(57)【要約】【課題】  大電力用に使用するような場合でも、放電や電磁波漏れなどが生じない構造の通過帯域中心周波数の調整を行い得る構造のフィルタを提供する。【解決手段】  空胴共振器１０の一壁面１に少なくとも１つの可動金属壁４が設けられ、その可動金属壁４を支持する支持体５の一端部５ｂが空胴共振器１０の一壁面１から空胴共振器１の外に導出され、支持体５の一端部側５ｂにその支持体５を移動する移動手段７が設けられることにより通過帯域中心周波数を可変し得る構造になっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空胴共振器により所望の周波数帯域を通過させ、不要の周波数帯域を阻止するフィルタにおいて、前記空胴共振器の一壁面に少なくとも１つの可動金属壁が設けられ、該可動金属壁を支持する支持体の一端部が前記空胴共振器の一壁面から前記空胴共振器の外に導出され、該支持体の一端部側に該支持体を移動する移動手段が設けられることにより通過帯域中心周波数を可変し得る構造のフィルタ。
【請求項２】
前記移動手段が、温度変化による前記通過帯域中心周波数の変化を補償するように、該温度変化に伴って自動的に前記可動金属壁の位置を変化させる手段である請求項１記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の周波数帯を通過し、不要な周波数帯を阻止するマイクロ波やミリ波用などの空胴共振器を用いたフィルタに関する。さらに詳しくは、放電などのトラブルを抑制しながら、通過帯域中心周波数を調整する手段が設けられた構造のフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空胴共振器を用いた帯域通過フィルタとして、図８に概念図で示される構造のものが知られている。これは、矩形導波管３１に窓部材３２を挿入した構造で、窓部材３２が誘導性の共振窓（リアクタンス素子）として作用し、この共振窓が管軸方向に沿って複数組、所定の間隔で配置されている。この長手方向に隣接する２つの共振窓と矩形導波管３１の管壁で囲まれた空間により空胴共振器が構成され、この長手方向に隣接する共振窓の間隔、共振窓の大きさ（一対の窓部材の間隔）などにより所望の帯域特性が得られるように、窓部材３２が設けられている。図８に示される例では、３段の空胴共振器が接続されたものである。なお、図８において、３３は通過帯域中心周波数調整用のスタブである。このように複数の空胴共振器を接続してフィルタを構成することで、１個の空胴共振器でフィルタを構成するのに比べて、阻止帯域の減衰量を急激に、すなわち通過帯域に近い阻止周波数において大きな減衰量が得られるフィルタを構成することが可能である（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このような空胴共振器は、前述のように、長手方向に隣接する共振窓の間隔、共振窓の大きさ、空胴を構成する導波管の幅や高さなどによりその共振周波数（通過帯域中心周波数）が変り、製造時のバラツキを補正したり、動作中の温度変化またはフィルタを含む回路が設置される環境温度などによりその通過帯域中心周波数を調整する必要が生じる場合がある。製造時のバラツキなどによる通過帯域中心周波数の調整は、図８のスタブ３３の空胴内への挿入長を変えることにより行われ、動作などの温度変化による通過帯域中心周波数の調整には、たとえば図９または図１０に示されるように、温度変化に応じて自動的にスタブ３３の挿入長を可変にする構成のものが知られている。
【０００４】
図９に示される構造は、導波管３５の一壁面（空胴壁）から、バイメタル３６に固定されたスタブ３３の先端部が空胴共振器３７内に挿入されたものである（たとえば特許文献２参照）。この構造で、常温で所望の通過帯域中心周波数になるようにスタブ３３の挿入長を調整しておけば、導波管の温度が上昇した場合、たとえば導波管が金属などの温度上昇により膨張する部材からなる場合には、バイメタル３６が外側に反るように形成しておくことにより、スタブ３３が空胴共振器３７から引き出されて対向面との容量が小さくなり、温度が上昇することにより空胴共振器３７を構成する部材が熱膨張により膨張して通過帯域中心周波数を下げる作用を、打ち消すように機能するものである。
【０００５】
また、図１０に示される構造は、熱膨張係数の大きい材料または形状記憶合金などの、温度変化に対して、導波管の熱膨張より大きい一定の変化量を有する駆動材３８を介してスタブ３３を固定することにより、温度変化による帯域中心周波数の変化を補償する構造のものである（たとえば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３０６０３号公報
【特許文献２】特開平８−１４８９０３号公報（図１）
【特許文献３】特開平９−２７５３０４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、空胴共振器を利用する導波管型のフィルタでは、通過帯域中心周波数の調整をするのに、導波管の幅広面の中心部から空胴内にスタブを挿入し、その挿入長を調整することにより行われ、また、温度変化による通過帯域中心周波数の変化を補償する場合も、そのスタブの挿入長を温度変化に応じて自動的に変化させることにより行う方法が用いられている。しかしながら、このスタブの挿入は、挿入長の変化に対して通過帯域中心周波数の変化が一番顕著である導波管の幅広面の中心部に挿入することにより行われている。そのため、スタブの挿入されるところは導波管の電界が一番大きいところになり、スタブの先端で放電を起こしやすいという問題がある。しかも、このスタブの先端は尖ったり、ネジなどで突起状に形成されるため電界が集中し、放電を起こしやすく、とくにフィルタの遮断周波数特性を急峻にした場合、つまりＱの高い状態では電界がより集中するために耐電力特性が低下するという問題がある。
【０００７】
一方、レーダ装置などで、２ｋＷ〜１００ｋＷに及ぶ大電力用に用いられるフィルタでは、スタブの先端部で放電しやすいのみならず、図９や図１０に示されるようなスタブを温度変化と共に自動的に摺動させるためには、導波管壁とスタブとの間に隙間を形成する必要があり、その隙間で放電を起こしやすく、大電力で放電を起こすと導波管内壁面を破損するという問題がある。さらに、このような隙間があると、その隙間から電磁波が漏れ、周囲の電気機器などにノイズなどの問題を及ぼすと共に、挿入損失が増大するという問題もある。しかし、レーダ装置に用いられる場合、使用環境は−３０℃程度の低温から１００℃以上の高温にまで及ぶ。たとえばＸバンドで図８に示される構造のフィルタでは、図１１に示されるように、−５０〜−３００ｋＨｚ／℃の負の温度特性を有している。なお、図１１に示される２つの特性の差は、フィルタの材質の膨張係数の相違に基づくものである。このような負の温度特性を有するフィルタを、前述のような温度の異なる場所で使用する場合には、−６.５〜−３９ＭＨｚも変動することになり、帯域中心周波数の変化によるフィルタ特性の低下を避けることができず、自動的な温度補償手段を設けることは不可欠である。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、大電力用に使用するような場合でも、放電や電磁波漏れなどが生じない構造で、通過帯域中心周波数の調整を行い得る構造のフィルタを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、温度変化が生じても、通過帯域中心周波数の変動を補償し得る構造のフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるフィルタは、空胴共振器により所望の周波数帯域を通過させ、不要の周波数帯域を阻止するフィルタにおいて、前記空胴共振器の一壁面に少なくとも１つの可動金属壁が設けられ、該可動金属壁を支持する支持体の一端部が前記空胴共振器の一壁面から前記空胴共振器の外に導出され、該支持体の一端部側に該支持体を移動する移動手段が設けられることにより通過帯域中心周波数を可変し得る構造になっている。
【００１１】
ここに可動金属壁を支持する支持体とは、可動金属壁と支持体とが固着されている場合のみならず、固着されないで支持体が回転しながら可動金属壁を支持する場合の両方を含む意味である。固着されない場合、可動金属壁にある程度の弾力性を有し、支持体の挿入長が小さくなった場合には、可動金属壁の弾力性により可動金属壁が支持体の先端部に戻って接触するように形成される。また、可動金属壁の金属壁とは、完全な金属板である必要はなく、空胴側に金属面があればよく、たとえば樹脂板などの一面に金属蒸着や金属メッキを施したものも含む意味である。さらに、移動手段とは、空胴共振器の一壁面に対して支持体を相対的に移動し得るように支持体を固定する手段を意味する。
【００１２】
前記移動手段が、温度変化による前記通過帯域中心周波数の変化を補償するように、該温度変化に伴って自動的に前記可動金属壁の位置を変化させる手段にすることにより、温度変化に対しても、自動的に通過帯域中心周波数を調整することができるため好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフィルタによれば、凸部があっても板状の金属壁を移動させることにより、通過帯域中心周波数を調整しているため、電界の強いところで金属壁が移動しても、また、大電力であっても、尖った部分が無く放電することはない。しかも、移動する金属壁を支持する支持体は、金属壁に関して空胴の外側に存在するため、電磁波に晒されることはなく、空胴の一壁面との間に摺動のための隙間があっても、電磁波が漏れたり隙間で放電したりすることが全く生じない。しかも、金属壁が移動するため、広い範囲での移動となり、僅かな変化に対しても、比較的大きく周波数調整をすることができ、温度変化による周波数変化に対しても、充分に補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、図面を参照しながら本発明のフィルタについて説明をする。本発明によるフィルタは、図１（ａ）〜（ｂ）にその一実施形態の周波数調整手段部分の断面説明図および一部破断斜視説明図が示されるように、空胴共振器１０の一壁面１に少なくとも１つの可動金属壁４が設けられ、その可動金属壁４を支持する支持体５の一端部５ｂが空胴共振器１０の一壁面１から空胴共振器１０の外に導出され、支持体５の一端部側５ｂにその支持体５を移動する移動手段７が設けられることにより通過帯域中心周波数を可変し得る構造になっている。
【００１５】
空胴共振器１０は、図１に示される例では、図８に示されるような導波管に設けられた窓部材と導波管とにより形成された導波管型共振器になっているが、導波管型に限定されるものではなく、共振器構造になっていればよい。図１に示される例では、所定の間隔で設けられる窓部材が省略された構造が示されている。また、図１（ｂ）は、可動金属壁４の凸部４ａを分りやすくするため、図１（ａ）の上下を逆転して、支持体５の部分が下側になる図で示されているが、共振器１０の一壁面１は、導波管の幅広面の一方になっている。図示されていない窓部材は、前述の図８で説明したように、軸方向（電磁波の伝播方向）に隣接する窓部材の間隔、一対の窓部材の間隔などにより共振周波数が変り、所望の通過帯域中心周波数になるように設計される。また、窓部材は、図８に示されるような、導波管の幅広面の両端部から中心側に延びる構造には限定されず、一端部側だけに設けられる構造でもよく、また、幅広面の間隔を狭くする構造などでもよく、要は所望の中心周波数を通過させる共振器に形成されればよい。
【００１６】
このような導波管と窓部材は、たとえばアルミニウムやその合金などの金属材料を用いて、一壁面１側を開放した構造でダイカストなどにより製造して可動金属壁４を接合した一壁面１を接合することができるし、引抜きなどにより形成した導波管に窓部材および可動金属壁４を形成することもできる。
【００１７】
可動金属壁４は、可撓性で弾力性のあるものが、変形しやすいと共に、復元力があるため好ましいが、たとえば導波管と同じアルミニウムなどの金属板でも、その厚さを１ｍｍ程度以下と薄くすることにより、可撓性をもたせることができる。また、金属板に限らず、樹脂板などの一面に金属蒸着や金属メッキを施したものでも、空胴側に金属箔側が向くようにすれば、同様に可動金属壁として用いることができるが、熱膨張係数の小さい材料の方が好ましい。弾力性のあるものを用いることにより、後述する支持体５と可動金属壁４とを接着しておかなくても、支持体５を引っ込めた場合に可動金属壁４も自動的に支持体５に接触するまで戻るため好ましい。
【００１８】
また、可動金属壁４の変形量が大きい場合には、図１（ｂ）に示されるように、予め凸状部４ａを形成しておくことにより、変形させない状態で共振器内に突出させておくことができ、空胴の中心部に近くなるため、僅かな変形量に対しても大きく周波数の調整をすることができる。このような凸状部４ａを形成しても、ビスなどのスタブの挿入と異なり、一壁面１に対して垂直に切り立つものではなく、滑らかな凸状部となるため、放電などは起こりにくく、さらに周波数の変化量を大きくすることができる。さらに、図１に示される例では、空胴共振器１０の一壁面１のほぼ全面に可動金属壁４が貼り付けられているが、全面でなくても、支持体５を被覆していればその近傍に設けられていればよい。
【００１９】
支持体５は、先端部５ａが可動金属壁４の裏面側と接触し、一端部５ｂが共振器の外側に導出されている。支持体５の先端部５ａと可動金属壁４とは接着されて固定されていてもよく、図１に示される例のように、支持体５が可動金属壁４に接触しながら滑動するようにし、たとえばネジなどで支持体５が回転し得るように構成することもできる。この支持体５は、空胴共振器１０の一壁面１の貫通孔１ａ内を摺動し得るように挿入されている。支持体５の一端部５ｂ側には、支持体５を貫通孔１ａ内で摺動させながら移動させる移動手段７が設けられている。
【００２０】
移動手段７は、一壁面に対して支持体を相対的に移動し得るように支持体を固定する手段を意味し、図１に示される例では、ナット７ａが一壁面１の外面に固定されたものからなり、ビスで構成された支持体５を回転させることにより支持体５を垂直方向に移動させる構造の例で示されている。この構造の場合、可動金属壁４に弾力性のあるものを使用し、支持体５が引っ込んだ場合に、可動金属壁４はその弾力性により支持体５の先端部５ａ側に戻って先端部５ａに接触するような構造にする必要がある。すなわち、支持体５を回転させることにより、その挿入長が変り、それに伴い可動金属壁４を移動させる構造になっている。しかし、移動手段７はこのような構造に限られず、たとえば支持手段５と可動金属壁４とを接着固定しておいて、ナットを上下方向に移動させないようにしながらナットを回転させることにより支持手段５を上下に移動させてもよいし、支持体５にネジを用いないで、機械的に上下動し得る構成にするなど、支持体５を保持しながら上下方向に移動させることができる手段を用いることができる。
【００２１】
本発明によれば、可動金属壁４を移動させることにより、通過周波数帯域の中心周波数の調整を行っているため、空胴共振器の中にスタブを挿入してその挿入長を変化させる構造とは異なり、共振器空胴の壁面が移動する構造になる。そのため、スタブの挿入のように尖った部分が共振器内に挿入されて局部的に電界を乱すことがなく、大電力用のフィルタにしても、放電を起こしにくく、非常に安定した高特性のフィルタが得られる。しかも、この可動金属壁４の移動手段としては、従来と同様にビスとナットの簡単な構成でも行うことができ、非常に簡単に周波数特性を調整することができる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、空胴共振器１０の一壁面１と支持体との間に摺動のための隙間が形成されていても、この支持体５は可動金属壁４の外側で、電気的に共振器から隔離されているため、その隙間で放電が生じたり、電磁波の一部が隙間から漏れたり、一壁面に設けられる貫通孔により高周波電流が阻止されて挿入損失が増えたりするということも生じない。換言すると、共振器の一壁面としては、導波管壁ではなく可動金属壁４により構成され、可動金属壁４には貫通孔もスリットも何もないため、共振器壁面を流れる電流に対して遮断するものがなくなり、挿入損失を大幅に減らすことができる。
【００２３】
図２は、温度の変化により自動的に可動金属壁４が移動するように、移動手段７を構成した例を示す図１と同様の説明図である。すなわち、図２に示される例は、導波管（共振空胴）の一壁面を、導波管の他の壁面よりも熱膨張係数の大きい伸縮部材７ｂにより形成することにより移動手段７とし、支持体５の先端部５ａは可動金属壁４の裏側に接着固定し、他端部５ｂは伸縮部材７ｂの外面に接着固定される構造にしたものである。伸縮部材７ｂとしては熱膨張係数が大きく、かつ、可動金属壁４よりも剛性のあるものであればよく、可動金属壁４が一壁面の全面に設けられていれば、非金属でも構わない。伸縮部材７ｂとしては、たとえば熱膨張係数の大きいテフロン（登録商標）などを用いることができる。なお、この伸縮部材７ｂは、共振空胴１の温度係数が予め分っているため、その熱膨張係数と厚さなどを調整することにより、共振空胴の温度による周波数の変化を相殺するように形成することができる。
【００２４】
図２に示されるような構造にすることにより、マグネトロンなどの動作により発生する熱の伝導によりフィルタの温度が上昇したり、温度の高い雰囲気で使用される場合など、フィルタの温度が上昇すると、共振器全体が熱膨張により均等に大きくなり、共振周波数が下がり、通過帯域中心周波数も低下する。しかし、温度が上昇すると、伸縮部材７ｂは共振器の膨張よりもさらに大きく膨張するため、伸縮部材７ｂの外面に固定されている支持体５は外方に引っ張られる。その結果、支持体５は共振器から引き出される方向に動き、それにつれて可動金属壁４も外側に引っ張られる。その結果、可動金属壁４の凸状部と対向面との間に形成される容量は小さくなり、共振周波数（通過帯域中心周波数）は高くなる。すなわち、温度上昇により通過帯域中心周波数を低下させる作用を補償する動作をすることになる。
【００２５】
図３は、図２の変形例を示す図２と同様の断面説明図である。すなわち、図３では共振器１０は図１に示される例と同様に導波管で形成されると共に一壁面１の内面に可動金属壁４が設けられ、かつ、その一壁面１の外側に円筒状の伸縮部材７ｃが設けられ、その伸縮部材７ｃの貫通孔７１および一壁面１に形成された貫通孔１ａを介して支持体５の一端部５ｂ側が共振器１０の外に導出され、その一端部５ｂが伸縮部材７ｃの外面に接着固定されることにより、移動手段７が形成されている。支持体５の先端部５ａは、前述の図２に示される例と同様に、可動金属壁４の裏面に接着固定されている。
【００２６】
このような構造にしても、前述の図２に示される構造と同様に、温度が変化すると、空胴共振器１０の温度変化による変形以上に伸縮部材７ｃの変化が大きく、空胴共振器１０の温度変化による通過帯域中心周波数の変化に対して伸縮部材７ｃの温度変化による変形により可動金属壁４が移動してその周波数変化を相殺することができる。すなわち、この図３に示される例は、伸縮部材７ｃを設けるところが異なるだけで、原理的には図２に示される例と同じであるが、この例によれば、伸縮部材７ｃが共振器の一壁面を構成する必要がないため、大きさや形状などの制約はなく、可動金属壁４よりも剛性があり、熱膨張係数が大きいという観点からのみ材料を選択することができる。さらに、円筒部の長さを長くすることにより、より敏感に周波数を補正することができる。この場合も、温度による変化量が共振器の共振周波数の変化量とほぼ一致するようにその変形量が調整されている。
【００２７】
前述の図２および図３に示される例は、温度補償による周波数調整の例として示されているが、製造時のバラツキによる周波数調整をしながら温度補償による周波数調整を行うことができることは言うまでもない。その例が図４に示されている。すなわち、図４に示される例は、図１と図３の構造を合体した構造で、図３の伸縮部材７ｃの上面にナット７ａを固定して支持体５をビスで構成したものである。この構造にすることにより、たとえば室温で支持体５の挿入長を調整することにより、所望の周波数が通過帯域中心周波数になるように調整しておくことにより、その後に温度が変化した場合にはその温度変化に応じて伸縮部材７ｃが伸縮して通過帯域中心周波数の変化を補償し、所望の通過帯域中心周波数を通過させ、他の周波数帯を阻止するフィルタとして機能する。
【００２８】
図５に示される例は、温度補償をする移動手段のさらに他の例を示す前述の各例と同様の図である。すなわち、図２〜４に示される例では、温度変化に伴って伸縮する伸縮部材により支持体５を移動させたが、図５に示される例は、バイメタルを用いた例である。図５において、７ｄが移動手段７として用いられているバイメタルで、温度が上昇すると図で上側に伸び、温度が下がると図で下側に縮むように温度係数の異なる部材が接合された円弧状のバイメタル７ｄの上面に支持体５の一端部５ｂが固定されている。その結果、温度の変化に応じてバイメタル７ｄの反りが変化し、それに伴って支持体５が上下し、可動金属壁４の壁面が移動する。この場合も、温度による変化量が共振器の共振周波数の変化量とほぼ一致するようにその変形量が調整されている。なお、図５において、図３と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。さらに、この場合でも、図４に示されるように、温度補償以外の調整用の移動手段を併用することができることは言うまでもない。
【００２９】
図１に示される構造のフィルタの周波数に対する挿入損失Ａを測定した結果を、図８に示される構造のフィルタで通過帯域中心周波数が同じになるように形成したフィルタの挿入損失Ｂと対比して図６に示す。図６から明らかなように、従来構造のフィルタでは通過帯域における挿入損失が−０.４ｄＢであったものが、本発明のフィルタによれば、挿入損失が−０.２５ｄＢに改善されていることが分る。なお、図６において、減衰する周波数の部分では本発明による挿入損失と従来構造のフィルタによる挿入損失とは重なっている。
【００３０】
さらに、図３に示される構造のフィルタを用いて、フィルタの温度を−２０℃から１００℃まで変化させたときの通過帯域中心周波数の変化を調べた結果を図７に示す。図７から明らかなように、温度上昇に伴う周波数の変化は−２０ｋＨｚ／℃で、温度補償を行わない場合の−５０〜−３００ｋＨｚ／℃に比べて、非常に安定していることが分る。
【００３１】
以上のように、本発明によれば、周波数調整機構を、挿入損失の増大や、放電の問題を生じさせることなく設けることができ、非常に高性能なフィルタを得ることができる。その結果、大電力用に用いられるフィルタでも、温度補償をすることもでき、温度に対しても非常に安定したフィルタとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるフィルタの一実施形態を説明する図である。
【図２】本発明によるフィルタの他の実施形態を説明する図である。
【図３】図２に示される構造の変形例を示す図である。
【図４】本発明によるフィルタのさらに他の実施形態を説明する図である。
【図５】図２に示される構造の変形例を示す図である。
【図６】本発明の図１に示されるフィルタの挿入損失を従来構造のフィルタの挿入損失と対比して示す図である。
【図７】図３に示されるフィルタの温度変化に対する通過帯域中心周波数の変化を測定した結果の図である。
【図８】従来のフィルタの構成例を示す図である。
【図９】従来のフィルタの温度補償をする構成例を示す図である。
【図１０】従来のフィルタの温度補償をする他の構成例を示す図である。
【図１１】従来のフィルタによる温度変化に対する通過帯域中心周波数の変化を測定した結果の図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    一壁面
４    可動金属壁
５    支持体
７    移動手段
７ａ  ナット
７ｂ、７ｃ  伸縮部材
７ｄ  バイメタル
１０    空胴共振器
【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】
2005341491.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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