JP2000295010A - プレーナ汎用応答デュアルモードキャビティフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】改良されたプリーナ汎用応答デュアルモード
（後電体装填）キャビティフィルタを提供する。 【解決手段】入力ポート１４はプローブ１８によりキャ
ビティ１２に結合される。ネジ３２はサイドウォール４
０を通して、直交モード間の結合度を決定する。キャビ
ティ１２は誘電体共振器２０を含む。隣接するキャビテ
ィ１２間はアイリス３０、またはプローブ２２または両
者により結合される。アイリスの大きさ、プローブの長
さにより電気的特性が決定される。出力ポートが最後の
キャビティ１２に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にフィルタに
関し、より詳しくは、プレーナ汎用応答デュアルモード
キャビティ（cavity、空洞共振器）フィルタに関し、そ
れはマイクロ波高性能フィルタ及びマルチプレクサを生
産するために使用され、衛星及び無線システム応用分野
に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】本発明に一般的に関した従来技術は、キ
ャビティ及びシングルモード誘電体共振器フィルターに
関しており、以下の内容を含む。本発明の譲受人に与え
られた米国特許第4,489,293号は、テュアルモードフィ
ルタを開示し、それは連続的なエンドウォールが結合(c
ouple）されて有する数個のコリニア誘電体装着共振キ
ャビティを含んでいる。本発明においては、一方、任意
の３つの隣接するキャビティの中心点により形成される
角度は90度の整数倍であり、そして、キャビティのサイ
ドウォールは、エンドウォールでなく、結合している。
米国特許第4,489,293号は隣接するキャビティ間のアイ
リス又はプローブカプラを使用するが、しかし、本発明
のような同じ2つのキャビティをカプリング（結合）し
ているプローブとアイリスのカプリングの使用は示唆し
ていない。

【０００３】米国特許第4,489,293号において開示され
ている装置は、機械的に装着して組み立てるのが困難で
ある。特に例えば衛星トランスポンダのように、複雑に
一まとめに扱うことが必要である場合はそうである。さ
らに、シリンダ状に形作られたフィルタと周囲の平らな
設備との間の空間は、充分に利用されていない。６以上
のポールのための最適の標準的なフィルタの実施例は、
入力及び出力が同じキャビティに位置することを必要と
し、これらの２つのポート間の分離は実現するのが困難
である。

【０００４】本発明は、以下の特徴を提供する。それ
は、小型MIC（microwave integratedcircuit＝マイクロ
波集積回路）デバイスと互換性を持っており、機械的に
装着するのがより簡単である。イコライザ及びアイソレ
ータを同じハウジング内で一体化可能である。なぜなら
キャビティは幾何学的に折り畳まれた（folded）パター
ンに従うことが可能なので、最適の標準的応答の実現が
容易に達成できる。より大きな冷却断面のため、本発明
はより良い熱伝導特性を有し、特に真空環境ではそうで
ある。したがって、より高いパワーレベルでの応用が可
能となる。

【０００５】米国特許第4,489,293号は、エス．ジェ
イ．フィージウスコ（S.J.Fiedziuszko）及びアール．
シー．チャップマン（R. C.Chapman）両氏による「ミニ
チュアフィルタ及びデュアルモード誘電体共振器を装填
したキャビティを利用するイコライザ」（1982国際マイ
クロ波シンポジウム、IEEE MTT、1982年6月15日-17日）
と題した論文に基づいて、入念に発明された。

【０００６】米国特許第4,216,448号は、数個のキャビ
ティを含む「エンジンブロック」フィルタを開示してい
る。しかし、その特許では、単一同軸TEMモード（trans
verse electromagnetic mode）を使用しており、本発明
のデュアルモード動作を示唆していない。デュアルモー
ド動作はフィルタのポールの数を２倍にすることができ
るが、それは２つのモードが同じキャビティ内で同時に
共振するからであり、そして、1つのポールは各モード
に対応する。これは、重量及びサイズが限定されている
分野で、例えば宇宙船のような応用分野において、非常
に重要である。米国特許第4,216,448号のフィルタは電
気的隣接モードのカプリングのみが可能であり、本発明
に記載の電気的非隣接モードに関してではない。米国特
許第4,216,448号は本発明のような誘電体共振器の使用
を示唆していない。米国特許第4,216,448号のフィルタ
の回転ネジは、エンドウォールを突き抜けるが、本発明
に記載のサイドウォールにではない。米国特許第4,216,
448号は、カプリング型アイリス・プローブカプラの使
用を示唆していない。

【０００７】米国特許第4,135,133号は、コリニアデュ
アルモードフィルタを開示している。それは、カプリン
グ型アイリス/プローブ相互キャビティ（intercavity）
カプラを示さない。それは、誘電体の搭載を示していな
く、本発明のように、どのように幾何学的にフィルタを
折り畳めばよいかを示していない。米国特許第4,267,53
7号は環状TE_0mnモードの扇形フィルタを開示している
が、本発明のような、デュアルモード折り畳み式幾何形
状型キャビティフィルタでない。

【０００８】米国特許第3,516,030号は、2つのキャビテ
ィ間のロッドに関連する穴を開示している。該穴はアイ
リスでない、なぜならそれは2つのキャビティを相互接
続しないからである。他の一般的な参照は、米国特許第
2,406,402号、3,475,642号及び3,680,012号を含む。

【０００９】最も関連のある従来技術は、フィージウス
コに対して発行され、本発明の譲受人に与えられた米国
特許第4,453,146号であり、電磁気キャビティフィルタ
が、電導性ウォールを有する少なくとも2つのキャビテ
ィにより形成されることを開示している。2つ以上のキ
ャビティが使用されるときには、中心点はコリニアであ
る必要はない。むしろ、任意の3つの連続的にカプリン
グ（結合）するキャビティの中心点により形成される角
度が90度の整数倍であれば充分である。したがって、折
り畳んだ「エンジンブロック」形状は、フィルタの入力
キャビティが出力キャビティに隣接するように実現する
ことができる。これは、標準的なフィルタレスポンスを
可能にする。各キャビティは2つのフィルタポールの等
価物である。なぜなら、電磁放射の2つの直交モードが
その中で共振し得るからである。電気的非隣接モードの
隣接キャビティは、電気的隣接モードの隣接キャビティ
と同様、結合可能であり、楕円フィルタ機能が可能であ
る。電気的非隣接モードは2つのキャビティ間の開いて
いるアイリスによって結合される。電気的隣接モード
は、各々の2つのキャビティを貫いている電導性プロー
ブによって結合される。誘電体共振器は各キャビティ内
に配置され得て、キャビティの物理的サイズを減少さ
せ、同時にその電気的特徴を保存する。

【００１０】米国特許第4,453,146号において開示され
たフィルタは、フィルタ技術の重大な改良であったが、
本発明の発明者は前者発明よりもより一般化されたフィ
ルタを開発した。即ち、本発明のフィルタは可変性の入
出力カップリングを提供し、それは多くのフィルタに応
用し得る。それ故に、改良型のプレーナ汎用応答デュア
ルモードキャビティフィルタを有することは有利であ
る。又、改良型のプレーナ汎用応答デュアルモード誘電
体搭載キャビティを有することは有利である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、米国特許第
4,453,146号において開示したフィルタに対する改良を
提供して、プレーナ汎用応答デュアルモード（誘電体装
填）キャビティフィルタを提供し、該フィルタは前者フ
ィルタよりも応用分野が広い。本願プレーナ汎用応答デ
ュアルモードキャビティフィルタは、誘電体が搭載され
てもよく、より鋭敏な応答フィルターと非対称応答フィ
ルタをデュアルモードフィルタ構成において可能にし、
それは米国特許第4,453,146号の開示や他の従来のフィ
ルタ設計の技術を使っては実現不可能であった。本発明
は、衛星及び無線システム応用分野において、改良型の
マイクロ波高性能フィルタ及びマルチプレクサの構成を
提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁放射にフ
ィルターをかけるデバイスを提供し、２以上のほぼ円筒
型の共振キャビティを含む。任意の3つの隣接するキャ
ビティの中心点を連結する角度は90度の整数倍とし得
て、幾何学形状は折り畳まれるか、又は、ブロック配列
とするのが可能であり、そこにおいて該キャビティは入
力要素又は入力カプリング装置を経由したフィルタ入力
を受容し、該キャビティは、他の２つのキャビティに隣
接していて、該２つの他のキャビティの内の１つはフィ
ルタ出力を出力要素又は出力カプリング装置を経由して
生成する。キャビティのサイドウォールはプローブ及び
／又はアイリスによって相互カプリングされる。

【００１３】各キャビティ内での共振は、電磁エネルギ
ーの２つの直交縮退モード、すなわちHE₁₁₁導波管モー
ドでもよい。相互キャビティカプリングは、アイリス、
プローブ又はカプリング型アイリス・プローブによって
2つの隣接キャビティをカプリングすることにより達成
される。2つの電気的非隣接モードは、誘導性アイリス
によってカプリングされる。2つの電気的隣接モード
は、容量性プローブによってカプリングされる。各キャ
ビティは、誘電体共振器を搭載し、フィルタのサイズと
重量を減らす。各キャビティは特性ベクトル同調要素を
有し、それらは一般的に同調ネジである。各キャビティ
は又モードカプリング要素を有し、それらは又、同調ネ
ジの形であってもよい。1つのキャビティは入力要素を
有し、２番目のキャビティは出力要素を有して、それら
はプローブ又はアイリスであってもよい。

【００１４】カプリングアイリス又はプローブは選択的
な角度で回転させられ、その角度は隣接した相互カプリ
ングキャビティの中心線を通る線に関している。カプリ
ング型アイリス又はプローブの回転は相互カプリングさ
れたキャビティ間の追加的なモードをつくる。入力及び
出力要素は、又、ある角度で選択的に回転可能であり、
その角度は、それぞれのキャビティの各サイドウォール
に垂直な軸に関してである。入力及び出力カプリング装
置又はカプリング要素が配置される位置は、対応する特
性ベクトル同調要素に関して0から±180度の間で変化す
る選択可能な角度だけ回転された位置でもよい。

【００１５】デュアルモードキャビティを使用すれば、
１つのキャビティにつき2つのフィルタポールが可能で
ある。シングルモードフィルタと比較して、本発明はそ
れ故、同じ重量及びサイズの約２倍のフィルタ容積を提
供する。本発明は、デュアルモードコリニアフィルタと
比較して機械式装着の利点を提供し、容易に同じハウジ
ング内の他の部品、例えばイコライザとアイソレータな
どと一体化可能である。幾何学的な折り畳んだあるいは
ブロック状のデザインにより、最適な標準的レスポンス
が容易に実現し得る。

【００１６】

【発明の実施の形態】多様な本発明の特徴と効果は、添
付の図面に関連する詳細説明によってより容易に理解さ
れる。同じ参照番号は同じ構成要素を示す。図1を参照
すると、部分破断面を有する等角図であり、本発明の原
則に従うデュアルモード誘電体搭載キャビティフィルタ
10の例示的な実施例が示されている。フィルタ10は、少
なくとも2つのキャビティ12を含む。図1は、4つのキャ
ビティ12を有するフィルタ10の例示的な実施例を示す。

【００１７】例示的なフィルタ10は、ハウジング28を有
し、例示の実施例はほぼ立方体形のブロックの形をして
おり、そこにおいて、実質的に同一の４つのキャビティ
12が形成される。各キャビティ12は、ほぼ円筒形状のサ
イドウォール40を有し、該サイドウォールは上下部エン
ドウォール15により形成されて、該ほぼ円筒形状のサイ
ドウォールによって相互に連通する。説明を容易にする
ために図1には、フィルタ10はその頂部を切り取られて
示されており、その結果、上部エンドウォール15は見え
ない。各エンドウォール15は、実質的にその対応するサ
イドウォール40と直交する。各エンドウォール15は、エ
ンドウォール15がその平面で90度の整数倍で回転させら
れても一定の形状をとどめている。

【００１８】キャビティ12の「縦軸」は、エンドウォー
ル15に対して垂直な軸として画定され、サイドウォール
40と平行である。フィルタ10の全てのキャビティ12の縦
軸は、一般に平行であって、全ての上部エンドウォール
15は実質的に一つの平面にあり、そして、全ての下部エ
ンドウォール15は実質的に他の平面にある。したがっ
て、キャビティ12はエンドウォール近似よりむしろサイ
ドウォール近似である。ここで使われる「近似」の意味
はエンドウォール15の半径の距離未満の分離を有するこ
とである。キャビティ12は、カプリングを容易にするた
めに十分近いが、しかし、ハウジング28の機械的一体性
をオフセットしたりあるいは、キャビティ間の電磁気エ
ネルギーの漏洩がおきるほどであってはならない。

【００１９】キャビティ12のうちの１つ、この場合最前
面のキャビティ12は、入力要素14即ち入力ポート14を有
し入力エネルギーにフィルタ10への経路を提供する。他
の任意のキャビティ12は入力ポート14a即ち出力ポート1
4a（図2、3及び7）を含んでエネルギーをフィルタ10か
ら出力しても良い。入力及び出力要素14、14aあるいは
該ポート14、14aは角度を選択して、それぞれのキャビ
ティ12のサイドウオール40に対して垂直な軸に関して回
転させられてもよい。より詳しくは、入力及び出力要素
14、14aは、対応する特性ベクトル同調要素32に関して0
から±l80度の間で変化する選択可能な角度を選んで回
転させられる位置に配置されてもよく、それについては
以下、もっと充分に述べられる。

【００２０】入力ポート14は、外部環境をともなって電
磁気共振キャビティ12に結合される任意の要素でも可能
である。例示のために入力ポート14は、同軸のカプラと
して示され、該カプラは円筒形外部導体16と、誘電体装
着プレート17と、内側通導プロビスカス（probiscus）1
8、即ちプローブ18と、を含み、キャビティ12に延び
る。同調及びカプリング要素、即ちネジ32（32a、32b、
32c）はキャビティ12のサイドウォール40を通して突き
出て、派生的な直交モードを引き起こし、直交モード間
の結合度を決定する。そのことはより充分に後述さる。

【００２１】各キャビティ12はその内部に誘電体共振器
20を有しても良く、そして、該共振器は高い誘電率と高
いQを有することが好ましい。誘電体共振器20は、フィ
ルタ10の物理的寸法を縮めながら同時に電気特性を保持
するが、それは、フィルタ重量及びサイズが厳しく制限
されている分野、例えば宇宙船のへの応用の場合、重要
である。各共振器20は、実質的に同じ誘電性効果を示
す。したがって、全ての共振器20が実質的に同じサイズ
及び形（図1に、正しい円筒形として実例を示す）を有
して、実質的に同じ誘電率を有することが便利である。

【００２２】共振器20が使用されるとき、各共振器20の
中心点はキャビティ12の縦軸の中心点に沿って配設され
る必要はない。しかし、共振器20の縦軸は、キャビティ
12の縦軸と平行であるべきである。これらの2本の軸に
直交しかつキャビティ12と共振器20を分けている任意の
平面において、共振器20の横断面の形及びキャビティ12
の横断面は同じ（即ち、共振器20の横断面のサイズは、
キャビティ12の横断面のそれ以下）であるべきで、共振
器20の横断面はキャビティ12の横断面の中心におかれる
べきである。

【００２３】共振器20の横断面及びキャビティ12の横断
面は、それら共通の形状がこの２つに分けている平面に
おいて90度の整数倍回転させても変化せずに残るという
原則は、両方とも満たさなければならない。したがって
この共通の形は、円、正方形、八角形、その他になろ
う。共振器20は、例えば発泡スチロールのような低い誘
電率を有する材料を介してキャビティ12の内部に配設さ
れるか、あるいは、金属又は誘電体ネジ（又は他の手
段）によって共振器20とキャビティ12の円筒軸に沿って
配置される。

【００２４】フィルタ10の挿入損失は、個々の誘電体共
振器搭載キャビティ12のＱファクターにより決定され、
そして、それは次に誘電体共振器の材料及びキャビティ
12内に共振器20を配設するために使用する材料の損失に
依存する。図1に示すように囲い込まれたブロック形状
であると仮定すると、標準的フィルタ10の中においては
フィルタの入力キャビティ12は出力キャビティ12に連結
されて実現され得る。

【００２５】図1は出力ポート14a（図2、3及び7）を示
していないが、最も左のキャビティ12又は最も右のキャ
ビティ12は出力キャビティ12として機能し得て、それは
出力ポート14aをそこに結合するからであり、ただし、
出力ポート14aは図1では不明瞭であるのは、それが2つ
のサイドウオール40のうちの1つにか又はハウジング28
の底にあるからである。

【００２６】2つの隣接するキャビティ12の間のカプリ
ングは誘導性アイリス30を使用して行われても良く、そ
れは2つのキャビティ12を連結している開口部であっ
て、2つのキャビティ12を貫通する容量性の伝導プロー
ブ22によってか、又は、アイリス30とプローブ22との組
み合わせによってであっても良い。プローブ22及び／又
は誘導性アイリス30の中心点が、結合したキャビティ12
の縦軸に沿って中間値位置である必要はない。各々のプ
ローブ22は2つの電気的隣接モード12を結合し、各々の
アイリス30は２つの電気的非隣接キャビティ12を結合す
る。これは、更に詳細に以下において説明される。

【００２７】プローブ22は、両方のキャビティ12に延び
てカプリングしている細長い電導性部材である。プロー
ブ22は電導性キャビティ12のウォール40から絶縁され、
円筒形誘電体スリーブ24がプローブ22を囲んでいて、ハ
ウジング28に切られた円筒形ノッチ34にぴったりとあて
はまっている。プローブ22の長さは、所望された電気的
特性に依存する。より長いプローブ22は帯域幅を増加さ
せ、その逆も言える。プローブ22の正確な長さは、一般
的に実験的に決定される。本発明によれば、プローブ22
は角度（θ1,θ2,θ3,θ4）で、相互結合された隣接キ
ャビティ12の中心による線に関して選択的に回転させら
れる。結合プローブ22を回転すると、相互結合されたキ
ャビティ12間の追加のモード結合ができる。

【００２８】共振器20とプローブ22が両方とも使用され
る場合、両者の距離の減少によって、電気的特性の感度
の増加が可能になり、該特性は結果の再現性、温度バリ
エーション及び機械的振動に関している。アイリス30
は、細長い開口部であって２つのキャビティ12の長手軸
に沿っており、それらを相互接続する。アイリス30の幅
は、所望される電気的特性に依存する。アイリス30の幅
がより広くなると、結果としてフィルタ部の帯域幅がよ
り広くなる。本発明によればアイリス30は、アイリス30
を通る横軸に関して選択的にある角度で回転させられ
て、どちらの隣接する相互結合キャビティ12の垂直な軸
とも平行ではない。

【００２９】プローブ22とアイリス30が一緒に使用され
るとき、2つのキャビティ12を結合させるためには、ア
イリス30はプローブ22によって二つに分岐されてもされ
なくてもよい。それが２つに分岐されるときに、その長
さはわずかに短くされて同じ電気的特性を保持する。図
2は、本発明の原則に従って5つのポールフィルタ10を結
合させる典型的な線図を例示する。例示的な5つのポー
ルフィルタ10は、3つの相互結合キャビティ12と、第1キ
ャビティ12に結合された入力ポート14と、第3キャビテ
ィ12に結合された出力ポート14aと、を有する。デュア
ルモードは第1及び第3キャビティ12によって支持（supp
ort）される。デュアルモード結合はモード1と2の間の
（丸囲い数字1及び2の間）カプリング及びモード2と3の
間の（丸囲い数字1及び2の間）カップリングで例示され
ている。付加的なデュアルモード結合はモード3と4との
間（丸囲い数字3と5の間）のカプリング及びモード4と5
（丸囲い数字4と5の間）の間のカップリングで例示され
ている。シングルモードは第2キャビティ12によって支
持され、モード1から3の、そして、モード3から5の結合
で例示される。

【００３０】結合アイリス30又はプローブ22は、ある角
度で特性ベクトル同調要素（図1の同調ネジ32）の軸に
関して回転されて、付加的モードカプリングをつくる。
入力及び出力ポート14、14aは、対応する特性ベクトル
同調要素（同調ネジ32）を通した軸に関して回転させら
れてもよい。入力及び出力ポート14、14aは、対応する
特性ベクトル同調要素32に関して0から±180度の間で変
化する選択可能な角度だけ回転させられた場所に配設さ
れうる。

【００３１】図3は、図2のカプリング線図で示される5
つのポールフィルタ10の物理的な構成を例示する。例示
する5つのポールフィルタ10は、入力ポート14と第１及
び第２同調ネジ32a,32cを有する第1デュアルモードキャ
ビティ12を含み、又それは特性ベクトル同調ネジ32及び
モード結合ネジ32bを含む。入力ポート14は、特性ベク
トル同調ネジ32aにより画定される軸に関して、0から90
度の間の任意の角度である。

【００３２】第１キャビティ12は、第１結合アイリス30
及び／又は第１結合プローブ22を経由して第２キャビテ
ィ12に結合する。第１結合アイリス30及び／又は第１結
合プローブ22は、特性ベクトル同調ネジ32aにより画定
される軸に関して0から90度の間の任意の角度で配置さ
れる。第１結合アイリス30及び／又は第１結合プローブ
22の角度は、一般的に入力ポート14の角度と同じではな
い。

【００３３】第２キャビティは、第２結合アイリス30及
び／又はプローブ22を経由して結合して第3キャビティ1
2に結合されている。第3キャビティ12は出力ポート14a
を有し、該ポートは該キャビティ12内の特性ベクトル同
調ネジ32a（図示せず）によって画定される軸に関して0
から90度の任意の角度をなして配設される。第２結合ア
イリス30及び／又は結合プローブ22は又、特性ベクトル
同調ネジ32aにより画定される軸に関して0から90度の間
の任意の角度で配設される。第２結合プローブ22の角度
は一般的に、入力ポート14や、第１結合アイリス30及び
／又はプローブ22や、又は出力ポート14aの角度と同じ
ではない。

【００３４】図3に示されるように、第１キャビティ12
はデュアルモードを支持し、それは水平及び垂直な矢印
1及び2と記されて例示される。第２キャビティ12はシン
グルモードを支持し、3と記される45度の矢印で例示さ
れる。第１第２キャビティ12間の結合アイリス30及び／
又はプローブ22は、結合モード1-3と2-3を支持する角度
で回転される。第3キャビティも又デュアルモードを支
持し、4と5で記される水平及び垂直な矢印で例示され
る。第2第3キャビティ12間の結合アイリス30及び／又は
プローブ22はモード3-4と3-5のカプリングを支持する角
度で回転される。

【００３５】図4は、図1に示されるフィルタ10の使用に
適するキャビティ12の１つの実施例の詳細を示す。入力
アイリス42は、キャビティ12のエンドウォール15に切ら
れた細長い溝であり、キャビティ12への入力ポート14又
は出力ポート14aとして機能する。他の種類の公知技術
のポート14、14aが使用されてもよい。入力アイリス42
は、0から90度までの間の任意の角度で、特性ベクトル
同調ネジ32aにより画定される軸に関して回転される。
ウォール40、15の内壁面は、電導性である。これは例え
ば、軽量誘電体ハウジング28の削りだしの上に、銀又は
他の伝導材料をスパッタリングして薄い層を作ることに
よって達成し得る。

【００３６】2台の相互キャビティカプラが図4に示さ
れ、プローブ22と、サイドウォール40を通過して配置さ
れるアイリス30と、を含んでいる。プローブ22とアイリ
ス30はある角度で回転されており、プローブ22はサイド
ウォール40に垂直でなく、そして、アイリス30はサイド
ウォール40の縦軸に対して垂直でないようにしている。
第１及び第２同調ネジ32a、32bは導電誘電体でありキャ
ビティ12内に広がっているモードの電界分布を乱す機能
を持つ。この動揺は、他の方法でなされても良く、例え
ばサイドウォール40をネジの入り口点でくぼませること
によってでも良い。同調ネジ32a、32bは、互いに直交す
る。同調ネジ32a、32bは、キャビティ12に入力ポート42
によって入ってくる初期モードの特性ベクトルとコリニ
アではない。理由は、それが第１同調ネジ32aの軸に関
して回転されるからである。第１同調ネジ32aは、この
初期モードを制御する。第２同調ネジ32bは直交モード
又は派生的モードを制御し、それはネジ32cを結合させ
ることにより起こる。

【００３７】各同調ネジ32a、32bの機能は、特性ベクト
ルにより画定されるモードの周波数を変えることであ
り、本フィルタ10においてはそれはそれぞれのキャビテ
ィ12の各々の同調ネジ32a、32bに関して角度（θ）にお
いてである。キャビティ12に同調ネジ32a、32bを更に挿
入すると、モード共振周波数を下げることができる。結
合ネジ32cは導電性誘電体であり、派生的なモードを引
き起こし、そして、初期モードと派生的モードの間の結
合度を制御する。結合ネジ32cがキャビティ12により挿
入されると、キャビティ12内の派生的モードはさらに励
起される。

【００３８】図4はサイドウォール40の同じ90度円周内
にまとめられる同調ネジ32a、32bの貫入位置を示すが、
しかし、これは、同調ネジ32a、32bが互いに直交し、か
つ、結合ネジ32cが実質的に各々の同調ネジ32a、32bに
関して45度の角度を形成する限り、必要ではない。同調
及び結合ネジ32a、32b、32cはサイドウォール40と直交
する。

【００３９】図5は、キャビティ12の別の実施例を例示
し、そこでは入力又は出力機能が入力又は出力ポート1
4、14aによって実行され、該ポートは突出する同軸カプ
ラであり、ある角度でサイドウォール40に関して回転さ
れている。入力又は出力ポート14、14aは、外側の円筒
形導体16と、キャビティ12に延び外側の導体16から誘電
体によって分離されるプロビスカス（probiscus）18
と、誘電体装着プレート17と、を含む。相互結合アイリ
ス30は、サイドウォール40に沿ってキャビティ12の軸に
関してある角度で配設されていることが示されている。

【００４０】図6は、誘電体共振器20の横断面を例示
し、その中で共振する2つの直交モードを示している。
第1モードは、矢印49に示され、モードを画定する電界
ベクトルの一般的な分布を示す。第2の直交モードは矢
印51によって示され、そのモードの電界分布を示す。各
モードは、その中心ベクトル、すなわちまっすぐな矢印
だけによって表現可能であり、そして、そのモードの
「特性ベクトル」と識別される。図7を参照すると、フ
ィルタ10の4つのキャビティ12の各々は、その中に2つの
直交モードを有することが示されている。該モードは、
1から8まで番号がふられ、そして、それぞれの特性ベク
トル（それぞれのキャビティ12内の矢印）によって例示
される。

【００４１】図7のフィルタ10は、入力ポート14と、出
力ポート14aと4つの相互キャビティカプラと、を有し、
該カプラはプローブ22か、アイリス30か、又はプローブ
22とアイリス30の両方を含んでいる。入力電磁気エネル
ギーが入力ポート14を通って左下のキャビティ12に入る
場合、共振の初期モードはモード1である。同調ネジ32
a、32b及びモード結合ネジ32cは、図7に示されていな
い。第2の直交モード、即ちモード2は、第１キャビティ
12内で引き起こされる。左上キャビティ12内でモード3
及び4を励起させたい場合、モード4は電気的にモード1
に対して隣接しておらず、モード3は電気的にモード2と
隣接している。それから、相互キャビティカプラは、プ
ローブ22とアイリス30とを含む。

【００４２】この説明全体にわたって使用される「電気
的隣接モード」又は「隣接モード」とは隣接するキャビ
ティ12内で共振している2つのモードであって、そし
て、その特性ベクトルは平行でかつコリニアである。し
たがって、図7において、以下のモードのペアは、電気
的隣接モードの定義を満たす即ち、2と3、4と5、6と7、
そして、8と1のペアである。

【００４３】通常、隣接するキャビティ12からのモード
のペアを一緒に結合させることは好ましくなく、それは
その特性ベクトルが直交しているからである。上記の定
義の下で、これらのモードのペアは電気的に非隣接で
も、電気的に隣接でもない。同様に、同じキャビティ12
からのモード12と非隣接キャビティ12からのモードは、
電気的に非隣接でも電気的に隣接でもない。

【００４４】公知技術では、フィルタ10を設計する際に
は、いくつかのキャビティ12を電気的隣接モードと電気
的非隣接モードとの一定のシーケンスを使用して結合さ
れる。これらの設計目的は本発明において容易に実現さ
れ、そこにおいて、２つの関連する一対の電気的非隣接
モードを結合させるために、2つの関連する隣接するキ
ャビティ12との間のアイリス30が使用される。電気的隣
接モードを結合させるためには、プローブ22は2つの関
連する隣接キャビティ12の間で使用される。同じ2つの
キャビティ12の電気的非隣接及び電気的隣接モードの両
方を結合させるためには、アイリス30とプローブ22がキ
ャビティ12の間で使用される。

【００４５】したがって、図7において、モード1、2、
3、6、7及び8を励起させることが望ましい場合は、モー
ド2は以下に述べるように励起され、そして、プローブ2
2はモード7を励起するために使われ、モード8は以下に
述べるように励起される。プローブ22は電気的隣接モー
ド1と8を結合するために使われる。同様に、アイリス30
は電気的非隣接モード２と７とを結合するために使用さ
れる。

【００４６】C-バンドフィルタ10は、上記の教示を使用
して設計され、組み立てられ、テストされて、そして4-
ポール及びいくつかの5-ポールフィルタ10とを含む。図
8は、本発明の原則に従って4-ポール及び5-poleフィル
タ10を比較するグラフを示す。図8は、周波数（MHz）に
対する損失（dB）を表す2本のカーブとリターン損失（d
B）を表す2本のカーブとを例示していて、それぞれのフ
ィルタ10のものである。それぞれの4-ポール及びいくつ
かの5-ポールフィルタ10を画定している4及び5-ポール
マトリックスデータは、図8中の右に示される。

【００４７】5-ポールフィルタのために、プローブ22は
円筒形状で直径はほぼ1.3mm、長さ約10.7mmであった。
各々の4つのキャビティ12は、直径2.5cm、長さ2cmであ
った。各誘電体共振器20は、縦軸に沿った長さは0.68cm
で直径1.6cmを有していた。アイリス30は、ほぼ20mmの
長さとほぼ2.5mmの幅を有した。8-ポールフィルタ10の
重量は約100グラムであって、比較的に軽量なグラファ
イト繊維強化プラスチックコリニアフィルタ10の約半分
の重量で、そして、薄いウォールインバールコリニアフ
ィルタ10の3分の１の重量であった。

【００４８】4-ポールフィルタ10のために、円筒プロー
ブ22は、約1.3mmの直径と約1.9mmの長さを有した。各々
の2つのキャビティ12は、2cmの長さと2.5cmの直径を有
した。各共振器20は、0.68 cmの長さと1.6cmの直径を有
した。アイリス30は、約20mmの長さと約2.5mmの幅を有
した。フィルタ10の重量は、60グラムであった。ファル
タ10の挿入損失は2dB（等しい40MHzリップル帯域幅で）
であり、そして、約8000のQに対応する。見かけの応答
は、充分な間隔（500MHz）を示した。より大きい直径／
長さの比率を誘電体共振器20のために選択すれば、実質
的にこの間隔を改善できよう。

【００４９】このように、改良型のプレーナ汎用応答デ
ュアルモードキャビティフィルタが開示されている。記
載されている実施例は単に本発明の原則の応用を表現す
るいくつかの実施例を図示しているにすぎないことが理
解されるべきである。多数の他の変更は当業者によっ
て、本発明の範囲を逸脱することなく、容易に工夫され
得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図1】 本発明の原則に従うプレーナ汎用応答デュア
ルモード誘電体搭載キャビティフィルタの実施例を上か
ら見た等角図で、部分断面図を含む。

【図2】 本発明の原則に従う５つのポールフィルタの
ための例示的なカプリング線図である。

【図3】 図2のカプリング線図に示される５つのポール
フィルタの物理的な構成である。

【図4】 本発明の１つのキャビティの実施例である。

【図5】 本発明の別の１つのキャビティの実施例であ
る。

【図6】 本発明のキャビティの誘電体内部の第1電磁気
モードの電界分布の略図であり、又、第2直交モードの
電界分布である。

【図7】 本発明の４つのキャビティ実施例を上から見
た略図であり、キャビティ内の直交モード特性ベクトル
（1から8）を例示する。

【図8】 本発明の原則に従う4つ及び5つからなうポー
ルフィルタの損失を比較しているグラフである。

【符号の説明】

１０フィルタ １２キャビティ １４入力要素 １５エンドウォール ２０誘電体共振器 ２２プローブ ３２同調ネジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョウジ エイ． フィージウスコ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロアルト ニューベリーコート 4268

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁気フィルタであって、 電磁気エネルギーの2つの直交モードの共振を各々が担
   う2つのキャビティと、 前記キャビティのうちの1つに結合される入力要素と、 前記キャビティのもう１つに結合される出力要素と、 それぞれの軸に沿って各々整列する各々の前記キャビテ
   ィに結合する特性ベクトル同調要素と、 前記２つのキャビティを連結する相互キャビティカプラ
   と、を含み、 前記相互キャビティカプラは、一対の電気的隣接モード
   及び一対の電気的非隣接モードを前記キャビティ間で結
   合させ、そして、前記相互キャビティカプラは、所定の
   任意の角度で前記特性ベクトル同調要素の前記軸に関し
   て回転させられることを特徴とする電磁気フィルタ。
2. 【請求項２】 請求項1記載のフィルタであって、前記
   入力要素が、その対応する特性ベクトル同調要素の軸に
   関して0度から±180度の間の角度で配設されることを特
   徴とするフィルタ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のフィルタであって、前
   記出力結合要素がその対応する特性ベクトル同調要素の
   前記軸に関して0度から±l80度の間の角度で配設される
   ことを特徴とするフィルタ。
4. 【請求項４】 請求項1記載のフィルタであって、前記
   入力及び出力結合装置が、細長い導電性プローブとアイ
   リスとを含むグループから選択されることを特徴とする
   フィルタ。
5. 【請求項５】 請求項1記載のフィルタであって、前記
   相互カプラが、前記２つのキャビティ間の細長いアイリ
   スとそれぞれ前記キャビティに伸びる細長い電導性プロ
   ーブと、を含むことを特徴とするフィルタ。
6. 【請求項６】 請求項1に記載のフィルタであって、前
   記入力要素が各それぞれのキャビティのサイドウォール
   に対して垂直である軸に関して、選択的にある角度で回
   転させられることを特徴とするフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項1に記載のフィルタであって、前
   記出力要素は各それぞれのキャビティのサイドウォール
   に対して垂直である軸に関してある角度をもって選択的
   に回転させられることを特徴とするフィルタ。
8. 【請求項８】 請求項1記載の装置であって、各々のキ
   ャビティ内において、誘電体装置は物理的にキャビティ
   のサイズを減少させて同時にその電気的特性を保存して
   いることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 電磁気フィルタであって、 少なくとも3つのキャビティを含み、該キャビティは電
   磁気エネルギーの2つの直交モードの共振を担い、共通
   のウォールを介して電磁気的に結合されたキャビティの
   隣接した一組を有し、 又、該フィルタは、前記キャビティのうちの1つに結合
   する入力要素と、 前記キャビティのもう一方に結合する出力要素と、 誘電体共振器を囲んでいる各キャビティと、 それぞれの軸に沿って各々整列する各々の前記キャビテ
   ィに結合する特性ベクトル同調要素と、 それぞれのキャビティの対を結合する相互キャビティカ
   プラと、を含み、 該相互キャビティカプラは電気的隣接モードの１対と電
   気的非隣接モードの１対とを前記キャビティの間におい
   て結合させ、前記相互キャビティカプラは所定の任意の
   角度でその対応する特性ベクトル同調要素の前記軸に関
   して回転させられることを特徴とするフィルタ。
10. 【請求項１０】 請求項9に記載のフィルタであって、
    前記入力要素は、その対応する特性ベクトル同調要素の
    軸に関して0度から±l80度の間の角度で配設されること
    を特徴とするフィルタ。
11. 【請求項１１】 請求項9に記載のフィルタであって、
    前記出力結合要素が0度から±180度の間の角度でその対
    応する特性ベクトル同調要素の前記軸に配設されること
    を特徴とするフィルタ。
12. 【請求項１２】 請求項10に記載のフィルタであって、
    結合されたキャビティの各々の組が、相互結合キャビテ
    ィによって共通のウォール中の細長いアイリスと、各々
    の前記結合されたキャビティの中に突出している電導性
    プローブと、を含むことを特徴とするフィルタ。
13. 【請求項１３】 請求項10に記載のフィルタであって、
    前記それぞれの入力及び出力結合要素が、細長い電導性
    プローブ及びアイリスを含むグループから選択されるこ
    とを特徴とするフィルタ。
14. 【請求項１４】 電磁気フィルタであって、 共通のウォールを共有する第１及び第２電導性キャビテ
    ィを含み、各キャビティ内で電磁気エネルギーの２つの
    直交モードが共振可能であって、 該フィルタは、各キャビティの第1軸に沿って配設され
    る第1同調装置を含んで、各それぞれのキャビティを第1
    周波数で共振させるように同調させ、 該フィルタは各キャビティの第２軸に沿って配設される
    第2同調装置を含み、該軸は実質的に第1軸と直交し、そ
    れぞれ各々のキャビティを第２周波数で共振させるよう
    に同調させ、 該フィルタは各々のキャビティに配設されるモード結合
    装置を含み、第１及び第２軸上の共振エネルギー間の相
    互結合をなして、いずれかの軸上の共振エネルギを、も
    う一方の軸上に共振エネルギを結合させそして励起さ
    せ、 該フィルタは、相互キャビティカプラを含んで第１と第
    ２のキャビティを相互結合させて一対の電気的隣接モー
    ドと一対の電気的非隣接モードをキャビティ間で結合さ
    せ、前記相互キャビティカプラは所定の任意の角度で前
    記モード結合装置の軸に関してそれぞれ回転させられ、
    そして、 該フィルタは、入力及び出力結合装置を含んでエネルギ
    をそれぞれ前記第１キャビティの中に、そして、前記第
    ２キャビティから結合させることを特徴とする電磁気フ
    ィルタ。
15. 【請求項１５】 請求項14に記載のフィルタであって、
    前記入力結合装置が0度から±l80度の間の角度で、その
    対応する特性ベクトル同調要素の軸に配設されることを
    特徴とするフィルタ。
16. 【請求項１６】 請求項14に記載のフィルタであって、
    前記出力結合装置が0度から±l80度の間の角度で、その
    対応する特性ベクトル同調要素の軸に配設されることを
    特徴とするフィルタ。
17. 【請求項１７】 請求項15に記載されるフィルタであっ
    て、前記入出力結合装置が、第１及び第２の選択可能な
    角度において前記第１と第２の軸の間に配設され、結合
    エネルギをそれぞれ前記第１キャビティの中へ、そし
    て、前記第２キャビティから結合し、調節可能な入出力
    カップリングを有するフィルタを提供することを特徴と
    するフィルタ。
18. 【請求項１８】 請求項l5に記載のフィルタであって、
    それぞれの前記入出力結合装置は、細長い電導性プロー
    ブ及びアイリスを含むグループから選択されることを特
    徴とするフィルタ。