(57)【要約】【課題】管軸方向の長さが短く、かつ平面的配置を実現しながらも電磁波漏洩を抑制する帯域通過フィルタを提供する。【解決手段】共振器３０１は、管軸方向に直交する方向の長さが基本波の管内波長の１／２程度であり、管軸方向の長さが基本波の管内波長の１／４程度である。したがって、共振方向が管軸方向に直交する方向となり、共振器３０１内の電界方向が管軸方向に対して平行になる。よって、上板１１および下板１２の接続面は、共振器３０１における電界の方向に平行となるため、電磁波漏洩を抑制することができる。【選択図】  図２
2015050492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下からなる金属板を接合して一体構造となっている導波管型フィルタであって、
前記上下金属板を接合して形成される、導波路と１または複数の共振器とを有し、
前記導波路を形成する前記上下金属板の第１の接合面はＥ面、前記共振器を形成する前記上下金属板の第２の接合面はＨ面であり、
前記第１の接合面と、前記第２の接合面と、は互いに平行な面であることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項２】
上下からなる金属板を接合して、導波路と１または複数の共振器とが形成される導波管型フィルタであって、
前記導波路は、管軸方向に直交する断面の幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長く、
前記共振器は、前記管軸方向に直交する方向の寸法が、当該管軸方向に平行する寸法より長いことを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の導波管型フィルタであって、
前記共振器の入力側および出力側の結合孔は、前記共振器のうち前記管軸方向から見た中心からずれた位置に形成されていることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の導波管型フィルタであって、
前記共振器は、複数設けられていることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の導波管型フィルタであって、
前記複数の共振器は、前記管軸方向に沿って一連に接続されていることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項６】
請求項４に記載の導波管型フィルタであって、
前記複数の共振器は、一部が前記管軸方向に直交する方向に接続されていることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の導波管型フィルタであって、
前記共振器は、前記管軸方向に平行する方向の長さが管内波長の１／４以下であることを特徴とする導波管型フィルタ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の導波管型フィルタと、複数のサーキュレータと、を一体化してなる伝送回路であって、
前記導波管型フィルタは、複数のサーキュレータ間に配置されていることを特徴とする伝送回路。
【請求項９】
請求項８の伝送回路において、
前記導波管型フィルタ、および複数のサーキュレータは、それぞれ特性調整用のスタブが同一面側から挿入されることを特徴とする伝送回路。
【請求項１０】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
請求項８または請求項９に記載の伝送回路と、
を備えたマイクロ波出力装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のマイクロ波出力装置と、
前記マイクロ波を空中に発射するアンテナと、
を備えたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所望の周波数帯域のマイクロ波を通過させる導波管型のフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導波管型のフィルタとしては、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すような構造が知られている。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す導波管型のフィルタは、矩形導波管３１にアイリス３２を配置し、アイリス３２によって結合される複数の共振器を設けた構造からなる。
【０００３】
共振器は、一辺の長さを管内波長の１／２λ程度とすれば、当該管内波長に対応する周波数で共振状態となる。アイリス３２は、所望の結合特性が得られるように寸法が調整される。
【０００４】
このような導波管型のフィルタは、２つの金属ブロックを接続することによって構成されている。２つの金属ブロックの接続面は、図８（Ａ）に示すように、共振器内の磁界方向（Ｈ面）に平行である場合と、図８（Ｂ）に示すように、共振器内の電界方向（Ｅ面）に平行である場合と、の２種類が存在する。
【０００５】
導波管は、電流経路を遮る方向に隙間があると、電磁波漏洩が大きくなる。特に、共振器内では、電磁界エネルギが集中していることから、わずかでも隙間があると電磁波漏洩による損失が大きくなる。
【０００６】
共振器内では、上面中央から下面中央に電流が流れているため、接続面がＨ面に平行である場合、当該接続面が電流経路を遮る方向になるため、電磁波漏洩が生じやすい。
【０００７】
したがって、接続面がＨ面に平行である場合、２つの金属ブロックが完全に密着するように、多量のネジ止めやロウ付け加工等が必要になる。
【０００８】
一方、接続面がＥ面に平行である場合、当該接続面が電流経路と平行であるため、電磁波漏洩を比較的容易に抑制することができる。
【０００９】
ただし、図８（Ｂ）に示したような構造では、共振器の数が増えると管軸方向の長さが長くなる。そこで、例えば特許文献１に示すように、導波管を途中で曲げることによりフィルタを小型化する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３４１３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１のような導波管を曲げる構造において接続面をＥ面に平行にする場合、フィルタに接続する入力導波管および出力導波管の高さ方向（電界方向に平行な方向）の位置が異なるものとなる。したがって、導波管を含む伝送回路として平面的な配置ではなくなり、複雑な構造になってしまう。
【００１２】
そこで、この発明は、管軸方向の長さが短く、かつ平面的配置を実現しながらも電磁波漏洩を抑制する帯域通過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】
【００１３】
この発明の導波管型フィルタは、上下からなる金属板を接合して、導波路と１または複数の共振器とが形成される導波管型フィルタであって、前記導波路は、管軸方向に直交する方向の寸法が、当該管軸方向に平行する寸法より長く、前記共振器は、前記管軸方向に直交する方向の寸法が、当該管軸方向に平行する寸法より短いことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明の導波管型フィルタは、上下からなる金属板を接合して、導波路と１または複数の共振器とが形成される導波管型フィルタであって、前記導波路は、管軸方向に直交する断面の幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長く、前記共振器は、前記管軸方向に直交する方向の寸法が、当該管軸方向に平行する寸法より長いことを特徴とする。
【００１５】
このように、共振器は、管軸方向に直交する方向が長く、管軸方向の長さが短くなっているため、共振方向が管軸方向に直交する方向となり、共振器内の電界方向が管軸方向に対して平行になる。よって、複数の板の接続面は、共振器における電界の方向に平行となり、電磁波漏洩を抑制することができる。
【００１６】
なお、共振器は、管軸方向には共振しないように、かつ、管軸方向の長さを短くするために、当該管軸方向の長さが管内波長の１／４以下であることが好ましい。
【００１７】
また、共振器は、電界よりも磁界が強い領域で導波路と結合するように、入力側および出力側の結合孔が、管軸方向から見た中心から導波管短尺方向にずれた位置に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、管軸方向の長さが短く、かつ平面的配置を実現しながらも電磁波漏洩を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の導波管型フィルタを備えたレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る導波管型フィルタの構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る導波管型フィルタの構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係る導波管型フィルタの構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係る導波管型フィルタの構成を示す図である。
【図６】サーキュレータを含む伝送回路の構成を示す図である。
【図７】調整用スタブを挿入する箇所の横断面図である。
【図８】従来の導波管型フィルタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の導波管型フィルタを備えたレーダ装置７１の構成を示すブロック図である。レーダ装置７１は、マイクロ波出力装置７２、ロータリージョイント５６、アンテナ５７、リミッタ５８、および受信回路５９を備えている。マイクロ波出力装置７２は、マグネトロン５１、駆動回路５２、伝送回路８１、および終端器５４を備えている。伝送回路８１は、サーキュレータ５３、導波管型フィルタ１、およびサーキュレータ５５を備えている。
【００２１】
マグネトロン５１は、例えば９．４ＧＨｚのマイクロ波を基本波として発生するマイクロ波発生装置である。駆動回路５２は、マグネトロン５１を所定周期で駆動させる。マグネトロン５１で発生したマイクロ波は、導波管を介して伝送回路８１のサーキュレータ５３に伝送される。
【００２２】
サーキュレータ５３は、マグネトロン５１から出力されたマイクロ波を導波管型フィルタ１に導く。また、サーキュレータ５３は、導波管型フィルタ１で反射されたマイクロ波を終端器５４に導く。終端器５４は、入力されたマイクロ波を吸収する。
【００２３】
導波管型フィルタ１は、所望の周波数帯域を通過させ、不要な周波数帯域の通過を阻止するフィルタである。
【００２４】
サーキュレータ５５は、導波管型フィルタ１から出力されたマイクロ波をロータリージョイント５６に導く。ロータリージョイント５６は、固定側のサーキュレータ５５から入力したマイクロ波を、回転側のアンテナ５７に出力する。
【００２５】
アンテナ５７は、ロータリージョイント５６から出力されたマイクロ波を空中に送信するとともに、対象物で反射したマイクロ波を受信してロータリージョイント５６に出力する。受信されたマイクロ波は、ロータリージョイント５６およびサーキュレータ５５を経てリミッタ５８に出力される。
【００２６】
リミッタ５８は、所定レベル以上のマイクロ波が入力された場合に当該マイクロ波を反射し、後段の受信回路５９を保護する。
【００２７】
図２は、第１実施形態に係る導波管型フィルタ１の構成を示す図である。図２（Ａ）は、透過斜視図であり、図２（Ｂ）は、透過上面図、図２（Ｃ）は、透過正面図である。図２においては、マイクロ波の伝搬方向（管軸方向）をｙ方向、導波管の上方向をｚ方向、導波管の管軸方向に向かって右方向をｘ方向とする。
【００２８】
導波管型フィルタ１は、導波路２０１、結合窓４０１Ａ、共振器３０１、結合窓４０１Ｂ、および導波路２０２からなる。共振器３０１は、管軸方向の両側でそれぞれ結合窓４０１Ａおよび結合窓４０１Ｂを介して導波路２０１および導波路２０２に接続される。
【００２９】
導波管型フィルタ１は、アルミニウム等の導電性金属からなる上板１１および下板１２を接続してなる。上板１１および下板１２に形成された各種凹部が、上述の導波路２０１、結合窓４０１Ａ、共振器３０１、結合窓４０１Ｂ、および導波路２０２を形成する。
【００３０】
導波路２０１、結合窓４０１Ａ、共振器３０１、結合窓４０１Ｂ、および導波路２０２は、それぞれ断面が概ね方形状である。導波路２０１および導波路２０２は、いずれも基本波（例えば９．４ＧＨｚ）のマイクロ波を、ＴＥ１０モードで管軸方向に伝送するように断面長尺方向の幅（ｘ方向の長さ）および断面短尺方向の高さ（ｚ方向の長さ）が設定されている。すなわち、導波路２０１および導波路２０２の幅方向の長さは、基本波の管内波長の１／２程度に設定され、高さ方向の長さは管内波長の１／４程度に設定されている。この場合、図２（Ｂ）に示すように、導波路２０１および導波路２０２内のＴＥ１０モードにおける電界方向は、管軸方向に対して直交している。
【００３１】
共振器３０１の幅は、基本波の管内波長の１／２程度に設定されている。また、共振器３０１は、高さも基本波の管内波長の１／２程度に設定されている。したがって、共振器３０１は、管軸方向に直交する方向で、基本波の周波数において共振可能になっている。
【００３２】
結合窓４０１Ａおよび結合窓４０１Ｂは、管軸方向に向かって幅（左右方向の長さ）が長く、高さ（上下方向の長さ）が短い形状である。ただし、それぞれ導波路２０１および導波路２０２に比べて幅が短く、高さも短く設定されている。また、結合窓４０１Ａは、導波路２０１から共振器３０１に入り込むエネルギが、電界エネルギよりも磁界エネルギが高くなる位置に形成されている。同様に、結合窓４０１Ｂは、共振器３０１から導波路２０２に入り込むエネルギが、電界エネルギよりも磁界エネルギが高くなる位置に形成されている。
【００３３】
例えば、結合窓４０１Ａおよび結合窓４０１Ｂは、図２（Ｃ）に示すように、管軸方向から見て、共振器３０１の中心からΔｄだけ上側（または下側）にずれた位置に形成されている。Δｄは、例えば基本波の管内波長の１／４０程度である。これにより、導波路２０１と共振器３０１が磁界結合し、同様に導波路２０２と共振器３０１がそれぞれ磁界結合する。
【００３４】
上記構成により、図２（Ｂ）に示すように、共振器３０１内の電界方向は、管軸方向に対して平行になる。よって、共振器３０１内の電界方向は、上板１１および下板１２の接続面に平行となり、当該接続面（本発明の第２の接合面）は、Ｈ面となるため、電磁波が漏洩することを抑制することができる。なお、導波路２０１および導波路２０２においては、電界方向が接続面と直交し、当該接続面（本発明の第１の接合面）は、Ｅ面になるが、共振器３０１内に比べて電磁界エネルギの密度が低いため、電磁波が漏洩することは少ない。
【００３５】
一方、共振器３０１は、管軸方向には共振しないように、かつ、導波管型フィルタ１の管軸方向の長さを短くするために、当該管軸方向の長さが基本波の管内波長の１／４〜１／８程度になっている。なお、実際には管内波長の１／８未満とすることも可能であるが、電界強度が高くなって放電する可能性があり、導体による損失も増加するため、最小でも１／２０程度とすることが望ましい。
【００３６】
なお、共振器の形状は、矩形状に限らず、円形状、多角形状等の他の形状であってもよい。
【００３７】
次に、図３は、第２実施形態に係る導波管型フィルタ１の構成を示す透過上面図である。図３においても、マイクロ波の伝搬方向（管軸方向）をｙ方向、導波管の管軸方向に向かって右方向をｘ方向とする。また、図２と共通する構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
この第２実施形態に係る導波管型フィルタ１では、複数（この例では４つ）の共振器３０１を管軸方向に沿って一連に接続している。各共振器間は、結合窓４０１Ｃで接続されている。結合窓４０１Ｃは、結合窓４０１Ａおよび結合窓４０１Ｂと同じ構造であり、それぞれ導波路２０１および導波路２０２に比べて幅が短く、高さも低く設定されている。共振窓４０１Ｃも、共振器３０１間が磁界結合するように、共振器３０１の中心からΔｄだけ上側（または下側）にずれた位置に形成されている。
【００３９】
このようにして共振器３０１の数を増やすことで、減衰特性が急峻なフィルタを設計することが可能になるとともに、図８に示したような従来の導波管型フィルタに対して管軸方向の長さを１／２〜１／４程度にすることができる。
【００４０】
次に、図４は、第３実施形態に係る導波管型フィルタ１の構成を示す透過上面図である。図４においても、マイクロ波の伝搬方向（管軸方向）をｙ方向、導波管の管軸方向に向かって右方向をｘ方向とする。また、図３と共通する構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
この第３実施形態に係る導波管型フィルタ１では、第２実施形態と同様に、複数（この例では４つ）の共振器３０１を接続するものであるが、一部の共振器３０１は、管軸方向に直交する方向に接続されている点で異なる。
【００４２】
すなわち、１段目の共振器３０１は、管軸方向に向かって右側に設けられた結合窓４０２を介して２段目の共振器３０１と磁界結合され、３段目の共振器３０１は、管軸方向に向かって左側に設けられた結合窓４０２を介して４段目の共振器３０１と磁界結合されている点で第２実施形態と異なる。結合窓４０２も、共振器３０１間で磁界結合するように設定されている。
【００４３】
この場合、第２実施形態に比べて、管軸方向の長さをさらに短くすることができ、図８に示したような従来の導波管型フィルタに対して管軸方向の長さを１／４〜１／８程度にすることができる。
【００４４】
また、第３実施形態の構造によれば、管軸方向に対して異なる方向にマイクロ波を伝送し、上板および下板の接続面が電界方向（Ｅ面）に平行であるが、フィルタに接続する入力側の導波路２０１および出力側の導波路２０２の高さ方向（電界方向に平行な方向）の位置は変わらず、導波管を含む伝送回路として平面的な配置を維持することができる。
【００４５】
なお、第３実施形態では、一部の共振器が管軸方向に直交する方向に接続される例を示したが、結合窓の位置を変更することで、４５度方向等、どの方向にも共振器を接続することが可能である。
【００４６】
次に、図５は、第４実施形態に係る導波管型フィルタ１の構成を示す透過上面図である。図５においても、マイクロ波の伝搬方向（管軸方向）をｙ方向、導波管の管軸方向に向かって右方向をｘ方向とする。また、図４と共通する構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
この第４実施形態に係る導波管型フィルタ１では、第３実施形態と同様に、複数（この例では４つ）の共振器３０１を接続し、一部の共振器３０１は、管軸方向に直交する方向に接続されているが、さらに１段目の共振器３０１と４段目の共振器３０１が結合窓４０４を介して電界接続されている点で異なる。
【００４８】
電界結合と磁界結合では、位相が逆になるため、１段目の共振器３０１と３段目の共振器３０１では、逆位相のエネルギが発生する。この場合、導波管型フィルタ１の特性としては、楕円フィルタを構成する。したがって、より減衰特性が急峻なフィルタを形成することができる。
【００４９】
なお、第１〜第４実施形態のいずれにおいても、共振器の内部の角部分、および結合窓の角部分は、面取り加工を施し、電磁界エネルギが集中することを防止して放電を防止することが好ましい。
【００５０】
次に、図６は、サーキュレータ５３およびサーキュレータ５５を含む伝送回路８１の構成を示す図である。図６（Ａ）は、分解縦断面図、図６（Ｂ）は、上板の上面図であり、図６（Ｃ）は、下板の上面図である。
【００５１】
サーキュレータ５３、サーキュレータ５５、および導波管型フィルタ１を含む伝送回路８１は、上板８１Ａおよび下板８１Ｂにより一体化してなる。導波管型フィルタ１は、上板８１Ａに設けられた凹部１Ａと下板８１Ｂに設けられた凹部１Ｂにより形成される。同様に、サーキュレータ５３は、上板８１Ａに設けられた凹部５３Ａと下板８１Ｂに設けられた凹部５３Ｂにより形成され、サーキュレータ５５は、上板８１Ａに設けられた凹部５５Ａと下板８１Ｂに設けられた凹部５５Ｂにより形成される。
【００５２】
また、凹部５３Ａと凹部５３Ｂとの間には、誘電体５３４Ａ、フェライト５３５、および誘電体５３４Ｂが配置され、凹部５５Ａと凹部５５Ｂとの間には、誘電体５５４Ａ、フェライト５５５、および誘電体５５４Ｂが配置されている。
【００５３】
さらに、上板８１Ａの凹部５３Ａが形成された側と反対側（上面側）には、磁石５３３Ａが配置される。磁石５３３Ａは、ヨーク５３２Ａで覆われる。下板８１Ｂの凹部５３Ｂが形成された側と反対側（下面側）には、磁石５３３Ｂが配置される。磁石５３３Ｂは、ヨーク５３２Ｂで覆われる。
【００５４】
同様に、上板８１Ａの凹部５５Ａが形成された側と反対側（上面側）には、磁石５５３Ａが配置される。磁石５５３Ａは、ヨーク５５２Ａで覆われる。下板８１Ｂの凹部５５Ｂが形成された側と反対側（下面側）には、磁石５５３Ｂが配置される。磁石５５３Ｂは、ヨーク５５２Ｂで覆われる。
【００５５】
また、上板８１Ａは、凹部１Ａが形成された側と反対側の面（上面）から調整用スタブ１５１が挿入される。同様に、上板８１Ａは、凹部５３Ａが形成された側と反対側の面から調整用スタブ５３１が挿入され、凹部５５Ａが形成された側と反対側の面から調整用スタブ５５１が挿入される。
【００５６】
調整用スタブ１５１、調整用スタブ５３１、および調整用スタブ５５１は、それぞれ導波管型フィルタ１、サーキュレータ５３、およびサーキュレータ５５内に突出し、伝送経路内の空間の大きさを変化させることで特性を変化させる。
【００５７】
このように、伝送回路８１は、サーキュレータ５３、サーキュレータ５５および導波管型フィルタ１が一体化され、フランジ等を用いることがないため、作業性がよく、組み合わせによる相互作用を考慮する必要もなくなる。
【００５８】
また、調整用スタブ１５１は、導波管型フィルタ１の共振器内の磁界方向（Ｈ面）に平行に挿入され、調整用スタブ５３１および調整用スタブ５５１は、サーキュレータ５３およびサーキュレータ５５の電界方向（Ｅ面）に平行に挿入されることになるが、上述のように、導波管型フィルタ１の共振器３０１は、共振方向が管軸方向に対して直交する方向になっているため、調整用スタブ１５１、調整用スタブ５３１、および調整用スタブ５５１は、全て同じ方向から挿入することになり、作業性が向上する。
【００５９】
また、伝送回路８１に接続する入力側の導波管および出力側の導波管の高さ方向の位置は変わらず、伝送回路全体として平面的な配置を維持することができる。
【００６０】
なお、図７に示すように、上板８１Ａのうち、調整用スタブ５３１（および調整用スタブ５５１）を挿入する箇所は、ヨーク５３２Ａ（またはヨーク５５２Ａ）の面と同一、またはヨーク５３２Ａ（またはヨーク５５２Ａ）の面よりも高くなるように、凸部８１１を設けることが好ましい。これにより、調整用スタブの調整が容易になる。
【符号の説明】
【００６１】
１…導波管型フィルタ
１１…上板
１２…下板
５１…マグネトロン
５２…駆動回路
５３…サーキュレータ
５４…終端器
５５…サーキュレータ
５６…ロータリージョイント
５７…アンテナ
５８…リミッタ
５９…受信回路
７１…レーダ装置
７２…マイクロ波出力装置
８１…伝送回路
２０１，２０２…導波路
３０１…共振器
４０１Ａ，４０１Ｂ…結合窓
【図１】
2015050492.tif 000003
【図２】
2015050492.tif 000004
【図３】
2015050492.tif 000005
【図４】
2015050492.tif 000006
【図５】
2015050492.tif 000007
【図６】
2015050492.tif 000008
【図７】
2015050492.tif 000009
【図８】
2015050492.tif 000010