(57)【要約】【課題】減衰特性の選択度を非常に高くすることができ、特にＶＨＦ帯で使用するのに適したノッチフィルタを提供する。【解決手段】中心導体１４ａ及び外部導体１４ｂの終端同士が短絡された同軸ケーブル１４と、中心導体１４ａの開放端に一端が接続されたコンデンサ素子１６とを備える。同軸ケーブル１４とコンデンサ素子１６から成る直列回路の両端が、信号伝送路１２とグランド２０との間に接続されている。同軸ケーブル１４のインダクタンス成分Lkとコンデンサ素子１６の容量Csとの直列共振特性により、特定周波数fpの信号を減衰させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号伝送路を通過する特定周波数の信号を減衰させるノッチフィルタにおいて、
中心導体及び外部導体の終端同士が短絡された同軸ケーブルと、前記中心導体又は前記外部導体の開放端に一端が接続されたコンデンサ素子とを有し、前記同軸ケーブルと前記コンデンサ素子から成る直列回路の両端が、前記信号伝送路とグランドとの間に接続され、前記同軸ケーブルのインダクタンス成分と前記コンデンサ素子の容量との直列共振特性により前記特定周波数の信号を減衰させることを特徴とするノッチフィルタ。
【請求項２】
前記特定周波数の信号は、ＶＨＦ帯の信号である請求項１記載のノッチフィルタ。
【請求項３】
前記コンデンサ素子は、セラミックコンデンサである請求項１又は２記載のノッチフィルタ。
【請求項４】
前記特定周波数をｆｐ、前記コンデンサ素子の容量をＣｓ、前記同軸ケーブルに必要なインダクタンス成分をＬｋ、光速をＣｏ、前記同軸ケーブルの特性インピーダンスをＺｏ、前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体との間に存在する絶縁体の実効屈折率をｎｅｆｆとし、前記同軸ケーブルの長さＡが、次式（１）及び（２）に基づいて設定されている請求項１乃至３のいずれか記載のノッチフィルタ。
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定周波数の信号が通過するのを阻止するノッチフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地震が発生する前兆として、地震発生の数日〜数週間前、地上空間に微弱な電磁気的な状態変化が生じることが理論的に実証され、この電磁気的な状態変化を観測することによって地震予知を行う研究が複数行われている。
【０００３】
例えば、地上空間の電磁気的な状態変化を、ＦＭラジオ放送などのＶＨＦ帯（超短波帯）の電波を介して観測する方法がある。図３（ａ）に示すように、放送局Ｈ１が送信したＦＭ電波は、通常、電離層Ｄによって反射されないため、半径100km程度の範囲しか届かず、100km以上離れた位置にある観測基地Ｋでは受信されない。しかし、図３（ｂ）に示すように、地震発生の前兆として地殻に圧力が加わり、断層の微小破壊が進行すると、破壊された岩石等から電荷を帯びた微小粒子が多数生成され、地表Ｅに出現する。さらにこの影響で、上空にある電離層Ｄ等の電磁気的状態も変化する。地表Ｅや電離層Ｄ等の電磁気的状態が変化すると、放送局Ｈ１が送信したＦＭ電波が電離層Ｄ等で反射あるいは散乱し、また地表Ｅ上の電荷の直上を伝搬できるようになり、100km以上離れた観測基地Ｋでも受信されるようになる。このように、遠方にある放送局Ｈ１のＦＭ電波を継続して観測することによって、地震の前兆現象を捉えることができる。
【０００４】
観測基地Ｋで使用される観測装置は、例えば、図４に示すように、アンテナ１及びノッチフィルタ２を通じてＦＭ電波を受信する受信機３と、受信した信号を解析する解析装置４（コンピュータ等）で構成される。ノッチフィルタ２は、地震の前兆現象と無関係なノイズを除去するために設けられているが、特に大きなノイズになるのは、観測基地Ｋの近くにある放送局Ｈ２が送信するＦＭ電波である。
【０００５】
一方、特定周波数を阻止するフィルタとして、誘電体共振器及びマイクロストリップ線路を利用した帯域阻止フィルタ（特許文献１）、弾性表面波共振器を利用した帯域阻止型フィルタ（特許文献２）、ストリップライン共振器を利用した帯域阻止型フィルタ（特許文献３）等が各特許文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２３３６０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２９２３８号公報
【特許文献３】特開２００２−１８５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
地震の前兆現象として受信される放送局Ｈ１のＦＭ電波は非常に微弱であり、しかも放送局Ｈ２のＦＭ電波と周波数が近い。したがって、ノッチフィルタ２の減衰特性は、放送局Ｈ２のＦＭ電波の周波数において減衰量が十分大きく、しかも、放送局Ｈ１のＦＭ電波を減衰させないように選択度Ｑが非常に高いことが求められる。しかしながら、従来は、優れた性能のノッチフィルタ２を構成することができなかった。
【０００８】
例えば、磁性コアに電線を巻回した巻線インダクタと一般的なコンデンサ素子とを直列に接続してノッチフィルタ２を構成し、巻線インダクタとコンデンサ素子の直列共振を利用して信号を減衰させる方法が考えられる。しかし、巻線インダクタは、ＶＨＦ帯のような周波数帯域になると、電線の抵抗値が表皮効果等によって上昇したり、磁性コアのヒステリシス損や渦電流損が増加したりする。さらに、巻線間の浮遊容量を小さくできないため自己共振周波数が低下してしまい、等価的な損失も増大する。そして、これらの現象により、巻線インダクタ単体のＱ値が低下する。したがって、巻線インダクタを使用したノッチフィルタ２は、減衰特性の選択度Ｑをあまり高くすることができない。
【０００９】
特許文献１〜３に開示された帯域阻止型フィルタは、減衰特性の選択度Ｑはある程度高くすることができると考えられるが、それぞれＵＨＦ帯（それぞれ850MHz、900MHz、2GHz程度）で使用されることが想定された構造なので、ＶＨＦ帯で使用されるノッチフィルタ２に適用することは難しい。
【００１０】
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、減衰特性の選択度を非常に高くすることができ、特にＶＨＦ帯で使用するのに適したノッチフィルタ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】
【００１１】
本発明は、信号伝送路を通過する特定周波数の信号を減衰させるノッチフィルタであって、中心導体及び外部導体の終端同士が短絡された同軸ケーブルと、前記中心導体又は前記外部導体の開放端に一端が接続されたコンデンサ素子とを有し、前記同軸ケーブルと前記コンデンサ素子から成る直列回路の両端が、前記信号伝送路とグランドとの間に接続され、前記同軸ケーブルのインダクタンス成分と前記コンデンサ素子の容量との直列共振特性により前記特定周波数の信号を減衰させるノッチフィルタである。
【００１２】
前記特定周波数の信号は、例えばＶＨＦ帯の信号である。また、前記コンデンサ素子は、セラミックコンデンサであることが好ましい。
【００１３】
また、前記特定周波数をｆｐ、前記コンデンサ素子の容量をＣｓ、前記同軸ケーブルに必要なインダクタンス成分をＬｋ、光速をＣｏ、前記同軸ケーブルの特性インピーダンスをＺｏ、前記同軸ケーブルの中心導体と外部導体との間に存在する絶縁体の実効屈折率をｎｅｆｆとし、前記同軸ケーブルの長さＡが、次式（１）及び（２）に基づいて設定されている。
【００１４】
【数１】
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【数２】
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【発明の効果】
【００１５】
本発明のノッチフィルタは、減衰特性の選択度を非常に高くすることができ、特にＶＨＦ帯で使用するのに適している。また、同軸ケーブル及びコンデンサ素子は、広く市販されている汎用品を使用できるので、簡単に入手することができる。さらに、同軸ケーブルは、丸めて束ねたりしても特性がほとんど変化しないので取り扱いが容易であり、インダクタンス成分を調節するため多少長くなった場合でもコンパクトに収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のノッチフィルタの一実施形態の構成を示す図（ａ）、等価回路（ｂ）である。
【図２】この実施形態のノッチフィルタの試作品の構成を示す図（ａ）、比較品の構成を示す図（ｂ）、試作品及び比較品の減衰特性（信号伝達特性）を測定したグラフ（ｃ）である。
【図３】ＦＭ電波を利用した地震予知技術の概要を示す図（ａ）、（ｂ）である。
【図４】図４の観測基地で使用される観測装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のノッチフィルタの一実施形態について、図１、図２に基づいて説明する。この実施形態のノッチフィルタ１０は、信号伝送路１２を通過する特定周波数の信号（以下、減衰対象信号と称する。）を減衰させるフィルタである。減衰対象信号は、例えばＦＭラジオ放送等のＶＨＦ帯の電波を受信した信号である。
【００１８】
ノッチフィルタ１０は、図１（ａ）に示すように、同軸ケーブル１４とコンデンサ素子１６とで構成されている。同軸ケーブル１４は、所定の長さに切り出され、中心導体１４ａと外部導体１４ｂの同じ側の端部同士が短絡線１８で短絡されている。コンデンサ素子１６は、一端が中心導体１４ａの反対側の端部に接続されている。これで、同軸ケーブル１４とコンデンサ素子１６の直列回路が形成され、直列回路の両端が信号伝送路１２とグランド２０の間に接続されている。
【００１９】
同軸ケーブル１４は、広く市販されている汎用品を使用することができ、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ規格）により規定された８Ｄ−ＦＢ、１０Ｄ−ＦＢ、１２Ｄ−ＳＦＡ等の低損失タイプが適している。コンデンサ素子１６は、等価直列抵抗が小さいものが好ましく、例えば、比較的安価で入手性がよいセラミックコンデンサが適している。
【００２０】
ノッチフィルタ１０の等価回路は、図１（ｂ）のように表すことができる。Csはコンデンサ素子１６の容量であり、Lkは同軸ケーブル１４のインダクタンス成分である。同軸ケーブル１４は、終端が短絡され、線路のインピーダンスが誘導性になっているので、等価的にインダクタとみなすことができる。
【００２１】
なお、この等価回路から分かるように、同軸ケーブル１４とコンデンサ素子１６を直列接続するとき、コンデンサ素子１６は、中心導体１４ａの開放端に接続してもよいし、外部導体１４ｂの開放端に接続してもよい。また、直列接続したものを信号伝送路１２とグランド２０の間に接続するとき、コンデンサ１６を信号伝送路１２側に配置してもよいし、同軸ケーブル１４を信号伝送路１２側に配置してもよい。
【００２２】
ノッチフィルタ１０は、同軸ケーブル１４のインダクタンス成分Lkとコンデンサ素子１６の容量Csとの直列共振特性により、減衰対象信号を減衰させる。したがって、インダクタンス成分Lk及び容量Csは、直列共振の周波数が減衰対象信号の周波数fpと一致するように設定する。
【００２３】
インダクタンス成分Lkは、同軸ケーブル１４の長さAを変更することによって調節する。同軸ケーブル１４の適切な長さAは、例えば、上記の式（１）及び式（２）に基づいて容易に決定することができる。なお、同軸ケーブル１４の長さAは、式（１）、（２）を用いて算出するのではなく、減衰特性を実測しながら調節してもよい。さらに、コンデンサ素子１６の容量Csを、複数のコンデンサ素子を並列接続して調節しても良い。
【００２４】
次に、発明者が実際に製作したノッチフィルタ１０の試作品１０(1)について、図２を基にして、詳細な構成と減衰特性の測定結果を説明する。ここでは、減衰対象信号の周波数fpを82.7MHzとした。試作品１０(1)を設計するときは、同軸ケーブル１４をコンパクトに収納できるように、長さAを1m以下（Lk≒数μH以下）にすることを目安にした。直列共振の周波数を82.7MHzにするため、コンデンサ素子１６の容量Csは手頃な3.3pFとし、式（１）、（２）に基づいて同軸ケーブル１４の長さAを0.653mに決定した。インダクタンス成分Lkは1.23μHである。コンデンサ素子１６は、等価直列抵抗が小さい低損失タイプの積層セラミックチップコンデンサを使用した。図２（ａ）に、試作品１０(1)の構成を示す。
【００２５】
また、試作品１０(1)とともに、従来タイプのノッチフィルタである比較品２２も合わせて製作した。図２（ｂ）に、比較品２２の構成を示す。比較品２２は、上記の同軸ケーブル１４を巻線インダクタ２４に置き換えたものである。巻線インダクタ２４は、円柱状のフェライトコアの側周面に電線を螺旋状に巻回したＲＦチョークコイルで、インダクタンス1μHのものを選択し、減衰対象信号の周波数fpの82.7MHzに合わせ、コンデンサ素子１６の容量Csを3.0pFとした。巻線インダクタ２４の巻線抵抗（直流抵抗）は0.08Ω、自己共振周波数は200MHzである。
【００２６】
比較品２２と試作品１０(1)の減衰特性を測定すると、図２（ｃ）に示す結果が得られた。比較品２２は、減衰量のピークが約2.2dBで、選択度Ｑが約20となり、信号が減衰する周波数帯の幅が非常に広くなった（約15〜20MHz）。一方、試作品１０(1)は、減衰量のピークが約6.3dBで、選択度Ｑが約150と非常に高くなり、信号が減衰する周波数帯の幅を非常に狭くすることができた（約2〜3MHz）。
【００２７】
比較品２２の場合、上述したように、ＶＨＦ帯では巻線インダクタ２４単体のＱ値が低下するので、減衰特性の選択度Ｑが低い値になったと考えられる。これに対して、試作品１０(1)は、ＶＨＦ帯であっても同軸ケーブル１４の特性がほとんど変化しないので、減衰特性の選択度Ｑが非常に高い値となった。
【００２８】
以上説明したように、ノッチフィルタ１０は、減衰特性の選択度Ｑを非常に高くすることができ、特にＶＨＦ帯で使用するのに適している。また、同軸ケーブル１４やコンデンサ素子１６は、広く市販されている汎用品を使用できるので、簡単に入手することができる。さらに、同軸ケーブル１４は、丸めて束ねたりしても特性がほとんど変化しないので取り扱いが容易であり、インダクタンス成分Lkを調節するため多少長くなった場合でもコンパクトに収納することができる。
【００２９】
また、同じ特性のノッチフィルタ１０を複数用意し、信号伝送線１２とグランド２０の間に並列に接続すれば、減衰特性の選択度Ｑがほぼ同じで減衰量のピークが大きいノッチフィルタユニットを構成することができる。また、直列共振の周波数が異なるノッチフィルタ１０を複数用意し、信号伝送線１２とグランド２０の間に並列に接続すれば、周波数が異なる複数の減衰対象信号に対応したノッチフィルタユニットを構成することができる。このように、複数のノッチフィルタ１０を組み合わせることによって、ＦＭ電波を使用した地震予知システム等の各種の用途に適したノッチフィルタユニットを容易に得ることができる。
【００３０】
なお、本発明のノッチフィルタは、上記実施形態に限定されるものではない。同軸ケーブルは、所望の減衰特性（選択度Ｑ）が得られるものであれば、中心導体の太さ、外部導体の内径、特性インピーダンス（50Ω／75Ω等）、絶縁体の種類（ポリエチレン／発泡ポリエチレン／高発泡ポリエチレン等）、外部導体の形状（一重導体編組／二重導体編組／アルミ箔テープ付導体編組等）等は特に限定されない。
【００３１】
コンデンサ素子は、等価直列抵抗が小さいセラミックコンデンサが好適であるが、所望の減衰特性（選択度Ｑ）が得られれば、フィルムコンデンサやその他のコンデンサを使用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０，１０(1)  ノッチフィルタ
１２  信号伝送路
１４  同軸ケーブル
１４ａ  中心導体
１４ｂ  外部導体
１６  コンデンサ素子
１８  短絡線
２０  グランド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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