JP5878589B2 - 共振器及びフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、共振器及びフィルタに関する。

放送局において、放送用信号は、送信機からフィルタを介してアンテナに送信され、電波となって放射される。このようなフィルタには、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）が使用されることが多く、放送用信号に含まれる予め定められた周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数成分の通過を抑制する。このようなフィルタは、空洞（キャビティ）を用いた共振器で構成することができる。
そして、フィルタが通過させる周波数帯域などの特性は、環境温度や発熱などによる温度の変化によってずれない（温度ドリフトが少ない）高い温度安定性が要求される。

非特許文献１には、狭い有用な周波数範囲を有し、参照温度の近傍の少なくとも３０℃の範囲における温度変化と周波数変化に対して線形則を示す、チューナブル共振キャビティに対し、絶対温度補償をするための簡易な方法が記載されている。

エス．エー．アデニラン（Ｓ． Ａ． Ａｄｅｎｉｒａｎ）， 「チューナブル共振キャビティの絶対温度補償のための新技術」（"Ａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｉｅｓ"），アイイーイー プロシーディングズ（ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）， （米国）， １２月（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ）， １９８５年， １３２巻， パート エイチ（Ｐｔ． Ｈ）， Ｎｏ． ７， ｐ． ４７１．

ところで、共振器には、単一の筐体で複数の周波数帯域での使用に対応でき、これらの周波数帯域において、温度安定性が高いことが要求されるようになっている。
本発明の目的は、単一筐体で複数の周波数帯域に適用できる温度安定性が高い共振器及びその共振器を用いたフィルタを提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される共振器は、開口部を有し、取り囲むことで空洞を構成する外導体と、開口部を通して空洞に一部が入り込むとともに、開口部に対して移動しうる内導体と、一端部側において内導体に固定されている支持棒と、外導体に固定されているとともに、支持棒を支持棒の他端部側において保持する保持部と、を備え、支持棒は、外導体及び保持部を構成する材料に比べて熱膨張率が小さい材料で構成され、内導体が外導体における開口部から入り込む距離と、支持棒の一端部側が内導体に固定される位置から支持棒の他端部側が保持部に固定される位置までの距離とが、使用する周波数帯域に対応して、個別に設定されることを特徴とする。
そして、支持棒を内導体に固定する固定部材をさらに備え、内導体は、先端部と、先端部に連続して設けられて固定部材を固定する位置を可変に設定できる固定部材設定部とを備え、内導体は、先端部の側が空洞に入り込むとともに、支持棒の一端部側は、固定部材を介して、内導体に固定されていることを特徴とすることができる。
さらに、内導体における固定部材設定部は、中空であって、固定部材は、内導体における固定部材設定部の内側に固定されることを特徴とすることができる。
これにより、共振器を小型に構成することができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用されるフィルタは、信号が入力される信号入力部と、信号が出力される信号出力部と、信号入力部と信号出力部とに接続され、開口部を有し、取り囲むことで空洞を構成する外導体と、開口部を通して空洞に一部が入り込むとともに、開口部に対して移動しうる内導体と、一端部側において内導体に固定されている支持棒と、外導体に固定されているとともに、支持棒を支持棒の他端部側において保持する保持部と、を備える共振器と、を備え、共振器において、支持棒は、外導体及び保持部を構成する材料に比べて熱膨張率が小さい材料で構成され、内導体が外導体における開口部から入り込む距離と、支持棒の一端部側が内導体に固定される位置から支持棒の他端部側が保持部に固定される位置までの距離とが、使用する周波数帯域に対応して、個別に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、単一筐体で複数の周波数帯域に適用できる温度安定性が高い共振器及びその共振器を用いたフィルタを提供できる。

放送用信号の送信におけるフィルタを説明する図である。 本実施の形態におけるフィルタの一例を示す斜視図である。 フィルタに用いる共振器の構成の一例を説明する平面図及び断面図である。（ａ）は、共振器の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線での断面図である。 共振器における温度補償を説明する図である。（ａ）は、内導体が外導体に固定されている場合を示す図、（ｂ）は、内導体が外導体に対して移動できる構成として温度補償している場合を示す図、（ｃ）は、周波数ｆの温度ドリフトを説明する図である。 通過周波数帯域が異なる場合の共振器を示す図である。（ａ）は、周波数帯域が低い（低周波数帯域の）場合、（ｂ）は、周波数帯域が高い（高周波数帯域の）場合を示す。 共振器における周波数帯域（中心周波数ｆ_０）に対する温度ドリフト量Δｆを説明する図である。（ａ）は、周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が低い（低周波数帯域の）場合の共振器の断面図、（ｂ）は、周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が高い（高周波数帯域の）場合の共振器の断面図、（ｃ）は、中心周波数ｆ_０と温度ドリフト量Δｆとの関係を示す図である。 図２に示したフィルタにおいて、中心周波数ｆ_０を４７４ＭＨｚに設定した場合（低周波数帯域）のＳパラメータＳ１１、Ｓ２１の温度変化を示す図である。 図２に示したフィルタにおいて、中心周波数ｆ_０を８０３ＭＨｚに設定した場合（高周波数帯域）のＳパラメータＳ１１、Ｓ２１の温度変化を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
ここでは、放送局における放送用信号を例として、フィルタ及び共振器を説明するが、放送用信号に限らず、他の高周波信号において、予め定められた周波数帯域の信号を通過させるために用いられるフィルタ及び共振器であってもよい。

＜フィルタ１００＞
図１は、放送用信号の送信におけるフィルタ１００を説明する図である。
放送用信号は、送信機２００から、フィルタ１００を介して、アンテナ３００に送信され、アンテナ３００から電波として放射される。
フィルタ１００は、送信機２００から入力された放送用信号のうち、予め定められた周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数成分の通過を抑制するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。
なお、通過させる周波数帯域を通過周波数帯域と表記する。

ここでは、フィルタ１００は、空洞（キャビティ）１１を備える共振器１０（後述する図２参照）によって構成されている。
上記したように、本実施の形態におけるフィルタ及び共振器は、放送用信号に限定されないので信号と表記する。

図２は、本実施の形態におけるフィルタ１００の一例を示す斜視図である。
フィルタ１００は、一例として、６個の共振器１０（それぞれを区別する場合は、共振器１０−１〜１０−６と表記する。）を連結して構成されている。そして、フィルタ１００は、信号が入力する信号入力部の一例としての入力端子２０と、信号を出力する信号出力部の一例としての出力端子３０とを備えている。
入力端子２０に入力した信号は、共振器１０−１〜１０−６間を伝搬して、出力端子３０から出力される。
なお、共振器１０−１に入力端子２０が接続され、共振器１０−６に出力端子３０が接続されている。共振器１０−１〜１０−６のそれぞれの間には、結合機構が設けられ、信号が伝搬するように構成されている。結合機構は、共振器１０−１と共振器１０−２との間、共振器１０−２と共振器１０−３との間、共振器１０−３と共振器１０−４との間、共振器１０−４と共振器１０−５との間、共振器１０−５と共振器１０−６との間に設けられている。そして、共振器１０−１と共振器１０−６との間、共振器１０−２と共振器１０−５との間に結合機構が設けられていてもよい。
すなわち、複数の共振器１０が結合機構により相互に連結されることにより、予め定められた通過周波数帯域が得られればよく、複数の共振器１０のいずれの共振器１０間に結合機構を設けてもよい。

図２では、フィルタ１００は、共振器１０を６段（６個）連結して構成されている。連結する共振器１０の段数は、通過周波数帯域の急峻性に影響を与える。共振器１０の段数が多いほど、通過周波数帯域の急峻性が高くなる。しかし、段数が多くなると、ロスが増大する。よって、共振器１０の段数は、要求される通過周波数帯域の急峻性から設定される。フィルタ１００は、１段（１個）の共振器１０で構成されてもよい。
なお、通過周波数帯域の急峻性とは、通過させる周波数と通過させない周波数との境界の周波数帯の幅が狭いことをいう。
そして、結合機構としては、公知の技術を適用すればよく、ここでは説明を省略する。

＜共振器１０＞
図３は、フィルタ１００に用いる共振器１０の構成の一例を説明する平面図及び断面図である。図３（ａ）は、共振器１０の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線での断面図である。ここでは、図３における上側を上側（上）と、下側を下側（下）として説明する。なお、フィルタ１００は、上下を逆に配置しても、傾けて配置して使用してもよい。そして、図３（ａ）、（ｂ）では、入力端子２０、出力端子３０又は結合機構の表記を省略している。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、共振器１０は、外導体１２で囲まれた空洞１１を備えている。そして、共振器１０は、外導体１２に加えて、内導体１３、固定部材の一例としての固定板１４、支持棒１５、保持部の一例としてのカップ１６及びフィンガ１７を備えている。外導体１２、内導体１３、固定板１４、支持棒１５、カップ１６及びフィンガ１７が共振器１０の筐体を構成する。
外導体１２は、下面部１２ａ、側面部１２ｂ、上面部１２ｃを備えている。外導体１２の下面部１２ａ及び上面部１２ｃの外形は、正方形である。すなわち、外導体１２が囲む空洞１１は、直方体である。空洞１１は一辺長が長さＬｒ、高さＨｒである。なお、外導体１２は、底面が長方形の直方体であってもよく、立方体であってもよい。さらに、外導体１２は、円筒、楕円筒であってもよい。
なお、上面部１２ｃには、内導体１３を通過させる円形の開口部１２ｄが設けられている。
そして、外導体１２は、開口部１２ｄを囲むように、上面部１２ｃから空洞１１側に向かって構成されたリング状のフィンガ取付部１２ｅを備えている。
入力端子２０、出力端子３０又は結合機構を設ける場合には、例えば、外導体１２の側面部１２ｂに開口を設けて、入力端子２０、出力端子３０又は結合機構を設ければよい。

内導体１３は、先端部１３ａと、固定部材設定部の一例としての固定板設定部１３ｂとを備えている。先端部１３ａは、下側の縁がアール（Ｒ）状に加工された円柱状である。すなわち、先端部１３ａは、中実である。内導体１３の固定板設定部１３ｂは、先端部１３ａの外径と同じ外径の円筒状であって、一端部が先端部１３ａの上側に連続するように固定されている。すなわち、固定板設定部１３ｂは、中空である。そして、内側に雌ねじが設けられている。内導体１３は、外径Ｄｉである。なお、内導体１３の断面形状は、図３においては円であるが、長方形、正方形など他の形状であってもよい。
また、図３（ｂ）では、内導体１３における先端部１３ａの下側の縁は、アール（Ｒ）加工がされているが、Ｃ面取りがされていてもよい。逆に、これらの特別な加工がされていなくてもよい。

そして、内導体１３は、先端部１３ａの側から、外導体１２における上面部１２ｃの開口部１２ｄから、空洞１１内に入り込んでいる。すなわち、内導体１３は、外導体１２に囲まれた空洞１１内に押し込まれている。しかし、内導体１３は、外導体１２の開口部１２ｄに固定されていない。後述するように、内導体１３は、環境や発熱による共振器１０の温度変化により生じる周波数の変化（温度ドリフト）を抑制、すなわち温度補償する機能と、使用する周波数帯域を設定する調整ねじの機能とを兼ね備えている。

固定板１４は、円盤状であって、外側に雄ねじが設けられている。固定板１４は、内導体１３の固定板設定部１３ｂの雌ねじと組み合うことにより、固定板設定部１３ｂにおいて移動できる。そして、固定板設定部１３ｂにおいて、使用する周波数帯域によって定められた位置に設定される。そして、固定板１４は、例えば２枚の板で構成され、これらの組み合わせによって、固定板設定部１３ｂの定められた位置に固定される。
なお、固定板１４は、１枚の板であってもよく、固定板設定部１３ｂの予め定められた位置に設定され、固定されればよい。

支持棒１５は、棒状であって、下側（一端部側）において固定板１４に固定され、上側（他端部側）において後述するカップ１６の蓋部１６ａに支持棒固定部１６ｃにより固定されている。すなわち、支持棒１５は、固定板１４が固定された内導体１３を、カップ１６に固定する。

カップ１６は、一方に開口を有し、液体を容れる容器であるカップを裏返した構造を有する。そして、カップ１６は、円盤状の蓋部１６ａ、蓋部１６ａの縁辺に沿って設けられた円筒状の側面部１６ｂ、支持棒１５を蓋部１６ａに固定する支持棒固定部１６ｃを備えている。カップ１６の側面部１６ｂは、外導体１２の上面部１２ｃの外側に固定されている。カップ１６は、カップ１６の蓋部１６ａの下側から外導体１２の上面部１２ｃの上側までが高さＨｃである。
そして、カップ１６の蓋部１６ａには、支持棒１５を通過させる開口が設けられ、支持棒１５は、この開口を通して、カップ１６の蓋部１６ａの上側に突き出している。支持棒１５は、蓋部１６ａの上側において支持棒固定部１６ｃにより蓋部１６ａに固定（保持）されている。

図３（ａ）、（ｂ）には表記していないが、支持棒１５の外側には雄ねじが設けられ、カップ１６の蓋部１６ａの開口の内側には雌ねじが設けられている。支持棒１５を回転させることにより、支持棒１５のカップ１６の蓋部１６ａに対する位置が変更される。
支持棒固定部１６ｃは、例えばナットであって、支持棒１５の雄ねじとの組み合わせで、カップ１６の蓋部１６ａに支持棒１５を固定する。

フィンガ１７は、バネ性を有する導電材料で構成され、上側が外導体１２のフィンガ取付部１２ｅに固定され、一部がバネの力で内導体１３の表面に接している。これにより、内導体１３と外導体１２との電気的接触が確保されている。
内導体１３と外導体１２とは直接的には固定されていないため、温度が変化した場合に、内導体１３は、外導体１２に拘束されず外導体１２に対して上下方向に移動（変位）する。
なお、フィンガ１７が接する内導体１３の表面は、先端部１３ａ又は固定板設定部１３ｂのいずれであってもよい。
本実施の形態では外導体１２と内導体１３との接続にフィンガを用いているが、接続する方法はフィンガに限らず、機械的に動きつつ、電気的な接続が維持できる構造であれば、他の方法を用いてもよい。

ここで、外導体１２の上面部１２ｃ（空洞１１の内側）から内導体１３の先端部１３ａの下側までを距離ｈ１とする。内導体１３の固定板設定部１３ｂの上側（上端部）から固定板１４の上側までを距離ｈ２とする。内導体１３の先端部１３ａの下側から外導体１２の下面部１２ａ（空洞１１の内側）までを距離ｈ３とする。カップ１６の蓋部１６ａの下側から固定板１４の上側までを距離ｈ４とする。

本実施の形態における共振器１０では、外導体１２が囲む空洞１１の一辺長の長さＬｒ、高さＨｒ、内導体１３の外径Ｄｉ、カップ１６の高さＨｃは、使用する周波数帯域が異なっても、同じ（固定）である。
一方、距離ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４は使用する周波数帯域に基づいて変更される。距離ｈ３は、通過周波数帯域を設定するパラメータである。距離ｈ４は、温度補償の機能に関係する支持棒１５の実効的長さである。
距離ｈ３は、空洞１１の高さＨｒから距離ｈ１を引いたものであり、距離ｈ４は、カップ１６の蓋部１６ａの下側から外導体１２の下面部１２ａまでの距離から、距離ｈ３と内導体１３の長さ（上側から下側までの距離）を引き、距離ｈ２を足したものである。よって、距離ｈ１及び距離ｈ２を設定することで、距離ｈ３及び距離ｈ４が設定される。
すなわち、本実施の形態における共振器１０においては、距離ｈ１及び距離ｈ２をそれぞれ個別（独立）に設定することで、使用する周波数帯域が変更できるとともに、使用する周波数帯域において周波数の温度ドリフトが抑制される。なお、距離ｈ２は、周波数の温度ドリフトに対する補正量を決定する距離である。

共振器１０の空洞１１は、例えば、一辺長の長さＬｒが１９０ｍｍで、高さＨｒが１７０ｍｍである。内導体１３は、外径Ｄｉが６２ｍｍである。

また、本実施の形態では、内導体１３における固定板設定部１３ｂの内側に固定板１４を固定しているので、共振器１０を小型に構成することができる。

次に、共振器１０を構成する材料の一例について説明する。
外導体１２、内導体１３の先端部１３ａ、固定板設定部１３ｂ、固定板１４、カップ１６の蓋部１６ａ、側面部１６ｂは、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）などで構成されている。
支持棒１５は、外導体１２、内導体１３の固定板設定部１３ｂ、カップ１６の側面部１６ｂを構成する材料より、熱膨張率が小さい材料で構成されている。例えば、支持棒１５は、外導体１２、内導体１３の固定板設定部１３ｂ、カップ１６の側面部１６ｂを構成するアルミニウム、鉄、銅などよりさらに熱膨張率が小さいインバー（登録商標）（不変鋼）、炭素鋼などで構成されるのが好ましい。
フィンガ１７は、バネ性を有するベリリウム銅などで構成されている。

内導体１３の先端部１３ａ、固定板１４、カップ１６の蓋部１６ａは、鉄で構成されているとしたが、アルミニウムで構成されてもよい。
しかし、共振器１０を通過する電力が放送用信号のように大きい場合に、熱容量を大きくするととともに、発熱による変形を抑制するため、内導体１３の先端部１３ａは中実とし、鉄を用いるのが好ましい。
また、内導体１３の先端部１３ａと外導体１２の下面部１２ａとの間で、放電が発生するのを抑制するため、内導体１３における先端部１３ａの縁がアール（Ｒ）状に加工されている。すなわち、電界強度が３．０ｋＶ／ｍｍ以下になるようしている。これにより、高電力の信号を扱うことができる。
固定板１４、カップ１６の蓋部１６ａは、変形を抑制するために鉄で構成するのが好ましい。

＜温度補償＞
次に、周波数の温度ドリフトを抑制する温度補償について説明する。
図４は、共振器１０における温度補償を説明する図である。図４（ａ）は、内導体１３が外導体１２に固定されている場合を示す図、図４（ｂ）は、内導体１３が外導体１２に対して移動できる構成として温度補償している場合を示す図、図４（ｃ）は、周波数ｆの温度ドリフトをＳパラメータＳ１１により説明する図である。
図４（ａ）、（ｂ）において表記する白抜き矢印及び黒塗り矢印は、共振器１０が温度Ｔ_０から温度（Ｔ_０−ΔＴ）となった場合、すなわち、温度が低下した場合における外導体１２及び内導体１３の変化（収縮の方向）を示している。

図４（ａ）における共振器１０は、外導体１２の上面部１２ｃに内導体１３が固定されている。よって、固定板１４、支持棒１５、カップ１６を用いていない。
この場合、温度Ｔ_０から温度（Ｔ_０−ΔＴ）となると、外導体１２及び内導体１３が熱膨張率にしたがって収縮し、図中の白抜き矢印の方向に移動する。すると、空洞１１の大きさは小さく、距離ｈ１は短くなってしまうため、図４（ｃ）に示すように、中心周波数ｆ_０は、中心周波数ｆ_０′にシフトする。これが、周波数の温度ドリフトである。

図４（ｂ）における共振器１０は、内導体１３が外導体１２に固定されていない。内導体１３は、支持棒１５を介してカップ１６に固定されている。カップ１６は、外導体１２に固定されている。なお、図４（ｂ）では、支持棒１５の下側（一端部側）は内導体１３の先端部１３ａに固定されている。よって、固定板１４を用いていない。そして、前述したように、支持棒１５の熱膨張率は、外導体１２、内導体１３の固定板設定部１３ｂ、カップ１６の側面部１６ｂの熱膨張率に比べて小さいとする。
温度Ｔ_０から温度（Ｔ_０−ΔＴ）となると、熱収縮によって、外導体１２は、図４（ａ）と同様に収縮する（白抜き矢印の方向に移動する）。そして、カップ１６の側面部１６ｂも同様に収縮する（白抜き矢印の方向に移動する）。そして、カップ１６の側面部１６ｂの収縮に伴い、熱膨張率が小さい支持棒１５により、内導体１３の先端部１３ａが空洞１１の内部に押し込められる（入り込む）方向に移動する（黒塗り矢印の方向に移動する）。つまり、距離ｈ１は大きくなる。
すると、中心周波数ｆ_０は中心周波数ｆ_０′にシフトせず、中心周波数ｆ_０を維持する。

なお、温度Ｔ_０から温度（Ｔ_０＋ΔＴ）と、温度が上昇する場合は、逆になる。すなわち、外導体１２は膨張し、カップ１６の側面部１６ｂの膨張に伴い、熱膨張率が小さい支持棒１５により、内導体１３の先端部１３ａが空洞１１の内部から押し出される（出ていく）方向に移動する。つまり、距離ｈ１は小さくなる。これにより、中心周波数ｆ_０はシフトせず、中心周波数ｆ_０を維持する。

すなわち、支持棒１５の熱膨張率を、外導体１２、内導体１３の固定板設定部１３ｂ、カップ１６の側面部１６ｂの熱膨張率より小さくすることにより、温度が低下した場合に、内導体１３が空洞１１に押し込まれる方向に移動し、温度が上昇した場合に、内導体１３が空洞１１から押し出される方向に移動することにより、周波数の温度ドリフトを抑制する。
なお、温度変化によって、内導体１３が空洞１１に対して移動する量は、例えば−１０℃から４５℃などの予め定められた温度範囲において、周波数の温度シフトが抑制されるように設定される。

＜周波数可変＞
次に、通過周波数帯域を可変（周波数可変）にする場合について説明する。
図５は、通過周波数帯域が異なる場合の共振器１０を示す図である。図５（ａ）は、周波数帯域が低い（低周波数帯域の）場合、図５（ｂ）は、周波数帯域が高い（高周波数帯域の）場合を示す。なお、低周波数帯域をＬＦ、高周波数帯域をＨＦと表記する場合がある。
図５（ａ）に示す低周波数帯域の場合における、外導体１２の上面部１２ｃから内導体１３の先端部１３ａまでの距離ｈ１（ＬＦ）は、図５（ｂ）に示す高周波数帯域の場合の距離ｈ１（ＨＦ）に比べ、大きく設定される。すなわち、低周波数帯域の場合における、内導体１３の先端部１３ａと外導体１２の下面部１２ａとの距離ｈ３（ＬＦ）は、高周波数帯域の場合の距離ｈ３（ＨＦ）より小さい。

一方、図５（ａ）に示す低周波数帯域の場合における、内導体１３の固定板設定部１３ｂの上側と固定板１４の上側までの距離ｈ２（ＬＦ）は、図５（ｂ）に示す高周波数帯域の場合の距離ｈ２（ＨＦ）に比べ、小さく設定される。

以上説明したように、本実施の形態では、内導体１３の先端部１３ａと外導体１２の下面部１２ａとの距離ｈ３（ＬＦ）を可変にすることにより、使用する周波数帯域を可変にできる。
また、カップ１６の蓋部１６ａから固定板１４までの距離ｈ４（支持棒１５の実効的長さ）を可変にし、使用する周波数帯域において周波数の温度ドリフトが抑制されるように、支持棒１５が設定される。
なお、距離ｈ３及び距離ｈ４は、距離ｈ１及び距離ｈ２を設定することで設定される。
そして、距離ｈ１及び距離ｈ２は、シミュレーション（電磁界シミュレーション）により、使用する周波数帯域と、予め定められた温度範囲における温度変化による熱収縮又は熱膨張によって外導体１２などが変形する量とから求められる。

共振器１０の組み立て方法を説明する。
使用する周波数帯域が決まると、内導体１３の固定板設定部１３ｂにおいて、予めシミュレーションにより求められた距離ｈ２に、内導体１３を固定板１４に固定する。次に、固定板１４に支持棒１５を固定したのち、内導体１３を外導体１２の開口部１２ｄに設定する。そして、カップ１６を外導体１２に固定する。そして、支持棒１５をカップ１６の蓋部１６ａに対して上下させて、使用する周波数帯域に対する距離ｈ１を設定する。
このようにすることで、使用する周波数帯域に対応させるとともに、周波数の温度ドリフトが抑制された共振器１０となる。
なお、図２に示すフィルタ１００において、共振器１０−１〜１０−６において、距離ｈ３は、通過周波数帯域などのフィルタ１００の特性によって、異なるように設定されてもよい。

なお、図４（ｂ）に示した共振器１０では、支持棒１５は、下側において内導体１３の先端部１３ａに固定されている。よって、支持棒１５をカップ１６（蓋部１６ａ）に対して上下させることで、距離ｈ１（距離ｈ３）を変えることができる。しかし、距離ｈ２を変えることができないため、距離ｈ４を、距離ｈ３と個別（独立）に設定できない。よって、使用する周波数帯域に対して距離ｈ１（距離ｈ３）を設定しても、その周波数帯域において温度ドリフトを抑制するように、距離ｈ４を設定できない。
すなわち、ある周波数帯域において温度安定性が確保できても、他の周波数帯域では、温度安定性を確保できない。

図６は、共振器１０における周波数帯域（中心周波数ｆ_０）に対する温度ドリフト量Δｆを説明する図である。図６（ａ）は、周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が低い（低周波数帯域の）場合の共振器１０の断面図、図６（ｂ）は、周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が高い（高周波数帯域の）場合の共振器１０の断面図、図６（ｃ）は、中心周波数ｆ_０と温度ドリフト量Δｆとの関係を示す図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）に示す共振器１０は、図４（ａ）に示したのと同様に、内導体１３が外導体１２に固定されている。
図６（ａ）示す周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が低い場合は、図６（ｂ）に示す周波数帯域（中心周波数ｆ_０）が高い場合に比べ、距離ｈ１が大きく設定される（距離ｈ１（ＬＦ）＞距離ｈ１（ＨＦ））。すなわち、距離ｈ３が小さく設定される（距離ｈ３（ＬＦ）＜距離ｈ３（ＨＦ））。
なお、図６（ｃ）に示すように、距離ｈ１によって、共振器１０の空洞１１に立つモード（電磁界の様子）が変化する。すなわち、距離ｈ１が大きい場合（中心周波数ｆ_０が低い場合）には、同軸モードであって、距離ｈ１が小さくなる（中心周波数ｆ_０が高くなる）とともに、導波管モードに移行する。そして、同軸モードと導波管モードとの間では、同軸モードと導波管モードとの中間のハイブリッドモードとなる。
そして、図６（ｃ）に示すように、中心周波数ｆ_０が高くなるにしたがい、中心周波数ｆ_０の変動量である温度ドリフト量Δｆが増大する。このとき、温度ドリフト量Δｆは中心周波数ｆ_０に対して線形に増えるわけではない。しかし、図３、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、本実施の形態では、周波数の温度ドリフトに対する補正量を決定する距離ｈ２を自由に設定できるため、図６（ｃ）に示すように線形に温度ドリフト量Δｆが増えない場合であっても、中心周波数ｆ_０を広い範囲（広帯域）にわたって設定しても温度補償が可能である。

すなわち、図３で示した共振器１０において、周波数毎に距離ｈ１及び距離ｈ２を設定することにより、温度ドリフト量Δｆを抑制できる（図６（ｃ）の破線）。

図７は、図２に示したフィルタ１００において、中心周波数ｆ_０を４７４ＭＨｚに設定した場合（低周波数帯域）のＳパラメータＳ１１、Ｓ２１の温度変化を示す図である。すなわち、図２に示したように、フィルタ１００は、図３に示した共振器１０を６個連結させて構成されている。そして、入力端子２０をポート１、出力端子３０をポート２として、Ｓパラメータを測定した。ここでは、温度を２３℃、−１０℃、４５℃、２３℃と順に変化させている。
上記の温度範囲において、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２１は、ほとんど差がなく、通過周波数帯域（４７０〜４７８ＭＨｚ）の変動（温度ドリフト）もほとんど見られない。

図８は、図２に示したフィルタ１００において、中心周波数ｆ_０を８０３ＭＨｚに設定した場合（高周波数帯域）のＳパラメータＳ１１、Ｓ２１の温度変化を示す図である。図７と同様に、温度を２３℃、−１０℃、４５℃、２３℃と順に変化させている。
上記の温度範囲において、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２１は、やや変動を示しているが、通過周波数帯域（８００〜８０６ＭＨｚ）の変動（温度ドリフト）はほとんど見られない。
なお、この高周波数帯域では、ハイブリッドモードとなっている。

図７、８に示したように、図３に示した共振器１０を用いたフィルタでは、中心周波数ｆ_０が４７４ＭＨｚ〜８０３ＭＨｚの広帯域において、−１０℃から＋４５℃の温度範囲における周波数の温度ドリフト量Δｆは、２ｋＨｚ／℃以下である。すなわち、共振器１０の空洞１１に発生するモードに関わりなく、高い温度安定性が得られている。
そして、前述したように、この共振器１０は、高電力の信号を扱えるとともに、小型化が達成されている。

以上説明したように、本実施の形態で説明した共振器１０は、周波数帯域の設定と温度補償の設定とが独立して行える。よって、一つの筐体で複数の周波数帯域に対応できるとともに、それぞれの周波数帯域において、温度補償ができるので温度安定性が確保できる。

１０、１０−１〜１０−６…共振器、１１…空洞（キャビティ）、１２…外導体、１３…内導体、１４…固定板、１５…支持棒、１６…カップ、１７…フィンガ、２０…入力端子、３０…出力端子、１００…フィルタ、２００…送信機、３００…アンテナ、ｆ…周波数、ｆ_０…中心周波数、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４…距離

Claims (4)

1. 開口部を有し、取り囲むことで空洞を構成する外導体と、
   前記開口部を通して前記空洞に一部が入り込むとともに、当該開口部に対して移動しうる内導体と、
   一端部側において前記内導体に固定されている支持棒と、
   前記外導体に固定されているとともに、前記支持棒を当該支持棒の他端部側において保持する保持部と、を備え、
   前記支持棒は、前記外導体及び前記保持部を構成する材料に比べて熱膨張率が小さい材料で構成され、
   前記内導体が前記外導体における前記開口部から入り込む距離と、前記支持棒の前記一端部側が当該内導体に固定される位置から当該支持棒の前記他端部側が前記保持部に固定される位置までの距離とが、使用する周波数帯域に対応して、個別に設定されることを特徴とする共振器。
2. 前記支持棒を前記内導体に固定する固定部材をさらに備え、
   前記内導体は、先端部と、当該先端部に連続して設けられて前記固定部材を固定する位置を可変に設定できる固定部材設定部とを備え、
   前記内導体は、前記先端部の側が前記空洞に入り込むとともに、
   前記支持棒の前記一端部側は、前記固定部材を介して、前記内導体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
3. 前記内導体における前記固定部材設定部は、中空であって、
   前記固定部材は、前記内導体における前記固定部材設定部の内側に固定されることを特徴とする請求項２に記載の共振器。
4. 信号が入力される信号入力部と、
   信号が出力される信号出力部と、
   前記信号入力部と前記信号出力部とに接続され、開口部を有し、取り囲むことで空洞を構成する外導体と、当該開口部を通して当該空洞に一部が入り込むとともに、当該開口部に対して移動しうる内導体と、一端部側において当該内導体に固定されている支持棒と、当該外導体に固定されているとともに、当該支持棒を当該支持棒の他端部側において保持する保持部と、を備える共振器と、を備え、
   前記共振器において、前記支持棒は、前記外導体及び前記保持部を構成する材料に比べて熱膨張率が小さい材料で構成され、
   前記内導体が前記外導体における前記開口部から入り込む距離と、前記支持棒の前記一端部側が当該内導体に固定される位置から当該支持棒の前記他端部側が前記保持部に固定される位置までの距離とが、使用する周波数帯域に対応して、個別に設定されることを特徴とするフィルタ。

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