特開 2024-109378 電力分配回路、及び、電力合成回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024109378

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】電力分配回路、及び、電力合成回路

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/12 20060101AFI20240806BHJP

   H01P 3/12 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

H01P5/12 B

H01P3/12 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014135

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100107515

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 優

【テーマコード（参考）】

5J014

【Ｆターム（参考）】

5J014DA01

(57)【要約】

【課題】複数の出力ポートに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制した電力分配回路を提供する。
【解決手段】電力分配回路は、第１ポートと、複数の第２ポートと、前記第１ポートに接続される第１導波路であって前記複数の第２ポート側に設けられる拡幅部を有する第１導波路と、前記第１導波路に接続され前記複数の第２ポートまで延在する複数の第２導波路と、前記複数の第２導波路を仕切る仕切壁とを有する、ＴＥ１０モード用の導波管と、前記仕切壁のうちの前記複数の第２導波路のうちの少なくとも１つに面する仕切壁に設けられ、前記第１ポートから前記第１導波路及び前記複数の第２導波路を経て前記複数の第２ポートまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、前記少なくとも１つの第２導波路を伝搬する電波の位相を調整する誘電体とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ポートと、
複数の第２ポートと、
前記第１ポートに接続される第１導波路であって前記複数の第２ポート側に設けられる拡幅部を有する第１導波路と、
前記第１導波路に接続され前記複数の第２ポートまで延在する複数の第２導波路と、
前記複数の第２導波路を仕切る仕切壁と
を有する、ＴＥ１０モード用の導波管と、
前記仕切壁のうちの前記複数の第２導波路のうちの少なくとも１つに面する仕切壁に設けられ、前記第１ポートから前記第１導波路及び前記複数の第２導波路を経て前記複数の第２ポートまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、前記少なくとも１つの第２導波路を伝搬する電波の位相を調整する誘電体と
を含む、電力分配回路。

【請求項2】

前記仕切壁は、前記複数の第２導波路の平面視において、前記拡幅部側にテーパ部を有する、請求項１に記載の電力分配回路。

【請求項3】

前記導波管の延在方向における前記テーパ部の長さは、前記電波の波長の電気長に相当する長さである、請求項２に記載の電力分配回路。

【請求項4】

前記拡幅部は、前記複数の第２導波路の平面視において、前記第１ポート側と前記複数の第２導波路との間において連続的な曲線形状で拡幅されている、請求項１に記載の電力分配回路。

【請求項5】

前記拡幅部の連続的な曲線形状は、正弦波の曲線形状である、請求項４に記載の電力分配回路。

【請求項6】

前記複数の第２導波路は３本以上あり、
前記導波管の延在方向における前記誘電体の長さは、前記複数の第２導波路のうちの中央側に位置する第２導波路に設けられる誘電体ほど長い、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力分配回路。

【請求項7】

第１ポートと、
複数の第２ポートと、
前記第１ポートに接続される第１導波路であって前記複数の第２ポート側に設けられる拡幅部を有する第１導波路と、
前記第１導波路に接続され前記複数の第２ポートまで延在する複数の第２導波路と、
前記複数の第２導波路を仕切る仕切壁と
を有する、ＴＥ１０モード用の導波管と、
前記仕切壁のうちの前記複数の第２導波路のうちの少なくとも１つに面する仕切壁に設けられ、前記複数の第２ポートから前記複数の第２導波路及び前記第１導波路を経て前記第１ポートまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、前記少なくとも１つの第２導波路を伝搬する電波の位相を調整する誘電体と
を含む、電力合成回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力分配回路、及び、電力合成回路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、１個の方形導波管と複数に積み重ねられた方形導波管との間でＴＥ１０モードのマイクロ波電力を分配又は合成する２つの出入口を有する電力分配テーパ導波管がある。複数の方形導波管は、短辺寸法をそれぞれの電力比の平方根に比例して積み重ねられており、前記２つの出入口の一方はその内寸法が前記一個の方形導波管の内寸法に等しい。他方の出入口は、内寸法が前記複数に積み重ねられた方形導波管の合計の内寸法に等しく、かつ先端部が薄い複数個の整合板が取り付けられており、整合板の長さを管内波長の約４分の１として空間を前記複数に積み重ねられた方形導波管の短辺に比例して分割した電力分配テーパ導波管がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平０５－６５１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の電力分配テーパ導波管（電力分配回路）は、入力ポートと、複数の出力ポートとの間の経路の長さが異なる。このため、複数の出力ポートから出力される電波の位相差が大きく、分配された電波同士の電力の差が大きい。また、電力分配回路の入出力を逆にして電力合成回路として用いると、合成される電力同士が位相差を有することで、合成された電波の電力が低減する。

【0005】

そこで、複数の出力ポートに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制した電力分配回路を提供することを目的とする。また、複数の入力ポートから入力されて合成される電波同士の位相差を低減することで、合成された電波の電力を増大可能な電力合成回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の実施形態の電力分配回路は、第１ポートと、複数の第２ポートと、前記第１ポートに接続される第１導波路であって前記複数の第２ポート側に設けられる拡幅部を有する第１導波路と、前記第１導波路に接続され前記複数の第２ポートまで延在する複数の第２導波路と、前記複数の第２導波路を仕切る仕切壁とを有する、ＴＥ１０モード用の導波管と、前記仕切壁のうちの前記複数の第２導波路のうちの少なくとも１つに面する仕切壁に設けられ、前記第１ポートから前記第１導波路及び前記複数の第２導波路を経て前記複数の第２ポートまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、前記少なくとも１つの第２導波路を伝搬する電波の位相を調整する誘電体とを含む。

【0007】

本開示の実施形態の電力合成回路は、第１ポートと、複数の第２ポートと、前記第１ポートに接続される第１導波路であって前記複数の第２ポート側に設けられる拡幅部を有する第１導波路と、前記第１導波路に接続され前記複数の第２ポートまで延在する複数の第２導波路と、前記複数の第２導波路を仕切る仕切壁とを有する、ＴＥ１０モード用の導波管と、前記仕切壁のうちの前記複数の第２導波路のうちの少なくとも１つに面する仕切壁に設けられ、前記複数の第２ポートから前記複数の第２導波路及び前記第１導波路を経て前記第１ポートまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、前記少なくとも１つの第２導波路を伝搬する電波の位相を調整する誘電体とを含む。

【発明の効果】

【0008】

複数の出力ポートに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制した電力分配回路を提供することができる。また、複数の入力ポートから入力されて合成される電波同士の位相差を低減することで、合成された電波の電力を増大可能な電力合成回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の電力分配回路１００の構成の一例を示す図である。

【図2】比較用の電力分配回路１０の構成の一例を示す図である。

【図3A】比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート１）の結果の一例を示す図である。

【図3B】比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート１）の結果の一例を示す図である。

【図4A】比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート２）の結果の一例を示す図である。

【図4B】比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート２）の結果の一例を示す図である。

【図5】比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート３）の結果の一例を示す図である。

【図6】実施形態の電力分配回路１００についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図7】実施形態の変形例の電力分配回路１００Ｍの構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の電力分配回路、及び、電力合成回路を適用した実施形態について説明する。以下では、同一の要素に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

【0011】

以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、また、平面視とはＸＺ面視することをいう。また、以下では構成が分かりやすくなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。

【0012】

＜実施形態＞
＜電力分配回路１００の構成＞
図１は、実施形態の電力分配回路１００の構成の一例を示す図である。電力分配回路１００は、ＴＥ１０モード用の導波管１１０、及び、誘電体１２０を含む。

【0013】

＜導波管１１０＞
導波管１１０は、ＴＥ１０モード用の方形導波管であり、入力ポート１１１Ｐと、複数の出力ポート１１２Ｐと、第１導波路１１１と、複数の第２導波路１１２と、仕切壁１１３とを有する。入力ポート１１１Ｐは、第１入力ポートの一例であり、複数の出力ポート１１２Ｐは、複数の第２ポートの一例である。導波管１１０は、金属製である。導波管１１０の延在方向は、Ｚ方向である。

【0014】

図１には導波管１１０の内部構造を透過的に示すが、導波管１１０は、入力ポート１１１Ｐと複数の出力ポート１１２Ｐとの間において、導波管１１０の±Ｘ方向側の外縁に沿って延在する一対の壁部１１０Ｗと、－Ｙ方向側でＸＺ平面に平行な壁部１１１Ｙと、＋Ｙ方向側でＸＺ平面に平行な壁部とを有する。図１には壁部１１１Ｙを示すが、導波管１１０は、＋Ｙ方向側でＸＺ平面に平行な壁部を省略する。＋Ｙ方向側でＸＺ平面に平行な壁部の形状は、壁部１１１Ｙの形状と等しい。第１導波路１１１、及び、複数の第２導波路１１２は、±Ｘ方向側の外縁に沿って延在する一対の壁部１１０Ｗと、±Ｙ方向側でＸＺ平面に平行な壁部１１１Ｙとによって囲まれている。

【0015】

また、複数の出力ポート１１２Ｐと、複数の第２導波路１１２との数は等しく、図１では一例として４個である。なお、出力ポート１１２Ｐ及び第２導波路１１２は、３個以上あればよい。

【0016】

＜入力ポート１１１Ｐ＞
入力ポート１１１Ｐは、電波が入力される入力端子である。電波の周波数は、一例として、５ＧＨｚ～２０ＧＨｚである。入力ポート１１１Ｐには第１導波路１１１が接続される。入力ポート１１１Ｐに入力される電波の励振方向は、±Ｘ方向であり、電波の励振方向は、入力ポート１１１Ｐから複数の出力ポート１１２Ｐまで同一である。

【0017】

＜第１導波路１１１＞
第１導波路１１１は、複数の出力ポート１１２Ｐが位置する＋Ｚ方向側に設けられる拡幅部１１１Ａを有する。拡幅部１１１Ａは、両矢印で示す区間Ａ内に存在する。拡幅部１１１Ａは、第１導波路１１１よりもＸ方向の幅が広い第２導波路１１２に接続される部分であり、＋Ｚ方向側に向かうにつれて幅が徐々に広げられている。±Ｘ方向側の壁部１１１Ｗは、拡幅部１１１Ａのある区間Ａ内において、平面視（ＸＺ面視）で連続的な曲線形状を有する。壁部１１１Ｗは、平面視（ＸＺ面視）で連続的な曲線形状で拡幅されている。より具体的には、±Ｘ方向側の壁部１１１Ｗは、拡幅部１１１Ａのある区間Ａ内において、正弦波の曲線形状を有する。平面視（ＸＺ面視）は、複数の第２導波路１１２の平面視である。

【0018】

＜第２導波路１１２及び仕切壁１１３＞
第２導波路１１２は、複数あり、第１導波路１１１の＋Ｚ方向側に接続され、複数の出力ポート１１２Ｐまで延在している。複数の第２導波路１１２は、複数の仕切壁１１３によってＸ方向において仕切られている（分断されている）。４本の第２導波路１１２のうちのＸ方向における両端側の２本の第２導波路１１２は、Ｘ方向において、壁部１１１Ｗと仕切壁１１３とによって挟まれている。４本の第２導波路１１２のうちのＸ方向における中央側の２本の第２導波路１１２は、Ｘ方向において、壁部１１１Ｗによって挟まれている。

【0019】

＜仕切壁１１３＞
仕切壁１１３は、拡幅部１１１Ａよりも＋Ｚ方向側において、±Ｘ方向側の壁部１１１Ｗの間において、複数の第２導波路１１２の間に設けられている。すなわち、仕切壁１１３は、第２導波路１１２に面している。仕切壁１１３の数は、第２導波路１１２の本数よりも１つ少ないため、図１には３本の仕切壁１１３を示す。

【0020】

仕切壁１１３は、複数の第２導波路１１２の平面視において、拡幅部１１１Ａ側に設けられるテーパ部１１３Ａを有する。テーパ部１１３Ａは、導波管１１０の延在方向（Ｚ方向）における長さが、導波管１１０を伝搬する電波の波長λの電気長λｅに相当する長さである。すなわち、テーパ部１１３ＡのＺ方向の長さは、λｅである。テーパ部１１３ＡのＺ方向の長さをλｅ（電波の波長λの電気長）に設定するのは、λｅの長さを有するテーパ部１１３Ａにおいて、第１導波路１１１から伝搬する電波を４つに分離することで、安定的に分離された電波が得られるからである。

【0021】

テーパ部１１３Ａの＋Ｚ方向側の端部におけるＸ方向の幅は、仕切壁１１３のうちのテーパ部１１３Ａ以外の部分のＸ方向の幅と等しく、第１導波路１１１側に向かってＸ方向における幅が徐々に細くなっている。テーパ部１１３Ａは、Ｘ方向の幅の中心を通りＺ方向に平行な直線を対称軸として線対称な形状を有する。すなわち、テーパ部１１３Ａは、平面視で二等辺三角形の形状を有する。

【0022】

＜誘電体１２０＞
誘電体１２０は、４本の第２導波路１１２の各々に設けられている。導波管１１０は、－Ｚ方向側の約半分が第１導波路１１１であり、＋Ｚ方向側の約半分が複数の第２導波路１１２であるため、入力ポート１１１Ｐと、複数の出力ポート１１２Ｐとの間の経路の長さは異なる。図１では、出力ポート１１２Ｐは４個あり、導波管１１０は、Ｘ方向の中心を通りＺ方向に平行な直線を対称軸として線対称な形状を有する。

【0023】

このため、入力ポート１１１Ｐと、＋Ｘ方向の端の出力ポート１１２Ｐとの間の経路の長さと、入力ポート１１１Ｐと、＋Ｘ方向の端から２番目の出力ポート１１２Ｐとの間の経路の長さとは異なる。入力ポート１１１Ｐと、Ｘ方向の両端の２個の出力ポート１１２Ｐとの間の距離は互いに等しく、入力ポート１１１Ｐと、Ｘ方向の中央側の２個の出力ポート１１２Ｐとの間の距離は互いに等しい。

【0024】

入力ポート１１１Ｐと、＋Ｘ方向の両端の２個の出力ポート１１２Ｐとの間の距離は、入力ポート１１１Ｐと、Ｘ方向の中央側の２個の出力ポート１１２Ｐとの間の距離よりも長い。

【0025】

誘電体１２０は、入力ポート１１１Ｐから第１導波路１１１及び複数の第２導波路１１２を経て複数の出力ポート１１２Ｐまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、第２導波路１１２を伝搬する電波の位相を調整する。誘電体１２０の比誘電率は１よりも大きいため、波長の短縮効果によって位相が調整される。

【0026】

ここで、＋Ｘ方向の両端の２本の第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０を誘電体１２０Ａと称し、入力ポート１１１Ｐと、Ｘ方向の中央側の２本の第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０を誘電体１２０Ｂと称す。以下では、誘電体１２０Ａ及び１２０Ｂを特に区別しない場合には、単に誘電体１２０と称す。

【0027】

＋Ｘ方向の端の第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０Ａは、一例として、＋Ｘ方向の端の第２導波路１１２の－Ｘ方向側に位置する仕切壁１１３のＹＺ平面に平行な側面に設けられている。誘電体１２０Ａの＋Ｚ方向側の端は、出力ポート１１２Ｐの位置と合わせられている。出力ポート１１２Ｐから電波を放射する直前に位相を調整するためである。仕切壁１１３のＹＺ平面に平行な側面に誘電体１２０Ａを設けるのは、電界の励振方向が±Ｘ方向だからである。これは、他の第２導波路１１２においても同様である。

【0028】

Ｘ方向の中央側の２本の第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０Ｂは、一例として、Ｘ方向の中央側の２本の第２導波路１１２の－Ｘ方向側に位置する仕切壁１１３のＹＺ平面に平行な側面に設けられている。誘電体１２０Ｂの＋Ｚ方向側の端は、出力ポート１１２Ｐの位置と合わせられている。

【0029】

－Ｘ方向の端の第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０Ａは、一例として、－Ｘ方向の端の第２導波路１１２の－Ｘ方向側に位置する壁部１１１ＷのＹＺ平面に平行な側面に設けられている。

【0030】

誘電体１２０Ａ及び１２０Ｂは、一例としてＹＺ平面に平行な薄板状の誘電体であり、一例として配線基板を用いてもよい。第２導波路１１２のＹ方向の幅は限られているが、Ｚ方向の長さは十分にあるため、誘電体１２０Ａよりも誘電体１２０ＢのＺ方向の長さを長くすることにより、中央側の２本の導波路（第１導波路１１１＋中央側の２本の第２導波路１１２）を伝搬する電波の位相と、両端側の２本の導波路（第１導波路１１１＋両端の２本の第２導波路１１２）を伝搬する電波の位相との位相差が少なくなる方向に調整することができる。

【0031】

なお、実施形態の電力分配回路１００は、上述のような誘電体１２０Ａ及び１２０Ｂを有していればよく、拡幅部１１１Ａは連続的な曲線形状を有さなくてもよい。また、実施形態の電力分配回路１００は、上述のような誘電体１２０Ａ及び１２０Ｂを有していればよく、仕切壁１１３はテーパ部１１３Ａを有さなくてもよい。

【0032】

＜比較用の電力分配回路１０＞
図２は、比較用の電力分配回路１０の構成の一例を示す図である。比較用の電力分配回路１０は、入力ポート１１Ｐ（＃１）、第１導波路１１、４個の出力ポート１２Ｐ（＃２～＃５）、４本の第２導波路１２を含む。４個の出力ポート１２Ｐには、＋Ｘ方向側から－Ｘ方向側にかけて＃２～＃５の番号を割り振る。

【0033】

一例として、第１導波路１１のうちの入力ポート１１Ｐに接続される直線状の部分の長さは５０ｍｍであり、第１導波路１１の拡幅部１１Ａは、連続的な曲線形状ではなく、拡幅部１１Ａの－Ｚ方向側では角度θで屈曲している。また、拡幅部１１Ａの＋Ｚ方向側においても連続的な曲線形状ではなく、屈曲している。また、第２導波路１２のＸ方向の幅は１０ｍｍである。仕切壁１３のＺ方向の長さは１５０ｍｍであり、Ｘ方向の幅は１０．１ｍｍである。仕切壁１３は、テーパ部１１３Ａ（図１参照）を有さず、－Ｚ方向側の端から＋Ｚ方向側の端までＸ方向の幅は一定である。

【0034】

すなわち、比較用の電力分配回路１０は、図１に示す電力分配回路１００の連続的な曲線形状の拡幅部１１１Ａを連続的な曲線形状ではない拡幅部１１Ａに置き換え、テーパ部１１３Ａを有する仕切壁１１３をテーパ部１１３Ａ（図１参照）を有さない仕切壁１３に置き換え、さらに、誘電体１２０を省いた構成を有する。

【0035】

＜比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート１）＞
図３Ａは、比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート１）の結果（透過電力解析結果）の一例を示す図である。図３Ａには、比較用の電力分配回路１０において、拡幅部１１Ａの角度θを１５度、３０度、及び４５度に設定した場合のＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータと、Ｓ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性（透過電力解析結果）の一例を示す。

【0036】

Ｓ２１パラメータは、入力ポート１１Ｐ（＃１）に入力され＃２の出力ポート１２Ｐから出力される電波の伝達係数である。Ｓ３１パラメータは、入力ポート１１Ｐ（＃１）に入力され＃３の出力ポート１２Ｐから出力される電波の伝達係数である。Ｓ４１パラメータは、入力ポート１１Ｐ（＃１）に入力され＃４の出力ポート１２Ｐから出力される電波の伝達係数である。Ｓ５１パラメータは、入力ポート１１Ｐ（＃１）に入力され＃５の出力ポート１２Ｐから出力される電波の伝達係数である。

【0037】

これらのＳパラメータは、電磁界シミュレーションで計算したものである。なお、電力分配回路１０の対称性から、Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータは等しく、Ｓ３１パラメータ及びＳ４１パラメータは等しい。

【0038】

図３Ａの（１）～（３）に示すように、角度θを１５度、３０度、及び４５度のいずれに設定しても、Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータと、Ｓ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの差は大きい。角度θが３０度及び４５度と大きい場合はＳパラメータ同士の振幅の差が大きい。また、角度θが１５度の場合は－６ｄＢ±１ｄＢであるが、周波数に対して平坦でないという問題がある。

【0039】

図３Ｂは、比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート１）の結果（位相差解析結果）の一例を示す図である。図３Ｂには、比較用の電力分配回路１０において、拡幅部１１Ａの角度θを１５度、３０度、及び４５度に設定して入力ポート１１Ｐ（＃１）に電波を入力した場合に、＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐから出力される電波の位相と、＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐから出力される電波の位相との位相差の周波数特性（位相差解析結果）の一例を示す。ここでは、位相差をPulse Imbalance (deg)として示す。

【0040】

図３Ｂの（１）～（３）に示すように、角度θを１５度、３０度、及び４５度のいずれに設定しても、位相は大きく、位相差は周波数の増大に伴って大きく変化している。

【0041】

以上のように、比較用の電力分配回路１０では、Ｘ方向の両端側の＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐと、Ｘ方向の中央側の＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐとにおける電波の伝送特性には大きな差があり、位相差にも大きな差がある。

【0042】

＜比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート２）＞
図４Ａは、比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート２）の結果（透過電力解析結果）の一例を示す図である。図４Ａには、比較用の電力分配回路１０において、拡幅部１１Ａの角度θを１５度に設定した場合のＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータと、Ｓ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性（透過電力解析結果）の一例を示す。図４Ａの（１）には、図３Ａの（１）と同一の特性を示し、図４Ａの（２）には、図２に示す電力分配回路１０に、テーパ部１１３Ａを追加した比較用の電力分配回路１０におけるＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性の一例を示す。なお、テーパ部１１３ＡのＺ方向の長さを６５．９ｍｍに設定した。

【0043】

図４Ａの（２）に示すＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性は、図４Ａの（１）に示すＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性に比べて差が少なくなっており、入力ポート１１Ｐに入力した電波を４個の出力ポート１２Ｐに分けるために４分割した場合に、出力ポート１１２Ｐで得られる透過電力の出力の理想値である６ｄＢに近づいた。

【0044】

図４Ｂは、比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート２）の結果（位相差解析結果）の一例を示す図である。図４Ｂには、＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐから出力される電波の位相と、＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐから出力される電波の位相との位相差の周波数特性（位相差解析結果）の一例とを示す図である。図４Ｂの（１）には、図３Ｂの（１）と同一の位相差の周波数特性を示し、図４Ｂの（２）には、図２に示す電力分配回路１０に、テーパ部１１３Ａを追加した比較用の電力分配回路１０における位相差の周波数特性の一例を示す。なお、テーパ部１１３ＡのＺ方向の長さを６５．９ｍｍに設定した。

【0045】

図４Ｂにおいて、（２）の周波数特性は、（１）の周波数特性よりも位相差が小さくなり、リップルも小さくなっていることを確認できた。

【0046】

以上より、テーパ部１１３Ａを設けることで、Ｘ方向の両端側の＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐと、Ｘ方向の中央側の＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐとの透過電力の差は少なくなり、位相差も少なくなることを確認できた。しかしながら、図４Ａの（２）に示す透過電力は、理想値（６ｄＢ）との差が大きく、位相差も大きいため、実用には適さないことが分かった。

【0047】

＜比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート３）＞
図５は、比較用の電力分配回路１０についてのシミュレーション（パート３）の結果（透過電力解析結果）の一例を示す図である。図５には、比較用の電力分配回路１０において、拡幅部１１Ａの代わりに連続的な曲線形状を有する拡幅部１１１Ａを含むとともに、テーパ部１１３Ａを含む比較用の電力分配回路１０について計算したＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性（透過電力解析結果）の一例を示す。

【0048】

拡幅部１１１Ａの連続的な曲線は、Ａｃｏｓθ（θ＝０～π）という関数を当て嵌め、係数Ａの値を６ｍｍ、８ｍｍ、及び１０ｍｍに設定して、Ｓパラメータを求めた。なお、テーパ部１１３Ａのサイズは、パート２のシミュレーションと同一である。

【0049】

図５の（１）～（３）に、係数Ａを６ｍｍ、８ｍｍ、及び１０ｍｍに設定して得たＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性の一例を示す。

【0050】

図５の（１）～（３）に示すように、Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの値は、図４Ａの（２）に示す値よりも理想値（６ｄＢ）にさらに近づき、リップルも小さくなることを確認できた。

【0051】

以上より、連続的な曲線の形状を有する拡幅部１１１Ａを設けることで、Ｘ方向の両端側の＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐと、Ｘ方向の中央側の＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐとの透過電力の差は少なくなることを確認できた。しかしながら、図５の（１）～（３）に示すＳ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとは、理想値（６ｄＢ）との差が大きい周波数帯域があるため、実用には適さないことが分かった。なお、図５には示さないが、Ｘ方向の両端側の＃２及び＃５の出力ポート１２Ｐと、Ｘ方向の中央側の＃３及び＃４の出力ポート１２Ｐとの位相差も実用には適さないレベルであった。位相差が十分に小さくならないために、図５に示すＳパラメータの値が理想値（６ｄＢ）に及ばない結果になったと考えられる。

【0052】

＜実施形態の電力分配回路１００についてのシミュレーション＞
図６は、実施形態の電力分配回路１００についてのシミュレーション結果（位相差解析結果及び透過電力解析結果）の一例を示す図である。実施の形態の電力分配回路１００は、シミュレーションのパート３で用いた比較用の電力分配回路（図２に示す比較用の電力分配回路１０に、拡幅部１１１Ａとテーパ部１１３Ａを追加した電力分配回路）に対して、誘電体１２０Ａを追加した構成を有する。

【0053】

図６の（１）には、＃２及び＃５の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相と、＃３及び＃４の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相との位相差の周波数特性（位相差解析結果）の一例を示す。図６の（２）には、Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性（透過電力解析結果）の一例を示す。なお、図６の（１）の縦軸のスケールは、図３Ｂ（０度～－１００度）及び図４Ｂ（０度～－６０度）とは異なり、±２０度の範囲を示す。

【0054】

図６の（１）に示すように、＃２及び＃５の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相と、＃３及び＃４の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相との位相差は、０度を跨ぐ±１０度の範囲内に略入っており、実用に適する結果が得られた。

【0055】

また、図６の（２）に示すように、Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性は、図５の（１）～（３）に示す周波数特性よりも、さらに理想値（６ｄＢ）に近い値が得られ、リップルも小さくなっていることを確認できた。このように、実施形態の電力分配回路１００についてのシミュレーションでは、Ｓパラメータについても、実用に適する結果が得られた。

【0056】

図６の（１）に示すように、実施形態の電力分配回路１００では、＃２及び＃５の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相と、＃３及び＃４の出力ポート１１２Ｐから出力される電波の位相との位相差が小さい。このため、図６の（２）に示すように、理想値（６ｄＢ）に近いＳパラメータの透過電力の特性が得られたことと考えられる。Ｓ２１パラメータ及びＳ５１パラメータとＳ３１パラメータ及びＳ４１パラメータとの周波数特性は、図５の（１）～（３）に示す周波数特性よりも、さらに理想値（６ｄＢ）に近い値が得られることを確認できた。

【0057】

以上より、実施形態の電力分配回路１００では、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制することができることが確認できた。

【0058】

また、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５のシミュレーション結果から、拡幅部１１１Ａ及びテーパ部１１３Ａを有することによっても、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制できることが確認できた。

【0059】

＜変形例＞
図７は、実施形態の変形例の電力分配回路１００Ｍの構成の一例を示す図である。電力分配回路１００Ｍは、５本の第２導波路１１２と、５個の出力ポート１１２Ｐとを有し、Ｘ方向の両端の第２導波路１１２には誘電体１２０が設けられておらず、＋Ｘ方向側から２本目と４本目の第２導波路１１２に誘電体１２０Ａが設けられ、Ｘ方向における中央の第２導波路１１２に誘電体１２０Ｂが設けられている点が、図１に示す電力分配回路１００と異なる。電力分配回路１００Ｍは、仕切壁１１３を４個含む。

【0060】

電力分配回路１００Ｍでは、Ｘ方向の両端（１本目と５本目）の第２導波路１１２には誘電体１２０を設けず、２本目と４本目の第２導波路１１２に短い誘電体１２０Ａを設け、中央の第２導波路１１２に誘電体１２０Ｂを設けることで、５個の出力ポート１１２Ｐにおける電波の位相差が少なくなるようにしている。

【0061】

このように、出力ポート１１２Ｐの数が５個の場合には、Ｘ方向の中央に位置する第２導波路１１２ほど長い誘電体１２０を設ければよい。これは、出力ポート１１２Ｐの数が６個以上の場合においても同様である。なお、図７において、Ｘ方向の両端（１本目と５本目）の第２導波路１１２に、誘電体１２０Ａよりも短い誘電体１２０Ａを設けてもよい。

【0062】

また、出力ポート１１２Ｐの数は３個であってもよい。この場合には、Ｘ方向の両端（１本目と３本目）の第２導波路１１２に誘電体１２０Ａを設け、中央の第２導波路１１２に誘電体１２０Ｂを設ければよい。また、Ｘ方向の両端（１本目と３本目）の第２導波路１１２に誘電体１２０を設けずに、中央の第２導波路１１２に誘電体１２０を設けてもよい。以上より、出力ポート１１２Ｐ及び第２導波路１１２の数は、３個以上であればよい。また、誘電体１２０は、複数の第２導波路１１２のうちの少なくとも１つに設ければよい。

【0063】

また、以上では、第１ポートの一例としての入力ポート１１１Ｐと、複数の第２ポートの一例としての複数の出力ポート１１２Ｐとを含み、入力ポート１１１Ｐから入力される電力を分配して複数の出力ポート１１２Ｐから出力する電力分配回路１００について説明した。しかしながら、電力分配回路１００は、第１ポート（１１１Ｐ）を出力ポートとして用い、複数の第２ポート（１１２Ｐ）を複数の入力ポートとして用いれば、複数の入力ポートから入力される電力を合成して１つの出力ポートから出力する電力合成回路として利用可能である。

【0064】

電力合成回路は、電力分配回路１００の構成を変更することなく、電力分配回路１００の入出力を逆に用いる。すなわち、実施形態の電力合成回路の回路構成は、電力分配回路１００の回路構成と等しい。実施形態の電力合成回路において、４個の第２ポート（１１２Ｐ）には、位相の等しい電力が入力され、誘電体１２０Ａ及び１２０Ｂによって、４個の第２ポート（１１２Ｐ）と、第１ポート（１１１Ｐ）との間の経路の長さの違いによって生じる位相差が調整される。そして、拡幅部１１１Ａにおいて位相差が少ない電波同士が合成されることで、第１ポート（１１１Ｐ）から出力される電波の電力を増大させることができる。

【0065】

このため、複数の入力ポート（１１２Ｐ）から入力されて合成される電波同士の位相差を低減することで、合成された電波の電力を増大可能な電力合成回路を提供することができる。

【0066】

＜効果＞
電力分配回路１００は、入力ポート１１１Ｐと、複数の出力ポート１１２Ｐと、入力ポート１１１Ｐに接続される第１導波路１１１であって複数の出力ポート１１２Ｐ側に設けられる拡幅部１１１Ａを有する第１導波路１１１と、第１導波路１１１に接続され複数の出力ポート１１２Ｐまで延在する複数の第２導波路１１２と、複数の第２導波路１１２を仕切る仕切壁１１３とを有する、ＴＥ１０モード用の導波管１１０と、仕切壁１１３のうちの複数の第２導波路１１２のうちの少なくとも１つに面する仕切壁１１３に設けられ、入力ポート１１１Ｐから第１導波路１１１及び複数の第２導波路１１２を経て複数の出力ポート１１２Ｐまで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、少なくとも１つの第２導波路１１２を伝搬する電波の位相を調整する誘電体１２０とを含む。

【0067】

したがって、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差を抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0068】

また、仕切壁１１３は、複数の第２導波路１１２の平面視において、拡幅部１１１Ａ側に設けられるテーパ部１１３Ａを有していてもよい。このため、複数の出力ポート１１２Ｐに伝搬する電波の位相差をより低減でき、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差をより抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0069】

また、導波管１１０の延在方向におけるテーパ部１１３Ａの長さは、電波の波長の電気長に相当する長さであってもよい。このため、安定的に分離された電波が得られることで、複数の出力ポート１１２Ｐに伝搬する電波の位相差をより効果的に低減でき、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差をより効果的に抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0070】

また、拡幅部１１１Ａは、複数の第２導波路１１２の平面視において、入力ポート１１１Ｐ側と複数の第２導波路１１２との間において連続的な曲線形状で拡幅されていてもよい。このため、複数の出力ポート１１２Ｐに伝搬する電波の位相差をより低減でき、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差をより抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0071】

また、拡幅部１１１Ａの連続的な曲線形状は、正弦波の曲線形状であってもよい。このため、複数の出力ポート１１２Ｐに伝搬する電波の位相差をより効果的に低減でき、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差をより効果的に抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0072】

また、複数の第２導波路１１２は３本以上あり、導波管１１０の延在方向における誘電体１２０の長さは、複数の第２導波路１１２のうちの中央側に位置する第２導波路１１２に設けられる誘電体１２０ほど長くてもよい。このため、複数の出力ポート１１２Ｐに伝搬する電波の位相差をさらに効果的に低減でき、複数の出力ポート１１２Ｐに分配されて出力される電波同士の電力の差をさらに効果的に抑制した電力分配回路１００を提供することができる。

【0073】

電力合成回路は、出力ポート（１１１Ｐ）と、複数の入力ポート（１１２Ｐ）と、出力ポート（１１１Ｐ）に接続される第１導波路１１１であって複数の入力ポート（１１２Ｐ）側に設けられる拡幅部１１１Ａを有する第１導波路１１１と、第１導波路１１１に接続され複数の入力ポート（１１２Ｐ）まで延在する複数の第２導波路１１２と、複数の第２導波路１１２を仕切る仕切壁１１３とを有する、ＴＥ１０モード用の導波管１１０と、仕切壁１１３のうちの複数の第２導波路１１２のうちの少なくとも１つに面する仕切壁１１３に設けられ、複数の入力ポート（１１２Ｐ）から複数の第２導波路１１２及び第１導波路１１１を経て出力ポート（１１１Ｐ）まで伝搬する電波の位相差が少なくなる方向に、少なくとも１つの第２導波路１１２を伝搬する電波の位相を調整する誘電体１２０とを含む。

【0074】

したがって、複数の入力ポート（１１２Ｐ）から入力されて合成される電波同士の位相差を低減することで、合成された電波の電力を増大可能な電力合成回路を提供することができる。

【0075】

以上、本開示の例示的な実施形態の電力分配回路、及び、電力合成回路について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0076】

１００ 電力分配回路
１１０ 導波管
１１１Ｐ 入力ポート
１１２Ｐ 複数の出力ポート
１１１ 第１導波路
１１１Ａ 拡幅部
１１２ 複数の第２導波路
１１３ 仕切壁
１１３Ａ テーパ部
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ 誘電体

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】