JP2010057115A - 空中線整合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
それぞれ異なる周波数の電波を送信する複数台の無線機がそれぞれの同調盤と同軸ケーブルを介して共通の空中線に接続するための合成盤を備える空中線整合装置において、他の同調盤の影響を軽減するとともに同調盤と合成盤をつなぐ同軸ケーブルでの損失を軽減して、広い周波数範囲において整合を容易にする空中線整合装置を得る。
【解決手段】同軸ケーブルと接続される合成盤の入力に容量性負荷を挿入し、他の同調盤による負荷の影響を軽減するとともに同軸ケーブルでの損失を軽減する。


【選択図】 図７

Description

本発明は、それぞれ異なる周波数の電波を送信する複数台の無線機の各無線機がそれぞれの同調盤と同軸ケーブルを介して共通の空中線に接続するための合成盤を備える空中線整合装置に関する。

空中線整合装置は、図１に示すよう、空中線１３に対して複数の同調盤２ａ〜２ｅが合成盤１２を介して接続され、お互いの同調盤２ａ〜２ｅは空中線に対して合成盤を介して並列に付加される。図１は５台の同調盤が接続されている例である。以降図１の場合に付いて説明するが５台に限定されることなく複数の同調盤の場合でも同様な動作になる。
同調盤１（２ａ）の負荷としては、空中線のほかに並列接続される同調盤２〜５（２ｂ〜２ｅ）が負荷となり、同調盤２〜５の出力インピーダンスが空中線インピーダンスに対して充分大きければ、同調盤１の整合に対して何ら影響がなく問題にならない。
しかしながら、並列に接続される同調盤２〜５のインピーダンスが極端に低くなるなら、同調盤１の出力電力は空中線へ行かず、代わりに本来無視されなければならない同調盤２〜５の影響を受け、主に、同調盤１〜合成盤とで消費され、共用整合動作が成り立たなくなってしまう。

この成り立たなくなる様子を次に説明する。
前述した、図１の同調盤１の負荷インピーダンスを求める。各部におけるインピーダンス計算を簡単にするために、図２に示すよう空中線のインピーダンスを５０Ω、同調盤２〜５の出力インピーダンスを５０ｐＦ（Ｃ２１〜Ｃ２４）（複同調回路における±５％以上離調周波数ではＣ性の高インピーダンスになることより）、同調盤が合成盤に接続されるための同軸ケーブル（３ａ〜３ｅ）の長さを１ｍとする。なお、長さは、同調盤の配置や同調盤の数により異なり、同調盤が３台の場合は０．５ｍ、同調盤が６台の場合は１．２ｍ必要になる。今回の説明は同調盤が５台で、同軸ケーブルの長さが１ｍの場合について説明する。
また、周波数は同調盤の周波数範囲の下限、中間、上限の１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚとする。

以上の条件で、順次、インピーダンスを求め、最終的に同調盤１の出力端での負荷インピーダンスを求める。

まず、５０ｐF単体のインピーダンスＡは、図３（１）のように、１０ＭＨｚで−ｊ３１８Ω、２０ＭＨｚで−ｊ１５９Ω、３０ＭＨｚで−ｊ１０６Ωになる。

このインピーダンスＡが合成盤に接続するための同軸ケーブル１ｍを通すと、周波数に比例した同軸ケーブルのインピーダンス回転によって、極めて低いＣ性のインピーダンスになってしまう。その結果を図３（２）に示す。

図３（２）から分かるように、インピーダンスＢは周波数が高くなるにつれて、Ｃ性のインピーダンスが徐々に小さくなり、周波数３０ＭＨｚでは最小になる。なお、更に高い周波数あるいは同軸ケーブル長が長くなるとインピーダンスＢはＣ性からＬ性に変わり、この変換点ではインピーダンスはゼロになる。

次に、合成盤の入力端での同調盤１の負荷インピーダンスを求めるために、図２に示すよう、空中線（５０Ω）に先ほどのインピーダンスＢを並列に４台分（インピーダンスＢ／４）付加する。そのインピーダンスＣを図４（１）に示す。

図４（１）から分かるように、インピーダンスＣは空中線（５０Ω）にインピーダンスＢが４台分並列に付加されることによって、周波数３０ＭＨｚでインピーダンスが最小になり、同調盤１からの出力は他の同調盤の影響を受け、ほとんど空中線（５０Ω）に行かず、整合回路として動作しない。

最後に、インピーダンスＣに同軸ケーブル１ｍを直列に加えた同調盤１の出力端から見た負荷インピーダンスＤを図４（２）に示す。この場合、同調盤１からの出力はほとんど空中線（５０Ω）に行かず、整合回路として動作しない。

次に、同軸ケーブルでの損失についての説明をする。図６は同調盤１から空中線までの出力の従来技術の概念図である。同調盤１に１２００Ｗ入力したときの同調盤１の出力は図５（１）に示すよう負荷インピーダンスの大小に関係なくほとんど６９０Ｗ程度である。
この場合、同軸ケーブルの抵抗は無視しているので、出力は全て空中線への出力となっている。

実回路には同軸ケーブルの抵抗があるので、負荷インピーダンスから求まる負荷電流による同軸ケーブルの損失が発生する。
仮に、同軸ケーブルの抵抗を０．５Ωとした場合、同軸ケーブルでの損失及び空中線１３への出力は図５（２）のようになる。

次に、図５（２）の出力は同軸ケーブルの抵抗を無視した負荷インピーダンスでの空中線への出力のため、実回路に近づけるため、図５（１）の負荷インピーダンスに同軸ケーブルの抵抗０．５Ωを加算した負荷インピーダンでの負荷電流および同調盤１の出力を再計算した結果を、図５（３）に示す。

また、図５（２）と同様に、出力を同軸ケーブルでの損失と空中線への出力とに分けた結果を図５（４）に示す。図５（４）に示すよう、３０ＭＨｚでの同軸ケーブルの損失は２１６Ｗと大きくなり空中線への出力は低減され、整合回路として動作しない。また、同軸ケーブルの損失が大きく同軸ケーブルの焼損を招く恐れがある。

特開平８−４６５２８号公報

空中線を共用する電力合成装置において、無線機からの出力は図１に示すよう同調盤、合成盤を経由して空中腺へ出力される。ここで、各同調盤からの出力は、同軸ケーブルを介して合成盤に接続されている。各同調盤はお互いの送信電力の干渉を抑えるため急峻な複同調回路によって、±5％以上離調周波数での出力インピーダンスをＣ性の高インピーダンスにしている。
これによって空中線に対して並列接続された各同調盤間のインピーダンス干渉を抑え、空中線への共用接続を可能にしている。
しかしながら、各同調盤と合成盤とが物理的な有限な長さの同軸ケーブルで接続されているため、各同調盤の出口で、Ｃ性の高インピーダンスが同軸ケーブルの長さと周波数との関係で決まるインピーダンスの回転によって合成盤の入り口で極めて低いＣ性あるいはＬ性のインピーダンスになってしまう。このため整合を取ろうとする同調盤から空中線を見た場合、あたかも空中線が短絡したようになってしまい、同調盤からの出力は、他の同調盤に影響されると共に、同調盤と合成盤間の同軸ケーブルで消費され、空中線にはほとんど出力されない問題が起きる。

従来の電力合成盤に、図７に示すような合成盤の入力毎にコンデンサＣ１１〜Ｃ１５を入れる。これによって、合成盤までのケーブルの回転によって、合成盤の入り□で極めて低いＣ性あるいはＬ性のインピーンスになった同調盤の負荷インピーダンスはＣ性のインピーダンスが直列に付加されたことによって再びＣ性の高インピーダンスに引き戻され、同調盤からの出力は、他の同調盤に影響されることなく、また、同調盤と合成盤間を接続している同軸ケーブルでの損失は軽減され、空中線に効率良く出力される。
なお、図７は同調盤が５台の場合の例であるが５台に限定されず、複数の同調盤に適用される。

本発明では、上述の目的を達成するために次のように構成している。

すなわち、それぞれ異なる周波数の電波を送信する複数台の無線機の各無線機がそれぞれの同調盤と同軸ケーブルを介して共通の空中線に接続するための合成盤を備える空中線整合装置において、前記同軸ケーブルが接続される合成盤の入力端のすぐ後ろにキャパシタを挿入することを特徴とする。
また、前記同軸ケーブルの長さが０．５ｍから１．２ｍであり、前記キャパシタの容量が４０ＰＦから１００ＰＦであることを特徴とする。

以上説明したように本発明により、同調盤からの出力は、他の同調盤による影響が軽減され、また、同調盤と合成盤間を接続する同軸ケーブルでの損失も軽減され、空中線に効率良く出力される。

以下、図面によって本発明の実施例について、詳細に説明する。

本発明による空中線整合装置の系統図を図７に示す。従来技術と同様に同調盤１の負荷インピーダンスを計算するための等価回路を図８に示す。

図２に示す従来の空中線整合装置における同調盤１（２ａ）の負荷インピーダンスＤが極端に低くなることを抑えるために、インピーダンスＢに対して合成盤側にキャパシタＣ１２〜Ｃ１５を直列に追加する。キャパシタの容量は同調盤の数による。同調盤が3台の場合は、同軸ケーブル３ａ〜３ｅが０．５ｍと短くなるので１００ＰＦとなり、同調盤が６台の場合は同軸ケーブルが１．２ｍと長くなるので４０ＰＦとなる。ここでは同調盤が５台で同軸ケーブル長が１ｍでキャパシタが５０ＰＦの場合について説明する。インピーダンスＢに対して合成盤側に５０ＰＦを直列に追加したインピーダンスＥを図９に示す。
なお、５０ｐＦの１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚの各インピーダンスＢは図３（２）に示したように、−ｊ１３１Ω、−ｊ５７Ω、−ｊ２７Ωである。

図９（１）に示すように、直列に追加されたコンデンサ５０ｐＦによって、インピーダンスＢの−ｊ１３１Ω、−ｊ５７Ω及び−ｊ２７Ωは、それぞれ−ｊ４４９Ω、−ｊ２１６Ω及び−ｊ１３３ΩのＣ性の大きなインピーダンスになっている。

このインピーダンスＥを４台分（インピーダンスＥ／４）、従来回路と同様に空中線（５０Ω）に並列付加したインピーダンスＦを図１０（１）に示す。

次に、同調盤１が他の同調盤の負荷となったときに、他の同調盤の負荷インピーダンスが極端に低くならないように同調盤１にも同調盤２〜５と同様に５０ｐＦ（Ｃ１１）が合成盤内に直列に入っており、この５０ｐＦをインピーダンスＦに直列に付加したインピーダンスＧを図１０（２）に示す。
図１０（２）から分かるように、インピーダンスＧは空中線５０ΩにインピーダンスＥが４台分並列に付加されても、周波数３０ＭＨｚでインピーダンスが極端に低くなることがなく、同調盤１からの出力は他の同調盤に影響されず、ほとんど空中線（５０Ω）に行き、整合回路として動作することになる。

最後に、インピーダンスＧに同軸ケーブル１ｍを直列に加えた同調盤１の出力端から見た負荷インピーダンスＨを図１０（３）に示す。この場合、同調盤１からの出力はほとんど空中線（５０Ω）に行き、整合回路として動作する。

次に、同軸ケーブルでの損失についての説明をする。図１２は同調盤１から空中線までの出力の本発明の概念図である。
同調盤１に１２００Ｗ入力したときの同調盤１の出力は図１１（１）に示すよう負荷インピーダンスの大小に関係なくほとんど６９０Ｗ程度である。
この場合、同軸ケーブルの抵抗は無視しているので、出力は全て空中線への出力となっている。

実回路においては同軸ケーブルの抵抗があるので、負荷インピーダンスから求まる負荷電流によってケーブルでの損失が発生する。
仮に、同軸ケーブルの抵抗を０．５Ωとした場合、同軸ケーブルでの損失及び空中線１３の出力は図１１（２）のようになる。

次に、図１１（２）の空中線１５への出力は同軸ケーブルの抵抗を無視した出力のため、実回路に近づけるため、図１１（１）の負荷インピーダンスに同軸ケーブルの抵抗０．５Ωを加算した負荷インピーダンで負荷電流、同調盤の出力を再計算した結果を、図１１（３）に示す。

また、図１１（３）の同調盤の出力を同軸ケーブルでの損失と空中線への出力とに分けた結果を図１１（４）に示す。
従来では図５（４）に示すよう、３０ＭＨｚでの同軸ケーブルの損失は２１６Ｗと大きいが、本発明では図１１（４）に示すとおり１０５Ｗまで改善しており、同軸ケーブルでの損失が低減されるとともに同軸ケーブルの焼損の問題が解決される。

従来の空中線整合装置 従来の同調盤１の負荷インピーダンス計算用等価回路 インピーダンスＡとＢの説明 インピーダンスＣとＤの説明 従来の負荷インピーダンスに対する負荷電流、出力、同軸ケーブル損失 従来の同調盤１〜空中線までの出力の概念図 本発明の空中線整合装置 本発明の同調盤１の負荷インピーダンス計算用等価回路 インピーダンスＥの説明 インピーダンスＦ，Ｇ，Ｈの説明 本発明の負荷インピーダンスに対する負荷電流、出力、同軸ケーブル損失 本発明の同調盤１〜空中線までの出力の概念図

符号の説明

１ａ〜１ｅ 無線機１〜５
２ａ〜２ｅ 同調盤１〜５
３ａ〜３ｅ 同軸ケーブル１〜５
４ａ〜５ｅ 合成盤入力１〜５
１０ 無線機群
１１ 空中線整合装置
１２ 合成盤
１３ 空中線５０Ω
１４ 合成盤出力
Ａ１〜Ａ４ インピーダンスＡ
Ｂ１〜Ｂ４ インピーダンスＢ
Ｃ１〜Ｃ４ インピーダンスＣ
Ｄ１〜Ｄ４ インピーダンスＤ
Ｅ１〜Ｅ４ インピーダンスＥ
Ｆ１ インピーダンスＦ
Ｇ１ インピーダンスＧ
Ｈ１ インピーダンスＨ
２ｂｂ〜２ｅｅ 同調盤等価回路
Ｃ１１〜Ｃ１５ 本発明のキャパシタ
Ｃ２１〜Ｃ２４ 同調盤２〜５のインピーダンス５０ｐＦ

Claims (2)

1. それぞれ異なる周波数の電波を送信する複数台の無線機の各無線機がそれぞれの
   同調盤と同軸ケーブルを介して共通の空中線に接続するための合成盤を備える空
   中線整合装置において、
   上記同軸ケーブルが接続される合成盤の入力端のすぐ後ろにキャパシタを挿入することを特徴とする空中線整合装置。
2. 請求項１の空中線整合装置において、同軸ケーブルの長さが０．５ｍから１．２ｍであり、キャパシタの容量が４０ＰＦから１００ＰＦであることを特徴とする空中線整合装置。

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