JPS60163503A - 導波管電力分配合成回路 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、増幅器出力の導波管回路による電力合成に関
するものであり、簡易かつ小型の構造で、しかも導波管
の低損失特性を生かした分配合成回路を提供する導波管
電力分配合成回路に関するものである。

［従来技術〕 従来の導波管による電力増幅器の合成回路としては、ハ
イブリッド合成あるいは共振器を利用した合成回路が使
用されているが、いづれもマイクロ波集積回路（ＭＩＣ
）による合成回路より大型になる。第１図は従来の導波
管分配１合成回路による電力増幅器の構成例を示し、入
力信号１０１を分配用ハイブリッド１０２により分配し
、その分配出力１０３および１０４を、それぞれ、導波
管１０５および１０６を介して、増幅器１０？および１
０８に導く。これら増幅器１０７および１０８からの各
増幅出力１０９および１１０を、それぞれ、導波管１１
１および１１２を介して、合成用ハイブリッド１１３に
導き、両増幅出力１０９および１１０を合成して出力信
号１１４を得ている。なお、１１５および１１６はダミ
ーである。

この場合には、各素子の接続部において、若干の損失が
生じる。また、共振器を用いた合成回路では、本質的に
狭帯域であるうえ、端子間のアイソレーション特性が良
好でない。一方、小型であるＭＩＣによる合成回路では
、導波路の一部を構成する誘電体による損失が大きく、
その点で導波？ｔ・回路より劣っている。

し目　的］ そこで、本発明の目的は、従来の導波管回路よりも小型
、簡易でかつ多合成可能な構造で、しかもＭＬＧによる
回路よりも低損失な電力増幅器用の導波管電力分配合成
回路を提供することにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成するために、本発明では、電力合成増
幅器などに用いられる電力分配合成回路において、導波
管内の電界に垂直に導波管の８面と同じ幅を有する複数
の導体板を等間隔に挿入し、さらに各導体板の管軸方向
の先端部の延長上に管内波長λｇの８分の１以上の有限
の長さを有する抵抗板を設けて、多段の分配および合成
部を構成し、分配部と合成部の中間に増幅部などの信号
処理部を配置する。

また、本発明を電力合成増幅器に適用する場合には、前
記多段の分配合成部のほぼ中央に、導体隔壁を導波管の
管軸に対して垂直な面に設け、導波管の入出力部を分離
遮蔽するとともに前記多段の分配１合成部毎の隔壁に開
口部を設け、各開口部内に増幅素子を組み込むのが好適
である。

また、各増幅素子の出力の位相および電力のアンバラン
スによる損失を除くために、位相および電力のバランス
調整用として、分配用抵抗板付導体砂上に、それぞれ約
λｇ／２程度の長さを持つ門型の形状をした：Ａ電体板
および抵抗板をその長手方間を前記導波管の管軸と平行
になるように設置し、その位置を前記管軸に対し左右に
動かしうるように構成するのが好適である。

［実　施　例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図（Ａ）および（Ｂ）に２個の増幅器を含む本発明
分配合成回路の基本構成を示す。ここで、１は導波管で
あり、この導波管１の中に、その高さの半分の位置にお
いて電界１４に垂直に導波管１の広幅面とほぼ同じ幅を
持つ導体板２および２′を挿入する。これら導体板２お
よび２′の先端部には導体板２および２′と平行に同じ
幅を持って延在する抵抗板３および３′を、それぞれ、
設ける。導波管１の入力部ＩＡと出力部ＩＢとは遮蔽隔
壁４および４′により遮蔽する。これら隔壁４および４
′の内部には増幅器５および５′を組み込み、これら増
幅器５および５′の入出力端子はいずれもＬ型ルーズに
より成る入力側導波管結合部６．６′および出力側導波
管結合部７，７′　により導波管１の入出力部ＩＡおよ
びＩＢに結合する。

入力信号８は、抵抗板３および導体板２により２分配さ
れ、結合部６および６′　を介して増幅器５および５′
にそれぞれ導かれ、ここで増幅される。増幅されたそれ
ぞれの出力信号は、それぞれ、結合部７および７′　よ
り、導体板２により２分されている導波管１の出力側Ｉ
Ｂに出力され、抵抗板３′の出力側先端部で電力合成さ
れて出力信号９として取り出される。

次に、本発明分配合成回路の動作原理を第３図（Ａ）〜
（Ｄ）によって説明する。第３図（Ａ）は、単に導波管
ｌに導体板２のみを電界１４に対して垂直に挿入したも
のである。入力信号８の電界の方向は、電界１４の如く
、紙面に平行である。この電界１４が進行して導体板２
に達するが、導体板２は電界１４に垂直に挿入されてい
るため、何ら電界の乱れがなく、電界１５と１６に２分
配される。これらの電界が進み、導体板２の先端を過ぎ
る時点でも、電界１５と１６は何らモードの乱れること
なく合成されて電界１７となり、出力９が取り出される
。

導波管ｌ内の電界の分配と合成は逆の関係にあるので、
出力合成回路で動作原理を説明する。電界１５および１
６を第３図（Ｂ）のように、それぞれ、信号源１０およ
び１１により端子１８および１９を介して発生させた場
合にも、導体板２の先端部で第３図（Ａ）の場合と同様
に合成されて電界１７となる。しかし、この場合には、
電界１５と電界１Ｂのレベル、位相がバランスしていな
いときには、信号源１０の出力の一部が信号ａｌｌの方
に漏れたり、また、逆の場合も起るため、信号源１０お
よび１１から見たインピーダンスが不安定となり、増幅
器を安定に動作させる上からは不適切な回路となる。安
定な合成回路を実現するためには、端子１８と１８とを
相互にアイソレートすることが不可欠の必要条件である
。

今、第３図（Ｃ）のように、信号源１１のみを設け、反
対側の信号源ｌＯの代りに終端抵抗１３を接続した場合
が、バランスの最も崩れた場合に相当する。

この場合の電界は、図のように導体板２の先端部で進行
方向に垂直な電界の他に進行方向に平行な電界も現われ
る０点１２における進行方向に垂直な電界成分Ｅｖと平
行な電界成分ＥＨを例にとってみると、Ｅｖ酸成分出力
側に進み、出力信号となるが、　ＥＨ酸成分基本モード
に含まれず、高次モードの成分であるので、エバネセン
トモードであり、リアクティブなエネルギーとして導体
板２の先端部付近に止り、信号源１１側のインピーダン
ス不整合の原因を作り、反射波Ｅａ＋を発生するととも
に、反対側へも電界ＥＲ’　を発生し、終端抵抗１３へ
出力されることになる。従って、このＥＨ酸成分発生を
防ぐことが、目的の回路を実現するための解決方法であ
る。

第３図（Ｄ）は、かかるＥＨ酸成分発生を防止するよう
にした本発明による分配合成回路の原理を示し、導体板
２の先端にこれに延長して導体板２と平行に、抵抗板３
を設ける。電界Ｅｖ酸成分、抵抗板３に垂直となり、何
ら影響を受けないのに対し、電界の水平成分ＥＨは、抵
抗板３に平行なため、抵抗板３に電流を流し、従ってジ
ュール熱となり、抵抗板３に吸収される。かくしてエバ
ネセント成分ＥＨの影響を除去して、整合性とアイソレ
ーション特性が改善される。そして、Ｅマ成分は、抵抗
板３に吸収されることなく、出力側に現われる。

第２図の例では、入力側の導体板２の先端部にも抵抗板
３を設けているが、これは、一方の増幅器５からの反射
波が他方の増幅器５′から見たイ、”３号源側インピー
ダンスに影響し、増幅特性の不安定要因となることを防
ぐために設けている。その原理は、出力側合成回路と全
く同じである。

第４図は、電力合成回路で最もバランスのくずれた場合
の測定結果を示す。第５図はそのための測定合成回路の
一例を示し、入力端子１８より信号源１１により電力Ｐ
ｉを入力したときに、反射電力をＰｌｔ＋出力部ＩＢに
現われる電力をＰｖ、アイソレーション端子１８に現わ
れる電力をＰＲ′とすると、 アイッ、−７．７＝１０ＣＰ、ンＰε）出力特性＝１０
ノ、　（ＰＶ／　Ｆ；、）のように表わすことができる
。測定周波数１２ＧＨｚのときに、これらの値の測定結
果を抵抗板３の長さ又を導波管管内波長λｇで正規化し
た値を横軸にして示すと第４図のようになる。

第４図において、■は整合特性、■はアイソレーション
、■は出力特性を示し、立＝０、すなわち、抵抗板３が
無い場合、整合特性工、アイソレーション■共に約−６
，ＯｄＢと非常に悪いのに対し、抵抗板３を挿入し、そ
の長さ文を長くしていくとλｇ／４程度以上では、整合
特性Ｉが約−１５ｄＢ　、アイソレーション■が一１８
ｄＢ程度と大幅に改善される。また、出力特性■は抵抗
板３の長さにＳ関係に−３，０ｄＢとほぼ一定になり、
抵抗板３の影響が無いことが分り、第３図（Ｄ）で述べ
た推論が正しく実現されていることが証明されている。

本発明の分配合成回路を用いた場合にも、増幅器５の特
性の差異による位相およびレベルのアンバランスに起因
する損失を除くために、バランス調整を、必要とする場
合がある。この場合のレベル調整および位相調整の例を
第６図および第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す。

第６図は２合成の場合のレベル調整例であり、厚さり、
長さｎ・λｇで両側がテーパー状の導体板２１を２分配
用導波管ｌのＨ面管壁全幅にわたって取り付け、その厚
さｈを変えることにより増幅器出力レベルのバランスを
調整する。なお、ｎは２程度の値とする。

第７図（Ａ）および（Ｂ）は多合成にも適用可能な例を
示し、それぞれ長さ約λｇ／２程度の両端弓型形状の誘
電体板２２および抵抗板２３を挿入し、その長手方向が
導波管１の管軸と平行になるようにしてＨ節管壁土に設
置する。これら板２２および２３の位置を第７図（Ｂ）
に示すように管軸に対し左右に移動調整することにより
、誘電体板２２で位相を、抵抗板２３ではレベルのバラ
ンスを＆ＬＪ整することができる。

第２図の２つの増幅器５および５′を有する基本構成を
１２ＧＨｚ帯の信号の分配合成に適用した場合に得られ
た増幅器特性を第８図に示す。ここでは、単一の出力２
Ｗの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を２個用いて４Ｗ
（−３６ｄＢｍ　）の出力が得られており、合成効率は
ほぼ１００％であった。

本発明分配合成回路を増幅器の高出力化回路として用い
た場合、各増幅器の出力にある程度のアンバランスがあ
っても、安定に動作し、信頼性などの向上も得られる。

第９図および第１０図は導体板２，２′および抵抗板３
，３′　を多段に挿入し、段数に応じた個数の増幅器へ
の分配および合成回路を構成した多出力合成の２つの実
施例を示す。第９図の例は５出力合成回路の場合である
が、遮蔽隔壁４および４′内に多数の増幅器５および５
′を組み込むために導波管ｌのＥ面を広げる必要が生じ
た場合には、入力端および出力側にテーパ一部３１およ
び３２を設け、更に導波管１のモードの安定化のための
導体板３３および３４を設ける。第１０図はテーパ一部
３１および３２の代りにλｇ／４変成器３５および３６
を設けた例であり、残余の構成は第９図と同様であるか
らここでは省略する。

なお、以」二では矩形導波管の場合を念頭において本発
明を説明してきたが、円筒導波管においても、二分配二
合成の場合に限られるが、同様に１；（１単な構成で、
分配合成回路を実現できることはいうまでもない。

し効　果コ 本発明の分配合成回路による電力合成増幅器は、１本の
導波管内に分配９合成回路を備えているので、ごく簡単
な構造で、しかも非常に小４すな回路で目的が実現でき
る。しかもまた、本発明によれば、に１０回路に比較し
た場合は勿論、導波り１マ・型のものに比べても、構造
が単純なため回路損失が少なく、そのため合成効率が良
好である。

ハイブリッド合成を用いた従来の合成回路では、合成素
子の個数は２のべき数となり、奇数個の実現は困難であ
るのに対しては、本発明の分配合成回路を使用すれば、
第９図に示したように任意の個数の出力合成が可能とな
る。

第１１図は、空間合成用に構成した本発明による多合成
回路の例であり、ここで、多合成回路４０は第９図また
は第１０図に示したように構成され、各分岐部分からの
出力電界Ｅｌ　ｙＥ２　＋・・・Ｅｉ、・・・＋ＥＮが
出力４１として取り出される。このように本発明の分配
合成回路は増幅器の高出力化回路として用いることがで
き、ＳＨＦ帯においてＴＷＴＡと同等の出力電力を持つ
固体増幅器を実現できる。

また、第１２図は第１１図示の多合成回路４０にホーン
アンテナ４２を取り付けた例である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の導波管分配合成回路の構成例を示す線図
、 第２図（Ａ）およびＣＢ）は本発明分配合成回路の基本
構成を示す、それぞれ、断面図および側面図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の動作原理の説明図、 第４図は抵抗板による整合特性、アイソレーションおよ
び出力特性の変化を示す特性曲線図、第５図は第４図の
測定を行うための測定合成回路の例を示す線図。 第６図は出力レベルの調整を行うようにした本発明の実
施例を示す線図、 第７図（Ａ）および（Ｂ）は出力レベルおよび位相の□
調整を行うようにした本発明の実施例を示す線歯、 第８図は増幅器特性の一例を示す特性曲線図、第９図お
よび第１Ｏ図は本発明による多合成−回路の一例を示す
線図、 第１ｎおよび第１２図は本発明による多合成回路の他の
二側を示す線図である。 １・・・導波管。 ＩＡ・・・入力部、 １Ｂ・・・出力部、 ２．２′・・・導体板、 ３．３′・・・抵抗板、 ４．４′・・・遮蔽隔壁、 ５．５′・・・増幅器、 ６．６＼・・・入力側導波管結合部、 ７．７′・・・出力側導波管結合部、 ８・・・入力信号、 ９・・・出力信号、 １０．１１・・・信号源、 １２・・・点、 １３・・・終端抵抗、 １４．１５．Ｉ８，１７・・・電界、 １８．１９・・・端子、 ２１・・・テーパー状金属板、 ２２・・・誘電体板、 ２３・・・抵抗板、 ３１・・・入力側テーパ一部、 ３２・・・出力側テーパ一部、 ３３．３４・・・モード安定化導体板、３５．３８・・
・入８ハ変成器、 ４０・・・多合成回路、 ４１・・・ホーンアンテナ。 特許出願人　日本放送協会 第１図 第３図 第４図 順 第６図 第７図 ろ （Ａ）（Ｂ） 第８図 ２０　２５　３０ 人力（ｄａｍ） ＝１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導波管内に、該導波管内の電界に垂直に該導波管の
   Ｈ面と同じ幅を有する複数の導体板を等間隔に挿入し、
   該複数の導体板の各々の管軸方向の先端部の延長上に管
   内波長λｇの８分の１以上の有限の長さを有する抵抗板
   をそれぞれ設けて、分配部および合成部を構成し、前記
   分配部と前記合成部とを遮蔽する中間部に信号処理部を
   配置したことを特徴とする導波管電力分配合成回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の導波管電力分配合成回
   路において、前記導波管内に該導波管の管軸に対して垂
   直な面に導体隔壁を設けて、前記分配部と前記合成部と
   を遮蔽し、前記分配部および前記合成部の各々毎に前記
   導体隔壁にあけた開口部に前記信号処理部な組み込んだ
   ことを特徴とする導波管電力分配合成回路。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の導波管電
   力分配合成回路において、前記分配部の分配用導体板上
   に、はぼ約λｇ／２の長さの門型の形状を持つ誘電体板
   および抵抗板をそれらの長手方向ガく前記導波管の管軸
   と平行になるように配設し、その位置を前記管軸に対°
   し左右に摺動しうるように構成したことを特徴とする導
   波管電力分配合成回路。 （以下、余白）