JP2015046658A - ミリ波帯フィルタおよびその電磁波漏出防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの共振周波数可変のために必要な導波管同士の隙間から電磁波が漏出することを、導波管の相対位置に関わらず効果的に抑制できるようにする。【解決手段】ミリ波帯の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる導波路が、第１導波管２１と、その第１導波管２１の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、第１導波管２１の一端側を内部に受け入れた状態で、第１導波管２１に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管２２とにより形成され、電波ハーフミラーの一方３０Ａが、第１導波管２１の一端側開口を塞ぐように固定され、他方３０Ｂが第２導波管２２の内部に固定されたミリ波帯フィルタにおいて、第１導波管２１の一端側に固定された電波ハーフミラー３０Ａの外周部に、第１導波管２１の外周壁と第２導波管２２の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧するための溝５０を内方に向かって所定深さに形成している。【選択図】図１

Description

本発明は、ミリ波帯に用いるフィルタに関する。

近年、ユビキタスネットワーク社会を迎え、電波利用ニーズが高まる中、家庭内のワイヤレスブロードバンド化を実現するＷＰＡＮ（ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク）や安全・安心な運転をサポートするミリ波レーダー等のミリ波帯無線システムが利用され始めている。また、１００ＧＨｚ超無線システム実現への取組も積極的に行われてきている。

その一方で、６０〜７０ＧＨｚ帯の無線システムの２次高調波評価や１００ＧＨｚ超の周波数帯における無線信号の評価については、周波数が高くなるにつれ測定器の雑音レベル及びミキサの変換損失が増加するとともに周波数精度が低下するため、１００ＧＨｚを超える無線信号の高感度、高精度測定技術が確立されていない状況となっている。しかも、これまでの測定技術では局部発振の高調波を測定結果から分離することができず、不要発射等の厳密な測定が困難となっている。

これらの技術課題を克服し、１００ＧＨｚ超帯域無線信号の高感度・高精度測定を実現するためには、イメージ応答及び高次高調波応答を抑制するためのミリ波帯の狭帯域なフィルタ技術の開発が必要であり、特に、可変周波数型（チューナブル）に適応可能なものが望ましい。

これまで、ミリ波帯で周波数可変型として用いられるフィルタとしては、（ａ）ＹＩＧ共振器を用いたもの、（ｂ）バラクタダイオードを共振器に付加したもの、（ｃ）ファブリペロー共振器が知られている。

（ａ）のＹＩＧ共振器を用いたものでは現状で８０ＧＨｚ程度まで使用できるものが知られ、（ｂ）のバラクタダイオードを共振器に付加したものでは４０ＧＨｚ程度まで使用できるものが知られているが、１００ＧＨｚを超える周波数では製造が困難である。

これに対し、（ｃ）のファブリペロー共振器は光の分野でよく用いられており、これをミリ波に用いる技術が非特許文献１に開示されている。この非特許文献１には、ミリ波を反射させる一対の球面反射鏡を、その曲率半径に等しい間隔で対向させて高いＱを実現した共焦点型のファブリペロー共振器が示されている。

しかしながら、上記共焦点型のファブリペロー共振器では、通過帯域をチューニングするために鏡面間の距離を動かした場合、原理的に焦点がずれるためＱの大幅な低下が予想される。したがって周波数毎に曲率の違う反射鏡対を選択的に用いなければならない。

一方、光の分野でよく用いられるファブリペロー共振器としては平面型ハーフミラーを対向配置した構造のものがあり、この構造であれば、原理的に鏡面間の距離を変化させてもＱの低下は生じないが、この平面型ファブリペロー共振器を利用したフィルタをミリ波帯で実現するためには、さらに解決すべき次のような課題があった。

（Ａ）ハーフミラーに平面波を平行に入射する必要がある。フィルタへの入力が導波管の場合、その径をホーンアンテナのように大きくし平面波を実現することが考えられるがサイズが大きくなる。その場合でも完全平面波の実現は困難であり特性が劣化する。
（Ｂ）ハーフミラーは平面波の一定量を平面波のままで透過させる機能をもつ必要がある。このためハーフミラーの構造が制限され、設計の自由度が低い。
（Ｃ）開放型であるため、空間に放射することによる損失が大きい。

これらの問題を解決するための技術として、本出願人は、ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる導波路の内部に一対の電波ハーフミラーを互いに間隔を開けて対向配置して、導波路の一端側から入射された電磁波のうち、一対の電波ハーフミラーの間に形成される共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に他端側から出力させる構造のミリ波帯フィルタを提案している（特許文献１）。

特開２０１３−１３８４０１

手代木 扶、米山 務 著「新ミリ波技術」オーム社，１９９３年，ｐ７１

上記特許文献１のミリ波帯フィルタは、進行方向に直交する平面にのみ電界が存在するＴＥ波をＴＥ１０モード（単一モード）で伝送する導波路内部に、平面型で互いに対向する一対の電波ハーフミラーで形成された共振器を設けた構造であるから、平面波を入射するための特別な工夫が必要なくなり、また電波ハーフミラーも平面波を透過させる必要がなく任意の形状をとることができる。

また、フィルタ全体として密閉型となり、外部空間への放射による損失が原理上なく、ミリ波帯において、極めて高い選択特性を実現できる。

また、一対の電波ハーフミラーの間隔を可変することで、共振器の共振周波数を自由に可変することができ、少ない損失で共振周波数可変のフィルタを実現できる。

その共振周波数可変のための構造例を図６に示す。ここで、図６の（ａ）は、従来のミリ波帯フィルタの側面図（電界面からみた図）、図６の（ｂ）は、従来のミリ波帯フィルタの平面図（磁界面からみた図）である。

この図６に示すフィルタの構造は、四角筒状の第１導波管１と、一端側の内径が第１導波管１の一端側を受け入れる大きさに形成され、他端側の内径が第１導波管１とほぼ同一に形成された四角筒状で異径の第２導波管２とを連結し、第１導波管１の一端側開口を塞ぐように一方の電波ハーフミラー３Ａを固定し、第２導波管２内の内径が変わる境界部に他方の電波ハーフミラー３Ｂを固定して、第２導波管２に対して第１導波管１を導波方向（長手方向）に相対的に摺動させて、電波ハーフミラー３Ａ、３Ｂの間隔Ｌを可変する構造を採用することで、容易に共振周波数を変更することができる。なお、以下の説明では、四角筒状の導波管の内部の縦横寸法を内径と呼び、外周の縦横寸法を外径と呼ぶ。

このような導波管の摺動構造では、第１導波管１の外周壁１ａと第２導波管２の内周壁２ａとの間に隙間Ｇを設ける必要があるが、その隙間Ｇから電磁波が漏出すると、共振器としての損失が大きくなり、フィルタの特性が劣化する。

このため、前記特許文献１では、図６に示しているように、第１導波管１の一端側の外周壁１ａに対向する第２導波管２の内周壁２ａに、電磁波漏出阻止用の所定深さの溝（チョーク）４を周回形成している。この溝４の深さは、漏れを阻止したい電磁波の管内波長の１／４程度（例えば漏出阻止周波数を１１０ＧＨｚとすれば、０．９ｍｍ程度）に設定されており、電波ハーフミラー３Ａ、３Ｂの間に形成される共振回路空間から、隙間Ｇを通って溝４の入り口に達した電磁波を、溝４を深さ方向に往復してその入り口に逆位相で戻った電磁波により相殺させて、溝４より先への漏出を抑圧している。

しかしながら、種々の実験、測定を行なった結果、第２導波管２の内周壁２ａに周回形成した溝４と、第１導波管１の先端に固定された電波ハーフミラー３Ａの表面側外縁部との間で生じる反射により不要共振が起こり、この不要共振によって溝４によるチョーク効果（電磁波漏出防止効果）が低下し、電磁波漏出による損失が増加することが判明した。

この不要共振の影響を考慮したフィルタ特性についてのシミュレーション結果を説明する。シミュレーションは、図７の（ａ）、（ｂ）に示す寸法で行なった。

即ち、第１導波管１の内径ａ×ｂ＝１．０１６ｍｍ×２．０３２ｍｍ、外径Ａ×Ｂ＝１．９７６ｍｍ×２．９９２ｍｍ、外周壁１ａの厚さｃ＝０．４８ｍｍ、第２導波管２の一端側内径ａ′×ｂ′＝２．０１６ｍｍ×３．０３２ｍｍ、他端側内径ａ″×ｂ″＝１．０１６ｍｍ×２．０３２ｍｍ、その境界部から溝４までの距離ｐ＝２．０ｍｍ、溝４の幅ｗ＝０．２ｍｍ、深さｄ＝０．９ｍｍ、第１導波管１の外周壁１ａと第２導波管２の一端側内周壁２ａとの隙間Ｇ＝０．０２ｍｍとした。

また、電波ハーフミラー３Ａ、３Ｂは、電磁波を反射させる金属製で所定厚の長方形の基板３ａと、その基板３ａの中央を長辺に沿って通過するように延び、一面側から反対面側に貫通する横長の電磁波通過用のスリット３ｂとで形成されており、基板３ａの外形Ａ×Ｂ＝１．９７６ｍｍ×２．９２２ｍｍ、厚さｔ＝０．５ｍｍ、スリット３ｂの幅ｕ＝２．０３２ｍｍ、高さｓ＝０．０７ｍｍとしている。

上記条件で、第１導波管１を第２導波管２に対して移動させたときのフィルタの通過特性のシミュレーション結果を図８に示す。なおシミュレーションでは簡単のため材質を完全導体とし、導体損が存在しないモデルとしている。

この図８は、ミラー間隔Ｌを０．０５ｍｍステップで１．１ｍｍ〜１．５５ｍｍまで変化させたときのそれぞれの通過特性Ｆ１〜Ｆ１０を示すものであり、フィルタの通過中心周波数が高くなるにつれて、損失が徐々に増加していることがわかる。

これは、フィルタの通過中心周波数が最も低い場合（ミラー間隔Ｌ＝１．５５ｍｍ）、第１導波管１の先端に固定された電波ハーフミラー３Ａの表面側外縁部から溝４までの距離（以下、不要共振長という）ｘは、ｐ−Ｌ＝０．４５ｍｍとなり、共振周波数がフィルタの使用帯域（１１０〜１４０ＧＨｚ）より十分高く、その影響は少ないが、フィルタの通過中心周波数が最も高い場合（ミラー間隔Ｌ＝１．１ｍｍ）、不要共振長ｘは、ｐ−Ｌ＝０．９ｍｍとなり、共振周波数がフィルタの使用帯域に近くなり、不要共振の影響を受けて電磁波漏出阻止効果が低下し、挿入損失が増加していると認められる。

この問題を解決する方法として、溝４の形成位置を電波ハーフミラー３Ａから遠ざけて、ミラー間隔Ｌに対して不要共振長ｘを十分大きくし、共振周波数をフィルタの使用帯域より小さくすることが考えられるが、不要共振は、電磁波の半波長の整数倍で起きるのでこの影響を抑圧することはできない。また、溝４の形成位置を電波ハーフミラー３Ａから遠ざけるためには、第２導波管２を長くする必要があり、フィルタ全体が大型化してしまう。

また、逆に、溝４の形成位置を電波ハーフミラー３Ａにできる限り近づけて不要共振長ｘを短くすることも考えられる。例えばｐ＝１．５５ｍｍとすれば、ミラー間隔Ｌ＝１．５５ｍｍのときｘ＝０ｍｍ、ミラー間隔Ｌ＝１．１ｍｍのときｘ＝０．４５ｍｍとすることができるが、ミラー間に形成される共振器空間と溝４が近づき過ぎて、フィルタ自体の特性が劣化する恐れがある。

本発明は、この課題を解決して、フィルタの共振周波数可変のために必要な導波管同士の隙間から電磁波が漏出することを、導波管の相対位置に関わらず効果的に抑制できるミリ波帯フィルタおよびその電磁波漏出防止方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のミリ波帯フィルタは、
ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで一端から他端に伝搬させる導波路が、第１導波管（２１）と、該第１導波管の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、該第１導波管の一端側を内部に受け入れた状態で、前記第１導波管に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管（２２）とを含んで形成され、
前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー（３０Ａ、３０Ｂ）の一方（３０Ａ）が前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定され、他方（３０Ｂ）が前記第２導波管の内部に前記一方の電波ハーフミラーと対向する状態で固定され、
前記導波路の一端側から入射された電磁波のうち、前記一対の電波ハーフミラーの間に形成される長さ可変の共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に前記導波路の他端側から出力するミリ波帯フィルタであって、
前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記一方の電波ハーフミラーの外周部に、内方に向かって所定深さに形成され、前記第１導波管の外周壁と該外周壁に対向する前記第２導波管の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧する溝（５０）を設けたことを特徴する。

また、本発明の請求項２のミリ波帯フィルタは、請求項１記載のミリ波帯フィルタにおいて、
前記一対の電波ハーフミラーは、
電磁波を反射する金属材で所定厚に形成され、前記第１導波管および第２の導波管の内径に応じた外形の基板（３０ａ）と、
前記基板の中央を該基板の長辺方向に沿って通過するように延び、該基板の一面側から反対面側に貫通する電磁波透過用のスリット（３０ｂ）とを備えており、
前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記一方の電波ハーフミラーに設けられた前記溝は、前記基板の長辺側外周部から前記スリット方向に前記所定深さで形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３のミリ波帯フィルタの電磁波漏出防止方法は、
ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで一端から他端に伝搬させる導波路が、第１導波管（２１）と、該第１導波管の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、該第１導波管の一端側を内部に受け入れた状態で、前記第１導波管に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管（２２）とを含んで形成され、
前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー（３０Ａ、３０Ｂ）の一方（３０Ａ）が前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定され、他方（３０Ｂ）が前記第２導波管の内部に前記一方の電波ハーフミラーと対向する状態で固定され、
前記導波路の一端側から入射された電磁波のうち、前記一対の電波ハーフミラーの間に形成される長さ可変の共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に前記導波路の他端側から出力するミリ波帯フィルタの電磁波漏出防止方法であって、
前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記電波ハーフミラーの一方の外周部に、内方に向かって所定深さに形成した溝（５０）により、前記第１導波管の外周壁と該外周壁に対向する前記第２導波管の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧することを特徴する。

このように、本発明では、ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる導波路が、第１導波管と、その第１導波管の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、第１導波管の一端側を内部に受け入れた状態で、第１導波管に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管とにより形成され、電波ハーフミラーの一方が、第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定され、他方が第２導波管の内部に固定されたミリ波帯フィルタにおいて、第１導波管の一端側に固定された電波ハーフミラーの外周部に、第１導波管の外周壁と第２導波管の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧するための溝を内方に向かって所定深さに形成している。

このため、溝から第１導波管の一端側に固定された電波ハーフミラーの外縁までの距離（不要共振長）を極めて小さくすることができ、しかも、その距離は第１導波管が第２導波管に対して相対移動しても変化しないため、前記した不要共振の周波数をフィルタの共振周波数の可変領域より十分高い領域に移動させることができ、その不要共振による溝のチョーク効果への影響がなくなり、広い周波数帯で電磁波の漏れによる損失が少ない広帯域な特性を得ることができる。

本発明のミリ波帯フィルタの実施形態の構造図 実施形態のミリ波帯フィルタの要部拡大図 実施形態のミリ波帯フィルタの各部の寸法例を示す図 図３の寸法例におけるミリ波帯フィルタの通過特性図 ３本の導波管を用いた構造例を示す図 従来のミリ波帯フィルタの構造図 従来のミリ波帯フィルタの各部の寸法例を示す図 図７の寸法例におけるミリ波帯フィルタの通過特性図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態のミリ波帯フィルタ２０の構造を示す図である。ここで、図１の（ａ）は、ミリ波帯フィルタ２０の側面図（電界面からみた図）、図１の（ｂ）は、ミリ波帯フィルタ２０の平面図（磁界面からみた図）である。また、図２は、一方の電波ハーフミラー３０Ａの構造を示す拡大図である。

これらの図に示されているように、このミリ波帯フィルタ２０は、ミリ波帯の所定周波数範囲（例えば１１０〜１４０ＧＨｚ）の電磁波をＴＥ１０モードで一端から他端へ伝搬させるための導波路が、第１導波管２１と第２導波管２２の連結構造で実現されている。

第１導波管２１は、内径が一端から他端まで一定の四角筒状の導波管（例えばＷＲ−０８）であり、その一端側を第２導波管２２の一端側に進入させている。

第２導波管２２は、一端側と他端側で内径が異なる異径の四角筒状の導波管であり、一端側（図では左側）の内径が、第１導波管２１の外径より僅かに大きく形成され、他端側（図では右側）の内径が、第１導波管２１の内径と等しく設定されていて、内径の大きい一端側内部に、第１導波管２１の一端側を同心に受け入れた状態で、第１導波管２１に対して導波方向（長手方向）に相対的に移動可能な状態で連結されている。

第１導波管２１の外周壁２１ａと第２導波管２２の一端側の内周壁２２ａの間には、相対移動に必要な隙間Ｇが設けられている。

第１導波管２１の一端側には、前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー３０Ａ、３０Ｂのうちの一方の電波ハーフミラー３０Ａが、第１導波管２１の一端側開口を塞ぐように固定され、第２導波管２２の内部でその内径が変化する境界部には、他方の電波ハーフミラー３０Ｂが、一方の電波ハーフミラー３０Ａと平行に対向する状態で固定されている。

この構造によって、例えば第１導波管２１に入射された電磁波のうち、一対の電波ハーフミラー３０Ａ、３０Ｂの間に形成される共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に第２導波管２２側から出力するミリ波帯フィルタ２０となり、間隔可変手段４０より、一対の電波ハーフミラー３０Ａ、３０Ｂの間隔（以下ミラー間隔と記す）Ｌが変化する方向に、第１導波管２１を第２導波管２２に対して相対移動させることで、フィルタの通過中心周波数を可変することができる。

一対の電波ハーフミラー３０Ａ、３０Ｂは、電磁波を反射させる所定厚の金属製で、第１導波管２１の外径に等しい大きさの長方形の基板３０ａと、その基板３０ａの中央を基板３０ａの長辺に沿って通過するように延び、一面側から反対面側に貫通する横長の電磁波通過用のスリット３０ｂとを有している。このスリット３０ｂの長さは、第１導波管２１の内径の横幅に等しい。

そして、このミリ波帯フィルタ２０では、第１導波管２１の外周壁２１ａとそれに対向する第２導波管２２の内周壁２２ａの間の隙間Ｇからの電磁波漏出を防ぐための溝５０、５０が、第１導波管２１の一端側先端に設けられた電波ハーフミラー３０Ａの長辺側（図１の（ａ）、図２では上下の長辺）外周部から内方（中央）のスリット３０ｂに向かって所定深さで形成されている。スリット３０ｂを挟んで上下一対設けられた溝５０、５０の長さは電波ハーフミラー３０Ａの上下の長辺に等しい。

このように、内側の第１導波管２１の先端部にその開口を塞ぐように設けられた電波ハーフミラー３０Ａの外周部に電磁波漏出防止用の溝５０、５０を設けたことにより、各溝５０から電波ハーフミラー３０Ａの表面側外縁部までの距離、即ち前記した不要共振長ｘを極めて小さくすることができ、しかも、その不要共振長ｘは第１導波管２１が第２導波管２２に対して相対移動しても変化しない。

したがって、前記した不要共振の周波数をフィルタの共振周波数の可変領域より十分高い領域に移動させて、その不要共振による溝５０のチョーク効果への影響をなくすことができ、広い周波数帯で損失が少ない広帯域な特性を得ることができる。

なお、電磁波漏出防止用の溝５０を電波ハーフミラー３０Ａの外周部でなく、第１導波管２１の外周壁２１ａに設けることも考えられるが、その場合、不要共振長ｘが電波ハーフミラー３０Ａの厚さ以上必要となり、しかも第１導波管２１の外周壁２１ａの肉厚を漏出阻止波長の１／４より十分大きくしなければならず、これによって第１導波管２１の外径が大きくなり、それに合わせて外側の第２導波管２２の内径が大きくなってしまう。

これに対し、上記実施形態のように、第１導波管２１の開口を塞ぐ大きさの外形を有する電波ハーフミラー３０Ａには、その外周部から内方に向けて電磁波漏出防止に必要な深さの溝５０を設けることができ、第１導波管２１の外径を大きくすることなく、不要共振長ｘを最短化できる。

また、第２導波管２２の内周に溝を設ける必要がないので、外側の第２導波管２２として肉厚の小さい細いものを使用でき、フィルタ全体として小型化できる。

次に、上記実施形態のミリ波帯フィルタ２０で、第１導波管２１を第２導波管２２に対して相対移動させたときのフィルタの通過特性のシミュレーション結果について説明する。

このシミュレーションは、図３の（ａ）、（ｂ）に示す寸法例で行なった。
即ち、第１導波管２１の内径ａ×ｂ＝１．０１６ｍｍ×２．０３２ｍｍ、外径Ａ×Ｂ＝１．９７６ｍｍ×２．９９２ｍｍ、外周壁２１ａの厚さｃ＝０．４８ｍｍ、第２導波管２２の一端側内径ａ′×ｂ′＝２．０１６ｍｍ×３．０３２ｍｍ、他端側内径ａ″×ｂ″＝１．０１６ｍｍ×２．０３２ｍｍ、第１導波管２１の外周壁２１ａと第２導波管２２の一端側内周壁２２ａとの隙間Ｇ＝０．０２ｍｍとした。

また、電波ハーフミラー３０Ａ、３０Ｂについては、基板３０ａの外形Ａ×Ｂ＝１．９７６ｍｍ×２．９９２ｍｍ、厚さｔ＝０．５ｍｍ、スリット３０ｂの幅ｕ＝２．０３２ｍｍ、高さｓ＝０．０７ｍｍである。

上記条件は前記した従来構造のミリ波帯フィルタと同一であり、電波ハーフミラー３０Ａの外周部に設けた溝５０、５０については、長さＢ＝２．９９２ｍｍ、幅ｗ＝０．２ｍｍ、深さｄ＝０．９ｍｍとしている。また、電波ハーフミラー３０Ａの表面側の上縁部、下縁部から溝５０、５０までの距離（不要共振長）ｘは０．１５ｍｍとなっている。

上記条件で、第１導波管２１を第２導波管２２に対して移動させたときのフィルタの通過特性のシミュレーション結果を図４に示す。なおシミュレーションでは簡単のため材質を完全導体とし、導体損が存在しないモデルとしている。

この図４は、前記同様、ミラー間隔Ｌを０．０５ｍｍステップで１．１ｍｍ〜１．５５ｍｍまで変化させたときのそれぞれの通過特性Ｆ１〜Ｆ１０を示すものであり、フィルタの通過中心周波数１１１ＧＨｚ〜１４６ＧＨｚの広い範囲で、挿入損失がほぼ一定となっており、前記図８と比較して明らかなように、フィルタの共振周波数が高域になっても、挿入損失の増加がほとんど現れていない。

図３と図７の構造の差は、電磁波漏出用の溝の位置の違いだけであるから、図８の特性に対する図４の特性改善は、電磁波漏出用の溝を第１導波管２１の先端に設けられた電波ハーフミラー３０Ａの外周部に設けたことによる効果であることがわかる。

実施形態では、電磁波漏出防止用の溝５０、５０を電波ハーフミラー３０Ａの２つの対向する長辺側からスリット３０ｂを挟むように所定深さｄで設けており、従来のような周回構造としていないが、上記シミュレーション結果から周回的に溝を設けなくても長辺側外周に設けるだけで十分高い電磁波漏出防止効果が得られていることが判明した。

なお、上記説明では示していないが、第１導波管２１、第２導波管２２を支持する構造は必要である。例えば、第１導波管２１を第２導波管２２に対して移動させる構造の場合、第２導波管２２をベース部に固定保持し、第１導波管２１を第２導波管２２に対して同心状態で導波方向（長手方向）に移動できるようにガイド部でガイドする構造となるが、この具体的な構造は任意である。

また、間隔可変手段４０についても、ミラー間隔Ｌを可変できるように第１導波管２１を第２導波管２２に対して相対的に移動できるものであれば、手動や電動のいずれでもよく、その構成は任意である。一つの例を挙げれば、外部からの制御が可能なステッピングモータを駆動源とし、その回転運動を直進運動に変換する機構、例えば、ネジとそのネジに螺合するネジ穴を有する部材とを用いた機構やラック・アンド・ピニオン等を介して第１導波管２１を第２導波管２２に対して相対的に移動させる構成が実用的である。

上記実施形態は、ミリ波帯の所定周波数範囲（例えば１１０〜１４０ＧＨｚ）の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる導波路を、第１導波管２１と、その第１導波管２１の一端側を内部に受け入れる第２導波管２２との連結構造で形成していたが、この構造では、共振周波数を可変するためにどちらか一方の導波管を他方に対して移動させることになり、移動する導波管に対して他回路を接続する不便さが生じる。

これを解決するために、例えば図５に示すように、第１導波管２１の他端側を内部に受け入れる第３導波管２３を設けることが有効である。

第３導波管２３は、例えば第２導波管２２と同様に一端側と他端側の内径が異なる異径型の導波管を逆向きに用いる。ただし、内径が変化する境界部での反射が起きにくいように、一端側の内周壁２３ａから他端側の内周壁２３ｂの間に内径が連続的に変化するテーパー壁２３ｃを設けている。

このように、第１導波管２１の両側に、第２導波管２２と第３導波管２３をそれぞれ連結し、固定された第２導波管２２、第３導波管２３に対して第１導波管２１を間隔可変手段４０により導波方向（導波管長さ方向）に移動させる構造とすれば、外部回路を、固定側の第２導波管２２と第３導波管２３に接続すればよくなる。しかも、上記のように第２導波管２２と第３導波管２３の末端の小径側の内径を、１１０〜１４０ＧＨｚをＴＥ１０モードで伝搬させる標準口径のものを使用することができ、電磁波の入出力回路に対する接続に汎用の導波管がそのまま使用でき、フィルタを含めた回路構築が極めて容易となる。

なお、前記図１、図５に示した実施形態では、第２導波管２２として一端側と他端側の内径が異なる異径構造のものを用いていたが、第１導波管２１と同様に全長にわたって内径が（ａ′×ｂ′）で一定の構造のものを用いてもよい。この場合、電波ハーフミラー３０Ｂの外形を前記隙間Ｇの分だけ電波ハーフミラー３０Ａより大きくすればよい。また、図５の構造の場合、第３導波管２３についても第１導波管２１と同様に全長にわたって内径が（ａ′×ｂ′）で一定の構造のものを用いてもよい。

２０……ミリ波帯フィルタ、２１〜２３……導波管、３０Ａ、３０Ｂ……電波ハーフミラー、４０……間隔可変手段、５０……溝

Claims (3)

1. ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで一端から他端に伝搬させる導波路が、第１導波管（２１）と、該第１導波管の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、該第１導波管の一端側を内部に受け入れた状態で、前記第１導波管に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管（２２）とを含んで形成され、
   前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー（３０Ａ、３０Ｂ）の一方（３０Ａ）が前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定され、他方（３０Ｂ）が前記第２導波管の内部に前記一方の電波ハーフミラーと対向する状態で固定され、
   前記導波路の一端側から入射された電磁波のうち、前記一対の電波ハーフミラーの間に形成される長さ可変の共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に前記導波路の他端側から出力するミリ波帯フィルタであって、
   前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記一方の電波ハーフミラーの外周部に、内方に向かって所定深さに形成され、前記第１導波管の外周壁と該外周壁に対向する前記第２導波管の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧する溝（５０）を設けたことを特徴するミリ波帯フィルタ。
2. 前記一対の電波ハーフミラーは、
   電磁波を反射する金属材で所定厚に形成され、前記第１導波管および第２の導波管の内径に応じた外形の基板（３０ａ）と、
   前記基板の中央を該基板の長辺方向に沿って通過するように延び、該基板の一面側から反対面側に貫通する電磁波透過用のスリット（３０ｂ）とを備えており、
   前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記一方の電波ハーフミラーに設けられた前記溝は、前記基板の長辺側外周部から前記スリット方向に前記所定深さで形成されていることを特徴とする請求項１記載のミリ波帯フィルタ。
3. ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで一端から他端に伝搬させる導波路が、第１導波管（２１）と、該第１導波管の一端側の外径より僅かに大きい内径を有し、該第１導波管の一端側を内部に受け入れた状態で、前記第１導波管に対して導波方向に相対移動可能な状態で連結された第２導波管（２２）とを含んで形成され、
   前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ平面型の一対の電波ハーフミラー（３０Ａ、３０Ｂ）の一方（３０Ａ）が前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定され、他方（３０Ｂ）が前記第２導波管の内部に前記一方の電波ハーフミラーと対向する状態で固定され、
   前記導波路の一端側から入射された電磁波のうち、前記一対の電波ハーフミラーの間に形成される長さ可変の共振器の共振周波数を中心とする周波数成分を選択的に前記導波路の他端側から出力するミリ波帯フィルタの電磁波漏出防止方法であって、
   前記第１導波管の一端側開口を塞ぐように固定された前記電波ハーフミラーの一方の外周部に、内方に向かって所定深さに形成した溝（５０）により、前記第１導波管の外周壁と該外周壁に対向する前記第２導波管の内周壁との隙間からの電磁波漏出を抑圧することを特徴するミリ波帯フィルタの電磁波漏出防止方法。

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