JP2007088545A - Tunable filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チューナブルフィルタに関し、特に、アクティブ素子を用いて中心周波数や帯域幅を電気的に調整するフィルタに関する。 The present invention relates to a tunable filter, and more particularly to a filter that electrically adjusts a center frequency and a bandwidth using an active element.
矩形導波管フィルタの中心周波数や帯域幅を調整する方法としては、空洞共振器内に調整ビスを挿入したり、空洞共振器の大きさを物理的に変化させるなど、手動による調整方法が一般的である。その一方、フィルタの調整を機械的又は電気的に行う方法が知られている。 As a method for adjusting the center frequency and bandwidth of the rectangular waveguide filter, manual adjustment methods such as inserting an adjustment screw in the cavity resonator or physically changing the size of the cavity resonator are generally used. Is. On the other hand, a method of adjusting a filter mechanically or electrically is known.
機械的な調整方法としては、モーターを用いて調整ビスの挿入量を制御するなどの方法がある。また、電気的な調整方法として、バラクタダイオード等の可変容量キャパシタを用い、外部からの電圧制御によって調整する方法がある。例えば、特許文献1には、フィンライン導波管上に複数個の電圧制御型強誘電バラクタを実装して構成されるチューナブルフィルタが提案されている。 As a mechanical adjustment method, there is a method of controlling the insertion amount of the adjustment screw using a motor. As an electrical adjustment method, there is a method of adjusting by external voltage control using a variable capacitor such as a varactor diode. For example, Patent Document 1 proposes a tunable filter configured by mounting a plurality of voltage-controlled ferroelectric varactors on a fin line waveguide.
このチューナブルフィルタは、導波管との接触によって接地され、2つの短絡端部フィンライン共振器を有する箔状銅プレートと、2つのプレートの間に、導波管とは絶縁され、バイアス電圧を印加するための箔状銅プレートとを、各々導波管中央部にE面と平行にして配置し、絶縁プレートと、その両側に配置される接地プレート間に強誘電バラクタを実装している。 The tunable filter is grounded by contact with the waveguide and is insulated from the waveguide between the two plates, a foil-like copper plate having two short-circuited fin-line resonators, and a bias voltage. A foil-like copper plate for applying a voltage is arranged in the center of the waveguide in parallel with the E plane, and a ferroelectric varactor is mounted between the insulating plate and the ground plate arranged on both sides thereof. .
しかし、空洞共振器内に調整ビスを挿入するなど、手動によってフィルタの調整を行うには、高度のノウハウが求められ、調整に要する作業時間、人件費が増大し、コスト削減の要求に対して限界があった。 However, in order to manually adjust the filter, such as by inserting an adjustment screw into the cavity resonator, advanced know-how is required, and the work time and labor cost required for the adjustment increase, and in response to the demand for cost reduction. There was a limit.
また、モーターを用いた機械的な調整を行うと、装置規模が大きくなり、装置の構成も複雑になる。また、機械制御を行うためには、外部からの電気的制御が必要となり、現実的な方法とはいえない。 Further, when mechanical adjustment using a motor is performed, the scale of the apparatus becomes large and the configuration of the apparatus becomes complicated. Moreover, in order to perform machine control, electrical control from the outside is required, which is not a realistic method.
以上のことから、アクティブ素子を用いた電気的な調整方法が最も待望されている。しかし、前記特許公報に記載のチューナブルフィルタについては、以下のような問題がある。すなわち、強誘電バラクタを構成するためには、約20〜2000の範囲における高い誘電率を有する材料が必要とされ、これらの材料は、手軽に入手し難く、高価であり、強誘電バラクタの開発にはコスト的な問題が生じる。また、周波数を可変とするに際し、300ボルトという高いバイアス電圧を必要とするため、装置に容易に搭載することができないという問題があった。 From the above, an electrical adjustment method using an active element is most desired. However, the tunable filter described in the patent publication has the following problems. That is, in order to construct a ferroelectric varactor, materials having a high dielectric constant in the range of about 20 to 2000 are required. These materials are not easily available, are expensive, and development of ferroelectric varactors. Cost problems arise. In addition, when making the frequency variable, a high bias voltage of 300 volts is required, so that there is a problem that it cannot be easily mounted on the apparatus.
そこで、本発明は、上記従来のチューナブルフィルタにおける問題点に鑑みてなされたものであって、電気的にフィルタの調整を行うにあたって、簡易な構成で、かつ安価で、装置に容易に搭載することのできるチューナブルフィルタを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the problems in the above-described conventional tunable filter, and is easily mounted in an apparatus with a simple configuration and at a low cost when the filter is electrically adjusted. An object of the present invention is to provide a tunable filter.
上記目的を達成するため、本発明は、チューナブルフィルタであって、2分割された矩形導波管と、該2分割された矩形導波管によって挟持され、共振器を備えた3層基板と、前記共振器内に実装されるアクティブ素子とを備え、前記3層基板の外部から、該3層基板の内層の線路パターンを通して、前記アクティブ素子にバイアス電圧を印加することにより、中心周波数又は/及び帯域幅を調整することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a tunable filter, a rectangular waveguide divided into two, and a three-layer substrate sandwiched between the two divided rectangular waveguides and provided with a resonator. An active element mounted in the resonator, and applying a bias voltage to the active element from the outside of the three-layer substrate through a line pattern on the inner layer of the three-layer substrate, And adjusting the bandwidth.
そして、本発明によれば、外部から基板の内層の線路パターンを通して、矩形導波管の共振器内に実装されるアクティブ素子にバイアス電圧を印加するため、簡易な構成で、かつ安価で、装置に容易に搭載することのできるチューナブルフィルタを提供することができる。 According to the present invention, since a bias voltage is applied to the active element mounted in the resonator of the rectangular waveguide through the line pattern on the inner layer of the substrate from the outside, the device is simple and inexpensive. It is possible to provide a tunable filter that can be easily mounted on the vehicle.
前記チューナブルフィルタにおいて、前記3層基板の内層の線路パターンを、前記バイアス電圧印加用の線路として利用することができる。 In the tunable filter, the line pattern of the inner layer of the three-layer substrate can be used as the line for applying the bias voltage.
前記チューナブルフィルタにおいて、前記アクティブ素子としてバラクタダイオードを用いることができる。市販品のバラクタダイオードを用いることにより、量産性に優れ、より安価なフィルタを提供することができるとともに、30V程度の低いバイアス電圧を用いることから装置への搭載が容易となる。 In the tunable filter, a varactor diode can be used as the active element. By using a commercially available varactor diode, it is possible to provide a filter that is excellent in mass productivity and cheaper, and uses a bias voltage as low as about 30 V, so that it can be easily mounted on the apparatus.
前記チューナブルフィルタにおいて、前記共振器を複数備え、該複数の共振器毎に独立したバイアス電圧印加用の線路を有するように構成することができる。共振器の個数を増加させることにより、遷移帯域幅をより狭くすることができ、シャープな特性を有するフィルタを提供することができる。 The tunable filter may be configured to include a plurality of the resonators and to have an independent bias voltage application line for each of the plurality of resonators. By increasing the number of resonators, the transition bandwidth can be further narrowed, and a filter having sharp characteristics can be provided.
また、前記バイアス電圧印加用の線路パターンに、導波路からそのバイアス線路に流れ込む高周波信号を減衰させ、外部への信号のリークを防ぐことを目的としたキャパシタ形成用のパターンを設けることによってローパスフィルタを構成することができる。尚、このキャパシタ形成用のパターンの大きさはフィルタの周波数に基づいて決定する。 Further, a low pass filter is provided by providing a pattern for forming a capacitor for the purpose of attenuating a high frequency signal flowing from the waveguide into the bias line and preventing leakage of the signal to the outside in the line pattern for applying the bias voltage. Can be configured. The size of the capacitor forming pattern is determined based on the filter frequency.
以上のように、本発明によれば、電気的にフィルタの調整を行うチューナブルフィルタにおいて、簡易な構成で、かつ安価で、装置に容易に搭載することのできるフィルタを提供することができる。 As described above, according to the present invention, in a tunable filter that electrically adjusts a filter, it is possible to provide a filter that can be easily mounted on a device with a simple configuration and at a low cost.
図1は、本発明にかかるチューナブルフィルタ(以下、「フィルタ」と略称する)の一実施の形態を示し、このフィルタは、大別して、ケース11と、カバー12と、3層基板13とで構成される、いわゆるバイラテラル・フィンライン形のフィルタである。ケース11及びカバー12の内部に、H面中央で分割された矩形導波路を有し、E面と平行にして3層基板13をそれらの間に挟み込む。
FIG. 1 shows an embodiment of a tunable filter (hereinafter abbreviated as “filter”) according to the present invention. This filter is roughly divided into a
上記3層基板13は、図2に示すように、表裏の層に、導波路202と直交する方向にセプタム206、207、208、209を備え、共振器203、204、205を形成する。
As shown in FIG. 2, the three-
図3は、上記3層基板13のバラクタダイオードを実装する部分218を拡大したものであって、共振器内のセプタム付近にラウンドパターン301、302、303が設けられる。バラクタダイオード304、305、306は、バイアス回路に対して逆方向に実装され、そのアノード側はセプタム(図2の参照番号206)上に、カソード側はラウンドパターン301、302、303に各々ハンダ付けされる。尚、バラクタダイオードに代えて、静電容量が可変の他のアクティブ素子を用いることもできる。
FIG. 3 is an enlarged view of a
図4は、上記3層基板13の内層を利用したバイアス電圧印加用の線路パターンである。内層のラウンドパターン403、404、405は、各々図3の基板表裏層のラウンドパターン301、302、303と、スルーホールによって電気的に接続される。また、基板端の内層のラウンドパターン406は、図2の基板端の表裏層のラウンドパターン214、215、216、217と各々スルーホールによって電気的に接続される。図1のケース11、カバー12は、3層基板13の表裏層のラウンドパターン214、215、216、217とは非接触とする。
FIG. 4 shows a line pattern for applying a bias voltage using the inner layer of the three-
3層基板13の内層にバイアス線路401を構成する際に、導波路より伝搬する高周波信号は、このバイアス線路を通ってフィルタの外部へリークしてしまう。このリークを防ぐための一般的な手法としては、バラクタダイオードの実装箇所から基板端までの線路長を1/4波長の長さとして、その実装箇所が導波路側から見たときにOPEN、すなわち入力インピーダンスが無限大となるように構成する。しかし、線路の長さは導波路の寸法形状、あるいは、ねじ止め等の機構的な要因によって1/4波長の長さよりも大きくなる場合がある。そこで、バイアス線路401の線路に、導波路より伝搬する高周波信号を減衰させるためのキャパシタを形成する線路パターン402を設け、3層基板13内においてローパスフィルタを形成することによって、高周波信号のリークを防ぐ構成とする。
When the
以上の構成により、フィルタの各共振器203〜205内のバラクタダイオード304〜306に、外部から、独立したバイアスポート210、211、212、213を通してバイアス電圧を印加することが可能となり、このバイアス電圧を制御し、バラクタダイオード304〜306の容量を変化させることによって、フィルタの中心周波数や帯域幅を電気的に簡単に調整することができる。
With the above configuration, a bias voltage can be applied to the
図5は、本発明の一実施の形態の特性例を示すグラフである。曲線51、53は、各々バイアス電圧を0ボルトとしたときの挿入損失、反射損失を表わす。曲線52、54は、各々バイアス電圧を25ボルトとしたときの挿入損失、反射損失を表わす。ここで、曲線51、52については、左側の縦軸の目盛りを適用し、曲線53、54については、右側の縦軸の目盛りを適用する。同図に示されるように、30V程度の低いバイアス電圧によって、中心周波数を可変とすることができる。
FIG. 5 is a graph showing an example of characteristics of an embodiment of the present invention.
11 ケース
12 カバー
13 3層基板
202 導波路
203、204、205 共振器
206、207、208、209 セプタム
210、211、212、213 バイアスポート
214、215、216、217 ラウンドパターン(基板表面端のバイアス電圧印加用線路パターン)
218 バラクタダイオードを実装する部分
301、302、303 (バラクタダイオード実装用の)ラウンドパターン
304、305、306 バラクタダイオード
401 バイアス線路
402 キャパシタ形成用パターン
403、404、405 ラウンドパターン(バラクタダイオード実装用のラウンドとのスルーホール接続用のパターン)
406 ラウンドパターン(基板表面端のバイアス線路とのスルーホール接続用のパターン)
51 0ボルトバイアス電圧に対する挿入損失
52 25ボルトバイアス電圧に対する挿入損失
53 0ボルトバイアス電圧に対する反射損失
54 25ボルトバイアス電圧に対する反射損失
11
218 Part for mounting
406 Round pattern (Pattern for through-hole connection with bias line on substrate surface edge)
520 Insertion loss for 0
Claims (5)
該2分割された矩形導波管によって挟持され、共振器を備えた3層基板と、
前記共振器内に実装されるアクティブ素子とを備え、
前記3層基板の外部から、該3層基板の内層の線路パターンを通して、前記アクティブ素子にバイアス電圧を印加することにより、中心周波数又は/及び帯域幅を調整することを特徴とするチューナブルフィルタ。 A rectangular waveguide divided into two;
A three-layer substrate sandwiched between the two divided rectangular waveguides and provided with a resonator;
An active element mounted in the resonator,
A tunable filter characterized by adjusting a center frequency or / and a bandwidth by applying a bias voltage to the active element from the outside of the three-layer substrate through a line pattern of an inner layer of the three-layer substrate.
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