JPS6310602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半同軸空胴共振器を多段接続した帯
域通過フイルタの構造に関する。

従来VHF帯もしくはUHF帯で用いられるフイ
ルタとしては、充分な選択特性と低損失特性とを
得る為に、半同軸空胴共振器を多段接続した帯域
通過フイルタが広く用いられている。しかし斯る
フイルタは従属接続の際に各段の半同軸空胴共振
器の共振周波数と特性インピーダンスとが互いに
影響し合い、所望の帯域通過フイルタ特性を得る
には非常に難しい調整を必要とするものであつ
た。

又、フイルタの各部分の寸法精度を高く保つ必
要があり、従つて高価なものとならざるを得なか
つた。

そこで本願の発明者は先に安価かつ調整容易な
フイルタとして特願昭53−72569（特開昭54−
163656）に開示される如く、市販の方形導波管を
輪切りにした角筒を半同軸空胴共振器フイルタの
各ステージの外導体（外筐）として用い、その角
筒の開口両端を平板でふさぎその中に内導体を配
置することで、各ステージの半同軸空胴共振器を
個別に製作し、夫々を所定の共振周波数に調整し
た後締結して一体とすることにより材料コスト、
調整工数共に低減しうることを特徴とする帯域通
過フイルタを得ることを提案している。

本発明に於いても上述の構成方式を踏襲するの
でこれについては本発明の実施例を説明する際に
詳述する。

一方近年フイルタ等使用部品を小型、軽量化す
ることにより、特に自動車無線電話、携帯無線器
等の移動無線器の小型、軽量化を達成せんとする
要求がある。これに応えるべく例えば、第１図及
び第２図（特願昭52−15204（特開昭53−99849）
の実施例）に示す如く半同軸空胴共振器の外導体
１内部の空間に適当な誘電体２を内導体３を包囲
する如く充満させ、電極４を介して前記外導体１
と電気的接触を保つよう構成し結合調整ネジ５に
よつて各共振器間の結合度を調整するという共振
器を多数段接続したフイルタが提案されている。
これによれば同一の通過帯域幅を設定した場合内
導体周囲の空間が空気の場合に比して内導体３，
３…相互の間隔を小さくし得ること及び誘電体２
の温度係数を適当に選択することで外導体１、内
導体３の熱膨張による影響を補償し共振周波数の
安定化を図ることができる旨が記載されている。

しかしながら、斯る構成を有するフイルタには
以下の如き欠点があることは明らかである。

即ち、上記構成のフイルタを温度特性の良好な
酸化チタン系セラミツクスを誘電体として用いた
場合を想定すると、その単価と使用量からみて高
価につきしかも重量の点で不利である。

更にフイルタを構成する共振器各々の周波数調
整には言及していないが、この調整は容易とは思
われない。従つて結合調整ネジ５によるフイルタ
特性の調整にもかなりの熟練を要しよう。

本発明は以上説明した如き従来の帯域通過フイ
ルタの欠点を除去する為になされたものであつ
て、適当な断面を有する筒状導体を外導体として
用い、その内部に設けられる内導体開放端と前記
外導体内壁との間の空隙に適当な誘電体基板を配
置し、該誘電体基板の電極面積を無段階に変化さ
せることのできる静電容量調整手段を設けた半同
軸空胴共振器をフイルタの構成単位として、各構
成単位毎に所定の周波数調整を行つた後一体に締
結することによつて調整容易にして組立工数、体
積及び重量共大幅に低減した安価な帯域通過フイ
ルタを提供するものである。

以下本発明を実施例によつて詳細に説明する。

第３図及び第４図は夫々本発明に係る帯域通過
フイルタの構成単位となる半同軸空胴共振器の分
解斜視図及び断面図である。

本図において振器外筐を構成する外導体１１と
して市販の方形導波管（これはJISで寸法精度を
指定されている）を所定の長さＴに輪切りにした
ものを用いている。

なお、斯る構成を有するフイルタは同一寸法Ｔ
の幅の共振器を複数段接続するのが一般的であ
る。前記外導体１１の前側壁には孔１２をあけ、
これを介してビス１３により内導体１４を前記外
導体１１の内部に固定し、その接地端とする。前
記外導体１１の後側壁と前記内導体１４の他端
（開放端）との空隙には誘電体基板１５を挿入し、
該基板１５の両面には電極１６，１７を設ける。
そしてこれら電極１６，１７を夫々内導体１４の
開放端及び外導体１１の後側壁に対し半田或は導
電性接着剤１８等で電気的に接続する。更に外導
体１１の両開口端には夫々結合窓１９，２０を設
けた遮蔽板２１，２２を当接することによつて半
同軸空胴共振器の１つの段を構成する。

尚、上記の如く構成した半同軸空胴共振器では
その共振周波数の調整は第５図及び第６図に示す
様な機構を用いて行うことができる。

即ち、前記誘電体１５の電極１７が接着されて
いる前記外導体１１の後側壁部に適当な面積の円
孔２３をあけ当該孔内に、第６図ａに示す如き半
円形パターンの電極２４を有する絶縁体で作られ
た容量調整つまみ２５を、当該半円形電極面２４
が前記誘電体基板１５の電極１７面に圧接するよ
う適当なスプリング部材２６を用いて回転自在に
嵌入する。

一方前記容量調整つまみ２５の半円形電極２４
に対面する前記誘電体基板１５の電極面１７に
は、第６図ｂに示す如く、やはり半円形に電極１
７を剥離し誘電体１５を露出せしめておく。

上述の如き調整装置によれば、前記容量調整つ
まみ２５を回転することにより前記誘電体基板の
電極１７の面積を無段階に変化させることができ
るから、静電容量、従つて共振器の共振周波数の
微調整が可能となる。

上記の如き構成を有する半同軸空胴共振器の特
徴及び効果について以下説明を加える。

誘電体基板を使用しない従来の半同軸空胴共振
器においては内導体の開放端と外導体との間の空
隙を極力小さくして両者間の静電容量を大にし共
振器の短縮率を大きくすることにより共振器の小
型化を図つていた。しかしながら半同軸空胴共振
器では電気的共振時に上記空隙に最も高い電圧が
かかる為、空隙を極端に小さくすることは共振器
の耐通過電力特性上好ましくない。又斯る空隙を
極端に小さく、しかも夫々をバラツキなく製作す
ることは困難であり、コスナ上昇の原因ともな
る。これに対して比誘電率が空気より大きい誘電
体基板によりこの空隙を埋める本発明によれば、
内導体の開放端と外導体との間の静電容量は耐通
過電力特性を損なうことなく充分大きくしうるか
ら共振器の短縮率を大きくでき従つて大巾な小型
化が可能となる。例えば本願発明者により設計さ
れたフイルタでは、ある一定の仕様を満足させた
場合、誘電体として空気の代りに酸化チタン系セ
ラミツク基板を用いて短縮率1/4以上を得ている。
即ほゞ体積を1/4に減少せしむるという効果があ
つた。しかも誘電体基板の厚さは適当な加工法、
例えばポリツシング等によつて精密に厚さをコン
トロールできるので静電容量の調整もまた高精度
に行うことが可能となり、所望の特性を有するバ
ラツキの少ない共振器を安価に入手しうる。

又、従来の半同軸空胴共振器では温度変化によ
る外導体及び内導体の寸法変化により共振周波数
が変動するおそれがあつた。

従つて高性能が要求される場合にはインバー等
の熱膨張係数の小さい高価な材料を使用する必要
があつた。これに対して誘電体基板を使用する本
発明にあつては誘電体基板として該電率の温度に
よる変化率を任意に選択できる材料、例えば酸化
チタン系セラミツク基板を使用することにより
内、外導体の熱変形による共振周波数の変動を誘
電体基板のそれで相殺、補償しうるので、内、外
導体に黄銅、アルミニウム等の安価な材料を使用
することが可能となる。

第７図に本発明の実施例の実験データを示す。
特性(A)は従来の誘電体基板を使用しない半同軸空
胴共振器の温度−共振周波数変化率（△／o）
を示したもので、特性(B)は誘電率の温度変化率−
23×10^-6／℃の特性を持つ酸化チタン系セラミツ
ク基板を空隙に挿入した場合である。本図におい
て特性(A)では外導体、内導体の材料としてアルミ
ニウム（線膨張係数：23×10^-6／℃）を使用する
為に、共振器の温度−共振周波数変化率は約６×
10^-4／０〜50℃と大きいが、特性(B)では温度−共
振周波数変化率が約１×10^-4／０〜50℃に低減し
ている。この温度特性はインバーを使用する従来
の半同軸空胴共振器の特性に匹敵するものであ
る。

ただし第３図に示す誘電体基板１５の両側に設
ける電極１６，１７は誘電体基板１５への金属の
薄膜蒸着或は厚膜印刷によるのが簡単かつ確実で
あり、専らそれらを活用するが、そのときには外
導体１１、内導体１４及び誘電体基板１５相互の
熱膨張率のアンバランスにより発生する応力の
為、前記電極１６，１７が剥離するといつた故障
が生じないよう材料を選択すべきである。

更に誘電体基板を使用することにより、本発明
では却つてフイルタの絶縁耐圧を大きくとりうる
という効果がある。例えば誘電体基板としてアル
ミナを用いるならばその絶縁耐圧は10〜16KV／
mmであり、空気絶縁耐圧3KV／mmの約５倍とな
るので通過耐電力の面からも極めて有利となる。

尚、誘電体基板としては酸化チタン系セラミツ
クやアルミナのみならず誘電損失の小さいものを
選択すればよく、共振器の“Ｑ”を高くしたい場
合にはテフロン、マイカ、ガラス等を使用しても
よい。

次に以上説明した如き構造を有する半同軸空胴
共振器を多段従属接続して成る帯域通過フイルタ
の接続法について簡単に説明する。

第８図及び第９図は夫々接続法の一実施例を示
す分解斜視図及び断面図である。

第８図において外導体１０１，１０２及び１０
３、これらの間を遮蔽する共通の遮蔽板１２１及
び１２２は夫々第３図に示す１９，２０と同形状
の結合窓を有し、外導体１０１及び１０３の入力
側及び出力側開口部を遮蔽する遮蔽板１２３及び
１２４には夫々入力端子及び出力端子接栓取付孔
１３１及び１３２を設けこれらを図示の如く配列
する。

更に前記両遮蔽板１２３及び１２４の外方に
夫々入力端子及び出力端子の接栓１４１及び１４
２の逃げ孔１５１及び１５２を設けた締付板１６
１及び１６２を配置して一体とした上で上下一組
の組立枠体１７１及び１７２内に収納する。

該組立枠体１７１及び１７２は夫々図示の如く
底の浅い蓋及び盆の形状に製作し、夫々の入力端
子側の縁部には前記締付板１６１及び１６２に立
てられた位置合せ用ピン１８１及び１８２と係合
する孔１９１及び１９２を設ける。

又、夫々の出力端子側の縁部には該縁部に装着
してフイルタ組立体を一体に締結するフイルタ組
立体締結板２１０の四隅に設けた孔２１１，２１
２及び２１３，２１４と係合する締付ボルト２０
１，２０２及び２０３，２０４を設け、上記の全
部品を組み上げた後、ナツト２２１，２２２及び
２２３，２２４により前記ボルトを夫々前記フイ
ルタ組立体締付板２１０を介して締付け、第９図
にその断面を示す如きフイルタ組立体を形成す
る。

本実施例では共振器３個を接続したものを示し
たが、必要に応じて任意の個数を接続しうること
は明らかであり、そのような場合にも前記組立枠
体１７１及び１７２の長さのみを変更すればよ
い。又外導体の断面形状も方形のみに限定する必
要はなく、円筒形をはじめ異形のものを用いても
よい。

尚、全体を組み上げる前に各ステージ毎に共振
周波数の調整を行うが、その場合には入力及び出
力接栓を有する遮蔽板を治具として外導体１０
１，１０２及び１０３の夫々に取り付け、個別に
前述の容量調整つまみ２５を回転しつつ微調整を
行えばよい。

本発明は以上説明した如く構成するので以下に
列記する特徴及び効果を有する。

(1) 内導体開放端と外導体間の空隙に空気より比
誘電率の高い誘電体を配置することにより共振
器の短縮率を大きくすることが可能となるから
フイルタ全体の小型化、軽量化に著しい効果が
ある。既述のように一定の仕様を満足する場
合、酸化チタン系セラミツクを用いてフイルタ
を設計した結果、従来のフイルタに比べ体積で
約1/4の小型化を実現している。

(2) 前記誘電体の材質を適当に選択することによ
り共振器の熱変形による共振周波数の変動を補
償することが可能となる。又、このことは比較
的熱膨張係数の大きい安価な材料で共振器を構
成しうることを意味し、コスト低減の効果が大
きい。

(3) 絶縁耐圧の大きな誘電体を選択することが可
能となるので大電力を使用するフイルタの場合
には通過耐電力の面から極めて有利となる効果
がある。

(4) 誘電体基板はその厚さを精密にコントロール
することが容易なので静電容量の精密なコント
ロールも又可能となり、所望のフイルタ特性を
得易くなる。

(5) フイルタの構成単位となる共振器を個別に周
波数調整した後一体に組み上げる方式をとる
為、組立後の周波数調整が簡単となり、組立工
数の低減、ひいては価格低減に著しい効果があ
る。

本発明は以上述べた如き効果があるので、特に
小型、軽量にして高い安定性の要求される自動車
用無線電話器等に用いる帯域通過フイルタに適
し、大なる工業的価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は半同軸空胴共振器フイルタ
に誘電体を用いた従来技術の一例を示す断面図、
第３図は本発明のフイルタの構成単位となる半同
軸空胴共振器の分解斜視図、第４図はその組立断
面図、第５図、第６図ａ及びｂは本発明の半同軸
空胴共振器に設ける静電容量調整手段の一実施例
を説明する図、第７図及び第８図は夫々本発明の
半同軸空胴共振器フイルタの組立て手順の一実施
例を示す分解斜視図、第９図はその組立断面図で
ある。 １，１１，１０１，１０２及び１０３は外導
体、３，１４は内導体、２，１５は誘電体又は誘
電体基板、２５は静電容量調整手段のつまみ、２
１，２２，１２１，１２２，１２３及び１２４は
遮蔽板、１９，２０は結合窓を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外導体を所定の長さの筒状導体にて形成し、
   該外導体内部に設けられた内導体の開放端と前記
   外導体内壁との間の空隙に静電容量を調整する手
   段を具備した半同軸空胴共振器を構成単位とし、
   該構成単位の所定個数を結合窓を設けた遮蔽板を
   介して一体に縦続接続した半同軸空胴共振器フイ
   ルタに於て、前記外導体内壁と内導体開放端との
   空隙に２枚の電極にて挾持した比誘電率が１より
   も大きい誘電体基板を挿入し、且つ前記外導体内
   壁に対峙する前記電極の一部に所要の面積の欠損
   部を設けると共に該電極が対峙する前記外導体壁
   面に所要寸法の孔をあけ、該孔には半円形又は所
   要角をもつた扇形電極を付した誘電体円盤をその
   扇形電極が前記欠損部を持つた電極面に圧接する
   如く適当なスプリング材を用いて賦勢し、且つ回
   転自在に嵌入することによつて該誘電体円盤を回
   転せしめ、これに付した前記電極と該電極に当接
   する前記電極の欠損部分との接触面積を任意に増
   減可能とした静電容量調整機構を備えたことを特
   徴とする半導体空胴共振器フイルタ。 ２ 内導体開放端と外導体内壁との間の空隙に配
   置する前記誘電体基板を酸化チタン系セラミツク
   ス基板としたことを特徴とする特許請求の範囲１
   記載の半同軸空胴共振器フイルタ。 ３ 内導体開放端と外導体内壁との間の空隙に配
   置する前記誘電体基板をアルミナ基板としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲１記載の半同軸空胴
   共振器フイルタ。 ４ 内導体開放端と外導体内壁との間の空隙に配
   置する前記誘電体基板を高分子化合物樹脂基板と
   したことを特徴とする特許請求の範囲１記載の半
   同軸空胴共振器フイルタ。 ５ 誘電体基板を挾む空間の静電容量調整手段
   が、該誘電体基板に密着した電極面積の無段階変
   化によることを特徴とする特許請求の範囲１記載
   の半同軸空胴共振器フイルタ。