JP3242933B2 - コンパクトで、超広帯域に整合されたｅ平面パワ−分割器 - Google Patents
コンパクトで、超広帯域に整合されたｅ平面パワ−分割器Info
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- JP3242933B2 JP3242933B2 JP50589199A JP50589199A JP3242933B2 JP 3242933 B2 JP3242933 B2 JP 3242933B2 JP 50589199 A JP50589199 A JP 50589199A JP 50589199 A JP50589199 A JP 50589199A JP 3242933 B2 JP3242933 B2 JP 3242933B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- junction
- plane
- phase
- slope
- step transformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
- H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
- H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
Landscapes
- Waveguides (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術的背景］ 本発明は一般的にパワー分割器、特にコンパクトで、
超広帯域に整合されたＥ平面パワー分割器に関するもの
である。
超広帯域に整合されたＥ平面パワー分割器に関するもの
である。
広い瞬間的帯域を達成するために、伝送線路および別
の共同する給電装置は、周波数の関数として無視できる
程度のわずかな位相変化を有さなければならない。平行
板導波管はTEM伝送線路であり、非発散的である。オー
バーモード方形導波管は通常カットオフ周波数から離れ
て動作し、それ故非常に低い周波数を除いて非発散的で
ある。しかしながら、通常Ｅ平面は曲がり、Ｔ接合のリ
アクチブな性質により発散性である。
の共同する給電装置は、周波数の関数として無視できる
程度のわずかな位相変化を有さなければならない。平行
板導波管はTEM伝送線路であり、非発散的である。オー
バーモード方形導波管は通常カットオフ周波数から離れ
て動作し、それ故非常に低い周波数を除いて非発散的で
ある。しかしながら、通常Ｅ平面は曲がり、Ｔ接合のリ
アクチブな性質により発散性である。
優勢なTE1,0で動作する通常の方形導波管のＥ平面Ｔ
接合の性能は文献に広く記載されている。例えば、C.G.
Montgomery,R.H.Dicke and E.M.Purcell（eds.,）“Pri
nciples of Microwave Cicuits"（MIT Radiation Lab.S
er.No.8）,pg.285,McGraw−Hill,NewYork,1951,N.Marcu
vitz（ed.），“Waveguide Handbook"（MIT Radiation
Lab.Ser.No.10）,pp.336−350,McGraw−Hill,NewYork,1
951,and T.Moreno,“Microwave Transmission Design D
ata"pp.157−161,ArtechHouse,Norwood,MA,1989.に記載
されている。
接合の性能は文献に広く記載されている。例えば、C.G.
Montgomery,R.H.Dicke and E.M.Purcell（eds.,）“Pri
nciples of Microwave Cicuits"（MIT Radiation Lab.S
er.No.8）,pg.285,McGraw−Hill,NewYork,1951,N.Marcu
vitz（ed.），“Waveguide Handbook"（MIT Radiation
Lab.Ser.No.10）,pp.336−350,McGraw−Hill,NewYork,1
951,and T.Moreno,“Microwave Transmission Design D
ata"pp.157−161,ArtechHouse,Norwood,MA,1989.に記載
されている。
性質上類似した性能は平行板導波管のTEMモードで動
作するＥ平面Ｔ接合に対して得られ、あるいはTE1.0モ
ードで導電性の壁によって境界された場合である。各接
合は位相スロープを生成するリアクタンス部品あるいは
周波数変化を有する反射および伝送位相の変化である。
その除去のため整合リアクタンスのための要素が使用さ
れるが、方形導波管のTE1.0モードの発散的性質によ
り、正確にはキャンセルができず、残りの位相スロープ
のどこかに周波数が生じている。
作するＥ平面Ｔ接合に対して得られ、あるいはTE1.0モ
ードで導電性の壁によって境界された場合である。各接
合は位相スロープを生成するリアクタンス部品あるいは
周波数変化を有する反射および伝送位相の変化である。
その除去のため整合リアクタンスのための要素が使用さ
れるが、方形導波管のTE1.0モードの発散的性質によ
り、正確にはキャンセルができず、残りの位相スロープ
のどこかに周波数が生じている。
従って本発明の目的はコンパクトで、超広帯域にわた
って整合されたＥ平面パワー分割器を提供することであ
る。
って整合されたＥ平面パワー分割器を提供することであ
る。
［発明の要約］ 上記の目的を達成するために、本発明によるＥ平面パ
ワー分割器は、TEMモード平行板導波管を具備し、この
導波管は、第１、第２、第３のポートを有するＴ接合
と、第１、第２、第３のポートの間に形成されたＥ平面
ステップ変成器とを具備し、このＥ平面ステップ変成器
は、Ｔ接合の周波数対位相の特性曲線の位相スロープの
傾斜角度と大きさが等しく極性が反対の位相スロープを
有しており、それによってＴ接合およびＥ平面ステップ
変成器を通る全位相スロープは広い周波数帯域にわたっ
て最小にされて広い周波数範囲にわたって位相スロープ
が実質上消去され、ポートの高さは反射係数の振幅の変
化が最小であるように選択されていることを特徴とす
る。
ワー分割器は、TEMモード平行板導波管を具備し、この
導波管は、第１、第２、第３のポートを有するＴ接合
と、第１、第２、第３のポートの間に形成されたＥ平面
ステップ変成器とを具備し、このＥ平面ステップ変成器
は、Ｔ接合の周波数対位相の特性曲線の位相スロープの
傾斜角度と大きさが等しく極性が反対の位相スロープを
有しており、それによってＴ接合およびＥ平面ステップ
変成器を通る全位相スロープは広い周波数帯域にわたっ
て最小にされて広い周波数範囲にわたって位相スロープ
が実質上消去され、ポートの高さは反射係数の振幅の変
化が最小であるように選択されていることを特徴とす
る。
本発明は、Ｅ平面のＴ接合の１つのポートの反射係数
（S11）の振幅および位相が非常に広い周波数範囲にわ
たって良好に整合されることが可能である。Ｅ平面ステ
ップ変成器はＴ接合のリアクチブ特性から発生する周波
数による挿入位相（S12）の変化を補償するためにに使
用される。この発明の概念は平行板導波管（TEMモー
ド）あるいはオーバーモード方形導波管（TEm.0モー
ド）に最良に開発されたけれども、通常の方形導波管
（TE1.0モード）にも有効に使用されることが可能であ
る。
（S11）の振幅および位相が非常に広い周波数範囲にわ
たって良好に整合されることが可能である。Ｅ平面ステ
ップ変成器はＴ接合のリアクチブ特性から発生する周波
数による挿入位相（S12）の変化を補償するためにに使
用される。この発明の概念は平行板導波管（TEMモー
ド）あるいはオーバーモード方形導波管（TEm.0モー
ド）に最良に開発されたけれども、通常の方形導波管
（TE1.0モード）にも有効に使用されることが可能であ
る。
整合されたＥ平面パワー分割器は連続的なトランスバ
ーススタブアレイアンテナの実時間遅延の共同給電用の
部品として開発された。入力ポートである１つのポート
からのパワーは各アーム間で分割され、分割はそれらの
高さの比、b/b′に直接比例し、ここでｂがステップ変
成器の各ステップ転移の各アームの高さであり、ｂ′が
Ｔ接合のポートの高さである。導波管の高さとインピー
ダンスレベル間の簡単な関係によってｎ段の多レベル変
成器の設計方法が容易に実行される。整合されたポート
の反射係数は広い周波数範囲にわたって一定であり、そ
れ故アンテナの放射開口の良好な特性のマイクロ波イン
ターフェイスを提供する。
ーススタブアレイアンテナの実時間遅延の共同給電用の
部品として開発された。入力ポートである１つのポート
からのパワーは各アーム間で分割され、分割はそれらの
高さの比、b/b′に直接比例し、ここでｂがステップ変
成器の各ステップ転移の各アームの高さであり、ｂ′が
Ｔ接合のポートの高さである。導波管の高さとインピー
ダンスレベル間の簡単な関係によってｎ段の多レベル変
成器の設計方法が容易に実行される。整合されたポート
の反射係数は広い周波数範囲にわたって一定であり、そ
れ故アンテナの放射開口の良好な特性のマイクロ波イン
ターフェイスを提供する。
［図面の簡単な説明］ 本発明の様々な特徴および長所は添加される図面と以
下の詳細な説明に関連してさらに容易に理解されること
ができるであろう。図において同じ参照符号は同一の構
造素子を表す。
下の詳細な説明に関連してさらに容易に理解されること
ができるであろう。図において同じ参照符号は同一の構
造素子を表す。
図1aは平行板導波管の通常の整合されていないＥ平面
Ｔ接合の斜視図を示す。
Ｔ接合の斜視図を示す。
図1bは図1aに示される整合されていない接合の断面図
を示す。
を示す。
図1cは図1aに示される整合されていない接合の簡単化
された等価回路を示す。
された等価回路を示す。
図2aは平行板導波管に形成された本発明の原理に従っ
た例示的な整合されたＥ平面Ｔ接合の斜視図を示す。
た例示的な整合されたＥ平面Ｔ接合の斜視図を示す。
図2bは図2aに示される整合されたＥ平面Ｔ接合の断面
図を示す。
図を示す。
図2cは図2aに示される整合されたＥ平面Ｔ接合の簡単
化された等価回路を示す。
化された等価回路を示す。
図3aは反射係数振幅対ポートの高さｂ′のグラフであ
る。
る。
図3bは反射係数位相対ポートの高さｂ′のグラフであ
る。
る。
図４はステップ変成器の位相スロープ（−βｄ対ｆ）
が接合の挿入位相スロープ（S12対ｆ）を消去するのに
使用したものを示すグラフである。
が接合の挿入位相スロープ（S12対ｆ）を消去するのに
使用したものを示すグラフである。
［好ましい実施例の詳細な説明］ 図1aに示されるのは、３つのポート12a,12b,12cを有
する平行板導波管11の通常整合されていないＥ平面Ｔ接
合の斜視図を示す。ポート12a,12b,12cのいずれかの直
線偏波電界入射は他２つのポート12a,12b,12c間で異な
った位相に分割され、パワー分割はポート12a,12b,12c
のアームの相対的高さに比例する。図1bは入力ポートと
して指定されたポートの高さｂ′を有する第１のポート
12aを示し、第２および第３のポート12b,12cは任意の等
しい高さｂを割当てられる出力ポートである。ここでｂ
＞ｂ′である。図1cは通常の整合されていないＥ平面Ｔ
接合10の簡単化された等価回路であり、ここでjXは一括
された整合リアクタンスである。
する平行板導波管11の通常整合されていないＥ平面Ｔ接
合の斜視図を示す。ポート12a,12b,12cのいずれかの直
線偏波電界入射は他２つのポート12a,12b,12c間で異な
った位相に分割され、パワー分割はポート12a,12b,12c
のアームの相対的高さに比例する。図1bは入力ポートと
して指定されたポートの高さｂ′を有する第１のポート
12aを示し、第２および第３のポート12b,12cは任意の等
しい高さｂを割当てられる出力ポートである。ここでｂ
＞ｂ′である。図1cは通常の整合されていないＥ平面Ｔ
接合10の簡単化された等価回路であり、ここでjXは一括
された整合リアクタンスである。
図2aは平行板導波管11中に形成された本発明の原理に
従った整合されるＥ平面パワー分割器20あるいはＴ接合
20の１例の斜視図を示す。導波管の高さｂから導波管の
ポートの高さｂ′への転移である整合されたマルチレベ
ルステップ変成器21は整合されたＥ平面Ｔ接合20の第
１、第２、第３のポート12a,12b,12c間の転移に使用さ
れる。ステップ変成器21は接合リアクタンスに同調が可
能に構成できるので選択され、広範囲の周波数にわたっ
て多数の位相スロープを相殺する。図2bは入力ポートと
して指定された第１のポート12aを有する整合されたＥ
平面Ｔ接合20の断面図を示す。図2cは簡単化された等価
回路を示し、jXは集中接合リアクタンスであり、βｄは
整合ステップ変成器21の電気位相長であり、並列キャパ
シタンスはｂからｂ′への導波管の高さの段部を表して
いる。
従った整合されるＥ平面パワー分割器20あるいはＴ接合
20の１例の斜視図を示す。導波管の高さｂから導波管の
ポートの高さｂ′への転移である整合されたマルチレベ
ルステップ変成器21は整合されたＥ平面Ｔ接合20の第
１、第２、第３のポート12a,12b,12c間の転移に使用さ
れる。ステップ変成器21は接合リアクタンスに同調が可
能に構成できるので選択され、広範囲の周波数にわたっ
て多数の位相スロープを相殺する。図2bは入力ポートと
して指定された第１のポート12aを有する整合されたＥ
平面Ｔ接合20の断面図を示す。図2cは簡単化された等価
回路を示し、jXは集中接合リアクタンスであり、βｄは
整合ステップ変成器21の電気位相長であり、並列キャパ
シタンスはｂからｂ′への導波管の高さの段部を表して
いる。
図3aは性質上ポートの高さｂ′が反射係数の振幅の変
数を最小化するために広範囲の周波数にわたって選択さ
れることを示す（例えば|S11|は漸近的に（2b−ｂ′）
／（2b＋ｂ′）に接近する）。ｂ′＞λｇの場合は、TE
m.nモードが伝搬可能であり、それは高度に分散性であ
る。0.6λｇ＞ｂ′＞λｇの場合には、TEm.nモードは伝
搬不可能であるが、エバネセントモードはｂ′／λｇが
１に接近するとき、大きく反射を増加する。図3aのカー
ブの破線部分はｘ−ｚ平面に導電性境界の効果を示し、
TE1.0モードがカットオフ周波数に接近するにつれて発
散度が高くなる。同様に図3bはどのようにポートの高さ
ｂ′の注意深い選択がカットオフに接近しすぎて動作す
ることによってどのように大きい位相スロープを避ける
ことができるか、あるいはどこでエバネセントモードが
急増し始めるかを示す。
数を最小化するために広範囲の周波数にわたって選択さ
れることを示す（例えば|S11|は漸近的に（2b−ｂ′）
／（2b＋ｂ′）に接近する）。ｂ′＞λｇの場合は、TE
m.nモードが伝搬可能であり、それは高度に分散性であ
る。0.6λｇ＞ｂ′＞λｇの場合には、TEm.nモードは伝
搬不可能であるが、エバネセントモードはｂ′／λｇが
１に接近するとき、大きく反射を増加する。図3aのカー
ブの破線部分はｘ−ｚ平面に導電性境界の効果を示し、
TE1.0モードがカットオフ周波数に接近するにつれて発
散度が高くなる。同様に図3bはどのようにポートの高さ
ｂ′の注意深い選択がカットオフに接近しすぎて動作す
ることによってどのように大きい位相スロープを避ける
ことができるか、あるいはどこでエバネセントモードが
急増し始めるかを示す。
図４は、整合されたＥ平面Ｔ接合20で使用された整合
ステップ変成器21の位相スロープ（−βｄ対ｆ）が接合
20の挿入位相スロープ（S12対ｆ）をキャンセルするこ
とを示すグラフである。図４はどのようにステップ変成
器21の位相βｄが接合の挿入位相S12をキャンセルし、
その結果ネット位相S12−βｄが広範囲の周波数にわた
ってほぼ一定にい維持されるか定性的に示す。発散的な
導波管11が使用された場合、残りの位相スロープは周波
数の範囲が増加するにつれて増加する。しかしながら、
非発散的な平行板導波管11に対しては、接合の位相スロ
ープは複数の段部のＥ平面変成器21およびここに記述さ
れる方法を使用してさらに広い周波数範囲にわたって最
小化される。
ステップ変成器21の位相スロープ（−βｄ対ｆ）が接合
20の挿入位相スロープ（S12対ｆ）をキャンセルするこ
とを示すグラフである。図４はどのようにステップ変成
器21の位相βｄが接合の挿入位相S12をキャンセルし、
その結果ネット位相S12−βｄが広範囲の周波数にわた
ってほぼ一定にい維持されるか定性的に示す。発散的な
導波管11が使用された場合、残りの位相スロープは周波
数の範囲が増加するにつれて増加する。しかしながら、
非発散的な平行板導波管11に対しては、接合の位相スロ
ープは複数の段部のＥ平面変成器21およびここに記述さ
れる方法を使用してさらに広い周波数範囲にわたって最
小化される。
整合されたＥ平面パワー分割器は通常導波管給電ネッ
トワーク、フィルタ、マルチプレクサ、および実時間遅
延の連続的なトランスバーススタブアレイアンテナのよ
うなアンテナで使用することができる。具体的には整合
されたＥ平面パワー分割器は3.5から20.0GHzの拡張され
た帯域で動作する連続的なトランスバーススタブアレイ
アンテナを使用するように構成された。
トワーク、フィルタ、マルチプレクサ、および実時間遅
延の連続的なトランスバーススタブアレイアンテナのよ
うなアンテナで使用することができる。具体的には整合
されたＥ平面パワー分割器は3.5から20.0GHzの拡張され
た帯域で動作する連続的なトランスバーススタブアレイ
アンテナを使用するように構成された。
本発明は例えば地点間のデジタル無線、あるいは地球
規模の放送衛星のような単一の超広帯域の開口はいくつ
かの狭い帯域のアンテナに置換される多機能軍用あるい
は高品質な市販品の生産に使用される。また、パワー分
割器の断面は１次元で不変であるから、本発明は押出あ
るいはプラスチック注入成形工程による安価で、大容量
製造技術を使用できる。
規模の放送衛星のような単一の超広帯域の開口はいくつ
かの狭い帯域のアンテナに置換される多機能軍用あるい
は高品質な市販品の生産に使用される。また、パワー分
割器の断面は１次元で不変であるから、本発明は押出あ
るいはプラスチック注入成形工程による安価で、大容量
製造技術を使用できる。
以上、コンパクトで、超広帯域に整合されたＥ平面パ
ワー分割器は開示された。記述された実施例は本発明の
原理の適用を説明した特定の実施例のいくつかの単なる
例示である。明らかに、多数およびその他の変形装置が
本発明の技術的範囲を逸脱せずに当業者に認識されよ
う。
ワー分割器は開示された。記述された実施例は本発明の
原理の適用を説明した特定の実施例のいくつかの単なる
例示である。明らかに、多数およびその他の変形装置が
本発明の技術的範囲を逸脱せずに当業者に認識されよ
う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−22006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−132204（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−51143（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4684874（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 5/12
Claims (2)
- 【請求項１】TEMモード平行板導波管を具備し、 この導波管は、第１、第２、第３のポートを有するＴ接
合と、第１、第２、第３のポートの間に形成されたＥ平
面ステップ変成器とを具備し、 このＥ平面ステップ変成器は、Ｔ接合の周波数対位相の
特性曲線の位相スロープの傾斜角度と大きさが等しく極
性が反対の位相スロープを有しており、それによってＴ
接合およびＥ平面ステップ変成器を通る全位相スロープ
は広い周波数範囲にわたって最小にされ、ポートの高さ
は反射係数の振幅の変化が最小であるように選択されて
いることを特徴とするＥ平面パワー分割器。 - 【請求項２】TE1,0モードの方形導波管を具備し、 この導波管は、第１、第２、第３のポートを有するＴ接
合と、第１、第２、第３のポートの間に形成されたＥ平
面ステップ変成器とを具備し、 このＥ平面ステップ変成器は、Ｔ接合の周波数対位相の
特性曲線の位相スロープの傾斜角度と大きさが等しく極
性が反対の位相スロープを有しており、それによってＴ
接合およびＥ平面ステップ変成器を通る全位相スロープ
は広い周波数帯域にわたって最小にされ、ポートの高さ
は反射係数の振幅の変化が最小であるように選択されて
いることを特徴とするＥ平面パワー分割器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/884,837 US5926077A (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Compact, ultrawideband matched E-plane power divider |
| US884,837 | 1997-06-30 | ||
| PCT/US1998/013630 WO1999000865A1 (en) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | Compact, ultrawideband matched e-plane power divider |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000501596A JP2000501596A (ja) | 2000-02-08 |
| JP3242933B2 true JP3242933B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=25385526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50589199A Expired - Lifetime JP3242933B2 (ja) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | コンパクトで、超広帯域に整合されたｅ平面パワ−分割器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5926077A (ja) |
| EP (1) | EP0922311B1 (ja) |
| JP (1) | JP3242933B2 (ja) |
| DE (1) | DE69835726T2 (ja) |
| IL (1) | IL128705A (ja) |
| WO (1) | WO1999000865A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517911B1 (en) | 1999-03-30 | 2003-02-11 | Jsr Corporation | Process for the formation of silicon oxide films |
Families Citing this family (14)
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|---|---|---|---|---|
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| US6653985B2 (en) | 2000-09-15 | 2003-11-25 | Raytheon Company | Microelectromechanical phased array antenna |
| US6421021B1 (en) | 2001-04-17 | 2002-07-16 | Raytheon Company | Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth |
| US7061443B2 (en) * | 2004-04-01 | 2006-06-13 | Raytheon Company | MMW electronically scanned antenna |
| US7432871B2 (en) * | 2005-03-08 | 2008-10-07 | Raytheon Company | True-time-delay feed network for CTS array |
| US8009991B2 (en) * | 2007-10-24 | 2011-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Dynamic optical signal tracking on a detector array in a free space optical communication system |
| US8216912B2 (en) * | 2009-08-26 | 2012-07-10 | International Business Machines Corporation | Method, structure, and design structure for a through-silicon-via Wilkinson power divider |
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| US8750792B2 (en) | 2012-07-26 | 2014-06-10 | Remec Broadband Wireless, Llc | Transmitter for point-to-point radio system |
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| CN109167143B (zh) * | 2018-07-25 | 2021-01-08 | 西安三维通信有限责任公司 | 一种双层匹配隔板波导功分器结构及优化方法 |
| CN113140917B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-07-05 | 浙江大学 | 一种多层矩形波导天线馈电结构 |
| CN114744390B (zh) * | 2022-04-26 | 2024-01-26 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种差分波导功分器 |
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