JP2006108741A

JP2006108741A - 高周波電力分配合成器

Info

Publication number: JP2006108741A
Application number: JP2004288442A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kanari; 健太郎金成; Taihei Nakada; 大平中田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】マイクロ波帯から準ミリ波帯にわたる広い周波数帯域において損失が少なく、良好な耐振動性や耐衝撃性を有する小型かつ軽量な高周波電力分配合成器を得る。
【解決手段】７個のウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５内の分岐線路Ｌ１及びＬ２、ならびにこれらをトーナメント形に接続する接続線路１６を、エアライン型の伝送線路を用いて構成する。また、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５を形成した部位には、分岐線路Ｌ１及びＬ２と上側金属ケース１１及び下側金属ケース１２との空間を埋めるように、誘電体層１８を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波電力分配合成器に係り、特に、エアライン型の伝送線路を用いて主にマイクロ波帯以上の周波数帯の信号を分配または合成する高周波電力分配合成器に関する。

高周波電力分配合成器は、可逆的な素子として、入力信号を複数経路に分配、または複数経路からの信号を１つに合成する用途に用いられる。近年、マイクロ波帯以上の周波数帯が多方面で利用されるようになり、高周波電力分配合成器も、これら周波数帯に適用される構成のものが実現されている。

従来、この種の高周波電力分配合成器でマイクロ波帯や準ミリ波帯の高周波信号を扱う場合には、信号損失ができる限り少なくなるように、例えば、導波管やマジックＴを用いて構成したものがある。また、印刷基板上に形成されたマイクロストリップ線路や誘電体内に形成されたストリップ線路などの伝送線路を用いて構成し、導波管などに比べて十分に小型・軽量化したものもある。さらに、信号損失の少ないエアライン型の伝送線路を用い、低損失かつ小型・軽量に構成したものもある。

エアライン型の伝送線路を用いた高周波電力分配合成器の事例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の事例では、エアライン型の伝送線路としてサスペンデッド型の伝送線路を用いた高周波電力分配合成器を、アレイアンテナの給電回路に適用している。
特開平７−９４９４１号公報（第１１ページ、図１３）

ところで、このようなマイクロ波帯から準ミリ波帯にわたる広い周波数帯域の信号を扱う高周波電力分配合成器を、例えば、航空機搭載用の器材に適用する場合には、低損失であることはもちろん、器材が機内の限られたスペースに他の各種器材とともに搭載されるため、小型かつ軽量であることが求められる。さらに、耐振動性や耐衝撃性など、航空機に独特の環境条件に適合することが必要となる。このためには、高周波電力分配合成器にエアライン型の伝送線路を用いて低損失かつ小型・軽量に構成するのが好適である。

しかしながら、エアライン型の伝送線路では、接地導体に囲まれた空間に信号導体を配置するため、良好な耐振動性や耐衝撃性などを得ることが困難であった。また、信号導体を損失の少ない発泡材等を用いて適切な位置に支持する方法もあるが、この場合にも所望する環境条件に適合させることは難しく、また支持部においてインピーダンスの不整合が発生し、損失増加の要因となる。さらに、前出のサスペンデッド型の伝送線路による構成では、信号導体が誘電体基板等の表面に形成され支持されているので、耐振動性や耐衝撃性などについては適合させやすいものの、誘電体を用いることによる信号損失の増加は否めない。

また、エアライン型の伝送線路をより低損失とするためには、信号導体の幅を広げるなど、その面積をできる限り広く構成することが望ましい。しかし、扱う高周波信号の周波数が高くなるにつれ、幅の広いままの信号導体で内部の分岐線路を構成すると、高周波電力分配合成回路として成立させることが難しくなるため、信号導体の幅にも限界がある。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、マイクロ波帯から準ミリ波帯にわたる広い周波数帯域において損失が少なく、良好な耐振動性や耐衝撃性を有する小型かつ軽量な高周波電力分配合成器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の高周波電力分配合成器は、所定の線路長を有する複数の分岐線路とアイソレーション抵抗とを備えた複数の高周波電力分配合成回路とこれら高周波電力分配合成回路間をトーナメント形に接続する接続線路とを有し、対向した２つの接地導体板とこれら接地導体板に挟まれた空間に配置した信号導体とで構成されるエアライン型の伝送線路の前記信号導体に、前記高周波電力分配合成回路の分岐線路と前記接続線路とを一体に形成するとともに、前記高周波電力分配合成回路の分岐線路を形成した部位の前記信号導体と前記対向した２つの接地導体板との間に、前記信号導体を含み前記対向した２つの接地導体板に接触させて誘電体層を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波帯から準ミリ波帯にわたる広い周波数帯域において損失が少なく、良好な耐振動性や耐衝撃性を有する小型かつ軽量な高周波電力分配合成器を得ることができる。

以下に、本発明に係る高周波電力分配合成器を実施するための最良の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。

図１は、本発明に係る高周波電力分配合成器の一実施例を示す外観図である。また、図２は、その内部の平面図である。本実施例においては、各高周波電力分配合成回路は、２分配または２合成のウィルキンソン型とし、この高周波電力分配合成回路を７個トーナメント形に接続して、８分配または８合成の高周波電力分配合成器を構成している。

図１に示すように、この高周波電力分配合成器１は、対向した２つの接地導体板としての上側金属ケース１１と下側金属ケース１２を有している。これら上側金属ケース１１と下側金属ケース１２とは接着されて高周波電力分配合成器１として成形され、密閉された外囲器をなしている。また、その周縁には、高周波信号の入出力用コネクタとして、合成端コネクタ１３（図示せず）及び８個の分配端コネクタ１４ａ〜１４ｈを備えている。

図２は、高周波電力分配合成器１の上側金属ケース１１を外した内部の平面図であり、図３は、ウィルキンソン型の高周波電力分配合成回路１５の平面図である。図２及び図３に示すように、この高周波電力分配合成器の内部には、１つの合成端子と２つの分配端子を有する７個のウィルキンソン型の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇが配置され、それぞれの合成端子１５１と分配端子１５２及び１５３とは、接続線路１６によりトーナメント形に接続されている。また、トーナメント形に接続された一方の端部に位置するウィルキンソン型の高周波電力分配合成回路１５ａの合成端子１５１は、接続線路１６により合成端コネクタ１３に接続されており、他方の端部に位置するウィルキンソン型の高周波電力分配合成回路１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、及び１５ｇの各分配端子１５２及び１５３は、接続線路１６によりそれぞれ分配端コネクタ１４ａ〜１４ｈに接続されている。

ここに、本実施例におけるウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇの等価回路を図４に示す。図４に示すとおり、このウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇは、所定の特性インピーダンスＺ１〜Ｚ４を有し線路長が中心周波数に対して１／４波長の線路を２本直列に接続した２つの分岐線路Ｌ１及びＬ２と、これら２つの分岐線路間を跨ぐ２つのアイソレーション抵抗１５４及び１５５から構成されている。

下側金属ケース１２には、上側金属ケース１１と接着面１２ａで接着されたときに、内部に空間を有するよう溝１２ｂが設けられ、この空間には信号損失を考慮した幅広かつ平板状の信号導体１７が配置されて、低損失なエアライン型の伝送線路を構成している。この信号導体１７には、前述したウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇ内の２つの分岐線路Ｌ１及びＬ２と、接続線路１６とが一体に形成されている。

また、信号導体１７上で、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇ内の２つの分岐線路Ｌ１及びＬ２を形成した部位には、上側金属ケース１１及び下側金属ケース１２との空間を埋めるように、分岐線路Ｌ１及びＬ２を内部に含んだ誘電体層１８が形成されている。誘電体層１８が形成されたウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５の断面図を図５に示す。

図５は、図２におけるＡ−Ａ面の断面図である。図４に示すように、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａ〜１５ｇ内の２つの分岐線路Ｌ１及びＬ２と、接続線路１６とは、信号導体１７に一体に形成されており、分岐線路Ｌ１及びＬ２には、アイソレーション抵抗１５４及び１５５が接続されている。そして、分岐線路Ｌ１及びＬ２ならびにアイソレーション抵抗１５４及び１５５を内部に含んで、誘電体層１８が上側金属ケース１１と下側金属ケース１２との間に埋め込まれている。

上述の様に構成された高周波電力分配合成器１では、合成端コネクタ１３に加えられた高周波信号は、分配されて分配端コネクタ１４ａ〜１４ｈに出力される。また、分配端コネクタ１４ａ〜１４ｈに加えられた高周波信号は、合成されて合成端コネクタ１３に出力される。これら分配及び合成の動作は可逆的であるため、以下に、分配時における高周波信号の流れのみを説明する。

まず、合成端コネクタ１３に加えられた高周波信号は、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ａの合成端子１５１に入力され、２分配されて分配端子１５２及び１５３に現れる。これら分配された２つの高周波信号は、それぞれの分配端子に接続されたエアライン型の接続線路１６を経由して、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ｂ及び１５ｃのそれぞれの合成端子１５１に入力される。

ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ｂ及び１５ｃでは、同様に入力された高周波信号が２分配されてそれぞれの分配端子１５２及び１５３に出力され、それぞれの分配端子に接続されたエアライン型の接続線路１６を経由して、次段のウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、及び１５ｇのそれぞれの合成端子１５１に入力される。そして、各高周波信号はこれらウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、及び１５ｇでさらに２分配された後、各分配端子１５１及び１５２に接続されたエアライン型の接続線路１６を経由して分配端コネクタ１４ａ〜１４ｈに出力される。

以上説明したように、本実施例においては、７個のウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５内の分岐線路Ｌ１及びＬ２、ならびにこれらをトーナメント形に接続する接続線路１６を、エアライン型の伝送線路を用いて構成している。これにより、マイクロ波帯から準ミリ波帯にわたる広い周波数帯域において信号損失の少ない、小型かつ軽量な高周波電力分配合成器を得ることができる。

また、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５を形成した部位には、分岐線路Ｌ１及びＬ２と、上側金属ケース１１及び下側金属ケース１２との空間を埋めるように、誘電体層１８が形成されている。これにより、エアライン型の伝送線路の信号導体１７は、溝１２ｂに沿った空間内の所定の位置に安定に保持され、良好な耐振動性や耐衝撃性を得ることができる。同時に、この誘電体層１８が存在することにより、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５内の分岐線路Ｌ１及びＬ２を、特に高周波数帯域においても低信号損失かつ分岐線路として成立する好適な線路幅とすることができる。

さらに、ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路１５のアイソレーション抵抗１５４及び１５５の取付けの際には、分岐線路Ｌ１及びＬ２を誘電体層１８上に安定させて作業することができ、製造時の作業性を向上させることができる。

なお、本実施例においては、７個の高周波電力分配合成回路をトーナメント形に接続して、８分配または８合成の高周波電力分配合成器を構成した事例を示したが、高周波電力分配合成回路の数および分配または合成の数は、これらに限定されるものではない。目的や用途に応じて種々の値を選択し構成することが可能である。また、その場合においても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る高周波電力分配合成器の一実施例を示す外観斜視図。本発明に係る高周波電力分配合成器の一実施例における内部の平面図。ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路の平面図。図３のウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路の等価回路。図２の平面図におけるＡ−Ａに沿った断面図。

符号の説明

１高周波電力分配合成器
１１上側金属ケース
１２下側金属ケース
１３合成端コネクタ
１４分配端コネクタ
１５ウィルキンソン形の高周波電力分配合成回路
１６接続線路
１７信号導体
１８誘電体層
１５１合成端子
１５２、１５３分配端子
１５４、１５５アイソレーション抵抗

Claims

所定の線路長を有する複数の分岐線路とアイソレーション抵抗とを備えた複数の高周波電力分配合成回路とこれら高周波電力分配合成回路間をトーナメント形に接続する接続線路とを有し、
対向した２つの接地導体板とこれら接地導体板に挟まれた空間に配置した信号導体とで構成されるエアライン型の伝送線路の前記信号導体に、前記高周波電力分配合成回路の分岐線路と前記接続線路とを一体に形成するとともに、前記高周波電力分配合成回路の分岐線路を形成した部位の前記信号導体と前記対向した２つの接地導体板との間に、前記信号導体を含み前記対向した２つの接地導体板に接触させて誘電体層を設けたことを特徴とする高周波電力分配合成器。
前記複数の高周波電力分配回路は、いずれも１つの合成端子と２つの分配端子を有するウィルキンソン型の電力分配合成回路であることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力分配合成器。