WO2010150815A1 - チューナブル帯域通過フィルタ - Google Patents

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WO2010150815A1
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dielectric plate
plate
dielectric
rectangular waveguide
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Inventor
宮本　貴裕
澄生 上田
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • 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
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters

Definitions

  • the present invention relates to a tunable bandpass filter, and more particularly to a high frequency tunable bandpass filter that can shift a pass frequency band by using a dielectric.
  • a waveguide filter using a waveguide is known as a bandpass filter used over a wide frequency range from the microwave band to the millimeter wave band.
  • Waveguide filters have low loss and high power durability, and are widely used in communication devices such as earth stations and communication devices mounted on artificial satellites.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-121463
  • Patent Document 1 describes a rectangular waveguide at a position in the center of its H plane along the propagation direction of electromagnetic waves in the waveguide.
  • a plane perpendicular to the H plane that is, the E plane, is divided into two, and a thin metal plate provided in parallel to the E plane of the waveguide is sandwiched between the two divided bodies, so that at least one place on the lower or upper portion of the metal plate
  • a dielectric plate is disposed.
  • the dielectric plate is disposed so as to be parallel to the E-plane of the waveguide along the longitudinal extension direction of the metal plate.
  • the dielectric plate a dielectric having a relative dielectric constant of 1.0 or more is used.
  • the metal plate is designed in the shape of a ladder so as to have a pass band at a predetermined frequency. That is, the metal plate is periodically provided with windows along the propagation direction of electromagnetic waves. Loading the dielectric plate brings about an effect of changing the electrical length in the H-plane direction. Therefore, by changing the thickness and arrangement position of the dielectric plate, the center frequency of the waveguide filter can be changed, that is, the frequency shift of the center frequency can be achieved while keeping the passband width constant. .
  • the shape of the metal plate or the dielectric plate constitutes a coupling coefficient necessary for the bandpass filter.
  • the metal plate or dielectric plate constituting the filter must be replaced with another metal plate or dielectric plate.
  • the band-pass filter disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-121463 cannot be used as a tunable filter that can change the center frequency of the pass band during operation.
  • Patent Document 2 shows a band-pass filter using a cavity semi-coaxial resonator, in which the center frequency is variable, that is, tunable from the outside without putting a hand inside the filter.
  • the outer conductor is provided with a plurality of independent cavities that constitute each stage of the resonator, and adjacent cavities are electromagnetically coupled to each other.
  • the degree of electromagnetic coupling between adjacent cavities can be adjusted by a coupling adjusting screw.
  • an inner conductor and a frequency adjusting screw are provided, and a dielectric fixed to the holding member is movably inserted. The holding member protrudes outside the outer conductor.
  • a common connecting member for each cavity is provided outside the outer conductor, and a holding member for each cavity is connected to this connecting member.
  • An object of the present invention is to provide a tunable bandpass filter that is configured as a waveguide filter and has a simple structure.
  • the tunable bandpass filter of the present invention is a rectangular waveguide, and is obtained by dividing the rectangular waveguide into two along the E plane of the rectangular waveguide at the center of the H plane in the rectangular waveguide.
  • a rectangular waveguide having first and second waveguide portions, a metal plate sandwiched between the first and second waveguide portions so as to be parallel to the E plane, and a longitudinal extension direction of the metal plate
  • at least one dielectric plate disposed in the rectangular waveguide, and a drive mechanism for changing the relative positional relationship between the dielectric plate and the metal plate from the outside.
  • a dielectric plate for changing the resonance frequency by affecting the electromagnetic field distribution of the resonator designed in advance is arranged over the entire waveguide filter and integrated from the outside.
  • the center frequency of the pass band can be changed arbitrarily and continuously by connecting the dielectric plate to an external drive unit so that it can be moved and changing the position or angle of the dielectric plate. This can be achieved with a simple configuration.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a tunable bandpass filter of a first exemplary embodiment. It is sectional drawing seen from the visual arrow A in FIG. It is sectional drawing seen from the visual arrow B in FIG. It is sectional drawing which shows the flap motion of a dielectric material board. It is sectional drawing which shows the flap motion of a dielectric material board. It is sectional drawing which shows the flap motion of a dielectric material board. It is a graph which illustrates the measurement result of the passage characteristic of the band pass filter accompanying the flap movement of a dielectric plate. It is a disassembled perspective view of the tunable bandpass filter of 2nd example embodiment. It is sectional drawing seen from the visual arrow C in FIG.
  • the tunable bandpass filter according to the present invention is configured as a waveguide filter using a rectangular waveguide.
  • the rectangular waveguide is divided into two waveguide portions along the E plane at the center position of the H plane as a waveguide, and is composed of a thin metal plate at a predetermined frequency.
  • a filter element designed to resonate is sandwiched between two waveguide portions, and a movable dielectric plate is further provided.
  • a plurality of window portions are formed on the metal plate so that the metal plate can function as a filter element.
  • the metal plate is formed in a ladder shape.
  • the dielectric plate is made of a dielectric having a relative dielectric constant of 1 or more.
  • the dielectric plate is arranged close to the metal plate so as to be along the longitudinal extension direction of the metal plate, that is, the electromagnetic wave propagation direction in the rectangular waveguide. It is a thing.
  • the support rod connected to the dielectric plate protrudes outside the rectangular waveguide, and by operating the support rod, the relative positional relationship between the dielectric plate and the metal plate can be changed from the outside, As a result, it is possible to electrically change the length of the H-plane of the waveguide by utilizing the effect of shortening the wavelength due to the dielectric constant, thereby realizing a shift of the center frequency as a filter.
  • a support bar is arranged along the joint between the metal plate and the rectangular waveguide, the long side of the dielectric plate is joined to the support rod, and the dielectric plate performs a flap motion with respect to the metal plate. Can be configured.
  • the H plane is a wide plane in the rectangular waveguide when a cross section of the rectangular waveguide is taken in a plane perpendicular to the propagation direction of the electromagnetic wave.
  • the E plane coincides with the narrow plane of the rectangular waveguide and is a horizontal plane in the example shown in FIG.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show the structure of the tunable bandpass filter 10 of the first exemplary embodiment.
  • the rectangular waveguide is divided into two waveguide portions 11 and 12 along the E plane at the center position of the H plane as a rectangular waveguide.
  • a thin metal plate 13 configured as a filter element is sandwiched between the two waveguide portions 11 and 12.
  • the metal plate 13 is designed to resonate at a predetermined frequency. In the case shown in FIG. 1, six windows are provided in the metal plate 13, so that the metal plate 13 has a ladder shape. Has been.
  • the window portions of the metal plate 13 are arranged at regular intervals, for example, along the axial direction of the rectangular waveguide, that is, the propagation direction of the electromagnetic wave.
  • a metal plate 13 provided with a plurality of windows is arranged as a filter element in parallel with the E plane at the center of the H plane. . Therefore, this filter is configured as a tunable E-plane bandpass filter.
  • a plate-shaped dielectric plate 14 is disposed on one side of the metal plate on the inner wall of the waveguide portion 12 along the longitudinal extension direction of the metal plate 13, that is, the propagation direction of electromagnetic waves.
  • the length of the dielectric plate 14 should just be more than the length from the first stage to the last stage of the metal plate 13 which comprises a filter element, for example.
  • the dielectric plate 14 has a shape like a tall flag integrated with a pole.
  • the base portion of the ridge protrudes to the outside of the rectangular waveguide as a support rod 22 and becomes a connecting portion connected to the driving portion 15.
  • the drive unit 15 can apply to the dielectric plate 14 a flap movement with the heel as a rotation axis, or a parallel movement along the propagation direction of the electromagnetic wave.
  • a stepping motor can be used for the drive unit 15.
  • a driving mechanism for the dielectric plate 14 is configured by the driving unit 15 such as a stepping motor and the support rod 22.
  • ⁇ Specific examples are presented below.
  • a ⁇ b 15.8 mm ⁇ 7.9 mm.
  • a is the length of the H plane
  • b is the length of the E plane.
  • a plate-like dielectric plate 14 is arranged on a tunable bandpass filter as shown in FIG.
  • the relative dielectric constant of the dielectric plate 14 is set to 2.6, for example. This dielectric plate 14 is for frequency shift, and the relative dielectric constant may be determined by the characteristics to be obtained.
  • the dielectric plate 14 can change the angle ⁇ formed with the H plane from 0 ° to 90 ° by the flap movement by the driving unit 15. This is shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, which are cross-sectional views taken along line A in FIG. As a result, as shown in FIG. 5, a frequency shift of 380 MHz is realized with almost no change in the pass bandwidth.
  • the electromagnetic field is most concentrated in the vicinity of the metal plate 13, and when the dielectric plate 14 is brought close to the metal plate 13, the effect of shortening the wavelength of the dielectric plate 14 appears strongly.
  • the curves (A), (B), and (C) in FIG. 5 correspond to the case where the relationship between the dielectric plate 14 and the metal plate 13 is the case shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, respectively.
  • the center frequency shifts while the amount of change in width remains small. Further, the amount of change in the center frequency can be further increased by changing the material of the dielectric plate 14 (that is, the relative dielectric constant) or by providing a plurality of dielectric plates 14. Instead of the flap movement of the dielectric plate 14, the dielectric plate 14 may be translated so that the distance between the dielectric plate 14 and the metal plate 13 changes.
  • This tunable bandpass filter has a simple configuration including the waveguide portions 11 and 12 and the movable dielectric plate 14, and can be easily manufactured. Then, the support rod 22 of the dielectric plate 14 protruding outside the waveguide portions 11 and 12 is connected to the drive unit 15, and the dielectric plate 14 is subjected to a flap motion or a parallel movement, so that the frequency change can be arbitrarily and It can be realized continuously.
  • 6 and 7 show the structure of a tunable bandpass filter based on the second exemplary embodiment.
  • the rectangular waveguide is divided into two waveguide portions 16 and 17 along the E plane at the center position of the H plane as a rectangular waveguide.
  • a thin metal plate 18 configured as a filter element is sandwiched between the two waveguide portions 16 and 17.
  • the metal plate 18 is designed to resonate at a predetermined frequency, and in the case shown in FIG. 6, six windows are provided in the metal plate 18, whereby the metal plate 18 has a ladder-like shape. Has been.
  • a plate-like dielectric plate 19 is disposed in parallel with the E plane in the waveguide portion 17.
  • the dielectric plate 19 is connected to the drive unit 20 via a support bar 21 at the center thereof. By moving the dielectric plate 19 up and down in the drawing by the driving unit 20, the length of the wide surface of the rectangular waveguide can be electrically changed, and the center frequency can be made variable.
  • the dielectric plate 19 may be disposed above the metal plate 18 in the drawing, that is, in the waveguide portion 16.
  • the drive unit 20 for example, a drive unit having a stepping motor and a mechanism for converting the rotational motion by the stepping motor into linear motion can be used.
  • the drive unit 20 and the support rod 21 constitute a drive mechanism for the dielectric plate 19.
  • the distance between the dielectric plate 19 and the metal plate 18 is changed by moving the dielectric plate 19 up and down in the drawing by the drive unit 20, and thus the electrical length in the H-plane direction of the rectangular waveguide is also increased. Will change.
  • the length of the dielectric plate 19 in the axial direction of the waveguide may be longer than the length from the first stage to the last stage of the metal plate 18 constituting the filter element, for example.
  • FIG. 8 shows the actual measurement results of the pass characteristics of the tunable bandpass filter of the second exemplary embodiment.
  • a frequency shift of 520 MHz is realized by moving a dielectric plate 19 having a relative dielectric constant of 2.6 installed in a 6-stage E-plane filter. Since the electromagnetic field is strongest in the vicinity of the metal plate 18, the center frequency moves to a lower frequency as shown by the permissible line D when the dielectric plate 19 is brought close to the metal plate 18, and conversely When moving away from the metal plate 18, as shown by the curve F, the metal plate 18 moves to a higher frequency.
  • a curve E indicates a pass band when the dielectric plate 19 is at an intermediate position.
  • the tunable bandpass filter of the third exemplary embodiment is a combination of the tunable bandpass filter of the first exemplary embodiment and the tunable bandpass filter of the second exemplary embodiment.
  • a tunable bandpass filter having a larger frequency shift amount can be realized.
  • FIG. 9 shows an example of the configuration of the tunable bandpass filter of the fourth exemplary embodiment, which has a temperature correction function.
  • the flap movement of the dielectric plate 14 by the driving unit 15 in the first exemplary embodiment or the vertical movement of the dielectric plate 19 by the driving unit 20 in the second exemplary embodiment can be performed by computer control. Therefore, when the tunable bandpass filter 10 described in the first exemplary embodiment is used, for example, when a dielectric for compensating for expansion and contraction due to temperature caused by the material characteristics of the metal plate is provided, temperature data / frequency information 24 is provided.
  • ROM read-only memory
  • CPU central processing processor
  • the tunable bandpass filter according to the present invention includes those shown in the following supplementary notes, but is not limited thereto.
  • [Appendix 1] A thin metal plate sandwiched in parallel with the E plane by a rectangular waveguide divided into two at the center of the H plane; A dielectric plate having a relative dielectric constant of 1.0 or more, disposed at least at one place below or above the metal plate so as to extend in the longitudinal extension direction of the metal plate; A tunable band-pass filter, comprising: a drive unit for changing a relative positional relationship between the dielectric plate and the metal plate from the outside.
  • the dielectric plate is arranged in parallel with the H-plane, and the driving unit changes a relative angle with the metal plate by performing a flap operation of the dielectric plate around the metal plate.
  • the tunable bandpass filter according to appendix 1 characterized by:
  • the dielectric is disposed in parallel with the E plane, and the driving unit changes the perspective relationship with the metal plate by moving the dielectric vertically up and down with respect to the metal plate.
  • the tunable bandpass filter according to appendix 1.
  • the drive unit is controlled by a computer based on predetermined information to change a relative positional relationship between the dielectric plate and the metal plate. Tunable bandpass filter.

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Abstract

チューナブル帯域通過フィルタは、方形導波管であって、方形導波管におけるＨ面中央の位置で方形導波管のＥ面に沿って方形導波管を２分割して得られる第１及び第２の導波管部分を有する方形導波管と、Ｅ面と平行となるように第１及び第２の導波管部分によって挟持された金属板と、金属板の長手延長方向に沿うように方形導波管内に配置された少なくとも１つの誘電体板と、誘電体板と金属板との相対位置関係を外部から変化させるための駆動機構と、を有する。

Description

チューナブル帯域通過フィルタ
　本発明は、チューナブル帯域通過フィルタに関し、特に、誘電体を用いることにより、通過周波数帯域をシフトさせることができる高周波用のチューナブル帯域通過フィルタに関する。
　マイクロ波帯からミリ波帯までの広い周波数領域にわたって使用される帯域通過フィルタとして、導波管を利用した導波管フィルタが知られている。導波管フィルタは、低損失であるとともに高い耐電力性を示し、人工衛星に搭載される通信機器や地球局などの通信機器で広く採用されている。
　導波管フィルタの一つの形式として、特開２００６－１２１４６３号公報（特許文献１）には、方形導波管をそのＨ面中央の位置で、導波管での電磁波の伝搬方向に沿って、Ｈ面に垂直な面すなわちＥ面で２分割し、２つの分割体によって、導波管のＥ面に対して平行に設けた薄い金属板を挟み込み、金属板の下部または上部の少なくとも１ヵ所に誘電体板を配置したものが開示されている。誘電体板は、金属板の長手延長方向に沿うように、導波管のＥ面に対して平行となるように配置される。誘電体板には、比誘電率が１．０以上である誘電体が使用される。金属板は、所定の周波数で通過帯域を有するように梯子の形状に設計されている。すなわち金属板には、電磁波の伝搬方向に沿って、周期的に窓部が設けられている。誘電体板の装荷は、Ｈ面方向の電気長を変化させる効果をもたらす。したがって、誘電体板の厚さや配置位置を変化させることにより、通過帯域幅を一定としたままで、導波管フィルタの中心周波数を変化させること、すなわち中心周波数の周波数シフトを達成することができる。
　しかしながら、特開２００６－１２１４６３号公報に示された帯域通過フィルタでは、金属板あるいは誘電体板の形状が帯域通過フィルタに必要な結合係数を構成しているため、中心周波数を変えるためには、フィルタを構成している金属板あるいは誘電体板を他の金属板あるいは誘電体板と交換しなければならない。言い換えれば、特開２００６－１２１４６３号公報に示された帯域通過フィルタは、動作中に通過帯域の中心周波数を変化させることができるチューナブルフィルタとしては使用することができない。
　ＷＯ２００６／０７５４３９（特許文献２）には、空胴半同軸共振器を利用した帯域通過フィルタであって、フィルタ内部に手を入れることなく、外部から中心周波数を可変すなわちチューナブルとしたものが示されている。このチューナブルフィルタでは、外側導体に、共振器の各段をそれぞれ構成する独立した複数の空洞部が設けられており、隣接する空洞部が相互に電磁結合している。隣接する空洞部間の電磁結合の度合いは、結合調整ネジによって調節できるようになっている。各空洞部には、内側導体と周波数調整ネジとを設けるとともに、保持部材に固定された誘電体が可動に挿入されている。保持部材は外側導体の外部に突出している。外側導体の外側には、各空洞部に対して共通の連結部材が設けられ、空洞部ごとの保持部材はこの連結部材に連結されている。連結部材を摺動もしくは回転させることにより、各空洞部において、誘電体と内側導体との距離を変化させ、共振器としての各空洞部の共振周波数を一斉に変化させるようにしている。
　しかしながら、このチューナブルフィルタでは、良好な通過帯域特性を実現するためには、周波数調整ネジと結合調整ネジを用いて、各段の共振器ごとにフィルタの調整を行う必要があり、共振器の段数が多い場合に調整が極めて煩雑になる、また、周波数シフトを実現するためには、保持部材、連結部材、誘電体、駆動部といった多数の部品が必要になる。
特開２００６－１２１４６３号公報 ＷＯ２００６－０７５４３９
　本発明の目的は、導波管フィルタとして構成され、構造が単純であるチューナブル帯域通過フィルタを提供することにある。
　本発明のチューナブル帯域通過フィルタは、方形導波管であって、方形導波管におけるＨ面中央の位置で方形導波管のＥ面に沿って方形導波管を２分割して得られる第１及び第２の導波管部分を有する方形導波管と、Ｅ面と平行となるように第１及び第２の導波管部分によって挟持された金属板と、金属板の長手延長方向に沿うように方形導波管内に配置された少なくとも１つの誘電体板と、誘電体板と金属板との相対位置関係を外部から変化させるための駆動機構と、を備える。
　このようなチューナブル帯域通過フィルタでは、予め設計されている共振器の電磁界分布に影響を与えてその共振周波数を変化させるための誘電体板を導波管フィルタ全体にわたって配置し、外部から一体的に動かせるようにその誘電体板を外部の駆動部に連結して誘電体板の位置もしくは角度を変化できるようにすることにより、通過帯域の中心周波数を任意かつ連続的に変化させることが、単純な構成により達成できる。
第１の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタの分解斜視図である。 図１における視矢Ａから見た断面図である。 図１における視矢Ｂから見た断面図である。 誘電体板のフラップ運動を示す断面図である。 誘電体板のフラップ運動を示す断面図である。 誘電体板のフラップ運動を示す断面図である。 誘電体板のフラップ運動に伴う帯域通過フィルタの通過特性の測定結果を例示するグラフである。 第２の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタの分解斜視図である。 図６における視矢Ｃから見た断面図である。 誘電体板の上下運動に伴う帯域通過フィルタの通過特性の測定結果を例示するグラフである。 温度補正機能を備えたチューナブル帯域通過フィルタの構成の一例を示すブロック図である。
　本発明に基づくチューナブル帯域通過フィルタは、方形導波管を利用した導波管フィルタとして構成されるものである。その構成は、一例として、導波管としてのＨ面の中央の位置においてＥ面に沿って方形導波管が２つの導波管部分に分割されており、薄い金属板からなり所定の周波数で共振するよう設計されたフィルタ素子を２つの導波管部分によって挟み込み、さらに、可動の誘電体板を設けた構成である。
　フィルタ素子として機能できるように、金属板には、例えば、複数の窓部が形成されており、これにより、金属板は梯子状に形成されていることになる。
　誘電体板は、比誘電率が１以上の誘電体から構成され、一例として、金属板の長手延長方向すなわち方形導波管における電磁波の伝搬方向に沿うように、金属板に近接して配置されたものである。誘電体板に接続する支持棒が方形導波管の外部に突出しており、支持棒を操作することによって、誘電体板と金属板との相対的な位置関係を外部から変化させることができ、その結果、誘電率による波長短縮の効果を利用して、導波管のＨ面の長さを電気的に変化させることができて、フィルタとしての中心周波数のシフトを実現することができる。例えば、金属板と方形導波管との接合部に沿うように支持棒を配置し、誘電体板の長辺を支持棒に接合して、金属板に対して誘電体板がフラップ運動を行うことができるように構成することができる。
　ここでＨ面とは、電磁波の伝搬方向に垂直な面での方形導波管の断面を考えたときの、方形導波管における幅広面のことであり、図１に示す例では垂直な面となる。同様にＥ面は、方形導波管の幅狭面に一致し、図１に示す例では水平面となる。
　図１、図２及び図３は、第１の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタ１０の構造を示している。
　方形導波管としてのＨ面の中央の位置でＥ面に沿って方形導波管が２つの導波管部分１１，１２に分割されている。２つの導波管部分１１，１２によって、フィルタ素子として構成された薄い金属板１３が挟持されている。金属板１３は、所定の周波数で共振するように設計されており、図１に示すものでは、６個の窓部が金属板１３に設けられ、それにより、金属板１３は梯子状の形状とされている。
　金属板１３の窓部は、例えば、方形導波管の軸方向すなわち電磁波の伝搬方向に沿って、等間隔に配置されている。この構造では、全体としてみると、方形導波管において、Ｈ面の中央の位置においてＥ面と平行に、フィルタ素子として、複数の窓が設けられた金属板１３が配置されていることになる。したがってこのフィルタは、チューナブルＥ面帯域通過フィルタとして構成されている。
　板状の誘電体板１４が、導波管部分１２の内壁において、金属板の一方の側に、金属板１３の長手延長方向すなわち電磁波の伝搬方向に沿って配置される。誘電体板１４の長さは、例えば、フィルタ素子を構成する金属板１３の初段から終段までの長さ以上であればよい。
　誘電体板１４は、あたかも、竿（ポール）と一体化した背の高い旗のような形状をなしている。竿の根元の部分は、支持棒２２として方形導波管の外部に突出し、駆動部１５と接続される連結部となる。駆動部１５は、誘電体板１４に、竿を回転軸としたフラップ運動、もしくは電磁波の伝搬方向に沿った平行移動を加えることができる。駆動部１５には、例えば、ステッピングモーターを用いることができる。
　ステッピングモータなどの駆動部１５と支持棒２２とによって、誘電体板１４に対する駆動機構が構成されている。
　誘電体板１４の比誘電率は１以上であって、誘電体板１４は金属板１３と協働して帯域通過フィルタを構成する。このチューナブル帯域通過フィルタは、方形導波管の伝搬モードの一つであるＴＥ10sモード（ｓ＝１，２，３，…）を採用するため、共振周波数は、Ｈ面と電磁波伝搬方向の長さによって決定される。そこで、誘電体板１４を方形導波管内に挿入し、フィルタ素子である金属板１３との角度を変えることで、Ｈ面方向の電気長を可変とし、共振周波数を変化させている。すなわち、各共振器の電磁界分布に影響を与え、共振周波数を変化させるのである。
　具体的な事例を以下に提示する。１５ＧＨｚ帯の方形導波管（ａ×ｂ＝１５．８ｍｍ×７．９ｍｍ）を用いた６段チューナブル帯域通過フィルタについて考える。ここで、ａはＨ面の長さ、ｂはＥ面の長さである。図１に示すようなチューナブル帯域通過フィルタに、板状の誘電体板１４を配置する。誘電体板１４の比誘電率を例えば２．６とする。この誘電体板１４は、周波数シフトのためのものであり、その比誘電率は、得ようとする特性によって決定すればよい。
　誘電体板１４は、駆動部１５によるフラップ運動により、Ｈ面となす角度θを０°から９０°へと変化させることができる。その様子を、図１における視矢Ａから見た断面図である図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃに示す。この結果、図５に実測結果を示すように、通過帯域幅をほとんど変えることなく、３８０ＭＨｚの周波数シフトを実現している。
　このチューナブル帯域通過フィルタでは、金属板１３の近傍で電磁界が最も集中しており、誘電体板１４を金属板１３へ近づけると、誘電体板１４のもつ波長短縮の効果が強く現れるため、方形導波管の幅広面が見掛け上、電気的に大きくなるように働く。つまり、誘電体板１４の位置がθ＝０°（図４Ａの場合）からθ＝４５°（図４Ｂ）を経てθ＝９０°（図４Ｃの場合）へ移動するにつれて、誘電体板１４は金属板１３へと近づき、共振周波数は低い周波数へとシフトする。図５における（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の曲線は、それぞれ、誘電体板１４と金属板１３との関係が図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示す場合であるときに対応する。
　誘電体板１４のフラップ運動によって、フィルタの結合係数において、幅広面が広くなる動きと中心周波数が低い方へシフトする動きが互いに打ち消し合う関係にあるため、このチューナブル帯域通過フィルタでは、通過帯域幅の変化量が小さいままで、中心周波数がシフトするのである。また、誘電体板１４の材質（すなわち比誘電率）を変えたり、誘電体板１４を複数設けることで、さらに、中心周波数の変化量を大きくすることができる。なお、誘電体板１４のフラップ運動の代りに、誘電体板１４と金属板１３との距離が変化するように誘電体板１４を平行移動するようにしてもよい。
　このチューナブル帯域通過フィルタは、導波管部分１１，１２と可動な誘電体板１４からなるシンプルな構成であり、簡易に製作できる。そして、導波管部分１１，１２の外部に突出した誘電体板１４の支持棒２２を駆動部１５に接続し、誘電体板１４にフラップ運動もしくは平行移動を加えることで、周波数変化を任意かつ連続的に実現することができる。
　図６及び図７は、第２の例示実施形態に基づくチューナブル帯域通過フィルタの構造を示している。
　方形導波管としてのＨ面の中央の位置でＥ面に沿って方形導波管が２つの導波管部分１６，１７に分割されている。２つの導波管部分１６，１７によって、フィルタ素子として構成された薄い金属板１８が挟持されている。金属板１８は、所定の周波数で共振するように設計されており、図６に示すものでは、６個の窓部が金属板１８に設けられ、それにより、金属板１８は梯子状の形状とされている。
　板状の誘電体板１９が、導波管部分１７内で、Ｅ面と平行に配置されている。誘電体板１９は、その中心部において支持棒２１を介して駆動部２０と接続されている。誘電体板１９を駆動部２０によって図示上下に動かすことで、方形導波管の幅広面の長さを電気的に変化させ、中心周波数を可変にすることができる。なお、誘電体板１９は、金属板１８の図示上方、すなわち導波管部分１６内に配置してもよい。
　駆動部２０としては、例えば、ステッピングモータとステッピングモータによる回転運動を直線運動に変換する機構とを有するものを用いることができる。駆動部２０と支持棒２１とによって、誘電体板１９に対する駆動機構が構成されている。
　この構成では、駆動部２０によって誘電体板１９を図示上下に動かすことによって、誘電体板１９と金属板１８との距離が変化し、それにより、方形導波管におけるＨ面方向の電気長も変化することになる。導波管の軸方向での誘電体板１９の長さは、例えば、フィルタ素子を構成する金属板１８の初段から終段までの長さ以上であればよい。
　第２の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタの通過特性の実測結果を図８に示す。図８では、６段Ｅ面フィルタに設置した比誘電率が２．６である誘電体板１９を動かすことで、５２０ＭＨｚの周波数シフトを実現している。金属板１８の近傍で電磁界が最も強くなっているため、中心周波数は、誘電体板１９を金属板１８に近づけた場合に、許線Ｄで示すように、低い周波数へ移動し、逆に金属板１８から遠ざけた場合に、曲線Ｆで示すように、高い周波数へ移動している。曲線Ｅは、誘電体板１９が中間位置にある場合の通過帯域を示している。
　第３の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタは、第１の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタと第２の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタとを組み合わせたものである。第１の例示実施形態と第２の例示実施形態とを任意に組み合わせることで、さらに大きな周波数シフト量を有するチューナブル帯域通過フィルタを実現することができる。
　図９は、第４の例示実施形態のチューナブル帯域通過フィルタであって、温度補正機能を備えたチューナブル帯域通過フィルタの構成の一例を示している。第１の例示実施形態における駆動部１５による誘電体板１４のフラップ運動、または第２の例示実施形態における駆動部２０による誘電体板１９の上下運動は、コンピュータ制御に行なうことが可能である。そこで、第１の例示実施形態で説明したチューナブル帯域通過フィルタ１０を用いるとして、例えば、金属板の材料特性に起因する温度による伸縮に対する補償用の誘電体を設ける場合、温度データ・周波数情報２４を収集して、補償用データを格納している読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２５に入力し、そのＲＯＭ２５からのデータ出力によって中央処理プロセッサ（ＣＰＵ）２６が駆動部１５へ制御信号を伝え、駆動部１５は制御信号に応答して誘電体板にフラップ運動を与える。
　さらに本発明に基づくチューナブル帯域通過フィルタは、以下の付記に示す構成のものを含むが、それに限定されるものではない。
　［付記１］Ｈ面中央で２分割した方形導波管によってＥ面と平行に挟み込まれた薄い金属板と、
　前記金属板の長手延長方向に沿うように該金属板の下または上の少なくとも１ヵ所に配置された比誘電率１．０以上の誘電体板と、
　該誘電体板と前記金属板との相対位置関係を外部から変化させるための駆動部とを備えることを特徴とするチューナブル帯域通過フィルタ。
　［付記２］前記誘電体板は前記Ｈ面と平行に配置され、前記駆動部は前記金属板近傍を軸に前記誘電体板をフラップ動作させることにより前記金属板との相対角度を変化させることを特徴とする付記１に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
　［付記３］前記誘電体板は前記Ｈ面と平行に配置され、前記駆動部は該誘電体板を前記金属板の長手延長方向に平行移動させることにより前記金属板との相対重なり関係を変化させることを特徴とする付記１に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
　［付記４］前記誘電体は前記Ｅ面と平行に配置され、前記駆動部は該誘電体を前記金属板に対して垂直に上下させることにより前記金属板と遠近関係を変化させることを特徴とする付記１に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
　［付記５］前記駆動部にステッピングモーターを使用することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
　［付記６］前記駆動部は所定の情報に基づきコンピュータ制御されて前記誘電体板と前記金属板との相対位置関係を変化させることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
　以上、例示実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の例示実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２００９年６月２３日に出願された日本国特許出願：特願２００９－１４８１６８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てを参照によりここに取り込む。
　１０　　チューナブル帯域通過フィルタ
　１１，１２，１６，１７　　導波管部分
　１３，１８　　金属板
　１４，１９　　誘電体板
　１５，２０　　駆動部
　２１，２２　　支持棒
　２４　　温度データ・周波数情報
　２５　　ＲＯＭ
　２６　　ＣＰＵ

Claims (8)

  1. 　方形導波管であって、前記方形導波管におけるＨ面中央の位置で前記方形導波管のＥ面に沿って前記方形導波管を２分割して得られる第１及び第２の導波管部分を有する方形導波管と、
    　前記Ｅ面と平行となるように前記第１及び第２の導波管部分によって挟持された金属板と、
    　前記金属板の長手延長方向に沿うように前記方形導波管内に配置された少なくとも１つの誘電体板と、
    　前記誘電体板と前記金属板との相対位置関係を外部から変化させるための駆動部と、
    　を備えるチューナブル帯域通過フィルタ。
  2. 　前記金属板は、前記方形導波管の軸方向に沿う１または複数の窓部を有してフィルタ素子として構成されている、請求項１に記載のフィルタ。
  3. 　前記金属板は、前記方形導波管の軸方向に沿う複数の窓部を有してフィルタ素子として構成され、前記方形導波管の軸方向に沿って、前記誘電体板の長さは、前記複数の窓部の設置領域の長さよりも長い、請求項１に記載のフィルタ。
  4. 　前記誘電体板は前記Ｈ面と平行に配置され、前記駆動機構は前記金属板近傍を軸に前記誘電体板をフラップ動作させることにより前記金属板との相対角度を変化させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルタ。
  5. 　前記誘電体板は前記Ｈ面と平行に配置され、前記駆動機構は前記誘電体板を前記金属板の長手延長方向に平行移動させることにより前記金属板との相対的な重なり関係を変化させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルタ。
  6. 　前記誘電体板は前記Ｅ面と平行に配置され、前記駆動機構は前記誘電体板を前記金属板に対して前進または後退させることにより前記金属板と前記誘電体板との距離を変化させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルタ。
  7. 　前記駆動機構は前記誘電体板を駆動するステッピングモーターを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフィルタ。
  8. 　前記駆動機構は、所定の情報に基づきコンピュータ制御されて前記誘電体板と前記金属板との相対位置関係を変化させる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフィルタ。
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