JP2007013279A - 同軸共振器および同軸共振器型帯域通過フィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 外部導体と、前記外部導体内に配置される内部導体とを備える同軸共振器において、前記外部導体は、鉄系の鋼材で構成され、前記内部導体は、鉄系の鋼材から成る第1の部分と、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材からなる第2の部分とで構成され、前記内部導体を構成している金属部の長さをLi、前記第1の部分の長さをLiF、前記第2の部分の長さをLiSTとするとき、Li=LiF+LiST、LiST=Li×(0.73±0.1)を満足する。
【選択図】 図1
Description
このような共振器の温度補償として、バイメタルを使用する方法(下記、非特許文献1参照)、あるいは、誘電体共振器を使用する方法が知られている。
テレビジョン無線技術研究会資料;「共振器の温度特性改善について」資料番号RE73-2(1973-01)、社団法人 テレビジョン学会、1973年 1月26日
また、前述の誘電体共振器を使用する方法は、誘電体共振器の誘電体材として、負(マイナス)の線膨張係数を持つ材質を使用し、温度補償を行うものであるが、価格が高価であり、多少大型化する、あるいは取り扱いが困難であるなどの問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、同軸共振器において、従来方法よりも、低価格で、温度安定度、および再現性を向上させることが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の同軸共振器を使用する同軸共振器型帯域通過フィルタを提供することにある。
前述の目的を達成するために、本発明の同軸共振器は、外部導体と、前記外部導体内に配置される内部導体とを備え、前記外部導体は、鉄系の鋼材で構成され、前記内部導体は、鉄系の鋼材から成る第1の部分と、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材からなる第2の部分とで構成され、前記内部導体を構成している金属部の長さをLi、前記第1の部分の長さをLiF、前記第2の部分の長さをLiSTとするとき、Li=LiF+LiST、LiST=Li×(0.73±0.1)を満足する。
また、本発明の同軸共振器は、外部導体と、前記外部導体内に配置される内部導体とを備え、前記外部導体が、鉄系の鋼材で構成され、前記内部導体を構成する金属部の線膨張係数をKiとするとき、Ki=(4±1)×10−6/C°を満足する。
また、本発明では、前記内部導体は、取り付け部にフレア加工が施されている。
また、本発明は、入力端子と出力端子との間に、複数の同軸共振器を有する同軸共振器型帯域通過フィルタにおいて、前記同軸共振器として、前述の同軸共振器を使用する。
本発明の同軸共振器によれば、従来方法よりも、低価格で、温度安定度、および再現性を向上させることが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図14は、従来の同軸共振器を説明するための模式図であり、同図(a)は内部構造を示す図、同図(b)は上から見た図、同図(c)は、並列共振回路で表現した場合の等価回路である。図14において、1は内部導体、2は外部導体(筐体)である。
図14に示す同軸共振器において、外部導体2の長さ(または、高さ)(Lo)を140mm、外部導体2の一辺の長さ(S)を150mm、内部導体1の直径(D)を50mmとして、内部導体1の長さ(または、高さ)(Li)をパラメータとして変化させたときの、共振周波数の実測値と、当該周波数での(λ/4)長を図15に示す。図15において、Aが実測値、Bが(λ/4)長を示す。
△f=T×K×fo ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1)
ここで、Tは、基準温度からの温度差、Kは、内部導体1および外部導体2として使用される金属材料の線膨張係数である。
例えば、金属材料が、線膨張係数(KSI)が、KSI=1.5×10−6/C°のスーパインバの場合で、Tが30°C、fo=500MHzとした場合、温度による基準共振周波数(fo)からの変動(△fSI)は、下記(2)式により求めることができる。
△fSI=30×1.5×10−6×500×106
=22.5KHz ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
また、金属材料が、線膨張係数(KF)が、KF=11×10−6/C°の鉄系の鋼材(鉄、あるいは、ステンレス)の場合で、Tが30°C、fo=500MHzとした場合、温度による基準共振周波数(fo)からの変動(△fF)は、下記(3)式により求めることができる。
△fF=30×11×10−6×500×106
=165KHz ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)
Lo(50)=Lo(20)+30×Lo(20)×11×10−6
=140+30×140×11×10−6
=140+0.0462
=140.0462(mm)
Li(50)=Li(20)+30×Li(20)×4×10−6
=115+30×115×4×10−6
=115+0.0138
=115.0138(mm)
Lio(50)=Lo(50)−Li(50)
=140.0462−115.0138
=25.0324(mm)
・・・・・・・・・・・・・・・・ (4)
一般に、図14に示す並列共振回路の基準共振周波数(fo)は、fo=1/2π√(Lr1)×(Cr1)で表される。
そして、温度の上昇に伴って、インダクタンス値(Lr1)が大きく(Lr1+△L)、容量値(Cr1)が小さく(Cr1−△C)なると、並列共振回路の共振周波数(fo+△f)は、(fo+△f)=1/2π√{(Lr1+△L)×(Cr1−△C)}となる。
ここで、{(Lr1+△L)×(Cr1−△C)}を展開すると、(Lr1×Cr1+△L×Cr1−△C×Lr1−△L×△C)となり、△L×△Cは、ほぼ0(△L×△C≒0)と見なせる。
したがって、(△L/Lr1=△C/Cr1)のとき、(Lr1+△L)×(Cr1−△C)=(Lr1×Cr1)となり、(fo+△f)=fo(△f=0)とすることができる。
即ち、作用1による共振周波数の高い方のズレと、作用2による共振周波数の低い方のズレとを同じにすることにより、作用1、および作用2による共振周波数のズレを互いにキャンセルすることが可能となり、温度変化による共振周波数のズレを少なくすることが可能となる。
本発明は、前述した作用1、および作用2による共振周波数のズレを互いにキャンセルするために、内部導体1を、鉄系の鋼材(鉄、あるいは、ステンレス)から成る第1の部分と、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材(例えば、スーパアンバ)からなる第2の部分とで構成したことを特徴とする。
図1において、1Aは内部導体1の第1の部分であり、この部分は、鉄系の鋼材(鉄、あるいは、ステンレス)で構成される。また、1Bは内部導体1の第2の部分であり、この部分は、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材(例えば、スーパアンバ)で構成される。ここで、第1の部分(1A)および第2の部分(1B)は、溶接により一体化されるとともに、銅メッキが施されている。
今、仮に、温度20°Cにおいて、図1に示す外部導体2の長さ(または、高さ)(Lo(20))を140mm、内部導体1の第1の部分(1A)の長さ(または、高さ)(LiF(20))を31.05mm、第2の部分(1B)の長さ(または、高さ)(LiSI(20))を83.95mmとし、したがって、内部導体全体の長さ(Li(20))を115mm、内部導体1と外部導体2との間の間隔(Lio(20))を25mmとして、さらに、第1の部分(1A)を構成する金属材料(ここでは、鉄系の鋼材)の線膨張係数(KF)を、KF=11×10−6/C°、第1の部分(1A)を構成する金属材料(ここでは、スーパアンバ)の線膨張係数(KSI)を、KSI=1.5×10−6/C°とするとき、温度50°Cの時の、Lo(50)、LiF(50)、LiST(50)、Lio(50))は、下記(5)式により求めることができる。
=140.0462(mm)
LiF(50)=LiF(20)+30×LiF(20)×11×10−6
=31.05+30×31.05×11×10−6
=31.05+0.0102465
=31.060245(mm)
LiST(50)=LiST(20) +30×LiST(20)×1.5×10−6
=83.95+30×83.95×4×10−6
=83.95+0.00377775
=83.95377775(mm)
Li(50)=LiF(20)+LiST(50)
=31.060245+83.95377775
=115.014043
Lio(50)=Lo(50)−Li(50)
=140.0462−115.014043
=25.032157(mm)
・・・・・・・・・・・・・・・・ (5)
したがって、作用1による共振周波数の高い方のズレと、作用2による共振周波数の低い方のズレとを同じにすることにより、作用1、および作用2による共振周波数のズレを互いにキャンセルすることが可能となり、温度変化による共振周波数のズレを少なくすることが可能となる。
この場合の等価線膨張係数(Ki)は、下記(6)式のようになる。
30×115×Ki=0.014043
Ki= 0.014043/3450
≒4.066×10−6 ・・・・・・・・・・・・・・ (6)
図2に示す構造の内部導体1を使用した同軸共振器において、(20±30)C°(−10°〜50°C)の温度特性を測定し、図示したものが、図3のグラフである。
この図3のグラフにおいて、Lf、LSTは、下記(7)式で定義される。
Lf=LiF/Li
LST=LiST/Li
1=Lf+LST ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・ (7)
ここで、Liは、内部導体全体の長さ、LiFは、内部導体1の第1の部分(1A)の長さ、LiSTは、内部導体1の第2の部分(1B)の長さである。
この図3から、LiF=0.27×Li、LiST=0.73×Liの時に、温度変化による共振周波数のズレ(△f)が略0(△f≒0)となることが分かる。
1500=30×K×500×106
K≒1×10−7 ・・・・・・・・・・・・・・・ (8)
なお、前述の説明では、LiF=0.27×Li、LiST=0.27×Liの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、LiF、LiSTは、LiF=Li×(0.27±0.1)、LiST=Li×(0.73±0.1)、より好ましくは、LiF=Li×(0.27±0.05)、LiST=Li×(0.73±0.05)が望ましい。
また、図3の結果を用いて、等価線膨張係数(Ki)を求めると、図4に示すグラフとなる。なお、図4において、Aは、スーパインバの線膨張係数(KSI)が、1.5×10−6/C°の場合、Bは、スーパインバの線膨張係数(KSI)が、1.0×10−6/C°の場合である。
この図4から、スーパインバの線膨張係数(KSI)が、1.5×10−6/C°の場合、内部導体1の線膨張係数(Ki)が、Ki=4.05×10−6/C°のときに、温度変化による共振周波数のズレ(△f)が略0(△f≒0)となることが分かる。
なお、前述の説明では、Ki=4.05×10−6/C°の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Kiは、Ki=(4±1)×10−6/C°、より好ましくは、Ki=(4±0.05)×10−6/C°が望ましい。
図5において、10は外部導体、11は隔壁、15は入力(または出力)端子、16は出力(または入力)端子、R1〜R6は、前述した同軸共振器、1は内部導体である。ここで、外部導体10と、隔壁11とは、各同軸共振器の外部導体を構成する。
また、入力端子15、および出力端子16は、それぞれ、例えば、同軸接栓より成り、各同軸接栓を形成する外部導体が、共振器を構成する外部導体10に接続される。
図5に示す有極型の6次同軸共振器型BPFでは、入力端子15と出力端子16との間に、1番目から6番目の順番に、6個の同軸共振器(R1〜R6)がコの字状に配置され、図5のM12,M23,M34,M45,M56に示すように、各同軸共振器(R1〜R6)間は、磁気結合回路で主結合される。
各同軸共振器間を主結合する磁気結合回路としては、例えば、図6に示すように、窓20が形成された隔壁11を用いればよい。
また、図5に示す有極型の6次同軸共振器型BPFにおいて、同軸共振器(R2)と同軸共振器(R5)との間を副結合する容量性の結合回路としては、例えば、図7に示すような、隔壁11の上下異なる位置で、ループ素子の両端が隔壁11に電気的、機械的に接続される構造のループ素子(S字形のループ素子)26、あるいは、図8に示すような、容量素子27を使用すればよい。
図9は、図5に示す単一有極型の6次同軸共振器型BPFの等価回路を示す回路図である。
図11は、図10に示すグラフを拡大して示すグラフであり、横軸のメモリ間隔が0.05MHz、縦軸のメモリ間隔が1dBであり、また、中心周波数は628.846MHzである。
この図11のグラフから分かるように、LST(=LiST/Li)≒0.811の場合には、温度の上昇に応じて、共振周波数のズレ(△f)が略0(△f≒0)となっていることが分かる。
図13は、図12に示すグラフを拡大して示すグラフであり、横軸のメモリ間隔が0.05MHz、縦軸のメモリ間隔が1dBであり、また、中心周波数は494.0MHzである。また、図13のAが、温度が10°Cの場合、図13のBが温度が23°C、図13のCが温度が50°Cのときの減衰特性である。
この図13のグラフから分かるように、LST(=LiST/Li)≒0.782の場合には、温度の上昇に応じて、共振周波数のズレ(△f)が大きくなることが分かる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
1A 内部導体1の第1の部分
1B 内部導体1の第2の部分
1C 内部導体1のフレア状の取り付けフランジ部(1c)
2,10 外部導体(筐体)
11 隔壁
15 入力(または出力)端子
16 出力(または入力)端子
20 窓
26 副結合回路を構成するS字形のループ素子
27 副結合回路を構成する容量素子
R1〜R6 同軸共振器
Claims (4)
- 外部導体と、前記外部導体内に配置される内部導体とを備え、
前記外部導体は、鉄系の鋼材で構成され、
前記内部導体は、鉄系の鋼材から成る第1の部分と、鉄系の鋼材よりも低線膨張率の金属材からなる第2の部分とで構成され、
前記内部導体を構成している金属部の長さをLi、前記第1の部分の長さをLiF、前記第2の部分の長さをLiSTとするとき、Li=LiF+LiST、LiST=Li×(0.73±0.1)を満足することを特徴とする同軸共振器。 - 外部導体と、前記外部導体内に配置される内部導体とを備え、
前記外部導体は、鉄系の鋼材で構成され、
前記内部導体を構成する金属部の線膨張係数をKiとするとき、Ki=(4±1)×10−6/C°を満足することを特徴とする同軸共振器。 - 前記内部導体は、取り付け部にフレア加工が施されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の同軸共振器。
- 入力端子と出力端子との間に、複数の同軸共振器を有する同軸共振器型帯域通過フィルタにおいて、
前記同軸共振器として、前記請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の同軸共振器を使用することを特徴とする同軸共振器型帯域通過フィルタ。
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JP2005187987A JP2007013279A (ja) | 2005-06-28 | 2005-06-28 | 同軸共振器および同軸共振器型帯域通過フィルタ |
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JP2017511998A (ja) * | 2014-02-04 | 2017-04-27 | アルカテル−ルーセント | 共振器アセンブリ及びフィルタ |
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- 2005-06-28 JP JP2005187987A patent/JP2007013279A/ja active Pending
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