JP6023758B2

JP6023758B2 - チューナブルフィルタ

Info

Publication number: JP6023758B2
Application number: JP2014135436A
Authority: JP
Inventors: 力横塚
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN105280999B; CN105280999A; JP2016015555A

Description

本発明は、周波数チューニング機構を備えたチューナブルフィルタに関するものである。

通信周波数がマイクロ波帯からミリ波帯まで使用される帯域通過フィルタとして導波管フィルタが一般に用いられている。導波管フィルタは、低損失であり、かつ大電力に対応できる高耐電力性に優れているため、基地局などの通信機器に広く採用されている。

通過帯域が決まっている帯域通過フィルタを用いると、通信システムのチャネルを変更するごとに帯域通過フィルタを取り替える必要があるため、これが通信システムをコストアップさせる要因になっている。また、帯域幅は通信システムごとに決められているので、所望の帯域幅を維持しながら中心周波数を可変にすることができるチューナブルフィルタが通信システムのコスト低減などのために求められている。

このようなチューナブルフィルタとして、機械的に中心周波数を可変にする周波数チューニング機構を備えたものが知られている。下記特許文献１に記載された従来技術は、Ｈ面中央で２分割した方形導波管によってＥ面と平行に挟み込まれた薄い金属板と、この金属板の長手延長方向に沿うように金属板の下又は上の少なくとも一箇所に配置された誘電体板と、この誘電体板と金属板との相対位置関係を外部から変化させるための駆動部とを備えたチューナブル帯域通過フィルタが提案されている。

特開２０１１−９８０６号公報

前述した従来技術では、所定の周波数で共振するように設計された金属板をＨ面中央で２分割された方形導波管で挟み、金属板の上又は下における方形導波管内でＥ面と平行に配置された誘電体板を、中心部において支持棒を介して駆動部に接続し、駆動部によって誘電体板を上下に動かすことで中心周波数を可変にすることが提案されている。

このような従来技術では、導波管の長手方向に沿った長さを有する誘電体板を傾斜無く平行に上下動させることが困難であり、例えば、誘導体板と駆動部とを連結させる支持棒が傾いた場合などは、誘電体板が導波管内で傾斜して所望の周波数シフトを行うことができなくなる。

また、誘電体板を平行移動させるためには、前述した支持棒と平行にガイド部材を設けることが考えられるが、これによると、ガイド部材とガイド部材を摺動する摺動子との間に円滑な摺動を確保するための遊びを設けざるを得ず、この遊びによって誘電体が僅かながら傾斜してしまう問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、機械的に中心周波数を可変にする周波数チューニング機構を備えたチューナブルフィルタにおいて、導波管内での誘電体板を傾き無く平行移動させて所望の周波数シフトを可能にすること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
導波管と、該導波管内に配置されて一軸方向への平行移動で中心周波数をシフトさせる誘電体板と、該誘電体板を支持して前記一軸方向に沿って移動させる周波数チューニング機構とを備え、前記周波数チューニング機構は、前記誘電体板と平行に配置され前記誘電体板を前記導波管の外で支持する支持板と、前記支持板を前記一軸方向に沿って移動させる駆動部と、前記駆動部を前記導波管に対して固定した位置に支持する枠体と、一端が前記支持板に固定され前記一軸方向に沿って延設されて前記枠体に設けた軸受によって前記一軸方向に沿って摺動自在に支持される第１ガイド軸と、一端が前記支持板に固定されて前記一軸方向に沿って延設されて前記枠体に設けた貫通孔を貫通する第２ガイド軸と、前記第２ガイド軸の周りに配置され前記枠体に対して前記支持板を離間させるように付勢するバネ体とを備えることを特徴とするチューナブルフィルタ。

本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタの全体構成を示した説明図（全体斜視図）である。本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタの全体構成を示した説明図（図１のＸ−Ｘ断面図）である。本発明の実施形態における周波数チューニング機構を示した説明図（（ａ）が側面図、（ｂ）が平面図）である。本発明の実施形態に係る周波数チューニング機構を示した説明図（分解斜視図）である。本発明の実施形態におけるナット体を支持板の孔部に係合した状態（（ａ）が上昇時、（ｂ）が下降時の状態）を示した説明図（平面図）である。本発明の実施形態における周波数チューニング機構の動作（（ａ）が上端位置、（ｂ）が下端位置）を示した説明図（断面図）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態に係るチューナブルフィルタ１の全体構成を示している。チューナブルフィルタ１は、導波管２と、導波管２内に配置されて一軸方向（図示Ｚ方向）への平行移動で中心周波数をシフトさせる誘電体板３と、誘電体板３を支持して一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って移動させる周波数チューニング機構４とを備えている。図示の導波管２は、Ｈ面（磁界面）中央で２分割された方形導波管であって、２分割された方形導波管で挟み込まれて所定の周波数で共振する金属板５を備えている。誘電体板３は、この金属板５の上下一方（図示では上だが下でも良い）に配置された板状の誘電体（比誘電率１．０以上）であって、Ｅ面（電界面）と平行に導波管２の空洞長さの大半に亘って延設されている。なお、ここでは、導波管２の入出力方向をＹ方向、Ｙ方向及びＥ面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向及びＨ面に垂直な方向をＸ方向として、Ｚ方向を上下としている。

周波数チューニング機構４は、誘電体板３と平行に配置され誘電体板３を導波管２の外で支持する支持板１０を備えており、支持板１０を上下動させて、導波管２内の誘電体板３と金属板５との間隔を近接・離間させることで中心周波数を機械的にシフトするものである。図示の例では、誘電体板３は、その長手方向の両端位置で上下方向に沿って延設される連結棒１３の端部に支持され、連結棒１３を介して吊り下げられた状態で支持板１０に連結されている。

周波数チューニング機構４は、枠体４０を備え、この枠体４０によって導波管２に対して固定した位置に支持されている。図示の例では、導波管２はＸ方向に延びる支持部２Ａを備えており、この支持部２Ａに枠体４０が取り付けられている。

図３及び図４は、周波数チューニング機構４の具体的な構成を示している。周波数チューニング機構４は、前述した支持板１０と、支持板１０を一軸（図示Ｚ軸）周りの回転を止めて一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って移動自在に案内するガイド部２０と、支持板１０を一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って移動させる駆動部３０と、ガイド部２０と駆動部３０を導波管２に対して固定した位置に支持する枠体４０とを備えている。

支持板１０は、誘電体板３の長手方向に長尺な板状体であり、その表面に長手方向に沿って補強部１１を備えている。また、長尺方向の両端に前述した連結棒１３の上端を連結する連結部（連結孔）１０Ａを備えている。また、支持板１０の中央部（重心付近）には、平行な一対の直線辺１２Ａを有する孔部１２が設けられている。

ガイド部２０は、一端が支持板１０に固定部２１Ａで固定されて一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って延設される第１ガイド軸２１と、一端が支持板１０に固定部２２Ａで固定されて一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って延設される第２ガイド軸２２を備えている。第１ガイド軸２１と第２ガイド軸２２は、基本的には平行に配置され且つ支持板１０の平面と垂直に配置されている。

第１ガイド軸２１は、枠体４０に設けられガイド部２０を構成する軸受４１によって一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って摺動自在に支持されている。軸受４１は、第１ガイド軸２１を一軸方向に沿って安定して摺動することができるものであればよいが、図示の例では、一軸方向に沿って離間して配備される一対の軸受体４１Ａ，４１Ｂと一対の軸受体４１Ａ，４１Ｂを同軸上に保持する保持体４２とを備えている。この保持体４２は枠体４０に対して軸方向の角度を精度良く定めて固定される。枠体４０には、第１ガイド軸２１が挿通される孔４０Ｐが形成されている。

第２ガイド軸２２は、枠体４０に設けられガイド部２０を構成する貫通孔４０Ａを貫通している。貫通孔４０Ａにはストッパー面４０Ａ１が平行に形成されており、第２ガイド軸２２はそのストッパー面４０Ａ１に当接する。第２ガイド軸２２は、枠体４０に設けられる貫通孔４０Ａを貫通することで、支持板１０が一軸（図示Ｚ軸）周りに回転するのを止めている。

このように、ガイド部２０は、支持板１０の一軸（図示Ｚ軸）周りの回転を止めて、支持板１０を一軸方向（図示Ｚ方向）に沿って移動自在に案内している。ここで、導波管２内での誘電体板３を傾き無く平行移動させて所望の周波数シフトを可能にするには、支持板１０を傾き無く平行移動させることが必要になる。この際、軸受４１内での第１ガイド軸２１の遊びと貫通孔４０Ａ内での第２ガイド軸２２の遊びを少なくすることで、支持板１０の傾きは軽減されることにはなるが、これらの遊びを少なくすると支持板１０の円滑な移動ができなくなる。

そこで、これらの遊びを必要量確保しながら支持板１０を傾き無く平行移動させるために、バネ体（補助バネ体）２３を設けている。バネ体２３は、第２ガイド軸２２の周りに配置され枠体４０に対して支持板１０を離間させるように付勢する圧縮コイルバネによって構成することができる。このようなバネ体２３を枠体４０と支持板１０との間に配備することで、軸受４１内での第１ガイド軸２１に遊びがあったとしても、この遊びに対して第１ガイド軸２１を片当たりさせることができるので、静止した状態での支持板１０の傾き状態を常に一定に保つことができる。そして、この一定状態の傾きを考慮して支持板１０に誘電体板３を連結することで、導波管２内での誘電体板３を傾き無く平行移動させることができ、これによって所望の周波数シフトを行うことが可能になる。

次に、駆動部３０について説明する。駆動部３０は、一軸方向に沿って枠体４０に支持され支持板１０側のネジ部に螺合して回転駆動されるスクリュー軸３１を備えている。スクリュー軸３１は、外周に図示省略したネジ部（例えば雄ネジ部）を備えており、スクリュー軸３１を回転駆動することで、スクリュー軸３１の軸周りの回転が軸方向の変位に変換されて支持板１０を上下に移動させる。図示の例では、前述した第１ガイド軸２１と第２ガイド軸２２の間にスクリュー軸３１が配置されている。スクリュー軸３１を支持板１０の中央付近に設け、その左右両側に第１ガイド軸２１と第２ガイド軸２２を設けることでバランス良く支持板１０を移動させることができる。

そして、駆動部３０は、前述したスクリュー軸３１と枠体４０から支持板１０を離間する方向に付勢するバネ体（主バネ体）３３を備えている。バネ体３３は、スクリュー軸３１の周りに配置された圧縮コイルバネによって構成することができる。このようなバネ体３３を設けることで、スクリュー軸３１のネジ部のバックラッシュによる支持板１０のがたつきを防止することができる。バネ体３３によってネジ部のバックラッシュを常に上側に片当たりさせることができるので、支持板１０の静止時の位置を精度良く位置決めすることができ、これによって、導波管２内での誘電体板３を精度良く平行移動させて所望の周波数シフトを行うことができる。

駆動部３０の支持板１０側のネジ部は、支持板１０に保持されるナット体３６によって構成することができる。ナット体３６は、スクリュー軸３１のネジ部（雄ねじ部）に螺合するネジ部（雌ねじ部）を有し、支持板１０に対して回転止めされた状態で保持されている。

また、駆動部３０は、モーター３４と、モーター３４の駆動回転を減速してスクリュー軸３１に伝達する減速機３５とを備えている。モーター３４はフレーム３４Ａに支持されており、減速機３５はフレーム３５Ａに支持されている。フレーム３４Ａとフレーム３５Ａは取り付けネジ４３で枠体４０に取り付けられている。

ナット体３６は支持板１０の孔部１２に係合される。そして、ナット体３６は、側面に一対の平行平面３６Ａを備えると共に支持板１０の孔部１２の抜け止めとなるフランジ部３６Ｂを備えている。図５に示すように、孔部１２は平行平面３６Ａにナット体３６の軸中心Ｏに対して対象均等となる２点（（ａ１，ｂ１）又は（ａ２，ｂ２））で当接する一対の直線辺１２Ａを有している。

支持板１０の孔部１２にナット体３６を係合し、ナット体３６のネジ部にスクリュー軸３１のネジ部を螺合してスクリュー軸３１を回転駆動させると、支持板１０の上昇時には図５（ａ）に示すように、ナット体３６の平行平面３６Ａは点ａ１，ｂ１で孔部１２の直線辺１２Ａと当接し、支持板１０の下降時には図５（ｂ）に示すように、ナット体３６の平行平面３６Ａは点ａ２，ｂ２で孔部１２の直線辺１２Ａと当接する。このように、孔部１２内でのナット体３６の接触点を軸中心Ｏに対して対称位置にすることで、スクリュー軸３１のネジ部がナット体３６のネジ部の片側に噛み込むことなく全周均等に螺合するようになる。これによって、ナット体３６の中心とスクリュー軸３１の中心が一致した状態でナット体３６を上下に移動させることができ、ナット体３６と共に支持板１０を円滑に移動させることができる。

スクリュー軸３１の先端には、ナット体３６の移動を先端で止めるストッパー部３２が設けられている。ストッパー部３２は、例えば、ビス３２Ａ，スプリングワッシャ３２Ｂ，ワッシャ３２Ｃによって構成することができる。

図６は、周波数チューニング機構の動作（（ａ）が上端位置、（ｂ）が下端位置）を示している。スクリュー軸３１を回転駆動させてナット体３６を上昇させると、ナット体３６の上端に設けた凹部３６Ｃの底面にスクリュー軸３１先端のストッパー部３２が当接して、ナット体３６の上昇が規制される（図６（ａ）参照）。この位置が、支持板１０の上端位置になる。また、スクリュー軸３１を逆方向に回転駆動させてナット体３６を下降させると、ナット体３６の下端が枠体４０上の支持部４４に当接してナット体３６の下降が規制される（図６（ｂ）参照）。この位置が、支持板１０の下端位置になる。これによると、ナット体３６の高さで支持板１０の下端位置を調整することができ、ナット体３６における凹部３６Ｃの深さで支持板１０の上端位置を調整することができる。

スクリュー軸３１の周りに配置されるバネ体３３は、一端側（上端側）をナット体３６の外周で支持しており、他端側（下端側）を枠体４０上の支持部４４で支持している。支持部４４には、バネ体３３の端部が係合する突起部が設けられており、この突起部の外周部とバネ体３３の内周が係合する。このようにバネ体３３の上下端を支持することで、バネ体３３が座屈することが無く均一な予圧を枠体４０と支持板１０の間に付与することができる。これによっても、支持板１０の静止位置を精度良く位置決めすることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：チューナブルフィルタ，２：導波管，２Ａ：支持部，３：誘電体板，
４：周波数チューニング機構，５：金属板，
１０：支持板，１０Ａ：連結部，
１１：補強部，１２：孔部，１２Ａ：直線辺，１３：連結棒，
２０：ガイド部，２１：第１ガイド軸，２１Ａ：固定部，
２２：第２ガイド軸，２２Ａ：当接面，２３：バネ体（補助バネ体），
３０：駆動部，３１：スクリュー軸，
３２：ストッパー部，
３２Ａ：ビス，３２Ｂ：スプリングワッシャ，３２Ｃ：ワッシャ，
３３：バネ体（主バネ体），３４：モーター，３５：減速機
３６：ナット体，３６Ａ：平行平面，３６Ｂ：フランジ部，３６Ｃ：凹部，
４０：枠体，４０Ａ：貫通孔，
４１：軸受，４１Ａ，４１Ｂ：軸受体，４２：保持体，４３：取り付けネジ，
４４：支持部

Claims

導波管と、該導波管内に配置されて一軸方向への平行移動で中心周波数をシフトさせる誘電体板と、該誘電体板を支持して前記一軸方向に沿って移動させる周波数チューニング機構とを備え、
前記周波数チューニング機構は、
前記誘電体板と平行に配置され前記誘電体板を前記導波管の外で支持する支持板と、
前記支持板を前記一軸方向に沿って移動させる駆動部と、
前記駆動部を前記導波管に対して固定した位置に支持する枠体と、
一端が前記支持板に固定され前記一軸方向に沿って延設されて前記枠体に設けた軸受によって前記一軸方向に沿って摺動自在に支持される第１ガイド軸と、
一端が前記支持板に固定されて前記一軸方向に沿って延設されて前記枠体に設けた貫通孔を貫通する第２ガイド軸と、
前記第２ガイド軸の周りに配置され前記枠体に対して前記支持板を離間させるように付勢するバネ体とを備えることを特徴とするチューナブルフィルタ。
前記軸受は、前記一軸方向に沿って離間して配備される一対の軸受体と該一対の軸受体を同軸上に保持する保持体とを備えることを特徴とする請求項１記載のチューナブルフィルタ。
前記駆動部は、前記一軸方向に沿って支持され前記支持板に保持されたネジ部に螺合して回転駆動されるスクリュー軸を備え、前記第１ガイド軸と前記第２ガイド軸の間に前記スクリュー軸が配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のチューナブルフィルタ。