JP2009077330A - フィルタ回路および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻な通過特性と耐電力性とを両立可能であり、通過特性を所望の特性に調整可能なフィルタ回路を提供する。
【解決手段】信号を入力する入力端子１０２と、入力された信号を分割する第１の４端子素子１０６と、入力された信号の中心周波数を阻止帯域内に有し、入力された信号に含まれる阻止帯域外の信号を通過させる帯域阻止フィルタ１１０と、帯域阻止フィルタを通過した信号を通過させる２つの共振器回路群１１４，１２４と、２つの共振器回路群を通過した信号の位相差を調整する位相調整機構１１６と、帯域阻止フィルタで反射された信号と、２つの共振器回路群を通過した信号を合成する第２の４端子素子１０８と、合成された信号を出力する出力端子１０４を備えるフィルタ回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば無線通信装置に用いられるフィルタ回路およびこれを用いた無線通信装置に関する。

無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。この中で、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：バンドパスフィルタ）は、共振器を複数個並べて特定の周波数帯の信号のみを通過させる機能を有する。今日の通信システムにおいては、周波数の有効利用の観点からフィルタ特性は、使用可能な帯域幅が最大限使用できるよう、シャープな遮断特性が望ましい。さらに、通信機器の小形化に対する需要から、フィルタはより小さいサイズが望ましい。

フィルタ特性を実現するためには、複数の共振器を電磁界にて相互に結合させる必要があり、フィルタの回路定数は各共振器の共振周波数ｆ_ｉ、共振器間結合Ｍ_ｉｊ、および外部との結合Ｑｅで構成される。

図１７は従来技術のフィルタ回路の回路図である。９０１が入力端子、９０２が出力端子、９０３（１）〜（ｎ）が共振器、９０４（１）〜（ｎ−１）が結合回路である。このフィルタ回路は図のように共振器９０３（１）〜（ｎ）を縦列接続させることによって構成される。図１７の共振回路の等価回路はインダクタＬとキャパシタＣから成り、損失の効果を考慮する場合には抵抗も追加される。抵抗が無い場合の共振回路の共振周波数は次式で与えられる。

ｆ_０＝１／ｓｑｒｔ（Ｌ＊Ｃ）

ただし、Ｌ、Ｃはそれぞれ共振器のインダクタンスとキャパシタンスである。図１７のフィルタ回路ではこの共振器を縦列接続させ、それぞれの共振回路の結合量を表す共振器間結合係数Ｍ_ｉｊ（図１７のｍ_１２、ｍ_２３、・・・、ｍ_ｎ−１，_ｎ）と入出力部で共振器を励振する量を表す外部Ｑ（図１７のＱｅ）の値を適当に決めることによってフィルタ回路としての通過周波数範囲や阻止域減衰量を決定することができる。共振器が縦列接続されたフィルタでは各共振器に電流が伝播してゆくため、共振器には全ての周波数成分の電流が流れてしまう。従って、超電導体のような流せる電流値に限界を持つ材料を用いて共振器を構成する場合は、フィルタとして大きな電力を通過させるため、この共振器の耐電力性が重要なパラメータとなる。そして、共振器を円盤形状や幅広線路を用いるなどして電流が集中して流れないように対策することで耐電力性を向上させるための方法が検討されている。しかし、超電導共振器では無負荷Ｑ値が非常に高いため共振器の電流集中が大きくなる。このため共振器形状の工夫だけでは大きな耐電力性を得ることができない問題点がある。

図１８は従来技術のフィルタ回路の回路図である。図１８の回路図に示すように、共振器を通過する電力を分散させてフィルタ特性を実現する方法として共振器９１３（１）〜（ｎ）を並列接続させてフィルタ回路を構成する方法がある。これは共振器９１３（１）〜（ｎ）の並列構成によって入力した電力が各共振器９１３に電力分配されることによって全体としての耐電力特性を上げるものである。共振器を並列構成するためには各共振器を異なる周波数（図１８のｆ_１、ｆ_２、・・・、ｆ_ｎ）を持つように構成し、隣り合う共振周波数を持つ共振器が逆相となるように合成することでフィルタ特性を実現するものである。なお、図１８中、「−ｍ_２」の「−」は逆相結合を示す。この原理を利用したフィルタ構成で、超電導フィルタと常電導フィルタを組み合わせる方法がある（特許文献１）。

特許文献１では超電導フィルタと常電導フィルタを並列化しているが、入力に大きな電力が来るとそのまま電力が分配されるわけではない。すなわち、各フィルタに電力が入力して反射される電力と通過する電力に分離するだけであり、この構成では超電導フィルタにも大きな耐電力性が必要となってしまう問題点がある。

また、実際にフィルタ回路を試作する際には、用いる基板の厚さのばらつきなど様々な要因により共振周波数や結合係数、外部Ｑが設計値とずれることがある。このため、これらのパラメータを後から調整する必要がある。このようなフィルタ調整方法として、特許文献２および特許文献３にあるように誘電体板、誘電体トリマや金属棒により調整する方法や、特許文献４にあるように共振素子間に金属壁を挿入し結合量の調整を行う方法が開示されている。

更に、フィルタ特性のチューニング方法として、特許文献５にあるような入出力の線路間に導体片を挿入し、入力出力間の結合量を可変することで１つの減衰極の位置をチューニングする方法が開示されている。
特許第３３８０１６５号公報 特開２００２−２０４１０２号公報 特開２００５−２０９９１１号公報 特開２００１−１０２８０９号公報 特開昭６２−１３１６０２号公報

以上述べたように、急峻な通過特性をもつ超電導体を用いたフィルタでは超電導体の臨界電流密度の特性のために耐電力性を大きくすることができないという問題点があった。また、フィルタ回路の製作の際には特性調整が不可欠であり、従来技術におけるフィルタ特性の調整方法は、設計パラメータとのずれを補正する程度であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、急峻な通過特性と耐電力性とを両立可能であり、通過特性を所望の特性に調整可能なフィルタ回路およびこれを用いた無線通信装置を提供することにある。

本発明の一態様のフィルタ回路は、信号を入力する入力端子と、前記入力端子から入力された信号を端子Ａで受け取り受け取った信号を分割して端子Ｂおよび端子Ｃから送出し、また、前記端子Ｂおよび端子Ｃに与えられた信号を合成して端子Ｄから送出する、第１の４端子素子と、前記入力端子から入力された信号の中心周波数を阻止帯域内に有し、前記端子Ｂから送出された信号に含まれる前記阻止帯域内の信号を前記端子Ｂに反射させ前記阻止帯域外の信号を通過させる第１帯域阻止フィルタと、前記第１帯域阻止フィルタの阻止帯域と同一の阻止帯域を有し、前記端子Ｃから送出された信号に含まれる前記阻止帯域内の信号を前記端子Ｃに反射させ前記阻止帯域外の信号を通過させる第２帯域阻止フィルタと、第１の複数の共振器を用いて前記第１帯域阻止フィルタを通過した信号から所望帯域の信号を通過させる第１共振器群回路と、前記第１の複数の共振器の各々と同じ共振周波数を有する第２の複数の共振器を用いて前記第２帯域阻止フィルタを通過した信号から前記所望帯域の信号を通過させる第２共振器群回路と、前記端子Ｄから送出された信号を端子Ｅにおいて受け取り受け取った信号を分割して端子Ｆおよび端子Ｇから送出し、また、前記端子Ｆおよび端子Ｇに与えられた信号を合成して端子Ｈから送出する、第２の４端子素子と、前記第１帯域阻止フィルタと同一の阻止帯域を有し、前記第１共振器群回路を通過した第１経路の信号を前記端子Ｆへ通過させ、前記端子Ｆから送出された信号を前記端子Ｆに反射させる第３帯域阻止フィルタと、前記第１帯域阻止フィルタと同一の阻止帯域を有し、前記第２共振器群回路を通過した第２経路の信号を前記端子Ｇへ通過させ、前記端子Ｇから送出された信号を前記端子Ｇに反射させる第４帯域阻止フィルタと、前記端子Ｈから送出された信号を出力する出力端子と、を備えたフィルタ回路において、前記第１帯域阻止フィルタと前記第１共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第１位相調整機構と、前記第２帯域阻止フィルタと前記第２共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第２位相調整機構と、 前記第３帯域阻止フィルタと前記第１共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第３位相調整機構と、前記第４帯域阻止フィルタと前記第２共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第４位相調整機構の内、少なくとも１つの位相調整機構を有することを特徴とするフィルタ回路。

ここで、前記第１位相調整機構または前記第３位相調整機構の内、少なくともいずれか一方を有し、かつ、前記第２位相調整機構または前記第４位相調整機構の内、少なくともいずれか一方を有することが望ましい。

ここで、前記第１位相調整機構と、前記第２位相調整機構と、前記第３位相調整機構と、前記第４位相調整機構を有することが望ましい。

ここで、前記第１および第２の共振器群回路内の伝送線路は超電導体で構成されたことが望ましい。

ここで、前記第１および第２の４端子素子がマジックＴであることが望ましい。

ここで、前記第１の４端子素子と前記第１および第２共振器群回路の間の経路、および、前記第２の４端子素子と前記第１および第２共振器群回路の間の経路に９０度遅延回路を有することが望ましい。

本発明の一態様の無線通信装置は、上記の本発明の一態様のフィルタ回路を備えることを特徴とする。

本発明によれば、急峻な通過特性と耐電力性とを両立可能であり、通過特性を所望の特性に調整可能なフィルタ回路およびこれを用いた無線通信装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のフィルタ回路の概略ブロック図である。図１に示すように、このフィルタ回路は、信号を入力する入力端子１０２を備えている。

そして、入力端子１０２から入力された信号を端子Ａで受け取り、受け取った信号を分割して端子Ｂおよび端子Ｃから送出し、また、端子Ｂおよび端子Ｃに与えられた信号を合成して端子Ｄから送出する、第１の４端子素子１０６を備えている。そして、入力端子１０２から入力された信号の中心周波数を阻止帯域内に有し、端子Ｂから送出された信号に含まれる阻止帯域内の信号を端子Ｂに反射させ阻止帯域外の信号を通過させる第１帯域阻止フィルタ（ＢＳＦ：Ｂａｎｄ Ｓｔｏｐ Ｆｉｌｔｅｒ）１１０（１）を備えている。そして、この第１帯域阻止フィルタ１０１（１）の阻止帯域と同一の阻止帯域を有し、端子Ｃから送出された信号に含まれる阻止帯域内の信号を端子Ｃに反射させ阻止帯域外の信号を通過させる第２帯域阻止フィルタ１１０（２）を備えている。

さらに、第１の複数の共振器１１２（１）〜１１２（ｎ）を用いて第１帯域阻止フィルタ１１０（１）を通過した信号から所望帯域の信号を通過させる第１共振器群回路１１４と、第１の複数の共振器１１２（１）〜１１２（ｎ）の各々と同じ共振周波数を有する第２の複数の共振器１２２（１）〜１２２（ｎ）を用いて第２帯域阻止フィルタ１１０（２）を通過した信号から所望帯域の信号を通過させる第２共振器群回路１２４を備えている。

そして、第１の４端子素子１０６の端子Ｄから送出された信号を、端子Ｅにおいて受け取り、受け取った信号を分割して端子Ｆおよび端子Ｇから送出し、また、端子Ｆおよび端子Ｇに与えられた信号を合成して端子Ｈから送出する、第２の４端子素子１０８を備えている。

そして、第１帯域阻止フィルタ１１０（１）と同一の阻止帯域を有し、第１共振器群回路１１４を通過した第１経路の信号を、第２の４端子素子１０８の端子Ｆへ通過させ、端子Ｆから送出された信号を端子Ｆに反射させる第３帯域阻止フィルタ１１０（３）を備えている。そして、第１帯域阻止フィルタ１１０（１）と同一の阻止帯域を有し、第２共振器群回路１２４を通過した第２経路の信号を、第２の４端子素子１０８の端子Ｇへ通過させ、端子Ｇから送出された信号を端子Ｇに反射させる第４帯域阻止フィルタ１１０（４）とを備えている。そして、第２の４端子素子１０８の端子Ｈから送出された信号を出力する出力端子１０４を備えている。

また、第１帯域阻止フィルタ１１０（１）と第１共振器群回路１１４の間には第１の９０度遅延回路１１６（１）が設けられている。そして、第１の４端子素子１０２の端子Ｃと第２帯域阻止フィルタ１１０（２）の間には、第２の９０度遅延回路１１６（２）が設けられている。そして、第２の４端子素子１０４の端子Ｆと第３帯域阻止フィルタ１１０（３）の間には、第３の９０度遅延回路１１６（３）が設けられている。そして、第４帯域阻止フィルタ１１０（４）と第２共振器群回路１２４の間には第４の９０度遅延回路１１６（４）が設けられている。

さらに、このフィルタ回路は、第３帯域阻止フィルタ１１０（３）と第１共振器群回路１１４に挟まれ、第１共振器群回路１１４を通過する信号と第２共振器群回路１２４を通過する信号との位相差を調整する位相調整機構１１８（３）と、第４帯域阻止フィルタ１１０（４）と第２共振器群回路１２４に挟まれ、第１共振器群回路１１４を通過する信号と第２共振器群回路１２４を通過する信号との位相差を調整する位相調整機構１１８（４）を備えている。

本実施の形態のフィルタ回路は、上記構成を有することによって、中心周波数付近の大きな電力が来る周波数範囲の信号を４端子素子にて２つの経路に分割する。そして、分割した２経路上に配置した帯域阻止フィルタにより反射させた大電力の信号は、共振器群回路部を通過しない４端子間の経路を伝播させる。一方、分割した２経路上の共振器群回路に、中心帯域よりも小さい信号強度の電力のみを通過させ、反射してくる電力に対して９０度の遅延を加え、さらに共振器群回路部を通過しないように帯域阻止フィルタを接続させ、その後２つの経路と帯域阻止フィルタで反射した信号を合成する。これにより、フィルタ性能が高いが、耐電力特性に劣る共振器で構成される共振回路群の共振器を保護することが可能になる。

さらに、高い電力が通らない帯域阻止フィルタと共振器群回路の間に位相器などの位相調整機構を設けることにより、２つの経路間に生じた位相差の調整を行い、合成することによりフィルタの通過特性を変化させ、所望の特性にチューニングすることや目的に応じて必要な周波数の減衰量を大きくし、妨害波の影響を改善することができる。

なお、図１のフィルタ回路において、第１および第２の４端子素子およびの各端子Ａ〜Ｄ、Ｅ〜Ｈは、次式で定義されるＳパラメータをもつ４つの端子を有するものとして定義する。

このような、４端子素子としては、例えば、図２に示す導波管を用いたマジックＴがある。各端子の配置は図３に示したとおりとなっている。マッチングする周波数帯域が広いことから４端子素子としては、マッジクＴを適用することが望ましい。しかし、４端子素子は必ずしもマジックＴに限れられることはなく、例えば、図４に示すような伝送線路を用いたラットレース回路を適用しても構わない。

また、第１および第２の共振器群回路１１４、１２４は、異なる周波数を持つ単一共振器からなるブロックであり、第１経路と第２経路に同じブロックを配置する。耐電力量Ｗ_ｒｅｓｏ（Ｗ）以下の、２個以上Ｎ個の異なる共振周波数ｆ_{ｒｅｓｏ−ｉ}（ｉは２以上Ｎまでの整数）をもつ共振器１１２（１）〜１１２（ｎ）、１２２（１）〜１２２（ｎ）が遅延回路１２０（１）〜１２０（ｎ）、１３０（１）〜１３０（ｎ）と縦列接続されて共振器群回路１１４、１２４を構成する。そして、それぞれの共振器と遅延回路は、電力分配回路１３２と電力合成回路１３４によって並列接続されている。遅延回路１２０（１）〜１２０（ｎ）、１３０（１）〜１３０（ｎ）は、隣り合う共振周波数をもつ共振器どうしが１８０＋３６０×ｋ±３０度（ｋは０以上の整数）の範囲の位相差条件を満たすよう設定されている。

図１のように、それぞれの共振器群回路１１４、１２４は、同一の特性を有する２つの帯域阻止フィルタの間に縦列に接続される。そして、帯域阻止フィルタ１１０（１）〜１１０（４）の耐電力量Ｗ_ｂｓｆと、各共振器１１２（１）〜１１２（ｎ）、１２２（１）〜１２２（ｎ）の耐電力量Ｗ_ｒｅｓｏの間には、Ｗ_ｂｓｆ＞Ｗ_ｒｅｓｏの関係がある。また、帯域阻止フィルタの反射特性の帯域幅を決める２点の共振周波数ｆ_ｂｓｆ１、ｆ_ｂｓｆ２（ｆ_ｂｓｆ１＜ｆ_ｂｓｆ２）と各共振器の共振周波数ｆ_{ｒｅｓｏ−ｉ}との間には、ｆ_{ｒｅｓｏ−ｉ}＜ｆ_ｂｓｆ１もしくはｆ_ｂｓｆ２＜ｆ_{ｒｅｓｏ−ｉ}の関係を持つ。すなわち、各共振器は、帯域阻止フィルタの阻止帯域外に共振周波数を有し、共振器群回路１１４、１２４は、このような各共振器と、電力分配部１３２と電力合成部１３４を用いることにより、帯域阻止フィルタ１１０（１）〜１１０（４）の阻止帯域外の信号から所望帯域の信号を抽出する。

第１の４端子素子１０６の第Ｃ端子から第２の帯域阻止フィルタ１１０（２）までの電気長と、第１の４端子素子１０８の第Ｂ端子から第１の帯域阻止フィルタ１１０（１）までの電気長は、位相差が９０度となるよう９０度遅延回路１１６（２）がある。また、第２の４端子素子１０８の第Ｇ端子から第４の帯域阻止フィルタ１１０（４）までの電気長と、第２の４端子素子１０８の第Ｆ端子から第３の帯域阻止フィルタ１１０（３）までの電気長は、位相差が９０度となるよう９０度遅延回路１１６（３）がある。また、第１の４端子素子１０６のＤ端子と、第２の４端子素子１０８のＥ端子が接続され、第２の４端子素子のＨ端子から出力を得る回路で構成される。

この構成を用いることで、帯域阻止フィルタ１１０（１）〜（４）よりも耐電力性の小さなフィルタを用いても耐電力性を損なうことなくフィルタ回路を構成できる。たとえば流せる電流値に限界値を持つ超電導体を用いた帯域通過フィルタに大きな電力を通過させたい場合には、従来技術のフィルタ構成では臨界電流値を越えてしまうために大きな電力を通過させられない問題があった。しかし、図１のフィルタ回路は、帯域阻止フィルタ１１０（１）〜（４）の阻止帯域内に大きな電力密度を持つ信号の場合には、信号電力の大きな信号を超電導フィルタに通すことなくフィルタを構成できる利点がある。この構成によって大きな耐電力性と急峻なスカート特性を持つフィルタが構成可能となる。

また、出力側の帯域阻止フィルタ１１０（３）、１１０（４）は実際の無線装置を考えた場合に、アンテナの状況に応じてアンテナから放射されない電力が戻ってきた場合に耐電力性の低い第１および第２の共振器群回路１１４、１２４への電力流入を避ける機能も有する。

ここで、第１の経路に設けた位相器１１８（３）および第２の経路に設けた位相器１１８（４）により、第１の経路と第２の経路との間に生じる位相差θをチューニングすることで、第２の４端子素子１０８での合成後の波形を変化させ、帯域外特性を所望の特性にチューニングする、または可変することが可能となる。位相差を小さくするように、位相器による位相を変化させると、フィルタ特性を理想的な設計どおりの特性に近づけるように調整することができる。また、位相器による損失は、共振器群回路に入る電力のみに寄与するため、フィルタ中央部分の主要な信号は影響を受けない。

更に、このような位相器を帯域阻止フィルタ１１０（３）と共振器群回路１１４との間、帯域阻止フィルタ１１０（４）と共振器群回路１２４との間に設けることにより、信号電力の大きな信号が位相器を通過しないため、耐電力性の低い位相器を用いることができる。また、図１のように、第１の経路および第２の経路の両方に位相器を設けることにより、第１の経路と第２の経路の位相差を独立にそれぞれ制御できるため理想的なフィルタ特性を得ることができる。一方、位相差を大きくなるように位相器の位相を調整することで、合成後のフィルタの通過特性が変化し、必要に応じて特性を可変することも可能である。

なお、ここでは、第１の経路および第２の経路の両方に位相器を設けているが、図５に示すように第１の経路のみに位相器１１８（３）を設ける構成であっても構わない。この場合、位相差のチューニング範囲や可変範囲の自由度は位相器を２個設ける場合に比べ減少するが、部品数が減ることにより回路が簡易になるという利点がある。

また、図６に示すように、第１および第２の共振器群回路それぞれの前後に２個ずつ、計４個の位相器１１８（１）〜（４）を設ける構成であっても構わない。この場合、２個の位相器の場合に比較して、より一層位相差のチューニング範囲や可変範囲の自由度が大きくなる。したがって、より理想的なフィルタ特性を得ることができる。また、図１のように第１の経路および第２の経路の両方に１個ずつ位相器を設ける場合の位相器の位置は、必ずしも図１の位置に限られず、例えば、図６の１１８（１）と１１８（２）、１１８（１）と１１８（４）、１１８（２）と１１８（３）、または１１８（３）と１１８（４）の位置であっても構わない。

図７および図８に共振器並列接続型の動作原理を示す。図７のように、周波数ω_１とω_２の２つの共振波形を１８０度の遅延差で合成すると出力は２つの共振波形の和合成となり、結合値を調整することで帯域通過フィルタを構成できる。また図８のように、遅延差０で合成した場合には差合成となる。

図９は、図１フィルタ回路の具体的な構成を示す回路図である。ここでは、ｎ＝２であって、位相調整機構が第１および第２の共振器群回路それぞれの前後に２個ずつ、計４個備える構成を有している。

共振器群回路１１４、１２４は、低域側の共振周波数ｆ_Ｌ１を持つ共振器１１２（１）、１２２（１）と高域側の共振周波数ｆ_Ｈ１を持つ共振器１１２（２）、１２２（２）と各共振器の外部ＱがＱｅとなる結合回路１４０を、電力分配回路１３２および電力合成回路１３４にて並列接続し、更に帯域阻止フィルタ部分との合成の際に、位相関係を１８０度反転させ合成させるための遅延線路１３０からなる。

ここで、この共振器群回路１１４、１２４は、絶縁基板上に形成された導電性材料でつくることができる。絶縁基板は、片面に地導体を有し、反対面に伝送線路である線路導体を有する。導電性材料は、銅や金といた金属、ニオブまたはニオブすずといった超電導体、およびＹ系銅酸化物高温超電導を含む。基板は、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタン等を適用可能である。

例えば、厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０の酸化マグネシウム基板上に伝送線路として、超電導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超電導薄膜を用い、ストリップ導体の線路幅は約０．４ｍｍである。また、良質なＹ系銅酸化物超電導膜を得るために、基板と超電導膜の間にはバッファ層を設けてもよい。バッファ層としては、ＣｅＯ_２やＹＳＺ等がある。超電導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法、共蒸着法あるいはＭＯＤ法などにより形成することができる。また、フィルタ構造としては、マイクロストリップ線路の他に、ストリップ線路、コプレーナ線路といった多様な構造とすることができる。更に、上記に限らず、誘電体共振器や空洞共振器などさまざまな共振器を用いることができる。

また、帯域阻止フィルタ１１０（１）〜１１０（４）は、共振周波数ｆ_ｃ１となる共振器１４２（１）〜（４）と、外部ＱがＱｂｓｆの結合回路１４４（１）〜（４）からなり、高い耐電力性が必要となるため、誘電体共振器や空洞共振器などを用いることができる。

このフィルタ回路への入力信号スペクトルの例を図１０（ａ）に示す。また、フィルタ回路の周波数応答を図１０（ｂ）に示す。３０１がフィルタ特性、３０２が共振波形、３０３が入力信号である。入力端子１０２から入力された信号は第１の４端子素子１０６で電力が２分配されて端子Ｃ及びＢから逆相出力され、帯域阻止フィルタ用の共振器１４２（１）、１４２（２）と結合回路１４４（１）、１４４（２）から成る１段の帯域阻止フィルタ１１０（１）、１１０（２）で中心周波数ｆ_ｃ１近傍の電力が反射される。

反射された電力は遅延回路１１６により同位相の関係で第１の４端子素子１０６に戻り、電力合成されてＤ端子から出力される。次に、第２の４端子素子１０８のＥ端子へ入力した信号は２分配されてＦ及びＧ端子から同相出力され帯域阻止フィルタ用の共振器１４２（３）、１４２（４）と結合回路１４４（３）、１４４（４）から成る１段の帯域阻止フィルタ１１０（３）、１１０（４）で中心周波数ｆ_ｃ１近傍の電力が反射され、同じく遅延回路１１６により逆位相の関係で第２の４端子素子１０８に戻り、電力合成されてＨ端子から出力される。

一方、帯域阻止フィルタを通過する周波数帯の信号は共振器群回路１１４、１２４での共振波形の合成波が通過し、遅延回路１１６により同相で第２の４端子素子１０８のＦ端子及びＧ端子に入力され、電力合成されてＨ端子より出力される。また、共振器群回路１１４、１２４を通過しない信号は遅延回路１１６により逆位相の関係で第１の４端子素子１０６に戻り、電力合成されてＡ端子から出力され、入力端子１０２に戻される。

ここで、フィルタの中心周波数ｆ_ｃ付近の大きな電力は超電導の共振器群回路１１４、１２４を通過しないため、超電導体を用いた急峻なフィルタ特性と高い耐電力性を持つフィルタ特性の両立を行うことができる。

ここで、第１共振器群回路１１４から見て、第１経路の入力側の位相と、第２共振器群から見て、第２経路の入力側の位相との位相差を０に近づけるよう、入力側の帯域阻止フィルタ１１０（１）と第１共振器群回路１１４との間、入力側の帯域阻止フィルタ１１０（２）と第２共振器群回路１２４との間に位相器１１８（１）、１１８（２）を設けている。同様に、第１共振器群回路１１４から見て、第１経路の出力側の位相と、第２共振器群回路１２４から見て、第２経路の出力側の位相との位相差を０にするよう、出力側の帯域阻止フィルタ１１０（３）と第１共振器群回路１１４との間、出力側の帯域阻止フィルタ１１０（４）と第２共振器群回路１２４との間に位相器１１８（３）、１１８（４）を設けている。これにより、第１および第２共振器群回路を通過せず、反射してくる不要な信号が第１の４端子素子１０６にて同位相で合成され、入力側に戻すことができるため、フィルタ特性を改善し、所望の特性に近づけることが可能となる。なお、調整の自由度は低下するが、位相器１１８（１）、１１８（３）のどちらか一方と、位相器１１８（２）、１１８（４）のどちらか一方を設ける構成であっても構わない。

更に、第１の４端子素子１０６のＣ端子を通る第１の経路と、第１の４端子素子１０６のＢ端子を通る第２の経路にて、それぞれ、帯域阻止フィルタ部分と共振器群回路１１４、１２４との間に設けられた位相器により、各経路間に位相差θを生じさせ、波形合成を行うことも可能である。

図１１に位相差を変えた場合の周波数特性の変化を示す。２経路間に位相差をつけることにより、帯域阻止フィルタを通過した波形の合成した結果が歪み、帯域阻止フィルタの反射波と合成したときのフィルタ波形も非対称となる。よって、位相器により位相差を積極的に与えるよう変化させることにより、フィルタの減衰極の位置を変えることが可能となり、特定の信号を急峻に減衰させることができる。

（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態のフィルタ回路の回路図である。このフィルタ回路の共振器群回路１１４，１２４は、結合回路１４０にはさまれた２つの共振器１１２（１１）と１１２（１２）、１１２（２１）と１１２（２２）、１２２（１１）と１２２（１２）、１２２（２１）と１２２（２２）と、それぞれに遅延回路が縦列接続することにより構成され、共振器間は結合係数Ｍ_ｊ（ｊは１以上の整数）である結合回路１５０（１）、１５０（２）により接続され、それぞれの共振器はフィルタ回路の中心周波数ｆ_０と同じ共振周波数を有している。

これらの共振器は耐電力量Ｗ_ｒｅｓｏ （Ｗ）であり、その数は２以上の偶数個であり、各共振器は共振周波数ｆ_０をもつ。遅延回路は隣り合う共振器間結合で縮退のとけた共振周波数をもつ共振器どうしが１８０＋３６０×ｋ±３０度（ｋは０以上の整数）の範囲の位相差条件を満たし、電力分配回路１３２と電力合成回路１３４を用いて並列接続され共振器群回路１１４、１２４を構成している。このフィルタではＷ_ｂｓｆ＞Ｗ_ｒｅｓｏの関係と、ｆ_ｂｓｆ２−ｆ_ｂｓｆ１＜Ｍ_ｊ×ｆ_０の関係を持つ。

このフィルタ回路の周波数応答を図１３にしめす。入力信号３０３に対し、縮退が解けた共振波形３０２の重ね合わせでフィルタを合成してフィルタ特性３０１を実現している。また、共振器間結合係数Ｍ_ｊが大きくなるほど縮退のとけた周波数差は大きくなる。

このフィルタ回路も、第１の実施の形態同様、位相調整機構１１８（１）〜１１８（４）が帯域阻止フィルタと共振器群回路の間に設けられており、２つの経路の信号の位相差を合わせこんだり、２つの経路間に位相差θを持たせることで、フィルタ波形を可変したりすることができる。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、同じ特性を有する共振器を共振器群回路の共振器として適用できるため部品の共用化が図れるという利点が得られる。また、共振器群回路にて共振器を４並列にするのと比べ、２並列で回路を構成できるため合成回路の数が削減できるなどフィルタ回路の回路面積を削減できるという効果も得られる。

（第３の実施の形態）
図１４は、本発明の第３の実施の形態のフィルタ回路の回路図である。このフィルタ回路は、帯域阻止フィルタの共振器および共振器群回路の共振器にそれぞれ周波数調整機構を設けたチューナブルフィルタである。

図１４中の帯域阻止フィルタ用の共振器５４２（１）〜５４２（４）は、フィルタの中心周波数ｆ_ｃ１で共振する。この共振器に±ｄｆで共振周波数を変えるような周波数調整機構を用いて、共振周波数を可変する。同様に、ｆ_Ｌ１、ｆ_Ｈ１にて共振する共振器群回路１１４、１２４の共振器５１２（１）、５１２（２）、５２２（１）、５２２（２）についても、各共振周波数を±ｄｆで共振周波数を変えるような周波数調整機構を用いて共振周波数を可変する。これらの共振器を用いてフィルタ回路を構成し、各共振周波数を同じようにチューニングすることにより、フィルタの共振周波数を±ｄｆだけ可変することが可能となる。図１５に周波数を可変させた場合のフィルタ特性の変化の概略図を示す。

このフィルタ回路も、第１の実施の形態同様、位相調整機構１１８（１）〜１１８（４）が帯域阻止フィルタと共振器群回路の間に設けられており、２つの経路の信号の位相差を合わせこんだり、２つの経路間に位相差θを持たせることで、フィルタ波形を可変したりすることができる。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、各共振器の共振周波数を可変することができるため、共用化した部品のみで周波数帯の異なるフィルタが得られる。

（第４の実施の形態）
図１６は、本発明の第４の実施の形態の無線通信装置の概略ブロック図である。本発明の第４の実施の形態の無線通信装置は、先の実施の形態において説明したフィルタ回路を組み込んだことを特徴とする無線送信装置である。したがって、以下、フィルタ回路についての詳細な記載は省略する。

信号として送信データ５８０が入力される信号処理回路５８２と、ローカル信号を発生するローカル信号発生器５８６と、信号処理回路５８２で信号処理された送信信号を、ローカル信号と乗算し、周波数変換する周波数変換器５８４と、周波数変換器５８４で周波数変換された送信信号を増幅する電力増幅器５８８と、この電力増幅器５８８で増幅された送信信号を帯域制限する帯域制限フィルタ（フィルタ回路）５９０と、帯域制限された送信信号を送信するアンテナ５９２を備えている。

送信データ５８０は信号処理回路５８２に入力され、ディジタル−アナログ変換、符号化及び変調などの送信処理が施されることにより、ベースバンドあるいは中間周波数 （Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）帯の送信信号が生成される。

信号処理回路５８２で生成された送信信号は周波数変換器（ミキサ）５８４に入力され、ローカル信号発生器５８６からのローカル信号と乗算されることによって、無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）帯の信号に周波数変換、すなわちアップコンバートされる。ミキサ５８４から出力されるＲＦ信号は、電力増幅器（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）５８８によって増幅された後、上記実施の形態で説明したフィルタ回路を適用した帯域制限フィルタ（送信フィルタ）５９０に入力される。電力増幅器５８８により増幅されたＲＦ信号はこの送信フィルタ５９０において帯域制限を受けて不要な周波数成分が除去された後、アンテナ５９２から電波として空間に放射される。

図１６の無線送信装置は、急峻な通過特性と耐電力性とを両立可能であり、通過特性を所望の特性に調整可能なフィルタ回路を備えることにより、耐電力性が向上し、かつ、所望の特性のＲＦ信号を送信することが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、フィルタ回路、無線通信装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるフィルタ回路、無線通信装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのフィルタ回路および無線通信装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

第１の実施の形態のフィルタ回路の概略ブロック図。 ４端子素子の具体例を示す図。 ４端子素子の端子番号を示す図。 ４端子素子の具体例を示す図。 第１の実施の形態のフィルタ回路の概略ブロック図。 第１の実施の形態のフィルタ回路の概略ブロック図。 フィルタ回路の原理の説明図。 フィルタ回路の原理の説明図。 第１の実施の形態のフィルタ回路の回路図。 第１の実施の形態のフィルタ回路の周波数応答を示す図。 第１の実施の形態のフィルタ回路の周波数応答を示す図。 第２の実施の形態のフィルタ回路の回路図。 第２の実施の形態のフィルタ回路の周波数応答を示す図。 第３の実施の形態のフィルタ回路の回路図。 第３の実施の形態のフィルタ回路の周波数応答を示す図。 第４の実施の形態の無線通信装置の概略ブロック図。 従来技術のフィルタ回路の回路図。 従来技術のフィルタ回路の回路図。

符号の説明

１０２ 入力端子
１０４ 出力端子
１０６ 第１の４端子素子
１０８ 第２の４端子素子
１１０（１）〜１１０（４） 帯域阻止フィルタ
１１２（１）〜１１２（ｎ） 第１の複数の共振器
１１４ 第１共振器群回路
１１６（１）〜１１６（４） ９０度遅延回路
１１８（１）〜１１８（４） 位相調整機構
１２２（１）〜１２２（ｎ） 第２の複数の共振器
１２４ 第２共振器群回路
１３０（１）〜１３０（ｎ） 遅延回路
１３２ 電力分配回路
１３４ 電力合成回路
１４０ 結合回路
１４２（１）〜（４） 共振器
１４４（１）〜（４） 結合回路
１５０（１）， （２） 結合回路
３０１ フィルタ特性
３０２ 共振波形
３０３ 入力信号
５１２（１）、（２） 共振器
５２２（１）、（２） 共振器
５４２（１）〜（４） 共振器
５８０ 送信データ
５８２ 信号処理回路
５８８ 電力増幅器
５９０ フィルタ回路
５９２ アンテナ

Claims (7)

1. 信号を入力する入力端子と、
   前記入力端子から入力された信号を端子Ａで受け取り受け取った信号を分割して端子Ｂおよび端子Ｃから送出し、また、前記端子Ｂおよび端子Ｃに与えられた信号を合成して端子Ｄから送出する、第１の４端子素子と、
   前記入力端子から入力された信号の中心周波数を阻止帯域内に有し、前記端子Ｂから送出された信号に含まれる前記阻止帯域内の信号を前記端子Ｂに反射させ前記阻止帯域外の信号を通過させる第１帯域阻止フィルタと、
   前記第１帯域阻止フィルタの阻止帯域と同一の阻止帯域を有し、前記端子Ｃから送出された信号に含まれる前記阻止帯域内の信号を前記端子Ｃに反射させ前記阻止帯域外の信号を通過させる第２帯域阻止フィルタと、
   第１の複数の共振器を用いて前記第１帯域阻止フィルタを通過した信号から所望帯域の信号を通過させる第１共振器群回路と、
   前記第１の複数の共振器の各々と同じ共振周波数を有する第２の複数の共振器を用いて前記第２帯域阻止フィルタを通過した信号から前記所望帯域の信号を通過させる第２共振器群回路と、
   前記端子Ｄから送出された信号を端子Ｅにおいて受け取り受け取った信号を分割して端子Ｆおよび端子Ｇから送出し、また、前記端子Ｆおよび端子Ｇに与えられた信号を合成して端子Ｈから送出する、第２の４端子素子と、
   前記第１帯域阻止フィルタと同一の阻止帯域を有し、前記第１共振器群回路を通過した第１経路の信号を前記端子Ｆへ通過させ、前記端子Ｆから送出された信号を前記端子Ｆに反射させる第３帯域阻止フィルタと、
   前記第１帯域阻止フィルタと同一の阻止帯域を有し、前記第２共振器群回路を通過した第２経路の信号を前記端子Ｇへ通過させ、前記端子Ｇから送出された信号を前記端子Ｇに反射させる第４帯域阻止フィルタと、
   前記端子Ｈから送出された信号を出力する出力端子と、
   を備えたフィルタ回路において、
   前記第１帯域阻止フィルタと前記第１共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第１位相調整機構と、
   前記第２帯域阻止フィルタと前記第２共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第２位相調整機構と、
   前記第３帯域阻止フィルタと前記第１共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第３位相調整機構と、
   前記第４帯域阻止フィルタと前記第２共振器群回路に挟まれ、前記第１共振器群回路を通過する信号と前記第２共振器群回路を通過する信号との位相差を調整する第４位相調整機構の内、
   少なくとも１つの位相調整機構を有することを特徴とするフィルタ回路。
2. 前記第１位相調整機構または前記第３位相調整機構の内、少なくともいずれか一方を有し、かつ、前記第２位相調整機構または前記第４位相調整機構の内、少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１記載のフィルタ回路。
3. 前記第１位相調整機構と、前記第２位相調整機構と、前記第３位相調整機構と、前記第４位相調整機構を有することを特徴とする請求項１記載のフィルタ回路。
4. 前記第１および第２の共振器群回路内の伝送線路は超電導体で構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
5. 前記第１および第２の４端子素子がマジックＴであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
6. 前記第１の４端子素子と前記第１および第２共振器群回路の間の経路、および、前記第２の４端子素子と前記第１および第２共振器群回路の間の経路に９０度遅延回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のフィルタ回路。
7. 送信データに送信処理を施して送信信号を得る信号処理回路と、
   前記送信信号を増幅する電力増幅器と、
   増幅された送信信号をフィルタ処理する請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路から得られる信号を空間に電波として放射するアンテナと、
   を備えた無線通信装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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