JPS58501253A - 同調可能な螺旋共振器 - 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】 同調可能な螺旋共振器 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般的には螺旋空胴共振器に関するものであり、更に具体的に云うと 広いチューナプル（同調可能な）周波数範囲と低いそう大損失とを同時に達成す るため誘導性同調および容量性同調の両方を利用する同調可能な螺旋空胴共振器 に関する。

先行技術 通信への適用において、螺旋空胴共振器は周知の、広く使用されている回路素子 である。これらの共振器拡、シやへいされた空胴およびそのしやへい内の螺旋を 構成しているワイヤの長さがはｙ四分の一波長である周波数において共振する。

螺旋空胴共振器技術においては、共振周波数を確立する分配されたインダクタン スおよびキャパシタンスは、空胴、螺旋コイルおよびその支持部材の物理的寸法 によって決定される。従って、特定の周波数帯にわ九る共振用の同調可能な螺旋 空胴共振器を設計するためには、正確で精密な構造が必要となる。螺旋空胴共振 器のどの寸法も成る程度の正確さにとって重要である。

過去においては、螺旋空胴共振器を同調するためには、共振器の誘導特性又は容 量特性を変化させるのが一般的であった。容量的に同調可能な螺旋共振器を提供 するためには、螺旋コイルの高インピーダンス端のすぐ近くで空胴内に挿入され 、接地したしゃへいのねじ山で確保されている接地した金属ねじを用いることが 知られている。螺旋状導電性ワイヤの頂点と接地した金属ねじとの間の距離を調 節することによって、空胴壁の容量特性を変化させることができる。

容量性同調を行う代わシの方法は、ワイヤ螺旋と共振器空胴壁に応じて移動する ことができる誘導体キャップを具え、それにより螺旋と空胴壁との間の間隙にあ る空気を変位させ、その結果としてワイヤ螺旋と空胴壁との間に分配されたキャ パシタンスを変化させる方法がある。

螺旋空胴共振器の誘導性共振器の場合には、ワイヤ螺旋コイルによって形成され た中空部分（ｈｏ　１１　ｏｗ　）内に金属製スラグを挿入すると、螺旋コイル の総インダクタンスが減少し、従ってスラグが中空部分内を移動するにつれて空 胴のインダクタンスを変化させることが知られている。このインダクタンスの変 化は、ワイヤ螺旋によってスラグに誘導された循環電流によって生じ、次に今度 はそれがワイヤ螺旋における逆起電力を誘導する。

これらの先行技術のアプローチは、限られた同調範囲、製作上の困難さ、低い同 調可能性（ａｃｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ）および比較的高い製造費の点で短所を 有する。更に、それらの性能はその他の側面においても劣っており、通信設備へ のそれらの利用も限られている。チューナプル空胴共振器は無線装置の価格のか なシの部分を占めておシ、従って、特に大量生産を行う場合にはできるだけ安価 な共振器を製造する方法が絶えずめられ囲を有し、そう大損失が少なく、同調が 容易で安価な螺旋空胴共振器に対する必要性が存在する。

本発明の一般的目的は、上述した欠点を克服した改良された螺旋空胴共振器を提 供することである。

更に具体的に云うと、本発明の目的は使用できる周波数範囲が増大された螺旋空 胴共振器を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、２〜３の製造ステップだけで安価で歩どｔｐの高い 構造が作れる螺旋空胴共振器用組立てプロセスを提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は、同調スラグに取シ付けられた損失の少ない延長 部分品を＾え、適当な工具音用いてワイヤ螺旋の外から容易に調節できるようか 蝋集空胴共振器會提供することである。

発明の要約 簡単は云うと、本発明は、誘導性同調又は容量性同調だけで同調可能な他の低価 格螺旋空胴共振器に比べた場合に簡単な構造を保つ一方で使用可能な同調周波数 を増大するために、誘導性同調、容量性同調の両方を利用する螺旋空胴共振器を 指向する。この共振器デバイスは中空の巻型内に挿入された非鉄導電性スラグを 含み、その巻型自体は空胴の境界を定める接地した金属製じゃへいの内側に置か れている。ワイヤのｆａｌ端末は接地されている。ＩＥ２端宋扛空胴の分配され たキャパシタンスを介してしやへいの頂部に容量的に結合されている。同調スラ グは空胴のインダクタンス。

キャパシタンスの両方に影響を与える方法で巻型の中空部分に沿って移動する。

共振器構造における接地したしゃへいの頂部とワイヤの第２端との間の距離に重 大な注意を払ってみると、空胴の空所の上部領域における同調スラグの存在は、 螺旋空胴共振器の分布特性キャパシタンスに著しく影響する。同調スラグを空胴 の中心部へ向って移動させると、巻線によって形成された螺旋のすぐ近くに同調 スラグ金持ってくるのに役立つ。従って、共振器の特性インダクタンスは著しい 影響をうける。キャパシタンス、インダクタンスの両方を変化させる複合効果に より、先行技術におけるようにこれら２つの特性のうちの１つだけが可変である 場合よりも広い使用可能な周波数範囲がえられる。

図面の簡単な説明 第１図は、標準的なＵＨＦ無線受信機の基本部品のブ日ツク図である。

第２図は、先行技術の容量性同調可能な螺旋共振器の断面図である。

第３図は、先行技術の誘導性同調可能な螺旋共振器の断面図である。

第４図は、本発明によシ製作された螺旋空胴共振器の断面図である。

１１１５図は、第４図の螺旋空胴共振器の分解図である。

第６図は、本発明の螺旋空胴共振器の場合のそう大損失および共振器周波数−同 調スラグ位置のグラフである。

第７図は、本発明の別の実施例による螺旋空胴共振器の断面図である。

好ましい実施例の説明 第１図は、本発明の螺旋空胴共振器を有利に利用できる代表的な受信機システム のブロック図である。空中線２によって受信された電磁信号は、フロントエンド フィルタ４へ導かれる。このフロントエンドフィルタは所望の帯域周波数音通過 させる一方でその他の周波数を減衰させることを意図している。動作がＵＨＦ範 囲にある場合には螺旋空胴共振器はフロントエンドフィルタにとって望ましい部 品であることは周知である。

ろ波された信号はミクサ６に印加され、そこでその信号は局部発振器８からの周 波数と結合される。フロントエンドフィルタからの所望する情報信号は通常はＵ −ＨＦ信号であるが、局部発振器８からの信号り中間周波数（ＩＦ）によってオ フセットされたＵＨＦ周波数である。

ミクサ６からの混合された信号は増幅器ｌＯによって増幅される。次に、所望し ない混合信号はＩＦフィルタｎによって除去され、情報搬送ＩＦ信号は復調器又 はオーディオ変換器１４へ送られる。

第２図は容量性同調を用いる先行技術の螺旋空胴共振器を示す。金属製同調ねじ １６が矩形状のしゃへい（９）の頂部にあるねじ山會切った開口部用内に適合さ れている。しやへいｍおよび金属製同調ナツト１６は回路基板四の接地平面に接 地されている。約四分の一波長のワイヤ入がコイル形ｘ上で螺旋状に巻回されて いる。

ワイヤ２４の下端は回路基板ｎ上の接地平面に接地されている。導電性グレー） ２８がワイヤ入の高インピーダンス端に取り付けられ、コイル形怒の上に位置し ている。ねじ回しなどの何か適当な手段によって同調ねじ１６ｔ−回すことによ って、導電性プレー）２Ｂと同調ねじ１６との間の物理的距離を変えることがで きる。この距離を変化させることによって、空胴の特性分布キャパシタンスが変 化する。この構造は一部の応用例にシいては共振周波数に対し満足すべき同調可 能な周波数範囲を与えるがいづれにせよ低価格システムに対して望ましい価格よ りも製作するのに金がかかる。また、同調ねじ１６．ねじ山を切った開口部１８ はいづれも金属であるので、ねじは振動をうけると動く傾向があ夛、従って共振 器を離調させる。この傾向をなくすために、同調ねじ１６はそのねじの長さに沿 った凹所に挿入されているいくつかの細長いプラスチック片で作られていること がしばしばある。最後に、ねじと接地しているしゃへい田との間１Ｎ実に接地接 触させるために、同調ねじ１６ヲめっきするので普通であり、金でめっきするこ とが好ましい。勿論これらのことはすべて共振器の製作費金高めることになる。

Ｉ！３図は、誘導性同調を有する先行技術の螺旋空胴共振器を示す。しやへい（ 資）は回路基板ｎに関連した接地平面に接地されている。コイル形諺はじやへい （９）内に置かれ、四分の一波長ワイヤ調がコイル形の周ｂｔ−螺旋形に巻回さ れている。このワイヤは高インピーダンス端あおよび低インピーダンス端３８ヲ 有する。コイル形諺はその全長にわたってねじ山が切られている中空の穴４０を 含む。ねじ山が切られている同調スラグ稔が中空の大切内にねじこまれ、空胴の 分布インダクタンスを変化させる役目をしてｈる。回路基板ｎの点検孔（ａｅｅ ｅａｓ　ｈｏｌｅ）　４４　ｆ通して同調スラグ稔の位置を調節するために調節 具を用いることができる。同調スラグ４２ｔ−中空の大切のなかをその全長にわ たって上方にねじこみ、第２の孔４６ｔ−通って空胴の反対側の端から外へ出す ことができる。スラグ４２の同調は１遊隙（ｗｉｎｄａｇｅ　）”のために螺旋 形四分の一波長ワイヤ調の下方領域内に通常制限される。遊隙の問題は、電気特 性を変化させ、従って共振器空胴の共振周波数を変化させるコイル状ワイヤ誦に よってとプ囲まれている穴の領域内への同調具の挿入に関係する。同調具の挿入 および除去の結果生じる周波数偏移は、所望する共振周波数に空胴を調節するこ とを一層むつかしくする。ワイヤあの高インピーダンス端あより上方の中空の大 切の領域は、同調スラグ招が存在しても全く同調効果を与えない。

纂４図および第５図は、本発明の螺旋空胴共振器の断面図および分解図をそれぞ れ示す。しやへい招は、先行技術の第２図および第３図の接地しゃへいと同様な 周知の方法で回路基板ｎに関連した接地平面に接地されている。し中へい拐は矩 形状であり、第５図の開いた底＠４９’！ｉ有することが好ましい。しやへい絽 は錫めっきした銅のような導電性金属又はその他の適当な材料で作られている。

第５図の分解図に示されている２つの突出物（ｐｒｏｎｇ）　４７は、し中へい 絽の側面部分から延びておシ、しヤへいが効果的に回路基板２２に取り付仕られ 関連接地平面に接地できるようになっている。

コイル形（資）は一般的に１１円筒形をしておシ、シゃへい拐の四方の内側壁に よって範囲を限定された正方形の場所に適合するように形成された基底部分５１ を有する。

コイル形５０はポリ１０ピレンなどの低誘電体で作ることが好ましい。コイル形 （資）はねじ山の切られた中空の基部（ｂａｓｅ）を有し、　この基部はコイル 形先端ヌにおいて閉じられることが好ましい。キャップ（ｔｉｐ　ｐｉｅｃｅ） Ｉがコイル形先端ヌにおいて形成され、小さい穴間を介してしやへい招の頂部に 適合されている。キャップ団はしやへい招の小さい入団とかみ合わさってお夛、 しやへい招の内部でコイル形と心合わせする機能をする。約四分の一波長の長さ のワイヤωは間隔をおいて巻かれていて円筒状コイル形刃の周シに螺旋を形成し ている。ワイヤωは鋼であることが好ましく、その低インピーダンス端軸は回路 基板４に関連した接地平面に結合されておシ、反対側の高インピーダンス端一は ワイヤωの高インピーダンス端一とじゃへい拐の頂部との間の空間に固有の分布 キャパシタンスを介して接地したしやへ１拐の頂部に容量的に結合されている。

ポリスチレン又はセラミックであることが好ましｈねじ山のついた低損失延長部 品印は、銅、真ちゅう又はアルミニウムでできていることが好ましい中空の非鉄 導電性スラグ田によってふたをされている。このスラグにはそれを適所に保持す るためひだがつけられている。この導電性スラグは、電気分解にょシ延長部品圀 の端に厚い金属膜を溶着（ｄｅｐｏｓｉｔ）することにより、又はスラグ絽を適 当な低損失エポキシ樹脂を用いて延長部品Ｂの端に直接に結合させるととＫよっ て形成できる。

延長部品６を中空の穴５２の中に通すことによって、非鉄導電性スラグ簡を穴シ の長さに沿って調節することができる。第４図の領域ムとして示すように穴箕の ワイヤω領域内で延長部品（資）によってスラグ簡を調節すると、主として誘導 性の同調効果が得られる。第４図の領域Ｂとして示すようにワイヤ印の高インピ ーダンス端のすぐ上方の穴の空胴領域内へ同調スラグ困を更に調節すると、空胴 の相対的寸法が正確であれば主として容量性の同調効果を与える。領域Ｂにおい て示される容量性同調効果は、接地されたしゃへい招の頂部とワイヤωの高イン ピーダンス端との間の距離によって範囲を限定される領域Ｂの寸法に決定的に依 存する。この距離が他の空胴寸法との関連において余シに短かすぎるか、又【長 すぎると、容量性同調効果はほとんど、又は全く観察できない。

第４図および第５図の螺旋空胴共振器の下記の寸法が所望の容量性および誘導性 同調効果管与えることが見出されている。好ましい実施例において絋、シゃへい 招の高さが約５２５ミル、幅が３２０ミルである。円筒状コイル形刃の直径は、 間隔をおいて巻い九ワイヤωが２０５ミルの螺旋直径をもつようなものとなって ｈる。

このワイヤは（９）ゲージ銅線であることが好ましい。ワイヤωをコイル形（資 ）の上に保持するため、コイル形にはその外面に１インチ当シＩターンの割合で Ｖ字型の切り口でねじ山がつけられている。コイル形刃の材料にはポリプロピレ ンなどのプラスチックを用い、射出成形で形をつくることが好ましい。４２０〜 ４９５　ＭＨＩの周波数範囲では、ワイヤの長さはコイル形刃のＶ字型切り口上 に約１１ターンする。同調スラグ困の直径は約１３０ミル、その長さは約（イ） ミルとすることが好ましい。

延長部品の長さは約２７０ミルである。コイル形刃の正方形の基盤５１の厚さは 約１１５ミルである。空胴への入力結合は約０．４ターンにおける直接タップで ある。当業者に周知のその他の結合方法、例えばループ結合もまた使用できる。

これらの寸法から、コイル形刃の高インピーダンス端とじやへい拐の頂部との間 の距離、即ち領域Ｂは約１５０ミルとなる。この距離が余夛に長すぎると（即ち ２１０ミル以上あると）、容量性同調効果蝶観察されない。領域３の長さが１５ ０ミルをかなシ下回ると、ＩＩ地ｌ−たし中へいの頂部が空胴性能を支配し、そ の特性を徹底的に変化させる。

第６図に関連して更に詳しく説明するように、第４図および第５図の空胴共振器 の使用可能な同調範囲を更に一層慎重に限定し、それと同じ周波数への多重位置 同調（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｕｎｔｔｎｇ）を防止するため に、中空の人皮はその頂部端のところで釣力ミルの厚さをもって閉じられている 。もう１つの物理的同調終点は、同期スラグ錦の関連延長部品６６が回路基板ｎ の底平面と同一平面にある場合には同調スラグ簡の位置によって限定される。回 路基板ｎ底平面にぴったりと適合している第４図の断面図に示されているシャシ 裏カバー（ｂａｃｋ　ｅｏｖ＠ｙ）　７０によって、延長部品圀の端７２が回路 基板底平面を超えて延びることが物理的に妨げられている。

第６図は、好ましい実施例のために与えられた寸法を有する本発明の螺旋空胴共 振器の場合の共振周波数およびそう大損失−同期スラグの保合をグラフで示した ものである。同調スラグの位置は第６図のグラフのＸ軸に沿って測定される。グ ラフ線ｐｌ、ｐ、はメガヘルツで示されている左方の横座標に関連している。グ ラフ線１．Ｌ、はそう大損失を測定するための手段としてｄｂ（デシベル）で示 されている右方の横座標に関連している。グラフの破線部分は実線部分とともに 、同期スラグ困がし中へい槌の高さの全垂直距離を移動できると仮定した場合の 好ましい実施例の寸法を有する第４図および第５図による共振器の全応答（レス ポンス）を示す。第６図のグラフの領域大は第４図の領域Ａに対応する。同様に 、第６図のグラフの領域Ｂ＃ｉ第４図の領域Ｂに対応する。第６図のグラフの共 振周波数曲線上の点Ｐｌは、コイル形頂部端詞の厚さく資）ミルの閉じた頂部に よって境界を限定された第４図の空胴共振器の第１同調終点に対応する。第６図 のグラフの共振周波数曲線上の点Ｐ！は、延長部品端７２が回路基板ｎの底平面 を越えて延びるのを妨げる裏カバー７０によって範囲が限定されている第４図の 共振器の第２同調終点に対応する。

第６図のグラフから判るように、終点Ｐ１シよびＰ。

がなければ、同調スラグ絽は、第４図の同調スラグ錦の頂部から底部への動きに 対応して物理的に全保合（ｆｕｌｌ　ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）からはｙ零係合（ 領域ＡＯｆｉ）Ｋまで移動できる。共振器の頂部における全保合から始まるその ような頂部から底部への移動は、先づ空胴の分布特性キャパシタンスを増大させ るのに役立つ。空胴の共振周波数はＶＩＣ比例するので、共振周波数は第６図に 示した約４６０〜４７０ミルの保合で４４０　ＭＨｊから４２０　ＭＨｌに低下 する。同調スラグ困を中空の穴シのなかで更に下方へ移動させると、共振器の分 布特性キャパシタンスに対するスラグＯ効果は減少し、分布特性インダクタンス に対するその効果は増大する。同調スラグが移動してワイヤ印の螺旋に近づ龜、 次にその中に入るにつれて、分布特性インダクタンスは減少し、従って空胴の共 振周波数は増大して約２５０ミルの保合で最高に達する。同調スラグ簡が更に分 離（ｄｉｓｅｎｇａｇｅ−ｍｅｎｔ）　（第４図における下方移動）すると、空 胴の分布特性インダクタンスに対するスラグの効果を減少させ、同調スラグ絽が 空胴特性に対してもはや観察できる効果を示さない第６図のグラフ上の約（イ） ミルにおける点にまで共振周波数を低下させる。

第７図は本発明による螺旋空胴共振器の別の実施例の断面図である。この構造は 基本的にはそれがじゃへいの頂部から同調可能であるという点Ｋ＞いて上述した 実施例と異なっている。第７図の実施例の臨界寸法は第４図および第５図に対し て与えた寸法と同じである。第７図の参照数字が第４図および第５図の実施例の 参照数字と共通している場合には、それらの数字は同様な部品を示す。接地され たしゃへい４８Ｉｆｉ回路基板上に置かれ、射出成形されたコイル形７２はしや へい絽内にはめ込まれており、その基盤５１および延長部品７４によって位置が 定められている。ワイヤ印は第４図および第５図の実施例と同様な方法でコイル 形７２上に間隔をおいて巻かれている。ワイヤの低インピーダンス端は回路基板 ｎ上の接地平面に接地されている。同調スラグ６８は第４図および第５図の好ま しい実施例においてそれが移動するのと同じ中空穴ｎの領域を移動する。頂部で 同調する場合には、同調スラグ関の下方ストップは７６においてコイル形自体に よって与えられる。

中空の基盤は第７図の点Ｐ２にグラフで対応する点にまでしか下方へ延びない。

延長部品７４は頂部ストップを与える。延長部品７４は直径が異なる２つの部品 を有することが好ましい。第１の半径の大きい方の部品は金属製同調スラグ間と 結合された保合、又はキャップの付けられた保合状態にあって、スラグ簡が点Ｐ １の左方の第６図のグラフの領域に入るのを妨げている。第２の部品は半径がよ シ小さく、第２の部品と同じ半径の穴を通って接地されたしゃへい絽の頂部を通 って延びている。第２部品の頂部には同調を容易にするため切込みがつけられて いる。

要約すると、上述した螺旋空胴共振器の改良された構造は容量性同調、誘導性同 調の両方を与え、その結果低損失で広い周波数範囲が得られると同時に簡単な構 造が、従って安価な製造が可能になることが判る。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　少なくとも１つの側面部分を有する金属しゃへい体と、 中空のコイル形の周シに巻回され、接地した第１端および第２端を有するコイル と、 前記中空のコイル形内に位置するように適合された非鉄導電性スラグと、を具え る空胴共振器構成において、 前記空胴配置は、第１領域を前記しゃへいの前記側面部分と前記コイルの前記第 ２端との間の相対的距離によって範囲を限定させ、第２領域を前記コイルの前記 第２端と前記コイルの前記の接地した第１端との相対的距離によって範囲を限定 させるものであ夛、それによって、前記第１領域における前記金属製スラグの移 動が容量性同調を達成し、前記第２領域における前記スラグの移動が誘導性同調 を達成することを特徴とする螺旋状空胴共振器。 ２　前記スラグは、延長部品を前記中空コイル形内における前記スラグの位置を 調節するように取付けた請求の範囲第１項による改良された螺旋空胴共振器。 λ　前記スラグは、接地されていない請求の範囲第１項による改良された螺旋空 胴共振器。 未　前記中空コイル形扛、第１および第２１１を有し、前記中空コイル形の第１ 端は閉じられておシ、前記スラグおよび延長部品は前記中空コイル形の第２端内 に延びている請求の範囲第２項による改良された螺旋空胴共振器。 ＆ａ、特性インダクタンスの調節のため前記非鉄導電性同調スラグを空胴の第１ 領域内へ挿入する段階、ｂ、特性キャパシタンスの調節のため金属製同調スラグ を螺旋コイルの第２領域内へ更に挿入する段階、Ｃ６所望の共振周波数が得られ るまで前記２つの領域内において前記非鉄導電性スラグの位置を調節する段階、 を具える 空胴の第１および第２領域内で移動可能な非鉄導電性同調スラグを有する前記螺 旋空胴共振器を空胴の特性キャパシタンスおよびインダクタンスの両方を調節す ることによって同調させる方法。