特開 2024-122608 共振器フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122608

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】共振器フィルタ

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/208 20060101AFI20240902BHJP

   H01P 7/06 20060101ALI20240902BHJP

   H01P 7/00 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01P1/208

H01P7/06

H01P7/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030250

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000100746

【氏名又は名称】アイコム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼岡 俊男

【テーマコード（参考）】

5J006

【Ｆターム（参考）】

5J006HC01

5J006HD01

5J006JA01

5J006LA02

5J006LA11

5J006LA22

5J006MA01

5J006MB02

5J006ND05

5J006PA01

(57)【要約】

【課題】実用上好ましいＱ値、共振周波数および大きさを有する共振器フィルタを提供する。
【解決手段】共振器フィルタ（１００）は、円筒状の空洞共振器（３４）と、空洞共振器（３４）と同じ中心軸（Ａ）を有して当該中心軸（Ａ）の方向に空洞共振器（３４）と一列に並ぶとともに、空洞共振器（３４）と電気的に直列に接続されるヘリカル共振器（３５）と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の空洞共振器と、
前記空洞共振器と同じ中心軸を有して当該中心軸方向に前記空洞共振器と一列に並ぶとともに、前記空洞共振器と電気的に直列に接続されるヘリカル共振器と、を備える、共振器フィルタ。

【請求項2】

円筒状の空洞共振器、および、前記空洞共振器と同じ中心軸を有して当該中心軸方向に前記空洞共振器と直列に並ぶとともに、前記空洞共振器と電気的に直列に接続されるヘリカル共振器を有し、前記中心軸が平行になるように間隔をおいて配置される一対の複合共振器と、
前記一対の複合共振器の間に配置され、前記一対の複合共振器を結合させる結合孔を有する板部材と、を備え、
前記結合孔は、前記一対の複合共振器の長手方向に伸びるように形成されたスリットである、共振器フィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共振器フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信を行う機器では、信号の通過帯域を制限するためにフィルタが設けられている。例えば、特許文献１および２には、このようなフィルタとして空洞共振器を用いたフィルタが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６３－９７９０２号公報

【特許文献2】特開平７－１３１２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空洞共振器は、Ｑ値が高いため、フィルタ特性を向上させるには好適である。しかしながら、一般に、空洞共振器は、周波数が高く、かつ大型であるので、フィルタを搭載する機器の仕様の制約上、空洞共振器をフィルタとして採用することが難しい場合がある。

【0005】

本発明の一態様は、実用上好ましいＱ値、共振周波数および大きさを有する共振器フィルタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る共振器フィルタは、円筒状の空洞共振器と、前記空洞共振器と同じ中心軸を有して当該中心軸の方向に前記空洞共振器と一列に並ぶとともに、前記空洞共振器と電気的に直列に接続されるヘリカル共振器と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、実用上好ましいＱ値、共振周波数および大きさを有する共振器フィルタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る共振器フィルタの構成を示す斜視図である。

【図2】上記共振器フィルタの一部が開放された状態の構成を示す斜視図である。

【図3】上記共振器フィルタの一部を断面で示す斜視図である。

【図4】比較例の共振器フィルタのシミュレーションによる周波数特性を示すグラフである。

【図5】実施形態に係る共振器フィルタのシミュレーションによる周波数特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係る共振器フィルタ１００の構成を示す斜視図である。図２は、共振器フィルタ１００の一部が開放された状態の構成を示す斜視図である。図３は、共振器フィルタ１００の一部を断面で示す斜視図である。

【0011】

〈共振器フィルタの構成〉
図１～図３に示すように、共振器フィルタ１００は、フレーム１と、アクチュエータ２と、フィルタ部３と、周波数調整ユニット４とを備えている。フレーム１は、アクチュエータ２およびフィルタ部３一体に保持する構造体である。周波数調整ユニット４は、フィルタ部３の通過帯域における中心周波数を調整するための構造を有する。アクチュエータ２は、周波数調整ユニット４を駆動する装置である。

【0012】

フレーム１は、ベース１１と、支持板１２，１３と、連結棒１４とを有している。

【0013】

ベース１１は、アクチュエータ２を載置するための板状の部材である。

【0014】

支持板１２，１３は、長方形を成す板状の部材であり、それぞれ横長の孔１２ａ，１３ａを有している。支持板１２，１３は、ベース１１における、アクチュエータ２が周波数調整ユニット４を駆動する方向（図２に示す複合共振器３３の中心軸Ａの方向）と直交する方向の側縁に、それぞれの下端部で固定されている。支持板１３は、ベース１１における、周波数調整ユニット４が配置される側の側縁にベース１１から立ち上がるように配置されている。支持板１２は、ベース１１における、支持板１３が配置される側縁と平行な側縁にベース１１から立ち上がるように配置されている。

【0015】

連結棒１４は、一対設けられており、支持板１２，１３の上端部の間を連結する部材である。連結棒１４は、一定の間隔をおいて平行に配置されている。

【0016】

続いて、フィルタ部３について詳細に説明する。フィルタ部３は、筐体３１と、支持部材３２と、複合共振器３３と、ボルト３７と、ナット３８と、結合板３９（板部材）とを有している。

【0017】

筐体３１は、底部３１ａと、固定側壁３１ｂと、対向側壁３１ｃと、側部側壁３１ｄと、上部３１ｅとを有している。

【0018】

底部３１ａは、方形を成している。固定側壁３１ｂは、底部３１ａの１つの側縁に固定されている側壁であり、支持板１３にネジ止めによって固定されている。固定側壁３１ｂは、支持板１３の孔１３ａに通じる貫通孔３０を有している。貫通孔３０は、後述する周波数調整体４３の直径よりも大きい直径を有する円形を成している。

【0019】

対向側壁３１ｃは、底部３１ａの他の１つの側縁に固定されている側壁であり、固定側壁３１ｂと対向する位置に配置されている。側部側壁３１ｄは、一対設けられており、底部３１ａのさらに他の２つの側縁に固定されている側壁である。

【0020】

上部３１ｅは、底部３１ａとほぼ同じ大きさの方形を成している。上部３１ｅは、固定側壁３１ｂ、対向側壁３１ｃおよび側部側壁３１ｄの上端面に着脱可能に固定されることにより、底部３１ａ、固定側壁３１ｂ、対向側壁３１ｃおよび側部側壁３１ｄにより形成される空間を封止する蓋として機能する。

【0021】

支持部材３２は、樹脂によって形成された環状の部材であり、一対設けられている。支持部材３２は、固定側壁３１ｂの内壁面に配置されており、支持部材３２の内側の開口部分が固定側壁３１ｂの貫通孔３０と通じる位置に固定されている。

【0022】

複合共振器３３は、空洞共振器３４と、ヘリカル共振器３５と、保持部材３６とを有している。

【0023】

空洞共振器３４は、円筒状に形成されている共振器であり、図２に示すように中心軸Ａを有している。空洞共振器３４は、金属によって形成されている。空洞共振器３４の一端は、支持部材３２の内壁面に嵌め込まれた状態で固定されることにより、支持部材３２に支持されている。

【0024】

ヘリカル共振器３５は、螺旋状に形成されたコイルによって形成されている共振器である。ヘリカル共振器３５は、高いＱ値を有するように、コイルの巻かれる間隔が広く、かつ太いコイルを有することが好ましい。

【0025】

図２に示すように、ヘリカル共振器３５は、空洞共振器３４と同じ中心軸Ａを有して中心軸Ａの方向に空洞共振器３４と一列に並ぶように配置されている。ヘリカル共振器３５は、空洞共振器３４と電気的に直列に接続されるように、コイルの一端部が空洞共振器３４の他端に接続されている。ヘリカル共振器３５は、空洞共振器３４と同程度の長さを有している。

【0026】

保持部材３６は、円筒状に形成された樹脂製の部材である。保持部材３６の一端部は、空洞共振器３４の他端に嵌め入れられて、空洞共振器３４に固定されている。保持部材３６の他端は、ボルト３７およびナット３８によって筐体３１の対向側壁３１ｃに固定されている。

【0027】

ヘリカル共振器３５は、保持部材３６の外面壁に沿ってコイルが巻かれることにより、形状が保持されている。ヘリカル共振器３５の対向側壁３１ｃ側の端部は、ボルト３７を介してグランドに接続されている。

【0028】

図２に示すように、上記のように構成される複合共振器３３は、一対設けられており、それぞれの中心軸Ａが平行になるように間隔をおいて配置されている。また、一対の複合共振器３３において磁気的に結合するように、ヘリカル共振器３５のコイルが互いに逆方向に巻かれている。

【0029】

結合板３９は、一対の複合共振器３３の間に配置されている部材であり、側部側壁３１ｄとほぼ同じ大きさに形成されている。結合板３９は、筐体３１内の空間を、一対の複合共振器３３のそれぞれが配置される空間に区画するように、中心軸Ａの方向に配置されている。

【0030】

結合板３９は、結合孔３９ａを有している。結合孔３９ａは、結合板３９の両面間を貫通するように形成されている。結合孔３９ａは、一対の複合共振器３３のそれぞれが配置される空間を連通させることにより、一対の複合共振器３３を磁気的に結合させる。

【0031】

結合孔３９ａは、一対の複合共振器３３のそれぞれの中心軸Ａの間に、複合共振器３３の長手方向、より詳しくは中心軸Ａの方向に伸びるように細長く形成されたスリットである。結合孔３９ａは、結合板３９の対向側壁３１ｃ側の端の付近から、空洞共振器３４における中心軸Ａ方向のほぼ中央の側方の位置まで形成されている。結合孔３９ａは、１ｍｍの幅と、７５ｍｍの長さとを有している。結合孔３９ａの形状は、細長い長方形である。

【0032】

続いて、周波数調整ユニット４について説明する。周波数調整ユニット４は、被駆動部４１と、移動板４２と、周波数調整体４３とを有している。

【0033】

被駆動部４１は、アクチュエータ２に駆動される部材である。被駆動部４１は、アクチュエータ２の後述する駆動軸２３と結合されており、駆動軸２３と一体に中心軸Ａの方向に移動する。移動板４２は、被駆動部４１が固定されることにより、被駆動部４１と一体に移動する。

【0034】

周波数調整体４３は、一対設けられている円柱状の部材であり、移動板４２における支持板１３側の面に固定されている。周波数調整体４３は、その中心軸が中心軸Ａと一致するように配置されている。周波数調整体４３は、支持板１３の孔１３ａおよび固定側壁３１ｂの貫通孔３０を通じて空洞共振器３４および保持部材３６の内部に挿入されるように配置されている。周波数調整体４３の移動板４２に固定される端部は、グランドに接続されている。

【0035】

周波数調整体４３は、所定の範囲で共振器フィルタ１００の中心周波数を調整することができるように、空洞共振器３４の内部に挿入される部分の長さを有している。周波数調整体４３は、周波数調整体４３の外周面と空洞共振器３４の内周面との間に一定の間隔（例えば１ｍｍ～２ｍｍ）が形成される直径を有することが好ましい。当該間隔が広すぎると、空洞共振器３４と周波数調整体４３との間に形成される容量の値が小さくなるので好ましくない。

【0036】

続いて、アクチュエータ２について説明する。アクチュエータ２は、本体部２１を有している。図３に示すように、本体部２１は、駆動機構２２、駆動軸２３などを内蔵している。

【0037】

駆動機構２２は、駆動軸２３を中心軸Ａの方向（図３の矢印の方向）に移動させる直動機構である。駆動機構２２は、例えば、ステッピングモータによって駆動されるボールねじのような機構であるが、その他の機構であってもよい。駆動軸２３は、周波数調整体４３が所定の範囲で空洞共振器３４の内部を進退するように移動する。

【0038】

なお、駆動機構２２は、本来、一対の周波数調整体４３の間を通る、中心軸Ａと平行な直線上に配置されているが、図３においては、便宜上、一方の周波数調整体４３の側に位置するように描かれている。

【0039】

アクチュエータ２の駆動軸２３が中心軸Ａと平行な方向に移動することにより、周波数調整体４３が駆動軸２３と同じ方向に移動する。これにより、空洞共振器３４の内部に挿入される周波数調整体４３の長さが変化する。すると、周波数調整体４３の外周面と空洞共振器３４の内周面との間でストレーが生じる。この結果、フィルタ部３の中心周波数が変化する。このように、周波数調整体４３を移動させることにより、フィルタ部３の中心周波数を調整することができる。

【0040】

〈共振器フィルタによる効果〉
上記のように構成される共振器フィルタ１００は、複合共振器３３を備えている。複合共振器３３は、空洞共振器３４およびヘリカル共振器３５が中心軸Ａの方向に一列に並ぶように接続され、ヘリカル共振器３５が空洞共振器３４と電気的に直列に接続されている。

【0041】

一般に、空洞共振器のＱ値は２０００～３０００というように高いが、ヘリカル共振器のＱ値は５００～６００というように低い。したがって、ヘリカル共振器のみでフィルタを構成しようとすると、フィルタの仕様によってはＱ値が不足する。また、空洞共振器の共振周波数は、ヘリカル共振器の共振周波数よりも高い。したがって、空洞共振器のみでフィルタを構成しようとすると、フィルタの仕様によっては共振周波数が高すぎることがある。また、同じ共振周波数を得ることができる空洞共振器およびヘリカル共振器のサイズを比較すると、空洞共振器の方が大きい。

【0042】

これに対し、複合共振器３３は、空洞共振器３４とヘリカル共振器３５とを組み合わせることにより、実用上問題ないＱ値を維持しながら、共振器フィルタ１００を構成することができる。また、ヘリカル共振器３５の共振周波数は空洞共振器３４の共振周波数と比べて低いので、複合共振器３３の共振周波数を、仕様に合せて、空洞共振器３４の共振周波数よりも低下させることができる。しかも、複合共振器３３によって構成されるフィルタは、空洞共振器のみで構成されるフィルタよりも、空洞共振器３４が占める割合が少ないので、小さくなる。

【0043】

また、共振器フィルタ１００は、フィルタ部３が結合板３９を有している。結合板３９は、一対の複合共振器３３の間に配置され、一対の複合共振器３３を結合させる結合孔を有している。結合孔３９ａは、一対の複合共振器３３の長手方向に伸びるように形成されたスリットである。

【0044】

フィルタ部３において結合孔３９ａがスリットであることにより、後述するように、より挿入損失および減衰量を改善することができる。

【0045】

〈共振器フィルタの特性〉
比較例の共振器フィルタおよび共振器フィルタ１００のシミュレーションによる周波数特性について説明する。図４は、比較例の共振器フィルタのシミュレーションによる周波数特性を示すグラフである。図５は、実施形態に係る共振器フィルタ１００のシミュレーションによる周波数特性を示すグラフである。

【0046】

比較例に係る共振器フィルタは、共振器フィルタ１００のフィルタ部３と同じく結合板３９を有しているが、結合板３９が結合孔３９ａに代えて楕円形状の結合孔を有している。

【0047】

図４に示すように、比較例の共振器フィルタによるシミュレーションの結果では、中心周波数１６３．３ＭＨｚの中心周波数に対し、５ＭＨｚ低い１５８．３ＭＨｚにおける減衰量が－２６．６ｄＢとなり、５ＭＨｚ高い１６８．３ＭＨｚにおける減衰量が－２４．１ｄＢとなった。

【0048】

これに対し、図５に示すように、本実施形態の共振器フィルタ１００によるシミュレーションの結果では、中心周波数１６４．３ＭＨｚの中心周波数に対し、５ＭＨｚ低い１５９．３ＭＨｚにおける減衰量が－２８．７ｄＢとなり、５ＭＨｚ高い１６９．３ＭＨｚにおける減衰量が－２６．３ｄＢとなった。共振器フィルタ１００は、比較例の共振フィルタと比べて、減衰量が約２ｄＢ多くなり、改善していることがわかる。これは、一対の複合共振器３３間での結合孔３９ａを介した結合量を十分に大きくすることができることによる。一般に、減衰量の調整は、０．１ｄＢ単位というような微小な単位で行われるため、２ｄＢという減衰量の改善は困難である。また、図５に曲線Ｌにて示すように、挿入損失についても、－２０ｄＢ程度という良好な値が得られた。

【0049】

このように、共振器フィルタ１００によれば、大幅な周波数特性の改善を図ることができる。それゆえ、共振器フィルタ１００をＶＨＦ帯のバンドパスフィルタとして好適に利用することができる。

【0050】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

３３ 複合共振器
３４ 空洞共振器
３５ ヘリカル共振器
３９ 結合板（板部材）
３９ａ 結合孔
１００ 共振器フィルタ
Ａ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】