化量を低減した分配合成器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による分配合成器の回路構成を示す図である。
【図２】実施の形態２による分配合成器の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による分配合成器の回路構成を示す図である。図において、実施の形態１の分配合成器は、電力合成側端子１０１と、２つのインピーダンス変成器１０２と、２つの電力分配側端子１０４と、２つの第１の抵抗端子１０５と、２つの第１の接続線路１０７と、２つの第２の抵抗素子１０９と、１つの第２の接続線路１１０を備えて構成される。
【００１２】
電力合成側端子１０１は、それぞれのインピーダンス変成器１０２の一方の端部に接続されている。各インピーダンス変成器１０２は、それぞれ線路の電気長が４分の１波長の奇数倍となっている。各インピーダンス変成器１０２の他方の端部は、接続部１０３を介して、それぞれの電力分配側端子１０４と、それぞれの第１の抵抗素子１０５の一方の端部に、それぞれ接続されている。各第１の抵抗素子１０５は、それぞれ線路の電気長が４分の１波長の奇数倍となっている。各第１の抵抗素子１０５の他方の端部は、接続部１０６を介して、それぞれの第１の接続線路１０７の一方の端部に接続されている。各第１の接続線路１０７は、それぞれ線路の電気長が４分の１波長の奇数倍となっている。それぞれの第１の接続線路１０７の他方の端部は、接続部１０８を介して、第２の接続線路１１０の両端部にそれぞれ接続されている（一方の第１の接続線路１０７の他方の端部が第２の接続線路１１０の一方の端部に接続され、他方の第１の接続線路１０７の他方の端部が第２の接続線路１１０の他方の端部に接続されることで、各第１の接続線路１０７の他方の端部の間に第２の接続線路１１０が接続される）。第２の接続線路１１０は、線路の電気長が２分の１波長の整数倍となっている。また、各第１の接続線路１０７の他方の端部は、分岐部１０８を介して、それぞれの第２の抵抗素子１０９の一方の端部に接続されている。各第２の抵抗素子１０９の他方の端部は、それぞれグランドまたは接地導体に終端している。
【００１３】
外部装置から入力されるマイクロ波やミリ波帯の高周波信号が電力合成側端子１０１に給電されると、その入力信号は２分配されて２つの電力分配側端子１０４からそれぞれ出力される。また、外部装置から入力されるマイクロ波やミリ波帯の高周波信号が２つの電力分配側端子１０４にそれぞれ給電されると、それらの入力信号は合成されて電力合成側端子１０１から出力される。この実施の形態１による分配合成器は、例えばマイクロ波給電回路またはミリ波給電回路として用いられる。
【００１４】
第１の抵抗素子１０５、第１の接続線路１０７、第２の抵抗素子１０９、および第２の接続線路１１０は、２つの電力分配側端子１０４間のアイソレーションを高くするために、２つの電力分配側端子１０４間に装荷されている。第１の抵抗端子１０５および第２の抵抗素子１０９は、例えばルテニウム系を中心とした抵抗体の印刷塗布またはエッチング処理によって形成される抵抗膜や、ディスクリートなチップ抵抗部品等からなる。第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９は、製造公差の範囲内で抵抗値の中心値（インピーダンスＲ／２）を相互に同一のものとしておく。
なお、第１、第２の抵抗素子１０５、１０９の個々の抵抗値は、製造誤差（例えば、抵抗体の塗布量のばらつきによる製造公差）により設計上の中心値からずれることで、抵抗値のインピーダンスが変化する。また、第１、第２の抵抗素子１０５、１０９の個々の抵抗値は、温度変化に伴って変化する。
【００１５】
ここで、電力合成側端子１０１と各電力分配側端子１０４にそれぞれ接続される線路の特性インピーダンスをＺ０とすると、インピーダンス変成器１０２の特性インピーダンスＺｔは、次式（１）で表される。
【００１６】
【数１】
2013017115.tif 000003
【００１７】
また、第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９のインピーダンス（第１、第２の抵抗素子１０５、１０９の合成インピーダンス）をＲ、第１の接続線路１０７と第２の接続線路１１０の特性インピーダンス（第１、第２の接続線路１０７、１１０の合成特性インピーダンス）をＺ１とすると、ＲとＺ１とＺ０の関係は、次式（２）で表される。
【００１８】
【数２】
2013017115.tif 000004
ただし、Ｚ０が極小値となるようにＲ、Ｚ１の値を設定する。
【００１９】
実施の形態１の分配合成器はこのように構成されることで、第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９による抵抗値（インピーダンスＲ）の変動が生じても、その変動による電力分配側端子１０４間のアイソレーション特性の劣化を低減するように動作する。
【００２０】
このことを次式（２）に照らして説明する。例えば抵抗値のインピーダンスが、ＲからＲ＋αに変化した場合、式（２）の第１項がαに比例して増加（αが負の値の場合はαの絶対値に比例して減少）し、式（２）の第２項がαに反比例して減少（αが負の値の場合はαの絶対値に反比例して増加）するので、特性インピーダンスＺ０全体としての変化量の大きさが著しく抑制されることとなる。
【００２１】
以上説明した通り、実施の形態１による分配合成器は、電力合成側端子１０１に一端が接続され、複数の電力分配側端子１０４のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器１０２と、上記各インピーダンス変成器１０２の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の抵抗素子１０５と、上記各第１の抵抗素子１０５の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路１０７と、上記各第１の接続線路１１０の他端の間に接続された第２の接続線路１１０と、上記各第１の接続線路１０７の他端にそれぞれ一端が接続され、他端がそれぞれ終端される複数の第２の抵抗素子１０９と、を備えたものである。また、上記インピーダンス変成器１０２は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第１の接続線路１０７は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第２の接続線路１０８は２分の１波長の整数倍の電気長を有したことを特徴とする。これによって、第１、第２の抵抗素子１０５、１０９の抵抗値の変動による、電力分配側端子間のアイソレーション特性の劣化量を低減した分配合成器を得ることができる。
【００２２】
なお、上記の例では、第１の接続線路１０７と第２の接続線路１１０の特性インピーダンスがＺ１、第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９のインピーダンスがＲの場合について述べているが、偶モード動作時で接続部１０３の接続点から第１の接続線路１０７と第２の接続線路１１０と第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９を見込んだ合成インピーダンスの和が∞、かつ奇モード動作時で接続部１０３の接続点から第１の接続線路１０７と第２の接続線路１１０と第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９を見込んだ合成インピーダンスの和がＺ０となるように、第１の接続線路１０７と第２の接続線路１１０の特性インピーダンス、第１の抵抗素子１０５と第２の抵抗素子１０９のインピーダンスをそれぞれ選べば、上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
また、この実施の形態１は、分配合成器を構成する回路において、インピーダンス変成器１０２、第１の接続線路１０７、および第２の接続線路１１０等の導体線路が、トリプレート線路やマイクロストリップ線路、コプレナー線路等の任意の線路形状の導体線路（ストリップ導体）や接地導体によって形成されていてもよい。また、接続部１０３、１０６、１０８についても、トリプレート線路やマイクロストリップ線路、コプレナー線路等を用いて、その線路長の電気特性が特性インピーダンスＺ０に対して無視し得る程度の導体線路で構成してもよい。
【００２４】
さらに、図１の分配合成器を基本回路構成単位として、２つ以上の分配合成器を並列に組み合わせ配置して接続することで、１つの電力合成側端子１０１と３つの電力分配側端子１０４、または２つ以上の電力合成側端子１０１と３つ以上の電力分配側端子１０４を形成してもよい。または複数の分配合成器をトーナメント型に接続して、１つの電力合成側端子１０１から入力される電力が、４つ以上の電力分配側端子１０４に分配されるように構成してもよい。このように、図１の基本回路構成単位を適宜組み合わせて、電力合成側端子１０１および電力分配側端子１０４を２以上設けてもよく、電力合成側端子１０１の数よりも電力分配側端子１０４の数の方が多くなるように分配合成器が構成されればよい。
【００２５】
実施の形態２．
図２は、この発明に係る実施の形態２による分配合成器の回路構成を示す図である。図において、実施の形態２の分配合成器は、電力合成側端子２０１と、２つのインピーダンス変成器２０２と、２つの電力分配側端子２０４と、２つの第１の接続線路２０５と、第１の抵抗素子２０６と、２つの第２の接続線路２０７と、２つの第３の接続線路２０８と、第２の抵抗素子２０９を備えて構成される。
【００２６】
電力合成側端子２０１は、それぞれのインピーダンス変成器２０２の一方の端部に接続されている。各インピーダンス変成器２０２は、それぞれ線路の電気長が４分の１波長の奇数倍となっている。各インピーダンス変成器２０２の他方の端部は、接続部２０３を介して、それぞれの電力分配側端子２０４と、それぞれの第１の接続線路２０５の一方の端部と、それぞれの第２の接続線路２０７の一方の端部に、それぞれ接続されている。各第１の接続線路２０５は、それぞれ線路の電気長が８分の１波長と４分の１波長の整数（ｎ）倍の和（λ／８＋λ／４×ｎ）となっている。各第１の接続線路２０５の他方の端部は、第１の抵抗素子２０６の両端部にそれぞれ接続されている（一方の第１の接続線路２０５の他方の端部が第１の抵抗素子２０６の一方の端部に接続され、他方の第１の接続線路２０５の他方の端部が第１の抵抗素子２０６の他方の端部に接続されている）。各第２の接続線路２０７は、それぞれ線路の電気長が４分の１波長の奇数倍となっている。それぞれの第１の接続線路２０７の他方の端部は、第３の接続線路２０８の一方の端部に接続されている。各第３の接続線路２０８は、それぞれ線路の電気長が８分の１波長と４分の１波長の整数（ｍ）倍の和（λ／８＋λ／４×ｍ）となっている。各第３の接続線路２０８の他方の端部は、第２の抵抗素子２０９の両端部にそれぞれ接続されている（一方の第３の接続線路２０８の他方の端部が第２の抵抗素子２０９の一方の端部に接続され、他方の第３の接続線路２０８の他方の端部が第２の抵抗素子２０９の他方の端部に接続されている）。
【００２７】
外部装置から入力されるマイクロ波やミリ波帯の高周波信号が電力合成側端子２０１に給電されると、その入力信号は２分配されて２つの電力分配側端子２０４からそれぞれ出力される。また、外部装置から入力されるマイクロ波やミリ波帯の高周波信号が２つの電力分配側端子２０４にそれぞれ給電されると、それらの入力信号は合成されて電力合成側端子２０１から出力される。この実施の形態１による分配合成器は、例えばマイクロ波給電回路またはミリ波給電回路として用いられる。
【００２８】
第１の接続線路２０５、第１の抵抗素子２０６、第２の接続線路２０７、第３の接続線路２０８、および第２の抵抗素子２０９は、２つの電力分配側端子２０４間のアイソレーションを高くするために、２つの電力分配側端子２０４間に装荷されている。第１の抵抗端子２０６および第２の抵抗素子２０９は、例えばルテニウム系を中心とした抵抗体の印刷塗布またはエッチング処理によって形成される抵抗膜や、ディスクリートなチップ抵抗部品等からなる。第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９は、製造公差の範囲内で抵抗値の中心値（インピーダンスＲ２／２）を相互に同一のものとしておく。
なお、第１、第２の抵抗素子２０６、２０９の個々の抵抗値は、製造誤差（例えば、抵抗体の塗布量のばらつきによる製造公差）により設計上の中心値からずれることで、抵抗値のインピーダンスが変化する。また、第１、第２の抵抗素子２０６、２０９の個々の抵抗値は、温度変化に伴って変化する。
【００２９】
ここで、電力合成側端子２０１と各電力分配側端子２０４にそれぞれ接続される線路の特性インピーダンスをＺ０とすると、インピーダンス変成器２０２の特性インピーダンスＺｔ２は、次式（３）で表される。
【００３０】
【数３】
2013017115.tif 000005
【００３１】
また、第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９のインピーダンス（第１、第２の抵抗素子２０６、２０９の合成インピーダンス）をＲ２、第１の接続線路２０５と第２の接続線路２０７と第３の接続線路２０８の特性インピーダンス（第１、第２、第３の接続線路２０５、２０７、２０８の合成特性インピーダンス）をＺ２とすると、Ｒ２とＺ２とＺ０の関係は、次式（４）で表される。
【００３２】
【数４】
2013017115.tif 000006
ただし、Ｚ０が極小値となるようにＲ２、Ｚ２の値を設定する。
【００３３】
実施の形態２の分配合成器はこのように構成されることで、第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９による抵抗値（インピーダンスＲ２）の変動が生じても、その変動による電力分配側端子２０４間のアイソレーション特性の劣化を低減するように動作する。
【００３４】
このことを次式（４）に照らして説明する。例えば抵抗値のインピーダンスが、Ｒ２からＲ２＋αに変化した場合、式（４）の分子第１項と分母との比がαに比例して増加（αが負の値の場合はαの絶対値に比例して減少）し、式（４）の分子第２項と分母との比がαに反比例して減少（αが負の値の場合はαの絶対値に反比例して増加）するので、特性インピーダンスＺ０全体としての変化量の大きさが著しく抑制されることとなる。
【００３５】
以上説明した通り、実施の形態２による分配合成器は、電力合成側端子２０１に一端が接続され、複数の電力分配側端子２０４のそれぞれに他端が接続された複数のインピーダンス変成器２０２と、上記各インピーダンス変成器２０２の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第１の接続線路２０５と、上記各インピーダンス変成器２０２の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第２の接続線路２０７と、上記各第２の接続線路２０７の他端にそれぞれ一端が接続された複数の第３の接続線路２０８と、上記各第１の接続線路２０５の他端の間に接続された第１の抵抗素子２０６と、上記各第３の接続線路２０８の他端の間に接続された第２の抵抗素子２０９と、を備えたものである。また、上記インピーダンス変成器２０２は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第１の接続線路２０５は８分の１波長および４分の１波長の整数倍の和による電気長を有し、上記第２の接続線路２０６は４分の１波長の奇数倍の電気長を有し、上記第３の接続線路２０８は８分の１波長および４分の１波長の整数倍の和による電気長を有することを特徴とする。これによって、第１、第２の抵抗素子２０６、２０９の抵抗値の変動による電力分配側端子間のアイソレーション特性の劣化量を低減した分配合成器を得ることができる。
【００３６】
なお、上記の例では、第１の接続線路２０５と第２の接続線路２０７と第３の接続線路２０８の特性インピーダンスがＺ１、第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９のインピーダンスがＲの場合について述べているが、偶モード動作時で接続部２０３の接続点から第１の接続線路２０５と第２の接続線路２０７と第３の接続線路２０８を見込んだ合成アドミタンスの和が０、かつ奇モード動作時で接続点２０３から第１の接続線路２０５と第２の接続線路２０７と第３の接続線路２０８と第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９を見込んだ合成アドミタンスの和が１／Ｚ０となるように第１の接続線路２０５と第２の接続線路２０７と第３の接続線路２０８の特性インピーダンス、第１の抵抗素子２０６と第２の抵抗素子２０９のインピーダンスを選べば、上記と同様の効果が得られる。
【００３７】
また、この実施の形態２は、分配合成器を構成する回路において、インピーダンス変成器２０２、第１の接続線路２０５、第２の接続線路２０７、および第３の接続線路２０８等の導体線路が、トリプレート線路やマイクロストリップ線路、コプレナー線路等の任意の線路形状の導体線路（ストリップ導体）や接地導体によって形成されていてもよい。また、接続部２０３についても、トリプレート線路やマイクロストリップ線路、コプレナー線路等を用いて、その線路長の電気特性が特性インピーダンスＺ０に対して無視し得る程度の導体線路で構成してもよい。
【００３８】
さらに、図２の分配合成器を基本回路構成単位として、２つ以上の分配合成器を並列に組み合わせ配置して接続することで、１つの電力合成側端子２０１と３つの電力分配側端子２０４、または２つ以上の電力合成側端子２０１と３つ以上の電力分配側端子２０４を形成してもよい。または複数の分配合成器をトーナメント型に接続して、１つの電力合成側端子２０１から入力される電力が、４つ以上の電力分配側端子２０４に分配されるように構成してもよい。このように、図２の基本回路構成単位を適宜組み合わせて、電力合成側端子２０１および電力分配側端子２０４を２以上設けてもよく、電力合成側端子２０１の数よりも電力分配側端子２０４の数の方が多くなるように分配合成器が構成されればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  電力合成側端子、１０２  インピーダンス変成器、１０３，１０６，１０８  接続部、１０４  電力分配側端子、１０５，１０９  抵抗素子、１０７，１１０  接続線路、２０１  電力合成側端子、２０２  インピーダンス変成器、２０３  接続点、２０４  電力分配側端子、２０６，２０９  抵抗素子、２０５，２０７，２０８  接続線路。
【図１】
2013017115.tif 000007
【図２】
2013017115.tif 000008