DE102007054621A1

DE102007054621A1 - Hochfrequenzfilter mit elektromagnetisch gekoppelten Verzweigungsleitungen

Info

Publication number: DE102007054621A1
Application number: DE102007054621A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Musashino Mochizuki
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2008-05-29
Also published as: JP2008131342A; JP4770718B2; US20080117004A1

Abstract

Ein Hochfrequenzfilter zum Abschneiden eines spezifischen Frequenzelements eines Hochfrequenzsignals umfasst eine Übertragungsleitung zum Übertragen des Hochfrequenzsignals und eine Vielzahl von Verzweigungsleitungen, die in einer die Übertragungsleitung schneidenden Richtung ausgebildet sind und einen Kopplungsteil aufweisen, an dem die Verzweigungsleitungen elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Gewöhnlich sind ein oder mehrere Paare der benachbarten Verzweigungsleitungen vorgesehen, wobei die Verzweigungsleitungen in jedem Paar elektromagnetisch gekoppelt sind und der Kopplungsteil in der Mitte oder an dem Kopf der Verzweigungsleitungen vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst jede Verzweigungsleitung: Ein erstes Muster, dessen Breite kleiner als diejenige der Übertragungsleitung ist und das als Induktionselement in Bezug auf das Hochfrequenzsignal funktioniert, und ein zweites Muster, dessen Breite größer als diejenige des ersten Musters ist und das den Kopplungsteil bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter zum Abschneiden eines spezifischen Frequenzelements aus einem Hochfrequenzsignal.
Es wird Priorität auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-314099 vom 21. November 2006 beansprucht, die hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
10 ist eine Draufsicht auf den Aufbau eines verteiltkonstanten Tiefpassfilters 100, das allgemein bekannt ist. Das Tiefpassfilter 100 von 10 kann unter Verwendung von Mikrostreifenleitungen gebildet werden. Wie in 10 gezeigt, sind zwischen einer Eingangsleitung 101 und einer Ausgangsleitung 102 des herkömmlichen Tiefpassfilters 100 eine offene Stichleitung 103, ein Muster 104, eine offene Stichleitung 105, ein Muster 106 und eine offene Stichleitung 107 in dieser Reihenfolge von der Seite der Eingangsleitung 101 her ausgebildet.
Die offenen Stichleitungen 103, 105 und 107 sind Verzweigungsleitungen, die in einer Richtung ausgebildet sind, die die Übertragungsleitung für ein Hochfrequenzsignal schneidet, die sich von der Eingangsleitung 101 zu der Ausgangsleitung 102 erstreckt. Jede offene Stichleitung funktioniert als ein Kapazitätselement (d.h. als Kondensator) in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal. Die Muster 104 und 106 sind Leitungen, die schmäler als die Eingangsleitung 101 und die Ausgangsleitung 102 sind, und erstrecken sich in einer Richtung von der Eingangsleitung 101 zu der Ausgangsleitung 102. Diese Muster funktionieren als Induktionselemente in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau geht ein von der Eingangsleitung 101 eingegebenes Hochfrequenzsignal nacheinander durch die offene Stichleitung 103, das Muster 104, die offene Stichleitung 105, das Muster 106 und die offene Stichleitung 107. Durch diesen Durchgang wird ein in dem Hochfrequenzsignal enthaltendes Hochfrequenzelement abgeschnitten. Dementsprechend kann nur ein tiefes Frequenzelement in dem Hochfrequenzsignal durch das Tiefpassfilter 100 hindurchgehen und wird durch die Ausgangsleitung 102 ausgegeben. Außerdem ist das Tiefpassfilter 100 von 10 ein Tiefpassfilter der fünften Ordnung.
11 ist ein Kurvendiagramm zu den Übertragungskennlinien von gewöhnlichen Tiefpassfiltern und zeigt eine Kurve L10 für die Übertragungskennlinie eines Chebyshev-Filters sowie eine Kurve L12 für die Übertragungskennlinie eines Butterworth-Filters. Wie in 11 gezeigt, weist die Übertragungskennlinie des Chebyshev-Filters (i) eine Wellung Δr, die innerhalb eines Durchgangsfrequenzbereichs erscheint, und (ii) einen größeren Dämpfungsgradienten in Nachbarschaft zu der Abschneidungsfrequenz fc als der Butterworth-Filter auf. Im Gegensatz dazu weist die Übertragungskennlinie des Butterworth-Filters (i) einen kleineren Dämpfungsgradienten (d.h. eine sanftere Dämpfung) als der Chebyshev-Filter und (ii) eine flache Übertragungskennlinie innerhalb eines Durchgangsfrequenzbereichs auf. Der Dämpfungsgradient des Butterworth-Filters von 11 ist –6 dB/oct; d.h. wenn die Frequenz verdoppelt wird, tritt eine Dämpfung von –6 dB auf. Details zu herkömmlichen Filterschaltungen sind in der ersten Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. H6-97701 beschrieben.
In den letzten Jahren wurde eine zunehmende Verkleinerung von verschiedenen elektronischen Teilen gefordert. Zum Beispiel sind für ein Mobiltelefon, das ein Hochfrequenzsignal verwendet, eine kleine Größe und ein kleines Gewicht nötig, sodass ein Bedarf für eine Verkleinerung eines in einem Mobiltelefon verwendeten Hochfrequenzfilters besteht. Wenn das Hochfrequenzfilter unter Verwendung eines gewöhnlichen Chebyshev- oder Butterworth-Filters gebildet wird, wird die Größe des Produkts auf der Basis von Entwurfsspezifikationen bestimmt. Wenn jedoch eine Verkleinerung nötig ist, muss ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet werden.
Außerdem ist häufig eine steile Dämpfungskennlinie für Hochfrequenzfilter erforderlich. Um jedoch eine derartige Kennlinie vorzusehen, sind mehrere Ordnungen (des Filters) erforderlich, wodurch die Filtergröße vergrößert wird, und muss ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet werden. Wenn ein derartiges Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet wird, kann eine Impedanz-Fehlabstimmung zwischen dem Filter und einer Schaltung auftreten, die auf einem anderen Substrat ausgebildet ist, oder kann die Musterbreite sehr klein sein. Derartige Probleme können zu Schwierigkeiten bei der Herstellung führen. Außerdem sind Substrate mit einer großen dielektrischen Konstante teuer, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Weiterhin ist die Verwendung eines zusätzlichen (d.h. separaten) Substrats nur für das Hochfrequenzfilter unvorteilhaft, weil dadurch ein erhöhter Montageaufwands bedingt wird.
Angesichts der oben geschilderten Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kleines Hochfrequenzfilter anzugeben, das eine steile Dämpfungskennlinie aufweist und kostengünstig hergestellt werden kann, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet werden muss.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Hochfrequenzfilter (angegeben durch die Bezugszeichen 11, 12, 21, 22, 31 und 32 in den Zeichnungen) zum Abschneiden eines spezifischen Frequenzelements eines Hochfrequenzsignals an, wobei das Hochfrequenzfilter umfasst:
eine Übertragungsleitung (10, 20, 30, 40 und 50) zum Übertragen des Hochfrequenzsignals, und
eine Vielzahl von Verzweigungsleitungen (13 und 14), die in einer Richtung ausgebildet sind, die die Übertragungsleitung schneidet, und einen Kopplungsteil (13b und 14b) aufweisen, an dem die Verzweigungsleitungen elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Teil eines in die Übertragungslinie eingegebenen Hochfrequenzsignals über eine Verzweigungsleitung übertragen, die in einer die Übertragungsleitung schneidenden Richtung ausgebildet ist, und weiterhin über den Kopplungsteil und eine andere Verzweigungsleitung übertragen, um zu der Übertragungsleitung zurückzukehren.
Gewöhnlich sind ein oder mehr Teile der benachbarten Verzweigungsleitungen vorgesehen, wobei die Verzweigungsleitungen elektromagnetisch in jedem Paar gekoppelt sind.
Gewöhnlich ist der Kopplungsteil in der Mitte oder an dem Kopf der Verzweigungsleitungen vorgesehen.
Vorzugsweise umfasst jede Verzweigungsleitung:
ein erstes Muster (13a und 14a), dessen Breite kleiner als diejenige der ersten Übertragungsleitung ist und das als Induktionselement in Bezug auf das Hochfrequenzsignal funktioniert, und
ein zweites Muster (13b und 14b), dessen Breite größer als diejenige des ersten Musters ist und das den Kopplungsteil bildet.
In diesem Fall können sich das erste Muster und das zweite Muster jeweils in der Richtung erstrecken, die die Übertragungsleitung schneidet.
Das Hochfrequenzfilter kann weiterhin eine zweite Verzweigungsleitung (15) umfassen, die in der Mitte der Übertragungsleitung an einer der ersten Verzweigungsleitung entsprechenden Position vorgesehen ist.
In einem typischen Beispiel ist die zweite Verzweigungsleitung U-förmig.
In einem bevorzugten Beispiel:
sind die Übertragungsleitung und die Verzweigungsleitungen auf einem dielektrischen Substrat (SB) ausgebildet, und
ist das Intervall der benachbarten Verzweigungsleitungen, die den Kopplungsteil bilden, kleiner oder gleich dem Dreifachen der Dicke des dielektrischen Substrats.
Um eine große elektromagnetische Kopplung zwischen den benachbarten Verzweigungsleitungen vorzusehen, ist das Intervall der Verzweigungsleitungen vorzugsweise größer oder gleich der Dicke des dielektrischen Substrats.
1 ist eine Draufsicht auf den Aufbau eines Hochfrequenzfilters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1.
3 ist ein Kurvendiagramm, das die Reflexions- und Übertragungskennlinie des ersten Hochfrequenzfilters in der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Draufsicht auf den Aufbau eines Hochfrequenzfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B sind Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters in der zweiten Ausführungsform zeigen, wobei 5A die Übertragungskennlinie zeigt und 5B die Reflexionskennlinie zeigt.
6A und 6B sind Draufsichten zum Vergleich der Größen eines Hochfrequenzfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Hochfrequenzfilters, wobei 6A eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Hochfrequenzfilter ist und 6B eine Draufsicht auf einen Hochfrequenzfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
7A bis 7D sind Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters von 6B und des herkömmlichen Hochfrequenzfilters von 6A zeigen, wobei 7A die Übertragungskennlinie zeigt, 7B ein vergrößertes Diagramm von 7A zeigt, 7C die Reflexionskennlinie zeigt und 7D ein Kurvendiagramm der Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie ist.
8 ist eine Draufsicht auf eine erste Variation des Hochfrequenzfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Draufsicht auf eine zweite Variation des Hochfrequenzfilters gemäß der zweiten Ausführungsform.
10 ist eine Draufsicht auf den Aufbau eines allgemein bekannten verteilt-konstanten Tiefpassfilters.
11 ist ein Kurvendiagramm, das die Übertragungskennlinie von gewöhnlichen Tiefpassfiltern zeigt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Zuerst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Draufsicht von 1 und die Schnittansicht von 2 beschrieben. Dieses Hochfrequenzfilter wird durch zwei Mikrostreifenleitungen gebildet.
Wie in 1 gezeigt, ist zwischen einer Eingangsleitung 11 und einer Ausgangsleitung 12 in einer Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung des Hochfrequenzfilters 10 Verzweigungsleitungen 13, 14 und 15 gebildet, wobei die Leitung 15 der zweiten Verzweigungsleitung der vorliegenden Erfindung entspricht. Das Hochfrequenzfilter 10 von 1 weist eine symmetrische Form auf, wenn es von der Eingangsleitung 11 und von der Ausgangsleitung 12 her betrachtet wird.
Ein Hochfrequenzsignal wird in die Eingangsleitung 11 eingegeben, und ein durch das Abschneiden oder Herausfiltern eines spezifischen Frequenzelements aus dem (an der Eingangsleitung 11 eingegebenen) Hochfrequenzsignal wird aus der Ausgangsleitung 12 ausgegeben. Die Breiten w1 und w2 der Eingangsleitung 11 und der Ausgangsleitung 12 können derart gewählt werden, dass eine Impedanz von 50 Ω vorgesehen wird. Weil das Hochfrequenzfilter 10 in 1 eine symmetrische Schaltungsform aufweist, sind die Breiten w1 und w2 der Eingangsleitung 11 und der Ausgangsleitung 12 gleich und betragen ungefähr 1 mm. Außerdem sind die Eingangsleitung 11 und die Ausgangsleitung 12 nicht direkt miteinander verbunden, sondern elektrisch über die Verzweigungsleitungen 13, 14 und 15 miteinander verbunden.
Die Verzweigungsleitung 13 ist mit der Eingangsleitung 11 verbunden und erstreckt sich in einer Richtung, in der sie die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung von der Eingangsleitung 11 zu der Ausgangsleitung 12 schneidet. In den folgenden Erläuterungen wird die Richtung von der Eingangsleitung 11 zu der Ausgangsleitung 12 als „Übertragungsrichtung" bezeichnet, während die die Übertragungsrichtung schneidende Richtung als „Schneidungsrichtung" bezeichnet wird.
Die Verzweigungsleitung 13 besteht aus einem ersten Muster 13a und einem zweiten Muster 13b, die sich in der Schneidungsrichtung erstrecken. Die Breite w31 des ersten Musters 13a ist kleiner als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und auch als die Breite w2 der Ausgangsleitung 12, wobei das erste Muster 13a als ein Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
Die Breite 13a des zweiten Musters 13b ist größer als die Breite w31 des ersten Musters 13a, wobei das zweite Muster 13b als ein Induktionselement und auch als eine offene Stichleitung in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert. Das Induktionselement des zweiten Musters 13b unterscheidet sich von demjenigen des ersten Musters 13a.
Die Verzweigungsleitung 14 ist mit der Ausgangsleitung 12 verbunden und erstreckt sich in der Schneidungsrichtung.
Ähnlich wie die Verzweigungsleitung 13 besteht die Verzweigungsleitung 14 aus einem ersten Muster 14a und einem zweiten Muster 14b, die sich in der Schneidungsrichtung erstrecken. Die Breite w41 des ersten Musters 14b ist kleiner als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und als die Breite w2 der Ausgangsleistung 12, wobei das erste Muster 14a als Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert. Die Breite w42 des zweiten Musters 14b ist größer als die Breite w41 des ersten Musters 14a, wobei das zweite Muster 14b als ein Induktionselement und auch als offene Stichleitung in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
Weil das Hochfrequenzfilter 10 von 1 eine symmetrische Schaltungsform aufweist, ist das Induktionselement des ersten Musters 14a identisch mit demjenigen des ersten Musters 13a der Verzweigungsleitung 13 und ist das Induktionselement des zweiten Musters 14b identisch mit demjenigen des zweiten Musters 13b der Verzweigungsleitung 13.
Das zweite Muster 13b der Verzweigungsleitung 13 und das zweite Muster 14b der Verzweigungsleitung 14 bilden einen Kopplungsteil, an dem die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Das heißt, obwohl die Verzweigungsleitungen 13 und 14 wie in 1 gezeigt separat zueinander vorgesehen sind, wird, wenn ein durch die Verzweigungsleitung 13 übertragenes Hochfrequenzsignal das zweite Muster 13b erreicht, ein Teil des Signalselements über das zweite Muster 14b zu der Verzweigungsleitung 14 übertragen. Dabei ist in dem „elektromagnetisch gekoppelten” Zustand der Verzweigungsleitungen 13 und 14 die Lücke Δt zwischen den Verzweigungsleitungen 13 und 14 (d.h. die Lücke zwischen den zweiten Mustern 13b und 14b) kleiner oder gleich als das Dreifache der Dicke t0 eines dielektrischen Substrats SB (siehe 2). Auf der Rückfläche des dielektrischen Substrats SB ist ein Erdmuster 16 gebildet, das als Erdpotential gesetzt ist.
Wenn eine Hochfrequenzschaltung entworfen wird, in der die Lücke zwischen entsprechenden Mustern elektromagnetisch isoliert ist, wird die Lücke aus Erfahrung größer als das Dreifache der Dicke t0 eines dielektrischen Substrats gemacht. Wenn zum Beispiel die Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB gleich 0,5 mm ist und wenn die Lücke zwischen den entsprechenden Mustern größer als 1,5 mm ist, kann die Übertragung eines Hochfrequenzsignals zwischen den Mustern vernachlässigt werden. Wenn dagegen die Lücke zwischen den entsprechenden Mustern kleiner oder gleich dem Dreifachen der Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB ist, kann die Übertragung eines Hochfrequenzsignals zwischen den Mustern nicht vernachlässigt werden, sodass die Muster elektromagnetisch gekoppelt sind. Wenn also die Lücke Δt zwischen den Verzweigungsleitungen 13 und 14 kleiner oder gleich dem Dreifachen der Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB ist, sind die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch miteinander gekoppelt. Um jedoch den Kopplungskoeffizienten k zu erhöhen, der den Grad der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Verzweigungsleitungen 13 und 14 angibt, wird die Lücke Δt zwischen den Verzweigungsleitungen 13 und 14 (d.h. die Lücke zwischen den zweiten Mustern 13b und 14b) vorzugsweise kleiner oder gleich der Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB gesetzt.
Der oben beschriebene Kopplungsteil für die elektromagnetische Kopplung der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ist vorgesehen, um den Q-Wert des Filters zu erhöhen. Weil also die Verzweigungsleitungen 13 und 14 und auch die Verzweigungsleitung 15 in dem Hochfrequenzfilter 10 von 1 als Induktionselemente (genauer gesagt als Induktionselemente und Kapazitätselemente) funktionieren, wird eine Filterschaltung ohne den Verbindungsteil hergestellt, sodass ein Q-Wert vorhanden ist. Außerdem sind in der vorliegenden Ausführungsform die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch gekoppelt, um eine Resonanz zu bilden. Deshalb sehen der oben genannte Q-Wert und die erzeugte Resonanz einen Multiplikationseffekt vor, wodurch der Q-Wert erhöht wird und eine steile Dämpfungskennlinie vorgesehen wird.
Die Verzweigungsleitung 15 ist eine U-förmige Leitung, die mit der Eingangsleitung 11 und der Ausgangsleitung 12 verbunden ist. Die Breite w5 der Verzweigungsleitung 15 ist kleiner als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und als die Breite w2 der Ausgangsleitung 12, wobei die Verzweigungsleitung 15 als Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
Das dielektrische Substrat SB, auf dem das Hochfrequenzfilter 10 ausgebildet ist, ist ein allgemein erhältliches, kostengünstiges Substrat wie etwa ein Glasepoxidsubstrat. Die Größe in der Übertragungsrichtung der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 beträgt einige wenige Millimeter, und die Größe in der Schneidungsrichtung derselben beträgt ungefähr 12 Millimeter.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird ein an der Eingangsleitung 11 eingegebenes Hochfrequenzsignal in (i) ein durch die Verzweigungsleitung 13, die mit der Eingangsleitung 11 verbunden ist, übertragenes Signal und (ii) ein durch die Verzweigungsleitung 15, die ebenfalls mit der Eingangsleitung 11 verbunden ist, übertragenes Signal geteilt. Eines der geteilten Signale erreicht über das erste Muster 13a der Verzweigungsleitung 13 das zweite Muster 13b derselben, und ein Teil des Signals wird zu dem zweiten Muster 14b der Verzweigungsleitung 14 übertragen, das elektromagnetisch mit dem zweiten Muster 13b gekoppelt ist. Das übertragene Signal wird über das zweite Muster 14b und das erste Muster 14a der Verzweigungsleitung 14 zu der Ausgangsleitung 12 geführt. weiterhin wird das andere geteilte Signal über die U-förmige Verzweigungsleitung 15 zu der Ausgangsleitung 12 geführt. Das Signal, das durch die Verzweigungsleitungen 13 und 14 hindurchgegangen ist, und das Signal, das durch die Verzweigungsleitung 15 hindurchgegangen ist, werden an der Ausgangsleitung 12 synthetisiert, wobei das synthetisierte Signal von der Ausgangsleitung 12 ausgegeben wird.
3 ist ein Kurvendiagramm, das die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In 3 gibt die durch das Bezugszeichen R11 angegebene Kurve die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 10 wieder, und gibt die durch das Bezugszeichen T11 angegebene Kurve die Übertragungskennlinie des Hochfrequenzfilters 10 wieder. Genauer gesagt, gibt die Kurve R11 die Frequenzkennlinie von Dispersionsparametern S11 und S12 (d.h. S-Parametern) an, wenn das Hochfrequenzfilter 10 als eine Schaltung mit vier Anschlüssen betrachtet wird, und gibt die Kurve T11 die Frequenzkennlinie eines Dispersionsparameters S21 in Bezug auf die Schaltung mit vier Anschlüssen wieder. Allgemein in Bezug auf die Schaltung mit vier Anschlüssen gibt S11 den Eingangsreflexionsverlust und die Eingangsimpedanzabstimmung an, gibt S22 den Ausgangsreflexionsverlust und die Ausgangsimpedanzabstimmung an und gibt S21 die Übertragungskennlinie und die Signalübertragungseffizienz von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss an.
Wenn sich wie in 3 gezeigt die Frequenz erhöht, nimmt in der Nähe von 3 GHz die Reflexion abrupt zu, während sich die Übertragungsgröße zu vermindern beginnt. Außerdem nimmt in der Nähe von 3,4 bis 4 GHz die Übertragungsgröße abrupt ab. Deshalb weist das Hochfrequenzfilter 10 von 1 die Übertragungskennlinie eines Tiefpassfilters auf. Wie außerdem durch die Kurve T11 mit den oben genannten Eigenschaften in der Nähe von 3,4 bis 4 GHz wiedergegeben, weist das Hochfrequenzfilter 10 einen großen Dämpfungsgradienten und damit eine steile Dämpfungskennlinie auf. Dementsprechend ist das Hochfrequenzfilter 10 wie in 1 der ersten Ausführungsform gezeigt klein und kann kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet werden muss. Außerdem weist das Hochfrequenzfilter 10 eine steile Dämpfungskennlinie auf.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Draufsicht von 4 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, wird ein Hochfrequenzfilter 20 der vorliegenden Ausführungsform gebildet, indem eine Vielzahl von Hochfrequenzfiltern 10 wie in 1 gezeigt nebeneinander ausgebildet werden. Das heißt, zwischen einer Eingangsleitung 21 und einer Ausgangsleitung 22 einer Übertragungsleitung für ein Hochfrequenzsignal sind Filterteile 23 bis 26 vorgesehen, die jeweils einen Verzweigungsleitungsaufbau aufweisen, der demjenigen der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 von 1 ähnlich ist. Die Filterteile 23 und 24 sind über eine Verbindungsleitung 27 verbunden, die Filterteile 24 und 25 sind über eine Verbindungsleitung 28 verbunden und die Filterteile 25 und 26 sind über eine Verbindungsleitung 29 verbunden.
Wie in 4 gezeigt sind in Bezug auf die Übertragungsleitung für ein Hochfrequenzsignal insgesamt acht Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen, und insgesamt vier Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen, vorgesehen. In den acht Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 entsprechen, sind Paare von benachbarten Verzweigungsleitungen jeweils elektromagnetisch gekoppelt, d.h. die Filterteile 23 bis 26 funktionieren als Kopplungseinheiten.
Die Filterteile 23 bis 26 weisen nicht dieselbe Form auf. Die Filterteile 24 und 25 sind etwas länger als die Filterteile 23 und 26 in der Schneidrichtung. Außerdem weist das Hochfrequenzfilter 20 von 4 eine symmetrische Form auf, wenn es von der Eingangsleitung 21 und der Ausgangsleitung 22 aus betrachtet wird, und ist auf einem kostengünstigen Substrat wie etwa einem Glasepoxidsubstrat ausgebildet, das dem dielektrischen Substrat SB von 2 ähnlich ist.
In den folgenden Erläuterungen ist das Hochfrequenzfilter 20 eine symmetrisch geformte Schaltung. Es kann jedoch auch eine asymmetrisch geformte Schaltung wein, wobei die Filterteile 23 bis 26 jeweils unterschiedliche Kopplungskoeffizienten aufweisen. Weiterhin tritt in jedem Paar von Verzweigungsleitungen in den Filterteilen 23 bis 26 eine elektromagnetische Kopplung nur in dem entsprechenden Filterteil auf. Eine elektromagnetische Kopplung kann jedoch auch zwischen benachbarten Filterteilen auftreten. Das heißt, das Intervall zwischen den Filterteilen 23 bis 26 kann kleiner sein, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Filterteilen 23 bis 26 vorzusehen. Bei dem Hochfrequenzfilter 20 von 4 beträgt die Größe in der Übertragungsrichtung der Filterteile 23 bis 26 ungefähr 10 Millimeter und beträgt die Größe in der Schneidungsrichtung derselben ungefähr 12 Millimeter.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird ein an der Eingangsleitung 21 eingegebenes Hochfrequenzsignal in (i) ein durch das Paar von Verzweigungsleitungen in dem Filterteil 23, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen, übertragenes Signal und in (ii) durch die Verzweigungsleitung in dem Filterteil 23, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entspricht, übertragenes Signal geteilt. Eines der geteilten Signale erreicht die Verbindungslinie 27 über den Verbindungsteil des Paares von Verzweigungsleitungen. Das andere geteilte Signal erreicht die Verbindungsleitung 27 über die U-förmige Verzweigungsleitung. Das durch das Paar von Verzweigungsleitungen hindurchgegangene Signal und das durch die andere Verzweigungsleitung hindurchgegangene Signal werden an der Verbindungsleitung 27 synthetisiert. Eine ähnliche Operation wird dann an dem „Filterteil 24 und der Verbindungsleitung 28", an dem „Filterteil 25 und der Verbindungsleitung 29" und an dem „Filterteil 26 und der Ausgangsleitung 22" durchgeführt, wobei das Signal nach dieser Filterung von der Ausgangsleitung 22 ausgegeben wird.
5A und 5B sind Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinie des Hochfrequenzfilters 20 in der zweiten Ausführungsform zeigen. 5A zeigt die Übertragungskennlinie, und 5B zeigt die Reflexionskennlinie.
In 5A zeigt eine durch das Bezugssymbol T21 angegebene Kurve tatsächlich gemessene Werte in Bezug auf die Übertragungskennlinie des Hochfrequenzfilters 20, und zeigt eine durch das Bezugszeichen T22 angegebene Kurve die simulierten Ergebnisse in Bezug auf die Übertragungskennlinie des Hochfrequenzfilters 20. In 5B zeigt eine durch das Bezugssymbol R21 angegebene Kurve tatsächlich gemessene Werte in Bezug auf die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 20 und zeigt eine durch das Bezugssymbol R22 angegebene Kurve simulierte Ergebnisse in Bezug auf die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 20. Insbesondere zeigen die Kurven T21 und T22 die Frequenzkennlinien des Dispersionsparameters S21 (d.h. eines S-Parameters), wenn das Hochfrequenzfilter 20 als eine Schaltung mit vier Anschlüssen betrachtet wird, und zeigen die Kurven R21 und R22 die Frequenzkennlinien der Dispersionsparameter S11 und S22 in Bezug auf die Schaltung mit vier Anschlüssen.
Wenn wie in 5A gezeigt die Frequenz steigt, vermindert sich in der Nähe von 3 GHz die Übertragungsgröße beinahe linear und abrupt. Wenn sich dagegen wie in 5B gezeigt die Frequenz ungefähr 3 GHz überschreitet, erhöht sich die Reflexionsgröße abrupt, wobei beinahe das gesamte einfallende Hochfrequenzsignal in der Nähe von 3,6 GHz reflektiert wird. Außerdem weist wie in 5A und 5B gezeigt das Hochfrequenzfilter 20 von 4 die Übertragungseigenschaften eines Tiefpassfilters auf, wobei die tatsächlich gemessenen Werte beinahe mit den simulierten Ergebnissen zusammenfallen. Weiterhin ist im Vergleich zu 3 ist die Übertragungsgröße bei Frequenzen von 4 bis 5 GHz in 5 kleiner. Dementsprechend ist das Hochfrequenzfilter 20 von 4 in der zweiten Ausführungsform klein und kann kostengünstig hergestellt werden, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet werden muss. Das Hochfrequenzfilter 20 weist außerdem eine steile Dämpfungskennlinie auf. Weiterhin ist die Übertragung in einem Hochfrequenzband (von 4 bis 5 GHz) kleiner als in der ersten Ausführungsform, sodass eine vorteilhafte Übertragungskennlinie erzeugt wird.
6A und 6B sind Draufsichten, die die Größen eines Hochfrequenzfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Hochfrequenzfilters vergleichen. 6A ist eine Draufsicht auf ein herkömmliches Hochfrequenzfilter, und 6B ist eine Draufsicht auf ein Hochfrequenzfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein herkömmliches Hochfrequenzfilter 200 von 6A wird unter Verwendung von Mikrostreifenleitungen gebildet und weist offene Stichleitungen 203a bis 211a und Muster 203b bis 210b zwischen einer Eingangsleitung 201 und einer Ausgangsleitung 202 auf.
Die offenen Stichleitungen 203a bis 211a sind breite Verzweigungsleitungen, die sich in einer Richtung erstrecken, in der sie eine Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung von der Eingangsleitung 201 zu der Ausgangsleitung 202 schneiden. Die Muster 203b bis 210b weisen jeweils (i) eine Breite, die kleiner als die Breite der Eingangsleitung 201 und der Ausgangsleitung 202 ist, und (ii) eine U-Form auf, wobei die Muster 203b bis 210b als Induktionselemente in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktionieren.
Im Gegensatz dazu weist ein Hochfrequenzfilter 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie in 6B gezeigt eine Form auf, die erhalten wird, indem zwei Hochfrequenzfilter 20 nebeneinander verbunden werden. Das heißt, zwischen einer Eingangsleitung 31 und einer Ausgangsleitung 32 einer Übertragungsleitung für ein Hochfrequenzsignal sind Filterteile 33 bis 40 vorgesehen, die jeweils einen Aufbau aufweisen, der demjenigen der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 von 1 ähnlich ist. Die Filterteile 33 bis 40 sind über Verbindungsleitungen miteinander verbunden.
Das herkömmliche Hochfrequenzfilter 200 von 6A und das Hochfrequenzfilter 30 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind jeweils auf einem dielektrischen Substrat mit einer identischen dielektrischen Konstante ausgebildet.
7A bis 7D sind Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200 zeigen. 7A zeigt die Übertragungskennlinie, 7B ist ein vergrößertes Diagramm zu 7A (nur der Maßstab der vertikalen Achse ist vergrößert), 7C zeigt die Reflexionskennlinie und 7D ist ein Kurvendiagramm, das die Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie zeigt.
In 7A und 7B zeigt eine durch das Bezugszeichen T31 angegebene Kurve tatsächlich gemessene Werte in Bezug auf die Übertragungskennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und zeigt eine durch das Bezugszeichen T201 angegebene Kurve die Übertragungskennlinie des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200. In 7C zeigt eine durch das Bezugszeichen R31 angegeben Kurve tatsächlich gemessene Werte in Bezug auf die Reflexionskennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und zeigt eine durch das Bezugszeichen R201 angegebene Kurve die Reflexionskennlinie des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200.
In 7D zeigt eine durch das Bezugszeichen V31 angegebene Kurve eine Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und zeigt eine durch das Bezugszeichen V201 angegebene Kurve die Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200.
In Bezug auf 7A bis 7D ist zu beachten, dass die Reflexions- und Übertragungskennlinie und die Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 im wesentlichen identisch mit denjenigen des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200 sind.
Das vorliegende Hochfrequenzfilter 30 von 6A und das herkömmliche Hochfrequenzfilter 200 von 6B nehmen ungefähr 12 mm in der Schneidungsrichtung ein, wobei die Größen derselben keinen großen Unterschied in dieser Richtung aufweisen. Im Vergleich zu der Größe von ungefähr 65 mm des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200 in der Übertragungsrichtung beträgt die Größe des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 in der Übertragungsrichtung ungefähr 20 mm und ist also kleiner als ein Drittel der Größe des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200. Obwohl also das Hochfrequenzfilter 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine ähnliche Reflexions- und Übertragungskennlinie wie das herkömmliche Hochfrequenzfilter 200 aufweist, kann es im Vergleich zu dem herkömmlichen Hochfrequenzfilter 200 klein ausgebildet werden.
Im Folgenden wird eine erste Variation des Hochfrequenzfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben. In den Filterteilen 23 bis 26 des Hochfrequenzfilters 20 von 4 sind die Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen, auf einer Seite der Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet, während die anderen Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen, auf der anderen Seite der Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet sind.
Wie in 8 gezeigt, kann die Anordnung der Verzweigungsleitungen in den Filterteilen 23 bis 26 modifiziert werden. Zum Beispiel sind in den Filterteilen 23 bis 26 des Hochfrequenzfilters 40 von 8 die Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 bis 14 von 1 entsprechen, in einer durch das Bezugszeichen D11 angegebenen Richtung in Bezug auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet, während die anderen Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen, in einer durch das Bezugszeichen D12 angegebenen Richtung in Bezug auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet sind. Im Gegensatz hierzu sind in den Filterteilen 24 und 25 des Hochfrequenzfilters 40 die Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu den Verzweigungsleitungen 13 bis 14 von 1 in der durch das Bezugszeichen D12 angegebenen Richtung in Bezug auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet, während die anderen Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 von 1 in der durch das Bezugszeichen D11 angegebenen Richtung in Bezug auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet sind. Die Anordnung der Verzweigungsleitungen kann also entsprechend modifiziert werden.
9 ist eine Draufsicht auf eine zweite Variation des Hochfrequenzfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Filterteilen 23 bis 26 des Hochfrequenzfilters 20 von 4 sind die Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 von 1 jeweils U-förmig. Die Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 müssen jedoch keine U-Form aufweisen, sondern können auch linear geformt sein.
Ein Hochfrequenzfilter 50 von 9 weist Filterteile 51 bis 54 zwischen einer Eingangsleitung 21 und einer Ausgangsleitung 22 einer Übertragungsleitung in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal auf. Der Filterteil 51 weist (i) Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 und (ii) eine lineare Verzweigungsleitung 55 auf. Entsprechend weist jeder der Filterteile 52 bis 54 (i) Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 und (ii) eine lineare Verzweigungsleitung (eine entsprechende Verzweigungsleitung 56 bis 58) auf.
Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und gezeigt, wobei zu beachten ist, dass es sich um beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung handelt und die Erfindung nicht auf dieselben beschränkt ist. Zusätze, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.
Dementsprechend wird die Erfindung nicht durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Bei dem oben beschriebenen Hochfrequenzfilter 10 der ersten Ausführungsform sind die zweiten Muster 13b und 14b als ein Kopplungsteil an dem Kopf der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ausgebildet. Der Kopplungsteil kann jedoch auch in der Mitte der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ausgebildet sein. Außerdem sind die zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b als Kopplungsteil jeweils breiter als die ersten Muster 13a und 14a. Die Breiten der zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b können jeweils identisch mit denjenigen der ersten Muster 13a und 14a sein, wobei das Intervall zwischen den zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b kleiner sein kann als das Intervall zwischen den ersten Mustern 13a und 14a, sodass die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch miteinander gekoppelt werden. Die vorstehenden Modifikationen können auch auf die zweite Ausführungsform und deren Variationen angewendet werden.
Weiterhin werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Hochfrequenzfilter unter Verwendung von Mikrostreifenleitern gebildet. Sie können jedoch auch unter Verwendung von eingebetteten Mikrostreifenleitungen, asymmetrischen Streifenleitungen oder ähnlichem gebildet werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf Mikrostreifenleitungen beschränkt, sondern kann auch auf Wellenleiter, frequenzselektive Flächen oder ähnliches angewendet werden.

Claims

Hochfrequenzfilter zum Abschneiden eines spezifischen Frequenzelements eines Hochfrequenzsignals, wobei das Hochfrequenzfilter umfasst: eine Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) zum Übertragen des Hochfrequenzsignals, und eine Vielzahl von Verzweigungsleitungen (13, 14), die in einer Richtung ausgebildet sind, die die Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) schneidet, und einen Kopplungsteil (13b, 14b) aufweisen, an dem die Verzweigungsleitungen (13, 14) elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Paare von benachbarten Verzweigungsleitungen (13, 14) vorgesehen sind, wobei die Verzweigungsleitungen (13, 14) in jedem Paar elektromagnetisch gekoppelt sind.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsteil (13b, 14b) in der Mitte oder am Kopf der Verzweigungsleitungen (13, 14) vorgesehen ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verzweigungsleitung (13, 14) umfasst: ein erstes Muster (13a, 14a), dessen Breite kleiner als diejenige der Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) ist und das als ein Induktionselement in Bezug auf das Hochfrequenzsignal funktioniert, und ein zweites Muster (13b, 14b), dessen Breite größer als diejenige des ersten Musters (13a, 14a) ist und das den Kopplungsteil bildet.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Muster (13a, 14a) und das zweite Muster (13b, 14b) jeweils in der Richtung erstrecken, die die Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) schneidet.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine zweite Verzweigungsleitung (15), die in der Mitte der Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) an einer Position in Entsprechung zu der oben genannten Verzweigungsleitung (13, 14) vorgesehen ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzweigungsleitung (15) U-förmig ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung (10; 20; 30; 40; 50) und die Verzweigungsleitungen (13, 14) auf einem dielektrischen Substrat (SB) ausgebildet sind, und das Intervall der benachbarten Verzweigungsleitungen (13, 14), die den Kopplungsteil (13b, 14b) bilden, kleiner oder gleich dem Dreifachen der Dicke des dielektrischen Substrats (SB) ist.