JPS6350881B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、無線フイルタの調整を人手によらず
自動機によつて達成するためのフイルタの構造に
関するものである。

（背景技術） 第１図および第２図は、従来の無線フイルタの
構成・構造を示す平面図および斜視図である。第
１図は交叉指形で、1/4波長の長さの線路１の一
端がハウジング３に短絡され、かつ他端は開放さ
れ、1/4波長レゾネータをなす。特に各レゾネー
タ１の短絡端はハウジングの底面３−１と３−２
上に交互に固定されている。第２図は櫛形で、線
路１１は、1/4波長より短かくインダクタンスと
して働き、線路１１の先端にもうけられたキヤパ
シタ１５とで共振し、レゾネータをなす。特に各
レゾネータの短絡端は、ハウジングの底面１３−
１上にすべて固定される。第１図のごとき交叉配
置および第２図のごときキヤパシタの付加は、隣
接レゾネータ間の電気的結合を得るための工夫で
あり、仮に第２図の線路１１の長さを完全に1/4
波長とし、かつキヤパシタ１１ａがないものとす
るとこの仮想的無線フイルタは極めて簡単な構造
であるから、デザインが容易でコストも安い。し
かし、この構造はかつてフイルタに適用されたこ
とはなかつた。それは、隣接するレゾネータ間の
電気的結合がほとんど零であり、フイルタを作る
ことができなかつたためである。

一般に、無線フイルタのデザインは３つのパラ
メータを用いて実現できる。すなわち、(イ)各レゾ
ネータの共振周波数（₀）、(ロ)各段間レゾネータ
間の電気結合（k_i,i+1）（ｉ、ｉ＋１はｉ番目と
（ｉ＋１）番目のレゾネータ間を意味する）、(ハ)
Ｉ／Ｏレゾネータ（Ｉ；入力、Ｏ；出力）とＩ／
Ｏ端子４（第１図、第２図）との結合の度合い
（Q_e）の３つである。この３つのパラメータがフ
イルタの特性に及ぼす影響の度合いは均一でな
く、一般に(イ)の周波数₀のズレが最も敏感であ
る。５段フイルタのデザインの一例を示すと、₀
のズレ±0.02％、k_i,i+1とQ_eのズレ±２％が独立に
生じたときフイルタの電圧反射係数は±0.5％に
達する。

レゾネータの中心周波数の調整は、第１図のネ
ジ５又は第２図のコンデンサ１５のスクリユー１
５ａの進退によつて目的を達するのが従来方法で
ある。しかし、共振周波数₀のズレを先述の例で
は、0.02％（１万分の２）に精密に合わせること
が必要であるが、まず第１図のネジでは、周波数
₀の変化は緩やかで手による調整が可能だが、そ
の可変範囲は、₀の1000分の１のオーダしかな
く、従つてレゾネータの長さを極めて正確に作る
ことが必要である。しかし、一般にレゾネータ棒
１をハウジングの底面３−１，３−２に取り付け
る際に取付け誤差が生じ、またハウジングの底面
３−１と３−２との間の距離も精密に製造しなけ
ればならなかつた。次に第２図のスクリユー１５
ａの進退による₀の調整は、一般に10％オーダの
可変範囲があり、ハウジング底面１３−１と１３
−２との間の距離等の公差も緩やかで良いが、逆
にスクリユー１５ａのわずかな進退によつても周
波数₀の変化は急激で、スクリユー１５ａの固定
等のための厳重なロツク機構が必要で、結合ハウ
ジング１３も堅固でなければならなかつた。

さらに第１図、第２図に共通な事柄として、周
波数₀の調整を人力によらず機械化をはかる場
合、ネジ５又はスクリユー１５ａの自動挿入、退
出、ネジのロツク、さらにネジ部の気密化等の作
業が複雑で信頼性を得られ難かつた。

一方、信頼性を得るため、ネジの可変をさけ、
レゾネータの開放端の導体を一部除去する等によ
つて周波数₀を調整することが考えられるが、従
来のフイルタ構造では、第１図ではレゾネータ１
の開放端が交叉しているため困難で、また第２図
では線路１１の先端はキヤパシタ１５が付いてい
るため不可能である。これらの理由のため無線フ
イルタの自動チユーニング（周波数₀の調整をチ
ユーニングと言う）はかつて成功していない。

さらに電気的問題として、第１図のレゾネータ
１の先端、および第２図の線路１１とキヤパシタ
１５との接続点附近は共振時に高電位となり、そ
の部分を損傷すると電気的損失が急増することが
知られており、チユーニングのための加工等は電
気特性上不都合である。

第３図〜第５図は、本発明者等により発明され
た従来の別のフイルタ構造を示す（特願昭53−
56160、53−63360、53−142306、55−55520、55
−124021、56−193662）。第３図〜第５図におい
て、３１，４１および５１はレゾネータ、３１
ａ，４１ａおよび５１ａは誘電体、３１ｂ，４１
ｂおよび５１ｂは導体ネジ、３２，４２および５
３は空気領域（ギヤツプ）であり、その他は第１
図、第２図と同様である。レゾネータ３１，４
１，５１は完全に1/4波長で、それらの短絡端は
ハウジング３３の同一底面３３−１上に固定され
ている。この構成において、仮にギヤツプ３２，
４２，５３がないものとすると、共振器間結合は
ほとんど零であり、フイルタを構成できない。第
３図〜第５図では、レゾネータ３１，４１，５１
の共振周波数₀を調整するため1/4波長より数％
だけ短かくデザインし、導体ネジ３１ｂ，４１
ｂ，５１ｂの進退によりチユーニングを果してい
る。本構成は従来のフイルタ第１図、第２図で述
べた調整の困難点は、ハウジングの同一底面にあ
るため軽減されるが、精密性、気密性、ネジロツ
ク等の点で本質的に解決されていない。

（発明の課題） 本発明はこれらの欠点を除去するため、全ての
フイルタのレゾネータの解放端がハウジングの底
面の同一の側にあるようにし、解放端面にアース
導体層をもうけてアース導体の一部をトリミング
することによつて、フイルタの電気特性を損なわ
ず、かつ自動チユーニングを可能にしたもので、
その構造上の特徴は、少なくとも底面とひとつの
側面が導体で構造されるハウジングを、一端が該
底面の上に配列され他端が解放される長さがほぼ
１／４波長の少なくとも２個のレゾネータの列と、
最外端のレゾネータを外部回路に接続するための
前記ハウジングに固定される入出力端子とを有
し、各レゾネータが前記底面に結合する内導体を
これを包囲する誘電体とから構成され、隣接する
レゾネータの各誘電体の間に少なくとも空間がも
うけられるごとき誘電体フイルタにおいて、前記
レゾネータの解放端面に誘電体層を介してハウジ
ングの前記側面に短絡するトリミング可能な導体
層がもうけられるごとき誘電体フイルタにある。

（発明の構成および作用） 第６図ａは本発明の第１の実施例を示す。ここ
で６１はレゾネータを構成する誘電体、６２はハ
ウジング、６３は誘電体６１の内に構成される1/
４波長の内導体、６４はレゾネータの開放面上に
配置された小誘電体板、６５は誘電体６４上にメ
タライズされた金属（導体層）を示す。６８はレ
ゾネータ間の結合を得るために誘電体６１の間に
もうけられた空隙を示す。

第６図ｂは第６図ａの横断面図を示す。ここで
６６は中心導体６３が誘電体６１の開放面に延長
された金属を示す。

第６図ｂにおいて、金属６５は小誘電体６４を
介して内導体６３のほぼ上部に構成され、ハウジ
ング６２の内面上に短絡される。６７は、金属６
５がレーザーにより切断された切断部分を示す。
この状態において、レゾネータが励振されると、
開放端の金属６６が電界最大点となり、レゾネー
タの短絡端が磁界最大点となり共振器ができる。

このレゾネータを用いてフイルタを構成するに
は、各レゾネータ間で所定の結合量を得る必要が
ある。隣接する中心導体間が誘電体によつて充填
された均質媒質の場合、電界および磁界の振幅値
は等しく逆位相の関係にある。このため、お互い
に打ち消し合い、レゾネータ間の結合量は零とな
る。所定の結合量を得るためには、中心導体間の
誘電体部分に空隙６８をもうけることによつて結
合に寄与する電界量を減少させ、空隙６８によつ
て影響を受けない磁界量との差によつて結合が可
能となる。

一方、小誘電体６４の上面に構成した金属６５
は、ハウジング６２に短絡されていることにより
アース電流が流れる。第６図ｃに示すように、こ
のアース電流は、アース金属６５を内導体金属６
６の断面より大きくすることによつて、レゾネー
タの無負荷Q_uの劣化を防ぐことができる。金属
６５と金属６６との間の小誘電体６４は、変位電
流が流れることによりレゾネータの無負荷Q_uの
劣化を防ぐには、誘電体６４の損失が極めて少な
い材料が要求される。キヤパシタンスは、金属６
６と金属６５の間に形成され、第６図ｂのＹ方向
へは電界のリークがないので、ハウジングの上ブ
タの着脱による共振周波数の変化が抑制される。
よつて、この電界に基づくキヤパシタンスの量を
変化することによつて、レゾネータの共振周波数
が変化する。このキヤパシタンス量の変化は、金
属６５の面積を変化させることによつて達成され
る。この方法によれば、直接誘電体６１の上の金
属６６の状態は変わらず、金属６５と誘電体６１
およびそれを含むレゾネータ６１に破損を与えな
いで共振周波数の可変が可能である。

第１の実施例においては、誘電体６４にアルミ
ナ基板を用い、金属６５の面積を変化させる手法
として、レーザを用いて第６図ｃに示すようにア
ース金属６５を切断することによつて、共振周波
数₀に変化量Δ₀を与える。切断量ｘに対する変
化量Δ₀の実験結果を第７図に示す。第７図より
アース面の切断量に対する共振周波数の変化の感
度は、7.6MHz／mmである。フイルタを構成する
のに必要なレゾネータの共振周波数の調整後の許
容バラツキ値は±0.02％であるから、フイルタの
中心周波数を800MHzとすれば、許容周波数バラ
ツキ値は±160KHzとなる。一方、レーザのビー
ムによる金属切断幅は20μｍ程度であるから、そ
れに基づく共振周波数の加工誤差は 7.6MHz／mm×0.02＝152KHz（＝±76KHz）と
なり、十分に許容周波数バラツキ値を満足でき
る。また、金属６５の切断は、精密な機械的な切
断方法を用いても可能である。

第７図に、共振器の無負荷Ｑ（Q_u）の切断量ｘ
に対する実験結果をも示す。Q_uの劣化は認めら
れない。

誘電体６４の材料については、光学的に不透明
な材料を用いることによりレーザ光が誘電体６１
と金属６６に達してレーザ損傷を起すことを防止
することができる。第７図の実験においては、誘
電体６４としてアルミナセラミツクス基板（厚さ
1.6mm）を用いている。

なお、第６図ｂのハウジングにおいては、上ブ
タ６８を透明導電体で形成することにより、フタ
６８を固定したままでも自動チユーニングが可能
である。

第１の実施例では、誘電体６４の上にメタライ
ズされた金属６５を切断することによつて共振周
波数を可変することを示したが、金属６５の表面
に穴をあけても同様の効果が生じる。

又第１の実施例では、小誘電体６４は１枚の板
で示したが、誘電体６４は中心導体６３上に個別
に分離していても同様の効果が生じる。

又第１の実施例では、フイルタを構成する誘電
体が１枚で構成されている例を示したが、レゾネ
ータを構成する誘電体が個別の場合においても同
様の効果が生じる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明では、レゾネータの
共振周波数の調整にレーザ加工あるいは精密な機
械加工を用いても誘電体自体に損傷を与えること
なくチユーニングできることにより、周波数調整
の自動化（自動チユーニング）を可能とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは従来のネジによる周波数可
変機構をもつインターデイジタルフイルタを示
し、第２図ａおよびｂは従来のネジによる周波数
可変機構をもつクームラインフイルタの構造、第
３図ａおよびｂは従来のネジによる周波数可変機
構をもつ円柱形状誘電体と中心導体で構成した誘
電体フイルタ、第４図と第５図は第３図ａおよび
ｂのフイルタの変形例、第６図ａ〜ｃは本発明に
よる共振周波数可変機構をもつフイルタの構造
例、第７図は第６図ａ〜ｃのフイルタのチユーニ
ング効果を示す図である。 ６１……レゾネータを構成する誘電体、６２…
…ハウジング、６３……内導体、６４……誘電体
層、６５……導体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも底面とひとつの側面が導体で構成
   されるハウジングと、一端が外底面の上に配列さ
   れ他端が解放される長さががほぼ1/4波長の少な
   くとも２個のレゾネータの列と、最外端のレゾネ
   ータを外部回路に接続するための前記ハウジング
   に固定される入出力端子とを有し、各レゾネータ
   が前記底面に結合する内導体とこれを包囲する誘
   電体とから構成され、隣接するレゾネータの各誘
   電体の間に少なくとも空間がもうけられるごとき
   誘電体フイルタにおいて、前記レゾネータの解放
   端面に誘電体層を介してハウジングの前記側面に
   短絡するトリミング可能な導体層がもうけられる
   ことを特徴とする誘電体フイルタ。 ２ 前記誘電体層が光学的に不透明な材質による
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘
   電体フイルタ。 ３ ハウジングの、レゾネータの解放端面に対向
   する面が、透明であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の誘電体フイルタ。 ４ レゾネータを内導体を包囲する誘電体と前記
   誘電体層とが同一材料で一体に構成されることを
   特徴とする特許請求の範囲１〜３のいずれかに記
   載の誘電体フイルタ。