JP2007311838A

JP2007311838A - 組合わせ導波管フィルタ

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Publication number: JP2007311838A
Application number: JP2006135947A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Ito; 智恭伊藤; Kazuaki Yoshida; 和明吉田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP4671905B2

Abstract

【課題】従来の組合わせ導波管フィルタに較べて反射特性、通過特性、スプリアス抑圧特性を維持しつつ小型化を図る。
【解決手段】第１手段は、ワッフル型導波管フィルタの開口部とコルゲート型導波管フィルタの共振空洞を、両広壁面又は両狭壁面が中心面に関して面対称に段差を有する窓構造で結合する、窓の高さ、長さは予めシミュレーション又は実験により所定値を定めておく。第２手段は、ワッフルフィルタのボス列が管軸方向一方へ片寄ったものの他方開口部分をコルゲートフィルタの窓と同様の窓でコルゲートフィルタの直近の共振空洞へ連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置等のマイクロ波送信伝送において、周波数の広い範囲に渡って不要波（スプリアス）の伝送を抑圧するための導波管型フィルタの技術分野に関する。

レーダ装置等の大電力電磁波を送信する機器、例えばマグネトロンを送信管とするレーダ装置においては、本来送信すべき基本周波数の電磁波の他に、寄生発振であるとか、第２高調波、第３高調波のような不要有害電磁波（スプリアス）が発生するので、これがアンテナから空間へ放射されないように導波系の途中にスプリアスの伝送を抑圧するためのフィルタが挿入されている。
このようなフィルタとしては、例えばワッフル型フィルタとコルゲート型フィルタというように特性の異なる２つ以上の導波管型フィルタを組合わせたものが用いられる。

このように導波管型フィルタを組合わせて使用する場合、単純にフィルタ同士を接続するだけでは反射損失、挿入損失が良好とはならずに主帯域が大きく減衰してしまうので、これを避けるために、図１３の（ａ）に示すように２つのフィルタの間に位相を９０度回転させるために管軸長が４分の１管内波長（λ_ｇ／４）以上の接続部導波路１６を挿入して接続したり、図１３の（ｂ）に示すように接続部導波路の広壁面側に接続部空洞共振部１７を設けてインピーダンスマッチングをとるなどして接続していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１３６００５号公報（[００１６]、図５、図７）

しかしながら、前記図１３の（ａ）、（ｂ）のようにλ_ｇ／４以上の導波路や空洞共振器を設けるという従来の技術では当然のことながらその分だけ結合フィルタの寸法が大きくなり、導波系の体積占有率が大となり、船舶レーダのような限られた空間に実装しなければならない場合においては非常な障害になるという問題がある。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、フィルタ間の結合構造を工夫することにより、従来の組合わせフィルタに較べて反射特性、通過特性およびスプリアス抑圧特性の劣化を招くことなく、組合わせフィルタの小型化を図ることにある。

本発明は上記の課題を達成するために、以下の各手段構成を有する。
本発明の第１の構成は、ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタが、両広壁面が面対称に管軸方向に段差を有する接続導波路で結合されたことを特徴とする組合わせ導波管フィルタである。

本発明の第２の構成は、ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタが、両狭壁面が面対称に管軸方向に段差を有する接続導波路で結合されたことを特徴とする組合わせ導波管フィルタである。

本発明の第３の構成は、ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタの結合フィルタであって、ボス配列全体が管軸方向の一方側へ片寄って非対称となっているワッフルフィルタの他方側開口空間をコルゲートフィルタの窓と同様広壁面に平行な窓空間でコルゲートフィルタの直近の共振空洞とつないだ構造であることを特徴とする組合わせ導波管フィルタである。

本発明の第１および第２の構成では、２つのフィルタを結合する導波路部分に段差を設けているが、これが２段階的なリアクタンス素子と等価な窓を設けることになり、このリアクタンスにより位相の回転量が多くなり、９０度回転させるのに従来のようにλ_ｇ／４の長さが必要なくなり、従来に較べて反射損失や挿入損失を大きくすることなく、導波路部分をλ_ｇ／４より短くでき、空洞共振器も必要なく組合わせフィルタを小型化することができるという利点がある。

本発明の第３の構成は、ワッフルフィルタのボス配列が管軸方向の一方側へ片寄って非対称となっており、その他方側開口空間（ボスのない部分）が窓によってコルゲートフィルタの直近の共振空洞に接続するという構造になっているので、非対称であることで、接続部となるリアクタンス素子と等価な窓と共にインピーダンスマッチングがとれ、接続部である窓の導波方向の長さを管内波長λ_ｇの１３．５分の１程度にすることができ、これにより、従来の結合フィルタにおける反射損失、挿入損失より大きくすることなく、組合わせフィルタを小型化することができるという利点がある。

結合フィルタは２つのフィルタをねじ等で接続するという構造ではなく、一体型としダイカストで製造するのが最良の形態である。
しかし、ワッフルフィルタ、コルゲートフィルタはともに導波管内にボスや窓壁等の突起構造を有するから、完全体をダイカスト製造することはできないので、狭壁面高の２分の１で広壁面に平行な面で切断した両側それぞれの構造体をダイカストで製造し、これを突き合わせて固定するというのが最良の実施形態である。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の構成の実施例の構造図である。（ａ）は広壁面の中央で狭壁面に平行に切断した場合の断面図である。（ｂ）は狭壁面の中央（Ａ−Ａ′）で広壁面に平行に切断して上又は下を見た場合の図である。（ｃ）は結合部２の寸法記号入り拡大図である。
結合部２の左方がワッフルフィルタ部３であり、右方がコルゲートフィルタ部１である。結合部２は段差８を有する窓９と窓１０とからなっている。この段差の位置や段差の寸法を選ぶことにより、結合部２の管軸方向長が４分のλ_ｇより小さくとも両フィルタ間の整合をとることができ、従来の反射特性や通過特性およびスプリアス抑圧特性を劣化させることなく小型化が可能となる。

図２は、図１の構造（第１の構成）のフィルタにおいて窓９、１０の高さを変えたときのリターンロスの変化をシミュレーションした図であり、（ａ）は、図１の（ｃ）のｈ_１の最適値（横軸０の位置）からの偏差に対するリターンロス（縦軸）の変化を示すものである。リターンロスは２０ｄＢ以上であれば充分とされており（ａ）はこれを満たしている。（ｂ）は、図１の（ｃ）のｈ_２を変化させた場合である。

図３は、図１の（ｃ）の窓の長さ（Ｗ_１、Ｗ_２）を変えた場合のリターンロス特性であり、（ａ）がＷ_１を変化させた場合であり、（ｂ）がＷ_２を変化させた場合である。
いずれも最適値（横軸０の位置）で、２５ｄＢに達しており、２０ｄＢを越える選択範囲が充分に得られている。

図４は、図１の構造（第１の構成）のフィルタにおいて、（ｃ）のｈ_１を変化させたときのスプリアス減衰量の変化を示した図であり、（ａ）は（π−１）モード（３６００ＭＨｚの場合）に対するスプリアス減衰特性、（ｂ）は第２次高調波（６１００ＭＨｚ）に対するスプリアス減衰特性、（ｃ）は第３次高調波（９１５０ＭＨｚ）に対するスプリアス減衰特性であり、いずれも３０ｄＢを越える範囲が充分あり、従来、３０ｄＢ以上あれば充分とされていることからすれば充分な減衰特性が得られていることになる。

図５は、図１の構造（第１の構成）のフィルタにおいて、（ｃ）のｈ_２を変化させたときのスプリアス減衰量の変化を示した図であり、（ａ）は（π−１）モード（３６００ＭＨｚ）に対するスプリアス減衰特性、（ｂ）は第２次高調波（６１００ＭＨｚ）に対するスプリアス減衰特性、（ｃ）は第３次高調波（９１５０ＭＨｚ）に対するスプリアス減衰特性であり、いずれも３０ｄＢを越える範囲が充分であること図４の場合と同様である。

図６は、図１の構造（第１の構成）のフィルタの主帯域（中心３０５０ＭＨｚ）における反射特性（ＳＷＲ）を示した図である。
実線曲線が図１の構造（第１の構成）の特性であり、３０５０ＭＨｚ近傍では１．０〜１．１と言う良好な結果が得られている。
点線折線は、本発明のような段差を有する導波路を用いなかった場合の特性であり、反射（ＳＷＲ）が非常に大きくなってしまうことを示している。

以上は結合部分として、図１の窓９、１０に示されるように広壁面がＡ−Ａ′面に対して面対称に管軸方向に段差８を有する場合であるが、狭壁面に中心面に関して面対称に段差を有する接続導波路で結合すること（第２の構成）によっても、図１の場合と同様の結果を得ることができる。

図７は、本発明の第３の構成の実施例の構造図である。
（ａ）は、広壁面の中央で狭壁面に平行に切断した場合の断面図である。（ｂ）は（ａ）の窓６を通る紙面に垂直な面で切断して上又は下を見た場合の図である。図７の構造は、ワッフルフィルタ部１４のボス７の列が本来は（ｂ）の点線の位置（左右対称位置）にあったものを左方へ片寄らせて、左右非対称の実線の位置とし、その右方開口部を、上下からの窓壁１５によって形成される窓６によってコルゲートフィルタ部１２の直近の共振空洞４へ連結したというものである。
この構造において、各部の寸法ｈ_３、Ｗ_３、ＦＷ_３を選ぶことによって、主帯域における反射特性を１．０〜１．１にすることができる。数値の選び方としては、３つの数値の２つを固定し、１つを変化させて特性を見るということを３つの数値について行うことにより最適値に近づくことができる。

このようにワッフルフィルタ部１４のボス７の右側の空間はワッフルフィルタ部１４の一部であるとともに結合部１３を構成している。
しかし、この空間は元々ワッフルフィルタ部１４の空間であるから、結合によって実質的に増える寸法はＷ_３（窓の管軸方向長さ）のみということになる。このＷ_３の寸法は、上記の手法によって、管内波長λ_ｇの１３．５分の１程度にすることができる。
従って、従来の、図１３の（ａ）に示すλ_ｇの４分の１以上の長さの接続部導波路１６を設けたり、図１３の（ｂ）の接続部空洞共振部１７を設ける場合に較べて小さな寸法で結合でき小型化が可能となる。

図８は、図７の構造（第３の構成）のフィルタの主帯域（中心３０５０ＭＨｚ）における反射特性（ＳＷＲ）を示した図である。実線曲線が図７の構造の特性であり、３０５０ＭＨｚ近傍では１．０〜１．１という良好な結果が得られている。
点線曲線、特に整合をとるための区間を設けずに単にワッフルフィルタとコルゲートフィルタを接続した場合の特性であり、図７の構造の特性に較べて劣っている。

図９は、図１の構造（第１の構成）のフィルタの反射特性と通過特性の実測値の例であり、（ａ）が反射特性、（ｂ）が通過特性である。
（ａ）では、主帯域（３０５０±３０ＭＨｚ）での反射レベルが−２０ｄＢよりも少ない良好なものであることを示している。
（ｂ）では主帯域（３０５０±３０ＭＨｚ）の通過特性を示すとともに、その通過レベルピークを０ｄＢとしたとき、各阻止帯域周波数に対してどれだけ通過を阻止しているかを示している。阻止帯域１（π−１モードのスプリアスが４４００ＭＨｚ付近の場合）、阻止帯域２（第２高調波の６１００ＭＨｚ付近）、阻止帯域３（第３高調波の９１５０ＭＨｚ付近）においてはいずれも−３０ｄＢよりも遥かに低いレベルに抑えられており、充分スプリアス減衰が行われることを示している。

図１０は、図７の構造（第３の構成）のフィルタの反射特性と通過特性の実側値の例であり、（ａ）が反射特性、（ｂ）が通過特性である。（ａ）では主帯域（３０５０±３０ＭＨｚ）での反射レベルが−２０ｄＢよりも少い良好なものであることを示している。
（ｂ）では主帯域（３０５０±３０ＭＨｚ）の通過特性を示すとともにその通過レベルピークを０ｄＢとしたとき、各阻止帯域周波数に対してどれだけ通過を阻止しているかを示している。
いずれの阻止帯域においても−３０ｄＢより遥かに低いレベルに抑えられており、充分スプリアス抑制が行われていることを示している。
なお、図１１は図９に計算値も併記した図であり、図１２は図１０に計算値も併記した図であり、いずれも実測値と計算値がよく一致することを示している。

本発明の第１の構成の実施例の構造図である。図１の構造のフィルタにおいて、窓９、１０の高さを変えたときのリターンロスの変化を示した図である。図１の構造のフィルタにおいて、窓９、１０の長さを変えたときのリターンロスの変化を示した図である。図１の構造のフィルタにおいて、ｈ_１を変化させたときのスプリアス減衰量の変化を示した図である。図１の構造のフィルタにおいて、ｈ_２を変化させたときのスプリアス減衰量の変化を示した図である。図１の構造のフィルタの主帯域におけるＳＷＲの周波数特性を示した図である。本発明の第３の構成の実施例の構造図である。図７の構造のフィルタの主帯域におけるＳＷＲの周波数特性を示した図である。図１の構造のフィルタの反射特性と通過特性の実側例を示す図である。図７の構造のフィルタの反射特性と通過特性の実側例を示す図である。図９の実測特性に計算値を併せて表示した特性図である。図１０の実測特性に計算値を併せて表示した特性図である。従来の結合フィルタの構成例を示す図である。

符号の説明

１コルゲートフィルタ部
２結合部
３ワッフルフィルタ部
４共振空洞
５窓壁
６窓
７ボス
８段差
９窓
１０窓
１１狭壁面
１２コルゲートフィルタ部
１３結合部
１４ワッフルフィルタ部
１５窓壁
１６接続部導波路
１７接続部空洞共振部

Claims

ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタが、両広壁面が面対称に管軸方向に段差を有する接続導波路で結合されたことを特徴とする組合わせ導波管フィルタ。
ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタが、両狭壁面が面対称に管軸方向に段差を有する接続導波路で結合されたことを特徴とする組合わせ導波管フィルタ。
ワッフル型導波管フィルタとコルゲート型導波管フィルタの結合フィルタであって、ボス配列全体が管軸方向の一方側へ片寄って非対称となっているワッフルフィルタの他方側開口空間をコルゲートフィルタの窓と同様広壁面に平行な窓空間でコルゲートフィルタの直近の共振空洞とつないだ構造であることを特徴とする組合わせ導波管フィルタ。