JP2003534697A - 狭周波数バンド共振器フィルタのインピーダンスを負荷及び信号源とブロードバンドマッチングさせるための方法及び装置 - Google Patents

狭周波数バンド共振器フィルタのインピーダンスを負荷及び信号源とブロードバンドマッチングさせるための方法及び装置

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JP2003534697A
JP2003534697A JP2001586777A JP2001586777A JP2003534697A JP 2003534697 A JP2003534697 A JP 2003534697A JP 2001586777 A JP2001586777 A JP 2001586777A JP 2001586777 A JP2001586777 A JP 2001586777A JP 2003534697 A JP2003534697 A JP 2003534697A
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resonator filter
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Abstract

(57)【要約】 狭周波数バンド共振器フィルタのインピーダンスを幅広い範囲でポートのインピーダンスとマッチングさせるための、前記共振器フィルタと実質的に同じ伝達特性を有する第２の共振器を用いた回路。共振器フィルタは、２つの特性を有する共振器を用いる出力ポートから分離されている。この共振器の２つの特性の１つは、共振器フィルタのパスバンドにおける短絡回路として作用することであり、もう１つは、共振器フィルタのストップバンドにおける開回路として作用することである。第２の共振器は、抵抗を用いてポートから分離されている。この抵抗は、ポートの理想的或いは目的のインピーダンスのオーダーの値を有する。回路によって、特に、共振器フィルタのオン周波数において、ポートにストップバンドにおける目的のインピーダンスに概ね等しいインピーダンス、およびパスバンドにおけるやや程度の低下したインピーダンスが供給される。この回路は、狭周波数バンド共振器フィルタがブロードバンドマルチチャネルシステムに用いられる時に特に有用である。このシステムは、幅広い周波数において周波数変換を行うために用いられるパッシブミキサなどのインピーダンス感受性が高い負荷の入力ポートに接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、広周波数レンジでの典型的ロードインピーダンス及びソースインピ
ーダンスに対する、狭帯域共振器フィルタで表現されるインピーダンスマッチン
グに関し、さらに詳しくは、システム内部の狭帯域フィルタがシステムの広帯域
周波数でマッチングされたインピーダンスを提供するために要求されることを特
徴とする広帯域システムに関する。
【０００２】 （背景技術） 典型的にはフィルタ回路とは、その通過帯域における理想的もしくは特徴的な
インピーダンスに到達するフィルタのインピーダンスをもって、周波数で変化す
るインピーダンスを示すものである。バンドパス回路は、通過帯域においてはそ
の"on-frequency" (ｆｃ)での特徴的なインピーダンスに到達し、拒絶帯におい
ては極端に高い若しくは低いインピーダンスを示す。図１ａは、バンドパスフィ
ルタの変換特性１０及びそのｆｃ１２を示す。図１ｂは、ｆｃ１２で理想インピ
ーダンスＺＯ１８に到達する、同一周波数レンジでのデュアル（dual）バンドパ
スフィルタで示されたインピーダンス特性１４，１６を示す。図２ａ及び２ｂは
、互いがデュアルであるようなローパスフィルタを示し、各々のインピーダンス
特性はそれらのデュアルな性質を示す。デュアルな別位相である位相は、同一の
出力変換特性を生成するが、典型的には一方が直列構造であるのに対して一方は
並列構造である。相補的な構造が、互いが逆の出力特性を有する。
【０００３】 図３ａは、ロードインピーダンスＺＬ２６及びソースインピーダンスＺＯ２４
が釣り合う（すなわちそれらが抵抗インピーダンスに等しいか、インピーダンス
が複合されている場合、複合されたものが互いに対をなす）場合、最大のパワー
が負荷に転換される既知の原理を示す。図３ａの表３０は、フィルタが開き回路
及び短絡回路である（フィルタの拒絶帯に対応）場合、またフィルタがその特性
インピーダンスである（通過帯域に対応）場合の、回路３０の電圧及び電流の値
を示す。それらインピーダンスが複合された物である場合（フィルタＺＬのイン
ピーダンスが、ＺＯと互いに対をなして複合されたＺＯ ＊のインピーダンスと等
しい場合）に、バンドパスフィルタが入射信号ｅＯ２０のパワーの伝達が最大と
なる。簡潔にするために、表３０はＺＯが抵抗のみである場合についてのみ示し
ている（すなわちＺＯ＝ＲＯ）。図３ｂはフィルタの抵抗インピーダンスの関数
として、回路３０のパワーの伝達を示している。
【０００４】 図４ａは電源回路４０によって駆動され、負荷回路４６を操るフィルタ４２の
概念を示した図である。図４ｂはフィルタ４２のトランスファー特性４２ｃの概
念を示した図である。ほとんどのアプリケーションには、フィルタの特性の拒絶
帯における周波数成分の存在は重要な問題ではない。しかしながら、広帯域の多
チャンネルシステムのために、著しい帯域外エネルギーの存在が、フィルタとロ
ード若しくはソースのいずれかとの間の拒絶帯におけるインピーダンスのミスマ
ッチの結果として、現実的な問題となりうる。ミスマッチによりパワートランス
ファーが最適とはいえず、ソース回路４０若しくはロード回路４６のいずれかに
よって生成された著しいエネルギーを有する帯域外要素が戻ってくるかもしれず
、システム中に付加的なひずみをもたらす。さらに戻ってきた信号が増加した電
流若しくは電圧によって表された場合、ソースアンプがクリップするかもしれず
、さもなくばフィルタ４２に対して信号の非線形ひずみを生じさせることとなる
。
【０００５】 図５は、狭帯域フィルタによって示されたインピーダンスが、通過帯域と拒絶
帯におけるインピーダンスと、フィルタが扱われる広い周波数レンジとの間に著
しい違いを与えられかねないアプリケーションを示す。図５の回路は、関連する
出願が"Agile Frequency Converter For Multichannel Systems Using IF-RE Le
vel Exchange For Improved Noise Rejection,"（２０００年５月１８日）の名
称である周波数コンバータと共通の構造であり、ここで参照したことで本出願の
一部とする。関連の出願は、図５の回路を用いる広帯域システムを用いた周波数
コンバータを開示している。そのような周波数コンバータでは、ミキサー５６が
局部発信器信号５７に接続されて用いられ、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換する。関
連出願に記述されているように、ＩＦ信号の生成は、それがバンドパスフィルタ
５８を介してフィルタリングされ、混合過程が付加的なRF出力信号中に付加的で
好ましくないひずみを生成しうる事を要求する。フィルタ５８の出力はミキサー
のポストに接続される。ミキサーがパッシブに調整された装置であるので、信号
が入力信号の様々な要素を有しうるすべてのポートで生成される。フィルタ５８
に接続された出力に見られる“漏洩”信号は、フィルタ５８の帯域外である傾向
がある。ミキサー５６のポートに見られるようにフィルタ５８のインピーダンス
が、そのようにフィルタ５８の拒絶帯に於けるミキサー５６のインピーダンスに
著しくミスマッチし、入力帯域外漏洩信号のパワーが高い割合でミキサーに戻り
、RF出力信号中で明らかになる。その他のアプリケーションに於いて狭帯域フィ
ルタリングは、より厳密にフィルタのインピーダンスマッチングをなすのは勿論
のこと、ミキサー５６のその他のポートが要求されうることに注意していただき
たい。
【０００６】 従来一般的に用いられてきた、動作の全範囲にわたってフィルタのインピーダ
ンスをマッチングさせる技術の一つは、その概念図が図６Ａに示されているダイ
プレクサ回路である。この回路は、図６Ｂに示すように、入力信号からみたイン
ピーダンスが全周波数範囲にわたってソースのインピーダンスとなるように、バ
ンドパスフィルタ６０に対して完全な相補的な回路６２である構成を提供する。
しかし、図６Ａのダイプレクサ構造に従った同調共振器フィルタ回路に相補的な
構造を構築するのは不可能でないとしても非常に困難である。従って、この技術
は、共振器ではないフィルタとしては機能するが、内部的に広帯域の用途に供さ
れる利点のある共振器回路としては機能しない。
【０００７】 改善された、広帯域の用途のための狭帯域同調共振器回路の幾つかは、"Magne
tically Coupled Resonators For Achieving Low Cost Band-Pass Filters Havi
ng High Selectivity, Low Insertion Loss And Improved Out-Of Band Rejecti
on"なる名称の1998年3月16日出願の米国特許出願09/039988号、及び"Low Cost,
Narrow Band-Pass Tuned Resonator Filter Topologies Having High Selectivi
ty, Low Insertion Loss And Improved Out-Of Band Rejection Over Extended
Frequency Ranges"なる名称の1999年9月29日出願の米国特許出願09/408826号の
両関連出願に開示されており、両出願はこの引用により本明細書の一部とする。
【０００８】 同調共振器フィルタとそれらが接続される装置との間のより良いインピーダン
スマッチングをとる試みがなされてきたが、従来の方法や装置では、特にフィル
タのオン周波数又はそれに近い周波数において（例えば図５のミキシングプロセ
スのような場合での周波数Loに非常に近いＩＦ周波数において）、十分なマッチ
ングをとることができなかった。
【０００９】 従って、特にブロードバンドマルチチャンネルシステムで用いるための、狭帯
域共振器フィルタの特性インピーダンスとそれが接続される構造のロード又はソ
ースインピーダンスとを広帯域にわたってマッチングさせることができる方法及
び装置の必要性が存在することを当業者は理解されよう。 （発明の開示） 本発明の方法及び装置の目的は、ブロードバンド多チャンネルシステムの周波
数範囲で、同調共振器フィルタと該フィルタが結合される装置との間のインピー
ダンスマッチングを提供することにある。
【００１０】 本発明の目的はまた、局所発振器などその他の入力信号及び、システムの歪み
性能の低下を生じさせ得るブロードバンド多チャンネルシステムにおいて変換中
に反射してミキサに戻る変換RF信号の漏れを防止するための十分な整合を提供す
ることにある。
【００１１】 本発明に基づき、前述の目的及びその他の目的は、同調共振器フィルタを結合
するソース及び負荷装置のインピーダンスに、特に受動ミキサのポートに、同調
共振器フィルタの特性インピーダンスを一致させることができるような新規の自
明でない方法及び装置により達成される。
【００１２】 第１同調共振器フィルタは、十分に共振器フィルタの伝達機能の二重性である
ような特性を有する直列共振器回路を用いて結合されるポートから切り離される
。直列共振器は、同調共振器フィルタの拒絶帯に対する開路であり、共振器フィ
ルタの通過帯域において短絡である。従って、ポートに対しては、同調共振器フ
ィルタは通過帯域、開路及び拒絶帯においてそのソースのインピーダンスに一致
する外観を呈する。ポートは更に、分離抵抗器を介して第２同調共振器フィルタ
に結合する。第２同調共振器フィルタは、第１同調共振器フィルタの完全な複製
であるか、第１フィルタのオン周波数に近似の周波数に対するポートで見られる
インピーダンスが容認しがたく低下していないような第１同調共振器フィルタに
十分類似した伝達特性を有するかいずれかである。
【００１３】 本発明の詳細な説明 上述したように、狭周波数バンドフィルタが装置の全周波数に対して信号源お
よび／または負荷に十分にマッチングするインピーダンスを有することが、ある
種のブロードバンド装置の適用において極めて重要である。非共振器型バンドパ
スフィルタ用のフィルタのインピーダンスを一定に維持するための従来の方法は
、相補的なバンドストップフィルタをバンドパスフィルタに接続する。しかしな
がら、共振器型バンドパスフィルタに対して相補的な構造にすると基本的な問題
が生じる。
【００１４】 本発明の方法および装置を、図７ａおよび図９ｂを用いて説明する。図７ａは
本発明の概念を例示し、例えば、パッシブミキサ５６などの負荷に接続された第
１の共振器型バンドパスフィルタ７２の出力ポート８４が示されている。ＲO７
０は、入力電圧ｅj７１を供給する電源のインピーダンスを示す（通常は50〜75
Ω）。このインピーダンスはフィルタ７２の出力インピーダンスにマッチングす
るのが好ましい。ＬI７４およびＣI７６から構成される直列の共振器は、共振器
フィルタの概ね２倍の伝達関数を有するように設計した。従って、直列の共振器
が、共振器フィルタ７２のバンドパスにおける短絡回路として、およびフィルタ
７２のストップバンドにおける開回路として作用する。本発明の好適な一実施例
では、第２のバンドパス共振器フィルタが（分離抵抗ＲI７８を経て）ポート８
４に接続されている。このポート８４は、共振器フィルタ７２と構造および伝達
特性が同じである。両方の共振器フィルタは、並列（分路）構造であるためスト
ップバンドにおける短絡回路になり、オンであるため信号源および負荷のインピ
ーダンスをパスバンドのそれらの出力に接続する。共振器８２は、ＲO７０と等
価の負荷抵抗とともにグランドに接地されている。
【００１５】 図７ｂは、パスバンドの周波数に対する等価回路を例示し、図７ｃは、２つの
共振器フィルタのストップバンドの周波数に対する等価回路を例示する。分離抵
抗ＲI７８がＲO７０と等しい場合、ポート８４におけるインピーダンスは、パン
スバンドでは２ＲO／３となり、ストップバンドではＲOとなる。図７ａの回路の
インピーダンス特性は、図７ｄに示されている。バンドパスにおける挿入ロスが
あり、周波数の全範囲においてインピーダンスが完全にはマッチングしていない
のが分かるであろう。それにもかかわらず、これは著しい改善である。挿入ロス
は、ストップバンドにおけるインピーダンスを上げることで、ＲI７８の値を上
げて補正することが可能である。
【００１６】 図８ａは、前述の関連する明細書988および726で開示された並列な共振器トポ
ロジの一方を用いて本発明の具現を例示する。ミキサ５６は、例示目的でポート
８４に接続されている。図８ｂに例示されている回路のインピーダンス特性から
、パスバンドで起こる挿入ロスを補正するべく分離抵抗ＲI７８は、ＲO７０より
値の大きいものが選択されなければならない。
【００１７】 図９は、別の好適な実施例を例示する。この実施例はやや単純化されており、
共振器フィルタ７２のオン周波数付近の周波数におけるエネルギーが大きくない
場合に用いることができる。共振器フィルタ７２は、図８ａと同じものであるが
、２つの共振器が並列になっているのではなく１つの共振器のみが存在する。共
振器８０ａの特性は、フィルタ７２の共振器ほど鋭敏ではないが、インピーダン
スマッチングの程度が下がったために周波数における信号に問題が生じない程度
に緩やかなマッチングとなる。図９ｃに示されている回路は図９ｂに示されてい
る回路とは異なり、８０ａが接地される代わりに、抵抗８０ａが共振している時
に抵抗ロスが起こる抵抗Ｒp-loss８８になっている。主な構成要素が範囲９０内
に達しない場合、共振器８０ａを単純化したことによってインピーダンスマッチ
ングの低下が生じる。
【００１８】 ここで説明した実施例は例示目的であり、当業者であれば、幅広い範囲の周波
数に対してマッチングしたフィルタインピーダンスが必要なその他の適用例、な
らびに同調共振器フィルタの他のトポロジが、本発明の範囲から逸脱することな
くここに開示した例の代わりに用いることが可能であることを理解できるであろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 バンドパスフィルタの出力伝達特性を示す図である。
【図１ｂ】 バンドパスフィルタのインピーダンス特性を示す図である。
【図２ａ】 ローパスフィルタのインピーダンス特性を示す図である。
【図２ｂ】 ハイパスフィルタのインピーダンス特性を示す図である。
【図３ａ】 負荷インピーダンスの関数として信号の電力伝送を示す図である。
【図３ｂ】 特性インピーダンスの関数としてバンドパスフィルタの電力伝送特性を示す図
である。
【図４ａ】 出力ポートに結合された負荷回路及び入力ポートを分割するソース回路を有す
るバンドパスフィルタを概念的に示す図である。
【図４ｂ】 拒絶帯における周波数成分を有するバンドパスフィルタの出力伝達特性を概念
的に示す図である。
【図５】 IF信号をRFチャンネル周波数に変換する間にブロードバンドシステムにおいて
狭帯域フィルタが用いられ、整合インピーダンスがミキサの生成した漏洩信号の
反射を防止するのに重要であるような例を示す図である。
【図６ａ】 先行技術のダイプレクサを概念的に示す図である。
【図６ｂ】 周波数の関数としてダイプレクサの入力に見られるインピーダンスを概念的に
示す図である。
【図７ａ】 本発明のインピーダンスマッチング回路の好適実施例である。
【図７ｂ】 自身のインピーダンスが所望のインピーダンスに一致するような共振器フィル
タのバンドパスフィルタのための等価回路である。
【図７ｃ】 自身のインピーダンスが所望のインピーダンスに一致するような拒絶帯フィル
タのバンドパスフィルタのための等価回路である。
【図７ｄ】 図７ａの実施例のインピーダンス特性を示す図である。
【図８ａ】 インピーダンスマッチング回路が設けられている多数の共振器フィルタの１つ
の実装を示す本発明のインピーダンスマッチング回路の好適実施例である。
【図８ｂ】 図８ａの実施例のインピーダンス特性を示す図であり、分離抵抗器の値を増加
した結果を示している。
【図９ａ】 本発明のインピーダンスマッチング回路の好適実施例であり、共振器フィルタ
の通過帯域において一致する結果の低下インピーダンスを許容することができる
場合に第２共振器をどのように切捨て及び単純化し得るかを示している。
【図９ｂ】 自身のインピーダンスが所望のインピーダンスに一致するような図９ａの共振
器フィルタの通過帯域のための等価回路である。
【図９ｃ】 自身のインピーダンスが所望のインピーダンスに一致するような図９ａの拒絶
帯フィルタのための等価回路である。
【図９ｄ】 図９ａの実施例のインピーダンス特性を示す図であり、図９ａの第２共振器を
切捨てした結果を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 られるパッシブミキサなどのインピーダンス感受性が高 い負荷の入力ポートに接続されている。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共振器フィルタのインピーダンスをポートにおける理想的
    なインピーダンスに実質的にマッチングさせるための装置であって、 信号に接続される入力を備え、出力伝達特性を有する第１の共振器フィルタと
    、 前記第１の共振器フィルタと実質的に同一の出力特性を有する第２の共振器と
    、 前記第１の共振器フィルタと前記ポートとの間に接続された分離抵抗と、 前記第２の共振器と前記ポートとの間に接続された分離抵抗とを備え、 前記分離抵抗が前記第１の共振器フィルタと相補的なインピーダンス特性を有
    することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記第２の共振器タが前記第１の共振器フィルタと同一で
    あることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の共振器フィルタが複同調並列共振器であること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 第２の共振器が前記第１の共振器フィルタのトランケーシ
    ョンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
JP2001586777A 2000-05-25 2001-05-24 狭周波数バンド共振器フィルタのインピーダンスを負荷及び信号源とブロードバンドマッチングさせるための方法及び装置 Pending JP2003534697A (ja)

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