WO2006075439A1 - チューナブルフィルタ、デュプレクサおよび通信機装置 - Google Patents

チューナブルフィルタ、デュプレクサおよび通信機装置 Download PDF

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outer conductor
filter
conductor
dielectric
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Takaya Wada
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other

Definitions

  • Tunable filter, duplexer and communication device Tunable filter, duplexer and communication device
  • the present invention relates to a tunable filter, a duplexer, and a communication device that use a cavity semi-coaxial resonator.
  • Patent Document 1 discloses a tuning frequency variable bandpass filter.
  • this filter one end is fixed at equal intervals on the side surface of the inner conductor rod of the semi-coaxial cavity resonator, is extended radially, bent downward at a substantially right angle,
  • a plurality of shorting rods whose other ends are concentric with respect to the fixing position of the inner conductor on the bottom surface of the outer conductor, and each of the other ends of the plurality of shorting rods is fixed to the bottom surface of the outer conductor. Connected to the connected pin diode.
  • the pin diode has an action of electrically connecting the shorting bar to the bottom surface of the outer conductor by an external control voltage, and each resonance is caused by a change in inductance component due to the shorting bar being short-circuited to the outer conductor. It is configured to control the frequency of the filter and change the tuning frequency of the filter.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9-284097
  • each invention of the present application is configured as follows.
  • the invention according to claim 1 is an outer conductor having a plurality of cavity portions independent by partitions, and a surface fixed to the bottom surface of the cavity portion and facing the bottom surface of the cavity portion.
  • a rod-shaped inner conductor that is not fixed; a frequency adjusting screw that is a conductor that is screwed to a surface that faces the bottom surface of the cavity portion or a side surface; an input / output connection means that is attached to the outer conductor;
  • a cavity half-coaxial bandpass filter having a multi-stage configuration in which a coupling portion provided in a partition between adjacent cavity portions in the cavity portion and electromagnetic coupling between the steps is provided, each of the cavity portions
  • a dielectric member held by a holding member movably provided on the outer conductor is inserted into the cavity portion, and each of the plurality of holding members has a protruding portion that protrudes outside the outer conductor.
  • the plurality of protrusions are connected by a connecting member It is characterized in that is.
  • the invention according to claim 2 is an outer conductor having a plurality of cavity portions independent by partitions, and a surface fixed to the bottom surface of the cavity portion and facing the bottom surface of the cavity portion.
  • a transmission line comprising: a rod-shaped inner conductor that is not fixed; a frequency adjusting screw that is formed on a surface facing the bottom surface of the cavity portion or a conductor screwed on the side surface; and input / output means attached to the outer conductor.
  • a cavity semi-coaxial band-stop filter that is electrically connected to the resonant electromagnetic field generated in each cavity and the transmission line, and is movable to an outer conductor in each of the cavity.
  • a dielectric held by a holding member provided on the cavity is inserted into the cavity, and each of the plurality of holding members has a protruding portion that protrudes to the outer portion of the outer conductor, and a plurality of the protruding portions
  • the parts are connected by a connecting member It is characterized by that.
  • the invention according to claim 3 is the bandpass tunable filter according to claim 1, wherein the movable region of the dielectric in the predetermined cavity is a slit provided in the predetermined cavity. And an area other than a weight-like space area defined with an arbitrary point on the central axis of the inner conductor disposed in the predetermined cavity as an apex. To do.
  • the invention according to claim 4 is the band-pass tunable filter according to claims 1 and 3, wherein the insertion amount of the dielectric material inserted into the cavity portion is different in each cavity portion. It is characterized by the provision of a mechanism that enables independent selection.
  • the invention according to claim 5 is the band-pass tunable filter according to claim 2, wherein the amount of insertion of the dielectric material inserted into the cavity portion can be independently selected in each cavity portion. It is characterized in that a mechanism is provided.
  • the invention according to claim 6 is a duplexer comprising at least two filters and means for connecting antennas commonly connected to the filters, wherein at least one of the filters is claimed. It is a bandpass tunable filter described in 1, 3 or 4.
  • the invention according to claim 7 is connected to the duplexer according to claim 6, a transmission circuit connected to at least one input / output connection means of the duplexer, and the remaining input / output connection means And a communication device comprising an antenna connected to the antenna connection means of the duplexer.
  • the position, angle, or both the position and angle of the dielectric inserted into the resonant cavity of the cavity semi-coaxial resonator with respect to the inner conductor are changed.
  • perturbation is applied to the electric field generated in the resonant cavity, and the resonant frequency of each cavity can be changed.
  • each dielectric holding member is connected by a connecting member, the frequency of each resonator can be changed simultaneously and the force can be changed quickly with the same amount of change.
  • the amount of fluctuation of the connecting member can be set arbitrarily within the movable range, so the center frequency or band of the bandpass filter
  • the center frequency of the stop band of the band stop filter can be arbitrarily set within the movable range, and a tunable filter with good response can be obtained.
  • the amount of perturbation for each resonator can be varied using a cam structure or the like. For this reason, even when resonators having different resonant cavity shapes are made continuous, the amount of variation of the dielectric can be individually changed over each resonator. As a result, since a desired frequency fluctuation amount can be set for each resonator, it is possible to obtain a tunable filter in which the center frequency can be selected without deteriorating the filter characteristics.
  • the dielectric tangent and the dielectric can be used to minimize the deterioration of the Q of the resonator itself. it can.
  • no active element such as a pin diode is used for a resonant cavity in which a very strong current flows, the power durability of the filter is improved and the reliability is improved.
  • the pin diode and the ground line associated therewith are improved. Therefore, it is possible to obtain a tunable filter that does not generate intermodulation distortion.
  • the dielectric that varies the frequency is provided with a mechanism that allows the insertion amount to be appropriately selected for each cavity. Even when resonators with different cavity shapes or resonators with input / output mechanisms are attached to the filter, the perturbation amount of the resonance frequency is different even when the perturbation sensitivity of the resonance frequency with respect to changes in the dielectric position is different.
  • the insertion amount of the dielectric can be adjusted in advance so as to be the same. This mechanism can also be used for fine adjustment of the frequency when adjusting the filter.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a second embodiment of the present invention. 3] It is an explanatory view for explaining a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the variation of the characteristics of the passband filter according to the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. Fig. 1 (a) shows a plan view of a five-stage bandpass filter using the present invention, in which a part of the outer conductor lb is removed to illustrate the internal space.
  • Fig. 1 (b) is a side view of Fig. 1 (a), and shows the internal space by removing a part of the outer conductor la.
  • FIG. 1 (c) is a comparison diagram illustrating the state when the filter frequency is varied in comparison with FIG. 1 (b). The first embodiment will be described with reference to these drawings.
  • the outer conductor la is a cavity having a cavity that is open on one side, and each cavity is partitioned by a partition lc.
  • the outer conductor lb is formed of a plate-like member, and is screwed to the opening of the outer conductor la with a screw.
  • Inner conductor 2 is fixed to the bottom surface of outer conductor la.
  • the inner conductor 2 may be formed integrally with the outer conductor la, or the inner conductor 2 may be screwed to the bottom surface of the outer conductor la.
  • the inner conductor 2 may be an elliptical cylinder or a polygonal cylinder illustrated as a cylinder.
  • the inner conductor 2 is not fixed to the outer conductor lb on the opposite surface of the outer conductor la, and the frequency adjusting screw 4 formed by the conductor is screwed onto the outer conductor lb immediately above the inner conductor 2. It forms a cavity semi-coaxial resonator.
  • the frequency adjusting screw 4 may be screwed into the side surface of the outer conductor la, which may be arranged at a place other than directly above the inner conductor 2.
  • Each resonator has a slit 6 in which a part of the partition lc is opened in order to obtain electromagnetic coupling with the adjacent resonator. The opening of the slit 6 reaches the upper end surface of the partition lc.
  • a coupling adjusting screw 5 formed of a conductor is screwed into the outer conductor lb and protrudes from the slit 6 portion.
  • a coupling probe 7 for coupling to the input / output connector 3 is provided in the first-stage and final-stage resonators.
  • the first embodiment operates as a five-stage bandpass filter.
  • the number of stages of the filter is determined as a design item in consideration of desired characteristics.
  • the outer conductor lb is provided with a long hole 32 for each cavity, and each holding member 8 is provided so as to be movable in the left-right direction of the drawing.
  • One end of each holding member 8 protrudes to the outside of the outer conductor lb and is fixed to a flat connecting member 9.
  • a dielectric rod 11 is attached to the other end of the holding member 8.
  • the connecting member 9 and the holding member 8 can be appropriately selected from materials such as resin, metal, and ceramic.
  • the dielectric rod 11 is fixed to the holding member 8 by bonding, press-fitting, pressing, mechanical fixing, or a combination thereof.
  • the shape, length and dielectric constant of the dielectric rod 11 can be selected as appropriate.
  • the shape of the dielectric rod 11 may be a circular column shape, an elliptic column shape, a polygonal column shape, a weight shape, or a plate shape.
  • the connecting member 9 and the holding member 8 are made of conductive / resin or ceramic.
  • the connecting member 9 is slidably attached to the surface of the outer conductor lb by a guide 10 fixed to the outer conductor lb so as to be slidable in the long side direction of the connecting member 9, and is slid to a desired position by the drive unit 12. It can be made.
  • the drive unit 12 may be an electric drive method that slides the connecting member 9 in response to an external electric signal, an air pressure drive method, or a manual drive mode. .
  • FIG. 1 (c) shows a state when the connecting member 9 is slid to the right side of the drawing.
  • the dielectric rods 11 inserted in the resonators are all shifted to the right with respect to the inner conductor 2.
  • the electric field density distribution in the resonator is denser as it is closer to the inner conductor 2 and becomes sparser as it is farther from the inner conductor 2.
  • the dielectric rod 11 moves to the part where the electric field density is sparse compared to Fig. 1 (b).
  • the perturbation to the electric field by the electric rod 11 decreases, and the frequencies of the resonators increase by almost the same amount all at once.
  • the dielectric rod 11 can be set at a desired position within the movable range, the center frequency of the filter can be changed continuously rather than discretely.
  • portions corresponding to the holding member 8, the connecting member 9, the guide 10, the dielectric rod 11, and the driving unit 12 in other drawings are referred to as a tuning system.
  • FIG. 2 (a) shows a plan view of a five-stage bandpass filter using the present invention.
  • the connecting member 14 includes a plurality of guide holes 17 parallel to the longitudinal direction and a plurality of flat cams 16 (oblique grooves) provided at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction.
  • the connecting member 14 is slidably attached in the longitudinal direction of the filter by inserting guide pins 15 having flanges into the respective guide holes 17 and fixing the guide pins 15 to the surface of the outer conductor lb. Yes.
  • FIG. 2 (c) An enlarged view of part A from which a part of the connecting member 14 has been removed is shown in FIG. 2 (c), and a BB cross section in this enlarged view is shown in FIG. 2 (d).
  • the holding member 13 has a collar 13a, is provided in a long hole having a recess provided in the outer conductor lb, is movable with respect to the outer conductor lb, and functions as a cam follower.
  • the protrusion from the outer conductor lb of the holding member 13 attached as described above is inserted into the flat cam 16.
  • a dielectric rod 11 is fixed to the holding member 13 as in the first embodiment.
  • FIG. 2 (b) shows a view in which the connecting member 14 is slid in the left direction in the drawing.
  • the connecting member 14 can be slid to a desired position by the driving unit 12.
  • the holding member 13 is moved by a flat cam 16 provided on the connecting member 14. Since the holding member 13 is restrained from moving in the horizontal direction of the drawing by the cam follower, the horizontal movement of the connecting member 14 is converted into the vertical movement of the holding member 13 by the flat cam 16, and the dielectric rod
  • the distance between 11 and inner conductor 2 changes. In the example in Fig. 2 (b), the dielectric rod 11 is closer to the inner conductor than in Fig. 2 (a)!
  • the angle of the flat cam 16 with respect to the central axis of the connecting member 14 is made different in each resonator so that the holding member 13 slides in the vertical direction of the drawing when the connecting member 14 slides left and right in the drawing. Can be varied for each resonator. If it is necessary to vary the frequency perturbation amount for each resonator, the angle of the flat cam 16 may be determined appropriately.
  • the connecting member 14 is in the position shown in FIG. 2 (a)
  • the connecting member 14 is the guide pin 15
  • the center frequency of the filter can be selected in the range of about 150MHz.
  • the material of the connecting member 14, the material of the holding member 13, and the shape of the dielectric rod 11 are the same as those described in the first embodiment.
  • FIG. 3 (a) shows a plan view of a five-stage bandpass filter using the present invention.
  • FIG. 3 (b) is a side view of FIG. 3 (a), in which a part of the side wall of the outer conductor la is removed to illustrate the internal space.
  • Fig. 3 (c) shows an enlarged view of the cc cross section in Fig. 3 (b).
  • the connecting member 19 has a cylindrical shape, is held by a guide 20 fixed to the outer conductor lb, and is rotatably attached to the cross-sectional center of the connecting member 19.
  • the outer conductor lb has a long hole 32 for each cavity, and each holding member 18 is provided so as to be movable in the vertical direction of the drawing.
  • One end of the holding member 18 protrudes outside the outer conductor lb and is fixed to the connecting member 19.
  • a dielectric rod 11 is attached to the other end of the holding member 18.
  • the electrolytic density in the vicinity of the inner conductor is higher, so when the dielectric rod 11 approaches the inner conductor 2, the frequency of the resonator decreases.
  • the frequency of the resonator increases when it is separated. Since this operation is performed simultaneously for each resonator, the filter center frequency can be tuned while maintaining its waveform.
  • the dimension of the inner space formed by the outer conductors la and lb of the resonator is a 45 mm cubic shape and the inner conductor 2 is a cylindrical shape having a diameter of 12 mm
  • no load is applied to the resonator.
  • Q is about 4800.
  • the deterioration of unloaded Q when a cylindrical dielectric rod 11 with a relative dielectric constant of 92, 2 GHz, a dielectric tangent of 0.005, a diameter of 5 mm, and a length of 20 mm made of a rare earth barium titanate compound is inserted is The deterioration of insertion loss when the filter is configured is about 3%.
  • the insertion loss of this filter is approximately 0.6 dB when the tuning system is not used. When configured, the insertion loss is 0.62 dB, and the amount of degradation of the insertion loss is negligible.
  • a band-pass tunable filter having very good characteristics can be configured without degradation of performance resistance and generation of intermodulation distortion due to the configuration of the tuning system.
  • FIG. 4 (a) is a plan view of a five-stage bandstop filter using the present invention, in which a part of the outer conductor 22b is removed to illustrate the inner space.
  • Fig. 4 (b) is a side view of Fig. 1 (a), and illustrates the internal space by removing a part of the outer conductor 22a.
  • Fig. 4 (c) shows an enlarged view of the dd section in Fig. 4 (b).
  • the inner conductor 23 is fixed to the bottom surface of the outer conductor 22a.
  • the inner conductor 23 may be formed integrally with the outer conductor 22a, or the inner conductor 23 may be screwed to the bottom surface of the outer conductor 22a.
  • the inner conductor 23 is illustrated as a cylinder, it may be a polygonal column.
  • the inner conductor 23 is not fixed to the outer conductor 22b on the opposite surface of the outer conductor 22a, and a frequency adjusting screw 25 formed by the conductor is screwed into the outer conductor 22b immediately above the inner conductor 23.
  • a cavity semi-coaxial resonator is formed.
  • the frequency adjusting screw 25 may be screwed into the side surface of the outer conductor 22a which may be disposed at a place other than directly above the inner conductor 23. Although not shown, the outer conductor 22b and the outer conductor 22c are screwed to the outer conductor 22a with screws.
  • Each resonator forms a completely closed space, and each inner conductor 23 is provided with coupling probes 26a and 26b for coupling to the center conductor 24 of the transmission line provided on the side surface of the outer conductor 22a. It has been.
  • Each of the coupling probes 26a and 26b has different forces or different shapes in the attachment position to the inner conductor 23 in order to obtain a desired coupling amount. The same applies to the resonator whose inside is illustrated.
  • the central conductor 24 is provided in a cylindrical cavity provided in the outer conductors 22a and 22c, forms a transmission line with an impedance of 50 ⁇ , and each end is connected to the input / output connector 34.
  • the fourth embodiment operates as a five-stage band rejection filter.
  • the number of stages of the filter is determined as a design item in consideration of desired characteristics.
  • FIG. Fig. 5 (a) shows a plan view of a five-stage bandpass filter, and shows the internal space by removing a part of the upper panel.
  • FIG. 5 (b) is a side view of FIG. 5 (a), and the entire space is shown with the entire side surface removed.
  • This embodiment is a modification of the first embodiment, and the basic configuration of the filter and the configuration of the tuning system are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 5 (b) shows a diagram in which the insertion amount of the holding member 8 is different for each resonator.
  • the position of the dielectric rod 11 in each resonator depends on the difference in the size of the slit 6, the insertion amount of the frequency adjustment screw 8, and the insertion amount of the coupling adjustment screw 5.
  • the amount of frequency shift due to the change may be different.
  • the insertion amount of the dielectric rod 11 is intentionally varied for each resonator. Note that the amount of insertion of the dielectric rod 11 is obtained experimentally.
  • the insertion amount of the dielectric rod 11 is the same for all resonators.
  • the connecting member 9 is slid so that the dielectric rod 11 is positioned farthest from the central conductor 2.
  • the amount of insertion of the dielectric rod 11 does not greatly affect the frequency of the resonator.
  • the frequency adjusting screw 4 and the coupling adjusting screw 5 are used to adjust the filter to a predetermined characteristic (characteristic that the center frequency of the passband of the tunable filter is the highest and becomes a state).
  • the connecting member 9 is slid so that the dielectric rod 11 and the central conductor 2 are closest to each other. At this time, if the shift amounts of the resonance frequencies of the resonators are all equal, the pass band of the filter is changed to a state in which only the center frequency is maintained so that the characteristics (pass band shape) are not destroyed.
  • the characteristic is corrected by adjusting the insertion amount of the dielectric rod 11.
  • the characteristics when the center frequency of the passband of the filter is the highest and the lowest are matched with the desired characteristics.
  • the filter adjusted by this method does not lose its characteristic even when the center frequency is set to an arbitrary value between the highest point and the lowest point, and a good band-pass tunable filter can be realized.
  • the frequency is normally adjusted using the frequency adjusting screw 4, but the insertion amount of the dielectric rod 11 is adjusted in order to adjust the subtle frequency deviation in the final stage of the adjustment. Do it! /
  • the fifth embodiment is shown as an example of a band pass filter, it can also be applied to the band rejection filter shown in the fourth embodiment.
  • all the embodiments may have a plurality of tuning systems.

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Abstract

　空胴半同軸共振器の各段に保持部材（８）に固定された誘電体（１１）を外導体に可動に挿設し、外導体の外部に突出した保持部材を連結部材（９）に連結し、連結部材を摺動若しくは回転させることにより、誘電体（１１）と内導体（２）との距離を変化させ、各共振器の周波数を一斉に変化させるようにする。これにより、挿入損失の劣化が少なく、高電力に耐え、相互変調歪みの発生が無く、フィルタの中心周波数を無段階に高速に変化できるチューナブルフィルタを構成する。

Description

明 細 書
チューナブルフィルタ、デュプレクサおよび通信機装置
技術分野
[0001] 本発明は、空胴半同軸共振器を利用したチューナブルフィルタ、デュプレクサおよ び通信機装置に関する。
背景技術
[0002] フィルタの中心周波数を、外部力 の制御信号によって所望の値に変更できるよう なフィルタをチューナブルフィルタと呼ぶ。チューナブルフィルタの代表的な例として 、特許文献 1に同調周波数可変バンドパスフィルタが開示されている。このフィルタに おいては、半同軸空胴共振器の内導体棒の所定の高さの側面に等間隔で一端が固 定され、水平方向に放射状に延長され、ほぼ直角に下方に曲げられ、他端が外導体 の底面の前記内導体の固定位置に対して同心円上に達する複数の短絡棒が備えら れており、該複数の短絡棒の前記他端のそれぞれは外導体の底面に固定されたピ ンダイオードに接続されて 、る。前記ピンダイオードは外部からの制御電圧によって 前記短絡棒を電気的に前記外導体の底面に接 Z断する作用を持ち、短絡棒が外導 体に短絡されることによるインダクタンス成分の変化で各共振器の周波数をコントロー ルし、フィルタの同調周波数を変化させるように構成されて 、る。
特許文献 1：特開平 9— 284097号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述したような構成においては、空胴半同軸共振器における非常に電流の強い部 分にピンダイオードに連続した複数の接地ラインが構成されているため、共振器の Q が劣化し、この共振器を連続配置してなる通過帯域フィルタ、若しくは帯域阻止フィ ルタにおける挿入損失が劣化するという問題点があった。
[0004] また、この様な構成ではピンダイオードのオン Zオフにより周波数を変化させるため に、通過帯域フィルタにおける中心周波数、若しくは帯域阻止フィルタにおける阻止 帯域の中心周波数の変動は離散的にしか行われず、無段階に連続して中心周波数 を変動させることができな 、と 、う問題点があった。
[0005] また、数 W〜数十 Wの大電力を通過させるフィルタを構成しょうとするとピンダイォ ードに許容電圧以上の電圧がカゝかる場合がありピンダイオードが焼損し、フィルタが 機能しなくなるという問題点があった。
[0006] 同様に、数 W〜数十 Wの大電力を通過させるフィルタを構成した場合、ピンダイォ ードやそれに付随する接地ラインにより強い相互変調歪みを発生させるという問題点 かあつた。
課題を解決するための手段
[0007] 上記問題点を解決するために本願の各発明は次のように構成する。
[0008] 請求項 1に係る発明は、内部に仕切りによって独立した複数の空胴部を有する外 導体と、前記空胴部の底面に固着され、且つ前記空胴部底面に対向する面とは固 着されない棒状の内導体と、前記空胴部の底面に対向する面、若しくは側面に螺揷 される導体からなる周波数調整ねじと、前記外導体に取り付けられた入出力接続手 段と、前記空胴部において隣接する空胴部との仕切りに設けられた結合用スリットと を備え、段間が電磁結合された多段構成の空胴半同軸帯域通過フィルタであって、 前記空胴部のそれぞれにおいて外導体に可動に揷設された保持部材に保持された 誘電体が前記空胴部に挿入されており、複数の前記保持部材はそれぞれ前記外導 体の外部に突出する突出部を有し、複数の前記突出部は連結部材によって接続さ れていることを特徴とする。
[0009] 請求項 2に係る発明は、内部に仕切りによって独立した複数の空胴部を有する外 導体と、前記空胴部の底面に固着され、且つ前記空胴部底面に対向する面とは固 着されない棒状の内導体と、前記空胴部の底面に対向する面、若しくは側面に螺揷 される導体からなる周波数調整ねじと、前記外導体に取り付けられた入出力手段を 備えた電送線路と、前記各空胴部に生じる共振電磁界と前記電送線路を電気的に 接続する接続手段と、を備える空胴半同軸帯域阻止フィルタであって、前記空胴部 のそれぞれにおいて外導体に可動に揷設された保持部材により保持された誘電体 が前記空胴部に挿入されており、複数の前記保持部材はそれぞれ前記外導体の外 部に突出する突出部を有し、複数の前記突出部は連結部材によって接続されている ことを特徴とする。
[0010] 請求項 3に係る発明は、請求項 1記載の帯域通過チューナブルフィルタにおいて、 所定の空胴部にある前記誘電体の可動領域は、前記所定の空胴部に設けられたス リットの開口部を底面とし前記所定の空胴部に配設された内導体の中心軸上におけ る任意の点を頂点として定義される錘体状の空間領域以外の領域であることを特徴 とする。
[0011] 請求項 4に係る発明は、請求項 1、 3記載の帯域通過チューナブルフィルタにおい て、前記空胴部に挿入された前記誘電体の挿入量は、各々の空胴部においてそれ ぞれ独立に選定可能にする機構を設けたことを特徴とする。
[0012] 請求項 5に係る発明は、請求項 2記載の帯域通過チューナブルフィルタにおいて、 前記空胴部に挿入された前記誘電体の挿入量は、各々の空胴部においてそれぞれ 独立に選定可能にする機構を設けたことを特徴とする。
[0013] 請求項 6に係る発明は、少なくとも二つのフィルタと、前記フィルタに共通的に接続 されるアンテナ接続用手段とを含んでなるデュプレクサであって、前記フィルタの少な くとも 1つが請求項 1、 3、または 4記載の帯域通過チューナブルフィルタであることを 特徴とする。
[0014] 請求項 7に係る発明は、請求項 6記載のデュプレクサと、該デュプレクサの少なくと も一つの入出力接続用手段に接続される送信用回路と、残りの入出力接続用手段 に接続される受信用回路と、前記デュプレクサのアンテナ接続用手段に接続される アンテナとを含んでなる通信装置を構成したことを特徴とする。
発明の効果
[0015] 請求項 1または請求項 2記載の発明によれば、空胴半同軸共振器の共振空胴内に 挿入された誘電体の内導体に対する位置、角度、若しくは位置と角度の双方を変化 させることにより、共振空胴内に生じている電界に対して摂動が加わり、各空胴共振 器の共振周波数を変化させることができる。さらにそれぞれの誘電体の保持部材は 連結部材により連結されているため、それぞれの共振器の周波数を一斉に、し力も 同じ変化量ですばやく変化させることができる。連結部材の変動量は可動範囲内に おいて任意に設定が可能であるため、帯域通過フィルタの中心周波数、若しくは帯 域阻止フィルタの阻止域の中心周波数を可動範囲内において任意に設定可能で応 答性のよいチューナブルフィルタを得ることができる。
[0016] また、連結部材と保持部材を可動に連結させることにより、カム構造等を用いてそれ ぞれの共振器に対する摂動量を異ならせることができる。このため共振空胴形状の 異なる共振器を連続させてフィルタを構成した場合にぉ 、ても、各共振器にぉ ヽて 誘電体の変動量を個別に変えることができる。これにより各共振器毎に所望の周波 数変動量を設定できるため、フィルタ特性を悪化させることなく中心周波数が選択可 能なチューナブルフィルタを得ることができる。
[0017] 誘電体による摂動は共振空胴内の電界に対して行われるものであるため、誘電正 接のょ 、誘電体を用いることで共振器自体の Qの劣化を最小限に押さえることができ る。また、非常に強い電流が流れる共振空胴に対してピンダイオード等のアクティブ 素子を用いないため、フィルタの耐電力性が向上し、信頼性が向上すると同時に、ピ ンダイオードやそれに付随する接地ライン等の余分な部材が取り付けられることがな いため、これらによる相互変調歪みの発生がないチューナブルフィルタを得ることが できる。
[0018] 請求項 3記載の発明によれば、隣接する共振器同士が電磁結合して 、る領域に対 して誘電体棒の移動による摂動が加わらないため、段間の結合係数に対する変動を 小さく押さえつつ周波数のみを変動させることができる。これにより、反射損失波形の 乱れの少ない帯域通過チューナブルフィルタを得ることができる。
[0019] 請求項 4または請求項 5記載の発明によれば、周波数を変動させる誘電体は各空 胴部に対して挿入量が適宜選定可能となる機構を設けられて 、る。フィルタにお 、て 空胴形状が異なる共振器や、入出力機構が取り付けられた共振器にぉ 、て誘電体 の位置変化に対する共振周波数の摂動感度が異なる場合においても、共振周波数 の摂動量が同様になるように予め誘電体の挿入量を調整しておくことができる。また、 この機構はフィルタの調整時における周波数の微調整にも用いることができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の第 1の実施形態を説明する説明図である。
[図 2]本発明の第 2の実施形態を説明する説明図である。 園 3]本発明の第 3の実施形態を説明する説明図である。
圆 4]本発明の第 4の実施形態を説明する説明図である。
圆 5]本発明の第 5の実施形態を説明する説明図である。
圆 6]本発明による通過帯域フィルタの特性の変動の様子を説明する説明図である。 符号の説明
la-b 外導体
ic 仕切り
2 内導体
3 入出力コネクタ
4 周波数調整ねじ
5 結合調整ねじ
6 スリット
7 結合プローブ
8 保持部材
9 連結部材
10 ガイド
11 誘電体
12 駆動部
13 保持部材
13a つば
14 連結部材
15 ガイドピン
16 平カム
17 ガイド孔
18 保持部材
19 連結部材
20 ガイド
21 駆動部 22a〜c 外導体
23 内導体
24 中心導体
25 周波数調整ねじ
26a〜b 結合プローブ
27 保持部材
28 連結部材
29 ガイド、
30 誘電体
31 駆動部
32 長穴
33 長穴
34 入出力コネクタ
発明を実施するための最良の形態
[0022] 図 1を用いて本発明の第 1の実施形態を説明する。図 1 (a)は本発明を利用した 5 段の帯域通過フィルタの平面図を表し、外導体 lbの一部を除去して内部空間を図 示している。図 1 (b)は図 1 (a)の側面図を表し、外導体 laの一部を除去して内部空 間を図示している。また図 1 (c)はフィルタの周波数を変動させたときの様子を図 1 (b )と比較して図示した比較図である。これらの図を用いて第 1の実施形態を説明する。
[0023] 外導体 laは一面が開口した空胴を有するキヤビティであり、各空胴は仕切り lcによ り仕切られた構造となっている。外導体 lbは板状部材で形成されており外導体 laの 開口部に対してねじにより螺設されている。外導体 laの底面に内導体 2が固着され ている。内導体 2は外導体 laと一体的に形成してもよぐまた内導体 2を外導体 laの 底面に螺設しても良い。内導体 2は円柱で図示した力 楕円柱や多角柱でもよい。内 導体 2は外導体 laの対向する面の外導体 lbには固着されておらず、内導体 2の直 上には、外導体 lbに対して導体により形成された周波数調整ねじ 4が螺挿され、空 胴半同軸共振器をなしている。周波数調整ねじ 4は内導体 2の直上以外の場所に配 設してもよぐ外導体 laの側面に螺挿しても良い。 [0024] 各々の共振器は、隣接する共振器との電磁界結合を得るために、仕切り lcの一部 が開口したスリット 6を有する。スリット 6はその開口部が仕切り lcの上端面まで達して いる。また、電磁界結合度を所望の値に調整するために、導体により形成された結合 調整ねじ 5が外導体 lbに螺挿されスリット 6の部分に突出している。
[0025] 初段及び終段の共振器には、入出力コネクタ 3に結合するための結合プローブ 7が 設けられている。
[0026] この様な構成を基本として第 1の実施形態は 5段の帯域通過フィルタとして動作す る。尚フィルタの段数にっ 、ては所望の特性を鑑みて設計事項として決定される。
[0027] 外部導体 lbには各空胴のそれぞれに対して長穴 32が設けられ、保持部材 8のそ れぞれは図面左右方向に対して可動に揷設されている。それぞれの保持部材 8の一 端は外導体 lbの外部に突出し平板状の連結部材 9に固定されている。また保持部 材 8の他端には誘電体棒 11が取り付けられている。連結部材 9及び保持部材 8は榭 脂、金属、セラミック等の材料力 適宜選定可能である。誘電体棒 11は保持部材 8に 接着、圧入、力しめ、機械的固定、若しくはこれらの併用によって固定されている。誘 電体棒 11の形状、長さ、誘電率は適宜選定可能である。誘電体棒 11の形状は、円 柱状、楕円柱状、多角柱状、錘体状、板状の形態であっても良い。誘電率は高いほ ど電界に対する摂動量が大きくなり、周波数の可変範囲が大きくなる。尚、高電力入 力時の相互変調歪みの発生を抑制するためには、連結部材 9及び保持部材 8は導 電性のな!/ヽ榭脂若しくはセラミックより形成されることが望ま 、。
[0028] 連結部材 9は外導体 lbに固定されたガイド 10によって外導体 lbの表面に連結部 材 9の長辺方向に摺動可能に着接され、駆動部 12により所望の位置に摺動させるこ とができる。駆動部 12は外部からの電気信号に対して連結部材 9を摺動させる電気 的な駆動方法用いたもの、空気圧による駆動方法を用いたもの、若しくは手動にて 駆動させる形態であってもよ 、。
[0029] 図 1 (c)は連結部材 9を図面右側に摺動させたときの状態を示している。各共振器 に挿入されている誘電体棒 11は内導体 2に対して一斉に右側にずれる。共振器内 の電界密度分布は内導体 2に近い部分ほど密であり、内導体 2から離れるほど疎とな る。図 1 (c)では図 1 (b)より電界密度が疎な部分に誘電体棒 11が移動するため、誘 電体棒 11による電界への摂動が減少し各共振器の周波数が一斉にほぼ等量上昇 する。
[0030] 誘電体棒 11は可動範囲内で所望の位置に設定できるので、フィルタの中心周波 数は離散的ではなく連続的に変化させることができる。
[0031] 以下の説明を簡単にするために、他の図面における保持部材 8、連結部材 9、ガイ ド 10、誘電体棒 11、駆動部 12に相当する部分をチューニング系と呼ぶ。
[0032] 次に、図 2を用いて本発明の第 2の実施形態を説明する。チューニング系を除くフィ ルタの基本構成は第 1の実施形態と同様である。
[0033] 図 2 (a)は本発明を利用した 5段の帯域通過フィルタの平面図を表している。連結 部材 14は長手方向に平行な複数のガイド孔 17と長手方向に対し所定の角度で設け られた複数の平カム 16 (斜め溝)を備える。連結部材 14は、つばを有するガイドピン 15をそれぞれのガイド孔 17に挿入し、ガイドピン 15を外導体 lbの表面に固定するこ とにより、フィルタの長手方向に摺動可能に着接されている。
[0034] 連結部材 14の一部を除去した A部の拡大図を図 2 (c)に示す、またこの拡大図に おける BB断面を図 2 (d)に示す。保持部材 13は、つば 13aを有し、外導体 lbに設け られた凹部を有する長穴に揷設され外導体 lbに対して可動でありカムフォロワ一とし て機能する。上記の様に取り付けられた保持部材 13の外導体 lbからの突出部は、 平カム 16に挿入されている。保持部材 13には第 1の実施形態と同様に誘電体棒 11 が固定されている。
[0035] 図 2 (b)に連結部材 14を図面左方向に摺動させた図を示す。尚、連結部材 14は駆 動部 12により所望の位置に摺動させることができる。保持部材 13は連結部材 14に 設けられた平カム 16により移動される。保持部材 13はカムフォロワ一により図面横方 向の移動が束縛されているため、連結部材 14の横方向の移動は平カム 16により保 持部材 13の図面上下方向の移動に変換され、誘電体棒 11と内導体 2との距離が変 化する。図 2 (b)での例では図 2 (a)と比較して誘電体棒 11は内導体に接近して!/、る
[0036] 図 2 (b)において連結部材 14をガイド孔 17に束縛される範囲で右一杯に摺動する と、図示していないが保持部材 13は図面下側に移動し、誘電体棒 11は内導体 2から 離れることとなる。第 1の実施形態で説明したように、空胴半同軸共振器では内導体 近傍の電解密度がより密であるため、誘電体棒 11が内導体 2に接近したときには共 振器の周波数が下がり、逆に離れたときには共振器の周波数は上がる。この操作が 各々の共振器に対して一斉に行われるため、フィルタ中心周波数はその波形をほぼ 維持したまま、チューニングが可能となる。
[0037] この様な構成では平カム 16の連結部材 14の中心軸に対する角度を各々共振器お いて異ならせることにより、連結部材 14が図面左右に摺動したときの保持部材 13の 図面上下方向の移動量を各共振器毎に異ならせることができる。各共振器毎に周波 数の摂動量を異ならせる必要がある場合には、平カム 16の角度を適宜決定すれば よい。
[0038] 誘電体棒 11に希土類チタン酸バリウム系の化合物よりなる比誘電率 92のものを採 用し、連結部材 14が図 2 (a)に示す位置ある時、連結部材 14がガイドピン 15及びガ イド孔 17の束縛による図面左死点の位置にある時 [図 2 (b)に示す]、連結部材 14が ガイドピン 15及びガイド孔 17の束縛による図面右死点の位置にある時の波形例を図 6に示した。フィルタの中心周波数は約 150MHzの範囲で選定可能である。
[0039] 第 2の実施形態にぉ ヽて、連結部材 14の材料、保持部材 13の材料、また誘電体 棒 11の形状に関しては第 1の実施形態で説明した内容と同様である。
[0040] 次に、図 3を用いて本発明の第 3の実施形態を説明する。第 2の実施形態と同様に チューニング系を除くフィルタの基本構成は第 1の実施形態と同様である。
[0041] 図 3 (a)は本発明を利用した 5段の帯域通過フィルタの平面図を示している。図 3 (b )は図 3 (a)の側面図を表し、外導体 laの側壁の一部を除去して内部空間を図示し て 、る。図 3 (c)は図 3 (b)における cc断面の拡大図を示したものである。
[0042] 連結部材 19は円柱形状をなしており、外導体 lbに固定されたガイド 20に保持され て、連結部材 19の断面中心に対して回転可能に取り付けられている。外部導体 lb には各空胴のそれぞれに対して長穴 32が設けられ、保持部材 18のそれぞれは図面 上下方向に対して可動に揷設されている。保持部材 18の一端は外導体 lbの外部に 突出し連結部材 19に固定されている。また保持部材 18の他端には誘電体棒 11が 取り付けられている。 [0043] 駆動部 21により連結部材 20が回転されると誘電体棒 11は図 3 (c)に示したように 連結部材 20の断面中心軸を軸として回転移動し、内導体 2に対する距離が変化す る。第 1の実施形態で説明したように、空胴半同軸共振器では内導体近傍の電解密 度がより密であるため、誘電体棒 11が内導体 2に接近したときには共振器の周波数 が下がり、逆に離れたときには共振器の周波数は上がる。この操作が各々の共振器 に対して一斉に行われるため、フィルタ中心周波数はその波形をほぼ維持したまま、 チューニングが可能となる。
[0044] これらの実施形態において、共振器の外導体 la、 lbよりなる内部空間の寸法を 45 mmの立方体形状とし、内導体 2を直径 12mmの円柱形状としたとき、共振器の無負 荷 Qはおよそ 4800となる。これに対し希土類チタン酸バリウム系の化合物よりなる比 誘電率 92、 2GHzにおける誘電正接 0. 0005、直径 5mm、長さ 20mmの円筒状の 誘電体棒 11を挿入した場合の無負荷 Qの劣化は約 3%で、フィルタを構成したとき の挿入損失の劣化も約 3%となる。中心周波数 2GHz、比帯域幅 1. 5%の 5段のフィ ルタを構成した場合、チューニング系を使用しな ヽ場合のこのフィルタの挿入損失は 約 0. 6dBであるのに対し、チューニング系を構成した場合の挿入損失は 0. 62dBと なり、挿入損失の劣化量は極わずかである。またチューニング系の構成による耐パヮ 一性の劣化や相互変調歪みの発生もなぐ非常に良好な特性を持つ帯域通過チュ 一ナブルフィルタが構成できる。
[0045] 次に、図 4を用いて本発明の第 4の実施形態を説明する。図 4 (a)は本発明を利用 した 5段の帯域阻止フィルタの平面図を表し、外導体 22bの一部を除去して内部空 間を図示している。図 4 (b)は図 1 (a)の側面図を表し、外導体 22aの一部を除去して 内部空間を図示している。また図 4 (c)は図 4 (b)における dd断面の拡大図を示した ものである。
[0046] 外導体 22aの底面に内導体 23が固着されている。内導体 23は外導体 22aと一体 的に形成してもよぐまた内導体 23を外導体 22aの底面に螺設しても良い。内導体 2 3は円柱で図示したが、多角柱でもよい。内導体 23は外導体 22aの対向する面の外 導体 22bには固着されておらず、内導体 23の直上には、外導体 22bに対して導体 により形成された周波数調整ねじ 25が螺挿され、空胴半同軸共振器をなしている。 周波数調整ねじ 25は内導体 23の直上以外の場所に配設してもよぐ外導体 22aの 側面に螺挿しても良い。尚、図示していないが、外導体 22b及び外導体 22cは外導 体 22aに対してねじにより螺設されて 、る。
[0047] 各々の共振器は完全な閉空間をなし、それぞれの内導体 23には外導体 22aの側 面に設けられた電送線路の中心導体 24に結合するための結合プローブ 26a、 26b が設けられている。結合プローブ 26a、 26bは各々所望の結合量を得るために内導 体 23への取り付け位置が異なっている力、若しくはその形状が異なっている。これは 、内部が図示されて ヽな 、共振器にっ ヽても同様である。
[0048] 中心導体 24は外導体 22a、 22cに設けられた円筒空胴内に設けられ、インピーダ ンス 50 Ωの電送線路をなし、それぞれの端部は入出力コネクタ 34に接続されて 、る
[0049] この様な構成を基本として、第 4の実施形態は 5段の帯域阻止フィルタとして動作す る。尚フィルタの段数にっ 、ては所望の特性を鑑みて設計事項として決定される。
[0050] 保持部材 27、連結部材 28、ガイド 29、誘電体 30、駆動部 31のチューニング系の 構成、作用及び効果については第 1の実施形態で説明したものと同様である。チュ 一ユング系の構成については第 2の実施形態、若しくは第 3の実施形態で説明した 方式を採用しても良い。
[0051] 次に、図 5を用いて本発明の第 5の実施形態を説明する。図 5 (a)は 5段の帯域通 過フィルタの平面図を表し、上部パネルの一部を除去して内部空間を図示している。 図 5 (b)は図 5 (a)の側面図を表し、側面全体を除去して内部空間を図示している。 本実施形態は第 1の実施形態の変形例であり、フィルタの基本構成、チューニング系 の構成は第 1の実施形態と同様である。
[0052] 保持部材 8は連結部材 9に螺挿されており、それぞれの共振器にぉ 、て、その挿入 量は適宜選定可能である。それぞれの共振器にぉ ヽて保持部材 8の挿入量を異なら せた図を図 5 (b)に示す。この実施形態では、誘電体棒 11と内導体 2との高さ方向の 相対的な位置が異なることにより、図 1 (c)に示すように誘電体棒 11の位置が変化し たときの周波数の変化量が各々の共振器お!/、て異なる。
[0053] フィルタの波形を崩すことなぐ中心周波数をシフトするためには各々の共振器の 周波数を等量シフトする必要があるが、スリット 6の大きさ違い、周波数調整ねじ 8の 挿入量の違い、結合調整ねじ 5の挿入量の違いにより、各々の共振器において誘電 体棒 11の位置変化による周波数のシフト量が異なる場合がある。この様な周波数シ フト量の違 、を吸収するために、意図的に誘電体棒 11の挿入量を各共振器毎に異 ならせる。尚、誘電体棒 11の挿入量については実験的に求められるものである。
[0054] 具体的な調整は次のように行う。
まず誘電体棒 11の挿入量を全ての共振器にぉ ヽて同一とする。
次に誘電体棒 11が中心導体 2から最も離れた位置となるように連結部材 9をスライ ドさせる。この状態では、誘電体棒 11の挿入量は共振器の周波数に大きく関与しな い。この状態のまま、周波数調整ねじ 4および結合調整ねじ 5を用いて、フィルタを所 定の特性 (チューナブルフィルタの通過帯域の中心周波数が最も高 、状態となる特 性）に調整する。
[0055] 次に、誘電体棒 11と中心導体 2とが最も近接するように連結部材 9をスライドさせる 。この際に、各共振器の共振周波数のシフト量が全て等しければ、フィルタの通過帯 域は、その特性 (通過帯域の形状)が崩れることなぐその中心周波数のみが低い状 態に変更される。
周波数のシフト量が各共振器毎に異なり、通過帯域特性が崩れた場合には、誘電 体棒 11の挿入量を調整して特性を修正する。
[0056] このようにして、フィルタの通過帯域の中心周波数が最も高いとき、および最も低い ときの特性が所望の特性に合わせられる。この方法により調整されたフィルタは、中 心周波数が最高点と最低点の間の任意の値に設定されたときでも特性が崩れること が無く、良好な帯域通過チューナブルフィルタを実現できる。
[0057] フィルタの調整段階において周波数の調整は、通常周波数調整ねじ 4を用いて行 われるが、調整の最終段階において周波数の微妙なずれを調整するために、誘電 体棒 11の挿入量を調整してもよ!/、。
[0058] 尚、第 5の実施形態は帯域通過フィルタの例で示したが、第 4の実施形態で示した 帯域阻止フィルタに適用することもできる。
[0059] また、全ての実施形態にお!、て複数のチューニング系を有するようにしてもょ 、。

Claims

請求の範囲
[1] 内部に仕切りによって独立した複数の空胴部を有する外導体と、
前記空胴部の底面に固着され、且つ前記空胴部底面に対向する面とは固着され ない棒状の内導体と、
前記空胴部の底面に対向する面、若しくは側面に螺挿される導体力 なる周波数 調整ねじと、
前記外導体に取り付けられた入出力接続手段と、
前記空胴部において隣接する空胴部との仕切りに設けられた結合用スリットとを備 え、段間が電磁結合された多段構成の空胴半同軸帯域通過フィルタであって、 前記空胴部のそれぞれにおいて外導体に可動に揷設された保持部材に保持され た誘電体が前記空胴部に挿入されており、
複数の前記保持部材はそれぞれ前記外導体の外部に突出する突出部を有し、 複数の前記突出部は連結部材によって接続されていることを特徴とする帯域通過 チューナブノレフイノレタ。
[2] 内部に仕切りによって独立した複数の空胴部を有する外導体と、
前記空胴部の底面に固着され、且つ前記空胴部底面に対向する面とは固着され ない棒状の内導体と、
前記空胴部の底面に対向する面、若しくは側面に螺挿される導体力 なる周波数 調整ねじと、
前記外導体に取り付けられた入出力手段を備えた電送線路と、
前記各空胴部に生じる共振電磁界と前記電送線路を電気的に接続する接続手段 と、を備える空胴半同軸帯域阻止フィルタであって、
前記空胴部のそれぞれにおいて外導体に可動に揷設された保持部材により保持さ れた誘電体が前記空胴部に挿入されており、
複数の前記保持部材はそれぞれ前記外導体の外部に突出する突出部を有し、 複数の前記突出部は連結部材によって接続されていることを特徴とする帯域阻止 チューナブノレフイノレタ。
[3] 所定の空胴部にある前記誘電体の可動領域は、前記所定の空胴部に設けられた スリットの開口部を底面とし前記所定の空胴部に配設された内導体の中心軸上にお ける任意の点を頂点として定義される錘体状の空間領域以外の領域であることを特 徴とする請求項 1記載の帯域通過チューナブルフィルタ。
[4] 前記空胴部に挿入された前記誘電体の挿入量は、各々の空胴部にぉ 、てそれぞ れ独立に選定可能にする機構を設けたことを特徴とする請求項 1、 3記載の帯域通 過チューナブルフィルタ。
[5] 前記空胴部に挿入された前記誘電体の挿入量は、各々の空胴部にぉ 、てそれぞ れ独立に選定可能にする機構を設けたことを特徴とする請求項 2記載の帯域阻止チ ユーナブルフィルタ。
[6] 少なくとも二つのフィルタと、前記フィルタに共通的に接続されるアンテナ接続用手 段とを含んでなるデュプレクサであって、前記フィルタの少なくとも 1つが請求項 1、 3 、または 4記載の帯域通過チューナブルフィルタであることを特徴とするデュプレクサ
[7] 請求項 6記載のデュプレクサと、該デュプレクサの少なくとも一つの入出力接続用 手段に接続される送信用回路と、残りの入出力接続用手段に接続される受信用回路 と、前記デュプレクサのアンテナ接続用手段に接続されるアンテナとを含んでなること を特徴とする通信機装置。
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