JPH05206706A - インターデジタル型バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能がよく製造が容易なインターデジタル型
バンドパスフィルタの構造を提供すること。 【構成】 共振器プレート３に複数の共振器素子３５を
一体のものとして形成する。そして、これら共振器素子
を収容する空間Ｓを定めるため、スペーサプレート２と
４に開口部２４、４４を設ける。これらプレート２，
３，４とケースプレート１，５を互いに重ねて固定する
ことによりフィルタを構成する。また、共振器素子への
入力／出力導体の接続のため、共振器プレート３の平面
と概して直交する方向から収容空間Ｓの方へ延びた同軸
線路結合部Ｃ１，Ｃ２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波帯あるいは
準マイクロ波帯で用いられるフィルタである、インター
デジタル型バンドパスフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インターデジタル型バンドパスフィルタ
（以下、ＩＢＰフィルタと略す）は、周知のように、一
端が開放で他端が短絡の１／４波長の線路からなる共振
器素子を複数個、選択した間隔で並べた構造のフィルタ
である。この種の従来のＩＢＰフィルタには、大きく分
けて３つのタイプがある。その第１のタイプは、円柱
（又は角柱）式ＩＢＰフィルタであり、その１例が日刊
工業新聞社から昭和４４年２月２８日に発行された石井
宗典、東生造、青木俊男、大井国夫著の“マイクロ波回
路”の１２２〜１２５頁に示されている。この第１のタ
イプのものは、各々異なった径の円柱の金属棒から成る
各共振器を、金属ケース（このケースは接地する）内に
取り付け、この金属ケース内の空間中でその金属ケース
の内面の対向する面からそれら共振器が交互に延びるよ
うにしたものである。

【０００３】また、第２のタイプのＩＢＰフィルタは、
互いに平行の複数の共振器素子を一体で備えた櫛状共振
器アレイを一対設け、そしてこれら櫛を互いにかみ合わ
せるように配置したものであり、その１例が、マグロー
ヒル・ブック・カンパニーから１９６４年に発行された
マットハエイ（George L.Matthaei）、ヤング（Leo You
ng）、ジョンズ（E.M.T.Jones）著の“Microwave Filte
rs, Impedance-Matching Networks, and Coupling Stru
cture”の６２１〜６３１頁に示されている。

【０００４】第３のタイプのＩＢＰフィルタは、マイク
ロストリップラインを用いたものである。これの１例
は、IEEE Transactions On Microwave Theory And Tech
niques, Vol. MTT-27, No. 8, August 1979 の７４４〜
７５２頁のダルビー（Arne Brejning Dalby）著の論文
“Interdigital Microstrip Circuit Parameters Using
Empirical Formulas and Simplified Model”に示され
ている。このようなＩＢＰフィルタは、例えば、両面に
銅箔を付けた誘電体基板を用い、その一方の銅面にパタ
ーン形成を行って、互いに平行の複数のストリップライ
ン（各ラインは１つの共振器素子を成す）を残すことに
より形成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のＩ
ＢＰフィルタでは、一般に、第１及び第２のタイプのも
のは、性能（例えば、通過帯域での損失、及びその帯域
での特性の平坦度、通過帯域の両側での減衰特性）は良
好であるが量産性が悪く、一方、第３のタイプのもの
は、量産性に優れているが性能が劣るという傾向があ
る。

【０００６】詳しくは、第１タイプのＩＢＰフィルタで
は、異なった径の共振器を選択した異なる間隔で正確に
金属ケースに取り付けるには、各共振器素子の精密な加
工（旋盤加工）と、金属ケースの立体加工（切削、鋳造
等）と、そしてこの金属ケースへのそれら共振器素子の
取り付けのための固定手段の精密加工（例：共振器素子
へのネジ切り加工、金属ケースへのネジ穴加工等）とが
必要である。このフィルタでは、部品点数が多くかつ組
み立て工数が多いため、量産に不向きである。また、個
別の共振器素子を金属ケースに個々に取り付けるとぃう
構造のため、機械的振動の影響を受け易いという問題が
ある。

【０００７】また、上記第２タイプのＩＢＰフィルタで
は、一対の共振器アレイ櫛の相対的配置を精密に行う必
要があり、従って櫛の相対的距離の微調整を行うことが
通常必要となる。このため、同じく量産には不向きであ
る。

【０００８】一方、第３のタイプのＩＢＰフィルタで
は、共振器素子のサイズ／相互配置を比較的容易に精密
にできるが、誘電体（空気ではない）基板を使用するた
め、高周波損失が大きく、しかもストリップラインを覆
うケースがないために電磁放射が生じる。従って、この
フィルタは、上記２つのタイプのものと比べ、Ｑが低く
選択特性が良くないという問題がある。

【０００９】従って、本発明の目的は、性能が良好でし
かも製造が容易なフィルタ構造をもつインターデジタル
型バンドパスフィルタを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を実現するた
め、本発明では、インターデジタル型バンドパスフィル
タの構造を、そのフィルタに要する全共振器素子を一体
として形成できるものとする。また、この一体形成を可
能にするために、共振器素子への入力導体及び出力導体
の結合を、それら共振器素子が延在する平面と交差する
方向から行うようにする。

【００１１】本発明によれば、インターデジタル型バン
ドパスフィルタは、イ） 共振器収容空間の上側面を定
める上側ケースプレートと、ロ） 前記共振器収容空間
の下側面を定める下側ケースプレートと、ハ） 前記共
振器収容空間の側面の１部を定める開口部を有した上側
スペーサプレートと、ニ） 前記共振器収容空間の側面
の１部を定める開口部を有した下側スペーサプレート
と、ホ） 前記上側ケースプレートと前記下側ケースプ
レートとの間に前記上側スペーサプレートと前記下側ケ
ースプレートとを介在させて挟んだ共振器プレートであ
って、前記共振器収容空間の側面の１部を定める開口部
を有しており、また前記共振器収容空間内で共通の共振
器平面において延在した複数の共振器素子を一体に備え
た前記の共振器プレートと、を備えるようにすることが
できる。

【００１２】更に、本発明によれば、イ） 前記共振器
プレートの前記複数の共振器素子の内の１つの共振器素
子に対し、前記共振器平面と交差する方向から、入力導
体を該バンドパスフィルタの外側より前記共振器収容空
間内へ結合するための入力導体結合用部材と、ロ） 前
記共振器プレートの前記複数の共振器素子の内の別の１
つの共振器素子に対し、前記共振器平面と交差する方向
から、出力導体を該バンドパスフィルタの外側より前記
共振器収容空間内へ結合するための出力導体結合用部材
と、を備えるようにすることができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の１実施例について、図面を参
照して説明する。

【００１４】図１は、本発明によるインターデジタル型
バンドパス（ＩＢＰ）フィルタの構造を分かりやすく例
示した分解図である。また、図２〜図５には、その図１
に例示した構造に用いる各プレートについて、４ＧＨｚ
のマイクロ波帯での使用のために設計したものの上面図
を示してある（図１のものでは、簡単のため、共振器素
子の配置は概略的に示してある）。

【００１５】図１に示したように、このＩＢＰフィルタ
は、上から順に、上側ケースプレート１と、上側スペー
サプレート２と、共振器プレート３と、プレート２と同
じ形状の下側スペーサプレート４と、そして下側ケース
プレート５とを備えており、そしてこれらプレートは、
同一の矩形形状であり、また全て金属製である。また、
このフィルタは、高周波入力コネクタ６及び高周波出力
コネクタ７を備え、これらコネクタの各々は、同軸の外
導体６０，７０と内導体６２，７２とを有していて、上
側ケースプレート１の上面１１に取り付けてある。

【００１６】本フィルタを構成するそれらプレートを互
いに固定するために、その矩形形状の長辺に沿って、互
いに対応した位置にてネジ孔／ネジ切り孔を設けてあ
る。即ち、プレート１，２，３，４にそれぞれ、複数の
ネジ孔１０（図２も参照）、複数のネジ孔２０（図４に
は、プレート２と４は同じであるので、プレート２のみ
を図示）、複数のネジ孔３０（図５の拡大図も参照）、
複数のネジ孔４０を設け、また下側ケースプレート５に
複数のネジ切り孔５０（図３も参照）を設けている。ま
た、５枚のそれらプレートの内の上側の４枚を製作中仮
り止めするために、各プレートの短辺の中央に１つず
つ、ネジ切り孔１２、ネジ孔２２、ネジ孔３２、ネジ孔
４２を設け、また下の１枚のプレート５には、ネジ頭の
逃げ孔５２を設けている。更に、上側ケースプレート１
には、各コネクタ６，７の外導体６０，７０の内径より
若干小さい径の孔１５，１６（図２及び図７に図示）
と、そしてそれら各コネクタをこのケースプレート１に
取り付けるための１対のネジ孔１７，１８（図２に図
示）を設けている。

【００１７】次に、本ＩＢＰフィルタの共振器部分につ
いて説明する。まず初めに、共振器を収容する空間につ
いては、プレート２，３，４にそれぞれ同一の矩形輪郭
の開口部２４，３４，４４を設け、そしてこれら開口部
を定める各プレートの側面と、上側プレート１の下面１
４と下側プレート５の上面５４とで、誘電体が空気の直
方体の共振器収容空間Ｓを定めるようにしてある。

【００１８】共振器プレート３には、このプレートと一
体形成した多数の共振器素子３５を設けてあり、これら
素子３５は、プレート３と同一平面内で、開口部３４の
対向する辺から上記の空間Ｓ内へ交互に突き出ている。
図５に示した共振器プレートでは、１０本の共振器素子
３５ａ〜３５ｊを設けてあり、そしてこれら共振器素子
アレイの両端の２つの素子３５ａ、３５ｊは結合器とし
て機能する。これら共振器素子の長さ、幅、厚（プレー
ト厚）、横断面形状（図示例では矩形）、隣接する共振
器素子あるいはプレート３部分との間隔は、所要のフィ
ルタ特性に応じて適宜決められるものであり、そしてこ
れらの寸法精度が、本フィルタの性能を主として決定す
ることになる。

【００１９】次に、この一体形成型共振器プレートと関
連して、このＩＢＰフィルタには、プレート３平面と概
して交差する方向（本実施例では、直交方向）に同軸線
路結合部Ｃ１，Ｃ２を設け、これにより、上記の共振器
素子３５ａ，３５ｊの入力コネクタ（あるいは入力導
体）及び出力コネクタ（あるいは出力導体）への結合を
容易にしている。以下、その結合部Ｃ１，Ｃ２について
述べるが、これら結合部は同等の構造のものであるた
め、Ｃ１を主に説明する。

【００２０】結合器素子３５ａを入力コネクタ６に結合
するためのその同軸線路結合部Ｃ１は、Ｌ字状の同軸線
路から構成し、その外導体は円形の孔１５（Ｃ２に対し
ては１６）と矩形の切込部２６，３６，４６（Ｃ２に対
しては、２７，３７，４７）で形成し、そしてその内導
体は矩形横断面の突起３８（Ｃ２に対しては３９）で形
成するようにしてある。詳しくは、同一輪郭の切込部２
６，３６，４６は、プレート２，３，４の各開口部２
４，３４，４４に、関係する素子３５ａの先端近くで設
ける。そして、同一幅の突起３８は、素子３５ａと一体
でかつこれと同一方向にて、切込部３６内の中心付近に
まで突き出させる。また、中心軸が突起３８の先端と概
して直交する円形の孔１５を、プレート１に設ける。こ
の孔１５の径は、前述のように、コネクタ６の外導体６
０の内径よりも若干小さい（図７参照）。尚、この形態
の同軸線路構造（即ち、内導体が矩形横断面、外導体内
空間の横断面が円形と矩形）において、所定の特性イン
ピーダンスと、並びにコネクタ及び結合器素子との所要
のインピーダンス整合と、を実現するための孔／切込部
／突起、及びこれら及び結合器素子の相対的位置関係等
の各種寸法は、当業者であれば、マイクロ波エンジニア
・ハンドブック第１巻（Microwave Engineer'sHandbook
- Volume One）に示されたデータ等から決定すること
ができる。また、コネクタ６，７の内導体６２，７２の
長さは、それらコネクタをプレート１に取り付けかつプ
レート１，２，３，４を互いに固定した状態の時に、そ
れら内導体の先端が関係する突起３８，３９の先端の上
面にほぼ接するような大きさとしてある。

【００２１】次に、本ＩＢＰフィルタの製作方法につい
て述べる。先ず、プレート１，２，４，５について、こ
れらは本フィルタの性能にそれ程影響を与えないため高
い寸法精度を要せず、従って、例えば２５／１００ｍｍ
の寸法精度で、各々選択した厚さの金属板からプレスで
打ち抜いて作る（打ち抜き加工後、必要に応じてメッキ
する）。次に、共振器プレート３は、例えば５／１００
ｍｍの寸法精度で、選択した厚さの金属板から切り抜き
加工することにより作る（切り抜き加工後、必要に応じ
てメッキする）。その５／１００ｍｍという高い寸法精
度での切り抜きは、レーザ・カッターを使って行うこと
ができる。そのレーザ・カッターを使えば、２／１００
ｍｍもの高さの寸法精度までも実現可能である。次に、
そのように作ったプレート１，２，３，４を図１に示し
たネジで仮り止めし、そしてコネクタ６，７をプレート
１にネジ止めする。次に、プレート４の裏側から、内導
体６２を突起３８に、また内導体７２を突起３９にハン
ダ付けする。次に、この仮り止めした４枚のプレートと
残りのプレート５とを、図１に示したネジにより互いに
固定して、本フィルタは完成する。これから判るよう
に、共振器プレートの形成時のみに高い寸法精度が必要
なだけであり、この共振器プレートとその他のプレート
との組み立て時には特に寸法精度について注意を払う必
要がない。

【００２２】図６には、組み立て完了した本フィルタの
横断面図を示してあり、これは、図１の線Ａ−Ａに沿っ
て取ったものである。図から判るように、内導体６２の
先端は、上記の通り、突起３８の先端にハンダ８によっ
て固定してある。

【００２３】以上に本発明によるＩＢＰフィルタの１実
施例について説明したが、本発明では、次のような変更
が可能である。第１に、結合器素子への入力／出力導体
の接続方向は、共振器プレートの一体形成を可能にする
限り、必要であれば、共振器プレート平面と直交する方
向以外の交差方向から行うように変更することができ
る。第２に、その入力／出力導体の結合器素子への接続
方法については、上記実施例のようなコネクタを使わず
に、入力／出力同軸ケーブルを本フィルタに直結させる
ようにすることができる。この場合、図７に示すよう
に、例えば入力同軸ケーブル９の内導体９２は突起３８
にハンダ８ａで直接固定し、そしてその外導体９０は、
孔１５内をプレート１の下面まで通し、そしてプレート
１の上面１１の孔１５の回りのハンダ８ｂで固定すれば
よい。第３に、内導体が固定のコネクタ６，７の代わり
に、バネ式中心コンタクトをもった同軸コネクタ（図示
せず）を使えば、内導体の突起へのハンダ付けを不要に
することができる。第４に、共振器の結合器素子への結
合は、孔／突起／切込により所要の特性インピーダンス
をもつようにした同軸線路結合部を介するのが好ましい
が、必要であればその他の方法も可能である。例えば、
突起／切込を設けずに、結合器素子の先端に対しこれに
交差する方向から入力／出力導体あるいはコネクタを結
合するようにすることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明した本発明のインターデジタ
ル型バンドパスフィルタでは、共振器を一体構造とした
ため、機械的振動の影響を受けにくく、また共振器素子
の寸法精度を高めることが容易であるため、フィルタ性
能を向上させることができる。共振器の寸法精度を上げ
れば、フィルタの通過帯域の特性の平坦度を高めること
ができ、これによりその帯域部分での損失を減少させる
ことができる、ということが判った。従って、本発明で
は、性能の良いＩＢＰフィルタを得ることができる。ま
た、フィルタを構成するプレート部品は、金属板からの
打ち抜き／切り抜き等の単純な加工で得られ、従って切
削／鋳造等の加工が不要となり、また、部品点数が少な
くなるため、製造並びに組み立てが簡単となり、これに
よって製造コストを大きく下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインターデジタル型バンドパスフィル
タの分解斜視図。

【図２】図１の上側ケースプレートの上面図。

【図３】図１の下側ケースプレートの上面図。

【図４】図１のスペーサプレートの上面図

【図５】図１の共振器プレートの拡大した上面図。

【図６】図１のフィルタを組み立てた状態でのＡ−Ａに
沿った断面図であり、高周波端子コネクタの内導体と共
振器素子の突起部との接続を示す図。

【図７】図１において、高周波コネクタを使わずに同軸
ケーブルを共振器素子の突起部に直接接続する場合の図
６に類似の断面図。

【符号の説明】

１：上側ケースプレート ２：上側スペーサプレート ３：共振器プレート ４：下側スペーサプレート ５：下側ケースプレート ６：入力コネクタ ７：出力コネクタ ８：ハンダ ９：入力同軸ケーブル １０，２０，３０，４０：ネジ孔 １１，５４：上面 １２：仮り止め用ネジ切り孔 １４：下面 １５，１６：孔 １７，１８：ネジ切り孔 ２２，３２，４２：仮り止め用ネジ孔 ２４，３４，４４：開口部 ２６，２７，３６，３７，４６，４７：切込部 ３５：共振器素子 ３８，３９：突起 ６０，７０，９０：外導体 ６２，７２，９２：内導体 Ｓ：共振器収容空間 Ｃ１，Ｃ２：同軸線路結合部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器収容空間（S）を有するインター
   デジタル型バンドパスフィルタにおいて、前記共振器空
   間内で延在するように配置した複数の共振器素子（35a
   〜35j）を一体に含むプレート（3）を備えたこと、を特
   徴とするインターデジタル型バンドパスフィルタ。
2. 【請求項２】 請求項１のバンドパスフィルタであっ
   て、前記複数の共振器素子は、前記プレートをレーザ加
   工することにより形成したこと、を特徴とするインター
   デジタル型バンドパスフィルタ。
3. 【請求項３】 請求項１または２のバンドパスフィルタ
   であって、 前記複数の共振器素子は共通の平面内で延在しており、 前記複数の共振器素子の内の１つの共振器素子（35a）
   に対し入力導体を結合するため、前記共通平面と交差す
   る方向から前記共振器空間（S）の方へ延びた入力導体
   結合部（C1）を備え、 前記複数の共振器素子の内の別の１つの共振器素子（35
   j）に対し出力導体を結合するため、前記共通平面と交
   差する方向から前記共振器空間の方へ延びた出力導体結
   合部（C2）を備えたこと、 を特徴とするインターデジタル型バンドパスフィルタ。
4. 【請求項４】 共振器収容空間（S）を有するインター
   デジタル型バンドパスフィルタであって、 イ） 前記共振器収容空間の上側面を定める上側ケース
   プレート（1）と、 ロ） 前記共振器収容空間の下側面を定める下側ケース
   プレート（5）と、 ハ） 前記共振器収容空間の側面の１部を定める開口部
   （24）を有した上側スペーサプレート（2）と、 ニ） 前記共振器収容空間の側面の１部を定める開口部
   （44）を有した下側スペーサプレート（4）と、 ホ） 前記上側ケースプレートと前記下側ケースプレー
   トとの間に前記上側スペーサプレートと前記下側ケース
   プレートとを介在させて挟んだ共振器プレート（3）で
   あって、前記共振器収容空間の側面の１部を定める開口
   部（34）を有しており、また前記共振器収容空間内で共
   通の共振器平面において延在した複数の共振器素子（35
   a〜35j）を一体に備えた前記の共振器プレート（3）
   と、 を備えたインターデジタル型バンドパスフィルタ。
5. 【請求項５】 請求項４のバンドパスフィルタであっ
   て、 イ） 前記共振器プレートの前記複数の共振器素子の内
   の１つの共振器素子（35a）に対し、前記共振器平面と
   交差する方向から、入力導体を該バンドパスフィルタの
   外側より前記共振器収容空間（S）内へ結合するための
   入力導体結合用部材（C1）と、 ロ） 前記共振器プレートの前記複数の共振器素子の内
   の別の１つの共振器素子（35j）に対し、前記共振器平
   面と交差する方向から、出力導体を該バンドパスフィル
   タの外側より前記共振器収容空間（S）内へ結合するた
   めの出力導体結合用部材（C2）と、 を備えている、インターデジタル型バンドパスフィル
   タ。
6. 【請求項６】 請求項５のバンドパスフィルタであっ
   て、 前記入力導体結合用部材（C1）は、 イ） 前記共振器プレートにおいて、前記１つの共振器
   素子（35a）の先端付近で前記開口部（34）を更に切り
   込んで形成した第１の切込部（36）と、 ロ） 前記１つの共振器素子の先端から前記第１切込部
   内に延びた、前記１つの共振器素子とは一体の第１の突
   起部（38）と、 ハ） 前記上側及び下側のスペーサプレートの各々に、
   前記共振器プレートの前記第１切込部と輪郭を一致させ
   て設けた切込部（26,46）と、 ニ） 前記上側又は下側のいずれか一方の側のケースプ
   レート（1）に設けた孔であって、その中心軸が前記第
   １突起部の先端付近の上面に概して直交した第１の孔
   （15）と、 から成り、 前記出力導体結合用部材（C2）は、 イ） 前記共振器プレートにおいて、前記別の１つの共
   振器素子（35j）の先端付近で前記開口部（34）を更に
   切り込んで形成した第２の切込部（37）と、 ロ） 前記別の１つの共振器素子の先端から前記第２切
   込部内に延びた、前記別の１つの共振器素子とは一体の
   第２の突起部（39）と、 ハ） 前記上側及び下側のスペーサプレートの各々に、
   前記共振器プレートの前記第２切込部と輪郭を一致させ
   て設けた切込部（27,47）と、 ニ） 前記一方の側のケースプレート（1）に設けた孔
   であって、その中心軸が前記第２突起部の先端付近の上
   面に概して直交した第２の孔（16）と、 から成っている、 インターデジタル型バンドパスフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項６のバンドパスフィルタであっ
   て、 イ） 前記一方の側のケースプレート（1）の外側表面
   （11）に対し前記第１孔の位置にて取り付けた、同軸の
   内導体（62）と外導体（60）とを有する入力コネクタ
   （6）であって、該入力コネクタの前記内導体が前記第
   １孔を通して前記第１突起部（38）の先端付近に結合し
   た、前記の入力コネクタ（6）と、 ロ） 前記一方の側のケースプレート（1）の前記外側
   表面に対し前記第２孔の位置にて取り付けた、同軸の内
   導体（72）と外導体（70）とを有する出力コネクタ
   （7）であって、該出力コネクタの前記内導体が前記第
   ２孔を通して前記第２突起部（39）の先端付近に結合し
   た、前記の出力コネクタ（7）と、 を含んだ、インターデジタル型バンドパスフィルタ。
8. 【請求項８】 請求項６のバンドパスフィルタであっ
   て、 イ） 前記一方の側のケースプレート（1）の外側表面
   （11）から前記第１孔を通して前記第１突起部の先端付
   近に接続させた内導体（92）と、該ケースプレートの前
   記第１孔の周辺に接続させた外導体（90）と、を有する
   入力ケーブル（9）と、 ロ） 前記一方の側のケースプレートの外側表面から前
   記第２孔を通して前記第２突起部の先端付近に接続させ
   た内導体と、該ケースプレートの前記第２孔の周辺に接
   続させた外導体と、を有する出力ケーブルと、 を含んだ、インターデジタル型バンドパスフィルタ。
9. 【請求項９】 請求項４から８のいずれかのバンドパス
   フィルタであって、前記共振器素子は、前記共振器プレ
   ートをレーザ加工することにより形成したこと、を特徴
   とするインターデジタル型バンドパスフィルタ。