JP2004505480A - 高周波フィルター用誘電体装填空洞 - Google Patents

Abstract

高周波フィルター用誘電体装填空洞が、支持プレートにより適所に保持された誘電体ブロックを収容しかつカップリング及びチューニング要素を支持する金属容器から成る。本発明は、サイズが小さく低損失の広帯域フィルターを提供する。その高い対称構造により、スプリアスモードの付勢がかなり低減され、また、正確な電磁モデルに基づいた自動計算手順を用いた設計が容易になる。

Description

【０００１】
本発明は、遠距離通信システムのための装置に係り、特に高周波フィルター用の誘電体装填空洞に関する。
【０００２】
特に移動電話に関して一般人が使用するための遠距離通信システムにおいては、伝送線に沿って配置して異なる帯域又は周波数チャネルの分離（例えば受信チャネルから送信チャネルの分離）を可能にするマイクロ波フィルターを提供するという課題がある。
【０００３】
通常これらのフィルターは、複数のカスケード状の空洞により実現され、アイリス、ネジなどにより相互に連結される。知ってのとおり、内部金属導体を有して円筒若しくは角柱（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ）の形状の導波管型又は同軸型とし得るこれらの空洞は、フィルタリングされるべき信号の波長に依存したサイズを有し、よって、得られたフィルターは、特に低周波（１〜４ＧＨｚ）にて非常に大きくなり得、その結果として得られる全体の寸法が過度なものとなり得る。
【０００４】
この問題は、遠距離通信システムの開発がかなりの量のこれらのフィルターを必要とするようなものであるとき、特にこれらが空中線の近くに設けられ、しばしば一般人の建物の屋根の上に設置されたとき、さらに重大になる。
【０００５】
これらのフィルターのサイズを小さくする一つの方法は、近年一般的になってきたが、誘電体物質のブロックを各空洞に挿入することである。
【０００６】
共振器に導入された物質の高い誘電率ゆえに、電磁場は主に内部に集中したままであり、よって一定波長での共振を得るべく計算された空洞の寸法はかなり小さくなる。実際、誘電体装填共振器による同等のフィルターの寸法は、元の容積の３分の１から６分の１に減少した。低損失で高い温度安定性のセラミック物質が入手可能なので、このフィルターの電気特性は過度に不利とはならない。
【０００７】
小さなサイズのフィルターを得る別の方法は、再使用技術により各空洞において２以上の共振モードを用いて使用空洞の数を減らすことであり、それにより、デュアルモード又はトリプルモードの共振器が可能となる。モード間のカップリングは、モード自体の偏波面に関して対角面内で空洞断面（ｓｅｃｔｉｏｎ）を乱す（ｐｅｒｔｕｒｂ）ことにより得られる。通常の２つの空洞により得ることができるのと同じ結果となり、よって所望の帯域を有するフィルターが、半分の数の空洞で得ることが出来る。
【０００８】
また、同じ空洞の再使用により、カスケード状に単純に連結された複数の空洞を特徴とした全ての無限又は多項式の伝送ゼロを有する伝達関数よりもさらに洗練された伝達関数が可能となる。
【０００９】
上述のタイプの空洞を用いるフィルターの製造において見られる問題の一つは、特に要求される帯域通過が比較的広い、例えば中心周波数の１パーセントより広いとき、十分に高い値によるカップリングを得ることの困難さである。
【００１０】
空洞のカップリングが、プローブ又はネジのような機械要素の導入により得られることは公知の事実であり、このネジはそのチューニングを行うこともできる。明らかに、空洞が誘電体物質を内部に含めば、これらの要素の配置において更なる困難が存在する。実際、一方で誘電体物質は、内部の電磁場をより強くしてカップリングに介入する周辺の場を制限し、他方、それはネジ及びプローブの貫通を機械的に制限する。
【００１１】
これら全ての要素が、誘電体物質の回転軸に垂直でかつそれを２つの等しい部分に分割する平面上に配置するのが好ましいという事実により、問題はより悪くなる。実際、大きな電磁場が存在する場合にこのようにして操作を行い、より大きな値のカップリングを得、そして動作帯域中に異常応答を発生し得るスプリアス共振モードの付勢が避けられる。
【００１２】
また、波長、よって空洞のサイズもより大きい場合において、フィルターが非常に低い周波数（例えば１〜４ＧＨｚ）にて機能するように設計されるとき、全体の寸法を最大限縮小するために、空洞の内部容積は誘電体物質で出来るだけ多く占められなければならない。その結果、ネジ及びプローブを収容する空間がさらに制限される。
【００１３】
現在公知の誘電体装填空洞のうち、米国特許第５００８６４０号に記載のものがあり、該米国特許は、同一出願人の名前で標題「誘電体装填空洞共振器（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｌｏａｄｅｄ ｃａｖｉｔｙ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）」で１９９１年４月６日に米国で発行されており、これは寸法から生じる問題を解決し、通過帯域において低損失である。しかしながら、それは広帯域フィルターには適していない。広帯域フィルターは、共振器間での非常に堅固なカップリングを要求し、従って、誘電体共振器の横対称面におけるカップリング要素のかなりの貫通を要求する。
【００１４】
別の公知の空洞は、標題「複合共振器（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ）」でフィルトロニック・ピーエルシー（Ｆｉｌｔｒｏｎｉｃ ＰＬＣ ）の名前で１９９９年４月２２日に公開されたＷＯ９９／１９９３３に記載のものである。上記共振器では、誘電体要素が、金属空洞のベース上に載り、頂部に金属ディスクを備える。この構成により、フィルターの動作周波数に近接したスプリアスモードの存在についてかなりの低減が可能となるが、共振器の損失は増大する。また、必要なカップリングを得るためには、かなり厳しい調整を伴ってプレートやディスクのような一定の機械的な装置が必要である。
【００１５】
本発明の主題たる高周波フィルター用の誘電体装填空洞により、これらの困難が避けられ、上述の技術的な問題が解消され、広帯域フィルターの実現が可能となり、小さい寸法と低損失を維持する。その高い対称構造により、スプリアスモードの付勢についてかなりの低減が可能になり、また、正確な電磁モデルを利用できることによる自動計算手順を用いた設計が容易になる。
【００１６】
本発明は、請求項１の特徴部分に記載のような高周波フィルター用の誘電体装填空洞を提供する。
【００１７】
本発明の上記及びその他の特徴は、非限定的な例として添付図面により与えられた本発明のいくつかの好ましい形態についての以下の記載によりさらに明確になるであろう。
【００１８】
図１に示した空洞は、金属容器からなる。回転軸ｒ−ｒを有する適当な円筒形空洞が得られ、誘電体物質からなる円筒形ブロックＲＳが一対の支持プレートＳＵ１及びＳＵ２により適所に保持され、接着剤を使用することなく全体が機械的に安定する。図１では、ブロックＲＳは断面図では示されていない。
【００１９】
ブロックＲＳの誘電体物質は、空洞に装填して動作周波数を下げるために高い誘電率を有する。このブロックＲＳは、回転軸ｒ−ｒと交差する平面ｐ−ｐ上に溝ＧＲを含み、この溝は、その外周全体に亘って延びる。さらに正確には、平面ｐ−ｐは、空洞の電気的な対称面と一致するが、幾何学的な対称面とは必ずしも一致せず、また、該平面ｐ−ｐは、金属容器に固定された種々のカップリング及びチューニング要素をも含む。
【００２０】
誘電体の円筒形ブロックＲＳは、ワッシャー形状の２つの支持プレートＳＵ１及びＳＵ２により空洞と同軸の位置に保持される。これら支持プレートの各々は、損失を小さくするために軸方向の穴を有し、溝付きの円筒形ブロックＲＳのベースの一つを収容するセンタリング底部を備える。
【００２１】
円筒形の金属容器は、回転軸ｒ−ｒに交差して分割されて２つの部分ＣＥ及びＣＳになり、これらはネジにより相互に固定される。ＣＥで示した部分は、支持プレートＳＵ１及びＳＵ２並びにブロックＲＳから成るグループを収容する。
【００２２】
空洞の内径は、ＣＥ中にこのグループを含むべく僅かに拡大され、このグループは、部分ＣＥの２つの直径の差により作られた段により底部から適当な距離にて保持される。より大きな直径を有する空洞部分の深さは、支持プレートと溝付き円筒形ブロックとからなるグループの高さと等しくするのが有利である。このように、該グループの全体を適所にしっかりと保持するには、支持プレートの直径よりも僅かに小さな直径の部分ＣＳを製造することで十分である。
【００２３】
カップリング及びチューニング要素、すなわちは、同軸コネクタＣＯに接続されるプローブＳＯ及び複数の金属ネジＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、・・・が、電気的な対称面ｐ−ｐに対応して金属容器の部分ＣＥ内に取り付けられる。該プローブＳＯは、空洞を発振器又は外部負荷にカップリングし、複数の金属ネジＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、・・・は、空洞内部の共振モード間のカップリングとそのチューニングの両方を行う。プローブＳＯとネジＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３は、所望のカップリング及びチューニング効果を得るのに必要な深さまで円筒形ブロックＲＳの溝ＧＲ中に貫通し得る。
【００２４】
図２は、空洞の従来のデュアルモード機能を可能にするプローブとネジの角度配置を示す。
【００２５】
プローブＳＯにより付勢された第１の共振モードは、プローブに対して１８０゜の角度をなしたネジＶＴ１によりチューニングされる。ＶＴ１に対して直角をなすネジＶＴ２は、第２共振モードをチューニングし、この第２共振モードは、ＶＴ１及びＶＴ２に対して４５゜の角度をなすネジＶＴ３により該第１の共振モードにカップリングする。
【００２６】
図３は、プローブ及びネジの別の角度配置を示し、異なる空洞のデュアルモード機能が得られる。この場合は、プローブＳＯは、互いに９０゜に配置された２つのチューニングネジＶＴ１及びＶＴ２のうちいずれのものとも対称でない。プローブＳＯは、ＶＴ１及びＶＴ２によりチューニングされた両共振モードの発生器又は外部負荷に対するカップリングを発生する。図中に示されていない別のネジをＶＴ１及びＶＴ２に対して４５゜にて設定し、さらに２つの共振モードを相互にカップリングすることもできる。
【００２７】
図４は、円筒形のブロックＲＳの溝ＧＲが半径と同じ深さを有するという極端な場合を示す。従って、元の円筒が、より低い高さの２つの共面円筒ＲＳ１及びＲＳ２に分割される。この場合、２つの円筒ＲＳ１及びＲＳ２を必要な距離に維持するには別の支持プレートＳＵ３を間に挟む必要がある。この支持プレートＳＵ３は、カップリング及びチューニング要素のための半径方向の通し穴を有する。
【００２８】
この図及び前の図に示された支持プレートＳＵ１、ＳＵ２及びＳＵ３は、低誘電率で低損失のプラスチック又はセラミックの誘電体物質から成る。
【００２９】
当該溝、及びこの極端な場合での誘電体円筒形ブロックの２つの円筒への分離により、電磁場がより強い空洞の領域中にカップリング及びチューニング要素を深く貫通させることができる。このように、より高いカップリング値とより拡大されたチューニング範囲を得ることができ、例えば中心周波数の１％を越える相対的により高い割合の帯域を有するフィルターを実現するのが容易になる。
【００３０】
上述の空洞の構造により、種々の複雑な帯域通過フィルターを得るために類似の空洞間の容易なカップリングが可能となる。
【００３１】
図５は、同軸状に重ねられ共通のベースを有する２つの空洞ＣＡ１とＣＡ２を示す。カップリングは、アイリスＩＲを通じて生じ、このアイリスＩＲは、通常は矩形であり、ベース自体に製造される。
【００３２】
図６と７は、隣接した側壁の開口ＡＰを通して、又は側壁を通って２つの空洞中に延びるプローブＳＡによりカップリングされた２つの並んだ空洞ＣＡ１及びＣＡ２を示す。
【００３３】
明らかに、ここでの記載は非制限的な例として与えられている。請求の保護範囲から逸脱することなく変更及び修正が可能である。
【００３４】
例えば、空洞と誘電体ブロックの両方とも円筒形の代わりに角柱形にでき、溝は図中に示されるような中間ではなく誘電体ブロックの一端により近い位置に配置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
空洞の縦断面図である。
【図２】
図１と同じ空洞の横断面図である。
【図３】
第２の空洞の形態の横断面図である。
【図４】
第３の空洞の形態の縦断面図である。
【図５】
ベースを通じて連結されて重ねられた２つの空洞の部分断面図である。
【図６】
側面を通して連結された２つの並んだ空洞の部分断面図である。
【図７】
異なる方法で側面を通して連結された２つの並んだ空洞の部分断面図である。
【符号の説明】
ＲＳ　　誘電体ブロック
ＧＲ　　溝
ＶＴ１　ネジ
ＶＴ２　ネジ
ＶＴ３　ネジ
ＳＯ　　プローブ
ＣＯ　　コネクタ
ＳＵ１　支持プレート
ＳＵ２　支持プレート
ＳＵ３　支持プレート
ＣＡ１　空洞
ＣＡ２　空洞
ＩＲ　　アイリス
ＡＰ　　開口
ＳＡ　　プローブ

Claims (12)

1. 高周波フィルター用誘電体装填空洞であって、
   −　横に分割されて相互に固定された２つの部分（ＣＥ、ＣＳ）になる金属容器と、
   −　空洞に装填して動作周波数を低減できる高誘電率物質からなる誘電体ブロック（ＲＳ）と、
   −　誘電体ブロック（ＲＳ）を前記金属容器の内部の適所に保持する支持プレート（ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３）と、
   −　カップリング及びチューニング要素（ＳＯ、ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３）と、から成り、前記誘電体ブロック（ＲＳ）が、横断面（ｐ−ｐ）内に存在し該ブロックの外周全体に亘って延びる溝（ＧＲ）を含むことを特徴とする上記高周波フィルター用誘電体装填空洞。
2. 誘電体ブロック（ＲＳ）における前記溝（ＧＲ）が、元のブロックをより低い高さの２つの共面ブロック（ＲＳ１、ＲＳ２）に分割するような深さを有することを特徴とする請求項１記載の誘電体装填空洞。
3. 別の支持プレート（ＳＵ３）が２つの共面ブロック（ＲＳ１、ＲＳ２）の間に挟まれることを特徴とする請求項２記載の誘電体装填空洞。
4. 前記支持プレート（ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３）が、プラスチック又はセラミックの低誘電率で低損失の誘電体物質からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
5. 誘電体ブロック（ＲＳ）の前記溝が存在する前記横断面（ｐ−ｐ）が、前記金属容器に固定された前記カップリング及びチューニング要素（ＳＯ、ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３）と交差することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
6. 前記誘電体ブロック（ＲＳ）が円筒形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
7. 横に分割されて２つの部分（ＣＥ、ＣＳ）になる前記金属容器が円筒形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
8. 第１ネジ（ＶＴ１）がプローブ（ＳＯ）に対して１８０゜にて配置されて第１共振モードをチューニングし、第２ネジ（ＶＴ２）が第１ネジに対して直角にて配置されて第２共振モードをチューニングし、第３ネジ（ＶＴ３）が第１及び第２ネジに対して４５゜にて配置されて第１及び第２共振モードをカップリングすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
9. プローブ（ＳＯ）が、第１及び第２チューニングネジ（ＶＴ１、ＶＴ２）のどちらのものに関しても対称的でない位置にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
10. 他の空洞にカップリングするために前記金属容器のベースにアイリス（ＩＲ）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
11. 他の空洞にカップリングするために前記金属容器の側部に開口（ＡＰ）を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。
12. 他の空洞にカップリングするために前記金属容器の側壁に固定されたプローブ（ＳＡ）を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の誘電体装填空洞。

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