JP2009201034A - Filter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーダ装置、通信装置等に使用されるマイクロ波またはミリ波帯のフィルタ回路に関するものである。 The present invention relates to a microwave or millimeter wave band filter circuit used in a radar device, a communication device, or the like.
レーダ装置や通信装置等に使用されるマイクロ波機器では、アンテナから入射する所望信号以外の不要波を抑圧したり、あるいはこれらの機器内で発生した不要波が外部に出力されるのを防ぐために、フィルタ回路が使用される。一般に、フィルタ回路にはローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等があり、これらのフィルタ回路は抑圧する不要波に応じて使い分けられる。 In microwave equipment used for radar equipment and communication equipment, etc., in order to suppress unnecessary waves other than the desired signal incident from the antenna, or to prevent unnecessary waves generated in these equipment from being output to the outside A filter circuit is used. In general, the filter circuit includes a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter, and the like, and these filter circuits are selectively used according to the unnecessary wave to be suppressed.
これらのフィルタ回路の中で最も基本的なものとして、低周波帯の信号を通過させ、信号よりも高い周波数帯の不要波を抑圧するものとして、ローパスフィルタが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Among these filter circuits, a low-pass filter is known as one that passes a low-frequency band signal and suppresses an unnecessary wave in a higher frequency band than the signal (for example, a patent document). 1).
従来のローパスフィルタは、基本的に、直列接続された2個のインダクタとこれらのインダクタの接続部と接地間に設けられたキャパシタとから成るT形回路から構成される。このようなローパスは、フィルタのカットオフ周波数fc(通常、通過損失が3dBとなる周波数)を信号周波数帯と不要波の周波数帯との間に選ぶことにより、信号を減衰させること無く、不要波のみ抑圧できる。 A conventional low-pass filter basically includes a T-shaped circuit including two inductors connected in series and a capacitor provided between a connection portion of these inductors and the ground. In such a low-pass, by selecting a filter cut-off frequency fc (usually a frequency at which a pass loss is 3 dB) between a signal frequency band and an unnecessary wave frequency band, an unnecessary wave is not attenuated. Can only be suppressed.
一般に、このようなローパスフィルタは、所望帯域内では平坦で低損特性、帯域外では大きな減衰特性が得られることが望ましく、それにはカットオフ周波数fc近傍で急峻な減衰特性を得る必要がある。このような特性は、インダクタとキャパシタとの素子数、即ち、段数に依存し、素子数が少ない場合、カットオフ周波数fc近傍で緩やかな減衰特性を示し、その結果、帯域内では低損失であるものの、帯域内での損失の平坦性および帯域外で大きな減衰量が得られない問題点がある。 In general, it is desirable for such a low-pass filter to obtain a flat and low loss characteristic within a desired band and to obtain a large attenuation characteristic outside the band. For this purpose, it is necessary to obtain a steep attenuation characteristic near the cutoff frequency fc. Such characteristics depend on the number of elements of the inductor and the capacitor, that is, the number of stages. When the number of elements is small, the characteristic exhibits a gentle attenuation characteristic near the cutoff frequency fc, and as a result, the loss is low in the band. However, there is a problem that the flatness of loss within the band and a large amount of attenuation cannot be obtained outside the band.
逆に、素子数が多い場合、カットオフ周波数近傍で急峻な減衰特性となり、帯域内で平坦な損失特性および帯域外で大きな減衰量が得られるものの、帯域内で損失が増加する問題点もある。
例えば、帯域外における不要波抑圧を優先するために多段構成のローパスフィルタを高出力増幅器等のマイクロ波機器に適用するような場合、高出力増幅器の出力電力が低下するとともに効率も低下してしまうことになる。特に、ワイドバンドギャップデバイス等を用いた百W級高出力増幅器の不要波抑圧を優先して段数の多いフィルタ回路を適用するような場合、高出力増幅器の効率が低下するとともに、高発熱が発生し、高出力増幅器の信頼性も低下するという問題点もあった。
On the other hand, when the number of elements is large, the attenuation characteristics are steep near the cutoff frequency, and a flat loss characteristic within the band and a large attenuation outside the band are obtained, but there is a problem that the loss increases within the band. .
For example, when a multi-stage low-pass filter is applied to a microwave device such as a high-power amplifier in order to give priority to unwanted wave suppression outside the band, the output power of the high-power amplifier is reduced and the efficiency is also lowered. It will be. In particular, when a filter circuit with a large number of stages is applied with priority given to unnecessary wave suppression of a 100 W class high-power amplifier using a wide band gap device, the efficiency of the high-power amplifier is reduced and high heat generation occurs. However, there is a problem that the reliability of the high-power amplifier is also lowered.
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、帯域内では平坦で、かつ、低損失特性、帯域外では大きな減衰特性を有するフィルタ回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a filter circuit that is flat in the band, has a low loss characteristic, and has a large attenuation characteristic outside the band.
この発明によるフィルタ回路は、直列接続された2つの第1のインダクタと、上記第1のインダクタの接続部と接地間に設けられた第1のキャパシタと、からなるT形回路と、第2のインダクタと、上記第2のインダクタの両端と接地間にそれぞれ設けられた第2のキャパシタと、からなるπ形回路とを備え、上記T形回路とπ形回路とを並列接続したものである。 A filter circuit according to the present invention includes a T-type circuit including two first inductors connected in series, a first capacitor provided between a connection portion of the first inductor and a ground, and a second circuit. A π-type circuit including an inductor and a second capacitor provided between both ends of the second inductor and the ground is provided, and the T-type circuit and the π-type circuit are connected in parallel.
また、直列接続された2つの第3のキャパシタと、上記第3のキャパシタの接続部と接地間に設けられた第3のインダクタと、からなるT形回路と、第4のキャパシタと、上記第4のキャパシタの両端と接地間にそれぞれ設けられた第4のインダクタと、からなるπ形回路とを備え、上記T形回路とπ形回路とを並列接続しても良い。
A T-type circuit including two third capacitors connected in series; a third inductor provided between a connection portion of the third capacitor and the ground; a fourth capacitor; And a π-type circuit comprising a fourth inductor provided between both ends of the
また、第5のインダクタと第5のキャパシタの直列回路を2個縦続接続してなる縦続直列回路と、当該縦続直列回路の接続部と接地間に設けられた、第6のインダクタと第6のキャパシタとの並列回路と、からなるT形回路と、第7のインダクタと第7のキャパシタの直列回路と、当該直列回路の両端と接地間にそれぞれ設けられた、第8のインダクタと第8のキャパシタとの並列回路と、からなるπ形回路とを備え、上記T形回路とπ形回路とを並列接続しても良い。 Further, a cascaded series circuit formed by cascading two series circuits of a fifth inductor and a fifth capacitor, and a sixth inductor and a sixth capacitor provided between the connection part of the cascaded series circuit and the ground A T-type circuit composed of a parallel circuit with a capacitor, a seventh inductor and a seventh capacitor in series, an eighth inductor and an eighth inductor provided between both ends of the series circuit and the ground, respectively. A π-type circuit including a parallel circuit with a capacitor may be provided, and the T-type circuit and the π-type circuit may be connected in parallel.
さらにまた、第9のインダクタと第9のキャパシタの並列回路を2個縦続接続してなる縦続直列回路と、当該縦続直列回路の接続部と接地間に設けられた、第10のインダクタと第10のキャパシタとの直列回路と、からなるT形回路と、第11のインダクタと第11のキャパシタの並列回路と、当該並列回路の両端と接地間にそれぞれ設けられた、第12のインダクタと第12のキャパシタとの直列回路と、からなるπ形回路とを備え、上記T形回路とπ形回路とを並列接続しても良い。 Furthermore, a cascaded series circuit formed by cascading two parallel circuits of a ninth inductor and a ninth capacitor, and a tenth inductor and a tenth provided between the connection part of the cascaded series circuit and the ground. A T-type circuit composed of a capacitor, a parallel circuit of an eleventh inductor and an eleventh capacitor, and a twelfth inductor and a twelfth provided between both ends of the parallel circuit and the ground, respectively. A π-type circuit composed of a series circuit with the capacitor may be provided, and the T-type circuit and the π-type circuit may be connected in parallel.
この発明によれば、カットオフ周波数近傍までの所要帯域に渡って平坦な損失特性が得られ、かつ、帯域外では大きな減衰特性が得られるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to obtain a flat loss characteristic over a required band up to the vicinity of the cutoff frequency and to obtain a large attenuation characteristic outside the band.
実施の形態1.
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。 図1はこの発明に係る実施の形態1によるフィルタ回路の構成を示す図である。この図では、フィルタ回路としてローパスフィルタを構成する場合について示す。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a diagram showing a configuration of a filter circuit according to Embodiment 1 of the present invention. This figure shows a case where a low-pass filter is configured as a filter circuit.
図において、フィルタ回路は、T形回路5とπ形回路8とから構成され、これらのT形回路5とπ形回路8とが並列接続されるように、入力端子1と出力端子2間に設けられる。T形回路5は、直列接続された2個の第1のインダクタ3と、これら2個の第1のインダクタ3の接続部と接地間に設けられた第1のキャパシタ4とからなる。π形回路8は、1個の第2のインダクタ6と、この第2のインダクタ6の両端と接地間にそれぞれ設けられた2個の第2のキャパシタ7とからなる。
In the figure, the filter circuit is composed of a T-
これらのT形回路5、π形回路8は、いずれも低周波帯の信号を通過させ、高周波帯の不要波を減衰させる電気特性を示す。
即ち、この発明のフィルタ回路は、従来のT形回路5のローパスフィルタに、新たにπ形回路8のローパスフィルタを並列に接続したことを特徴としている。
These T-
That is, the filter circuit of the present invention is characterized in that a low pass filter of a π-
図2は、実施の形態1によるフィルタ回路を、マイクロ波集積回路技術を用いて実現する場合の配線構造を例示するものである。図2(a)に示す配線構造例は、例えばアルミナセラミック基板上に、波長に比べ十分短く、高インピーダンスを有するマイクロストリップ線路からなる2個の第1のインダクタ3と、1個の第2のインダクタ6を形成している。これらの2個の第1のインダクタ3の接続部に、一端がスルーホール9で接地されたチップ状の第1のキャパシタ4の多端を接続する。さらに、第2のインダクタ6の両端には、それぞれ一端がスルーホール9で接地されたチップ状の第2のキャパシタ7を接続している。
FIG. 2 illustrates a wiring structure in the case where the filter circuit according to the first embodiment is realized using the microwave integrated circuit technology. In the wiring structure example shown in FIG. 2A, for example, on an alumina ceramic substrate, two
また、図2(b)は、図2(a)のチップ状の第1のキャパシタ4、第2のキャパシタ7の代りに、先端開放線路を接続してフィルタ回路を構成した、別の配線構造例を示している。この構造のものでは、チップ状の第1のキャパシタ4および第2のキャパシタ7を用いる場合に比べ、形状はやや大きくなるがこれらの第1のキャパシタ4および第2のキャパシタ7に起因する素子ばらつきが無いため、図2(a)のものに比べ再現性の良いフィルタ回路が実現できる。
なお、第1のインダクタ3および第2のインダクタ6として、マイクロストリップ線路で形成したものの代りに、コイル状のインダクタを使用しても実現が容易である。
FIG. 2B shows another wiring structure in which a filter circuit is configured by connecting an open-ended line in place of the chip-like
The
ここで、T形回路5を形成する第1のインダクタ3をL1、第1のキャパシタ4をC1、また、π形回路8を形成する第2のインダクタ6をL2、第2のキャパシタ7をC2とし、L1=L2/2、C1=2*C2に選ぶことにより、T形回路5およびπ形回路8からなるそれぞれのローパスフィルタのカットオフ周波数fcを等しくすることができる。
Here, the
このような条件におけるT形回路5およびπ形回路8の入力インピーダンスをスミスチャート上に表した場合の一例を図3に示す。図中、実線はπ形回路8、破線はT形回路5であり、所望の帯域近傍の周波数f1では両者ともスミスチャートの中央部に存在し、周波数が高くなるにつれ時計周りにスミスチャートの外周部へ向かって進み、帯域外の周波数f3では反射係数が1に近い所に移動する。
FIG. 3 shows an example in which the input impedances of the T-
また、T形回路5の入力インピーダンスとπ形回路8の入力インピーダンスとは反射係数の絶対値が等しく、位相が180度異なる関係にあり、両入力インピーダンスともカットオフ周波数近傍のf2では入力反射係数の実数部が零となる。
The input impedance of the T-
さらに、実施の形態1によるフィルタ回路のように、T形回路5とπ形回路8とを並列接続して構成するような場合、フィルタ回路の入力インピーダンスはT形回路5とπ形回路8との合成インピーダンスとなる。従って、所要帯域におけるT形回路5およびπ形回路8の入力インピーダンスを、例えばT形回路5のみでなる従来のローパスフィルタの2倍の100Ωとする、即ち、第1のインダクタ3および第2のインダクタ6を従来の2倍、第1のキャパシタ4および第2のキャパシタ7を従来の1/2に選ぶことにより、従来のフィルタ回路の入力インピーダンスと等しい50Ωが得られる。
Further, when the T-
図4は、実施の形態1によるフィルタ回路の損失特性の一例を示す図である。図中、実線はこの発明のローパスフィルタの損失特性、破線はT形回路5のみでなる従来のローパスフィルタの損失特性の一例で、比較のために示している。
この実施の形態1のローパスフィルタを構成するT形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは、図3に示したように反射係数の絶対値が等しく位相が180度異なる。即ち、T形回路5の入力インピーダンスが高くなる周波数においては、逆にπ形回路8の入力インピーダンスは低くなる。このようにT形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは互いに相殺し合い、周波数f1近傍の所望帯域内では、合成の入力インピーダンスはほぼ一定となる。このため、所望帯域に渡って、従来のローパスフィルタよりも平坦な損失特性が得られる。
しかも、T形回路5とπ形回路8とを並列に配置することで、従来の1個のT形回路で構成するローパスフィルタに比べ、約1/2の低損失化が図れる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of loss characteristics of the filter circuit according to the first embodiment. In the figure, the solid line is an example of the loss characteristic of the low-pass filter according to the present invention, and the broken line is an example of the loss characteristic of the conventional low-pass filter composed of only the T-
As shown in FIG. 3, the input impedances of the T-
In addition, by arranging the T-
また、カットオフ周波数fc近傍の周波数f2ではT形回路5とπ形回路8の入力反射係数は共役関係にあり、かつ、入力反射係数の実数部が零となる。従ってT形回路5とπ形回路8との合成の入力インピーダンスは非常に高くなり、周波数f2近傍では極所的に大きな減衰量、即ちノッチが得られる。このため、従来のローパスフィルタに比べ、カットオフ周波数fc近傍の急峻な減衰特性が得られる。
At the frequency f2 near the cutoff frequency fc, the input reflection coefficients of the T-
さらに、カットオフ周波数fcよりも高い周波数f3ではT形回路5とπ形回路8との入力反射係数はほぼ1となる。即ち、T形回路5およびπ形回路8は共に入力端子1から入射したマイクロ波が全反射させるため、従来のローパスフィルタと同様に大きな損失特性が得られる。
Furthermore, at the frequency f3 higher than the cutoff frequency fc, the input reflection coefficients of the T-
このように、この発明の実施の形態1によるフィルタ回路は、カットオフ周波数fc近傍までの所要帯域に渡って平坦な損失特性が得られ、かつ、帯域外では大きな減衰特性が得られる。T形回路5のみでなる従来のローパスフィルタでは、このような特性を得るには段数を増やす必要があり、損失が増加する問題があったが、この発明のローパスフィルタでは段数を増やすことなく所望の特性が得られ、しかも同じ段数での従来のローパスフィルタよりも低損失化が図れる利点がある。
As described above, the filter circuit according to the first embodiment of the present invention can obtain a flat loss characteristic over a required band up to the vicinity of the cutoff frequency fc, and can obtain a large attenuation characteristic outside the band. In the conventional low-pass filter including only the T-
従って、この発明のフィルタ回路を増幅器、発振器、コンバータなどのマイクロ波機器に適用することにより、フィルタ回路の損失増加に伴うマイクロ波機器の性能劣化を招くことなく帯域外の不要波を著しく抑圧することができる。
特に、近年脚光を浴びているワイドバンドギャップデバイスを用いた百ワット級増幅器に適用した場合、出力および効率低下を著しく低く抑えることができるとともに、帯域外の不要波を十分抑圧できる利点がある。
Therefore, by applying the filter circuit of the present invention to microwave devices such as amplifiers, oscillators, converters, etc., unnecessary out-of-band waves can be significantly suppressed without degrading the performance of the microwave device due to increased loss of the filter circuit. be able to.
In particular, when applied to a hundred watt class amplifier using a wide band gap device that has been attracting attention in recent years, there is an advantage that it is possible to significantly reduce output and efficiency reduction and to sufficiently suppress unnecessary waves outside the band.
図5は、この発明の実施の形態1によるフィルタ回路の他の実施例を示すものである。図1ではそれぞれ1個のT形回路5とπ形回路8とを並列接続して構成した場合について述べたが、この図のように複数個縦続接続したT形回路5、π形回路8を用いて、両回路を並列接続した場合であっても、図1と同様の効果を得ることができる。さらにこの実施例では、このようにT形回路5およびπ形回路8をそれぞれ複数個縦続接続することで、それぞれが1個で構成される場合に比べ、帯域内の損失がやや増加するものの、帯域外において図1に比べて著しく大きな減衰量が得られる。従って、この構成のフィルタ回路は損失よりも帯域外減衰量が問題となるマイクロ波機器への適用が有効である。
FIG. 5 shows another example of the filter circuit according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the case where one T-
実施の形態2.
実施の形態1では、フィルタ回路としてローパスフィルタを構成した例について述べたが、この実施の形態2ではハイパスフィルタを構成する場合について述べる。
図6は、この発明に係る実施の形態2によるフィルタ回路の構成および構造の一例を示す図であり、図6(a)は構成図、図6(b)は構造図である。ここではフィルタ回路としてハイパスフィルタの場合について示す。
In the first embodiment, an example in which a low-pass filter is configured as a filter circuit has been described. In the second embodiment, a case in which a high-pass filter is configured will be described.
6A and 6B are diagrams showing an example of the configuration and structure of a filter circuit according to
このフィルタ回路は、図6(a)に示すように、入力端子1と出力端子2間に、T形回路5と、π形回路8とが並列接続されるように設けて構成したものである。T形回路5は、1個の第3のインダクタ10と、2個の第3のキャパシタ11とからなる。π形回路8は、2個の第4のインダクタ12と、1個の第4のキャパシタ13からなる。
As shown in FIG. 6A, this filter circuit is configured such that a T-
これらのT形回路5およびπ形回路8は、いずれも低周波を阻止させ、高周波を通過させるハイパスフィルタとしての電気特性を示す。
These T-
図6(b)は、図6(a)に示したフィルタ回路を、マイクロ波集積回路技術を用いて実現した場合の配線構造の一例である。このハイパスフィルタは、例えばアルミナセラミック基板上に、直列接続された2個の第3のキャパシタ11と、1個の第4のキャパシタ13とを並列に配置し、2個の第3のキャパシタ11の接続部に、一端がスルーホール9で接地された第3のインダクタ10を接続する。また、1個の第4のキャパシタ13の両端には、それぞれ一端がスルーホール9で接地された第4のインダクタ12を接続する。これらの第3のインダクタ10および第4のインダクタ12は波長に比べ十分短く、かつ、高インピーダンスを有するマイクロストリップ線路で形成されている。
FIG. 6B is an example of a wiring structure in the case where the filter circuit shown in FIG. 6A is realized using a microwave integrated circuit technology. In this high pass filter, two
ここで、T形回路5を形成する第3のインダクタ10をL1、第3のキャパシタ11をC1、また、π形回路8を形成する第4のインダクタ12とL2、第4のキャパシタ13をC2とし、L1=L2/2、C1=2*C2に選ぶことにより、T形回路5およびπ形回路8からなるそれぞれのハイパスフィルタのカットオフ周波数fcを等しくすることができる。
このような条件では、実施の形態1で示したローパスフィルタと同様に、T形回路5の入力インピーダンスとπ形回路8の入力インピーダンスとは反射係数の絶対値が等しく、位相が180度異なる関係にあり、両入力インピーダンスともカットオフ周波数fc近傍では入力反射係数の実数部が零となる。
Here, the
Under such conditions, similar to the low-pass filter shown in the first embodiment, the input impedance of the T-
さらに、この実施の形態2によるフィルタ回路のように、T形回路5とπ形回路8とを並列接続して構成するような場合、フィルタ回路の入力インピーダンスはT形回路5とπ形回路8との合成インピーダンスとなる。従って、所要帯域におけるT形回路5およびπ形回路8の入力インピーダンスを、例えば従来のハイパスフィルタの2倍の100Ωとする、即ち、第3のインダクタ10、第4のインダクタ12を従来の2倍、第3のキャパシタ11、第4のキャパシタ13を従来の1/2に選ぶことにより、従来のフィルタ回路の入力インピーダンスと等しい50Ωが得られる。
Further, when the T-
図7は、実施の形態2によるフィルタ回路の損失特性を示す一例である。図中、実線はこの実施の形態2によるフィルタ回路の損失特性、破線は一般的なT形回路のみで構成する従来のハイパスフィルタの損失特性の一例で、比較のために示している。
この実施の形態2のハイパスフィルタを構成する、T形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは、先の図3で示したローパスフィルタと同様に、反射係数の絶対値が等しく位相が180度異なる。即ち、T形回路5の入力インピーダンスが高くなる周波数においては、逆にπ形回路8の入力インピーダンスは低くなる。このようにT形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは互いに相殺し合い、所望帯域内では合成の入力インピーダンスはほぼ一定となる。このため、所望帯域に渡って、従来のハイパスフィルタよりも平坦な損失特性が得られる。
しかもT形回路5とπ形回路8とを並列に配置することで、従来の1個のT形回路で構成するハイパスフィルタに比べ、約1/2の低損失化が図れる。
FIG. 7 is an example showing loss characteristics of the filter circuit according to the second embodiment. In the figure, the solid line is an example of the loss characteristic of the filter circuit according to the second embodiment, and the broken line is an example of the loss characteristic of a conventional high-pass filter constituted by only a general T-type circuit, and is shown for comparison.
The input impedances of the T-
In addition, by arranging the T-
また、カットオフ周波数fc近傍の周波数ではT形回路5とπ形回路8の入力インピーダンスの反射係数は共役関係にあり、かつ、反射係数の実数部が零となる。従ってT形回路5とπ形回路8との合成の入力インピーダンスは非常に高くなり、周波数f2近傍では極所的に大きな減衰量、即ちノッチが得られる。このため、従来のハイパスフィルタに比べ、カットオフ周波数fc近傍で急峻な減衰特性が得られる。
At frequencies near the cutoff frequency fc, the reflection coefficients of the input impedances of the T-
さらにカットオフ周波数fcよりも低い周波数ではT形回路5とπ形回路8との反射係数はほぼ1となる。即ち、T形回路5およびπ形回路8は共に入力端子1から入射したマイクロ波が全反射させるため、従来のハイパスフィルタと同様に大きな損失特性が得られる。
Further, at a frequency lower than the cut-off frequency fc, the reflection coefficient of the T-
このように、この実施の形態2によるフィルタ回路は、カットオフ周波数fc近傍の周波数まで帯域内に渡って平坦な損失特性が得られ、かつ、帯域外では大きな減衰特性が得られる。従来のT形回路のみのハイパスフィルタでは、このような特性を得るには段数を増やす必要があり、損失が増加する問題があったが、この実施の形態2のハイパスフィルタでは、段数を増やすことなく所望の特性が得られ、しかも同じ段数のハイパスフィルタよりも低損失化が図れる。 As described above, the filter circuit according to the second embodiment can obtain a flat loss characteristic over the band up to a frequency near the cutoff frequency fc, and can obtain a large attenuation characteristic outside the band. In the conventional high-pass filter only with the T-type circuit, it is necessary to increase the number of stages in order to obtain such characteristics, and there is a problem that the loss increases. However, in the high-pass filter of the second embodiment, the number of stages is increased. Therefore, desired characteristics can be obtained, and the loss can be reduced as compared with a high-pass filter having the same number of stages.
従って、この発明のフィルタ回路を増幅器、発振器、コンバータなどのマイクロ波機器に適用することにより、ハイパスフィルタの損失増加に伴うマイクロ波機器の性能劣化を招くことなく帯域外の不要波を著しく抑圧することができる。
特に、近年脚光を浴びているワイドバンドギャップデバイスを用いた百ワット級増幅器に適用した場合、出力および効率低下を著しく低く抑えることができるとともに、帯域外の不要波を十分抑圧できる利点がある。
Therefore, by applying the filter circuit of the present invention to microwave devices such as amplifiers, oscillators, converters, etc., it is possible to remarkably suppress out-of-band unnecessary waves without incurring performance degradation of the microwave devices due to increased loss of the high-pass filter. be able to.
In particular, when applied to a hundred watt class amplifier using a wide band gap device that has been attracting attention in recent years, there is an advantage that it is possible to significantly reduce output and efficiency reduction and to sufficiently suppress unnecessary waves outside the band.
図8は、実施の形態2によるフィルタ回路の他の実施例を示すものである。図6ではそれぞれ1個のT形回路5とπ形回路8とを並列接続して構成した場合について述べたが、この図のようにそれぞれ縦続接続された複数個のT形回路5とπ形回路8とを並列接続したものであっても同じである。このようにT形回路5およびπ形回路8をそれぞれ複数個縦続接続することで、それぞれ1個の場合に比べ、帯域内の損失がやや増加するものの、帯域外において著しく大きな減衰量が得られる。
このフィルタ回路は損失よりも帯域外減衰量が問題となるマイクロ波機器への適用が有効である。
FIG. 8 shows another example of the filter circuit according to the second embodiment. In FIG. 6, the case where one T-
This filter circuit is effective when applied to microwave equipment in which out-of-band attenuation is more problematic than loss.
実施の形態3.
実施の形態1、2では、フィルタ回路としてローパスフィルタおよびハイパスフィルタを構成した例について述べたが、この発明に係る実施の形態3では、フィルタ回路としてバンドパスフィルタを構成する場合について述べる。
図9は、この発明に係る実施の形態3によるフィルタ回路の(a)構成および(b)特性例を示す図であり、ここではフィルタ回路としてバンドパスフィルタの場合について示す。
In the first and second embodiments, the example in which the low-pass filter and the high-pass filter are configured as the filter circuit has been described, but in the third embodiment according to the present invention, the case where the band-pass filter is configured as the filter circuit will be described.
FIG. 9 is a diagram showing an example of (a) configuration and (b) characteristics of a filter circuit according to
このフィルタ回路は、図9(a)に示すように、入力端子1と出力端子2間に、先に示したローパスフィルタおよびハイパスフィルタと同様に、T形回路5とπ形回路8とが並列接続されるように構成されている。T形回路5は、第5のインダクタ14と第5のキャパシタ15とが直列接続された2個の直列回路と、これらの直列回路間に接続され、第6のインダクタ16と第6のキャパシタ17との並列回路とからなる。また、π形回路8は、第7のインダクタ18と第7のキャパシタ19からなる直列回路と、この直列回路の両端にそれぞれ接続された第8のインダクタ20と第8のキャパシタ21との並列回路からなる。
これらのT形回路5およびπ形回路8はいずれも所望帯域の信号を通過させ、それ以外は阻止する特性を示す。
In this filter circuit, as shown in FIG. 9 (a), a T-
Each of the T-
ここで、T形回路5を形成する第5のインダクタ14、第6のインダクタ16をそれぞれL1、L1'、第5のキャパシタ15、第6のキャパシタ17をそれぞれC1、C1'とし、また、π形回路8を形成する第7のインダクタ18、第8のインダクタ20をそれぞれL2、L2'とし、第7のキャパシタ19、第8のキャパシタ21をそれぞれC2、C2'とし、L1=L2/2、C1=2*C2、L1'=L2'/2、C1'=2*C2'に選ぶことにより、T形回路5およびπ形回路8からなるそれぞれのバンドパスフィルタのカットオフ周波数fcを等しくすることができる。
このような条件では、実施の形態1で示したローパスフィルタと同様に、T形回路5の入力インピーダンスとπ形回路8の入力インピーダンスとは反射係数の絶対値が等しく、位相が180度異なる関係にあり、両入力インピーダンスとも、カットオフ周波数fc近傍では入力反射係数の実数部が零となる。
Here, the
Under such conditions, similar to the low-pass filter shown in the first embodiment, the input impedance of the T-
さらに、この実施の形態3によるフィルタ回路のように、T形回路5とπ形回路8とを並列接続して構成するような場合、フィルタ回路の入力インピーダンスはT形回路5とπ形回路8との合成インピーダンスとなる。従って、所要帯域におけるT形回路5およびπ形回路8の入力インピーダンスを、例えば従来のバンドパスフィルタの2倍の100Ωに選ぶことにより、従来のフィルタ回路の入力インピーダンスと等しい50Ωが得られる。
Further, when the T-
図9(b)は、実施の形態3によるフィルタ回路の損失特性の一例である。図中、実線はこの発明のフィルタ回路の損失特性、破線は一般的な従来のバンドパスフィルタの損失特性の一例で、比較のために示している。
この実施の形態3のバンドパスフィルタを構成するT形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは、先に図3で示したローパスフィルタと同様に、反射係数の絶対値が等しく位相が180度異なる。即ち、T形回路5の入力インピーダンスが高くなる周波数においては、逆にπ形回路8の入力インピーダンスは低くなる。このように、T形回路5とπ形回路8との入力インピーダンスは互いに相殺し合い、所望帯域内では合成の入力インピーダンスはほぼ一定となる。
このため、所望帯域に渡って、従来のバンドパスフィルタよりも平坦な損失特性が得られる。
また、この構成のフィルタ回路においても、T形回路5とπ形回路8とを並列に配置することで、従来の1個のT形回路で構成するローパスフィルタ、ハイパスフィルタと同様に、約1/2の低損失化が図れる。
FIG. 9B is an example of the loss characteristic of the filter circuit according to the third embodiment. In the figure, the solid line is an example of the loss characteristic of the filter circuit of the present invention, and the broken line is an example of the loss characteristic of a general conventional bandpass filter, which is shown for comparison.
The input impedances of the T-
For this reason, a flatter loss characteristic than the conventional band pass filter can be obtained over the desired band.
Also in the filter circuit of this configuration, by arranging the T-
また、カットオフ周波数fc近傍の周波数ではT形回路5とπ形回路8の入力インピーダンスの反射係数は共役関係にあり、かつ、反射係数の実数部が零となる。従ってT形回路5とπ形回路8との合成の入力インピーダンスは非常に高くなり、極所的に大きな減衰量、即ちノッチが得られる。このため、従来のバンドパスフィルタに比べ、カットオフ周波数fc近傍の帯域外で大きな減衰量が得られる。
At frequencies near the cutoff frequency fc, the reflection coefficients of the input impedances of the T-
さらに、所望周波数帯よりも低い周波数帯および高い周波数帯では、T形回路5とπ形回路8との反射係数はほぼ1となる。即ち、T形回路5およびπ形回路8は共に入力端子1から入射したマイクロ波を全反射させるため、従来のハイパスフィルタと同様に大きな損失特性が得られる。
Further, in the frequency band lower and higher than the desired frequency band, the reflection coefficient of the T-
このように、この実施の形態3によるフィルタ回路は、カットオフ周波数fc近傍の周波数まで帯域内に渡って平坦な損失特性が得られ、かつ、帯域外では急峻な減衰特性が得られる。従来のバンドパスフィルタではこのような特性を得るには段数を増やす必要があり、損失が増加する問題があったが、この発明のバンドパスフィルタでは段数を増やすことなく所望の特性が得られ、しかも同じ段数のバンドパスフィルタよりも低損失化が図れる。 As described above, the filter circuit according to the third embodiment can obtain a flat loss characteristic over the band up to a frequency near the cutoff frequency fc, and can obtain a steep attenuation characteristic outside the band. In order to obtain such characteristics in the conventional band pass filter, it is necessary to increase the number of stages, and there is a problem that the loss increases, but in the band pass filter of the present invention, a desired characteristic can be obtained without increasing the number of stages, In addition, the loss can be reduced as compared with the band-pass filter having the same number of stages.
従って、この実施の形態3のバンドパスフィルタを、増幅器、発振器、コンバータなどのマイクロ波機器に適用することにより、バンドパスフィルタの損失増加に伴うマイクロ波機器の性能劣化を招くことなく帯域外の不要波を著しく抑圧することができる。
また、この実施の形態3のバンドパスフィルタにおいても、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタと同様に、ワイドバンドギャップデバイスを用いた百ワット級増幅器に適用した場合、出力および効率低下を著しく低く抑えることができるとともに、帯域外の不要波を十分抑圧できる利点がある。
なお、以上はバンドパスフィルタを構成するT形回路5およびπ形回路8を、それぞれ1個用いた場合について述べたが、図5、図8と同様にそれぞれ複数個縦続接続した場合であっても変わりがない。
Therefore, by applying the bandpass filter of the third embodiment to microwave devices such as amplifiers, oscillators, converters, etc., out of band without incurring performance degradation of the microwave devices due to increased loss of the bandpass filter. Unwanted waves can be significantly suppressed.
Also, in the bandpass filter of the third embodiment, as in the case of the lowpass filter and the highpass filter, when applied to a hundred watt class amplifier using a wide bandgap device, the output and efficiency reduction can be remarkably reduced. In addition, there is an advantage that unnecessary waves outside the band can be sufficiently suppressed.
In the above, the case where one T-
実施の形態4.
実施の形態1、2では、フィルタ回路としてローパスフィルタおよびハイパスフィルタを構成した例について述べたが、この発明に係る実施の形態4では、フィルタ回路としてバンドリジェクションフィルタを構成する場合について述べる。
図10は、この発明に係る実施の形態4によるフィルタ回路の構成を示す図であり、ここではフィルタ回路としてバンドリジェクションフィルタの場合について示す。
In the first and second embodiments, the example in which the low-pass filter and the high-pass filter are configured as the filter circuit has been described. In the fourth embodiment according to the present invention, a case in which the band rejection filter is configured as the filter circuit will be described.
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the filter circuit according to the fourth embodiment of the present invention. Here, a case of a band rejection filter as the filter circuit is shown.
このフィルタ回路は、図10に示すように入力端子1と出力端子2間に、バンドパスフィルタと同様に、T形回路5とπ形回路8とが並列接続されるように設けられている。
T形回路5は、第9のインダクタ22と第9のキャパシタ23とが並列接続された2個の並列回路と、これらの並列回路の接続部に接続され、第10のインダクタ24と第10のキャパシタ25との直列回路とからなる。また、π形回路8は、第11のインダクタ26と第11のキャパシタ27との並列回路と、この並列回路の両端にそれぞれ接続された第12のインダクタ28と第12のキャパシタ29との直列回路からなる。これらのT形回路5およびπ形回路8は、いずれも所望帯域の信号を通過させ、それ以外は阻止する特性を示す。
As shown in FIG. 10, this filter circuit is provided between an input terminal 1 and an
The T-
このような構成の実施の形態4によるフィルタ回路においても、実施の形態1〜実施の形態3で説明したように、カットオフ周波数fc近傍の周波数ではT形回路5とπ形回路8の入力インピーダンスの反射係数は共役関係にあり、かつ、反射係数の実数部が零となる。従ってT形回路5とπ形回路8との合成の入力インピーダンスは非常に高くなり、極所的に大きな減衰量、即ちノッチが得られる。
このため、カットオフ周波数fc近傍の帯域内に渡って減衰量が得られる。
また、T形回路5とπ形回路8とを並列に配置することで、従来の1個のT形回路5あるいはπ形回路8で構成するものに比べ、帯域外においては平坦で、低損失な特性が得られる。
このようなフィルタ回路をマイクロ波機器に適用することにより、特定の周波数成分の不要波のみ減衰させることができる。
Also in the filter circuit according to the fourth embodiment having such a configuration, as described in the first to third embodiments, the input impedances of the T-
For this reason, an attenuation is obtained over a band near the cutoff frequency fc.
Further, by arranging the T-
By applying such a filter circuit to a microwave device, only an unnecessary wave having a specific frequency component can be attenuated.
以上説明したように、T形回路とπ形回路とを並列接続してローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等のフィルタ回路を構成することにより、所望帯域では平坦で、低損失特性が得られるとともに、帯域外では大きな減衰量が得られる。
また、バンドリジェクションフィルタでは所望帯域で大きな減衰特性と帯域外においては平坦で、低損失な特性が得られる。
さらに、これらのフィルタ回路をマイクロ波機器やミリ波回路に適用することにより、マイクロ波機器やミリ波回路の特性劣化を小さく抑えつつ、マイクロ波機器やミリ波回路内で発生した不要波の流出を著しく抑えれことができる。また、アンテナなどを介して入力される不要波によるマイクロ波機器やミリ波回路への影響も小さく抑えることができる。
As described above, by forming a filter circuit such as a low-pass filter, a high-pass filter, or a band-pass filter by connecting a T-type circuit and a π-type circuit in parallel, the desired band is flat and low loss characteristics can be obtained. At the same time, a large attenuation can be obtained outside the band.
In addition, the band rejection filter can obtain a large attenuation characteristic in a desired band and a flat and low loss characteristic outside the band.
Furthermore, by applying these filter circuits to microwave devices and millimeter-wave circuits, it is possible to prevent unnecessary waves generated in the microwave devices and millimeter-wave circuits while minimizing the deterioration of the characteristics of the microwave devices and millimeter-wave circuits. Can be remarkably suppressed. Moreover, the influence on the microwave apparatus and millimeter wave circuit by the unnecessary wave input via an antenna etc. can be suppressed small.
1 入力端子、2 出力端子、3 第1のインダクタ、4 第1のキャパシタ、5 T形回路、6 第2のインダクタ、7 第2のキャパシタ、8 π形回路、9 スルーホール、10 第3のインダクタ、11 第3のキャパシタ、12 第4のインダクタ、13 第4のキャパシタ、14 第5のインダクタ、15 第5のキャパシタ、16 第6のインダクタ、17 第6のキャパシタ、18 第7のインダクタ、19 第7のキャパシタ、20 第8のインダクタ、21 第8のキャパシタ、22 第9のインダクタ、23 第9のキャパシタ、24 第10のインダクタ、25 第10のキャパシタ、26 第11のインダクタ、27 第11のキャパシタ、28 第12のインダクタ、29 第12のキャパシタ。
1 input terminal, 2 output terminal, 3 first inductor, 4 first capacitor, 5 T-type circuit, 6 second inductor, 7 second capacitor, 8 π-type circuit, 9 through-hole, 10 third Inductor, 11 3rd capacitor, 12 4th inductor, 13 4th capacitor, 14 5th inductor, 15 5th capacitor, 16 6th inductor, 17 6th capacitor, 18 7th inductor, 19 7th capacitor, 20 8th inductor, 21 8th capacitor, 22 9th inductor, 23 9th capacitor, 24 10th inductor, 25 10th capacitor, 26 11th inductor, 27
Claims (4)
第2のインダクタと、上記第2のインダクタの両端と接地間にそれぞれ設けられた第2のキャパシタと、からなるπ形回路と、
を備え、
上記T形回路とπ形回路とを並列接続したフィルタ回路。 A T-shaped circuit including two first inductors connected in series, and a first capacitor provided between a connection portion of the first inductor and the ground;
A π-type circuit comprising a second inductor, and a second capacitor provided between both ends of the second inductor and the ground,
With
A filter circuit in which the T-type circuit and the π-type circuit are connected in parallel.
第4のキャパシタと、上記第4のキャパシタの両端と接地間にそれぞれ設けられた第4のインダクタと、からなるπ形回路と、
を備え、
上記T形回路とπ形回路とを並列接続したフィルタ回路。 A T-shaped circuit comprising two third capacitors connected in series, and a third inductor provided between the connection portion of the third capacitor and the ground;
A π-type circuit comprising a fourth capacitor, and a fourth inductor provided between both ends of the fourth capacitor and the ground,
With
A filter circuit in which the T-type circuit and the π-type circuit are connected in parallel.
第7のインダクタと第7のキャパシタの直列回路と、当該直列回路の両端と接地間にそれぞれ設けられた、第8のインダクタと第8のキャパシタとの並列回路と、からなるπ形回路と、
を備え、
上記T形回路とπ形回路とを並列接続したフィルタ回路 A cascaded series circuit formed by cascading two series circuits of a fifth inductor and a fifth capacitor, and a sixth inductor and a sixth capacitor provided between a connection part of the cascaded series circuit and the ground; A T-shaped circuit comprising:
A π-type circuit comprising a seventh inductor and a seventh capacitor series circuit, and a parallel circuit of an eighth inductor and an eighth capacitor, each provided between both ends of the series circuit and the ground;
With
Filter circuit in which the T-type circuit and the π-type circuit are connected in parallel
第11のインダクタと第11のキャパシタの並列回路と、当該並列回路の両端と接地間にそれぞれ設けられた、第12のインダクタと第12のキャパシタとの直列回路と、からなるπ形回路と、
を備え、
上記T形回路とπ形回路とを並列接続したフィルタ回路。 A cascaded series circuit formed by cascading two parallel circuits of a ninth inductor and a ninth capacitor, and a tenth inductor and a tenth capacitor provided between a connection part of the cascaded series circuit and the ground; A T-shaped circuit comprising:
A π-type circuit comprising a parallel circuit of an eleventh inductor and an eleventh capacitor, and a series circuit of a twelfth inductor and a twelfth capacitor, each provided between both ends of the parallel circuit and the ground;
With
A filter circuit in which the T-type circuit and the π-type circuit are connected in parallel.
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