(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースを兼ね入力側から出力側に順次段間結合壁によって仕切られた複数の空間部を有する外部導体と、該複数の空間部のそれぞれに下端部が固定された複数の同軸形空胴共振器と、該複数の同軸形空胴共振器の上端部のそれぞれに設けられた静電容量を切替えてバンドパスの同調周波数を変化させ、所定の広帯域内の複数周波数の内から任意の１つに設定するための可変容量部と、前記外部導体の入力側側面に設けられた入力端子の内部に接続され入力信号を入力側同軸形空胴共振器に結合させる「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる入力側整合回路と、前記外部導体の出力側側面に設けられた出力端子の内部に接続され出力側同軸形空胴共振器から出力信号を引き出す「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる出力側整合回路とを備えた広帯域周波数可変フィルタであって、
前記入力側整合回路と出力側整合回路のそれぞれは、
前記「コ」の字状のインダクタンスを有するループの前記入力／出力端子に該ループの始端が接続された前記側面と直角をなす始端部分と、該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分と、
該中間部分に連続して前記側面と直角をなし第１のピンダイオードを介して前記側面に第１の貫通コンデンサによって交流的に接続された第１の終端部分と、前記中間部分の所定の位置から分岐して前記側面と直角をなし第２のピンダイオードを介して前記側面に第２の貫通コンデンサによって交流的に接続された第２の終端部分と、前記始端と前記外部導体との間に接続され交流を阻止し直流を通過させるチョークコイルとを備え、
前記第１の貫通コンデンサを介して前記第１のピンダイオードに順方向のバイアス電圧を印加して該第１のピンダイオードをオンにし、前記第２の貫通コンデンサを介して前記第２のピンダイオードに逆方向のバイアス電圧を印加して該第２のピンダイオードをオフにしたとき、前記始端部分と前記中間部分と前記第１の終端部分とによって第１のループが形成され、
前記第２の貫通コンデンサを介して前記第２のピンダイオードに順方向のバイアス電圧を印加して該第２のピンダイオードをオンにし、前記第１の貫通コンデンサを介して前記第１のピンダイオードに逆方向のバイアス電圧を印加して該第１のピンダイオードをオフにしたとき、前記第１のループの前記「コ」の字状のインダクタンスのうち前記側面と直角をなす始端部分と該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分とを用いて、前記始端部分と前記中間部分と前記第２の終端部分とによって第２のループが形成され、
前記第１のループおよび前記第２のループの長さ，形状は、前記第１のループによるインピーダンス整合と前記第２のループによるインピーダンス整合を同調周波数可変範囲内の中心の周波数の両側に振り分ける構成としたことにより、該同調周波数可変範囲の全範囲にわたって反射減衰量の変化が少なくなるように設定されたことを特徴とする広帯域周波数可変フィルタ。
【請求項２】
ケースを兼ね入力側から出力側に順次段間結合壁によって仕切られた複数の空間部を有する外部導体と、該複数の空間部のそれぞれに下端部が固定された複数の同軸形空胴共振器と、該複数の同軸形空胴共振器の上端部のそれぞれに設けられた静電容量を切替えてバンドパスの同調周波数を変化させ、所定の広帯域内の複数周波数の内から任意の１つに設定するための可変容量部と、前記外部導体の入力側側面に設けられた入力端子の内部に接続され入力信号を入力側同軸形空胴共振器に結合させる「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる入力側整合回路と、前記外部導体の出力側側面に設けられた出力端子の内部に接続され出力側同軸形空胴共振器から出力信号を引き出す「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる出力側整合回路とを備えた広帯域周波数可変フィルタであって、
前記入力側整合回路と出力側整合回路のそれぞれは、
前記「コ」の字状のインダクタンスを有するループの前記入力／出力端子に該ループの始端が接続された前記側面と直角をなす始端部分と、該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分と、
該中間部分に連続して前記側面と直角をなし前記側面に接続された第１の終端部分と、前記中間部分の所定の位置から分岐して前記側面と直角をなしピンダイオードを介して前記側面に貫通コンデンサによって交流的に接続された第２の終端部分とを備え、
前記貫通コンデンサを介して前記ピンダイオードに逆方向のバイアス電圧を印加して該ピンダイオードをオフにしたとき、前記始端部分と前記中間部分と前記第１の終端部分とによって第１のループが形成され、
前記貫通コンデンサを介して前記ピンダイオードに順方向のバイアス電圧を印加して該ピンダイオードをオンにしとき、前記第１のループの前記「コ」の字状のインダクタンスのうち前記側面と直角をなす始端部分と該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分とを用いて、前記始端部分と前記中間部分と前記第２の終端部分とによって第２のループが形成され、
前記第１のループおよび前記第２のループの長さ，形状は、前記第１のループによるインピーダンス整合と前記第２のループによるインピーダンス整合を同調周波数可変範囲内の中心の周波数の両側に振り分ける構成としたことにより、該同調周波数可変範囲の全範囲にわたって反射減衰量の変化が少なくなるように設定されたことを特徴とする広帯域周波数可変フィルタ。
【請求項３】
同軸形空洞共振器を用いて周波数可変範囲の任意の同調周波数に同調させる広帯域周波数可変フィルタにおいて、
入力端子の入力または、および出力端子の出力を前記同軸形空洞共振器にインピーダンス整合させる該入力端子側または、および該出力端子側の整合回路を形成する結合線路が備えられ、
該結合線路は、前記周波数可変範囲の複数の周波数に対応する複数の線路長を選択可能に有し、前記線路長を前記任意の同調周波数に応じて切り替えることを特徴とする広帯域周波数可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸形空胴共振器を用いたバンドパスフィルタに関し、特に、広帯域に同調周波数を変化させるように構成された周波数可変フィルタの入出力整合回路の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部導体の一端が外部導体に短絡固定された同軸形空胴共振器を複数個用い、各段の静電容量を切替え変化させて広帯域に同調周波数を変化させるように構成されたフィルタにおいて、入出力整合回路は、可変周波数範囲内の任意のある周波数、例えば、可変範囲のほぼ中央付近の周波数に整合がとれている。
【０００３】
図７は、従来の広帯域周波数可変フィルタの構成例であり、側面のパネルを外して内部が見えるようにした側面図である。この例は、２つの同軸形空胴共振器を用いた２段のＢＤＦ（バンドパスフィルタ）である。
図において、１はケースを兼ねた外部導体、２は同軸形空胴共振器、３と７は入出力端子、４と６は入出力整合回路の機能を果たす細線状または細帯状のループである。５は段間結合壁、８は容量可変部であり、共振器の静電容量を切替えて同調周波数を変化させる部分である。
入出力整合回路（入出力ループ）４と６は、フィルタの可変周波数帯域内のほぼ中央の周波数で整合がとれるような形状と寸法に設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の入出力整合回路を用いた周波数可変フィルタには次のような欠点がある。
広帯域に変化する同調周波数に対し、整合回路は、任意の１周波数、例えば、中央部分の周波数でしか整合がとれていないため、整合のとれた周波数から離れるに従って、インピーダンス不整合による挿入損失が増大し、リターンロスが減少するという特性の劣化が生じる。
【０００５】
図８は従来の周波数可変フィルタの周波数特性例図であり、ａは反射特性、ｂは伝送特性を示す。この特性は、図７に示したような２段ＢＰＦで、周波数可変幅が２８〜６０ＭＨｚ、入出力整合回路のループ４と６を、周波数可変幅のほぼ中央の４４ＭＨｚに整合をとったフィルタの特性であり、容量可変部８の静電容量を切替えて、ｆ1 〜ｆ5 の５周波に同調周波数を変化させたときの特性を重ね書きしてある。反射特性ａに注目すると、整合をとった中央の周波数４４ＭＨｚから両側に遠ざかるに従ってリターンロスが減少している。
【０００６】
本発明の目的は、周波数可変範囲におけるインピーダンス不整合によるフィルタ特性の劣化を少なくした広帯域周波数可変フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の広帯域周波数可変フィルタは、ケースを兼ね入力側から出力側に順次段間結合壁によって仕切られた複数の空間部を有する外部導体と、該複数の空間部のそれぞれに下端部が固定された複数の同軸形空胴共振器と、該複数の同軸形空胴共振器の上端部のそれぞれに設けられた静電容量を切替えてバンドパスの同調周波数を変化させ、所定の広帯域内の複数周波数の内から任意の１つに設定するための可変容量部と、前記外部導体の入力側側面に設けられた入力端子の内部に接続され入力信号を入力側同軸形空胴共振器に結合させる「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる入力側整合回路と、前記外部導体の出力側側面に設けられた出力端子の内部に接続され出力側同軸形空胴共振器から出力信号を引き出す「コ」の字状のインダクタンスを有するループからなる出力側整合回路とを備えた広帯域周波数可変フィルタであって、
前記入力側整合回路と出力側整合回路のそれぞれは、
前記「コ」の字状のインダクタンスを有するループの前記入力／出力端子に該ループの始端が接続された前記側面と直角をなす始端部分と、該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分と、該中間部分に連続して前記側面と直角をなし第１のピンダイオードを介して前記側面に第１の貫通コンデンサによって交流的に接続された第１の終端部分と、前記中間部分の所定の位置から分岐して前記側面と直角をなし第２のピンダイオードを介して前記側面に第２の貫通コンデンサによって交流的に接続された第２の終端部分と、前記始端と前記外部導体との間に接続され交流を阻止し直流を通過させるチョークコイルとを備え、
前記第１の貫通コンデンサを介して前記第１のピンダイオードに順方向のバイアス電圧を印加して該第１のピンダイオードをオンにし、前記第２の貫通コンデンサを介して前記第２のピンダイオードに逆方向のバイアス電圧を印加して該第２のピンダイオードをオフにしたとき、前記始端部分と前記中間部分と前記第１の終端部分とによって第１のループが形成され、
前記第２の貫通コンデンサを介して前記第２のピンダイオードに順方向のバイアス電圧を印加して該第２のピンダイオードをオンにし、前記第１の貫通コンデンサを介して前記第１のピンダイオードに逆方向のバイアス電圧を印加して該第１のピンダイオードをオフにしたとき、前記第１のループの前記「コ」の字状のインダクタンスのうち前記側面と直角をなす始端部分と該始端部分に連続して前記側面に平行な中間部分とを用いて、前記始端部分と前記中間部分と前記第２の終端部分とによって第２のループが形成され、
前記第１のループおよび前記第２のループの長さ，形状は、前記第１のループによるインピーダンス整合と前記第２のループによるインピーダンス整合を同調周波数可変範囲内の中心の周波数の両側に振り分ける構成としたことにより、該同調周波数可変範囲の全範囲にわたって反射減衰量の変化が少なくなるように設定されたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例の入力側部分構成図であり、２つの周波数で整合がとれるように構成した入出力整合回路の入力側ループの部分を示した側面部分断面図である。図１において、１は外部導体、３は入力端子、Ｌは入力ループを示し、それぞれの部分の長さＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌs0，Ｌs1，Ｌs2と、長さに比例して大きくなるインダクタンスを持つ。
また、Ｄ1 ，Ｄ2 はピンダイオード、Ｃ1 ，Ｃ2 は貫通コンデンサ、Ｌc はバイアス用チョークコイルである。
出力側ループの整合回路部分は入力側と全く同じ構成なので図示と説明を省略する。
【０００９】
この第１の実施例での整合ループの切替動作について説明する。
図１（Ａ）の第１の実施例の構成では、ピンダイオードＤ1 ，Ｄ2 に与えるバイアス電圧ＶB1，ＶB2を制御することにより、次の２通りの整合回路を構成することができる。
１つは、バイアス電圧ＶB1として順方向に印加してピンダイオードＤ１をオンにし、バイアス電圧ＶB2として逆方向に印加してピンダイオードＤ２をオフにした時であり、入力ループとして作用する部分は、（Ｂ）のようにＬs0，＋Ｌ1 ＋Ｌs1となる。
【００１０】
また、ＶB2として順方向バイアス電圧を与えてピンダイオードＤ２をオンにし、ＶB1として逆方向バイアス電圧を与えてピンダイオードＤ１をオフにした時、入力ループとして作用する部分は、（Ｃ）のようにＬs0，＋Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌs2となる。この（Ｂ），（Ｃ）で示した入力ループは、互いに異なる周波数で整合される。
【００１１】
図２は、図１に示した整合回路を用いた周波数可変フィルタの特性例図であり、ｃは反射特性、ｄは伝送特性である。可変周波数帯域が２８ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの２段のＢＰＦにおいて、入出力回路をピンダイオードのオン／オフに対応させて３６ＭＨｚと５２ＭＨｚの２つの周波数で整合するように形成し、可変周波数帯域の中心周波数４４ＭＨｚで整合ループを切替えｆ11〜ｆ16の６周波に同調周波数を変化させた時の伝送特性，反射特性を重ね書きした特性である。
この場合も整合された周波数から離れた両側では、リターンロスの減少が見られるが、整合をとった周波数から最も離れた周波数までの間隔が８ＭＨｚであり、従来の１６ＭＨｚに比べて１／２であるため、特性劣化は少ない。図２と図８における切替同調周波数と挿入損失，リターンロスのデータを表１に示す。
【００１２】
【表１】
0003770978.tif 000002
【００１３】
以上の第１の実施例は２段ＢＰＦについて記載したが、段数には制限なく、また、ピンダイオードを３個以上使用してループを３区分することにより、より効果を上げることも容易である。
【００１４】
図３は本発明の第２の実施例の入力側部分構成図である。１は外部導体、３は入力端子、Ｆは入力ループを示し、それぞれの部分の長さＬs0，Ｌs1，Ｌs2，Ｌ1 ，Ｌ2 の長さと、長さに比例して大きくなるインダクタンスを持つ。
また、Ｄ1 はピンダイオード、Ｃ1 は貫通コンデンサである。
この第２の実施例は、第１の実施例に対して、整合回路を切替えるピンダイオードを１つにし、チョークコイルを用いない簡単な構成であることを特徴とする。
この整合回路は、ピンダイオードＤ1 をオンすることにより、ループＬs0＋Ｌ1 ＋Ｌs1が作用して一つの整合回路を構成する。このとき、ピンダイオード制御用のチョークコイル役割をループＬ2 ＋Ｌs2が行う。
また、ピンダイオードＤ１をオフにしたときは、ループＬs0＋Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌs2が作用して整合回路を構成する。ピンダイオードＤ１がオンのとき、Ｌs2＋Ｌ2 ＋Ｌs1により、小さなショートリングが構成されるため挿入損失が増すが、大電力を扱わない受信用のフィルタとしては、十分使うことができる。
【００１５】
図４は本発明の第３の実施例の入力側部分構成図である。基本的な動作は、第１の実施例と同様であるが、ピンダイオード制御のバイアス用チョークコイルＬc の位置を入力端子３側から、図のように、ループ終端側へ取り付けたことを特徴とする入出力整合回路である。
電気的特性に影響を与えないようにするためには、チョークコイルＬc のインダクタンス値は、入力ループのもつインダクタンス値の約１０倍以上の値である必要がある。しかしながら、本例ではループ終端側の位置に、チョークコイルＬc を取り付けることによって、チョークコイルのインダクタンスの値を決定する入力ループのインダクタンスは、Ｌs2の部分のインダクタンス成分だけでよいので、チョークコイルを小さくすることができ、小形化に適している。
【００１６】
以上の実施例では、ピンダイオードが２つの場合を示したが、ピンダイオードを３個以上用いた場合についても同様な効果が得られる。
【００１７】
図５は本発明の第４の実施例の入力側部分構成図である。基本的な回路構成は、図４の第３の実施例と同じであるが、整合回路の切替部に、プリント基板ＰB を用いたことを特徴とする。図６にプリント基板部分の拡大図を示す。図において、Ｌ’は入力用ループの一部、Ｄ1 ，Ｄ2 はピンダイオード、Ｌc はチョークコイル、Ｃはコンデンサであり、Ｅは外部導体（アース）、Ｌs はピンダイオード制御用電源ＶB1，ＶB2へそれぞれ接続される。
このような構造にすることで、バイパスコンデンサを、直接外部導体１に取付ける貫通コンデンサに限定されず、固定コンデンサの追加で大容量化することが可能になるため、低い周波数帯において入出力整合回路を構成することができる。
また、比較的、複雑な回路，構造が要求されるピンダイオード切替部が簡素化され、作業性がよくなる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、次の利点がある。
（１）広帯域周波数可変フィルタにおける入出力整合回路による挿入損失の偏差を小さくすることができる。
（２）広帯域周波数可変フィルタの帯域の両端部分における入出力不整合によるリターンロスの減少を小さくすることができる。
（３）入出力ループの一部をピンダイオードバイアス用のチョークコイルとして用いることで部品点数を削減することができる。
（４）ピンダイオードのバイアス用チョークコイルの位置をピンダイオード側（ループ終端側）にすることにより、チョークコイルを小型化することができる。
（５）入出力切替部をプリント基板を利用して構成することにより、バイパスコンデンサの大容量化を容易に実現できるので、低い周波数帯域にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の入力側部分構成図である。
【図２】本発明の入出力整合回路を用いた場合の広帯域周波数可変フィルタの周波数特性例図である。
【図３】本発明の第２の実施例の入力側部分構成図である。
【図４】本発明の第３の実施例の入力側部分構成図である。
【図５】本発明の第４の実施例の入力側部分構成図である。
【図６】本発明の第４の実施例における基板部分の一構成例図である。
【図７】従来の広帯域周波数可変フィルタの構成例図である。
【図８】従来の広帯域周波数可変フィルタの周波数特性例図である。
【符号の説明】
１  外部導体
２  同軸形空胴共振器
３，７  入出力端子
４，６  入出力整合回路（入出力ループ）
５  段間結合壁
８  容量可変部
【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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