JP2006303947A - 高周波信号切換え装置およびそれを用いる可変減衰器 - Google Patents

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達生 荒谷
Kazumasa Tsuka
和昌 塚
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Abstract

【課題】 可変減衰器で抵抗値の切換えの構成などとして用いられる高周波信号切換え装置において、インピーダンスマッチングが良好で、かつ良好な組立て性を確保する。
【解決手段】 2つの高周波信号切換え装置41,42を用い、スルー素子11と抵抗体12とを切換えて信号を通過させるようにした可変減衰器40において、撓み変形したコンタクトばね41a,42aの基端41c,42c側と遊端41e,42e側とで、近接するベース43の内部空間44の天面44aまたは底面44bとの間で形成する静電容量(=電界分布)が相互に等しくなるように、遊端41e,42e側になるにつれて、天面44aと底面44bとが相互に離反するように形成する。したがって、インピーダンスマッチングのためにコンタクトばね41a,42aの両側部を、ベース43の両側壁43a,43bにむやみに近接させる必要は無くなり、良好な組立て性を確保することができる。
【選択図】 図4

Description

本発明は、可変減衰器で抵抗値の切換えの構成などとして用いられる高周波信号切換え装置およびそれを用いる前記可変減衰器に関する。
図12は、2つの高周波信号切換え装置1,2を用いて構成される可変減衰器3の構造を示す縦断面図である。この可変減衰器3は、計測器などで用いられ、高周波信号の切換えを行う高周波信号切換え装置1,2が2つ直列に配置されて構成されており、高周波信号を、それら2つの高周波信号切換え装置1,2間に設けられ、実質的に抵抗値を無視し得るスルー素子11と、抵抗体12との何れを通過させるかによって、減衰無しで通過させるか、減衰して通過させるかを切換えるものである。
前記高周波信号切換え装置1,2は、グランドに接続され、外部導体となるベース13に形成された内部空間14に、共通接点となるコンタクトばね1a,2aが収納され、前記コンタクトばね1a,2aが、前記内部空間14の天面14aまたは底面14bの少なくとも一方(図12では底面14b)から立設された電気絶縁性の架台1b,2bに基端1c,2cが固定され、前記内部空間14の天面14aおよび底面14bには、前記ベース13から電気的に絶縁された個別接点となる前記スルー素子11および抵抗体12がそれぞれ設けられ、前記コンタクトばね1a,2aが電気絶縁性の駆動部材1d,2dによって撓み変形されることで、遊端1e,2eが前記スルー素子11または抵抗体12の一方と接触するように構成されている。
前記駆動部材1d,2dは、カード15の連結片15aによって相互に連動して駆動されるようになっており、カード15の駆動片15bが電磁石ブロック16によって昇降変位される。前記電磁石ブロック16は、ボビン16aにコイル16bが巻回され、前記ボビン16aにおいてコイル16bと軸線方向に並んで永久磁石16cが設けられ、それらの構成を継鉄16dで覆うとともに、前記ボビン16a内に磁性の駆動片16eを備えて構成される。
前記駆動片16eは、コイル16bの非励磁時には、永久磁石16cの磁力によって上昇しており、また前記コンタクトばね1a,2aは図12において仮想線で示すようにスルー素子11側に撓んでいるように成形されており、これによって前記コイル16bの非励磁時には、カード15が上昇し、コンタクトばね1a,2aはスルー素子11と接触し、両者間の抵抗値は略0となっている。これに対して、前記コイル16bの励磁時には、前記駆動片16eは下降し、カード15を介してコンタクトばね1a,2aを図12において実線で示すように抵抗体12側に撓み変形させ、これによってコンタクトばね1a,2aは抵抗体12と接触し、両者間の抵抗値は大きくなる。このようにして、コンタクトばね1a,2a間の抵抗値が切換えられる。
図13は、典型的な従来技術の可変減衰器20の構造を示す水平断面図である。この可変減衰器20の縦断面は、前述の図12の可変減衰器3と同様であり、図13は図12の切断面線A−Aから見た断面図である。前述の可変減衰器3と同一の構成には、同一の参照符号を付して示す。注目すべきは、この可変減衰器20では、コンタクトばね21a,22aは、ベース23の両側壁23a,23bぎりぎりまで、幅広に形成されていることである。
図14は図13の切断面線C−Cから見た断面図であり、図15はその切断面線D−Dから見た断面図である。図15は、コンタクトばね21が抵抗体12側に撓んでいる状態を示す。たとえば、前記ベース23の両側壁23a,23b間の間隔を2.6mmとした場合、前記コンタクトばね21a,22aの幅は2mm、厚さは0.05mmに選ばれ、したがってコンタクトばね21a,22aの両側部と両側壁23a,23bとの隙間は0.3mmとなる。
これは、図15で示すように、コンタクトばね21a,22aがベース23の内部空間24の天面24aまたは底面24bの一方に近接してゆくと(図15ではコンタクトばね21が底面24bに近接)、他方(図15では天面24a)との間の電界分布に差が生じ、コンタクトばね21a,22aとそれら天面24aおよび底面24bとの間で形成する静電容量に差が生じ、高周波伝送路としてのコンタクトばね21a,22aにおいて、インピーダンスのミスマッチングが生じるためである。前記隙間を狭くすることで、コンタクトばね21a,22aと、それら天面24aおよび底面24bとの間の電界よりも、両側壁23a,23bとの間の電界を相対的に大きくし、図16および図17で示すように、いずれの方向の撓みに対しても一定のそれら両側壁23a,23bとの間の電界によって、天面24aおよび底面24bとの間の電界分布のばらつきによる影響を相対的に小さくし、良好なインピーダンスマッチングを得るためである。
上記従来技術と同様に、特許文献1には、内部が空洞でアース導体を成す筒型のベースの両端から内部空間へ、磁性体から成る可撓性の導電部材をそれぞれ突出させ、その導電部材と平行にスルー素子と抵抗減衰素子とを設け、前記導電部材をマグネットで吸引・反発することで、前記導電部材をスルー素子または抵抗減衰素子と接触させ、減衰を行うか否かを選択するようにした減衰器が示されている。
また、特許文献2にも同様に、内部が空洞となった同軸外導体内に絶縁部材に支持された同軸内導体を設け、それらが径方向に変位する押圧ピンによって導体に接触させるか、減衰チップに接触させるかによって、減衰を行うか否かを選択できるようにしたマイクロ波減衰器が示されている。
特開平2−292907号公報 特開昭63−158772号公報
しかしながら、上記可変減衰器20では、インピーダンスのマッチングは得られても、コンタクトばね21a,22aと両側壁23a,23bとの間の隙間が狭く、部品の加工や組立てに高い精度が必要になるという問題がある。
本発明の目的は、インピーダンスマッチングが良好で、組立て性も良好な高周波信号切換え装置およびそれを用いる可変減衰器を提供することである。
本発明の高周波信号切換え装置は、外部導体となるベースに形成された内部空間に、共通接点となるコンタクトばねが収納され、前記コンタクトばねは電気絶縁性の架台に基端が固定され、前記内部空間の天面および底面には、前記ベースから電気的に絶縁された個別接点がそれぞれ設けられ、前記コンタクトばねが電気絶縁性の駆動部材によって撓み変形されることで、遊端が個別接点の一方と接触するようにした高周波信号切換え装置において、前記撓み変形したコンタクトばねの基端側と遊端側とで、前記撓み変形によって近接する前記内部空間の天面または底面との間で形成する静電容量が相互に等しくなるように、前記ベースの内部空間およびコンタクトばねの形状を設定することを特徴とする。
上記の構成によれば、可変減衰器で抵抗値の切換えの構成などとして用いられる高周波信号切換え装置において、その構造が、グランドに接続され、外部導体となるベースに形成された内部空間に、共通接点となるコンタクトばねが収納され、前記コンタクトばねは前記内部空間の天面または底面から立設されるなどした電気絶縁性の架台に基端が固定され、前記内部空間の天面および底面には、前記ベースから電気的に絶縁された個別接点がそれぞれ設けられ、前記コンタクトばねが電気絶縁性の駆動部材によって撓み変形されることで、遊端が個別接点の一方と接触するようにした構造の場合に、前記撓み変形したコンタクトばねの基端側と遊端側とで、前記撓み変形によって近接する前記内部空間の天面または底面との間で形成する静電容量が相互に等しくなるように、前記ベースの内部空間およびコンタクトばねの形状を設定する。
したがって、コンタクトばねの両側部を、前記内部空間の両側面にむやみに近接させる必要は無くなり、インピーダンスマッチングが良好な高周波信号切換え装置を良好な組立て性で実現することができる。
また、本発明の高周波信号切換え装置は、前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、該コンタクトばねを先細状に形成することで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする。
上記の構成によれば、前記ベースの内部空間に対してコンタクトばねの形状を設定することで、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくする構造を具体的に実現することができる。
さらにまた、本発明の高周波信号切換え装置は、前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、前記ベースの内部空間を形成する天面および底面が、前記コンタクトばねの遊端側になるにつれて相互に離反してゆくことで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする。
上記の構成によれば、前記コンタクトばねの形状に対して、ベースの内部空間の形状を設定することで、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくする構造を具体的に実現することができる。
また、本発明の高周波信号切換え装置は、前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、該コンタクトばねを先細状に形成し、かつ前記ベースの内部空間を形成する天面および底面が、前記コンタクトばねの遊端側になるにつれて相互に離反してゆくことで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする。
上記の構成によれば、前記ベースの内部空間の形状およびコンタクトばねの形状を共に設定することで、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくする構造を具体的に実現することができる。
さらにまた、本発明の可変減衰器は、同じベースの内部空間に、前記の高周波信号切換え装置を、個別接点側が相互に隣接するように2つ直列に配置し、前記内部空間の天面および底面で各個別接点間には相互に抵抗値の異なる抵抗体が設けられ、前記コンタクトばねを連動して切換えることを特徴とする。
上記の構成によれば、上記の高周波信号切換え装置を2つ用いて、可変減衰器を構成することができる。
また、本発明の可変減衰器は、前記の可変減衰器を複数段直列に接続して成ることを特徴とする。
上記の構成によれば、段数が増加する程、切換え可能な抵抗値の種類を増加することができる。
本発明の高周波信号切換え装置およびそれを用いる可変減衰器は、以上のように、グランドに接続され、外部導体となるベースに形成された内部空間に、共通接点となるコンタクトばねが収納され、前記コンタクトばねは前記内部空間の天面または底面から立設されるなどした電気絶縁性の架台に基端が固定され、前記内部空間の天面および底面には、前記ベースから電気的に絶縁された個別接点がそれぞれ設けられ、前記コンタクトばねが電気絶縁性の駆動部材によって撓み変形されることで、遊端が個別接点の一方と接触するようにした構造の場合に、前記撓み変形したコンタクトばねの基端側と遊端側とで、前記撓み変形によって近接する前記内部空間の天面または底面との間で形成する静電容量が相互に等しくなるように、前記ベースの内部空間およびコンタクトばねの形状を設定する。
それゆえ、コンタクトばねの両側部を、前記内部空間の両側面にむやみに近接させる必要は無くなり、インピーダンスマッチングが良好な高周波信号切換え装置を良好な組立て性で実現することができる。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る高周波信号切換え装置31,32を用いて構成される可変減衰器30の構造を示す水平断面図である。この可変減衰器30の縦断面は、前述の図12の可変減衰器3と同様であり、図1は図12の切断面線A−Aから見た断面図である。前述の可変減衰器3と同一の構成には、同一の参照符号を付して示す。注目すべきは、この可変減衰器30では、コンタクトばね31a,32aは、先細状に形成されていることである。コンタクトばね31a,32aは、グランドに接続され、外部導体となるベース33に形成された内部空間34に収納され、前記内部空間34の底面34bから立設された電気絶縁性の架台1b,2bに、その基端31c,32cが固定されている。このコンタクトばね31a,32aは共通接点となり、前記ベース33から電気的に絶縁された前記スルー素子11および抵抗体12が個別接点となる。またこのコンタクトばね31a,32aは、電気絶縁性の前記駆動部材1d,2dによって撓み変形されることで、遊端31e,32eが前記スルー素子11または抵抗体12の一方と接触する。
図2は図1の切断面線E−Eから見た断面図であり、図3はその切断面線F−Fから見た断面図である。図3は、コンタクトばね31aが抵抗体12側に撓んでいる状態を示す。図2および図3から明らかなように、コンタクトばね31aが抵抗体12側に撓んでいることから、基端31cから遊端31e側になるにつれて、前記内部空間34の底面34bに近接してゆき、電界が強くなる。しかしながら、基端31cから遊端31e側になるにつれて、先細状に形成されていることから、該底面34b側での電界分布は、前記基端31c側と遊端31e側とで変わらず、静電容量は均一のままである。したがって、高周波伝送路としてのコンタクトばね31a,32aにおいて、良好なインピーダンスマッチングを得ることができる。
このように構成することで、コンタクトばね31a,32aの撓み変形によって、該コンタクトばね31a,32aの遊端31e,32e側程、ベース33の内部空間34の天面34aまたは底面34bにより近接し、静電容量が増加するのを、該コンタクトばね31a,32aを先細状に形成することで打消し、撓み変形した該コンタクトばね31a,32aの基端31c,32c側と遊端31e,32e側との静電容量を相互に等しくすることができる。こうして、前記ベース33の内部空間34に対してコンタクトばね31,32の形状を設定することで、撓み変形した該コンタクトばね31,32の基端31c,32c側と遊端31e,32e側との静電容量を相互に等しくすることができ、コンタクトばね31a,32aの両側部を、ベース33の両側壁33a,33bにむやみに近接させる必要は無くなり、それらの間に充分なクリアランスを確保しても、インピーダンスマッチングが良好な高周波信号切換え装置31,32およびそれを用いる可変減衰器30を、良好な組立て性で実現することができる。
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の第2の形態に係る高周波信号切換え装置41,42を用いて構成される可変減衰器40の構造を示す縦断面であり、図5は図4の切断面線G−Gから見た水平断面図である。この可変減衰器40で、前述の図12の可変減衰器3および図1の可変減衰器30と同一の構成には、同一の参照符号を付して示す。注目すべきは、この可変減衰器40では、コンタクトばね41a,42aは、前記図13〜図17で示す従来のコンタクトばね1a,2aよりも幅は狭いけれども一定幅に形成され、その代りにベース43において、内部空間44を形成する天面44aおよび底面44bが、前記コンタクトばね41a,42aの遊端41e,42e側になるにつれて、相互に離反してゆくことである。
図6は図5の切断面線H−Hから見た断面図であり、図7はその切断面線I−Iから見た断面図である。図7は、コンタクトばね41aが抵抗体12側に撓んでいる状態を示す。コンタクトばね31aが抵抗体12側に撓んでいると、前記図12で示す従来のベース13では、基端41c,42cから遊端41,42e側になるにつれて、内部空間14の底面14bに近接してゆき、電界が強くなる。しかしながら、上述のように天面44aおよび底面44bが相互に離反してゆくように形成されていることから、図6および図7から明らかなように、基端41c側と遊端41e側とで電界分布は変わらず、静電容量は均一のままである。したがって、高周波伝送路としてのコンタクトばね41a,42aにおいて、良好なインピーダンスマッチングを得ることができる。
このように構成することで、コンタクトばね41a,42aの撓み変形によって、該コンタクトばね41a,42aの遊端41e,42e側程、ベース43の内部空間44の天面44aまたは底面44bにより近接し、静電容量が増加するのを、ベース43の天面44aおよび底面44bが相互に離反してゆくように形成することで打消し、撓み変形した該コンタクトばね41a,42aの基端41c,42c側と遊端41e,42e側との静電容量を相互に等しくすることができる。こうして、前記コンタクトばね41,42に対してベース43の内部空間44の形状を設定することで、撓み変形した該コンタクトばね41,42の基端41c,42c側と遊端41e,42e側との静電容量を相互に等しくすることができ、コンタクトばね41a,42aの両側部を、ベース43の両側壁43a,43bにむやみに近接させる必要は無くなり、それらの間に充分なクリアランスを確保しても、インピーダンスマッチングが良好な高周波信号切換え装置41,42およびそれを用いる可変減衰器40を、良好な組立て性で実現することができる。
[実施の形態3]
図8は、本発明の実施の第3の形態に係る高周波信号切換え装置51,52を用いて構成される可変減衰器50の構造を示す縦断面であり、図9は図8の切断面線J−Jから見た水平断面図である。この可変減衰器50は、前述の可変減衰器30,40に類似している。すなわち、この可変減衰器50では、コンタクトばね51a,52aは、前記コンタクトばね31a,32aと同様に先細状に形成されるとともに、ベース53において、内部空間54を形成する天面54aおよび底面54bが、前記コンタクトばね51a,52aの遊端51e,52e側になるにつれて、相互に離反してゆくことである。
このように構成してもまた、撓み変形したコンタクトばね51,52の基端51c,52c側と遊端51e,52e側との静電容量を相互に等しくすることができ、コンタクトばね51a,52aの両側部を、ベース53の両側壁53a,53bにむやみに近接させる必要は無くなり、それらの間に充分なクリアランスを確保しても、インピーダンスマッチングが良好な高周波信号切換え装置51,52およびそれを用いる可変減衰器50を、良好な組立て性で実現することができる。
図10は、上述のように構成される可変減衰器30,40,50を備えて成る可変減衰器100の構造を示す部分断面図であり、図11はその可変減衰器100の平面図である。図11において、図10の切断面線を、K−Kで示す。この可変減衰器100は、上述の可変減衰器30,40,50の何れかの種類、もしくは複数の種類を使用して構成されており、複数段の可変減衰器30,40,50が直列に接続されて構成されている。
各可変減衰器30,40,50における前記抵抗体12は相互に等しくてもよく、その場合には抵抗体12の抵抗値に、選択されている段数を乗算した値が、可変減衰器100としての合成抵抗値となる。これに対して、各可変減衰器30,40,50における抵抗体12を相互に異なるように形成することで、幅広い抵抗変化幅を得ることができ、たとえば−10,−20,−40,−80の各減衰率に設定することで、0dBから−150dBまでの減衰率に変化することができる。
なお、上述の説明における上下の各方向は、図に対応して、便宜上使用したものであり、可変減衰器30,40,50;100の取付け方向によっては、90°回転や180°回転(上下反転)で使用されることは言うまでもない。
本発明の実施の第1の形態に係る高周波信号切換え装置を用いて構成される可変減衰器の構造を示す水平断面図である。 図1の切断面線E−Eから見た断面図である。 図1の切断面線F−Fから見た断面図である。 本発明の実施の第2の形態に係る高周波信号切換え装置を用いて構成される可変減衰器の構造を示す縦断面である。 図4の切断面線G−Gから見た水平断面図である。 図5の切断面線H−Hから見た断面図である。 図5の切断面線I−Iから見た断面図である。 本発明の実施の第3の形態に係る高周波信号切換え装置を用いて構成される可変減衰器の構造を示す縦断面である。 図8の切断面線J−Jから見た水平断面図である。 複数段の可変減衰器を備えて成る可変減衰器の構造を示す部分断面図である。 図10で示す可変減衰器の平面図である。 2つの高周波信号切換え装置を用いて構成される可変減衰器の構造を示す縦断面図である。 典型的な従来技術の可変減衰器の構造を示す水平断面図である。 図13の切断面線C−Cから見た断面図である。 図13の切断面線D−Dから見た断面図である。 従来技術によるコンタクトばねの電界分布を説明するための図13の切断面線C−Cから見た断面図である。 従来技術によるコンタクトばねの電界分布を説明するための図13の切断面線D−Dから見た断面図である。
符号の説明
1,2;31,32;41,42;51,52 高周波信号切換え装置
1a,2a;31a,32a;41a,42a;51a,52a コンタクトばね
1b,2b 架台
1c,2c;31c,32c;41c,42c;51c,52c 基端
1d,2d 駆動部材
1e,2e;31e,32e;41e,42e;51e,52e 遊端
3;30,40,50;100 可変減衰器
11 スルー素子
12 抵抗体
13,33,43,53 ベース
14,34,44,54 内部空間
14a,34a,44a,54a 天面
14b,34b,44b,54b 底面
15 カード
16 電磁石ブロック
33a,33b;43a,43b;53a,53b 側壁

Claims (6)

  1. 外部導体となるベースに形成された内部空間に、共通接点となるコンタクトばねが収納され、前記コンタクトばねは電気絶縁性の架台に基端が固定され、前記内部空間の天面および底面には、前記ベースから電気的に絶縁された個別接点がそれぞれ設けられ、前記コンタクトばねが電気絶縁性の駆動部材によって撓み変形されることで、遊端が個別接点の一方と接触するようにした高周波信号切換え装置において、
    前記撓み変形したコンタクトばねの基端側と遊端側とで、前記撓み変形によって近接する前記内部空間の天面または底面との間で形成する静電容量が相互に等しくなるように、前記ベースの内部空間およびコンタクトばねの形状を設定することを特徴とする高周波信号切換え装置。
  2. 前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、該コンタクトばねを先細状に形成することで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする請求項1記載の高周波信号切換え装置。
  3. 前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、前記ベースの内部空間を形成する天面および底面が、前記コンタクトばねの遊端側になるにつれて相互に離反してゆくことで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする請求項1記載の高周波信号切換え装置。
  4. 前記撓み変形によって、前記コンタクトばねの遊端側程、前記内部空間の天面または底面により近接し、静電容量が増加するのを、該コンタクトばねを先細状に形成し、かつ前記ベースの内部空間を形成する天面および底面が、前記コンタクトばねの遊端側になるにつれて相互に離反してゆくことで打消し、撓み変形した該コンタクトばねの基端側と遊端側との静電容量を相互に等しくすることを特徴とする請求項1記載の高周波信号切換え装置。
  5. 同じベースの内部空間に、前記請求項1〜4のいずれか1項に記載の高周波信号切換え装置を、個別接点側が相互に隣接するように2つ直列に配置し、前記内部空間の天面および底面で各個別接点間には相互に抵抗値の異なる抵抗体が設けられ、前記コンタクトばねを連動して切換えることを特徴とする可変減衰器。
  6. 前記請求項5記載の可変減衰器を複数段直列に接続して成ることを特徴とする可変減衰器。
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