(57)【要約】  本発明は、無線周波数（ＲＦ）電力結合装置、特に電力合成器及び／又は電力分配器に、及び、当該装置の使用方法に関する。本発明の装置は、外側導体としてのボックス形ケーシング（４）と、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタ（１，３）とを含み、各コネクタ（１，３）は少なくとも１つの中央導体（２）に電気的に接続されている。本発明によれば、各コネクタ（１，３）と少なくとも１つの中央導体（２）との間の電気的接続部は、直接の電気的かつ機械的な接続部である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）電力結合装置、特に電力合成器及び／又は電力分配器であって、
外側導体としてのボックス形ケーシング（４）と、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタ（１，３）とを含み、各コネクタ（１，３）は少なくとも１つの中央導体（２）に電気的に接続されている、装置において、
前記各コネクタ（１，３）と前記少なくとも１つの中央導体（２）との間の電気的接続部は、直接の電気的かつ機械的な接続部である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つの電力合成部もしくは電力分配部（Ａ）と、少なくとも１つのインピーダンス変換部（Ｂ）とが設けられている、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
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り、特に、ＲＦ電力の反射を低減するＲＦマッチングエレメントである、
請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記インピーダンス変換部（Ｂ）は、段形状もしくは先細形状もしくは双頭形状の外形を有する導電線路である、
請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電力合成部もしくは電力分配部（Ａ）と前記少なくとも１つのインピーダンス変換部（Ｂ）とは、相互に直接に電気的かつ機械的に接続されているか、又は、特にバーの形態の、導電性のブリッジを介して電気的かつ機械的に接続されている、
請求項２から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
出力コネクタから入力コネクタまでの、又は、入力コネクタから出力コネクタ（１，３）までのＲＦ電気的線路長を等しくするための凹部（５）が、特には前記電力合成部もしくは電力分配部（Ａ）内に、設けられている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記ボックス形ケーシングは、平行多面体、特には直方体であり、特に、実質的に１９インチラック部の寸法を有する、及び／又は、４８２．６ｍｍのモジュールフロントパネル幅を有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
複数の部分、特には全ての部分が、中実の金属部材から形成されており、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成る、
請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記装置から環境へ熱を伝達するための、少なくとも１つの流体式冷却装置、特に水冷装置が設けられている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの同軸コネクタ及び／又はマイクロストリップラインコネクタ及び／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）が設けられており、特に、当該装置の一方側に５０Ω同軸マルチプルコネクタが設けられており、他方側に５０Ωシングルコネクタが設けられている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
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、特に、前記ボックス形ケーシング（４）の底面に対して平行に、特には相互間に絶縁スペーサを置いて、配置されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
無線周波数（ＲＦ）電力結合装置の使用方法、特に請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置の使用方法であって、
ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタ（１，３）が、外側導体としてのボックス形ケーシング（４）内に配置された少なくとも１つの中央導体（２）に電気的及び／又は機械的に直接に接続されている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
出力コネクタから入力コネクタまでの、又は、入力コネクタから出力コネクタ（１，３）までのＲＦ電気的線路長を等しくするために、前記装置の前記少なくとも１つの中央導体（２）内、特に電力合成部もしくは電力分配部（Ａ）内に、凹部（５）を設けることで調整する、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記凹部（５）の形状及び／又は寸法及び／又は位置を、予め定められた出力コネクタから入力コネクタまでの、又は、入力コネクタから出力コネクタ（１，３）までの電気的線路長にしたがって選択する、
請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
複数のボックス形の装置を、特に１９インチラック内で、横方向及び／又は上下方向に相互に積み重ねるステップを含む、
請求項１２又は１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波数電力結合装置、及び、当該装置の使用方法に関する。当該装置は特には電力合成器及び／又は電力分配器であり、外側導体としてのボックス形ケーシングと、少なくとも１つの中央導体に電気的に接続されたＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタとを含む。
【０００２】
無線周波数（ＲＦ）電力結合装置は、電力分配器及び電力合成器である。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使用での約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】
従来技術から知られているように、ＰＣＢを用いた電力合成器／分配器などの上述した装置は、損失が大きく、特に多量の廃熱を生じるため、高電力に対しては使用できない。こうした熱と高い電圧とにより、装置に不可逆の損傷が発生することもある。一方、高電力用の装置はコンパクトでなく、高い挿入損失を有し、効率低下にいたることがある。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、低コストで容易に製造可能であり、高電力分野で高効率に使用可能な、コンパクトな無線周波数電力結合装置を提供することである。本発明はさらに、こうした装置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。効率を高めるために、装置の出力／入力コネクタから入力／出力コネクタまでの電気線路長を調整できることが望ましい。
【０００７】
上述した課題は、請求項１記載の無線周波数電力結合装置と、請求項１２記載の無線周波数（ＲＦ）電力結合装置の使用方法、特に上述した装置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。
【０００８】
本発明の無線周波数（ＲＦ）電力結合装置、特に電力合成器及び／又は電力分配器は、外側導体としてのボックス形ケーシングを含む。さらに、本発明の装置は、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタを含み、各コネクタは少なくとも１つの中央導体に電気的に接続されている。本発明によれば、各コネクタと少なくとも１つの中央導体との間の電気的接続部は、直接の電気的及び／又は機械的な接続部である。ここでの「直接」とは、相互間に付加的な電気部品もしくは機械部品が存在しないことを意味する。
【０００９】
こうした装置の構成により高電力分野での適用が可能となる。直接の電気的接続により、電気損失が低減される。電気損失の低減とは、廃熱の発生量が小さくなることと同義である。これにより、特に廃熱に起因する損傷なしに、所定の期間にわたる安定した利用が可能となる。本発明の装置、特に電力合成器／分配器は構造が単純なため、組み立て及び製造を低コストで容易に行える。
【００１０】
本発明の装置は少なくとも１つの電力合成部及び／又は分配部と少なくとも１つのインピーダンス変換部とを含むことができる。ここで、インピーダンス変換部は狭帯域もしくは広帯域の周波数エレメント、特に、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い。これによりさらに電気損失及び廃熱量が低減される。
【００１１】
インピーダンス変換部は、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周波数及び電力に応じて調整でき、出力損失を低減するために最適化可能である。
【００１２】
少なくとも１つの電力合成部もしくは分配部と少なくとも１つのインピーダンス変換部とは、直接に電気的かつ機械的に相互に接続可能であるか、又は、特にバーの形態の導電性のブリッジを介して電気的かつ機械的に接続可能である。これにより、装置の組み立てが簡単化され、低コストでの製造を容易に行うことができる。
【００１３】
出力／入力コネクタから入力／出力コネクタまでのＲＦ電気線路長を等化するための凹部を、特には電力合成部もしくは分配部内に設けることができる。当該凹部は本発明の装置のＲＦ特性を改善するものであって、適用分野、特に使用される電圧及び電力及びＲＦレンジに合わせて調整可能である。
【００１４】
ボックス形ケーシングは、平行多面体、特には直方体であってよく、特に、実質的に１９インチラックの寸法を有する形態、及び／又は、４８２．６ｍｍのモジュールフロントパネル幅を有する形態に形成できる。これにより、ラックへのコンパクトな格納が達成され、エレクトロニクス分野で最も広汎に利用されている１９インチラックを利用できるようになる。
【００１５】
複数の部分、特には全ての部分を、中実の金属部材として、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ように形成できるか又はこれらから形成できる。これらの材料は、良好な電気的特性すなわち低抵抗性を有しており、熱伝導率も大きい。これらの材料を使用することにより、低損失性及び／又は良好な廃熱伝達能力が保証される。導電性ポリマー又は金もしくは銀などの、電気損失の小さい他の材料も使用可能である。適用分野に応じ、ＲＦ特性、電気損失、熱伝達能力及び価格等を考慮して、材料を選択することができる。
【００１６】
本発明の装置から環境へ熱を伝達するために、少なくとも１つの流体式冷却装置、特に水冷装置を設けることができる。特に高電力分野では、装置の適切な動作及び／又は損傷防止のために熱伝達機能が必須である。
【００１７】
少なくとも１つの同軸コネクタ及び／又はマイクロストリップラインコネクタ及び／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設けることができる。特には、装置の一方側に５０Ω同軸マルチプルコネクタが設けられ、他方側に５０Ωシングルコネクタが設けられる。これらのコネクタにより、適用分野に応じ、接続される装置の種類にしたがって、ＲＦ適用での良好な電気的接続を達成できる。とりわけ、価格、コンパクト性、電気損失、ＲＦ電力及び周波数に応じてコネクタを選択できる。
【００１８】
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、特には外側導体としてのボックス形ケーシングの底面に対して平行に、特に相互間に絶縁スペーサを置いて、配置できる。これにより、省スペースかつコンパクトな配置が実現され、及び／又は、ラックへの格納が可能となる。
【００１９】
本発明の無線周波数電力結合装置の使用方法、特に上述した装置の使用方法では、ＲＦ電力の入出力のための複数のコネクタが、外側導体としてのボックス形ケーシング内に配置された少なくとも１つの中央導体に電気的及び／又は機械的に直接に接続される。
【００２０】
本発明の方法により、低損失であって及び／又は使用時に生じる熱が小さく、例えばラック等にコンパクトに配置できる、高電力用の無線周波数電力結合装置を使用できる。
【００２１】
出力／入力コネクタから入力／出力コネクタまでのＲＦ電気線路長を等化するために、当該装置の少なくとも１つの中央導体内、特には電力合成部もしくは分配部内に、凹部が設けられる。これにより、使用される周波数乃至電力などの適用分野に応じた簡単な調整でのシンプルな設定が可能となる。こうして、さらに低コストで簡単に設計及び製造を行える。
【００２２】
凹部の形状及び／又は寸法及び／又は位置は、予め定められた、出力／入力コネクタから入力／出力コネクタまでの電気線路長に基づいて選定できる。
【００２３】
本発明の方法は、さらに、複数のボックス形装置を、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ことができる。このようにすれば、小さなスペースを消費するのみでコンパクトな組み立てが可能となる。
【００２４】
本発明の無線周波数電力結合装置の上述した使用方法に関連する利点は、無線周波数電力結合装置に即して上述した利点と同様であり、逆も当てはまる。
【００２５】
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】
【００２６】
【図１】本発明の無線周波数（ＲＦ）電力結合装置を示す斜視図である（ただし一部の内部要素が見えている）。
【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とを含む図１の装置を示す、上方断面図Ｉ及び側方断面図ＩＩである。
【図３】図１の装置に付加的な冷却装置を設けた装置を示す斜視図である。
【図４】段（ステップ）形状のインピーダンス変換部Ｂを含む図１の装置を示す上方断面図Ｉ、及び、先細（テーパ）形状のインピーダンス変換部Ｂを含む図１の装置を示す上方断面図ＩＩである。
【図５】ケーシング４の一方側にマイクロストリップラインコネクタ９を有し、他方側に方形導波コネクタ１０を有する図１の装置を示す斜視図である。
【００２７】
図１には、本発明の装置の斜視図が示されている（一部のみ内部要素が見えている）。本発明の装置は、扁平な外側導体としてのボックス形ケーシング４と、複数のコネクタ１，３と、凹部５の設けられた中央導体２とを含む、電力合成器／分配器を含む。
【００２８】
電力分配器としての使用状態において、コネクタ３は入力信号を受け取る装置に電気的に接続される。コネクタ１は、出力信号を、接続された装置、例えば外部負荷などへ供給する。電力合成器としての使用状態においては、コネクタ１は入力信号に電気的に接続され、コネクタ３が出力信号を形成する。各信号は無線周波数ＲＦのレンジにある。
【００２９】
装置を長手軸線に沿って切断した図２の上方断面図Ｉ及び側方断面図ＩＩ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。２つの部分Ａ，Ｂは、扁平な中実の金属プレートの形態を有し、例えば、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される。部分Ａの凹部は、出力／入力コネクタ１から入力／出力コネクタ３までのＲＦ電気線路長を等化するために用いられる。その形状及び寸法は、装置が満たすべき電気的パラメータによって設定される。
【００３０】
扁平な中実の金属プレートの形態のインピーダンス変換部Ｂは、特には丸みを帯びた角部を有する長方形の形状を有する。当該インピーダンス変換部Ｂは電気的かつ機械的に直接にコネクタ３に接続されている。ケーシング４の反対側には、電力合成部もしくは分配部Ａへ通じる電気的かつ機械的な接続部が、特にプレートに対するノーズの形状の中実の金属ブリッジとして設けられている。凹部５を有する長方形状の中実のプレートの形態の電力合成部もしくは分配部Ａは、負荷などの外部装置への電気的接続のために、コネクタ１に直接に電気的かつ機械的に接続されている。
【００３１】
図３に示されているように、流体式冷却装置、特に水冷装置を、本発明の装置内に収容するか又は本発明の装置に取り付けることができる。冷却装置もしくは冷却アセンブリは、ポンプなどの外部装置から到来する水もしくは空気などの冷却流体のための流入口７を有する。ボックス形ケーシング４の流入口７は孔状に構成されており、ケーシング４内の管６に流体密に接続されている。
【００３２】
管６は、装置内での機械的安定化のために、管支持体７を備えたケーシング４に固定されている。管６は、流入口７の反対側で、凹部５を有する電力合成部もしくは分配部Ａのプレートに接続されている。簡明性のために図示していないが、プレート内には冷却流体のための流路が設けられている。管６から到来した流体は当該流路を通って流れ、プレートから熱を収集する。反対側には、支持体８を介してケーシング４に固定された第２の管６が設けられており、これにより、冷却流体が廃熱とともにケーシング４の孔状の流出口７へと輸送される。つまり、冷却流体は、本発明の装置の電力合成部もしくは分配部Ａからの熱を装置外へ伝達させる。
【００３３】
図３には、可能な実施形態が一例として示されている。冷却装置は付加的な部材を含んでもよいし、また、異なる構造を有してもよい。例えば、管６をケーシング４に機械的に固定するための支持体８を、装置内のＲＦ電力への影響が生じない他の位置に配置することができる。さらに、異なる数及び／又は異なる形状の支持体８も使用可能である。冷却流体の流入口／流出口を、電気部材への干渉が生じないケーシング４内の別の位置に配置してもよい。冷却装置の部材に対して別の材料を使用することもできる。例えば、本発明では、装置内のＲＦ電力への影響のないプラスチック材料を使用することができる。
【００３４】
図４に示されているように、インピーダンス変換部Ｂは、本発明の装置の適用分野すなわち使用される電力及び周波数に応じて、異なる形状を有することができる。ここで、インピーダンス変換部Ｂを、狭帯域もしくは広帯域の周波数エレメントとすることができる。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ってよい。
【００３５】
図４には、単なる例示にすぎないが、２つの実施形態が示されている。図４のＩ）にはインピーダンス変換部Ｂが段（ステップ）形状を有するケースが示されており、ＩＩ）にはインピーダンス変換部Ｂが先細（テーパ）形状であるケースが示されている。どちらのケースでもインピーダンス変換部Ｂは扁平な中実のプレートの形態を有し、底部だけが段（ステップ）形状又は先細（テーパ）形状を有する。図４のＩＩ）の例に示されているように、インピーダンス変換部Ｂは直接に電力合成部もしくは分配部Ａに統合可能であり、例えば、相互間にノーズを設けることなく、電力合成部もしくは分配部Ａの一辺の全体にわたって直接に接続できる。他の接続形態も可能であり、例えば、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１つの部材から形成することもできる。
【００３６】
種々のコネクタ１，３を使用可能である。図１の実施形態では、電気信号の入出力のために、同軸コネクタ１，３が使用されている。例えば５０Ω同軸コネクタを使用可能である。図５には、コネクタ１としてのマイクロストリップライン９と、コネクタ３としての方形導波体１０とを用いる実施形態が示されている。簡明性のために図示していないが、入出力信号に対して例えば円形導波コネクタなどの別のコネクタを用いてもよい。コネクタ１は、図１に示されているように、ケーシング４の一辺に沿った列として配置することもできる。適用分野すなわち必要な入出力端子の数及び装置の寸法に応じて、他の構成も可能である。例えば、相互に横方向もしくは上下方向に配置されるコネクタ１の平行な複数の列（段）、又は、特にケーシング４の種々の側に配置される列、屈曲線路、スタックなどを使用可能である。
【００３７】
図示されているように、扁平な中央導体２は、ボックス形ケーシング４の底面に対して平行に配置されている。ケーシング４の形状及び必要なコンパクト性に応じて、中央導体２の他の形状も使用可能である。ボックス形ケーシング４は導電性を有する。本発明の装置の外側導体４及び他の部材は金属シート、特に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できる。外側導体４及び内部導体２は、特にはスペーサ部材、絶縁層及び／又はエアギャップを介して、電気的に分離されている。
【００３８】
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実施形態に統合することができる。ＲＦ電力用コネクタ１、中央導体２、ＲＦ電力用コネクタ３、又は、ボックス形ケーシングの形態の外側導体４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。
【００３９】
ボックス４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、各部分を共通に配向及び固定するエレメントを設けてもよい。装置はラック内に容易に配置可能な外側形状を有することができる。エレクトロニクス分野では１９インチラックが用いられることが多い。
【００４０】
本発明の装置の利点は、特に、コンパクトであること、低い電力損失でＲＦ電力を高効率に輸送できること、及び／又は、使用中の廃熱の発生量が低いことである。
【符号の説明】
【００４１】
１，３  コネクタ、  ２  中央導体、  ４  外側導体としてのボックス形ケーシング、  ５  凹部、  ６  流体の管、  ７  冷却流体の流入口／流出口、  ８  管支持体、  ９  マイクロストリップラインコネクタ、  １０  方形導波コネクタ、  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】
2016534622.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016534622.tif 000006
【図５】
2016534622.tif 000007
【国際調査報告】
2016534622.tif 000008
2016534622.tif 000009
2016534622.tif 000010