JP2004336496A

JP2004336496A - 多重モードフィルタ

Info

Publication number: JP2004336496A
Application number: JP2003130818A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hagiwara; 栄治萩原; Akinori Watanabe; 明徳渡邊
Original assignee: SPC Electronics Corp
Current assignee: SPC Electronics Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP3699090B2

Abstract

【課題】小型で安価な多重モードフィルタを提供する。
【解決手段】本発明の多重モードフィルタは、電気的に遮蔽された金属ケース１の内部に、２つの稜角部が面取りされた略直方体形状の金属ブロック２を、金属ケース１と金属ブロック２が電気的に非接触になるように設けられる共振器と、この共振器の金属ケース１の所定の一面に設けられる入力コネクタ５と、この入力コネクタ５が設けられた面とは異なる金属ケースの面に設けられる出力コネクタ６とを有する。共振器は、最低次モードを含む複数のモードを含むように構成されている。入力コネクタ５により励振された電磁界が、金属ブロック２の面取り部分３、４を含む表面及び金属ケース１の内面により反射されて出力コネクタ６から出力されるようになっている。
【選択図】図１６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯等の帯域により無線通信を行う無線通信装置等に用いられるフィルタに関し、特に１つの共振器にて複数の共振モードを持つ多重モードの共振器を用いたフィルタ（以下「多重モードフィルタ」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信装置等には、１つの共振器で１つの共振モードを持つ、いわゆるシングルモードの共振器を用いたフィルタが多く使用されている。シングルモードの共振器には、例えば金属を用いた半同軸共振器がある。この共振器は外部と電気的に遮蔽された金属ケース内に円柱状の金属の片端を、ネジあるいは蝋付けなどにより金属ケースに電気的に接触、固定させることにより構成される。
【０００３】
また、他のシングルモードの共振器の例として、誘電体を用いたＴＥ０１δモード共振器がある。このような共振器は、外部と電気的に遮蔽された金属ケース内に誘電率の低い支持台を固定しておき、この支持台上に、支持台よりも誘電率の高い誘電体を載置して、誘電体を金属ケース中央に配置するように構成される。
【０００４】
シングルモードの共振器は、フィルタを構成する際に遮断導波管内に配置され、隣合う共振器と磁界で結合されることにより、所望のフィルタ特性を実現している。しかし、１つの共振器で１つの共振モードしか持たないために、複数のモードが必要なときなどにフィルタの段数が増えるために必要な共振器の数も増え、フィルタ自体が大型化する問題がある。
【０００５】
これに対して、１つの共振器で複数の共振モードを持つ、いわゆる多重モードの共振器を用いた多重モードフィルタが提案、利用されている。多重モードフィルタは、１つの共振器で２以上の共振モードを利用することによって、フィルタ全体で必要とされる共振器の数を削減して、フィルタの小型化を実現している。多重モードの共振器には、例えば誘電体を用いた２重モード共振器や３重モード共振器がある。
【０００６】
２重モード共振器は、ＥＨ_１１δモードやＨＥ_１１δモードといった縮退されたハイブリッドモードを用いる。直交する２つのモード間に金属ビスなどを挿入することにより縮退を解き、２つの直交モードを同一共振器内に発生させることによって実現される。３重モード共振器は、ＴＭ_１１１モードやＴＥ_１１δモードといったモードを、３つ同一共振器内に発生させることによって実現される。
【０００７】
多重モードフィルタは、誘電体の波長短縮効果と相まって、フィルタの小型化に有効である。また、多重モードフィルタに必要な共振器の総数も減らせるために価格を下げる効果もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
多重モードフィルタには、誘電体を備えた誘電体共振器を用いるのが一般的である。誘電体共振器は、多くの共振モードが存在するために、使用するモードによっては通過帯域の近傍にスプリアス共振が存在することがある。スプリアス共振は、妨害電波の通過を許すこととなる。そのためにスプリアス共振のレベルが大きい場合には、別途それを除去するための装置を多重モードフィルタに追加する必要がある。これは、フィルタの小型化を妨げることになる。
また、誘電体共振器は、金属の共振器に比べて高価なため、多重モード化により共振器の縮数を減らすことができたとしても、金属の共振器を用いたものに比べて高価になってしまう。
【０００９】
本発明の課題は、上記の問題に鑑み、スプリアス共振を除去する装置を必要としない、小型で安価な多重モードフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の多重モードフィルタは、電気的に外部と遮蔽された直方体形状のケースの内部に、略直方体形状で少なくとも１つの稜角部が面取された面を持つ導電体が、前記ケースと電気的に非接触に設けられる共振器と、この共振器の前記ケースの所定の一面に設けられる入力コネクタと、この入力コネクタが設けられた面とは異なる前記ケースの面に設けられる出力コネクタとを有し、前記共振器は、最低次モードを含む複数のモードを含むように構成されており、前記入力コネクタにより励振された電磁界が、前記導電体の面取りされて形成された前記面を含む表面及び前記ケースの内面により反射されて前記出力コネクタから出力されるように構成されている。
【００１１】
共振器が最低次モードを含む複数のモードを含むので、使用通過帯域よりも低域側にスプリアス共振は存在しない。そのために、スプリアス共振を除去するための装置が不要になり、フィルタ自体が小型化できる。また、共振器の導電体には、例えば金属ブロックを用いることができるので、共振器が高価になることはない。
【００１２】
このような多重モードフィルタにおいて、前記稜角部が面取りされて形成される面は、稜角部を形成する２面に対して４５度の角度で交わるように形成すると、各モードで効率よく励振することができる。前記ケース及び前記導電体を略立方体形状に形成すると、前記共振器の各モードの共振周波数が、等しくなる。
【００１３】
前記導電体の位置を、移動させるための調整部材を設けるようにしてもよい。この調整部材は、前記導電体の位置を前記ケースの内部で移動させて共振周波数を調整するものである。前記調整部材は、例えば前記導電体の互いに直交する３面に設けられる。これにより、前記導電体を前記ケースの内部で互いに異なる３方向に移動させることができる。
また、前記入力コネクタ及び出力コネクタには、例えばプローブアンテナを用いることができる。
【００１４】
前記共振器は、例えば前記ケースの内部に前記導電体を複数備えるようにして、前記入力コネクタにより励振された電磁界が、複数の前記導電体の各面及び前記ケースの内面により反射されて前記出力コネクタから出力されるようにしてもよい。また、前記ケースの内部に、例えば前記導電体の他に１以上のシングルモードの共振器を設けて、前記入力コネクタにより励振された電磁界が、前記導電体の各面及び前記ケースの内面により反射されるとともに、前記シングルモードの共振器を経て前記出力コネクタから出力されるようにしてもよい。このような構成により、様々な段数のフィルタを小型に構成できる。
【００１５】
本発明の他の多重モードフィルタは、電気的に外部と遮蔽された直方体形状の金属ケース（１）の内部に、この金属ケース（１）の内面に平行で互いに直交する第１面（２ｚ）、第２面（２ｙ）、第３面（２ｘ）と、第１面（２ｚ）と第２面（２ｙ）の間に形成されてこの２面に対して４５度で交わる第４面（４）、及び第２面（２ｙ）と第３面（２ｘ）の間に形成されてこの２面に対して４５度で交わる第５面（３）を持つ金属ブロック（２）が前記金属ケース（１）に電気的に非接触に設けられる共振器と、前記第１面（２ｚ）に平行な前記金属ケースの面（１ｚ）上に設けられる入力コネクタ（５）と、前記第３面（２ｘ）に平行な前記金属ケースの面（１ｘ）上に設けられる出力コネクタ（６）とを有し、前記共振器は、最低次モードを含む複数のモードを含むように構成されており、前記入力コネクタ（５）により励振された電磁界が、前記第１面（２ｚ）とこの面に平行な前記金属ケースの面（１ｚ）との間で反射され、その一部が前記第４面（４）により反射されて前記第２面（２ｙ）に平行な前記金属ケースの面（１ｙ）に反射され、この面（１ｙ）と前記第２面（２ｙ）との間で反射され、その一部が前記第５面（３）により反射されて前記第３面（２ｘ）に平行な前記金属ケースの面（１ｘ）に反射され、この面（１ｘ）と前記第３面（２ｘ）との間で反射されて前記出力コネクタから出力されるように構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の多重モードフィルタの一例である３重モードフィルタに用いる３重モードの共振器の斜視透視図である。
この共振器は、金属により電気的に外部と遮蔽された金属ケース１と、略直方体の金属ブロック２とを有しており、金属ケース１内に金属ブロック２が装荷されている。金属ブロック２は、ｚ軸方向に延びる１つの稜角部を面取りした面３と、ｘ軸方向に延びる１つの稜角部を面取りをした面４を備える。稜角部の面取りの角度は、いずれも４５度である。金属ケース１と金属ブロック２は、電気的に接触しておらず、例えば、金属ブロック２が、誘電率の低い誘電体で形成された支持台などに載置されて、金属ケース１の中央に配置されるようになっている。なお、図１では説明のために支持台を省略している。
【００１８】
この共振器では、ＴＭ_０１モードのときに図２、３に示すような磁界成分が金属ケース１内部に発生し、ＨＥ_１１モードのときに図４〜図７に示すような磁界成分が金属ケース１内部に発生する。
共振器の磁界成分は、ＴＭ_０１モードのときに、図２に示すように、金属ケース１内の領域Ａ及び領域Ｃにおいてｚ軸を中心に同心円状に発生する。また、金属ケース１内の領域Ｂにおいては、ｚ軸方向に磁界成分を持たず、図３に示すようにｘｙ平面上で金属ブロック２の周囲を取り囲むように発生する。
【００１９】
ＨＥ_１１モードのときは、図４及び図６に示すように、金属ケース１内の領域Ａ及び領域Ｃにおいて、磁界成分がｘ軸方向あるいはｙ軸方向に直線的に発生し、また図５及び図７に示すように、ｘｚ平面上あるいはｙｚ平面上の金属ケース１が存在する面において、磁界成分が金属ブロック２の周囲を取り囲むように発生する。
ＨＥ_１１モードのときは、磁界分布を９０度回転させることにより同一筐体内で同じ強度をもつ２つの電磁界が存在できる。すなわち共振周波数が同じである２つのモードが、同一共振器内に存在する縮退モードである。
このようなＴＭ_０１モード及び２重ＨＥ_１１モードを持つ３重モードの共振器を用いて、３重モードフィルタを構成する。
【００２０】
図８は、３重モードフィルタに用いる金属ブロック２の斜視図である。金属ブロック２の各辺の長さＸ、Ｙ、Ｚを変化させて、先に述べた３つのモードの共振周波数が同一周波数になるように形成する。金属ブロック２の各辺の長さは、面３、４がない場合の各辺の長さを表している。金属ケース１の大きさを固定して、金属ブロック２の各辺の長さＸ、Ｙ、Ｚを変動させたときの、共振器の共振周波数への影響を図９〜図１１に示す。
【００２１】
図９は、金属ブロック２のＸとＹの長さを同じにして、Ｚを変化させたときの３つのモードの共振周波数を表す図である。この図からわかるように、ＴＭ_０１モードの共振周波数はＺに大きく依存し、その他２つのＨＥ_１１モードの共振周波数はＺにほとんど依存しない。
図１０は、金属ブロック２のＹとＺの長さを同じにして、Ｘを変化させたときの３つのモードの共振周波数を表す図である。図１１は、金属ブロック２のＸとＺの長さを同じにして、Ｙを変化させたときの３つのモードの共振周波数を表す図である。図１０及び図１１からわかるように、２つのＨＥ_１１モードの共振周波数は、それぞれＸまたはＹに大きく依存し、ＴＭ_０１モードの共振周波数はＸ及びＹにほとんど依存しない。
【００２２】
つまり、３つのモードの共振周波数は、金属ブロック２の各辺の長さＸ、Ｙ、Ｚを個別に調整することにより、ある程度独立に制御することができる。なお、金属ケース１が立方体の場合、金属ブロック２の各辺の長さＸ、Ｙ、Ｚを等しくすることにより３つのモードの共振周波数をほぼ同一にすることができる。
【００２３】
図１２は、３重モードフィルタの構成を示す斜視透視図である。この３重モードフィルタは、図１に示す共振器の、金属ケース１のｚ軸方向及びｘ軸方向の面部材１ｚ、１ｘに、それぞれプローブアンテナ５、６が設けられて構成される。このような３重モードフィルタは、プローブアンテナ５により第一のモードで励振する。ここでは、例えば、励振モードをＴＭ_０１モードとする。
【００２４】
プローブアンテナ５は、ｚ軸方向の面部材１ｚに配置されているので、ＴＭ_０１モードの電磁界を効率よく励振することができる。金属ケース１及び金属ブロック２は、どちらもｚ軸方向に対して垂直な面部材１ｚ、面２ｚを持つので、プローブアンテナ５により励振された電磁界は、金属ケース１の面部材１ｚと金属ブロック２の面２ｚの間でｚ軸方向に反射を繰り返す。
このとき４５度の角度で面取りされた面４により、電磁界のｘ軸方向成分は９０度反射してｙ軸方向に伝播し、金属ケース１の面部材１ｙと金属ブロック２の面２ｙとの間で反射を繰り返す。これによりＨＥ_１１モードが励振される。
次に４５度の角度で面取りした面３により、ＨＥ_１１モードの電磁界のｚ方向成分は９０度反射してｘ軸方向に伝播し、金属ケース１の面部材１ｘと金属ブロックの面２ｘとの間で反射を繰り返す。これにより第２のＨＥ_１１モードが励振される。
以上の一連の過程により、３つのモードが、面取りされた稜角部によって縮退を解かれ、次のモードに結合していく。
【００２５】
図１３は、図１２に示す３重モードフィルタの等価回路図である。本実施形態の３重モードフィルタでは、１つの共振器で３段のフィルタを構成する。フィルタの各段の結合度の大きさは、稜角部の面取りによる面の大きさに依存する。すなわち、面３、４の面積が大きいほど、結合度も大きくなる。また、各モードにより効率よく共振波を励振するには、稜角部の面取り角を４５度にすることが望ましい。３重モードフィルタを構成する際は、所望の持性にあわせた結合度を得るように面取り部分の大きさを決めるとよい。
【００２６】
図１４は、以上のような３重モードフィルタの特性を示す図である。このフィルタは３段フィルタであるために、その特徴である３つの反射の谷ａが確認できる。
図１５に、３重モードフィルタの広帯域特性を示す。３重モードフィルタを構成するのに使用したＴＭ_０１モード及び２重ＨＥ_１１モードは、最低次モードを含む３モードなので、使用する通過帯域ｂから低域側においてスプリアス共振は存在しない。これにより低域側において妨害電波の伝播を遮断することができる。また、高域側の第一次スプリアス共振ｃは通過帯域ｂから約１．５倍以上離れている。これにより良好な広帯域持性を得ることが可能になる。
【００２７】
＜実施例＞
図１６に、本発明の一実施例である３重モードフィルタの斜視透視図を示す。
金属で外部と遮蔽された金属ケース１内に、稜角部を面取りした面３とその稜角部と非平行な稜角部を面取りした面４を持つ金属ブロック２が装荷されている。金属ブロック２は、金属ケース１と電気的に接触しないように、誘電体などの支持台７を介して金属ケース１内に固定されている。
【００２８】
入力コネクタ（プローブアンテナ）５は、第一モードとしてＴＭ_０１モードによる共振波を励振し易いように、金属ケース１のｚ軸方向に垂直な面部材１ｚに配置される。出力コネクタ（プローブアンテナ）６は、第三モードのＨＥ_１１モードによる共振波を検出しやすいように、金属ケース１のｘ軸方向に垂直な面部材１ｘに配置される。また、各モードの共振周波数を調整するために、金属ケース１の各面には周波数調整ビス８〜１０が設けられている。周波数調整ビス８〜１０により金属ブロック２の位置を、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの方向に移動させることにより、金属ブロック２の各面と金属ケース１の各内面の距離が変わり、共振周波数を調整することができる。
金属ケース１、金属ブロック２、及び周波数調整ビス８〜１０の表面には、金属表面を流れる電流による導体損失を少なくするために、銀などの導電率の大きい金属がメッキされる。
【００２９】
上記の実施例では、金属ブロック２を金属ケース１内に１個設ける例を説明したが、これに限らず、金属ブロック２を金属ケース１内に複数設けるようにしてもよい。複数の金属ブロック２を金属ケース１内に設けることにより、３段以上（例えば、６段、９段）のフィルタの構成を小型化できるようになる。
また、金属ブロック２の他に、異なる種類の共振器を金属ケース１内に設けるようにしてもよい。例えば、金属ケース１内に半同軸共振器、誘電体共振器などのシングルモードの共振器を設けるようにしてもよい。電磁波が、シングルモードの共振器を経て出力コネクタ６に至ることにより、様々な段数のフィルタを小型に実現できるようになる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、金属ブロックの稜角部に面取り部分を設けることによって、１つの共振器で複数の共振モードをもつ多重モードフィルタを構成できるため、低価格かつ小型なフィルタを構成することができる。また、多重モードが最低次モードを含む低域側からのモードなので、低域側にスプジアス共振が存在せず、良好な広帯域特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多重モードフィルタに用いる共振器の斜視透視図。
【図２】共振器の領域Ａ、ＣにおけるＴＭ_０１モードの磁界を表す図。
【図３】共振器の領域ＢにおけるＴＭ_０１モードの磁界を表す図。
【図４】共振器の領域Ａ、ＣにおけるＨＥ_１１モードの磁界を表す図。
【図５】共振器のｘｚ平面上におけるＨＥ_１１モードの磁界を表す図。
【図６】共振器の領域Ａ、ＣにおけるＨＥ_１１モードの磁界を表す図。
【図７】共振器のｙｚ平面上におけるＨＥ_１１モードの磁界を表す図。
【図８】金属ブロックの斜視図。
【図９】金属ブロックのＺの変化に対する共振周波数の変化を表す図。
【図１０】金属ブロックのＸの変化に対する共振周波数の変化を表す図。
【図１１】金属ブロックのＹの変化に対する共振周波数の変化を表す図。
【図１２】本発明の３重モードフィルタの斜視透視図。
【図１３】３重モードフィルタの等価回路図。
【図１４】３重モードフィルタの通過損失及び反射損失の特性を示す図。
【図１５】３重モードフィルタの通過損失の広帯域特性を示す図
【図１６】本発明の３重モードフィルタの斜視透視図。
【符号の説明】
１金属ケース
２金属ブロック
３、４面
５入力コネクタ（プローブアンテナ）
６出力コネクタ（プローブアンテナ）
７支持台
８、９、１０周波数調整ビス
１ｘ、１ｙ、１ｚ金属ケースを構成する面部材
２ｘ、２ｙ、２ｚ金属ブロックの面

Claims

電気的に外部と遮蔽された直方体形状のケースの内部に、略直方体形状で少なくとも１つの稜角部が面取された面を持つ導電体が、前記ケースと電気的に非接触に設けられる共振器と、この共振器の前記ケースの所定の一面に設けられる入力コネクタと、この入力コネクタが設けられた面とは異なる前記ケースの面に設けられる出力コネクタとを有し、
前記共振器は、最低次モードを含む複数のモードを含むように構成されており、
前記入力コネクタにより励振された電磁界が、前記導電体の面取りされて形成された前記面を含む表面及び前記ケースの内面により反射されて前記出力コネクタから出力されるように構成されている、
多重モードフィルタ。
前記稜角部が面取りされて形成された面は、稜角部を形成する２面に対して４５度の角度で交わるように形成されている、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
前記ケース及び前記導電体が略立方体形状に形成され、前記共振器の複数のモードの共振周波数が等しくなるように構成されている、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
前記導電体の位置を移動させるための調整部材が設けられており、この調整部材は、前記導電体の位置を前記ケースの内部で移動させて、共振周波数を調整するように構成されている、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
前記調整部材は、前記導電体の互いに直交する３面に設けられており、
前記導電体を前記ケースの内部で互いに異なる３方向に移動させるように構成されている、
請求項４記載の多重モードフィルタ。
前記入力コネクタ及び出力コネクタの少なくとも一方がプローブアンテナである、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
前記共振器は、前記ケースの内部に前記導電体を複数備えており、
前記入力コネクタにより励振された電磁界が、複数の前記導電体の各面及び前記ケースの内面により反射されて前記出力コネクタから出力されるように構成されている、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
前記ケースの内部に、前記導電体の他に１以上のシングルモードの共振器を設けており、
前記入力コネクタにより励振された電磁界が、前記導電体の各面及び前記ケースの内面により反射されるとともに、前記シングルモードの共振器を経て前記出力コネクタから出力されるように構成されている、
請求項１記載の多重モードフィルタ。
電気的に外部と遮蔽された直方体形状の金属ケース（１）の内部に、この金属ケース（１）の内面に平行で互いに直交する第１面（２ｚ）、第２面（２ｙ）、第３面（２ｘ）と、第１面（２ｚ）と第２面（２ｙ）の間に形成されてこの２面に対して４５度で交わる第４面（４）、及び第２面（２ｙ）と第３面（２ｘ）の間に形成されてこの２面に対して４５度で交わる第５面（３）を持つ金属ブロック（２）が前記金属ケース（１）に電気的に非接触に設けられる共振器と、
前記第１面（２ｚ）に平行な前記金属ケースの面（１ｚ）上に設けられる入力コネクタ（５）と、
前記第３面（２ｘ）に平行な前記金属ケースの面（１ｘ）上に設けられる出力コネクタ（６）とを有し、
前記共振器は、最低次モードを含む複数のモードを含むように構成されており、
前記入力コネクタ（５）により励振された電磁界が、
前記第１面（２ｚ）とこの面に平行な前記金属ケースの面（１ｚ）との間で反射され、その一部が前記第４面（４）により反射されて前記第２面（２ｙ）に平行な前記金属ケースの面（１ｙ）に反射され、この面（１ｙ）と前記第２面（２ｙ）との間で反射され、その一部が前記第５面（３）により反射されて前記第３面（２ｘ）に平行な前記金属ケースの面（１ｘ）に反射され、この面（１ｘ）と前記第３面（２ｘ）との間で反射されて前記出力コネクタから出力されるように構成されている、
多重モードフィルタ。