(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間で構成される複数の導波管共振器が、共振器間結合窓を介して接続されている導波管フィルタであって、
前記共振器間結合窓は、前記導波管共振器内におけるスプリアスモードの電界の節を含み、かつ、通過帯域のＴＥモードの伝送量を満たすように、前記導波管共振器と導波管共振器との間に２つずつ設けられ、
外部と接続され外部と信号を入出力する外部結合窓が、前記導波管共振器内の高さ方向において通過帯域のＴＥモードの電界強度に比べてスプリアスモードの電界強度が低い位置に設けられている、ことを特徴とする導波管フィルタ。
【請求項２】
隣接する導波管共振器の空間の大きさが異なっている、ことを特徴とする請求項１に記載の導波管フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波帯のレーダシステムなどにおいて、スプリアス（設計上意図されているものとは異なる周波数成分、不要波）の伝送を抑制・抑圧するための導波管フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波帯のレーダシステムなどに用いられるアンテナフィルタとして、円筒導波管共振器フィルタ（導波管フィルタ）が知られている。この円筒導波管共振器フィルタは、図１０に示すように、円柱（円筒）状の空間で構成される同形状（同一内径、同一高さ）の共振器１０１が複数配設され、これらの共振器１０１が、共振器１０１の中央部に位置する共振器間結合窓１０２を介して、電気的に接続されている。このような円筒導波管共振器フィルタでは、数十〜数百ｋＷ程度の大電力を送信するために低損失、高耐電力特性が求められ、さらに、周波数の有効利用およびスプリアス規定の観点から、狭帯域、低スプリアス特性が求められる。
【０００３】
このような特性要求に対して、図１０に示すような円筒導波管共振器フィルタでは、各共振器１０１内でのスプリアスが隣接する共振器１０１に伝送され、スプリアス同士が結合し、通過帯域近傍の減衰特性を劣化させてしまう。さらには、送信機のアンプにスプリアス成分が発生すると、それがそのままアンテナから外部に送信され、他の無線装置やレーダシステムに悪影響を与えるおそれがある。このため、スプリアスを抑制するために、ローパスフィルタやバンドパスフィルタを付加回路として接続する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ローパスフィルタやバンドパスフィルタを接続する場合、所定の周波数帯域の信号を通過させ、かつ、スプリアスを抑制するようにフィルタ設計を行わなければならない。このため、フィルタ設計が複雑化、難化し、開発、設計に多大な時間と労力を要して、開発費がかさむことにもなる。また、例えば、狭帯域フィルタに広帯域な帯域通過フィルタを外付けするため、フィルタ全体が大型化してしまう。
【０００６】
そこでこの発明は、簡易な構成でスプリアスを抑制することが可能な導波管フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、空間で構成される複数の導波管共振器が、共振器間結合窓を介して接続されている導波管フィルタであって、前記共振器間結合窓は、前記導波管共振器内におけるスプリアスモードの電界の節を含み、かつ、通過帯域のＴＥモードの伝送量を満たすように、前記導波管共振器と導波管共振器との間に２つずつ設けられ、外部と接続され外部と信号を入出力する外部結合窓が、前記導波管共振器内の高さ方向において通過帯域のＴＥモードの電界強度に比べてスプリアスモードの電界強度が低い位置に設けられている、ことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、所定の周波数帯域の信号が、共振器間結合窓を介して隣接する導波管共振器に伝送され、共振器間結合窓がスプリアスモードの電界の節を含むように設けられ、スプリアスは、共振器間結合窓における電界強度が低いため、共振器間結合窓を介して隣接する導波管共振器に伝送され難くなる。
【００１０】
また、所定の周波数帯域の信号が、外部結合窓を介して外部に出力され、スプリアスは、外部結合窓における電界強度が低いため、外部結合窓を介して外部に出力され難くなる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導波管フィルタにおいて、隣接する導波管共振器の空間の大きさが異なっている、ことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、隣接する各導波管共振器内で発生するスプリアスの周波数特性、電界強度分布が異なり、これら各共振器内のスプリアスの重ね合わせにより、スプリアスの伝送を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、スプリアスの電界強度が低い位置に共振器間結合窓が設けられているため、スプリアスが共振器間結合窓を介して隣接する導波管共振器に伝送され難くなる。しかも、スプリアスの電界強度が低い位置に共振器間結合窓を設けるだけでよい。このように、簡易な構成で、導波管共振器間におけるスプリアスの伝送を抑制することが可能となる。
【００１４】
また、スプリアスの電界強度が低い位置に外部結合窓が設けられているため、スプリアスが外部結合窓を介して外部に伝送され難くなる。しかも、スプリアスの電界強度が低い位置に外部結合窓を設けるだけでよい。このように、簡易な構成で、外部へのスプリアスの伝送を抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、隣接する導波管共振器の空間の大きさが異なっているため、隣接する導波管共振器内で発生するスプリアスの周波数特性、電界強度分布が異なる。このため、各導波管共振器のスプリアスの重ね合わせにより、スプリアスの伝送を抑制することができる。しかも、隣接する導波管共振器の空間の大きさを変えるだけでよい。このように、簡易な構成で、導波管共振器間におけるスプリアスの伝送を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る円筒導波管共振器フィルタを示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】円筒導波管共振器のモードチャートである。
【図３】図１の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの導波管共振器間における狭帯域特性を示す図である。
【図４】図１の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの導波管共振器間における広帯域特性を示す図である。
【図５】図１の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの外部への狭帯域特性を示す図である。
【図６】図１の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの外部への広帯域特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る円筒導波管共振器フィルタを示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図８】図７の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの導波管共振器間における狭帯域特性を示す図である。
【図９】図７の円筒導波管共振器フィルタと従来のフィルタの導波管共振器間における広帯域特性を示す図である。
【図１０】従来の円筒導波管共振器フィルタを示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る円筒導波管共振器フィルタ（導波管フィルタ）１を示す概略構成図である。この円筒導波管共振器フィルタ１は、マイクロ波帯のレーダシステムなどにおいてスプリアスの伝送を抑制・抑圧するフィルタであり、金属製で、主として、複数（この実施の形態では、３つ）の導波管共振器２と、これらを接続する共振器間結合窓３と、外部結合窓４とを備えている。
【００１９】
導波管共振器２は、円柱（円筒）状の空間で構成され、その内径および高さは、通過帯域（使用帯域）の周波数に基づいて設定されている。すなわち、一般にＴＥモード円筒導波管は、ＴＥｌｍｎ（ｌ、ｍ、ｎ：０、１、２…）で表記され、円筒導波管の動径方向に通過周波数の半波長のｌ倍の電界、円筒導波管の半径方向に通過周波数の半波長のｍ倍の電界、円筒導波管の高さ方向に通過周波数の半波長のｎ倍の電界が生じることを示す。そして、この実施の形態では、通過帯域のＴＥモードをＴＥ０ｍｎとし、このＴＥモードに適合するように、導波管共振器２の内径および高さが設定されている。例えば、通過帯域のＴＥモードをＴＥ０１１とした場合、半径方向に通過周波数の半波長の１倍の電界、高さ方向に通過周波数の半波長の１倍の電界が生じるように、導波管共振器２の内径および高さが設定されている。これにより、図１（ａ）に示すように、導波管共振器２の半径方向に通過周波数の半波長の１倍の電界Ｅ１が生じる。つまり、導波管共振器２内の円周方向に対して、電界強度が中心からの距離に依存する電界Ｅ１が生じる。
【００２０】
ここで、通過帯域のＴＥモードとしてＴＥ０ｍｎを選定しているのは、次の理由による。すなわち、ＴＥ０ｍｎでは、電界が円柱空間の中央付近に集中し、壁面にはほとんど電界が生じないため、損失が少なく、かつ、金属の壁面から離れた位置に電界が集中するため、耐電力性が良好になる。このように、低損失や高耐電力特性が求められるレーダシステムや衛星通信装置などに最適なＴＥモードだからである。
【００２１】
共振器間結合窓３は、隣接する導波管共振器２同士を電気的に接続する空間部であり、導波管共振器２内においてスプリアスの電界強度が低い位置に設けられている。ここで、スプリアスモードは、図２に示すように、導波管共振器２の大きさ（内径と高さ）が決まると、つまり通過帯域のＴＥモードが決まると、一義的に決まる。例えば、通過帯域のＴＥモードをＴＥ０１１とした場合、この通過帯域の近傍のスプリアスモードは、ＴＥ３１１であり、このスプリアスモードＴＥ３１１の電界強度が低い位置、つまり電界の節に共振器間結合窓３が設けられている。具体的には、図１（ａ）に示すように、スプリアスモードＴＥ３１１の電界が符号Ｅ２のように発生し、その電界の節が符号Ｅ０の位置にある場合に、電界の節Ｅ０を含むように共振器間結合窓３が設けられている。
【００２２】
また、共振器間結合窓３は、通過帯域の周波数（ＴＥモード）の結合量・伝送量を満たすように、その大きさ、位置が設定されている。例えば、電界の節Ｅ０を中心として幅（平面方向）をできるだけ狭くするとともに、共振器間の結合量を満たすように高さ方向を大きく確保する。さらに、共振器間結合窓３を形成するための機械加工性や生産性を考慮して、形状、位置が設定されている。そして、このような共振器間結合窓３が、導波管共振器２と導波管共振器２との間に、それぞれ２つ設けられている。
【００２３】
外部結合窓４は、外部と接続され外部と信号を入出力する結合部である。つまり、入出力の標準導波管などを介して他の回路と接続され、標準導波管に対して信号を入出力する空間部であり、導波管共振器２内においてスプリアスの電界強度が低い位置に設けられている。さらに、フィルタを構成するのに必要な結合量を満たし、かつ、機械加工性や生産性を考慮して、大きさ、形状、位置が設定されている。例えば、図１（ｂ）に示すように、通過帯域のＴＥモードにおいて高さ方向に通過周波数の半波長の３倍の電界Ｅ３が生じ、スプリアスモードにおいて高さ方向に通過周波数の半波長の１倍の電界Ｅ４が生じる場合、導波管共振器２の高さ方向に対して、通過帯域のＴＥモードの電界Ｅ３の強度が大きく、かつ、スプリアスモードの電界Ｅ４の強度が小さい位置に、外部結合窓４が設けられている。つまり、導波管共振器２の高さ方向の下側（図示）あるいは上側に外部結合窓４が設けられている。
【００２４】
このような導波管共振器２や共振器間結合窓３などは、図１では、１本の実線のみ（肉厚がない）によって表示しているが、一体の金属製のブロックを研削・機械加工などして形成（導波管共振器２や共振器間結合窓３に相当する空間を形成）してもよく、また、導波管共振器２や共振器間結合窓３をそれぞれ別体として形成し、これらを結合してもよい。また、共振器間結合窓３と外部結合窓４の位置は、上記のようにして設定されるが、実際の詳細位置については、計算やシミュレーションなどにより決定する。
【００２５】
次に、このような構成の円筒導波管共振器フィルタ１の作用などについて、説明する。
【００２６】
まず、外部の標準導波管から外部結合窓４を介して、最初の導波管共振器２（例えば、図１中左側の共振器２）に信号が入力されると、この導波管共振器２から隣接する導波管共振器２（例えば、図１中真中の共振器２）に対して、共振器間結合窓３を介して信号が伝送される。このとき、通過帯域のＴＥモードは、適切に設定された共振器間結合窓３を介して隣接する導波管共振器２に適正・十分に伝送される。一方、スプリアスモードは、共振器間結合窓３においてその電界強度がゼロまたは弱いため、共振器間結合窓３を介して隣接する導波管共振器２に伝送され難い。このようにして、隣接する導波管共振器２に通過帯域の周波数信号が適正に伝送され、スプリアスの伝送が抑制される。
【００２７】
このようにして、導波管共振器２間を順次信号が伝送され、最後の導波管共振器２（例えば、図１中右側の共振器２）から外部結合窓４を介して、外部の標準導波管に対して信号が出力される。このとき、通過帯域のＴＥモードの電界強度が大きい位置に外部結合窓４が設けられているため、通過帯域のＴＥモードは、標準導波管に適正・十分に伝送される。一方、スプリアスモードは、外部結合窓４においてその電界強度が弱いため、外部結合窓４を介して標準導波管に出力され難い。このようにして、外部に通過帯域の周波数信号が適正に出力され、スプリアスの出力が抑制される。
【００２８】
以上のように、この円筒導波管共振器フィルタ１によれば、スプリアスモードの電界強度がゼロまたは低い位置に共振器間結合窓３が設けられているため、スプリアスが共振器間結合窓３を介して隣接する導波管共振器２に伝送され難くなる。この結果、導波管共振器２間におけるスプリアスの伝送を抑制することが可能となる。例えば、図３の狭帯域特性に示すように、従来の導波管共振器間の周波数特性Ｌ１に比べて、この実施の形態による導波管共振器間の周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数（ｆ／ｆ０＝１）を中心としてより対称的な特性値で、かつ、より高い通過レベルが得られる。また、図４の広帯域特性に示すように、従来の導波管共振器間の周波数特性Ｌ１では、通過帯域の周波数以外に通過レベルが高い周波数が複数現れるのに対して、この実施の形態による導波管共振器間の周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数以外の周波数帯域における通過レベルのピーク値が低い。
【００２９】
また、スプリアスモードの電界強度が低い位置に外部結合窓４が設けられているため、スプリアスが外部結合窓４を介して外部に出力され難くなる。この結果、外部に対するスプリアスの出力を抑制することが可能となり、他の無線装置やレーダシステムへの悪影響が抑制される。例えば、図５の狭帯域特性に示すように、従来の外部への周波数特性Ｌ１に比べて、この実施の形態による外部への周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数を中心としてよりシャープな特性値が得られる。また、図６の広帯域特性に示すように、従来の外部への周波数特性Ｌ１では、広範囲な周波数帯域において通過レベルが高いピーク値が現れるのに対して、この実施の形態による外部への周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数の通過レベルピーク値がより明確に現れる。
【００３０】
しかも、この円筒導波管共振器フィルタ１によれば、スプリアスモードの電界強度が低い位置に共振器間結合窓３と外部結合窓４とを設けるだけでよい。つまり、ローパスフィルタやバンドパスフィルタなどを設ける必要がないため、フィルタ設計が複雑化、難化せず、また、フィルタ全体が大型化することもない。このように、簡易な構成で、隣接する導波管共振器２および外部へのスプリアスの伝送、出力を抑制することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に係る円筒導波管共振器フィルタ（導波管フィルタ）１０を示す概略構成図である。ここで、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することで、その説明を省略する。
【００３２】
この円筒導波管共振器フィルタ１０は、隣接する導波管共振器２、２１の空間の大きさが異なっている点において、実施の形態１と構成が異なる。すなわち、中央に位置する導波管共振器２１内で生じるスプリアスの周波数、電界が、左右に位置する導波管共振器２で生じるスプリアスの周波数、電界と異なるように、中央の導波管共振器２１および左右の導波管共振器２の内径および外径が、設定されている。これにより、例えば図示のように、左右の導波管共振器２では、通過帯域の周波数の電界が符号Ｅ１、スプリアスの周波数の電界が符号Ｅ２として現れるのに対して、中央の導波管共振器２１では、通過帯域の周波数の電界が符号Ｅ５、スプリアスの周波数の電界が符号Ｅ６として現れる。そして、左右の導波管共振器２のスプリアスの電界Ｅ２の電界強度と、中央の導波管共振器２１のスプリアスの電界Ｅ６の電界強度とは、その強度分布が異なるものとなっている。例えば、図２において、左右の導波管共振器２のスプリアスモードがＡ点とした場合、中央の導波管共振器２１のスプリアスモードがＢ点となり、隣接する導波管共振器２、２１のスプリアスモードが異なる。
【００３３】
このような円筒導波管共振器フィルタ１０によれば、隣接する導波管共振器２、２１のスプリアスの電界分布が異なるため、各導波管共振器のスプリアスの重ね合わせにより、スプリアスの伝送を抑制することができる。つまり、左側の導波管共振器２内で生じたスプリアスが中央の導波管共振器２１内に伝送された場合、左側の導波管共振器２からのスプリアスと中央の導波管共振器２１内で生じたスプリアスとが重ね合わされ、両スプリアスの電界強度の分布が異なるため、両スプリアスは互いに抑制される（減衰する）。このようにして、隣接する導波管共振器２、２１に伝送されるたびに、スプリアスが抑制されるものである。
【００３４】
例えば、図８の狭帯域特性に示すように、従来の導波管共振器間の周波数特性Ｌ１に比べて、この実施の形態による導波管共振器間の周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数（ｆ／ｆ０＝１）を中心としてより明確（シャープ）に特性値が現れる。また、図９の広帯域特性に示すように、従来の導波管共振器間の周波数特性Ｌ１では、通過帯域の周波数に近い周波数帯域で通過レベルのピーク値が現れるのに対して、この実施の形態による導波管共振器間の周波数特性Ｌ２では、通過帯域の周波数から離れた周波数帯域で通過レベルのピーク値が現れる。
【００３５】
しかも、隣接する導波管共振器２、２１の内径および外径を変えるだけでよい。このように、簡易な構成で、導波管共振器２、２１間におけるスプリアスの伝送を抑制することが可能となる。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、実施の形態１において、導波管共振器２の高さ方向の下側に外部結合窓４を設けているが、高さ方向において、通過帯域のＴＥモードの電界分布と、スプリアスモードの電界分布とに差異がない場合には、導波管共振器２の高さ方向の中央部に外部結合窓４を設けてもよい。また、実施の形態２では、隣接する導波管共振器２、２１の内径および外径を変えているが、内径または外径の一方のみを変えてスプリアスの周波数が異なるようにしてもよい。
なお、所望の周波数（通過帯域の周波数）を得るために、管軸の長さを変更する必要があることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１、１０    円筒導波管共振器フィルタ（導波管フィルタ）
２、２１    導波管共振器
３          共振器間結合窓
４          外部結合窓
Ｅ０        電界の節
Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５  通過帯域の電界
Ｅ２、Ｅ４，Ｅ６  スプリアスの電界
【図１】
0005486899.tif 000002
【図２】
0005486899.tif 000003
【図３】
0005486899.tif 000004
【図４】
0005486899.tif 000005
【図５】
0005486899.tif 000006
【図６】
0005486899.tif 000007
【図７】
0005486899.tif 000008
【図８】
0005486899.tif 000009
【図９】
0005486899.tif 000010
【図１０】
0005486899.tif 000011