JP5994823B2 - 電力合成装置 - Google Patents

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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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