JPH05235620A - 温度補償高周波共振器および高周波フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ロッド状及び螺旋状の共振器の温度補償をす
る。 【構成】 内部導電体として機能するロッドまたは円筒
のコイル状に巻いた導電体３を金属カバー２内に封入
し、ロッドまたはコイル３の開放端部をカバー２から所
定の間隔だけ開けて設け、これによって、負荷容量を形
成する。熱膨張によって引き起こされる共振周波数の変
化を補償プレート５で補償する。補償プレート５の中央
部１２はハウジング２の上面４から距離ａの間隔を有
し、かつ上面４と平行であるのが好ましく、補償プレー
ト５は上面４に取り付けられた少なくとも２つの対向す
る端部８，９を有する。補償プレート５の熱膨張係数は
上面４の熱膨張係数未満であり、これによって、上記の
補償プレート５の中央部は、共振器の温度上昇に応答し
て、上記の上面４の方に付勢され、従って負荷容量を引
き下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共振器の温度変化に起
因して共振器の周波数が変化するのを補償するために、
共振器の内部導電体の開放端とこの共振器の上面の間に
補償プレートを配設する共振器の温度補償に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の種類の同軸共振器は、一般的に銅
製の共振器のロッドとこれを取り囲むアルミのハウジン
グによって構成され、このハウジングの壁面の１つはロ
ッドの先端から所定の間隔にあり、これによってロッド
の先端の壁面の間の容量が共振器の容量性負荷を形成す
る。このロッドの他端は、ハウジングの他方、即ち、反
対側の導電性の壁面と短絡している。螺旋共振器は、寸
法を小さくするために、内部導電体、即ち、ロッドが螺
旋コイル状に巻かれるという点でのみ同軸共振器と異な
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】同軸共振器と螺旋共振
器には、基本的な欠点、即ち、どのようにして熱的安定
性を得るかという問題がある。動作環境で著しい温度の
変化が予想される場合、熱膨張による構造的な寸法の変
化、及びこれによってまた生じる電気特性の変化によっ
て、中心周波数が大きく変動する可能性がある。第２
に、共振器を電力用に使用する場合、共振器のロッドは
強く熱せられ、特に電界強度が最大となる開放端が加熱
する。上記のようにロッドが加熱されることによって、
ロッドの長さが長くなり、従って、このロッドの先端と
ハウジングの壁面の間の間隔が短くなる。一般的に、温
度が上昇するに従って、共振周波数は低下し、また逆に
温度が低下すると、共振周波数は上昇する。

【０００４】温度変化によって生じる中心周波数の変動
を補償するため、複数の方法が使用されてきた。これら
の方法は、共振器の発振回路が、並列に接続したロッド
の容量性負荷と誘導性負荷によって構成されるので、イ
ンダクタンスの変化を可能な限り完全に補償するように
可変コンデンサを採用するというアイデアに基づいてい
る。このことは、インダクタンスよりも容量を変化させ
る方が容易であるという理由で、理解できる。従って、
これらの方法は、温度上昇に応じて容量性負荷を低下さ
せようとする試みを含む。

【０００５】最も従来的な方法の１つは、共振器のロッ
ドの端部とカバーの上面の間隔を適切に構成し、これに
よって、温度が変化するに従って、共振器のロッドと上
面の間の間隔を変化させ、その結果、共振周波数をなる
べく大きく変化させずに保持することである。実際に
は、共振器のロッドとカバーの上面の間の間隔は、非常
に狭くしなければならず、これによる欠点は、第１に、
上記の間隔が非常に狭い場合、共振器のＱ値が低下する
ことであるが、その理由は、ロッドの端部と上面の間の
容量、即ち、共振器の負荷が大きくなるからである。更
に、間隔が狭過ぎる場合、これは絶縁破壊の危険を生
じ、特に共振器を無線装置の送信機のフィルタのような
電力用に使用する場合、危険であるが、その理由は、周
知の事実であるが、共振器の電界は、ロッドまたは螺旋
コイルの先端で最大になるからである。この方法で分か
っているもう１つの弱点は、上記の間隔が狭くなると、
絶縁破壊の危険が高まることである。絶縁破壊の危険が
あることと、Ｑ値が急激に劣化することによって、完全
に補償を行おうとする意図に支障が生じ、その結果、補
償は本質的に過少補償となる。

【０００６】技術上周知の第２の方法は、共振器のロッ
ドの先端にカバーの上面と平行になるように、バイメタ
ル片を載置することである。温度が上昇するに従って、
バイメタル片はカバーから湾曲して離れ、従って、温度
に応じて容量性負荷が低下する。上記の方法の欠点の１
つは、第１の方法と丁度同じように、バイメタル片が共
振器のＱ値を低下させることと、バイメタルの加工が困
難であることである。バイメタル片は、またハウジング
のカバー上の載置することもできるが、このカバーの温
度は補償装置の先端の温度よりもはるかに低温であり、
これによって、バイメタルが温度の変化に対応できない
という点で、取り付け場所としては不適当である。

【０００７】第３の方法は、温度変化が材料の寸法に殆
ど影響を与えないような材料を選択することである。選
択は、とりわけ、ロッドの材料に関する、例えば、通常
用いられる銅のロッドよりも低い温度係数を有する被膜
した鉄を選択する。この場合、欠点は共振器によって構
成したフィルタの重量が増加することである。欧州特許
出願番号第０，２１１，４５５号は、円錘形のベース・
プレート（３）を有するマイクロ波のキャビティを開示
し、これは、大気温度の変化に応じて移動するように設
計され、その結果、円錘形のベースによって取り囲まれ
る容積は温度に反比例して変化する、即ち、温度が高い
ほど容積は小さくなる。この教示は、温度が上昇するの
に従ってカバー内の容積が増加する本発明の教示とは反
対である。

【０００８】国際特許出願番号第８７／０３７４５号
は、温度補償部材２６によって構成されるキャビティを
有するマイクロ波共振器を開示し、この部材の寸法は、
温度が上昇するのに従ってキャビティの容積内に湾曲す
るような寸法であり、これは本発明の教示とは反対であ
る。米国特許番号第３，７４０，６７７号と第４，１５
６，８６０号は、いずれも可動式温度補償ディスクを有
するマイクロ波キャビティを開示し、このディスクは欧
州特許出願番号第０，２１１，４５５号に開示されたベ
ース・プレートと同じである。

【０００９】米国特許番号第３，８７３，９４９号は、
キャビティの壁面に固定した中空カップ形補償部材を有
するキャビティ共振器を開示している。しかし、この明
細書は、本発明に教示するような補償プレートの形態ま
たはこの補償プレートをキャビティの壁面に取り付ける
手段は教示していない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によって、温度補
償を行った無線周波数共振器が提供され、上記の共振器
は、側面（２）と上面（４）によって電気的に導通のあ
る、カバー内の内部導電体（３）によって構成され、上
記の導電体は片端をカバーと結合しもう一端を上面
（４）と間隔を設け、ハウジングの内部に補償プレート
（５）を設け、このプレートの中央部（１２）は上面
（４）と間隔を設けこのプレートは少なくとも２か所の
対向するプレート端（８，９）で上面（４）に取り付け
られ、上記の補償プレート（５）の熱膨張係数は上面の
熱膨張係数よりも小さくなり、これによって温度の上昇
に応じて、補償プレート（５）の中央部（１２）は上面
（４）方向に接近することを特徴とする。

【００１１】本発明の利点は、上述のような共振器の温
度補償を行うことによって、過剰補償、過少補償及び適
性補償を提供することができ、これは技術上周知の上述
の用途での欠点を有さないことである。第２の利点は、
螺旋状及びロッド状の共振器及びこの共振器によって構
成したフィルタの両方に適した温度補償を行い、これ
は、工業生産に容易かつ有利に適用することができるこ
とである。

【００１２】

【実施例】本発明の１実施例を、例によって添付図を参
照して以下で詳細に説明する。図１は、ロッド共振器の
構造構成１を示し、これは、技術上周知の方法で、共振
器のロッド３とこのロッドを同軸状に取り囲むカバー２
によって構成される。端面４と１４は、カバー２に取り
付けられる。ロッド３の一端は端面１４に取り付け、こ
の端面を底面と呼ぶこともできる。このロッドの他方の
自由端は、上面４から所定の間隔（図４参照）に位置
し、この面をカバーと呼ぶこともできる。この種の基本
的な設計は、それ自体従来からのものであり、変更する
こともできる。共振器への信号入力及びこの共振器から
の信号出力を接続するための接続部は、分かり易くする
ために、省略する。カバー２は、断面が円形または方形
でもよく、多数の共振器ロッドによって構成することも
できる。このハウジングは、通常アルミによって作ら
れ、内部は、例えば、銀で被膜し、ロッドは銅製のロッ
ドであり、同じく表面を被膜する。技術上周知のよう
に、ロッド３の先端の面４からの距離（図４の距離ａ＋
ｂ）によって、プレート５を使用しない場合の共振器の
容量性負荷が決定される。この共振器がフィルタのよう
な電気回路の一部として使用され、ロッド３が熱せられ
る場合、その結果として、これは膨脹して長くなり、こ
れによって、共振周波数が低下する。これは、カバー２
の上面４と共振器ロッド３との間に本発明の補償プレー
ト５を使用することによって防止することができる。

【００１３】補償プレート５は、例えば、ダイによるプ
レスと曲げ加工によって薄い金属板から作られ、その外
形寸法は、図１に示すように、上面４の形状に対応す
る。このプレートの温度係数は、上面４の温度係数より
も小さく、これによって、カバーがアルミ製の場合、プ
レートの材料は銅が好ましい。補償プレート５は、全体
として平面ではないが、このプレート上に曲げ加工によ
って面１２を形成し、図３に示すように、これはこのプ
レートの端部８，９の面と実質的に平行である。これ
は、図２に示すように、側辺と平行な溝６，７を板状の
素材からこの素材の両端部の近傍でダイを使用してプレ
スすることによって作ることができる。その後、これら
の溝の間のプレート部分に曲げ加工を施し、その結果、
図３に示すような形状を作り、上記の形状には、端面
８，９、傾斜した狭い側面１０，１１、及び平坦な底面
１２を設け、この底面はこのプレートの端面から「ａ」
の距離にある。深さが「ａ」の他の形状の面を補償プレ
ート内に作ることもできるが、この場合、このプレート
を加熱するのに従って生じるストレスが、このプレート
上で緩和され変形を起こさないように注意する必要があ
る。

【００１４】補償プレート５を製作した後、これを図１
に示すような方法で共振器１の上面板４の下に載置し、
これによって、組み立てた構造は図４に示すようにな
る。共振器のカバーの面４からの補償プレート５の面１
２の距離は「ａ」であり、面１２からの共振器のロッド
の先端の距離は「ｂ」である。この距離「ｂ」は、共振
器の容量負荷を決定する上で大きく貢献する。フィルタ
に適用する場合、例えば、送信用フィルタに適用する場
合には、このフィルタは熱くなり、その結果、ロッド３
は長くなる。加熱のため、またハウジング２もロッドの
方向に長くなり、距離ａ＋ｂは増大する、即ち、容量性
負荷は（もし補償プレート５を使用しなければ）、減少
する。これは共振周波数の変化を補償するためには十分
ではないが、補償プレート５の助けによって完全な補償
が達成される。面４が熱効果によって膨張する場合、こ
れによって面４はあたかもこの面４よりも温度係数が小
さいこの面に取り付けた補償プレートを「真っ直ぐにし
よう」とする。温度が上昇するに従って、距離ａは小さ
くなり、補償プレート５の平坦な部分１２はロッド３の
先端の前へ「逃げる」。正しく寸法を定めることによっ
て、距離ｂとこれによる温度の上昇に伴う共振器の負荷
容量の低下を完全に制御することができるようになり、
その結果、温度が変化しても、共振周波数は変化しな
い。このように寸法を定めることにより、過剰補償を容
易に調整することができ、その結果、共振器の周波数
は、温度上昇と共に希望通りに増加する。このことは、
ある場合には望ましいが、その理由は、フィルタが多数
の共振器によって構成される場合、減衰曲線の上端部で
減衰のより小さい範囲が得られ、これによって送信の減
衰がより小さくなり、共振器の温度が低下し、このため
周波数もまた低くなる。幾くつかの場合には、過小補償
の状態で使用するのが好ましく、これによって、温度が
上昇すると共に、周波数は所望の速度で低下する。

【００１５】導電材料のプレート状の部材を共振器のロ
ッドの開放端部とこれと反対側にある共振器のカバーの
上面の間に位置させ、その中央部は平坦であり、この共
振器のカバーと整合され、これから一定の間隔を有して
いる。この部材の両端部は曲げられてこのカバーに電気
的及び機械的な信頼性を有するように取り付けられる。
このプレート状の部材の温度係数は、これを取り付ける
カバーの表面の温度係数よりも低いことが必要である。
カバーの材料がアルミである場合、この部材の材料は銅
が適している。このプレート状の部材は補償プレートと
して機能するが、これはこれを固定しているベースより
も熱膨張が小さいので、共振器のロッドの開放端部とこ
れと逆の側にある補償プレートの間の間隔の変化を増加
させ、従って、温度によって共振器の負荷容量を変化さ
せる。温度係数と共振器のロッドの先端からの距離を選
択すると共に、補償プレートの形状を整えることによ
り、過小補償、過剰補償または適正補償のいずれを作り
出すこともできる。適当な方法で上記の特徴を選択する
ことにより、フィルタは温度上昇を生じながら、その送
信減衰が小さくなる方向に「クリープする」、即ち、移
動するように補償を行うことができる。この場合、フィ
ルタによって発生する熱損失が減少し、フィルタまたは
その共振器が損傷する危険が小さくなる。

【００１６】本発明の好適な実施例は、上述の通りであ
る。この発明の保護される範囲で、本発明を多くの異な
った方法で実行することができる。本発明は、同軸及び
螺旋共振器の補償に使用することができるだけでなく、
またキャビティ共振器の補償にも使用することが可能で
あり、原理的にはまたセラミック共振器の補償に使用す
ることができる。キャビティ共振器の一方の壁面に補償
プレートを載置することにより、キャビティの容積とま
たこれを通る共振周波数を温度によって制御可能に変更
することができる。補償プレートの形状はいかなる方法
でも限定されるものではなく、基本的なことはこのプレ
ートの温度係数がプレートを取り付ける共振器の構造の
部分の温度係数よりも小さいことである。補償プレート
を使用することにより、２つの方法で共振器のＱ値をま
た向上させる。第１に、その導電性は、実際のハウジン
グの材料の導電性よりも優れ（例えば、銅対アルミ）、
これは、この補償プレートに例えば銀を被膜し、ハウジ
ングと特にそのカバーにスズのようなより安価な卑金属
を塗布することによって容易に増加することができる。
第２に、同軸及び螺旋共振器では、ロッドの先端とこれ
と反対側にある導電面の間の距離（初期状態において）
は、補償プレートのない場合に可能である距離よりも大
きくすることができる。従って、容量はより小さくな
り、共振器のＱ値はより高くなる。調整部は、例えば、
図３に破線で示すように、舌部Ｓを補償プレート内に取
り付けることによって容易に設けることができ、これを
曲げることにより、共振周波数を適当にチューニングす
ることができる。例えば、図２に破線で示す孔Ｒのよう
な孔をまたプレート内に設けてもよく、この孔を通して
周知の調整ねじまたは他の調整用の部品（図示せず）を
上面４に取り付け共振周波数の経路をチューニングす
る。

【００１７】上述したところに鑑み、本発明の範囲から
逸脱することなく変更を行うことができることが当業者
に明かである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度補償を使用した共振器の組み
立て図である。

【図２】図１の補償プレートの上面図である。

【図３】図２の補償プレートの断面図である。

【図４】補償プレートを取り付けた図１の共振器の部分
断面図である。

【符号の説明】

１…ロッド共振器 ２…カバー ３…ロッド ４，１４…端面 ５…補償プレート ６，７…溝 ８，９…プレート端 １０，１１…側面 １２…底面

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面（２）と上面（４）を有する導電性
   のカバーと、上記のカバーに電気的に接続した一端と上
   記の上面（４）から間隔を開けて設けた他端を有する上
   記のカバー内の内部導電体（３）を有する温度補償高周
   波共振器に於いて、上記の温度補償高周波共振器は：ハ
   ウジングの内部に設けた補償プレート（５）であって、
   その中央部（１２）は上記の上面（４）から間隔を有
   し、少なくとも２つの対向する端部（８，９）で上記の
   上面（４）に取り付けられた上記の補償プレート（５）
   によって構成され：上記の補償プレート（５）の熱膨張
   係数は、上記の上面の熱膨張係数未満であり、これによ
   って、上記の補償プレート（５）の中央部（１２）は、
   温度上昇に応答して、上記の上面（４）の方に付勢され
   ることを特徴とする温度補償高周波共振器。
2. 【請求項２】 上記の中央部（１２）と各端部（８と
   ９）は、上記の中央部（１２）に対して傾斜した角度で
   部分（１０と１１）によって接続されることを特徴とす
   る請求項１記載の共振器。
3. 【請求項３】 上記の補償プレート（５）は、曲加工に
   よって形成された一体の板であることを特徴とする請求
   項１または請求項２のいずれか１項記載の共振器。
4. 【請求項４】 上記の補償プレート（５）の中央部（１
   ２）は、銀のような導電性材料を被膜した上記の上面
   （４）と対向する面によって構成されることを特徴とす
   る請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の共振
   器。
5. 【請求項５】 上記のカバーの上面（４）はアルミによ
   って作られ、上記の補償プレート（５）は銅によって作
   られることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれ
   か１項に記載の共振器。
6. 【請求項６】 上記の補償プレート（５）の中心領域
   （１２）は、孔（Ｒ）によって構成され、上記の孔を介
   して共振周波数をチューニングする手段を突出させるこ
   とができることを特徴とする請求項１から請求項５のい
   ずれか１項に記載の共振器。
7. 【請求項７】 上記の補償プレート（５）内に舌部
   （Ｓ）を切って上記の内部導電体（３）に向かってまた
   は上記の内部導電体（３）から離れるように折り曲げ、
   これによって、上記の共振器の共振周波数をチューニン
   グすることができることを特徴とする請求項１から請求
   項６のいずれか１項に記載の共振器。
8. 【請求項８】 複数の共振器によって構成される高周波
   フィルタであって、上記の共振器の各々は、上面と底面
   を有するカバーによって取り囲まれ、上記のカバーは導
   電性材料によって作られて外部導電体として機能し、各
   共振器の内部導電体（３）は、上記のカバーと電気的に
   接続され、上記の内部導電体（３）の他端は上記のカバ
   ーの上面（４）から間隔を開けて設けられている上記の
   高周波フィルタに於いて、上記の高周波フィルタは：少
   なくとも１つの内部導電体の開放端部の上記のカバーの
   内側の上記の上面（４）に設けた補償プレート（５）で
   あって、上記の補償プレート（５）の中央部（１２）は
   上記のカバーの上面（４）から間隔を有し、上記のカバ
   ーは少なくとも２つの対向した端部（８，９）で上記の
   上面（４）に取り付けられる上記の補償プレート（５）
   によって構成され；上記の補償プレート（５）の熱膨張
   係数は、上記の上面（４）の熱膨張係数より小さく、こ
   れによって、上記の補償プレート（５）の中央部（１
   ２）は、上記の上面（４）の温度上昇に応答して、上記
   の上面（４）の方に付勢されることを特徴とする高周波
   フィルタ。