帯域通過フィルタ

【課題】減衰極を生じさせる結合素子として機械加工による一体製作可能な容量性結合のための開口部を用い、製造が容易な帯域通過フィルタを提供する。
【解決手段】導波管共振器２ａの入り口からλｇ／４の位置にある開口部８によって、導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄとは、容量性結合される。これにより、導波管共振器２ａに伝搬された電磁波の一部は、開口部８を介して、導波管共振器２ａに発生する電界に対して平行な方向にある導波管共振器２ｄに伝搬される。電磁波の伝搬路上隣接しない導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄを飛び越し結合することによって、導波管共振器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの順で伝搬する電磁波と、導波管共振器２ａから導波管共振器２ｄに伝搬する電磁波に位相差が生じる。この位相差によって、組立ての煩雑になる結合素子を用いることなく、導波管フィルタ１ａの減衰域に減衰極を生じさせることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は帯域通過フィルタに関し、特にＴＥ１０ｓ（ｓ＝１以上の整数）モードの矩形導波管共振器により構成される帯域通過フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管を共振器として用いて構成されるフィルタは、低損失、高耐電力性などの利点を有するために、マイクロ波からミリ波までの広い周波数帯で使用可能である。このようなフィルタに用いられる導波管は、通常、断面が矩形或いは円形である。断面が矩形のものを矩形導波管、断面が円形のものを円形導波管という。
【０００３】
図１３は、矩形導波管の断面を表しており、矩形導波管におけるＴＥ１０モードの電磁界を説明するための図である。矩形導波管の断面の一方の辺をＡ辺、Ａ辺の長さをＡ、Ａ辺に続く面をＡ面、他方の辺をＢ辺、Ｂ辺の長さをＢ、Ｂ辺に続く面をＢ面とする。Ａ辺の長さとＢ辺の長さとは、Ａ≧Ｂの関係にある。また、Ａ面の面積がＢ面の面積よりも大きい。このような矩形導波管における電磁界は、電界（Ｅ）がＢ面に平行に形成され、磁界（Ｈ）がＡ面に平行に形成される。矩形導波管は、例えば電磁波が入力されることで、電界及び磁界が励起されるようになっている。このような矩形導波管は、空胴共振器として用いることができる。
【０００４】
図９、図１０、図１１、図１２は、従来の矩形導波管による共振器（以下、「共振器」という）を使用した帯域通過フィルタ（以下、「導波管フィルタ」という）１ｃの概略構成を説明するための図である。図９は、従来の導波管フィルタ１ｃの外観斜視図である。図１０は、図９の導波管フィルタ１ｃのＥ−Ｅ’面における断面図である。図１１は、図９の導波管フィルタ１ｃのＦ−Ｆ’面における断面図であり、導波管フィルタ１ｃで発生する電界の方向を表している。図１２は、図９の導波管フィルタ１ｃのＧ−Ｇ’面における断面図であり、導波管フィルタ１ｃで発生する電界の方向を表している。
【０００５】
この導波管フィルタ１ｃは、４個の導波管共振器２０ａ〜２０ｄ、入力導波管２１、及び出力導波管２２の、合計６個の導波管により構成されている。各導波管共振器２０ａ〜２０ｄは、ＴＥ１０１モード共振を発生しており、アイリス２３ａ〜２３ｅにより順次結合されて、導波管フィルタ１ｃにより伝搬される電磁波を濾波するようになっている。導波管フィルタ１ｃの中心周波数は、導波管共振器２０ａ〜２０ｄ及びアイリス２３ａ〜２３ｅの寸法により決まるようになっている。
【０００６】
入力導波管２１に入力された電磁波は、導波管共振器２０ａ、導波管共振器２０ｂ、導波管共振器２０ｃ、導波管共振器２０ｄの順に伝搬され、導波管共振器２０ｄから出力導波管２２に伝搬されて、導波管フィルタ１ｃの外部に出力されるようになっている。導波管共振器間は、アイリス２３ａ〜２３ｅにより伝搬路が形成される。例えば、入力導波管２１と導波管共振器２０ａとの間にはアイリス２３ａにより結合されて、これにより伝搬路が形成されている。また導波管共振器２０ａと導波管共振器２０ｄとの間には隔壁２４が設けられている。隔壁２４は、電界（Ｅ）に平行な面により構成されている。つまり従来の導波管フィルタ、電磁波の伝搬路が電界（Ｅ）に対して垂直な面内でコの字状になるように、導波管共振器２０ａ〜２０ｄが結合されている。
【０００７】
導波管共振器２０ａと導波管共振器２０ｄの間の隔壁２４には、容量性の同軸結合ループ３０が設けられている。同軸結合ループ３０により、導波管共振器２０ａと導波管共振器２０ｄは飛び越し結合される。この飛び越し結合は、容量性結合となる。導波管共振器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを順番に伝搬する電磁波の位相と、同軸結合ループ３０によって容量性結合された導波管共振器２０ａから導波管共振器２０ｄへ飛び越し結合により伝搬する電磁波の位相の差により、導波管フィルタ２１の減衰域に減衰極を生じさせることができる。
【０００８】
特許文献１には、Ｎ個の導波管共振器から構成される導波管フィルタにおいて、Ｎ／２−１番目の導波管共振器とＮ／２＋２番目の導波管共振器、及び、Ｎ／２−２番目の導波管共振器とＮ／２＋３番目の導波管共振器をループ素子によって容量性結合することで、減衰特性を急峻にし、かつ減衰量の大きくする発明が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−８２９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
同軸結合ループ３０や特許文献１のループ素子のような結合素子を用いることで、導波管フィルタ２１の周波数特性の減衰域に減衰極を生じる。しかし、結合素子を設けるために組立てが煩雑になり、また、組立ての精度は機械加工の精度よりも低いため、所望の減衰極を生じさせるために精細な調整が必要となる。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑み、簡易な構成で減衰域に減衰極を有する帯域通過フィルタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決する本発明の帯域通過フィルタは、直列に接続された複数の共振器により構成されており、所定の電磁波を濾波する帯域通過フィルタであって、前記複数の共振器のうち所定の連続しない２つの共振器は、各々、矩形導波管で構成されて、対向する所定の２面の一方の面に前記電磁波が入力される入力口が設けられるとともに他方の面に前記電磁波が出力される出力口が設けられ、さらに前記２面とは異なる面に開口部が設けられており、前記電磁波を伝搬する際に、この開口部を介して互いに容量性結合されている。
連続しない２個の導波管共振器を、開口部を介して容量性結合することで、飛び越し結合させることができる。そのために、減衰極を生じさせることができる。導波管共振器の容量性結合に必要な開口部は、機械加工による一体製作が可能であるため、従来のように組立てが煩雑になる結合素子は不要となる。
【００１２】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０ｓ（ｓ＝１以上の整数）モードで共振するものであり、各々の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの奇数倍の位置に設けられていてもよい。
ＴＥ１０ｓモードで共振する導波管共振器内の電界は、入力口から導波管共振器内における波長の１／４の長さの奇数倍の位置が最も強くなるために、この位置に開口部を設けることで強い容量性結合をすることが可能となる。
【００１３】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０１モードで共振するものであり、各々の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの位置に設けられていてもよい。
ＴＥ１０１モードで共振する導波管共振器内の電界は、入力口から導波管共振器内における波長の１／４の長さの位置が最も強くなるために、この位置に開口部を設けることで強い容量性結合をすることが可能となる。
【００１４】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０２モードで共振するものであり、前記連続しない２つの共振器の一方の共振器の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの位置に設けられ、前記連続しない２つの共振器の他方の共振器の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の３／４の長さの位置に設けられていてもよい。
ＴＥ１０２モードで共振する導波管共振器内の電界は、入力口から導波管共振器内における波長の１／４の長さの位置又は３／４の長さの位置が最も強くなるため、この位置に開口部を設けることで強い容量性結合をすることが可能となる。
【００１５】
前記連続しない２つの共振器の間にある所定の連続する２つの共振器は、各々、矩形導波管で構成されて、直角に位置する所定の２面の一方の面に前記電磁波が入力される入力口が設けられるとともに他方の面に前記電磁波が出力される出力口が設けられており、前記電磁波を伝搬する際に、前記連続する２つの共振器の一方の出力口と他方の入力口とを介して誘導性結合されていてもよい。
直角に位置する２面に入力口と出力口がある２個の導波管共振器を誘導性結合することで、帯域通過フィルタ全体をコンパクトにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、各実施形態の説明では、共通するものには共通の符号を用いることとし、重複する説明は場合により省略するものとする。
図１は、本発明の第１実施形態及び第２実施形態の導波管フィルタ１の外観斜視図である。導波管フィルタ１は、所定の同一面に入力開口部３ａ及び出力開口部４ａが設けられた直方体形状に形成される。導波管フィルタ１ａは、入力開口部３ａから電磁波が入力され、濾波後の電磁波が出力開口部４ａから出力されるようになっている。
【００１７】
≪第１実施形態≫
図２〜４は、本発明の第１実施形態の導波管フィルタ１の内部構造を説明するための図であり、以下この導波管フィルタ１を、導波管フィルタ１ａとする。図２は、導波管フィルタ１ａの内部構造を説明するための図である。図３は、図１の導波管フィルタ１のＡ−Ａ’面による断面図であり、導波管フィルタ１ａ内で発生する電界（Ｅ）の方向を表している。図４は、図１の導波管フィルタ１のＢ−Ｂ’面による断面図であり、導波管フィルタ１ａ内で発生する磁界（Ｈ）の方向を表している。
【００１８】
この導波管フィルタ１ａは、矩形導波管による４個の導波管共振器２ａ〜２ｄを備えており、各導波管共振器２ａ〜２ｄはＴＥ１０１モードで共振するようになっている。導波管共振器２ａ〜２ｄは、導波管フィルタ１ａに入力された電磁波を濾波するものである。導波管共振器２ａには入力導波管３が結合されており、導波管共振器２ｄには出力導波管４が結合されている。入力開口部３ａは入力導波管３に形成されており、出力開口部４ａは出力導波管４に形成されている。
【００１９】
入力導波管３と導波管共振器２ａとの間にはアイリス５ａが設けられており、導波管共振器２ａと導波管共振器２ｂの間にはアイリス５ｂが設けられている。入力導波管３、導波管共振器２ａ、２ｂは、電界（Ｅ）に対して垂直な方向で結合されている。アイリス５ａにより導波管共振器２ａの入力口が形成され、アイリス５ｂにより導波管共振器２ａの出力口及び導波管共振器２ｂの入力口が形成される。
【００２０】
導波管共振器２ｃと導波管共振器２ｄとの間にはアイリス５ｃが設けられており、導波管共振器２ｄと出力導波管４の間にはアイリス５ｄが設けられている。導波管共振器２ｃ、２ｄ、出力導波管４は、電界（Ｅ）に対して垂直な方向で結合されている。アイリス５ｃにより導波管共振器２ｃの出力口及び導波管共振器２ｄの入力口が形成され、アイリス５ｄにより導波管共振器２ｄの出力口が形成される。
【００２１】
入力導波管３と出力導波管４との間、導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄとの間、導波管共振器２ｂと導波管共振器２ｃとの間には、隔壁７が設けられている。入力導波管３、導波管共振器２ａ、２ｂと出力導波管４、導波管共振器２ｄ、２ｃは、隔壁７に対して対称に形成される。入力導波管３と出力導波管４との間では、隔壁７により、電磁波が伝搬しないようになっている。
【００２２】
導波管共振器２ｂと導波管共振器２ｃとの間の隔壁７には、開口部６が設けられており、この開口部６により電磁波が伝搬されるようになっている。この実施形態の導波管フィルタ１ａでは、開口部６が隔壁７の端部に設けられる。導波管共振器２ａ〜２ｄの寸法、開口部６の寸法、及びアイリス５ａ〜５ｄの寸法により、導波管フィルタ１ａの中心周波数が決まるようになっている。ＴＥ１０モードで共振する矩形導波管を伝搬する電磁波の管内波長をλｇとすると、開口部６は、導波管共振器２ｂの入力口からλｇ／２の位置にある。開口部６は、電界（Ｅ）と同じ方向で結合される。導波管共振器２ｂと導波管共振器２ｃとの間の伝搬路も電界（Ｅ）に平行に形成される。
【００２３】
導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄとの間の隔壁７には、開口部８が設けられており、この開口部８により電磁波が伝搬されるようになっている。開口部８は、導波管共振器２ａの入力口からλｇ／４の位置にある。開口部８は、電界（Ｅ）と同じ方向で結合される。導波管共振器２ｂと導波管共振器２ｃとの間の伝搬路も電界（Ｅ）に平行に形成される。
【００２４】
この実施形態の導波管フィルタ１ａには、入力導波管３から、アイリス５ａ間、導波管共振器２ａ、アイリス５ｂ間、導波管共振器２ｂ、開口部６、導波管共振器２ｃ、アイリス５ｃ間、導波管共振器５ｄ、アイリス５ｄ間、出力導波管４の順に伝搬路が形成されることになる。一方で、導波管フィルタ１ａには、入力導波管３から、アイリス５ａ間、導波管共振器２ａ、開口部８、波管共振器２ｄ、アイリス５ｄ間、出力導波管４の順にも伝搬路が形成されることになる。導波管フィルタ１ａ内の入力導波管３、導波管共振器２ａ〜２ｄ、及び出力導波管４は、このようにして物理的に結合される。
【００２５】
以上のような導波管フィルタ１ａに入力される電磁波は、以下のようにして導波管フィルタ１ａ内を伝搬される。
【００２６】
まず、導波管フィルタ１ａの入力開口部３ａに入力された電磁波は、入力導波管３からアイリス５ａを介して、入力導波管３に発生する電界に対して垂直な方向にある導波管共振器２ａに伝搬される。次いで、導波管共振器２ａに伝搬された電磁波は、アイリス５ｂを介して、導波管共振器２ａに発生する電界に対して垂直な方向にある導波管共振器２ｂに伝搬される。また、一部の電磁波は、開口部８を介して導波管共振器２ｄに伝搬される。
【００２７】
電磁波の伝搬により導波管共振器２ｂに励起された磁界は、磁界に対して平行な平面である隔壁７に設けられた開口部６によって導波管共振器２ｃ内に磁界を励起する。開口部６は、導波管共振器２ｂの入力口からλｇ／２の距離にあるため、導波管共振器２ｂと導波管共振器２ｃとは誘導性結合される。これにより、導波管共振器２ｂに伝搬された電磁波は、開口部６を介して、導波管共振器２ｂに発生する電界に対して平行な方向にある導波管共振器２ｃに伝搬される。
【００２８】
導波管共振器２ｃに伝搬された電磁波は、アイリス５ｃを介して、導波管共振器２ｃに発生する電界に対して垂直な方向にある導波管共振器２ｄに伝搬される。次いで、導波管共振器２ｄに伝搬された電磁波は、アイリス５ｄを介して、導波管共振器２ｄに発生する電界に対して垂直な方向にある出力導波管４に伝搬される。出力導波管４に伝搬された電磁波は、出力開口部４ａから導波管フィルタ１ａの外部に出力されるようになっている。
導波管フィルタ１ａ内の入力導波管３、導波管共振器２ａ〜２ｄ、及び出力導波管４は、このように電気磁気的に結合される。
【００２９】
一方で、電磁波の伝搬により導波管共振器２ａに励起された電界は、電界に対して垂直な平面である隔壁７に設けられた開口部８によって導波管共振器２ｄ内に電界を励起する。開口部８は、導波管共振器２ａの入力口からλｇ／４の位置にある。導波管共振器内の電界は、導波管共振器の入り口から電磁波の伝搬方向についてλｇ／４の奇数倍の位置が最も強くなる。したがって、導波管共振器２ａの入り口からλｇ／４の位置にある開口部８によって、導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄとは、容量性結合される。これにより、導波管共振器２ａに伝搬された電磁波の一部は、開口部８を介して、導波管共振器２ａに発生する電界に対して平行な方向にある導波管共振器２ｄに伝搬される。
従来の構成では電磁波の伝搬路上隣接しない導波管共振器２ａと導波管共振器２ｄを飛び越し結合することによって、導波管共振器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの順で伝搬する電磁波と、導波管共振器２ａから２ｄに伝搬する電磁波に位相差が生じる。この位相差によって、同軸結合ループといった組立ての煩雑になる結合素子を用いることなく、導波管フィルタ１ａの減衰域に減衰極を生じさせることができる。
【００３０】
図５は、第１実施形態の導波管フィルタ１ａの特性例である。容量性結合によって、導波管フィルタ１ａの通過帯域の低域側と高域側の両方に減衰極が発生していることがわかる。
【００３１】
≪第２実施形態≫
図６〜図８は、本発明の第２実施形態を導波管フィルタ１の内部構造を説明するための図であり、以下この導波管フィルタ１を、導波管フィルタ１ｂとする。図６は、この導波管フィルタ１ｂの内部構造を説明するための図である。図７は、図１の導波管フィルタ１のＡ−Ａ’面による断面図であり、導波管フィルタ１ｂ内で発生する電界（Ｅ）の方向を示している。図８は、図１の導波管フィルタ１のＢ−Ｂ’面による断面図であり、導波管フィルタ１ｂ内で発生する磁界（Ｈ）の方向を表している。
【００３２】
導波管フィルタ１ｂが、第１実施形態の導波管フィルタ１ａと異なるのは、導波管フィルタ１ｂの各導波管共振器１２ａ〜１２ｄが、ＴＥ１０２モードで共振するようになっている点である。これに伴い、開口部１６、１８（第１実施形態の開口部６、８に相当）の位置が、以下のように変わる。
【００３３】
導波管共振器１２ｂと導波管共振器１２ｃとの間の隔壁１７には、開口部１６が設けられており、この開口部１６により電磁波が伝搬されるようになっている。開口部１６は、導波管共振器１２ｂの入力口からλｇ／２の位置にある。導波管共振器内の磁界は、導波管共振器の入力口から電磁波の伝搬方向についてλｇ／２の奇数倍の位置が最も強くなる。したがって、開口部１６は入力口からλｇの位置にあってもかまわない。
【００３４】
導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｄとの間の隔壁１７には、開口部１８が設けられており、この開口部１８により電磁波が伝搬されるようになっている。開口部１８は、導波管共振器２ａの入力口から３λｇ／４の位置にある。導波管共振器内の電界は、導波管共振器の入力口から電磁波の伝搬方向についてλｇ／４の奇数倍の位置が最も強くなる。したがって、導波管共振器１２ａの入り口から３λｇ／４の位置にある開口部１８によって、導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｄとは、容量性結合される。これにより、導波管共振器１２ａに伝搬された電磁波の一部は、開口部１８を介して、導波管共振器１２ａに発生する電界に対して平行な方向にある導波管共振器１２ｄに伝搬される。
【００３５】
電磁波の伝搬路上隣接しない導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｄを飛び越し結合することによって、導波管共振器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの順で伝搬する電磁波と、導波管共振器１２ａから導波管共振器１２ｄに伝搬する電磁波に位相差が生じる。この位相差によって、同軸結合ループといった組立ての煩雑になる結合素子を用いることなく、導波管フィルタ１ｂの減衰域に減衰極を生じさせることができる。
【００３６】
図９は、第２実施形態の導波管フィルタ１ｂの特性例である。容量性結合によって、導波管フィルタ１ｂの通過帯域の低域側と高域側の両方に減衰極が発生していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態及び第２実施形態の導波管フィルタの外観斜視図。
【図２】第１実施形態の導波管フィルタの内部構造の説明図。
【図３】図１のＡ−Ａ’面による断面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ’面による断面図。
【図５】第１実施形態の導波管フィルタの特性例を示す図。
【図６】第２実施形態の導波管フィルタの内部構造の説明図。
【図７】図１のＡ−Ａ’面による断面図。
【図８】図１のＢ−Ｂ’面による断面図。
【図９】第２実施形態の導波管フィルタの特性例を示す図。
【図１０】従来の導波管フィルタの外観斜視図。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ’面による断面図。
【図１２】図１０のＦ−Ｆ’面による断面図。
【図１３】図１０のＧ−Ｇ’面による断面図。
【図１４】矩形導波管におけるＴＥ１０モードの電磁界の説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ、１ｂ、１ｃ導波管フィルタ
２ａ〜２ｄ、１２ａ〜１２ｄ、２０ａ〜２０ｄ導波管共振器
３、１３、２１入力導波管
３ａ、１３ａ入力開口部
４、１４、２２出力導波管
４ａ、１４ａ出力開口部
５ａ〜５ｄ、１５ａ〜１５ｄ、２３ａ〜２３ｅアイリス
６、８、１６、１８開口部
７、１７、２４隔壁
３０容量性結合ループ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の共振器により構成されており、所定の電磁波を濾波する帯域通過フィルタであって、
前記複数の共振器のうち所定の連続しない２つの共振器は、各々、矩形導波管で構成されて、対向する所定の２面の一方の面に前記電磁波が入力される入力口が設けられるとともに他方の面に前記電磁波が出力される出力口が設けられ、さらに前記２面とは異なる面に開口部が設けられており、前記電磁波を伝搬する際に、この開口部を介して互いに容量性結合されている、
帯域通過フィルタ。
【請求項２】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０ｓ（ｓ＝１以上の整数）モードで共振するものであり、
各々の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの奇数倍の位置に設けられる、
請求項１記載の帯域通過フィルタ。
【請求項３】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０１モードで共振するものであり、
各々の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの位置に設けられる、
請求項２記載の帯域通過フィルタ。
【請求項４】
前記連続しない２つの共振器は、ＴＥ１０２モードで共振するものであり、
前記連続しない２つの共振器の一方の共振器の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の１／４の長さの位置に設けられ、
前記連続しない２つの共振器の他方の共振器の前記開口部は、前記入力口から前記電磁波の当該矩形導波管内における波長の３／４の長さの位置に設けられる、
請求項２記載の帯域通過フィルタ。
【請求項５】
前記連続しない２つの共振器の間にある所定の連続する２つの共振器は、各々、矩形導波管で構成されて、直角に位置する所定の２面の一方の面に前記電磁波が入力される入力口が設けられるとともに他方の面に前記電磁波が出力される出力口が設けられており、
前記電磁波を伝搬する際に、前記連続する２つの共振器の一方の出力口と他方の入力口とを介して誘導性結合されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の帯域通過フィルタ。

【図１】