JPS6040202B2 - 無線周波数電力デバイダおよびコンバイナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には無線周波数デバィダ／コンパィナ装
置（ｄＭｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒａｐｐａｒａｔｕｓ
）に関するもので、特に、マイクロ波領域で動作する該
装置に関するものである。

近年におけるレーダシステムにおいては、低損失の無線
周波数電力を供給される分割及び／又は再結合（ｄＭｓ
ｉｏｎａｎｄ／ｏｒｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）に対
する種々の要求が存在する。

該要求のうちの１つは、いわゆる無人式または最小人数
式のレーダシステムにおいて生ずる。このレーダシステ
ムにおいては、無線周波数電力の発生は、複数個の固体
状態の無線周波数発生器の出力を並列することによって
行われる。この方法によれば、どれか１つの無線周波数
発生単位が故障しても、単一のマグネトロン又はその他
の無線周波数発生器が用いられる場合のように無線周波
数電力出力段の全体的故障をもたらすことはない。この
システムは同時係属の米国特許出願第９５５，３４計号
、１９７群王１０月２７日出願、名称「自動的故障防止
式レーダ送信装置」、（米国特許第４，２２５，８６６
号）に記述されている。この米国特許豚は本出願と同じ
出願人に譲渡された。前述の米国特許出願第９５５，３
４ｙ号には、電力供給されるデバィダ／コンパィナ装置
に関する従来技術がいくらか詳細に論述されている。

例えば、いわゆるジゼルおよびウィルキンソン形コンパ
ィナが指摘され、関連ある技術文献が同様に引用されて
いる。これらの従来形のデバィダ／コンパィナ構造はい
ずれも相対的に多くの数の分割、すなわちそれに対応し
て多くの数の分岐ボート（ｂｒａｎｃｈｉｎｇｐｏｎ）
が要望される場合には適切なものではない。

そのうえ、これらの従来形の装置は通常ストリップ線路
設計に依存しており、それゆえ、或る場合には希望され
るようなより高い電力レベルに適合可能ではない。勿論
、例えば多素子アンテナシステムと結合されるように、
デバィダ／コンパィナの多くの他の応用が存在する。

本発明が新規ご構成を作り出し、低損失コンパィナ／デ
バィダにおいて多数の分岐ボートを提供する結果をもた
らす態様は以下の記述が進むにつれて理解され得るであ
ろう。基本的には、本発明の装置は放射状の平行平板の
導波体を用い、該導波体は基本波Ｅ形モードにおけるェ
ネルギが外方へ伝播するような中央作用点を有する。基
本波モード‘こおいては、電流は純粋に半径方向に流れ
、該電流は平行平板導波体構成の頂部および低部の金属
板に対して直角方向の電界をともなう。複数個のコレク
タが円形波形前縁の周辺に均一的に配置され、それゆえ
、一定の位相および振幅関係が樹立される。すなわち、
コレクタの各個は交又する放射状電流からェネルギを受
領し、このェネルギの位相および振幅は、中央供給部に
関しコレクタの各個について同じである。コレクタの各
個は１つのループであり、該ループは換状の平板状の導
体を包含し、該導体は、半径方向においてほぼ４分の１
波長以上の寸法であり、相対的に小なる分離間隙を除い
て、円周方向において隣接するループと衝合するのに充
分な幅を有する。

平行平板状導波体壁体の１つの内面から延びている導電
性ポストは、前述の襖状のループ脚部（ｌｏｏｐｌｅ鮫
）の各個を導波体壁体を形成する２個の平行平板の間の
平面内に位置するのに役立ち、かつ、導波体壁体への電
流通路を提供する。同軸状であることが好ましい分岐ボ
ートの各個は、ループ脚部の外方極限部に暖緩されるが
、該ループ脚部は平行導波体平板の間に懸垂されＪる。
帰還通路は、円形導波体構成を閉鎖する円形の外方壁体
を通して同軸ボートの外方の導体に到達して完成する。
非対称かつ不均一な分岐ボート装荷により発生させられ
得る高次モードは、望ましくない該高次モード‘こより
発生する円周方向電流を抑制するために、隣接するルー
プ脚部の間に円周方向に配置された抵抗によって抑制さ
れる。該抵抗は、多くの場合においては炭素抵抗材料の
パッチで形成することができ、または、より大なる電力
動作の場合には酸化ベリリウム上のニクロムとすること
ができる。各個の分岐ボートに接続される個別のループ
の構成は、各ループが、平行な放射状導波体平板の間の
基本的平衡した電界状態を例えば同軸状接続体によって
あらわされる不平衡の分岐ボートに変換するバルン（ｂ
ａｌ肌）として動作するように、構成されている。この
バルン構成が４対１のインピーダンス変換器として動作
することが理解される。本発明の１つの典型的な実施例
が、以下の記述が進行するにつれて理解される。第１図
ａにおいては、装置の放射状導波体を形成する２個の平
行板の１個、すなわち第１図ｂに示される平行板１２が
取除かれている。

第１図ａに示される構造は２個の平行板の他方、すなわ
ち平行板１１の上に構築される。円周部または外周部リ
ム１３は、平底の皿状の支持構造を形成する。平板１１
の中央部においては、転移的（整合的）円錐状片１９が
平板１１に電気的に接続される。この円錐状転移部はリ
ム１３および内方リム１４と同軸であることが必須であ
り、該内方リム１４は各ループ用の内方支持体および電
気的連続体の役割を果たし、該ループの頂部脚は典型的
には１７および１８である。頂部脚は１７および１８と
協働して分岐ボート１５および１６が設けられ、これら
の２個の同軸状のボート１５および１６は頂部脚１７お
よび１８の外縁にそれぞれ接続される。第１図ａ，ｂに
示される複数ループ、該ループの襖状の４分の１波長の
構成はそれらのループのうちの２個として１７および１
８が図示される、は第２図および第３図と関連させて、
より詳細に記述される。これはまた、２９に示される導
電性平板の下方のモード抑制抵抗にも適用される。

第２図において、放射状導波体の中央供給側、すなわち
、平板１２は規定位置にあるものと仮定する。すなわち
、第１図ｂの小集合体は第１図ａの小集合体の上に位置
させられ、後続の図面もその状態をあらわすものと仮定
する。第２図において、第１図ａの構成の裸状脚部１８
を含むループを通っての断面が示される。前述したよう
に、内方リム１４は、平板１１に対向して配置され基本
的に１８と同じ形状を有する部材２６とともにこのルー
プの１部を形成する。ループ脚部１８は、同軸分岐ボー
ト１６の中央導体と２８において接続されている。この
接続形態をより充分に理解するためには第３図を参照す
ることが有用である。

同軸分岐ボート１５および１６のために、外周部リム１
３を貫通して開孔２５および２７がそれぞれ穿孔され、
それにより、１５および１６の内方導体が、１５および
１６が１３を貫通するのと本質的に同様な同軸的（イン
ピーダンス）関係において同軸的に外周部リムを貫通す
る。第２図および第３図において、抵抗性パッチ３１，
３０および橋絡導電性部材２９の配置が明瞭に示される
。

この対称的配置は、ループ脚部１７および１８における
第３図に示されるような電流方向に対して直角方向の電
流を発生させる可能性夕のある高次モードの抑制体を提
供する。抵抗性パッチ３１および３川ま、当該技術分野
においてよく知られているように炭素で作られることが
できるが、作動電力が高レベルである場合には他の材料
、例えば酸化ベリリウムに彼着されたニクロ０ム、で作
られることができる。導電性平板２９は、通常は、ルー
プ脚部１７および１８と同じ材料、すなわち、環境上の
理由から適切に形成された、例えば銅、で作られること
ができる。第２図において、導電性ラィナ２６は、その
機能を導軍性平板１１に具備させることが可能であり、
それゆえ、特定の設計においてインピーダンス関係が満
足なものであれば、設ける必要がない。

インピーダンス関係に関連して、各ループは正常状態で
は半径方向に測られた４分の１波長のオーダーであり、
内方ループ周辺部（すなわち第１図ａ、第２図、および
第３図におけるほぼ１４）と第１図ａにおける中央部に
おける中央供給部の間の支配的なＥ形モードエネルギー
の変換用のバルンとして動作することに注意することは
有用である。

それぞれの場合において、バルンループの形状が４対１
のインピーダンス変換を生じさせることも示され得る。
すなわち、１５および１６に示されるような同軸分岐ボ
ートについて正常の５０オームのインピーダンスを仮定
すると、中央供給部から外方への、放射状平行板導波体
内における特性インピーダンスは、２００オームのオー
ダーである。他の分岐ボートインピーダンスも可能であ
ることは明白であり、その場合には対応する平行板導波
体インピーダンス値が与えられ、特定のインピーダンス
および対応する寸法に関するすべての事項は当該技術分
野における通常の技術の範囲内における特定の設計によ
り規定される。それゆえ、例えば１７および１８のよう
な換状ループ脚体の各個の幅および平板１１からの距離
はインピーダンスに特定的に影響を与える要因であるか
ら、設計者に与える制約がまず最初に評価されねばなら
ぬ。すなわち、例えば、もし分岐ボートインピーダンス
が固定されると、ループ設計はそのインピーダンスを具
現するように行わねばならぬ。直径は、装置の外周の周
囲の分岐ボートの実際の数に依存して、究極的に決定さ
れるのであるが、その理由は、インピーダンス基準は、
結果として生ずるインピーダンス関係を考慮しないで、
単に装置のための与えられた直径を終端区分に分割する
ことによるだけでは、良好には満足されないからである
。モード抑制抵抗、すなわち直列接続の抵抗性パッチ３
０および３１は個々の分岐ボートインピーダンスの２倍
のオーダーにおける値を有することが示されることがで
きる。

それにより、５０オームの分岐ポ−トィンピーダンスに
対しては（例えば１５または１６において）、３０およ
び３１はそれぞれ５０オームであるべきであるが、その
理由はループ脚部１７およびび１８の間に１００オーム
の値を提供するために橋絡平板２９を通して実効的に直
列であるからである。当業者は、モード抑制抵抗はすべ
て隣接するループ脚部の１方または他方に置かれること
ができ、適切なブリッジ平板によって電気的に他方に接
続されることができるが、第３図において考慮される形
態はより大なる熱シンク容量を有し、それゆえ、より大
なる電力作動に適合し得るものである。

第４図を参照すると、第１図ｂにおけるカバー平板１２
は第１図ａの形態の上方に配置され、断面構成が図示さ
れるようにあらわされる。

第１図ａにおける円錐状転移部は、中央線からほぼ４５
０の角度をなしていることがあらわされる。心部表面１
９は、平行平板導波体構造と中央供給部の間の円滑な転
移を提供し、いかなる誘導的不連続性をも実質的に排除
する。

設計上の目的から比率「ｗ／ｈ」（第４図参照）は、２
１および２１ａによって形成される円藤状の実のインピ
ーダンス素子（抵抗）が、中央線２１から測られた半径
ｗ／２における平板１１および１２の間に形成された半
径方向導波体線と同じであるように選択される。円錐体
１９は、第４図に示されるように、空間２０を包囲する
中空の肇体２３を有し、同様に、中央供給部同軸中央導
体２１は好ましくは中空状である。円錐体および中央導
体２１は固体状の導電性材料で作られることができるが
、附加的重量を正当化することには何の利点も無い。同
軸状管状の外側導体２１ａは、第１図ｂに示されるもの
のようであることができる。第１図ｂにおいて、２１お
よび２１ａの形態によって提供される同軸状特性インピ
ーダンスが第１図ｂに示さ夕れる標準接続体３３以外の
ものである場合には、中央ボート３３はインピーダンス
整合または転移を必要とする可能性がある。そのような
転移部は、２１ａによって提供される外被体内に、当業
者によく知られた態様で設けられることができ０る。第
１図ａに示される物理的構成は、２０の分岐ボートを有
する装置に対応するが、本発明の実施例によれば１個の
装置に１００以上の分岐ボートを設けることができる。

ループはすべて、内方リム１４によって規定される同Ｄ
状円形線の周囲における平行平板１１および１２（第４
図に示される構成体）の間の電界と交又する。装置を対
称形とすることは、（望ましくない）高次のモードの作
用を阻止するための重要な配慮である。勿論、実際の設
計においてはそのような高次モードを単に対称形を用い
ることのみにより完全に抑制することは不可能であり、
その理由は、実際には構造を完全に対称形となし得ずル
ープを同一となし得ないからである。前述したように、
ループの隣接する脚部（例えば１７および１８）の間の
放射状に配置された抵抗は、そのような望ましくないモ
ードが励起されることを抑制するために設けられる。図
面に示されるような、１２１５なし、し１４００ＭＨＺ
の動作のために２針固分岐蓬型のものにおいては、ルー
プは放射状中央線の間において３．１７５肌（１．２５
インチ）の間隔をおかれる。全部の分岐ボートが均一に
励起される場合には、インピーダンス整合は優れたもの
となる。単一の分岐ボートのが励起される場合には、整
合は極めて良好であり、また、半径方向の４分の１波長
のループの寸法を僅かに短縮することにより一層の改良
を実現し得る。隣接するボート間の隔離をＩＺ旧とする
ことは許容可能であると考えられ、このことは特に、中
央ボート３３から大電力の出力を得るためには分岐ボー
トが個別の固体状無線周波数発生器によって駆動される
という応用において許容可能であると考えられる。隣接
するボートを隔離することは、高次モード吸収器を最適
化することによる改良をもたらす。測定された全挿入損
失は０．２ＭＢのオーダであった。勿論、本装置は両方
向性であり、かつ、本来的に広帯域性である。電力取扱
い能力は、ピーク値で１０皿Ｗ以上、平均値で７ＫＷ以
上である。・前述の説明による本発明の理解にもとづき
、当該技術分野における当業者にとって本発明の概念の
範囲内において種々の変形で可能であることは明らかで
ある。

一つの例として、中央および分岐ボート供給部は、同軸
状供給手段以外からの場合にも適応し得る。図示され記
述された説明は典型的なものを示し解説としてなされた
ものであり、本発明がこれらの図示または説明により限
定されることは意図されていない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例の装置の内部を示す斜視図
、第１図ｂは平行平板導波体構成の平板の一つおよび中
央供給部を有するカバ一体を示す図、第２図は第１図ａ
の装置のカバーおよび供給部集合体が所定位置にある場
合における断面図、第３図は第１図ａ，ｂおよび第２図
の装置の挟形連結ループ脚部の２個および関連装置を示
す図、第４図は第１図ａ，ｂの装置の部分的断面におい
て中央供給部および円錐状転移区分を示す図である。 １１，１２・・・・・・平行平板、１３・・・・・・外
周部リム、１４・・・・・・内方リム、１５，１６・・
・・・・同軸ボート、１７，１８・・・・・・ループ脚
部、２５，２７・・・・・・間隙孔部、２９・・・・・
・橋絡導電性部材、３０，３１・・・・・・抵抗性パッ
チ。 抗り．ム Ｆ／Ｇ．７ Ｆね．２ 斤り．夕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１および第２の平行な導電性平板、 該平板間の
   空間に相対的に均一な基本波Ｅ形モードを形成するため
   の該第１の平行な平板の中央領域を貫通する対称形の供
   給路、 該平板の外側において該供給路に接続された第
   １のポート、 対称的に隔離された該供給路の中央線と
   同心の円に内接する複数個の導電性ループを具備する分
   岐手段であつて、該導電性ループの各個は、該ループの
   第１の対向する脚部上の該円に関して放射状であり該ル
   ープの第２の対向する脚部における該平板の平面に対し
   て直角である電流通路を具備しているもの、および、そ
   れぞれの対応するループの第１の脚部の放射状の外方へ
   向う終端部に接続された分岐ポートを具備する手段、
   を具備する無線周波数電力デバイダおよびコンパイナ。 ２ 該対称的供給部は同軸状供給部であり、該供給部の
   外側導体は該第１の平行平板に接続され中央導体は該平
   板の他方に接続され、該外側導体接続部における該第１
   の平板の間隙孔部は該同軸状供給部の外方導体の内径と
   実質的に一致している、特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３ 該同軸状供給部の中央導体は該第２の平板へと延び
   るに従つて放散する円錐状に拡開し、インピーダンス整
   合転移体をなしている、特許請求の範囲第２項記載の装
   置。 ４ 該ループは半径方向に測定したほぼ４分の１波長の
   長さを有し、第１の対向するループ脚部は２分の１波長
   を超えない長さであり、該第１の対向するループ脚部の
   １つは第１の平板の１部に結合され他の脚部は該第１お
   よび第２の平板のほぼ中間に位置づけられている、特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 該ループが該半径方向長さにおいて４分の１波長を
   超えないように規定されている、特許請求の範囲第４項
   記載の装置。 ６ 分岐ポートが同軸状接続体を包含する、特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 ７ 少なくとも該中間位置に位置づけられた脚部は、該
   平板の間の平面における複数個の円周方向に閉鎖的に間
   隔を置かれた、楔状の、平板状の部材であり、接続され
   る対応する分岐ポートのインピーダンスに対する整合に
   役立つように円周方向において寸法づけられる、特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ８ 該ループの隣接するものの間に抵抗性負荷が配置さ
   れ、それにより該基本波Ｅ形モードとは異なる望ましく
   ないモードの発生に対応する円周方向電流成分と交又し
   該電流成分を抑制する、特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ９ 抵抗性負荷が該ループの隣接するものの間に配置さ
   れ、それにより該基本波Ｅ形モードとは異なる望ましく
   ないモードの発生に対応する円周方向電流成分と交又し
   該電流成分を抑制する、特許請求の範囲第７項記載の装
   置１０ 少なくとも該中間位置に位置づけられた脚部は
   、該平板の間の平面における複数個の円周方向に閉鎖的
   に間隔を置かれた、楔状の、平板状の部材であり、接続
   される対応する分岐ポートのインピーダンスに対応する
   整合に役立つように円周方向において寸法づけられる、
   特許請求の範囲第６項記載の装置。 １１ 梯抗性負荷が該ループの隣接するものの間に配置
   され、それにより該基本波Ｅ形モードとは異なる望まし
   くないモードの発生に対応する円周方向電流成分と交又
   し該電流成分を抑制する、特許請求の範囲第１０項記載
   の装置。 １２ 該分岐手段が、分岐ポートの公称同軸インピーダ
   ンスが該分岐手段の半径方向の内方の極限部に現存する
   より高いインピーダンスに整合するように、実質的に４
   対１のインピーダンス変換を提供するように設計されて
   いる、特許請求の範囲第１項記載の装置。