JP2016082434A - 導波管帯域阻止フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】通過帯域と阻止帯域が近接する場合であっても、マイクロ波放電の発生をなくし、不要帯域を阻止しつつ高耐電力が得られるようにする。
【解決手段】矩形導波管の広幅の上下面の伝送方向に複数の溝８を設けた帯域阻止フィルタであって、上面の溝８と下面の溝８を互い違いに配置し、かつこれらの溝８の伝送方向の幅ｄ_１を溝間の導波管７ｓ面の幅ｄ_２よりも広くすると共に、この溝８において、その幅ｄ_１を通過周波数帯の管内波長の約１／４，３／４とし、深さｄ_３を阻止周波数帯の管内波長の約１／４以下にする。
【選択図】図１

Description

本発明は導波管帯域阻止フィルタに関し、特に通過帯域と阻止帯域が近接する高耐電力のフィルタの構造に関する。

図５には、従来の帯域阻止フィルタとして用いられるコルゲート型フィルタの構成が示されており、図５（Ａ）のフィルタは、下記特許文献１と同様に、導波管１の広幅の上下面に溝２を有し、この溝２の深さ方向を共振器として動作させている。即ち、阻止（周波数）帯域において、上下の溝２の底面が高周波電界ゼロとなるショート端、導波管面付近が電界最大のオープン端となり、溝２の部分の導波管がオープンとなることで阻止フィルタが構成される。

図５（Ｂ）のコルゲート型フィルタは、下記特許文献２にも示されるように、上下面の溝２を互い違いに配置したもので、この構造の阻止フィルタでも、同様に溝２の深さ方向の共振を利用して、不要なマイクロ波を阻止することができる。

特開２００７−３１１８３８号公報 特開平８−２１３８０７号公報 特開平７−１５２１０号公報

"Microwave Filters, Impedance-matching Networks, and Coupling Structures" George L. Matthaei, Leo Young, E.M.T. Jones(McGraw-Hill)

ところで、レーダー装置の送信機等にマグネトロンが使用される場合、マグネトロンの特性上、送信波の周波数よりも少し高い周波数に不要輻射が放射される場合が多い。その一例として、９．１ＧＨｚ帯で動作する出力電力６０ｋＷの同軸型マグネトロンにおいて、９．５ＧＨｚ付近に不要輻射を持つものがある。この不要輻射の抑制には、導波管型帯域阻止フィルタが有効である。

しかしながら、従来の帯域阻止フィルタでは、阻止帯域と通過帯域とで０．４ＧＨｚ程度の周波数差しかないため、溝２の縁の導波管面（広幅面）付近での高周波電界強度が高くなり、マイクロ波放電を生じる場合があった。そのため、導波管内を加圧する等の放電対策が必要であった。

上記の阻止帯域と通過帯域との周波数差が小さい場合に、溝２の縁の導波管面付近での高周波電界強度が高くなる理由は次の通りである。従来のコルゲート型フィルタでは、阻止周波数において、溝２の縁の導波管面付近はオープン端、即ち電界最大になっている。一方、通過周波数においても、阻止周波数と通過周波数が極近接している場合、溝２の縁の導波管面付近ではオープン端に近く、電界が大きくならざるを得ない。従って、阻止周波数と通過周波数が近ければ近い程、高周波電界強度は大きくなってしまう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通過帯域と阻止帯域が近接する場合であっても、マイクロ波放電の発生をなくし、不要帯域を阻止しつつ高耐電力が得られる導波管帯域阻止フィルタを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、矩形導波管の広幅の上下面の伝送方向に複数の溝を設けた帯域阻止フィルタであって、上記の上面の溝と下面の溝をずらして配置し、かつこれらの溝の伝送方向の幅を溝間の導波管面の幅よりも広くすると共に、上記溝の幅を通過周波数帯の管内波長の約ｎ／４（ｎ：奇数）に設定することを特徴とする。

上記の構成によれば、例えば互い違いに配置した上面の溝と下面の溝において、その溝の幅が溝間の導波管面（溝のない導波管面）の幅よりも広くされ、かつ通過周波数帯の管内波長の約１／４に設定される。これにより、上面又は下面における溝間の導波管面同士の間隔が長くなり、また上面の溝間の導波管面と下面の溝間の導波管面との間隔が長くなるので、高耐電力となってマイクロ波放電が抑制され、所望周波数での良好な阻止特性が得られる。
また、溝８の幅を通過周波数の管内波長の約ｎ／４とすることで、溝による通過周波数の反射を小さくすることができる。

本発明の導波管帯域阻止フィルタによれば、通過帯域と阻止帯域が近接する場合であっても、導波管（広幅面）の溝のない部分での高周波電界強度を小さくすることができ、マイクロ波放電の発生をなくし、不要帯域を阻止しつつ高耐電力が得られるという効果がある。そして、マグネトロン等を用いた大電力の送信機を持つレーダー装置で不要輻射を抑制する好適な帯域阻止フィルタが実現可能となる。

本発明に係る実施例の導波管帯域阻止フィルタの構成を示す側面断面図である。 実施例の導波管帯域阻止フィルタの内部構成を示す斜視図である。 実施例の導波管帯域阻止フィルタの等価回路を示す図である。 実施例の導波管帯域阻止フィルタの減衰特性を示すグラフ図である。 従来の導波管帯域阻止フィルタの２つの構成例を示す斜視図である。

図１及び図２に、実施例の導波管帯域阻止フィルタの構成が示されており、このフィルタはコルゲート型からなり、図において、５は入出力導波管、６はステップ導波管、７は導波管、８は溝である。実施例では、図１に示されるように、広幅の上面の溝８と下面の溝８が伝送方向において互い違いに配置されると共に、この上下面の溝８の幅ｄ_１は溝間の導波管面７ｓの幅ｄ_２よりも広くされる。また、この溝８の幅ｄ_１を通過周波数帯の管内波長の約１／４とし、溝８の深さｄ_３は阻止周波数帯の管内波長の約１／４以下に設定している。

例えば、通過周波数が９．１ＧＨｚ、阻止周波数が９．５ＧＨｚである場合、入出力導波管５は、その断面寸法が２８．５ｍｍ×１２．６ｍｍの矩形導波管であり、この場合の溝８の寸法を、幅（ｄ_１）１０ｍｍ、深さ（ｄ_３）６ｍｍとし、溝間の導波管面７ｓの幅（ｄ_２）を４ｍｍとする。即ち、上記溝８の幅の１０ｍｍは、通過周波数９．１ＧＨｚの管内波長４０．４ｍｍの約１／４で、深さ６ｍｍは、阻止周波数９．５ＧＨｚの管内波長３７．９ｍｍの１／４以下となる。

このような構成を等価回路で考えると、上記の溝８の深さｄ_３を阻止周波数９．５ＧＨｚの管内波長３７．９ｍｍの１／４以下とするので、これによって導波管７に直列に入ったインダクタンスＬが形成され、導波管面７ｓは、導波管７に並列に入った容量Ｃとなる。従って、この帯域阻止フィルタの等価回路は、図３のように表すことができる。この図３の回路は、典型的な低域通過フィルタであり、導波管回路では周波数の違いで等価回路定数が変化するため、実施例では、阻止帯域よりも高い周波数にも通過帯域が存在し、単なる低域通過フィルタではなく、帯域阻止フィルタとして動作することになる。

このような構成によれば、導波管面７ｓの高周波電界強度がその他の部分に比べて高くはなるが、溝８の幅ｄ_１を導波管面７ｓの幅ｄ_２よりも長くし、かつ上下面で溝８交互に配置することで、上下左右の導波管面７ｓ同士の間隔、即ち上下の間隔ｄ_４と左右の間隔ｄ_１が長くなるため、従来のコルゲート型フィルタに比べて、その部分の高周波電界強度を比較的小さくすることができる。実施例では、導波管加圧等の放電対策を行うことなく、６０ｋＷの電力で正常に帯域阻止フィルタとして機能することが確認されている。

また、上述のように、溝８の幅ｄ_２を１０ｍｍとし、通過周波数９．１ＧＨｚの管内波長４０．４ｍｍの約１／４としており、これにより、通過周波数９．１ＧＨｚにおける溝８による反射が小さくなるように作用する。なお、上記ステップ導波管６は、溝８を設けたフィルタ部分と入出力導波管５とのインピーダンス整合を取る役目をする。

図４には、実施例のフィルタの減衰特性が示されており、これは、図５（Ａ）に示した従来のフィルタと実施例のフィルタにおいて、それらの長さを同一、電界強度の最大値を同じとし、通過周波数を９．１ＧＨｚとし、９．４ＧＨｚで減衰量を２０ｄＢにすることを目標として比較したもので、点線５０は従来のフィルタ特性、実線５１は実施例のフィルタ特性である。
図４に示されるように、実施例のフィルタ（実線５１）では、従来のフィルタ（点線５０）と比較すると、９．４ＧＨｚ近傍での大きな減衰量が得られ、全体的にも良好な特性となっている。

なお、実施例では、上下面の一方の導波管面７ｓが他方の溝８の中央に位置するように、互い違いに溝８を配置したが、これらの溝８は伝送方向でずれていればよく、導波管面７ｓが溝８の中央以外に配置されていてもよい。
また、溝８の幅ｄ_２を通過周波数の管内波長の約１／４としたが、この幅ｄ_２は通過周波数の管内波長の約３／４，５／４等［ｎ／４（ｎ：奇数）］とすることができる。

本発明の帯域阻止フィルタは、動作周波数の極近傍に不要輻射を放射するマグネトロンや電子管等を用いる装置、送信電力が大きな送信機を使用したレーダー装置に利用することが可能である。

１，７…導波管、 ２，８…溝、
５…入出力導波管、 ６…ステップ導波管、
７ｓ…溝間の導波管面。

Claims (1)

1. 矩形導波管の広幅の上下面の伝送方向に複数の溝を設けた帯域阻止フィルタであって、
   上記の上面の溝と下面の溝をずらして配置し、かつこれらの溝の伝送方向の幅を溝間の導波管面の幅よりも広くすると共に、上記溝の幅を通過周波数帯の管内波長の約ｎ／４（ｎ：奇数）に設定することを特徴とする導波管帯域阻止フィルタ。

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