JP2011097393A - Band pass filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯などの高周波信号を取扱う帯域通過フィルタに関し、特に通過特性を改善したシールドケースの構造に関する。 The present invention relates to a band-pass filter that handles high-frequency signals such as a microwave band and a millimeter wave band, and more particularly to a shield case structure with improved pass characteristics.
従来から、高周波信号を取扱う高周波機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波回路が搭載されている。このうち、フィルタは、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて配置した基板と、この基板を囲むシールドケースとで構成され、入力される高周波信号のうち所定の周波数帯域の信号を通過させる帯域通過フィルタがある。この帯域通過フィルタには、側結合型フィルタ、インターデジタル型フィルタ、ヘアピン型フィルタなどがある。 Conventionally, high-frequency devices that handle high-frequency signals are equipped with various high-frequency circuits such as amplifiers, mixers, and filters. Among these, the filter is composed of a substrate on which a plurality of resonant elements formed of microstrip lines are arranged at predetermined intervals, and a shield case surrounding the substrate, and a signal in a predetermined frequency band among input high-frequency signals. There is a band-pass filter that passes. Examples of the band pass filter include a side coupling filter, an interdigital filter, and a hairpin filter.
ところで、帯域通過フィルタでは、マイクロストリップ線路とシールドケースとの間の空間が導波管として作用し、入力される高周波信号はマイクロストリップ線路だけを伝送せず、フィルタの入出力端子間を空間伝播することで通過帯域以外の不要な信号成分として現れてフィルタ特性が劣化する。 By the way, in the bandpass filter, the space between the microstrip line and the shield case acts as a waveguide, and the input high-frequency signal does not transmit only the microstrip line, but propagates between the input and output terminals of the filter. By doing so, it appears as an unnecessary signal component other than the pass band, and the filter characteristics deteriorate.
そこで、このような空間伝播によるフィルタ特性の劣化を防ぐ方法として、フィルタおよびその周辺部品を収容するシールドケース構造が提案されている。図4(A)に示すように、フィルタ2およびその周辺部品3〜5が実装された基板1と、この基板1を囲むシールドケース6とで構成され、シールドケース6のフィルタ2上の天井面6cの高さを全体に低くし、天井面6cとフィルタ2を近接させた構造としている。このシールドケース構造により、フィルタ2とシールドケース6との間の空間を小さくし、空中結合を低減することができ、図4(B)に示すように、点線Aから実線へとフィルタ特性を改善することができる(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, as a method for preventing the deterioration of the filter characteristics due to such spatial propagation, a shield case structure that accommodates the filter and its peripheral parts has been proposed. As shown in FIG. 4A, the ceiling surface on the filter 2 of the
しかしながら、マイクロストリップ線路で形成した帯域通過フィルタの場合、上述と同様に、シールドケースの共振素子上の天井面の高さを全体に低くし、天井面と共振素子を近接させすぎてしまうと、帯域通過フィルタの通過特性が低周波側から崩れ始め、通過帯域を含めた全体的な通過特性が劣化してしまう。逆に、帯域通過フィルタの通過特性が全体的に劣化しない天井面の高さにすると、入出力端子間の空間伝播を十分に抑圧することができず、帯域通過フィルタの通過帯域以外の高周波数側の通過特性(減衰特性)がそれほど改善できない。 However, in the case of a bandpass filter formed of a microstrip line, as described above, if the height of the ceiling surface on the resonance element of the shield case is lowered as a whole and the ceiling surface and the resonance element are too close, The pass characteristic of the band pass filter starts to collapse from the low frequency side, and the overall pass characteristic including the pass band is deteriorated. Conversely, if the height of the ceiling is such that the pass characteristics of the bandpass filter do not deteriorate overall, the spatial propagation between the input and output terminals cannot be sufficiently suppressed, and high frequencies other than the passband of the bandpass filter The pass characteristics (attenuation characteristics) on the side cannot be improved so much.
これを解決するため、シールドケースの天井面の高さだけでなく、シールドケースの側面間の幅も小さくし、導波管モードとしてのカットオフ周波数を上げることによって、入出力端子間の空間伝播を抑圧し、帯域通過フィルタの通過帯域以外の高周波数側の通過特性(減衰特性)を改善することができるが、シールドケースの両側面とマイクロストリップ線路が近づきすぎてしまうと、依然として帯域通過フィルタの全体的な通過特性が劣化してしまうという問題があった。 In order to solve this problem, not only the height of the ceiling surface of the shield case but also the width between the sides of the shield case is reduced, and the cut-off frequency as the waveguide mode is increased to increase the spatial propagation between the input and output terminals. Can be suppressed and pass characteristics (attenuation characteristics) on the high frequency side other than the pass band of the band pass filter can be improved. However, if both sides of the shield case are too close to the microstrip line, the band pass filter still remains. There was a problem that the overall passage characteristics of the camera deteriorated.
本発明は上記問題点に鑑み、シールドケース構造として通過帯域以外の高周波側の減衰特性を改善できる帯域通過フィルタを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a bandpass filter that can improve attenuation characteristics on the high frequency side other than the passband as a shield case structure.
本発明は上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて構成した基板と、同基板を囲むシールドケースとからなる帯域通過フィルタにおいて、前記シールドケースは、前記複数の共振素子を並べた領域より広く、かつ、所定の高さを有する第1空間部と、同第1空間部の上方に連なって形成され、所定のカットオフ周波数を有する第2空間部とを備え、入力される通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードで伝送するとともに、入力される所定周波数以下の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧することを特徴とする構成となっている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a bandpass filter comprising a substrate configured by arranging a plurality of resonant elements formed of microstrip lines at predetermined intervals, and a shield case surrounding the substrate. The shield case is formed with a first space portion having a predetermined height which is wider than a region where the plurality of resonance elements are arranged, and is connected to the upper side of the first space portion, and has a predetermined cutoff. A second spatial portion having a frequency, and transmitting an input high-frequency signal in a pass band in a transmission mode using a microstrip line, and suppressing spatial propagation in a waveguide mode of the input high-frequency signal below a predetermined frequency It is the structure characterized by doing.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の帯域通過フィルタにおいて、前記第1空間部は、前記複数の共振素子を並べた領域より広い幅と所定の高さとを有し、前記第2空間部は、前記第1空間部の幅より狭い幅と所定の高さとを有することを特徴とする構成となっている。 According to a second aspect of the present invention, in the bandpass filter according to the first aspect, the first space portion has a wider width and a predetermined height than a region where the plurality of resonant elements are arranged, and the second space. The portion has a structure having a width narrower than the width of the first space portion and a predetermined height.
本発明によれば、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて構成した基板を囲むシールドケース構造として、入力される通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するとともに、入力される通過帯域の周波数以上で所定周波数以下の減衰帯域の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧するための第1空間部と第2空間部とを備えているので、所定の通過帯域の信号より高周波側の減衰特性を良好にした帯域通過フィルタを実現することができる。 According to the present invention, as a shield case structure surrounding a substrate configured by arranging a plurality of resonant elements formed by microstrip lines at predetermined intervals, an input high frequency signal in a passband can be transmitted without disturbing a transmission mode by the microstrip line. Since it includes a first space portion and a second space portion for transmitting and suppressing spatial propagation due to the waveguide mode of a high-frequency signal having an attenuation band not less than a predetermined frequency and not less than a predetermined frequency in the pass band. Thus, it is possible to realize a band pass filter having better attenuation characteristics on the high frequency side than a signal in a predetermined pass band.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。本発明による帯域通過フィルタは、所定の周波数帯域の信号を通過させるものであり、マイクロ波帯やミリ波帯などの高周波信号を取扱う高周波機器に搭載する高周波回路に用いられる。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The band-pass filter according to the present invention allows a signal in a predetermined frequency band to pass, and is used in a high-frequency circuit mounted on a high-frequency device that handles a high-frequency signal such as a microwave band or a millimeter wave band.
帯域通過フィルタは、図1および図2に示すように、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子150a〜150fを所定間隔で並べて配置した基板100と、この基板100を囲む箱型のアルミダイキャストなどの金属製シールドケース200とから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the bandpass filter includes a
基板100は、誘電体110と、誘電体110の裏面全面に形成した接地導体120と、誘電体110の表面にパターン形成領域Aの周囲に形成され、複数のスルーホール180で裏面の接地導体120と接続された接地導体130と、誘電体110の表面のパターン形成領域Aに形成されたマイクロストリップ線路からなる入力線路140、6本の共振素子150a〜150fおよび出力線路160とを具備している。また、基板100のコーナー部寄りには、誘電体110と、誘電体110の表裏面に形成した接地導体120および接地導体130とを貫通する4つのネジ孔170を備えている。
The
本実施形態の帯域通過フィルタは、図2のような側結合型フィルタとして、これらのマイクロストリップ線路のパターンが、銅箔などの金属をエッチングすることによって誘電体110上のパターン形成領域Aに形成されている。なお、帯域通過フィルタとしては、側結合型フィルタ以外に、インターデジタル型フィルタやヘアピン型フィルタなどのマイクロストリップ線路のパターンを形成するようにしても良い。 The band-pass filter of this embodiment is a side-coupled filter as shown in FIG. 2, and the pattern of these microstrip lines is formed in the pattern formation region A on the dielectric 110 by etching a metal such as copper foil. Has been. In addition to the side-coupled filter, a microstrip line pattern such as an interdigital filter or a hairpin filter may be formed as the band pass filter.
シールドケース200は、上ケース210と下ケース220に二分割されており、下ケース220には、誘電体110の表面に形成した入力線路140に接続された入力端子230と、誘電体110の表面に形成した出力線路160に接続された出力端子240とを配置し、入力端子230および出力端子240によって高周波信号が入出力されるようになっている。
The
上ケース210および下ケース220のコーナー部寄りにはそれぞれ、4つのネジ孔250と4つのネジ孔260とが貫通されており、シールドケース200は、4つのネジ270によって、上ケース210と下ケース220の間に基板100を挟持するように固定されている。この結果、4つのネジ270を介して上ケース210、接地導体130、接地導体120および下ケース220で誘電体110上のマイクロストリップ線路を囲んでシールドケース200を構成するようにしている。
Four
次に、本発明の帯域通過フィルタの特徴であるシールドケース200の構造について説明する。基板100と密着している上ケース210には、入力端子230から入力される所定の通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するとともに、入力される信号のうち、所定の通過帯域の周波数以上で所定周波数以下の減衰帯域の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧するための第1空間部280と第2空間部290とを設けている。
Next, the structure of the
第1空間部280は、入力端子230から出力端子240に向けて矩形状に延長された長方体で構成され、入力端子230から入力線路140を通じて入力される高周波信号の伝送方向に直交する方向での複数の共振素子150a〜150fの開放端のエッジ間の最大幅a以上で、所定の通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための幅W1と、容易にアルミダイキャストなどによる成形や切削加工ができ、かつ、マイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための所定の高さH1とから形成されている。
The
本実施形態では、最大幅aは、図2における共振素子150aの下側エッジと共振素子150fの上側エッジとの間の幅である。また、幅W1は、左側面282と右側面283との間の幅であり、複数の共振素子150a〜150f群の中心線となる一点鎖線からみて左右対称に離れた幅である。また、この幅W1は、図2における誘電体110のパターン形成領域Aの幅bと等しい寸法になっている。高さH1は、この誘電体110のパターン形成領域Aの表面から第1空間部280の天井面281までの高さである。
In the present embodiment, the maximum width a is a width between the lower edge of the
第2空間部290は、第1空間部280と同様に、入力端子230から出力端子240に向けて矩形状に延長された長方体で構成され、第1空間部280の上方に第1空間部280と連続した空間として形成されており、複数の共振素子150a〜150fの開放端のエッジ間の最大幅a(以下、複数の共振素子150a〜150f群の幅aと記す)よりも大きく、かつ、所定の通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための第1空間部280の幅W1よりも小さく、入力される信号のうち、所定の通過帯域の周波数以上で所定周波数以下の減衰帯域の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧する幅W2と、マイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための高さH2とから形成されている。
Similarly to the
幅W2は、左側面292と右側面293との間の幅であり、第1空間部280と同様に、複数の共振素子150a〜150f群の中心線となる一点鎖線からみて左右対称に離れた幅である。また、この幅W2は、導波管モードの空間伝播を抑圧するために、第2空間部290を矩形導波管と仮定した場合、光速cを幅W2の2倍で割算して求められるカットオフ周波数fcを考慮して設定されている。高さH2は、第1空間部280の天井面281から天井面291までの高さである。
The width W2 is a width between the
以上説明してきた誘電体110上の複数の共振素子150a〜150f群と、シールドケース200の上ケース210の具体的な設計値は、例えば、基板100を厚さTが0.6mmで比誘電率が2.6のフッ素樹脂基板とした場合、入力端子230に入力される高周波信号から周波数帯域30GHz〜31GHzの信号を通過させて出力端子240から出力する帯域通過フィルタとすると、複数の共振素子150a〜150f群の幅aはおよそ2.4mmとなる。また、通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための最小の寸法として、第1空間部280を形成する各寸法は、幅W1が4mm、高さH1が1mmとなり、第2空間部290を形成する各寸法は、幅W2が3mm、高さH2が3mmとなる。このとき、第2空間部290のカットオフ周波数fcはおよそ50GHzである。
Specific design values of the plurality of
図3に、帯域通過フィルタの通過特性を示す。実線の通過特性が上述の設計値による本発明の帯域通過フィルタの通過特性であり、点線や一点鎖線などの通過特性は、背景技術の欄で述べたように、単に箱状の空間が形成されたシールドケースの天井面の高さと側面間の幅とを設定した場合を示している。点線の通過特性は、シールドケースの幅が5mm、高さが4mmの場合、一点鎖線の通過特性は、シールドケースの幅が4mm、高さが4mmの場合、二点鎖線の通過特性は、シールドケースの幅が4mm、高さが3mmの場合である。背景技術で説明したように、シールドケースの幅と高さを小さくするだけでは、帯域通過フィルタの通過帯域以外の高周波数側の通過特性(減衰特性)が十分改善できない。 FIG. 3 shows the pass characteristics of the bandpass filter. The solid line pass characteristic is the pass characteristic of the bandpass filter of the present invention according to the above-described design value, and the pass characteristic such as the dotted line and the alternate long and short dash line simply forms a box-like space as described in the background art section. In this case, the height of the ceiling surface and the width between the side surfaces of the shield case are set. When the shield case width is 5 mm and the height is 4 mm, the dashed line pass characteristic is when the shield case width is 4 mm and when the height is 4 mm. This is a case where the width of the case is 4 mm and the height is 3 mm. As described in the background art, the pass characteristic (attenuation characteristic) on the high frequency side other than the pass band of the band pass filter cannot be sufficiently improved only by reducing the width and height of the shield case.
一方、本実施形態では、シールドケース200の構造として、入力される通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するとともに、入力される通過帯域の周波数以上で所定周波数以下の減衰帯域の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧するための第1空間部280と第2空間部290とから形成されているので、通過帯域の周波数30GHz〜31GHzの信号の高周波数側として、周波数32.5〜39.5GHzで減衰量をほぼ30dB以下として減衰特性を良好にすることができる。また、本発明によれば、通過帯域の周波数30GHz〜31GHzの信号の低周波数側でも、従来に比べて減衰特性を改善することができる。
On the other hand, in the present embodiment, as the structure of the
なお、本実施形態では、第2空間部290の幅W2を、複数の共振素子150a〜150f群の幅aよりも大きく、かつ、マイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するための幅W1よりも小さくするようにしたが、本発明はこれに限らず、第1空間部280を形成したことによって、第2空間部290の左側面292および右側面293と、マイクロストリップ線路である複数の共振素子150a〜150f群とが近づきすぎてしまうことがないため、導波管モードによる空間伝播の抑圧効果や通過帯域の通過特性の劣化に影響のない範囲であれば、第2空間部290の幅W2を、複数の共振素子150a〜150f群の幅aと等しいか、小さくしてもよい。また、本実施形態では、第1空間部280の幅W1が、パターン形成領域Aの幅bと等しい寸法になっているが、本発明はこれに限らず、導波管モードによる空間伝播の抑圧効果や通過帯域の通過特性の劣化に影響のない範囲であれば、第1空間部280の幅W1よりもパターン形成領域Aの幅bが大きくても小さくてもよい。更に、本実施形態では、帯域通過フィルタとして説明したが、本発明はこれに限らず、高域通過フィルタであってもよい。また、本実施形態では、第2空間部290の形状を断面矩形状の長方体としているが、本発明はこれに限らず、円弧状の断面を延長した形状としてもよい。
In the present embodiment, the width W2 of the
以上説明してきた本発明による帯域通過フィルタによれば、シールドケース200(上ケース210)は、複数の共振素子150a〜150fを並べた領域より広く、かつ、所定の高さを有する第1空間部280と、第1空間部280の上方に連なって形成され、所定のカットオフ周波数を有する第2空間部290とを備え、入力される通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードで伝送するとともに、入力される所定周波数以下の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧することを特徴としている。また、第1空間部280は、複数の共振素子150a〜150fを並べた領域より広い幅W1と所定の高さH1とを有し、第2空間部290は、第1空間部280の幅W1より狭い幅W2と所定の高さH2とを有することを特徴としている。
According to the bandpass filter according to the present invention described above, the shield case 200 (upper case 210) is wider than the region where the plurality of
これにより、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて構成した基板を囲むシールドケース構造として、入力される通過帯域の高周波信号をマイクロストリップ線路による伝送モードを乱さずに伝送するとともに、入力される通過帯域の周波数以上で所定周波数以下の減衰帯域の高周波信号の導波管モードによる空間伝播を抑圧するための第1空間部と第2空間部とを備えているので、単に箱状に空間形成されたシールドケースでは限度があった所定の通過帯域の信号より高周波側の減衰特性を良好にした帯域通過フィルタを実現することができる。 Thus, as a shield case structure surrounding a substrate configured by arranging a plurality of resonant elements formed by microstrip lines at predetermined intervals, an input passband high frequency signal is transmitted without disturbing the transmission mode by the microstrip line. Since the first space portion and the second space portion for suppressing the spatial propagation by the waveguide mode of the high-frequency signal having the attenuation band not less than the predetermined frequency and not less than the predetermined passband frequency are provided, In the shield case formed in a space, it is possible to realize a band-pass filter having better attenuation characteristics on the high-frequency side than a signal in a predetermined pass band that is limited.
100 基板
110 誘電体
120 接地導体
130 接地導体
140 入力線路
150a〜150f 共振素子
160 出力線路
170 ネジ孔
180 スルーホール
200 シールドケース
210 上ケース
220 下ケース
230 入力端子
240 出力端子
250 ネジ孔
260 ネジ孔
270 ネジ
280 第1空間部
281 天井面
282 左側面
283 右側面
290 第2空間部
291 天井面
292 左側面
293 右側面
W1 第1空間部の幅
H1 第1空間部の高さ
W2 第2空間部の幅
H2 第2空間部の高さ
A パターン形成領域
a 高周波信号の伝送方向に直交する方向での複数の共振素子の開放端のエッジ間の最大幅
b パターン形成領域の幅
T 誘電体の厚さ
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130604 |