JP4348323B2

JP4348323B2 - フィルタ回路

Info

Publication number: JP4348323B2
Application number: JP2005205487A
Authority: JP
Inventors: 一夫今井; 徹岩崎; 雅亀井
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP2007028050A

Description

本発明は、フィルタ回路に係り、特に、通過帯域における損失が少なく、遮断帯域における減衰量が大きいフィルタ回路に関する。

通信衛星あるいは放送衛星を使用した衛星放送が既に実用化されているが、通信衛星あるいは放送衛星には中継器（トランスポンダ）が搭載されている。

中継器は、地上局から送信された複数チャンネルの混合波を受信して周波数変換した後、入力分波器（デマルチプレクサ）で各チャンネルに分離し、チャンネル毎に電力増幅するように構成されている（非特許文献１参照）。

そして、中継器は、出力合波器（マルチプレクサ）で複数のチャンネルを合成して、アンテナを介して地上に向けて電波を放射するように構成されている。

出力合波器は、各チャンネルの帯域を制限するためのバンドパスフィルタとアンテナに接続されるハーモニックスフィルタとをマニフォールドに取り付けた構成を有している。

そして、出力合波器に適用されるバンドパスフィルタには、発熱によるフィルタ特性の変化を防止するために通過帯域における損失が少ないこと、および、隣接するチャンネル間の干渉を防止するために通過帯域外の減衰量が十分に大きいことが要求される。

そこで、従来は、チェビシェフ型または楕円関数型のバンドパスフィルタを用いていた（非特許文献２、非特許文献３参照）。
"Handbook of Satellite communications"ＩＴＵ刊、Wiley著、ｐ３９９「２１ＧＨｚ帯放送衛星用出力フィルタ低損失化の一検討」１９９７年信学全大会、Ｃ−２−９９「放送衛星技術」日本放送出版協会刊、ｐ８６〜８８

しかしながら、従来のチェビシェフ型または楕円関数型フィルタには、通過帯域内での損失を低減するためにフィルタ段数を少なくすれば通過帯域外の減衰量が小さくなり、通過帯域外の減衰量を大きくするためにフィルタ段数を多くすれば通過帯域内での損失が増大してしまうという課題があった。

特に、通信衛星あるいは放送衛星用に割り当てられている周波数帯域より高周波の周波数帯域を使用する業務（例えば、電波天文学）に対する影響を防止するために、高周波数側遮断周波数以上の減衰量を大きくしたいという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、通過帯域における損失が少なく、かつ、遮断帯域の減衰量が大きいフィルタ回路を提供することを目的とする。

第１の発明に係るフィルタ回路は、第１のポートから第２のポートに、前記第２のポートから第３のポートに高周波信号が伝送されるサーキュレータと、前記サーキュレータの前記第２のポートに一方の開口が接続される遮断導波管と、前記遮断導波管の他方の開口に接続され、第１の切り替え位置および第２の切り替え位置を有する導波管切り替え器と、前記導波管切り替え器が前記第１の切り替え位置にあるときに、前記遮断導波管の前記他方の開口に接続される無反射終端器と、前記導波管切り替え器が前記第２の切り替え位置にあるときに、前記遮断導波管の前記他方の開口に接続される短絡板とを含む構成を有している。

この構成により、遮断周波数より低い周波数帯域における損失が少なく、かつ、遮断周波数より高い周波数帯域の減衰量が大きいローパスフィルタが構成されることとなる。

この構成により、ローパスフィルタ機能をオン・オフできることとなる。

第２の発明に係るフィルタ回路は、第１の発明に係るフィルタ回路と、前記フィルタ回路に含まれる前記サーキュレータの前記第１のポートまたは前記第３のポートに接続されるハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタとを含む構成を有している。

この構成により、ハイパスフィルタの遮断周波数以上の周波数帯域の減衰量、およびバンドパスフィルタの高周波数側遮断周波数以上の周波数帯域の減衰量が増大することとなる。

本発明は、フィルタ回路を構成するサーキュレータの第２のポートに無反射終端器で終端された遮断導波管を接続することにより、通過帯域における損失が少なく、遮断帯域における減衰量が大きいという効果を有するフィルタ回路を提供することができるものである。

以下、本発明の実施形態のフィルタ回路について、図面を用いて説明する。

なお、実施形態において、高周波はマイクロ波であるものとする。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態のフィルタ回路を図１に示す。

即ち、第１の実施形態のフィルタ回路１は、第１のポート１１１から第２のポート１１２に、第２のポート１１２から第３のポート１１３に高周波信号が伝送されるサーキュレータ１１と、サーキュレータ１１の第２のポート１１２に一方の開口１２１が接続される遮断導波管１２と、遮断導波管１２の他方の開口１２２に接続される無反射終端器１３とを含む。

なお、サーキュレータ１１の第１のポート１１１は高周波信号源２１に接続され、第３のポートは負荷であるマルチプレクサのマニフォールド２２に接続されている。

高周波信号源２１は衛星に搭載される中継器に含まれる増幅器であり、テレビジョン放送情報、音声情報等を搬送するマイクロ波信号を出力する。

本明細書において、遮断導波管１２とは、遮断周波数以上の周波数の電波を伝播させるが、遮断周波数未満の電波を遮断するように動作する導波管を意味する。

図２（ａ）に示す長辺の長さがａ（メートル）、短辺の長さがｂ（メートル）である方形断面を有する方形導波管にあっては、方形導波管内をＴＥ１０モードで伝播する電波に対する遮断周波数ｆscは［数１］で与えられる。

そして、一方の開口１２１に給電される遮断周波数ｆsc以下の周波数の高周波信号は、一方の開口１２１近傍でほとんど反射されてしまう。

従って、遮断導波管１２は、遮断周波数ｆsc未満の周波数帯域では高周波信号が［数２］に従って減衰する特性を有する。

一方、遮断周波数ｆscより高い周波数の高周波信号は遮断導波管１２に進入し、減衰することなく遮断導波管１２の管内を他方の開口１２２に向かって伝播する。

即ち、遮断導波管１２は、図２（ｂ）に示す低周波遮断特性を有することとなる。

また、この方形導波管が遮断導波管として機能するためには、導波管長Ｌ（メートル）と長辺長ａとは［数３］を満足することが必要である。

また、直径がａ（メートル）である円形導波管にあっては、円形導波管をＴＥ１１で伝播する電波に対する遮断周波数ｆccは［数４］で与えられる。

また、この円形導波管が遮断導波管として機能するためには、導波管長Ｌ（メートル）と直径ａとは［数５］を満足することが必要である。

次に、本発明の第１実施形態のフィルタ回路の動作を説明する。

なお、遮断導波管１２は長辺長がａ、短辺長がｂの方形導波管であるとする。

高周波信号源２１から出力され、サーキュレータ１１の第１のポート１１１に供給された高周波信号は、サーキュレータ１１の第１のポート１１１から第２のポート１１２に伝送される。

サーキュレータ１１の第２のポート１１２に伝送された高周波信号のうち、遮断周波数ｆsc以下の周波数成分は、遮断導波管１２の一方の開口１２１で反射され、そのままサーキュレータ１１の第２のポート１１２から第３のポート１１３に伝送され、負荷であるマルチプレクサのマニフォールド２２に供給される。

一方、サーキュレータ１１の第２のポート１１２に伝送された高周波信号のうち、遮断周波数ｆscより高い周波数成分は、遮断導波管１２の一方の開口１２１から他方の開口１２２に向かって伝播し、無反射終端器１３で吸収される。従って、遮断周波数ｆscより高い周波数成分は、負荷であるマルチプレクサのマニフォールド２２に供給されることはない。

即ち、本発明の第１実施の形態のフィルタ回路１は、図３（ａ）に実線で示す周波数特性を有することとなる。なお、破線は遮断導波管の周波数特性を示す。

図３（ｂ）は、長辺長ａ＝６．７ｍｍ、短辺長ｂ＝４．３ｍｍ、長さＬ＝３０ｍｍの方形導波管を遮断導波管として使用した場合の本発明の第１の実施形態のフィルタ回路１の周波数特性を実線で示す。なお、破線は遮断導波管の周波数特性を示す。

以上説明したように、第１の実施形態のフィルタ回路は、遮断導波管の遮断周波数より高い周波数における減衰量が大きいローパスフィルタとして機能することとなる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態のフィルタ回路を図４に示す。

即ち、第２の実施形態のフィルタ回路３は、第１のポート３１１から第２のポート３１２に、第２のポート３１２から第３のポート３１３に高周波信号が伝送されるサーキュレータ３１と、サーキュレータ３１の第２のポート３１２に一方の開口３２１が接続される遮断導波管３２と、遮断導波管３２の他方の開口３２２に接続され、第１の切り替え位置および第２の切り替え位置を有する導波管切り替え器３３と、導波管切り替え器３３が第１の切り替え位置にあるときに遮断導波管３２の他方の開口３２２に接続される無反射終端器３４と、導波管切り替え器３３が第２の切り替え位置にあるときに遮断導波管３２の他方の開口３２２に接続される短絡板３５とを含む。

サーキュレータ３１の第１のポート３１１には高周波信号源２１に接続され、第３のポートには負荷であるマニフォールド２２に接続される。

即ち、第２の実施形態にあっては、遮断導波管３２の他方の開口３２２に接続されるマイクロ波素子を導波管切り替え器３３により無反射終端器３４、短絡板３５のいずれかとすることが可能な構成となっている。

以下に第２の実施形態のフィルタ回路の動作を説明する。

即ち、導波管切り替え器３３を第１の切り替え位置とし、遮断導波管３２の他方の開口３２２に無反射終端器３４が接続された状態としたときの動作は、第１の実施の形態のフィルタ回路の動作と同一であるので説明を省略する。

導波管切り替え器３３を第２の切り替え位置とし、遮断導波管３２の他方の開口３２２に短絡板３５が接続された状態としたときは、遮断導波管３２を伝播した電波は短絡板３５で反射され、遮断導波管３２を他方の開口３２２から一方の開口３２１に逆方向に戻り、第２のポート３１２に至る。

第２のポート３１２に戻った遮断導波管３２の遮断周波数より高い周波数の電波は、サーキュレータ３１の動作により第２のポート３１２から第３のポート３１３に伝達される。

遮断導波管３２の遮断周波数より低い周波数の電波は、もともと遮断導波管３２の一方の開口３２１で反射され、第２のポート３１２から第３のポート３１３に伝達される。

従って、導波管切り替え器３３を第２の切り替え位置に設定したときは、第２の実施形態のフィルタ回路３は、全周波数の電波を通過させることとなる。

以上説明したように、第２の実施形態のフィルタ回路は、導波管切り替え器を操作することによりローパスフィルタの機能と、全電波を通過させる機能とを切り替えることが可能となる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態のフィルタ回路を図５に示す。

即ち、第３の実施形態のフィルタ回路４は、高周波信号源２１とフィルタ回路４１の第１のポート１１１との間、またはフィルタ回路４１の第３のポート１１３とマニフォールド２２との間にハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ４２を含む。

ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ４２は、従来の楕円関数型フィルタであってもチェビシェフ型フィルタであってよい。

なお、ハイパスフィルタとして第１の実施形態で説明した遮断導波管を適用することも可能である。

図５では、フィルタ回路４１として第１の実施形態のフィルタ回路を適用しているが、フィルタ回路４１としては第２の実施形態を適用することも可能である。これを図７に示す。

図５のフィルタ回路４１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同一であるので、同一の構成要素には同じ参照番号を付して詳細な説明を省略する。また、図７のフィルタ回路４１の構成は、図４に示す第２の実施形態と同一であるので、同一の構成要素には同じ参照番号を付して詳細な説明を省略する。

即ち、第３の実施形態のフィルタ回路４は、第１または第２の実施形態のローパスフィルタとハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタとを直列接続することにより、バンドパスフィルタとして機能することとなる。

図６は、第３の実施形態のフィルタ回路の周波数特性を示す図であって、破線の周波数特性を有する従来のバンドパスフィルタと点線の周波数特性を有する第１または第２の実施形態のフィルタ回路４１とを直列に接続し、実線で示すように全体として高周波数側遮断周波数以上の周波数帯域における減衰量が大きくできることが解る。

なお、ハイパスフィルタ４２に代えてバンドパスフィルタを使用することにより、バンドパスフィルタの高周波数側遮断周波数以上の周波数帯域における減衰量を増加することも可能である。

以上の実施形態においては、電波はマイクロ波帯であるとしたが、他の帯域にも本発明に係るフィルタ回路を適用できることは明らかである。

以上のように、本発明に係るフィルタ回路は、通過帯域における損失が少なく、遮断帯域における減衰量が大きいという効果を有し、通信衛星あるいは放送衛星搭載用マイクロ波素子等として有効である。

本発明に係るフィルタ回路の第１の実施のブロック図方形遮断導波管の斜視図および遮断特性を示すグラフ本発明に係るフィルタ回路の第１の実施の遮断特性を示すグラフ本発明に係るフィルタ回路の第２の実施のブロック図本発明に係るフィルタ回路の第３の実施のブロック図本発明に係るフィルタ回路の第１の実施の遮断特性を示すグラフ本発明に係るフィルタ回路の第３の実施のブロック図

符号の説明

１フィルタ回路
１１サーキュレータ
１２遮断導波管
１３無反射終端器
２１高周波信号源
２２マニフォールド
１１１第１のポート
１１２第２のポート
１１３第３のポート
１２１一方の開口
１２２他方の開口

Claims

第１のポートから第２のポートに、前記第２のポートから第３のポートに高周波信号が伝送されるサーキュレータと、前記サーキュレータの前記第２のポートに一方の開口が接続される遮断導波管と、前記遮断導波管の他方の開口に接続され、第１の切り替え位置および第２の切り替え位置を有する導波管切り替え器と、前記導波管切り替え器が前記第１の切り替え位置にあるときに、前記遮断導波管の前記他方の開口に接続される無反射終端器と、前記導波管切り替え器が前記第２の切り替え位置にあるときに、前記遮断導波管の前記他方の開口に接続される短絡板とを含むフィルタ回路。
請求項１に記載のフィルタ回路と、前記フィルタ回路に含まれる前記サーキュレータの前記第１のポートまたは前記第３のポートに接続されるハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタとを含むフィルタ回路。