JPH0638561B2 - 非対称特性用の結合素子を使用する二重モード導波管フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、広く電磁波導波管フィルタに関するもので
あり、特に非対称停止帯域特性を有する二重モード導波
管フィルタに関するものである。さらに説明すれば、こ
の発明は、フィルタの隣接する空洞間の互いに直交する
電磁界を結合する装置を含むものである。

背景技術 導波管フィルタはシステムの周波数応答特性を決定する
ためにマイクロ波通信システムにおいてはしばしば使用
されている。このようなフィルタは単一モードで動作し
てもよく、或いは二つの電磁伝播波が導波管フィルタ内
で互いに直交して存在する二重モード型として動作して
もよい。

典型的な導波管フィルタは、例えば円形導波管の場合の
ように円筒であつてよい対称な中空体を備え、隔壁と呼
ばれる仕切り壁によつて複数の共振空洞に分割されてい
る。二重モード型導波管フィルタの場合には各空洞はフ
ィルタの二つのセクションを定め、したがつて３個の空
洞を有する二重モード型導波管フィルタは入力セクショ
ンおよび出力セクションを含めて６個のセクションを有
している。互いに直交する電磁界は各隔壁中の十字形の
絞り開口を定める交差スロットを通り隣接する空洞と結
合する。

同じ空洞中にある直交する電磁界間の電磁的結合を行な
うためにフィルタ回路の本体を通つて空洞中に突出する
調整金属ねじを設けることが知られている。また、異な
る空洞中にそれぞれ存在する互いに直交する電磁界間の
電磁的結合を行なうことも知られている。電磁界間の結
合の程度は装置の周波数応答特性を決定する停止帯域の
極を変えることによつて装置の周波数応答特性を変更さ
せる。

異なる空洞中の互いに直交する電磁界の結合のための従
来の技術には２個の空洞の別々の部分を連結する導波管
フィルタ本体の外部の同軸ケーブルを使用することが含
まれる。しかしながら、この方法は多くの問題を提起す
る。例えばケーブルはしばしばスプリアス特性を生じ、
またそれらの組立てに必要な作業を行なうために要する
部品数および組立てに必要な時間の点で比較的複雑であ
る。さらにケーブルの長さは周波数特性に対して臨界的
であり、フィルタを適切に同調させるように適切なケー
ブル長を決定するためには可成の時間が必要である。

この発明は、上述のような欠点を克服しようとするもの
である。

発明の概要 この発明によれば、フィルタの隣接する空洞中の互いに
直交する電磁界間の電磁的結合のための二重モード型電
磁波導波管フィルタが提供される。導波管フィルタは、
電磁エネルギを含み案内する導波管本体と、第１と第２
の隣接する導波管共振空洞を定める導波管本体内の１以
上の隔壁または区画壁と、隣接する空洞中の互いに直交
する第１と第２の電磁界間の電磁的に結合する導波管本
体内の手段とを備えている。互いに直交する電磁界は隔
壁に取付けられてそれを貫通している細長い導電性結合
素子によつて結合されている。結合素子は空洞の一つの
中に伸び出て電気プローブを形成している第１のＬ字形
プローブを備えている。プローブ部分は対応する空洞中
に結合される電磁界に平行に方向を定められている。結
合素子はさらに第２のほぼＵ字形の部分を備え、それは
隣接する空洞中へ伸びて磁気ループを定め、この磁気ル
ープは空洞中の電磁界に平行に方向を定められている。

この発明の好ましい実施態様においては、フィルタは入
力セクションと出力セクションを含む６個のフィルタセ
クションを定める３個の共振空洞を有している。各隔壁
は隣接する空洞間を直交電磁界が通過できるように十字
形絞りまたは開口を設けられている。フィルタ本体を貫
通して半径方向に伸びている複数の調整ねじが同じ空洞
中の直交電磁界間の結合を行なうために使用され、それ
によつてフィルタの周波数特性が決定される。

このフィルタ回路は、非対称な停止帯域特性と自己等化
通過帯域特性とを外部伝送ライン結合技術を必要とする
ことなく与える。スプリアス共振なしに広帯域特性が得
られ、高いＱのフィルタが維持され、必要な部品数が少
なく、組立ておよび同調時間が最小にされる。この発明
のフィルタは後続するマルチプレクサにおけるフィルタ
の対称性を維持するためにサセプタンス消去回路網とし
て使用することができる。

好ましい実施例の説明 まず第１図および第２図を参照すると、この発明は、第
１図に全体を10で示された二重モード型電磁波導波管フ
ィルタ回路に関するものであり、それは例えばマイクロ
波通信システムの周波数特性の決定に有用である。以下
説明するように、説明のために選ばれた特定のフィルタ
10は３個の有限周波数挿入損失極および２個の通過帯域
等化用極を与える６個のフィルタセクションを有する高
Ｑ二重モード反射型フィルタである。

フィルタ10は外側端部が端壁14および20によつて閉じら
れ、１対の縦方向で間隔を置いて設けられた隔壁16およ
び18によつて３個の共振空洞22，24，26に分割されてい
る導電性円筒体状の本体12を有している。端壁14は長方
形のスロット26を設けられ、このスロット26はこの場合
にＸ軸として定められた方向に整列され、フィルタ10の
入力を決定し、入力波を受けるように構成されている。
端壁20は開口を有さず、電磁波を入力端壁14に向かって
反射するように機能する。隔壁16および18は軸方向で整
列した絞り開口31，33をそれぞれの中央に設けられてい
る。絞り開口31は１対の交差スロット28，30を含み、そ
れらはそれぞれＸおよびＹ軸に沿って整列している。同
様に絞り開口33は１対の交差スロット32，34によつて定
められ、それらもまたそれぞれＸおよびＹ軸に沿って整
列している。スロット28と32は入力スロット26と整列し
ている。

第３図および第６図をも参照すると、フィルタ10が二重
モード型フィルタであるため、各空洞22，24，26中には
第６図にそれぞれ36，38，35，37，81，80で示された互
いに直交する電磁界が存在する。例えば直交電磁界の空
洞24の成分すなわち線35，37はそれぞれＸ軸およびＹ軸
に平行な平面にある。空洞22，24，26中の直交電磁界は
そのような空洞のそれぞれにおいて二つの共振またはセ
クションを定めるから、フィルタ10内には６個のセクシ
ョンが存在する。これら６個のセクションは第３図に図
式的に示され、それにおいてセクション1 および6 は空
洞22内に存在し、セクション2 および5 は空洞24内に存
在し、セクション3 および4 は空洞26内に存在する。電
磁界38によつて定められたセクション1 は入力スロット
26から入力を受ける。一方電磁界36に対応するセクショ
ン6 は第１の空洞22内の本体12の側面壁を通つて伸びて
いるプローブ42によつて定められる出力と結合される。
フィルタ10は反転されることもでき、プローブ42が入力
として使用され、スロット26が出力として使用されるこ
とができる。

空洞22，24，26が共振する周波数はそれぞれねじ44，4
8，58によつて決定され、それらのねじはＹ軸に沿って
整列し、フィルタの本体12の底部を貫通して対応する空
洞22，24，26中に伸び出ている。空洞22のねじ44と直径
的に反対に位置する同調ねじ40がねじ44と違った深さで
空洞22中に突出している。対向する同調ねじ40および44
の空洞22中の突出量が異なるため、後述する結合素子60
と共に非対称な停止帯域特性が与えられ、それは第７図
に示されており、以下詳細に説明する。同調ねじ40およ
び44の空洞22中の突出量は結合素子60と共にフィルタ10
の停止帯域特性の損失極72（第７図）の位置を制御す
る。

３個の追加の同調ねじ47，52，54は同調ねじ44，48，58
から90度ずれた位置で本体12中に突出し、それぞれ空洞
22，24，26のＸ軸方向電磁界に対応するセクション4 ，
5 ，6 の共振の同調のために機能する。

空洞22中で、入力Ｙ軸電磁界38は同調ねじ40と47の中間
の周辺位置で本体12を貫通して空洞22中に突出している
同調ねじ46によつて出力Ｘ軸電磁界36とわずかに結合す
る。第３図に図式的に示されたようにねじ46はフィルタ
10のセクション1 と6 との間の結合ブリッジを形成す
る。入力Ｙ軸電磁波38は絞り開口31の水平スロット28を
通つて空洞24に伝播される。空洞24内で直交電磁界37と
35は同調ねじ48と52の中間の周辺位置で本体12を貫通し
て空洞24中に突出しているねじ50の形態の結合ブリッジ
によつて互いにわずかに結合される。第３図に示すよう
に、ねじ50はフィルタ10のセクション2 と5 との間の結
合ブリッジを形成するように機能する。

電磁波37は端壁20で反射される結合波80として空洞26中
に絞り開口33の水平スロット32を通つて送られる。結合
ねじ56は同調ねじ54と58の中間の周辺位置で本体12を貫
通して空洞26中に突出し、反射波と共に結合波80を90度
回転させるように機能する。ねじ56はしたがつて第３図
に示すようにフィルタ10のセクション3 と4 とを効果的
に結合する。出力波81は絞り開口33および31のスロット
34および30を通つて空洞22に送り返され、そこで出力プ
ローブ42によつて取出される。

結合素子60は空洞24内の入力電磁界（波）37を空洞26内
の直交して結合された電磁界（波）81と電磁的に結合す
るように機能する。したがつて結合素子60は隣接する空
洞中の互いに直交する電磁界の間の結合ブリッジを効果
的に与え、この例えばフィルタ10のセクション2 と4 の
間の結合を決定する。次に、第４図および第５図を参照
すると、結合素子60は絶縁ガラスビードの同軸フィード
スルー66により隔壁18上に取付けられた銀メツキ銅ワイ
ヤのような単一の導電ワイヤから構成されている。結合
ワイヤは隔壁18を貫通し、それぞれ隔壁18の反対側に位
置する第１と第２の部分62，64を有している。部分62は
実質上Ｕ字形であり、ベース62a と１対の平行な脚部62
b ，62c からなつている。脚部62b は隔壁18に接触して
いる。結合素子60のＵ字形部分62は磁気ループを形成
し、その磁気ループは結合軸が空洞24内のＹ軸入力電磁
波38の成分と平行である平面にある。

結合素子60の第２の部分64はほぼＬ字形であり、隔壁18
に垂直に延在する第１の脚部64a と隔壁18に平行に延在
する第２の脚部64b とを備えている。第２の脚部64b の
外端部分は隔壁18上に取付けられレクソライト（rexoli
te）のような適当な高誘電材料によつて形成された支柱
68によつて支持されている。脚部64a と64b は磁気ルー
プの部分62の平面に対して垂直な平面にあり、Ｘ軸出力
波81の成分に平行に延在する電界結合軸を有する。結合
素子60のこれらの部分62，64が磁界（62）または電界
（64）変化のいずれかおよびそれらの方向を選択するこ
とによつて、斜めのセクション間の結合の符号が決定さ
れ、セクションの特定の組合わせ（2 と4 または3 と5
のいずれか）が決定される。互いに直交する電磁界の間
の結合の大きさ、したがつて結合素子60によつて影響さ
れる同調の強さはワイヤの直径、脚部64b の長さ、磁気
ループの面積、および隔壁18上の結合素子60の位置によ
つて決定される。結合素子60は内部の集積されたサセプ
タンス消去回路網として機能し、このサセプタンス消去
回路網は後続するマルチプレクサシステム上のフィルタ
の対称性を維持するために使用できる。

第７図は結合素子60によって与えられるサセプタンス消
去回路網を有するフィルタ10を使用する２個のマルチプ
レクサチャンネルの周波数特性70を示しており、個々の
チャンネルの周波数特性はそれぞれ71，73で示されてい
る。サセプタンス消去回路網として結合素子60を使用す
るフィルタ10は追加の停止帯域極72a を生成し、それは
フィルタ特性の側部74，75の排除特性を急峻にし、マー
ジンを増加させる。それぞれ71，73の周波数特性を有す
るフィルタは交差領域において相互作用するために通常
はそれらの通常帯域の端部の排除特性において非対称な
特性を生成し、余分のフィルタを追加する必要がある
が、結合素子60を使用することによって生じる追加の停
止帯域極72a は側部74，75を急峻な特性にし、それは隣
接して別のフィルタを配置したのと類似した効果を有し
ており、したがって別にフィルタを設けないでも対称の
急峻な通過帯域特性を得ることができる。

以上の説明から当業者にはこの発明の技術的範囲を逸脱
することなく前記のような実施態様に対して各種の変形
および付加を行なうことが可能であることが認められる
であろう。したがつて、請求の範囲に記載された事項お
よびそれと等価のものは全てこの発明の技術的範囲に含
まれるべきものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリオツト，ヨセフ アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90045，ロサンゼルス，ヨークタウン・プ レイス 7832 (56)参考文献 特開 昭53−83552（ＪＰ，Ａ) 野元、「放送衛星トランスポンダ用８段 カノニカルフィルタ」（昭和58年度電子通 信学会総合全国大会、840、Ｐ．３−175)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隣接する空洞を分離している隔壁中に設け
   られた絞り開口によって互いに電磁的に結合されている
   複数の互いに隣接する導波管共振空洞を有する電磁波導
   波管において使用され、前記隣接する空洞中の第１およ
   び第２の互いに直交する電磁界をそれぞれ結合するため
   の装置において、 前記隔壁に取付けられ、前記隔壁から電気的に絶縁され
   てそれを通り抜けて延在する導電性の結合素子を具備
   し、 この結合素子の第１の部分は前記隔壁一方の側に位置
   し、前記第１の電磁界の成分に平行に伸びる結合軸を有
   しており、 前記結合素子の第２の部分は前記隔壁他方の側に位置
   し、第２の電磁界の成分に平行に伸びる結合軸を有して
   いることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】前記第１の部分が磁気ループを含み、前記
   第２の部分が電気プローブを有する請求の範囲第１項記
   載の装置。
3. 【請求項３】前記第１の部分はほぼＵ字形であり、中間
   部分とこの中間部分から伸び出ている１対の脚部とを備
   えており、前記脚部の一つは前記隔壁から電気的に絶縁
   されてそれを通り抜けて伸びており、前記脚部の他方の
   ものは前記隔壁と接触している請求の範囲第１項記載の
   装置。
4. 【請求項４】前記第２の部分はほぼＬ字形であり、前記
   隔壁から電気的に絶縁されてそれを通り抜けて伸びてい
   る第１の脚部と、前記隔壁から離隔している第２の脚部
   とを備えている請求の範囲第１項記載の装置。
5. 【請求項５】電磁エネルギを含み案内する導波管本体
   と、互いに電磁界のラインが直交する方向である第１と
   第２の電磁界をそれぞれ有する第１と第２の隣接する導
   波管共振空洞を定める前記導波管内の隔壁と、 前記第１と第２の電磁界のラインと電磁的に結合し、前
   記隔壁から電気的に絶縁されてそれを通り抜けて前記隔
   壁の両側の前記空洞中にそれぞれ延在する第１と第２の
   部分を有する細長い導電性素子を含む結合手段とを具備
   し、 前記細長い導電性素子の第１の部分は前記第１の電磁界
   と電磁的に結合する磁気ループを有し、 前記第２の部分は前記第２の電磁界と電磁的に結合する
   電気的プローブを有していることを特徴とする二重モー
   ド型電磁波導波管フィルタ。
6. 【請求項６】前記導電性素子は複数の脚部を定める複数
   の曲げた部分を有する一体構造である請求の範囲第５項
   記載の電磁導波管フィルタ。
7. 【請求項７】前記隔壁に対して電気的に絶縁されて前記
   導電性素子の少なくとも一部を支持する前記隔壁上の手
   段を有する請求の範囲第６項記載の電磁導波管フィル
   タ。
8. 【請求項８】前記隔壁はそこに穴を備え、前記支持手段
   は前記穴内に取付けられた誘電体材料で形成された環状
   支持部材を具備し、前記導電性素子はこの支持部材の中
   心を通って伸びている請求の範囲第７項記載の電磁導波
   管フィルタ。
9. 【請求項９】前記隔壁は前記第１と第２の電磁界が前記
   第１と第２の空洞間を通過できるようにそこに開口を備
   え、前記フィルタは前記導波管本体を通って前記空洞の
   一つ中に延在している１以上の細長い導電性結合部材を
   具備し、この導電性結合部材は前記一つの空洞中の相互
   に直交する電磁界間の相互結合を生じる点で前記導波管
   本体の軸を中心とする周辺に位置している請求の範囲第
   ５項記載の電磁波導波管フィルタ。