JPH10233601A - N−ウェイ電力分配機/合成機 - Google Patents
N−ウェイ電力分配機/合成機Info
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- 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
-
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/04—Coupling devices of the waveguide type with variable factor of coupling
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Abstract
em) に関するもので、電力分配或いは合成効率を向上さ
せたN−ウェイ電力分配機/合成機の構造を提供する。 【解決手段】 共通入出力ポート及び共通ノードと、上
記共通入出力ポートに一側が接続された所定長さの第1
伝送線路と、上記第1伝送線路の他側に接続された絶縁
抵抗と上記第1伝送線路の所定長さより長くて上記抵抗
の他側にその一側が接続された第2伝送線路を具備する
N個の信号伝達経路と、上記共通入出力ポート及び上記
各信号伝達経路の第1伝送線路の間と、上記共通ノード
及び上記各信号伝達経路の第2伝送線路間中の少なくと
もある一つに接続された多数のスイッチを包含して、N
個の信号伝達経路中故障が生じた回路に接続された信号
伝達経路を自動に遮断することにより電力伝達効率を高
められる。
Description
icro wave system) に関するもので、特にN−ウェイ電
力分配機/合成機(N-Way power divider/Combiner) に
関するものである。
を多数の出力ポートに分配する電力分配機と、多数のポ
ートに入力される高周波電力を合成して一つのポートに
出力する電力劫せい機が利用されている。例えば、電力
合成機は一つの信号源から出力される超高周波信号を多
数の必要である部分に一定な比率をもって分配すること
に効果的である。そして、電力合成機は多数個の信号源
または増幅器から出力される超高周波信号を結合して一
つのアンテナあるいは出力の強さを高めることに効果的
である。こういう合成機と分配機は通常一つの回路とし
て具現されることが一般である。
してはウィルキンソン(Wilkinson)により提案された“N
-WayWilkinson power divider" (ここで、Nは1より
大きい定数のこと)がある。N−ウェイウィルキンソン
電力分配機の基本構成は少なくとも一つの高周波信号を
入力するための入力ポートと、上記入力ポートに入力さ
れる高周波信号を分配出力するための少なくとも一つの
出力ポートを持つ。こんな構成はいろんな形態として制
作可能であるが通常マイクロストリップ(Microstrip)
ラインとして構成されたり、ストリップ基板上に構成さ
れる例がその代表的な例である。
配機/合成機の構造を図示したもので、これはウィルキ
ンソンにより提案されて“N−ウェイ均等ウィルキンソ
ン電力分配機”といわれる。上記図1のように構成され
たN−ウェイ均等ウィルキンソン電力分配機の構成及び
動作を簡略に説明すると以下の通りである。
F)が入力されると、上記の高周波信号RFは伝送ライ
ン(transmission line)(20,22,24,26)の一
側のノード(N1)などに入力される。このとき、上記
伝送ライン(20,22,24,26)のそれぞれの長
さは“λ/4”(ここで、λは入力高周波信号の波長を
意味すること)であり、それぞれの他側ノード(N2)
などは共通ノード(CN)に一側が共通に接続された絶
縁(isolation) 抵抗(28,30,32,34)などの
他側に接続されている。そして、上記絶縁抵抗(28,
30,32,34)などの他側と上記伝送ライン(2
0,22,24及び26)などの他側ノードなどN2に
は分配された信号を出力するためのポートなど(36,
38,40及び42)などが具備される。
して使用され、ポートら(36,38,40,42)な
どは個別的に信号を入出力するポートなどとして使用さ
れる。これら多数のポートなど(10,36,38,4
0,42)などそれぞれには高周波信号を出力する送信
機、受信機あるいは高周波信号を増幅する高周波電力増
幅器が接続される。
周波信号(RF)が入力されると、上記入力される高周
波信号のRF電力は同一の位相及び振幅を持つ信号に分
けられてN個のポート(図1の構成では4個のポート
(36,38,40,42)に分離して出力される。こ
のとき、各ポート(36,38,40,42)などのロ
ード(load)がマッチングされると、各伝送ラインなど
(20,22,24,26)などの他側ノードN2に接
続された絶縁抵抗(28,30,32,34)などでは
電力の損失がない。従って、電力端子として利用される
ポート(36,38,40,42)などにのみ高周波信
号が分配されて伝達される。
長さをもってポート(10)と多数の絶縁抵抗(28,
30,32,34)などの間に接続された伝送ラインな
ど(20,22,24,26)などはポート(36,3
8,40,42)などからの反射信号の位相を同一にす
る目的である。こんな伝送ライン(20,22,24,
26)などの特性インピーダンスを(Zo)とすると下
記の数1の通りである。
o は伝送ライン(20,22,24,26)のライン抵
抗である。このとき、図1のようなN−ウェイウィルキ
ンソン電力分配機の入力インピーダンス(Zin)はZ
oになる。上記のように動作されるN−ウェイウィルキ
ンソン電力分配機の入力と出力を換えると高周波信号の
電力を合成(Combine) するN−ウェイ電力合成機(N-Way
power conbiner)として動作される。例えば、ポート
(36,38,40,42)などを高周波信号を入力す
る入力ポートとして使用し、ポート(10)を合成され
た高周波信号を出力する出力ポートとして利用するとN
−ウェイ電力合成機として利用できるし、この動作は下
記の通りである。
のそれぞれに任意の高周波信号出力装置など或いは多数
の増幅器から増幅して出力された高周波信号(RF2,
RF3,RF4,RF5)などが入力されると、上記の
高周波信号(RF2,RF3,RF4,RF5)などは
それぞれの伝送ライン(20,22,24,26)を通
じてポート(10)に供給されることにより上記ポート
(10)で合成されて出力される。
F2,RF3,RF4,RF5)などの信号の強さと位
相が全て同一な場合なら高周波信号(RF2,RF3,
RF4,RF5)などの電力が合成されてポート(1
0)で現れる。しかし、入力される高周波信号(RF
2,RF3,RF4,RF5)などの信号の強さと位相
が互いに異なる場合には上記入力される高周波信号など
の電力の損失なしに合成されることにより絶縁抵抗(2
8,30,32及び34)などでのみ一定量の電力が消
耗された後ポート(10)に出力される。
るときは絶縁抵抗(28,30,32,34)などの抵
抗値とポート(36,38,40,42)などの出力抵
抗がマッチングされるようにすることがとても重要であ
る。
形(Radial type) のN−ウェイ電力分配機/合成機の構
造を図示した図である。図2を参照すると共通ノード
(CN)がレディアル形のように接続されていて、上記
共通ノード(CN)と円周の中心に位置した共通入出力
ポート(10)の間に絶縁抵抗(28,30,32,3
4)などと伝送ライン(20,22,24,26)など
が接続された構造である。これのようなレディアル形の
N−ウェイ電力分配機/合成機の基本動作は図1に図示
されたウィルキンソン電力分配機/合成機の動作と同一
である。
来のN−ウェイ電力分配機/合成機などは多数の信号伝
達経路などに接続された回路(図示せず、例えば、高周
波電力増幅器、送信機、受信機等)、例えば共通入出力
端子として使用するポート(10)から多数の入出力端
子として使用されるポート(36,38,40,42)
の間の経路など中の一つのポートに接続された回路に故
障が生じる際問題のある経路を除去しない状態で継続電
力を分配或いは合成すると下記のような電力損失を招来
して電力の効率が悪くなる問題が生じる。
故障の回路が接続された経路にも電力を供給することに
より“Pout/N”(ここで、Poutは共通入出力
ポート(10)に接続された回路の出力電力であり、N
は自然数として図1の経路の数である)ほどの電力損失
をもたらす。例えば、ポート(36)に接続された回路
に故障が生じて高周波信号の入力が不必要とすることに
も関わらず共通入出力ポート(10)からの高周波信号
電力(Pout)を“N”に分配することにより“Po
ut/N”ほどの電力の浪費を招来する。
信号の電力をポート(36,38,40,42)に分配
する際、故障の回路が接続されたポートの経路によって
出力端子のインピーダンス整合が成らないから電力分配
機の全体の反射特性が悪くなる。
ト(36,38,40,42)等に連結された多数の回
路の中である一つでも故障が生じるとポート(10)の
出力整合が成らないから全体の出力特性が悪くなる問題
が生じる。
のN−方向電力分配機/合成機などは隣接の二つの伝送
ライン、例えば、二つの隣接の伝送ライン対(20,2
2或いは22,24、及び24,26)などが絶縁抵抗
(28,30,32,34)などの外郭の長さほど非常
に近く近接して配置されることにより又別の素子を付加
し難くて新たな機能を付加し難い。
従来の問題点を解決すべくなされたもので、電力分配或
いは合成効率を向上させたN−ウェイ電力分配機/合成
機の構造を提供することを目的としている。そして、本
発明の別の目的は任意の回路から出力される高周波信号
を多数の受信回路に分配するN−ウェイ電力分配機にお
いて、多数の受信回路の動作状態によってN−i(ここ
で、iは0でない定数)−ウェイ電力分配機に転換する
N−ウェイ電力分配機を提供することにある。
れた電力分配の経路を自動的に遮断して分配機の特性イ
ンピーダンスと入出力整合特性の変化を減らしてN−ウ
ェイ電力分配機からN−i−ウェイ電力分配機に転換さ
れても電力分配効率が減少されないようにするN−ウェ
イ電力分配機を提供することにある。本発明の又別の目
的は故障の回路との結合を除去してN−ウェイ電力分配
機からN−i−ウェイ合成機に自動的に動作できるよう
にするN−ウェイ電力合成機を提供することにある。
解決するために、共通ノードと、その一側ノードに信号
入出力用ポート及び絶縁抵抗がそれぞれ接続されたN個
の第1伝送線路と、上記第1伝送線路の長さより長くか
つ直列に接続されたN個の第2伝送線路と、
路の他側ノード間と、上記各絶縁抵抗及び上記各第2伝
送線路の直列接続ノード間にそれぞれ接続されてn個の
対となる2N個のスイッチを包含して、上記N個のスイ
ッチなどは上記多数の入出力ポートに接続された回路の
故障検出に応答スイッチングされる。
に係る実施の形態について説明する。なお、各実施の形
態間において共通する部分、部位には同一の符号を付
し、重複する説明は省略する。下記の説明では本発明に
よる動作を理解することに必要な部分のみが説明されそ
れ以外の部分の説明は省略されることに留意されてほし
い。
−ウェイ電力分配機/合成機の構造を示す図面である。
この構成は前述の図1の構成に下記の構成要素がもっと
付加されて構成される。
(10)と多数の伝送ライン(20,22,24,2
6)などの間に4個のRFスイッチ(44,46,4
8,50)などがもっと付加されて接続される。そし
て、共通ノード(CN)と絶縁抵抗(28,30,3
2,34)などの一側の間にはRFスイッチ(6X)
(ここで、Xは0,2,4,6を意味)と第2伝送線路
(5j)(ここで、jは2,4,6,8を意味)が直列
接続された伝送ラインスイッチ回路などがもっと付加接
続されて構成される。ここで、第2伝送ライン(52,
54,56,58)などの長さは第1伝送ライン(2
0,22,24,26)などの長さ“λ/4”より約定
数倍の長さである“nλ/2”の長さとして形成されて
いるし、これは絶縁抵抗(28,30,32及び34)
などと共通ノード(CN)の間でRFスイッチなどの追
加を容易にするためのものである。
チなど中で図面符号44,60と46,62,そして4
8,64及び50,66などが一対として動作される。
このようなRFスイッチなどは第1伝送ライン(20,
22,24,26)などの他側ノードに接続された入力
或いは出力ポートとして使用されるポート(36,3
8,40,及び42)などに接続された回路(図示せ
ず)の故障がないかを検索する制御器(100)から出
力される制御信号(CTL1,CTL2,CTL3,C
TL4)によりスイッチングされる。
示されたポート(36,38,40,42)などに接続
された回路、例えば高周波電力増幅器等のようなアンプ
の作動状態を検索して失敗(Fail)であるとき該当
制御信号を発生する回路としてこの技術分野の当業者な
らこれ以上の説明は必要でない。しかし、もっとより具
体的に説明すれば、ポート(36)に接続された回路に
故障が生じると上記制御器(100)は多数の制御信号
など中のCTL1のみを活性化させて一対として動作さ
れるRFスイッチ(44と60)をオープンさせる。
力分配(或いは合成)動作を簡略に説明すると下記の通
りである。図3の4−ウェイ電力分配機/合成機の回路
がある理由、例えばアンプの故障などの原因によりポー
ト(36)とポート(10)の間の信号伝達経路を利用
できなくなると、制御器(100)が制御信号(CTL
1)を活性化させる。このとき、ポート(10)から分
岐される経路(12,14,16,18)などと共通ノ
ード(CN)の間に接続された多数のRFスイッチなど
中RFスイッチ(44,60)の一対のスイッチが“オ
フ”されてポート(36)が接続された信号伝達経路が
ポート(10)から分離される。
間の信号伝達経路が分離されるとポート(10)とポー
ト(38,40,42)などの間の3個の信号伝達経路
のみが残って図3の電力分配機/合成機は4−ウェイか
ら3−ウェイ電力分配機或いは合成機に転換される。こ
のようなRFスイッチのスイッチングにより4−ウェイ
から3−ウェイに転換されると特性インピーダンスは下
記数2になって数3の理論的な3−ウェイ電力分配機/
合成機の特性インピーダンス値に近接になる。
も全体的な電力分配機/合成機の動作特性に影響を及ば
ないことがわかる。即ち、4−ウェイと3−ウェイを任
意に変化させて使用できることになる。
0,32及び34)などと共通ノード(CN)の間で
“nλ/2”の長さをもってもっと付加された第2伝送
線路(52,54,56,58)などにより回路全体の
入出力特性が変化しない。また、上記のような制御器
(100)の動作により任意の信号伝達経路が除去され
ても有効な信号伝達経路の第1伝送線路、例えば第1伝
送線路(22,24,26)などの絶縁抵抗(30,3
2,34)などと出力抵抗の間が“λ/2”または
“λ”の定数倍になって回路的な特性の変化は殆ど無く
なる。
を説明するが、この分野の当業者なら上記の説明により
N−ウェイ電力分配機/合成機に適用することが容易す
ることに有意すべきである。即ち、N個の電力分配或い
は合成のための信号伝達経路を持つ線形増幅器(LP
A)または高電力増幅器(HPA)システムに適用され
て多数の経路中1つ以上のアンプに失敗(fail)が
生じる時失敗が生じた信号伝達経路を遮断したり或いは
統制を必要とする回路に容易に適用される。
使用する高周波回路でスイッチを利用して各信号伝達経
路の任意の統制が必要な回路でも広範囲に利用されるこ
とに有意しなければならない。
たラディアル形N−ウェイ電力分配機/合成機の構造を
図示した図面である。この構成は前述の図2のようなラ
ディアル形電力分配機/合成機の構成を図3の説明のよ
うな原理により改良した構造を持つ
と、他側ノードに信号入出力用ポート(36,38,4
0,42)など及び絶縁抵抗(28,30,32,3
4)などがそれぞれ接続された第1伝送線路(20,2
2,24及び26)などと、上記共通ポート(10)と
上記第1伝送線路(20,22,24,26)などの一
側ノードの間に位置されたRFスイッチ(44,46,
48,50)などと、上記第1伝送ライン(20,2
2,24,26)などの長さより所定の長さほど長い長
さを持って直列接続された第2伝送ライン(52,5
4,56,58)と、上記絶縁抵抗(28,30,3
2,34)と上記第2伝送ライン(52,54,56,
58)の接続ノード間にそれぞれ接続されたRFスイッ
チ(60,62,64,66)で構成されている。この
時、上記の全ての構成要素の基本的な動作は図3の説明
と同じである。従って、下記の説明では図3との差異の
みが付加説明される。
54,56,58)を各絶縁抵抗(28,30,32,
34)の間に図4のように追加して図3のように共通ポ
ート(10)とポート(36)との信号伝達経路を除去
する場合、RFスイッチ(44)とこれと対として動作
されるRFスイッチ(60)をオープンさせればいい。
このようなRFスイッチ(44,60)及びそれ以外の
RFスイッチなどの開放/短絡の制御は図3で述べたよ
うな制御器(100)の出力により制御させられる。こ
のような制御により4−ウェイが3−ウェイになっても
全体的な電力分配機/合成機の動作特性に影響を及ばさ
ない。
機の特性は図3のようにN−ウェイの動作にも拡大適用
することができることに有意すべきである。N−ウェイ
電力分配機/合成機の理想的な特性インピーダンスZo
は下記数4と同じ、N−1−ウェイ電力分配機/合成機
の特性インピーダンスは下記数5と同じが、本発明によ
る図4の構成によるN−ウェイ電力分配機/合成機がN
−1−電力分配機/合成機になると特性インピーダンス
値は下記数6のようになることにより分配機の特性には
大きい影響を及ばないようになる。
N−ウェイ電力分配機/合成機の構成によっても故障の
回路が接続されたポートの信号伝達経路を除去できるか
ら電力損失を防止できることになる。
るために第1伝送ラインに定数倍の長さを持つ第2伝送
ラインを追加してRFスイッチを設置できる空間を確保
して失敗された信号伝達経路を除去することにより電力
伝達効率を極大化できる利点がある。即ち、N個の信号
伝達経路中故障が生じた回路に接続された信号伝達経路
を自動に遮断することにより電力伝達効率を高められ
る。また、N−ウェイの電力分配/合成の経路でNを任
意に変更しても特性インピーダンスについての幅がとて
も少ないので電力分配機/合成機としての利用が効率的
になる。
機/合成機の構造を図示した図。
ェイ電力分配機/合成機の構造を図示した図。
構造を図示した図。
ウェイ電力分配機/合成機の構造を図示した図。
Claims (11)
- 【請求項1】 N−ウェイ(way)電力分配機/合成
機において、 共通入出力ポートおよび共通ノードと、 上記共通入出力ポートに一側が接続された所定長さの第
1伝送線路と、上記第1伝送線路の他側に接続された絶
縁抵抗と上記第1伝送線路の所定長さより長くて上記抵
抗の他側にその一側が接続された第2伝送線路を具備す
るN個の信号伝達経路と、 上記共通入出力ポート及び上記各信号伝達経路の第1伝
送線路の間と、上記共通ノード及び上記各信号伝達経路
の第2伝送線路間中の少なくともある一つに接続された
多数のスイッチを包含するN−ウェイ電力分配機/合成
機。 - 【請求項2】 上記第2伝送線路などはそれぞれ“nλ
/2”(但し、nは0を包含しない定数)の長さである
請求項1記載のN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項3】 上記入出力ポートに接続された回路の作
動状態を検索してその検索結果により上記スイッチを制
御する制御器をもっと包含する請求項1又は請求項2記
載のN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項4】 N−ウェイ(way)電力分配機/合成
機において、 共通入出力ポートおよび共通ノードと、 上記共通入出力ポートに一側が接続された所定長さの第
1伝送線路と、上記第1伝送線路の他側に接続された絶
縁抵抗と上記第1伝送線路の所定長さより長くて上記抵
抗の他側にその一側が接続された第2伝送線路を具備す
るN個の信号伝達経路と、 上記共通入出力ポートおよび上記各信号伝達経路の第1
伝送線路の間と上記共通ノード及び上記各信号伝達経路
の第2伝送線路の間にそれぞれ具備される2N個のスイ
ッチを包含するN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項5】 上記第2伝送線路などはそれぞれ“nλ
/2”但し、nは0を包含しない定数)の長さである請
求項4記載のN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項6】 上記入出力ポートに接続された回路の作
動状態を検索してその検索結果により上記スイッチを制
御する制御器をもっと包含する請求項4又は請求項5記
載のN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項7】 N−ウェイ(way)電力分配機/合成
機において、 共通ノードと、 その一側ノードに信号入出力用ポート及び絶縁抵抗がそ
れぞれ接続されたN個の第1伝送線路と、 上記第1伝送線路の長さより長いかつ直列に接続された
N個の第2伝送線路と、 上記共通入出力ポート及び上記第1伝送線路の他側ノー
ド間と、上記各絶縁抵抗及び上記各第2伝送線路の直列
接続ノード間にそれぞれ接続されてn個の対をなす2N
個のスイッチを包含するN−ウェイ電力分配機/合成
機。 - 【請求項8】 上記第2伝送線路などそれぞれは“nλ
/2”(但し、nは0を包含しない定数)の長さである
請求項7記載のN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項9】 N個の第1伝送ラインに連結された信号
入出力用ポートに接続された回路の作動状態を検索して
その検索結果により上記スイッチを制御する制御器をも
っと包含する請求項7又は請求項8記載のN−ウェイ電
力分配機/合成機。 - 【請求項10】 N−ウェイ(way)電力分配機/合
成機において、 それぞれの入出力ポートを持って共通入出力ポートと共
通ノードの間に並列接続されたN個の信号伝達経路と、 上記信号伝達経路のそれぞれの第1ノード及び上記共通
入出力ポートの間と、上記信号伝達経路などそれぞれの
第2ノード及び上記共通端子間にそれぞれ接続されてN
個のスイッチ対をなし、上記N個のスイッチ対などを選
択的にスイッチングさせてN−ウェイ電力分配機/合成
機をN−i−ウェイ電力分配機/合成機として動作させ
るN−ウェイ電力分配機/合成機。 - 【請求項11】 上記それぞれの信号伝達経路の入出力
ポートに接続された回路などの故障検出に対応して上記
N個のスイッチ対などを選択的にスイッチングする制御
器をもっと包含する請求項10記載のN−ウェイ電力分
配機/合成機。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960033448A KR100279490B1 (ko) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | N-웨이 전력 분배기/합성기 |
| KR1996P33448 | 1996-08-12 |
Publications (2)
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