JP2002076703A - 分布定数フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １／２波長マイクロストリップ線路共振器を
順次接続し飛び越し結合を付加して、実および虚伝送零
点を有する帯域通過型の分布定数フィルタを平面回路と
して実現するのは、飛び越し結合回路が共振器と交差し
てしまうため困難であった。 【解決手段】 直線状またはヘアピン状のマイクロスト
リップ線路から成る１／２波長マイクロストリップ線路
共振器Ｌ・Ｈをｎ（ｎは４以上の偶数）個、順次接続し
て成り、直線状およびヘアピン状線路の個数をそれぞれ
奇数とするとともに第１および第ｎ番目の共振器に外部
回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路
Ｍを結合させ、これら共振器の線路Ｍと結合している側
の端部間または線路Ｍ間にスリットを介して容量結合し
たａ／２波長およびｂ／２波長マイクロストリップ線路
から成る飛び越し結合回路Ｃを接続した分布定数フィル
タである。平面回路のみで帯域通過フィルタを実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動体通信機器等の
ＲＦ段等に妨害信号や雑音の除去のために帯域通過フィ
ルタとして使用される分布定数フィルタに関し、詳しく
は通過帯域の振幅特性および群遅延特性が同時平坦特性
でかつ阻止帯域に伝送零点を有し、構造を簡素化して損
失を抑えて性能を改善した帯域通過フィルタを構成する
のに好適な分布定数フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アナログあるいはデジタル携帯電話や無
線電話を始めとする移動体通信機器等の送信回路および
受信回路のＲＦ段等の高周波回路部には、例えば同一の
アンテナを送信回路と受信回路で共用する場合に送信周
波数帯域と受信周波数帯域を分離するため、あるいは増
幅回路の非直線性に基づいて発生する高調波を減衰させ
るため、あるいは希望の信号波以外の妨害波・側帯波等
の不要信号波を排除するためなどに、帯域通過フィルタ
（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）がよく使われる。

【０００３】一般に、理想特性のフィルタは、希望信号
を歪み無く選択し、帯域外の妨害信号を十分に抑圧する
特性を有するものである。この特性は、図５（ａ）にフ
ィルタの振幅特性を、および同図（ｂ）にフィルタの群
遅延特性をそれぞれ線図で示すように通過帯域の振幅特
性および群遅延特性が同時平坦特性で、かつ阻止帯域に
伝送零点である減衰極を有する特性である。従来、こう
したフィルタを実現するには複雑な回路構成が必要であ
った。

【０００４】また、このような特性の帯域通過フィルタ
を明確な設計理論で直接構成する手法は従来知られてお
らず、種々の工夫をして経験的にフィルタを構成するこ
とが行なわれていた。

【０００５】一方、このような通信機用フィルタとして
の帯域通過型フィルタは、一般に種々の回路素子により
構成された直列共振回路や並列共振回路を複数段接続す
ることにより所望の帯域特性を有するフィルタ回路とし
て実現されて構成されているが、フィルタ回路部が小型
にできることや高周波回路としての電気特性が良好であ
ることなどから、結合マイクロストリップ線路やパッチ
共振器等の不平衡分布定数線路によりフィルタ部が構成
されることが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、結合マイクロ
ストリップ線路を用いれば、減衰極を持たない特性の帯
域通過フィルタを容易に実現できる。一般のλ／４（１
／４波長）結合マイクロストリップ線路による複数の共
振器を結合させる構造のフィルタは、結合構造が画一的
で自由度が少なく、後述する正あるいは負の結合リアク
タンス素子の符号を自由には選ぶことができない。例え
ば、並列素子と直列素子とからなる梯子型のフィルタ
を、実現しやすい並列型の素子のみに結合回路に相当す
る虚ジャイレータを用いて変換する例を図６に示す。図
６（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図であり、同図
（ｂ）はそれと厳密に等価な、虚ジャイレータを用いた
３次フィルタの例を示す回路図である。

【０００７】この場合、図６（ａ）から（ｂ）への等価
変換を正確に行なうと、２つの虚ジャイレータの符号は
互いの正負を逆にしなければならない。すなわち、厳密
には結合リアクタンス素子の符号は正と負の２種類が必
要となる。これに相当するλ／４結合マイクロストリッ
プ線路の結合構造を得ることは困難である。

【０００８】しかし、減衰極を持たない単純な特性のフ
ィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合が無いため
に伝送特性の正負の正確な管理の必要は無く、虚ジャイ
レータの符号は正のみあるいは負のみでよく、あるいは
正負を入れ替えても差し支えない。 その結果、λ／４
結合マイクロストリップ線路による複数の共振器を同じ
方式で順次結合させる構造でも問題なく実現できる。

【０００９】一方、フィルタ特性に減衰極を持ったり、
群遅延特性と振幅特性を制御しなければならない複雑な
特性のフィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合の
構造が必要となり、伝送特性の正負の位相の正確な制御
が必要となる。このため、伝送特性の正負の位相の制御
ができないλ／４結合マイクロストリップ線路をフィル
タ回路を構成する回路要素として使用することが困難で
あり、λ／４結合マイクロストリップ線路を用いてフィ
ルタ回路を構成した分布定数フィルタにおいて、所望の
減衰極を作ったり、振幅や群遅延時間の補正回路を形成
することが困難であった。

【００１０】同様に、このλ／４結合マイクロストリッ
プ線路の多段接続による多共振器フィルタは通常、直線
状のマイクロストリップ線路で構成されるが、これをア
レンジし、マイクロストリップ線路共振器をヘアピン状
線路といわれる折り曲げたマイクロストリップ線路で構
成する構造とした、いわゆるヘアピン形多共振器フィル
タにおいても、上記と同様の問題があった。

【００１１】これに対し、本発明者は特願2000−24759
号および特願2000−24760号において、通過帯域の中心
周波数に対応する１／４波長結合マイクロストリップ線
路を順次、縦続接続して形成した多段のマイクロストリ
ップ線路共振器から成る分布定数フィルタを提案した。
これらの分布定数フィルタは、飛び越し結合回路を接続
することを想定し、伝送特性の位相を正確に合わせる共
振器の順次結合法を適用するものであった。これらによ
れば、順次結合している共振器に飛び越し結合回路を加
えれば、減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の制
御が実現可能となるものである。

【００１２】しかし、これらの分布定数フィルタには、
同一平面状に配置された順次結合しているマイクロスト
リップ線路共振器に対し如何にして飛び越し結合回路を
接続させるかという点に関して改善すべき課題を有して
いた。すなわち、目的の特性制御を行なうための飛び越
し結合回路を接続するには、飛び越し結合させる共振器
の数は４以上の偶数であることが必要なことから、同一
平面上に配置された１／４波長結合マイクロストリップ
線路あるいはその変形であるヘアピン状の１／４波長結
合マイクロストリップ線路に対してこの飛び越し結合を
実現しようとすると、例えば図８（ａ）〜（ｄ）にそれ
ぞれフィルタの構成例を平面図で示すように、飛び越し
結合回路が必ず共振器パターンと交差してしまうことと
なり、これを避けるには３次元的な構造、例えば共振器
パターンの上の空間を通るようなブリッジ構造が必要と
なるため、分布定数フィルタが有する平面回路としての
長所が失われるという欠点を招来することとなってい
た。

【００１３】図８（ａ）および（ｂ）に示すフィルタで
は、４個の直線形結合マイクロストリップ線路共振器の
第１の共振器と第４の共振器を、それぞれの共振器と結
合している外部回路接続用の端子を介して、あるいは直
接に飛び越し結合回路と接続している。図８（ｃ）およ
び（ｄ）に示すフィルタでは、同じく４個のヘアピン状
結合マイクロストリップ線路共振器の第１の共振器と第
４の共振器を、それぞれの共振器と結合している外部回
路接続用の端子を介して、あるいは直接に飛び越し結合
回路と接続している。これらのどの例においても、飛び
越し結合回路は第１〜第４の共振器のいずれかと交差し
てしまい、接続するためには３次元的な迂回構造が必要
であるという改善すべき点があった。

【００１４】このように、同一平面上に構成された順次
結合され接続されている４個以上の偶数個のマイクロス
トリップ線路共振器から成る分布定数フィルタに飛び越
し結合回路を接続するには、飛び越し結合回路が共振器
のいずれかと交差するため３次元的な迂回構造が必要で
あったが、分布定数フィルタにおいて２次元構造のみで
設計値通りの飛び越し結合を実現できれば、単純な平面
構造のフィルタで減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延
時間の補正を行なうことができ、その結果、通過帯域特
性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であ
り、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有す
る帯域通過フィルタを、正確な設計手法により設計して
簡単な回路で構成して実現することができるという実用
上極めて優れたものとなる。そのため、同一平面上で３
次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続
を実現して、平面構造の分布定数フィルタの特長を損な
わずに実現および製造が容易な分布定数フィルタを得る
ことが望まれていた。

【００１５】本発明は上記の課題を解決すべく案出され
たものであり、その目的は、同一平面上で３次元的な構
造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現し
て、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、
通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平
坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過
特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で
構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の
分布定数フィルタを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による分布定数フ
ィルタは、実根のペアまたは虚根のペアを持つ複素周波
数ｓの偶多項式である分子有理多項式と複素周波数ｓの
フルビッツ多項式である分母有理多項式とからなる回路
網関数で伝達関数が表された基準化低域通過フィルタを
周波数変換および等価変換することによって得られ、不
平衡分布定数回路で実現された、帯域通過型特性を有す
る分布定数フィルタを基本とするものである。

【００１７】すなわち、本発明の第１の分布定数フィル
タは、直線状またはヘアピン状のマイクロストリップ線
路から成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波
長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶
数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合
させて順次接続して成り、前記直線状およびヘアピン状
のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とする
とともに第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイ
クロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１
／４波長マイクロストリップ線路を結合させ、かつ前記
第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロストリッ
プ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリッ
プ線路と結合している側の端部間または前記直線状１／
４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して
容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／
２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）か
ら成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴とするも
のである。

【００１８】また、本発明の第２の分布定数フィルタ
は、複数の本発明の第１定数フィルタを前記外部回路接
続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有
させて縦続接続するとともに、前記飛び越し回路のマイ
クロストリップ線路におけるａ＋ｂの値を少なくとも１
つは奇数とし少なくとも１つは偶数としたことを特徴と
するものである。

【００１９】また、本発明の第３の分布定数フィルタ
は、複数の本発明の第１の分布定数フィルタを前記外部
回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路
を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マ
イクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長
マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことを特徴
とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の分布定数フィルタによれ
ば、直線状またはヘアピン状のｎ個の１／２波長マイク
ロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接する共振器間で
略１／４波長結合させて順次接続し、直線状およびヘア
ピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数
とするとともに第１番目および第ｎ番目の１／２波長マ
イクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状
の約１／４波長のマイクロストリップ線路を結合させ、
かつ第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロスト
リップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリッ
プ線路と結合している側の端部間または直線状１／４波
長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量
結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波
長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成
る飛び越し結合回路を接続したことから、同一平面上で
３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接
続を実現することができ、このような飛び越し結合回路
により、前記分子有理多項式の根、すなわち実伝送虚点
もしくは虚伝送零点を実現することができる。

【００２１】また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯
域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛
び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作った
り、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さら
に、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相
を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで
所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正
ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易とな
る。

【００２２】さらに、ｎが６以上の場合には、飛び越し
結合は２重あるいは３重のように、マルチ飛び越し結合
の形あるいは飛び越し結合を含む複数の多共振器形フィ
ルタをカスケードに接続した形でも実現することができ
る。

【００２３】その結果、平面構造の分布定数フィルタの
特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群
遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送
零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により
設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感
度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することが
できる。

【００２４】また、本発明の第２の分布定数フィルタに
よれば、本発明の第１の分布定数フィルタをフィルタブ
ロックとしてこれらが複数、カスケード（縦続）接続さ
れているものであり、これら複数のフィルタブロックが
同じ形態をしている場合に、そのそれぞれの飛び越し結
合回路のａ＋ｂの値が奇数と偶数とに設定されているこ
とにより、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と
磁界結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当す
るものとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブ
ロックをカスケード接続することとなる。その結果、各
フィルタブロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減
衰極を作ったり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時
間を補正することができ、通過帯域で振幅特性と群遅延
特性の平坦化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰
特性を確保できるので、全体として所望の通過帯域特性
を実現できる分布定数フィルタとなる。

【００２５】また、本発明の第３の分布定数フィルタに
よれば、複数の本発明の第１の分布定数フィルタを前記
外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ
線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波
長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１
波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことか
ら、多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御す
る作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越
し結合回路を付加することができる。

【００２６】以上のような本発明の分布定数フィルタに
よれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の
分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上
記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的
に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて
性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ
回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構
造を加えることなく構成し実現することができる。

【００２７】本発明の第１の分布定数フィルタの実施の
形態の例を図１および図２にそれぞれ平面図で示す。

【００２８】図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ４次の順
次接続された帯域通過型フィルタに、スリットを介して
容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路および
ｂ／２波長マイクロストリップ線路（ａ，ｂは自然数）
から成る飛び越し結合回路Ｃを加えた例であり、（ａ）
および（ｃ）は第１および第４の直線状１／２波長マイ
クロストリップ線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２
波長マイクロストリップ線路Ｈ間に、（ｂ）は第１およ
び第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器と共
に構成されている外部回路への接続のための直線状１／
４波長マイクロストリップ線路Ｍ間にそれぞれ飛び越し
結合回路Ｃを形成した例である。

【００２９】これらの分布定数フィルタの飛び越し回路
においては、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／
２波長マイクロストリップ線路との間にスリットが切ら
れており、このスリットを介して容量結合することによ
り、リアクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続
されたものと等価となる。第１から第４の１／２波長マ
イクロストリップ線路共振器は隣接する共振器間で略１
／４波長結合して順次接続されており、途中に位相反転
する回路を含んでいないので、飛び越し結合回路のリア
クタンス素子の符号の切り替えは、ａ＋ｂの値を奇数か
偶数のいずれかにすることで行なう。

【００３０】図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ同様に４
次の順次接続された帯域通過型フィルタにａ／２波長マ
イクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ
線路とから成る飛び越し結合回路Ｃを接続して構成され
た分布定数フィルタの例であり、（ａ）および（ｃ）は
第１および第４の直線状１／２波長マイクロストリップ
線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２波長マイクロス
トリップ線路Ｈとヘアピン状１波長マイクロストリップ
線路Ｈ’間に、（ｂ）は第１および第４のマイクロスト
リップ線路共振器と共に構成されている外部回路への接
続のための直線城１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ
間にそれぞれ飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。

【００３１】これらにおいても、図１に示す例と同様
に、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マ
イクロストリップ線路との間にスリットが切られてお
り、このスリットを介して容量結合することにより、リ
アクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続された
ものと等価となる。これらの例においては、第１から第
４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ・Ｈの
うち１個を１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・
Ｈ’に置き換えており、これらが略１／４波長結合して
順次接続されているが、この途中に一箇所置き換えられ
た１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・Ｈ’が位
相反転する回路として機能する。

【００３２】これらの実施例に示すように、飛び越し結
合回路のリアクタンス素子の符号の切り替えは、順次接
続された共振回路に含ませて行なってもよいし、飛び越
し結合回路のマイクロストリップ線路のａ＋ｂの値を変
えて行なってもよく、目標特性の分布定数フィルタを構
成する上でより実現が容易な組合せを選べばよい。

【００３３】次に、本発明の第２および第３の分布定数
フィルタの実施の形態の例について説明する。

【００３４】本発明の第２および第３の分布定数フィル
タによれば、回路網関数の分子有理多項式の実根または
虚根に相当する回路部を本発明の第１の分布定数フィル
タから成るフィルタブロックで実現することから、理論
的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑え
て性能を改善して、フィルタ回路を構成し実現すること
ができる。

【００３５】以下の説明では、次の数１に示すように、
回路網関数をｓパラメータを用いて示すものとする。

【００３６】

【数１】

【００３７】以下、本発明の分布定数フィルタの実施の
形態の一例として、通過帯域で振幅特性と群遅延特性が
同時平坦で、かつ阻止帯域で伝送零点（減衰極）を有す
るフィルタの設計例を示す。

【００３８】このフィルタの例として、フィルタの伝達
特性を表す回路網関数ｓ₂₁の分子有理多項式ｆ（ｓ）は
４次、分母有理多項式ｇ（ｓ）は８次とする。

【００３９】フィルタが無損失とすると、Ｓマトリクス
はユニタリマトリクスとなり、残りの多項式ｈ（ｓ）が
定まる。これより入力インピーダンスあるいは入力アド
ミタンスが定まり、これらをはしご形回路に展開するこ
とで基準化低域通過フィルタが定まる。その例を図９に
回路図で示す。

【００４０】ここで、分母有理多項式ｇ（ｓ）の次数が
はしご形回路の段数に相当し、この例では８次８段であ
る。分子有理多項式の根のペアの数が、伝送零点（減衰
極）ができるよう並列あるいは直列に接続された共振回
路の数であり、この例では２である。

【００４１】この基準化低域通過フィルタを虚ジャイレ
ータを用いて等価変換すると、図10に回路図で示すよう
な、基準化低域通過フィルタを得る。なお、図10におい
て虚ジャイレータの符号を示していないのは、この場合
は虚ジャイレータの符号を指定することに意味が無い
か、または正負の両方を取り得ることを示している。以
下の図でも同様な表記を行なうものとする。

【００４２】図10の２つの並列共振回路はｓ₂₁の分子有
理多項式ｆ（ｓ）の根に相当する。さらに、図10の点線
で囲まれた部分を図11（ａ）に示す回路から同図（ｂ）
に示す飛び越し結合を含む回路へ等価変換を行なう。こ
の図11の等価変換においては、実軸上の根のペアの場合
と虚軸上の根のペアの場合とでは虚ジャイレータの符号
が異なることとなる。この図11の等価変換を図10の回路
に適用して等価変換した基準化低域通過フィルタの例
を、図12に回路図で示す。

【００４３】さらに、図12中のインダクタを虚ジャイレ
ータを用いて容量に等価変換を行なう。この等価変換後
の基準化低域通過フィルタの回路図を図13に示す。

【００４４】図13においては、この場合の虚ジャイレー
タの符号の選び方には自由度がある。まず、順次結合回
路の虚ジャイレータを、等価変換を行なって、できるだ
け同じ符号で揃える。この例ではできるだけ負に揃えて
ある。また、飛び越し結合の虚ジャイレータの符号は、
この例では互いに異なっている。

【００４５】このままでは、飛び越し結合回路の虚ジャ
イレータの符号が異なり実際の回路にした場合に実現し
にくい。そのため、本発明の分布定数フィルタでは、さ
らに以下の変換を行なう。

【００４６】まず、順次接続の虚ジャイレータを等価変
換を行ないできるだけ同じ符号で揃える。この例ではで
きるだけ正に揃えてある。また、飛び越し結合回路の虚
ジャイレータの符号を揃える。この例では正に揃えてあ
る。

【００４７】なお、虚ジャイレータの符号を考慮する
と、図14（ａ）に示す虚ジャイレータは、同図（ｂ）に
示す定リアクタンス素子のπ型等価回路で実現できる。

【００４８】ここで周波数変換してこの基準化低域通過
フィルタを帯域通過フィルタに変換すると、図15に回路
図で示すような帯域通過フィルタとなる。この例では、
入力ポートと出力ポートの形の対称性を良くする目的
で、各入力ポートに虚ジャイレータを加えてある。この
ため、入力インピーダンスは入力アドミタンスに変換さ
れることとなるが、フィルタの伝送特性は変らない。こ
の帯域通過フィルタでは、８個の共振器が虚ジャイレー
タにより順次接続されており、さらに２つの飛び越し結
合回路で伝送零点が実現されている。なお、飛び越し結
合回路の役割をする虚ジャイレータの符号は正に揃えて
ある。

【００４９】図15の回路は、数値は異なるが、回路図に
おける右半分と左半分とは同様な構成となっており、順
次接続の真ん中の虚ジャイレータの符号のみが異なった
ものとなっている。従って、このような回路構成の帯域
通過フィルタにおいては、順次接続の中間部に虚ジャイ
レータの符号を反転させるのに相当する回路を加えれ
ば、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路で構成
することができる。このため、飛び越し結合回路の部分
を同じ構造の回路とすることができ、実際の回路を実現
することが容易となる。

【００５０】このように、順次結合の中間部に虚ジャイ
レータの符号を反転させるのに相当する回路を加えるこ
とにより、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路
で構成できるため、飛び越し結合部を同じ構造の回路と
することができ、回路実現が容易となる。すなわち、順
次結合で構成される分布定数フィルタの中央部に伝送特
性の位相反転機能を有する回路を加えて帯域通過フィル
タの伝送特性の位相を制御することができ、電界結合ま
たは磁界結合による飛び越し結合回路を接続することに
より減衰極・振幅・群遅延時間を制御することができる
ものとなる。このようにして、順次結合のフィルタの中
央部に伝送特性の位相反転機能を有する回路を加えてフ
ィルタの伝送特性の位相を制御することができる。次
に、図15の回路図における右半分の順次結合の回路と左
半分の順次結合の回路とを、中央部で位相反転する回路
のみ異なる構成の回路で構成することを考える。

【００５１】ここで、図16に平面図で示すように、マイ
クロストリップ線路共振器を構成する１組の１／４波長
結合マイクロストリップ線路について、接続ポートとな
る一方の対角のポートをポート１およびポート３、他方
の対角のポートをポート２およびポート４とする。この
１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路において
は、ポート２およびポート４は開放となっており、ポー
ト１とポート２とを１つの２ポートと見る。ここで、Ｚ
_c,jとｋ_iはそれぞれ特性インピーダンスと結合係数であ
る。すると、ポート１とポート３間のＦマトリクスは、
数２に示すものとなる。

【００５２】

【数２】

【００５３】一方、このＦマトリクスに対する等価回路
の例として、図17に回路図で示すような、１／４波長結
合マイクロストリップ線路の狭帯域近似等価回路があ
る。この図17に示す回路のＦマトリクスは、数３に示す
ものとなる。

【００５４】

【数３】

【００５５】次に、基準化低域通過フィルタにおいてｙ
_i＝ｊω・ｐ_iとし、さらに、中心周波数ω₀、帯域幅Δ
の帯域通過フィルタへ周波数変換を行なう。すなわち、
図13の並列容量を図15の並列共振回路へ変換することと
なる。この条件を直接に数２と数３に適用して、両者の
マトリクス成分を狭帯域近似すると、次の数４および数
５に示される結合係数・特性インピーダンスが定まる。

【００５６】

【数４】

【００５７】

【数５】

【００５８】すなわち、虚ジャイレータとその両端にパ
ラレルに接続された並列共振の共振器を含む回路は、近
似的に１／４波長結合マイクロストリップラインと等価
となる。

【００５９】この近似を用い、４個の１／２波長マイク
ロストリップ線路共振器を順次接続して、第１番目およ
び第４番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器
に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリッ
プ線路を結合させ、かつ第１番目および第４番目の１／
２波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波
長マイクロストリップ線路と結合している側の端部間ま
たは直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、ａ
／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロ
ストリップ線路とから成る飛び越し結合回路を接続して
構成した、本発明の第１の分布定数フィルタの実施の形
態の例が、図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ平面図で示し
たものである。

【００６０】なお、これらの実施例では、折り曲げたヘ
アピン状のストリップ線路共振器も使用しており、この
パラメータの導出は、きれいな解析的な表現ができない
ものであるが基本的には数４および数５を変形すること
で行なうことができる。ここではその導出の詳細は省略
する。

【００６１】これにより、図15に示される等価回路の中
心の虚ジャイレータを含む右半分の回路は、４個の１／
２波長マイクロストリップ線路共振器で構成される多共
振器帯域通過型フィルタとなる。そして、図１および図
２に示す例は、それぞれ伝達関数である回路網関数ｓ₂₁
の分子多項式の実軸上の零点と虚軸上の零点に相当する
回路部となる。これら図１および図２に示す分布定数フ
ィルタをフィルタブロックとして、外部回路接続用の直
線城１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦
続接続することにより、図15の回路図に示される帯域通
過フィルタを実現することができる。

【００６２】このようにして、図１（ｂ）の分布定数フ
ィルタの飛び越し結合回路を構成するマイクロストリッ
プ線路のａ＋ｂの値を変えた２つを組み合わせた、本発
明の分布定数フィルタの実施の形態の例を図３に、また
これに対して図１（ｂ）と図２（ｂ）の分布定数フィル
タを組み合わせた本発明の分布定数フィルタの実施の形
態の他の例を図４にそれぞれ平面図で示す。なお、この
図３に示す分布定数フィルタは本発明の第２の分布定数
フィルタに、図４に示す分布定数フィルタは本発明の第
３の分布定数フィルタに対応するものとなる。

【００６３】図３は、ヘアピン状マイクロストリップ線
路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共
振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1個の
１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接
続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロスト
リップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィル
タブロックと、同じくヘアピン状マイクロストリップ線
路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共
振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る、1個
の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次
接続し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ
線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロ
ックとを、間に位置する直線状１／４波長マイクロスト
リップ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定
数フィルタの例である。

【００６４】この例においては、両方のフィルタブロッ
クの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値はそれらの差が奇
数となるように異なるものとする。

【００６５】また図４は、ヘアピン状マイクロストリッ
プ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線
路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1
個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順
次接続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロ
ストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフ
ィルタブロックと、ヘアピン状マイクロストリップ線路
から成る２個の１／２波長マイクロストリップ線路共振
器Ｈと１個の１波長マイクロストリップ線路共振器Ｈ’
と直線状マイクロストリップ線路から成る、1個の１／
２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続
し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ線路
Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロック
とを、間に位置する直線状１／４波長マイクロストリッ
プ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定数フ
ィルタの例である。

【００６６】この例においては、両方のフィルタブロッ
クの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値は同じであるか、
または偶数の差があってもよい。

【００６７】この図４に示す例によれば、フィルタブロ
ックの１／２波長マイクロストリップ線路共振器のうち
少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器
に置き換えることにより、順次結合している多共振器型
フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実
現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付
加することができる。

【００６８】なお、このように１／２波長マイクロスト
リップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロス
トリップ線路共振器に置き換える場合、この１波長マイ
クロストリップ線路共振器は１／２波長マイクロストリ
ップ線路共振器に１／２波長の移相器を付加したものと
して機能することから、この置き換える共振器の個数は
奇数個とすることが好ましい。

【００６９】そして、これら本発明の分布定数フィルタ
の構成例からも分かるように、飛び越し結合回路Ｃは、
共振器と交差することなく目的のポートに接続すること
ができ、２次元の平面回路構造のままで帯域通過フィル
タを実現することができる。

【００７０】なお、図３および図４に示す例では、いず
れも飛び越し結合回路Ｃは直線状１／４波長マイクロス
トリップ線路Ｍ間に接続した例を示したが、これら飛び
越し結合回路Ｃは、１／２波長マイクロストリップ線路
共振器Ｌ・Ｈまたはこれを置き換えた１波長マイクロス
トリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリ
ップ線路Ｍと結合している側の端部間に接続してもよ
い。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１の分布定数
フィルタによれば、直線状またはヘアピン状のｎ個の１
／２波長マイクロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接
する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、直
線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数
をそれぞれ奇数とするとともに第１番目および第ｎ番目
の１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路
接続用の直線状の約１／４波長のマイクロストリップ線
路を結合させ、かつ第１番目および第ｎ番目の１／２波
長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マ
イクロストリップ線路と結合している側の端部間または
直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリッ
トを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ
線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは
自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことか
ら、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び
越し結合回路の接続を実現することができ、このような
飛び越し結合回路により、前記分子有理多項式の根、す
なわち実伝送虚点もしくは虚伝送零点を実現することが
できる。

【００７２】また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯
域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛
び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作った
り、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さら
に、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相
を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで
所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正
ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易とな
る。

【００７３】その結果、平面構造の分布定数フィルタの
特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群
遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送
零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により
設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感
度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することが
できる。

【００７４】また、本発明の第２の分布定数フィルタに
よれば、本発明の第１の分布定数フィルタをフィルタブ
ロックとしてこれらが複数、縦続接続されており、これ
ら複数のフィルタブロックのそれぞれの飛び越し結合回
路のａ＋ｂの値が奇数と偶数とに設定されていることに
より、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と磁界
結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当するも
のとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブロッ
クを縦続接続することとなる。その結果、各フィルタブ
ロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減衰極を作っ
たり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時間を補正す
ることができ、通過帯域で振幅特性と群遅延特性の平坦
化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰特性を確保
できるので、全体として所望の通過帯域特性を実現でき
る分布定数フィルタとなる。

【００７５】また、本発明の第３の分布定数フィルタに
よれば、複数の本発明の第１の分布定数フィルタを前記
外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ
線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波
長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１
波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことか
ら、この１波長マイクロストリップ線路共振器によって
多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作
用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結
合回路を付加することができる。

【００７６】以上のような本発明の分布定数フィルタに
よれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の
分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上
記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的
に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて
性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ
回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構
造を加えることなく構成し実現することができる。

【００７７】以上により、本発明によれば、マイクロス
トリップ線路共振器間の結合・接続に飛び越し結合回路
を加えて伝達関数の虚軸上の零点に相当する伝送零点を
実現したり、伝達関数の実軸上の零点に相当する振幅の
補正を行なう際に必要となる正確な伝達特性の位相の制
御を簡単な回路構成で実現でき、虚軸上の零点と実軸上
の零点とを実現する飛び越し結合回路をほぼ同じ構成で
実現でき、その結果、簡単な構造の回路構成により通過
帯域で振幅群遅延同時平坦特性を有し、阻止帯域で伝送
零点（減衰極）を有する分布定数フィルタを実現するこ
とができた。

【００７８】また、本発明によれば、平面構造の分布定
数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において
振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻
止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設
計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できると
ともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数
フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数
フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。

【図３】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例で
あり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。

【図４】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例で
あり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ帯域通過フィ
ルタの通過帯域における振幅特性および群遅延特性を示
す線図である。

【図６】（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図、
（ｂ）は虚ジャイレータを用いた（ａ）と等価な３次フ
ィルタを示す回路図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ直線形多共振
器フィルタおよびヘアピン形多共振器フィルタの構成例
を示す平面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ飛び越し結合を含
む直線形多共振器フィルタおよびヘアピン形多共振器フ
ィルタの構成例を示す平面図である。

【図９】８次の基準化低域通過フィルタの例を示す回路
図である。

【図１０】図９に示す基準化低域通過フィルタの等価変
換の例を示す回路図である。

【図１１】（ａ）の回路を（ｂ）の飛び越し結合を含む
形へ等価変換する例を示す回路図である。

【図１２】図10に示す回路を図11に示す飛び越し結合を
含む回路へ等価変換した基準化低域通過フィルタの例を
示す回路図である。

【図１３】図12に示す回路のインダクタを容量に等価変
換した基準化低域通過フィルタの例を示す回路図であ
る。

【図１４】（ａ）の虚ジャイレータを（ｂ）の定リアク
タンス素子のπ型等価回路へ等価変換する例を示す回路
図である。

【図１５】基準化低域通過フィルタを帯域通過フィルタ
へ等価変換した例を示す回路図である。

【図１６】マイクロストリップ線路共振器を構成する１
組の１／４波長結合マイクロストリップ線路を示す平面
図である。

【図１７】１／４波長結合マイクロストリップ線路の狭
帯域等価回路を示す回路図である。

【符号の説明】

Ｌ・・・直線状のマイクロストリップ線路から成る１／
２波長マイクロストリップ線路共振器 Ｈ・・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る
１／２波長マイクロストリップ線路共振器 Ｈ’・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る
１波長マイクロストリップ線路共振器 Ｍ・・・直線状１／４波長マイクロストリップ線路 Ｃ・・・飛び越し結合回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線状またはヘアピン状のマイクロスト
   リップ線路から成る、通過帯域の中心周波数に対応する
   １／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４
   以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４
   波長結合させて順次接続して成り、前記直線状およびヘ
   アピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇
   数とするとともに第１番目および第ｎ番目の前記１／２
   波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の
   直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させ、
   かつ前記第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロ
   ストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロ
   ストリップ線路と結合している側の端部間または前記直
   線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリット
   を介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線
   路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自
   然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴
   とする分布定数フィルタ。
2. 【請求項２】 複数の請求項１記載の分布定数フィルタ
   を前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロスト
   リップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記飛
   び越し回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの
   値を少なくとも１つは奇数とし少なくとも１つは偶数と
   したことを特徴とする分布定数フィルタ。
3. 【請求項３】 複数の請求項１記載の分布定数フィルタ
   を前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロスト
   リップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１
   ／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１
   個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えた
   ことを特徴とする分布定数フィルタ。