JP5459225B2 - 帯域通過フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、Ｅ面平行金属板を備えた帯域通過型フィルタに関し、特に、導波管内に飛び越し結合導波路を備えた帯域通過フィルタに関する。

無線装置の開発において、高性能、高機能な特性をできる限り小さいスペースで実現することが求められている。

フィルタのような受動回路は、設計周波数でその物理寸法が決定されてしまう。このため、各コンポーネントのフレキシブルな実装という観点では自由度は少ない。

例えば、Ｅ面平行金属板を備えた帯域通過フィルタは、通過帯域における規格満足度（阻止帯域との境界の急峻さ）が段数だけで決まってしまう。このため、与えられたスペースに対してフィルタ全長が長すぎる場合があった。

複数の共振器を整列させた帯域通過フィルタにおいては、一つ以上の共振器を飛び越して共振器を結合させることにより、通過帯域の外側に減衰極が生じて減衰特性が向上することが知られている。

飛び越し結合線路を形成する帯域通過フィルタとしては、特許文献１に開示される「コムライン形バンドパスフィルタ」がある。特許文献１に開示される発明は、金属ケースの側面の一方の内側に、一端は共振導体の開放端方向に折り曲げ、他端は共振導体の短絡端方向に折り曲げて金属製結合ループを設置している。

特開平６−２９１５１２号公報

しかし、特許文献１に開示される発明における金属製結合ループは、加工や金属ケース内への設置が容易ではない。

飛び越し結合線路として同軸線路が用いられることもある。しかしながら、特許文献１に開示される発明と同様に、導波路作成の観点で実現が容易ではなく、また損失が大きくなってしまう。

本発明は係る問題に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、部品形状が簡略かつ組立が容易であり、減衰特性に優れた帯域通過フィルタを提供することである。

本発明の帯域通過フィルタは、一つの導波管が幅広面の中央で２分割されてなる一対の矩形導波管と、前記一対の矩形導波管の間に前記矩形導波管の幅狭面と並行に配置され、一対の梁および前記一対の梁を連結する複数のフィンを有し略梯子状を呈した金属板とを含む帯域通過フィルタであって、
前記一対の矩形導波管内において、導波路が前記幅広面に平行な方向に対して上下に分割されることによって少なくとも一つの別の導波管が形成されており、
前記金属板によって前記一対の矩形導波管内に少なくとも３つの複数の共振器が形成され、前記別の導波管は、前記複数の共振器のうち少なくとも一つを飛び越した共振器同士を結合し、通過帯域外に極を形成する。

本発明によれば、部品形状が簡略かつ組立が容易であり、減衰特性に優れた帯域通過フィルタを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面平行金属板の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの断面を示す図である。 帯域通過フィルタの通過特性の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用される矩形導波管の構成を示す図である。 図５Ａに示すＡ‐Ａ線に沿った矩形導波管の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面平行金属板の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用される矩形導波管の構成を示す図である。 図７Ａに示すＢ‐Ｂ線およびＢ´‐Ｂ´線に沿った矩形導波管の断面図である。 図７Ａに示すＣ‐Ｃ線およびＣ´‐Ｃ´線に沿った矩形導波管の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面並行金属板の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＢ‐Ｂ線に沿った断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＢ´‐Ｂ´線に沿った断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＣ‐Ｃ線に沿った断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＣ´‐Ｃ´線に沿った断面を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用される矩形導波管の別の構成を示す図である。 図９Ａに示すＢ‐Ｂ線およびＢ´‐Ｂ´線に沿った矩形導波管の断面図である。 図９Ａに示すＣ‐Ｃ線およびＣ´‐Ｃ´線に沿った矩形導波管の断面図である。 第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面平行金属板の別の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る矩形導波管の高さ方向の中央に配置される導波路と、Ｈ面近傍に配置される導波路とを混在させた帯域通過導波管フィルタに適用される矩形導波管の別の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る矩形導波管の高さ方向の中央に配置される導波路と、Ｈ面近傍に配置される導波路とを混在させた帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面平行金属板の別の構成を示す図である。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの構成を示す。導波管の長手方向をｚ方向とし、Ｈ面（幅広面、第１面）がｘｚ平面、Ｅ面（幅狭面、第２面）がｙｚ平面とそれぞれ平行となるように座標系を設定している。Ｈ面の幅よりもＥ面の幅は狭い。Ｅ面は、Ｈ面に対して、垂直であっても良い。
Ｈ面の中央で２分割された矩形導波管１ａ、１ｂは、Ｅ面平行金属板２を挟み込んで一つの導波管を構成する。帯域通過フィルタに必要な結合係数は、梯子状に配置されたフィン２１の形状（板の厚さ、フィンの幅および間隔）によって所望の値に設定されている。

矩形導波管１ａの内部には、ｘｚ平面と平行に突出した凸部１１ａが形成されている。凸部１１ａと導波管のＨ面の内壁との間には、ｘ方向を深さ方向、ｙ方向を幅方向とし、ｚ方向に伸びる溝１２ａが形成されている。溝１２ａの深さは飛び越し結合導波管の結合量に応じて定まる。溝１２ａは、必ずしも矩形導波管１ａの内壁（Ｅ面）まで達していなくても良い。

矩形導波管１ａのＨ面の内側には、結合量の調整のために溝１２ａの端部と間隔を空けてスロープ部１３ａが形成されている。結合窓１０ａの開口方向が矩形導波管１ａの長手方向と任意の角度をなすようになっている。結合窓１０ａの前後に位置するフィン２１の寸法は、結合量の調整のために他のフィン２１とは異なる寸法に調整されている。

図１上では導波管壁によって隠れているが、他方の矩形導波管１ｂも矩形導波管１ａと同様の構造を有している。

Ｅ面平行金属板２は、矩形導波管内１ａ、１ｂ内に３つ以上の複数の共振器を形成する。Ｅ面平行金属板２は、矩形導波管１ａ、１ｂの溝と対応する部分にはフィン２１が存在しないようになっている。言い換えると、Ｅ面平行金属板２は、矩形導波管１ａ、１ｂの溝と対応する部分に、溝の形状と対応した開口部（すなわち、溝の形状と同じ形状の開口部）を有している。すなわち、図２に示すように、溝１２ａ、１２ｂが存在する箇所に対応した部分では、フィン２１ｄ〜２１ｆは片持ち状態で支持されており、その先端には梁部２２が設置されている。

一対の矩形導波管１ａ、１ｂでＥ面平行金属板２を挟み込むことにより、図３に示すように、導波管の内部に方形導波管形状の別の導波路が構成される。すなわち、矩形導波管１ａ、１ｂ内において、導波路がＨ面に平行な方向に対して上下に分割されることによって別の導波管が少なくとも一つ形成される。この導波管形状の導波路は、帯域通過フィルタの共振器同士を結合する飛び越し結合導波路３となっている。すなわち、飛び越し結合導波路３は、Ｅ面平行金属板２によって矩形導波管１ａ、１ｂ内に形成される複数の共振器のうち少なくとも一つを飛び越した共振器同士を結合する。飛び越し結合導波路３は、飛び越し結合線路として機能する。飛び越し結合導波路３は、幅（ｘ方向）寸法と比較して高さ（ｙ方向）寸法が小さい平たい形状である。しかしながら、その縦横比は特定の値に限定される訳ではなく、結合量に応じた値である。

図４は、３８ＧＨｚ帯モデルの帯域通過フィルタの通過特性を示している。図４において、矢印Ａで示す曲線は、飛び越し結合がない場合の帯域通過フィルタの通過特性を示している。図４において、矢印Ｂで示す曲線は、飛び越し結合がある場合の帯域通過フィルタの通過特性を示している。飛び越し結合線路で共振器同士を結合することにより、図４に示すように、極が少なくとも一つ形成される。極の個数や形成される位置は、結合させる共振器を選択することで変更可能である。
図４においては、極が形成される位置Ｒ（３８．１５ＧＨｚ付近）で減衰量が２０ｄＢ以上改善している。

本願発明は、結合窓やフィン、スロープ部の寸法や形状を特定の数値や形状に限定した場合にのみ得られる訳ではなく、所望の特性に応じて極の個数や位置を調整するために結合窓やフィン、スロープ部の寸法等の調整を行える。このため、結合量の調整に関する詳細な説明は割愛する。

上記構成においては、矩形導波管１ａ、１ｂの内部に別の導波管（飛び越し結合導波路）が形成されるため、帯域通過フィルタとしての外形寸法を変化させる必要はない。このため、実装スペースの制約が小さくなり、装置内の各コンポーネントをフレキシブルに実装しやすい。

ここでは帯域通過導波管フィルタが矩形導波管の長手方向に対称である構造を例として説明した。しかしながら、帯域通過導波管フィルタが矩形導波管の長手方向に対称である必要はない。

このように、矩形導波管内に飛び越し結合導波路を形成し、共振器を飛び越し結合することにより極を発生させ、その極が通過帯域外で阻止帯域との過渡域にくるように結合量を調整する。このよう構成することにより、帯域通過フィルタの通過特性を向上させることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタは、第１の実施形態と同様に、Ｈ面の中央で２分割された一対の矩形導波管で、Ｅ面平行金属板を挟み込んだ構造である。
図５Ａに、本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタを構成する矩形導波管１ａの内側の構成を示す。図５Ｂは、図５Ａに示すＡ−Ａ線に沿った矩形導波管１ａの断面図である。本実施形態においては、矩形導波管１ａのＥ面の高さ方向の中央付近にＨ面と略平行に一対の凸部１４ａが形成されている。一対の凸部１４ａに挟まれた部分が溝１５ａとなっている。
図５Ｃに、本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタを構成するＥ面並行金属板２の構成を示す。一対の凸部１４ａに対応する一対の梁部２３は、それぞれ片持ちでフィンによって支持されている。
一対の凸部１４ａ及び梁部２３のそれぞれの一端はスロープ状となっており、この部分の形状や寸法を変更することで、結合量の調整が可能である。

矩形導波管１ｂの構造は、矩形導波管１ａの構造と同様である。

図６に示すように、本実施形態においては、一対の矩形導波管１ａ、１ｂでＥ面平行金属板２を挟み込むと、飛び越し結合導波路４が導波管の高さ方向の中央部に形成される。

本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタにおいても、第１の実施形態と同様に、共振器を飛び越し結合することにより極を発生させ、その極が通過帯域外で阻止帯域との過渡域に位置するように結合量を調整する。このように構成することにより、帯域通過フィルタの通過特性を向上させることができる。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタは、第１、第２の実施形態の帯域通過導波管フィルタと同様に、Ｈ面の中央で２分割された一対の矩形導波管でＥ面平行金属板を挟み込んだ構造を有する。
図７Ａに、本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタを構成する矩形導波管１ａの内側の構成を示す。図７Ｂは、図７Ａに示すＢ‐Ｂ線およびＢ´‐Ｂ´線に沿った矩形導波管１ａの断面図である。図７Ｃは、図７Ａに示すＣ‐Ｃ線およびＣ´‐Ｃ´線に沿った矩形導波管１ａの断面図である。本実施形態においては、矩形導波管１ａの長手方向の異なる位置に二つの凸部１６、１７が形成されている。一方の凸部１６は矩形導波管１ａの下側のＨ面の近傍に、Ｈ面と略平行に設けられている。他方の凸部１７は矩形導波管１ａの上側のＨ面の近傍に、Ｈ面と略平行に設けられている。凸部１６、１７と導波管の内壁との間には、溝１８ａ、１９ａが形成されている。

Ｅ面平行金属板２は、矩形導波管１ａの二つの溝１８ａ、１９ａと対応するそれぞれの部分にはフィンが存在しない。言い換えると、Ｅ面平行金属板２は、矩形導波管１８ａ、１８ｂの溝と対応する部分に、溝の形状と対応した開口部（すなわち、溝の形状と同じ形状の開口部）を有している。すなわち、図７Ｄに示すように、溝１８、１９が存在するそれぞれの箇所に対応した部分では、フィンは片持ち状態で支持されている。これらのフィンの先端には梁部２４、２５が設置されている。

矩形導波管１ｂの構造は、矩形導波管１ａの構造と同様である。

図８Ａは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＢ‐Ｂ線に沿った断面を示す図である。図８Ｂは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＢ´‐Ｂ´線に沿った断面を示す図である。図８Ｃは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＣ‐Ｃ線に沿った断面を示す図である。図８Ｄは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタの図７ＡにおけるＣ´‐Ｃ´線に沿った断面を示す図である。
図８Ａ〜８Ｄに示すように、本実施形態においては、一対の矩形導波管１ａ、１ｂでＥ面平行金属板２を挟み込むと、二つの飛び越し結合導波路５、６が導波管内に形成される。それぞれの飛び越し結合導波路５、６が極を形成するため、それぞれの極が通過帯域外で阻止帯域との過渡域に位置するに結合量を調整することで、通過特性をさらに改善することが可能となる。

ここでは矩形導波管の上側のＨ面近傍と下側のＨ面近傍とにそれぞれ飛び越し結合導波路が形成される構造を例とした。しかしながら、図９Ａ〜９Ｄに示すように、矩形導波管１ａの一方のＨ面の近傍に複数の飛び越し結合導波路が形成される構造であっても良い。図９Ａは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタを構成する矩形導波管の別の構成を示す図である。図９Ｂは、図９Ａに示すＢ‐Ｂ線およびＢ´‐Ｂ´線に沿った矩形導波管１ａの断面図である。図９Ｃは、図９Ａに示すＣ‐Ｃ線およびＣ´‐Ｃ´線に沿った矩形導波管１ａの断面図である。図９Ｄは、第３の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタを構成するＥ面平行金属板の別の構成を示す図である。

本実施形態に係る帯域通過導波管フィルタにおいても、第１の実施形態の帯域通過導波管フィルタと同様に、共振器を飛び越し結合することにより極を発生させ、その極が通過帯域外で阻止帯域との過渡域に位置するように結合量を調整することにより、帯域通過フィルタの通過特性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る帯域通過フィルタは、幅広面の中央で２分割された矩形導波管の間に、一対の梁が複数のフィンで連結されて略梯子状を呈した金属板を幅狭面と並行に配置している。この矩形導波管内において、導波路が幅狭面方向に分割されることによって別の導波管が少なくとも一つ形成されている。別の導波管のそれぞれは、金属板によって矩形導波管内に形成される共振器を少なくとも一つ飛び越して結合し、通過帯域外に極を形成する。
本発明の別の一実施形態に係る帯域通過フィルタは、幅広面の中央で２分割された矩形導波管と、矩形導波管の間に矩形導波管の幅狭面と並行に配置され、一対の梁および一対の梁を連結する複数のフィンを有し略梯子状を呈した金属板とを含む。矩形導波管内において、導波路が幅広面に平行な方向に対して上下に分割されることによって少なくとも一つの別の導波管が形成されている。金属板によって矩形導波管内に少なくとも３つの複数の共振器が形成される。別の導波管のそれぞれは、複数の共振器のうち少なくとも一つを飛び越した共振器同士を結合し、通過帯域外に極を形成する。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すような矩形導波管及びＥ面平行金属板を用いて、矩形導波管の高さ方向の中央に配置される導波路と、Ｈ面近傍に配置される導波路とを混在させても良い。図１０Ａは、本発明の別の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用される矩形導波管の構成を示す図である。図１０Ｂは，本発明の別の実施形態に係る帯域通過導波管フィルタに適用されるＥ面平行金属板の構成を示す図である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

この出願は、２００８年１２月２６日に出願された日本出願特願２００８−３３２３２１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

上記の各実施形態に係る帯域通過導波管フィルタは、安価でフレキシブルな基幹ネットワークシステムの硬直を目的とした簡易無線装置の入力部におけるＲＦ送受信分離回路に適用可能である。

１ａ、１ｂ 矩形導波管
２ Ｅ面平行金属板
３、４ 飛び越し結合導波路
１０ａ 結合窓
１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ１７ｂ 凸部
１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ 溝
１３ａ スロープ部
２１、２１ａ〜２１ｉ フィン
２２、２３、２４、２５ 梁部

Claims (3)

1. 一つの導波管が幅広面の中央で２分割されてなる一対の矩形導波管と、前記一対の矩形導波管の間に前記矩形導波管の幅狭面と並行に配置され、一対の梁および前記一対の梁を連結する複数のフィンを有し略梯子状を呈した金属板とを含む帯域通過フィルタであって、
   前記一対の矩形導波管内において、導波路が前記幅広面に平行な方向に対して上下に分割されることによって少なくとも一つの別の導波管が形成されており、
   前記金属板によって前記一対の矩形導波管内に少なくとも３つの複数の共振器が形成され、前記別の導波管は、前記複数の共振器のうち少なくとも一つを飛び越した共振器同士を結合し、通過帯域外に極を形成する帯域通過フィルタ。
2. 前記一対の矩形導波管のそれぞれは、前記幅広面とは所定の間隔を空けて前記幅広面と略平行に設置された凸部を少なくとも一つ備えており、
   前記金属板は、前記一対の梁の一方のみに繋がった金属フィンによって片持ちで支持された梁部を、前記凸部同士に挟まれる位置に備えており、
   前記幅広面の一方と前記凸部との間に形成された溝に対応する部分には、いずれの前記金属フィンも配置されていない請求項１記載の帯域通過フィルタ。
3. 前記一対の矩形導波管のそれぞれは、所定の間隔を空けていずれも前記幅広面と略平行に設置された一対の凸部を少なくとも備えており、
   前記金属板は、前記一対の凸部の一方同士に挟まれる位置に設けられた前記一対の梁の一方のみに繋がった金属フィンによって片持ちで支持された梁部と、前記一対の凸部の他方同士に挟まれる位置に設けられた前記一対の梁の他方のみに繋がった金属フィンによって片持ちで支持された梁部とを備えており、
   前記一対の凸部の間に形成された溝に対応する部分には、いずれの前記金属フィンも配置されていない請求項１又は２記載の帯域通過フィルタ。

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