JP2011066822A - フィルタ及び増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】奇数次高調波を抑制するフィルタにおける伝送線路の線路長を低減する。
【解決手段】フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するスタブ２０、２１と、スタブ２０、２１と電磁結合し、且つ伝送線路１０を伝送される基本波の奇数次高調波に共振する共振部３０、３０−１、３０−２、３１と、を備える。
【選択図】図３

Description

本明細書で論じられる実施態様は、電気信号用のフィルタと増幅回路とに関する。

高調波を抑制するフィルタの例としては、増幅器の出力端子に設けられるスタブが挙げられる。例えば、増幅器の出力信号の基本波の波長λに対しλ／４の電気長を有するショートスタブは、偶数次高調波を抑制し、基本波及び奇数次高調波を通過させる。

基本波の整数倍の次数を持つ高調波を抑制するフィルタの構成例を図１に示す。増幅回路５０は、増幅器（ＦＥＴ）５１の出力の伝送線路５２に対して、或る間隔ｄを保って平行に、一端が接地されて線路長が対象とする高調波ｎｆの波長λｎｆの４分の１（λｎｆ／４）であり該高調波ｎｆに共振する共振器５３を備える。共振器５３が伝送線路５２に結合することにより、伝送線路５２上の対象の高調波ｎｆは、再び伝送線路２の入力側の増幅器（ＦＥＴ）５１に反射される。

なお、入力整合回路と電界効果トランジスタなどの半導体素子と出力整合回路を備えたマイクロ波半導体増幅器が提案されている。このマイクロ波半導体増幅器は、出力整合回路に、複数個の高調波に対してそれぞれ約４分の１波長の長さを有する先端開放線路を並列接続して成る高調波抑圧回路を備える。マイクロ波半導体増幅器は、高調波抑圧回路を、基本波に対するインピ−ダンス整合素子として用いる。

また、高周波信号を増幅素子部において電力増幅して高周波電力を出力端子に得るための電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力端子である第１の接続点と、この第１の接続点から第１の電気長を有し、高周波信号の出力を得る第２の接続点までの第１の結合線路手段と、前記第１の電気長と同じ長さであり、相互に結合を有し、前記増幅素子部と前記出力端子との間に寄生する寄生線路を含む電気長が、前記電力増幅手段において増幅する高周波信号の基本波の２次高調波に対して前記増幅素子部の出力が仮想接地されるような電気長であり、前記増幅素子部の出力が仮想接地されるように作用する第２の結合線路手段とを含む高周波電力増幅器が提案されている。

特開平８−１３９５３５号公報 特開平５−１９９０４７号公報 特開平５−１９１１７５号公報

上述のスタブを用いる従来のフィルタでは、奇数次高調波を抑制することができない。これに対して図１を参照して説明した従来のフィルタは、奇数次高調波を抑制するように実現できる。しかし図１のフィルタを設ける場合には、信号の伝送線路５２と共振器５３とを電磁結合させるために、信号の伝送線路５２の伝送路長をある程度伸ばすことになる。したがって、信号の伝送線路５２の延長により信号ロスを招く恐れがある。

実施態様に係る装置は、奇数次高調波を抑制するフィルタにおける伝送線路の線路長を低減することを目的とする。

一実施態様によるフィルタは、伝送線路から分岐するスタブと、スタブと電磁結合し、且つ前記伝送線路を伝送される基本波の奇数次高調波に共振する共振部と、を備える。

上記の実施形態のフィルタによれば、奇数次高調波を抑制するフィルタにおける伝送線路の線路長が低減される。

従来の増幅回路の構成図である。 増幅回路における実施例の構成図である。 図２に示すフィルタの第１構成例を示す図である。 図２に示すフィルタの第２構成例を示す図である。 図２に示すフィルタの第３構成例を示す図である。 図２に示すフィルタの第４構成例を示す図である。 図２に示すフィルタの第５構成例を示す図である。 図５に示すフィルタによる減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図６に示すフィルタによる減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例について説明する。図２は、増幅回路における実施例の構成図である。参照符号１は増幅回路を示し、参照符号２は増幅器を示し、参照符号３はフィルタを示す。増幅回路１は、増幅器２とその出力端子に設けられるフィルタ３とを備える。なお、図２の例に示すように、増幅器２は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ: Field effect transistor）であってよい。図２の例では、電界効果トランジスタ２はソース接地されているが、電界効果トランジスタ２はドレイン接地されていてもよい。増幅回路１は、例えばマイクロ波増幅回路などの高周波増幅回路であってよい。

図３は、図２に示すフィルタ３の第１構成例を示す図である。参照符号１０は増幅器２の出力の伝送線路を示し、参照符号２０はスタブを示し、参照符号３０は共振器を示す。フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するスタブ２０と、スタブ２０と電磁結合する共振部３０を備える。

共振部３０はスタブ２０と電磁結合し、伝送線路１０上を伝送する信号の基本波の奇数次高調波に共振する。共振器３０は、例えば、一方が接地され且つ他方が開放された分布定数回路で実現された結合線路であってよい。結合線路３０は、スタブ２０に対して平行に配置され、スタブ２０に電磁結合される。抑制する対象の奇数次高調波の波長がλｏであるとき、結合線路３０の電気長Ｌ２１はλｏ／４であってよい。例えば、波長λの基本波の３次高調波を抑制するフィルタ３を実現するとき、結合線路３０の電気長Ｌ２１はλ／１２であってよい。例えば、波長λの基本波の５次高調波を抑制するフィルタ３を実現するとき、結合線路３０の電気長Ｌ２１はλ／２０であってよい。

共振部３０がスタブ２０に電磁結合されることにより、スタブ２０と伝送線路１０との接続点ａは、対象とする奇数次高調波に関して接地され、この奇数次高調波は増幅器２へ向けて反射される。したがって、この奇数次高調波の増幅回路１からの出力が抑制される。

本実施例によれば、共振部３０は、伝送線路１０にではなくスタブ２０に電磁結合される。このため図１の従来例と異なり、共振部３０との電磁結合のために伝送線路１０を伸ばさなくてもよい。本実施例によれば、奇数次高調波を抑制でき、かつフィルタの設置のために要する伝送線路の線路長がより短いフィルタを実現することができる。このため信号ロスの恐れが低減される。

スタブ２０は、例えば、伝送線路１０を流れる信号の基本波の波長λに対しλ／４の電気長Ｌ１１を持つショートスタブであってよい。スタブ２０は、両端Ｔ１及びＴ２のうち端部Ｔ１において伝送線路１０の接続点ａに接続され、他方の端部Ｔ２において接地される。このようなスタブ２０を伝送線路１０に接続することにより、接続点ａは、基本波の偶数次高調波に関して接地され、偶数次高調波は接続点ａにて増幅器２へと反射される。したがって、増幅回路１から出力される偶数次高調波が抑制される。一方で、基本波は接続点ａを通過する。

スタブ２０として基本波の波長λに対しλ／４の電気長を持つショートスタブを用いることにより、フィルタ３は偶数次高調波と任意の奇数次高調波を抑制でき、かつフィルタ３が基本波へ与える影響が低減される。

共振器３０は、スタブ２０の両端Ｔ１及びＴ２のうち、伝送線路１０に接続される端部Ｔ１に隣接する位置に配置されていてよい。端部Ｔ１では、端部Ｔ２に比べてスタブ２０内に存在する信号強度が強い。したがって端部Ｔ１に隣接するように共振器３０を設けることによって、所望の奇数次高調波を抑制する効果をより高めることができる。

続いて、フィルタ３の他の構成例について説明する。図４は、図２に示すフィルタ３の第２構成例を示す図である。参照符号２１はスタブを示す。フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するスタブ２１と、スタブ２１と電磁結合する共振部３０を備える。共振部３０は、図３を参照して上述した共振部３０と同様に実現されてよい。

スタブ２１は、伝送線路１０を流れる信号の基本波の２次高調波の波長λｔに対しλｔ／４の電気長Ｌ１２を持つオープンスタブであってよい。基本波の波長をλと記載すると、電気長Ｌ１２はλ／８であってよい。スタブ２０は、両端Ｔ１及びＴ２のうち端部Ｔ１において伝送線路１０に接続され、他方の端部Ｔ２が開放されている。

本実施例においても、偶数次高調波と任意の奇数次高調波を抑制でき、かつ基本波へ与える影響が低減される。また、オープンスタブ２１は電気長の調整が容易であるという利点もある。なお、後述する他のいずれの実施例においても、伝送線路１０から分岐するスタブは、ショートスタブ及びオープンスタブのいずれであってもよい。

次に、フィルタ３の他の構成例について説明する。図５は、図２に示すフィルタ３の第３構成例を示す図である。参照符号３０−１及び３０−２は、図３を参照して上述した共振部３０と同様の共振部である。フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するスタブ２０と、スタブ２０と電磁結合する共振部３０−１及び３０−２を備える。

共振部３０−１及び３０−２は、スタブ２０の両側方にそれぞれ配置される。すなわち、共振部３０−１及び３０−２は、スタブ２０に対して平行に配列され、かつスタブ２０を挟む。複数の共振部３０−１及び３０−２を、スタブ２０の両側方にそれぞれ配置してスタブ２０に電磁結合することにより、１つの共振部を電磁結合する場合に比べて、所望の奇数次高調波を抑制する効果をより高めることができる。

共振部３０−１及び３０−２は、スタブ２０の両端Ｔ１及びＴ２のうち、伝送線路１０に接続される端部Ｔ１に隣接する位置に配置されていてよい。また、スタブ２０の両側方にそれぞれ配置される共振部の数は１つに限定されない。複数個の共振部が、スタブ２０の両側方にそれぞれ配置されてもよい。

図６は、図２に示すフィルタ３の第４実施例を示す図である。フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するオープンスタブ２１と、オープンスタブ２０の両側方にそれぞれ配置された共振部３０−１及び３０−２を備える。スタブ２１の両側方にそれぞれ共振部３０−１及び３０−２を配置してスタブ２０に電磁結合することにより、１つの共振部を電磁結合する場合に比べて、奇数次高調波を抑制する効果をより高めることができる。

次に、フィルタ３の他の構成例について説明する。図７は、図２に示すフィルタ３の第５構成例を示す図である。参照符号３１は、図３を参照して上述した共振部３０と同様に実現される共振部である。フィルタ３は、伝送線路１０から分岐するスタブ２０と、スタブ２０に電磁結合する共振部３０及び３１を備える。

共振部３０及び３１は、それぞれ異なる共振周波数を有するように実現される。例えば、共振部３０の共振周波数は基本波の３次高調波の周波数であってよく、共振部３１の共振周波数は基本波の５次高調波の周波数であってよい。

例えば、共振器３０及び３１が、一方が接地され且つ他方が開放された分布定数回路で実現された結合線路であり、基本波の３次高調波及び５次高調波の波長がそれぞれλｔｈ及びλｆであると想定する。例えば共振器３０の電気長Ｌ２１はλｔｈ／４であってよく、共振器３１の電気長Ｌ２２はλｆ／４であってよい。

本実施例によれば、複数の奇数次高調波の波長を同時に抑制するフィルタを実現することができる。

共振部３０及び３１は、スタブ２０の両側方にそれぞれ配置されてよい。すなわち、共振部３０及び３１は、スタブ２０に平行に配列され、これらの共振部３０及び３１がスタブ２０を挟んでいてよい。

また、共振部３０及び３１は、スタブ２０の両端Ｔ１及びＴ２のうち、伝送線路１０に接続される端部Ｔ１に隣接する位置に配置されていてよい。また、本実施例による共振部の数は２つに限定されない。フィルタ３は、スタブ２０に電磁結合され且つ共振周波数が異なる３つ以上の共振部を備えてもよい。なお、図７に示すフィルタ３も、ショートスタブ２０に代えてオープンスタブを備えていてよい。

図８は、図５に示すフィルタ３による減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションは、２．１ＧＨｚ帯の高周波信号の２次高調波と３次高調波を抑制するように設計されたフィルタについて実施された。スタブ２０として、基本波の波長λに対しλ／４の電気長を持つショートスタブが使用された。グラフの横軸はフィルタに入力する信号の周波数を示し、グラフの縦軸はフィルタを通過する信号強度を示す。

図９は、図６に示すフィルタ３による減衰特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションは、２．１ＧＨｚ帯の高周波信号の２次高調波と３次高調波を抑制するように設計されたフィルタについて実施された。スタブ２１として、基本波の波長λのλ／８の電気長を持つオープンスタブが使用された。グラフの横軸はフィルタに入力する信号の周波数を示し、グラフの縦軸はフィルタを通過する信号強度を示す。

いずれのシミュレーションにおいても、２次高調波の周波数４．２８０［ＧＨｚ］と３次高調波の周波数６．４２０［ＧＨｚ］において本実施例のフィルタによる減衰量が増大すること示す結果が得られた。このように本実施例によれば、偶数次高調波と任意の奇数次高調波を抑制でき、伝送線路の線路長がより短いフィルタが実現される。

１ 増幅回路
２ 増幅器
３ フィルタ
１０ 伝送線路
２０、２１ スタブ
３０、３０−１、３０−２、３１ 共振部

Claims (8)

1. 伝送線路から分岐するスタブと、
   前記スタブと電磁結合し、且つ前記伝送線路を伝送される基本波の奇数次高調波に共振する共振部と、
   を備えるフィルタ。
2. 前記スタブは、前記基本波の偶数波高調波を抑制する請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記スタブとして、ショートスタブ及びオープンスタブの少なくとも一方を備える請求項１又は２に記載のフィルタ。
4. 前記共振部は、前記スタブに対して平行に設けられ、一方が接地されかつ他方が開放された結合線路である請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ。
5. 前記スタブの両側にそれぞれ前記共振部が配置された請求項４に記載のフィルタ。
6. 前記共振部は、前記スタブの両端のうち前記伝送線路に接続される端部に隣接して配置される請求項４又は５に記載のフィルタ。
7. 複数の奇数次高調波にそれぞれ共振する複数の前記共振部を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ。
8. 増幅器と、前記増幅器の出力の伝送線路に結合されるフィルタとを備え、
   前記フィルタが、
   前記伝送線路から分岐するスタブと、
   前記スタブと電磁結合し、且つ前記伝送線路を伝送される基本波の奇数次高調波に共振する共振部と、
   を備える増幅回路。

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