JP2000501596A - コンパクトで、超広帯域に整合されたｅ平面パワ−分割器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パワー分割器20はＴ接合20およびＴ接合の位相スロープと等しいおよび反対の位相スロープを有するＥ平面ステップ変成器21を具備し、Ｔ接合およびＥ平面ステップ変成器を通る全体の位相スロープがの広範囲の周波数にわたって最小化される。

Description

【発明の詳細な説明】 コンパクトで、超広帯域に整合されたＥ平面パワー分割器 ［発明の技術的背景］ 本発明は一般的にパワー分割器、特にコンパクトで、超広帯域に整合されたＥ 平面パワー分割器に関するものである。 広い瞬間的帯域を達成するために、伝送線路および別の共同する給電装置は、 周波数の関数として無視できる程度のわずかな位相変化を有さなければならない 。平行板導波管はＴＥＭ伝送線路であり、非発散的である。オーバーモード方形 導波管は通常カットオフ周波数から離れて動作し、それ故非常に低い周波数を除 いて非発散的である。しかしながら、通常Ｅ平面は曲がり、Ｔ接合のリアクチブ な性質により発散性である。 優勢なＴＥ_1.0で動作する通常の方形導波管の平Ｅ面Ｔ接合の性能は文献に広 く記載されている。例えば、C.G.Montgomery,R.H.Dicke and E.M.Purcell(eds., )“Principles of Microwave Cicuits’(MIT Radiation Lab.Ser.No.8),pg.285, McGraw-Hi11,NewYork,1951,N.Marcuvitz(ed.),'Waveguide Handbooｋ'(MIT Radi ation Lab.Ser.No.10),pp.336-350,McGraw-Hill,NewYork,1951,and T.Moreno,“ Microwave Transmission Design Da1a’pp.157-161,ArtechHouse,Norwood,MA,19 89.に記載されている。 性質上類似した性能は平行板導波管のＴＥＭモードで動作するＥ平面Ｔ接合に 対して得られ、あるいはＴＥ_1.0モードで導電性の壁によって境界された場合で ある。各接合は位相スロープを生成するリアクタンス部品あるいは周波数変化を 有する反射および伝送位相の変化である。配置あるいは虹彩のような顕著に接合 リアクタンスの要素を使用する。しかし方形導波管のＴＥ_1.0モードの発散的性 質により、正確にはキャンセルが残りの位相スロープのどこかに周波数が生じて いる。 従って本発明の目的はコンパクトで、超広帯域にわたって整合されたＥ平面パ ワー分割器を提供することである。 ［発明の要約］ 線形で、受動的で損失が少ないＴ接合は完全に整合することができないことは よく知られている。しかし上記およびその他の目的に応じるために、本発明は、 第１、第２、第３ポート12a,12b,12cを有するＴ接合、および第１、第２、第３ ポート12a,12b,12c 間に形成されたＥ平面ステップ変成器を含む導波管として形 成されたパワー分割器を提供する。Ｅ平面ステップ変成器は、Ｔ接合の位相スロ ープと等しいおよび反対の位相スロープを有し、その結果Ｔ接合およびＥ平面ス テップ変成器を通る全体の位相スロープは広い周波数範囲にわたって最小化され る。 本発明は、Ｅ平面のＴ接合の１つのポートの反射係数(Ｓ₁₁)の振幅および位相 が非常に広い周波数範囲にわたって良好に整合されることが可能である。Ｅ平面 ステップ変成器はＴ接合のリアクチブ特性から発生する周波数による挿入位相( Ｓ₁₂)の変化を補償するためにに使用される。この発明の概念は平行板導波管（ ＴＥＭモード）あるいはオーバーモード方形導波管（ＴＥ_m,0モード）に最良に 開発されたけれども、通常の方形導波管（ＴＥ_1.0モード）にも有効に使用され ることが可能である。 整合されたＥ平面パワー分割器は連続的なトランスバ−ススタブアレイアンテ ナの実時間遅延の共同給電用の部品として開発された。入力ポートである１つの ポートからのパワーは各アーム間で分割され、分割はそれらの高さの比、ｂ／ｂ ′に直接比例し、ここでｂがステップ変成器の各ステップ転移の各アームの高さ であり、ｂ′がＴ接合のポートの高さである。導波管の高さとインピーダンスレ ベル間の簡単な関係によってｎ段の多レベル変成器の設計方法が容易に実行され る。整合されたポートの反射係数は広い周波数範囲にわたって一定であり、それ 故アンテナの放射開口の良好な特性のマイクロ波インターフェイスを提供する。 ［図面の簡単な説明］ 本発明の様々な特徴および長所は添付される図面と以下の詳細な説明に関連し てさらに容易に理解されることができるであろう。図において同じ参照符号は同 一の構造素子を表す。 図１ａは平行板導波管の通常の整合されていないＥ平面Ｔ接合の斜視図を示す 。 図１ｂは図１ａに示される整合されていない接合の断面図を示す。 図１ｃは図１ａに示される整合されていない接合の簡単化された等価回路を示 す。 図２ａは平行板導波管に形成された本発明の原理に従った例示的な整合された Ｅ平面Ｔ接合の斜視図を示す。 図２ｂは図２ａに示される整合されたＥ平面Ｔ接合の断面図を示す。 図２ｃは図２ａに示される整合されたＥ平面Ｔ接合の簡単化された等価回路を 示す。 図３ａは反射係数振幅対ポートの高さｂ′のグラフである。 図３ｂは反射係数位相対ポートの高さｂ′のグラフである。 図４はステップ変成器の位相スロープ（-βｄ対ｆ）が接合の挿入位相スロー プ（Ｓ₁₂対ｆ）を消去するのに使用したものを示すグラフである。 ［好ましい実施例の詳細な説明］ 図１ａに示されるのは、３つのポート12a,12b,12c を有する平行板導波管11の 通常整合されていないＥ平面Ｔ接合の斜視図を示す。ポート12a,12b,12cのいず れかの直線偏波電界入射は他２つのポート12a,12b,12c間で異なった位相に分割 され、パワー分割はポート12a,12b,12c のアームの相対的高さに比例する。図１ ｂは入力ポートとして指定されたポートの高さｂ'を有する第１のポート12a を 示し、第２および第３のポート12b,12cは任意の等しい高さｂを割当てられる出 力ポートである。ここでｂ＞ｂ'である。図１ｃは通常の整合されていないＥ平 面Ｔ接合10の簡単化された等価回路であり、ここでｊＸは一括された接合リアク タンスである。 図２ａは平行板導波管11中に形成された本発明の原理に従った整合されるＥ平 面パワー分割器20あるいはＴ接合20の１例の斜視図を示す。導波管の高さｂから 導波管のポートの高さｂ'への転移である整合されたマルチレベルステップ変成 器21は整合されたＥ平面Ｔ接合20の第１、第２、第３のポート12a,12b,12c 間の 転移に使用される。ステップ変成器21は接合リアクタンスに同調が可能に構成で きるので選択され、広範囲の周波数にわたって多数の位相スロープを相殺する。 図２ｂは入力ポートとして指定された第１のポート12a を有する整合されたＥ平 面Ｔ接合20の断面図を示す。図２ｃは簡単化された等価回路を示し、ｊＸは集中 接合リアクタンスであり、βｄは整合ステップ変成器21の電気位相長であり、並 列キャパシタンスはｂからｂ'への導波管の高さの段部を表している。 図３ａは性質上ポートの高さｂ'が反射係数の振幅の変数を最小化するために 広範囲の周波数にわたって選択されることを示す（例えば｜Ｓ₁₁｜は漸近的に （２ｂ−ｂ′）／（２ｂ＋ｂ′)に接近する）。ｂ′＞λｇの場合は、ＴＥ_m.nモ ードが伝搬可能であり、それは高度に分散性である。0.6λｇ＞ｂ' ＞λｇの場 合には、ＴＥ_m.nモードは伝搬不可能であるが、エバネセントモードはｂ′／λg が１に接近するとき、大きく反射を増加する。図３ａのカーブの破線部分はｘ− ｚ平面に導電性境界の効果を示し、ＴＥ_l.0モードがカットオフ周波数に接近す るにつれて発散度が高くなる。同様に図３ｂはどのようにポートの高さｂ′の注 意深い選択がカットオフに接近しすぎて動作することによってどのように大きい 位相スロープを避けることができるか、あるいはどこでエバネセントモードが急 増し始めるかを示す。 図４は、整合されたＥ平面Ｔ接合20で使用された整合ステップ変成器21の位相 スロープ（-βｄ対ｆ）が接合20の挿入位相スロープ（Ｓ₁₂対ｆ）をキャンセル することを示すグラフである。図４はどのようにステップ変成器21の位相βｄが 接合の挿入位相Ｓ₁₂をキャンセルし、その結果ネット位相Ｓ₁₂−βｄが広範囲の 周波数にわたってほぼ一定に維持されるか定性的に示す。発散的な導波管11が使 用された場合、残りの位相スロープは周波数の範囲が増加するにつれて増加する 。しかしながら、非発散的な平行板導波管11に対しては、接合の位相スロープは 複数の段部のＥ平面変成器21およびここに記述される方法を使用してさらに広い 周波数範囲にわたって最小化される。 整合されたＥ平面パワー分割器は通常導波管給電ネットワーク、フィルタ、マ ルチプレクサ、および実時間遅延の連続的なトランスバ−ススタブアレイアンテ ナのようなアンテナで使用することができる。具体的には整合されたＥ平面パワ ー分割器は３．５から２０．０ＧＨｚの拡張された帯域で動作する連続的なトラ ンスバ−ススタブアレイアンテナを使用するように構成された。 本発明は例えば地点間のデジタル無線、あるいは地球規模の放送衛星のような 単一の超広帯域の開口はいくつかの狭い帯域のアンテナに置換される多機能軍用 あるいは高品質な市販品の生産に使用される。また、パワー分割器の断面は１次 元で不変であるから、本発明は押出あるいはプラスチック注入成形工程による安 価で、大容量製造技術を使用できる。 以上、コンパクトで、超広帯域に整合されたＥ平面パワー分割器は開示された 。記述された実施例は本発明の原理の適用を説明した特定の実施例のいくつかの 単なる例示である。明らかに、多数およびその他の変形装置が本発明の技術的範 囲を逸脱せずに当業者に認識されよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１、第２、第３のポートを有するＴ接合と、第１、第２、第３のポート の間に形成されたＥ平面ステップ変成器とを具備し、Ｅ平面ステップ変成器は、 Ｔ接合の位相スロープと等しいおよび反対の位相スロープを有し、それによって Ｔ接合およびＥ平面ステップ変成器を通る全位相スロープは広い周波数帯域にわ たって最小にされているＥ平面パワー分割器。 ２．導波管がＴＥＭモード平行板導波管を含んでいる請求項１記載のパワー分 割器。 ３．導波管がＴＥ_m.0オーバーモードの方形導波管を含んでいる請求項１記載 のパワー分割器。 ４．導波管がＴＥ_1.0モードの方形導波管を含む請求項１記載のパワー分割器 。