(57)【要約】【課題】高強度であり、且つ、加工コストの低減が図れるインピーダンス変成器及びこれを用いた電力分配合成器を提供する。【解決手段】平行に配置された平板状の外導体１１、１１と、外導体１１、１１間に配置された丸線状の中心導体１２と、中心導体１２の一部を支持すると共に外導体１１、１１間の間隔を維持する誘電体１３と、を備えるインピーダンス変成器１０である。このインピーダンス変成器１０を用いて形成された電力分配合成器２０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された平板状の外導体と、
前記外導体間に配置された丸線状の中心導体と、
前記中心導体の一部を支持すると共に前記外導体間の間隔を維持する誘電体と、
を備えることを特徴とするインピーダンス変成器。
【請求項２】
前記誘電体は、前記中心導体の中央部に配置される請求項１に記載のインピーダンス変成器。
【請求項３】
前記誘電体は、前記外導体に面する部分が減肉されている請求項１又は２に記載のインピーダンス変成器。
【請求項４】
前記誘電体は、前記中心導体の長手方向に沿った厚さが１ｍｍ以上３ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のインピーダンス変成器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のインピーダンス変成器を用いて形成されたことを特徴とする電力分配合成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電側回路の出力インピーダンスと受電側回路の入力インピーダンスとを整合させるインピーダンス変成器及びこれを用いた電力分配合成器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話用基地局アンテナでは、複数のアンテナ素子に対して同時に給電を行うべく電力分配合成器が用いられている。電力の分配や合成を効率的に行うためには、送電側回路の出力インピーダンスと受電側回路の入力インピーダンスとを整合（インピーダンス整合）させる必要がある。そのため、電力分配合成器にはインピーダンス変換を行うためのインピーダンス変成器（トランス）が挿入されることが多い。
【０００３】
特許文献１には、電力分配器の一部として、平行な２枚の地導体（外導体）の間に、ストリップ導体（中心導体）が接着された誘電体基板が挿入され、地導体と誘電体基板とがスペーサにより所定の間隔を隔てて配置された１／４波長変成器が開示されている。この１／４波長変成器では、ストリップ導体の線路幅を調整することによりインピーダンス整合を実現させている。また、ストリップ導体を地導体で挟み込むことで、電力分配器中を伝搬するマイクロ波の空間中への放射をシールドできるという利点を有することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４３８０２号公報
【特許文献２】特開昭６４−６２００１号公報
【特許文献３】特開昭６４−６２００２号公報
【特許文献４】特開平２−２１７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された１／４波長変成器は、箔状で低強度のストリップ導体が接着された薄い誘電体基板の四隅がスペーサによって保持された構成となっており、ストリップ導体の支持強度が十分とは言えない。そのため、何等かの応力が加わることにより、地導体とストリップ導体との位置関係が変化し、インピーダンス整合が崩れてしまう虞がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載された１／４波長変成器では、インピーダンス整合を取るためにストリップ導体の線路幅を線路の途中で変更する必要があり、そのための加工コストが掛かってしまうという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高強度であり、且つ、加工コストの低減が図れるインピーダンス変成器及びこれを用いた電力分配合成器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために創案された本発明は、平行に配置された平板状の外導体と、前記外導体間に配置された丸線状の中心導体と、前記中心導体の一部を支持すると共に前記外導体間の間隔を維持する誘電体と、を備えるインピーダンス変成器である。
【０００９】
前記誘電体は、前記中心導体の中央部に配置されると良い。
【００１０】
前記誘電体は、前記外導体に面する部分が減肉されていると良い。
【００１１】
前記誘電体は、前記中心導体の長手方向に沿った厚さが１ｍｍ以上３ｍｍ以下であると良い。
【００１２】
また、本発明は、前記インピーダンス変成器を用いて形成された電力分配合成器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高強度であり、且つ、加工コストの低減が図れるインピーダンス変成器及びこれを用いた電力分配合成器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るインピーダンス変成器を示す斜視図である。
【図２】図１のインピーダンス変成器を２段に接続した電力分配合成器を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３】図２の電力分配合成器を示す概略図である。
【図４】誘電体の配置位置を変更したときの周波数と電圧定在波比との関係を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は誘電体を示す斜視図である。
【図６】誘電体の形状を変更したときの周波数と電圧定在波比との関係を示す図である。
【図７】誘電体の中心導体の長手方向に沿った厚さを変更したときの周波数と電圧定在波比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係るインピーダンス変成器１０は、平行に配置された平板状の外導体（反射板）１１、１１と、外導体１１、１１間に配置された丸線状の中心導体１２と、中心導体１２の一部を支持すると共に外導体１１、１１間の間隔を維持する誘電体１３と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
外導体１１、１１は、中心導体１２と同じ長さを有し、中心導体１２の全長に亘ってこれを挟み込むように配置される。
【００１８】
中心導体１２は、１つのインピーダンス変成器１０では、その外径が全長に亘って均一であり、途中で外径が変化することはない。
【００１９】
中心導体１２としては、例えば、銅線やアルミニウム線などを用いることが可能である。
【００２０】
誘電体１３は、中心導体１２の長手方向に沿って所定の厚さｄ1（又はｄ2）を有し、これにより中心導体１２の一部を支持するようにされる。
【００２１】
本明細書では、誘電体１３で支持された部分を境にして、インピーダンス変成器１０の一端側と他端側の部分長をそれぞれＬ11、Ｌ12（又はＬ21、Ｌ22）と定義し、その全長をＬ1（又はＬ2、Ｌ3）と定義する。
【００２２】
誘電体１３としては、例えば、フッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂などを用いることが可能である。
【００２３】
インピーダンス変成器１０では、中心導体１２の外径、誘電体１３の厚さｄ1（又はｄ2）、又は部分長Ｌ11、Ｌ12（又はＬ21、Ｌ22）を調整することで、インピーダンスや利用可能な帯域幅が調整される。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、インピーダンス変成器１０を多段接続（図２では２段接続）することで所定の入出力（図２では１入力２出力）の電力分配合成器２０が得られる。
【００２５】
電力分配合成器２０においては、例えば、入力は給電点であり、出力１及び出力２はそれぞれアンテナ素子や他の電力分配合成器などに接続される。
【００２６】
この電力分配合成器２０においては、インピーダンス変成器１０ａ、１０ｃの全長はそれぞれＬ1、Ｌ3となる。また、中心導体１２が屈曲しているインピーダンス変成器１０ｂの全長はその中心導体１２に沿った長さＬ2となる。
【００２７】
これらインピーダンス変成器１０ａ〜１０ｃでは、それぞれのインピーダンスに応じて中心導体１２の外径が異なっているため、これらの境界は容易に識別することが可能である。
【００２８】
ところで、電力分配合成器２０の利用可能な帯域幅を広帯域化したり、インピーダンス変成器１０の全長Ｌ1（又はＬ2、Ｌ3）を短くしたりするためには、誘電体１３は、中心導体１２（インピーダンス変成器１０）の長手方向の中央部に配置されることが好ましい。その理由を以下に示す。
【００２９】
図３に示すように、インピーダンス変成器１０ａ〜１０ｃを２段に接続して所定の入出力インピーダンス比を有する１入力２出力の電力分配合成器２０とし、その入力側のインピーダンス変成器１０ａにおける誘電体１３の配置位置を変更して、周波数と電圧定在波比（ＶＳＷＲ；Voltage Standing Wave Ratio）との関係を調査した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に示すように、実施例１では、部分長Ｌ11を４０．０ｍｍ、誘電体１３の厚さｄ1を５．０ｍｍ、部分長Ｌ12を２．５ｍｍとして、誘電体１３を中心導体１２の中央部から外れて配置した。
【００３２】
一方、実施例２では、電力分配合成器２０の入出力インピーダンス比が実施例１の場合と同一となるように、部分長Ｌ11を１３．０ｍｍ、誘電体１３の厚さｄ1を５．０ｍｍ、部分長Ｌ12を１３．０ｍｍとして、誘電体１３を中心導体１２の中央部に配置した。
【００３３】
ここで、インピーダンス変成器１０ｂ、１０ｃでは、部分長Ｌ21を１３．０ｍｍ、誘電体１３の厚さｄ2を５．０ｍｍ、部分長Ｌ22を１３．０ｍｍ、全長Ｌ2を３１．０ｍｍとした。
【００３４】
表１及び図４から分かるように、誘電体１３を中心導体１２の中央部から外れて配置した実施例１に比べて、誘電体１３を中心導体１２の中央部に配置した実施例２の方が利用可能な帯域幅が広帯域化しており、且つ、インピーダンス変成器１０ａの全長Ｌ1（＝Ｌ11＋ｄ1＋Ｌ12）が短くなっている。
【００３５】
この結果から、誘電体１３は、中心導体１２の中央部に配置されることが好ましいことが分かる。
【００３６】
また、電力分配合成器２０の利用可能な帯域幅を広帯域化したり、インピーダンス変成器１０の全長Ｌ1（又はＬ2、Ｌ3）を短くしたりするためには、誘電体１３は、外導体１１、１１に面する部分が減肉されていることが好ましい。その理由を以下に示す。
【００３７】
図３の電力分配合成器２０の入力側のインピーダンス変成器１０ａにおける誘電体１３の形状を変更して、周波数と電圧定在波比との関係を調査した。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例３では、直方体の中央に中心導体１２を支持するための貫通孔５１が形成された形状の誘電体１３ａを用い（図５（ａ）参照）、実施例４では、誘電体１３ａにおいて外導体１１、１１に面する部分をそれぞれ減肉して減肉部５２を形成した形状の誘電体１３ｂを用いた（図５（ｂ）参照）。
【００３９】
また、誘電体１３の形状を変更すると、電力分配合成器２０の入出力インピーダンス比が変化してしまうため、部分長Ｌ12を固定した状態で電力分配合成器２０の入出力インピーダンス比が一定となるように部分長Ｌ11を表２に示すように調整した上で比較した。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２及び図６から分かるように、減肉されていない誘電体１３ａを用いた実施例３に比べて、外導体１１、１１に面する部分がそれぞれ減肉された誘電体１３ｂを用いた実施例４の方が利用可能な帯域幅が広帯域化しており、且つ、中心導体１２の全長Ｌ1が短くなっている。
【００４２】
この結果から、誘電体１３は、外導体１１、１１に面する部分がそれぞれ減肉されていることが好ましいことが分かる。これは、中心導体１２と外導体１１、１１との間に電界が強く生じるが、誘電体１３の外導体１１、１１に面する部分を減肉することで、誘電体１３が電界へ及ぼす影響を低減できるからである。
【００４３】
なお、減肉の態様は限定されるものではなく、中心導体１２を十分に支持することができ、且つ、外導体１１、１１間の間隔を十分に維持することができる強度が確保できればどのような態様でも構わない。
【００４４】
例えば、図５（ｃ）の誘電体１３ｃのように、誘電体１３ｂにおいて外導体１１、１１間の間隔をより安定して確保するために外導体１１、１１を支持する支持部分５３を大きく形成したものや、図５（ｄ）の誘電体１３ｄのように、外導体１１、１１に面する部分以外をも減肉して格子形状としたものを用いるようにしても良い。
【００４５】
但し、中心導体１２と各外導体１１、１１間に生じる電界が対称なものとなるように、各外導体１１、１１に面する部分の形状がそれぞれ同一の形状となるように減肉されることが好ましい。
【００４６】
更に、電力分配合成器２０の利用可能な帯域幅を広帯域化したり、インピーダンス変成器１０の全長Ｌ1（又はＬ2、Ｌ3）を短くしたりするためには、誘電体１３は、中心導体１２の長手方向に沿った厚さｄ1が１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。その理由を以下に示す。
【００４７】
図３の電力分配合成器２０の入力側のインピーダンス変成器１０ａにおける誘電体１３の厚さｄ1を変更して、周波数と電圧定在波比との関係を調査した。
【００４８】
【表３】
2013236164.tif 000005
【００４９】
表３に示すように、実施例５では誘電体１３の厚さｄ1を１．０ｍｍとし、実施例６では誘電体１３の厚さｄ1を３．０ｍｍとし、実施例７では誘電体１３の厚さｄ1を５．０ｍｍとした。
【００５０】
また、誘電体１３の厚さｄ1を変更すると、電力分配合成器２０の入出力インピーダンス比が変化してしまうため、電力分配合成器２０の入出力インピーダンス比が一定となるように部分長Ｌ11、Ｌ12を表３に示すように調整した上で比較した。
【００５１】
表３及び図７から分かるように、誘電体１３の厚さｄ1が薄いほど、利用可能な帯域幅が広帯域化しており、且つ、中心導体１２の全長Ｌ1が短くなっている。
【００５２】
この結果から、誘電体１３は、中心導体１２の厚さｄ1が３ｍｍ以下であることが好ましいことが分かる。
【００５３】
なお、誘電体１３の厚さｄ1の下限値を１ｍｍとしたのは、これより薄くすると中心導体１２や外導体１１、１１を支持するための強度が足りなくなる虞があるためである。
【００５４】
以上のような構成のインピーダンス変成器１０は、中心導体１２が丸線状であるため、従来の箔状のストリップ導体と比べて高強度である。また、インピーダンス変成器１０では、中心導体１２の一部を誘電体１３によって支持すると共に外導体１１、１１間の間隔を維持しているため、中心導体１２を外導体１１、１１間に確実に支持することができ、これらの位置関係が変化しにくく、インピーダンス整合が崩れにくい。
【００５５】
また、中心導体１２は、１つのインピーダンス変成器１０では、その外径が全長に亘って均一であり、途中で外径が変化することはないため、通常の丸型導体をそのまま用いることができ、従来に比べて加工コストの低減が図れる。
【００５６】
更に、インピーダンス変成器１０では、誘電体１３を中心導体１２の中央部に配置したり、外導体１１、１１に面する部分がそれぞれ減肉された誘電体１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを用いたり、誘電体１３の中心導体１２の長手方向に沿った厚さｄ1を薄くすることで、利用可能な帯域幅が広帯域化すると共に中心導体１２の全長Ｌ1を短くして小型化することができる。
【００５７】
また、少なくとも１つ以上のインピーダンス変成器１０を用いて形成された電力分配合成器は、利用可能な帯域幅が広帯域であり、しかも小型且つ高強度で低価格である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  インピーダンス変成器
１１  外導体
１２  中心導体
１３  誘電体
２０  電力分配合成器
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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