JP2015506628A - マルチモード帯域通過フィルタ - Google Patents
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Abstract
本発明は、一つの空洞において誘電体共振素子のデュアル又はトリプルなどの多重共振を実現する際に、各共振の間のエネルギーをカップリングするために、誘電体共振素子又は空洞の形状を一部変形して、多重共振の間にカップリングできるようにして形状の単純化を行い、サイズを減らすことができる。さらに、一つの空洞においてトリプル共振の実現のために、誘電体共振素子の形状をドーナツ(doughnut)形状に製作することにより、誘電体共振素子の製作を容易にし、かつ誘電体共振素子から発生される熱の放出を容易にする。
Description
本発明は、高周波フィルタに関し、特に、一つの空洞において多重共振を実現するマルチモード帯域通過フィルタに関する。
一般に、超高周波でフィルタを実現するために、空洞を有するキャビティー(Cavity)フィルタ、ウェーブガイド(Wave Guide)フィルタ、誘電体フィルタなどで実現するが、これは、高電力の実現が可能であり、選択度(Q: Quality factor)が高いためである。この中で、類似した空洞の容量で選択度を向上するためには、誘電体フィルタが主に用いられている。しかし、誘電体フィルタの場合、誘電体共振素子が空洞に収容される必要があるため、製造コストが上昇し、重量が重くなる短所がある。
この短所を克服するために、US特許第4、675、630号のように、一つの空洞において多重共振を実現しようとする試みが従来から行われてきた。しかしながら、上記US特許の代表図と同様の図面である図1に示したように、一つの空洞において多数の共振によりフィルタ特性を実現するためには、符号16、18、20のような、エネルギーカップリングのための複数のカップリングねじ(coupling screw)を、空洞の縁(edge)から45度の方向に製作すべきである。これにより、空洞の製作に困難があるので、製造コストが上昇し、かつ調整用ねじが多くの方向に分布するようになって、実際に使用可能な空間が縮小される。
図1において、符号4は、ウェーブガイドキャビティーであり、符号6は、共振素子、符号8、10は、同軸プローブ(coaxial probe)、符号14は、低誘電常数(low dielectric constant)の支持体であり、符号22、24、26は、チューニングねじである。
本発明の目的は、一つの空洞において多重共振を生じさせて、フィルタの特性を実現するために、エネルギーカップリングの実現を容易にすることにある。
本発明の他の目的は、エネルギーカップリングの実現を容易にすることにより、空洞の製造コストを低減し、また実現の空間を減らすことにより、さらに小型化することにある。
本発明のまた他の目的は、一つの空洞において多重共振を生じさせる時、誘電体共振素子をドーナツ形状に製作することにより、誘電体共振素子の製作を容易にし、かつ誘電体共振素子から発生する熱の放出を容易にすることにある。
マルチモード帯域通過フィルタは、一つの空洞において、誘電体共振素子を用いて多重共振を生じさせる時、各共振のエネルギーカップリングのために、誘電体共振素子の形状を一部変更した誘電体共振素子を含む。
さらに、同一の目的として、マルチモード帯域通過フィルタは、各共振のエネルギーカップリングをするために、誘電体共振素子の形状を変形せず、空洞の形状を一部変更した空洞を含む。
マルチモード帯域通過フィルタは、一つの空洞においてトリプル共振を生じさせるために、誘電体共振素子を含み、上記誘電体共振素子は、誘電体共振素子の製作を容易にし、また熱の放出を容易にするために、ドーナツ形状にする。
一つの空洞を用いて多重共振を実現する際に、各共振モードの間に、エネルギーカップリングをするためのカップリング構造を単純にすることができる。
これにより、多数の空洞を用いて多重共振を実現する際に、カップリング構造に伴う構造の制約を克服することができる。したがって、マルチモード帯域通過フィルタは、構造的制約なしで自由に実現することができる。
また、空洞の単純化により、空洞の製造コストを低減することができ、かつ空洞の小型化を達成することができる。
さらに、一つの空洞を用いてトリプル共振を実現する際に、誘電体共振素子をドーナツ形状で製作することにより、マルチモード帯域通過フィルタの製作を容易にして、製造コストを低減し、かつ誘電体共振素子から発生する熱の放出を容易にし、これにより、製品を安定に、かつ新頼性よく操作することができる。
図2Aは、本発明の第1実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの斜視図であり、図2Bは、本発明の第1実施形態の透過斜視図であって、蓋の図示は省略した。本発明の第1実施形態によると、マルチモード帯域通過フィルタ200は、空洞を遮蔽するハウジング201と、蓋(Cover)202とを備える。ハウジング201と蓋202とは、金属の材質からなり、内部信号を遮蔽することができる。たまには、ハウジング201と蓋202とは、プラスチックのような非導電体でメッキした状態で用いてもよい。
また、空洞において共振を生じる信号を入力又は出力できる入/出力ポート210、211を備える。
図2Bは、図2Aの透過斜視図であって、入出力ポートに、第1、第2伝送ライン220、221が連結されている構造を示す。この2個の伝送ライン220、221は、所望のフィルタを実現するために、誘電体共振素子に必要なエネルギーをカップリングさせる役目をするものであり、場合によって、ハウジング201と電気的に短絡又は開放してもよく、所望のエネルギーカップリング量は、伝送ラインと誘電体共振素子との間の距離と、伝送ラインの長さ、厚み及び形状とを変更することにより実現すればよい。
また、誘電体共振素子230では、一般に、マルチモード帯域通過フィルタ200を実現するための各周波数の共振モードは、誘電体共振素子230の直径と長さとの比率に直接に関連して発生する。従って、各共振モードは、直径と長さとの比率の調整を介して、同一の周波数で共振することができる。しかし、この第1実施形態では、本発明の請求項8に開示のように、トリプル共振を生じさせるために、誘電体共振素子230をドーナツ形状に製作することにより、誘電体共振素子230の製作を容易にし、誘電体共振素子230から発生される熱の放出を容易にすることができる。すなわち、誘電体共振素子230は、全体的な外形が円筒形状に類似であるが、例えば、その中心部で縦の方向に貫通ホールが形成される。また、US特許第4、675、630号に開示のように、他のマルチモード帯域共振フィルタにおける各周波数の共振モードの間に、エネルギーカップリングをするための図1のねじ16、18、20を備えず、請求項1に記載のように、誘電体共振素子230の形状を一部変更した誘電体共振素子230を備える。第1実施形態では、ドーナツ形状に変形して、多重共振の間に、エネルギーカップリングをするが、円柱形状及び四角形状の形状にも適用してもよい。これに用いられた誘電体共振素子230は、通常、支持体240に比べて、高誘電率を用い、低損失タンジェント係数を有する誘電体からなり、低損失タンジェントを有するので、誘電体共振素子230は、選択度(Q、Quality factor)が高くて、フィルタにおいて発生する損失を減らすことができる。誘電体共振素子230は、空洞の中央に位置しない場合もあるが、通常、最もよい選択度を得るために、空洞の中央に位置づける。
したがって、誘電体共振素子230を空洞の中央に位置付けるために、低誘電率、低損失タンジェント係数を有する支持体240を備える。支持体240は、一方が誘電体共振素子と接触しており、それと反対の面は、ハウジング201と接触している。通常、支持体としては、アルミナ(Al2O3)を用いる。その理由は、アルミナが低損失タンジェント係数を有し、熱伝導性に優れて、誘電体共振素子から発生する熱をハウジング201へ放出すことができるからである。アルミナの他に、テフロン(登録商標)(Teflon(登録商標))、プラスチックなどを用いてもよい。
さらに、微細に共振周波数を調整するために、共振調整ねじ250を備えてもよい。
図2Cは、図2A及び図2Bに示したように備えられた、本発明の第1実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタ200について測定した特性を示すグラフである。図2Cに示したように、本発明によるマルチモード帯域通過フィルタ200では、多数のモードが発生することがわかる。
以上、図2Aから2Cを参照して説明したように、本発明では、多重共振を生じさせるために、ドーナツ形状の誘電体共振素子230を一部変形する。この変形された構造は、誘電体共振素子230の平面構造から一部が除去された構造(即ち、図2A、図2Bの例では、円形状の一部を切り欠いた構造)であることがわかる。変形された量(円形状から切り欠いた量)が多くなるほど、フィルタの帯域幅を増やすことができ、最大に半円まで切り出すことができる。このような変形量は、上記フィルタにおける所望のフィルタリング特性を考慮して好適に設計することができる。
なお、この際、図2Bに示した第1、第2伝送ライン220、221(及びこれによる入出力ポート)は、誘電体共振素子230に対して、平面視で互いに90度の角度で位置するように構成される。このような配置構造は、一つの空洞において二つ以上の共振を生じさせるために、主要な構成である。さらに、上記誘電体共振素子230から変形された部分は、平面視で互いに90度の角度で位置する、第1、第2伝送ライン220、221の間の4分面と対向する側の4分面に形成されることが好ましい。
図3Aは、本発明の第2実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの斜視図であり、図3Bは、本発明の第2実施形態の透過斜視図である。第2実施形態は、上述の本発明の第1実施形態のように、多重共振を一つの空洞に生じさせる構造を、二つの空洞へ拡張して、マルチモード帯域通過フィルタ300を実現することである。第2実施形態では、理解の便宜上、二つの空洞について記述したが、実際の使用においては、二つ以上のすべての空洞にもさらに適用してもよい。
図3A及び図3Bを参照すると、マルチモード帯域通過フィルタ300は、ハウジング301と、蓋302とを備える。ハウジングと蓋とは、用いた材質と用途において、第1実施形態のハウジング201と蓋202と同様である。
さらに、マルチモード帯域通過フィルタ300は、入/出力ポート310、311と、第1、第2伝送ライン320、321とを備え、用いた材質と用途は、第1実施形態の 入/出力ポート210、211と、第1、第2伝送ライン220、221とそれぞれ同様である。
また、第1実施形態における空洞を、二つの空洞に拡張するために、誘電体共振素子330、331、支持体340、341、及び共振調整ねじ350、351が備えられ、その材質と用途は、第1実施形態の誘電体共振素子230、支持体240、及び共振調整ねじ250とそれぞれ同様である。
但し、第3、第4伝送ライン360、361は、フィルタの実現のために、誘電体共振素子330、331に必要なエネルギーをカップリングする役目をするものであり、第5伝送ライン362は、第3、第4伝送ライン360、361を連結させるために備えられる。場合によって、第3、第4伝送ライン360、361は、第1、第2伝送ラインと同様に、ハウジング301と電気的に短絡又は開放されてもよく、所望のエネルギーカップリング量は、伝送ラインと誘電体共振素子との間の距離と、伝送ラインの長さ、厚み及び形状とを変更することで実現すればよい。
図3Cは、図3A及び図3Bのように備えられた、本発明の第1実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタ300について測定した特性を示すグラフである。
以下、図4Aから図8を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明では、説明の便宜上、蓋の図示を省略し、またその役割も同様であるので、その役割についての説明も排除した。
図4Aは、本発明の第3実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの透過斜視図である。
図4Aを参照すると、本発明の第3実施形態により、マルチモード帯域通過フィルタ400は、空洞を遮蔽するハウジング401と、蓋とを備える。ハウジング401と蓋とは、用いた材質と用途において、第1実施形態のハウジング201と蓋202と同様である。
しかし、第1、第2実施形態では、各周波数の共振モードの間に、エネルギーカップリングをするために、誘電体共振素子の形状を一部変形するが、第3実施形態では、ハウジング401の形状を一部変形して、多重共振の間にエネルギーカップリングをすることができるようにした。
さらに、マルチモード帯域通過フィルタ400は、入/出力ポート410、411と、 第1、第2伝送ライン420、421と、支持体440と、共振調整ねじ450とを備え、用いた材質と用途は、第1実施形態の入/出力ポート210、211と、第1、第2伝送ライン220、221と、支持体240と、共振調整ねじ250とそれぞれ同様である。
ただし、誘電体共振素子430は、ハウジング401の形状を一部変形して、エネルギーカップリングを形成したため、一般のドーナツ形状(即ち、変形されていない構造)で構成される。
図4Bは、図4Aに示したように備えられた、本発明の第3実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタ200の特性シミュレーショングラフである。図4Bに示したように、本発明の第3実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタ200では、多数のモードが発生することがわかる。
図4A及び図4Bを参照して上述したように、本発明の第3実施形態では、多重共振を発生するために、ハウジング401の内部形状(空洞の形状)を一部変形する。この変形された構造は、ハウジング401の内部構造において、誘電体共振素子430に対向して、一部が加えられた構造(即ち、図4Aの例では、平面視四角形状の内部構造において、一角の部分が幾分満たされた構造)であることがわかる。変形された量(角で満たされた量)が多くなるほど、フィルタの帯域幅を高めることができ、このような変形量は、上記フィルタにおける所望のフィルタリング特性などを考慮して好適に設計することができる。
また、この際、図4Aに示した第1、第2伝送ライン420、421(及びこれによる入出力ポート)は、誘電体共振素子230に対して、平面視で互いに90度の角度で位置するように構成され、この際、ハウジング401から変形された部分は、平面視で互いに90度の角度で位置する第1、第2伝送ライン420、421の間の4分面と対向する側の4分面に形成されることが好ましい。
図5は、本発明の第4実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの透過斜視図であり、本発明の第4実施形態は、上述した本発明の第3実施形態のように、多重共振を一つの空洞において行ったことを、二つの空洞に拡張して行うことにより、マルチモード帯域通過フィルタ500を実現することである。第4実施形態においては、理解の便宜上、二つの空洞について記述したが、実際の使用においては、二つ以上のすべての空洞にもまた適用してもよい。
マルチモード帯域通過フィルタ500は、ハウジング501と蓋とを備える。上記ハウジングと蓋とは、用いた材質と用途において、第1実施形態のハウジング201と蓋202と同様である。
また、マルチモード帯域通過フィルタ500は、入/出力ポート510、511と、 第1、第2伝送ライン520、521とを備え、用いた材質と用途において、第1実施形態の入/出力ポート210、211と、第1、第2伝送ライン220、221とそれぞれ同様である。
なお、第3実施形態における空洞を二つの空洞に拡張するために、誘電体共振素子530、531、支持体540、541、及び共振調整ねじ550、551が備えられ、その材質と用途は、第3実施形態における誘電体共振素子430、支持体440、及び共振調整ねじ450とそれぞれ同様である。
また、マルチモード帯域通過フィルタ500は、第3、第4、第5伝送ライン560、561、562を備え、用いた材質と用途は、第2実施形態における第3、第4、第5伝送ライン360、361、362と同様である。
図6は、本発明の第5実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの透過斜視図であり、本発明の第5実施形態は、上述した第1実施形態と第3実施形態を、一つの空洞に 適用して実現することである。即ち、一つの空洞において、多重共振モードの間にエネルギーカップリングをするために、誘電体共振素子630とハウジング601との形状を共に、一部変形して、マルチモード帯域通過フィルタ600を実現する。
図6に示した第5実施形態では、上記多数の実施形態と同様に、入/出力ポート610、611と、第1、第2伝送ライン620、621と、支持体640と、共振調整ねじ650とを備えてもよい。
図7は、本発明の第6実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの透過斜視図であり、本発明の第6実施形態は、上述した本発明の第5実施形態のように、多重共振を一つの空洞において行ったことを、二つの空洞に拡張して行うことにより、マルチモード帯域通過フィルタ700を実現することである。第6実施形態では、理解の便宜上、二つの空洞について記述したが、実際の使用においては、二つ以上のすべての空洞にもまた適用してもよい。
図7に示した第6実施形態では、上記多数の実施形態と同様に、ハウジング701と、入/出力ポート710、711と、第1、第2伝送ライン720、721と、誘電体共振素子730、731と、支持体740、741と、共振調整ねじ750、751と、第3、第4、第5伝送ライン760、761、762とを備えてもよい。
図8は、本発明の第7実施形態によるマルチモード帯域通過フィルタの透過斜視図であり、本発明の第7実施形態は、上述した第1実施形態と第3実施形態を、各々の空洞において実現して、二つ以上の空洞に多重共振モードを実現する。即ち、一つ以上の空洞においては、誘電体共振素子を変形し、一つ以上の他の空洞においては、空洞の形状を変形して、マルチモード帯域通過フィルタ800を実現する。
図8に示した第7実施形態では、以前の多数の実施形態と同様に、ハウジング801と、入/出力ポート810、811と、第1、第2伝送ライン820、821と、誘電体共振素子830、831と、支持体840、841と、共振調整ねじ850、851と、第3、第4、第5伝送ライン860、861、862とを備えてもよい。
図9A及び図9Bは、本発明の特徴によるマルチモード帯域通過フィルタについて測定した特性を比較して示すグラグである。図9Aには、誘電体共振素子の中心部位に、貫通ホールのない場合について測定した特性の結果を示し、図9Bには、本発明の実施形態により、誘電体共振素子の中心部位に貫通ホールを形成した場合について測定した特性を表す。図9A及び図9Bに示したように、誘電体共振素子の中心部位に貫通ホールを形成した場合には、貫通ホールを形成していない構造と比べて、用いた周波数より最も高い周波数で不要波が発生し、帯域通過フィルタの固有の特性である、選択された周波数のみを通過するのにより適合であることが確認できる。
上述のように、本発明の実施形態によりマルチモード帯域通過フィルタが構成されることができる。また、本発明の様々な変形及び変更により他の実施形態を実現してもよい。
例えば、上記実施形態についての説明では、一つの空洞を備えるか、又は図5などに示したように、二つの空洞を備えるマルチモード帯域通過フィルタの構造について説明している。その他にも、本発明の他の実施形態では、3以上、多数の空洞を備える構造を同様に採ってもよい。
なお、上記の説明では、図5などにおいて、多数の(例えば、二つの)空洞の間に、第3から第5伝送ラインを用いて、相互間をカップリングする構造を採ることを説明したが、この他にも、本発明の他の実施形態では、多数の空洞の間における隔壁の一部を切り欠いた形態で形成されるウィンドウを通じて、カップリングする構造を採ることも可能である。
4 ウェーブガイドキャビティー
6 共振素子
8、10 同軸プローブ
14 低誘電常数の支持体
22、24、26 チューニングねじ
200、300、400、500、600、700、800 マルチモード帯域通過フィルタ
201、301、401、501、601、701、801 ハウジング
202、302 蓋
210、310、410、510、610、710、810 入力ポート
211、311、411、511、611、711、811 出力ポート
220、320、420、520、620、720、820 第1伝送ライン
221、321、421、521、621、721、821 第2伝送ライン
230、330、331、430、530、531、630、730、731、830、831 誘電体共振素子
240、340、341、440、540、541、640、740、741、840、841 支持体
250、350、351、450、550、551、650、750、751、850、851 共振調整ねじ
360、560、760、860 第3伝送ライン
361、561、761、861 第4伝送ライン
362、562、762、862 第5伝送ライン
6 共振素子
8、10 同軸プローブ
14 低誘電常数の支持体
22、24、26 チューニングねじ
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201、301、401、501、601、701、801 ハウジング
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240、340、341、440、540、541、640、740、741、840、841 支持体
250、350、351、450、550、551、650、750、751、850、851 共振調整ねじ
360、560、760、860 第3伝送ライン
361、561、761、861 第4伝送ライン
362、562、762、862 第5伝送ライン
Claims (9)
- マルチモード帯域通過フィルタであって、
少なくとも一つの空洞を形成するハウジングと、
前記少なくとも一つの空洞にそれぞれ備えられる誘電体共振素子と
を含み、
誘電体共振素子の形状は、多重共振を生じさせる際、各共振の間にエネルギーカップリングをするために、一部変形したことを特徴とする、マルチモード帯域通過フィルタ。 - 前記空洞及び前記誘電体共振素子は、少なくとも二つ以上備えられることを特徴とする、請求項1に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- マルチモード帯域通過フィルタであって、
少なくとも一つの空洞を形成し、多重共振を生じさせる際、各共振の間にエネルギーカップリングをするために、前記少なくとも一つの空洞の形状を一部変形したハウジングと、
前記少なくとも一つの空洞に備えられる誘電体共振素子と
を含むことを特徴とする、マルチモード帯域通過フィルタ。 - 前記空洞及び前記誘電体共振素子は、少なくとも二つ以上備えられることを特徴とする、請求項3に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- 前記ハウジングにおいて、前記少なくとも一つの空洞の形状を一部変形することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- 前記ハウジングにおいて、前記少なくとも二つ以上の空洞のうち、少なくとも一つの空洞の形状を一部変形することを特徴とする、請求項2に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- 前記誘電体共振素子は、ドーナツ形状で実現することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- 前記誘電体共振素子において、変形された形状は、平面上一部が切り欠いた構造であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
- 前記空洞の入出力信号をカップリングするための第1及び第2伝送ラインが備えられ、前記第1及び第2伝送ラインは、平面視で互いに90度の角度で位置し、
前記誘電体共振素子から変形された部分は、前記平面視で互いに90度の角度で位置する第1及び第2伝送ラインの間の4分面と対向する側の4分面に形成されることを特徴とする、請求項8に記載のマルチモード帯域通過フィルタ。
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