JPS63500840A - 位相補償ハイブリッドカップラ - 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】 位相補償ハイブリッドカップラ この発明は２つの導波管間に結合された電磁波に対して本質的な直交関係、若し くは９０°の移相量を導くハイブリッドカップラに関し、特に前記９０°の移相 量のために補償するための各導波管の移相器を含む結合デバイスに関する。

ハイブリッドカップラは、別の導波管に対する１つの導波管に於いて、電磁エネ ルギーの一部を結合するマイクロ波回路で大いに使用される。多くの場合、結合 比は前記２つの導波管中で等しい分割パワーを作り出すように半分となる。他の 場合、前記パワーの四分の−または十分の−のような少量のパワーは、１つの導 波管から第２の導波管へ結合することができる。ハイブリッドカップラとして知 られるカップラの共通の形状として、前記２つの導波管は共通壁を共有するよう な平行関係に於けると共に、互いに隣接して導かれる。前記共通壁の開口は、前 記電磁エネルギーの前記結合のために提供する。

問題は、前記ハイブリッドカップラが第１の導波管から第２の導波管に結合した 電磁波に対して９０″の移相を導くことに於いて発生する。フェーズド・アレイ アンテナのための共同フィードのような多くのパワー分割状態に於いて、それは 前記２つの導波管の電磁波間の位相の一様性を持続するために望ましいものであ る。前記２つの導波管間の９０°の移相、若しくは直交関係の存在のため、それ は前記２つの導波管の輻射エネルギーに位相補正を導くために必要となるもので ある。

この問題の１つの解釈は、２つの導波管の移相を一様にするために、結合部開口 から下流に、第１の導波管の中に移相器の導入をしてきた。第２の導波管の９０ °の移相は位相の遅れであり、従って前記移相器は前記第１の導波管に沿って配 置された容量性素子の列から成る。

この問題の前述の解釈で、要求された９０°の移相を導くために効果的な長さの 容量性移相器は、アンテナを給電するためのマイクロ波ネットワークで使用する ために過度に長く、且つ重いものである、という不利益を被る。このようなマイ クロ波ネットワークは、多数の導波管ブランチを代表的に有する。故に、前記ネ ットワークの成分に対する付加的な長さ及び重量の採用は、衛星によって伝えら れたアンテナによるような移動用途の設備のための有望でない前記ネットワーク を表現する全体のネットワークの重大な拡張に起因する。更に、前述の解釈の更 なる不利益は、このような移相器が分散的な周波数となる結果的な移相器に伴う 周波数に大いに依存すべく立証されたものであるという事実である。前記直交関 係のための正確な補償は、周波数の狭帯域または単鎖のためにのみ得られてきた 。したがって、不必要な移相の前述の問題は、前記マイクロ波成分の大きさ及び 重量の削減のために許す手法１．：於いて解決できなかった。

発明の摘要 前述の問題が克服されると共に、他の利益は２つの導波管が並んだ関係で位置さ れる導波管ハイブリッドカップラを補償した位相によって提供されるもので、前 記導波管の各々は２つの短壁によって接合された２つの長壁を有する方形の断面 で配置された金属壁の形状とされる。前記２つの導波管は、共通の短壁を共有す る。前記結合部開口はハイブリッド結合を提供するために前記共通の短壁の内部 に位置される。−９０１′の移相量は、前記共通壁の前記開口を経て第１の導波 管から第２の導波管に、電磁エネルギーのハイブリッド結合によって本質的に導 かれる。前記カップラの入力端子は、前記結合部開口の片側上の第１の導波管に 位置される。２つの出力端子は前記ハイブリッドカップラのために提供されるも ので、これらの出力端子は第１の導波管で位置される中継ポートとなると共に、 結合されたボートは前記入力端子がら離れて前記結合部開口の片側上で第２の導 波管に位置される。

この発明に従って、位相補償は前記中継ポートに隣接した第１の導波管に於ける 第１の移相器、及び結合ボートに隣接した第２の導波管に於ける第２の移相器を 構成することによって達成される。前記第１の移相器は、前記導波管の長壁上に 位置された容量性絞りのセットが構成されるものであり、且つ一４５°の移相量 を導いている。第２の移相器は、前記導波管の短壁上に位置された誘導性絞りの セットが構成されるものであり、そして＋４５°の移相量を提供するために、前 記導波管の２つの長壁間に伸長している。前記導波管の各々は、前記結合部開口 を経て輻射エネルギーの結合を高める縮小された断面を提供するために、前記結 合部開口と反対側の短壁上に配置されたアバツトメントに伴って提供される。

前記アバツトメントは、僅かに無視してよい小さな反射係数を導くような自由空 間波長に関連して、十分に小さいものである。前記補償されたハイブリッドカッ プラの前述の配置は、衛星通信の使用のための送信及び受信通信チャンネルを分 離を考慮するために十分に広帯域となる。

図面の簡単な説明 この発明の前述の態様及び他の特徴は、添付の図面に関連して得られる以下の説 明で明白にされる。

第１図はこの発明の補償カップラの端面図、第２図は第１図の２−２線に沿って 切取った前記カップラの平面図、 第３図は第１図の３−３線に沿って得られる前記カップラの縦断面図、 第４図は第１図の４−４線に沿って得られる前記カップラの縦断面図、 第５図は前記補償カップラの２つの移相の部分の各々のための移相対周波数のグ ラフである。

詳細な説明 第１〜４図に関連して、ハイブリッドカップラｌＯは電磁エネルギーの結合のた めに、この発明に従って構成される。前記カップラ１０は、第１の導波管１２と 第２の導波管１４で形成されており、これらの各々は、長豐と短壁の比が２：１ の形状の方形の断面となる。１２ＧＨｚ（ギガヘルツ）のマイクロ波周波数での 動作で、導波管タイプＷＲ−７５が使用される。

前記導波管の各々は、２つの長壁、すなわち頂部壁１６及び底部壁１８を有して おり、これらは短壁、すなわち外側の側壁２゜と、２つの導波管１２及び１４の 各々の内側の側壁として供給される共通壁２２によって接合されるものである。

カップラ１ｏは非常に広帯域のデバイスであり、この発明の好ましい実施例では １１．７ＧＨ２から１４．５ＧＨｚに広がる動作範囲を有する。

この発明に従って、前記カップラ１０は前記２つの導波管１２及び１４間で電磁 エネルギーのハイブリッド結合パルス位相補償の二重機能を提供する。前記電磁 エネルギーの結合は、前記共通壁２２に位置されたゲート２４によってなし遂げ られる。

３ｄＢ（デシベル）の結合で、前記ゲート２４は、常に開かれると共に、導波管 １２または１４の何れかの縦軸に沿って測定されるように、電磁エネルギーの１ 自由空間波長にほぼ等しい固定された長さとなる。より少ない結合量のため、前 記ゲート２４の長さは減ぜられるもので、例えば６ｄＢの結合故に０．８導波管 になる。

カップラ１０は中継ポート２６及び結合ポート２８として示される２つの出力端 子を有しており、それぞれ導波管１２及び１４の端部に位置する。前記カップラ １ｏは、更に中継ポート２６の反対側の第１の導波管１２の端部に位置した入力 ポート３０と、前記結合ポート２８の反対側の第２の導波管の端部に位置した絶 縁ポート３２から成る。前記絶縁ポート３２は、第２の導波管１４のそれに整合 されたインピーダンスを有する無反射負荷を表す抵抗器３４に概略的に接続され て示される。このような負荷（図示せず）は、カップラ１０の動作周波数で電磁 エネルギーを吸収する周知のウェッジの形状に於いて代表的に構成されると共に 、フランジ（図示せず）によって前記絶縁ポート３２に接続される導波管（図示 せず）の部分の内部に便利に取付けられる。使用に於いて、カップラ１０はマイ クロ波回路（図示せず）の成分に接続され、このような成分は前記カップラ１０ の前記ポート２６．２８及び３０に対するフランジ（図示せず）によって、在来 的な手法で接続される導波管付属品を含んでは、直交側壁の短いスロットのハイ ブリッドカップラの配置を提供する。マイクロ波信号は９０°の位相の遅れを被 る前記ゲート２４を経て前記２つの導波管間で結合し、この移相は直交側壁の短 スロットのハイブリッドカップラの周知の動作で高められる。多くのマイクロ波 回路として、それらのフェーズドアレイアンテナのような、このような移相は不 必要であり、且つ位相補償の幾つかの種類は、２つの導波管１２及び１４の前記 マイクロ波信号間の位相を等しくするために要求される。

この発明はゲート２４を越えて第１の導波管１２に位置した４つの容量性絞りの セット、及び前記ゲート２４を越えて第２の導波管１４に位置した４つの誘導性 絞り３８のセットの使用によって必要な位相補償を提供する。前記導波管１２の 容量性絞り３Ｂの配置は、前記中継ポート２６で４５°の移相の後れを導く移相 器４０を構成する。前記導波管１４の前記誘導性絞り３８の配置は、前記結合ポ ート２８で４５°の移相の進みを導く移相器４２を構成する。−９０°の変化の 組合わせは、中継ポート２６で前記移相器４０によって導かれた一４５″の変化 を釣合わせる結合ポート２８で正味−４５＠の変化を提供する移相器４２により 導かれた＋４５″の変化に伴う前記ゲート２４で導かれる。

確かな状態でカップラ１０を使用するために、衛星によって搬送されたアンテナ を経て三方式の通信を保有するマイクロ波回路のように、それは２チャンネル間 のクロストークを妨げる空帯により、周波数範囲の間隔が離れた送信チャンネル 及び受信チャンネルに便宜を図る十分に広い帯域幅に伴い、前記カップラ１０を 構成するために望ましいものである。前記カップラｌＯの増加した帯域幅は、ゲ ート２４の中心線上の外側の側壁２０に位置された段状のアバツトメント４４の 使用によってなし遂げられる。前記アバツトメント４４は、ゲート２４を経て輻 射エネルギーの結合を高めるために前記ゲート２４で導波管１２及び１４の幅を 減する。

アバツトメント４４の各々は、３段の段板４８Ａ−Ｅ及びけ込み４８Ａ−Ｅから 構成される。アバツトメント４４の寸法は、所望の帯域幅を達するために調整す ることができる。前記自由空間波長の限界の代表的な寸法は、以下の通りである 。全長は１１／４波長であり、段板４６Ｃは１／２波長、段板４６Ｂ及び４８Ｄ は各々１／４波長、そして段板４ＢＡ及び４６Ｅは各々１／８波長である。け込 み４８Ａ及び４８Ｅは０．０５０インチであり、け込み４８Ｂ及び４８Ｄは各々 ０．０４５インチ、そして前記段板４８Ｃの両側のけ込み４８Ｃは各々０．０６ ０インチである。前記は込みの各々は、アバツトメント４４からの反射を最小限 にするように１／１０波長より短いということが注意される。

移相器４０の構成に関連して、２つの中央の絞り３６は１７８波長に等しい高さ であり、これは前記カップラ１０の動作周波数の０．１１０インチになる。絞り のセットの端部での、残存する２つの絞り３６は、はぼ１／１６波長の長さに等 しく、長さは前記カップラ１０の動作周波数の０．０８０インチに及び、これは 前記中央の絞り３６の高さより低いものである。導波管１２の軸に沿って測定す るように、前記絞り３６の各々の厚さは、１／８波長である。絞り３６の継続的 な厚さの間の中心間隔は、導波管の波長の１／４である。導波管軸に対して横方 向に於いて測定されるように、絞り３６の各々の幅は、はぼ０．２インチとなる 。容量性絞り３６に隣接した前記壁２２のセグメントの長さは、１．ツイフチで ある。前記容量性絞り３Ｂは、２つの側壁２０及び２２間の中央に間隔が開けら れる。容量性絞り３６が底部壁１８から上方に伸びるように示される一方、二者 択一的に、これらが頂部壁１Ｂから下方に伸びるように構成することができる、 ということが注意される。

移相器４２の構成に関連して、２つの中央の誘導性絞り３８は、０．１１５イン チの間隔で外側の壁２０から伸びると共に、絞りのセットの外側の端部で残存す る２つの絞り３８は短い間隔、すなわち０．１１０インチで前記側壁から伸びる 。前記誘導性絞り３８の中央の間の間隔は、導波管波長の１／４となる。

前記導波管１４の軸に沿って測定するように、誘導性絞り３８の厚さは、はぼ１ ／８自由自由波長となる。

前記カップラｌＯの他の寸法は、以下の通りである。前記入力ポート３０に隣接 した共通壁２２の部分は、０．フインチと測定される。導波管１２及び１４の各 々の側壁２０及び２２間の間隔は０．７５インチであり、これはほぼ３／４波長 となる。前記カップラｌＯの全長は３．６インチである。

カップラｌＯの構成に於いて、真鍮またはアルミニウムが、絞り３６及び３８、 そしてアバツトメント４４と同様に導波管壁の両者の構成に於いて使用される。

前記金属の両者は、適切な導電率を提供し、アルミニウムはそれが重量を減する ために望まれるとき、使用される。アバツトメント４４及び誘電性絞り３Ｂの両 者は、前記頂部壁１θと底部壁１８間の十分な間隔を広げる。容量性の絞りが短 壁の間の十分な間隔で広げて構成できる一方、所望の移相及び帯域幅は前述の注 意のように、幅に伴った容量性絞り３６を構成することによる好ましい実施例で 得られてきており、それは第１の導波管１２の２つの側壁２２及び２０を幾分か だけ伸ばす。

動作に於いて、前記カップラ１０は出力端子２６及び２８の中に導かれた位相補 償に伴ったＫｕ帯域側壁の短スロツトハイブリッドカップラとして動作する。前 記位相補償は、周波数に於いて分散的でな１１ものであり、そして移相構成は広 帯域パワー区分ネットワークの使用のため、コンパクトな軽量アセンブリの結合 デバイスの構成を可能にする。前記容量性移相器４０は、中継ポート２６で一４ ５°の移相量を導く。前記誘導性移相器４２は、第２の導波管１４の＋４５°の 移相量を導き、その移相量は前記ハイブリッド結合によって導かれた一９０°の 移相量で代数的に結合される。前記第２の導波管１４の＋４５°の移相量及び− ９０°の移相量の代数結合は９、結合ポート２８で一４５°の結果として生ずる 移相を作り出し、この結果として生ずる移相は中継ポート２６での一４５°の移 相に等しいものである。故に、入力ポート３０に対する輻射エネルギーの適用に よって、前記中継ポート２６及び結合ポート２８が伸びる結果的な電磁波は、互 いの位相に於けるものである。

第５図はこの発明の特徴を示すもので、前記移相器４０及び４２の周波数分散的 特性が互いに追跡する。周知のように、成る周波数での移相によって導いた移相 は、別の周波数で導いた前記移相から少々異なる。カップラ１０は周波数の広い 範囲に渡って使用すべきであり、従って移相の何れの周波数依存状態もまた補正 しなければならない。前記誘導性絞り３８及び容量性絞り３６の移相の公称値が それぞれ＋４５″及び−４５’である一方、移相の事実上の値は周波数の機能と して前記公称値から変化する。第５図に示されるように、誘導性移相器４２は周 波数の低い値で＋４５°より多い移相量を導き、前記移相量の値は周波数の高い 値のために公称値の方へ下ろしている。前記容量性移相器４０によって導いた移 相量は、周波数の低い値のために公称値より低いものであり、且つ高い周波数で の前記公称値に対して増加する。

しかしながら、この発明の重要な特徴に従って、誘導性絞りの列及び容量性絞り の列によって導いた移相間の差異は、利害の帯域に於ける周波数の範囲に渡って ９０°で不変に残存する。故に、前記カップラ１０は、ハイブリッドカップラと 関連して本質的な９０″の移相量の広帯域補償のために提供するよう、移相の変 化を誘発する周波数のために補償する。

第５図に示されるように、誘導性絞りの列のための上方の線は、容量性絞りの列 を表している低い線を正確に追跡する。

これによって、前記カップラ１０の位相補償は、この発明の補償が周波数分散の 自由となる前述の有効な移相補償的デバイスに渡る主要な利益を達する。この利 益は、縮小されたパッケージの大きさ及び減ぜられた重量の機械的利益に関連し て達せられる。

この発明の前述の実施例は例証とされるだけであり、その変形が当業者によって 生ずることができるということが理解されるべきである。したがって、この発明 はここで説明された実施例に制限されるべきものではないが、付属の請求の範囲 によって明白にされるものにのみ限定されるべきである。

ＦＩＧ−５− 国際調査報告 Ａ、’ＪＮＥＸ　Ｔｏ　、ＫＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲ ＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の導波管及び第２の導波管と、前記第１及び第２の導波管間で輻射エネ ルギーを結合するもので、前記第１の導波管から前記第２の導波管に結合された 輻射エネルギーに所定の移相量を導く結合手段と、前記第１の導波管に位置し、 前記所定の移相量と同符号を有する第１の補償移相を導く第１の移相器と、前記 第２の導波管に位置し、前記所定の移相量に対する符号と反対でこのような前記 所定の移相量の代数和と共に前記第２の導波管の輻射エネルギーに伝えるもので 、前記第１の導波管の輻射エネルギーに伝える前記第１の補償移相の量に等しい 前記第２の補償移相を導く第２の移相器とを具備する位相補償導波管ハイブリッ ドカップラ。
2. ２．前記導波管の各々は長壁及び短壁を備える方形の断面で組立てられた金属壁 から成り、前記結合手段は前記導波管のそれぞれの壁で短壁を経て前記導波管の 各々に係合する請求の範囲第１項記載のカップラ。
3. ３．前記第１及び前記第２の導波管は互いに隣接すると共に共通の短壁としての 短壁を共有し、前記結合手段は前記共通壁に開口を備える請求の範囲第２項記載 のカップラ。
4. ４．前記第１の導波管に位置した入力端子を更に具備し、前記第１の移相器は前 記長壁の１つに沿って配置した複数の容量性絞りを備え、前記容量性絞りは前記 長壁の１つから前記長壁のもう一方に幾分か伸びると共に前記両方の短壁から離 れて間隔が開けられる請求の範囲第３項記載のカップラ。
5. ５．前記第１の導波管に位置した入力端子を更に具備し、前記第２の移相器は前 記短壁の１つに沿って配置した複数の誘導性絞りを備えると共に前記長壁の１つ から前記長壁のもう一方に伸びる請求の範囲第３項記載のカップラ。
6. ６．前記第１の移相器は前記長壁の１つに沿って配置した複数の容量性絞りから 成り、前記容量性絞りは前記長壁の１つから前記長壁のもう一方に幾分か伸びる と共に前記両方の短壁から離れて間隔が開けられる請求の範囲第５項記載のカッ プラ。
7. ７．前記第１及び前記第２の移相器は前記入力端子と反対側で前記結合手段側に 位置される請求の範囲第６項記載のカップラ。
8. ８．前記第１の導波管と前記第２の導波管間で輻射エネルギーの結合を高めるた めに前記結合手段での前記導波管の各々の断面を縮小する手段を更に具備する請 求の範囲第７項記載のカップラ。