JP6338787B2 - 電力分配器 - Google Patents
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Description
この電力分配器では、主導波管と分岐導波管の整合を図るために、T分岐部に切欠きが施されている。
また、以下の特許文献2には、2つの分岐導波管の径が等しくても不等分配を実現する手法として、主導波管の中心線上からずれている位置に導体ポストを設置している電力分配器が開示されている。
このとき、主導波管の曲げ部と一方の分岐導波管の距離が、主導波管により伝搬される電磁波の波長(以下、「管内波長λg」と称する)の4分の1より近接している場合、主導波管の曲げ部で発生する波面の勾配が十分に低減されずに、主導波管により伝搬された電磁波の電力がT分岐されて、2つの分岐導波管に出力されることがある。
このため、2つの分岐導波管の径が同一であっても、主導波管により伝搬された電磁波の電力を2つに分配する際、2つの電磁波の電力の間に分配振幅偏差が発生することがある。
この分配振幅偏差を低減する手法としても、一般的には、2つの分岐導波管を異なる径にすることで、2つの電磁波の分配比を変える手法がとられる。
また、主導波管の中心線上からずれている位置に導体ポストを設置すれば、2つの分岐導波管の径が等しくても不等分配を実現することができるが、この場合、導体ポストを設置する分だけ部品点数が増えてしまって構成が複雑になるという課題があった。
図1はこの発明の実施の形態1による電力分配器を示す説明図である。
特に図1Aはこの発明の実施の形態1による電力分配器を示す上面図、図1Bはこの発明の実施の形態1による電力分配器を示す斜視図、図1Cは切欠きの寸法を示す説明図である。
図1では、ポート(1)から入力された電磁波(例えば、マイクロ波、ミリ波など)の電力を分配して、ポート(2)(3)から電力分配後の電磁波をそれぞれ出力する電力分配器を想定しているが、ポート(2)(3)から入力された電磁波の電力を合成して、ポート(1)から電力合成後の電磁波を出力する電力分配器であってもよい。
T分岐部2は第1の入出力端2aが主導波管1の一端と接続されており、主導波管1の一端から出力された電磁波の電力をT分岐して、第2の入出力端2bから電力をT分岐した一方の電磁波を出力するとともに、第3の入出力端2cから電力をT分岐した他方の電磁波を出力する。
図1では、ポート(1)から入力された電磁波の電力を分配して、ポート(2)(3)から電力分配後の電磁波をそれぞれ出力する電力分配器を想定しているので、T分岐部2は、主導波管1の一端から出力された電磁波の電力をT分岐するが、ポート(2)(3)から入力された電磁波の電力を合成して、ポート(1)から電力合成後の電磁波を出力する電力分配器の場合、T分岐部2は、分岐導波管3から出力された電磁波の電力と分岐導波管4から出力された電磁波の電力とを合成して、電力合成後の電磁波を主導波管1に出力する。
分岐導波管3はポート(2)から電磁波が入力された場合、その電磁波をT分岐部2の第2の入出力端2bに出力する。
分岐導波管4はT分岐部2の第3の入出力端2cと接続されており、ポート(3)からT分岐部2により電力がT分岐された他方の電磁波を出力する第2の分岐導波管である。
分岐導波管4はポート(3)から電磁波が入力された場合、その電磁波をT分岐部2の第3の入出力端2cに出力する。
この実施の形態1では、分岐導波管3,4が同一径の導波管であるものを想定している。
また、T分岐部2における第3の入出力端2c側の切欠き部分には凸部6が設けられている。凸部6は、T分岐部2において、切欠き5を形成する際、切欠き5と一緒に形成されるものであるため、凸部6を設けても部品点数は増加しない。
図1の例では、T分岐部2の曲げ部1aが分岐導波管4と同方向に延びているため、凸部6がT分岐部2における第3の入出力端2c側の切欠き部分に設けられているが、T分岐部2の曲げ部1aが分岐導波管3と同方向に延びている場合、凸部6はT分岐部2における第2の入出力端2b側の切欠き部分に設けられる。
また、凸部6は、T分岐部2に施されている切欠き5の先端5aから、切欠き5の深さの5分の1以上の位置に設けられる。図1の例では、凸部6は、切欠き5の深さの2分の1の位置に設けられている。
なお、分岐導波管4と主導波管1の曲げ部1aとの距離7は、零(分岐導波管4と主導波管1の曲げ部1aが接続されている状態)でなければ、製造限界の長さまで近づけてもよい。
図中、B1〜B5は各導波管の幅を示すB寸法であり、図1の例では、B1=B2=B3=2mmである。
この実施の形態1では、B4,B5は、B2+B3=4mm、B1=2mmの導波管の変成器として機能するように決定されるもとし、図1の例では、B4=3.1mm、B5=2.6mmである。
また、図1の例では、導波管の高さであるA寸法が9.5mmである。
ポート(1)から入力された電磁波は主導波管1によって伝搬され、主導波管1によって伝搬された電磁波の電力はT分岐部2によってT分岐される。
このとき、主導波管1の曲げ部1aと分岐導波管4の距離7が、管内波長λgの4分の1より近接している場合、主導波管1の曲げ部1aで発生する波面の勾配が十分に低減されずに、主導波管1により伝搬された電磁波の電力がT分岐されて、2つの分岐導波管3,4に出力されることがある。
このため、分岐導波管3のB寸法であるB2と、分岐導波管4のB寸法であるB3とが等しい場合であっても、T分岐部2で主導波管1により伝搬された電磁波の電力を2つに分配する際、2つの電磁波の電力の間に分配振幅偏差が発生することがある。
凸部6を設けることで、T分岐部2における第3の入出力端2c付近のB寸法が広がるため、分岐導波管4への電磁波の伝搬が容易になる。この結果、主導波管1の曲げ部1aと分岐導波管4の距離7が、管内波長λgの4分の1より近接している場合でも、分岐導波管3への電磁波の伝搬と、分岐導波管4への電磁波の伝搬とを同程度にすることができる。これにより、発生していた分配振幅偏差を低減することができる。
なお、凸部6は、図1Cに示すように、T分岐部2に施されている切欠き5の先端5aから、切欠き5の深さの5分の1以上の位置に設けられるので、主導波管1と分岐導波管3,4との整合を大きく損ねることがない。このため、反射特性を大きく劣化させることがない。
特に図2Aは当該電力分配器を示す上面図、図2Bは当該電力分配器を示す斜視図である。
図2の電力分配器は、凸部6が設けられていない点を除き図1の電力分配器と同様である。
図4は図2の電力分配器の分配振幅特性及び反射特性を示す説明図である。図4Aが図2の電力分配器の分配振幅特性を示し、図4Bが図2の電力分配器の反射特性を示している。
図3及び図4では、比帯域が約50%の例を示している。S21,S31はSパラメータである。
したがって、T分岐部2に施されている切欠き5に凸部6が設けられている図1の電力分配器の方が、凸部6が設けられていない図2の電力分配器よりも、最大分配振幅偏差S21−S31が低減されていることが分かる。
また、図3Bと図4Bより、凸部6の有無によって、反射特性の差がほとんどないことが分かる。即ち、T分岐部2に施されている切欠き5に凸部6を設けても、反射特性が大きく劣化しないことが分かる。
この実施の形態1では、発生していた分配振幅偏差を低減して、分岐導波管3と分岐導波管4に対して、電磁波の電力を等分配することを想定しているが、凸部6の大きさを適宜変えることで、分岐導波管4へ伝搬される電磁波の電力を調整することができるので、所望の分配比を実現することができる。
さらに、この実施の形態1によれば、分配振幅偏差を低減するために導体ポストを設置する必要がなく、また、分岐導波管4と主導波管1の曲げ部1aとの距離7を管内波長λgの4分の1以下の長さにすることができるので、小型化を図ることもできる。
ポート(2)〜(5)にはアレー素子が接続されることがあるが、上述したように、分岐導波管4と主導波管1の曲げ部1aとの距離7を管内波長λgの4分の1以下の長さにすることができるので、ポート(2)に接続されるアレー素子とポート(4)に接続されるアレー素子とのY方向の間隔や、ポート(3)に接続されるアレー素子とポート(5)に接続されるアレー素子とのY方向の間隔を狭くすることも可能になる。また、図5に示すように、ポート(2)、(3)に接続されるアレー素子と、ポート(4)、(5)に接続されるアレー素子とを、X方向にずれた関係で配列することも可能になる。このため、アレー素子配列の自由度が向上する効果も得られる。
例えば、導波管の代わりに、ストリップ線路で電力分配器を構成する場合、主導波管1に相当するストリップ線路と、分岐導波管3,4に相当するストリップ線路との間に、T分岐部2に相当するストリップ線路が接続される。また、T分岐部2に相当するストリップ線路には、切欠き5に相当する切欠きが施されるとともに、その切欠きに凸部6に相当する凸部が設けられる。
図6はこの発明の実施の形態2による電力分配器を示す上面図であり、図6において、図1Aと同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
T分岐部2における第2の入出力端2b側の切欠き部分には凹部8が設けられている。凹部8は、T分岐部2において、切欠き5を形成する際、切欠き5と一緒に形成されるものであるため、凹部8を設けても部品点数は増加しない。
凹部8は、凸部6と同様に、T分岐部2に施されている切欠き5の先端5aから、切欠き5の深さの5分の1以上の位置に設けられる。図6の例では、凹部8は、切欠き5の深さの2分の1の位置に設けられている。
図6の例では、凸部6がT分岐部2における第3の入出力端2c側の切欠き部分に設けられているため、凹部8がT分岐部2における第2の入出力端2b側の切欠き部分に設けられているが、凸部6がT分岐部2における第2の入出力端2b側の切欠き部分に設けられていれば、凹部8がT分岐部2における第3の入出力端2c側の切欠き部分に設けられる。
この実施の形態2では、さらに、分岐導波管3への電磁波の伝搬をしづらくするために、凹部8を設けて、T分岐部2における第2の入出力端2b付近のB寸法を狭めている。
これにより、凸部6だけを設ける場合よりも、分岐導波管4へ伝搬される電磁波の電力と、分岐導波管3へ伝搬される電磁波の電力とを容易に調整することができる。
よって、この実施の形態2によれば、上記実施の形態1よりも、電力分配比の自由度を高めることができる効果を奏する。
この実施の形態3の電力分配器の構成は、上記実施の形態1の電力分配器の構成と同様であるが、T分岐部2や凸部6の形状が曲線で構成されているものを説明する。
図7はこの発明の実施の形態3による電力分配器を示す上面図であり、図7において、図1Aと同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
T分岐部11は、図1のT分岐部2と同様に、主導波管の一端と接続されており、主導波管1の一端から出力された電磁波の電力をT分岐して、電力をT分岐した一方の電磁波を分岐導波管3に出力するとともに、電力をT分岐した他方の電磁波を分岐導波管4に出力する。
T分岐部11は、形状が曲線になっている点以外は、図1のT分岐部2と同様である。
また、T分岐部11における分岐導波管4側の切欠き部分には凸部13が設けられている。
凸部13は、形状が曲線になっている点以外は、図1の凸部6と同様である。
各導波管の幅を示すB寸法は、B1〜B4で表しており、図7の例では、B1=B2=2mm、B3=B4=1mmである。
図8はT分岐部11に施されている切欠き12に凸部13が設けられていない電力分配器を示す上面図である。
図10は図8の電力分配器の分配振幅特性及び反射特性を示す説明図である。図10Aが図8の電力分配器の分配振幅特性を示し、図10Bが図8の電力分配器の反射特性を示している。
図9及び図10では、比帯域が約50%の例を示している。
また、図9Bと図10Bより、凸部13の有無によって、反射特性の差が小さいことが分かる。即ち、T分岐部11に施されている切欠き12に凸部13を設けても、反射特性が大きく劣化しないことが分かる。
なお、この実施の形態3によれば、T分岐部11や凸部13の形状が曲線であるため、上記実施の形態1よりも、製造がし易いというメリットを有している。
また、この実施の形態3では、電力分配器が導波管で構成されているものを示しているが、上記実施の形態1と同様に、導波管の代わりに、例えば、ストリップ線路やマイクロストリップ線路で構成されている電力分配器にも適用することができる。
Claims (6)
- 電磁波を伝搬する主導波管と、
第1の入出力端が前記主導波管の一端と接続されており、前記主導波管の一端から出力された電磁波の電力をT分岐して、第2の入出力端から電力をT分岐した一方の電磁波を出力するとともに、第3の入出力端から電力をT分岐した他方の電磁波を出力、あるいは、前記第2の入出力端から入力された電磁波の電力と前記第3の入出力端から入力された電磁波の電力とを合成して、前記第1の入出力端から電力合成後の電磁波を出力するT分岐部と、
前記T分岐部の第2の入出力端と接続されている第1の分岐導波管と、
前記T分岐部の第3の入出力端と接続されている第2の分岐導波管とを備え、
前記T分岐部には、前記第2及び第3の入出力端に対して対称な形状の切欠きが第1の入出力端の対向部分に施されており、前記T分岐部における前記第2の入出力端側の切欠き部分又は前記T分岐部における前記第3の入出力端側の切欠き部分に凸部が設けられていることを特徴とする電力分配器。 - 前記第1及び第2の分岐導波管が同一径の導波管であることを特徴とする請求項1記載の電力分配器。
- 前記主導波管は、管が折り曲げられている曲げ部を備えていることを特徴とする請求項1記載の電力分配器。
- 前記T分岐部における前記第2の入出力端側の切欠き部分に前記凸部が設けられていれば、前記第1の分岐導波管と前記主導波管の曲げ部との距離が、前記主導波管により伝搬される電磁波の波長の4分の1以下であり、前記T分岐部における前記第3の入出力端側の切欠き部分に前記凸部が設けられていれば、前記第2の分岐導波管と前記主導波管の曲げ部との距離が、前記主導波管により伝搬される電磁波の波長の4分の1以下であることを特徴とする請求項3記載の電力分配器。
- 前記T分岐部に施されている切欠きの先端から、前記切欠きの深さの5分の1以上の位置に前記凸部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電力分配器。
- 前記T分岐部における前記第2の入出力端側の切欠き部分に前記凸部が設けられていれば、前記第3の入出力端側の切欠き部分に凹部が設けられ、前記第3の入出力端側の切欠き部分に前記凸部が設けられていれば、前記第2の入出力端側の切欠き部分に凹部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の電力分配器。
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