JP2008278109A

JP2008278109A - 高周波回路

Info

Publication number: JP2008278109A
Application number: JP2007118129A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nagaishi; 昌之永石; Kensuke Murata; 健介村田; Tomoyuki Abe; 智之阿部; Hiroyuki Tsuboi; 宏之坪井
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】低周波伝送線路からの高周波信号の出力を抑制するフィルタ構造を備えた高周波回路を提供する。
【解決手段】所望の周波数の高周波信号を主に伝送する高周波伝送線路と、高周波伝送路に直流信号または低周波信号を入力、又は高周波伝送線路から直流信号又は低周波信号を取り出すための低周波伝送線路と、を有する高周波回路において、前記高周波伝送線路と低周波伝送線路との間に、低周波伝送線路への高周波信号の侵入を抑制するための一端が開放されたスタブであるオープンスタブを少なくとも２つ以上備えたフィルタ回路を有することを特徴とする高周波回路が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号の伝送を行う高周波回路に関する。

高周波回路において、単に高周波信号を伝送する目的の高周波回路と、電子部品等を用いて高周波信号に対して信号処理を行う回路もある。例えば、発振器の様に高周波信号を増幅するためにトランジスタやＦＥＴを搭載する回路や、ミキサ回路のようにダイオード等を用いてミキシングを行う回路もあった。

上記のような回路においては、高周波伝送線路上に配置した電子部品に対して電源を供給したり、また信号を出力するために高周波回路に対して、直流や低周波信号の入出力を行うための低周波伝送線路を設置する必要があった。

そのために、低周波伝送線路に対しては、低周波伝送線路に接続される外部回路に高周波信号が侵入しないようにフィルタ回路を設けて高周波信号の侵入を防止し、外部回路のＳ／Ｎ比の確保、及び誤動作の防止を行っていた。

例えば、参考文献１のように、低周波伝送線路において、ショートスタブと、ＬＣによる共振回路との組み合わせを構成することが記載されている。
特開２００４−３２０６６９号公報

しかしながら、高周波伝送線路を伝送する高周波信号は、所望の周波数の高周波信号のみではなく、例えば所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）のような高周波信号も伝送されるものであり、従来のフィルタ回路のみでは低周波伝送線路から外部への高周波信号の出力を抑制することが困難であった。

そこで、本発明は、低周波伝送線路からの高周波信号の出力を抑制するフィルタ構造を備えた高周波回路を提供する。

本発明の一態様によれば、所望の周波数の高周波信号を主に伝送する高周波伝送線路と、
高周波伝送路に直流信号または低周波信号を入力、又は高周波伝送線路から直流信号又は低周波信号を取り出すための低周波伝送線路と、を有する高周波回路において、前記高周波伝送線路と低周波伝送線路との間に、低周波伝送線路への高周波信号の侵入を抑制するための、一端が開放されたスタブであるオープンスタブを少なくとも２つ以上備えたフィルタ回路を有することを特徴とする高周波回路が提供される。

また、本発明の一態様によれば、前記フィルタ回路は、前記高周波伝送線路と一端を接続する中継伝送線路と、前記中継伝送線路の他端と接続される分岐回路を備え、前記分岐回路には一端が開放された第一オープンスタブと、分岐伝送線路とが接続され、前記分岐伝送線路は低周波伝送線路に接続されており、前記分岐伝送線路は一端が開放された第二オープンスタブを少なくとも１つ以上備えていることを特徴とする高周波回路が提供される。

また、本発明の一態様によれば、前記中継伝送線路は、前記高周波伝送線路に対して高インピーダンスとなる線路幅であることを特徴とする高周波回路が提供される。

前記分岐伝送線路は、前記高周波伝送線路に対して高インピーダンスとなる幅であることを特徴とする高周波回路が提供される。

また、本発明の一態様によれば、前記中継伝送線路と高周波伝送線路との接続面から、前記第一オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号が中継伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記中継伝送線路と第一オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする高周波回路が提供される。

また、本発明の一態様によれば、前記中継伝送線路と高周波伝送線路との接続面から、前記第二オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）が中継伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記分岐伝送線路と第二オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする高周波回路が提供される。

また、本発明の一態様によれば、前記分岐回路と分岐伝送線路との接続面から、前記第二オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）が分岐伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記分岐伝送線路と第二オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする高周波回路が提供される。

本発明によれば、高周波伝送線路を伝送する所望の周波数の高周波信号の低周波伝送線路への侵入を抑制するだけでなく、ｎ次高調波に対しても低周波伝送線路への侵入を抑制することが可能となるため、低周波伝送線路に接続される外部回路に対して高周波信号を伝送させないので、外部回路のＳ／Ｎ比の向上や、駆動の不具合の発生を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に本発明の高周波回路の概略構成図を示す。本発明の高周波回路は、所望の周波数の高周波信号を主に伝送する高周波伝送線路１と、高周波伝送線路１に直流信号又は低周波信号を入力、又は高周波伝送線路１から直流信号又は低周波信号を取り出す低周波伝送線路２と、高周波伝送線路１と低周波伝送線路２との間に、低周波伝送線路への高周波信号の侵入を抑制するための一端が開放されたスタブであるオープンスタブを少なくとも２つ以上備えたフィルタ回路３を有する構成となっている。

更に、上記フィルタ回路３は、高周波伝送線路１と一端を接続する中継伝送線路４と、中継伝送線路４の多端と第一オープンスタブ５とを接続する分岐回路１０から分岐された分岐伝送線路６と、分岐伝送線路６に少なくとも１つ以上接続された、一端が開放された第二オープンスタブ７とによって構成されており、分岐伝送線路６と第二オープンスタブ７との接続面近傍から低周波伝送線路２が分岐された構成となっている。

ここで、上記直流信号とは、周期的な振幅を持たない信号であり、上記低周波信号とは、高周波伝送線路１を伝送する信号よりも極端に周波数が低い信号であり、例えば高周波伝送線路１上をギガヘルツ単位の信号が伝送する場合には、低周波信号はヘルツ、キロヘルツ単位の信号である。

上記フィルタ回路３について詳細に説明する。図２にフィルタ回路３の上面図を示す。
本発明の高周波回路において、フィルタ回路３は、従来実施されていた高周波伝送線路１を伝送する所望の周波数の高周波信号を低周波伝送線路２へ侵入させない機能の他に、所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）についても低周波伝送線路２へ侵入させない機能を有するものである。ここで、中継伝送線路４と第一オープンスタブ５の長さで、高周波伝送線路１と中継伝送線路４との接続面において高周波信号が流れない状況を作り出す必要がある。そこで、第一オープンスタブ５は一端が開放となっているため、高周波伝送線路１と中継伝送線路４との接続面から第一オープンスタブ５の開放端までの長さの合計Ｌが、所望の周波数が伝送線路を流れる際の波長をλｇとした場合に、およそ（λｇ／２）の整数倍の長さとすることで、高周波伝送線路１と中継伝送線路４との接続面において、所望の周波数信号に対して仮想の開放状態を作成することが可能となるため、中継伝送線路４への所望の周波数の高周波信号を侵入させないので、フィルタ回路３と接続する外部回路に対して高周波信号を出力せず、外部回路のＳ／Ｎ比の向上や、駆動の不具合の発生を抑制することが可能となる。

ここで、所望の周波数の高周波信号を抑制するための中継伝送線路４及び第一オープンスタブ５の形状であるが、長さＬによって所望の周波数の高周波信号に対して開放状態を作成しても、製造誤差等により長さＬを厳密に確保できない可能性があるため、完全に開放状態を作成することは容易ではない。そこで、所望の周波数の高周波信号が中継伝送線路４に侵入しにくい構造を取るのが望ましい。その構造としては、高周波伝送線路１と接続される中継伝送線路４の伝送線路幅Ｗ１を狭くして、高周波伝送線路１に対して高インピーダンスの負荷を持たせることである。このように高周波伝送線路１に対して高インピーダンスの負荷を持たせることで、所望の高周波信号はインピーダンスが低い高周波伝送線路１を流れるようになるため、長さによって所望の周波数の高周波信号が完全な開放状態にならない場合においても、所望の高周波信号の侵入を抑制することが可能となる。

また、上記のように高インピーダンスの負荷を維持する中継伝送線路４を作成した場合、伝送線路の幅Ｗ１が狭くなるため、波長Ｌ１が長くなる傾向にある。高周波回路においては、周囲の回路との空間結合の回避や、ある面積への回路の収納を考慮すると伝送線路の長さを確保できない場合がある。その場合には、中継伝送線路４に接続される第一オープンスタブ５の幅Ｗ２を広くする（インピーダンスを下げる）ことで波長を短くし、第一オープンスタブ５の長さＬ２を短くすることが可能となるため、この２つの伝送線路の幅Ｗ１、Ｗ２、長さＬ１、Ｌ２を調整し、所望の周波数の高周波信号に対して開放状態となる線路長Ｌを確保しつつ小型化することが可能となる。

ここで、上記のように所望の周波数の高周波信号に対して侵入を抑制するように中継伝送線路４及び第一オープンスタブ５の長さを設定した場合で、その後段に分岐伝送線路６及び第二オープンスタブ７を設けない場合においては、図３のように、高周波伝送線路１から低周波伝送線路２への高周波信号の通過特性を確認すると、所望の周波数（本実施励では１０．５ＧＨｚ）に対しては低周波伝送線路２へほとんど通過しないが、ｎ次高調波に対しては低周波伝送線路２へ通過することが確認出来る。通常、所望の周波数に対して通過特性を低減させると、単に波長がｎ倍されているｎ次高調波に対しても通過特性が低減する。しかしながら、ｎ次高調波の高周波伝送線路１上での波長が、単に所望の周波数の高周波伝送線路１上での波長のｎ分の１ではなく、波長が変動しているために、所望の周波数に対して通過特性を低減させても、ｎ次高調波は低周波伝送線路２へ侵入してしまう。そのため、外部回路にｎ次高調波が流出して、接続機器や周辺機器への障害が発生する可能性がある。

そこで、本発明においては、このｎ次高調波に対しても外部回路への流出を抑制するためのフィルタ回路３の構成を示す。
図４に分岐伝送線路６及び第二オープンスタブ７の詳細について説明する。分岐伝送線路６は、中継伝送線路４と第一オープンスタブ５とを接続する接合回路１０に接続している。その際、分岐伝送線路６は、中継伝送線路４及び第一オープンスタブ５に対して略直行方向に分岐回路１０と接続するのが望ましい。この構成により、高周波伝送線路１から漏れ出した高周波信号の流れに対して直行方向に接続することで、分岐伝送線路６の方向に高周波信号を流しにくくするためである。これにより、分岐伝送線路６への高周波信号の侵入を抑制することが可能となる。

また、分岐伝送線路６は、前述した中継伝送線路４と同様に高周波伝送線路１に対して高インピーダンスの負荷を持つように、狭い伝送線路で構成するのが望ましい。これは、中継伝送線路４と同様に高インピーダンスの負荷を持たせると、高周波信号の通過特性を大幅に低減することが出来、結果、低周波回路２への高周波信号の流入を抑制することが可能となる。

次に分岐伝送線路６の一部に第二オープンスタブ７を設置する。まず、第二オープンスタブ７において、低周波回路への侵入を防止したい高調波の数だけ第二オープンスタブ７を設ける方法について示す。例えば、２次高調波までを抑制した場合には、第二オープンスタブ７を１つ設け、３次高調波までを抑制したい場合には、第二オープンスタブ７を２つ設けることになる。本実施例においては、２次高調波までを抑制するフィルタ回路３の構成を示す。

中継伝送線路４及び第一オープンスタブ５の形状にて、所望の周波数の高周波信号が中継伝送線路４に対して侵入することを抑制する構造を形成しているが、図３のように中継伝送線路４及び第一オープンスタブ５のみでは２次高調波に関して効果を持たないことが確認できている。そこで、２次高調波を分岐伝送線路６が接続する分岐回路との接合面で侵入を抑制する構造を取るものである。その際に、図４のように、第二オープンスタブの開放端から分岐伝送線路６と分岐回路１０との接合面までの長さが、２次高調波の伝送線路上での波長をλｇ′とすると、およそ（λｇ′／２）の整数倍にすることで、２次高調波の分岐伝送線路６への侵入を抑制することが可能となる。

また、第二オープンスタブ７を複数個設け、複数の高調波を低周波回路へ侵入させることを抑制させる場合には、複数の各第二オープンスタブの開放端から、分岐伝送線路６と分岐回路１０との接合面までの各々の長さを、侵入を抑制する高調波が伝送線路を流れる際の波長のおよそ１／２波長の整数倍にすることで複数の高調波の侵入を抑制することが可能となる。例えば、図５のように、第二オープンスタブ７の開放端から分岐伝送線路６と分岐回路１０との接合面までの長さを３次高調波の侵入を抑制するようにＬ３及びＬ４を設定し、第二オープンスタブ１１の開放端から分岐伝送線路６と分岐回路１０との接合面までの長さを２次高調波の侵入を抑制するようにＬ３′及びＬ４′を設定することで、波長の短い３次高調波に対しては分岐回路１０から近い距離にある第二オープンスタブ７で侵入の抑制を行い、波長の長い２次高調波に対しては分岐回路１０から遠い距離にある第二オープンスタブ１１で対応することで、伝送線路の長さを長くすること無くフィルタ回路の構成を行うことが可能となるため、回路の小型化を実現できると共に、低周波伝送線路２への高周波信号の侵入を抑制することが可能となる。

次に、第二オープンスタブ７の数を少なくした場合のフィルタ回路３の構成について示す。前述した構成では、高調波の数に応じて第二オープンスタブ７を設置するために、高周波回路を構成する空間が狭い場合には各伝送線路の間隔が狭くなるため、空間における高周波信号の空間結合等が発生し、フィルタ回路３が機能せずに低周波回路への高周波信号の侵入を抑制できないことも発生する。そこで、第二オープンスタブ７の数を少なくして、回路構成を行う空間が狭い場合においても、フィルタ回路３の機能を有することが可能な高周波回路を提供する。

図６に、第二オープンスタブ７を１つ設けて、所望の周波数及び２次、３次高調波を低周波回路へ侵入させないフィルタ回路３を有する高周波回路について記載する。
前述に記載したように、第一オープンスタブ５の開放端から中継伝送線路４と高周波伝送線路１との接合面までの長さによって所望の周波数の高周波信号は中継伝送線路４への侵入を抑制することが可能となる。ここで、分岐伝送線路６と１つの第二オープンスタブ７によって２次高調波及び３次高調波の低周波伝送線路２への抑制を防止する構造について示す。。

まず２次高調波に関しては、例えば、中継伝送線路４の長さＬ５、分岐伝送線路６の長さＬ６、第二オープンスタブ７の長さＬ７を含んだ、第二オープンスタブ７の開放端から中継伝送線路４と高周波伝送線路１との接合面までの長さが、２次高調波が伝送線路を伝送する際の波長λｇ′に対して、およそ（λｇ′／２）の２倍である１波長分の長さを有する設定とする。また３次高調波に関しては、例えば中継伝送線路４の長さＬ５、分岐伝送線路６の長さＬ６、第二オープンスタブ７の長さＬ７を含んだ、第二オープンスタブ７の開放端から中継伝送線路４と高周波伝送線路１との接合面までの長さが、３次高調波の伝送線路を伝送する際の波長λｇ’’に対して、およそ（λｇ′／２）の３倍である３／２波長分の長さを有するように設定する。これにより、２次高調波に対しては、第二オープンスタブ７の開放端から見ると、中継伝送線路４と高周波伝送線路１との接続面が仮想的に開放端に見えるため、２次高調波が中継伝送線路４に侵入することを抑制することが出来るまた、３次高調波に対しても、２次高調波と同様に中継伝送線路４と高周波伝送線路１との接続面が仮想的に開放端に見えるため、３次高調波が中継伝送線路４に対して侵入することを抑制することが出来る。よって、低周波伝送線路２に対して、２次及び３次高調波の侵入を抑制することが可能となるので、低周波伝送線路２に接続される回路に対して、高周波信号の漏れにより発生するノイズ等の不具合を低減することが可能となる。

ここで、２次高調波と３次高調波の伝送線路を伝送する際の波長は、単に所望の周波数が伝送線路を伝送する際の波長の１／２、１／３になっていないため、２次高調波に対してはλｇ’、３次高調波に対しては３／２λｇ’’と合わせることは困難である。そこで、中継伝送線路４と分岐伝送線路６の線路幅を狭くすることによって、２つの高調波に対して高インピーダンスな負荷に設定して、中継伝送線路４に対して侵入しにくい状態を作成することが望ましい。

更に、中継伝送線路４や分岐伝送線路６の線路幅を狭くした際に、例えば所望の周波数を１０．５ＧＨｚとし、２次高調波が２１ＧＨｚ、３次高調波が３１．５ＧＨｚとすると、中継伝送線路４及び分岐伝送線路６を０．１ｍｍ（比誘電率３．０、基板厚０．３ｍｍ、銅薄厚４０μｍ）とした場合に、１０．５ＧＨｚに対しては約１１６Ω、２１ＧＨｚに対しては約１１５．３Ω、３１．５ＧＨｚに対しては約１１４．４Ωとなるため、負荷のインピーダンスが小さい３次高調波に対して最適な長さである３／２λｇ’’として、２次高調波に対してはλｇ’よりもややずらした長さに設定する方法や、２次高調波に対しては、最適長さλｇ’よりもやや短めに設定し、３次高調波に対しては最適長さ３／２λｇ’’よりもやや長めに設定する等の方法を用いることで、どの高調波に対しても中継伝送線路４に対して侵入しにくい状態を作成することが可能となる（図７）。

なお、本実施例においては、高周波信号の伝送特性を保つための回路構成として、高周波信号の基準電圧面９を基板８の一面に持ち、基板８を介して他面に高周波信号を伝送する伝送線路を有するマイクロストリップラインについて記載しているが、高周波信号の伝送特性を維持できる回路構成、例えばストリップライン等においても、同様の効果を有することはいうまでも無い。

本発明における高周波回路の概略構成図本発明の高周波回路の上面図フィルタ回路において分岐伝送線路及び第二オープンスタブが無い場合の低周波回路への高周波信号の通過特性分岐伝送線路の接合面に対して高周波信号が入力しないフィルタ回路の概略構成図分岐伝送線路に高周波信号が入力しないフィルタ回路で第二オープンスタブを２つ設けた概略構成図中継伝送線路に高周波信号が入力しないフィルタ回路の概略構成図本発明の高周波回路における高周波伝送線路から低周波伝送線路への通過特性

符号の説明

１：高周波伝送線路、２：低周波伝送線路、３：フィルタ回路、４：中継伝送線路、５：第一オープンスタブ、６：分岐伝送線路、７、１１：第二オープンスタブ、８：基板、９：基準電圧面、１０：分岐回路

Claims

所望の周波数の高周波信号を主に伝送する高周波伝送線路と、
高周波伝送路に直流信号または低周波信号を入力、又は高周波伝送線路から直流信号又は低周波信号を取り出すための低周波伝送線路と、
を有する高周波回路において、
前記高周波伝送線路と低周波伝送線路との間に、低周波伝送線路への高周波信号の侵入を抑制するための、一端が開放されたスタブであるオープンスタブを少なくとも２つ以上備えたフィルタ回路を有することを特徴とする高周波回路。
前記フィルタ回路は、
前記高周波伝送線路と一端を接続する中継伝送線路と、
前記中継伝送線路の他端と接続される分岐回路を備え、
前記分岐回路には一端が開放された第一オープンスタブと分岐伝送線路とが接続され、
前記分岐伝送線路は低周波伝送線路に接続されており、前記分岐伝送線路は、一端が開放された第二オープンスタブを少なくとも１つ以上備えていることを
を特徴とする請求項１記載の高周波回路。
前記中継伝送線路は、前記高周波伝送線路に対して高インピーダンスとなる線路幅であることを特徴とする請求項２記載の高周波回路。
前記分岐伝送線路は、前記高周波伝送線路に対して高インピーダンスとなる幅であることを特徴とする請求項２〜３のいずれか１項記載の高周波回路。
前記中継伝送線路と高周波伝送線路との接続面から、前記第一オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号が中継伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記中継伝送線路と第一オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の高周波回路。
前記中継伝送線路と高周波伝送線路との接続面から、前記第二オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）が中継伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記分岐伝送線路と第二オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の高周波回路。
前記分岐回路と分岐伝送線路との接続面から、前記第二オープンスタブの開放端までの長さを、前記所望の周波数の高周波信号のｎ次高調波（ｎは２以上の整数）が分岐伝送線路へ侵入するのを抑制する長さとなるように、前記分岐伝送線路と第二オープンスタブの長さを各々設定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の高周波回路。