JP2002009504A - 周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置 - Google Patents

周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置

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JP2002009504A
JP2002009504A JP2000367579A JP2000367579A JP2002009504A JP 2002009504 A JP2002009504 A JP 2002009504A JP 2000367579 A JP2000367579 A JP 2000367579A JP 2000367579 A JP2000367579 A JP 2000367579A JP 2002009504 A JP2002009504 A JP 2002009504A
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Hajime Suemasa
肇 末政
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 減衰極周波数を可変するだけでなく、減衰帯
域幅も変えることができる周波数可変フィルタ、アンテ
ナ共用器および通信機装置を提供する。 【解決手段】 共振器１２と共振用コンデンサＣ１１と
で構成された直列共振部１６と、共振器１３と共振用コ
ンデンサＣ１２とで構成された直列共振部１７とをコン
デンサＣ１５を介して電気的に結合している。共振器１
２には、周波数シフト用コンデンサＣ１３とＰＩＮダイ
オードＤ１１の直列回路が電気的に並列に接続してい
る。共振器１３には、周波数シフト用コンデンサＣ１４
とＰＩＮダイオードＤ１２の直列回路が電気的に接続し
ている。結合コンデンサＣ１６が、周波数シフト用コン
デンサＣ１３およびＰＩＮダイオードＤ１１の接続点１
５ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１４およびＰＩＮ
ダイオードＤ１２の接続点１５ｂとの間を電気的に接続
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、マイクロ
波帯で使用される周波数可変フィルタ、アンテナ共用器
および通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、共振器にコンデンサなどを介
してＰＩＮダイオードもしくは可変容量ダイオードなど
のリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子を
電圧制御することで共振周波数を可変させる帯域阻止フ
ィルタが知られている。
【０００３】図９は従来の周波数可変帯域阻止フィルタ
１の構成を示す電気回路図である。このフィルタ１は、
共振器２，３と、結合コンデンサＣ５と、減衰極を作る
ための有極用コンデンサＣ１，Ｃ２と、周波数シフト用
コンデンサＣ３，Ｃ４と、リアクタンス素子であるＰＩ
ＮダイオードＤ１，Ｄ２と、チョークコイルとして機能
するインダクタＬ１，Ｌ２と、制御電圧供給用抵抗Ｒ
１，Ｒ２にて構成されている。また、Ｐ１は入力端子電
極、Ｐ２は出力端子電極、Ｖｃ１は電圧制御端子電極で
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
周波数可変帯域阻止フィルタ１は、電圧制御によって減
衰極周波数を変化することができるが、減衰帯域幅を変
えることは困難であった。従って、設計の自由度が小さ
かった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、減衰極周波数を
可変するだけでなく、減衰帯域幅も変えることができる
周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係るフィルタは、（ａ）共振器と共
振用コンデンサを電気的に直列に接続した複数の直列共
振部と、（ｂ）前記複数の直列共振部を電気的に接続す
る結合素子と、（ｃ）前記直列共振部のそれぞれの共振
器毎に電気的に並列に接続された、周波数シフト用コン
デンサとスイッチング素子からなる直列回路と、（ｄ）
前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチン
グ素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデ
ンサとを備え、（ｅ）前記スイッチング素子のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御により、減衰極周波数が変わるように構成した
こと、を特徴とする。スイッチング素子としては、例え
ば、ＰＩＮダイオードや電界効果トランジスタなどが用
いられる。また、共振器としては、誘電体同軸共振器や
分布定数線路などが用いられる。
【０００７】以上の構成により、スイッチング素子がＯ
ＦＦ状態のときは、結合コンデンサと周波数シフト用コ
ンデンサがフィルタ特性に寄与することになる。従っ
て、減衰極周波数が上がり、減衰帯域幅が狭くなる。一
方、スイッチング素子がＯＮ状態のときは、結合コンデ
ンサの両端は接地され、周波数シフト用コンデンサのみ
がフィルタ特性に寄与することになる。従って、減衰極
周波数が下がり、減衰帯域幅が広くなる。
【０００８】また、本発明に係るフィルタは、周波数シ
フト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に
電気的に接続された結合コンデンサが、周波数シフト用
コンデンサのための接続電極または／およびスイッチン
グ素子のための接続電極にて構成されていることを特徴
とする。これにより、コンデンサ部品の個数を低減する
ことができる。
【０００９】また、本発明に係るアンテナ共用器や通信
機装置は、前述の特徴を有するフィルタの少なくともい
ずれか一つを備えることにより、設計の自由度を大きく
することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフィルタ、
アンテナ共用器および通信機装置の実施の形態について
添付の図面を参照して説明する。
【００１１】［第１実施形態、図１〜図６］図１に示す
ように、周波数可変帯域阻止フィルタ１１は、入出力用
外部端子Ｐ１とＰ２の間に、共振器１２と共振用コンデ
ンサＣ１１とで構成された直列共振部１６を有するトラ
ップ回路と、共振器１３と共振用コンデンサＣ１２とで
構成された直列共振部１７を有するトラップ回路とをコ
ンデンサＣ１５を介して電気的に結合したものである。
共振用コンデンサＣ１１，Ｃ１２は阻止域減衰量の大き
さを決めるコンデンサである。なお、コンデンサＣ１５
の代わりに、結合コイル、あるいは、結合コイルと結合
コンデンサの並列回路などを使用してもよい。
【００１２】共振器１２の開放端側には、周波数シフト
用コンデンサＣ１３と電圧制御可能なリアクタンス素子
であるＰＩＮダイオードＤ１１の直列回路が、ＰＩＮダ
イオードＤ１１のカソードを接地した状態で共振器１２
に対して電気的に並列に接続している。同様に、共振器
１３の開放端側には、周波数シフト用コンデンサＣ１４
とＰＩＮダイオードＤ１２の直列回路が電気的に接続し
ている。周波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４は、
フィルタ１１の減衰特性の二つの減衰極周波数をそれぞ
れ変更するためのコンデンサである。
【００１３】さらに、結合コンデンサＣ１６が周波数シ
フト用コンデンサＣ１３およびＰＩＮダイオードＤ１１
の接続点１５ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１４お
よびＰＩＮダイオードＤ１２の接続点１５ｂとの間を電
気的に接続している。
【００１４】電圧制御用端子Ｖｃ１は、制御電圧供給用
抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ１７とチョークコイルＬ
１１を介してＰＩＮダイオードＤ１１のアノードに電気
的に接続するとともに、制御電圧供給用抵抗Ｒ１２およ
びコンデンサＣ１８とチョークコイルＬ１２を介してＰ
ＩＮダイオードＤ１２のアノードに電気的に接続してい
る。
【００１５】また、共振器１２，１３には、例えば、図
２に示すように、誘電体同軸共振器が使用される。図２
は共振器１２を代表例として示している。誘電体同軸共
振器１２，１３は、ＴｉＯ2系のセラミック等の高誘電
率材料で形成された筒状誘電体２１と、筒状誘電体２１
の外周面に設けられた外導体２２と、筒状誘電体２１の
内周面に設けられた内導体２３とで構成されている。外
導体２２は、誘電体２１の一方の開口端面２１ａ（以
下、開放側端面２１ａと記す）では、内導体２３から電
気的に開放（分離）され、他方の開口端面２１ｂ（以
下、短絡側端面２１ｂと記す）では、内導体２３に電気
的に短絡（導通）されている。誘電体同軸共振器１２
は、開放側端面２１ａにおいて周波数シフト用コンデン
サＣ１３に電気的に接続され、短絡側端面２１ｂにおい
て外導体２２がグランドに接地されている。
【００１６】図３は、回路基板４０上に各部品を実装し
たフィルタ１１の平面図である。図３において、３８は
スルーホールであり、５０，５１はグランドパターンで
あり、４１〜４９は信号回路パターンである。ここで、
信号回路パターン４５は、ＰＩＮダイオードＤ１１のた
めの接続電極部４５ａと、周波数シフト用コンデンサＣ
１３のための接続電極部４５ｂと、チョークコイルＬ１
１のための接続電極部とを有している。同様に、信号回
路パターン４６は、ＰＩＮダイオードＤ１２のための接
続電極部４６ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１４の
ための接続電極部４６ｂと、チョークコイルＬ１２のた
めの接続電極部とを有している。
【００１７】ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２は近接し
て並置され、そのアノード側が隣接して配置されている
接続電極部４５ａ，４６ａにそれぞれ半田付け等の方法
により電気的に接続されている。このＰＩＮダイオード
Ｄ１１，Ｄ１２のための接続電極部４５ａと４６ａに
て、結合コンデンサＣ１６が構成されている。接続電極
部４５ａと４６ａは、対向する部分が櫛形状になってお
り、接続電極部４５ａと４６ａの間に発生する静電容量
を大きくしている。これにより、コンデンサ部品の個数
を１個削減することができる。
【００１８】なお、本第１実施形態では、結合コンデン
サＣ１６を、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２のための
接続電極部４５ａ，４６ａにて構成しているが、周波数
シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４のための接続電極部
４５ｂと４６ｂにて構成してもよい。この場合、接続電
極部４５ｂと４６ｂは隣接して配置されるとともに、周
波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４も近接して並置
される。さらに、接続電極部４５ａと４６ａ、並びに、
接続電極部４５ｂと４６ｂの両方で結合コンデンサＣ１
６を構成して、大きな静電容量を獲得してもよい。
【００１９】次に、以上の構成からなる周波数可変帯域
阻止フィルタ１１の作用効果について説明する。
【００２０】電圧制御用端子Ｖｃ１に負電圧（または０
Ｖ）を印加すると、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２は
ＯＦＦ状態となる。従って、図４の（Ａ）に示すよう
に、結合コンデンサＣ１６と周波数シフト用コンデンサ
Ｃ１３，Ｃ１４とを介して、共振器１２と１３の間がカ
ップリングすることになる。これにより、図５の実線５
１に示すように、フィルタ１１の二つの減衰極周波数は
ともに高くなる。図５はＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１
２がＯＦＦ状態のときのフィルタ１１の透過特性Ｓ２１
（実線５１にて表示）および反射特性Ｓ１１（実線５５
にて表示）を示すグラフである。比較のために、図９で
示した従来のフィルタ１の透過特性Ｓ２１（点線５３に
て表示）および反射特性Ｓ１１（点線５７にて表示）も
併せて記載している。
【００２１】逆に、電圧制御用端子Ｖｃ１に正電圧を印
加すると、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２はＯＮ状態
となり、結合コンデンサＣ１６の両端は接地され、結合
コンデンサＣ１６はフィルタ特性に寄与しなくなる。こ
れにより、図６の実線５２に示すように、フィルタ１１
の二つの減衰極周波数はともに低くなる。ここに、図５
の実線５１と比較すると、二つの減衰極周波数が低周波
側に約５０ＭＨｚシフトするだけでなく、減衰帯域の幅
も約半分に変化していることがわかる。図６はＰＩＮダ
イオードＤ１１，Ｄ１２がＯＮ状態のときのフィルタ１
１の透過特性Ｓ２１（実線５２にて表示）および反射特
性Ｓ１１（実線５６にて表示）を示すグラフである。比
較のために、図９で示した従来のフィルタ１の透過特性
Ｓ２１（点線５４にて表示、ただし、実線５２と略同じ
ため重なっている）および反射特性Ｓ１１（点線５８に
て表示）も併せて記載している。
【００２２】以上のように、この周波数可変帯域阻止フ
ィルタ１１は、電圧制御によって透過帯域と減衰極周波
数を変えることができるとともに、減衰帯域幅も変える
ことができる構成になっている。
【００２３】［第２実施形態、図７］第２実施形態は、
本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示すもので
ある。図７に示すように、アンテナ共用器１４１は、送
信端子Ｔｘとアンテナ端子ＡＮＴの間に送信フィルタ１
４２が電気的に接続し、受信端子Ｒｘとアンテナ端子Ａ
ＮＴの間に受信フィルタ１４３が電気的に接続してい
る。ここに、送信フィルタ１４２や受信フィルタ１４３
として、前記第１実施形態の誘電体フィルタ１１を使用
することができる。このフィルタ１１を実装することに
より、設計の自由度が大きくかつ小型化を図ることがで
きるアンテナ共用器１４１を実現することができる。
【００２４】［第３実施形態、図８］第３実施形態は、
本発明に係る通信機装置の一実施形態を示すもので、携
帯電話を例にして説明する。
【００２５】図８は携帯電話１５０のＲＦ部分の電気回
路ブロック図である。図８において、１５２はアンテナ
素子、１５３はデュプレクサ、１６１は送信側アイソレ
ータ、１６２は送信側増幅器、１６３は送信側段間用バ
ンドパスフィルタ、１６４は送信側ミキサ、１６５は受
信側増幅器、１６６は受信側段間用バンドパスフィル
タ、１６７は受信側ミキサ、１６８は電圧制御発振装置
（ＶＣＯ）、１６９はローカル用バンドパスフィルタで
ある。
【００２６】ここに、デュプレクサ１５３として、例え
ば前記第２実施形態のアンテナ共用器１４１を使用する
ことができる。アンテナ共用器１４１を実装することに
より、ＲＦ部分の設計の自由度を向上させるとともに、
小型の携帯電話を実現することができる。
【００２７】［他の実施形態］なお、本発明に係る周波
数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置は前
記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内
で種々に変更することができる。例えば、スイッチング
素子はＰＩＮダイオードの他に、電界効果トランジスタ
や可変容量ダイオードなどを用いてもよい。共振器は、
誘電体共振器の他に、分布定数線路（ストリップ線路）
なども用いてもよい。
【００２８】また、誘電体共振器は、前記実施形態のよ
うに一つの誘電体ブロックに一つの内導体孔を設けた構
造のもの（つまり、一つの誘電体ブロック内に一つの共
振器を形成したもの）だけでなく、一つの誘電体ブロッ
クに二つ以上の内導体孔を設けた構造のもの（つまり、
一つの誘電体ブロック内に二つ以上の共振器を形成した
もの）であってもよい。
【００２９】また、分布定数線路（ストリップ線路）と
しては、導体基板上に誘電体を介してストリップ導体を
配設した構造のものや、２枚の導体基板の間に誘電体を
挟み、該誘電体の内部にストリップ導体を配設したサン
ドイッチ構造のもの等がある。このとき、前述の誘電体
共振器のように、一つのブロック内に二つ以上のストリ
ップ導体を設ける（つまり、一つのブロック内に二つ以
上の共振器を形成する）ようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッ
チング素子の接続点同士間に結合コンデンサを電気的に
接続したので、減衰極周波数を可変するだけでなく、減
衰帯域幅も変えることができる周波数可変フィルタを得
ることができる。この結果、設計の自由度が大きいアン
テナ共用器や通信機装置が得られる。
【００３１】また、結合コンデンサを、周波数シフト用
コンデンサのための接続電極または／およびスイッチン
グ素子のための接続電極にて構成することにより、コン
デンサ部品の個数を低減することができ、小型化を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る周波数可変フィルタの一実施形態
を示す電気回路図。
【図２】図１に示したフィルタに使用される共振器の一
例を示す断面図。
【図３】図１に示したフィルタの一例を示す平面図。
【図４】図１に示したフィルタの動作原理を説明するた
めの電気等価回路図。
【図５】図１に示したフィルタのＰＩＮダイオードがＯ
ＦＦ状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図６】図１に示したフィルタのＰＩＮダイオードがＯ
Ｎ状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図７】本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示
す電気回路ブロック図。
【図８】本発明に係る通信機装置の一実施形態を示す電
気回路ブロック図。
【図９】従来の周波数可変フィルタを示す電気回路図。
【符号の説明】 １１…周波数可変帯域阻止フィルタ １２，１３…共振器 １６，１７…直列共振部 ４５ａ，４６ａ…ＰＩＮダイオードのための接続電極部 １４１…アンテナ共用器 １４２…送信フィルタ １４３…受信フィルタ １５０…携帯電話 １５３…デュプレクサ Ｃ１１，Ｃ１２…共振用コンデンサ Ｃ１３，Ｃ１４…周波数シフト用コンデンサ Ｃ１５…コンデンサ（結合素子） Ｃ１６…結合コンデンサ Ｄ１１，Ｄ１２…ＰＩＮダイオード（スイッチング素
子）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｈ 7/12 Ｈ０３Ｈ 7/12 Ｈ０４Ｂ 1/44 Ｈ０４Ｂ 1/44 (72)発明者 後川 祐之 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 宮本 博文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 末政 肇 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HA03 HA21 HA34 JA02 JA11 KA01 KA12 LA11 MA09 MA12 NA04 NB07 NC01 NE16 NF01 5J024 AA03 CA02 CA04 CA09 CA20 DA01 DA25 EA05 EA06 KA03 5K011 DA22 DA27 FA01 KA05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共振器と共振用コンデンサを電気的に直
    列に接続した複数の直列共振部と、 前記複数の直列共振部を電気的に接続する結合素子と、 前記直列共振部のそれぞれの共振器毎に電気的に並列に
    接続された、周波数シフト用コンデンサとスイッチング
    素子からなる直列回路と、 前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチン
    グ素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデ
    ンサとを備え、 前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により、減衰
    極周波数が変わるように構成したこと、 を特徴とする周波数可変フィルタ。
  2. 【請求項２】 前記スイッチング素子がＰＩＮダイオー
    ドまたは電界効果トランジスタのいずれか一つであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
  3. 【請求項３】 前記共振器が誘電体同軸共振器であるこ
    とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数
    可変フィルタ。
  4. 【請求項４】 前記周波数シフト用コンデンサと前記ス
    イッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された前
    記結合コンデンサが、周波数シフト用コンデンサのため
    の接続電極または／およびスイッチング素子のための接
    続電極にて構成されていることを特徴とする請求項１な
    いし請求項３に記載の周波数可変フィルタ。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４に記載の周波数
    可変フィルタを備えたことを特徴とするアンテナ共用
    器。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４に記載の周波数
    可変フィルタ、または、請求項５に記載のアンテナ共用
    器の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴とする
    通信機装置。
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