(57)【要約】【課題】  誘電体フィルタの動作帯域であるＴＥ01δモードとスプリアス帯域であるＴＥ11δモードとの分離を大きくとることが可能で、かつ、パルスレーダ装置のような高電力のマイクロ波で使用しても放電などの不具合を生じない構造のフィルタを提供する。【解決手段】  金属壁面で囲まれる空胴３が形成され、その空胴３の内部に誘電体共振器４が設けられると共に、空胴３の入出力側にそれぞれ入力導波管１および出力導波管２が接続されることにより、誘電体フィルタが形成されている。この入力導波管１および出力導波管２と空胴３との接合部が、入力導波管１および出力導波管２の一端部が、空胴と重複して接合し、この重複した接合部の断面形状が、相互に相手方との共通部分とそれ以外の部分を有するように形成されている。【選択図】        図１
2005269297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属壁面で囲まれる空胴と、該空胴の入出力側にそれぞれ接続される入力導波管および出力導波管と、前記空胴内に設けられる誘電体共振器とを有し、前記入力導波管および出力導波管の一端部を、前記誘電体共振器の近傍に配置し、前記空胴と重複して接合し、該重複した接合部の断面形状が、相互に相手方との共通部分とそれ以外の部分を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記空胴が直方体形状または円筒形状に形成され、前記入力導波管および出力導波管が矩形導波管で形成され、前記入力導波管の一端部および前記出力導波管の一端部が、それぞれ前記空胴の端部に重複して接合することを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記空胴が直方体形状に形成され、前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔に対応する前記空胴の幅が前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔より大きく、かつ、前記入力導波管および出力導波管の幅狭面の間隔に対応する前記空胴の幅が前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔より小さいことを特徴とする請求項２記載のフィルタ。
【請求項４】
前記誘電体共振器の一面と対向して、回転軸に対して軸対称でない形状の金属板が設けられ、該金属板の回転軸の周りへの回転により前記誘電体共振器との間隔を可変させることにより共振周波数を調整し得るように前記金属板を取り付けたことを特徴とする請求項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、空胴内に誘電体共振器を設けた構造のフィルタに関する。さらに詳しくは、入出力用に導波管を用いた高電力のマイクロ波、ミリ波帯での使用に好適なフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空胴内に誘電体共振器を設置した構造のフィルタとしては、たとえば図５に示されるような構造のフィルタが知られている。すなわち、入力導波管１１と出力導波管１２との間に、空胴１３が接続され、その空胴１３内に誘電体共振器１４が設けられている（たとえば特許文献１参照）。この空胴は、一般に、接続される導波管の開口面より小さい開口面に形成されて接続されている。また、フィルタの動作周波数帯域、すなわち誘電体共振器の共振モードの一つであるＴＥ01δモードの共振周波数の近傍に、他の共振モードであるＴＥ11δモードのスプリアス帯域が存在し、誘電体共振器１個のみでは減衰特性を急峻にすることが困難であるため、必要な減衰特性を得るためには、図５に３個の例で示されるように、誘電体共振器１４を複数個使用する必要がある。そのため、動作周波数を大きく変化させる必要のある場合には、複数個の誘電体共振器の共振周波数を瞬時に調整することは不可能であるので、動作周波数を変化させねばならないような用途には、図５に示す構造のフィルタは使用できなかった。
【０００３】
また、空胴１３の断面が入力および出力の導波管１１、１２の断面より小さな断面を有する構造にし、その空胴１３内に誘電体共振器１４を配置する理由は、動作周波数帯域近傍のマイクロ波を、充分に遮断できるようにすると共に、誘電体共振器１４の共振モードのみを通過可能な寸法とするためである。動作周波数帯域は、誘電体共振器１４の共振モードの共振周波数であるので、動作周波数帯域で良好な通過特性を得るためには、入力および出力の導波管１１、１２を伝送するマイクロ波と誘電体共振器１４の共振モードとを充分に結合する必要がある。そのためには、入力および出力の導波管１１、１２の端面は誘電体共振器１４のごく近傍に接近させることが必要となっている。
【０００４】
また、フィルタとしては、図６に示されるように、入力および出力の導波管に代えて、入出力用に同軸線路を用いた構造のものも知られている。すなわち、図６において、空胴１３および誘電体共振器１４は、図５に示される例と同じであるが、その両端部には入力同軸ケーブル１５、出力同軸ケーブル１６が接続され、それぞれの同軸ケーブルの内導体が結合プローブ１７として空胴１３両端部のキャビティと結合するように、その先端がキャビティ内に挿入されている（たとえば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−９５０２号公報（図３）
【特許文献２】特開２００３−１１０３０４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、入出力導波管１１、１２を伝送するマイクロ波と誘電体共振器１４の共振モードとを充分に結合するため、入出力導波管１１、１２と誘電体共振器１４とを接近して配置することが必要となるが、それにより、ＴＥ11δモードのスプリアス帯域が動作帯域のごく近傍に生じることに加えて、遮断周波数帯域での減衰が充分に取れないという問題を露呈している。また、同軸線路の入出力をもつフィルタでは、同軸線路の外導体と内導体との間の耐電力が低いため、パルスレーダ装置などで用いられるような高電力のマイクロ波で使用した場合、放電を生じるなどの不具合があり、低電力のマイクロ波を扱う装置にしか使用できないという問題がある。
【０００６】
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、誘電体フィルタの動作帯域であるＴＥ01δモードとスプリアス帯域であるＴＥ11δモードとの分離を大きくとることが可能で、かつ、パルスレーダ装置のような高電力のマイクロ波で使用しても放電などの不具合を生じない構造の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】
【０００７】
本発明者は、従来の入出力導波管に誘電体共振器を接続したフィルタの動作帯域であるＴＥ01δモードとスプリアス帯域であるＴＥ11δモードとの分離を大きくとれない原因について鋭意検討を重ねて調べた結果、従来のフィルタ構造は、入出力導波管と接続する空胴の寸法を誘電体共振器の寸法に近づけて、比較的小さい寸法にしていることが、誘電体共振器の共振モードで、動作周波数のＴＥ01δモードとスプリアス帯域となるＴＥ11δモードとの分離を充分にできない要因であり、誘電体共振器を設ける空胴を比較的大きい寸法とし、入力導波管および出力導波管を誘電体共振器の近傍で接続する構造にすることにより、１個の誘電体共振器でも動作周波数帯域とスプリアス帯域の分離を充分にとることができることを見出した。
【０００８】
本願請求項１に係る発明は、金属壁面で囲まれる空胴と、該空胴の入出力側にそれぞれ接続される入力導波管および出力導波管と、前記空胴内に設けられる誘電体共振器とを有し、前記入力導波管および出力導波管の一端部を、前記誘電体共振器の近傍に配置し、前記空胴と重複して接合し、該重複した接合部の断面形状が、相互に相手方との共通部分とそれ以外の部分を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１のフィルタにおいて、前記空胴が直方体形状または円筒形状に形成され、前記入力導波管および出力導波管が矩形導波管で形成され、前記入力導波管の一端部および前記出力導波管の一端部が、それぞれ前記空胴の端部に重複して接合することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２のフィルタにおいて、前記空胴が直方体形状に形成され、前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔に対応する前記空胴の幅が前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔より大きく、かつ、前記入力導波管および出力導波管の幅狭面の間隔に対応する前記空胴の幅が前記入力導波管および出力導波管の幅広面の間隔より小さいことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１のフィルタにおいて、前記誘電体共振器の一面と対向して、回転軸に対して軸対称でない形状の金属板が設けられ、該金属板の回転軸の周りへの回転により前記誘電体共振器との間隔を可変させることにより共振周波数を調整し得るように前記金属板を取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成にすることにより、誘電体共振器を設ける空胴を大きくして、入出力導波管と誘電体共振器の近傍で接続しているため、入出力導波管と誘電体共振器との結合を十分にとることが可能となり、挿入損失を悪化させることがなく、さらに空胴を大きくとることによって、誘電体共振器のスプリアス帯域であるＴＥ11δモードにおいては空胴壁面との間の容量を小さくし共振周波数を上げ、動作帯域であるＴＥ01δモードにおいてはインダクタンスを大きくし共振周波数を下げるように作用する。このような作用によって、ＴＥ01δモードと、スプリアス帯域であるＴＥ11δモードとの分離を充分にとることができる。そのため、良好な通過特性が得られ、かつ、遮断帯域での減衰量を大きくとることができ、誘電体共振器１個で充分に減衰特性を急峻にすることができる。その結果、必要なフィルタ特性を得ることができ、その用途が広がり、誘電体フィルタを周波数可変の用
途にも利用することができるようになる。
【００１３】
また、誘電体フィルタを周波数可変とする場合、誘電体共振器と金属壁面との間隔を可変可能とすることで、動作周波数を変化させることができる。この場合、回転軸に対して軸対称でない形状の周波数調整板を誘電体共振器近傍に取り付けることにより、周波数調整板の回転により誘電体共振器と周波数調整板との間隔を変化させることが可能となる。その結果、回転軸の固定を容易に確実に行うことができ、外部からの振動や衝撃に耐える構造が容易に実現可能であり、また、回転させる駆動系の構造も非常に簡単で、しかもビスで調整する場合、周波数が変化しすぎないように突込みのストッパーを設けるなどの複雑な構成を必要とするが、調整板の回転で行うことにより、一方向のモータの回転だけで、所定の範囲の周波数を自由に可変することができるという効果がある。
【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斜視図および分解図が示されるように、金属壁面で囲まれる空胴３が形成され、その空胴３の内部に誘電体共振器４が設けられると共に、空胴３の入出力側にそれぞれ入力導波管１および出力導波管２が接続されることにより、誘電体フィルタが形成されている。本発明では、この入力導波管１および出力導波管２と空胴３との接合部が、入力導波管１および出力導波管２の一端が、空胴３と重複して接合し、この重複した接合部の断面形状が、相互に相手方との共通部分とそれ以外の部分を有するように接合すると共に、入力導波管１および出力導波管２の一端が、誘電体共振器４に接近して配置される。たとえば図１に示される入出力導波管１、２が矩形導波管で、空胴３が方形状の例では、接続部における空胴３の少なくとも一壁面の一辺ｂ３が、入出力導波管１、２との接合部における一壁面に対応する壁面の一辺ｂ１（平行な面で同じ方向の辺）よりも大きく形成され、その直交方向の間隔は空胴３の間隔が入出力導波管１、２の対応する間隔より狭く形成されている。
【００１５】
図１に示される例では、（ｂ）に分解図が示されるように、導波管を筐体５と筐体６とに２分割して、それぞれの筐体５、６に空胴３を構成する凹部を形成し、一方の筐体５に形成される空胴３を構成する凹部の中心部にスペーサ４ａを介して誘電体共振器４を設置し、他方の筐体６を被せてネジ７で固定することにより、筐体５、６に形成された凹部により入出力導波管１、２および空胴３が形成され、内部に誘電体共振器４が設けられた空胴３の両端部に入出力導波管１、２が接続されたフィルタが構成されている。
【００１６】
この入出力導波管１、２と空胴３との関係は、図２にキャビティ（導波管や空胴内の空間）のみを取り出した模式図でそれぞれのキャビティを分解した図とフィルタに組み立てた状態の図とで示されるような構成になる。すなわち、入出力導波管１、２の幅広面の間隔（幅狭面の幅）ｂ１よりも広い幅ｂ３で、入出力導波管１、２の幅狭面の間隔（幅広面の幅）ａ１より狭い幅ａ３の空胴３に形成され、図２（ｂ）に示されるように、入力導波管１および出力導波管２がそれぞれ空胴３内に食い込むような形状に形成されている。
【００１７】
その結果、入力導波管１が空胴３の面Ａ、面Ｂ、および面Ｃの３面で空胴３と接続される構造になっている。出力導波管２は、同様に、空胴３の面Ａ、面Ｂ、および面Ｄの３面で空胴３と接続される構造になっている。このような構成にされることにより、入出力導波管１、２が空胴３内に食い込んだ結果、入出力導波管１、２の先端部は空胴３の一部としても作用し、空胴３はａ方向の寸法も大きくなったことになり、空胴３がａ方向の寸法およびｂ方向の寸法共に従来よりも大きくなりながら、空胴３の中に設けられている誘電体共振器４のごく近傍まで、入力導波管１および出力導波管２が延びてきていることと等価となり、それぞれの入出力導波管１、２を伝送するマイクロ波が誘電体共振器４と充分に結合し、動作周波数帯域で良好な伝送特性が得られる。
【００１８】
前述の入力導波管１および出力導波管２は、伝送するマイクロ波の波長に応じた寸法でその幅広面および幅狭面が形成される。また、導波管１、２の幅狭面の幅ｂ１に対応する空胴３の幅ｂ３の寸法は、動作周波数の概略１／２程度に大きくできる。また、幅広面ａ１に対応する空胴の幅ａ３を小さくするのは、動作周波数帯域近傍のマイクロ波を充分に遮断するためであり、その小さくする割合は、従来と同様に、少なくとも動作周波数の波長の１／２以下で、十分な遮断特性を得るためには波長の１／４以下になるように形成される。
【００１９】
この構成のフィルタでは、動作周波数帯域は誘電体共振器４がＴＥ01δモードで共振する周波数である。誘電体共振器４には、その他に動作周波数帯近傍の減衰特性を悪化させるスプリアス帯域としてＴＥ11δモードの共振が存在する。これら誘電体共振器４の共振モードは空胴３と誘電体共振器４、スペーサ４ａを含んだ空間全体で、その共振周波数が決定される。したがって、本実施例の構造によって、入出力導波管１、２と誘電体共振器４との距離を変えることなく、空胴３の寸法をＴＥ01δモードとＴＥ11δモードの共振周波数の分離が充分に取れるような寸法に設定することが可能となり、減衰特性も良好なフィルタが得られる。
【００２０】
図３は、本発明によるフィルタの他の実施形態を示す図２（ｂ）と同様の図である。図３に示される例では、入力導波管１、出力導波管２の誘電体共振器４との結合側の先端部を幅の狭い導波管として、誘電体共振器４の入力インピーダンスと、入出力導波管１、２の特性インピーダンスとの中間の特性インピーダンスを持つインピーダンス変換器１ａ、２ａとしているものである。このインピーダンス変換器１ａ、２ａが、前述のように３面で空胴３と接続されている。すなわち、インピーダンス変換器１ａの幅狭面の幅ｂ１ａより、空胴３の対応する幅ｂ３ａを大きくすることにより、インピーダンス変換器１ａの先端部が空胴３内に食い込むように接続されている。出力導波管２側も同様である。その結果、入出力導波管１、２の接続部（インピーダンス変換器１ａ、２ａの先端部）を充分に誘電体共振器４のごく近傍まで近づけたことと等価となり、それぞれの入出力導波管１、２を伝送するマイクロ波が誘電体共振器４と充分に結合し、インピーダンス変換器１ａ、１ｂによって誘電体共振器４のインピーダンスと入出力導波管１、２の整合をとり、動作周波数帯域で良好な伝送特性が得られる。
【００２１】
この場合、動作周波数帯域のごく近傍にスプリアス帯域が生じないように寸法ｂ３ａを決定すれば良く、そのためには空胴３の幅ｂ３ａはインピーダンス変換器１ａ、１ｂの対応する幅ｂ１ａより大きければよく、入出力導波管１、２の対応する幅ｂ１より大きくなくても構わない。
【００２２】
このような構造にすることにより、入出力導波管１、２と誘電体共振器４とのインピーダンスマッチングをより広帯域にとりながら、動作周波数帯域であるＴＥ01δモードとスプリアス帯域となるＴＥ11δモードとの分離を充分に行なうことができ、１個の誘電体共振器で、遮断帯域での減衰量を充分に大きくとることができる。
【００２３】
本発明のように、１個の誘電体共振器で充分に減衰特性を得ることができるため、１個の誘電体共振器の共振周波数を変化させることにより、誘電体フィルタの動作周波数を調整することができる。図４は、本発明の誘電体フィルタの動作周波数を調整する機構の一実施形態を示す図である。すなわち、前述のように、筐体５の凹部にスペーサ４ａを介して設けられた誘電体共振器４の表面側に、金属円板からなる周波数調整板８が、その側面を誘電体共振器４と対向させて、周波数調整板８に固定された回転軸８ａにより取り付けられている。回転軸８ａは、金属円板の中心から偏心した位置に固定されると共に、回転し得るように図示しない筐体などに取り付けられている。その結果、図４（ａ）〜（ｃ）
にそれぞれ正面図と側面図とで回転角度を変えたときの周波数調整板８と誘電体共振器４との位置関係が示されるように、回転軸８ａの回転角度により周波数調整板８の側面と誘電体共振器４との距離が変って共振周波数を変えることができる。
【００２４】
すなわち、金属板が誘電体共振器４に近づくと誘電体共振器４の動作周波数帯であるＴＥ01δ共振モードの高周波磁界を押しつぶすように働き、共振周波数、すなわち動作周波数を高くする作用をする。図４（ａ）の状態は金属円板からなる周波数調整板８と誘電体共振器４との間隔が最も近い状態で、ＴＥ01δモードの高周波磁界を最も押しつぶすことになるので、共振周波数が最も高くなり、図４（ｃ）の状態では周波数調整板８と誘電体共振器４との間隔が最も離れて動作周波数帯が最も低くなり、図４（ｂ）の状態ではその中間の動作周波数帯にすることができる。このように、誘電体共振器４のＴＥ01δモードの高周波磁界を押え込む大きさを、回転軸８ａの回転位置によって変化させることができ、容易に誘電体フィルタの動作周波数を可変にすることができる。
【００２５】
しかも、この周波数調整板８は、回転軸８ａの回転によりその位置を調整することができるため、ビスの突込み長を変えるように軸方向の移動を伴うことなく一方向だけの回転で誘電体共振器４との間隔を可変することができる。そのため、非常に簡単な機構で、設計が容易であると共に、軸方向の動きがないためモータなどにより自動的に可変することもできる。さらに、ネジなどによる移動ではないため、非常に安定した微調整をすることができ、正確に動作周波数に合せることができると共に、ビスの場合ストッパーがないと大幅に共振周波数を変化させ過ぎてしまう場合があり得るが、この構造にすることにより、動作周波数の最大値と最小値は周波数調整板８の形状で定まり、常にその範囲内での変化とすることができる。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、パルスレーダ装置などで用いられるような高電力のマイクロ波で使用しても放電などの問題を生じないで動作し得るように、誘電体共振器の両端に入出力導波管を用いる誘電体フィルタにおいて、入出力導波管と空胴との接合部が、入力導波管および出力導波管の一端部が、空胴と重複して接合し、この重複した接合部の断面形状が、相互に相手方との共通部分とそれ以外の部分を有するように形成されているため、動作周波数帯のＴＥ01δモードとスプリアスであるＴＥ11δモードとを完全に分離して動作周波数帯のみを通過させることができる。その結果、１個の誘電体共振器のみで遮断帯域の減衰量を充分に大きくすることができる。
【００２７】
また、１個の誘電体共振器のみで高特性のフィルタを構成することができるため、共振周波数を簡単に可変させることができ、しかも金属円板状の周波数調整板に偏心させて設けられた回転軸を回転させることにより共振周波数を可変にすることにより、ガタなどの問題を生じることなく、簡単な機構で安定的に共振周波数を可変させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるフィルタの一実施形態を示す斜視および分解の説明図である。
【図２】図１のフィルタの入出力導波管および空胴をキャビティ部分で説明する図である。
【図３】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４】本発明のフィルタに設けられる周波数調整機構の説明図である。
【図５】従来の誘電体フィルタの一例を示す説明図である。
【図６】従来の誘電体フィルタの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    入力導波管
２    出力導波管
３    空胴
４    誘電体共振器
５    筐体
６    筐体
【図１】
2005269297.tif 000003
【図２】
2005269297.tif 000004
【図３】
2005269297.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005269297.tif 000007
【図６】
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