(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形導波管をＨ面で信号伝搬方向に沿って第１、第２の分割体に分割すると共に、複数の窓を持つ金属フィンを前記第１、第２の分割体で挟み込みようにしてなり、前記第１、第２の分割体の少なくとも一方におけるＥ面に対応する壁を誘電体部で構成し、該誘電体部において当該矩形導波管の内面側となる一方の表面に信号伝搬方向に延びるスリットを持つ導電パターンを形成したことを特徴とする導波管フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体部は、前記一方の表面とは反対側の他方の表面を含む部分にグランドパターンを形成し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。
【請求項３】
前記誘電体部は誘電体基板であることを特徴とする請求項２に記載の導波管フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体基板の前記一方の表面における前記導電パターンの領域から前記グランドパターンへ抜けるスルーホールを設けることにより、該スルーホールを介して前記導電パターンと前記グランドパターンを短絡したことを特徴とする請求項３に記載の導波管フィルタ。
【請求項５】
前記スルーホールは、前記スリットに沿って複数設けられたことを特徴とする請求項４に記載の導波管フィルタ。
【請求項６】
前記誘電体基板の前記一方の表面における前記導電パターンの領域から前記誘電体基板の前記他方の表面へ抜ける複数のスルーホールを前記スリットに沿って設け、当該他方の表面には前記複数のスルーホールが露出した領域及びその周辺領域を除いて前記グランドパターンを形成し、露出した前記複数のスルーホールのそれぞれと前記グランドパターンを、複数のスイッチング素子を介して接続可能としたことを特徴とする請求項３に記載の導波管フィルタ。
【請求項７】
前記複数のスイッチング素子のオン、オフを制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の導波管フィルタ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の導波管フィルタを備えた通信アクセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波フィルタ、特に導波管フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２を参照して高周波ＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）の一例を説明する。
図１２において、この高周波ＢＰＦは、矩形導波管をＨ面中央で信号伝搬方向に沿って分割体１１０、１２０の２つに分割し、これら２つの分割体１１０、１２０によって、複数の窓を持つ薄い金属フィン１３０を挟んで成る。この高周波ＢＰＦはＥ面導波管型ＢＰＦとも呼ばれる。
このようなＥ面導波管型ＢＰＦは、金属フィン１３０及び導波管の形状｛特に、矩形導波管の断面の長辺（幅）の長さ｝でＢＰＦとしての特性が決定される。このため、例えばＢＰＦの中心周波数を変更するには、金属フィン１３０の形状あるいは矩形導波管の断面形状を変更する必要がある。
これに対し、カバーし得る周波数帯域の拡大を目的として、中心周波数や周波数帯域幅を電気的に調整可能にしたＢＰＦが、特開２００７−８８５４５号公報（特許文献１）に開示されている。
このＢＰＦは、簡単に説明すると、図１２に示した金属フィン１３０を、共振器を備えた３層基板に置換し、共振器内にはアクティブ素子を実装して成る。このＢＰＦは、３層基板の外部から、該３層基板の内層の線路パターンを通してアクティブ素子にバイアス電圧を印加することにより、中心周波数あるいは帯域幅が調整される。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されたＢＰＦであっても、周波数の調整可能範囲が狭いためにダイナミックな周波数調整が期待できず、実際に装置に要求される特性を満足することは困難である。
本発明の主たる課題は、金属フィンや導波管形状、特に断面サイズを変更せずとも、中心周波数を容易に変更することのできる導波管フィルタを提供することにある。
本発明の態様によれば、導波管のＥ面に、一方の表面に信号伝搬方向に延びるスリットを持つ導電パターンを形成した誘電体部を備える導波管フィルタが提供される。
なお、前記誘電体部は、一方の表面に信号伝搬方向に延びるスリットを持つ前記導電パターンを形成し、他方の表面にグランドパターンを形成した誘電体基板から成ることが望ましい。
また、上記の導波管フィルタにおいては、前記誘電体基板の前記一方の表面における前記導電パターンの領域から前記グランドパターンへ抜ける導電性の複数のスルーホールを前記スリットに沿って設け、該複数のスルーホールを介して前記導電パターンと前記グランドパターンを短絡しても良い。
更に、上記の導波管フィルタにおいては、前記誘電体基板の前記一方の表面における前記導電パターンの領域から前記誘電体基板の他方の表面へ抜ける導電性の複数のスルーホールを前記スリットに沿って設け、当該他方の表面には前記複数のスルーホールが露出した領域及びその周辺領域を除いて前記グランドパターンを形成しても良い。この場合、露出した前記複数のスルーホールのそれぞれと前記グランドパターンを、複数のスイッチング素子を介して接続可能とする。
本発明の他の態様によれば、上記のいずれかの導波管フィルタを備えた通信アクセス装置が提供される。
本発明による導波管フィルタは、導波管に装着する誘電体基板に設けた導電パターンのスリット幅を変更することにより、金属フィンや導波管の形状、特に断面サイズを変更しなくても、容易に中心周波数を変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１Ａは本発明の第１の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦを示す斜視図であり、
図１Ｂは図１Ａに示されたＥ面導波管型ＢＰＦの構成要素の一部である金属フィンを示す斜視図であり、
図２Ａは図１Ａに示されたＥ面導波管型ＢＰＦの構成要素の一部である誘電体基板を内面側から見た図であり、
図２Ｂは図２Ａの線Ａ−Ａ’による断面図であり、
図３Ａは本発明の第２の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦの構成要素の一部である誘電体基板を内面側から見た図であり、
図３Ｂは図３Ａの線Ｂ−Ｂ’による断面図であり、
図４は２２ＧＨｚ帯でシミュレーションした通常のＢＰＦ及び本発明によるＥ面導波管型ＢＰＦの減衰特性を示した図であり、
図５は本発明によるＥ面導波管型ＢＰＦにおいて誘電体基板に設けられる導電パターンのスリット幅Ｇの変化によるＢＰＦの中心周波数の変化を示した図であり、
図６は本発明の第３の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦを示す斜視図であり、
図７Ａは本発明の第３の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦの構成要素の一部である誘電体基板を内面側から見た図であり、
図７Ｂは図７Ａの誘電体基板を外面側から見た図であり、
図７Ｃは図７Ｂの線Ｃ−Ｃ’による断面図であり、
図８は、第３の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦにおいて複数のスルーホールとグランドとの間をオン、オフ制御する制御回路の一例を示した図であり、
図９は、第３の実施形態の第１の変形例に適用される制御回路を示した図であり、
図１０は、第３の実施形態の第２の変形例を、両側の誘電体基板について示した断面図であり、
図１１は本発明の第４の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦを信号伝搬方向から見た図であり、
図１２は、通常のＥ面導波管型ＢＰＦの一例を説明するための分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１Ａ、図１Ｂを参照して、本発明の第１の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦについて説明する。
図１Ａにおいて、Ｅ面導波管型ＢＰＦは、矩形導波管をＨ面で信号伝搬方向に沿って分割体１と２に２分割し、図１Ｂに示すような複数の窓Ｗ１を持つ金属フィン３を、分割体１、２で挟み込むようにして成る。但し、各分割体１、２は、Ｅ面に対応する部分の金属壁に代えて誘電体基板１０、２０で導波管の一部、すなわち導波管壁を構成している。
図２Ａ、図２Ｂを参照して、誘電体基板１０について説明する。誘電体基板１０は誘電体材料による基板１１を有する。誘電体基板１０において導波管の内面側となる一方の表面には、信号伝搬方向に延びる幅ＧのスリットＳ１０を持つ導電パターン１２が形成され、導波管の外面側となる他方の表面を含む残りの部分には、全面に導電パターンが形成されてグランドパターン１３を構成している。言い換えれば、誘電体基板１０は、スリットＳ１０を除く全域にグランドパターンと同電位の導電パターンが形成されている。
第１の実施形態では誘電体基板２０も誘電体基板１０と同等の構造としているが、Ｅ面導波管型ＢＰＦにおける２つの側壁のうちの片側のみを上述の誘電体基板で置換するようにしても良い。これは以降で説明されるすべての実施形態でも同様である。
図１Ａに戻って、分割体１、２における誘電体基板１０、２０以外の部分、すなわち上下のＨ面に対応する部分は金属壁４、４’、５、５’である。誘電体基板１０、２０は、これらの金属壁４、４’、５、５’に装着されるとそれぞれの導電パターンと導通状態になる。誘電体基板１０、２０の金属壁４、４‘、５、５’への装着方法は、特に限定されず、ネジ止め、半田付けあるいは導電性接着剤等、様々な方法を用いることができる。
図３Ａ、図３Ｂは、本発明を図１の実施形態と同様のＥ面導波管型ＢＰＦに適用した第２の実施形態を示し、特に図２Ａ、図２Ｂと同様の誘電体基板の部分について示している。それゆえ、図１Ａあるいは図２Ａ、図２Ｂと同じ部分については同一番号を付し、詳しい説明は省略する。
第２の実施形態による誘電体基板１０−１は、スリットＳ１０の両側に、スリットＳ１０に沿いつつ信号伝搬方向に間隔をおいて、基板１１を貫通する複数のスルーホールＴＨ１を設けて構成されている。スルーホールＴＨ１は導電性材料から成る。このことにより、内面側の導電パターン１２と外面側のグランドパターン１３とがスリットＳ１０の近傍において電気的に短絡される。
以上のように、第１、第２の実施形態のいずれにおいても、スリットを持つ導電パターンを内面側に有し外面側にグランドパターンを持つ誘電体基板が矩形導波管の２つの側面（Ｅ面）の少なくとも一方に、Ｅ面に平行に設置される。
［第１、第２の実施形態の動作の説明］
図４はスリットを持たない導電パターンを有するＢＰＦ（曲線Ｃ１）、スリットを持つ導電パターンを有するＢＰＦ（曲線Ｃ２：第１の実施形態）、スリットを持つ内面側の導電パターンと外面側のグランドパターンとを１個以上のスルーホールで短絡したＢＰＦ（曲線Ｃ３：第２の実施形態）の三つの例について周波数−減衰特性を示す。ここでは、２２ＧＨｚ帯でシミュレーションした８段（金属フィン３における窓Ｗ１が８個）ＢＰＦの減衰特性を示している。いずれの例も、誘電体基板を構成する基板の材料としてテフロン（登録商標）基板を用いている。
曲線Ｃ２は、第１の実施形態において説明したように、スリットを持つ導電パターンを内面側に形成したテフロン（登録商標）基板による誘電体基板を、Ｅ面に対応する箇所にＥ面に平行に備えることによって、導波管の長辺の長さ（矩形導波管の断面の幅方向サイズＤ１：図１Ａ参照）を延長したことと等価になり、ＢＰＦの中心周波数が低い方へずれる。
曲線Ｃ３は、第２の実施形態において説明したように、スリットを持つ導電パターンを形成した内面側とグランドパターンを持つ外面側とを、基板に設けたスルーホールによりスリットに沿った複数箇所で短絡することにより、導波管の２つのＥ面が互いに近づいたことと等価になり、ＢＰＦの中心周波数は高い方へずれる。
図５はスリットを持つ導電パターンのスリット幅Ｇの変化によるＢＰＦの中心周波数の変化をシミュレーションした結果を示す。図５から理解できるように、スリット幅Ｇを狭くすればＢＰＦの中心周波数は低い方へシフトし、逆にスリット幅Ｇを広くすれば中心周波数を高い方へシフトすることができる。
以上説明した第１、第２の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．Ｅ面導波管型ＢＰＦにおいて、導波管に装着される誘電体基板上に形成する導電パターンのスリット幅Ｇを変更したり、スリットに近い領域で内面側の導電パターンと外面側のグランドパターンをスルーホールによって短絡したりすることによって、金属フィンや導波管の形状、特に断面サイズを変更することなく、ＢＰＦの中心周波数を可変とすることができる。
２．第１、第２の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦは、内面側の導電パターンのスリット幅Ｇを狭くすることによって、導波管に装着される誘電体基板における基板の誘電率を高くしたり、誘電体基板全体を厚くしたりしなくても、ＢＰＦの中心周波数を下げることが可能である。これにより、結果的に同じ周波数帯のＢＰＦであれば、本発明を適用することによりＢＰＦの小型化が可能となる。
図６、図７Ａ〜図７Ｃは、本発明を図３Ａ、図３Ｂの実施形態と同様のＥ面導波管型ＢＰＦに適用した第３の実施形態を示す。特に、図７Ａ、図７Ｃは図３Ａ、図３Ｂと同様の誘電体基板の部分について示している。それゆえ、図１Ａあるいは図３Ａ、図３Ｂと同じ部分については同一番号を付し、詳しい説明は省略する。
第３の実施形態による誘電体基板１０−２は、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、スリットＳ１０の両側に、スリットＳ１０に沿いつつ信号伝搬方向に間隔をおいて基板１１を貫通する複数のスルーホールＴＨ１を設けて構成されている。スルーホールＴＨ１は導電性材料から成る。一方、誘電体基板１０−２の外面側においては、スルーホールＴＨ１に対応する領域とその周囲領域のグランドパターンが除去され、露出されたスルーホールＴＨ１とグランドパターン１３とが電気的に絶縁状態になっている。このようにしたうえで、各スルーホールＴＨ１とグランドパターン１３の間を、スイッチング素子により電気的にオン（接続）、オフ（遮断）できるようにしている。
図８は、スイッチング素子をオン、オフする制御回路４０の例を示す。本例による制御回路４０は、スイッチング素子としてダイオード４１を用いるが、これに限定されるものでないことは言うまでも無く、例えばトランジスタを用いても良い。本例による制御回路４０は、直流電源Ｖの正側にスイッチ４２を介して各スルーホールＴＨ１を共通に接続すると共に、各スルーホールＴＨ１にダイオード４１のカソードを接続し、各ダイオード４１のアノードをグランド（あるいはグランドパターン１３）に共通に接続して構成している。ダイオード４１は、逆電圧に対する閾値（例えば数Ｖ程度）を有し、直流電源Ｖの電圧をこの閾値に設定してある。
このような制御回路４０によれば、スイッチ４２をオンにすると、ダイオード４１がすべてオンとなってスルーホールＴＨ１、すなわち誘電体基板１０−２における内面側の導電パターン１２が、スリットＳ１０の近傍においてグランドに短絡される。この状態は、第２の実施形態と同じ状態におかれていることと等価である。
一方、スイッチ４２をオフにすると、ダイオード４１がすべてオフとなってスルーホールＴＨ１、すなわち誘電体基板１０−２における内面側の導電パターン１２はグランドから遮断される。この状態は、第１の実施形態と同じ状態におかれていることと等価である。
これにより、第３の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦは、スイッチング素子によるオン、オフ切換えにより、図４で説明した曲線Ｃ２と、曲線Ｃ３の２つの減衰特性、つまり中心周波数の切換えを実現することができる。
なお、第３の実施形態の第１の変形例として、矩形導波管の２つのＥ面のそれぞれに誘電体基板１０−２、誘電体基板１０−２と同じ構成の誘電体基板２０−２を設ける場合、以下のようにしても良い。図９に示すように、切替回路５０を有する共通の制御回路４０’により、両側の誘電体基板１０−２、２０−２のスイッチング素子４１をオン、誘電体基板１０−２、２０−２の一方のスイッチング素子４１のみをオン、両側の誘電体基板１０−２、２０−２のスイッチング素子４１をオフとする制御を行なう。これにより中心周波数を３段階にわたって切換えることができる。
また、第３の実施形態の第２の変形例として、図１０に示すように、誘電体基板１０−２、２０−２におけるそれぞれの導電パターンのスリットＳ１０−２、Ｓ２０−２の幅を互いに異なるＧ１、Ｇ２としても良い。この場合、図９で説明した、誘電体基板１０−２、２０−２に共通の制御回路４０’における切替回路５０を、以下の４つの切替動作を可能なものとする。
１）両側の誘電体基板１０−２、２０−２のスイッチング素子４１をオン
２）誘電体基板１０−２、２０−２の一方のスイッチング素子４１のみをオン
３）誘電体基板１０−２、２０−２の他方のスイッチング素子４１のみをオン
４）両側の誘電体基板１０−２、２０−２のスイッチング素子４１をオフ
上記のような１）〜４）の切替制御を行なうことでＥ面導波管型ＢＰＦの中心周波数を４段階にわたって切換えることができる。これにより、１ＧＨｚ以上の広帯域のＢＰＦを実現することが可能である。
以上のように、第３の実施形態によるＥ面導波管型ＢＰＦは、中心周波数を動的に可変とすることができ、しかも中心周波数の可変範囲を広くすることができる。
図１１は、本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態では、矩形導波管の側壁（Ｅ面）に代えて誘電体基板を装着するのではなく、通常の矩形導波管の内壁（Ｅ面）側に誘電体基板３０をＥ面に平行になるように設けている。誘電体基板３０の構造は、図１１では基板３１の一面（導波管の内面側）にスリットＳ１０を持つ導電パターン３２を形成したものとしているが、前述した第１〜第３の実施形態のいずれかの誘電体基板であっても良い。また、図１１では、誘電体基板３０を分割体１側のみに設けているが、前述したように、分割体２側にも設けるようにしても良い。
以上、本発明を第１〜第４の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、請求項に記載された本発明の精神や範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、スリットＳ１０の幅Ｇの異なる誘電体基板を複数種類用意して交換可能とすることで、図５で説明したように、中心周波数を選択することができる。更に、導波管の２つのＥ面の一方を、第３の実施形態による誘電体基板で置換し、２つのＥ面の他方を第１あるいは第２の実施形態による誘電体基板で置換するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
ミリ波帯の無線アクセス装置においては、不要波除去のために、その高周波入出力部には高周波ＢＰＦが使用される。高周波ＢＰＦには広帯域であること、高減衰量であること、低損失であることが要求される。例えば２３ＧＨｚ帯の装置では、使用可能な周波数帯域は２ＧＨｚにわたる。これまでの技術では、これを１種類のＢＰＦでカバーすることは不可能であるため、使用帯域を分割し、使用帯域に合わせた複数のＢＰＦを使い分けることによって対応している。また同じ２３ＧＨｚ帯の装置であっても、使用帯域の異なるＢＰＦは物理的に異なるため、ＢＰＦを実装する装置も複数存在することになる。
これに対し、本発明によるＥ面導波管型ＢＰＦを使用すれば、１種類のＢＰＦで２３ＧＨｚ帯をフルカバーできるため、装置も１種類となり生産面からも使用面からもメリットが大きい。
この出願は、２００８年６月２３日に出願された日本出願特願２００８−１６２７６８を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【図１Ａ】
0005392505.tif 000002
【図１Ｂ】
0005392505.tif 000003
【図２Ａ】
0005392505.tif 000004
【図２Ｂ】
0005392505.tif 000005
【図３Ａ】
0005392505.tif 000006
【図３Ｂ】
0005392505.tif 000007
【図４】
0005392505.tif 000008
【図５】
0005392505.tif 000009
【図６】
0005392505.tif 000010
【図７Ａ】
0005392505.tif 000011
【図７Ｂ】
0005392505.tif 000012
【図７Ｃ】
0005392505.tif 000013
【図８】
0005392505.tif 000014
【図９】
0005392505.tif 000015
【図１０】
0005392505.tif 000016
【図１１】
0005392505.tif 000017
【図１２】
0005392505.tif 000018