JPH048647Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、空胴共振器を介して単一のマイクロ
波線路と複数のマイクロ波線路の群との間でマイ
クロ波電力の分配合成を行なうマイクロ波電力分
配合成器に関し、特に、広帯域、低損失の大電力
分配合成を行ない得るとともに、マイクロ波線路
群の相互間に高アイソレーシヨンを保ち得るよう
にしたものである。

（従来の技術） 近年、半導体技術の進展に伴い、マイクロ波領
域においてもGaAsFETやインパツトダイオード
などの固体素子の高出力化および高周波数化が進
んで来ているが、マイクロ波帯以上の周波数領域
では10W以上の高出力増幅素子は未だ得られてお
らず、したがつて、数10W以上の高出力が要求さ
れる場合には、10Wまでの出力しか得られない固
体増幅素子の出力を合成する必要があり、高効率
のマイクロ波電力合成器乃至電力分配器の開発が
従来から望まれていた。

しかして、マイクロ波電力分配合成器に求めら
れる特性としてはつぎの２点がある。

(1) 低損失、広帯域の分配合成特性 (2) 合成器の複数入力端にそれぞれ接続する個々
の固定増幅素子が相互に干渉を受けないように
するに必要な合成器入力端相互間の高アイソレ
ーシヨン特性 本考案者らは、マイクロ波帯において上述のよ
うな特性を呈する電力合成器をさきに特願昭59−
259875号明細書によつて提案した。この従来提案
のマイクロ波電力合成器の構成を第３図ａ１，ａ
２，ｂ１，ｂ２に示す。図示の構成による合成器
は、いずれにおいても、合成時にはTM_pnp（ｍ＝
２，３，……）モードで励振される円筒空胴共振
器３の一方の円形端面における同一円周上に軸対
称等間隔に合成すべき固体増幅素子と同一複数個
の入力同軸端子２ａを配置して各中心導体４を対
向端面に接続して終端し、入力マイクロ波を共振
器３内に注入し得るようにしてある。なお、
TM_pnpモードで励振された円筒空胴においては半
径方向の磁器成分が存在せず、円周方向の磁界成
分のみが存在するので、同一円周上に軸対称等間
隔に配置した複数入力端子２ａに対して同一条件
のもとに最も均等に円筒空胴との結合が行われ、
入力端子相互間に良好なアイソレーシヨンが得ら
れる。かかる円筒空胴３からのマイクロ波合成出
力は、第３図ａ１，ａ２に示すように出力同軸端
子１ａを共振器の中心に配置し、その中心導体を
空胴３内に挿入して得られる結合によつて取り出
し、あるいは、第３図ｂ１，ｂ２に示すように出
力円形導波管１_bを共振器の中心に配置し、空胴
３の端面に設けたアイリス９を介して得られる結
合によつて取出すようにしてある。なお、図から
明らかなように、円筒空胴３の他方の円形端面に
多数配置する入力同軸端子２_aを出力側と同様の
円形導波管に置換することは、共振器のモード数
ｍを大きく設定して共振器の直径を大きくする必
要を生じ、その結果、入力線路と共振器との結合
が弱まるので、帯域幅や損失の点で不利であつ
た。

かかる構成のマイクロ波電力合成器において
は、通例、複数個の入力端子２_aからのマイクロ
波が、振幅および位相が互いに一致するように調
整され、円筒空胴３を励振するTM_pnｏモードの
電磁界に均等に結合した状態になつている。した
がつて、仮に、１個もしくは複数個の入力増幅素
子が故障するなどしてそれらの増幅素子を接続し
た入力端子２_aにおけるマイクロ波の振幅および
位相が他とは異なつたときには、円筒空胴３が
TM_pnpモード以外のスプリアスモードの電磁界に
よつても励振されるようになる。しかして、かか
るスプリアスモードのマイクロ波は合成には何ら
寄与せず、入力増幅素子側の反射して他の正常に
動作中の増幅素子の動作インピーダンスを正常値
とは異ならせる。したがつて、かかるスプリアス
モードの電磁界が円筒空胴３内に生ずると合成出
力の低減を来たし、最悪の場合には増幅素子が破
壊するおそれも生ずる。

第３図示の構成による従来提案のマイクロ波電
力合成器においては、かかるスプリアスモードの
電磁波の反射を防ぎ、しかも、電力合成に寄与す
るTM_pnpモードの電磁界には影響を与えない構成
として、最も生じ易いスプリアスモードに共振す
るように構成した副共振器５およびスリツト７_a
を設けてある。この副共振器５は、使用する周波
数において最低次モードである円形TE₁₁モード
のみを通過させる直径の円形導波管を、アイリス
８を介し、円筒空胴３に同軸に結合させるととも
に吸収体６により終端した構造であり、円筒空胴
３に生じたスプリアスのうち上記TE₁₁モードに
結合するモードの電磁波のみを導入して吸収体６
に吸収させるようにしたものである。また、スリ
ツト７_aは、合成すべきマイクロ波の波長の1/2の
長さを有し、円筒空胴３の入力側円形端面におけ
る各入力端子２_aの相互間に放射状に設けて、円
筒空胴３内に生じたスプリアスモードの電磁波の
みを外部に放射するようにしたものである。かか
る副共振器５のアイリス８の形状寸法およびスリ
ツト７_aの形状寸法によつてスプリアスモードに
対するそれぞれの結合度を適切に調整することに
より、スプリアスモードの電磁界が円筒空胴３内
に生じても入力側には反射せず、したがつて、入
力端子２_aに接続した増幅素子群の一部が故障し
ても他の正常動作中の増幅素子に何ら影響を与え
ないマイクロ波電力合成器を実現することができ
た。なお、円筒空胴３内に生じたスプリアスモー
ドの電磁波が出力側にも伝播しないようにするた
めに、第３図ｂ１に示すような構成のモードフイ
ルタ１２およびスリツト７_bを出力円形導波管１_b
に設けてスプリアスモードの電磁波を吸収除去す
るようにもしてある。

（考案が解決しようとする問題点） 上述した従来提案のマイクロ波電力合成器は、
複数入力に対する均等結合の容易なTM_pnpモード
の円筒空胴共振器を用いて、前述したようにこの
種マイクロ波電力合成器に必要な(1)低損失、広帯
域特性および(2)入力間高アイソレーシヨン特性が
得られるように構成してはあるが、いずれも、入
力端子２_aが同軸構造になつており、したがつて、
マイクロ波入力線路については、同軸線路の中心
導体に生ずる電流損により充分な低損失化が阻害
され、達成されておらず、そのうえに、マイクロ
波入力線路に用いた同軸線路は、導波管に比して
許容電力が小さく、したがつて、電力合成器の取
扱い得る電力がそれだけ制限されている、という
問題点があつた。

本考案の目的は、上述した従来の問題点の発生
原因である入力同軸線路に替えて合成個数の入力
導波管を円筒空胴共振器に均等に結合させ得るよ
うに構成し、充分な低損失化を達成するとともに
許容電力を増大させたマイクロ波電力合成器乃至
電力分配器を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、個々のマイクロ波固体増幅素子の出
力を均等に結合させて合成するための円形TM_pnp
モード（ｍ＝２，３，……）の共振器を用いたマ
イクロ波電力合成器については、出力マイクロ波
線路をTM_pnpモード（ｎ＝１，２，……≦ｍ）モ
ードの円形導波管とし、入力マイクロ波線路を任
意断面形状の導波管とするとともに共振器の側面
に均等配置して共振器と均等に結合し得るように
し、もつて、前述した従来の問題点を解決し得る
ようにしたものである。

すなわち、本考案マイクロ波電力分配合成器
は、円筒空胴の一方の円形端面に単一の第１のマ
イクロ波線路を接続するとともに前記円筒空胴の
他の面に複数の第２のマイクロ波線路の群を軸対
称等間隔に接続して前記第１のマイクロ波線路と
前記第２のマイクロ波線路の群との間でマイクロ
波の分配合成を行なうマイクロ波電力分配合成器
において、前記円筒空胴をTM_pnpモード（ｍ＝
２，３，……）に共振させて、前記第１のマイク
ロ波線路を円形TM_pnpモード（ｎ＝１，２，……
≦ｍ）の円形導波管にするとともに、前記複数の
第２のマイクロ波線路の群として複数の導波管の
群を前記円筒空胴の側面に軸対称等間隔に配置し
てそれぞれアイリスを介し前記円筒空胴に結合さ
せるようにしたことを特徴とするものである。

（作用） したがつて、本考案によるマイクロ波電力分配
合成器においては、従来提案の同軸入力端子を用
いたマイクロ波電力合成器に比して、格段に低損
失化、高耐電力化を達成し得るとともに、入力線
路相互間の高アイソレーシヨンを達成するために
スプリアスモードの電磁波を捕捉するようにした
副共振器やスリツトを従来提案によると同様に付
加することができ、スプリアスモードマイクロ波
による入力端子に接続された増幅器への影響を与
えないようにすることができる。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本考案を詳
細に説明する。

まず、この種マイクロ波電力分配合成器として
は、前述したように、複数の入力マイクロ波線路
を均等に結合させるに最適な円形TM_pnpモードの
円筒空胴共振器を介して単一の出力マイクロ波線
路に結合させており、円形TM_pnpモードの円筒空
胴内においては、第４図ａ，ｂに示すように、円
形端面に垂直の電界E_zおよび円周方向に均一に分
布する磁界Hφのみが存在している。かかる円形
TM_pnpモードの円筒空胴の一方の円形端面におけ
る同一円周上に第３図に示したように軸対称等間
隔に複数個配置してある従来の入力同軸線路を、
前述したように低損失化するために導波管に置換
することは、従来からも試みられたものと認めら
れる。しかしながら、かかる置換に際してまず考
えられるのは、単に従来の入力同軸線路の位置に
導波管を配置して、第５図ａ，ｂに示すように、
出力円形導波管１_bを円形端面に同軸に配置して
円形アイリス９を介し円筒空胴３に結合させると
ともに、円形端面の同一円周上に設けたアイリス
１０_aをそれぞれ介し、円筒空胴３に結合させる
ことである。

しかしながら、第５図ａ，ｂに示した構成配置
には、つぎのような幾多の問題点があり、実用さ
れるには至らなかつた。

(1) 同軸線路に比して断面積が格段に大きい導波
管を円筒空胴の円形端面に配置するので、配置
可能の最大合成数が少なく制限される。

(2) したがつて、合成入力線路間にアイソレーシ
ヨン確保のために配置するスリツトや副共振器
の配置が困難となる。

(3) 円筒空胴の円形端面に流れる高周波電流の乱
れが大きくなり、共振器内の損失が増大する。

上述したような円筒空胴の円形端面に対する
複数導波管の配置困難の問題を解決した本考案
マイクロ波電力分配合成器の構成例を第１図
ａ，ｂに示す。

図示の構成による本考案マイクロ波電力分配合
成器においては、高さを使用波長の1/2以下にし
て円形端面に垂直の電界が生ずるようにした
TM_pnpモード（ｍ＝２，３，……）の円筒空胴共
振器３の一方の円形端面の中心に単一の円形
TM_pnpモード（ｎ＝１，２，……≦ｍ）の円形導
波管１_bを配置し、また、円筒空胴共振器３の側
面に分配合成すべきマイクロ波と同一個数の例え
ば方形断面を有する導波管２_bを軸対称等間隔に
配置し、それぞれ円形アイリス９およびアイリス
１０ｂを介して円筒空胴３に結合させる。なお、
かかる構成配置の本考案マイクロ波電力分配合成
器においては、第３図に示した従来提案の電力合
成器におけると同様に、副共振器５およびスリツ
ト７_aを円筒空胴３の一方の円形端面の中心およ
び側面における方形導波管２_bの相互間にそれぞ
れ設け、あるいは、スリツト７_bおよびモードフ
イルタ１２を他方の円形端面に配置した円形導波
管１_bに設けて、軸対称等間隔に配置した複数の
方形導波間２_b相互間に高アイソレーシヨンを確
保し得るようにすることができる。また、TM_pnp
モードの円筒空胴３内における磁界分布としては
円周方向成分のみが存在し、円筒空胴３の高さに
よつて電磁界強度は変化しない。また、円筒空胴
共振器３の側面に配置する複数個の導波管として
は、第１図ａ，ｂに示した方形導波管に留まら
ず、TM_pnpモードの円筒空胴共振器における円周
方向の磁界を励振し得る磁界成分を有する電磁界
を伝送する断面形状寸法を有する導波管であれ
ば、例えば円形導波管とすることもできる。

また、円筒空胴３に対する各導波管の結合につ
いては、前述したように円形導波管１_bは円形端
面の中心に設けた円形アイリス９を介して円筒空
胴３に結合し、複数の方形導波管２_bは第２図ａ
に示すように側面に設けた例えば長方形の形状を
なすアイリス１０_bを介して円筒空胴３に結合す
る。また、方形導波管２_bを円形導波管に置換し
た場合にも、同様に円筒空胴３の側面に軸対称等
間隔に配置した複数の円形導波管２_cは、第２図
ｂに示すように、例えば長方形の形状をなすアイ
リス１０_cを介して円筒空胴３に結合する。した
がつて、単一の円形導波管１_bおよび方形もしく
は円形とする複数の導波管２_bもしくは２_cの円筒
空胴共振器３に対する結合度は、それぞれ、円形
アイリス９およびアイリス１０_bもしくは１０_cの
寸法乃至形状を変化させることによつて任意に調
整することができる。なお、各アイリス９，１
０，１０_b，１０_cの形状寸法に関しては最大で各
導波管１_b，２_b，２_cの断面と同一の形状寸法と
なし得る。また、形状を長方形にした場合のアイ
リス１０_b，１０_cは電界成分と方向が一致する辺
を円筒空胴３の軸方向にし、磁界成分と方向が一
致する辺を円周方向に一致させ、前者の辺間距離
を伸縮して結合度を調整するようにすれば、円筒
空胴３内で電界が集中しないようにして、従来に
比し高周波電力耐圧が格段に高い電力分配合成を
行なうことができる。さらに、側面にアイリスを
設けたことによつて生ずるリアクタンスにより円
筒空胴３の中心共振周波数に変化が生ずる場合に
は、第１図ｂに示すように、側面に軸対称等間隔
に設けた導波管２_b，２_cの中間に周波数調整用ビ
ス１１をそれぞれ配置して、各ビス１１を同一の
長さだけ円形空胴３内に挿入することによつて、
中心共振周波数を微調整し得るようにする。

なお、以上に述べた構成は、単一の円形導波管
１_bと複数の導波管２_b，２_cとのいずれを入力側
とし、いずれを出力側とするかによつて、同一構
成を電力分配器として作用させ、あるいは、電力
合成器として作用させることができる。

例えば、中心周波数を12GHz帯に設定した場合
には、円周方向の磁界成分波数ｍ＝２とした直径
44mmを有するTM₀₂₀モードの円筒空胴３の円形端
面に直径21mmの出力円形導波管を同軸に配置し、
側面に幅19mmの方形導波管を軸対称等間隔に配置
した試作電力合成器においては、４合成以上の場
合には出力円形アイリスの直径が出力円形導波管
の直径と等しいときの実効Q_eputによつて周波数
帯域幅が制限されるが、中心周波数12.8GHzにお
いて４合成器の3dB比帯域幅を最大16％程度とす
ることができ、電力合成効率も格段に改善され
た。

（考案の効果） 以上の説明から明らかなように、本考案による
マイクロ波電力分配合成器においては、従来円筒
空胴共振器の一方の円形端面における同一円周上
に軸対称等間隔に配置していた複数の同軸線路に
替えて、同軸線路の中心導体表面に電流が流れる
ことによつて生じていた損失がなく低損失の導波
管を円筒空胴器の側面に軸対称等間隔に配置して
あるので、同軸線路に比して格別に断面積の大き
い導波管を用いても、その方形、円形の別なく、
所要複数個の導波管を配置することができ、さら
に、複数個導波管相互間の高アイソレーシヨンを
確保するための副共振器を円筒空胴の円形端面に
配置し、あるいは、スリツトを複数導波管の相互
間に配置することができる。したがつて、本考案
によれば、従来に比して格段に低損失で高アイソ
レーシヨンのマイクロ波電力分配合成器を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは本考案マイクロ波電力分配
合成器の構成例をそれぞれ示す縦断面図および上
面図、第２図ａおよびｂは同じくその電力分配合
成器における円筒空胴側面の方形導波管および円
形導波管の結合の態様をそれぞれ示す側面図、第
３図ａ１およびａ２並びにｂ１およびｂ２は複数
同軸線路と単一同軸線路および単一円形導波管と
をそれぞれ結合させた従来のマイクロ波電力分配
合成器の構成をそれぞれ示す縦断面図および上面
図、第４図ａおよびｂはTM_pnpモードの円筒空胴
共振器における電磁界分布の態様をそれぞれ模式
的に示す側面図および上面図、第５図ａおよびｂ
は第３図示の従来構成における複数同軸線路を複
数導波管に置換するときの導波管の円筒空胴に対
する結合の態様をそれぞれ示す側面図および上面
図である。 １_a，２_a……同軸線路、１_b，２_c……円形導波
管、２_b……方形導波管、３……円筒空胴共振器、
４……中心導体、５……副共振器、６……吸収
体、７_a，７_b……スリツト、８，９……円形アイ
リス、１０_a，１０_b，１０_c……アイリス、１１
……周波数調整用ビス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 円筒空胴の一方の円形端面に単一の第１のマ
   イクロ波線路を接続するとともに前記円筒空胴
   の他の面に複数の第２のマイクロ波線路の群を
   軸対称等間隔に接続して前記第１のマイクロ波
   線路と前記第２のマイクロ波線路の群との間で
   マイクロ波の分配合成を行なうマイクロ波電力
   分配合成器において、前記円筒空胴をTM_pnpモ
   ード（ｍ＝２，３，……）に共振させて、前記
   第１のマイクロ波線路を円形TM_poモード（ｎ
   ＝１，２，……≦ｍ）の円形導波管にするとと
   もに、前記複数の第２のマイクロ波線路の群と
   して複数の導波管の群を前記円筒空胴の側面に
   軸対称等間隔に配置してそれぞれアイリスを介
   し前記円筒空胴に結合させるようにしたことを
   特徴とするマイクロ波電力分配合成器。 ２ 前記円筒空胴の側面に前記導波管と交互にし
   て周波数調整用ビスを軸対称等間隔に配置して
   前記円筒空胴内に互いにほぼ等しい長さだけ挿
   入することにより、前記円筒空胴の中心共振周
   波数を微調整し得るようにしたことを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載のマイク
   ロ波電力分配合成器。