JP2004221931A - 高周波結合器およびこれを用いた高周波システム - Google Patents
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Abstract
【課題】非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器を提供する。
【解決手段】第１外部導体と第２外部導体とに分離可能な外部筐体を備える高周波結合器であって、前記第１外部導体は、一端が前記第１外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１励振素子を有し、前記第２外部導体は、一端が前記第２外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２励振素子を有し、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記第１外部導体と第２外部導体とが結合された状態において、前記第１励振素子の前記短絡端と、前記第２励振素子の前記開放端とが互いに対向し、かつ、前記第１励振素子の前記開放端と、前記第２励振素子の短絡端とが互いに対向する。
【選択図】 図２
【解決手段】第１外部導体と第２外部導体とに分離可能な外部筐体を備える高周波結合器であって、前記第１外部導体は、一端が前記第１外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１励振素子を有し、前記第２外部導体は、一端が前記第２外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２励振素子を有し、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記第１外部導体と第２外部導体とが結合された状態において、前記第１励振素子の前記短絡端と、前記第２励振素子の前記開放端とが互いに対向し、かつ、前記第１励振素子の前記開放端と、前記第２励振素子の短絡端とが互いに対向する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波結合器およびこれを用いた高周波システムに係わり、特に、着脱が簡単で、相互変調歪（ＰＩＭ）の発生もない高周波結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通常、マイクロ波機器を接続する手段として、同軸コネクタが使用される。同軸コネクタは、通常、外導体をネジ式にし、ネジを締めることにより、内導体同士、および外導体同士を電気的に接触させ、高周波信号を伝送する。
また、ネジを締めなくても良い着脱が簡単なプッシュオンタイプのコネクタも開発されている。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【特許文献１】
特開２００２−１８５２０６号公報
【特許文献２】
特許第３３０７２１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
屋外に設置するアクティブ素子（例えば、低雑音増幅器、電力増幅器、ＰＩＮスイッチなど）を用いたマイクロ波機器は故障することがあり、故障したマイクロ波機器を交換する必要がある。
マイクロ波機器を接続する手段として、前述した同軸コネクタを使用する場合には、故障したマイクロ波機器の取り外し、あるいは、新しいマイクロ波機器の取り付けに、ネジを締める必要があるため、マイクロ波機器の取り外し、あるいは、取り付け時（使用時）にスパナなどの工具が使用できるように、マイクロ波機器の周囲にスペースを空ける必要があるという問題点があった。
また、ネジを締めるために、着脱が面倒であり、さらに、同軸コネクタの着脱のために、手が入るスペースも必要とし、しかも、前述したマイクロ波機器は、鉄塔上などに設置されるため、故障した回路装置の交換は容易ではないという問題点もあった。
【０００５】
そのため、ネジを締めなくても良い着脱が簡単なプッシュオンタイプのコネクタも開発されているが、プッシュオンタイプのコネクタは、ＰＩＭ（受動回路の相互変調歪）が発生し、また、接触状態が変化する可能性が大きく、そのたびに雑音が発生するなどの問題があった。
また、前述の特許文献１、２には、２個のマイクロ波機器を直流的には遮断し、交流的に接続する結合器が開示されているが、これらの特許文献には、故障したマイクロ波機器を交換するための構成は開示されていない。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、同軸コネクタのように接触による手段でなく非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器を提供する。
また、本発明の他の目的は、前述の高周波結合器を使用する高周波システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、第１外部導体と第２外部導体とに分離可能な外部筐体を備える高周波結合器であって、前記第１外部導体は、一端が前記第１外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１励振素子を有し、前記第２外部導体は、一端が前記第２外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２励振素子を有し、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記第１外部導体と第２外部導体とが結合された状態において、前記第１励振素子の前記短絡端と、前記第２励振素子の前記開放端とが互いに対向し、かつ、前記第１励振素子の前記開放端と、前記第２励振素子の短絡端とが互いに対向することを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記短絡端と前記開放端との間に給電点を有するマイクロストリップラインで構成される。
本発明の好ましい実施の形態では、高周波結合器を通過する高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、前記第１外部導体および前記第２外部導体の少なくとも一方の外部導体は、他方の外部導体との結合面における外部導体の内壁と外壁との間の距離がλｏ／４であり、前記第１外部導体と前記第２外部導体とが非接触とされる。
また、本発明は、第１の高周波回路部と、第２の高周波回路部と、前記第１の高周波回路と前記第２の高周波回路部との間に設置される高周波結合器とを備える高周波システムであって、前記高周波結合器は、前述した高周波結合器であり、前記第１外部導体が前記第１の高周波回路部と一体化され、前記第２外部導体が前記第２の高周波回路部と一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の高周波結合器の正面を示す正面図、図２は、本発明の実施の形態１の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
なお、図２は、図１に示す入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
図１、図２に示すように、本実施の形態の高周波結合器は、互いに分離可能な第１外部導体２１と、第２外部導体２２とを備え、この第１外部導体２１と、第２外部導体２２とは、結合ネジ５により両者を結合した状態において外部筐体を構成する。
第１外部導体２１は、一端が第１外部導体２１に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１共振素子（共振棒ともいう；本発明の第１励振素子）３１を有し、第２外部導体２２は、一端が第２外部導体２２に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２共振素子（本発明の第２励振素子）３２を有する。
【００１０】
ここで、第１共振素子３１と第２共振素子３２とは、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合した状態において、第１共振素子３１の短絡端と、第２共振素子３２の開放端とが互いに対向し、かつ、第１共振素子３１の開放端と、第２共振素子３２の短絡端とが互いに対向する。
第１共振素子３１と第２共振素子３２の長さ（Ｌ）は、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数の波長をλｏとするとき、０．８λｏ／４≦Ｌ≦１．２λｏ／４とされる。
第１共振素子３１と第２共振素子３２とは、短絡端と開放端との間に、入出力コネクタ１の内導体と接続される給電点（４１，４２）を有する。
なお、この給電点（４１，４２）の位置、および共振素子（３１，３２）の間隔を変化させることにより、高周波結合器の入出力インピーダンスを変化させることができ、即ち、給電点（４１，４２）の位置は、本実施の形態の高周波結合器に接続される高周波装置に応じて決定される。
【００１１】
本実施の形態の高周波結合器は、２段構成のインターディジタル型バンドパスフィルタであり、例えば、第１外部導体側の入出力コネクタ１に供給される高周波信号（マイクロ波）は、第１共振素子３１の給電点４１に供給され、第１共振素子３１を励振する。これにより、第２共振素子３２に高周波信号が励起され、この高周波信号は、第２共振素子３２の給電点４２から第２外部導体側の入出力コネクタ１を介して外部に出力される。
このように、本実施の形態の高周波結合器によれば、信号伝送路に接触部分がなく、非接触の状態で高周波信号が伝送される。
前述したように、本実施の形態の高周波結合器は、２段構成のインターディジタル型バンドパスフィルタであり、その入出力特性は、共振素子（３１，３２）の間隔で決定される。
しかしながら、本実施の形態の高周波結合器を構成するバンドパスフィルタは、通過帯域が広帯域であるため、共振素子（３１，３２）の間隔寸法が、製作誤差や取り付け時のばらつきで多少ずれても、性能に大きな変化がない。
したがって、製作精度もそれほど厳しくなく、そのため、安価で高性能な高周波結合器を得ることが可能となる。
なお、本実施の形態において、入出力コネクタ１と共振素子（３１，３２）との間の結合素子として、ループ素子を使用することも可能である。
【００１２】
図３は、図２に示す結合ネジ５を説明するための図である。
図３に示すように、結合ネジ５は、先端部に雄ネジが形成されたネジ部５１と、摘み部５２とから構成される。ここで、この結合ネジ５は、金属製のネジ、あるいは絶縁性のネジであってもよい。
結合ネジ５のネジ部５１に対応して、第１外部導体２１、あるいは第２外部導体２２の一方には、雌ねじが形成される。図２では、第１外部導体２１に雌ねじが形成されている。
このように、本実施の形態の高周波結合器は、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合する場合（取り付け時）に、結合ネジ５の摘み部５２を手で廻すだけてよいので、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用する必要がない。
そのため、マイクロ波機器の周囲に、スパナなどの工具を使用するためのスペースを空ける必要がない。さらに、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用してネジを締める必要がないので、着脱を簡単に行うことが可能となる。
【００１３】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図であり、図５は、図４に示す第１外部導体を第２外部導体と対向する側から見た図、図６は、図４に示す第２外部導体を第１外部導体と対向する側から見た図である。
なお、図４は、入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
本実施の形態の高周波結合器は、前述の実施の形態１の共振素子（３１，３２）に代えて、マイクロストリップライン（７１，７２）を使用したものである。
本実施の形態の高周波結合器も、互いに分離可能な第１外部導体２１と、第２外部導体２２とを備え、この第１外部導体２１と、第２外部導体２２とは、結合ネジ５により両者を結合した状態において外部筐体を構成する。
第１外部導体２１は、一端が第１外部導体２１に接続されて短絡端１０１とされ、他端が開放端とされる第１マイクロストリップライン７１を有し、第２外部導体２２は、一端が第２外部導体２２に接続されて短絡端１０２とされ、他端が開放端とされる第２マイクロストリップライン７２を有する。
【００１４】
第１マイクロストリップライン７１および第２マイクロストリップライン７２は、誘電体６の一方の面に形成され、この誘電体６は、第１および第２外部導体（２１，２２）上に形成される。
また、この誘電体６には、入出力コネクタ１の内導体と給電点（４１，４２）とを接続するためのスルーホール（バイアホール）９１と、第１および第２マイクロストリップライン（７１，７２）の短絡端（１０１，１０２）と、第１および第２外部導体とを接続するためのスルーホール９２が形成される。
なお、図５において、１１は結合ネジ５がネジ止めされるネジ穴（雌ネジが形成されたネジ穴）、また、図６において、１２は取り付けネジが挿入される孔である。
第１マイクロストリップライン７１と第２マイクロストリップライン７２とは、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合した状態において、第１マイクロストリップライン７１の短絡端１０１と、第２マイクロストリップライン７２の開放端とが互いに対向し、かつ、第１マイクロストリップライン７１の開放端と、第２マイクロストリップライン７２の短絡端１０２とが互いに対向する。
【００１５】
ここで、第１マイクロストリップライン７１と、第２マイクロストリップライン７２の長さ（Ｌ）は、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数のマイクロストリップライン上での波長をλｍとするとき、０．８λｍ／４≦Ｌ≦１．２λｍ／４とされる。
なお、給電点（４１，４２）の位置、およびマイクロストリップライン（７１，７２）の間隔を変化させることにより、高周波結合器の入出力インピーダンスを変化させることができ、即ち、給電点（４１，４２）の位置は、本実施の形態の高周波結合器に接続される高周波装置に応じて決定される。
本実施の形態の高周波結合器も、２段構成のバンドパスフィルタであり、例えば、第１外部導体側の入出力コネクタ１に供給される高周波信号（マイクロ波）は、第１マイクロストリップライン７１の給電点４１に供給され、第１マイクロストリップライン７１を励振する。これにより、第２マイクロストリップライン７２に高周波信号が励起され、この高周波信号は、第２マイクロストリップライン７２の給電点４２から第２外部導体側の入出力コネクタ１を介して外部に出力される。
【００１６】
図７は、本実施の形態の高周波結合器の一例の周波数特性を示すグラフであり、図７（ａ）は、反射減衰量の周波数特性を示すグラフ、図７（ｂ）は、減衰量（挿入損失）の周波数特性を示すグラフである。
図７に示すように、本実施の形態の高周波結合器では、１．７ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚの周波数帯において、２５ｄＢ以上の反射減衰量と、０．２ｄＢ以下の挿入損失を得ることが可能となる。
このように、本実施の形態の高周波結合器においても、信号伝送路に接触部分がなく、非接触の状態で高周波信号が伝送される。
また、本実施の形態の高周波結合器を構成するバンドパスフィルタも、通過帯域が広帯域であるため、マイクロストリップライン（７１，７２）の間隔寸法が、製作誤差や取り付け時のばらつきで多少ずれても、性能に大きな変化がない。
したがって、製作精度もそれほど厳しくなく、そのため、安価で高性能な高周波結合器を得ることが可能となる。
【００１７】
また、本実施の形態の高周波結合器も、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合する場合（取り付け時）に、結合ネジ５の摘み部５２を手で廻すだけてよいので、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用する必要がない。
そのため、マイクロ波機器の周囲に、スパナなどの工具を使用するためのスペースを空ける必要がない。さらに、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用してネジを締める必要がないので、着脱を簡単に行うことが可能となる。
また、本実施の形態の高周波結合器は、マイクロストリップラインを使用するため、高周波結合器の厚みが、入出力コネクタ１より薄くでき、より小型化を達成することが可能となる。
【００１８】
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図であり、図９は、図８に示す第１外部導体を第２外部導体と結合される結合面側から見た図、図１０は、図８に示す第２外部導体を第１外部導体と結合される結合面側から見た図である。
なお、図８は、入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
本実施の形態の高周波結合器は、外部筐体も非接触にした点で、前述の実施の形態２の高周波結合器と相違する。
以下、本実施の形態の高周波結合器について、前述の実施の形態２の高周波結合器との相違点を中心に説明する。
本実施の形態では、第２外部導体２２が平面上とされ、かつ、第２外部導体２２の誘電体６の周囲に絶縁体１５が設けられる。
また、第１外部導体２１には、フランジ１３が設けられ、フランジ１３の内壁から外壁までの距離（Ｔ）、即ち、第２外部導体２２と結合される結合面（開口面）における、外部導体の内壁から外壁までの距離（Ｔ）が、λｏ／４（Ｔ＝λｏ／４）となっている。ここで、λｏは、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数の波長である。
また、１６は、第２外部導体２２に形成された絶縁性のガイドピンであり、このガイドピン１６により、第１外部導体２１が第２外部導体２２上に位置決めされる。
【００１９】
第１外部導体２１の分割点（外壁）において、内壁は、開放端（外壁）からλｏ／４離れているため高周波的に短絡され、非接触であっても信号の漏洩は無い。
このように、本実施の形態の高周波結合器では、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを非接触として、直流的に接続されていないため、ＰＩＭの発生がなく、また、隙間を設けることにより、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを別々のユニットに取り付けて高周波結合器を構成する際に、前記結合ネジ５を用いなくてもよいのでより一層作業が容易となる。
なお、本実施の形態において、例えば、第２外部導体２２にもフランジ１３を設け、第２外部導体２２の第１外部導体２１と結合される結合面（開口面）における、外部導体の内壁から外壁までの距離（Ｔ）を、λｏ／４（Ｔ＝λｏ／４）としてもよい。さらに、第２外部導体２２の誘電体６の周囲に設けられる絶縁体１５は省略することも可能である。
また、前述の説明では、第１外部導体２１を第２外部導体２２上に配置した場合について説明したが、第１外部導体２１と第２外部導体２２とは、所定の間隔（隙間）をおいて配置することも可能である。
なお、本実施の形態において、第１外部導体２１を第２外部導体２２上に配置する場合、通常使用時に、例えば、衝撃などにより、第１外部導体２１と第２外部導体２２との位置ずれを防止するために、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを絶縁性の結合ネジ、あるいは、絶縁性のクリップなどで固定するようにしてもよい。絶縁性のクリップで第１外部導体２１と第２外部導体２２とを固定する場合は、絶縁性の結合ネジを使用する場合よりも、固定作業が容易となる。
【００２０】
［実施の形態４］
屋外に設置するアクティブ素子（例えば、低雑音増幅器、電力増幅器、ＰＩＮスイッチなど）を用いた回路装置は、故障することがあり、故障した回路装置を交換する必要がある。
しかしながら、前述した回路装置は、鉄塔上などに設置されるため、故障した回路装置の交換は容易ではない。
本実施の形態は、前述の各実施の形態で説明した高周波結合器を使用することにより、前述した回路装置の交換を容易に行えるようにした高周波システムである。
図１１は、本発明の実施の形態４の高周波システムの回路構成を示す回路図である。
図１１に示す回路において、端子Ｔから供給される送信用の高周波信号は、電力増幅器２４で電力増幅された後、前述の各実施の形態で説明した高周波結合器２２、分波器２１を経て、アンテナ２０から送信される。
アンテナ２０で受信された高周波信号は、分波器２１、高周波結合器２２を介して低雑音増幅器２３で増幅され、端子Ｒから出力される。
前述した高周波システムは、例えば、屋外の鉄塔上に設置される。
【００２１】
図１２は、本実施の形態の高周波システムの取り付け方法を説明するための図である。
図１２において、３０は第１の高周波回路部であり、この第１の高周波回路部３０は、図１１に示すアンテナ２０と分波器２１とで構成される。
また、３１は第２の高周波回路部であり、この第２の高周波回路部３１は、図１１に示す低雑音増幅器２３あるいは電力増幅器２４で構成される。
本実施の形態では、高周波結合器２２の一方の外部導体（例えば、第１外部導体２１）が、第１の高周波回路部３０と一体化され、高周波結合器２２の他方の外部導体（例えば、第２外部導体２２）が、第２の高周波回路部３１と一体化される。
そして、高周波結合器２２として、例えば、前述の実施の形態１，２の高周波結合器を使用する場合であれば、高周波結合器２２の一方の外部導体と、他方の外部導体とが結合ネジ５で結合される。
【００２２】
本実施の形態において、高周波結合器２２として、例えば、前述の実施の形態１，２の高周波結合器を使用する場合には、第２の高周波回路部３１が故障した場合、結合ネジ５を緩めて、故障した第２の高周波回路部３１と一体化された他方の外部導体を取り外した後、新しい第２の高周波回路部３１と一体化された他方の外部導体を、第１の高周波回路部３０と一体化された一方の外部導体に結合ネジ５を用いて取り付けることにより、第２の高周波回路部３１の交換が行われる。
このように、本実施の形態の高周波システムでは、指で回せる結合ネジ５により、第２の高周波回路部３１の交換が可能であり、従来のように、スパナなどの工具を用いる必要がない。
そのため、本実施の形態の高周波システムが、屋外の鉄塔上に設置される場合であっても、鉄塔上でスパナを廻すような面倒な作業を行うことなく、容易に第２の高周波回路部３１の交換作業を行うことが可能となる。
【００２３】
さらに、第２の高周波回路部３１の交換のために、第２の高周波回路部３１の周囲にスパナなどの工具を使用するためのスペースを取る必要もないため、本実施の形態では、高周波システム全体の設置容積を小さくすることが可能となる。
また、本実施の形態の高周波結合器２２として、前述の実施の形態３の高周波結合器を使用する場合には、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを非接触状態とすることができるので、第２の高周波回路部３１を交換する場合には、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを所定の間隔を置いて配置するだけでよく、前述の実施の形態１、２の高周波結合器のように、結合ネジ５を用いて取り付ける場合よりも、より一層第２の高周波回路部３１の交換が容易となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、同軸コネクタのように接触による手段でなく、非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の高周波結合器の正面を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す結合ネジを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図５】図４に示す第１外部導体を第２外部導体と対向する側から見た図である。
【図６】図４に示す第２外部導体を第１外部導体と対向する側から見た図である。
【図７】本発明の実施の形態２の高周波結合器の一例の周波数特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図９】図８に示す第１外部導体を第２外部導体と結合される結合面側から見た図である。
【図１０】図８に示す第２外部導体を第１外部導体と結合される結合面側から見た図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の高周波システムの回路構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の高周波システムの取り付け方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１…入出力コネクタ、２…外部導体、３…共振素子、４…給電点、５…結合ネジ、６…誘電体、７…マイクロストリップライン、９…スルーホール（バイアホール）、１０…短絡端、１１…ネジ穴、１２…孔、１３…フランジ、１５…絶縁体、１６…ガイドピン、２０…アンテナ、２１…分波器、２２…高周波結合器、２３…低雑音増幅器、２４…電力増幅器、３０…第１の高周波回路部、３１…第２の高周波回路部、５１…ネジ部、５２…摘み部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波結合器およびこれを用いた高周波システムに係わり、特に、着脱が簡単で、相互変調歪（ＰＩＭ）の発生もない高周波結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通常、マイクロ波機器を接続する手段として、同軸コネクタが使用される。同軸コネクタは、通常、外導体をネジ式にし、ネジを締めることにより、内導体同士、および外導体同士を電気的に接触させ、高周波信号を伝送する。
また、ネジを締めなくても良い着脱が簡単なプッシュオンタイプのコネクタも開発されている。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【特許文献１】
特開２００２−１８５２０６号公報
【特許文献２】
特許第３３０７２１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
屋外に設置するアクティブ素子（例えば、低雑音増幅器、電力増幅器、ＰＩＮスイッチなど）を用いたマイクロ波機器は故障することがあり、故障したマイクロ波機器を交換する必要がある。
マイクロ波機器を接続する手段として、前述した同軸コネクタを使用する場合には、故障したマイクロ波機器の取り外し、あるいは、新しいマイクロ波機器の取り付けに、ネジを締める必要があるため、マイクロ波機器の取り外し、あるいは、取り付け時（使用時）にスパナなどの工具が使用できるように、マイクロ波機器の周囲にスペースを空ける必要があるという問題点があった。
また、ネジを締めるために、着脱が面倒であり、さらに、同軸コネクタの着脱のために、手が入るスペースも必要とし、しかも、前述したマイクロ波機器は、鉄塔上などに設置されるため、故障した回路装置の交換は容易ではないという問題点もあった。
【０００５】
そのため、ネジを締めなくても良い着脱が簡単なプッシュオンタイプのコネクタも開発されているが、プッシュオンタイプのコネクタは、ＰＩＭ（受動回路の相互変調歪）が発生し、また、接触状態が変化する可能性が大きく、そのたびに雑音が発生するなどの問題があった。
また、前述の特許文献１、２には、２個のマイクロ波機器を直流的には遮断し、交流的に接続する結合器が開示されているが、これらの特許文献には、故障したマイクロ波機器を交換するための構成は開示されていない。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、同軸コネクタのように接触による手段でなく非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器を提供する。
また、本発明の他の目的は、前述の高周波結合器を使用する高周波システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、第１外部導体と第２外部導体とに分離可能な外部筐体を備える高周波結合器であって、前記第１外部導体は、一端が前記第１外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１励振素子を有し、前記第２外部導体は、一端が前記第２外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２励振素子を有し、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記第１外部導体と第２外部導体とが結合された状態において、前記第１励振素子の前記短絡端と、前記第２励振素子の前記開放端とが互いに対向し、かつ、前記第１励振素子の前記開放端と、前記第２励振素子の短絡端とが互いに対向することを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態では、前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記短絡端と前記開放端との間に給電点を有するマイクロストリップラインで構成される。
本発明の好ましい実施の形態では、高周波結合器を通過する高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、前記第１外部導体および前記第２外部導体の少なくとも一方の外部導体は、他方の外部導体との結合面における外部導体の内壁と外壁との間の距離がλｏ／４であり、前記第１外部導体と前記第２外部導体とが非接触とされる。
また、本発明は、第１の高周波回路部と、第２の高周波回路部と、前記第１の高周波回路と前記第２の高周波回路部との間に設置される高周波結合器とを備える高周波システムであって、前記高周波結合器は、前述した高周波結合器であり、前記第１外部導体が前記第１の高周波回路部と一体化され、前記第２外部導体が前記第２の高周波回路部と一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の高周波結合器の正面を示す正面図、図２は、本発明の実施の形態１の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
なお、図２は、図１に示す入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
図１、図２に示すように、本実施の形態の高周波結合器は、互いに分離可能な第１外部導体２１と、第２外部導体２２とを備え、この第１外部導体２１と、第２外部導体２２とは、結合ネジ５により両者を結合した状態において外部筐体を構成する。
第１外部導体２１は、一端が第１外部導体２１に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１共振素子（共振棒ともいう；本発明の第１励振素子）３１を有し、第２外部導体２２は、一端が第２外部導体２２に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２共振素子（本発明の第２励振素子）３２を有する。
【００１０】
ここで、第１共振素子３１と第２共振素子３２とは、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合した状態において、第１共振素子３１の短絡端と、第２共振素子３２の開放端とが互いに対向し、かつ、第１共振素子３１の開放端と、第２共振素子３２の短絡端とが互いに対向する。
第１共振素子３１と第２共振素子３２の長さ（Ｌ）は、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数の波長をλｏとするとき、０．８λｏ／４≦Ｌ≦１．２λｏ／４とされる。
第１共振素子３１と第２共振素子３２とは、短絡端と開放端との間に、入出力コネクタ１の内導体と接続される給電点（４１，４２）を有する。
なお、この給電点（４１，４２）の位置、および共振素子（３１，３２）の間隔を変化させることにより、高周波結合器の入出力インピーダンスを変化させることができ、即ち、給電点（４１，４２）の位置は、本実施の形態の高周波結合器に接続される高周波装置に応じて決定される。
【００１１】
本実施の形態の高周波結合器は、２段構成のインターディジタル型バンドパスフィルタであり、例えば、第１外部導体側の入出力コネクタ１に供給される高周波信号（マイクロ波）は、第１共振素子３１の給電点４１に供給され、第１共振素子３１を励振する。これにより、第２共振素子３２に高周波信号が励起され、この高周波信号は、第２共振素子３２の給電点４２から第２外部導体側の入出力コネクタ１を介して外部に出力される。
このように、本実施の形態の高周波結合器によれば、信号伝送路に接触部分がなく、非接触の状態で高周波信号が伝送される。
前述したように、本実施の形態の高周波結合器は、２段構成のインターディジタル型バンドパスフィルタであり、その入出力特性は、共振素子（３１，３２）の間隔で決定される。
しかしながら、本実施の形態の高周波結合器を構成するバンドパスフィルタは、通過帯域が広帯域であるため、共振素子（３１，３２）の間隔寸法が、製作誤差や取り付け時のばらつきで多少ずれても、性能に大きな変化がない。
したがって、製作精度もそれほど厳しくなく、そのため、安価で高性能な高周波結合器を得ることが可能となる。
なお、本実施の形態において、入出力コネクタ１と共振素子（３１，３２）との間の結合素子として、ループ素子を使用することも可能である。
【００１２】
図３は、図２に示す結合ネジ５を説明するための図である。
図３に示すように、結合ネジ５は、先端部に雄ネジが形成されたネジ部５１と、摘み部５２とから構成される。ここで、この結合ネジ５は、金属製のネジ、あるいは絶縁性のネジであってもよい。
結合ネジ５のネジ部５１に対応して、第１外部導体２１、あるいは第２外部導体２２の一方には、雌ねじが形成される。図２では、第１外部導体２１に雌ねじが形成されている。
このように、本実施の形態の高周波結合器は、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合する場合（取り付け時）に、結合ネジ５の摘み部５２を手で廻すだけてよいので、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用する必要がない。
そのため、マイクロ波機器の周囲に、スパナなどの工具を使用するためのスペースを空ける必要がない。さらに、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用してネジを締める必要がないので、着脱を簡単に行うことが可能となる。
【００１３】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図であり、図５は、図４に示す第１外部導体を第２外部導体と対向する側から見た図、図６は、図４に示す第２外部導体を第１外部導体と対向する側から見た図である。
なお、図４は、入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
本実施の形態の高周波結合器は、前述の実施の形態１の共振素子（３１，３２）に代えて、マイクロストリップライン（７１，７２）を使用したものである。
本実施の形態の高周波結合器も、互いに分離可能な第１外部導体２１と、第２外部導体２２とを備え、この第１外部導体２１と、第２外部導体２２とは、結合ネジ５により両者を結合した状態において外部筐体を構成する。
第１外部導体２１は、一端が第１外部導体２１に接続されて短絡端１０１とされ、他端が開放端とされる第１マイクロストリップライン７１を有し、第２外部導体２２は、一端が第２外部導体２２に接続されて短絡端１０２とされ、他端が開放端とされる第２マイクロストリップライン７２を有する。
【００１４】
第１マイクロストリップライン７１および第２マイクロストリップライン７２は、誘電体６の一方の面に形成され、この誘電体６は、第１および第２外部導体（２１，２２）上に形成される。
また、この誘電体６には、入出力コネクタ１の内導体と給電点（４１，４２）とを接続するためのスルーホール（バイアホール）９１と、第１および第２マイクロストリップライン（７１，７２）の短絡端（１０１，１０２）と、第１および第２外部導体とを接続するためのスルーホール９２が形成される。
なお、図５において、１１は結合ネジ５がネジ止めされるネジ穴（雌ネジが形成されたネジ穴）、また、図６において、１２は取り付けネジが挿入される孔である。
第１マイクロストリップライン７１と第２マイクロストリップライン７２とは、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合した状態において、第１マイクロストリップライン７１の短絡端１０１と、第２マイクロストリップライン７２の開放端とが互いに対向し、かつ、第１マイクロストリップライン７１の開放端と、第２マイクロストリップライン７２の短絡端１０２とが互いに対向する。
【００１５】
ここで、第１マイクロストリップライン７１と、第２マイクロストリップライン７２の長さ（Ｌ）は、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数のマイクロストリップライン上での波長をλｍとするとき、０．８λｍ／４≦Ｌ≦１．２λｍ／４とされる。
なお、給電点（４１，４２）の位置、およびマイクロストリップライン（７１，７２）の間隔を変化させることにより、高周波結合器の入出力インピーダンスを変化させることができ、即ち、給電点（４１，４２）の位置は、本実施の形態の高周波結合器に接続される高周波装置に応じて決定される。
本実施の形態の高周波結合器も、２段構成のバンドパスフィルタであり、例えば、第１外部導体側の入出力コネクタ１に供給される高周波信号（マイクロ波）は、第１マイクロストリップライン７１の給電点４１に供給され、第１マイクロストリップライン７１を励振する。これにより、第２マイクロストリップライン７２に高周波信号が励起され、この高周波信号は、第２マイクロストリップライン７２の給電点４２から第２外部導体側の入出力コネクタ１を介して外部に出力される。
【００１６】
図７は、本実施の形態の高周波結合器の一例の周波数特性を示すグラフであり、図７（ａ）は、反射減衰量の周波数特性を示すグラフ、図７（ｂ）は、減衰量（挿入損失）の周波数特性を示すグラフである。
図７に示すように、本実施の形態の高周波結合器では、１．７ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚの周波数帯において、２５ｄＢ以上の反射減衰量と、０．２ｄＢ以下の挿入損失を得ることが可能となる。
このように、本実施の形態の高周波結合器においても、信号伝送路に接触部分がなく、非接触の状態で高周波信号が伝送される。
また、本実施の形態の高周波結合器を構成するバンドパスフィルタも、通過帯域が広帯域であるため、マイクロストリップライン（７１，７２）の間隔寸法が、製作誤差や取り付け時のばらつきで多少ずれても、性能に大きな変化がない。
したがって、製作精度もそれほど厳しくなく、そのため、安価で高性能な高周波結合器を得ることが可能となる。
【００１７】
また、本実施の形態の高周波結合器も、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを結合する場合（取り付け時）に、結合ネジ５の摘み部５２を手で廻すだけてよいので、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用する必要がない。
そのため、マイクロ波機器の周囲に、スパナなどの工具を使用するためのスペースを空ける必要がない。さらに、従来の同軸コネクタの場合のように、スパナなどの工具を使用してネジを締める必要がないので、着脱を簡単に行うことが可能となる。
また、本実施の形態の高周波結合器は、マイクロストリップラインを使用するため、高周波結合器の厚みが、入出力コネクタ１より薄くでき、より小型化を達成することが可能となる。
【００１８】
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図であり、図９は、図８に示す第１外部導体を第２外部導体と結合される結合面側から見た図、図１０は、図８に示す第２外部導体を第１外部導体と結合される結合面側から見た図である。
なお、図８は、入出力コネクタの延長方向に沿って切断した断面図である。
本実施の形態の高周波結合器は、外部筐体も非接触にした点で、前述の実施の形態２の高周波結合器と相違する。
以下、本実施の形態の高周波結合器について、前述の実施の形態２の高周波結合器との相違点を中心に説明する。
本実施の形態では、第２外部導体２２が平面上とされ、かつ、第２外部導体２２の誘電体６の周囲に絶縁体１５が設けられる。
また、第１外部導体２１には、フランジ１３が設けられ、フランジ１３の内壁から外壁までの距離（Ｔ）、即ち、第２外部導体２２と結合される結合面（開口面）における、外部導体の内壁から外壁までの距離（Ｔ）が、λｏ／４（Ｔ＝λｏ／４）となっている。ここで、λｏは、高周波結合器を通過する高周波信号の中心周波数の波長である。
また、１６は、第２外部導体２２に形成された絶縁性のガイドピンであり、このガイドピン１６により、第１外部導体２１が第２外部導体２２上に位置決めされる。
【００１９】
第１外部導体２１の分割点（外壁）において、内壁は、開放端（外壁）からλｏ／４離れているため高周波的に短絡され、非接触であっても信号の漏洩は無い。
このように、本実施の形態の高周波結合器では、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを非接触として、直流的に接続されていないため、ＰＩＭの発生がなく、また、隙間を設けることにより、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを別々のユニットに取り付けて高周波結合器を構成する際に、前記結合ネジ５を用いなくてもよいのでより一層作業が容易となる。
なお、本実施の形態において、例えば、第２外部導体２２にもフランジ１３を設け、第２外部導体２２の第１外部導体２１と結合される結合面（開口面）における、外部導体の内壁から外壁までの距離（Ｔ）を、λｏ／４（Ｔ＝λｏ／４）としてもよい。さらに、第２外部導体２２の誘電体６の周囲に設けられる絶縁体１５は省略することも可能である。
また、前述の説明では、第１外部導体２１を第２外部導体２２上に配置した場合について説明したが、第１外部導体２１と第２外部導体２２とは、所定の間隔（隙間）をおいて配置することも可能である。
なお、本実施の形態において、第１外部導体２１を第２外部導体２２上に配置する場合、通常使用時に、例えば、衝撃などにより、第１外部導体２１と第２外部導体２２との位置ずれを防止するために、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを絶縁性の結合ネジ、あるいは、絶縁性のクリップなどで固定するようにしてもよい。絶縁性のクリップで第１外部導体２１と第２外部導体２２とを固定する場合は、絶縁性の結合ネジを使用する場合よりも、固定作業が容易となる。
【００２０】
［実施の形態４］
屋外に設置するアクティブ素子（例えば、低雑音増幅器、電力増幅器、ＰＩＮスイッチなど）を用いた回路装置は、故障することがあり、故障した回路装置を交換する必要がある。
しかしながら、前述した回路装置は、鉄塔上などに設置されるため、故障した回路装置の交換は容易ではない。
本実施の形態は、前述の各実施の形態で説明した高周波結合器を使用することにより、前述した回路装置の交換を容易に行えるようにした高周波システムである。
図１１は、本発明の実施の形態４の高周波システムの回路構成を示す回路図である。
図１１に示す回路において、端子Ｔから供給される送信用の高周波信号は、電力増幅器２４で電力増幅された後、前述の各実施の形態で説明した高周波結合器２２、分波器２１を経て、アンテナ２０から送信される。
アンテナ２０で受信された高周波信号は、分波器２１、高周波結合器２２を介して低雑音増幅器２３で増幅され、端子Ｒから出力される。
前述した高周波システムは、例えば、屋外の鉄塔上に設置される。
【００２１】
図１２は、本実施の形態の高周波システムの取り付け方法を説明するための図である。
図１２において、３０は第１の高周波回路部であり、この第１の高周波回路部３０は、図１１に示すアンテナ２０と分波器２１とで構成される。
また、３１は第２の高周波回路部であり、この第２の高周波回路部３１は、図１１に示す低雑音増幅器２３あるいは電力増幅器２４で構成される。
本実施の形態では、高周波結合器２２の一方の外部導体（例えば、第１外部導体２１）が、第１の高周波回路部３０と一体化され、高周波結合器２２の他方の外部導体（例えば、第２外部導体２２）が、第２の高周波回路部３１と一体化される。
そして、高周波結合器２２として、例えば、前述の実施の形態１，２の高周波結合器を使用する場合であれば、高周波結合器２２の一方の外部導体と、他方の外部導体とが結合ネジ５で結合される。
【００２２】
本実施の形態において、高周波結合器２２として、例えば、前述の実施の形態１，２の高周波結合器を使用する場合には、第２の高周波回路部３１が故障した場合、結合ネジ５を緩めて、故障した第２の高周波回路部３１と一体化された他方の外部導体を取り外した後、新しい第２の高周波回路部３１と一体化された他方の外部導体を、第１の高周波回路部３０と一体化された一方の外部導体に結合ネジ５を用いて取り付けることにより、第２の高周波回路部３１の交換が行われる。
このように、本実施の形態の高周波システムでは、指で回せる結合ネジ５により、第２の高周波回路部３１の交換が可能であり、従来のように、スパナなどの工具を用いる必要がない。
そのため、本実施の形態の高周波システムが、屋外の鉄塔上に設置される場合であっても、鉄塔上でスパナを廻すような面倒な作業を行うことなく、容易に第２の高周波回路部３１の交換作業を行うことが可能となる。
【００２３】
さらに、第２の高周波回路部３１の交換のために、第２の高周波回路部３１の周囲にスパナなどの工具を使用するためのスペースを取る必要もないため、本実施の形態では、高周波システム全体の設置容積を小さくすることが可能となる。
また、本実施の形態の高周波結合器２２として、前述の実施の形態３の高周波結合器を使用する場合には、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを非接触状態とすることができるので、第２の高周波回路部３１を交換する場合には、第１外部導体２１と第２外部導体２２とを所定の間隔を置いて配置するだけでよく、前述の実施の形態１、２の高周波結合器のように、結合ネジ５を用いて取り付ける場合よりも、より一層第２の高周波回路部３１の交換が容易となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、同軸コネクタのように接触による手段でなく、非接触の状態で高周波信号を伝達し、しかも、着脱が容易で、かつ接触に起因する相互変調歪のない高周波結合器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の高周波結合器の正面を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図３】図２に示す結合ネジを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図５】図４に示す第１外部導体を第２外部導体と対向する側から見た図である。
【図６】図４に示す第２外部導体を第１外部導体と対向する側から見た図である。
【図７】本発明の実施の形態２の高周波結合器の一例の周波数特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３の高周波結合器の概略構成を示す要部断面図である。
【図９】図８に示す第１外部導体を第２外部導体と結合される結合面側から見た図である。
【図１０】図８に示す第２外部導体を第１外部導体と結合される結合面側から見た図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の高周波システムの回路構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の高周波システムの取り付け方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１…入出力コネクタ、２…外部導体、３…共振素子、４…給電点、５…結合ネジ、６…誘電体、７…マイクロストリップライン、９…スルーホール（バイアホール）、１０…短絡端、１１…ネジ穴、１２…孔、１３…フランジ、１５…絶縁体、１６…ガイドピン、２０…アンテナ、２１…分波器、２２…高周波結合器、２３…低雑音増幅器、２４…電力増幅器、３０…第１の高周波回路部、３１…第２の高周波回路部、５１…ネジ部、５２…摘み部。
Claims (4)
- 第１外部導体と第２外部導体とに分離可能な外部筐体を備える高周波結合器であって、
前記第１外部導体は、一端が前記第１外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第１励振素子を有し、
前記第２外部導体は、一端が前記第２外部導体に接続されて短絡端とされ、他端が開放端とされる第２励振素子を有し、
前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記第１外部導体と第２外部導体とが結合された状態において、前記第１励振素子の前記短絡端と、前記第２励振素子の前記開放端とが互いに対向し、かつ、前記第１励振素子の前記開放端と、前記第２励振素子の短絡端とが互いに対向することを特徴とする高周波結合器。 - 前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、前記短絡端と前記開放端との間に給電点を有するマイクロストリップラインで構成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波結合器。
- 高周波結合器を通過する高周波の中心周波数の波長をλｏとするとき、前記第１外部導体および前記第２外部導体の少なくとも一方の外部導体は、他方の外部導体との結合面における外部導体の内壁と外壁との間の距離がλｏ／４であり、前記第１外部導体と前記第２外部導体とを非接触にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波結合器。
- 第１の高周波回路部と、
第２の高周波回路部と、
前記第１の高周波回路と前記第２の高周波回路部との間に設置される高周波結合器とを備える高周波システムであって、
前記高周波結合器は、前記請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波結合器であり、
前記第１外部導体が前記第１の高周波回路部と一体化され、前記第２外部導体が前記第２の高周波回路部と一体化されていることを特徴とする高周波システム。
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