JPH09214208A - 楕円導波管セグメントを含んだ導波管フィルター用多モード空洞共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２又は３の電磁場モードを共振でき、カップ
リングネジやチューニングネジが不要で、計算機援用設
計技術により容易且つ正確に設計及び製造できる多モー
ド空洞共振器を提供すること。 【解決手段】 空洞共振器(1) は、楕円形断面を有する
少なくとも一つの導波管セグメントを含み、その軸は入
射ＴＥ場の偏波に対して所与の傾斜角度（α）で配置さ
れる。このようにして二モード空洞共振器が実現され、
これは互いに直交する偏波面を有する２つの横方向場
（ＴＥ）を共振させることができる。非軸方向不連続性
を導入できる導波管要素(CR2,CR3) を加えることによ
り、三モード空洞共振器が得られ、さらに縦モードも共
振させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ここに記載された発明は、請
求項１の前段部に述べられた特徴を有する多モード空洞
共振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】そのような特徴を有する二モード空洞共
振器は、例えば、本出願人と同一の出願人によるEP-A-0
687 027に記載されている。本願以前のこの文献は、そ
のような空洞共振器を製造する上での固有の一般的な問
題を説明するのには十分に役立つ。特に、チューニング
ネジやカップリングネジが取り付けられた従来の空洞共
振器では要求された特定の較正操作が必要なく、計算機
援用設計技術により完全に設計するのに適した導波管フ
ィルターが出来る可能性に関して、参考となる。

【０００３】特に、EP-A-0 687 027に開示された空洞共
振器は、空洞共振器の主軸に沿って縦続配置された３つ
の共軸導波管セグメントからなるものである。２つの終
端セグメント（円形、正方形又は矩形の断面）は、２モ
ードを共振できる。これらのモードは、基準面に対して
夫々平行及び垂直な直線偏波を有する。ここで、基準面
は、空洞共振器内にこれらのモードをカップリングする
のに用いられるアイリスの大きい方の寸法部に平行な直
径面により本質的に定められる。中間セグメントは、矩
形断面を有する導波管から成り、その側面は上記基準面
に対して所与の角度だけ傾斜している。

【０００４】このような空洞共振器は、例えば衛星通信
で用いられるマイクロ波バンドパスフィルター内に組み
込むことができる。

【０００５】チューニングネジやカップリングネジを用
いない二モード空洞共振器は、JP-A-60 174501にも開示
されている。空洞共振器では、角部に応じて斜面を付け
た矩形断面とするか、又は同様に変形させて楕円断面と
することにより、ネジが除去できる。その構造は、EP-A
-0 687 027に開示されたものよりも明らかに単純である
が、正確な矩形又は楕円形状に対する断面変形は、空洞
共振器自身の挙動を分析的にモデリングする上で重大な
数値的困難をもたらす。このように空洞共振器の設計に
おいて要求される精度を得るのは非常に難しく、よって
空洞共振器を製造する段においてもその作業は満足なも
のとはならないであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、
（ア）２つ又は３つの電磁場モードを共振させることが
でき、（同じ空洞共振器を数回使用してフィルターを形
成できる可能性が生じ、含まれる幾何形状の数が減る）
（イ）カップリングネジやチューニングネジが不要とな
り、そして（ウ）計算機援用設計技術により容易に且つ
非常に正確に設計及び製造することができる、多モード
空洞共振器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的は、少なくとも
一つの導波管セグメント及び空洞共振器内にモードをカ
ップリングし且つ空洞共振器の主軸と共に基準面を定め
る一つのアイリスから成る導波管フィルター用空洞共振
器であって、前記導波管セグメントは、楕円断面を有
し、前記導波管セグメントは、前記楕円断面の軸が前記
基準面に対して所与の角度だけ傾斜するように配置さ
れ、前記空洞共振器はそれ故、互いに直交する少なくと
も２つの横共振モードを共振させる、ことを特徴とする
前記導波管フィルター用空洞共振器により達成される。

【０００８】空洞共振器を基準面に対して傾斜させて配
置することは、当該技術分野においては周知である。そ
の例が、US-A 3,235,822(De Loach)及びUS-A 4,513,264
(Dorey他) に開示されている。これら両方の文献に開示
されたフィルターは、複数の空洞共振器から成り、その
各々は１つの矩形導波管セグメントにより作られてい
る。この導波管セグメントはお互いに対して傾斜でき
る。

【０００９】US-A-3,235,822では、隣接した２つの空洞
共振器間のカップリングの大きさを最大値と最小値の間
で変化させるのに、この傾斜が用いられる。これらの空
洞共振器は、厳密には単一モード空洞共振器である。矩
形断面の短い方の寸法を増してほぼ正方形断面にする
と、フィルターの伝送特性に対する制御が損なわれてフ
ィルターから有効な電気的応答を得ることができなくな
ってしまう。さらに、本発明が関連する帯域のように非
常に狭い帯域を得るのに、チューニングネジを設けなけ
ればならない。本発明では、空洞共振器の傾斜は特徴の
一つであり、カップリングネジやチューニングネジを使
用する必要がない空洞共振器内において異なるモード間
のカップリングの発生や制御を可能にする。

【００１０】US-A-4,513,264では、最初の空洞共振器は
入力フィールド（場）に整列し、二番目の空洞共振器が
隣接空洞共振器間の直交カップリングを生じさせるため
に用いられる。２つのモード間のカップリングとチュー
ニングは、ネジにより得られる。本発明では、第１の
（又は単一の）空洞共振器の傾斜は、ネジを使用する必
要がなく空洞共振器内のモード間カップリングを発生及
び制御可能にすることを特徴とする。US-A-4,513,264に
よるフィルター内のネジを取り除けば、フィルターは動
作不能となるであろう。そのことがモード間のカップリ
ングを打ち消して、エネルギーが出力に向かって伝播で
きないようにするからである。第１空洞共振器の傾斜に
より、フィルターのパスバンド応答の等リップル特性(e
qui-ripplecharacter) は失われ、この文献に開示され
た発明の目的は達成できない。

【００１１】

【発明の実施の形態】空洞共振器は全体として１で示さ
れており、この空洞共振器を表すのに採られている形式
は、EP-A-0 687 027で採用されているものと全く同様の
ものである。当該技術に習熟した技術者には明らかなよ
うに、このように表すことにより空洞共振器自身の形状
のデザインが示される。この空洞共振器は、旋盤加工や
電気放電加工等のような作業プロセスを経て導電（一般
には金属）物質から成る本体内に作られる。関連する製
造基準自体は本発明を理解するには特に関係ないし、当
該技術に習熟した技術者には広く知られており、ここで
特に説明する必要はないであろう。

【００１２】簡単の為、空洞共振器は実際の構成実施例
に対して主縦軸（軸Ｚ）に沿った拡張を強調した斜視図
で表されていることも分かる。換言すれば、実際には通
常空洞共振器は示された形状に対して縦方向に「押しつ
ぶされ」ている。いずれにしても、周知のように、空洞
共振器の個々の部分の長さが空洞共振器自体の設計パラ
メーターを構成することは特記されるべきである。

【００１３】図１には、EP-A-0 687 027に開示されたマ
イクロ波バンドパスフィルターのようなフィルターを作
るための二モード空洞共振器が示されている。要する
に、この空洞共振器は主軸Ｚに沿ってカスケードに配置
された３つの共軸導波管セグメントから成る。特に、円
形断面の第１導波管要素ＣＣ１の後に矩形断面の第２導
波管要素ＣＲ１が続き、その後に再度円形断面の第３導
波管要素ＣＣ２が続く。参照符号ＩＲ１は空洞共振器内
へのモードのカップリングを可能にするアイリスを示
し、参照符号ＩＲ２は複数モードを同時にカップリング
するように構成されたアイリス（例えば十字形アイリ
ス）を示し、これは空洞共振器の反対の端部に設けられ
ている。アイリスＩＲ２により、空洞共振器とそれとカ
スケード状に配置された（同一又は異なる）空洞共振器
（図示せず）がカップリングできてマイクロ波フィルタ
ーが作られる。

【００１４】矩形断面の導波管セグメントＣＲ１の側面
は、基準面に対して所与の角度だけ傾斜しており、この
基準面は、軸Ｚを通り、且つアイリスＩＲ１及びアイリ
スＩＲ２の水平部の大きい方の寸法部に平行である。こ
の導波管セグメントＣＲ１により、図１に示された空洞
共振器は２つの電磁モードを共振できる。これらのモー
ドは、軸Ｚに対して横方向であり、夫々前記基準面に対
して平行又は直交した偏波面を有する。軸Ｚに沿った空
洞共振器の非同一断面形状（即ち、不連続性）により、
チューニングネジやカップリングネジが不要になる。こ
の公知の空洞共振器の製造基準、特に円形セグメントＣ
Ｃ１とＣＣ２を正方形又は矩形断面のセグメントに置き
換えることの可能性に関してのより詳細な説明について
は、EP-A-0 687 027の明細書が参照できる。

【００１５】本発明による解決策は、図１に示された従
来技術の解決策で達成されたのと全く同様の二モード動
作が、図２に示される構造を有する空洞共振器により得
ることができるという事実の確認に基づいている。この
空洞共振器は参照番号１で示されており、図３の断面図
でより詳細に描かれているように、基準面に対して或角
度で配置された副軸ａ，ｂを有する楕円断面の導波管セ
グメントから成る。図３では、πで示された基準面は、
紙面と交差した線として表されている。

【００１６】出願人による実験により、空洞共振器の互
いに直交する２つのＴＥ共振モードのカップリング及び
チューニングは、傾斜角度（α）、副軸ａとｂの比
（「アスペクト比」）及び楕円断面の導波管セグメント
の長さを制御することにより、設計の段階で（一般には
計算機を用いて）高い精度で定めることができ、製造中
に調整を行う必要がないことが示された。

【００１７】空洞共振器１は、例えばアイリスＩＲ２を
介して楕円断面の別の空洞共振器２（その形状は図２中
破線で描かれている）とカップリングできる。この空洞
共振器２は、空洞共振器１の傾斜角度αとは異なる傾斜
角度を有する。従って、互いにカップリングした複数の
共振空洞から成るマイクロ波フィルターは、それら自体
周知の基準により作ることができる。

【００１８】図２に示された本発明は、三モード空洞共
振器にさらに発展させることができる。三モード空洞共
振器とは、前述した２つのＴＥモードに加えて、空洞共
振器１の主軸Ｚに沿った方向の電場偏波を有し且つ前述
のモードに直交する第３のＴＭモードをも共振させるこ
とができる空洞共振器である。これは、同じ出願人によ
り同一日に提出された共係属中の特許出願の対象を構成
する様にして、一般に空洞共振器の一端近くに非軸方向
の不連続を導入する導波管要素（導波管セグメント又は
アイリスから成る）を設けることにより得ることができ
る。

【００１９】本発明による三モード空洞共振器の第１の
実施例は図４に示されており、図２の二モード空洞共振
器１を構成するセグメントと同様な楕円導波管セグメン
トの一方又は両方の端部に、軸Ｚに対して偏心して（即
ち非対称的に又は軸外に）配置された矩形導波管セグメ
ント（用語「矩形」は特別な場合として正方形の断面も
含む）を設けることにより得られる。換言すれば、導波
管セグメント自身の断面の辺を半分に分割する理想的な
中間面の少なくとも一つが、空洞共振器の主軸Ｚから、
特に基準面πから所定量（ａ_off ）だけ離れて置かれる
ように、上記導波管セグメントが配置される。

【００２０】例として、図４には矩形断面の２つの導波
管セグメントＣＲ２，ＣＲ３が楕円導波管セグメント１
の両端に設けられた場合が示されている。勧めるなら、
矩形セグメントの一つは空洞共振器１の本体に沿って２
つの楕円セグメントの中間位置に配置される。その矩形
導波管セグメント又は各々の矩形導波管セグメントは、
その側面が基準面πに夫々平行か直交するように向ける
ことができる。

【００２１】さもなくば、その偏心セグメント又は各々
の偏心セグメントが円形又は楕円断面を有するようにす
ることもできる。

【００２２】本発明による三モード空洞共振器の第２の
実施例は図５に示されており、非軸方向不連続性をもた
らす導波管要素は、軸Ｚに対して偏心的に（即ち非対称
的に又は軸外に）配置されたアイリスＩＲ１である。即
ち、（図から分かるように）アイリスの対角線の交点が
楕円空洞共振器の主軸に対して所定量ａ_off だけ変位す
るように、アイリスＩＲ１が配置される。

【００２３】三モード空洞共振器の場合にも、空洞共振
器１を少なくとももう一つの空洞共振器とカップリング
させてフィルターを作ることが可能である。

【００２４】もちろん、本発明の原理を変えなければ、
構造の詳細や発明の実施例は、これまで記載及び説明し
てきたことに対して、本発明の範囲を逸脱することなく
大きく変えることができる。このことは、特に空洞共振
器の共振周波数や容積を減らすために誘電体要素を空洞
共振器に設けることに関して適応できる。いずれにして
も、楕円断面の導波管セグメントにより直交モードをカ
ップリングすることにより、空洞共振器及び関連するフ
ィルターのモデリングや機械的製造が容易になる。特
に、関連パラメータ（アスペクト比ａ／ｂ、傾斜角αな
ど）の関数としてここに記載された空洞共振器要素を分
析する非常に正確な計算アルゴリズムが存在する。従っ
て、このアルゴリズムを用いて空洞共振器の完全な設計
を行うことが可能であり、このように製造された装置を
さらにチューニングする必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】EP-A-0 687 027による従来技術の空洞共振器の
斜視図である。

【図２】本発明による空洞共振器の斜視図である。

【図３】図２中の線ＩＩ−ＩＩに沿って切り取って見た
断面図である。

【図４】三モード空洞共振器の製造に対して本発明を適
用した図である。

【図５】三モード空洞共振器の製造に対して本発明を適
用した図である。

【符合の説明】

１ 空洞共振器 ２ 空洞共振器 ＣＣ１，ＣＣ２ 円形導波管セグメント ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３ 矩形導波管セグメント ＩＲ１，ＩＲ２ アイリス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルチアーノ・アカテイーノ イタリー国 ロスタ（トリノ）、ヴイア・ リボリ 109／１ (72)発明者 ジヨルジオ・ベルチン イタリー国 トリノ、ヴイア・ドモドツソ ーラ ９

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの導波管セグメント(1)
   及び空洞共振器内にモードをカップリングし且つ空洞共
   振器の主軸(Z) と共に基準面（π) を定める一つのアイ
   リス(IR1)から成る導波管フィルター用空洞共振器であ
   って、 前記導波管セグメントは、楕円断面を有し、 前記導波管セグメントは、前記楕円断面の軸が前記基準
   面（π) に対して所与の角度（α) だけ傾斜するように
   配置され、 前記空洞共振器はそれ故、互いに直交する少なくとも２
   つの横共振モードを共振させる、ことを特徴とする前記
   導波管フィルター用空洞共振器。
2. 【請求項２】 空洞共振器の主軸(Z) に対して一般的に
   は偏心して配置された少なくとも一つの導波管要素(CR
   2,CR3;IR1) をも含み、その結果、前記空洞共振器は、
   前記２つの横共振モードに加えて少なくとも１つの更な
   る共振モードを共振させ、前記更なるモードは電場の縦
   偏波を有することを特徴とする請求項１に記載の空洞共
   振器。
3. 【請求項３】 一般的には偏心して配置された前記導波
   管要素が、矩形断面を有する少なくとも１つの更なる導
   波管セグメント(CR2,CR3) であり、その側面が前記基準
   面（π) に対して夫々平行か直交するように配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の空洞共振器。
4. 【請求項４】 一般的には偏心して配置された前記導波
   管要素が、楕円断面を有する前記導波管セグメント(1)
   の少なくとも一端に設けられた更なる導波管セグメント
   (CR2,CR3) であることを特徴とする請求項２又は３に記
   載の空洞共振器。
5. 【請求項５】 一般的には偏心して配置された前記導波
   管要素が、楕円断面を有する導波管セグメントの間の中
   間位置に設けられた更なる導波管セグメントであること
   を特徴とする請求項２又は３に記載の空洞共振器。
6. 【請求項６】 一般的には偏心して配置された前記導波
   管要素が、空洞共振器内にモードをカップリングするた
   めのアイリス(IR1) を含むことを特徴とする請求項２に
   記載の空洞共振器。