JP2000124702A - 電磁信号のフィルタ及び濾波方法並びに遅延回路 - Google Patents
電磁信号のフィルタ及び濾波方法並びに遅延回路Info
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Abstract
帯のマイクロ波信号、25GHz超のミリ波信号)用の
フィルタを提供する。 【解決手段】 本発明のフィルタは、金属筐体内に誘電
材料と、少なくとも2個のマイクロストリップ・アンテ
ナと、金属パターンを含む周波数選択面とを含む。この
周波数選択面は、筐体内に伝播した電磁信号を濾波する
ために使用される。周波数選択面の共振周波数だけでな
く、アンテナ及び周波数選択面の幾何形状が、フィルタ
が帯域通過フィルタであるか、帯域消去フィルタである
か、ノッチ・フィルタであるか、或いはそれらの複合フ
ィルタであるかを決定する。周波数選択面を取り去る
と、複合構成体は電磁信号を遅延させ、その時間遅延が
誘電材料の誘電定数の関数である遅延回路として作用す
る。
Description
に、金属筐体内に誘電材料と、少なくとも2個のマイク
ロストリップ・アンテナと、金属パターンを含む少なく
とも1個の周波数選択面とを含むフィルタに関する。
多数の構成要素が密集して取付けられていた。
それらが密接しているために、回路基板上の他の構成要
素の動作と干渉する電磁信号を生ずることがしばしば有
った。特に、代表的にマイクロ波帯の信号を濾波する従
来の周波数フィルタはスプリアス電磁放射線の大きな発
生源である。
至25GHz帯のマイクロ波信号、25GHz超のミリ
波信号)用のフィルタを提供することを目的とする。こ
のフィルタのサイズは所望の動作周波数と反比例する。
のフィルタが同じ回路基板上の他の構成要素と干渉する
場合でもフィルタからの漏洩が最小限な状態に完全に遮
蔽され、その結果、回路全体のコスト及びサイズを低減
することができる。
(例えば、30の誘電定数εrを持ち、約11ミリの波
長を有する5GHz)用の遅延回路を提供する。本発明
の遅延回路もまた、同じ回路基板上の他の構成要素と干
渉するかも知れない遅延回路からの漏洩が最小限な状態
に完全に遮蔽される。
ストリップ・アンテナ(これはまた「パッチ・アンテ
ナ」としても知られている)を送信アンテナ(source a
ntenna)、受信アンテナ(sink antenna)として使用
し、電磁信号を筐体内の誘電材料を介して送信アンテナ
から受信アンテナへ伝播するフィルタである。その誘電
材料には、少なくとも1個の、表面に金属パターンが印
刷され、一定の周波数或いは周波数群を阻止する周波数
選択面が埋め込まれている。幾何形状に依存して、金属
筐体、誘電材料、送信アンテナと受信アンテナ、少なく
とも1個の周波数選択面から成る集成体を、完全に遮蔽
され最小限の電磁障害を生ずる帯域通過フィルタやノッ
チ・フィルタ、或いは帯域通過フィルタとノッチ・フィ
ルタとの複合フィルタを作成するために使用することが
できる。
テナを送信アンテナ、受信アンテナとして使用し、電磁
信号を筐体内の誘電材料を介して送信アンテナから受信
アンテナへ伝播する遅延回路である。この遅延回路には
周波数選択面は1個たりとも含まれない。金属筐体、誘
電材料、送信アンテナと受信アンテナとから成る集成体
によって、遅延の時間長が埋め込まれた誘電材料の誘電
定数の関数である遅延回路が作成される。
波(1GHz以上)用の、それ自体の近傍に在る回路基
板上の他の構成要素と干渉すると思われる最小限の電磁
信号を生ずるフィルタを開示する。その基本原理は2個
のアンテナ、即ち送信アンテナと受信アンテナ、、一定
の周波数群を阻止するため遮蔽体として作用する周波数
選択面が中に埋め込まれている高誘電率材料を提供する
ことにある。この目的には、マイクロストリップ・アン
テナ即ちパッチ・アンテナが、それらがフィルタ内で遮
蔽作用を備える必要がある接地面を必要とするので、理
想的である。
導波長を、その波長が動作周波数と誘電材料の誘電定数
の両方の関数であることを利用して、短縮することであ
る。任意の均質な誘電材料に対する被誘導波長は次式
(1)で与えられる。 λg = c/(f√(εr)) (1) なお、式(1)において、cは光速(3×108m/
s)であり、fはHzの単位での周波数であり、εrは
誘電材料の相対誘電定数である。
されている。フィルタ10は可逆性回路であり、そのど
ちらのポートも入力ポート或いは出力ポートとなること
ができる。ローレンツの相反定理によれば、次式(2)
で表されるように、アンテナは送信モードだけでなく受
信モードでも同じ輻射パターンを持つ。
信アンテナの体積であり、EaとEbはアンテナaとアン
テナbによって生成される電界であり、JaとJbはアン
テナaとアンテナbの電気ソース体積電流(electric s
ource volume current)である。一方、式(2)におい
て、磁気ソース体積電流(magnetic source volume cur
rent)Ma、Mbは通常ゼロであり、式(2)中のHx・
Myの項を消去する。式(2)に記述されているローレ
ンツの相反定理は、アンテナaのベクトルとアンテナb
上の電気体積電流(electric volume current)との乗
算によって生成されるアンテナbでの電界が、アンテナ
bのベクトルとアンテナaでの電気体積電流との乗算に
よって生成されるアンテナaでの電界と等しいことを表
明している。
10の主要な構成要素を示す図である。特に、図1、図
2は、金属筐体12、マイクロストリップ・アンテナ1
4、16、周波数選択面18、20並びに固形誘電材料
22を示している。周波数選択面18、20は各々、そ
の上に金属パターン24を有する。周波数選択面18、
20は、誘電材料22に埋め込まれている。金属筐体1
2は、誘電材料22と周波数選択面18、20を完全に
包囲している。
は、各々が接地面26と導体28とを含む。図1、図2
に示される実施例では、金属筐体12もまたマイクロス
トリップ・アンテナ14、16に対する接地面26とし
て作用する。マイクロストリップ・アンテナ14、16
上の導体28はアルミニウム、銅、銀または金のうちの
1つで形成され、円形、長方形または楕円形状を取るこ
とができる。マイクロストリップ・アンテナ14、16
は、印刷回路技術または基板エッチングによって作成す
ることができる。マイクロストリップ・アンテナ14、
16はまた、マイクロストリップ給電スロット・アンテ
ナであってもよい。周波数選択面18、20は薄膜技術
で作成され、代表的には1乃至5ミル(ミル=1/10
00インチ=0.0254mm)の厚みである。金属パ
ターン24は銅、銀、アルミニウムまたは金のうちの1
つで形成される。誘電材料22は、1.1から10,0
00の誘電定数を持つセラミックのような固形誘電体で
あり、電磁信号が伝播する速度Vpは次式(3)で与え
られる。 Vp = c/√(εr) (3) ここで、c=3.0x108m/sであり、εrは誘電定
数である。
面18、20は薄膜技術で印刷された金属反復パターン
24を含む。金属パターン24は特定周波数で共振する
形状を有し、その結果帯域消去フィルタとして作用す
る。伝播中の電磁信号30が周波数選択面18、20の
1つと出会うと、金属パターン24の上記1つまたはそ
れ以上の共振周波数と対応する1つまたはそれ以上の周
波数に属するエネルギーは金属パターン24で吸収さ
れ、次式(4)で与えられるスネルの屈折法則に従って
反射される。 sinθt/sinθi = √(εr1/εr2) (4) ここで、θtは反射波の反射角であり、θiは入射波の入
射角であり、εr1は入射波を入射する方の媒体の相対誘
電定数であり、εr2は入射波が入射される方の媒体の相
対誘電定数である。
の全周波数に対しては存在しない状態に見える。
ィルタ10を作成するために、伝播中の電磁信号30が
周波数選択面18、20に入射波する入射角は垂直を為
すと想定されるが、それに限定されない。任意の所望周
波数応答を達成するために、異なる共振周波数を持つ幾
つかの周波数選択面を、図1、図2に示されるように、
相前後するように配置することができる。薄膜技術で印
刷された金属パターン24は、図1に示されるように、
鋭角(若しくは長方形)の金属ストリップに形成するこ
とができるが、それに限定されない。円形や、エルサレ
ム十字形(Jerusalem crosses)、同心リング形(conce
ntric rings)、二重正方形(double squares)或いは
格子配列正方形(gridded squares)もまた金属パター
ン24として使用可能である。
過フィルタ40を示す。帯域通過フィルタ40は、金属
筐体12、送信アンテナとして作用するマイクロストリ
ップ・アンテナ14、受信アンテナとして作用する1
6、2枚の周波数選択面18、20、吸収性材料42、
並びに筐体12と同じ材料で作られている隔壁44を含
む。伝播中の電磁信号30はマイクロストリップ送信ア
ンテナ14によって送信され、共振周波数(または周波
数帯域)f2を持つ周波数選択面18に入射する。他の
周波数、即ち、周波数f1、周波数f3は全て周波数選択
面18を透過することが可能にされており、吸収性材料
42によって吸収される。周波数選択面18で反射され
た周波数f2は周波数選択面20に入射する。周波数f2
は、再び、周波数選択面18と同じ共振周波数を持つ周
波数選択面20によって反射される。周波数f2は、周
波数選択面20により、受信アンテナ16へ反射され
る。マイクロストリップ受信アンテナ16に受信された
信号は上記周波数f2のみを含み、その結果、帯域通過
フィルタ40として作用する。金属隔壁44は、マイク
ロストリップ送信アンテナ14とマイクロストリップ受
信アンテナ16との間の内部結合だけでなく、伝播中の
電磁信号30(即ち周波数f1,f2,f3を含む信号)
とマイクロストリップ受信アンテナ16で受信された周
波数f2との間の如何なる干渉も防止する。
に、2枚の周波数選択面18、20がマイクロストリッ
プ・アンテナ14、16に対して45°に配置され、且
つ、互いに対しては90°に配置されている。
チ・フィルタと帯域通過フィルタとの複合フィルタ50
を示す。ノッチ・フィルタと帯域通過フィルタとの複合
フィルタ50は、金属筐体12と、マイクロストリップ
・アンテナ14、16、52と、周波数選択面18とを
含む。マイクロストリップ・アンテナ14は送信アンテ
ナとして作用し、周波数(または周波数帯域)f1、f2
を送信する。周波数選択面18はf2に等しい共振周波
数を有し、従って、周波数f1は周波数選択面18を透
過してマイクロストリップ受信アンテナ16で受信さ
れ、その一方で周波数f2は周波数選択面18で反射さ
れてマイクロストリップ・アンテナ52で受信されるこ
とが可能にされる。マイクロストリップ受信アンテナ1
6で受信された信号は図5に示されるようなノッチ状信
号であるのに対して、マイクロストリップ・アンテナ5
2で受信された信号は図6に示されるような帯域通過信
号である。
つフィルタを、上述の主要な構成要素を使用して構成す
ることが可能である。更に、上記に従って構成されたフ
ィルタは、従来の表面弾性波(SAW)フィルタやマイ
クロストリップ・フィルタを超える縮減された放射線漏
洩及び損失を有する。更に、上記に従って構成されたフ
ィルタはまた、ミリ波帯での動作を可能にする。
属筐体12と、2個のマイクロストリップ・アンテナ1
4、16と、誘電材料22とを含む遅延回路60を示
す。遅延回路60では、誘電材料22の誘電定数が高い
ほど、伝播中の電磁信号30が伝播する速度は遅い。誘
電定数を管理することにより、伝播中の電磁信号30を
所望時間だけ遅延するように遅延回路60を設計するこ
とができる。
要な構成要素を使用して任意の長さの遅延時間を持つ遅
延回路を構成することが可能である。更に、上記に従っ
て構成された遅延回路は、従来の遅延回路に対し、縮減
された放射線漏洩、改善された特性及びより小さなサイ
ズを有する。
は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求
の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
である
である
る。
る。
す図である。
す図である。
る。
ィルタ 52 マイクロストリップ・アンテナ 60 遅延回路
Claims (28)
- 【請求項1】 金属筐体(12)と、 前記金属筐体内に在る誘電材料(22)と、 前記金属筐体内に在る少なくとも2個のマイクロストリ
ップ・アンテナ(14,16)と、前記金属筐体内に在
り、且つ前記誘電材料内に封入された、金属パターンを
含む少なくとも1個の周波数選択面(18,20)と、 を具備し、 前記少なくとも1個の周波数選択面が前記誘電材料(2
2)中に埋め込まれ、 前記金属筐体(12)が前記少なくとも1個の周波数選
択面を封入し、 前記少なくとも1個の周波数選択面が前記金属筐体中に
伝播した電磁信号を濾波する、 ことを特徴とするフィルタ。 - 【請求項2】 前記フィルタが可逆性回路であることを
特徴とする請求項1に記載のフィルタ。 - 【請求項3】 前記少なくとも2個のマイクロストリッ
プ・アンテナが、各々、導体及び接地面を含むことを特
徴とする請求項1に記載のフィルタ。 - 【請求項4】 前記金属筐体の2個の壁体が、各々、前
記少なくとも2個のマイクロストリップ・アンテナの各
々に対する接地面として作用することを特徴とする請求
項3に記載のフィルタ。 - 【請求項5】 前記金属パターンが反復形成され、且
つ、少なくとも1個の共振周波数を有することを特徴と
する請求項1に記載のフィルタ。 - 【請求項6】 前記少なくとも1個の周波数選択面の各
々の前記金属パターンが、正方形、円形、長方形、同心
リング形、二重正方形、格子配列正方形及びエルサレム
十字形のうちの1つであることを特徴とする請求項5に
記載のフィルタ。 - 【請求項7】 前記金属筐体が前記フィルタを遮蔽する
ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。 - 【請求項8】 前記少なくとも1個の周波数選択面の各
々の前記金属パターンが、少なくとも1つの周波数を反
射することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。 - 【請求項9】 前記電磁信号がマイクロ波またはミリ波
の信号であることを特徴とする請求項1に記載のフィル
タ。 - 【請求項10】 前記少なくとも2個のマイクロストリ
ップ・アンテナの各々と、前記少なくとも1個の周波数
選択面の各々とが、実質的に平行平面内に配置されてい
ることを特徴とする請求項9に記載のフィルタ。 - 【請求項11】 前記フィルタがノッチ・フィルタであ
ることを特徴とする請求項10に記載のフィルタ。 - 【請求項12】 隔壁によって隔てられ、一方が信号路
に沿って数個の周波数を送信する送信アンテナとして作
用し、他方が特定の周波数帯域を受信する受信アンテナ
として作用する2個のマイクロストリップ・アンテナを
含み、 前記少なくとも1個の周波数選択面が、前記信号路と鋭
角に配置され、一方が前記送信アンテナから送信される
数個の周波数を受信し、他方が前記特定周波数帯域を前
記第2の周波数選択面に沿って前記受信アンテナへ反射
する、2個の周波数選択面を含む、 ことを特徴とする請求項8に記載のフィルタ。 - 【請求項13】 前記フィルタが可逆性回路であること
を特徴とする請求項12に記載のフィルタ。 - 【請求項14】 前記数個の周波数のうちの他の周波数
は前記第1の周波数選択面を透過し、吸収性材料によっ
て吸収されることを特徴とする請求項12に記載のフィ
ルタ。 - 【請求項15】 前記フィルタが帯域通過フィルタであ
ることを特徴とする請求項12に記載のフィルタ。 - 【請求項16】 3個のマイクロストリップ・アンテナ
を含み、そのうちの1個が数個の周波数を信号路に沿っ
て送信する送信アンテナとして作用し、他の2個が受信
アンテナとして作用し、 前記少なくとも1個の周波数選択面が、前記信号路と鋭
角に配置され、前記送信アンテナから送信される数個の
周波数を受信し、前記特定周波数帯域を前記第1の受信
アンテナへ反射し、それら周波数の残りを、前記特定周
波数帯域を除いて前記第2の受信アンテナへ透過する、
1個の周波数選択面を含む、 ことを特徴とする請求項8に記載のフィルタ。 - 【請求項17】 前記フィルタがノッチ・フィルタと帯
域通過フィルタとの複合フィルタであることを特徴とす
る請求項16に記載のフィルタ。 - 【請求項18】 誘電体と、少なくとも2個のマイクロ
ストリップ・アンテナと、少なくとも1個の周波数選択
面と、更に金属パターンとを介して電磁信号を透過する
ステップと、 前記少なくとも1個の周波数選択面の前記金属パターン
を使用して前記電磁信号を濾波するステップと、 を具備する電磁信号の濾波方法。 - 【請求項19】 更に前記透過ステップと前記フィルタ
・ステップとの間に、電磁信号を遮蔽するステップを具
備する、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 金属筐体(12)と、 前記金属筐体内に在る誘電材料(22)と、 前記金属筐体内に在る少なくとも2個のマイクロストリ
ップ・アンテナ(14,16)と、 を有し、 前記少なくとも2個のマイクロストリップ・アンテナ
が、前記金属筐体内に伝播した電磁信号を遅延させるこ
とを特徴とする遅延回路。 - 【請求項21】 前記遅延が前記誘電材料の誘電定数の
関数であることを特徴とする請求項20に記載の遅延回
路。 - 【請求項22】 前記少なくとも2個のマイクロストリ
ップ・アンテナの各々が、導体と接地面とを含むことを
特徴とする請求項20に記載の遅延回路。 - 【請求項23】 前記金属筐体の2個の壁体の各々が、
前記少なくとも2個のマイクロストリップ・アンテナの
各々に対する接地面として作用することを特徴とする請
求項22に記載の遅延回路。 - 【請求項24】 前記筐体が、前記遅延回路を遮蔽する
ことを特徴とする請求項20に記載の遅延回路。 - 【請求項25】 前記電磁信号がマイクロ波またはミリ
波の信号であることを特徴とする請求項20に記載の遅
延回路。 - 【請求項26】 前記少なくとも2個のマイクロストリ
ップ・アンテナの各々が、実質的に平行平面内に配置さ
れていることを特徴とする請求項20に記載の遅延回
路。 - 【請求項27】 誘電材料と、少なくとも2個のマイク
ロストリップ・アンテナとを介して電磁信号を透過する
ステップと、 前記誘電材料を使用して前記電磁信号を遅延するステッ
プと、 を具備することを特徴とする電磁信号の遅延方法。 - 【請求項28】 更に、前記透過ステップと前記遅延ス
テップとの間に、電磁信号を遮蔽するステップを具備す
ることを特徴とする請求項27に記載の方法。
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