JP4010419B2

JP4010419B2 - Power distributor using waveguide slot coupling

Info

Publication number: JP4010419B2
Application number: JP2004160272A
Authority: JP
Inventors: 友久木村; 克巳鬼頭; 真毅篠原; 一嘉七日市; 友彦三谷; 紘松本
Original assignee: Kyoto University; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kyoto University; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: JP2005341443A

Description

本発明は電力分配器に関し、特に導波管スロット結合を用いた電力分配器に関する。 The present invention relates to a power distributor, and more particularly to a power distributor using waveguide slot coupling.

宇宙太陽発電システム（ＳｐａｃｅＳｏｌａｒＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ：ＳＳＰＳ）を実現する技術として、高効率なマイクロ波送電のための導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの開発が行われている。ＳＳＰＳは、地球周回軌道上に配置された直径数Ｋｍの超大型フェイズドアレイ（アンテナ素子数：数十億）を使用して、同じく地球周回軌道上の太陽電池パネルで発電された電力を地上の受信局にマイクロ波送電しようとするものである。このシステムを成立させるためには、高精度なビーム制御、送電部の高効率化（太陽電池を除く総合効率８０％以上）、および送電システム重量の最小化（数ｇ/Ｗ）といった複数の要求規格を満たすことが必要である。 As a technology for realizing a space solar power system (SSPS), a waveguide slot-fed active integrated antenna for high-efficiency microwave power transmission has been developed. SSPS uses an ultra-large phased array (number of antenna elements: billions) with a diameter of several kilometers placed in an orbit around the earth. It is intended to transmit microwaves to the receiving station. In order to establish this system, multiple requirements such as high-precision beam control, high efficiency of the power transmission unit (overall efficiency of 80% excluding solar cells), and minimization of the power transmission system weight (several g / W) It is necessary to meet the standards.

特に送電部を高効率化するためには、太陽電池パネルで発電された電力がアクティブフェーズドアレイアンテナにより地上に送信されるに際して、太陽電池パネル給電部からアクティブフェーズドアレイアンテナ給電部に高効率に電力分配して供給することが必要である。こうした必要性により、従来から導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの開発が行われてきた。 In particular, in order to increase the efficiency of the power transmission unit, when the power generated by the solar panel is transmitted to the ground by the active phased array antenna, power is efficiently transferred from the solar panel power supply unit to the active phased array antenna power supply unit. It is necessary to distribute and supply. Due to these needs, waveguide slot-fed active integrated antennas have been conventionally developed.

導波管スロット給電アクティブ集積アンテナは、特に電力分配部の低損失化および薄型化を図ったシステムである。図１に、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナに使われる導波管スロットーマイクロストリップライン電力分配器の構成を示している。従来の導波管スロットーマイクロストリップライン電力分配器は、ＴＥ１０モードを有し、一端を終端面とした国際規格の方形導波管１と、マイクロストリップラインとを備えている。図１に示されるように、方形導波管１の電界方向に垂直な管壁にスロット１（５）およびスロット２（６）が設けられ、スロット１（５）およびスロット２（６）上にマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）が配置されている。導波管１の開口端に電力としてマイクロ波が入力される。導波管１に入力されたマイクロ波は、スロット１（５）およびスロット２（６）を介して、スロット１（５）およびスロット２（６）上に配置されたマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）に電磁結合してマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）のそれぞれから分配されて出力される。導波管１に設けられたスロット（５，６）を電力分配器として用いる利点は、マイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）における放射損失が無いこと、導波管１およびマイクロストリップライン１（３）およびマイクロストリップライン２（４）の製作が容易であること、電力分配器全体の薄型化が可能であること、および導波管１の管壁を使用して放熱が可能であることである。 The waveguide slot-fed active integrated antenna is a system that achieves particularly low loss and thinning of the power distribution unit. FIG. 1 shows the configuration of a waveguide slot-microstrip line power divider used in a waveguide slot-fed active integrated antenna. A conventional waveguide slot-microstrip line power distributor has a TE10 mode, and includes an international standard rectangular waveguide 1 having one end as a termination surface, and a microstrip line. As shown in FIG. 1, a slot 1 (5) and a slot 2 (6) are provided on the tube wall perpendicular to the electric field direction of the rectangular waveguide 1, and the slots 1 (5) and 2 (6) are provided on the slots 1 (5) and 2 (6). Microstrip line 1 (3) and microstrip line 2 (4) are arranged. A microwave is input to the open end of the waveguide 1 as electric power. The microwaves input to the waveguide 1 pass through the slot 1 (5) and the slot 2 (6), and the microstrip line 1 (3) disposed on the slot 1 (5) and the slot 2 (6). And electromagnetically coupled to the microstrip line 2 (4) and distributed from the microstrip line 1 (3) and the microstrip line 2 (4) for output. The advantage of using the slots (5, 6) provided in the waveguide 1 as a power distributor is that there is no radiation loss in the microstrip line 1 (3) and the microstrip line 2 (4), the waveguide 1 and The production of the microstrip line 1 (3) and the microstrip line 2 (4) is easy, the overall thickness of the power distributor can be reduced, and heat radiation is achieved by using the tube wall of the waveguide 1. It is possible.

例えば電力分配器全体の厚さについて見てみると、導波管１からマイクロストリップライン１（３）、およびマイクロストリップライン２（４）へは電磁結合を利用して電力が分配されているので、電力分配器の厚みは導波管１の厚さにマイクロストリップラインのサブストレート２の厚みを加えた程度に抑えられる。また、導波管１に対して電力が供給されるため、この形態の電力分配器は大電力用分配器として使用することができる。 For example, looking at the thickness of the entire power distributor, power is distributed from the waveguide 1 to the microstrip line 1 (3) and the microstrip line 2 (4) using electromagnetic coupling. The thickness of the power distributor can be suppressed to the extent that the thickness of the waveguide 1 is added to the thickness of the substrate 2 of the microstrip line. Further, since electric power is supplied to the waveguide 1, the power distributor of this form can be used as a high power distributor.

上記した導波管スロット結合を用いた電力分配器の電気特性を調べるために、高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用してシミュレーションモデルが作成された。そして、複数のモデルパラメータが設定されて導波管スロット給電アクティブ集積アンテナに係わる上記導波管スロット結合を用いた電力分配器の実現性を探るためのコンピュータシミュレーションが行われた。 In order to investigate the electrical characteristics of the power distributor using the waveguide slot coupling described above, a simulation model was created using a high frequency electromagnetic field simulator (HFSS). A plurality of model parameters were set, and a computer simulation was conducted to find out the feasibility of the power divider using the waveguide slot coupling related to the waveguide slot-fed active integrated antenna.

図２Ａに従来の導波管スロット結合を用いた電力分配器のシミュレーションモデルを示している。図２Ａでは、導波管２０に設けられているスロット１（２４）およびスロット２（２５）上にマイクロストリップライン１（２２）およびマイクロストリップライン２（２３）が配置されるように、導波管２０上にマイクロストリップのサブストレート２１が設置されている。シミュレーションモデルの座標系は図２Ａに示されるように設定されている。導波管の＋ｘ方向にある開口端がＰＯＲＴ１（２６）に設定されている。マイクロストリップライン１（２２）の−ｙ方向の端がＰＯＲＴ２（２７）に設定され、マイクロストリップライン２（２３）の−ｙ方向の端がＰＯＲＴ３（２８）に設定されている。ＰＯＲＴ１（２６）から導波管２０に入力された電力は、導波管２０に設けられたスロット１（２４）およびスロット２（２５）から放射されて、各々のスロット上に配置されたマイクロストリップラインにそれぞれ電磁結合されて分配される。分配された電力は、ＰＯＲＴ２（２７）およびＰＯＲＴ３（２８）より出力される。 FIG. 2A shows a simulation model of a power distributor using a conventional waveguide slot coupling. In FIG. 2A, the waveguide is such that the microstrip line 1 (22) and the microstrip line 2 (23) are disposed on the slot 1 (24) and the slot 2 (25) provided in the waveguide 20. A microstrip substrate 21 is placed on the tube 20. The coordinate system of the simulation model is set as shown in FIG. 2A. The open end in the + x direction of the waveguide is set to PORT1 (26). The -y direction end of the microstrip line 1 (22) is set to PORT2 (27), and the -y direction end of the microstrip line 2 (23) is set to PORT3 (28). The electric power input to the waveguide 20 from the PORT 1 (26) is radiated from the slot 1 (24) and the slot 2 (25) provided in the waveguide 20, and the microstrip disposed on each slot. Each line is electromagnetically coupled and distributed. The distributed power is output from PORT2 (27) and PORT3 (28).

上記したシミュレーションモデルを使用してシミュレーションを実行する際のモデルパラメータの値、および各々のパラメータの、導波管、スロット部、マイクロストリップにおける位置関係が図２Ｂに示されている。電磁結合部のパラメータとしては、マイクロストリップ線路のオープンスタブ長Ｌｍ，スロット長Ｌｓ，スロット幅Ｗｓ，マイクロストリップ線路のオフセット長ｄｍ、マイクロストリップ線路幅Ｗｍ，誘電体基板（サブストレート）の誘電率εｒ、および誘電体基板（サブストレート）厚ｈが挙げられる。また、導波管スロット部のパラメータとしては、スロットオフセット長ｄ、導波管の寸法ａ（Ｈ面）、ｂ（Ｅ面）が挙げられる。特に従来のシミュレーションモデルでは、導波管スロット部のパラメータとして、導波管２０に電力として入力されるマイクロ波の周波数５．６ＧＨｚに対応するＷＲＪ−６の規格寸法が、導波管の寸法ａ（Ｈ面）、ｂ（Ｅ面）にそのまま使用されている。 FIG. 2B shows model parameter values when the simulation is performed using the simulation model described above, and the positional relationship of each parameter in the waveguide, the slot portion, and the microstrip. The parameters of the electromagnetic coupling section include: microstrip line open stub length Lm, slot length Ls, slot width Ws, microstrip line offset length dm, microstrip line width Wm, dielectric constant εr of the dielectric substrate (substrate) , And dielectric substrate (substrate) thickness h. Further, the parameters of the waveguide slot portion include a slot offset length d, a waveguide dimension a (H plane), and b (E plane). In particular, in the conventional simulation model, the standard dimension of WRJ-6 corresponding to the frequency 5.6 GHz of the microwave input as electric power to the waveguide 20 as the parameter of the waveguide slot portion is the waveguide dimension a. (H surface) and b (E surface) are used as they are.

図２Ｂに示されたパラメータの値を使って高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）でシミュレーションされた結果を図３に示している。図３（ａ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおけるＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が示されている。また、図３（ｂ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおける結合度（ＣｏｕｐｌｉｎｇＦａｃｔｏｒ）が示されている。ここで、結合度（ＣｏｕｐｌｉｎｇＦａｃｔｏｒ）は以下のように定義されている。 FIG. 3 shows the result of simulation by a high frequency electromagnetic field simulator (HFSS) using the parameter values shown in FIG. 2B. FIG. 3 (a) shows S11, S21, and S31 from 4 GHz to 7 GHz. FIG. 3B shows the coupling factor from 4 GHz to 7 GHz. Here, the coupling factor is defined as follows.

図３（ａ）に示されているように、導波管２０へ電力を供給するためにＰＯＲＴ１（２６）に入力されるマイクロ波の反射率は、５．６ＧＨｚにおいて、７．１％である。また、ＰＯＲＴ１（２６）入力されて、ＰＯＲＴ２（２７）およびＰＯＲＴ３（２８）より出力されるマイクロ波の５．６ＧＨｚにおける通過損失はそれぞれ−５ｄＢ程度である。図３（ｂ）に示されているように、このときの結合度は、５．６ＧＨｚにおいて６６．５％である。つまり、従来シミュレーションモデルにおいては、導波管に入力される電力のおよそ３３．５％の電力がマイクロストリップラインに結合せずに空間に漏れ出していることになる。

As shown in FIG. 3A, the reflectance of the microwave input to the PORT 1 (26) for supplying power to the waveguide 20 is 7.1% at 5.6 GHz. . Further, the passage loss at 5.6 GHz of the microwaves inputted from the PORT1 (26) and outputted from the PORT2 (27) and the PORT3 (28) is about -5 dB. As shown in FIG. 3B, the degree of coupling at this time is 66.5% at 5.6 GHz. That is, in the conventional simulation model, approximately 33.5% of the power input to the waveguide leaks into the space without being coupled to the microstrip line.

先に述べたように、宇宙太陽発電システムにおいては太陽電池を除く総合効率８０％以上を目指しており、従来のシミュレーションモデルにおける性能では効率的に不十分であった。このため、導波管２０からマイクロストリップラインへ電力を分配するに際して、更なる効率の改善が必要であり、最終的にはこの部分で９５％の結合度を目指している。 As described above, the space solar power generation system aims at an overall efficiency of 80% or more excluding solar cells, and the performance in the conventional simulation model is not efficient enough. For this reason, when power is distributed from the waveguide 20 to the microstrip line, further improvement in efficiency is required. Ultimately, this portion aims at a coupling degree of 95%.

こうした技術に関連して、今までにいくつかの提案がなされてきている。 Several proposals have been made so far in relation to these technologies.

例えば、Ｍｏｒｔａｚａｗｉ等により、「ＡＳｌｏｔｔｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＱｕａｓｉ−ＯｐｔｉｃａｌＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ」が提案されている。この「ＡＳｌｏｔｔｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＱｕａｓｉ−ＯｐｔｉｃａｌＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ」において、８分配される導波管スロットとマイクロストリップラインとの電磁結合シミュレーションモデルで、９３％の結合度が得られたことが報告されている。 For example, “A Slotted Waveguide Quasi-Optical Power Amplifier” has been proposed by Mortazawi et al. In this “A Slotted Waveguide Quasi-Optical Power Amplifier”, it is reported that a coupling degree of 93% was obtained in an electromagnetic coupling simulation model of a waveguide slot and a microstrip line divided into eight.

また、特開平８−１４８９１３に開示されている「導波管ーマイクロストリップ線路変換器」では、ＴＥ１０の伝播モードを有し、一端を終端面とした方形導波管と、この方形導波管の内面に生ずる高周波電流と交差する向きにして方形導波管の管壁に設けられたスロットと、スロットと交差する向きに配置されストリップ導体の一部に形成された帯状の給電導体を有するマイクロストリップ線路とを備えた導波管ーマイクロストリップ線路変換器が提案されている。 In addition, in the “waveguide-microstrip line converter” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148913, a rectangular waveguide having a TE10 propagation mode and having one end as a termination surface, and the rectangular waveguide And a slot provided on the tube wall of the rectangular waveguide in a direction intersecting with the high-frequency current generated on the inner surface of the rectangular waveguide, and a strip-shaped feed conductor formed in a part of the strip conductor disposed in the direction intersecting with the slot Waveguide-microstrip line converters with strip lines have been proposed.

また、特開平９−２４６８１６に開示されている「導波管ーマイクロストリップ線路変換器」では、導波管の電界に垂直な管壁に導波管の内外に貫通されるスロットが設けられ、このスロット上にマイクロストリップ線路の一部が配置された導波管ーマイクロストリップ線路変換器が提案されている。 In addition, in the “waveguide-microstrip line converter” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-246816, a slot penetrating into and out of the waveguide is provided on the tube wall perpendicular to the electric field of the waveguide, A waveguide-microstrip line converter in which a part of the microstrip line is disposed on the slot has been proposed.

また、特開平２００２−９５１２に開示されている「高周波線路の変換器」では、高周波線路から導波管へまたはその逆方向に信号を伝達する高周波線路の変換器が提案されている。この高周波線路の変換器は、表面に高周波線路が形成され裏面にスロット共振器形成された基板と、該基板と導波管の間に介在しスロット共振器に電磁的に結合する導波管部とを有しており、該導波管は高周波線路と導波管のインピーダンス整合の役割を果たしている。 Further, in the “high-frequency line converter” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9512, a high-frequency line converter that transmits a signal from a high-frequency line to a waveguide or in the opposite direction is proposed. The high-frequency line converter includes a substrate having a high-frequency line formed on the front surface and a slot resonator formed on the back surface, and a waveguide portion interposed between the substrate and the waveguide and electromagnetically coupled to the slot resonator. The waveguide plays a role of impedance matching between the high-frequency line and the waveguide.

特開平８−１４８９１３JP-A-8-148913 特開平９−２４６８１６JP-A-9-246816 特開２００２−９５１２JP2002-9512 Ｒ．Ｂａｓｈｉｒｕｌｌａｈ，Ａ．Ｍｏｒｔａｚａｎｉ，”ＡＳｌｏｔｔｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＱｕａｓｉ−ＯｐｔｉｃａｌＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ，”ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔ，Ｖｏｌ．２、ｐｐ．６７１−６７４、Ｊｕｎｅ１３−１９、１９９９．”R. Bashirullah, A.M. Mortani, “A Slotted Waveguide Quasi-Optical Power Amplifier”, “IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Vol. 2, pp. 671-674, June 13-19, 1999. ”

本発明の目的は、高結合度を有し、且つ反射損失の少ない、導波管スロット結合を用いた電力分配器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power distributor using waveguide slot coupling that has a high degree of coupling and low reflection loss.

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problem will be described using reference numerals with parentheses used in [Best Mode for Carrying Out the Invention]. These symbols are added in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of the best mode for carrying out the invention. ] Should not be used for interpretation of the technical scope of the invention described in the above.

本発明の電力分配器は、マイクロ波としての電力が入力される開口端と、入力されたマイクロ波としての電力が放射される第１のスロット（４５または５４）および第２のスロット（４６または５５）とを具備する方形導波管（４１または５０）と、第１のスロット（４５または５４）に電磁結合された第１のマイクロストリップライン（４３または５２）と、第２のスロット（４６または５５）に電磁結合された第２のマイクロストリップライン（４４または５３）とを具備するサブストレート（４２または５１）とを具備する。
方形導波管（４１または５０）は、ＴＥ１０モードを有している。
方形導波管（４１または５０）のサイズのうち、Ｈ面寸法およびＥ面寸法は、設計パラメータとして国際基準寸法から変更されており、方形導波管の全長に渡って一様である。
第１のスロット（４５または５４）および前記第２のスロット（４６または５５）は、方形導波管（４１または５０）のＨ面に空けられた、方形導波管（４１または５０）の長さ方向に細長い長方形である。
サブストレート（４２または５１）は、方形導波管（４１または５０）のＨ面に平行に重ねられて配置されている。
第１のスロット（４５または５４）と第１のマイクロストリップライン（４３または５２）とは、第１のスロット（４５または５４）の長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置されている。
第２のスロット（４６または５５）と第２のマイクロストリップライン（４４または５３）とは、第２のスロット（４６または５５）の長さ方向の中心においてお互いに直交するように配置されている。
開口端から入力されたマイクロ波としての電力は、複数のマイクロストリップライン（４３，４４または５２，５３）のそれぞれに分配されて出力される。
また、本発明の電力分配器の方形導波管（４１または５０）の２枚のＥ面の内、第１のスロット（４５または５４）は片方のＥ面の近くに、第２のスロット（４６または４４）はもう片方のＥ面の近くに、それぞれ配置されている。
また、本発明の電力分配器の方形導波管（４１または５０）は、短絡終端をさらに具備する。
また、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ（７０）は、電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とを具備する。
ここで、電力分配器部は、連接された複数の電力分配器と、複数の第１のマイクロストリップライン（７２）または複数の第２のマイクロストリップライン（７２）におのおの接続された複数の給電部（７４A）と、短絡終端とを具備する。
また、アクティブ集積アンテナ部は、給電層（７４Ｃ）と、位相制御層（７６）と、アンテナ層（７９）とを具備する。
さらに、給電層（７４Ｃ）は、給電層給電部（７４Ｂ）と、ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ（７７）と、位相器（７８）とを具備する。
また、アンテナ層（７９）は、サブストレート上パッチアンテナ（７５）と、アンテナ群（１００）とを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）は、マイクロ波送電ユニット（８２）と、バス機器とを具備する衛星本体（８０）と、衛星本体（８０）がマイクロ波として送信する電力を受信する受信局とを具備する。
ここで、マイクロ波送電ユニット（８２）は、太陽電池（８１）と、太陽電池が発電した電力を受信局に向けてマイクロ波として送信する導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ（７０）とを具備する。
また、バス機器は、衛星の姿勢を制御する姿勢制御部と、衛星の電力を制御する電力制御部と、衛星と地上局との通信を制御する通信制御部とを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）の受信局は、地球上に接地されている。
また、本発明の宇宙太陽発電システム（８４）の受信局は、軌道上に配置されている任意の宇宙機器である。
また、本発明の電力分配方法は、（ａ−１）電力分配器が、電力分配器の導波管に入力されたマイクロ波としての電力を、導波管に接続された複数のマイクロストリップラインに分配することと、（ｅ）マイクロ波としての電力が、導波管の開口端に入力されることと、（ｆ）マイクロ波としての電力が、導波管の内部をＴＥ１０モードで伝播することと、（ｇ）導波管の内部を伝播する前記マイクロ波としての電力が、導波管の複数のスロットのおのおのを介して、スロットとそれぞれ直交する複数のマイクロストリップラインのおのおのと結合することと、（ｈ）マイクロ波としての電力が、複数のマイクロストリップラインに分配されて複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播することとを具備する。
また、本発明の電力送信方法は、（ａ−２）導波管に入力されたマイクロ波としての電力を、導波管に接続された複数の経路に分配した上で、複数の経路のおのおのに接続されたアンテナ群からマイクロ波として送信することと、電力分配方法のステップ（ｅ）〜（ｈ）と、（ｉ）複数のマイクロストリップラインのおのおのを伝播するマイクロ波としての電力が、おのおののマイクロストリップラインに接続された給電部に伝播することと、（ｊ）複数の給電部ののおのおにに伝播したマイクロ波としての電力が、それぞれの給電部に接続された給電層給電部と、給電層給電部に接続されたサブストレート上パッチアンテナと、サブストレート上パッチアンテナに電磁結合された位相制御層とを介して、ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅに伝播されることと、（ｋ）ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅが、伝播されたマイクロ波としての電力を増幅することと、（ｌ）ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅに接続された位相制御層が、増幅されたマイクロ波としての電力の位相を制御することと、（ｍ）位相を制御されたマイクロ波としての電力が、位相制御層に接続されたサブストレート上パッチアンテナと、サブストレート上パッチアンテナに電磁結合されたアンテナ層とを介して、アンテナ層に接続されたアンテナ群に伝播されることと、（ｎ）アンテナ群が、マイクロ波としての電力を、マイクロ波として送信することとを具備する。
また、本発明の宇宙太陽発電方法は、（ａ−３）太陽電池で発電された電力を、マイクロ波に変換した上で、導波管スロット給電アクティブ集積アンテナを介して、地上に接地された受信局または他の宇宙機器に送信することと、（ｂ）太陽電池が電力を発電することと、（ｃ）発電された電力がマイクロ波に変換されることと、（ｄ）マイクロ波に変換された電力が前記導波管スロット給電アクティブ集積アンテナの導波管に入力されることと、電力分配方法のステップ（ｅ）〜（ｈ）と、電力送信方法のステップ（ｉ）〜（ｎ）と、（ｏ）送信されたマイクロ波が、地上に接地された受信局または他の宇宙機器によって受信されることとを具備する。 The power distributor of the present invention includes an open end to which power as microwaves is input, and a first slot (45 or 54) and a second slot (46 or 46) from which the input power as microwaves is radiated. 55), a first microstrip line (43 or 52) electromagnetically coupled to the first slot (45 or 54), and a second slot (46). Or 55) and a substrate (42 or 51) comprising a second microstrip line (44 or 53) electromagnetically coupled.
Rectangular waveguide (41 or 50) has a TE10 mode.
Of the size of the rectangular waveguide (41 or 50), the H-plane dimension and the E-plane dimension are changed from the international standard dimension as a design parameter, and are uniform over the entire length of the rectangular waveguide .
The first slot (45 or 54) and the second slot (46 or 55) are the length of the rectangular waveguide (41 or 50) spaced in the H-plane of the rectangular waveguide (41 or 50). It is a rectangle elongated in the vertical direction.
The substrate (42 or 51) is disposed so as to be parallel to the H-plane of the rectangular waveguide (41 or 50).
The first slot (45 or 54) and the first microstrip line (43 or 52) are arranged so as to be orthogonal to each other at the longitudinal center of the first slot (45 or 54). .
The second slot (46 or 55) and the second microstrip line (44 or 53) are arranged to be orthogonal to each other at the longitudinal center of the second slot (46 or 55). .
Electric power as a microwave input from the open end is distributed and output to each of the plurality of microstrip lines (43, 44 or 52, 53).
Of the two E faces of the rectangular waveguide (41 or 50) of the power divider of the present invention, the first slot (45 or 54) is located near one E face and the second slot ( 46 or 44) is arranged near the other E plane.
In addition, the rectangular waveguide (41 or 50) of the power distributor of the present invention further includes a short-circuit termination.
The waveguide slot-fed active integrated antenna (70) includes a power distributor unit and an active integrated antenna unit.
Here, the power distributor unit includes a plurality of power distributors connected to each other and a plurality of power feeds connected to the plurality of first microstrip lines (72) or the plurality of second microstrip lines (72). Part (74A) and a short-circuit termination.
The active integrated antenna unit includes a feeding layer (74C), a phase control layer (76), and an antenna layer (79).
Further, the feed layer (74C) includes a feed layer feed section (74B), an Active Device (77), and a phase shifter (78).
The antenna layer (79) includes a patch antenna on the substrate (75) and an antenna group (100).
Moreover, the space solar power generation system (84) of the present invention receives a satellite body (80) including a microwave power transmission unit (82) and a bus device, and power transmitted by the satellite body (80) as a microwave. Receiving station.
Here, the microwave power transmission unit (82) includes a solar cell (81) and a waveguide slot-fed active integrated antenna (70) that transmits electric power generated by the solar cell as a microwave toward a receiving station. To do.
The bus device also includes an attitude control unit that controls the attitude of the satellite, a power control unit that controls the power of the satellite, and a communication control unit that controls communication between the satellite and the ground station.
The receiving station of the space solar power generation system (84) of the present invention is grounded on the earth.
In addition, the receiving station of the space solar power generation system (84) of the present invention is an arbitrary space device arranged in orbit.
In the power distribution method of the present invention, (a-1) a plurality of microstrip lines in which the power distributor is connected to the waveguide as the microwave input to the waveguide of the power distributor. And (e) power as microwave is input to the open end of the waveguide, and (f) power as microwave propagates in the TE10 mode in the waveguide. And (g) the power as the microwave propagating inside the waveguide is coupled to each of the plurality of microstrip lines orthogonal to the slot through each of the plurality of slots of the waveguide. And (h) power as microwaves is distributed to the plurality of microstrip lines and propagates through each of the plurality of microstrip lines.
In the power transmission method of the present invention, (a-2) the power as the microwave input to the waveguide is distributed to the plurality of paths connected to the waveguide, and then each of the plurality of paths is Transmitting as microwaves from the antenna group connected to each other, steps (e) to (h) of the power distribution method, and (i) electric power as microwaves propagating through each of the plurality of microstrip lines, And (j) power as a microwave propagated to each of the plurality of power supply units is fed to the power supply layer connected to each of the power supply units. Part, the patch antenna on the substrate connected to the feeder layer feeding part, and the phase control layer electromagnetically coupled to the patch antenna on the substrate are propagated to the Active Device. And (k) the active device amplifies the power as the propagated microwave, and (l) the phase control layer connected to the active device determines the phase of the power as the amplified microwave. And (m) power as a microwave whose phase is controlled via a patch antenna on the substrate connected to the phase control layer and an antenna layer electromagnetically coupled to the patch antenna on the substrate Propagating to an antenna group connected to the antenna layer, and (n) the antenna group transmitting power as a microwave as a microwave.
In the space solar power generation method of the present invention, (a-3) the power generated by the solar cell is converted to microwaves and then grounded via a waveguide slot-fed active integrated antenna. Transmitting to a receiving station or other space device; (b) the solar cell generates power; (c) the generated power is converted to microwave; and (d) converted to microwave. Input to the waveguide of the waveguide slot-fed active integrated antenna, steps (e) to (h) of the power distribution method, and steps (i) to (n) of the power transmission method And (o) the transmitted microwave is received by a receiving station or other space device grounded on the ground.

本発明により、大電力マイクロ波を高効率で電力分配することができ、且つ、小型軽量である電力分配器を供給することができる。 According to the present invention, a high-power microwave can be distributed with high efficiency, and a small and lightweight power distributor can be supplied.

添付図面を参照して、本発明による導波管スロット結合を用いた電力分配器を実施するための最良の形態を以下に説明する。 The best mode for carrying out a power distributor using waveguide slot coupling according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器の構成を図４に示している。本実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器の基本構成は、図１に示されている従来の実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器と同じである。本実施の形態の導波管スロット結合を用いた電力分配器は、ＴＥ１０モードを有し、一端を終端面とした方形導波管４１と、サブストレート４２とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）とを有するマイクロストリップラインとを備えている。導波管４１の電界方向に垂直な管壁にスロット１（４５）およびスロット２（４６）が設けられている。スロット１（４５）およびスロット２（４６）の長さ方向の中心にマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が垂直向きに配置されている。 (Embodiment 1)
FIG. 4 shows the configuration of a power distributor using waveguide slot coupling according to the first embodiment of the present invention. The basic configuration of the power distributor using the waveguide slot coupling according to the present embodiment is the same as that of the power distributor using the waveguide slot coupling according to the conventional embodiment shown in FIG. is there. The power distributor using the waveguide slot coupling of the present embodiment has a TE10 mode, a rectangular waveguide 41 having one end as a termination surface, a substrate 42, a microstrip line 1 (43) and a microstrip. And a microstrip line having a strip line 2 (44). Slot 1 (45) and slot 2 (46) are provided on the tube wall perpendicular to the electric field direction of waveguide 41. A microstrip line 1 (43) and a microstrip line 2 (44) are arranged vertically in the center in the longitudinal direction of the slot 1 (45) and the slot 2 (46).

導波管４１の開口端より入力されて電力を供給するマイクロ波は、導波管の磁界方向に伝播して進行し、スロット１（４５）およびスロット２（４６）へ分配されて導波管４１外部へと放射される。スロット１（４５）およびスロット２（４６）上には、マイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が配置されていて、スロット１（４５）およびスロット２（４６）から放射されるマイクロ波はマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に電磁結合されてマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に沿って伝播される。 A microwave that is input from the open end of the waveguide 41 and supplies power propagates in the direction of the magnetic field of the waveguide, travels, is distributed to the slot 1 (45) and the slot 2 (46), and is guided to the waveguide. 41 is emitted to the outside. A microstrip line 1 (43) and a microstrip line 2 (44) are arranged on the slot 1 (45) and the slot 2 (46), and are emitted from the slot 1 (45) and the slot 2 (46). The microwaves are electromagnetically coupled to the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44) and propagate along the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44).

本実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器が従来の実施の形態に係わる導波管スロット結合を用いた電力分配器と異なる点は、
（ａ）導波管４１とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）との結合度を高めるために、導波管４１の特性インピーダンスはマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）の特性インピーダンスに整合されるよう寸法に設定変更されたことである。このために、導波管４１のＨ面の寸法とＥ面の寸法とは変更されて、電界方向に平行であるＥ面の電界方向の寸法が際立って短くなっている。 The difference between the power divider using the waveguide slot coupling according to the present embodiment and the power divider using the waveguide slot coupling according to the conventional embodiment is that
(A) In order to increase the degree of coupling between the waveguide 41 and the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44), the characteristic impedance of the waveguide 41 is the microstrip line 1 (43) and the microstrip. That is, the dimensions are changed to match the characteristic impedance of the line 2 (44). For this reason, the dimension of the H surface of the waveguide 41 and the dimension of the E surface are changed, and the dimension of the E surface in the electric field direction parallel to the electric field direction is remarkably shortened.

（ｂ）また、導波管４１の特性インピーダンスがマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）の特性インピーダンスに整合されることにより、従来の導波管スロット結合を用いた電力分配器ではスロットに対するマクロストリップラインの配置位置はインピーダンスの低いスロット端部とされていたのが、本実施の形態では、スロット１（４５）およびスロット２（４６）の中心にマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）が各々配置されている。これは、最もインピーダンスが高いスロット中心位置で導波管４１とマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）とのインピーダンス整合が取られることにより、導波管からスロット１（４５）およびスロット２（４６）を介して空間に放射される電力の大部分がマイクロストリップライン１（４３）およびマイクロストリップライン２（４４）に結合するからである。 (B) Further, the characteristic impedance of the waveguide 41 is matched with the characteristic impedance of the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44), so that power distribution using the conventional waveguide slot coupling is performed. In the present embodiment, the arrangement position of the macro strip line with respect to the slot is the slot end portion with low impedance, but in this embodiment, the micro strip line 1 (43) is formed at the center of the slot 1 (45) and the slot 2 (46). ) And microstrip line 2 (44), respectively. This is because the waveguide 41 and the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44) are impedance-matched at the center of the slot where the impedance is the highest, so that the slot 1 (45) is removed from the waveguide. This is because most of the power radiated to the space through the slot 2 (46) is coupled to the microstrip line 1 (43) and the microstrip line 2 (44).

[シミュレーションモデル]
上記考え方に基づいて、本実施の形態に係わるシミュレーションモデルが高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用して作成された。本実施の形態に係わるシミュレーションモデルを図５Ａに示している。本実施の形態に係わるシミュレーションモデル構成は、従来の実施の形態に係わる導波管スロットーマイクロストリップ変換部のシミュレーションモデルと同じものであり、ここではモデルの説明を省略する。 [Simulation model]
Based on the above concept, a simulation model according to the present embodiment was created using a high frequency electromagnetic field simulator (HFSS). A simulation model according to the present embodiment is shown in FIG. 5A. The simulation model configuration according to the present embodiment is the same as the simulation model of the waveguide slot-microstrip conversion unit according to the conventional embodiment, and the description of the model is omitted here.

[シミュレーションパラメータ]
本発明の実施の形態に係わるシミュレーションモデルを使用してシミュレーションを実行する際のモデルパラメータの値、および各々のパラメータの、導波管、スロット部、マイクロストリップにおける位置関係が図５Ｂに示されている。本実施の形態のシミュレーションモデルで設定されているモデルパラメータは、従来のシミュレーションモデルにおいて設定されていたモデルパラメータと同様である。特に本発明の実施の形態に係わるシミュレーションモデルにおいては、導波管５０の特性インピーダンスをマイクロストリップライン１（５２）およびマイクロストリップライン２（５３）の特性インピーダンスに整合させることを目的として、導波管スロット部の”導波管Ｈ面寸法（ａ）”と、”導波管Ｅ面寸法（ｂ）”とがパラメータサーチされている。また、上記したように、最もインピーダンスが高いスロット中心位置で導波管５０とマイクロストリップライン１（５２）およびマイクロストリップライン２（５３）とのインピーダンス整合を取ることを目的として、マイクロストリップラインがスロットの中心からどれだけずれた位置に配置されているのかを示すモデルパラメータである”マイクロストリップ線路のオフセット長（ｄｍ）”は０ｍｍに設定されている。 [Simulation parameters]
FIG. 5B shows the values of model parameters when the simulation is executed using the simulation model according to the embodiment of the present invention, and the positional relationship of each parameter in the waveguide, slot portion, and microstrip. Yes. The model parameters set in the simulation model of the present embodiment are the same as the model parameters set in the conventional simulation model. Particularly, in the simulation model according to the embodiment of the present invention, the waveguide 50 is guided for the purpose of matching the characteristic impedance of the waveguide 50 to the characteristic impedance of the microstrip line 1 (52) and the microstrip line 2 (53). The parameter search is performed on the “waveguide H surface dimension (a)” and the “waveguide E surface dimension (b)” of the tube slot portion. Further, as described above, for the purpose of impedance matching between the waveguide 50 and the microstrip line 1 (52) and the microstrip line 2 (53) at the center position of the slot with the highest impedance, the microstrip line is “Offset length (dm) of the microstrip line” which is a model parameter indicating how far the slot is arranged from the center is set to 0 mm.

[シミュレーション結果]
図５Ｂに示されたパラメータの値が設定されて、高周波電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）により実行された結果が図６に示されている。図６（ａ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおけるＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が示されている。また、図６（ｂ）には４ＧＨｚから７ＧＨｚまでにおける結合度（ＣｏｕｐｌｉｎｇＦａｃｔｏｒ）が示されている。ここで、結合度ηの定義は従来の実施の形態における定義と同じである。 [simulation result]
FIG. 6 shows the result of setting the values of the parameters shown in FIG. 5B and executing them by the high frequency electromagnetic field simulator (HFSS). FIG. 6A shows S11, S21, and S31 from 4 GHz to 7 GHz. FIG. 6B shows the coupling factor from 4 GHz to 7 GHz. Here, the definition of the degree of coupling η is the same as the definition in the conventional embodiment.

図６（ａ）に示されているように、導波管５０へ電力を供給するためにＰＯＲＴ１（５６）に入力されるマイクロ波の反射率は、５．６ＧＨｚにおいて、０．０３％である。また、ＰＯＲＴ１（５６）に入力されて、ＰＯＲＴ２（５７）およびＰＯＲＴ３（５８）より出力されるマイクロ波の５．６ＧＨｚにおける通過損失はそれぞれ、Ｓ_２１＝−２ｄＢおよびＳ_３１＝−４ｄＢ程度である。図６（ｂ）に示されているように、このときの結合度は、５．６ＧＨｚにおいて９０％以上である。つまり、本実施の形態におけるシミュレーションモデルにおいては、導波管５０に入力される電力の９０％以上の電力が２本のマイクロストリップライン５２，５３に電磁的に結合されて分配されている。また、本実施の形態における導波管のカットオフ周波数である５ＧＨｚより高い周波数において、５ＧＨｚから７ＧＨｚまでの実に２ＧＨｚ以上の周波数帯域に渡って９０％程度の結合度が保たれている。 As shown in FIG. 6A, the reflectance of the microwave input to the PORT 1 (56) for supplying power to the waveguide 50 is 0.03% at 5.6 GHz. . Further, the passage loss at 5.6 GHz of the microwaves input to PORT 1 (56) and output from PORT 2 (57) and PORT 3 (58) is about S ₂₁ = −2 dB and S ₃₁ = −4 dB, respectively. . As shown in FIG. 6B, the degree of coupling at this time is 90% or more at 5.6 GHz. That is, in the simulation model according to the present embodiment, 90% or more of the power input to the waveguide 50 is electromagnetically coupled to the two microstrip lines 52 and 53 and distributed. In addition, at a frequency higher than 5 GHz which is the cut-off frequency of the waveguide in this embodiment, a coupling degree of about 90% is maintained over a frequency band of 2 GHz or higher from 5 GHz to 7 GHz.

本実施の形態においては、導波管５０に入力されるマイクロ波の反射率は所定周波数においてわずか０．０３％に抑えられており、さらに、実際に導波管５０に入力された電力がマイクロストリップライン５２，５３に分配される電力の結合効率が９０％以上である。このことは、本実施の形態の導波管スロット結合を用いた電力分配器において結合部からの漏洩に起因する損失が非常に小さく、高効率化されていることを意味している。 In the present embodiment, the reflectance of the microwave input to the waveguide 50 is suppressed to only 0.03% at a predetermined frequency, and the power actually input to the waveguide 50 is microscopic. The coupling efficiency of the power distributed to the strip lines 52 and 53 is 90% or more. This means that in the power distributor using the waveguide slot coupling according to the present embodiment, the loss due to leakage from the coupling portion is very small and the efficiency is improved.

本発明の実施の形態においては、導波管４１のサイズを設計パラメータに加えて、導波管４１の寸法を従来の国際規格寸法から変更し、マイクロストリップライン４３，４４の特性インピーダンスと導波管４１の特性インピーダンスを整合させる。このことにより、広い周波数帯域に渡り９０％以上の高結合度を有した電力分配器を実現させることができる。 In the embodiment of the present invention, the size of the waveguide 41 is added to the design parameters, the dimensions of the waveguide 41 are changed from the conventional international standard dimensions, and the characteristic impedance of the microstrip lines 43 and 44 and the waveguide are changed. The characteristic impedance of the tube 41 is matched. As a result, it is possible to realize a power distributor having a high coupling degree of 90% or more over a wide frequency band.

また、電力入力部に導波管４１を使用することにより、マグネトロンや進行波管（ＴＷＴ）などにより生成された大電力のマイクロ波の入力にも十分に耐え得る電力分配器とすることができる。さらに、導波管の加工精度の範囲において、高周波のマイクロ波への対応もできる。 Further, by using the waveguide 41 for the power input unit, it is possible to provide a power distributor that can sufficiently withstand the input of high-power microwaves generated by a magnetron, traveling wave tube (TWT), or the like. . Furthermore, it is possible to cope with high-frequency microwaves within the range of processing accuracy of the waveguide.

この他にも、電力分配器としてのサイズが導波管サイズに厚さ１ｍｍ程度以下のサブストレート４２を装荷しただけの構造であるため、非常に小型軽量にすることができると共に、構造がシンプルであるため、容易に多分配構造に発展させることができる。 In addition to this, since the size of the power distributor is simply a structure in which the substrate 42 having a thickness of about 1 mm or less is loaded on the waveguide size, it can be made very small and light, and the structure is simple. Therefore, it can be easily developed into a multi-distribution structure.

（実施の形態２）
実施の形態１に示されている導波管スロット結合を用いた電力分配器を備えた導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０の構成を図７に示している。 (Embodiment 2)
FIG. 7 shows a configuration of a waveguide slot-fed active integrated antenna 70 provided with a power distributor using the waveguide slot coupling shown in the first embodiment.

導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０は、導波管スロット結合を用いた電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とにより構成される。導波管スロット結合を用いた電力分配器部は、導波管７１、導波管スロットライン７３、マイクロストリップライン７２、および給電部７４Ａを備える。スロット結合を用いた電力分配器部の構成および動作については実施の形態１に記述したとおりである。 The waveguide slot-fed active integrated antenna 70 includes a power distributor unit using a waveguide slot coupling and an active integrated antenna unit. The power distributor unit using the waveguide slot coupling includes a waveguide 71, a waveguide slot line 73, a microstrip line 72, and a power feeding unit 74A. The configuration and operation of the power distributor using slot coupling are as described in the first embodiment.

アクティブ集積アンテナ部は、給電層７４Ｃ，位相制御層７６、およびアンテナ層７９を備えている。給電層７４Ｃは、給電層給電部７４Ｂと、位相制御層７６と電磁的に結合するためのサブストレート上パッチアンテナ７５を有している。位相制御層７６は、ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ７７および移相器７８を有している。また、アンテナ層７９は、位相制御層７６と電磁結合するためのサブストレート上パッチアンテナ７５および地上の基地局に向けてマイクロ波を送信するためのアンテナ群１００を有している。 The active integrated antenna unit includes a feeding layer 74 </ b> C, a phase control layer 76, and an antenna layer 79. The feed layer 74 </ b> C includes a feed layer feed unit 74 </ b> B and a patch antenna 75 on the substrate for electromagnetically coupling with the phase control layer 76. The phase control layer 76 includes an active device 77 and a phase shifter 78. The antenna layer 79 includes an on-substrate patch antenna 75 for electromagnetic coupling with the phase control layer 76 and an antenna group 100 for transmitting microwaves to the ground base station.

導波管スロット結合を用いた電力分配器部の給電部７４Ａとアクティブ集積アンテナ部の給電層給電部７４Ｂとは電気的に接続されている。そして、給電部７４Ａに分配されて出力された電力は給電層７４Ｃに形成されている給電層給電部７４Ｂに送られる。給電層７４Ｃにおいて、給電層給電部７４Ｂが形成されている面の裏面にはサブストレート上パッチアンテナ７５が形成されている。そして、給電層給電部７４Ｂとサブストレート上パッチアンテナ７５とは表裏で電気的に接続されており、給電層給電部７４Ｂに伝送された電力はサブストレート上パッチアンテナ７５を介して対向する位相制御層７６に電磁結合される。給電層給電部７４Ｂからサブストレート上パッチアンテナ７５を介して位相制御層に供給された電力は、位相制御層７６上に形成されているＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ７７により増幅、および同じく位相制御層７６上に形成されている移相器７８により位相制御される。そして、位相制御層７６において増幅および位相制御されたマイクロ波の電力は、アンテナ層７９の位相制御層７６に対向している面上に形成されているサブストレート上パッチアンテナ７５を介して電磁結合されてアンテナ層に電力が供給される。アンテナ層７９のサブストレート上パッチアンテナ７５が形成されている面の裏面にはアンテナ群１００が形成されており、このアンテナ群１００を介してアンテナ層７９まで送られてきた電力はマイクロ波の形で地上局に送信される。 The power feeding unit 74A of the power distributor unit using the waveguide slot coupling and the power feeding layer power feeding unit 74B of the active integrated antenna unit are electrically connected. Then, the electric power distributed and output to the power feeding unit 74A is sent to the power feeding layer power feeding unit 74B formed in the power feeding layer 74C. In the power feeding layer 74C, an on-substrate patch antenna 75 is formed on the back surface of the surface on which the power feeding layer power feeding portion 74B is formed. The feeding layer feeding unit 74B and the substrate upper patch antenna 75 are electrically connected to each other, and the power transmitted to the feeding layer feeding unit 74B is opposed to the substrate via the substrate patch antenna 75. Electromagnetically coupled to layer 76. The power supplied to the phase control layer from the feed layer feed section 74B via the on-substrate patch antenna 75 is amplified by the Active Device 77 formed on the phase control layer 76, and also formed on the phase control layer 76. The phase shifter 78 controls the phase. The microwave power amplified and phase-controlled in the phase control layer 76 is electromagnetically coupled via the on-substrate patch antenna 75 formed on the surface of the antenna layer 79 facing the phase control layer 76. Thus, power is supplied to the antenna layer. An antenna group 100 is formed on the back surface of the antenna layer 79 on which the patch antenna 75 on the substrate is formed, and the power transmitted to the antenna layer 79 via the antenna group 100 is in the form of a microwave. Is sent to the ground station.

本実施の形態によれば、アクティブ集積アンテナ部においては、低損失移相器による位相制御および集積アンテナによる地上の基地局へのマイクロ波放射が行われる。導波管スロット結合を用いた電力分配器部と、アクティブ集積アンテナ部とが一体化されることにより、移相器などの能動回路とアンテナとを別々に作成するのに比較して伝播損失が少なくなると共に小型軽量化を実現させることができる。 According to this embodiment, in the active integrated antenna unit, phase control by a low-loss phase shifter and microwave radiation to a ground base station by an integrated antenna are performed. By integrating the power divider unit using waveguide slot coupling and the active integrated antenna unit, the propagation loss is reduced compared to creating an active circuit such as a phase shifter and an antenna separately. It is possible to reduce the size and weight while reducing the number.

また、本実施の形態の導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ７０においては、導波管７１を二次元的に配列させることによって広面積を有した送電アンテナを形成することができる。例えば図７では、導波管７１と同等な導波管７１Ａおよび７１Ｂを１方向に対してのみ配列させているが、これを２方向に対して配列させて、より広面積を有する送電アンテナを形成することもできる。 In the waveguide slot-fed active integrated antenna 70 of the present embodiment, a power transmission antenna having a large area can be formed by arranging the waveguides 71 two-dimensionally. For example, in FIG. 7, the waveguides 71A and 71B equivalent to the waveguide 71 are arranged only in one direction, but this is arranged in two directions so that a power transmission antenna having a larger area can be obtained. It can also be formed.

（実施の形態３）
実施の形態２に示される導波管スロット給電アクティブ集積アンテナを備えた宇宙太陽発電システム８４（ＳｐａｃｅＳｏｌａｒＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ：ＳＳＰＳ）の構成を図８に示している。 (Embodiment 3)
FIG. 8 shows the configuration of a space solar power system (SSPS) provided with the waveguide slot-fed active integrated antenna shown in the second embodiment.

この宇宙太陽発電システム８４は、衛星の姿勢制御、衛星の電力制御、および衛星と地上局との通信を制御するバス機器を搭載した衛星本体８０と、ミッション機器であるマイクロ波送電ユニット８２とを備える。また、マイクロ波送電ユニット８２は、太陽電池８１と送電アンテナ８３とを有している。 This space solar power generation system 84 includes a satellite body 80 equipped with a bus device that controls satellite attitude control, satellite power control, and communication between the satellite and the ground station, and a microwave power transmission unit 82 that is a mission device. Prepare. The microwave power transmission unit 82 includes a solar cell 81 and a power transmission antenna 83.

マイクロ波送電ユニット８２は、太陽電池８１により発電された電力を、送電アンテナ８３からマイクロ波の形で、地上に設置されている受信局および軌道上に配置されている他の宇宙機器に送信することを目的とするミッション機器である。マイクロ波送電ユニット８２は、広面積のパネルの両端部に送電アンテナ８３を有し、広面積のパネルの宇宙空間指向面に太陽電池８１を有している。送電アンテナ８３には、実施の形態２に示されている導波管スロット給電アクティブ集積アンテナが適用されることにより、太陽電池８１で発電された電力は効率良くマイクロ波により、地上に設置された受信局、および他の宇宙機器へ送信される。 The microwave power transmission unit 82 transmits the power generated by the solar cell 81 from the power transmission antenna 83 in the form of microwaves to a receiving station installed on the ground and other space devices arranged on the orbit. It is a mission equipment for the purpose. The microwave power transmission unit 82 has power transmission antennas 83 at both ends of a large-area panel, and has a solar cell 81 on the space-oriented surface of the large-area panel. By applying the waveguide slot-fed active integrated antenna shown in the second embodiment to the power transmission antenna 83, the power generated by the solar cell 81 is efficiently installed on the ground by microwaves. It is transmitted to the receiving station and other space equipment.

マイクロ波送電ユニット８２を備えたことにより、宇宙太陽発電システム８４を成立させるために必要な、高精度なマイクロ波ビーム制御、大電力マイクロ波の電力分配、送電部の高効率化（太陽電池を除く総合効率８０％以上）、および送電システム重量の最小化（数ｇ/Ｗ）の各々の要求規格を満たすことができる。 By providing the microwave power transmission unit 82, high-accuracy microwave beam control, high-power microwave power distribution, and high efficiency of the power transmission unit necessary for establishing the space solar power generation system 84 (solar cell) (Excluding total efficiency of 80% or more) and minimization of power transmission system weight (several g / W) can be satisfied.

従来の電力分配器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power divider | distributor. 従来の電力分配器におけるシミュレーションモデルを示す図である。It is a figure which shows the simulation model in the conventional power divider | distributor. 従来の電力分配器におけるモデルパラメータを示す図である。It is a figure which shows the model parameter in the conventional power divider | distributor. 従来の電力分配器におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the conventional power divider | distributor. 実施の形態１に係わる電力分配器の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a power distributor according to a first embodiment. 実施の形態１に係わる電力分配器におけるシミュレーションモデルを示す図である。3 is a diagram illustrating a simulation model in the power distributor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係わる電力分配器におけるモデルパラメータを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating model parameters in the power distributor according to the first embodiment. 実施の形態１に係わる電力分配器におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the power divider | distributor concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態２に係わる電力分配器を備えたアクティブ集積アンテナの構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of an active integrated antenna including a power divider according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係わる電力分配器を備えた宇宙太陽発電システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the space solar power generation system provided with the power divider | distributor concerning Embodiment 3. FIG.

Explanation of symbols

１…導波管（ＷＲＪ−６）
２、２１、４２、５１…サブストレート
３、２２、４３、５２…マイクロストリップライン１
４、２３、４４、５３…マイクロストリップライン２
５、２４、４５、５４…スロット１
６、２５、４６、５５…スロット２
２０、４１、５０、７１、７１Ａ、７１Ｂ…導波管
２６、５６…ＰＯＲＴ１（ｉｎｐｕｔ）
２７、５７…ＰＯＲＴ２（ｏｕｔｐｕｔ）
２８、５８…ＰＯＲＴ３（ｏｕｔｐｕｔ）
７０…導波管スロット給電アクティブ集積アンテナ
７２…マイクロストリップライン
７３…導波管スロットライン
７４Ａ…給電部
７４Ｂ…給電層給電部
７４Ｃ…給電層
７５…サブストレート上パッチアンテナ
７６…位相制御層
７７…ＡｃｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ
７８…移相器
７９…アンテナ層
８０…衛星本体
８１…太陽電池
８２…マイクロ波送電ユニット
８３…送電アンテナ
８４…宇宙太陽発電システム
１００…アンテナ群 1 ... Waveguide (WRJ-6)
2, 21, 42, 51 ... Substrate 3, 22, 43, 52 ... Microstrip line 1
4, 23, 44, 53 ... microstrip line 2
5, 24, 45, 54 ... slot 1
6, 25, 46, 55 ... slot 2
20, 41, 50, 71, 71A, 71B ... Waveguide 26, 56 ... PORT1 (input)
27, 57 ... PORT2 (output)
28, 58 ... PORT3 (output)
70 ... Waveguide slot fed active integrated antenna 72 ... Microstrip line 73 ... Waveguide slot line 74A ... Feed section 74B ... Feed layer feed section 74C ... Feed layer 75 ... Patch antenna 76 on substrate ... Phase control layer 77 ... Active Device
78 ... Phase shifter 79 ... Antenna layer 80 ... Satellite body 81 ... Solar cell 82 ... Microwave power transmission unit 83 ... Power transmission antenna 84 ... Space solar power generation system 100 ... Antenna group

Claims

A rectangular waveguide comprising: an open end to which power as microwaves is input; and a first slot and a second slot from which the input power as microwaves is radiated;
A substrate comprising a first microstrip line electromagnetically coupled to the first slot and a second microstrip line electromagnetically coupled to the second slot;
The rectangular waveguide has a TE10 mode;
Of the size of the rectangular waveguide, the H-plane dimension and the E-plane dimension have been changed from international standard dimensions as design parameters , and are uniform over the entire length of the rectangular waveguide .
The first slot and the second slot are rectangles elongated in the length direction of the rectangular waveguide, which are opened in the H-plane of the rectangular waveguide;
The substrate is disposed so as to be parallel to the H-plane of the rectangular waveguide,
The first slot and the first microstrip line are disposed so as to be orthogonal to each other at the longitudinal center of the first slot,
The second slot and the second microstrip line are disposed so as to be orthogonal to each other at the center of the length direction of the second slot in the previous period,
The electric power divider | distributor from which the electric power as a microwave input from the said opening end is distributed and output to each of these microstrip line.

The power divider according to claim 1, wherein
Of the two E planes of the rectangular waveguide, the first slot is disposed near one E plane and the second slot is disposed near the other E plane. vessel.

The power divider according to claim 1 or 2,
The rectangular waveguide is a power distributor whose one end is terminated.

The power distributor according to any one of claims 1 to 3,
A power distributor section;
An active integrated antenna section,
The power distributor unit is
A plurality of the power distributors connected together;
A plurality of power supply units each connected to the plurality of first microstrip lines or the plurality of second microstrip lines;
A short-circuit termination,
The active integrated antenna unit is
A feeding layer;
A phase control layer;
An antenna layer,
The feeding layer is
A feed layer feed section;
Active Device,
A phase shifter,
The antenna layer is
A patch antenna on the substrate,
A waveguide slot-fed active integrated antenna comprising an antenna group.

The waveguide slot-fed active integrated antenna according to claim 4,
A satellite body including a microwave power transmission unit and a bus device;
A receiving station that receives power transmitted as microwaves by the satellite body,
The microwave power transmission unit is:
Solar cells,
The waveguide slot-fed active integrated antenna that transmits the power generated by the solar cell as a microwave toward the receiving station, and
The bus device is
An attitude control unit for controlling the attitude of the satellite;
A power control unit for controlling the power of the satellite;
A space solar power generation system including a communication control unit that controls communication between a satellite and a ground station.

The space solar power generation system according to claim 5,
The receiving station is a space solar power generation system installed on the earth.

The space solar power generation system according to claim 5,
The receiving station is a space solar power generation system that is an arbitrary space device arranged in orbit.

(A-1) a power distributor distributes power as a microwave input to a waveguide of the power distributor to a plurality of microstrip lines connected to the waveguide;
(E) power as the microwave is input to the open end of the waveguide;
(F) electric power as the microwave propagates in the TE10 mode in the waveguide;
(G) Electric power as the microwave propagating through the inside of the waveguide is coupled to each of the plurality of microstrip lines orthogonal to the slot through each of the plurality of slots of the waveguide. To do
(H) A power distribution method comprising: distributing electric power as the microwaves to the plurality of microstrip lines and propagating through the plurality of microstrip lines.

The power distribution method according to claim 8, wherein
(A-2) After the electric power as the microwave input to the waveguide is distributed to the plurality of paths connected to the waveguide, the micro wave is transmitted from the antenna group connected to each of the plurality of paths. Sending as waves,
The steps (e) to (h);
(I) electric power as the microwave propagating through each of the plurality of microstrip lines is propagated to a power feeding unit connected to each of the microstrip lines;
(J) Electric power as microwaves propagated to each of the plurality of power supply units is a power supply layer power supply unit connected to each of the power supply units, and a substrate connected to the power supply layer power supply unit Propagating to Active Device via an upper patch antenna and a phase control layer electromagnetically coupled to the substrate upper patch antenna;
(K) the active device amplifies the propagated power as the microwave;
(L) a phase control layer connected to the Active Device controls a phase of power as the amplified microwave;
(M) The phase-controlled microwave power is transmitted through the patch antenna on the substrate connected to the phase control layer and the antenna layer electromagnetically coupled to the patch antenna on the substrate. Propagating to the antenna group connected to the antenna layer,
(N) The power transmission method, wherein the antenna group includes transmitting the power as the microwave as a microwave.

The power transmission method according to claim 8 or 9,
(A-3) The electric power generated by the solar cell is converted into microwaves, and then transmitted to a receiving station or other space device grounded on the ground via a waveguide slot-fed active integrated antenna. When,
(B) the solar cell generates power;
(C) the generated power is converted into microwaves;
(D) the power converted into the microwave is input to a waveguide of the waveguide slot-fed active integrated antenna;
The steps (e) to (n);
(O) The space solar power generation method comprising: receiving the transmitted microwave by a receiving station or other space device grounded on the ground.