JP3967745B2 - 混合共振器型帯域通過フィルタ - Google Patents
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Description
このBPFとして、従来は、同軸共振器を用いた同軸共振器型BPF、TM01δモード誘電体共振器、あるいは、TE01δモード誘電体共振器を用いた誘電体共振器型BPFなど、同一の共振器を用いたBPFが使用されている。
調方式が使用されている。
このような変調方式による変調波を通過させるBPFでは、通過帯域の振幅偏差が大き
いと、ビット誤りを発生させることになる。
しかしながら、前述した各BPFは、通過帯域内の振幅偏差が大きく、前述したような変調方式による変調波を通過させるBPFには適していないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、通過帯域内の振幅偏差を、従来の帯域通過フィルタよりも少なくした混合共振器型帯域通過フィルタを提供することにある。
前述の目的を達成するために、本発明は、混合共振器型帯域通過フィルタであって、nを6以上の整数とするとき、入力端子と出力端子との間に、1番目からn番目の順番に配置されるn個の共振器を有し、前記n個の共振器は、異なる種類の共振器を含み、i(1≦i≦n)番目の共振器の無負荷Qを、Qu(i)とするとき、Qu(1)<Qu(2)<・・・<Qu(n/2)、Qu(n/2+1)>Qu(n/2+2)>・・・>Qu(n)を満足することを特徴とする。
また、本発明では、前記n個の共振器は、同軸型共振器を含むことを特徴とする。
また、本発明では、前記nは6であり、前記1番目と6番目の共振器は、同軸共振器であり、前記2番目と5番目の共振器は、TM01δモード誘電体共振器であり、前記3番目と4番目の共振器は、TE01δモード誘電体共振器であることを特徴とする。
本発明の混合共振器型帯域通過フィルタによれば、通過帯域内の振幅偏差を、従来の帯域通過フィルタよりも少なくすることが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、同軸共振器を説明するための模式図であり、同図(a)は正面から見た図、同図(b)は上から見た図である。図1において、1は内部導体、2は筐体である。なお、筐体2は、所定の厚みを有する金属板で構成されるが、図1では単なる線で表している。
一般的に、同軸共振器の共振長(即ち、内部導体1の長さ)Lは、λo/4に設定される。ここで、λoは、同軸共振器の使用中心周波数(fo)の自由空間波長である。
今、共振長(L)が、L≒λo/4の場合に、同軸共振器の筐体2の一辺の長さ(S)と、内部導体1の直径(d)との比は、約3(S/d≒3)とされる。
なお、図1(b)において、実線は電界成分、波線は磁界成分を表している。
このような条件を満たす同軸共振器の無負荷Q(Qu)は、下記(1)式で求められる。
[数1]
Qu≒42×S(cm)×√fo(MHz) ・・・・・・・・・・・・・・ (1)
ここで、foは、同軸共振器の使用中心周波数である。
また、図2の同軸共振器(Rn+1)に示すように、共振器の筐体2における、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さを、0.6Sに変化させた場合の無負荷Qは、下記(2)式で求められる。
[数2]
Qu≒42×S(cm)×√fo(MHz)×√(0.6) ・・・・・・・ (2)
このように、同軸共振器の筐体における、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが短くなると、無負荷Q(Qu)が小さくなる。また、図示はしないが、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが長くなると、無負荷Q(Qu)が大きくなる。
一般的に、TM01δモード誘電体共振器の高さHは、λo/4、TM01δモード誘電体共振器の筐体2の一辺の長さSも、λo/4とされる。
ここで、λoは、TM01δモード誘電体共振器の使用中心周波数(fo)の自由空間波長である。なお、図3において、実線は電界成分、波線は磁界成分を表している。
図3に示すTM01δモード誘電体共振器の無負荷Q(Qu)は、下記(3)式で求められる。
[数3]
Qu≒84×S(cm)×√fo(MHz) ・・・・・・・・・・・・・・ (3)
ここで、foは、TM01δモード誘電体共振器の使用中心周波数である。
[数4]
Qu≒42×S(cm)×√fo(MHz)×√(1.4) ・・・・・・・ (4)
このように、TM01δモード誘電体共振器の筐体における、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが長くなると、無負荷Q(Qu)が大きくなる。また、図示はしないが、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが短くなると、無負荷Q(Qu)が小さくなる。
但し、TM01δモード誘電体共振器の体積が大きくなると、使用中心周波数(fo)が低くなる。
図4のTM01δモード誘電体共振器(Rn+1)の使用中心周波数(fo)をもとの周波数に戻すには、図4のTM01δモード誘電体共振器(Rn+1)のTM01δモード誘電体共振素子3の直径φdLが、下記(5)式を満たすようにすればよい。
[数5]
φdS≒√(1.4×S/S)×φdL
φdS≒√(1.4)×φdL ・・・・・・・・・・・・・・・・・ (5)
但し、φdSは、図4のTM01δモード誘電体共振器(Rn)のTM01δモード誘電体共振素子3の直径である。
一般的に、TE01δモード誘電体共振器の高さHは、λo/4、TE01δモード誘電体共振器の筐体2の一辺の長さSも、λo/4とされる。
ここで、λoは、TE01δモード誘電体共振器の使用中心周波数(fo)の自由空間波長である。なお、図5において、実線は電界成分、波線は磁界成分を表している。
一般に、図5に示すTE01δモード誘電体共振器の無負荷Q(Qu)は、金属部の無負荷Q(QC)と、TE01δモード誘電体共振素子5の無負荷Q(Qd)との間には、下記(6)式の関係がある。
[数6]
1/Qu=1/QC+1/Qd
Qu =(QC×Qu)/(QC+Qu)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (6)
この(6)式から、金属部の無負荷Q(QC)を制御することによって、TE01δモード誘電体共振器の無負荷Q(Qu)を制御することができる。
[数7]
QuL>QuS
QuL≒√(1.4×S/S)×QuS
QuL≒√(1.4)×QuS ・・・・・・・・・・・・・ (7)
このように、TE01δモード誘電体共振器の筐体における、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが長くなると、無負荷Q(Qu)が大きくなる。また、図示はしないが、信号経路に沿った方向に平行な一辺の長さが短くなると、無負荷Q(Qu)が小さくなる。
但し、TE01δモード誘電体共振器の体積が大きくなると、使用中心周波数(fo)が低くなる。
図6のTE01δモード誘電体共振器(Rn+1)の使用中心周波数(fo)をもとの周波数に戻すには、図6のTE 01δモード誘電体共振器(Rn+1)のTE01δモード誘電体共振素子5の直径φdLが、下記(8)式を満たすようにすればよい。
[数8]
φdS≒√(1.4×S/S)×φdL
φdS≒√(1.4S)×φdL ・・・・・・・・・・・・・・・・ (8)
但し、φdSは、図6のTE01δモード誘電体共振器(Rn)のTE01δモード誘電体共振素子5の直径である。
一方、共振回路の総合伝送損失特性関数(Li)は、下記(7)式で求められる。
[数9]
Li=10log{1+〔QL/(QL−Qu)〕2+x2} ・・・・ (9)
ここで、x=QL(f/fo−fo/f)、また、QLは負荷Q、foは、同軸共振器の使用中心周波数、fは任意の周波数である。
図7において、10は外部導体、11は隔壁、15は入力(または出力)端子、16は出力(または入力)端子、21,22はループ素子、R1,R6は、共振長がλo/4の同軸共振器、1a,1fは内部導体、R2,R5は、TM01δモード誘電体共振器、1b,1eは、TM01δモード誘電体共振素子、R3,R4は、TE01δモード誘電体共振器、1c,1dはTE01δモード誘電体共振素子である。
なお、外部導体10、隔壁11は、所定の厚みを有する金属板で構成されるが、図7、および後述する図11では単なる線で表している。
ここで、外部導体10と、隔壁11とは、各共振器の筐体を構成する。また、入力端子15、および出力端子16は、それぞれ、例えば、同軸接栓より成り、各同軸接栓を形成する外部導体が、共振器を構成する外部導体10に接続される。
図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFでは、入力端子15と出力端子16との間に、1番目から6番目の順番に、6個の共振器(R1〜R6)がコの字状に配置され、図7のM12,M23,M34,M45,M56に示すように、各共振器(R1〜R6)間は、磁気結合回路で主結合される。
また、図7のM16に示すように、共振器(R1)と共振器(R6)との間が磁気結合回路で、さらに、図7のMC25に示すように、共振器(R2)と共振器(R5)との間が容量結合回路で副結合されている。
さらに、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFの等価回路の一例を、図8に示す。
[数10]
Qu(1)<Qu(2)<Qu(3)
Qu(4)>Qu(5)>Qu(6)
Qu(3)=Qu(4) ・・・・・・・・・・・・・・ (10)
一方、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFにおいて、i(1≦i≦6)番目の共振器の負荷Qを、QL(i)とするとき、負荷Qは、一般的に、下記(11)式のように設定されている。
[数11]
QL(1)<QL(2)<QL(3)
QL(4)>QL(5)>QL(6)
・・・・・・・・・・・・・・・・・ (11)
この図9において、周波数が470.343MHz(図9の点2)のときの減衰量は、約−0.9dBであり、周波数が475.943MHz(図9の点3)のときの減衰量は、約−0.9dBである。
図10は、図9に示すグラフを拡大して示すグラフであり、横軸のメモリ間隔が2MHz、縦軸のメモリ間隔が1dBである。
この図7のグラフから分かるように、周波数が470.343MHz(図10の点2)から475.942MHz(図10の点3)の間で、その減衰量の偏差は、約0.7dB以内となっている。
このように、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFでは、従来の有極型のBPFよりも、通過帯域内の振幅偏差を小さくすることができる。
これは、以下の理由によるものと考えられる。
図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFでは、共振器(R3、R4)の無負荷Q(Qu)が、従来の有極型のBPFの共振器の無負荷Q(Qu)よりも大きくされる。したがって、前述の(9)式において、〔QL/(QL−Qu)〕の値が小さくなるので、減衰量(Li)が小さくなる。
そして、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFの共振器(R3、R4)は、通過帯域のエッジ部分(foを中心周波数とするとき、fo±2.8MHzの周波数の領域)の特性に主に係わっているため、通過帯域内の振幅偏差が、従来の有極型のBPFよりも小さくなっているものと考えられる。
なお、前述までは、有極型の6次混合共振器型BPFの場合について説明したが、6次混合共振器型BPFでも同様の効果を得ることが可能である。
図11に示す6次混合共振器型BPFは、共振器(R1)と共振器(R6)との間を副結合する磁気結合回路、および、共振器(R2)と共振器(R5)との間を副結合する容量結合回路が省略されている点で、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFと相違するが、その他の構成は、図7に示す有極型の6次同軸共振器型BPFと同じであるので、再度の詳細な説明は省略する。
さらに、図11に示す6次混合共振器型BPFの等価回路の一例を、図12に示す。
なお、前述までの説明では、6次の混合共振器型BPFについて説明したが、例えば、少なくとも同軸共振器を含む、4次、8次などの6次以外の混合共振器型BPFにも適用可能である。
この場合に、共振器の数をn個、i(1≦i≦n)番目の共振器の無負荷Qを、Qu(i)とするとき、下記(12)式を満足するように、i番目の共振器の無負荷Qを設定すればよい。
[数12]
Qu(1)<Qu(2)<・・・<Qu(n/2)
Qu(n/2+1)>Qu(n/2+2)>・・・>Qu(n)
Qu(n/2)=Qu(n/2+1)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (12)
各同軸共振器間を主結合する磁気結合回路としては、例えば、図13に示すように、窓20が形成された隔壁11を用いればよい。
また、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFにおいて、共振器(R1)と共振器(R6)との間を副結合する磁気結合回路としては、例えば、図14に示すような、隔壁11の上下同じ位置で、ループ素子の両端が隔壁11に電気的、機械的に接続される構造のループ素子(U字形のループ素子)25を使用すればよい。
さらに、図7に示す有極型の6次混合共振器型BPFにおいて、共振器(R2)と共振器(R5)との間を副結合する容量結合回路としては、例えば、図15に示すような、隔壁11の上下異なる位置で、ループ素子の両端が隔壁11に電気的、機械的に接続される構造のループ素子(S字形のループ素子)26を使用すればよい。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
2 筐体
3,1b,1e TM01δモード誘電体共振素子
5,1c,1d TE01δモード 誘電体共振素子
10 外部導体
11 隔壁
15 入力(または出力)端子
16 出力(または入力)端子
20 窓
21,22 ループ素子
25 副結合回路を構成するU字形のループ素子
26 副結合回路を構成するS字形のループ素子
R1〜R6 共振器
Claims (3)
- nを6以上の整数とするとき、入力端子と出力端子との間に、1番目からn番目の順番に配置されるn個の共振器を有し、
前記n個の共振器は、異なる種類の共振器を含み、
i(1≦i≦n)番目の共振器の無負荷Qを、Qu(i)とするとき、
Qu(1)<Qu(2)<・・・<Qu(n/2)、
Qu(n/2+1)>Qu(n/2+2)>・・・>Qu(n)、を満足することを特徴とする混合共振器型帯域通過フィルタ。 - 前記n個の共振器は、同軸型共振器を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合共振器型帯域通過フィルタ。
- 前記nは6であり、
前記1番目と6番目の共振器は、同軸共振器であり、
前記2番目と5番目の共振器は、TM01δモード誘電体共振器であり、
前記3番目と4番目の共振器は、TE01δモード誘電体共振器であることを特徴とする請求項1に記載の混合共振器型帯域通過フィルタ。
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