JP2002158503A - 帯域通過フィルタ - Google Patents

帯域通過フィルタ

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JP2002158503A
JP2002158503A JP2000355077A JP2000355077A JP2002158503A JP 2002158503 A JP2002158503 A JP 2002158503A JP 2000355077 A JP2000355077 A JP 2000355077A JP 2000355077 A JP2000355077 A JP 2000355077A JP 2002158503 A JP2002158503 A JP 2002158503A
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JP
Japan
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hole
microstrip line
ground
pass filter
microstrip
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Application number
JP2000355077A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Ishida
等 石田
Yoichi Kawakami
用一 川上
Masafumi Shigaki
雅文 志垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Fujitsu Ltd
Advanced Space Communications Research Laboratory
Original Assignee
ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Fujitsu Ltd
Advanced Space Communications Research Laboratory
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、マイクロストリップ線路導体の
途中にグランド・スルーホールを配置するだけの簡単な
構造で、帯域通過フィルタを実現することを目的とす
る。 【解決手段】 この発明の帯域通過フィルタは、誘電体
基板上のマイクロストリップラインの途中の同一平面上
の同一直線上に、接地したスルーホールまたはピンを有
するマイクロストリップ線路を挿入したことを特徴とす
る。また、前記マイクロストリップラインの一部を除去
して、該除去部分に前記スルーホールまたはピンを有す
るマイクロストリップ線路を両者間に隙間を置いて1個
または複数個挿入し、さらには該隙間の外側にインダク
タンス部分を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯の
各種無線通信機等に使用される帯域通過フィルタに関
し、特にマイクロストリップラインを用いた帯域通過フ
ィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】最近のマイクロ波帯通信システムは、通
信線路に多数の信号を高周波にのせて伝送する多重化通
信が主流になっている。この多重化通信システムでは、
これらの信号の中から特定の信号を取り出すため帯域通
過フィルタ(以下、BPFという)が必要となる。いう
までもなく、帯域通過フィルタは、ある周波数の範囲の
み信号を損失無く伝送し、それ以外の周波数範囲の信号
は減衰させてしまう回路や回路素子である。
【0003】帯域通過フィルタ(BPF)は、例えば発
振器、増幅器、てい倍器の出力側に挿入して必要な信号
を取り出す送信システムや、受信機や増幅器の入力側に
挿入して不要信号を除去するために用いられる。従来か
らこのような送受信システムでは、周波数選択性の優れ
たチェビシェフ型帯域通過フィルタが用いられてきた。
【0004】しかしながら、チェビシェフ型帯域通過フ
ィルタは、通過帯域が広くとれず、通過帯域内にリップ
ルが発生し安定な特性が得られない欠点がある。また、
特にマイクロ波帯では、マイクロストリップ線路を用い
たチェビシェフ型帯域通過フィルタの設計手法が確立さ
れていなかった。
【0005】また、図8には従来のBPFの例を示す。
図8(a)は、容量結合線路32,33,34により減
衰すべき周波数範囲の信号が除去され、その他の希望波
成分が減衰されずに出力されるものである。図8(b)
は、同様に短絡線路36等に対してオープンとなる周波
数が通過し、他は減衰するのでBPFとして動作するも
のである。なお、35,37,38と線路幅が変えてあ
るのは、インピーダンス・マッチングのためである。図
8(c)は、容量結合された線路40,41,42等の
同調周波数範囲のみが出力に伝達されるのでBPFとな
る。
【0006】しかし、上記従来マイクロ波帯BPFは、
周波数選択性が悪いので、希望波での減衰が生じたり、
また特に減衰域の周波数帯域での減衰が十分でないと共
に、構造が複雑であって、製造が面倒である欠点があっ
た。
【0007】また、通過帯域を拡げる場合、従来の帯域
通過フィルタでは共振回路の数を増やさなければなら
ず、また上記32,33や36,41といった線路はλ
/4(λ:波長)なので、小型化、定損失化が困難であ
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マイ
クロストリップ線路導体の一部にグランド・スルーホー
ル1個または複数個配置するだけの簡単な構造で、帯域
通過フィルタを実現し、上記従来技術の欠点を無くし、
小型で通過帯域での特性が安定で製造も容易な帯域通過
フィルタを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係る帯域通過
フィルタは、誘電体基板上のマイクロストリップライン
の途中の同一平面上の同一直線上に、接地したスルーホ
ールまたはピンを有するマイクロストリップ線路を挿入
したことを特徴とする。
【0010】また、前記マイクロストリップラインの一
部を除去して、該除去部分に前記スルーホールまたはピ
ンを有するマイクロストリップ線路を両者間に隙間を置
いて1個または複数個挿入したことを特徴とする。
【0011】さらに、前記両者間の隙間がジグザク形状
であって、両マイクロストリップ線路間に容量成分を形
成し、前記マイクロストリップライン上の前記スルーホ
ールまたはピンを有するマイクロストリップ線路の前後
にインダクタンス成分となる構造を設けたことを特徴と
する。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に、本発明を適用した帯域通
過フィルタ(BPF)の実施例を示す。図1において、
1は誘電体基板、2はマイクロストリップ線路導体(マ
イクロストリップライン)、3は接地導体(裏面)、4
はグラウンド・スルーホ−ル(接地したスルーホー
ル)、5は約λ/8の長さのマイクロストリップ線路で
ある。
【0013】本出願人は、すでに似たような構造で帯域
阻止フィルタ(BEF)及び高域通過フィルタ(HP
F)を提案している。(特願平11−290348号、
特願2000−281035)。この発明のBPFは、
このBEFやHPFの応用例である。
【0014】誘電体基板1、マイクロストリップ線路導
体2、接地導体3は、通常のマイクロストリップ線路を
形成するものである。上記グラウンド・スルーホール4
をマイクロストリップ線路導体5の途中に設けた点が新
たな構成であって、この発明の特徴とするところであ
る。グラウンド・スルーホール4を有するマイクロスト
リップ線路5は、誘電体基板上のマイクロストリップ導
体2の途中であって、該誘電体基板上のマイクロストリ
ップ導体2と同一平面上に設けられている。グラウンド
・スルーホール4は、その中心にスルーホールを有して
いる。該スルーホール4は、その拡大された図6に示さ
れるように誘電体基板1を貫通し、マイクロストリップ
線路5が該スルーホール内面のメッキ導体25を介して
誘電体基板1の接地導体26に短絡している。
【0015】上記実施例において、誘電体基板は比誘電
率εr 3.8 、誘電体損0.0025、基板厚1.6 mm、導体は両
面電解銅箔 厚み35μm である。また、誘電体基板1の
幅Wは40mm、基板の長さLは150 mm、挿入された接地付
きスルーホールを有するマイクロストリップ線路5と通
常のマイクロストリップ線路2との間の間隔(隙間)D
は0.2 mm、挿入された接地付きスルーホールの長さMは
12.5mm、マイクロストリップ線路導体2の幅dは4mm、
マイクロストリップ線路導体の長さLは150 mmである。
【0016】マイクロストリップ線路導体2と上記挿入
された接地付きスルーホールを有するマイクロストリッ
プ線路5間が隙間を空けて容量的に結合されており、挿
入された接地付きスルーホールを有するマイクロストリ
ップ線路5に生じた高周波電界はスルーホール・メッキ
25を通じて接地導体に高周波電流を生じさせる。
【0017】この現象は回路的にスルーホール・メッキ
がインダクタンスとして作用したと解釈できる。該スル
ーホールのインダクタンスはスルーホールの直径で決ま
ることが確認されており、その測定例を図7に示す。
【0018】また、上記接地付きスルーホールを有する
マイクロストリップ線路5は適当な長さを有し、前記接
地間に所定の大きさの容量を形成している。すなわち、
上記インダクタンスと容量は、接地付きスルーホールを
有するマイクロストリップ線路5と接地間に並列共振回
路を形成しており、該共振周波数近辺では高インピーダ
ンスとなるので信号が通過し、それ以外の帯域では減衰
(または反射)されるので帯域通過特性となる。
【0019】このことは、従来提案のHPFと対比され
る。すなわち、上記HPFは、図5に示される構造を有
し、上記接地付きスルーホールを有するマイクロストリ
ップ線路の代わりに円形のパターン20が設けられてい
る。該パターン20は実質的に接地間に有効な容量成分
を有しないので、上記パターン20と接地間の等価回路
は図5(b)に示す如くL成分のみとなる。該等価回路
から分かるように上記接地付きスルーホールを有するパ
ターンをマイクロストリップ線路間に挿入するとHPF
となる。なお、上記図5(b)におけるC1,C2等
は、上記パターン相互間や隣接するマイクロストリップ
線路との隙間23,24の結合容量である。なお、図5
(b)の等価回路は、上記図5(a)の構造が多段接続
されているもの場合のものである。
【0020】前記グラウンド・スルーホールを有するマ
イクロストリップ線路5と接地間の共振周波数は、グラ
ウンド・スルーホール直径を変化させることにより自由
に設定できる。(特願平11ー290348号参照、特
願2000−19034参照。) 上記接地付きスルーホールを有するマイクロストリップ
線路5を何段か重ねることにより、BPFの減衰特性が
よくなるが、損失が増加するのと不通過帯域でのインピ
ーダンス・マッチング(反射特性)が良くないので、さ
らに改良されたBPFの設計として図2の構造が提案さ
れる。
【0021】図2において、8はグラウンド・スルーホ
−ル(接地したスルーホール)、7は約λ/8の長さの
マイクロストリップ線路である点は図1と同じである。
図2の場合、図1のマイクロストリップ線路導体2と上
記挿入された接地付きスルーホールを有するマイクロス
トリップ線路5間の隙間6に相当する構造Bが、詳細に
は図2の(b)に示されるように、ジグザグ構造9とな
っており、また該隙間結合部分の外側に等価的にインダ
クタンス(図2(a)の11)となる線路幅の細いマイ
クロストリップ線路部分10を設けてある点で図1と異
なる。上記ジグザグ構造は、両マイクロストリップ線路
間の容量(図2(a)の12)を増す工夫である。
【0022】上記図2(c)に等価回路を示す如く、上
記隙間結合部分の容量C1(12)と上記インダクタン
スL1(11)は直列共振回路を形成し、該共振周波数
付近の信号を通過させる。すなわち、該直列共振回路も
BPF特性を有する。なお、図2(c)のL2,C2
は、前記グラウンド・スルーホールを有するマイクロス
トリップ線路8と接地間の並列共振回路を表す。上記直
列共振回路と並列共振回路の総合通過特性としてBPF
の特性が改善され、また上記直列共振回路が不通過帯域
でのインピーダンス・マッチング(反射特性)を改善す
るので、不要反射が少なく、また損失特性も良好とな
る。なお、図2(c)の等価回路は、上記図2(a)の
構造が多段接続されているもの場合のものである。
【0023】図3に、上記図2の実施例の実測結果を示
す。なお、図2の実施例において、グラウンド・スルー
ホール8の直径は0.5 mmである。測定範囲は、1GHz
〜3GHzである。図3の16は、通過特性S21(ただ
し、S21はSパラメータ)を示す。図3のS2116は、
1.72GHzで約−3.38dB、1.8GHzで約
−1.46dB、1.95GHzで約−3.37dBで
ある。
【0024】図3の17は、入力反射特性S11(ただ
し、S11はSパラメータ)を示す。図3のS1117は、
1.72GHzで約−10dB、1.8GHzで約−2
0dB、1.95GHzで約−10dBである。この通
過特性及び入力反射特性から本発明がきわめて良好で帯
域通過フィルタを形成していることが分かる。
【0025】図4は、図2の実施例において、グラウン
ド・スルーホール8の直径を1mmに変え、他の寸法は変
化させなかった場合の帯域通過周波数特性を示す。この
実施例から、この発明のBPFは通過帯域をグラウンド
・スルーホール8の直径だけで制御できることが分か
る。なお、上記スルーホールは、地絡していれば単線状
のピンでもよい。
【0026】
【発明の効果】本発明により、簡単な構造で付加する部
品は必要なく、従って煩雑な半田付けなどの組立作業も
必要なく、製造容易で小型化も容易に実現できる通過帯
域が安定な理想的なマイクロ波帯の帯域通過フィルタが
実現できた。
【0027】さらに、グラウンド・スルーホールの直径
を変えるだけで通過帯域を容易に制御できるという設計
容易な帯域通過フィルタが実現できた。また、通過帯域
を拡げる場合、従来の帯域通過フィルタでは共振回路の
数を増やさなければならず、小型化、定損失化が困難で
あったが、この発明ではグラウンド・スルーホールの直
径を変えるだけで通過帯域を容易に制御できるという顕
著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した基本構造の実施例を示す図で
ある。
【図2】本発明を適用した改良された実施例を示す図で
ある。
【図3】本発明の図2の実施例のグラウンド・スルーホ
ールの直径φA =0.5 mm の時の帯域通過フィルタの実測
結果例を示した図である。
【図4】本発明の図2の実施例によるグラウンド・スル
ーホールの直径φA =1.0 mm の時の帯域通過フィルタの
実測結果例を示した図である。
【図5】従来提案のHPFの構造を示す。
【図6】本発明のグラウンド・スルーホールの拡大図で
ある。
【図7】スルーホール直径とインピーダンスの関係を示
す図である。
【図8】従来のBPFの例を示す図である。
【符号の説明】
1 誘電体基板 2 マイクロストリップ線路導体 3 接地導体 4 グラウンド・スルーホール 5 接地したスルーホールまたはピンを有するマイク
ロストリップ線路 7 接地したスルーホールまたはピンを有するマイク
ロストリップ線路 8 グラウンド・スルーホール 9 容量結合部分 10 インダクタンス部分 25 スルーホール内部導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 等 東京都千代田区岩本町二丁目12番5号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 (72)発明者 川上 用一 東京都千代田区岩本町二丁目12番5号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 (72)発明者 志垣 雅文 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5J006 HB03 HB16 HB22 JA01 JA04 LA11 LA21 MA03 NA04 NB05 NB08 NB09 NC02 NE14

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体基板上のマイクロストリップライン
    の途中の同一平面上の同一直線上に、接地したスルーホ
    ールまたはピンを有するマイクロストリップ線路を挿入
    したことを特徴とする帯域通過フィルタ。
  2. 【請求項2】前記マイクロストリップラインの一部を除
    去して、該除去部分に前記スルーホールまたはピンを有
    するマイクロストリップ線路を両者間に隙間を置いて1
    個または複数個挿入したことを特徴とする前記請求項1
    記載の帯域通過フィルタ。
  3. 【請求項3】前記両者間の隙間がジグザク形状であっ
    て、両マイクロストリップ線路間に容量成分を形成する
    ことを特徴とする前記請求項2記載の帯域通過フィル
    タ。
  4. 【請求項4】前記マイクロストリップライン上の前記ス
    ルーホールまたはピンを有するマイクロストリップ線路
    の前後にインダクタンス成分となる構造を設けたことを
    特徴とする前記請求項1〜3の内、いずれか1項記載の
    帯域通過フィルタ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004105175A1 (ja) * 2003-05-22 2004-12-02 The Circle For The Promotion Of Science And Engineering リングフィルタ及びそれを用いた広帯域帯域通過フィルタ
KR101216433B1 (ko) 2012-02-21 2012-12-28 주식회사 이너트론 메타매질을 이용한 고역 통과 필터
JP2013138131A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Nec Corp 配線回路基板

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