JP2013150143A - 電力合成・分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】必要とする周波数帯域幅等の性能が容易に実現できる設計や製造を可能とする構成の電力合成・分配器を提供する。
【解決手段】内部に空隙が形成された本体部１０と、本体部１０の略中央に設けられた中央同軸接栓１１と、中央同軸接栓１１を中心にした同心円上に並べられ、本体部１０に設置される複数の周辺同軸接栓１４と、本体部１０の内部の空隙に形成されたラジアル線路１３と、一端が中央同軸接栓１１に接続され且つ他端がラジアル線路１３の中央部に接続された中央同軸線路１２と、一端が周辺同軸接栓１４に接続され且つ他端がラジアル線路１３の外周部に接続された周辺同軸線路１５とを備えた電力合成・分配器Ｗ１であって、ラジアル線路１３に１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力合成・分配器に関し、例えば、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯、ミリ波帯において、電力の合成或いは分配に用いられる電力合成・分配器に関する。

電力合成器として、ウィルソン型結合器、方向性結合器、ハイブリッド結合器等を多段接続したものや、或いは、ラジアル線路を用いたものや、コニカル線路を用いたものが知られている。なお、電力合成器は、入力端を出力端とし且つ出力端を入力端として用いれば、電力分配器として機能するものであるため、以下では、「電力合成器」及び「電力分配器」の両者を「電力合成・分配器」という。

例えば、特許文献１には、大電力用として使用される電力合成・分配器として、ラジアル線路を用いた電力合成・分配器が開示されている。ここで、特許文献１に開示されているラジアル線路を用いた電力合成・分配器について、図４を参照しながら説明する。なお、図４は、従来技術のラジアル線路を用いた電力合成・分配器の概略構成図である（特許文献１に記載された電力合成・分配器の概略構成図である）。

図示するように、電力合成・分配器１００は、平面視円形の天板１０４ａと、天板１０４ａに相対向する底板１０４ｂと、天板１０４ａ及び底板１０４ｂの外周を被う側板１０４ｃとにより形成された円形箱状のケース１０４を備えている。また、天板１０４ａは、その中央部に中央同軸接栓（中央同軸端子）１０１ａが設けられ、その外周部に周辺同軸接栓（周辺同軸端子）１０１ｂが等間隔で複数設けられている。また、中央同軸接栓１０１ａには、ケース１０４内部の底板１０４ｂまで延びる変換素子（同軸線路）１０２ａが接続されている。また、各周辺同軸接栓１０１ｂには、ケース１０４内部の底板１０４ｂまで延びる変換素子（同軸線路）１０２ｂが接続されている。また、ケース１０４を構成する天板１０４ａ、底板１０４ｂ及び側板１０４ｃにより形成される空隙部分が、ラジアル線路１０３となっている。

また、電力合成・分配器１００は、中央同軸接栓１０１ａを出力端子として、周辺同軸接栓１０１ｂを入力端子として用いれば電力合成器として機能し、中央同軸接栓１０１ａを入力端子として、周辺同軸接栓１０１ｂを出力端子として用いれば電力分配器として機能するようになっている。そして、例えば、電力合成・分配器１００が電力分配器として機能する場合、以下のような動作を行う。具体的には、中央同軸端子１０１ａからの入射波は、同軸のＴＥＭモードから中央の変換素子１０２ａによってラジアルラインモードに変換される。ラジアルラインモードに変換された波は中心から外側に向かって同心円状に伝搬し、周辺の変換素子１０２ｂによって同様にラジアルラインモードから同軸のＴＥＭモードに変換され、各周辺同軸接栓１０１ｂに同位相、等振幅で出力される。

なお、電力合成・分配器１００のラジアル線路１０３のインピーダンスＺは、下記の（数１）に示すように、ラジアル線路１０３の中心部からの距離Ｒに反比例するようになっている。また、電力合成・分配器１００において、合成数（或いは分配数）をＮ、同軸接栓１０１ａ、１０１ｂのインピーダンスをＺ_０とすると、ラジアル線路１０３のインピーダンスＺは、下記に示す（数２）で表される。

また、例えば、非特許文献１には、大電力用として使用される電力合成・分配器として、コニカル線路を用いた電力合成・分配器が開示されている。

ここで、非特許文献１で開示されているコニカル線路を用いた電力合成・分配器の概略について、図５を参照しながら説明する。なお、図５は、従来技術のコニカル線路を用いた電力合成・分配器の概略構成図である（非特許文献１に開示されている電力合成・分配器の概略構成図である）。

図示するように、電力合成・分配器２００は、平面視円形の本体部２０４を備え、本体部２０４の一方面の中心部に、中央同軸接栓２０１ａが設けられている。また、本体部２０４の他方面の外周部に、複数の周辺同軸接栓２０１ｂが設けられている。また、中央同軸接栓２０１ａには、本体部２０４の内部に延びる同軸線路２０２ａが接続されている。また、周辺同軸接栓２０１ｂには、本体部２０４の内部に延びる同軸線路２０２ｂが接続されている。また、図中の符号２０３で示す空隙部がコニカル線路となっている。この電力合成・分配器２００は、同軸線路２０２ａが「１／４波長インピーダンス変換器」になっており、図中の「Ｄ１」が同軸線路外導体の内径を示し、「Ｄ２」が同軸線路内導体の外径を示している。

なお、同軸線路２０２ａの特性インピーダンス（Ｚ１_０）は、同軸線路外導体の内径（Ｄ１）及び同軸線路内導体の外径（Ｄ２）との間において、下記の（数３）に示す関係を満たすようになっている。そのため、同軸線路２０２ａの特性インピーダンス（Ｚ１_０）は、下記（数３）により、同軸線路外導体の内径（Ｄ１）及び同軸線路内導体の外径（Ｄ２）から求められるようになっている。

特開平５−１７５７１２号公報の段落０００２〜０００３、図６ Dirk L L.de Villiers、他２名、「Design of a Ten-Way Conical Transmission Line Power Combiner」、IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES VOL55, N0.2、（米国）、２００７年２月、ｐ.３０２−３０８ 小口文一著、日本電信電話公社電気通信研究所編、「通研叢書１ マイクロ波およびミリ波回路」、丸善株式会社、１９６４年、ｐ.３１８−３２５

ところで、上述した従来技術の電力合成・分配器において、必要とする周波数帯域幅等の性能が容易に実現できる設計や製造を可能とする構成のものがあれば、製品コストを低下させることができ、非常に有用である。しかしながら、上述した従来技術の電力合成・分配器は、前述のような設計や製造を可能とする構成になっていない。

具体的には、図４に示した電力合成・分配器１００では、ラジアル線路１０３の入力端側のインピーダンスが入力端側より見て、上述した「Ｚ（（数１）、（数２）参照）」の値となるような構成のインピーダンス変換器を設ける必要がある。しかし、特許文献１には、周波数帯域幅等を考慮した構成のインピーダンス変換器の開示はなされていない。

また、図５に示した電力合成・分配器２００は、同軸線路２０２ａにだけインピーダンス変換器が設けられているが、合成数（或いは分配数）が多くなると、設計や製造が困難になるという技術的課題を有している。例えば、上記の電力合成・分配器２００において、「１／４波長インピーダンス変換器」の出力端の特性インピーダンスを５０Ωに整合する値とし、「合成数（Ｎ＝１００）」とすると、コニカル線路２０３のインピーダンスは、非特許文献２に記載されている論理により「０.５Ω」に整合され、「１／４波長インピーダンス変換器」の入力端の特性インピーダンスが決定される（同軸線路２０２ａの入力端の特性インピーダンスが決まる）。

そして、電力合成・分配器２００ではＮ型接栓が用いられており、「同軸線路外導体の内径（Ｄ１）＝７ｍｍ」となっているので、上記（数３）により、「同軸線路内導体の外径（Ｄ２）」を求めると、「同軸線路内導体の外径（Ｄ２）＝６．９４ｍｍ」となる。この場合、同軸線路２０２ａの内導体と外導体との間隔（（Ｄ１−Ｄ２）／２）が「０.０３ｍｍ」となり、実質的に製作不可能となる。すなわち、電力合成・分配器２００は、合成数を多くすると（例えば、Ｎ＝１００にすると）、同軸線路２０２ａの内導体と外導体との間隔（（Ｄ１−Ｄ２）／２）が非常に小さくなり、実質的に製作不可能になる。

なお、電力合成・分配器２００において、Ｎ型接栓に代わりに、Ｎ型接栓よりも寸法が大きい「２０Ｄ接栓」や、「３９Ｄ接栓」を利用することもできるが、この場合も製造の困難性は解消されない。例えば、両者（２０Ｄ接栓、３９Ｄ接栓）のうち、寸法が大きい３９Ｄ接栓を用いたとしても、同軸線路２０２ａの入力端の特性インピーダンスを「０.５Ω」とすると、「外導体の内径（Ｄ１）＝３８．７９ｍｍ」に対して、「内導体の外径（Ｄ２）＝３８．４７ｍｍ」となる。この場合も、外導体の内径（Ｄ１）と内導体の外径（Ｄ２）の間隔（（Ｄ１−Ｄ２）／２）が「０.１６ｍｍ」となり、製造が非常に困難である。

本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、必要とする周波数帯域幅等の性能が容易に実現できる設計や製造を可能とする構成の電力合成・分配器を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、内部に空隙が形成された本体部と、前記本体部の略中央に設けられた中央同軸接栓と、前記中央同軸接栓の外側に該中央同軸接栓と同心円上に並べられ且つ前記本体部の外周部側に設置される複数の周辺同軸接栓と、前記本体部の内部の空隙に形成されたラジアル線路と、一端が前記中央同軸接栓に接続され且つ他端が前記ラジアル線路の中央部に接続された中央同軸線路と、一端が前記周辺同軸接栓に接続され且つ他端が前記ラジアル線路の外周部に接続された周辺同軸線路と、を備えた電力合成・分配器であって、前記周辺同軸線路は、前記周辺同軸接栓毎に設けられており、前記中央同軸接栓を出力端子とし且つ前記周辺同軸接栓を入力端子とした場合に電力合成器として機能し、前記中央同軸接栓を入力端子とし且つ前記周辺同軸接栓を出力端子とした場合に電力分配器として機能するようになっており、前記ラジアル線路に１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられ、当該インピーダンス変換部が前記入力端子及び前記出力端子のインピーダンス整合を行うようになっていることを特徴とする。

このように、本発明は、電力合成・分配器において、ラジアル線路に１又は複数段のインピーダンス変換部を設けているため、上述した従来技術と比べて、必要とする性能が容易に実現できる設計や製造が可能となる。具体的には、ラジアル線路のインピーダンスは、ラジアル線路の高さ（Ｈ）と、ラジアル線路の中心からの距離（Ｒ）とに関係しており、この高さ（Ｈ）及び距離（Ｒ）を調整（適切な値に設計）することにより、ラジアル線路にインピーダンス変換部を構成することができる。そして、この高さ（Ｈ）及び距離（Ｒ）は、同軸線路の内導体と外導体との間隔と比べて、充分に大きい寸法であるため、本発明によれば、上述した非特許文献１に記載の電力合成・分配器２００のように、設計や製造が困難になることがない。特に、インピーダンス変換部として、非特許文献２に開示されている「１／４波長多段型インピーダンス変換部」を構成することで、必要とする性能が容易に実現できる設計や製造が可能となる。

また、前記中央同軸線路には、１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられていることが望ましい。

このように構成したのは以下の理由による。すなわち、電力合成・分配器において、広帯域特性を得るためには、ラジアル線路に設けるインピーダンス変換部の段数を多くする必要があるが、電力合成・分配器自体の大きさ寸法が制限される場合、インピーダンス変換部の段数を増加させることができない。これは、前記段数を増加させると、電力合成・分配器の大きさ寸法が大きくなってしまうためである。そのため、インピーダンス変換部をラジアル線路と、ラジアル線路に接続される中央同軸線路の両方に配置することで、電力合成・分配器の大きさ寸法が制限される場合にも、上記同様の効果を得られるようにしている。

また、前記周辺同軸線路の各々には、１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられていることが望ましい。

このように構成したのは以下の理由による。すなわち、ラジアル線路の高さと、合成数（或いは分配数）とは反比例の関係になっており、合成数が大きくなると、ラジアル線路の高さが非常に小さくなり、製作（加工）誤差がラジアル線路の特性に影響を与えるようになる。一方、ラジアル線路の高さと、ラジアル線路のインピーダンスとは比例関係にある。そのため、周辺同軸線路に、インピーダンス変換部を設け、周辺同軸線路の出力端の特性インピーダンスを、周辺同軸線路の入力端の特性インピーダンスより高くし、ラジアル線路の入力端のインピーダンスを高め、ラジアル線路の入力端の高さをより高く設定できるようにした。これにより、電力合成・分配器の合成数が大きくなった場合にも、ラジアル線路の入力端の高さを高く設定することができるため、製作（加工）誤差の発生を防止することできる。

また、前記周辺同軸線路と前記ラジアル線路との接続部には、該周辺同軸線路と並列に高インピーダンス部が設けられていることが望ましい。

上記のように高インピーダンス部を設けることにより、不要なリアクタンスが生じることを防止することができ、その結果、製造誤差により生じる影響（性能のバラツキン等）を抑えることができる。

本発明によれば、必要とする周波数帯域幅等の性能が容易に実現できる設計や製造を可能とする構成の電力合成・分配器を提供することができる。

本発明の第１実施形態の電力合成・分配器の断面を示した模式図である。 本発明の第１実施形態の電力合成・分配器の大きさ寸法を説明するための模式図である。 本発明の第４実施形態の電力合成・分配器の断面を示した図である。 従来技術のラジアル線路を用いた電力合成・分配器の概略構成図である。 従来技術のコニカル線路を用いた電力合成・分配器の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態の電力合成・分配器を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、電力合成・分配器を電力合成器として用いた場合を例にする。また、本実施形態の説明において、上述した従来技術で説明した数式、高さ、距離等を示す符号は同じものを用いる。

《第１実施形態》
先ず、本発明の第１実施形態の電力合成・分配器について、図１及び図２に基づいて説明する。なお、第１実施形態の電力合成・分配器Ｗ１は、ラジアル線路１３に設けられたインピーダンス変換部に特徴があり、電力の合成や分配の原理は従来のものと同じである。そのため、以下では、上記特徴を詳細に説明し、それ以外の構成は簡略化して説明する。

図示するように、第１実施形態の電力合成・分配機Ｗ１は、内部に空隙が形成された本体部１０と、本体部１０の一方面（上面）中央部に設けられた中央同軸接栓１１と、本体部１０の外周部に設置された複数の周辺同軸接栓１４と、本体部１０の内部の空隙により形成されたラジアル線路１３と、本体部１０の中心部に設けられた中央同軸線路１２と、本外部１３の外周部に設けられた複数の周辺同軸線路１５とを備えている。なお、周辺同軸接栓１４は、中央同軸接栓１１の外側であって、当該中央同軸接栓１１の中心部と同心円上に等間隔で並べられて配置されている。また、本体部１０の内部の空隙は、本体部１０の中心部から外周部にかけて平面視円状に形成されている。

また、中央同軸線路１２は、一端が中央同軸接栓１１に接続され且つ他端がラジアル線路１３の中央部に接続されている。また、周辺同軸線路１５は、一端が周辺同軸接栓１４に接続され且つ他端がラジアル線路１３の外周部に接続されている。なお、周辺同軸線路１５は、周辺同軸接栓１４毎に設けられており、その数が、周辺同軸接栓１４の数（合成数Ｎ）と同数になっている。すなわち、電力合成・分配機Ｗ１では、周辺同軸接栓１４が、Ｎ個並列に接続されている。

また、本体部１０は、導体により形成された「蓋体部１０ａ及び箱体部１０ｂ」により構成されている。また、蓋体部１０ａは、平面視円形状に形成され、その中心部に一方側（図１、２において上方側）に突出する円筒状の凸部１０ａ１が形成されている。また、凸部１０ａ１は、上端部が塞がれており、その上端部に中央同軸接栓１１が設けられている。また、円筒状の凸部１０ａ１の内筒側には、中央同軸接栓１１に一端を接続した中央同軸線路１２が挿通している。また、凸部１０ａ１の内筒側を通った中央同軸線路１２は、箱体部１０ｂの上面側中心部まで延設されている。なお、本実施形態では、蓋体部１０ａ及び箱体部１０ｂにより本体部１０が形成されているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、本体部１０が一体成形された部品で構成されていても良い。

また、箱体部１０ｂは、平面視円形状になされており（蓋体部１０ａと同径の円形状になされており）、一方面（上面）が凹状に凹んで形成され、他方面（下面）が平坦に形成された底部となっている。この凹状の上面には、中心部から同心円状に段差部が形成されている。本実施形態では、前記上面の中心部に円状中心部が形成され、その円状中心部の外周に同心円状に３段の段差部が形成されている。

そして、箱体部１０ｂの上面と、蓋体部１０ａの下面とを相対向させ、且つ箱体部１０ｂの上面に蓋体１０ａを載置・固定することにより平面視円形箱状の本体部１０が形成され、蓋体部１０ａの下面と、箱体部１０ｂの上面（段差部が形成された上面）とにより、本体部１０の内部に段差部を有する空隙が形成されるようになっている。この段差部を有する空隙がラジアル線路１３になると共に、インピーダンス変換部が形成され、当該インピーダンス変換部が周辺同軸接栓（入力端）１４及び中央同軸接栓（出力端）１１のインピーダンス整合を行う。なお、図２の符号「Ｌ１」で示す範囲が、ラジアル線路１３の径方向の範囲を示している。また、符号「Ｌ２」で示す範囲が、ラジアル線路１３に設けられたインピーダンス変換部の径方向の範囲を示している。

また、本実施形態では、中央同軸接栓１１、周辺同軸接栓１４、中央同軸線路１２及び周辺同軸線路１５の特性インピーダンスが、いずれも「５０Ω」である場合を例にする。そして、本実施形態では、特性インピーダンス「５０Ω」の周辺同軸線路１５が合成数Ｎと同数並列接続されているので、ラジアル線路１３の入力端のインピーダンスが（（５０／Ｎ）Ω）となっている。

一方、ラジアル線路１３の出力端のインピーダンスは、特性インピーダンス５０Ωの中央同軸線路１２と接続しているため「５０Ω」にする必要がある。

このように、本実施形態では、ラジアル線路１３に設けられたインピーダンス変換部は、「（５０／Ｎ）Ω」から「５０Ω」にインピーダンスを変換する設計になっている。

また、ラジアル線路１３に設けるインピーダンス変換部の構成について特に限定しないが、「チェビシェフ１／４波長多段型」、「マキシマリー・フラット１／４波長多段型」等の構成のものを用いることが望ましい。これは、１／４波長多段型のインピーダンス変換部の構成を採用することにより、必要とする周波数帯域幅内における整合条件が得られるように設計することができるためである。なお、本実施形態では、１／４波長３段でインピーダンス変換部を構成している。この１／４波長多段型のインピーダンス変換部の原理は、上述した非特許文献２に開示されているため、詳細な説明を省略する。

なお、上述した（数１）に示すように、ラジアル線路１３のインピーダンス（Ｚ）は、ラジアル線路１３の中心部より外周部に向かって、ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒに反比例して小さくなる。そのため、ラジアル線路１３に複数段のインピーダンス変換部を設ける場合、インピーダンス変換部の各段共にその「１／４波長」の範囲内においてインピーダンスが一定にならず、インピーダンス変換部の設計が複雑になるという課題が生じる。

そのため、本実施形態では、各段のインピーダンスが「１／４波長」の範囲内において一定になるように、「ラジアル線路１３の高さ（Ｈ）」を「ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒ」に比例して大きくなるようにして、インピーダンス変換部の設計及び製作の簡素化を図り、上記課題を解消している。

具体的には、図２に示すように、ラジアル線路１３の中心部に隣接する一段目の段差部において、その高さ（Ｈ１）が、ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒに比例して大きくなるようにしている。また、ラジアル線路１３の中心部から２段目の段差部も、その高さ（Ｈ２）が、ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒに比例して大きくなるように設計している。同様に、また、ラジアル線路１３の中心部から３段目の段差部も、その高さ（Ｈ３）が、ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒに比例して大きくなるように設計している。このように、本実施形態では、各段毎に、距離（Ｒ）に対応させて高さ（Ｈ）を設定することにより、上記課題を解消している。

なお、インピーダンス変換部の寸法は、周波数（波長）に依存し、例えば、マイクロ波帯（３ＧＨｚ：１、波長＝１００ｍｍ）の場合は「７５ｍｍ」となり、ミリ波帯（９ＧＨｚ：１、波長＝３３.３ｍｍ）の場合は「２５ｍｍ」となる。

また、電力合成・分配器Ｗ１の寸法が決まる要因として、周波数（波長）以外にも、入力端となる同軸接栓（周辺同軸接栓１４）のフランジ寸法が挙げられる。電力合成・分配器Ｗ１の同軸接栓は、入力電力にもよるが、一般的に「Ｎ型」や「ＳＭＡ型」のものが用いられる。なお、「Ｎ型」の同軸接栓のフランジ寸法は、「２５ｍｍ」であり、「ＳＭＡ型」の同軸接栓のフランジ寸法は、「１３ｍｍ」である。

そして、例えば、合成数Ｎを「５０（１００）」とすると、「Ｎ型」の同軸接栓（周辺同軸接栓１４）を連続して同一円周上に配置すると、電力合成・分配器Ｗ１の半径は、大凡「２００ｍｍ（４００ｍｍ）」となる。また、合成数Ｎを「５０（１００）」とすると、「ＳＭＡ型」の同軸接栓（周辺同軸接栓１４）を連続して同一円周上に配置すると、電力合成・分配器Ｗ１の半径は、大凡「１０５ｍｍ（２１０ｍｍ）」となる。これは、ラジアル線路１３にインピーダンス変換部を設けるために充分な寸法であり、上述した従来技術の電力合成・分配器２００（図５参照）のように、設計や製造が困難になる寸法ではない。

以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、ラジアル線路１３にインピーダンス変換部を設けるようにしているため、上述した従来技術と比べて、必要とする性能が容易に実現できる設計や製造を可能とすることができる。具体的には、「ラジアル線路１３の高さ（Ｈ）」及び「ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒ」は、同軸線路の内導体と外導体との間隔と比べて、充分に大きい寸法であるため、上述した従来技術の電力合成・分配器２００（図５参照）のように、設計や製造が困難になることがない。特に、第１実施形態では、インピーダンス変換部として、「１／４波長多段型インピーダンス変換部」を構成し、各段のインピーダンスが「１／４波長」の範囲内において一定になるように、「ラジアル線路１３の高さ（Ｈ）」を「ラジアル線路１３の中心部からの距離Ｒ」に比例して大きくなるようにしているため、インピーダンス変換部の設計や製造が容易となり、必要とする性能が実現できる。

《第２実施形態》
次に本発明の第２実施形態について説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態の構成を一部変更したものであるため、説明の便宜上、第１実施形態と同じ構成（及び相当する構成）には同じ符号を用いて説明する。また、第２実施形態の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の構成の説明を簡略化する。

上述した第１実施形態において、広帯域特性を得るためには、ラジアル線路１３に設ける「１／４波長多段型のインピーダンス変換部」の段数を多くする必要がある。この場合、第１実施形態の電力合成・分配器Ｗ１の大きさ寸法が大きくなるが、電力合成・分配器Ｗ１の大きさ寸法が制限される場合に対応できないという課題が生じる。

そのため、第２実施形態では、電力合成・分配器Ｗ１において、「１／４波長多段型のインピーダンス変換部」をラジアル線路１３と、ラジアル線路１３に続く中央同軸線路１２の両方に分けて配置することにより、上記課題を解消している。

具体的には、第２実施形態の電力合成・分配器Ｗ１は、第１実施形態の構成に加え、さらに、中央同軸線路１２にも「１／４波長多段型のインピーダンス変換部」が設けられている。なお、ラジアル線路１３及び中央同軸線路１２の各々に設けられる段数は、電力合成・分配器Ｗ１に許容される大きさ寸法や、中央同軸線路１２の入力端の特性インピーダンス（即ち、中央同軸線路１２の内導体の外径寸法／外導体の内径寸法）等を勘案して決定される。

このように、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第２実施形態によれば、「１／４波長多段型のインピーダンス変換部」をラジアル線路１３と、ラジアル線路１３に続く中央同軸線路１２の両方に分けて配置することにより、電力合成・分配器Ｗ１の大きさ寸法が制限される場合等にも対応することができる。

《第３実施形態》
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態は、第１実施形態或いは第２実施形態の構成を一部変更したものであるため、説明の便宜上、第１実施形態と同じ構成（及び相当する構成）には同じ符号を用いて説明する。また、第３実施形態の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の構成の説明を簡略化する。

ラジアル線路を用いた電力合成・分配器（例えば、第１実施形態の電力合成・分配器Ｗ１）では、当該ラジアル線路の高さ（Ｈ）と、合成数（N）とが反比例の関係になっている（Ｈ＝（Ｚ_０・２π・Ｒ）／（Ｎ・η））。したがって、合成数（Ｎ）が大きくなると、ラジアル線路１３の高さが非常に小さくなり、製作（加工）誤差がラジアル線路１３の特性に影響を与えるようになる。そのため、第１実施形態（及び第２実施形態）の電力合成・分配器Ｗ１は、合成数（Ｎ）が大きくなった場合に、極めて高い加工精度が求められるという課題を有している。

第３実施形態では、複数の周辺同軸線路１５の各々に、インピーダンス変換部を設け、周辺同軸線路１５の出力端の特性インピーダンスを、周辺同軸線路１５の入力端の特性インピーダンスより高くすることで上記課題を解消している。なお、第３実施形態は、複数の周辺同軸線路１５の各々に、インピーダンス変換部を設ける以外の構成については、第１実施形態（及び第２実施形態）と同じである。

具体的には、第１実施形態（及び第２実施形態）の電力合成・分配器Ｗ１では、ラジアル線路１３の入力端に接続する周辺同軸線路１５の特性インピーダンスが、周辺同軸線路１５の入力端に接続する周辺同軸接栓１４の特性インピーダンスと同じ値になっている。これに対して、第３実施形態では、周辺同軸線路１５に、インピーダンス変換部（１／４波長多段型のインピーダンス変換部等）を設けて、周辺同軸線路１５の出力端の特性インピーダンスを、周辺同軸線路１５の入力端の特性インピーダンスより高くすることで、ラジアル線路１３の入力端のインピーダンスを高く設定できるようにして、上記課題を解消している。

このように構成するのは、上述した（数１）に示すようにラジアル線路１３の高さ（Ｈ）と、ラジアル線路のインピーダンス（Ｚ）とが比例関係にあるためである。すなわち、第３実施形態の構成により、ラジアル線路１３の入力端の高さをより高くすることができ、製作（加工）誤差がラジアル線路１３の特性に影響しないようにすることができる。

このように、第３実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第３実施形態によれば、電力合成・分配器Ｗ１の合成数（Ｎ）が大きくなった場合にも、ラジアル線路１３の入力端の高さを高く設定することができるため、製作（加工）誤差の発生を防止することできる。

《第４実施形態》
次に本発明の第４実施形態について図３を参照しながら説明する。尚、図３は、本発明の第４実施形態の電力合成・分配器の断面を示した模式図である。また、第４実施形態は、第１実施形態の構成を一部変更したものであるため、説明の便宜上、第１実施形態と同じ構成（及び相当する構成）には同じ符号を用いて説明する。また、第４実施形態の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の構成の説明を簡略化する。

図示するように、第４実施形態の電力合成・分配器Ｗ２は、本体部１０を構成する箱体部１１上面の外周部近傍であって、周辺同軸線路１５とラジアル線路１３との接続部に、上面から底部に向けて延びる間隙部（高インピーダンス部）１７が形成されている。なお、第４実施形態では、間隙部１７以外の構成は、第１実施形態と同じである。

具体的には、第４実施形態の電力合成・分配器Ｗ２では、間隙部１７の高さ寸法（ｈ）が、マイクロ波又はミリ波の「１／４波長」の奇数倍になっている。また、間隙部１７は、その開口部が電気的に開放状態になっている。このように間隙部１７を構成することで、ラジアル線路１３との接続部分において、接地部のインピーダンスが無視できるような高インピーダンス部が設けられ、その開口部が電気的に開放状態になっていることで、不要なリアクタンスが生じることを防止することができる。そのため、第４実施形態によれば、製造誤差により生じる影響（性能のバラツキ）を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態（第１実施形〜第４実施形態）に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、ラジアル線路１３に、１／４波長３段でインピーダンス変換部を構成しているが特にこれに限定するものではない。例えば、ラジアル線路１３に、１／４波長で４段以上のインピーダンス変換部が設けられていてもいいし、１／４波長１段のインピーダンス変換部が設けられていてもよい。また、本実施形態では、同軸線路（中央同軸線路１２、周囲同軸線路１５）に「１／４波長多段型のインピーダンス変換部」を設けているが、インピーダンス変換部の構成は一例に過ぎない。例えば、前記インピーダンス変換部が一段で構成されていてもよい。

また、例えば、第２実施形態の構成に、第４実施形態の間隙部１７を付加するようにしても良いし、第３実施形態の構成に、第４実施形態の間隙部１７を付加するようにしても良い。

Ｗ１、Ｗ２…電力合成・分配器
１０…本体部
１０ａ…蓋体部（本体部）
１０ａ１…凸部（蓋体部（本外部））
１０ｂ…箱体部（本体部）
１１…中央同軸接栓
１２…中央同軸線路
１３…ラジアル線路
１４…周辺同軸接栓
１５…周辺同軸線路
１７…間隙部（高インピーダンス部）

電力合成器として、ウィルキンソン型結合器、方向性結合器、ハイブリッド結合器等を多段接続したものや、或いは、ラジアル線路を用いたものや、コニカル線路を用いたものが知られている。なお、電力合成器は、入力端を出力端とし且つ出力端を入力端として用いれば、電力分配器として機能するものであるため、以下では、「電力合成器」及び「電力分配器」の両者を「電力合成・分配器」という。

なお、電力合成・分配器１００のラジアル線路１０３のインピーダンスＺは、下記の（数１）に示すように、ラジアル線路１０３の高さＨに比例し、ラジアル線路１０３の中心部からの距離Ｒに反比例するようになっている。また、電力合成・分配器１００において、合成数（或いは分配数）をＮ、同軸接栓１０１ａ、１０１ｂのインピーダンスをＺ_０とすると、ラジアル線路１０３のインピーダンスＺは、下記に示す（数２）で表される。

図示するように、第１実施形態の電力合成・分配機Ｗ１は、内部に空隙が形成された本体部１０と、本体部１０の一方面（上面）中央部に設けられた中央同軸接栓１１と、本体部１０の外周部に設置された複数の周辺同軸接栓１４と、本体部１０の内部の空隙により形成されたラジアル線路１３と、本体部１０の中心部に設けられた中央同軸線路１２と、ラジアル線路１３の外周部に設けられた複数の周辺同軸線路１５とを備えている。なお、周辺同軸接栓１４は、中央同軸接栓１１の外側であって、当該中央同軸接栓１１の中心部と同心円上に等間隔で並べられて配置されている。また、本体部１０の内部の空隙は、本体部１０の中心部から外周部にかけて平面視円状に形成されている。

なお、インピーダンス変換部の寸法は、周波数（波長）に依存し、例えば、マイクロ波帯（３ＧＨｚ、波長＝１００ｍｍ）の場合は「７５ｍｍ」となり、ミリ波帯（９ＧＨｚ、波長＝３３.３ｍｍ）の場合は「２５ｍｍ」となる。

Claims (4)

1. 内部に空隙が形成された本体部と、
   前記本体部の略中央に設けられた中央同軸接栓と、
   前記中央同軸接栓の外側に該中央同軸接栓と同心円上に並べられ且つ前記本体部の外周部側に設置される複数の周辺同軸接栓と、
   前記本体部の内部の空隙に形成されたラジアル線路と、
   一端が前記中央同軸接栓に接続され且つ他端が前記ラジアル線路の中央部に接続された中央同軸線路と、
   一端が前記周辺同軸接栓に接続され且つ他端が前記ラジアル線路の外周部に接続された周辺同軸線路と、を備えた電力合成・分配器であって、
   前記周辺同軸線路は、前記周辺同軸接栓毎に設けられており、
   前記中央同軸接栓を出力端子とし且つ前記周辺同軸接栓を入力端子とした場合に電力合成器として機能し、前記中央同軸接栓を入力端子とし且つ前記周辺同軸接栓を出力端子とした場合に電力分配器として機能するようになっており、
   前記ラジアル線路に１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられ、当該インピーダンス変換部が前記入力端子及び前記出力端子のインピーダンス整合を行うようになっていることを特徴とする電力合成・分配器。
2. 前記中央同軸線路には、１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力合成・分配器。
3. 前記周辺同軸線路の各々には、１又は複数段のインピーダンス変換部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力合成・分配器。
4. 前記周辺同軸線路と前記ラジアル線路との接続部には、該周辺同軸線路と並列に高インピーダンス部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力合成・分配器。

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