(57)【要約】      （修正有）【課題】スプリアス放射を除去するフィルタを備えたマグネトロン、レーダー装置を小型化する。【解決手段】導電性を有する柱状の内導体１と、この全周を覆う導電性の外導体２を備え、内導体１は柱の中心軸に対して所定長に亘って略平行に形成された間隙部３を有している。間隙部３の長さは、通過帯域フィルタとして用いる場合は電波の主発振モードの周波数に対応する波長の略４分の１の長さ、スプリアス放射など不要成分を除去する場合は当該成分の周波数に対応する波長の略４分の１の長さを有している。中心軸にカソード、その周りの円周上にアノードベーンが配置されるアノードからなるマグネトロンの上記カソードの中心軸に合わせて上記フィルタが配置される。レーダー装置は、上記マグネトロンとアンテナの間で電波を導波する導波管の内部に上記フィルタが配置される構成を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する柱状の内導体と、
中空部を有し該中空部に前記内導体の少なくとも一部が配置される、導電性の外導体と、
前記内導体の一端から電波が入力される電波入力部と、
を備えたフィルタであって、
前記内導体は、前記電波の進行方向に該電波と電磁界結合を生じさせる電磁界結合部を備えていることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記電波は主発振モードを含み、
前記電磁界結合部は、前記内導体の中心軸方向の長さが、前記主発振モードの波長の略４分の１である
ことを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記電波は主発振モードを含み、
前記電磁界結合部は、前記内導体の中心軸方向の長さが、前記主発振モードの波長以外の波長の略４分の１である
ことを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
導電性を有する柱状の内導体と、
中空部を有し該中空部に前記内導体の少なくとも一部が配置される、導電性の外導体と、
を備えたフィルタであって、
前記内導体は、該内導体の中心軸に対して略平行に形成された間隙部を有している
ことを特徴とするフィルタ。
【請求項５】
請求項４記載のフィルタであって、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入力される電波入力部を備え、
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記主発振モードの電波の波長の略４分の１の長さを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項６】
請求項５記載のフィルタであって、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入力される電波入力部を備え、
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記所定周波数とは異なる周波数を有する輻射電波の波長の略４分の１の長さを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項７】
前記内導体は少なくとも一部に内導体中空部を有し、
前記間隙部は前記内導体中空部と繋がるように形成されている
ことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれかの請求項に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記間隙部は、
前記内導体に対して一の方向に切り込まれた第１の間隙と、
前記中心軸に対して第１の間隙部とほぼ相対する位置で切り込まれた第２の間隙と
を含んでいることを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれかの請求項に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記内導体は、前記中心軸に沿って直列に形成された複数の間隙部を含む
ことを特徴とする請求項４から請求項８までのいずれかの請求項に記載のフィルタ。
【請求項１０】
請求項４から請求項９までのいずれかの請求項に記載のフィルタであって、
前記間隙部は、「略平行」に代えて、前記中心軸から外側に向けて傾斜するように形成されていることを特徴とするフィルタ。
【請求項１１】
導電性を有する内導体と、
中空部を有し該中空部に前記内導体の少なくとも一部が配置される、導電性の外導体と、
を備えたフィルタであって、
前記内導体と前記外導体の間にあって、前記内導体と電気的に接続され前記中心軸に対して略平行な平行部
を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１２】
前記平行部は、前記内導体と電気的に接続される一端から先端に向かって前記内導体に垂直な方向の横幅が広がっていることを特徴とする請求項１１記載のフィルタ。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２記載のフィルタであって、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入力される電波入力部を備え、
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記主発振モードの電波の波長の略４分の１の長さであることを特徴とするフィルタ。
【請求項１４】
請求項１１または請求項１２記載のフィルタであって、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入力される電波入力部を備え、
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記所定周波数とは異なる周波数輻射電波の波長の略４分の１の長さを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１５】
導電性を有する柱状の内導体と、
中空部を有し該中空部に前記内導体の少なくとも一部が配置される導電性の外導体と、を有する同軸線路と、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入射される電波入射部と、前記電波を前記同軸線路に導波する導波管と、を備えたロータリジョイントであって、
前記内導体は、該内導体の中心軸に対して略平行に形成された間隙部を前記導波管の内部に有している
ことを特徴とする導波管ジョイント。
【請求項１６】
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記所定周波数とは異なる周波数の輻射電波の波長の略４分の１の長さを有する
ことを特徴とする請求項１５記載の導波管ジョイント。
【請求項１７】
前記内導体は少なくとも一部に内導体中空部を有し、
前記間隙部は前記内導体中空部と繋がるように形成されている
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６記載の導波管ジョイント。
【請求項１８】
前記間隙部は、
前記内導体に対して一の方向から切り込まれた第１の間隙と、
前記中心軸に対して第１の間隙部とほぼ相対する位置で切り込まれた第２の間隙と
を含んでいることを特徴とする請求項１５から請求項１７までのいずれかの請求項に記載の導波管ジョイント。
【請求項１９】
前記内導体は、前記中心軸に沿って直列に形成された複数の前記間隙部を含んでいる
ことを特徴とする請求項１５〜請求項１８までのいずれかの請求項に記載の導波管ジョイント。
【請求項２０】
導電性を有する柱状の内導体と、
中空部を有し該中空部に前記内導体の少なくとも一部が配置される導電性の外導体と、を有する同軸線路と、
所定周波数の主発振モードを含む電波が入射される電波入射部と、前記電波を前記同軸線路に導波する導波管と、を備えたロータリジョイントであって、
前記内導体は、前記内導体と前記外導体の間にあって、前記内導体と電気的に接続され前記中心軸に対して略平行な平行部を前記導波管の内部に有している
ことを特徴とする導波管ジョイント。
【請求項２１】
前記平行部は、前記中心軸方向に、前記所定周波数とは異なる周波数の輻射電波の波長の略４分の１の長さを有する
ことを特徴とする請求項２０記載の導波管ジョイント。
【請求項２２】
請求項１９から請求項２１までのいずれかの請求項に記載の導波管ジョイントであって、
前記導波管に対して前記同軸線路を回転可動とする回転機構
を備えていることを特徴とする導波管ジョイント。
【請求項２３】
所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させる電波発生器と、
電波を発射させるアンテナと、
請求項１５から請求項２２までのいずれかの請求項に記載の導波管ジョイントであって、前記電波発生器で発生した電波が前記電波入射部から入射され、前記導波部と前記同軸線路を介して前記アンテナに導波する導波管ジョイントと
を備えていることを特徴とするレーダー装置。
【請求項２４】
所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させる電波発生器と、
電波を発射させるアンテナと、
前記アンテナから発射された電波によるエコー信号を受信する受信部と、
請求項１５から請求項２３までのいずれかの請求項に記載の導波管ジョイントであって、前記電波発生器で発生した電波が前記電波入射部から入射され、前記導波部と前記同軸線路を介して前記アンテナに導波する導波管ジョイントと
前記電波発生器で発生した電波を前記電波入射部に導波するとともに、前記エコー信号を前記受信部に導波するサーキュレータと、
を備えていることを特徴とするレーダー装置。
【請求項２５】
内端部がそれぞれ円周上に配置された複数のアノードベーンを有するアノードと、前記円周の中心に中心軸が略一致する筒状のカソードとを有し、前記アノードと前記カソードの間に、所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させる電波発生部と、
前記内導体中心軸が前記中心軸に一致するように配置された、請求項４から請求項１４までのいずれかの請求項に記載のフィルタと、
を備えていることを特徴とするマグネトロン。
【請求項２６】
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記主発振モードの電波の波長の略４分の１の長さを有する
ことを特徴とする請求項２５記載のマグネトロン。
【請求項２７】
前記間隙部は、前記中心軸方向に、前記所定周波数とは異なる周波数の輻射電波の波長の略４分の１の長さを有する
ことを特徴とする請求項２５記載のマグネトロン。
【請求項２８】
請求項２４または請求項２６記載のマグネトロンと、
電波を発射させるアンテナと、
前記アンテナから発射された電波によるエコー信号を受信する受信部と、
前記電波発生器で発生した電波を前記電波入射部に導波するとともに、前記エコー信号を前記受信部に導波するサーキュレータと、
を備えていることを特徴とするレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタと、これを用いた導波管ジョイント、レーダー装置およびマグネトロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を発振するマグネトロンは、船舶、航空機などに適用されるレーダー装置や電子レンジなどの家庭電化品など幅広く用いられている。近年、マイクロ波を放射する装置に対して、混信やノイズの発生防止等を目的として所定の中心周波数（波長）以外の周波数で放射されるスプリアス放射に対する規制が強化されている。
【０００３】
マグネトロンは、通常?モードと呼ばれるモードを主発振モードとして発振させている。しかしながら、マグネトロンはこの?モード以外にもこれと異なる周波数で発振する共振モードを有している。
【０００４】
例えば、ベーンストラップタイプのマグネトロンにおいては、マグネトロンが放射するスプリアス成分の中で最大のものは（?−１）モードと呼ばれる成分の不要輻射である。この（?−１）モードの不要輻射は、マグネトロンの共振回路に起因しており、?モードの発振周波数に対して１．１倍程度の周波数を有する。例えば?モードが９．４???帯で発振するベーンストラップタイプのマグネトロンでは、?−１モードが１０．５???付近にあり、?モードよりも高い周波数帯となる。
【０００５】
この（π−１）モードの不要輻射のπモードに対する電力レベルの比は、−３０ｄＢｃ〜−５０ｄＢｃ程度である。しかしながら、レーダー装置においてマイクロ波を放射した際に、上記のスプリアス成分は混信やノイズ源となるため、不要輻射を除去する必要がある。そこで、スプリアス放射は抑制するためには、πモードの周波数が通過帯域で、π−１モードの周波数が阻止帯域であるフィルタが用いられる。
【０００６】
特許文献１開示のマグネトロンは、図２９に示されるように、マグネトロンの主発振モード（πモード）を通過させ、π−１モードの周波数を阻止する周波数特性を有するフィルタを備えている。特に、特許文献１記載のマグネトロンは、マグネトロンと上記フィルタを伝送線路で直接結合させた構造で、マグネトロン、伝送線路、フィルタで構成される回路系の共振周波数が、π−１モードと略一致するように伝送線路の長さが設定される構成を備えている。また、伝送線路に共振周波数の調整機構が設置され、あるいはフィルタの負荷側の伝送線路に送信出力を調整する調整機構が設置された構造を備えている。
【０００７】
マイクロ波のスプリアス成分を除去する小型のフィルタとしては、例えば、特許文献２に開示の構成が知られている。これは、図３０に示されるような、所定の長さを有する太径部と細径部とを交互に組み合わせた中心導体部を有する同軸線路からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３１７４６
【特許文献２】特開平７−２３５８０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記に示した特許文献に開示のマグネトロンでは、スプリアス放射をある程度は除去できるものの、いずれもマグネトロンとは別にある程度大掛かりなフィルタを配置する必要がある。
【００１０】
例えば、特許文献１では、図２６に示されるようにマグネトロン１から発射された電波をいったん伝送線路となる導波管２に導波させ、伝送線路の途中に配置したスプリアス成分の周波数帯域を阻止するフィルタ３でスプリアス放射を除去する。従って、おのずとフィルタを含んだマグネトロン全体が大きくなってします。また、マグネトロンから発射された電波が長い距離を導波する分だけ電力レベルの低下も招いてしまう。
【００１１】
特許文献２に開示される同軸型フィルタは、図２９に示されるように、太径部、細径部の長さがともに電波の波長λ（ラムダ）の４分の１程度を必要として、これを直列に数段配置する必要があるため、小型化できないという問題がある。
【００１２】
本発明は、特定の波長の電波を通過させ、または阻止するフィルタと、このフィルタを用いた導波管ジョイント、マグネトロンおよびレーダー装置に関する。特に、本発明は、マグネトロン等の装置の小型化を図ることができるフィルタ、および小型化と電波の電力レベルの低下を抑えることができる導波管ジョイント、マグネトロン、レーダー装置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】
【００１３】
本発明のフィルタは、導電性を有する柱状の内導体と、中空部を有しこの中空部に内導体の少なくとも一部が配置される導電性の外導体と、内導体の一端から電波が入力される電波入力部とを備え、内導体は電波の進行方向に電波と電磁界結合を生じさせる電磁界結合部を備えている。
【００１４】
電波は主発振モードを含み、電磁界結合部は、内導体の中心軸方向の長さが主発振モードの波長の略４分の１である。あるいは、電磁界結合部は、内導体の中心軸方向の長さが、主発振モードの波長以外の波長の略４分の１である。
【００１５】
本発明のフィルタは、上記電界結合部として、内導体にその中心軸に対して略平行に間隙部を形成している。
【００１６】
そして、電波が入力される電波入力部を備え、上記間隙部が内導体の中心軸方向に、電波の主発振モードの周波数に対応する波長の略４分の１の長さを有している。あるいは、間隙部を、中心軸方向に、主発振モードの周波数とは異なる周波数であって該主発振モードにおける電力レベルよりも小さく所定の値より大きい電力レベルを有する輻射電波の波長の略４分の１の長さとしている。
【００１７】
内導体は柱状であっても中空部を有する中空体であってもよい。また、間隙部は、内導体に対して一の方向に切り込まれた第１の間隙と、中心軸に対して第１の間隙部とほぼ相対する位置にある第２の間隙とを含むように構成してもよい。
【００１８】
さらに、上記フィルタは、中心軸に沿って直列に形成された複数の間隙部を含むように構成してもよい。また、間隙部は、略平行でなく、中心軸から外側に向けて傾斜するように形成されていてもよい。
【００１９】
本発明のフィルタは、導電性を有する内導体と、この内導体の全周を覆う導電性の外導体とを備えており、内導体と外導体の間にあって内導体と電気的に接続され所定長に亘って内導体に対して略平行な平行部を有する共振部を備えている。この平行部は、内導体と電気的に接続される一端から先端に向かって内導体に垂直な方向の横幅が広がっている。
【００２０】
本発明の導波管ジョイントは、導電性を有する柱状の内導体と、中空部を有しこの中空部に内導体の少なくとも一部が配置される導電性の外導体とを有する同軸線路と、主発振モードを含む電波が入射される電波入射部と、電波を導波させる導波部とを有する導波管とを備えている。内導体は、その中心軸に対して所定長に亘って略平行に形成された間隙部を導波管の内部に有している。
【００２１】
上記所定長は、主発振モードの周波数とは異なる周波数の輻射電波の波長の略４分の１の長さである。この輻射電波は主発振モードにおける電力レベルよりも小さく所定の値より大きい電力レベルを有する。導波管ジョイントは、レーダー装置において電波発生器で発生させた電波（マイクロ波）を導波管を介してアンテナに導波させる際にアンテナの回転に対応できるように、導波管に対して同軸線路を回転可動とする回転機構を備えるようにしてもよい。
【００２２】
本発明のレーダー装置は、所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させる電波発生器と、電波を発射させるアンテナと、上記導波管ジョイントを備えている。この導波管ジョイントは、電波発生器で発生した電波が電波入射部から入射され、電波を導波部と同軸線路を介してアンテナに導波する。
【００２３】
また、本発明のレーダー装置は、主発振モードを含む電波を発生させる電波発生器と、電波を発射させるアンテナと、電波によるエコー信号を受信する受信部と、上記ロータリジョイントと、電波発生器で発生した電波を電波入射部に導波するとともに、エコー信号を受信部に導波するサーキュレータとを備えている。この導波管ジョイントは、電波が電波入射部から入射され、電波を導波部と同軸線路を介してアンテナに導波する。
【００２４】
本発明のマグネトロンは、内端部がそれぞれ円周上に配置された複数のアノードベーンを有するアノードと、円周の中心に中心軸が略一致する筒状のカソードとを有し、アノードとカソードの間に電波を発生させる電波発生部と、内導体中心軸が中心軸に一致するように配置されている。ここで、所定長は、主発振モードの周波数に対応する波長の略４分の１の長さである。
【００２５】
本発明のレーダー装置は、この電波発生器と、電波発生器で発振した電波を発射するアンテナと、発射された電波によるエコー信号を受信する受信部とを備えている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のフィルタの適用により、所定の周波数の電波を通過、または阻止する装置の小型化を図ることができる。また、本発明の電波発生器、レーダー装置によれば、スプリアス放射を低減させ、しかも電波発生器、レーダー装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
なお、電波発生器としては、代表的なものとしてマグネトロンがあげられるが、電波発生の原理には制約されず本発明のフィルタを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のフィルタ内部の基本構造（第１の実施の形態）を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態の等価回路を示す図である。
【図４】電磁界結合部の長さと通過損失との関係（通過／阻止周波数特性）を示す図である。
【図５】本発明のフィルタの第２の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態の縦断面図である。
【図７】第２の実施の形態の等価回路を示す図である。
【図８】本発明のフィルタの第３の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図９】第３の実施の形態の縦断面図である。
【図１０】第３の実施の形態の等価回路を示す図である。
【図１１】本発明のフィルタの第４の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図１２】第４の実施の形態の縦断面図である。
【図１３】第４の実施の形態の等価回路を示す図である。
【図１４】本発明のフィルタの第５の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図１５】第５の実施の形態の縦断面図である。
【図１６】本発明のフィルタの第６の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図１７】第６の実施の形態の縦断面図である。
【図１８】本発明のフィルタの第７の実施の形態の内部構造を示す斜視図である。
【図１９】第７の実施の形態の縦断面図である。
【図２０】本発明の導波管ジョイント（ロータリジョイント）の第１の実施の形態の縦断面図である。
【図２１】本発明の導波管ジョイント（ロータリジョイント）の第２の実施の形態の縦断面図である。
【図２２】本発明のレーダー装置の構成を示す図である。
【図２３】本発明のマグネトロンの構造を示す縦断面図である。
【図２４】第１の実施の形態の周波数特性を示す図である。
【図２５】第３の実施の形態の周波数特性を示す図である。
【図２６】第４の実施の形態の周波数特性を示す図である。
【図２７】第７の実施の形態の周波数特性を示す図である。
【図２８】本発明の導波管ジョイント（ロータリジョイント）の導波管に入力されるマイクロ波と同軸線路から出力されるマイクロ波の周波数特性をそれぞれ示す特性図である。
【図２９】特許文献１に開示の従来のフィルタを示す図である。
【図３０】特許文献２に開示の従来のフィルタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明のフィルタを実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明のフィルタの第１の実施の形態の内部構造を示す図であり、図２はその縦断面図である。
【００３１】
本発明のフィルタは、図１および図２に示されるように、柱状の内導体１とその外周を覆う外導体２によって構成されている。いずれも導電性の物質によって構成されている。内導体１と外導体２の間は完全に空洞であってもよいし、一部に何らかの絶縁物質を介在させ残部を空隙としてもよい。また、フィルタとなる間隙部近傍も含め全部に絶縁物質を介在させてもよい。
【００３２】
ここで、内導体１は中実であって、中心軸に平行に、またはほぼ平行に形成された間隙部３を有している。この間隙部が形成されていることにより、内導体１には、内導体１の中心導体４と、内導体１の中心軸に平行な突起状導体部５が形成されることになる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態、および実施の形態では、電子レンジなどの家庭電化製品に使われるマグネトロンや、船舶その他のレーダー装置に用いられる電波発生器など広く用いられるマイクロ波を例に説明する。原理的には、電波の周波数によらずミリ波などにも適用可能である。また、以下の本発明の実施の形態における説明では、電波発生器として代表的なマグネトロンを例示して説明するが、他の原理によりマイクロ波等の電波を発生させるものでも本発明のフィルタは適用することができる。
【００３４】
図１に示す上記構成のフィルタの一端からマイクロ波が入射されると、マイクロ波は外導体２の内部を進行する。このとき、間隙部３では切込みにより中心導体４と突起状導体部５が進行方向に対してほぼ平行に配置されているため、特定の周波数のマイクロ波に対しては電磁界結合が生じるように作用する。そして、この結合が生じる周波数のマイクロ波に対してはその後の進行を阻止するように働く。この原理を利用することにより、特定の周波数のマイクロ波を選択的に阻止することができる。
【００３５】
間隙部３によって形成される中心導体４と突起状導体部５のそれぞれの形状と関係を調整することで電磁界結合を制御し、上記周波数特性を所望に設定することが可能である。阻止帯域が特定の周波数を除いて広くなるように設定し、帯域通過フィルタとすることもできる。原理的には、電磁界結合する長さ、すなわち間隙部３の中心軸方向の長さが主発振モードの電波の波長のほぼ４分の１程度であれば、理想的には当該周波数のマイクロ波の進行を阻止することができる。
【００３６】
図３は、図２に示した本発明の第１の実施の形態の形状の等価回路を表したものである。同図の先端開放並列線路は、突起状導体部５に相当する。図４は、互いに平行に配置された２枚の平板に形成された金属箔による電磁界結合の作用によるマイクロ波の周波数特性を示したものである。図４において、横軸に突起状導体５の中心導体の長さを電気長で表したもので、縦軸は反射係数を計算した結果を示している。図２における中心導体４と突起状導体部５によって構成される電磁界結合の様子を表している。
【００３７】
図４からわかるように、電気長４分の１波長において反射係数が最大となる。従って、電磁界結合部の長さをマイクロ波の特定波長の４分の１とすることにより、当該波長、すなわちそれに相当する周波数のマイクロ波の通過を阻止することができる。例えば、マグネトロンで発生させるマイクロ波のうち、主発振モードの周波数は通過させ、不要輻射となるスプリアス成分は阻止する。そのためには、その周波数に相当する波長の４分の１の長さに電磁界結合部の長さを設定すればよい。図３に示す構成では、間隙部３によって構成される突起状導体部５の長さを電波の波長の４分の１の長さにすればよい。
【００３８】
なお、間隙部３は、あらかじめ内導体１の側面の一部に凹部を設けておき、絶縁物を介して電磁界結合部となる部分をはめ込むようにしてもよいし（図示省略）、上記実施の形態で説明したような切込みにより形成してもよい。この切込みには微細加工技術を要するが、例えば、ワイヤカット放電加工などを用いることで間隙の間隔、位置等について精度よく形成することができる。
【００３９】
以上、第１の実施の形態を例にとって説明した通り、本発明のフィルタは、導電性を有する柱状の内導体１と、中空であって内部に前記内導体１が配置される導電性の外導体２とを備え、内導体１に電波の進行方向に電波と電磁界結合を生じさせる電磁界結合部を設けたことに特徴を有している。外導体２の内部に電磁界結合部を配置したことで、従来に比べ大幅に小型化することができる。また、マグネトロンなどとの物理的な結合も容易に行うことができる。
【００４０】
続いて、本発明のフィルタの他の変形例（第２〜第７の各実施の形態）について、図面を参照して説明する。
【００４１】
まず本発明のフィルタの第２の実施の形態について説明する。図５は、本発明のフィルタの第２の実施の形態の内部構造を示す図であり、図６はその縦断面図である。
【００４２】
第１の実施の形態のフィルタの内導体が内部に空間を有しない柱状であったのに対して、第２の実施の形態のフィルタは、内導体１は内部に中空部８を有する筒状（管状）のものである。内導体１が中空部８を有し、この内導体１の側面の両側に形成された間隙部３によって互いに向き合う２つの突起状導体５を形成し、両突起状導体５の間で電磁界的に結合をさせることで広帯域な周波数帯域特性を有するフィルタを実現している。
【００４３】
第２の実施の形態では、例えば、内導体１の側面から切込みを入れて間隙を形成する場合には、切込みが内導体１の中空部８に掛かる程度に深くする方が好ましい。これは、切込みにより形成される突起状導体と、中空部８を挟んで管状の内導体１の反対側側面部との間で電磁界結合を生じさせるからである。
【００４４】
なお、内導体１は図５、図６に示すように、端面まで中空部を有する筒状であってもよいし、間隙部３が形成される領域とその近傍だけ中空部を有しその他の領域は柱状であってもよい。
【００４５】
図７は、図５および図６に示した第２の実施の形態の等価回路を示している。図７は２つの突起状導体を並列接続したものの等価回路を表している。並列線路の間は電磁界結合されており、図６における突起状導体５と６の電磁界結合量に相当している。この場合、電磁界結合しない場合に比べてインピーダンスの変化を大きくすることができる。これにより、反射特性を広帯域化することができ、外乱による電磁界の乱れに対しても安定的な特性を得るようにすることができる。
【００４６】
図８は、本発明のフィルタの第３の実施の形態の内部構造を示す図であり、図９はその縦断面図である。
【００４７】
第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、柱状の内導体１に側面からの切込みによって形成された間隙部３を備えている。本実施の形態では、この間隙部３（切込み）が相対する両側面にあり、中心軸に対して両側に突起状導体部５を備えている。また切込みの向きは互いに異なっている。
【００４８】
図１０は、第３の実施の形態の等価回路を示している。２つの先端開放並列線路は、軸方向において互いに異なる方向からの切込みによって形成された突起状導体５を表している。端子１，２間を直接接続する線路は、中心導体４の部分に相当する。図１０の等価回路において、特に端子１、２間を結ぶ線路の長さを４分の１波長線路にすることで広帯域な周波数特性が実現でき、結果として安定した特性が得られるようになる。また、等価回路上では３つの４分の１波長線路が組み合わされた構成をしているが、突起状導体５を組み合わせることで全長が概ね４分の１波長で非常に小型な帯域阻止フィルタを実現することができる。
【００４９】
図１１は、本発明のフィルタの第４の実施の形態の内部構造を示す図であり、図１２はその縦断面図である。第４の実施の形態も第３の実施の形態と同様に両側からの切込みによる間隙部３によって構成される二つの電磁界結合部を備えている。本実施の形態では内導体１が中空なので、第３の実施の形態と異なり、内導体１の中心導体４は側面部しかなく、電磁界結合は二つの突起状導体部５の間で生じる。二つの突起状導体部５は距離が離れており、また中心導体がない。
【００５０】
図１３は図１０における２つの先端開放並列線路が電磁界結合した等価回路を表している。これにより、図３および図７に示した等価回路における関係と同様に、並列スタブのインピーダンスを低くすることができ、さらなる広帯域化、特性安定化が期待できる。
【００５１】
図１４は、本発明のフィルタの第５の実施の形態の内部構造を示す図であり、図１５はその縦断面図である。第３の実施の形態のフィルタが中心軸に対して相対する二つの間隙部が中心軸方向に一段であるのに対して、第５の実施の形態は、これを二段備えている。従って、電磁界結合部を同じ構成とすることで、電磁界結合を重畳的に生じさせ特性を改善することができる。
【００５２】
例えば、本発明のフィルタを阻止フィルタとして用いる場合には、所定の周波数における電力レベルをより低減させることで阻止特性を向上させることができる。なお、電磁界結合部を直列多段に配置する構成は、第５の実施の形態に示すような内導体１が稠密の構成に限らず、第２、第４や後述する第６のような内導体１が中空の構成にも適用できる。
【００５３】
図１６は、本発明のフィルタの第６の実施の形態の内部構造を示す図であり、図１７はその縦断面図である。第６の実施の形態は、切込みが内導体１の中心軸に対して傾斜させている。図１６に示される例では、間隙部３を形成する切込みは切込み口から先端に向かって内導体１の中心軸から離れるように形成されている。これにより、突起状導体部５の形状は根元から先端に向かって（切込みの先端とは逆の位置）広がるように形成されている。
【００５４】
突起状導体部５の幅は、電気的にはインピーダンスと関係があって、線幅が広いほどインピーダンスが低く、線幅が狭いほどインピーダンスは高い。突起状導体が並列接続された構造においては、インピーダンスを低くすることで周波数帯域が広く、逆にインピーダンスを高くすることで帯域が狭くなる。
【００５５】
このことから、突起状導体部５をこのような先端にいくに従って広げることにより突起状導体部５のインピーダンスが下がり、広帯域な特性が得られる。逆に、切込みを切込み口から先端に向かって中心軸に近づくようにすることで、突起状導体部５の形状は根元から先端に向かって狭くなるようにすることもできる。この場合には、特性は狭帯域になるものの、近傍周波数を通過させたい用途においては有効である。
【００５６】
図１８は、本発明のフィルタの第７の実施の形態の内部構造を示す図であり、図１９はその縦断面図である。第１から第６までの本発明の実施の形態が内導体１に切込みを入れる等によりその内部に電磁界結合部が形成されているのに対して、第７の実施の形態では内導体１の側面の外部に電磁界結合部を形成している。具体的には、内導体１側面に突起部１１を設け、この突起部１１に内導体１と導通し、側面（あるいは中心軸）に平行な部分を有するように導電性の薄膜（例えば、金属箔）１２を形成している。そして、この突起部１１表面に形成された導電性薄膜１２と内導体１の間で電磁界結合が生じるようにしている。このような構成でも同様の特性を得ることができる。
【００５７】
以上説明したように、本発明のフィルタによれば、内導体そのものを加工することにより電磁界結合部を設け、通過するマイクロ波の通過／阻止帯域を設定することができる。これをフィルタとして用いることで小型のフィルタを実現することができる。このフィルタは、例えば、同軸型フィルタとしてマグネトロンやマイクロ波導波管などの装置に一体として組み込むことが容易になる。より具体的には、内導体に設けられる電磁界結合部（フィルタ機能を発揮する部分）を外導体２から延長し導波管そのものの内部に配置すればよい。あるいは、マグネトロンのカソードと物理的に一体化してもよい。
【００５８】
次に、本発明のフィルタを導波管ジョイント、マグネトロン、レーダー装置にそれぞれ適用した構成について説明する。
【００５９】
マグネトロンなどの電波発生装置や、電波をレーダーのアンテナなどに導波するために回転機構を備えたロータリジョイントに特定周波数の電波を選択的に通過させたり、阻止するためにフィルタを配置する場合がある。このような場合でも、本発明のフィルタは、導波管と同軸線路１３の間を回転機構により回転可動とし、導波管の内部に内導体１の電磁界結合部が配置されるようにすることで全体を小型化することができる。
【００６０】
図２０は、本発明の導波管ジョイント（ロータリジョイント）の第１の実施の形態の縦断面図である。ここに示す導波管ジョイントは、後述するように、例えばレーダー装置に用いることができる。レーダー装置では、電波発生器（マグネトロン：図示省略）で発生させた電波を導波管を介してアンテナ（図示省略）に導波させ、アンテナから所定の方向へ電波を発射させ、物標空のエコー信号をアンテナで受信して物標の距離や方位を検知する。
【００６１】
図２０において、マグネトロン（図示省略）で発生させた電波は、同図の左方の導波管の電波入力部（図示省略）から入射され、導波管を伝搬し同軸線路に導波される。電波はさらに同軸線路１３を伝搬して導波管ジョイント（ロータリジョイント）２７を経由してアンテナ２８へと導波される。
【００６２】
ここで、本発明の導波管ジョイント２７では、同軸線路は、すでに説明した本発明のフィルタと同様、内導体とこれを覆う外導体を備えている。内導体１４は、導波管１６の側壁を越えて、内部にまで先端が延びている。そして、内導体１４の導波管１６内部にある先端部に、図１に示した本発明の第１の実施の形態のフィルタと同じ構成の帯域阻止フィルタ部１８を備えている。
【００６３】
帯域阻止フィルタ部１８は、マグネトロンで発生した電波のうち不要輻射電波を除去するために、フィルタ部を構成する間隙部の中心軸方向の長さ（図における上下方向の長さ）は、発振周波数ｆ０の２倍の周波数に相当する波長とほぼ同じ長さである。
【００６４】
図２１は、本発明の導波管ジョイント（ロータリジョイント）の第２の実施の形態の縦断面図である。本実施の形態では、帯域阻止フィルタ部１８として、間隙部が中心軸に沿って直列に二段配置されたフィルタが採用されている点で第１の実施の形態の構成と異なる。
【００６５】
帯域阻止フィルタ部１８の各間隙部の中心軸方向の長さは、第１の実施の形態と同様に、発振周波数ｆ０の２倍の周波数に相当する波長とほぼ同じ長さである。本実施の形態では、フィルタが直列に多段配置されている分、反射特性が向上させることができる。
【００６６】
なお、図２０、図２１両図で示した本発明の導波管ジョイントの実施の形態はいずれも電磁界結合部は、中空部を有しない稠密の内導体に形成された間隙部によるものであるが、本発明のフィルタの第２の実施の形態等中空の内導体からなるフィルタであってもよいし、内導体の側面に設けた突起状導体によっても構成することができる。また、上記フィルタ機能を有する内導体１４は、同軸線路１３の内導体１４をそのまま延伸させてもよい。また、フィルタ部を別部品の構成とし導通接続してもよい。
【００６７】
本発明の導波管ジョイントによれば、導波管を伝搬した電波を同軸線路１３に伝搬する際に、内導体１４のフィルタ部１８で所定の周波数の電波を選択的に通過／阻止させることができる。レーダー装置などに適用する場合には、主発振モードの周波数以外の周波数の不要輻射電波（スプリアス成分）を極力除去しておくことが求められる。従って、フィルタ部がスプリアス成分の周波数帯域を阻止するフィルタとして機能するように、スプリアス成分を構成する電波の波長のおおむね４分の１の長さに上記間隙部あるいは平行部の長さを設定すればよい。
【００６８】
ところで、船舶用などに適用されるレーダー装置では、３６０度全方位に対して物標検知を行う。これに対応するために、導波管１４と同軸線路１３の接合部に回転機構１９を設け、回転できるようにすることも可能である。この場合でも、内導体１４のフィルタ部１８は導波管１６内部で回転することができ、小型化への支障も生じない。
【００６９】
図２２は、本発明のレーダー装置の構成を示す図である。電波発生器２０、サーキュレータ２１、ロータリージョイント２２、アンテナ２３、および受信回路２４を備えている。電波発生器２０としては、典型的にはマグネトロンがあげられるが、これに限られない。
【００７０】
マグネトロン２０は、所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させる。マグネトロン２０で発生させた電波は、同図の左方の導波管の電波入力部（図示省略）から入射されサーキュレータ２１を経て導波管を伝搬し、同軸線路に導波される。電波はさらに同軸線路を伝搬して導波管ジョイント（ロータリジョイント）２２を経由してアンテナ２３へと導波される。アンテナ２３から出射され、物標で反射した電波はアンテナ２３で受信され、再びサーキュレータ２１を経て受信回路２４で信号処理される。
【００７１】
ここで、導波管ジョイント２２は、マグネトロン２０で発生した電波が電波入射部から入射され導波管と同軸線路を介してアンテナ２３に導波させる役割を果たす。このとき、本発明のレーダー装置では、マグネトロン２０で発生させた電波を導波管で伝搬させ、同軸線路を介してアンテナ２３に導波する際に導波管内部に配置されたフィルタで不要輻射電波を阻止する。この原理はすでに本発明の導波管ジョイントで説明した通りである。
【００７２】
次に、本発明のマグネトロンについて説明する。
【００７３】
本発明のマグネトロンは、マグネトロン自身から外部に漏れる電波を低減させる目的とマグネトロンで発生させた電波のうち、すでに説明したように、レーダー装置等に適用する場合に不要輻射電波となるスプリアス成分のみを選択的に除去する目的との双方に適用することができる。前者の目的の場合には、マグネトロンで発生させる電波の主発振モードの電波を阻止するフィルタを適用すればよい。後者の場合には、不要輻射電波を阻止するフィルタを適用すればよい。
【００７４】
図２３は、本発明のマグネトロンの構造を示す縦断面図である。図に示されるように、本発明のマグネトロンは、内端部がそれぞれ円周上に配置された複数のアノードベーン２６を有するアノード２５と、円周の中心に中心軸が略一致する筒状のカソード２７とを備えている。このアノード２５とカソード２７の間に電圧を印加することで、所定周波数の主発振モードを含む電波を発生させている。
【００７５】
本発明のマグネトロンでは、内導体中心軸がカソード２７の中心軸に一致するように配置されたフィルタを備えている。マグネトロンで発生させた電波のうち主発信周波数の電波を通過させ不要輻射を除去する目的でフィルタを配置してもよい。また、本発明のマグネトロンにおいて、主発振周波数における電波そのものの外部への漏れを防止する目的で用いることもできる。前者は、すでに説明したように、不要輻射の除去が必要なレーダー装置に有用である。他方、後者は、電子レンジなどで有用である。
【００７６】
なお、上記前者の目的を達成するのであれば、間隙部または平行部によって形成される電磁界結合部の長さを主発振モードの電波の波長の略４分の１の長さとすればよい。これに対して、後者の目的を達成するのであれば、電磁界結合部の長さを不要輻射電波の波長の略４分の１の長さとすればよい。
【実施例１】
【００７７】
次に、本発明のフィルタの実施例について説明する。
【００７８】
最初に、本発明の第１の実施の形態のフィルタの実施例について説明する。なお、構造は実施の形態の説明において参照した図面と同様であるので図示は省略する。フィルタは、内導体の径がφ（ファイ）２．７５ｍｍで、外導体の径がφ４ｍｍである。この内導体の側面に長さ７．４ｍｍに亘って中心軸に沿って切込みが形成されている。
【００７９】
このフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフを図２４に示す。横軸は入力される電波の周波数を、縦軸は散乱パラメータの反射係数Ｓ11、通過（伝送）係数Ｓ21の絶対値をデシベル表示したもので、フィルタの反射特性（Ｓ11）、および通過特性（Ｓ21）をそれぞれ示している。図からわかるように、９．４ＧＨｚ近傍において反射率が高く、通過損が小さいことから、帯域阻止フィルタとして機能している。
【００８０】
なお、この切込みによって構成される突起上導体部と外導体の距離を変える、例えば、近接させることで阻止帯域を調整することもできる。すなわち、切込みによって形成される突起上導体部の位置を調節することで、フィルタの中心帯域を微調整することも可能である。
【００８１】
次に、本発明の第３および第４の実施の形態のフィルタの実施例について説明する。
【００８２】
両実施例では、内導体の径はφ（ファイ）２．７５ｍｍで、外導体の径はφ４ｍｍ、切込みの長さは第１の実施例と同様、７．４ｍｍである。本実施例では、切込みはワイヤカット放電加工を用いたが、第４の実施の形態では内導体は管（パイプ）状であり肉厚が薄いので、エッチング加工も適用できる。
【００８３】
図２５および図２６は、第３の実施の形態と第４の実施の形態それぞれのフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。内導体が中空でなく稠密である第３の実施の形態においては、反射係数Ｓ11が１０ｄＢを満足する比帯域幅が約１２％であるのに対して、内導体を筒状にした第４の実施の形態の場合には、それより広い約２０％の帯域を有する周波数特性が得られることがわかる。言い換えると、内導体を内部に中空部を有しない金属棒のような稠密体とすると、周波数は低下しているが、その帯域幅は狭めシャープな阻止特性を得ることができる。
【００８４】
さらに、本発明の第７の実施の形態のフィルタの実施例について説明する。本実施例では、内導体の径はφ（ファイ）１ｍｍで、外導体の径はφ４ｍｍである。内導体の外周にはテフロン製リングが取り付けられている。テフロンリングは外径φ２．６ｍｍであって、内導体の外周を覆っている。４分の１波長の長さとなるように、中心軸方向に３．７５ｍｍに亘って金属箔が貼付されており、テフロン内側で内導体と接触している。
【００８５】
このフィルタの周波数特性のシミュレーション結果を図２７に示す。同図では、横軸の周波数範囲は２〜１６ＧＨｚ、縦軸はＳ１１およびＳ２１となっている。グラフから８．２ＧＨｚ近傍で帯域阻止フィルタとして機能しているのがわかる。
【００８６】
最後に、本発明の導波管ジョイントを用いた場合の電波の周波数特性について説明する。図２８は本発明の導波管ジョイントの導波管に入射されるマイクロ波と同軸線路１３から出力されるマイクロ波の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。入射される電波は中心周波数９．４ＧＨｚとその２倍周波数の１８．８GHｚで大きな出力を有するが、本発明のフィルタを１８．８ＧＨｚのみで機能するように設計することで、装置が大型化することなく２倍周波数の出力のみを大幅に低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のフィルタは、マイクロ波などの電波を発振する装置、例えばレーダー装置や電子レンジなどの家庭電化品なども含め幅広く利用可能である。また、本発明のマグネトロンは、船舶、航空機などに適用されるレーダー装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１：  内導体
２：  外導体
３：  間隙部
４：  中心導体
５：  突起状導体部
６：  第１の切込みによる間隙
７：  第２の切込みによる間隙
８：  中空部
９：  第３の切込みによる間隙
１０：  第４の切込みによる間隙
１１：  突起部
１２：  導電性薄膜
１３：  同軸線路
１４：  内導体
１５：  外導体
１６：  導波管
１７：  電波入力部
１８：  帯域阻止フィルタ部
１９：  回転機構
２０：  電波発生器（マグネトロン）
２１：  サーキュレータ
２２：  導波管ジョイント（ロータリジョイント）
２３：  アンテナ
２４：  受信回路
２５：  アノード
２６：  アノードベーン
２７：  カソード
２８：  帯域阻止フィルタ
２９：  帯域通過フィルタ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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