有極型帯域通過フィルタ

【課題】１対の共振器だけで１対の減衰極を形成し、同じ数の共振器であれば従来よりも減衰極の数を増やすことができる有極型帯域通過フィルタを提供する。
【解決手段】その管壁の一部を共有して隣接する入力導波管部６及び出力導波管部７と、これらの導波管部６，７の間に介在する１対の導波管共振器２ａ，２ｂとを有しており、共有する管壁には、結合窓１０が形成されている。１対の導波管共振器６，７は結合孔３を介して結合されている。結合窓１０は、入力導波管部６から当該結合窓１０を経由して出力導波管部８に伝搬する電磁波と、入力導波管部６から結合孔３を経由して出力導波管部８に伝搬する電磁波との間に１８０度の位相差を生じさせる位置に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波、ミリ波等の電磁波のフィルタリングに使用する有極型帯域通過フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通過帯域の近傍に複数の急峻な減衰極を有する有極型帯域通過フィルタが知られている。従来の有極型帯域通過フィルタの１例を図１１乃至図１３に示す。この有極型帯域通過フィルタ４１ａは、１対の減衰極を有するためのもので、４つの導波管共振器４２ａ〜４２ｄ、入力導波管部４６、及び、出力導波管部４７が、コ字状に配置されることにより構成される。本明細書では、矩形導波管が有する４つの側面のうち、相対的に面積の大きな１対の底面をＨ面、面積の小さな１対の側面をＥ面と称する。電界（Ｅ）はＥ面と平行に生じ、磁界（Ｈ）はＨ面に平行に生じる。
この有極型帯域通過フィルタ４１ａのＥ面内部構造を図１２、そのＨ面内部構造を図１３に示す。
【０００３】
入力導波管部４６と導波管共振器４２ａとは、アイリス４５ａを介して電磁波の入出力方向（電磁波が有極型帯域通過フィルタ４１ａに入出力する方向）と平行に接続されており、導波管共振器４２ａと導波管共振器４２ｂとは、アイリス４５ｂを介して電磁波の入出力方向と平行に接続されており、導波管共振器４２ｂと導波管共振器４２ｃとは、アイリス４５ｃを介して電磁波の入出力方向と直交する方向に接続されており、導波管共振器４２ｃと導波管共振器４２ｄとは、アイリス４５ｄを介して電磁波の入出力方向と平行に接続されており、導波管共振器４２ｄと出力導波管４７とは、アイリス４５ｅを介して電磁波の入出力方向と平行に接続されている。
【０００４】
入力導波管部４６、導波管共振器４２ａと、導波管共振器４２ｂ、出力導波管部４７とは、それぞれＥ面を共有する。この共有されたＥ面を隔壁４８という。
【０００５】
また、導波管共振器４２ａと導波管共振器４２ｄの間には、隔壁４８を飛び超えて両者を結合するように、容量性の同軸結合ループ５０が設けられている。入力導波管４６、導波管共振器４２ａ〜４２ｄ、出力導波管４７の順で伝搬する電磁波と、導波管共振器４２ａから同軸結合ループ５０を介して直ちに導波管共振器４２ｄへ伝搬する電磁波とは、位相がずれるため、１対の減衰極が発生することとなる。
【０００６】
上記のような構成を有する帯域通過フィルタとしては、例えば、特許文献１に記載された発明が存在している。
【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】
【０００７】
上述した有極型帯域通過フィルタ４１ａでは、通過帯域の両側に１対の減衰極を生じさせるためには、少なくとも４個の導波管共振器４２ａ〜４２ｄが必要であった。そのため、外形寸法が大きくならざるを得ないという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑み、導波管共振器が２個の場合でも通過帯域の両側に１対の減衰極を生じさせることができ、従来のものよりも小型に形成することが可能であり、また、同じ数の共振器を接続した場合には、従来よりも減衰極の数を増やすことができる構造の有極型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】
【０００８】
本発明の有極型帯域通過フィルタは、その管壁の一部を共有して隣接する入力導波管部及び出力導波管部と、これらの導波管部の間に介在する１対の導波管共振器とを有しており、前記共有する管壁には、結合窓が形成されており、前記１対の導波管共振器は結合孔を介して結合されており、前記結合窓は、前記入力導波管部から当該結合窓を経由して前記出力導波管部に伝搬する電磁波と、前記入力導波管部から前記結合孔を経由して前記出力導波管部に伝搬する電磁波との間に１８０度の位相差を生じさせる位置に形成されていることを特徴とする。
このような構造の有極型帯域通過フィルタでは、入力導波管部から１対の導波管共振器を経由して出力導波管部に伝搬する電磁波と、入力導波管から結合窓を経て直ちに出力導波管に伝搬する電磁波との位相差が１８０度となるので、１対の導波管共振器だけで１対の減衰極を生じさせることができる。
【０００９】
導波管共振器は、矩形導波管又は円形導波管で構成することができる。
【００１０】
矩形導波管で導波管共振器を構成した有極型帯域通過フィルタは、例えば、前記入力導波管部及び前記出力導波管部、並びに、前記１対の導波管共振器が、それぞれ磁界と平行となる管壁を共有し、電界と平行となる管壁が２分割された２段構造の矩形導波管により構成されるものであり、前記矩形導波管は、閉端部と開端部とを有しており、前記入力導波管部は、前記矩形導波管の開端部側の一方の段に形成されており、前記出力導波管部は、前記矩形導波管の開端部側の他方の段に形成されており、前記結合窓及び前記結合孔は、前記共有している管壁上に形成されており、前記結合孔は、前記矩形導波管の閉端部内壁を起点に形成されていることを特徴とする。このような構造の有極型帯域通過フィルタの場合、前記結合窓は、具体的には前記１対の導波管共振器の形成部位から、通過させる電磁波の波長の１／４の長さの奇数倍だけ開端部方向に離れた部位に形成される。
【００１１】
導波管共振器を円形導波管で構成した場合には、ＴＥ０１ｓモードにおいて、耐電力・無負荷Ｑが優れているため、高電力のレーダーフィルタなどに使用することができる。
【００１２】
この有極型帯域通過フィルタにおいて、前記入力導波管部及び前記出力導波管部と前記１対の導波管共振器との間に、互いに第２の結合窓で結合された、もう１対の導波管共振器が介在するようにしても良い。このように１対の導波管共振器が増える場合、前記結合窓は、前記もう１対の導波管共振器の形成部位から、通過させる電磁波の波長の１／４の長さの偶数倍だけ開端部方向に離れた部位に形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の有極型帯域通過フィルタは、導波管共振器が２個の場合でも通過帯域の両側に１対の減衰極を生じさせることができ、従来のものより小型に形成することができる。従来と同じ数の共振器を接続した場合は、従来よりも多い減衰極を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態の有極型帯域通過フィルタ１ａの内部構造斜視図であり、図２はＥ面断面図、図３はＨ面断面図である。
有極型帯域通過フィルタ１ａは、閉端部及び開端部を有する２段構造の矩形導波管により構成される、２つの導波管共振器２ａ，２ｂ、及び、入力導波管部６及び出力導波管部７を有している。入力導波管部６は、矩形導波管の開端部側の上段に形成されており、出力導波管部７は、下段に形成されている。導波管共振器２ａ，２ｂは、ＴＥ１０１モードで共振する。
【００１５】
入力導波管部６と導波管共振器２ａはアイリス５ａを介して接続され、導波管共振器２ｂと出力導波管部７はアイリス５ｂを介して接続される。入力導波管部６、出力導波管部７、２つの導波管共振器２ａ，２ｂは、それぞれＨ面が共通となる。この共通するＨ面を隔壁８という。２段構造は、この隔壁８により実現される。
導波管共振器２ａと導波管共振器２ｂの間の隔壁８には結合孔３が形成されており、電磁波が結合孔３を通じて上段から下段に折り返し伝搬するようになっている。導波管共振器２ａ，２ｂ、アイリス５ａ，５ｂ、結合孔３の寸法は、所望の帯域通過フィルタ特性を得るように設定される。
【００１６】
入力導波管部６と出力導波管部７との間の隔壁８には、結合窓１０が形成されている。結合窓１０の形成部位は、入力導波管部６から導波管共振器２ａ、結合孔３、導波管共振器２ｂを経由して、出力導波管部７へ伝搬する電磁波と、入力導波管６から結合窓１０を経て直ちに出力導波管７へ伝搬する電磁波との位相差が１８０度となる部位とする。具体的には、アイリス５ａ，５ｂからｍλｇ／４離れた位置に結合窓１０を形成する。λｇは、通過させる電磁波の波長である。ｍは、第１実施形態では奇数（ｍ＝１，３，５・・・）である。
【００１７】
入力導波管部６に入力された電磁波は、以下のようにして、有極型帯域通過フィルタ１ａを伝搬する。すなわち、この電磁波は、入力導波管部６からアイリス５ａを介して導波管共振器２ａに伝搬する。このとき、一部の電磁波は、結合窓１０を介して直ちに出力導波管部７に向かう。導波管共振器２ａに伝搬した電磁波は、結合孔３を経て導波管共振器２ｂに伝搬する。
【００１８】
導波管共振器２ｂに伝搬した電磁波は、アイリス５ｂを介して出力導波管部７へ向かう。結合窓１０はアイリス５ａからｍλｇ／４離れた位置に形成されているため、入力導波管部６、導波管共振器２ａ、導波管共振器２ｂ、出力導波管部部７の順で伝搬する電磁波と、入力導波管部６から結合窓１０を経て直ちに出力導波管部７に伝搬する電磁波とは、その位相差が１８０度となる。
【００１９】
この実施形態の有極型帯域通過フィルタ１ａにおいて、ｍ＝１の場合の減衰特性を図４に示す。同様に、ｍ＝３の場合の減衰特性を図５に示す。これらの図から明らかなように、１対の導波管共振器２ａ，２ｂの場合は、ｍを奇数とすることで、通過帯域の両側に１対の減衰極が生じる。
【００２０】
[第２実施形態]
導波管共振器は、２つのみならず、それ以上設けることもできる。図１１に示した従来の有極型帯域通過フィルタ４１ａと同様、４つ（２対）の導波管共振器を設けた場合の実施の形態例を説明する。この実施形態では、第１実施形態の有極型帯域通過フィルタ１ａに、もう１対の導波管共振器を付加した場合の例を挙げる。
【００２１】
図６は、この実施形態に係る有極型帯域通過フィルタ１１ａのＥ面断面図である。図７は、そのＨ面断面図である。この実施形態の有極型帯域通過フィルタ１１ａは、４つの導波管共振器１２ａ〜１２ｄ、入力導波管部１６、出力導波管部１７、アイリス１５ａ〜１５ｄ及び結合孔１３を有している。入力導波管部１６は、２段構造の矩形導波管の開端部側の上段に形成されており、出力導波管部１７は、下段に形成されている。導波管共振器１２ａ〜１２ｄは、ＴＥ１０１モードで共振する。
【００２２】
入力導波管部１６と導波管共振器１２ａはアイリス１５ａを介して接続され、導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｂはアイリス１５ｂを介して接続される。導波管共振器１２ｃと導波管共振器１２ｄはアイリス１５ｃを介して接続される。導波管共振器１２ｄと出力導波管部１７はアイリス１５ｄを介して接続される。
入力導波管部１６と出力導波管部１７、導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｄ，導波管共振器１２ｂと導波管共振器１２ｃは、それぞれＨ面が共通となる。この共通するＨ面が隔壁１８である。入力導波管部１６と出力導波管部１７との間の隔壁１８には第１の結合窓２０が形成されており、導波管共振器１２ａと導波管共振器１２ｄとの間の隔壁１８には第２の結合窓１４が形成されている。また、導波管共振器１２ｂと導波管共振器１２ｃとの間の隔壁１８には結合孔１３が形成されており、第１実施形態のものと同様、電磁波が結合孔１３を通じて上段から下段に折り返し伝搬するようになっている。導波管共振器１２ａ〜１２ｄ、アイリス１５ａ〜１５ｄ、結合孔１３の寸法は、所望の帯域通過フィルタ特性を得るように設定される。
【００２３】
第２の結合窓１４は、アイリス１５ａ〜１５ｄ及び結合孔１３により導波管共振器１２ａ〜１２ｄを伝搬する電磁波と、導波管共振器１２ａから当該第２の結合窓１４を介して導波管共振器１２ｄへ伝搬する電磁波との位相差が１８０度となる部位に形成される。具体的には、アイリス１５ｂ，１５ｃからｍλｇ／４離れた位置に第２の結合窓１４が形成される。λｇは、通過させる電磁波の波長、ｍは、奇数（ｍ＝１，３，５・・・）である。特に、本実施形態のようにＴＥ１０１モード共振器を用いる場合には、ｍ＝１とする。
【００２４】
第１の結合窓２０は、導波管共振器１２ａから第２の結合窓１４を介して導波管共振器１２ｄへ伝搬する電磁波と、入力導波管部１６から当該第１の結合窓２０を介して出力導波管部１７へ伝搬する電磁波との位相差が１８０度となる部位に形成される。具体的には、アイリス１５ａ，１５ｄからｎλｇ／４離れた位置に第１の結合窓２０が形成される。λｇは、通過させる電磁波の波長、ｎは、偶数（ｎ＝２，４，６・・・）である。
【００２５】
入力導波管１６に入力された電磁波は、以下のようにして有極型帯域通過フィルタ１１ａを伝搬する。すなわち、この電磁波は、入力導波管部１６からアイリス１５ａを介して導波管共振器１２ａに伝搬する。一部の電磁波は、第１の結合窓２０を介して出力導波管部１７へ向かう。
【００２６】
導波管共振器１２ａに伝搬した電磁波は、アイリス１５ｂを介して、導波管共振器１２ｂに伝搬する。このとき、一部の電磁波は、第２の結合窓１４を介して導波管共振器１２ｄへ向かう。
【００２７】
導波管共振器１２ｂに伝搬した電磁波は、結合孔１３を経て、導波管共振器１２ｃに伝搬する。導波管共振器１２ｃに伝搬した電磁波は、アイリス１５ｃを介して導波管共振器１２ｄへ伝搬する。導波管共振器１２ｄに伝搬した電磁波は、アイリス１５ｄを介して出力導波管部１７へ伝搬する。
【００２８】
第２の結合窓１４は、導波管共振器１２ａ、導波管共振器１２ｂ、導波管共振器１２ｃ、導波管共振器１２ｄの順で伝搬する電磁波と、導波管共振器１２ａから、結合窓１４を介して、導波管共振器１２ｄに伝搬する電磁波との位相差を１８０度にするため、通過帯域の両側に１対目の減衰極を生じさせる。また、第１の結合窓２０が、入力導波管１６から、導波管共振器１２ａ、結合窓１４を介して導波管共振器１２ｄへ伝搬する電磁波と、入力導波管１６から当該第１の結合窓２０を介して出力導波管１７へ伝搬する電磁波との位相差を１８０度にするため、通過帯域の両側に、２対目の減衰極を生じさせる。
【００２９】
この実施形態の有極型帯域通過フィルタ１１ａにおいて、ｍ＝１、ｎ＝２の場合の減衰特性を図８に示す。この図から明らかなように、従来の技術で説明した有極型帯域通過フィルタ４１ａに対して、共振器数が同じ４個でありながら、通過帯域の両側に２対の減衰極を生じさせることがわかる。
【００３０】
[第３実施形態]
次に、導波管共振器を矩形導波管ではなく、円形導波管で構成した場合の実施の形態例を説明する。
図９は、この実施形態の有極型帯域通過フィルタ２１ａの外観斜視図である。
この有極型帯域通過フィルタ２１ａは、第１実施形態の有極型帯域通過フィルタ１ａの矩形導波管共振器に代えて、円形導波管共振器を使用するものである。
この有極型帯域通過フィルタ２１ａは、円形導波管で構成される２つの導波管共振器２２ａ，２２ｂと、入力導波管部２６と出力導波管部２７とを有している。導波管共振器２２ａ，２２ｂは、ＴＥ０１１モードで共振するものである。
【００３１】
入力導波管部２６及び出力導波管部２７は、その管壁の一部を共有して隣接する一対の断面矩形状の曲がり導波管を対称に配して構成される。２つの導波管共振器２２ａ，２２ｂは、これらの入出力導波管部２６，２７の間に介在する。
入力導波管部２６と導波管共振器２２ａとは結合窓２５ａで結合されており、導波管共振器２２ａ，２２ｂ同士は結合窓２３で結合されており、導波管共振器２２ｂと出力導波管２７とは結合窓２５ｂで結合されている。導波管共振器２２ａ、２２ｂ、結合窓２３、２５ａ、２５ｂの寸法は、所望の帯域通過フィルタ特性を得るように設定される。
【００３２】
入力導波管部２６と出力導波管部２７は、一部のＨ面が共通になるように構成される。この共通するＨ面が隔壁２８となる。この隔壁２８に、結合窓３０が形成されている。結合窓３０は、入力導波管部２６から、２つの導波管共振器２２ａ，２２ｂを経由して出力導波管部２７へ向かう電磁波と、入力導波管部２６から、結合窓３０を介して直ちに出力導波管２７へ向かう電磁波との位相差が１８０度となる位置に形成される。具体的には、結合窓２５ａ及び結合窓２５ｂからｍλｇ／４離れた位置に結合窓３０が形成される。λｇは、通過させる電磁波の波長、ｍは奇数（ｍ＝１，３，５・・・）である。
【００３３】
この実施形態の有極型帯域通過フィルタ２１ａは、第１実施形態の導波管共振器２ａ，２ｂに代えて導波管共振器２２ａ，２２ｂを使用するものなので、電磁波は、第１実施形態と略同様に伝搬する。
【００３４】
この有極型帯域通過フィルタ２１ａにおいてｍ＝１の場合の減衰特性を図１０に示す。図１０の破線３１は結合窓３０を使用しない場合の特性、実線３２は結合窓３０を使用した場合の特性を表している。導波管共振器として円形導波管共振器を用いた場合においても共振器数が２個でありながら、通過帯域の両側に１対の減衰極を生じさせることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態の有極型帯域通過フィルタの内部構造斜視図。
【図２】第１実施形態の有極型帯域通過フィルタのＥ面断面図。
【図３】第１実施形態の有極型帯域通過フィルタのＨ面断面図。
【図４】第１実施形態においてｍ＝１の場合の減衰特性図。
【図５】第１実施形態においてｍ＝３の場合の減衰特性図。
【図６】第２実施形態の有極型帯域通過フィルタのＥ面断面図。
【図７】第２実施形態の有極型帯域通過フィルタのＨ面断面図。
【図８】第２実施形態においてｍ＝１、ｎ＝２の場合の減衰特性図。
【図９】第３実施形態の有極型帯域通過フィルタの外観斜視図。
【図１０】第３実施形態においてｍ＝１の場合の減衰特性図。
【図１１】従来の有極型帯域通過フィルタの外観斜視図。
【図１２】従来の有極型帯域通過フィルタのＥ面断面図。
【図１３】従来の有極型帯域通過フィルタのＨ面断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ，１１ａ，２１ａ，４１ａ・・・有極型帯域通過フィルタ、
２ａ，２ｂ，１２ａ〜１２ｄ，４２ａ〜４２ｄ・・・（矩形）導波管共振器、
２２ａ，２２ｂ・・・（円形）導波管共振器、
３，１３，４３・・・結合孔、
５ａ，５ｂ，１５ａ〜１５ｄ，４５ａ〜４５ｄ・・・アイリス、
６，１６，２６，４６・・・入力導波管部、
７，１７，２７，４７・・・出力導波管部、
８，１８，２８，４８・・・隔壁、
１０，１４，２０，２３，２５ａ，２５ｂ，３０・・・結合窓、
５０・・・同軸結合ループ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
その管壁の一部を共有して隣接する入力導波管部及び出力導波管部と、これらの導波管部の間に介在する１対の導波管共振器とを有しており、
前記共有する管壁には、結合窓が形成されており、
前記１対の導波管共振器は結合孔を介して結合されており、
前記結合窓は、前記入力導波管部から当該結合窓を経由して前記出力導波管部に伝搬する電磁波と、前記入力導波管部から前記結合孔を経由して前記出力導波管部に伝搬する電磁波との間に１８０度の位相差を生じさせる位置に形成されていることを特徴とする、
有極型帯域通過フィルタ。
【請求項２】
前記入力導波管部及び前記出力導波管部、並びに、前記１対の導波管共振器が、それぞれ磁界と平行となる管壁を共有し、電界と平行となる管壁が２分割された２段構造の矩形導波管により構成されるものであり、
前記矩形導波管は、閉端部と開端部とを有しており、
前記入力導波管部は、前記矩形導波管の開端部側の一方の段に形成されており、
前記出力導波管部は、前記矩形導波管の開端部側の他方の段に形成されており、
前記結合窓及び前記結合孔は、前記共有している管壁上に形成されており、
前記結合孔は、前記矩形導波管の閉端部内壁を起点に形成されていることを特徴とする、
請求項１記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項３】
前記結合窓は、前記１対の導波管共振器の形成部位から、通過させる電磁波の波長の１／４の長さの奇数倍だけ開端部方向に離れた部位に形成されていることを特徴とする、
請求項２記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項４】
前記入力導波管部及び前記出力導波管部と前記１対の導波管共振器との間に、互いに第２の結合窓で結合された、もう１対の導波管共振器が介在することを特徴とする、
請求項１又は２記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項５】
前記結合窓は、前記もう１対の導波管共振器の形成部位から、通過させる電磁波の波長の１／４の長さの偶数倍だけ開端部方向に離れた部位に形成されていることを特徴とする、
請求項４記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項６】
前記１対の導波管共振器が円形導波管共振器であることを特徴とする、
請求項１記載の有極型帯域通過フィルタ。

【図１】