JP2006510243A - 調節可能な高周波フィルタ構成及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

複数の高周波相互結合キャビティ（２１、．．．、２４）からなる少なくとも１個のフィルタ（Ｆ３）を含む高周波フィルタ構成において、局所的に固定された各々の誘電体共振素子（４４）が配置されていて、フィルタ（Ｆ３）の周波数を調節するために各々の誘電体（４４）を、誘電体共振素子（４４）に相対的な自身の位置で修正することができる。誘電体（４５）が誘電体共振素子（４４）の偏心のキャビティに配置されていて、誘電体（４５）が回転可能なように偏心のキャビティ（５９）に配置されている事実により、本発明のフィルタ構成の構造は簡単、小型、かつ経済的であり、優れたフィルタ及び調節特性が得られる。

Description

本発明は無線周波数工学分野に関する。本発明は特に、請求項１の前文に記載の調節可能な無線周波数フィルタ構成及びその製造方法に関する。

このような無線周波数フィルタ構成は、例えば米国特許第６，１４７，５７７号明細書により知られている。

例えば欧州特許出願公開第０６０１３６９Ａ１号明細書から、移動する誘電体が誘電体共振素子内で切り欠きの垂直又は横方向に直線的に移動可能な単一の調節可能な誘電体共振器が知られている。

可搬型無線リンク接続（ＬＯＳ＝視線上）は、特に適当な建造物が無く起伏の多い地形で、無線通信ネットワークを短期間で柔軟に構築できることが証明されており、２ＧＨｚ以上（例えば４．４〜５ＧＨｚ、又は１４．６２〜１５．２３ＧＨｚ）の周波数範囲で動作する。このような指向性無線リンク用の送受信装置内での信号処理を行なう適切なフィルタ、特に帯域通過フィルタが必要とされており、これらのフィルタは個々の周波数に合わせて設計されているだけでなく、自動調節可能であって、調節範囲全体にわたり常に高い品質係数により識別される。

しかし、基本的な電気及び無線周波数特性以外に、上述のようなフィルタはまた、低コストで生産できなければならず、堅牢に設計されていて、使用時の信頼性が高く、省スペースかつ軽量に設計されている必要がある。特に、スペース（体積）及び重量は、通信システム全体の機動性にとって重要な要素である。

従来、上述のようなフィルタのキャビティを小型化すべく、調節可能な基本要素としてキャビティ内に配置された誘電体共振素子を有する多くの解決策が提案されており、フィルタを調節するためにその共振構造を変更することができる。例えば冒頭で引用した米国特許第６，１４７，５７７号明細書に、そのような解決策の一つが記載されている。この既知の解決策において、フィルタの各々のキャビティの共振器として第一の丸い誘電ディスク（セラミック・パック）が固定位置に配置されている。同型の第二誘電ディスクが、第一誘電ディスクの上方に平行に配置されていて、電子制御モーター駆動部により第一誘電ディスクに対して垂直に上昇させ、再び下降させることができる。この目的に必要な直線運動は、複雑なねじ付きロッド機構により回転運動を直線運動に変換するデジタル・ステッピング・モーターにより生じる。

この既知のフィルタ構造には各種の短所がある。第一に、フィルタをうまく調節できるようにするには、可動ディスクが直線運動を行なう間はディスク位置を比較的高精度かつ再現可能に維持することが必要であるが、これは相当困難である。第二に、直線運動に必要な調節機構は、極めて巨大なスペースを要する。米国特許第６，１４７，５７７号明細書の図４から容易にわかるように、キャビティの上方に配置された動力付調節機構は、フィルタ全体の物理的体積の約２／３を占める。更に、上部ディスクが垂直方向に移動可能であるため、キャビティは当初から比較的巨大に設計されていなければならない。

これも冒頭で引用した欧州特許出願公開第０６０１３６９Ａ１号明細書は、単一の調節可能な誘電体共振器を提案しており、誘電ディスク内でキャビティ内の固定位置に配置された偏心切り欠きを提供し、当該切り欠きに整合すべく成形された誘電体が当該切り欠きに深く又は浅く挿入できるようにしている。共振器は、挿入の深さを調整することにより調節される。このために、誘電体は、垂直方向（欧州特許出願公開第０６０１３６９Ａ１号明細書の図１）又は水平方向（欧州特許出願公開第０６０１３６９Ａ１号明細書の図２）に、ロッドの形状で保持部を介して直線的に移動することができる。この解決策により実現可能な調節応答について、更なる詳細は記述されていない。更に、機械的に工夫された調節機構も指定されていないため、この提案は単なる机上の従来技術と見なすべきであり、その実現可能性は極めて疑わしい。特に、この解決策の提案はまた、直線運動から生じる、既に上で述べたのと同様の短所を免れない。

本発明の目的の一つは、製造時の費用効率に優れ、良好な無線周波数特性を示す格別に小型かつ堅牢な設計により識別可能であり、優れた調節応答を有する調節可能な無線周波数フィルタ構成を提供すること、及び費用効率に優れ、かつ簡単な製造方法を指定することである。

上述の目的は、請求項１及び２７の特徴の全体として実現される。本発明の本質は、調節可能なフィルタ・モジュールとして、固定位置に配置されていると共に、誘電体が回転可能なように配置された偏心切り欠きを有する誘電体共振素子を備えたキャビティを提供することである。切り欠き内で回転可能なように誘電体が構成されていることで、誘電体共振素子を極めて小型に設計することができる。回転運動は高精度で設計可能であり、従って、高い調節精度及び再現性が実現できる。

本発明のフィルタ構成の一つの好適な改良形態は、誘電体共振素子が平板かつ丸い円形ディスク状であり、誘電体共振素子のディスク平面に直交する回転軸の回りを誘電体が回転可能であって、誘電体共振素子が所定の厚さを有し、及び誘電体の高さが回転軸の方向にあって誘電体共振素子の厚さと基本的に等しい点が特徴的である。

この改良された発展形態は特に優れた調節特性を有することがわかっており、誘電体共振素子内の切り欠きが回転軸と同心の円形かつ円筒状貫通孔であり、誘電体の外形寸法が誘電体共振素子の切り欠きと、両者が狭い空隙の分だけ隔てられるように整合しており、誘電体が、回転軸（６０）に直交する第一の方向において２個の平行な平坦面に囲まれていて、回転軸及び第一の方向に直交する第二の方向において回転軸と同心の２個の円筒状エンベロープ面に囲まれている。

誘電体共振素子及び金属キャビティにおける不要な干渉場は、好適には中心貫通孔を有する誘電体共振素子により抑制される。

また、誘電体共振素子及び誘電体が各々同一材料で構成されていることが好都合である。

別の発展形態に従い、少なくとも１個のフィルタが好適には長方形のフィルタ筐体に収容されているならば、フィルタ筐体が基板及び側壁が基板に直交する壁板から形成されていて、基板に平行なモーター取付け板により最上面が覆われていること、及びフィルタ内のキャビティが、フィルタ筐体に組み込まれていて基板に直交する分離板により形成されていて、取付スロットが基板、壁板、及び分離板に配置されていて、これにより板が、特にハンダ付けにより、互いに嵌め込まれて接続されていることを旨として、フィルタ構成は全体として格別に簡単かつ小型に設計されている。キャビティの電磁気的相互作用はこの場合、特に簡単な方法、すなわち結合開口部、特に結合スロットが、個々の分離板の所定位置に配置されることにより実現される。

本発明の別の発展形態は、各々のキャビティの上方において、好適には円形の開口部がモーター取付け板に備えられていて、当該開口部を貫通して各誘電体共振素子及び各誘電体がキャビティ内で保持されており、誘電体共振素子及び誘電体が、キャビティに関連付けられていてモーター取付け板に取付けられた調節要素の一部であり、調節要素が各々の場合にモーター取付け板の開口部を貫通する固定ホルダーを有し、誘電体共振素子についてはモーター取付け板内の開口部を貫通して回転可能なように取付けられたホルダーを有し、誘電体についてはモーター、特にステッピング・モーターと、回転可能なように取付けられたホルダーへモーターの回転動作を伝達するギアボックス装置とを有することにより特徴付けられる。

一つの好適な発展形態に従い、ギアボックス装置が筐体に収容されているならば、筐体がモーター取付け板に取付けられていること、モーターが筐体にフランジ接続されていること、及び誘電体共振素子のホルダーは筐体に取付けられていることで、本装置は格別に省スペースを実現している。

ギアボックス装置が、軸形状として知られる回転要素を有し、予備負荷がかけられた精密軸受けに取付けられていて、誘電体のホルダーに確実に接続されていること、回転要素が、ギアボックス装置内の駆動軸により、駆動軸がモーターに接続されていてウォーム歯車を介して歯車と係合する状態で、回転要素に確実に取付けられた歯車を介して駆動されること、及び回転要素が、遊びを無くすべく、好適には螺旋ばねにより回転方向に予備負荷がかけられていることで、特に正確な調節が実現できる。

更に、歯車が完全な車輪ではなく、円弧形状であることにより省スペースが実現できる。円弧角が１００°である円弧の構成が、誘電体共振素子内の切り欠きの誘電体の調節範囲全体である約９０°を十分カバーすることができる。

高再現性を伴ない、得に信頼性が高い調節が実現されるのは、誘電体の回転を制御すべく、制御ブロック、メモリ、及び入力装置を有するコントローラが誘電体共振器本体内の偏心切り欠き内に備えられていること、無線周波数フィルタ構成における誘電体の初期位置を決定すべく、位置センサが特に制御ブロック接続している光バリアの形状で備えられていること、及び値テーブルがメモリに保存されていて、誘電体の適切な角度位置に無線周波数フィルタ構成の少数の選択された周波数を関連付けることによる。

本発明による方法の一つの好適な改良形態は、板金部品が銀メッキされていて、銀ろうにより互いにハンダ付けされていて、板金部品が取付補助具を、特に互いに整合する交差スロット、取付スロット、及び取付けラグの形状で有すること、フィルタ筐体を形成すべく、板金部品が取付補助具と、交差スロット、取付スロット、及び取付けラグにより最初は互いに緩く嵌め込まれていて、互いに嵌め込まれたフィルタ筐体が、取付けラグを取付スロット内へ押し込むことにより機械的に堅牢にされること、互いに嵌め込まれた板金部品間の接合点に好適にはペースト状の銀ろうが適用されること、及び銀ろうが溶解して接合箇所へ流入するまで、互いに嵌め込まれた板金部品が好適にはオーブン内で加熱されることを特徴とする。

フィルタ筐体の板金部品が全て、銀メッキされていない汎用の金属板から、好適にはレーザー切断である切断方法により、切断された板金部品が金属板の残りの領域と少数の狭いウェブだけで接続されるように切断されていれば生産工程は特に簡単かつ費用効率が高く、その際に、特にフィルタ筐体が完成した時点でキャビティの外側に位置する板金部品上の位置にウェブの大部分が残っている状態で、金属板が次いで切断された板金部品と共に銀メッキされ、板金部品が銀メッキされた後で金属板から取り外され、次いでフィルタ筐体の組立てに用いられる。

更なる実施形態が従属請求項に記述されている。

本発明を、以下の本文において例証的な実施形態を用いて図面と合わせて更に詳しく記述する。

以下の本文に記述する調節可能な無線周波数フィルタ構成は、多数の調節装置（図８の４０）が挿入されてモーター取付け板（図１の１３）にネジ留めされたフィルタ筐体（図１の１０）を有する。フィルタ筐体及び調節装置は別個に説明する。簡明さのため、組立てが完了したフィルタ構成は図示しない。

図１に示す長方形のフィルタ筐体（フィルタ・ボックス）１０は、（上部が）より厚いモーター取付け板１３と、フィルタ筐体１０の底、側壁、及び（内側）分離壁を形成する多数の板金部品で構成されている。板金部品は、図７に個別に示す底板１１、横方向に伸びる壁板１２、２０（図４も参照）、長手方向に伸びる壁板１４、３２（図１、２）、図４、５に個別に示す横方向（内側）分離板１５、．．．、１９、及び図６に個別に示す長手方向に伸びる（内側）分離板３３を含む。板金部品は例えば、厚さ１ｍｍの銀メッキ板鋼（材料番号第１．４３０１）で構成されている。モーター取付け板１３は、同一材料で構成されていて、同様に銀メッキされているが、厚さは例えば４ｍｍである。

図１７からわかるように、板金部品は、図１７に示す仕方で適切なサイズの汎用の金属板６９から、フィルタ筐体１０の板金部品全てを切断することにより、格別に容易かつ費用効率良く生産することができる。第一に、金属板６９は、銀メッキされていない。最初に、必要な板金部品１１、１２、１４、．．、２０、３２、及び３３の輪郭がレーザー切断及び同等の切断技術により、狭いウェブによりさまざまな位置で金属板６９の残りの部分に接続されたままの状態で、金属板６９から切り出される。大多数のウェブは、後続のフィルタ筐体１０内のキャビティ２１、．．、２４の外側に位置する板金部品上の場所に構成されている。これらの場所に銀の層が一切存在しないことは、キャビティの無線周波数特性への影響がないことを意味する。切断された金属板６９が図１７に示す形状になったならば、その表面全体にわたって銀の層が生成される。この結果、板金部品が実質的に完全に銀メッキされる。このような銀メッキが存在しないのは、後で切断されるウェブ領域だけである。しかし、これらは大部分がキャビティの外側に位置しているため、不都合はない。

フィルタ筐体１０は、個々の板金部品１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３及びモーター取付け板１３をハンダ付けかつピン留めすることにより形成される。ハンダ付けは、オーブン内で適切な銀ろうにより実行される。このために板金部品１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３は、このために備えられている取付けラグと取付スロットを互いに嵌め込むことにより最初は暫定的に接続され、形成されたシート金属筐体が取付けラグを取付スロットに押し込むことにより機械的に堅牢になる。フィルタ筐体１０の長手方向面の壁板１４、３２だけが、上辺でモーター取付け板１１の端面にピン留めされる。適当な量のハンダがハンダペースト状に板金部品間の接合位置に適用されて、ハンダ付け工程の間、接合位置の隙間が確実に塞がれるように塗布される。このような仕方で用意された筐体は次いで、オーブン内でハンダ付けに必要な温度まで加熱され、ハンダが溶解して接合位置で流れ出したならば再び冷却される。

板金部品１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３を互いに嵌め込むために、底板１１及び筐体の長手方向面に配置されている壁板１４、３２に、多数の取付スロット３９を備えている（その一部は交差する）。壁板１２、１４、２０、３２及び分離板１５、．．、１９、３３は自身の下辺に、この目的に適した取付けラグＬ１が備えられていて、それにより底板１１の取付スロット３９を通って嵌め込んでハンダ付けすることができる。横方向の壁板１２、２０及び分離板１５、．．、１９は更に、自身の側辺に取付けラグＬ２を有し、長手方向壁板１４、３２の対応する取付スロットを通って嵌め込まれてハンダ付けすることができる。横方向の壁と分離板１２、１４、．．、２０、３２が、長手方向に伸びる分離板３３と障害なしに交差できるようにするために、特別な交差スロット３４、３６、３７、３８（図４〜６）がこれらの板金部品に備えられている。この場合、交差は上面と下面で交互に生じる（図６の交互交差スロット３７、３８）。

長手方向に伸びる分離板３３及び横方向分離板１５、．．、１９から結果的に合計３×４＝１２個の同種キャビティが得られ、その各々がフィルタ筐体１０に形成されている正方形の底部領域（図７のＡ１、．．、Ａ４）を有し、例としてそのうち４個の関連するキャビティを図１の参照番号２１、．．、２４で示す。４個の付随するキャビティ２１、．．、２４は正方形に配置されてフィルタＦ３を形成する。フィルタＦ３以外に、図１に示すフィルタ筐体１０は更に２個の同種フィルタＦ２、Ｆ１を有し、これらも同様に各々４個の正方形に配置されたキャビティを含む。図２に示すフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、付随する入力端２６、２８、３０及び出力端２７、２９、３１を各々有する。

各フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の４個のキャビティは、無線周波数目的で互いに結合されている。これは、横方向分離板１５、１７、１９（図５）及び長手方向に伸びる分離板３３（図６）内の最適に配置された細長い結合スロット３５により実現される。本例の結合スロット３５は、隣接するキャビティの壁の中央かつ結合対象であるキャビティの垂直中心平面上に位置するように配置されている。この位置が結合特徴にとっての重要性について以下に更に詳述する。フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を互いに分離する横方向分離板１６、１８は無論結合開口部を備えていない。

ディスク状の円形誘電体共振素子４４（図１２）が、フィルタ筐体１０に形成された各キャビティ２１、．．、２４の中心に配置されていて、個々のキャビティ及び各々のフィルタの全体的な無線周波数及び伝達特性を統括する。誘電体共振素子４４は、各々のキャビティ（図８〜１０）に付随する小型の調節装置４０の一部である。調節装置４０は、堅牢なモーター取付け板１３に上方からネジ留めされ、キャビティに付随する（円形の）開口部２５（図１）を貫通してその下に配置されたキャビティに内へ突き出る誘電体共振素子４４が端に取付けられた固定ホルダー４６（図１０）を備えている。

誘電体共振素子４４は、中央に円形の貫通孔５８及び偏心配置された円形の切り欠き５９（図１２）を有する。同じ厚さの誘電体４５（図１３）が、誘電体共振素子４４のディスク面に直交する回転軸６０の回りを回転可能なように、偏心切り欠き５９に取付けられている。切り欠き５９は、回転軸６０の回りに同心である円形の円筒貫通孔の形状である。誘電体４５の外部寸法は切り欠き５９と、両者が狭い空隙しか互いに離れていないように整合している。この目的で、誘電体４５は、（回転軸６０に直交する）第一の方向に、２個の平行な平坦面６１、６２により境界が定められ、回転軸６０の回りに同心である２個の円筒状エンベロープ面６３、６４により、（回転軸６０及び第一の方向に直交する）第二の方向に境界が定められている（図１３参照、切り欠きに挿入された誘電体４５を図９に示す）。

誘電体４５は、好適には誘電体共振素子４４と同一の誘電材料から形成されている。誘電体４５は、回転可能なように取付けられたホルダー４７の終端に装着されて、調節装置４０に収容された機構により、誘電体共振素子４４に対して、回転軸６０の回りに回転することができる。回転により、共振素子の共振周波数、従ってフィルタの中心周波数が変化し得る。

調節装置４０（図８−１０）は基本的に、ギアボックス装置４２及び側面がギアボックス装置４２にフランジ接続されて、ギアボックス装置４２を介してホルダー４７（回転可能）を駆動するモーター４１を含む。モーター４１は好適にはステッピング・モーターである。図１０からわかるように、ギアボックス装置４２は、静止誘電体共振器要素４４用のホルダー４６が下面に取付けられた筐体４３を有する。精密軸受け４８により、軸状の回転要素４９が、直角に筐体４３の底を貫通する貫通孔内で回転可能なように取付けられていて、当該回転要素４９は回転可能なホルダー４７に確実に接続されている。例えば、予備負荷を掛けることが可能な特殊な軸受けに２個のボール軸受けが備えられており、ＰＣのハードディスクメモリ内で精密軸受け４８として用いられる。これらのような軸受けは例えば、商品名「ＲＯベアリング」（日本企業ミネべア社（Ｍｉｎｅｂｅａ Ｃｏ．Ｌｔｄ）在籍の発明者である小原陸郎（Ｒｉｋｕｒｏ Ｏｂａｒａ）氏にちなむ。その原理は特に米国特許第５，５５６，２０９号明細書に記述されている。）で入手可能である。精密軸受け４８は、誘電体４５の位置決めを、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の正確な調節に必要とされる数マイクロメートル単位の精度で実現する。

図１１に示すように、円弧状の歯車５１が回転要素４９に取付けられている。図９に示す構成の全調節範囲が誘電体共振素子４４を含み、図９に示す位置から誘電体を９０°回転させることにより誘電体４５を覆うことができるため、歯車５１として円弧角１００°で十分である。歯車５１を円弧状に設計することは、ギアボックス装置４２、従って調節装置４０を極めて小型に設計できることを意味する。

回転軸６０に直交し、直接モーター４１に接続している駆動軸５５のウォーム歯車が歯車５１と係合する。ウォーム歯車と歯車５１の間の係合に遊びがないことを確実にすべく、回動要素に筐体４３に取付けられた螺旋ばね５０により回転方向に予備負荷がかけられている。駆動装置４０を制御すべく、２個の光バリア５２及び５３がギアボックス装置４２に備えられている。第一の光バリア５２は、歯車５１の適当な取付け穴５６、５７（図１１）に設置されているロッド状のマーキング要素（図１０に示さず）を走査して、ピボット動作範囲の終点にマークを付ける。第二の光バリア５３は、駆動軸５５に設置されていて放射状のスロットを備えた位置センサ・ディスク５４を走査する。２個の光バリアが相互作用することにより、歯車５１の初期すなわちゼロ位置、従って誘電体４５の初期位置を正確に決定することができる。

既に、上で詳述したように、誘電体共振素子４４及び誘電体４５が中央に配置された４個のキャビティ２１、．．、２４は、各々のフィルタＦ１、．．．、Ｆ３内で正方形に配置されている。この様子をフィルタＦ３を例にして、再度図１４に示す。ＲＦエネルギーが第一のキャビティ２１に注入され、隣接するキャビティ２２、２３、２４を介して結合スロット３５により伝播されて、最後のキャビティ２４から再び発せられる。結合スロット３５は、キャビティ２１、．．，２４の垂直中心平面又は分離壁の中央に位置している。誘電体共振素子４４は、自身の偏心切り欠き５９と共に、切り欠きに最も近く位置する結合スロット３５の垂直中心平面から、所定の角度、本例では約５７°回転される。切り欠き及び結合スロットのこの特定の構成の結果、誘電体４５が次の結合スロットへ向かって回転する際に周波数が増加するにつれて結合係数が減少する無線周波数応答を有するフィルタが得られる。図１４のＳ字型の結合要素により示すように、第一のキャビティ２１と最後のキャビティ２４の間に結合が追加できるように、自由度が追加されている。

横方向の結合とは別に、同じ効果が得られるフィルタＦ’の別の構成は、図１５に示すようにキャビティ２１．．、２４を少数配置したものである。この場合も同様に、結合スロット３５は中央に配置されており、誘電体共振素子４４は自身の切り欠きと共に、中心平面から約６０°回転される。

調節要素４０によるフィルタ構成の調節を行なう制御システムを提供しており、図１６に当該制御システムの極めて簡略化されたブロック図を示す。コントローラ６５は、例えば、適切なマイクロプロセッサ及びモーター４１の数に一致する多数の電力出力端を有する制御ブロック６６を有する。制御ブロック６６は、電力出力端を介してステッピング・モーター４５を制御し、入力装置６８を介して外部から起動される。制御ブロック６６は、フィルタの選択された周波数値の番号にステッピング・モーター４１の特定のステップ数を関連付ける値のテーブルが格納されたメモリ（ＥＰＲＯＭ）６７と相互作用する。補間により中間値が生成される。更に、制御ブロック６６は各調節装置４０用の２個の光バリア５２、５３から信号を受信する。フィルタ又はフィルタ群の特定の周波数を（立上げ期間中に）設定したい場合、最初に誘電体４５を自身の初期位置へ戻す。初期位置に達したことが、２個の光バリア５２、５３からの適当な信号により通知される。ステッピング・モーター４１は次いで、メモリ６７から取得したテーブル値、又は所望の周波数用に補間により決定された値に対応するステップ数だけ初期位置から前方へ切り替えられる。フィルタ用のモーター４１はこの場合、ほぼ同時に全て切り替えるか、又は特定のアルゴリズムに従って切り替えることができる。

例証的な実施形態（図１）によるフィルタ筐体１０を有する無線周波数フィルタ構成を帯域４について、すなわち約４．４ＧＨｚ〜５ＧＨｚの調節可能な周波数範囲について設計したい場合、（調節装置無しの）筐体の底部領域は約６６ｍｍ×１８６ｍｍ、高さは約３０ｍｍである。各々のキャビティは底部領域（図７のＡ１、．．、Ａ４）が２８ｍｍ×２８ｍｍ、高さが２０ｍｍである。誘電体共振素子４４は、厚さが約６ｍｍの、外径が約１５ｍｍ、内径が約６．５ｍｍである。偏心切り欠き５９の直径は約６ｍｍ、平行な垂直境界面間の誘電体４５の幅は約３ｍｍである。調節装置４０は、モーター取付け板１３の表面から約２４ｍｍだけ突出している。

このように設計されたフィルタ構成から、図１８〜２０に示す特性曲線が得られる。

図１８に、調節可能なフィルタ周波数と、誘電体共振素子４４の偏心切り欠き５９内の誘電体４５の回転角度との関係を示す。回転角度の範囲は０°〜９０°である。０°において、誘電体４５の真っ直ぐな側面が誘電体共振素子４４に接している。

図１９に、例証的な実施形態によるフィルタの多数のＳパラメータについて測定された曲線、特に入力Ｓ１１（曲線Ｂ）における反射係数、前進方向の伝達係数Ｓ２１（曲線Ａ）を、選択された中間周波数４．７ＧＨｚについて周波数の関数として示す。周波数範囲はこの場合、各々の中間周波数の周囲±１５ＭＨｚである。グラフは対数関数的である。縦軸の縮尺は、Ｓ２１の場合１区間当たり０．５ｄＢ、Ｓ１１の場合１区間当たり５ｄＢである。

図２０に、Ｓ２１の場合の、各々の中間周波数の周囲の±６０ＭＨｚに拡張された周波数範囲にわたり４．７ＧＨｚについて測定された曲線を示す。グラフは対数関数的である。この場合、縦軸の縮尺は１区間当たり１０ｄＢである。

本発明は全体として、簡単かつ低コストで設計でき、広い周波数範囲にわたり極めて正確かつ再現可能なように調節でき、極めて省スペースであって、極めて良好な無線周波数特性により特徴付けられるように設計できる調節可能な無線周波数フィルタ構成を提供する。特に、多数の同一フィルタを汎用フィルタ筐体に収容することができ、その際の複雑さは殆ど変わらない。

本発明の一つの好適な例証的実施形態による、正方形に配置されて互いに接続された各々４個のキャビティを有する、互いに並んで配置された合計３個のフィルタ用の無線周波数フィルタ構成のフィルタ筐体（フィルタ・ボックス）の全体斜視図である（簡明さのため誘電体共振素子及び調節可能な誘電体を備えた調節装置は省略）。 図１のフィルタ筐体を、３個のフィルタの入力及び出力と共に長手方向面の側面図の形状で示す図である。 図１のフィルタ筐体を、横方向面の側面図の形状で示す図である。 図１に示すフィルタ筐体の横方向面の壁板として用いられ、３個のフィルタ間の横方向分離板を有する金属板の斜視図を示す。 図１に示すフィルタ筐体内で、３個の各フィルタ内の４個のキャビティの間に結合開口部を有する横方向分離板として用いられる金属板の斜視図を示す。 図１に示すフィルタ筐体内で、３個のフィルタ全ての前部及び後部キャビティの間に結合開口部を有する長手方向に伸びる分離板として用いられる金属板の斜視図を示す。 図２〜５に示す分離板及び壁板のラグの挿入及びハンダ付けが可能な多数の取付スロットを有する、図１に示すフィルタ筐体の基板の斜視図を示す。 モーター、ギアボックス装置、誘電体共振素子、及び回転可能な誘電体を有する調節装置の斜視図を示す。 図８の調節要素を下側から示す図である。 図８の調節装置のギアボックス装置を貫通する長手方向の断面図を示す。 図１０に示すギアボックス装置からの、円弧形状をなす歯車の斜視図を示す。 図８に示す調節要素の誘電体共振素子の斜視図を示す。 図８に示す調節装置の回転可能な誘電体の斜視図を示す。 図１の例証的な実施形態による、フィルタのキャビティの正方形をなす基本的な配列、及びキャビティ内の付随する誘電体共振素子及び誘電体の結合スロットに対する向きを示す図である。 図１４のフィルタのキャビティの代替的構成を、一列に示す図である。 本発明による無線周波数フィルタ構成用の制御システムの概略回路図を示す。 図１に示すフィルタ筐体用の板金部品の、汎用金属板上での配置及び構成を示す図である。 例証的実施形態によるフィルタのフィルタ周波数と誘電体４５の回転角度の関係を示す図である。 各々の中間周波数付近の周波数範囲±１５ＭＨｚにわたり調節された周波数４．７ＧＨｚについて、例証的実施形態によるフィルタのＳパラメータＳ１１（入力における反射係数、曲線Ｂ）及びＳ２１（前進方向における伝達係数、曲線Ａ）の測定された周波数形状を示す図である。 各々の中間周波数付近のより広い周波数範囲±６０ＭＨｚにわたり調節された周波数４．７ＧＨｚについて、例証的実施形態によるフィルタのＳパラメータＳ２１の測定された周波数形状を示す図である。

符号の説明

１０ フィルタ筐体（フィルタ・ボックス）
１１ 基板
１２、２０ 壁板（横方向）
１３ モーター取付け板
１４、３２ 壁板（長手方向）
１５、．．、１９ 分離板（横方向）
２１、．．、２４ キャビティ
２５ 開口部（回路）
２６、２８、３０ 入力端（フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３）
２７、２９、３１ 出力端（フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３）
３３ 分離板（長手方向）
３４、３６、３７、３８ 交差スロット
３９ 取付スロット
３５ 結合スロット
４０ 調節装置
４１ モーター（ステッピング・モーター）
４２ ギアボックス装置
４３ 筐体（ギアボックス装置）
４４ 誘電体共振素子（固定）
４５ 誘電体（可動）
４６ ホルダー（半殻形状）
４７ ホルダー（回転可能）
４８ 精密軸受け
４９ 回転要素
５０ 螺旋ばね
５１ 歯車（円弧形状の）
５２、５３ 光バリア
５４ 位置センサ・ディスク
５５ 駆動軸（ウォーム歯車を備えた）
５６、５７ 取付孔（位置センサ・ピン）
５８ 中央貫通孔
５９ 偏心切り欠き
６０ 回転軸
６１、．．、６４ 境界面
６５ コントローラ
６６ 制御ブロック
６７ メモリ（ＥＰＲＯＭ）
６８ 入力装置
６９ 金属板
Ａ１、．．、Ａ４ 表面
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ フィルタ（帯域通過フィルタ）
Ｋ１、Ｋ２ 曲線
Ｌ１、Ｌ２ 取付けラグ

Claims (31)

1. 多数のキャビティ（２１、．．、２４）を有する少なくとも１個のフィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を含む無線周波数フィルタ構成であって、前記多数のキャビティ（２１、．．、２４）が無線周波数目的で互いに結合されていて、その各々に誘電体共振素子（４４）が固定位置に配置されており、またその各々に誘電体（４５）が備えられていて、前記フィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の周波数を調節すべく、前記誘電体（４５）の前記誘電体共振素子（４４）に相対的な位置が変更可能である無線周波数フィルタ構成において、前記誘電体（４５）が前記誘電体共振素子（４４）の偏心切り欠き（５９）内に配置されていること、及び前記誘電体（４５）が回転可能なように前記偏心切り欠き（５９）内に配置されていることを特徴とする無線周波数フィルタ構成。
2. 前記誘電体共振素子（４４）が、平板かつ丸い円形のディスク状であること、及び誘電体（４５）が、前記誘電体共振素子（４４）のディスク平面に直交する回転軸（６０）の回りに回転可能であることを特徴とする、請求項１に記載の無線周波数フィルタ構成。
3. 誘電体共振素子（４４）が所定の厚さを有すること、及び誘電体（４５）の高さが回転軸の方向にあって前記誘電体共振素子（４４）の厚さと基本的に等しいことを特徴とする、請求項２に記載の無線周波数フィルタ構成。
4. 前記誘電体共振素子（４４）の前記切り欠き（５９）が、前記回転軸（６０）と同心の円形かつ円筒状貫通孔であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の無線周波数フィルタ構成。
5. 前記誘電体（４５）の外形寸法が、前記誘電体共振素子（４４）の前記切り欠き（５９）と、両者が狭い空隙の分だけ隔てられるように整合していることを特徴とする、請求項４に記載の無線周波数フィルタ構成。
6. 前記誘電体（４５）が、前記回転軸（６０）に直交する第一の方向において２個の平行な平坦面（６１、６２）に囲まれていて、前記回転軸（６０）及び前記第一の方向に直交する第二の方向において前記回転軸（６０）と同心の２個の円筒状エンベロープ面（６３、６４）に囲まれていることを特徴とする、請求項５に記載の無線周波数フィルタ構成。
7. 前記誘電体共振素子（４４）が中心貫通孔（５８）を有す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無線周波数フィルタ構成。
8. 前記誘電体共振素子（４４）及び前記誘電体（４５）が各々同一材料で構成されてい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無線周波数フィルタ構成。
9. 少なくとも１個のフィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）が、好適には長方形のフィルタ筐体（１０）に収納されていること、前記フィルタ筐体（１０）が基板（１１）及び側壁において前記基板（１１）に直交する壁板（１２、１４、２０、３２）から形成されていて、最上面が前記基板（１１）と平行なモーター取付け板（１３）に覆われていること、及び前記フィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）内の前記キャビティ（２１、．．．、２４）が、前記フィルタ筐体（１０）に組み込まれていて前記基板（１１）に直交する分離版（１５、．．．、１９、３３）により形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成。
10. 前記基板（１１）、前記壁板（１２、１４、２０、３２）、及び前記分離板（１５、．．．、１９、３３）に取付スロット（３４、３６、．．．、３９）が備えられていて、それにより各板が、特にハンダ付けにより、互いに嵌め込まれて互いに接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の無線周波数フィルタ構成。
11. 結合開口部、特に結合スロット（３５）が、個々の前記分離板（１５、．．．、１９、３３）の所定の位置に備えられていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の無線周波数フィルタ構成。
12. 各々の前記キャビティ（２１、．．．、２４）の上方において、好適には円形の開口部（２５）が前記モーター取付け板（１３）に備えられていて、前記開口部を貫通して各誘電体共振素子（４４）及び各誘電体（４５）が前記キャビティ内で保持されていることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成。
13. 前記誘電体共振素子（４４）及び前記誘電体（４５）が、前記キャビティに関連付けられていて前記モーター取付け板（１３）に取付けられた調節要素（４０）の一部であることを特徴とする、請求項１２に記載の無線周波数構成。
14. 前記調節要素（４０）が各々の場合において、前記モーター取付け板（１３）の前記開口部（２５）を貫通する固定ホルダー（４６）を有し、前記誘電体共振素子（４４）については前記モーター取付け板（１３）の前記開口部（２５）を貫通して回転可能なように取付けられたホルダー（４７）を有し、前記誘電体（４５）についてはモーター（４１）と、回転可能なように取付けられた前記ホルダー（４７）へ前記モーター（４１）の回転運動を伝達するギアボックス装置（４２）とを有することを特徴とする、請求項１３に記載の無線周波数フィルタ構成。
15. 前記モーター（４１）がステッピング・モーターであることを特徴とする、請求項１４に記載の無線周波数フィルタ構成。
16. 前記ギアボックス装置（４２）が筐体（４３）に収納されていること、前記筐体（４３）がモーター取付け板（１３）に取付けられていること、前記モーター（４１）が前記筐体（４３）にフランジ接続されていること、及び前記誘電体共振素子（４４）の前記ホルダー（４６）が前記筐体（４３）に取付けられていることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の無線周波数フィルタ構成。
17. 前記ギアボックス装置（４２）が軸形状である回転要素（４９）を有し、予備負荷がかけられた精密軸受け（４８）に取付けられていて、前記誘電体（４５）のホルダー（４７）に確実に接続されていること、及び前記回転要素（４９）が、前記ギアボックス装置（４２）内の駆動軸（５５）により、前記駆動軸（５５）が前記モーター（４１）に接続されていてウォーム歯車を介して歯車と係合する状態で、前記回転要素（４９）に確実に取付けられた歯車（５１）を介して駆動されることを特徴とする、請求項１６に記載の無線周波数フィルタ構成。
18. 前記回転要素（４９）が、遊びを無くすべく、好適には螺旋ばね（５０）により回転方向に予備負荷がかけられていることを特徴とする、請求項１７に記載の無線周波数フィルタ構成。
19. 前記歯車（５１）が円弧形状に設計されていることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の無線周波数フィルタ構成。
20. 前記フィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の各々が、前記誘電体共振素子（４４）及び前記誘電体（４５）が回転可能なように内部に配置された４個のキャビティ（２１、．．．、２４）を有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成。
21. 前記４個のキャビティ（２１、．．．、２４）が互いに隣接して正方形に配置されていることを特徴とする、請求項２０に記載の無線周波数フィルタ構成。
22. 各々が４個のキャビティ（２１、．．、２４）を有する、多数のフィルタ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）が、汎用フィルタ筐体（１０）内で互いに並んで配置されていることを特徴とする、請求項２０に記載の無線周波数フィルタ構成。
23. 前記キャビティ（２１、．．、２４）が、各々が結合対象であるキャビティの垂直中心平面上に配置された結合スロット（３５）により結合されていること、及び前記誘電体共振素子（４４）内の前記偏心切り欠き（５９）が、前記誘電体共振素子（４４）の軸の回りに前記垂直中心平面から所定の角度、好適には約５７°回転された状態で配置されていることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成。
24. 前記誘電体（４５）の回転を制御すべく、前記誘電体共振器本体（４４）の偏心切り欠き（５９）内に、制御ブロック（６６）、メモリ（６７）及び入力装置（６８）を有するコントローラ（６５）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成。
25. 前記無線周波数フィルタ構成における前記誘電体（４５）の初期位置を決定すべく、位置センサが特に前記制御ブロックに接続している光バリア（５２、５３）の形状で備えられていることを特徴とする、請求項２４に記載の無線周波数フィルタ構成。
26. 値テーブルが前記メモリ（６７）に保存されていて、前記誘電体（４５）の適切な角度位置に前記無線周波数フィルタ構成の少数の選択された周波数を関連付けることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の無線周波数フィルタ構成。
27. 前記キャビティ（２１、．．、２４）を形成すべく、多数の平坦な板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）がフィルタ筐体（１０）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の無線周波数フィルタ構成の製造方法。
28. 前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が銀メッキされ、銀ろうにより互いにハンダ付けされていることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
29. 前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が取付補助具を、特に互いに整合する交差スロット（３４、３６、．．、３８）、取付スロット（３９）、及び取付けラグ（Ｌ１、Ｌ２）の形状で有すること、前記フィルタ筐体（１０）を形成すべく、前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が前記取付補助具と、交差スロット（３４、３６、．．、３８）、取付スロット（３９）、及び取付けラグ（Ｌ１、Ｌ２）により最初は互いに緩く嵌め込まれていて、互いに嵌め込まれた前記フィルタ筐体が、前記取付けラグ（Ｌ１、Ｌ２）を前記取付スロット（３９）内へ押し込むことにより機械的に堅牢にされること、互いに嵌め込まれた前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）間の接合点に好適にはペースト状の銀ろうが適用されること、及び前記銀ろうが溶解して前記接合箇所へ流入するまで、互いに嵌め込まれた前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が好適にはオーブン内で加熱されることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
30. フィルタ筐体（１０）の前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が全て、銀メッキされていない汎用の金属板（６９）から、好適にはレーザー切断である切断方法により、切断された前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が前記金属板（６９）の残りの領域と少数の狭いウェブだけで接続されるように切断されること、前記金属板（６９）が次いで切断された前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）と共に銀メッキされること、前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）が銀メッキされた後で前記金属板（６９）から取り外され、次いで前記フィルタ筐体（１０）の組立てに用いられることを特徴とする、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記フィルタ筐体（１０）が完成した時点で前記キャビティ（２１、．．、２４）の外側に位置する前記板金部品（１１、１２、１４、．．、２０、３２、３３）上の位置にウェブの大部分が残っていることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。

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