JPH0666569B2

JPH0666569B2 - 半径方向および軸線方向パワ−デイバイダおよびコンバイナ

Info

Publication number: JPH0666569B2
Application number: JP61099528A
Authority: JP
Inventors: ジエリア・ピー・バデイパーテイ
Original assignee: スペイス・システムズ・ローラル・インコーポレイテッド
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1986-05-01
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: DE3687863T2; CA1245308A; EP0209214A3; US4647879A; JPS6214407A; EP0209214B1; EP0209214A2; DE3687863D1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電磁パワーを分割および結合するデイバイダお
よびコンバイナに関する。

従来の技術米国特許第4,234,854号には入力パワーを分割し、各分
割されたパワーを増幅し、そしてそれらを再結合する半
径方向構造体を含む増幅器が開示されている。この装置
は本発明のものとは次の点で相違している。第１は上記
米国特許では唯一の出力が軸線方向であるのに対し、本
発明では半径方向と軸線方向の両方である。第２は上記
米国特許では入力パワーを増幅するが、本発明では増幅
しない。第３は分割された各パワーの位相および振幅を
制御することが上記米国特許では非常に困難である。

米国特許第4,263,568号、第4,328,471号、および4,371,
845号に開示された半径方向パワーデイバイダは本発明
のように軸線方向出力を有さない。

米国特許第4,129,839号、第4,254,386号、および第4,46
3,326号に開示された平坦なディバイダは本発明のよう
に等間隔で半径方向に配置された部材あるいは軸線方向
の部材を有さない。

発明が解決しようとする問題点このように従来のパワーデイバイダおよびコンバイナは
出力が半径方向のみまたは軸線方向のみであるので用途
が限定され、また分割した各パワーの位相および振幅の
制御が困難であり、さらに構造が複雑で高価である等の
欠点があつた。

問題点を解決するための手段本発明の電磁パワーデイバイダおよびコンバイナは同軸
ケーブルの内部導体のような細長い入力導体（10）を有
し、この入力導体（10）は電磁入力エネルギを搬送す
る。入力導体（10）に対してほぼ直角をなす実質的に平
坦な層（３）は該入力導体に関しておおむねその半径方
向に配置されたＮ個の細長い導体（31）を含み、各導体
（31）は入力導体（10）から与えられるパワーを等しい
割合で搬送する。半径方向出力である各導体（31）は入
力導体（10）に直接電気的に結合される。入力導体（1
0）とほぼ同じ直線上にあり平坦な層（３）の誘電体部
分（30）によつて入力導体（10）から分離された細長い
軸線方向出力導体（20）が設けられている。

入力導体（10）はＮ個のデイバイダインピーダンス変成
器（14）によつて半径方向導体（31）に結合されてい
る。各インピーダンス変成器（14）は設計周波数におい
てほぼ１／４波長長く、誘電体円盤（12）上に半径方向
に配置されている。同様に、軸線方向出力導体（20）は
コンバイナの誘電体円盤（22）上に半径方向に配置され
たＮ個のコンバイナインピーダンス変成器（24）によつ
て半径方向導体（31）のそれぞれと容量結合される。デ
イバイダの誘電体円盤（12）および入力導体（10）はデ
イバイダ構造体（１）の主要な構成要素である。同様
に、コンバイナの誘電体円盤（22）および軸線方向出力
導体（20）はコンバイナ構造体（２）の主要な構成要素
である。デイバイダ構造体（１）およびコンバイナ構造
体（２）は同一であることが好ましい。各対の変成器
（14、24）はパワーカツプラを構成する。

誘電体層（30）の厚さは軸線方向出力導体（20）に結合
するパワーの割合を調整する。このパワーの割合の微同
調はデイバイダ構造体（１）とコンバイナ構造体（２）
の相対的回転によつて行なえる。

実施例以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例につ
いて詳細に説明する。

例示の実施例においては、Ｎは６であるけれど、物理的
密集の制約を受けるだけでＮは任意の正の整数でよい。

入力導体10は同軸ケーブルの中心導体して図示されてい
る。この同軸ケーブルは外側導体11が誘電体円盤12の上
部電性表面13（各図面上の上部）に接地接続されてい
る。導電性表面13は一般には円盤12に被着された薄い金
属化層である。入力導体10は円盤12を貫通し、円盤の底
面側でＮ個のインピーダンス変成器14よりなる半径方向
回路網の中心点に接続されている。これならインピーダ
ンス変成器14は実質的に同一でかつ円盤12のまわりに等
間隔で半径方向に配置されていることが好ましい。

各インピーダンス変成器14はテーパー状をなし、狭い方
の端部が円盤12の底面の中心において導体10に接続さ
れ、広い方の端部はこの中心から半径方向外側に配置さ
れている。インピーダンス変成器14の幅は所望のインピ
ーダンスの関数である。各インピーダンス変成器14の長
さは電磁波の周波数および所望のインピーダンス変成比
の関数である。例えば、導体10から見た入力インピーダ
ンスが50Ωであり、この50Ωのインピーダンスを各半径
方向出力31において維持したい場合には、各インピーダ
ンス変成器14は6:1の変成器でなければならない。何故
ならば、6:1の変成器ならばインピーダンスを50Ωから
円盤12の中心において300Ωに変換するからである（６
つの並列の300Ωのインピーダンスは１つの50Ωのイン
ピーダンスに等しくなる）。

通常はインジウムまたは金のかたまりである同調スタブ
15が微同調を行なうために所望のように変成器14に配置
される。変成器14は例えば銅の薄い導電性層であること
が好ましい。半径方向出力31においてパワーの平衡およ
び好ましくは位相の平衡も維持することが望まれるか
ら、円盤12の中心の領域における変成器14の寸法は臨界
的である。写真印刷技術が所望の精度を保持するために
有益に使用できる。例えば、所望の幾何学的配列および
最終のデイバイダおよびコンバイナの寸法よりかなり大
きな寸法の図面は高精度につくれる。この図面を誘電体
円盤12上の銅をエツチングする所望の寸法のマスクに減
少させるために写真技術を使用する。かくして、最初の
図面が原寸通りにつくられた場合よりも精度が高くな
る。大量生産を容易にする追加の利点がある同様の技術
がコンバイナ構造体２に対して使用される。

判径方向出力31は誘導体板30の上部表面に被着された例
えば銅をエツチングした薄い導電性の層である。各半径
方向出力31はその半径方向内端においてスタブ32で終端
しており、各内端は変成器14の対応する１つの半径方向
外端と電気接続を行なう。分離用抵抗33が各対の半径方
向出力31間に、対応するスタブ32の半径方向外端におい
て接続されている。これら抵抗33は実質的に抵抗値が等
しく、かつ円盤12より薄いが出力31および変成器14の導
体の厚さより相当に厚いことが好ましい。円盤12は抵抗
33によつて形成されるリング（第３図参照）内に丁度は
まるように寸法が選定されている。例示の実施例では、
抵抗33はそれぞれ100Ωと150Ωの間の抵抗値を有する。
抵抗33の機能は半径方向出力31のそれぞれの位相を拘束
することである。かくして、各半径方向出力31に沿う任
意の与えられた距離において位相は実質的に同一であ
る。この特性は、パワーが各半径方向出力31に沿う任意
の距離において実質的に同じであるという事実と結合さ
れて、例えば半径方向出力31がアンテナに給電するとき
のような多くの応用例において非常に望ましいことであ
る。

誘電体板30の底面にＮ個の導電性スタブ42（第３図参
照）が円板12の場所に対応する円の周囲に沿って等間隔
で配置されている。これらスタブ42は誘電体板30の他側
に位置しているＮ個のスタブ32と整列されており、かつ
この誘電体板30によつてそれらと物理的におよび電気的
に分離されている。従つて、各対の変成器14および24は
誘電体板30を挟んで容量的に結合され、電磁パワーが変
成器14から24へ流れることを可能にする。分離用抵抗43
が隣接する各対のスタブ42間に電気的に接続されてい
る。これら抵抗43は抵抗値が互いに等しく抵抗33の抵抗
値と等しいことが好ましい。抵抗43の機能は同じく固定
の位相関係を維持することである。コンバイナ構造体２
はデイバイダ構造体１と同一で、かつこのデイバイダ構
造体１と軸線方向に整列されることが好ましい。従つ
て、コンバイナ円盤22は誘電体材料より製造される。円
盤22の下面は導電性層23によつて覆われており、同軸ケ
ーブルの外側導体21がこの導電性層23に接続され、その
中心導体は軸線方向出力導体20を構成する。インピーダ
ンス整合用スタブ25をそれぞれ有するＮ個のコンバイナ
インピーダンス変成器24は円盤22の上面に等間隔で半径
方向に配置されている。各変成器24の広い方の端部はス
タブ42の１つと電気的に接触している。この構成によれ
ば、６つのインピーダンス変成器14から６つのインピー
ダンス変成器24のそれぞれに結合されたパワーは軸線方
向出力導体20に結合されることになる。軸線方向エネル
ギのごく少量が導体10および20の端部間に容量結合によ
つて結合される。軸線方向の結合の量は主として誘電体
板30の厚さによつて調節できる。代表的には約50％であ
る最大の軸線方向結合を得るためには、誘電体板30を可
能な限り薄くするべきである（勿論、有限の厚さを持つ
必要がある）。与えられた厚さの誘電体板30で最大の軸
線方向の結合が得られるのは、各対の変成器14、24が軸
線方向に整列されたときである。円盤12および22を相対
的に少し回転させることにより最大軸線方向結合点から
意識的に同調をずらすことができるという利点もある。
例えば、50％の軸線方向の結合を有することが望まれる
場合には、各対の変成器14、24間の全体の軸線方向の整
列状態が約55％の軸線方向結合をもたらすように装置を
設計する。次いで、円盤12、24を相対的にごく僅か回転
させ、所望の50％の軸線方向結合が得られる位置まで同
調をずらす。一般には、軸線方向の結合の最大値が実際
に所望される結合値より僅かに大きくなるように装置が
設計される。これは同調の度合を下げることはできる
が、最大値以上に大きくすることはできないからであ
る。

代表的には、Ｎならびに軸線方向と半径方向の出力パワ
ー比Ｒはシステムの要件に基づいてあらかじめ選択され
る。ＲはPa／Pr2と定義される。ここでPaは出力導体20
から得られる軸線方向パワーの量であり、またPr2は各
半径方向出力31を流れるパワーの量である。次に、容量
結合係数Ｃ＝Pr3／Pr2が式Ｃ＝Ｒ／Ｎから計算される。
ここでPr3は各コンバイナインピーダンス変成器24を流
れるパワーの量である。

例えば、入力パワーが96ワツトで、Ｎが６である場合に
は、各デバインダ変成器14のパワーの量は16ワツトであ
る。Ｒは3.6に等しいことが望されていると仮定する
と、Paが36ワツト、各Pr2が10ワツトであればよい。Ｃ
は計算されて0.6となる。Ｃ＝0.6を得るために必要な誘
電体板30の厚さは既知の技術を使用して実験によりある
いは分析により得ることができる。

上記記載は好ましい実施例の動作を例示するためのもの
であつて本発明の範囲を制限することを意味するもので
はない。本発明の範囲は特許請求の範囲によつてのみ制
限されるべきである。上述の説明から、本発明の精神お
よび範囲内に入る多くの変形および変更がこの分野の技
術者には明らかである。例えば、上記記載は本発明をデ
イバイダとして使用する観点に立つて行なわれている
が、すべてのデイバイダがそうであるように、電流の流
れを逆にすることによつてデイバイダはコンバイナして
も使用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい一実施例の分野斜視図、第２
図は第１図に示した本発明の実施例を組立てた状態の斜
視図、第３図は第１図および第２図に示した誘電体板30
の底面図である。 1:デイバイダ構造体 2:コンバイナ構造体 3:実質的に平坦な層 10:入力導体 12:誘電体円盤 14:デイバイダインピーダンス変成器 20:軸線方向出力導体 22:コンバイナ円盤 24:コンバイナインピーダンス変成器 30:誘電体盤 31:半径方向出力 33、43:分離用抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁入力エネルギを搬送するための細長い
入力導体と、該入力導体に対しほぼ直角な方向にありかつ前記入力導
体に関しておおむねその半径方向に配置された複数の細
長い出力導体を含み、各出力導体が等しい割合の入力パ
ワーを搬送しかつ前記入力導体に結合される実質的に平
坦な誘電体層と、前記入力導体とほぼ同一の直線上にあり、かつ前記平坦
な誘電体層によって前記入力導体から分離され、該誘電
体層を介してこの入力導体に容量結合される細長い軸線
方向の出力導体とを具備することを特徴とする電磁パワーディバイダお
よびコンバイナ。
【請求項２】前記半径方向に配置された出力導体が、設
計周波数においてそれぞれ１／４波長長い一組の実質的
に同一のディバイダインピーダンス変成器によって前記
入力導体にそれぞれ結合されている特許請求の範囲囲第
１項記載のディバイダおよびコンバイナ。
【請求項３】各ディバイダインピーダンス変成器が細長
いテーパー状導体であり、各テーパー状導体の広い方の
端部が対応する半径方向に配置された出力導体の端部に
接続され、狭い方の端部が前記入力導体の端部に接続さ
れている特許請求の範囲第２項記載のディバイダおよび
コンバイナ。
【請求項４】前記ディバイダインピーダンス変成器が前
記入力導体に対してほぼ直角をなす実質的に平坦なディ
バイダ誘電体円盤上に等間隔で半径方向に配置されてい
る特許請求の範囲第２項記載のディバイダおよびコンバ
イナ。
【請求項５】前記ディバイダインピーダンス変成器が写
真印刷法によって製造される特許請求の範囲第２項記載
のディバイダおよびコンバイナ。
【請求項６】一組の実質的に同一の分離用抵抗がそれぞ
れ隣接する対の半径方向に配置された出力導体を分離
し、各半径方向に配置された出力導体内の電磁エネルギ
の位相がこれら出力導体に沿う同一の距離において実質
的に同一であることを確実にしている特許請求の範囲第
１項記載のディバイダおよびコンバイナ。
【請求項７】前記平坦な層が入力側に前記半径方向に配
置された出力導体が取付けられている誘電体板を含み、
該誘電体板が前記軸線方向出力導体から前記入力導体を
分離し、前記入力導体から前記軸線方向出力導体に結合
するパワーの割合を前記誘電体板の厚さによって調節
し、前記誘電体板が薄くなればなるほど前記結合が大き
くなるようにした特許請求の範囲第１項記載のディバイ
ダおよびコンバイナ。
【請求項８】前記軸線方向出力導体が複数の半径方向に
配置された実質的に同一のコンバイナインピーダンス変
成器に接続されており、各コンバイナインピーダンス変
成器が前記半径方向に配置された出力導体の１つに容量
結合される特許請求の範囲第７項記載のディバイダおよ
びコンバイナ。
【請求項９】前記コンバイナインピーダンス変成器が前
記軸線方向出力導体に対してほぼ直角をなす実質的に平
坦なコンバイナ誘電体円盤上に取付けられており、前記
コンバイナ誘電体円盤をその平面内で回転させることに
より前記入力導体から前記軸線方向出力導体に結合され
るパワーの割合を微調整できるようにした特許請求の範
囲第８項記載のディバイダおよびコンバイナ。
【請求項１０】前記コンバイナインピーダンス変成器が
写真印刷法によって製造される特許請求の範囲第８項記
載のディバイダおよびコンバイナ。
【請求項１１】前記半径方向に配置された出力導体の数
Ｎが予め選択され、前記軸線方向出力導体を流れるパワ
ーの量をPaとし、各半径方向に配置された出力導体を流
れるパワーの量をPr2としたときにパワー比Ｒ＝Pa／Pr2
が予め選択され、各コンバイナインピーダンス変成器を
流れるパワーの量をPr3としたときに各半径方向に配置
された導体とそのコンバイナインピーダンス変成器間の
容量結合係数Ｃ＝Pr3／Pr2が式Ｃ＝Ｒ／Ｎから計算さ
れ、Ｃの計算された値が半径方向に配置された出力導体
とコンバイナインピーダンス変成器間の容量結合のそれ
ぞれごとに得られるような厚さに前記誘電体板が作られ
ている特許請求の範囲第８項記載のディバイダおよびコ
ンバイナ。