JP2010136045A

JP2010136045A - 電力分配／合成器

Info

Publication number: JP2010136045A
Application number: JP2008309307A
Authority: JP
Inventors: Minoru Furukawa; 実古川
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】高周波電力の分配／合成と同時にフィルタリングを行うことができる電力分配／合成器を提供する。
【解決手段】端子１と端子２との間に配置される第１高周波線路と、前記端子１と端子３との間に配置される第２高周波線路とを有し、前記端子１に入力された高周波信号を２分配し前記端子２と前記端子３とから出力、あるいは、前記端子２と前記端子３とに入力された高周波信号を合成して前記端子１から出力する電力分配／合成器であって、前記第１高周波線路と前記第２高周波線路に、フィルタとして機能する線路パターンが接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力分配／合成器に係わり、特に、高周波電力の分配／合成と同時にフィルタリングを行う電力分配／合成器に関する。

従来、２分配器として、ウィルキンソン型の電力分配器が知られている。（下記、非特許文献１参照）
図９は、従来のウィルキンソン型の電力分配器の回路構成を示す回路図、図１０は、従来のウィルキンソン型の電力分配器の実際の回路パターンを示す図である。
図９、図１０において、１０は誘電体基板、２０１は入力端子、２０２は出力端子１、２０３は出力端子２、Ｔ２０１、Ｔ２０２は高周波線路、Ｒ２０１は抵抗素子である。ここで、高周波線路（Ｔ２０１，Ｔ２０２）は、通常のマイクロストリップラインで構成されるλｏ／４線路である。したがって、図示は省略するが、図９では、誘電体基板１０の裏面側には、面状の接地パターンが形成されている。また、λｏは、使用中心周波数（ｆｏ）の自由空間における波長（以下、自由空間波長という）である。
この従来のウィルキンソン型の電力分配器では、例えば、抵抗素子（Ｒ２０１）の出力端子２（２０３）側の接続部において、出力端子１（２０２）から高周波線路（Ｔ２０１）、および高周波線路（Ｔ２０２）を通って出力端子２（２０３）に流れる電流Ａと、出力端子１（２０２）から抵抗素子（Ｒ２０１）を通って出力端子２（２０３）に流れる電流Ｂが、同振幅で、逆位相の電流となるようにして、出力端子１（２０２）と出力端子２（２０３）との間のアイソレーションを取るようにしている。したがって、抵抗素子（Ｒ２０１）の抵抗値は、前述の電流Ａと電流Ｂとが、同振幅、逆位相となるような抵抗値とされる。
また、入力端子２０１の入力ンピーダンス（Ｚｉｎ）を５０Ω、出力端子１（２０２）と出力端子２（２０３）の出力インピーダンス（Ｚｏｕｔ）を５０Ωとするとき、各高周波線路（Ｔ１０１，Ｔ１０２）の特性インピーダンス（Ｚｗ）は、約７０．７Ωとされる。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
小西良弘：「実用マイクロ波技術講座」，第２巻，日刊工業新聞社(2003)，PP.55-98

前述のウィルキンソン型の電力分配器を、レクテナへ適用する場合に、例えば、図１１に示すように、アンテナ２１０と、ウィルキンソン型の電力分配器２１２との間に、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１を挿入する場合が想定される。なお、図１１において、２１３は整流器、２１４は出力フィルタ、２１５は負荷である。
図１１に示すように、アンテナ２１０と、ウィルキンソン型の電力分配器２１２との間に、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１を挿入する場合、従来は、ウィルキンソン型の電力分配器２１２と低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１とはそれぞれ別個に製作していた。
そのため、ウィルキンソン型の電力分配器２１２と低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１と、整流器２１３と、出力フィルタ２１４とを平面回路で構成する場合、当該平面回路の面積が大きくなるという問題点があった。
また、電気長に起因する損失は、ウィルキンソン型の電力分配器２１２と低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１のそれぞれから発生するため、損失が大きいという問題点もあった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高周波電力の分配／合成と同時にフィルタリングを行うことができる電力分配／合成器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の目的を達成するために、本発明は、端子１と端子２との間に配置される第１高周波線路と、前記端子１と端子３との間に配置される第２高周波線路とを有し、前記端子１に入力された高周波信号を２分配し前記端子２と前記端子３とから出力、あるいは、前記端子２と前記端子３とに入力された高周波信号を合成して前記端子１から出力する電力分配／合成器であって、前記第１高周波線路と前記第２高周波線路に、フィルタとして機能する線路パターンが接続されていることを特徴とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の電力分配／合成器によれば、高周波電力の分配／合成と同時にフィルタリングを行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例の電力分配器の実際の回路パターンを示す図である。
図１において、１０は誘電体基板、１０１は入力端子、１０２は出力端子１、１０３は出力端子２、Ｔ１０１、Ｔ１０２は高周波線路、Ｔ１１１〜Ｔ１１４は先端開放の高周波線路、Ｒ１０１は抵抗素子である。
ここで、高周波線路（Ｔ１０１，Ｔ１０２，Ｔ１１１〜Ｔ１１４）は、通常のマイクロストリップラインで構成される高周波線路である。したがって、図示は省略するが、図１では、誘電体基板１０の裏面側には、面状の接地パターンが形成されている。また、高周波線路（Ｔ１０１，Ｔ１０２）は、λｏ／４線路である。なお、λｏは、使用中心周波数（ｆｏ）の自由空間波長である。
本実施例の電力分配器は、Ｔ１０１，Ｔ１０２の高周波線路に、先端開放の高周波線路（Ｔ１１１〜Ｔ１１４）が接続されている点で、従来のウィルキンソン型の電力分配器と異なっている。
ここで、（Ｔ１１１〜Ｔ１１４）の高周波線路は、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）として機能する。そのため、高周波線路（Ｔ１１１〜Ｔ１１４）は、λ_ＢＰＦ／４線路である。なお、λ_ＢＰＦは、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）の中心周波数（ｆ_ＢＰＦ）の自由空間波長である。したがって、図１の点線枠で囲った範囲が、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）兼１／４波長変成器を構成する。

図２は、本発明の実施例の電力分配器の２分配器の回路構成を示す回路図であり、図２（ａ）は電力分配器としての回路構成を、図２（ｂ）は帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）としての回路構成を示す。
図３は、本発明の実施例の電力分配器の通過特性の一例を示すグラフであり、図１に示す入力端子１０１と出力端子１（１０２）との間の通過特性の一例を示すグラフである。図３のグラフにおいて、縦軸は減衰量（ｄＢ）で単位は−１０ｄＢ、横軸は規格化された周波数（ｆ／ｆ０）を示す。
この図３の矢印Ａ（「濾波分配器」）は、本実施例の電力分配器の通過特性であるが、比較のために、図３には、従来のウィルキンソン型の電力分配器の通過特性を、矢印Ｂ（「既存設計」）として図示している。
本実施例の電力分配器では、帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）の中心周波数（ｆ_ＢＰＦ）は、使用中心周波数（ｆｏ）の３倍の高調波（ｆ_ＢＰＦ＝３ｆｏ、即ち、λｏ＝３λ_ＢＰＦ）とされているので、図３の矢印Ａの特性において、（ｆ／ｆｏ）が３のときに減衰量が大きくなっている。

図４は、本実施例の電力分配器の周波数（ＧＨｚ）と、挿入損失と、入力端子の反射特性（Ｓ１１）と、出力端子１と出力端子２との間のアイソレーション特性（Ｓ３２）との関係、および、出力端子１の反射特性（Ｓ２２）との関係を示すグラフである。
図４のグラフにおいて、縦軸は減衰量（ｄＢ）で単位は−１０ｄＢ、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。また、図４の矢印Ａが入力端子１０１から出力端子１（１０２）に分配するときの挿入損失（Ｓ１２）を示し、図４の矢印Ｂが入力端子１０１の反射特性（Ｓ１２）を示し、図４の矢印Ｃが出力端子１（１０２）と出力端子２（１０３）との間のアイソレーション特性（Ｓ２３）を示す。
図４から分かるように、中心周波数である、２．４５ＧＨｚにおいて、入力端子１０１の反射特性（Ｓ１１）は、略−２９ｄＢとなっている。また、
中心周波数である、２．４５ＧＨｚにおいて、出力端子１（１０２）と出力端子２（１０３）との間のアイソレーション特性（Ｓ２３）は、略−３２ｄＢとなっている。

なお、前述の説明では、電力分配器において、電力の分配と同時に特定の周波数帯域を除去するようにしたが、電力分配器に、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）、あるいは、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）として機能する高周波線路（所謂、マイクロストリップライン）を接続して、電力の分配と同時に、低域の周波数を通過、高域の周波数を通過、あるいは、特定の周波数帯域を通過させるようにすることも可能である。
例えば、本実施例の電力分配器として、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の機能を持たせたものを使用し、当該低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の機能を持たせた本実施例の電力分配器をレクテナへ適用する場合、図５に示すように、アンテナ２１０と、本実施例の電力分配器１００との間に、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１を挿入する必要がなくなる。
そのため、本実施例の電力分配器１００と、整流器２１３と、出力フィルタ２１４とを平面回路で構成する場合、図１１に示す、従来のウィルキンソン型の電力分配器２１２を使用する場合と比して、当該平面回路の面積を小さくすることができる。
さらに、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２１１を挿入する必要がなくなるため、電気長に起因する損失も少なくすることが可能である。

なお、前述の説明では、電力分配器に、本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、電力合成器にも適用可能である。
例えば、図６（ａ）に示すように、従来のウィルキンソン型の電力分配器２３１を使用して電力を２分配した後、それぞれ増幅器２３２で増幅し、再度従来のウィルキンソン型の電力分配器２３３を使用して増幅した電力を合成し、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２３４を介して出力する場合、図６（ｂ）に示すように、従来のウィルキンソン型の電力分配器２３３に代えて、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の機能を持たせた本実施例の電力分配器２００を用いることにより、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２３４を削除することが可能となる。
さらに、本発明は、図７に示すアレーアンテナ等の給電回路に使用されるＴ分岐回路、あるいは、図８に示す３ｄＢハイブリッド回路の１／４波長変成器などにも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例の電力分配器の実際の回路パターンを示す図である。本発明の実施例の電力分配器の２分配器の回路構成を示す回路図である。本発明の実施例の電力分配器の通過特性の一例を示すグラフである。本発明の実施例の電力分配器の周波数（ＧＨｚ）と、挿入損失と、入力端子の反射特性（Ｓ１１）と、出力端子１と出力端子２との間のアイソレーション特性（Ｓ３２）との関係、および、出力端子１の反射特性（Ｓ２２）との関係を示すグラフである。本発明の実施例の電力分配器を使用したレクテナの構成を示すブロック図である。本発明の実施例の電力合成器を使用した回路構成の一例を示すブロック図である。本発明が適用可能なＴ分岐回路を示す図である。本発明が適用可能な３ｄＢハイブリッド回路を示す図である。従来のウィルキンソン型の電力分配器の回路構成を示す回路図である。従来のウィルキンソン型の電力分配器の実際の回路パターンを示す図である。従来のウィルキンソン型の電力分配器を使用したレクテナの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０誘電体基板
１０１，２０１入力端子
１０２，１０３，２０２，２０３出力端子
１００，２００，２１２，２３１，２３３電力分配器
２１０アンテナ
２１１，２３４低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
２１３整流器
２１４出力フィルタ
２１５負荷
２３２増幅器
Ｔ１０１，Ｔ１０２，Ｔ１１１〜Ｔ１１４，Ｔ２０１，Ｔ２０２高周波線路
Ｒ１０１，Ｒ２０１抵抗素子

Claims

端子１と端子２との間に配置される第１高周波線路と、
前記端子１と端子３との間に配置される第２高周波線路とを有し、
前記端子１に入力された高周波信号を２分配し前記端子２と前記端子３とから出力、あるいは、前記端子２と前記端子３とに入力された高周波信号を合成して前記端子１から出力する電力分配／合成器であって、
前記第１高周波線路と前記第２高周波線路に、フィルタとして機能する線路パターンが接続されていることを特徴とする電力分配／合成器。