JP2007267265A - 共振器およびフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の1/4波長共振器10,20の短絡端同士を接続導体8により導通し、その接続導体8に直流電圧印加端子4Cを接続して直流電圧を供給する。各1/4波長共振器はグランド電極に接続されていなくとも、共振時には一端が開放端、他端が交流的にゼロ電位となる。この共振時の性質を利用することで、一対の1/4波長共振器10,20の他端をグランド電極に接続することなく、共振時に等価的にインターディジタル結合がなされる。この場合、他端がグランド電極に接続されていないので、一対の1/4波長共振器10,20の他端(短絡端)間に直流電圧印加端子4Cを接続することで、電力がグランドで消費されることもなく、一対の1/4波長共振器10,20に直流電圧が供給される。
【選択図】図1
Description
なお、本発明による共振器において、「他端が共振時に短絡端として機能する」とは、他端がグランド電位に接続されているということではなく、共振時における電界分布をみたときに、他端が少なくとも共振時に交流的にゼロ電位となっていること(すなわち他端において共振時に共振周波数成分がゼロ電位となっていること)を意味する。この場合、直流的なバイアス電圧が印加されていたとしても、交流的にゼロ電位となっていれば短絡端として機能する。
また、「インターディジタル結合された一対の1/4波長共振器」とは、一方の1/4波長共振器の開放端と他方の1/4波長共振器の共振時における短絡端とが対向すると共に、一方の1/4波長共振器の共振時における短絡端と他方の1/4波長共振器の開放端とが対向するように配置されることで、互いに電磁結合された共振器のことをいう。
また、一対の1/4波長共振器が、インターディジタル結合された構成とされていることで、小型化が容易となる。ここで、一対の共振器をインターディジタル型で、かつ強く結合させると、インターディジタル結合させていないときの各共振器単体での共振周波数f0(例えば物理的な1/4波長の長さで決まる共振周波数)に対し周波数が高い第1の共振周波数f1で共振する第1の共振モードと、共振周波数f0よりも低い第2の共振周波数f2で共振する第2の共振モードとの2つのモードが現れ、共振周波数が2つに分離する。この場合において、物理的な長さに対応する共振周波数f0よりも周波数の低い第2の共振周波数f2を、共振器としての動作周波数に設定することで、動作周波数を共振周波数f0に設定した場合よりも小型化が図られる。例えば2.4GHz帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば8GHzに対応させた1/4波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを2.4GHz帯に対応させた1/4波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。また、周波数の低い第2の共振モードでは、各共振器に同方向に電流iが流れ、擬似的に導体厚みが増えることで、導体損失が少なくなる。
この構成の場合には、複数組の一対の1/4波長共振器における各1/4波長共振器がすべて同一方向に積層配置されるので、例えば複数組の一対の1/4波長共振器を平面方向に並列配置した場合に比べて省面積化しやすい。また、各1/4波長共振器がすべて同一方向に積層配置されていることで、一対の1/4波長共振器間の結合を強くしやすく、一対の平衡端子を接続したときに、広帯域な平衡信号がバランス特性に優れた状態で伝送される。
なお、本発明によるフィルタにおいて、「他端が共振時に短絡端として機能する」とは、他端がグランド電位に接続されているということではなく、共振時における電界分布をみたときに、他端が少なくとも共振時に交流的にゼロ電位となっていること(すなわち他端において共振時に共振周波数成分がゼロ電位となっていること)を意味する。この場合、直流的なバイアス電圧が印加されていたとしても、交流的にゼロ電位となっていれば短絡端として機能する。
また、「インターディジタル結合された一対の1/4波長共振器」とは、一方の1/4波長共振器の開放端と他方の1/4波長共振器の共振時における短絡端とが対向すると共に、一方の1/4波長共振器の共振時における短絡端と他方の1/4波長共振器の開放端とが対向するように配置されることで、互いに電磁結合された共振器のことをいう。
また、第1の共振器と第2の共振器とがそれぞれ、インターディジタル結合された一対の1/4波長共振器で構成とされていることで、小型化が容易となる。ここで、一対の1/4波長共振器をインターディジタル型で、かつ強く結合させると、物理的な1/4波長の長さで決まる共振周波数f0(インターディジタル結合させていないときの各1/4波長共振器単体での共振周波数)に対し周波数が高い第1の共振周波数f1で共振する第1の共振モードと、共振周波数f0よりも低い第2の共振周波数f2で共振する第2の共振モードとの2つのモードが現れ、共振周波数が2つに分離する。この場合において、物理的な長さに対応する共振周波数f0よりも周波数の低い第2の共振周波数f2を、フィルタとしての通過周波数(動作周波数)に設定することで、フィルタとしての通過周波数を共振周波数f0に設定した場合よりも小型化が図られる。例えば2.4GHz帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば8GHzに対応させた1/4波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを2.4GHz帯に対応させた1/4波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。また、周波数の低い第2の共振周波数f2で共振する第2の共振モードは、一対の1/4波長共振器で互いに逆相となる励振モードなので、バランス特性に優れたものとなる。また、周波数の低い第2の共振モードでは、各共振器に同方向に電流iが流れ、擬似的に導体厚みが増えることで、導体損失が少なくなる。
この構成の場合において、第2の共振器に接続された不平衡端子をさらに備え、第2の共振器における他の各一対の1/4波長共振器の短絡端同士を導通する他の接続導体と、接続導体に接続された基準電圧印加端子とをさらに備えていても良い。さらに、第2の共振器に対して上層または下層の少なくとも一方に配置され、第2の共振器の電磁波の外部への伝搬を防止する他のシールド電極をさらに備え、他のシールド電極が他の接続導体の機能を兼ねており、他のシールド電極を介して第2の共振器における他の各一対の1/4波長共振器の短絡端同士が導通されていても良い。
[第1の実施の形態]
図1は、本実施の形態に係る共振器の基本構成を示している。この共振器は、例えばアンテナやフィルタを構成する部品として用いることができる。この共振器は、一端が開放端とされ、他端が共振時に短絡端として機能することにより互いにインターディジタル結合された一対の1/4波長共振器10,20と、一対の1/4波長共振器10,20に接続された一対の平衡端子4A,4Bと、一対の1/4波長共振器10,20の他端(共振時における短絡端)同士を導通する接続導体8と、接続導体8に接続された直流電圧印加端子4Cとを備えている。一対の平衡端子4A,4Bには、図示しないIC等の外部の回路が接続される。
この共振器では、一対の1/4波長共振器10,20の短絡端同士が接続導体8により導通され、その接続導体8に直流電圧印加端子4Cが接続されて直流電圧が供給される。ここで、一対の1/4波長共振器10,20をインターディジタル結合させるためには通常、図2に示したように、各1/4波長共振器の一端を開放端、他端を短絡端にするために、他端をグランド電極に接続し、物理的にグランド電位に落としている。しかしながら、物理的にグランド電位に落とすと、直流電圧を供給したときに電力がグランドで消費されてしまい、負荷に電力が伝わらない。一方、上述したように各1/4波長共振器はグランド電極に接続されていなくとも、共振時には一端が開放端、他端が交流的にゼロ電位となる。本実施の形態では、この共振時の性質を利用することで、一対の1/4波長共振器10,20の他端をグランド電極に接続することなく、共振時に等価的にインターディジタル結合がなされる。この場合、他端がグランド電極に接続されていないので、一対の1/4波長共振器10,20の他端(短絡端)間に直流電圧印加端子4Cを接続することで、電力がグランドで消費されず、一対の1/4波長共振器10,20に直流電圧が供給される。これにより、一対の平衡端子4A,4Bに流れる平衡信号に対して直流的にバイアス電圧が印加され、一対の平衡端子4A,4Bを介して図示しない外部の回路に対して電源電圧の供給が可能となる。
Z=√(L/C) ……(2)
なお、√は、(L/C)全体の平方根を取ることを示す。
この場合において、周波数の低い第2の共振周波数f2を、動作周波数(フィルタとして構成した場合には通過周波数)に設定することで、第1の利点としてまず、動作周波数を共振周波数f0に設定した場合よりも共振器全体を小型化することができる。例えば2.4GHz帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば8GHzに対応させた1/4波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを2.4GHz帯に対応させた1/4波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。
f1>3f2
の条件を満たすことが好ましい。
周波数の低い第2の共振周波数f2をフィルタとしての通過周波数に設定する場合、入力信号の周波数帯域が第1の共振周波数f1に重なると周波数特性が悪化する。第1の共振周波数f1を入力信号の周波数帯域よりも高く設定することで、これが防止される。
[第1の実施の形態の具体的な構成例]
<第1の具体的な構成例>
<第2の具体的な構成例>
<第3の具体的な構成例>
<第4の具体的な構成例>
[第2の実施の形態]
このフィルタでは、不平衡端子3から入力された不平衡信号が、入力端と出力端との間の各共振器の作用により、第2の共振周波数f2を通過帯域としてフィルタリングされ、平衡信号として一対の平衡端子4A,4Bから出力される。
[第2の実施の形態の具体的な構成例]
<第1の具体的な構成例>
<第2の具体的な構成例>
<第3の具体的な構成例>
[その他の実施の形態]
Claims (13)
- 一端が開放端とされ、他端が共振時に短絡端として機能することにより互いにインターディジタル結合された一対の1/4波長共振器と、
前記一対の1/4波長共振器の一方の1/4波長共振器に一方の端子が接続されると共に、他方の1/4波長共振器に他方の端子が接続された一対の平衡端子と、
前記一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士を導通する接続導体と、
前記接続導体に接続された直流電圧印加端子と
を備えたことを特徴とする共振器。 - 前記一対の1/4波長共振器は、インターディジタル結合していないときの前記各1/4波長共振器の単体での共振周波数をf0としたとき、前記単体での共振周波数f0よりも高い第1の共振周波数f1で共振する第1の共振モードと前記単体での共振周波数f0よりも低い第2の共振周波数f2で共振する第2の共振モードとを有し、
かつ、動作周波数が、前記第2の共振周波数f2となっている
ことを特徴とする請求項1に記載の共振器。 - 前記直流電圧印加端子が、前記接続導体の機能を兼ねており、前記直流電圧印加端子を介して前記一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の共振器。 - 前記一対の1/4波長共振器に対して上層または下層の少なくとも一方に配置され、電磁波の外部への伝搬を防止するシールド電極をさらに備え、
前記シールド電極が前記接続導体の機能を兼ねており、前記シールド電極を介して前記一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の共振器。 - 前記一対の1/4波長共振器は、回転対称軸を有し全体として回転対称な構造とされ、
前記一対の平衡端子が、前記回転対称軸に対して互いに回転対称となる位置において前記一対の1/4波長共振器に接続されている
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の共振器。 - 前記一対の1/4波長共振器を複数組備え、
前記複数組の一対の1/4波長共振器が、互いに対向するように同一方向に積層配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の共振器。 - 一端が開放端とされ、他端が共振時に短絡端として機能することにより互いにインターディジタル結合された一対の1/4波長共振器を少なくとも1組有する第1の共振器と、
前記第1の共振器に接続された一対の平衡端子と、
前記第1の共振器における各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士を導通する接続導体と、
前記接続導体に接続された直流電圧印加端子と、
一端が開放端とされ、他端が少なくとも共振時に短絡端として機能することにより互いにインターディジタル結合された他の一対の1/4波長共振器を少なくとも1組有し、前記第1の共振器に電磁結合された第2の共振器と
を備えたことを特徴とするフィルタ。 - 前記第1の共振器における前記各一対の1/4波長共振器は、インターディジタル結合していないときの前記各1/4波長共振器の単体での共振周波数をf0としたとき、前記単体での共振周波数f0よりも高い第1の共振周波数f1で共振する第1の共振モードと前記単体での共振周波数f0よりも低い第2の共振周波数f2で共振する第2の共振モードとを有し、
かつ、前記第1の共振器と前記第2の共振器とが前記第2の共振周波数f2で電磁結合されている
ことを特徴とする請求項7に記載のフィルタ。 - 前記第1の共振器は、回転対称軸を有し全体として回転対称な構造とされ、
前記一対の平衡端子の一方の端子と他方の端子とが、前記回転対称軸に対して互いに回転対称となる位置において前記第1の共振器に接続されている
ことを特徴とする請求項7または8に記載のフィルタ。 - 前記第1の共振器に対して上層または下層の少なくとも一方に配置され、前記第1の共振器の電磁波の外部への伝搬を防止するシールド電極をさらに備え、
前記シールド電極が前記接続導体の機能を兼ねており、前記シールド電極を介して前記第1の共振器における前記各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されている
ことを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1項に記載のフィルタ。 - 前記第2の共振器に接続された不平衡端子をさらに備え、
前記第2の共振器における前記他の各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士を導通する他の接続導体と、
前記接続導体に接続された基準電圧印加端子とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項10に記載のフィルタ。 - 前記第2の共振器に対して上層または下層の少なくとも一方に配置され、前記第2の共振器の電磁波の外部への伝搬を防止する他のシールド電極をさらに備え、
前記他のシールド電極が前記他の接続導体の機能を兼ねており、前記他のシールド電極を介して前記第2の共振器における前記他の各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されている
ことを特徴とする請求項11に記載のフィルタ。 - 前記第1の共振器および前記第2の共振器に対して上層または下層の少なくとも一方に配置され、前記第1の共振器および前記第2の共振器の電磁波の外部への伝搬を防止する共通のシールド電極をさらに備え、
前記共通のシールド電極が前記接続導体の機能を兼ねており、前記共通のシールド電極を介して前記第1の共振器における前記各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されていると共に、前記第2の共振器における前記他の各一対の1/4波長共振器の前記短絡端同士が導通されている
ことを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1項に記載のフィルタ。
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