JP5675449B2 - 誘電体導波管フィルタ - Google Patents
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Description
しかし、誘電体導波管共振器の無負荷Qは、金属製のキャビティ共振器の無負荷Qに比べて低い。したがって、誘電体導波管フィルタの誘電体導波管共振器の数を増やすと、フィルタの通過帯域内での挿入損失が増えてしまう。そこで、共振器の数を増やさずに、挿入損失が小さく急峻な減衰特性のフィルタを得るために、飛び越し結合を用いて有極化する。
誘電体導波管共振器81は入力のための誘導性窓L81を具え、誘電体導波管共振器86は出力のための誘導性窓L87を具える。
誘電体導波管共振器81〜86は誘導性窓L82〜L86で直列に結合され、
誘電体導波管共振器82と85の間は容量性窓C80により飛び越し結合されている。
ここで、従来の誘電体導波管フィルタ8において、誘電体導波管共振器81、82、83、84、85、86を通る結合路を主結合路、誘電体導波管共振器81、82、85、86を通る結合路を副結合路という。
誘電体導波管フィルタは、主結合路に対する副結合路の透過位相と透過振幅を調整して有極化する。
図9(a)に示すように、誘導性結合と容量性結合の透過位相は周波数に関わらずほぼ一定であり、誘導性結合は位相を約90°進ませる作用があり、容量性結合は位相を約90°遅らせる作用がある。
また、図9(b)に示すように、誘電体導波管共振器の透過位相は、誘電体導波管共振器の共振周波数f0より低周波側では位相が90°遅れ、共振周波数f0より高周波側では位相が90°進む。
また、図示はしないが、複数の誘電体導波管共振器を直列に結合する場合は、誘電体導波管共振器の数が多いほど透過位相の傾きは急峻になる。
上記の特性を利用して、誘導性結合と容量性結合とを組み合わせて、主結合路を伝わる信号と副結合路を伝わる信号とを逆位相かつ同振幅となるように設計する。例えば、図8に示した誘電体導波管フィルタでは、低域側と高域側の両方において、主結合路を伝わる信号と副結合路を伝わる信号が逆位相となる。
従来の誘電体導波管フィルタの主結合路は、ハイパスフィルタのような性質をもつ誘導性結合を副結合路より多く含んでいるので、主結合路の透過振幅は、高域側の減衰傾度が低域側の減衰傾度より緩くなる。そのため、高域側において、主結合路と副結合路の透過振幅が一致する点が、周波数の高い側にシフトする。その結果、高域側の減衰極は、低域側の減衰極と比べて中心周波数からの距離が離れ、誘電体導波管フィルタの高域側の減衰特性が、低域側の減衰特性に比べて緩慢になるという欠点がある。
直方体形状の誘電体ブロックの周囲を導体膜で被覆した複数の誘電体導波管共振器を結合して構成する誘電体導波管フィルタにおいて、
前記複数の誘電体導波管共振器を直列に結合した誘導性結合および容量性結合を含む主結合路と、
前記主結合路の一部を飛び越して結合する誘導性結合による副結合路とを具え、
前記副結合路により飛び越された主結合路には、少なくとも1つ以上の容量性結合を含む
ことを特徴とする。
前記容量性結合に、前記誘電体導波管共振器よりも高い誘電率の誘電体板を用いた
ことを特徴とする。
図1は、本発明の誘電体導波管フィルタの第1の実施例を示し、図1(a)は分解斜視図、図1(b)は等価回路図を示す。図1に示すように、誘電体導波管フィルタ1は、直方体形状の誘電体ブロックの周囲を導体膜で被覆した誘電体導波管共振器11〜16からなる。
誘電体導波管共振器11は入力のための誘導性窓L11を具え、誘電体導波管共振器16は出力のための誘導性窓L17を具える。誘電体導波管共振器11〜13は誘導性窓L12〜L13で結合され、誘電体導波管共振器14〜16は誘導性窓L15〜L16で結合され、誘電体導波管共振器13、14は容量性窓C14で結合され、誘電体導波管共振器12、15は誘導性窓L10で結合されている。
すなわち、副結合路は誘電体導波管共振器13、14を飛び越していて、副結合路により飛び越された主結合路は容量性結合C14を含んでいる。
なお、誘電体導波管共振器11〜16の比誘電率は21、
誘電体導波管共振器11と16は、幅(X軸方向)18mm、長さ(Y軸方向)14.7mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘電体導波管共振器12と15は、幅(X軸方向)18mm、長さ(Y軸方向)16.3mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘電体導波管共振器13と14は、幅(X軸方向)18mm、長さ(Y軸方向)19mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘導性窓L11とL17は、幅(X軸方向)10.4mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L12、L16は、幅(X軸方向)7.3mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L13、L15は、幅(X軸方向)6.7mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L10は、幅(Y軸方向)3.2mm、高さ(Z軸方向)6mm、
容量性窓C14は、幅(Y軸方向)19mm、高さ(Z軸方向)0.2mmであり、
誘電体導波管共振器11〜16は底面を揃えて配置され、容量性窓C14は誘電体導波管共振器13、14の底面側に偏って配置されている。
また、副結合路上のローパスフィルタのような性質をもつ容量性結合を、ハイパスフィルタのような性質をもつ誘導性結合に置き変えたので、図中Bに示すように副結合路の高域側の透過振幅が、従来の誘電体導波管フィルタの透過振幅に比べて、緩慢になるように移動する。
その結果、図2(b)に示すように、主結合路と副結合路の透過振幅が一致する点で生じる高域側の減衰極fbは、図中Cで示すように中心周波数f0に近づいて、fb1の位置となり、高域側の減衰特性が緩慢にならない誘電体導波管フィルタを得ることができる。
なお、図2(b)において、実線は本発明の第1の実施例の誘電体導波管フィルタの特性を示し、破線は比較のための従来の誘電体導波管フィルタの特性を示す。
図3に示すように、誘電体導波管フィルタ3は、直方体形状の誘電体ブロックの周囲を導体膜で被覆した誘電体導波管共振器31〜36と、周囲を導体膜で被覆した誘電体板37からなる。
誘電体導波管共振器31は入力のための誘導性窓L31を具え、誘電体導波管共振器36は出力のための誘導性窓L37を具える。誘電体導波管共振器31〜33は誘導性窓L32〜L33で直列に結合され、誘電体導波管共振器34〜36は誘導性窓L35〜L36で直列に結合され、誘電体導波管共振器33、34は誘電体板37を介して容量性窓C34で結合され、誘電体導波管共振器32と35の間は誘導性窓L30で飛び越し結合されている。なお、誘電体板37には、容量性窓C34と同じ位置に、容量性窓C34と同じ寸法の窓C37が設けられている。
図3において、誘電体導波管共振器31〜36の比誘電率は21、
誘電体導波管共振器31と36は、幅(X軸方向)18mm、長さ(Y軸方向)14.8mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘電体導波管共振器32と35は、幅(X軸方向)19.9mm、長さ(Y軸方向)15mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘電体導波管共振器33と34は、幅(X軸方向)18.3mm、長さ(Y軸方向)18mm、高さ(Z軸方向)8mm、
誘導性窓L31とL37は、幅(X軸方向)10.4mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L32、L36は、幅(X軸方向)7.3mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L33、L35は、幅(X軸方向)6.5mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘導性窓L30は、幅(Y軸方向)4.7mm、高さ(Z軸方向)6mm、
誘電体板37は、幅(Y軸方向)18mm、厚さ(X軸方向)2mm、高さ(Z軸方向)5.3mm、
容量性窓C34は、幅(Y軸方向)13mm、高さ(Z軸方向)2.3mmであり、容量性窓C34の中心は誘電体板37の側面(YZ面)の中心と一致しており、
誘電体導波管共振器31〜36と誘電体板37は底面を揃えて配置されている。
なお、誘電体板37の幅Y37は、隣接する誘電体導波管共振器33の幅Y33または誘電体導波管共振器34の幅Y34とは同じにする必要はなく、誘電体板37の高さZ37は、隣接する誘電体共振器33、37の高さZ3と同じにする必要はない。
このため、主結合路上の容量性結合として容量性窓を用いた誘電体導波管フィルタは、容量性窓で電界が集中して放電が生じやすくなり、耐電力特性が劣化してしまう。
上記の問題を解決するため、図3に示した誘電体導波管フィルタは、容量性結合に、誘電体導波管共振器の誘電率より高い誘電率をもつ誘電体板を挟んでいる。
図5(a)において、縦軸は結合係数を示し、横軸は窓寸法を示す。
X印は、図5(b)の構成に示すように、2つの誘電体導波管共振器51、51を容量性窓C51で結合し、容量性窓C51の窓寸法の高さh51を変化させた場合を示す。
三角印は、図5(c)の構成に示すように、2つの誘電体導波管共振器51、51を誘導性窓L51で結合し、窓L51の窓寸法の幅w51を変化させた場合を示す。
丸印は、図5(d)の2つの誘電体導波管共振器51、51の間に誘電体板52を挟み、誘電体板52を介して容量性窓C51で2つの誘電体導波管共振器51、51を結合し、容量性窓C51の窓寸法の高さh51を変化させた場合を示す。
なお、誘電体導波管共振器51、51の比誘電率は21、幅Y51は18mm、高さZ51は8mmであり、基本モード(TE101)で共振しており、その共振周波数は2.5GHzであることから、長さX51は決まる。
また、誘電体板52は、比誘電率は91であり、窓C52に該当する部分を除いて周囲が導体膜で被覆されており、厚さX52は2mm、幅Y52は18mm、高さZ52は容量性窓の高さh51より1mm低く、窓C52の寸法は容量性窓C51と等しい。
図6において、誘電体板の比誘電率が誘電体導波管共振器の比誘電率である21以下の場合と、誘電体板の厚さが誘電体板中の厚さ方向の管内波長の4分の1である3.5mm以上の場合に、透過位相が0°から−90°の範囲から外れるとともに、反射位相の符号が正になっている。これは、誘電体導波管共振器の間の結合が容量性結合ではなくなることを意味する。したがって、誘電体板の誘電率は誘電体導波管共振器の誘電率より高く、誘電体板の厚さは誘電体板中の厚さ方向の管内波長の4分の1未満にしなければならない。
図7に示すように、誘電体導波管フィルタ7は、誘電体導波管共振器71、72、73、74、75、76を通る主結合路と、誘電体導波管共振器71、72、75、76および、71、76を通る2つの副結合路とを具えている。
このように、副結合路の数が複数であっても、副結合路により飛び越される主結合路上に容量性結合が一つ以上あればよく、飛び越し結合は容量性結合であってもよい。また、容量性結合には第2の実施例に示したように誘電体板を挟んでも良い。
飛び越し結合により飛び越された主結合路上の、誘電体導波管共振器間の結合の少なくとも1つ以上に、容量性結合を用いることにより、通過帯域の高周波側の減衰特性を急峻にすることができる。
さらに、前記容量性結合は、誘電体板を挟むことにより、容量性窓の短手方向の距離を離すことができ、耐電力特性を向上させることができる。
11〜16、31〜36、51、71〜76、81〜86 誘電体導波管共振器
37、52 誘電体板
L10〜L13、L15〜L17、L30〜L33、L35〜L37、L51、L70〜L73、L75〜L77、L81〜L87 誘導性窓
C14、C34、C51、C74、C78、C80 容量性窓
C37、C52 窓
Claims (3)
- 直方体形状の誘電体ブロックの周囲を導体膜で被覆した複数の誘電体導波管共振器を結合して構成する誘電体導波管フィルタにおいて、
前記複数の誘電体導波管共振器を直列に結合した誘導性結合および容量性結合を含む主結合路と、
前記主結合路の一部を飛び越して結合する誘導性結合による副結合路とを具え、
前記副結合路により飛び越された主結合路には、少なくとも1つ以上の容量性結合を含む
ことを特徴とする誘電体導波管フィルタ。 - 前記容量性結合は、前記誘電体導波管共振器よりも高い誘電率の誘電体板を用いた
ことを特徴とする請求項1記載の誘電体導波管フィルタ。 - 前記誘電体板の厚さは、前記誘電体板の厚さ方向の管内波長の4分の1未満である
ことを特徴とする請求項2記載の誘電体導波管フィルタ。
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