JP2015226207A - Millimeter wave band filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミリ波帯フィルタに関する。 The present invention relates to a millimeter wave band filter.
近年、ユビキタスネットワーク社会を迎え、電波利用ニーズが高まる中、家庭内のワイヤレスブロードバンド化を実現するＷＰＡＮ（ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク）や安全・安心な運転をサポートするミリ波レーダー等のミリ波帯無線システムが利用され始めている。また、１００ＧＨｚ超無線システム実現への取組も積極的に行われてきている。 In recent years, with the ubiquitous network society and the increasing need for radio wave use, WPAN (wireless personal area network) that realizes wireless broadband in the home and millimeter wave radio systems such as millimeter wave radar that supports safe and secure driving Has begun to be used. In addition, efforts to realize a 100 GHz super wireless system have been actively carried out.
その一方で、６０〜７０ＧＨｚ帯の無線システムの２次高調波評価や１００ＧＨｚ超の周波数帯における無線信号の評価については、周波数が高くなるにつれ測定器の雑音レベル及びミキサの変換損失が増加するとともに周波数精度が低下するため、１００ＧＨｚを超える無線信号の高感度、高精度測定技術が確立されていない状況となっている。しかも、これまでの測定技術では局部発振の高調波を測定結果から分離することができず、不要発射等の厳密な測定が困難となっている。 On the other hand, for the second harmonic evaluation of the radio system in the 60-70 GHz band and the evaluation of the radio signal in the frequency band exceeding 100 GHz, the noise level of the measuring instrument and the conversion loss of the mixer increase as the frequency increases. Since the frequency accuracy is lowered, a high-sensitivity and high-precision measurement technique for wireless signals exceeding 100 GHz has not been established. Moreover, the conventional measurement techniques cannot separate the local oscillation harmonics from the measurement results, making it difficult to accurately measure unwanted emissions.
これらの技術課題を克服し、１００ＧＨｚ超帯域無線信号の高感度・高精度測定を実現するためには、イメージ応答及び高次高調波応答を抑制するためのミリ波帯の狭帯域なフィルタ技術の開発が必要であり、特に、可変周波数型（チューナブル）に適応可能なものが望ましい。 In order to overcome these technical issues and realize high-sensitivity and high-accuracy measurement of 100 GHz super-band radio signals, millimeter-wave narrow-band filter technology for suppressing image response and higher-order harmonic response Development is necessary, and it is particularly desirable to be adaptable to a variable frequency type (tunable).
これを実現するものとして、本願出願人は、光の分野で用いられているファブリペロー共振器をミリ波に応用し、ＴＥ１０モード（単一モード）を伝搬する導波管構造の導波路の内部に対向させた一対の電波ハーフミラーの間の共振作用により、ミリ波の所望周波数成分を選択的に通過させるミリ波帯フィルタを提案している（特許文献１）。 In order to realize this, the applicant of the present application applies a Fabry-Perot resonator used in the field of light to millimeter waves, and the inside of a waveguide having a waveguide structure that propagates a TE10 mode (single mode). A millimeter-wave band filter that selectively passes a desired frequency component of millimeter waves by a resonance action between a pair of radio wave half mirrors facing each other is proposed (Patent Document 1).
上記特許文献１には、所望周波数帯域の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる導波路を、第１導波管と、その第１導波管の一端側を内側に僅かに隙間のある状態で受け入れる第２導波管とで構成し、第１導波管の先端と第２導波管の内部に電波ハーフミラーを対向するように固定し、その間隔が変化するように一方の導波管に対して他方の導波管をその長手方向に相対的に移動させる構造が開示されている。
In
上記構造のミリ波体フィルタであれば、波面変換による特性劣化がなく、電波ハーフミラーの設計に高い自由度を与えることができ、空間放射による損失が少なくて済み、しかも、一対の電波ハーフミラーの間隔を変化させることでフィルタの共振周波数を可変することができる。 With the millimeter wave filter having the above structure, there is no deterioration in characteristics due to wavefront conversion, a high degree of freedom can be given to the design of the radio wave half mirror, the loss due to spatial radiation can be reduced, and a pair of radio wave half mirrors. The resonance frequency of the filter can be varied by changing the interval.
ただし、この構造のミリ波帯フィルタを実際に製造する場合、内側の第１導波管の外周壁と、外側の第２導波管の内周壁との間に、導波管同士の長手方向の相対移動が可能なように隙間を設ける必要があるが、その隙間は、一対の電波ハーフミラーの間に形成される共振器の空間と連続しており、電波ハーフミラー間を往復する電磁波がこの隙間を介して外部に漏れることでフィルタとしての特性が低下してしまう。 However, when the millimeter wave band filter having this structure is actually manufactured, the longitudinal direction of the waveguides is between the outer peripheral wall of the inner first waveguide and the inner peripheral wall of the outer second waveguide. However, the gap is continuous with the resonator space formed between the pair of radio wave half mirrors. By leaking outside through this gap, the characteristics as a filter are degraded.
したがって、この隙間を可能な限り小さくする必要がある。例えば、導波路の口径２ミリ×１ミリ程度の導波管の場合、容認される隙間は数１０μｍ（例えば２０〜３０μｍ）以下であるが、これは顕微鏡で確認しなくてはならない寸法である。ところが、上記構造のミリ波帯フィルタのように、第２導波路の内部に第１導波管の先端が入り込む構造では、隙間部分を外部から観察することができず、その隙間のばらつきを確認できず、双方の位置合わせが極めて困難となる。 Therefore, it is necessary to make this gap as small as possible. For example, in the case of a waveguide having a waveguide diameter of about 2 mm × 1 mm, the allowable gap is several tens μm (for example, 20 to 30 μm) or less, which is a dimension that must be confirmed with a microscope. . However, in the structure in which the tip of the first waveguide enters the second waveguide, such as the millimeter-wave band filter having the above structure, the gap portion cannot be observed from the outside, and the variation in the gap is confirmed. This is not possible, and it is extremely difficult to align the two.
この問題を解決する技術として、本願出願人は、特許文献２において、外側の第２導波管を、厚さ一定の板状部に内側の第１導波管の一端側を受け入れる口径の第１導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第１導波路形成体と、厚さ一定の板状部に第１導波管と同口径の第２導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第２導波路形成体とで構成し、第１導波路形成体と第２導波路形成体の板状部を、それぞれの角穴同士が同心に連続するように重ね合わせた状態で連結、分離可能に形成する技術を開示している。
As a technique for solving this problem, the applicant of the present invention in
この技術を採用することで、内側の第１導波管の外周と外側の第２導波管の第１導波路を形成する角穴との隙間を第１導波路形成体側から観察することができ、その位置合わせを正確に行うことができ、その位置合わせの後に、第２導波路形成体を第１導波路形成体に対して予め位置決めされた位置に連結すれば、第１導波路に対して第２導波路が傾くこともなく、第１導波管の導波路を含めて３つの導波路の位置合わせを正確に行うことができ、フィルタ特性を高く維持できる。 By adopting this technology, the gap between the outer periphery of the inner first waveguide and the square hole forming the first waveguide of the outer second waveguide can be observed from the first waveguide forming body side. The alignment can be performed accurately, and after the alignment, if the second waveguide forming body is connected to a position previously positioned with respect to the first waveguide forming body, the first waveguide is formed. On the other hand, the second waveguide is not inclined, and the alignment of the three waveguides including the waveguide of the first waveguide can be accurately performed, and the filter characteristics can be maintained high.
また、上記特許文献２では、上記構造により導波管間の少ない隙間を均等に設けた上で、導波管の間に形成される隙間からの電磁波の漏出を抑制するために、第１導波路形成体を挟んで第２導波路形成体と反対側に重なり、第１導波管を通過させる角穴が厚さ方向に貫通形成され、その角穴の内周に電磁波漏出防止用の所定深さの溝を周回形成するチョーク形成体を設ける技術も開示されている。
Further, in
しかしながら、上記特許文献２の構造のミリ波帯フィルタにおいても、さらに解決すべき新たな課題が明らかになった。
However, even in the millimeter waveband filter having the structure of
即ち、上記のように外側の導波管の内壁に電磁波漏出防止用の溝を設けた構造のフィルタの特性を詳細に調べてみると、内側の導波管の先端（電波ハーフミラーが固定されている部分）から外側の導波管の内壁に設けた溝までの間（以下、不要共振器長と呼ぶ）で不要共振が生じることが認められ、その不要共振周波数が導波管の移動により変化することがわかった。 That is, when the characteristics of the filter having the structure in which the groove for preventing electromagnetic wave leakage is provided on the inner wall of the outer waveguide as described above are examined in detail, the tip of the inner waveguide (the radio wave half mirror is fixed). It is recognized that unnecessary resonance occurs between the groove and the groove provided on the inner wall of the outer waveguide (hereinafter referred to as unnecessary resonator length), and the unnecessary resonance frequency is caused by the movement of the waveguide. I found that it changed.
ここで、一対の電波ハーフミラーの間隔で決まるフィルタ自体の共振周波数（フィルタ共振周波数）は、そのミラー間隔が小さくなるほど高くなるのに対し、上記不要共振周波数はミラー間隔が小さくなるほど低くなる。つまり、ミラー間隔の変化に対し、両共振周波数の変化方向は逆向きとなり、フィルタの共振周波数を大きく動かした場合、フィルタの共振周波数と上記不要共振周波数が重なり、不要共振がフィルタ共振特性を乱すことになる。 Here, the resonance frequency (filter resonance frequency) of the filter itself determined by the interval between the pair of radio wave half mirrors increases as the mirror interval decreases, whereas the unnecessary resonance frequency decreases as the mirror interval decreases. In other words, the change direction of both resonance frequencies is opposite to the change of the mirror interval, and when the resonance frequency of the filter is moved greatly, the resonance frequency of the filter overlaps with the unnecessary resonance frequency, and the unnecessary resonance disturbs the filter resonance characteristics. It will be.
これを防ぐために、ミラー間隔が最も広い状態のときに、不要共振器長をそのミラー間隔より十分広くすることが考えられるが、上記不要共振は電磁波の波長の１／２だけでなく、その奇数倍でも発生し、高次の不要共振の影響が避けられない。また不要共振器長を極端に長くすると内側の導波管と外側の導波管とがオーバーラップする長さを大きくする必要があり、フィルタ全体が大型化してしまう。 In order to prevent this, it is conceivable to make the length of the unnecessary resonator sufficiently wider than the mirror interval when the mirror interval is the widest. However, the unnecessary resonance is not only 1/2 of the wavelength of the electromagnetic wave but also an odd number thereof. The effect of high-order unnecessary resonance is unavoidable. Further, if the length of the unnecessary resonator is made extremely long, it is necessary to increase the length of overlap between the inner waveguide and the outer waveguide, and the entire filter is increased in size.
また、上記のように、第１導波路形成体にチョーク形成体を重ね合わせる際に、その両形成体の角穴の位置が一致するように位置決めする必要があり、チョーク形成体という部品の増加およびその位置合わせという工程の増加によるコスト高を招くという問題もあった。 In addition, as described above, when the choke forming body is overlaid on the first waveguide forming body, it is necessary to position the two hole forming holes so that the positions of the square holes coincide with each other. In addition, there is a problem in that the cost is increased due to an increase in the process of alignment.
なお、チョーク形成体を別体として設けずに、電磁波漏出防止用の溝を第１導波路形成体の角穴の内周壁に設けることは可能であるが、長期に渡って電気的に安定な特性を確保するための金メッキ処理を行なう際に、上記したように深さ１ｍｍで幅０．２ｍｍの溝にメッキ液を進入させることは極めて困難であり、上記したような第１導波路形成体と別体チョーク形成体を設けざるを得なかった。 Although it is possible to provide a groove for preventing electromagnetic wave leakage on the inner peripheral wall of the square hole of the first waveguide forming body without providing the choke forming body as a separate body, it is electrically stable for a long time. When performing the gold plating process to ensure the characteristics, it is extremely difficult to allow the plating solution to enter the groove having a depth of 1 mm and a width of 0.2 mm as described above, and the first waveguide forming body as described above. And a separate chalk forming body had to be provided.
本発明は、上記の新たな課題を解決し、部品点数や位置合わせ作業の増加によるコスト高を招くことなく、容易に製造でき、かつ電磁波漏出による性能低下のないミリ波帯フィルタを提供することを目的としている。 The present invention solves the above-mentioned new problems, and provides a millimeter-wave band filter that can be easily manufactured without incurring high costs due to an increase in the number of parts and alignment work, and that does not deteriorate in performance due to electromagnetic leakage. It is an object.
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のミリ波帯フィルタは、
ミリ波帯の所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる口径の導波路（２２）を有する第１導波管（２１）と、
前記第１導波管の外径より大きく、且つ、前記所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる口径を有し、前記第１導波管の一端側をその外周に隙間のある状態で受け入れる第１導波路（３０ａ）と、該第１導波路より小さい口径の第２導波路（３０ｂ）とが同心に連続するように形成されている第２導波管（３０）と、
前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもち、一方が前記第１導波管の前記一端側の導波路に固定され、他方が前記第２導波管の前記第１導波路と前記第２導波路の境界部に固定された一対の電波ハーフミラー（４０Ａ、４０Ｂ）と、
前記一対の電波ハーフミラーの間隔が変化するように前記第１導波管を前記第２導波管に対して相対移動させて、前記所定周波数範囲の電磁波のうち前記一対の電波ハーフミラーの間隔で決まる共振周波数の電磁波を選択的に通過させる間隔可変手段（５１）とを有し、
前記第２導波管が、
厚さ一定の板状部を有し、該板状部に前記第１導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第１導波路形成体（３１）と、
厚さ一定の板状部を有し、該板状部に前記第２導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第２導波路形成体（３２）とを含み、
前記第１導波路形成体と前記第２導波路形成体とが、前記角穴同士が同心に連続するように前記板状部同士を重ね合わせた状態で連結、分離可能に形成されたミリ波帯フィルタにおいて、
前記第２導波管の前記第１導波路の内壁に対向する前記第１導波管の外壁には、導波路の長手方向に沿った長さが漏出防止対象の電磁波の１／４波長相当となる溝（６０）が形成され、該溝によって前記第１導波管の外壁と前記第２導波管の前記第１導波路の内壁との隙間からの電磁波漏出を防止することを特徴する。
In order to achieve the above object, the millimeter waveband filter according to
A first waveguide (21) having a waveguide (22) having a diameter for propagating electromagnetic waves in a predetermined frequency range in the millimeter wave band in a TE10 mode;
It has a diameter larger than the outer diameter of the first waveguide and propagates the electromagnetic wave in the predetermined frequency range in the TE10 mode, and accepts one end of the first waveguide with a gap on the outer periphery thereof. A second waveguide (30) formed such that the first waveguide (30a) and the second waveguide (30b) having a smaller diameter than the first waveguide are concentrically continuous;
The electromagnetic wave has a characteristic of transmitting a part of the electromagnetic wave in the predetermined frequency range and reflecting a part thereof, one of which is fixed to the waveguide on the one end side of the first waveguide and the other of the second waveguide. A pair of radio wave half mirrors (40A, 40B) fixed to the boundary between the first waveguide and the second waveguide;
The first waveguide is moved relative to the second waveguide so that the distance between the pair of radio wave half mirrors changes, and the distance between the pair of radio wave half mirrors among the electromagnetic waves in the predetermined frequency range. And an interval variable means (51) for selectively passing an electromagnetic wave having a resonance frequency determined by
The second waveguide is
A first waveguide forming body (31) having a plate-like portion having a constant thickness and having a square hole penetrating the plate-like portion forming the first waveguide in the thickness direction;
A second waveguide forming body (32) having a plate-like portion having a constant thickness, and a square hole forming the second waveguide is formed in the plate-like portion in the thickness direction;
The millimeter wave formed so that the first waveguide forming body and the second waveguide forming body can be connected and separated in a state where the plate-like portions are overlapped so that the square holes are concentrically continuous. In the band filter,
The outer wall of the first waveguide facing the inner wall of the first waveguide of the second waveguide has a length along the longitudinal direction of the waveguide corresponding to a quarter wavelength of the electromagnetic wave to be prevented from leaking. A groove (60) is formed, and the groove prevents leakage of electromagnetic waves from a gap between the outer wall of the first waveguide and the inner wall of the first waveguide of the second waveguide. .
このように、本発明のミリ波帯フィルタは、第２導波管を、板状部を厚さ方向に貫通する角穴により第１導波管の一端側を受け入れるための第１導波路を形成する第１導波路形成体と、第１導波路より小さい口径で板状部を厚さ方向に貫通する角穴により第２導波路を形成する第２導波路形成体とを含む構成とし、これら二つの導波路形成体を角穴同士が同心となるように連結、分離可能に形成するとともに、電磁波漏出防止用の溝を、内側の第１導波管の外壁にその導波路の長手方向に沿った長さが漏出防止対象の電磁波の１／４波長相当となるように設けている。 As described above, the millimeter-wave band filter of the present invention includes the first waveguide for receiving the one end side of the first waveguide by the square hole penetrating the plate-like portion in the thickness direction. A configuration including a first waveguide forming body to be formed and a second waveguide forming body that forms a second waveguide by a square hole that penetrates the plate-like portion in the thickness direction with a smaller aperture than the first waveguide; These two waveguide forming bodies are formed so that the square holes are concentrically connected and separated, and a groove for preventing electromagnetic wave leakage is formed on the outer wall of the inner first waveguide in the longitudinal direction of the waveguide. Is provided so that the length along the line corresponds to a quarter wavelength of the electromagnetic wave to be prevented from leaking.
このため、従来のように、チョーク形成体を別個に用意する必要がなくなり、部品点数および作業工数を大幅に減少させることができ、部品点数や位置合わせ作業の増加によるコスト高を招くことなく、容易に製造でき、かつ電磁波漏出による性能低下のないミリ波帯フィルタを実現できる。 For this reason, unlike the conventional case, there is no need to prepare a separate choke forming body, the number of parts and work man-hours can be greatly reduced, without incurring high costs due to an increase in the number of parts and alignment work, It is possible to realize a millimeter wave band filter that can be easily manufactured and does not deteriorate in performance due to electromagnetic leakage.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のミリ波帯フィルタ２０の基本構造を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a basic structure of a millimeter
図１の（ａ）の側面図に示すように、このミリ波帯フィルタ２０は、第１導波管２１、第２導波管３０、一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂおよび支持機構５０を有している。
As shown in the side view of FIG. 1A, the millimeter
第１導波管２１は、その本体をなす角筒部２１ａとその一端側に設けられたフランジ２１ｂとを有し、角筒部２１ａの内部は、ミリ波帯の所定周波数範囲（例えば１１０〜１４０ＧＨｚ）の電磁波をＴＥ１０モード（単一モード）で伝搬させる口径（例えば２．０３２ｍｍ×１．０１６ｍｍ）の導波路２２が一端側から他端側に連続して形成されている。
The
第２導波管３０は、第１導波管２１の角筒部２１ａの外径より僅か（例えば縦横ともに３０μｍずつ）に大きく、且つ、前記所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる口径を有し、第１導波管２１の角筒部２１ａの先端をその外周にほぼ一定の隙間のある状態で同心に受け入れる第１導波路３０ａと、第１導波路３０ａの口径より小さい（ここでは第１導波管２１の導波路２２と同口径とする）第２導波路３０ｂとが同心で且つ捩れのない状態で連続するように形成されている。
The
ここで、第１導波管２１の角筒部２１ａの外形は、導波路２２の口径に肉厚分（例えば０．３ｍｍ）を加えた寸法であり、第２導波管３０の第１導波路３０ａの口径は、第１導波管２１の角筒部２１ａの外形寸法に、導波管同士の移動に必要な隙間（例えば３０μｍ）を加えた寸法に設定されている。
Here, the outer shape of the rectangular tube portion 21 a of the
そして、第１導波管２１の角筒部２１ａの先端部には、前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもつ電波ハーフミラー４０Ａが導波路２２を塞ぐ状態で固定され、その電波ハーフミラー４０Ａと対をなす電波ハーフミラー４０Ｂが第２導波管３０の第１導波路３０ａと第２導波路３０ｂの境界（図の例では第２導波路３０ｂの先端）に固定されている。
A radio
一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂは、例えば図２に示しているように、固定される導波路２２、３０ｂの口径に対応した大きさの長方形で電磁波に対する反射性を有する金属製の基板４１と、その基板４１の中央部に基板長辺方向に所定高さで伸び、電磁波に対する透過性を有するスリット４２とを有し、基板４１の外周が各導波路２２、３０ｂの内壁または先端縁に接触する状態で各導波路の先端部に固定されていて、基板４１の厚さ、スリット４２の高さ、長さ等に対応した透過率で電磁波を透過させる。
For example, as shown in FIG. 2, the pair of radio wave half mirrors 40A and 40B is a rectangle having a size corresponding to the diameter of the
なお、ここでは、スリット４２の高さを一定としているが、これは基本構造例であり、スリット形状はこの例に限定されない。電波ハーフミラーとして要求される特性は前記所定周波数範囲の電磁波に対する透過率がほぼ一定となることであり、その特性が得られるように、スリット４２の形状を変化させることができる。例えば、スリット４２の中央部の高さが両端部の高さより小となるリッジ形にし、基板４１の厚さ、スリット４２の中央部の高さと幅、両端部の高さと幅を選ぶことで、前記所定周波数範囲の電磁波に対する透過率の平坦化が可能である。 Here, the height of the slit 42 is constant, but this is a basic structure example, and the slit shape is not limited to this example. The characteristic required for the radio wave half mirror is that the transmittance with respect to the electromagnetic wave in the predetermined frequency range is substantially constant, and the shape of the slit 42 can be changed so as to obtain the characteristic. For example, by making the ridge shape in which the height of the central portion of the slit 42 is smaller than the height of both end portions, by selecting the thickness of the substrate 41, the height and width of the central portion of the slit 42, the height and width of both end portions, The transmittance for electromagnetic waves in the predetermined frequency range can be flattened.
このような構造をもつミリ波帯フィルタ２０では、互いに対向する一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂの間隔を半波長として共振する平面型のファブリペロー共振器が成され、その共振周波数を中心とする周波数成分だけが選択的に通過できる状態となる。
In the millimeter
しかも、各導波路２２、３０ａ、３０ｂは、ミリ波帯において極めて低損失の閉鎖型の伝送路としての導波管構造で形成され、進行方向に直交する平面にのみ電界が存在するＴＥ波を用いるから、波面変換などの処理は不要で、共振器で抽出された信号成分のみをＴＥ１０モードで極めて低損失に出力させることができる。
In addition, each of the
なお、第１導波管２１と第２導波管３０は、それらが有する導波路２２、３０ａ、３０ｂが同心でねじれの無い状態で連続し、且つ一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂが平行に対向した姿勢を保ちつつ、その間隔を可変させることができる支持機構５０によって支持されている。この支持機構５０は、両導波管２１、３０を堅固に支持するとともに、一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂの間隔が変化するように両導波管２１、３０を導波路の長さ方向に沿って相対移動させる間隔可変手段５１を含むが、その構成は任意である。
The
このように、ＴＥ１０モードのみを伝送する導波路が連続し、その内部に平面型の一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂで形成された共振器を設けた構造であるから、平面波を入射するための特別な工夫が必要なくなり、また電波ハーフミラーも平面波を透過させる必要がなく任意の形状をとることができる。 As described above, since the waveguide for transmitting only the TE10 mode is continuous and the resonator formed by the pair of planar radio wave half mirrors 40A and 40B is provided therein, the plane wave is incident. No special device is required, and the radio wave half mirror does not need to transmit a plane wave and can take any shape.
また、フィルタ全体としてほぼ密閉型となり、外部空間への放射による損失が少なく、ミリ波帯において、極めて高い選択特性を実現できる。 Further, the filter as a whole is almost hermetically sealed so that there is little loss due to radiation to the external space, and extremely high selection characteristics can be realized in the millimeter wave band.
そして、この実施形態のミリ波帯フィルタ２０では、図１の（ｂ）に示しているように、第２導波管３０を、厚さ一定の板状で第１導波路３０ａを形成する角穴が一面３１ａ側から反対面３１ｂ側に貫通形成された第１導波路形成体３１と、厚さ一定の板状で第２導波路３０ｂを形成する角穴が一面３２ａ側から反対面３２ｂ側に貫通形成された第２導波路形成体３２とを、それら角穴同士が同心に連続するように重ね合わせた状態でネジ止めなどにより連結、分離可能に形成されている。図中、符号３１ｃはネジ締付用穴、３２ｃはネジ貫通用穴、符号３９は連結用のネジである。
In the millimeter-
なお、ここでは、最も簡単な形状例として、第１導波路形成体３１と第２導波路形成体３２が厚さ一定の板体の例を示しているが、導波路３０ａ、３０ｂを形成する角穴が貫通形成されている部分だけが厚さ一定の板状部で、その板状部同士を重ね合わせた状態で連結、分離できる形状であればよく、外周部の形状は任意である。
Here, as an example of the simplest shape, an example in which the first
このように第２導波管３０が、単一口径の導波路が厚さ方向に貫通形成された板状体同士を重ね合わせて一体的に連結した構造であるから、異口径の第１導波路３０ａ、第２導波路３０ｂをそれぞれ別部材に正確に製作することができ、また、それらが同心に連続する状態で重なり合う位置を容易に特定することができ、高精度な第２導波管３０を実現できる。また、第１導波路３０ａと第２導波路３０ｂの境界に電波ハーフミラー４０Ｂを固定する作業も板体の表面で行えるから極めて容易に行え、正しい姿勢に固定できる。
As described above, the
また、第２導波路形成体３２を第１導波路形成体３１に固定する前に、第１導波管２１と第１導波路形成体３１とを支持機構５０に支持させた状態で、第１導波路形成体３１の反対面３１ｂ側から角穴部分を顕微鏡等で観察すれば、第１導波管２１の角筒部２１ａの外壁と第１導波路３０ａの内壁との隙間を容易に確認できる。
In addition, the
例えば、図３の（ａ）のように、第１導波路３０ａに対して第１導波管２１の角筒部２１ａが傾き（捩れ）、偏心している画像が観察された場合、支持機構５０により、第１導波管２１の第１導波路形成板３１に対する中心位置および角度を合わせ、図３の（ｂ）のように、両者の隙間が全周にわたって均一となる（同心で捩れがない状態）ように位置決めする。これによって、導波管同士の接触が防止でき、磨耗のない状態で周波数可変を円滑に行うことができる。そして、この位置決めの後に、第２導波路形成体３２を第１導波路形成体３１の予め特定された位置に固定すれば、第１導波管２１の導波路を含めて３つの連続した導波路を正確に同心配列できる。
For example, as shown in FIG. 3A, when an image in which the rectangular tube portion 21a of the
上記のように第１導波管２１を第２導波管３０に対して相対的に移動させる構造では、第１導波管２１の角筒部２１ａの外周壁と第２導波管３０の第１導波路３０ａの内周壁との間に隙間が必要となるが、この隙間は、構造上、一対の電波ハーフミラー４０Ａ、４０Ｂの間に形成される共振器と連続しているので、共振器内の電磁波がこの隙間から漏出して、フィルタとしての損失低下を招く。このため、前記したように少ない隙間で導波管同士の位置調整が行える構造を採用しているが、たとえ前記したように２０〜３０μｍ程度の隙間に抑えても電磁波の漏出を完全に防ぐことはできない。
In the structure in which the
この電磁波漏出を防止する方法として、前記した特許文献１、２では、外側の第２導波管３０の内壁に、導波路の長さ方向と直交する方向に漏出対象の電磁波の波長の１／４相当の深さで溝を設けているが、この従来方法では、前記したように不要共振による特性低下や部品およびその位置合わせ作業の増加によるコスト高が避けられない。
As a method for preventing the leakage of electromagnetic waves, in
この不要共振の問題は、内側の第１導波管２１の角筒部２１ａ側に電磁波漏出防止用の溝を設けること解決可能と思われるが、前記したように電磁波漏出防止用の溝として必要な深さはほぼ１ｍｍ程度であり、これを従来装置のように導波路の長さ方向に直交する向きに設けることは、第１導波管２１の角筒部２１ａの内径寸法（ほぼ２ｍｍ×１ｍｍ）から考えて実現困難である。
This unnecessary resonance problem can be solved by providing a groove for preventing electromagnetic wave leakage on the rectangular tube portion 21a side of the inner
そこで、発明者らは、溝の電磁波漏出防止作用を示す長さ方向を導波路の長さ方向に合わせることができないかを検討した。 Therefore, the inventors have examined whether the length direction of the groove that prevents electromagnetic wave leakage can be matched with the length direction of the waveguide.
図４の（ａ）は、３０μｍの隙間ｇが形成する導波路に直交するように長さ（深さ）ｐ＝１．１ｍｍ、幅ｑ＝０．３ｍｍの溝を設けた従来モデルであり、図４の（ｂ）は、３０μｍの隙間ｇが形成する導波路に沿って長さｐ＝１．１ｍｍ、深さｑ＝０．２ｍｍの溝を設けた検討モデルである。従来モデルの透過特性は図５のように得られ、検討モデルの透過特性は図６のように得られた。 FIG. 4A shows a conventional model in which a groove having a length (depth) p = 1.1 mm and a width q = 0.3 mm is provided so as to be orthogonal to the waveguide formed by the gap g of 30 μm. FIG. 4B is a study model in which a groove having a length p = 1.1 mm and a depth q = 0.2 mm is provided along a waveguide formed by a gap g of 30 μm. The transmission characteristics of the conventional model were obtained as shown in FIG. 5, and the transmission characteristics of the study model were obtained as shown in FIG.
７０〜１２０ＧＨｚの範囲で両者を比較すると、従来モデルは検討モデルに対して大きな減衰が得られ、特に９４ＧＨｚでは急峻に減衰していることがわかる。しかしながら、検討モデルにおいても、上記周波数範囲でほぼ１０ｄＢの減衰が得られており、この減衰量で不十分であれば、同一形状の溝を導波路の長さ方向に沿って複数段形成することで対応できる。この結果から、電磁波漏出防止用の溝については、その電磁波漏出防止作用を示す長さ方向を導波路の長さ方向に合わせて形成することが可能であることが確認でき、この技術は、肉厚が０．３ｍｍ程度の第１導波管２１であれば十分適用できる。
Comparing the two in the range of 70 to 120 GHz, it can be seen that the conventional model is greatly attenuated with respect to the model to be examined, and particularly at 94 GHz, it is steeply attenuated. However, even in the study model, attenuation of about 10 dB is obtained in the above frequency range, and if this attenuation is insufficient, a plurality of grooves having the same shape are formed along the length direction of the waveguide. It can respond. From this result, it can be confirmed that the groove for preventing electromagnetic wave leakage can be formed by matching the length direction showing the electromagnetic wave leakage preventing action with the length direction of the waveguide. The
図１に示したミリ波帯フィルタ２０は上記検討技術を採用したものであり、第２導波管３０の第１導波路形成体３１の内壁に隙間を挟んで対向する第１導波管２１の角筒部２１ａの先端に近い上下（長辺側）の外壁に、電磁波漏出防止用の溝６０を、その電磁波漏出防止作用を示す長さ方向が導波路の長さ方向と一致するように設けている。
The millimeter
つまり、電磁波漏出防止作用を示す長さｐ＝１ｍｍ程度の溝６０を、深さ０．２ｍｍ程度で形成している。このような向きに設けた場合であっても、溝６０のハーフミラーに近い方のエッジから遠い方のエッジまで伝搬して戻ってくる電磁波の位相がλ／２変化して入出力が相殺する（漏出電磁波に対してインピーダンスが非常に高くなるチョーク効果を示す）ため、電磁波漏出効果が得られる。
That is, the
この溝６０による電磁波漏出防止効果は、前記検討モデルから１０ｄＢ程度の減衰と予想されるが、図１の（ａ）、（ｂ）に点線で示しているように溝６０を導波路の長さ方向に沿って複数段（図１では２段示しているが導波管の重なる長さを延長して３段以上設けてもよい）並べることで、より大きな減衰量を得ることができる。
The electromagnetic wave leakage prevention effect by the
また、ここでは、電磁波漏出防止効果が高い第１導波管２１の角筒部２１ａの上下（長辺側）の外壁に溝６０を設けているが、第１導波路形成体３１の左右（短辺側）の内壁に対向する左右（短辺側）の外壁にも溝を設けることができる。
Further, here, the
このように、実施形態のミリ波体フィルタ２０では、第１導波路形成体３１の内壁に隙間を挟んで対向する第１導波管２１の角筒部２１ａの外壁に、電磁波漏出作用を示す長さ、即ち、漏出対象の電磁波の波長の１／４相当の長さ方向が導波路の長さ方向と一致するように形成された溝６０によりその隙間からの電磁波漏出を防止している。
Thus, in the millimeter
このため、従来装置のように、チョーク形成体を別個に用意する必要がなくなり、部品点数および作業工数を大幅に減少させることができ、部品点数や位置合わせ作業の増加によるコスト高を招くことなく、容易に製造でき、かつ電磁波漏出による性能低下のないミリ波帯フィルタを実現できる。 For this reason, unlike the conventional apparatus, it is not necessary to prepare a separate choke forming body, the number of parts and the number of work steps can be greatly reduced, and the cost is not increased due to an increase in the number of parts and alignment work. Therefore, it is possible to realize a millimeter-wave band filter that can be easily manufactured and that does not deteriorate in performance due to electromagnetic leakage.
また、ミラー間隔の変化に対して不要共振器長が不変となり、その距離をミラー間隔に対して十分小さくすることで、不要共振によるフィルタの共振特性の乱れを防止できる。 Further, the length of the unnecessary resonator does not change with respect to the change in the mirror interval, and by making the distance sufficiently small with respect to the mirror interval, it is possible to prevent disturbance of the resonance characteristics of the filter due to unnecessary resonance.
なお、第１導波管２１の角筒部２１ａの外壁に設けた溝６０の開口の大きさはほぼ１ｍｍ×導波管幅（２ｍｍ程度）と広く、深さは前記例で０．２ｍｍ程度と浅いため、長期に渡って電気的に安定な特性を確保するための金メッキ処理を行なう際に、容易にメッキ液を進入させることができる。
The opening of the
また、第１導波管２１の本体をなす角筒部２１ａの肉厚としては、電磁波漏出防止作用を示す長さと無関係にその溝を形成できる程度の深さ分を見込めばよく、限られた口径の第１導波管であっても十分実現できる。
Further, the thickness of the rectangular tube portion 21a forming the main body of the
なお、上記実施形態のミリ波帯フィルタ２０では、第１導波管２１を方形導波管とし、第２導波管３０に内挿される角筒部２１ａの外壁に深さ０．２ｍｍ程度の溝６０を形成しているため、最低限必要な肉厚として０．３ｍｍ程度が必要となり、この肉厚の増加により、第１導波管２１の角筒部２１ａの内径と第２導波管３０の第１導波路３０ａの内径との差が大きくなり、伝搬可能な下限周波数の差が大きくなり、実際にフィルタとして使用できる周波数帯域の下限側が制限されることになる。
In the
ここで、第１導波管２１の角筒部２１ａの内径を所望周波数帯の下限に合わせると、第１導波路３０ａの内径がその所望周波数帯の下限に対してかなり低い周波数に合ってしまい、別モードの伝搬が発生する恐れがある。逆に、第１導波路３０ａの内径を所望周波数帯の下限に合わせると、第１導波管２１の角筒部２１ａの内径がその所望周波数帯の下限に対してかなり高い周波数に合ってしまい、所望周波数帯の伝搬が行なえない。
Here, when the inner diameter of the rectangular tube portion 21a of the
このような問題が発生する場合には、内側の第１導波管２１として、小口径であっても低域まで通過特性が延びている導波管を用いればよい。
When such a problem occurs, a waveguide whose pass characteristics extend to a low frequency range may be used as the inner
例えば、導波管の長辺側の両内壁中央から互いに近づく方向に突出する突出部が長さ方向に連続して形成されていて、図７のように、導波路の断面形状が略Ｈ状となる所謂リッジ型導波管を用いることが考えられる。 For example, protrusions protruding in the direction approaching each other from the center of both inner walls on the long side of the waveguide are formed continuously in the length direction, and the cross-sectional shape of the waveguide is substantially H-shaped as shown in FIG. It is conceivable to use a so-called ridge-type waveguide.
このリッジ型導波管の場合、導波路２２の中央部２２ａの幅ｗ１と高さｈ１および両側部２２ｂ、２２ｃの幅ｗ２と高さｈ２を選ぶことで、標準の方形導波管の導波路の断面形状より小さい断面形状で、同等の周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬できる。
In the case of this ridge-type waveguide, by selecting the width w1 and height h1 of the central portion 22a of the
２０……ミリ波帯フィルタ、２１……第１導波管、２２……導波路、３０……第２導波管、３０ａ……第１導波路、３０ｂ……第２導波路、３１……第１導波路形成体、３２……第２導波路形成体、４０Ａ、４０Ｂ……電波ハーフミラー、５０……支持機構、５１……間隔可変手段、６０……溝 20... Millimeter wave filter, 21... First waveguide, 22... Waveguide, 30... Second waveguide, 30 a... First waveguide, 30 b. ... 1st waveguide formation body, 32 ... 2nd waveguide formation body, 40A, 40B ... Radio wave half mirror, 50 ... Support mechanism, 51 ... Space variable means, 60 ... Groove
Claims (1)
前記第１導波管の外径より大きく、且つ、前記所定周波数範囲の電磁波をＴＥ１０モードで伝搬させる口径を有し、前記第１導波管の一端側をその外周に隙間のある状態で受け入れる第１導波路（３０ａ）と、該第１導波路より小さい口径の第２導波路（３０ｂ）とが同心に連続するように形成されている第２導波管（３０）と、
前記所定周波数範囲の電磁波の一部を透過させ、一部を反射させる特性をもち、一方が前記第１導波管の前記一端側の導波路に固定され、他方が前記第２導波管の前記第１導波路と前記第２導波路の境界部に固定された一対の電波ハーフミラー（４０Ａ、４０Ｂ）と、
前記一対の電波ハーフミラーの間隔が変化するように前記第１導波管を前記第２導波管に対して相対移動させて、前記所定周波数範囲の電磁波のうち前記一対の電波ハーフミラーの間隔で決まる共振周波数の電磁波を選択的に通過させる間隔可変手段（５１）とを有し、
前記第２導波管が、
厚さ一定の板状部を有し、該板状部に前記第１導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第１導波路形成体（３１）と、
厚さ一定の板状部を有し、該板状部に前記第２導波路を形成する角穴が厚さ方向に貫通形成された第２導波路形成体（３２）とを含み、
前記第１導波路形成体と前記第２導波路形成体とが、前記角穴同士が同心に連続するように前記板状部同士を重ね合わせた状態で連結、分離可能に形成されたミリ波帯フィルタにおいて、
前記第２導波管の前記第１導波路の内壁に対向する前記第１導波管の外壁には、導波路の長手方向に沿った長さが漏出防止対象の電磁波の１／４波長相当となる溝（６０）が形成され、該溝によって前記第１導波管の外壁と前記第２導波管の前記第１導波路の内壁との隙間からの電磁波漏出を防止することを特徴するミリ波帯フィルタ。 A first waveguide (21) having a waveguide (22) having a diameter for propagating electromagnetic waves in a predetermined frequency range in the millimeter wave band in a TE10 mode;
It has a diameter larger than the outer diameter of the first waveguide and propagates the electromagnetic wave in the predetermined frequency range in the TE10 mode, and accepts one end of the first waveguide with a gap on the outer periphery thereof. A second waveguide (30) formed such that the first waveguide (30a) and the second waveguide (30b) having a smaller diameter than the first waveguide are concentrically continuous;
The electromagnetic wave has a characteristic of transmitting a part of the electromagnetic wave in the predetermined frequency range and reflecting a part thereof, one of which is fixed to the waveguide on the one end side of the first waveguide and the other of the second waveguide. A pair of radio wave half mirrors (40A, 40B) fixed to the boundary between the first waveguide and the second waveguide;
The first waveguide is moved relative to the second waveguide so that the distance between the pair of radio wave half mirrors changes, and the distance between the pair of radio wave half mirrors among the electromagnetic waves in the predetermined frequency range. And an interval variable means (51) for selectively passing an electromagnetic wave having a resonance frequency determined by
The second waveguide is
A first waveguide forming body (31) having a plate-like portion having a constant thickness and having a square hole penetrating the plate-like portion forming the first waveguide in the thickness direction;
A second waveguide forming body (32) having a plate-like portion having a constant thickness, and a square hole forming the second waveguide is formed in the plate-like portion in the thickness direction;
The millimeter wave formed so that the first waveguide forming body and the second waveguide forming body can be connected and separated in a state where the plate-like portions are overlapped so that the square holes are concentrically continuous. In the band filter,
The outer wall of the first waveguide facing the inner wall of the first waveguide of the second waveguide has a length along the longitudinal direction of the waveguide corresponding to a quarter wavelength of the electromagnetic wave to be prevented from leaking. A groove (60) is formed, and the groove prevents leakage of electromagnetic waves from a gap between the outer wall of the first waveguide and the inner wall of the first waveguide of the second waveguide. Millimeter wave filter.
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