(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波としての電力が入力される開口端と、前記入力されたマイクロ波としての電力が放射される第１のスロット及び第２のスロットとを具備する方形導波管と、
前記第１のスロットに電磁結合された第１のマイクロストリップラインと、前記第２のスロットに電磁結合された第２のマイクロストリップラインとを具備するサブストレートと
を具備し、
前記方形導波管は、ＴＥ１０モードを有し、
前記方形導波管のサイズのうち、Ｈ面寸法およびＥ面寸法は、設計パラメータとして国際基準寸法から変更されており、前記方形導波管の全長に渡って一様であり、
前記第１のスロット及び前記第２のスロットは、前記方形導波管のＨ面に空けられた、前記方形導波管の長さ方向に細長い長方形であり、
前記サブストレートは、前記方形導波管のＨ面に平行に重ねられて配置され、
前記第１のスロットと前記第１のマイクロストリップラインとは、前期第１のスロットの長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置され、
前記第２のスロットと前記第２のマイクロストリップラインとは、前期第２のスロットの長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置され、
前記開口端から入力されたマイクロ波としての電力は、前記複数のマイクロストリップラインのそれぞれに分配されて出力される
電力分配器。
【請求項２】
請求項１記載の電力分配器において、
前記方形導波管の２枚のＥ面の内、前記第１のスロットは片方のＥ面の近くに、前記第
２のスロットはもう片方のＥ面の近くに、それぞれ配置されている
電力分配器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力分配器において、
前記方形導波管は、一端が終端されている
電力分配器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電力分配器において、
電力分配器部と、
アクティブ集積アンテナ部と
を具備し、
前記電力分配器部は、
連接された複数の前記電力分配器と、
複数の前記第１のマイクロストリップラインまたは複数の前記第２のマイクロストリッ
プラインにおのおの接続された複数の給電部と、
短絡終端と
を具備し、
前記アクティブ集積アンテナ部は、
給電層と、
位相制御層と、
アンテナ層と
を具備し、
前記給電層は、
給電層給電部と、
Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅと、
位相器と
を具備し、
前記アンテナ層は、
サブストレート上パッチアンテナと、
アンテナ群と
を具備する
導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載の導波管スロット給電アクティブ集積アンテナにおいて、
マイクロ波送電ユニットと、バス機器とを具備する衛星本体と、
前記衛星本体がマイクロ波として送信する電力を受信する受信局と
を具備し、
前記マイクロ波送電ユニットは、
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を前記受信局に向けてマイクロ波として送信する前記導波
管スロット給電アクティブ集積アンテナと
を具備し、
前記バス機器は、
衛星の姿勢を制御する姿勢制御部と、
衛星の電力を制御する電力制御部と、
衛星と地上局との通信を制御する通信制御部と
を具備する
宇宙太陽発電システム。
【請求項６】
請求項５記載の宇宙太陽発電システムにおいて、
前記受信局は、地球上に設置されている
宇宙太陽発電システム。
【請求項７】
請求項５記載の宇宙太陽発電システムにおいて、
前記受信局は、軌道上に配置されている任意の宇宙機器である
宇宙太陽発電システム。
【請求項８】
（ａ−１）電力分配器が、前記電力分配器の導波管に入力されたマイクロ波としての電
力を、前記導波管に接続された複数のマイクロストリップラインに分配することと、
（ｅ）前記マイクロ波としての電力が、前記導波管の開口端に入力されることと、
（ｆ）前記マイクロ波としての電力が、前記導波管の内部をＴＥ１０モードで伝播する
ことと、
（ｇ）前記導波管の内部を伝播する前記マイクロ波としての電力が、前記導波管の複数
のスロットのおのおのを介して、前記スロットとそれぞれ直交する前記複数のマイクロス
トリップラインのおのおのと結合することと、
（ｈ）前記マイクロ波としての電力が、前記複数のマイクロストリップラインに分配さ
れて前記複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播することと
を具備する電力分配方法。
【請求項９】
請求項８記載の電力分配方法において、
（ａ−２）導波管に入力されたマイクロ波としての電力を、前記導波管に接続された複
数の経路に分配した上で、前記複数の経路のおのおのに接続されたアンテナ群からマイク
ロ波として送信することと、
前記ステップ（ｅ）〜（ｈ）と、
（ｉ）前記複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播する前記マイクロ波とし
ての電力が、前記おのおののマイクロストリップラインに接続された給電部に伝播するこ
とと、
（ｊ）前記複数の前記給電部のおのおにに伝播したマイクロ波としての電力が、前記そ
れぞれの給電部に接続された給電層給電部と、前記給電層給電部に接続されたサブストレ
ート上パッチアンテナと、前記サブストレート上パッチアンテナに電磁結合された位相制
御層とを介して、Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅに伝播されることと、
（ｋ）前記Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅが、伝播された前記マイクロ波としての電力を
増幅することと、
（ｌ）前記Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅに接続された位相制御層が、前記増幅されたマ
イクロ波としての電力の位相を制御することと、
（ｍ）前記位相を制御されたマイクロ波としての電力が、前記位相制御層に接続された
サブストレート上パッチアンテナと、前記サブストレート上パッチアンテナに電磁結合さ
れたアンテナ層とを介して、前記アンテナ層に接続されたアンテナ群に伝播されることと
、
（ｎ）前記アンテナ群が、前記マイクロ波としての電力を、マイクロ波として送信する
ことと
を具備する電力送信方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の電力送信方法において、
（ａ−３）太陽電池で発電された電力を、マイクロ波に変換した上で、導波管スロット
給電アクティブ集積アンテナを介して、地上に接地された受信局または他の宇宙機器に送
信することと、
（ｂ）太陽電池が電力を発電することと、
（ｃ）前記発電された電力がマイクロ波に変換されることと、
（ｄ）前記マイクロ波に変換された電力が前記導波管スロット給電アクティブ集積アン
テナの導波管に入力されることと、
前記ステップ（ｅ）〜（ｎ）と、
（ｏ）前記送信されたマイクロ波が、地上に接地された受信局または他の宇宙機器によ
って受信されることと
を具備する宇宙太陽発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力分配器に関し、特に導波管スロット結合を用いた電力分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙太陽発電システム（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ   Ｓｙｓｔｅｍ：ＳＳＰＳ）を実現する技術として、高効率なマイクロ波送電のための導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの開発が行われている。ＳＳＰＳは、地球周回軌道上に配置された直径数Ｋｍの超大型フェイズドアレイ（アンテナ素子数：数十億）を使用して、同じく地球周回軌道上の太陽電池パネルで発電された電力を地上の受信局にマイクロ波送電しようとするものである。このシステムを成立させるためには、高精度なビーム制御、送電部の高効率化（太陽電池を除く総合効率８０％以上）、および送電システム重量の最小化（数ｇ/Ｗ）といった複数の要求規格を満たすことが必要である。
【０００３】
特に送電部を高効率化するためには、太陽電池パネルで発電された電力がアクティブフェーズドアレイアンテナにより地上に送信されるに際して、太陽電池パネル給電部からアクティブフェーズドアレイアンテナ給電部に高効率に電力分配して供給することが必要である。こうした必要性により、従来から導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの開発が行われてきた。
【０００４】
導波管スロット給電アクティブ集積アンテナは、特に電力分配部の低損失化および薄型化を図ったシステムである。図１に、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナに使われる導波管スロットーマイクロストリップライン電力分配器の構成を示している。従来の導波管スロットーマイクロストリップライン電力分配器は、ＴＥ１０モードを有し、一端を終端面とした国際規格の方形導波管１と、マイクロストリップラインとを備えている。図１に示されるように、方形導波管１の電界方向に垂直な管壁にスロット１（５）およびスロット２（６）が設けられ、スロット１（５）およびスロット２（６）上にマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）が配置されている。導波管１の開口端に電力としてマイクロ波が入力される。導波管１に入力されたマイクロ波は、スロット１（５）およびスロット２（６）を介して、スロット１（５）およびスロット２（６）上に配置されたマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）に電磁結合してマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）のそれぞれから分配されて出力される。導波管１に設けられたスロット（５，６）を電力分配器として用いる利点は、マイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）における放射損失が無いこと、導波管１およびマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）の製作が容易であること、電力分配器全体の薄型化が可能であること、および導波管１の管壁を使用して放熱が可能であることである。
【０００５】
例えば電力分配器全体の厚さについて見てみると、導波管１からマイクロストリップライン１（３）、およびマイクロストリップライン２（４）へは電磁結合を利用して電力が分配されているので、電力分配器の厚みは導波管１の厚さにマイクロストリップラインのサブストレート２の厚みを加えた程度に抑えられる。また、導波管１に対して電力が供給されるため、この形態の電力分配器は大電力用分配器として使用することができる。
【０００６】
上記した導波管スロット結合を用いた電力分配器の電気特性を調べるために、高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用してシミュレーションモデルが作成された。そして、複数のモデルパラメータが設定されて導波管スロット給電アクティブ集積アンテナに係わる上記導波管スロット結合を用いた電力分配器の実現性を探るためのコンピュータシミュレーションが行われた。
【０００７】
図２Ａに従来の導波管スロット結合を用いた電力分配器のシミュレーションモデルを示している。図２Ａでは、導波管２０に設けられているスロット１（２４）およびスロット２（２５）上にマイクロストリップライン１（２２）およびマイクロストリップライン２（２３）が配置されるように、導波管２０上にマイクロストリップのサブストレート２１が設置されている。シミュレーションモデルの座標系は図２Ａに示されるように設定されている。導波管の＋ｘ方向にある開口端がＰＯＲＴ１（２６）に設定されている。マイクロストリップライン１（２２）の−ｙ方向の端がＰＯＲＴ２（２７）に設定され、マイクロストリップライン２（２３）の−ｙ方向の端がＰＯＲＴ３（２８）に設定されている。ＰＯＲＴ１（２６）から導波管２０に入力された電力は、導波管２０に設けられたスロット１（２４）およびスロット２（２５）から放射されて、各々のスロット上に配置されたマイクロストリップラインにそれぞれ電磁結合されて分配される。分配された電力は、ＰＯＲＴ２（２７）およびＰＯＲＴ３（２８）より出力される。
【０００８】
上記したシミュレーションモデルを使用してシミュレーションを実行する際のモデルパラメータの値、および各々のパラメータの、導波管、スロット部、マイクロストリップにおける位置関係が図２Ｂに示されている。電磁結合部のパラメータとしては、マイクロストリップ線路のオープンスタブ長Ｌｍ，スロット長Ｌｓ，スロット幅Ｗｓ，マイクロストリップ線路のオフセット長ｄｍ、マイクロストリップ線路幅Ｗｍ，誘電体基板（サブストレート）の誘電率εｒ、および誘電体基板（サブストレート）厚ｈが挙げられる。また、導波管スロット部のパラメータとしては、スロットオフセット長ｄ、導波管の寸法ａ（Ｈ面）、ｂ（Ｅ面）が挙げられる。特に従来のシミュレーションモデルでは、導波管スロット部のパラメータとして、導波管２０に電力として入力されるマイクロ波の周波数５．６ＧＨｚに対応するＷＲＪ−６の規格寸法が、導波管の寸法ａ（Ｈ面）、ｂ（Ｅ面）にそのまま使用されている。
【０００９】
図２Ｂに示されたパラメータの値を使って高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）でシミュレーションされた結果を図３に示している。図３（ａ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおけるＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が示されている。また、図３（ｂ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおける結合度（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）が示されている。ここで、結合度（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）は以下のように定義されている。
【００１０】
【数１】
0004010419.tif 000002
図３（ａ）に示されているように、導波管２０へ電力を供給するためにＰＯＲＴ１（２６）に入力されるマイクロ波の反射率は、５．６ＧＨｚにおいて、７．１％である。また、ＰＯＲＴ１（２６）入力されて、ＰＯＲＴ２（２７）およびＰＯＲＴ３（２８）より出力されるマイクロ波の５．６ＧＨｚにおける通過損失はそれぞれ−５ｄＢ程度である。図３（ｂ）に示されているように、このときの結合度は、５．６ＧＨｚにおいて６６．５％である。つまり、従来シミュレーションモデルにおいては、導波管に入力される電力のおよそ３３．５％の電力がマイクロストリップラインに結合せずに空間に漏れ出していることになる。
【００１１】
先に述べたように、宇宙太陽発電システムにおいては太陽電池を除く総合効率８０％以上を目指しており、従来のシミュレーションモデルにおける性能では効率的に不十分であった。このため、導波管２０からマイクロストリップラインへ電力を分配するに際して、更なる効率の改善が必要であり、最終的にはこの部分で９５％の結合度を目指している。
【００１２】
こうした技術に関連して、今までにいくつかの提案がなされてきている。
【００１３】
例えば、Ｍｏｒｔａｚａｗｉ等により、「Ａ  Ｓｌｏｔｔｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｑｕａｓｉ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」が提案されている。この「Ａ  Ｓｌｏｔｔｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｑｕａｓｉ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」において、８分配される導波管スロットとマイクロストリップラインとの電磁結合シミュレーションモデルで、９３％の結合度が得られたことが報告されている。
【００１４】
また、特開平８−１４８９１３に開示されている「導波管ーマイクロストリップ線路変換器」では、ＴＥ１０の伝播モードを有し、一端を終端面とした方形導波管と、この方形導波管の内面に生ずる高周波電流と交差する向きにして方形導波管の管壁に設けられたスロットと、スロットと交差する向きに配置されストリップ導体の一部に形成された帯状の給電導体を有するマイクロストリップ線路とを備えた導波管ーマイクロストリップ線路変換器が提案されている。
【００１５】
また、特開平９−２４６８１６に開示されている「導波管ーマイクロストリップ線路変換器」では、導波管の電界に垂直な管壁に導波管の内外に貫通されるスロットが設けられ、このスロット上にマイクロストリップ線路の一部が配置された導波管ーマイクロストリップ線路変換器が提案されている。
【００１６】
また、特開平２００２−９５１２に開示されている「高周波線路の変換器」では、高周波線路から導波管へまたはその逆方向に信号を伝達する高周波線路の変換器が提案されている。この高周波線路の変換器は、表面に高周波線路が形成され裏面にスロット共振器形成された基板と、該基板と導波管の間に介在しスロット共振器に電磁的に結合する導波管部とを有しており、該導波管は高周波線路と導波管のインピーダンス整合の役割を果たしている。
【００１７】
【特許文献１】特開平８−１４８９１３
【特許文献２】特開平９−２４６８１６
【特許文献３】特開２００２−９５１２
【非特許文献１】Ｒ．Ｂａｓｈｉｒｕｌｌａｈ，Ａ．Ｍｏｒｔａｚａｎｉ，”Ａ  Ｓｌｏｔｔｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｑｕａｓｉ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，”ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ．２、ｐｐ．６７１−６７４、Ｊｕｎｅ  １３−１９、１９９９．”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、高結合度を有し、且つ反射損失の少ない、導波管スロット結合を用いた電力分配器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２０】
本発明の電力分配器は、マイクロ波としての電力が入力される開口端と、入力されたマイクロ波としての電力が放射される第１のスロット（４５または５４）および第２のスロット（４６または５５）とを具備する方形導波管（４１または５０）と、第１のスロット（４５または５４）に電磁結合された第１のマイクロストリップライン（４３または５２）と、第２のスロット（４６または５５）に電磁結合された第２のマイクロストリップライン（４４または５３）とを具備するサブストレート（４２または５１）とを具備する。
方形導波管（４１または５０）は、ＴＥ１０モードを有している。
方形導波管（４１または５０）のサイズのうち、Ｈ面寸法およびＥ面寸法は、設計パラメータとして国際基準寸法から変更されており、方形導波管の全長に渡って一様である。
第１のスロット（４５または５４）および前記第２のスロット（４６または５５）は、方形導波管（４１または５０）のＨ面に空けられた、方形導波管（４１または５０）の長さ方向に細長い長方形である。
サブストレート（４２または５１）は、方形導波管（４１または５０）のＨ面に平行に重ねられて配置されている。
第１のスロット（４５または５４）と第１のマイクロストリップライン（４３または５２）とは、第１のスロット（４５または５４）の長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置されている。
第２のスロット（４６または５５）と第２のマイクロストリップライン（４４または５３）とは、第２のスロット（４６または５５）の長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置されている。
開口端から入力されたマイクロ波としての電力は、複数のマイクロストリップライン（４３，４４または５２，５３）のそれぞれに分配されて出力される。
また、本発明の電力分配器の方形導波管（４１または５０）の２枚のＥ面の内、第１のスロット（４５または５４）は片方のＥ面の近くに、第２のスロット（４６または４４）はもう片方のＥ面の近くに、それぞれ配置されている。
また、本発明の電力分配器の方形導波管（４１または５０）は、短絡終端をさらに具備する。
また、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ（７０）は、電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とを具備する。
ここで、電力分配器部は、連接された複数の電力分配器と、複数の第１のマイクロストリップライン（７２）または複数の第２のマイクロストリップライン（７２）におのおの接続された複数の給電部（７４A）と、短絡終端とを具備する。
また、アクティブ集積アンテナ部は、給電層（７４Ｃ）と、位相制御層（７６）と、アンテナ層（７９）とを具備する。
さらに、給電層（７４Ｃ）は、給電層給電部（７４Ｂ）と、Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ（７７）と、位相器（７８）とを具備する。
また、アンテナ層（７９）は、サブストレート上パッチアンテナ（７５）と、アンテナ群（１００）とを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）は、マイクロ波送電ユニット（８２）と、バス機器とを具備する衛星本体（８０）と、衛星本体（８０）がマイクロ波として送信する電力を受信する受信局とを具備する。
ここで、マイクロ波送電ユニット（８２）は、太陽電池（８１）と、太陽電池が発電した電力を受信局に向けてマイクロ波として送信する導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ（７０）とを具備する。
また、バス機器は、衛星の姿勢を制御する姿勢制御部と、衛星の電力を制御する電力制御部と、衛星と地上局との通信を制御する通信制御部とを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）の受信局は、地球上に接地されている。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）の受信局は、軌道上に配置されている任意の宇宙機器である。
また、本発明の電力分配方法は、（ａ−１）電力分配器が、電力分配器の導波管に入力されたマイクロ波としての電力を、導波管に接続された複数のマイクロストリップラインに分配することと、（ｅ）マイクロ波としての電力が、導波管の開口端に入力されることと、（ｆ）マイクロ波としての電力が、導波管の内部をＴＥ１０モードで伝播することと、（ｇ）導波管の内部を伝播する前記マイクロ波としての電力が、導波管の複数のスロットのおのおのを介して、スロットとそれぞれ直交する複数のマイクロストリップラインのおのおのと結合することと、（ｈ）マイクロ波としての電力が、複数のマイクロストリップラインに分配されて複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播することとを具備する。
また、本発明の電力送信方法は、（ａ−２）導波管に入力されたマイクロ波としての電力を、導波管に接続された複数の経路に分配した上で、複数の経路のおのおのに接続されたアンテナ群からマイクロ波として送信することと、電力分配方法のステップ（ｅ）〜（ｈ）と、（ｉ）複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播するマイクロ波としての電力が、おのおののマイクロストリップラインに接続された給電部に伝播することと、（ｊ）複数の給電部ののおのおにに伝播したマイクロ波としての電力が、それぞれの給電部に接続された給電層給電部と、給電層給電部に接続されたサブストレート上パッチアンテナと、サブストレート上パッチアンテナに電磁結合された位相制御層とを介して、Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅに伝播されることと、（ｋ）Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅが、伝播されたマイクロ波としての電力を増幅することと、（ｌ）Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅに接続された位相制御層が、増幅されたマイクロ波としての電力の位相を制御することと、（ｍ）位相を制御されたマイクロ波としての電力が、位相制御層に接続されたサブストレート上パッチアンテナと、サブストレート上パッチアンテナに電磁結合されたアンテナ層とを介して、アンテナ層に接続されたアンテナ群に伝播されることと、（ｎ）アンテナ群が、マイクロ波としての電力を、マイクロ波として送信することとを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電方法は、（ａ−３）太陽電池で発電された電力を、マイクロ波に変換した上で、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナを介して、地上に接地された受信局または他の宇宙機器に送信することと、（ｂ）太陽電池が電力を発電することと、（ｃ）発電された電力がマイクロ波に変換されることと、（ｄ）マイクロ波に変換された電力が前記導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの導波管に入力されることと、電力分配方法のステップ（ｅ）〜（ｈ）と、電力送信方法のステップ（ｉ）〜（ｎ）と、（ｏ）送信されたマイクロ波が、地上に接地された受信局または他の宇宙機器によって受信されることとを具備する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、大電力マイクロ波を高効率で電力分配することができ、且つ、小型軽量である電力分配器を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
添付図面を参照して、本発明による導波管スロット結合を用いた電力分配器を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器の構成を図４に示している。本実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器の基本構成は、図１に示されている従来の実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器と同じである。本実施の形態の導波管スロット結合を用いた電力分配器は、ＴＥ１０モードを有し、一端を終端面とした方形導波管４１と、サブストレート４２とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）とを有するマイクロストリップラインとを備えている。導波管４１の電界方向に垂直な管壁にスロット１（４５）およびスロット２（４６）が設けられている。スロット１（４５）およびスロット２（４６）の長さ方向の中心にマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が垂直向きに配置されている。
【００３１】
導波管４１の開口端より入力されて電力を供給するマイクロ波は、導波管の磁界方向に伝播して進行し、スロット１（４５）およびスロット２（４６）へ分配されて導波管４１外部へと放射される。スロット１（４５）およびスロット２（４６）上には、マイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が配置されていて、スロット１（４５）およびスロット２（４６）から放射されるマイクロ波はマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に電磁結合されてマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に沿って伝播される。
【００３２】
本実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器が従来の実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器と異なる点は、
（ａ）導波管４１とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）との結合度を高めるために、導波管４１の特性インピーダンスはマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）の特性インピーダンスに整合されるよう寸法に設定変更されたことである。このために、導波管４１のＨ面の寸法とＥ面の寸法とは変更されて、電界方向に平行であるＥ面の電界方向の寸法が際立って短くなっている。
【００３３】
（ｂ）また、導波管４１の特性インピーダンスがマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）の特性インピーダンスに整合されることにより、従来の導波管スロット結合を用いた電力分配器ではスロットに対するマクロストリップラインの配置位置はインピーダンスの低いスロット端部とされていたのが、本実施の形態では、スロット１（４５）およびスロット２（４６）の中心にマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が各々配置されている。これは、最もインピーダンスが高いスロット中心位置で導波管４１とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）とのインピーダンス整合が取られることにより、導波管からスロット１（４５）およびスロット２（４６）を介して空間に放射される電力の大部分がマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に結合するからである。
【００３４】
[シミュレーションモデル]
上記考え方に基づいて、本実施の形態に係わるシミュレーションモデルが高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用して作成された。本実施の形態に係わるシミュレーションモデルを図５Ａに示している。本実施の形態に係わるシミュレーションモデル構成は、従来の実施の形態に係わる導波管スロットーマイクロストリップ変換部のシミュレーションモデルと同じものであり、ここではモデルの説明を省略する。
【００３５】
[シミュレーションパラメータ]
本発明の実施の形態に係わるシミュレーションモデルを使用してシミュレーションを実行する際のモデルパラメータの値、および各々のパラメータの、導波管、スロット部、マイクロストリップにおける位置関係が図５Ｂに示されている。本実施の形態のシミュレーションモデルで設定されているモデルパラメータは、従来のシミュレーションモデルにおいて設定されていたモデルパラメータと同様である。特に本発明の実施の形態に係わるシミュレーションモデルにおいては、導波管５０の特性インピーダンスをマイクロストリップライン１（５２）およびマイクロストリップライン２（５３）の特性インピーダンスに整合させることを目的として、導波管スロット部の”導波管Ｈ面寸法（ａ）”と、”導波管Ｅ面寸法（ｂ）”とがパラメータサーチされている。また、上記したように、最もインピーダンスが高いスロット中心位置で導波管５０とマイクロストリップライン１（５２）およびマイクロストリップライン２（５３）とのインピーダンス整合を取ることを目的として、マイクロストリップラインがスロットの中心からどれだけずれた位置に配置されているのかを示すモデルパラメータである”マイクロストリップ線路のオフセット長（ｄｍ）”は０ｍｍに設定されている。
【００３６】
[シミュレーション結果]
図５Ｂに示されたパラメータの値が設定されて、高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）により実行された結果が図６に示されている。図６（ａ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおけるＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が示されている。また、図６（ｂ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおける結合度（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）が示されている。ここで、結合度ηの定義は従来の実施の形態における定義と同じである。
【００３７】
図６（ａ）に示されているように、導波管５０へ電力を供給するためにＰＯＲＴ１（５６）に入力されるマイクロ波の反射率は、５．６ＧＨｚにおいて、０．０３％である。また、ＰＯＲＴ１（５６）に入力されて、ＰＯＲＴ２（５７）およびＰＯＲＴ３（５８）より出力されるマイクロ波の５．６ＧＨｚにおける通過損失はそれぞれ、Ｓ２１＝−２ｄＢおよびＳ３１＝−４ｄＢ程度である。図６（ｂ）に示されているように、このときの結合度は、５．６ＧＨｚにおいて９０％以上である。つまり、本実施の形態におけるシミュレーションモデルにおいては、導波管５０に入力される電力の９０％以上の電力が２本のマイクロストリップライン５２，５３に電磁的に結合されて分配されている。また、本実施の形態における導波管のカットオフ周波数である５ＧＨｚより高い周波数において、５ＧＨｚから７ＧＨｚまでの実に２ＧＨｚ以上の周波数帯域に渡って９０％程度の結合度が保たれている。
【００３８】
本実施の形態においては、導波管５０に入力されるマイクロ波の反射率は所定周波数においてわずか０．０３％に抑えられており、さらに、実際に導波管５０に入力された電力がマイクロストリップライン５２，５３に分配される電力の結合効率が９０％以上である。このことは、本実施の形態の導波管スロット結合を用いた電力分配器において結合部からの漏洩に起因する損失が非常に小さく、高効率化されていることを意味している。
【００３９】
本発明の実施の形態においては、導波管４１のサイズを設計パラメータに加えて、導波管４１の寸法を従来の国際規格寸法から変更し、マイクロストリップライン４３，４４の特性インピーダンスと導波管４１の特性インピーダンスを整合させる。このことにより、広い周波数帯域に渡り９０％以上の高結合度を有した電力分配器を実現させることができる。
【００４０】
また、電力入力部に導波管４１を使用することにより、マグネトロンや進行波管（ＴＷＴ）などにより生成された大電力のマイクロ波の入力にも十分に耐え得る電力分配器とすることができる。さらに、導波管の加工精度の範囲において、高周波のマイクロ波への対応もできる。
【００４１】
この他にも、電力分配器としてのサイズが導波管サイズに厚さ１ｍｍ程度以下のサブストレート４２を装荷しただけの構造であるため、非常に小型軽量にすることができると共に、構造がシンプルであるため、容易に多分配構造に発展させることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態１に示されている導波管スロット結合を用いた電力分配器を備えた導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０の構成を図７に示している。
【００４３】
導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０は、導波管スロット結合を用いた電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とにより構成される。導波管スロット結合を用いた電力分配器部は、導波管７１、導波管スロットライン７３、マイクロストリップライン７２、および給電部７４Ａを備える。スロット結合を用いた電力分配器部の構成および動作については実施の形態１に記述したとおりである。
【００４４】
アクティブ集積アンテナ部は、給電層７４Ｃ，位相制御層７６、およびアンテナ層７９を備えている。給電層７４Ｃは、給電層給電部７４Ｂと、位相制御層７６と電磁的に結合するためのサブストレート上パッチアンテナ７５を有している。位相制御層７６は、Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ７７および移相器７８を有している。また、アンテナ層７９は、位相制御層７６と電磁結合するためのサブストレート上パッチアンテナ７５および地上の基地局に向けてマイクロ波を送信するためのアンテナ群１００を有している。
【００４５】
導波管スロット結合を用いた電力分配器部の給電部７４Ａとアクティブ集積アンテナ部の給電層給電部７４Ｂとは電気的に接続されている。そして、給電部７４Ａに分配されて出力された電力は給電層７４Ｃに形成されている給電層給電部７４Ｂに送られる。給電層７４Ｃにおいて、給電層給電部７４Ｂが形成されている面の裏面にはサブストレート上パッチアンテナ７５が形成されている。そして、給電層給電部７４Ｂとサブストレート上パッチアンテナ７５とは表裏で電気的に接続されており、給電層給電部７４Ｂに伝送された電力はサブストレート上パッチアンテナ７５を介して対向する位相制御層７６に電磁結合される。給電層給電部７４Ｂからサブストレート上パッチアンテナ７５を介して位相制御層に供給された電力は、位相制御層７６上に形成されているＡｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ７７により増幅、および同じく位相制御層７６上に形成されている移相器７８により位相制御される。そして、位相制御層７６において増幅および位相制御されたマイクロ波の電力は、アンテナ層７９の位相制御層７６に対向している面上に形成されているサブストレート上パッチアンテナ７５を介して電磁結合されてアンテナ層に電力が供給される。アンテナ層７９のサブストレート上パッチアンテナ７５が形成されている面の裏面にはアンテナ群１００が形成されており、このアンテナ群１００を介してアンテナ層７９まで送られてきた電力はマイクロ波の形で地上局に送信される。
【００４６】
本実施の形態によれば、アクティブ集積アンテナ部においては、低損失移相器による位相制御および集積アンテナによる地上の基地局へのマイクロ波放射が行われる。導波管スロット結合を用いた電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とが一体化されることにより、移相器などの能動回路とアンテナとを別々に作成するのに比較して伝播損失が少なくなると共に小型軽量化を実現させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態の導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０においては、導波管７１を二次元的に配列させることによって広面積を有した送電アンテナを形成することができる。例えば図７では、導波管７１と同等な導波管７１Ａおよび７１Ｂを１方向に対してのみ配列させているが、これを２方向に対して配列させて、より広面積を有する送電アンテナを形成することもできる。
【００４８】
（実施の形態３）
実施の形態２に示される導波管スロット給電アクティブ集積アンテナを備えた宇宙太陽発電システム８４（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ   Ｓｙｓｔｅｍ：ＳＳＰＳ）の構成を図８に示している。
【００４９】
この宇宙太陽発電システム８４は、衛星の姿勢制御、衛星の電力制御、および衛星と地上局との通信を制御するバス機器を搭載した衛星本体８０と、ミッション機器であるマイクロ波送電ユニット８２とを備える。また、マイクロ波送電ユニット８２は、太陽電池８１と送電アンテナ８３とを有している。
【００５０】
マイクロ波送電ユニット８２は、太陽電池８１により発電された電力を、送電アンテナ８３からマイクロ波の形で、地上に設置されている受信局および軌道上に配置されている他の宇宙機器に送信することを目的とするミッション機器である。マイクロ波送電ユニット８２は、広面積のパネルの両端部に送電アンテナ８３を有し、広面積のパネルの宇宙空間指向面に太陽電池８１を有している。送電アンテナ８３には、実施の形態２に示されている導波管スロット給電アクティブ集積アンテナが適用されることにより、太陽電池８１で発電された電力は効率良くマイクロ波により、地上に設置された受信局、および他の宇宙機器へ送信される。
【００５１】
マイクロ波送電ユニット８２を備えたことにより、宇宙太陽発電システム８４を成立させるために必要な、高精度なマイクロ波ビーム制御、大電力マイクロ波の電力分配、送電部の高効率化（太陽電池を除く総合効率８０％以上）、および送電システム重量の最小化（数ｇ/Ｗ）の各々の要求規格を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来の電力分配器の構成を示す図である。
【図２Ａ】従来の電力分配器におけるシミュレーションモデルを示す図である。
【図２Ｂ】従来の電力分配器におけるモデルパラメータを示す図である。
【図３】従来の電力分配器におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図４】実施の形態１に係わる電力分配器の構成を示す図である。
【図５Ａ】実施の形態１に係わる電力分配器におけるシミュレーションモデルを示す図である。
【図５Ｂ】実施の形態１に係わる電力分配器におけるモデルパラメータを示す図である。
【図６】実施の形態１に係わる電力分配器におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図７】実施の形態２に係わる電力分配器を備えたアクティブ集積アンテナの構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係わる電力分配器を備えた宇宙太陽発電システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…導波管（ＷＲＪ−６）
２、２１、４２、５１…サブストレート
３、２２、４３、５２…マイクロストリップライン１
４、２３、４４、５３…マイクロストリップライン２
５、２４、４５、５４…スロット１
６、２５、４６、５５…スロット２
２０、４１、５０、７１、７１Ａ、７１Ｂ…導波管
２６、５６…ＰＯＲＴ１（ｉｎｐｕｔ）
２７、５７…ＰＯＲＴ２（ｏｕｔｐｕｔ）
２８、５８…ＰＯＲＴ３（ｏｕｔｐｕｔ）
７０…導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ
７２…マイクロストリップライン
７３…導波管スロットライン
７４Ａ…給電部
７４Ｂ…給電層給電部
７４Ｃ…給電層
７５…サブストレート上パッチアンテナ
７６…位相制御層
７７…Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ
７８…移相器
７９…アンテナ層
８０…衛星本体
８１…太陽電池
８２…マイクロ波送電ユニット
８３…送電アンテナ
８４…宇宙太陽発電システム
１００…アンテナ群
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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