JP2004289755A - 高周波フィルタ調整法、高周波フィルタ製造方法、及び高周波フィルタ - Google Patents
高周波フィルタ調整法、高周波フィルタ製造方法、及び高周波フィルタ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、所望の通過周波数帯域外濾波特性や、所望の周波数に対して良好な抑圧特性を有した小型で低損失な高周波フィルタ、および高性能な通信装置，測定機器を安価に提供することを目的とする。
【解決手段】平行結合線路１５を介して、複数の１／２波長線路共振器とポートを電磁界結合させることによって構成される帯域通過フィルタにおいて、平行結合線路１５の長さＬを１／４波長から変化させ、平行結合線路１５が最大結合度を示す周波数をフィルタ通過周波数帯の中心周波数からずらすことによって、自由な濾波特性を実現することが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】平行結合線路１５を介して、複数の１／２波長線路共振器とポートを電磁界結合させることによって構成される帯域通過フィルタにおいて、平行結合線路１５の長さＬを１／４波長から変化させ、平行結合線路１５が最大結合度を示す周波数をフィルタ通過周波数帯の中心周波数からずらすことによって、自由な濾波特性を実現することが可能となる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯無線通信機に代表される高周波回路に搭載される高周波フィルタ、ならびに高周波フィルタの調整法及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波フィルタは、例えば非特許文献１に記載されたものが知られており、現在、高周波回路に内蔵の平面フィルタとして頻繁に適用されている。以下に、図９を用いて従来の高周波フィルタについて説明する。
【０００３】
図９は従来の高周波フィルタの構造を示しており、９１は電気的共振器、９２，９３は入出力端である。
【０００４】
図９に示した従来の高周波フィルタは高周波基板上に形成される。ここで言う高周波基板は上下面が金属薄膜で覆われた誘電体平行平板であり、エッチングによりどちらか一方の面の導体薄膜に回路パターンを形成し、マイクロストリップ線路として動作させることにより平面型の高周波回路は構成される。電気的共振器９１は長手方向に高周波信号を伝送しうる両端開放のマイクロストリップ線路である。伝播波長に換算して線路長が約半波長に相当する周波数を基準周波数として、ほぼその整数倍の周波数において共振する電気的共振器として電気的共振器９１は動作する。
【０００５】
隣接する共振器は、１本の直線状のマイクロストリップ線路を流れる準ＴＥＭモードの伝播波長に換算して約４分の１波長の長さでオーバーラップしており、その領域で隣り合う電気的共振器９１は結合しており電気的エネルギーの交換を行っている。結合度は隣接する共振器の線路間隔によって決定され、フィルタ全体が所望の濾波特性を実現するよう、各共振器間の結合度，共振周波数は調整されている。結合度と共振周波数の選択は、古くから存在する容量・誘導量による梯子回路を基にした等価回路によるフィルタ合成法により与えられ、濾波特性が与えられるとそれに応じた結合度と共振周波数を求めることが可能である。
【０００６】
【非特許文献１】
小西良弘著「マイクロ波回路の基礎とその応用（第３版）」総合電子出版社出版、１９９５年６月１０日、ｐ３７０ページ付図１０．３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高周波フィルタにおいては、信号に含まれる各周波数成分のうち、必要とされる信号成分に対しては影響を与えず、不要成分のみを高度に抑圧する濾波特性が要求されている。
【０００８】
本発明は、所望の通過周波数帯域外濾波特性や、所望の周波数に対して良好な抑圧特性を有した小型で低損失なフィルタ、および高性能な通信装置，測定機器を安価に提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、フィルタ内に含まれる平行結合線路の線路長を調整することによって所望の濾波特性を実現するものであり、平行結合線路上を伝搬する偶モード，奇モードが同一周波数において異なる伝搬波長を有する場合に拡張された定量的な平行結合線路調整手法を与えるものである。
【００１０】
これにより、所望の通過周波数帯域外濾波特性や、所望の周波数に対して良好な抑圧特性を有した小型で低損失なフィルタ、および同フィルタを内蔵することによって高性能な通信装置，測定機器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタに関し、所望の濾波特性を実現するように前記平行結合線路の長さを変化させるステップを有する高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、所望の濾波特性を実現する前記平行結合線路の長さを設定する工程と、前記設定された長さを用いて前記共振器及び前記入出力端を形成する工程と、を有する高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１２】
これにより、付加的な調整回路や共振器を必要としない単純で制御性に富む濾波特性が実現できる。
【００１３】
本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１４】
これにより、別個の調整回路や共振器を付加せずとも、フィルタ通過周波数帯近傍の低域側の抑圧特性を向上させたり、あるいは、逆に高域側の抑圧特性を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明の第３の発明は、前記第１の発明において、平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１６】
これにより、別個の調整回路や共振器を付加せずとも、フィルタ通過周波数帯近傍の低域側の抑圧特性を向上させたり、あるいは、逆に高域側の抑圧特性を向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第４の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は、所望の濾波特性を実現する長さを有することを特徴とする高周波フィルタである。
【００１８】
これにより、付加的な調整回路や共振器がないために通過周波数帯における通過損失の劣化を招くことなく、更に、フィルタの占有領域の増大を招くことなく、高度な不要波抑圧が実現できる。
【００１９】
本発明の第５の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最大結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２０】
これにより、通過周波数帯の中心周波数に対して対称な濾波特性が実現できるとともに、通過周波数帯においてフィルタに接続される外部回路との良好なインピーダンス整合が実現し易いという利点を得ることができる。
【００２１】
本発明の第６の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最小結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数の２分の１にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２２】
これにより、従来の高周波フィルタで実現が困難な第２高調波成分の高度な抑圧特性を実現することが可能となる。
【００２３】
本発明の第７の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも高い周波数で最大結合度を示すように設定された高周波フィルタである。
【００２４】
これにより、通過周波数帯の低域側においてシャープな濾波特性を実現することが可能となる。
【００２５】
本発明の第８の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも低い周波数で最大結合度を示すように設定された高周波フィルタである。
【００２６】
これにより、通過周波数帯の高域側においてシャープな濾波特性を実現することが可能となる。
【００２７】
本発明の第９の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は同一線路構造を有する２本の分布定数線路からなり、且つ、前記平行結合線路の全てあるいは一部は所望の周波数における１本の直線状の前記分布定数線路を伝播する電磁界の伝搬波長に換算して１／４波長以外の線路長を有し、更に、通過周波数帯あるいは禁止周波数帯の中心周波数は前記所望の周波数と等しいことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２８】
これにより、従来のフィルタ構造ならびにフィルタ合成法に大きな変更を与えずとも、適用される状況に応じた濾波特性を有する高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００２９】
本発明の第１０の発明は、前記発明による高周波フィルタを搭載した通信機器あるいは測定機器であり、フィルタの高度な不要波抑圧特性に裏付けられた、高品質な通信サービス、あるいは、高感度な測定環境を提供することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は分布定数線路により構成された帯域通過フィルタを示している。図１において１１，１２はそれぞれ第１，第２の１／２波長線路共振器であり、通過周波数帯の中心周波数付近に最低次の共振周波数を有する電気的共振器として動作する。また、図１において１３，１４はそれぞれ第１，第２のポートであり、前記共振器１１，１２で構成される帯域通過フィルタへの信号の入出力ポートとして作用する。更に、図１において１５は前記共振器１１，１２で構成される長さＬを有する平行結合線路を示し、前記の２つの共振器１１，１２は平行結合線路１５を介して電磁界的に結合している。
【００３２】
本発明のフィルタ調整法は、平行結合線路１５の長さＬを変化させることによって行うことを特徴としており、長さＬの調整によって、通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させたり、またその逆に高帯域側の阻止特性を向上させたり、あるいは、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性を得たり、通過周波数帯の偶数倍、あるいは奇数倍の高調波帯における阻止特性を向上させたり、また所望の周波数における阻止特性を重点的に向上させることが可能となる。
【００３３】
以下に、図１の帯域通過フィルタにおいて、通過周波数帯の中心周波数に対して対称な濾波特性を実現する場合を例にとり、本発明のフィルタ調整手法について詳述する。
【００３４】
図２は２本の同一線路構造を有する分布定数線路からなる平行結合線路を示している。図２において２１，２２はそれぞれ線路１，線路２であり、２つの線路は一方が開放端となっている。また、図２に示したように線路１と線路２は長さＬの領域でギャップＳを介してオーバーラップしており、そこで長さＬの平行結合線路１５を構成している。
【００３５】
ところで、平行結合線路１５が無限に長いとした場合、偶モードおよび奇モードの２種類の電磁界分布が平行結合線路１５上を伝搬可能である。今、フィルタ通過周波数帯の中心周波数ｆにおける偶モード，奇モードに対する特性インピーダンスをそれぞれＺｅ ，Ｚｏ 、波数（＝２π／伝搬波長）をｋｅ ，ｋｏ とする。また、本発明のフィルタ調整を適用して最適化したい共振器間結合係数をκとすると、下記の方程式（１）〜（５）を満足する長さＬ，ギャップＳが最適化された結合線路構造となる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ここで、式（１）〜（５）において、結合係数κは通常のフィルタ合成法により求められる各共振器間の段間結合係数であり、共振器間の結合が平行結合線路を介してなされる場合には、平行結合線路の結合係数βと段間結合係数κは一対一に対応しており、どちらか一方の値を指定すればもう一方の値が一意に決定される。ゆえに、κはβを通して特性インピーダンスＺｏ ，Ｚｅ により、波数ｋｅ ，ｋｏ は線路構造およびＳにより決定される。
【００３８】
式（１）〜（５）を用いてフィルタ調整をするには、まずフィルタ合成法より求めた結合係数κを実現するように適当に平行結合線路１５の構造を設定し、設定した線路構造に対して電磁界解析シミュレータなどによりあらかじめ、Ｚｏ ，Ｚｅ ，ｋｅ ，ｋｏ を求めておく。次に、求めた値を式（１）〜（４）に代入し、式（１）等号の成否を確認する。もし等号が成立しない場合は、等号が成立するまで結合線路κを一定に保ちながら平行結合線路１５の線路構造の最適化（Ｌ、Ｓの調整）を行ない、式（１）の等号が成立するまで同様の最適化を行う。等号が成立した時点で、調整したい帯域通過フィルタ内の１つ（１組）の平行結合線路１５に対する調整を終了する。そして、フィルタ内に存在する全ての平行結合線路に対して上記の調整手法を行うことによって、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性が実現される。
【００３９】
以下に、上記調整法の物理的意味について詳述する。
【００４０】
一般に平行結合線路の特徴は以下のように説明されている。すなわち、周波数ｆにおける直線状の単線路の伝搬波長λに換算して、平行結合線路の長さＬを、以下の式（６）とした場合、図２に示した平行結合線路は周波数ｆにおいて結合度が最大となるとともに、平行結合線路１５は単純な１本の１／４波長の分布定数線路と等価となる。
【００４１】
【数２】
【００４２】
この特性を確認するため、線路特性に周波数依存性がない場合の平行結合線路１５の通過特性を図３に記した。図３において、横軸は周波数、縦軸は｜Ｓ２１｜としたが、｜Ｓ２１｜とβは一対一で対応し、｜Ｓ２１｜が大きいほどβも大きいことを示す。
【００４３】
図３に示したように、ｆの奇数倍の周波数で結合度βが最大となり、また逆にｆの偶数倍の周波数で減衰極が出現し結合度βが最低となる。最大結合度を示す周波数においては、平行結合線路は特性インピーダンスがＺｅ −Ｚｏ に等しい１／４波長単線路に等価であり、フィルタ合成においてはインピーダンス整合のみを考えればよく簡便であるため、最大結合度を示す平行結合線路構造、すなわち、１／４波長平行結合線路が適用される。
【００４４】
ところで、帯域通過フィルタの通過周波数帯以外の濾波特性は、平行結合線路の特性で決定されることに注意する。なぜならば、共振周波数帯以外では線路共振器は共振せず単なる線路として動作するため、フィルタは複数の平行結合線路の直列回路と等価となるためである。そこで、フィルタ内の各平行結合線路が全て通過周波数帯の中心周波数ｆに対して対称な結合特性を示すよう設計されていれば、フィルタの通過周波数帯以外の特性も周波数ｆに対して対称となる。そこで、図３を見ると最大結合度を示す周波数ｆに対して１／４波長平行結合線路は丁度対称な特性となっていることが分かる。以上が、従来のフィルタ合成法において１／４波長平行結合線路が多用される理由である。
【００４５】
しかしながら、実際の線路においては式（６）を満足する長さＬ、すなわち１／４波長平行結合線路で最大結合度を示すことは稀であり、線路長を１／４波長に設定しても線路構造に依存して周波数ｆより低い周波数帯で最大結合度を示す場合もあれば、その逆にｆより高い周波数帯で最大結合度を示す場合もある。最大結合度を示す周波数が帯域通過フィルタの通過周波数帯中心周波数ｆよりずれた場合、平行結合線路の通過特性の周波数ｆに対する対称性は当然悪化し、それに伴いフィルタの中心周波数に対する対称性も悪化するのである。
【００４６】
ところで、式（６）より周波数ｆに対して平行結合線路が最大結合度を示し対称性が保証されるはずであるのに、実際には対称性が劣化していることの根本的原因は、式（６）の導出において仮定されている次式（７）が実際の分布定数線路において成立していないということである。
【００４７】
【数３】
【００４８】
それに対し、式（１）〜（５）は、次式（８）の仮定で導出した、周波数ｆで減衰極を与える結合線路長２Ｌを与える条件式である。
【００４９】
【数４】
【００５０】
ゆえに、線路の伝搬特性に周波数依存が少ない場合、式（１）〜（５）を満足する長さＬは明らかに周波数ｆで最大結合度を示し、周波数ｆに対する平行結合線路の通過特性の対称性は保証されるのである。従って、各共振器の段間結合を式（１）〜（５）で最適化すればフィルタの対称性が実現されるのである。
【００５１】
以上の説明より、通過周波数帯に対して低周波数側の帯域通過フィルタの阻止特性を向上させることも可能であることが容易に理解可能である。今、中心周波数ｆより高い周波数において最大結合度を示すよう長さＬを最適化した場合、平行結合線路の結合特性は周波数ｆに対して低い周波数領域の方が高い領域よりも結合が弱く、それにより通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させることができる。
【００５２】
また、逆に、中心周波数ｆより低い周波数において最大結合度を示すよう長さＬを最適化した場合、通過周波数帯に対して高周波数側の阻止特性を向上可能であることが、上記の物理的説明から容易に類推できる。
【００５３】
更に、平行結合線路が中心周波数ｆにおいて最大結合度を示すよう、すなわち、周波数ｆにおいて特性が対称となるようフィルタを調整した場合、ｆの偶数倍の周波数において減衰極が出現するため、一般のフィルタ合成法において出現する高調波成分のうち、２ｎｆ（ｎは自然数）を高度に抑圧することが可能である。
【００５４】
また、更に、一般に中心周波数ｆのχ／２倍において最大結合度を示すようＬを調整した場合には、χｆ（χは正の実数）に減衰極が生成され、例えば、χ＝３の場合は３ｆの高調波成分を抑圧することも可能である。このような調整をすることの利点は、例えば、無線機の送信波に含まれる不要成分にフィルタのχｆを設定することにより、フィルタを構成する共振器段数を増やすことなく所望の不要成分を抑圧可能となり、品質の高い通信が可能となる点である。
【００５５】
以上、本発明のフィルタ調整法について調整手法、および本調整法の妥当性に対する物理的説明について詳述した。なお、図１においては２個の１／２波長線路共振器から構成されるフィルタを例にとり説明したが、一般に任意個の１／２波長以外の線路長を有する線路共振器から構成されるフィルタに対しても本発明の調整法が適用可能であることは容易に判断できる。
【００５６】
また、本発明のフィルタ調整法は、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタであれば適用可能であり、線路構造を特に規定しないことは言うまでもない。
【００５７】
更に、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタが帯域通過型，帯域阻止型を問わず一般の分布線路共振器を用いたフィルタに対して適用可能であることも言うまでもない。
【００５８】
また、更に開放端を有する２線路の平行結合線路以外にも、短絡端を有する２線路の平行結合線路や異なる終端構造の２線路による平行結合線路においても本発明のフィルタ調整法は適用可能であることは言うまでもない。
【００５９】
（実施の形態２）
図１は分布定数線路により構成された帯域通過フィルタを示している。図１において１１，１２はそれぞれ第１，第２の１／２波長線路共振器であり、通過周波数帯の中心周波数付近に最低次の共振周波数を有する電気的共振器として動作する。また、図１において１３，１４はそれぞれ第１，第２のポートであり、前記共振器１１，１２で構成される帯域通過フィルタへの信号の入出力ポートとして作用する。更に、Ｌ０１，Ｌ，Ｌ２３はそれぞれ、第１のポートと第１の１／２波長線路共振器，第１の１／２波長線路共振器と第２の１／２波長線路共振器，第２の１／２波長線路共振器と第２のポートで形成される平行結合線路の線路長を示している。
【００６０】
各平行結合線路の線路長Ｌ０１，Ｌ，Ｌ２３の各々をそれぞれＬｉ（ｉ＝１，２，３）と略記すると、本発明のフィルタは平行結合線路長Ｌｉのうち少なくとも１つ以上の線路長Ｌｉに対して、次式（９）とすることを特徴とする。
【００６１】
【数５】
【００６２】
本発明のフィルタは（実施の形態１）で述べた手法に従って線路長Ｌｉを選択することによって、通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させたり、またその逆に高帯域側の阻止特性を向上させたり、あるいは、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性を得たり、通過周波数帯の偶数倍、あるいは奇数倍の高調波帯における阻止特性を向上させたり、また所望の周波数における阻止特性を重点的に向上させることが可能である。
【００６３】
なお、図１においては２個の１／２波長線路共振器から構成されるフィルタを例にとり説明したが、任意個の１／２波長以外の線路長を有する線路共振器から構成されるフィルタに対しても、（実施の形態１）記載のフィルタ調整法が適用可能であるため、本発明のフィルタが実現可能であることは容易に分かる。
【００６４】
また、本発明のフィルタは平行結合線路の長さを１／４波長以外に設定し、所望の濾波特性を得ることを特徴とするため、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタ全てに適用可能であることは言うまでもなく、更に、フィルタが帯域通過型，帯域阻止型を問わず一般の分布線路共振器を用いたフィルタに対して適用可能であることも言うまでもない。
【００６５】
更に、平行結合線路は一般に４つのポートを有し、フィルタ合成に際してはそのうちの２ポート，あるいは３ポートを開放・短絡し用いられる。本発明のフィルタは平行結合線路長の最適化による所望の濾波特性の実現にあるため、ポート終端構造には依存せず、開放端を有する２線路の平行結合線路以外にも短絡端を有する２線路の平行結合線路や異なる終端構造の２線路による平行結合線路においても実現可能であることは言うまでもない。
【００６６】
（実施の形態３）
図４は（実施の形態２）で述べたフィルタを搭載した通信装置あるいは測定機器を示している。図４において、４１は通信機器あるいは測定機器、４２は高周波回路、４３は他の回路であり、通信機器あるいは測定機器４１は、高周波回路４２と他の回路４３を内蔵しており、信号処理などの所望の機能を実現するように電気的に接続されている。また、４４は（実施の形態２）で述べた本発明のフィルタ、４５はアンテナあるいは測定プローブであり、高周波回路４２は内部にフィルタ４４を含んでおり、アンテナあるいは測定プローブ４５から得られる信号、あるいは高周波回路４２からアンテナあるいは測定プローブ４５へ向かう信号に対して、本発明のフィルタ４４により所望の濾波の作用を実現している。
【００６７】
本発明のフィルタ４４は、所望の周波数において良好な抑圧特性を実現できるため、本実施の形態に記したように通信機器あるいは測定機器４１内に本発明のフィルタ４４を搭載することによって、不要な信号成分の高度な抑圧が可能であり、従って高感度で不要な信号成分を放出しない通信機器，あるいは測定機器を提供するものである。
【００６８】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００６９】
（実施例１）
（実施の形態１）に示したフィルタ調整法を用いて実際に行った、通過周波数帯中心周波数に対して対称な特性を実現するよう最適化の実施例を以下に説明する。
【００７０】
実施の条件として、図５に示したインバーテッドマイクロストリップ線路（以下、ＩＭＳＬと略記）をフィルタの分布定数線路構造に適用した。線路構造の詳細を述べると、グランド面５１上に厚さ２００μｍの空気層５２を挟み、厚さ３００μｍの溶融石英５３（誘電率３．８１）を平行に配置し、更に厚さ２０００μｍの空気層５４を介してシールド面５５を平行に配置した層構造において、導体ストリップ５６を形成することによって分布定数線路を構成している。図５に記したＩＭＳＬは、従来のマイクロストリップ線路と同様に、平行結合線路上を異なる伝搬波長を有する偶モード，奇モードが存在し、本発明のフィルタ調整法が適用可能な線路構造である。
【００７１】
図６（ａ）に従来の１／４波長平行結合線路により合成された３段帯域通過フィルタの導体ストリップ５６の配置、図６（ｂ）に本発明のフィルタ調整法により通過周波数帯中心周波数（２５ＧＨｚ）に対して各平行結合線路が対称な特性を持つよう最適化し合成された、３段帯域通過フィルタの導体ストリップ５６の配置を示した。図６（ｂ）より、本発明のフィルタ合成法により最適化された平行結合線路は１／４波長よりも短くなっていることが分かる。
【００７２】
図７に図６（ａ），図６（ｂ）の帯域通過フィルタの通過特性の周波数依存性を示す。図７において細線は図６（ａ）に記した従来構造のフィルタの特性を、また太線は図６（ｂ）に記した本発明のフィルタ調整法により最適化されたフィルタの特性を示した。
【００７３】
図７において、従来の平行結合線路構造により合成されたフィルタは明らかに２５ＧＨｚに対する左右の特性の対称性が劣化していることが観察されるが、本発明のフィルタ調整法を用いることによって明らかに濾波特性の対称性が回復していることが分かる。以上の結果より、本発明のフィルタ合成法が正しく機能することが確認された。
【００７４】
（実施例２）
（実施の形態１）に示したフィルタ調整法を用いて構成した、通過周波数帯中心周波数２５ＧＨｚの第２高調波成分を抑圧した帯域通過フィルタの実施例を以下に説明する。
【００７５】
実施の条件として、線路構造は図５に記したＩＭＳＬであり、導体ストリップ５６の配置は図６（ｂ）に示したものと同一である。
【００７６】
以上の条件の下で実施されたフィルタの５０ＧＨｚまでの通過特性を図８に太線で示した。図８には比較のために、図６（ａ）に示した従来の平行結合線路構造により合成されたフィルタの通過特性を併記したが、従来フィルタで観察されている第２高調波である５０ＧＨｚ近傍における抑圧特性の劣化が、本発明のフィルタにおいては確認されておらず、本発明のフィルタが正しく第２高調波成分を抑圧可能であることが確認された。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のフィルタ構造に含まれる平行結合線路の最適化のみで、所望の通過周波数帯域外濾波特性の実現や、所望の周波数に対する抑圧特性の向上が可能であり、特殊な線路構造の付加や共振器個数の増加が必要でないために、小型で低損失なフィルタを安価に提供できるという有利な効果が得られる。更に、本発明によれば自由な濾波特性を実現可能であるために、高性能な通信機器・測定装置を提供できるという有利な効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるフィルタ調整法により最適化された帯域通過フィルタを示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態によるフィルタ調整法を示すための先端開放線路２本から構成される平行結合線路を示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態により周波数ｆで最大結合度を示すように最適化された平行結合線路の通過特性の周波数依存性を示す特性図
【図４】本発明の一実施の形態によるフィルタを内蔵した通信機器あるいは測定機器の構造を示す概略構成図
【図５】本発明の一実施例によるインバーテッドマイクロストリップ線路の線路断面構造を示す概略構成図
【図６】（ａ）従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタの線路配置を示す回路レイアウト図（ｂ）本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタの線路配置を示す回路レイアウト図
【図７】本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタと従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタとの通過周波数帯中心周波数に対する対称性を比較するための周波数特性図
【図８】本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタと従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタとの第２高調波特性を比較するための周波数特性図
【図９】従来のマイクロストリップ線路を用いた平行結合線路構造を有する帯域通過フィルタを説明するための概略構成図
【符号の説明】
１１ 第１の１／２波長線路共振器
１２ 第２の１／２波長線路共振器
１３ 第１のポート
１４ 第２のポート
１５ 平行結合線路
２１ 線路１
２２ 線路２
４１ 通信機器あるいは測定機器
４２ 高周波回路
４３ 他の回路
４４ フィルタ
４５ アンテナあるいは測定プローブ
５１ グランド面
５２、５４ 空気層
５３ 溶融石英
５５ シールド面
５６ 導体ストリップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯無線通信機に代表される高周波回路に搭載される高周波フィルタ、ならびに高周波フィルタの調整法及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波フィルタは、例えば非特許文献１に記載されたものが知られており、現在、高周波回路に内蔵の平面フィルタとして頻繁に適用されている。以下に、図９を用いて従来の高周波フィルタについて説明する。
【０００３】
図９は従来の高周波フィルタの構造を示しており、９１は電気的共振器、９２，９３は入出力端である。
【０００４】
図９に示した従来の高周波フィルタは高周波基板上に形成される。ここで言う高周波基板は上下面が金属薄膜で覆われた誘電体平行平板であり、エッチングによりどちらか一方の面の導体薄膜に回路パターンを形成し、マイクロストリップ線路として動作させることにより平面型の高周波回路は構成される。電気的共振器９１は長手方向に高周波信号を伝送しうる両端開放のマイクロストリップ線路である。伝播波長に換算して線路長が約半波長に相当する周波数を基準周波数として、ほぼその整数倍の周波数において共振する電気的共振器として電気的共振器９１は動作する。
【０００５】
隣接する共振器は、１本の直線状のマイクロストリップ線路を流れる準ＴＥＭモードの伝播波長に換算して約４分の１波長の長さでオーバーラップしており、その領域で隣り合う電気的共振器９１は結合しており電気的エネルギーの交換を行っている。結合度は隣接する共振器の線路間隔によって決定され、フィルタ全体が所望の濾波特性を実現するよう、各共振器間の結合度，共振周波数は調整されている。結合度と共振周波数の選択は、古くから存在する容量・誘導量による梯子回路を基にした等価回路によるフィルタ合成法により与えられ、濾波特性が与えられるとそれに応じた結合度と共振周波数を求めることが可能である。
【０００６】
【非特許文献１】
小西良弘著「マイクロ波回路の基礎とその応用（第３版）」総合電子出版社出版、１９９５年６月１０日、ｐ３７０ページ付図１０．３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高周波フィルタにおいては、信号に含まれる各周波数成分のうち、必要とされる信号成分に対しては影響を与えず、不要成分のみを高度に抑圧する濾波特性が要求されている。
【０００８】
本発明は、所望の通過周波数帯域外濾波特性や、所望の周波数に対して良好な抑圧特性を有した小型で低損失なフィルタ、および高性能な通信装置，測定機器を安価に提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、フィルタ内に含まれる平行結合線路の線路長を調整することによって所望の濾波特性を実現するものであり、平行結合線路上を伝搬する偶モード，奇モードが同一周波数において異なる伝搬波長を有する場合に拡張された定量的な平行結合線路調整手法を与えるものである。
【００１０】
これにより、所望の通過周波数帯域外濾波特性や、所望の周波数に対して良好な抑圧特性を有した小型で低損失なフィルタ、および同フィルタを内蔵することによって高性能な通信装置，測定機器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタに関し、所望の濾波特性を実現するように前記平行結合線路の長さを変化させるステップを有する高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、所望の濾波特性を実現する前記平行結合線路の長さを設定する工程と、前記設定された長さを用いて前記共振器及び前記入出力端を形成する工程と、を有する高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１２】
これにより、付加的な調整回路や共振器を必要としない単純で制御性に富む濾波特性が実現できる。
【００１３】
本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１４】
これにより、別個の調整回路や共振器を付加せずとも、フィルタ通過周波数帯近傍の低域側の抑圧特性を向上させたり、あるいは、逆に高域側の抑圧特性を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明の第３の発明は、前記第１の発明において、平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする高周波フィルタ調整法としたものであるか、または、平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする高周波フィルタ製造方法としたものである。
【００１６】
これにより、別個の調整回路や共振器を付加せずとも、フィルタ通過周波数帯近傍の低域側の抑圧特性を向上させたり、あるいは、逆に高域側の抑圧特性を向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第４の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は、所望の濾波特性を実現する長さを有することを特徴とする高周波フィルタである。
【００１８】
これにより、付加的な調整回路や共振器がないために通過周波数帯における通過損失の劣化を招くことなく、更に、フィルタの占有領域の増大を招くことなく、高度な不要波抑圧が実現できる。
【００１９】
本発明の第５の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最大結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２０】
これにより、通過周波数帯の中心周波数に対して対称な濾波特性が実現できるとともに、通過周波数帯においてフィルタに接続される外部回路との良好なインピーダンス整合が実現し易いという利点を得ることができる。
【００２１】
本発明の第６の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最小結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数の２分の１にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２２】
これにより、従来の高周波フィルタで実現が困難な第２高調波成分の高度な抑圧特性を実現することが可能となる。
【００２３】
本発明の第７の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも高い周波数で最大結合度を示すように設定された高周波フィルタである。
【００２４】
これにより、通過周波数帯の低域側においてシャープな濾波特性を実現することが可能となる。
【００２５】
本発明の第８の発明は、前記第４の発明において、平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも低い周波数で最大結合度を示すように設定された高周波フィルタである。
【００２６】
これにより、通過周波数帯の高域側においてシャープな濾波特性を実現することが可能となる。
【００２７】
本発明の第９の発明は、分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は同一線路構造を有する２本の分布定数線路からなり、且つ、前記平行結合線路の全てあるいは一部は所望の周波数における１本の直線状の前記分布定数線路を伝播する電磁界の伝搬波長に換算して１／４波長以外の線路長を有し、更に、通過周波数帯あるいは禁止周波数帯の中心周波数は前記所望の周波数と等しいことを特徴とする高周波フィルタである。
【００２８】
これにより、従来のフィルタ構造ならびにフィルタ合成法に大きな変更を与えずとも、適用される状況に応じた濾波特性を有する高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００２９】
本発明の第１０の発明は、前記発明による高周波フィルタを搭載した通信機器あるいは測定機器であり、フィルタの高度な不要波抑圧特性に裏付けられた、高品質な通信サービス、あるいは、高感度な測定環境を提供することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は分布定数線路により構成された帯域通過フィルタを示している。図１において１１，１２はそれぞれ第１，第２の１／２波長線路共振器であり、通過周波数帯の中心周波数付近に最低次の共振周波数を有する電気的共振器として動作する。また、図１において１３，１４はそれぞれ第１，第２のポートであり、前記共振器１１，１２で構成される帯域通過フィルタへの信号の入出力ポートとして作用する。更に、図１において１５は前記共振器１１，１２で構成される長さＬを有する平行結合線路を示し、前記の２つの共振器１１，１２は平行結合線路１５を介して電磁界的に結合している。
【００３２】
本発明のフィルタ調整法は、平行結合線路１５の長さＬを変化させることによって行うことを特徴としており、長さＬの調整によって、通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させたり、またその逆に高帯域側の阻止特性を向上させたり、あるいは、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性を得たり、通過周波数帯の偶数倍、あるいは奇数倍の高調波帯における阻止特性を向上させたり、また所望の周波数における阻止特性を重点的に向上させることが可能となる。
【００３３】
以下に、図１の帯域通過フィルタにおいて、通過周波数帯の中心周波数に対して対称な濾波特性を実現する場合を例にとり、本発明のフィルタ調整手法について詳述する。
【００３４】
図２は２本の同一線路構造を有する分布定数線路からなる平行結合線路を示している。図２において２１，２２はそれぞれ線路１，線路２であり、２つの線路は一方が開放端となっている。また、図２に示したように線路１と線路２は長さＬの領域でギャップＳを介してオーバーラップしており、そこで長さＬの平行結合線路１５を構成している。
【００３５】
ところで、平行結合線路１５が無限に長いとした場合、偶モードおよび奇モードの２種類の電磁界分布が平行結合線路１５上を伝搬可能である。今、フィルタ通過周波数帯の中心周波数ｆにおける偶モード，奇モードに対する特性インピーダンスをそれぞれＺｅ ，Ｚｏ 、波数（＝２π／伝搬波長）をｋｅ ，ｋｏ とする。また、本発明のフィルタ調整を適用して最適化したい共振器間結合係数をκとすると、下記の方程式（１）〜（５）を満足する長さＬ，ギャップＳが最適化された結合線路構造となる。
【００３６】
【数１】
ここで、式（１）〜（５）において、結合係数κは通常のフィルタ合成法により求められる各共振器間の段間結合係数であり、共振器間の結合が平行結合線路を介してなされる場合には、平行結合線路の結合係数βと段間結合係数κは一対一に対応しており、どちらか一方の値を指定すればもう一方の値が一意に決定される。ゆえに、κはβを通して特性インピーダンスＺｏ ，Ｚｅ により、波数ｋｅ ，ｋｏ は線路構造およびＳにより決定される。
【００３８】
式（１）〜（５）を用いてフィルタ調整をするには、まずフィルタ合成法より求めた結合係数κを実現するように適当に平行結合線路１５の構造を設定し、設定した線路構造に対して電磁界解析シミュレータなどによりあらかじめ、Ｚｏ ，Ｚｅ ，ｋｅ ，ｋｏ を求めておく。次に、求めた値を式（１）〜（４）に代入し、式（１）等号の成否を確認する。もし等号が成立しない場合は、等号が成立するまで結合線路κを一定に保ちながら平行結合線路１５の線路構造の最適化（Ｌ、Ｓの調整）を行ない、式（１）の等号が成立するまで同様の最適化を行う。等号が成立した時点で、調整したい帯域通過フィルタ内の１つ（１組）の平行結合線路１５に対する調整を終了する。そして、フィルタ内に存在する全ての平行結合線路に対して上記の調整手法を行うことによって、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性が実現される。
【００３９】
以下に、上記調整法の物理的意味について詳述する。
【００４０】
一般に平行結合線路の特徴は以下のように説明されている。すなわち、周波数ｆにおける直線状の単線路の伝搬波長λに換算して、平行結合線路の長さＬを、以下の式（６）とした場合、図２に示した平行結合線路は周波数ｆにおいて結合度が最大となるとともに、平行結合線路１５は単純な１本の１／４波長の分布定数線路と等価となる。
【００４１】
【数２】
この特性を確認するため、線路特性に周波数依存性がない場合の平行結合線路１５の通過特性を図３に記した。図３において、横軸は周波数、縦軸は｜Ｓ２１｜としたが、｜Ｓ２１｜とβは一対一で対応し、｜Ｓ２１｜が大きいほどβも大きいことを示す。
【００４３】
図３に示したように、ｆの奇数倍の周波数で結合度βが最大となり、また逆にｆの偶数倍の周波数で減衰極が出現し結合度βが最低となる。最大結合度を示す周波数においては、平行結合線路は特性インピーダンスがＺｅ −Ｚｏ に等しい１／４波長単線路に等価であり、フィルタ合成においてはインピーダンス整合のみを考えればよく簡便であるため、最大結合度を示す平行結合線路構造、すなわち、１／４波長平行結合線路が適用される。
【００４４】
ところで、帯域通過フィルタの通過周波数帯以外の濾波特性は、平行結合線路の特性で決定されることに注意する。なぜならば、共振周波数帯以外では線路共振器は共振せず単なる線路として動作するため、フィルタは複数の平行結合線路の直列回路と等価となるためである。そこで、フィルタ内の各平行結合線路が全て通過周波数帯の中心周波数ｆに対して対称な結合特性を示すよう設計されていれば、フィルタの通過周波数帯以外の特性も周波数ｆに対して対称となる。そこで、図３を見ると最大結合度を示す周波数ｆに対して１／４波長平行結合線路は丁度対称な特性となっていることが分かる。以上が、従来のフィルタ合成法において１／４波長平行結合線路が多用される理由である。
【００４５】
しかしながら、実際の線路においては式（６）を満足する長さＬ、すなわち１／４波長平行結合線路で最大結合度を示すことは稀であり、線路長を１／４波長に設定しても線路構造に依存して周波数ｆより低い周波数帯で最大結合度を示す場合もあれば、その逆にｆより高い周波数帯で最大結合度を示す場合もある。最大結合度を示す周波数が帯域通過フィルタの通過周波数帯中心周波数ｆよりずれた場合、平行結合線路の通過特性の周波数ｆに対する対称性は当然悪化し、それに伴いフィルタの中心周波数に対する対称性も悪化するのである。
【００４６】
ところで、式（６）より周波数ｆに対して平行結合線路が最大結合度を示し対称性が保証されるはずであるのに、実際には対称性が劣化していることの根本的原因は、式（６）の導出において仮定されている次式（７）が実際の分布定数線路において成立していないということである。
【００４７】
【数３】
それに対し、式（１）〜（５）は、次式（８）の仮定で導出した、周波数ｆで減衰極を与える結合線路長２Ｌを与える条件式である。
【００４９】
【数４】
ゆえに、線路の伝搬特性に周波数依存が少ない場合、式（１）〜（５）を満足する長さＬは明らかに周波数ｆで最大結合度を示し、周波数ｆに対する平行結合線路の通過特性の対称性は保証されるのである。従って、各共振器の段間結合を式（１）〜（５）で最適化すればフィルタの対称性が実現されるのである。
【００５１】
以上の説明より、通過周波数帯に対して低周波数側の帯域通過フィルタの阻止特性を向上させることも可能であることが容易に理解可能である。今、中心周波数ｆより高い周波数において最大結合度を示すよう長さＬを最適化した場合、平行結合線路の結合特性は周波数ｆに対して低い周波数領域の方が高い領域よりも結合が弱く、それにより通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させることができる。
【００５２】
また、逆に、中心周波数ｆより低い周波数において最大結合度を示すよう長さＬを最適化した場合、通過周波数帯に対して高周波数側の阻止特性を向上可能であることが、上記の物理的説明から容易に類推できる。
【００５３】
更に、平行結合線路が中心周波数ｆにおいて最大結合度を示すよう、すなわち、周波数ｆにおいて特性が対称となるようフィルタを調整した場合、ｆの偶数倍の周波数において減衰極が出現するため、一般のフィルタ合成法において出現する高調波成分のうち、２ｎｆ（ｎは自然数）を高度に抑圧することが可能である。
【００５４】
また、更に、一般に中心周波数ｆのχ／２倍において最大結合度を示すようＬを調整した場合には、χｆ（χは正の実数）に減衰極が生成され、例えば、χ＝３の場合は３ｆの高調波成分を抑圧することも可能である。このような調整をすることの利点は、例えば、無線機の送信波に含まれる不要成分にフィルタのχｆを設定することにより、フィルタを構成する共振器段数を増やすことなく所望の不要成分を抑圧可能となり、品質の高い通信が可能となる点である。
【００５５】
以上、本発明のフィルタ調整法について調整手法、および本調整法の妥当性に対する物理的説明について詳述した。なお、図１においては２個の１／２波長線路共振器から構成されるフィルタを例にとり説明したが、一般に任意個の１／２波長以外の線路長を有する線路共振器から構成されるフィルタに対しても本発明の調整法が適用可能であることは容易に判断できる。
【００５６】
また、本発明のフィルタ調整法は、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタであれば適用可能であり、線路構造を特に規定しないことは言うまでもない。
【００５７】
更に、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタが帯域通過型，帯域阻止型を問わず一般の分布線路共振器を用いたフィルタに対して適用可能であることも言うまでもない。
【００５８】
また、更に開放端を有する２線路の平行結合線路以外にも、短絡端を有する２線路の平行結合線路や異なる終端構造の２線路による平行結合線路においても本発明のフィルタ調整法は適用可能であることは言うまでもない。
【００５９】
（実施の形態２）
図１は分布定数線路により構成された帯域通過フィルタを示している。図１において１１，１２はそれぞれ第１，第２の１／２波長線路共振器であり、通過周波数帯の中心周波数付近に最低次の共振周波数を有する電気的共振器として動作する。また、図１において１３，１４はそれぞれ第１，第２のポートであり、前記共振器１１，１２で構成される帯域通過フィルタへの信号の入出力ポートとして作用する。更に、Ｌ０１，Ｌ，Ｌ２３はそれぞれ、第１のポートと第１の１／２波長線路共振器，第１の１／２波長線路共振器と第２の１／２波長線路共振器，第２の１／２波長線路共振器と第２のポートで形成される平行結合線路の線路長を示している。
【００６０】
各平行結合線路の線路長Ｌ０１，Ｌ，Ｌ２３の各々をそれぞれＬｉ（ｉ＝１，２，３）と略記すると、本発明のフィルタは平行結合線路長Ｌｉのうち少なくとも１つ以上の線路長Ｌｉに対して、次式（９）とすることを特徴とする。
【００６１】
【数５】
本発明のフィルタは（実施の形態１）で述べた手法に従って線路長Ｌｉを選択することによって、通過周波数帯に対して低周波数側の阻止特性を向上させたり、またその逆に高帯域側の阻止特性を向上させたり、あるいは、通過周波数帯中心周波数に対して対称な濾波特性を得たり、通過周波数帯の偶数倍、あるいは奇数倍の高調波帯における阻止特性を向上させたり、また所望の周波数における阻止特性を重点的に向上させることが可能である。
【００６３】
なお、図１においては２個の１／２波長線路共振器から構成されるフィルタを例にとり説明したが、任意個の１／２波長以外の線路長を有する線路共振器から構成されるフィルタに対しても、（実施の形態１）記載のフィルタ調整法が適用可能であるため、本発明のフィルタが実現可能であることは容易に分かる。
【００６４】
また、本発明のフィルタは平行結合線路の長さを１／４波長以外に設定し、所望の濾波特性を得ることを特徴とするため、偶モードと奇モードの伝搬波長が異なる平行結合線路で構成されたフィルタ全てに適用可能であることは言うまでもなく、更に、フィルタが帯域通過型，帯域阻止型を問わず一般の分布線路共振器を用いたフィルタに対して適用可能であることも言うまでもない。
【００６５】
更に、平行結合線路は一般に４つのポートを有し、フィルタ合成に際してはそのうちの２ポート，あるいは３ポートを開放・短絡し用いられる。本発明のフィルタは平行結合線路長の最適化による所望の濾波特性の実現にあるため、ポート終端構造には依存せず、開放端を有する２線路の平行結合線路以外にも短絡端を有する２線路の平行結合線路や異なる終端構造の２線路による平行結合線路においても実現可能であることは言うまでもない。
【００６６】
（実施の形態３）
図４は（実施の形態２）で述べたフィルタを搭載した通信装置あるいは測定機器を示している。図４において、４１は通信機器あるいは測定機器、４２は高周波回路、４３は他の回路であり、通信機器あるいは測定機器４１は、高周波回路４２と他の回路４３を内蔵しており、信号処理などの所望の機能を実現するように電気的に接続されている。また、４４は（実施の形態２）で述べた本発明のフィルタ、４５はアンテナあるいは測定プローブであり、高周波回路４２は内部にフィルタ４４を含んでおり、アンテナあるいは測定プローブ４５から得られる信号、あるいは高周波回路４２からアンテナあるいは測定プローブ４５へ向かう信号に対して、本発明のフィルタ４４により所望の濾波の作用を実現している。
【００６７】
本発明のフィルタ４４は、所望の周波数において良好な抑圧特性を実現できるため、本実施の形態に記したように通信機器あるいは測定機器４１内に本発明のフィルタ４４を搭載することによって、不要な信号成分の高度な抑圧が可能であり、従って高感度で不要な信号成分を放出しない通信機器，あるいは測定機器を提供するものである。
【００６８】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００６９】
（実施例１）
（実施の形態１）に示したフィルタ調整法を用いて実際に行った、通過周波数帯中心周波数に対して対称な特性を実現するよう最適化の実施例を以下に説明する。
【００７０】
実施の条件として、図５に示したインバーテッドマイクロストリップ線路（以下、ＩＭＳＬと略記）をフィルタの分布定数線路構造に適用した。線路構造の詳細を述べると、グランド面５１上に厚さ２００μｍの空気層５２を挟み、厚さ３００μｍの溶融石英５３（誘電率３．８１）を平行に配置し、更に厚さ２０００μｍの空気層５４を介してシールド面５５を平行に配置した層構造において、導体ストリップ５６を形成することによって分布定数線路を構成している。図５に記したＩＭＳＬは、従来のマイクロストリップ線路と同様に、平行結合線路上を異なる伝搬波長を有する偶モード，奇モードが存在し、本発明のフィルタ調整法が適用可能な線路構造である。
【００７１】
図６（ａ）に従来の１／４波長平行結合線路により合成された３段帯域通過フィルタの導体ストリップ５６の配置、図６（ｂ）に本発明のフィルタ調整法により通過周波数帯中心周波数（２５ＧＨｚ）に対して各平行結合線路が対称な特性を持つよう最適化し合成された、３段帯域通過フィルタの導体ストリップ５６の配置を示した。図６（ｂ）より、本発明のフィルタ合成法により最適化された平行結合線路は１／４波長よりも短くなっていることが分かる。
【００７２】
図７に図６（ａ），図６（ｂ）の帯域通過フィルタの通過特性の周波数依存性を示す。図７において細線は図６（ａ）に記した従来構造のフィルタの特性を、また太線は図６（ｂ）に記した本発明のフィルタ調整法により最適化されたフィルタの特性を示した。
【００７３】
図７において、従来の平行結合線路構造により合成されたフィルタは明らかに２５ＧＨｚに対する左右の特性の対称性が劣化していることが観察されるが、本発明のフィルタ調整法を用いることによって明らかに濾波特性の対称性が回復していることが分かる。以上の結果より、本発明のフィルタ合成法が正しく機能することが確認された。
【００７４】
（実施例２）
（実施の形態１）に示したフィルタ調整法を用いて構成した、通過周波数帯中心周波数２５ＧＨｚの第２高調波成分を抑圧した帯域通過フィルタの実施例を以下に説明する。
【００７５】
実施の条件として、線路構造は図５に記したＩＭＳＬであり、導体ストリップ５６の配置は図６（ｂ）に示したものと同一である。
【００７６】
以上の条件の下で実施されたフィルタの５０ＧＨｚまでの通過特性を図８に太線で示した。図８には比較のために、図６（ａ）に示した従来の平行結合線路構造により合成されたフィルタの通過特性を併記したが、従来フィルタで観察されている第２高調波である５０ＧＨｚ近傍における抑圧特性の劣化が、本発明のフィルタにおいては確認されておらず、本発明のフィルタが正しく第２高調波成分を抑圧可能であることが確認された。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のフィルタ構造に含まれる平行結合線路の最適化のみで、所望の通過周波数帯域外濾波特性の実現や、所望の周波数に対する抑圧特性の向上が可能であり、特殊な線路構造の付加や共振器個数の増加が必要でないために、小型で低損失なフィルタを安価に提供できるという有利な効果が得られる。更に、本発明によれば自由な濾波特性を実現可能であるために、高性能な通信機器・測定装置を提供できるという有利な効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるフィルタ調整法により最適化された帯域通過フィルタを示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態によるフィルタ調整法を示すための先端開放線路２本から構成される平行結合線路を示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態により周波数ｆで最大結合度を示すように最適化された平行結合線路の通過特性の周波数依存性を示す特性図
【図４】本発明の一実施の形態によるフィルタを内蔵した通信機器あるいは測定機器の構造を示す概略構成図
【図５】本発明の一実施例によるインバーテッドマイクロストリップ線路の線路断面構造を示す概略構成図
【図６】（ａ）従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタの線路配置を示す回路レイアウト図（ｂ）本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタの線路配置を示す回路レイアウト図
【図７】本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタと従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタとの通過周波数帯中心周波数に対する対称性を比較するための周波数特性図
【図８】本発明のフィルタ調整法により最適化された３段帯域通過フィルタと従来の１／４波長平行結合線路を用いて合成された３段帯域通過フィルタとの第２高調波特性を比較するための周波数特性図
【図９】従来のマイクロストリップ線路を用いた平行結合線路構造を有する帯域通過フィルタを説明するための概略構成図
【符号の説明】
１１ 第１の１／２波長線路共振器
１２ 第２の１／２波長線路共振器
１３ 第１のポート
１４ 第２のポート
１５ 平行結合線路
２１ 線路１
２２ 線路２
４１ 通信機器あるいは測定機器
４２ 高周波回路
４３ 他の回路
４４ フィルタ
４５ アンテナあるいは測定プローブ
５１ グランド面
５２、５４ 空気層
５３ 溶融石英
５５ シールド面
５６ 導体ストリップ
Claims (14)
- 分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタの調整法であって、所望の濾波特性を実現するように前記平行結合線路の長さを変化させるステップを有する高周波フィルタ調整法。
- 平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ調整法。
- 平行結合線路の長さを変化させるステップは、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なる周波数になるまで、前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを変化させることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ調整法。
- 分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタの製造方法であって、所望の濾波特性を実現する前記平行結合線路の長さを設定する工程と、前記設定された長さを用いて前記共振器及び前記入出力端を形成する工程と、を有する高周波フィルタ製造方法。
- 平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最大結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする請求項４記載の高周波フィルタ製造方法。
- 平行結合線路の長さを設定する工程は、少なくとも１つの平行結合線路において最小結合度を示す周波数が、通過周波数帯の中心周波数の２倍とは異なるように前記少なくとも１つの平行結合線路の長さを設定することを特徴とする請求項４記載の高周波フィルタ製造方法。
- 分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は、所望の濾波特性を実現する長さを有することを特徴とする高周波フィルタ。
- 平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最大結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする請求項７記載の高周波フィルタ。
- 平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数の近傍において最小結合度を示すように、且つ、通過周波数帯の中心周波数が前記所望の周波数の２分の１にほぼ等しくなるように、設定されたことを特徴とする請求項７記載の高周波フィルタ。
- 平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも高い周波数で最大結合度を示すように設定されたことを特徴とする請求項７記載の高周波フィルタ。
- 平行結合線路の長さは、前記平行結合線路が所望の周波数よりも低い周波数で最大結合度を示すように設定されたことを特徴とする請求項７記載の高周波フィルタ。
- 分布定数線路を用いた共振器と、信号を入出力する入出力端と、を有し、前記共振器間、ならびに前記共振器と前記入出力端との間の電磁界結合が全て、あるいは、その一部が平行結合線路を介してなされる高周波フィルタであって、前記平行結合線路は同一線路構造を有する２本の分布定数線路からなり、且つ、前記平行結合線路の全てあるいは一部は所望の周波数における１本の直線状の前記分布定数線路を伝播する電磁界の伝搬波長に換算して１／４波長以外の線路長を有し、更に、通過周波数帯あるいは禁止周波数帯の中心周波数は前記所望の周波数と等しいことを特徴とする高周波フィルタ。
- 請求項７から１２のいずれか記載の高周波フィルタを搭載した通信機器。
- 請求項７から１２のいずれか記載の高周波フィルタを搭載した測定機器。
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|---|---|---|---|
| JP2003082429A JP2004289755A (ja) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | 高周波フィルタ調整法、高周波フィルタ製造方法、及び高周波フィルタ |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012023427A (ja) * | 2010-07-12 | 2012-02-02 | New Japan Radio Co Ltd | 分布定数線路型バンドパスフィルタ |
| CN103107393A (zh) * | 2013-02-05 | 2013-05-15 | 江苏万邦微电子有限公司 | 多倍频程抑制微型腔体滤波器 |
| KR101536706B1 (ko) * | 2014-05-02 | 2015-07-16 | 연세대학교 산학협력단 | 필터 및 그 제조 방법 |
| CN110398681A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-11-01 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种双带线检查方法及相关装置 |
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2003
- 2003-03-25 JP JP2003082429A patent/JP2004289755A/ja active Pending
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