JP2006253877A

JP2006253877A - 高周波フィルタ

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Publication number: JP2006253877A
Application number: JP2005065107A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yoneda; 諭米田; Satoru Owada; 哲大和田; Hidemasa Ohashi; 英征大橋; Norihiro Yunogami; 則弘湯之上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP4501729B2

Abstract

【課題】通過帯域における損失が小さく、入力波が入力端から出力端へ達するまでの過程に導体ギャップをなくし、入力波が高エネルギーであっても基板の損傷が起こりにくい高周波フィルタを得る。
【解決手段】オープンスタブを有し所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する複数の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定の直列インダクタンスを呈する複数の直列インダクタンス回路とを、入力端から出力端へ向かって前記並列容量回路、前記直列インダクタンス回路、前記並列容量回路の順に交互に奇数個を縦続接続し、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域の前記複数の並列容量回路に基づいて決まる複数の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を得る。
【選択図】図４

Description

この発明は、主にマイクロ波帯及びミリ波帯において用いられる高周波フィルタに関するものである。

まず、従来の高周波フィルタの構成について説明する。図12は、従来の高周波フィルタの透過図、図13は、図12中のA-A' 面より下を見た図、図14は図12、及び図13の高周波フィルタの通過特性である。本フィルタはトリプレート線路にて構成されている。図12及び図13において、1は、接地導体、2は、誘電体基板、3は、誘電体基板2上に形成されたストリップ導体である。4は、接地導体1と誘電体基板2とストリップ導体3からなり、外部回路へと繋がる入出力線路、5は、接地導体1と誘電体基板2とストリップ導体3からなる共振器であり、6は、入出力線路4と共振器5、または共振器5同士を相互に結合させる結合部である。すなわち図12及び図13は、3つの共振器が3段に縦続接続された高周波フィルタを示している。
次に、この高周波フィルタの動作を説明する。周波数f_Mを中心周波数として、マイクロ波等の高周波が通過するように、共振器5の共振周波数、ならびに結合部6の結合度が調整されている。これらの調整は、主に、共振器の線路方向の電気長、ないしは結合部の間隔を調整することによって行われる。
中心周波数f_Mから離れた周波数の高周波が、入出力線路4aからフィルタへと入射する場合には、共振器5が共振しないため、入射した高周波は反射される。一方、入射する高周波の周波数がf_Mもしくはその近傍の周波数である場合には、共振器5が共振する。このため、入出力線路4aと共振器5aは結合部6aを介し、共振器5aと共振器5bは結合部6bを介し、共振器5bと共振器5cは結合部6cを介し、共振器5cと入出力線路4bは結合部6dを介して、それぞれ強く結合する。この結果、周波数f_Mもしくはその近傍の周波数の高周波は入出力線路4aから入出力線路4bへと伝播することになる。すなわち、図12、及び図13に示した高周波フィルタの通過特性は、図14のように、f_Mを中心周波数とする周波数帯域を通過帯域とし、その高周波側と低周波側における両側の通過特性が抑圧された、いわゆる帯域通過フィルタの通過特性になる。なお、図14中、f_Lは低域遮断周波数、f_Hは高域遮断周波数を表す。（例えば、非特許文献１参照）

Seymour B. Cohn et al." Parallel-Coupled Transmission-Line-Resonator Filters "（1958 Transactions on IEEE Microwave Theory and Techniques 6.2 (Apr. 1958 [T-MTT]) : 223-231 ）

一般に、従来の高周波フィルタに示されるような、複数の共振器を電磁界結合させた帯域通過フィルタにおいては、通過帯域における挿入損失は基本的に各共振器のQ値に依存し、Q値が大きいほど挿入損失は小さくなる性質がある。
各共振回路のQ値は、基本的に、共振器部分の占める体積が大きいほど大きくなり、また、ストリップ導体の構成物質の導電率が大きいほど大きくなり、また、誘電体基板の誘電正接が小さいほど大きくなる性質がある。
従って、薄い誘電体基板や、安価ではあるが比較的誘電正接の大きい樹脂系基板等を用いた構造に従来の高周波フィルタを構成する場合、上記理由により共振器のQ値が小さくなってしまうことから、通過帯域の挿入損失が大きくなってしまい、低損失な帯域通過フィルタを得るのが難しいという問題がある。因に、誘電体基板の誘電正接は、一般に入力信号が高周波であるほど大きくなるものが多く、ミリ波等の高周波において上記の問題はより顕著になる。
また、従来の帯域通過フィルタの場合、通過帯域の高周波側と低周波側における通過特性の抑圧は連続的であり、その抑圧量は通過帯域から離れるに従って大きくなる。その一方、狭帯域で離散的な複数の阻止帯域を要する等の、必ずしも連続的な阻止帯域を必要としない場合、要求される阻止帯域幅と減衰量に対して過剰な阻止帯域幅と減衰量を有する場合が多く、その結果、通過帯域の挿入損失が大きくなる場合も少なくない。
また、従来の帯域通過フィルタのように、複数の共振器を電磁界結合させた帯域通過フィルタにおいては、入力波が、入力端から出力端へ達するまでの過程で、共振器の結合部である導体ギャップを通過する必要があるため、入力波が高エネルギーである場合、導体ギャップを挟んだ電極間に高電圧が印加され、絶縁破壊を引き起こし、基板を損傷してしまう恐れがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、通過帯域とする周波数帯域の高周波側と低周波側に、必要十分な帯域幅と減衰量を有した阻止帯域を有し、通過帯域における損失が小さい高周波フィルタを、高いQ値の共振器を構成することが困難な樹脂系基板等にて構成することを目的とする。

また、入力波が入力端から出力端へ達するまでの過程に導体ギャップをなくし、入力波が高エネルギーであっても基板の損傷が起こりにくい高周波フィルタを得ることを目的とする。

この発明に係わる高周波フィルタは、オープンスタブを有し所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する複数の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定の直列インダクタンスを呈する複数の直列インダクタンス回路と、を備え、入力端から出力端へ向かって前記並列容量回路、前記直列インダクタンス回路、前記並列容量回路の順に交互に奇数個が縦続接続され、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域の前記複数の並列容量回路に基づいて決まる複数の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有するものである。

この発明の高周波フィルタは、上記のように構成しているので、所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域の前記複数の並列容量回路に基づいて決まる複数の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタを得られ、入力端と出力端の間に導体のギャップが存在しないので、容易に耐電力性に優れた高周波フィルタを得ることができる。また、通過帯域で共振する共振器を用いていないので、従来の帯域通過フィルタよりも、通過帯域における損失を低減できる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における高周波フィルタの構成を説明する構成説明図である。図１において、8は入出力端、9は並列容量回路、10は直列インダクタンス回路、11は特性インピーダンスがZ₀Ωで電気長が各々θf₁、θf₂、θf₃であるオープンスタブを示す。図1より、本実施の形態の高周波フィルタは、3つの並列容量回路9と2つの直列インダクタンス回路10を交互に縦続接続し、その縦続接続における、並列容量回路９の接続部に並列にオープンスタブ11を接続し、前記3つの並列容量回路9と2つの直列インダクタンス回路10を交互に縦続接続したものの両端に外部回路と接続するための入出力線路4をそれぞれ接続して構成している。

次に、本実施の形態による高周波フィルタの動作について説明する。まず、本実施の形態による高周波フィルタにおいて、全体回路は、入出力端8a、オープンスタブ11a、並列容量回路9a、オープンスタブ11b、直列インダクタンス回路10a、オープンスタブ11c、並列容量回路9b、オープンスタブ11d、直列インダクタンス回路10b、オープンスタブ11e、並列容量回路9c、オープンスタブ11f、入出力端8b、の順に縦続接続された回路を構成する。

ここで、直列インダクタンス回路10a、10bは遮断周波数fcにおいて特定の直列インダクタンス値を持つように調整されており、オープンスタブ11a、11fの電気長は遮断周波数fcよりも低い特定の周波数f₁における1/4波長の電気長θf₁に調整されている。また、オープンスタブ11b、11eの電気長は遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₂における1/4波長の電気長θf₂に調整されており、オープンスタブ11c、11dの電気長は遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₃における1/4波長の電気長θf₃に調整されている。そして、並列容量回路9aは、オープンスタブ11aと並列容量回路９ｂとオープンスタブ11bの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されており、同様に、並列容量回路９ｂは、オープンスタブ11cと並列容量回路9bとオープンスタブ11dの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整され、また、並列容量回路9cは、オープンスタブ11eと並列容量回路9cとオープンスタブ11fの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されている。

前記の調整により、本実施の形態による高周波フィルタは、遮断周波数fcにおいて、図2に示す回路とほぼ等価になる。図2において、8は入出力端、9は並列容量回路、10は直列インダクタンス回路を示す。そして、それぞれ、図2における入出力端8a、8bと、図1における入出力端8a、8bが対応し、図2における直列インダクタンス回路10a、10bと、図1におけるインダクタンス回路10a、10bが対応し、図2における並列容量回路9dと、図1において破線で囲んだ、オープンスタブ11a、11b、並列容量回路9aを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9eと、図1において破線で囲んだ、オープンスタブ11c、11d、並列容量回路9bを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9fと、図1において破線で囲んだ、オープンスタブ11e、11f、並列容量回路9cを併せた回路が対応する。そして、図2の回路は、並列容量回路と直列インダクタンス回路が交互に縦続接続された回路となり、いわゆる、周波数fcを遮断周波数とする低域通過フィルタを構成する。

続いて、本実施の形態による高周波フィルタの通過特性について説明する。本実施の形態による高周波フィルタは、上記の説明から、周波数fc近傍において周波数fcを遮断周波数とする低域通過フィルタとほぼ等価となるので、遮断周波数fc近傍においては、低域通過フィルタの通過特性を有する。そして、遮断周波数fc近傍以外の周波数領域においては、図1におけるオープンスタブ11の各電気長が1/4波長となる周波数f₁、f₂、f₃ の奇数倍の周波数において減衰極を有する。
つまり、本実施の形態により、周波数fc近傍を通過帯域とし、その高低周波数両側に離散的に存在する周波数f₁、f₂、f₃…近傍において減衰極を有する、いわゆる、帯域通過フィルタの代替となりうる通過特性を有する高周波フィルタを得ることができる。図3の実線にこの通過特性を示す。なお、図3の破線は、周波数fcを遮断周波数とする一般的な低域通過フィルタの通過特性である。

また、本実施の形態による高周波フィルタでは、入力端と出力端の間に導体のギャップが存在しないので、共振器間の結合により構成される従来の帯域通過フィルタよりも耐電力性に優れる利点がある。

また、本実施の形態による高周波フィルタでは、従来の帯域通過フィルタでは適用している、通過帯域で共振する共振器を用いていないことから、従来の帯域通過フィルタよりも、通過帯域における損失を小さくすることができる。

なお、本実施の形態による高周波フィルタでは、通過帯域の低周波数側に減衰極を有するように調整されたオープンスタブを2つ、通過帯域の高周波数側に減衰極を有するように調整されたオープンスタブを4つ適用し、各々の特性インピーダンスを等しくしているが、本実施の形態と同じ効果が得られるならば、各々の本数を2つ、及び4つに限定する必要はなく、同様に、特性インピーダンスを等しくする必要はない。

また、本実施の形態による高周波フィルタは、3つの並列容量回路と2つの直列インダクタンス回路と6つのオープンスタブによる組み合わせにより構成しているが、それぞれの数を3つ、2つ、6つに限定する必要はなく、本実施の形態と同様の条件を満足する組み合わせにより構成すれば、本実施の形態と同様の効果が得られ。

実施の形態２
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における高周波フィルタの構造を説明する斜視図である。なお、図5には高周波フィルタの上面図を示す。本実施の形態では、前記実施の形態１で例示した高周波フィルタの構成説明図に基づく高周波フィルタの具体的構造を例示するもので、接地導体の上に誘電体基板を配置し、その上にストリップ導体を配置して構成した、いわゆるマイクロストリップ線路型フィルタとなっている。

図4、図5において、1は接地導体、2は誘電体基板、3は誘電体基板２上に形成されたストリップ導体である。4、5、6、7、は、各々接地導体1と誘電体基板2とストリップ導体3からなり、それぞれ、4は外部回路へと繋がる入出力線路、5は入出力線路４よりも線路幅の広い低インピーダンス線路、6は入出力線路４よりも線路幅の狭い高インピーダンス線路、7は特性インピーダンスがZ₀Ωの線路で、電気長が各々θf₁、θf₂、θf₃であるオープンスタブを形成している。本実施の形態の高周波フィルタは、3つの低インピーダンス線路５と2つの高インピーダンス線路６を交互に縦続接続し、低インピーダンス線路５の縦続接続部にそれぞれ2つのオープンスタブ７を接続し、前記縦続接続の両端に外部回路と接続するための入出力線路４をそれぞれ接続して構成している。

一般に、このような構成の高周波フィルタは、分布定数線路を用いた等価回路で表すことができ、図6に、分布定数線路を用いて表した本実施の形態による高周波フィルタを示す。図6において、8は入出力端、11は分布定数線路で表したオープンスタブ、19は分布定数線路で表した低インピーダンス線路、20は分布定数線路で表した高インピーダンス線路である。

次に、図6に基づき前記実施の形態による高周波フィルタの動作について説明する。本実施の形態による高周波フィルタにおいて、全体回路は、入出力端8a、オープンスタブ11a、低インピーダンス線路19a、オープンスタブ11b、高インピーダンス線路20a、オープンスタブ11c、低インピーダンス線路19b、オープンスタブ11d、高インピーダンス線路20b、オープンスタブ11e、低インピーダンス線路19c、オープンスタブ11f、入出力端8b、の順に縦続接続された回路を構成している。ここで、高インピーダンス線路20a、20bは遮断周波数fcにおいて特定の直列インダクタンス値を持つ直列インダクタンス回路としてはたらくように調整されており、オープンスタブ11a、11fの電気長は遮断周波数fcよりも低い特定の周波数f₁における1/4波長の電気長θf₁に調整されている。また、オープンスタブ11b、11eの電気長は遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₂における1/4波長の電気長θf₂に調整されており、オープンスタブ11c、11dの電気長は遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₃における1/4波長の電気長θf₃に調整されている。そして、低インピーダンス線路19aは、オープンスタブ11aと低インピーダンス線路19aとオープンスタブ11bの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されており、同様に、低インピーダンス線路19bは、オープンスタブ11cと低インピーダンス線路19bとオープンスタブ11dの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整され、また、低インピーダンス線路19cは、オープンスタブ11eと低インピーダンス線路19cとオープンスタブ11fの3部分を併せた回路が遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されている。なお、これらの調整は、主に、各線路の線路方向の物理長、及び線路幅により決まる特性インピーダンスを調整することにより行われる。

前記のように調整することにより、本実施の形態による高周波フィルタは、遮断周波数fcにおいて、図2に示した回路とほぼ等価となる。
図2において、8は入出力端、9は並列容量回路、10は直列インダクタンス回路を示す。そして、それぞれ、図2における入出力端8a、8bと、図6における入出力端8a、8bが対応し、図2における直列インダクタンス回路10a、10bと、図6における高インピーダンス線路20a、20bが対応し、図2における並列容量回路9dと、図6において破線で囲んだ、オープンスタブ11a、11b、低インピーダンス線路19aを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9eと、図6において破線で囲んだ、オープンスタブ11c、11d、並列容量回路9bを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9fと、図6において破線で囲んだ、オープンスタブ11e、11f、並列容量回路9cを併せた回路が対応する。従って、図６に示した回路は図２で示した回路と同様に、並列容量回路と直列インダクタンス回路が交互に縦続接続された回路となり、いわゆる、周波数fcを遮断周波数とする低域通過フィルタを構成する。

つまり、本実施の形態による高周波フィルタは、前記実施の形態1による高周波フィルタにおいて、図2における直列インダクタンス回路10を、図6における高インピーダンス線路20で構成し、図2における並列容量回路9を、図6における低インピーダンス線路19で構成している。従って、本実施の形態による高周波フィルタの通過特性は、前記実施の形態1による高周波フィルタと同様になる。

なお、本実施の形態による高周波フィルタは、チップコンデンサ等の集中定数素子を適用せず分布定数線路のみで構成していることから、低損失で特性ばらつきが小さい、また、製作が容易で安価であるなどの利点がある。

また、本実施の形態による高周波フィルタでは、入力端と出力端の間に導体のギャップが存在しないので、前記実施の形態1による高周波フィルタと同様に、共振器間の結合により構成される従来の帯域通過フィルタよりも耐電力性に優れる利点がある。

また、本実施の形態による高周波フィルタでは、従来の帯域通過フィルタでは適用している、通過帯域で共振する共振器を用いていないことから、前記実施の形態1による高周波フィルタと同様に、従来の帯域通過フィルタよりも、通過帯域における損失を小さくすることができる。

実施の形態３．
図7は、この発明を実施するための実施の形態３における高周波フィルタの構造を説明する斜視図である。なお、図8には高周波フィルタの上面図を示す。
本実施の形態では、前記実施の形態２で例示した高周波フィルタとは異なる高周波フィルタの具体的構造を例示するもので、接地導体の上に誘電体基板を配置し、その上にストリップ導体を配置して構成した、いわゆるマイクロストリップ線路型フィルタとなっている。

図7、図8において、1は接地導体、2は誘電体基板、3は誘電体基板２上に形成されたストリップ導体である。4、5、6、7、12、13は、各々接地導体1と誘電体基板2とストリップ導体3からなり、それぞれ、4は外部回路へと繋がる入出力線路、5は入出力線路４よりも線路幅の広い低インピーダンス線路、6は入出力線路４よりも線路幅の狭い高インピーダンス線路、7は特性インピーダンスがZ₀Ωの線路で、電気長が各々θf₂、θf₃であるオープンスタブを形成している。また、12はその両端をそれぞれ別々の回路に接続された伝送線路であり、13は先端部が解放端である伝送線路であり、14は、伝送線路12と伝送線路13の組み合わせにより構成された、線路途中に分岐箇所を有する分岐スタブである。ここで、このように中途で枝分かれした形状を有する分岐スタブ14を、以後、ブランチスタブ17と呼ぶことにする。また、ブランチスタブ17において、伝送線路12のようにブランチスタブ17の線路途中を構成する部分を幹スタブ15と呼び、伝送線路13のようにブランチスタブ17の末端を構成する部分を枝スタブ16と呼ぶ。そして、図7、図8よりわかるように、本実施の形態の高周波フィルタは、3つの低インピーダンス線路５と2つの高インピーダンス線路６を交互に縦続接続し、低インピーダンス線路５の前記縦続接続部に2つのオープンスタブ７、又はブランチスタブ17とオープンスタブ７を接続し、前記縦続接続の両端に外部回路と接続するための入出力線路4をそれぞれ接続して構成している。

一般に、このような構成の高周波フィルタは、分布定数線路を用いて表すことができ、図9に、分布定数線路を用いて表した本実施の形態による高周波フィルタを示す。図9において、8は入出力端、11は分布定数線路で表したオープンスタブ、19は分布定数線路で表した低インピーダンス線路、20は分布定数線路で表した高インピーダンス線路、15は分布定数線路で表した幹スタブ、16は分布定数線路で表した枝スタブ、17は分布定数線路で表したブランチスタブである。
図9よりわかるように、本実施の形態による高周波フィルタは、図6にて示した前記実施の形態2による高周波フィルタにおいて、オープンスタブ11a、11f、を、それぞれブランチスタブ17a、17bで置き換えたものである。

ここで、まず、ブランチスタブ17の動作について説明する。まず、比較のため、枝分かれ構造を有しない通常のオープンスタブの入力サセプタンスB_inを式１に示す。なお、（l、Z）は、線路方向の物理長と線路の特性インピーダンスを表す。次に、本実施の形態による高周波フィルタのブランチスタブ17のように、線路途中に1箇所の分岐点を持つブランチスタブの分布定数線路図を図10に表す。図10において、15は幹スタブ、16は枝スタブ、18は並列接続部である。このとき、図10に示すように、幹スタブ15と枝スタブ16a、16bの線路方向の物理長と線路の特性インピーダンスを、それぞれ（l₀、Z₀）、（l₁、Z₀）、（l₂、Z₀）とすると、並列接続部18から見たときの、周波数fにおけるブランチスタブの入力サセプタンスB_inは式2で与えられる。なお、各々のスタブは、式1、式2の入力サセプタンスB_inが発散する周波数において、各々の減衰極を有する。

式1から、通常のオープンスタブでは、f_ant、3 f_ant、5 f_ant（2n+1）f_ant…（nは整数）、という周期的な周波数において入力サセプタンスが発散する。一方、式2では、必ずしも周期的な周波数において入力サセプタンスが発散することはなく、ブランチスタブの構成要素である幹スタブと枝スタブの線路方向の物理長と線路の特性インピーダンスをそれぞれ調整することで、周期的ではない、比較的任意な複数の周波数において入力サセプタンスを発散させることができる。
つまり、ブランチスタブを適用し、その構成要素である幹スタブと枝スタブを調整することで、通常のオープンスタブを適用するよりも、比較的任意な複数の周波数に減衰極を設定することができる。なお、これらの調整は、幹スタブと枝スタブの線路方向の各物理長、及び各線路幅により決まる特性インピーダンスを調整することにより行われる。

次に、高周波フィルタの動作について説明する。
この実施の形態３で例示する高周波フィルタの回路は、入出力端8a、ブランチスタブ17a、低インピーダンス線路19a、オープンスタブ11a、高インピーダンス線路20a、オープンスタブ11b、低インピーダンス線路19b、オープンスタブ11c、高インピーダンス線路20b、オープンスタブ11d、低インピーダンス線路19c、ブランチスタブ17b、入出力端8b、の順に縦続接続した構成である。ここで、高インピーダンス線路20a、20bは遮断周波数fcにおいて特定のインダクタンス値を持つ直列インダクタンス回路としてはたらくように調整されており、オープンスタブ11a、11dの電気長は、遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₂における1/4波長の電気長θf₂に調整されており、オープンスタブ11b、11cの電気長は、遮断周波数fcよりも高い特定の周波数f₃における1/4波長の電気長θf₃に調整されている。そして、ブランチスタブ17a、17bの各構成要素である幹スタブ15a、枝スタブ16a、16b、及び幹スタブ15b、枝スタブ16c、16dの電気長と特性インピーダンスは、それぞれのブランチスタブ17a、17bが、遮断周波数fcよりも低い特定の周波数f_1aと、周波数fcよりも高い特定の周波数f_1b、f_1cにおいて減衰極を設定するように調整されている。また、低インピーダンス線路19aは、ブランチスタブ17aと低インピーダンス線路19aとオープンスタブ11aの3部分を併せた回路が、遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されており、同様に、低インピーダンス線路19bは、オープンスタブ11bと低インピーダンス線路19bとオープンスタブ11cの3部分を併せた回路が、遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されており、また、低インピーダンス線路19cは、オープンスタブ11dと低インピーダンス線路19cとブランチスタブ17bの3部分を併せた回路が、遮断周波数fcにおいて特定の並列容量値を持つ並列容量回路としてはたらくように調整されている。なお、これらの調整は、主に、図７、８で示した各種線路の線路方向の物理長、線路幅により決まる特性インピーダンスを調整することにより行われる。

前記のように調整することにより、本実施の形態による高周波フィルタは、遮断周波数fcにおいて、図2に示した回路とほぼ等価となる。図2において、8は入出力端、9は並列容量回路、10は直列インダクタンス回路を示す。そして、それぞれ、図2における入出力端8a、8bと、図9における入出力端8a、8bが対応し、図2における直列インダクタンス回路10a、10bと、図9における高インピーダンス線路20a、20bが対応し、図2における並列容量回路9dと、図9において破線で囲んだ、ブランチスタブ17a、低インピーダンス線路19a、オープンスタブ11aを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9eと、図9において破線で囲んだ、オープンスタブ11b、11c、並列容量回路9bを併せた回路が対応し、図2における並列容量回路9fと、図9において破線で囲んだ、オープンスタブ11d、並列容量回路9c、ブランチスタブ17bを併せた回路が対応する。そして、図2の回路は、並列容量回路と直列インダクタンス回路が交互に縦続接続された回路となり、いわゆる、周波数fcを遮断周波数とする低域通過フィルタを構成する。つまり、この実施の形態３による高周波フィルタは、実施の形態2で説明した高周波フィルタにおいて、図６で示したオープンスタブ11a、11fを、それぞれ、図9におけるブランチスタブ17a、17bで構成したもので、遮断周波数fc近傍における特性は、前記実施の形態1、及び実施の形態2による高周波フィルタと同じである。

続いて、本実施の形態による高周波フィルタの通過特性について説明する。本実施の形態による高周波フィルタは、上記の説明から、遮断周波数fc近傍においては、前記実施の形態1、及び2による高周波フィルタと同じく、遮断周波数をfcとする低域通過フィルタの通過特性を有する。そして、遮断周波数fc近傍以外の周波数領域においては、図9におけるオープンスタブ11の各電気長が1/4波長となる周波数f₂、f₃ の奇数倍の周波数、及び、図9におけるブランチスタブ17の調整により減衰極を設定した周波数f_1a、f_1b、f_1cにおいて減衰極を有する。
つまり、この実施の形態３による高周波フィルタにより、遮断周波数fc近傍を通過帯域とし、その高低周波数両側に離散的に存在する周波数f_1a、f_1b、f_1c、f₂、f₃…において減衰極を有する、いわゆる、帯域通過フィルタの代替となりうる通過特性を有する高周波フィルタを得ることができる。図11にこの通過特性を実線で示す。なお、比較のため、図11に周波数fcを遮断周波数とする一般的な低域通過フィルタの通過特性を破線で示す。
このように、この実施の形態３による高周波フィルタでは、前記実施の形態2による高周波フィルタにおける6つのオープンスタブのうち、2つのオープンスタブの替わりにブランチスタブを適用することで、前記実施の形態2による高周波フィルタよりも、比較的任意な複数の周波数に減衰極を設定することを可能にしたものである。

なお、本実施の形態による高周波フィルタは、チップコンデンサ等の集中定数素子を適用せず分布定数線路のみで構成していることから、前記実施の形態2による高周波フィルタと同様に、低損失で特性ばらつきが小さく、且つ製作が容易で安価であるなどの利点がある。
また、本実施の形態による高周波フィルタでは、入力端と出力端の間に導体のギャップが存在しないので、前記実施の形態1、及び実施の形態2による高周波フィルタと同様に、共振器間の結合により構成される従来の帯域通過フィルタよりも耐電力性に優れる利点がある。
また、本実施の形態による高周波フィルタでは、従来の帯域通過フィルタでは適用している、通過帯域で共振する共振器を用いていないことから、前記実施の形態1、及び実施の形態2による高周波フィルタと同様に、従来の帯域通過フィルタよりも、通過帯域における損失を小さくすることができる。

なお、本実施の形態において例示した高周波フィルタでは、通過帯域の高周波数側に減衰極を有するように調整されたオープンスタブを4つ、適用し、各々の特性インピーダンスを等しくしているが、本実施の形態と同じ効果が得られるならば、適用するオープンスタブの個数を4つに限定する必要はなく、同様に、特性インピーダンスを等しくする必要はない。
また、本実施の形態による高周波フィルタでは、通過帯域の高低周波数両側に減衰極を有するように調整されたブランチスタブを2つ適用し、ブランチスタブの構成要素である幹スタブと枝スタブの特性インピーダンスを全て等しくしているが、本実施の形態と同じ効果が得られるならば、適用するブランチスタブの個数を2つに限定する必要はなく、同様に、幹スタブと枝スタブの特性インピーダンスを等しくする必要はない。
また、本実施の形態による高周波フィルタは、3つの並列容量回路と2つの直列インダクタンス回路と2つのブランチスタブと4つのオープンスタブによる組み合わせで構成しているが、本実施の形態と同じ効果が得られるならば、それぞれの数を3つ、2つ、2つ、4つに限定する必要はない。

実施の形態１における高周波フィルタの構成を説明する構成説明図である。実施の形態１における高周波フィルタの遮断周波数fcにおける等価回路である。この発明に係る高周波フィルタの通過特性を説明する特性図である。実施の形態２における高周波フィルタの構造を説明する斜視図である。実施の形態２における高周波フィルタの上面図である。実施の形態２による高周波フィルタを分布定数線路を用いて表した等価回路図である。実施の形態３における高周波フィルタの構造を説明する斜視図である。実施の形態３における高周波フィルタの上面図である。実施の形態３による高周波フィルタを分布定数線路を用いて表した等価回路図である。線路途中に１箇所の分岐点を持つブランチスタブの分布定数線路図である。実施の形態３の高周波フィルタの通過特性を説明する特性図である。従来の高周波フィルタの構成を説明する透過図である。従来の高周波フィルタの上面図である。従来の高周波フィルタの通過特性を説明する特性図である。

符号の説明

１接地導体、2 誘電体基板、3 ストリップ導体、4 入出力線路、5 低インピーダンス線路、6 高インピーダンス線路、7 オープンスタブ、8 入出力端、9 並列容量回路、10 直列インダクタンス回路、11 分布定数線路によるオープンスタブ、12 幹スタブ、13 枝スタブ、14 ブランチスタブ、15 分布定数線路による幹スタブ、16 分布定数線路による枝スタブ、17 分布定数線路によるブランチスタブ、18 並列接続部、19 分布定数線路による低インピーダンス線路、20 分布定数線路による高インピーダンス線路。

Claims

オープンスタブを有し所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する複数の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定の直列インダクタンスを呈する複数の直列インダクタンス回路と、を備え、入力端から出力端へ向かって前記並列容量回路、前記直列インダクタンス回路、前記並列容量回路の順に交互に奇数個が縦続接続され、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域の前記複数の並列容量回路に基づいて決まる複数の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタ。
誘電体基板の一方の面に地導体を設け、他方の面にストリップ導体を設けてマイクロストリップ線路型に形成した高周波フィルタであって、入力端と出力端に設けられ外部回路へ接続するための入出力線路と、前記入出力線路より線路幅の広い低インピーダンス線路それぞれと前記低インピーダンス線路の両端部にそれぞれ並列接続されたオープンスタブを有するスタブ回路からなり、所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する複数の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定のインダクタンスを呈し、前記入出力線路より線路幅の狭い複数の高インピーダンス線路と、を備え、前記入力端の入出力線路と前記出力端の入出力線路の間に前記入力端から前記出力端へ向かって前記低インピーダンス線路、前記高インピーダンス線路、前記低インピーダンス線路の順に交互に奇数個が縦続接続され、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域の前記複数の並列容量回路に基づいて決まる複数の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタ。
所定の遮断周波数においてそれぞれ所定の並列容量を呈する第１と第２と第３の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数においてそれぞれ所定の直列インダクタンスを呈する第１と第２の直列インダクタンス回路と、を備え、入力端から出力端へ向かって前記第１の並列容量回路、前記第１の直列インダクタンス回路、前記第２の並列容量回路、前記第２の直列インダクタンス回路、前記第３の並列容量回路の順に交互に縦続接続され、前記所定の遮断周波数より低い第１の周波数、前記遮断周波数より高い第２の周波数と第３の周波数に対して、前記第１の並列容量回路を、前記第１の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、前記第２の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、一端を接地した第１の容量、の並列接続で形成し、前記第２の並列容量回路を、前記第３の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ２本、一端を接地した第２の容量、の並列接続で形成し、前記第３の並列容量回路を、前記第１の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、前記第２の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、一端を接地した第３の容量、の並列接続で形成し、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域における前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の奇数倍の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタ。
誘電体基板の一方の面に地導体を設け、他方の面にストリップ導体を設けてマイクロストリップ線路型に形成した高周波フィルタであって、入力端と出力端に設けられ外部回路へ接続するための入出力線路と、前記入出力線路より線路幅の広い第１と第２と第３の低インピーダンス線路それぞれと前記第１と第２と第３の低インピーダンス線路の両端部にそれぞれ並列接続されたオープンスタブからなり、所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する第１と第２と第３の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定の直列インダクタンスを呈し、前記入出力線路より線路幅の狭い第１と第２の高インピーダンス線路と、を備え、前記入力端の入出力線路と前記出力端の入出力線路の間に前記入力端から前記出力端へ向かって前記第１の低インピーダンス線路、前記第１の高インピーダンス線路、前記第２の低インピーダンス線路、前記第２の高インピーダンス線路、前記第３の低インピーダンス線路の順に縦続接続され、前記所定の遮断周波数より低い第１の周波数、前記遮断周波数より高い第２の周波数と第３の周波数に対して、前記第１の並列容量回路を、前記第１の低インピーダンス線路、前記第１の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、前記第２の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブで形成し、前記第２の並列容量回路を、前記第２の低インピーダンス線路、前記第３の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ２本で形成し、前記第３の並列容量回路を、前記第３の低インピーダンス線路、前記第１の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ、前記第２の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブで形成し、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域における前記第１の周波数、前記第２の周波数、前記第３の周波数の奇数倍の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタ。
誘電体基板の一方の面に地導体を設け、他方の面にストリップ導体を設けてマイクロストリップ線路型に形成した高周波フィルタであって、入力端と出力端に設けられ外部回路へ接続するための入出力線路と、前記入出力線路より線路幅の広い第１と第２と第３の低インピーダンス線路それぞれと前記第１と第３の低インピーダンス線路それぞれの両端部にそれぞれ並列接続されたオープンスタブとブランチスタブ、前記第２の低インピーダンス線路の両端部にそれぞれ並列接続されたオープンスタブからなり、所定の遮断周波数において所定の並列容量を呈する第１と第２と第３の並列容量回路と、前記所定の遮断周波数において所定の直列インダクタンスを呈し、前記入出力線路より線路幅の狭い第１と第２の高インピーダンス線路と、を備え、前記入力端の入出力線路と前記出力端の入出力線路の間に前記入力端から前記出力端へ向かって前記第１の低インピーダンス線路、前記第１の高インピーダンス線路、前記第２の低インピーダンス線路、前記第２の高インピーダンス線路、前記第３の低インピーダンス線路の順に縦続接続され、前記ブランチスタブは前記第１と第３の低インピーダンス線路それぞれの端部に並列接続された幹スタブと、前記幹スタブの先に二股に接続した枝スタブでなり、前記幹スタブの前記第１と第３の低インピーダンス線路への並列接続部から見たときの前記ブランチスタブの入力サセプタンスが前記所定の遮断周波数より低い第１の周波数、前記遮断周波数より高い第２の周波数と第３の周波数にて発散するよう形成され、前記所定の遮断周波数より高い第４の周波数と第５の周波数に対して、前記第１の並列容量回路を前記第１の低インピーダンス線路と前記ブランチスタブと前記第４の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブとで形成し、前記第２の並列容量回路を前記第２の低インピーダンス線路と前記第５の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブ２本とで形成し、前記第３の並列容量回路を前記第３の低インピーダンス線路と前記ブランチスタブと前記第４の周波数にて電気長が１／４波長のオープンスタブとで形成し、前記所定の遮断周波数近傍を通過帯域とし、前記遮断周波数近傍以外の周波数領域における前記第１、第２、第３の周波数および前記第４、第５の周波数の奇数倍の周波数に減衰極が形成された帯域通過特性を有する高周波フィルタ。