JP5340016B2

JP5340016B2 - 導波管バンドパスフィルタ

Info

Publication number: JP5340016B2
Application number: JP2009108176A
Authority: JP
Inventors: 庄治石▲崎▼; 和明吉田; 和郎山下
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: JP2010258893A

Description

本発明は、固定無線装置、マイクロ波通信装置等に用いられる導波管バンドパスフィルタ、特に群遅延時間偏差を補償した群遅延特性を有する導波管バンドパスフィルタに関する。

無線による加入者系データ通信サービス（２２ＧＨｚ，２６ＧＨｚ，３８ＧＨｚの３つの周波数帯を使用し、数Ｍｂｐｓから数十Ｍｂｐｓの高速な通信データを行うことができる）などに使用できる導波管バンドパスフィルタには、低損失で群遅延時間の偏差を補償した群遅延特性を持ち、かつ小型なフィルタが必要とされている。

図１に、従来の導波管バンドパスフィルタの一例を示す。（Ａ）は導波管バンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。

導体ケース１０には、それぞれ空胴よりなる４段の空胴共振器、すなわち１段目，２段目，３段目，４段目の空胴共振器１２，１４，１６，１８が直線状に形成され、１段目の空胴共振器１２の入力側には入力導波管２０が、４段目の空胴共振器２２の出力側には出力導波管２２が形成されている。この導体ケースは、導体蓋２４で覆われ、密着固定されている。矢印Ｉは入力側を、矢印Ｏは出力側を示している。

第１段の空胴共振器の入力側、隣接する空胴共振器間、第４段の空胴共振器の出力側には、それぞれアイリス２６が設けられている。

このような空胴共振器が直線状に配置された従来の導波管バンドパスフィルタは、直線状配置の故に、長手方向に小型化できないという問題がある。

このような問題を解決したものとして、特開２００６−１８６６２８号公報の図９に記載のように、４段の空胴共振器をコの字形に配置して小型化した導波管バンドパスフィルタが知られている。

特開２００６−１８６６２８号公報

上述した従来のコの字形配置の導波管バンドパスフィルタは、図２に示すように、コの字形に配置された４段の空胴共振器３０，３２，３４，３６に対して入力導波管３８および出力導波管４０が同じ側に並んでいるので、長手方向は小型化できても、長手方向に直交する方向には、小型化できていない。

さらに、群遅延時間の偏差を小さくするという要求を満たさないという問題があった。

本発明の目的は、コの字形に配置した４段の空胴共振器よりなる導波管バンドパスフィルタにおいて、さらなる小型化を実現し、群遅延時間の偏差を補償する、すなわち小さくすることにある。

本発明の導波管バンドパスフィルタによれば、従来よりも小型に形成された４段の空胴共振器を用いてさらなる小型化を実現し、飛び越し結合アイリスを設けて、群遅延時間偏差を補償した群遅延特性を有する導波管バンドパスフィルタを実現している。

各空胴共振器は、平面形状が略正方形となるようにし、標準導波管規格の入力矩形導波管および出力矩形導波管より小型にする。標準導波管規格の入力矩形導波管および出力矩形導波管では、各矩形導波管の幅をａ、高さをｂとした場合、ａ：ｂ＝２：１となるように構成される。このとき、略正方形の空胴共振器の一辺の長さをｃとした場合、ｃ＜ａとするのが好適である。

各空胴共振器は、ＴＥ１０１モードで共振するタイプのものである。このような１段目，２段目，３段目，４段目の空胴共振器は、この順序で、入力矩形導波管と出力矩形導波管との間にコの字形に配置される。電磁界の伝搬方向に隣接する空胴共振器間は、アイリスを介して電磁界結合される。また、入力矩形導波管と１段目の空胴共振器との間、および４段目の空胴共振器と出力矩形導波管との間は、それぞれ、アイリスを介して電磁界結合される。

さらに、１段目と４段目の空胴共振器間に飛び越し結合のためのアイリスを設け、群遅延時間の偏差を小さくして、群遅延特性を補償する。この場合、飛び越し結合用アイリスは、２段目，３段目の空胴共振器から所定の離れた位置に形成し、２段目，３段目の空胴共振器の電磁界干渉を小さくする。飛び越し結合用アイリスの形成位置は、入力矩形導波管と１段目の空胴共振器との間のアイリスの中心線が、飛び越し結合用アイリスの幅に重ならないようにして、かつ、飛び越し結合用アイリスの中心線が、１段目の空胴共振器の空胴に重なるようにして設定するのが好適である

本発明の導波管バンドパスフィルタによれば、小型で、群遅延時間の偏差を補償した群遅延特性を有する導波管バンドパスフィルタを実現できる。

４段の空胴共振器を直線状に配置した従来の導波管バンドパスフィルタであり、（Ａ）は導波管バンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。４段の空胴共振器をコの字形に配置した従来の導波管バンドパスフィルタであり、導体ケースの平面図である。本発明の導波管バンドパスフィルタの実施例を示す図であり、（Ａ）は導波管バンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。飛び越し結合用アイリスの配置を示す図であり、（Ａ）は代表的な配置を、（Ｂ）は飛び越し結合用アイリスを２段目の空胴共振器および３段目の空胴共振器に近づけて配置した場合を、（Ｃ）は飛び越し結合用アイリスを２段目の空胴共振器および３段目の空胴共振器に近づけて配置した場合を示す。図３の導波管バンドパスフィルタの特性の測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は通過特性および反射特性を、（Ｂ）は群遅延特性を示す。比較例の導波管バンドパスフィルタを示す図であり、（Ａ）は導波管バンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。図６の導波管バンドパスフィルタの特性の測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は通過特性および反射特性を、（Ｂ）は群遅延特性を示す。

以下、本発明の導波管バンドパスフィルタの実施例を、図面を参照して説明する。

図３は、実施例の導波管バンドパスフィルタを示す図であり、（Ａ）は導波管バンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。

本実施例の導波管バンドパスフィルタは、空胴共振器などが形成された導体ケース５０を導体蓋５２で覆い、密着固定した構造である。矢印Ｉは入力側を、矢印Ｏは出力側を示す。

導体ケース５０には、入力矩形導波管５４と、コの字形に配置されたそれぞれが空胴よりなる４段の空胴共振器、すなわち１段目，２段目，３段目，４段目の空胴共振器５６，５８，６０，６２と、出力矩形導波管６４とが形成されている。各空胴共振器は、ＴＥ１０１モードで共振する構造のものである。

入力矩形導波管５４，出力矩形導波管６４は、標準導波管規格のものであれば、図３（Ｂ）に示すように、矩形導波管の幅をａ、高さをｂとしたとき、ａ：ｂ＝２：１となるように構成される。

図３（Ｃ）に示すように、各空胴共振器の平面形状は、同一に形成される。各平面形状は、角部はＲ（アール）を付けて形成されているが、略正方形状である。略正方形の一辺の長さをｃとした場合、ｃ＜ａとなるように構成される。これは、導波管バンドパスフィルタの長手方向に直交する方向の寸法を小さくするためである。なお、略正方形の一辺の長さとは、角部にＲ（アール）がないと仮定した場合の辺の長さを意味している。

入力矩形導波管５４と１段目の空胴共振器５６とは、アイリス６６を介して電磁界結合され、１段目の空胴共振器５６と２段目の空胴共振器５８とは、アイリス６８を介して電磁界結合され、２段目の空胴共振器５８と３段目の空胴共振器６０とは、アイリス７０を介して電磁界結合され、３段目の空胴共振器６０と４段目の空胴共振器６２とは、アイリス７２を介して電磁界結合され、４段目の空胴共振器６２と出力矩形導波管６４とは、アイリス７４を介して電磁界結合される。さらに、１段目の空胴共振器５６と４段目の空胴共振器６２とは、飛び越し結合用アイリス７６で電磁界結合される。これら各アイリスは、隔壁に設けられた開口によって形成される。

飛び越し結合用アイリス７６が形成される位置は、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０からの電磁界の干渉が小さくなるように選ばれる。また、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗは、第１の空胴共振器５６と第４の空胴共振器６２との間の電磁界の結合度が高くなるように選ばれる。

以下、飛び越し結合用アイリス７６の配置と幅について、説明する。図４（Ａ）は、図３（Ｃ）に示した飛び越し結合用アイリス７６を示す。この飛び越し結合用アイリス７６は、１段目，４段目の空胴共振器５６，６２間の隔壁８０と、１段目，４段目の空胴共振器５６，６２に共通の平面状の側壁８２とに設けられている。

入力矩形導波管５４と１段目の空胴共振器５６とを結合するアイリス６６の、電磁波伝搬方向の中心線をＬ１とした場合、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗが、アイリス６６の中心線Ｌ１に重ならないように、飛び越し結合用アイリス７６を２段目，３段目の空胴共振器５８，６０から離間させる。なお、アイリス６６の中心線Ｌ１は、図示しないがアイリス６６の中心線と一致している。

図４（Ａ）に示す飛び越し結合用アイリス７６の形成位置が、最も合理的な形成位置であり、飛び越し結合用アイリス７６への２段目，３段目の空胴共振器５８，６０からの電磁界の干渉が小さくなるとともに、１段目の空胴共振器５６と４段目の空胴共振器６２との間の電磁界の結合度が高くなる。また、この位置の飛び越し結合用アイリス７６は、加工が容易であるというメリットもある。

図４（Ｂ）は、飛び越し結合用アイリス７６が、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０に近づいて、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗの端がアイリス６６の中心線Ｌ１に一致した状態を示している。飛び越し結合用アイリス７６のこの配置では、１段目の空胴共振器５６と４段目の空胴共振器６２との間の電磁界の高い結合度が得やすいので、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗを小さくすることができる。

しかし、飛び越し結合用アイリス７６を、図４（Ｂ）の位置から、さらに、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０に近づけると、これらの空胴共振器５８，６０からの電磁界の干渉が大きくなるので、構造の変化が導波管バンドパスフィルタの特性に大きな影響を与える。このため、量産時の特性のばらつきが大きくなる。

図４（Ｃ）は、飛び越し結合用アイリス７６が、図４（Ａ）の位置から、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０より、さらに遠ざかって形成された状態を示す。この場合には、飛び越し結合用アイリス７６の、電磁波伝搬方向の中心線をＬ２とした場合に、中心線Ｌ２が、１段目の空胴共振器５６を構成する空胴に重なるように、すなわち１段目の空胴共振器５６の一辺の長さｃ内に位置するようにすることが必要である。

飛び越し結合用アイリス７６を、図４（Ｃ）の位置から、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０より、さらに遠ざかって配置すると、飛び越し結合用アイリス７６への２段目，３段目の空胴共振器５８，６０からの電磁界の干渉を小さくできるが、１段目の空胴共振器５６と４段目の空胴共振器６２との間の電磁界の結合度が小さくなるので、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗを大きくする必要がある。飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗが大きくなると、導波管バンドパスフィルタの反射特性などの特性は不利になる。

以上のことから、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０からの電磁界の干渉を小さくするためには、アイリス６６の中心線Ｌ１が、飛び越し結合用アイリス７６の幅ｗに重ならないようにして、かつ、飛び越し結合用アイリス７６の中心線Ｌ２が、１段目の空胴共振器５６の空胴に重なるようにして、２段目，３段目の空胴共振器５８，６０から離間するように形成するのが好適であることが分かる。

電磁波は、入力矩形導波管５４→１段目の空胴共振器５６→２段目の空胴共振器５８→３段目の空胴共振器６０→４段目の空胴共振器６２→出力矩形導波管６４のルートと、入力矩形導波管５４→１段目の空胴共振器５６→４段目の空胴共振器６２→出力矩形導波管６４のルートを経て伝搬する。このような飛び越し結合ルートがあると、群遅延時間の偏差が小さくなるように群遅延特性が補償される。

本実施例の導波管バンドパスフィルタを作製し、その通過特性、反射特性、群遅延特性をそれぞれ測定した。測定結果を、図５に示す。（Ａ）は通過特性および反射特性を、（Ｂ）は群遅延特性を示す。３９．４〜３９．６ＧＨｚの通過帯域における群遅延特性によれば、群遅延時間の偏差が小さくなっていることが分かる。

比較例として、図３の導波管バンドパスフィルタにおいて、飛び越し結合用アイリスを設けないものを作製した。図６に、その構造を示す。（Ａ）はバンドパスフィルタを構成する導体ケースの斜視図、（Ｂ）は導体ケースを導体蓋で覆った状態の斜視図、（Ｃ）は導体ケースの平面図である。図３の構成要素と同じ構成要素には、同一の参照番号を付して示す。

この比較例の導波管バンドパスフィルタの特性を測定した結果を、図７に示す。（Ａ）は通過特性および反射特性を、（Ｂ）は群遅延特性を示す。３９．４〜３９．６ＧＨｚの通過帯域における群遅延特性によれば、群遅延時間の偏差が大きい。このことから、飛び越し結合は、群遅延特性の補償に寄与していることが分かる。

５０導体ケース
５２導体蓋
５４入力矩形導波管
５６，５８，６０，６２空胴共振器
６４出力矩形導波管
６６，６８，７０，７２，７４アイリス
７６飛び越し結合用アイリス
Ｌ１アイリス６６の中心線
Ｌ２飛び越し結合用アイリスの中心線

Claims

電磁波が入力される入力矩形導波管と、
前記入力矩形導波管に第１のアイリスを介して電磁界結合され、ＴＥ１０１モードで共振する第１の空胴共振器と、
前記第１の空胴共振器に第２のアイリスを介して電磁界結合され、ＴＥ１０１モードで共振する第２の空胴共振器と、
前記第２の空胴共振器に第３のアイリスを介して電磁界結合され、ＴＥ１０１モードで共振する第３の空胴共振器と、
前記第３の空胴共振器に第４のアイリスを介して電磁界結合され、ＴＥ１０１モードで共振する第４の空胴共振器と、
前記第４の空胴共振器に第５のアイリスを介して電磁界結合された出力矩形導波管とを備え、
前記第１，第２，第３，第４の空胴共振器は、この順序でコの字形に配置され、
前記第１の空胴共振器と前記第４の空胴共振器とは、飛び越し結合用アイリスを介して電磁界結合され、
前記第２の空胴共振器および前記第３の空胴共振器からの電磁界による干渉を小さくするために、前記第１のアイリスの中心線が、前記飛び越し結合用アイリスの幅に重ならないようにして、かつ、前記飛び越し結合用アイリスの中心線が、前記第１の空胴共振器の空胴に重なるようにして、前記第２の空胴共振器および前記第３の空胴共振器から離間するように形成される、導波管バンドパスフィルタ。
前記第１，第２，第３，第４の各空胴共振器の平面形状は、略正方形である、請求項１に記載の導波管バンドパスフィルタ。
前記入力矩形導波管および出力矩形導波管の幅をａ、前記入力矩形導波管および出力矩形導波管の高さをｂとした場合、ａ：ｂ＝２：１である、請求項２に記載の導波管バンドパスフィルタ。
前記各空胴共振器の平面形状である略正方形の一辺の長さをｃとした場合、ａ＞ｃである、請求項３に記載の導波管バンドパスフィルタ。
前記飛び越し結合用アイリスは、前記第１の空胴共振器と前記第４の空胴共振器との間の隔壁と、前記第１の空胴共振器と前記第４の空胴共振器とに共通の平面状の側壁との間に形成される、請求項１〜４に記載の導波管バンドパスフィルタ。