(57)【要約】【課題】デュアルモードフィルタは空洞共振器内において、直交する２つのモードの共振周波数の違いを補正するために直交するモード間の結合ネジ以外に最低一本以上の周波数補正ネジを空洞共振器内に挿入させる必要がある。【解決手段】フィルタ特性の低損失化のために、デュアルモードフィルタは空洞共振器内において、直交する２つのモードの共振周波数の違いを補正するために出入口結合孔に３ａ、３ｂに円形に凹部、凸部もしくはその両方を設け、周波数補正ネジ６ａ，６ｂのない構造とした。また、フィルタ特性を容易に得られるように、直交するモードの結合を分離するために、デュアルモード空洞共振器間を結合する中央結合孔４について、水平方向の電界ｎ２を伝搬させるためにその中央部に垂直方向に幅広面を有する細長の結合孔を設け、垂直方向の電界ｎ１を伝搬させるためにその両脇に水平方向に幅広面を有する細長の結合孔を２つ設けた構造にした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力導波管と、直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器と、上記デュアルモード空洞共振器の隔壁のほぼ中央部に設けられた入出力結合孔を介して結合させ、直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器間を十字形の中央結合孔を介して結合したデュアルモードフィルタにおいて、
上記デュアルモード空洞共振器の入出力結合孔に、孔の断面が円形あるいは楕円形状を有して構成される結合孔を設けたことを特徴とするデュアルモードフィルタ。
【請求項２】
上記入出力結合孔の断面が、円形あるいは楕円形を基準形として基準形の一部に凹形もしくは凸形あるいはその両方の形状を合成して成る結合孔を設けたことを特徴とする請求項１記載のデュアルモードフィルタ。
【請求項３】
凸形は垂直方向で、凹形は水平方向で合成して成る結合孔を設けたことを特徴とする請求項２記載のデュアルモードフィルタ。
【請求項４】
直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器間の中央結合孔の形状について、中央部に垂直方向に幅広面を有する細長の結合孔を設け、その両脇に水平方向に幅広面を有する細長の結合孔を２つ設けた中央結合孔を用いた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。
【請求項５】
上記中央結合孔の形状について細長い楕円形の結合孔の形状のもの、もしくは中央部に円形の結合孔とその上下に直行する２つのモードの一方向に幅広面を有する細長い楕円形の結合孔を設けた中央結合孔を有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は主としてマイクロ波及びミリ波帯で使用される導波管形空洞共振器を用いたデュアルモードフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、円筒形空洞共振器を用いたデュアルモードフィルタについては、地上マイクロ波設備や衛星搭載用を主として広く用いられている。その構成に関しては様々なものがあげられている。
デュアルモードフィルタの構成の一例として、直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器と、それらの隔壁の中央部に設けられた細長の入出力結合孔を介して結合させ、直交する２つのモードで共振する空洞共振器間を十字形の中央結合孔を介して結合した構成が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ．，ｖｏｌ．ＭＴＴ−１８，  ｎｏ１２，  ｐｐ１１０９−１１１３，ｐｐ１１１０  Ｆｉｇ．２．  Ｄｅｃ．  １９７０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
デュアルモードフィルタは空洞共振器内において、直交する２つのモードの共振周波数の違いを補正するために直交するモード間の結合ネジ以外に最低一本以上の周波数補正ネジ６ａ，６ｂを空洞共振器内に挿入させる必要がある。空洞共振器へのネジ挿入は空洞共振器内の通過損失を大きくさせる要因となる問題があった。
【０００５】
また、中央結合孔において、直交する２つのモードを隣接する空洞共振器に中央結合孔を介して結合させる必要があるが、十字型結合孔もしくは楕円形結合孔を用いて結合を得ると、直交するモード共振間の結合量の混在が発生し、フィルタとしての特性を得にくい問題があり、調整ネジで周波数を調整する必要があり、調整時間に苦労していた。
【０００６】
この発明は上記のよう課題を解決し、空洞共振器内の通過損失が低損失かつ試験調整時間が短縮できるデュアルモードフィルタを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のデュアルモードフィルタは、入出力導波管と、直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器と、上記デュアルモード空洞共振器の隔壁のほぼ中央部に設けられた入出力結合孔を介して結合させ、直交する２つのモードで共振するデュアルモード空洞共振器間を十字形の中央結合孔を介して結合したデュアルモードフィルタにおいて、上記デュアルモード空洞共振器の入出力結合孔に、円形あるいは楕円形の結合孔を設けたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１によるデュアルモードフィルタの構成を示しており、図２は入出力結合孔３ａ、３ｂの形状を示している。
この実施の形態１に係るデュアルモードフィルタは、方形導波管とデュアルモード空洞共振器の入出力結合孔において、円形に凹部、凸部、あるいはその両方を持った結合孔を設けたものである。
【０００９】
入出力方形導波管１ａの幅広面より入力された電界Ｅ１有する方形ＴＥ１０モード波は入出力結合孔３ａを介して、電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波で円筒形空洞共振器２ａと結合し、円筒ＴＥ１１３で共振する。この電界Ｅ１を有する円筒ＴＥ１１モード波は４５度の角度をなして設けられた結合量調整ネジ５ａの効果により、直交モードである電界ｎ２と結合する。
【００１０】
さらに十字結合孔４を介して直交する電界ｎ１、ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波は、それぞれ隣接する円筒形空洞共振器２ｂ内の直交モードである電界ｎ３、ｎ４を有する円筒ＴＥ１１モード波と結合する。また、同時に円筒ＴＥ１１モード波を有する電界ｎ３は−４５度の角度をなして設けられた結合ネジ５ｂの効果により、直交モードであるｎ４と結合する。電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波は入出力結合孔３ｂを介して入出力方形導波管１ｂの電界Ｅ２をもつ方形ＴＥ１０モード波と結合し、出力として取り出される。
【００１１】
直交する共振モード電界ｎ１による共振周波数ｆ１とｎ２による共振周波数ｆ２、及び電界ｎ３による共振周波数ｆ３とｎ４による共振周波数ｆ４とする。このとき、結合孔の大きさにより結合量が変り、各ｆ１〜ｆ４は入出力結合孔と中央結合孔を介すが結合孔の大きさが違うため、結合量に差が生じ共振周波数ｆ１とｆ２及びｆ３とｆ４に差ができることは周知のことである。
【００１２】
いま入出力結合孔における電界Ｅ１からｎ１への結合量をＭ１、電界Ｅ１からｎ２への結合量をＭ２、電界ｎ２から電界ｎ３への結合量をＭ３、及び電界ｎ１からｎ４への結合量をＭ４とする。ここで、入出力方形導波管１ａへの入力波が入出力方形導波管１ｂに取り出されるためには、円筒形空洞共振器２ａ、２ｂの直交するモードを全て同一周波数で共振するようｆ１＝ｆ２及びｆ３＝ｆ４となるように補正する必要がある。ただし、共振周波数ｆ１は結合量Ｍ１とＭ３、共振周波数ｆ２は結合量Ｍ２とＭ４によって決定される。
【００１３】
従来は直交するモードに対して、周波数補正ネジ６ａ，６ｂを平行な方向に挿入し、円筒形空洞共振器２ａ、２ｂの直交するモードを全て同一周波数で共振するように補正を行っている。しかし、円筒形空洞共振器へのネジの挿入は周知の通り、フィルタの特性において損失を増大させる。
【００１４】
直交する２つのモードの共振周波数が一致するように、電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波が円形凸型結合孔、円形凹型結合孔を介して、方形導波管の幅狭い面に伝搬して、電界ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波の共振周波数と同じになる。ただし、方形導波管の幅狭い面に伝搬したものは導波管の遮断周波数により、殆ど伝搬せずに円筒形空洞共振器２ａへ反射される。
【００１５】
ここで、入出力方形導波管１ｂ、円筒形空洞共振器２ｂ及びで生じる動作も左右対称であることから同様である。
【００１６】
周波数補正ネジ６ａ，６ｂを用いないで、直交する２つのモードの共振周波数がｆ１＝ｆ２及びｆ３＝ｆ４になれば、より低損失なデュアルモードフィルタが実現できる。中央結合孔の結合量の関係は一般にＭ３＞Ｍ４もしくはＭ４＝０である。従来の入出力結合孔は細長の場合Ｍ２の結合量は零でありＭ１のみとなる、円形の場合Ｍ１＝Ｍ２であり、楕円の場合は水平方向に幅広の場合Ｍ１＞＞Ｍ２、垂直方向に幅広の場合Ｍ２＞＞Ｍ１となる。
【００１７】
ここで、共振周波数がｆ１＝ｆ２及びｆ３＝ｆ４と一致するためには、直交する結合量（Ｍ１＋Ｍ３）＝（Ｍ２＋Ｍ４）となれば良い。ただし、所望のフィルタの伝達特性を満たす上で、Ｍ１、Ｍ３及びＭ４は伝達特性を決定する定数とすると、その結合量は一定である。
【００１８】
上記に挙げた従来の結合孔では（Ｍ１＋Ｍ３）＝（Ｍ２＋Ｍ４）の等式を実現できない。そこで、結合量Ｍ２を可変することが出来れば、（Ｍ１＋Ｍ３）＝（Ｍ２＋Ｍ４）の等式を満足できる。結合量Ｍ２は入出力結合孔の垂直方向の幅によって決定される。
【００１９】
図２は実施の形態１における入出力結合孔を説明するための図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）は従来の円形を基準にした入出力結合孔を示す図であり、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）は従来の楕円を基準にした入出力結合孔を示す図である。
なお、図２（ａ）、図２（ｄ）は円形もしくは楕円形の基準形に凸型を設けた結合孔７であり、図２（ｂ）、図２（ｅ）は円形もしくは楕円形の基準形に凹型を設けた結合孔８であり、図２（ｃ）、図２（ｆ）は円形もしくは楕円形の基準形に凸型及び凹型の両方を設けた結合孔９である。
【００２０】
従来の入出力結合孔に対して、結合量Ｍ２は入出力結合孔の垂直方向の幅によって決定されるので、円形もしくは楕円形の基準形状に対してＭ２を増大するために凸型を設けたものが結合孔７である。また、結合量Ｍ１は入出力結合孔の水平方向の幅によって決定されるので、円形もしくは楕円形の基準形状に対してＭ１を減少するために凹型を設けたものが結合孔８である。
【００２１】
なお、円形もしくは楕円形の基準形状に対して、Ｍ２を増大するために垂直方向に凸型をＭ１を減少するために水平方向に凹型の形状を合わせて設けたものが結合孔９である。
【００２２】
これにより、直交する２つのモードの共振周波数がｆ１＝ｆ２及びｆ３＝ｆ４にすることが可能となり、周波数補正ネジ６ａ，６ｂを挿入することなく、より低損失なデュアルモードフィルタが実現できる。
【００２３】
また、本動作は円筒ＴＥ１１３モード共振について説明したが、他の共振モードであるＴＥ１１Ｎ（Ｎ＝１，２，３・・・）にも適用できることは言うまでもない。
【００２４】
また、中央結合孔の形状に関しては細長形、楕円形でも本実施形態を適用できることは周知の通りである。
【００２５】
実施の形態２．
図３は実施の形態２によるデュアルモードフィルタの構成を示しており、図４は中央結合孔４の形状を示したものである。
図３（ａ）は入出力結合孔が楕円の結合孔のものであり、図３（ｂ）は入出力結合孔が細長の結合孔のものである。
【００２６】
この実施の形態２に係るデュアルモードフィルタは、周波数補正ネジ６ａ、６ｂを持つ従来の形態と実施の形態１に対して、デュアルモード空洞共振器間を結合する中央結合孔４について、その中央部に垂直方向に幅広面を有する細長の結合孔１０を設け、その両脇に水平方向に幅広面を有する細長の結合孔１１を２つ設けた構造にしたものである。
【００２７】
直交する２つのモードを隣接する空洞共振器に中央結合孔４を介して結合させる場合において、最適な結合が得られるよう設計を行う必要がある。従来、中央結合孔４に十字形もしくは楕円形の結合孔を用いられているのは周知の通りだが、円筒形空洞共振器２ａに存在する電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波が同一の結合孔を介して、円筒形空洞共振器２ａへ伝搬する。
【００２８】
したがって、円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波と円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ３を有する円筒ＴＥ１１モード波の結合を所望値となるよう最適な大きさに変更した場合、結合孔が同一故に、円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波と円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ４を有する円筒ＴＥ１１モード波の結合にも影響が生じ、フィルタの特性が得にくい問題があった。
【００２９】
大結合孔１０及び小結合孔１１のように細長い結合孔を用いた場合、電界ベクトルは幅広面に対して垂直方向にしか存在しない。よって、結合孔の幅広面に対して垂直な方向の電界成分のみしか結合がおこらない。
【００３０】
これは、円筒形空洞共振器２ａに存在する電界ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波は中央結合孔の垂直方向にある大結合孔１０を介して、電界ｎ３を有するＴＥ１１モード波で円筒形空洞共振器２ｂと結合する。
【００３１】
また、円筒形空洞共振器２ａに存在する電界ｎ１を有するＴＥ１１モード波は大結合孔１０の両脇にある小結合孔１１を介して、電界ｎ４を有するＴＥ１１モード波で円筒形空洞共振器２ｂと結合する。したがって、両者を独立に設計できる。また両者間の結合による特性劣化も抑圧することができる。
【００３２】
この実施形態によれば、円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ２を有する円筒ＴＥ１１モード波と円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ３を有する円筒ＴＥ１１モード波の結合と円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ１を有する円筒ＴＥ１１モード波と円筒ＴＥ１１モード波と電界ｎ４を有する円筒ＴＥ１１モード波の結合を互いに影響を受けることなく、結合の大きさを設計可能である。
【００３３】
また、本実施形態はデュアルモード共振の共振周波数が異なる一方の周波数補正ネジ６ａ，６ｂを用いなくても、実施の形態１を適用できることは言うまでもない。
【００３４】
また、本動作は円筒ＴＥ１１３モード共振について説明したが、他の共振モードであるＴＥ１１Ｎ（Ｎ＝１，２，３・・・）にも適用できることは言うまでもない。
【００３５】
また、本実実施形態は有極伝達関数を実現する中央結合孔を有するデュアルモードフィルタについて説明したが、中央結合孔の配置により他の伝達関数を実現できることは言うまでもない。
【００３６】
実施の形態３．
図４は実施の形態２によるデュアルモードフィルタの構成を示しており、中央結合孔４の形状を示したものである。
【００３７】
実施の形態２において記載した中央結合孔４について、中央結合孔４は最も電流が集中するため、特に中央結合孔４のエッジ付近に電流が集中する。この電流の集中は損失を招くこととなる。そこで結合孔大１２と結合孔小１３を細長い楕円形にすることによって、結合孔の周りに存在する電流成分がエッジに集中せず分散され、矩形状に比べ通過損失を小さくするデュアルモードフィルタを実現できる。
【００３８】
また、本実施形態は実施の形態１を適用できることは言うまでもない。
【００３９】
この実施の形態２に係るデュアルモードフィルタは、実施の形態２において、中央結合孔に関して３つの結合孔の形状を細長い楕円形にしたものである。
【００４０】
実施の形態２において記載した中央結合孔について、結合孔大１２と結合孔小１３を細長い楕円形にすることによって、更なる低損失なデュアルモードフィルタを実現できる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明のデュアルモードフィルタは、以上述べたように、低損失化と調整ネジによる周波数の調整作業が無くなり期間短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるデュアルモードフィルタを説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態１における入出力結合孔を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２におけるデュアルモードフィルタを説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２における中央結合孔を説明するための図である。
【符号の説明】
１  入出力方形導波管、  ２  円筒形空洞共振器、  ３  入出力結合孔、  ４中央結合孔、  ５  結合量調整ネジ、  ６  周波数補正ネジ、  ７  結合孔、８  結合孔、  ９  結合孔、１０  大結合孔、  １１  小結合孔、  １２  結合孔大、  １３  結合孔小。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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