JP5513545B2

JP5513545B2 - 帯域通過フィルタ

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Publication number: JP5513545B2
Application number: JP2012097457A
Authority: JP
Inventors: 智之平間
Original assignee: SPC Electronics Corp
Current assignee: SPC Electronics Corp
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-04-23
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Description

本発明は、帯域通過フィルタに関し、さらに詳細には、共振棒を複数個配置してそれらを電磁界結合して構成した帯域通過フィルタに関する。

従来より、入力信号を予め定められた共振周波数で共振させる共振棒を複数個配置してそれらを電磁界結合させることにより所望の通過帯域と減衰帯域とを備えるようにした帯域通過フィルタとが知られている。

また、こうした帯域通過フィルタとしては、外部導体となる筐体の内部に内部導体となる共振棒を設置するとともに、共振周波数を調整する調整ネジが当該筐体内部への突出量を調整自在になるようにして当該筐体に設けたものが知られている。

ここで、上記した共振棒を備えた従来の帯域通過フィルタについて、図１（ａ）および図１（ｃ）を参照しながら説明する。

まず、図１（ａ）には、従来の帯域通過フィルタの一例として、帯域通過フィルタ１０の概略構成断面説明図が示されている。

この帯域通過フィルタ１０は、筐体たる外部導体１２と、外部導体１２の内部底面１２ａに配設された２本の共振棒１４ａ、１４ｂと、共振棒１４ａ、１４ｂに対応してそれぞれ所定の位置に配置される調整ネジ１６ａ、１６ｂとにより構成されている。

より詳細には、外部導体１２は、内部に空洞を有する方形状体であり、アルミニウムなどの金属より構成され、帯域通過フィルタの外部導体となるものである。

また、２本の共振棒１４ａ、１４ｂは、帯域通過フィルタの内部導体となる円柱状体であり、金属より構成され、一方の端部を外部導体１２の内部底面１２ａに接地し、他方の端部は外部導体１２内に開放するように配置される。

なお、これら２本の共振棒１４ａ、１４ｂは、図１（ａ）に示すＸ軸方向における外部導体１２の中心を通り、かつ、Ｙ軸方向に沿った直線上に配列され、共振棒１４ａと共振棒１４ｂとの間には、所定の距離Ｌ１を設けるようにする。

この所定の距離Ｌ１は、隣合う共振棒１４ａと共振棒１４ｂとの間で電波の飛び移りが発生し、混成共振モードを形成させることで共振棒間の結合を強くさせるような距離であるようにする。

そして、共振棒１４ａ、１４ｂの直上の外部導体１２の上面１２ｂには、帯域通過フィルタの共振周波数を調整する調整ネジ１６ａ、１６ｂがそれぞれ抜き差し自在に挿通されている。

ここで、これら調整ネジ１６ａ、１６ｂは、外部導体１２の上面１２ｂに穿設された孔に挿入されて、調整ネジ１６ａおよび１６ｂの先端部が帯域通過フィルタ１０の内部の空洞に突出するように上面１２ｂを貫通して配置されている。

こうした調整ネジ１６ａ、１６ｂは、上記において説明した共振棒１４ａ、１４ｂの直上に配置されている。具体的には、調整ネジ１６ａは共振棒１４ａの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ１６ｂは共振棒１４ｂの直上に所定の間隙を空けて配置されている。

従って、共振棒１４ａおよび調整ネジ１６ａと共振棒１４ｂおよび調整ネジ１６ｂとは、平行に配置された構造となる。

そして、上記した調整ネジ１６ａならびに調整ネジ１６ｂについて、帯域通過フィルタ１０の内部の空洞への先端部の突出量を調節すると、調整ネジ１６ａと共振棒１４ａとの距離ならびに調整ネジ１６ｂと共振棒１４ｂとの距離が変化するため、帯域通過フィルタ１０の共振周波数を調節することができるものである。

なお、帯域通過フィルタ１０に対して高周波信号を入力する入力端子および帯域通過フィルタ１０より高周波信号が出力される出力端子については、公知の技術であるためその説明ならびに図示を省略するものとする。

上記においては、複数の共振棒１４ａ、１４ｂを備えた帯域通過フィルタ１０について説明したが、図１（ａ）に示す帯域通過フィルタ１０のように、各共振棒が外部導体の同一面上に配置されるようにして複数の共振棒を結合させる手法をコムライン結合と称する。

次に、帯域通過フィルタより発生される高周波信号の共振周波数と２本の共振棒間における結合度との関係について説明する。

はじめに、帯域通過フィルタに高周波信号が入力されると、共振棒へ電磁界結合し、共振棒の外部導体との接地端側において強く取り巻く磁界成分と、共振棒の先端側において強く分布する電界成分とが発生する。

共振棒において励振した信号は、近くに配置されている共振棒とともに共振し、２本の共振棒が混成共振モードを形成する。

混成共振モードが形成されると、共振周波数の分布状態において共振ピークの分裂が見られる。

こうした共振ピークの分裂の度合いが、共振棒間の結合の大きさを表すものである。

即ち、共振棒間の結合が大きい場合、共振ピークの分裂は大きく、また、共振棒間の結合が小さい場合、共振ピークの分裂は小さいものである。

こうした共振棒間の結合を表す数値たる結合度ｋは、２本の共振棒の共振周波数より算出することができるものである。

ここで、２本の共振棒による共振周波数を、それぞれｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２）とすると、結合度ｋは次の式（ｉ）により算出することができる。
ｋ＝２×（ｆ２−ｆ１）／（ｆ１＋ｆ２）・・・式（ｉ）

ここで、図１（ｂ）には、コムライン結合による帯域通過フィルタ１０における共振周波数の分布状態が示されている。

即ち、帯域通過フィルタ１０に対して高周波信号を入力した場合、図１（ｂ）に示す共振特性が得られるものである。

例えば、２本の共振棒１４ａ、１４ｂにより発生される共振周波数をそれぞれｆ１_ｃ、ｆ２_ｃとすると（ｆ１_ｃ＜ｆ２_ｃ）、帯域通過フィルタ１０に対して周波数１．４〜２．２ＧＨｚの高周波信号をスイープさせて測定した場合、例えば、ｆ１_ｃ＝１．６５２ＧＨｚ、ｆ２_ｃ＝１．７８０ＧＨｚの値が測定されたものとする。

なお、この際、調整ネジ１６ａおよび１６ｂを使用すると周波数が変動することがあるが、こうした変動が共振棒が結合したことに起因するものか、また、調整ネジそのものに起因するものなのかを判別することが困難である。

そのため、測定される周波数の変動を防ぐため、調整ネジ１６ａおよび１６ｂは使用しない状態で、帯域通過フィルタ１０の両端部に接続された入出力端子（図示せず。）に測定器を接続し、通過特性を測定するようにする。

これら共振周波数ｆ１_ｃ、ｆ２_ｃを用いて２本の共振棒間における結合度ｋ_ｃを算出すると、上記式（ｉ）より結合度ｋ_ｃ＝０．０７５となる。

こうした、結合度は、結合された共振棒間の結合の強さを表すものであり、結合度の値が大きいほど共振棒間の結合が強いものであることを意味する。

次に、図１（ｃ）を用いて、従来の帯域通過フィルタの他の例である帯域通過フィルタ２０について説明するが、図１（ｃ）には、従来の帯域通過フィルタの他の例である帯域通過フィルタ２０の概略構成断面説明図が示されている。

この帯域通過フィルタ２０は、筐体たる外部導体２２と、外部導体２２の内部底面２２ａに配設された１本の共振棒２４ａと、外部導体２２の上面２２ｂに配設された１本の共振棒２４ｂと、共振棒２４ａ、２４ｂに対応してそれぞれ所定の位置に配置される調整ネジ２６ａ、２６ｂとにより構成されている。

より詳細には、外部導体２２は、内部に空洞を有する方形状体であり、アルミニウムなどの金属より構成され、帯域通過フィルタの外部導体となるものである。

また、共振棒２４ａは、帯域通過フィルタの内部導体となる円柱状体であり、金属により構成され、一方の端部を外部導体２２の内部底面２２ａに接地し、他方の端部は外部導体２２内に開放するように配置されている。

そして、外部導体２２の共振棒２４ａと対向する面である上面２２ｂの、図１（ｃ）に示すＸ軸方向における外部導体２２の中心を通り、かつ、Ｙ軸方向に沿った直線上に、共振棒２４ｂが配設されている。共振棒２４ｂは、帯域通過フィルタの内部導体となる円柱状体であり、金属により構成される。

なお、共振棒２４ａと共振棒２４ｂとの間には、所定の距離Ｌ２を設けるようにする。

この所定の距離Ｌ２は、隣合う共振棒２４ａと共振棒２４ｂとの間で電波の飛び移りが発生し、混成共振モードを形成させることで共振棒間の結合を強くさせるような距離であるようにする。

そして、共振棒２４ａの直上の外部導体２２の上面２２ｂには、共振棒の共振周波数を調整する調整ネジ２６ａが抜き差し自在に挿通されている。

また、共振棒２４ｂの直下である外部導体２２の内部底面２２ａには、共振棒の共振周波数を調整する調整ネジ２６ｂが抜き差し自在に挿通されている。

ここで、調整ネジ２６ａは、外部導体２２の上面２２ｂに穿設された孔に挿入されて、調整ネジ２６ａの先端部が帯域通過フィルタ２０の内部の空洞に突出するように上面２２ｂを貫通して配置されている。

また、調整ネジ２６ｂは、外部導体２２の内部底面２２ａに穿設された孔に挿入されて、調整ネジ２６ｂの先端部が帯域通過フィルタ２０の内部の空洞に突出するように内部底面２２ａを貫通して配置されている。

こうした調整ネジ２６ａは、上記において説明した共振棒２４ａの直上に配置され、また、調整ネジ２６ｂは、上記において説明した共振棒２４ｂの直下に配置されている。具体的には、調整ネジ２６ａは共振棒２４ａの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ２６ｂは共振棒２４ｂの直下に所定の間隙を空けて配置されている。

従って、共振棒２４ａおよび調整ネジ２６ａと共振棒２４ｂおよび調整ネジ２６ｂとは、平行に配置された構造となる。
そして、上記した調整ネジ２６ａならびに調整ネジ２６ｂについて、帯域通過フィルタ２０の内部の空洞への先端部の突出量を調節すると、調整ネジ２６ａと共振棒２４ａとの距離ならびに調整ネジ２６ｂと共振棒２４ｂとの距離が変化するため、帯域通過フィルタ２０の共振周波数を調節することができるものである。

なお、帯域通過フィルタ２０に対して高周波信号を入力する入力端子および帯域通過フィルタ２０より高周波信号が出力される出力端子については、公知の技術であるためその説明ならびに図示を省略するものとする。

即ち、帯域通過フィルタ１０においては、２本の共振棒１４ａ、１４ｂが同一面上に配列されているものであったが、帯域通過フィルタ２０においては、２本の共振棒２４ａ、２４ｂが対向する面にそれぞれ配置されているものである。

そのため、帯域通過フィルタ１０においては、外部導体１０の上面より２つの調整ネジ１６ａ、１６ｂが突出しているものであったが、帯域通過フィルタ２０においては、外部導体２２の上面から１本の調整ネジ２６ａが突出し、外部導体２２の下面から１本の調整ネジ２６ｂが突出するように構成されている。

上記においては、複数の共振棒２４ａ、２４ｂを備えた帯域通過フィルタ２０について説明したが、図１（ｃ）に示す帯域通過フィルタ２０のように、各共振棒が外部導体の対向する面上にそれぞれ配置されるようにして複数の共振棒を結合させる手法をインターデジタル結合と称するものである。

ここで、インターデジタル結合による帯域通過フィルタ２０では、入力された高周波信号が共振棒へ電磁界結合し、共振棒の接地端側において強く取り巻く磁界成分と、共振棒の先端側において強く分布する電界成分とが発生した後、電界成分による電界結合と磁界成分による磁界結合とが打ち消し合わずに足し合わされることから共振棒間に強い結合が得られるものである。

このインターデジタル結合による帯域通過フィルタ２０における共振棒間の結合について、図１（ｄ）に示す共振周波数の分布状態を参照しながら説明する。

即ち、帯域通過フィルタ２０に対して高周波信号を入力した場合、図１（ｄ）に示す共振特性が得られるものである。

２本の共振棒２４ａ、２４ｂにより発生される共振周波数をそれぞれｆ１_ｉ、ｆ２_ｉとすると（ｆ１_ｉ＜ｆ２_ｉ）、帯域通過フィルタ２０に対して周波数１．４〜２．２ＧＨｚの高周波信号をスイープさせて測定した場合、例えば、ｆ１_ｉ＝１．６２８ＧＨｚ、ｆ２_ｉ＝１．８０４ＧＨｚの値が測定されたものとする。

なお、この際、調整ネジ２６ａおよび２６ｂを使用すると周波数が変動することがあるが、こうした変動が共振棒が結合したことに起因するものか、また、調整ネジそのものに起因するものなのかを判別することが困難である。

そのため、測定される周波数の変動を防ぐため、調整ネジ２６ａおよび２６ｂは使用しない状態で、帯域通過フィルタ２０の両端部に接続された入出力端子（図示せず。）に測定器を接続し、通過特性を測定するようにする。

また、帯域通過フィルタ２０の寸法、即ち、図示しない入出力端子の端子形状、外部導体寸法および共振棒寸法は、図１（ａ）に示す帯域通過フィルタ１０と同一の条件で構成されているものとし、また、共振棒間の距離Ｌ２は、図１（ａ）に示す帯域通過フィルタ１０の共振棒間の距離Ｌ１と同一の距離であるものとする。

これら共振周波数ｆ１_ｉｎ、ｆ２_ｉｎを用いて２本の共振棒間における結合度ｋ_ｉｎを算出すると、上記式（ｉ）より結合度ｋ_ｉｎ＝０．１０３となる。

ここで、上記コムライン結合による帯域通過フィルタ１０の結合度ｋ_ｃと比較すると、結合度ｋ_ｃ＝０．０７５の帯域通過フィルタ１０に対して、インターデジタル結合による帯域通過フィルタ２０の結合度はｋ_ｉｎ＝０．１０３であることから、帯域通過フィルタ２０の方が共振棒間の結合が強いものであることがわかる。

ところで、上記において説明した帯域通過フィルタ１０、２０は２本の共振棒を配置させたものであるが、一般的な帯域通過フィルタは、より多くの共振棒を結合させて用いられる。

このように構成される帯域通過フィルタは、周波数帯域幅が広いものであるため、強い共振棒間結合が必要となる。

そのため、コムライン結合よりも強い共振棒間結合を有するインターデジタル結合は、
強い共振棒間結合が必要な周波数帯域幅の広い帯域通過フィルタを構成する際に利用されやすいものである。

しかしながら、インターデジタル結合においては、帯域通過フィルタの調整ネジが外部導体の上面および下面の両側に配置されており、外部導体の上下両側から調整ネジが突出しているため、調整作業が難しく扱いにくいという問題点があった。

一方、コムライン結合においては、調整ネジが外部導体の一方の面に集中しているため、調整作業がしやすいという利点がある一方で、共振棒間の結合が弱いものであった。

そのため、コムライン結合で得られる上記利点とインターデジタル結合で得られる上記利点とを併せ持つ結合方法が要望されていた。

なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振棒間の結合が強い帯域通過フィルタを提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、調整作業を容易に行うことができるようにした帯域通過フィルタを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、外部導体の同一面に設置された共振棒間を金属の結合棒で接続するようにしたものである。

即ち、本発明は、共振棒を備える帯域通過フィルタにおいて、内部に空洞を有する方形状体の筐体よりなる外部導体と、上記外部導体内において、一方の端部を上記外部導体の一方の面に接地し、他方の端部を上記外部導体内に開放するように配置された複数の共振棒と、上記外部導体の上記一方の面と対向する面に抜き差し自在に挿通されるとともに、上記複数の共振棒にそれぞれ対応して配置された共振周波数を調整する複数の調整ネジと、上記複数の共振棒について隣接する共振棒同士を接続する結合棒とを有し、上記結合棒により接続された隣接する上記共振棒同士の間隔は、
ｂｗ：通過帯域幅
ｆ _０：中心周波数
ｇ _ｉ、ｇ _ｉ＋１：ｇファクタ
式（ｉｉ）により算出される結合度ｋ _{ｉ，ｉ＋１} が所定の値を満たす間隔であるように決定するようにしたものである。

また、本発明は、上記帯域通過フィルタにおいて、上記結合棒を金属材料により構成するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、共振棒間の結合を強くすることができるようになるという優れた効果を奏する。

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、調整作業が容易にできるようになるという優れた効果を奏する。

図１（ａ）は従来の帯域通過フィルタの一例を示す概略構成断面説明図であり、また、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す帯域通過フィルタより得られる共振周波数の分布状態を示す説明図であり、また、図１（ｃ）は従来の帯域通過フィルタの他の例を示す概略構成断面説明図であり、また、図１（ｄ）は図１（ｃ）に示す帯域通過フィルタより得られる共振周波数の分布状態を示す説明図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態の一例による帯域通過フィルタの概略構成断面説明図であり、また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線における概略構成断面説明図であり、また、図２（ｃ）は図２（ａ）に示す帯域通過フィルタより得られる共振周波数の分布状態を示す説明図である。図３（ａ）は本発明の実施の形態の一例による帯域通過フィルタの概略構成断面説明図であり、また、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における概略構成断面説明図である。図４はコムライン結合による帯域通過フィルタの特性、インターデジタル結合による帯域通過フィルタの特性、本発明の実施の形態の一例による帯域通過フィルタの特性を示した概念説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による帯域通過フィルタの実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。

まず、図２（ａ）には、本発明による帯域通過フィルタの実施の形態の一例の概略構成断面説明図が示されている。

本発明による帯域通過フィルタ１００は、複数の共振棒を同一平面上に配列させたコムライン結合により構成される帯域通過フィルタである。

この図２（ａ）に示す帯域通過フィルタ１００は、筐体たる外部導体１０２と、外部導体１０２の内部底面１０２ａに同一直線上に配設された２本の共振棒１０４ａ、１０４ｂと、共振棒１０４ａ、１０４ｂに対応してそれぞれ所定の位置に配置される２本の調整ネジ１０６ａ、１０６ｂと、共振棒１０４ａ、１０４ｂを連結させる結合棒１０８とにより構成されるものである。

より詳細には、外部導体１０２は、内部に空洞を有する方形状体であり、アルミニウムなどの金属より構成され、帯域通過フィルタの外部導体となるものである。

また、２本の共振棒１０４ａ、１０４ｂは、帯域通過フィルタの内部導体となる円柱状体であり、金属により構成され、一方の端部を外部導体１０２の内部底面１０２ａに接地し、他方の端部は外部導体１０２内に開放するように配置される。

なお、これら２本の共振棒１０４ａ、１０４ｂは、外部導体１０２における図２（ａ）に示すＸ軸方向における外部導体１０２の中心を通り、かつ、Ｙ軸方向に沿った直線上に配列される。

また、共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとの間には、所定の距離Ｌ３を設けるようにする。

こうした共振棒間の間隔Ｌ３、共振棒に取り付ける結合棒の位置および結合棒１０８の太さにより、帯域通過フィルタ１００の特性は変化するものである。

本実施の形態においては、共振棒１０４ａおよび１０４ｂ間の間隔Ｌ３、共振棒に取り付ける結合棒の位置、結合棒の太さについては、帯域通過フィルタ１００における結合度が所望の値となるように配置するものとする。

そして、帯域通過フィルタ１００で、以下の式（ｉｉ）を用いて算出される結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}が、所望の値を満たすように後述する各パラメータを設定するようにする。

ここで、上記式（ｉｉ）におけるｂｗは通過帯域幅を示すものであり、ｆ_０は中心周波数であり、ｇ_ｉおよびｇ_ｉ＋１はｇファクタを示すものである。

なお、通過帯域幅ｂｗおよび中心周波数ｆ_０は、帯域通過フィルタ１００が所望のフィルタ特性となるように任意に設定すればよいものである。

また、ｇファクタは、帯域通過フィルタのタイプにより異なるものであり、段数、リップル、パスバンド幅により決定されるものであるが、例えば、最平坦特性を有する帯域通過フィルタであるものとした場合、以下の式（ｉｉｉ）により算出されるものである。

ここで、ｉ＝１、２、・・・、ｎとし、また、ｎは共振棒の数を表すものとする。

そして、共振棒１０４ａ、１０４ｂの直上の外部導体１０２の上面１０２ｂには、帯域通過フィルタの共振周波数を調整する調整ネジ１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ抜き差し自在に挿通されている。

ここで、これら調整ネジ１０６ａ、１０６ｂは、外部導体１０２の上面１０２ｂに穿設された孔に挿入されて、調整ネジ１０６ａ、１０６ｂの先端部が帯域通過フィルタ１００の内部の空洞に突出するように上面１０２ｂを貫通して配置されている。

こうした調整ネジ１０６ａ、１０６ｂは、上記において説明した共振棒１０４ａ、１０４ｂの直上に配置されている。具体的には、調整ネジ１０６ａは共振棒１０４ａの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ１０６ｂは共振棒１０４ｂの直上に所定の間隙を空けて配置されている。

従って、共振棒１０４ａおよび調整ネジ１０６ａと共振棒１０４ｂおよび調整ネジ１０６ｂとは平行に配置された構造となる。

そして、上記した調整ネジ１０６ａならびに調整ネジ１０６ｂについて、帯域通過フィルタ１００の内部への先端部の突出量を調節すると、調整ネジ１０６ａと共振棒１０４ａとの距離ならびに調整ネジ１０６ｂと共振棒１０４ｂとの間の距離が変化することにより、帯域通過フィルタ１００の共振周波数を調節することができるものである。

さらに、共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとは、結合棒１０８によって互いに連結されている。

より詳細には、結合棒１０８は、一方の端部１０８ａを結合棒１０４ａの側面と連結し、かつ、他方の端部１０８ｂを結合棒１０４ｂの側面と連結することにより、共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとを連結している。

こうした結合棒１０４は、半田もしくは導電性接着剤などを用いて共振棒１０４ａ、１０４ｂに接着すればよく、要するに共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとを電気的に接続するように構成すればよい。

なお、本実施の形態においては、結合棒１０８は、アルミニウムや鉄などの金属材料により構成された円筒形状体であるものとする。

図２（ｂ）には図２（ａ）に示すＩＩＢ−ＩＩＢ線における断面説明図が示されているが、結合棒１０８により共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとを連結する際には、図２（ｂ）に示すように結合棒１０８が直線形状となるように連結することが好ましい。

また、こうした結合棒１０８により連結される共振棒１０４ａと共振棒１０４ｂとの間隔は、上記式（ｉｉ）により算出される結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}の値が帯域通過フィルタとして所望の値となるような間隔であるように決定されるものである。

そして、結合棒１０８を取り付ける位置としては、本実施の形態においては、共振棒１０４ａおよび１０４ｂの間を最短で連結させる位置に配置されているものであるが、特に限定されるものではないものであり、上記において示した結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}を満たすものであれば、図２（ａ）および（ｂ）に図示されるように最短で連結させるものでなくともよいものである。

なお、帯域通過フィルタ１００に対して高周波信号を入力する入力端子および帯域通過フィルタ１００より高周波信号が出力される出力端子については、公知の技術であるためその説明ならびに図示を省略するものとする。

以上の構成において、図２（ｃ）を参照しながら帯域通過フィルタ１００について、共振周波数の分布状態について以下に説明する。

結合棒１０８を使用した帯域通過フィルタ１００における２本の共振棒１０４ａ、１０４ｂにより発生される共振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２とすると（ｆ１＜ｆ２）、帯域通過フィルタ１００に対して１．４〜２．２ＧＨｚの高周波信号をスイープさせて測定した場合、例えば、共振周波数ｆ１＝１．５４８ＧＨｚ、共振周波数ｆ２＝１．９５２ＧＨｚの値が測定されたものとする。

この場合には、帯域通過フィルタ１００における結合度ｋを、上記式（ｉ）より求めると、ｋ＝０．２３１となる。

なお、この際、調整ネジ１０６ａおよび１０６ｂを使用すると周波数が変動することがあるが、こうした変動が共振棒が結合したことに起因するものか、また、調整ネジそのものに起因するものなのかを判別することが困難である。

そのため、測定される周波数の変動を防ぐため、調整ネジ１０６ａおよび１０６ｂは使用しない状態で、帯域通過フィルタ１００の両端部に接続された入出力端子（図示せず。）に測定器を接続し、通過特性を測定するようにする。

また、帯域通過フィルタ１００の寸法、即ち、図示しない入出力端子の端子形状、外部導体寸法および共振棒寸法は、図１（ａ）に示す帯域通過フィルタ１０と同一の条件で構成されているものとし、また、共振棒間の距離Ｌ３は、図１（ａ）に示す帯域通過フィルタ１０の共振棒間の距離Ｌ１と同一の距離であるものとする。

こうした帯域通過フィルタ１００の結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}は、上記において説明した従来のインターデジタル結合による帯域通過フィルタ２０の結合度ｋ_ｉｎ＝０．１０３よりも大きいものであり、帯域通過フィルタ２０の共振棒間結合の強さよりも、帯域通過フィルタ１００の共振棒間結合の方が強いものであることを意味している。

上記において説明したように、本発明による帯域通過フィルタ１００によれば、コムライン結合よりなる帯域通過フィルタが有する利点とインターデジタル結合よりなる帯域通過フィルタが有する利点との両方を備えているため、共振棒間の結合が強く、かつ、取り扱いやすい帯域通過フィルタを実現することができるものである。

結合棒を取り付けることにより、結合度が高くなるという効果が得られるものである。

そのため、こうした本実施の形態による帯域通過フィルタ１００は、コムライン結合による帯域通過フィルタ１０やインターデジタル結合による帯域通過フィルタ２０による場合よりも結合度が高くなる。

なお、共振棒間に結合棒を取り付けた場合もコムライン結合やインターデジタル結合と同様に、共振棒間隔を広げると結合度が低くなり、共振棒間隔を狭くすると結合度が高くなるものである。

次に、図３（ａ）（ｂ）を参照しながら、本発明による第２の帯域通過フィルタの実施の形態の一例について説明する。

即ち、図３（ａ）には帯域通過フィルタ２００の概略構成断面説明図が示されており、また、図３（ｂ）には図３（ａ）に示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における帯域通過フィルタ２００の概略構成断面説明図が示されている。

こうした帯域通過フィルタ２００の構成は、共通の外部導体を用いて複数の共振棒を連結するようにした構成に相当する。

具体的には、帯域通過フィルタ２００は、共通の外部導体２０２を用いて４本の共振棒を連結したものに相当する。

即ち、帯域通過フィルタ２００は、筐体たる外部導体２０２と、外部導体２０２の内部底面２０２ａに同一直線上に配設された４本の共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄと、外部導体２０２の上面２０２ｂで共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄに対応してそれぞれ所定の位置に配置される４本の調整ネジ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄと、共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとを連結させる結合棒２０８ａ、共振棒２０４ｂと共振棒２０４ｃとを連結させる結合棒２０８ｂおよび共振棒２０４ｃと共振棒２０４ｄとを結合させる結合棒２０８ｃの３本の結合棒とより構成されるものである。

より詳細には、外部導体２０２は、内部に空洞を有する方形状体であり、アルミニウムなどの金属より構成され、帯域通過フィルタの外部導体となるものである。

また、４本の共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは、帯域通過フィルタの内部導体となる円柱状体であり、金属により構成され、一方の端部を外部導体２０２の内部底面２０２ａに接地し、他方の端部は外部導体２０２内に開放するように配置される。

なお、これら４本の共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄは、外部導体２０２における図３（ａ）に示すＸ軸方向における外部導体２０２の中心を通り、かつ、Ｙ軸方向に沿った直線上に配列される。

また、４本の共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄについて、それぞれ隣接する共振棒同士の間には、所定の距離Ｌ４を設けるようにする。

こうした共振棒間の間隔Ｌ４、共振棒に取り付ける結合棒の位置および結合棒２０８の太さにより、帯域通過フィルタ２００の特性は変化するものである。

本実施の形態においては、共振棒２０４ａおよび２０４ｂ間の間隔Ｌ４、共振棒に取り付ける結合棒の位置、結合棒の太さについては、帯域通過フィルタ２００における結合度が所望の値となるように配置するものとする。

そして、帯域通過フィルタ２００で、以下の式（ｉｉ）を用いて算出される結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}が、所望の値を満たすように後述する各パラメータを設定するようにする。

なお、通過帯域幅ｂｗおよび中心周波数ｆ_０は、帯域通過フィルタ２００が所望のフィルタ特性となるように任意に設定すればよいものである。

そして、共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄの直上の外部導体２０２の上面２０２ｂには、帯域通過フィルタの共振周波数を調整する調整ネジ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄがそれぞれ抜き差し自在に挿通されている。
ここで、これら調整ネジ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄは、外部導体２０２の上面２０２ｂに穿設された孔に挿入されて、調整ネジ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄの先端部が帯域通過フィルタ２００の内部の空洞に突出するように上面２０２ｂを貫通して配置されている。

こうした調整ネジ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄは、上記において説明した共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄの直上に配置されている。具体的には、調整ネジ２０６ａは共振棒２０４ａの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ２０６ｂは共振棒２０４ｂの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ２０６ｃは共振棒２０４ｃの直上に所定の間隙を空けて配置され、調整ネジ２０６ｄは共振棒２０４ｄの直上に所定の間隙を空けて配置されている。

従って、共振棒２０４ａおよび調整ネジ２０６ａと共振棒２０４ｂおよび調整ネジ２０６ｂと共振棒２０４ｃおよび調整ネジ２０６ｃと共振棒２０４ｄおよび調整ネジ２０６ｄとは平行に配置された構造となる。

そして、上記した調整ネジ２０６ａ、調整ネジ２０６ｂ、調整ネジ２０６ｃならびに調整ネジ２０６ｄについて、帯域通過フィルタ２００の内部への先端部の突出量を調節すると、調整ネジ２０６ａと共振棒２０４ａとの間の距離ならびに調整ネジ２０６ｂと共振棒２０４ｂとの間の距離ならびに調整ネジ２０６ｃと共振棒２０４ｃとの間の距離ならびに調整ネジ２０６ｄと共振棒２０４ｄとの間の距離が変化することにより、帯域通過フィルタ２００の共振周波数を調節することができるものである。

さらに、共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとは、結合棒２０８ａによって互いに連結されており、また、共振棒２０４ｂと共振棒２０４ｃとは、結合棒２０８ｂによって互いに連結されており、また、共振棒２０４ｃと共振棒２０４ｄとは、結合棒２０８ｃによって互いに連結されている。

より詳細には、結合棒２０８ａは、一方の端部を共振棒２０４ａの側面と連結し、かつ、他方の端部を共振棒２０４ｂの側面と連結することにより、共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとを連結している。

また、結合棒２０８ｂは、一方の端部を共振棒２０４ｂの結合棒２０８ａが連結している側面と対向する側面と連結し、かつ、もう一方の端部を共振棒２０４ｃの側面と連結することにより、共振棒２０４ｂと共振棒２０４ｃとを連結している。

また、結合棒２０８ｃは、一方の端部を共振棒２０４ｃの結合棒２０８ｂが連結している側面と対向する側面と連結し、かつ、もう一方の端部を共振棒２０４ｄの側面と連結することにより、共振棒２０４ｃと共振棒２０４ｄとを連結している。

こうした結合棒２０８ａは、半田もしくは導電性接着剤などを用いて共振棒２０４ａ、２０４ｂに接着すればよく、要するに共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとを電気的に接続するように構成すればよい。

また、結合棒２０８ｂについても、半田もしくは導電性接着剤などを用いて共振棒２０４ｂ、２０４ｃに接着すればよく、要するに共振棒２０４ｂと共振棒２０４ｃとを電気的に接続するように構成すればよい。

また、結合棒２０８ｃについても、半田もしくは導電性接着剤などを用いて共振棒２０４ｃ、２０４ｄに接着すればよく、要するに共振棒２０４ｃと共振棒２０４ｄとを電気的に接続するように構成すればよい。

なお、本実施の形態においては、結合棒２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃは、アルミニウムや鉄などの金属材料により作製された円筒形状体であるものとする。

図３（ｂ）には図３（ａ）に示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における断面説明図が示されているが、結合棒２０８ａにより共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとを連結させ、結合棒２０８ｂにより共振棒２０４ｂと共振棒２０４ｃとを連結させ、結合棒２０８ｃにより共振棒２０４ｃと共振棒２０４ｄとを連結する際には、図３（ｂ）に示すように結合棒２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃがそれぞれ直線形状となるように連結することが好ましい。

また、こうした結合棒２０８により連結される共振棒２０４ａと共振棒２０４ｂとの間隔は、上記式（ｉｉ）により算出される結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}の値が帯域通過フィルタとして所望の値となるような間隔であるように決定されるものである。

そして、結合棒２０８を取り付ける位置としては、本実施の形態においては、共振棒２０４ａおよび２０４ｂの間を最短で連結させる位置に配置されているものであるが、特に限定されるものではないものであり、上記において示した結合度ｋ_{ｉ，ｉ＋１}を満たすものであれば、図３（ａ）および（ｂ）に図示されるように最短で連結させるものでなくともよいものである。

そして、外部導体２０２には、その両端部のそれぞれに端子などの各構成部品が配設されている。

より詳細には、外部導体２０２の一方の端部２０２ｃには、高周波信号を外部導体２０２内に入力するための入力端子２１０ａと、入力端子２１０ａと接続する結合線路２１２ａと、外部導体２０２内部に配設されて結合線路２１２ａを介して入力端子２１０ａと接続される円板形状の導体であるアンテナ２１４ａとより構成される入力部２２０ａが備えられている。

ここで、結合線路２１２ａは、外部導体２０２の端部２０２ｃに穿設された孔に挿通されており、上記の通り、一方を入力端子２１０ａと接続し、他方をアンテナ２１４ａと接続していることから、結合線路２１２ａによって入力端子２１０ａとアンテナ２１４ａとは電気的に接続されている。

一方、外部導体２０２の他方の端部２０２ｄには、帯域通過フィルタ２００により処理された高周波信号を外部導体２０２の外部に出力するための出力端子２１０ｂと、出力端子２１０ｂと接続する結合線路２１２ｂと、外部導体２０２内部に配設されて結合線路２１２ｂを介して出力端子２１０ｂと接続される円板形状の導体であるアンテナ２１４ｂとより構成される出力部２２０ｂが備えられている。

ここで、結合線路２１２ｂは、外部導体２０２の端部２０２ｄに穿設された孔に挿通されており、上記の通り、一方を出力端子２１０ｂと接続し、他方をアンテナ２１４ｂと接続していることから、結合線路２１２ｂによって出力端子２１０ｂとアンテナ２１４ｂとは電気的に接続されている。

以上の構成において、帯域通過フィルタ２００は、所望の通過帯域と減衰帯域とを備えたフィルタとして作用するものである。

即ち、帯域通過フィルタ２００は、入力端子２１０ａから入力された高周波信号がアンテナ２１４ａを介して共振棒２０４ａへ電磁界結合し、所望の共振周波数で励振するように調整ネジ２０６ａで調整する。

そして、共振棒２０４ａに励振された高周波信号は、結合棒２０８ａを介して隣接する共振棒２０４ｂに結合する。

こうした高周波信号が、共振棒２０４ｂから結合棒２０８ｂを介して隣接する共振棒２０４ｃに結合し、さらに共振棒２０４ｃから結合棒２０８ｃを介して隣接する共振棒２０４ｄに伝播する。

さらに、入力端子２１０ａから入力された高周波信号は、共振棒２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄをそれぞれ伝播し、アンテナ２１４ｂと電磁界結合し出力端子２１０ｂから出力されるものである。

上記において説明したように、本発明による帯域通過フィルタ２００によれば、コムライン結合よりなる帯域通過フィルタが有する利点とインターデジタル結合よりなる帯域通過フィルタが有する利点との両方を備えているため、帯域通過フィルタを構成する共振棒間の結合が強く、かつ、取り扱いやすい帯域通過フィルタを実現することができるものである。

ここで、図４には、各帯域通過フィルタの通過特性をあらわす概念説明図を示している。

ここには、コムライン結合による帯域通過フィルタの特性と、インターデジタル結合による帯域通過フィルタの特性と、本発明による帯域通過フィルタ２００の特性とを示しているが、それぞれの帯域通過フィルタにおいては、共振棒の間隔が同じ間隔であるように設置している。

図４に示すように、共振棒間に結合棒を連結させるようにした本発明による帯域通過フィルタ２００の特性は、他の帯域通過フィルタに比べて、帯域幅がもっとも広いものであることがわかる。

そのため、本発明による帯域通過フィルタ１００は、広帯域の帯域通過フィルタにおける結合度になるように共振棒の間隔を設定する際に、コムライン結合やインターデジタル結合の場合では共振棒が近接しすぎて配置できずに所望の結合度が得られないという状況に使用することが可能である。

こうした本発明による帯域通過フィルタ１００によれば、コムライン結合では共振棒間隔が近すぎて使用できない場合や、他の部品との干渉からインターデジタル結合のように２方向から調整ネジを設置することができない場合などにおいて、結合棒を用いることにより、結合度の高い帯域通過フィルタが実現できるものである。

また、共振棒間の結合度を調整ネジで調整しようとすると、インターデジタル結合の場合では、共振棒の横から挿入するため、周波数調整ネジと合わせると３方向から調整する必要があるのに対して、本発明による帯域通過フィルタ１００によれば、結合棒を有するため、コムライン結合と同様に１方向からの調整が可能であるため、取り扱いが容易である。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、結合棒１０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄについて、アルミニウムや鉄などの金属材料より作製された円柱形状体であるものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、導電性材料により作製したものを用いてもよいものであり、また、その形状は板状体であるようにしてもよいものである。

また、上記結合棒を板状体とする場合、円柱形状体の場合と同様に、半田もしくは導電性接着剤などを用いて接続する以外に、金属製のネジなどを用いて、共振棒の側面と結合棒の端部とを固定するようにしてもよいものである。

（２）上記した実施の形態においては、帯域通過フィルタ２００において４本の共振棒を結合させたが、これに限られるものではないことは勿論であり、結合させる共振棒の数は複数であればよく、その数は制限されない。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）および（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、マイクロ波通信装置などに用いられる共振器および帯域通過フィルタとして利用することができるものである。

１０、２０、１００２００帯域通過フィルタ
１２、２２、１０２、２０２外部導体
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ共振棒
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄ調整ネジ
１０８、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ結合棒
２２０ａ入力部
２２０ｂ出力部

Claims

共振棒を備える帯域通過フィルタにおいて、
内部に空洞を有する方形状体の筐体よりなる外部導体と、
前記外部導体内において、一方の端部を前記外部導体の一方の面に接地し、他方の端部を前記外部導体内に開放するように配置された複数の共振棒と、
前記外部導体の前記一方の面と対向する面に抜き差し自在に挿通されるとともに、前記複数の共振棒にそれぞれ対応して配置された共振周波数を調整する複数の調整ネジと、
前記複数の共振棒について隣接する共振棒同士を接続する結合棒と
を有し、
前記結合棒により接続された隣接する前記共振棒同士の間隔は、
ｂｗ：通過帯域幅
ｆ _０：中心周波数
ｇ _ｉ、ｇ _ｉ＋１：ｇファクタ
式（ｉｉ）により算出される結合度ｋ _{ｉ，ｉ＋１} が所定の値を満たす間隔であるように決定する
ことを特徴とする帯域通過フィルタ。
請求項１に記載の帯域通過フィルタにおいて、
前記結合棒は、金属材料により構成される
ことを特徴とする帯域通過フィルタ。