(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を終段増幅する回路が形成されてなる回路基板と、導波管部とが一体に取り付けられて、前記導波管部により前記回路基板から出力された送信波が導波管の伝搬モードに変換されて前記導波管部から出力されるよう構成されてなり、受信機と一体に組み込まれる送信機において、
前記導波管部は、前記受信帯域周波数を遮断周波数とするテーパー導波管に形成されてなる一方、前記導波管部の開口部に、金属フィルタ板を固着してなり、
前記金属フィルタ板は、前記導波管部の開口部と一致するフィルタ開口部に、当該フィルタ開口部の左上角から縦方向に第１の所定長、広幅辺に沿って第２の所定長に、それぞれ形成されてなる第１の調整片と、
前記第１の調整片が形成された前記角とフィルタ開口部の対角線方向で対向する角から、縦方向に第３の所定長、広幅辺に沿って第４の所定長に、それぞれ形成されてなる第２の調整片とが設けられ、
前記第１の調整片と、当該第１の調整片と対向する前記フィルタ開口部の広幅片との間に容量性の第１の窓が、
前記第２の調整片と、当該第２の調整片と対向する前記フィルタ開口部の広幅片との間に容量性の第２の窓が、
前記第１の調整片と前記第２の調整片との間に誘導性の第３の窓が、それぞれ形成せしめられ、
前記受信周波数帯域の信号の通過を阻止可能とする一方、前記受信周波数帯域外の前記送信波の低損失での通過を可能としてなることを特徴とする受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機。
【請求項２】
前記金属フィルタ板は、前記導波管部の開口部と一致するフィルタ開口部に、前記フィルタ開口部の左上角から縦方向に第５の所定長、広幅辺に沿って第６の所定長をそれぞれ有してなる窓が形成されるように所定の幅ををもって第１の調整片が設けられると共に、
前記フィルタ開口部の左上角と、前記フィルタ開口部の対角線方向で対向する角から、縦方向に第３の所定長、広幅辺に沿って第４の所定長に、それぞれ形成されてなる第２の調整片とが設けられてなることを特徴とする請求項１記載の受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送受信機が一体に組み込まれたマイクロ波帯・ミリ波帯用の通信装置における送信機に係り、特に、受信機へ与える雑音やスプリアスの抑圧機能の向上等を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、送受信機が一体に組み込まれたこの種の装置としては、例えば放送衛星や通信衛星を利用する衛星通信用の送受信アンテナシステムを挙げることができる。
かかる送受信アンテナシステムは、受信信号の増幅や周波数変換等を行う受信部の初段回路と、送信機の一部を構成して送信信号の最終増幅を行う終段回路とが、衛星通信用のパラボラアンテナやフィードホーン、接続用の導波管等と共に一体的に設けられた構成となっているものである。
かかる送受信アンテナシステムにおいては、特に、送受信が同時に行われる方式のものがあり、このようなものにあっては、送受信アンテナシステム全体の小型化の要請等から上述したような送受信回路が極接近して設けられているため、送信波帯と受信波帯とが離れていても送信波の受信回路への影響は避け難く、そのため、送信波の受信回路への影響を抑圧、防止するため工夫が従来から種々なされている。
【０００３】
このような送信波の受信回路への影響を抑圧、防止する従来の方策としては、例えば、アンテナシステムに設けられる送信機の終段回路に、送信波の受信帯域における周波数成分を減衰させるためのマイクロストリップ線路によるバンドパスフィルタやハイパスフィルタを設ける方法がある。
また、いわゆる導波管バンドパスフィルタを送信機の終段回路へ接続し、受信帯域における送信波の影響を抑圧、防止する方法もある。
さらには、上述した送信機の終段回路は、導波管同軸変換器と一体に設けられるものであるが、この導波管同軸変換器にいわゆるねじを複数設けて、リアクタンス素子型の帯域阻止フィルタを構成することも考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のマイクロストリップ線路を用いてフィルタを構成するものにあっては、受信帯域が広帯域で、かつ、送信帯域に近接するような場合には、フィルタによる送信帯域における電力損失が発生してしまい、送信レベルの補償が必要になるという問題がある。
また、新たに導波管バンドパスフィルタを取り付ける構成のものにあっては、装置の部品点数の増加と共に、装置価格の上昇を招くという問題がある。
さらに、ねじを利用しリアクタンス素子型のフィルタを構成するものにあっては、部品点数の増加に伴う装置価格の上昇に加えて、所望のフィルタ特性を得るための調整作業の必要性が生ずるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、従来に比して簡易な構成で、受信帯域における送信波によるスプリアスや雑音の発生を抑圧、防止することのできる受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機を提供するものである。
本発明の他の目的は、受信帯域が広帯域で、かつ、送信帯域に近接するような場合にあっても、低損失で、しかも、広帯域の受信帯域における送信波による雑音、スプリアス等の抑圧、防止が可能な受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的を達成するため、本発明に係る受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機は、
送信波を終段増幅する回路が形成されてなる回路基板と、導波管部とが一体に取り付けられて、前記導波管部により前記回路基板から出力された送信波が導波管の伝搬モードに変換されて前記導波管部から出力されるよう構成されてなり、受信機と一体に組み込まれる送信機において、
前記導波管部は、前記受信帯域周波数を遮断周波数とするテーパー導波管に形成されてなる一方、前記導波管部の開口部に、金属フィルタ板を固着してなり、
前記金属フィルタ板は、前記導波管部の開口部と一致するフィルタ開口部に、当該フィルタ開口部の左上角から縦方向に第１の所定長、広幅辺に沿って第２の所定長に、それぞれ形成されてなる第１の調整片と、
前記第１の調整片が形成された前記角とフィルタ開口部の対角線方向で対向する角から、縦方向に第３の所定長、広幅辺に沿って第４の所定長に、それぞれ形成されてなる第２の調整片とが設けられ、
前記第１の調整片と、当該第１の調整片と対向する前記フィルタ開口部の広幅片との間に容量性の第１の窓が、
前記第２の調整片と、当該第２の調整片と対向する前記フィルタ開口部の広幅片との間に容量性の第２の窓が、
前記第１の調整片と前記第２の調整片との間に誘導性の第３の窓が、それぞれ形成せしめられ、
前記受信周波数帯域の信号の通過を阻止可能とする一方、前記受信周波数帯域外の前記送信波の低損失での通過を可能としてなるものである。
【０００７】
上記構成においては、導波管部の開口部に所望のフィルタ特性を有する金属フィルタ板を設けるようにしたので、従来に比して簡易な構成で受信帯域における送信波によるスプリアスや雑音の発生を抑圧、防止することができることとなるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機の第１の構成例について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
この受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機は、例えば、衛星通信用の送受信アンテナシステムを構成するものとして用いられるに適したものであり、導波管部１と、この導波管部１と一体形成されてなる筐体部２と、送信用回路基板３とに大別されて構成されたものとなっている（図１参照）。なお、図１において、金属フィルタ板９及び送信用回路基板３は、模式的に表されたものとなっており、導波管部１及び筐体部２の切断面での様子を表したものではない。
【０００９】
導波管部１は、いわゆる公知・周知の同軸導波管変換器に形成されたものとなっている。すなわち、導波管部１は、電磁波の進行方向（図１の白抜き矢印方向）において一つの開口部４と短絡面５とが対向するように形成されると共に、一方の広幅面（図１において紙面表裏方向の面）の適宜な位置には、プローブ６が設けられている（図１参照）。このプローブ６は、その一端側が導波管部１の内部に位置する一方、他端側が導波管部１及び筐体部２の平面部分に取着された送信用回路基板３に形成された出力部分（図示せず）に接続されたものとなっており、送信用回路基板３からこのプローブ６に印加された送信信号は、導波管部１内の伝搬に適した伝搬モードに変換されるようになっている。
【００１０】
さらに、本発明の実施の形態における導波管部１は、その内部の一面（プローブ６が設けられた面と対向する面）が、短絡面５の位置から開口部４の近傍まで傾斜面７に形成されてハイパスフィルタとしての特性を有するテーパー導波管となっている（図１参照）。したがって、導波管部１は、水平方向（プローブ６が鉛直方向に沿うように図１を見た場合において紙面左右方向）と傾斜面７との角度θ及び垂直方向（紙面表裏方向）と側壁となす図示しない角度θ′（抜き勾配）の大きさと、プローブ６と後述する金属フィルタ板９との距離Ｌとを適宜選択することで、広帯域な減衰特性と広帯域な送信帯域通過特性を有するものとなる（具体的な特性例については後述）。
【００１１】
導波管部１の短絡面５側からは、筐体部２が開口部４とは反対方向へ延設されており、導波管部１の一部からこの筐体部２に渡って、その表面に送信用回路基板３が配設されたものとなっている（図１参照）。
送信用回路基板３は、マイクロ波（又はミリ波）の送信波を最終増幅する終段増幅回路が、マイクロ波用パワートランジスタ（又はミリ波用パワートランジスタ）８を中心にマイクロストリップ線路（図示せず）により形成されてなるものである。
【００１２】
一方、導波管部１の開口部４の周辺は、フランジ１ａとなっており、金属フィルタ板９が固着されている（図１参照）。なお、金属フィルタ板９の固着の方法としては、ねじ止めやかしめ等種々任意に選択可能であり、特定の固着方法に限定される必要はないものである。
そして、この金属フィルタ板９を挟んで、導波管部１には、図示されないフィードホーンが接続されるようになっており、導波管部１において導波管内の伝搬モードに変換された送信用回路基板３からの送信波が金属フィルタ板９を通過し、このフィードホーンを介して図示されないアンテナへ導かれるようになっている。
【００１３】
金属フィルタ板９は、例えば、その板厚ｔが大凡１ｍｍ程度の金属板を用いてなるもので、その平面形状は、図２に示されたように、導波管部１の開口部４に一致する形状、寸法に形成されてなるフィルタ開口部１０に第１の調整片１１を設けて容量性の第１の窓１３を形成し、第２の調整片１２を設けて容量性の第２の窓１４を形成すると共に、これら第１の調整片１１と第２の調整片１２との間に誘導性の第３の窓１５が形成されるようにしてなるものである。なお、図２は、金属フィルタ板９を、送信波の伝搬方向（図１において白抜き矢印参照）と反対方向から見た場合の平面形状を表したものである。また、図２において、一部点線と一部実線で表された矩形形状が、第１及び第２の調整片１１，１２を形成する前のフィルタ開口部１０の平面形状を示すものである。
そして、この発明の実施の形態において第１の調整片１１は、フィルタ開口部１０の一つの角、具体的には、左上角から縦方向（図２において紙面上下方向）、換言すれば、フィルタ開口部１０の広幅辺（図２において紙面左右方向の辺）に直交する辺に沿って第１の所定長としてａ（ｃｍ）、広幅辺に沿って第２の所定長としてｂ（ｃｍ）の長さをそれぞれ有する矩形に形成されたものとなっている。
【００１４】
また、第２の調整片１２は、上述の第１の調整片１１が形成された角とフィルタ開口部１０の対角線方向で対向する角、すなわち、フィルタ開口部１０の右下角から、縦方向に第３の所定長としてｃ（ｃｍ）、広幅辺に沿って第４の所定長としてｄ（ｃｍ）の長さをそれぞれ有する矩形に形成されたものとなっている。したがって、第１の窓１３は、その横幅（図２において紙面左右方向）がｂ（ｃｍ）であり、高さ（図２において紙面上下方向）は、仮に、フィルタ開口部１０の縦方向の長さをｆ（ｃｍ）であるとすると、（ｆ−ａ）ｃｍの大きさを有するものとなっている。
一方、第２の窓１４は、その横幅がｄ（ｃｍ）、高さは、（ｆ−ｃ）ｃｍの大きさを有するものとなっている。そして、フィルタ開口部１０の横幅を仮に、ｇ（ｃｍ）であるとすると、第３の窓１５は、その横幅が｛ｇ−（ｂ＋ｄ）｝ｃｍ、高さがｆ（ｃｍ）の大きさを有するものとなっている。
【００１５】
このような形状を有してなる金属フィルタ板９において、電磁波の伝搬方向に直交するように設けられることによって、第１の窓１３の部分は、電磁波に対して等価的に第１のコンデンサＣ１として、第２の窓１４の部分は、電磁波に対して等価的に第２のコンデンサＣ２として、第３の窓１５の部分は、電磁波に対して等価的に第１のコイルＬ１として、それぞれ作用することとなる（図３参照）。
これら第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２並びに第１のコイルＬ１は、電磁波の伝搬路に対して共に並列接続されたと等価であり、これらの値を適宜選定することで、これら第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２並びに第１のコイルＬ１の並列接続回路は、所定の周波数帯域の電磁波を低損失で通過せしめる一方、この所定の周波数帯域外の電磁波を減衰せしめるフィルタとしての機能を果たすこととなるものである。
なお、金属フィルタ板９が上述のように所望の周波数帯域に対する通過特性と、所定の周波数帯域外における減衰特性を有するようにするには、具体的には、図２に示された符号ａ〜ｄで示された各部の寸法を適宜に選択すればよい。また、この金属フィルタ板９は、打ち抜きやエッチング加工により製造するのが好適である。このような製造方法においては、比較的仕上がり寸法の精度を保ちながら安定した製造が実現できるので、安価に製造できる。そして、金属フィルタ板９のフィルタとしての特性は、寸法精度や取り付け精度で殆ど決定されるが、上述のような製造方法を用いた製造過程において、仕上がりの際の機械的な寸法精度を管理することは、同時にフィルタ特性のばらつきを管理することにもなり、極めて好都合である。
【００１６】
次に、上記構成における本発明の実施の形態における受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機の動作について説明すれば、まず、送信用回路基板３において回路に電源が印加され、送信用回路基板３の図示されない終段増幅回路において増幅された送信波は、プローブ６に印加され、終段増幅回路における伝搬モードから導波管内の伝搬に適した伝搬モードに変換されて導波管部１を金属フィルタ板９の方向へ伝搬してゆく。金属フィルタ板９に至るまでの導波管部１の内部は、テーパー導波管となっているため、この部分は、いわゆるハイパスフィルタとして作用することとなり、伝搬する送信波は、この部分で、本来の送信周波数帯域より低い周波数成分がある程度除去されることとなる。そして、金属フィルタ板９に至り、ここで、さらに送信周波数帯域外の周波数成分の除去がなされ、金属フィルタ板９を挟むように導波管部１に接続された図示されないフィードホーンへ入力されることとなる。したがって、フィードホーンへは、受信機に影響を与えるような雑音やスプリアス成分が充分に除去された送信波が入力されることとなる。
【００１７】
図５には、上記構成における受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機の導波管部１の通過特性例を示す特性線図が示されており、以下、同図について説明すれば、まず、同図において横軸は周波数（ＧＨｚ）を、縦軸は減衰量（ｄＢ）を、それぞれ示すものとなっている。また、同図において、数字の１が付された白抜きの三角形マーカと、数字の２が付された白抜きの三角形マーカとの区間は、送信周波数帯域（図５においては「Ｔｘ帯」と表記）を示す一方、数字の３が付された白抜きの三角形マーカと、数字の４が付された白抜きの三角形マーカとの区間は、受信周波数帯域（図５においては「Ｒｘ帯」と表記）を示すものとなっている。
そして、同図において実線で表された特性線は、送信用回路基板３に形成された終段増幅回路の出力端、すなわちプローブ６との接続点（図示せず）の位置から金属フィルタ板９を通過するまでに生ずる挿入損失の周波数変化を示すものである。この特性線によれば、送信周波数帯域の信号に対しては、僅かの減衰量（大凡−１〜−２ｄＢ程度）であるのに対して、受信周波数帯域の信号に対しては、充分大きな減衰量（大凡−３３〜−５２ｄＢ程度）を示し、受信機に影響を与えるような周波数成分の信号の通過が確実に阻止される一方、所望の送信波は、不要な減衰を受けることなく、導波管部１から図示されないフィードホーンへ出力されることが確認できるものとなっている。
【００１８】
また、図５において、二点鎖線で表された特性線は、送信用回路基板３に形成された終段増幅回路の出力端、すなわちプローブ６との接続点（図示せず）から金属フィルタ板９を通過する間に生ずる反射波によって金属フィルタ板９を通過する送信波に生ずる損失（反射損失）の周波数特性を示すものである。
この特性線によれば、送信周波数帯域における反射損失は、充分小さくなっており（大凡−１５〜−１８ｄＢ程度）、送信波が不要な減衰を受けることなく導波管部１から出力されることが確認できるものとなっている。
【００１９】
次に、第２の構成例について、図４を参照しつつ説明する。なお、図１及び図２に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
まず、この第２の構成例において、金属フィルタ板９Ａ以外の導波管部１（図１参照）等の他の部分は、図１に示された構成と同一であるとする。
したがって、この第２の構成例については、主に図１に示された構成と異なる金属フィルタ板９Ａの構成について説明することとする。
この第２の構成例における金属フィルタ板９Ａは、図２に示された構成の金属フィルタ板９に、さらに第４の窓１６を形成してなるものである。
すなわち、この金属フィルタ板９Ａの第１の調整片１１Ａは、フィルタ開口部１０の左上角から縦方向に第５の所定長としてａ′（ｃｍ）、広幅辺に沿って第６の所定長として（ｂ′−ｅ）ｃｍの矩形状の第４の窓１６が形成されるように幅ｅ（ｃｍ）をもって設けられたものとなっている。
なお、第２の調整片１２は、基本的な位置、形状は図２に示されたものと同一のものであり、この第２の構成例においては、高さｃ′（ｃｍ）、横幅ｄ′（ｃｍ）であるとする（図４参照）。
【００２０】
かかる形状を有してなる金属フィルタ板９Ａにおいて、第４の窓１６は、容量性及び誘導性の双方の特性を有するものとなり、したがって、この第４の窓１６の部分は、電磁波に対して等価的に第３のコンデンサＣ３と第２のコイルＬ２との並列回路として作用することとなる。
そして、この第３のコンデンサＣ３と第２のコイルＬ２の並列回路は、第１の窓１３の部分に等価的に形成される先の第１のコンデンサＣ１（図３参照）と直列接続されたと等価な状態となり、さらに、この直列回路部分に先の第１のコイルＬ１と第２のコンデンサＣ２が並列接続されたと等価なものとなる。
結局、金属フィルタ板９Ａは、第１及び第２のコイルＬ１，Ｌ２並びに第１乃至第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３の値を適宜選定することで、所定の周波数帯域の電磁波を低損失で通過せしめる一方、この所定の周波数帯域外の電磁波を減衰せしめるフィルタとしての機能を果たすこととなるのは、先の金属フィルタ板９と同様である。
そして、金属フィルタ板９Ａが上述のように所望の周波数帯域に対する通過特性と、所定の周波数帯域外における減衰特性を有するようにするには、具体的には、図４に示された符号ａ′〜ｄ′及びｅで示された各部の寸法を適宜に選択すればよい。
【００２１】
なお、上述した発明の実施の形態においては、導波管部１がテーパー導波管に形成されたものとして説明したが、特に、受信周波数帯域が広帯域で、かつ、送信周波数帯域に近接するような場合にあっては、金属フィルタ板９（９Ａ）の作用と相俟って、送信波の不要な電力損失を招くことなく、受信周波数帯域における送信波によるスプリアスや雑音の発生を充分に抑圧、防止するため、テーパー導波管とするのが好適であるが、受信帯域と送信帯域とが比較的離れている場合には、導波管部１を必ずしもテーパー導波管とする必要はなく、この場合には、通常の直線導波管として、金属フィルタ板９（９Ａ）だけでも充分である。
【００２２】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、所望のフィルタ特性を有する金属フィルタ板を導波管の出力部分に設けるようにしたので、従来と異なり、簡易な構成で、受信帯域における送信波によるスプリアスや雑音の発生を抑圧、防止することのできるという効果を奏するものである。
特に、受信周波数帯域が送信周波数帯域より低域側にあり、広帯域に及ぶ場合には、導波管部を、受信周波数帯域を遮断周波数とするハイパスフィルタ特性を有するテーパー導波管とすることで、金属フィルタ板のフィルタ特性と相俟って低損失で、しかも、受信帯域における送信波によるスプリアスや雑音の発生をより確実に抑圧、防止することができるという効果を奏するものである。
また、金属フィルタ板を用いたことにより、マイクロストリップ線路により回路基板上にフィルタを形成するものに比して、低損失で、しかも、その取り付けのために新たに大きな設置スペースを確保する必要がないので、送信機の小型化が容易となるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機の構成を示す一部断面を含む模式図である。
【図２】第１の構成例における金属フィルタ板の正面図である。
【図３】図２に示された金属フィルタ板の機能を説明する説明図である。
【図４】第２の構成例における金属フィルタ板の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態における受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機の通過特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
１…導波管部
２…筐体部
３…送信用回路基板
６…プローブ
８…マイクロ波用パワートランジスタ
９…金属フィルタ板（第１の構成例）
９Ａ…金属フィルタ板（第２の構成例）
１１…第１の調整片（第１の構成例）
１１Ａ…第１の調整片（第２の構成例）
１２…第２の調整片
１３…第１の窓
１４…第２の窓
１５…第３の窓
１６…第４の窓
【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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