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JP2008219175A - Power synthesizing/distributing device and multi-point power feed circularly polarized wave antenna - Google Patents

Power synthesizing/distributing device and multi-point power feed circularly polarized wave antenna Download PDF

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JP2008219175A
JP2008219175A JP2007050500A JP2007050500A JP2008219175A JP 2008219175 A JP2008219175 A JP 2008219175A JP 2007050500 A JP2007050500 A JP 2007050500A JP 2007050500 A JP2007050500 A JP 2007050500A JP 2008219175 A JP2008219175 A JP 2008219175A
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Japan
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line
transmission line
power
transmission
main line
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JP2007050500A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Iio
憲一 飯尾
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Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a power synthesizing device with a simple configuration capable of improving isolation characteristics in a state where a plurality of transmission lines receiving inputted power have the same impedance and a phase difference is 90°. <P>SOLUTION: This power synthesizing device has a distribution coupling type directional coupler consisting of a main line and a sub-line electromagnetically coupled to the main line; first and second transmission lines connected to both ends of the main line; and third and fourth transmission lines connected to both ends of the sub-line. The device synthesizes the input power from the second transmission line connected to the main line and the third transmission line connected to the sub-line to the first transmission line connected to the main line, wherein a 1/4 wavelength transformer having characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted into the first transmission line connected to the main line. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力が入力される複数の伝送線路間、または電力が出力される複数の伝送線路間のアイソレーション特性を向上させた電力の合成あるいは分配を行う電力合成/分配装置、及び該電力合成/分配装置を備えた多点給電円偏波アンテナに関するものである。   The present invention relates to a power synthesizing / distributing device that combines or distributes power with improved isolation characteristics between a plurality of transmission lines to which power is input or between a plurality of transmission lines to which power is output, and the power The present invention relates to a multi-point feed circularly polarized antenna including a synthesizer / distributor.

一般に、電力の合成を行うにあたって、方向性結合器のような回路が広く用いられている。特に、図10に示すような分布結合型方向性結合器17を用いた電力合成装置10が多用されている。この電力合成装置10は、主線路11と主線路11に電磁界結合する副線路12から成る分布結合型方向性結合器17を有し、主線路11には第1伝送線路13及び第2伝送線路14が、副線路12には第3伝送線路15及び第4伝送線路16が接続されている。そして、第4伝送線路16には終端抵抗が接続されている。例えば、第2伝送線路14及び第3伝送線路15から電力が入力されると、それらの電力は合成され第1伝送線路13へ出力される。   In general, a circuit such as a directional coupler is widely used to combine power. In particular, a power combiner 10 using a distributed coupling type directional coupler 17 as shown in FIG. 10 is frequently used. The power combiner 10 includes a distributed coupling type directional coupler 17 including a main line 11 and a sub-line 12 electromagnetically coupled to the main line 11. The main line 11 includes a first transmission line 13 and a second transmission line. A third transmission line 15 and a fourth transmission line 16 are connected to the line 14 and the sub line 12. A termination resistor is connected to the fourth transmission line 16. For example, when power is input from the second transmission line 14 and the third transmission line 15, these powers are combined and output to the first transmission line 13.

ここで、このような分布結合型といわれる方向性結合器では、その特性が方向性結合器の対称面が偶モード、および奇モードとなるインピーダンスZeven、Zoddを使って表すことができる。この種の方向性結合器では、一般に3dB、つまり第2伝送線路14及び第3伝送線路15における入力インピーダンスが等しいものが比較的多く使用されており、このとき理論的にはZeven、Zoddを適当な値に選べば反射特性(S11)やアイソレーション特性(S32)を極めて小さくすることができる。しかしながら、実際にZeven、Zoddをそのような値とするためには2本の線路の結合度や位相が問題と成るため、一般に製品化されているものでは、反射特性、アイソレーション特性ともにせいぜい−20dB程度となっている。そこでここでは、Zevne、Zoddの値がそれぞれ150dB,25dBとなるように選んでいる。   Here, in the directional coupler referred to as such a distributed coupling type, the characteristic can be expressed by using impedances Zeven and Zodd in which the symmetry plane of the directional coupler is an even mode and an odd mode. In this type of directional coupler, 3 dB, that is, a relatively large number of input impedances in the second transmission line 14 and the third transmission line 15 are generally used. In theory, Zeven and Zodd are appropriately used. If a proper value is selected, the reflection characteristic (S11) and the isolation characteristic (S32) can be made extremely small. However, in order to actually set Zeven and Zodd to such values, the degree of coupling and phase of the two lines becomes a problem, so in general products that are commercialized, both reflection characteristics and isolation characteristics are at most − It is about 20 dB. Therefore, here, the values of Zevne and Zodd are selected to be 150 dB and 25 dB, respectively.

この時の特性(散乱行列)を図11に示す。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図11からわかるように、所望の周波数(1.5GHz)において、S21とS31は等しい。これは、第2伝送線路14及び第3伝送線路15における入力インピーダンスが等しいことを示している。また、反射特性及びアイソレーション特性は、ともにせいぜい−20dB程度であり、簡易な構成によりこのアイソレーション特性を向上させることが求められている。   The characteristics (scattering matrix) at this time are shown in FIG. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain. As can be seen from FIG. 11, at the desired frequency (1.5 GHz), S21 and S31 are equal. This indicates that the input impedances of the second transmission line 14 and the third transmission line 15 are equal. Further, the reflection characteristic and the isolation characteristic are both about −20 dB at most, and it is required to improve the isolation characteristic with a simple configuration.

そこで、特許文献1には、アイソレーション特性を向上させることができる電力合成装置20が開示されている。図12に示すように、電力合成装置20は、上述の電力合成装置10における副線路12の一部にインピーダンス整合回路21a及び21bが設けられている。したがって、容易に第3伝送線路15と第4伝送線路16とのインピーダンス整合をとることができるようになり、所定の回路網などに接続される第3伝送線路15のインピーダンスを所望の値に設定することができる。そのため、第4伝送線路16に流れ出る高周波信号を少なくすることができ、アイソレーション特性を向上することができる。
特開2002−280812
Therefore, Patent Document 1 discloses a power combiner 20 that can improve isolation characteristics. As shown in FIG. 12, the power combiner 20 is provided with impedance matching circuits 21 a and 21 b on a part of the sub line 12 in the power combiner 10 described above. Therefore, impedance matching between the third transmission line 15 and the fourth transmission line 16 can be easily performed, and the impedance of the third transmission line 15 connected to a predetermined circuit network or the like is set to a desired value. can do. Therefore, it is possible to reduce the high-frequency signal flowing out to the fourth transmission line 16 and improve the isolation characteristics.
JP 2002-280812 A

ところで、衛星などから送信される円偏波を良好に受信するために、多点給電円偏波アンテナの各給電点に接続される電力合成装置の伝送線路は、それぞれの位相差が90°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる。   By the way, in order to satisfactorily receive the circularly polarized wave transmitted from a satellite or the like, the transmission line of the power combiner connected to each feeding point of the multipoint feeding circularly polarized antenna has a phase difference of 90 °. It is required that the impedance is equal.

しかしながら、特許文献1に記載の電力合成装置20はアイソレーション特性を向上させるため第3伝送線路15側のインピーダンスを所定の値に変更するので、第2伝送線路14と第3伝送線路15のインピーダンスは異なったものとなってしまう。さらに、インピーダンス整合回路21a及び21bが接続されると、その部分で位相が変化してしまう。つまり、第2伝送線路14と第3伝送線路15の位相差は元の90°とからずれてしまう。したがって、前述の電力合成装置20はアイソレーション特性を向上してはいるが、多点給電円偏波アンテナ等への使用には向かないといった問題点があった。   However, since the power combiner 20 described in Patent Document 1 changes the impedance on the third transmission line 15 side to a predetermined value in order to improve the isolation characteristic, the impedance of the second transmission line 14 and the third transmission line 15 is changed. Will be different. Furthermore, when the impedance matching circuits 21a and 21b are connected, the phase changes at that portion. That is, the phase difference between the second transmission line 14 and the third transmission line 15 deviates from the original 90 °. Therefore, although the above-described power combiner 20 has improved isolation characteristics, there is a problem that it is not suitable for use in a multipoint feed circularly polarized antenna or the like.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、電力が入力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が90°の状態でアイソレーション特性を向上させることのできる電力合成装置を実現することを目的とする。特に、多点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくした円偏波アンテナを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and improves the isolation characteristics with a simple configuration in which the impedance of a plurality of transmission lines to which power is input is equal and the phase difference is 90 °. An object of the present invention is to realize a power combiner that can be used. In particular, an object of the present invention is to provide a circularly polarized antenna that is suitable for mounting on a feeder circuit such as a multipoint fed circularly polarized antenna and that is less susceptible to multipath.

前記課題を解決するために本発明における電力合成装置は、主線路と該主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、前記主線路の両端に接続する第1および第2伝送線路と、前記副線路の両端に接続する第3および第4伝送線路とを備え、前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第1伝送線路に合成して出力する、或いは前記主線路に接続する第1伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路に分配して出力し、前記主線路に接続する第1伝送線路に該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器を挿入したことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a power combiner according to the present invention includes a distributed coupling type directional coupler including a main line and a sub line that is electromagnetically coupled to the main line, and a first connected to both ends of the main line. And a second transmission line and third and fourth transmission lines connected to both ends of the sub line, and an input from the second transmission line connected to the main line and the third transmission line connected to the sub line Power is combined with the first transmission line connected to the main line for output, or input power from the first transmission line connected to the main line is connected to the second transmission line and the sub line connected to the main line. A quarter-wave transformer having a characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted into the first transmission line connected to the main transmission line and output to the third transmission line to be connected. .

また、前述の電力合成装置において、前記4分の1波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路、或いは集中定数回路素子で代用することを特徴とする。   In the power combiner described above, the quarter wavelength transformer may be replaced with an open-ended stub and a high impedance line, or a lumped constant circuit element.

さらに、前記課題を解決するために本発明における複数の給電点を具備し円偏波を受信する多点給電円偏波アンテナは、主線路と前記主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、前記主線路の両端に接続する第1および第2伝送線路と、前記副線路の両端に接続する第3および第4伝送線路とから成り、前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第1伝送線路に合成して出力するとともに、前記主線路に接続する第1伝送線路に該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器を挿入した電力合成装置を少なくとも一つ備えることを特徴とする。   Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, a multi-point feed circularly polarized antenna having a plurality of feed points and receiving circularly polarized waves according to the present invention comprises a main line and a sub line that is electromagnetically coupled to the main line. Consisting of a distributed coupling type directional coupler, first and second transmission lines connected to both ends of the main line, and third and fourth transmission lines connected to both ends of the sub-line, connected to the main line Input power from the third transmission line connected to the second transmission line and the sub-line is combined and output to the first transmission line connected to the main line, and to the first transmission line connected to the main line The first transmission line includes at least one power combiner in which a quarter-wave transformer having a different characteristic impedance is inserted.

例えば、2つの給電点を具備し円偏波を受信する2点給電円偏波アンテナは、主線路の一端に接続された第1伝送線路と、前記主線路の他端に接続された第2伝送線路と、前記主線路に電磁界結合した副線路の前記第1伝送線路と同じ側の一端に接続された第3伝送線路と、前記副線路の他端に接続された第4伝送線路とから成る電力合成装置を備え、前記第1伝送線路は前記2点給電円偏波アンテナの内部回路網に接続され、前記第2伝送線路及び前記第3伝送線路はそれぞれ前記2つの給電点に接続され、前記第4伝送線路は終端抵抗に接続され、前記第1伝送線路に該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器が挿入されることを特徴とする。   For example, a two-point feed circularly polarized antenna having two feed points and receiving circularly polarized waves includes a first transmission line connected to one end of the main line and a second transmission line connected to the other end of the main line. A transmission line; a third transmission line connected to one end of the sub-line that is electromagnetically coupled to the main line; and a fourth transmission line connected to the other end of the sub-line. The first transmission line is connected to the internal network of the two-point feed circularly polarized antenna, and the second transmission line and the third transmission line are connected to the two feed points, respectively. The fourth transmission line is connected to a terminating resistor, and a quarter-wave transformer having a characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted into the first transmission line.

例えば、4つの給電点を具備し円偏波を受信する4点給電円偏波アンテナは、主線路の一端に接続された第1伝送線路と、前記主線路の他端に接続された第2伝送線路と、前記主線路に電磁界結合した副線路の前記第1伝送線路と同じ側の一端に接続された第3伝送線路と、前記副線路の他端に接続された第4伝送線路とから成る第1電力合成装置乃至第3電力合成装置を備え、前記第1電力合成装置が備えた前記第1伝送線路は前記4点給電円偏波アンテナの内部回路網に接続され、前記第1電力合成装置が備えた前記第2伝送線路及び前記第3伝送線路はそれぞれ前記第2電力合成装置及び前記第3電力合成装置が備えた前記第1伝送線路に接続され、前記第2電力合成装置及び前記第3電力合成装置が備えた前記第2伝送線路及び前記第3伝送線路はそれぞれ前記4つの給電点に接続され、前記第1電力合成装置乃至前記第3電力合成装置が備えた前記第4伝送線路は終端抵抗に接続され、前記第1電力合成装置乃至前記第3電力合成装置が備えた前記第1伝送線路の少なくとも一つに該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器が挿入されることを特徴とする。   For example, a four-point feed circularly polarized antenna that has four feed points and receives circularly polarized waves includes a first transmission line connected to one end of the main line and a second transmission line connected to the other end of the main line. A transmission line; a third transmission line connected to one end of the sub-line that is electromagnetically coupled to the main line; and a fourth transmission line connected to the other end of the sub-line. A first power synthesizer to a third power synthesizer, wherein the first transmission line provided in the first power synthesizer is connected to an internal network of the four-point-feed circularly polarized antenna, The second transmission line and the third transmission line included in the power combiner are connected to the first transmission line included in the second power combiner and the third power combiner, respectively, and the second power combiner And the second transmission line provided in the third power combiner and the The three transmission lines are connected to the four feeding points, respectively, the fourth transmission line included in the first power combiner to the third power combiner is connected to a terminating resistor, and the first power combiner to the A quarter-wave transformer having a characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted into at least one of the first transmission lines provided in the third power combiner.

本発明によれば、汎用品の分布結合型方向性結合器を基に、電力が入力または出力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が90°の状態で、アイソレーション特性を向上させた電力合成/分配装置を簡易に実現することができる。特に、多点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくすることができる。   According to the present invention, based on the general-purpose distributed coupling type directional coupler, the isolation characteristics can be obtained in a state where the impedances of a plurality of transmission lines to which power is input or output are equal and the phase difference is 90 °. An improved power combining / distributing device can be easily realized. In particular, it is suitable for mounting on a feeding circuit such as a multipoint feeding circularly polarized antenna, and can be made less susceptible to multipath.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における電力合成装置100について図1を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, power combining apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

実施の形態1における電力合成装置100は、4分の1波長変成器1と、主線路11及び主線路11に電磁界結合する副線路12から成る分布結合型方向性結合器17と、第1伝送線路13と、第2伝送線路14と、第3伝送線路15と、第4伝送線路16とから構成されている。そして、第1伝送線路13及び第2伝送線路14は主線路11に接続され、第3伝送線路15及び第4伝送線路16は副線路12に接続されている。ここで、第1伝送線路13と第3伝送線路15はそれぞれ主線路11と副線路12の同じ側(図1において左側)に接続されている。また、第4伝送線路16には主に抵抗器が接続され、特に終端抵抗が接続されている。   The power combiner 100 according to the first embodiment includes a quarter wavelength transformer 1, a distributed coupling type directional coupler 17 including a main line 11 and a subline 12 electromagnetically coupled to the main line 11, a first The transmission line 13, the second transmission line 14, the third transmission line 15, and the fourth transmission line 16 are configured. The first transmission line 13 and the second transmission line 14 are connected to the main line 11, and the third transmission line 15 and the fourth transmission line 16 are connected to the sub line 12. Here, the 1st transmission line 13 and the 3rd transmission line 15 are connected to the same side (left side in FIG. 1) of the main line 11 and the subline 12, respectively. Further, a resistor is mainly connected to the fourth transmission line 16, and in particular, a termination resistor is connected.

4分の1波長変成器1は、第1伝送線路13に挿入されている。第1伝送線路13の一部を、この第1伝送線路13とは異なる特性インピーダンスである4分の1波長変成器1で構成することにより、分布結合型方向性結合器17のアイソレーション特性等をより向上させることができる。   The quarter wavelength transformer 1 is inserted in the first transmission line 13. By configuring a part of the first transmission line 13 with the quarter wavelength transformer 1 having a characteristic impedance different from that of the first transmission line 13, the isolation characteristics of the distributed coupling type directional coupler 17 and the like Can be further improved.

ここで、具備された4分の1波長変成器1のインピーダンスを60Ωとした時のシミュレーション結果を図2に示す。なお、分布結合型方向性結合器17は、背景技術で示した電力合成装置10に用いたものと同様である。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図2より、所望の周波数帯域(1.5GHz)におけるアイソレーション特性は、約−22dBと向上していることがわかる。また、反射特性も約−40dBと大きく向上している。なお、従来の電力合成装置10における場合と同様にS21,S31は等しく、また、第2伝送線路14と第3伝送線路15は対称性が保たれたままであり、その位相差は90°である。   Here, FIG. 2 shows a simulation result when the impedance of the quarter-wave transformer 1 provided is 60Ω. The distributed coupling type directional coupler 17 is the same as that used in the power combiner 10 shown in the background art. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain. FIG. 2 shows that the isolation characteristic in the desired frequency band (1.5 GHz) is improved to about −22 dB. Also, the reflection characteristic is greatly improved to about -40 dB. As in the case of the conventional power combiner 10, S21 and S31 are equal, and the second transmission line 14 and the third transmission line 15 remain symmetrical, and the phase difference is 90 °. .

したがって、各給電点に接続される伝送線路の位相差が90°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる2点給電円偏波アンテナの電力合成用回路として電力合成装置100を用いることができる。以下、2点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れを説明する。   Therefore, the power combiner 100 can be used as a power combiner circuit for a two-point-feed circularly polarized antenna in which the phase difference between the transmission lines connected to each feed point is 90 ° and the impedance is required to be equal. . Hereinafter, the flow of power when the two-point-feed circularly polarized antenna receives radio waves will be described.

2点給電円偏波アンテナの各給電点は、それぞれ電力合成装置100の第2伝送線路14及び第3伝送線路15に接続されている。また、第1伝送線路13は合成された電力が処理されるべき回路網等に接続され、第4伝送線路16は終端抵抗に接続されている。ここで、測位用衛星などから円偏波を受信したとき、各給電点からそれぞれ第2伝送線路14及び第3伝送線路15に電力が入力される。この時、第2伝送線路14と第3伝送線路15の位相差は90°なので、円偏波を受信した時につつがなく電力を入力することができる。さらに、第2伝送線路14と第3伝送線路15のインピーダンスは等しく構成されているので、入力される電力も等しい。   Each feeding point of the two-point feeding circularly polarized antenna is connected to the second transmission line 14 and the third transmission line 15 of the power combiner 100, respectively. The first transmission line 13 is connected to a network or the like where the combined power is to be processed, and the fourth transmission line 16 is connected to a termination resistor. Here, when circularly polarized waves are received from a positioning satellite or the like, power is input to the second transmission line 14 and the third transmission line 15 from each feeding point. At this time, since the phase difference between the second transmission line 14 and the third transmission line 15 is 90 °, it is possible to input electric power immediately upon receiving circularly polarized waves. Furthermore, since the impedances of the second transmission line 14 and the third transmission line 15 are equal, the input power is also equal.

主線路11は副線路12と電磁界結合しており、第2伝送線路14より入力した電力と第3伝送線路15により入力された電力とが、第1伝送線路13より合成されて出力される。そしてこの合成された電力は、第1伝送線路13に接続された回路網等において所定の処理が行われる。   The main line 11 is electromagnetically coupled to the sub line 12, and the power input from the second transmission line 14 and the power input from the third transmission line 15 are combined and output from the first transmission line 13. . The combined power is subjected to predetermined processing in a circuit network or the like connected to the first transmission line 13.

ここで、4分の1波長変成器1の代わりに、2つの終端開放スタブ2a及び2bと高インピーダンス線路3を用いることもできる。具体的には、図3に示すように第1伝送線路13の一部を高インピーダンス線路3とし、その両端に終端開放スタブ2a及び2bを接続することにより代用できる。この時のシミュレーション結果を図4に示す。図4により、所望の周波数帯域(1.5GHz)において、約−32dBまでアイソレーション特性が向上することがわかる。また、反射特性も約−25dBまで向上することがわかる。なお、従来の電力合成装置10における場合と同様にS21,S31は等しく、また、第2伝送線路14と第3伝送線路15は対称性が保たれたままであり、その位相差は90°である。   Here, instead of the quarter-wave transformer 1, two open termination stubs 2 a and 2 b and a high impedance line 3 can be used. Specifically, as shown in FIG. 3, a part of the first transmission line 13 may be a high impedance line 3, and the terminal open stubs 2 a and 2 b may be connected to both ends thereof. The simulation result at this time is shown in FIG. FIG. 4 shows that the isolation characteristic is improved to about −32 dB in the desired frequency band (1.5 GHz). It can also be seen that the reflection characteristics are improved to about -25 dB. As in the case of the conventional power combiner 10, S21 and S31 are equal, and the second transmission line 14 and the third transmission line 15 remain symmetrical, and the phase difference is 90 °. .

このように、4分の1波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路で代用することでも、アイソレーション特性及び反射特性を従来よりも向上させることができる。さらに、4分の1波長変成器を用いたときよりも小型な電力合成装置を実現することができる。また、4分の1波長変成器をコンデンサやインダクタといった集中定数回路素子で代用すれば、さらに小型にすることもできる。   As described above, the isolation characteristic and the reflection characteristic can be improved as compared with the conventional one by substituting the quarter-wave transformer with a terminal open stub and a high impedance line. Furthermore, it is possible to realize a power combiner that is smaller than when a quarter-wave transformer is used. Further, if the quarter wavelength transformer is replaced with a lumped constant circuit element such as a capacitor or an inductor, the size can be further reduced.

以上のような構成により、汎用品の分布結合型方向性結合器を基に、電力が入力される複数の伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が90°の状態で、アイソレーション特性を向上させた電力合成装置を簡易に実現することができる。特に、2点給電円偏波アンテナなどの給電回路への実装に適しており、マルチパスの影響をより受けにくくすることができる。   With the above configuration, based on a general-purpose distributed coupling directional coupler, the isolation characteristics are improved when the impedance of multiple transmission lines to which power is input is equal and the phase difference is 90 ° It is possible to easily realize the power combining apparatus. In particular, it is suitable for mounting on a feeding circuit such as a two-point feeding circularly polarized antenna, and can be made less susceptible to multipath effects.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における電力合成装置200について図5を参照しながら説明する。なお、実施の形態1と同様の構成については説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, power combining apparatus 200 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the description of the same configuration as that of Embodiment 1 is omitted.

電力合成装置200は、3つの電力合成装置200a,200b及び200cから構成されている。具体的には、電力合成装置200bの第1伝送線路13bが電力合成装置200aの第2伝送線路14aに接続され、電力合成装置200cの第1伝送線路13cが電力合成装置200aの第3伝送線路15aに接続されている。また、電力合成装置200a,200b及び200cはそれぞれ実施の形態1における電力合成装置100と同様の構成であり、それぞれの第1伝送線路13a,13b及び13cに4分の1波長変成器1a,1b及び1cが挿入されている。   The power combiner 200 is composed of three power combiners 200a, 200b and 200c. Specifically, the first transmission line 13b of the power combiner 200b is connected to the second transmission line 14a of the power combiner 200a, and the first transmission line 13c of the power combiner 200c is the third transmission line of the power combiner 200a. 15a. Further, each of the power combiners 200a, 200b, and 200c has the same configuration as that of the power combiner 100 in the first embodiment, and the quarter-wave transformers 1a, 1b are respectively added to the first transmission lines 13a, 13b, and 13c. And 1c are inserted.

この構成におけるシミュレーション結果を図6に示す。横軸が周波数、縦軸が利得を表す。図6より、所望の周波数帯域(1.5GHz)において、S21,S31,S41及びS21はいずれも等しい。これは、電力合成装置200b及び200cの第2伝送線路14b,14c及び第3伝送線路15b,15cにおける入力インピーダンスが等しいことを示している。また、電力合成装置200a,200b及び200cのアイソレーション特性がそれぞれ約−50dBまで向上することがわかる。また、反射特性も約−50dBまで向上することがわかる。なお、第2伝送線路14a,14b及び14cと第3伝送線路15a,15b及び15cは、それぞれ対称性が保たれたままであり、相対するそれぞれの位相差は90°である。   A simulation result in this configuration is shown in FIG. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain. As shown in FIG. 6, S21, S31, S41 and S21 are all equal in a desired frequency band (1.5 GHz). This indicates that the input impedances of the second transmission lines 14b and 14c and the third transmission lines 15b and 15c of the power combiners 200b and 200c are equal. It can also be seen that the isolation characteristics of the power combiners 200a, 200b and 200c are improved to about −50 dB, respectively. It can also be seen that the reflection characteristics are improved to about -50 dB. The second transmission lines 14a, 14b, and 14c and the third transmission lines 15a, 15b, and 15c remain symmetrical, and their respective phase differences are 90 °.

したがって、位相差が90°であり、かつインピーダンスが等しいことが求められる4点給電円偏波アンテナの電力合成用回路として電力合成装置200を用いることができる。以下、4点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れを説明する。   Therefore, the power combiner 200 can be used as a power combiner circuit for a four-point fed circularly polarized antenna that is required to have a phase difference of 90 ° and equal impedance. Hereinafter, the flow of power when the four-point-feed circularly polarized antenna receives radio waves will be described.

4点給電円偏波アンテナの各給電点は、それぞれ電力合成装置200bの第2伝送線路14b及び第3伝送線路15b,並びに電力合成装置200cの第2伝送線路14c及び第3伝送線路15cに接続されている。また、電力合成装置200aの第1伝送線路13aは合成された電力が処理されるべき回路網等に接続され、各第4伝送線路16a,16b及び16cは終端抵抗に接続されている。   Each feed point of the four-point feed circularly polarized antenna is connected to the second transmission line 14b and the third transmission line 15b of the power combiner 200b, and the second transmission line 14c and the third transmission line 15c of the power combiner 200c, respectively. Has been. In addition, the first transmission line 13a of the power combiner 200a is connected to a network or the like where the combined power is to be processed, and the fourth transmission lines 16a, 16b, and 16c are connected to a termination resistor.

測位用衛星などから円偏波を受信したとき、各給電点からそれぞれ第2伝送線路14b及び14c,第3伝送線路15b及び15cに電力が入力される。この時、それぞれの相対する第2伝送線路14b及び14c,第3伝送線路15b及び15cの位相差は90°なので、円偏波を受信した時につつがなく電力を入力することができる。さらに、第2伝送線路14b及び14c,第3伝送線路15b及び15cのインピーダンスは等しく構成されているので、入力される電力も等しい。   When circularly polarized waves are received from a positioning satellite or the like, electric power is input from the feed points to the second transmission lines 14b and 14c and the third transmission lines 15b and 15c, respectively. At this time, since the phase difference between each of the second transmission lines 14b and 14c and the third transmission lines 15b and 15c facing each other is 90 °, it is possible to input electric power immediately upon receiving circularly polarized waves. Furthermore, since the impedances of the second transmission lines 14b and 14c and the third transmission lines 15b and 15c are configured to be equal, the input power is also equal.

主線路11a,11b及び11cはそれぞれ副線路12a,12b及び12cと電磁界結合している。したがって、各第3伝送線路15a,15b及び15cにより入力された電力は、それぞれ主線路11a,11b及び11c側に流れ、第2伝送線路14a,14b及び14cより入力した電力と合成される。この合成された電力が、それぞれ第1伝送線路13a,13b及び13cより出力される。ここで、第2伝送線路14a及び第3伝送線路15aには、それぞれ第1伝送線路13b及び13cが接続されている。したがって、第1伝送線路13aから出力される電力は、第2伝送線路14b及び14cと第3伝送線路15b及び15cから入力された電力の総和となる。そして、第1伝送線路13aに接続された回路網等において所定の処理が行われる。   The main lines 11a, 11b and 11c are electromagnetically coupled to the sub lines 12a, 12b and 12c, respectively. Therefore, the electric power input through the third transmission lines 15a, 15b, and 15c flows to the main lines 11a, 11b, and 11c, respectively, and is combined with the electric power input from the second transmission lines 14a, 14b, and 14c. The combined power is output from the first transmission lines 13a, 13b, and 13c, respectively. Here, the first transmission lines 13b and 13c are connected to the second transmission line 14a and the third transmission line 15a, respectively. Accordingly, the power output from the first transmission line 13a is the sum of the powers input from the second transmission lines 14b and 14c and the third transmission lines 15b and 15c. And a predetermined process is performed in the network etc. which were connected to the 1st transmission line 13a.

また、図7に示すような電力合成装置300も用いることができる。電力合成装置300は、電力合成装置10と同様の電力合成装置300a及び300c,並びに実施の形態1における電力合成装置100と同様の電力合成装置300bから構成されている。なお、各伝送線路の接続方法や4点給電円偏波アンテナが電波を受信したときの電力の流れ方などは、電力合成装置200と同様である。   A power combiner 300 as shown in FIG. 7 can also be used. The power combiner 300 includes power combiners 300a and 300c similar to the power combiner 10 and a power combiner 300b similar to the power combiner 100 in the first embodiment. In addition, the connection method of each transmission line and the way of power flow when the four-point-feed circularly polarized antenna receives radio waves are the same as those of the power combiner 200.

ここで、この構成におけるシミュレーション結果を図8に示す。図8より、各電力合成装置300a,300b及び300cのアイソレーション特性は、所望の周波数帯域(1.5GHz)において、約−25dBまでアイソレーション特性が向上することがわかる。このように、電力合成装置300bの第1伝送線路13bのみに4分の1波長変成器1が挿入されているような電力合成装置300でも4点給電円偏波アンテナに用いることができ、従来よりも良い特性を得ることができる。なお、4分の1波長変成器が挿入される第1伝送線路は、何れの第1伝送線路でも本発明の効果を得ることができる。   Here, the simulation result in this structure is shown in FIG. From FIG. 8, it can be seen that the isolation characteristics of the power combiners 300a, 300b, and 300c are improved to about −25 dB in a desired frequency band (1.5 GHz). Thus, even the power combiner 300 in which the quarter-wave transformer 1 is inserted only in the first transmission line 13b of the power combiner 300b can be used for a four-point feed circularly polarized antenna. Better characteristics can be obtained. In addition, the effect of this invention can be acquired even if the 1st transmission line in which a quarter wavelength transformer is inserted is any 1st transmission line.

また、参考のため電力合成装置300の位相特性を図9に示す。図9より、所望の周波数(1.5GHz)において、電力が入力される複数の伝送線路の位相差は、90°ずつとなっていることがわかる。   For reference, the phase characteristics of the power combiner 300 are shown in FIG. From FIG. 9, it can be seen that the phase difference between the plurality of transmission lines to which power is input is 90 ° at a desired frequency (1.5 GHz).

以上のように、本発明における電力合成装置を単独で用いるよりも複合して(接続して)用いることで、接続することのできる伝送線路の数を任意に増やすことができる。さらに、アイソレーション特性をより向上させることもできる。また、複数の電力合成装置の何れか一つに4分の1波長変成器を挿入することでも本発明による効果を得ることができる。   As described above, the number of transmission lines that can be connected can be arbitrarily increased by using the power combiner in the present invention in combination (connected) rather than using it alone. Furthermore, the isolation characteristics can be further improved. The effect of the present invention can also be obtained by inserting a quarter-wave transformer into any one of a plurality of power combiners.

最後に、高周波では可逆性が成り立ち、上述した電力の入出力を逆にしても、同様の効果が得られることを断っておく。つまり、第1伝送線路から入力された電力を、第2伝送線路及び第3伝送線路に分配し出力するような電力分配装置についても、本発明における電力合成装置と同様な構成により、第2伝送線路及び第3伝送線路のインピーダンスが等しく、かつ位相差が90°の状態で、アイソレーション特性を向上させることができる。   Finally, it should be noted that reversibility is realized at high frequencies, and that the same effect can be obtained even if the input / output of the power described above is reversed. That is, the power transmission device that distributes the power input from the first transmission line to the second transmission line and the third transmission line and outputs the second transmission line has the same configuration as the power combining device in the present invention. The isolation characteristics can be improved when the impedances of the line and the third transmission line are equal and the phase difference is 90 °.

さらに、分布結合型方向性結合器はSMD(表面実装用部品)であってもよい。SMDを用いることで、コストダウン及び小型化をさらに図ることができる。また、光導波路を用いた光方向性結合器にも同様に適用することができる。   Further, the distributed coupling type directional coupler may be an SMD (surface mounting component). By using SMD, cost reduction and size reduction can be further achieved. Further, the present invention can be similarly applied to an optical directional coupler using an optical waveguide.

本発明の実施の形態1による電力合成装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a power combiner according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 1 of this invention. 終端開放スタブと高インピーダンス線路を用いる時の概略図である。It is the schematic when using a termination | terminus open stub and a high impedance line. 図3における構成を用いたときの電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the electric power synthesizing | combining apparatus when the structure in FIG. 3 is used. 本発明の実施の形態2による電力合成装置の概略図である。It is the schematic of the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力合成装置の概略図である。It is the schematic of the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力合成装置におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in the electric power synthesizing | combining apparatus by Embodiment 2 of this invention. 一般的な電力合成装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a general power combiner. 一般的な電力合成装置におけるシミュレーション結果である。It is a simulation result in a general power combiner. 特許文献1に記載の電力合成装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a power combiner described in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 4分の1波長変成器
2 終端開放スタブ
3 高インピーダンス線路
10 電力合成装置
11 主線路
12 副線路
13 第1伝送線路
14 第2伝送線路
15 第3伝送線路
16 第4伝送線路
17 分布結合型方向性結合器
100 電力合成装置
200 電力合成装置
300 電力合成装置
1 1/4 wavelength transformer 2 open termination stub 3 high impedance line 10 power combiner 11 main line 12 subline 13 first transmission line 14 second transmission line 15 third transmission line 16 fourth transmission line 17 distributed coupling type Directional coupler 100 Power combiner 200 Power combiner 300 Power combiner

Claims (4)

主線路と該主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、
前記主線路の両端に接続する第1および第2伝送線路と、
前記副線路の両端に接続する第3および第4伝送線路とを備え、
前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第1伝送線路に合成して出力する、或いは前記主線路に接続する第1伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路に分配して出力する電力合成/分配装置において、
前記主線路に接続する第1伝送線路に該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器を挿入したことを特徴とする電力合成/分配装置。
A distributed coupling type directional coupler comprising a main line and a sub line electromagnetically coupled to the main line;
First and second transmission lines connected to both ends of the main line;
A third and a fourth transmission line connected to both ends of the sub-line,
The input power from the second transmission line connected to the main line and the third transmission line connected to the sub-line is combined and output to the first transmission line connected to the main line, or connected to the main line. In the power combiner / distributor for distributing and outputting the input power from the first transmission line to the second transmission line connected to the main line and the third transmission line connected to the sub line,
A power combiner / distributor, wherein a quarter-wave transformer having a characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted into the first transmission line connected to the main line.
請求項1に記載の電力合成/分配装置において、
前記4分の1波長変成器を終端開放スタブ及び高インピーダンス線路で代用したことを特徴とする電力合成/分配装置。
The power combiner / distributor of claim 1.
A power combiner / distributor, wherein the quarter-wave transformer is replaced by an open-ended stub and a high impedance line.
請求項1に記載の電力合成/分配装置において、
前記4分の1波長変成器を集中定数回路素子で代用したことを特徴とする電力合成/分配装置。
The power combiner / distributor of claim 1.
A power combiner / distributor, wherein the quarter-wave transformer is replaced with a lumped constant circuit element.
複数の給電点を具備し円偏波を受信する多点給電円偏波アンテナにおいて、
主線路と前記主線路に電磁界結合する副線路とから成る分布結合型方向性結合器と、
前記主線路の両端に接続する第1および第2伝送線路と、
前記副線路の両端に接続する第3および第4伝送線路とから成り、
前記主線路に接続する第2伝送線路および前記副線路に接続する第3伝送線路からの入力電力を前記主線路に接続する第1伝送線路に合成して出力するとともに、
前記主線路に接続する第1伝送線路に該第1伝送線路とは特性インピーダンスが異なる4分の1波長変成器を挿入した電力合成装置を少なくとも一つ備えることを特徴とする多点給電円偏波アンテナ。
In a multi-point feed circularly polarized antenna having a plurality of feed points and receiving circularly polarized waves,
A distributed coupling type directional coupler comprising a main line and a sub line electromagnetically coupled to the main line;
First and second transmission lines connected to both ends of the main line;
The third and fourth transmission lines connected to both ends of the sub-line,
While combining and outputting the input power from the second transmission line connected to the main line and the third transmission line connected to the sub line to the first transmission line connected to the main line,
A multipoint feed circular bias characterized by comprising at least one power combiner in which a first wavelength transformer having a characteristic impedance different from that of the first transmission line is inserted in the first transmission line connected to the main line. Wave antenna.
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