JP2006513606A - 擬似楕円応答による導波管ｅ面ｒｆ帯域通過フィルター - Google Patents

Abstract

本発明は、擬似楕円応答を有するＲＦ帯域通過フィルターに関する。方形導波管３０１のＥ面位置に位置される誘電性基板３０２を有し、かつ、インサート３０３乃至３０６であり、導波管の壁に電気的に接続される導体インサートが基板の一方の表面に位置され、当該フィルターの応答曲線でゼロ点を決定することを可能にする電気的浮動インサートがこれら導体インサートの反対側である基板の他方の表面に位置されるところのインサート３０３乃至３０６を有する。これは、当該フィルターの寸法を増大させることなくスプリアス周波数の除去を改善する擬似楕円型の応答曲線を示すフィルターをもたらす。

Description

本発明は、擬似楕円応答のＲＦ帯域通過フィルターに関し、より詳細には印刷導体インサートを伴うＥ面ガイド技術で具現されるものに関する。より詳細にはミリメートル領域で動作し、かつ高スペクトル純度の要求を満たす必要のある無線通信システムに適用される。

Ｋａ帯で静止衛星を使用する広帯域双方向通信の枠組み内において、大衆市場を目的とした端末で、典型的に２９．５乃至３０ＧＨｚに位置する有用な帯域の外にあるスプリアス信号の減衰を可能にする出力フィルターを使用する必要がある。このフィルターは、より詳細には、典型的に２８．５ＧＨｚに位置する局部発振周波数の除去ができるようにしなければならない。大衆市場での制約に従い、このフィルターは低価格でなければならない。

所要の要求から、この目的のため様々な基本構想に従う導波管タイプの技術の使用が知られている。特に、以下のものがある。
●誘導又は容量性アイリスで共に結合される単一又はマルチモードキャビティを持つフィルター。
●減衰モードフィルター。
●一般的にフィンラインと呼ばれる、金属インサート又は印刷導体インサートで構成されるＥ面型のフィルター。

本発明で使用される基本技術は、上記で最後に引用されたものに対応し、図１で図解される。

図１において、方形断面のＲＦ導波管１０１は、このガイドの伝播Ｅ面に位置される誘電性基板１０２の平面で２つの同一部品に分割される。この基板は低損失でかつ最小限の厚さ（例えば０．２ｍｍより薄い。）を有し、ガイドの品質係数を低下させないようにする。しかし、他の図に加えこの図においても、読み易くするために基板の厚さは非常に拡大されて表現されている。

基板１０２は、該基板１０２を支持するガイドの内部面に電気的に接続される印刷導体をその面の少なくとも１つに有し、その接続形態はフィルターの所望の応答を決定する。言葉を簡単にするため、電気的にガイドに接続されるこれら導体を導体インサートと呼ぶこととする。

この技術の主要な利点は、統合できること及びマイクロストリップ又は懸濁マイクロストリップ技術などの他のプレーナ技術と簡単に結合できることである。これはその後、フィルター機能を発射システムのメインカード上のプリント回路に統合することを可能にする。

係る統合の例を図２の断面図で示す。

誘電性基板１０２はベッドプレート１０１とカバー１１１とで取り囲まれる。このベッドプレート及びこのカバーは、２つの伝送モードを決定するチャネル１０４でくりぬかれる。当該２つの伝送モードとは、導波モード及び有線伝送モードである。導体１０３、１１３は基板１０２の上部表面及び下部表面に印刷され、これら導波管の応答曲線の修正を可能にする。この図に示す技術は、基板の上部面に関してはマイクロストリップ技術に対応し、基板の下部面に関してはフィンライン技術に対応する。

図１及び図２に示す技術で最も一般的に使用される帯域通過フィルターの接続形態は、電気的にガイドの内部面に接続することで接地されるｎ＋１個の導体インサートを使用することで構成される。なお、ｎはフィルターの次数である。これらのインサートは、ガイドされる波長の約半分の間隔を空けて置かれ、原則として基板の１表面のみに印刷される。しかし、製造公差に対するフィルター応答の感度を最小にするため、インサートは好適にはしばしば基板の両面に実質的に同一の方法で印刷されるが、それらはなおガイドの内部壁に接続される。

この方法で得られる帯域通過フィルターの応答曲線は、いわゆるチェビシェフ型である。

必要なスペクトル選択性を得るために、高次フィルターを使用することが理論的に可能である。得られるフィルターはその結果、物理的にかなり大きな寸法となり、かつ、その寸法に付随した製造誤差に強い感度を示すようになる。それゆえ実際には、製造が非常に困難又は不可能となる。

しかし、満たすべきテンプレートへのより良い適合と共に最適な選択性を得るために、フィルターの次数を低減し、かつそれ故にその嵩高性を最小にしながら、除去すべき周波数又は周波数帯に位置する伝達ゼロ点がチェビシェフ型フィルターの統合体に導入されることは、当技術分野において周知である。このようにして得られる応答は、“擬似楕円型”と呼ばれる。

しかし、今日まで、係る伝達ゼロ点が、上述の方法に従う導波管で製造されるチェビシェフ型フィルターに導入され得る如何なる方法も知られていない。

この問題を解決するために、本発明は、擬似楕円応答を伴うＲＦ帯域通過フィルターを提案する。当該タイプのフィルターは、絶縁体の基板を備える導波管であり、前記基板がその導波管のＥ面に置かれ、かつ、前記基板を支持する前記導波管の内部表面に電気的に接続される誘電性導体インサートをその一方の表面上に有し、前記誘電性導体インサートがそれらの寸法と前記基板上のそれらの位置とを介しチェビシェフ型フィルターの応答曲線を決定するところの導波管を有する。当該フィルターはさらに、前記基板の他方の表面に位置される少なくとも１つの電気的浮動インサートを有し、該電気的浮動インサートがその寸法と前記基板上のその位置とを介して当該フィルターの応答曲線における伝達ゼロを決定し、このゼロ近くにある周波数の減衰を可能とし、かつ、当該フィルターの応答曲線の擬似楕円特性を決定する。

“浮動インサート”の表現は、電位に電気的に接続されない導体インサートを意味するものと理解され、その電圧は当該フィルターを横切る電磁場により印加される。

“伝達ゼロ”の表現は、当該フィルターの応答曲線における完全な減衰を意味するものと理解され、当該減衰は、所定の周波数で実現される。

種々の特性に従って、当該フィルターは、一連の伝達ゼロを決定する一連の浮動インサートを構成する。浮動インサートの数は導体インサートの数と等しい。それぞれの浮動インサートは、導体インサートの反対側に位置される。当該導波管は方形断面であり、基板は、このガイドの縦の位置の中央に位置される。それぞれの導体インサートは導波管の２つの相対する面で電気的に接続される。フィルターはミリメートル波領域で動作するよう構成される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面とともに、限定を与えない実施例により示される後述の説明で明白となる。

図３を参照すると、本発明に従ったフィルターは、この図に図解されるように図１のフィルターと比較可能な構造であり、薄い誘電性基板３０２が装備される導波管３０１で構成される。なお、基板３０２はこのガイドのＥ面に縦に位置される。この基板の上部表面には、導体インサートであり、基板の縦の両縁に位置されるその両端が、基板を支持するガイドの内部側面３０１Ａおよび３０１Ｂと電気的に接触する、広かれ細かれ方形の金属化物で形成される４つの導体インサート３０３乃至３０６を有する。好適には、これらの導体インサートは導波管の相対する面に電気的に接続され、最良の電気接触を確実に行うようにする。これらのインサートはチェビシェフ型帯域通過フィルター機能を得ることを可能にする。

当該インサートの寸法及び位置は公知の方法により、所望の応答曲線が得られるように決定される。この具体的な場合では、４つのインサートがあるのでフィルターは３次である。

本発明に従って、基板の下部表面は、ここでは細い方形金属化物で形成され２つの導電帯域に帰着する２つのインサート３１４及び３１５を有する。これらの金属化物は電気的に“浮動”であり、すなわち、それらは、基板を保持するガイドの２つの側面３０１Ａ及び３０１Ｂに接続されていない。それらは、基板の他方の表面に位置されるインサート３０４及び３０５に面するように置かれ、かつ、多かれ少なかれガイドの縦軸に対し傾斜している。

図の理解を容易にするため、基板の下部表面には、その上の導体インサートの射影が、２つの“浮動”インサート３１４及び３１５がその中に置かれるこれらの射影の４隅の位置に、４つの小さなダッシュ記号３０７の形でマークされる。この組み合わされた構造は、その全体のサイズの如何なる増大をも必要とすることなく、伝達ゼロ点をフィルターの応答曲線に生成することを可能にする。これらのゼロ点が位置されるところの周波数は、これら“浮動”インサートの寸法及び方向付けにより決定される。これらの寸法及びこれらの方向付けはまた周知の合成方法で決定される。寸法パラメータの完全なセットである、誘電性導体インサートのものと“浮動”インサートのものとの双方は、所望の応答に応じてフィルターの応答曲線の全体的な調整を可能とする。

記載された例では、２つのインサート３１４及び３１５が２つのゼロ点を応答曲線に導入することを可能とするが、ただ１つだけを追加することも可能であったであろうし、或いは、さらに２つの浮動インサートを導体インサート３０３及び３０６に相対するよう位置することでそれらの４つを導入することも可能であったであろう。

一般的には、ｎ＋１個までの伝達ゼロ点をｎ次のフィルターに生成することが可能である。後者はｎ＋１個の導体インサートで構成されるからである。フィルターの設計者はそれゆえ、これらゼロ点をフィルターの通過帯域の両側に分配することができ、課されるテンプレートを最もよく満たすようにできる。当然のことながら、ゼロ点が通過帯域により近いところに位置されると、後者のテンプレートはより乱される。ほとんどの場合それゆえに、整合及び帯域幅に関し納得できる性能を取り戻すために導体インサートの再設計が必要である。これは、よく知られた反復法により実現される。当該反復法は、このように高い柔軟性を伴って導入され得る多くのゼロ点が、全くのチェビシェフ型のフィルターの場合よりずっと多くの数のパラメータの変更を可能にすることを、よりいっそう容易に導入する。非常に大きな選択性を保持しながら、フィルターの次数を低減させ、従ってその嵩高性及びその価格を低減させるようこの柔軟性からの利益を得ることもさらに可能である。

図３に示すフィルターは、３．５５６×７．１１２ｍｍ^２の断面を持つタイプＷＲ２８の標準的なガイドに埋め込まれ、０．２ｍｍ厚のタイプＲＯ４００３の基板を備える特別な実施例に対応する。

このフィルターは３次であり、従って４つの導体インサートを有し、これらのインサートはＫａ帯型端末のもの、すなわち２９．５乃至３０．０ＧＨｚに一致する通過帯域を得るべく設計されている。これら導体インサートのみで構成される場合のこのフィルターの応答曲線はそれゆえ、もっぱらチェビシェフ型であり、図４で４０１として表される。

“浮動”インサートの寸法は、除去すべき２８．５ＧＨｚの周波数に非常に近い２つのゼロ点を得るように決定されている。それらは、図４のカーブ４０２の底値４０３に対応する。このカーブ４０２は、本発明に従った上述のフィルターの典型的な実施例の擬似楕円応答のものである。

この例では、２つのゼロ点が非常に近接し、その結果応答曲線でそれらを区別できないようにしてあることに留意すべきであり、かつ、純粋なチェビシェフ型のフィルターに比較し、除去すべきスプリアス周波数の１３ｄＢより大きい減衰が得られていることにも留意すべきである。

２８．０ＧＨｚ付近での上昇は、問題のあるものではなく、場合により、例えば他の追加ゼロ点を導入することによるなど他の手段で除去され得るものである。さらに、低周波数におけるフィルターのカットオフエッジの険しさが改善される。これらの利点はフィルターの当初の寸法及び極めて低い価格を維持しながら得られる。それは、既に存在する基盤にいくつか追加の金属化を施すだけで構成されるからである。

本発明を損ねることなく浮動インサートの形状及び位置に関し、いくつかの改良が容易に着手され得る。浮動インサートの寸法は、その共振周波数に応じる。それらの表面全体を導体インサートの下に含むことができないものになるよう、それらの寸法を示すことも可能である。湾曲インサートを用いることもまた可能である。

誘電インサートを伴うＥ面ガイド技術におけるチェビシェフ型帯域通過フィルターの透明斜視図である。 マイクロストリップ、フィンライン及びＥ面ガイド技術を組み合わせる構造の断面図である。 本発明に従った図１条件下の帯域通過フィルターの図である。 純粋なチェビシェフ型フィルター及び本発明に従ったフィルターそれぞれの応答曲線の比較グラフである。

Claims (7)

1. 擬似楕円応答のＲＦ帯域通過フィルターであって、
   絶縁体の基板を備える導波管であり、
   前記基板が前記導波管のＥ面に置かれ、かつ、前記基板を支持する前記導波管の内部表面に電気的に接続される誘電性導体インサートをその一方の表面に有し、
   前記誘電性導体インサートがそれらの寸法と前記基板上のそれらの位置とを介してチェビシェフ型フィルターの応答曲線を決定する、
   導波管を有し、
   前記基板の他方の表面に位置される少なくとも１つの電気的浮動インサートをさらに有し、
   該電気的浮動インサートがその寸法と前記基板上のその位置とを介して当該フィルターの応答曲線で伝達ゼロを決定し、このゼロ近くにある周波数の減衰を可能とし、かつ、当該フィルターの応答曲線の擬似楕円特性を決定する、
   ことを特徴とするフィルター。
2. 一連の伝達ゼロを決定する一連の浮動インサートを有することを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
3. 浮動インサートの数が導体インサートの数に等しいことを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載のフィルター。
4. それぞれの浮動インサートが導体インサートの反対側に位置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のフィルター。
5. 前記導波管が方形断面であり、
   前記基板がこの導波管の縦方向の中間位置に位置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のフィルター。
6. それぞれの誘電インサートが前記導波管の２つの向かい合う側面に電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のフィルター。
7. ミリメートル波領域で動作するよう構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のフィルター。

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