CN114365347B

CN114365347B - 高频滤波器

Info

Publication number: CN114365347B
Application number: CN202080063419.5A
Authority: CN
Inventors: 千叶正毅; 和气美纪夫; 大熊敬介; 小泽伸二
Original assignee: Waki Kimio; Senman Masaki; Zeon Corp
Current assignee: Waki Kimio; Senman Masaki; Zeon Corp
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2040-09-14
Also published as: WO2021049666A1; US20220336938A1; US11894592B2; CN114365347A; JPWO2021049666A1

Abstract

本发明涉及一种高频滤波器(A1)，其具有输入的电信号的第一频带(f1)的衰减量小于第二频带(f2)的衰减量的频率特性。高频滤波器(A1)具有介电弹性体换能器(1)，介电弹性体换能器(1)具有介电弹性体层(13)以及夹着该介电弹性体层(13)的一对电极层(14)。通过介电弹性体换能器(1)能够改变频率特性。根据这样的结构，能够提供一种能够改变频率特性并且适合轻量化和小型化的高频滤波器。

Description

高频滤波器

技术领域

本发明涉及高频滤波器。

背景技术

在例如无线通信系统等中，设有滤波电路。滤波电路例如用于减少由功率放大器(非线性功率放大器)产生的谐波失真。在专利文献1中公开了构成滤波电路的现有的高频滤波器的一个例子。该文献公开的高频滤波器具有壳体、输入部、输出部、多个谐振元件以及多个调节元件。多个调节元件由旋合在壳体上的螺丝构成。通过改变调节元件与谐振元件之间的距离，能够调整作为高频滤波器的等效电路的滤波电路中的电容成分，能够改变高频滤波器的频率特性。在该文献中，提出了使用电动机来使调节元件对谐振元件(壳体)相对移动的系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-253944号公报。

发明内容

发明要解决的问题

但是，随着多个谐振元件和多个调节元件变多，电动机的数量增加。由于电动机的主要部件由金属制成，可能会导致系统过重。此外，当电动机的数量增加时，有碍系统的小型化。

本发明是基于上述情况而构思的，其目的在于提供一种能够改变频率特性并且适合轻量化和小型化的高频滤波器。

用于解决问题的方案

本发明提供的高频滤波器具有输入的电信号的第一频带的衰减量小于第二频带的衰减量的频率特性(自适应频率)，并且具有介电弹性体换能器，所述介电弹性体换能器具有介电弹性体层以及夹着该介电弹性体层的一对电极层，利用所述介电弹性体换能器能够改变所述频率特性。

在本发明的优选实施方式中，具有规定所述频率特性的电容成分，通过所述介电弹性体换能器的状态变化，能够改变所述电容成分。

在本发明的优选实施方式中，具有规定所述频率特性的电感成分，通过所述介电弹性体换能器的状态变化，能够改变所述电感成分。

在本发明的优选实施方式中，具有高频滤波器主体以及多个所述介电弹性体换能器，所述高频滤波器主体具有金属制的壳体、输入部和输出部、多个谐振元件、以及分别与所述多个谐振元件相向配置的多个调节元件。

在本发明的优选实施方式中，通过所述多个介电弹性体换能器使所述多个谐振元件分别对所述壳体相对移动。

在本发明的优选实施方式中，通过所述多个介电弹性体换能器使所述多个调节元件分别对所述壳体相对移动。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够改变频率特性并且适合轻量化和小型化的高频滤波器。

通过参照附图进行以下详细的说明，从而使本发明的其他特征以及优点更加清楚。

附图说明

图1是表示本发明涉及的高频滤波器的一个例子的系统结构图。

图2是表示本发明涉及的高频滤波器的一个例子的等效电路图。

图3是表示本发明涉及的高频滤波器的介电弹性体换能器的立体图。

图4是表示本发明涉及的高频滤波器的介电弹性体换能器的剖视图。

图5是表示本发明涉及的高频滤波器的频率特性的一个例子的图表。

图6是表示本发明涉及的高频滤波器的频率特性的另一个例子的图表。

图7是表示本发明涉及的高频滤波器的频率特性的又一个例子的图表。

图8是表示本发明涉及的高频滤波器的频率特性的又一个例子的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体说明。

本公开中的“第一”、“第二”等术语仅仅作为标识而使用，并不一定意味着对这些对象进行排序。

本公开中的“高频”不意味着在被限定为特定频率的频带内工作。本公开的高频滤波器能够在例如AM收音机所使用的0.5MHz左右的频带到例如毫米波雷达所使用的几十GHz左右的较宽频带中通过下述结构适当设定衰减量。

图1～图4表示本发明的高频滤波器的一个例子。本实施方式的高频滤波器A1具有多个介电弹性体换能器1、电路装置3以及滤波器主体4。

多个介电弹性体换能器1通过由电路装置3施加的电荷而发生状态变化，在本实施方式中，其作为任意地改变滤波器主体4的频率特性的致动器发挥功能。图3和图4表示介电弹性体换能器1的结构的一个例子。介电弹性体换能器1的具体结构没有特别的限制，只要其状态变化能够改变滤波器主体4的频率特性即可。滤波器主体4的种类没有特别的限制，例如可以举出：带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器等。

介电弹性体换能器1具有多个介电弹性体层13、成对的电极层14以及支承体2。

介电弹性体层13要求能够弹性形变，并且绝缘强度高。这样的介电弹性体层13的材料性质没有特别的限制，作为优选的例子，可举出有机硅弹性体、丙烯酸弹性体、苯乙烯弹性体等。介电弹性体层13的形状没有特别限定，在本实施方式中，在形成为介电弹性体换能器1的构成要素之前、没有被施加外力等的状态下，介电弹性体层13俯视呈圆环形状。

成对的电极板14夹着介电弹性体层13。电极层14具有导电性，并且由能够随着介电弹性体层13的弹性形变而弹性形变的材料形成。作为这样的材料，可举出在能够弹性形变的主材料中混入了提供导电性的填料的材料。作为上述填料的优选的例子，可举出例如纳米碳管。

在本实施方式中，介电弹性体换能器1具有介电弹性体层13a和介电弹性体层13b。此外，一对电极层14a设置在介电弹性体层13a的两面，一对电极层14b设置在介电弹性体层13b的两面。

支承体2支承介电弹性体层13a和电极层14b。在本实施方式中，支承体2将介电弹性体层13a和电极层14b在力学上串联连结。具体地，支承体2具有一对支承环21、支承板22以及多个支承杆23。支承体2的材料没有特别的限制，与介电弹性体层13a和介电弹性体层13b连接的部分优选由树脂等绝缘材料制成。另外，以下说明的支承体2只是一个例子，支承体2的具体结构没有任何限制。

一对支承环21在图中上下方向分离配置，是较大直径的环状构件。在图中上方的支承环21固定有介电弹性体层13a的外周端。在图中下方的支承环21固定有介电弹性体层13b的外周端。

支承板22配置在一对支承环21之间，例如是圆形形状的板状构件。在支承板22固定有介电弹性体层13a的内周端和介电弹性体层13b的内周端。此外，在支承板22为了从介电弹性体变换器1输出驱动力而安装有与外部连接的连接构件25。连接构件25安装在滤波器主体4的对应的后述谐振元件44或调节元件45上。

多个支承杆23将一对支承环21相互连结。多个支承杆23的长度设为通过使介电弹性体层13a和介电弹性体层13b在图中上下方向充分伸展，从而在没有被电路装置3施加电荷的状态下产生希望的张力。

通过被这样结构的支承体2支承，介电弹性体层13a和介电弹性体层13b被设定成为以上下方向为轴向的圆锥体形状。

电路装置3与一对电极层14a和一对电极层14b连接。电路装置3具有驱动控制电路。驱动控制电路例如包括：电源电路，其产生用于向一对电极层14a和一对电极层14b施加电荷的电压；控制电路，其控制该电源电路。在电路装置3与一个电极层14a以及一个电极层14b之间分别连接有多条布线32。在电路装置3与另一个电极层14a以及另一个电极层14b之间分别连接有多条布线31。在图示的例子中，布线31接地。像这样，电路装置3分别独立地与一对电极层14a和一对电极层14b连接。因此，电路装置3为能够分别独立地向一对电极层14a和一对电极层14b施加电荷(电位差)的结构。

例如，当从电路装置3向一对电极层14a施加电位差时，一对电极层14a通过库仑力彼此吸引。因此，介电弹性体层13a的厚度变薄，面积增大。其结果是，介电弹性体层13a的张力减弱，介电弹性体层13b的张力相对变强。由此，介电弹性体层13b变成将支承板22向图中的下方下拉的状态。由此，介电弹性体换能器1发挥将连接构件25下拉的驱动力。

另一方面，当消除一对电极层14a的电位差，并通过电路装置3向一对电极层14b施加电位差时，一对电极层14b彼此通过库仑力吸引。因此，介电弹性体层13b的厚度变薄，面积增大。其结果是，介电弹性体层13b的张力减弱，介电弹性体层13a的张力相对变强。由此，介电弹性体层13a变成将支承板22向图中的上方上拉的状态。由此，介电弹性体换能器1发挥将连接构件25上拉的驱动力。

滤波器主体4是作为高频滤波器发挥功能的部分，例如构成图2所示的等效电路表示的滤波电路。滤波器主体4具有电容成分Ca、Cb、Cc，以及电感成分La、Lb、Lc。通过这些电容成分Ca、Cb、Cc和电感成分La、Lb、Lc构成的LC振荡电路来规定滤波器主体4(高频滤波器A1)的频率特性。另外，本发明中的频率特性是指：输入的电信号的第一频带f1的衰减量小于第二频带f2的衰减量的特性。

图1表示滤波器主体4的具体的结构例。本实施方式的滤波器具有壳体41、输入部42、输出部43、多个谐振元件44和多个调节元件45。

框体41支承输入部42、输出部43、多个谐振元件44和多个调节元件45，并且收容这些构件的各自的至少一部分。壳体41由金属制成。在壳体41内填充有空气等气体。

输入部42是向滤波器主体4输入电信号的部分。输出部43是从滤波器主体4输出电信号的部分。

多个谐振元件44以对壳体41能够相对移动的方式被支承。多个谐振元件44彼此隔开间隔地配置。谐振元件44例如由金属等导电性材料制成。

多个调节元件45以对壳体41能够相对移动的方式被支承。多个调节元件45分别与多个谐振元件44相向配置。调节元件45例如由金属等导电性材料制成。

多个谐振元件44以及多个调节元件45的数量没有特别的限制，可以适当选择能够实现滤波器主体4要发挥的频率特性的数量。在图示的例子中，设有三个谐振元件44和三个调节元件45。在之后的说明中，将三个谐振元件44设为谐振元件44A、谐振元件44B和谐振元件44C来进行说明。此外，将三个调节元件45设为调节元件45A、调节元件45B和调节元件45C来进行说明。

等效电路中的电容成分Ca由谐振元件44A与调节元件45A之间的距离规定。电感成分La由谐振元件44A的长度规定。电容成分Cb由谐振元件44B与调节元件45B之间的距离规定。电感成分Lb由谐振元件44B的长度规定。电容成分Cc由谐振元件44C与调节元件45C之间的距离规定。电感成分Lc由谐振元件44C的长度规定。

在本实施方式中，高频滤波器A1具有六个介电弹性体换能器1。在之后的说明中，将六个介电弹性体换能器1设为介电弹性体换能器1A、1B、1C、1D、1E、1F来进行说明。

介电弹性体换能器1A的连接构件25安装在谐振元件44A。介电弹性体换能器1B的连接构件25安装在谐振元件44B。介电弹性体换能器1C的连接构件25安装在谐振元件44C。介电弹性体换能器1D的连接构件25安装在调节元件45A。介电弹性体换能器1E的连接构件25安装在调节元件45B。介电弹性体换能器1F的连接构件25安装在调节元件45C。

通过驱动介电弹性体换能器1A，能够使谐振元件44A相对于壳体41相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电感成分La。同样地，通过驱动介电弹性体换能器1B，能够使谐振元件44B相对于壳体41相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电感成分Lb。此外，通过驱动介电弹性体换能器1C，能够使谐振元件44C相对于壳体41相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电感成分Lc。

通过驱动介电弹性体换能器1D，能够使调节元件45A相对于壳体41(谐振元件44A)相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电容成分Ca。同样地，通过驱动介电弹性体换能器1E，能够使调节元件45B相对于壳体41(谐振元件44B)相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电容成分Cb。此外，通过驱动介电弹性体换能器1F，能够使调节元件45C相对于壳体41(谐振元件44C)相对移动。由此，能够改变滤波器主体4的等效电路中的电容成分Cc。

图5表示滤波器主体4(高频滤波器A1)的频率特性的一个例子。如图所示，滤波器主体4(高频滤波器A1)的频率特性为：第一频带f1的衰减量小于第二频带f2。在图示的例子中，第二频带f2包括互相分离的两个区域。第一频带f1被夹在第二频带f2的两个区域之间。这种特性的高频滤波器A1有时被称为例如带通滤波器。

接着，对高频滤波器A1的作用进行说明。

根据本实施方式，通过驱动多个介电弹性体换能器1能够改变高频滤波器A1的频率特性。介电弹性体换能器不必是像电动机等中的主要部件那样的金属部件。因此，虽然高频滤波器A1具有多个介电弹性体换能器，但是能够实现轻量化和小型化。

此外，由于通过介电弹性体换能器1驱动谐振元件44和调节元件45，因此与例如使由螺丝构成的调节元件45相对于壳体41相对移动的情况相比，能够使谐振元件44、调节元件45更大地相对移动。这能够更大幅度地改变高频滤波器A1的频率特性。

另外，作为高频滤波器A1的变形例，在图1所示的滤波器主体4中，也可以在输入部42和输出部43的外侧设置一对侧面缺口元件、以及使它们的长度可变的一对介电弹性体换能器1。通过改变一对侧面缺口元件的长度，能够提高自适应频率、衰减量和自适应频带的设定自由度。

图6～图8表示滤波器主体4的其他频率特性。在图6所示的例子中，第一频带f1包括彼此分离的两个区域。第二频带f2被夹在第一频带f1的两个区域之间。这种特性的高频滤波器A1有时被称为例如带阻滤波器。在图7所示的例子中，第一频带f1为比第二频带f2低的频带。具有这种频率特性的高频滤波器A1有时被称为例如低通滤波器。在图8所示的例子中，第一频带f1为比第二频带f2高的频带。具有这种频率特性的高频滤波器A1有时被称为例如高通滤波器。滤波器主体4通过酌情选择现有公知结构，能够实现这些频率特性。只要是通过介电弹性体换能器的状态变化来使各特性的滤波器主体4的电容成分、电感成分能够改变，从而使改变滤波器主体4的频率特性可变即可。

本发明的高频滤波器不限于上述实施方式。本发明的高频滤波器的各部分的具体结构可以自由地进行各种设计变化。

Claims

1.一种高频滤波器，其具有输入的电信号的第一频带的衰减量小于第二频带的衰减量的频率特性，

所述高频滤波器具有高频滤波器主体和多个介电弹性体换能器，

所述高频滤波器主体具有金属制的壳体、输入部和输出部、多个谐振元件以及分别与所述多个谐振元件相向配置的多个调节元件，

所述多个介电弹性体换能器分别与所述多个谐振元件或所述多个调节元件的任一个一对一关联，并且所述多个介电弹性体换能器分别具有介电弹性体层和夹着该介电弹性体层的一对电极层，

通过所述多个介电弹性体换能器的状态变化能够改变所述频率特性。

2.根据权利要求1所述的高频滤波器，其具有规定所述频率特性的电容成分，

通过所述介电弹性体换能器的状态变化，能够改变所述电容成分。

3.根据权利要求1或2所述的高频滤波器，其具有规定所述频率特性的电感成分，

通过所述介电弹性体换能器的状态变化，能够改变所述电感成分。

4.根据权利要求1所述的高频滤波器，其通过所述多个介电弹性体换能器使所述多个谐振元件分别对所述壳体相对移动。

5.根据权利要求4所述的高频滤波器，其通过所述多个介电弹性体换能器使所述多个调节元件分别对所述壳体相对移动。