JPH0324801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁波用の導波管に関し、特に、タ
ーンスタイルジヤンクシヨンタイプの導波管構造
に関するものである。

一般に、電力結合回路においては、結合し得る
信号用装置の数量には限界値が存在しており、一
旦、この限界値に達すると、更にこの信号用装置
を結合させるためには、それ自身が結合器である
装置の出力端子を結合させる必要があつた。例え
ば、ハイブリツド電力結合器を用いて４つの電源
からの信号を結合させるためには、これら４つの
電源を対にグループ分けし、これら各対をそれ自
身の２方向ハイブリツド結合器中に結合する必要
があつた。次に、これら２つの２方向ハイブリツ
ド結合器の出力端子を３番目の２方向ハイブリツ
ド結合器で結合させて、最終的に単一の出力端子
を作り出す必要があつた。このように、４つの電
源からの信号を、３個のハイブリツド導波管結合
器を使用して単一の出力信号にすると、固有的な
回路損失のために極めて大きな損失が生じてしま
う。また、３個の別個のハイブリツド結合回路自
身の固有の寸法のために、全体として比較的大き
な物理的占有面積が必要である欠点がある。一般
に、ハイブリツド回路を用いると、単一の導波管
源からの信号を４つの等しい部分に分割するため
に全く同一の分割方法が必要となる。

そこで、本発明の要旨は、単一の信号用装置を
用いることによつて、信号を４つの等しい部分に
分割できると共に、４つの信号を１つの出力信号
に結合させ得る導波管を提供することにある。

既知のように、ターンスタイルジヤンクシヨン
は90度で交差する２個の導波管より成り、これに
より４方向のＨ面ジヤンクシヨンを形成し、これ
に導波管の３番目のセクシヨンが第１の２個の導
波管に対して垂直な角度で結合される。換言すれ
ば、４個の導波管アームによつて形成された交差
角度で結合される。この３番目のセクシヨンはジ
ヤンクシヨンを交差しないで、単に一方向側から
このジヤンクシヨンに進入するだけである。この
ジヤンクシヨンの対向側から３番目のセクシヨン
に対して、整合用インピーダンスを設け、ジヤン
クシヨンにおいて反射されるエネルギを最少に抑
えている。通常、整合用インピーダンスとして用
いられる手段には、導波管セクシヨンを交差する
対称軸に沿つて中心ピンを有する２個の同心状ス
リーブを挿入している。これらピンおよび同心状
スリーブを系統的に配置することによつて、ジヤ
ンクシヨンの最適整合がとれると共に、電力伝送
が最大値を呈するようになる。一般に、２個の交
差する導波管は矩形の断面形状を有し、３番目の
直交する導波管セクシヨンは円形の断面形状を有
するもものである。更に詳細については、Meyer
およびGoldberg共著のIRE Transactions −
Microwave Theory and Techniques，
“Application of the Turnstile Junctin”、1955
年12月、第40〜45頁ならびにMontgomery，
DickeおよびPurcell共者の“principles of
Microwave Circuits，Radiation Lad，series”
1948年、第８巻、第459〜466頁を参照すること。

ターンスタイルジヤンクシヨンを電力分割器と
して使用する場合、このジヤンクシヨンによつ
て、直角円形導波管へ進入する信号を以下の条件
の下ならば等分することができる。即ち、この条
件とは、この信号は直線的に偏極すると共に、こ
の偏極は、信号が総ての４つのポート（port＝エ
ネルギ通過用開口）に等しく結合するように配向
しているものとする。従つて、もし到来信号が円
形状に偏極していたり、上述の偏極方向以外であ
つたならば、等しい電力分割が行われない。

また、このターンスタイルジヤンクシヨンを結
合器として使用する場合には、この結合器は、ハ
イブリツドＴまたはマジツクＴとして知られてい
る装置と同様の機能を有する。この同様の機能が
ハイブリツドＴの位相キヤンセル特性に見られ、
これによつて、信号が一方のコリリニアアームに
導入された時、他方のコリリニアアームの絶縁が
行われることである。同じ特性がターンスタイル
ジヤンクシヨンに見られた。即ち、信号が一方の
コリリニア対称形アームに送給されると、この信
号はこれと組合わされたコリリニアアーム中には
現われず、その代りに電力が複数個に分割される
ようになることである。電力の1/2が円形導波管
に導入されると、残余の半分の電力が更に半分に
分割され、これら半分が隣接の対称アームに導入
されるようになる。但し、次の点がターンスタイ
ルジヤンクシヨンがハイブリツドＴと相違する点
である。即ち、ターンスタイルジヤンクシヨンが
コリリニアームの２つの対を有し（場合によつて
は本明細書において４本の対称アームと称す）、
他方、ハイブリツドＴは１個のみの対を有し、更
に、ターンスタイルジヤンクシヨンは直交セクシ
ヨンとして円形導波管を採用し、ハイブリツドＴ
はＥモードの伝搬を阻止するＥ面アームとして矩
形導波管を採用していることである。

このターンスタイルジヤンクシヨンを４方向結
合器として利用する場合において、コリリニアア
ームの２つの対を通つて入力される４つの信号に
おける電力の差または不平衡によつて、直角円形
導波管中に導入される出力信号に直接的に悪影響
を与えるようになる。これはこれらコリリニアア
ーム間の相互作用によるものである。たとえ、こ
のジヤンクシヨンを前述のように最適状態で整合
させたとしても、このジヤンクシヨンを結合器と
して使用した場合、ターンスタイルジヤンクシヨ
ンの固有の特性として、４本の対称アームに導入
される信号の電力に差が存在すると、出力信号に
偏極の変化が起り、これによつて直線的に偏向さ
れた信号出力を減少させるように作用してしま
う。この欠点は、４つの反射増幅器をターンスタ
イルジヤンクシヨンに接続し、１個の増幅器をコ
リリニアアームの２つの対の各ポートに接続した
時に顕著に現われる。若し、総ての増幅器の出力
を同一にすると共に、ジヤンクシヨンにおいて最
良の整合を行つた場合では、ジヤンクシヨン内で
の有害な相互作用が除去できると共に、最高の電
力結合が行なわれるようになる。しかし乍ら、実
際において、増幅器の出力が一致することはまれ
であり、ターンスタイルジヤンクシヨン以内にお
ける有害な相互作用が依然発生してしまう。ま
た。増幅器のような能動素子を用いてコリリニア
アームの２つのペア（対）に直接信号を供給する
場合、これらの有害な相互作用を補償または吸収
することが望ましく、出力信号の質の劣化や発振
による不安定性の問題を回避する必要がある。

従つて、本発明によれば、従来の伝統的なター
ンスタイルジヤンクシヨンに改善を加えたもので
ある。６番目のポートをこのターンスタイルジヤ
ンクシヨンに追加すると共に、これを利用して、
２対のコリリニアポートにおけるポート（即ち、
４方向Ｈ面ジヤンクシヨンの対称ポート）間の電
力差を吸収するようにしている。本発明明細書中
で使用されているように、１対のコリリニアポー
トとは、それらの中心線が実質的に直線であるよ
うな２個のポートを意味する。第６番目のポート
がこれら２対のコリリニアポートのすべてに対し
て等しく結合されると共に、負荷装置に結合し得
るようになり、この負荷装置は２対のコリリニア
ポートの各ポートに接続された装置のパラメータ
に従つて選択されるものである。この６番目のポ
ートよつて電力の伝送効率が向上する。その理由
は、各ポートの物理的位置によつて得られる位相
関係のために、装置の有害な相互作用をこのジヤ
ンクシヨンによつてその内部で吸収できるからで
ある。従つて、２対のコリリニアポートの４個の
ポート間における不平衡が中性化されると共に、
能動的素子をこれらコリリニアポートに直接接合
でき、この第６番目のポートには発振を抑制する
能力が存在する。

また、本発明によれば、第５番目のポートは矩
形の導波管ポートである。この第５番目のポート
の配置は本発明では以下の様に厳しいものであ
る。即ち、第６番目のポートと同様に、２対のコ
リリニアポートの各々に対して等しく結合する必
要があり、更に第６番目のポートと交差結合する
必要があるからである。このような条件を満たす
ような第６および第５番目のポートの交差結合
は、これらを互いに90度成す角度で配置すること
によつて達成される。しかし乍ら、第５番目およ
び第６番目のポートの両者を、これら両者の配置
によつて２対のコリリニアポートの４個すべての
ポートに対して等しく結合させた結果、各々のポ
ートの縦長方向の中心軸、例えば第３図の軸４１
は２対のコリリニアポートを通過する縦軸線に対
して45度の角度を成すようになる。従つて各々の
縦軸線は４方向ジヤンクシヨンの対向側の２個の
ポートを通過するようになる。ポート１０および
３０に対して、これらの縦軸線は第３図において
番号42で表示される。

前述した様に第６番目のポートを互いに結合す
るために要求される基本的事項が本発明の初期の
出願によつて示されている。ここでは、コリリニ
アポートの各々がそれの自身の反射増幅器に接続
され、この増幅器を例えば負性抵抗ダイオードに
よつて構成するので、従つて、５番目のポートが
入力および出力ポートの両ポートとして機能する
ようになる。元の信号がこの５番目のポートに進
入し、このポートが４個のコリリニアポートの
各々に等しく結合し、更に、第６番目のポートに
交差結合しているので、この信号は４つの等しい
部分に分割されると共に、各部分が反射増幅器に
導入されるようになる。これら反射増幅器はこの
導入された信号部分を増幅すると共に、この増幅
した信号をジヤンクシヨンに戻すようになる。こ
のジヤンクシヨンによつて４個の反射増幅器の出
力信号を結合すると共に、この結合した信号を第
５番目のポートを通して導出する。これら反射増
幅器の出力を互いに比較すると差が存在し、この
差を負荷装置を有する６番目のポートによつて吸
収することができる。このようにして不要な電力
の吸収が行われる。その理由は本発明による物理
的対称によつて得られた位相関係が存在するから
である。

第６番目のポートを追加したために、前述した
ようにターンスタイルジヤンクシヨンと通常に組
み合わされる整合手段を省略できるが、ジヤンク
シヨンの対称性が保たれる限りにおいては、従来
の整合手段を使用することができる。この整合手
段としては、容量性ポストまたはネジを用いるの
が好適であり、このネジまたはポストは２対のコ
リリニアポストに対して垂直な方向からこのジヤ
ンクシヨン中に突出しており、リアクタンス性絞
りをどのポストに使用することも可能である。こ
れらポストの突出量および絞りの寸法は最適な整
合を取るために調整可能なものである。

本発明の第１目的は、入力信号の電力を４つの
等しい電力部分に分割し得る単一の導波管構造を
提供することにある。

第２の目的は、４つの入力信号の電力を単一の
出力信号に結合し得る単一の導波管構造を提供す
ることにある。

第３の目的は、広い周波数範囲を亘つて動作し
得る単一の導波管構造を提供することにある。

第４の目的は、比較的高い周波数で動作し得る
単一の導波管構造を提供することにある。

第５の目的は、従来のものと比べて容易に製造
できるターンスタイルタイプのジヤンクシヨンを
提供すると共に、種々の応用が可能で外部装置に
簡単に適合できるジヤンクシヨンを提供すること
にある。

以下図面を参照し乍ら本発明を詳述する。

第１，第２および３図は、ターンスタイルタイ
プの導波管ジヤンクシヨンを示すものである。こ
れらジヤンクシヨンは、２対のコリリニアポート
１０，２０，３０および４０を具えている。更
に、入力／出力ポート５０および終端ポート６０
も具備している。これら２対のコリリニアポート
１０，２０，３０および４０はそれらの寸法は総
て同一のものであるが、ポート５０および６０は
他のポートと同一寸法である必要はない。ポート
１０，２０，３０，４０，５０および６０はその
断面が矩形であることが望ましい。また、ポート
１０，２０，３０および４０は、ポート５０を経
て導入された入力信号を等しく分割するためにそ
れらの断面の寸法が同一であることが望ましいも
のである。前述の様にポート５０および６０の寸
法はポート１０，２０，３０および４０の寸法と
同一である必要はないが、電力の伝送を所望の効
率で実行できる寸法とする必要がある。コリリニ
アポートの一方の１対はポート１０および３０と
から構成されており、これらポート１０および３
０とは互いに同一直線上の関係（＝コリリニア関
係）を有し、他方の対はポート２０および４０と
から構成されており、これらポートもコリリニア
関係を有している。各々の隣接のポート間の角度
は90度を成している。

入力／出力ポート５０は、ポート１０，２０，
３０および４０によつて形成されたジヤンクシヨ
ンに対して垂直に交差している。この入力出力ポ
ート５０は、このジヤンクシヨンに向つて配置さ
れているので、ポート１０，２０，３０および４
０の総てに電気的に且つ等しく結合している。こ
のような結合を達成するために、ポート５０の広
い方の寸法の中心を通る軸線４１は、両方の縦軸
線４２および４３に対して45度の角度を成し、こ
れら縦軸線はコリリニアポート１０；３０および
２０；４０の２対を通過するものである。一方、
終端用ポート６０もまた、ポート１０，２０，３
０および４０によつて形成されたジヤンクシヨン
を垂直に交差するが、このポート６０はこのジヤ
ンクシヨンをポート５０とは反対側の面で交差す
るものである。このポート６０を以上の様に配置
するために、コリリニアポート１０，２０，３０
および４０の総てを電気的且つ等しく結合するよ
うになる。しかし乍ら、このポート６０はポート
５０と電気的に結合しないように配置する必要が
ある。このような配置にするために、ポート６０
の広い方の寸法もまた両方の縦軸線４２および４
３に対して45度の角度を成すようにすると共に、
ポート５０の広い方の寸法に対して90度を成すよ
うに配置する。

このジヤンクシヨンの効果的な動作を行なう為
には、反射エネルギを零にする必要は無いが、通
常、反射エネルギを除去することが望ましい。換
言すれば、このジヤンクシヨンを最良状態に整合
させることによつて、最大の電力伝送がコリリニ
アポートの２対へおよび２対から、ならびに入
力／出力ポートへおよびこのポート５０から行な
われる。第１，２および３図はこのジヤンクシヨ
ンの整合の実施例を示すものである。ネジ５１お
よび６１を利用して容量性リアクタンスを形成
し、これによつてジヤンクシヨンにおける電気的
不連続性を補償すると共に、これに設けられた外
部装置間のインピータンスの差を整合することが
できる。絞り４７または同様な突起を利用して追
加のリアクタンスを形成することもできる。この
絞りまたは突起は補償および整合に必要ならば或
らゆるポートに設置可能である。

第１，２および３図で示した様に、容量性ネジ
またはポストをジヤンクシヨンの両側、即ち、ポ
スト５０が設けられている側およびポスト６０が
設けられている側に設けることができる。更に、
これらネジまたはポストをポートの広い方の壁に
隣接して配置すると共に等間隔で離間させること
によつてジヤンクシヨンを対称に維持できる。図
示のポストをネジを切ることによつて調整可能と
できる。従つて、このポストを一方向または他方
向に回転させることによつて上述の調整を行なつ
ており、これによつて整合の程度に応じて突起が
ジヤンクシヨン中に挿入および脱出するようにな
る。しかし、固定的な容量性ポストを用いること
も可能である。第２図において、絞り４７をポー
ト４０中に設けていたが、これに限らずどのポー
トにも設置することも可能である。実際の開口の
寸法は、、所望の整合量に応じて変化させること
ができる。

上述した整合方法は既知なものであると共に、
他の既知は整合方法を本発明の実施例に適用する
ことも可能である。

第４図は本発明の２番目の実施例であり、この
構造は導波管セクシヨン９２〜９７によつて構成
されている。

第５図は、本発明の３番目の実施例であり、本
発明の導波管が金属ブロツクの半部中に構成され
ている。４つの反射増幅器（図示せず）を番号７
０で示した空所中に製造することができる。これ
ら反射増幅器は図面を見易くする為に省略した。
これら反射増幅器を金属半部中に形成した２対の
ポート１０，２０，３０および４０に接続するも
のである。また、本発明による２個の残余のポー
ト５０および６０を以下のように製造する。即
ち、これらポートが金属半部を完全に貫通するよ
うにして外部の装置と接続するようにする。

第６図は、４個の反射増幅器８０〜８３を２対
のコリリニアポート１０，２０，３０および４０
に接続したブロツク線図である。ポート５０を入
力／出力ポートとして用いると共に、ポート６０
を負荷装置８４に接続する。この負荷装置８４に
よつてコリリニアポートおよびポート６０間で生
じる電力の反射を吸収することができる。

上述したように、新規で有用な６個のポートを
有する導波管の発明を詳述した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るターンスタイルタイプの
導波管ジヤンクシヨンの一実施例の正面および頂
面斜視図、第２図は第１図のジヤンクシヨンの背
面および底面の斜視図、第３図は第１図のジヤン
クシヨンの頂面図、第４図は第２の実施例の斜視
図、第５図は第３の実施例の斜視図および第６図
は本発明に係るジヤンクシヨンの接続を示すブロ
ツク線図である。 １０，２０，３０，４０…コリリニアポート、
５０…入力／出力ポート、６０…終端ポート、５
１，６１…調整ネジ、８０〜８３…反射増幅器、
４７…絞り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターンスタイルタイプの４方向Ｈ面ジヤンク
   シヨンを構成するように配置された２対のコリリ
   ニア導波部と第５番目の導波部とを備え、前記第
   ５番目の導波部は該第５番目の導波部に供給され
   る信号を４個の信号部分に分割しその各信号部分
   を前記２対のコリリニア導波部の互いに異なつた
   導波部に導きまた前記２対のコリリニア導波部を
   夫々介して供給される複数の信号を内部で結合し
   て前記第５番目の導波部を介して出力するように
   前記２対のコリリニア導波部と垂直に結合された
   導波管において、前記第５番目の導波部は前記２
   対のコリリニア導波部の各々に対して実質的に45
   度の角度で交差し以て電気的に均等に結合される
   ように配置された矩形の導波部を有し、前記ジヤ
   ンクシヨンの前記第５番目の導波部と対向する反
   対側に前記２対のコリリニア導波部の各々と電気
   的に結合するように設けられかつ前記第５番目の
   導波部と対向してこれと実質的に90度の角度で交
   差配置され以て第５番目の導波部から電気的に絶
   縁される矩形の第６番目の導波部を更に具備する
   ことを特徴とする導波管。 ２ 前記第６番目の導波部はその長手方向に沿つ
   た中心軸が前記２対のコリリニア導波部の各々の
   縦軸線に対して45度の角度を成すよう配置され、
   これにより前記第６番目の導波部が前記２対のコ
   リリニア導波部の各々と均等に結合されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の導波管。 ３ 前記第６番目の導波部に結合され、前記コリ
   リニア導波部及び該第６番目の導波部間に生じる
   電力反射を吸収する手段を更に設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の導波管。 ４ 前記２対のコリリニア導波部、前記第５番目
   の導波部及び前記第６番目の導波部は矩形の導波
   管ポートにより構成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の導波管。 ５ 前記２対のコリリニア導波部、前記第５番目
   の導波部及び前記第６番目の導波部は矩形の導波
   管セクシヨンにより構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の導波管。