JP4101807B2 - 擬似楕円応答を有するバンドパスフィルタ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、導波管タイプの擬似楕円（pseudo-elliptic）応答を有するバンドパスフィルタに係る。このようなフィルタは、特に、高周波伝送システムに使用される。

広帯域の双方向伝送装置の大量販売用の開発は、選択性、帯域幅、かさ高性、及び費用においてかなりの制限を課すフィルタリング装置の使用を必要とする。これらの制限は、２つの非常に近い帯域にある信号が互いから離されなければならない、伝送と受信を分離するアンテナ側において行われるフィルタリングにおいて非常に厳しい。

ミリメートル周波数に対して使用可能なフィルタリング技術のうち、導波管タイプの技術は、要件に見合うのに十分に高い性能ファクタ（quality factor）を示す。今日最もよく使用される導波管フィルタは、誘電体インサートを有するＥプレーンフィルタと、誘導アイリスを有するＨプレーンフィルタである。

４０ＧＨｚ以上と、選択性の高いフィルタについて、誘導アイリスを有するＨプレーンフィルタを使用することが好適である。図１は、チェビシェフ（Chebyshev）タイプの応答を有する、４つの誘導アイリスを有する次数３のバンドパスフィルタを示す。このようなフィルタは、選択性が高くあるためには、高い次数Ｎを有さなくてはならず、アイリスの数に増加をもたらし、このアイリスの数は、Ｎ＋１に等しい。しかし、アイリスの数の増加は、フィルタのサイズを大きくしてしまう。

アイリスフィルタの選択性を増加するためには、例えば、Ｗ．ＭＥＮＺＥＬ外による記事「Planar integrated waveguide diplexer for low cost millimeter-wave applications」（ＥＵＭＣ、６７６−６８０頁、１９９７年９月）から、通過帯域の近くに伝送ゼロ（transmission zero）を導入することが公知である。伝送ゼロの導入は、フィルタの選択性を向上させる準楕円応答を生成する。一方で、伝送ゼロの導入は、フィルタの主軸に垂直に配置されるガイドのセクション（又は共鳴キャビティ）を追加することにより達成され、従って、フィルタをあまりコンパクトにしない。更に、伝送ゼロの数及び周波数位置決めは、実施方法の理由で制限される。

本発明は、チェビシェフ応答を有するフィルタと同じコンパクトさを維持しながら準楕円応答を示す、誘導アイリスを有するＨプレーンフィルタを提案することを目的とする。本発明は、多数の伝送ゼロを使用可能にすることを第２の目的とする。このために、誘導アイリスを有する導波管フィルタが提案され、このフィルタでは、少なくとも１つの浮遊インサートがアイリス内に配置される。

本発明は、少なくとも２つの誘導アイリスによって範囲が決められる少なくとも１つのキャビティを含む導波管フィルタである。このフィルタは更に、誘導アイリスのうちの１つに配置される少なくとも１つの浮遊インサートを含む。

浮遊インサートという表現は、その電位が導波管内で円を描く電磁界に応じて浮遊するよう導波管に電気的に接続されない金属インサートを意味する。

様々な好適な実施例では、浮遊インサートは、アイリスの中心よりアイリスのエッジの近くに配置される。フィルタは、導波管内に少なくとも１つの誘電発泡体ブロックを含む。浮遊インサートは、発泡体ブロック上に印刷される。発泡体は１に近い誘電率を有する。

本発明は更に、導波管が２つの部分から形成され、該導波管は２つのアイリスによって範囲が決められる少なくとも１つのキャビティを含む、導波管フィルタを製造する方法である。導波管の２つの部分を組み合わせる前に、少なくとも１つの誘電発泡体ブロックが導波管内に配置される。ブロックは、少なくとも１つの浮遊インサートを形成する少なくとも１つのメタライゼーションを支持する。

好適には、インサートは、発泡体上への印刷技術によって形成される。

添付図面を参照しながら行う以下の説明を読むことにより、本発明はより良好に理解され、また、他の特徴及び利点が明らかとなろう。

図２ａは、２つのシム２及び３によって範囲が決められたアイリスに配置された金属インサート１を示す。金属インサート１は、浮いているように、即ち、その長さ及び電界との結合に依存するある周波数において共鳴可能であるよう導波管の任意の端面に接触しないよう配置される。電界との結合は、特に、導波管の中心に対する金属インサートの位置と、導波管の軸に対する金属インサートの傾斜に依存する。今のところ、アイリス内に配置されたインサートの共鳴周波数を決定する計算モデルはない。

金属インサートの寸法決めに使用する方法は、λ_ｒ／２に等しいインサート長から始めることにある。λ_ｒは、所望の共鳴周波数に対応する波長である。次に、電磁気シミュレートに支援されて、共鳴周波数が評価され、そして、金属インサートのサイズは、アイリスにおけるその傾斜及びその位置も同様に、行われたシミュレーションの結果に応じて、修正される。金属インサートの長さは、数回のシミュレーション後に得られ、また、プロトタイプに支援されて更に改良され得る。金属インサートの長さが大きすぎる場合、金属インサートを曲げてＣ字型インサート（図２ｂ）、Ｓ字型インサート（図２ｃ）、又はＬ字型インサート（図２ｄ）を得ることがいつでも可能である。

導波管内にインサートがあることは、その共鳴周波数に対し伝送ゼロを生成する効果を有する。インサートは、単純な導波管を、選択性の高い帯域阻止フィルタに変換する。欠点は、インサートが導波管と相互作用して、追加の外乱を生成することである。フィルタ内に配置されると、そのフィルタの特性は、インサートがあることによって変更する。

図３は、４つのアイリス７を介して３つの互いに結合されるキャビティ４と２つのアクセス路６が備わるフィルタを示す斜視図である。図３に示すフィルタは、アイリス内に配置される浮遊インサート１を含む。図３に示すフィルタは、全く同一の通過帯域を有するよう図１に示すタイプのフィルタである。浮遊インサート１は、帯域境界におけるフィルタの拒絶を強めるためにその共鳴周波数が通過帯域外に置かれるよう決定される。伝送ゼロは、フィルタのスロープが大きく増加されなければならない位置に置かれる。

フィルタ内の電界、従って、インサートのない場合のフィルタの特性を過度に乱さないよう、インサートは、シム２の付近に置かれることが好適である。インサートを、導波管の中心に、即ち、電界との結合率が最大である場所に置くことが可能であるが、フィルタは、同じ通過帯域を維持するためには適宜寸法を再度決めなくてはならなくなる。というのは、結合は、フィルタの特性、特に、その通過帯域を大きく変えてしまう影響が受けすぎることになるからである。

図４は、図１のフィルタと比較した図３のフィルタの可能な例示的応答を示す。曲線１０は、チェビシェフタイプの周波数応答を有する図１のフィルタに対応する。曲線１１は、インサートが周波数１２で共鳴している場合の図３のフィルタの応答に対応する。曲線１１は、チェビシェフタイプの応答よりも、通過帯域の上限において、高い度合いの拒絶を示す擬似楕円（pseudo-elliptic）タイプの応答に対応する。フィルタの通過帯域は同じままである。

当然ながら、１つのインサートの挿入は、十分ではないかも知れない。幾つかのインサートが追加されることが好適である。図５は、２つの異なるアイリス内に配置される２つのインサート５０及び５１を有するフィルタを示す。図６は、同じアイリス内に配置される２つのインサート５２及び５３を有するフィルタを示す。各アイリスに、１つ、又は、２つ以上のインサートを置くことは全く可能であり、４つのアイリスが備わるフィルタの場合、最大８個のインサートを置くことが可能であり、それにより、８個の伝送ゼロを追加し、フィルタの応答のエッジにおいて生成される効果をかなり強めることが可能となる。

幾つかのインサートが使用される場合、各インサートのサイズは、個々に決定されるべきである。次に、インサートのサイズを改良し、また、恐らくアイリスのシムの寸法を再度決定するよう全てのインサートを組み込んだフィルタのシミュレーションが行われる。

図７は、図５又は６に対応するか又はインサートの共鳴周波数が通過帯域の同じ側に置かれるフィルタの応答曲線１４を示す。曲線１１に対し、２つのインサートによって曲線１４に生成される効果は、増幅された効果に相当することに当業者は気が付くであろう。

図８は、図５及び６に対応し、また、インサートの共鳴周波数が通過帯域の各側に置かれるフィルタの応答曲線１５を示す。当然ながら、通過帯域の各側における拒絶エッジを増加したい場合は、より大きい数のインサートを使用することが可能である。

当業者は、本発明のフィルタのかさ高性は、伝送ゼロのないフィルタに対して変わらないことに気が付くであろう。更に、伝送ゼロの数は、Ｍ^＊（Ｎ＋１）であり、Ｍは、１つのアイリス当たりのインサート数であり、Ｎは、アイリスフィルタの次数であり、従って、フィルタのかさ高性は変わらない。

このようなフィルタの製造に関して、多数の技術が可能である。図９を参照しながら以下に説明する技術は、このようなフィルタを少ない費用で製造することを可能にする。

導電性ブロック９０が、アイリスを形成するシム９１が取り付けられた導波管に対応するようモールド成形及び／又は機械加工される。導電性蓋９２は、ブロック９０を閉じ、それにより導波管フィルタが形成される。第１の、第２の、及び第３の発泡体ブロック９３、９４、及び９５が、蓋９２を閉じる前に導波管内に配置される。発泡体ブロック９３、９４、及び９５は、例えば、ＲＯＨＡＣＥＬＬ ＨＦの商標で販売され、例えば、熱圧着でモールド成形されるポリメタクリル酸エステル発泡体から形成される。一般的に、使用される発泡体は、１に近い誘電率ε_ｒと、例えば、１０^−４のオーダの低い損失を有すべきであり、また、その上にメタライゼーションが可能であるべきである。第１及び第３の発泡体ブロック９３乃至９５は更に、金属インサート９６及び９７の基板としても機能する。インサート９６及び９７は、選択された発泡体に対応する技術に支援されて作成される。例えば、メタライゼーションは、その上に埋め込まれるべきパターンが事前に刻まれたマスクを用いて行われる導電性塗料の蒸着である。例えば、塗料は、銀系であり、また、発泡体上に留まるよう十分な機械的なグリップ力を示すべきである。

導波管は、均質な伝搬媒体が得られるよう発泡体でその全体を充填することが好適である。しかし、発泡体の挙動が空気とごく似ている場合には、導波管全体を発泡体で充填しないことが可能である。例えば、インサートを支持する単一の発泡体ブロックを使用することが可能であり、このブロックは、導波管の側部又は真ん中に取り付けられる。

当然ながら、本発明の多数の変形が可能である。フィルタのキャビティの数は、当業者の要件に応じて変更し得る。多数のタイプの発泡体を使用し得る。導電性塗料の選択の幅は比較的広い。インサートは、例えば、発泡体と一体の金属層のフォトリソグラフィといった塗装以外の印刷技術で作成されてもよい。

従来技術のアイリス導波管フィルタを示す図である。 アイリス内の浮遊インサートの実施例の１つの可能性を示す図である。 アイリス内の浮遊インサートの実施例の１つの可能性を示す図である。 アイリス内の浮遊インサートの実施例の１つの可能性を示す図である。 アイリス内の浮遊インサートの実施例の１つの可能性を示す図である。 浮遊インサートを備えた導波管フィルタの例示的な実施例を示す図である。 図３のフィルタの例示的な周波数応答を示す図である。 本発明による、２つのインサートを有する導波管フィルタの例示的な実施例を示す図である。 本発明による、２つのインサートを有する導波管フィルタの例示的な実施例を示す図である。 図５及び６のフィルタの例示的な周波数応答を示す図である。 図５及び６のフィルタの例示的な周波数応答を示す図である。 本発明のフィルタを製造するモードを説明する図である。

Claims (8)

1. 少なくとも２つの誘導アイリスによって範囲が決められる少なくとも１つのキャビティを含む導波管フィルタであって、
   前記誘導アイリスのうちの１つに配置され、発泡体により支持される少なくとも１つの浮遊インサートを更に含むことを特徴とする導波管フィルタ。
2. 前記浮遊インサートは、前記アイリスの中心より前記アイリスのエッジの近くに配置されることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
3. 前記発泡体は、前記導波管内の少なくとも１つの誘電発泡体ブロックであることを特徴とする請求項１又は２記載のフィルタ。
4. 前記浮遊インサートは、前記発泡体ブロック上に印刷されることを特徴とする請求項３記載のフィルタ。
5. 前記発泡体は、１に近い誘電率を有することを特徴とする請求項３又は４記載のフィルタ。
6. 前記発泡体は、ポリメタクリル酸エステル発泡体であることを特徴とする請求項５記載のフィルタ。
7. 導波管が２つの部分から形成され、該導波管は２つのアイリスによって範囲が決められる少なくとも１つのキャビティを含む、導波管フィルタを製造する方法であって、
   前記導波管の前記２つの部分を組み合わせる前に、少なくとも１つの誘電発泡体ブロックが前記導波管内に配置され、
   前記ブロックは、少なくとも１つの浮遊インサートを形成する少なくとも１つのメタライゼーションを支持することを特徴とする方法。
8. 前記インサートは、前記発泡体上への印刷技術によって形成されることを特徴とする請求項７記載の方法。

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