JP4230511B2 - 電力分配装置、電力合成装置、モノパルス信号合成回路、アレーアンテナ給電回路およびビーム形成回路 - Google Patents

Description

この発明は、管軸長の違いによる位相差の周波数特性を補償する回路を備えた電力分配装置、電力合成装置、その機能を利用したモノパルス信号合成回路、アレーアンテナ装置およびビーム形成回路に関するものである。

従来技術として、２つの出力端子に誘導性移相器と容量性移相器を備えた同位相分配形ショートスロット導波管電力分配器について、例えば特許第２５９２４７６号「広帯域ハイブリッドカプラー」第５頁、第２図に記載がある（特許文献１）。この導波管電力分配器について、理解を助けるためにこの発明の図３を引用して説明すると、従来の導波管電力分配器９は、開口径が等しく、かつ、互いの幅の狭い面が向かい合うように並べられ、かつ互いの管軸が平行となるように並べられた２個の方形導波管５，６を有している。両方形導波管５，６は、向かい合う面の所定区間を方形状の結合孔７で結ばれており、幅の広い方形導波管区間を構成している。一方の方形導波管５内には結合孔７を超えた位置（図３の結合孔７の右側に延びた方形導波管がある。）に４つの容量性の絞りが配置され、また他方の方形導波管６内には結合孔７を超えた位置に４つの誘導性の絞りが配置されている。

ここで、容量性の絞りおよび誘導性の絞りがない場合について見ると、一方の方形導波管５の端子Ｐ１からある周波数帯の電磁波が方形導波管基本モード（方形導波管ＴＥ１０モード）として、入力されると、結合孔７により結ばれている幅の広い方形導波管区間に入る。この区間は、一方の方形導波管５の約２倍の広い幅を持つ方形導波管となっているため、ＴＥ１０モードとＴＥ２０モードが励振される。これら２つのモードの電界は端子Ｐ１側では相加され、端子Ｐ４側では相殺されるように分布するため、端子Ｐ４側へ逃げる電力は非常に少ない。また、ＴＥ１０モードとＴＥ２０モードは上記幅の広い方形導波管区間を伝送するが、その際位相速度の違いから相互に干渉を起こし、２つのモードが９０°位相差になると端子Ｐ２およびＰ３に等しい電力が伝送される。この回路は導波管方向性結合器として動作することになり、両方形導波管５，６の端子Ｐ２およびＰ３から出力された電磁波は広帯域に渡ってほぼ９０°の位相差を持ち等しい電力となる。

この導波管電力分配器の場合、方形導波管５は結合孔７を超えた位置に容量性の絞りを設けているので、電磁波は端子Ｐ２で４５°の遅れ位相を生じる。一方、方形導波管６は結合孔７を超えた位置に誘導性の絞りを設けているので、電磁波は端子Ｐ３で４５°の進み位相を生じる。この位相は、結合孔７によって生じる−９０°の位相と代数的に結合され、端子Ｐ３で−４５°の位相を生じ、この合成位相は、端子Ｐ２での−４５°位相に等しい。したがって、端子Ｐ２と端子Ｐ３から出力される電磁波は、互いに同位相となる。このように、従来の導波管電力分配器は、端子Ｐ１から入力した電磁波を広い周波数に渡って、端子Ｐ２およびＰ３より所望の分配振幅比で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができ、さらに広帯域に渡って同位相で電力を分配できるため、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いられる高性能な電力合成分配装置として適している。

従来の導波管電力分配器は、以上のように構成されているが、容量性の絞りは、一方の導波管の幅の広い面に複数個の素子を突き出させた構造を持ち、また、誘導性の絞りは、他方の導波管の幅の狭い面から複数個の素子を突き出させた構造としている。これらの構造はいずれも複雑で、導波管の製作上、加工難易度および加工コストが高くなる。また、ミリ波帯用アレーアンテナ装置の給電回路部では、導波管断面が小さくなるため、これらの絞りの加工誤差により性能上影響を受けやすくなり、所望の使用帯域において良好な分配特性を得ることが困難となるなどの問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、加工誤差による特性劣化の軽減を可能とする同位相分配型、逆位相分配型または任意位相分配型の電力合成分配装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、上記電力合成分配装置の構成を使用した電力合成装置を得ることを目的とする。
また、この発明は上記電力合成分配装置の特徴を利用し、広帯域化、高性能化、小形化および低コスト化を可能とするモノパルス信号合成回路、アレーアンテナ装置およびビーム形成回路を得ることを目的とする。

特許第２５９２４７６号

この発明に係る電力分配装置は、入力された電磁波を２つ出力端子に所定の振幅および所定の位相で分配出力する電力分配装置において、入力された電磁波を所望の振幅比と位相差で２分配する導波管電力分配器と、この導波管電力分配器の少なくとも一方または両方の出力側に装荷され、その出力側に現れる出力電磁波の位相を調整する導波管遅延線路と、導波管電力分配器の両方の出力側に装荷され、出力電磁波に対して、互いに異なる遮断周波数を有すると共に、導波管遅延線路による位相差の周波数による変化を相殺して一定に保つ位相差の周波数特性を有する導波管の対とを備えたものである。

このことによって、入力した電磁波を、位相特性が使用周波数帯の両端で劣化することが無く、広い周波数帯域に渡って、２つの出力端子より所望の分配振幅比で、かつ任意の位相差で出力することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による電力分配装置の回路構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電力分配装置の分配位相特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態３による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態４による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態５による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態６による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態７による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態８による電力分配装置の３面図である。 この発明の実施の形態９によるモノパルス信号合成器の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１０によるアレーアンテナ装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１１によるビーム形成回路の構成を示すブロック図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力分配装置の回路構成を示すブロック図、図２は同電力分配装置の分配位相特性を示す説明図である。ここで説明する電力分配装置は、同位相分配型、逆位相分配型および任意位相分配型のいずれにも対応できる構成について示す。
図１において、電力分配装置は、導波管電力分配器１、導波管遅延線路２および互いに遮断周波数の異なる導波管３，４の対を備えている。導波管電力分配器１は、入力端子として端子Ｐ１を有し、出力端子として端子Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有しており、端子Ｐ１から入力された電磁波を、端子Ｐ２およびＰ３に所望の振幅比、位相差φ_ｐ度で分配するとともに、端子Ｐ４に伝送される電力を非常に少なくするように動作するものである。導波管３の他端は導波管遅延線路２を介してＰ５に導かれ、導波管３と遮断周波数の異なる導波管４の他端は出力端子Ｐ６を形成している。なお、導波管３の前に導波管遅延線路２を設置しても機能的には同じである。

次に動作について説明する。
いま、ある周波数帯の電磁波が端子Ｐ１から入力されたとすると、この電磁波は、導波管電力分配器１により端子Ｐ２およびＰ３に等しい電力（振幅）で出力し、かつ端子Ｐ３に出力される電磁波は端子Ｐ２に出力される電磁波より位相がφ_ｐ度だけ遅れたものとなる。すなわち、端子Ｐ２およびＰ３から出力された電磁波は、広帯域に渡ってφ_ｐ度の位相差を持つ。そこで、端子Ｐ２に任意の位相差φ_０度を持つ導波管遅延線路２を接続することにより、端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波に任意の位相差（φ_ｐ−φ_０）度を与えることができる。ただし、導波管遅延線路２により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、図２に示す破線ｄ１のように、使用周波数帯の両端付近の領域ではφ_０度よりずれる。そこで、導波管遅延線路２および端子Ｐ３に互いに遮断周波数の異なる導波管３，４を装荷し、それぞれの導波管が持つ通過位相の周波数特性の差を利用して、上記位相特性を打ち消すようにしている。

ここで、導波管３，４の遮断周波数は、以下の式を満たすように設計されている。
λ_ｇ０・（１／λ_ｇＨ−１／λ_ｇＬ）・φ_０＝λ_ｇ０’・（１／λ_ｇＨ’−１／λ_ｇＬ’）・φ_０’−λ_ｇ０”・（１／λ_ｇＨ”−１／λ_ｇＬ”）・φ_０” （１）
ただし、ある周波数ｆにおける管内波長λ_ｇは、遮断波長λ_ｃ、自由空間波長λを用いると一般的に以下の式で求めることができる。
λ_ｇ＝λ・（１−（λ／λ_ｃ）^２）^−１／２ （２）
ここで、φ_０は導波管遅延線路２による位相差、λ_ｇ０は導波管遅延線路２の使用周波数帯の中心周波数における管内波長、λ_ｇＬは導波管遅延線路２の使用周波数帯の下限周波数における管内波長、λ_ｇＨは導波管遅延線路２の使用周波数帯の上限周波数における管内波長、φ_０’は導波管３による位相差、λ’_ｇ０は導波管３の使用周波数帯の中心周波数における管内波長、λ’_ｇＬは導波管３の使用周波数帯の下限周波数における管内波長、λ’_ｇＨは導波管３の使用周波数帯の上限周波数における管内波長、φ_０”は導波管４による位相差、λ”_ｇ０は導波管４の使用周波数帯の中心周波数における管内波長、λ”_ｇＬは導波管４の使用周波数帯の下限周波数における管内波長、λ”_ｇＨは導波管４の使用周波数帯の上限周波数における管内波長である。

上記のように設計しておくことにより、互いに遮断周波数の異なる導波管３，４との管内波長の周波数特性の違いを利用して、これらの導波管内を通過するときに生じる図２の点線ｄ２で示すような位相差の周波数による変化と、導波管遅延線路２により生じる図２の破線ｄ１で示すような位相差の周波数による変化とを相殺することができる。すなわち、導波管遅延線路２により生じる位相差は削減され、図２の実線ｄ３で示すように周波数によらずφ_０度に保つことができる。結局、使用周波数帯の両端付近の領域においても端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相差を（φ_ｐ−φ_０）度に保つことができる。換言すれば、φ_０度の選び方によって位相差を任意に設定することにより、電力分配装置を同位相分配型、逆位相分配型あるいは任意位相分配型とすることができる。互いに遮断周波数の異なる導波管３，４としては、以下の実施の形態２〜実施の形態８に構造例が示されるが、これに限られるものではない。
なお、上記例では、位相調整の導波管遅延線路が導波管電力分配器１の出力側の一方にのみ設けられた場合について示してきたが、導波管遅延線路が両方に設けられる場合においても互いに遮断周波数の異なる導波管の対を適用して同様な効果を奏することができる。

以上のように、この実施の形態１の電力分配装置によれば、導波管電力分配器１により、入力された電磁波を所望の振幅比と位相差で２分配して端子Ｐ２およびＰ３から出力させ、少なくとも一方の端子Ｐ２側に導波管遅延線路２を装荷して、その出力電磁波の位相を所定量遅延、すなわち位相調整し、電力分配装置の出力端子５，６の出力電磁波を所定の振幅および所定の位相にする構成に加え、導波管電力分配器１の端子Ｐ２およびＰ３側に両出力電磁波に対して互いに遮断周波数の異なる導波管３，４の対を装荷するよう構成している。したがって、端子Ｐ１から入力した電磁波を、位相特性が使用周波数帯の両端で劣化することが無く、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ任意の位相差で出力することができるという効果が得られる。
なお、ここでは、電力分配機能について説明してきたが、勿論、この電力分配装置は電力合成装置の構成とすることができることが理解できよう。すなわち、この場合、端子５と端子６から用途上所定の位相関係にある信号をそれぞれ入力し、端子Ｐ１から合成された電力が得られることになる。このように電力合成装置として使用できることは、以下の実施の形態においても同様である。その場合、図１の導波管電力分配器１は導波管電力合成器と読みかえればよい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電力分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ１‐Ｅ１線断面図である。この実施の形態２は、上記実施の形態１で説明した電力分配装置を部分変更した導波管構造の具体例について示すものである。その一つとして、図１の導波管電力分配器１として導波管方向性結合器が適用される。この導波管方向性結合器は、断面が等しい２本の方形導波管を互いの管軸が平行となるように並べ、一方の方形導波管が第１および第２の端子を有し、他方の方形導波管が第３および第４の端子を有し、第１の端子から信号を入力したときに第２および第３の端子から信号が出力されるが、第４の端子からは信号が出力されないように両方形導波管間に結合構造を有している。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図３において、方形導波管５，６と結合孔７と整合素子８とから構成される導波管方向性結合器９が、図１の導波管電力分配器１として用いられる。方形導波管５，６は、開口径が等しく、互いの幅の狭い面が向かい合うように並べられ、かつ互いの管軸が平行となるように並べられている。上記両方形導波管間の結合構造として設けられた結合孔７は、方形導波管５，６の内部の向かい合う面の所定の区間を結んでおり、その結合孔７内には、円柱状整合素子８が位置するよう設けられている。このタイプの導波管方向性結合器９は一般にショートスロット型と呼ばれているものである。

図１の互いに遮断周波数の異なる導波管３，４の対としては、次のような導波管構成が用いられる。図１の導波管３の代わりに用いられる方形導波管１０は、導波管方向性結合器９の方形導波管５に接続され、この方形導波管５より幅が狭い構造を有し、かつ管軸長を管内波長の約１／２としたものである。一方、図１の導波管４の代わりに用いられる方形導波管１１は、導波管方向性結合器９の方形導波管６に接続され、この方形導波管６より幅が広い形状を有し、かつ管軸長を管内波長の約１／２とするものである。
方形導波管１１の出力側（すなわち、導波管方向性結合器９側と異なる端部）には、方形導波管６と同じ開口径を持つ方形導波管１３が接続されている。また、図１の導波管遅延線路２として方形導波管１２が用いられる。この方形導波管１２は、方形導波管１０に接続され、方形導波管５と同じ開口径を持ち、かつ方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯域の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くした構造を有している。ここで、Ｐ１〜Ｐ４は導波管方向性結合器９の入出力端子、Ｐ５およびＰ６は方形導波管１２および１３の出力端子である。

次に動作について説明する。
いま、ある周波数帯の電磁波が方形導波管基本モード（方形導波管ＴＥ１０モード）として端子Ｐ１から入力されたとする。この電磁波は方形導波管５を伝播し、結合孔７により方形導波管６と結ばれている幅の広い方形導波管区間に入る。この区間は方形導波管５の約２倍の広い幅を持つ方形導波管となっているため、方形導波管基本モードであるＴＥ１０モードとＴＥ２０モードが励振される。ここで、これら２つのモードの電界は端子Ｐ１側では相加され、端子Ｐ４側では相殺されるように分布するため、端子Ｐ４側へ逃げる電力は非常に少なくなる。また、ＴＥ１０モードとＴＥ２０モードは上記結合孔７を含む幅の広い方形導波管区間を伝送するが、その際、位相速度の違いから相互に干渉を起こし、例えば２つのモードが９０度位相差になると端子Ｐ２およびＰ３に等しい電力（振幅）が伝送され、この回路は導波管方向性結合器として動作することになる。実際には、広帯域に渡って所望の結合度と良好な反射特性を維持するために、図に示すように円柱状整合素子８が結合孔７内に設けられている。

導波管方向性結合器９の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、導波管遅延線路である方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相を同相にすることができる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そこで、端子Ｐ２側に方形導波管５より幅の狭い方形導波管１０を装荷し、端子Ｐ３側に方形導波管６より幅の広い方形導波管１１を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対を構成している導波管１０，１１における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。方形導波管１０，１１の管軸長は、各々使用周波数帯の中心周波数における各管内波長の約１／２とすることで、幅の異なる導波管を接続することによる２ヶ所の幅のステップで生じる反射特性を打ち消して、反射特性の劣化を防止している。

以上のように、この実施の形態２の電力分配装置によれば、断面が等しい２本の方形導波管を互いの管軸が平行となるように並べ、一方の方形導波管５が第１および第２の端子Ｐ１，Ｐ２を有し、他方の方形導波管６が第３および第４の端子Ｐ３，Ｐ４を有し、第１の端子Ｐ１から信号を入力したときに第２および第３の端子Ｐ２，Ｐ３から信号が出力されるが、第４の端子Ｐ４からは信号が出力されないように両方形導波管間に結合構造７を有する導波管方向性結合器を導波管電力分配器として用いており、第２の端子Ｐ２側に装荷され、一方の方形導波管５より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管１０と、第３の端子Ｐ３側に装荷され、他方の方形導波管６より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管１１とで導波管の対を構成している。また、第２の端子Ｐ２側に装荷され、一方の方形導波管５と同じ開口径を持つ方形導波管で構成された導波管遅延線路１２と、第３の端子Ｐ３側に装荷され、他方の方形導波管６と同じ開口径を持ち、かつ導波管遅延線路１２より管軸長がその管内波長の１／４程度短い第３の方形導波管１３を備えたものである。したがって、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。なお、方形導波管１０または方形導波管１１の対のうち、いずれか一方の幅を変えたものでも同様な効果が得られる。また、構造が簡素になり、低コスト化を図ることができ、あるいは加工誤差による特性劣化の軽減が図れるという効果が得られる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による電力分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ２‐Ｅ２線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態３は、上記実施の形態２で説明した電力分配装置を部分変更した導波管構造の具体例について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図４において、リッジ導波管１５が図３の方形導波管１０の代りに用いられている。このリッジ導波管１５は、方形導波管５に接続され、方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面または上側幅広面から内部方向に延びる突起部１５１を有している。なお、この突起部１５１は、上側幅広面および下側幅広面の両方に設けるようにしてもよい。また、方形導波管１４が、図３の方形導波管１１の代わりに用いられている。この方形導波管１４は、方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、方形導波管６に接続されている。

導波管方向性結合器９の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、導波管遅延線路である方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相は同相になる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そこで、端子Ｐ２側に方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部１５１を有するリッジ導波管１５を装荷し、端子Ｐ３側に方形導波管６と同じ幅の断面を持つ方形導波管１４を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対のそれぞれの導波管における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。

以上のように、実施の形態３の電力分配装置に適用される、互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、実施の形態２に示された導波管１０，１１の対の代わりに、導波管方向性結合器９の第２の端子Ｐ２側に装荷され、一方の方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部１５１を有する第１のリッジ導波管１５と、導波管方向性結合器９を構成する他方の方形導波管６の第３の端子Ｐ３側に装荷され、他方の方形導波管６と同じ幅の断面を持つ第４の方形導波管１４とで構成されている。したがって、実施の形態２と同様に、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。また、構造が簡素になるため、低コスト化が図れ、あるいは加工誤差による特性劣化の軽減を図ることができる。さらに、電力分配装置を構成している各導波管の幅を部分的に広げる必要がないため、隣接した導波管間の干渉の問題が発生せず、小形化できる効果が得られる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による電力合成分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ３‐Ｅ３線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態４は、上記実施の形態２で説明した電力分配装置を部分変更した導波管構造の具体例について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図５において、リッジ導波管１６が図３の方形導波管１０の代わりに用いられている。リッジ導波管１６は、方形導波管５に接続され、方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ上側面もしくは上側面に突起部１６１を有している。また、リッジ導波管１７が図３の方形導波管１１の代わりに用いられている。リッジ導波管１７は、方形導波管６に接続され、方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ上側面幅広もしくは上側幅広面に上記リッジ導波管１６の突起分１６１とは異なる長さを持つ突起部１７１を有している。なお、リッジ導波管１６，１７の両方または一方は、突起部を上側幅広面と下側幅広面の両方に設けるようにしてもよい。

導波管方向性結合器９の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相を同相にすることができる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そこで、端子Ｐ２側に突起部１６１を有するリッジ導波管１６を装荷し、リッジ導波管１６の突起部１６１とは長さの異なる突起部１７１を有するリッジ導波管１７を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対を構成するそれぞれの導波管における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。

以上のように、この実施の形態４の電力分配装置に適用される、互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、上記実施の形態２の導波管１０，１１の対の代わりに、導波管方向性結合器９の第２の端子Ｐ２側に装荷され、導波管方向性結合器９の一方の方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びる突起部１６１を有するリッジ導波管１６と、導波管方向性結合器９の第３の端子Ｐ３側に装荷され、導波管方向性結合器９の他方の方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びリッジ導波管１６の突起部１６１とは長さが異なる突起部１７１を有するリッジ導波管１７とで構成されている。したがって、実施の形態２と同様に、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。また、構造が簡素となるので、低コスト化が図れ、あるいは加工誤差による特性劣化の軽減を図ることができる。さらに、電力分配装置を構成している各導波管の幅を部分的に広げる必要がないため、隣接した導波管間の干渉の問題が発生せず、小形化を図ることができる。さらに、二つの出力端子両方にリッジ導波管１６，１７を装荷しているので、調整箇所が複数となるため、設計の自由度が増すという効果も得られる。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による電力分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ４‐Ｅ４線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態５は、上記実施の形態２で説明した電力分配装置を部分変更した導波管構造の具体例について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図６において、誘電体導波管１８が図３の方形導波管１０の代わりに用いられている。誘電体導波管１８は、方形導波管５に接続され、方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管内部に誘電体１８１が充填されている。また、誘電体導波管１９が図３の方形導波管１１の代わりに用いられている。誘電体導波管１９は、方形導波管６に接続され、方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管内部に誘電体導波管１８に充填される誘電体１８１とは異なる誘電率の誘電体１９１を充填している。

導波管方向性結合器９の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相を同相にすることができる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そこで、端子Ｐ２側に内部全体に誘電体１８１を充填した誘電体導波管１８を装荷し、内部全体に上記誘電体１８１と異なる誘電率を持つ誘電体１９１を充填した誘電体導波管１９を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対を構成するそれぞれの導波管における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。

以上のように、この実施の形態５の電力分配装置に適用される、互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、上記実施の形態２の導波管１０，１１の対の代わりに、導波管方向性結合器９の第２の端子Ｐ２側に装荷され、当該導波管方向性結合器９の一方の方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体１８１を充填した誘電体導波管１８と、導波管方向性結合器９の第３の端子Ｐ３側に装荷され、前記導波管方向性結合器９の他方の方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体導波管１８の誘電体１８１と異なる誘電率を持つ誘電体１９１を充填した誘電体導波管とで構成されている。したがって、実施の形態２と同様に、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。また、構造が簡素なため、低コスト化が図れ、あるいは加工誤差による特性劣化の軽減を図ることができる。さらに、電力分配装置を構成している各導波管の幅を部分的に広げる必要がないため、隣接した導波管間の干渉の問題が発生せず、小形化を図ることができる。さらにまた、誘電体を装荷することで管内波長を短縮できるため誘電体導波管１８，１９の長さを短くできるという効果も得られる。

実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６による電力分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ５‐Ｅ５線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態６は、上記実施の形態２で説明した電力分配装置を部分変更した導波管構造の具体例について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図７において、誘電体導波管２０が図３の方形導波管１０に代えて用いられている。誘電体導波管２０は、方形導波管５に接続され、方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体２０１を充填したものである。誘電体波管２１が図３の方形導波管１１に代えて用いられている。この誘電体導波管２１は、方形導波管６に接続され、方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に、誘電体導波管２０に充填された誘電体２０１とは異なる断面積を持つ誘電体２１１を充填している。

導波管方向性結合器９の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相を同相にすることができる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そこで、端子Ｐ２側に導波管の断面積の一部に誘電体２０１を充填した誘電体導波管２０を装荷し、導波管の断面積の一部に上記誘電体２０１とは異なる断面積を持つ誘電体２１１を充填した誘電体導波管２１を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対のそれぞれの導波管における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。

以上のように、この実施の形態６の電力分配装置に適用される、互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、上記実施の形態２の導波管１０，１１の対の代わりに、導波管方向性結合器９の第２の端子Ｐ２側に装荷され、当該導波管方向性結合器９の一方の方形導波管５と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体２０１を充填した誘電体導波管２０と、導波管方向性結合器９の第３の端子Ｐ３側に装荷され、導波管方向性結合器９の他方の方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体導波管２０の誘電体２０１とは異なる断面積を持つ誘電体２１１を充填した誘電体導波管２１とで構成されている。したがって、実施の形態２と同様に、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。また、構造が簡素なため、低コスト化が図れ、あるいは加工誤差による特性劣化の軽減を図ることができる。さらに、電力分配装置を構成している各導波管の幅を部分的に広げる必要がないため、隣接した導波管間の干渉の問題が発生せず、小形化を図ることができる。さらにまた、誘電率の選択の余地がなく、決まった誘電率の材料を使用する場合には、充填する誘電体の寸法を変えるだけで対応できる効果も得られる。

実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７による電力合成分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ６‐Ｅ６線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態７は、上記実施の形態２〜実施の形態６で説明した導波管方向性結合器とは異なる構造の導波管方向性結合器を用いた電力分配装置について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は同位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図８において、導波管方向性結合器２５が図３の導波管方向性結合器９に代えて用いられている。この導波管方向性結合器２５は、開口径が等しく、互いの幅の広い面が向かい合うように並べられ、かつ互いの管軸が平行となるように並べられた方形導波管２２，２３と、方形導波管２２，２３の向かい合う面を結び、かつその管内波長の約１／４の管軸長を持つ複数個の方形分岐導波管２４とから構成されている。このタイプの導波管方向性結合器は、一般に、ブランチガイド（ライン）型導波管方向性結合器と呼ばれており、上記実施の形態２〜実施の形態６で示したショートスロット型と同じ機能を有するものである。すなわち、端子Ｐ４からは殆ど信号が出力されない。一方、ここで用いられている導波管の対を構成する方形導波管１０は、方形導波管２２より縦幅（図３では横幅）が狭くなっており、もう一方の方形導波管１１は方形導波管２３より縦幅（図３では縦幅）が広く設定されている。

導波管方向性結合器２５の端子Ｐ２およびＰ３から出力される電磁波は、広帯域に渡ってほぼ９０度の位相差を持つ。ここで、方形導波管１２は、その管軸長を、方形導波管１３の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４、すなわち通過位相９０度分長くしているので、端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相を同相にすることができる。ただし、方形導波管１２および方形導波管１３の管軸長の差により生じる位相差は、その導波管の管内波長の周波数特性の影響を受け、使用周波数帯の両端付近の領域では９０度よりずれる。そのため、実施の形態２（図３）で説明したと同様に端子Ｐ２側に方形導波管５より幅の狭い方形導波管１０を装荷し、端子Ｐ３側に方形導波管６より幅の広い方形導波管１１を装荷し、互いに遮断周波数の異なる導波管の対を形成している。この導波管の対を構成するそれぞれの導波管における、通過位相の周波数特性の差を利用して、この位相特性を打ち消している。

以上のように、この実施の形態７の電力合成分配装置によれば、導波管電力分配器として、開口径が等しく、互いの幅の広い面が向かい合うように並べられ、かつ互いの管軸が平行となるように並べられた方形導波管２２，２３と、これらの方形導波管２２，２３の向かい合う面を結び、かつその管内波長の約１／４の管軸長を持つ複数個の方形分岐導波管２４とを有し、方形導波管２２の一方の端子Ｐ１を電磁波の入力端子とし、方形導波管２２の他方の端子Ｐ２および方形導波管２３の両端子Ｐ３、Ｐ４を出力端子とする導波管方向性結合器を用いている。したがって、実施の形態２と同様に、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、かつ同相で出力することができ、および良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。また、この電力合成分配装置は、回路全体を図８の破線ｅで示すような各導波管の幅広面の中央、すなわち、原理的には電流を切らない面にて上下に２分割することができるので、非常に低損失な電力合成分配装置を掘削加工等により容易に得ることができるという効果が得られる。なお、ここで述べた導波管方向性結合器に対して、実施の形態３〜実施の形態６で示した導波管の対のいずれかを装荷してもよく、同様な効果を奏することができる。

実施の形態８．
図９は、この発明の実施の形態８による電力分配装置の構成を示す３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）はＥ７‐Ｅ７線断面図である。図において、上記実施の形態２の図３と同じ部分については同一符号を付し、原則としてその説明を省略する。この実施の形態８は、上記実施の形態１で説明した電力分配装置の導波管構造の具体例について示すものである。また、ここで述べる電力分配装置は逆位相分配型の電力分配装置に関するものである。
図９において、ここでは実施の形態２〜実施の形態６と同じ導波管方向性結合器９を用いているが、方形導波管５の端子Ｐ２側には、方形導波管２６と方形導波管２８が直列に装荷されている。方形導波管２６は方形導波管５より広い幅の断面を持ち、方形導波管２８は方形導波管５と同じ幅の断面を持つている。一方、方形導波管６の端子Ｐ３側には、方形導波管２７と導波管遅延線路である方形導波管２９が直列に装荷されている。方形導波管２７は方形導波管６より狭い幅の断面を持ち、方形導波管２９は方形導波管６と同じ幅の断面を持つている。方形導波管２６，２７は、互いに遮断周波数の異なる、管内波長を約１／２とする導波管の対を形成している。また、方形導波管遅延線路である導波管２９は、その管軸長が方形導波管２８の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４だけ、すなわち通過位相９０°分長く設定されている。このことにより、広い帯域に渡って端子Ｐ５およびＰ６より出力される電磁波の位相差を１８０度差とする逆位相電力分配装置として動作することができる。

以上のように、この実施の形態８の電力分配装置によれば、導波管電力分配器は、断面が等しい２本の方形導波管を互いの管軸が平行となるように並べ、一方の方形導波管５が第１および第２の端子Ｐ１，Ｐ２を有し、他方の方形導波管６が第３および第４の端子Ｐ３，Ｐ４を有し、第１の端子Ｐ１から信号を入力したときに第２および第３の端子Ｐ２，Ｐ３から信号が出力されるが、第４の端子Ｐ４からは信号が出力されないように両方形導波管間に結合構造７を有する導波管方向性結合器用いており、互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第２の端子Ｐ２側に装荷され、一方の方形導波管９より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管２６と、第３の端子Ｐ３側に装荷され、他方の方形導波管６より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管２７とで構成されている。さらに、第２の端子Ｐ２側に装荷され、一方の方形導波管５と同じ幅の断面を持つ第３の方形導波管を備え、導波管遅延線路２９は、端子Ｐ３側に装荷され、他方の方形導波管６と同じ幅の断面を持ち、かつ管軸長が第３の方形導波管２８の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４だけ長く設定された方形導波管で構成されている。したがって、端子Ｐ１に入力された電磁波を、広い周波数帯域に渡って、出力端子Ｐ５およびＰ６より所望の分配振幅比で、逆位相で出力することができ、かつ良好な反射特性と優れた低損失性と高いアイソレーション特性とを同時に得ることができるという効果が得られる。なお、ここで述べた導波管方向性結合器に対して、実施の形態３〜実施の形態６で示した導波管の対のいずれかを装荷してもよく、同様な効果を奏することができる。

実施の形態９．
図１０はこの発明の実施の形態９によるモノパルス信号合成回路の概略構成を示すブロック図である。この図では、モノパルス信号合成回路は、レーダなどのアンテナから得られる複数の受信電波に対して適用される例について示しているが、他の用途にも適用可能なものである。
図１０において、アンテナ４１は、開口を４象限に分割した区分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと出力端子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４からなる。線路３４，３５，３６は、出力端子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４から得られるアンテナ４１からの各信号に所定の位相差を付加するための遅延線路である。導波管３７，３８，３９，４０は、異なる遮断周波数を有し、遅延線路３４，３５，３６で生じる通過位相の周波数特性を打ち消すための手段である。９０°ハイブリッド３０，３１，３２，３３は、導波管３７，３８，３９，４０を経た信号をアンテナ４１からの各信号を所定の振幅・位相比で分配、合成し出力端子（モノパルス信号端子）Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０から合計信号と差分信号を出力するモノパルス信号合成回路を構成している。

次に動作について説明する。
到来する高周波信号（電波）はアンテナ４１の４つの象限に分割された各区分Ａ〜Ｄにおいて受信される。端子Ｐ１２の受信電波に対して遅延線路３４，３５，３６による位相差を９０°、９０°、１８０°とすると、９０°ハイブリッド３０は、受信信号ＡとＢの和信号（Ａ＋Ｂ）および差信号（Ａ−Ｂ）を形成する。一方、９０°ハイブリッド３１は、受信信号ＣとＤの和信号（Ｃ＋Ｄ）および差信号（Ｃ−Ｄ）を形成する。９０°ハイブリッド３２は、９０°ハイブリッド３０で形成された和信号（Ａ＋Ｂ）と９０°ハイブリッド３１で形成された和信号（Ｃ＋Ｄ）から、それらの和信号、すなわちアンテナ４１の各区分Ａ〜Ｄの受信信号を全て加算した合計信号、すなわちΣ信号［Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ］を生成し、出力端子Ｐ７に出力する。また、同時に９０°ハイブリッド３２は、出力端子Ｐ８に和信号（Ａ＋Ｂ）と和信号（Ｃ＋Ｄ）の差分信号、すなわちアンテナ４１の各区分Ａ〜Ｄの受信信号を縦方向毎に加算してその差となるΔＡｚ信号［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）］を生成し、出力端子Ｐ８に出力する。

もう一方の９０°ハイブリッド３３は、９０°ハイブリッド３０で形成された差信号（Ａ−Ｂ）と９０°ハイブリッド３１で形成された差信号（Ｃ−Ｄ）から、それらの差信号、すなわちアンテナ４１の各区分Ａ〜Ｄの受信信号を横方向毎に加算してその差となる差分信号、すなわちΔＥｌ信号［（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）］を生成し、出力端子Ｐ９に出力する。また、同時に９０°ハイブリッド３３は、それらの和信号［（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）］を生成し、出力端子Ｐ１０に出力する。このように、この図１０の回路は、モノパルス信号合成回路として動作することになる。なお、出力端子Ｐ１０は通常は使用されることのないダミー端子となる。

しかしながら、導波管を用いて上記モノパルス信号合成回路を構成した場合、各遅延線路３４，３５，３６による位相差を９０°、９０°、１８０°としているために、遅延線路の導波管は入力端子部でその管軸長に差をつける必要がある。このため、その導波管の管内波長の周波数特性の影響により、合成されたモノパルス信号の位相特性が使用周波数帯の両端で劣化する。そこで、遅延線路３５、導波管３７，４０および９０°ハイブリッド３０を上記実施の形態８で説明した逆位相電力分配装置で構成する。図１０において、各部の符号に対応して示された括弧書きの符号は図９（実施の形態８）の各部の符号を示している。また、遅延線路３４，３５、導波管３８，３９および９０°ハイブリッド３１の回路も同様な構成を持つ。導波管３７，４０および導波管３８，３９としては、実施の形態２〜実施の形態７で説明した互いに遮断周波数の異なる導波管の対を適宜適用すればよい。なお、９０°ハイブリッド３０，３１には上記各実施の形態で説明した導波管方向性結合器９，２５などが用いられる。このように互いに遮断周波数の異なる導波管の対を装荷することにより、遅延線路３４，３５，３６で生じる通過位相の周波数特性は打ち消すことができる。このことにより、モノパルス信号合成回路で合成されたモノパルス信号の位相特性を広帯域に渡って平坦にすることができる。

以上のように、この実施の形態９のモノパルス信号合成回路によれば、初段のハイブリッド（３７，４０）に導波管遅延線路（３５および３４，３６）を介して位相調整した複数の信号（Ａ、ＢおよびＣ、Ｄ）を入力し、入力される複数の信号を順次配置された複数のハイブリッド（３０，３１，３２，３３）により所定の振幅・位相比で分配、合成し、最終段のハイブリッド（３２，３３）から上記複数の信号の合計信号と所定の差分信号とを出力するモノパルス信号合成回路において、初段のハイブリッド（３０，３１）の入力側に互いに周波数の異なる導波管（３７，４０および３８，３９）の対を装荷するように構成している。したがって、位相特性が使用周波数帯の両端で劣化することが無く、合成されたモノパルス信号の位相特性を広帯域に渡って平坦にする効果が得られる。

実施の形態１０．
図１１はこの発明の実施の形態１０によるアレーアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。ここでは、給電対象になる素子アンテナの数を８個としたケースについて例示する。
図１１において、アレーアンテナ装置は、アレー状に配置された複数個の素子アンテナ４２、各素子アンテナ４２に対応した複数個の増幅器４３、各増幅器４３に対応した複数個の移相器４４、各移相器４４に給電するアレーアンテナ給電回路４７から構成されている。アレーアンテナ給電回路４７は、送信する電波の入力端子Ｐ１５、入力に対して逆トーナメント状に接続配置された複数個の電力分配装置４５および複数個の終端器４６を備えている。ここで、電力分配装置４５には、上記実施の形態１〜実施の形態７で提案された同位相分配型の電力分配装置の何れかが適用されているものとし、その対応接続関係は、図１１に書き込んだ端子Ｐ１，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６によって例示される。なお、移相器４４と増幅器４３の組み合わせは高周波モジュールとして構成してもよい。

次に動作について説明する。
いま、ある周波数帯の電波が端子Ｐ１５より入力されると、その電波は入力に対して逆トーナメント状に接続配置された複数個の電力分配装置４５により分配される。最終段の各電力分配装置により分配された各電波は対応する移相器４４により移相調整され、各増幅器４３において増幅された後、対応する素子アンテナ４２にそれぞれ与えられ大気中に放射される。
以上のように、この実施の形態１０のアレーアンテナ給電回路によれば、入力された電波を逆トーナメント状に接続配置された複数個の電力分配装置４５により順次複数の電波に分配し、最終段の電力分配装置により所望の分配振幅比で、かつ同位相で分配出力された電波を対応する移相器４４を介してそれぞれの増幅器４３で増幅し、増幅された各電波をアレー状に配置された複数個の素子アンテナ４２の対応する素子アンテナにそれぞれ供給するアレーアンテナ装置において、電力分配装置のそれぞれを、上記実施の形態２から実施の形態７に記載された同位相分配型の電力分配装置で構成している。したがって、移相器４４に分配出力される電波は、位相特性が使用周波数帯の両端で劣化することが無く、各電波の通過位相を、容易に広い周波数帯域に渡って同相にできる効果が得られる。

実施の形態１１．
図１２はこの発明の実施の形態１１によるビーム形成回路の概略構成を示すブロック図である。
図１２において、ビーム形成回路５１は導波管で構成されており、電磁波が入力される入力端子Ｐ１６、入力に対して逆トーナメント状に多段接続された複数個の導波管電力分配器４８ａ〜４８ｇ、出力信号に所望の位相差を与える遅延線路４９ａ〜４９ｈ、これら遅延線路４９ａ〜４９ｈに対応して接続された導波管５０ａ〜５０ｈ、導波管５０ａ〜５０ｈの他端となる出力端子Ｐ１７ａ〜Ｐ１７ｈを備えている。この導波管５０ａ〜５０ｈは、遅延線路４９ａ〜４９ｈで生じる通過位相の周波数特性を打ち消すために、互いに異なる遮断周波数を有している。ここで、導波管５０ａ〜５０ｈとして、上記実施の形態１〜実施の形態８で説明した導波管の対が適用されている。また、導波管電力分配器４８ａ〜４８ｇには、上記実施の形態２〜実施の形態８で説明した導波管方向性結合器が用いられている。例えば導波管電力分配器４８ｄ、導波管５０ａ，５０ｂおよび遅延線路４９ａ，４９ｂについて、実施の形態２（図３）の符号を対応させた場合、図１２で括弧書きしたようになる。すなわち、最終段の導波管電力分配器４８ｄ〜４８ｇ、導波管５０ａ〜５０ｈおよび遅延線路４９ａ〜４９ｈで構成された４つの回路は、同位相分配型ではないが、実施の形態１〜実施の形態７で説明したような構成を持つ任意位相分配型の電力分配装置を表していることになる。

次に動作について説明する。
いま、ある周波数帯の電磁波が入力端子Ｐ１６より入力されると、多段接続された導波管電力分配器４８ａ〜４８ｇにより分配される。最終段４８ｄ〜４８ｇで分配された信号は、遅延線路４９ａ〜４９ｈにより所望の位相が付加され、所望の振幅および０°〜３６０°の所望の位相分布にビーム形成され、出力端子Ｐ１７ａ〜Ｐ１７ｈから出力される。しかしながら、ビーム形成回路５１が導波管で構成されている場合、遅延線路４９ａ〜４９ｈは、所望の位相差を付加しているため、遅延線路を構成する導波管の管軸長に差をつける必要がある。このことは、導波管の管内波長の周波数特性の影響により、出力される信号の位相特性の劣化につながる。そこで、この実施の形態１１では、最終段を構成する電力分配器（導波管電力分配器）４８ｄ〜４８ｇと遅延線路（導波管遅延線路）４９ａ〜４９ｈを含む組み合わせ回路のそれぞれに対して、最終段の電力分配器（導波管電力分配器）４８ｄ〜４８ｇの出力側に互いに遮断周波数の異なる導波管５０ａ〜５０ｈで構成される導波管の対（すなわち５０ａと５０ｂ、５０ｃと５０ｄ、５０ｅと５０ｆ、５０ｇと５０ｈの対）を付加して、この場合、同位相分配型ではないが、実施の形態１〜実施の形態７で提案したような構成を持つ任意位相分配型の電力分配装置としている。したがって、この実施の形態１１によれば、遅延線路４９ａ〜４９ｈで生じる通過位相の周波数特性を打ち消し、ビーム形成回路の出力信号の位相特性を広帯域に渡って平坦にできる効果が得られる。

以上のように、この発明の電力分配装置は、入力した電磁波を、広い周波数帯域に渡って、所望の分配振幅比で、かつ、任意の位相差で出力することができるので、衛星搭載用あるいはレーダ用の各種回路へ適用して有効である。

Claims (25)

1. 入力された電磁波を２つ出力端子に所定の振幅および所定の位相で分配出力する電力分配装置において、
   前記入力された電磁波を所望の振幅比と位相差で２分配する導波管電力分配器と、
   この導波管電力分配器の少なくとも一方または両方の出力側に装荷され、その出力側に現れる出力電磁波の位相を調整する導波管遅延線路と、
   前記導波管電力分配器の両方の出力側に装荷され、出力電磁波に対して、互いに異なる遮断周波数を有すると共に、前記導波管遅延線路による位相差の周波数による変化を相殺して一定に保つ位相差の周波数特性を有する導波管の対とを備えたことを特徴とする電力分配装置。
2. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力分配器を構成する一方の出力側の方形導波管より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管と、前記導波管電力分配器を構成する他方の出力側の方形導波管より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
3. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力分配器を構成する一方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管電力分配器を構成する他方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持つ方形導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
4. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力分配器を構成する一方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管電力分配器を構成する他方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延び前記リッジ導波管の突起部とは長さが異なる突起部を有するリッジ導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
5. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力分配器を構成する一方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体を充填した誘電体導波管と、導波管電力分配器を構成する他方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に前記誘電体導波管の誘電体と異なる誘電率を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
6. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力分配器を構成する一方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管電力分配器を構成する他方の出力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に前記誘電体導波管の誘電体とは異なる断面積を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２記載の電力分配装置。
7. 導波管電力分配器は、断面が等しい２本の方形導波管を互いの管軸が平行となるように並べ、一方の方形導波管が第１および第２の端子を有し、他方の方形導波管が第３および第４の端子を有し、第１の端子から信号を入力したときに第２および第３の端子から信号が出力されるが、第４の端子からは信号が出力されないように両方形導波管間に結合構造を有する導波管方向性結合器で構成され、
   互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、前記第２の端子側に装荷され、前記一方の方形導波管より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管と、前記第３の端子側に装荷され、前記他方の方形導波管より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管とで構成され、
   導波管遅延線路は、前記一方の方形導波管と同じ開口径を持つ方形導波管で構成され、
   前記他方の方形導波管と同じ開口径を持ち、かつ前記導波管遅延線路より管軸長がその管内波長の１／４程度短い第３の方形導波管が前記第３の端子側に装荷されていることを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
8. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持つ第４の方形導波管とで構成されたことを特徴とする請求項７記載の電力分配装置。
9. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延び前記リッジ導波管の突起部とは長さが異なる突起部を有するリッジ導波管とで構成されたことを特徴とする請求項７記載の電力分配装置。
10. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器を構成の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管方向性結合器の方形導波管の第３の端子側に装荷され、当該前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に前記誘電体導波管の誘電体と異なる誘電率を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項７記載の電力分配装置。
11. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に前記誘電体導波管の誘電体とは異なる断面積を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項７記載の電力分配装置。
12. 導波管電力分配器は、断面が等しい２本の方形導波管を互いの管軸が平行となるように並べ、一方の方形導波管が第１および第２の端子を有し、他方の方形導波管が第３および第４の端子を有し、第１の端子から信号を入力したときに第２および第３の端子から信号が出力されるが、第４の端子からは信号が出力されないように両方形導波管間に結合構造を有する導波管方向性結合器で構成され、
    互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、前記第２の端子側に装荷され、前記一方の方形導波管より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管と、前記第３の端子側に装荷され、前記他方の方形導波管より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管とで構成され、
    前記第２の端子側に装荷され、前記一方の方形導波管と同じ幅の断面を持つ第３の方形導波管を備え、
    導波管遅延線路は、前記端子側に装荷され、前記他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ管軸長が前記第３の方形導波管の管軸長より使用周波数帯の中心周波数における管内波長の１／４だけ長く設定された方形導波管で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電力分配装置。
13. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持つ第４の方形導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部を有するリッジ導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１２記載の電力分配装置。
14. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延び前記リッジ導波管の突起部とは長さが異なる突起部を有するリッジ導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１２記載の電力分配装置。
15. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に前記誘電体導波管の誘電体と異なる誘電率を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１２記載の電力分配装置。
16. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、第１および第２の方形導波管の代わりに、導波管方向性結合器の第２の端子側に装荷され、当該導波管方向性結合器の一方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管方向性結合器の第３の端子側に装荷され、前記導波管方向性結合器の他方の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に前記誘電体導波管の誘電体とは異なる断面積を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項１２記載の電力分配装置。
17. 初段のハイブリッドに導波管遅延線路を介して位相調整した複数の信号を入力し、入力された複数の信号を順次配置された複数のハイブリッドにより所定の振幅と位相比で分配、合成し、最終段のハイブリッドから前記入力された複数の信号の合計信号と所定の差分信号とを出力するモノパルス信号合成回路において、前記初段のハイブリッドの入力側に請求項１に記載の互いに周波数の異なる導波管の対を装荷したことを特徴とするモノパルス信号合成回路。
18. 入力された電波を逆トーナメント状に接続配置された複数個の電力分配装置により順次複数の電波に分配し、最終段の各電力分配装置により所望の分配振幅比で、かつ同位相で分配出力された電波を対応する移相器を介してそれぞれの増幅器で増幅し、増幅された各電波をアレー状に配置された複数個の素子アンテナの対応する素子アンテナにそれぞれ供給するアレーアンテナ装置において、前記電力分配装置のそれぞれは、請求項１に記載された電力分配装置で構成されたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
19. 入力された電波を逆トーナメント状に多段接続された複数個の導波管電力分配器により順次分配し、最終段を構成する各導波管電力分配器の出力のそれぞれに導波管遅延線路により所望の位相を付加し、これら導波管遅延線路の出力端子から所望の振幅および位相分布のビームを得るビーム形成回路において、前記最終段を構成する導波管電力分配器と導波管遅延線路を含む組み合わせ回路のそれぞれの代わりに請求項１記載の電力分配装置を適用したことを特徴とするビーム形成回路。
20. ２つの入力端子に入力された所定の位相関係にある電磁波を所定の振幅で合成して出力する電力合成装置において、
    前記入力された電磁波を所望の振幅に合成する導波管電力合成器と、
    この導波管電力合成器の少なくとも一方または両方の入力側に装荷され、入力される電磁波の位相を調整する導波管遅延線路と、
    前記導波管電力合成器の両方の入力側に装荷され、入力された電磁波に対して、互いに異なる遮断周波数を有すると共に、前記導波管遅延線路による位相差の周波数による変化を相殺して一定に保つ位相差の周波数特性を有する導波管の対とを備えたことを特徴とする電力合成装置。
21. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力合成器を構成する一方の入力側の方形導波管より狭い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第１の方形導波管と、前記導波管電力合成器を構成する他方の出力側の方形導波管より広い幅の断面を持ち、かつ管軸長を管内波長の約１／２とする第２の方形導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２０記載の電力合成装置。
22. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力合成器を構成する一方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に向かって延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管電力合成器を構成する他方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持つ方形導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２０記載の電力合成装置。
23. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力合成器を構成する一方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延びる突起部を有するリッジ導波管と、前記導波管電力合成器を構成する他方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ上側幅広面および／もしくは下側幅広面から内部に延び前記リッジ導波管の突起部とは長さが異なる突起部を有するリッジ導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２０記載の電力合成装置。
24. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力合成器を構成する一方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に誘電体を充填した誘電体導波管と、導波管電力合成器を構成する他方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ内部全体に前記誘電体導波管の誘電体と異なる誘電率を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２０記載の電力合成装置。
25. 互いに異なる遮断周波数を有する導波管の対は、導波管電力合成器を構成する一方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に誘電体を充填した誘電体導波管と、前記導波管電力合成器を構成する他方の入力側の方形導波管と同じ幅の断面を持ち、かつ導波管の断面積の一部に前記誘電体導波管の誘電体とは異なる断面積を持つ誘電体を充填した誘電体導波管とで構成されたことを特徴とする請求項２０記載の電力合成装置。

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