WO2019017085A1 - チューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法 - Google Patents

チューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法 Download PDF

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waveguide
plate
pass filter
longitudinal direction
band pass
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宮本　貴裕
典久 城山
Original Assignee
日本電気株式会社
Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2084—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with dielectric resonators
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    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/007—Manufacturing frequency-selective devices

Definitions

  • the present invention relates to a tunable band pass filter and a method of constructing the same.
  • a band pass filter is used to pass only signals in a desired frequency band and remove unnecessary frequency components. Recently, the demand for changing the pass band of the band pass filter from the outside has also increased.
  • An example of a tunable band pass filter that can externally change the pass band is disclosed in Patent Document 1.
  • a metal plate is sandwiched between waveguides divided into upper and lower portions in a horizontal plane, and a plurality of metal plates are arranged in the longitudinal direction of the waveguide. Capacitive fins are lined up. Further, a dielectric plate is disposed inside the waveguide along the longitudinal direction of the metal plate, and the dielectric plate is configured to move in the direction of the metal plate.
  • the tunable band pass filter disclosed in Patent Document 1 configured as described above has a pass band by externally changing the position of the dielectric plate, that is, the distance between the dielectric plate and the metal plate.
  • the center frequency of can be changed.
  • Patent Document 1 As described above, in the tunable band pass filter disclosed in Patent Document 1, a plurality of capacitive fins are formed side by side on a metal plate sandwiched between two divided waveguides, and a dielectric plate and The center frequency of the passband can be changed by externally changing the distance between the metal plate and the metal plate. Further, Patent Document 1 also describes that the capacitive fin contributes to suppression of a change in coupling coefficient between resonators when the center frequency of the pass band is changed.
  • the coupling coefficient changes largely depending on the frequency particularly in a high frequency band. Also, in general, as the coupling coefficient changes, the bandwidth of the passband also changes.
  • An object of the present invention is to provide a tunable band pass filter capable of solving the above-mentioned problems and suppressing a change in bandwidth of the pass band when the center frequency of the pass band is changed, and a configuration method thereof. Do.
  • the tunable band pass filter is A waveguide, A plurality of resonators housed in the waveguide and arranged in the longitudinal direction of the waveguide; A coupling member disposed between two adjacent resonators, A ridge member extending in the longitudinal direction of the waveguide and connected to one end of the coupling member; It extends in the longitudinal direction of the waveguide and is disposed adjacent to the plurality of resonators in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the waveguide, and can be moved in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide And a dielectric plate.
  • a method of configuring a tunable band pass filter comprises: A plurality of resonators are arranged side by side in the waveguide in the longitudinal direction of the waveguide; Place a coupling member between two adjacent resonators; Arranging a ridge member extending in the longitudinal direction of the waveguide and connected to one end of the coupling member; A dielectric plate is disposed adjacent to the plurality of resonators in a direction extending in the longitudinal direction of the waveguide and orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide, the dielectric plate being in the longitudinal direction of the waveguide And can be moved in the orthogonal direction.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a tunable band pass filter according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing a configuration example of a tunable band pass filter according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a side view showing a configuration example of a tunable band pass filter according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is an enlarged top view of the vicinity of the second and third stages of the resonance plate in FIG. 5 is a graph showing an example of coupling coefficients of the tunable band pass filter according to the first embodiment.
  • 5 is a graph showing an example of filter characteristics of the tunable band pass filter according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an example of configuration of a tunable band pass filter according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a top view showing an example of configuration of a tunable band pass filter according to a second embodiment.
  • Embodiment 1 1 to 3 are respectively a perspective view, a top view and a side view showing a configuration example of a tunable band pass filter 1A according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged top view of the vicinity of the second and third stages of the resonance plates 12-2 and 12-3 in FIG.
  • the flap 17 is abbreviate
  • the tunable band pass filter 1 ⁇ / b> A includes a waveguide 11, four resonant plates 12-1 to 12-4, and three coupled plates 13. -1 to 13-3, a ridge plate 14, two input / output ports 15-1 and 15-2, a flap 17 and two support rods 18-1 and 18-2.
  • resonant plate 12 when the resonant plates 12-1 to 12-4 are referred to without particular distinction, they may be simply referred to as "resonant plate 12".
  • coupling plates 13-1 to 13-3 are simply referred to as “coupling plate 13”
  • the input / output ports 15-1 and 15-2 are simply referred to as “input / output port 15”
  • support rod 18-1 , 18-2 may be simply referred to as “support bar 18”.
  • central conductors 16-1 and 16-2 of input / output ports 15-1 and 15-2 to be described later may be simply referred to as "central conductor 16".
  • the tunable band pass filter 1A is a four-stage band pass filter including four resonance plates 12-1 to 12-4.
  • the number of stages of the tunable band pass filter 1A is not limited to four, and may be two or more.
  • the waveguide 11 is a conductive rectangular waveguide which houses the resonance plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, the flap 17 and the like in an internal cavity. It is.
  • the material of the waveguide 11 may be any metal having high conductivity, such as aluminum.
  • the resonance plates 12-1 to 12-4 have one end (y-direction plus side) connected to the ridge plate 14 described later, and the other end (y-direction minus side) open (not in contact with other members) And a semi-coaxial resonator made of a plate-like conductor.
  • the resonant plates 12-1 to 12-4 are arranged in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11 so that the side surfaces of the resonant plate 12 face each other.
  • the resonant plates 12-1 to 12-4 operate to resonate at a resonant frequency determined by the shape, length (y direction) or the like.
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 have one end (plus side in the y direction) connected to the ridge plate 14 described later, and the other end (minus side in the y direction) the other inner side wall (y direction minus) of the waveguide 11. It is a coupling member consisting of a plate-like conductor connected to the inner wall on the side).
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 may be referred to as an iris.
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 are disposed between two adjacent resonance plates 12 such that the side surface of the coupling plate 13 faces the side surface of the resonance plate 12.
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 are provided to suppress spurious (unwanted resonance).
  • the ridge plate 14 extends in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11 and is disposed so that a side surface is connected to one of the inner side walls (the inner side wall on the y direction plus side) of the waveguide 11
  • the ridge member is made of a conductor of The ridge plate 14 is connected to one end (the y direction plus side) of the resonance plates 12-1 to 12-4 and to one end (the y direction plus side) of the coupling plates 13-1 to 13-3. .
  • the ridge plate 14 is provided to increase the coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12.
  • the length of the ridge plate 14 in the x direction may be equal to or greater than the length reaching the resonance plates 12-1 and 12-4 at both ends in the x direction.
  • the input / output ports 15-1 and 15-2 are ports that input and output high frequency signals.
  • the input / output port 15-1 is formed of a coaxial line, and the central conductor 16-1 of the coaxial line is a side surface (y direction plus) of the waveguide 11 at one end (x direction minus side) of the waveguide 11 Side) and is connected to the resonance plate 12-1 by electromagnetic coupling.
  • the input / output port 15-2 is formed of a coaxial line, and the central conductor 16-2 of the coaxial line is a side surface (y direction) of the waveguide 11 at the other end (x direction plus side) of the waveguide 11 It is inserted from the positive side) and is connected to the resonance plate 12-4 by electromagnetic coupling.
  • the central conductors 16-1 and 16-2 are made of plate-like conductors.
  • the input / output ports 15-1 and 15-2 are not limited to coaxial lines, and may be waveguides.
  • One of the input / output ports 15-1 and 15-2 operates as an input port, and the other operates as an output port.
  • a high frequency signal is input to the input / output port 15-1, and within the passband of the tunable band pass filter 1A. Only the high frequency signal of is output from the input / output port 15-2.
  • the waveguide 11 is divided into two members in a horizontal plane, and the divided two members sandwich the plate-like conductive plate.
  • this conductive plate In this conductive plate, the center plates 16-1 and 16-2 of the resonant plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, and the input / output ports 15-1 and 15-2. Etc. are integrally formed. Therefore, the resonance plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, and the central conductors 16-1 and 16-2 are on the same plane (horizontal surfaces in FIGS. 1 to 4). ) Is located above.
  • the center conductors 16-1 and 16-2 of the resonance plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, and the input / output ports 15-1 and 15-2 since it is integrally formed on a conductive plate sandwiched by two divided waveguides, it is made of the same material.
  • the material of the resonant plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, and the central conductors 16-1 and 16-2 may be metals having high conductivity, for example, It is copper.
  • the resonance plates 12-1 to 12-4, the coupling plates 13-1 to 13-3, the ridge plate 14, and the central conductors 16-1 and 16-2 have conductivity on the surface of an insulator such as plastic. It may be plated with a high metal.
  • the flaps 17 extend in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11, and are adjacent to the resonant plates 12-1 to 12-4 in the direction (z direction) orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide 11, and It is a plate-like dielectric plate disposed so that the major surfaces 17 (surfaces having the largest area) face the major surfaces of the resonance plates 12-1 to 12-4.
  • the length of the flap 17 in the x direction may be equal to or greater than the length across the input / output ports 15-1 and 15-2 at both ends in the x direction.
  • the flaps 17 are configured to be movable in the z direction. Thereby, the position of the flap 17 in the z direction, that is, the distance between the resonance plates 12-1 to 12-4 and the flap 17 can be changed.
  • tunable band pass filter 1A changes the center frequency of the pass band by changing the distance between resonance plates 12-1 to 12-4 and flap 17 from the outside.
  • the material of the flap 17 may be a dielectric having a relative dielectric constant ⁇ r> 1, for example, alumina.
  • the support rods 18-1 and 18-2 are attached to both ends of the flap 17 in the x direction. Then, by moving the support rods 18-1 and 18-2 in the z direction using a stepping motor (not shown) provided outside the tunable band pass filter 1A, the flaps 17 are moved in the z direction. It can be done.
  • the material of the support rods 18-1 and 18-2 is, for example, zirconia.
  • the moving method of the flap 17 using the above-mentioned support rods 18-1 and 18-2 is an example, and it is not limited to this method.
  • the resonance plates 12-1 to 12-4 are arranged side by side in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11, and Coupling plates 13-1 to 13-3 are disposed between two adjacent resonant plates 12 in order to suppress spurious.
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 also have an effect of reducing the coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12 in addition to the effect of suppressing the spurious, the coupling plates 13-1 to 13-3 The coupling coefficient is reduced by providing.
  • the bandwidth of the passband depends on the coupling factor, which decreases as the coupling factor decreases. From this, it is not possible to obtain the desired bandwidth as the coupling factor decreases.
  • the ridge plate 14 extending in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11 is disposed, and one end (y direction plus) of the coupling plates 13-1 to 13-3 is disposed on the ridge plate 14 By connecting the side, the coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12 is increased.
  • the widths (x direction) W of the three coupling plates 13-1 to 13-3 are changed.
  • the tunable band pass filter 1A is configured under the following conditions. Width (y direction) of waveguide 11 cav_y: 5 [mm] The height (z direction) of the waveguide 11 cav_z: 8 [mm] Height of resonant plate 12 (y direction) reso_y: 3.3 [mm] Thickness of the resonance plate 12 (z direction) reso_z: 0.3 [mm] Height of ridge plate 14 (y direction) rid_y: 1 [mm] Width of the flap 17 (y direction) fla_y: 3.5 [mm] Thickness of the flap 17 (z direction) fla_z: 0.5 [mm] Position of the flap 17 (z direction) fla_dz: 1.8 [mm]
  • the position fla_dz of the flap 17 represents the distance between the resonant plates 12-1 to 12-4 and the flap 17. Further, the height reso_y of the resonant plate 12 and the height rid_y of the ridge plate 14 represent the distance from one of the inner side walls (the inner side wall on the y direction plus side) of the waveguide 11. The thickness (z direction) of the central conductor 16 of the coupling plate 13, the ridge plate 14, and the input / output port 15 is the same as the thickness reso_z of the resonant plate 12.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of coupling coefficients of the tunable band pass filter 1A according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the width (x direction) W [mm] of the three coupling plates 13-1 to 13-3, and the vertical axis represents the coupling coefficient k between two adjacent resonant plates 12.
  • an index of 3 dB width related to S21 of the S parameter is used as an index of the bandwidth of the pass band.
  • S21 represents the pass characteristic of the high frequency signal, and indicates a pass loss (also called insertion loss) with respect to the frequency.
  • the 3 dB width indicates the interval between two frequencies at which S21 [dB] takes a value 3 [dB] smaller (larger in the negative direction) than the peak value.
  • 220 [MHz] is required as the 3 dB width.
  • the coupling coefficient k between the two adjacent resonant plates 12 can be increased by the effect of the ridge plate 14, whereby a desired bandwidth can be obtained. It is also possible to further increase the coupling coefficient k by further increasing the height rid_y of the ridge plate 14.
  • the center frequency of the pass band can be changed by changing the distance between the resonance plates 12-1 to 12-4 and the flap 17 from the outside. Also, even when the center frequency of the pass band is changed, the effect of the ridge plate 14 can suppress the change in coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12, thereby suppressing the change in the pass band bandwidth. can do.
  • the position (z direction) fla_dz of the flap 17 is changed. Further, the width (x direction) W of the coupling plates 13-1 and 13-3 is 0.45 [mm], and the width (x direction) W of the coupling plate 13-2 is 0.95 [mm]. Except for this, the tunable band pass filter 1A is configured under the same conditions as FIG.
  • Table 1 shows the center frequency f0 [MHz] of the passband, the difference ⁇ f [MHz] of the center frequency f0, and S21 of S21 when changing the position fla_dz [mm] of the flap 17 in the tunable band pass filter 1A.
  • An example of a width [MHz] and a coupling coefficient k between two adjacent resonant plates 12 is shown.
  • .DELTA.f indicates the difference from the reference value with the center frequency f0 [MHz] when the position fla_dz of the flap 17 is 2.5 [mm] as the reference value.
  • the coupling coefficient k12 indicates the coupling coefficient between the resonance plates 12-1 and 12-2
  • the coupling coefficient k34 indicates the coupling coefficient between the resonance plates 12-3 and 12-4
  • the coupling coefficient k23 indicates the resonance
  • the coupling coefficient between the plates 12-2 and 12-3 is shown.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of filter characteristics (a simulation result by a high frequency electric field simulator) of the tunable band pass filter 1A according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents frequency [GHz]
  • the vertical axis represents return loss (return loss, S parameter S11) and pass loss (S parameter S21) [dB].
  • S11 represents the reflection characteristic of the high frequency signal, and indicates the reflection loss with respect to the frequency.
  • S21 is as described above.
  • the change in the coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12 can be suppressed by the effect of the ridge plate 14, whereby the passage is achieved. It can be seen that the change in bandwidth of the band can be suppressed.
  • the resonance plates 12-1 to 12-4 are arranged side by side in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11, and are adjacent to each other.
  • the coupling plates 13-1 to 13-3 are disposed between the two resonance plates 12. Thereby, the spurious can be suppressed.
  • a ridge plate 14 extending in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11 is disposed, and one end (the y direction plus side) of the coupling plates 13-1 to 13-3 is connected to the ridge plate 14.
  • the coupling coefficient between the two adjacent resonant plates 12 can be increased.
  • FIGS. 7 and 8 are a perspective view and a top view showing a configuration example of a tunable band pass filter 1B according to the second embodiment, respectively.
  • the tunable band pass filter 1B according to the second embodiment has a position of the ridge plate 14 compared to the tunable band pass filter 1A according to the above-described first embodiment. Is different.
  • the ridge plate 14 is disposed on one of the inner side walls (the inner side wall on the plus side in the y direction) of the waveguide 11.
  • the ridge plate 14 is disposed on the other inner side wall (the inner side wall on the negative side in the y direction) of the waveguide 11.
  • one end (the y direction plus side) of the coupling plates 13-1 to 13-3 is connected to one inner side wall (the inner side wall of the y direction plus side) of the waveguide 11. And the other end is connected to the ridge plate 14.
  • one end (the positive side in the y direction) of the resonance plates 12-1 to 12-4 is connected to one inner side wall (the inner side wall on the positive side in the y direction) of the waveguide 11, and the other end (the negative side in the y direction) ) Is an open end.
  • the configuration of the second embodiment other than the above is the same as that of the first embodiment described above, and thus the description thereof is omitted.
  • the ridge plate 14 extends in the longitudinal direction (x direction) of the waveguide 11, and the ridge plate 14 is connected to the coupling plate 13-1.
  • Through 13-3 are similar to those of the first embodiment described above in that they are connected. Therefore, also in the second embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained.
  • the resonator, the coupling member, the ridge member, and the central conductor of the input / output port are plate-like in shape, and thus can be integrally formed on the same conductive plate.
  • the shapes of the resonator, the coupling member, the ridge member, and the center conductor of the input / output port are not limited to the plate shape.
  • the shape of the resonator, the coupling member, the ridge member, and the central conductor of the input / output port may be, for example, a cylindrical shape, a rectangular solid shape, or the like.
  • 1A, 1B Tunable band-pass filter 11 Waveguide 12-1 to 12-4 Resonant plate 13-1 to 13-3 Coupled plate 14 Ridge plate 15-1, 15-2 Input / output port 16-1 and 16-2 Center conductor 17 flaps 18-1 and 18-2 support rods

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Abstract

チューナブル帯域通過フィルタ（１Ａ）は、導波管（１１）と、導波管（１１）に収納され、導波管（１１）の長手方向に並べられた複数の共振器（１２）と、隣接する２つの共振器（１２）の間に配置された結合部材（１３）と、導波管（１１）の長手方向に延び結合部材（１３）の一端に接続されたリッジ部材（１４）と、導波管（１１）の長手方向に延び導波管（１１）の長手方向とは直交する方向に複数の共振器（１２）と隣接するように配置され導波管（１１）の長手方向とは直交する方向に移動可能な誘電体板（１７）と、を備える。

Description

チューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法
　本発明は、チューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法に関する。
　マイクロ波、ミリ波帯を用いて送受信を行う通信装置においては、所望の周波数帯域の信号のみを通過させ、不要な周波数成分を除去するために帯域通過フィルタが用いられている。最近は、帯域通過フィルタの通過帯域を外部から変更したいという要求も増えている。通過帯域を外部から変更することが可能なチューナブル帯域通過フィルタの例は、特許文献１に開示されている。
　特許文献１に開示されたチューナブル帯域通過フィルタにおいては、水平面で上下に２分割された導波管の間に金属板が挟持され、金属板には、導波管の長手方向に、複数の容量性フィンが並べられている。また、導波管の内部には、金属板の長手方向に沿って誘電体板が配置され、この誘電体板が金属板の方向に可動するように構成されている。
　上述のように構成された特許文献１に開示されたチューナブル帯域通過フィルタは、誘電体板の位置、すなわち、誘電体板と金属板との間の距離を外部から変更することによって、通過帯域の中心周波数を変更することができる。
特開２０１６－１１９５３１号公報
　上述のように、特許文献１に開示されたチューナブル帯域通過フィルタは、２分割された導波管の間に挟持された金属板に、複数の容量性フィンを並べて形成し、誘電体板と金属板との間の距離を外部から変更することによって、通過帯域の中心周波数を変更することができる。また、特許文献１には、容量性フィンは、通過帯域の中心周波数を変更した場合の共振器間の結合係数の変化の抑制に寄与することも記載されている。
　しかし、特許文献１の図５によれば、結合係数は、特に、高い周波数帯で周波数に依存して大きく変化している。また、一般に、結合係数が変化すると、通過帯域の帯域幅も変化する。
　そのため、特許文献１に開示されたチューナブル帯域通過フィルタは、通過帯域の中心周波数を変更すると、共振器間の結合係数が変化し、これにより、通過帯域の帯域幅も変化してしまうと考えられる。
　本発明は、上述の課題を解決し、通過帯域の中心周波数を変更した場合の通過帯域の帯域幅の変化を抑制することができるチューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法を提供することを目的とする。
　一態様において、チューナブル帯域通過フィルタは、
　導波管と、
　前記導波管に収納され、前記導波管の長手方向に並べられた複数の共振器と、
　隣接する２つの共振器の間に配置された結合部材と、
　前記導波管の長手方向に延び前記結合部材の一端に接続されたリッジ部材と、
　前記導波管の長手方向に延び前記導波管の長手方向とは直交する方向に前記複数の共振器と隣接するように配置され前記導波管の長手方向とは直交する方向に移動可能な誘電体板と、を備える。
　一態様において、チューナブル帯域通過フィルタの構成方法は、
　導波管に、前記導波管の長手方向に複数の共振器を並べて収納し、
　隣接する２つの共振器の間に結合部材を配置し、
　前記導波管の長手方向に延び前記結合部材の一端に接続されたリッジ部材を配置し、
　前記導波管の長手方向に延び前記導波管の長手方向とは直交する方向に前記複数の共振器と隣接して誘電体板を配置し、前記誘電体板は前記導波管の長手方向とは直交する方向に移動可能とする。
　上述の態様によれば、通過帯域の中心周波数を変更した場合の帯域幅の変化を抑制することができるチューナブル帯域通過フィルタ及びその構成方法を提供することができるという効果が得られる。
実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタの構成例を示す斜視図である。 実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタの構成例を示す上面図である。 実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタの構成例を示す側面図である。 図２の２段目及び３段目の共振板付近の拡大上面図である。 実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタの結合係数の例を示すグラフである。 実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタのフィルタ特性の例を示すグラフである。 実施の形態２に係るチューナブル帯域通過フィルタの構成例を示す斜視図である。 実施の形態２に係るチューナブル帯域通過フィルタの構成例を示す上面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態で示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、これに限定されるものではない。
（１）実施の形態１
　図１～図３はそれぞれ、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａの構成例を示す斜視図、上面図、及び側面図である。また、図４は、図２の２段目及び３段目の共振板１２－２，１２－３付近の拡大上面図である。なお、図４において、フラップ１７は省略している。
　図１～図４に示されるように、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａは、導波管１１と、４つの共振板１２－１～１２－４と、３つの結合板１３－１～１３－３と、リッジ板１４と、２つの入出力ポート１５－１，１５－２と、フラップ１７と、２つの支持棒１８－１，１８－２と、を備えている。以下、共振板１２－１～１２－４を特に区別することなく言及する場合には、単に「共振板１２」と呼ぶことがある。同様に、結合板１３－１～１３－３は、単に「結合板１３」と呼び、入出力ポート１５－１，１５－２は、単に「入出力ポート１５」と呼び、支持棒１８－１，１８－２は、単に「支持棒１８」と呼ぶことがある。また、後述の入出力ポート１５－１，１５－２の中心導体１６－１，１６－２も、単に「中心導体１６」と呼ぶことがある。
　本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａは、４つの共振板１２－１～１２－４を備える４段構成の帯域通過フィルタである。ただし、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａの段数は、４段に限定されず、２段以上であれば良い。
　導波管１１は、内部の空洞にて、共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及びフラップ１７等を収納する導電性の方形導波管である。導波管１１の材質は、導電率の高い金属であれば良く、例えば、アルミニウムである。
　共振板１２－１～１２－４は、一端（ｙ方向プラス側）が後述のリッジ板１４に接続され、他端（ｙ方向マイナス側）が開放端（つまり、他の部材と接していない）である、板状の導電体からなる半同軸型の共振器である。共振板１２－１～１２－４は、共振板１２の側面同士が対向するように、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に並べられている。共振板１２－１～１２－４は、形状や長さ（ｙ方向）等で決まる共振周波数で共振するように動作する。
　結合板１３－１～１３－３は、一端（ｙ方向プラス側）が後述のリッジ板１４に接続され、他端（ｙ方向マイナス側）が導波管１１の他方の内側壁（ｙ方向マイナス側の内側壁）に接続されている、板状の導電体からなる結合部材である。結合板１３－１～１３－３は、アイリスと呼ばれることもある。結合板１３－１～１３－３は、結合板１３の側面が共振板１２の側面に対向するように、隣接する２つの共振板１２の間に配置されている。結合板１３－１～１３－３は、スプリアス（不要共振）を抑制するために設けられている。
　リッジ板１４は、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に延び、導波管１１の一方の内側壁（ｙ方向プラス側の内側壁）に側面が接続されて配置されている、板状の導電体からなるリッジ部材である。リッジ板１４は、共振板１２－１～１２－４の一端（ｙ方向プラス側）が接続されると共に、結合板１３－１～１３－３の一端（ｙ方向プラス側）が接続されている。リッジ板１４は、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数を大きくするために設けられている。リッジ板１４のｘ方向の長さは、ｘ方向両端の共振板１２－１，１２－４に到達する長さ以上であれば良い。
　入出力ポート１５－１，１５－２は、高周波信号を入出力するポートである。入出力ポート１５－１は、同軸線路で構成され、その同軸線路の中心導体１６－１は、導波管１１の一端（ｘ方向マイナス側）にて、導波管１１の側面（ｙ方向プラス側）から挿入され、電磁結合により共振板１２－１と接続される。入出力ポート１５－２は、同軸線路で構成され、その同軸線路の中心導体１６－２は、導波管１１の他端（ｘ方向プラス側）にて、導波管１１の側面（ｙ方向プラス側）から挿入され、電磁結合により共振板１２－４と接続される。中心導体１６－１，１６－２は、板状の導電体からなる。なお、入出力ポート１５－１，１５－２は、同軸線路に限らず、導波路で構成しても良い。入出力ポート１５－１，１５－２は、一方が入力ポートとして動作し、他方が出力ポートとして動作する。例えば、入出力ポート１５－１が入力ポート、入出力ポート１５－２が出力ポートとして動作する場合、入出力ポート１５－１に高周波信号が入力され、そのうちチューナブル帯域通過フィルタ１Ａの通過帯域内の高周波信号のみが入出力ポート１５－２から出力される。
　ここで、導波管１１は、水平面で２つの部材に分割され、この分割された２つの部材で板状の導電板を挟持してなる構成である。この導電板に、共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及び入出力ポート１５－１，１５－２の中心導体１６－１，１６－２等が一体に形成される。そのため、共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及び中心導体１６－１，１６－２等は、同一の平面（図１～図４では水平面）上に位置している。
　共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及び入出力ポート１５－１，１５－２の中心導体１６－１，１６－２は、上述のように、２分割された導波管で挟持された導電板に一体に形成されるため、同じ材質で構成される。共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及び中心導体１６－１，１６－２の材質は、導電率の高い金属であれば良く、例えば、銅である。また、共振板１２－１～１２－４、結合板１３－１～１３－３、リッジ板１４、及び中心導体１６－１，１６－２は、プラスチックなどの絶縁体の表面に、導電率の高い金属をメッキしたものであっても良い。
　フラップ１７は、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に延び、導波管１１の長手方向に直交する方向（ｚ方向）に共振板１２－１～１２－４と隣接し、かつ、フラップ１７の主面（面積が最も大きい面）が共振板１２－１～１２－４の主面に対向するように配置されている、板状の誘電体板である。フラップ１７のｘ方向の長さは、ｘ方向両端の入出力ポート１５－１，１５－２に架かる長さ以上であれば良い。フラップ１７は、ｚ方向に移動可能に構成されている。これにより、フラップ１７のｚ方向の位置、すなわち、共振板１２－１～１２－４とフラップ１７との間の距離を変更することができる。そのため、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａは、共振板１２－１～１２－４とフラップ１７との間の距離を外部から変更することによって、通過帯域の中心周波数を変更することができる。フラップ１７の材質は、比誘電率εｒ＞１の誘電体であれば良く、例えば、アルミナである。
　支持棒１８－１，１８－２は、フラップ１７のｘ方向両端にそれぞれ取り付けられている。そして、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａの外に設けられたステッピングモータ（不図示）を用いて、この支持棒１８－１，１８－２をｚ方向に変位させることで、フラップ１７をｚ方向に移動させることができる。支持棒１８－１，１８－２の材質は、例えば、ジルコニアである。なお、上述の支持棒１８－１，１８－２を用いたフラップ１７の移動方法は、一例であり、この方法に限定されるものではない。
　上述のように、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａにおいては、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に、共振板１２－１～１２－４を並べて配置し、さらに、スプリアスを抑制するために、隣接する２つの共振板１２の間に、結合板１３－１～１３－３を配置している。
　ただし、結合板１３－１～１３－３は、スプリアスを抑制する効果以外に、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数を小さくする効果もあるため、結合板１３－１～１３－３を設けることで、結合係数は小さくなる。
　通過帯域の帯域幅は、結合係数に依存し、結合係数が小さくなるに従って帯域幅が減少する。このことから、結合係数が小さくなると所望の帯域幅を得ることができなくなる。
　そこで、本実施の形態１においては、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に延びるリッジ板１４を配置し、このリッジ板１４に結合板１３－１～１３－３の一端（ｙ方向プラス側）を接続することで、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数を大きくしている。
　ここで、図５を参照して、本実施の形態１において、リッジ板１４の効果により、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数を大きくできることについて説明する。
　ここでは、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａにおいて、３つの結合板１３－１～１３－３の幅（ｘ方向）Ｗを変化させる。これ以外は、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａを、以下の条件で構成する。
　導波管１１の幅（ｙ方向）ｃａｖ＿ｙ：５［ｍｍ］
　導波管１１の高さ（ｚ方向）ｃａｖ＿ｚ：８［ｍｍ］
　共振板１２の高さ（ｙ方向）ｒｅｓｏ＿ｙ：３．３［ｍｍ］
　共振板１２の厚み（ｚ方向）ｒｅｓｏ＿ｚ：０．３［ｍｍ］
　リッジ板１４の高さ（ｙ方向）ｒｉｄ＿ｙ：１［ｍｍ］
　フラップ１７の幅（ｙ方向）ｆｌａ＿ｙ：３．５［ｍｍ］
　フラップ１７の厚み（ｚ方向）ｆｌａ＿ｚ：０．５［ｍｍ］
　フラップ１７の位置（ｚ方向）ｆｌａ＿ｄｚ：１．８［ｍｍ］
　なお、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚは、共振板１２－１～１２－４とフラップ１７との間の距離を表している。また、共振板１２の高さｒｅｓｏ＿ｙ及びリッジ板１４の高さｒｉｄ＿ｙは、導波管１１の一方の内側壁（ｙ方向プラス側の内側壁）からの距離を表している。また、結合板１３、リッジ板１４、及び入出力ポート１５の中心導体１６の厚み（ｚ方向）は、共振板１２の厚みｒｅｓｏ＿ｚと同じである。
　図５は、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａの結合係数の例を示すグラフである。図５において、横軸は３つの結合板１３－１～１３－３の幅（ｘ方向）Ｗ［ｍｍ］、縦軸は隣接する２つの共振板１２の間の結合係数ｋである。
　ここでは、通過帯域の帯域幅の指標として、ＳパラメータのＳ２１に関連する３ｄＢ幅という指標を用いる。Ｓ２１は、高周波信号の通過特性を表すもので、周波数に対する通過損失（挿入損失（インサーションロス）とも呼ばれる）を示している。３ｄＢ幅は、Ｓ２１［ｄＢ］がピーク値から３［ｄＢ］小さい（マイナス方向に大きい）値を取る２点の周波数の間隔を示している。ここでは、３ｄＢ幅として２２０［ＭＨｚ］が必要であるとする。３ｄＢ幅を２２０［ＭＨｚ］にするためには、結合係数ｋは、下限値ｋ２＝０．００７９４を満たすと共に、上限値がｋ１＝０．０１０８を満たす必要がある。
　図５に示されるように、本実施の形態１においては、リッジ板１４を設けることで、結合係数ｋは、最小でも０．０１２を得ることができ、十分に大きくなっていることがわかる。そのため、３つの結合板１３－１～１３－３の幅Ｗを、Ｗ２＝０．９４９６［ｍｍ］とすることで、結合係数ｋは、下限値のｋ２＝０．００７９４を満たすことができ、また、幅Ｗを、Ｗ１＝０．４５１９［ｍｍ］とすることで、結合係数ｋは、上限値のｋ１＝０．０１０８をも満たすことができる。
　従って、本実施の形態１においては、リッジ板１４の効果により、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数ｋを大きくすることができ、これにより、所望の帯域幅を得られることがわかる。なお、リッジ板１４の高さｒｉｄ＿ｙをさらに高くすることにより、結合係数ｋをさらに大きくすることも可能である。
　また、本実施の形態１においては、共振板１２－１～１２－４とフラップ１７との間の距離を外部から変更することによって、通過帯域の中心周波数を変更することができる。また、通過帯域の中心周波数を変更した場合も、リッジ板１４の効果により、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数の変化を抑制でき、これにより、通過帯域の帯域幅の変化を抑制することができる。
　ここで、表１及び図６を参照して、本実施の形態１において、通過帯域の中心周波数を変更した場合に、リッジ板１４の効果により、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数の変化を抑制でき、これにより、通過帯域の帯域幅の変化を抑制できることについて説明する。
　ここでは、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａにおいて、フラップ１７の位置（ｚ方向）ｆｌａ＿ｄｚを変化させる。また、結合板１３－１，１３－３の幅（ｘ方向）Ｗは０．４５［ｍｍ］とし、結合板１３－２の幅（ｘ方向）Ｗは０．９５［ｍｍ］とする。これ以外は、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａを、図５と同様の条件で構成する。
　表１は、チューナブル帯域通過フィルタ１Ａにおいて、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚ［ｍｍ］を変化させた時の、通過帯域の中心周波数ｆ０［ＭＨｚ］、中心周波数ｆ０の差分Δｆ［ＭＨｚ］、Ｓ２１の３ｄＢ幅［ＭＨｚ］、及び隣接する２つの共振板１２の間の結合係数ｋの例を示している。なお、表１において、Δｆは、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚが２．５［ｍｍ］の場合の中心周波数ｆ０［ＭＨｚ］を基準値とし、その基準値からの差分を示している。また、結合係数ｋ１２は、共振板１２－１，１２－２間の結合係数を示し、結合係数ｋ３４は、共振板１２－３，１２－４間の結合係数を示し、結合係数ｋ２３は、共振板１２－２，１２－３間の結合係数を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図６は、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａのフィルタ特性（高周波電界シミュレータによるシミュレーション結果）の例を示すグラフである。図６において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は反射損失（リターンロス。ＳパラメータのＳ１１）及び通過損失（ＳパラメータのＳ２１）［ｄＢ］である。Ｓ１１は、高周波信号の反射特性を表すもので、周波数に対する反射損失を示している。Ｓ２１は上述の通りである。
　表１及び図６に示されるように、本実施の形態１においては、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚを変化させると、通過帯域の中心周波数ｆ０が変化することがわかる。具体的には、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚが高くなるほど、すなわち、フラップ１７が共振板１２－１～１２－４から遠ざかるほど、通過帯域の中心周波数ｆ０が高くなる。また、通過帯域の中心周波数ｆ０が変化しても、３ｄＢ幅、結合係数ｋ１２，ｋ３４，ｋ２３はほとんど変化していないことがわかる。具体的には、フラップ１７の位置ｆｌａ＿ｄｚを、１．１［ｍｍ］から２．５［ｍｍ］までの間で変化させた場合にも、３ｄＢ幅の変化は６［ＭＨｚ］に抑制され、結合係数ｋ１２，ｋ３４の変化は０．０００８４８に抑制され、結合係数ｋ２３の変化は、０．０００６２３に抑制されている。
　従って、本実施の形態１においては、通過帯域の中心周波数を変更した場合も、リッジ板１４の効果により、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数の変化を抑制でき、これにより、通過帯域の帯域幅の変化を抑制できることがわかる。
　上述のように、本実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａにおいては、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に、共振板１２－１～１２－４を並べて配置し、隣接する２つの共振板１２の間に、結合板１３－１～１３－３を配置している。これにより、スプリアスを抑制することができる。
　また、導波管１１の長手方向（ｘ方向）に延びるリッジ板１４を配置し、このリッジ板１４に結合板１３－１～１３－３の一端（ｙ方向プラス側）を接続している。これにより、隣接する２つの共振板１２の間の結合係数を大きくすることができる。また、フラップ１７の移動によって通過帯域の中心周波数を変更した場合の結合係数の変化も抑制することができ、これにより、通過帯域の帯域幅の変化も抑制することができる。
（２）実施の形態２
　図７及び図８はそれぞれ、本実施の形態２に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ｂの構成例を示す斜視図及び上面図である。
　図７及び図８に示されるように、本実施の形態２に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ｂは、上述の実施の形態１に係るチューナブル帯域通過フィルタ１Ａと比較して、リッジ板１４の位置が異なる。
　具体的には、上述の実施の形態１においては、リッジ板１４は、導波管１１の一方の内側壁（ｙ方向プラス側の内側壁）に配置されていた。これに対して、本実施の形態２においては、リッジ板１４は、導波管１１の他方の内側壁（ｙ方向マイナス側の内側壁）に配置されている。
　上述のリッジ板１４の位置変更に伴い、結合板１３－１～１３－３は、一端（ｙ方向プラス側）が導波管１１の一方の内側壁（ｙ方向プラス側の内側壁）に接続され、他端がリッジ板１４に接続されることになる。また、共振板１２－１～１２－４は、一端（ｙ方向プラス側）が導波管１１の一方の内側壁（ｙ方向プラス側の内側壁）に接続され、他端（ｙ方向マイナス側）が開放端となる。
　なお、本実施の形態２は、上記以外の構成は、上述の実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
　また、本実施の形態２は、リッジ板１４の位置が異なるものの、リッジ板１４が導波管１１の長手方向（ｘ方向）に延びている点や、このリッジ板１４に結合板１３－１～１３－３が接続される点では、上述の実施の形態１の構成と同様である。そのため、本実施の形態２も、上述の実施の形態１と同様の効果が得られる。
　以上、上述の実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上述の実施の形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願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。
　例えば、上述の実施の形態においては、共振器、結合部材、リッジ部材、及び入出力ポートの中心導体は、形状が板状であり、そのために、同一の導電板に一体に形成できるという利点があるが、共振器、結合部材、リッジ部材、及び入出力ポートの中心導体の形状は、板状に限定されない。共振器、結合部材、リッジ部材、及び入出力ポートの中心導体の形状は、例えば、円柱状、直方体状等の形状であっても良い。
　この出願は、２０１７年７月２０日に出願された日本出願特願２０１７－１４０５６０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１Ａ，１Ｂ　チューナブル帯域通過フィルタ
　１１　導波管
　１２－１～１２－４　共振板
　１３－１～１３－３　結合板
　１４　リッジ板
　１５－１，１５－２　入出力ポート
　１６－１，１６－２　中心導体
　１７　フラップ
　１８－１，１８－２支持棒

Claims (8)

  1. 　導波管と、
    　前記導波管に収納され、前記導波管の長手方向に並べられた複数の共振器と、
    　隣接する２つの共振器の間に配置された結合部材と、
    　前記導波管の長手方向に延び前記結合部材の一端に接続されたリッジ部材と、
    　前記導波管の長手方向に延び前記導波管の長手方向とは直交する方向に前記複数の共振器と隣接するように配置され前記導波管の長手方向とは直交する方向に移動可能な誘電体板と、を備える、チューナブル帯域通過フィルタ。
  2. 　前記リッジ部材は、前記導波管の一方の内側壁に配置される、請求項１に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
  3. 　前記複数の共振器は、一端が前記リッジ部材に接続され、他端が開放端である、請求項２に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
  4. 　前記複数の共振器は、一端が前記導波管の他方の内側壁に接続され、他端が開放端である、請求項２に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
  5. 　前記複数の共振器、前記結合部材、及び前記リッジ部材は、同一の平面上に位置する板状の部材である、請求項１から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。
  6. 　前記導波管は、前記平面で２つの部材に分割され、該２つの部材で板状の導電板を挟持した構成であり、
    　前記導電板に、前記複数の共振器、前記結合部材、及び前記リッジ部材が一体に形成される、請求項５に記載のチューナブル帯域通過フィルタ。
  7. 　前記複数の共振器と前記誘電体板との間の距離を変更することで通過帯域を変更する、請求項１から６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。
  8. 　チューナブル帯域通過フィルタの構成方法であって、
    　導波管に、前記導波管の長手方向に複数の共振器を並べて収納し、
    　隣接する２つの共振器の間に結合部材を配置し、
    　前記導波管の長手方向に延び前記結合部材の一端に接続されたリッジ部材を配置し、
    　前記導波管の長手方向に延び前記導波管の長手方向とは直交する方向に前記複数の共振器と隣接して誘電体板を配置し、前記誘電体板は前記導波管の長手方向とは直交する方向に移動可能とする、構成方法。
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