(57)【要約】【課題】通過帯域の中心周波数を容易に調整することが可能なフィルタを実現する。【解決手段】フィルタ（１）は、電磁気的に結合された複数の共振器（１１ａ〜１１ｅ）からなる共振器群として機能するポスト壁導波路（１１）を備えている。ポスト壁導波路（１１）の広壁（第１広壁１１２）には、共振器群に属する少なくとも１つの共振器（１１ａ〜１１ｅ）を開放する開口（１１２ａ〜１１２ｅ）が形成されている。これらの開口（１１２ａ〜１１２ｅ）は、フィルタ（１）の通過帯域の中心周波数を調整するために利用される。【選択図】図１
2020150464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路を備え、
前記ポスト壁導波路の広壁には、前記共振器群に属する少なくとも１つの共振器について、当該共振器を開放する開口であって、通過帯域の中心周波数を調整するための開口が形成されている、
ことを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記広壁には、前記共振器に属する各共振器について、前記開口が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記開口は、前記広壁を平面視したときに、前記共振器群に属する共振器のうち、当該開口により開放される共振器の中心と重なる位置に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記開口は、円形状である、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記共振器は、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のフィルタの製造方法であって、
前記開口のサイズを変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整する工程を含む、
ことを特徴とするフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポスト壁導波路を用いたフィルタに関する。また、そのようなフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁的に結合された複数の共振器は、特定の周波数帯域（以下、「通過帯域」とも記載する）の電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、導波管の内部に複数の共振器を形成することによって実現されたバンドパスフィルタが記載されている。特許文献１に記載のバンドパスフィルタでは、共振器にネジが挿し込まれており、このネジの挿し込み量を変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整できるようになっている。
【０００４】
また、導波管に代わる導波路として、ポスト壁導波路が知られている。ポスト壁導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の２つの主面の各々を覆う広壁と、誘電体基板の内部に形成されたポスト壁と、により構成され、広壁とポスト壁とに囲まれた領域を電磁波が伝播する導波路である。ポスト壁導波路には、導波管と比べて、軽量化、低背化、低コスト化が容易であるという利点がある。非特許文献１には、ポスト壁導波路の内部に複数の共振器を形成することによって実現されたバンドパスフィルタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６２８０５号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Yusuke Uemichi, et. al, Compact and Low-Loss Bandpass Filter Realized in Silica-Based Post-Wall Waveguide for 60-GHz applications, IEEE MTT-S IMS, May 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ポスト壁導波路を用いたフィルタには、通過帯域の中心周波数を調整することが困難であるという問題があった。例えば、ポスト壁導波路を用いたフィルタに、特許文献１に記載の技術を適用して通過帯域の中心周波数を調整することはできない。なぜなら、ポスト壁導波路にネジを挿し込むと、誘電体基板（例えば、石英ガラスにより構成される）が破損するリスクが高いからである。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路を用いたフィルタであって、通過帯域の中心周波数の調整が容易なフィルタを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様１に係るフィルタにおいては、電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路を備え、前記ポスト壁導波路の広壁には、前記共振器群に属する少なくとも１つの共振器について、当該共振器を開放する開口であって、通過帯域の中心周波数を調整するための開口が形成されている、という構成が採用されている。
【００１０】
上記の構成によれば、開口のサイズを変更することによって、通過帯域の中心周波数を容易に調整することができる。
【００１１】
本発明の態様２に係るフィルタにおいては、本発明の態様１に係るフィルタの構成に加えて、前記広壁には、前記共振器に属する各共振器について、前記開口が形成されている、という構成が採用されている。
【００１２】
上記の構成によれば、開口のサイズを変更することによって、通過帯域の中心周波数を容易に調整することができる。
【００１３】
本発明の態様３に係るフィルタにおいては、本発明の態様１又は２に係るフィルタの構成に加えて、前記開口は、前記広壁を平面視したときに、前記共振器群に属する共振器のうち、当該開口により開放される共振器の中心と重なる位置に形成されている、という構成が採用されている。
【００１４】
上記の構成によれば、共振器と外部空間との電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、開口のサイズを変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
【００１５】
本発明の態様４に係るフィルタにおいては、本発明の態様１〜３の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記開口は、円形状である、という構成が採用されている。
【００１６】
上記の構成によれば、共振器と外部空間との電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、開口のサイズを変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
【００１７】
本発明の態様５に係るフィルタにおいては、本発明の態様１〜４の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記共振器は、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、という構成が採用されている。
【００１８】
上記の構成によれば、共振器と外部空間との電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、開口のサイズを変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
【００１９】
本発明の態様６に係るフィルタ装置の製造方法は、本発明の態様１〜５の何れかに係るフィルタの製造方法であって、前記開口のサイズを変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整する工程を含む、という方法が採用されている。
【００２０】
上記の方法によれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタを容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様によれば、通過帯域の中心周波数の調整が容易なフィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフィルタの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフィルタの部分断面図である。
【図３】図１に示すフィルタが備えるポスト壁導波路の平面図である。
【図４】図１に示すフィルタの透過係数Ｓ（２，１）の周波数特性を示すグラフである。ここでは、開口の半径を２５μｍステップで１００μｍから４００μｍまで変化させている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（フィルタの構成）
本発明の一実施形態に係るフィルタ１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、フィルタ１の斜視図であり、図２は、フィルタ１の部分断面図である。
【００２４】
フィルタ１は、電磁気的に結合された複数の共振器１１ａ〜１１ｅとして機能するポスト壁導波路１１を備えている。
【００２５】
ポスト壁導波路１１は、誘電体基板１１１と、誘電体基板１１１の第１主面（図１及び図２における上面）に形成された第１広壁１１２と、誘電体基板１１１の第２主面（図１及び図２における下面）に形成された第２広壁１１３と、誘電体基板１１１の内部に形成されたポスト壁１１４と、により構成されている。
【００２６】
誘電体基板１１１は、誘電体材料により構成された板状部材である。本実施形態においては、誘電体基板１１１を構成する誘電体材料として、石英ガラスを用いている。この場合、誘電体基板１１１の厚みは、例えば、５００μｍとすることができる。
【００２７】
第１広壁１１２及び第２広壁１１３は、導体材料により構成された層状（又は膜状）部材である。本実施形態においては、第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料として、銅を用いている。
【００２８】
ポスト壁１１４は、第１広壁１１２と第２広壁１１３とを短絡する、柵状に並んだ導体ポストの集合である。ポスト壁１１４を構成する導体ポストの間隔は、ポスト壁導波路１１に入力される電磁波の波長と比べて十分に短く、ポスト壁１１４は、この電磁波に対して導体壁として機能する。導体ポストの直径は、例えば、１００μｍとすることができ、導体ポストの間隔は、例えば、２００μｍとすることができる。本実施形態において、ポスト壁１１４を構成する各導体ポストは、誘電体基板１１１を貫通する貫通孔の内壁に導体層を形成する、或いは、この貫通孔に導体を充填することによって実現されている。ポスト壁１１４の配置パターンは、第１広壁１１２、第２広壁１１３、及びポスト壁１１４により囲まれた領域が、電磁気的に結合した複数の共振器１１ａ〜１１ｅとして機能するように定められている。ポスト壁１１４の配置パターンについては、参照する図面を代えて後述する。
【００２９】
ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２には、共振器１１ａ〜１１ｅと同数の開口１１２ａ〜１１２ｅが形成されている。各共振器１１ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）は、対応する開口１１２ｘを介して、ポスト壁導波路１１の外部の空間（以下、「外部空間」と記載する）と電磁気的に結合している。すなわち、開口１１２ｘは、対応する共振器１１ｘを開放する。共振器１１ｘと外部空間との結合効率を高めるべく、各開口１１２ｘの位置は、第１広壁１１２を平面視したときに、対応する共振器１１ｘの第１広壁の中心と重なるように形成されている。本実施形態において、各共振器１１ｘは、第１広壁１１２に直交する方向を高さ方向とする円柱状であり、各開口１１２ｘは、円形状である。各共振器１１ｘの断面（誘電体基板１１１の主面と平行な断面）の半径Ｒ１ｘ（以下、共振器１１ｘの半径Ｒ１ｘと略記する）と対応する開口１１２ｘの半径Ｒ２ｘとの間には、Ｒ２ｘ＜Ｒ１ｘという関係がある。
【００３０】
なお、本実施形態においては、ポスト壁導波路１１の誘電体基板１１１を構成する誘電体材料として、石英ガラスを用いているが、本発明は、これに限定されない。ポスト壁導波路１１の誘電体基板１１１を構成する誘電体材料は、石英以外の誘電体材料、例えば、サファイアや、アルミナなどでもよい。
【００３１】
また、本実施形態においては、ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料として、銅を用いているが、本発明は、これに限定されない。ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料は、例えば、アルミニウムや、複数の金属元素により構成された合金などでもよい。
【００３２】
また、本実施形態においては、各共振器１１ｘを、円柱状としているが、本発明は、これに限定されない。各共振器１１ｘは、例えば、断面（誘電体基板１１１の主面と平行な断面）が正六角形以上の正多角形である角柱状でもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、各開口１１２ｘを、円形状としているが、本発明は、これに限定されない。各開口１１２ｘは、例えば、六角形以上の正多角形状でもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、開口１１２ａ〜１１２ｅを第１広壁１１２側に形成しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、開口１１２ａ〜１１２ｅは、第２広壁１１３側に形成されていてもよいし、第１広壁１１２側と第２広壁１１３側とに分散して形成されていてもよい。一例として、開口１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｅが第１広壁１１２側に形成され、開口１１２ｂ，１１２ｄが第２広壁１１３側に形成されている構成も、本願発明の範疇に含まれる。
【００３５】
また、本実施形態においては、共振器１１ａ〜１１ｅ及び１１２ａ〜１１２ｅの個数を各５個としているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、共振器１１ａ〜１１ｅ及び開口１１２ａ〜１１２ｅの個数は、各２個以上の任意の個数であり得る。
【００３６】
（ポスト壁の配置パターン）
ポスト壁導波路１１におけるポスト壁１１４の配置パターンについて、図３を参照して説明する。図３は、ポスト壁導波路１１の平面図である。なお、図３においては、ポスト壁１１４を仮想的な導体壁として点線で図示している。
【００３７】
ポスト壁１１４の配置パターンは、第１広壁１１２、第２広壁１１３、及びポスト壁１１４により囲まれた領域が、以下の構成を含むように決められる。
【００３８】
・入力導波路１１ｐ、
・結合窓Ａｐａを介して入力導波路１１ｐと電磁気的に結合された共振器１１ａ、
・結合窓Ａａｂを介して共振器１１ａと電磁気的に結合された共振器１１ｂ、
・結合窓Ａｂｃを介して共振器１１ｂと電磁気的に結合された共振器１１ｃ、
・結合窓Ａｃｄを介して共振器１１ｃと電磁気的に結合された共振器１１ｄ、
・結合窓Ａｄｅを介して共振器１１ｄと電磁気的に結合された共振器１１ｅ、
・結合窓Ａｅｑを介して共振器１１ｅと電磁気的に結合された出力導波路１１ｑ、
共振器１１ａ〜１１ｅは、円柱状であり、入力導波路１１ｐ及び出力導波路１１ｑは、直方体状である。互いに隣接する２つの共振器（例えば、共振器１１ｂと共振器１１ｃ）の中心間距離は、これら２つの共振器の半径の和よりも小さい。例えば、互いに隣接する２つの共振器１１ｂ，１１ｃの中心間距離Ｄｂｃは、Ｄｂｃ＜Ｒ１ｂ＋Ｒ１ｃを満たす。このため、互いに隣接する２つの共振器が結合窓を介して電磁気的に結合する。
【００３９】
互いに隣接する２つの共振器は、これら２つの共振器の中心軸を含む平面に対して対称である。例えば、互いに隣接する２つの共振器１１ｂ，１１ｃは、これら２つの共振器１１ｂ，１１ｃの中心軸を含む平面Ｓｂｃ（図３参照）に対して対称である。また、共振器１１ａ〜１１ｅからなる共振器群は、第１広壁１１２に直交する特定の平面Ｓ（図３参照）に対して対称である。このような対称性をポスト壁１１４に持たせ、ポスト壁１１４の配置パターンを規定する独立なパラメータの数を減らすことによって、フィルタ１の設計を容易にすることができる。
【００４０】
また、入力導波路１１ｐに結合した共振器１１ａと出力導波路１１ｑに結合した共振器１１ｅは、互いに隣接するように配置されており、共振器１１ａ〜１１ｅは、全体として環状に並べられている。したがって、ポスト壁１１４が形成される誘電体基板１１１のサイズを小さくすることができる。これにより、環境温度が変化したときに生じ得る、誘電体基板１１１の熱膨張又は熱収縮の絶対値を小さくすることができる。このため、環境温度が変化したときに、誘電体基板１１１の熱膨張又は熱収縮に起因して生じ得る、フィルタ１の特性変化を抑制することができる。
【００４１】
なお、ここでは、共振器１１ａに結合された導波路を入力導波路１１ｐとし、共振器１１ｅに結合された導波路を出力導波路１１ｑとしたが、これに限定されない。共振器１１ａに結合された導波路を出力導波路とし、共振器１１ｅに結合された導波路を入力導波路としてもよい。
【００４２】
（開口の機能）
フィルタ１は、電磁気的に結合した複数の共振器１１ａ〜１１ｅとして機能するポスト壁導波路１１を備えている。したがって、フィルタ１は、特定の周波数帯域（以下、「通過帯域」）に属する電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能する。開口１１２ａ〜１１２ｅは、この通過帯域の中心周波数を調整するために利用される。
【００４３】
図４は、フィルタ１の透過係数Ｓ（２，１）の周波数依存性を示すグラフである。ここでは、誘電体基板１１１の材料を石英、誘電体基板１１１の厚みを５２０μｍ、共振器１１ａ，１１ｅの半径Ｒ１ａ，Ｒ１ｅを８００μｍ、共振器１１ｂ〜１１ｄの半径Ｒ１ｂ〜Ｒ１ｄを８４０μｍと仮定した数値シミュレーションの結果を示す。
【００４４】
図４においては、各開口１１２ｘの半径Ｒ２ｘを一律に２５μｍステップで１００μｍから４００μｍまで変化させることにより得られるフィルタ１の透過係数Ｓ（２，１）を示している。図４によれば、各開口１１２ｘの半径Ｒ２ｘを大きくするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトすることが分かる。
【００４５】
以上のように、フィルタ１においては、通過帯域の中心周波数が開口１１２ａ〜１１２ｅのサイズに応じて決まる。したがって、フィルタ１を製造する際に、開口１１２ａ〜１１２ｅのサイズを変化させることで通過帯域の中心周波数を調整する工程を実施すれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタ１を容易に製造することができる。
【００４６】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１            フィルタ
１１                ポスト壁導波路
１１１              誘電体基板
１１２              第１広壁
１１２ａ〜１１２ｅ  開口
１１３              第２広壁
１１４              ポスト壁
１１ａ〜１１ｅ      共振器
【図１】
2020150464.tif 000003
【図２】
2020150464.tif 000004
【図３】
2020150464.tif 000005
【図４】
2020150464.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月2日(2020.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路を備え、
前記ポスト壁導波路の広壁のみには、前記共振器群に属する少なくとも１つの共振器について、当該共振器を開放する開口であって、通過帯域の中心周波数を調整するための開口が形成されており、
前記開口は、前記広壁を平面視したときに、前記共振器群に属する共振器のうち、当該開口により開放される共振器の中心と重なる位置に形成されている、
ことを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記広壁には、前記共振器に属する各共振器について、前記開口が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記開口は、円形状である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記共振器は、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルタの製造方法であって、
前記開口のサイズを変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整する工程を含む、
ことを特徴とするフィルタの製造方法。