JP2005341350A

JP2005341350A - フィルタ

Info

Publication number: JP2005341350A
Application number: JP2004158937A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Obata; 英幸小畑
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US7304554B2; GB2414599A; US20050264379A1; GB0510879D0; GB2414599B

Abstract

【課題】フィルタを取り替える場合でも、既存の立体回路のレイアウトを変えることなく、簡単に取り替えることができると共に、フィルタの接続を確実に、かつ、特性の劣化を来すことなく接続することができる構造の導波管型のフィルタを提供する。
【解決手段】本体１に一面が開放された導波溝１１がＵ字状に形成され、導波溝１１内にその長手方向に沿って所定の間隔で、誘導性共振窓１２が複数個設けられ、開放された一面を閉塞するように蓋体２が設けられている。この導波溝１１の長手方向に沿って設けられる２個の隣接する誘導性共振窓１２と本体１および蓋体２とで囲まれる空胴が所定の周波数で共振し、所定の周波数帯の電磁波を通過させるように複数個の誘導性共振窓１２が設けられ、かつ、Ｕ字状の導波溝１１の両端部である入力端１５と出力端１６とが同一面に形成され、入出力フランジ１７が一体に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の周波数帯を通過し、不要な周波数帯を阻止するマイクロ波やミリ波用のフィルタに関する。さらに詳しくは、導波管を用いながら配置スペースをコンパクトにし、立体回路内への組込みを容易に、かつ、確実にすることができる構造のフィルタに関する。

従来、空胴を用いた帯域通過フィルタとして、図５に概念図で示される構造のものが知られている。これは、矩形導波管３１にアイリス板３２を挿入した構造で、アイリス板３２が誘導性の共振窓（リアクタンス素子）として作用し、この共振窓が管軸方向に沿って複数組配置されている。この長手方向に隣接する２つの共振窓と矩形導波管３１の管壁で囲まれた空間により空胴共振器が構成され、この長手方向に隣接する共振窓の間隔、共振窓の大きさ（一対のアイリス板の間隔）などにより所望の帯域特性が得られるように、アイリス板３２が設けられている。図５に示される例では、３段の空胴共振器が接続されたもので、アイリス板３２を透視した状態で示してある。このように複数の空胴共振器を接続してフィルタを構成することで、１個の空胴共振器でフィルタを構成するのに比べて、阻止帯域の減衰量を急激に、すなわち通過帯域に近い阻止周波数において大きな減衰量が得られるフィルタを構成することが可能である（たとえば特許文献１参照）。

このようにフィルタ特性を良くするには空胴共振器を多段に接続する必要があるが、１つの空胴共振器でおよそ１／２管内波長の長さがあり、前述の構造では、空胴共振器を直線状に連結しているため、多段にすればするほど長くなり、立体回路に挿入するのに非常に困難になると共に、導波管内にアイリス板を多段に組み込むことができず、導波管を軸方向の中心線か、幅広面の一方を分離するなど、導波管をいずれかで分割してアイリス板を接合してから導波管を接合しなければならないという問題がある。

一方、図６に示されるように、導電性筐体３３にアイリス３４を有する導波溝パターン３５を形成し、その筐体３３の表面に図示しない蓋を被せることにより、アイリス３４で仕切られた空胴共振器を多段に形成し、前述の例と同様に所望の周波数特性を有するフィルタとする構造のものも知られている（たとえば特許文献２参照）。ここに示される例では、電磁波の伝播方向を９０°曲げながら所望の周波数帯域のみを通過させるフィルタとしているが、９０°曲げるためにコーナ部の空胴を特別な形状にすることが特許文献２にも開示されている。
特開２００１−２３０６０３号公報特開２００３−２０９４０６号公報（図６）

前述のように、従来の導波管型のフィルタは、フィルタ特性の向上を図ろうとすると、誘導性共振窓を介して共振器を多段に接続する必要があり、多段にすると長くなるため、既存の回路（立体回路）内に挿入することが困難で、立体回路のレイアウトを変更しなければならない。さらに、既存の回路との間で隙間が生じると電波漏れが生じたり特性劣化が生じ、隙間が生じないように無理に締め付けると立体回路などに歪みが生じ、やはり特性の劣化が生じるという問題がある。これらの問題は前述の図６に示される構造のように、電磁波の進行方向を９０°曲げる場合でも同様であり、立体回路を最初から組み立てる場合や、立体回路が１個のブロックからなる場合には問題はないが、既に立体回路が組み込まれている場合にフィルタの特性を向上させるため、フィルタを変更しようとする場合
などには、異なるフィルタを組み込むことができないという問題がある。

また、前述のように、フィルタの周波数特性を急峻にしたい場合、不要周波数帯の減衰量を大きくしたい場合などには、空胴共振器の数を増やして多段にする必要があるが、直線状に繋ぐと非常に長くなり、９０°曲げても大きな面積を占有することになり、スペース効率が非常に低下するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、フィルタを高特性のものに取り替える場合など、既存の立体回路のレイアウトを変えることなく、簡単に取り替えることができると共に、フィルタの接続を確実に、かつ、特性の劣化を来すことなく接続することができる構造の導波管型のフィルタを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、導波管構造を本体と蓋体とに分割する場合でも、その接続部を電界の最も弱い位置で行える構造とすることにより、接続部での電磁波の漏洩を防止することができるフィルタを提供することにある。

本発明によるフィルタは、一面が開放された導波溝がＵ字状に形成され、該導波溝内に該導波溝の長手方向に沿って所定の間隔で、誘導性共振窓が複数個設けられる本体と、前記開放された一面を閉塞するように前記本体の表面に設けられる蓋体とからなり、前記導波溝の長手方向に沿って設けられる複数個の誘導性共振窓の隣接する２個と前記本体および蓋体とで囲まれる空胴が所定の周波数で共振し、所定の周波数帯の電磁波を通過させるように前記複数個の誘導性共振窓が設けられ、かつ、前記Ｕ字状の導波溝の一端部が入力端、他端部が出力端とされ、該入力端と出力端とが同一面に形成されている。

ここにＵ字状とは、１８０°折り返される構造であることを意味し、コーナ部が円弧状になっている必要はなく、角型に曲げられて折り返す構造も含む意味である。

前記導波溝が、導波管の幅広面が該溝の深さ方向となるように形成され、前記蓋体が導波管の幅狭面を構成し、前記入力端と出力端とは幅広面の背中同士が結合した構造であれば、折返し部に誘導性共振窓を形成することなく、スペースをとらないで折り返すことができると共に、本体と蓋体とを接合する部分は電界の一番弱い部分になるため、接合面での放電や電磁波漏れが生じにくいため好ましい。この場合、誘導性共振窓は、導波溝の幅広面の両端側に窓部材（アイリス板）が設けられる構造ではなく、片方だけ（導波溝の底側）に設けられる非対称の窓構造になるが、蓋体に設けられる調整ネジなどにより共振特性を調整することができ、所望の周波数特性を得ることができる。

前記導波溝が、導波管の幅狭面が該溝の深さ方向となるように形成され、前記蓋体が導波管の幅広面を構成し、前記入力端と出力端とは幅広面が横方向に並列した構造にすることもできる。

前記入力端および出力端の少なくとも一方端側において、前記導波溝を絞るリアクタンス部材が該導波溝内に設けられることにより、インピーダンス整合がとれるため、整合特性が改善され、フィルタと前後回路との相互の干渉を抑制することができる。導波溝を絞るリアクタンス部材は、導波溝の幅広面および幅狭面の少なくとも一方の一部に設けられることにより、整合特性を改善することができる。

前記Ｕ字状の導波溝の入力側と出力側とを仕切る仕切板が、前記入力端と出力端とにより形成される同一面から突出するように形成されることにより、前後回路とフィルタとの電気的接合を確実に行うことができ、隙間が生じないため、接合による特性の劣化を防止
することができる。

本発明のフィルタによれば、導波溝がＵ字状に形成されて、その入力端と出力端とが同一面に形成されているため、フィルタ全体の長さは従来の直線状に共振器を連結する場合と同じ特性でありながら実質的に半分の長さで所望の特性のフィルタを構成することができる。しかも、入出力端が同一面に形成されているため、立体回路側も入力端と出力端とを同一面で纏めた構造にしておくことにより、立体回路に挟みこむことなく、突き当てでネジなどにより取り付けるだけで、確実に立体回路内に挿入することができる。そのため、フィルタを高特性にするために段数（共振器数）を増やしてその長さが長くなっても、逆に長さが短くなっても、立体回路に何らの影響もなく取り替えることができる。さらに、立体回路に何の負荷を与えることなく接続することができるため、立体回路やフィルタが変形したりすることがなく、伝送特性やフィルタ特性を劣化させることもない。

また、導波溝の深さ方向が導波管の幅広面となるように形成されることにより、幅広面の背中同士を重ねる形で（実際には仕切り板を介在させるだけで）コンパクトに折り返すことができるため、非常にコンパクトなフィルタとすることができると共に、本体と蓋体とを接続する部分は電界が一番弱い部分になるため、接続部でのバリによる放電や電磁波漏れなどの問題を生じなくすることができ、非常に小型で高特性のフィルタとすることができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明のフィルタについて説明をする。本発明によるフィルタは、図１（ａ）〜（ｂ）にその一実施形態の分解斜視説明図および蓋体を除去した平面説明図が示されるように、本体１に一面が開放された導波溝１１がＵ字状に形成され、その導波溝１１内に導波溝１１の長手方向に沿って所定の間隔で、誘導性共振窓１２が複数個設けられている。そして、開放された一面を閉塞するように蓋体２が本体１の表面に設けられることにより誘導性共振窓１２を有する導波管が形成されている。この導波溝１１の長手方向に沿って設けられる２個の隣接する誘導性共振窓１２と本体１および蓋体２とで囲まれる空胴が所定の周波数で共振し、所定の周波数帯の電磁波を通過させるように複数個の誘導性共振窓１２が設けられ、かつ、Ｕ字状の導波溝１１の一端部が入力端１５、他端部が出力端１６とされ、その入力端１５と出力端１６とが同一面で入出力フランジ１７が一体に形成されている。

本体１は、導電性部材からなっており、たとえば所定の周波数帯の電磁波を伝送する寸法の矩形導波管の空胴部を構成する導波溝１１がＵ字状に形成され、後述する蓋体２が上面に閉塞されることにより、矩形導波管が形成される構造になっている。図１に示される例では、矩形導波管の幅広面に相当するのが導波溝１１の底面と蓋体２とで構成され、幅狭面が導波溝１１の深さ方向の壁面で構成されている。この導波溝１１には、誘導性共振窓１２を構成する窓部材１３が導波溝１１の長手方向（電磁波の伝播方向）に沿って複数対設けられている。この窓部材１３は、図１に示される例では、導波溝１１の幅広辺の両端部から溝の深さ全体で中心部に向かう一対の板状部材の形状で設けられると共に、その一対の窓部材１３が導波溝１１の長手方向に沿って設けられている。この長手方向に隣接する一対の窓部材１３と導波溝１１の底面、側面および上面を閉塞する蓋体２とで囲まれる空胴が共振器となり、この窓部材１３の一対の間隔ｄおよび長手方向に隣接する窓部材１３の間隔Ｌなどにより共振周波数が定まり、共振周波数帯の電磁波を通過させ、それ以外の周波数の電磁波を遮断するフィルタとして作用する。

この空胴共振器を連続して多段に形成することにより、通過させる周波数帯と遮断する周波数帯との峻別を急峻にすることができる。そのため良好なフィルタ特性を得るために
は、この誘導性共振窓１２が連続して形成され、多段の共振器が形成される。本発明では、この導波溝１１がＵ字状に形成されることにより、入力端１５と出力端１６とを同一面に形成し入出力フランジ１７を一体にしながら、Ｕ字状のコーナ部にも空胴共振器を形成することにより、非常にコンパクトで多段の共振器からなるフィルタが形成されていることに特徴がある。

すなわち、図１に示される例では、前述のように、矩形導波管の幅広面を底面とし、幅狭面を深さとする導波溝１１が形成され、その幅広面がＵ字状に折り返されている。導波溝１１には、その長手方向に沿って所定の間隔Ｌで窓部材１３が設けられ、Ｕ字のコーナ部はＨベンドで形成されている。この折り返された導波溝１１は、その側面の間隔ａは１〜２０ｍｍ程度で、横幅が導波溝１１の２倍強の大きな溝が仕切板１４で区切られた構造になっている。その結果、入力端１５と出力端１６とは仕切板１４を挟んだ近い距離で同一面で並んで設けられており、立体回路への取付け用の入出力フランジ１７も一体で形成されている。

このように、本体１は、大きな溝の中に仕切板１４と窓部材１３とを設けた構造であるため、アルミニウムまたは亜鉛などの金属でダイカストにより簡単に所定の寸法で形成することができる。ダイカストにより形成することにより、入出力フランジ１７も同時に一体で形成することができる。またプラスチック材料で本体１を形成し、内面に金属を蒸着するなどして導電性としても良い。そして、その表面を閉塞するように蓋体２が溶接またはロウ付け、ネジ止め、圧入などにより接合されることにより、本発明のフィルタが形成される。蓋体２は、本体１と同様に、アルミニウム、亜鉛などの金属板を用いることができる。なお、図示されていないが、この蓋体２の表面から各共振器内にビスを挿入できるように取り付けておくことにより、共振周波数などを所望の値になるように調整をすることができる。

本発明によれば、導波溝がＵ字状に形成され、そのコーナ部にも窓部材により共振器が形成されているため、非常にコンパクトでありながら、入力端と出力端とを並べて同一面になるようにして、その入出力フランジが一体に形成されている。そのため、立体回路側も入出力側の導波管を並べて形成しておくことにより、立体回路の間に挿入して接続することなく、当て付けでフィルタを簡単に接続することができる。すなわち、フィルタの性能を向上させるため、共振器の段数を増やしてフィルタの長さが長くなっても、立体回路のレイアウトを変えずに、フィルタの長さに拘わらず、簡単に取り付けることができる。その結果、導波管などに変形を与えることも、接続部に隙間などが生じることもなく、伝送特性やフィルタ特性を害することなく簡単に接続することができる。さらに、１８０°折返し構造になっているので、共振器の段数を多くして長くなっても、実質的な長さはその半分ですみ、長いスペースを取らずに、急峻で、かつ、減衰量の大きいフィルタを得ることができる。

前述の例は、導波溝を導波管の幅広面が溝の底面となる構造で形成し、Ｕ字状にするためのコーナ部分をＨベンドで形成したが、導波管の幅狭面を導波溝の底面とし、幅広面を溝の深さで形成することもできる。この例が、図２に図１と同様の図で示されている。図２において、図１と同じ部分には同じ符号を付してあるが、この例では、前述のように、導波溝１１の縦横の関係が変更されていることと、窓部材１３が幅広面の両端部から中心側に向かうようには形成することができないため、幅広面の一方側のみ、すなわち導波溝１１の底面側のみに形成される非対称構造の誘導性共振窓１２になっている。

すなわち、窓部材１３は、その溝の幅全体に亘って、導波溝１１の底面から上方に向かって形成されているが、溝の上面までは形成しないで、溝の深さの半分より低い位置の高さまで形成されており、その上を電磁波が窓として通過できるようになっている。換言す
ると、図１に示される例では、一対の窓部材が中心部に間隙を介して設けられていたが、この例では、窓部材１３が導波管の軸方向の中心線に対して一方のみにしか形成されていない。このような構造でも、隣接する２つの窓部材１３とその間の溝底面、溝側面および蓋体２とで共振器が形成されており、前述の例と同様に、通過させたい所望の周波数帯で共振するように共振器を形成することができる。この場合、共振周波数を微調整する場合には、たとえば図２に示されるように、窓部材１３と対向する部分の蓋体２に突出長を可変することができるビス２１を設けておき、そのビス２１の導波溝１１内への突出長を変えることにより、所望の周波数帯で共振するように調整することができる。

また、図２に示される構造にすることにより、Ｕ字状のコーナ部をＥベンド（導波管の幅広面を曲げる構造）で形成することができ、コーナ部分の幅を非常に短く形成することができる。そのため、コーナ部に共振器を形成する場合でも、コーナ部分に窓部材を形成しなくても、コーナ部分を短い長さで形成することができ、フィルタの高特性を得やすい。また、折返しによる厚さも薄く形成することができ、非常にコンパクトなフィルタを構成することができる。さらに、この構成にすることにより、本体１と蓋体２との接合部は、導波管の幅広面の端部になるため、電界が一番弱い部分になり、接合面にバリなどができても、放電などは起こりにくいという利点がある。その他、前述の図１に示される例と同様に、導波管の変形などを与えることなく、突き当てで簡単に接続することができ、フィルタの高特性や伝送特性を維持することができると共に、共振器の段数を多くして長くなっても簡単に取り替えることができる。さらに、共振器の段数を多くして長くなっても、折返し構造であるため、小形にすることができながら、急峻で、かつ、不要帯域の減衰量の大きいフィルタを得ることができる。

図３は、図１に示される構造の変形例である。すなわち、図３に示される例では、入力端１５および出力端１６をリアクタンス窓１８により絞り、リアクタンス特性をもたせたものである。この構造にすることにより、前後回路とのインピーダンス調整を行うことができるため、フィルタの整合を充分に行うことができ、立体回路などに取り付けたときのＶＳＷＲ特性を改善することができる。すなわち、通常フィルタとそのフィルタが接続される前後の回路との整合が悪いと、その前後の回路およびフィルタの特性に影響が現れ、フィルタ本来の特性が得られないばかりではなく、反射波を生じ、前後の回路に支障を来す場合があるが、このようなリアクタンス窓１８が設けられることにより、整合は改善され、フィルタと前後回路との相互の干渉が発生しなくなる。さらに、このような構造にすると、開口面の剛性が高まり、ダイカストなどで製作する場合の寸法精度が高められ、より一層の高精度のフィルタが得られる。剛性が高まることにより、歪みによる変形が緩和されるためである。

図３に示される例では、リアクタンス窓１８は入力端１５側および出力端１６側の両方共に、幅広面の一端部側のみに設けられた構造（幅狭面の間隔を狭める構造）であるが、入力端１５および出力端１６共に、幅広面の両端部側に設けられてもよく、また、幅広面の間隔を狭める構造にしても同様の効果が得られる。さらに、入力端１５および出力端１６の一方のみに設けられてもよい。さらに、この構造は、図２に示される構造にも同様に適用できる。

図４は、図１に示される例のさらに他の変形例である。すなわち、図４に示される例は、Ｕ字状に折り返される導波溝１１の境界部である仕切板１４の先端部１４ａが入出力フランジ１７の面Ａよりｘだけ突出している。すなわち、このフィルタを立体回路などの途中に接合する場合、回路の前回路と後回路の端部を揃えてフィルタの入出力フランジ１７を当て付けて接合するが、この際に、ｘだけ突出した仕切板１４の先端部１４ａが確実に接触することになり、接合時の特性不良を防ぐことができる。使用する導波管のサイズや、締付けの圧縮力によって異なるが、この突出長ｘは、０.０２〜０.５ｍｍ程度にすることにより、確実に接合させることができた。この場合も、図２の構造でも同様に適用することができる。

本発明によるフィルタの一実施形態を説明する図である。本発明によるフィルタの他の実施形態を説明する図である。図１に示される構造の変形例を示す図である。図１に示される構造の変形例を示す図である。従来のフィルタの構成例を示す図である。従来のフィルタの構成例を示す図である。

符号の説明

１本体
２蓋体
１１導波溝
１２誘導性共振窓
１３窓部材
１４仕切板
１５入力端
１６出力端
１７入出力フランジ
１８リアクタンス素子
２１ビス

Claims

一面が開放された導波溝がＵ字状に形成され、該導波溝内に該導波溝の長手方向に沿って所定の間隔で、誘導性共振窓が複数個設けられる本体と、前記開放された一面を閉塞するように前記本体の表面に設けられる蓋体とからなり、前記導波溝の長手方向に沿って設けられる複数個の誘導性共振窓の隣接する２個と前記本体および蓋体とで囲まれる空胴が所定の周波数で共振し、所定の周波数帯の電磁波を通過させるように前記複数個の誘導性共振窓が設けられ、かつ、前記Ｕ字状の導波溝の一端部が入力端、他端部が出力端とされ、該入力端と出力端とが同一面に形成されてなるフィルタ。
前記導波溝が、導波管の幅広面が該溝の深さ方向となるように形成され、前記蓋体が導波管の幅狭面を構成し、前記入力端と出力端とは幅広面の背中同士が結合した構造である請求項１記載のフィルタ。
前記導波溝が、導波管の幅狭面が該溝の深さ方向となるように形成され、前記蓋体が導波管の幅広面を構成し、前記入力端と出力端とは幅広面が横方向に並列した構造である請求項１記載のフィルタ。
前記入力端および出力端の少なくとも一方端側において、前記導波溝を絞るリアクタンス部材が該導波溝内に設けられてなる請求項１〜３のいずれか１項記載のフィルタ。
前記Ｕ字状の導波溝の入力側と出力側とを仕切る仕切板が、前記入力端と出力端とにより形成される同一面から突出するように形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項記載のフィルタ。