JP2002261511A - フィルタ装置、デュプレクサおよび基地局用通信装置 - Google Patents
フィルタ装置、デュプレクサおよび基地局用通信装置Info
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Abstract
図れるようにしたフィルタ装置、デュプレクサおよびそ
れらを備えた基地局用通信装置を提供する。 【解決手段】 キャビティ本体1内に、導体棒4が挿通
する誘電体コア3を設けて、キャビティおよび導体棒に
よるTEMモードと、キャビティおよび誘電体コアによ
るTMモードとを結合させて、2重モード共振器RWを
設ける。これと共に、キャビティ本体1と導体棒4から
なるTEM1重モード共振器RSを設けて、フィルタ装
置を構成する。
Description
備えたフィルタ装置、デュプレクサおよび基地局用通信
装置に関するものである。
力を扱う共振器として、空洞共振器や半同軸共振器が用
いられていた。半同軸共振器は同軸型空洞共振器とも呼
ばれ、Qが比較的高く、空洞共振器に比べて小型になる
ので、フィルタなどを構成する際の小型化に比較的有効
であった。
構成例を示している。この図はキャビティ蓋を取り除い
た状態での上面図である。1はキャビティ本体であり、
その開口部を覆うキャビティ本体1の内部には、各共振
器のキャビティの中央部に円柱形状の導体棒4を設け
て、複数の半同軸共振器を構成し、隣接する共振器間を
結合させている。
TM2重モードの誘電体共振器を備えたフィルタも用い
られている。図12はTM2重モードの誘電体共振器に
よるフィルタの構成例を示している。図12において1
はキャビティ本体であり、各共振空間内に、十字形状の
誘電体コア3を配置し、直交する二つのTMモードを多
重化させている。
電話などのセルラー方式の移動体通信システムにおいて
は、マイクロセル化に伴って、基地局に設けるフィルタ
には小型化が要求され、且つ設置数の増大に伴って低コ
スト化が要求されるようになっている。
フィルタは、共振器あたりの必要体積(容積)がそれで
も大きいため、フィルタ装置全体の小型化ができない。
後者のTM2重モード共振器によるフィルタ装置では、
各段の共振器が全て誘電体コアによる共振器であるた
め、全体に小型化できるものの、一体成型を行うための
製造工程が煩雑となり、低コスト化できないという問題
があった。
き、且つ低コスト化を図れるようにしたフィルタ装置、
デュプレクサおよびそれらを備えた基地局用通信装置を
提供することにある。
は、導電性を有するキャビティ内に、該キャビティに少
なくとも一端が導通する導電性を有する棒および該棒が
挿通する誘電体コアを設けて、前記キャビティおよび前
記棒によるTEMモードと、前記キャビティおよび前記
誘電体コアによるTMモードとを2重化して結合させた
2重モード共振器と、導電性を有するキャビティ内に、
該キャビティに少なくとも一端が導通する導電性を有す
る棒を設けてなるTEM1重モード共振器とを組み合わ
せて構成する。
モードとの2重モード共振器によって小型化を図り、且
つ、それにTEM1重モード共振器を組み合わせること
により、必要な空間内で所定段数の共振器から成るフィ
ルタ装置を構成可能とする。
ィルタ装置において、2重モード共振器を複数個配列す
るとともに、隣接する2重モード共振器間で所定の共振
器同士を結合させて受信フィルタを構成し、前記2重モ
ードの共振器と前記TEM1重モード共振器とを配列す
るとともに、隣接する共振器間で所定の共振器同士を結
合させて送信フィルタを構成し、受信フィルタの入力部
と送信フィルタの出力部に共用の入出力ポートを設ける
ことにより構成する。
べて共振器の段数の多い受信フィルタを、2重モード共
振器を複数個配列して小型化し、送信フィルタについて
は、2重モード共振器とTEM1重モード共振器とを配
列することによって、必要な周波数特性を満たしつつ、
共振器の配列方向の長さを受信フィルタと同じに揃えら
れるようにする。
信フィルタから出力される受信信号を増幅する低雑音増
幅回路を、前記送信フィルタおよび受信フィルタととも
に筐体内に設けて構成する。これにより受信フィルタか
ら低雑音増幅回路までの距離を短くして、外部からの雑
音の混入を抑制し、S/N比の高い受信信号をデュプレ
クサから出力可能とする。
出力ポートとアンテナポートとの間に、送受信帯域を通
過させ、該送受信帯域より高域の通過を阻止するローパ
スフィルタを設ける。これにより、スプリアスモードに
よる不要信号の放射を抑制する。
述のデュプレクサと、該デュプレクサに送信機および受
信機を接続して構成する。
置の構成を、図1〜図6を参照して説明する。図1は2
重モード共振器の構成を示す断面図である。図1におい
て、2はキャビティ本体1の開口部を覆うキャビティ蓋
であり、その中央部に、導体棒4の先端とキャビティ蓋
の内面との間隙を所定長にして共振周波数を調整するた
めの周波数調整用ネジ16を設けている。
ティ本体1の内壁面に接合している。例えば、誘電体コ
ア3の両端面にAg電極をメタライズしておき、誘電体
コア3がキャビティの空間内の中央に位置するように、
キャビティ本体1の内壁面に半田付けすることにより接
続している。キャビティ本体1およびキャビティ蓋2
は、金属材料の鋳造または切削加工により作成するか、
セラミックや樹脂に導体膜を形成することにより構成す
る。
は、結合調整用ブロック17を設けている。この結合調
整用ブロック17はキャビティ本体1に一体成型により
形成してもよいし、直方体形状の金属ブロックをネジ止
め固定してもよい。この結合調整用ブロック17の存在
により、後述するTEMモードとTMモードとの結合量
を調整する。また、誘電体コア3には結合調整用孔hを
形成している。キャビティ外部からこの結合調整用孔h
に対して誘電体棒を挿入し、その挿入量によってTEM
モードとTMモードとの結合量を調整する。
ドの電磁界分布の例を示している。図中、実線の矢印は
電界ベクトル、破線の矢印は磁界ベクトルをそれぞれ示
している。(A)は誘電体コア3とキャビティによるT
Mモードの電磁界分布である。このモードでは、誘電体
コア3の長手方向に電界ベクトルが向き、誘電体コア3
の長手方向に垂直な面に磁界ベクトルがループを描く。
ここでは、誘電体コアが直方体形状であるが、モードの
表記としては円柱座標系を採り、hを伝搬方向、θを伝
搬方向に垂直な面の面内周回方向、rを伝搬方向に垂直
な面の面内の放射(半径)方向にそれぞれとって、それ
ぞれの電界強度分布の波の数を、TMθrhの順に表す
ものとする。したがって、このモードはTM010モー
ドと表される。但し、この例では、通常のTM010モ
ードとは異なり、誘電体コアが円柱ではなく、また誘電
体コア3の中央部に導体棒4が存在するため、このモー
ドはTM010モードに準じたものとなる。
半同軸共振器の上面図、(C)はその正面図である。こ
のモードは、導体棒からキャビティの内壁面への放射方
向に電界ベクトルが向き、導体棒を中心としてその周回
方向に磁界ベクトルがループを描くTEMモードであ
る。但し、通常の半同軸共振器とは異なり、誘電体コア
3が装荷されているので、また導体棒4の頂部とキャビ
ティの天面との間にギャップが存在するため、半同軸共
振器のモードに準じたモードとなる。
により、TMモードの共振周波数を1910MHz、T
EMモードの共振周波数を2155MHzとして、2G
Hz帯の共振器として用いることができる。
は、誘電体コアの長手方向を向く電界強度が平衡してい
るため、そのままでは両モードは結合しないが、この2
つのモードの電界強度のバランスを崩すことによって、
両モードを結合させる。
の構造の例を示している。ここではキャビティ蓋を被せ
る前の上面図として示している。TEMモードの電界ベ
クトルETEM は導体棒4から放射方向に向き、TMモー
ドの電界ベクトルETMは誘電体コア3の長手方向を向く
ため、誘電体コア3の長手方向の一方の端部から中央部
(導体棒4部分)までの電界強度と、他方の端部から中
央部までの電界強度とのバランスを崩すことによって両
モードを結合させる。すなわち、図中のhは結合調整用
孔であり、この結合調整用孔hを設けることにより、そ
の付近の電界強度の対称性が失われ、これによりTEM
モードとTMモードとが結合する。そして結合調整用孔
hの大きさ(内径または深さ)によって、またはこの結
合調整用孔hに対する誘電体棒の挿入量によって結合量
を定める。
の中央部の孔と導体棒4との間に間隙を設けたことによ
り、導体棒に電流が流れることによる導体損が抑えら
れ、共振器のQを高めることができる。但し、上記間隙
は必須ではなく、場合によっては、誘電体コアの孔を導
体棒に接合させてもよい。
らの構成例を示す図である。図4においては、フィルタ
装置を上部のキャビティ蓋を取り除いた状態での上面図
として表している。図5は、図4の(B)における共振
器RWa,RWb部分の構成を斜視図として示してい
る。また、図6は図4の(A)における共振器RWa,
RSb部分の構成を斜視図として示している。但し、図
5・図6において、キャビティ空間は二点鎖線で表して
いる。
キャビティ本体であり、この例では四つの区画を設けて
いる。4a,4b,4c,4dは、それぞれキャビティ
本体1に一体に形成した円柱形状の導体棒である。この
導体棒とキャビティとによってTEMモードの共振器を
構成している。また、図4において3a,3b,3c,
3dは、それぞれ略直方体形状の誘電体コアである。こ
の誘電体コアとキャビティとによってTMモードの共振
器を構成している。
それぞれ2重モード共振器、RSb,RScはそれぞれ
TEM1重モード共振器である。9a,9dはそれぞれ
結合ループであり、一端をキャビティ本体1の内壁面に
接合し、他端を同軸コネクタ8a,8dの中心導体に接
続している。15ab,15bc,15cdは、それぞ
れ隣接するキャビティ空間の境界部分に設けた結合窓で
ある。
TMモードと結合し、このTMモードが、導体棒4aに
よるTEMモードに結合する。このTEMモードは結合
窓15abを介して、導体棒4bによるTEMモードに
結合する。このTEMモードは、更に結合窓15bcを
介して、導体棒4cによるTEMモードに結合する。こ
のTEMモードは、結合窓15cdを介して、導体棒4
dによるTEMモードに結合する。このTEMモード
は、誘電体コア3dによるTMモードに結合する。結合
ループ9dは、このTMモードに結合する。結局、図4
の(A)に示した構成により、二つの2重モード共振器
と、二つのTEM1重モード共振器とによって、合計6
段の共振器を順に結合させた、帯域通過特性を有するフ
ィルタとして作用する。
b,RWcによる2重モード共振器とRSdで示すTE
M1重モード共振器とによって、合計7段の共振器から
なるフィルタを構成している。すなわち、結合ループ9
aは誘電体コア3aによるTMモードと結合し、このT
Mモードは、導体棒4aによるTEMモードに結合す
る。このTEMモードは、結合ループ10abを介し
て、導体棒4bによるTEMモードに結合する。このT
EMモードは、誘電体コア3bによるTMモードに結合
する。このTMモードは、結合ループ10bcを介し
て、誘電体コア3cによるTMモードに結合する。この
TMモードは、導体棒4cによるTEMモードに結合す
る。このTEMモードは、結合窓15cdを介して、導
体棒4dによるTEMモードに結合する。結合ループ9
dは、導体棒4dと同軸コネクタ8dの中心導体との間
を接続している。これにより、結合ループ9dは導体棒
4dによるTEMモードに結合する。
3aによるTMモードおよび誘電体コア3bによるTM
モードのいずれにも結合しないので、この両者のTMモ
ードが直接結合することはない。また、結合ループ10
bcは、導体棒4bによるTEMモードおよび導体棒4
cによるTEMモードのいずれにも結合しないので、こ
の両者のTEMモードが直接結合することはない。
の共振器部分の構成を示す図である。(A)はキャビテ
ィ蓋を取り除いた状態での上面図、(B)は縦断面図で
ある。この例では、誘電体コア3の端面をキャビティの
内壁面から離間させている。図7において、5は誘電体
コア3の支持台であり、この支持台5は低誘電率の材料
を円筒形状にしたものであり、誘電体コア3に接合して
いる。この支持台5を取り付けた誘電体コア3を導体棒
4に挿通させることによって、誘電体コア3をキャビテ
ィ内の略中央部に固定する。
面とキャビティ内壁面との間に間隙を設けた場合、上記
伝搬方向hにも電界強度の変化が現れるので、この共振
モードをTM01δモードと表すことができる。ここで
“δ”は1未満の数字であること、すなわち伝搬方向に
波が完全には乗っていないが、強度の変化があることを
表すものである。
端面とキャビティ内壁面との間隙部分に静電容量が生
じ、誘電体コアの長手方向の端面が対向する2つのキャ
ビティ内壁面間の静電容量が小さくなる。そのため、T
Mモードの必要な共振周波数を得るためのキャビティの
寸法(上記対向するキャビティ内壁面間の距離)が大き
くなるが、キャビティに流れる電流密度が低くなるの
で、共振器のQを高めることができる。
の構成を、図8を参照して説明する。図8においてFt
xは、2重モード共振器RWtxa,RWtxd、TE
M1重モード共振器RStxb,RStxcからなる送
信フィルタである。またFrxは、2重モード共振器R
Wrxa,RWrxb,RWrxc,RWrxdからな
る受信フィルタである。8txは送信信号入力用の同軸
コネクタ、8antはアンテナケーブル接続用の同軸コ
ネクタ、8rxは受信信号出力用の同軸コネクタであ
る。
c,RWrxdのTEMモード同士を結合させるために
結合ループである。9rxは、2重モード共振器RWr
xaのTMモードに結合する結合ループ、9txは、2
重モード共振器RWtxdのTMモードに結合する結合
ループである。18は、この二つの結合ループ9tx,
9rxのそれぞれの端部を接続すると共に、送信信号と
受信信号を所定の位相で合成して、アンテナ用同軸コネ
クタ8antの中心導体に接続する合成用導体である。
は、2重モード共振器RWrxaのTEMモードに磁界
結合し、且つ2重モード共振器RWrxbのTMモード
に磁界結合する跳び結合用導体である。この跳び結合用
導体19rx(24)によって、受信フィルタの2段目
と4段目の共振器が跳び結合する。また、19rx(5
7)は、2重モード共振器RWrxdのTEMモードに
磁界結合し、且つ2重モード共振器RWrxcのTMモ
ードに磁界結合する跳び結合用導体である。この跳び結
合用導体19rx(57)によって、受信フィルタの5
段目と7段目の共振器が跳び結合する。このように1段
跳ばしの跳び結合をさせ、その結合の極性を選ぶことに
よって、受信帯域の近傍の減衰量を大きく稼ぐことがで
きる。
振器RWtxaのTMモードとTEM1重モード共振器
RStxbのTEMモードとを跳び結合させる跳び結合
用導体である。この1段目と3段目の跳び結合によっ
て、送信フィルタにおける受信帯域での減衰量を大きく
稼ぐことができる。
共振器RStxbと2重モード共振器RWtxdのTM
モードと結合させ、さらに結合ループ9txとも結合さ
せる跳び結合用導体である。この跳び結合用導体19t
x(367)によって、3段目と6段目間が跳び結合
し、同時に3段目と7段目(出力用結合ループ)間が跳
び結合する。このように3段目と6段目の跳び結合、お
よび3段目と出力用結合ループとの跳び結合により、送
信帯域の高域近傍および低域近傍の減衰量を大きく稼ぐ
ことができる。
に配置することにより、複数段の共振器のうち所定の共
振器間を容易に跳び結合させることができる。
装置の構成を図9および図10を参照して説明する。図
9は各構成部品の接続関係を示す図、図10は装置全体
の分解斜視図である。両図において、ANTは、アンテ
ナケーブルが接続される同軸コネクタ、TXは送信機が
接続される同軸コネクタ、RXは受信機が接続される同
軸コネクタである。Div.ANTは、スペースダイバ
シティ用のもう一方のアンテナケーブルが接続される同
軸コネクタである。LPFは、送受信帯域を通過させ、
送受信帯域より高域の通過を阻止するローパスフィルタ
である。この2つのローパスフィルタLPFは分布定数
同軸線路型のフィルタである。DPXは、図8に示した
ものと同様の送信フィルタFtxおよび受信フィルタF
rxから成るデュプレクサである。BPFはスペースダ
イバシティ用の受信フィルタであり、デュプレクサDP
Xにおける受信フィルタFrxと同様の構成から成る。
GGFは、送信周波数帯域を通過させる帯域通過フィル
タであり、必要に応じて設ける。Div.TX端子は、
GGFを通過した信号を取り出すための端子である。す
なわち、ANTに接続されているアンテナから放射され
た電波を、もう一方のスペースダイバシティ用アンテナ
が直接受けることにより、その受信信号がLPFおよび
GGFを通過し、Div.TX端子から出力される。こ
の出力信号は送信信号のモニタ用として用いられる。
クサDPXの受信フィルタFrxの出力信号およびスペ
ースダイバシティ用受信フィルタBPFの受信信号を所
定のゲインで増幅する。増幅した受信信号は、それぞれ
4分配して同軸コネクタから取り出せるようにしてい
る。
の内部に2つのLNAを設置し、中板22を取り付け、
その上部に2つのLPF、DPXおよびBPFを設置す
る。さらに、シャーシ20の側面開口部に前面板23を
取り付け、上面を蓋21で覆うことによって基地局用通
信装置を構成する。
Fの出力用コネクタは、中板22の切り欠き部を通し
て、LNAの同軸コネクタに直結する。なお、LNAの
出力信号は、前面板23側に取り出すために、それぞれ
4つの同軸コネクタで引き出している。
モードとの2重モード共振器によって小型化を図り、且
つ、それにTEM1重モード共振器を組み合わせること
により、限られた空間内で所定段数の共振器から成るフ
ィルタ装置が低コストに構成できる。
ド共振器で受信フィルタを構成し、2重モードの共振器
とTEM1重モード共振器とを用いて送信フィルタを構
成することにより、全体に小型化になるとともに、送信
フィルタと受信フィルタの、共振器の配列方向の長さが
揃えられるようになる。その結果、機器への組み込みが
容易となる。
する低雑音増幅回路を、送信フィルタおよび受信フィル
タとともに筐体内に設けることにより、受信フィルタか
ら低雑音増幅回路までの距離が短くなり、外来雑音が抑
制でき、S/N比の高い受信信号をデュプレクサから出
力できるようになる。
アンテナポートとの間に、送受信帯域を通過させ、該送
受信帯域より高域の通過を阻止するローパスフィルタを
設けることにより、スプリアスモードによる不要信号の
放射が抑制できる。
トな基地局用通信装置が得られる。
重モード共振器の構成を示す断面図
共振モードの電磁界分布の例を示す図
の結合について示す図
を示す図
を示す斜視図
の結合部分を示す斜視図
構成例を示す図
す図
を示すブロック図
Claims (5)
- 【請求項1】 導電性を有するキャビティ内に、該キャ
ビティに少なくとも一端が導通する導電性を有する棒お
よび該棒が挿通する誘電体コアを設けて、前記キャビテ
ィおよび前記棒によるTEMモードと、前記キャビティ
および前記誘電体コアによるTMモードとを2重化して
結合させた2重モード共振器と、導電性を有するキャビ
ティ内に、該キャビティに少なくとも一端が導通する導
電性を有する棒を設けてなるTEM1重モード共振器と
を組み合わせて成るフィルタ装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のフィルタ装置におい
て、前記2重モード共振器を複数個配列するとともに、
隣接する2重モード共振器間で所定の共振器同士を結合
させて受信フィルタを構成し、前記2重モードの共振器
と前記TEM1重モード共振器とを配列するとともに、
隣接する共振器間で所定の共振器同士を結合させて送信
フィルタを構成し、受信フィルタの入力部と送信フィル
タの出力部に共用の入出力ポートを設けたデュプレク
サ。 - 【請求項3】 前記受信フィルタから出力される受信信
号を増幅する低雑音増幅回路を、前記送信フィルタおよ
び受信フィルタとともに、筐体内に設けた請求項2に記
載のデュプレクサ。 - 【請求項4】 前記入出力ポートとアンテナポートとの
間に、送受信帯域を通過させ、該送受信帯域より高域の
通過を阻止するローパスフィルタを設けた請求項2また
は3に記載のデュプレクサ。 - 【請求項5】 請求項2〜4のうちいずれかに記載のデ
ュプレクサと、該デュプレクサに接続した送信機および
受信機から成る基地局用通信装置。
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