(57)【要約】くし形フィルタは少なくとも１つのキャビティ壁面内に配置されたセラミック振動子を有する。振動子は中空棒として実施されているので、調整要素はその周波数を調整するために、棒の上部の開口部に挿入することができる。棒の底部の開口部に挿入される取付要素は、その位置をキャビティ振動子の内側に固定する。振動子をフィルタの壁面にはんだ付けする代わりに、振動子はキャビティ振動子の底部又は側壁面の上に支持される。
2011517253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのくし形キャビティ振動子を備えた装置であって、
電磁波を制限するための空間を画定する少なくとも１つの導電性壁面を有する少なくとも１つのキャビティ、
対向する第１及び第２の表面に画定された内外周面を有し、前記少なくとも１つの金属壁面と接触することなく前記キャビティ内に配置されたセラミック振動子棒、
前記キャビティを前記棒に電磁結合させ、前記内周面に嵌合することによって前記棒の前記第１の表面と係合する調整要素、及び
前記棒を前記キャビティ内に懸架する取付構造体
からなる装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記棒は横磁界（ＴＭ）モードで動作する装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、前記少なくとも１つの導電性壁面は金属であるか金属化ポリマーで作られているかいずれかである、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置であって、少なくとも２つのくし形キャビティ振動子を有し、選択した周波数応答にわたって特定の帯域通過機能を与える装置。
【請求項５】
請求項１又は４記載の装置であって、前記キャビティは上表面、底表面及び４つの側表面を有する平行六面体である装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、少なくとも２つのくし形キャビティ振動子を有し、選択した周波数応答にわたって特定の帯域阻止機能を与える装置。
【請求項７】
請求項１、４又は６記載の装置であって、前記取付構造体は前記内周面に嵌合することによって前記棒の前記第２の表面と係合する取付要素を備える、装置。
【請求項８】
請求項１、４又は６記載の装置であって、前記取付構造体は前記キャビティを前記棒の前記第２の表面から分離させるアルミナ層を備える、装置。
【請求項９】
請求項１、４又は６記載の装置であって、前記取付構造体は前記棒を前記キャビティ内に固定する少なくとも１つのポリマー楔を備える、装置。
【請求項１０】
様々なフィルタリング機能を達成するために少なくとも１つの金属くし形キャビティ振動子及び少なくとも１つの懸架誘電体くし形キャビティ振動子の組み合わせを備えたフィルタであって、懸架誘電体くし形キャビティ振動子のそれぞれが、
電磁波を制限するための空間を画定する少なくとも１つの導電性壁面を有するキャビティ、
対向する第１及び第２の表面に画定された内外周面を有し、前記少なくとも１つの金属壁面と接触することなく前記キャビティ内に配置されたセラミック振動子棒、
前記キャビティを前記棒に電磁結合させ、前記内周面に嵌合することによって前記棒の前記第１の表面と係合する調整要素、及び
前記棒を前記キャビティ内に懸架する取付構造体
からなるフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概略として、マイクロ波及び無線周波数信号用くし形フィルタに関し、より詳細には、キャビティの上にセラミック振動子を懸架する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
同軸くし形フィルタは無線通信システムで幅広く使用されている。特に、これらのデバイスはしばしば、望ましくない周波数を消去するために利用される。帯域通過フィルタとして実施される場合、使用者は、通過帯域として知られる望ましい範囲の周波数を選択し、望ましい範囲より高い又は低い何れかの周波数範囲から信号を処分するようにくし形フィルタを調整することができる。くし内の髪の毛用くし歯に似ている一連の平行構造からなっているので、フィルタは一般にくし形フィルタとして知られている。
【０００３】
キャビティ振動子は通常、平行六面体として形成された中実構造内に電磁放射線を制限する。このキャビティは導波管として働くので、電磁波のパターンは導波管の壁面内に適合することができる波に限られる。普通は横モードと呼ばれる、このような波伝播の制限されたモードは、波伝播の方向によって幾つかの分類で分析することができる。
【０００４】
横電界（ＴＥ）モードは伝播の方向に電界がない。これに対して、横磁界（ＴＭ）モードは伝播の方向に磁界がない。横電磁界（ＴＥＭ）モードは伝播の方向に電界も磁界もない。ＴＥＭモードがケーブル内に存在することができ、ＴＥ及びＴＭモードはキャビティ振動子などの結合された導波管内に存在している。ＴＥＭモードは理論的には完全導体壁面を備えた導波管内に存在することができるが、実際のキャビティ振動子は損失壁面を有し、それによって任意のＴＥＭモード信号を担持することができない。
【０００５】
キャビティ振動子を設計する場合、ＴＭモードは特に有用である。キャビティ振動子内にＴＭモード信号を規定するために、電界はガイドの中心の下に伝播する。定在波パターンにより、電界及び磁界は振動子の金属壁面に沿ってゼロに近づく。電界を集中させ、使用者がこれを調整することを可能にするために、キャビティはフィルタの壁面内に画定された中空空間内に配置されている。
【０００６】
くし形フィルタ内の中心振動子が金属である場合、一般にＱ係数と呼ばれるフィルタの線質係数は良くない。この測定値はその伝導率によって分割される振動子の周波数に比例し、それによって振動子が金属などの導電性材料で作られている場合に、無負荷のＱ係数は比較的低い。従って、幾つかの従来のフィルタでは、金属振動子をより高い誘電定数を有するセラミック振動子と置き換えた。
【０００７】
このようなフィルタでは、ガイドの中心内のセラミック材料の非金属棒により、金属振動子に典型的な伝導損失を生成することなく、信号周波数のより正確な調整が可能になる。磁界は円筒形棒の周面の周りに流れるが、振動子の表面での誘電率の切れ目により、定在波をその内部に担持することが可能になる。従って、電界は円筒形振動子の長軸の下に流れる。
【０００８】
このような振動子は典型的には中空であるので、調整ねじをセラミックの孔に挿入することができ、それにより棒の共振周波数の容易な調節が可能になる。使用者は、調整ねじを次第に前進させて、生じるその周波数の変化を注意深く監視することができる。特定の挿入深さは予測可能な共振周波数に相関する。
【０００９】
従来のＴＭモード誘電体くし形フィルタでは、フィルタのセラミック振動子内の誘電体はハウジングに電気接続させなければならない。この接続はしばしば、複雑な技術の使用を必要とする。例えば、銅、導電性金属の層はセラミック振動子の外側に塗布することができる。しかし、このような実施では、機械的衝撃に弱いので、構造を安定化させることは難しい可能性がある。さらに、セラミック及び金属材料は異なる熱膨張係数を有することができ、従って、加熱及び冷却はセラミック金属接合の強度を弱める可能性がある。
【００１０】
空気に曝された場合に銅は酸化するので、第２の金属層がしばしば、銅を保護するために添加される。しばしば、製造過程は銅層の上に鉛又は錫の不動態層を加えるステップを含んでいる。脆弱な銅層を保護することに加えて、この金属はセラミック成分体をハウジング内にはんだ付けするのに適切である。これらの金属層でセラミック振動子をめっきした後に、めっきした振動子を金属ハウジングに結合させるためにはんだ付けが行なわれる。残念なことに、めっき及びはんだ付けステップは両方とも、複雑な冶金技術を使用する必要があり、これは費用及び時間がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、多数の金属層の使用を防ぐ振動子の必要があり、それによってその製造に必要なデバイス及び方法が単純化される。さらに、振動子をキャビティの導電性壁面に直接接続することなく、振動子をキャビティ内に置く必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
キャビティ内に振動子を懸架する現在の必要性を鑑みて、様々な例示的な実施形態の簡単な要約を提示する。幾つかの単純化及び省略を以下の要約で行なう可能性があり、これは様々な例示的な実施形態の幾つかの態様を強調及び導入することを意図したものであり、その範囲を制限することを意図したものではない。当業者が本発明を行なう及び使用することを可能にするのに適当な好ましい例示的な実施形態の詳細な説明が以下の部分に続く。
【００１３】
様々な例示的な実施形態では、くし形フィルタは振動子をはんだでハウジングに取り付ける必要なく、従来のくし形フィルタと同じ性能を達成する。これは、はるかに単純な構造につながる。従って、様々な例示的な実施形態では、キャビティに結合するためにセラミック振動子を金属層で被覆する代わりに、取付構造体は振動子をキャビティ内部に担持し、懸架構造はキャビティの上にこれを保持する。この構造的配置により、従来の振動子に必要な銅及び錫／鉛層を添加する複雑な過程の必要性がなくなる。
【００１４】
従って、様々な例示的な実施形態では、誘電性くし形キャビティ振動子は、電磁波を制限するための空間を画定する少なくとも１つの導電性壁面を有するキャビティ、対向する第１及び第２の表面に画定された内外周面を有し、少なくとも１つの金属壁面と接触することなくキャビティ内に配置されたセラミック振動子棒、キャビティを棒に電磁結合させ、その内周面に嵌合することによって棒の第１の表面と係合する調整要素、及び棒をキャビティ内に懸架する取付構造体を備えている。
【００１５】
様々な例示的な実施形態では、キャビティは上表面、底表面、及び４つの側表面を有する平行六面体であってもよい。棒は横磁界（ＴＭ）モードで動作することができる。
【００１６】
様々な例示的な実施形態では、取付構造体は、その内径に嵌合することによって、棒の第２の表面と係合する取付要素を備えることができる。取付構造体はさらに、キャビティを棒の第２の表面から分離させるアルミナ層を備えることができる。
【００１７】
別の方法では、取付構造体は棒をキャビティ内に固定する少なくとも１つのポリマー楔を備えることができる。取付構造体はさらに、少なくとも１つのポリマー楔をキャビティに結合させる少なくとも１つの固定要素を備えることができる。
【００１８】
様々な例示的な実施形態では、キャビティの少なくとも１つの導電性壁面は金属であってもよい。別の方法では、少なくとも１つの導電性壁面は金属化ポリマーから作ることができる。
【００１９】
様々な例示的な実施形態では、帯域通過フィルタは選択した範囲の周波数及び中心周波数にわたる特定の帯域幅を有し、複数の懸架くし形キャビティ振動子を備えており、各キャビティ振動子は、電磁波を制限するための空間を画定する少なくとも１つの金属壁面を有するキャビティ、対向する第１及び第２の表面に画定された内外周面を有し、キャビティの少なくとも１つの金属壁面と接触することなくキャビティ内に配置されたセラミック振動子棒、キャビティを棒に電磁結合させ、その内周面に嵌合することによって棒の第１の表面と係合する調整要素、及び棒をキャビティ内に懸架する取付構造体を備えている。
【００２０】
様々な例示的な実施形態では、各キャビティ振動子の取付構造体は、その内周面に嵌合することによって棒の第２の表面と係合する取付要素を備えることができる。各キャビティ振動子の取付構造体はさらに、キャビティを棒の第２の表面から分離させるアルミナ層を含むことができる。別の方法では、各キャビティ振動子の取付構造体は、棒をキャビティ内に固定する少なくとも１つのポリマー楔を備えることができる。各キャビティ振動子の取付構造体はさらに、少なくとも１つのポリマー楔をキャビティに結合させる少なくとも１つの固定要素を備えることができる。
【００２１】
様々な例示的な実施形態では、フィルタのキャビティは上表面、底表面、及び４つの側表面を有する平行六面体であってもよい。様々な例示的な実施形態では、同じキャビティを、帯域消去又は帯域阻止フィルタとしても知られるストップバンドフィルタで使用することができる。このようなフィルタは、帯域通過フィルタと比較した場合に逆の方法で機能する。普通、ストップバンドフィルタは選択した周波数の帯域内で信号を減衰させるが、別の方法では、信号をこれを通して自由に通過させることを可能にする。
【００２２】
様々な例示的な実施形態をより良く理解するために、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】例示的な懸架ＴＭモード誘電体くし形キャビティの斜視図である。
【図２】誘電体振動子の軸に沿った、２次元断面を有する例示的キャビティの断面図である。
【図３】６極懸架誘電体くし形キャビティフィルタの例示的構成の斜視図である。
【図４】図３の例示的フィルタの周波数反応図である。
【図５】金属くし形振動子及び懸架誘電体くし形振動子の組み合わせを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、同様の数字は同様の構成部品又はステップのことを言う図面を参照し、様々な例示的な実施形態の幅広い態様を開示する。
【００２５】
図１は、例示的な懸架ＴＭモード誘電体くし形キャビティ１００の斜視図である。様々な例示的な実施形態では、キャビティ１００は調整要素１１０、振動子１２０、支持ディスク１３０、及び取付要素１４０を備えている。キャビティ１００は少なくとも１つの導電性壁面によって画定されている。様々な例示的な実施形態では、このような壁面は金属であり、又は金属化ポリマーで作ることができる。
【００２６】
様々な例示的な実施形態では、キャビティ１００は平行六面体の形状を有する。従って、キャビティ１００は上側、底側、及び４つの側壁面からなることができる。当業者は分かるように、キャビティ振動子は球体又は円筒などの平行六面体以外の形状で製造することができる。
【００２７】
様々な例示的な実施形態では、調整要素１１０は、キャビティ１００の上側からキャビティ１００内の円筒形振動子１２０まで下向きに延びている。調整要素１１０の上部はキャビティ１００の上側のほぼ中間に配置することができる。使用者は、調整要素１１０を調節して、これを上向き又は下向きの何れかに移動させることができる。この調節はキャビティ１００の共振周波数を比例的に変更することができる。
【００２８】
様々な例示的な実施形態では、振動子１２０は中空シリンダの形をしているので、調整要素１１０の動作は、振動子１２０の上部の孔に挿入することができる、又はその孔から取り除くことができる何れかである。このように、使用者は振動子１２０の周波数を正確に調節することができる。別の方法では、振動子１２０は環状断面をしていないが、内外周面を画定する形状を有することができる。この場合、調整要素１１０は振動子１２０の内周面の構成と一致するような適切な形状をしていなければならない。
【００２９】
さらに、振動子１２０はキャビティ１００の縦軸に沿って示されているが、振動子１００はキャビティ１００内の他の軸に沿って配置することができる。例えば、その左側に調整要素１１０を有するキャビティ１００の横軸に沿って配置することも可能である。キャビティ内のその構成とは無関係に、振動子１２０は普通、その２つの対向する側部に画定された内外周面を有するように記載することができる。調整要素１１０は一方の側部の内周面に係合し、もう一方の側部は振動子１２０の反対側に配置されている。
【００３０】
さらに、様々な例示的な実施形態では、セラミック材料を振動子１２０で使用することができる。このセラミック材料は空気のものより実質的に高い誘電定数を有することができる。
【００３１】
様々な例示的な実施形態では、振動子１２０はキャビティ１００の底部側まで全体には延びていない。代わりに、支持ディスク１３０は振動子１２０の底部側をキャビティ１００の底部側から分離させる。従って、これらの実施形態では、キャビティ１００の壁面に振動子１２０をはんだ付けする必要がない。様々な例示的な実施形態では、支持ディスク１３０はアルミナで作られている。アルミナ、化学式Ａｌ２Ｏ３は酸化アルミニウムとしても知られている。しかし、振動子１２０を支持するのに適している等価性状を有する任意の材料を使用することができることが明らかである。
【００３２】
様々な例示的な実施形態では、アルミナ層はほぼ９．８の誘電定数を有する。さらに、様々な例示的な実施形態では、層の損失正接はほぼ０．０００５であり、極めて小さい電力が支持ディスク１３０内に放散されることを確実にする。この誘電定数及び損失正接を得るために、支持ディスク１３０の製造は、ほぼ９９．５％の純度であるアルミナを使用することができる。しかし、振動子１２０を支持するのに適している異なる性状を有する材料を使用することができることが明らかである。
【００３３】
様々な例示的な実施形態では、取付要素１４０は支持ディスク１３０の上部から突出する。取付要素１４０は、キャビティ１００の底部の上で支持ディスク１３０のほぼ中間に、調整要素１１０と対向して配置することができる。取付要素１４０は振動子１２０の底部の孔の中に上向きに延びているので、振動子１２０はキャビティ１００内の定位置に係止する。
【００３４】
図２は、誘電体振動子の軸に沿った、２次元断面を有する例示的なキャビティ２００の断面図である。
【００３５】
様々な例示的な実施形態では、第１及び第２のポリマー担体２３０、２３５は、図１に示す取付要素１４０の代わりに、振動子１２０を定位置に係止するために利用される。ポリマー担体２３０、２３５は振動子２２０の両側に配置された２つの三角形断面を含むことができる。第１及び第２の固定要素２４０、２４５は第１及び第２のポリマー担体２３０、２３５をキャビティ２００の底部に結合させることができる。振動子１２０を固定するために等価構造を使用することができるが、担体が振動子１２０をキャビティ２００の壁面に接触しない位置に固定するという前提であることは当業者には自明のことであろう。例えば、担体２３０、２３５は振動子１２０の外周面を囲む単一片に置き換えることができる。他の構成も当業者には明らかになるであろう。
【００３６】
図３は、６極懸架誘電体くし形キャビティフィルタ３００の例示的な構成の斜視図である。フィルタ３００は６つの個別のキャビティ３１０、３２０、３３０、３４０、３５０及び３６０を備えている。
【００３７】
図３に示すように、６極フィルタ３００は、図１に関連して上に記載したタイプの６つのキャビティからなっている。個別のキャビティ３１０、３２０、３３０、３４０、３５０及び３６０は、キャビティ３００内の電磁波の周波数応答を注意深く調整するように、３×２列に配置されている。上部行では、虹彩がキャビティ３１０をキャビティ３２０に、及びキャビティ３２０をキャビティ３３０に結合させる。同様の配置では、底部行の虹彩がキャビティ３４０をキャビティ３５０に、及びキャビティ３５０をキャビティ３６０に結合させる。最終虹彩はキャビティ３３０及び３６０からの信号を組み合わせる。
【００３８】
図４は、図３のキャビティ３００の例示的な周波数応答図４００を示している。デシベル（ｄＢ）で測定した周波数応答をメガヘルツ（ＭＨｚ）で測定した周波数と比較することによって、この図は、図３のキャビティ構成がどのように６極応答を生成するかを示している。他のフィルタ機能は１つ又は幾つかの伝達零点を有する応答を含む前記振動子を使用して構成することができる。
【００３９】
図５は、金属くし形振動子５１０、５２０及び懸架誘電体くし形振動子５３０、５４０、５５０、５６０の両方を組み合わせるフィルタ５００を示している。図面の左側では、信号は金属くし形振動子５１０、５２０によって受信される、又はそこから伝達されている。第１の対の虹彩は、金属振動子５１０を誘電体振動子５３０に、及び金属振動子５２０を誘電体振動子５４０に結合させる。第２の対の虹彩は、誘電体振動子５３０を誘電体振動子５５０に、及び誘電体振動子５４０を誘電体振動子５６０に結合させる。最終虹彩は、誘電体振動子５５０を誘電体振動子５６０に結合させることによって、底部の３つの振動子５２０、５４０、５６０からの信号と上部の３つの振動子５１０、５３０、５５０からの信号を組み合わせる。
【００４０】
前述のことによると、様々な例示的な実施形態は従来のくし形フィルタを凌ぐ顕著な利点を説明している。様々な例示的な実施形態では、懸架された振動子棒は、これを格納するキャビティの壁面に直接は接触せず、それにより棒をハウジングにはんだ付けする複雑な冶金技術の必要性がなくなる。
【００４１】
様々な例示的な実施形態をその特定の例示的な態様を特に参照して詳細に説明したが、本発明は他の異なる実施形態も可能であり、その詳細は様々な明らかな態様で変更が可能であることを理解されたい。当業者にはすぐに明らかであるように、本発明の精神及び範囲内で変更及び変形を行なうことができる。従って、前述の開示、説明及び図面は単に例示的目的であって、本発明をいかなる方法でも限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。
【図１】
2011517253.tif 000003
【図２】
2011517253.tif 000004
【図３】
2011517253.tif 000005
【図４】
2011517253.tif 000006
【図５】
2011517253.tif 000007
【国際調査報告】
2011517253.tif 000008
2011517253.tif 000009
2011517253.tif 000010