JP2007072590A - Bandpass filter design support system, method for designing bandpass filter, and bandpass filter design support program - Google Patents
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本発明は、UWB無線通信システムに適用して好適なバンドパスフィルタの設計を支援する設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムに関する。 The present invention relates to a design support system, a bandpass filter design method, and a bandpass filter design support program that support the design of a bandpass filter suitable for application to a UWB wireless communication system.
近年、数百メガビット/秒の高速通信速度を実現するUWB(Ultra Wideband)無線通信システムの実用化に向けての検討が精力的に進められているが、UWB無線通信システムにおいて伝送される信号は、広帯域の周波数成分を有するために、既存の通信サービスの信号と干渉する可能性がある。このような背景から、UWB無線通信システムでは、放射レベルを規制するために、バンドパスフィルタを使用する必要がある。
しかしながら、現在までの所、マイクロ波帯等の高周波領域で利用可能なバンドパスフィルタについての報告例はあるが(上記特許文献1を参照)、UWB無線通信システムに適用することができるような、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍において急峻な減衰特性を呈するバンドパスフィルタについての報告例は少なく、また、バンドパスフィルタの特性を容易に調整できるものについての報告例は見受けられない。このような背景から、UWB無線通信システムに適用して好適なバンドパスフィルタの設計を支援するシステム及び設計方法の提供が急務になっている。 However, so far, there is a report example of a bandpass filter that can be used in a high frequency region such as a microwave band (see Patent Document 1), but it can be applied to a UWB wireless communication system, There are few reported examples of bandpass filters that exhibit a wide bandpass band characteristic and a steep attenuation characteristic near the passband, and there are no reported examples of those that can easily adjust the characteristics of the bandpass filter. Under such circumstances, there is an urgent need to provide a system and a design method that support the design of a bandpass filter suitable for application to a UWB wireless communication system.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍における急峻な減衰特性を呈するバンドパスフィルタを設計可能なバンドパスフィルタの設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to support design of a bandpass filter capable of designing a bandpass filter exhibiting a wide passband characteristic and a steep attenuation characteristic in the vicinity of the passband. To provide a system, a bandpass filter design method, and a bandpass filter design support program.
本願発明の発明者らは、精力的な研究を重ねてきた結果、分布定数線路により形成されたスタブ部の側面に分布定数線路により形成されたタップ部を接続することにより構成された共振器を分布定数線路によって多段接続し、これら分布定数線路の特性インピーダンスや線路長等のパラメータを変化させることにより、通過帯域幅及び通過帯域近傍における減衰極の位置を制御できることを知見した。さらに、分布定数線路に分布定数タップ型の共振器を接続した場合、共振器を複数にしても特性としては単純な足し合わせになることについても知見した。 As a result of intensive research, the inventors of the present invention have developed a resonator configured by connecting a tap portion formed by a distributed constant line to a side surface of a stub portion formed by a distributed constant line. It was found that by connecting multiple stages with distributed constant lines and changing parameters such as characteristic impedance and line length of these distributed constant lines, the passband width and the position of the attenuation pole in the vicinity of the passband can be controlled. Furthermore, it has also been found that when a distributed constant tap type resonator is connected to the distributed constant line, even if a plurality of resonators are used, the characteristic is simply added.
このような知見から想到された本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援システムの一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計を支援するバンドパスフィルタの設計支援システムであって、第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリと、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択し、選択された共振器を第3の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する制御部とを備える。 One aspect of the design support system for a bandpass filter according to the present invention conceived from such knowledge is a bandpass filter that outputs only a signal in a desired frequency band from an output end among signals input to an input end. A band-pass filter design support system for supporting the design of the second distributed constant line connected to the first distributed constant line in a region other than the tap portion and the end formed by the first distributed constant line A resonator library for storing data of a plurality of structural models of a resonator including a stub portion formed by the method, a data of a relationship of a resonator characteristic with respect to a parameter of a distributed constant line for each structural model, and a bandpass filter According to the input of the required specification, the resonator satisfying the required specification is selected with reference to the resonator library, and the selected resonator is selected as the third distributed constant. The band-pass filters connected in multiple stages between input and output ends by the road virtually constructed to simulate the characteristics of the band-pass filter, and a control unit for outputting a simulation result.
また、本発明に係るバンドパスフィルタの設計方法の一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計方法であって、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択するステップと、選択された共振器を第3の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションするステップと、シミュレーションの結果を参照してバンドパスフィルタを設計するステップとを有する。 In addition, one aspect of the design method of the bandpass filter according to the present invention is a design method of a bandpass filter that outputs only a signal in a desired frequency band from the output end among the signals input to the input end, In response to the input of the required specification of the bandpass filter, the tap portion formed by the first distributed constant line and the second distributed constant line connected to the first distributed constant line in a region other than the end portion Refer to the resonator library that stores the data of multiple structural models of the resonator consisting of the formed stub part and the data of the relationship of the resonator characteristics to the parameters of the distributed constant line for each structural model. A step of selecting a satisfactory resonator, and a band-pass filter in which the selected resonator is connected in multiple stages between the input end and the output end by a third distributed constant line are virtually configured, It has a step of simulating the characteristic of the band-pass filter, and a step of designing a band-pass filter with reference to the results of the simulation.
また、本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援プログラムの一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計支援プログラムであって、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択する処理と、選択された共振器を第3の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する処理とをコンピュータに実行させる。 In addition, one aspect of the bandpass filter design support program according to the present invention is a bandpass filter design support program that outputs only a signal of a desired frequency band from the output terminal among the signals input to the input terminal. The second distributed constant connected to the first distributed constant line in a region other than the tap portion and the end formed by the first distributed constant line in response to the input of the required specification of the bandpass filter Requested by referring to a resonator library that stores data of multiple structural models of resonators composed of stubs formed by lines, and data on the relationship of resonator characteristics to distributed constant line parameters for each structural model A process of selecting a resonator satisfying the specifications and a bandpass filter in which the selected resonator is connected in multiple stages between the input end and the output end by a third distributed constant line are temporarily installed. To configure, simulate the characteristics of the bandpass filter, to perform the process of outputting the simulation results to a computer.
本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムによれば、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍における急峻な減衰特性を有する所望の特性のバンドパスフィルタを容易に設計することができる。 According to the bandpass filter design support system, the bandpass filter design method, and the bandpass filter design support program according to the present invention, a desired characteristic having a wideband passband characteristic and a steep attenuation characteristic in the vicinity of the passband. The bandpass filter can be easily designed.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となるフィルタ設計支援システムの構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of a filter design support system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔フィルタ設計支援システムの構成〕
本発明の実施形態となるフィルタ設計支援システム1は、図1に示すように、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置により構成されるフィルタ設計支援装置2と、キーボードやマウスポインタ等の入力装置3と、ディスプレイ装置やプリンタ装置等の出力装置4と、公知の情報記憶装置により構成される共振器ライブラリ5及び素子ライブラリ6とを主な構成要素として備える。
[Configuration of filter design support system]
As shown in FIG. 1, a filter
上記フィルタ設計支援装置2は、CPU(Central Processing Unit)7が、ROM(Read Only Memory)8内に記憶されているコンピュータプログラムをRAM(Random Access Memory)9にロードし、ロードされたコンピュータプログラムを実行することにより、バンドパスフィルタの設計を支援するための各種処理を実行する。なお、本実施形態では、ROM8内には、後述するフィルタ設計支援処理において回路シミュレーション及び電磁界シミュレーションを実行するための公知の回路シミュレーションプログラム10及び電磁界シミュレーションプログラム11が記憶されている。
In the filter
上記共振器ライブラリ5は、減衰極の位置,実現数,帯域幅,及び周波数帯によって複数種類の共振器のデータを分類,記憶している。より具体的には、本実施形態では、共振器ライブラリ5は、図2に示すように、両端開放モデル,両端接地モデル,片端接地モデル等の分布定数タップ結合共振器の構造モデルと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係とを記憶している。
The
なお、上記分布定数タップ結合共振器とは、図2に示すように、第1の分布定数線路により形成されたタップ部15と、端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部16とから成り、バンドパスフィルタの入力端と出力端とを結ぶ第3の分布定数線路にタップ部15を介して接続される共振器を意味する。また、両端開放モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部16の両端部が開放されている共振器を意味する。
As shown in FIG. 2, the distributed constant tap coupled resonator includes a
また、両端接地モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部16の両端部が接地されている共振器を意味する。また、片端接地モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部16の一方の端部が接地されている共振器を意味する。また、本実施形態では、分布定数線路のパラメータとは、タップ部15及びスタブ部16を形成する分布定数線路の線路長,線路幅,及び特性インピーダンスを意味する。また、共振器特性とは、共振器の減衰特性(S21)及び入力リアクタンス特性(Xin)を意味し、入力リアクタンス特性が0となる周波数を抽出することにより減衰極の位置(周波数)を確認することができる。
Also, the distributed constant tap coupled resonator of the both-end grounded model means a resonator in which both ends of the
上記素子ライブラリ6は、共振器を接続する素子に関する情報を格納する。なお、詳しくは後述するが、本実施形態では、フィルタ設計支援装置2は、入力端と出力端の間において共振器を第3の分布定数線路によって多段接続することによりバンドパスフィルタを仮想的に構成するので(図4参照)、素子ライブラリ6には、第3の分布定数線路のパラメータ(線路長,線路幅,特性インピーダンス等)に関する情報が格納されている。
The
そして、このような構成を有するフィルタ設計支援システム1では、フィルタ設計支援装置2が以下に示すフィルタ設計支援処理を実行することにより、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍において急峻な減衰特性をバンドパスフィルタを設計可能にする。以下、図に示すフローチャートを参照して、このフィルタ設計支援処理を実行する際のフィルタ設計支援装置2の動作について説明する。
In the filter
〔フィルタ設計支援処理〕
図3に示すフローチャートは、オペレータが入力装置3を介してフィルタ設計支援装置2にフィルタ設計支援処理の実行指示を入力するのに応じて開始となり、フィルタ設計支援処理はステップS1の処理に進む。
[Filter design support processing]
The flowchart shown in FIG. 3 starts when the operator inputs an execution instruction for the filter design support process to the filter
ステップS1の処理では、フィルタ設計支援装置2が、中心周波数,通過帯域の下限周波数と上限周波数,帯域外抑圧の周波数帯域(低域側,高域側),帯域外抑圧の抑圧レベル(低域側,高域側),減衰極周波数の配置位置と個数(低域側,高域側)等のバンドパスフィルタの要求仕様の入力をオペレータに促す。そして、オペレータが入力装置3を介して要求仕様を入力するのに応じて、フィルタ設計支援装置2はフィルタ設計支援処理をステップS2の処理に進める。
In the process of step S1, the filter
ステップS2の処理では、フィルタ設計支援装置2が、共振器ライブラリ5を参照して、ステップS1の処理により入力された要求仕様を満たす共振器の種類と数,分布定数線路の構造(マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路),製作精度のばらつきに伴う回路定数の範囲,基板の詳細(誘電率,大きさ,単層又は多層)を決定する。なお、分布定数線路の構造、回路定数の範囲,及び基板の詳細についての情報は、フィルタ設計支援装置2内部に予め記憶されている、又はフィルタ設計支援処理を実行する際にオペレータが指定するものとする。これにより、ステップS2の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the filter
ステップS3の処理では、フィルタ設計支援装置2が、素子ライブラリ6を参照して、ステップ2の処理により決定した基板に第3の分布定数線路を配置し、第3の分布定数線路にステップS2の処理により決定した共振器を接続することによりバンドパスフィルタを仮想的に構成する。このような処理によれば、例えば図4に示すようなバンドパスフィルタ21が仮想的に構成される。なお、図4に示すバンドパスフィルタ21は、誘電体基板22と、この誘電体基板22上に形成された入力伝送線路23と出力伝送線路24とを結ぶ分布定数線路(第3の分布定数線路)25a,25b,25cと、端部において分布定数線路25a,25b,25cに接続された第1の分布定数線路から成るタップ部26a,26b,26c,26d及び端部以外の領域でタップ部26a,26b,26c,26dと接続された第2の分布定数線路から成るスタブ部27a,27b,27c,27dを有する共振器を備え、入力伝送線路23と出力伝送線路24の間に4つの共振器が分布定数線路25a,25b,25cによって多段接続(多段結合)されている構成を有する。そして、このバンドパスフィルタ21は、入力伝送線路23に信号が入力されるのに応じて、共振器が通過帯域に対応する周波数で共振することにより、所望の周波数帯域の信号のみを出力伝送線路24から出力する。これにより、ステップS3の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップS4の処理に進む。
In the process of step S3, the filter
ステップS4の処理では、フィルタ設計支援装置2が、ステップS3の処理により仮想的に構成されたバンドパスフィルタの回路シミュレーション及び電磁界シミュレーションを実行する。これにより、ステップS4の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップS5の処理に進む。
In the process of step S4, the filter
ステップS5の処理では、フィルタ設計支援装置2が、ステップS4のシミュレーション結果を参照してバンドパスフィルタが要求仕様を満たしているか否かを判別する。そして、判別の結果、要求仕様を満たしていない場合には、フィルタ設計支援装置2は、ステップS6の処理として分布定数線路の幅,長さ,特性インピーダンスを変更した後、フィルタ設計支援処理をステップS3の処理に戻す。
In step S5, the filter
具体的には、フィルタ設計支援装置2は、図4に示す分布定数線路25aの線路幅を変更し、図5の破線に示すような線路幅の変化に伴う反射特性の変化を参照して反射特性が要求仕様を満たすようにする。なお、図5から明らかなように、反射特性が要求仕様を満たすようにすることにより、通過帯域の減衰特性も改善され小さくなっていることがわかる。
Specifically, the filter
一方、要求仕様を満たしている場合、フィルタ設計支援装置2は、仮想的に構築したバンドパスフィルタの構造情報を出力装置4に出力した後、一連のフィルタ設計支援処理を終了する。そして以後、オペレータは、出力された構造情報を参照してバンドパスフィルタを実際に製作する。
On the other hand, if the required specifications are satisfied, the filter
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made by the present inventors was described, this invention is not limited by the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the scope of the present invention.
1:フィルタ設計支援システム
2:フィルタ設計支援装置
3:入力装置
4:出力装置
5:共振器ライブラリ
6:素子ライブラリ
7:CPU
8:ROM
9:RAM
10:回路シミュレーションプログラム
11:電磁界シミュレーションプログラム
1: Filter design support system 2: Filter design support device 3: Input device 4: Output device 5: Resonator library 6: Element library 7: CPU
8: ROM
9: RAM
10: Circuit simulation program 11: Electromagnetic field simulation program
Claims (4)
第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリと、
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、前記共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択し、選択された共振器を第3の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する制御部と
を備えることを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援システム。 A bandpass filter design support system that supports the design of a bandpass filter that outputs only a signal in a desired frequency band from an output end among signals input to an input end,
A plurality of structural models of a resonator comprising a tap portion formed by a first distributed constant line and a stub portion formed by a second distributed constant line connected to the first distributed constant line in a region other than the end portion And a resonator library for storing data on the relationship of the resonator characteristics to the parameters of the distributed constant line for each structural model,
In response to the input of the required specifications of the bandpass filter, the resonator library is selected with reference to the resonator library, and the selected resonator is input by the third distributed constant line. A band-pass filter having a multi-stage connection between the output end and the output end, a controller that simulates the characteristics of the band-pass filter and outputs a simulation result. Support system.
前記制御部は、前記シミュレーションの結果、バンドパスフィルタの特性が要求仕様を満足しない場合、第1乃至第3の分布定数線路のいずれかのパラメータを変更し、バンドパスフィルタの特性が要求仕様を満足するまで繰り返しシミュレーションを実行することを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援システム。 A design support system for a bandpass filter according to claim 1,
If the characteristic of the bandpass filter does not satisfy the required specification as a result of the simulation, the control unit changes any of the parameters of the first to third distributed constant lines, and the characteristic of the bandpass filter satisfies the required specification. A design support system for a band-pass filter, which performs simulation repeatedly until satisfied.
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択するステップと、
選択された共振器を第3の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションするステップと、
前記シミュレーションの結果を参照してバンドパスフィルタを設計するステップと
を有することを特徴とするバンドパスフィルタの設計方法。 A method for designing a band-pass filter that outputs only a signal in a desired frequency band from an output end among signals input to an input end,
The second distributed constant line connected to the first distributed constant line in a region other than the tap portion and the end formed by the first distributed constant line in response to the input of the required specifications of the bandpass filter Requested by referring to a resonator library that stores data of a plurality of structural models of a resonator composed of stub portions formed by the above and data of the relationship of the resonator characteristics to the parameters of the distributed constant line for each structural model. Selecting a resonator that satisfies the specifications; and
Virtually configuring a bandpass filter in which the selected resonator is connected in multiple stages between the input end and the output end by a third distributed constant line, and simulating the characteristics of the bandpass filter;
And a step of designing a bandpass filter with reference to a result of the simulation.
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第1の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第1の分布定数線路と接続する第2の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択する処理と、
選択された共振器を第3の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援プログラム。 A design support program for a bandpass filter that outputs only a signal in a desired frequency band from an output end among signals input to an input end,
A second distributed constant line connected to the first distributed constant line in a region other than the tap portion and the end formed by the first distributed constant line in response to the input of the required specifications of the bandpass filter. Requested by referring to a resonator library that stores data of a plurality of structural models of a resonator composed of stub portions formed by the above and data on the relationship of the resonator characteristics to the parameters of the distributed constant line for each structural model. A process of selecting a resonator that satisfies the specifications;
A band-pass filter in which the selected resonator is connected in multiple stages between the input end and the output end by a third distributed constant line is virtually configured, the characteristics of the band-pass filter are simulated, and the simulation result is output. Processing,
A program for supporting the design of a band-pass filter, characterized in that a computer is executed.
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