JP2010124095A - 反射波吸収型フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】通過域及び阻止域における反射波を抑圧して、通過損失を低減することができるとともに、回路全体の寸法を小型化することができるようにする。
【解決手段】阻止域の信号を略全反射する特性を有する帯域阻止フィルタ５と、帯域阻止フィルタ５と同一の特性を有する帯域阻止フィルタ６とを備え、２つの分配端子９ｅ，９ｆ間にアイソレーション抵抗９ｄが接続されているウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅを位相補償用線路７を介して帯域阻止フィルタ５の入力側と接続し、分配端子９ｆを帯域阻止フィルタ６の入力側と接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、阻止域の信号を略全反射する特性を有する反射波吸収型フィルタに関するものである。

従来の反射波吸収型フィルタでは、阻止域の信号を略全反射する特性を有するフィルタを備えている。
また、従来の反射波吸収型フィルタは、図７に示すように、フィルタの通過域及び阻止域での反射波を抑圧する手段として、９０度ハイブリッドをフィルタの入出力端子に接続するようにしており、バランス型回路を構成している（例えば、非特許文献１を参照）。

バランス型回路は、一般に一対の同一の要素回路と２つの９０度ハイブリッドによって構成される。９０度ハイブリッドを介して励振された要素回路で生じる反射波は、９０度ハイブリッドの終端抵抗で吸収されて、入出力端子には生じないことから、９０度ハイブリッドの動作周波数範囲において、回路全体の入出力端子における反射係数を低減することができる。
したがって、上記要素回路としてフィルタを使用し、かつ、９０度ハイブリッドが当該フィルタの通過域と阻止域の両周波数帯で動作するように設計すれば、その阻止域におけるフィルタの反射係数を低減することが可能となる。

２００７年電子情報通信学会総合大会、ＣＳ−２−２、「バランス形可変帯域阻止フィルタ」

従来の反射波吸収型フィルタは以上のように構成されているので、２つの９０度ハイブリッドを実装する必要があり、回路が大型化する課題があった。
また、９０度ハイブリッドは、その設計や製造誤差などに起因して、分配振幅や位相特性が理想的な３ｄＢ分配・９０度位相差の特性から乖離して、分配端子間偏差が生じる場合がある。この場合、反射波が増大して、通過損失の増加を招いてしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、通過域及び阻止域における反射波を抑圧して、通過損失を低減することができるとともに、回路全体の寸法を小型化することができる反射波吸収型フィルタを得ることを目的とする。

この発明に係る反射波吸収型フィルタは、阻止域の信号を略全反射する特性を有する第１のフィルタ回路と、第１のフィルタ回路と同一の特性を有する第２のフィルタ回路とを備え、２つの分配端子間にアイソレーション抵抗が接続されているウィルキンソン型電力分配回路の一方の分配端子を第１の位相補償用線路を介して第１のフィルタ回路の入力側と接続し、他方の分配端子を第２のフィルタ回路の入力側と接続するようにしたものである。

この発明によれば、阻止域の信号を略全反射する特性を有する第１のフィルタ回路と、第１のフィルタ回路と同一の特性を有する第２のフィルタ回路とを備え、２つの分配端子間にアイソレーション抵抗が接続されているウィルキンソン型電力分配回路の一方の分配端子を第１の位相補償用線路を介して第１のフィルタ回路の入力側と接続し、他方の分配端子を第２のフィルタ回路の入力側と接続するように構成したので、通過域及び阻止域における反射波を抑圧して、通過損失を低減することができるとともに、回路全体の寸法を小型化することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による反射波吸収型フィルタを示す平面図であり、図２は図１の反射波吸収型フィルタを示す等価回路図である。
図１，２において、誘電体基板１は表面に導体パターン２であるマイクロストリップ線路が形成され、裏面が電気的に接地されている。
入力端子３は信号を入力する端子であり、出力端子４は信号を出力する端子である。

帯域阻止フィルタ５は主にリアクタンス素子からなる伝送線路５ａから構成されており、阻止域の信号を略全反射する特性を有している。
先端開放スタブ５ｂは帯域阻止フィルタ５の中心部に形成されており、所望の減衰周波数（阻止域の周波数）で、約１／４波長の長さ（電気長φ＝９０°）となる特性インピーダンスＺ_fを有している。ただし、Ｚ_fは所望の減衰帯域幅を実現するように適宜設計される。
なお、帯域阻止フィルタ５は第１のフィルタ回路を構成している。

帯域阻止フィルタ６は主にリアクタンス素子からなる伝送線路６ａから構成されており、帯域阻止フィルタ５と同一の特性を有している。
先端開放スタブ６ｂは帯域阻止フィルタ６の中心部に形成されており、所望の減衰周波数で、約１／４波長の長さ（電気長φ＝９０°）となる特性インピーダンスＺ_fを有している。
なお、帯域阻止フィルタ６は第２のフィルタ回路を構成している。

位相補償用線路７は減衰周波数で約１／４波長の長さ（電気長φ＝９０°）となる特性インピーダンスＺ₀を有し、ウィルキンソン型電力分配回路９と帯域阻止フィルタ５の間に挿入されている。ただし、Ｚ₀は入力端子３に接続される信号源及び出力端子４に接続される負荷インピーダンスである。なお、位相補償用線路７は第１の位相補償用線路を構成している。
位相補償用線路８は減衰周波数で約１／４波長の長さ（電気長φ＝９０°）となる特性インピーダンスＺ₀を有し、帯域阻止フィルタ６と１／４波長線路インピーダンス変成器１０の間に挿入されている。なお、位相補償用線路８は第２の位相補償用線路を構成している。

ウィルキンソン型電力分配回路９は帯域阻止フィルタ５，６の通過周波数（通過域）と減衰周波数の両方に亘って広帯域に動作するように、それらの中間の周波数で約１／４波長の長さとなる特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂の伝送線路９ａ，９ｂの２段接続で構成されている。
また、ウィルキンソン型電力分配回路９の段間及び分配端子９ｅ，９ｆ間には、分配端子９ｅ，９ｆから入力される逆相信号成分を吸収するためのアイソレーション抵抗９ｃ，９ｄが接続されている。
アイソレーション抵抗９ｃ，９ｄは薄膜抵抗あるいはチップ抵抗によって構成される抵抗値Ｒ₁，Ｒ₂の抵抗素子である。

１／４波長線路インピーダンス変成器１０は帯域阻止フィルタ５，６の通過周波数で約１／４波長の長さとなる特性インピーダンスＺ₀／√２の伝送線路であり、１／４波長線路インピーダンス変成器１０は一端が帯域阻止フィルタ５の出力端子５ｄ及び位相補償用線路８の出力端８ａと接続され、他端が出力端子４と接続されており、帯域阻止フィルタ５，６の通過周波数でインピーダンス変成機能を有する。

次に動作について説明する。
最初に、帯域阻止フィルタ５，６の通過域における信号の流れを説明する。
ウィルキンソン型電力分配回路９は、入力端子３から信号が入力されると、その入力信号を同相・等振幅で分配して、一方の分配信号を分配端子９ｅから出力し、他方の分配信号を分配端子９ｆから出力する。

ここで、従来の反射波吸収型フィルタでは、フィルタ回路の入力側に９０度ハイブリッドが実装されているが（図７を参照）、９０度ハイブリッドは、構造的な不完全性に起因して、分配振幅や位相偏差が生じがちである。そのため、回路全体の通過損失の増加を招くことがある。
この実施の形態１では、９０度ハイブリッドの代わりに、ウィルキンソン型電力分配回路９を用いており、ウィルキンソン型電力分配回路９は、構造的な対称性を有していることもあり、同相分配時の振幅や位相偏差が９０度ハイブリッドと比べて小さい。
このため、この実施の形態１によれば、従来の反射波吸収型フィルタよりも、通過損失を低減することができる。

ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅから出力された分配信号は、位相補償用線路７を介して帯域阻止フィルタ５に入力され、その分配信号は、ほぼ通過係数１で、帯域阻止フィルタ５を通過して、１／４波長線路インピーダンス変成器１０に到達する。
ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｆから出力された分配信号は、帯域阻止フィルタ６に入力され、その分配信号は、ほぼ通過係数１で、帯域阻止フィルタ６を通過し、位相補償用線路８を介して、１／４波長線路インピーダンス変成器１０に到達する。

１／４波長線路インピーダンス変成器１０は、帯域阻止フィルタ５を通過してきた分配信号と、帯域阻止フィルタ６を通過してきた分配信号とを同相合成して出力端子４に出力する。

次に、帯域阻止フィルタ５，６の阻止域における信号の流れを説明する。
ウィルキンソン型電力分配回路９は、入力端子３から信号が入力されると、その入力信号を同相・等振幅で分配して、一方の分配信号を分配端子９ｅから出力し、他方の分配信号を分配端子９ｆから出力する。

ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅから出力された分配信号は、位相補償用線路７を介して帯域阻止フィルタ５に入力され、ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｆから出力された分配信号は、帯域阻止フィルタ６に入力されるが、これらの分配信号は、阻止域の信号であるため、帯域阻止フィルタ５，６によって、ほぼ全反射される。

このとき、ウィルキンソン型電力分配回路９と帯域阻止フィルタ５の間には、φ＝９０°の位相補償用線路７が挿入されているが、ウィルキンソン型電力分配回路９と帯域阻止フィルタ６の間には、そのような位相補償用線路が挿入されていないので、ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅから入力される帯域阻止フィルタ５の反射波と、ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｆから入力される帯域阻止フィルタ６の反射波とは、互いに逆位相となる。
しかし、ウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅ，９ｆから入力される逆相信号成分は、アイソレーション抵抗９ｃ，９ｄに吸収されるので、阻止域での帯域阻止フィルタ５，６の反射波についても、アイソレーション抵抗９ｃ，９ｄに吸収されることになる。
したがって、図２の回路全体の入力側から見た阻止域での反射係数はほぼ０となり、反射波吸収型フィルタとしての特性を呈することになる。

図３はこの発明の実施の形態１による反射波吸収型フィルタの特性計算例を示す説明図である。
図３では、図２の等価回路において、Ｚ₀＝５０Ω，Ｚ₁＝７９Ω、Ｒ₁＝１１１Ω、Ｒ₂＝２０４Ω、Ｚ₂＝６３Ω、Ｚ_f＝１５０Ω、周波数１０ＧＨｚでφ＝９０°となる場合の通過特性と入力側反射特性を示している。
この計算例は、通過周波数が５ＧＨｚ帯、減衰周波数が１０ＧＨｚとなるように設計されたものであり、図３より、両方の周波数帯に亘って反射係数が概ね−１０ｄＢ以下に十分小さく抑圧できていることがわかる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、阻止域の信号を略全反射する特性を有する帯域阻止フィルタ５と、帯域阻止フィルタ５と同一の特性を有する帯域阻止フィルタ６とを備え、２つの分配端子９ｅ，９ｆ間にアイソレーション抵抗９ｄが接続されているウィルキンソン型電力分配回路９の分配端子９ｅを位相補償用線路７を介して帯域阻止フィルタ５の入力側と接続し、分配端子９ｆを帯域阻止フィルタ６の入力側と接続するように構成したので、通過域及び阻止域における反射波を抑圧して、通過損失を低減することができるとともに、回路全体の寸法を小型化することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態１では、出力側の反射係数については低減することができないが、この実施の形態１では、入力側に不要発振の危険性がある能動回路を接続し、出力側にアンテナなどの受動回路を接続することを想定している。
一般に、能動回路は、動作周波数帯以外の周波数帯において、周辺回路との間での雑音電力の多重反射に起因する不要発振が問題となるが、受動回路同士の接続においては、その動作周波数以外での多重反射は基本的に問題とならないので、この実施の形態１のように、入出力端子の一方においてのみ反射波を抑圧することができれば、十分実用に足りるものとなる。
この実施の形態において、出力側の反射係数を低減したい場合には、図２の１／４波長線路インピーダンス変成器１０に代えて、ウィルキンソン型電力分配回路９と同様のウィルキンソン型電力分配回路を電力合成回路として用いればよい。

また、この実施の形態１では、第１及び第２のフィルタ回路として、帯域阻止フィルタ５，６を用いているものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、第１及び第２のフィルタ回路として、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタなどを用いてもよく、同様の効果を奏することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、互いに異なる特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂を有する伝送線路９ａ，９ｂが２段接続されているウィルキンソン型電力分配回路９を示したが、帯域阻止フィルタ５，６の通過域と阻止域で動作するウィルキンソン型電力分配回路９であれば、これに限るものではない。
例えば、図４に示すように、テーパ状の伝送線路９ｇを用いて、ウィルキンソン型電力分配回路９が構成されていてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。なお、９ｈは分配端子９ｅ，９ｆから入力される逆相信号成分を吸収する抵抗値Ｒのアイソレーション抵抗である。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、互いに異なる特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂を有する伝送線路９ａ，９ｂが２段接続されているウィルキンソン型電力分配回路９を示したが、帯域阻止フィルタ５，６の通過域と阻止域で動作するウィルキンソン型電力分配回路９であれば、これに限るものではない。
例えば、図５に示すように、ウィルキンソン型電力分配回路９が、直列インダクタ９ｉとシャントのキャパシタンス９ｊが２段（多段）に接続されている構成であってもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、互いに異なる特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂を有する伝送線路９ａ，９ｂが２段接続されているウィルキンソン型電力分配回路９を示したが、帯域阻止フィルタ５，６の通過域と阻止域で動作するウィルキンソン型電力分配回路９であれば、これに限るものではない。
例えば、図６に示すように、ウィルキンソン型電力分配回路９が、伝送線路９ｋ，９ｌと先端開放スタブ９ｍが２段（多段）に接続されている構成であってもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
ただし、図６の例では、伝送線路９ｋの特性インピーダンスＺ_Aと伝送線路９ｌの特性インピーダンスＺ_Bが異なるものについて示しているが、伝送線路９ｋ，９ｌの特性インピーダンスが同じであってもよい。
また、図６の例では、すべての先端開放スタブ９ｍの特性インピーダンスが同じであるものについて示しているが、１段目の先端開放スタブ９ｍの特性インピーダンスと２段目の先端開放スタブ９ｍの特性インピーダンスが異なっていてもよい。

この発明の実施の形態１による反射波吸収型フィルタを示す平面図である。 図１の反射波吸収型フィルタを示す等価回路図である。 この発明の実施の形態１による反射波吸収型フィルタの特性計算例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による反射波吸収型フィルタを示す等価回路図である。 この発明の実施の形態３による反射波吸収型フィルタを示す等価回路図である。 この発明の実施の形態４による反射波吸収型フィルタを示す等価回路図である。 従来の反射波吸収型フィルタを示す構成図である。

符号の説明

１ 誘電体基板、２ 導体パターン、３ 入力端子、４ 出力端子、５ 帯域阻止フィルタ（第１のフィルタ回路）、５ａ 伝送線路、５ｂ 先端開放スタブ、５ｃ 帯域阻止フィルタの入力端子、５ｄ 帯域阻止フィルタの出力端子、６ 帯域阻止フィルタ（第２のフィルタ回路）、６ａ 伝送線路、６ｂ 先端開放スタブ、６ｃ 帯域阻止フィルタの入力端子、６ｄ 帯域阻止フィルタの出力端子、７ 位相補償用線路（第１の位相補償用線路）、８ 位相補償用線路（第２の位相補償用線路）、８ａ 位相補償用線路の出力端、９ ウィルキンソン型電力分配回路、９ａ，９ｂ 伝送線路、９ｃ，９ｄ アイソレーション抵抗、９ｅ，９ｆ 分配端子、９ｇ テーパ状の伝送線路、９ｉ 直列インダクタ、９ｊ キャパシタンス、９ｈ アイソレーション抵抗、９ｋ，９ｌ 伝送線路、９ｍ 先端開放スタブ、１０ １／４波長線路インピーダンス変成器（伝送線路）。

Claims (5)

1. 阻止域の信号を略全反射する特性を有する第１のフィルタ回路と、上記第１のフィルタ回路と同一の特性を有する第２のフィルタ回路と、上記阻止域の周波数で約１／４波長の長さを有し、一端が上記第１のフィルタ回路の入力側と接続されている第１の位相補償用線路と、上記阻止域の周波数で約１／４波長の長さを有し、一端が上記第２のフィルタ回路の出力側と接続されている第２の位相補償用線路と、一方の分配端子が上記第１の位相補償用線路の他端と接続され、他方の分配端子が上記第２のフィルタ回路の入力側と接続され、２つの分配端子間にアイソレーション抵抗が接続されており、入力端子から入力された信号を分配して、２つの分配端子から出力するウィルキンソン型電力分配回路と、一端が上記第１のフィルタ回路の出力側及び上記第２の位相補償用線路の他端と接続され、他端が出力端子と接続されており、上記第１及び第２のフィルタ回路の通過域の周波数でインピーダンス変成機能を有する伝送線路とを備えた反射波吸収型フィルタ。
2. ウィルキンソン型電力分配回路は、第１及び第２のフィルタ回路の通過域と阻止域で動作する電力分配回路であって、互いに異なる特性インピーダンスを有する伝送線路が多段に接続されている構成であることを特徴とする請求項１記載の反射波吸収型フィルタ。
3. ウィルキンソン型電力分配回路は、第１及び第２のフィルタ回路の通過域と阻止域で動作する電力分配回路であって、テーパ状の伝送線路を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載の反射波吸収型フィルタ。
4. ウィルキンソン型電力分配回路は、第１及び第２のフィルタ回路の通過域と阻止域で動作する電力分配回路であって、直列インダクタとシャントのキャパシタンスが多段に接続されている構成であることを特徴とする請求項１記載の反射波吸収型フィルタ。
5. ウィルキンソン型電力分配回路は、第１及び第２のフィルタ回路の通過域と阻止域で動作する電力分配回路であって、伝送線路と先端開放スタブが多段に接続されている構成であることを特徴とする請求項１記載の反射波吸収型フィルタ。

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