WO2020184401A1 - フィルタ、及び、フィルタの製造方法 - Google Patents

フィルタ、及び、フィルタの製造方法 Download PDF

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resonator
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Fujikura Ltd
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
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    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/002—Manufacturing hollow waveguides
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/121—Hollow waveguides integrated in a substrate

Definitions

  • the present invention relates to a filter using a post-wall waveguide. It also relates to a method of manufacturing such a filter.
  • a plurality of electromagnetically coupled resonators function as a bandpass filter that selectively passes electromagnetic waves in a specific frequency band (hereinafter, also referred to as "passband").
  • Patent Document 1 describes a bandpass filter realized by forming a plurality of resonators inside a waveguide.
  • a screw is inserted into the resonator, and the center frequency of the pass band can be adjusted by changing the insertion amount of the screw.
  • a post-wall waveguide is known as a waveguide that replaces the waveguide.
  • the post-wall waveguide is composed of a dielectric substrate, a wide wall covering each of the two main surfaces of the dielectric substrate, and a post wall formed inside the dielectric substrate, and includes the wide wall and the post wall. It is a waveguide in which electromagnetic waves propagate in the area surrounded by.
  • the post-wall waveguide has an advantage that it is easy to reduce the weight, height, and cost as compared with the waveguide.
  • Non-Patent Document 1 describes a bandpass filter realized by forming a plurality of resonators inside a post-wall waveguide.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 8-162805"
  • the filter using the post-wall waveguide has a problem that it is difficult to adjust the center frequency of the pass band.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a filter using a post-wall waveguide, in which the center frequency of the pass band can be easily adjusted. It is in.
  • a post-wall waveguide that functions as a resonator group consisting of a plurality of electromagnetically coupled resonators, and at least one cavity laminated on the post-wall waveguide.
  • the cavity is electromagnetically coupled to any resonator belonging to the resonator group through a coupling window formed on the wide wall of the post-wall waveguide.
  • FIG. 1 It is an exploded perspective view which shows the structure of the filter which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a partial cross-sectional view of the filter shown in FIG. It is a top view of the post-wall waveguide provided by the filter shown in FIG. It is a graph which shows the frequency characteristic of the transmission coefficient S (2,1) and the reflection characteristic (1,1) of the filter shown in FIG.
  • the heights of the cavities are 25 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, and 300 ⁇ m.
  • the heights of the cavities are 100 ⁇ m, 300 ⁇ m, and 600 ⁇ m.
  • FIG. (A) shows the case where the height of the cavity is smaller than the radius of the cavity
  • (b) shows the case where the height of the cavity is equal to the radius of the cavity
  • (c) shows the case where the height of the cavity is equal to the radius of the cavity.
  • the case where it is larger than the radius of is shown.
  • It is a partial cross-sectional view of the filter shown in FIG. (A) is a graph showing the transmission coefficient of the filter shown in FIG. 6, and
  • (b) is a graph showing the reflection coefficient of the filter shown in FIG.
  • the radius of each cavity is changed from 200 ⁇ m to 600 ⁇ m in 50 ⁇ m steps.
  • FIG. 1A is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient S (2, 1) of the filter (comparative example) in which the cavity is omitted from the filter shown in FIG.
  • FIG. 1B is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient S (2, 1) of the filter (Example) shown in FIG.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the filter 1
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the filter 1.
  • the filter 1 includes a post-wall waveguide 11 that functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators 11a to 11e, and cavities 12a to 12e that are laminated on the post-wall waveguide 11 and have the same number as the resonators 11a to 11e. , Is equipped.
  • the post-wall waveguide 11 includes a dielectric substrate 111, a first wide wall 112 formed on the first main surface (upper surface in FIGS. 1 and 2) of the dielectric substrate 111, and a second main surface of the dielectric substrate 111. It is composed of a second wide wall 113 formed on a surface (lower surface in FIGS. 1 and 2) and a post wall 114 formed inside the dielectric substrate 111.
  • the dielectric substrate 111 is a plate-shaped member made of a dielectric material.
  • quartz glass is used as the dielectric material constituting the dielectric substrate 111.
  • the thickness of the dielectric substrate 111 can be, for example, 500 ⁇ m.
  • the first wide wall 112 and the second wide wall 113 are layered (or film-shaped) members made of a conductor material.
  • copper is used as the conductor material constituting the first wide wall 112 and the second wide wall 113.
  • the post wall 114 is a set of conductor posts arranged in a fence shape that short-circuits the first wide wall 112 and the second wide wall 113.
  • the distance between the conductor posts constituting the post wall 114 is sufficiently short compared to the wavelength of the electromagnetic wave input to the post wall waveguide 11, and the post wall 114 functions as a conductor wall for this electromagnetic wave.
  • the diameter of the conductor posts can be, for example, 100 ⁇ m, and the spacing between the conductor posts can be, for example, 200 ⁇ m.
  • each conductor post constituting the post wall 114 is realized by forming a conductor layer on the inner wall of the through hole penetrating the dielectric substrate 111, or by filling the through hole with a conductor. ..
  • the arrangement pattern of the post wall 114 is defined so that the region surrounded by the first wide wall 112, the second wide wall 113, and the post wall 114 functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators 11a to 11e. ing.
  • the arrangement pattern of the post wall 114 will be described later instead of the reference drawing.
  • the first wide wall 112 of the post wall waveguide 11 is formed with the same number of coupling windows 112a to 112e as the resonators 11a to 11e.
  • each coupling window 112x is formed so as to overlap the center of the corresponding resonator 11x when the first wide wall 112 is viewed in a plan view.
  • each resonator 11x has a columnar shape whose height direction is orthogonal to the first wide wall 112, and each coupling window 112x has a circular shape.
  • R1x hereinafter abbreviated as the radius R1x of the resonator 11x
  • R2x the radius of the resonator 11x
  • Each cavity 12x is a space surrounded by a conductor.
  • each cavity 12x is realized by a plate-shaped member 121, a wide wall 122x, and a narrow wall 123x.
  • the plate-shaped member 121 is a plate-shaped member made of an arbitrary material (a conductor material such as metal or a dielectric material such as resin).
  • a recess 121x is formed on the second main surface (lower surface in FIGS. 1 and 2) of the plate-shaped member 121.
  • the depth of the recess 121x (corresponding to the sum of the height of the cavity 12x and the thickness of the wide wall 122x) is adjusted so that the center frequency of the pass band of the filter 1 becomes a desired value, as will be described later.
  • the wide wall 122x and the narrow wall 123x are each a layered (or film-like) member made of a conductor material.
  • the wide wall 122x is formed on the bottom surface of the recess 121x, and the narrow wall 123x is formed on the side surface of the recess 121x.
  • copper is used as the conductor material constituting the wide wall 122x and the narrow wall 123x.
  • the wide wall 122x and the narrow wall 123x may be realized by a single conductor layer. Further, the wide wall 122x and the narrow wall 123x may be realized by forming a conductor layer on the entire second main surface of the plate-shaped member 121 regardless of the inside or outside of the recess 121x.
  • each cavity 12x can be easily manufactured.
  • the bottom surface of the recess 121x of the plate-shaped member 121 functions as a wide wall 122x, and the side surface of the recess 121x of the plate-shaped member 121 functions as a narrow wall 123x. To do.
  • the plate-shaped member 121 has a post wall so that the second main surface side abuts on the first wide wall 112 of the post wall waveguide 11 and the recess 121x communicates with the resonator 11x via the coupling window 112x. It is laminated on the waveguide 11.
  • the recess 121x surrounded by the wide wall 122x and the narrow wall 123x and filled with a dielectric such as air functions as the cavity 12x.
  • the cavity 12x is electromagnetically coupled to the corresponding resonator 11x via the corresponding coupling window 112x.
  • each cavity 12x is a columnar shape whose height direction is orthogonal to the first wide wall 112.
  • R3x ⁇ R1x between the radius R3x of the bottom surface of each cavity 12x (hereinafter, abbreviated as the radius R3x of the cavity 12x) and the radius R1x of the corresponding resonator 11x, and the radius R3x of each cavity 12x
  • R2x ⁇ R3x with the radius R2x of the corresponding coupling window 112x.
  • quartz glass is used as the dielectric material constituting the dielectric substrate 111 of the post wall waveguide 11, but the present invention is not limited to this.
  • the dielectric material constituting the dielectric substrate 111 of the post-wall waveguide 11 may be a dielectric material other than quartz, for example, sapphire or alumina.
  • copper is used as the conductor material constituting the first wide wall 112 and the second wide wall 113 of the post wall waveguide 11, but the present invention is not limited thereto.
  • the conductor material constituting the first wide wall 112 and the second wide wall 113 of the post-wall waveguide 11 may be a conductor material other than copper, for example, aluminum or an alloy composed of a plurality of metal elements.
  • each resonator 11x has a columnar shape, but the present invention is not limited to this.
  • Each resonator 11x may be, for example, a prismatic shape having a regular hexagonal or higher cross section (cross section parallel to the main surface of the dielectric substrate 111).
  • each connecting window 112x has a circular shape, but the present invention is not limited to this.
  • Each connecting window 112x may have, for example, a hexagonal or larger regular polygonal shape.
  • each cavity 12x which is a cavity, is filled with air, but the present invention is not limited to this.
  • Each cavity 12x may be filled with a dielectric other than air, such as resin.
  • each cavity 12x has a columnar shape, but the present invention is not limited to this.
  • Each cavity 12x may be, for example, a prismatic shape whose bottom surface is a regular hexagon or more.
  • copper is used as the conductor material constituting the wide wall 122x and the narrow wall 123x of each cavity 12x, but the present invention is not limited thereto.
  • the conductor material constituting the wide wall 122x and the narrow wall 123x of each cavity 12x may be, for example, aluminum or an alloy composed of a plurality of metal elements.
  • the coupling windows 112a to 112e and the cavities 12a to 12e are formed on the first wide wall 112 side, but the present invention is not limited to this. That is, the connecting windows 112a to 112e and the cavities 12a to 12e may be formed on the second wide wall 113 side, or may be dispersedly formed on the first wide wall 112 side and the second wide wall 113 side. You may. As an example, the coupling windows 112a, 112c, 112e and the cavities 12a, 12c, 12e are formed on the first wide wall 112 side, and the coupling windows 112b, 112d and the cavities 12b, 12d are formed on the second wide wall 113 side. The configuration is also included in the scope of the present invention.
  • the number of the resonators 11a to 11e, the coupling windows 112a to 112e, and the cavities 12a to 12e is 5 each, but the present invention is not limited to this. That is, the number of the resonators 11a to 11e, the coupling windows 112a to 112e, and the cavities 12a to 12e can be any number of two or more.
  • FIG. 3 is a plan view of the post wall waveguide 11.
  • the post wall 114 is shown by a dotted line as a virtual conductor wall.
  • the arrangement pattern of the post wall 114 is determined so that the area surrounded by the first wide wall 112, the second wide wall 113, and the post wall 114 includes the following configuration.
  • the resonator 11a which is electromagnetically coupled to the input waveguide 11p via the coupling window Apa
  • the resonator 11b which is electromagnetically coupled to the resonator 11a via the coupling window Ab
  • the resonator 11c which is electromagnetically coupled to the resonator 11b via the coupling window Abc
  • the resonator 11d which is electromagnetically coupled to the resonator 11c via the coupling window Acd
  • the resonator 11e which is electromagnetically coupled to the resonator 11d via the coupling window Ade
  • the output waveguide 11q which is electromagnetically coupled to the resonator 11e via the coupling window Aeq
  • the resonators 11a to 11e are columnar, and the input waveguide 11p and the output waveguide 11q are rectangular parallelepiped.
  • the distance between the centers of two resonators adjacent to each other is smaller than the sum of the radii of these two resonators.
  • the center-to-center distance Dbc of two resonators 11b and 11c adjacent to each other satisfies Dbc ⁇ R1b + R1c. Therefore, the two resonators adjacent to each other are electromagnetically coupled through the coupling window.
  • two resonators 11b and 11c adjacent to each other are electromagnetically coupled via the coupling window Abc.
  • the two resonators adjacent to each other are symmetrical with respect to the plane containing the central axes of these two resonators.
  • the two resonators 11b, 11c adjacent to each other are symmetrical with respect to the plane Sbc (see FIG. 3) including the central axes of these two resonators 11b, 11c.
  • the resonator group including the resonators 11a to 11e is symmetrical with respect to a specific plane S (see FIG. 3) orthogonal to the first wide wall 112.
  • the resonator 11a coupled to the input waveguide 11p and the resonator 11e coupled to the output waveguide 11q are arranged so as to be adjacent to each other, and the resonators 11a to 11e are arranged in an annular shape as a whole. .. Therefore, the size of the dielectric substrate 111 on which the post wall 114 is formed can be reduced. This makes it possible to reduce the absolute value of thermal expansion or contraction of the dielectric substrate 111 that may occur when the environmental temperature changes. Therefore, when the environmental temperature changes, it is possible to suppress a change in the characteristics of the filter 1 that may occur due to thermal expansion or contraction of the dielectric substrate 111.
  • the waveguide coupled to the resonator 11a is defined as the input waveguide 11p
  • the waveguide coupled to the resonator 11e is defined as the output waveguide 11q, but the present invention is not limited to this.
  • the waveguide coupled to the resonator 11a may be used as an output waveguide
  • the waveguide coupled to the resonator 11e may be used as an input waveguide.
  • the filter 1 includes a post-wall waveguide 11 that functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators 11a to 11e. Therefore, the filter 1 functions as a bandpass filter that selectively passes electromagnetic waves belonging to a specific frequency band (hereinafter, “passband”). Cavities 12a-12e are used to adjust the center frequency of this passband.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • the radii R1a and R1e of the resonators 11a and 11e are 800 ⁇ m
  • the radii R1b to R1d of the resonators 11b to 11d are used. It is assumed that the radius R2x of each coupling window 112x is 300 ⁇ m, the dielectric filling each cavity 12x is air, and the radius R3x of each cavity 12x is 300 ⁇ m.
  • FIG. 4A shows the frequency characteristics of the transmission coefficient S (2,1) and the reflection coefficient S (1,1) of the filter 1 in which the height Hx of each cavity 12x is uniformly set to 25 ⁇ m, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, and 300 ⁇ m. It is a graph which shows.
  • each cavity 12x is equal to or less than the radius R3x of the cavity 12x, the higher the height H of the cavity 12x, the more the center frequency of the pass band shifts to the high frequency side.
  • the reflectance coefficient S (1,1) in the pass band is suppressed to -15 dB at most.
  • FIG. 4B shows the frequency characteristics of the transmission coefficient S (2,1) and the reflection coefficient S (1,1) of the filter 1 in which the height Hx of each cavity 12x is uniformly set to 100 ⁇ m, 300 ⁇ m, and 600 ⁇ m. It is a graph.
  • the center frequency of the pass band strongly depends on the height Hx of the cavity 12x (it reacts sensitively). In this case, as the height Hx of the cavity 12x is increased, the center frequency of the pass band shifts to the high frequency side.
  • the center frequency of the pass band does not strongly depend on the height Hx of the cavity 12x (it does not react sensitively). In this case, as the height Hx of the cavity 12x is increased, the center frequency of the pass band shifts to the lower frequency side.
  • the reflectance coefficient S (1,1) in the pass band is suppressed to -13 dB at most.
  • FIG. 5A is a graph showing the electric field distribution in the filter 1 obtained when the height Hx of the cavity 12x is smaller than the radius R3x of the cavity 12x.
  • FIG. 5B is a graph showing the electric field distribution in the filter 1 obtained when the height Hx of the cavity 12x coincides with the radius R3x of the cavity 12x.
  • FIG. 5C is a graph showing the electric field distribution in the filter 1 obtained when the height Hx of the cavity 12x is larger than the radius R3x of the cavity 12x.
  • the center frequency of the pass band is determined according to the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e. Therefore, when the filter 1 is manufactured, if the step of adjusting the center frequency of the pass band by changing the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e is performed, the center frequency of the pass band matches the desired frequency.
  • the filter 1 to be used can be easily manufactured.
  • the height Hx of the cavity 12x is preferably smaller than the radius R3x of the cavity 12x.
  • the center frequency of the pass band strongly depends on the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e (sensitively reacts)
  • the cavity required to shift the center frequency of the pass band to a desired frequency is required. This is because the amount of change in the heights Ha to He of 12a to 12e can be small.
  • the center frequency of the pass band is determined according to the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e. Therefore, if the step of adjusting the center frequency of the pass band is performed by changing the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e when manufacturing the filter 1, the center frequency of the pass band becomes a desired frequency.
  • the matching filter 1 can be easily manufactured.
  • the adjustment of the center frequency of the pass band in the filter 1 can also be realized by changing the radii R3a to R3e of the cavities 12a to 12e as described in the second embodiment. That is, the adjustment of the center frequency of the pass band in the filter 1 is performed regardless of whether the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e are changed or the radii R3a to R3e of the cavities 12a to 12e are changed. It can be realized by changing the volume of.
  • the center frequency of the pass band is changed by changing the size of the coupling windows 112a to 112e. It is possible to adopt a configuration that adjusts. When the latter configuration is adopted, it is possible to adjust the center frequency of the pass band itself even if the cavities 12a to 12e are omitted from the filter 1.
  • the cavities 12a to 12e are omitted, a part of the electromagnetic waves guided through the post-wall waveguide 11 leaks from the coupling windows 112a to 112e, which causes a problem that the loss increases.
  • the cavities 12a to 12e have a further function of suppressing leakage of such electromagnetic waves and suppressing loss to a small extent. That is, in the filter 1, even if the cavities 12a to 12e adopt a configuration in which the center frequency of the pass band is adjusted by changing the size of the coupling windows 112a to 112e, the configuration required to suppress the leakage of electromagnetic waves. Is.
  • FIG. 10A shows a transmission coefficient S (2) of a filter (hereinafter, referred to as “filter according to a comparative example”) obtained by omitting cavities 12a to 12e from the filter 1 according to the first embodiment.
  • 1) is a graph showing the frequency dependence.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • the radii R1a and R1e of the resonators 11a and 11e are 800 ⁇ m
  • the radii R1b to R1d of the resonators 11b to 11d are 840 ⁇ m
  • each cavity 12x is a transmission coefficient S (2) of a filter (hereinafter, referred to as “filter according to a comparative example”) obtained by omitting cavities 12a to 12e from the filter 1 according to the first embodiment.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • FIG. 10A the transmission coefficient S (2,1) of the filter according to the comparative example obtained by uniformly changing the radius R2x of each coupling window 112x from 100 ⁇ m to 400 ⁇ m in 25 ⁇ m steps is shown. ..
  • (a) of FIG. 10 it can be seen that as the radius R2x of each coupling window 112x is increased, the center frequency of the pass band shifts to the high frequency side.
  • FIG. 10A it can be seen that as the radius R2x of each coupling window 112x is increased, the transmission coefficient is lowered as a whole due to the increase in loss.
  • FIG. 10B is a graph showing the frequency dependence of the transmission coefficient S (2, 1) of the filter 1 (Example) according to the first embodiment.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • the radii R1a and R1e of the resonators 11a and 11e are 800 ⁇ m
  • the radii R1b to R1d of the resonators 11b to 11d are 840 ⁇ m
  • each cavity 12x is a graph showing the frequency dependence of the transmission coefficient S (2, 1) of the filter 1 (Example) according to the first embodiment.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • the radii R1a and R1e of the resonators 11a and 11e are 800 ⁇ m
  • the radii R1b to R1d of the resonators 11b to 11d are 840 ⁇ m
  • FIG. 10B shows the transmission coefficient S (2,1) of the filter 1 obtained by uniformly changing the radius R2x of each coupling window 112x from 100 ⁇ m to 400 ⁇ m in 25 ⁇ m steps.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the filter 1A
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the filter 1A.
  • each cavity 12x is realized by a plate-shaped member 121, a wide wall 122x, and a narrow wall 123x, whereas in the present embodiment, each cavity 12x is realized. , Realized by a dielectric layer 125x and a wide wall 126x.
  • the dielectric layer 125x is a layered member composed of a dielectric filled in the coupling window 112x.
  • a dielectric material containing a resin as a main component is used as the dielectric material constituting the dielectric layer 125x.
  • the dielectric layer 125x has the same shape as the coupling window 112x, that is, a columnar shape.
  • Each of the wide wall 126x is a layered (or film-like) member made of a conductor material.
  • the wide wall 126x is formed on the first main surface (upper surface in FIGS. 6 and 7) of the dielectric layer 125x so as to close the coupling window 112x.
  • copper is used as the conductor material constituting the wide wall 126x.
  • the dielectric layer 125x is surrounded by the side wall of the coupling window 112x and the wide wall 126x. Therefore, the dielectric layer 125x functions as a cavity 12x electrically coupled to the resonator 11x.
  • the filter 1A is configured in the same manner as the filter 1 except for the method of realizing the cavities 12a to 12e. Therefore, the description other than the method of realizing the cavities 12a to 12e will be omitted here.
  • a resin is used as the dielectric constituting the dielectric layer 125x, but the present invention is not limited to this.
  • the dielectric constituting the dielectric layer 125x may be a dielectric other than resin.
  • copper is used as the conductor material constituting the wide wall 126x of each cavity 12x, but the present invention is not limited to this.
  • the conductor material constituting the wide wall 126x of each cavity 12x may be, for example, aluminum or an alloy composed of a plurality of metal elements.
  • the filter 1A includes a post-wall waveguide 11 that functions as a plurality of electromagnetically coupled resonators 11a to 11e. Therefore, the filter 1A functions as a bandpass filter that selectively passes electromagnetic waves belonging to the pass band. Cavities 12a-12e are used to adjust the center frequency of this passband.
  • the material of the dielectric substrate 111 is quartz
  • the thickness of the dielectric substrate 111 is 520 ⁇ m
  • the radii R1a and R1e of the resonators 11a and 11e are 700 ⁇ m
  • the radii R1b and R1d of the resonators 11b and 11d are used.
  • each cavity 12x is 16 ⁇ m. ..
  • the height of each cavity 12x is the same as the thickness of the first wide wall 112.
  • FIG. 8A is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient S (2, 1) of the filter 1A obtained by uniformly changing the radius R3x of each cavity 12x from 200 ⁇ m to 600 ⁇ m in 50 ⁇ m steps. According to the graph shown in FIG. 8A, the following can be confirmed.
  • FIG. 8B is a graph showing the frequency characteristics of the reflection coefficient S (1,1) of the filter 1A obtained by uniformly changing the radius R3x of each cavity 12x from 200 ⁇ m to 600 ⁇ m in 50 ⁇ m steps. According to the graph shown in FIG. 8A, the following can be confirmed.
  • FIG. 9 is a graph showing the electric field distribution in each cavity 12x.
  • the radii R3a and R3e of the cavities 12a and 12e are 700 ⁇ m
  • the radii R3a and R3d of the cavities 12b and 12d are 725 ⁇ m
  • the radius R3c of the cavity 12c is 750 ⁇ m
  • the strength of the electric field is expressed by the color depth. ..
  • the graph shown in FIG. 9 it can be seen that the electric field leaked from the resonator 11x reaches the side wall of the coupling window 112x. It is considered that this is the reason why the center frequency of the pass band depends on the radius R3x of each cavity 12x.
  • the center frequency of the pass band is determined according to the radii R3a to R3e of the cavities 12a to 12e. Therefore, if the step of adjusting the center frequency of the pass band is performed by changing the radii R3a to R3e of the cavities 12a to 12e when manufacturing the filter 1A, the center frequency of the pass band matches the desired frequency.
  • the filter 1A to be used can be easily manufactured.
  • the adjustment of the center frequency of the pass band in the filter 1A can also be realized by changing the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e as described in the first embodiment. That is, the adjustment of the center frequency of the pass band in the filter 1 is performed regardless of whether the radii R3a to R3e of the cavities 12a to 12e are changed or the heights Ha to He of the cavities 12a to 12e are changed. It can be realized by changing the volume of.
  • a post-wall waveguide that functions as a resonator group consisting of a plurality of electromagnetically coupled resonators, and at least one cavity laminated on the post-wall waveguide.
  • the cavity is electromagnetically coupled to any resonator belonging to the resonator group through a coupling window formed on the wide wall of the post-wall waveguide.
  • the center frequency of the pass band can be easily adjusted by changing the volume of the cavity.
  • the coupling window is electromagnetically connected to the cavity through the coupling window when the wide wall is viewed in a plan view.
  • a configuration is adopted in which the resonator is formed at a position overlapping the center of the resonator to be coupled.
  • the coupling efficiency of the electromagnetic coupling between the resonator and the cavity can be improved. Therefore, the adjustment of the center frequency of the pass band by changing the volume of the cavity can be performed more effectively.
  • connection window in addition to the configuration of the filter according to the first or second aspect of the present invention, has a circular shape.
  • the coupling efficiency of the electromagnetic coupling between the resonator and the cavity can be improved. Therefore, the adjustment of the center frequency of the pass band by changing the volume of the cavity can be performed more effectively.
  • the resonator in addition to the configuration of the filter according to any one of the first to third aspects of the present invention, the resonator has a columnar shape whose height direction is orthogonal to the wide wall. The configuration is adopted.
  • the coupling efficiency of the electromagnetic coupling between the resonator and the cavity can be improved. Therefore, the adjustment of the center frequency of the pass band by changing the volume of the cavity can be performed more effectively.
  • the cavity in addition to the configuration of the filter according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the cavity has a columnar shape whose height direction is orthogonal to the wide wall. The configuration that there is is adopted.
  • the coupling efficiency of the electromagnetic coupling between the resonator and the cavity can be improved. Therefore, the adjustment of the center frequency of the pass band by changing the volume of the cavity can be performed more effectively.
  • the cavity is formed on a plate-shaped member having a recess and a bottom surface of the recess.
  • a configuration is adopted in which the wide wall is realized by the wide wall and the narrow wall formed on the side surface of the recess.
  • the filter can be manufactured more easily.
  • the cavity in addition to the configuration of the filter according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, the cavity includes a dielectric layer made of a dielectric material filled in the coupling window.
  • a configuration is adopted in which the dielectric layer is realized by a wide wall formed on a main surface opposite to the side facing the post-wall waveguide.
  • the method for manufacturing a filter according to the eighth aspect of the present invention is the step of adjusting the center frequency of the pass band by changing the volume of the cavity in the method for manufacturing the filter according to any one of the first to seventh aspects of the present invention.
  • the method of including is adopted.

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Abstract

通過帯域の中心周波数を容易に調整することが可能なフィルタを実現する。フィルタ（１）は、電磁気的に結合された複数の共振器（１１ａ～１１ｅ）として機能するポスト壁導波路（１１）と、ポスト壁導波路（１１）に積層されたキャビティ（１２ａ～１２ｅ）を備えている。キャビティ（１２ａ～１２ｅ）は、ポスト壁導波路（１１）の広壁（第１広壁１１２）に形成された結合窓（１１２ａ～１１２ｅ）を介して共振器（１１ａ～１１ｅ）と電磁気的に結合されている。

Description

フィルタ、及び、フィルタの製造方法
　本発明は、ポスト壁導波路を用いたフィルタに関する。また、そのようなフィルタの製造方法に関する。
　電磁的に結合された複数の共振器は、特定の周波数帯域（以下、「通過帯域」とも記載する）の電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能することが知られている。
　例えば、特許文献１には、導波管の内部に複数の共振器を形成することによって実現されたバンドパスフィルタが記載されている。特許文献１に記載のバンドパスフィルタでは、共振器にネジが挿し込まれており、このネジの挿し込み量を変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整できるようになっている。
　また、導波管に代わる導波路として、ポスト壁導波路が知られている。ポスト壁導波路は、誘電体基板と、誘電体基板の２つの主面の各々を覆う広壁と、誘電体基板の内部に形成されたポスト壁と、により構成され、広壁とポスト壁とに囲まれた領域を電磁波が伝播する導波路である。ポスト壁導波路には、導波管と比べて、軽量化、低背化、低コスト化が容易であるという利点がある。非特許文献１には、ポスト壁導波路の内部に複数の共振器を形成することによって実現されたバンドパスフィルタが記載されている。
日本国公開特許公報「特開平８－１６２８０５号」
Yusuke Uemichi, et. al, Compact and Low-Loss Bandpass Filter Realized in Silica-Based Post-Wall Waveguide for 60-GHz applications, IEEE MTT-S IMS, May 2015.
　しかしながら、ポスト壁導波路を用いたフィルタには、通過帯域の中心周波数を調整することが困難であるという問題があった。例えば、ポスト壁導波路を用いたフィルタに、特許文献１に記載の技術を適用して通過帯域の中心周波数を調整することはできない。なぜなら、ポスト壁導波路にネジを挿し込むと、誘電体基板（例えば、石英ガラスにより構成される）が破損するリスクが高いからである。
　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路を用いたフィルタであって、通過帯域の中心周波数の調整が容易なフィルタを実現することにある。
　本発明の一態様に係るフィルタにおいては、電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路に積層された少なくとも１つのキャビティと、を備え、前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の広壁に形成された結合窓を介して、前記共振器群に属する何れかの共振器と電磁気的に結合されているという構成が採用されている。
　本発明の一態様によれば、通過帯域の中心周波数の調整が容易なフィルタを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係るフィルタの構成を示す分解斜視図である。 図１に示すフィルタの部分断面図である。 図１に示すフィルタが備えるポスト壁導波路の平面図である。 図１に示すフィルタの透過係数Ｓ（２，１）及び反射特性（１，１）の周波数特性を示すグラフである。（ａ）では、各キャビティの高さを２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、３００μｍとしている。（ｂ）では、各キャビティの高さを１００μｍ、３００μｍ、６００μｍとしている。 図１に示すフィルタ内の電界分布を示すグラフである。（ａ）は、キャビティの高さがキャビティの半径よりも小さい場合を示し、（ｂ）は、キャビティの高さがキャビティの半径と等しい場合を示し、（ｃ）は、キャビティの高さがキャビティの半径よりも大きい場合を示す。 本発明の第２の実施形態に係るフィルタの構成を示す分解斜視図である。 図６に示すフィルタの部分断面図である。 （ａ）は、図６に示すフィルタの透過係数を示すグラフであり、（ｂ）は、図６に示すフィルタの反射係数を示すグラフである。ここでは、各キャビティの半径を５０μｍステップで２００μｍから６００μｍまで変化させている。 図６に示すフィルタのキャビティ内の電界分布を示すグラフである。 （ａ）は、図１に示すフィルタから、キャビティを省略したフィルタ（比較例）の透過係数Ｓ（２，１）の周波数特性を示すグラフである。（ｂ）は、図１に示すフィルタ（実施例）の透過係数Ｓ（２，１）の周波数特性を示すグラフである。
　〔第１の実施形態〕
　（フィルタの構造）
　本発明の第１の実施形態に係るフィルタ１の構造について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、フィルタ１の分解斜視図であり、図２は、フィルタ１の部分断面図である。
　フィルタ１は、電磁気的に結合された複数の共振器１１ａ～１１ｅとして機能するポスト壁導波路１１と、ポスト壁導波路１１に積層された、共振器１１ａ～１１ｅと同数のキャビティ１２ａ～１２ｅと、を備えている。
　ポスト壁導波路１１は、誘電体基板１１１と、誘電体基板１１１の第１主面（図１及び図２における上面）に形成された第１広壁１１２と、誘電体基板１１１の第２主面（図１及び図２における下面）に形成された第２広壁１１３と、誘電体基板１１１の内部に形成されたポスト壁１１４と、により構成されている。
　誘電体基板１１１は、誘電体材料により構成された板状部材である。本実施形態においては、誘電体基板１１１を構成する誘電体材料として、石英ガラスを用いている。この場合、誘電体基板１１１の厚みは、例えば、５００μｍとすることができる。
　第１広壁１１２及び第２広壁１１３は、導体材料により構成された層状（又は膜状）部材である。本実施形態においては、第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料として、銅を用いている。
　ポスト壁１１４は、第１広壁１１２と第２広壁１１３とを短絡する、柵状に並んだ導体ポストの集合である。ポスト壁１１４を構成する導体ポストの間隔は、ポスト壁導波路１１に入力される電磁波の波長と比べて十分に短く、ポスト壁１１４は、この電磁波に対して導体壁として機能する。導体ポストの直径は、例えば、１００μｍとすることができ、導体ポストの間隔は、例えば、２００μｍとすることができる。本実施形態において、ポスト壁１１４を構成する各導体ポストは、誘電体基板１１１を貫通する貫通孔の内壁に導体層を形成する、或いは、この貫通孔に導体を充填することによって実現されている。ポスト壁１１４の配置パターンは、第１広壁１１２、第２広壁１１３、及びポスト壁１１４により囲まれた領域が、電磁気的に結合した複数の共振器１１ａ～１１ｅとして機能するように定められている。ポスト壁１１４の配置パターンについては、参照する図面を代えて後述する。
　ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２には、共振器１１ａ～１１ｅと同数の結合窓１１２ａ～１１２ｅが形成されている。各共振器１１ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）は、対応する結合窓１１２ｘを介して、対応するキャビティ１２ｘと電磁気的に結合している。共振器１１ｘとキャビティ１２ｘとの結合効率を高めるべく、各結合窓１１２ｘは、第１広壁１１２を平面視したときに、対応する共振器１１ｘの中心と重なるように形成されている。本実施形態において、各共振器１１ｘは、第１広壁１１２に直交する方向を高さ方向とする円柱状であり、各結合窓１１２ｘは、円形状である。各共振器１１ｘの断面（誘電体基板１１１の主面と平行な断面）の半径Ｒ１ｘ（以下、共振器１１ｘの半径Ｒ１ｘと略記する）と対応する結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘとの間には、Ｒ２ｘ＜Ｒ１ｘという関係がある。
　各キャビティ１２ｘは、導体で囲まれた空間である。本実施形態において、各キャビティ１２ｘは、板状部材１２１と、広壁１２２ｘと、狭壁１２３ｘと、により実現されている。
　板状部材１２１は、任意の材料（金属などの導体材料であってもよいし、樹脂などの誘電体材料であってもよい）により構成された板状部材である。板状部材１２１の第２主面（図１及び図２における下面）には、凹部１２１ｘが形成されている。凹部１２１ｘの深さ（キャビティ１２ｘの高さと広壁１２２ｘの厚みとの和に相当）は、後述するように、フィルタ１の通過帯域の中心周波数が所望の値になるように調整されている。
　広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘは、それぞれ、導体材料により構成された層状（又は膜状）部材である。広壁１２２ｘは、凹部１２１ｘの底面に形成され、狭壁１２３ｘは、凹部１２１ｘの側面に形成される。本実施形態においては、広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘを構成する導体材料として、銅を用いている。広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘは、単一の導体層により実現されていてもよい。また、凹部１２１ｘの内外を問わず、板状部材１２１の第２主面全体に導体層を形成することにより、広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘを実現してもよい。これにより各キャビティ１２ｘを容易に製造することができる。また、板状部材１２１が導体材料により構成されている場合には、板状部材１２１の凹部１２１ｘの底面が広壁１２２ｘとして機能し、板状部材１２１の凹部１２１ｘの側面が狭壁１２３ｘとして機能する。
　板状部材１２１は、第２主面側がポスト壁導波路１１の第１広壁１１２に当接するように、且つ、凹部１２１ｘが結合窓１１２ｘを介して共振器１１ｘと連通するように、ポスト壁導波路１１に積層される。これにより、広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘに囲まれ、空気等の誘電体で満たされた凹部１２１ｘが、キャビティ１２ｘとして機能する。このキャビティ１２ｘは、対応する結合窓１１２ｘを介して対応する共振器１１ｘと電磁気的に結合している。本実施形態において、各キャビティ１２ｘは、第１広壁１１２に直交する方向を高さ方向とする円柱状である。各キャビティ１２ｘの底面の半径Ｒ３ｘ（以下、キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘと略記する）と対応する共振器１１ｘの半径Ｒ１ｘとの間には、Ｒ３ｘ＜Ｒ１ｘという関係があり、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘと対応する結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘとの間には、Ｒ２ｘ＜Ｒ３ｘという関係がある。
　なお、本実施形態においては、ポスト壁導波路１１の誘電体基板１１１を構成する誘電体材料として、石英ガラスを用いているが、本発明は、これに限定されない。ポスト壁導波路１１の誘電体基板１１１を構成する誘電体材料は、石英以外の誘電体材料、例えば、サファイアや、アルミナなどでもよい。
　また、本実施形態においては、ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料として、銅を用いているが、本発明は、これに限定されない。ポスト壁導波路１１の第１広壁１１２及び第２広壁１１３を構成する導体材料は、銅以外の導体材料、例えば、アルミニウムや、複数の金属元素により構成された合金などでもよい。
　また、本実施形態においては、各共振器１１ｘを、円柱状としているが、本発明は、これに限定されない。各共振器１１ｘは、例えば、断面（誘電体基板１１１の主面と平行な断面）が正六角形以上の正多角形である角柱状でもよい。
　また、本実施形態においては、各結合窓１１２ｘを、円形状としているが、本発明は、これに限定されない。各結合窓１１２ｘは、例えば、六角形以上の正多角形状でもよい。
　また、本実施形態においては、空洞である各キャビティ１２ｘが空気で満たされているが、本発明は、これに限定されない。各キャビティ１２ｘは、空気以外の誘電体、例えば、樹脂などで満たされていてもよい。
　また、本実施形態においては、各キャビティ１２ｘを、円柱状としているが、本発明は、これに限定されない。各キャビティ１２ｘは、例えば、底面が正六角形以上の正多角形状である角柱状でもよい。
　また、本実施形態においては、各キャビティ１２ｘの広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘを構成する導体材料として、銅を用いているが、本発明は、これに限定されない。各キャビティ１２ｘの広壁１２２ｘ及び狭壁１２３ｘを構成する導体材料は、例えば、アルミニウムや、複数の金属元素により構成された合金などでもよい。
　また、本実施形態においては、結合窓１１２ａ～１１２ｅ及びキャビティ１２ａ～１２ｅを第１広壁１１２側に形成しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、結合窓１１２ａ～１１２ｅ及びキャビティ１２ａ～１２ｅは、第２広壁１１３側に形成されていてもよいし、第１広壁１１２側と第２広壁１１３側とに分散して形成されていてもよい。一例として、結合窓１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｅ及びキャビティ１２ａ，１２ｃ，１２ｅが第１広壁１１２側に形成され、結合窓１１２ｂ，１１２ｄ及びキャビティ１２ｂ，１２ｄが第２広壁１１３側に形成されている構成も、本願発明の範疇に含まれる。
　また、本実施形態においては、共振器１１ａ～１１ｅ、結合窓１１２ａ～１１２ｅ、及びキャビティ１２ａ～１２ｅの個数を各５個としているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、共振器１１ａ～１１ｅ、結合窓１１２ａ～１１２ｅ、及びキャビティ１２ａ～１２ｅの個数は、各２個以上の任意の個数であり得る。
　（ポスト壁の配置パターン）
　ポスト壁導波路１１におけるポスト壁１１４の配置パターンについて、図３を参照して説明する。図３は、ポスト壁導波路１１の平面図である。なお、図３においては、ポスト壁１１４を仮想的な導体壁として点線で図示している。
　ポスト壁１１４の配置パターンは、第１広壁１１２、第２広壁１１３、及びポスト壁１１４により囲まれた領域が、以下の構成を含むように決められる。
　・入力導波路１１ｐ、
　・結合窓Ａｐａを介して入力導波路１１ｐと電磁気的に結合された共振器１１ａ、
　・結合窓Ａａｂを介して共振器１１ａと電磁気的に結合された共振器１１ｂ、
　・結合窓Ａｂｃを介して共振器１１ｂと電磁気的に結合された共振器１１ｃ、
　・結合窓Ａｃｄを介して共振器１１ｃと電磁気的に結合された共振器１１ｄ、
　・結合窓Ａｄｅを介して共振器１１ｄと電磁気的に結合された共振器１１ｅ、
　・結合窓Ａｅｑを介して共振器１１ｅと電磁気的に結合された出力導波路１１ｑ、
　共振器１１ａ～１１ｅは、円柱状であり、入力導波路１１ｐ及び出力導波路１１ｑは、直方体状である。互いに隣接する２つの共振器（例えば、共振器１１ｂと共振器１１ｃ）の中心間距離は、これら２つの共振器の半径の和よりも小さい。例えば、互いに隣接する２つの共振器１１ｂ，１１ｃの中心間距離Ｄｂｃは、Ｄｂｃ＜Ｒ１ｂ＋Ｒ１ｃを満たす。このため、互いに隣接する２つの共振器が結合窓を介して電磁気的に結合する。例えば、互いに隣接する２つの共振器１１ｂ，１１ｃが結合窓Ａｂｃを介して電磁気的に結合する。
　互いに隣接する２つの共振器は、これら２つの共振器の中心軸を含む平面に対して対称である。例えば、互いに隣接する２つの共振器１１ｂ，１１ｃは、これら２つの共振器１１ｂ，１１ｃの中心軸を含む平面Ｓｂｃ（図３参照）に対して対称である。また、共振器１１ａ～１１ｅからなる共振器群は、第１広壁１１２に直交する特定の平面Ｓ（図３参照）に対して対称である。このような対称性をポスト壁１１４に持たせ、ポスト壁１１４の配置パターンを規定する独立なパラメータの数を減らすことによって、フィルタ１の設計を容易にすることができる。
　また、入力導波路１１ｐに結合した共振器１１ａと出力導波路１１ｑに結合した共振器１１ｅは、互いに隣接するように配置されており、共振器１１ａ～１１ｅは、全体として環状に並べられている。したがって、ポスト壁１１４が形成される誘電体基板１１１のサイズを小さくすることができる。これにより、環境温度が変化したときに生じ得る、誘電体基板１１１の熱膨張又は熱収縮の絶対値を小さくすることができる。このため、環境温度が変化したときに、誘電体基板１１１の熱膨張又は熱収縮に起因して生じ得る、フィルタ１の特性変化を抑制することができる。
　なお、ここでは、共振器１１ａに結合された導波路を入力導波路１１ｐとし、共振器１１ｅに結合された導波路を出力導波路１１ｑとしたが、これに限定されない。共振器１１ａに結合された導波路を出力導波路とし、共振器１１ｅに結合された導波路を入力導波路としてもよい。
　（キャビティの機能）
　フィルタ１は、電磁気的に結合した複数の共振器１１ａ～１１ｅとして機能するポスト壁導波路１１を備えている。したがって、フィルタ１は、特定の周波数帯域（以下、「通過帯域」）に属する電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能する。キャビティ１２ａ～１２ｅは、この通過帯域の中心周波数を調整するために利用される。
　以下、フィルタ１の透過特性及び反射特性を電磁界シミュレーションにより調査した結果を説明する。なお、電磁界シミュレーションにおいては、誘電体基板１１１の材料を石英、誘電体基板１１１の厚みを５２０μｍ、共振器１１ａ，１１ｅの半径Ｒ１ａ，Ｒ１ｅを８００μｍ、共振器１１ｂ～１１ｄの半径Ｒ１ｂ～Ｒ１ｄを８４０μｍ、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを３００μｍ、各キャビティ１２ｘを満たす誘電体を空気、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを３００μｍと仮定した。
　図４の（ａ）は、各キャビティ１２ｘの高さＨｘを一律に２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、３００μｍとしたフィルタ１の透過係数Ｓ（２，１）及び反射係数Ｓ（１，１）の周波数特性を示すグラフである。
　図４の（ａ）に示す透過係数Ｓ（２，１）のグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・各キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘ以下の場合、キャビティ１２ｘの高さＨを高くするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトする。
　図４の（ａ）に示す反射係数Ｓ（１，１）のグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・各キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘ以下の場合、通過帯域における反射係数Ｓ（１，１）は、高々－１５ｄＢに抑えられる。
　図４の（ｂ）は、各キャビティ１２ｘの高さＨｘを一律に１００μｍ、３００μｍ、６００μｍとしたフィルタ１の透過係数Ｓ（２，１）及び反射係数Ｓ（１，１）の周波数特性を示すグラフである。
　図４の（ｂ）に示す透過係数Ｓ（２，１）のグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘ以下の場合、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ｘの高さＨｘに強く依存する（敏感に反応する）。この場合、キャビティ１２ｘの高さＨｘを高くするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトする。
　・キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘ以上の場合、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ｘの高さＨｘに強く依存しない（敏感に反応しない）。この場合、キャビティ１２ｘの高さＨｘを高くするほど、通過帯域の中心周波数が低周波側にシフトする。
　図４の（ｂ）に示す反射係数Ｓ（１，１）のグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・キャビティ１２ｘの高さＨｘが６００μｍ以下の場合、通過帯域における反射係数Ｓ（１，１）は、高々－１３ｄＢに抑えられる。
　図５の（ａ）は、キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも小さいときに得られるフィルタ１内の電界分布を示すグラフである。図５の（ｂ）は、キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘと一致するときに得られるフィルタ１内の電界分布を示すグラフである。図５の（ｃ）は、キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも大きいときに得られるフィルタ１内の電界分布を示すグラフである。
　キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも小さい場合、図５の（ａ）に示すように、共振器１１ｘから漏洩した電界がキャビティ１２ｘの広壁１２２ｘに達している。キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも小さいときに、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ｘの高さＨｘに強く依存する（敏感に反応する）のは、このためであると考えられる。
　キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも大きい場合、図５の（ｃ）に示すように、共振器１１ｘから漏洩した電界がキャビティ１２ｘの広壁１２２ｘに達していない。キャビティ１２ｘの高さＨｘがキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも大きいときに、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ｘの高さＨｘに強く依存しない（敏感に反応しない）のは、このためであると考えられる。
　以上のように、フィルタ１においては、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅに応じて決まる。したがって、フィルタ１を製造する際に、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変化させることで通過帯域の中心周波数を調整する工程を実施すれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタ１を容易に製造することができる。
　この際、キャビティ１２ｘの高さＨｘは、キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘよりも小さいことが好ましい。この場合、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅに強く依存する（敏感に反応する）ので、通過帯域の中心周波数を所望の周波数にシフトさせるために必要となる、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅの変化量が小さくて済むからである。
　以上のように、フィルタ１においては、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅに応じて決まる。したがって、フィルタ１を製造する際に、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変更することで、通過帯域の中心周波数を調整する工程を実施すれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタ１を容易に製造することができる。
　なお、フィルタ１における通過帯域の中心周波数の調整は、第２の実施形態で説明するように、キャビティ１２ａ～１２ｅの半径Ｒ３ａ～Ｒ３ｅを変更することでも、実現することができる。つまり、フィルタ１における通過帯域の中心周波数の調整は、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変更するか、キャビティ１２ａ～１２ｅの半径Ｒ３ａ～Ｒ３ｅを変更するかを問わず、キャビティ１２ａ～１２ｅの体積を変更することで実現することができる。
　（キャビティの更なる機能）
　フィルタ１においては、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変化させることで通過帯域の中心周波数を調整する構成に代えて、結合窓１１２ａ～１１２ｅのサイズを変化させることで通過帯域の中心周波数を調整する構成を採用することができる。後者の構成を採用する場合、フィルタ１からキャビティ１２ａ～１２ｅを省略しても、通過帯域の中心周波数を調整すること自体は可能である。
　しかしながら、キャビティ１２ａ～１２ｅを省略すると、ポスト壁導波路１１を導波される電磁波の一部が結合窓１１２ａ～１１２ｅから漏洩するので、損失が増加するという問題を招来する。キャビティ１２ａ～１２ｅには、このような電磁波の漏洩を抑え、損失を小さく抑えるという更なる機能がある。つまり、フィルタ１において、キャビティ１２ａ～１２ｅは、結合窓１１２ａ～１１２ｅのサイズを変化させることで通過帯域の中心周波数を調整する構成を採用するとしても、電磁波の漏洩を抑えるために必要となる構成である。
　図１０の（ａ）は、第１の実施形態に係るフィルタ１からキャビティ１２ａ～１２ｅを省略することにより得られるフィルタ（以下、「比較例に係るフィルタ」と記載する）の透過係数Ｓ（２，１）の周波数依存性を示すグラフである。ここでは、誘電体基板１１１の材料を石英、誘電体基板１１１の厚みを５２０μｍ、共振器１１ａ，１１ｅの半径Ｒ１ａ，Ｒ１ｅを８００μｍ、共振器１１ｂ～１１ｄの半径Ｒ１ｂ～Ｒ１ｄを８４０μｍ、各キャビティ１２ｘを満たす誘電体材料を空気、各キャビティ１２ｘの高さＨｘを６００μｍ、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘと同一と仮定した数値シミュレーションの結果を示す。
　図１０の（ａ）においては、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを一律に２５μｍステップで１００μｍから４００μｍまで変化させることにより得られる比較例に係るフィルタの透過係数Ｓ（２，１）を示している。図１０の（ａ）によれば、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを大きくするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトすることが分かる。また、図１０の（ａ）によれば、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを大きくするほど、損失の増加に起因して透過係数が全体的に低下することが分かる。
　図１０の（ｂ）は、第１の実施形態に係るフィルタ１（実施例）の透過係数Ｓ（２，１）の周波数依存性を示すグラフである。ここでは、誘電体基板１１１の材料を石英、誘電体基板１１１の厚みを５２０μｍ、共振器１１ａ，１１ｅの半径Ｒ１ａ，Ｒ１ｅを８００μｍ、共振器１１ｂ～１１ｄの半径Ｒ１ｂ～Ｒ１ｄを８４０μｍ、各キャビティ１２ｘを満たす誘電体材料を空気、各キャビティ１２ｘの高さＨｘを６００μｍ、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘと同一と仮定した数値シミュレーションの結果を示す。
　図１０の（ｂ）においては、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを一律に２５μｍステップで１００μｍから４００μｍまで変化させることにより得られるフィルタ１の透過係数Ｓ（２，１）を示している。
　図１０の（ｂ）によれば、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを大きくするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトすることが分かる。また、図１０（ａ）と比較すれば、図１０の（ｂ）においては、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを大きくしても、損失の増加に起因する透過係数の全体的な低下が抑制されていることが分かる。すなわち、キャビティ１２ａ～１２ｅには、損失を抑える機能があることが確かめられる。
　〔第２の実施形態〕
　（フィルタの構成）
　本発明の第２の実施形態に係るフィルタ１Ａの構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、フィルタ１Ａの分解斜視図であり、図７は、フィルタ１Ａの部分断面図である。
　第１の実施形態に係るフィルタ１と本実施形態に係るフィルタ１Ａとの相違点は、キャビティ１２ａ～１２ｅの実現方法である。第１の実施形態に係るフィルタ１においては、各キャビティ１２ｘが、板状部材１２１と広壁１２２ｘと狭壁１２３ｘとにより実現されているのに対して、本実施形態においては、各キャビティ１２ｘが、誘電体層１２５ｘと広壁１２６ｘとにより実現されている。
　誘電体層１２５ｘは、結合窓１１２ｘに充填された誘電体により構成される層状部材である。本実施形態においては、誘電体層１２５ｘを構成する誘電体材料として、樹脂を主成分とする誘電体材料を用いている。本実施形態において、誘電体層１２５ｘは、結合窓１１２ｘと同一の形状、すなわち、円柱状である。
　広壁１２６ｘは、それぞれ、導体材料により構成された層状（又は膜状）部材である。広壁１２６ｘは、誘電体層１２５ｘの第１主面（図６及び図７における上面）に、結合窓１１２ｘを閉塞するように形成されている。本実施形態においては、広壁１２６ｘを構成する導体材料として、銅を用いている。
　誘電体層１２５ｘは、結合窓１１２ｘの側壁と広壁１２６ｘとに囲まれている。このため、誘電体層１２５ｘは、共振器１１ｘと電気的に結合したキャビティ１２ｘとして機能する。
　フィルタ１Ａは、キャビティ１２ａ～１２ｅの実現方法を除き、フィルタ１と同様に構成されている。このため、ここでは、キャビティ１２ａ～１２ｅの実現方法以外の説明を省略する。
　なお、本実施形態においては、誘電体層１２５ｘを構成する誘電体として、樹脂を用いているが、本発明は、これに限定されない。誘電体層１２５ｘを構成する誘電体は、樹脂以外の誘電体でもよい。
　また、本実施形態においては、各キャビティ１２ｘの広壁１２６ｘを構成する導体材料として、銅を用いているが、本発明は、これに限定されない。各キャビティ１２ｘの広壁１２６ｘを構成する導体材料は、例えば、アルミニウムや、複数の金属元素により構成された合金などでもよい。
　（キャビティの機能）
　フィルタ１Ａは、電磁気的に結合した複数の共振器１１ａ～１１ｅとして機能するポスト壁導波路１１を備えている。したがって、フィルタ１Ａは、通過帯域に属する電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタとして機能する。キャビティ１２ａ～１２ｅは、この通過帯域の中心周波数を調整するために利用される。
　以下、フィルタ１Ａの透過特性及び反射特性を電磁界シミュレーションにより調査した結果を説明する。なお、電磁界シミュレーションにおいては、誘電体基板１１１の材料を石英、誘電体基板１１１の厚みを５２０μｍ、共振器１１ａ，１１ｅの半径Ｒ１ａ，Ｒ１ｅを７００μｍ、共振器１１ｂ，１１ｄの半径Ｒ１ｂ，Ｒ１ｄを７２５μｍ、共振器１１ｃの半径Ｒ１ｃを７５０μｍ、各結合窓１１２ｘの半径Ｒ２ｘを対応するキャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘと同一、各キャビティ１２ｘを満たす誘電体をポリイミド、各キャビティ１２ｘの高さを１６μｍと仮定した。なお、各キャビティ１２ｘの高さは、第１広壁１１２の厚みと同一である。
　図８の（ａ）は、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを一律に５０μｍステップで２００μｍから６００μｍまで変化させることにより得られるフィルタ１Ａの透過係数Ｓ（２，１）の周波数特性を示すグラフである。図８の（ａ）に示すグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを大きくするほど、通過帯域の中心周波数が高周波側にシフトする。
　図８の（ｂ）は、各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘを一律に５０μｍステップで２００μｍから６００μｍまで変化させることにより得られるフィルタ１Ａの反射係数Ｓ（１，１）の周波数特性を示すグラフである。図８の（ａ）に示すグラフによれば、以下のことが確かめられる。
　・通過帯域における反射係数Ｓ（１，１）は、高々－２５ｄＢに抑えられる。
　図９は、各キャビティ１２ｘ内の電界分布を示すグラフである。ここでは、キャビティ１２ａ，１２ｅの半径Ｒ３ａ，Ｒ３ｅを７００μｍ、キャビティ１２ｂ，１２ｄの半径Ｒ３ａ，Ｒ３ｄを７２５μｍ、キャビティ１２ｃの半径Ｒ３ｃを７５０μｍとし、電界の強さを色の濃さで表現している。図９に示すグラフによれば、共振器１１ｘから漏洩した電界が結合窓１１２ｘの側壁まで到達していることが分かる。通過帯域の中心周波数が各キャビティ１２ｘの半径Ｒ３ｘに依存するのは、このためであると考えられる。
　以上のように、フィルタ１Ａにおいては、通過帯域の中心周波数がキャビティ１２ａ～１２ｅの半径Ｒ３ａ～Ｒ３ｅに応じて決まる。したがって、フィルタ１Ａを製造する際に、キャビティ１２ａ～１２ｅの半径Ｒ３ａ～Ｒ３ｅを変更することで、通過帯域の中心周波数を調整する工程を実施すれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタ１Ａを容易に製造することができる。
　なお、フィルタ１Ａにおける通過帯域の中心周波数の調整は、第１の実施形態で説明したように、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変更することでも、実現することができる。つまり、フィルタ１における通過帯域の中心周波数の調整は、キャビティ１２ａ～１２ｅの半径Ｒ３ａ～Ｒ３ｅを変更するか、キャビティ１２ａ～１２ｅの高さＨａ～Ｈｅを変更するかを問わず、キャビティ１２ａ～１２ｅの体積を変更することで実現することができる。
　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係るフィルタにおいては、電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路に積層された少なくとも１つのキャビティと、を備え、前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の広壁に形成された結合窓を介して、前記共振器群に属する何れかの共振器と電磁気的に結合されているという構成が採用されている。
　上記の構成によれば、キャビティの体積を変更することによって、通過帯域の中心周波数を容易に調整することができる。
　本発明の態様２に係るフィルタにおいては、本発明の態様１に係るフィルタの構成に加えて、前記結合窓は、前記広壁を平面視したときに、当該結合窓を介して前記キャビティと電磁気的に結合される共振器の中心と重なる位置に形成されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、共振器とキャビティとの電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、キャビティの体積を変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
　本発明の態様３に係るフィルタにおいては、本発明の態様１又は２に係るフィルタの構成に加えて、前記結合窓は、円形状である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、共振器とキャビティとの電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、キャビティの体積を変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
　本発明の態様４に係るフィルタにおいては、本発明の態様１～３の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記共振器は、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、共振器とキャビティとの電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、キャビティの体積を変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
　本発明の態様５に係るフィルタにおいては、本発明の態様１～４の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記キャビティは、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、共振器とキャビティとの電磁気的な結合の結合効率を向上させることができる。したがって、キャビティの体積を変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より効果的に行うことができる。
　本発明の態様６に係るフィルタにおいては、本発明の態様１～５の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記キャビティは、凹部が形成された板状部材と、前記凹部の底面に形成された広壁と、前記凹部の側面に形成された狭壁と、により実現されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、フィルタの製造を、より容易に行うことができる。
　本発明の態様７に係るフィルタにおいては、本発明の態様１～５の何れかに係るフィルタの構成に加えて、前記キャビティは、前記結合窓に充填された誘電体からなる誘電体層と、前記誘電体層の前記ポスト壁導波路に対向する側と反対側の主面に形成された広壁と、により実現されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、キャビティの体積を変更することによる通過帯域の中心周波数の調整を、より容易に行うことができる。
　本発明の態様８に係るフィルタの製造方法は、本発明の態様１～７の何れかに係るフィルタの製造方法において、前記キャビティの体積を変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整する工程を含んでいる、という方法が採用されている。
　上記の方法によれば、通過帯域の中心周波数が所望の周波数に一致するフィルタを容易に製造することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１，１Ａ　　　　　　フィルタ
１１　　　　　　　　ポスト壁導波路
１１１　　　　　　　誘電体基板
１１２　　　　　　　第１広壁
１１２ａ～１１２ｅ　結合窓
１１３　　　　　　　第２広壁
１１４　　　　　　　ポスト壁
１１ａ～１１ｅ　　　共振器
１２ａ～１２ｅ　　　キャビティ
１２１　　　　　　　板状部材
１２２ａ～１２２ｅ　　　　　　　狭壁
１２３ａ～１２３ｅ　　　　　　　第２広壁
１２５ａ～１２５ｅ　　　　　　　誘電体基板
１２６ａ～１２６ｅ　　　　　　　広壁

Claims (8)

  1. 　電磁気的に結合された複数の共振器からなる共振器群として機能するポスト壁導波路と、
    　前記ポスト壁導波路に積層された少なくとも１つのキャビティと、を備え、
    　前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の広壁に形成された結合窓を介して、前記共振器群に属する何れかの共振器と電磁気的に結合されている、ことを特徴とするフィルタ。
  2. 　前記結合窓は、前記広壁を平面視したときに、当該結合窓を介して前記キャビティと電磁気的に結合される前記共振器の中心と重なる位置に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
  3. 　前記結合窓は、円形状である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ。
  4. 　前記共振器は、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のフィルタ。
  5. 　前記キャビティは、前記広壁に直交する方向を高さ方向とする円柱状である、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載のフィルタ。
  6. 　前記キャビティは、凹部が形成された板状部材と、前記凹部の底面に形成された広壁と、前記凹部の側面に形成された狭壁と、により実現されている、
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のフィルタ。
  7. 　前記キャビティは、前記結合窓に充填された誘電体からなる誘電体層と、前記誘電体層の前記ポスト壁導波路に対向する側と反対側の主面に形成された広壁と、により実現されている、
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のフィルタ。
  8. 　請求項１～７の何れか１項に記載のフィルタの製造方法において、
    　前記キャビティの体積を変更することによって、通過帯域の中心周波数を調整する工程を含んでいる、
    ことを特徴とするフィルタの製造方法。
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