JPS6014533B2 - 複数発振器の出力電力合成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は４端子父旧９０ｏ結合器を用いた複数発振器の
出力電力合成方法に関する。

複数のマイクロ波またはミリ波発振器等の出力を同相で
合成する技術が数多〈提案されている。

４端子３旧９び結合器を用いる方法として結合器の第１
の端子に受動インピーダンスを接続し第２、第３の端子
にそれぞれ合成すべき発振器の出力を結合し、第４の様
子に合成出力を得る方法を挙げることができる。

この方法を実施する回路では、最適調整された場合、第
１の端子に出る電力はほぼゼロとなり、極めて微弱とな
る。

この微弱な電力を受動インピーダンスで反射し、２等分
して注入同期信号として各発振器に注入するのであるか
ら注入同期信号が弱く、回路の同期動作の安定性に問題
がある。また前述の２発振器電力合成法をくり返し使っ
た２Ｎ発振器出力電力合成方法も知られている。しかし
この方法は、結合段数Ｎを増すと結合器のもつ損失のた
めに電力合成効率が低下する欠点があった。また従来、
発振器を従属あるいは直列に接続して発振器の出力電力
を合成する方法にはサーキュレータを用いる方法と結合
度が各段毎に異つた値の方向性結合器を用いる方法が知
られている。

いずれの方法もサーキュレータや方向性結合器の損失の
ために、結合段数の増加と共に電力合成効率が急速に低
下する欠点があった。本発明の目的は前述した諸問題を
すべて解決することができる新規な複数発振器の出力電
力合成方法を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による複数発振器の出
力合成方法は、４端子父旧９００結合器の第１、第２、
第３の端子に相互に注入同期可能な関係にある略同程度
の出力の発振器出力を接続し、第４の端子から前記各発
振器出力の和に相当する合成された出力を得るように構
成されている。

上記構成によれば、従来方法に比較して、注入同期が確
実であり効率的な電力合成が可能になる。

さらに、この３発振器出力合成の基本概念を拡大するこ
とにより、多数個の発振器出力の合成が可能となる。後
述するように調整も容易であり、容易に工業的に応用が
可能となる。なお本発明において発振器という用語は、
要素発振器と呼ぶ個々の発振器およびそれ等の出力を合
成した出力を発生する装置を含めた意味で用いることに
する。以下図面等を参照して本発明方法を、その原理、
および実施例の順に説明する。

第１図は３発振器出力合成方法の原理を説明するための
概略図である。

第１図において、発振器ａの発振周波数をねとし、その
出力電力をＰａとする。電力Ｐａは結合器の端子１から
結合器に入り、＄旧９００結合器Ａの特性に従い、２等
分されてＰａ／２が端子２に、Ｐａ／２が端子３に出、
しかも端子３に出る電力波の位相は端子２に出る電力波
の位相より９０ｏ遅れる。端子２と端子３に出た電力は
、それぞれ発振器ａと発振器ｂに注入される。端子２に
おいて、発振器ｂの自走発振周波数８ｂが岬こ十分近い
場合、同期引込現象がおき、発振器ａと発振器ｂは単一
周波数ｆで同期発振する。

同期引込状態で動作している発振器ｂの出力はｆの抗か
ら離調周波数ｆ−ｆｂに依存し、ある機認周波数で最大
値をとり、その値はほぼ発振器ｂの目走発振器の出力電
力Ｐｂと注入電力Ｐａ／２を加算した値となる。端子３
には発振器ｂと似た特性をもつ発振器ｃが接続されてい
るため、前述の現象と同じ現象が９０ｏの位相遅れを伴
って様子３でもおきる。

その結果、結合器Ａには端子２からＰｂ十Ｐａ／２の電
力を運ぶ鰭力波が、また端子３からＰｃ＋Ｐａ／２の電
力を運ぶ電力波が９び の位相遅れをもって送り込まれ
る。ここで、Ｐｃは発振器ｃの自走発振時の出力電力で
ある。発振器ｂと発振器ｃは似た特性をもつからＰｂニ
Ｐｃである。これらの電力波は、それぞれ、前述の３旧
９０ｏ結合器の特性に従って、端子１と端子４へ送り出
される。端子１においては、端子２と端子３から送り込
まれた電力波の位相は１８００の差をもち、互いに相殺
されて発振器ａへ逆注入される電力はゼロとなる。一方
「端子４においては、端子２と端子３から送り込まれた
電力波は同相で加算され、負荷ｄへＰａ＋Ｐｂ十ＰＣに
近い値の合成電力が供給される。以上説明した本発明に
よる基本的な方法は多数の発振器の出力電力合成に拡張
できる三つの方法を示す。

第一の方法は、第１図の発振器ａ，ｂｙｃをそれぞれ次
段の３発振器結合回路で置き換える方法でＮ段の場合、
３Ｎ個発振器の出力を（３Ｎ−１）／２個の結合器によ
って電力合成できる。多＝９発振器結合回路を第２図に
示す。第２図において、２１〜２９は電力合成される発
振器、２０は負荷、Ａ〜Ｄは結合器である。第二の方法
は第１図の発振器ａを次段の３発振器結合回路で置き換
える方法で、Ｎ段の場合が十１発振器の出力をＮコの結
合器によって電力合成できる。

２×４十１＝９発振器結合回路を第３図に示す。

第３図で３１〜３９は発振器、３０は負荷、Ａ〜Ｄは結
合器である。第三の方法は第３図のび十１発振器結合回
路から発振器３２と負荷３０を除いた州発振器結合回路
Ｍ個をＭ分岐電力分配・合成器を介してマスター発振器
と負荷に接続して洲Ｍ＋１発振器結合回路を構成する方
法である。

Ｎ＝４、Ｍ＝２の場合の２×４×２十１＝１７発振器結
合回路を第４図に示す。第４図で４１と４２は２×４＝
８発振器結合回路、４３と４４は２分岐電力分配・合成
器、４５はマスター発振器、４６は負荷、４７と４８は
無反射整合終機器を表す。次に前記各方法を実施する具
体的構成を順次説明する。

第５図は本発明方法で用いる結合器の一例であるショー
トスロット結合器の干既念を示す斜視図である。第５図
において５１と５２は方形導波管、５３は共通狭壁を除
去して形成された結合窓である。ショートスロット結合
器は、結合回路を平面状に構成するに適した構造をもち
、構造が簡単で製作が容易であるばかりでなく、線路長
が短く低損失で広帯域特性をもち、本発明の電力合成回
路の結合器として適している。１個のショートスロット
結合器で３個の蛇Ｈｚ帯ガン発振器を結合した３発振器
結合回路の例を第６図に示す。

第６図では６１は内寸が２２．劫岬×１０．２側の方形
導波管を示す。６２は結合回路出力端子の導波管フラン
ジ、６３は発振器部と結合器の結合窓の部分との接続フ
ランジ、６４は結合窓、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ、はガ
ンダイオード装着用金属ポスト、６６ａ，６６ｂ，６６
ｃは直流バイアス端子兼用の金属ポスト、６７ａ，６７
ｂ，６７ｃはガンダイオード、６８ａ，６８ｂ，６８ｃ
は導波管空胴の同調調整用誘電体棒を表す。

調整時および使用時には、出力端子を単向管を介して負
荷に接続する。回路調整は次の手順で行なう。

まず、発振器ａだけを動作させ、ねが所望の周波数ｆに
近い値となるよう誘電体棒６８ａの挿入長を調整する。
次に、発振器ｂと発振器ｃを動作に加え、結合回路の動
作が単一周波数ｆの同期発振状態で、かつ、出力が最大
となるように誘電体榛６８ｂと６８ｃの挿入長を交互に
くり返し調整すれば、Ｐａ十Ｐｂ＋Ｐｃに近い値の合成
出力電力が動作周波数ｆで得られる。第６図の構造の試
作回路に虹世帯のガンダィオードを装着し、ｆを９７３
３Ｍ批に設定して行なった電力合成実験５例の結果を発
明の詳細な説明の末尾に表１として示してある。表１中
、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは発振器ａ，ｂ，ｃ、を独立にｆで
目走発振させた時に同一負荷に供尊信する電力（仇Ｗ）
、Ｐは合成出力電力（肌Ｗ）、りはＰり＝Ｐａ＋Ｐｂ＋
ＰＣＸ１００（％） で定義された電力合成効率を表わす。

いずれの例でも、ほぼ１００％の電力合成効率が得られ
ている。また各発振器の離調周波数△ｆｉ＝ｆｉ−ｆ、
ｉ＝ａ、ｂ、ｃの値も示してある。結合窓の中央に容量
性ビスを挿入し結合器の位相角が正確に９ぴとなるよう
にその挿入長を調整す机よ、△ねニ０および△ｆｂ三△
にの結果が得られると考えられる。第７図は多＝９発振
器結合回路の実施例を示す平面構造説明図である。

発振器の構造は第６図に示したものと同様で、蛇世帯ガ
ンダィオードを使用している。第７図で７１は方形導波
管、７２は結合回路出力様子導波管フランジ、７３は結
合窓、７４はガンダイオード装着用金属ポスト、７５は
導波管空眼同調調整用誘電体棒を表わす。この試作回路
を用いたｆ＝９６２瓜ＭＨｚにおける電力合成実験で、
鰍．４％の電力合成効率（１９４ｍＷの合成出力）が得
られている。第８図は２×４十１＝９の発振器結合回路
の一例を示し、上から見た平面構造説明図である。

発振器の構造は第５図に示したものと同様で、的世帯ガ
ンダィオードを使用している。第８図で８１は方形導波
管、８２は結合回路出力端子導波管フランジ、８３は発
振器部と結合器部の接続フランジ、８４は結合窓、８５
は結合器の位相角を９ぴに合わせるための調整用容量性
ビス、８６はガンダィオード装着用金属ポスト、８７は
導波管空朝岡同調調整用誘電体棒を表わす。この試作回
路を用いたｆ＝９６１仰けＨｚにおける電力合成実験で
、９５．３％の蟹力合成効率（１８２机Ｗの合成出力）
が得られている。なお、前述の実施例では、結合器とし
て全てショートスロット結合器を用いたが、４関口をも
ち、結合度紅Ｂ、共雛端子出力間の位相差９０ｏの結合
器には種々ある。そのうち次の名称の結合器が本発明の
結合回路の結合器として、特に有用であると考えられる
。有用この順に【１１ ショートスロット結合器（方形
導波管狭面ショートスロット結合器、別名ＲｊＷｅｔ結
合器）■ ストリップ線×旧方向性結合器‘３１ 広面
結合器（方形導波管広面ショートスロット結合器）‘４
｝ 多結合孔型筑Ｂ方向性結合器（方形導波管広面型及
び狭面型）また、前述の実施例では、発振器として、１
つの発振器空胸中に１個のガンダィオードを装着した１
空胴単素子型の発振器を用いたが、１空眼中に複数の素
子を装着した１空且同複素子型の発振器の出力電力合成
にも本発明は適用できる。

この場合、電力合成される能動素子の数がいちじるしく
増すという利点に加えて、ある空胸中の１素子の故障が
全体の合成出力電力へ与える影響を軽減できるという利
点もある。表１ ｆ＝９７３３ＭＨｚ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３発振器出力合成法の原理を説明
するための回路図、第２図は本発明による結合段数Ｎ段
の３Ｎ発振器出力合成法の原理を説明するための回路図
、第３図および第４図は本発明による（州＋１）および
（州Ｍ十１）発振器出力合成方法の原理を説明するため
の回路図である。 第５図は本発明方法を実施するための結合器の構成例の
一つであるショートスロット結合器の概念を示す斜視図
、第６図は３発振器出力合成方法の実施例を示す図、第
７図は３Ｎ個発振器出力合成方法の実施例を示す図、第
８図は（州＋１）個発振器の出力合成方法の実施例を示
す図である。ａ，ｂ，ｃ：発振器、ｄ：負荷、１，２，
３，４：結合器の第１、第２、第３および第４の端子、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：４端子幻Ｂ９０ｏ結合器、２１，２２
，・…・・２９：（要素）発振器 ２０（ｄ）負荷、３
１，３２，…・・・３９：（要素）発振器３０（ｄ）負
荷、４１，４２：２×４発振器結合回路、４３，４４：
２分岐電力分配合成器、４５：マスター発振器、４６：
負荷、４７，４８：無反射整合終端器、５１，５２：方
形導波管、５３：結合窓、６１：方形導波管、６２，６
３：フランジ、６４：結合窓、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ
：ガンダィオード装着用金属ポスト、６７ａ，６７ｂ，
６７ｃ：ガンダイオード（要素発振器）、６８ａ，６８
ｂ，６８ｃ：同調調整用誘電体棒、７１：方形導波管、
７２：フランジ、７３：結合窓、７４：ガンダィオ−ド
装着用金属ポスト、７５：調整用誘電体綾、８１：方形
導波管、８２，８３：フランジ、８４：結合窓、８５：
調整用容量性ビス、８６：ガンダィオード装着用金属ポ
スト、８７：調整用誘電体榛。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ４端子３ｄＢ９０°結合器の第１、第２、第３の端
   子に相互に注入同期可能な関係にある略同程度の出力の
   発振器出力を接続し、第４の端子から前記各発振器出力
   の和に相当する合成された出力を得る複数発振器の出力
   電力合成方法。 ２ 前記結合器の第１、第２、第３の端子のうち、少な
   くとも１個の端子には前記第１項記載の方法で合成され
   た発振器出力が接続される第１項記載の複数発振器の出
   力電力合成方法。 ３ 前記第１項記載の結合器の第１、第２、第３の端子
   は、すべて下位の結合器の第４端子からの最終被合成出
   力が接続され、前記下位の結合器の第１、第２、第３の
   端子にはさらに下位の結合器の第４の端子からの被合成
   出力が接続され、この接続をさらに下位の結合器につい
   て繰り返し、３＾Ｎ個の要素発振器の出力電力を合成す
   る第１項記載の複数発振器の出力電力合成方法。 ４ 前記第１項記載の結合器の第１、第２、第３端子中
   の第１の端子につき、下位の結合器の第４端子からの出
   力電力を接続し、他の２端子については要素発振器の出
   力を接続し、前記下位の結合器の第１、第２、第３の端
   子中の第１の端子につきさらに下位の結合器の第４端子
   からの出力電力を接続し、他の２端子につき発振器の出
   力を接続するという繰り返し接続により（２Ｎ＋１）個
   の要素発振器の出力電力を合成する、第１項記載の複数
   発振器の出力電力合成方法。