WO2014049922A1 - 半同軸共振器 - Google Patents

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高志 住吉
橘　稔人
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パナソニック株式会社
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    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10—Dielectric resonators

Definitions

  • the present invention relates to a semi-coaxial resonator having an SIR (Stepped Impedance Resonator) structure.
  • the base station uses a transmission filter at the time of transmission and a reception filter at the time of reception in order to suppress unnecessary waves other than the desired wave.
  • the transmission filter and the reception filter are band pass filters, and in the following description, these may be collectively referred to as filters.
  • the weight of the filter accounts for about 30% of the total weight of the base station, greatly affecting the weight of the device.
  • Patent Document 1 discloses a semi-coaxial resonator used in a filter that achieves a reduction in size and weight and cost. Semi-coaxial means that one end of the coaxial line is short-circuited.
  • the casing (outer conductor) has a box shape, and the open end of the resonator (inner conductor) accommodated in the casing has a disk shape.
  • the wavelength is shortened in order to reduce the impedance.
  • the low profile (volume reduction) of the resonator and the housing is realized.
  • FIG. 1 shows a state in which two resonators are used in the resonator disclosed in Patent Document 1.
  • a wall protruding inward from the housing side surface is provided between the two resonators.
  • An object of the present invention is to provide a semi-coaxial resonator that suppresses the insertion loss of the passband, and is small and light weight and low in cost.
  • the semi-coaxial resonator of the present invention includes a cylindrical first element, a resonator having a square and plate-like second element fastened to one end of the first element, a box-shaped housing, And a plurality of the resonators are arranged in the casing with one side of the square approaching each other.
  • the insertion loss of the passband can be suppressed, and the size and weight can be reduced and the cost can be reduced.
  • FIG. The perspective view which shows the structure of the semi-coaxial resonator which concerns on one embodiment of this invention.
  • A Top view of a resonator constituting a semi-coaxial resonator,
  • b Front view (and rear view) of the resonator, and
  • c Bottom view of the resonator.
  • bonding between the resonators was formed in one side of a low impedance part.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the semi-coaxial resonator 100 according to the embodiment of the present invention.
  • 3A is a top view of the resonator 102 constituting the semi-coaxial resonator 100
  • FIG. 3B is a front view (and a rear view) of the resonator 102
  • FIG. 3C is a resonator.
  • FIG. Hereinafter, the configuration of the semi-coaxial resonator 100 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • a casing 101 made of a metal material such as aluminum or iron has a box shape and accommodates a resonator 102 made of a metal material such as aluminum or iron.
  • a resonator 102 made of a metal material such as aluminum or iron.
  • branch numbers are assigned when individual resonators are distinguished, and branch numbers are not assigned when not distinguished). Is housed.
  • the casing 101 accommodates the resonators 102-1 and 102-2, and one open surface (the upper surface in the figure) is closed by a lid 105 made of a metal material.
  • the resonator 102-1 includes a cylindrical first element (hereinafter referred to as “high impedance part”) 103-1 and a square and plate-like second element (hereinafter referred to as “high impedance part”) fastened to the open end of the high impedance part. 104-1) (referred to as “low impedance portion”).
  • the resonator 102-2 also includes a high impedance portion 103-1 and a low impedance portion 104-2 (hereinafter, when distinguishing between individual high impedance portions and individual low impedance portions, branching is performed. If no distinction is made, no branch number shall be assigned.)
  • Screw holes are provided at both ends of the high impedance portions 103-1 and 103-2, and screw holes (not shown) are provided at one end of the high impedance portions 103-1 and 103-2 on the bottom surface of the housing 101. ) And are fastened to the bottom surface of the housing 101 with screws and short-circuited.
  • the other end (open end) of the high impedance parts 103-1 and 103-2 is connected to the low impedance part via a screw hole (not shown) provided in the center of the low impedance parts 104-1 and 104-2. Fastened with screws 104-1 and 104-2 with screws.
  • the two resonators 102-1 and 102-2 are arranged such that one side of the square of the low impedance portions 104-1 and 104-2 faces each other. Between the two resonators arranged in this way, magnetic coupling is performed between the high impedance portions and electric field coupling is performed between the low impedance portions.
  • the semi-coaxial resonator 100 having such a configuration forms a capacitance (head capacitance) between the upper surface of the low impedance portion 104 of the resonator 102 and the lid 105 of the casing 101, and reactance components of the resonator 102 and The head capacitor resonates at a predetermined center frequency.
  • the coupling coefficient due to electric field coupling increases as the distance between the low impedance parts is shorter and the length of the opposing sides is longer.
  • the coupling coefficient k due to electromagnetic field coupling between two resonators is calculated by the following equation (1).
  • a plurality of resonators each having a columnar first element and a square and plate-like second element fastened to the open end of the first element are squarely formed.
  • the square area of the second element can be increased, and the wavelength shortening effect thereby realizes a reduction in the height of the resonator and the resonator, thereby reducing the size and weight. Cost can be reduced.
  • a screw hole into which a screw for adjusting the degree of coupling between the resonators is screwed may be formed by the opposing sides of the low impedance portion (see FIG. 4). That is, the vertical half of the screw hole is formed on one side of one low impedance part, and the vertical half of the screw hole is also formed on one side of the other low impedance part. By facing each other, a screw hole is formed.
  • FIG. 6 shows a resonator when the degree of coupling between the resonators is not adjusted. This is the same as the resonator shown in FIGS.
  • the semi-coaxial resonator according to the present invention can be applied to a filter of a base station in a mobile communication system.

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Abstract

　通過帯域の挿入損失を抑制し、小型軽量化および低コスト化を図る半同軸共振器を提供する。円柱状の第１素子（１０３）と、第１素子（１０３）の開放端（一端）に正方形で板状の第２素子（１０４）を締結して共振体（１０２）を構成する。複数の共振体（１０２）を、互いに正方形の一辺を近づけて、第１素子（１０３）の他端を箱状の筐体（１０１）内の底面に固定して配置する。複数の共振体（１０２）が収容された筐体（１０１）の開放された一面が蓋（１０５）によって閉じられる。

Description

半同軸共振器
　本発明は、ＳＩＲ（Stepped Impedance Resonator）構造を有する半同軸共振器に関する。
　移動通信システムにおける基地局に対する小型軽量化、低コスト化の要求は高い。基地局は、無線信号の送受信を行う際、希望波以外の不要波を抑圧するために、送信時には送信フィルタを用い、受信時には受信フィルタを用いる。送信フィルタおよび受信フィルはバンドパスフィルタであり、以下の説明ではこれらを総称してフィルタと呼ぶことがある。
　各フィルタにおいて通過帯域の挿入損失が高いと、送信フィルタでは主に電力効率が劣化し、受信フィルタでは雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）が劣化してしまう。このため、フィルタにおける通過帯域の挿入損失を低く抑える必要がある。通過帯域の挿入損失を抑えるためには、共振器に高い無負荷Ｑが求められる。
　また、フィルタは、その重量が基地局全体の重量の約３０％を占めており、装置の重量に大きく影響している。
　一般的なＴＥＭ（Transverse Electro Magnetic）モードのエアキャビティフィルタを用いる場合、無負荷Ｑを上げるためには、フィルタの構造を大きくする必要があり、小型軽量化と相反する結果となってしまう。また、誘電体フィルタを用いる場合、小型軽量化は可能だがコストが増加してしまう。そこで、小型軽量化および低コスト化を実現するフィルタに用いられる半同軸共振器が特許文献１に開示されている。なお、半同軸とは、同軸線路の一端が短絡しているものである。
　特許文献１に開示の共振器（λ／４エア半同軸共振器）では、筐体（外導体）を箱型とし、筐体に収容する共振体（内導体）のオープン端を円盤形状とすることにより、低インピーダンス化を図って波長短縮を行っている。これにより、共振体及び筺体の低背化（容積減）を実現している。
　一般に、共振体は複数用いられるため、特許文献１に開示の共振器において、２つの共振体を用いた様子を図１に示す。図１に示すように、２つの共振体の電磁界結合を減少させるため、２つの共振体の間に筐体側面から内側に向けてせりだした壁が設けられる。
特開昭５８－１７２００３号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に開示の共振体を複数用いた共振器を小型化する場合、筐体を小さくするか、共振体オープン端の円盤形状を大きくするしか方法がなく、どちらの方法も壁と共振体との間の距離が近くなるため、電流の流れが阻害され、無負荷Ｑが劣化してしまう。このため、通過帯域の挿入損失を低く抑えることができないという問題がある。
　本発明の目的は、通過帯域の挿入損失を抑制し、小型軽量化および低コスト化を図る半同軸共振器を提供することである。
　本発明の半同軸共振器は、円柱形状の第１素子と、前記第１素子の一端に締結された正方形状かつ板状の第２素子とを有する共振体と、箱状の筐体と、を具備し、複数の前記共振体が、互いに正方形の一辺を近づけて、前記筐体内に配置される構成を採る。
　本発明によれば、通過帯域の挿入損失を抑制し、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。
特許文献１に開示の共振器において、２つの共振体を用いた様子を示す図 本発明の一実施の形態に係る半同軸共振器の構成を示す斜視図 （ａ）半同軸共振器を構成する共振体の上面図、（ｂ）共振体の正面図（および背面図）、（ｃ）共振体の底面図 共振体間の結合の度合いを調整するネジを螺入するネジ孔を低インピーダンス部の一辺に形成した様子を示す図 共振体間の結合の度合いを調整するネジを螺入するネジ孔を低インピーダンス部の対向する二辺に形成した様子を示す図 共振体間の結合の度合いを調整しない場合の共振体を示す図
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（一実施の形態）
　図２は、本発明の一実施の形態に係る半同軸共振器１００の構成を示す斜視図である。また、図３（ａ）は半同軸共振器１００を構成する共振体１０２の上面図、図３（ｂ）は共振体１０２の正面図（および背面図）、図３（ｃ）は、共振体１０２の底面図である。以下、図２および図３を用いて半同軸共振器１００の構成について説明する。
　アルミニウムまたは鉄などの金属材料からなる筐体１０１は、箱型の形状であり、同じくアルミニウムまたは鉄などの金属材料からなる共振体１０２を収容する。図２では、２つの共振体１０２－１、１０２－２（以下、個別の共振体を区別する場合には、枝番を付し、区別しない場合には枝番を付さないものとする）を収容している。筐体１０１は、共振体１０２－１、１０２－２を収容して、開放された一面（図では上面）が金属材料からなる蓋１０５によって閉じられる。
　共振体１０２－１は、円柱状の第１素子（以下、「高インピーダンス部」という）１０３－１と、高インピーダンス部の開放端に締結された正方形状かつ板状の第２素子（以下、「低インピーダンス部」という）１０４－１とを有する。同様に、共振体１０２－２も、高インピーダンス部１０３－１と、低インピーダンス部１０４－２とを有する（以下、個別の高インピーダンス部、及び個別の低インピーダンス部を区別する場合には、枝番を付し、区別しない場合には枝番を付さないものとする）。
　高インピーダンス部１０３－１、１０３－２の両端にはそれぞれネジ孔が設けられており、高インピーダンス部１０３－１、１０３－２の一端が筐体１０１の底面に設けられたネジ孔（図示せず）を介して、筐体１０１の底面とネジで締結され、短絡される。一方、高インピーダンス部１０３－１、１０３－２の他端（開放端）が低インピーダンス部１０４－１、１０４－２の中央に設けられたネジ孔（図示せず）を介して、低インピーダンス部１０４－１、１０４－２とネジで締結される。
　２つの共振体１０２－１、１０２－２は、低インピーダンス部１０４－１、１０４－２の正方形の一辺が互いに向き合って配置されている。このように配置された２つの共振体間において、高インピーダンス部同士で磁界結合し、低インピーダンス部同士で電界結合する。
　このような構成を有する半同軸共振器１００は、共振体１０２の低インピーダンス部１０４上面と、筐体１０１の蓋１０５との間に容量（先頭容量）を形成し、共振体１０２のリアクタンス成分と先頭容量により、所定の中心周波数で共振する。
　ここで、低インピーダンス部１０４の性質について説明する。本実施の形態に係る半同軸共振器１００においては、低インピーダンス部間の距離が近いほど、また、対向する一辺の長さが長いほど、電界結合による結合係数が増加する。
　一般に、２つの共振体間の電磁界結合による結合係数ｋは、次式（１）によって算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、ｋｍは磁界結合による結合係数を、ｋｅは電界結合による結合係数をそれぞれ示す。ここで、ｋｍｋｅ＜＜１の場合、次式（２）の近似式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）より、電界結合による結合係数が高いほど、電磁界結合による結合係数が減少することが分かる。半同軸共振器１００では、低インピーダンス部間の距離を近づけること、また、低インピーダンス部１０４の正方形の一辺を長くすることにより、電界結合による結合係数が増加し、電磁界結合による結合係数が減少する。これにより、２つの共振体間に壁を設ける必要がなくなり、電流の流れが壁によって阻害されなくなるため、高い無負荷Ｑを得ることができる。この結果、半同軸共振器１００を用いたフィルタは、通過帯域の挿入損失を低く抑えることができる。
　また、低インピーダンス部１０４の正方形の面積が大きいほど、波長短縮効果があり、高インピーダンス部１０３を短くすることができるので、半同軸共振器１００全体の低背化に寄与する。すなわち、低インピーダンス部１０４の正方形の一辺を長くすることにより、高い無負荷Ｑを得ることができる一方で、自ずと正方形の面積が大きくなるため、半同軸共振器１００を低背化することができる。
　このように、本実施の形態によれば、円柱状の第１素子と、第１素子の開放端に締結された正方形状かつ板状の第２素子とを有する共振体を複数、互いに正方形の一辺を近づけて、箱状の金属筐体内に配置することにより、複数の共振体間の電界結合を増加させ、この結果、電磁界結合を減少させることができる。これにより、複数の共振体間に壁を設ける必要がなくなり、電流の流れが阻害されなくなるため、良好な無負荷Ｑが得られ、通過帯域の挿入損失を抑制することができる。また、壁を設ける必要がなくなることから、第２素子の正方形の面積を大きくすることができ、これによる波長短縮効果により、共振体及び共振器の低背化を実現し、小型軽量化および低コスト化を図ることができる。
　なお、共振体間の結合の度合いを調整するネジを螺入するネジ孔を低インピーダンス部の対向する一辺同士によって形成してもよい（図４参照）。すなわち、一方の低インピーダンス部の一辺には、ネジ孔の縦半分が形成され、他方の低インピーダンス部の一辺にも、ネジ孔の縦半分が形成される。これらが向き合うことによって、ネジ孔が形成される。
　同様に、３つ以上の共振体を並べて配置する場合に、２つの共振体に挟まれる低インピーダンス部には、図５に示すように、対向する二辺にそれぞれネジ孔の縦半分が形成される。形成されたネジ孔の縦半分と、この低インピーダンス部の両側に位置する他の低インピーダンス部にそれぞれ形成されたネジ孔の縦半分とによってネジ孔が形成される。なお、参考までに、共振体間の結合の度合いを調整しない場合の共振体を図６に示す。これは、図２および図３に示した共振体と同一である。
　２０１２年９月２６日出願の特願２０１２－２１２６３０の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明にかかる半同軸共振器は、移動通信システムにおける基地局のフィルタ等に適用できる。
　１００　半同軸共振器
　１０１　筐体
　１０２－１、１０２－２　共振体
　１０３－１、１０３－２　高インピーダンス部
　１０４－１、１０４－２　低インピーダンス部
　１０５　蓋
 

Claims (3)

  1. 　円柱形状の第１素子と、前記第１素子の一端に締結された正方形状かつ板状の第２素子とを有する共振体と、
    　箱状の筐体と、
    　を具備し、
    　複数の前記共振体が、互いに正方形の一辺を近づけて、前記筐体内に配置される、
    　半同軸共振器。
  2. 　前記第２素子は、正方形の一辺にネジ孔の縦半分が形成された、
    　請求項１に記載の半同軸共振器。
  3. 　前記第２素子は、正方形の対向する二辺にネジ孔の縦半分がそれぞれ形成された、
    　請求項１に記載の半同軸共振器。
     
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