(57)【要約】【課題】  共振周波数を広い範囲にわたって連続的に可変できる共振回路を提供する。【解決手段】      共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、液溜りと流路が形成された絶縁体と、この絶縁体を挟み込み前記流路と対抗するように設けられる一対の接地された金属板と、前記液溜りと前記流路の一部に封入された液体金属と、前記流路に封入された液体金属の長さを調整するアクチュエータを備え、前記流路と前記金属板でストリップラインまたはマイクロストリップラインを構成する。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
液溜りと流路が形成された絶縁体と、この絶縁体の前記流路と対向するように設けられる一対の接地された金属板と、
前記液溜りと前記流路の一部に封入された液体金属と、
前記流路に封入された液体金属の長さを調整するアクチュエータを備え、
前記流路と前記金属板でストリップラインを構成したことを特徴とする共振装置。
【請求項２】
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
接地された一対の金属板と、
この一対の金属板に挟まれるように形成され、前記金属板と対向する方向に流路が形成されると共に、この流路と連通する液溜りが形成された絶縁体と、
この液溜りを前記金属板と直交する方向に分割すると共に、弾性復元力を備えたダイヤフラムと、
前記液溜りのうち前記流路と連通している部分、及び前記流路の双方に封入された液体金属と、
前記ダイヤフラムに隣接する位置に設けられ、制御電圧によって前記ダイヤフラムを押し引きすることで前記液溜りに蓄えられた前記液体金属の量を調整することにより、前記流路中に流し込む前記液体金属の長さを調整するアクチュエータと
を備えたことを特徴とする共振装置。
【請求項３】
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
液溜りと流路が形成された絶縁体と、この絶縁体と接触する接地された金属板と、
前記液溜りと前記流路の一部に封入された液体金属と、
前記流路に封入された液体金属の長さを調整するアクチュエータを備え、
前記流路と前記金属板でマイクロストリップラインを構成したことを特徴とする共振装置。
【請求項４】
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
接地された金属板と、
この金属板に接触するように形成され、前記金属板と対向する方向に流路が形成されると共に、この流路と連通する液溜りが形成された絶縁体と、
この液溜りを前記金属板と直交する方向に分割すると共に、弾性復元力を備えたダイヤフラムと、
前記液溜りのうち前記流路と連通している部分、及び前記流路の双方に封入された液体金属と、
前記ダイヤフラムに隣接する位置に設けられ、制御電圧によって前記ダイヤフラムを押し引きすることで前記液溜りに蓄えられた前記液体金属の量を調整することにより、前記流路中に流し込む前記液体金属の長さを調整するアクチュエータと
を備えたことを特徴とする共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路におけるフィルタ、発振等に使用される共振装置に関し、特に、共振周波数を広い範囲にわたって連続的に可変できる共振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電圧制御可変周波数共振器（Voltage Controlled Oscillator）や周波数可変フィルタ等には、共振周波数を電気的に変化させることができる共振装置が必要となる。また、このような共振装置には、高い安定性と広い周波数可変範囲が求められ、一定の制御電圧範囲でどれだけ広い周波数変化を得るかが重要なポイントとなる。これらの共振装置の先行技術文献としては、例えば次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０２―１９４７０５号公報
【０００４】
以下、図６を参照して従来の共振回路を説明する。図６は、従来の共振回路の構成例であり、もっとも一般的に用いられているＬＣ共振回路である。インダクタンスがＬのコイル１０と容量がＣｄの可変容量ダイオード２０を並列に接続され、並列共振回路を構成する。
【０００５】
可変容量ダイオード２０に加える逆バイアス電圧を変化させると、可変容量ダイオード２０の容量Ｃｄが変化し、共振周波数ｆは、
【０００６】
【数１】
2009141875.tif 000003
【０００７】
で決定される。したがって、式１より逆バイアス電圧に対する共振周波数の変化を示す図７のように共振周波数が変化する。
【０００８】
このように、従来の共振回路は、図６で示したとおり、コイル１０と可変容量ダイオード２０で構成され、コイル１０のインダクタンスは固定値であった。
【０００９】
次に、高周波回路で用いられる受動回路について説明する。図８（Ａ）は、オープンスタブと呼ばれる伝送線路である。図８（Ａ）では、左から右に信号が流れるとし、分岐点に達すると、信号は二手に分かれ、一つは直進し、一つはスタブの方向に流れる。
【００１０】
しかし、スタブの端はオープンなので、信号は全反射して分岐点に戻る。そして、分岐点で左から来る信号とスタブから反射してきた信号がぶつかりあい、結果として、スタブがあることで信号は影響を受ける。
【００１１】
最も極端な場合としては、スタブから戻ってきた信号と元の信号とが逆相（位相が１８０度異なる）となる場合があり、このとき、分岐点で元の信号とスタブから戻ってきた信号が打ち消しあい共振が起こる。具体的には、オープンスタブで長さが信号の波長のｎ／４（ｎは１以上の整数）のときこのような現象が起こる。
【００１２】
次に、図８（Ｂ）を参照してオープンスタブの長さの調整方法を説明する。スタブの長さを短くする場合には、例えばカッターでスタブを切り取る。また逆に、スタブを長くしたい場合には、例えば銅箔を継ぎ足す。
【００１３】
このように、高周波回路では信号の波長のｎ／４（ｎは１以上の整数）の長さを持った伝送線路は共振回路として働くという特性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図６の共振回路ではコイル１０のインダクタンスが固定値であるため、共振周波数を広い範囲で変化させる場合には回路のインピーダンスが変化してしまい、安定した動作が得られない場合があるという問題があった。
【００１５】
この問題を解決するため、複数のコイルを準備すると共に、スイッチで所望のコイルに切り替える方法も用いられているが、インダクタンスを連続して可変できないため、常に最適条件で回路を動かすことは困難であった。
【００１６】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、共振周波数を広い範囲にわたって連続的に可変できる共振装置を提供することを目的とする。また、より具体的には、共振周波数を１オクターブ以上の範囲に亘って連続して可変できる共振装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために請求項１記載の発明は、
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
液溜りと流路が形成された絶縁体と、この絶縁体の前記流路と対向するように設けられる一対の接地された金属板と、
前記液溜りと前記流路の一部に封入された液体金属と、
前記流路に封入された液体金属の長さを調整するアクチュエータを備え、
前記流路と前記金属板でストリップラインを構成する。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
接地された一対の金属板と、
この一対の金属板に挟まれるように形成され、前記金属板と対向する方向に流路が形成されると共に、この流路と連通する液溜りが形成された絶縁体と、
この液溜りを前記金属板と直交する方向に分割すると共に、弾性復元力を備えたダイヤフラムと、
前記液溜りのうち前記流路と連通している部分、及び前記流路の双方に封入された液体金属と、
前記ダイヤフラムに隣接する位置に設けられ、制御電圧によって前記ダイヤフラムを押し引きすることで前記液溜りに蓄えられた前記液体金属の量を調整することにより、前記流路中に流し込む前記液体金属の長さを調整するアクチュエータと
を備える。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
液溜りと流路が形成された絶縁体と、この絶縁体に接触する接地された金属板と、
前記液溜りと前記流路の一部に封入された液体金属と、
前記流路に封入された液体金属の長さを調整するアクチュエータを備え、
前記流路と前記金属板でマイクロストリップラインを構成する。
【００２０】
さらに、請求項４記載の発明は、
共振周波数を制御電圧で可変する共振装置において、
接地された金属板と、
この金属板に接触するように形成され、前記金属板と対向する方向に流路が形成されると共に、この流路と連通する液溜りが形成された絶縁体と、
この液溜りを前記金属板と直交する方向に分割すると共に、弾性復元力を備えたダイヤフラムと、
前記液溜りのうち前記流路と連通している部分、及び前記流路の双方に封入された液体金属と、
前記ダイヤフラムに隣接する位置に設けられ、制御電圧によって前記ダイヤフラムを押し引きすることで前記液溜りに蓄えられた前記液体金属の量を調整することにより、前記流路中に流し込む前記液体金属の長さを調整するアクチュエータと
を備える。
【００２１】
本発明では、次のような効果がある。制御電圧によって液溜りに蓄えられた液体金属の量を調整することにより、流路中に流し込む液体金属の長さを調整するので、共振周波数を広い範囲にわたって連続的に可変できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の共振装置の構成例を説明する。図１は本発明の共振装置の構成例を示す部分断面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）正面図を示す。絶縁体１は、上面と下面が接地された金属板６で覆われており、内部には液溜り２と、この液溜り２よりも十分に細い流路３が形成されている。
【００２３】
液溜り２は、ダイヤフラム５で分割され、このうち流路側に分割された区域と流路３の一部には水銀、ガリンスタン等の液体金属４が封入される。また、流路側に分割された区域は、液体金属４が封入されることにより上下に設けられた金属板６と接触し、電気的には接地されることとなる。一方、液溜り２のダイヤフラムで分割された流路と反対側の区域にはアクチュエータ８が設置される。
【００２４】
アクチュエータ８は、図示しない外部から入力された電気信号によりダイヤフラム５を機械的に駆動する。なお、アクチュエータ８には、静電力、電磁気力、磁歪素子、又は圧電素子を用いたものなどが使用可能である。電極７は、流路３に封入された液体金属４と容量結合するように絶縁体１中に設けられる。
【００２５】
次に、本発明における共振周波数の決定方法について説明する。本発明では、金属板６と液体金属４は、液溜り２で接触していて電気的に接続されており、液体金属４の流路３に封入された部分は、金属板６と絶縁体１との間でストリップラインを構成する。
【００２６】
このストリップラインは、液溜り２側が接地され、流路３側が開放されているため、従来の技術で説明したとおり、ストリップラインの電気長がｎ／４波長 (ｎは１以上の整数)となる周波数で共振する。すなわち、共振周波数が、流路３中の液体金属４の長さＬで決まる。
【００２７】
アクチュエータ８でダイヤフラム５を駆動し、液体金属４を流路側に押し出すと、ストリップラインの長さＬが長くなり、共振周波数が下がる。一方、アクチュエータ８でダイヤフラム５を駆動して液体金属４を流路から吸い出すと、ストリップラインの長さＬが短くなり共振周波数が上がる。ストリップラインと外部回路とは、電極７により結合され、信号が入出力される。
【００２８】
このように、本発明は、流路３中の液体金属の長さで共振周波数が決まるため、アクチュエータ８でダイヤフラム５を動かすことにより、流路３中の液体金属の長さを大きく変化させることができ、共振周波数を広い範囲で変えることができる。また、液溜り２部分の高さ方向の寸法を十分に確保し、流路３部分を十分に細長くすれば、導電体６と共にストリップラインを形成するので、より安定した動作を実現できる。
【００２９】
次に、本発明の応用例を説明する。図１の実施例では電極７は一つだけで形成したが、複数の電極を設けると共に、これらの電極を共振周波数によって最も効率の良いものに切り替えて使用することもできる。また、入力用と出力用の電極を分けて使うこともできる。このようにすることで、共振周波数を広い範囲にわたって連続的に可変できる。
【００３０】
図２を参照して本発明の第２の応用例を説明する。図２は本発明の共振装置の第２の応用例を示す部分断面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）正面図を示す。図２は、液溜り２に電極７ａ、７ｂを直接接続し、液溜り２に封入された液体金属４を伝送線路の一部として活用している。また、図２では、液溜り２部分に貯められた液体金属４は、絶縁体１に挟まれた状態で、２つの電極７ａ、７ｂを入出力とし、所定の特性インピーダンスを持った伝送線路を構成する。流路３部分の液体金属４は、図１の実施例と同様に長さを可変できるストリップラインを構成し、ｎ／４ 波長(ｎは１以上の整数) で共振する。
【００３１】
つづいて、図３と図４を参照して本発明の第３の応用例を説明する。図３は一つの絶縁体の中に複数の流路を設けた例であり、図４は図３の等価回路である。図１及び図２の実施例では流路を一つだけ形成したが、図３の実施例では、４本の流路３ａで構成される共振器の間を電極７ｃで接続する。このように複数の共振器を結合電極７ｃで結合して用いることにより、バンドパスフィルタを実現できる。
【００３２】
なお、液体金属を用いずにバンドパスフィルタを構成する方法については、例えば「トランジスタ技術、２００３年１１月号、１２８頁」で紹介されている周知の技術なので説明を省略する。
【００３３】
また、上述の実施例では、上下の金属板と流路中の液体金属でストリップラインを形成したが、金属板を上又は下の一方だけとしたマイクロストリップラインにすることもできる。ストリップラインは上面及び下面の両方に金属板が必要となるので構造が複雑となるが、マイクロストリップラインにすることにより、構造を簡略化できる。また、流路を取り囲むように円筒状の接地された金属を設けて同軸構造とすることもできる。
【００３４】
また、図１の実施例では、アクチュエータ８でダイヤフラム５を直接駆動していたが、図１でアクチュエータ８を実装していた位置に絶縁油等の作動液体を封入すると共に、金属や誘電体の影響が少ない位置までアクチュエータ８を離して設置して、アクチュエータ８がこの作動液体を介してダイヤフラム５を駆動するようにしても良い。このように、金属を含むアクチュエータ８を流路から離すことにより、アクチュエータ８に含まれる金属や誘電体の影響を低減できる。
【００３５】
また、上述した実施例では、伝送線路の電気長がｎ／４波長 (ｎは１以上の整数) になる点を使用したが、電気長が ｎ／４波長から （ｎ−１）／４波長の間にあるとき、伝送線路はｎの値により、インダクタンスあるいはキャパシタンスに見えるため、本素子をインダクタンス又はキャパシタンスとして用いて回路を構成することもできる。なお、電気長が所定の値のときにインダクタンス又はキャパシタンスとして動作する点については、例えば下記ＵＲＬで説明されているので説明を省略する。
【００３６】
http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/kairo/k4/k4_1.htm
【００３７】
また、先の実施例では、流路を直線状としたが、狭いスペースでもＬを長くすることによって低い共振周波数を得たい場合には、例えば図５で示すように、ジグザグ構造、螺旋構造、あるいは立体的なコイル構造等にすることが望ましい。
【００３８】
なお、上述した実施例では、アクチュエータ８だけで共振周波数を変化させたが、本発明の共振器と可変容量ダイオードを組み合わせて共振回路を構成することにより、より制御信号に対する周波数応答を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による共振回路の構成図である。
【図２】本発明による第２の実施例の構成図である。
【図３】本発明による第３の実施例の構成図である。
【図４】本発明による第３の実施例の等価回路である。
【図５】本発明において低い共振周波数を得るための構造についての説明である。
【図６】従来技術による共振回路の構成図である。
【図７】従来技術の動作を説明するための図面である。
【図８】従来技術であるオープンスタブの説明である。
【符号の説明】
【００４０】
１      絶縁体
２      液溜り
３      流路
４      液体金属
５      ダイヤフラム
６      導電体
７      電極
８      アクチュエータ
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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