JP4421541B2

JP4421541B2 - ワッフルアイアン型フィルタ

Info

Publication number: JP4421541B2
Application number: JP2005271903A
Authority: JP
Inventors: 東亜小林; 浩山口; 哲也市川
Original assignee: SPC Electronics Corp
Current assignee: SPC Electronics Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007088574A

Description

本発明は、主信号は低損失で通して不要なスプリアス等は反射させて減衰させる機能を有するワッフルアイアン型フィルタに関する。

不要なスプリアス等を減衰させるフィルタとして、ワッフルアイアン型フィルタが知られている。ワッフルアイアン型フィルタは、伝送方向に垂直な方向だけでなく、伝送方向にも溝が切られていることから、高次モード波或いは高調波の伝送を阻止することが可能となり、安定して阻止できる周波数を高い周波数まで延ばすことができるという利点がある。

従来のこの種のワッフルアイアン型フィルタは、矩形導波管の内壁の対向する２つの面部に、ワッフル菓子のような形状のワッフル部を形成したものである。ワッフル部は、所定高さの直方体をマトリクス状に配列したものであり、阻止周波数の減衰特性に影響を与えるようになっている。
このようなワッフルアイアン型フィルタでは、それを通過する主信号のマイクロ波周波数が比較的高い周波数になると、ワッフル部を含む複数の部材間の接触状態が問題となる。接触状態が悪いと、通過帯域にスパイク状の異常共振が出始め、容易に消すことができない。従来形のワッフルアイアン型フィルタの特性例を図９に示す。図９において横軸は周波数、縦軸は減衰量を表し、ｆｐは通過周波数帯域（パスバンド）、ｆｓは阻止周波数帯域（ストップバンド）を表す。通過帯域の異常共振を（イ）で表す。

なお、ワッフルアイアン型フィルタの内壁をメッキすることにより上記の問題点を解決することが考えられる。しかし、メッキをしたままでは接触不良が大きい。部材間の接触面にラッピング等を施してもこれらの異常共振は、ほとんど無くならない。

従来のワッフルアイアン型フィルタでは、カットオフ周波数の微調整とＶＳＷＲの微調整ができない。また、一度現れた通過周波数帯域ｆｐのスパイク状の異常共振（図９の（イ））は、なかなか消すことができない。さらに、異常共振のない電気的特性を得るために、ワッフル部とその周囲との接触面は、機械的に非常に高い加工精度と平坦度が要求されるため、加工費が非常に高価となる。

本発明の課題は、カットオフ周波数の微調整とＶＳＷＲの微調整の少なくとも一方が可能な構造を有し、且つ、通過周波数帯域に異常共振を発生させず、安価に製作することができるワッフルアイアン型フィルタを提供することにある。

上記課題を解決する本発明のワッフルアイアン型フィルタは、それぞれ、表面に形成されたワッフル部が対向する一対のワッフル部本体と、それぞれ、表面が平坦な一対の側板部とを備え、前記一対の側板部の表面は、それぞれ前記一対のワッフル部本体の各々の一方および他方と位置決め固定されることにより、他方の側板部の表面と対向するものである。
ワッフル部は、金属突部を軸方向および横方向（軸方向と直交する方向）に複数個配置したものをいう。フィルタを２対の組立部品で構成することにより、例えばワッフル部本体の配置（ギャップ等）を容易に変えることができ、カットオフ周波数とＶＳＷＲの少なくとも一方を容易に微調整することができる。

対向する一対のワッフル部間が狭くなる場合、一対のワッフル部本体において、前記ワッフル部と電磁波の入出力導波管口（例えば導波管の開口部）との間に少なくとも一対のテーパ状の変成器が形成されるようにして、インピーダンス整合をとるようにする。
テーパには、ステップ、直線、コニカル、ピラミダル等の形状がある。変成器の形状としては、ステップ又は直線が挙げられる。

一対のワッフル部本体の各々は、それぞれ二つの側面部を有している。各側面部は、平坦なものであっても良く、あるいは、各側面部に空洞部を設けたものであっても良い。
後者の場合、前記ワッフル部と接する部位を始端としてその終端が他方の側面部に向かう部位に存する第１空洞部と、この第１空洞部の終端をその始端としてその終端が他方の側面部に向かう部位に存する第２空洞部とを形成する。前記第１空洞部は、その始端において電気的な短絡状態をなしており、前記第２空洞部は、その始端において電気的に開放状態をなしているものである。前記第２空洞部の終端は電気的に短絡状態をなしており、その始終端間の長さ並びに前記第１空洞部の始終端間の長さは、信号の中心周波数の自由空間波長のｎ／４（ｎは奇数の自然数）の長さであり、且つ、前記第２空洞部の始端から終端間の特性インピーダンスが前記第１空洞部の始端から終端間の特性インピーダンスよりも大きい。

本発明のワッフルアイアン型フィルタは、カットオフ周波数とＶＳＷＲの少なくとも一方を容易に微調整することができる。また、通過周波数帯（パスバンド）のスパイク状の異常共振はなくなり、且つ、接触面の機械的に非常に高い加工精度と平坦度の要求はなくなり、加工費が高価にならないという利点がある。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るワッフルアイアン型フィルタの外観斜視図、図２は正面図、図３は分解組立図である。
このワッフルアイアン型フィルタは、製作と調整が容易となるように、矩形導波管を４分割の組立部品に分けて形成し、ネジ等を用いて組み立てたものである。すなわち、表面に形成されたワッフル部が対向する一対のワッフル部本体１，２と、それぞれ、表面が平坦な一対の側板部３，４とを備えて構成される。側板部３，４の表面は、それぞれ一対のワッフル部本体１，２の各々の一方および他方と位置決め固定されることにより、他方の側板部の表面と対向する。一対のワッフル部本体１，２が一対の側板部３，４に挟持されたときは、これらの側板部３，４及びワッフル部本体１，２により、ローパスフィルタ特性をもった導波管が形成される。この導波管の開口部が導波管口となる。
４つの組立部品としたのは、ワッフル部本体１，２のそれぞれの凸部と左右のステップ変成器を加工しやすくするとともに、ワッフル部本体１，２の配置（ギャップ等）を容易に変えられ、カットオフ周波数を非常に楽に選定できるようにするためである。

ワッフル部本体１は、ワッフル部本体２と同じ構造のものであり、側板部３は側板部４と同じ構造のものである。本実施形態のワッフルアイアン型フィルタにおいて、ワッフル部本体１，２は、阻止周波数の減衰特性に影響を与えるために特殊な構造になっている。
図４（ａ）は、ワッフル部本体１の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
ワッフル部本体１は、ワッフル組立体１００の表面に、複数の凸部がマトリクス状に並ぶワッフル部１０２と、ステップ変成器１０３とが、上面中心部に対して対称に形成されている。ワッフル部本体１には二つの側面部が形成されている。
各側面部には、第１空洞部１０１と第２空洞部１０５とが形成されている。第１空洞部１０１は、その始端において電気的な短絡状態をなしており、第２空洞部１０５は、その始端において電気的に開放状態をなしている。これらの関係については、後述する。

フィルタ組立時、ワッフル部本体１とワッフル部本体２は、図５に示されるように、ワッフル部が対向するように配置される。
図６は、ワッフル本体部１の側面部、図７（ａ）は、図６のＹ１−Ｙ１断面図、（ｂ）は第１および第２空洞部の等価回路である。
図６において、第１空洞部１０１のギャップ幅ｄ１および第２空洞部１０５のギャップ幅ｄ２は、使用する周波数の波長に応じて設定される。長さＬは、ワッフル部本体１の第１空洞部１０１および第２空洞部１０５の軸方向の長さである。この長さＬは、減衰特性とその段数により決定される。

第１空洞部１０１の始端は、ワッフル部本体１の壁面Ｘ_０であり、その終端はＸ_１’で、電気的にはθ_１≒９０°となっている。第１空洞部１０１の終端は、第２空洞部１０５の始端にもなっている。第２空洞部１０５の終端Ｘ_２までは、電気的にはθ_２≒９０°となっている。これらは、それぞれ中心周波数の自由空間波長λ_０のｎ／４（ｎは奇数の自然数）の長さである。つまり、第１空洞部１０１は、その始端において電気的な短絡状態をなし、第２空洞部１０５は、その始端において電気的に開放状態をなし、終端部は電気的に短絡状態をなしている。

第１空洞部１０１の特性インピーダンスをＺ_１、第２空洞部１０５の特性インピーダンスをＺ_２とすると、Ｚ_２はＺ_１よりも出来るだけ大きくする。本実施形態では、Ｚ_２／Ｚ_１（＝ｄ２／ｄ１）の比が約２以上となるように、第１空洞部１０１および第２空洞部１０５のサイズを定めている。

図７（ａ），（ｂ）を参照して、各空洞部１０１，１０５を電気長の観点でみてみる。第１空洞部１０１は、θ１≒９０°の電気長を持ち、第２空洞部１０５は、θ２≒９０°を電気長を持つ。図７（ａ），（ｂ）のＢ点からＣ点を見たインピーダンスＺ_ＢはｊＺ_２ｔａｎθ_２、図示のＡ点よりＢ点を見たインピーダンスＺ_Ａはｊｚ_ｌ｛（Ｚ_２ｔａｎθ_２＋Ｚ_１ｔａｎθ_１）／（Ｚ_１−Ｚ_２ｔａｎθ_２・ｔａｎθ_１）｝で表される。インピーダンスの比（Ｚ_２／ｚ_１）は約２以上なので、図７（ｂ）のＣ端を約０Ωとすれば、インピーダンスＺ_Ｂは非常に大きくなり、一方、インピーダンスＺ_Ａは非常に小さい値となる。

つまり、図７（ａ）に示される部位Ｘ_２は短絡状態で、そこから９０°移動した部位Ｘ_１は開放状態となる。従って、接触点Ｂ点では電圧が最大となり、接触部を通じて流れる電流はゼロで、この部分の接触抵抗は、あまり問題にならないという利点が生じる。
更にそこから９０°移動した部位Ｘ_０は短絡状態となる。従って、第１空洞部１０１および第２空洞部１０５内に入った電磁波は、部位Ｘ_０でショート状態となり、部位Ｘ０から先への電磁波の入り込みはなく、接触不良の影響がまったくなくなる。そして、この実施形態の構造を採用することにより、パスバンド内の挿入損失にスパイクがほとんど発生しないワッフルアイアン型フィルタの実現が可能となる。

このような構造のワッフルアイアン型フィルタの減衰特性図を図８に示す。図８において横軸は周波数、縦軸は減衰量を表し、ｆｐは通過周波数帯域（パスバンド）、ｆｓは阻止周波数帯域（ストップバンド）を表す。図８に示されるように、本実施形態のワッフルアイアン型フィルタでは、パスバンドの異常共振が図９に示した従来形のワッフルアイアン型フィルタの電気的特性に比べてよく抑えられている。

なお、パスバンドより高い周波数に於いては、図７（ａ）に示した第１空洞部１０１のＡ−Ｂ間：θ_１、第２空洞部１０５のＢ−Ｃ間：θ_２は、それぞれ９０度にならず、信号は空洞内に入り込むが、これは損失が増える結果となって、かえって好都合となり、特性劣化の問題は生じない。

なお、以上は、ワッフル部本体１，２の二つの側面部の各々にそれぞれ第１空洞部１０１と第２空洞部１０５とを設けた場合の例であるが、使用する周波数が非常に低い場合は、ワッフル部本体１，２の二つの側面部を平坦にしても良い。

本発明は、マイクロ波帯で使用されるローパスフィルタ等としての利用が可能である。

本発明の一実施形態に係るワッフルアイアン型フィルタの外観斜視図。本実施形態のワッフルアイアン型フィルタの正面図。本実施形態のワッフルアイアン型フィルタの分解組立図。（ａ）はワッフル部本体の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。１対のワッフル部本体の関係説明図。ワッフル部本体の側面寸法を示す図。（ａ）はワッフル部本体の空洞部等の寸法を示す図、（ｂ）は等価回路。本実施形態のワッフルアイアン型フィルタの減衰特性図。従来のワッフルアイアン型フィルタの減衰特性図。

符号の説明

１，２ワッフル部本体
３，４側板部
１００ワッフル組立体
１０１第１空洞部
１０２ワッフル部
１０３ステップ変成器
１０５第２空洞部
Ｌ各空洞部の伝送方向（軸方向）の長さ
ｄ１，ｄ２空洞部のギャップ幅
（イ）異常共振

Claims

それぞれ、表面にワッフル部が形成された一対のワッフル部本体と、
それぞれ、表面が平坦な一対の側板部とを備え、
前記一対のワッフル部本体が、前記一対の側板部の各々の表面により、ワッフル部本体の各々のワッフル部が対向するように挟持されて、前記一対のワッフル部本体のワッフル部及び前記一対の側板部の表面により導波管が形成されており、
各ワッフル部本体の、前記一対の側板部の表面に接する面には、
当該ワッフル部本体の前記表面の縁部に電気的に短絡状態で始端が設けられ、この始端から前記ワッフル部本体の前記表面とは反対の面の方向に所定の第１の長さ離れた場所に終端が設けられた第１空洞部が形成されるとともに、
前記第１空洞部の終端に電気的に開放状態で始端が設けられ、この始端から当該ワッフル部本体内部の所定の第２の長さ離れた場所に終端が設けられた第２空洞部が形成される、
ワッフルアイアン型フィルタ。
前記第２空洞部の終端は電気的に短絡状態をなしており、前記第２空洞部の始端から終端間の長さ並びに前記第１空洞部の始端から終端間の長さは、信号の中心周波数の自由空間波長のｎ／４（ｎは奇数の自然数）の長さであり、且つ、前記第２空洞部の始端から終端間の特性インピーダンスが前記第１空洞部の始端から終端間の特性インピーダンスよりも大きい、
請求項１記載のワッフルアイアン型フィルタ。