JPH08191204A - リッジ導波管空洞フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、小型で人工衛星に搭載することも
容易に可能なリッジ導波管空洞フィルタを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 １以上の空洞32を有し、それらの空洞32
は、第１および第２の端部壁と、空洞の縦軸86を囲む外
壁84を有する導波管部分36がそれらの端部壁間に空洞の
縦軸86に沿って延在しているマイクロ波フィルタ装置に
おいて、導波管部分36の両側の外壁84から中央領域104
に向かって対称的に内側に突出するリッジ100, 102が設
けられ、さらに端部壁に設けられて空洞中に電磁エネル
ギを結合する手段を備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波信号を濾波
するための空洞フィルタに関し、特にフィルタの多重モ
ード動作を可能にし、空洞の物理的な大きさを減少させ
ることのできる内部リッジを有する空洞を具備するフィ
ルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波フィルタは衛星通信システム
やレーダシステムを含む広い範囲の種々の状態において
信号処理に使用されている。人工衛星に搭載されたフェ
イズドアレイアンテナと組合わせたマイクロ波空洞フィ
ルタの使用は特に重要である。このようなフィルタは入
力または出力信号を濾波するために使用され、ダイプレ
クサ装置中において使用されることができる。

【０００３】このようなフィルタの空洞の物理的な大き
さは濾波されるマイクロ波信号の波長にしたがって変化
し、長い波長の信号では大きい空洞が必要であり、短い
波長の信号では小さい空洞が必要である。人工衛星に搭
載された空洞フィルタの場合には、特に人工衛星におけ
る他の部品とフィルタとの集積を容易にするためにフィ
ルタの全体の寸法を減少させることが重要である。寸法
の減少は空洞内で電磁波信号の多重モードの動作が可能
な空洞を使用することによって達成できる。例えば２つ
の直交モードで動作可能なフィルタ空洞は単一の空洞に
よって２空洞フィルタのフィルタ通過帯域特性を生成す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなフィルタの寸法の減少ではＬバンドおよびＳバン
ドのような低いマイクロ波周波数で動作する衛星システ
ムでは十分に満足できるものではない。短いカットオフ
通過帯域特性を持つ多数の極を有するフィルタの大きさ
は、特に２個のそのようなフィルタがアンテナ素子に接
続されたダイプレクサ中で使用される場合にはフェイズ
ドアレイアンテナに割当てられた空間領域内に全てのマ
イクロ波部品を収容することを困難にしている。したが
って、本発明の目的は、このような問題を解決すること
のできるコンパクトな構成のマイクロ波空洞フィルタを
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波空洞
フィルタは、１以上の空洞を有し、各空洞は小さい容積
の容器内でマイクロ波エネルギの共振を行わせるために
内部リッジを設けられた導波管部分として構成されてい
る。リッジは導波管のカットオフ周波数を低下させ、し
たがって同じ共振周波数で動作するリッジのない導波管
に比較して導波管空洞の必要な寸法を減少させることが
できる。

【０００６】本発明の特徴は、ほぼ半円形の断面形状を
有する多角形断面形状を有する空洞の導波管部分の構造
にある。フィルタ空洞のこのような形態は２空洞フィル
タを有するダイプレクサの構造にとって特に有利であ
る。それは２個のフィルタは半円形の断面の直径部分を
共通にして背中合わせに取付けることができるために結
果的にダイプレクサを円筒形にすることができるからで
ある。ダイプレクサはフェイズドアレイアンテナと共に
使用され、個々のダイプレクサは各アンテナ放射素子に
それぞれ接続される。各空洞フィルタの物理的寸法が減
少されていることによってダイプレクサの直径はフェイ
ズドアレイアンテナの対応する放射素子の直径よりも小
さくなり、放射素子の背後に容易に設置することができ
る。

【０００７】本発明の理論によれば、空洞間の結合およ
び空洞と外部導波管または同軸ライン間の結合は電磁波
の磁界成分を結合するためのループ、或いは電磁波の電
界成分を結合するための絞り（アイリス）によって行う
ことができる。本発明の好ましい実施例においては、空
洞が絞りプレートの形態の端部壁によって終端されてい
るリッジ導波管部分の形態であり、絞りは連続する空洞
間および空洞と外部導波管の間の電磁波エネルギの結合
を行うように作用する。

【０００８】本発明の好ましい実施例において、リッジ
は前記のような半円形の断面の直径の平面に平行で、空
洞の外壁から内方に、前記直径の平面に垂直な中心平面
の中央に向かって突出している１対の平坦な水平素子を
備えている。それらの各水平素子は中心平面までの距離
のほぼ２／３の距離に位置で終端している。リッジはさ
らに各水平素子の内側端部に位置する１対の垂直素子を
備えている。それらの各垂直素子は本発明の第１の実施
例においてはほぼ中央で水平素子に接合されてＴ型のリ
ッジを形成しているが、第２の実施例のようにＬ型が使
用されることもできる。リッジの垂直素子は導波管部分
の上下の壁の間の距離のほぼ１／３から１／２の長さで
延在している。リッジは空洞の軸方向では空洞の全長に
わたって延在し、端部壁に電気的に接続されている。

【０００９】空洞に蓄積される電磁波エネルギの大部分
はリッジの２個の垂直素子間の領域に存在している。そ
のエネルギは電磁波の２つの直交モードで蓄積されてい
る。第１のモードでは電界は垂直であり、リッジの２個
の垂直素子間の前記領域内にリッジの垂直素子に平行で
ある。第２のモードでは電界は水平であり、リッジの２
個の垂直素子間の前記領域内でリッジの垂直素子に垂直
である。なお、ここで“水平”、“垂直”という用語は
フィルタ構造の説明を容易にするために使用されている
ものであり、フィルタは任意の方向に配置されることが
できるから、地球表面に関して特定の方向である必要は
ない。

【００１０】本発明のフィルタ空洞の形状は高いｑ（品
質係数）を与える。同調ねじは各モードに空洞を別々に
同調するためにモードのそれぞれ１つと相互作用するよ
うに設けられている。さらに、本発明の好ましい実施例
において、結合ねじの形態の交差結合素子が設けられて
第１および第２のモード間のエネルギ結合を行わせてい
る。絞りプレート中の絞りは、空洞間および外部導波管
と空洞間でモードの特定の１つのエネルギを選択的に結
合するような方位のスロットとして形成されている。付
加的なブリッジ結合絞りは選択された共振モード間のバ
イパス路として蓄積されたエネルギの一部を結合するよ
うに絞りプレート中に設けられている。両方の結合形態
が、フィルタの入出力ポート間のフィルタ伝達関数の所
望の振幅および位相特性を生成するために使用されるこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の上記の観点および別の特徴を説明する。なお、各図面
の同じ参照符号を有する素子は別の図面の同じ素子を示
す。図１乃至４を参照すると、マイクロ波フィルタ装置
30（図３に示されている）は、第１のフィルタ空洞32お
よび第２の空洞34を具備している。空洞32は、第１の端
部壁38および第２の端部壁40によって終端された導波管
部分36を含む。第２の空洞34は、第２の端部壁40および
第３の端部壁44によって終端された導波管部分42を含
む。導波管部分36は、第１の端部壁38および第２の端部
壁40に導波管部分36を固定するための取付けフランジ46
および48を備え、固定はボルト50によって行われ、各フ
ランジ46および48と接続しているボルト50は図面を簡単
化するために１つだけ示されている。同様に、導波管部
分43は、ボルト50によって端部壁40および44にそれぞれ
接続するフランジ52および54を具備している。

【００１２】第１の端部壁38はフィルタ装置30に入力ポ
ート56を構成し、入力ポート56は例えば同軸ライン58と
して示された電磁伝送ラインと接続する。その代りとし
て、伝送ラインは以下図７を参照して説明される導波管
であってもよい。図１１乃至１８を参照して説明する種
々の形態の結合素子が使用されることが可能であり、結
合ループ60が一例として示されている。ループ60は導波
管部分36中に突出し、同軸ライン58の内部導体62と外部
導体64との間を接続する。同様に、第３の端部壁44はフ
ィルタ装置30に出力ポート66を構成し、出力ポート66は
入力ポート56と同様にして構成され、同軸ライン70と接
続する結合ループ68を有する。

【００１３】各空洞32および34は電磁波の２つの共振モ
ードを維持し、導波管部分36のある領域内では第１のモ
ードでは電界ライン72（図１に示された）が垂直であ
り、第２のモードでは電界ライン74（図１に示された）
が水平である。導波管部分36は、垂直な電界ライン72と
相互作用して第１の共振モードを同調する第１の同調ね
じ76と、水平な電界ライン74と相互作用して第２の共振
モードを同調する第２の同調ねじ78とを具備している。
導波管部分36には、２つの共振モードの間で電磁エネル
ギを結合する手段が設けられており、この結合手段は１
例としてモード結合ねじ80として示されている。第２の
導波管部分42は同様にして同調ねじおよびモード結合ね
じを備えており、ねじは図面を簡単化するために図３に
おいて省略されている。第２の端部壁40は、第１の空洞
32の１以上のモードの電磁エネルギを対応した第２の空
洞34の１以上のモードに結合する手段を具備している。
このような結合は、特定のモードと相互作用するように
構成され、配置されたループ、プローブまたは絞り(iri
ses)によって行われる。絞りの例は、図８乃至１０を参
照して説明する。別の例は図３および４に示されてお
り、それにおいて端部壁40を通る電磁力の結合は、水平
および垂直方向の電界ライン72および74と相互作用する
十字形スロットを有する絞り82によって行われる。

【００１４】本発明によると、図１および２に示されて
いるように、導波管部分36はその縦軸86を取囲む導電性
の外壁84を有する。外壁84は、下部壁88、上部壁90、お
よび上方側壁セグメント94および下方側壁セグメント96
をそれぞれ有する対向した側壁92を含む複数の壁セグメ
ントから成る。各上方側壁セグメント94は上部壁90と接
続され、各下方側壁セグメント96は下部壁88と接続され
ている。外壁84は、フランジ46と48との間に延在する。
外壁84のセグメントを説明する時に上部および下部とい
う用語を使用することは、導波管部分36を説明するのに
有効であることに留意すべきであり、それにおいて、下
部壁88は導波管部分36が図１に示されているように置か
れたときベースとして機能している。これらの用語は、
動作時に任意の所望の方向を有してもよい導波管部分36
の好ましい方向を表すものではない。縦軸86を横断する
方向の平面における導波管部分36の断面図において、外
壁84のセグメントはほぼ半円形に形成され、そのベー
ス、すなわち導波管部分36の下部壁88は半円形の直径部
分の平面を構成し、側壁セグメント94および96と共に上
部壁90は半円形のほぼ弧部分を形成する。

【００１５】本発明の重要な特徴は、２個のＬ形のリッ
ジ100 および102 を含むリッジ構造98を導波管部分36の
中に含んでいることである。リッジ100 および102 は、
上方側壁セグメント94から導波管部分36の中央領域104
に向かって内側に突出する。リッジ100 および102 は、
軸86に沿って導波管部分36の全長にわたって延在してい
る。一般に、リッジ100 および102 は互いに鏡像として
製造され、各リッジ100 および102 は水平脚部106 とし
て構成された一部分および垂直プレート108 として構成
された別の部分を有する。

【００１６】リッジ100 および102 の水平脚部106 は同
一平面にあり、リッジ100 および102 の垂直プレート10
8 は平行であり、互いに間隔を隔てられて導波管部分36
の中央領域104 を形成していることが好ましい。各プレ
ート108 の垂直方向の寸法は、導波管部分36の上部壁90
と下部壁88との間における内部垂直寸法のほぼ１／２で
ある。プレート108 は、上部壁90と下部壁88との間にお
いてほぼ等しい間隔を隔てられている。リッジ構造98を
含む導波管部分36の構造は、中央領域104 を介して互い
に連絡する上方室110 および下方室112 を空洞32（図
３）内に提供する。上方室110 の体積は、下方室112 の
体積より小さい。図３の導波管部分42は、導波管部分36
と同様に構成されており、導波管部分36に対して説明さ
れたものによるリッジ構造および幾何学構造を含んでい
ることに留意すべきである。したがって、導波管部分36
に対してなされた上記の説明は導波管部分42にも適応
し、２個の導波管部分36および42は図３のフィルタ装置
30において同軸的に配置されていることを理解すべきで
ある。

【００１７】図１および２は、電界ライン72および74と
相互作用して、空洞32（図３）の同調および電磁エネル
ギの共振モード間での結合を行うねじ76，78および80の
配置を示している。垂直な電界ライン72は下部壁88から
リッジ構造に向かって、また上部壁90に向かって延在す
る。電界ライン72の方向はプレート108 の近くで垂直平
面から少し逸れ、電界ライン72のプレート表面との遭遇
点ではプレート108 の表面に垂直である。電界ライン72
は導波管部分36の、電界が比較的強い領域では比較的長
く描かれており、電界強度の比較的弱い領域において短
くされている。垂直方向の電界に関して、多数の電界ラ
インはプレート108 上で終端しているため、電界の強度
は中央領域104 を通って上方にいくにつれて減少する。
その結果、および上方室110 の寸法に比較して下方室11
2 の寸法が大きいため、垂直方向の電界のエネルギは上
方室110 内に比較的少量しか蓄積されず、蓄積されたエ
ネルギのほとんどが下方室112 において現れる。

【００１８】上部壁90に配置された同調ねじ76は、電界
ライン72に平行であるように中央領域104 に向かって垂
直方向に下方に延在する。ライン72に関する同調ねじ76
のこの方向は、電界ライン72がねじ76と相互作用して、
電界ライン72を有する電磁波の共振の周波数を同調する
ことを可能にする。ねじ76の中心線は、２個のプレート
108 の間で等距離にある。上部壁90における同調ねじ76
の位置は一例に過ぎず、所望ならば、同調ねじ76は同じ
垂直平面であるが、下部壁88から上向きに配置されても
よいことに留意すべきである。図１および２には、図面
の簡単化のためにこのような垂直同調ねじ76は示されて
いない。しかしながら、図６の別の実施例にこのような
垂直同調ねじの配置が示されている。

【００１９】図１および２に関して、水平電界ライン74
はリッジ100 のプレート108 からリッジ102 のプレート
108 に延在する。電界ライン74を表す矢印は、プレート
108の間の領域104 において最大の長さで示されてお
り、水平の電界強度がこの位置で最大であることを示
す。プレート108 の上方および下方において、電界ライ
ン74はリッジ100 および102 の表面上で終端するために
水平形状から逸れる。短い長さで示された矢印は、電界
ライン74の強度がプレート108 の上方および下方の領域
において減少したことを示す。電界ライン74における電
磁エネルギの蓄積は、プレート108 間の中央領域におい
て最も強く、上方室110 および下方室112 において著し
く低下する。電界ライン74の大部分の蓄積エネルギは、
上方室110 よりは下方室112 において大きい。

【００２０】同調ねじ78はリッジ102 の脚部106 を通過
して、水平電界ライン74と相互作用し、ねじ78の方向は
電界ライン74に平行であり、ねじ78は電界ライン74との
相互作用を行ない、電界ライン74と関連した電磁波の共
振周波数の同調を可能にする。脚部106 を通るねじ78の
経路は、ねじ78が中央領域104 中に入ることを容易に
し、一方でリッジ102 のプレート108 と右側壁92との間
の導波管部分36内の電磁界からねじ78を分離する。モー
ド結合ねじ80は、電界ライン72および74の両方と相互作
用するために右側のプレートの下方の下部壁88に配置さ
れる。右側プレートの下方エッジ付近におけるこれら両
電界ラインの湾曲のために、電界の成分は、ねじのこれ
ら電界ラインとの相互作用を可能にし、それによって導
波管モード間のエネルギの伝送を行うようにモード結合
ねじ80に平行であることに留意されたい。右側プレート
108 の下方のモード結合ねじ80の位置は一例として示さ
れており、所望ならば、モード結合ねじ80は左側プレー
ト108 の下方に配置されてもよいことに留意されたい。
このようなねじ80の位置は、図面を簡単化するために図
１および２から除かれているが、図６の別の実施例には
示されている。

【００２１】図５および６は、縦軸86に対して横断面が
Ｔ形である２個のリッジ118 および120 を含むリッジ構
造116 を有する本発明の別の実施例の導波管部分114 を
示す。各リッジ118 および120 は、中央領域124 に向か
って突出し、垂直プレート126 で終端する水平脚部122
を含む。プレート126 は、互いに平行であり、互いに間
隔を隔てられて中央領域124 を形成している。図５およ
び６の実施例と図１および２の実施例の間の本質的な相
違は、図５および６において導波管部分114 がＴ形のリ
ッジ118 および120 を使用し、一方図１および２の実施
例では導波管部分36がＬ形のリッジ100 および102 を使
用していることである。それ以外は、導波管部分114
は、図１および２の導波管部分36に類似した一般的な構
造を有する。したがって、図５および６において導波管
部分114 は、中心の縦軸86を取囲む外壁128 を含む。外
壁128 は、下部壁130 、上部壁132 、および下部壁130
と上部壁132 とを接合する対向した側壁134 を含む複数
の壁セグメントを有する。各側壁134 は、上方側壁セグ
メント136 および下方側壁セグメント138 を有してい
る。上部壁132 は下部壁130 に平行であり、側壁セグメ
ント136 および138 は上部壁132 と共同してほぼ半円形
の構造を形成し、下部壁130 は半円形構造の直径平面に
位置している。したがって、両導波管部分36および114
は完全な円筒型の形状を有する。

【００２２】リッジ118 および120 の水平脚部122 は、
上部壁132 と下部壁130 との間の中間に配置され、上方
室140 および下方室142 を提供し、それにおいて上方室
140の体積は側壁134 の傾斜のために下方室142 の体積
より小さい。プレート126 は、軸86を通過する中央垂直
平面144 の両側に対称的に配置されている。プレート12
6 は、上部壁132 と下部壁130 との間の間隔の１／３に
ほぼ等しい距離だけ垂直方向に延在し、上部壁132 と下
部壁130 との間の中央に配置されている。リッジ118 お
よび120 の水平脚部122 は同一平面にある。上部壁132
と下部壁130 との間の中間の水平脚部122 の位置は、水
平脚部106 が上部壁90の近くに配置されている図１およ
び２の導波管部分36の対応した構造において生じるもの
より小さい下方室142 に関する上方室140 の体積の差を
生じさせる。

【００２３】図５および６において、導波管部分114
は、一例として複数の垂直同調ねじ146 および148 、複
数の水平同調ねじ150 および152 、並びに１対のモード
結合ねじ154 および156 を具備している。垂直同調ねじ
146 は中央垂直面144 に沿って配置され、水平同調ねじ
150 および152 は中央水平面に沿って水平脚部122 を通
過し、モード結合ねじ154 および156 は左および右側プ
レートの下方にそれぞれ配置されている。

【００２４】垂直電界ライン158 および水平電界ライン
160 は、図７で説明するように空洞32Ａ内の電磁波の２
つの共振モードの電界を示すために与えられている。図
１および６を比較すると、電界ライン158 および160 の
一般的な配列は電界ライン72および74に類似している。
さらに、電界ライン158 および160 によって表された電
界の高い強度および低い強度の位置は、本質的に電界ラ
イン72および74によって上記に説明した位置と同じであ
る。導波管部分114 において、両電磁モードの蓄積エネ
ルギのほとんどが大きい下部室142 で認められ、小さい
上部室140 ではエネルギ蓄積量の減少が認められる。

【００２５】ねじ146 および148 の垂直方向は垂直電界
ライン158 との相互作用を可能にし、ねじ150 および15
2 の水平方向は水平電界ライン160 との相互作用を可能
にする。またモード結合ねじ154 および156 に関して、
プレート126 の下方の位置は、両電界ライン158 および
160 の湾曲のためにこれらの電界ラインとの相互作用を
可能にし、それによって２つの電磁共振モード間におけ
るエネルギの結合を可能にする。垂直モードの同調に関
して、ねじ146 またはねじ148 或はこれら両ねじが都合
に応じて同調のために使用されてもよい。モード結合に
関しても同様にして、ねじ154 またはねじ156 或はこれ
らのねじ154 および156 の両方が２つのモード間におけ
るエネルギの結合を調節するために使用されてもよい。
導波管部分36および114 の両実施例において、同調およ
びモード結合ねじは、各導波管部分の横断方向の平面に
関して同様に位置されている。したがって、導波管部分
36では、ねじ76，78および80がフランジ46と48との間の
中間の横断方向の平面に配置されている。導波管部分11
4 はまたフランジ162 および164 を備え、ねじ146，148
，150 ，152 ，154 および156 は、フランジ162 と164
との間の中間の横断方向の平面に配置されている。

【００２６】図７は、２つの空洞32Ａおよび34Ａを含む
フィルタ装置30Ａを示す。フィルタ装置30Ａは、空洞32
Ａおよび34Ａが図５および６の導波管部分114 を使用す
るが、図３においてフィルタ装置30の空洞32および34が
図１および２の導波管部分36を含んでいることを除き、
図３のフィルタ装置30と類似している。図７において、
空洞32Ａは導波管部分114 、フランジ162 によって導波
管部分114 の前端部に接続された第１の端部壁166 、お
よびフランジ164 によって導波管部分114 の後端部に接
続された第２の端部壁168 を含む。接続はボルト（示さ
れていない）によって行われる。空洞34Ａは、導波管部
分114 と同様に構成され、フランジ172および174 を有
する別の導波管部分170 を含む。空洞34Ａはさらに、フ
ランジ172 によって導波管部分170 の前端部に接続する
第２の端部壁168 と、フランジ174 によって導波管部分
170 の後端部に接続する第３の端部壁176 を含む。各導
波管部分114 および170 はリッジ構造116 を含んでい
る。図７はまた各導波管部分114 および170 用のねじの
うちの３個、すなわち垂直同調ねじ146 、水平同調ねじ
152 およびモード結合ねじ156 を示す。導波管部分114
および170 の一部分はモード結合ねじ156 を示すために
切取られている。

【００２７】フィルタ装置30Ａへの入力パワーは、高さ
が半分の導波管として構成された導波管178 によって供
給され、本発明の好ましい実施例ではタイプＷＲ510 が
使用されている。第１の端部壁166 は導波管178 の端部
に接触し、その端部壁として機能する絞りプレート180
を含む。絞りプレート180 は、水平方向に細長く、垂直
平面144 （図５）上に中心が配置されるスロットとして
形成された絞り182 を含む。絞り182 は導波管178 内で
垂直方向の電界からパワーを結合し、空洞32Ａにおいて
電界ライン158 （図６）により表された垂直モードの振
動を励起する。第２の端部壁168 は絞りプレートとして
構成され、主結合絞り184 およびブリッジ結合絞り186
を含む。主結合絞り184 は、空洞32Ａの水平方向の電界
と空洞34Ａの水平方向の電界との間でエネルギを結合す
る垂直方向に細長いスロットである。絞り184 は、中央
領域124 （図５および６に示されている）と整列してい
る。ブリッジ結合絞り186 は、空洞32Ａの垂直方向の電
界と空洞34Ａの垂直方向の電界との間で比較的少量のエ
ネルギを結合する水平方向に細長いスロットである。絞
り186 は、中央垂直プレート144 （図５に示されてい
る）のほぼ中心に位置される。絞り186 は、リッジ118
および120 のプレート126 （図５および６に認められ
る）の下方に配置される。第３の端部壁176 は第１の端
部壁166 と同様にして構成され、絞り190 を有する絞り
プレート188 を含む。絞り190 は、導波管部分170 の中
央部分の下方において平面144 （図５に示されている）
の中心に配置され、空洞34Ａから出力導波管192 に垂直
方向の電界を結合するように機能する。導波管192 は導
波管178 と同じ構造を有している。

【００２８】動作において、垂直方向に偏波された電界
を有する電磁界は導波管178 から絞り182 を介して結合
され、電界が垂直な第１の共振モードを空洞32Ａにおい
て生じさせる。ねじ156 等のモード結合ねじのために、
エネルギは第１のモードから電界が水平な第２の共振モ
ードに結合される。その後、水平に偏波された電界で動
作する絞り184 の動作によって、エネルギは空洞32Ａ中
の第２の共振モードから空洞34Ａ中の第２のモードの水
平方向の電界ラインに結合される。その後、ねじ156 等
のモード結合ねじによって、第２の共振モードからのエ
ネルギは、垂直方向に偏波された電界を有する第１のモ
ードに結合される。この後、垂直方向に偏波された電界
からのエネルギがスロット190 を介して結合され、フィ
ルタ装置30Ａから出力導波管192 にパワーを出力する。

【００２９】フィルタ伝送機能は、各空洞32Ａおよび34
Ａ中のねじ146 および152 によってモードが同調される
特定の周波数、並びに空洞32Ａおよび34Ａの間において
主結合絞り184 を介して水平方向の電界の結合した量お
よびブリッジ結合絞り186 を介して垂直方向の電界の結
合した量に依存している。各空洞32Ａおよび34Ａ内の２
つの共振モードのために、一方だけの空洞からなるフィ
ルタは２極応答特性を有し、２個の空洞を有するフィル
タ装置は４極応答を有し、付加的な対の極はフィルタ装
置30Ａに付加されてもよい付加的な空洞（図７に示され
ていない）によって与えられる。

【００３０】図７のフィルタ装置30Ａおよび図３のフィ
ルタ装置30の端部壁および導波管部分の固定に関して、
ボルト50（図３）の使用は、図７のフランジ162 ，164
，172 および174 および図３の対応したフランジ46，4
8，52および54によって上記のフィルタ装置の素子を固
定する。したがって、ボルト孔194 はフランジおよび端
部壁に設けられており、図１，５，６および７に示され
ている。各リッジと端部壁との間の境界部分で空洞32Ａ
の端部壁166 および168 等の各端部壁にリッジ構造116
のリッジ118 および120 を固定することも望ましい。こ
れは、付加的なボルトを使用することによって、或は単
一の空洞フィルタの場合には溶接によって達成される。
２空洞フィルタの場合、溶接が使用されるか、或はその
代りとしてリッジ118 および120 の縦方向に向いたボル
ト孔194 がリッジを完全に貫通し、リッジを通ってボル
トに達してそれをしっかり締める長いステムのスクリュ
ードライバーの使用を可能にする。その代りに、リッジ
の境界面は、各フランジの周囲でボルトを締めた時に、
リッジの剛性により、フィルタ装置の軸方向に沿った圧
力がリッジを強制的に端部壁の材料内に位置させて、境
界面で良好に電気接触させるように粗く形成されてもよ
い。フィルタ装置は、リッジ構造と端部壁との間にこの
ような付加的な電気接触を設けなくても動作し、付加的
な電気接触を設けることにより、最適な特性が得られる
ことが強調されるべきである。

【００３１】図８，９および１０は、端部壁168 の別の
構造を示す。図９は、絞り184 および186 が図７のフィ
ルタ装置30Ａの説明の中で述べられたように配置された
端部壁168 の平面図である。図８は、ブリッジ結合絞り
186 が除去されている点で端部壁168 と異なる端部壁 1
68Ａを示す。図１０は、端部壁168 をさらに修正したも
のである端部壁 168Ｂを示し、絞り186 がモード結合ね
じ156 （図５および６）の縦方向の垂直面と整列するよ
うに右側に移動されている。図１０におけるボルト孔19
4 の配列によって理解できるように、絞り186 は右側の
プレート126 （図５および６に示されている）の下方に
配置されている。水平方向の絞り186 の平行移動によ
り、伝送特性のゼロを移動することによってフィルタ伝
送機能を適応させ、それによって所望のフィルタ応答を
実現することができる。

【００３２】図１１乃至１８は、図７の端部壁166 の構
成に使用されることができる種々の構造を示す。図１１
は図７に示された端部壁166 の構成による端部壁166 の
平面図を示し、図１２はその上面図を示す。図１３およ
び１４は、絞りプレート180および絞り182 が除去され
ている点で壁166 と異なる端部壁 166Ａを示し、プロー
ブ196 が同軸ライン198 に接続されている。同軸ライン
198 は導波管178 （図７）の代りに使用される。したが
って、導波管からパワーを結合するように構成されてい
る端部壁166 とは対照的に、端部壁 166Ａは同軸ライン
から空洞32Ａにパワーを結合するのに適している。一例
として、図１３はリッジ118 および120との接続のため
に設けられたボルト孔194 （図６に示された）の配置で
示されるようにプレート126 間の中央領域（図６）に位
置される同軸ライン198 を示す。

【００３３】図１５および１６は同軸ライン198 からパ
ワーを結合するのに適した端部壁166 の別の実施例を表
す端部壁 166Ｂの平面および側面図を示し、ループ200
によってパワーが抽出され、そのループ200 は同軸ライ
ン198 の中心導体だけと電気接触し、一方ループ200 の
外端部が端部壁 166Ｂの金属と電気接触するように絶縁
されている。図１７および１８は端部壁 166Ｃの平面お
よび上部図を示し、それはまた外部の同軸ライン198 か
ら空洞32Ａ（図７）および空洞32Ａ中に突出しているル
ープ 200Ａへの電磁パワーの結合を行う。壁 166Ｂにお
いて、ループ200 は壁の下部中央部分の近くの垂直平面
に配置され、垂直な電界に直交する磁界を誘導する。壁
166Ｃにおいて、ループ 200Ａは水平面に配置され、空
洞32Ａ内で水平な電界と結合する垂直な磁界を供給す
る。一例として、ループ 200Ａは、ボルト孔194 の配列
を参照することによって認められるようにプレート126
の間の中央領域（図６）の下部に位置される。以上のよ
うに、図１３乃至１８の実施例において、いくつかの形
態の電磁結合構造が空洞32Ａ中に突出しており、一方図
１１および１２の実施例では内壁表面は壁の平面と同じ
平面である。

【００３４】図１９および２０は、各フィルタ装置204
が１組の直列接続されたマイクロ波空洞206 から構成さ
れた２個のフィルタ装置204 からなるダイプレクサ202
の斜視図を概略的に示す。各空洞206 は、図１および２
の空洞32または図７の空洞32Ａのいずれかの形態を有す
る。一例として、各フィルタ装置204 は空洞206 を３個
づつ備えている。ほぼ半円形の各フィルタ装置204 の構
造がほぼ円形のダイプレクサ202 の構造をなす物理的な
構造を提供するように、フィルタ装置204 は共通したベ
ース面すなわち空洞206 の下部壁を共通平面として背中
合せに取付けられる。図１９および２０に示されている
図は、空洞側壁が平坦であることを示すために簡単化さ
れ、これは正六角形の円筒型の簡単化された外観をダイ
プレクサ202 に与えている。

【００３５】導波管ポート208 および210 は、各フィル
タ装置204 の端部に設けられ、送信機212 および受信機
214 とそれぞれ接続する。空洞206 の下部壁が結合する
共通した直径面は216 で示されている。２個のフィルタ
装置204 の対向した端部には、アンテナ222 への接続の
ためにポート220 で分岐した方形の同軸伝送ライン218
が設けられている。同軸ライン218 は、アンテナ222 か
ら受信するフィルタ装置204 の入力ポート224 にマイク
ロ波パワーを接続し、また送信するフィルタ装置204 の
出力ポート226 とアンテナ222 を接続し、それによって
マイクロ波パワーはアンテナ222 に供給される。

【００３６】図２１は、アンテナフィード232 の共通の
ハウジング230 内にダイプレクサ202 を収容することを
可能にするために、ダイプレクサ202 （図１９乃至２
０）の直径が放射素子228 の直径より少し小さくするた
めの構造を示す。図２１において、フェイズドアレイア
ンテナ234 はダイプレクサ202 と共にハウジング230 中
に配置された放射素子228 のアレイを含む。アンテナ23
4 はまた放射線素子228のアレイによって供給されたビ
ームの成形を促進するために反射器236 を含む。放射素
子228 と各ダイプレクサ202 との間の接続は概略的に示
され、図１９および２０に表された方法で行われる。送
信機212 からのパワーは、パワー分割器238 によって各
ダイプレクサ202 の信号チャンネルに分割される。信号
チャンネル上の信号は、アンテナ234 から送信されるべ
きビームを生成するビーム形成装置242 の制御の下に位
相シフタ240 のバンクによって位相シフトを与えられ
る。同様にして、アンテナからの受信ビームは、ビーム
形成装置242 の制御の下に動作する第２のバンクの位相
シフタ244 によって発生される。位相シフタ244 の出力
信号はパワー結合器246 によって結合され、受信機214
に供給される。図２１は、フェイズドアレイアンテナの
素子のパッケージングにおける本発明の主要な利点を示
す。特に、コンパクトなパッケージングは、衛星通信シ
ステムにおいてこのような衛星搭載アンテナの展開を可
能にすることが認められる。

【００３７】図２２乃至２５は、ただ１個の空洞を有す
るフィルタ装置の伝送特性（図２２および２３）および
２個の空洞を有するフィルタ装置の伝送特性（図２４お
よび２５）を例示する。空洞は、図１および２に示され
たように構成され、端部壁が図７に示されたように構成
されたリッジ導波管部分にしたがって構成されている。
２つの共振モードが存在する図２２の単一の空洞のフィ
ルタの場合、グラフはブリッジ結合が生じない状態にお
ける伝送特性および反射特性を示す。伝送特性はフィル
タの入力および出力信号を比較することによって得ら
れ、また反射特性は送信された信号およびフィルタの入
力ポートから反射された信号の強度を測定するためにフ
ィルタの入力ターミナルでハイブリッド回路を使用する
ことにより決定される。伝送率および反射率、すなわち
反射減衰量は振幅対周波数として示されている。振幅は
グラフの垂直な軸の対数目盛りで与えられ、周波数はグ
ラフの水平軸に沿って示されている。

【００３８】図２２は、本質的に全パワーがフィルタを
通って伝送される伝送スペクトルの中央部分では、無視
できる量のパワーしかフィルタの入力ポートから反射さ
れないことを示す。図２３は、ブリッジ結合が単一のフ
ィルタ空洞内において使用される対応した単一の空洞の
状態を示す。伝送応答特性のゼロが無限大からパスバン
ド付近の領域に移動されたことを除いて、結果は類似し
ており、これが伝送帯域の一側で深い下降（スカート）
部分を生じさせる。図２２および２３の両図は、単一の
空洞内において２つの共振モードによって発生された２
極フィルタ応答特性の状態を示している。図２４は２空
洞フィルタに関する図２２に対応した特性であり、図２
５は、２空洞フィルタに対する図２３に対応した応答特
性を示している。図２４および２５は、４極共振特性を
示す。また図２５において、ブリッジ結合は無限大から
フィルタパスバンドの両側に伝送ゼロを移動し、フィル
タパスバンドの両側で深い下降部分を生じさせるのに効
果的である。図２６は図２５の２空洞フィルタ状態に対
する伝送特性を示しているが、ここではフィルタは伝送
パスバンドの一側に両方の伝送ゼロを移動するように同
調されている。結果的に、図２５に示された状態に対す
るものよりはるかに急峻な伝送パスバンドに対する傾斜
が得られ、急峻な傾斜はダイプレクサにおける受信およ
び送信チャンネルを分離した時に最も有効である。一例
として、図２６の状態に対するフィルタの同調におい
て、伝送特性はダイプレクサの受信チャンネルを提供
し、受信パスバンドはグラフ中に示され、送信チャンネ
ルの伝送帯域に対応する排除帯域もまたグラフ中に示さ
れている。参考のために、２空洞フィルタの反射特性の
一部分もまた図２６に示されている。したがって、図２
２乃至２６は、所望の周波数特性を提供する本発明のフ
ィルタ構造のフレキシビリティを示している。

【００３９】上記のフィルタ素子の以下の寸法は、フィ
ルタ装置の寸法を減少する点で従来技術にまさる本発明
の利点を理解するのに有効である。1.5 ＧＨｚの周波数
において、図１の導波管部分36は以下の近似的な寸法、
すなわち幅Ｗ＝6.5 インチ、軸方向の長さＬ1 ＝4.5 イ
ンチおよび高さＨ＝3.5 インチを有し、寸法Ｗ、Ｌ1お
よびＨは図１に示されている。図２０のダイプレクサ20
2 に対する対応した近似的な寸法は、軸方向の長さＬ2
＝13.5インチおよび直径Ｄ＝7 インチであり、寸法Ｌ2
およびＤは図２０に示されている。比較すると、従来技
術の単一の円筒型の空洞フィルタは近似的な寸法で4.5
インチの軸方向の長さおよび 7インチの直径を有し、こ
れは本発明のダイプレクサ全体の直径とほぼ同じ直径で
ある。1.5 ＧＨｚで動作するＬ帯域のフェイズドアレイ
アンテナにおいて、図２１の放射素子228 等のフィード
の放射素子は、典型的な状態で中心間がほぼ8 インチだ
け間隔を隔てられており、間隔は特定のアンテナ要求を
満たすために上記の量から変化されてもよいことが認め
られる。したがって、本発明のダイプレクサは、図２１
に示されているように放射素子のすぐ後方のスペースに
配置されることができる。しかしながら、従来技術にお
いて、そのいくつかがダイプレクサの構造中で使用され
る単一のフィルタは、本発明の完成したダイプレクサが
占有するのと同じ広さだけフィードの横断方向の平面を
横切るスペースを占有する。したがって、本発明は、こ
れまで利用できなかったダイプレクサおよびこのような
ダイプレクサを使用するフェイズドアレイアンテナの構
成を可能にする。

【００４０】上記の本発明の実施例は単なる例示に過ぎ
ず、当業者はその修正を認識できることを理解すべきで
ある。したがって、本発明はここに記載された実施例に
限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲に
よってのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図３のフィルタのマイクロ波空洞フィルタ部分
の構成に使用され、それぞれＬ形のリッジを含む導波管
の一部分の斜視図。

【図２】図１の導波管部分の端部図。

【図３】図の一部が隠れた細部を示すために切り取られ
ている、２個の空洞を含むフィルタ装置の展開図。

【図４】絞りプレートの形態に構成された図３の空洞の
端部壁の平面図。

【図５】リッジがＴ形である導波管部分の別の実施例の
図１に類似した斜視図。

【図６】図５の導波管部分の端部図。

【図７】図の一部がモード結合ねじを示すために切り取
られている、Ｔ形のリッジを有する２個の空洞を含むフ
ィルタ装置の展開図。

【図８】図７の装置の空洞の端部壁として機能し、隣接
した空洞の間で電磁エネルギを結合するように機能する
絞りプレートの１実施例の概略図。

【図９】図８の絞りプレートの別の実施例の概略図。

【図１０】図８の絞りプレートのさらに別の実施例の概
略図。

【図１１】導波管および絞りを備えた端部壁の平面図。

【図１２】図１１の端部壁の上面図。

【図１３】同軸伝送ラインプローブを備えた端部壁の平
面図。

【図１４】図１３の端部壁の上部図。

【図１５】垂直平面においてループで終端する同軸伝送
ラインを備えた端部壁の平面図。

【図１６】図１５の端部壁の上面図。

【図１７】水平平面においてループで終端する同軸伝送
ラインを備えた端部壁の平面図。

【図１８】図１７の端部壁の上面図。

【図１９】各ベース面で背中合せに取付けられた、図３
または７のいずれかに示された形態の２個のフィルタ装
置の斜視図。

【図２０】ダイプレクサとして電気的に接続され、図１
９に示されたようにベース面どうしを取付けられ、アン
テナシステムの一部分が概略的に示されている２個のフ
ィルタ装置の斜視図。

【図２１】図２０に示された各放射線素子に接続された
ダイプレクサを含むフェイズドアレイアンテナ用のアン
テナフィードの概略的斜視図。

【図２２】ブリッジ結合を使用しない単一の空洞のフィ
ルタ装置に対して伝送率および反射率（反射減衰量）を
示したグラフ。

【図２３】ブリッジ結合を使用した単一の空洞のフィル
タ装置に対する伝送率および反射率（反射減衰量）を示
したグラフ。

【図２４】ブリッジ結合を使用しない２空洞フィルタ装
置に対する伝送率および反射率（反射減衰量）を示した
グラフ。

【図２５】ブリッジ結合を使用した２空洞フィルタ装置
に対する伝送率および反射率（反射減衰量）を示したグ
ラフ。

【図２６】フィルタが伝送パスバンドの一側に両方の伝
送ゼロを移動するように同調された２空洞フィルタ装置
に対する伝送特性を示したグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルイス・ダブリュ・ヘンドリック アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90254、ハーモサ・ビーチ、ロマ・ドライ ブ・ナンバー ８ 1436 (72)発明者 キース・エヌ・ロイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91770、ローズミード、エマーソン・プレ イス 7769

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空洞が第１の端部壁および第２の端部壁
   を含み、導波管の一部分が前記第１の端部壁および第２
   の端部壁の間に配置され、それらと接続されており、前
   記導波管部分が前記第１の端部壁から第２の端部壁まで
   前記空洞の縦軸に沿って延在し、軸を取囲む外壁を有し
   ている、１以上の空洞を有するマイクロ波フィルタ装置
   において、 前記外壁の一方から前記導波管部分の中央領域に向かっ
   て内側に突出するリッジと、 １以上の前記壁に設けられ、前記空洞中に電磁エネルギ
   を結合する手段とを具備していることを特徴とするマイ
   クロ波フィルタ装置。
2. 【請求項２】 前記軸に直交する平面における前記空洞
   の断面はほぼ半円形であり、前記外壁の一部分が半円形
   の直径に沿って配置された平坦な壁セグメントであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
3. 【請求項３】 第１および第２の空洞を具備しており、
   第１の空洞は第１のフィルタの一部分であり、第２の空
   洞は第２のフィルタの一部分であり、第２の空洞は第１
   の空洞に類似した構造を有し、平坦な壁セグメントと、
   前記第２の空洞の壁から前記第２の空洞の導波管部分の
   中央領域に向かって突出したリッジとを含んでおり、 前記第１のフィルタおよび第２のフィルタは相互接続さ
   れて、ダイプレクサの機能を行い、前記第２の空洞の平
   坦な壁セグメントは前記第１の空洞の平坦な壁セグメン
   トに隣接して、ほぼ円形の構造を前記ダイプレクサに与
   え、前記各空洞の低域遮断周波数が前記各空洞における
   前記リッジの存在によって減少され、それによって共通
   の周波数バンドで動作するが、リッジのない空洞を使用
   するダイプレクサの寸法に関して前記ダイプレクサの寸
   法を減少することを可能にしていることを特徴とする請
   求項２記載のフィルタ装置。
4. 【請求項４】 前記リッジは第１のリッジであり、前記
   軸に平行な平面において前記外壁から内側に突出する少
   なくとも第１の素子を有し、 さらに、前記第１の空洞の前記導波管部分内に第２のリ
   ッジを含み、前記第２のリッジが前記軸に平行な前記平
   面において前記外壁から内側に突出する少なくとも第１
   の素子を有していることを特徴とする請求項１記載のフ
   ィルタ装置。
5. 【請求項５】 前記各リッジはキャパシタ板として構成
   された第２の素子を含み、前記各リッジにおいて前記キ
   ャパシタ板が前記第１の素子の内側端部上に配置され、
   前記第１のリッジのキャパシタ板が前記第２のリッジの
   キャパシタ板に平行であることを特徴とする請求項４記
   載のフィルタ装置。
6. 【請求項６】 前記第１のリッジの前記第１の素子は、
   前記第２のリッジの前記第１の素子と同一平面にあるこ
   とを特徴とする請求項５記載のフィルタ装置。
7. 【請求項７】 前記キャパシタ板の間の領域は、電界が
   前記キャパシタ板に平行である電磁波の第１の共振モー
   ドと、電界が前記キャパシタ板に垂直である電磁波の第
   ２の共振モードとを維持していることを特徴とする請求
   項５記載のフィルタ装置。
8. 【請求項８】 前記結合手段は前記第１の端部壁に配置
   されていることを特徴とする請求項７記載のフィルタ装
   置。
9. 【請求項９】 前記結合手段は前記共振モードの一方だ
   けで動作することを特徴とする請求項８記載のフィルタ
   装置。
10. 【請求項１０】 さらに、第２の導波管部分および第３
    の端部壁を含んでおり、前記第２の導波管部分が前記第
    ２の端部壁から前記第３の端部壁まで延在して、前記第
    ２の端部壁および前記第３の端部壁と共に第２の空洞を
    形成し、前記第２の空洞が前記第１の空洞の前記第１の
    リッジおよび前記第２のリッジの構造と実質的に同じ構
    造を有する第１のリッジおよび第２のリッジを有してお
    り、さらに前記第２の端部壁に配置され、前記第１の空
    洞のモードの一方と前記第２の空洞のモードとの間で電
    磁パワーを結合する第２の結合手段を含んでいることを
    特徴とする請求項９記載のフィルタ装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の端部壁は１以上の絞りを有
    する絞りプレートであり、前記絞りが前記第１の空洞に
    電磁エネルギを結合する手段として機能することを特徴
    とする請求項１記載のフィルタ装置。
12. 【請求項１２】 さらに、第２の導波管部分および第３
    の端部壁を含んでおり、前記第２の導波管部分が前記第
    ２の端部壁から前記第３の端部壁まで延在して、前記第
    ２の端部壁および前記第３の端部壁と共に第２の空洞を
    形成し、前記第２の空洞が前記第２の導波管部分の中央
    領域に向かって前記壁の一方から内側に突出するリッジ
    を含んでおり、さらに前記第２の端部壁は前記第１の空
    洞内の共振モードと前記第２の空洞内の共振モードとの
    間で電磁パワーを結合する１以上の絞りを有する絞りプ
    レートであることを特徴とする請求項１１記載のフィル
    タ装置。
13. 【請求項１３】 放射素子のアレイと、各放射素子にそ
    れぞれ結合されたダイプレクサのアレイと、および放射
    素子の後方でダイプレクサを支持する支持構造とを含ん
    でいるフェイズドアレイアンテナ用のフィードにおい
    て、 前記各ダイプレクサは１以上の空洞をそれぞれ有する２
    個のマイクロ波フィルタ装置を含み、前記空洞が、 第１の端部壁および第２の端部壁、並びに前記第１の端
    部壁と前記第２の端部壁との間に配置され、それらと接
    続しており、前記第１の端部壁から前記第２の端部壁ま
    で前記空洞の縦軸に沿って延在し、前記軸を取囲む外壁
    を有している導波管の一部分と、 前記導波管部分の中央領域に向かって前記外壁の一方か
    ら内側に突出するリッジと、 １以上の前記壁に設けられ、前記第１の空洞に電磁エネ
    ルギを結合する手段とを含んでおり、 前記各ダイプレクサにおいて、空洞は実質的に平坦な壁
    面を含むほぼ半円形断面の円筒型の形状を有しており、 前記各ダイプレクサにおいて、前記フィルタ装置の一方
    における前記空洞は前記フィルタ装置の他方における対
    応した空洞と背中合わせに取付けられ、実質的に円形の
    円筒型の形状をダイプレクサに与え、前記各空洞におけ
    るリッジは空洞の共振周波数の周波数を減少し、結果的
    にダイプレクサの直径を対応した放射素子の直径より小
    さくしていることを特徴とするフィード。