JP2006238184A

JP2006238184A - 電力分配器及び電力分配装置

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Publication number: JP2006238184A
Application number: JP2005051433A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamauchi; 和久山内; Masatoshi Nakayama; 正敏中山; Hiroshi Otsuka; 浩志大塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP4245574B2

Abstract

【課題】設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる電力分配器及び電力分配装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ベンド部３により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部である切り欠き９が、入力線路１におけるベンド部３の出力側に形成されている。これにより、ベンド部３により乱された等位相面の傾きが入力線路１の中心導体を横切る方向に調えられるため、電力を等分配することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、マイクロ波の信号を分配する電力分配器及び電力分配装置に関するものである。

移動体通信の急速な発達により、基地局にはサービスエリアの拡大や、収容可能な端末局数の増加が望まれており、増幅器には一層の高出力化や小型化が求められている。
トランジスタ１つ当りの出力増加には限度があるため、増幅器の高出力化を達成するには、複数個のユニットトランジスタの出力を合成する必要がある。
ただし、複数個のユニットトランジスタの出力を効率よく合成するには、すべてのユニットトランジスタが同相、かつ、同振幅で動作することが求められる。

電力分配器が平面上にトーナメント式に縦続接続された増幅器の場合、増幅器の全体では、分配点や合成点からユニットトランジスタ端までの線路長を等しくすることにより、対称的な構造とすることが可能であるが、個々の２分配器を取り上げた場合には、非対称形状が存在する。その結果、不等分配特性が発生する。

電力分配器の不等分配特性を改善するため、以下の非特許文献１に開示されている電力分配器では、分配器を構成する線路幅や分岐位置を積極的に非対称とすることにより、等分配化を図っている。
即ち、線路の幅を変えることにより、線路のインピーダンスを変化させて、電力分配比を調整する。また、分岐位置を変えることにより、通過位相を調整している。

また、以下の特許文献１に開示されている電力分配器では、信号分岐部に接続されている第１の出力線路と、第２の出力線路のそれぞれに切り欠きを施すことにより、等分配化を図っている。

垂井、土子、笠原、内海、伊藤、"非対称形状の等電力分配・合成回路を用いたＫｕ帯２０ＷＧａＡｓＰＨＥＭＴ電力増幅器"、電子情報通信学会論文誌Ｃ−１，Ｖｏｌ．Ｊ８２−Ｃ−１Ｎｏ．８８ｐｐ．４８４−４９３，１９９９年８月発行特開２００１−１５６５０６号公報（段落番号［００１５］から［００１８］、図１）

従来の電力分配器は以上のように構成されているので、線路幅や分岐位置を変えて、電力分配比を調整する場合、電力を等分配するには、入力された信号の等位相面の傾きに依存して線路幅や分岐位置を決定しなければならず、設計が複雑になる課題があった。
また、信号分岐部に接続されている第１の出力線路と、第２の出力線路のそれぞれに切り欠きを施すことにより等分配化を図る場合、入力線路の中心導体を横切る方向に波面を有する信号が入力されるときは、電力を等分配することができるが、等位相面が傾いている信号が入力されるときは、電力の不等分配が発生する課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる電力分配器及び電力分配装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電力分配器は、ベンド部により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部が、入力線路におけるベンド部の出力側に形成されているものである。

この発明によれば、ベンド部により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部が、入力線路におけるベンド部の出力側に形成されるように構成したので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力分配器を示す構成図であり、図において、入力線路１は途中に信号の伝送方向を９０度変えるベンド部３を有し、入力端子２から入力された信号を伝送する。なお、入力線路１はマイクロストリップ線路又はストリップ線路で形成されている。
信号分岐部４は入力線路１により伝送された信号を２方向に分配して、分配後の一方の信号を出力線路５に出力し、分配後の他方の信号を出力線路６に出力する。

第１の出力線路である出力線路５は信号分岐部４により分配された一方の信号を伝送し、その信号を出力端子７に出力する。
第２の出力線路である出力線路６は出力線路５と略対称的に配置され、信号分岐部４により分配された他方の信号を伝送し、その信号を出力端子８に出力する。
なお、出力線路５及び出力線路６の線路幅は入力線路１の線路幅と同じであり、出力線路５と出力線路６はマイクロストリップ線路又はストリップ線路で形成されている。
切り欠き９はベンド部３により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部として、入力線路１におけるベンド部３の出力側に、入力線路を横切る方向に形成されている。

次に動作について説明する。
入力線路１の中心導体を横切る方向に等位相面を有する信号が入力端子２から入力されると、その信号は入力線路１を伝搬する。
その信号が入力線路１のベンド部３に到達すると、そのベンド部３によって、信号の伝送方向が９０度変えられる。
このベンド部３の作用により、信号の等位相面が乱されて、入力線路１の中心導体を横切る方向に対して傾きが発生する。

伝送方向が９０度変えられた信号は、さらに入力線路１を伝搬して信号分岐部４に到達するが、ベンド部３と信号分岐部４の間に施されている切り欠き９が、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えるので、入力線路１から信号分岐部４に出力される信号は、入力線路１の中心導体を横切る方向に等位相面を有する信号に戻される。

入力線路１を伝搬した信号が信号分岐部４に到達すると、その信号分岐部４がその信号を２方向に分配して、分配後の一方の信号を出力線路５に出力し、分配後の他方の信号を出力線路６に出力する。
出力線路５は、信号分岐部４により分配された一方の信号を伝送し、その信号を出力端子７に出力する。
出力線路６は、信号分岐部４により分配された他方の信号を伝送し、その信号を出力端子８に出力する。

ここで、図２は入力線路１に切り欠き９が施されていない電力分配器を示す構成図であり、このような電力分配器では、不等分配特性が発生することを確認する。
図３及び図４は図２の入力線路１及び出力線路５，６の線路幅Ｗをパラメータとして、市販の電磁界解析ソフトを用いて計算した分配特性を示す説明図である。
即ち、入力線路１におけるベンド部３と信号分岐部４間の長さをＬ１として、入力端子２に対する出力端子７，８の通過振幅差と通過位相差を計算している。

分配特性の計算は１７ＧＨｚにおいて行い、線路幅Ｗをパラメータとして、長さＬ１をＬ１＝２００μｍ〜２５００μｍまで変化させている。
図３及び図４から明らかなように、長さＬ１が１５００μｍ以下では不等分配が発生している。また、線路長Ｌ１が短く、線路幅Ｗが広い場合に、大きな振幅差が発生する。

上述したように、入力線路１にベンド部３が設けられている場合、そのベンド部３が信号の伝送方向を９０度変える際に、信号の等位相面が乱されて、入力線路１の中心導体を横切る方向に対して傾きが発生するため、不等分配が発生する。
この実施の形態１では、ベンド部３によって乱された等位相面の傾きを調えるために、ベンド部３と信号分岐部４の間に切り欠き９を施している。
ベンド部３と信号分岐部４間の長さをＬ１＝６００μｍ、線路幅をＷ＝２００μｍ、切り欠き９を１００μｍ角として、通過振幅差と通過位相差を計算すると、図５に示すように、切り欠き９が施されていない場合と比べて（図２を参照）、通過振幅差と通過位相差が改善することがわかる。
なお、電力分配器の入力端子２及び出力端子７，８のインピーダンス依存性を調べるために、各端子のインピーダンスを変えて計算しているが、図５に示すように、いずれのインピーダンスでも、切り欠き９を施すことにより、通過振幅差と通過位相差が改善している。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部である切り欠き９が、入力線路１におけるベンド部３の出力側に形成されるように構成したので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態１では、切り欠き９を信号分岐部４の近傍に施しているものについて示したが、ベンド部３と信号分岐部４の間であれば、いずれの位置に切り欠き９を施してもよい。適切な位置に切り欠き９を配置することにより、等位相面の傾きを修正して、一層不等分配を軽減することができる。
また、この実施の形態１では、切り欠き９の形状が正方形であるものについて示したが、切り欠き９の形状は正方形に限定されず、例えば、台形、長方形、半円形、三角形など、いずれの形状であってもよい。適切な形状の切り欠き９を施すことにより、等位相面の傾きを修正して、一層不等分配を軽減することができる。また、導体パターンの形成を容易にすることができる。

この実施の形態１では、ベンド部３と信号分岐部４の間に切り欠き９を１つ施しているものについて示したが、複数の切り欠き９を施すようにしてもよい。複数の切り欠き９を施すことにより、等位相面の制御をより緻密に行うことが可能となり、不等分配を軽減することができる。
また、この実施の形態１では、切り欠き９の横方向（ベンド部３と信号分岐部４方向）の長さが、入力線路１の線路幅の半分程度であるものについて示したが、切り欠き９の横方向の長さが、入力線路１の線路幅の半分より長くてもよい。切り欠き９の横方向の長さを入力線路１の線路幅の半分より長くすることにより、等位相面の制御をより緻密に行うことが可能となり、不等分配を軽減することができる。

この実施の形態１では、切り欠き９を入力線路１の下側（入力端子と同じ側）に施しているものについて示したが、切り欠き９を入力線路１の上側に施すようにしてもよい。また、切り欠き９を入力線路１の下側と上側の双方に施すようにしてもよい。適切な位置に切り欠き９を配置することにより、等位相面の傾きを修正して、一層不等分配を軽減することができる。
また、この実施の形態１では、入力線路１のベンド部３が信号の伝送方向を９０度変えているものについて示したが、信号の伝送方向を変える角度は９０度に限定するものではない。例えば、ベンド部３が０度〜１８０度の範囲内で信号の伝送方向を変えるものであればよい。
なお、この実施の形態１の電力分配器を電力合成器として用いてもよい。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による電力分配器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
抵抗１０はベンド部３により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部として、入力線路１におけるベンド部３の出力側に、入力線路を横切る方向に形成されている。

上記実施の形態１では、ベンド部３と信号分岐部４の間に施されている切り欠き９が、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えるものについて示したが、図６に示すように、切り欠き９の代わりに抵抗９を形成する場合でも、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えることができる。
これにより、入力線路１から信号分岐部４に出力される信号は、入力線路１の中心導体を横切る方向に等位相面を有する信号に戻される。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部である抵抗１０９が、入力線路１におけるベンド部３の出力側に形成されるように構成したので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる効果を奏する。
なお、等位相面の傾きを調える傾き補償部として抵抗１０を形成する場合、切り欠き９を施す場合よりも、等位相面の制御をより緻密に行うことが可能となる。
この実施の形態２の電力分配器を電力合成器として用いてもよい。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による電力分配器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
入力線路１の出力側の線路、即ち、信号分岐部４に対する入力線路１の接続部位１ａは、その線路幅Ｗ２が入力線路１の他の部位の線路幅Ｗ１より狭く形成されている。

上記実施の形態１では、ベンド部３と信号分岐部４の間に施されている切り欠き９が、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えるものについて示したが、図７に示すように、切り欠き９の代わりに、信号分岐部４に対する接続部位１ａの線路幅Ｗ２を細くすることにより、通過振幅差と通過位相差が軽減されるため、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えることができる。

信号分岐部４に対する接続部位１ａの線路幅Ｗ２を細くすることにより、不等分配を抑圧できることを確認するため、ベンド部３と信号分岐部４間の長さをＬ１＝６００μｍ、線路幅をＷ１＝２００μｍ、Ｗ２＝１００μｍとして、通過振幅差と通過位相差を計算すると、図８に示すように、信号分岐部４に対する接続部位１ａの線路幅が細くされていない場合と比べて、通過振幅差と通過位相差が改善することがわかる。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、信号分岐部４に対する接続部位１ａの線路幅Ｗ２が入力線路１の他の部位の線路幅Ｗ１より狭く形成されているので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態３の電力分配器を電力合成器として用いてもよい。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４による電力分配器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
入力線路１の出力側の線路、即ち、信号分岐部４に対する入力線路１の接続部位１ｂは、その線路幅Ｗ３が入力線路１の他の部位の線路幅Ｗ１より太く形成されている。

上記実施の形態１では、ベンド部３と信号分岐部４の間に施されている切り欠き９が、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えるものについて示したが、図９に示すように、切り欠き９の代わりに、信号分岐部４に対する接続部位１ｂの線路幅Ｗ３を太くすることにより、出力線路５への経路が短くなり、出力線路５と出力線路６の位相差が小さくなるため、ベンド部３により乱された等位相面の傾きを入力線路１の中心導体を横切る方向に調えることができる。

信号分岐部４に対する接続部位１ｂの線路幅Ｗ３を太くすることにより、不等分配を抑圧できることを確認するため、ベンド部３と信号分岐部４間の長さをＬ１＝６００μｍ、線路幅をＷ１＝２００μｍ、Ｗ３＝４００μｍとして、通過振幅差と通過位相差を計算すると、図１０に示すように、信号分岐部４に対する接続部位１ｂの線路幅が太くされていない場合と比べて、通過振幅差と通過位相差が改善することがわかる。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、信号分岐部４に対する接続部位１ｂの線路幅Ｗ３が入力線路１の他の部位の線路幅Ｗ１より太く形成されているので、設計の複雑化を招くことなく、等位相面が傾いている信号を分配する場合でも、電力を等分配することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態４の電力分配器を電力合成器として用いてもよい。

実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５による電力分配装置を示す構成図である。
図１１では、上記実施の形態１〜４における何れかの電力分配器が入力端子１１に対して６個縦続接続されているものを示している。
これにより、６個の電力分配器により等分配された信号が、出力端子１２〜１９から出力される。
このように、複数の電力分配器を縦続接続して電力分配装置を構成することにより、不等分配の小さい多分配電力分配器を構成することができる。
なお、この実施の形態５の電力分配装置を電力合成器として用いてもよい。

この発明の実施の形態１による電力分配器を示す構成図である。入力線路に切り欠きが施されていない電力分配器を示す構成図である。図２の入力線路１及び出力線路５，６の線路幅をパラメータとして、市販の電磁界解析ソフトを用いて計算した分配特性（通過振幅差）を示す説明図である。図２の入力線路１及び出力線路５，６の線路幅をパラメータとして、市販の電磁界解析ソフトを用いて計算した分配特性（通過位相差）を示す説明図である。切り欠き９が有る場合と無い場合の分配特性を示す説明図である。この発明の実施の形態２による電力分配器を示す構成図である。この発明の実施の形態３による電力分配器を示す構成図である。信号分岐部４に対する接続部位１ａの線路幅Ｗ２が細くされている場合と細くされていない場合の分配特性を示す説明図である。この発明の実施の形態４による電力分配器を示す構成図である。信号分岐部４に対する接続部位１ｂの線路幅Ｗ３が太くされている場合と太くされていない場合の分配特性を示す説明図である。この発明の実施の形態５による電力分配装置を示す構成図である。

符号の説明

１入力線路、１ａ接続部位、１ｂ接続部位、２入力端子、３ベンド部、４信号分岐部、５出力線路（第１の出力線路）、６出力線路（第２の出力線路）、７出力端子、８出力端子、９切り欠き、１０抵抗、１１入力端子、１２〜１９出力端子。

Claims

途中に信号の伝送方向を変えるベンド部を有し、入力された信号を伝送する入力線路と、上記入力線路により伝送された信号を分配する信号分岐部と、上記信号分岐部により分配された一方の信号を伝送する第１の出力線路と、上記第１の出力線路と略対称的に配置され、上記信号分岐部により分配された他方の信号を伝送する第２の出力線路と、上記入力線路における上記ベンド部の出力側に形成され、上記ベンド部により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部とを備えた電力分配器。
傾き補償部として、入力線路を横切る方向に切り欠きが施されていることを特徴とする請求項１記載の電力分配器。
傾き補償部として、入力線路を横切る方向に抵抗が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電力分配器。
信号分岐部に対する入力線路の接続部位の線路幅を、その入力線路の他の部位の線路幅より狭くすることにより、傾き補償部を形成していることを特徴とする請求項１記載の電力分配器。
信号分岐部に対する入力線路の接続部位の線路幅を、その入力線路の他の部位の線路幅より太くすることにより、傾き補償部を形成していることを特徴とする請求項１記載の電力分配器。
途中に信号の伝送方向を変えるベンド部を有し、入力された信号を伝送する入力線路と、上記入力線路により伝送された信号を分配する信号分岐部と、上記信号分岐部により分配された一方の信号を伝送する第１の出力線路と、上記第１の出力線路と略対称的に配置され、上記信号分岐部により分配された他方の信号を伝送する第２の出力線路と、上記入力線路における上記ベンド部の出力側に形成され、上記ベンド部により乱された等位相面の傾きを調える傾き補償部とを備えた電力分配器が複数個縦続接続されている電力分配装置。