(57)【要約】【課題】高価で加工が難しい材料を使用することなく、温度変動による減衰量の劣化を抑制することが可能なバンドパスフィルタを提供する。【解決手段】実施の形態に係るバンドパスフィルタ１は、開放部１３、２３を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体１１、１２、１３と、複数の外導体１１、１２、１３の空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体１２、２２、２３とを有し、開放部１３、２３にてそれぞれ結合される複数の共振器１０、２０、３０と、複数の外導体１１、１２、１３のうち、第１外導体１１と第３外導体３１とを貫通して設けられた開口部３３を通過するように、第１外導体１１内の第１内導体１２と第３外導体３１内の第３内導体３２との間に配置された、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した減衰極部材４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の前記外導体の前記空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有し、前記開放部にてそれぞれ結合される複数の共振器と、
複数の前記外導体のうち、第１外導体と第２外導体とを貫通して設けられた開口部を通過するように、前記第１外導体内の第１内導体と前記第２外導体内の第２内導体との間に配置された、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した減衰極部材と、
を備える、
バンドパスフィルタ。
【請求項２】
開放部を有する空洞が形成された外導体と、前記空洞内に配置された内導体とをそれぞれ備える第１共振器、第２共振器及び第３共振器と、
前記第１共振器と前記第３共振器との間において、前記第１共振器及び前記第３共振器の前記外導体を貫通して設けられた開口部を通過するように、前記第１共振器及び前記第３共振器の前記内導体間に配置された、減衰極部材と、
を備え、
前記第１共振器と前記第２共振器との間、及び、前記第２共振器と前記第３共振器との間が、前記開放部で結合され、
前記減衰極部材は、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した構成を有している、
バンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記第１共振器に接続された第１入出力コネクタと、
前記第３共振器に接続された第２入出力コネクタと、
をさらに備える、
請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記減衰極部材は、棒状、Ｈ字型、コ字型のいずれかである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の前記外導体の前記空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有する複数の共振器を、前記開放部にてそれぞれ結合し、
アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施して減衰極部材を形成し、
複数の前記外導体のうち、第１外導体と第２外導体とを貫通して設けられた開口部を通過するように、前記第１外導体内の第１内導体と前記第２外導体内の第２内導体との間に前記減衰極部材を配置する、
バンドパスフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話システム等の無線装置内に設けられるバンドパスフィルタにおいて、装置の設置スペースの有効利用及び無線周波数帯割り当ての逼迫の背景から、小型化及び急峻な減衰特性の要求が強まっている。小型化と急峻な減衰特性とは、バンドパスフィルタの段数に従ってトレードオフの関係にある。すなわち、フィルタの段数が増すほどバンドパスフィルタは大型化するが、急峻な減衰特性が得られる。
【０００３】
近年、小型化と急峻な減衰特性を両立するために、減衰極を有するバンドパスフィルタが広まっている。減衰極を帯域外に形成することで、バンドパスフィルタの段数以上の減衰特性を得ることができる。減衰極を形成するための手法としてクロスカップリング手法がある。クロスカップリング手法は、例えば、特許文献１、非特許文献１に開示されている。
【０００４】
バンドパスフィルタは、内部の共振器の寸法によって、その共振周波数が決定される。そのため、共振器を構成する部材が温度変動によって膨張又は収縮することで、バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数が変動し、特定の周波数における通過帯域外減衰量の劣化が生じる。
【０００５】
減衰極を有するバンドパスフィルタでは、例えば、３個の共振器からなる３段フィルタの場合、１個目の共振器と３個目の共振器を結合させることで帯域外の特定の周波数位置に減衰極を発生させることができる。このようなバンドパスフィルタでは、温度が変動すると、バンドパスフィルタの中心周波数の変動と同様の方向に、減衰極の位置が変動する。このため、バンドパスフィルタを設計する際は、減衰極の有無によらず、温度による周波数変動を考慮する必要がある。
【０００６】
温度による周波数変動を抑制するために、特許文献２では、共振器内の内導体を、鉄系の鋼材からなる第１の部分と、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材からなる第２の部分とで構成する技術が提案されている。また、特許文献３では、内導体として、導電性金属メッキを施した繊維強化プラスチックを用いる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１８８２７０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２７９号公報
【特許文献３】特開２００４−２２９０７７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J. Brian Thomas, “Cross-Coupling in Coaxial Cavity Filters - A Tutorial Overview”, IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol. 51, No. 4, April 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の内導体として用いられる線膨張係数の小さい金属材として、例えばスーパーインバーがある。しかしながら、スーパーインバーは、入手性が悪く高価であり、かつ高硬度であるため加工が難しいという課題がある。また、特許文献３では、内導体として一般的に使用されていた金属よりも線膨張係数が小さな繊維強化プラスチックが用いられている。
【００１０】
本開示の目的は、上述した問題を鑑み、高価で加工が難しい材料を使用することなく、温度変動による減衰量の劣化を抑制することが可能なバンドパスフィルタ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係るバンドパスフィルタは、開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の前記外導体の前記空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有し、前記開放部にてそれぞれ結合される複数の共振器と、複数の前記外導体のうち、第１外導体と第２外導体とを貫通して設けられた開口部を通過するように、前記第１外導体内の第１内導体と前記第２外導体内の第２内導体との間に配置された、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した減衰極部材とを備える。
【００１２】
本発明の一態様に係るバンドパスフィルタの製造方法は、開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の前記外導体の前記空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有する複数の共振器を、前記開放部にてそれぞれ結合し、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施して減衰極部材を形成し、複数の前記外導体のうち、第１外導体と第２外導体とを貫通して設けられた開口部を通過するように、前記第１外導体内の第１内導体と前記第２外導体内の第２内導体との間に前記減衰極部材を配置する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高価で加工が難しい材料を使用することなく、温度変動による減衰量の劣化を抑制することが可能なバンドパスフィルタ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係るバンドパスフィルタの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るバンドパスフィルタに用いられる減衰極部材の構成例を示す図である。
【図３】実施の形態における減衰極部材と第１内導体、第３内導体との位置関係を示す図である。
【図４】実施の形態に係るバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。
【図５】実施の形態に係るバンドパスフィルタに用いられる減衰極部材の他の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態に係るバンドパスフィルタに用いられる減衰極部材の他の構成例を示す図である。
【図７】比較例のバンドパスフィルタの構成を示す図である。
【図８】比較例のバンドパスフィルタに用いられる減衰極部材の構成例を示す図である。
【図９】比較例のバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。
【００１６】
実施の形態は、クロスカップリング手法を用いた有極型のバンドパスフィルタに関する。実施の形態について説明する前に、比較例のバンドパスフィルタ１００について説明する。図７は、非特許文献１によるクロスカップリング手法を用いた比較例のバンドパスフィルタ１００の構成を示す図である。
【００１７】
バンドパスフィルタ１００は、第１共振器１０、第２共振器２０、第３共振器３０を配列して形成された３段フィルタの構造を有している。第１共振器１０は、第１外導体１１と、第１内導体１２とを有している。第１外導体１１には、金属で覆われた空洞が形成されており、その一部が第２共振器２０側に開放された第１開放部１３を有する。第１内導体１２は、第１外導体１１の空洞内に配置される。
【００１８】
第２共振器２０、第３共振器３０は、第１共振器１０と略同様の構成を有している。第１共振器１０、第２共振器２０、第３共振器３０間の結合は、隣り合う共振器間を貫通する第１開放部１３、第２開放部２３を介して行われる。なお、減衰極のない構造のバンドパスフィルタでは、隣接した共振器間のカップリングのみが確立される。
【００１９】
図７に示す比較例では、第１共振器１０と第３共振器３０との間に減衰極部材５０が配置されている。減衰極部材５０は、第１外導体１１と第３外導体３１とを貫通して形成された開口部３３を通過するように配置されている。図８に示すように、減衰極部材５０は、アルミニウム、黄銅、鉄等の金属材からなる棒状の部材である。
【００２０】
このような減衰極部材５０を有するバンドパスフィルタ１００では、相互に隣接しない第１共振器１０と第３共振器３０との間のクロスカップリングにより減衰極が形成される。このようなバンドパスフィルタ１００では、温度が変動すると、バンドパスフィルタの中心周波数の変動と同様の方向に、減衰極の位置が変動する。実施の形態では、温度による周波数変動を考慮し、高価で加工が難しい材料を使用することなく、温度変動による減衰量の劣化を抑制する。
【００２１】
実施の形態に係るバンドパスフィルタは、開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の外導体の空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有する複数の共振器を備える。これら複数の共振器は、開放部にてそれぞれ結合される。複数の外導体のうち、第１外導体と第２外導体との間には開口部が設けられる。この開口部を通過するように、第１外導体内の第１内導体と第２外導体内の第２内導体との間に、減衰極部材が配置される。減衰極部材は、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した構成を有する。これにより、室温から高温へ変動したときの中心周波数シフトによる帯域外減衰量の劣化を抑制することが可能となる。
【００２２】
図１〜３を参照して、実施の形態に係るバンドパスフィルタ１について詳細に説明する。図１は、実施の形態に係るバンドパスフィルタ１の構成を示す図である。図２は、実施の形態に係るバンドパスフィルタに用いられる減衰極部材４０の構成例を示す図である。図３は、実施の形態における減衰極部材４０と第１内導体１２、第３内導体３２との位置関係を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、バンドパスフィルタ１は、第１共振器１０、第２共振器２０、第３共振器３０を配列して形成された３段フィルタの構造を有している。第１共振器１０は、第１外導体１１と、第１内導体１２とを有している。第１外導体１１には、金属で覆われた空洞が形成されており、その一部が第２共振器２０側に開放された第１開放部１３を有する。第１内導体１２は、第１外導体１１の空洞内に配置される。
【００２４】
第２共振器２０は、第２外導体２１と、第２内導体２２とを有している。第２外導体２１には、金属で覆われた空洞が形成されており、その一部が第３共振器３０側に開放された第２開放部２３を有する。第２内導体２２は、第２外導体２１の空洞内に配置される。第３共振器３０は、第３外導体３１と第３内導体３２とを有している。第３外導体３１には、金属で覆われた空洞が形成されている。第３内導体３２は、第３外導体３１の空洞内に配置される。
【００２５】
第１内導体１２、第２内導体２２、第３内導体３２は、使用周波数の約１／４波長の長さの金属からなる棒状の部材である。第１内導体１２、第２内導体２２、第３内導体３２は、それぞれ第１外導体１１、第２外導体２１、第３外導体３１の底面に固定される。第１共振器１０と第２共振器２０との間、第２共振器２０と第３共振器３０と間の結合は、それぞれ隣り合う共振器間を貫通する第１開放部１３、第２開放部２３を介して行われる。
【００２６】
第１共振器１０、第３共振器３０には、外部との信号の入出力を行うための入出力コネクタ２、３がそれぞれ接続される。例えば、入出力コネクタ２から入力された信号は、第１共振器１０、第２共振器２０、第３共振器３０を順次通過し、入出力コネクタ３から出力される。
【００２７】
第１共振器１０と第３共振器３０との間には、減衰極部材４０が配置されている。減衰極部材４０は、第１外導体１１と第３外導体３１とを貫通するように形成された開口部３３を通過するように配置されている。図１に示す例では、開口部３３は、第１外導体１１、第３外導体３１の上端部分から所定の大きさで切欠いた形状を有しているが、これに限定されない。例えば、開口部３３を、第１外導体１１、第３外導体３１の中央部を貫通するように形成してもよい。
【００２８】
なお、減衰極部材５０は、図示しないテフロン（登録商標）などの誘電体で覆われた後に、第１外導体１１、第３外導体３１に固定される。これにより、減衰極部材５０は、第１外導体１１、第３外導体３１から電気的に隔離される。減衰極部材５０は、所望の周波数に減衰極を発生させる形状、寸法値が適宜選択される。
【００２９】
図３に示すように、減衰極部材４０は、第１外導体１１内の第１内導体１２と、第３外導体３１内の第２内導体２２との間に配置されている。第１内導体１２と減衰極部材４０との間、及び、第３内導体３２と減衰極部材４０との間には、静電容量が形成される。このように、減衰極部材４０を有するバンドパスフィルタ１では、相互に隣接しない第１共振器１０と第３共振器３０との間のクロスカップリングにより減衰極が形成される。
【００３０】
図２に示すように、減衰極部材４０は、樹脂材４１に金属メッキ４２を施した構成を有している。上述したように、バンドパスフィルタの減衰極部材として一般的に用いられる金属材としては、アルミニウム（線膨張係数２３．１×１０−６℃）、黄銅（線膨張係数１７．５×１０−６℃）、鉄（線膨張係数１１．８×１０−６℃）が挙げられる。実施の形態１では、樹脂材４１として、減衰極部材として一般的に用いられる金属材のうち最も線膨張係数の高いアルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有するものが用いられる。
【００３１】
ここで、室温（２５℃）から高温（８５℃）へ変動したときの、実施の形態の減衰極部材４０と、比較例の減衰極部材５０の伸長量について説明する。実施の形態では、樹脂材４１は、棒状のポリアセタール樹脂材から形成されおり、その表面には、一例として、銀の金属メッキ４２が施されている。ここで、減衰極部材４０の室温２５℃における軸長ＬＰ（２５）は１５ｍｍであるとする。一方、図８に示す、比較例の減衰極部材５０は、棒状のアルミニウムから形成されており、室温２５℃における軸長ＬＡ（２５）は、１５ｍｍであるとする。
【００３２】
ここで、アルミニウムからなる減衰極部材５０の線膨張係数（ＫＡ）をＫＡ＝２３．５×１０−６／℃であり、ポリアセタール樹脂材の線膨張係数（ＫＰ）を、ＫＰ＝１００×１０−６／℃である。温度が８５℃のときのＬＡ（８５）及びＬＰ（８５）は、下記（１）、（２）式によりそれぞれ求めることができる。
【００３３】
ＬＡ（８５）
＝ＬＡ（２５）＋６０×ＬＡ（２５）×ＫＡ
＝１５＋６０×１５×２３．５×１０−６
＝１５．０２１１５ｍｍ                ・・・（１）
【００３４】
ＬＰ（８５）
＝ＬＰ（２５）＋６０×ＬＰ（２５）×ＫＰ
＝１５＋６０×１５×１００×１０−６
＝１５．０９ｍｍ                ・・・（２）
【００３５】
このように、温度の上昇による、金属材からなる減衰極部材５０の伸長量よりも、実施の形態の減衰極部材４０の伸長量の方が大きくなる。図３に示すように、減衰極部材４０の一端は第１内導体１２と対向しており、減衰極部材４０の他端は第３内導体３２と対向している。減衰極部材４０と第１内導体１２及び第３内導体３２との間には、静電容量を有している。バンドパスフィルタ１内における結合強度は、内導体第１内導体１２、第３内導体３２と減衰極部材４０との間に生じる静電容量に比例して強くなる。すなわち、減衰極部材４０が長くなるほど第１内導体１２、第３内導体３２との間隔は狭まり、減衰極を形成するための結合が強くなることを意味している。このため、実施の形態における減衰極部材４０は、金属材からなる減衰極部材５０と比較して、温度上昇に伴って減衰極を形成するための結合を強くすることができる。
【００３６】
図９に、比較例のバンドパスフィルタの通過特性を示す。図９において、実線が室温（２５℃）を示しており、破線が高温（８５℃）を示している。図９に示すように、室温に比べ、高温ではバンドパスフィルタの中心周波数が低域側に２ＭＨｚずれており、減衰極の周波数は低域側に２ＭＨｚずれている。周波数３４６０ＭＨｚにおける帯域外減衰量に当てはめると、室温において２８ｄＢの減衰が得られているのに対して、高温では２５ｄＢに劣化している。
【００３７】
これに対して、図４に、実施の形態に係るバンドパスフィルタ１の通過特性を示す。バンドパスフィルタの中心周波数の変動は図９と同等を示しているが、減衰極の周波数は減衰極部材４０の膨張により結合が強くなり高域側にずれている。すなわち、室温に比べ、高温ではバンドパスフィルタの中心周波数が低域側に２ＭＨｚずれており、減衰極は高域側に２ＭＨｚずれている。周波数３４６０ＭＨｚにおける帯域外減衰量に当てはめると、室温と高温ともに２８ｄＢの減衰が得られている。このように、実施の形態によれば、帯域外減衰量の変動を互いに打ち消しあい、帯域外減衰量の劣化を抑制することが可能となる。
【００３８】
減衰極部材４０の形状は、第１内導体１２、第３内導体３２との間に生じる静電容量を十分に得られる形状であれば、棒状に限定されない。例えば、減衰極部材４０は、図５に示すようにＨ字状や、図６に示すコ字状のような形状を採ることができる。
【００３９】
上記のようなバンドパスフィルタ１は、以下のように製造することができる。すなわち、開放部を有する空洞がそれぞれ形成された複数の外導体と、複数の外導体の空洞内にそれぞれ配置された複数の内導体とを有する複数の共振器を、開放部にてそれぞれ結合する。そして、アルミニウムの３倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施して減衰極部材を形成する。複数の外導体のうち、第１外導体と第２外導体とを貫通して設けられた開口部を通過するように、第１外導体内の第１内導体と第２外導体内の第２内導体との間に減衰極部材を配置する。
【００４０】
以上説明したように、有極型のバンドパスフィルタにおいて、減衰極部材を一般的に用いられる金属材の数倍以上の線膨張係数を有する樹脂材に金属メッキを施した部材とすることで、室温から高温へ変動したときの減衰極の結合を強くすることができる。室温から高温になったとき、バンドパスフィルタの中心周波数が低域側にずれ、特定の周波数における帯域外減衰量が劣化する動きに対し、減衰極の結合を強くして、減衰極の位置を高域側にずらすことによって両者の変動を打ち消しあう。これにより、バンドパスフィルタの高温における帯域外減衰量の劣化を抑制することが可能となる。このため、線膨張係数の小さい、すなわち入手性が悪く高価であり、かつ高硬度であるため加工が難しい部材を使用することなく、高温において減衰量の劣化を抑制したバンドパスフィルタを形成することができる。
【００４１】
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、減衰極部材４０の樹脂材４１は、周囲に金属メッキを形成できる性質を有する樹脂材であれば、特に限定されない。
【符号の説明】
【００４２】
１  バンドパスフィルタ
２  入出力コネクタ
３  入出力コネクタ
１０  第１共振器
１１  第１外導体
１２  第１内導体
１３  第１開放部
２０  第２共振器
２１  第２外導体
２２  第２内導体
２３  第２開放部
３０  第３共振器
３１  第３外導体
３２  第３内導体
３３  開口部
４０  減衰極部材
４１  樹脂材
４２  金属メッキ
５０  減衰極部材
１００  バンドパスフィルタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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