JP5994823B2 - 電力合成装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力合成増幅器に用いられる電力合成装置に関する。

特開２０１１−２３４０３６号公報（特許文献１参照）には、複数の並列接続された第１の分岐側端子（１１３、１１４）と１つの第１の合成側端子（１１５）が第１の電力合成点（１１６）を介して接続された第１の分岐回路（１２７）と、複数の並列接続された第２の分岐側端子（１３３、１３４）と１つの第２の合成側端子（１３５）が第２の電力合成点（１３６）を介して接続された第２の分岐回路（１３７）とを有し、第１の合成側端子と複数の第２の分岐側端子が接続された電力合成あるいは電力分配を行う電力合成分配器において、第１の電力合成点から第２の電力合成点までの長さが１／２波長の整数倍であるが記載されている。

特開２０１１−２３４０３６号公報

特許文献１では、第２の電力合成点（１３６）から見て、一方の系の増幅器が故障すると、他方の系の増幅器の高周波電力が第２の合成側端子（１３５）側と一方の系側に分配されるため、第２の合成側端子（１３５）の高周波電力が６ｄＢ低下する課題がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、一方の系の増幅器の故障時における合成端子における高周波電力の６ｄＢ低下を３ｄＢ低下に、高周波電力の瞬断を発生することなく、回復する電力合成装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電力合成装置は、第１のポートに第１の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第１の導波管ロータリースイッチと、第１のポートに第２の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第２の導波管ロータリースイッチと、第１の端子に入力した前記第１の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力及び第２の端子に入力した前記第２の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力が合成され、合成高周波電力を第３の端子から出力する導波管合成器と、を備え、第２のポートが、第１のポートから全反射端が接続されている第３のポートと接続するように前記第２の導波管ロータリースイッチを切替える際、高周波電力の周波数において、切替中における前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相と、切替え後の前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相とが同相であるものである。

この発明は、第２の導波管ロータリースイッチの切替中における導波管合成器の合成点から第２の導波管ロータリースイッチの第２ポート側を見た位相と、切替え後の導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２ポート側を見た位相とを同相としたので、切替中に高周波電力の瞬断が発生することなく、合成点における高周波電力を６ｄＢ低下から３ｄＢ低下に回復することができる。

この発明の実施の形態１に係る電力合成装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。 導波管合成器の第３端子における従来の出力電力を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の出力電力を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電力合成装置の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１及び２に係る電力合成装置の斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る電力合成装置の斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力合成装置のブロック図であり、図２は、この発明の実施の形態１に係る電力合成装置のブロック図である。この発明に係る電力合成装置は、ＰＯＲＴ２（第１のポート２ｄ）に第１ＳＳＰＡ（第１高周波電力増幅器）１からの高周波出力電力が入力し、ＰＯＲＴ１（第２のポート２ｅ）から出力する第１導波管ロータリースイッチ２と、ＰＯＲＴ４（第１のポート１２ｄ）に第２ＳＳＰＡ（第２高周波電力増幅器）１１からの高周波出力電力が入力し、ＰＯＲＴ１（第２のポート１２ｅ）から出力する第２導波管ロータリースイッチ１２と、第１端子２１ｂに入力した第１導波管ロータリースイッチ２から出力された高周波電力及び第２端子２１ｃに入力した第２導波管ロータリースイッチ１２から出力された高周波電力が合成され、合成高周波電力を第３端子２１ａから出力する導波管合成器２１と、を備えている。

この発明の実施の形態１において、第１ＳＳＰＡ（第１高周波電力増幅器）１で増幅する高周波電力（高周波信号）の周波数と第２ＳＳＰＡ（第２高周波電力増幅器）１１で増幅する高周波電力（高周波信号）の周波数は同一であるものとして説明する。また、正常動作状態における第１ＳＳＰＡ１から出力される高周波電力の大きさと第２ＳＳＰＡ１１から出力される高周波電力の大きさは同一であるものとして説明する。

第１導波管ロータリースイッチ２は、ＰＯＲＴ４には高周波電力を全反射する短絡板３が接続され、ＰＯＲＴ３には高周波電力を吸収する終端器（ＤＵＭＭＹ）４が接続されている。第２導波管ロータリースイッチ１２は、ＰＯＲＴ２には高周波電力を全反射する短絡板１３が接続され、ＰＯＲＴ３には高周波電力を吸収する終端器（ＤＵＭＭＹ）１４が接続されている。

第１導波管ロータリースイッチ２及び第２導波管ロータリースイッチ１２において、第１のポート（２ｄ及び１２ｄ）を示すＰＯＲＴ番号がそれぞれ、ＰＯＲＴ２とＰＯＲＴ４と異なっているのは、第１導波管ロータリースイッチ２及び第２導波管ロータリースイッチ１２は同一の導波管ロータリースイッチを線対称で配置して、電力合成装置を構成しているからである。第１導波管ロータリースイッチ２及び第２導波管ロータリースイッチ１２において、短絡板３と短絡板１３が接続されるＰＯＲＴ番号がそれぞれＰＯＲＴ４とＰＯＲＴ２と異なっているのも、同様である。

図３、図４は、この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。図３は、合成運用時の高周波信号を示し、図４は、第１ＳＳＰＡ１が故障し、導波管合成器２１の第３端子からの高周波電力が合成運用時から６ｄＢ低下したときの高周波信号の流れを示す。

図５、図６は、この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作を示す図である。図５は、図４の状態から導波管合成器２１の第３端子からの高周波電力が合成運用時から３ｄＢ低下まで回復したときの高周波信号の流れを示す。図６は、図４の状態から導波管合成器２１の第３端子からの高周波電力が合成運用時から３ｄＢ低下まで回復する回復過程のときの、第１導波管ロータリースイッチ２の状態と高周波信号の流れを示す。

この発明の実施の形態１に係る電力合成装置の動作について説明する。合成運用時は、図３に示すように、第１ＳＳＰＡ１からの高周波電力１０１と第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１が導波管合成器２１の合成点にて同相で合成されて第３端子２１ａから合成高周波電力１２１として出力される。

第１ＳＳＰＡ１が故障し、第１ＳＳＰＡからの高周波電力が無くなると、図４に示すように、第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力は導波管合成器２１の合成点にて第３端子２１ａ側の高周波電力１１１ａと第１ＳＳＰＡ１側の高周波電力１１１ｂに分配され、第３端子２１ａからの出力電力１２１ａは第３端子２１ａ側の高周波電力１１１ａとなるので、結果として合成運用時から６ｄＢの低下となる。

このとき、第１導波管ロータリースイッチ２を、例えばロータリー部２ａを左回転させて切替えて、図５に示すように、導波管合成器２１と短絡板３とが接続するようにし、導波管合成器２１の合成点において第１導波管ロータリースイッチ２側に分配された第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂが短絡板３にて全反射され、この反射電力が導波管合成器２１の合成点において第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１と同相になるように、導波管合成器２１の合成点から反射板３までの、第１導波管ロータリースイッチ２及び反射板３の電気長を設計すると、反射電力は第３端子２１ａ側の高周波電力１１１ａと同相合成されるので、第３端子２１ａからの出力電力１２１ｂは合成運用時の３ｄＢ低下まで回復する。

第１導波管ロータリースイッチ２の状態を図４の状態から図５の状態に切替えるとき、第１導波管ロータリースイッチ２には、回路の瞬断が発生する。そのため、図７に示すように、導波管合成器２１の第３端子２１ａからの出力電力が合成運用時からの６ｄＢ低下状態から３ｄＢ低下状態に回復するとき、第３端子２１ａの出力電力にも瞬断が発生する。

そこで、この発明の実施の形態１においては、図６に示すように、第１導波管ロータリースイッチ２の切替中に第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａで反射される導波管合成器２１の合成点において第１導波管ロータリースイッチ２側に分配された第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂの反射電力が、導波管合成器２１の合成点において第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１と同相になるように、導波管合成器２１の合成点から第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａまでの電気長を設計する。このとき、反射電力は第３端子２１ａ側の高周波電力１１１ａと同相合成されるので、第３端子２１ａからの出力電力１２１ｂは、合成運用時の３ｄＢ低下に回復する。なお、このとき、図５の状態も成立するように第１導波管ロータリースイッチ２から反射板３までの電気長を設計する。

図６は、第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａが左回転しながら、導波管合成器２１を第１ＳＳＰＡ１側から短絡板３側へと切替中の図である。このとき、導波管合成器２１の第１導波管ローターリースイッチ２側の第１端子２１ｂは、ロータリー部２ａのロータリー腹部２ｂが見えている。従って、具体的には、導波管合成器２１の合成点において第１導波管ロータリースイッチ２側に分配された第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂの反射電力が、導波管合成器２１の合成点において第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１と同相になるように、導波管合成器２１の合成点から第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａのロータリー腹部２ｂまでの電気長を設計する。

このようにすることにより、図８に示すように、第１導波管ロータリースイッチ２切替中においても、導波管合成器２１の第３端子２１ａからの出力電力が、瞬断することなく、合成運用時からの６ｄＢ低下から３ｄＢ低下へと回復することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａが左回転しながら、導波管合成器２１を第１ＳＳＰＡ１側から短絡板３側へと切替える場合について説明した。この発明の実施の形態２では、逆に、第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａが右回転しながら、導波管合成器２１を第１ＳＳＰＡ１側から短絡板３側へと切替える場合について説明する。図９は、この発明の実施の形態２に係る電力合成装置の動作を示す図であり、第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａが右回転しながら、導波管合成器２１を第１ＳＳＰＡ１側から短絡板３側へと切替中の図である。図９において、図６と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

この発明の実施の形態２においては、図９に示すように、第１導波管ロータリースイッチ２の切替中に第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａで反射される導波管合成器２１の合成点において第１導波管ロータリースイッチ２側に分配された第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂの反射電力が、導波管合成器２１の合成点において第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１と同相になるように、導波管合成器２１の合成点から第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａまでの電気長を設計する。このとき、反射電力は第３端子２１ａ側の高周波電力１１１ａと同相合成されるので、第３端子２１ａからの出力電力１２１ｂは、合成運用時の３ｄＢ低下に回復する。なお、このとき、図５の状態も成立するように第１導波管ロータリースイッチ２から反射板３までの電気長を設計する。

図９は、第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａが右回転しながら、導波管合成器２１を第１ＳＳＰＡ１側から短絡板３側へと切替中の図である。このとき、導波管合成器２１の第１導波管ローターリースイッチ２側の第１端子２１ｂは、ロータリー部２ａのロータリー頂部２ｃが見えている。従って、具体的には、導波管合成器２１の合成点において第１導波管ロータリースイッチ２側に分配された第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂの反射電力が、導波管合成器２１の合成点において第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１と同相になるように、導波管合成器２１の合成点から第１導波管ロータリースイッチ２のロータリー部２ａのロータリー頂部２ｃまでの電気長を設計する。

この発明の実施の形態２は、ロータリー頂部２ｃで第２ＳＳＰＡ１１からの高周波電力１１１ｂを反射させるので、この発明の実施の形態１よりも、導波管合成器２１の合成点からロータリー部２ａまでの電気長が短くなるので、この発明の実施の形態１よりも、広帯域な周波数特性が得られる効果がある。

図１０は、この発明の実施の形態１及び２に係る電力合成装置の斜視図である。図１０において、図６及び図９と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０において、導波管合成器２１は、Ｅ面導波管合成器を使用している。

実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係る電力合成装置の斜視図である。図１１において、図１０と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この発明の実施の形態１及び２においては、導波管合成器２１は図１０に示すようにＥ面導波管合成器を使用しているが、導波管合成器２１を図１１に示すようにＨ面導波管合成器にした場合も同様の作用・効果が得られる。

１ 第１高周波電力増幅器（第１ＳＳＰＡ）
２ 第１導波管ロータリースイッチ
２ａ ロータリー部、２ｂ ロータリー腹部、２ｃ ロータリー頂部
２ｄ 第１のポート、２ｅ 第２のポート
３ 反射板
４ 終端器
１１ 第２高周波電力増幅器（第２ＳＳＰＡ）
１２ 第２導波管ロータリースイッチ
１２ｄ 第１のポート、１２ｅ 第２のポート
１３ 反射板
１４ 終端器
２１ 導波管合成器、２１ａ 第３端子、２１ｂ 第１端子、２１ｃ 第２端子
１０１、１１１、１１１ａ、１１１ｂ 高周波電力
１２１、１２１ａ、１２１ｂ 出力電力。

Claims (4)

1. 第１のポートに第１の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第１の導波管ロータリースイッチと、
   第１のポートに第２の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第２の導波管ロータリースイッチと、
   第１の端子に入力した前記第１の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力及び第２の端子に入力した前記第２の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力が合成され、合成高周波電力を第３の端子から出力する導波管合成器と、を備え、
   第２のポートが、第１のポートから全反射端が接続されている第３のポートと接続するように前記第２の導波管ロータリースイッチを切替える際、高周波電力の周波数において、
   切替中における前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相と、切替え後の前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相とが同相である電力合成装置。
2. 第１のポートに第１の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第１の導波管ロータリースイッチと、
   第１のポートに第２の増幅器の高周波出力電力が入力し、第２のポートから出力する第２の導波管ロータリースイッチと、
   第１の端子に入力した前記第１の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力及び第２の端子に入力した前記第２の導波管ロータリースイッチから出力された高周波電力が合成され、合成高周波電力を第３の端子から出力する導波管合成器と、を備え、
   第２のポートが、第１のポートから全反射端が接続されている第３のポートと接続するように前記第２の導波管ロータリースイッチを切替える際、高周波電力の周波数において、
   前記導波管合成器の合成点における前記第１の端子に入力した高周波電力の位相と、切替中における前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相と、切替え後の前記導波管合成器の合成点から前記第２の導波管ロータリースイッチの第２のポート側を見た位相とが同相である電力合成装置。
3. 第２のポートが、第１のポートから全反射端が接続されている第３のポートと接続するように前記第２の導波管ロータリースイッチを切替える際、前記第２の導波管ロータリースイッチの第２ポートを、前記第２の導波管ロータリースイッチのロータリー部のロータリー腹部が通過している請求項１又は２に記載の電力合成装置。
4. 第２のポートが、第１のポートから全反射端が接続されている第３のポートと接続するように前記第２の導波管ロータリースイッチを切替える際、前記第２の導波管ロータリースイッチの第２ポートを、前記第２の導波管ロータリースイッチのロータリー部のロータリー頂部が通過している請求項１又は２に記載の電力合成装置。

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