JP6950480B2 - 高周波電力合成器の管理方法及び線路短絡キャップ - Google Patents

Description

本発明は、高周波電力合成器の管理方法及びそれに用いるための線路短絡キャップに関する。

近年、車載レーダ、無線通信端末の増加により、高周波電力合成器を搭載する機器が増加している。また、高周波電力合成器の中でも、とりわけ、トランスフォーマ型の高周波電力合成器は、簡単な構成で必要な電力を簡単に得ることができるため、最も普及している（例えば特許文献１参照）。

図５は、従来のトランスフォーマ型の高周波電力合成器の一例を示す図である。図５に示すように、高周波電力合成器１００は、ｎ個の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡｎに対応する入力ポート１１−１〜１１−ｎと、伝送線路２１−１〜２１−ｎと、合成点３１と、インピーダンス変換線路４１と、出力ポート５１とを備えている。

また、伝送線路２１−１〜２１−ｎは、対応する入力ポートに接続されており、それぞれの電気長はＬに設定されている。インピーダンス変換線路４１は、合成点３１と出力ポート５１との間を結んでいる。なお、以降において、いずれかの電力増幅器を示す場合は、単に「電力増幅器ＰＡ」と表記し、いずれかの入力ポートを示す場合は、単に「入力ポート１１」と表記し、いずれかの伝送線路を示す場合は、単に「伝送線路２１」と表記する。

また、図５に示す高周波電力合成器１００においては、ｎ個の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡｎそれぞれから出力された高周波電力は、対応する入力ポート１１に入力され、その後、伝送線路２１を通過し、合成点３１で合成される。合成された高周波電力は、合成点３１からインピーダンス変換線路４１を経由することで、インピーダンス変換され、その後、出力ポート５１から出力される。

ところで、図５に示す高周波電力合成器１００では、いずれかの電力増幅器ＰＡが故障した場合に、そのまま使用を行なうと、故障したポートにおいて、回り込み電力が生じ、合成された高周波電力の出力が低下してしまう。また、故障したポート以外のポートには、反射電力が生じ、正常な電力増幅器に不具合が生じてしまう。

このような問題を解決するための方法としては、図６に示すように、高周波電力合成器１００の入力ポート１１から合成点３１まで、即ち、伝送線路２１を、入力される電力の波長の１/２の整数倍の電気長で構成することが挙げられる。図６は、図５に示した高周波電力合成器において、いずれかの電力増幅器に故障が生じた場合を示す図である。図６に示した構成とすれば、故障した電力増幅器を取りはずし、その入力ポートを開放にすることで、反射電力を最小限にして、高周波電力合成器１００を継続して使用することができる。

なお、高周波電力合成器１００において、伝送線路２１の電気長を入力波長の１/４の奇数倍にすると、反射電力が最大になる。従って、高周波電力合成器１００においては、全反射が生じないように、伝送線路２１の電気長を、入力波長の１/４の奇数倍とならないようにしつつ、できるだけ入力波長の１/２の整数倍となるようにする必要がある。

特開２００８−２８９２３号公報

ところで、図６に示したように、伝送線路２１の電気長が、入力電力の波長の１/２の整数倍に設定してあるが、入力電力の波長（周波数）は一定でない場合がある。このため、入力電力の波長が変更されると、全ての伝送線路２１の電気長も、変更後の波長に合わせて変更する必要があるが、伝送線路２１の電気長の変更は極めて困難である。

本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、高周波電力合成器において、入力電力の波長が変化した場合でも、反射電力の発生を抑制し得る、高周波電力合成器の管理方法、及び線路短絡キャップを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一側面における高周波電力合成器の管理方法は、複数の電力増幅器それぞれに対応する複数の入力ポートと、前記複数の電力増幅器それぞれから前記入力ポートを経由して入力された高周波電力を合成する合成点と、合成された前記高周波電力の伝送線路をインピーダンス変換するインピーダンス変換線路と、インピーダンス変換された前記伝送線路を経由させて前記高周波電力を出力する出力ポートとを備える、高周波電力合成器の管理方法であって、
（ａ）前記複数の電力増幅器のうちのいずれかが、対応する入力ポートから取り外された場合に、伝送線路を備え、且つ、前記伝送線路の電気長が可変可能となっている、線路短絡キャップを、取り外された電力増幅器が接続されていた前記入力ポートに、前記伝送線路の一端がそれに接続されるようにして、取り付ける、ステップと、
（ｂ）前記線路短絡キャップの前記伝送線路の他端を短絡させる、ステップと、
を有している、
ことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における線路短絡キャップは、複数の電力増幅器それぞれに対応する複数の入力ポートを備える高周波電力合成器の前記入力ポートに取り付け可能な、線路短絡キャップであって、
一端が前記入力ポートに接続でき、且つ、電気長が可変可能となるように、形成されている、伝送線路を備えている、
ことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、高周波電力合成器において、入力電力の波長が変化した場合でも、反射電力の発生を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態で管理対象となる高周波電力合成器の一例を示す図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態における高周波電力合成器の管理方法を説明する説明図であり、それぞれ一連の主なステップを示している。 図３は、本発明の実施の形態において高周波電力合成器の入力ポートに線路短絡キャップを取り付けた場合の短絡点から合成点までの電気長を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態における線路短絡キャップの構成の一例を示す斜視図である。 図５は、従来のトランスフォーマ型の高周波電力合成器の一例を示す図である。 図６は、図５に示した高周波電力合成器において、いずれかの電力増幅器に故障が生じた場合を示す図である。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における、高周波電力合成器の管理方法、及び線路短絡キャップについて、図１〜図３を参照しながら説明する。

［管理方法］
最初に、図１を用いて、本実施の形態において管理対象となる高周波電力合成器について説明する。図１は、本発明の実施の形態で管理対象となる高周波電力合成器の一例を示す図である。

まず、図１に示すように、本実施の形態において管理対象となる高周波電力合成器１０は、図５に示した高周波電力合成器１００と同様の構成を備えている。高周波電力合成器１０は、ｎ個の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡｎそれぞれに対応する入力ポート１−１〜１−ｎと、合成点３と、インピーダンス変換線路４と、出力ポート５とを備えている。

このうち、合成点３は、電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡｎそれぞれから入力ポートを経由して入力された高周波電力を合成する。インピーダンス変換線路４は、合成点３と出力ポート５との間を結び、合成された高周波電力の伝送線路をインピーダンス変換する。出力ポート５は、インピーダンス変換された伝送線路を経由させて高周波電力を出力する。

また、図１の例では、入力ポート１−１〜１−ｎは、それぞれ、対応する伝送線路２−１〜２−ｎを介して、合成点３に接続されている。また、伝送線路２−１〜２−ｎそれぞれの電気長はＬに設定されている。なお、以降において、いずれかの電力増幅器を示す場合は、単に「電力増幅器ＰＡ」と表記し、いずれかの入力ポートを示す場合は、単に「入力ポート１」と表記し、いずれかの伝送線路を示す場合は、単に「伝送線路２」と表記する。

図１に示した構成により、高周波電力合成器１０においては、ｎ個の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡｎそれぞれから出力された高周波電力は、対応する入力ポート１に入力され、その後、伝送線路２を通過し、合成点３で合成される。合成された高周波電力は、合成点３からインピーダンス変換線路４を経由することで、インピーダンス変換され、その後、出力ポート５から出力される。

例えば、各伝送線路２の特性インピーダンスがＺ［Ω］、電気長がＬであるとすると、合成点３における特性インピーダンスは、Ｚ［Ω］／ｎとなる。また、この場合、インピーダンス変換線路４は、Ｚ［Ω］／ｎからＺ［Ω］までのインピーダンス変換を実行する。

そして、図１に示した構成において、電力増幅器ＰＡｉが故障したとする。この場合、他の通常運用中の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ（ｉ−１）、及びＰＡ（ｉ＋１）〜ＰＡｎから、故障している電力増幅器ＰＡｉへと回り込み電力が発生する。また、通常運用中の電力増幅器ＰＡ１〜ＰＡ（ｉ−１）、及びＰＡ（ｉ＋１）〜ＰＡｎでは、反射電力が生じる。

続いて、図２を用いて、本実施の形態における高周波電力合成器の管理方法について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態における高周波電力合成器の管理方法を説明する説明図であり、それぞれ一連の主なステップを示している。

まず、図１に示す高周波電力合成器１０において、上述したように電力増幅器ＰＡｉが故障したとする。この場合、図２（ａ）に示すように、高周波電力合成器１０の管理者は、高周波電力合成器１０の運用を一旦停止し、故障している電力増幅器ＰＡｉを入力ポート１−ｉから取り外す。ｉはｎ以下の自然数である。

次に、図２（ｂ）に示すように、高周波電力合成器１０の管理者は、取り外された電力増幅器ＰＡｉが接続されていた入力ポート１−ｉに、伝送線路を備える線路短絡キャップ６を、伝送線路の一端が入力ポート１−ｉに接続されるようにして、取り付ける。また、線路短絡キャップ６においては、後述するように、伝送線路の電気長Ｌｉは可変可能となっている。続いて、高周波電力合成器１０の管理者は、取り付けた線路短絡キャップ６の伝送線路の他端を短絡させる。図２（ｂ）において、７は短絡点を示している。

更に、管理者は、本実施の形態では、図３に示すように、線路短絡キャップ６の伝送線路の他端の短絡点７から合成点３までの電気長が、電力増幅器ＰＡが出力する高周波電力の波長λの４分の１の奇数倍（Ｌ＋Ｌｉ＝（２Ｎ−１）λ／４）となるように、伝送線路の電気長を設定する。Ｌは、短絡点７から合成点３までの電気長のうち、線路短絡キャップ６の電気長Ｌｉを除いた長さである。よって、一部の電力増幅器ＰＡが故障しても、反射電力を最小限に抑えて高周波電力合成器１０を使用することができる。図３は、本発明の実施の形態において高周波電力合成器の入力ポートに線路短絡キャップを取り付けた場合の短絡点から合成点までの電気長を示す図である。

また、本実施の形態では、線路短絡キャップ６は、伝送線路の電気長Ｌｉが可変可能となるように構成されている。このため、入力電力の波長λが変化した場合でも、反射電力の発生を抑制することができる。線路短絡キャップ６の具体的構成については、図４を用いて後述する。

また、本実施の形態では、線路短絡キャップ６の代わりに、電気長Ｌｉが固定された複数の線路短絡キャップが用いられていても良い。この場合、各線路短絡キャップの電気長Ｌｉは、それぞれ異なり、対応する周波数に合せて、Ｌ＋Ｌｉ＝（２Ｎ−１）λ／４となるように設定される。

つまり、この態様では、周波数毎に、線路短絡キャップが用意されているため、管理者は、電力増幅器ＰＡが出力する高周波電力の周波数に応じて適切な線路短絡キャップを選択し、選択した線路短絡キャップを、取り外された電力増幅器ＰＡｉが接続されていた入力ポート１−ｉに取り付ける。

更に、本実施の形態では、線路短絡キャップ６の代わりに、複数の開放キャップが用いられていても良い。この場合、各開放キャップの電気長Ｌｉは、それぞれ異なり、Ｌ＋Ｌｉ＝Ｎλ／２となるように設定される。

［線路短絡キャップの構成］
続いて、図４を用いて、本実施の形態における線路短絡キャップの構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態における線路短絡キャップの構成の一例を示す斜視図である。

図４に示すように、線路短絡キャップ６は、高周波電力合成器１０の入力ポート１に取り付け可能に形成され、一端が入力ポート１に接続できる伝送線路を備えている。また、線路短絡キャップ６は、この伝送線路の電気長が可変可能となるように形成されている。

具体的には、図４に示すように、線路短絡キャップ６は、第１の導体６１と、第２の導体６２と、第３の導体６３とを備えている。第１の導体６１は、筒状に形成されている。第２の導体６２は、第１の導体６１の筒の内部を貫通可能な棒状に形成されている。第３の導体６３は、第２の導体６２を第１の導体６１に貫通させた状態で保持して、第１の導体６１と第２の導体６２を導通させる。

また、線路短絡キャップ６において、伝送線路は、第１の導体６１、第３の導体６３及び第２の導体６２によって形成されている。そして、第２の導体６２のいずれかの端部が伝送線路の一端となり、第１の導体６１の第３の導体６３に接触している部分の外面が他端（短絡点７）となる。また、第３の導体６３は、第１の導体６１を軸としてスライドすることができるため、第３の導体６３の位置の変更によって、伝送線路の電気長が可変する。

このように、図４に示す線路短絡キャップ６によれば、第３の導体６３をスライドすることで、短絡点７の位置を調整することができる。具体的には、短絡点７から合成点３までの電気長を、電力増幅器ＰＡが出力する高周波電力の波長λの４分の１の奇数倍（（２Ｎ−１）λ／４）にするとする。この場合、伝送線路の電気長Ｌを考慮して、第３の導体６３の位置は、線路短絡キャップ６自体の電気長Ｌｉが（（２Ｎ−１）×λ／４−Ｌ）となるように調整される。

［実施の形態における効果］
以上のように本実施の形態によれば、高周波電力合成器１０の伝送線路の電気長を線路短絡キャップによって可変させることができるため、高周波電力の周波数に依存することなく、電力増幅器の故障時に発生する反射電力を抑制できる。また、高周波電力合成器１０の伝送線路２の電気長は任意の電気長で良いため、伝送線路２の電気長を短くでき、高周波電力合成器１０の小型化を図ることも可能となる。

また、伝送線路２の長さを変更することは、高周波電力合成器１０の内部構造を変更する必要があるため極めて困難であり、コストが生じてしまう。これに対して、線路短絡キャップ６の伝送線路の電気長は簡単に変更できるため、伝送線路２そのものを取り換える必要がなく、コストの削減も図られる。

また、線路短絡キャップは、入力ポート１に挿入されるだけなので、線路短絡キャップのために、高周波電力合成器１０において、専用のスペースを確保する必要もない。更に、従来のように、入力ポートが開放された状態であると、高周波電力が漏洩するという問題が発生するが、本実施の形態ではこのような問題は解消される。

以上のように本発明によれば、高周波電力合成器において、入力電力の波長が変化した場合でも、反射電力の発生を抑制することができる。本発明は、高周波電力合成器が用いられる種々の分野に有用である。

１−１〜１−ｎ 入力ポート
２−１〜２−ｎ 伝送線路
３ 合成点
４ インピーダンス変換線路
５ 出力ポート
６ 線路短絡キャップ
７ 短絡点
１０ 高周波電力合成器
ＰＡ１〜ＰＡｎ 電力増幅器
６１ 第１の導体
６２ 第２の導体
６３ 第３の導体

Claims (4)

1. 複数の電力増幅器それぞれに対応する複数の入力ポートと、前記複数の電力増幅器それぞれから前記入力ポートを経由して入力された高周波電力を合成する合成点と、合成された前記高周波電力の伝送線路をインピーダンス変換するインピーダンス変換線路と、インピーダンス変換された前記伝送線路を経由させて前記高周波電力を出力する出力ポートとを備える、高周波電力合成器の管理方法であって、
   （ａ）前記複数の電力増幅器のうちのいずれかが、対応する入力ポートから取り外された場合に、伝送線路を備え、且つ、前記伝送線路の電気長が可変可能となっている、線路短絡キャップを、取り外された電力増幅器が接続されていた前記入力ポートに、前記伝送線路の一端がそれに接続されるようにして、取り付ける、ステップと、
   （ｂ）前記線路短絡キャップの前記伝送線路の他端を短絡させる、ステップと、
   を有している、
   ことを特徴とする高周波電力合成器の管理方法。
2. （ｃ）前記伝送線路の他端から前記合成点までの電気長が、前記複数の電力増幅器が出力する高周波電力の波長の４分の１の奇数倍となるように、前記伝送線路の電気長を設定する、ステップを更に有する、
   請求項１に記載の高周波電力合成器の管理方法。
3. 複数の電力増幅器それぞれに対応する複数の入力ポートを備える高周波電力合成器の前記入力ポートに取り付け可能な、線路短絡キャップであって、
   一端が前記入力ポートに接続でき、且つ、電気長が可変可能となるように、形成されている、伝送線路を備えている、
   ことを特徴とする線路短絡キャップ。
4. 筒状の第１の導体と、
   前記第１の導体の内部を貫通可能な棒状の第２の導体と、
   前記第２の導体を前記第１の導体に貫通させた状態で保持して、前記第１の導体と前記第２の導体とを導通させる、第３の導体と、を備え、
   前記伝送線路は、前記第１の導体、前記第３の導体及び前記第１の導体によって形成され、
   前記第３の導体の位置の変更によって、前記電気長が可変する、
   請求項３に記載の線路短絡キャップ。
   

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