JPS5952841B2 - 誘電体線路形フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、殊にＶＨＦ帯から比較的低周波のマイクロ波
帯に使用して好適する誘電体線路形フィルタの改良に関
する。

従来、公知の比較的低周波のマイクロ波帯用フィルタの
代表的な例としては、インターディジタル形やコムライ
ン形同軸共振器、半同軸共振器、矩形ＴＥ１ｏ１および
円形ＴＭＯＩＯ共振器等が挙げられる。

しかし乍ら、これらのフィルタは、いずれも、比較的大
きな形状、寸法を有するという欠点があった。

そこで、特に小型化を目的として高周波フィルタとして
は、内、外導体間に誘電体を装荷したものが賞月されて
いる。

第１図は、かかる従来の１７４波長磁界結合形フィルタ
の一例を示す概略的縦断面図で、図中１は内導体、２は
誘電体、３は誘電体２を取り囲むように設けられた外導
体で、各隣接共振器間の結合は、外導体３に設けられた
結合孔４からの漏洩磁界によって行われる構造となって
いる。

しかし乍ら、かかる構造のフィルタは、周知の通り機構
的にその製作がかなり困難で、高価となる欠点があった
。

本発明は上述したような実情に基いてなされたもので、
共振器相互間において外導体の不用な誘電体線路形共振
器を用いてフィルタを構成し、かつ必要な当該誘電体線
路形共振器間の電気的結合の調整を達成し得るようにし
、以って可及的小型、軽量、安価で調整容易な電気的特
性のすぐれた誘電体線路形フィルタを提供することを目
的とする。

以下、第２図乃至第８図を参照しながら、本発明に係る
誘電体線路形フィルタの実施例を詳細に説明する。

先ず、誘電体が設けられていない場合の隣接共振器間の
結合について考察するために、第２図に示すように、中
空導体板からなる外導体３の線路長方向所定間隔置きに
内導体１を設置した構造の共振器を考える。

このように、誘電体が設けられていない場合の隣接共振
器間の結合は、極めて弱いことは、実験上からも容易に
確認される。

その要因としては、隣接共振器間の結合には、第２図す
に示すような電界Ｅ（実線矢示）による結合と、第２図
ａに示すような磁界Ｈ（点線矢示）による結合とが存在
し、これら電界結合と磁界結合とが互に打ち消し合うよ
うに作用するためであると考えられる。

就中、隣接共振器間の電界結合による結合量をＣｏとし
、磁界結合による結合量をＣｅとすると、当該隣接共振
器間の結合量Ｋｉｊは、次式によって表わされる。

Ｋｉｊ＝ ｌ Ｃｅ−Ｃｏ、ｌ −（１）
次に、誘電体が設けられている場合の１７４波長誘電体
線路形共振器における電磁界について第３図を用いて考
察すると、中空導体板３ａから一端を短絡し他端を開放
すると共にその外周を誘電体２で覆うようにして突設さ
れた内導体１の開放端付近の領域■においては半径方向
の強い電界Ｅが存在し、且つ短絡端側導体板３ａ付近の
領域ＩＩにおいては円周方向の強い磁界が存在する。

尚、第３図中の領域ＩＩＩは、上記開放端側導体板３ａ
付近の電磁界を示し、この部分の電磁界は上述した領域
ＩおよびＩＩ部分に比してかなり弱いことを示している
。

従って、この第３図からも明らかなように、かかる構造
の誘電体線路形共振器における隣接共振器間の結合は、
領域Ｉ付近においては電界結合が主となり、且つ領域Ｉ
Ｉ付近においては磁界結合が主となるものと推察される
。

第４図ａ、 ｌ）および第５図ａ、 ｌ）は、上述
したような原理を有効に利用して構成された誘電体線路
形フィルタの概略的構成図である。

第４図ａは一つの例の上面図であり、第４図すは第４図
ａのＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。

また、第５図ａは他の例の上面図であり、第５図すは第
５図ａのＡ−Ａ′線に沿った縦断面図である。

ここで、上記（１）式より隣接共振器間の結合量Ｋｉｊ
を増加させるためには、磁界結合量Ｃｅを一定としたと
き、電界結合量Ｃｏを減少させるようにすればよいこと
が分る。

そこで、このような目的で、第４図の場合には、中空導
体板からなる外導体３の線路長方向所定間隔置きに、第
３図の如く所定長の内導体１と該内導体１の外周を覆う
ようにして設けられた電磁界エネルギを閉じ込めるに足
る充分な厚さと誘電率を有する誘電体２からなる複数個
（図では２個）の共振器を空間をへだてて併設し、さら
にこれらの各共振器間の内導体１開放端付近に、図示の
ように導体線４ｂを設けるように構成している。

すなわち、電界結合量Ｃｏは、内導体１の開放端付近に
存在する電界によって決定されるが、第４図のように共
振器の間に空間を設けると、この空間の存在により前記
電界結合量Ｃｏが減少する。

一方、磁界結合量０は、内導体１の短絡端付近に存在す
る磁界によって決定されるが、この磁界結合量Ｃｅは前
記共振器間の空間に無関係で一定である。

このように、共振器を空間をへだてて併設すると、磁界
結合量Ｃｅは不変、電界結合量Ｃｏは減少し、結局、式
（１）から、共振器間の結合量Ｋｉｊが増大する。

結合量Ｋｉｊは実験例では２．５×１０−２となった。

その時、誘電体２の比誘電率ξｒは２０、内導体１の径
２ａ＝ ４ ｍｍ、誘電体２の直径２ｂ ＝ １５ｍｍ
、内導体間距離は１６．５ｍｍであった。

また、内導体間距離が１８．５ｍｍの時は、結合量Ｋｉ
ｊは１．５×１０−２であった。

さらに、第４図では、前述のように、共振器間の内導体
１開放端付近に導体線４ｂを設けている。

この導体線４ｂを設けると、内導体１の開放端付近での
結合に寄与する電界をさらに減少させて（調整して）、
電界結合量ＣＯをさらに減少させる（調整する）ことが
できる。

すなわち、共振器間の結合量Ｋｉｊをさらに増大させる
（調整する）ことができるのである。

他方、隣接共振器間の磁界結合量Ｃｅを減少させるため
には、第５図に示すように、当該隣接共振器間に、上記
第４図の導体線４ｂに替えて導体線ループ４Ｃを介在さ
せるように構成すればよい。

このように構成すれば、導体線ループ４Ｃによって当該
隣接共振器間の磁界結合量Ｃｅを減少させることができ
、この結果、上記第（１）式の結合量Ｋｉｊを減少させ
る（調整する）ことができる。

第６図は、第４図のように隣接共振器間に導体線４ｂを
設置した場合の当該隣接共振器間の結合量の実測値を示
す特性曲線図で、曲線１０ａは導体線４ｂを１本設けた
場合を、曲線１０ｂは２本設けた場合を、そして曲線１
０Ｃは４本設けた場合を夫々表している。

この時の誘電体２の比誘電率は２０、内導体１の径２ａ
＝４ｍｍ、誘電体２の直径２ｂ＝１５ｍｍ、内導体間距
離は１８．５ｍｍであった。

この第６図からも明らかなように、隣接共振器間の各内
導体１開放端付近に導体線４ｂを設置した場合、当該隣
接共振器間の結合量は導体線４ｂが設けられていない場
合に比して著しく増大し、且つ導体線の本数を増すにつ
れてその結合量は増加する。

そして、内導体１開放端付近から導体線４ｂを離隔する
につれて、当該隣接共振器間の結合量が減少することが
確認された。

これらの実測結果は、上述した理論的考察とよく一致し
ている。

第７図ａおよびｂは、上述したような理論的考察に基い
て構成された本発明の一実施例に係る２セクション誘電
体線路形フィルタの概略的上面図および側断面図である
。

即ち、各セクションを構成する共振器は、側断面路コ字
形を有する地導体を兼ねた金属ケース１３の開口面と対
向して線路長方向に延出している底面から所定長しく通
常線路内波長を＾８とすると、Ｌ ＝ １／４λｇ）を
有するようにして一体的に垂設された棒状中心導体１１
と、この中心導体１１の外周を覆うようにして装荷され
金属ケース１３に固定される筒状誘電体１２とから成る
。

ここで、筒状誘電体１２は、電磁界エネルギを閉じ込め
るに足る充分な厚さと誘電率を有する。

また、対向する筒状誘電体１２間（共振器相互間）には
空隙を有する。

そして、両共振器間の電界結合を一層減少させるために
、当該各共振器の中心導体１１と直交方向で上記金属ケ
ース１３の底面と平行になるようにして１乃至数本（図
では３本の場合を示す）の導体線１５（両端は金属ケー
ス１３に接続される）を各共振器の中心導体１１の開放
条件にある突出端付近に設置すると共に、これらの各中
心導体１１を夫々挿通するようにして螺出、入自在の周
波数調整ねじ１８を設ける。

また、この誘電体線路形フィルタの人、出力側に位置し
ている金属ケース１３の両側面部には夫々人、出力同軸
コネクタ１６を接合し、これら入出力同軸コネクタ１６
を挿通して人、出力結合用ループ１９を金属ケース１３
内に導入させると共に、金属ケース１３の上記開口面を
シールド用金属板１７で気密に封口する。

尚、上記導体線１５に替えて、各共振器の中心導体１１
と直交方向で金属ケース１３の底面と略垂直（中心導体
１１を基準に考えれば、中心導体１１と板面が平行）に
なるようにした導体板を用いても、上記実施例と同様に
して実施し得、且つ同等の効果が得られることが本発明
者等の実、験結果によって確認されている。

第８図は本発明に係る誘電体線路形フィルタの他の実施
例を示す概略的構成図で、同ａ図はその上面図、同す図
は同ａ図のＡ−Ａ’線に沿って縦断面図である。

この実施例においては、第７図の実施例における導体線
１５に替えて、隣接する共振器間に配置され且つ金属ケ
ース１３の側壁および底面に接続する如く設けられた導
体線ループ１５ａを用いるように構成されている点で第
７図の実施例と異なるのみで、他は全く同一構成を有す
るため、第７図と同部分には同符号を付してその詳細な
説明は割愛する。

このような導体線ループ１５ａを用いて構成された誘電
体線路形フィルタは、両共振器間の結合制御が、主とし
て第７図の実施例における電界結合に替って磁界結合に
なることのみ第７図の実施例と異なる。

他は、第７図の実施例と同様であり、勿論、第７図の実
施例と同等の効果が得られる。

以上、詳述したように、本発明によれば、複数の誘電体
線路形共振器を金属ケースの同一底面上に配置すること
によって、電界と磁界の両方を同時に結合させ、その差
をもって共振器間の結合を得ていることから、共振器間
の空隙によって結合量が増大するとともに、棒状中心導
体間の距離に対する素子感度は小さくなり、その結果、
棒状中心導体間の距離公差を緩やかにできる。

また、共振器を同一底面上に構成することにより製造し
易くなる。

さらに、本発明のフィルタに用いる共振器の場合、従来
の共振器におけるような各共振器のまわりを取り囲む外
導体が不要となり外部遮蔽のための簡便な金属ケースの
みでよく、価格を大巾に低減すると共に重量を軽減でき
、さらに共振器の無負荷Ｑを増加し帯域フィルタの寸法
を大幅に小形化し得る。

また、この発明によれば、誘電体線路形フィルタの電気
的結合の調整を導体線などによって行うようにしたので
、電気的特性のすぐれた誘電体線路形フィルタを得るこ
とができる。

そして、この発明の誘電体線路形フィルタは、殊にＶＨ
Ｆ帯から比較的低周波のマイクロ帯用フィルタとして著
大な実用的効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の１７４波長磁界結合フィルタの概略的断
面図、第２図乃至第５図は誘電体線路形共振器における
隣接共振器間の電気的結合法を説明するために示した概
略断面図で、第２図ａ、 ｌ）は内、外導体のみで誘
電体が設けられていない場合を、第３図は誘電体が設け
られた場合を、そして第４図ａ、 ｌ）および第５図
ａ、 ｌ）は隣接共振器間に更に導体線および導体線
ループを設けた場合を夫々示し、第６図は第４図のよう
に隣接共振器間に導体線を設置した場合の導体線の位置
および本数と当該共振器間の結合量の関係を示す特性曲
線図、第７図ａおよびｂは本発明の一実施例に係る２セ
クション誘導体線路形フィルタの上面図および側断面図
、第８図ａは本発明の他の実施例に係る２セクション誘
電体線路形フィルタの上面図で、同す図は同ａ図のＡ−
Ａ’線に沿った断面図である。 １１・・・・・・棒状中心導体、１２・・・・・・筒状
誘電体、１３・・・・・・金属ケース、１５・・・・・
・導体線、１５ａ・・・・・・導体線ループ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属ケースと、当該金属ケースの同一底面上にその
   一端が短絡され他端が開放状態として併設された複数の
   棒状中心導体および当該各棒状中心導体をそれぞれ囲繞
   する如く設けられ且つ電磁界エネルギを閉じ込めるに足
   る充分な厚さと誘電率を有する誘電体とからなり、対向
   する誘電体間に隙間を有する複数の誘電体線路形共振器
   とを具備してなる誘電体線路形フィルタ。 ２ 金属ケースと、当該金属ケースの同一底面上にその
   一端が短絡され他端が開放状態として併設された複数の
   棒状中心導体および鵠該各棒状中心導体をそれぞれ囲繞
   する如く設けられ且つ電磁界エネルギを閉じ込めるに足
   る充分な厚さと誘電率を有する誘電体とからなり、対向
   する誘電体間に隙間を有する複数の誘電体線路形共振器
   と、隣接する前記誘電体線路形共振器の間に前記金属ケ
   ースに接続して設けられ、電界結合と磁界結合のいずれ
   かを減少させる結合調整手段とを具備してなる誘電体線
   路フィルタ。