(57)【要約】【課題】挿入損失が少なく、急峻な帯域外減衰特性と任意の狭帯域〜広帯域通過特性を持ち、非直線素子等による歪みを発生させない、例えばインターデジタルフィルター構造など共振(反共振)伝送線路型のバンドパスフィルターの特徴と、任意周波数を連続に可変できるＹＩＧ同調型フィルター等の特徴を併有する共鳴周波数を制御する電子同調バンドパスフィルターを提供する。【解決手段】伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする電子同調バンドパスフィルター。
【請求項２】
一端を短絡した伝送線路共振器の短絡端側線路とグランド側の間に共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記短絡端側線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする電子同調バンドパスフィルター。
【請求項３】
任意通過特性（帯域幅、挿入損失）及び減衰特性を得るため、例えば多数の反共振片を組み合わせたインターデジタル型バンドパスフィルター等で、基本的なバンドパスフィルター構造を形成し、その各反共振片短絡端側線路とグランド側の間に共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、同一又は個別に直流磁界を印加し、各反共振片の等価電気長を可変し、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ、この手段によりインターデジタル型フィルターによる基本特性を得た上で、中心周波数を可変制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする電子同調バンドパスフィルター。
【請求項４】
両端オープン型伝送線路共振器の線路中心付近とグランド側の間に静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記短絡端側線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする電子同調バンドパスフィルター。
【請求項５】
前記静磁波モードを発生する結晶片にかかる高周波磁界と直角に前記直流磁界を印加する請求項１〜４のいずれかに記載のバンドパスフィルター。
【請求項６】
前記高周波磁界に直角に直流磁界をかけるため、前記共振又は反共振線路と前記結晶片との間に磁心に励起コイルを巻いた電磁石を配置する請求項５記載のバンドパスフィルター。
【請求項７】
直流バイアス磁界の僅かな変化で磁性体ディスクの高周波透磁率を大きく変えられる地点で前記直流磁界を加える請求項１〜６のいずれかに記載のバンドパスフィルター。
【請求項８】
前記共鳴静磁波モードを発生する結晶片が、ＹＩＧ球である請求項１〜７のいずれかに記載のバンドパスフィルター。
【請求項９】
前記共鳴静磁波モードを発生する結晶片は、単結晶片である請求項１〜８のいずれかに記載のバンドパスフィルター。
【請求項１０】
伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする可変同調周波数バンドエリミネートフィルター。
【請求項１１】
伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする電子可変共振回路。
【請求項１２】
伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする周波数決定素子。
【請求項１３】
伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子と発振回路とを組み合わせたことを特徴とする可変周波数発信器の共鳴素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定型でしか得られない様な高性能バンドパスフィルター特性を電子的に可変させることができる電子同調バンドパスフィルターに関するものである。
【０００２】
マイクロ波領域の広帯域をカバーする受信機、例えば、雑音に埋もれるような微小信号を抽出する受信機では、目的外の妨害入力信号を除去し、目的の周波数の信号のみを通過させるバンドパスフィルターが初段に必要である。この可変同調バンドパスフィルターの挿入損失が、受信機全体のノイズフィギュアー(受信感度)などの特性を決定してしまうため、極力低損失なバンドパスフィルターが要求されている。
【０００３】
広い周波数範囲を可変同調する装置では、この低挿入損を優先させるため、多数の分布線路型のメカニカルなフィルターを並べ、電気的に切り替えて使用したりしている。
【０００４】
一方、連続可変や高速可変を要求される装置では、５〜１０デシベル程度の挿入損を持つＹＩＧ（イットリウム・アイアン・ガーネット）球によるフィルターなどを使用している。
【０００５】
更に、例えばレーダー用受信装置では、微小信号のみでなく、比較的近距離にある反射物などからの大信号にも耐えなければならない。
【０００６】
可変容量ダイオード等を、λ／４型共振回路開放端に挿入する場合は、大きな電圧がダイオードにかかり、非直線性による混変調が生じるため、高信頼型装置には不向きである。
【０００７】
マイクロ波領域のバンドパスフィルターの従来技術としては、下記の技術が挙げられる。
（１）狭帯域通過特性を求める場合は、十分に高い共振Ｑを必要とするため、数ミリ〜数センチの厚みを持ったメカニカル構造の共振（反共振）伝送線路による例えばインターデジタル構造のバンドパスフィルターを構成させる。同調周波数を変化させるには、この反共振回路開放端にバラクターダイオードを挿入し、印加バイアス電圧によりキャパシタンスを変えて同調周波数を変化させることが考えられる。
【０００８】
しかしこの方法では、バラクターダイオードが挿入されるオープン端は、最大の共振電圧がかかる点でもあるので、ダイオードの非直線性に起因する歪など数々の問題に注意して使用しなければならない問題がある。
【０００９】
（２）広い周波数範囲を可変同調するには、比較的広帯域通過特性を持つＹＩＧ同調フィルターが使用される。図１は、従来のＹＩＧ同調フィルタの構造図であり、ＹＩＧ単結晶を数百ミクロン程度の球に加工し、直交するループコイルによって、高周波磁界をＹＩＧ球にかける構造を作るものである。更に、この高周波磁界に直交する直流バイアス磁界をかけ、この直流磁界の強度に比例したＹＩＧ静磁モードのスピン共鳴周波数を変化させ、任意周波数を通過させるフィルターである。
【００１０】
これは、電子的に自由な制御が出来る優れたフィルターであるが、小さな共鳴球に直交する二つのループコイルをかける構造を基本とし、更に通過帯域外の減衰量を確保するため、数段並べて帯域外減衰量を確保する必要がある。このため、どうしても、挿入損失が増える欠点がある。通常、５〜１０ｄＢ程度の挿入損失があり、高性能な伝送線路型メカニカル同調固定フィルター等に比べると大きな挿入損を有している。高感度特性を至上命題とする高性能受信設備には、この数デシベルのロスは非常に大きな問題となっている。
【００１１】
（３）多数のメカニカル構造伝送線路型フィルターで各固定周波数のバンドパスフィルターを得て、これを並べ、ＰＩＮ型ダイオードによるスイッチでこのフィルターを切替え、同調周波数を可変する方法も用いられている。
前述の２方式の欠点を避けるために用いられるもので、電気的通過・減衰特性は良好であるが、（イ）システムが極めて大型及び高価になることと、(ロ)切替周波数が不連続・ステップ状になる欠点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明は、このような点に鑑みなされたものであり、挿入損失が少なく、急峻な帯域外減衰特性と任意の狭帯域〜広帯域通過特性を持ち、非直線素子等による歪みを発生させない、例えばインターデジタルフィルター構造など共振(反共振)伝送線路型のバンドパスフィルターの特徴と、任意周波数を連続に可変できるＹＩＧ同調型フィルター等の特徴を併有するバンドパスフィルター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】
【００１３】
上記目的に沿う本発明の構成は、分布型伝送線路共振器の線路の最大電流点付近とグランド側の間に、共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、前記線路の等価インダクタンスを変化させ、前記線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする（請求項１）。
一端を短絡し、他端が開放端である伝送線路共振器の反共振回路は、短絡端が最大電流点であるので、短絡端側線路とグランド側の間に共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記短絡端側線路上から直流磁界を加えることにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ、反共振線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
また、本発明は、任意通過特性（帯域幅、挿入損失）及び減衰特性を得るため、例えば多数の反共振片を組み合わせたインターデジタル型バンドパスフィルターで、基本的なバンドパスフィルター構造を形成し、その各反共振片短絡端側線路とグランド側との間に共鳴静磁波モードを発生する結晶片を設置し、同一又は個別に直流磁界を印加し、各反共振片の等価電気長を可変とし、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ、この手段によりインターデジタル型フィルターによる基本特性を得た上で、中心周波数を可変制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする（請求項３）。
【００１５】
また、本発明は、両端オープン型伝送線路共振器(例えばCoupled Resonator、Hairpin型、Edge Coupled型、などの名称で知られている) においても、その線路中心付近は電流最大点であるので、その線路中心付近とグランド側の間に静磁波モードを発生する結晶片を設置し、前記短絡端側線路上から直流磁界を印加することにより、共鳴モード前後で起こる透磁率の変化により、線路の等価インダクタンスを変化させ、共振線路の共鳴周波数を制御する伝送線路型共振素子を含むことを特徴とする（請求項４）。
【００１６】
前記短絡端側線路又は共振器の線路中心付近は、電流最大点付近であり、前記静磁波モードを発生する結晶片にかかる高周波磁界と直角に前記直流磁界を印加する（請求項５）。
【００１７】
前記高周波磁界に直角に直流磁界をかけるため、前記共振又は反共振線路と前記結晶片との間に磁心に励起コイルを巻いた電磁石を配置するのが好ましい（請求項６）。
直流バイアス磁界の僅かな変化で磁性体ディスクの高周波透磁率を大きく変えられる地点で前記直流磁界を加えるのが良い（請求項７）。
【００１８】
本発明に使用する共鳴静磁波モードを発生する結晶片としては、ＹＩＧディスクを使用するのが好ましい（請求項８）。また、共鳴静磁波モードを発生する結晶片としては、損失項を最小とするため、多結晶ではなく単結晶片を使用するのが好ましい（請求項９）。
請求項１に記載の静磁モード結晶片装填伝送線路型共振素子は、可変同調周波数バンドエリミネートフィルター（請求項１０）、単独の電子可変共振回路（請求項１１）又は周波数決定素子とすることができる（請求項１２）。
【００１９】
請求項１に記載の静磁モード結晶片装填伝送線路型共振素子は、発振回路と組み合わせて可変周波数発信器の共鳴素子とすることができる（請求項１３）。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたごとく、本発明によれば、周波数固定型でしか得られない様な、「低損失」「狭帯域」「任意設計帯域」「帯域外高減衰量」特性を確保しながら、ＹＩＧ球等による可変同調フィルターやバラクタダイオードを併用した可変同調フィルターが持つ連続可変同調周波数機能を持たせたバンドパスフィルターが構成できるため、妨害波を排除しながら、高感度に受信信号を選択することができる。その結果、極めて信頼性の高い高感度受信システムを構築する重要な要素となる。特に、各種電波監視システムや航空機、空港等でのレーダー受信部性能向上に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術のＹＩＧ同調フィルタの構造図（断面図）である。
【図２】共鳴(静磁波)モード付近の透磁率変化を示す線図である。
【図３】本発明の反共振線路と可変インダクタンス機構を示す説明図である。
【図４】従来の固定周波数インターデジタル型バンドパスフィルターの一例を示す図である。
【図５】本発明の可変インダクタンス箇所設置型インターデジタルバンドパスフィルターを示す図である。
【図６】本発明の両端開放の共振器の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
本発明のバンドパスフィルターの電気的特性・構造は、共振(又は反共振)伝送線路型バンドパスフィルターを基本とする。
【００２４】
実効的に伝送線路長を可変させる手段として、伝送線路電流最大点付近の導体とグランド面間に静磁モードを発生する結晶磁性体ディスクを挿入する。
【００２５】
このディスクには、線路を流れる高周波電流による高周波磁界が横方向からかかる。この高周波磁界に直角に直流磁界をかけるため、共振又は反共振線路とディスクの上下方向にパーマロイなど磁心に励磁コイルを巻いた電磁石を設置する。
【００２６】
直流磁界を増加させてゆくと、ＹＩＧ単結晶等ディスク内結晶構造による電子スピン周波数が上昇して行き、静磁モードが発生する領域に到達する。本発明のシステムでは、マイクロ波伝送線路型共振回路の共振周波数地点より僅かに低い周波数点で静磁モード周波数地点付近の直流磁界(バイアス)を加える。この地点は、直流バイアス磁界の僅かな変化で磁性体ディスクの高周波透磁率を大きく変えられる地点である。
【００２７】
すなわち、ディスクを装着しないときの伝送線路共振（反共振）回路にインダクタンスを挿入したことと等価なふるまいとなり、直流バイアス磁界より挿入インダクタンスを任意に可変させ、周波数を制御することが出来る。
【００２８】
この構造をインターデジタル型に並べてインターデジタル可変周波数バンドパスフィルターを制作すれば、一般のインターデジタル型フィルターの持つ任意通過幅の低損失バンドパスフィルター減衰域抑制の可変同調型とすることができる。
【００２９】
図２は、共鳴(静磁波)モードによる透磁率の変化を示すものである。反共振線路（λ／４に切ってある）とグランド面との間に静磁モードを発生する単結晶片を挿入する。単結晶片は、反共振線路に貼り付けても、反共振線路とグランド面との間に配置しても差し支えない。反共振線路は、図２に示すように、右端が開放端、左端が短絡端になっている。
【００３０】
図２に示すように、上下方向に直流磁界を印加し、直流磁界の強度を上げていくと、図１に示すように、透磁率が大きく変化するインダクタンス可変域（共鳴モード）に達する。この直流磁界の印加方向と直交する横方向に高周波磁界が発生する。
【００３１】
上記インダクタンス可変域でインダクタンスを変化させることによって、反共振線路の周波数を制御することが出来る。
【００３２】
図３は、従来の固定周波数インターデジタル型バンドパスフィルターの一例を示すものであり、λ／４の線路をインターデジタルに並べて、共鳴周波数を通すバンドパスフィルターである。これは、本願発明のように周波数を可変できない固定型である。
【００３３】
図５は、本発明の可変インダクタンス箇所設置型インターデジタルバンドパスフィルターを示すものである。多数の反共振片の開放端と短絡端とを互い違いに（逆になるように）、即ちインターデジタルに並べたものである。短絡端の箇所に静磁モードを発生する単結晶片を挿入し、それぞれの反共振片に上下方向の磁界をかけるものであり、図４の従来品と異なり、インダクタンスを可変と出来るものである。
【００３４】
図６は、本発明の両端開放共振器の実施例を示すもので、１／２波長伝送線路型共振器である。上部導体とグランド面でストリップ線路型伝送線路を形成する例を示す。中央の電流最大点に、等価インダクタンス可変のため、ＹＩＧ等の単結晶片を挿入する。
【００３５】
本発明の装置では、静磁波モードを発生する結晶片は、その面積において均一な電気的特性を有するので、その大きさ(容積)は、システムで扱う電力値に合わせ自由に選べると共に金属電極に直に貼り付けることができるため、放熱も簡単に行えるので、大電力回路にも応用可能である。また、本来その同調特性は、印加磁界の強度に正比例する直線動作をする物質であるため、非直線性による歪み発生は極めて少ない。
【００３６】
（静磁モード共鳴素子）
高周波やマイクロ波帯で使用される磁性体にフェリ磁性体(フェライト)がある。一般に、フェライトと言うと多結晶体で、これが磁石やサーキュレータ、吸収体などに使用されている。
【００３７】
本発明でのフェライトは、結晶格子を揃えて単結晶としたものを使用する。このことにより、内部電子スピンが揃って回転するので、損失分が極めて少なくなり、等価誘電率などの電気定数や鋭い共鳴現象を得ることができる。
【００３８】
第２図に示す如く、外部バイアス磁界を増して行くと、共鳴モードが発生する。この付近の領域が静磁モードと呼ばれる領域であり、共鳴現象を呈する直前の透磁率が大きく変化する領域を使用する。
静磁モードを発生する結晶片としては、最も代表的な物質は、ＹＩＧ（イットリウム・アイアン・ガーネット）単結晶で、マイクロ波帯に於いて損失も少なく、急峻な共鳴現象を呈することができる代表的な物質である。
ＹＩＧの他に同様な現象を呈する物質(フェライト)に次のようなものがあり、本発明に於いては、ＹＩＧと同様に使用することが出来る。
ＩｎＹＩＧ、ＧａＹＩＧ、ＢｉＣａＩｎＶＩＧ、ＮｉＺｎ、ＬｉＺｎ、ＣｕＺｎ、ＭｎＭｇＡｌ
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上述べたごとく、本発明によれば、周波数固定型でしか得られない様な、「低損失」「狭帯域」「任意設計帯域」「帯域外高減衰量」特性を確保しながら、ＹＩＧ球による可変同調フィルターやバラクタダイオードを併用した可変同調フィルターが持つ連続可変同調周波数機能を持たせたバンドパスフィルターが構成できるため、妨害波を排除しながら、高感度に受信信号を選択することができるため、極めて信頼性の高い高感度受信システムを構築する重要な要素となる。特に、各種電波監視システムや航空機、空港等でのレーダー受信部性能向上に役立つ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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