(57)【要約】【課題】狭帯域、低損失で、低域及び高域の不要波を除去する複合形ＢＰＦ（バンド・パス・フィルタ）を提供する。【解決手段】ＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２と、ＴＥ１０１モードＢＰＦ３とを接続用導波管５、６を介して縦続結合して複合形ＢＰＦとする。ＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２は、所定の通過周波数帯の信号を通過させ、ＴＥ１０１モードＢＰＦ３は、通過周波数帯の高域及び低域の不要モード共振を抑圧する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組又は複数組縦続結合されたＴＥ０１ｎモードのバンド・パス・フィルタと、１組又は複数組縦続結合されたＴＥ１０ｎモードのバンド・パス・フィルタとが結合部品を介して縦続結合されており、
前記ＴＥ０１ｎモードのバンド・パス・フィルタは、所定の通過周波数帯の信号を通過させ、前記ＴＥ１０ｎモードのバンド・パス・フィルタは、前記通過周波数帯の高域及び低域の不要モード共振を抑圧することを特徴とする、
複合形バンド・パス・フィルタ。
【請求項２】
前記ＴＥ０１ｎモードのバンド・パス・フィルタが、複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなる円筒空胴形フィルタであり、前記ＴＥ１０ｎモードのバンド・パス・フィルタが、それぞれ所定のサセプタンスを持つ部材によって管内に複数の共振器が形成された矩形導波管形フィルタであることを特徴とする、
請求項１記載の複合形バンド・パス・フィルタ。
【請求項３】
前記円筒空胴形フィルタは、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが９０度方向となる複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなることを特徴とする、
請求項２記載の複合形バンド・パス・フィルタ。
【請求項４】
前記円筒空胴形フィルタは、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが１８０度方向となる複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなることを特徴とする、
請求項２記載の複合形バンド・パス・フィルタ。
【請求項５】
前記円筒空胴形フィルタは、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが９０度方向となる円筒空胴形共振器と１８０度方向となる円筒空胴形共振器とを縦続結合してなることを特徴とする、
請求項２記載の複合形バンド・パス・フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波帯のレーダシステム等において、中心周波数（ｆｏ）の極く近傍のみを通過させて不要波を広帯域にわたって減衰させるバンド・パス・フィルタ（以下、「ＢＰＦ」と略称する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマイクロ波帯のレーダシステムで使用されるＢＰＦとして、複数のＢＰＦを縦続結合させ、これによって狭帯域性、すなわち極く狭い周波数帯域のみを通過させる特性を実現したものが知られている。このようなＢＰＦを開示した文献として、例えば、特開平５−３３５８０９号公報（第１文献）、米国特許第３，５８７，００８号公報（第２文献）がある。
【０００３】
第１文献に開示されたＢＰＦは、中心周波数ｆ０１、通過帯域巾（以下、「パスバンド巾」と称する）を△Ｆ１、周波数ｆ１における減衰量をα１以上としたＢＰＦと、中心周波数ｆ０２，パスバンド巾△Ｆ２，周波数ｆ２における減衰量をα２（合成減衰量）以上とした２つのＢＰＦとを縦続結合させ（全体で３つのＢＰＦの縦続となる）、１つのＢＰＦの特性に近い特性を得るものである。また、第２文献に開示されたＢＰＦは、１つの矩形導波管の内壁にそのサイズが異なる複数の通過窓（アイリス）を設けることにより、管内に、互いに異なる特性を呈する２つのＢＰＦを形成したものである。これらの文献に開示されているＢＰＦは、いずれも、個々のＢＰＦのパスバンド巾を広くすることができるため、耐電力が確保され、且つ不要波を抑圧する減衰量もある程度確保できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１文献及び第２文献に開示された構造を基本構造とするＢＰＦは、世界規格である国際電気通信連合（ＩＴＵ）の近年の方針に照らすと、まだまだ狭帯域性としては十分なものとはいえない。また、このような構造のＢＰＦでは、パスバンド巾のエッジ部分を使用することになるため、ピーク電力に対する耐電力が、ＢＰＦ単体の中心周波数で使用するときよりも１／２以下に劣化し、さらに、縦続結合するＢＰＦの組数あるいは段数が増えるにつれて挿入損失が急激に劣化してしまい、実用に供し得ないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決する方策として、円筒空胴形共振器の狭帯域性及び高電力性（ピーク電力に対する耐電力が高いこと）に着目し、これを複数縦続結合して多段円筒空胴形ＢＰＦを構成することも考えられる。しかし、円筒空胴形共振器では、パスバンド巾の中心周波数の低域と高域において必ず不要モード共振が発生する。このことを、図７を参照して具体的に説明する。
【０００６】
図７は、円筒空胴形共振器のモードチャートであり、「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＦＩＬＴＥＲＳ，ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ−ＭＡＴＣＨＩＮＧ  ＮＥＴＷＯＲＫＳ，ＡＮＤ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  のＦＩＧ．５．１１−３  ＭＯＤＥ  ＣＨＡＲＴ  ＦＯＲ  ＲＩＧＨＴ−ＣＩＲＣＵＬＡＲ−ＣＹＬＩＮＤＥＲ  ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ」に紹介されているものである。横軸は、円筒空胴形共振器の直径Ｄ［ｉｎｃｈｅｓ］と共振器軸長Ｌ［ｉｎｃｈｅｓ］との関数である（Ｄ／Ｌ）２、縦軸は、円筒空胴形共振器の共振周波数ｆ［ＧＨｚ］と円筒空胴形共振器の直径Ｄ［ｉｎｃｈｅｓ］との関数である（ｆ・Ｄ）２である。図７において、縦軸の（ｆ・Ｄ）２をある値に選ぶと、円筒空胴形共振器の直径Ｄと円筒空胴形共振器の軸長Ｌが決まる。また、円筒空胴形共振器の寸法から、各モードでの共振周波数も決まる。例えば、図７の（ｃ）に示すように縦軸の（ｆ・Ｄ）２を“２８０”に選ぶと、ＴＥ０１１モードにおける円筒空胴形共振器の直径Ｄと円筒空胴形共振器の軸長Ｌが決まる。また、円筒空胴形共振器の寸法から、他のモード、例えばＴＥ３１１モードでの共振周波数も決まる。
【０００７】
円筒空胴型共振器のＴＥ０１１モードの、高域異種共振モードには、図７に示されるようにＴＥ３１１モード等があり、低域異種共振モードには、ＴＥ２１１モード等がある。円筒空胴形共振器を多段結合してＢＰＦとする場合、異種共振モードは、ＴＥ０１１モードにおける減衰特性を著しく劣化させるため、送信機の電力増巾段においてスプリアス成分が発生すると、それがそのままアンテナから空中に放射され、外部の他のレーダシステム等に影響を与えるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を一挙に解消し得る複合形ＢＰＦを提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合形ＢＰＦは、１組又は複数組縦続結合されたＴＥ０１ｎモードＢＰＦと、１組又は複数組縦続結合されたＴＥ１０ｎモードＢＰＦとが結合部品を介して縦続結合されており、前記ＴＥ０１ｎモードＢＰＦは、所定の通過周波数帯の信号を通過させ、前記ＴＥ１０ｎモードＢＰＦは、前記通過周波数帯の高域及び低域の不要モード共振を抑圧することを特徴とするものである。
【００１０】
前記ＴＥ０１ｎモードＢＰＦは、例えば、複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなる円筒空胴形フィルタであり、前記ＴＥ１０ｎモードＢＰＦは、例えば、それぞれ所定のサセプタンスを持つアイリスやポスト等の部材によって管内に複数の共振器が形成された矩形導波管形フィルタである。
【００１１】
円筒空胴形フィルタは、より具体的には、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが９０度方向となる複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなる。あるいは、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが１８０度方向となる複数の円筒空胴形共振器を縦続結合してなる。あるいは、空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが９０度方向となる円筒空胴形共振器と１８０度方向となる円筒空胴形共振器とを縦続結合してなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜複合形ＢＰＦの構造＞
図１は、本発明の一実施形態による複合形ＢＰＦの上部外観図、図２はその側面図である。この複合形ＢＰＦは、３段縦続結合された円筒空胴形共振器、すなわち、円筒空胴の共振軸に対して電磁波の入力方向と出力方向とが互いに９０度異なる２つの円筒空胴形共振器１１と、上記の方向が互いに１８０度となる１つの円筒空胴形共振器１２とがこの順に縦続結合された（段数Ｎ＝３）ＴＥ０１１モードＢＰＦ１を初段のＢＰＦとしている。また、初段のＴＥ０１１モードＢＰＦ１の前段側に接続用導波管４を接続するとともに、その後段側に、それと同じ構造の次段のＴＥ０１１モードＢＰＦ２を接続用導波管５を介して接続し、さらに、次段のＴＥ０１１モードＢＰＦ２の後段に、接続用導波管６を介して、管内に４つの矩形導波管形共振器（Ｎ＝４）が形成されているＴＥ１０１モードＢＰＦ３を接続している。
ここでは、例えば中心周波数（ｆｏ）±２ＭＨｚをパスバンド巾とし、中心周波数（ｆｏ）±５ＭＨｚ以上の周波数帯域が減衰域となるサイズにしている。
【００１３】
ＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２の入出力開口部には、それぞれ、所定サイズの孔部が形成された結合板Ｃ１が介在しており、また、ＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２の円筒空胴形共振器間にもその中央部分に所定サイズの孔部が形成された結合板Ｃ２が介在している。
結合板Ｃ１，Ｃ２の孔部のサイズは、共振器の段数、パスバンド巾、リップル値等の選択によりサセプタンスの値に応じて決定される。
【００１４】
ＴＥ１０１モードＢＰＦ３は、例えば図３又は図４のような構造のものである。
図３の構造のＴＥ１０１モードＢＰＦ３は、「サイドアイリスタイプ矩形導波管形ＢＰＦ」と呼ばれるものであり、（ａ）の上面図、（ｂ）の側面図、（ｃ）の正面図に示されるように、矩形導波管の管内側壁から中央部に向かう誘導性のサイドアイリス３１、３２、３３によって、入力側空間と出力側空間との間に４つの空間を形成し、これにより矩形導波管形の共振器が４段結合されたＴＥ１０１モードＢＰＦ３を構成している。
【００１５】
図４の構造のＴＥ１０１モードＢＰＦ３’は、「ダブルポストタイプ矩形導波管形ＢＰＦ」と呼ばれるもので、図３のサイドアイリス３１、３２、３３に代えて、誘導性ポスト３４を設けたものである。このＴＥ１０１モードＢＰＦ３’のフィルタ特性は、図３に示した構造のものと、ほぼ同様になる。
【００１６】
＜複合形ＢＰＦの動作原理＞
次に、この実施形態による複合形ＢＰＦの動作原理を説明する。
自由空間波長λ［ｃｍ］と管内波長λｇ［ｃｍ］との関数値Ｋが「λｇ／λ｛１−（λ／λｇ）２｝」で表されるとき、ＴＥ０１ｎモードＢＰＦを構成する個々の円筒空胴形共振器のピーク電力による耐電力Ｐ０１ｎは（１）式で定まる値となり、一方、ＴＥ１０ｎモードＢＰＦを構成する矩形導波管形共振器のピーク電力に対する耐電力Ｐ１０ｎは（２）式により定まる値となる。これらの式自体は、「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＦＩＬＴＥＲＳ，ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ−ＭＡＴＣＨＩＮＧ  ＮＥＴＷＯＲＫＳ，ＡＮＤ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  のｔａｂｌｅ１５．０３−１  」に紹介されており、公知である。
【００１７】
Ｐ０１ｎ［ＭＷ］＝Ｋ・８８６・ｎ・ｗ／（ｇｋ・ω・ｆ２）・・・（１）
Ｐ１０ｎ［ＭＷ］＝Ｋ・１９８・ｎ・ｂ・ｗ／（ａ・ｇｋ・ω・ｆ２）・・・（２）
【００１８】
但し、ｆは使用周波数（ＧＨｚ）、ｎは共振器の共振次数で共振器の１／２波長の数、ｗはパスバンド巾Δｆに対するその中心周波数ｆｏの比（±Δｆ／ｆｏ）、ｇｋはフィルタのｇファクタで、段数、リップル、パスバンド巾により決まる値、ａは矩形導波管の長辺サイズ、ｂは矩形導波管の短辺サイズ［ｃｍ］、ωはエッジを規定する値（通常は”１”）である。
【００１９】
上記（１）式及び（２）式から判るように、矩形導波管形共振器は、その耐電力Ｐ１０１［ＭＷ］が円筒空胴形共振器の耐電力Ｐ０１１［ＭＷ］の約１／８となるため（共振次数ｎ＝１の場合）、これを複数段結合してＴＥ１０１モードＢＰＦとした場合に、狭帯域性を得ることは困難である。一方、円筒空胴形共振器を複数結合したＴＥ０１１モードＢＰＦは、バスバンド巾を狭くしても耐電力は非常に高くなっている。このことを示したのが、図５である。図５において、Ｎ（＝ｉ）は共振器の段数である。このように、ＴＥ１０１モードＢＰＦは狭帯域にするほど、ＴＥ０１１モードＢＰＦに比べて非常に耐電力が低くなる。
【００２０】
挿入損失の観点からは、ＴＥ０１１モードＢＰＦは、個々の円筒空胴形共振器の無負荷Ｑの値が、ＴＥ１０１モードの矩形導波管形共振器の約３〜４倍大きく、狭帯域化すれば段数が少なくてもシャープな減衰特性をもち、なお且つ、挿入損失が小さい。しかしながら、ＴＥ０１１モードＢＰＦは、前述のとおり、個々の円筒空胴形共振器において高域異種モード共振及び低域異種モード共振が必ず生じ、それが減衰特性を劣化させる大きな要因となっている。
【００２１】
これに対し、ＴＥ１０１モードＢＰＦは、挿入損失がＴＥ０１１モードＢＰＦとの比較では相対的に大きいが、ＴＥ０１１モードＢＰＦのような高域異種モード及び低域異種モード共振の問題は生じないし、パスバンド巾Δｆを広くとるように設計すれば、（２）式から明らかなように、それに比例して耐電力性を向上させることができ、挿入損失も小さくすることができる。
【００２２】
従って、ＴＥ０１１モードＢＰＦと、ＴＥ１０１モードＢＰＦとを組み合わせてこれらを縦続結合することにより、非常に狭帯域であるにも関わらず、挿入損失が少なく、且つ、高電力（ピーク電力に対する耐電力が高いこと）を確保することができ、さらに、低域異種モード共振及び高域異種モード共振の影響を殆ど除去することができる（つまり、減衰特性が広帯域にわたって良好となる）ＢＰＦを実現することができる。図１の複合形ＢＰＦは、このような原理に基づくものである。
【００２３】
このような構造の複合形ＢＰＦにおけるＴＥ０１１モードＢＰＦと、ＴＥ１０１モードＢＰＦのＳバンドでのフィルタ減衰特性の実測図を図６（ａ）に示す。図６（ａ）の実線は、３段結合の円筒空胴形共振器を有するＴＥ０１１モードＢＰＦを２組縦続したときの特性例、破線は４段結合の矩形導波管形共振器を有する１組のＴＥ１０１モードＢＰＦの特性例を示している。図中、ＴＥ２１１、ＴＥ３１１、ＴＭ２１０、ＴＥ２１２、ＴＭ１１２とあるのは、パスバンド巾の中心周波数ｆｏに対する不要モードである。
これに対して、図６（ａ）に示したＴＥ０１１モードＢＰＦとＴＥ１０１モードＢＰＦとを縦続結合した複合形ＢＰＦのフィルタ減衰特性の実測図を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）から判るように、本実施形態の複合形ＢＰＦでは、狭帯域特性で、且つ、低域側、高域側の異種共振モードを除去することができる。
【００２４】
以上、本発明の特徴点を実施形態により説明したが、本発明の範囲は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。
例えば、本実施形態は、３段結合の円筒空胴形共振器を有する２組のＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２と、４段結合の矩形導波管形共振器を有する１組のＴＥ１０１モードＢＰＦ３とを結合部品を介して縦続結合した複合形ＢＰＦの例を説明したが、各ＢＰＦ１、２、３における共振器の段数及び各ＢＰＦ１、２、３の組数は任意であってよい。耐電力と共振器の段数の関係では、共振器の段数が多くなるにつれてパスバンド（通過帯域）以外の帯域での減衰量は大きくなるが、耐電力は低下し、挿入損失は増加する傾向があるので、出来る限り共振器の段数を少なくし、ＢＰＦの組数の方を増やすなどして、最適なフィルタ特性を得るようにすることが望ましい。
【００２５】
本実施形態ではまた、３段結合の円筒空胴形共振器を有するＴＥ０１１モードＢＰＦ１、２において、共振軸線に対して電磁波の入力方向と出力方向とが９０度異なる９０度結合タイプの円筒空胴形共振器１１を２つ縦続結合するとともにその後段に１８０度結合タイプの円筒空胴形共振器１２を縦続結合させた場合の例を示したが、これらの円筒空胴形共振器１１、１２の組合せは任意であってもよい。９０度結合タイプの２つの円筒空胴形共振器１１のみでＴＥ０１１モードＢＰＦを構成することもできるし、複数の１８０度結合タイプの円筒空胴形共振器１２のみでＴＥ０１１モードＢＰＦを構成することもできる。相対的には、９０度結合タイプの円筒空胴形共振器１１の方が、不要モード、特にＴＥ３１１モードに対する影響が緩和され、中心周波数ｆｏに対する減衰特性の対称性に優れることが確認されている。
【００２６】
本実施形態ではまた、ＴＥ０１１モードＢＰＦ１を入力側のＢＰＦとし、ＴＥ１０１モードＢＰＦ３を出力側とした場合の例を示したが、そのどちらが入力側、出力側となってもよい。
さらに、本実施形態では、共振器の共振次数ｎが１の場合の例を示したが、１以外の共振次数ｎの場合にも、同様に、本発明の原理は適用できるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非常に狭帯域であるにも関わらず、挿入損失が少なく、且つ、高電力を確保することができ、さらに、低域及び高域の不要モードの影響をも除去する複合形ＢＰＦを提供することができる。国際電気通信連合（ＩＴＵ）の方針に沿って、今後、レーダ等のスプリアス放射の規格はますます厳しくなる方向であり、その規格に適合できるようなフィルタが望まれているが、本発明の複合形ＢＰＦは、まさに、その方針に沿ったフィルタの一つになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による複合形ＢＰＦの上部外観図。
【図２】この実施形態による複合形ＢＰＦの側面図。
【図３】ＴＥ１０１モードＢＰＦの一例となるサイドアイリスタイプ矩形導波管形ＢＰＦの構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。
【図４】ＴＥ１０１モードＢＰＦの一例となるダブルポストタイプ矩形導波管形ＢＰＦの構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。
【図５】ＴＥ１０１モードＢＰＦとＴＥ０１１モードＢＰＦの耐電力−パスバンド巾関係図。
【図６】（ａ）はＴＥ０１１モードＢＰＦとＴＥ１０１モードＢＰＦのＳバンドでのフィルタ減衰特性の実測図、（ｂ）は複合形ＢＰＦのフィルタ減衰特性の実測図。
【図７】円筒空胴形共振器のモードチャート。
【符号の説明】
１、２      ＴＥ０１１モードＢＰＦ
３、３’    ＴＥ１０１モードＢＰＦ
４、５、６  接続用導波管
１１        ９０度結合タイプ円筒空胴形共振器
１２      １８０度結合タイプ円筒空胴形共振器
３１、３２、３３        サイドアイリス
３４        誘導性ポスト
Ｃ１、Ｃ２  結合板
【図１】
2004328458.tif 000003
【図２】
2004328458.tif 000004
【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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