JP4411315B2

JP4411315B2 - 帯域阻止フィルタ

Info

Publication number: JP4411315B2
Application number: JP2006344778A
Authority: JP
Inventors: 貴裕宮本
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008160313A

Description

本発明は、共振器を有する帯域阻止フィルタに関し、特に、フィルタ特性を簡単に調整することができる帯域阻止フィルタに関する。

従来、導波管中を伝搬するマイクロ波の中から不要なマイクロ波を取り除くためのフィルタとして、帯域阻止フィルタが多用されている。

例えば、特許文献１には、図１２に示すように、主導波管９０の外壁側に接合された複数の共振器９１、９２、９３と、各共振器９１〜９３の接合部位９４、９５、９６に設けられた窓部１０１、１０２、１０３とを備えた帯域阻止フィルタが提案されている。この帯域阻止フィルタにおいては、窓部１０１〜１０３が、複数の略円形孔又は略方形孔で構成され、個々の孔の大きさは、矩形導波管内を通過する電力の周波数、通過を阻止しようとする電力の周波数、及び電力減衰量の相関によって定められる。また、窓部１０１〜１０３の形状は、電界強度が高くなる部分で最大電流が流れるように構成され、これにより、高電力時のアークの発生を防止し、大電力用の帯域阻止フィルタを実現している。

また、特許文献２には、図１３に示すように、Ｌ字状突起１１１を有するフランジ状導体薄板１１２を、矩形導波管１１３、１１４の管軸方向に垂直な断面に挿入し、矩形導波管１１３、１１４内にＬ字状突起１１１を突出させるように構成した帯域阻止フィルタが提案されている。この帯域阻止フィルタでは、Ｌ字状突起１１１の位置ｘ、突起部分の長さｙ及び突出量ｚを適宜調整することにより、負荷Ｑ値の高い帯域阻止特性を得ることができる。この帯域阻止フィルタによれば、フランジ状導体薄板１１２を１／４波長間隔で配列するだけで、簡単に多段の帯域阻止フィルタを構成することが可能となる。
特開平１１−２７４８１７号公報特開昭５７−１５２７０３号公報

しかしながら、上記特許文献１の帯域阻止フィルタにおいては、共振器の共振周波数を変更しようとした場合に、主導波管９０と各共振器９１〜９３との結合量を調整する必要がある。しかしながら、結合量は、窓部１０１〜１０３の孔径や孔の大きさなどによって決定されるため、周波数特性の変更を希望する都度、導波管を作成し直す必要が生じるという問題がある。

また、周波数、結合量の調整は、導波管の管壁からビスを挿入する方法によっても行うことが可能であるが、この場合は、多段のフィルタを設計する際に、ビスの物理的な干渉に配慮する必要があるため、構造上の制約が生じ、１／４波長間隔に共振器を配置することが困難となる。このため、各共振器を３／４波長間隔で配置せざるを得ず、帯域阻止フィルタの大型化を招くという問題がある。

一方、特許文献２の帯域阻止フィルタにおいては、帯域阻止フィルタを簡単に構成することができるものの、負荷Ｑ値が高いという特徴を有するため、阻止帯域が狭くなり、阻止帯域の広い帯域阻止フィルタを構成することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、帯域阻止フィルタの大型化を伴うことなく、導波管を作成し直さなくても、簡単にフィルタ特性を変更することができ、阻止帯域を広くしながら任意の帯域幅を容易に選択できることなどを実現する帯域阻止フィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、帯域阻止フィルタであって、管軸方向に延び、導波路を構成する第１溝部と、該第１溝部と連結し、共振器を構成する第２溝部とが形成された複数の分割部材と、該複数の分割部材の間に配置される金属板とを備え、前記金属板は、前記第２溝部に対応する部分にフィルタ特性を調整するための調整部を有することを特徴とする。

そして、本発明によれば、金属板の調整部の形状を変更することにより、帯域阻止フィルタのフィルタ特性を変更することができるため、フィルタ特性の変更を希望する場合には、帯域阻止フィルタ全体を作成し直さなくても、金属板を交換するのみで対応することができる。また、本帯域阻止フィルタは、金属板を第１分割部材及び第２分割部材で挟んだ簡単な構成を有するため、金属板の交換を簡単に行うことができる。さらに、本帯域阻止フィルタでは、多段のフィルタを設計する際に、物理的な干渉に配慮する必要がないため、１／４波長間隔で共振器を配置することができ、帯域阻止フィルタが大型化するのを防止することが可能となる。

上記帯域阻止フィルタにおいて、前記調整部が、通過域でのインピーダンスを調整する第１調整部と、阻止域の帯域幅を拡縮調整する第２調整部と、阻止域を高低調整する第３調整部とを有するように構成することができる。

上記構成によれば、帯域阻止フィルタに挿入されている金属板を、各調整部の形状が異なる金属板に交換することにより、通過域でのインピーダンスマッチングを調整することができるとともに、阻止域及びその帯域幅を各々変更することが可能となる。

上記帯域阻止フィルタにおいて、前記調整部が、前記導波路及び前記共振器の連結面に対向する前記導波路の路面から前記導波路内に向けて突出する第１突出部と、前記共振器に対応する部分に設けられる窓部と、前記共振器の上部及び下部の一方に設けられ、前記窓部の一部を前記導波路側に開口する開口部と、前記共振器の上部及び下部の他方側から前記共振器内に向けて突出する第２突出部とを有するように構成することができる。

上記構成によれば、第１突出部の突出量や幅を変更することにより、通過域でのインピーダンスマッチングを調整することができ、開口部の開口幅や高さを変更することにより、阻止域の帯域幅を変更することができ、第２突出部の突出量を変更することにより、阻止域の高低を変更することができる。

上記帯域阻止フィルタにおいて、前記金属板が、管軸方向に沿って配列される複数の第２窓部を有するように構成することができる。

上記構成によれば、複数の第２窓部によって帯域通過フィルタを構成することができ、帯域通過フィルタと帯域阻止フィルタを一体に形成することができる。また、上記構成によれば、帯域阻止フィルタ中の金属板を、調整部及び第２窓部の形状や数等が異なる金属板に交換することにより、帯域阻止フィルタ部分の共振周波数及び帯域幅の調整と、帯域通過フィルタ部分の通過帯となる周波数のリターンロス調整との双方を行うことが可能となる。さらに、上記構成では、金属板が梯子状のフィンライン構造になるため、従来の細いＬ字状突起を有する帯域阻止フィルタに比べて、負荷Ｑ値が低くなり、阻止帯域を広くすることもできる。

以上のように、本発明によれば、帯域阻止フィルタの大型化を伴うことなく、導波管を作成し直さなくても、簡単にフィルタ特性を変更することができ、また、阻止帯域を広くしながら任意の帯域幅を容易に選択できることなどを実現する帯域阻止フィルタを提供することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる帯域阻止フィルタの第１の実施形態を示す分解斜視図であり、この帯域阻止フィルタ１は、第１分割部材１１と、第２分割部材１２と、第１分割部材１１及び第２分割部材１２の間に配置される金属板１３、１４とを備える。

第１分割部材１１には、管軸方向に延びる第１溝部２１と、第１溝部２１に連結し、管軸方向と直交する方向に延びる第２溝部２２、２３とが形成される。２つの第２溝部２２、２３は、互いに相反する方向に延び、各溝部２２、２３の中心軸が管軸方向に１／４λｇだけずれるように配置される。ここに、λｇは、阻止すべきマイクロ波の管内波長である。

第２分割部材１２にも、第１分割部材１１と同様に、第１溝部２１及び第２溝部２２、２３が形成されるが、これら第１溝部２１及び第２溝部２２、２３のうち、第２溝部２２、２３は、帯域阻止フィルタ１の組付け時に、各々の位置が第１分割部材１１の第２溝部２２、２３の位置と一致するように、第１分割部材１１の第２溝部２２、２３と鏡対称に形成される。

金属板１３には、図２に示すように、その幅ａ２が第１溝部２１及び第２溝部２２、２３の幅ａ１（図１参照）以下に設定され、その長さｂ２が第１溝部２１及び第２溝部２２、２３の長さｂ１（図１参照）以下に設定された窓部３０が形成される。また、窓部３０と金属板１３の一方の長辺１３ａとの間には、窓部３０の一部を開口するように開口部３１が形成される。さらに、金属板１３の一方の長辺１３ａには、窓部３０の中心軸から１／４λｇだけ隔てた位置に、外側に突出する第１突出部３２が形成される。

金属板１４は、金属板１３と同一の形状を有するが、帯域阻止フィルタ１の組付け時には、上下左右が反転され、金属板１４の開口部３１が金属板１３の第１突出部３２に対向し、金属板１４の第１突出部３２が金属板１３の開口部３１に対向する状態で配置される。また、このときの金属板１３と金属板１４との間隙ｃ２は、第１溝部２１の幅ｃ１（図１参照）に対応する広さに設定される。

本帯域阻止フィルタ１は、図３に示すように、金属板１３、１４を第１及び第２分割部材１１、１２の間に挟み込んだ状態で、第１及び第２分割部材１１、１２を金属板１３、１４に接合することによって形成される。

帯域阻止フィルタ１の組付け時には、第１及び第２分割部材１１、１２の第１溝部２１によって空間３５が形成されるとともに、第１分割部材１１の第２溝部２２、第２分割部材１２の第２溝部２２及び金属板１３の窓部３０によって空間３６が形成される。空間３５は、矩形導波路４０として機能し、空間３６は、共振器４１として機能する。共振器４１の大きさは、阻止域としたい周波数帯に応じて適宜設定され、例えば、共振器４１の高さ４１ｈや幅４１ｄなどを調整することにより、阻止したい周波数帯を調整することができる。尚、図３には図示されていないが、第１分割部材１１の第２溝部２３、第２分割部材１２の第２溝部２３及び金属板１４の窓部３０によっても空間が形成され、この空間は、空間３６と同様に、共振器として機能する。

また、帯域阻止フィルタ１の組付け時においては、金属板１４の第１突出部３２が、図示下側（矩形導波路４０及び共振器４１の連結面４２と対向する路面４３側）から矩形導波路４０内に突出し、さらに、窓部３０と金属板１３の他方の長辺１３ｂとの間の金属部分３３（図２参照）の一部が、共振器４１内に突出する。金属部分３３による突出部分は、第２突出部３７を構成する。

尚、金属板１３、１４の配置位置は、任意であるが、適用するアプリケーションによっては、空間３５及び空間３６の中央に配置すれば、第１及び第２分割部材１１、１２を対称構造にすることができるため、各分割部材の第１溝部２１を同じ形状にすることができ、低廉化を図ることができる。

本帯域阻止フィルタ１では、金属板１３、１４の形状を調整することによって、帯域阻止フィルタ１の動作周波数を調整することができる。その調整箇所は、図４に示すように、開口部３１の開口幅３１ｄ及び高さ３１ｈ、第１突出部３２の幅３２ｄ及び突出量３２ｈ、並びに、第２突出部３７の突出量３７ｈである。金属板１３、１４の形状調整による作用は、通過帯域のインピーダンス調整、阻止域を構成する共振周波数の調整、及び、それらを繋ぐ結合窓部調整の３つに分けることができ、各調整部を調整したときの個々の作用は、表１に示すとおりである。尚、金属板１３、１４による周波数調整の範囲は、共振器４１で生じる共振周波数よりも高い側のみとなる。これは、金属板１３、１４の共振器４１内への突出量を大きくすることが、電気的には、共振器４１を小さくするように作用するためである。

表１に示すとおり、第１突出部３２は、主に通過域でのインピーダンスマッチングに寄与し、窓部３０の開口部３１は、主に阻止域の帯域幅の拡縮調整に寄与し、第２突出部３７は、主に阻止域の高低調整に寄与する。

図５は、図１のように構成した帯域阻止フィルタの減衰特性をシミュレーションしたものであり、２４ＧＨｚ、２５ＧＨｚ付近のマイクロ波を理想的に減衰できていることが分かる。また、本発明者の研究によれば、第１及び第２分割部材１１、１２の形状を変更しなくとも、金属板１３、１４の形状を調整するのみで、比帯域２５％の周波数調整が可能であることが確認されている。このように、本帯域阻止フィルタ１では、金属板１３、１４の各調整部の形状を適宜調整することによって、所望の特性を有する帯域阻止フィルタを得ることができる。また、本帯域阻止フィルタ１では、共振器４１の形状を変更しなくても、金属板１３、１４の形状のみを調整すれば、共振周波数と結合度を調整することができるため、負荷Ｑ値の劣化を起こすことなく、最適な結合が実現できる。そのため、共振器４１の基本モードのみ励振される状態であれば、調整が可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、金属板１３、１４の各調整部の形状を変更することにより、帯域阻止フィルタのフィルタ特性を変更することができるため、フィルタ特性の変更を希望する場合には、帯域阻止フィルタ１全体を作成し直さなくても、金属板１３、１４を交換するのみで対応することができる。また、本帯域阻止フィルタ１は、金属板１３、１４を第１及び第２分割部材１１、１２で挟んだ簡単な構成を有するため、金属板１３、１４の交換を簡単に行うことができる。さらに、本帯域阻止フィルタ１では、多段のフィルタを設計する際に、物理的な干渉に配慮する必要がないため、１／４λｇ間隔で共振器４１を配置することができ、帯域阻止フィルタが大型化するのを防止することが可能となる。

図６は、本発明にかかる帯域阻止フィルタの第２の実施形態を示す分解斜視図である。この帯域阻止フィルタ５０は、第１分割部材５１と、第２分割部材５２と、金属板５３とを備える。

第１及び第２分割部材５１、５２には、図１の第１及び第２分割部材１１、１２と同様に、管軸方向に延びる第１溝部５４と、第１溝部５４に直交する第２溝部５５とが形成される。これら第１溝部５４及び第２溝部５５は、各々、導波路及び共振器を構成する。

金属板５３は、図１の金属板１３、１４と異なり、１枚の金属板によって構成される。金属板５３の共振器部分５６には、第１及び第２分割部材５１、５２の第１溝部５４に対応して開口部５７が形成されるとともに、第２溝部５５に対応して調整部５８が形成される。このうち、調整部５８は、図２及び図３の窓部３０、開口部３１、第１突出部３２及び第２突出部３７と同一のものである。また、金属板５３には、第１及び第２分割部材５１、５２の第１溝部５４に対応して、複数の第２窓部５９が形成され、これら第２窓部５９は、管軸方向に沿って配列される。

本帯域阻止フィルタ５０においても、第１の実施形態の帯域阻止フィルタ１と同様に、金属板５３を挟み込むようにして、第１及び第２分割部材５１、５２が接合され、第１溝部５４、第２溝部５５及び金属板５３の調整部５８によって帯域阻止フィルタが構成される。これに加え、本帯域阻止フィルタ５０では、金属板５３の複数の第２窓部５９が、第１及び第２分割部材５１、５２の第１溝部５４によって形成される空間（矩形導波路）内に位置し、それによって、帯域通過フィルタ（Ｅ面フィルタ）が構成される。従って、本帯域阻止フィルタ５０は、帯域阻止フィルタに帯域通過フィルタが連結された構成、すなわち、帯域阻止フィルタ及び帯域通過フィルタが一体化された構成を有する。

尚、図７に示すように、金属板５３を、調整部５８を備えずに、開口部６１及び第２窓部６２のみを備えた金属板６０に交換し、第１及び第２分割部材５１、５２の第２溝部５５（共振器）を金属板で覆うことで、帯域阻止フィルタの機能を除去することが可能である。

金属板６０を用いた場合、すなわち、第１及び第２分割部材５１、５２の第２溝部５５を金属板で覆った場合には、阻止帯域としていた周波数よりも低い周波数帯域をカットオフするため、電気的には、共振器が存在しないものと同様に機能する。従って、帯域阻止フィルタが不要な場合、又は、共振器の段数を変更する場合に、本構成を適用すれば、帯域阻止フィルタの全体を作成し直さなくても、金属板を交換するのみで対応することが可能となる。

図８は、帯域阻止フィルタ５０を図６のように構成した場合、図７のように構成した場合の各々の減衰特性をシミュレーションしたものである。図８から分かるように、金属板５３と金属板６０を交換することにより、通過域の特性を変えずに、２６．５〜２８ＧＨｚ帯において、２０ｄＢの帯域阻止を実現している。

このように、本帯域阻止フィルタ５０によれば、帯域阻止フィルタ５０に挿入されている金属板５３を、調整部５８及び第２窓部５９の形状や数等が異なる金属板に交換することにより、帯域阻止フィルタ部分の共振周波数及び帯域幅の調整と、帯域通過フィルタ部分の通過帯となる周波数のリターンロス調整との双方を行うことが可能となる。また、本帯域阻止フィルタ５０では、金属板５３が梯子状のフィンライン構造となるため、従来の細いＬ字状突起を有する帯域阻止フィルタに比べて、負荷Ｑ値が低くなり、阻止帯域を広くすることもできる。

図９は、本発明にかかる帯域阻止フィルタの第３の実施形態を示す分解斜視図であり、この帯域阻止フィルタ７０は、第１分割部材７１と、第２分割部材７２と、第１金属板７３と、第２金属板７４と、第３金属板７５とを備える。

第１及び第２分割部材７１、７２は、図６及び図７の第１及び第２分割部材５１、５２と同一のものであり、また、第１及び第２金属板７３、７４は、図６の金属板５３と同一のものである。

第３金属板７５は、２枚の金属板で構成され、各金属板には、第１及び第２分割部材７１、７２の第２溝部７６と対応する部分に、切欠部７７が設けられる。この第３金属板７５は、第１及び第２金属板７３、７４の間に隙間を設けるためのものである。

このように、第３金属板７５を挟んで第１及び第２金属板７３、７４を重ね合わせ、それらを挟み込むように第１分割部材７１及び第２分割部材７２を接合することによっても、帯域阻止フィルタを構成することができる。本帯域阻止フィルタ７０によれば、第１及び第２の実施形態と同様の作用・効果を得ることができるのに加え、帯域幅をより狭くすることができる帯域阻止フィルタを構成することが可能となる。

図１０は、本発明にかかる帯域阻止フィルタの第４の実施形態を示す分解斜視図であり、この帯域阻止フィルタ８０は、第１分割部材８１と、第２分割部材８２と、両面銅張誘電体基板８３とを備える。尚、第１及び第２分割部材８１、８２は、図６及び図７の第１及び第２分割部材５１、５２と同一のものである。

両面銅張誘電体基板８３は、誘電体層８４の両側面に、図６の金属板５３の形状と同一のパターンを有する金属層８５、８６が設けられることによって構成される。また、両面銅張誘電体基板８３には、図１１に示すように、金属層８５、８６を貫通する複数のスルーホール８７が設けられる。これら複数のスルーホール８７は、導波路内に電磁界を閉じ込めるためのものであり、帯域阻止フィルタ８０の管軸方向に沿って、上下の２列に配列される。尚、金属層は、誘電体層８４の両側面に設ける必要はなく、何れか一方の側面のみに設けてもよい。

このように、金属板に代えて、表面に金属層が形成された誘電体基板を用いることによっても、帯域阻止フィルタを構成することができ、第１及び第２の実施形態と同様の作用・効果を得ることが可能である。

本発明にかかる帯域阻止フィルタの第１の実施形態を示す分解斜視図である。図１の金属板を示す平面図である。図１のＩ−Ｉ線断面図である。図３のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図１の帯域阻止フィルタの減衰特性を示す波形図である。本発明にかかる帯域阻止フィルタの第２の実施形態を示す分解斜視図である。図６の帯域阻止フィルタの変形例を示す分解斜視図である。図６及び図７の帯域阻止フィルタの減衰特性を示す波形図である。本発明にかかる帯域阻止フィルタの第３の実施形態を示す分解斜視図である。本発明にかかる帯域阻止フィルタの第４の実施形態を示す分解斜視図である。図１０の両面銅張誘電体基板を示す平面図である。従来の帯域阻止フィルタを示す斜視図である。従来の帯域阻止フィルタを示す側面図及びＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。

符号の説明

１帯域阻止フィルタ
１１第１分割部材
１２第２分割部材
１３金属板
１４金属板
２１第１溝部
２２第２溝部
２３第２溝部
３０窓部
３１開口部
３２第１突出部
３３金属部分
３５空間
３６空間
３７第２突出部
４０矩形導波路
４１共振器
４２連結面
４３路面
５０帯域阻止フィルタ
５１第１分割部材
５２第２分割部材
５３金属板
５４第１溝部
５５第２溝部
５６共振器部分
５７開口部
５８調整部
５９第２窓部
６０金属板
６１開口部
６２第２窓部
７０帯域阻止フィルタ
７１第１分割部材
７２第２分割部材
７３金属板
７４金属板
７５金属板
７６第２溝部
７７切欠部
８０帯域阻止フィルタ
８１第１分割部材
８２第２分割部材
８３両面銅張誘電体基板
８４誘電体層
８５金属層
８６金属層
８７スルーホール

Claims

管軸方向に延び、導波路を構成する第１溝部と、該第１溝部と連結し、共振器を構成する第２溝部とが形成された複数の分割部材と、該複数の分割部材の間に配置される金属板とを備え、
前記金属板は、前記第２溝部に対応する部分にフィルタ特性を調整するための調整部を有することを特徴とする帯域阻止フィルタ。
前記調整部は、通過域でのインピーダンスを調整する第１調整部と、阻止域の帯域幅を拡縮調整する第２調整部と、阻止域を高低調整する第３調整部とを有することを特徴とする請求項１に記載の帯域阻止フィルタ。
前記調整部は、前記導波路及び前記共振器の連結面に対向する前記導波路の路面から前記導波路内に向けて突出する第１突出部と、前記共振器に対応する部分に設けられる窓部と、前記共振器の上部及び下部の一方に設けられ、前記窓部の一部を前記導波路側に開口する開口部と、前記共振器の上部及び下部の他方側から前記共振器内に向けて突出する第２突出部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯域阻止フィルタ。
前記金属板は、管軸方向に沿って配列される複数の第２窓部を有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の帯域阻止フィルタ。