JPH0361361B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、所定軸長を有するカツトオフ導波
管内に誘電体共振器を収容してこの共振器に二重
モード共振を生じさせたフイルタに関する。

（従来の技術） 複数の空洞共振器を縦列配置し、電磁界エネル
ギーの伝搬方向軸を横断する空洞共振器面に結合
スロツトを設けるとともに各空洞共振器内に誘電
体共振器素子を収容して二重モード共振を生じさ
せ、各段を結合スロツトを介して結合させた楕円
関数形フイルタがたとえば特開昭57−194603号公
報で公知になつている。しかし、この構造は、空
洞共振器とこの空洞共振器内に配置された誘電体
共振器素子とからなる複合型の共振器を用いてい
るので、各共振器間の結合のために隣接する空洞
共振器間に境界面として、結合スロツトを有する
隔壁を設けなければならないといつた生産上の困
難性をかかえており、また、結合スロツトの存在
のため導体ロスが発生して挿入損失が多くなると
いう欠点があつた。

（発明の目的） この発明の目的は、上述のような従来構造が有
する欠点を除去することであり、簡単な構成によ
り、設計が容易になるとともに製造が容易にな
り、また、挿入損失も小さい二重モードフイルタ
を提供することである。

（発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明は、所定軸長
を有するカツトオフ導波管と、この導波管内に所
定間隔をおいて配置され、各々が断面内の第１の
軸線およびこの第１の軸線と交差する第２の軸線
にそれぞれ沿う二重モード共振を励振する複数の
誘電体共振器と、各誘電体共振器の第１の共振モ
ードの共振周波数を調整する手段と、各誘電体共
振器の第２の共振モードの共振周波数を調整する
手段と、各誘電体共振器の第１の共振モードと第
２の共振モードとの結合を制御する手段と、上記
複数の誘電体共振器のうちの一つの誘電体共振器
の上記二重モード共振の一方と外部回路とを結合
する入力結合手段と、上記一つの誘電体共振器の
上記二重モード共振の他方と外部回路とを結合す
る出力結合手段とを備えてなり、隣り合う誘電体
共振器が互いに直接に対向して上記カツトオフ導
波管内に配置されるとともに、隣り合うこれら誘
電体共振器の間にはその一つの誘電体共振器の二
つの共振モードとそのいま一つの誘電体共振器の
二つの共振モードとの間にエバネセント電磁界に
よる結合が少なくとも一対存在することを特徴と
している。

（発明の効果） この発明によれば、各段間に結合スロツトを有
する金属隔壁がないので、低損失化が達成され、
また、結合係数が解析的に計算できる（たとえば
小林、中山：電子通信学会技報、MW85−99、
Nov.1985参照）ので高精度設計が実現される。

（実施例） 以下にこの発明の実施例を説明する。

第１図〜第３図において、１は円筒導体からな
る所定軸長のTE₁₁カツトオフ導波管で、その両
端に蓋２，３が設けられている。４，５は公知の
セラミツク誘電体円柱共振器で導波管１と同軸状
にかつ共振器４，５間および蓋２，３との間に所
定の間隔をおいて配置固定されている。より具体
的には低誘電率のリング状のたとえばポリスチレ
ンやPTEEからなる支持スペーサ６，７によつて
これらの共振器４，５が導波管１内に配置固定さ
れる。第２図における上下方向にのびかつ共振器
４の中心を通る軸線上に第１の共振周波数微調整
ネジ８が導波管１内に第２図における下から上方
向にねじこまれている。この軸線に対し90゜共振
器４の周方向に回転した位置にある軸線上に第４
の共振周波数微調整ネジ９が導波管１内に第２図
における右から左方向にねじこまれている。ネジ
８，９を含む平面内においてネジ８から45゜ネジ
９寄りにおいて第１の結合度調整用ネジ１０が導
波管１内にねじ込まれている。これらネジ８，
９，１０が突入するスペーサ６の該当個所にはネ
ジ８，９，１０の移動を妨げないための切除部分
１１，１２，１３が必要に応じ形成されている。
同様に、第３図における上下方向にのびかつ共振
器５の中心を通る軸線上に第２の共振周波数微調
整ネジ１４が導波管１内に第３図における上から
下方向にねじこまれている。この軸線に対し90゜
共振器５の周方向に回転した位置にある軸線上に
第３の共振周波数微調整ネジ１５が導波管１内に
第３図における右から左方向にねじこまれてい
る。ネジ１４，１５を含む平面内においてネジ１
４から45゜ネジ１５寄りにおいて第２の結合度調
整用ネジ１６が導波管１内にねじこまれている。
これらネジ１４，１５，１６が突入するスペーサ
７の該当個所にはネジ１４，１５，１６の移動を
妨げないための切除部分１７，１８，１９が必要
に応じ形成されている。ネジ８〜１０，１４〜１
６は金属、誘電体または磁性体からなる。２０
は、導波管１の軸方向に蓋２から導波管１内に挿
入された電気的ダイポール素子（以下ダイポール
と略称する）で、同軸ケーブル５０で給電され、
ダイポール２０の長手方向はネジ８を通る軸線と
平行になつており、両先端は共振器４から遠ざか
る方向に折曲げられている。この折曲げ処理はダ
イポールの電気長を調整するためのものである。
２１は導波管１の周方向から共振器４の中心方向
に向けて導波管１内に突出したプローブで、ネジ
９を通る軸線上に配備されている。プローブ２１
が突入するスペーサ６の該当個所には必要に応じ
切除部分２２が形成されている。２３はプローブ
２１が接続された同軸コネクタである。

図示実施例は以上の構成よりなるので、いま仮
にダイポール２０を入力結合用として用いプロー
ブ２１を出力結合用として用いることとして動作
について説明する。同軸ケーブル５０で伝送され
てきた信号によりダイポール２０が作り出す電場
によつて、矢印M₁で示す方向が断面内の電界方
向である第１のEH₁₁δモードが共振器４に励振さ
れる。この第１のEH₁₁δモードがカツトオフ領域
に作るエバネセント電磁界によつて矢印M₂で示
す方向が断面内の電界方向である第２のEH₁₁δモ
ードが共振器５に励振される。共振器５には第２
のEH₁₁δモードの電界方向から90゜周方向に回転
した位置に矢印M₃で示す方向が断面内の電界方
向である第３のEH₁₁δモードが存在する。第２の
EH₁₁δモードと第３のEH₁₁δモード間、つまり二
重モード間の結合度はネジ１６の挿入長によつて
決定される。そして第３のEH₁₁δモードがカツト
オフ領域に作るエバネセント電磁界によつて矢印
M₄で示す方向が断面内の電界方向である第４の
EH₁₁δモードが共振器４に励振される。この第４
のEH₁₁δモードとプローブ２１とが結合し出力が
同軸コネクタ２３を介してとり出される。そして
第１のEH₁₁δモードと第４のEH₁₁δモード間、つ
まり二重モード間の結合度はネジ１０の挿入長に
よつて決定されるので、この実施例では減衰極を
作るために両モード間に適当な結合量が得られる
よう調整しておく。結局、この実施例によれば第
４図に等価回路として示したような４段の楕円関
数形フイルタが得られることになる。図中Kijは
ｉ番目の共振とｊ番目の共振間の結合係数を示
す。結合係数K₁₄を負の値にするには、導波管１
の軸方向からみたとき、ネジ１０，１６が周方向
に90゜離れて配置されるようにするとよい。

以上のように、この実施例フイルタは、一つの
誘電体共振器の二重モードの一方のモードを入力
結合手段で励振し、誘電体共振器間の結合は、エ
バネセント電磁界によつて得、前記一つの誘電体
共振器の他方のモードと出力結合手段とを結合
し、そして、直交していて理論上は結合しない前
記両モードを結合制御手段で結合させて有極形の
フイルタ特性を得ている。

次に製作例について説明する。この製作例は、
中心周波数f₀＝6.895GHz、3dB比帯域幅Δf／f₀＝
0.25％、阻止域最小減衰量＝40dB、帯域内リツ
プル＝0.01dBの仕様のものを得るために、設計
値として、K₁₂＝K₃₄＝1.91×10^-3、K₂₃＝1.48×
10^-3、K₁₄＝−0.20×10^-3、Qe＝375を用いた。共
振器の共振周波数およびK₁₂＝K₃₄はモード展開
法を用いて高精度に計算される。K₁₂＝K₃₄の計
算値および測定値を第５図に示す。図中、実線は
計算値、黒丸は測定値である。このように共振器
４，５間の距離2Mにより共振器４，５間の結合
係数K₁₂＝K₃₄が決定される。共振器４，５とし
て比誘電率εr＝30、直径Ｄ＝11mm、軸長Ｌ＝３mm
のセラミクスを用いた。導波管１の内径は16mm、
スペーサ６，７の比誘電率は1.037で、共振器４，
５とスペーサ６，７が存在する部分以外の比誘電
率は1.0、つまり空気が充満している。またK₂₃、
K₁₄およびQeの必要な値は実験により決定した。
このようにして得られた製作例の減衰特性を第６
図に示す。

次に変形例について述べる。第７図、第８図に
示すように、ダイポール２０に代えてプローブ２
１と同様なプローブ６１をプローブ２１に対し周
方向に直交する位置から共振器４の中心方向に向
けて導波管１内に突出させたものを用いてもよ
い。このように入力結合手段、出力結合手段はい
ろいろな構造がとり得、要は必要とするモードを
励振ないし必要とするモードと結合する構成をと
ればよい。ネジ１０を調整して共振器４の二重モ
ードを結合すると楕円関数形（有極形）フイルタ
となるし、二重モードを結合しなければ減衰極を
もたないフイルタが得られる。なお、二重モード
間の結合の制御は、ネジに代えて、たとえば小
林、久保：電子通信学会技報MW85−86
（Oct.1985）の図１４に開示されているように、
共振器の周面の一部を削ることで行なつてもよ
い。また、各共振モードの共振周波数を調整する
手段とは、図示のようなネジに限定されることは
なく、共振周波数決定に関与する要素を変化させ
る公知のいかなる手段、たとえば共振器を削るこ
とも含まれる。共振器４，５や導波管１は軸方向
に対する横断面形状が円形のものに限らず、たと
えば正方形や長方形のものを用いてもよい。さら
に、たとえば入力結合手段を共振器４の一つのモ
ードに結合させ、出力結合手段を共振器５の一つ
のモードに結合させて楕円関数形フイルタ特性を
得たいときは矢印M₁で示す方向が断面内の電界
方向である第１のEH₁₁δモードと矢印M₄で示す
方向が断面内の電界方向である第４のEH₁₁δモー
ドとを結合させ、この第４のEH₁₁δモードと矢印
M₃で示す方向が断面内の電界方向である第３の
EH₁₁δモードとを結合させ、この第３のEH₁₁δモ
ードと矢印M₂で示す方向が断面内の電界方向で
ある第２のEH₁₁δモードとを結合させ、さらに、
楕円関数特性を得るために前記第１のEH₁₁δモー
ドと前記第２のEH₁₁δモードとを結合させればよ
い。その一例としては、第９〜１１図に示すよう
に、カツトオフ導波管７１の軸方向に対する横断
面形状をたとえば長方形（ａ＞ｂ）にして、前記
第１のEH₁₁δモードと前記第２のEH₁₁δモードと
の結合が、前記第４のEH₁₁δモードと前記第３の
EH₁₁δモードとの結合より弱くなるようにするこ
とが考えられる。図示例では出力結合手段はダイ
ポール２０と同様なダイポール８０を用い共振器
５の第２のEH₁₁δモードと結合させる。なお、上
述例全体を通して、共振器の個数は二つに限定さ
れることはない。使用モードもEH₁₁δモードに限
らず、たとえばEH₁₁δモードでもよい。

以上のとおり、実施例や変形例を数例述べたが
本発明の特許請求の範囲内でさらに多くの変形、
変更がなし得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ
−Ｂ線断面図、第４図は実施例の等価回路図、第
５図は共振器間距離と結合係数との関係図、第６
図は実施例の減衰特性図、第７図は変形例の縦断
面図、第８図は第７図のＣ−Ｃ線断面図、第９図
はさらに別の変形例の縦断面図、第１０図は第９
図のＤ−Ｄ線断面図、第１１図は第９図のＥ−Ｅ
線断面図である。 １，７１はカツトオフ導波管、２と３は蓋、４
と５は共振器、８，９，１４および１５は共振周
波数微調整ネジ、１０と１６は結合度調整用ネ
ジ、２０，８０は電気的ダイポール素子、２１，
６１はプローブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定軸長を有するカツトオフ導波管と、この
   導波管内に所定間隔をおいて配置され、各々が断
   面内の第１の軸線およびこの第１の軸線と交差す
   る第２の軸線にそれぞれ沿う二重モード共振を励
   振する複数の誘電体共振器と、各誘電体共振器の
   第１の共振モードの共振周波数を調整する手段
   と、各誘電体共振器の第２の共振モードの共振周
   波数を調整する手段と、各誘電体共振器の第１の
   共振モードと第２の共振モードとの結合を制御す
   る手段と、上記複数の誘電体共振器のうちの一つ
   の誘電体共振器の上記二重モード共振の一方と外
   部回路とを結合する入力結合手段と、上記一つの
   誘電体共振器の上記二重モード共振の他方と外部
   回路とを結合する出力結合手段とを備えてなり、
   隣り合う誘電体共振器が互いに直接に対向して上
   記カツトオフ導波管内に配置されるとともに、隣
   り合うこれら誘電体共振器の間にはその一つの誘
   電体共振器の二つの共振モードとそのいま一つの
   誘電体共振器の二つの共振モードとの間にエバネ
   セント電磁界による結合が少なくとも一対存在す
   ることを特徴とする二重モードフイルタ。