JP6652670B1 - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポスト壁導波路を備え、且つ、通過帯域を可変なフィルタ装置を提供すること。【解決手段】フィルタ装置（１）は、複数の共振器（１０〜５０）として機能するポスト壁導波路（フィルタ本体１Ｍ）と、広壁（導体層２）に形成された開口（ＡＰ１〜ＡＰ５）を介して、各共振器（１０〜５０）と結合されたキャビティ（筒５５１〜５５５）と、キャビティ（筒５５１〜５５５）に挿入された棒（６１〜６５）と、棒（６１〜６５）の位置を制御する棒制御機構（圧電素子６Ｐ）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ポスト壁導波路を備えたフィルタ装置であって、通過帯域を可変な可変フィルタ装置に関する。

特許文献１には、センチメートル波の帯域の一部を通過帯域とし、その通過帯域を可変なフィルタ装置が記載されている。なお、これらのフィルタ装置は、特許文献１，２においてはチューナブルフィルタと称されている。これらのフィルタ装置は、センチメートル波を導波するための導波路として管内が中空な導波管を採用し、その管内に通過帯域を変化させるための可動機構を作り込んでいる。

一方、中空な導波管とは異なるタイプの導波路として、ポスト壁導波路が知られている。例えば、非特許文献１には、複数の共振器が直列に結合した共振器結合型のフィルタ装置であって、該複数の共振器として機能するポスト壁導波路を備えたフィルタ装置が記載されている。このフィルタ装置は、ミリメートル波の帯域の一部を通過帯域とする。

ポスト壁導波路は、誘電体基板と、一対の導体層と、ポスト壁とを備えている。一対の導体層は、誘電体基板の両主面上に形成されており、該誘電体基板を挟み込む。ポスト壁は、誘電体基板の内部に形成されており、且つ、複数の導体ポストを柵状に配置することにより構成されている。各導体ポストは、一対の導体層の各々と電気的に接続されている。ポスト壁は、複数の導体ポストのうち隣接する導体ポスト同士の間隔を適宜定めることによって、２次元的に連なった導体壁と同様に振る舞う。ポスト壁導波路において、一対の導体層とポスト壁とにより四方が囲まれた領域は、導波領域として機能する。非特許文献１に記載のフィルタ装置では、この導波領域をポスト壁からなる隔壁で隔てることによって、各共振器の共振領域を構成している。

このように構成されたポスト壁導波路は、中空導波管と比較して、コンパクト化及び軽量化を図ることができるとともに製造コストを削減することができる。

特開２０１１−９８０６号公報

Yusuke Uemichi, et. al., "Compact and Low-Loss Bandpass Filter Realized in Silica-Based Post-Wall Waveguide for 60-GHz applications", IEEE, MTT-S IMS, May 2015.

しかしながら、上述したポスト壁導波路を備えたフィルタ装置の導波領域の内部は、誘電体基板の一部を構成する誘電体により満たされている。そのため、特許文献１，２に記載されているような通過帯域を変化させるための可動機構を導波領域の内部に作り込むことができない。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路を備えたフィルタ装置であって、通過帯域を可変なフィルタ装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るフィルタ装置は、電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路であって、誘電体基板と、上記誘電体基板の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成された一対の広壁である第１導体層及び第２導体層と、上記誘電体基板を貫通し且つ上記第１導体層と上記第２導体層とを導通させる複数の導体ポストが柵状に配置された導体ポスト群からなるポスト壁と、を備えており、各上記共振器の共振領域は、上記第１導体層、上記第２導体層、及び上記ポスト壁により囲まれた上記誘電体基板により構成されているポスト壁導波路と、上記共振器群に属する少なくとも１つの共振器の広壁に形成された開口と、各上記開口を介して、各上記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、各上記キャビティの上記開口と反対側の端部から各上記キャビティに挿入された棒であって、少なくとも上記開口側の端面が導体である棒と、上記棒の上記端面と、上記開口に近接する主面との間隔を制御する棒制御機構と、を備えている。

本フィルタ装置は、複数の共振器が電磁気的に結合された共振器結合型のフィルタ装置である。本フィルタ装置を構成する各共振器は、ポスト壁導波路により実現されている。そのうえで、本フィルタ装置は、棒の端面と、上記開口に近接する主面との間隔を棒制御機構が制御することによって、通過帯域を変化させることができる。具体的には、上記間隔を大きくすることによって、本フィルタ装置の通過帯域をシフトさせることができる。したがって、本フィルタ装置は、ポスト壁導波路を備えたフィルタ装置であって、通過帯域を可変なフィルタ装置を提供することができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置において、上記共振器群に属する全ての共振器の広壁に上記開口が形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記共振器群に属する複数の共振器の何れかについてキャビティ及び開口が設けられている場合と比較して、フィルタ装置の透過特性に生じ得る形状の変化を抑制しつつ、通過帯域を変化させることができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置において、上記誘電体基板のうち、少なくとも１つの上記開口に近接する位置には、上記開口側の主面から上記共振領域内に向かって凹んだ凹部であって、平面視した場合に外縁が上記棒の上記端面を包含する凹部が形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、棒の導体である端面を共振領域に挿入することができる。したがって、本フィルタ装置は、上記端面を上記第１主面から遠ざけることに加えて、上記端面を上記共振領域に挿入することによっても通過帯域を変化させることができる。具体的には、上記端面を上記開口側の主面から上記誘電体基板と反対側へ遠ざけることによって、本フィルタ装置の通過帯域を高周波側へシフト可能なことに加え、上記端面を上記開口側の主面から遠ざかるように共振領域に挿入することによって、本フィルタ装置は、通過帯域を低周波側へシフト可能である。したがって、本フィルタ装置は、凹部が形成されていない共振器のみを備えたフィルタ装置と比較して、通過帯域の可変幅を拡大することができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置において、上記棒制御機構は、各上記棒に結合された圧電素子であって、印加された電圧に応じて各上記棒の位置を一軸方向に沿って変化させる圧電素子を備えている、ことが好ましい。

圧電素子は、両端子に印加される電圧を変化させることによってその体積を可逆に変化させることができる固体素子である。したがって、上記のように構成された棒制御機構は、圧電素子の両端子に印加する電圧を制御することによって、フィルタ装置の通過帯域を可逆に変化させることができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置において、各上記共振器の上記広壁は、円形状又は６角形以上の正多角形状であり、上記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの共振器の各々は、該２つの共振器の上記広壁の外接円の半径をＲ_１及びＲ_２とし、該２つの共振器の中心間距離をＤとした場合に、Ｄ＜Ｒ_１＋Ｒ_２となるように配置されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、複数の共振器のうち互いに結合されている２つの共振器に着目した場合に、当該２つの共振器の各々の外接円の形状は、２つの外接円の中心同士をつなぐ直線を対称軸として線対称である。したがって、特許文献１に記載のフィルタ装置と比較して、本フィルタ装置は、その形状に関する対称性が高いため、設計パラメータの数を少なくすることができる。

また、上記の構成によれば、複数の共振器の各々を構成する広壁の形状は、円形又は６角形以上の正多角形状である。したがって、非特許文献１に記載のフィルタ装置と比較して、本フィルタ装置は、その形状に関する対称性が高いため、設計パラメータの数を少なくすることができる。

したがって、本フィルタ装置は、従来のフィルタ装置と比較して、所望の特性を有するフィルタ装置を容易に設計することができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置を構成する上記複数の共振器において、最初段の共振器には入力ポートが設けられており、最終段の共振器には出力ポートが設けられており、上記最初段の共振器と上記最終段の共振器とは、隣接するように配置されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、複数の共振器が直線状に配置されている場合と比較して、フィルタ装置の全長を短くすることができる。

本発明の一態様に係るフィルタ装置において、各上記共振器の上記広壁は、長方形状であり、各上記共振器は、直線状に配置されていてもよい。

本発明の一態様に係るフィルタ装置よれば、ポスト壁導波路を備えたフィルタ装置であって、通過帯域を可変なフィルタ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフィルタ装置の斜視図である。 図１に示したフィルタ装置の分解斜視図である。 図１に示したフィルタ装置が備えている５つの共振器の輪郭を模式的に示す平面図である。 図３に示した５つの共振器のうち１つの共振器の断面図である。 図１に示したフィルタ装置の変形例が備えている５つの共振器のうち１つの共振器の断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施例であるフィルタ装置により得られた透過特性を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の第２の実施例であるフィルタ装置により得られた透過特性を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係るフィルタ装置１について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、フィルタ装置１の斜視図である。図２は、フィルタ装置１の分解斜視図である。図３は、フィルタ装置１を構成する５つの共振器１０〜５０の輪郭を模式的に示す平面図である。なお、図３においては、導体ポスト群からなるポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４を、仮想的な連続した導体壁として図示している。図４は、図３に示した共振器３０の断面図であって、図３に示した直線ＡＡ’線における断面図である。

図１及び図２に示すように、フィルタ装置１は、フィルタ本体１Ｍと、ブロック５と、棒制御ユニット６とを備えている。また、フィルタ本体１Ｍは、導体層２と、誘電体基板３と、導体層４と、ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４とを備えている。

誘電体基板３は、本実施形態においては、石英ガラス製である。

導体層２は、本実施形態においては、誘電体基板３のｚ軸正方向側の主面である第１主面３ａに形成された、銅製の導体層である。導体層４は、本実施形態においては、誘電体基板３のｚ軸負方向側の主面である第２主面３ｂに形成された、銅製の導体層である。

ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、誘電体基板３を貫通し、且つ、導体層２と導体層４とを導通させる複数の導体ポストにより構成された導体ポスト群からなる。図１及び図２に示すように、ポスト壁１３は、複数の導体ポスト１３ｉ（ｉは、正の整数）により構成されている。

導体ポスト１３ｉは、誘電体基板３の第１主面３ａから第２主面３ｂまで貫通する貫通孔を形成したうえで、その貫通孔の内壁に導体層を形成することによって形成されている。なお、導体ポスト１３ｉは、上記貫通孔に導体を充填することによって形成されていてもよい。

ポスト壁１３と同様に、ポスト壁２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、それぞれ、柵状に配置された複数の導体ポスト２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉ，６３ｉ，６４ｉ，７３ｉ，７４ｉにより構成されている。

複数の導体ポストを所定の間隔で柵状に配列することによって得られるポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４の各々は、上記所定の間隔に応じた帯域の電磁波を反射する、一種の導体壁として機能する。

〔フィルタ本体１Ｍ〕
図１〜図３に示すように、フィルタ本体１Ｍは、共振器群を構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０と、導波路６０，７０とを備えている。共振器１０，２０，３０，４０，５０及び導波路６０，７０は、導体層２，４を一対の広壁とし、ポスト壁１３，２３，３３，４３，５３，６３，６４，７３，７４を狭壁として、該一対の広壁と該狭壁とにより囲まれた領域が導波領域として機能するポスト壁導波路である。

例えば、共振器１０のポスト壁１３は、複数の導体ポスト１３ｉを柵状に、且つ、円形状に配列することにより構成されている。同様に、共振器２０，３０，４０，５０のポスト壁２３、３３，４３，５３の各々は、それぞれ、複数の導体ポスト２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉを柵状に、且つ、円形状に配列することにより構成されており、導波路６０，７０のポスト壁６３，６４，７３，７４の各々は、それぞれ複数の導体ポスト６３ｉ，６４ｉ，７３ｉ，７４ｉを柵状に、且つ、直線状に配列することにより構成されている。

その結果、例えば、共振器３０の主たる共振領域は、図４に示すように、導体層２の一部、導体層４の一部、及びポスト壁３３により囲まれた誘電体基板３の一部により構成されている。同様に、共振器１０，２０，４０，５０の各々の主たる共振領域は、それぞれ、導体層２の一部、導体層４の一部、及びポスト壁１３，２３，４３，５３により囲まれた誘電体基板３の一部により構成されている。

なお、導体層２のうち、共振器１０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_１を含む領域には、円形の開口ＡＰ１が形成されている（図３参照）。同様に、導体層２のうち、共振器２０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_２を含む領域には、円形の開口ＡＰ２が形成されており、導体層２のうち、共振器３０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_３を含む領域には、円形の開口ＡＰ３が形成されており、導体層２のうち、共振器４０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_４を含む領域には、円形の開口ＡＰ４が形成されており、導体層２のうち、共振器５０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_５を含む領域には、円形の開口ＡＰ５が形成されている。

導波路６０と共振器１０とは、結合窓ＡＰ_Ｉを介して電磁気的に結合されている。共振器１０と共振器２０とは、結合窓ＡＰ_１２を介して電磁気的に結合されている。共振器２０と共振器３０とは、結合窓ＡＰ_２３を介して電磁気的に結合されている。共振器３０と共振器４０とは、結合窓ＡＰ_３４を介して電磁気的に結合されている。共振器４０と共振器５０とは、結合窓ＡＰ_４５を介して電磁気的に結合されている。共振器５０と導波路７０とは、結合窓ＡＰ_Ｏを介して電磁気的に結合されている。

結合窓ＡＰ_１２は、導体ポスト１３ｉの一部及び導体ポスト２３ｉの一部を省略することによって得られる。結合窓ＡＰ_２３，ＡＰ_３４，ＡＰ_４５，ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_Ｏについても同様である。

フィルタ本体１Ｍにおいて、結合窓ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_Ｏは、何れも入出力ポートとして機能する。結合窓ＡＰ_Ｉを入力ポートとすれば、結合窓ＡＰ_Ｏが出力ポートとなり、結合窓ＡＰ_Ｏを入力ポートとすれば、結合窓ＡＰ_Ｉが出力ポートとなる。いずれの入出力ポートを入力ポートにするかは任意であるが、本実施形態では、結合窓ＡＰ_Ｉを入力ポートとし、結合窓ＡＰ_Ｏを出力ポートとして説明する。すなわち、共振器１０が請求の範囲に記載の最初段の共振器であり、共振器５０が請求の範囲に記載の最終段の共振器である。

以上のように、フィルタ本体１Ｍは、５個の共振器１０，２０，３０，４０，５０が電磁気的に結合された、５段の共振器結合型のバンドパスフィルタとして機能するポスト壁導波路である。

なお、本実施形態では、フィルタ本体１Ｍが５個の共振器１０，２０，３０，４０，５０を備えているものとして説明している。しかし、フィルタ本体１Ｍが備えている共振器の数は、５個に限定されるものではなく、所望のフィルタ特性に応じて適宜選択することができる。

（各共振器の中心間距離）
図３に示すように、共振器１０を構成する広壁の半径をＲ_１、共振器２０を構成する広壁の半径をＲ_２、共振器３０を構成する広壁の半径をＲ_３、共振器４０を構成する広壁の半径をＲ_４、共振器５０を構成する広壁の半径をＲ_５とする。また、中心Ｃ_１と中心Ｃ_２との距離をＤ_１２とし、中心Ｃ_２と中心Ｃ_３との距離をＤ_２３とし、中心Ｃ_３と中心Ｃ_４との距離をＤ_３４とし、中心Ｃ_４と中心Ｃ_５との距離をＤ_４５とする。

このとき、Ｒ_１，Ｒ_２とＤ_１２とは、Ｄ_１２＜Ｒ_１＋Ｒ_２の条件を満たし、Ｒ_２，Ｒ_３とＤ_２３とは、Ｄ_２３＜Ｒ_２＋Ｒ_３の条件を満たし、Ｒ_３，Ｒ_４とＤ_３４とは、Ｄ_３４＜Ｒ_３＋Ｒ_４の条件を満たし、Ｒ_４，Ｒ_５とＤ_４５とは、Ｄ_４５＜Ｒ_４＋Ｒ_５の条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、隣接する２つの共振器（例えば共振器１０と共振器２０と）を、各共振器の狭壁に設けた結合窓（例えば結合窓ＡＰ_１２）を介して電磁気的に結合させることができる。

（隣接する２つの共振器の対称性）
フィルタ本体１Ｍにおいて、複数の共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち互いに結合されている２つの共振器に着目する。ここでは、共振器２０と共振器３０とを用いて説明する。２つの共振器２０，３０の各々の広壁の形状は、中心Ｃ_２，Ｃ_３同士をつなぐ直線ＢＢ’を対称軸として線対称である（図３参照）。したがって、フィルタ本体１Ｍは、互いに結合されている２つの共振器における対称性が高いため、設計パラメータの数を少なくすることができる。したがって、フィルタ本体１Ｍは、所望の特性を有するバンドパスフィルタを容易に設計することができる。

なお、フィルタ本体１Ｍにおいては、互いに結合されている２つの共振器が線対称となるように構成されていることに加えて、フィルタ装置１全体も線対称となるように構成されている。具体的には、共振器１０〜５０は、ｘ軸に沿い且つ共振器３０の広壁として機能する領域の中心Ｃ_３を通る直線を対称軸として線対称となるように配置されており、且つ、導波路６０と導波路７０とは、上記直線を対称軸として線対称となるように配置されている。したがって、フィルタ本体１Ｍは、全体の形状に関する対称性も高いため、設計パラメータの数を更に少なくすることができる。したがって、フィルタ本体１Ｍは、所望の特性を有するバンドパスフィルタを更に容易に設計することができる。

（共振器１０，５０の配置）
フィルタ本体１Ｍにおいて、共振器１０と共振器５０とは、互いに隣接するように配置されている（図３参照）。したがって、複数の共振器が直線状に配置されている場合と比較して、フィルタ本体の全長を短くすることができる。フィルタ本体の全長を短くすることによって、フィルタ本体１Ｍを取り巻く環境温度が変化した場合に生じる熱膨張又は熱収縮の絶対値を抑制することができる。したがって、全長が従来のフィルタ本体より短いフィルタ本体１Ｍは、環境温度の変化に起因する、通過帯域の中心周波数や帯域幅などの変化を抑制することができる。言い換えれば、フィルタ本体１Ｍは、環境温度に対する特性の安定性が高い。

（共振器の形状）
図１〜図３に示すように、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０の各々において、狭壁として機能するポスト壁１３，２３，３３，４３，５３の導体ポスト１３ｉ，２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉの各々は、第１主面３ａを平面視した場合に、円形状に沿うように柵状に配置されている。しかし、導体ポスト１３ｉ，２３ｉ，３３ｉ，４３ｉ，５３ｉの各々は、円形状ではなく６角形以上の正多角形状に沿うように柵状に配置されていてもよい。

また、本発明の一態様に係るフィルタ装置において、フィルタ本体１Ｍを構成する各共振器を直線状に配置する場合には、各共振器の狭壁として機能するポスト壁の導体ポストは、長方形状に沿うように柵状に配置されていてもよい。

〔共振領域の容積を変化させるための構成〕
上述したように、導体層２のうち、共振器１０，２０，３０，４０，５０の各々の広壁として機能する領域には、それぞれ、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が形成されている（図３参照）。フィルタ装置１は、このように開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が導体層２に形成されたフィルタ本体１Ｍと、導体製の筒５１１，５２１，５３１，５４１，５５１と、導体製の棒６１，６２，６３，６４，６５と、圧電素子６Ｐとを備えていることにより、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の共振領域の容積を変化させることができ、その結果として、バンドパスフィルタ装置の通過帯域を変化させることができる。なお、筒５１１，５２１，５３１，５４１，５５１は、特許請求の範囲に記載のキャビティの一例であり、圧電素子６Ｐは、特許請求の範囲に記載の棒制御機構の一例である。本発明の一態様において、棒制御機構は、圧電素子６Ｐに限定されるものではなく、棒６１，６２，６３，６４，６５の位置を精度よく制御可能な機構であれば如何なる機構であってもよい。棒制御機構の別の例としては、マイクロメータを備えたｚ軸ステージが挙げられる。

以下では、共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち共振器３０を例にして、共振領域の容積を変化させるための構成について説明する。この共振領域の容積を変化させるための構成は、各共振器１０，２０，３０，４０，５０について同様に構成されている。

ブロック５は、誘電体基板３と同様に、石英ガラス製の板状部材である。ブロック５の材質及び厚さは、特に限定されるものではなく、適宜定めることができる。

ブロック５を平面視した場合において、ブロック５の開口ＡＰ３に対応する位置には、ブロック５の一方の主面から他方の主面へ貫通する貫通孔５３が形成されている。この貫通孔５３の直径は、適宜設計することができる。本実施形態において、貫通孔５３の直径は、開口ＡＰ３の直径φ_２３よりも大きく、共振器３０の直径（２×Ｒ_３）よりも小さい。この貫通孔の内壁の全面に導体層を形成することによって、導体製の筒５３１がフィルタ本体１Ｍの上に積層されている。

筒５３１は、筒５３１の第１端部５３１ａ及び開口ＡＰ３を介して、筒５３１の内部と共振器３０の内部（すなわち主たる共振領域）とが連通するように、且つ、第１端部５３１ａが導体層２に密着するように、導体層２の上に配置されている。すなわち、筒５３１は、開口ＡＰ３を介して共振器３０と電磁気的に結合している。本実施形態においては、筒５３１が形成されたブロック５を、導体層２の上に積層することによって、上述した配置を実現している。

棒制御ユニット６は、導体製の棒であって、各共振器１０，２０，３０，４０，５０にそれぞれ対応する棒６１，６２，６３，６４，６５と、各棒６１，６２，６３，６４，６５の他方の端面が接合された板状部材６Ｂと、板状部材６Ｂの上に積層された圧電素子６Ｐとを備えている。本実施形態において、各棒６１，６２，６３，６４，６５の一方の端面（第１主面３ａに近接する側の端面）が面一になるように、各棒６１，６２，６３，６４，６５の他方の端面は、板状部材６Ｂに対して接合されている。

本実施形態において、各棒６１，６２，６３，６４，６５は銅製であり、板状部材６Ｂは銅製であり、圧電素子６Ｐは、圧電セラミックス製である。本発明の一態様において、各棒６１，６２，６３，６４，６５は、少なくとも開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５側の端面（ｚ軸負方向側の端面）が導体であればよく、さらに、各棒６１，６２，６３，６４，６５は、その側面が導体により覆われていることが好ましい。これらの場合、各棒６１，６２，６３，６４，６５の導体以外の部分は、固体である限り如何なる材料により構成されていてもよい。また、本実施形態のように、各棒６１，６２，６３，６４，６５は、全体が導体（本実施形態では銅）により構成されていてもよい。また、板状部材６Ｂを構成する材料は、特に限定されるものではなく、既存の材料の中から適宜選択することができる。本実施形態のように、各棒６１，６２，６３，６４，６５のみならず板状部材６Ｂも導体製であることによって、各棒６１，６２，６３，６４，６５と導体層２，４とを容易に短絡することができる。

共振器３０及び筒５３１に対応する棒６３は、筒５３１の第２端部５３１ｂから筒５３１の内部に挿入されている。より詳しくは、棒６３は、筒５３１の第２端部５３１ｂから、筒５３１の内部に一方の端面６３ａが挿入されており、一方の端面６３ａと誘電体基板３の第１主面３ａとの間隔Δ_Ｇが所定の間隔となるように配置されている。

圧電素子６Ｐは、両端子に印加される電圧を変化させることによってその体積を可逆に変化させることができる固体素子である。したがって、フィルタ装置１においては、圧電素子６Ｐの両端子に印加する電圧を制御することによって、圧電素子６Ｐは、棒６３の位置を、図４に示したｚ軸方向に沿って変化させる。換言すれば、フィルタ装置１においては、圧電素子６Ｐの両端子に印加する電圧を制御することによって、圧電素子６Ｐは、間隔Δ_Ｇを制御することができる。

上述したように、共振器３０の主たる共振領域は、導体層２の一部、導体層４の一部、及びポスト壁３３により囲まれた誘電体基板３の一部により構成されている。しかしながら、導体層２のうち、共振器３０の広壁として機能する領域であって、中心Ｃ_３を含む領域には、円形の開口ＡＰ３が形成されているため、このままでは共振器３０は、共振器結合型のバンドパスフィルタを構成する共振器として十分には機能しない。

しかしながら、フィルタ装置１は、上述したように、共振器３０に対応する筒５３１及び棒６３を備えている。筒５３１及び棒６３の各々は、それぞれ、共振器３０における狭壁及び広壁の一部として機能する。そのため、フィルタ装置１においては、導体層２に開口ＡＰ３が形成されているにも関わらず、共振器３０が共振器結合型のバンドパスフィルタを構成する共振器として機能する。

更に、圧電素子６Ｐが間隔Δ_Ｇを精度よく制御することができるため、フィルタ装置１は、その通過帯域を変化させることができる。

（開口が形成されている共振器の数）
本実施形態においては、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０の各々の導体層２に、それぞれ、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が形成されているものとして説明した。しかし、本発明の一態様において、フィルタ本体１Ｍを構成する共振器１０，２０，３０，４０，５０のうち何れの共振器の導体層２に開口を形成するかは、適宜設計することができる。本発明の一態様において、開口を有する共振器の数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

（開口を形成する導体層）
本実施形態においては、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の一方の広壁を構成する導体層２に、それぞれ、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５が形成されているものとしてフィルタ本体１Ｍを説明した。

しかし、本発明の一態様において、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５は、少なくとも、各共振器１０，２０，３０，４０，５０の一対の広壁を構成する導体層２（第１導体層）及び導体層４（第２導体層）の何れか一方に形成されていればよい。また、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５の何れかを導体層４に形成する場合、その導体層４に形成した開口に対応して、図４に示した筒５３１及び棒６３と同じ構成を、誘電体基板３の導体層４の側（ｚ軸負方向側）に設ければよい。

〔変形例〕
フィルタ装置１の変形例であるフィルタ装置１Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、フィルタ装置１Ａが備えている共振器１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａのうち共振器３０Ａの断面図である。

フィルタ装置１Ａは、フィルタ装置１の構成のうち誘電体基板３を誘電体基板３Ａに置換することによって得られる。そこで、フィルタ装置１Ａを構成する部材のうちフィルタ装置１と同一の部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。すなわち、本変形例では、導体層２、導体層４、ブロック５、及び棒制御ユニット６については、その説明を繰り返さず、誘電体基板３Ａについてのみ説明する。また、本変形例においては、上述した実施形態におけるフィルタ装置１の場合と同様に、共振器１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａのうち共振器３０Ａを例にして、フィルタ装置１Ａについて説明する。

なお、フィルタ装置１Ａにおける共振器３０Ａは、フィルタ装置１における共振器３０に対応する。また、フィルタ装置１Ａにおける各共振器１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ，５０Ａは、それぞれ、フィルタ装置１における各共振器１０，２０，４０，５０に対応する。なお、本変形例において、各共振器１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ，５０Ａの図示は、省略している。

図５に示すように、フィルタ装置１Ａにおいて、共振器３０の共振領域を構成する誘電体基板３Ａの第１主面３Ａａのうち、開口ＡＰ３に近接する位置には、第１主面３Ａａから共振器３０の共振領域内に向かって凹んだ凹部３３Ａが形成されている。すなわち、凹部３３Ａは、第１主面３Ａａから上記共振領域内に向かって凹んでいる。第１主面３Ａａを平面視した場合において、凹部３３Ａは、その外縁が棒６３の一方の端面６３ａの外縁を包含するように形成されている。本変形例においては、凹部３３Ａは、その外縁が円形状であり、その直径φ_３３Ａが開口ＡＰ３の直径φ_２３と一致しており、且つ、棒６３の直径φ_６３を上回るように構成されている。

なお、凹部３３Ａの外縁は、円形状に限られるものではなく、適宜設計することができる。また、凹部３３Ａの深さも適宜設計することができる。

本変形例においては、共振器１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ，５０Ａの各々の共振領域を構成する誘電体基板３Ａにも、開口ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ４，ＡＰ５に近接する位置には、共振器３０Ａの凹部３３Ａと同様の凹部が形成されている。すなわち、各共振器１０Ａ，２０Ａ，４０Ａ，５０Ａに凹部３３Ａと同様の凹部が形成されている。しかし、本発明の一態様においては、複数の共振器のうち一部の共振器にのみ上記凹部が形成されていてもよい。いずれの共振器に凹部を形成するかは、適宜設計することができる。例えば、本発明の一態様は、凹部が形成された共振器１０Ａ，３０Ａ，５０Ａ（図５参照）と、凹部が形成されていない共振器２０，４０（図４参照）とを備えていてもよい。この場合、棒制御ユニット６は、棒６１，６３，６５の位置と、棒６２，６４の位置とを制御可能なように構成されていればよい。

〔フィルタ装置１及びフィルタ装置１Ａの実施例〕
図１〜図４に示すように構成されたフィルタ装置１の実施例として、各共振器１０，２０，３０，４０，５０に対応する各開口の直径（例えば共振器３０の場合であれば、開口ＡＰ３の直径φ_２３）として６００μｍを採用し、各共振器１０，２０，３０，４０，５０に対応する各筒の内径（例えば共振器３０の場合であれば、筒５３１の内径φ_５３１）として８００μｍを採用し、各共振器１０，２０，３０，４０，５０に対応する各棒の直径（例えば共振器３０の場合であれば、棒６３の直径φ_６３）として４００μｍを採用した。そのうえで、フィルタ装置１の実施例における間隔Δ_ＧをΔ_Ｇ＝１６μｍ，４１μｍ，６６μｍ，９１μｍ，１１６μｍとして、フィルタ装置１の実施例のＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性をシミュレーションした。以下において、ＳパラメータＳ（２，１）の周波数依存性のことを透過特性とも呼ぶ。フィルタ装置１の実施例の透過特性を図６の（ａ）に示す。なお、各共振器１０，２０，３０，４０，５０に対応する各棒の一方の端面（例えば共振器３０の場合であれば一方の端面６３ａ）が、第１主面３ａのｚ軸正方向側に位置する場合には間隔Δ_Ｇの符号を正とし、第１主面３ａのｚ軸負方向側に位置する場合には間隔Δ_Ｇの符号を負とする。

図６の（ａ）を参照すれば、間隔Δ_Ｇを１６μｍから１１６μｍまで、ｚ軸正方向に向かって拡大することによって、フィルタ装置１の実施例の通過帯域を高周波側へシフト可能なことが分かった。

図５に示すように構成されたフィルタ装置１Ａの実施例として、各共振器１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａに対応する各開口及び各凹部の直径（例えば共振器３０Ａの場合であれば、開口ＡＰ３の直径φ_２３及び凹部３３Ａの直径φ_３３Ａ）として６００μｍを採用し、各凹部の深さとして１００μｍを採用し、各共振器１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａに対応する各筒の内径（例えば共振器３０Ａの場合であれば、筒５３１の内径φ_５３１）として１０００μｍを採用し、各共振器１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａに対応する各棒の直径（例えば共振器３０Ａの場合であれば、棒６３の直径φ_６３）として５００μｍを採用した。そのうえで、フィルタ装置１Ａの実施例における間隔Δ_ＧをΔ_Ｇ＝０μｍ，−２５μｍ，−５０μｍ，−７５μｍ，−１００μｍとして、フィルタ装置１Ａの実施例の透過特性をシミュレーションした。なお、フィルタ装置１Ａにおいて、間隔Δ_Ｇ＝−１００μｍとは、棒６３の一方の端面６３ａが誘電体基板３Ａの第１主面３Ａａから、共振器３０Ａの共振領域内に１００μｍ突出した状態を意味する。フィルタ装置１Ａの実施例の透過特性を図６の（ｂ）に示す。

図６の（ｂ）を参照すれば、間隔Δ_Ｇを０μｍから−１００μｍまで、ｚ軸負方向に向かって拡大することによって、フィルタ装置１Ａの実施例の通過帯域を低周波側へシフト可能なことが分かった。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１，１Ａ フィルタ装置
２ 導体層（第１導体層）
ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５ 開口
３，３Ａ 誘電体基板
３３Ａ 凹部
４ 導体層（第２導体層）
５ ブロック
５１１〜５５１ 筒（キャビティ）
５３１ａ，５３１ｂ 一方の端部，他方の端部
６１〜６５ 棒
６３ａ 一方の端面
６Ｐ 圧電素子（棒制御機構）
１０、２０，３０，４０，５０ 共振器
１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａ 共振器

Claims (7)

1. 電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路であって、誘電体基板と、上記誘電体基板の第１主面及び第２主面にそれぞれ形成された一対の広壁である第１導体層及び第２導体層と、上記誘電体基板を貫通し且つ上記第１導体層と上記第２導体層とを導通させる複数の導体ポストが柵状に配置された導体ポスト群からなるポスト壁と、を備えており、各上記共振器の共振領域は、上記第１導体層、上記第２導体層、及び上記ポスト壁により囲まれた上記誘電体基板により構成されているポスト壁導波路と、
   上記共振器群に属する少なくとも１つの共振器の広壁に形成された開口と、
   各上記開口を介して、各上記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、
   各上記キャビティの上記開口と反対側の端部から各上記キャビティに挿入された棒であって、少なくとも上記開口側の端面が導体である棒と、
   上記棒の上記端面と、上記開口に近接する主面との間隔を制御する棒制御機構と、を備えている、
   ことを特徴とするフィルタ装置。
2. 上記共振器群に属する全ての共振器の広壁に上記開口が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 上記誘電体基板のうち、少なくとも１つの上記開口に近接する位置には、上記開口側の主面から上記共振領域内に向かって凹んだ凹部であって、平面視した場合に外縁が上記棒の上記端面を包含する凹部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
4. 上記棒制御機構は、各上記棒に結合された圧電素子であって、印加された電圧に応じて各上記棒の位置を一軸方向に沿って変化させる圧電素子を備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフィルタ装置。
5. 各上記共振器の上記広壁は、円形状又は６角形以上の正多角形状であり、
   上記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの共振器の各々は、該２つの共振器の上記広壁の外接円の半径をＲ_１及びＲ_２とし、該２つの共振器の中心間距離をＤとした場合に、Ｄ＜Ｒ_１＋Ｒ_２となるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルタ装置。
6. 上記複数の共振器において、最初段の共振器には入力ポートが設けられており、最終段の共振器には出力ポートが設けられており、
   上記最初段の共振器と上記最終段の共振器とは、隣接するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のフィルタ装置。
7. 各上記共振器の上記広壁は、長方形状であり、
   各上記共振器は、直線状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルタ装置。

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