CN1316674C - 滤波器与谐振器的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的谐振器设有多个谐振器(11～13)。从一个谐振器(11)的输入端输入的电磁波从另一个谐振器(13)的输出端输出。各谐振器11～13配置成在谐振器(11)的输入端和谐振器(13)的输出端之间形成两个传送路径(41，42)。由于形成多个传送路径，可使衰减极得以形成。从而，本发明提供了能够形成衰减极并得到良好的频率特性的滤波器以及谐振器的配置方法。

Description

滤波器与谐振器的配置方法

技术领域

本发明涉及将例如微波或毫米波等的高频波段的信号作为对象的滤波器以及构成它的谐振器的配置方法。

背景技术

过去，在通信领域开发了例如以微波或毫米波等的高频波段的信号为对象的滤波器。作为滤波器的种类，已知的有例如波导管滤波器和波导管型电介质滤波器。

图11是表示传统的波导管滤波器的结构例。该波导管滤波器的结构是在布线基板110上将由波导管构成的多个谐振器101～105串联地配置而成的结构。在布线基板110的两端部设置信号输入部111和输出部112。谐振器101～105配置在输入部111和输出部112之间。

图12表示在该波导管滤波器中的谐振器101～105的耦合状态。该波导管滤波器是在相邻的谐振器101～105之间以耦合系数k12，k23，k34，k45依次构成串联电磁耦合的状态。在这些电磁耦合的谐振器101～105中通过谐振频带的信号，该频带以外的信号被反射。

作为这样串联连接多个谐振器来构成滤波器的传统的例子例如在以下的专利文献中有记载。在专利文献1中，记载了将配置有多个谐振器的长方体形状的电介质部件搭载于布线基基板上的波导型电介质滤波器的例子。在专利文献2中记载了作为波导管的侧壁使用通孔的结构的电介质滤波器的例子。

[专利文献1]特开2002-43807号公报

[专利文献2]特开2002-26611号公报

近年来，随着用于通信机的信号的高频数字化的推进，人们期待滤波器的频率特性具有良好的特性。另外，例如在构成仅使特定频带通过的带通滤波器的场合，在通频带以外的区域形成衰减极(陷波器)，可以使衰减特性提高。例如，如图13所示，在输入部111与输出部112之间，如果并联连接两个信号的传送路径121，122，则当两个传送路径121，122的相位差为π时，电磁波相互抵消而形成衰减极。但是，传统的波导管滤波器是如图11所示的串联连接波导管的结构，不具有形成多个传送路径的结构，因此不能产生衰减极。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作的发明。其目的是可以形成衰减极，因此，提供了可得到良好频率特性的滤波器与谐振器的配置方法。

本发明的滤波器是设有由包含导体包围的电磁波传送区域的波导构成的三个以上的谐振器的滤波器，各谐振器配置成从一个谐振器的输入端输入的电磁波由另一个谐振器的输出端输出，并在输入端与输出端之间配置形成多个传送路径。

本发明的谐振器的配置方法是设有由包含导体包围的电磁波传送区域的波导构成的三个以上的谐振器的方法，各谐振器配置成使从一个谐振器的输入端输入的电磁波从另一个谐振器的输出端输出，并在输入端与输出端之间形成多个传送路径。

在本发明的滤波器与谐振器的配置方法中，由包含导体包围的电磁波的传送区域的波导形成三个以上的谐振器。各谐振器被配置成从一个谐振器的输入端输入的的电磁波从另一个谐振器的输出端输出，并在输入端与输出端之间形成多个传送路径。通过形成多个传送路径来形成衰减极。

在本发明的滤波器中，电磁波传送区域可以用电介质来形成。也可以是空腔结构。另外，各谐振器例如可以沿包含输入端和输出端的平面方向上平面地配置。

另外，本发明的滤波器包含例如相互邻接配置的至少三个谐振器，可以将这些邻接配置的多个谐振器整体配置成Y字形的结构。这时，被邻接配置的各谐振器之间的边界部分例如整体上构成Y字形。

再者，在本发明的滤波器中，各谐振器设有例如彼此相对的2层导体层和形成在该2层导体层间的侧壁，这2层导体层和侧壁形成的区域内用作电磁波的传送，一部分或全部的谐振器侧壁具有分叉结构，该分叉的部分可以成为耦合多个谐振器的结构。

这种场合，有分叉结构的部分的谐振器的侧壁可以采用例如Y字形。也可以将各导体层之间用导通的通孔形成各谐振器的侧壁。另外，也可以用连续的导体壁形成各谐振器的侧壁。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的滤波器的结构例的透视图。

图2是说明图1所示的滤波器中各谐振器的耦合状态的概念图。

图3是表示图1所示的滤波器的频率特性的特性图。

图4是为了说明产生于图1所示的滤波器的衰减极的控制方法的图。

图5是说明用T字形结构时的耦合强度的示图。

图6是说明用Y字形结构时的耦合强度的示图。

图7是表示作为本发明一实施例的滤波器的第一变形例的4级结构的滤波器的透视图。

图8是说明图7所示的滤波器中的各谐振器的耦合状态的概念图。

图9是表示图7所示的滤波器的频率特性的特性图。

图10是本发明一实施例的滤波器的第二变形例的说明图。

图11是表示传统的滤波器的结构例的透视图。

图12是表示传统的滤波器中谐振器之间的耦合状态的说明图。

图13是说明可构成衰减极的滤波器的概念图。

[符号说明]

2...输入部，3...输出部，11～13...谐振器，14...通孔，20...基板，21，22...导体层，31～33...耦合窗。

具体实施方式

下面参照图纸就本发明的实施例进行详细说明。

图1是表示本发明的一个实施例的滤波器的结构例。该滤波器可以作为例如高频滤波器使用，例如，搭载于MMIC(单片微波集成电路)等上来使用。

该滤波器设有多个谐振器11～13和信号输入部2及信号输出部3。输入部2和输出部3与谐振器11～13一体形成。第一谐振器11的输入端11A(图2(A))连接至输入部2上，第三谐振器13的输出端13A(图2(A))连接至输出部3上。各谐振器11～13沿包含第一谐振器11的输入端11A和第三谐振器13的输出端13A的平面方向平面地配置。

输入部2和输出部3由设有电介质基板20和夹着该电介质基板20的彼此相对的导体层21，22形成。输入部2和输出部3可用例如以TEM模传送电磁波的共面线路来形成。这时，在上侧的导体层22上形成部分不设导体的区域，分别形成线路图形2A，3A。输入部2和输出部3从线路图形2A，3A延伸方向的一侧连接在谐振器11，13的端面上。谐振器11，13是以例如TE模传送电磁波，在输入部2和输出部3与谐振器11，13之间进行TEM模与TE模的变换。另外，输入部2和输出部3的结构以及它们与谐振器11，13的连接结构不受限于图示的结构，也可以是采用传统的普通技术的结构。

各谐振器11～13由电介质基板20和导体层21，22以及导通这些导体层21，22之间的多个通孔14构成。通孔14的内表面被金属化。通孔14的形状不限于圆形，也可以是多边形或椭圆等其它形状。以规定值以下(例如信号波长的1/4以下)的间隔来设置，起到作为模拟导体壁的功能。

各谐振器11～13用导体层21，22和通孔形成波导管型波导，在由它们形成的导体壁包围的区域内，例如TE模传送电磁波。另外，各谐振器11～13可以是用电介质充满该电磁波的传送区域的电介质波导管的结构，也可以是将内部做成空洞的空腔波导管的结构。

另外，各谐振器11～13的大小(构成谐振器的波导的长度等)可根据所要求的滤波器的特性(谐振频带等)适当设定。通常，边的长度(侧壁部分的长度)在各谐振器11～13中是不同的。

图2(A)，(B)是用以说明各谐振器11～13的耦合、配置状态的示图。另外，图2(A)是表示各谐振器11～13的配置状态、耦合状态的示意图，并不严格表示各谐振器的结构。

也如图2(A)所示，各谐振器11～13相互邻接地配置，这些邻接配置的各谐振器11～13整体上构成了Y字形。另外，各谐振器11～13在用通孔14形成的侧壁的一部分上有分叉结构，在该分叉部分可与其它谐振器相耦合。有分叉结构部分的谐振器11～13的侧壁(各谐振器11～13相互的边界部分)整体上构成Y字形，在具有该分叉结构的部分(谐振器之间的耦合部分)上设置耦合窗31～33，通过这些耦合窗31～33，各谐振器11～13在电磁上相互连接。耦合窗31～33以不设置通孔的方式来形成。

如图2(B)所示，在该滤波器中，第一谐振器11对第二谐振器12和第三谐振器13分别以耦合系数k12，k13作电磁耦合。另外，第二谐振器12对第一谐振器11和第三谐振器13分别以耦合系数k12，k23作电磁耦合。

另外，各谐振器11～13的耦合强度等可通过改变耦合窗31～33的位置和大小来调整。还有，通过进行耦合窗31～33的耦合调整，可以如后述那样地进行衰减极的控制。另外，也可以在与邻接的谐振器之间设置两个以上的耦合窗31～33。例如，在第一谐振器11和第三谐振器13之间，也可以设置多个耦合窗33。

通过各谐振器11～13用如上的分叉结构实现的耦合，在该滤波器中形成两个信号传送路径。亦即，第一路径41用第一谐振器11和第三谐振器13来形成，第二路径42用第一谐振器11和第二谐振器12以及第三谐振器13来形成。于是，通过输入部2并从第一谐振器11的输入端11A输入的电磁波信号就通过两个传送路径41，42，经第三谐振器13的输出端13A从输出部3共同输出。

接着，说明具有上述结构的滤波器的作用。

该滤波器通过输入部2从第一谐振器11的输入端11A输入电磁波信号。所输入的电磁波信号由2条传送路径41、42传送。亦即，作为第一路径41，依次在第一谐振器11和第三谐振器13中传送。另外，作为第二路径，依次在第一谐振器11，第二谐振器12及第三谐振器13中传送。在各谐振器11～13中通过对应于其结构的谐振频带的信号，除此以外频带的信号被反射。由2条传送路径41、42传送的电磁波信号经由第三谐振器13的输出端13A从输出部输出。

在本例的滤波器中，由于形成2条传送路径，在各传送路径41、42上传送的电磁波产生相位差。当该相位差为π时，电磁波相互抵消，形成衰减极。

图3示出由该滤波器得到的实际频率特性之一例。实线表示信号的通过特性，虚线表示反射特性。纵轴表示衰减量(dB)，横轴表示频率(GHz)。在本例中，通过频带约为22GHz～23GHz。

另外，在比该通频带更高的频率(约23.6GHz)上，形成尖锐的衰减极。

这里，就衰减极的控制方法进行说明。如图4示出，在本例的滤波器中将由耦合窗31～33决定的耦合度作各种改变时的频率特性。更详细地说，是表示在不改变调整第一，第二谐振器11，12间耦合的第一耦合窗31和调整第二，第三谐振器12，13间耦合的第二耦合窗32的大小时，而仅将调整第一，第三谐振器11，13间耦合的第三耦合窗33的大小作各种改变时的频率特性。

如此改变了第三耦合窗33的大小时，如图4所示，随着第三耦使窗33的减小，也就是说，随着第一，第三的谐振器11，13间的耦合减弱，衰减极向图中的箭头方向(高频一侧)移动，观测到渐渐从通频带离开。这里应注意的特征是：尽管形成衰减极的频率移动，但通频带自身大体上未见受到影响。也就是说，在进行由耦合窗31～33构成的耦合调整时通频带大致不变，能够只对形成衰减极的频带进行控制。

接着讨论谐振器11～13的形状与耦合状态之间的关系。例如，如图5所示，考虑将方形的谐振器51～53作T字形耦合的情况。这时，在耦合处附近例如最低次的模中的H面(平行于磁埸的面)内的磁埸强度分布为图中加阴影部分的模样。亦即，在谐振器51～53中，在侧壁的中央部分磁埸强度大，随着向周边靠近，磁埸变弱。这里，为了使各谐振器51～53相互间作强耦合，需要使相互间磁埸强的部分耦合。

但是，在将图示的方形谐振器51～53按T字形耦合时，不能使各谐振器50～53磁埸强度大的部分相互耦合。因此，各谐振器51～53之间的耦合变弱。

另一方面，例如图6所示，考虑将谐振器61～63做成五边形作Y字形耦合的情况。在图中，施加了阴影模样的部分表示与图5同样的磁埸分布。在这种结构的场合，使磁埸强度大的部分相互重叠，从而使各谐振器61～63耦合。因此，可以将各谐振器61～63之间的耦合增强。图1所示的结构也与图6所示的情况相同，耦合部构成Y字形，可以实现谐振器11～13之间的高效率强耦合。

如上所述，依据本实施例，由于是用波导管型波导形成的谐振器11～13，又构成两个并联地配置电磁波的传送路径，可以形成衰减极，因此可以得到良好的频率特性。另外，由于将各谐振器11～13相互的耦合部分(边界部分)做成Y字形，可以进行高效耦合。

[变形例]

下面就本实施例的滤波器与谐振器的配置方法的变形例进行说明。

<第一变形例>

在图1所示的滤波器中，耦合三个谐振器11～13并形成两个信号传送路径41～42，但是，耦合的谐振器也可以是4个以上。另外，也可形成三个以上的信号传送路径。在本变形例中，作为这样的结构例，就耦合4个谐振器的滤波器进行说明。

图7表示涉及本变形例的滤波器的整体结构。另外，在图8中，示意表示了构成该滤波器的各谐振器的配置、耦合状态。该滤波器具有耦合4个谐振器71～74的4级滤波器的结构。输入部2和输出部3的结构以及各谐振器70～74各自的结构，与图1的滤波器基本相同。

各谐振器71～74的耦合结构也与图1的滤波器基本相同，将耦合部分的分叉结构做成Y字形。例如，着眼于第一～第三的谐振器71～73相互的耦合结构时，成为Y字形。另外，着眼于第二～第4谐振器72～74相互的耦合结构时，也成为Y字形。再者，在各谐振器71～74的耦合部分设置耦合窗81～85，通过这些耦合窗81～85，各谐振器71～74在电磁上相互连接。

图9表示本例滤波器的实际频率特性之一例。实线表示信号的通过特性，虚线表示反射特性。纵轴表示衰减量(dB)，横轴表示频率(GHz)。在该滤波器中，由于谐振器的数目和信号的传送路径增加，形成两个衰减极。

这样一来，依据本变形例，通过增加耦合的谐振器的级数，增加了传送路径，从而也可以增加衰减极的数目，所以可得到更良好的频率特性。

<第二变形例>

在图1的结构例中，用通孔14构成了各谐振器11～13，但是也可以不用通孔来构成。在本变形例中，就这种结构的滤波器进行说明。图10是说明本变形例中的滤波器结构的示图。再者，为说明的方便，图中对实际结构作了简化。例如，未图示出的，但实际上在该滤波器的上表面层叠了片状导体层，作为整体成为波导管滤波器的结构。

本例滤波器中，与采用通孔的情况不同，各谐振器211～213的侧壁由连续的导体壁形成。各谐振器211～213与图1的滤波器一样通过耦合窗231～233在电磁上相互连接。在各谐振器211～213之间的耦合部分(边界部分)形成垂直设置的Y字形导体壁230。这种结构是将例如电介质基板200用微机械加工法等按照各谐振器211～213的形状挖空，并将该挖空的表面部分金属化来进行制造。另外，也可以将金属的基板加工成谐振器形状。

该滤波器的功能部分与图1的滤波器相同，经由输入部202从第一谐振器211输入电磁波信号，该输入的电磁波信号由两个传送路径41，42传送。由两个传送路径41，42传送的电磁波信号经由第三谐振器213从输出部203输出。由于形成两个传送路径41，42，所以在各传送路径41，42中传送的电磁波产生相位差，形成衰减极。

另外，本发明不受以上实施例限制，可以有种种变形。例如，在上述实施例中，就将多个谐振器平面地配置来形成多个传送路径的情况作了说明，但也可以将多个谐振器立体地(三维地)配置来形成多个传送路径。也就是说，例如，在图1所示的滤波器中，也可以做成再在高度方向上(上侧或下侧)耦合谐振器的结构。

如上所述，依据本发明的滤波器与谐振器的配置方法，适当地配置各谐振器，使从一个谐振器的输入端输入的电磁波从另一个谐振器的输出端输出，并在输入端与输出端之间形成多个传送路径，从而可以形成衰减极，得到良好的频率特性。

特别是，本发明的滤波器包含相互邻接配置的至少三个谐振器，将这些相互邻接的多个谐振器整体上配置成Y字形，同时将各谐振器相互之间的边界部分作为整体构成Y字形，使磁埸强度大的部分之间相重叠，从而使各谐振器相互耦合，因此可以高效地实现各谐振器之间的强耦合。

Claims (9)

1.一种滤波器，它是设有由包含用导体包围的电磁波传送区域的波导构成的三个以上的谐振器的滤波器，其特征在于：

从一个谐振器的输入端输入的电磁波从另一个谐振器的输出端输出；

所述各谐振器配置成使在所述输入端与输出端之间形成多个传送路径；

包含相互邻接地配置的至少三个谐振器，所述邻接配置的各谐振器之间的边界部分整体上构成Y字形。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：

所述各谐振器沿包含所述输入端和所述输出端的平面方向平面地配置。

3.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于：

所述邻接配置的多个谐振器整体上被配置成Y字形。

4.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于：

所述各谐振器设有彼此相对的两层导体层和在该两层导体层之间形成的侧壁，电磁波在由该两层导体层与侧壁形成的区域内传送；

一部分或全部的谐振器侧壁有分叉结构，多个谐振器在该分叉的部分上耦合。

5.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于：

具有所述分叉结构的部分的谐振器的侧壁成Y字形。

6.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于：

所述各谐振器的侧壁由导通各导体层之间的通孔形成。

7.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于：

所述各谐振器的侧壁由连续的导体壁形成。

8.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于：

所述电磁波的传送区域成空腔结构。

9.一种谐振器的配置方法，它是配置由包含用导体包围的电磁波的传送区域的波导构成的三个以上的谐振器的方法，其特征在于：

所述各谐振器配置成使从一个谐振器的输入端输入的电磁波从另一个谐振器的输出端输出；同时

所述各谐振器配置成在所述输入端与输出端之间形成多个传送路径；

包含相互邻接地配置的至少三个谐振器，所述邻接配置的各谐振器之间的边界部分整体上构成Y字形。

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