特開 2024-156387 可変バンドパスフィルタ

(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】P2024156387

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】可変バンドパスフィルタ

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/205 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01P1/205 B

H01P1/205 D

H01P1/205 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070803

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】横野 聡

(72)【発明者】

【氏名】羽生田 雅也

(72)【発明者】

【氏名】山下 和郎

【テーマコード（参考）】

5J006

【Ｆターム（参考）】

5J006HA02

5J006HA15

5J006JA01

5J006LA05

5J006LA12

5J006LA25

5J006MA01

5J006NB01

5J006NE02

5J006NE13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】中心周波数の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることができる空洞共振器を用いた可変バンドパスフィルタを提供する。
【解決手段】。可変バンドパスフィルタＦにおいて、空洞共振器Ｒ１～Ｒ５を備える複同調器では、固定長さを有する共振棒Ｂ１、Ｂ２又は共振コイルと、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサＣ１、Ｃ２と、が並列接続される空洞共振器Ｒ１、Ｒ２が、導体壁に形成され「固定」位置を有するアイリスＩ１を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合され可変キャパシタンスの可変範囲「のみ」に応じた、中心周波数ｆ_０の可変範囲内において、通過帯域幅ＢＷがほぼ一定である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複同調器と、前記複同調器のインピーダンスと入出力側のソースインピーダンスとの間の整合を図るインピーダンス整合回路と、を備える可変バンドパスフィルタであって、
前記複同調器では、固定長さを有する共振棒又は共振コイルと、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサと、が並列接続される空洞共振器が、導体壁に形成され固定位置を有する結合窓を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合され、
前記可変バンドパスフィルタでは、前記可変キャパシタンスの可変範囲のみに応じた、中心周波数の可変範囲内において、通過帯域幅がほぼ一定である
ことを特徴とする可変バンドパスフィルタ。

【請求項2】

前記空洞共振器の電磁界結合係数は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数にほぼ逆比例する
ことを特徴とする、請求項１に記載の可変バンドパスフィルタ。

【請求項3】

前記空洞共振器の磁界結合極性は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、同相結合であり、前記空洞共振器の電磁界結合係数は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲外において、ヌル点を有する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変バンドパスフィルタ。

【請求項4】

前記共振棒又は前記共振コイルの固定長さは、前記可変バンドパスフィルタの所定中心周波数に対応する所定中心波長のほぼ１／４倍であり、前記空洞共振器の磁界結合極性は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、同相結合である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変バンドパスフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広帯域な送受信回路等に用いる可変バンドパスフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

広帯域な送受信回路等に用いる可変バンドパスフィルタが、特許文献１等に開示されている。可変バンドパスフィルタは、複同調器と、複同調器のインピーダンスと入出力側のソースインピーダンスとの間の整合を図るインピーダンス整合回路と、を備える。

【0003】

複同調器では、固定長さを有する共振棒と、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサと、が並列接続される空洞共振器が、隣接する共振棒の間に設置される誘電体結合棒又は金属結合棒の長さに応じて、複数段に渡って互いに電磁界結合される。

【0004】

可変バンドパスフィルタでは、中心周波数が可変に設定されるために、可変キャパシタンス、空洞共振器の電磁界結合係数及びインピーダンス整合回路が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－２６１５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、空洞共振器の電磁界結合係数及びインピーダンス整合回路の調整は、高い技量を要するうえに、空洞共振器の外導体の取り外しを伴う。よって、可変バンドパスフィルタの中心周波数の広帯域な可変設定は、作業性が悪く長時間を要するという課題がある。

【0007】

そして、ＵＨＦ帯での地上デジタルＴＶ放送等の可変バンドパスフィルタでは、中心周波数の広帯域な可変範囲内において、通過帯域幅がほぼ一定であることが望ましい。

【0008】

しかし、可変バンドパスフィルタの通過帯域幅の一定設定は、空洞共振器の電磁界結合係数の大きな変更を伴う。よって、可変バンドパスフィルタの通過帯域幅の一定設定は、可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲を狭くするという課題がある。

【0009】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、空洞共振器を用いる可変バンドパスフィルタにおいて、中心周波数の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために、可変キャパシタンスの可変範囲「のみ」に応じた、中心周波数の可変範囲内において、通過帯域幅がほぼ一定となるように、導体壁に形成され「固定」位置を有する結合窓を介して、空洞共振器が互いに電磁界結合される。

【0011】

具体的には、本開示は、複同調器と、前記複同調器のインピーダンスと入出力側のソースインピーダンスとの間の整合を図るインピーダンス整合回路と、を備える可変バンドパスフィルタであって、前記複同調器では、固定長さを有する共振棒又は共振コイルと、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサと、が並列接続される空洞共振器が、導体壁に形成され固定位置を有する結合窓を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合され、前記可変バンドパスフィルタでは、前記可変キャパシタンスの可変範囲のみに応じた、中心周波数の可変範囲内において、通過帯域幅がほぼ一定であることを特徴とする可変バンドパスフィルタである。

【0012】

この構成によれば、中心周波数の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることができる。

【0013】

また、本開示は、前記空洞共振器の電磁界結合係数は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数にほぼ逆比例することを特徴とする可変バンドパスフィルタである。

【0014】

この構成によれば、電磁界結合係数を中心周波数にほぼ逆比例させて、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることができる。

【0015】

また、本開示は、前記空洞共振器の磁界結合極性は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、同相結合であり、前記空洞共振器の電磁界結合係数は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲外において、ヌル点を有することを特徴とする可変バンドパスフィルタである。

【0016】

この構成によれば、磁界結合極性を同相結合にすることにより、電磁界結合係数にヌル点を形成して、電磁界結合係数を中心周波数にほぼ逆比例させることができる。

【0017】

また、本開示は、前記共振棒又は前記共振コイルの固定長さは、前記可変バンドパスフィルタの所定中心周波数に対応する所定中心波長のほぼ１／４倍であり、前記空洞共振器の磁界結合極性は、前記可変バンドパスフィルタの中心周波数の可変範囲内において、同相結合であることを特徴とする可変バンドパスフィルタである。

【0018】

この構成によれば、共振棒又は共振コイルの固定長さをほぼλ_ｇ／４とすることにより、磁界結合極性を同相結合にして、電磁界結合係数にヌル点を形成することができる。

【0019】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0020】

このように、本開示は、空洞共振器を用いる可変バンドパスフィルタにおいて、中心周波数の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本開示の可変バンドパスフィルタの構成を示す図である。

【図2】本開示の可変バンドパスフィルタの構成を示す図である。

【図3】本開示の可変バンドパスフィルタの原理を示す図である。

【図4】本開示の可変バンドパスフィルタのアイリスの設計を示す図である。

【図5】本開示の可変バンドパスフィルタのアイリスの設計を示す図である。

【図6】本開示の可変バンドパスフィルタの共振コンデンサの調整を示す図である。

【図7】本開示の可変バンドパスフィルタの通過特性を示す図である。

【図8】本開示の可変バンドパスフィルタの結合係数を示す図である。

【図9】本開示の可変バンドパスフィルタの結合係数を示す図である。

【図10】本開示の可変バンドパスフィルタの整合回路の設計を示す図である。

【図11】本開示の可変バンドパスフィルタの反射特性を示す図である。

【図12】本開示の可変バンドパスフィルタの反射特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0023】

（本開示の可変バンドパスフィルタの原理）
本開示の可変バンドパスフィルタの構成を図１、２に示す。可変バンドパスフィルタＦは、複同調器（後述の空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を備える。）と、複同調器のインピーダンスと入出力側のソースインピーダンスとの間の整合を図るインピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ５と、入力側ポートＰＩと、出力側ポートＰＯと、を備える。

【0024】

図１では、複同調器では、固定長さを有する共振棒Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５と、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５と、が並列接続される空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が、導体壁に形成され「固定」位置を有するアイリスＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合される。共振棒Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の一端は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の外導体の底面に接地され、共振棒Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の他端は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の空洞内の上部で開放される。共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のネジの先端は、共振棒Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の他端に接近され、共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のネジの支持部は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の外導体の上面に接地される。

【0025】

図２では、複同調器では、固定長さを有する共振コイルＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５と、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５と、が並列接続される空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が、導体壁に形成され「固定」位置を有するアイリスＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合される。共振コイルＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の一端は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の外導体の底面に接地され、共振コイルＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の他端は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の空洞内の上部で開放され、共振コイルＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５において隣り合うコイルの巻き方向は逆巻きになっている。共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のネジの先端は、共振コイルＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の他端に接近され、共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のネジの支持部は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の外導体の上面に接地される。

【0026】

本開示の可変バンドパスフィルタの原理を図３に示す。可変バンドパスフィルタＦでは、共振コンデンサＣ１、Ｃ２（以下では２段）の可変キャパシタンスの可変範囲「のみ」に応じた、中心周波数ｆ_０の可変範囲内において、通過帯域幅ＢＷがほぼ一定である。

【0027】

よって、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅ＢＷの一定設定を可能にすることができる。

【0028】

ここで、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の正規化ローパスフィルタのｇパラメータをｇ_１、ｇ_２とすると、ＢＷ／ｆ_０√ｇ_１ｇ_２と表わされる。よって、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの通過帯域幅ＢＷをほぼ一定とすると、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の可変範囲内において、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０にほぼ逆比例する。

【0029】

よって、電磁界結合係数ｋ_ｒを中心周波数ｆ_０にほぼ逆比例させて、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅ＢＷの一定設定を可能にすることができる。

【0030】

図３の左欄では、可変バンドパスフィルタＦの模式回路を示す。固定長さを有する（後述のλ_ｇ／４を有する。）共振棒Ｂ１、Ｂ２と、可変キャパシタンスを有する共振コンデンサＣ１、Ｃ２と、が並列接続される空洞共振器Ｒ１、Ｒ２が、導体壁に形成され「固定」位置を有するアイリスＩ１を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合される。

【0031】

図３の右欄では、可変バンドパスフィルタＦの等価回路を示す。可変インダクタンスＬ_ｒを有する（中心周波数ｆ_０に依存する。）共振インダクタと、可変キャパシタンスＣ_ｒを有する（中心周波数ｆ_０に依存する。）共振コンデンサと、が並列接続される空洞共振器Ｒ１、Ｒ２が、後述の結合回路を介して、複数段に渡って互いに電磁界結合される。

【0032】

ここで、共振棒Ｂ１、Ｂ２の電圧分布は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の空洞内の上部で開放される他端で最大となる。一方で、共振棒Ｂ１、Ｂ２の電流分布は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の外導体の底面に接地される一端で最大となる。よって、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の空洞内の上部に近い高さに、アイリスＩ１が形成されるときには、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の間の電磁界結合として、電界結合が磁界結合と比べて強くなる。一方で、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の外導体の底面に近い高さに、アイリスＩ１が形成されるときには、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の間の電磁界結合として、磁界結合が電界結合と比べて強くなる。

【0033】

つまり、アイリスＩ１の固定位置を調整することにより、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の間の電界結合及び磁界結合間の割合を調整することができる。そして、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の間の結合回路は、アイリスＩ１の固定位置に応じて、インダクタンスｍを有するインダクタと、キャパシタンスｃを有するコンデンサと、を備える並列共振回路となる。

【0034】

なお、上述の効果を有するためには、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の磁界結合極性は、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の可変範囲内において、同相結合であることが望ましい。すると、インダクタンスｍ及びキャパシタンスｃは、いずれも正の値となる。そして、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の可変範囲外において、ヌル点ｆ_ｎｕｌｌ＝１／２π√ｍｃ（実数）を有する。

【0035】

ここで、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の磁界結合極性が、同相結合であるためには、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の発生磁界方向は、アイリスＩ１で逆方向である必要がある。よって、共振棒Ｂ１、Ｂ２の接地位置及び開放位置は、上下関係を同様とすればよい。そして、共振コイルＨ１、Ｈ２の接地位置及び開放位置は、上下関係を同様とすればよく、共振コイルＨ１、Ｈ２の巻き方向は、図２に示したように逆方向とすればよい。

【0036】

よって、磁界結合極性を同相結合にすることにより、電磁界結合係数ｋ_ｒにヌル点ｆ_ｎｕｌｌを形成して、電磁界結合係数ｋ_ｒを中心周波数ｆ_０にほぼ逆比例させることができる。

【0037】

また、上述の効果を有するためには、共振棒Ｂ１、Ｂ２又は共振コイルＨ１、Ｈ２の固定長さは、可変バンドパスフィルタＦの所定中心周波数ｆ_０に対応する所定中心波長λ_ｇのほぼ１／４倍であることが望ましい。すると、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の磁界結合極性は、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の可変範囲内において、同相結合である。

【0038】

ここで、共振棒Ｂ１、Ｂ２又は共振コイルＨ１、Ｈ２の固定長さが、ほぼλ_ｇ／４であるときには、アイリスＩ１が固定位置に形成されるのみにより、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の磁界結合極性は、同相結合となる。一方で、共振棒Ｂ１、Ｂ２又は共振コイルＨ１、Ｈ２の固定長さが、ほぼλ_ｇ／８であるときには、アイリスＩ１のみならず結合コンデンサが追加されなければ、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の磁界結合極性は、逆相結合となり得る。

【0039】

よって、共振棒又は共振コイルの固定長さをほぼλ_ｇ／４とすることにより、磁界結合極性を同相結合にして、電磁界結合係数ｋ_ｒにヌル点ｆ_ｎｕｌｌを形成することができる。

【0040】

なお、共振棒Ｂ１、Ｂ２又は共振コイルＨ１、Ｈ２の固定長さは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の可変範囲内のうち、上限に近い周波数、中央の付近の周波数又は下限に近い周波数に対応する、所定中心波長λ_ｇのほぼ１／４倍であればよい。

【0041】

（本開示の可変バンドパスフィルタのアイリスの設計）
本開示の可変バンドパスフィルタのアイリスの設計を図４、５に示す。空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の長さはＬ_О＝７１．１ｍｍであり、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の断面の一辺の長さはＤ_О＝３４．２ｍｍであり、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の外導体の厚さはｔ＝１．０ｍｍである。共振棒Ｂ１、Ｂ２の長さはＬ_О＝７１．１ｍｍであり、共振棒Ｂ１、Ｂ２の直径は２Ｄ_Ｉ＝１２．０ｍｍである。空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の外導体の底面から測ったアイリスＩ１の位置はＺ_ｉｒｉｓであり、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の長さ方向に測ったアイリスＩ１の寸法はＷ_ｉｒｉｓであり、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の幅方向に測ったアイリスＩ１の寸法はＬ_ｉｒｉｓ＝３４．２ｍｍである。ただし、Ｗ_ｉｒｉｓ＋Ｚ_ｉｒｉｓ＜６５ｍｍであるとする。

【0042】

以下では、電磁界シミュレーションを実行し、アイリスＩ１の位置及び寸法Ｚ_ｉｒｉｓ、Ｗ_ｉｒｉｓを最適化し、可変バンドパスフィルタＦを設計する。可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の所望可変範囲として、４５０ＭＨｚ程度～７４０ＭＨｚ程度を設定し、可変バンドパスフィルタＦの所望通過帯域幅ＢＷとして、５．８ＭＨｚ程度を設定する。

【0043】

本開示の可変バンドパスフィルタの共振コンデンサの調整を図６に示す。可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０［ＭＨｚ］を実現するために、共振コンデンサＣ１、Ｃ２の可変キャパシタンスＣ［ｐＦ］として、ｆ_０＝０．３１７Ｃ^４－６．９５１６Ｃ^３＋５９．３１６Ｃ^２－２７０．８４Ｃ＋１０４８．９を満たすＣを設定すればよい。

【0044】

本開示の可変バンドパスフィルタの通過特性を図７に示す。図７では、入出力側のソースインピーダンスＲ_Ｓ＝１００ＭΩであり、アイリスＩ１の寸法Ｗ_ｉｒｉｓ＝１０ｍｍであり、アイリスＩ１の位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝５５ｍｍである。そして、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０を変化させ、可変バンドパスフィルタＦの通過特性Ｓ２１を計算する。さらに、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の近傍の双峰周波数ｆ_１、ｆ_２を計算し、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒ＝｜ｆ_１－ｆ_２｜／√ｆ_１ｆ_２を計算する。ここで、入出力側のソースインピーダンスＲ_Ｓ＝１００ＭΩであることから、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の外部負荷Ｑｅ値は、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の無負荷Ｑｕ値とほぼ等しいため、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合は、疎結合であることに留意する。

【0045】

本開示の可変バンドパスフィルタの結合係数を図８、９に示す。図８、９では、入出力側のソースインピーダンスＲ_Ｓ＝１００ＭΩであり、アイリスＩ１の寸法Ｗ_ｉｒｉｓ＝１０ｍｍである。そして、アイリスＩ１の各位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝５ｍｍ～５５ｍｍにおいて、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０を変化させ、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒを計算する。ここで、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の結合回路のインピーダンスＺは、ｊωｍ／（１－ω^２ｍｃ）である。そして、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、ｊωＬ_ｒ／Ｚ＝Ｌ_ｒ／ｍ×（１－ω^２ｍｃ）である。よって、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、概略的には、低周波数においてほぼ一定であり、ヌル点ｆ_ｎｕｌｌへと近づくにつれて小さくなり、ヌル点ｆ_ｎｕｌｌから遠ざかるにつれて大きくなる。

【0046】

図８では、アイリスＩ１の各位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝５ｍｍ～３０ｍｍにおいて、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの範囲内において、ヌル点ｆ_ｎｕｌｌから遠ざかるにつれて大きくなる。一方で、アイリスＩ１の各位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝３０～５５ｍｍにおいて、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの範囲内において、ヌル点ｆ_ｎｕｌｌへと近づくにつれて小さくなる。

【0047】

図８では、アイリスＩ１の位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝５５ｍｍにおいて、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの範囲内において、ＢＷ／ｆ_０√ｇ_１ｇ_２＝５．８ＭＨｚ／ｆ_０√ｇ_１ｇ_２∝１／ｆ_０とほぼ等しくなる。図９では、アイリスＩ１の位置Ｚ_ｉｒｉｓ＝５５ｍｍにおいて、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒは、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの範囲内において、（５．８ＭＨｚ－７％）／ｆ_０√ｇ_１ｇ_２と比べて大きくなり、（５．８ＭＨｚ＋７％）／ｆ_０√ｇ_１ｇ_２と比べて小さくなり、可変バンドパスフィルタＦの通過帯域幅ＢＷ＝５．８ＭＨｚ±７％を満たしている。

【0048】

このように、アイリスＩ１の位置及び寸法Ｚ_ｉｒｉｓ、Ｗ_ｉｒｉｓ、Ｌ_ｉｒｉｓを設計段階で固定したうえで、共振コンデンサＣ１、Ｃ２の可変キャパシタンスを使用段階で調整するのみでよく、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の電磁界結合係数ｋ_ｒを使用段階で調整しなくてもよい。そのうえで、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅ＢＷの一定設定を可能にすることができる。さらに、従来技術と比べて、材料、材質及び製法は同様であり、製造コストは上昇しない。

【0049】

（本開示の可変バンドパスフィルタの整合回路の設計）
本開示の可変バンドパスフィルタの整合回路の設計を図１０に示す。空洞共振器Ｒ１、Ｒ２とインピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２とを隔てた距離はｄＭであり、空洞共振器Ｒ１、Ｒ２の長さ方向に測ったインピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の寸法はＩＭであり、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の直径はΦ＝１．６ｍｍである。インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の接地端から測った入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置はａ×ＩＭであり、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の開放端から測った入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置は（１－ａ）×ＩＭであり、入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの内径及び外径はΦ_Ｉ＝１．６ｍｍ、Φ_Ｏ＝３．２ｍｍである。

【0050】

以下では、電磁界シミュレーションを実行し、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の距離及び寸法ｄＭ、ＩＭ並びに入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置ａ×ＩＭを最適化し、可変バンドパスフィルタＦを設計する。可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０の所望可変範囲として、４５０ＭＨｚ程度～７４０ＭＨｚ程度を設定し、可変バンドパスフィルタＦの所望通過帯域幅ＢＷとして、５．８ＭＨｚ程度を設定する。

【0051】

本開示の可変バンドパスフィルタの反射特性を図１１に示す。図１１では、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の距離ｄＭ＝４ｍｍであり、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の寸法ＩＭ＝４０ｍｍであり、入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置ａ×ＩＭ＝０．４×４０ｍｍである。そして、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０を変化させ、可変バンドパスフィルタＦの反射特性Ｓ１１を計算する。さらに、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０（中心周波数ｆ_０の近傍の双峰周波数ｆ_１、ｆ_２ではない。）における、可変バンドパスフィルタＦの反射特性Ｓ１１（ｆ_０）をプロットする。

【0052】

本開示の可変バンドパスフィルタの反射特性を図１２に示す。図１２では、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の距離ｄＭ＝６ｍｍであり、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の寸法ＩＭ＝６０ｍｍである。そして、入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの各位置ａ×ＩＭ＝０．１×６０ｍｍ～０．９×６０ｍｍにおいて、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０を変化させ、可変バンドパスフィルタＦの反射特性Ｓ１１を計算する。

【0053】

図１２では、入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置ａ×ＩＭ＝０．７×６０ｍｍにおいて、可変バンドパスフィルタＦの反射特性Ｓ１１は、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの範囲内において、－２５ｄＢを下回る。一方で、入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの他の位置ａ×ＩＭにおいて、可変バンドパスフィルタＦの反射特性Ｓ１１は、可変バンドパスフィルタＦの中心周波数ｆ_０＝４５０ＭＨｚ～７４０ＭＨｚの一部又は全ての範囲内において、－２５ｄＢを上回る。

【0054】

このように、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の距離及び寸法ｄＭ、ＩＭ並びに入力側ポートＰＩ及び出力側ポートＰＯの位置ａ×ＩＭを設計段階で固定したうえで、共振コンデンサＣ１、Ｃ２の可変キャパシタンスを使用段階で調整するのみでよく、インピーダンス整合回路Ｍ１、Ｍ２の距離及び寸法ｄＭ、ＩＭ等を使用段階で調整しなくてもよい。そのうえで、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数ｆ_０の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅ＢＷの一定設定を可能にすることができる。さらに、従来技術と比べて、材料、材質及び製法は同様であり、製造コストは上昇しない。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本開示の可変バンドパスフィルタは、ＵＨＦ帯での地上デジタルＴＶ放送等の広帯域な送受信回路等において、中心周波数の広帯域な可変設定を容易にするとともに、中心周波数の広帯域な可変範囲内において通過帯域幅の一定設定を可能にすることができる。

【符号の説明】

【0056】

Ｆ：可変バンドパスフィルタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５：空洞共振器
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５：共振棒
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５：共振コイル
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５：共振コンデンサ
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４：アイリス
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ５：インピーダンス整合回路
ＰＩ：入力側ポート
ＰＯ：出力側ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】