JPS594205A - マイクロ波電力分配・合成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は、マイクロ波電力分配・合成器に関し、％ＫＥ
面ホーン、オーバサイズ導波管および該オーバサイズ導
波管に結合された複数個の導波管等を具備し、各分配電
力等の位相分布を均一化したマイクロ波分配・合成器に
関する。

（２）技術の背景 最近、マイクロ波帯信号の増幅等を行なう素子として従
来の進行波管等にかわり、例えばガリウムひ素（ＧａＡ
ｓ）　ＦＥＴ等の半導体増幅素子の使用が検討されてい
る。ところが、このような半導体増幅素子は出力電力が
数ワット程度しか得られないため、大電力の増幅等を行
なう場合にはこれらの素子を並列的に動作させることが
必要となる。そのため、マイクロ波帯の入力信号をマイ
クロ波分配器によって複数のチャンネルに分配して、各
々のチャンネルの信号を前述の半導体増幅素子で増幅し
た後、再び各チャンネルの増幅出力信号をマイクロ波合
成器によって１チヤンネルの信号に合成することによシ
大電力を得ることが行なわれている。この場合、分配器
によって分配された各マイクロ波電力の位相が一致せず
、あるいは合成器によって合成される各マイクロ波電力
が互いに相等しい位相で合成されない時には電力損失を
生ずるので、マイクロ波分配器および合成器における位
相分布は均一であることが望ましく、また分配器および
合成器自体の電力損失が少ないことが必要とされる。

（３）従来技術と問題点 従来、マイクロ波電力の分配および合成はマイクロ波集
積回路（以下ＭＩＣと称する）によって構成されたバイ
ブ・す、ド回路を用いて行なわれていたＯ しかしながら、前記従来形（おいては、）・イブリッド
回路自体の伝送損失が大きくかつノ・イブリッド回路が
１つの入力信号を２系統の出力信号に分配する２分配し
か行なうことができないため、１つの入力信号を多数の
チャンネルに分配しあるいハ多数のチャンネルを１つの
チャンネルに合成するだめには多くのノ・イブリッド回
路を多段接続することが必要となり、分配器および合成
器の伝送損失が極めて大きくなるとともに装置構成が複
雑になるという不都合があった。

（４）発明の目的 本発明の目的は、前述の従来形における問題点に鑑み、
マイクロ波電力分配・合成器においてオーバサイズ導波
管と複数の導波管等を結合し該複数の導波管の各々のＨ
面の幅をオーバサイズ導波管のＥベクトル方向の位置に
応じて異々らせるという構想に基づき分配あるいは合成
時におけるマイクロ波電力の位相分布を均一化するとと
もに、分配および合成時の伝送損失を軽減することにあ
る。

（５）発明の構成 そしてこの目的は、本発明によれば、８面ホーン、該８
面ホーンの開口部に結合されたオーバサイズ導波管およ
び該オーバサイズ導波管に結合された複数個の導波管を
具備し、該複数個の導波管の各々のＨ面の幅を該オーバ
サイズ導波管のＥベクトル方向の位置に応じて異ならせ
、マイクロ波電力の分布を均一々らしめるようにしたこ
とを特徴とするマイクロ波電力分配・合成器を提供する
ことによって達成される。

（６）発明の実施例 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の実施例に係わるマイクロ波電力分配
・合成器の概略的構造を示す。同図の分配・合成器は、
標準導波管１に結合された８面ホーン２．８面ホーン２
に結合されたオーバサイズ導波管３およびオーバサイズ
導波管３の伝送路に結合された複数の導波管４−１．４
−２．４−３．・・・。

４−ｎを具備する。８面ホーン２は、同図の矢印Ｅで示
される電界ベクトル方向に徐々に幅が拡大されたもので
あり、オーバサイズ導波管３は該電界ベクトルＥ方向に
幅が拡大され８面ホーン２の開口部に結合されている。

また、オーバサイズ導波管３は各々の導波管４−１．４
−２．４−３゜・・・、４−ｎと結合される側の端部に
向って電界ベクトルＥ方向の場所に応じて磁界ベクトル
Ｈ方向の幅が異なっている。即ち、オーバサイズ導波管
３の該端部における磁界ベクトル方向の幅がオーバサイ
ズ導波管３の中央部で最も広く両端に行くに従って徐々
に狭くなっている。この様なオーバサブ、ズ導波管３の
形状に合わせて各導波管４−１゜４−２．４−３．・・
・、４−ｎの各々の磁界ベクトル方向の幅も該オーバサ
イズ導波管３の中央部付近で最も広く両端に移るに従っ
て徐々に狭くされている。

第１図の装置において、標準導波管１側即ち矢印Ａ側か
ら例えばＴＥＩＯモードのマイクロ波信号を入力すると
該マイクロ波信号は８面ボーア２によって電界ベクトル
Ｅ方向に分散され、オーバサイズ導波管３を介して各の
導波管４−１．４−２゜４−３．・・・、４−ｎに分配
伝送される。従ってこの場合はマイクロ波電力分配器と
して動作する。

また逆に、各導波管４−１．４−２．４−３　、・・・
。

４−ｎ側から即ち同図矢印Ｂ側から各々マイクロ波信号
を入力すると各マイクロ波信号はオーバサイズ導波管３
および２面ホーン２によって合成され標準導波管１に伝
送される。従ってこの場合は、第１図の装置はマイクロ
波電力合成器として動作する。

第１図の装置において、例えば同図の装置をマイクロ波
電力分配器として使用する場合、標準導波管１側から入
力されたマイクロ波信号は２面ホーン２およびオーバサ
イズ導波管３を介して各導波管４−１．４−２．４−３
．・・・、４−ｎに分配されるが、２面ホーン２のスロ
ート部から開口部に至る距離がオー・々サイズ導波管３
の電界ベクトルＥ方向の位置に応じて異なるため、２面
ホーン２の開口部Ｑ　−Ｑ’面におけるマイクロ波信号
の位相が不均一になっている。この位相の不均一は、前
述のようにオーバサイズ導波管３および各導波管４−１
．４−２．４−３．・・・、４−ｎの磁界ベクトルＨ方
向の幅を電界ベクトルＥ方向の場所に応じて異ならせる
ことによって補正され均一化される。即ち、後に詳述す
るように、２面ホーン２の開口部における信号の位相は
中心部からＥベクトル方向に遠ざかるにしだがって遅れ
ることになり、また一般に導波管においては横幅が狭い
ほど位相回転量が小さくなるため、第１図に示すように
各導波管４−１＋４−２．４−３＋”’＋４−ｎの横幅
をＥベクトル方向の中心部で最も広くし、該中心部から
遠ざかるにしたがって横幅を狭くすることによシ位相補
正を行なうことができる。

第２図は、本発明の第２実施例に係わるマイクロ波電力
分配・合成器を示す。同図の分配・合成器においては粗
面ホーン２に結合されたオーバサイズ導波管５の磁界ベ
クトルＨ方向の幅が一定であシ、オーバサイズ導波管５
に結合された複数の導波管６−１．６−２．６−３．・
・・、６−ｎの横幅即ち磁界ベクトルＨ方向の幅がオー
バサイズ導波管５の電界ベクトルＥ方向の場所に応じて
異なるようにされている。また、同図の実施例において
は、各導波管６−１．６−２．６−３．・・・、６−ｎ
の横幅の最大値はオーバサイズ導波管５の磁界ベクトル
Ｈ方向の幅と同じであり、電界ベクトルＥ方向の両端部
に行くにしたがって徐々に各導波管の横幅は狭くなって
いる。

第２図に示されるマイクロ波電力分配・合成器の動作は
第１図の実施例の場合と同じであり、各導波管６−１．
６−２．６−３．・・・、６−ｎの横幅をＥベクトル方
向の場所に応じて異ならせることによって位相特性の均
一化を計っている。

第３図は、本発明の第３の実施例に係わるマイクロ波電
力分配・合成器を示す。同図の実施例においてはオーバ
サイズ導波管５は第２図の実施例の場合と同様に磁界ベ
クトルＨ方向には略一定幅を有しているが、各々横幅の
異なる導波管７−１゜７−２．７−３．・・・、７−ｎ
はオーバサイズ導波管５の一端とそれぞれＨ面ホーン８
−１．８−２゜８−３．・・・、８−ｎを介して結合さ
れている。この場合、オーバサイズ導波管５のＥベクト
ル方向の中央部に結合された導波管７−４はオーバサイ
ズ導波管５の磁界ベクトルＨ方向の幅と同じ幅を有する
ためＨ面ホーンを用いることなく直接オーバサイズ導波
管５に結合されている。導波管７−４の両側に順次配置
された導波管の横幅は導波管７−４の横幅よシ順次狭く
されてオシ、各Ｈ面ホーンはこれらの各導波管をオーバ
サイズ導波管５との間を段差を生じることなく結合する
ような広がシ幅に設定されている。

第３図のマイクロ波電力分配・合成器の電力分配および
合成動作は前述の２つの実施例の場合と同じであり、２
面ホーン２によって生ずる位相特性は各導波管７−１．
７−２．７−３．・・・、７−ｎの横幅を適切に設定す
ることによって補正することができ、オーバサイズ導波
管の端面から所定の距離の面上における各分配信号の位
相分布を均一化することが可能となる。なお、第３図の
実施例においては、第２図の実施例の場合と異なり、オ
ーバサイズ導波管５と各導波管７−１．７−２゜７−３
　、−．７−　ｎとの間がＥ面ホーン８−１．８−２゜
８−３．・・・、８−ｎによって段差なく結合されてい
るため結合部における電波の反射等が防止されるととも
に、伝送損失が少なくなる。

第４図は、本発明の第４の実施例に係わるマイクロ波電
力分配・合成器を示す。同図の実施例においては、オー
・々サイズ導波管９には前述の各実施例におけるような
複数の導波管が結合される代りに、誘電体基板上に形成
されたＭＩＣ（マイクロ波集積回路）基板ｌＯ上に形成
された複数のダイポールアンテナ素子１１−１．１１−
２．１１−３゜・・・＋　１１−　ｎと結合されている
。各々のＭＩＣメイポールアンテナ素子１１−１．１１
−２．１１−３゜・・・＋　１１−　ｎはそれぞれＭＩ
Ｃ基板ｌＯ上に形成されたストリップライン１２−１．
１２−２．１２−３゜・・・＋　１２−　ｎによって図
示しないＭＩＣ素子例えばマイクロ波増幅器等に結合さ
れている。また、オーバサイズ導波管９の横幅即ち磁界
ベクトルＨ方向の幅は各ＭＩＣダイポールアンテナ素子
との結合部付近では電界ベクトルＥ方向の場所に応じて
異なっている。即ち、中央部で最も横幅が広く、電界ベ
クトルＥ方向の両端に伝るにしたがって徐々に狭くなっ
ておシ、この様な形状によυＥＥ面ホーン２よって生ず
る位相特性を補正している。

第４図のマイクロ波電力分配・合成器においては標準導
波管１から入力されたマイクロ波電波は８面ホーン２お
よびオーバサイズ導波管９を介して伝送され各々のＭＩ
Ｃダイポールアンテナ素子１１−１．１１−２．１１−
３．・・・、１１−　ｎによって受信され各ストリップ
ライン１２−１　、１２−２゜１２−３．・・・、１２
−ｎを介して分配伝送される。

また、各々のストリップライン１２−１．１２−２゜１
２−３　、・・・＋　１２−　ｎから入力されたマイク
ロ波信号はＭＩＣダイポールアンテナ素子１１−１゜１
１−２．１１−３．・・・ｒ　１１−　ｎからオーバサ
イズ導波管９の伝送路内に放射され、Ｅ面ホーン２を介
して合成されて標準導波管１から取り出される。第４図
の実施例においては８面ホーン２によって生ずる位相分
布特性はオーバサイズ導波管９の磁界ベクトルＨ方向の
幅を電界ベクトルＥ方向の場所に応じて異ならせること
により補正することができ、各ＭＩＣダイポールアンテ
ナ素子１１−１　。

１１−２　、１１−３　、　・＝　、　１１−　ｎで受
信された時点では位相分布特性を均一になるようにする
ことができる。また、この実施例においては、前述の各
実施例におけるような複数の導波管を使用しないので構
造が簡単になる。

次に、Ｅ面ホーンの位相分布特性につき説明する。第５
図に示すように、Ｅ面ホーンの中心軸をＸ軸とし、ｙ軸
はＥ面ホーンのスロート部を通るものとする。この場合
、Ｅ面ホーンの開口面即ち第３図において点（ｒ、ｏ）
を通りＸ軸に垂直な線Ｑ　−Ｑ’上の任意の点Ｐにおけ
る位相分布は次式％式％ 上式において、ψは点（ｒ、ｏ）での位相を０ｒａｄと
した時の任意の点Ｐの位相分布を示し、λ、は８面ホー
ン内の管内波長を示し、θは点Ｐと原点０とを結んだ線
分とＸ軸のなす角度を示す。

次に、導波管の横幅の寸法に対する位相特性につき説明
する。第６図−１導波管の断面を示す。

この様な導波管における管内波長λｇ、および遮断波長
λＣは導波管の横幅ａによって決定され、自由空間波長
をλとすると次式で表わされる。

λ。＝２ａ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（２）従って、導波管の長さをｔとすると、位相量ψ。

は となる。なお、第６図の断面においてゆ、標準導波管で
はａ　＝　２　ｂとなる。

式（２）ないし式（４）から、導波管の横幅が標準導波
管よυも狭い場合は２ｇ１が長くなυ、即ち位相回転量
が小さくなシ５、広い場合はλ２．が短くなる、即ち位
相回転量が大きくなる。

以上のことから明らかなように、前述の各実施例におい
て導波管の横幅を変えてＥ面ホーンで発生した位相差を
補正するには、Ｅ面ホーンの中心部分に横幅の広い導波
管を用いて位相回転を大きくシ、該中心部分から両端に
行くにしだがって横幅を狭くして位相回転を少なくすれ
ばよいことがわかる。従って、第２図または第３図の実
施例においては、オーバサイズ導波管５に結合された各
導波管６−１．６−２．６−３．・・・、６−ｎまたは
７−１．７−２．７−３．・・・、７−ｎの横幅をオー
バサイズ導波管の中心部分で広＜ＬＥベクトル方向に沿
って両端に行くにしたがって横幅を狭くしてやればよい
。

また、第１図または第４図の実施例においては、オーバ
サイズ導波管３および９自体の横幅が中心部分で広く両
端部分で狭くなっている。これら、各オーツヤサイズ導
波管３．９は８面ホーン２と結合される部分では横幅が
一定幅であり各導波管４−１　＋４−２　＋４−３　＋
”’＋４−ｎおよびＭＩＣメイポールアンテナ素子１１
−１．１１−２゜１１−３．・・・、１１−ｎと結合さ
れる部分では横幅が電界ベクトルＥ方向の位置に応じて
異なっているが、今簡単のために第７図に示すようにオ
ーツヤサイズ導波管の横幅の分布が該導波管の長さ方向
に対して一様である場合について各位置における横幅を
求める。第７図に示すように、導波管長をｔ、中心での
横幅をｂ′とし、中心位置における位相量をψ′とする
と、オーバサイズ導波管の電界ＲクトルＥ方向の位相分
布ψ、は中心での位相量を基準に考えると前述の（３）
式よシ ラ１＝聾（ｍ　　ｒ） λ ・・・・・・（５） Ｅ面ホーンによる位相差を補正するだめには式（１）で
求めた位相量ψと式（５）で求めた位相量ψ、の和がＯ
となればよいから が成立する。従って、（６）式から各々のθの値に対す
るｂの値を求めることによってオーバサイズ導波管の横
幅の分布特性を得ることができる。

上述の各実施例によりオーバサイズ導波管の開口面から
所定距離における各導波管のマイクロ波電波の位相特性
を均一化することができ、従ってこの位置に例えば導波
管−ＭＩＣ変換器あるいはマイクロ波増幅器等を設ける
ことによって分配された各々のマイクロ波信号の位相特
性を均一化することができる。また、マイクロ波電力合
成器の場合は、この位置から等位相のマイクロ波信号を
入力することによって各マイクロ波信号を同一位相で効
率良く合成することができる。

（７）発明の効果 このように、本発明によれば、極めて簡単な構造でマイ
クロ波電波の合成まだは分配時における位相分布を均一
化することができるとともに、ノ・イブリッド回路等を
使用しないので分配または合成時における伝送損失を極
めて少なくすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の第１ないし第４実施例
に係わるマイクロ波電力分配・合成器の構成を示す概略
、図、 第５図は、Ｅ面ホーンの位相分布特性を説明するだめの
グラフ、 第６図は、導波管の位相量を説明するだめの概略的断面
図、そして 第７図は、位相補正用導波管の形状を示す概略的斜視図
である。 ｌ；標準導波管、２：Ｅ面ホーン、３−オーバサイズ導
波管、４−１．４−２．４−３．・・・、４−ｎ：導波
管、５：オーバサイズ導波管、６−１．６−２゜６−３
．・・・、６−ｎ　：導波管、７−１．７−２．７−３
゜・・・＋　７−　ｎ　：導波管、８−１．８−２．８
−３．・・・。 ８−ｎ　二Ｈ面ホーン、９：オーバサイズ導波管、１０
二ＭＩＣ基板、１１−１．１１−２．１１−３．・・・
。 １１−ｎ：ＭＩＣダイポールアンテナ素子、１２−１゜
１２−２．１２−３．・−・、１２−ｎニストリ、ｆラ
イン〇 第１図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　Ｅ面ホーン、該Ｅ面ホーンの開口部に結合され
   たオーバサイズ導波管および該オー・々サイズ導波管に
   結合された複数個の導波管を具備し、該複数個の導波管
   の各々のＨ面の幅を該オーバサイズ導波管のＥベクトル
   方向の位置に応じて異ならせ、マイクロ波電力の分布を
   均一々らしめ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、該オーバサイズ導波管のＨ面方向の幅を該オーバサ
   イズ導波管のＥベクトル方向の位置に応じて異ならせた
   特許請求の範囲第１項に記載のマイクロ波電力分配・合
   成器。 ３、該オーバサイズ導波管のＨ面方向の幅は略一定とし
   、該複数個の導波管の各々のＨ面方向の幅は該オーバサ
   イズ導波管との結合部では略同−幅であるが結合部以後
   において該オーバサイズ導波管のＥベクトル方向の位置
   に応じて異ならせた特許請求の範囲第１項に記載のマイ
   クロ波電力分配・合成器。 ４、　　Ｅ面ホーン、該Ｅ面ホーンの開口部に結合され
   たオーバサイズ導波管および該オーバサイズ導波管の伝
   送路中に配置された複数のマイクロ波集積回路アンテナ
   を具備し、該オーバサイズ導波管のＨ面方向の幅を該オ
   ーバサイズ導波管のＥベクトル方向の位置に応じて異な
   らせ、マイクロ波電力の分布を均一々らしめるようにし
   たことを特徴とするマイクロ波電力分配・合成器。