(57)【要約】  伝送損失が少なく、かつ、動作周波数が可変である同軸線路が提供される。同軸線路は、１又は中心軸の方向に繰り返し配置された複数の単位構造（Ｕ１）を有する。単位構造（Ｕ１）は、内部導体（ＣＣ１）と、内部導体を挟み込むように中心軸の方向に配置された２つの誘電体（ＤＢ１、ＤＢ２）と、内部導体（ＣＣ１）及び誘電体（ＤＢ１、ＤＢ２）を包含するように構成された外部導体（ＥＣ）と、内部導体（ＣＣ１）と外部導体（ＥＣ）との間に接続されるインダクタ（Ｌ１）と、を有する。
2017072813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は中心軸の方向に繰り返し配置された複数の単位構造を有し、
前記単位構造は、
内部導体と、
前記内部導体を挟み込むように中心軸方向に配置された２つの誘電体と、
前記内部導体及び前記誘電体を包含するように構成された外部導体と、
前記内部導体と前記外部導体との間に接続されるインダクタと、を備える、
同軸線路。
【請求項２】
前記誘電体は、前記誘電体が配置される空間の実効的な比誘電率が可変となるように構成される、
請求項１に記載の同軸線路。
【請求項３】
前記内部導体は、中心軸上に配置される、
請求項１又は２に記載の同軸線路。
【請求項４】
前記誘電体から前記中心軸と垂直な方向に引き出された支持部をさらに備え、
前記支持部を前記中心軸と垂直な前記方向に駆動することにより、前記誘電体が前記中心軸方向で前記内部導体と重なる面積を調整可能である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の同軸線路。
【請求項５】
前記外部導体と絶縁された可変直流電源と、接地電位と、の間に前記誘電体を接続する回路を更に備え、
前記可変直流電源から前記誘電体に与える直流電圧により、前記誘電体の比誘電率が変化する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の同軸線路。
【請求項６】
前記外部導体と絶縁された可変直流電源と、
前記誘電体の内部に設けられた内部電極と、を更に備え、
前記可変直流電源から前記内部電極に直流電圧により、前記誘電体が配置される空間の実効的な比誘電率を変化させる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の同軸線路。
【請求項７】
前記内部導体は、前記中心軸に垂直な円を底面とする円柱形状を有し、
前記外部導体は、前記中心軸に垂直な円を底面とする円筒形状を有し、
前記内部導体の前記底面の直径は、前記外部導体が構成する円筒の内側の面から前記中心軸までの距離の２／３である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の同軸線路。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の同軸線路である、１又は前記中心軸方向に並んで配置される複数の同軸線路と、
信号の入出力に用いる第１の入出力端子と、
前記第１の入出力端子とは離隔して設けられ、信号の入出力に用いる第２の入出力端子と、
前記１又は複数の同軸線路の前記中心軸方向の両端のそれぞれに配置された、前記外部導体と接続される２つの導体板と、を備え、
前記第１及び第２の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記１又は複数の同軸線路の内部導体と電気的に結合される、
共振器。
【請求項９】
前記第１及び第２の入出力端子の前記信号の入出力に用いられる配線の端部は、前記外部導体の前記内部導体の側の面に接続される、
請求項８に記載の共振器。
【請求項１０】
前記第１及び第２の入出力端子の前記信号の入出力に用いられる配線の開放端が、前記内部導体と容量性結合を形成する位置に配置される、
請求項８に記載の共振器。
【請求項１１】
前記開放端に設けられた導電性平板を更に有する、
請求項１０に記載の共振器。
【請求項１２】
前記中心軸と交差する方向に並んで配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の同軸線路であるＭ個（Ｍは、２以上の整数）の同軸線路と、
信号の入出力に用いる第１の入出力端子と、
前記第１の入出力端子とは離隔して設けられ、信号の入出力に用いる第２の入出力端子と、
前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれの前記中心軸方向の両端のそれぞれに配置された、前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれの前記外部導体と接続される、Ｍ組の２つの導体板と、を備え、
前記Ｍ個の同軸線路は、それぞれ隣接する同軸線路と重複する位置に配置され、
前記Ｍ個の同軸線路のうちで互いに隣接する２つの同軸線路の外部導体の内部の空間同士は、開口部を介して連結され、
前記第１の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記Ｍ個の同軸線路のいずれかの前記内部導体と電気的に結合され、
前記第２の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記Ｍ個の同軸線路のうちで前記第１の入出力端子が接続されるもの以外のいずれかの前記内部導体と電気的に結合される、
フィルタ。
【請求項１３】
前記中心軸と交差する方向に並んで配置されるＭ個（Ｍは、２以上の整数）の同軸線路と、
信号の入出力に用いる第１の入出力端子と、
前記第１の入出力端子とは離隔して設けられ、信号の入出力に用いる第２の入出力端子と、
前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれの前記中心軸方向の両端のそれぞれに配置された、前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれの前記外部導体と接続される、Ｍ組の２つの導体板と、を備え、
前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれは、前記中心軸方向に並んで配置された請求項１乃至７のいずれか一項に記載の同軸線路であるＮ（Ｎは、２以上の整数）個の同軸線路を備え、
前記Ｍ個の同軸線路のそれぞれが有する前記Ｎ個の同軸線路の外部導体は、連結されて１つの外部導体を構成し、
前記Ｍ個の同軸線路は、それぞれ隣接する同軸線路と重複する位置に配置され、
前記Ｍ個の同軸線路のうちで互いに隣接する２つの同軸線路の外部導体の内部の空間同士は、開口部を介して連結され、
前記第１の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記Ｍ個の同軸線路のいずれかの前記内部導体と電気的に結合され、
前記第２の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記Ｍ個の同軸線路のうちで前記第１の入出力端子が接続されるもの以外のいずれかの前記内部導体と電気的に結合される、
フィルタ。
【請求項１４】
前記中心軸方向に並んで、かつ、それぞれが離隔するように配置される複数の共振器と、
信号の入出力に用いる第１の入出力端子と、
前記第１の入出力端子とは離隔して設けられ、信号の入出力に用いる第２の入出力端子と、
前記複数の共振器の前記中心軸方向の両端のそれぞれに配置された、前記外部導体と接続される２つの導体板と、を備え、
前記複数の共振器のそれぞれは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の同軸線路である、１又は前記中心軸方向に並んで配置される複数の同軸線路を備え、
前記複数の共振器の外部導体はそれぞれ連結されて１つの外部導体を構成し、
前記第１及び第２の入出力端子は、誘導性結合、容量性結合及び直接接続結合のいずれかにより、前記複数の共振器に含まれる内部導体と電気的に結合され、
フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同軸線路、共振器及びフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、左手系同軸線路の検討が行われている。例えば、左手系同軸線路として、繰り返し配置された複数の内部導体を有する左手系伝送線路が提案されている（非特許文献１）。この伝送線路は、内部導体が同軸上に離隔して複数個配置されている。各内部導体は、外部導体に電気的に接続されている。内部導体間は、ＰＴＦＥ（polyfluortetraethylene）が充填されている。この同軸線路は、広帯域で良好な通過特性を有し、例えばフィルタなどに応用が可能である。【０００３】
他にも、上記の同軸線路と類似した構造を利用して共振器を構成した例も知られている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Liao Shaowei et al., “Coaxial Waveguide Based Left-Handed Transmission Line”, IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 17, NO. 8, AUGUST 2007, pp. 568-570
【非特許文献２】Shaowei Liao et al., “Left-Handed/Right-Handed Transmission Line Subwavelength Cavity Resonators”, IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 8, 2009, pp. 80-83
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、発明者は、上述の構成には以下に示す問題点が有ることを見出した。上述の構成では、共振周波数帯が固定されてしまうため、広い帯域に対応できないという欠点が存在する。一般的な共振器では、共振周波数を可変にする手法として、内部導体の長さを可変とする手法や、内部導体の先端に可変容量ダイオードなどを接続してリアクタンスを変化させる手法が有るが、いずれの手法も上記の構成にそのまま適用することは困難である。【０００６】
また、内部導体の長さを可変とする手法は機械的駆動機構が必要であり、かつ、機械的接触を維持したまま移動させる場合の電気的安定性が劣るという欠点がある。もう一方のリアクタンスを変化させる手法についても、周波数の可変範囲は限定的であり、かつＱ値の悪化を招く。したがって、これらの手法を上述の構成に適用できたとしても、安定した動作状態にて共振周波数の可変幅を広くすることはできない。【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、伝送損失が少なく、かつ動作周波数が可変である同軸線路を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様である同軸線路は、１又は中心軸の方向に繰り返し配置された複数の単位構造を有し、前記単位構造は、内部導体と、前記内部導体を挟み込むように中心軸方向に配置された２つの誘電体と、前記内部導体及び前記誘電体を包含するように構成された外部導体と、前記内部導体と前記外部導体との間に接続されるインダクタと、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝送損失が少なく、かつ、動作周波数が可変である同軸線路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる同軸線路の単位構造の内部構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる同軸線路の単位構造の外部導体を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１にかかる同軸線路の単位構造の外観を示す斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における単位構造の断面図である。
【図５】実施の形態１にかかる誘電体の構成例を示す斜視図である。
【図６】単位構造を９個繰り返して配置した同軸線路の構成例を示す図である。
【図７】図６に示す同軸線路の等価回路図である。
【図８】実施の形態１にかかる同軸線路における電磁波の位相の周波数特性を示す図である。
【図９】実施の形態１にかかる同軸線路における電磁波の通過特性を示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかる共振器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線における共振器の断面図である。
【図１２】実施の形態２にかかる共振器の通過特性を示す図である。
【図１３】実施の形態２にかかる共振器の反射特性を示す図である。
【図１４】共振器における容量性結合の例を示す断面図である。
【図１５】共振器における容量性結合の変形例を示す断面図である。
【図１６】共振器における直接接続結合を示す断面図である。
【図１７】実施の形態３にかかるフィルタの構成を模式的に示す斜視図である。
【図１８】実施の形態３にかかるフィルタの通過特性を示す図である。
【図１９】実施の形態３にかかるフィルタの反射特性を示す図である。
【図２０】実施の形態４にかかる誘電体の構成例を示す図である。
【図２１】実施の形態５にかかる誘電体の構成例を示す図である。
【図２２】図２１のＸＸＩ−ＸＸＩ線における単位構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
実施の形態１にかかる同軸線路１００について説明する。同軸線路１００は、単位構造が周期的に繰り返して配置される左手系同軸線路（すなわち、左手系メタマテリアル）として構成されるものである。ここでは、まず、同軸線路１００の単位構造について説明する。
【００１２】
図１は、実施の形態１にかかる同軸線路１００の単位構造Ｕ１の内部構造を示す斜視図である。図２は、実施の形態１にかかる同軸線路１００の単位構造Ｕ１の外部導体ＥＣを示す斜視図である。図３は、実施の形態１にかかる同軸線路１００の単位構造Ｕ１の外観を示す斜視図である。同軸線路１００の単位構造Ｕ１は、内部導体ＣＣ１、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２、外部導体ＥＣ、及び、インダクタＬ１を有する。
【００１３】
図１に示すように、内部導体ＣＣ１は円柱形状を有し、円柱形状の中心軸が同軸線路１００の中心軸（図１〜３におけるＺ軸方向）と一致するように構成される。例えば、内部導体ＣＣ１の円形断面の直径は同じ１２ｍｍである。円柱形状の中心軸（Ｚ軸）方向の高さ（あるいは、円盤形状の厚み）は、例えば９．３ｍｍである。
【００１４】
なお、本実施の形態及び以下の実施の形態で円柱形状という場合、円柱の円形断面の直径よりも円柱の底面間の高さが長い一般的な円柱のみならず、円柱の円形断面の直径よりも円柱の底面間の高さが短い、いわゆる円盤形状も含むものとする。
【００１５】
図１に示すように、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２は円柱形状を有し、それぞれ円柱形状の中心軸が同軸線路１００の中心軸と一致するように構成される。更に、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２は、これらの間に内部導体ＣＣ１を挟み込むように配置される。なお、本実施の形態では、内部導体ＣＣ１の一方の底面は誘電体ＤＢ１と接触し、他方の底面は誘電体ＤＢ２と接触している。誘電体ＤＢ１及びＤＢ２の円形断面の直径は、内部導体ＣＣ１と同じ（例えば、１２ｍｍ）である。円柱形状の中心軸方向の高さ（あるいは、円盤形状の厚み）は、例えば１ｍｍである。
【００１６】
図２及び３に示すように、外部導体ＥＣは、導体が同軸線路１００の中心軸周りを周回する円筒形状を有し、円筒形状の中心軸が同軸線路１００の中心軸と一致するように構成される。かつ、外部導体ＥＣは、上述の内部導体ＣＣ１と誘電体ＤＢ１及びＤＢ２とを包含するように配置される。すなわち、外部導体ＥＣの円筒断面の内側の空洞部分の直径Ｒ２（例えば、２０ｍｍ）は、内部導体ＣＣ１、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２の円形断面の直径Ｒ１よりも大きい。
【００１７】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における単位構造Ｕ１の断面図である。図４に示すように、内部導体ＣＣ１は、インダクタＬ１により、外部導体ＥＣと電気的に接続される。
【００１８】
本実施の形態では、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２が配置される位置における実効的な誘電率を変化させることができるように構成される。以下、本実施の形態において実効的な誘電率を変化させる手法の例について説明する。図５は、実施の形態１にかかる誘電体ＤＢ１及びＤＢ２の構成例を示す斜視図である。誘電体ＤＢ１及びＤＢ２は上述の通り円柱形状を有し、それぞれの円柱形状の外周から径方向、すなわち中心軸と垂直な方向に突出した支持部ＳＭ１及びＳＭ２を有する。外部導体ＥＣには、支持部ＳＭ１及びＳＭ２を挿通可能な穴部Ｈ１及びＨ２がそれぞれ設けられ、支持部ＳＭ１及びＳＭ２は穴部Ｈ１及びＨ２を通って外部導体ＥＣの外側に延在している。支持部ＳＭ１及びＳＭ２は、外部導体ＥＣに外部に設けられたモータ等の駆動部により径方向に駆動可能である。これにより、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２と内部導体ＣＣ１とが中心軸方向で重なり合う面積を変化させることができる。これにより、誘電体ＤＢ１及びＤＢ２が配置される空間の実効的な誘電率を変化させることができる。換言すれば、内部導体ＣＣ１の両端の空間の実効的な誘電率を変化させることができる。
【００１９】
以上の単位構造を繰り返して中心軸方向に繰り返して配置することで、左手系メタマテリアル構造を構成することが可能となる。図６は、上述の単位構造を９個繰り返して配置した同軸線路の構成例を示す図である。図６では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣを破線で表示している。ここでは、図１に示す単位構造Ｕ１に相当する単位構造Ｕ１〜Ｕ９が、中心軸方向に繰り返して配置される。
【００２０】
図７は、図６に示す同軸線路１００の等価回路図である。図７に示すように、同軸線路１００は、単位構造Ｕ１〜Ｕ９が、端子Ｔ１及び端子Ｔ２との間に接続される可変キャパシタＣ１〜Ｃ８を構成する。なお、図７では、単位構造Ｕ１〜Ｕ９が有するインダクタＬ１のそれぞれを、便宜上Ｌ１〜Ｌ９として表す。可変キャパシタＣ１〜Ｃ８の両端は、インダクタＬ１〜Ｌ９を介して、図４に示すように外部導体ＥＣと接続され、接地される。
【００２１】
なお、図７に示した同軸線路１００の構成は、発明にかかる構成を理解しやすくするため、９つの単位構造で構成される例について説明した。しかし、本実施の形態にかかる同軸線路は、２以上の任意の数の単位構造を中心軸に沿って縦続的に配置する構造としてもよい。
【００２２】
次いで、同軸線路１００の周波数特性について説明する。図８は、実施の形態１にかかる同軸線路１００における電磁波の位相の周波数特性を示す図である。図８では、単位構造が９個の同軸線路において、誘電体の比誘電率（Ｅｒ）を１、２、４、６及び８とした場合の電磁波の位相の周波数特性を示している。図８では、位相（β）がマイナスとなる領域が、左手系同軸線路としての動作を示している。
【００２３】
図９は、実施の形態１にかかる同軸線路における電磁波の通過特性を示す図である。図９は、図５と同様に９個の単位構を有する同軸線路において、誘電体の比誘電率（Ｅｒ）を１、２、４、６及び８とした場合の電磁波の通過特性を示している。図９では、グラフの中央から左側にかけての、振幅が０［ｄＢ］付近で推移する領域が、左手系同軸線路としての動作を示している。図９に示すように、本実施の形態にかかる同軸線路は、誘電体の比誘電率を変化させることで、電磁波の通過特性を調整できることが理解できる。具体的には、比誘電率が大きいほど、電磁波が通過可能な周波数が低くなることが理解できる。
【００２４】
以上、本構成によれば、左手系メタマテリアルとして機能する同軸線路を構成する誘電体の比誘電率を変化させることで、同軸線路の通過特性を調整することができる。
【００２５】
実施の形態２
実施の形態２にかかる共振器２００について説明する。共振器２００は、実施の形態１にかかる同軸線路１００の応用例である。共振器２００は、同軸線路１００の単位構造を用いて構成される。図１０は、実施の形態２にかかる共振器２００の構成を模式的に示す斜視図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線における共振器２００の断面図である。共振器２００は、図１に示す単位構造Ｕ１に、入出力端子Ｔ１１及びＴ１２、外部導体板ＥＣ２１及びＥＣ２２を付加した構成を有する。
【００２６】
外部導体板ＥＣ２１及びＥＣ２２は、単位構造Ｕ１を挟むように、中心軸方向に並んで配置される。外部導体ＥＣは、内部が空洞の円柱となるように形成され、外部導体板ＥＣ２１及びＥＣ２２と電気的に接続される。入出力端子Ｔ１１には、外部導体ＥＣの内壁面に接続される配線Ｗ１が形成される。入出力端子Ｔ１２にも、外部導体ＥＣの内壁面に接続される配線Ｗ２が形成される。
【００２７】
図１２は、実施の形態２にかかる共振器２００の通過特性を示す図であり、図１３は実施の形態２にかかる共振器２００の反射特性を示す図である。図１２及び図１３では、誘電体の比誘電率（Ｅｒ）を１、２、４、６及び８とした場合の周波数特性を示している。共振器２００は、比誘電率が大きくなるに連れて、共振周波数を低くすることができる。すなわち、本構成によれば、共振器を構成する誘電体の比誘電率を変化させることで、共振器の共振周波数を調整することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２が、外部導体ＥＣの内側の面に接続される、誘導性結合について説明したが、これは一例に過ぎない。例えば、入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２が他の部材に接触しない、いわゆる容量性結合を適用することもできる。
【００２９】
図１４は、共振器における容量性結合の例を示す断面図である。図１４に示すように、入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２の開放端を、例えば内部導体ＣＣ１の近傍に離隔するように配置することで、容量性結合により信号の入出力が可能な共振器を構成することができる。
【００３０】
図１５は、共振器における容量性結合の変形例を示す断面図である。図１５に示すように、図１４に示した入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２の開放端に、それぞれ導電性平板２１及び２２を接続してもよい。本構成によれば、導電性平板を適切に設計することで、開放端と内部導体との間の容量を調整することが可能となる。
【００３１】
なお、入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２と内部導体との結合については、直接続結合を適用することが可能である。図１６は、共振器における直接接続結合を示す断面図である。図１６に示すように、図１４に示した入出力端子Ｔ１１の配線Ｗ１及び入出力端子Ｔ１２の配線Ｗ２の開放端を、それぞれ直接内部導体ＣＣ１に接続してもよい。
【００３２】
図１４〜図１６では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣを薄い導体で構成されたものとして表示しているが、外部導体ＥＣの厚みは図１４〜図１６の例に限定されるものではない。
【００３３】
実施の形態３
実施の形態３にかかるフィルタ３００について説明する。フィルタ３００は、実施の形態１にかかる同軸線路１００の応用例である。フィルタ３００は、同軸線路１００の単位構造を用いて構成される。図１７は、実施の形態３にかかるフィルタ３００の構成を模式的に示す斜視図である。フィルタ３００は、図１に示す単位構造Ｕ１に相当する単位構造Ｕ３１及びＵ３２と、入出力端子Ｔ３１及びＴ３２と、外部導体版ＥＣ３１〜ＥＣ３４と、を有する。
【００３４】
単位構造Ｕ３１及びＵ３２は、それぞれの中心軸が平行に、各中心軸と垂直な面に並んで配置される。
【００３５】
単位構造Ｕ３１の内部導体ＣＣ３１は単位構造Ｕ１の内部導体ＣＣ１に対応する。単位構造Ｕ３１の誘電体ＤＢ３１及びＤＢ３２は、それぞれ単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ１及びＤＢ２に対応する。単位構造Ｕ３１のインダクタＬ３１は、単位構造Ｕ１のインダクタＬ１に対応する。単位構造Ｕ３１の外部導体ＥＣ１は単位構造Ｕ１の外部導体ＥＣに対応する。外部導体ＥＣ１と電気的に接続される外部導体板ＥＣ３１及びＥＣ３２は、内部導体ＣＣ３１、誘電体ＤＢ３１及びＤＢ３２を挟むように、中心軸方向に並んで配置される。
【００３６】
単位構造Ｕ３２の内部導体ＣＣ３２は単位構造Ｕ１の内部導体ＣＣ１に対応する。単位構造Ｕ３１の誘電体ＤＢ３３及びＤＢ３４は、それぞれ単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ１及びＤＢ２に対応する。単位構造Ｕ３２のインダクタＬ３２は、単位構造Ｕ１のインダクタＬ１に対応する。単位構造Ｕ３２の外部導体ＥＣ２は単位構造Ｕ１の外部導体ＥＣに対応する。外部導体ＥＣ２と電気的に接続される外部導体板ＥＣ３３及びＥＣ３４は、内部導体ＣＣ３２、誘電体ＤＢ３３及びＤＢ３４を挟むように、中心軸方向に並んで配置される。
【００３７】
外部導体ＥＣ１と外部導体ＥＣ２とは、部分的に重複するように配置される。外部導体ＥＣ１と外部導体ＥＣ２との重複部では、開口部３１が設けられる。これにより、外部導体ＥＣ１の内部の空間と外部導体ＥＣ２の内部の空間とは、開口部３１を介して連結され、１つの内部空間を構成する。すなわち、外部導体ＥＣ１と外部導体ＥＣ２とは一体となって１つの外部導体ＥＣ３を構成すると理解することも可能である。
【００３８】
単位構造Ｕ３１には、入出力端子Ｔ３１が設けられる。入出力端子Ｔ３１には、単位構造Ｕ３１の外部導体ＥＣ１の内壁面に接続される配線が形成される。単位構造Ｕ３２には、入出力端子Ｔ３２が設けられる。入出力端子Ｔ３２には、単位構造Ｕ３２の外部導体ＥＣ２の内壁面に接続される配線が形成される。
【００３９】
なお、本実施の形態にかかるフィルタにおいても、入出力端子の配線は誘導性結合だけでなく、上述のような容量性結合にて、フィルタと電気的に結合することも可能である。
【００４０】
図１８は、実施の形態３にかかるフィルタ３００の通過特性を示す図であり、図１９は実施の形態３にかかるフィルタ３００の反射特性を示す図である。図１８及び図１９では、誘電体の比誘電率（Ｅｒ）を１、２、４、６及び８とした場合の周波数特性を示している。フィルタ３００は、比誘電率が大きくなるにつれて、通過特性が良好な帯域の中心周波数が低くなることが理解できる。すなわち、本構成によれば、フィルタを構成する誘電体の比誘電率を変化させることで、通過特性が良好な帯域の中心周波数を調整できることができる。
【００４１】
実施の形態４
上述では実効的な誘電率の変化手法について図２を用いて説明したが、本実施の形態では、実効的な誘電率の変化手法の他の例について説明する。図２０は、実施の形態４にかかる誘電体ＤＢ１及びＤＢ２の構成例を示す図である。図２０では、例として２つの単位構造Ｕ１及びＵ２を有する同軸線路を示し、便宜上、単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ１をＤＢ４１、単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ２及び単位構造Ｕ２の誘電体ＤＢ１をまとめてＤＢ４２、単位構造Ｕ２の誘電体ＤＢ２をＤＢ４３と表示している。また、図２０では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣを破線で表示している。
【００４２】
本実施の形態では、例えば、誘電体ＤＢ４２は、直流電圧を印加することで比誘電率が変化する材料で構成される。直流電圧を印加することで比誘電率が変化する材料として、例えばＢＳＴ（ＢａｗＳｒｘＴｉｙＯＺ）やＢＴＯ（ＢａｘＴｉｙＯＺ）などの強誘電体を用いることができる。
【００４３】
誘電体ＤＢ４２は、直流可変電圧源Ｖ１、インダクタＬＣ１及びＬＣ２を有するチョーク回路を介して直流電圧が印加される。この例では、誘電体ＤＢ４２は、インダクタＬＣ１を介して直流可変電圧源Ｖ１と接続され、インダクタＬＣ２を介して接地される。
【００４４】
インダクタＬＣ１は、例えば外部導体ＥＣに設けられた開口部に挿通されることで、直流可変電圧源Ｖ１と誘電体ＤＢ４２とを接続する。インダクタＬＣ２は、例えば外部導体ＥＣに設けられた開口部に挿通されることで、誘電体ＤＢ４２を接地する。図２０では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣに設けられる穴部については表示を省略している。
【００４５】
なお、インダクタＬＣ１およびＬＣ２として、本実施の形態にかかる単位構造が組み込まれる同軸線路、共振器又はフィルタが適用される周波数において、誘電体ＤＢ４２と外部電源（直流可変電圧源Ｖ１）との間のインピーダンスを無視し得る程度の大きさのインピーダンスを有するインダクタを用いることが望ましい。
【００４６】
本構成によれば、誘電体に印加する直流電圧を変化させるだけで、同軸線路、共振器又はフィルタの周波数特性を調整することができる。また、本構成では、誘電体を駆動させるための駆動部などが必要ないため、同軸線路、共振器又はフィルタの小型化、信頼性の向上の点で、有利である。
【００４７】
なお、本実施の形態では、誘電体ＤＢ４２がチョーク回路を介して直流電圧が印加される例について説明したが、誘電体ＤＢ４１及び誘電体ＤＢ４２の一方又は双方にチョーク回路を介して直流電圧を印加してもよい。すなわち、同軸線路、共振器、又はフィルタ回路を構成する複数の誘電体の一部又は全部にチョーク回路を介して直流電圧を印加する構成を適用することが可能である。
【００４８】
実施の形態５
上述では実効的な誘電率の変化手法について図２を用いて説明したが、本実施の形態では、実効的な誘電率の変化手法の他の例について説明する。図２１は、実施の形態５にかかる誘電体の構成例を示す図である。図２２は、図２１のＸＸＩ−ＸＸＩ線における単位構造Ｕ１の断面図である。図２１及び２２では、例として２つの単位構造Ｕ１及びＵ２を有する同軸線路を示し、便宜上、単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ１をＤＢ５１、単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ２及び単位構造Ｕ２の誘電体ＤＢ１に相当する部分をまとめてＤＢ５２、単位構造Ｕ２の誘電体ＤＢ２をＤＢ５３と表示している。また、図２１では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣを破線で表示している。単位構造Ｕ１の内部導体をＣＣ５１、単位構造Ｕ２の内部導体をＣＣ５２と表示している。単位構造Ｕ１のインダクタをＬ５１、単位構造Ｕ２のインダクタをＬ５２と表示している。
【００４９】
本実施の形態では、誘電体ＤＢ５２の内部に、誘電体ＤＢ５２１と誘電体ＤＢ５２２とに挟まれた、内部電極ＩＥが設けられている。換言すれば、本実施の形態では、単位構造Ｕ１の誘電体ＤＢ２（誘電体ＤＢ５２１）と単位構造Ｕ２の誘電体ＤＢ１（誘電体ＤＢ５２２）との間に、内部電極ＩＥが配置されている。
【００５０】
内部電極ＩＥは、円盤状の電極であり、単位構造Ｕ１及びＵ２と同軸上に配置される。内部電極ＩＥはインダクタＬＣ３と直流可変電圧源Ｖ２とを有するチョーク回路を介して、直流電圧が印加される。インダクタＬＣ３は、例えば外部導体ＥＣに設けられた開口部に挿通されることで、直流可変電圧源Ｖ２と内部電極ＩＥとを接続する。図２１では、図面の簡略化のため、外部導体ＥＣに設けられる穴部については表示を省略している。
【００５１】
なお、インダクタＬＣ３として、本実施の形態にかかる単位構造が組み込まれる同軸線路、共振器又はフィルタが適用される周波数において、内部電極ＩＥと外部電源（直流可変電圧源Ｖ２）との間のインピーダンスを無視し得る程度の大きさのインピーダンスを有するインダクタを用いることが望ましい。
【００５２】
内部電極ＩＥに電圧が印加されると、内部電極ＩＥと単位構造Ｕ１及びＵ２の内部導体とはキャパシタとして機能し、電荷が蓄積される。これにより、誘電体が配置される空間の実質的な比誘電率を変化させることができる。
【００５３】
本構成によれば、誘電体に印加する直流電圧を変化させるだけで、同軸線路、共振器又はフィルタの周波数特性を調整することができる。また、本構成では、誘電体を駆動させるための駆動部などが必要ないため、同軸線路、共振器又はフィルタの小型化、信頼性の向上の点で、有利である。
【００５４】
なお、本実施の形態では、誘電体の内部に設けられた内部電極にチョーク回路を介して直流電圧が印加される例について説明したが、これは例示にすぎない。同軸線路、共振器、又はフィルタ回路が複数の誘電体を有する場合、複数の誘電体の一部又は全部に内部電極を設け、その内部電極にチョーク回路を介して直流電圧が印加する構成としてもよいことは言うまでもいない。
【００５５】
実施の形態６
本実施の形態では、上述の同軸線路、共振器、及び、フィルタの内部導体の直径と外部導体の直径との関係について説明する。ここでは、内部導体の直径をａ、外部導体の直径（中心軸から外部導体の内側の面までの距離）をｂ、単位構造あたりのインダクタンスをＬ０、キャパシタンスをＣ０とする。インダクタンスＬ０は、主として内部導体に接続されるインダクタによるものとする。この際、各内部導体に接続されるインダクタの本数や大きさを考慮して規格化した値を、インダクタンスＬ０として用いる。また、キャパシタンスＣ０は、単位構造間の容量を、単位構造数を考慮して規格化されたものを用いる。
【００５６】
各内部導体に接続されるインダクタを円柱と擬制し、その半径をｒとする。このとき、同軸線路、共振器、及び、フィルタのインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣについて、以下の式（１）及び（２）が成立する。
【数１】
2017072813.tif 000003
【数２】
2017072813.tif 000004
【００５７】
このとき、共振周波数ωｒは、以下の式（３）で表される。
【数３】
2017072813.tif 000005
上記において、ｄωｒ／ｄａ＝０より、以下の式（４）が得られる。
【数４】
2017072813.tif 000006
【００５８】
すなわち、内部導体の直径ａが外部導体の直径ｂの２／３であれば、共振周波数は最小値（極小値）をとることとなる。この結果は、単位構造の数やインダクタの数及び寸法（太さ）に依存しない。したがって、単純に内部導体の直径ａが外部導体の直径ｂの２／３とすることで、共振周波数を最小化した同軸線路、共振器、及び、フィルタを実現することができる。
【００５９】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の共振器及びフィルタでは、単位構造の数は１であったが、同軸線路と同様に、２以上の単位構造を中心軸方向に繰り返し配置した構成としてもよいのは勿論である。例えば、図１７のフィルタについて検討すると、単位構造Ｕ３１及びＵ３２を、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）個ずつ中心軸方向（Ｚ方向）に繰り返して配置することができる。この場合、Ｚ方向に繰り返し配置された単位構造Ｕ３１を第１の同軸線路とも１称し、Ｚ方向に繰り返し配置された単位構造Ｕ３２を第２の同軸線路とも称する。言うまでもないが、Ｚ方向に繰り返し配置された単位構造Ｕ３１の各単位構造の外部導体は連結されて１つの外部導体として構成され、Ｚ方向に繰り返し配置された単位構造Ｕ３２の各単位構造の外部導体は連結されて１つの外部導体として構成される。そして、第１の同軸線路の外部導体と第２の同軸線路の外部導体とは、開口を介して連結され、一体となって１つの外部導体を構成できる。なお、中心軸方向に繰り返し配置されたＮ個の同軸線路が構成する集合体を、同軸線路群とも称する。
【００６０】
例えば、上記のフィルタでは、単位構造がＸ−Ｙ平面内（中心軸（Ｚ軸）に垂直ないしは交差する方向）で単位構造が２個連結される構成について説明したが、Ｘ−Ｙ平面内（中心軸（Ｚ軸）に垂直ないしは交差する方向）で３個以上の単位構造を連結してもよい。換言すれば、上述のフィルタにおいて、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個以上の単位構造を、Ｘ−Ｙ平面内（中心軸（Ｚ軸）に垂直ないしは交差する方向）で連結してもよい。この場合、２つの入出力端子の一方である第１の入出力端子は、Ｍ個の単位構造のいずれかの内部導体と電気的に結合されればよい。２つの入出力端子の他方である第２の入出力端子は、Ｍ個の単位構造のうちで第１の入出力端子と接続されたもの以外のいずれかの内部導体と電気的に結合さればよい。なお、いうまでもないが、各単位構造の外部導体は連結され、一体となって１つの外部導体を構成できる。
【００６１】
なお、言うまでもないが、上述のフィルタにおいて、単位構造を、Ｎ（Ｎは、２以上の整数）個ずつ中心軸方向（Ｚ方向）に繰り返して配置し、かつ、Ｘ−Ｙ平面内（中心軸（Ｚ軸）に垂直ないしは交差する方向）でＭ個以上の単位構造を連結してもよい。
【００６２】
また、例えば、１又複数の単位構造を中心軸方向に並べて構成した同軸線路（共振器）を、複数個中心軸方向に離隔して配置することで、フィルタを構成することもできる。この場合、２つの入出力端子の一方である第１の入出力端子は、複数の単位構造のいずれかの内部導体と電気的に結合されればよい。２つの入出力端子の他方である第２の入出力端子は、複数の単位構造のうちで第１の入出力端子と接続されたもの以外のいずれかの内部導体と電気的に結合さればよい。言うまでもないが、各単位構造の外部導体は連結され、一体となって１つの外部導体を構成できる。また、この場合、中心軸方向に並んで配置された複数の同軸線路（共振器）の両端のそれぞれには導体板が配置され、上記の１つの外部導体と電気的に接続される。
【００６３】
上述のフィルタでは、２つの単位構造が中心軸と垂直な面に配置される例について説明したが、２つの単位構造は、中心軸方向に離隔して配置されてもよい。また、２つの単位構造が中心軸と垂直な面に配置される例について説明したが、複数の単位構造を有するグループが、中心軸と垂直な面に配置されてもよい。更に、複数の単位構造を有するグループが、中心軸方向に離隔して配置されてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
２１、２２  導電性平板
３１、３２  開口部
１００  同軸線路
２００  共振器
３００  フィルタ
Ｃ、Ｃ０  キャパシタンス
Ｃ１〜Ｃ８  可変キャパシタ
ＣＣ１、ＣＣ３１、ＣＣ３２、ＣＣ５１、ＣＣ５２  内部導体
ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ４１〜ＤＢ４３、ＤＢ５１〜ＤＢ５３、ＤＢ５２１、ＤＢ５２２  誘電体
ＥＣ、ＥＣ１〜ＥＣ３  外部導体
ＥＣ２１、ＥＣ２２、ＥＣ３１〜ＥＣ３４  外部導体板
Ｈ１、Ｈ２  穴部
ＩＥ  内部電極
Ｌ、Ｌ０  インダクタンス
Ｌ１〜Ｌ９、ＬＣ１〜ＬＣ３、Ｌ３１、Ｌ３１、Ｌ５１、Ｌ５２  インダクタ
ＳＭ１、ＳＭ２  支持部
Ｔ１、Ｔ２  端子
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ３１、Ｔ３２  入出力端子
Ｕ１〜Ｕ９、Ｕ３１、Ｕ３２  単位構造
Ｖ１、Ｖ２  直流可変電圧源
Ｗ１、Ｗ２  配線
【図１】
2017072813.tif 000007
【図２】
2017072813.tif 000008
【図３】
2017072813.tif 000009
【図４】
2017072813.tif 000010
【図５】
2017072813.tif 000011
【図６】
2017072813.tif 000012
【図７】
2017072813.tif 000013
【図８】
2017072813.tif 000014
【図９】
2017072813.tif 000015
【図１０】
2017072813.tif 000016
【図１１】
2017072813.tif 000017
【図１２】
2017072813.tif 000018
【図１３】
2017072813.tif 000019
【図１４】
2017072813.tif 000020
【図１５】
2017072813.tif 000021
【図１６】
2017072813.tif 000022
【図１７】
2017072813.tif 000023
【図１８】
2017072813.tif 000024
【図１９】
2017072813.tif 000025
【図２０】
2017072813.tif 000026
【図２１】
2017072813.tif 000027
【図２２】
2017072813.tif 000028
【国際調査報告】
2017072813.tif 000029
2017072813.tif 000030
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