JPS5845209B2 - エレクトロメカニカルブンパキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１つの電気入力を互いに周波数成分の異なった
多くの電気出力に分路する分波器のうち分岐する部分を
機械振動によって行なうエレクトロメカニカル分波器に
関し、その目的とするところは各分路の通過帯域の相互
間隔の最適設計条件を求めエレクトロメカニカル分波器
の通過域特性の向上をはかるにある。

エレクトロメカニカル分波器は共通側電気端子に与えら
れた入力電気振動エネルギーを共通側電気機械変換子（
以後共通側変換子と呼ぶ）によって機械振動エネルギー
に変換した後、機械的に分岐し、このエネルギーを各分
路の機械振動系によってろ波作用を行ない特定の周波数
成分だけを取り出した後、分離側変換子により再び電気
振動エネルギーに変換するものである。

従来のエレクトロメカニカル分波器は各分路が他の分路
におよぼす残留リアクタンスを打消すために共通側入口
に共通側変換子を付加的に接続する必要があり、しかも
広い帯域幅と狭い帯域幅を有し各々の中心周波数が近接
している分波器においては残留リアクタンスを打消すの
が困難なためこれを狭帯域分路に負わせてしまう欠点が
あった。

従来、エレクトロメカニカル分波器の設計は実用上十分
な特性を保証しつつ素子数を最小限にした近似的分波器
が多く用いられてきた。

分波器として整合がとれるためには（イ）共通側からみ
た各分路の入力インピーダンスの実部はその通過域にお
いて共通側終端抵抗Ｒに等しく、（に）各分路の呈する
リアクタンス分の総和が十分小さいことが必要である。

以上の（イ）、（０）の条件は各分路の共通側を直列接
続した場合であるが並列接続の場合はインピーダンスを
アドミタンスに置き換えればよい。

実際の設計にあたっては（イ）、（Ｏ）の条件を満たす
最適な解を求めることは困難なため、各分路を動作減衰
量あるいは電流減衰量で設計しておき、各分路の中心周
波数において（０）の条件を平均的に満足させるような
傾斜を持つインピーダンスを共通側変換子にて実現する
簡便法が用いられてきた。

第１図Ａに示すように各分路の中心周波数ｆｏ１および
ｆｏ２が離れている場合には分路１、分路２それぞれ単
独のインピーダンスは第１図Ｂのようになる。

実線は実部を、点線は虚部をあられす。Ｚｒは第１図Ｃ
の等価回路に示すように分路１と分路２を直列接続した
共通側入口に直列に付加的に接続された直列共振回路の
りアクタンスであり共通側変換子で実現する。

外部付加回路Ｚｒによって分路１の通過域における分路
２の残留リアクタンスおよび分路２の通過域における分
路１の残留リアクタンスが打消される。

しかし２つの通過帯域幅が非常に異なっており、しかも
２つの帯域が非常に接近している場合には狭い帯域の分
路の通過域においては広い帯域の分路のインピーダンス
の影響を強く受は虚部を打消すことは困難である。

第２図Ａは広帯域分路１と狭帯域分路２の動作減衰量特
性であり、おのおのの分路単独でのインピーダンスを第
２図Ｂに示す。

実線は実部を、点線は虚部をあられす。

狭帯域分路２の通過域において分路１のリアクタンスＸ
１を打消すには共通側変換子のインピーダンス傾斜を大
きくとる必要があり分路１の通過域特性上好ましくない
。

そこで等価回路第２図Ｃに示す直列共振回路Ｚｒとして
は分路１に特性劣化をおこさないように選び虚部の残留
部分は分路２に負わせてしまう。

この方法は通過域内許容偏差が比較的ゆるい（例えば１
ｄＢ）場合には十分であるが、通話路変換装置に用いら
れるチャンネルフィルタと信号フィルタのような通過域
内許容偏差が厳しい場合には使用できない欠点があった
。

本発明は中心周波数が近接している帯域幅の広いエレク
トロメカニカルフィルタと帯域幅の狭いエレクトロメカ
ニカルフィルタを機械的に接続して通過帯域内の偏差を
極力少なくしたエレクトロメカニカル分波器を得んとす
るもので、付加的な共通側変換子を必要とせず、しかも
狭帯域分路の通過域偏差を改善しうる特長がある。

エレクトロメカニカル分波器を設計するにあたって重要
なことは広い帯域幅を有する分路１と狭い帯域幅を有す
る分路２の各通過域において他の分路の残留リアクタン
スが零になるような等価回路を見い出すこと、次にその
等価回路をもとにして機械系で実現でき得ることである
。

本発明のエレクトロメカニカル分波器は従来のそれと異
なり付加的な素子Ｚｒを用いないことが特長の１つであ
るから分路１および分路２のインピーダンスの残留リア
クタンスが他の分路の通過域で零になるような等価回路
があるか否かを調べることが必要である。

第３図ＡおよびＢはそれぞれ入力側がＴ端およびπ端の
時の回路図およびインピーダンス特性を例示したもので
ある。

また第４図は各分路のインピーダンス特性を示し分路１
および分路２がそれぞれＴ端あるいはπ端の場合の残留
リアクタンスが他の分路に呈する影響を示したものであ
る。

即ち第４図Ａは分路１、分路２共にＴ端の場合で分路２
のリアクタンスＸ２により分路１の通過域特性が劣化す
ることを示している。

第４図Ｂは分路１、分路２共にπ端の場合でこれによれ
ば分路１のリアクタンスＸ、により分路２の通過域特性
の劣化をきたしている。

第４図Ｃは分路１がＴ端、分路２がπ端の場合で両方の
通過域の中心周波数において残留リアクタンスが零とな
ることを示す。

第４図りは分路１がπ端、分路２がＴ端の場合で両方の
通過域において残留リアクタンスＸ１．Ｘ２の影響を受
は通過域特性が劣化することを示している。

これらの４つのタイプのうち中心周波数が近接している
帯域幅の広い分路と帯域幅の狭い分路との分波器構成は
第４図Ｃを用いることにより分波器としての整合がとれ
る条件を満足する。

かくて回路形が見い出されたなら、それが機械系で実現
し得るか否かを検討する必要があり、これに関しては虚
ジャイレータを用い並列アドミタンスを直列インピーダ
ンスに変換する回路変換によって機械系におき換えやす
い回路形にすることが明らかにされた。

第５図にその回路変換を示す。第５図Ａは変換前の回路
で第４図Ｃと同じものである。

第５図Ｂは第５図Ａの分路２をジャイレータ変換したも
のである。

ここにジャイレータは虚ジャイレータであり、等何曲に
第５図Ｃに示すようにＣ″とＴ Ｃ”で表わせる。

Ｇは任意の値をとることができ、Ｇ＝１とすればＣの値
はＣ＝ １ ／ （２πｆｏ２ ）で与えられる。

ただしｆｏ２は分路２の中心周波数である。

分路２の分離側終端抵抗は虚ジャイレータを含めて考え
ることができ第５図りに示すように１／（Ｇ２Ｒ）にな
る。

従ってジャイレータ変換後の回路は第５図Ｅのように表
わされ分路２の容量Ｃは分路１と分路２を結合する素子
でありエレクトロメカニカル分波器における接続用結合
子に相当する。

次に図面に従って本発明によるエレクトロメカニカル分
波器の動作を説明する。

第６図は本発明のエレクトロメカニカル分波器の一実施
例であり、１は捩れ振動姿態で振動する共通側変換子で
２個の金属棒の間に分極処理をしたジルコンチタン酸鉛
等の圧電セラミック２をはさんである。

共通側電気端子に加えられた電気入力は共通側変換子１
によって機械振動に変換され、このエネルギーは縦振動
姿態で振動する結合子３および４によって捩れ振動姿態
で振動する共振子５および６に分岐される。

共振子５のエネルギーは結合子７，８．９により結合さ
れる共振子１０に伝えられ最後に分離側変換子１１によ
って電気振動エネルギーに再変換される。

ここで結合子８は有限周波数に減衰極を得るための付加
結合子であり、結合子９は通過域の下側に減衰極を得る
ために理想変成器（１ニー１ ）を実現するための斜め
結合子である。

また、共振子６のエネルギーは結合子１２によって共振
子１３に伝えられ最後に分離側変換子１４によって電気
振動エネルギーに再変換される。

共通側変換子からの入力エネルギーが２つの振動系分路
に分かれ、分路１および分路２の変換子、共振子はおの
おのの通過帯域中心周波数ｆｏｌ Ｈｆｏ２近傍は調整
されているため分離側変換子１１には周波数ｆｏＩ付近
のエネルギーが、分離側変換子１４には周波数ｆｏ２付
近のエネルギーが最も強く現われ、２つの特定の周波数
以外の周波数は抑圧されて分波器が構成できる。

第７図は第６図の共通側電気端子から見た等価回路であ
る。

分路１の点線で囲ったＴｒは共通側変換子に相当する部
分である。

本発明による等価回路第７図と従来の構成である第１図
Ｃとの違いは次のとおりである。

すなわち従来の構成は共通側変換子を付加的に接続する
ので、共通側変換子と各分路を接続する結合子部分を実
現するために分路１および分路２の両方をジャイレータ
変換する必要がある。

これに対し本発明では共通側変換子は分路１の次数に含
まれているためにジャイレータ変換は分路２だけでよい
。

従って従来の第１図Ｃの分路１のインピーダンスＺ、と
本発明の第７図の分路１のインピーダンスＺ、は双対の
関係があり、この関係を利用したのが本発明の特長であ
るＯ 第８図は第７図の分路１および分路２のインピーダンス
ＺｌおよびＺ２をあられしたものである。

狭帯域分路２の通過域の中心周波数を分路１の呈する残
留リアクタンスが零になるところに選ぶことにより通過
域偏差の劣化を極力避けることができるＯ 第９図は第６図の動作減衰量特性である。

分路１の減衰域のうち分路２の中心周波数付近で少し減
衰量が増すが、通過域偏差については他の分路による影
響はほとんどない。

なお点線で示した部分は分路２を切り離した時の分路１
の特性である。

第１０図は第７図の分路１および分路２が互いに影響を
受ける度合をアドミタンスの絶対値で示したものである
。

分路２の通過域における分路１のアドミタンスＩＹ１１
は分路２のアドミタンスＩＹ２１の３倍以上あり十分大
きいと言えるため分路２の通過域の特性はほとんど劣化
しない。

狭帯域分路２の帯域幅が非常に狭い場合のアドミタンス
ＩＹ２１は通過域から離れるに従って増大する一方で、
しかも傾斜が急なため広帯域分路１に対する影響は考慮
しなくてよい。

しかし、広帯域分路１のアドミタンスＩＹ１１は遮断周
波数付近で無限大になり、さらに通過域から離れるにつ
れて減少するため分路２に対して及ぼす影響を少なくす
るような周波数範囲が限定される。

分波器の設計に当っては狭帯域分路２の通過域において
広帯域分路１のアドミタンスＩＹ１１が十分大きいこと
が要請される。

動作パラメータ設計による分路１のアドミタンスＩＹ１
１は同じ遮断周波数のもとて不整合減衰量を変えること
によって形状が変わり、しかも最大になる周波数も変わ
ることに注目し、分路１と分路２の間隔および分路２の
帯域幅の最適条件、好まし；は通過帯域幅の比が約１０
以上を求め、すくなくともその近傍でエレクトロメカニ
カル分波器を構成するものである。

第１１図は通過域チェビシェフ設計による不整合減衰量
を変えたときのアドミタンスＩＹ、１を表わしたもので
あり、遮断周波数ｆｐ、ｆ十ｐおよび次数は同じである
。

図中太線は不整合減衰量１．６ｄＢ、点線は２２ｄＢ、
細線は３２ｄＢの時の分路１のアドミタンスの絶対値を
あられす。

不整合減衰量を大きくするにつれてＩＹｌｌが最犬にな
る周波数が分路１の通過域から離れる。

すなわち分路１の不整合減衰量を大きくとるに従ってア
ドミタンスの絶対値が十分大きくなる周波数範囲が分路
１の通過域から離れるため、分路２の通過域は遠ざかり
、しかも分路２の帯域幅を広くとることができる。

一般に分波器は各分路の通過帯域幅および通過域の間隔
が定められている場合が多いため、この要請を満足し、
しかも分波器として整合がとれるためには、それぞれの
分路の通過域において他の分路のアドミタンスが十分大
きくとれるように不整合減衰量を最適なものに選択すれ
ばよい。

第１１図で与えられる分路１の上側遮断周波数とこれに
適合する分路２の中心周波数とのＪＦは（１）式で近似
的に表わせる。

ただし分路１の不整合減衰量をＡｅとする。

第１２図は第１１図より求めたもので広帯域分路１の遮
断周波数の差ｆ ＋ Ｐ −ｆ −ｐで与えられる通過
帯域幅Ｗ、に対する狭帯域分路２の通過帯域幅Ｗ２の比
と不整合減衰量Ａｅの関係をあられしたものであり、狭
帯域分路の帯域幅が広帯域分路の不整合減衰量に略比例
することを示している。

ただし分路２の通過域においてＩＹｌｌが分路２の通過
域におけるアドミタンスＩＹ２１の５倍以上とする。

なおＷ２／ＷｔとＡＯ量関係近似的に下記の（２）式で
表わされる。

以上説明したように本発明のエレクトロメカニカル分波
器はそれぞれ独立に設計された通過帯域の広いエレクト
ロメカニカルフィルタと通過帯域の狭いエレクトロメカ
ニカルフィルタの分波接続に関するもので、共通側変換
子を広帯域分路１に含めることで分路１のアドミタンス
が従来の方法による分路１のアドミタンスと双対の関係
があることを利用しており、各分路の通過域において他
の分路のアドミタンスが大きくなるように設計できるた
め良好な伝送特性が得られ、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分波器の説明図で、Ａは動作減衰量特性
、Ｂはインピーダンス特性、Ｃは等価回路を示す。 第２図は通過帯域幅が異なり帯域が近接している場合の
従来の分波器で、Ａは動作減衰量特性、Ｂはインピーダ
ンス特性、Ｃは等価回路を示す。 第３図Ａ、Ｂはそれぞれ周知のＴ端π端ろ波器の回路図
およびインピーダンス特性を示し、第４図は第３図の組
合せによる分波器の回路図とそのインピーダンス特性を
示す。 第５図は第４図Ｃへの等価変換過程を示す回路図、第６
図は本発明によるエレクトロメカニカル分波器の一実施
例を示す平面図および側面図、第７図は第６図の等価回
路、第８図は第７図の回路のインピーダンス特性、第９
図は第６図の動作減衰量特性を示す。 第１０図は第７図の回路の不整合減衰量の関係を示す図
、第１１図は不整合減衰量を変えたときの分路１のアド
ミッタンスを示す。 第１２図は不整合減衰量に対する分波器の帯域幅比を示
す。 図において、１・・・・・・共通側変換子、２・・・・
・・圧電セラミック、３，４・・・・・・結合子、５，
６・・・・・・共振子、７，８．９・・・・・・結合子
、１０・・・・・・共振子、１１・・・・・・分離側変
換子、１２・・・・・・結合子、１３・・・・・・共振
子、１４・・・・・・分離側変換子を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の分離側変換子、共通側変換子および共振子が
   第１の結合子によって相互に結合されている帯域幅の広
   い第１のエレクトロメカニカルフィルタと、前記第１の
   エレクトロメカニカルフィルタにフィルタ結合用結合子
   を介して機械的に接続された分離側変換子および共振子
   が第２の結合子によって相互に接続された帯域幅が前記
   第１のエレクトロメカニカルフィルタよりも狭い第２の
   メカニカルフィルタを含むエレクトロメカニカル分波器
   とから構成され、前記第１および第２のエレクトロメカ
   ニカルフィルタの中心周波数が互に接近しており、しか
   も両者の通過帯域幅の比が約１０以上あること、前記第
   １のメカニカルフィルタの前記共通側変換子からみた機
   械的な入力アドミッタンスが最大となる周波数もしくは
   その近傍に前記第２のエレクトロメカニカルフィルタの
   通過帯域を配置したことを特徴とするエレクトロメカニ
   カル分波器。