JP2002185211A - ノイズフィルタおよびそれを用いた高周波送信機 - Google Patents
ノイズフィルタおよびそれを用いた高周波送信機Info
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Abstract
ルタおよびこれを用いた高周波送信機を提供する。 【解決手段】 基板上にその一端に入力信号が与えら
れ、他端から信号が出力される主マイクロストリップラ
イン21を形成し、この主マイクロストリップライン2
1に対して5本の副マイクロストリップライン22,2
3,24,25および26を交差させ、この交差部から
両端までの長さがそれぞれ異なるように順次配設し、各
副マイクロストリップラインは略長方形の形状で線幅が
すべて同じ所定の長さで形成され、すべて同じ所定の間
隔で略平行に配置されている。
Description
よびそれを用いた高周波送信機に関し、特に、基板に配
設されたマイクロストリップラインにより形成されるノ
イズフィルタとこれを送信電力アンプの出力側に備えた
高周波送信機に関する。
放送衛星,通信衛星など多くのシステムで飛躍的な発展
を遂げている。それと同時に、インターネットの発達に
より双方向通信の需要が日を追って高まってきている。
衛星通信における双方向通信は、受信は従来と同様にL
NB(LOW NOISE BLOCKDOWN CONVERTER)で行なわれ、
送信は新たに高周波送信機(トランスミッタ)を用いる
ことにより実現される。
ロック図であり、図9は従来の高周波送信機に用いる受
信帯域ノイズフィルタの形状を示す図であり、図10は
従来の受信帯域ノイズフィルタのシミュレーション結果
を示す図である。
高周波送信機について説明する。図8に示す高周波送信
機へ入力されたIF(中間周波数)信号はIFアンプ1
で利得が確保された後、ミキサ回路2へ入力される。ミ
キサ回路2では局部発振回路3からの局部発振信号とI
F信号とがミキシングされ、IF信号が高周波信号に周
波数変換される。ミキサ回路2から出力される高周波信
号は、ミキサ回路2で発生するスプリアスを減衰させる
バンドパスフィルタ4を介した後、3つの高周波アンプ
5,6および7で構成される回路で大きなゲインが得ら
れる。
アスを減衰させるバンドパスフィルタ8を介して高周波
アンプ9へ入力され、続くドライバアンプ10と合わせ
てさらに利得が稼がれる。ドライバアンプ10の出力は
受信周波数帯域のノイズレベルを雑音レベル程度まで抑
える受信帯域ノイズフィルタ11を介してパワーアンプ
12に入力され、衛星に送信するために必要な高い電力
の信号となる。パワーアンプ12から出力される高周波
信号は、パワーアンプ12のゲインによって熱雑音レベ
ルから上昇している受信周波数帯域のノイズレベルを再
び減衰させる受信帯域ノイズフィルタ13および出力と
受信帯域ノイズフィルタ13の間のアイソレーションを
確保するアイソレータ14を介して高周波送信機(図示
せず)から出力される。
び13には、図9に示すように、一方端に入力信号が与
えられ、他方端から信号が出力される主マイクロストリ
ップライン15と、この主マイクロストリップライン1
5に直交するように順次併設された3つの副マイクロス
トリップライン16,17および18で形成されるマイ
クロストリップフィルタを用いるのが一般的である。
周波数帯域に対して大きな減衰量を得られるのと同時
に、送信周波数帯域のロスが1dB程度と低く抑えられ
ることにある。パワーアンプ12の後段に配置される受
信帯域ノイズフィルタ13の送信周波数帯域のロスが大
きい場合、パワーアンプ12に出力パワーの大きいタイ
プ(飽和電力が大きいタイプ)を選択する必要がある。
出力パワーが大きいパワーアンプは消費電力も大きく、
発熱も多くなるため、高周波送信機全体の形状を放熱の
ために多くしなければならず、小型,低消費電力という
普及のための条件に逆行する結果となってしまう。この
ことから送信周波数帯域のロスが小さい図9に示すよう
な形状のフィルタが用いられている。
図10に示すシミュレーション結果により示されてい
る。図10から送信周波数14〜14.5GHz,受信
周波数10.95〜12.75GHzで最適化されてお
り、送信周波数のロスは約1dB,受信周波数の減衰量
は25dB以上得ている。
帯域のノイズレベルがバンドパスフィルタ4,8および
受信帯域ノイズフィルタ11の減衰により、熱雑音レベ
ル(−173.5dBm/Hz(25℃))まで下がっ
ている場合、パワーアンプ12の小信号利得20dB、
ノイズフィギャア7dBであるとき、パワーアンプ12
から出力される受信周波数帯域のノイズレベルは−17
3.5+20+7=−146.5dBm/Hzまで上昇
してしまう。しかしながら、このレベルは図9および図
10の形状,特性を持つ受信帯域ノイズフィルタ13へ
入力されることで、−146.5−25=−171.5
dBm/Hzまで抑制される。一般的な高周波送信機の
受信帯域ノイズレベルの仕様は、−165dBm/Hz
以下程度であり、受信帯域ノイズフィルタ13の効果に
より、仕様が満たされることが確認できる。
一般家庭への高周波送信機の普及をめざし、低コスト化
および小型化を進める動きがあり、パワーアンプに小信
号利得が35dB程度の高利得タイプの採用が進んでい
る。高利得タイプのパワーアンプを用いることで、ドラ
イバアンプおよび高周波アンプなどの素子が不要とな
り、コスト削減および小型化に寄与する。
が増えることは、受信周波数帯域のノイズレベルの上昇
幅を大きくし、受信帯域ノイズレベルの仕様を満たすこ
とができなくなるという問題がある。
小信号利得が35dBのパワーアンプ19に置換えた場
合を想定する。パワーアンプ19へ入力される受信周波
数帯域のノイズレベルが熱雑音レベル(−173.5d
Bm/Hz(25℃))まで下がっている場合、パワー
アンプ19の小信号利得35dB,ノイズフィギャア7
dBであるとき、パワーアンプ19から出力される受信
周波数帯域のノイズレベルは−173.5+35+7=
−131.5dBm/Hzまで上昇してしまう。図9お
よび図10に示した形状および特性を有する受信帯域ノ
イズフィルタ13へ信号を入力することで、−131.
5−25=−156.5dBm/Hzまで抑制される
が、このレベルでは一般的な高周波送信機の受信帯域ノ
イズレベルの仕様−165dBm/Hzを満たすことが
できない。
信周波数帯域の減衰量が大きいノイズフィルタおよびそ
れを用いた高周波送信機を提供することである。
れたマイクロストリップラインにより形成されるノイズ
フィルタにおいて、その一方端に入力信号が与えられ、
その他方端から信号が出力される主マイクロストリップ
ラインと、この主マイクロストリップラインと交差し、
その交差部から両端までの長さがそれぞれ異なるように
順次併設された少なくとも第1から第5の副マイクロス
トリップラインとを含むことを特徴とする。
に対して少なくとも第1から第5の副マイクロストリッ
プラインを交差して配置することにより受信周波数帯域
の減衰量を大きくできる。
プラインは略長方形の形状に形成される。
上し、周波数分解能を高くできる。また、第1から第5
の副マイクロストリップラインの線幅はすべて同じ所定
の長さに形成される。
プラインのQ値を同じにすることができ、また要求する
信号の通過帯域幅や減衰帯域の周波数帯域幅に応じて線
幅を最適化することにより、減衰帯域において大きな減
衰量と通過帯域において平坦度に優れ、通過損失の小さ
いフィルタとすることができる。
れぞれがすべて同じ所定の間隔で略平行に配設すること
により、副マイクロストリップライン間の高周波的結合
を防ぎ、フィルタとしての特性劣化を防ぐことが可能と
なる。
ンのうち第1,第3および第5の副マイクロストリップ
ラインを主マイクロストリップラインに対して略直交一
方向にずらして配設し、第2および第4の副マイクロス
トリップラインを主マイクロストリップラインに対して
略直交他方向にずらして配設することにより、隣り合う
副マイクロストリップライン同士の結合度を避けること
ができ、フィルタとしての特性劣化を防ぐことができ
る。
ンを中心にして第1および第2の副マイクロストリップ
ラインと、第4および第5の副マイクロストリップライ
ンとを線対称に配設することにより、第1および第2の
副マイクロストリップラインと第4および第5の副マイ
クロストリップラインが同じ長さとなり、同一の周波数
に共振点が重なり合うことで減衰帯域においてより大き
な減衰量を得ることが可能になる。
第5の副マイクロストリップラインとのそれぞれの交差
部を境とし、この交差部から一方端と他方端部分とを比
較して第1の副マイクロストリップラインと第5の副マ
イクロストリップラインまでの間が太くなるようにその
線幅を設定することにより、主マイクロストリップライ
ンの誘導性を抑制でき、高周波帯域でのインピーダンス
が低下し、ノイズフィルタの通過帯域における挿入損失
を押さえることができる。
1から第5の副マイクロストリップラインとのそれぞれ
の交差部を境とし、一方端と他方端部分から第3の副マ
イクロストリップラインに近づくに従って太くなるよう
にそれらの線幅を設定することにより、主マイクロスト
リップラインの誘導性を抑制でき、高周波帯域でのイン
ピーダンスが低下すると同時に、一方端と他方端部分の
線幅から線幅を太くすることによる線幅の不連続部分で
のインピーダンスの不整合を軽減し、ノイズフィルタの
通過帯域における挿入損失を抑えることができる。
ンの線長を変えることにより、通過周波数帯域を所望す
る帯域に設定できる。
ルタは、通過帯域における挿入損失が小さくまた、アイ
ソレータなしで送信出力における出力VSWR特性を確
保でき、アイソレータの挿入損失分も省くことができる
ため、パワーアンプの出力パワーへの負担が少なくて済
み、放熱やシャーシ形状で有利になる。
リップラインの線長を調整することにより高周波送信機
の出力リターンロスを改善できる。
周波送信機のブロック図である。図1において、入力さ
れたIF信号はIFアンプ1で利得が確保された後、ミ
キサ回路2に入力される。ミキサ回路2では局部発振回
路3からの局部発振信号とIF信号をミキシングし、I
F信号が高周波信号に周波数変換される。ミキサ回路2
から出力される高周波信号は、ミキサ回路2で配設する
スプリアスを減衰させるバンドパスフィルタ4を介して
3つの高周波アンプ5,6および7で構成される回路で
大きなゲインが得られる。
アスを減衰させるバンドパスフィルタ8を介して高周波
アンプ9へ入力される。高周波アンプ9の出力はノイズ
レベルを雑音レベル程度まで抑える受信帯域ノイズフィ
ルタ11を介してパワーアンプ19へ入力される。パワ
ーアンプ19は小信号利得が35dBの高利得タイプで
あり、このために前述の図8に示したドライバアンプ1
0のゲインは必要なく、ドライバアンプを用いていな
い。パワーアンプ19から出力される高周波信号は、パ
ワーアンプ19のゲインによって熱雑音レベルから上昇
している受信周波数帯域のノイズレベルを再び抑制する
受信帯域ノイズフィルタ20および出力と受信帯域ノイ
ズフィルタの間のアイソレーションを確保するアイソレ
ータ14を介して高周波送信機から出力される。
タの形状を示す図であり、図3および図4は受信帯域ノ
イズフィルタのシミュレーション結果を示す図である。
すように、主マイクロストリップライン21の一端に入
力信号が与えられ、他端側から信号が出力される。この
主マイクロストリップライン21と交差し、その交差部
から両端部までの長さがそれぞれ異なるように順次併設
された少なくとも5本の第1から第5の副マイクロスト
リップライン22,23,24,25および26が形成
されてマイクロストリップフィルタが構成されている。
クロストリップライン22,23,24,25および2
6が略長方形の形状で形成され、副マイクロストリップ
ライン22,23,24,25および26の線幅はすべ
て同じ所定の長さに形成される。また、副マイクロスト
リップライン22,23,24,25および26はそれ
ぞれがすべて所定の間隔で略平行に配設される。
2,23,24,25および26は主マイクロストリッ
プライン21と略直交して配設され、第1,第3および
第5の副マイクロストリップライン22,24および2
6は主マイクロストリップライン21に対して略垂直一
方向にずらして配設され、第2および第4の副マイクロ
ストリップライン23および25は主マイクロストリッ
プライン21に対して略直交他方向にずらして配設され
る。
ップライン22,23,24,25および26は副マイ
クロストリップライン24を中心にして、副マイクロス
トリップライン22および23と、副マイクロストリッ
プライン25および26とが線対称に配設される。さら
に、主マイクロストリップライン21は副マイクロスト
リップライン22,23,24,25および26とのそ
れぞれの交差部を境とし、入力信号が与えられる一端部
分と信号が出力される他端部分から副マイクロストリッ
プライン24に近づくに従って太くなるようにそれらの
線幅が設定される。
ルタ20は副マイクロストリップライン24の線長を長
くすることによって、図4に示す実線から点線へ帯域が
低い周波数へシフトでき、また逆に線長を短くすること
によって帯域が高い周波数へシフトでき、希望する帯域
に設定できる。
ルタ20の信号通過特性のシミュレーション結果を示
す。図3において、送信周波数14〜14.5GHz,
受信周波数10.95〜12.75GHzで最適化され
ており、送信周波数のロスは0.85dB以下であり、
受信周波数の減衰量は35dB以上得ている。従来例の
受信帯域ノイズフィルタのシミュレーション結果の図9
と比べて受信周波数の減衰量は25dBから35dBへ
10dB向上している。このときの受信周波数帯域のノ
イズレベルは以下のとおり計算される。
帯域のノイズレベルがバンドパスフィルタ4,8および
受信帯域ノイズフィルタ11の減衰により、熱雑音レベ
ル(−173.5dBm/Hz(25℃))まで下がっ
ている場合、パワーアンプ19の小信号利得35dB,
ノイズフィギャア7dBであるとき、パワーアンプ19
から出力される受信周波数帯域のノイズレベルは−17
3.5+35+7=−131.5dBm/Hzまで上昇
してしまう。しかしながら、このレベルは図2に示す形
状および図3に示す特性を持つ受信帯域ノイズフィルタ
20を介することで、−131.5−35=−166.
5dBm/Hzまで抑制される。一般的な高周波送信機
の受信帯域ノイズレベルの仕様は−165dBm/Hz
以下程度であり、受信帯域ノイズフィルタ20を置換え
ることにより仕様を満たすことができるようになること
が確認できる。
波送信機のブロック図である。この図5に示した実施形
態は、図1に示したアイソレータ14を省いた構成とな
っている。アイソレータ14を省くことにより、部品の
コストダウンを実現できる。また、アイソレータ14で
の送信信号のインサーションロス(挿入損失)がなくな
り、パワーアンプ19の出力パワーを小さくでき、放熱
およびシャーシ形状で有利になる。
パワーアンプ19の間のアイソレーションを確保する役
割を果たしており、アイソレータがなくなることでパワ
ーアンプ19の出力リターンロスの特性が高周波送信機
の出力リターンロスに大きく影響するようになる。
タ特性を示す図である。送信周波数帯域(14〜14.
5GHz)での出力リターンロスS22は最悪値で−1
1.3dBとなる。
のスペックは−7〜−15dB程度であり、図6の特性
では満たすことが難しい。このとき、パワーアンプ19
の出力側に配置される受信帯域ノイズフィルタ20の形
状および寸法を調整,最適化することにより、高周波送
信機の出力リターンロスを改善することができる。
を最適化した場合の、パワーアンプ19+受信帯域ノイ
ズフィルタ20のSパラメータ特性を示す。図7におい
て、通過特性(S21)では受信帯域(10.95〜1
2.75GHz)での利得を大きく抑えかつ送信帯域で
の出力リターンロス(S22)の最悪値の−16.3d
Bとパワーアンプ単体の場合よりも5dB改善してい
る。このように、受信帯域ノイズフィルタ20の調整に
より、アイソレータなしでも高周波送信機の出力リター
ンロスを改善することができる。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
イクロストリップラインに対して少なくとも5本の副マ
イクロストリップラインを交差させ、副マイクロストリ
ップラインの交差部から両端までの長さがそれぞれ異な
るように順次配設することにより、受信周波数帯域の減
衰量を大きくでき、さらにフィルタの周波数選択度が向
上し、周波数分解能を高くすることができる。
送信信号を増幅する送信電力のアンプの出力側に接続す
ることにより、受信周波数帯域ノイズレベルを低減でき
る。
ック図である。
フィルタの形状を示す図である。
ュレーション結果を示す図である。
ション結果を示す図である。
ロック図である。
結果を示す図である。
結果を示す図である。
である。
フィルタの形状を示す図である。
ズフィルタのシミュレーション結果を示す図である。
バンドパスフィルタ、5,6,7 高周波アンプ、8
バンドパスフィルタ、9 高周波アンプ、11受信帯域
ノイズフィルタ、14 アイソレータ、19 パワーア
ンプ、20 受信帯域ノイズフィルタ、21 主マイク
ロストリップライン、22,23,24,25,26
副マイクロストリップライン。
Claims (11)
- 【請求項1】 基板に配設されたマイクロストリップラ
インにより形成されるノイズフィルタにおいて、 その一方端に入力信号が与えられ、その他方端から信号
が出力される主マイクロストリップラインと、 前記主マイクロストリップラインと交差し、この交差部
から両端までの長さがそれぞれ異なるように順次併設さ
れた少なくとも第1から第5の副マイクロストリップラ
インとを含むことを特徴とする、ノイズフィルタ。 - 【請求項2】 前記少なくとも第1から第5の副マイク
ロストリップラインは、それぞれが略長方形の形状に形
成されていることを特徴とする、請求項1に記載のノイ
ズフィルタ。 - 【請求項3】 前記少なくとも第1から第5の副マイク
ロストリップラインの線幅は、すべて同じ所定の長さで
あることを特徴とする、請求項1または2に記載のノイ
ズフィルタ。 - 【請求項4】 少なくとも前記第1から第5の副マイク
ロストリップラインは、それぞれがすべて同じ所定の間
隔で略平行に配設されていることを特徴とする、請求項
1から3のいずれかに記載のノイズフィルタ。 - 【請求項5】 前記少なくとも第1から第5の副マイク
ロストリップラインは、前記主マイクロストリップライ
ンと略直交して配設されており、前記第1,第3および
第5の副マイクロストリップラインは前記主マイクロス
トリップラインに対して略直交一方向にずらして配設さ
れ、前記第2および第4の副マイクロストリップライン
は前記主マイクロストリップラインに対して略直交他方
向にずらして配設されていることを特徴とする、請求項
1から4のいずれかに記載のノイズフィルタ。 - 【請求項6】 前記少なくとも第1から第5の副マイク
ロストリップラインは、前記第3の副マイクロストリッ
プラインに対して第1および第2の副マイクロストリッ
プラインと、前記第4および第5の副マイクロストリッ
プラインとが線対称に配置されていることを特徴とす
る、請求項1から5のいずれかに記載のノイズフィル
タ。 - 【請求項7】 前記主マイクロストリップラインは、前
記第1および第5の副マイクロストリップラインとのそ
れぞれの交差部を境とし、この交差部から前記一方端と
他方端と比較し、前記第1の副マイクロストリップライ
ンと前記第5の副マイクロストリップラインまでの間
が、太くなるようにその線幅が設定されていることを特
徴とする、請求項1から6のいずれかに記載のノイズフ
ィルタ。 - 【請求項8】 前記主マイクロストリップラインは、少
なくとも前記第1から第5の副マイクロストリップライ
ンとのそれぞれの交差部を境とし、前記一方端および他
方端から前記第3の副マイクロストリップラインに近づ
くに従って太くなるようにそれらの線幅が設定されてい
ることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載
のノイズフィルタ。 - 【請求項9】 前記第3の副マイクロストリップライン
の線長を変えることにより通過周波数帯域を所望の帯域
に設定することを特徴とする、請求項1から8のいずれ
かに記載のノイズフィルタ。 - 【請求項10】 高周波送信信号を増幅する送信電力ア
ンプの出力側に前記ノイズフィルタを備えたことを特徴
とする、請求項1から9のいずれかに記載の高周波送信
機。 - 【請求項11】 前記ノイズフィルタの副マイクロスト
リップラインの線長を調整することにより高周波送信機
の出力リターンロスを改善することを特徴とする、請求
項10に記載の高周波送信機。
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