JP2011041137A - 電力分配合成回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド回路を構成する上下の異なる層を相互接続するための垂直給電部を不要と、製造が容易でかつ小形化が可能な電力分配合成回路を得る。
【解決手段】互いに対向配置された第１および第２の中心導体３、４と、第１および第２の中心導体３、４の間の一部に介在された地導体８とを備えている。第１および第２の中心導体３、４の各一部は、それぞれ、第１および第２の平面形カプラ６、７を構成する。第１および第２の平面形カプラ６、７は、地導体８を介して対向配置されている。第１および第２の中心導体３、４の各他部は、互いに異なる面形状に形成されて結合線路形カプラ５を構成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力分配機能および合成機能を有するハイブリッド回路からなる電力分配合成回路に関するものである。

一般に、電力分配および合成機能を有するハイブリッド回路が必要とされる電力分配合成回路システムは、ハイブリッド回路と多数の増幅器とにより構成されており、移動衛星通信のような連続した広大なエリアをカバーし、多数のキャリアを用いて通信する方式のマルチビーム送信系などに用いられている（たとえば、非特許文献１参照）。

この種の電力分配合成回路システムにおける重要な課題は、電力分配合成回路（ハイブリッド回路）を構成する複数の３ｄＢハイブリッドカプラの相互間を接続する多数の交差部を実現することにある。
そこで、従来から、多数の交差部を実現するために、平面構成において、ハイブリッド回路間の接続を、交差部なしで実現した電力分配合成回路が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平３−１０６１０２号公報

江上他「多端子電力合成形マルチビーム送信系」信学会、Ｖｏｌ．Ｊ６９−Ｂ、Ｎｏ．２、ｐｐ．２０６−２１２、１９８６

従来の電力分配合成回路は、ハイブリッド回路を重ねて２階構成とした場合、交差部を実現するために、上下の階を接続する垂直給電部が必要となり、製造が複雑化するうえ、システム全体が大形化するという課題があった。

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あり、製造が容易で、かつ小形化が可能な電力分配合成回路を得ることを目的とする。

この発明に係る電力分配合成回路は、互いに対向配置された第１および第２の中心導体と、第１および第２の中心導体の間の一部に介在された地導体とを備えた電力分配合成回路であって、第１および第２の中心導体の各一部は、それぞれ、第１および第２の平面形カプラを構成し、第１および第２の平面形カプラは、地導体を介して対向配置されており、第１および第２の中心導体の各他部は、互いに所定の面形状に形成されて結合線路形カプラを構成しているものである。

この発明によれば、ハイブリッド回路を構成する上下の異なる層を相互接続するための垂直給電部を不要とすることにより、製造を容易にすることができる。
また、第１の平面形カプラと第２の平面形カプラとが上下に重なるように配置することを可能とすることにより、小形化を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る電力分配合成回路の構成を示す分解斜視図である。 図１の電力分配合成回路を上面から見た状態を示す平面図である。 図１の電力分配合成回路を第１の中心導体の上面から見た状態を示す平面図である。 図３内のＸ−Ｘ’線による電力分配合成回路の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電力分配合成回路のシステム全体を図式的に示すブロック構成図である。 図３内のＡ−Ａ’線による電力分配合成回路の断面図である。 図３内のＢ−Ｂ’線による電力分配合成回路の断面図である。 図４内のＣ−Ｃ’線による電力分配合成回路の断面図である。 図４内のＤ−Ｄ’線による電力分配合成回路の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電力分配合成回路を示す分解斜視図である。 図１０の電力分配合成回路を上面から見た状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態３に係る４入力４出力のハイブリッド回路からなる電力分配合成回路を概略的に示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る電力分配合成回路のシステム全体を示すブロック構成図である。 図１３の電力分配合成回路の第１の中心導体を含む水平面による断面図である。 図１３の電力分配合成回路の第２の中心導体を含む水平面による断面図である。 この発明の実施の形態４に係る８入力８出力のハイブリッド回路からなる電力分配合成回路を概略的に示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る電力分配合成回路のシステム全体を示すブロック構成図である。 図１７の係る電力分配合成回路の第１の中心導体を含む水平面による断面図である。 図１７の電力分配合成回路の第２の中心導体を含む水平面による断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力分配合成回路を示す分解斜視図である。また、図２は図１の電力分配合成回路を上面から見た状態を示す平面図である。
図１および図２において、電力分配合成回路は、第１の中心導体３と、第２の中心導体４と、第１および第２の中心導体３、４により構成される結合線路形カプラ５と、第１の中心導体３により構成される第１の平面形カプラ６と、第２の中心導体４により構成される第２の平面形カプラ７と、地導体８とを備えている。

地導体８は、第１の中心導体３と第２の中心導体４との間の一部に設けられており、地導体８が設けられた領域において、第１の平面形カプラ６と第２の平面形カプラ７とが上下に重なるように配置されることにより、電力分配合成回路が形成されている。

第１の中心導体３には、入出力端子９ａ、１０ａ、１１ａが接続されており、第２の中心導体４には、入出力端子９ｂ、１０ｂ、１１ｂは接続されている。このうち、入出力端子９ａ、９ｂは、たとえば入力端子であり、入出力端子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂは、たとえば出力端子である。
また、第１の中心導体３には、アイソレーション端子１２ａが接続されており、第２の中心導体４には、アイソレーション端子１２ｂが接続されている。

なお、ここでは便宜的に、入出力端子９ａ、９ｂを入力端子として説明するが、入出力端子９ａ〜１１ｂは、いずれも同等関係にあり、入力端子または出力端子として機能するので、これに限定されることはない。よって、上記とは逆に、入出力端子１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂが入力端子となり、入出力端子９ａ、９ｂが出力端子となる場合もあり得る。

また、第１および第２の中心導体３、４の先端部における対向形状は、図示した配置に限定されることはなく、上下関係が入れ替えられてもよく、互いに同一形状であってもよい。
さらに、ここでは代表例として、結合線路形カプラ５を第１および第２の中心導体３、４の先端部に構成した場合について説明するが、先端部に限定されることはなく、第１および第２の中心導体３、４の一部に構成された第１および第２の平面形カプラ６、７の領域を除く他部であれば、いずれの箇所にも結合線路形カプラ５が構成され得ることは言うまでもない。

図１および図２のように、上下に異なる層に形成された第１の中心導体３と第２の中心導体４とにより結合線路形カプラ５が構成され、第１の中心導体３により第１の平面形カプラ６が構成され、第２の中心導体４により第２の平面形カプラ７が構成され、第１の中心導体３と第２の中心導体４との間に地導体８が設けられた領域において、第１の平面形カプラ６と第２の平面形カプラ７とが上下に重なるように配置される。

図３は図１の電力分配合成回路を透視した平面図であり、第１の中心導体３の上面から見た状態を示している。また、図４は図３内のＸ−Ｘ’線による電力分配合成回路の断面図である。

図１〜図３において、結合線路形カプラ５、各平面形カプラ６、７、および、結合線路形カプラ５と各平面形カプラ６、７とをつなぐ接続部は、それぞれ、方形同軸線路で構成されている。
なお、ここでは、結合線路形カプラ５と、第１および第２の平面形カプラ６、７とを、それぞれ方形同軸線路で構成したが、トリプレート線路で構成してもよい。

図３においては、結合線路形カプラ５と平面形カプラ６とをつなぐ接続部１３が示されている。また、図３および図４においては、方形同軸線路の外導体の内側輪郭１４が示されている。

図５はこの発明の実施の形態１に係る電力分配合成回路のシステム全体を図式的に示すブロック構成図である。
図５において、タンデム形カプラ１５は、図１〜図３内の結合線路形カプラ５に対応しており、１対（２個）の結合線路形カプラ１６がタンデム接続された構成をからなる。
また、ブランチカプラ１７は、図１〜図３内の各平面形カプラ６、７に対応している。

図６は図３内のＡ−Ａ’線による電力分配合成回路（ブランチカプラ部）の断面図であり、図７は図３内のＢ−Ｂ’線による電力分配合成回路（ブランチカプラ部とタンデム形結合線路との接続部１３）の断面図である。
また、図８は図４内のＣ−Ｃ’線による電力分配合成回路（第１の中心導体３を含む水平面）の断面図であり、図９は図４内のＤ−Ｄ’線による電力分配合成回路（第２の中心導体４を含む水平面）の断面図である。

図６および図７においては、方形同軸線路の外導体１８と、方形同軸内部の誘電体Ｅとが示されている。なお、誘電体Ｅは、空気であってもよい。
図６においては、第１の中心導体３におけるブランチカプラ部と外導体１８との距離Ｌ１と、第２の中心導体４におけるブランチカプラ部と外導体１８との距離Ｌ２とが示されている。

図７においては、第１の中心導体３における接続部１３と外導体１８との距離Ｌ３と、第２の中心導体４における接続部１３と外導体１８との距離Ｌ４とが示されている。
図６および図７において、各距離Ｌ１〜Ｌ４の関係は、Ｌ１＝Ｌ３、Ｌ２＝Ｌ４、となるように設定されている。

次に、主に図３および図５を参照しながら、図１〜図９に示したこの発明の実施の形態１に係る電力分配合成回路の動作について説明する。
図５内のタンデム形カプラ１５（図１〜図３内の結合線路形カプラ５に対応）において、１対の結合線路形カプラ１６は、それぞれ中心周波数において約８．３ｄＢの結合特性を有しており、結合線路形カプラ１６が２個接続されることにより、結果的に３ｄＢのタンデム形カプラを構成している。

また、タンデム形カプラ１５の入出力端子９ａ、９ｂから入力された信号は、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割されて、接続部１３（図３参照）を介して、それぞれ、ブランチカプラ１７（図１〜図３内の各平面形カプラ６、７に対応）に入力される。
ブランチカプラ１７に入力された信号は、さらに、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割され、ブランチカプラ１７の入出力端子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂから出力される。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図９）に係る電力分配合成回路は、互いに対向配置された第１および第２の中心導体３、４と、第１および第２の中心導体３、４の間の一部に介在された地導体８とを備え、第１および第２の中心導体３、４の各先端部（各他部）は、互いに異なる面形状に形成されて結合線路形カプラ５を構成している。

第１および第２の中心導体３、４の各一部は、それぞれ、第１および第２の平面形カプラ６、７を構成し、第１および第２の平面形カプラ６、７は、地導体８を介して対向配置されている。

また、結合線路形カプラ５は、１対の結合線路形カプラ１６がタンデム接続されたタンデム形カプラ１５により構成されている。
さらに、結合線路形カプラ５（タンデム形カプラ１５）と、第１および第２の平面形カプラ６、７は、それぞれ方形同軸線路（または、トリプレート線路）により構成されている。

上記構成により、ハイブリッドカプラ（ハイブリッド回路）を構成する上下に異なる層を接続するための垂直給電部が不要となるので、製造が容易になる。
また、第１の平面形カプラ６と第２の平面形カプラ７とを上下に重なるように配置することが可能になるので、小形化を実現することができる効果がある。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図９）では、結合線路形カプラ５として２対構成からなるタンデム形カプラ１５（図５参照）を用いたが、図１０、図１１のように、１対の結合線路で３ｄＢの結合特性を有する１対構造の結合線路形カプラ５Ａを用いてもよい。
図１０はこの発明の実施の形態２に係る電力分配合成回路を示す分解斜視図であり、図１１は図１０の電力分配合成回路を上面から見た状態を示す平面図である。

図１０および図１１において、前述（図１、図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
この場合、第１および第２の中心導体３Ａ、４Ａの各先端部（各他部）は、互いに逆方向のＬ字形状を有し、１箇所の対向構造のみを有している。
図１０、図１１の構造においても、１対の結合線路のみで３ｄＢの結合特性を有することにより、前述と同様の作用効果を奏する。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図１〜図１１）では、入出力端子９ａ〜１１ｂ（２入力４出力）を有するハイブリッド回路により電力分配合成回路を構成したが、図１２〜図１５のように、アイソレーション端子１２ａ、１２ｂに代えて、入出力端子（入力端子）１９ａ、１９ｂを有するタンデム形カプラ１５Ｂを追設した４入力４出力のハイブリッド回路により電力分配合成回路を構成してもよい。

図１２はこの発明の実施の形態３に係る電力分配合成回路を概略的に示すブロック図であり、４入力４出力のハイブリッド回路の構成を示している。
図１２においては、ハイブリッド回路を構成する複数の３ｄＢハイブリッドカプラ１と、３ｄＢハイブリッドカプラ１の相互間を接続する交差部２とが示されている。

図１３はこの発明の実施の形態３に係る電力分配合成回路を示すブロック構成図であり、図１２の電力分配合成回路の構成を具体的に示している。
また、図１４は図１３の電力分配合成回路の第１の中心導体３、３Ｂを含む水平面による断面図であり、図１５は図１３の電力分配合成回路の第２の中心導体４、４Ｂを含む水平面による断面図である。

図１２〜図１５において、前述（図１〜図１１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
図１２〜図１５においては、前述のアイソレーション端子１２ａ、１２ｂに代えて、入出力端子１９ａ、１９ｂが追加されている。
すなわち、追加されたタンデム形カプラ１５Ｂは、タンデム形カプラ１５と同様の構成を有し、入出力端子１９ａ、１９ｂを有する。

この場合、結合線路形カプラ５として、２個のタンデム形カプラ１５、１５Ｂが用いられる。
また、ブランチカプラ１７においては、前述（図１〜図１１参照）と同様に、２個の平面形カプラ（第１および第２の平面形カプラ６、７）が接続されている。
なお、２個のタンデム形カプラ１５、１５Ｂと、平面形カプラと、これらを相互接続する接続部とは、前述と同様に、方形同軸線路により構成されているものとする。

次に、図１２〜図１５に示したこの発明の実施の形態３に係る電力分配合成回路の動作について説明する。
前述のタンデム形カプラ１５の場合と同様に、タンデム形カプラ１５Ｂの入出力端子１９ａ、１９ｂから入力された信号は、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割され、接続部１３（図３参照）を介して、それぞれブランチカプラ１７に入力される。

ブランチカプラ１７に入力された信号は、さらに、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割され、ブランチカプラ１７の入出力端子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂから出力される。

以上のように、この発明の実施の形態３（図１２〜図１５）に係る電力分配合成回路の結合線路形カプラは、並設された２個の結合線路形カプラ（タンデム形カプラ１５、１５Ｂ）により構成されている。
また、平面形カプラは、２個のブランチカプラ１７、すなわち２個の平面形カプラ（第１および第２の平面形カプラ６、７）により構成されており、２個の結合線路形カプラおよび２個の平面形カプラにより、４入力４出力のハイブリッドマトリクスが構成されている。

これにより、ハイブリッドカプラ１（図１２参照）を接続するための垂直給電部が不要となるので、製造が容易になるうえ、各ハイブリッドカプラ１の交差部２を容易に実現（製造）することができる。
また、前述の実施の形態１、２と同様に、第１の平面形カプラ６と第２の平面形カプラ７とを、上下に重なるように配置することが可能になるので、小形化を実現することができる。

なお、ここでは、２個のタンデム形カプラ１５、１５Ｂ、平面形カプラ、および、これらの接続部を方形同軸線路で構成したが、前述と同様に、トリプレート線路で構成してもよい。
また、結合線路形カプラ５として、タンデム形カプラ１５、１５Ｂを用いたが、前述の実施の形態２（図１０、図１１）と同様に、１対の結合線路で３ｄＢの結合特性を有する結合線路形カプラを用いてもよい。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図１２〜図１５）では、４入力４出力のハイブリッド回路により電力分配合成回路を構成したが、図１６〜図１９のように、８入力８出力のハイブリッド回路により電力分配合成回路を構成してもよい。

図１６はこの発明の実施の形態４に係る電力分配合成回路を概略的に示すブロック図であり、８入力８出力のハイブリッド回路の構成を示している。
図１６においては、複数の３ｄＢハイブリッドカプラ１の相互間の交差部２に加えて、交差部２とは異なる段に発生する別の交差部２０が示されている。

図１７はこの発明の実施の形態４に係る電力分配合成回路を示すブロック構成図であり、図１６の電力分配合成回路の構成を具体的に示している。
また、図１８は図１７の電力分配合成回路の第１の中心導体３を含む水平面による断面図であり、図１９は図１７の電力分配合成回路の第２の中心導体４を含む水平面による断面図である。

図１７〜図１９においては、複数構成からなる第１の中心導体３、第２の中心導体４、タンデム形カプラ１５（結合線路形カプラ５）およびブランチカプラ１７（第１および第２の平面形カプラ６、７）を、それぞれ、総称的に同一符号で示している。

図１７〜図１９において、電力分配合成回路は、４個のタンデム形カプラ１５（結合線路形カプラ５）と、８個のブランチカプラ１７（各４個の平面形カプラ６、７）とを備えている。

また、図１８、図１９に示すように、電力分配合成回路は、前述の８個の入出力端子９ａ〜１１ｂ、１９ａ、１９ｂに加えて、８個の入出力端子２１ａ〜２４ｂを備えている。
これにより、８入力８出力のハイブリッド回路（ハイブリッドマトリクス）を構成している。

さらに、図１８、図１９に示すように、各４個のブランチカプラ１７（第１および第２の平面形カプラ６、７）は、それぞれ円環状に接続されている。
なお、タンデム形カプラ１５（結合線路形カプラ５）、ブランチカプラ１７（第１および第２の平面形カプラ６、７）、および相互間の接続部は、前述と同様に、方形同軸線路により構成されているものとする。

図１６〜図１９のように、３ｄＢハイブリッドカプラ１の交差部２は、タンデム形カプラ１５（結合線路形カプラ５）を設けることにより実現されている。
また、別の交差部２０は、４個のブランチカプラ１７（各平面形カプラ６、７）を円環状に接続することにより実現されている。

次に、図１６〜図１９に示したこの発明の実施の形態４に係る電力分配合成回路の動作について説明する。
前述と同様に、タンデム形カプラ１５の入出力端子から入力された信号は、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割され、接続部１３（図３参照）を介して、それぞれブランチカプラ１７に入力される。
また、ブランチカプラ１７に入力された信号は、さらに、等振幅で９０度位相差を有する信号に分割され、ブランチカプラ１７の入出力端子から出力される。

以上のように、この発明の実施の形態４（図１６〜図１９）に係る電力分配合成回路の結合線路形カプラは、４個の結合線路形カプラ（タンデム形カプラ１５）により構成されている。
また、第１および第２の平面形カプラ６、７は、各４個の平面形カプラからなる８個の平面形カプラにより構成されており、４個の結合線路形カプラと８個の平面形カプラとにより、８入力８出力のハイブリッドマトリクスが構成されている。
さらに、各４個の平面形カプラは、円環状に接続されている。

これにより、ハイブリッドカプラ１（図１６参照）を接続するための垂直給電部が不要となるので、製造が容易になるうえ、各ハイブリッドカプラ１の交差部２、２０（図１６参照）を容易に実現（製造）することができる。
また、前述と同様に、第１の平面形カプラ６と第２の平面形カプラ７が上下に重なるように配置することが可能になるので、小形化を実現することができる。

また、複数の平面形カプラが円環状に接続されているので、入出力端子９ａ〜１１ｂ、１９ａ、１９ｂ、２１ａ〜２４ｂの相互間の給電線路の引き回し長さが最小限で済み、各入出力端子間の給電線路引き回しによる位相補正用の線路がほとんど不要となり、さらに小形化を実現することができる。

なお、図１７〜図１９では、結合線路形カプラとしてタンデム形カプラ１５を用いたが、前述（図１０、図１１）と同様に、１対の結合線路で３ｄＢの結合特性を有する結合線路形カプラ５Ａを用いてもよい。
また、タンデム形カプラ１５（結合線路形カプラ５）と、ブランチカプラ１７（第１および第２の平面形カプラ６、７）とを、それぞれ方形同軸線路で構成したが、トリプレート線路で構成してもよい。

１ ハイブリッドカプラ、２、２０ 交差部、３、３Ａ、３Ｂ 第１の中心導体、４、４Ａ、４Ｂ 第２の中心導体、５、５Ａ 結合線路形カプラ、６ 第１の平面形カプラ、７ 第２の平面形カプラ、８ 地導体、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１９ａ、１９ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ 入出力端子、１２ａ、１２ｂ アイソレーション端子、１３ 接続部、１５、１５Ｂ タンデム形カプラ、１６ １対の結合線路形カプラ、１７ ブランチカプラ。

Claims (6)

1. 互いに対向配置された第１および第２の中心導体と、
   前記第１および第２の中心導体の間の一部に介在された地導体と
   を備えた電力分配合成回路であって、
   前記第１および第２の中心導体の各一部は、それぞれ、第１および第２の平面形カプラを構成し、
   前記第１および第２の平面形カプラは、前記地導体を介して対向配置されており、
   前記第１および第２の中心導体の各他部は、互いに所定の面形状に形成されて結合線路形カプラを構成していることを特徴とする電力分配合成回路。
2. 前記結合線路形カプラは、１対の結合線路形カプラがタンデム接続されたタンデム形カプラにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電力分配合成回路。
3. 前記結合線路形カプラと、前記第１および第２の平面形カプラとは、それぞれ方形同軸線路により構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力分配合成回路。
4. 前記結合線路形カプラと、前記第１および第２の平面形カプラとは、トリプレート線路により構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力分配合成回路。
5. 前記結合線路形カプラは、並設された２個の結合線路形カプラにより構成され、
   前記２個の結合線路形カプラと、前記第１および第２の平面形カプラとにより、４入力４出力のハイブリッドマトリクスが構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力分配合成回路。
6. 前記結合線路形カプラは、４個の結合線路形カプラにより構成され、
   前記第１および第２の平面形カプラは、各４個の平面形カプラからなる８個の平面形カプラにより構成され、
   前記４個の結合線路形カプラと前記８個の平面形カプラとにより、８入力８出力のハイブリッドマトリクスが構成され、
   前記各４個の平面形カプラは、円環状に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力分配合成回路。

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