JP2006340043A

JP2006340043A - 同軸フィルタ、ディプレクサ、及び同軸フィルタの製造方法

Info

Publication number: JP2006340043A
Application number: JP2005162311A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iio; 憲一飯尾
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】各同軸共振器間を近接して配置することなしに強い結合が得られ、且つ同軸共振器の設置位置に高い精度を要求することなく、簡単な調整工程により所望のフィルタ特性を得ることができる同軸フィルタ、ディプレクサ、及び同軸フィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の共振導体２と、それを取り囲む外導体１と、共振導体２間に配置された導体板５とからなる同軸フィルタにおいて、導体板５の設置時に、導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の結合係数が得られる導体板の厚みを決定後、導体板の長さの微調整を行って、所望のフィルタ特性を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の周波数帯域の信号を通過させる同軸フィルタ、ディプレクサ、及び同軸フィルタの製造方法に関する。

主としてマイクロ波帯における共振器は、同軸共振器を用いて構成されており、少なくとも１つ以上の共振導体とそれを囲むように配置された外導体とが所定の距離を介して配置された構造をとっている。そして、この同軸共振器は、特にそのサイズの点で利点があることから、一般に片端を開放、もう一方を短絡とした４分の１波長共振器が用いられている。従来、この種の同軸共振器を使った同軸フィルタの構成として、例えば特許文献１に示すものがある。

図７はこの従来の同軸フィルタの構造を示す図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は外導体の上面導体を除いた上面図である。

図７に示すように、この従来の同軸フィルタは、２つの同軸共振器を飛び越して通過帯域の両側に減衰極を有する４段のコムラインＢＰＦであり、金属ケース（外導体）１０１と、共振導体１０２と、入力端子１０３と、出力端子１０４と、入出力結合ループ１０５と、有極用結合ループ１０６とから構成されている。
特開平０６−２９１５１２号公報

しかしながら、このような従来の同軸共振器を使った同軸フィルタでは電界エネルギーが共振導体の開放部のフリンジング容量に集中するため、単に共振導体を隣接させただけでは電界・磁界のエネルギーの授受が等しく起こり、電磁界の広がりに対して見かけ上の結合量が低くなってしまうという問題点があった。

また、この問題点を解決するために、同軸共振器同士を近づけて配置し、各同軸共振器の同軸線路部における結合量を強くすることも可能であるが、同軸共振器同士の間隔が狭まるにつれて各同軸共振器の同軸線路部の結合量は指数関数的に増えていくため、同軸共振器の設置位置に高い精度を必要とし、同時にＱダウンを引き起こす要因ともなっていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、各同軸共振器間を近接して配置することなしに強い結合が得られ、且つ同軸フィルタのフィルタ特性調整時に高い精度を要求することなく簡単な調整工程により所望のフィルタ特性が得られる同軸フィルタ、ディプレクサ、及同軸フィルタの製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、周波数信号の入力位置から出力位置に向かって連続的に配置された複数の共振導体と、前記複数の共振導体を取り囲む外導体と、前記複数の共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に配置された導体板とを備えた同軸フィルタにおいて、導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の特性を有する前記導体板の厚み及び長さを決定するようにした。

これは、同軸線路部における電磁界を遮る導体板を同軸共振器の中間点付近にくるように設計した場合に、同軸共振器間の結合係数が大きく取れ、且つ導体板の長さ変化に対する結合係数の変化量を小さくすることができるという、図３に示す導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係を利用している。

より具体的には、本発明では、先ず所望の結合係数が得られる導体板厚さを決定した後、比較的調整精度の要求されない導体板の長さ調整を行って、所望のフィルタ特性が得られる同軸フィルタを得るようにしている。

また、本発明は、連続的に配置された共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に導体板を配置し、同軸線路部で生じる電磁界を遮っているため、各同軸共振器間を近接して配置することなしに同軸線路部における強い結合を得ることが可能になる。

また、本発明では、前記共振導体側面と前記外導体との距離が略一定となるように前記外導体を形成している。これにより、同軸共振器単体の低損失化を図ることができる。

また、本発明では、前記周波数信号の入力位置と出力位置とが近接するように、前記複数の共振導体、前記外導体、及び前記導体板を配置している。これにより、製品実装時の回路配置の自由度を向上させることができる。

本発明によれば、共振導体間に導体板を設置する際に、導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の特性を有する前記導体板の厚み及び長さを決定するようにしたことにより、同軸フィルタのフィルタ特性の調整に高い調整精度が要求されることなく、簡単な調整工程によって所望のフィルタ特性が得られるという効果が得られる。

また、本発明は、連続的に配置された共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に導体板を配置し、同軸線路部で生じる電磁界を遮っているため、各同軸共振器間を近接して配置することなしに同軸線路部における強い結合を得ることができ、同軸共振器の形状を比較的大きな自由度をもって設計することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による同軸フィルタの構成の一例を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は外導体の上面導体を除いた上面図である。
図１において、本発明の実施の形態１による同軸フィルタは、外導体１と、共振導体２と、入力端子３と、出力端子４と、導体板５とからなる。

外導体１は、共振導体２と一定の距離を介して該共振導体２を取り囲んでいる。共振導体２は、周波数信号の入力位置である入力端子３から出力位置である出力端子４に向かって連続的に配置されている。なお、この外導体１と複数の共振導体２とによって同軸フィルタが構成されている。
入力端子３は周波数信号が入力される端子であり、出力端子４は周波数信号が出力される端子である。

導体板５は、連続的に配置された共振導体２の間隙に、共振導体２の開放端側の外導体１位置から共振導体２の短絡側に向かって、該間隙に発生する電磁界の流れを遮るように形成されている。この導体板５の材質には特に限定はないが、外導体１と同じ材質のものを使用するのが好ましい。なお、導体板５は同軸線路部で生じる電磁界を遮ることができるものであればよいため、導体板５内部は中空であってもよく、また、各導体板５をハの字状に配置する等、各導体板５を必ずしも平行に設ける必要はない。

図２は、同軸共振器間の導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係を説明するための説明図であり、２つの同軸共振器は、それぞれ外導体１を縦横３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、共振導体の長さを３８．３ｍｍ、半径を１０ｍｍの寸法で構成している。

図３は図２の構成において導体板の厚みｔに対する開放端側の外導体面からの長さＬと、結合係数（coupling factor）の関係を示す図である。
図３に示すように、開放端側の外導体１の位置からの長さＬと結合係数の関係は、結合係数が、Ｌ＝２５ｍｍ程度までは長さＬの増加に従って次第に大きくなっているが、それ以降では長さＬの増加に従って徐々に小さくなっていく。

これは、共振器のエネルギーのうち、電界のエネルギーは真ん中より開放端側、磁界のエネルギーは真ん中より短絡側に集中しているためであり、長さＬが中間点より大きくなると電界と磁界のエネルギーが相殺しあうといった現象が起こるため、こういった結合係数の変化点が発生する。

本発明ではこの変化点付近では結合係数が大きく取れ、且つ長さＬの変化に対しても結合係数の変化量は極めて小さいといった物理現象に着眼した。例えばｔ=３ｍｍ、Ｌ=２５ｍｍを設計中心とすれば、仮に長さＬが±５ｍｍ変動したとしても結合係数の変化量は0.１％程度となり、フィルタ特性にはほとんど影響を与えない。

そのため、このことを設計に取り入れ、先ず、導体板５の厚みに対する導体板の長さと結合係数との関係から導体板５の厚みを決定し、その後、導体板５の長さ調整によってフィルタ特性の微調整を行うこととした。これにより、導体板５の加工精度が多少悪くてもフィルタ特性の微調整を容易に行うことが可能となる。

なお、選択する導体板５の厚みは、所望の同軸共振器間の結合係数が得られ、且つ、導体板５の長さ変化に対する結合係数の変化量が小さいものを選択するのが好ましく、これによってフィルタ特性の微調整をより容易にすることが可能になる。

以上のように、本発明の実施の形態１による同軸フィルタ、及び同軸フィルタの製造方法によれば、連続的に配置された共振導体２の間隙に、共振導体２の開放端側の外導体１から短絡側に向かって、該間隙に発生する電磁界の流れを遮る導体板５を設け、該導体板５の設置時に、導体板５の厚みに対する導体板の長さと結合係数との関係から導体板５の厚みを決定後、該導体板５の長さを微調整するようにしたことにより、所望の同軸共振器間の結合係数を得つつ、高精度な加工精度が要求されない簡単な調整工程により所望のフィルタ特性が得られる。

また、本発明の実施の形態１による同軸フィルタを用いてディプレクサを構成した場合にも、そのフィルタ特性の調整に高い加工精度が要求されないため、容易に所望の特性を有するディプレクサを得ることが可能になる。

なお、本発明の実施の形態１による同軸フィルタでは、すべての共振導体２間に導体板５を設けているが、少なくとも１つ以上の間隙に導体板５を設けたものであっても同様の効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態１による同軸フィルタでは、共振導体２の開放端側を導体板５を用いて完全に遮っているが、導体板５の形状や、外導体１と導体板５との接触位置については特に限定はなく、導体板５は同軸線路部で生じる電磁界の一部を遮ることができるものであればよい。

また、本発明の実施の形態１による同軸フィルタでは、導体板５を共振導体２の開放端側の外導体１位置から共振導体２の短絡側に向かって設置するものについて説明したが、これに限定されず、例えば、導体板５を共振導体２の短絡側の外導体１位置から共振導体２の開放端側に向かって設置するようにしてもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による同軸フィルタについて説明する。
本発明の実施の形態２による同軸フィルタは、図４に示すように、各共振導体２を取り囲む外導体１の形状を円柱状にしたものである。

一般に同軸共振器においては、同じインピーダンスであっても外導体１と共振導体２の一部が極端に近接したりすれば、そこに電流が集中するため、損失が大きくなる。そこで、本実施の形態２による同軸フィルタでは、各共振導体２を取り囲む外導体１を円柱形状とし、同軸共振器単体の低損失化を図っている。

また、本発明では、前記実施の形態１で説明したように所定の手順で整形した導体板５を各共振導体２間に設けているため、各共振導体２が多少離れていても強い結合を取ることが可能となる。そのため、本発明によれば、同軸フィルタの形状設計を比較的自由に行うことができ、容易に各共振導体２を取り囲む外導体１の形状を円柱状にすることができる。

以上のように本発明の実施の形態２による同軸フィルタによれば、各共振導体２を取り囲む外導体１の形状を円柱状にしたことにより、各同軸共振器単体の低損失化を図ることが可能になる。

なお、本発明の実施の形態２では、各共振導体２を取り囲む外導体１の形状が円柱状であるものを例として示したが、各共振導体２を取り囲む外導体１の形状は、共振導体２側面と外導体１との距離が略一定となるような形状であればよく、例えば、各共振導体２を取り囲む外導体１の形状を正多角柱状にすることも可能である。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３による同軸フィルタについて説明する。
本発明の実施の形態３による同軸フィルタは、周波数信号の入力位置と出力位置とが近接するように同軸フィルタを形成したものである。

図５、図６は本発明の実施の形態３による同軸フィルタの上面導体を除いた状態での上面図である。
図５、図６に示すように、同軸フィルタの形状を４角柱形状或いは６角柱形状にすることにより、強い結合係数を取りつつ、入力端子３と出力端子４とを近接して配置することが可能になる。

以上のように、本発明の実施の形態３による同軸フィルタによれば、入力端子３と出力端子４とが互いに近接するように、複数の共振導体２、外導体１、及び前記導体板５を配置するようにしたことにより、製品実装時の回路配置の自由度を向上させることができる。

なお、本発明の実施の形態３では、正方形或いは正三角形の同軸共振器を４角形状或いは６角形状に配し、同軸フィルタの形状を４角柱形状或いは６角柱形状とするものについて説明したが、同軸フィルタの形状は、周波数信号の入力位置と出力位置とが近接するものであれば良く、例えば、同軸共振器を略コの字状や略円状に配置したものであっても良い。

本発明の実施の形態１による同軸フィルタの構成の一例を示す図同軸共振器間の導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係を説明するための説明図導体板の厚みに対する、開放端側の外導体面からの長さと結合係数の関係を示す図本発明の実施の形態２による同軸フィルタの構成の一例を示す斜視図本発明の実施の形態３による同軸フィルタの上面導体を除いた状態での上面図本発明の実施の形態３による同軸フィルタの他の一例を示す上面図従来の同軸フィルタの構成の一例を示す図

符号の説明

１外導体
２共振導体
３入力端子
４出力端子
５導体板

Claims

周波数信号の入力位置から出力位置に向かって連続的に配置された複数の共振導体と、
前記複数の共振導体を取り囲む外導体と、
前記複数の共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に配置された導体板とを備え、
導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の特性を有する前記導体板の厚み及び長さを決定することを特徴とする同軸フィルタ。
請求項１に記載の同軸フィルタにおいて、
前記導体板の厚み及び長さを、所望の特性を有する導体板の厚みを決定後、前記導体板の長さ調整を行うことにより決定することを特徴とする同軸フィルタ。
請求項１又は請求項２に記載の同軸フィルタにおいて、
前記導体板を、前記共振導体の開放端側の前記外導***置から前記共振導体の短絡側に向かって設置することを特徴とする同軸フィルタ。
請求項１から請求項３の何れかに記載の同軸フィルタにおいて、
前記共振導体側面と前記外導体との距離が略一定となるように前記外導体を形成することを特徴とする同軸フィルタ。
請求項１から請求項４の何れかに記載の同軸フィルタにおいて、
前記周波数信号の入力位置と出力位置とが近接するように、前記複数の共振導体、前記外導体、及び前記導体板を配置することを特徴とする同軸フィルタ。
周波数信号の入力位置から出力位置に向かって連続的に配置された複数の共振導体と、
前記複数の共振導体を取り囲む外導体と、
前記複数の共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に配置された導体板とからなる同軸フィルタを備えたディプレクサであって、
導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の特性を有する前記導体板の厚み及び長さを決定することを特徴とするディプレクサ。
周波数信号の入力位置から出力位置に向かって連続的に配置された複数の共振導体と、前記複数の共振導体を取り囲む外導体と、前記複数の共振導体の少なくとも１つ以上の間隙に配置された導体板とを備える同軸フィルタの製造方法であって、
導体板の厚さに対する結合係数と導体板の長さの関係に基づいて、所望の特性を有する導体板の厚みを決定後、前記導体板の長さ調整を行うことにより、前記導体板の厚み及び長さを決定することを特徴とする同軸フィルタの製造方法。