JP2012244283A - ３合成３分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】 方向性結合器からなる３合成３分配器を提供する。
【解決手段】 入力された電力が１／２ずつ分配される２つの第１方向性結合器１０と第３方向性結合器１５と、入力された電力が１／３と２／３に分配される１つの第２方向性結合器１３とを用いて、Ｋ３端子とＫ４端子とを接続する第２線路１２の位相量β２とＫ５端子とＫ６端子とを接続する第３線路１４の位相量β３との和と、Ｋ１端子とＫ２端子とを接続する第１線路１１の位相量β１との位相差が９０°＋（１８０°×Ｎ）に設定されている。これにより、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された電力がそれぞれ均等に１／３ずつに３分配されて出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３から出力されるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、方向性結合器を利用した３合成３分配器に関するものである。

従来、図１３（ａ）に示す構成の高周波伝送機器の一種である方向性結合器が知られている。図１３（ａ）に示す方向性結合器１００は四端子構造とされポートＰ１、ポートＰ２、ポートＰ３、ポートＰ４の４つのポートを有している。ポートＰ１とポートＰ２の間に接続されている第１線路１０１と、ポートＰ３とポートＰ４の間に接続されている第２線路１０２とは互いに電気的に結合しており、その長さは使用周波数帯域の中心周波数Ｆｏの波長をλｏとした時に、１／４λｏ（１／４波長）の長さとされている。結合量が３ｄＢとされた方向性結合器１００は、３ｄＢカプラと称され２合成２分配回路として機能する。３ｄＢカプラとされた方向性結合器１００の動作を説明すると、図１３（ａ）のポートＰ１に高周波電力が印加された場合、ポートＰ２にはその電力の１／２（−３ｄＢ）が出力されると共に、ポートＰ３にも残りの１／２（−３ｄＢ）が結合電力として出力されるが、ポートＰ４はアイソレーションポートとされ高周波電力が出力されない。同様に、ポートＰ２に高周波電力が印加された場合は、ポートＰ１にはその電力の１／２（−３ｄＢ）が出力されるとともに、ポートＰ４にも残りの１／２（−３ｄＢ）が結合電力として出力されるが、ポートＰ３からは高周波電力が出力されない。

図１３（ａ）に示す方向性結合器１００において、第１線路１０１と第２線路１０２とを交差させて端子を入れ替えると、例えば、図１３（ｂ）に示す構成の方向性結合器１１０となる。方向性結合器１１０において、第１線路１１１と第２線路１１２は、１／４λｏの長さとされ、結合量が３ｄＢとされている。この方向性結合器１１０においては、使用周波数帯域の中心周波数Ｆｏに於いて、端子Ｐｉ１に印加した高周波電力は端子Ｐｏ１と端子Ｐｏ２に１／２（−３ｄＢ）ずつ出力され、端子Ｐｉ２には現れない。同様に、端子Ｐｉ２に印加した高周波電力も端子Ｐｏ１と端子Ｐｏ２に１／２ずつ出力されるが、端子Ｐｉ１には現れない。位相量は、Ｐｉ１〜Ｐｏ１の端子間及びＰｉ２〜Ｐｏ２の端子間が０°であり、Ｐｉ１〜Ｐｏ２の端子間及びＰｉ２〜Ｐｏ１の端子間が−９０°となる。方向性結合器１１０では、Ｐｉ１とＰｉ２を入力端子として、Ｐｏ１とＰｏ２を出力端子として使用できることから、入力端子同士あるいは出力端子同士が同一面に並ぶようになり、分配器や合成器として利用する場合に配線等において便利になる。このことから、図１３（ｂ）に示す方向性結合器１１０は実用上広く用いられている。

図１３（ｃ）に示す方向性結合器１２０は、図１３（ｂ）に示す方向性結合器１１０を簡易的に表したもので、構成および動作は図１３（ｂ）に示す方向性結合器１１０と全く同一である。以下においては、この図１３（ｃ）の表記方法をもって説明する。
なお、方向性結合器１２０において電力分配比を２：１に不等分配したい場合は、第１線路１２１と第２線路１２２との結合度を電力比で１／３にすれば良く、ｄＢ表示の結合量としては約４．７７ｄＢとなる。結合量を４．７７ｄＢとした際の方向性結合器１２０では、端子Ｐｉ１に印加した高周波電力は端子Ｐｏ２に２／３（ｄＢ表示で挿入損失約−１．７６ｄＢ）出力され、端子Ｐｏ１には結合して残りの１／３の電力（ｄＢ表示で結合損失約−４．７７ｄＢ）が出力され、端子Ｐｉ２には現れない。同様に端子Ｐｉ２に印加した高周波電力は端子Ｐｏ１に２／３、端子Ｐｏ２に１／３出力され、端子Ｐｉ１には現れない。この場合の各端子間の位相量は、上記した電力分配比を均等分配する場合と同様になる。

特開平６−１２０７１２号公報

複数の方向性結合器からなる４合成４分配器が知られている。従来の４合成４分配器２００の構成を示す回路図を図１４に示す。
図１４に示す４合成４分配器２００は、方向性結合器からなる３ｄＢカプラを４個使用して構成した回路構成とされており、入力端子をＰｉ１〜Ｐｉ４とし、出力端子をＰｏ１〜Ｐｏ４として、図１４に示す様に配置し結線されている。この場合、各入出力端子間の経路は１つに限られるので、各入力端子に印加された高周波電力は出力端子方向に電力比１／２の分配を繰り返して、１／４ずつ均等に電力分配されるので、全体としては４合成４分配回路となる。例えば、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力は、３ｄＢカプラ２０１のＫ１，Ｋ３端子から１／２の電力で出力される。Ｋ１端子は、３ｄＢカプラ２０２のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に入力された高周波電力は３ｄＢカプラ２０２でさらに１／２になることから、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力は出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２から１／４ずつ出力される。

また、Ｋ３端子は３ｄＢカプラ２０４のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に入力された高周波電力は３ｄＢカプラ２０４でさらに１／２になることから、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力は出力端子Ｐｏ３，Ｐｏ４から１／４ずつ出力される。このように、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力は１／４ずつ均等に電力分配されて出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ４から出力される。また、入力端子Ｐｉ２，Ｐｉ３，Ｐｉ４に入力された高周波電力も同様にして、１／４ずつ均等に電力分配されて出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ４から出力される。この場合の分配損失は、電力が１／４に減じることから約−６．０２ｄＢとなる。すなわち、入力端子Ｐｉ１〜Ｐｉ４から入力される高周波電力をそれぞれＰｗ１，Ｐｗ２，Ｐｗ３，Ｐｗ４とすると、出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ４のそれぞれから（Ｐｗ１＋Ｐｗ２＋Ｐｗ３＋Ｐｗ４）／４の合成電力が出力されるようになる。なお、入出力端子間の使用中心周波数Ｆｏにおける位相差は伝送経路によって異なるが、図１５に示す図表の位相とされる。この時の３ｄＢカプラ２０１〜２０４の間は、線路長０、即ち位相量は０°で接続されているものとして計算している。

例えば、出力端子Ｐｏ２を例に上げて位相について説明すると、Ｐｉ１→Ｋ１の端子間およびＫ４→Ｐｏ２の端子間およびＰｉ３→Ｋ５の端子間が０°であり、Ｐｉ２→Ｋ１の端子間およびＫ２→Ｐｏ２の端子間およびＰｉ４→Ｋ５の端子間が−９０°となる。入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、Ｐｉ１→Ｋ１→Ｋ２→Ｐｏ２の伝送経路で出力されることから、出力端子Ｐｏ２から出力される高周波電力Ｐｗ１／４の位相は−９０°となる。また、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、Ｐｉ２→Ｋ１→Ｋ２→Ｐｏ２の伝送経路で出力されることから、出力端子Ｐｏ２から出力される高周波電力Ｐｗ２／４の位相は−１８０°となる。さらに、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、Ｐｉ３→Ｋ５→Ｋ４→Ｐｏ２の伝送経路で出力されることから、出力端子Ｐｏ２から出力される高周波電力Ｐｗ３／４の位相は０°となる。さらにまた、入力端子Ｐｉ４に入力された高周波電力Ｐｗ４は、Ｐｉ４→Ｋ５→Ｋ４→Ｐｏ２の伝送経路で出力されることから、出力端子Ｐｏ２から出力される高周波電力Ｐｗ４／４の位相は−９０°となる。

ところで、３つの高周波電力を３合成３分配したい場合があるが、方向性結合器からなる３合成３分配器が知られていないと云う問題点があった。
そこで、本発明は方向性結合器からなる３合成３分配器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、２つの入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２を有すると共に、該入力端子Ｐｉ１に入力された電力の１／２を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ２に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力する出力端子Ｋ１と、前記入力端子Ｐｉ１に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ２に入力された電力の１／２を位相量０°で出力する出力端子Ｋ３とを有する第１方向性結合器と、２つの入力端子Ｋ４，Ｐｉ３を有すると共に、該入力端子Ｋ４に入力された電力の１／３を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ３に入力された電力の２／３を位相−９０°で出力する出力端子Ｋ５と、前記入力端子Ｋ４に入力された電力の２／３を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ３に入力された電力の１／３を位相量０°で出力する出力端子Ｐｏ３とを有する第２方向性結合器と、２つの入力端子Ｋ２，Ｋ６を有すると共に、該入力端子Ｋ２に入力された電力の１／２を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｋ６に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力する出力端子Ｐｏ１と、前記入力端子Ｋ２に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｋ６に入力された電力の１／２を位相量０°で出力する出力端子Ｐｏ２とを有する第３方向性結合器と、前記出力端子Ｋ１と前記入力端子Ｋ２との間に接続されている第１線路と、前記出力端子Ｋ３と前記入力端子Ｋ４との間に接続されている第２線路と、前記出力端子Ｋ５と前記入力端子Ｋ６との間に接続されている第３線路とを備え、前記第２線路の位相量と前記第３線路の位相量との和と、前記第１線路の位相量との位相差が９０°＋（１８０°×Ｎ）（ただし、Ｎは０を含む正の整数）に設定されており、前記入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された電力がそれぞれ均等に３分配されて前記出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３から出力されることを最も主要な特徴としている。

本発明は、入力された電力が１／２ずつ分配される２つの方向性結合器と、入力された電力が１／３と２／３に分配される１つの方向性結合器とを用いて、第２線路の位相量と第３線路の位相量との和と、第１線路の位相量との位相差が９０°＋（１８０°×Ｎ）に設定されていることから、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された電力がそれぞれ均等に３分配されて出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３から出力されるようになる。
これにより、方向性結合器からなる３合成３分配器を提供することができる。

本発明の実施例にかかる３合成３分配器の構成を示す回路図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器の入力端子と出力端子間との位相量を示す図表である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器の設定を変えた際の入力端子と出力端子間との位相量を示す図表である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器の他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 本発明の実施例にかかる３合成３分配器のさらに他の入力端子と出力端子間における挿入損失の周波数特性を示す図である。 従来の方向性結合器の構成および他の構成を示す回路図、簡易的に表した回路図である。 従来の方向性結合器からなる４合成４分配器の構成を示す回路図である。 従来の方向性結合器からなる４合成４分配器の入力端子と出力端子間との位相量を示す図表である。

本発明の実施例にかかる複数の方向性結合器からなる３合成３分配器の構成を示す回路図を図１に示す。
図１に示す３合成３分配器１は、電力分配比が１／２とされ均等分配される３ｄＢカプラとされている第１方向性結合器１０および第３方向性結合器１５と、電力分配比が２：１に不等分配される第２方向性結合器１３と、第１方向性結合器１０と第３方向性結合器１５間に接続された第１線路１１と、第１方向性結合器１０と第２方向性結合器１３間に接続された第２線路１２と、第２方向性結合器１３と第３方向性結合器１５間に接続された第３線路１４とから構成されている。３合成３分配器１における入力端子はＰｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３とされ、出力端子はＰｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３とされている。ここでは、第１方向性結合器１０の２つの入力端子が入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２とされ、それぞれの入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２に高周波電力Ｐｗ１，Ｐｗ２が入力される。また、第２方向性結合器１３の一方の入力端子が入力端子Ｐｉ３とされ、高周波電力Ｐｗ３が入力される。

第１方向性結合器１０の２つの出力端子はＫ１，Ｋ３端子とされ、Ｋ１端子は位相量β１の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５の一方の入力端子であるＫ２端子に接続され、Ｋ３端子は位相量β２の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３の他方の入力端子であるＫ４端子に接続されている。また、第２方向性結合器１３の２つの出力端子はＫ５，Ｋ８端子とされ、Ｋ５端子は位相量β３の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５の他方の入力端子であるＫ６端子に接続され、Ｋ８端子は出力端子Ｐｏ３に接続されている。さらに、第３方向性結合器１５の一方の出力端子はＰｏ１とされ、他方の出力端子はＰｏ２とされている。

ここで、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ１から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ１から出力される経路は２つあり、２つの経路からの電力が合成されて出力端子Ｐｏ１から出力されることになる。２つの経路における一方の第１経路は、Ｐｉ１→Ｋ１→第１線路１１→Ｋ２→Ｐｏ１の経路であり、他方の第２経路はＰｉ１→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ１の経路である。
まず、第１経路について説明すると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相量β１のＰｗ１／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−β１のＰｗ１／４の電力が出力される。

次に第２経路について説明すると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相−９０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相（−９０°−β２）のＰｗ１／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相（−９０°−β２）のＰｗ１／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相（−９０°−β２−β３）のＰｗ１／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相（−１８０°−β２−β３）のＰｗ１／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ１からは、第１経路からの位相−β１のＰｗ１／４の電力と、第２経路からの位相（−１８０°−β２−β３）のＰｗ１／１２の電力とが合成されて出力されることになる。ここで、（β２+β３）の位相量とβ１の位相量との位相差を９０°に設定するように、位相量β１を９０°、位相量β２，β３をともに０°に設定すると、位相が−９０°のＰｗ１／４の電力と、位相が−１８０°のＰｗ１／１２との電力が合成されることになる。

第１経路と第２経路の積算電力を合成するために、電圧比に換算した後でベクトル合成して合成電圧比を求め、その合成電圧比から合成電力比を算出する。第１経路の積算電力分配比は１／４でありその平方根をとって電圧分配比を求めると√（１／４）となり、第２経路の積算電力分配比は１／１２でありその平方根をとって電圧分配比を求めると√（１／１２）となる。第１経路と第２経路との位相差は９０°であるから、位相差が９０°の２つの電圧をベクトル合成するには、各々二乗して和を求め更にその平方根を求めると、合成電圧比が得られる。この手順に従って計算を進めると、√（１／４）の二乗は１／４であり、√（１／１２）の二乗は１／１２となって、その和は１／３となる。その平方根は√（１／３）となり、これがベクトル合成電圧比となる。合成電圧比を二乗すれば合成電力比が求まるので、√（１／３）を二乗すると１／３が得られ、これが最終的な電力分配合成比となり、出力端子Ｐｏ１からはＰｗ１／３の合成電力が出力される。電力比１／３はｄＢ換算で約−４．７７ｄＢとなり、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−１２０°となる。

次に、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ２から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ２から出力される経路も２つあり、２つの経路からの電力が合成されて出力端子Ｐｏ２から出力されることになる。一方の第１経路は、Ｐｉ１→Ｋ１→第１線路１１→Ｋ２→Ｐｏ２の経路であり、他方の第２経路はＰｉ１→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ２の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、第１経路について説明すると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１（＝９０°）の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相−９０°のＰｗ１／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ２から位相−１８０°のＰｗ１／４の電力が出力される。

次に第２経路については、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相−９０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝０°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相−９０°のＰｗ１／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相−９０°のＰｗ１／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝０°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−９０°のＰｗ１／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ２から位相−９０°のＰｗ１／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ２からは、第１経路からの位相−１８０°のＰｗ１／４の電力と、第２経路からの位相−９０°のＰｗ１／１２の電力とが合成されて出力されることになる。上記と同様にして計算すると、出力端子Ｐｏ２における電力分配合成比として１／３（ｄＢ換算で約−４．７７ｄＢ）が得られてＰｗ１／３の合成電力が出力端子Ｐｏ２から出力される。この時の、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−１５０°となる。

さらに、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ３から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ３から出力される経路は１つだけとされている。この経路は、Ｐｉ１→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ８→Ｐｏ３の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相−９０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相−９０°のＰｗ１／２の電力が入力されることから、Ｋ８端子から位相−１８０°のＰｗ１／３の電力が出力される。このＫ８端子は出力端子Ｐｏ３に接続されていることから、出力端子Ｐｏ３から位相−１８０°のＰｗ１／３の電力が出力される。
このように、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に均等に１／３ずつに分配されて出力されるようになる。

次に、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ３から出力される電力について説明する。まず、出力端子Ｐｏ１についてみると、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ１から出力される経路は２つあり、２つの経路からの電力が合成されて出力端子Ｐｏ１から出力されることになる。第１経路は、Ｐｉ２→Ｋ１→第１線路１１→Ｋ２→Ｐｏ１の経路であり、第２経路はＰｉ２→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ１の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、第１経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相−９０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１（＝９０°）の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相−１８０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−１８０°のＰｗ２／４の電力が出力される。

第２経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝０°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相０°のＰｗ２／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝０°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相０°のＰｗ２／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−９０°のＰｗ２／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ１からは、第１経路からの位相−１８０°のＰｗ２／４の電力と、第２経路からの位相−９０°のＰｗ２／１２の電力とが合成されて出力されることになる。上記と同様にして計算すると、出力端子Ｐｏ１における電力分配合成比として１／３（ｄＢ換算で約−４．７７ｄＢ）が得られてＰｗ２／３の合成電力が出力端子Ｐｏ１から出力される。この時の、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−１５０°となる。

次に、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ２から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ２から出力される経路は２つあり、２つの経路からの電力が合成されて出力端子Ｐｏ２から出力されることになる。第１経路は、Ｐｉ２→Ｋ１→第１線路１１→Ｋ２→Ｐｏ２の経路であり、第２経路はＰｉ２→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ２の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、第１経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相−９０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１（＝９０°）の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相−１８０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ２から位相−２７０°のＰｗ２／４の電力が出力される。

第２経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝０°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相０°のＰｗ２／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝０°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相０°のＰｗ２／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ２から位相０°のＰｗ２／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ２からは、第１経路からの位相−２７０°のＰｗ２／４の電力と、第２経路からの位相０°のＰｗ２／１２の電力とが合成されて出力されることになる。上記と同様にして計算すると、出力端子Ｐｏ２における電力分配合成比として１／３（ｄＢ換算で約−４．７７ｄＢ）が得られてＰｗ２／３の合成電力が出力端子Ｐｏ２から出力される。この時の、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−３００°となる。

さらに、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ３から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ３から出力される経路は１つだけとされている。この経路は、Ｐｉ２→Ｋ３→第２線路１２→Ｋ４→Ｋ８→Ｐｏ３の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝０°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、Ｋ８端子から位相−９０°のＰｗ２／３の電力が出力される。このＫ８端子は出力端子Ｐｏ３に接続されていることから、出力端子Ｐｏ３から位相−９０°のＰｗ２／３の電力が出力される。
このように、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に均等に１／３ずつ分配されて出力されるようになる。

次に、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ３から出力される電力について説明する。まず、出力端子Ｐｏ１についてみると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ１から出力される経路は、Ｐｉ３→Ｋ７→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ１の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、第２方向性結合器１３のＫ７に入力されることから、Ｋ５端子から位相−９０°の２Ｐｗ３／３の電力で出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝０°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−９０°の２Ｐｗ３／３の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−１８０°のＰｗ３／３の電力が出力される。

次に、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ２から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ２から出力される経路はＰｉ３→Ｋ７→Ｋ５→第３線路１４→Ｋ６→Ｐｏ２の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、第２方向性結合器１３のＫ７に入力されることから、Ｋ５端子から位相−９０°の２Ｐｗ３／３の電力で出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝０°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−９０°の２Ｐｗ３／３の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ２から位相−９０°のＰｗ３／３の電力が出力される。

さらに、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ３から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ３から出力される経路はＰｉ３→Ｋ７→Ｋ８→Ｐｏ３の経路である。
第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定したとして、この経路について説明すると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、第２方向性結合器１３のＫ７に入力されることから、Ｋ８端子から位相０°のＰｗ３／３の電力で出力される。このＫ８端子は出力端子Ｐｏ３に接続されていることから、出力端子Ｐｏ３から位相０°のＰｗ３／３の電力が出力される。
このように、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３に均等に１／３ずつ分配されて出力されるようになる。

本発明にかかる３合成３分配器１は、上記したように入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３から入力された高周波電力Ｐｗ１，Ｐｗ２，Ｐｗ３が、それぞれ均等に３分配された合成出力（Ｐｗ１／３＋Ｐｗ２／３＋Ｐｗ３／３）が出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３からそれぞれ出力されるようになる。この本発明にかかる３合成３分配器１の入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３との間の位相量を示す図表を図２に示している。図２に示す図表は、第１線路１１の位相量β１を９０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に０°に設定した時の位相とされている。

また、第１線路１１の位相量β１を０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に４５°に設定した時の、本発明にかかる３合成３分配器１の入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３との間の位相量を示す図表を図３に示している。
図３の図表を例を挙げて説明するが、第１線路１１ないし第３線路１４の位相量だけが異なっていることから、主に位相量に関しての説明をする。入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１が出力端子Ｐｏ１から出力される電力についてみると、上記した第１経路では、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１（＝０°）の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相０°のＰｗ１／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相０°のＰｗ１／４の電力が出力される。

また、上記した第２経路では、入力端子Ｐｉ１に入力された高周波電力Ｐｗ１は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相−９０°のＰｗ１／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝４５°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相−１３５°のＰｗ１／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相−１３５°のＰｗ１／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝４５°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−１８０°のＰｗ１／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−２７０°のＰｗ１／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ１からは、第１経路からの位相０°のＰｗ１／４の電力と、第２経路からの位相−２７０°のＰｗ１／１２の電力とが合成されて出力されることになる。上記と同様にして計算すると、出力端子Ｐｏ１における電力分配合成比として１／３（ｄＢ換算で約−４．７７ｄＢ）が得られてＰｗ１／３の合成電力が出力端子Ｐｏ１から出力される。この時の、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−３３０°となる。

また、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２が出力端子Ｐｏ１から出力される電力についてみると、上記した第１経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ１端子から位相−９０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ１端子は、位相量β１（＝０°）の第１線路１１を介して第３方向性結合器１５のＫ２端子に接続されており、Ｋ２端子に位相−９０°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−９０°のＰｗ２／４の電力が出力される。

さらに、上記した第２経路では、入力端子Ｐｉ２に入力された高周波電力Ｐｗ２は、第１方向性結合器１０のＫ３端子から位相０°のＰｗ２／２の電力で出力される。このＫ３端子は、位相量β２（＝４５°）の第２線路１２を介して第２方向性結合器１３のＫ４端子に接続されており、Ｋ４端子に位相−４５°のＰｗ２／２の電力が入力されることから、Ｋ５端子から位相−４５°のＰｗ２／６の電力が出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝４５°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−９０°のＰｗ２／６の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−１８０°のＰｗ２／１２の電力が出力される。
このように、出力端子Ｐｏ１からは、第１経路からの位相−９０°のＰｗ２／４の電力と、第２経路からの位相−１８０°のＰｗ２／１２の電力とが合成されて出力されることになる。上記と同様にして計算すると、出力端子Ｐｏ１における電力分配合成比として１／３（ｄＢ換算で約−４．７７ｄＢ）が得られてＰｗ２／３の合成電力が出力端子Ｐｏ１から出力される。この時の、合成電力の位相は、第１経路と第２経路の各々の電圧と位相から−１２０°となる。

さらに、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３が出力端子Ｐｏ１から出力される電力についてみると、入力端子Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ３は、第２方向性結合器１３のＫ７端子に入力されることから、Ｋ５端子から位相−９０°の２Ｐｗ３／３の電力で出力される。このＫ５端子は、位相量β３（＝４５°）の第３線路１４を介して第３方向性結合器１５のＫ６端子に接続されており、Ｋ６端子に位相−１３５°の２Ｐｗ３／３の電力が入力されることから、出力端子Ｐｏ１から位相−２２５°のＰｗ３／３の電力が出力される。

このように、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ１，Ｐｗ２，Ｐｗ３は、出力端子Ｐｏ１に１／３ずつ均等に分配されて出力されるようになる。また、説明は省略するが、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された高周波電力Ｐｗ１，Ｐｗ２，Ｐｗ３は、出力端子Ｐｏ２，Ｐｏ３にそれぞれ１／３ずつ均等に分配されて出力されるようになる。すなわち、第１線路１１の位相量β１を０°、第２線路１２と第３線路１４の位相量β２と位相量β３とを共に−４５°に設定した時も、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３から入力された高周波電力Ｐｗ１，Ｐｗ２，Ｐｗ３が、それぞれ均等に３分配された合成出力（Ｐｗ１／３＋Ｐｗ２／３＋Ｐｗ３／３）が出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３からそれぞれ出力されるようになる。また、入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３との間の位相量も図３に示すようになる。
上記の説明では、第１線路１１の位相量β１と、第２線路１２の位相量β２と第３線路１４の位相量β３との和との位相差が９０°に設定されており、この設定時において本発明にかかる３合成３分配器１は、３合成３分配器として動作する。また、この位相差を２７０°とした時も、本発明にかかる３合成３分配器１は、３合成３分配器として動作する。このように、本発明にかかる３合成３分配器１においては、第１線路１１の位相量β１と、第２線路１２の位相量β２と第３線路１４の位相量β３との和との位相差を９０°＋（１８０°×Ｎ）（ただし、Ｎは０を含む正の整数）に設定した時に、３合成３分配器として動作するようになる。

次に、図１に示す本発明にかかる３合成３分配器１において、第１線路１１を約９０°に相当する長さの同軸ケーブルで構成してＫ１端子とＫ２端子とを接続し、第２線路１２を省略してＫ３端子とＫ４端子とを直結すると共に、第３線路１４を省略してＫ５端子とＫ６端子とを直結して、各入出力端子間の合成分配損失を実測した結果を図４ないし図１２に示す。この場合、設計周波数は６２０ＭＨｚとされている。
図４は入力端子Ｐｉ１と出力端子Ｐｏ１間の合成分配損失の周波数特性であり、図４を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−４．９２９６ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。この値は、理論値の４．７７ｄＢとほぼ等しくなっている。また、図５は入力端子Ｐｉ１と出力端子Ｐｏ２間の合成分配損失の周波数特性であり、図５を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−５．０７０１ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。これは、抵抗損失の影響と考えられ理論値の４．７７ｄＢよりは若干多くなっている。

さらに、図６は入力端子Ｐｉ１と出力端子Ｐｏ３間の合成分配損失の周波数特性であり、図６を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−５．２５７６ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。これは、抵抗損失の影響と考えられ理論値の４．７７ｄＢよりは若干多くなっている。さらにまた、図７は入力端子Ｐｉ２と出力端子Ｐｏ１間の合成分配損失の周波数特性であり、図７を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−５．１４３１ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。これは、抵抗損失の影響と考えられ理論値の４．７７ｄＢよりは若干多くなっている。さらにまた、図８は入力端子Ｐｉ２と出力端子Ｐｏ２間の合成分配損失の周波数特性であり、図８を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−５．３９５５ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。これは、抵抗損失の影響と考えられ理論値の４．７７ｄＢよりは若干多くなっている。さらにまた、図９は入力端子Ｐｉ２と出力端子Ｐｏ３間の合成分配損失の周波数特性であり、図９を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−４．８１８３ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。この値は、理論値の４．７７ｄＢとほぼ等しくなっている。

さらにまた、図１０は入力端子Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ１間の合成分配損失の周波数特性であり、図１０を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−５．１８４８ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。これは、抵抗損失の影響と考えられ理論値の４．７７ｄＢよりは若干多くなっている。さらにまた、図１１は入力端子Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ２間の合成分配損失の周波数特性であり、図１１を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−４．８９１４ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。この値は、理論値の４．７７ｄＢとほぼ等しくなっている。さらにまた、図１２は入力端子Ｐｉ３と出力端子Ｐｏ３間の合成分配損失の周波数特性であり、図１２を参照すると６２０ＭＨｚにおいて−４．７５２９ｄＢの合成分配損失となっていることがわかる。この値は、理論値の４．７７ｄＢとほぼ等しくなっている。
図４ないし図１２に示す合成分配損失を実測した結果を参照すると、いずれの入出力端子間の合成分配損失についても、５ｄＢ前後のほぼ均等な損失となっていて、本発明にかかる３合成３分配器１が実現されていることがわかる。

以上説明した本発明にかかる３合成３分配器においては、３つの入力電力を均等に３分配して３つの出力端子から出力することができる。本発明にかかる３合成３分配器は、３台の送信機からの送信電力を均等に３台のアンテナに３分配して供給したり、３台のアンテナからの受信電力を均等に３台の受信機に３分配して供給することができるようになる。また、本発明にかかる３合成３分配器においては、第１線路１１の位相量β１と、第２線路１２の位相量β２と第３線路１４の位相量β３との和との位相差が９０°に設定されるが、位相差は厳密に９０°とされる必要はなく、約９０°の位相差とされていれば３合成３分配されるようになる。

１ 分配器、１ 分配回路、１０ 第１方向性結合器、１１ 第１線路、１２ 第２線路、１３ 第２方向性結合器、１４ 第３線路、１５ 第３方向性結合器、Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３ 入力端子、Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３ 出力端子、１００ 方向性結合器、１０１ 第１線路、１０２ 第２線路、１１０ 方向性結合器、１１１ 第１線路、１１２ 第２線路、１２０ 方向性結合器、１２１ 第１線路、１２２ 第２線路、２００ ４合成４分配器、２０１〜２０４ ３ｄＢカプラ、Ｐｉ１〜Ｐｉ４ 入力端子、Ｐｏ１〜Ｐｏ４ 出力端子

Claims (1)

1. ２つの入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２を有すると共に、該入力端子Ｐｉ１に入力された電力の１／２を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ２に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力する出力端子Ｋ１と、前記入力端子Ｐｉ１に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ２に入力された電力の１／２を位相量０°で出力する出力端子Ｋ３とを有する第１方向性結合器と、
   ２つの入力端子Ｋ４，Ｐｉ３を有すると共に、該入力端子Ｋ４に入力された電力の１／３を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ３に入力された電力の２／３を位相−９０°で出力する出力端子Ｋ５と、前記入力端子Ｋ４に入力された電力の２／３を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｐｉ３に入力された電力の１／３を位相量０°で出力する出力端子Ｐｏ３とを有する第２方向性結合器と、
   ２つの入力端子Ｋ２，Ｋ６を有すると共に、該入力端子Ｋ２に入力された電力の１／２を位相量０°で出力すると共に、前記入力端子Ｋ６に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力する出力端子Ｐｏ１と、前記入力端子Ｋ２に入力された電力の１／２を位相−９０°で出力すると共に、前記入力端子Ｋ６に入力された電力の１／２を位相量０°で出力する出力端子Ｐｏ２とを有する第３方向性結合器と、
   前記出力端子Ｋ１と前記入力端子Ｋ２との間に接続されている第１線路と、前記出力端子Ｋ３と前記入力端子Ｋ４との間に接続されている第２線路と、前記出力端子Ｋ５と前記入力端子Ｋ６との間に接続されている第３線路とを備え、
   前記第２線路の位相量と前記第３線路の位相量との和と、前記第１線路の位相量との位相差が９０°＋（１８０°×Ｎ）（ただし、Ｎは０を含む正の整数）に設定されており、前記入力端子Ｐｉ１，Ｐｉ２，Ｐｉ３に入力された電力がそれぞれ均等に３分配されて前記出力端子Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｏ３から出力されることを特徴とする３合成３分配器。

Images