JP2021535673A - 高周波フィルタ及びそのような高周波フィルタを備えるフェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

導波路と、少なくとも１つの共振キャビティとを備える高周波フィルタが開示される。導波路は、いわゆるギャップ導波路であり、金属又は金属化ベース層と、前記金属又は金属化されたベース層と平行に配置される蓋と、隆起部、溝、又は、マイクロストリップラインの形態を成す導波路構造と、ベース層と蓋との間で前記ベース層上に配置されるとともに、前記導波路構造に沿う方向以外の方向に沿う導波路伝搬を防止するように前記導波路構造と整列されて配置される人工磁気導体とを備える。フィルタは、前記ベース層内に配置されて前記ベース層の平面に対して略垂直に延びる少なくとも１つの共振キャビティを更に備える。フィルタは、例えばフェーズドアレイアンテナで使用されてもよい。

Description

本発明は、導波路及び少なくとも１つの共振キャビティを備える高周波フィルタに関する。また、本発明は、そのようなフィルタを備えるフェーズドアレイアンテナに関する。特に、本発明は、２Ｄ大規模ＭＩＭＯ、ビームステアリングアンテナに関する。より具体的には、本発明は、ビーム制御及び送信／受信機能のための集積電子機器を有するＲＦ／マイクロ波／ミリ波アンテナに関する。アンテナのための典型的な応用分野は、通信、自動車レーダ、軍事用途又は衛星用途向けのレーダである。

通信システムは常により幅広い帯域幅を必要としており、また、これらの幅広い帯域幅を実現するにはミリ波領域が必要とされる。更に、そのような通信システムは、隣り合う帯域間の干渉を排除するためにフィルタを必要とする。導波管フィルタは、それらの比較的低い損失に起因して、一般にミリ波用途で使用される。最近の移動体通信システム及び移動体通信端末の急速な発展は、ユーザ側から要求されるデータ量の急増をもたらしてきた。これにより、移動体通信システムが限られた周波数リソースからより多くの帯域幅を取得する必要があるが、そのような制限は、ミリメートル程度の波長を有するミリ波を利用する新たな技術によって対処されてきた。例えば、次世代５Ｇシステムは、２４ＧＨｚ〜６０ＧＨｚの周波数を使用するようになっている。

ミリ波の処理には、主に軍需産業及び衛星通信などの技術分野で使用されてきた導波管フィルタが必要である。更に、移動体通信システムでは、高帯域及び高性能のフィルタリング特性の要件を満たすことができるようにキャビティ型の導波管フィルタが使用される。

導波管フィルタは、導波路のまさにその構造に起因する共振現象を利用するフィルタであり、また、管状導波路は、そのフィルタリング周波数特性に対応する長さを有するように設計される。

しかしながら、そのような導波管フィルタは、製造するのに非常に費用がかかり、面倒である。導波管フィルタは、加工公差に極めて影響され易い。言い換えると、ミリ波を処理するための導波管フィルタを実装するには、設計された構造を実際の製品へと実現するべく極めて高い処理精度が必要である。例えば、約０．０１ｍｍ以下の加工公差が必要となる場合がある。加工公差を補償するために、共振構造の共振部に周波数調整ねじ等が挿入される構造を用いるのが一般的である。しかしながら、そのような調整機能自体は、導波管フィルタの製造コストをより高くするとともに、設置及び組み立てをより面倒で費用のかかるものにする。

したがって、現在、非常に高精度な加工公差要件は、機械加工作業の困難さを悪化させ、機械加工時間を長くし、その結果、機械加工コストを増大させ、生産歩留まりを低下させて、大量生産を困難にする。これが、高性能導波管フィルタの非常に高い市場価格を設定してきた。

フェーズドアレイアンテナなどの多くの用途では、かなりのサイズ制約もある。フェーズドアレイアンテナは１９６０年代後半から開発されてきたが、それらの高い複雑さ及びコストがそれらの使用を主に軍事用途に制限してきた。広角走査能動アレイは、幾つかの課題をもたらすアンテナ要素及び関連する構成要素の密な配置を必要とする。特に、フェーズドアレイアンテナには複数のフィルタが必要であり、各フィルタに利用できるスペースは非常に限られる。

したがって、より低い公差で、より正確に製造できる新たな高周波フィルタが必要である。より小さい寸法の高周波フィルタも必要である。また、低コストで大量生産可能なフィルタに対する一般的なニーズもある。したがって、比較的費用効率高く製造され得るとともに前述の問題の少なくとも一部を軽減する新たな高周波フィルタが必要である。そのようなフィルタを含むフェーズドアレイアンテナも必要である。

したがって、本発明の目的は、比較的費用効率高く製造され得るとともに前述の問題の少なくとも一部を軽減する新たな高周波フィルタ及び対応するフェーズドアレイアンテナを提供することである。

この目的は、添付の特許請求の範囲に係る高周波フィルタ及びフェーズドアレイアンテナによって達成される。

本発明の第１の態様によれば、導波路と、少なくとも１つの共振キャビティとを備える高周波フィルタであって、
前記導波路が、
金属又は金属化されたベース層と、
前記金属又は金属化されたベース層と平行に配置される蓋と、
隆起部、溝、又は、マイクロストリップラインの形態を成す導波路構造と、
ベース層と蓋との間で前記ベース層上に配置されるとともに、前記導波路構造に沿う方向以外の方向に沿う導波路伝搬を防止するように前記導波路構造に整列されて配置される人工磁気導体（ＡＭＣ）と、
を備え、
前記少なくとも１つの共振キャビティは、前記ベース層内に配置されて、前記ベース層の平面に対して略垂直に延びる、
高周波フィルタが提供される。

本発明は、例えば、ベース層の平面に対して垂直なキャビティを、多くの既知の解決策の場合のように例えばベース層の上方ではなく、ベース層に直接に形成するという認識に基づいており、非常に有利である。これにより、ドリル加工又は同様の機械加工によって非常に制御された方法でキャビティを形成することができ、それにより、比較的費用効果の高い方法でフィルタの非常に正確な寸法要件を満たすことができる。これにより、フィルタを費用効果の高い方法で製造でき、また、フィルタは、複雑で費用のかかる調整機構などを必要とせずに、フィルタの正確な要件に依然として適合し得る。導波路上の蓋の組み付けはフィルタの特性に大きな影響を与えないため、フィルタの組み立ては簡単になり、公差の影響を受けなくなる。したがって、新規なフィルタの製造を、迅速に、簡単に、及び、費用効果の高いものにすることができる。

したがって、本発明において、共振キャビティは、従来のフィルタのように水平ではなく垂直に構築される。

更に重要な利点は、フィルタが幅方向及び長さ方向で非常にコンパクトになるという点である。これは、例えば、フェーズドアレイアンテナなど、多くのフィルタが互いに近接して配置されるようになっている場合に大きな利点を有し、そのようなアンテナでは、放射アンテナ要素ごとに又はアンテナ要素の複数のグループに関して別個のフィルタを設ける必要がある。したがって、幅方向及び長さ方向で利用可能なスペースが非常に限られるが、厚さはそれほど敏感ではない。本発明のフィルタは、非常に小さい幅及び長さで、これまでに知られているフィルタよりも幾分厚いだけで製造できるため、そのような用途で用いるのに非常に適している。

したがって、新規なフィルタは、コンパクトで高性能、高周波、ロバスト性が高く費用効果の高い構成要素の統合が難しいような用途にとって理想的である。

また、新規なフィルタは、１ＧＨｚを上回ったり１０ＧＨｚを上回ったりなど、非常に高い周波数でも、損失が非常に低い。

本発明は、高品質の高周波フィルタを、コンパクトで、ロバスト性が高く費用効果の高い方法で統合するという問題に取り組む。新規なフィルタは、縦方向で展開し、２層のみから製造可能であり、それにより、嵩張る敏感な多層アセンブリを回避できる。より厚い層（ベース層）は、滑らかな蓋がカバーとして機能する一方で、共振器及び隆起部導波路などの供給導波路構造を受け入れることができる。製造及び組み立てを大幅に簡素化するために、例えばピンのテクスチャの形態を成す人工磁気導体（ＡＭＣ）がフィルタをパッケージングするために使用され、それにより、層間の完全な電気的接触の必要性が回避される。

フィルタは、好ましくは、端結合された隆起部付き垂直共振器に基づく。垂直キャビティを採用することにより、縦方向の寸法が最小限に抑えられ、それにより、高次フィルタを限られた間隔で組み込むことができる。キャビティは、広角走査アレイに関して必要に応じて、半波長で（ＡＭＣと一緒に）適合するなど、対応する寸法を縮小するために横側に垂直隆起部を取り付けることが好ましい。更に、キャビティ内に隆起部が存在すると、キャビティ内の波長が長くなり、それにより、キャビティの深さが減少する。

ＡＭＣと共にパッケージ化すると、構成要素は機械的公差及び組み立て公差に対してよりロバスト性が高くなる。しかしながら、フィルタは、特に敏感な構成要素であり、最小限の欠陥でも劣化する可能性がある。本発明では、好ましくは単一の固体ブロックから得られ、好ましくはその内部に内部隆起部を伴う垂直キャビティを設けることにより、磁場が主に垂直隆起部の内側に閉じ込められ、フィルタが層の全体にわたる欠陥及び不完全性に対して著しくよりロバスト性が高くなるようにする。

更に、共振器のデュアルモードバージョンは、キャビティ長の僅かな増大を犠牲にして、横方向に付加的な隆起部の対を挿入することによっても実現され得る。これを使用して、フィルタ次数を増やしたり、所定の次数に関してフィルタの全長を減らしたりすることができる。

本発明は、非常にコンパクトで、ロバスト性が高く、製造が容易な、非常に高い性能を伴うフィルタをもたらす。共振器の形状は、単層構造を採用しながら、構造の長さと幅の両方を最小限に抑えているため、高密度ミリ波能動アンテナへの統合にとって理想的である。一例として、ピンの横列を含むシングルモード共振器にさえ基づく３次フィルタが、幅と高さの半分の波長内及び長さの１つの波長内にちょうど収まることができる。

人工磁気導体は、好ましくは、前記ベース層の平面から突出する複数の支柱を備える。突出支柱などの人工磁気導体を使用して、波が望ましくない方向に伝搬するのを抑制する表面を形成することは、それ自体、とりわけ、国際公開第１０／００３８０８号パンフレット、国際公開第１３／１８９９１９号パンフレット、国際公開第１５／１７２９４８号パンフレット、国際公開第１６／０５８６２７号パンフレット、国際公開第１６／１１６１２６号パンフレット、国際公開第１７／０５０８１７号パンフレット、及び、国際公開第１７／０５２４４１号パンフレットから知られており、これらの文献は全て同じ出願人によるものであり、前記文献のそれぞれは参照によりそれらの全体が本願に組み入れられる。

突出支柱は、好ましくは、動作周波数における空気中の波長の半分未満の最大断面寸法、及び／又は、動作周波数における空気中の波長の半分未満の突出支柱間の間隔を有する。更に、突出支柱は、周期的又は準周期的なパターンで配置されて、ベース層に接続固定されることが好ましい。好ましくは、突出支柱は、少なくとも前記ベース層を介して、それらの基部が互いに電気的に接続される。また、突出支柱は、好ましくは、ベース層とモノリシックに接続される。

突出支柱及び他の人工磁気導体を使用して望ましくない方向の波の抑制を成すことは、ギャップ導波路技術と称される場合があり、この技術は、平行な導電プレート間の狭い隙間での波伝搬を制御するため又は波伝搬を抑制する表面を形成するために使用される。波の伝搬は、２つの平行な導電表面の一方又は両方に金属支柱（ピンとも呼ばれる）などの周期的要素を使用することによって停止され、また、導波路が形成されるようになっている場合、波は、例えば２つの導電表面のうちの一方に配置される例えば金属隆起部に沿って案内される。２つの平行な導電表面間の金属接続は必要ない。磁場は、主に２つの表面間の隙間内に存在し、テクスチャや層構造自体には存在しないため、損失は僅かである。このタイプのマイクロ波導波路技術は、周波数が非常に高いため、既存の伝送ライン及び導波路の損失が大きすぎるか或いは必要な許容範囲内で費用効率良く製造できないため、特に有利である。

フィルタは、好ましくは、少なくとも１ＧＨｚ、より好ましくは少なくとも１０ＧＨｚ、最も好ましくは少なくとも２０ＧＨｚの動作周波数を有する。例えば、フィルタは２８ＧＨｚ以上の動作周波数を有してもよい。

導波路構造は、例えばベース層上に形成される又は蓋上に配置されるマイクロストリップ上に形成される溝の形態を成してもよい。しかしながら、導波路構造は、前記ベース層上に配置される突出隆起部の形態を成すことが好ましい。これにより、非常にロバスト性が高く効果的な導波路がもたらされると同時に、製造が比較的簡単で費用効果が高くなる。

キャビティは、動作周波数の波長の約半分の深さを有してもよい。

少なくとも１つの共振キャビティは、突出隆起部の少なくとも１つの対を備えてもよく、これらの隆起部は、ベース層の平面に対して略垂直な方向でキャビティの側面に沿って互いに平行に延びる。隆起部は、キャビティをより効率的にするとともに、キャビティ内の波長をより長くし、それにより、キャビティの長さを短くすることを可能にする。

少なくとも１つの共振キャビティが２対の突出隆起部を備えてもよく、隆起部は、ベース層の平面に対して略垂直な方向でキャビティの側面に沿って互いに平行に延び、各対の隆起部が互いに対向して配置される。これにより、フィルタを通過する周波数帯域がより明確になり、縁部がよりシャープになり、それにより、より効率的なフィルタリング効果がもたらされる。

突出隆起部は、好ましくは、２つの対向する平行な側壁とこれらの側壁に直交する上壁とを伴う長方形断面を有し、上壁と側壁との間に直角を伴う。しかしながら、もう一つの方法として、上壁と側壁との間の接合部は、漸進的な移行部を伴う丸みを帯びた縁部であってもよい。更に、２つの側壁は、互いに正確に平行である必要はなく、例えば、いずれも上壁から離れる方向に傾斜されてもよい。更に、上壁は、完全に平坦である必要はなく、湾曲した形状を有してもよい。

キャビティの側壁は、突出隆起部は別として、略平坦で直線状であることが好ましい。好ましくは、キャビティは、４つの壁を伴う略長方形断面を有し、２つの壁は一般に導波路構造の縦方向に延在し、２つの壁は一般に導波路構造の縦方向に対して横断する方向に延在する。これらの壁は、壁間に直角を形成することが好ましい。しかしながら、壁間の移行部も緩やかでやや丸みを帯びていてもよい。

キャビティの深さは、動作周波数における波長の約半分であることが好ましい。このことは、フィルタ全体を非常にコンパクトにできることを意味する。フィルタの全長は、例えば、１〜２波長、好ましくは約１波長であってもよく、また、幅は、１波長の約半分であってもよく、また、全体の厚さは、１波長の約半分であってもよい。例えば、波長が約１０ｍｍである３０ＧＨｚで動作するためのフィルタは、長さが１３ｍｍ、幅が５ｍｍ、厚さが６ｍｍであってもよい。共振キャビティは約５ｍｍの深さを有する。

高周波フィルタは複数の共振キャビティを備えてもよく、この場合、これらのキャビティは幾何学的形状が異なる。共振キャビティの数は、例えば、２，３，４又は５個であってもよい。好ましくは、３〜５個の共振キャビティが設けられる。しかしながら、特定の用途では、１０以上、２０以上、５０以上、更には１００以上など、更に多くのキャビティが使用されてもよい。共振キャビティは、例えば、深さ、又は、内部の対向する突出隆起部間の距離が異なってもよい。

１つの実施形態では、導波路構造が隆起部であり、また、人工磁気導体は、前記隆起部を取り囲むとともに前記隆起部に沿う方向以外の方向での波伝搬を停止するように配置される突出支柱の形態を成す。

１つの実施形態では、人工磁気導体がベース層から突出する支柱の形態を成し、ベース層の突出支柱は、動作周波数における空気中の波長の半分未満の最大断面寸法を有し、及び／又は、突出支柱は、動作周波数における空気中の波長の半分より小さい間隔だけ離間される。

１つの実施形態において、人工磁気導体は、ベース層の突出支柱の形態を成すとともに、周期的又は準周期的なパターンで配置されてベース層に接続固定される。

１つの実施形態において、人工磁気導体は、ベース層上に配置される突出支柱の形態を成し、ベース層の突出支柱は、それらの基部で少なくとも前記ベース層を介して互いに電気的に接続される。突出支柱の少なくとも一部、好ましくは全てが蓋と機械的に接触していることが好ましい。

前記少なくとも１つの共振キャビティを含むベース層は、好ましくは、中実のモノリシック片として形成される。キャビティの底部は、導波路構造の反対側の表面上のベース層に接続された付加的な層によってもたらされてもよい。しかしながら、好ましくは、底部は、ベース層の一体のモノリシック部分として形成される。

ベース層は、好ましくは全体が金属から、最も好ましくはアルミニウムから形成される。例えば突出支柱の形態を成すＡＭＣは、別個に設けられてもよく、溶接、接着剤などによってベース層に接続されてもよい。しかしながら、好ましくは、例えば突出支柱の形態を成すＡＭＣは、例えばダイカスト又は射出成形によってベース層と一体にモノリシックに形成される。ベース層におけるキャビティは、ダイカスト又は射出成形によって形成されてもよいが、代わりに、ドリル加工又は他のタイプの機械加工によって形成されてもよい。

本発明の他の態様によれば、前述のような高周波フィルタを備えるフェーズドアレイアンテナが提供される。

好ましくは、フェーズドアレイアンテナは、複数の高周波フィルタを備え、最も好ましくは、それぞれのアンテナ要素ごとに１つのフィルタを備える。

フェーズドアレイアンテナは、それ自体が当技術分野で知られているように、異なるタイプのものであってもよい。しかしながら、１つの実施形態において、フェーズドアレイアンテナは、同じ出願人による欧州特許出願第１７１９２８９９．７号に開示されたタイプのものであり、前記文献は、参照によりその全体が本願に組み入れられる。

したがって、１つの実施形態によれば、フェーズドアレイアンテナは、
複数の突出支柱を伴う基板を備える底層であって、前記支柱が前記ベース層に沿う波の伝搬を停止させるためのものである、底層と、
前記底層上に配置されるプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、底層及び突出支柱に面するＰＣＢの第１の側に少なくとも１つのフェーズドアレイ無線周波数（ＲＦ）集積回路（ＩＣ）を備え、ＰＣＢが、フェーズドアレイＲＦ ＩＣからＰＣＢの反対の第２の側にＲＦ信号を転送するためのフィードを備える、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、
フェーズドアレイアンテナからＲＦ信号を送信及び／又は受信するための複数の放射素子を備える放射層と、
第２の側のＰＣＢのフィードと放射層の放射素子との間に配置されるＲＦ信号の転送のための供給層と、
を備える。

高周波フィルタ、又は、好ましくは複数の高周波フィルタは、例えばＰＣＢと供給層との間に配置される少なくとも１つのフィルタ層内に配置されてもよい。他の層もギャップ導波路を含むため、ノイズなどを抑制するべく、送信／受信経路に非常に低い損失でフィルタを組み込むことができる。

しかしながら、フィルタは、他のタイプのアンテナで、特に高密度ミリ波能動アンテナなどの他の能動アンテナで使用されてもよい。フィルタは、他の高周波用途のために使用されてもよい。フィルタは、電気通信、自動車レーダ、及び、軍事又は衛星用途のためのレーダの分野で用いるのに特に適している。

本発明の更なる実施形態及び利点は、本発明の現在好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。

目的を実証するため、以下、添付図面に示される本発明の実施形態に関連して、本発明を更に詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係るシングルモード共振器を伴う３次フィルタの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るフィルタで用いるシングルモード共振器の概略分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るフィルタで用いるデュアルモード共振器の概略分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティの別の形態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティの別の形態を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティ内の内部突出隆起部の想定し得る形状の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティ内の内部突出隆起部の想定し得る形状の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティ内の内部突出隆起部の想定し得る形状の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる共振キャビティ内の内部突出隆起部の想定し得る形状の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる導波路構造の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる導波路構造の概略断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルタで用いる導波路構造の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの分解図である。

以下の詳細な説明では、本発明の好ましい実施形態が記載される。しかしながら、他に特に何も示唆されなければ、異なる実施形態の特徴が、実施形態間で交換可能であるとともに、異なる方法で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。明確にするために、図面に示される特定の構成要素の寸法が本発明の現実の実施における対応する寸法とは異なる場合があり、また、相対的な寸法も異なる場合があることなどにも留意されたい。

図１に示されるように、高周波フィルタ４はベース層４６を備え、このベース層４６上に導波路構造が設けられる。導波路構造は、ここでは、隆起部４２の形態を成す。隆起部４２の両側には人工磁気導体（ＡＭＣ）が配置される。ＡＭＣは、ここでは、突出支柱４１の形態を成し、また、周期的に又は準周期的に分布した支柱の少なくとも１つの列が、隆起部４２の両側に設けられて、隆起部と平行なラインに沿って延びている。

蓋４３が設けられ、この蓋は、組み付けられた際に、突出支柱と機械的に接触して配置される。蓋は支柱に電気的に接続されてもよいが、これは必須ではない。

これにより、蓋及びベース層がギャップ導波路を形成し、このギャップ導波路では、波を隆起部４２に沿って伝えることができ、また、この場合、突出支柱が隆起部に沿う方向以外の方向に沿う伝搬を防止する。

蓋及びベース層はいずれも、専らアルミニウムなどの金属によって形成されてもよいが、もう一つの方法として、導波路に向かう金属化された外面が設けられる他の材料から形成されてもよい。

蓋は、図１に示されるように、別個の要素として設けられてもよいが、アンテナなどの組み立てられた製品の他の層の底部であってもよい。導波路に面する蓋の表面は、滑らかで平坦であることが好ましい。

ベース層４６は、導波経路内の中央に配置されてベース層の平面に対して略垂直に延びる少なくとも１つの共振キャビティ４４を更に備える。キャビティは底部を有し、また、キャビティの深さは、動作周波数の波長の約半分であることが好ましい。キャビティの底部は、別個の底層などの付加的な層、又は、組み立てられた製品の他の層の表面によって形成されてもよい。しかしながら、好ましくは、底部は、ベース層の一体のモノリシック部分として形成される。

ベース層は、好ましくは、隆起部、支柱及び共振キャビティの両方を含む、中実のモノリシックブロックとして形成される。

フィルタは複数の共振キャビティを備えてもよく、この場合、これらのキャビティは幾何学的形状が異なる。例示的な例では、３次フィルタをもたらす３つの共振キャビティが設けられる。しかしながら、それよりも多い又は少ない共振キャビティが使用されてもよい。

また、共振キャビティは、突出隆起部４５の少なくとも１つの対を備えてもよく、これらの隆起部は、ベース層の平面に対して略垂直な方向でキャビティの側面に沿って互いに平行に延びる。より具体的には、図１に示されるように、内部隆起部は、ここでは、導波方向に対して垂直な方向で延びる壁の中央に設けられる。これにより、隆起部４５は、導波路隆起部４２と同じ平面内で延びる。

フィルタの動作周波数は、少なくとも１ＧＨｚ、好ましくは少なくとも１０ＧＨｚ、最も好ましくは少なくとも２０ＧＨｚであってもよい。

図２には、共振器の別の実現形態が示される。ここで、共振キャビティ４４は、一対の内部隆起部４５を伴って、図１に関連して論じられたものと同様に形成される。しかしながら、図２のこの共振器では、共振キャビティが１つだけ設けられ、それにより、一次シングルモード共振器が形成される。

図３には、共振器の他の別の実現形態が示される。ここで、共振キャビティ４４は、図１に関連して論じられたものと同様に形成されるが、２対の内部隆起部４５ａ，４５ｂを伴う。内部隆起部４５ａの第１の対は導波方向に沿って配置され、一方、内部隆起部４５ｂの第２の対は、導波方向に対して垂直なラインに沿って配置される。これにより、デュアルモード共振器がもたらされる。

キャビティの側壁は、突出隆起部は別として、略平坦で直線状であることが好ましい。好ましくは、キャビティは、４つの壁を伴う略長方形断面を有し、２つの壁は一般に導波路構造の縦方向に延在し、２つの壁は一般に導波路構造の縦方向に対して横断する方向に延在する。これらの壁は、壁間に直角を形成することが好ましい。そのような実施形態が図４ａに概略的に示される。

しかしながら、壁間の移行部は、緩やかで幾分丸みを帯びていてもよく、それにより、図４ｂに概略的に示されるように、丸みを帯びた角部を伴う長方形がもたらされる。

突出隆起部４５は、好ましくは、２つの対向する平行な側壁とこれらの側壁に直交する上壁とを伴う長方形断面を有し、上壁と側壁との間に直角を伴う。そのような実施形態が図５ａに概略的に示される。

しかしながら、もう一つの方法として、上壁と側壁との間の接合部は、漸進的な移行部を伴う丸みを帯びた縁部であってもよい。これに加えて又は代えて、側壁とキャビティの側面との間に丸みを帯びた移行部が存在してもよい。そのような隆起部４５’が図５ｂに概略的に示される。

更に、２つの側壁は、互いに正確に平行である必要はなく、例えば、いずれも上壁から離れる方向に傾斜されてもよい。更に、上壁は、完全に平坦である必要はなく、湾曲した形状を有してもよい。そのような隆起部４５’’が図５ｃに概略的に示される。

更に、隆起部が他の形状を有してもよい。図５ｄには、三角形の隆起部４５’’’の形態を成す別の形状が概略的に示される。しかしながら、当業者が分かるように、他の多くの形状も実現可能である。

前述の実施形態において、導波路は、支柱４１の列の間で延びる隆起部４２の形態を成す導波路構造、又は、任意の他のタイプのＡＭＣを備える。これも図６ａに概略的に示される。

しかしながら、他のタイプの導波路構造も実行可能である。例えば、導波路構造は、ベース層に形成されて隆起部４２と同じようにＡＭＣ間で延びる溝４２’の形態を成してもよい。そのような実施形態が図６ｂに概略的に示される。更に、導波路構造は、好ましくは蓋上で導波路に面する表面上に配置されるマイクロストリップライン４２’’の形態を成してもよい。

そのような実施形態が図６ｃに概略的に示される。

ギャップ導波路を形成するための導波路構造及びＡＭＣに関するそのような他の代替物は、それ自体知られており、例えば、国際公開第１０／００３８０８号パンフレット、国際公開第１３／１８９９１９号パンフレット、国際公開第１５／１７２９４８号パンフレット、国際公開第１６／０５８６２７号パンフレット、国際公開第１６／１１６１２６号パンフレット、国際公開第１７／０５０８１７号パンフレット、及び、国際公開第１７／０５２４４１号パンフレットにおいて詳細に論じられ、これらの文献の全ては同じ出願人によるものであり、前記文献のそれぞれは参照によりそれらの全体が本願に組み入れられる。

前述したフィルタは、波／信号が導波路の一端で入力されて他端で出力される端結合フィルタである。しかしながら、入力及び／又は出力が側面のうちの１つから、上端から、又は、下端から発生するフィルタに関しても同じ原理が使用されてもよい。

フィルタは、様々なタイプの高周波機器及び製品で使用されてもよい。特に、能動アンテナ、特にフェーズドアレイアンテナで使用するのに非常に適している。

新規なフィルタを使用できるそのようなフェーズドアレイアンテナの一例は、同じ出願人による欧州出願第１７１９２８９９．７号に開示されるタイプのアンテナであり、前記文献は参照によりその全体が本願に組み入れられる。

このアンテナの実施形態が図７に示される。図７を参照すると、フェーズドアレイアンテナ１はベース層２を備える。ベース層は、ベース層に沿う波の伝搬を止めるための複数の突出支柱２２を伴う基板２１を備える。突出支柱は、周期的又は準周期的なパターンで配置されてもよく、好ましくは、動作周波数で空気中の波長の半分未満の最大断面寸法、及び、動作周波数で空気中の波長の半分よりも小さい突出ポスト間の間隔を有する。突出支柱は、基板に接続固定されるとともに、前記基板を介して互いに電気的に接続される。基板及び突出支柱は、導電性金属表面を有し、好ましくは全体的に金属により形成される。例えば、ベース層は、アルミニウム又は亜鉛からダイカストで鋳造され又は射出成形され得る。突出支柱２２は、例えば、長方形又は円形の断面形状を有し得る。

プリント回路基板（ＰＣＢ）３がベース層上に配置される。ＰＣＢは、好ましくは、電子部品、より具体的には少なくとも１つのフェーズドアレイ無線周波数（ＲＦ）集積回路（ＩＣ）を備える一方側の構成部品側と、接地層を備える他の側とを備える。構成部品側は、ここでは、ベース層及び突出支柱へ向けて配置される。

ＰＣＢは、フェーズドアレイＲＦ ＩＣからＰＣＢの反対側へＲＦ信号を転送するためのフィード３１を更に備える。ここで、フィードはＰＣＢを貫通するスロット開口を備える。ＰＣＢ上に実装される電子機器は、例えばスロット開口内へと延びる開放端マイクロストリップラインからスロット開口に結合する。

フィルタ４は、フィルタ層として配置され、ＰＣＢ層３上に配置されてもよい。フィルタ層は、前述のタイプの複数のフィルタを備え、横列及び縦列を成して並んで配置される。

供給層５がフィルタ層４上に配置される。供給層５は、ＰＣＢのフィードからくるＲＦ信号を、フィルタ層を介して、放射層の放射要素に又はその逆の方向で転送する。この実施形態において、供給層は、前述したのと同じ方法で、信号が伝搬するようになっている隆起部５１と、他の方向での波の伝搬を停止又は抑制するように配置される突出支柱５２とを備えるギャップ導波路構造として実現される。突出支柱は、好ましくは、各導波経路に沿って両側で少なくとも２つの平行な横列を成して配置される。しかしながら、幾つかの用途に関して、１つの横列で十分な場合がある。更に、３つ、４つ、又は、それ以上の平行な横列など、３つ以上の平行な横列が多くの実施形態で有利に使用されてもよい。

ＰＣＢ層のフィード３１、及び、そのような層が設けられる場合の供給層５の又はフィルタ層４の対応する開口／入力は、ＰＣＢの２つの反対の側の近傍に配置される２つのラインに沿って配置されてもよい。これにより、供給層の側面から中心に向かって、供給層の平行ラインで信号が供給される。しかしながら、もう一つの方法として、フィードは、１つ以上の中心ラインに沿って、又は、中心の比較的近傍に配置される１つ又は幾つかのラインに沿って配置されてもよい。これにより、中心から外側へ、側面に向かって、供給層の平行ラインで信号が供給される。分離して配置されてＰＣＢ上にわたって分布されるフィード３１の３つ又は４つの平行ラインをもたらすこともできる。しかしながら、フィードの他の配置も実行可能である。

放射層６が、供給層５上に配置されるとともに、アレイとして配置される複数の放射要素６１を備える。放射要素は、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するようになっている。放射層は、好ましくは、平面放射面を形成する。

この実施形態において、放射要素は、放射層を貫通して延びるスロット開口であり、供給層５のギャップ導波路に結合されるように配置される。スロット開口は、好ましくは比較的短く、放射層の平行なラインに沿って配置され、各ラインは複数のスロット開口を備える。

好ましくは、それぞれの放射要素６１ごとに１つのフィルタ４が設けられる。

本発明のアンテナは、電磁波の送信又は受信のいずれか或いはその両方に使用されてもよい。

アンテナは、好ましくは平坦であり、略長方形の形状を伴う。しかしながら、円形、楕円形など、他の形状も実現可能である。形状は、六角形、八角形又は他の多角形の形態を成してもよい。アンテナ表面は、形状が凸状など、非平面でもよい。

フェーズドアレイアンテナの前述の層に加えて、アンテナは、前述の配置の層の上方又は下方、或いは、これらの層のいずれかの間に配置される、支持層、スペーサ層などの更なる層を備えてもよい。また、例えば、互いの上にサンドイッチ構造を成して配置される或いは間に他の層を伴って配置される複数のＰＣＢ層が設けられてもよい。

アンテナの導波路及び／又はフィルタは、機械的理由から、誘電体発泡体などの誘電体材料で満たされてもよい。しかしながら、好ましくは、少なくとも幾つか、好ましくは全ての導波路は、空気で満たされ、誘電体材料を含まない。

突出支柱は、任意の断面形状を有してもよいが、正方形、長方形、又は、円形の断面形状を有することが好ましい。更に、突出支柱は、動作周波数における空気中の波長の半分よりも小さい最大断面寸法を有することが好ましい。好ましくは、最大寸法はこれよりもかなり小さい。最大断面寸法は、円形断面の場合には直径であり、正方形又は長方形の断面の場合には対角線である。複数の突出支柱は、ピングリッドアレイと称されてもよい。

突出支柱は全て、好ましくは固定され、１つの導電表面に電気的に接続される。しかしながら、突出要素の少なくとも幾つか、好ましくは全ては、突出支柱、特に蓋４３の上方にわたって配置される表面と直接的又は間接的に機械的に更に接触していてもよい。

そのような及び他の明白な変更は、本発明が添付の特許請求の範囲により規定されるように本発明の範囲内にあると見なされなければならない。前述の実施形態が本発明の例示であって本発明を限定するものではなく、また、当業者が添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの別の実施形態を設計できることに留意すべきである。特許請求の範囲において、括弧内にある任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、特許請求の範囲に挙げられる要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する単語「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。更に、単一のユニットが特許請求の範囲に挙げられた幾つかの手段の機能を果たしてもよい。

Claims (15)

1. 導波路と、少なくとも１つの共振キャビティとを備える高周波フィルタであって、前記導波路は、
   金属又は金属化されたベース層と、
   前記金属又は金属化されたベース層と平行に配置される蓋と、
   隆起部、溝、又は、マイクロストリップラインの形態を成す導波路構造と、
   前記ベース層と前記蓋との間で前記ベース層上に配置されるとともに、前記導波路構造に沿う方向以外の方向に沿う導波路伝搬を防止するように前記導波路構造に整列されて配置される人工磁気導体と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの共振キャビティは、前記ベース層内に配置されて、前記ベース層の平面に対して略垂直に延びる、
   高周波フィルタ。
2. 前記フィルタは、少なくとも１ＧＨｚ、好ましくは少なくとも１０ＧＨｚ、最も好ましくは少なくとも２０ＧＨｚの動作周波数を有する、請求項１に記載の高周波フィルタ。
3. 前記人工磁気導体は、前記ベース層の平面から突出する複数の支柱を備える、請求項１又は２に記載の高周波フィルタ。
4. 前記導波路構造は、前記ベース層上に配置される突出隆起部の形態を成す、請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
5. 前記少なくとも１つの共振キャビティは、動作周波数の波長の約半分の深さを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
6. 前記少なくとも１つの共振キャビティが少なくとも一対の突出隆起部を備え、前記隆起部は、前記ベース層の平面に対して略垂直な方向で前記キャビティの側面に沿って互いに平行に延びる、請求項１から５のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
7. 前記少なくとも１つの共振キャビティが２対の突出隆起部を備え、前記隆起部は、前記ベース層の平面に対して略垂直な方向で前記キャビティの側面に沿って互いに平行に延び、各対の前記隆起部が互いに対向して配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
8. 前記少なくとも一対の隆起部における前記隆起部間の距離は、動作周波数における波長の約半分である、請求項６又は７に記載の高周波フィルタ。
9. 複数の共振キャビティを備え、前記キャビティは幾何学的形状が異なる、請求項１から８のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
10. 前記人工磁気導体が前記ベース層から突出する支柱の形態を成し、前記ベース層の前記突出支柱は、前記動作周波数における空気中の波長の半分未満の最大断面寸法を有し、及び／又は、前記突出支柱は、前記動作周波数における空気中の波長の半分より小さい間隔だけ離間される、請求項１から９のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
11. 前記人工磁気導体は、前記ベース層の突出支柱の形態を成すとともに、周期的又は準周期的なパターンで配置されて前記ベース層に接続固定される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
12. 前記人工磁気導体は、前記ベース層上に配置される突出支柱の形態を成し、前記ベース層の前記突出支柱は、それらの基部で少なくとも前記ベース層を介して互いに電気的に接続される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
13. 前記突出支柱の少なくとも一部、好ましくは全てが前記蓋と機械的に接触している、請求項１２に記載の高周波フィルタ。
14. 前記少なくとも１つの共振キャビティを含む前記ベース層が中実のモノリシック片として形成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の高周波フィルタ。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の高周波フィルタを備えるフェーズドアレイアンテナ。

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