JP4389811B2 - 電力合成方法、電力合成器、ｔｖ送信機及びｆｍ送信機 - Google Patents

Description

本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯で用いる、ＴＶ送信機やＦＭ送信機等における高周波電力部を並列動作させるような場合に信号を合成分配する電力合成方法、電力合成器、ＴＶ送信機及びＦＭ送信機に関する。

ＴＶ送信機やＦＭ送信機等における高周波電力部を並列動作させるような場合に信号を合成分配するものとして、図５の等価回路図で示すような電力合成器が知られている。

同図に示す電力合成器は、縦続接続された方向性結合器Ｃ７，Ｃ８を有し、入力端子１１が方向性結合器Ｃ８の一入力端１１ａに接続され、入力端子１２が方向性結合器Ｃ７の一入力端１２ａに接続され、入力端子１３が方向性結合器Ｃ７の他入力端１２ｂに接続されている。

方向性結合器Ｃ７の一出力端１２ｃには方向性結合器Ｃ８の他入力端１１ｂが接続され、方向性結合器Ｃ７の他出力端１２ｄにはダミーロードＤＬ９が接続されている。方向性結合器Ｃ８の一出力端１１ｃには出力端子２が接続され、方向性結合器Ｃ８の他出力端１１ｄにはλ／４インピーダンストランス４１が接続されている。

λ／４インピーダンストランス４１には、λ／４インピーダンストランス４２，４３が並列接続され、それぞれのλ／４インピーダンストランス４２，４３にはダミーロードＤＬ７，ＤＬ８が接続されている。

このような電力合成器では、出力端子２から方向性結合器Ｃ８の一出力端１１ｃからの合成出力が得られるとともに、方向性結合器Ｃ７の他出力端１２ｄからの不平衡電力がダミーロードＤＬ９に与えられ、さらに方向性結合器Ｃ８の他出力端１１ｄからの不平衡電力がλ／４インピーダンストランス４１〜４３により２分配されてダミーロードＤＬ７，ＤＬ８に与えられる。

また、他の電力合成器として、特許文献１では、第１のハイブリット回路と第２のハイブリット回路との間に位相反転型帯域通過フィルタを設けた電力合成分配装置を提案している。

さらに、他の電力合成器として、特許文献２では、入力端からの信号を第一の方向性結合器で二分し、第二，第三の方向性結合器で各々二つ計四つの信号に分割し、第一の方向性結合器の出力端と第二または第三の方向性結合器の入力端の間にある長さの伝送線路を設け、第二または第三の方向性結合器の何れか一方を出力端子の位置が左右逆になるようにした電力分配合成器を提案している。
特開平４−３１１１０１号公報 特開平６−００６１１６号公報

ところで、図５に示した電力合成器では、入力端子１１〜１３の高周波信号の合成数が多くなるに従い、ダミーロードＤＬ７，ＤＬ８の定格電力を上げなければならないため、λ／４インピーダンストランス４１〜４３によって方向性結合器Ｃ８の他出力端１１ｄからの不平衡電力を分配する必要がある。

さらには、広帯域特性を得るためにλ／４インピーダンストランス４１〜４３を２段以上にする必要があるばかりか、λ／４インピーダンストランス４１〜４３のためのダミーポートの数が増えることで、構造が複雑になるばかりか、大型化やコストアップを招いてしまうという問題がある。

また、特許文献１では、互いに異なる高周波信号を低通過損失で合成することができるが、合成出力での位相差が同相となるように位相を調整するものであり、２つの高周波信号の合成分配に限られる構成となっているため、３つ以上の高周波信号の合成分配を行うことができないという問題がある。

また、特許文献２では、たとえば複数の増幅器を並列動作させるような場合であっても、信号の分配、合成を行うことができるが、図５で説明した電力合成器と同様に、高周波信号の合成数が大きくなり方向性結合器に接続されるダミーロードの定格電力を上げなければならない場合、電力を分配して複数のダミーロードへ供給をしなければならず、そのための電力分配回路が必要となることで、構造が複雑になるばかりか、大型化やコストアップを招いてしまうという問題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、複数の信号の合成分配を行う場合であっても、簡単な構成とし、大型化やコストアップを抑制することができる電力合成方法、電力合成器、ＴＶ送信機及びＦＭ送信機を提供することを目的とする。

本発明の電力合成方法は、入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器における電力合成方法であって、第１方向性結合器の合成出力端からの電力を、合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する第２方向性結合器の他入力端に入力し、前記第２方向性結合器の他出力端からの電力を前記最終段における第３方向性結合器の一入力端に入力し、前記第１方向性結合器の他出力端からの電力を前記第３方向性結合器の他入力端に入力し、前記第３方向性結合器の一入力端側又は他入力端側にて両端の位置での入力電力の位相差を調整し、前記第３方向性結合器の合成出力端とからの電力を第１及び第２のダミーロードによって吸収させることを特徴とする。
本発明の電力合成方法は、３つ以上の入力端子を有し、それぞれの入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器における電力合成方法であって、前段の前記方向性結合器のいずれか一方の出力端からの電力を次段の前記方向性結合器のいずれか一方の入力端に入力し、最終段における前記方向性結合器の一入力端側又は他入力端側にて両端の位置での入力電力の位相差を調整し、前記最終段における方向性結合器の合成出力端と他出力端とからの電力をダミーロードによって吸収させ、いずれかの前記最終段の前段に合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する方向性結合器が配置され、該方向性結合器の他出力端が前記最終段の方向性結合器の一入力端側に接続されることを特徴とする。
また、前記入力電力の位相差を、同位相あるいは逆位相とする電気長で調整するようにすることができる。
本発明の電力合成器は、入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器であって、第１方向性結合器の合成出力端と合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する第２方向性結合器の他入力端とが接続され、前記第２方向性結合器の他出力端が第３方向性結合器の一入力端に接続され、前記第１方向性結合器の他出力端が前記第３方向性結合器の他入力端に接続され、前記第３方向性結合器の合成出力端と他出力端とに第１及び第２のダミーロードが接続され、前記第３方向性結合器の一入力端側又は他入力端側に、これら両端の位置での入力電力の位相差を調整する位相調整手段が設けられていることを特徴とする。
本発明の電力合成器は、３つ以上の入力端子を有し、それぞれの入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器であって、前段の前記方向性結合器のいずれか一方の出力端が次段の前記方向性結合器のいずれか一方の入力端に接続され、最終段における前記方向性結合器の合成出力端と他出力端とにダミーロードが接続され、前記最終段における方向性結合器の一入力端側又は他入力端側に、これら両端の位置での入力電力の位相差を調整する位相調整手段が設けられ、いずれかの前記最終段の前段に合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する方向性結合器が配置され、該方向性結合器の他出力端が前記最終段の方向性結合器の一入力端側に接続されることを特徴とする。
また、前記位相調整手段は、前記入力電力の位相差を、同位相あるいは逆位相とする電気長を有する位相調整線路であるようにすることができる。
本発明のＴＶ送信機は、請求項４〜６のいずれかの電力合成器を備えたことを特徴とする。
本発明のＦＭ送信機は、請求項４〜６のいずれかの電力合成器を備えたことを特徴とする。
本発明に係る電力合成方法、電力合成器、ＴＶ送信機及びＦＭ送信機では、最終段における方向性結合器の一入力端と他入力端との位置で入力電力の位相差を調整し、電力分配してダミーロードに供給し、供給した電力をダミーロードによって吸収させることで、複数の信号の合成分配を行う場合であっても、λ／４インピーダンストランスを使用せずに、電力を均等に分配し複数のダミーロードに与えることができ、しかも分配した電力を直接、複数のダミーロードに与えることからダミーポートの数を少なくすることができる。

本発明によれば、複数の信号の合成分配を行う場合であっても、λ／４インピーダンストランスを使用せずに、電力を均等に分配し複数のダミーロードに与えることができ、しかも分配した電力を直接、複数のダミーロードに与えることでダミーポートの数を少なくすることができることから、簡単な構成とし、大型化やコストアップを抑制することができる。

本実施形態では、第１方向性結合器の合成出力端からの合成電力を第２方向性結合器の他入力端に入力し、第２方向性結合器の他出力端からの不平衡電力を第３方向性結合器の一入力端に入力し、第１方向性結合器の他出力端からの不平衡電力を第３方向性結合器の他入力端に入力し、第３方向性結合器の一入力端側又は他入力端側にて両端の位置での入力電力の位相差を、位相調整手段により同位相あるいは逆位相とし、第３方向性結合器の合成出力端と他出力端とからの電力をダミーロードによって吸収させ、λ／４インピーダンストランスを使用せずに、電力を均等に分配し複数のダミーロードに与えることができ、しかも分配した電力を直接、複数のダミーロードに与えることでダミーポートの数を少なくし、簡単な構成とし、大型化やコストアップを抑制するようにした。

以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の電力合成器の一実施形態に係る基本構成を示す等価回路図、図２は、図１の各方向性結合器における各端子を定義した場合を説明するための図、図３は、図１の位相調整線路による位相調整を説明するための図、図４は、入力される高周波信号をｎ個（ｎは３以上の正の整数とする）とした場合の電力合成器を示す等価回路図である。なお、以下の説明において図５と共通する部分には適宜同一符号を付すものとする。

図１に示す電力合成器は、多段に縦続接続された方向性結合器Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を有している。これらの方向性結合器Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は、たとえば３ｄＢもしくは４．７７ｄＢの結合度を有するものとなっている。ここで、方向性結合器Ｃ４は第１方向性結合器であり、方向性結合器Ｃ５は第２方向性結合器であり、方向性結合器Ｃ６は第３方向性結合器である。

ここで、各方向性結合器Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６における各端子を、図２及び図３に示すように定義するものとする。すなわち、各方向性結合器Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６における入力側の符号５ａ，５ｂ，５ｃが一入力端、符号６ａ，６ｂ，６ｃが他入力端となり、出力側の符号７ａ，７ｂ，７ｃが一出力端としての合成出力端、符号８ａ，８ｂ，８ｃが他出力端としての不平衡電力出力端とする。なお、図３に示す位相調整については後述するものとする。

さらに、図１において、入力端子１１が方向性結合器Ｃ５の一入力端５ｂに接続され、入力端子１２が方向性結合器Ｃ４の一入力端５ａに接続され、入力端子１３が方向性結合器Ｃ４の他入力端６ａに接続されている。

また、方向性結合器Ｃ４の合成出力端７ａに方向性結合器Ｃ５の他入力端６ｂが接続され、方向性結合器Ｃ４の不平衡電力出力端８ａに位相調整手段としての位相調整線路３３の一端が接続されている。方向性結合器Ｃ５の合成出力端７ｂに出力端子２が接続され、方向性結合器Ｃ５の不平衡電力出力端８ｂに方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃが接続されている。

方向性結合器Ｃ６の他入力端６ｃに位相調整線路３３の他端が接続され、方向性結合器Ｃ６の合成出力端７ｃにダミーロードＤＬ５が接続され、方向性結合器Ｃ６の不平衡電力出力端８ｃにダミーロードＤＬ６が接続されている。

位相調整線路３３にあっては、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃと他入力端６ｃとの位置での入力電力の位相差が、同位相あるいは逆位相となるように、たとえば９０°の電気長に選定されている。

また、位相調整線路３３にあっては、図示のように、方向性結合器Ｃ６の他入力端６ｃ側に限らず、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃ側に設けられているようにしてもよい。この場合、位相調整線路３３の電気長は、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃと他入力端６ｃとの位置での入力電力の位相差が同位相あるいは逆位相となるように選定されればよい。

また、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃと他入力端６ｃとの位置での入力電力の位相差が同位相あるいは逆位相となるものであればよいため、位相調整線路３３に限らず、同位相あるいは逆位相にすることが可能な他の回路素子等を用いてもよい。

次に、上述した位相調整線路３３による位相調整について説明する。
まず、図３において、Ｐ１，Ｐ２を入力電力とし、Ｐｘ，Ｐｙを出力電力とし、たとえば図１の方向性結合器Ｃ６に入力される入力電力Ｐ１，Ｐ２の位相差をθと仮定すると、Ｐｘ，Ｐｙは、
Ｐｘ＝Ｐ１／２＋Ｐ２／２＋√（Ｐ１・Ｐ２）・ｃｏｓ（θ−９０°）
＝Ｐ１／２＋Ｐ２／２＋√（Ｐ１・Ｐ２）・ｓｉｎθ
Ｐｙ＝Ｐ１＋Ｐ２−Ｐｘ
＝Ｐ１／２＋Ｐ２／２−√（Ｐ１・Ｐ２）・ｓｉｎθ
となる。
ここで、Ｐｘ＝Ｐｙとなる条件は、
ｓｉｎθ＝０
∴θ＝０°、１８０°
よって、たとえば方向性結合器Ｃ６における一入力端５ｃと他入力端６ｃの位置での電力の位相差が同位相あるいは逆位相であれば、入力パワーによらず入力電力が均等に分配されて合成出力端７ｃと不平衡電力出力端８ｃから出力されることになる。

次に、電力合成方法について説明する。
まず、入力端子１１〜１３に互いに異なる高周波信号が取り込まれると、入力端子１２，１３からの高周波信号が方向性結合器Ｃ４により合成されて合成出力端７ａから方向性結合器Ｃ５に与えられる。また、方向性結合器Ｃ５において、その合成出力端７ａからの合成出力と入力端子１１からの高周波信号とが合成され、合成出力端７ｂからの合成出力が出力端子２より得られる。

このとき、方向性結合器Ｃ５の不平衡電力出力端８ｂからの不平衡電力が方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃに与えられるとともに、方向性結合器Ｃ４の不平衡電力出力端８ａからの不平衡電力が位相調整線路３３で位相調整されて方向性結合器Ｃ６の他入力端６ｃに与えられる。

ここで、位相調整線路３３により、上述したように、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃと他入力端６ｃとの位置での入力電力の位相差が同位相あるいは逆位相となるように調整される。

そして、一入力端５ｃ及び他入力端６ｃへの不平衡電力による合成電力が方向性結合器Ｃ６により均等に分配されて合成出力端７ｃ及び不平衡電力出力端８ｃから出力されることで、それぞれの電力がダミーロードＤＬ５，ＤＬ６により吸収される。

このように、本実施形態では、方向性結合器Ｃ４の合成出力端７ａからの合成電力を方向性結合器Ｃ５の他入力端６ｂに入力し、方向性結合器Ｃ５の不平衡電力出力端８ｂからの不平衡電力を方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃに入力し、方向性結合器Ｃ４の不平衡電力出力端８ａからの不平衡電力を方向性結合器Ｃ６の他入力端６ｃに入力し、方向性結合器Ｃ６の一入力端５ｃ側又は他入力端６ｃ側にて両端の位置での入力電力の位相差を、位相調整線路３３により同位相あるいは逆位相とし、方向性結合器Ｃ６の合成出力端７ｃと不平衡電力出力端８ｃとから出力される電力をダミーロードＤＬ５，ＤＬ６によって吸収させるようにした。

これにより、３つ高周波信号の合成分配を行う場合であっても、従来のλ／４インピーダンストランスを使用せずに、入力電力を均等に分配し複数のダミーロードＤＬ５，ＤＬ６に与えることができ、しかも従来のλ／４インピーダンストランスを使用しないことでダミーポートの数を少なくすることができることから、簡単な構成とし、大型化やコストアップを抑制することができる。

なお、本実施形態では、入力される高周波信号を３つとした場合について説明したが、次のように、入力される高周波信号をｎ個（ｎは３以上の正の整数とする）とすることができる。

すなわち、図４に示す電力合成器は、図１に示した各部を多段に組み合わせた構成であり、各々の動作は上述した通りである。

図４に示す電力合成器では、ｎ個（ｎは３以上の正の整数とする）の入力端子１１〜１ｎを有し、各方向性結合器Ｃ１〜Ｃｎが縦続接続されている。

また、図４に示す電力合成器では、前段に設けられているたとえば方向性結合器Ｃ１，Ｃｎのいずれか一方の出力端からの電力が次段に設けられているたとえば方向性結合器Ｃ３のいずれか一方の入力端に入力され、最終段におけるたとえば各方向性結合器Ｃ２，Ｃｎ−１の両出力端から出力される電力がダミーロードＤＬ１〜ＤＬ４によって吸収されるように、各方向性結合器Ｃ１〜Ｃｎが縦続接続されている。

また、方向性結合器Ｃ２及び方向性結合器Ｃｎ−１の入力側には、上述した入力間での入力電力の位相差を、同位相あるいは逆位相とする位相調整手段としての位相調整線路３１，３２が設けられている。

このような構成では、上記同様に、入力端子１１〜１ｎに互いに異なる高周波信号が取り込まれると、方向性結合器Ｃｎ−２からの合成出力が出力端子２より得られる。

このとき、上記同様に、方向性結合器Ｃ２における入力電力の位相差が、位相調整線路３１で位相調整され、その合成電力が方向性結合器Ｃ２により均等に分配されて出力されることで、それぞれの出力電力がダミーロードＤＬ１，ＤＬ２により吸収される。

同様に、方向性結合器Ｃｎ−１における入力電力の位相差が、位相調整線路３２で位相調整され、その合成電力が方向性結合器Ｃｎ−１により均等に分配されて出力されることで、それぞれの出力電力がダミーロードＤＬ３，ＤＬ４により吸収される。

このように、入力される高周波信号がｎ個（ｎは３以上の正の整数とする）の場合であっても、上記同様に、λ／４インピーダンストランスを使用せずに、入力電力を均等に分配し複数のダミーロードＤＬ１〜ＤＬ４に与えることができ、しかも上記同様に、ダミーポートの数を少なくすることができることから、簡単な構成とし、大型化やコストアップを抑制することができる。

ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯で用いる、ＴＶ送信機やＦＭ送信機等における高周波電力部を並列動作させるような場合に信号を合成分配する電力合成器に適用可能である。

本発明の電力合成器の一実施形態に係る基本構成を示す等価回路図である。 図１の各方向性結合器における各端子を定義した場合を説明するための図である。 図１の位相調整線路による位相調整を説明するための図である。 入力される高周波信号をｎ個（ｎは３以上の正の整数とする）とした場合の電力合成器を示す等価回路図である。 従来の電力合成器の一例を示す等価回路図である。

符号の説明

１１〜１ｎ 入力端子
２ 出力端子
３１〜３３ 位相調整線路（位相調整手段）
４１〜４３ λ／４インピーダンストランス
５ａ〜５ｃ 一入力端
６ａ〜６ｃ 他入力端
７ａ〜７ｃ 合成出力端
８ａ〜８ｃ 不平衡電力出力端（他出力端）
Ｃ１〜Ｃｎ 方向性結合器
ＤＬ１〜ＤＬ９ ダミーロード

Claims (8)

1. 入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器における電力合成方法であって、
   第１方向性結合器の合成出力端からの電力を、合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する第２方向性結合器の他入力端に入力し、
   前記第２方向性結合器の他出力端からの電力を前記最終段における第３方向性結合器の一入力端に入力し、
   前記第１方向性結合器の他出力端からの電力を前記第３方向性結合器の他入力端に入力し、
   前記第３方向性結合器の一入力端側又は他入力端側にて両端の位置での入力電力の位相差を調整し、
   前記第３方向性結合器の合成出力端とからの電力を第１及び第２のダミーロードによって吸収させる
   ことを特徴とする電力合成方法。
2. ３つ以上の入力端子を有し、それぞれの入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器における電力合成方法であって、
   前段の前記方向性結合器のいずれか一方の出力端からの電力を次段の前記方向性結合器のいずれか一方の入力端に入力し、
   最終段における前記方向性結合器の一入力端側又は他入力端側にて両端の位置での入力電力の位相差を調整し、
   前記最終段における方向性結合器の合成出力端と他出力端とからの電力をダミーロードによって吸収させ、
   いずれかの前記最終段の前段に合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する方向性結合器が配置され、該方向性結合器の他出力端が前記最終段の方向性結合器の一入力端側に接続される
   ことを特徴とする電力合成方法。
3. 前記入力電力の位相差を、同位相あるいは逆位相とする電気長で調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力合成方法。
4. 入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器であって、
   第１方向性結合器の合成出力端と合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する第２方向性結合器の他入力端とが接続され、
   前記第２方向性結合器の他出力端が第３方向性結合器の一入力端に接続され、
   前記第１方向性結合器の他出力端が前記第３方向性結合器の他入力端に接続され、
   前記第３方向性結合器の合成出力端と他出力端とに第１及び第２のダミーロードが接続され、
   前記第３方向性結合器の一入力端側又は他入力端側に、これら両端の位置での入力電力の位相差を調整する位相調整手段が設けられている
   ことを特徴とする電力合成器。
5. ３つ以上の入力端子を有し、それぞれの入力端子からの信号を合成分配する複数の方向性結合器を有する電力合成器であって、
   前段の前記方向性結合器のいずれか一方の出力端が次段の前記方向性結合器のいずれか一方の入力端に接続され、
   最終段における前記方向性結合器の合成出力端と他出力端とにダミーロードが接続され、
   前記最終段における方向性結合器の一入力端側又は他入力端側に、これら両端の位置での入力電力の位相差を調整する位相調整手段が設けられ、
   いずれかの前記最終段の前段に合成出力が得られる出力端子が接続される合成出力端を有する方向性結合器が配置され、該方向性結合器の他出力端が前記最終段の方向性結合器の一入力端側に接続される
   ことを特徴とする電力合成器。
6. 前記位相調整手段は、前記入力電力の位相差を、同位相あるいは逆位相とする電気長を有する位相調整線路であることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力合成器。
7. 請求項４〜６のいずれかの電力合成器を備えたことを特徴とするＴＶ送信機。
8. 請求項４〜６のいずれかの電力合成器を備えたことを特徴とするＦＭ送信機。

Images