JPH0257363B2

JPH0257363B2 -

Info

Publication number: JPH0257363B2
Application number: JP57199869A
Authority: JP
Inventors: Hazupesu Teii; Eichi Kiiringu Eichi
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1990-12-04
Also published as: DE3279332D1; JPS5892103A; US4427953B1; AU550778B2; US4427953A; EP0079688A2; EP0079688B1; CA1180776A; EP0079688A3; AU9041482A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はフイルタ技術を用いるマイクロ波ダ
イプレクサに関する。

ダイプレクサは通信技術の分野で一般に知られ
ており、通常、複数の異なる周波数が同一の通信
回線を介して送受信されるような場合に使用され
る。例えば衛星通信では、マイクロ波通信システ
ムが採用されるもので、ダイプレクサによつて送
信と受信で異なる周波数の信号の伝播をそれぞれ
制御している。ダイプレクサに通常要求されるこ
とは、２つの周波数信号のそれぞれに対応動作す
る専用回路を相互に接続して、これら回路により
ダイプレクサが両周波数に対応動作することであ
る。

このようなダイプレツクス機能を果たすため、
従来のダイプレツクス機構では、ある周波数に同
調させた導波管空胴伝送フイルタを、第２の周波
数に同調させた導波管に結合する。この場合、ダ
イプレクサは第１の周波数でカツトオフ周波数を
持つ。そして、これら伝送フイルタおよび導波管
を、両周波数の伝送に適した第２の導波管に結合
するようにする。

従来技術における他のダイプレクサは、1968年
３月に出版された「マイクロ波理論と技術に関す
るIEEE会報（IEEE Transaction on
Microwave Theory and Techniques）」の147
頁から157頁において、「狭帯域マルチプレクサの
ためのプリント回路型相補フイルタ（Printed−
Circuit Complementary Filter for Narrow
Bandwidth Multiplexers）」という題名で、筆
者ウエンゼル（Wenzel）氏により公開されてい
る。この出版物は、総じて、プリント回路型相補
フイルタのための設計技術および回路等価な相互
接続について論じている。ここに開示された技術
は、近接帯域のマルチプレクサに、直列または短
絡スタブのない単一プリント回路を用いることで
ある。そして、２本ストリツプ線路の相補フイル
タペア設計のために、等価回路変換を論じてい
る。

この発明は第１および第２の設定周波数で共用
できるマイクロ波ダイプレクサを提供することを
目的とする。

この発明に係るダイプレクサはマイクロ波伝送
線路を備える。後述する実施例ではその線路断面
を方形形状とするが、この伝送線路には他の多く
の断面形状も採用し得る。マイクロ波伝送装置に
方形または矩形断面の線路を一般使用するのは、
その回路に要求される電力励振および結合を容易
に達成するためである。

そして、伝送線路の片方の終端を、第１設定周
波数での信号送受信用の第１入力ポートとして用
いる。また、この伝送線路の他端を、第１および
第２の設定周波数での信号送受信用の出力ポート
として用いる。

このダイプレクサには帯域阻止部として第１お
よび第２阻止共振器を設ける。そして、この第１
阻止共振器を伝送線路に沿つて第１入力ポートに
近接した第１の設定位置に配設する。また、第２
阻止共振器を伝送線路に沿つた第２の設定位置
に、第１阻止共振に対して直角方向に向けて配設
する。このような直角方向づけは共振器間の結合
を弱める。そして、これら共振器を伝送線路にそ
れぞれ容量性結合する。この場合、第１および第
２阻止共振器を、第２設定周波数の波長に対して
１／４波長となる相互間隔にして、帯域阻止フイル
タを構成させる。

さらに、ダイプレクサには帯域通過部を設け、
これを伝送線路に沿つた第３の設定位置に設定す
る。すなわち、第２阻止共振器と出力ポートの間
の位置で、第１阻止共振器とは反対方向に向くよ
うにすると共に第２阻止共振器との間隔が第２設
定周波数の波長に対して1/4波長となるよう帯域
通過部を配設する。この場合、帯域通過部が第１
および第２帯域通過共振器を備えるようにし、こ
れら共振器をほぼ直線的に配列する。そして、第
１帯域通過共振器を伝送線路および第２帯域通過
共振器の両方に容量性結合し、第２帯域通過共振
器を第２入力ポートに容量性結合する。この入力
ポートには一般に用いられる50オームのマイクロ
波伝送線路を設定することができる。

動作について述べると、上記のようなダイプレ
クサは、第１および第２の設定周波数で同時に信
号を送受信することが可能であり、例えば4GHz
および6GHzのマイクロ波信号を送受信する場合
に用い得る。この場合、6GHzの信号を受信しな
がら、4GHzの信号を送信することができる。す
なわち、4GHzの信号を第１阻止共振器に近接し
た入力ポートに供給すると、この信号は導波管に
沿つて伝送され、出力ポートから出力される。ま
た、6GHzの信号は出力ポートで受信され、導波
管に沿つて伝送される。この時、帯域通過部は
6GHzの信号を通過させるように同調し、帯域阻
止部がこの信号に対してオープン回路のような働
きをする。したがつて、この6GHzの信号は帯域
通過部を通つて、さらに第２入力ポートを通り抜
けする。

また、このダイプレクサは逆にして用いること
もできる。この場合、6GHzの信号を第２入力ポ
ートに供給して出力ポートから送信すると同時
に、4GHzの信号を出力ポートで受信して第１入
力ポートから送信するようにする。

このダイプレクサの特徴で重要なのは、第１お
よび第２帯域阻止共振器相互を直角に方向づけて
使用することである。これは阻止共振器相互間の
結合を実質的に弱めることになるので、共振器は
それぞれ独立的に動作する。すなわち、このよう
な直角方向づけは、高効率となるダイプレクサを
設計可能にする。

そして、帯域阻止共振器および帯域通過共振器
を共に高い方の設定周波数（6GHz）に同調させ
て、低い方の設定周波数（4GPH）での電力損失
が最少となるようにする。例えばマイクロ波リピ
ータやトランスポンダ等のマイクロ波通信システ
ムの場合、送信電力が非常に高価であるため、一
般に送信周波数（例えば、上記の4GHz）で最小
の電力損失となるように設定する。

この発明のダイプレクサは第２阻止共振器を除
いてほぼ平坦に設計されており、この設計は現在
の技術水準のマイクロ波伝送回路を集約したもの
である。

また、このダイプレクサは特定の２周波数だけ
に限定されるものではない。例えば、6GHzの周
波数を受信周波数として選定した場合、6GHzの
帯域通過フイルタ部の帯域幅以外であれば、高低
いずれの周波数でも送信周波数とすることができ
る。この場合出力ポートは直流から6GHzの設定
周波数以上まで対応する。以上は相補フイルタ設
計の特徴であり、この発明の基礎となるものであ
る。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第１図のａはその構成を説明するもので、
マイクロ波ダイプレクサ２０の内部を平面から見
た図である。このダイプレクサ２０は支持体２１
を備え、この支持体２１は金属または同等のもの
で構成する。そして、この支持体２１をその長さ
に応じて表面を溝状に切削して、第１のチヤネル
２２を形成する。この第１のチヤネル２２には伝
送線路２３を設け、この伝送線路２３に複数の絶
縁スペーサ２４ａ〜２４ｄを取り付けて、支持体
２１からの線路支持と絶縁を行なう。この絶縁ス
ペーサ２４は例えばポリスチレン、テフロン（登
録商標）等の絶縁材で構成されるようにする。

すなわち、支持体２１を接地導体として、伝送
線路２３はマイクロ波導波管の中心導体となり、
伝送線路２３および支持体２１間の空隙は絶縁媒
体になる。このような構成は従来からの同軸ケー
ブルに類似しているが、この実施例においては、
中心導体を伝送線路２３として記述する。

この伝送線路２３は方形断面を有するように構
成するものであるが、この断面形状は特定される
ものではない。したがつてこの伝送線路には従来
から一般に利用される50オームマイクロ波線路を
用いることができる。そして、この伝送線路２３
の片方の終端を、第１の設定周波数での信号送受
信用の第１入力ポート２５とする。また、伝送線
路２３の他方の終端を、第１および第２の両設定
周波数での信号送受信に適当な出力ポート２６と
して用いるようにする。

さらに、ダイプレクサ２０には帯域阻止部が設
けられるもので、この帯域阻止部は支持体２１内
に設定した第１の阻止共振器３０を備える。この
第１の阻止共振器３０は、第１のチヤネル２２と
直交するように支持体２１に溝を切削して、第２
のチヤネル３２を形成し、この第２チヤネル３２
内に設置される。この第１の阻止共振器３０は絶
縁器３３で支持体２１から絶縁するようにする。
この場合、この第１の阻止共振器３０は伝送線路
２３に沿つて第１入力ポートに近接した第１の設
定位置に配設するようにする。そして、絶縁器３
３を阻止共振器３０に沿つて電圧値が「０」とな
る位置に設定して、共振器３０の共振周波数での
影響が最小になるようにする。共振器３０の伝送
線路２３に近い方の終端３１は、線路２３に容量
性結合されるようにする。

また、帯域阻止部は第２の阻止共振器３７も備
え、第１図のｂに示されるようにして、カバープ
レート３９内に設定する。このカバープレート３
９は従来からの方法で支持体２１にしつかり固定
されるもので、例えば第１図ａに示した貫通孔３
５ａ〜３５ｄを利用して固定する。カバープレー
ト３９内の第２の阻止共振器３７はポリスチレ
ン、テフロン等からなる絶縁器４０で適正絶縁さ
れるようにする。また、第２の阻止共振器３７の
伝送線路２３に近い方の終端３８は線路２３に容
量性結合する。この第２の阻止共振器３７は、第
１阻止共振器３０から設定間隔をおいて伝送線路
２３に沿つた位置に配設されるものであり、この
設定間隔とは、ダイプレクサ２０に供給される第
２の設定周波数に対して1/4波長に等しい。この
ように第１および第２の共振器を分離設定して、
ダイプレクサの帯域阻止部を構成する。

この場合、第２の阻止共振器３７が第１の阻止
共振器３０と直交するように設定し、阻止共振器
３０，３７間のダイレクト結合を弱めるようにす
る。したがつて、共振器３０，３７は互いに独立
して動作する。このように直交に方向づけられる
共振器は、高効率ダイプレクサ設計を考慮したも
のである。

また、このダイプレクサ２０は帯域通過部４４
を備える。すなわち、支持体２１を切削して第３
のチヤネル４６を形成し、この第３のチヤネル４
６に沿つて帯域通過部４４を設置する。この帯域
通過部４４は第１の阻止共振器３０の向きに対し
て反対方向に配設されるものであるが、この配置
は特に限定されるものではない。この帯域通過部
４４は第１および第２の帯域通過共振器４７，４
８を有し、この実施例ではこれら共振器４７，４
８をほぼ直線的に配設する。

この第１の帯域通過共振器４７はポリスチレン
絶縁器等の絶縁器５０により第３のチヤネル４６
内で支持される。この絶縁器５０は共振器４７の
電圧が「０」となる位置に設定される。そして、
第１の通過共振器４７の伝送線路２３に近い方の
終端４９を、線路２３に容量性結合する。第２の
帯域通過共振器４８は管状装置であり、チヤネル
４６内でポリスチレン等の絶縁器５１により支持
される。そして、この絶縁器５１を、共振器４８
の電圧が「０」となる位置に設定して、この共振
器４８の共振周波数における影響を最少にするよ
うにする。そして、第１の帯域通過共振器４７の
一部を、第２の帯域通過共振器４８の管状部分に
接触させずに挿入設定する。この場合、通過共振
器４７，４８が容量性結合するため、共振器４
７，４８の相対位置を可変してその結合度合を調
整するようにする。

マイクロ波伝送線路５２は、第３のチヤネル５
５内で絶縁器５３により支持されるもので、この
線路５２をダイプレクサ２０の第２の入力ポート
５５として用いる。そして、伝送線路５２の片方
の終端を第２の共振器４８の管状部分に挿入設定
し、この第２共振器４８および伝送線路５２を容
量性結合する。この伝送線路５２には、インピー
ダンス整合を考慮して50オームの伝送線路を用い
る。

帯域通過部４４は、第２の阻止共振器３７およ
び出力ポート２６間の伝送線路２３に沿つた位置
に設置されるもので、第２の阻止共振器３７から
第２の設定間隔をおいて配設する。この設定間隔
とは、ダイプレクサ２０に供給される第２の設定
周波数の波長に対して1/4波長に通常等しい。

そして、帯域阻止共振器３０，３７および帯域
通過共振器４７，４８が短縮された半波長共振器
を構成するようにする。（波長1/4〜1/2、容量性
結合）共振器４７，４８間、共振器３０，３７，
４７，４８間、および伝送線路２３，５２間の容
量性結合はそれぞれに対応した各種構成の可動片
で調整される。

そして第１の帯域通過共振器３０が伝送線路２
３および周囲の支持体間で直列共振回路を構成す
るようにする。この第１の阻止共振器３０は、リ
アクタンスが「０」になる周波数のところで伝送
線路２３を短絡する。このため、阻止共振器３０
の共振周波数で大きな反射効果が生じる。また、
第２の帯域阻止共振器３７は直列共振回路を構成
するようにする。第１の阻止共振器３０は、第２
の阻止共振器３７の位置にあたる伝送線路２３と
組みになつて、並列共振回路のように動作する。
この第２の阻止共振器３７は、リアクタンスが
「０」になる周波数のところで伝送線路２３を短
絡する。このため、第２の阻止共振器３７が大き
な反射効果を発生させることになる。

上記のような構成のダイプレクサ２０の動作を
説明すると、このダイプレクサ２０は伝送線路２
３からマイクロ波システム部に与えられる２つの
設定周波数の信号を混合する。このダイプレクサ
２０からの信号はマイクロ波システムで別々に処
理させるものである。例えば、それぞれ500MHz
の帯域幅を有する２つの信号をそれぞれ4GHzお
よび6GHzの周波数にのせた場合、一般的なマイ
クロ波通信システムでは、4GHzの信号が送信に
用いられ、6GHzの信号が受信に用いられる。実
際、このシステムはまた、サテライト内で用いら
れ、地球のまわりを周回するサテライトおよび地
球局間の信号伝送を行なう。

マイクロ波送信機から与えられる4GHzの信号
は第１の入力ポート２５に供給され、減衰するこ
となく伝送線路２３をその長さ分通過して、ダイ
プレクサの出力ポート２６を通り抜ける。アンテ
ナで受信された6GHzの信号は出力ポート２６に
供給され、伝送線路２３に沿つて通過する。

また、4GHzおよび6GHzの信号は、ダイプレク
サ２０のフイルタ処理により混合または分離され
得る。すなわち、両信号を共に出力ポートに供給
すると、これら信号は第１および第２の入力ポー
ト２５，５５によつて別々に伝送される。両信号
を第１および第２の入力ポートに別々に供給する
と、これら信号は共に出力ポートから外部に伝送
される。

帯域通過部４４が6GHz信号に対して導電路を
形成する時、帯域阻止部３０，３７はその信号に
対してオープン回路となる。したがつて、6GHz
信号は帯域通過部４４を通り、第２出力ポート５
５を通つてダイプレクサを出る。この場合、ダイ
プレクサ２０は6GHzのもつ帯域幅の外側の信号
に対して相補フイルタとして動作し、この信号を
第１入力ポート２５通過させる。

マイクロ波サテライト等では、伝送電力が非常
に貴重で高価である。それゆえ、帯域阻止共振器
３０，３７および帯域通過共振器４７，４８を
6GHzの受信周波数に同調させる。これは4GHzで
の電力損失を最少にする。

上記のダイプレクサ２０の説明に、4GHz信号
の送信および6GHz信号の受信を例にしたが、こ
のダイプレクサは4GHz信号の受信および6GHz信
号の送信であつても容量に動作する。そして、伝
送線路２３に沿つた通路および、帯域通過部４４
は双方向性である。

ダイプレクサ２０は第２図に示される電気的フ
イルタ回路に基いて設計されるものである。この
フイルタ回路は第１図のダイプレクサ２０と等価
で、相互間をダイレクト変換している。このフイ
ルタ回路は２つの共振器、すなわち高域通過部分
６１および補助の低域通過部分６２から構成され
る。そして、これらが対となつて共通ポート６３
を有する。この共通ポート６３は入力ポート６
４，６５が終端された状態で全周波数帯域にわた
り一定の入力抵抗を持つ。

このような相補フイルタ回路の設計手法自体は
以前と同様である。出力ポート２６に相当する共
通ポート６３は第２のカツトオフ周波数で「±
１」ラジアンとなるよう中心周波数設定される。
高域通過部分６１のインダクタは直列共振回路に
相当し、そのキヤパシタは並列共振回路に相当す
る。また、低域通過部分６２のインダクタおよび
キヤパシタにも同様の関係がある。この種の変換
はフイルタ設計技術としてよく知られている。

第３図は第１図のダイプレクサ２０外部を上方
から示す図であり、第１図および第１図ａを参照
して説明した各種構成部分の相対的な位置および
空間を表示している。このダイプレクサ２０の試
験データは第４図乃至第６図にそれぞれ示されて
いる。すなわち、ダイプレクサ２０における周波
数対電圧定在波比（VSWR）が第４図に示され、
この電圧定在波比測定で反射効果の大きさを知る
ことができる。帯域通過部における周波数対損失
は第５図に示され、この損失はデシベル〔db〕
表示されている。また帯域阻止部における周波数
対損失は第６図に示され、損失は同じくデシベル
〔db〕表示されている。

以上のようにこの発明のダイプレクサは非常に
小型であるため限られた設定空間に対応すること
ができ、また効率的なマイクロ波伝送が行なえ
る。したがつて例えばサテライト通信システム等
に用いるとその効果を充分に発揮する。

前記実施例はこの発明を基礎にした各種実施例
を代表したものに過ぎないが、この発明が科学技
術の発展に寄与するところは大きい。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を説明するためのも
ので、第１図ａはマイクロ波ダイプレクサ２０の
構成を示す図、第１図ｂはその外部側面図、第２
図はダイプレクサ２０の等価電気回路を示す図、
第３図はダイプレクサ２０の外部平面図、第４図
〜第６図はそれぞれダイプレクサ２０の動作試験
結果のグラフである。２３……伝送線路、２５……第１入力ポート、
２６……出力ポート、３０……第１阻止共振器、
３７……第２阻止共振器、４７……第１通過共振
器、４８……第２通過共振器、５５……第２入力
ポート。

Claims

【特許請求の範囲】

１一方の終端を第１の設定周波数の信号の送信
または受信をする第１の入力ポートとし、他方の
終端を第１および第２の設定周波数の信号の送信
または受信をする出力ポートとするマイクロ波伝
送線路と、上記第１の入力ポートに近接して上記
伝送線路に沿つた第１の設定位置に配設される第
１の阻止共振器および、上記第１の入力ポートか
ら離れて上記伝送線路に沿つた第２の設定位置に
配設される第２の阻止共振器を備える帯域阻止部
と、上記第２の阻止共振器および出力ポート間で
上記伝送線路に沿つた第３の設定位置に配設さ
れ、上記第２の設定周波数の信号の送信または受
信をする第２の入力ポートを備える帯域通過部と
を具備し、上記第２の阻止共振器を第１の阻止共
振器と直角な向きに設定するようにし、上記第１
および第２の設定周波数で共に動作することを特
徴とするマイクロ波ダイプレクサ。