【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信基地局装置などに用いられる多重モード誘電体共振器と半同軸型共振器を使った帯域通過フィルタおよび送受信共用器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信基地局装置などに用いられる帯域通過フィルタや送受信共用器は、設置される環境条件や装置の運用条件が厳しい。従って、温度変化による中心周波数の変化や反射特性の低下を少なくする必要がある。
【０００３】
高い選択性を持つ多重モード誘電体共振器と半同軸共振器を組み合わせた一般的な帯域通過フィルタの構成例を図１に示す。図１は、入力側１段目に半同軸共振器と、その次に多重モード誘電体共振器と、最終段（出力側）に半同軸共振器を用い、入出力整合用の結合棒を介して構成した５段の帯域通過フィルタの斜視図である。図１において、１１は遮蔽金属ケース、１２は遮蔽金属カバー、１３は多重モード誘電体共振器、１４および１５は半同軸共振器の内部導体、１６は入出力結合棒、そして１７は入出力端子である。
【０００４】
この場合、遮蔽金属ケース１１は、加工性と重量の面からアルミニウム材が使用される。この時、多重モード誘電体共振器は、温度係数τｆが０〜３ｐｐｍ／℃のものが用いられている。そして、半同軸共振器の内部導体１４および１５は、電気特性の面からインバー合金材が用いられる。
【０００５】
図２は、入力側１段目に半同軸共振器とその次の段に多重モード誘電体共振器を対称に２個と、最終段（出力側）に半同軸共振器を用い、入出力整合用の結合棒を介して構成した８段の通過帯域フィルタを示す斜視図である。図２において、２０１は遮蔽金属体、２１は遮蔽金属ケース、２２は遮蔽金属カバー、２３は多重モード誘電体共振器、２４は半同軸共振器の内部導体、２６は入出力結合棒、そして２７は入出力端子である。
【０００６】
この場合も半同軸共振器の内部導体２４には、インバー合金材が用いられていた。
【０００７】
以上のような従来例の帯域通過フィルタやこれを用いた送受信共用器では、温度変化に対して、多重モード誘電体共振器の周波数変化と半同軸共振器の周波数変化が追従しないため、図６に示すように、フィルタ減衰特性の低下が生じたり、反射特性の低下が生じて、無線装置全体としての入出力インピーダンスの乱れの原因となっていた。ここで、図６は伝送特性Ｓ２１と反射特性Ｓ１１を示し、図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）は、それぞれ、２５℃、７０℃、および−３０℃の場合を示す。
【０００８】
このような温度による特性変化を補償するために、次の特許文献１には外部導体の内壁面に設けた金属ループを、電気的制御により、開ループ状態または閉ループ状態に制御することにより、フィルタ減衰特性および反射特性の温度変化を抑制する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−８８０１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多重モード誘電体共振器と半同軸共振器を組み合わせ用いた帯域通過フィルタでは、多重モード誘電体共振器と半同軸共振器の温度変化による共振周波数の変化量が異なり、常温に比べてフィルタ減衰特性と反射特性が低下していた。従って、帯域通過フィルタと無線装置の間にアイソレータを挿入することや、接続後の再調整が必要であった。また、特許文献１に示されたような、特性のフィードバックによる電気的制御手段が必要であった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、簡略にして環境温度変化や運用温度変化によるフィルタ減衰特性と反射特性の低下を抑制し、無線装置としての入出力インピーダンスの乱れを抑制した帯域通過フィルタおよび送受信共用器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成の帯域通過フィルタは、１個の多重モード誘電体共振器とその外側に半同軸共振器を配置した５段以上の帯域通過フィルタであって、前記共振器に共通する遮蔽金属体がアルミニウム材であり、入力側における少なくとも１つの前記半同軸共振器は、鉄材の内部導体と、この内部導体とは同軸上に配設された調整ねじ棒とを備え、出力側における少なくとも１つの前記半同軸共振器はインバー合金材の内部導体と、この内部導体に垂直に配設された調整ねじ棒とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第２の構成の帯域通過フィルタは、２個の多重モード誘電体共振器を対称に配置し、その外側に半同軸共振器を配置した８段以上の帯域通過フィルタであって、前記共振器に共通する遮蔽金属体がアルミニウム材であり、入力側および出力側のそれぞれの少なくとも１つの前記半同軸共振器は、鉄材の内部導体と、この内部導体とは同軸上に配設された調整ねじ棒とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の送受信共用器は、前記第１または第２の構成の帯域通過フィルタを用いてなることを特徴とする。
【００１５】
次に本発明の作用を説明する。従来は、多重モード誘電体共振器の温度係数τｆが０〜３ｐｐｍ／℃であるので、半同軸共振器の内部導体も線膨張係数の小さい材料を用いれば良いと考えられていた。しかし、半同軸共振器においては、図４および図５のように、内部導体開放端で空気ギャップによる静電容量を作り、同調周波数を調整している。内部導体の長さによる周波数変化を小さくしても、温度変化によってギャップ長が変化するため、半同軸共振器の同調周波数の変化量は、誘電体共振器の周波数変化量と同じにはならない。
【００１６】
本発明では、遮蔽金属ケースがアルミニウム材である場合に、半同軸共振器と誘電体共振器の温度による同調周波数の変化量をほぼ同じにするのに最適な半同軸共振器の内部導体の材質が用いられている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）本実施の形態１における５段の帯域通過フィルタの構造は図１に示すとおりである。
【００１９】
ここで用いる半同軸共振器の同調容量Ｃを求める計算式は、次式（１）のようになる。
【００２０】
Ｃ＝１／｛ω・Ｚ０・ｔａｎ（ω・Ｌ０／Ｖ０）｝ ……（１）
ただし、ω＝２πｆ０であり、ｆ０：同調周波数（Ｈｚ）、Ｚ０：共振器の特性インピーダンス（Ω）、Ｌ０：半同軸共振器の内部導体の長さ（ｍ）、Ｖ０：光速（ｍ／ｓ）である。
【００２１】
また、ギャップ長による静電容量Ｃｇの近似式は、次式（２）のようになる。
【００２２】
Ｃｇ＝８．８５４×１０−１２×（Ｓ／Ｇ） ……（２）
ただし、Ｓ：対向面積、Ｇ：ギャップ長である。
【００２３】
上式（１）、（２）を基に、図１または図２のＡ−Ａ線における半同軸共振器の断面図である図４を参照して、半同軸共振器の温度特性を説明する。図４に示すように、調整ねじ棒３１は内部導体１４または２４の同軸上に配設されている。温度が上昇した場合、遮蔽金属ケースがＬＴだけ伸びる。それによりギャップＧ１は広がる。この時、調整ねじ棒３１もＬＮだけ伸びるが、ＬＴ≫ＬＮであるので無視できる。また、遮蔽金属ケースの伸びＬＹによって特性インピーダンスＺ０が変化するが、これも無視できる。従って、ギャップＧ１の変化により同調容量ＣＧ１は小さくなり、同調周波数は高くなる。
【００２４】
しかしながら、半同軸共振器の内部導体も温度上昇によりＬ１だけ伸びるため、同調容量ＣＧ１の変化量は、その分だけ少なく、同調周波数の変化量もその分だけ少なくなる。
【００２５】
次に、温度が下降した場合、上昇する場合と反対の考えでギャップ長の変化により同調周波数は低くなるが、半同軸共振器の内部導体が縮むことにより同調周波数の変化量はその分だけ少なくなる。
【００２６】
このように、それぞれの金属材料の線膨張係数に対して、半同軸共振器の内部導体と調整ねじ棒の間のギャップ長の変化による同調周波数の変化量が、内部導体の長さが変化することによる同調周波数の変化量とほぼ一致するような材料を選択すると、同調周波数の温度変化を抑制することができる。
【００２７】
他方、図１のＢ−Ｂ線における半同軸共振器の断面図である図５のように、半同軸共振器の内部導体の遮蔽金属ケースに取り付けた向きが９０°異なり、調整ねじ棒と内部導体が垂直に配設された場合には、ギャップ長Ｇ２とＧ３が変化する。このため、温度が変化したときに対処して半同軸共振器の内部導体には図４の場合よりも、線膨張係数の小さい材料を用いなければならない。
【００２８】
従って、図１に示す構造の５段の帯域通過フィルタでは、遮蔽金属ケース１１と遮蔽金属カバー１２からなる遮蔽金属体１０１がアルミニウム材のとき、同調容量を０．１５ｐＦ程度、誘導しなければならない半同軸共振器の内部導体の材料には、入力側（図４のタイプ）が鉄材、出力側（図５のタイプ）が線膨張係数の小さいインバー合金材を用いる。
【００２９】
このようにして得られた帯域通過フィルタの伝送特性Ｓ２１および反射特性Ｓ１１を図３に示す。ここで、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）は、それぞれ、２５℃、７０℃、および−３０℃の場合を示す。従来例の図６の特性例に比べると、反射特性の低下が抑えられている。
【００３０】
ところで、入出力側に半同軸共振器を加えた６段以上の帯域通過フィルタにおいても、図４の構造の半同軸共振器については、半同軸共振器の内部導体に鉄材を用いるとよく、図５の構造の半同軸共振器については、半同軸共振器の内部導体にインバー材を用いるとよい。
【００３１】
（実施の形態２）他方、図２に示した８段の帯域通過フィルタでは、半同軸共振器は入出力側ともに図４に示す構造をとる。従って、この場合の半同軸共振器の内部導体の材料は鉄材が最適である。
【００３２】
さらに、入出力側に半同軸共振器を追加して得られる９段以上の帯域通過フィルタにおける半同軸共振器の内部導体についても、図４の構造の半同軸共振器については、内部導体に鉄材を用いるとよい。
【００３３】
また、本発明による帯域通過フィルタを、送信用の帯域通過フィルタおよび受信用の帯域通過フィルタとして用い、アンテナ側で結合すると、基地局用の無線通信装置の送信側と受信側でアンテナを共用するための送受信共用器が得られる。このようにして、入出力インピーダンスの温度変動が抑制された本発明の送受信共用器が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の多重モード誘電体共振器と半同軸共振器を用いた帯域通過フィルタおよび送受信共用器は、環境温度変化や運用温度変化に対してフィルタ減衰特性および反射特性の低下が少ないので、装置全体での特性低下が抑えられる。従って、特性再調整やアイソレータの使用をなくして、安価なものができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】５段の帯域通過フィルタを示す斜視図。
【図２】８段の帯域通過フィルタを示す斜視図。
【図３】本発明による５段の帯域通過フィルタの特性図。図３（ａ）は２５℃の場合、図３（ｂ）は７０℃の場合、図３（ｃ）は−３０℃の場合を示す。
【図４】図１または図２のＡ−Ａ線における半同軸共振器の断面図。
【図５】図１のＢ−Ｂ線における半同軸共振器の断面図。
【図６】従来の５段の帯域通過フィルタにおける特性図。図６（ａ）は２５℃の場合、図６（ｂ）は７０℃の場合、図６（ｃ）は−３０℃の場合を示す。
【符号の説明】
１１，２１ 遮蔽金属ケース
１２，２２ 遮蔽金属カバー
１３，２３ 多重モード誘電体共振器
１４，１５，２４ 内部導体
１６，２６ 入出力結合棒
１７，２７ 入出力端子
３１ 調整ねじ棒
１０１，２０１ 遮蔽金属体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bandpass filter using a multi-mode dielectric resonator and a semi-coaxial resonator used in a wireless communication base station device and the like, and a duplexer.
[0002]
[Prior art]
A band-pass filter and a duplexer used in a wireless communication base station device or the like have severe environmental conditions and operating conditions for the device. Therefore, it is necessary to reduce a change in center frequency and a decrease in reflection characteristics due to a change in temperature.
[0003]
FIG. 1 shows a configuration example of a general band-pass filter combining a multi-mode dielectric resonator with high selectivity and a semi-coaxial resonator. In FIG. 1, a semi-coaxial resonator is used in the first stage on the input side, a multi-mode dielectric resonator is used next, and a semi-coaxial resonator is used in the final stage (output side). FIG. 5 is a perspective view of a five-stage bandpass filter configured as described above. In FIG. 1, 11 is a shielding metal case, 12 is a shielding metal cover, 13 is a multi-mode dielectric resonator, 14 and 15 are inner conductors of a semi-coaxial resonator, 16 is an input / output coupling rod, and 17 is an input / output terminal. It is.
[0004]
In this case, theshielding metal case 11 is made of an aluminum material in terms of workability and weight. At this time, a multimode dielectric resonator having a temperature coefficient τf of 0 to 3 ppm / ° C. is used. Theinner conductors 14 and 15 of the semi-coaxial resonator are made of an Invar alloy material from the viewpoint of electrical characteristics.
[0005]
FIG. 2 shows input-output matching using a semi-coaxial resonator in the first stage on the input side, two multi-mode dielectric resonators in the next stage symmetrically, and a semi-coaxial resonator in the final stage (output side). FIG. 6 is a perspective view showing an eight-stage pass band filter configured via a coupling rod for use in the present invention. 2,reference numeral 201 denotes a shielding metal body, 21 denotes a shielding metal case, 22 denotes a shielding metal cover, 23 denotes a multi-mode dielectric resonator, 24 denotes an inner conductor of a semi-coaxial resonator, 26 denotes an input / output coupling rod, and 27 Is an input / output terminal.
[0006]
Also in this case, an Invar alloy material was used for theinner conductor 24 of the semi-coaxial resonator.
[0007]
In the above-described conventional band-pass filter and the duplexer using the same, the frequency change of the multi-mode dielectric resonator and the frequency change of the semi-coaxial resonator do not follow the temperature change. As shown in (1), the filter attenuation characteristic is reduced or the reflection characteristic is reduced, causing the input / output impedance of the wireless device as a whole to be disturbed. Here, FIG. 6 shows the transmission characteristicsS 21 and the reflection characteristicS 11, FIG. 6 (a), the FIG. 6 (b), the and FIG. 6 (c), respectively, 25 ° C., 70 ° C., and -30 ° C. The case of is shown.
[0008]
In order to compensate for such a change in characteristics due to temperature, the following Patent Document 1 discloses a filter in which a metal loop provided on an inner wall surface of an outer conductor is controlled to an open loop state or a closed loop state by electrical control. A technique for suppressing temperature changes in the attenuation characteristic and the reflection characteristic is disclosed.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-11-88012
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional bandpass filter using a combination of a multi-mode dielectric resonator and a semi-coaxial resonator, the amount of change in the resonance frequency due to a temperature change between the multi-mode dielectric resonator and the semi-coaxial resonator is different. Attenuation characteristics and reflection characteristics were reduced. Therefore, it is necessary to insert an isolator between the band-pass filter and the wireless device, and to perform readjustment after connection. Further, an electric control means based on characteristic feedback as shown in Patent Document 1 is required.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a band-pass filter and a duplexer that simplify and suppress the deterioration of filter attenuation characteristics and reflection characteristics due to environmental temperature changes and operating temperature changes, and suppress disturbance of input / output impedance as a wireless device. Is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The band-pass filter according to the first configuration of the present invention is a band-pass filter having five or more stages in which one multi-mode dielectric resonator and a semi-coaxial resonator are arranged outside thereof, and is common to the resonators. The shielding metal body is an aluminum material, and at least one of the semi-coaxial resonators on the input side includes an inner conductor of an iron material, and an adjusting screw rod disposed coaxially with the inner conductor, and an output screw on the output side. At least one of the semi-coaxial resonators is provided with an inner conductor of an Invar alloy material and an adjusting screw bar arranged perpendicular to the inner conductor.
[0013]
The bandpass filter according to the second configuration of the present invention is an eight-stage or more bandpass filter in which two multi-mode dielectric resonators are symmetrically arranged and a semi-coaxial resonator is arranged outside thereof. The shielding metal body common to the resonator is an aluminum material, and at least one of the semi-coaxial resonators on each of an input side and an output side is provided with an inner conductor made of an iron material and the inner conductor arranged coaxially. And a set adjustment screw rod.
[0014]
A duplexer according to the present invention is characterized by using the bandpass filter of the first or second configuration.
[0015]
Next, the operation of the present invention will be described. Conventionally, since the temperature coefficient τf of the multi-mode dielectric resonator is 0 to 3 ppm / ° C., it has been considered that a material having a small linear expansion coefficient may be used for the inner conductor of the semi-coaxial resonator. However, in the semi-coaxial resonator, as shown in FIGS. 4 and 5, a capacitance is created by an air gap at the open end of the inner conductor, and the tuning frequency is adjusted. Even if the frequency change due to the length of the internal conductor is reduced, the change in the tuning frequency of the semi-coaxial resonator is not the same as the frequency change of the dielectric resonator because the gap length changes due to the temperature change.
[0016]
According to the present invention, when the shielding metal case is made of an aluminum material, the material of the inner conductor of the semi-coaxial resonator which is optimal to make the amount of change in the tuning frequency due to the temperature of the semi-coaxial resonator and the dielectric resonator substantially the same. Is used.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Embodiment 1) The structure of a five-stage bandpass filter according to Embodiment 1 is as shown in FIG.
[0019]
The equation for calculating the tuning capacitance C of the semi-coaxial resonator used here is as shown in the following equation (1).
[0020]
C = 1 / {ω · Z0 · tan (ω · L0 / V0 )} (1)
Here, ω = 2πf0 , f0 : tuning frequency (Hz), Z0 : characteristic impedance (Ω) of the resonator, L0 : length (m) of the inner conductor of the semi-coaxial resonator, V0 : The speed of light (m / s).
[0021]
Further, the approximate expression of the capacitance Cg by the gap length is given by the following equation (2).
[0022]
Cg = 8.854 × 10−12 × (S / G) (2)
Here, S is the facing area, and G is the gap length.
[0023]
Based on the above equations (1) and (2), the temperature characteristic of the semi-coaxial resonator will be described with reference to FIG. 4 which is a cross-sectional view of the semi-coaxial resonator taken along the line AA in FIG. 1 or FIG. . As shown in FIG. 4, the adjustingscrew rod 31 is disposed coaxially with theinner conductor 14 or 24. If the temperature rises, shielded metal case extends only LT. Whereby the gapG 1 is spread. At this time, theadjustment screw rod 31 is also extending onlyLN, can be ignored because it isL T »LN. Also, a change in the characteristic impedance Z0 by the elongation LY shielding metal case, which can be ignored. Therefore, the tuning capacitor CG1 by a change in the gap G1 is small, the tuning frequency becomes high.
[0024]
However, since the extending only L1 by the internal conductor of the semi-coaxial resonator temperature rise, the variation of the tuning capacitor CG1 is less by that amount, the variation of the tuning frequency is also reduced by that amount.
[0025]
Next, when the temperature decreases, the tuning frequency decreases due to the change in the gap length in the opposite idea to the case where the temperature rises, but the change in the tuning frequency decreases by that much due to the shrinkage of the internal conductor of the semi-coaxial resonator. Become.
[0026]
As described above, for the linear expansion coefficient of each metal material, the amount of change in the tuning frequency due to the change in the gap length between the inner conductor of the semi-coaxial resonator and the adjusting screw rod changes the length of the inner conductor. By selecting a material that substantially matches the change amount of the tuning frequency due to this, it is possible to suppress the temperature change of the tuning frequency.
[0027]
On the other hand, as shown in FIG. 5 which is a cross-sectional view of the semi-coaxial resonator taken along the line BB in FIG. 1, the direction in which the inner conductor of the semi-coaxial resonator is attached to the shielding metal case differs by 90 °. If the conductor is disposed vertically, a change in gap length G2 and G3. For this reason, a material having a smaller coefficient of linear expansion than the case of FIG. 4 must be used for the inner conductor of the semi-coaxial resonator in response to a change in temperature.
[0028]
Therefore, in the five-stage bandpass filter having the structure shown in FIG. 1, when the shielding metal body 101 including the shieldingmetal case 11 and the shieldingmetal cover 12 is made of aluminum, the tuning capacitance must be induced by about 0.15 pF. As the material of the inner conductor of the semi-coaxial resonator, an iron material is used on the input side (type in FIG. 4), and an Invar alloy material having a small linear expansion coefficient on the output side (type in FIG. 5).
[0029]
Shows the transmission characteristics S21 and the reflection characteristic S11 of the band-pass filter obtained in this manner in FIG. Here, FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C show the cases of 25 ° C., 70 ° C., and −30 ° C., respectively. Compared with the characteristic example in FIG. 6 of the conventional example, a decrease in the reflection characteristic is suppressed.
[0030]
By the way, even in a band-pass filter having six or more stages in which a semi-coaxial resonator is added to the input / output side, the semi-coaxial resonator having the structure shown in FIG. As for the semi-coaxial resonator having the structure of No. 5, it is preferable to use an invar material for the inner conductor of the semi-coaxial resonator.
[0031]
Embodiment 2 On the other hand, in the eight-stage bandpass filter shown in FIG. 2, the semi-coaxial resonator has the structure shown in FIG. 4 on both the input and output sides. Therefore, the material of the inner conductor of the semi-coaxial resonator in this case is optimally iron.
[0032]
Further, the internal conductor of the semi-coaxial resonator in the band-pass filter having nine or more stages obtained by adding the semi-coaxial resonator on the input / output side, and the semi-coaxial resonator having the structure of FIG. Should be used.
[0033]
Further, when the band-pass filter according to the present invention is used as a band-pass filter for transmission and a band-pass filter for reception and coupled on the antenna side, the antenna is shared between the transmission side and the reception side of the base station radio communication apparatus. Transmission / reception duplexer is obtained. In this way, the duplexer of the present invention in which the temperature fluctuation of the input / output impedance is suppressed is obtained.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the band-pass filter and the duplexer using the multi-mode dielectric resonator and the semi-coaxial resonator of the present invention can reduce the filter attenuation characteristics and the reflection characteristics with respect to environmental temperature changes and operating temperature changes. , The deterioration of the characteristics of the entire apparatus can be suppressed. Therefore, it is not necessary to readjust the characteristics or use an isolator, so that an inexpensive device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a five-stage bandpass filter.
FIG. 2 is a perspective view showing an eight-stage band-pass filter.
FIG. 3 is a characteristic diagram of a five-stage bandpass filter according to the present invention. FIG. 3A shows the case at 25 ° C., FIG. 3B shows the case at 70 ° C., and FIG. 3C shows the case at −30 ° C.
FIG. 4 is a sectional view of the semi-coaxial resonator taken along line AA in FIG. 1 or FIG. 2;
FIG. 5 is a sectional view of the semi-coaxial resonator taken along the line BB in FIG. 1;
FIG. 6 is a characteristic diagram of a conventional five-stage bandpass filter. 6 (a) shows the case at 25 ° C., FIG. 6 (b) shows the case at 70 ° C., and FIG. 6 (c) shows the case at −30 ° C.
[Explanation of symbols]
11, 21Shielding metal case 12, 22Shielding metal cover 13, 23 Multi-modedielectric resonator 14, 15, 24Inner conductor 16, 26 I /O coupling rod 17, 27 I /O terminal 31Adjustment screw rod 101, 201 Shielding metal body
