JP4571202B2 - 高周波部品 - Google Patents
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Description
この種のTE111モードの共振器は、その両端が端板で閉じられた金属製の円筒キャビティ10と、それぞれ基本モードがTE10の方形導波管である入力導波管11及び出力導波管12とを備えている。円筒キャビティ10の両端の端板には、入力用導波管11のTE10モードを円形導波管のTE11モードに変換するための結合孔13と、円形導波管のTE11モードを出力用導波管11のTE10モードに変換するための結合孔14とが形成されている。各結合孔13、14では、それぞれ結合度Kで、円形導波管TE11モードの主電界15と結合する。なお、図10は、共振次数が「1」の場合の例であり、主電界15は単一方向となる。
TE111モードで動作するときの共振器の等価回路図を図11に示す。図中、Kは、それぞれ結合孔13、14の結合度を示している。図11に示すように、円筒キャビティ10は、LC共振回路となる。図12は、円形導波管のTE11モードの電磁界分布である。実線は電界分布、破線は磁界分布を示している。
図10に示した共振器における共振次数を「2」にしたときの電界分布を図15に示す。この図15から判るように、共振次数が「2」になると、主磁界16の方向は2方向となる。共振次数は、「3」以上になることもあるが、共振次数は、所望の要求性能にしたがって決めれば良いことなので、ここでは、「3」以上の場合については省略する。
図16は、変形例の一つであり、円形導波管型の2重TE111モードの共振器を示す図である。便宜上、図10に示した共振器と同じ構成要素については、同じ符号を付してある。図10との相違点は、共振器内の2つの直交する電界を結合させて、いわゆる2重TE11モードにした点にある。
「2重TE11モード」とは、一つの共振器で、円形導波管における水平偏波TE11モードと垂直偏波TE11モードとを互いに直交させるモードを指し、単一のTE11モードを縦続に2個接続したことと等価となる。
第1の理由は、温度変化により、共振器材料の線膨張係数に依存する円形導波管の直径が変動することにある。
第2の理由は、温度変化により、共振器材料の線膨張係数に依存する円筒共振器の軸長が変動することである。
f0=c√((X/π)2+(nD/2L)2)/D …(1)
D:円形導波管の直径、L:共振軸長、n:共振次数、TE111モードの場合「1」、X:TE11モードの場合、1.841
D=D+α・Δt・D …(2)
L=L+α・Δt・L …(3)
しかし、共振周波数の温度変化による変動を抑止するために線膨張係数の極めて小さい金属材料を採用せざるを得ないことは、コスト高につながり、また、このような金属材料は入手が困難である。
このような構成の高周波部品は、帯状部材を備えることで導波管の径方向の温度変化に起因する寸法の変化が抑制される。そのために、式(1)で示したような導波管のサイズの温度変化に伴う共振周波数の変動が抑止される。
なお、このような高周波部品には、前記帯状部材を貫通して前記導波管に少なくとも一部が挿入される金属製のポストを設けてもよい。この場合、前記ポストが前記導波管内に発生する電界の方向と同じ方向に移動可能になっており、前記導波管に挿入される量により共振周波数が決まるようになる。
前記調整用ポストは、例えば、前記導波管内に発生する電界が最も大きな部分に装着されることで、共振周波数の温度変化に伴う変動を抑止する効果が高くなる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る円形導波管型のTE111モードの共振器を示す図である。
図10に示す従来の共振器との相違点は、円筒キャビティ10に用いる材料よりも線膨張係数が低い材料により、円筒キャビティ10の外周に沿って帯状部材20を設けた点である。帯状部材20は、円筒キャビティ10に、例えば蝋付けにより接合されている。なお、図1では、共振周波数を調整可能にするために、図13に示すような金属ポスト10、11を、帯状部材20を貫通して円筒キャビティ10に挿入している。第1実施形態では、円筒キャビティ10の材料が線膨張係数12×10−6/Kの鉄であり、帯状部材20の材料が線膨張係数1.2×10−6/Kのインバーである。
図2は、第2実施形態に係る円形導波管型のTE112モードの共振器を示す図である。第1実施形態の共振器との相違点は、共振次数が「2」のため、共振器の内部で電界が最も大きくなる部分が2箇所発生するので、この場所に合わせて2つの帯状部材201、202を配置した点である。帯状部材201、202にも、共振周波数を調整するための金属ポスト21A、B、22A、Bが設けられている。
第2実施形態の共振器は、上記のような第1実施形態の共振器との相違点を有するが、帯状部材201、202による温度変化に対する共振周波数の変動の抑止については、第1実施形態と同じである。
図3は、第3実施形態に係る円形導波管型の2重TE111モードの共振器を示す図である。第1実施形態との相違点は、2重TE11モードの共振周波数を調整するための金属ポスト23、24が垂直偏波と水平偏波の主電界151、152に対応して、設置されている点である。金属ポスト23は垂直偏波の主電界151の方向と同じ方向に移動可能に挿入される。金属ポスト24は水平偏波の主電界152の方向と同じ方向に移動可能に挿入される。
第3実施形態の共振器は、上記のような第1実施形態の共振器との相違点を有するが、帯状部材20による温度変化に対する共振周波数の抑止については、第1実施形態と同じである。
図4は、第4実施形態に係る円形導波管型の2重TE112モードの共振器を示す図である。第2実施形態との相違点は、2重TE11モードの共振周波数を調整するための金属ポスト23A、B、24A、Bが垂直偏波と水平偏波の主電界151、152に対応して、設置されている点である。金属ポスト23A、Bは垂直偏波の主電界151に対応しており、金属ポスト24A、Bは水平偏波の主電界152に対応している。
第4実施形態の共振器の帯状部材201、202による温度変化に対する共振周波数の抑止については、第1実施形態と同じである。
金属ポストの膨張は従来通りであり、特許文献1のように、共振器膨張時に金属ポスト(ねじ)が抜ける方向に動く場合に対しては、共振器周波数の変動が大きい可能性がある。しかし、帯状部材を共振器に巻くことで、特許文献1の駆動機構を設ける場合よりも簡単な構造で効果が得られる。
図5は、第5実施形態に係る円形導波管型のTE111モードの共振器を示す図である。図13に示す従来の共振器との相違点は、共振周波数を調整するための調整用ポスト27、28の材料に、円筒キャビティ10に用いる材料よりも線膨張係数の小さい素材を用いる点である。この実施形態では、調整用ポスト27、28の材料に、線膨張係数が約2.0×10−6/Kのセラミックスを用いており、円筒キャビティ10の材料は、線膨張係数が12×10−6/Kの鉄を用いている。
調整用ポスト27、28は、少なくとも共振器の内部に挿入される部分がセラミックスである。共振器内の電界は、調整用ポスト27、28に集中しており、等価回路としては、容量性リアクタンスが増加したことになる。共振器として動作するときは、この容量性リアクタンスも含んで共振周波数が決まる。
図7は、第6実施形態に係る円形導波管型の2重TE111モードの共振器を示す図である。温度変化に対する共振周波数の抑止については、第5実施形態と同じであるの説明を省略する。
共振器内部の調整用ポスト27〜30と2重TE11モードの主電界151、152の関係を図8、図9に示す。調整用ポスト27〜30が、垂直偏波と水平偏波の主電界151、152に対応して設置されている。調整用ポスト27、29は、垂直偏波の主電界151の方向と同じ方向に移動可能に挿入される。調整用ポスト28、30は、水平偏波の主電界152の方向と同じ方向に移動可能に挿入される。そのために、共振器の容量性リアクタンスが増加して共振周波数が変動する。
11 入力導波管
12 出力導波管
13、14、16 結合孔
15、151、152 主電界
20、201、202 帯状部材
21〜26、21A、B、22A、B、23A、B、24A、B 金属ポスト
27〜30 調整用ポスト
Claims (3)
- 筒状に成形された導波管を有しており、
前記導波管の外周に沿って、前記導波管を形成する材料よりも線膨張係数が小さい材料により形成された帯状部材が装着されている、
高周波部品。 - 前記帯状部材は、前記導波管内に発生する電界が最も大きな部分に装着される、
請求項1記載の高周波部品。 - 前記帯状部材を貫通して前記導波管に少なくとも一部が挿入される金属製のポストが設けられており、
前記ポストが前記導波管内に発生する電界の方向と同じ方向に移動可能になっており、前記導波管に挿入される量により共振周波数が決まるようになっている、
請求項1記載の高周波部品。
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