JPH06511119A - 狭帯域通過・広帯域消去フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 狭帯域通過・広帯域消去フィルタ 発明の分野 この発明はマイクロ波通信の分野に関する。より詳細に述へると、この発明は狭 帯域通過・広帯域消去応答を実現する出力マルチプレクサフィルタを有する衛星 中継システムを対象とする。このフィルタは従来の衛星中継器で用いられている フィルタ設計に比べて寸法および重量を著しく小さくしたものである。

発明の背景 マイクロ波通信システムは周波数選択特性の鋭いフィルタを必要とする。衛星通 信などのマイクロ波応用分野で利用できるようにするには、そのような特性を最 小の重量および体積のデバイスで実現しなければならない。従来の衛星通信シス テムは導波管帯域フィルタに基づく多重化方式を採用している。それらフィルタ がシステム全体の重量に占める百分比は大きい。大容量衛星通信システムは信号 電力をそのシステムの通信帯域に通常分配する。割当て周波数スペクトラムをで きるたけ効率的に使うには、ガード帯域を非常に狭くする必要があり、したがっ て、鋭いカットオフフィルタか必要になる。

マイクロ波周波数では、導波管の同調空胴をフィルタ設計の基本的回路素子の一 つとして利用するのが普通である。

各空胴の寸法は帯域フィルタの所望の中心周波数によって定まる。中心周波数で は、各空胴の電気長は検討対象の特定のモードの管内波長の半分に等しくなけれ ばならない。

モードとは空胴内部におけるフィールド（電界または磁界）の形状または形態の ことである。一般に、フィルタの所望の応答特性の形成のために、空胴はその空 胴の共振周波数の特定のモードだけを通過させる形状にしである。そのモードに 限られた電磁エネルギーが所望の応答でフィルタから出力される。

複数のモードで共振するように設計された空胴を用いることによって複雑な応答 を最少の付加空胴で実現できる。

そのことは１９７１年秋発行Ｃｏｍ５ａｔ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ 誌第１巻第１号第２１−４３頁所載のＡｔ１ａほか著の論文「新型導波管帯域フ ィルタ」に記載されているとおりであり、同論文の記載をここに挙げて本明細書 に組み入れる。例えば、最初に第１のモードで共振しているデュアルモードフィ ルタにおいて、その第１のモードに第２のモードを発生するように揚動を与える 。第２のモードは、そのフィールドの方向が第１のモードの電界と直交している 点だけ第１のモードと異なっている。このようなマルチモード空胴の利用により 、電磁エネルギーに対し、空胴のフィルタ特性の影響を１回だけでなく複数回に わたり与えることができる。したがって、所望の応答を生ずるのに必要な空胴の 数を対応の単一モード空胴の所要数の半分に低減できる。第１のモードのフィー ルドの揚動によりそれと直交する第２のモードが発生することを一般に「結合」 と呼ぶ。結合は、第１のモードのフィールドに撮動を与える空胴壁上のねじなど 空胴内の構造上の不連続性に起因する。この結合の技術は周知である。米国特許 第４，４１０．８６５号および同第４，７３４，６６５号にその技術の例が示し である。

マイクロ波フィルタ共振回路は、各空胴共振器で共振する横電界（ＴＥ）モード または横磁界（ＴＭ）モードで実現できる。衛星によるマイクロ波通信を容易に するためにＴＥモードおよびＴＭモードを用いることは周知である。

米国特許第４，２６７．５３７号、同第４，４８９，２９３号、同第４．６２２ ．５２３号および同第４．６４４．３０５号には衛星システムにおけるマイクロ 波フィルタの使用がそれぞれ開示されており、これら特許番号の列挙によりこれ ら特許の記載事項をこの明細書に組み入れる。衛星システムは互いに異なる周波 数の信号をそれぞれ受信する多数の方向性アンテナを用いることが多い。これら アンテナで受信した信号は通常マイクロ波マルチプレクサにより結合する。マル チプレクサは通常５００ＭＨｚ以上の広い帯域の共通チャンネルで信号を出力す る。それらマルチプレクサの構成は周知であり、米国特許第４，６１４，９２０ 号および同第４．７７７．５４９号にいくつかの例が示しである。

図１は従来の衛星通信中継システムを示す。出力マルチプレクサ部５は一組の高 Ｑ導波管空胴から成る。この特定の例では、６減衰極準楕円応答を実現するよう にそれぞれ設計された５つのチャンネル（図２に示す）でシステムが構成しであ る。各チャンネルは、三つのデュアルモード特表十６−５１１１１９　（３） ＴＥ、、、空胴から成る狭帯域フィルタ２１．２３．２５．２７または２９を備 える。一連の低域フィルタ２０．２２．２４．２６および２８が、中継器内の潜 在的な高次のスプリアス伝送を抑圧するように各チャンネルの入力に接続しであ る。

動作の際には、入力マルチプレクサ２（図１）が受信部１の受信した受信帯域内 の信号を例えば３６または７６ＭＨｚの多数の狭帯域周波数チャンネルに分割す る。これらチャンネル信号をそれぞれ増幅して出力マルチプレクサ部５に供給す るのに個別の高電力増幅器（ブロック４の中）が用いである。これら増幅器の各 々は低域フィルタ（２０，２２，２４，２６または２８）に信号を出力し、その 低域フィルタはそのチャンネルの高周波雑音成分を全部除去し、狭帯域フィルタ ２１．２３．２５．２７または２９にフィルタ出力を供給する。各狭帯域フィル タはＴ　Ｅ　＋　＋　ｓモードで入力信号を受けるように設計しである。図９ａ に示したものと同様の広帯域応答を生ずるように、三つのデュアルモード空胴を 縦続接続しである。

各狭帯域フィルタ出力はＴ分岐を通じて導波管マニホルド３６（図２ａ）に結合 される。それらフィルタ出力信号はマニホールドによって合成され共通チャンネ ルを形成し、アンテナに供給され地上局に送信される。

図１に示した中継システムの主な欠点は、狭帯域フィルタにかける前に各チャン ネルの入力信号からスプリアス雑音を分離するのに一組の個別の低域フィルタを 用いていることである。これら低域フィルタの一組が衛星システムの重量と部品 数とを増加させる。また、デュアルモード導波管空胴の広帯域応答は望ましくな い。すなわち、空胴の中心周波数以上の不要の周波数か現われやすく、そのため に伝送応答特性が予測しにくくなる。

上述のとおり、狭帯域応答を実現し、しかもシステムへの追加部品を必要としな い出力マルチプレクサを有する衛星中継システムを作ることか望まれている。

発明の要約 この発明の主な目的は、衛星中継システムにおける部品の大きさ、重量および数 を、中継器出力における個別の低域フィルタを不要にすることによって低減する ことを目的とする。

この発明のもう一つの目的は従来技術による低域フィルタ／狭帯域フィルタ組合 せを、狭帯域通過応答および広帯域消去応答の両方をともに実現する単一のフィ ルタで置換することである。

この発明は、少なくとも一つのＴＭモード空胴とこれに縦続接続した複数個のＴ Ｅモード空胴とて構成した出力マルチプレクサフィルタを提供することによって 、上述の目的を達成する。それら空胴は円形空胴モードで共振するように円筒状 の形状を備える。より詳細に述べると、直径対長さ比か約３．３の一対のＴ　Ｍ 　ｏ　＋　ｏ空胴を、ＴＥｕｓモードで共振する縦続接続の二つのデュアルモー ド空胴に結合しである。動作周波数の２倍までの範囲での潜在的スプリアスモー ドはＴＭｌ、、。モードだけである。その次の高次ＴＭモード、すなわちＴＭ、 、。モードを抑圧することが望ましいが、そのような抑圧は不要である。

この発明の上述の目的、特徴および利点、ならびにこれら以外の目的、特徴およ び利点は、好適な実施例に関する次の説明から導き出されよう。

図面の簡単な説明 この発明による構成、動作および効果は下記の図面を参照することによってより よく理解されよう。

図１は従来の衛星通信システムのブロック図を示す。

図２ａは図１に示したシステムの出力マルチプレクサ部に用いられる従来の出力 マルチプレクサ構成を示す。

図２ｂはこの発明による狭帯域通過・広帯域消去フィルタを示す。

図３はこの発明に用いられる円筒型共振器の寸法を定める際に用いるモード図で ある。

図４ａは従来のアイリス開口を用いたこの発明のフィルタの２空胴ＴＭｏ１゜部 を示す。

図４ｂは図４ａに示した部分の周波数応答を示す。

図５８は、この発明のもう一つの側面によるフィルタの二ツノＴＭｏ１゜空胴を 分離するのに用いる４アイリス構成の開口を示す。

図５ｂは図５８に示した部分の周波数応答を示す。

図６はこの発明による狭帯域通過・広帯域消去フィルタ構成を示す。

図７は図６に示したフィルタに対応する周波数応答を示す。

図８ａはこのフィルタの周波数応答を試験するのに用いられる周囲の雑音レベル を示す。

図８ｂは図６のフィルタの広帯域消去部分の周波数応答を示す。

図９ａは従来のＴＥ、、、デュアルモード６減衰極フイルタの広帯域応答を示す 。

図９ｂはこの発明による６減衰極フイルタの広帯域応答を示す。

好適な実施例の詳細な説明 この発明においては、従来技術による狭帯域フィルタ２１．２３．２５．２７お よび２９（図２ａ）の各々を、部分３３（図２ｂ）を構成する複数のデュアルモ ードＴＥ空胴で置換しである。これら空胴の動作はこの技術分野で周知であるの で詳述を要しない。好適な実施例においては、二つのＴＥ空胴が互いに縦続接続 してあり、中継システムの各チャンネルについて周知のＴＥ、、、モードで共振 する。

縦続接続した空胴の出力は上述と同様にマニホルド３６（図２ａ）に入力される 。

チャンネル信号は少なくとも一つのＴＭモード共振空胴から縦続接続の空胴に入 力される。好適な実施例では、フィルタ設計に二つの円形ＴＭ空胴３２（図２ｂ ）を用いている。これら空胴の各々を、２次高調波スプリアスの阻止の可能性を 有することか判明しているＴＭ、、。モードで共振するように構成する。図３に 示すとおり、３．０よりも大きい直径対長さ比のために、動作周波数の２倍（す なわち１２ＧＭｚ）までの範囲での唯一の潜在的スプリアスモードがＴＭ、、、 モードとして残る。その次の高次のＴＭモード、すなわちＴＭ、、、モードの抑 圧は混変調歪のほとんど全部を消去するのに有効であるが必要ではない。

ＴＭｏｌ。モードの利用には僅かながら不利な魚もある。

すなわち、従来のデュアルモードＴＥ、、、構成では１２ＧＨｚにおけるＱがｔ ａｏｏｏに達するのに対比して、当該モードでは同周波数における無負荷Ｑがお よそ３０００程度になるからである。しかしながら、より高次のフィルタ、例え ば６または８減衰極フイルタにおいてＴＭ空胴（３２ａ、３２ｂ）を１個または ２個だけ用いた場合は、そのような構成の平均的な無負荷Ｑが図１および２ａに 示した（上述の）標準的構成の場合よりも大きい損失を生ずることにはならない 。

図６に示すとおり、二つのＴ　Ｍ　ｏ　＋。空胴は複数のデュアルモードＴＥ１ ．！空胴に縦続接続される。このフィルタへの結合は初段のＴ　Ｍ　ｏ　Ｉｏ空 胴および最終段のデュアルモードＴＥｎｓ空胴３０ｂの中心同軸プローブ３０ａ を通じて行う。フィルタ内におけるＴＥ１１．モード間の結合には、米国特許第 ４．６３０．００９号および同第４．７９２．７７１号記載のねじおよびスロッ ト付きアイリス手法やこの技術分野で周知の他の手法など標準的な結合を用いる 。しかし、このフィルタではＴ　Ｍ　ｏ　ｌｏ空胴間の結合にはスプリアしのＴ Ｍ開口を用いる。好適な開口は、図５ａに示すとおり、４アイリス構成３１′の 形状を備える。弯曲形状のアイリス−って２段目のＴＭ空胴３２ｂ（図４ａおよ び５ａ）を初段のＴ　Ｅ　＋　＋　ｓ空胴３２ａに結合する。

４アイリス構成３１′の半径は、広帯域消去性能を最大にするためにＴ　Ｍ　ｔ 　＋。モードにおける磁界のシータ（ｔｈｅｔａ）成分の結合を最小にする値に 定めである。図５ｂはこの４アイリス構成を用いた場合の広帯域応答を示す。従 来のアイリス３１（図４ａ）を用いた場合の図４ｂ図示の応答に比べて、この構 成による改善が示されている。

上に述べるとともに図６に示したフィルタは６減衰極の準楕円フィルタの狭帯域 性能を実現する。このフィルタの応答を図７に示す。広帯域消去応答を図８ｂに 示す。およそ２５ＧＨｚに至るまで５０ｄＢ以上のスプリアス阻止を達成してい る。図９ａおよび９ｂに、このフィルタの２０ＧＨｚまでの優れた伝送特性が従 来の６減衰極Ｔ　Ｅ　１＋　ｓモードフィルタの応答と比較しである。

上に述べてきたこの発明によると、従来の衛星中継システム（図１および２ａ） は、低域通過フィルタ／狭帯域通過フィルタ組合せを１個のマルチプレクサ用狭 帯域通過・広帯域消去フィルタ（図２ｂおよび６ａ）、すなわち従来のシステム に比へて電気的応答の改良を実現できるフィルタで置換することによって、追加 の部品を付加することなく改良できる。

この発明についての他の改変や変形は上述の開示および記載から当業者には明白 であろう。しかって、この発明の特定の実施例だけを上に述べてきたが、この発 明の真意と範囲とを逸脱することなく多数の変形が可能であることは明らかであ ろう。

ＦＩＧ、　Ｉａ ＦＩＧ、　２ａ ＦＩＧ、　３ ５ＴＡＲＴ　１０．０００００００００　ＧＨｘ　５ＴＯＰ　２０．０００００ ００００　ＧＨｚＦＩＧ、　９ｂ 平成６年３月２３日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．横磁界（ＴＭ）モードで共振する少なくとも一つの導波管空胴と、 デュアル横磁界（ＴＥ）モードで共振するとともに前記ＴＭ空胴と縦続接続され た複数個の導波管空胴と、前記ＴＭ空胴と前記ＴＥ空胴の一つとに結合された開 口と、 を含む出力マルチプレクサフィルタ。
2. ２．前記フィルタが６減衰極楕円応答を実現する狭帯域通過・広帯域消去フィル タである請求項１の出力マルチプレクサフィルタ。
3. ３．前記二つのＴＭ空胴が二つのＴＥ空胴に縦続接続され、それによって構成さ れたフィルタが５５ＭＨｚの帯域通過応答を示し、５０ｄＢよりも大きいスプリ アス信号を阻止する請求項２の出力マルチプレクサフィルタ。
4. ４．前記開口が湾曲形状アイリス構成を備える請求項３の出力マルチプレクサフ ィルタ。
5. ５．前記少なくとも一つのＴＭ空胴がＴＭ０１０モードで共振し、前記複数のＴ Ｅ空胴がＴＥ１１３モードで共振する請求項１のマルチプレクサフィルタ。
6. ６．各々が個別の電力増幅器により増幅されたのち合成されて地上局への伝送の ためにアンテナに結合される複数個の周波数チャンネルに一つの周波数帯域を分 割する周波数分割回路を備える通信衛星中継システムであって、複数個のデュア ルモード横電界（ＴＥ）空胴に縦続接続された複数個の横磁界（ＴＭ）空胴を各 々が含む複数個のマルチプレクサフィルタ をさらに含む通信衛星中継システム。
7. ７．前記複数個のＴＭ空胴を分離する開口をさらに備える請求項６のシステム。
8. ８．前記開口が前記フィルタ内の余分のモードを抑圧するための４アイリス構成 である請求項７のシステム。
9. ９．前記複数個のＴＭ空胴がＴＭ０１０モードで共振し、前記複数個のＴＥ空胴 がＴＥ１１３モードで共振する請求項６のシステム。
10. １０．少なくとも一つの横磁界（ＴＭ）モード空胴に第１の信号を入力するステ ップと、 前記第１の信号を共振させ前記ＴＭモード空胴から第２の信号を出力するステッ プと、 前記縦続接続した横磁界（ＴＥ）空胴の初段の空胴に一つの開口を通じて前記第 ２の信号を入力するステップと、前記縦続接続したＴＥ空胴からスプリアス周波 数を阻止するようにフィルタ出力信号を出力するステップとを含む信号の濾波方 法。
11. １１．前記開口が前記第２の信号を前記初段のＴＥ空胴に結合する一つの湾曲形 状アイリスである請求項１０の方法。
12. １２．前記第１の信号が前記少なくとも一つのＴＭ空胴においてＴＭ０１０モー ドで共振し、前記第２の信号が前記ＴＥ空胴においてＴＥ１１３モードで共振す る請求項１１の方法。