JPS6262081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、マイクロ波電力分岐器に関し、特
に複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有
し各出力ポートが他の出力ポートから分離されて
いるマイクロ波電力分岐器に関する。

通信衛星のマイクロ波アンテナ反射器は、方位
に従つてその共通開口面内に互い違いに配列さ
れ、カナダあるいはアメリカ本土のような地球上
の特定の領域に整合するように整形されたビーム
を生成する３つのアンテナフイードホーンによつ
て駆動されることが多い。この所望のビーム形状
は、他のアンテナフイードホーンに対する各アン
テナフイードホーンの物理的位置及び１組を成す
３つの駆動信号間の正しい位相関係によつて得ら
れる。これらアンテナフイードホーンを駆動する
信号の位相間の位相勾配関係は、この技術分野に
おいて方位性線形進相と呼ばれる正または負方向
の直線状位相勾配である。この通信衛星の技術分
野では、偶数中継チヤンネルとして当業者に公知
のものから放射される信号に応じてアンテナフイ
ードホーンに正方向性線形進相を伴う信号を供給
することがさらに望ましく、同様に奇数中継チヤ
ンネルから放射される信号に応じてアンテナフイ
ードホーンに負方向性線形進相を伴う信号を供給
することも望ましい。従来このような動作は入力
に大きさ相等しく位相差90゜の２つの入力信号が
供給されたときにだけ正しい位相関係を有する３
つの出力信号を生成する２入力３出力（すなわち
２−３）位相変換器によつてなされている。この
ような２−３位相変換器の１例は米国特許第
3843941号の明細書に示されている。

上記米国特許では、入力信号間の＋90゜の位相
差は正方向に進相した出力信号を生成し、入力信
号間の−90゜の位相差は負方向に進相した出力信
号を生成する。従来技術では位相変換器の入力信
号間に正しい直角位相関係を保つにはこの90゜の
位相差に対して通常単一の信号駆動源とその位相
変換器の２つの入力との間に3dbのハイブリツド
直角位相接合部または結合部を使用する必要があ
る。

この発明は、１つの入力ポートに供給されたた
だ１つの入力信号に応動して正しい位相関係を持
つ３つの出力信号を送り出す電力分岐器を提供す
るものである。従つて、この発明によればその電
力分岐器に同時に供給される互いに直角位相の２
つの入力信号を発生させるためのハイブリツド直
角位相結合器が不要である。正しい位相関係にあ
る１組の出力信号の生成には１つの入力しか励起
する必要がないので、２つの異なる入力信号をこ
の電力分岐器の各入力に１つずつ供給してその各
出力ポートに同時に異なる進相を示す２つの出力
を得ることができることに注意されたい。

この発明によれば２−３マイクロ波電力分岐器
の出力と各アンテナフイードホーンとの間のアイ
ソレータも不要になる。これはこの発明の２−３
マイクロ波電力分岐器による出力ポート間の減結
合が今日まで他の方法で得られたものより大きい
からである。

以下、この発明を図面を参照しながら詳細に説
明する。

まず第１図に示す２入力３出力マイクロ波電力
分岐器１０の主成分を概説し、その詳細は第２図
を参照して後述する。減衰および移相用の適当な
3db結合器１２はそれぞれ例えばレーダＣ帯域
（3.7−4.2GHz）のマイクロ波信号の受信に適する
入力ポート１４，１６を具備する。この結合器１
２は当業者に公知で、例えば1978年１月発行の
「マイクロウエーブ（Microwave）」第70頁以降掲
載のモース（A.W.Morse）の論文「高電力増幅
器を組合わせるための結合器の設計変更
（Modify Combiner Designs to Team High
Power Amps）」を参照されたい。3db結合器１
２内において入力ポート１４の信号の第１の部分
は出力ポート１８に供給され、第２の部分は出力
ポート２０に供給される。また3db結合器１２内
において入力ポート１６の信号の第１の部分は出
力ポート２０に供給され、第２の部分は出力ポー
ト１８に供給される。

結合器１２の出力ポート１８は適当な位相等化
器２４の入力ポート２２に結合され、その等化器
２４の出力ポート２６は位相等化器４６の入力ポ
ート４１に結合されている。結合器１２の出力ポ
ート２０は導波管部３０の入力ポート２８に結合
され、その導波管３０の出力ポート３２は4.77db
結合器３８の入力ポート３６に結合さている。こ
の結合器３８の入力ポート４０には低抗性終端負
荷３４が結合されている。この結合器３８内にお
いて入力ポート３６の信号の第１の部分は出力ポ
ート４４に供給され、第２の部分は出力ポート４
２に供給される。

位相等化器４６の出力ポート４８は適当な3db
結合器５８の入力ポート５０に結合され、この結
合器５８の入力ポート５２には結合器３８の出力
ポート４２が結合されている。結合器５８内にお
いて入力ポート５２の信号の第１の部分は出力ポ
ート５６に供給され、第２の部分は出力ポート５
４に供給される。また結合器５８内において入力
ポート５０の信号の第１の部分は出力ポート５６
に供給され、第２の部分は出力ポート５４に供給
される。

結合器３８の出力ポート４４は適当なマルチセ
クシヨンマルチアイリス容量性負荷−45゜移相器
６８の入力ポート７８に出力ポート６４を結合し
た導波管部６２の入力部に結合されている。結合
器５８の出力ポート５６，５４はそれぞれマルチ
セクシヨンマルチアイリス誘導性負荷＋45゜移相
器７４と、マルチセクシヨンマルチアイリス容量
性負荷−45゜移相器８０とに結合されている。移
相器６８，７４，８０はそれぞれ出力ポート７
０，７６，８２を有し、この出力ポートにマイク
ロ波電力分岐器１０の３つの所要出力が生じるの
である。

第２図はマイクロ波電力分岐器１０の３方向結
合器の実施例の略示ブロツク図を示す。このマイ
クロ波電力分岐器１０の動作説明を簡単にするた
めに（かつ、後で述べる第３図に示す２−３マイ
クロ波電力分岐器１１と第４図に示す２−６マイ
クロ波電力分岐器の動作説明のために）、そこに
使われている結合器（たとえば、第２図中の3db
結合器１２）は、与えられた入力信号の図示され
た電力分岐作用を行なうだけでなく、この与えら
れた入力信号の位相に対して出力信号の位相を或
る正確な量だけたとえば第２，３および４図に示
されているような量だけ移相させる作用も行なう
ものとする。第２図および第３図の例では、２つ
の入力信号ＡとＢは、説明の目的上、同じ周波数
でかつ同相であるものとして示してある。これ
を、Ａ∠０゜およびＢ∠０゜という記号で表わ
す。この明細書中では、この記号は、信号Ａは信
号Ｂと同一周波数で信号Ｂに対する位相角が０゜
であることを示している。しかし実際には、入力
信号ＡとＢは必ずしも同相ではなく、また同一周
波数に限られるものではないと理解すべきであ
る。

またこの電力分岐器１０を用いる場合１つの入
力信号を片方の入力ポートに供給してもよいし、
また２つの入力信号を両方の入力ポートに供給し
てもよいことを理解すべきであり、さらにこの発
明の実施に際してはこれら２入力信号間に何等の
位相関係も振幅関係も必要としない。

第２図に示す結合器の動作説明に当つて、信号
Ａ∠０゜とＢ∠０゜は、同図に示されるように、
それぞれ3db結合器１２の入力ポート１４，１６
に同相で供給されるものとする。ここで信号「Ａ
∠θ゜」は位相角θ゜で大きさ（すなわち振幅）
Ａの信号を意味するものとする。入力ポート１４
の入力信号Ａ∠０゜は3db減衰され、移相されて
3db結合器１２の出力ポート２０および１８にそ
れぞれ同相信号Ａ／√２∠０゜および−90゜移相
信号Ａ／√２∠−90゜として生ずる。同様に入力
ポート１６の入力信号Ｂ∠０゜は3db減衰され、
移相されて3db結合器１２の出力ポート１８およ
び２０にそれぞれ同相信号Ｂ／√２∠０゜および
−90゜移相信号Ｂ／√２∠−90゜として生じる。

3db結合器１２の出力ポート１８の２つの信号
Ｂ／√２∠０゜、Ａ／√２∠−90゜は、4.77db結
合器３８を通る信号にその結合器３８中で付加導
入される小さな位相変化を補償する働きをする直
列位相等化器２４，４６を通過する。3db結合器
１２の出力ポート２０の信号Ｂ／√２∠−90゜は
4.77db結合器３８の入力ポート３６に供給され、
そこで4.77db減衰されかつ移相されて出力ポート
４４および４２にそれぞれ信号Ｂ／√３∠−90゜
およびＢ／√６∠−180゜として生ずる。同様に
3db結合器１２の出力ポート２０の信号Ａ／√２
∠０゜は4.77db結合器３８の入力ポート３６の供
給され、そこで4.77db減衰されかつ移相されて出
力ポート４４および４２にそれぞれ信号Ａ／√３
∠０゜およびＡ／√６∠−90゜として生ずる。

位相等化器４６からの信号および結合器３８か
らの信号はそれぞれ3db結合器５８の入力ポート
５０および５２に供給され、結合器５８内におい
て入力ポート５０の信号Ｂ／√２∠０゜と入力ポ
ート５２の信号Ｂ／√６∠−180゜とは3db減衰
され、合成かつ移相されて出力ポート５４，５６
にそれぞれ移相信号Ｂ／√３∠30゜、Ｂ／√３∠
−120゜として生じ、また入力ポート５０の信号
Ａ／√２∠−90゜と入力ポート５２の信号Ａ／√
６∠−90゜とは3db減衰され、移相されてそれぞ
れ出力ポート５４，５６に信号Ａ／√３∠−120
゜、Ａ／√３∠−150゜として生じる。

結合器５８の出力ポート５４の信号は容量性負
荷−45゜移相器８０を通り、この電力分岐器１０
の出力ポート８２にそれぞれれ遅相信号Ａ／√３
∠−165゜およびＢ／√３∠−150゜として生じ
る。結合器５８の出力ポート５６の信号は誘導性
負荷＋45゜移相器７４を通り、電力分岐器１０の
出力ポート７６にそれぞれ進相信号Ａ／√３∠−
105゜およびＢ／√３∠−75゜として生じる。ま
た結合器３８の出力ポート４４の信号は容量性負
荷−45゜移相器６８を通り、この電力分岐器１０
の出力ポート７０にそれぞれ遅相信号Ａ／√３∠
−45゜およびＢ／√３∠−135゜として生じる。

電力分岐器１０の回路の正味効果は２つの入力
信号のそれぞれから電力分岐器１０の３つの出力
ポートに１つずつ現れる３つの出力信号の１組ず
つを生成することであることに注意すべきであ
る。このようにして２つの入力信号Ａ，Ｂからそ
れぞれ所望の位相関係を有する３つのＡ信号の１
組と３つのＢ信号の１組とからなる合計６つの出
力信号が生成される。さらに、このマイクロ波電
力分岐器のどちらかの入力ポートに入力信号が供
給されると、互いに直線的な位相勾配関係を有す
る出力信号が３つの出力ポートに１つずつ生成す
る。これら出力ポート間に生じる直線的な位相勾
配の大きさはどちらの入力ポートに入力信号が印
加されたかには無関係である。（Ａ信号またはＢ
信号の）各組の３出力信号の位相間では、直線的
な位相勾配の正負が入力信号が２つの入力ポート
のどちらかに印加されたかによつて決まる。

従つて、この電力分岐器１０の入力ポート１４
に供給された入力信号は、出力ポート７６の出力
信号の位相に対してそれぞれ−60゜、０゜、＋60
゜の相対位相を有する出力信号を出力ポート８
２，７６，７０に生成することが判る。従つて第
２図においてこれと同じ相対位相を持つ出力ポー
ト８２，７６，７０のＡ信号の実際の位相は−
165゜、−105゜、−45゜であることに注意された
い。同様に、この電力分岐器１０の入力ポート１
６に供給される入力信号は、出力ポート７６の信
号の位相に対して相対位相＋60゜、０゜、−60゜
を有する出力信号をそれぞれ出力ポート８２，７
６，７０に生成する。従つて、入力ポートの一方
の入力信号に応動して出力ポート間に生成される
２つの相異なる位相勾配は大きさ等しく方向反対
である。この電力分岐器１０はそれぞれ位相勾配
関係の異なる２組の出力信号を同時に発生するこ
とができるので、２重モード電力分岐器と呼ぶこ
ともある。

第３図は２つの方向性結合器とマジツクＴ結合
器とを含むこの発明の他の実施例のマイクロ波電
力分岐器１１のブロツク図を示す。入力マイクロ
波信号Ａ∠０゜、Ｂ∠０゜がそれぞれ3db結合器
１０６の入力ポート１０２，１０４に供給され、
そこで減衰移相されてそれぞれ出力ポート１２０
にＡ／√２∠０゜およびＢ／√２∠90゜として、
出力ポート１１８にＡ／√２∠90゜およびＢ／√
２∠０゜として生じる。

結合器１０６の出力ポート１１８の信号は
4.77db結合器１１２の入力ポート１０８に供給さ
れ、そこで減衰移相されてそれぞれ出力ポート１
１４にＡ／√６∠180゜およびＢ／√６∠90゜と
して、出力ポート１１６にＡ／√３∠90゜および
Ｂ／√３∠０゜として生じる。また結合器１１２
の出力ポート１１６の信号は移相器１３０によつ
て90゜進相されてマイクロ波電力分岐器１１の出
力ポート１２８にＡ／√３∠180゜およびＢ／√
３∠90゜として生じる。

結合器１０６の出力ポート１２０の信号は移相
器１２２によつて90゜進相されて４ポートマジツ
クＴ結合器１１５の入力ポート１２４に供給さ
れ、結合器１１２の出力ポート１１４の信号はそ
の４ポートマジツクＴ結合器１１５の入力ポート
１２７に供給される。マジツクＴ結合器１１５は
入力ポート１２４および１２７の信号に応動して
出力ポート１２３に信号Ａ／√３∠120゜および
Ｂ／√３∠150゜を、出力ポート１２５に信号
Ａ／√３∠60゜およびＢ／√３∠210゜を生成す
る。

結合器１１５の出力ポート１２３の信号はマイ
クロ波電力分岐器１１の出力ポート１２６に供給
され、その出力ポート１２５の信号は移相器１３
４によつて180゜進相されて電力分岐器１１の出
力ポート１３２に信号Ａ／√３∠240゜および
Ｂ／√３∠30゜として生じる。第１図および第２
図に示した電力分岐器１０と同様に第３図の電力
分岐器１１も２組の減衰信号を生成するが、各組
の各出力信号の位相は互いに60゜の直線的位相勾
配に従つて関連し、出力信号の一方の組の勾配は
他の組のそれと大きさ等しく方向反対であるこ
と、およびどちらかの入力ポートに入力信号が供
給されれば電力分岐器１１の出力ポートに１組の
出力信号が生じることに注意されたい。もし入力
信号が入力ポートの両方に供給されると、２組の
出力信号がマイクロ波電力分岐器１１の出力ポー
トに生成される。

第４図は１対の２−３マイクロ波電力分岐器１
５２と１５４によつて形成される２重モードマイ
クロ波電力分岐器１３を示す。マイクロ波電力分
岐器１３はその入力１３６と１３８に供給された
信号Ａ、Ｂから各出力１６０，１６２等にそれぞ
れ２組の出力信号を生成する。第２図および第３
図（これらの図示例では、入力信号が同一周波数
で互に固定位相関係にある）に関する前述の説明
の通り、発生した各出力信号の組は６つの出力信
号を含んでいる。発生した出力信号の各２つの組
の中の各出力信号は互に30゜の位相差を持つた直
線的位相勾配関係を持つている。入力信号ＡとＢ
が同一周波数でかつ互に或る関係を持つていれ
ば、第４図の分岐器の各出力１６０，１６２等に
は等大で逆位相勾配をもつ出力信号ＡとＢ信号が
生ずる。

第４図において、入力ポート１３６と１３８に
与えられた入力信号ＡとＢは、それぞれ、４ポー
トマジツクＴ同相電力分岐器１４０および１４２
に供給され、これら両分岐器１４０，１４２はそ
れぞれの出力に、移相を与えることなく１／√２
倍に減衰した入力信号ＡとＢの各一方を生成す
る。なお、この場合結合器１４２と１４０の移相
ポート１３７，１３９は第４図に示される通り使
用されていない。これら、同相でしかも減衰され
た４つの信号は第４図に示すように移相器１４
４，１４６，１４８および１５０に供給される。
これらの信号は＋15゜または−15゜の移相を受け
た後、第２図および第３図で説明したように６つ
の出力ポート１６０，１６２，１６４，１６６，
１６８および１７０上に１組の出力信号を生成す
る２−３電力分岐器１５２，１５４に供給され
る。各組の出力信号はその位相間に直線的な位相
勾配関係を持つている。第４図の各出力に付記し
た一例数値で示されるように、各組内の各出力信
号は、隣接する出力ポートの出力信号に対し30゜
移相され（６信号で丁度所要位相範囲180゜にな
る）、また入力信号の大きさの１／√６に減衰さ
れている。

入力ポート１３６に供給された入力信号Ａは、
この信号Ａと同一周波数でしかも所定の位相関係
を有し入力ポート１３８に供給される入力信号Ｂ
が生成する対応組の出力信号と等大でしかも反対
の位相勾配を有する１組の出力信号を、出力ポー
ト１６０，１６２等に出力する。第２図または第
３図に示した２−３マイクロ波電力分岐器１０ま
たは１１は、それぞれ、第４図に示す２−６マイ
クロ波電力分岐器に使用されている１対のマイク
ロ波電力分岐器１５２，１５４として使用するこ
とができる。第４図の分岐器を第２図に示した分
岐器を使用して構成し、またその入力１３６と１
３８に供給する信号が同一周波数でかつＡ∠−
180゜およびＢ∠０゜のものであれば、端子１６
０，１６２等のそれぞれに現われる出力信号は第
４図に示した通りのものとなる。一方、第４図に
示される分岐器を第３図に示す分岐器を使用して
構成し、また入力１３６と１３８に対する入力信
号が同一周波数を有しかつ適当な各位相角をもつ
て印加されると、出力１６０，１６２等における
角度は第４図に示されたものとは数値的に異なつ
たものとなるが、上記した相互間の位相関係は維
持されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるマイクロ波電力分岐器
の３方向性結合器の実施例の斜視図、第２図は第
１図に示す３方向性結合器のブロツク図、第３図
は２つの方向性結合器とマジツクＴ結合器とを使
用したこの発明の他の実施例のブロツク図、第４
図は１対の２−３マイクロ波電力分岐器によつて
形成した２−６マイクロ波電力分岐器のブロツク
図である。 １２，１０６……第１の結合手段、３８，１１
２……第２の結合手段、５８，１１５……第３の
結合手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの入力部の何れか一方または双方にそれ
   ぞれの入力信号を受入れ、その各入力信号につい
   て第１と第２の信号を生成するように構成されて
   おり、この第１と第２の信号のうちの一方を、そ
   の他方および上記入力信号に対して移相しかつ上
   記第１と第２の信号のそれぞれの電力レベルを上
   記入力信号の電力の２分の１にする第１の結合手
   段と、 上記第１の結合手段に結合されていて上記第１
   の信号を受入れて第３の信号と第１の出力信号を
   生成し、この第３の信号と第１の出力信号を上記
   第１の信号と第２の信号のそれに対しておよび相
   互に移相させかつ上記第３の信号と第１の出力信
   号の電力レベルを、それぞれ上記第１と第２の各
   信号の電力レベルの３分の１および３分の２でか
   つ上記両入力信号の各々の電力レベルの６分の１
   および３分の１とする第２の結合手段と、 上記第１と第２の結合手段に結合されていて上
   記第２および第３の信号を受入れて第２および第
   ３の出力信号を生成し、この第２および第３の出
   力信号を上記受入れた第２および第３の信号に対
   しておよび相互に移相させ、また上記第２および
   第３の出力信号の電力レベルを、上記第１の出力
   信号の電力レベルに等しくしまた上記両入力信号
   の各々の電力レベルの３分の１に等しくする第３
   の結合手段と、 の組合せから成り、上記第１，第２および第３
   の結合手段は、上記第１，第２および第３の出力
   信号のうちの一つと他の二者との間に等大逆向き
   の移相を与えるものである、マイクロ波回路網。