JP2609427B2 - 温度補償された縦続空洞 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒型の空洞が複数の
共振チャンバあるいは空洞のマイクロ波フィルタの構造
のような縦続して同軸的に配置されている多重空洞構造
の熱安定化に関し、特に、空洞構造の外側の円筒型の壁
の熱膨脹または収縮によって誘起される共振における変
化に対して反対に作用するように横断壁の熱によって誘
起された変形の選択された比を供給するために異なる熱
膨脹率を有する材料のリングによって囲まれた結合開口
を有する、および有さない横断湾曲壁を使用している多
重空洞の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の空洞構造は、マイクロ波フィルタ
に使用される。しばしば使用されている空洞は直円筒形
状であり、それにおける空洞の直径および高さ（あるい
は軸の長さ）は共に共振周波数の値を決定する。多重極
フィルタとして数学的に記載されたフィルタに関して、
個々の空洞を限定している横断ディスク型区画壁あるい
は壁を有する円筒型ハウジングを使用することが一般に
行われている。区画壁におけるアイリスは、所望のフィ
ルタ関数あるいは特性を提供するために空洞間に電磁波
の所望のモードを結合させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周囲の温度における変
化が各フィルタ部分の共振周波数における結果として生
ずるシフトによってフィルタの寸法における変化を誘起
するということに問題がある。例えば、アルミニウムで
形成されたフィルタは、インバーと比較してアルミニウ
ムの非常に高い熱膨張率によりインバーから成るフィル
タと比較して実質的に大きな寸法の変化を受ける。

【０００４】２空洞フィルタに関して効果的な前述の問
題の解決法は、米国特許第 4,677,403号明細書に記載さ
れている。それにおける各空洞の端部壁は湾曲したディ
スクで形成されており、電磁エネルギを結合するアイリ
スを有する中央壁は平坦な形状である。温度の上昇は各
空洞の直径を拡大し、各空洞の軸の長さにおける結果と
して生ずる縮小により端部壁の湾曲も増加する。増加さ
れた直径に関係した共振周波数シフトは、長さの縮小に
関係したシフトによって平衡される。同様の補償は温度
の低下中に生じ、直径は縮小し、長さは増加する。

【０００５】前述の特許によって与えられる周波数安定
化は、対向した温度補償端部壁を有する２空洞フィルタ
に限定される。しかしながら、高い極および高性能のフ
ィルタに対してさらに複雑なフィルタ構造が要求される
フィルタ状況が存在する。このようなフィルタは例えば
３あるいは４空洞を使用し、このようなフィルタに温度
補償を供給する必要がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の問題は本発明の多
重空洞の円筒型フィルタ構造によって克服され、別の利
点が得られる。本発明によれば、空洞を限定する一連の
横断壁がそこに設けられる。横断壁の選択されたものは
温度補償を行う。選択された各横断壁は、横断壁の材料
よりも低い熱膨張率の材料から形成されたリングによっ
て囲まれる湾曲したディスクから構成される。横断壁の
内側のものは、連続した空洞間の電磁パワーを結合する
アイリスが備えられてる。リング内の異なる熱膨張率を
達成するためにリングの材料の組成を変化させることに
より、異なる量の湾曲が温度における変化によって対応
している横断ディスクに生じる。このように、内側の横
断壁のリングは外側の横断壁のリングと比較して比較的
大きい熱膨張率を有し、周囲の温度およびフィルタの温
度の上昇による内側の横断壁の少量の湾曲および外側の
横断壁の多量の湾曲を生成する。

【０００７】本発明の好ましい実施例において、ハウジ
ングはアルミニウムから構成され、中央の平坦な横断壁
は結合アイリスを有している。中央の壁の右側および左
側のその他の横断壁は湾曲構造であり、湾曲した壁は金
属リングによって囲まれている。中央壁に最も近い内側
のリングはチタンから構成され、外側のリングはインバ
ーから構成される。インバーはチタンよりも低い熱膨脹
率を有するので、４空洞構造の場合における外側の壁の
周辺部分は、大きな熱膨脹率を有しているチタンリング
によって取付けられる内壁よりも周囲の温度の上昇によ
ってさらに明白な湾曲を生成する。

【０００８】異なる熱膨張率のリングを使用する理由
は、次の通りである。温度の上昇により内側の壁の湾曲
は壁の内側の内部空洞の軸の長さを縮小し、壁の反対側
の外側の空洞の軸の長さを増加する。したがって、内側
の壁は内側の空洞を安定させるために適当な方向に動作
するが外側空洞の安定化のためには不適当な方向であ
る。それ故、外側の壁による外側の空洞の安定化におい
て、内側の壁の移動より大きくし、それによって外側の
空洞を熱的に安定させるために付加的な湾曲を与えるこ
とが必要である。

【０００９】別の実施例によって、所望であれば、外側
の空洞の１つが除去され、３つのみの空洞の構造を残
す。それによって、本発明によるフィルタの構造の技術
は、４空洞フィルタ構造におけるような平坦な横断壁の
両側に同数の空洞を有する構造、および３空洞構造にお
けるような平坦な横断壁のもう両側に等しくない数の空
洞を有する構造に適用する。

【００１０】

【実施例】本発明の上記の観点およびその他の特徴は以
下の説明において添付図面により説明される。図１およ
び図２は、外部円筒型ハウジング12および構造10の縦軸
32に沿って縦続的に配列された１組の４つの空洞24，2
6，28および30を限定する１組の５つの横断壁14，16，1
8，20および22を有する複数空洞構造10を示す。壁14お
よび22は構造10の端部壁として機能し、壁16，18および
20は空洞24，26，28および30の間を分離する区画壁とし
て機能する。ハウジング12および横断壁14，16，18，20
および22は導電性材料からなり、アルミニウム等の金属
であることが好ましい。

【００１１】構造10は、区画壁16，18および20に開口を
設けてアイリス36，38および40をそれぞれ形成し、空洞
24，26，28および30の連続したものの間における電磁パ
ワーの結合を可能にすることによりマイクロ波フィルタ
34として有効に使用される。また、入力ポート42および
出力ポート44が空洞30に配置されて、入力マイクロ波信
号のフィルタ34中への結合を可能にし、フィルタ処理さ
れた形態のマイクロ波信号のフィルタ34からの抽出を可
能にする。ハウジング12は円形の円筒型の壁部分46，48
および50の組立て構造として製造され、壁部分46，48お
よび50の端部領域はフランジ52を備えており、ボルトの
使用（図３において説明される）等によって壁部分44，
46および48の固定を可能にし、ハウジング12を形成して
いる。入力ポート42および出力ポート44は壁部分50上に
配置されている。

【００１２】フィルタ34の構造を例示すると、入力ポー
ト42は空洞30中に延在するプローブとして構成され、プ
ローブはボタン56において終端する金属シャンク54とし
て形成され、円筒型絶縁体60によって外部導体58から絶
縁されている。例えば、出力ポート44は変化している断
面の導波管62の一部分として構成され、空洞30と導波管
62との間の電磁パワーの伝達のために壁部分50内に形成
された結合スロット64を有する。

【００１３】本発明によると、ハウジング12および横断
壁14，16，18，20および22のアルミニウムは環境温度の
上昇と共に膨脹し、環境温度の下降と共に収縮し、これ
は各空洞24，26，28および30の内部寸法および容積を対
応的に増加または減少させる。各空洞24，26，28および
30の内部寸法および容積のこのような変化は、各空洞中
の電磁信号の共振周波数をシフトさせる。このような共
振周波数のシフトは、フィルタ34の伝達関数を変化す
る。本発明は、典型的に環境温度の変化によって生成さ
れるようなフィルタ34の温度の変化とは無関係にその周
波数特性を保持するようにフィルタ34の温度補償を実施
する。温度補償は湾曲された構造を持つ端部壁14および
22並びに区画壁16および20を構成することによって達成
され、一方中央区画壁18は平坦な形態で保持されてい
る。さらに、湾曲された壁14，16，20および22はクラン
プリング66，68，70および72をそれぞれ備えており、こ
こにおいて各クランプリングは湾曲された壁の対応した
ものの周辺部分に固定されている。

【００１４】図５および図６に示されているような本発
明の好ましい実施例において、横断壁16は壁16の円形の
周辺に均一に位置される１組のねじ74によってクランプ
リング68に固定され、壁16の周辺部分をクランプリング
68に固定している。代りに横断壁16のリング68に対する
固定接続は、拡散結合または溶接によって達成されるこ
とができる。壁16は実質的に厚いリング68に比較する
と、比較的薄いアルミニウムディスクとして製造され
る。リング68は、壁16のアルミニウムディスクの熱膨脹
係数より低い熱膨脹係数を有する金属等の材料から形成
される。この熱膨脹係数の差の結果、壁16の周辺領域は
環境温度の増加によって少しだけ膨脹することを許さ
れ、一方壁16の中央部分は自由に膨脹し、結果的に76の
破線により示されたように壁16の湾曲を増加させる。壁
16の湾曲を減少させる逆の効果は、環境温度の低下時に
発生する。上記の横断壁16の、それより小さい熱膨張係
数のリング68への固定の説明はまたリング66（図１）を
備えた壁14、リング70を備えた壁20およびリング72を備
えた壁22にも適応する。

【００１５】本発明の別の特徴によると、環境温度の上
昇時の壁16の湾曲（図１）は中央壁18に向かって壁16の
中央部分を移動させ、その結果軸32に沿って測定したと
きの空洞26の長さを減少させ、一方同時に隣接した空洞
24の長さを増加させることが認められる。しかしなが
ら、所望の熱膨張の補償には空洞24の軸方向の長さが減
少されることが必要である。したがって、本発明では壁
16の中央部分の対応した移動より大きく、環境温度の上
昇中に軸32に沿って中央壁18の方向へ壁14の中央部分を
移動させる。これは、壁14および16の中央部分間の間隔
を実質的に減少させ、空洞24の軸方向の長さを対応的に
減少させる。壁14，16，20および22の熱的に誘起された
湾曲の量、したがって中央壁18に向ったこれらの壁の中
央部分の移動量は、各壁14，16，18および20とその対応
したクランプリング66，68，70および72の間の熱膨脹係
数の差に依存している。したがって、壁16に関する壁14
の付加的な移動を提供するために、リング66および68は
異なる熱膨張係数を有する材料から製造される。同様
に、中央壁18の左側の壁22および20に関して、これらの
壁の両中央部分が温度の上昇と共に中央壁18に向かって
動いたとき壁20の中央部分に関する壁22の中央部分の付
加的な移動を提供することが必要である。したがって、
壁20および22のクランプリング70および72は異なる熱膨
張係数を有する材料から製造される。

【００１６】本発明の好ましい実施例において、これら
のリングが所望の熱膨張の補償量を提供することを可能
にするように、内部クランプリング68および70はチタン
から製造され、外部クランプリング66および72はインバ
ーから製造されている。リング68および70のチタンの熱
膨張係数はハウジング12および横断壁14，16，18および
20のアルミニウムより低い。リング66および72のインバ
ーの熱膨張係数は、リング68および70のチタンより低
い。温度の上昇と共に、チタンリング68および70の膨脹
は横断壁16および20より低く、横断壁16および20を熱誘
導的に湾曲させる。インバーリング66および72は周辺的
な膨脹をほとんど行わず、結果的に壁14および22の大量
の熱誘導された湾曲を生じさせる。チタンおよびインバ
ーはアルミニウムの横断壁と共に使用するために例示的
に与えられており、チタンおよびインバーに類似した熱
膨張係数（ＣＴＥ）を有する別の材料が熱膨張特性の所
望の平衡を得るために使用されてもよいことが理解され
るべきである。このような材料は、例えば材料の組成が
複数空洞構造10の構成時に使用される種々の金属に適合
するように調節される金属合金またはグラファイト化合
物を含んでもよい。それによって、本発明は壁部分46，
48および50の周辺方向の膨脹と反対の量だけ空洞24，2
6，28および30の全ての軸長を減少することによって構
造10に対するその所望の温度補償を達成する。これは、
環境温度の上昇によっても一定であるフィルタ34の周波
数特性を安定化する。同様に、環境温度の低下は、温度
の下降中にフィルタ34の特性を安定化させるように壁部
分46，48および50の周辺方向の収縮と反対の量だけ空洞
24，26，28および30の全ての軸方向の長さを拡大するよ
うに壁14，16，18および22の中央部分を中央壁18と反対
側に移動させる。

【００１７】図３は、図１のフィルタ34の別の実施例で
あるフィルタ34ａを示す。フィルタ34ａは、図３の３空
洞フィルタを提供するようにフィルタ34の空洞30を除去
することによって得られる。フィルタ34ａの入力ポート
42および出力ポート44は空洞28に再配置され、図１の円
筒型の壁部分50に対する入力ポート42および出力ポート
44の取付けと同様に周辺円筒型の壁部分48に取付けられ
る。図３において、チタンリング70（図１）と構造的に
類似しているチタンリング70ａはフィルタ34ａの左端に
固定され、図３の空洞28の左側に配置された横断壁22の
移動が図１の空洞28の左側に配置された横断壁20と同じ
であることを確保する。それによって、空洞28の温度補
償は図１および図３の両者において同じである。

【００１８】図３には、ボルト78およびこのボルト78に
ねじで固定されたナット80によるフランジ52の相互接続
もまた示されている。壁16の両側にフランジ52を固定す
るためのボルト78のうちの２つが例示されており、ボル
ト78の付加的なものがフランジ52の周辺に均一な配列で
延在し、ボルト78の類似した配列（示されていない）が
壁20（図１）の反対側にフランジ52を固定し、またそれ
らの各フランジ52に端部リング66および72（図１）を固
定するために使用される。ボルト78は例えば壁16および
その温度補償クランプリング68中の貫通孔82（図５）等
の拡大された貫通孔を通る。拡大された貫通孔82は、ク
ランプリングおよび隣接したフランジ52の間の異なる膨
脹を行わせる。

【００１９】図４は、図１のフィルタ34から空洞30およ
び28を除去することによって得られるフィルタ34ｂを示
す。さらに、図４は例えば入力ポート42が空洞24の円筒
壁部分46に配置され、一方出力ポート44が空洞26の横断
壁18に配置されている入力ポート42および出力ポート44
の別の配置を示している。導波管62の一部分と空洞26と
の間における電磁パワーの結合は、横断壁68に配置され
た開口64ａによって達成される。温度変化によるフィル
タ34ｂ（図４）の横断壁18に関する横断壁16および14の
移動は、フィルタ34（図１）に対して上記に示されたも
のと同じである。

【００２０】図１を参照すると、さらに正確な温度補償
は、壁14と16との間並びに壁20と22との間の移動量の所
望の差を調節するように少し異なる湾曲構造、並びに構
造10の温度の変化により横断壁14および16並びに同様に
横断壁20および22を構成することによって達成される。
結果的な温度補償は、従来技術のように完全にインバー
から構成されたフィルタより優れていることが認められ
ている。またフィルタのアルミニウム部品は、これまで
使用されていたその他の材料より容易に安価に製造され
る。結合アイリス36，38および40は、例えばフィルタ34
の空洞内における電磁振動の種々のモード間の所望の結
合量を与え、それによって所望の周波数特性またはフィ
ルタ機能を得るようにフィルタ34（図１）および同様に
フィルタ34ａ（図３）並びにフィルタ34ｂ（図４）に対
してスロット、交差スロット、円形または楕円形等の任
意の所望の形状で提供される。湾曲した各横断壁14，1
6，20および22において、フィルタの構成に通常使用さ
れる材料に関してそうであるように、壁の凸側は正の熱
膨脹係数を有する材料から構成された横断壁では平坦な
横断壁18に面している。しかしながら、湾曲された横断
壁が負の熱膨脹係数を有する材料から構成された場合に
は、湾曲された横断壁の凸側は平坦な横断壁18と反対側
に面する。フィルタ34の構成のために上記に示された材
料の熱膨張係数は以下の通りである：アルミニウムの係
数は13ｐｐｍであり、チタンの係数は 6ｐｐｍであり、
インバーの係数は1.3 ｐｐｍである。

【００２１】構造10を熱的に安定させるための本発明の
実施は、構造10の使用と無関係に適用可能であることに
も留意すべきである。好ましい使用はマイクロ波電磁フ
ィルタであるが、複数の縦続空洞の金属構造は音響シス
テムの同調等の音響目的にも使用できることが認められ
る。このような場合、例えば音響エネルギは１つの空洞
に入り、別の空洞を介して出力する。本発明の別の実施
例では、付加的な湾曲された横断壁が挿入され、付加的
な空洞を限定し、それにおいて付加的な各湾曲壁は平坦
な横断壁の同じ側の別のクランプリングと異なる熱膨脹
係数を持つ温度補償クランプリングによってクランプさ
れた周辺領域を有する。横断壁およびそれらのクランプ
リングのこのような構造は、平坦な横断壁の第１の側お
よび第２の側に配置された一連の空洞を補償するために
湾曲された横断壁の中央部分の選択的および異なる量の
移動を可能にする。

【００２２】本発明の上記の実施例は単なる説明に過ぎ
ず、当業者はその修正を認識するであろう。したがっ
て、本発明はここに示された実施例に限定されるもので
はなく、添付された特許請求の範囲に対してのみ限定さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度補償のために湾曲されたディ
スクの形態の横断壁を使用した４空洞構造の縦断面図。

【図２】図１の線２−２における複数空洞構造の横断面
図。

【図３】図１に類似しているが１つ空洞が少ない複数空
洞構造の断面図。

【図４】図１に類似しているが２つの空洞が除去された
複数空洞構造の断面図。

【図５】図１、図２および図３の複数空洞において使用
された横断壁の斜視図。

【図６】図４の横断壁の断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・エル・ベネット アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90250、ホーゾーン、アパートメント・ ナンバー10、ダブリュ・ワンハンドレッ ドトエンティーナインス・ストリート 4062 (56)参考文献 特公 昭36−21051（ＪＰ，Ｂ１) 特表 昭63−501759（ＪＰ，Ａ) 米国特許4677403（ＵＳ，Ａ) 米国特許5179363（ＵＳ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸に沿って縦続して配置された複数
   の円筒型の空洞を形成している円筒壁の組立体を具備
   し、前記中心軸に垂直に延在し、前記空洞の端部表面を
   限定している複数の横断壁を有している複数の空洞より
   なる空洞構造において、 前記複数の横断壁の第１の横断壁が平坦であり、第２の
   横断壁および第３の横断壁が湾曲しており、前記第２の
   横断壁は前記第１の横断壁と前記第３の横断壁の間に位
   置して隣接した空洞間の電磁パワーを結合する結合アイ
   リスを有しており、 前記空洞構造が、前記第２の横断壁の周辺に固定され前
   記第２の横断壁よりも低い熱膨脹率を有している第１の
   クランプリングと、前記第３の横断壁の周辺に固定され
   前記第３の横断壁よりも低い熱膨脹率を有している第２
   のクランプリングとをさらに具備し、 前記第１のクランプリングと前記第２の横断壁との熱膨
   脹率の第１の比によって温度上昇による第１の方向への
   前記軸に沿った前記第２の壁の中央部分の移動による第
   ２の横断壁の変形を生成し、 前記第２のクランプリングと前記第３の横断壁との熱膨
   脹率の第２の比によって温度上昇による第１の方向への
   前記軸に沿った前記第３の壁の中央部分の移動による第
   ３の横断壁の変形を生成し、 前記第１の横断壁と前記第２の横断壁の間に位置されて
   いる空洞および前記第２の横断壁と前記第３の横断壁の
   間に位置されている空洞の温度補償を行うために前記第
   ２の比を前記第１の比より小さくして前記第２の横断壁
   の前記中央部分の移動よりも大きな前記第３の横断壁の
   前記中央部分の移動を与えることを特徴とする空洞構
   造。
2. 【請求項２】 前記第２の横断壁が前記第１の横断壁の
   第１の側にそれから間隔を有して配置され、 前記複数の壁が湾曲した第４の横断面を含み、 前記複数の空洞構造が前記第４の横断壁より低い熱膨脹
   率を有している第３のクランプリングをさらに具備し、
   前記第４の横断壁が前記第１の側と反対側の前記第１の
   横断壁の第２の側に配置され、前記第１の横断壁から間
   隔を隔てられており、 前記第３のクランプリングと前記第４の横断壁との熱膨
   張率の第３の比が、前記第４の横断壁と前記第１の横断
   壁の間に位置されている空洞に対する温度補償を与える
   ために温度の上昇による前記第１の方向と反対の第２の
   方向への前記中心軸に沿った前記第４の横断壁の中央部
   分の移動によって前記第４の横断壁の変形を生じること
   を特徴とする請求項１記載の空洞構造。
3. 【請求項３】 前記複数の横断壁が第５の横断壁を含
   み、前記第４の横断壁がこの第５の横断壁と前記第１の
   横断壁の間に配置され、 前記複数の空洞構造が前記第５の横断壁よりも低い熱膨
   脹率を有し、前記第５の横断壁の周辺に固定されている
   第４のクランプリングをさらに具備し、 前記第４のクランプリングと前記第５の横断壁との熱膨
   脹率の第４の比および温度の上昇による前記第２の方向
   への前記軸に沿った前記第５の横断壁の中央部分の移動
   によって変形を生じ、前記第４の比は前記第４の横断壁
   と前記第５の横断壁の間に位置される空洞に対する温度
   補償を行うために前記第４の横断壁の前記中央部分の移
   動よりも大きな前記第５の横断壁の前記中央の移動を与
   えるために前記第３の比より小さいことを特徴とする請
   求項２記載の空洞構造。
4. 【請求項４】 前記各横断壁が前記全ての横断壁におけ
   る材料と同じ材料から構成されていることを特徴とする
   請求項３記載の空洞構造。
5. 【請求項５】 前記円筒壁の組立体の円筒壁が前記横断
   壁の材料と等しい熱膨脹率を有することを特徴とする請
   求項４記載の空洞構造。
6. 【請求項６】 前記第１のクランプリングおよび前記第
   ３のクランプリングがチタンと実質的に同じ熱膨張率を
   有している材料から構成されることを特徴とする請求項
   ５記載の空洞構造。
7. 【請求項７】 前記円筒壁の組立体の前記円筒壁がアル
   ミニウムから構成され、前記各横断壁がアルミニウムか
   ら構成され、前記第４の横断壁が前記第４の横断壁の両
   側に配置される空洞間の電磁パワーを結合するアイリス
   を有することを特徴とする請求項６記載の空洞構造。
8. 【請求項８】 前記空洞構造が前記空洞の１つの壁に配
   置された入力ポート、および前記空洞の１つの壁に配置
   された出力ポートを有しているマイクロ波フィルタであ
   ることを特徴とする請求項７記載の空洞構造。
9. 【請求項９】 前記第２、第３、第４および第５の各横
   断壁が前記第１の壁に面する凸状表面を有し、移動の前
   記第１の方向が前記第１の壁の前記第１の側に向かい、
   移動の前記第２の方向が前記第１の壁の前記第２の側に
   向かっていることを特徴とする請求項３記載の空洞構
   造。