CN114946080A - 滤波电路 - Google Patents

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Abstract

滤波电路(1)具备第一传输线路(11)、电长度被设定为第一传输线路的电长度的1/2倍的第二传输线路(12)、第一电容器(21)、第二电容器(22)以及第三电容器(23)，第一电容器、第二电容器以及第三电容器的电容被设定为，由第一传输线路、第二传输线路以及第一电容器构成的电路以规定的基本频率进行串联谐振，由第一传输线路、第一电容器以及第二电容器构成的电路以基本频率3倍的频率亦即3倍频率进行并联谐振，并且由第二传输线路和第三电容器构成的电路以3倍频率进行串联谐振。

Description

滤波电路
技术领域
本发明涉及滤波电路。
背景技术
近年来，积极开展研发使用微波、毫米波等高频信号进行无线通信的无线通信模块。这种无线通信模块多以MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit：单片微波集成电路)的形式实现。通过将无线通信模块以MMIC的形式实现，能够实现无线通信模块的小型化、成本降低、可靠性提高等。
在以下专利文献1中公开了设置于MMIC的以往的滤波电路。该滤波电路具备与传输高频信号的主线路进行并联连接的并联导体棒和设置于主线路与地线(接地电位)之间的电容。对于并联导体棒而言，特性导纳处于不连续的关系的两个导体棒进行串联连接，一端与主线路连接，另一端成为开放端。这种滤波电路在构成并联导体棒的两个导体棒的连接点处使特性导纳的相位不连续地变化，由此缩短并联导体棒的长度。另外，通过与主线路进行并联连接的电容降低通过频段中的高频信号的损耗。
专利文献1：日本特开平3-136401号公报
然而，上述专利文献1所公开的滤波电路仅能够抑制一个频带的高频信号。因此，例如在需要抑制两个频带的高频信号的情况下，需要准备能够抑制各个频带的高频信号的滤波电路，因此有滤波电路的整体尺寸大型化的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而产生的，目的在于提供能够抑制多个频带的高频信号的小型的滤波电路。
本发明的一个方式的滤波电路具备：第一电容器(21)，其一端与地线连接；第一传输线路(11)，其一端与上述第一电容器的另一端连接；第二传输线路(12)，其连接于上述第一传输线路的另一端与传输高频信号的主线路(L0)之间，电长度被设定为上述第一传输线路的电长度的1/2倍；以及第二电容器(22)和第三电容器(23)，其连接于上述第一传输线路和上述第二传输线路间的连接点与地线之间，上述第一电容器、上述第二电容器以及上述第三电容器的电容被设定为，由上述第一传输线路、上述第二传输线路以及上述第一电容器构成的电路以规定的基本频率进行串联谐振，由上述第一传输线路、上述第一电容器以及上述第二电容器构成的电路以上述基本频率3倍的频率亦即3倍频率进行并联谐振，并且由上述第二传输线路和上述第三电容器构成的电路以上述3倍频率进行串联谐振。
在上述方式的滤波电路中，将由第一电容器、第一传输线路以及第二传输线路构成的电路设置于地线与主线路之间，在第一传输线路和第二传输线路间的连接点与地线之间设置有第二电容器和第三电容器。而且，将第二传输线路的电长度设定为第一传输线路的电长度的1/2倍。另外，将第一电容器、第二电容器以及第三电容器的电容如下进行设定。
·由第一传输线路、第二传输线路以及第一电容器构成的电路以基本频率进行串联谐振
·由第一传输线路、第一电容器以及第二电容器构成的电路以3倍频率进行并联谐振，并且由第二传输线路和第三电容器构成的电路以3倍频率进行串联谐振
由此，能够实现能够抑制多个频带(基本频率和3倍频率)的高频信号的小型的滤波电路。
在上述方式的滤波电路中，也可以上述第一电容器、上述第二电容器以及上述第三电容器的电容被设定为，由上述第一传输线路、上述第二传输线路、上述第一电容器、上述第二电容器以及上述第三电容器构成的电路以上述基本频率2倍的频率亦即2倍频率进行并联谐振。
在上述方式的滤波电路中，也可以还具备第四电容器，该第四电容器的一端与上述主线路连接，另一端与地线连接。
在上述方式的滤波电路中，也可以上述第一电容器、上述第二电容器、上述第三电容器以及上述第四电容器中至少一者为能够改变电容的可变电容器。
在上述方式的滤波电路中，也可以代替上述第二电容器和上述第三电容器，具备具有合成上述第二电容器和上述第三电容器而得到的电容的第五电容器。
在上述方式的滤波电路中，也可以是，若将上述第一传输线路和上述第二传输线路的特性阻抗设为Z1，将上述基本频率设为f1，将上述第一传输线路在上述基本频率下的电长度设为θ1(其中，0＜θ1＜π/2)，将上述第二传输线路在上述基本频率下的电长度设为θ2(其中，0＜θ2＜π/2)，将上述第一电容器、上述第二电容器以及上述第三电容器的电容分别设为C1、C2、C3，则电长度θ1、θ2被设定为满足以下式子，
【数学式1】
Figure BDA0003487767040000031
电容C1、C2、C3被设定为分别满足以下式子。
【数学式2】
Figure BDA0003487767040000032
【数学式3】
Figure BDA0003487767040000033
【数学式4】
Figure BDA0003487767040000034
在上述方式的滤波电路中，也可以是，若在从上述第二传输线路与上述第四电容器之间的共用连接点观察时，将上述第一传输线路、上述第二传输线路、上述第一电容器、上述第二电容器以及上述第三电容器的合成阻抗设为ZA，将上述第四电容器的电容设为C4，则电容C4被设定为满足以下式子。
【数学式5】
Figure BDA0003487767040000035
(其中j为－1的平方根)
根据本发明的一个以上的方式，能够提供能够抑制多个频带的高频信号的小型的滤波电路。
附图说明
图1是表示第一实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。
图2是表示第一实施方式的滤波电路的频率特性的一个例子的图。
图3是表示第二实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。
图4是表示第三实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的滤波电路进行详细说明。
〔第一实施方式〕
图1是表示第一实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。如图1所示那样，本实施方式的滤波电路1具备导体棒11(第一传输线路)、导体棒12(第二传输线路)、电容器21(第一电容器)、电容器22(第二电容器)以及电容器23(第三电容器)。
这种滤波电路1进行通过主线路L0传输的高频信号(例如从输入输出端口P1朝向输入输出端口P2传输的高频信号)的过滤。具体地，滤波电路1抑制(阻断)通过主线路L0传输的高频信号所包含的基本频率的信号和基本频率3倍的频率亦即3倍频率的信号，使基本频率2倍的频率亦即2倍频率的信号通过。
滤波电路1例如设置于将基本频率进行倍增2倍的倍增电路(省略图示)的后段，使由倍增电路生成的2倍频率的信号通过，阻断从倍增电路漏出的基本频率的信号、由倍增电路产生的3倍频率信号的信号。应予说明，上述基本频率例如可以为微波频段(频率为3[GHz]～30[GHz]左右)，也可以为毫米波频段(频率为30～300[GHz]左右)。
电容器21的一端与地线连接，电容器21的另一端与导体棒11的一端连接。导体棒11的一端与电容器21的另一端连接，导体棒11的另一端与导体棒12的一端连接。导体棒12的一端与导体棒11的另一端连接，导体棒12的另一端与主线路L0连接。电容器22、23的一端与地线连接，电容器22、23的另一端与导体棒11、12的连接点连接。应予说明，以下，将导体棒12的另一端与主线路L0之间的连接点称为“连接点A”，将导体棒11、12的连接点称为“连接点B”。
这里，电容器21、22、23的电容被设定为满足以下条件(α)～(γ)。
(α)由导体棒11、12和电容器21构成的电路以基本频率进行串联谐振
(β)由导体棒11和电容器21、22构成的电路以3倍频率进行并联谐振，由导体棒12和电容器23构成的电路以3倍频率进行串联谐振
(γ)由导体棒11、12和电容器21、22、23构成的电路以2倍频率进行并联谐振
通过满足上述条件(α)，由导体棒11、12和电容器21构成的电路针对基本频率的信号的阻抗变得极小(零或者几乎为零)。由此，连接点A成为短路状态，因此通过主线路L0传输的高频信号所包含的基本频率的信号由滤波电路1抑制。
通过满足上述条件(β)，由导体棒11和电容器21、22构成的电路针对3倍频率的信号的阻抗变得极大(无限大或者几乎无限大)。另外，由导体棒12和电容器23构成的电路针对3倍频率的信号的阻抗变得极小(零或者几乎为零)。由此，连接点A成为短路状态，因此通过主线路L0传输的高频信号所包含的3倍频率的信号由滤波电路1抑制。
通过满足上述条件(γ)，由导体棒11、12和电容器21、22、23构成的电路的阻抗变得极大(无限大或者几乎无限大)。由此，连接点A成为开放状态，因此通过主线路L0传输的高频信号所包含的2倍频率的信号不由滤波电路1抑制地在滤波电路1中通过。
这里，将导体棒11、12的特性阻抗设为Z1，将基本频率设为f1。另外，将导体棒11在基本频率f1下的电长度设为θ1(其中，0＜θ1＜π/2)，将导体棒12的传输线路在基本频率f1下的电长度设为θ2(其中，0＜θ2＜π/2)。另外，将电容器21、22、23的电容分别设为C1、C2、C3。
导体棒11的电长度θ1和导体棒12的电长度θ2被设定为满足以下(1)式。
【数学式6】
Figure BDA0003487767040000061
另外，电容器21的电容C1、电容器22的电容C2、电容器23的电容C3被设定为分别满足以下(2)式、(3)式、(4)式。
【数学式7】
Figure BDA0003487767040000062
【数学式8】
Figure BDA0003487767040000063
【数学式9】
Figure BDA0003487767040000064
这里，根据上述(1)式，导体棒12的电长度θ2被设定为导体棒11的电长度θ1的1/2倍。即，在本实施方式中，与主线路L0连接(并联连接)的导体棒的全长(导体棒11、12的电长度θ1、θ2之和)的2/3由导体棒11承担，剩余的1/3由导体棒12承担。这样做是为了缩短与主线路L0连接的导体棒的全长，从而实现滤波电路1的小型化。
若导体棒11、12的电长度被设定为满足上述(1)式，电容器21、22、23的电容被设定为分别满足上述(2)～(4)式，则满足前述(A)～(C)的条件。因此，图1所示的滤波电路1发挥功能以抑制通过主线路L0传输的高频信号所包含的基本频率f1的信号和3倍频率(3·f1)的信号，使2倍频率(2·f1)的信号通过。
图2是表示第一实施方式的滤波电路的频率特性的一个例子的图。图2所示的坐标图表示在将基本频率f1设为5[GHz]，将特性阻抗Z1设为71[Ω]，将电长度θ2设为15[°]的情况下通过计算得到的频率特性。应予说明，图2所示的坐标图的横轴取频率，纵轴取S参数。作为S参数之一的S11表示滤波电路1在从输入输出端口P1观察时的反射特性，作为S参数之一的S21表示滤波电路1在从输入输出端口P1朝向输入输出端口P2的方向上的透过特性。
若参照图2所示的坐标图中的S11，则可知在作为基本频率的5[GHz]和作为3倍频率的15[GHz]中值变得极大，在作为2倍频率的10[GHz]处值显著变小。与此相对，若参照图2所示的坐标图中的S21，则可知的是，与S11相反，在作为基本频率的5[GHz]和作为3倍频率的15[GHz]处值显著变小，在作为2倍频率的10[GHz]处值变得极大。
根据以上可知，作为基本频率的5[GHz]的信号和作为3倍频率的15[GHz]的信号由滤波电路1显著抑制(阻断)。与此相对，可知作为2倍频率的10[GHz]的信号不由滤波电路1抑制地在滤波电路1中通过。
如以上那样，在本实施方式中，将由电容器21、导体棒11以及导体棒12构成的电路设置于地线与主线路L0之间，在导体棒11、12的连接点(连接点B)与地线之间设置有电容器22、23。而且，将导体棒12的电长度设定为导体棒11的电长度的1/2倍。另外，设定电容器21、22、23的电容，以使由电容器21、导体棒11以及导体棒12构成的电路以基本频率进行串联谐振，由导体棒11、电容器21以及电容器22构成的电路以3倍频率进行并联谐振，并且由导体棒12和电容器23构成的电路以3倍频率进行串联谐振。由此，能够实现能够抑制多个频带(基本频率和3倍频率)的高频信号的小型的滤波电路。
〔第二实施方式〕
图3是表示第二实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。如图3所示那样，本实施方式的滤波电路2为在图1所示的滤波电路1中追加了电容器24(第四电容器)的结构。
电容器24的一端与地线连接，电容器24的另一端与连接点A连接。这种电容器24被设置为用于降低滤波电路2的通过频段亦即2倍频率的信号的损耗，使2倍频率的信号可靠地通过。应予说明，滤波电路2的通过频段与滤波电路1的通过频段相同。
这里，在从连接点A(共用连接点)观察时，将由导体棒11、12和电容器21、22、23构成的电路针对2倍频率的信号的阻抗(合成阻抗)设为ZA，将电容器24的电容设为C4。电容C4被设定为满足以下(5)式。
【数学式10】
Figure BDA0003487767040000071
(其中j为－1的平方根)
在电容器24的电容被设定为满足上述(5)式的情况下，连接于连接点A的电容器24、与连接于连接点A的由导体棒11、12和电容器21、22、23构成的电路进行谐振(并联谐振)。由此，连接点A可靠地成为开放状态，因此2倍频率的信号可靠地在滤波电路2中通过。
如以上那样，在本实施方式中，与图1的滤波电路1相同，将由电容器21、导体棒11以及导体棒12构成的电路设置于地线与主线路L0之间，在导体棒11、12的连接点(连接点B)与地线之间设置有电容器22、23。而且，将导体棒12的电长度设定为导体棒11的电长度的1/2倍。另外，设定电容器21、22、23的电容，以使由电容器21、导体棒11以及导体棒12构成的电路以基本频率进行串联谐振，由导体棒11、电容器21以及电容器22构成的电路以3倍频率进行并联谐振，并且由导体棒12和电容器23构成的电路以3倍频率进行串联谐振。由此，能够实现能够抑制多个频带(基本频率和3倍频率)的高频信号的小型的滤波电路。
此外，在本实施方式中，在连接点A与地线之间设置有电容器24。由此，连接于连接点A的由导体棒11、12和电容器21、22、23构成的电路与电容器24进行谐振，连接点A可靠地成为开放状态，因此能够可靠地使2倍频率的信号通过。
〔第三实施方式〕
图4是表示第三实施方式的滤波电路的主要部分结构的框图。如图4所示那样，本实施方式的滤波电路3为代替图1所示的滤波电路1的电容器22、23而设置有电容器25的结构。这种滤波电路3通过减少图1所示的滤波电路1的电容器的数量而实现元件配置的简化。
电容器25的一端与地线连接，电容器25的另一端与连接点B连接。电容器25具有合成图1所示的电容器22、23的电容。即，电容器25具有将前述(3)式所示的电容C2和前述(4)式所示的电容C3进行相加的电容。
本实施方式的滤波电路3在地线与连接点B之间具备具有合成图1所示的电容器22、23的电容的电容器25，与图1所示的滤波电路1电等效。因此，与第一实施方式的滤波电路1相同，能够抑制多个频带(基本频率和3倍频率)的高频信号。另外，在本实施方式中，滤波电路1所具备的两个电容器22、23由一个电容器25实现。由此，与第一实施方式的滤波电路1相比能够实现元件配置的简化。
应予说明，本实施方式的滤波电路3将图1所示的第一实施方式的滤波电路1所具备的两个电容器22、23替代为一个电容器25。然而，图2所示的第二实施方式的滤波电路2也相同，也可以将两个电容器22、23替代为一个电容器25。
以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在本发明的范围内能够进行自由变更。例如，上述实施方式中说明的电容器21～25的局部或者全部也可以由能够改变电容的可变电容器实现。
附图标记说明
1～3…滤波电路；11、12…导体棒；21～25…电容器；L0…主线路。

Claims (7)

1.一种滤波电路，其中，具备：
第一电容器，其一端与地线连接；
第一传输线路，其一端与所述第一电容器的另一端连接；
第二传输线路，其连接于所述第一传输线路的另一端与传输高频信号的主线路之间，电长度被设定为所述第一传输线路的电长度的1/2倍；以及
第二电容器和第三电容器，其连接于所述第一传输线路和所述第二传输线路间的连接点与地线之间，
所述第一电容器、所述第二电容器以及所述第三电容器的电容被设定为，由所述第一传输线路、所述第二传输线路以及所述第一电容器构成的电路以规定的基本频率进行串联谐振，由所述第一传输线路、所述第一电容器以及所述第二电容器构成的电路以所述基本频率3倍的频率亦即3倍频率进行并联谐振，并且由所述第二传输线路和所述第三电容器构成的电路以所述3倍频率进行串联谐振。
2.根据权利要求1所述的滤波电路，其中，
所述第一电容器、所述第二电容器以及所述第三电容器的电容被设定为，由所述第一传输线路、所述第二传输线路、所述第一电容器、所述第二电容器以及所述第三电容器构成的电路以所述基本频率2倍的频率亦即2倍频率进行并联谐振。
3.根据权利要求1或2所述的滤波电路，其中，
所述滤波电路还具备第四电容器，所述第四电容器的一端与所述主线路连接，另一端与地线连接。
4.根据权利要求3所述的滤波电路，其中，
所述第一电容器、所述第二电容器、所述第三电容器以及所述第四电容器中至少一者为能够改变电容的可变电容器。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的滤波电路，其中，
代替所述第二电容器和所述第三电容器，具备具有合成所述第二电容器和所述第三电容器而得到的电容的第五电容器。
6.根据权利要求2所述的滤波电路，其中，
若将所述第一传输线路和所述第二传输线路的特性阻抗设为Z1，将所述基本频率设为f1，将所述第一传输线路在所述基本频率下的电长度设为θ1(其中，0＜θ1＜π/2)，将所述第二传输线路在所述基本频率下的电长度设为θ2(其中，0＜θ2＜π/2)，将所述第一电容器、所述第二电容器以及所述第三电容器的电容分别设为C1、C2、C3，
则电长度θ1、θ2被设定为满足以下式子，
【数学式1】
Figure FDA0003487767030000021
电容C1、C2、C3被设定为分别满足以下式子，
【数学式2】
Figure FDA0003487767030000022
【数学式3】
Figure FDA0003487767030000023
【数学式4】
Figure FDA0003487767030000024
7.根据权利要求3或4所述的滤波电路，其中，
若在从所述第二传输线路与所述第四电容器之间的共用连接点观察时，将所述第一传输线路、所述第二传输线路、所述第一电容器、所述第二电容器以及所述第三电容器的合成阻抗设为ZA，将所述第四电容器的电容设为C4，
则电容C4被设定为满足以下式子，
【数学式5】
Figure FDA0003487767030000025
(其中j为－1的平方根)。
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