JP2808441B2 - 楕円導波管セグメントを含んだ導波管フィルター用多モード空洞共振器 - Google Patents
楕円導波管セグメントを含んだ導波管フィルター用多モード空洞共振器Info
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- H01P1/207—Hollow waveguide filters
- H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
- H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Description
求項1の前段部に述べられた特徴を有する多モード空洞
共振器に関する。
振器は、例えば、本出願人と同一の出願人によるEP-A-0
687 027に記載されている。本願以前のこの文献は、そ
のような空洞共振器を製造する上での固有の一般的な問
題を説明するのには十分に役立つ。特に、チューニング
ネジやカップリングネジが取り付けられた従来の空洞共
振器では要求された特定の較正操作が必要なく、計算機
援用設計技術により完全に設計するのに適した導波管フ
ィルターが出来る可能性に関して、参考となる。
振器は、空洞共振器の主軸に沿って縦続配置された3つ
の共軸導波管セグメントからなるものである。2つの終
端セグメント(円形、正方形又は矩形の断面)は、2モ
ードを共振できる。これらのモードは、基準面に対して
夫々平行及び垂直な直線偏波を有する。ここで、基準面
は、空洞共振器内にこれらのモードをカップリングする
のに用いられるアイリスの大きい方の寸法部に平行な直
径面により本質的に定められる。中間セグメントは、矩
形断面を有する導波管から成り、その側面は上記基準面
に対して所与の角度だけ傾斜している。
で用いられるマイクロ波バンドパスフィルター内に組み
込むことができる。
いない二モード空洞共振器は、JP-A-60 174501にも開示
されている。空洞共振器では、角部に応じて斜面を付け
た矩形断面とするか、又は同様に変形させて楕円断面と
することにより、ネジが除去できる。その構造は、EP-A
-0 687 027に開示されたものよりも明らかに単純である
が、正確な矩形又は楕円形状に対する断面変形は、空洞
共振器自身の挙動を分析的にモデリングする上で重大な
数値的困難をもたらす。このように空洞共振器の設計に
おいて要求される精度を得るのは非常に難しく、よって
空洞共振器を製造する段においてもその作業は満足なも
のとはならないであろう。
(ア)2つ又は3つの電磁場モードを共振させることが
でき、(同じ空洞共振器を数回使用してフィルターを形
成できる可能性が生じ、含まれる幾何形状の数が減る)
(イ)カップリングネジやチューニングネジが不要とな
り、そして(ウ)計算機援用設計技術により容易に且つ
非常に正確に設計及び製造することができる、多モード
空洞共振器を提供することである。
一つの導波管セグメント及び空洞共振器内にモードをカ
ップリングし且つ空洞共振器の主軸と共に基準面を定め
る一つのアイリスから成る導波管フィルター用空洞共振
器であって、前記導波管セグメントは、楕円断面を有
し、前記導波管セグメントは、前記楕円断面の軸が前記
基準面に対して所与の角度だけ傾斜するように配置さ
れ、前記空洞共振器はそれ故、互いに直交する少なくと
も2つの横共振モードを共振させる、ことを特徴とする
前記導波管フィルター用空洞共振器により達成される。
置することは、当該技術分野においては周知である。そ
の例が、US-A 3,235,822(De Loach)及びUS-A 4,513,264
(Dorey他) に開示されている。これら両方の文献に開示
されたフィルターは、複数の空洞共振器から成り、その
各々は1つの矩形導波管セグメントにより作られてい
る。この導波管セグメントはお互いに対して傾斜でき
る。
共振器間のカップリングの大きさを最大値と最小値の間
で変化させるのに、この傾斜が用いられる。これらの空
洞共振器は、厳密には単一モード空洞共振器である。矩
形断面の短い方の寸法を増してほぼ正方形断面にする
と、フィルターの伝送特性に対する制御が損なわれてフ
ィルターから有効な電気的応答を得ることができなくな
ってしまう。さらに、本発明が関連する帯域のように非
常に狭い帯域を得るのに、チューニングネジを設けなけ
ればならない。本発明では、空洞共振器の傾斜は特徴の
一つであり、カップリングネジやチューニングネジを使
用する必要がない空洞共振器内において異なるモード間
のカップリングの発生や制御を可能にする。
入力フィールド(場)に整列し、二番目の空洞共振器が
隣接空洞共振器間の直交カップリングを生じさせるため
に用いられる。2つのモード間のカップリングとチュー
ニングは、ネジにより得られる。本発明では、第1の
(又は単一の)空洞共振器の傾斜は、ネジを使用する必
要がなく空洞共振器内のモード間カップリングを発生及
び制御可能にすることを特徴とする。US-A-4,513,264に
よるフィルター内のネジを取り除けば、フィルターは動
作不能となるであろう。そのことがモード間のカップリ
ングを打ち消して、エネルギーが出力に向かって伝播で
きないようにするからである。第1空洞共振器の傾斜に
より、フィルターのパスバンド応答の等リップル特性(e
qui-ripplecharacter) は失われ、この文献に開示され
た発明の目的は達成できない。
れており、この空洞共振器を表すのに採られている形式
は、EP-A-0 687 027で採用されているものと全く同様の
ものである。当該技術に習熟した技術者には明らかなよ
うに、このように表すことにより空洞共振器自身の形状
のデザインが示される。この空洞共振器は、旋盤加工や
電気放電加工等のような作業プロセスを経て導電(一般
には金属)物質から成る本体内に作られる。関連する製
造基準自体は本発明を理解するには特に関係ないし、当
該技術に習熟した技術者には広く知られており、ここで
特に説明する必要はないであろう。
に対して主縦軸(軸Z)に沿った拡張を強調した斜視図
で表されていることも分かる。換言すれば、実際には通
常空洞共振器は示された形状に対して縦方向に「押しつ
ぶされ」ている。いずれにしても、周知のように、空洞
共振器の個々の部分の長さが空洞共振器自体の設計パラ
メーターを構成することは特記されるべきである。
イクロ波バンドパスフィルターのようなフィルターを作
るための二モード空洞共振器が示されている。要する
に、この空洞共振器は主軸Zに沿ってカスケードに配置
された3つの共軸導波管セグメントから成る。特に、円
形断面の第1導波管要素CC1の後に矩形断面の第2導
波管要素CR1が続き、その後に再度円形断面の第3導
波管要素CC2が続く。参照符号IR1は空洞共振器内
へのモードのカップリングを可能にするアイリスを示
し、参照符号IR2は複数モードを同時にカップリング
するように構成されたアイリス(例えば十字形アイリ
ス)を示し、これは空洞共振器の反対の端部に設けられ
ている。アイリスIR2により、空洞共振器とそれとカ
スケード状に配置された(同一又は異なる)空洞共振器
(図示せず)がカップリングできてマイクロ波フィルタ
ーが作られる。
は、基準面に対して所与の角度だけ傾斜しており、この
基準面は、軸Zを通り、且つアイリスIR1及びアイリ
スIR2の水平部の大きい方の寸法部に平行である。こ
の導波管セグメントCR1により、図1に示された空洞
共振器は2つの電磁モードを共振できる。これらのモー
ドは、軸Zに対して横方向であり、夫々前記基準面に対
して平行又は直交した偏波面を有する。軸Zに沿った空
洞共振器の非同一断面形状(即ち、不連続性)により、
チューニングネジやカップリングネジが不要になる。こ
の公知の空洞共振器の製造基準、特に円形セグメントC
C1とCC2を正方形又は矩形断面のセグメントに置き
換えることの可能性に関してのより詳細な説明について
は、EP-A-0 687 027の明細書が参照できる。
来技術の解決策で達成されたのと全く同様の二モード動
作が、図2に示される構造を有する空洞共振器により得
ることができるという事実の確認に基づいている。この
空洞共振器は参照番号1で示されており、図3の断面図
でより詳細に描かれているように、基準面に対して或角
度で配置された副軸a,bを有する楕円断面の導波管セ
グメントから成る。図3では、πで示された基準面は、
紙面と交差した線として表されている。
いに直交する2つのTE共振モードのカップリング及び
チューニングは、傾斜角度(α)、副軸aとbの比
(「アスペクト比」)及び楕円断面の導波管セグメント
の長さを制御することにより、設計の段階で(一般には
計算機を用いて)高い精度で定めることができ、製造中
に調整を行う必要がないことが示された。
介して楕円断面の別の空洞共振器2(その形状は図2中
破線で描かれている)とカップリングできる。この空洞
共振器2は、空洞共振器1の傾斜角度αとは異なる傾斜
角度を有する。従って、互いにカップリングした複数の
共振空洞から成るマイクロ波フィルターは、それら自体
周知の基準により作ることができる。
振器にさらに発展させることができる。三モード空洞共
振器とは、前述した2つのTEモードに加えて、空洞共
振器1の主軸Zに沿った方向の電場偏波を有し且つ前述
のモードに直交する第3のTMモードをも共振させるこ
とができる空洞共振器である。これは、同じ出願人によ
り同一日に提出された共係属中の特許出願の対象を構成
する様にして、一般に空洞共振器の一端近くに非軸方向
の不連続を導入する導波管要素(導波管セグメント又は
アイリスから成る)を設けることにより得ることができ
る。
実施例は図4に示されており、図2の二モード空洞共振
器1を構成するセグメントと同様な楕円導波管セグメン
トの一方又は両方の端部に、軸Zに対して偏心して(即
ち非対称的に又は軸外に)配置された矩形導波管セグメ
ント(用語「矩形」は特別な場合として正方形の断面も
含む)を設けることにより得られる。換言すれば、導波
管セグメント自身の断面の辺を半分に分割する理想的な
中間面の少なくとも一つが、空洞共振器の主軸Zから、
特に基準面πから所定量(aoff )だけ離れて置かれる
ように、上記導波管セグメントが配置される。
管セグメントCR2,CR3が楕円導波管セグメント1
の両端に設けられた場合が示されている。勧めるなら、
矩形セグメントの一つは空洞共振器1の本体に沿って2
つの楕円セグメントの中間位置に配置される。その矩形
導波管セグメント又は各々の矩形導波管セグメントは、
その側面が基準面πに夫々平行か直交するように向ける
ことができる。
の偏心セグメントが円形又は楕円断面を有するようにす
ることもできる。
実施例は図5に示されており、非軸方向不連続性をもた
らす導波管要素は、軸Zに対して偏心的に(即ち非対称
的に又は軸外に)配置されたアイリスIR1である。即
ち、(図から分かるように)アイリスの対角線の交点が
楕円空洞共振器の主軸に対して所定量aoff だけ変位す
るように、アイリスIR1が配置される。
器1を少なくとももう一つの空洞共振器とカップリング
させてフィルターを作ることが可能である。
構造の詳細や発明の実施例は、これまで記載及び説明し
てきたことに対して、本発明の範囲を逸脱することなく
大きく変えることができる。このことは、特に空洞共振
器の共振周波数や容積を減らすために誘電体要素を空洞
共振器に設けることに関して適応できる。いずれにして
も、楕円断面の導波管セグメントにより直交モードをカ
ップリングすることにより、空洞共振器及び関連するフ
ィルターのモデリングや機械的製造が容易になる。特
に、関連パラメータ(アスペクト比a/b、傾斜角αな
ど)の関数としてここに記載された空洞共振器要素を分
析する非常に正確な計算アルゴリズムが存在する。従っ
て、このアルゴリズムを用いて空洞共振器の完全な設計
を行うことが可能であり、このように製造された装置を
さらにチューニングする必要はない。
斜視図である。
断面図である。
用した図である。
用した図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも一つの導波管セグメント
(1)及び空洞共振器内にモードをカップリングし且つ
空洞共振器の主軸(Z)と共に基準面(π)を定める一
つのアイリス(IRI)から成る導波管フィルター用空
洞共振器であって、 前記導波管セグメントは、楕円断面を有し、 前記導波管セグメントは、前記楕円断面の軸が前記基準
面(π)に対して所与の角度(α)だけ傾斜するように
配置され、 前記空洞共振器はそれ故、互いに直交する少なくとも2
つの横共振モードを共振させる、 ことを特徴とする前記導波管フィルター用空洞共振器。 - 【請求項2】 空洞共振器の主軸(Z)に対して非同軸
的に配置された少なくとも一つの導波管要素(CR2,
CR3;IR1)をも含み、その結果、前記空洞共振器
は、前記2つの横共振モードに加えて少なくとも1つの
更なる共振モードを共振させ、前記更なるモードは電場
の縦偏波を有することを特徴とする請求項1に記載の空
洞共振器。 - 【請求項3】 非同軸的に配置された前記導波管要素
が、矩形断面を有する少なくとも1つの更なる導波管セ
グメント(CR2,CR3)であり、その側面が前記基
準面(π)に対して夫々平行か直交するように配置され
ることを特徴とする請求項2に記載の空洞共振器。 - 【請求項4】 非同軸的に配置された前記導波管要素
が、楕円断面を有する前記導波管セグメント(1)の少
なくとも一端に設けられた更なる導波管セグメント(C
R2,CR3)であることを特徴とする請求項2又は3
に記載の空洞共振器。 - 【請求項5】 非同軸的に配置された前記導波管要素
が、楕円断面を有する導波管セグメントの間の中間位置
に設けられた更なる導波管セグメントであることを特徴
とする請求項2又は3に記載の空洞共振器。 - 【請求項6】 非同軸的に配置された前記導波管要素
が、空洞共振器内にモードをカップリングするためのア
イリス(IR1)から成ることを特徴とする請求項2に
記載の空洞共振器。
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