(57)【要約】【課題】大電力に対しても対応することができて、不要な帯域の電磁波を除去することができる導波管フィルタを提供する。【解決手段】広壁部と狭壁部とからなる矩形導波路断面形状をなす方形導波管からなり、その中央部１６に、その導波路断面を塞ぐようにして、管軸方向に対して垂直に複数の誘電体板２４、２６、２８、３０が間隔をあけて配置され、該複数の誘電体板によって阻止帯域のＴＥm0モード（ｍ≧１）の通過を阻止するようにすると共に、中央部１６は、その狭壁部の寸法が他の部分の狭壁部の寸法よりも小さくなった導波路断面形状を有し管軸方向に所定長さを持ったカットオフ部となっており、カットオフ部は、前記阻止帯域のＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）を遮断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広壁部と狭壁部とからなる矩形導波路断面形状をなす方形導波管からなり、所定の阻止帯域の電磁波の通過を阻止する導波管フィルタであって、
導波路断面を塞ぐようにして、管軸方向に対して垂直に複数の誘電体板が間隔をあけて配置され、該複数の誘電体板で前記阻止帯域のＴＥm0モード（ｍ≧１）の通過を阻止すると共に、
狭壁部の寸法が他の部分の狭壁部の寸法よりも小さくなった導波路断面形状を有し管軸方向に所定長さを持ち、前記阻止帯域のＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）を遮断するカットオフ部が設けられることを特徴とする導波管フィルタ。
【請求項２】
前記カットオフ部におけるＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）の遮断周波数が、前記阻止帯域の上限周波数よりも高いことを特徴とする請求項１記載の導波管フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体板は３個以上配置され、その隣合う２つの誘電体板の間隔のうちの少なくともいずれか２つの間隔は異なることを特徴とする請求項１または２記載の導波管フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方形導波管回路において、不要な帯域の電磁波を除去する導波管フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な導波管フィルタとしては、コルゲート型、ワッフルアイアン型等の高調波を抑制するフィルタが知られている。
【０００３】
コルゲート型フィルタとしては、例えば特許文献１に記載され、または図９に示す構成をしており、方形導波管の上下の内面にそれぞれ、互いに接近するように突出し、管軸に直交する方向に延びる凸部が形成されており、管軸方向に隣り合う凸部同士の間に複数のコルゲート溝が周期的に形成されている。
【０００４】
また、ワッフルアイアン型フィルタとしては、例えば特許文献２または非特許文献１に記載され、または図１０に示す構成をしており、方形導波管の上下の内面に複数の四角柱状の凸部が互いに接近するように突出して形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−７８６０１号公報
【特許文献２】実開昭６１−６８５０２号公報
【非特許文献１】E.D.Sharp."A High-Power Wide-Band Waffle-Iron Filter" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (Mar. 1963), p.111-116
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のコルゲート型フィルタやワッフルアイアン型フィルタにおいては、導波管の上下の内面に形成された金属の凸部が互いに接近するために、基本モードであるＴＥ10モードの電界強度が大きくなり易い。そのためにレーダの導波管に用いられる場合のように大電力を通過させる場合には、放電が発生するという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、大電力に対しても対応することができて、不要な帯域の電磁波を除去することができる導波管フィルタを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明のうち、請求項１記載の発明は、広壁部と狭壁部とからなる矩形導波路断面形状をなす方形導波管からなり、所定の阻止帯域の電磁波の通過を阻止する導波管フィルタであって、
導波路断面を塞ぐようにして、管軸方向に対して垂直に複数の誘電体板が間隔をあけて配置され、該複数の誘電体板で前記阻止帯域のＴＥm0モード（ｍ≧１）の通過を阻止すると共に、
狭壁部の寸法が他の部分の狭壁部の寸法よりも小さくなった導波路断面形状を有し管軸方向に所定長さを持ち、前記阻止帯域のＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）を遮断するカットオフ部が設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記カットオフ部におけるＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）の遮断周波数が、前記阻止帯域の上限周波数よりも高いことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記誘電体板が３個以上配置され、その隣合う２つの誘電体板の間隔のうちの少なくともいずれか２つの間隔は異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、誘電体板を挿入することによりステップインピーダンス型ローパスフィルタを構成することにより、所定の阻止帯域のＴＥm0モードの電磁波の通過を阻止することができると共に、カットオフ部によって、ＴＥmnモード及びＴＭmnモード（ｍ≧１、ｎ≧１）の通過を遮断することができる。
【００１２】
カットオフ部の狭壁部の寸法は、放電の発生のない程度に大きくすることができ、且つカットオフ部は、管軸方向の所定長さに亘り且つ広壁部方向に亘り、寸法を均一にすることができるので、大電力通過時においても、放電の発生を抑えることができ、耐電力性を向上させることができる。
【００１３】
誘電体板の間隔を全て同一とせずに、適宜異ならしめることにより、阻止帯域に亘り適合したものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の導波管フィルタの構成を表す図である。
【００１５】
図において、導波管フィルタ１０は、方形導波管回路に適用可能なように方形導波管となっており、その両端に位置する入出力部１２、１２と、入出力部１２，１２にそれぞれ連続するテーパー部１４、１４と、テーパー部１４、１４の間に位置しカットオフ部でもありローパス部でもある中央部１６、１６とからなる。
【００１６】
入出力部１２、１２は、その導波路断面形状が広壁部と狭壁部とからなる矩形形状を成し、その寸法は、導波管フィルタ１０が接続される方形導波管の内幅寸法（ａ×ｂ）に一致している。
【００１７】
テーパー部１４、１４は、入出力部１２、１２と中央部１６とを連続的に接続するために設けられており、その導波路断面形状が広壁部と狭壁部とからなる矩形形状を成し、その広壁部の幅寸法は入出力部１２と同じａであるが、狭壁部の幅寸法が、ｂからｃへと、入出力部１２側から中央部１６側に向かって漸次小さくなるようになっている（ｂ＞ｃ）。但し、漸次変化するテーパー部とする代わりに、段階的に変化するステップ部とすることも可能である。
【００１８】
中央部１６は、その導波路断面形状が広壁部と狭壁部とからなる矩形形状を成し、その広壁部の幅寸法は入出力部１２及びテーパー部１４の幅寸法ａと同じであるのに対して、狭壁部の幅寸法ｃは、入出力部１２の幅寸法ｂよりも小さいものとなっている。
【００１９】
中央部１６は、一端が対応するテーパー部１４に繋がりフランジ１６ａが他端に形成された両側部分と、該両側部分のフランジ１６ａ、１６ａの間で管軸方向に重ね合わされた複数の枠状の導体部品１８、２０、２２とを有しており、フランジ１６ａ、導体部品１８、２０、２２の間に複数の誘電体板２４、２６、２８、３０が支持される。
【００２０】
各誘電体板２４〜３０は、管内の断面を塞ぐようにして管軸に対して垂直に配置されており、その外形形状は、中央部１６の管内形状にほぼ一致した広幅部と狭幅部とからなる矩形状となっている。そして、各誘電体板２４〜３０は、後述のＴＥｍ０モードに影響のないように、その狭幅部において前記フランジ１６ａ、導体部品１８〜２２のいずれか２つに挟まれたサンドイッチ構造となっている。
【００２１】
ここで、誘電体板の数は任意であり、４枚に限るものではない。また、誘電体板の間隔は全て同一としてもよいが、この例では、誘電体板２４、２６の間隔ｄ１と、誘電体板２８、３０との間隔ｄ１とが等しく、誘電体板２６、２８の間隔ｄ２は間隔ｄ１と異なるように設定されている。また、誘電体板の厚みも全て同一としてもよいが、少なくとも２つの誘電体板で異なるものとすることができ、誘電体板の比誘電率も全て同一としてもよいが、少なくとも２つの誘電体板で異なるものとすることができる。
【００２２】
今、基本周波数ｆ0のマイクロ波を発生するパルスマグネトロンのようなマイクロ波発生源からのマイクロ波を方形導波管で伝搬させるのに際して、その高調波、例えば２倍波、及び高調波以外の基本周波数ｆ0から高調波までの間に発生するスプリアスを導波管フィルタ１０によって抑圧することを考える。
【００２３】
ＴＥm0モードについては、導波管フィルタ１０の誘電体板２４〜３０によってステップインピーダンス型ローパスフィルタの考え方に基づき、スプリアスを除去する。ステップインピーダンス型ローパスフィルタは、一般的な直列接続されたインダクタと並列接続されたキャパシタによって構成されるローパスフィルタを、伝送線路で置き換えたものである。誘電体板２４〜３０を間隔をあけて配置することにより、誘電体板で構成される低インピーダンス線路と無垢の導波管部分の高インピーダンス線路とが交互に縦列接続することと等価になり、ローパス特性を得ることができる。導波管の場合、周波数と位相定数が非線形の関係になるため、計算式で最適な設計を行うのは困難であるので、間隔等の構造値は、シミュレータを用いて最適化するとよい。この際、間隔を一律としないことにより、阻止帯域に亘り適合したものとすることができる。
【００２４】
また、誘電体板２４〜３０の厚みは、間隔ｄ１とｄ２に比べて小さくするとよい。
【００２５】
一方、ＴＥm1モード以上またはＴＭm1モード以上の高次モードについては、中央部１６において、狭壁部の寸法ｃをｂよりも小さくして、遮断周波数を上げることで、遮断周波数を阻止帯域の上限周波数よりも高くする。この狭壁部の寸法が小さくなった中央部１６の管軸方向長さは、基本周波数の管内波長をλg0とすると、λg0以上、好ましくは、誘電体板の両側にそれぞれ１／２・λg0程度の長さがあると好ましいので、｛平均誘電体間隔×（誘電体枚数−１）｝＋λg0程度またはそれ以上とするとよい。
【００２６】
以上の中央部１６における主にＴＥm0モードに対するローパスフィルタ機能と、高次モードに対するカットオフ機能とを組み合わせることによって、阻止帯域の通過を効果的に阻止することができるようになる。また、中央部１６の狭壁部の寸法ｃは、放電の発生のない程度に大きくすることができ、且つ中央部１６はその広壁部方向及び管軸方向において寸法が均一となっているために、放電が発生しにくい構成とすることができる。
【００２７】
以下、比較例と実施例を挙げて、その作用・効果を説明する。
【００２８】
（比較例１）
基本周波数１３．７５ＧＨｚ、５０ｋＷのパルスマグネトロンからのマイクロ波に対して、ＷＲＪ１４０規格寸法（ａ×ｂ＝１５．８ｍｍ×７．９ｍｍ）の導波管を用い、導波管フィルタ１０を全く設けない場合の通過特性を実測した。通過特性は、図５に示すようになり、基本周波数１３．７５ＧＨｚからその２倍波２７．５ＧＨｚまでの間において、２０ＧＨｚから２６ＧＨｚの間にスプリアスが発生していることが分かる。この２０ＧＨｚから２６ＧＨｚを阻止帯域とする。
【００２９】
（比較例２）
基本周波数１３．７５ＧＨｚ、５０ｋＷのパルスマグネトロンからのマイクロ波に対して、ＷＲＪ１４０規格寸法（ａ×ｂ＝１５．８ｍｍ×７．９ｍｍ）の導波管を用い、比較の導波管フィルタとして、図６に示すように、狭壁部の幅寸法ｂを変化させずに、複数の誘電体板２４〜３０だけを設けた導波管フィルタを用いた。
【００３０】
この場合、誘電体板２４、３０の比誘電率を６．１５とし、誘電体板２６、２８の比誘電率を１０．２とし、その厚みは０．６ｍｍとした。また、誘電体板２４と２６の間隔、２６と２８の間隔、２８と３０の間隔をそれぞれ４．３ｍｍ、４．７ｍｍ、４．３ｍｍとした。
【００３１】
この比較の導波管フィルタの実測の通過特性を図７、ＴＥ10モードの通過及び反射特性のＨＦＳＳ（high Frequency Structure Simulator）で解析した結果を図８に示す。図８に示すように、阻止帯域においてＴＥ10モードの阻止効果はあり、比較例１に対して、阻止帯域のスプリアスの一部が低減されるものの、完全に除去されていないことが分かる。
【００３２】
（実施例）
基本周波数１３．７５ＧＨｚ、５０ｋＷのパルスマグネトロンからのマイクロ波に対して、ＷＲＪ１４０規格寸法（ａ×ｂ＝１５．８ｍｍ×７．９ｍｍ）の導波管を用い、本発明による導波管フィルタ１０の通過特性を実測した。
【００３３】
この場合、誘電体板２４、３０の比誘電率を６．１５とし、誘電体板２６、２８の比誘電率を１０．２とし、その厚みは０．６ｍｍとした。また、誘電体板２４と２６の間隔、２６と２８の間隔、２８と３０の間隔をそれぞれ４．３ｍｍ、４．７ｍｍ、４．３ｍｍとした。
また、中央部１６の狭壁部の寸法ｃは、５ｍｍとした。
【００３４】
実測の通過特性を図３に、ＴＥ10モード及びＴＥ20モードについてＨＦＳＳで解析したシミュレーション結果を図４に示す。阻止帯域である２０ＧＨｚから２６ＧＨｚの通過が抑圧されていることが分かる。
また、放電音の発生も無かった。
【００３５】
ＷＲＪ１４０規格寸法の導波管における各モードに対する遮断周波数（ＧＨｚ）は次の通りである。
【００３６】
【表１】
2009267540.tif 000003
【００３７】
上記表から明らかなように、前記阻止帯域である２０ＧＨｚから２６ＧＨｚに対してＴＥ10モード、ＴＥ20モード、ＴＥ01モード、ＴＥ11モード、ＴＭ11モードが伝搬可能となっている。
【００３８】
ＴＥ10モード及びＴＥ20モードに着目すると、図４に示すように阻止帯域の通過が抑圧されており、これは図８の類推から、誘電体板を挿入したことによるステップインピーダンス型ローパスフィルタの効果によるものと考えられる。
【００３９】
残りの高次モードに対しては、中央部１６の狭幅部の寸法をｃ＝５ｍｍとすることにより、遮断周波数（ＧＨｚ）は次表のようになり、ＴＥ01モードの遮断周波数＝３０ＧＨｚ＞阻止帯域の上限周波数（２６ＧＨｚ）となるので、高次モードの通過を阻止することができることが分かる。
【００４０】
【表２】
2009267540.tif 000004
【００４１】
以上の構成により、主にＴＥm0モードに対するローパスフィルタ機能と、高次モードに対するカットオフ機能とを組み合わせることによって、大電力通過に適し、高次モードにも対応した導波管フィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の導波管フィルタの斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の導波管フィルタの正面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明による導波管フィルタの実測通過特性を表すグラフである。
【図４】本発明による導波管フィルタのＴＥ10モード及びＴＥ20モードについてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】比較例１における実測通過特性を表すグラフである。
【図６】比較例２による導波管フィルタの構成を表す斜視図である。
【図７】比較例２における実測通過特性を表すグラフである。
【図８】比較例２における導波管フィルタのＴＥ10モードについてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】従来のコルゲート型フィルタの構成を表す（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図１０】従来のワッフルアイアン型フィルタの構成を表す（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  導波管フィルタ
１６  中央部（カットオフ部、ローパス部）
２４、２６、２８、３０  誘電体板
【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】
2009267540.tif 000011
【図８】
2009267540.tif 000012
【図９】
2009267540.tif 000013
【図１０】
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