特開 2024-15638 電力合成器

(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】P2024015638

(43)【公開日】2024-02-06

(54)【発明の名称】電力合成器

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/12 20060101AFI20240130BHJP

   H01P 5/107 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

H01P5/12 A

H01P5/107 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022117838

(22)【出願日】2022-07-25

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、防衛装備庁、安全保障技術研究推進制度、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 優

(57)【要約】

【課題】損失を小さく抑えること。
【解決手段】第１マイクロストリップ線路を有する第１基板と、第２マイクロストリップ線路を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第３基板と、前記第１マイクロストリップ線路と前記第２マイクロストリップ線路に接続された導波路と、を備え、前記第１基板は、前記導波路内に突出し、前記第１マイクロストリップ線路が設けられた第１突起部を有し、前記第２基板は、平面視において前記第１突起部に重なって前記導波路内に突出し、前記第２マイクロストリップ線路が設けられた第２突起部を有し、前記第３基板は、平面視において前記第１突起部および前記第２突起部の前方に位置するように前記導波路内に突出し、前記第１突起部の先端と前記第２突起部の先端とに重なる位置から先端までの長さが（λ／４）±（λ／８）である凸部を有する、電力合成器。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１マイクロストリップ線路を有する第１基板と、
前記第１基板上に設けられ、第２マイクロストリップ線路を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第３基板と、
前記第１マイクロストリップ線路と前記第２マイクロストリップ線路に接続され、前記第１マイクロストリップ線路から入力される第１電力と前記第２マイクロストリップ線路から入力される第２電力とを合成して伝送する導波路と、を備え、
前記第１基板は、前記導波路内に突出し、前記第１マイクロストリップ線路が設けられた第１突起部を有し、
前記第２基板は、平面視において前記第１突起部に重なって前記導波路内に突出し、前記第２マイクロストリップ線路が設けられた第２突起部を有し、
前記第３基板は、平面視において前記第１突起部および前記第２突起部の前方に位置するように前記導波路内に突出し、前記第１突起部の先端と前記第２突起部の先端とに重なる位置から先端までの長さが前記第１マイクロストリップ線路および前記第２マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長をλとした場合に（λ／４）±（λ／８）である第１凸部を有する、電力合成器。

【請求項2】

前記第１凸部の幅は、前記第１突起部の幅および前記第２突起部の幅より大きく、かつ、λ／８以下である、請求項１に記載の電力合成器。

【請求項3】

前記第１基板に対して前記第３基板とは反対側に設けられた下部基板と、
前記第２基板に対して前記第３基板とは反対側に設けられた上部基板と、を備え、
前記導波路は、前記第１基板と前記第２基板と前記第３基板の各々に設けられた開口を前記下部基板と前記上部基板とが挟むことにより形成される、請求項１または２に記載の電力合成器。

【請求項4】

前記開口により形成された前記導波路の内部は空隙である、請求項３に記載の電力合成器。

【請求項5】

前記第１凸部は平面視にて矩形形状である、請求項１または２記載の電力合成器。

【請求項6】

前記第１突起部および前記第２突起部は平面視にて三角形状である、請求項５に記載の電力合成器。

【請求項7】

前記第２基板は、前記第２マイクロストリップ線路が前記第１マイクロストリップ線路に平面視において重なるように前記第１基板上に設けられる、請求項１または２に記載の電力合成器。

【請求項8】

前記導波路を伝送する電力が入力される第３マイクロストリップ線路が設けられ、かつ、前記導波路内に突出し、前記第３マイクロストリップ線路が設けられた第３突起部を有する第４基板と、
前記第４基板の上下の少なくとも一方に、平面視において前記第３突起部の前方に位置するように前記導波路内に突出し、前記第３突起部の先端に重なる位置から先端までの長さが（λ／４）±（λ／８）である第２凸部を有する第５基板と、を備える、請求項１または２に記載の電力合成器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力合成器に関する。

【背景技術】

【0002】

レーダーシステムおよび携帯電話等の通信システムでは、高出力化のために、複数のトランジスタの出力電力を電力合成器で合成することが行われている。また、高周波帯の電磁波の伝送路として導波管が知られている。導波管を模した基板集積導波路（ＳＩＷ：Substrate Integrated Waveguide）も知られている。基板集積導波路は、例えば基板の上下面に金属膜が設けられ、基板を貫通する複数のビア配線で上下面に設けられた金属膜を接続した構成をしている。基板集積導波路において、上面の金属膜に外側に向かって伸びるスタブを形成し、スタブと基板と下面の金属膜とで形成される線路の長さをλ／４（λは伝搬する電磁波の波長）とすることが知られている（例えば特許文献１）。これにより、電磁波の漏洩を抑制できる効果が得られることが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１８２４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電力合成器では損失を小さく抑えることが望まれている。例えば、電力合成器としてウィルキンソン型電力合成器が知られているが、ウィルキンソン型電力合成器はトーナメント状の配置構成となるために合成損失が大きくなってしまう。

【0005】

１つの側面では、損失を小さく抑えることが可能な電力合成器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】

１つの態様では、第１マイクロストリップ線路を有する第１基板と、前記第１基板上に設けられ、第２マイクロストリップ線路を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第３基板と、前記第１マイクロストリップ線路と前記第２マイクロストリップ線路に接続され、前記第１マイクロストリップ線路から入力される第１電力と前記第２マイクロストリップ線路から入力される第２電力とを合成して伝送する導波路と、を備え、前記第１基板は、前記導波路内に突出し、前記第１マイクロストリップ線路が設けられた第１突起部を有し、前記第２基板は、平面視において前記第１突起部に重なって前記導波路内に突出し、前記第２マイクロストリップ線路が設けられた第２突起部を有し、前記第３基板は、平面視において前記第１突起部および前記第２突起部の前方に位置するように前記導波路内に突出し、前記第１突起部の先端と前記第２突起部の先端とに重なる位置から先端までの長さが前記第１マイクロストリップ線路および前記第２マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長をλとした場合に（λ／４）±（λ／８）である第１凸部を有する、電力合成器である。

【発明の効果】

【0007】

１つの側面として、損失を小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例１に係る電力合成器の斜視図である。

【図2】図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ間の断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ間の断面図である。

【図3】図３は、実施例１に係る電力合成器の分解斜視図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、線路基板の斜視図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、他の線路基板の斜視図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、中間基板の斜視図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１に係る電力合成器の分解平面図である。

【図8】図８は、実施例１に係る電力合成器の動作を説明するための断面図である。

【図9】図９は、実施例１に係る電力合成器の効果を説明するための断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る電力合成器の断面図である。

【図11】図１１は、実施例１の変形例２に係る電力合成器の分解斜視図である。

【図12】図１２は、実施例２に係る電力合成器の斜視図である。

【図13】図１３（ａ）は、図１２のＡ－Ａ間の断面図、図１３（ｂ）は、図１２のＢ－Ｂ間の断面図である。

【図14】図１４は、実施例２に係る電力合成器の分解斜視図である。

【図15】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、他の中間基板の斜視図である。

【図16】図１６は、実施例２に係る電力合成器の動作を説明するための断面図である。

【図17】図１７（ａ）は、実施例２の変形例に係る電力合成器の断面図、図１７（ｂ）は、実施例２の変形例に係る電力合成器の動作を説明するための断面図である。

【図18】図１８は、実施例３に係る電力合成器の分解斜視図である。

【図19】図１９（ａ）は、実施例３に係る電力合成器の断面図、図１９（ｂ）は、実施例３に係る電力合成器の動作を説明するための断面図である。

【図20】図２０は、実施例３の変形例に係る電力合成器の分解斜視図である。

【図21】図２１（ａ）は、実施例３の変形例に係る電力合成器の断面図、図２１（ｂ）は、実施例３の変形例に係る電力合成器の動作を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

【実施例0010】

図１は、実施例１に係る電力合成器１００の斜視図である。図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ間の断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ間の断面図である。図３は、実施例１に係る電力合成器１００の分解斜視図である。電力合成器１００は、例えば２つのトランジスタの出力電力を合成して伝送するものであり、レーダーシステムおよび携帯電話等の通信システム等、様々な用途に用いられる。

【0011】

図１から図３のように、電力合成器１００は、マイクロストリップ線路１３ａを有する線路基板１０ａと、マイクロストリップ線路１３ｂを有する線路基板１０ｂと、中間基板３０と、導波路７０と、を備える。ここで、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂの幅方向をＸ軸方向、延伸方向をＹ軸方向、線路基板１０ａ、１０ｂおよび中間基板３０の積層方向をＺ軸方向とする。なお、電力合成器の上下方向を言及する場合、Ｚ軸の正（＋）の方向を上方向とし、負（－）の方向を下方向とする。

【0012】

線路基板１０ａは、線路基板１０ｂ上に設けられている。線路基板１０ａは、誘電体基板１１ａと、誘電体基板１１ａの上面に設けられたマイクロストリップ線路１３ａと、誘電体基板１１ａの下面に設けられた金属膜１５ａと、を備える。一方、線路基板１０ｂは、誘電体基板１１ｂと、誘電体基板１１ｂの下面に設けられたマイクロストリップ線路１３ｂと、誘電体基板１１ｂの上面に設けられた金属膜１５ｂと、を備える。金属膜１５ａ、１５ｂは、誘電体基板１１ａ、１１ｂのマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂとは反対側の面に設けられる接地導体膜である。

【0013】

中間基板３０は、線路基板１０ａと線路基板１０ｂの間に設けられている。中間基板３０は、誘電体基板３１と、誘電体基板３１の上面に設けられた金属膜３４と、誘電体基板３１の下面に設けられた金属膜３５と、を備える。金属膜３４は、線路基板１０ａの金属膜１５ａに接している。金属膜３５は、線路基板１０ｂの金属膜１５ｂに接している。

【0014】

ここで、線路基板１０ａ、１０ｂおよび中間基板３０について詳しく説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、線路基板１０ａの斜視図である。図４（ａ）は、線路基板１０ａを＋Ｚ側から見た斜視図であり、図４（ｂ）は、－Ｚ側から見た斜視図である。図４（ａ）および図４（ｂ）のように、線路基板１０ａを構成する誘電体基板１１ａに開口１９ａが形成されている。誘電体基板１１ａは、開口１９ａにおける側面のうちマイクロストリップ線路１３ａが設けられた側の側面に開口１９ａに突き出た突起部１８ａを有する。突起部１８ａは、例えば平面視にて三角形状をしている。

【0015】

図４（ａ）のように、誘電体基板１１ａの上面に設けられたマイクロストリップ線路１３ａは、辺２０ａから開口１９ａにかけて延在している。マイクロストリップ線路１３ａは、突起部１８ａにも設けられている。マイクロストリップ線路１３ａは、例えば辺２０ａと、開口１９ａから所定距離だけ離れた位置と、の間では幅が一定である。そこから開口１９ａに向かって幅がテーパ状に広がり、開口１９ａ近傍では更に幅が広がっている。

【0016】

線路基板１０ａの上面には、辺２０ａに交差する辺２０ｂ、２０ｃと開口１９ａとの間に金属膜１４ａが設けられている。誘電体基板１１ａは、開口１９ａにおける側面のうちマイクロストリップ線路１３ａが設けられた側の側面に突起部１８ａを挟んで２つの切り欠き１７ａを有する。切り欠き１７ａによって、マイクロストリップ線路１３ａと金属膜１４ａとは分離している。

【0017】

図４（ｂ）のように、誘電体基板１１ａの下面に金属膜１５ａが設けられている。金属膜１５ａは、突起部１８ａにも設けられている。

【0018】

図４（ａ）および図４（ｂ）のように、誘電体基板１１ａの開口１９ａにおける側面に、金属膜１４ａと金属膜１５ａとを接続する金属膜１６ａが設けられている。誘電体基板１１ａの開口１９ａにおける側面のうち２つの切り欠き１７ａの間の側面には金属膜１６ａは設けられてなく、突起部１８ａの側面には金属膜１６ａは設けられていない。したがって、金属膜１６ａはマイクロストリップ線路１３ａには接していない。

【0019】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、線路基板１０ｂの斜視図である。図５（ａ）は、線路基板１０ｂを＋Ｚ側から見た斜視図であり、図５（ｂ）は、－Ｚ側から見た斜視図である。線路基板１０ｂは、線路基板１０ａを表裏反転した態様となっている。図５（ａ）および図５（ｂ）のように、線路基板１０ｂを構成する誘電体基板１１ｂに開口１９ｂが形成されている。誘電体基板１１ｂは、開口１９ｂにおける側面のうちマイクロストリップ線路１３ｂが設けられた側の側面に開口１９ｂに突き出た突起部１８ｂを有する。突起部１８ｂは、例えば平面視にて三角形状をしている。

【0020】

図５（ａ）のように、誘電体基板１１ｂの上面に金属膜１５ｂが設けられている。金属膜１５ｂは、突起部１８ｂにも設けられている。

【0021】

図５（ｂ）のように、誘電体基板１１ｂの下面に設けられたマイクロストリップ線路１３ｂは、辺２１ａから開口１９ｂにかけて延在している。マイクロストリップ線路１３ｂは、突起部１８ｂにも設けられている。マイクロストリップ線路１３ｂは、例えば辺２１ａと、開口１９ｂから所定距離だけ離れた位置と、の間では幅が一定である。そこから開口１９ｂに向かって幅がテーパ状に広がり、開口１９ｂ近傍では更に幅が広がっている。また、誘電体基板１１ｂの下面には、辺２１ａに交差する辺２１ｂ、２１ｃと開口１９ｂとの間に金属膜１４ｂが設けられている。誘電体基板１１ｂは、開口１９ｂにおける側面のうちマイクロストリップ線路１３ｂが設けられた側の側面に突起部１８ｂを挟んで２つの切り欠き１７ｂを有する。切り欠き１７ｂによって、マイクロストリップ線路１３ｂと金属膜１４ｂとは分離している。

【0022】

図５（ａ）および図５（ｂ）のように、誘電体基板１１ｂの開口１９ｂにおける側面に、金属膜１４ｂと金属膜１５ｂとを接続する金属膜１６ｂが設けられている。誘電体基板１１ｂの開口１９ｂにおける側面のうち２つの切り欠き１７ｂの間の側面には金属膜１６ｂは設けられてなく、突起部１８ｂの側面には金属膜１６ｂは設けられていない。したがって、金属膜１６ｂはマイクロストリップ線路１３ｂには接していない。

【0023】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、中間基板３０の斜視図である。図６（ａ）は、中間基板３０を＋Ｚ側から見た斜視図であり、図６（ｂ）は、－Ｚ側から見た斜視図である。図６（ａ）および図６（ｂ）のように、中間基板３０を構成する誘電体基板３１に開口３９が形成されている。また、誘電体基板３１は、開口３９における側面に開口３９に突き出た凸部３８を有する。凸部３８は、底部４１が線路基板１０ａ、１０ｂの突起部１８ａ、１８ｂの先端に重なって位置し、底部４１から先端４２にかけて（λ／４）±（λ／８）の長さで伸びている。λはマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂを伝搬する電磁波の波長である。凸部３８は、例えば平面視にて矩形形状をしている。

【0024】

図６（ａ）のように、誘電体基板３１の上面に金属膜３４が設けられている。金属膜３４は凸部３８にも設けられている。図６（ｂ）のように、誘電体基板３１の下面に金属膜３５が設けられている。金属膜３５は凸部３８にも設けられている。

【0025】

図６（ａ）および図６（ｂ）のように、誘電体基板３１の開口３９における側面に、金属膜３４と金属膜３５とを接続する金属膜３６が設けられている。金属膜３６は、誘電体基板３１の凸部３８が設けられた側面にも設けられていて、凸部３８の側面にも設けられている。

【0026】

図１から図３のように、線路基板１０ｂと中間基板３０と線路基板１０ａとが＋Ｚ方向にこの順に積層されている。線路基板１０ａの開口１９ａと中間基板３０の開口３９と線路基板１０ｂの開口１９ｂとを挟むように、線路基板１０ａ上に上部基板５０が設けられ、線路基板１０ｂ下に下部基板６０が設けられている。これにより、開口１９ａと開口３９と開口１９ｂとからなる中空７１が形成されている。

【0027】

線路基板１０ａと線路基板１０ｂは、マイクロストリップ線路１３ａとマイクロストリップ線路１３ｂとがＺ軸方向において重なるように積層されている。マイクロストリップ線路１３ａとマイクロストリップ線路１３ｂが重なるとは、平面視にて各々の面積の５０％以上が重なる場合であり、８０％以上が重なる場合が好ましく、９０％以上重なる場合がより好ましく、９５％以上重なる場合が更に好ましい。

【0028】

上部基板５０は、誘電体基板５１と、誘電体基板５１の上面に設けられた金属膜５２と、誘電体基板５１の下面に設けられた金属膜５４と、を備える。金属膜５４は、線路基板１０ａのマイクロストリップ線路１３ａおよび金属膜１４ａに接している。なお、金属膜５２は設けられていない場合でもよい。

【0029】

下部基板６０は、誘電体基板６１と、誘電体基板６１の上面に設けられた金属膜６２と、誘電体基板６１の下面に設けられた金属膜６４と、を備える。金属膜６２は、線路基板１０ｂのマイクロストリップ線路１３ｂおよび金属膜１４ｂに接している。なお、金属膜６４は設けられていない場合でもよい。

【0030】

中空７１の天井面は、上部基板５０の下面で形成され、金属膜５４が設けられている。中空７１の底面は、下部基板６０の上面で形成され、金属膜６２が設けられている。中空７１の側面は、線路基板１０ａの開口１９ａにおける側面と中間基板３０の開口３９における側面と線路基板１０ｂの開口１９ｂにおける側面とで形成されている。それぞれの側面には金属膜１６ａ、金属膜３６、金属膜１６ｂが設けられていることから、中空７１の側面には金属膜１６ａと金属膜３６と金属膜１６ｂとにより形成される金属膜７２が設けられている。このため、中空７１は、電磁波が伝搬する中空の導波路７０として機能する。

【0031】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１に係る電力合成器１００の分解平面図である。図７（ａ）は、電力合成器１００を＋Ｚ側から見たときの分解平面図、図７（ｂ）は、－Ｚ側から見たときの分解平面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）のように、線路基板１０ａの突起部１８ａと線路基板１０ｂの突起部１８ｂとは、平面視において同じ形状および大きさであり、Ｚ軸方向において重なっている。ここで、突起部１８ａと突起部１８ｂが重なるとは、平面視において各々の面積の９０％以上が重なる場合であり、９５％以上が重なる場合が好ましく、１００％重なる場合がより好ましい。突起部１８ａの先端２２ａと突起部１８ｂの先端２２ｂとはＺ軸方向において少なくとも一部、好ましくは全体が重なっている。マイクロストリップ線路１３ａを伝搬した電磁波は突起部１８ａの先端２２ａから導波路７０に放射され、マイクロストリップ線路１３ｂを伝搬した電磁波は突起部１８ｂの先端２２ｂから導波路７０に放射される（図２（ａ）も参照）。突起部１８ａ、１８ｂは、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂと導波路７０との間で電磁波の伝搬モードを滑らかに変換する機能を有する。また、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂの幅が開口１９ａ、１９ｂの近傍で広くなることによっても、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂと導波路７０との間の電磁波の変換が低損失で行われる。突起部１８ａ、１８ｂの長さＬ１は例えば０．３λ以上０．４λ以下であり、幅Ｗ１は例えば０．１５λ以上０．２５λ以下である。

【0032】

中間基板３０の凸部３８は、線路基板１０ａ、１０ｂの突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂと重なる位置を起点として開口３９に突き出ている。すなわち、凸部３８は、底部４１が突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂとＺ軸方向において重なり、平面視において突起部１８ａ、１８ｂの前方に位置している。凸部３８の底部４１から先端４２までの長さＬ２は、（λ／４）±（λ／８）である。凸部３８の幅Ｗ２は、突起部１８ａ、１８ｂの幅Ｗ１より大きく、かつ、λ／８以下である。凸部３８は、例えば突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂを通ってＹ軸方向に伸びる線に対して線対称の形状をしている。

【0033】

誘電体基板１１ａ、１１ｂ、３１、５１、６１は、例えば樹脂材料（フッ素系樹脂材料等）で形成されている。マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂ、金属膜１４ａ、１４ｂ、金属膜１５ａ、１５ｂ、金属膜１６ａ、１６ｂ、金属膜３４、金属膜３５、金属膜３６、金属膜５２、金属膜５４、金属膜６２、および金属膜６４は、例えば銅等の金属で形成されている。なお、中間基板３０、上部基板５０、および下部基板６０は金属基板である場合でもよい。

【0034】

実施例１に係る電力合成器１００の動作について説明する。図８は、実施例１に係る電力合成器１００の動作を説明するための断面図である。図８において、矢印はマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂを伝搬する電磁波による電界を示している。図８のように、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂには、トランジスタ９５ａ、９５ｂから逆位相の高周波信号が入力される。例えば、マイクロストリップ線路１３ａには初期位相が０°の高周波信号が入力され、マイクロストリップ線路１３ｂには初期位相が１８０°の高周波信号が入力される。

【0035】

マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂを電磁波が伝搬するときに電界が発生する。マイクロストリップ線路１３ａは誘電体基板１１ａの上面に設けられ、マイクロストリップ線路１３ｂは誘電体基板１１ｂの下面に設けられている。このため、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂに逆位相の高周波信号が入力されると、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂを伝搬する電磁波の電界の向きがほぼ揃うようになる。マイクロストリップ線路１３ａを伝搬する電磁波は、突起部１８ａにより伝搬モードが変換され、突起部１８ａの先端２２ａから導波路７０に放射される。マイクロストリップ線路１３ｂを伝搬する電磁波は、突起部１８ｂにより伝搬モードが変換され、突起部１８ｂの先端２２ｂから導波路７０に放射される。したがって、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂから導波路７０に入力される高周波電力は、導波路７０において電界の向きがほぼ揃った状態で合成される。このため、損失を抑えながら電力を合成することができる。

【0036】

図９は、実施例１に係る電力合成器１００の効果を説明するための断面図である。図９のように、マイクロストリップ線路１３ａを伝搬する電磁波は突起部１８ａの先端２２ａから導波路７０に放射されるが、そのときに電磁波の一部は突起部１８ａの先端２２ａにおいて反射する。マイクロストリップ線路１３ｂを伝搬する電磁波においても同様である。図９では、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波を矢印７３で表している。

【0037】

中間基板３０には凸部３８が設けられている。このため、突起部１８ａの先端２２ａから導波路７０に放射される電磁波は、凸部３８がある領域と凸部３８より先の凸部３８がない領域との間の不連続性により、凸部３８の先端４２が位置するＢ点においても反射する。突起部１８ｂの先端２２ｂから導波路７０に放射される電磁波においても同様である。図９では、Ｂ点にて反射する電磁波を矢印７４で表している。

【0038】

凸部３８の底部４１から先端４２までの長さは、上述したように（λ／４）±（λ／８）である。すなわち、図９において、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂが位置するＡ点と、凸部３８の先端４２が位置するＢ点と、の間の距離は（λ／４）±（λ／８）である。このため、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂが位置するＡ点で反射する電磁波は、凸部３８の先端４２が位置するＢ点で反射してＡ点に戻ってくる電磁波で打ち消されて低減される。このため、通過損失を小さく抑えることができる。

【0039】

［実施例１の変形例］
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る電力合成器１１０の断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、電力合成器１１０では、導波路７０内に誘電体７５が充填されている。誘電体７５は、例えばフッ素系樹脂等の樹脂膜である。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。このように、導波路７０内に誘電体７５が充填されていてもよい。

【0040】

図１１は、実施例１の変形例２に係る電力合成器１２０の分解斜視図である。図１１のように、電力合成器１２０では、開口１９ａ、開口３９、および開口１９ｂの側面に金属膜が設けられてなく、代わりに、誘電体基板１１ａ、誘電体基板３１、および誘電体基板１１ｂに複数のビア配線５、６、７が設けられている。線路基板１０ａは、複数のビア配線５によって金属膜１４ａと金属膜１５ａが電気的に接続されている。中間基板３０は、複数のビア配線６によって金属膜３４と金属膜３５が電気的に接続されている。線路基板１０ｂは、複数のビア配線７によって金属膜１５ｂと金属膜１４ｂが電気的に接続されている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。このように、誘電体基板１１ａ、誘電体基板３１、および誘電体基板１１ｂに複数のビア配線５、６、７が設けられる場合でもよい。

【0041】

以上のように、実施例１およびその変形例によれば、線路基板１０ｂ（第１基板）上に線路基板１０ａ（第２基板）が設けられ、線路基板１０ａと線路基板１０ｂの間に中間基板３０（第３基板）が設けられている。線路基板１０ｂは、導波路７０内に突出し、マイクロストリップ線路１３ｂ（第１マイクロストリップ線路）が設けられた突起部１８ｂ（第１突起部）を有する。線路基板１０ａは、平面視において突起部１８ｂに重なって導波路７０内に突出し、マイクロストリップ線路１３ａ（第２マイクロストリップ線路）が設けられた突起部１８ａ（第２突起部）を有する。中間基板３０は、平面視において突起部１８ａ、１８ｂの前方に位置するように導波路７０内に突出し、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂに重なる位置から先端４２までの長さＬ２（図７（ａ）参照）が（λ／４）±（λ／８）の凸部３８（第１凸部）を有する。λはマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂを伝搬する電磁波の波長である。これにより、図９に示したように、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波は、凸部３８の先端４２が位置する箇所で反射して戻ってくる電磁波で打ち消されて低減される。よって、通過損失を小さく抑えることができる。

【0042】

突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波を低減させる点から、凸部３８の長さＬ２は（λ／４）±（λ／１６）の場合が好ましく、（λ／４）±（λ／３２）の場合がより好ましく、λ／４の場合が更に好ましい。

【0043】

また、実施例１およびその変形例では、凸部３８の幅Ｗ２（図７（ａ）参照）は、突起部１８ａ、１８ｂの幅Ｗ１（図７（ａ）参照）より大きく、かつ、λ／８以下である。これにより、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波を、凸部３８の先端４２が位置する箇所で反射して戻ってくる電磁波で効果的に打ち消して低減することができる。突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波を低減させる点から、凸部３８の幅Ｗ２は、突起部１８ａ、１８ｂの幅Ｗ１の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましい。凸部３８の幅Ｗ２は、λ／１０以下が好ましく、λ／１４以下がより好ましい。

【0044】

また、実施例１およびその変形例では、線路基板１０ａの開口１９ａと中間基板３０の開口３９と線路基板１０ｂの開口１９ｂとが、上部基板５０と下部基板６０とで挟まれることで導波路７０が形成される。これにより、電力合成器１００の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさは、導波路７０の幅程度とすることができ、電力合成器１００を小型化することができる。また、電磁波が伝搬する導波路７０の長さを短くできるため、通過損失を小さく抑えることができる。

【0045】

また、実施例１では、図２（ａ）および図２（ｂ）のように、線路基板１０ａの開口１９ａと中間基板３０の開口３９と線路基板１０ｂの開口１９ｂとにより形成された導波路７０の内部は空隙となっている。これにより、導波路７０の内部に誘電体が充填されている場合に比べて、通過損失を低減することができる。

【0046】

また、実施例１の変形例１では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、線路基板１０ａの開口１９ａと中間基板３０の開口３９と線路基板１０ｂの開口１９ｂとにより形成された導波路７０の内部に誘電体７５が充填されている。これにより、導波路７０内に予期しない異物が入り込むことを抑制できる。

【0047】

また、実施例１およびその変形例では、中間基板３０に設けられた凸部３８は平面視にて矩形形状をしている。これにより、凸部３８の先端４２が位置するＢ点（図９参照）で電磁波が反射され易くなる。よって、突起部１８ａ、１８ｂの先端２２ａ、２２ｂで反射する電磁波が、凸部３８の先端４２が位置する箇所で反射して戻ってくる電磁波で打ち消され易くなる。なお、凸部３８は、平面視において例えば台形形状等の他の形状をしている場合でもよい。

【0048】

また、実施例１およびその変形例では、線路基板１０ａ、１０ｂに設けられた突起部１８ａ、１８ｂは平面視にて三角形状である。これにより、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂと導波路７０との間で電磁波の伝搬モードが滑らかに変換されるようになり、通過損失を小さく抑えることができる。三角形状とは、三角の頂点が平面である場合や曲面である場合も許容する。なお、突起部１８ａ、１８ｂは平面視にて例えば矩形形状等の他の形状をしている場合でもよい。

【0049】

また、実施例１およびその変形例では、線路基板１０ａは、マイクロストリップ線路１３ａが線路基板１０ｂのマイクロストリップ線路１３ｂに平面視において重なるように線路基板１０ｂ上に設けられている。これにより、マイクロストリップ線路１３ａを伝送する高周波電力とマイクロストリップ線路１３ｂを伝送する高周波電力とが、導波路７０においてＺ軸方向で重なって合成されるため、損失の低下を抑えて電力を合成できる。

【0050】

また、実施例１およびその変形例によれば、マイクロストリップ線路１３ａは線路基板１０ａの中間基板３０とは反対側の面に設けられ、マイクロストリップ線路１３ｂは線路基板１０ｂの中間基板３０とは反対側の面に設けられる。これにより、マイクロストリップ線路１３ａとマイクロストリップ線路１３ｂに逆位相の高周波信号が入力される場合に、導波路７０において電界の向きがほぼ揃った状態でそれぞれの高周波電力が合成される。

【実施例0051】

図１２は、実施例２に係る電力合成器２００の斜視図である。図１３（ａ）は、図１２のＡ－Ａ間の断面図、図１３（ｂ）は、図１２のＢ－Ｂ間の断面図である。図１４は、実施例２に係る電力合成器２００の分解斜視図である。電力合成器２００は、例えば４つのトランジスタの出力電力を合成して伝送する。

【0052】

図１２から図１４のように、電力合成器２００は、線路基板１０ａ、１０ｂとその間に設けられた中間基板３０に加えて、線路基板１０ｃ、１０ｄとその間に設けられた中間基板３０とを備える。

【0053】

線路基板１０ｃは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した線路基板１０ａと同じ構成をしている。すなわち、線路基板１０ｃは、開口１９ｃと、２つの切り欠き１７ｃの間の突起部１８ｃと、を有する。線路基板１０ｃを構成する誘電体基板１１ｃの上面には、マイクロストリップ線路１３ｃと金属膜１４ｃが設けられ、下面には、金属膜１５ｃが設けられている。誘電体基板１１ｃの開口１９ｃにおける側面には金属膜１６ｃが設けられている。

【0054】

線路基板１０ｄは、図５（ａ）および図５（ｄ）に示した線路基板１０ｂと同じ構成をしている。すなわち、線路基板１０ｄは、開口１９ｄと、２つの切り欠き１７ｄの間の突起部１８ｄと、を有する。線路基板１０ｄを構成する誘電体基板１１ｄの上面には、金属膜１５ｄが設けられ、下面には、マイクロストリップ線路１３ｄと金属膜１４ｄが設けられている。誘電体基板１１ｄの開口１９ｄにおける側面には金属膜１６ｄが設けられている。

【0055】

線路基板１０ｃと線路基板１０ｄの間の中間基板３０に設けられた金属膜３４は線路基板１０ｃの金属膜１５ｃに接し、金属膜３５は線路基板１０ｄの金属膜１５ｄに接している。線路基板１０ｃ、１０ｄの間の中間基板３０に設けられた凸部３８は、底部４１が線路基板１０ｃ、１０ｄの突起部１８ｃ、１８ｄの先端２２ｃ、２２ｄに重なって位置し、底部４１から先端４２にかけて（λ／４）±（λ／８）の長さで伸びている。λはマイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄを伝搬する電磁波の波長である。

【0056】

線路基板１０ｂと線路基板１０ｃの間には中間基板８０が設けられている。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、中間基板８０の斜視図である。図１５（ａ）は、中間基板８０を＋Ｚ側から見た斜視図であり、図１５（ｂ）は、－Ｚ側から見た斜視図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）のように、中間基板８０を構成する誘電体基板８１に開口８９が形成されている。また、誘電体基板８１は、開口８９における側面に開口８９に突き出た凸部８８を有する。凸部８８は、底部９１が線路基板１０ｂ、１０ｃの突起部１８ｂ、１８ｃの先端２２ｂ、２２ｃに重なって位置し、底部９１から先端９２にかけて（λ／４）±（λ／８）の長さで伸びている。凸部８８は、例えば平面視にて矩形形状をしている。

【0057】

図１５（ａ）のように、誘電体基板８１の上面に金属膜８４が設けられている。金属膜８４は凸部８８にも設けられている。図１５（ｂ）のように、誘電体基板８１の下面に金属膜８５が設けられている。金属膜８５は凸部８８にも設けられている。

【0058】

図１５（ａ）および図１５（ｂ）のように、誘電体基板８１の開口８９における側面に、金属膜８４と金属膜８５とを接続する金属膜８６が設けられている。金属膜８６は、中間基板８０の凸部８８が設けられた側面にも設けられていて、凸部８８の側面にも設けられている。このように、中間基板８０は、中間基板３０に比べて外形の大きさが異なる点以外は同じ構成をしている。

【0059】

図１２から図１４のように、＋Ｚ方向に向かって、線路基板１０ｄ、中間基板３０、線路基板１０ｃ、中間基板８０、線路基板１０ｂ、中間基板３０、線路基板１０ａがこの順に積層されている。それぞれの開口１９ｄと開口３９と開口１９ｃと開口８９と開口１９ｂと開口３９と開口１９ａを挟むように、線路基板１０ａ上に上部基板５０が設けられ、線路基板１０ｄ下に下部基板６０が設けられている。これにより、開口１９ｄと開口３９と開口１９ｃと開口８９と開口１９ｂと開口３９と開口１９ａとからなる中空７１ａが形成されている。

【0060】

中空７１ａの天井面は、上部基板５０の下面で形成され、金属膜５４が設けられている。中空７１ａの底面は、下部基板６０の上面で形成され、金属膜６２が設けられている。中空７１ａの側面は、線路基板１０ａ～１０ｄの開口１９ａ～１９ｄにおける側面と中間基板３０の開口３９における側面と中間基板８０の開口８９における側面とで形成されている。それぞれの側面には金属膜１６ａ～１６ｄ、金属膜３６、金属膜８６が設けられていることから、中空７１ａの側面は金属膜１６ａ～１６ｄと金属膜３６と金属膜８６とにより形成される金属膜７２ａが設けられている。このため、中空７１ａは、電磁波が伝搬する中空の導波路７０ａとして機能する。

【0061】

線路基板１０ａ～１０ｄは、それぞれのマイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄがＺ軸方向において重なるように積層されている。また、線路基板１０ａ～１０ｄに設けられた突起部１８ａ～１８ｄは、平面視において同じ形状および大きさであり、Ｚ軸方向において重なっている。突起部１８ａ～１８ｄの先端２２ａ～２２ｄはＺ軸方向において重なっている。マイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄを伝搬した電磁波は突起部１８ａ～１８ｄの先端２２ａ～２２２ｄから導波路７０ａに放射される。

【0062】

実施例２に係る電力合成器２００の動作について説明する。図１６は、実施例２に係る電力合成器２００の動作を説明するための断面図である。図１６において、矢印はマイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄを伝搬する電磁波による電界を示している。図１６のように、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｃには、トランジスタ９５ａ、９５ｃから同位相の高周波信号が入力される。マイクロストリップ線路１３ｂ、１３ｄには、トランジスタ９５ｂ、９５ｄからマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｃに入力される高周波信号とは逆位相の高周波信号が入力される。例えば、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｃには初期位相が０°の高周波信号が入力され、マイクロストリップ線路１３ｂ、１３ｄには初期位相が１８０°の高周波信号が入力される。

【0063】

マイクロストリップ線路１３ａは誘電体基板１１ａの上面に設けられ、マイクロストリップ線路１３ｃは誘電体基板１１ｃの上面に設けられている。一方、マイクロストリップ線路１３ｂは誘電体基板１１ｂの下面に設けられ、マイクロストリップ線路１３ｄは誘電体基板１１ｄの下面に設けられている。このため、マイクロストリップ線路１３ａ、１３ｃに同位相の高周波信号が入力され、マイクロストリップ線路１３ｂ、１３ｄにマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｃと逆位相の高周波信号が入力されると、マイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄを伝搬する電磁波の電界の向きがほぼ揃うようになる。

【0064】

マイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄを伝搬する電磁波は、突起部１８ａ～１８ｄにより伝搬モードが変換され、突起部１８ａ～１８ｄの先端２２ａ～２２ｄから導波路７０ａに放射される。マイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄから導波路７０ａに入力される高周波電力は、導波路７０ａにおいて電界の向きがほぼ揃った状態で合成される。このため、損失を抑えながら電力を合成することができる。

【0065】

［実施例２の変形例］
図１７（ａ）は、実施例２の変形例に係る電力合成器２１０の断面図、図１７（ｂ）は、実施例２の変形例に係る電力合成器２１０の動作を説明するための断面図である。図１７（ｂ）において、矢印はマイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈを伝搬する電磁波による電界を示している。

【0066】

図１７（ａ）のように、電力合成器２１０は、＋Ｚ方向に向かって、下部基板６０、線路基板１０ｈ、中間基板８０、線路基板１０ｇ、中間基板８０、線路基板１０ｆ、中間基板８０、線路基板１０ｅ、上部基板５０の順に積層されている。線路基板１０ｅ～１０ｈは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した線路基板１０ａと同じ構成をしている。すなわち、線路基板１０ｅ～１０ｈは、誘電体基板１１ｅ～１１ｈの上面にマイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈが設けられ、下面に金属膜１５ｅ～１５ｈが設けられている。線路基板１０ｅ～１０ｈに形成された開口と中間基板８０に形成された開口とにより中空７１ｂが形成され、この中空７１ｂが導波路７０ｂとして機能する。マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈを伝搬する電磁波は、突起部１８ｅ～１８ｈの先端２２ｅ～２２ｈから導波路７０ｂに放射される。

【0067】

図１７（ｂ）のように、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈには、トランジスタ９５ａ～９５ｄから同位相の高周波信号が入力される。例えば、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈには初期位相が０°の高周波信号が入力される。マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈは誘電体基板１１ｅ～１１ｈの上面に設けられているため、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈに同位相の高周波信号が入力されると、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈを伝搬する電磁波の電界の向きがほぼ揃うようになる。よって、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈから導波路７０ｂに入力される高周波電力は、導波路７０ｂにおいて電界の向きがほぼ揃った状態で合成される。このため、損失を抑えながら電力を合成することができる。

【0068】

実施例１およびその変形例では、２つのマイクロストリップ線路１３ａ、１３ｂから入力される高周波電力が合成される場合を例に示したが、この場合に限られない。実施例２およびその変形例のように、４つのマイクロストリップ線路１３ａ～１３ｄまたは４つのマイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈから入力される高周波電力が合成される場合でもよい。また、図示は省略するが、２つまたは４つ以外の複数のマイクロストリップ線路から入力される高周波電力が合成される場合でもよい。

【0069】

また、実施例２の変形例では、図１７（ａ）のように、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈは線路基板１０ｅ～１０ｈの上面に設けられている。すなわち、線路基板１０ｅ、１０ｆとその間の中間基板８０を１組と考える。この場合、マイクロストリップ線路１３ｅは線路基板１０ｅの中間基板８０とは反対側の面に設けられ、マイクロストリップ線路１３ｆは線路基板１０ｆの中間基板８０側の面に設けられている。線路基板１０ｆ、１０ｇとその間の中間基板８０を１組と考える場合、線路基板１０ｇ、１０ｈとその間の中間基板８０を１組と考える場合も同様である。このような構成とすることで、マイクロストリップ線路１３ｅ～１３ｈに同位相の高周波信号が入力される場合に、導波路７０ｂにおいて電界の向きがほぼ揃った状態でそれぞれの高周波電力が合成される。