JP2013258548A - 高周波帯域阻止フィルタおよびフィルタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】阻止帯域以外の周波数域における信号の減衰の程度を小さくすることができ、且つ、阻止帯域の減衰の程度を、減衰限界から０あるいはその付近まで可変にすることができる高周波帯域阻止フィルタを提供する。
【解決手段】共振器６１を備えた高周波帯域阻止フィルタ６０Ａにおいて、共振器６１が、共振素子であるコイルＬ、コンデンサＣに加えて、可変抵抗素子Ｒｖを備える。共振素子に可変抵抗素子Ｒｖが接続された構成により減衰の程度を調整することから、阻止帯域以外の信号にほとんど影響を与えずに、阻止帯域の信号を可変抵抗素子Ｒｖの抵抗値に応じた減衰量で減衰させることができる。また、阻止帯域以外の信号にほとんど影響を与えずに阻止帯域の減衰量を調整できることから、可変抵抗値を減衰量が所望の値となるように調整することで、阻止帯域の信号強度とその他の周波数域の信号強度とを合わせることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、高周波帯域を阻止帯域とする高周波帯域阻止フィルタ、および、この高周波帯域阻止フィルタを複数備えるフィルタ回路に関する。

受信機が１つの信号のみを受信処理する場合、１つの受信信号のみをフィルタ等で選択して、ゲイン調整増幅器で信号強度を調整すればよい。しかし、近年、高速なアナログ−デジタル変換器が開発され、また、高速デジタル処理が可能となってきたことにより、複数の信号が含まれる周波数帯域を同時にデジタル変換して同時処理を行なうことが可能となってきた。

異なるシステムからそれぞれ送信される送信信号を受信すると、信号強度が大きく異なることもある。そのため、複数の信号を１つの受信機で同時処理しようとすると、受信信号の強度を合わせる必要がある。

受信信号の強度を合わせる手段として、帯域阻止フィルタを用いることが考えられる。特許文献１には、減衰量を調整することができる帯域阻止フィルタが開示されている。

この特許文献１のフィルタは、信号を帯域阻止型濾波器と可変抵抗減衰回路とに分岐させ、帯域阻止型濾波器側では濾波器の阻止帯域のみを減衰させている。一方、可変抵抗減衰回路では、全周波数域を可変抵抗値に応じた量で減衰させる。そして、それらを再び合成することで、阻止帯域の減衰量を調整している。

実開昭５８−５０７２３号公報

特許文献１の技術では、可変抵抗減衰回路において、全周波数域を可変抵抗値に応じた量で減衰させることにより、阻止帯域の減衰量を調整している。従って、阻止帯域以外の周波数域の信号も減衰させてしまう。

また、複数の受信信号の信号レベルは、必ず異なっているとは限らず、いずれかの信号を選択して減衰させなくても、受信信号の信号レベルがほぼ同レベルになっていることも想定できる。この場合に、阻止帯域の信号を減衰させてしまうと、逆に、信号レベルを不均一にしてしまうことになる。

しかし、特許文献１の場合には、阻止帯域の減衰量を他の周波数域の減衰量と同じにすることができない。よって、信号の減衰が不必要であったとしても、信号を減衰させてしまう。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、阻止帯域以外の周波数域における信号の減衰の程度を小さくすることができ、且つ、阻止帯域の減衰の程度を、減衰限界から０あるいはその付近まで可変にすることができる高周波帯域阻止フィルタおよびフィルタ回路を提供することにある。

その目的を達成するための高周波帯域阻止フィルタに係る発明は、共振器を備えた高周波帯域阻止フィルタであって、前記共振器は、共振素子と、この共振素子に接続された可変抵抗素子とを備えていることを特徴とする。

共振素子に可変抵抗素子が接続された構成により減衰の程度を調整することから、阻止帯域以外の信号にほとんど影響を与えずに、阻止帯域の信号を可変抵抗素子の抵抗値に応じた減衰量で減衰させることができる。また、阻止帯域以外の信号にほとんど影響を与えずに阻止帯域の減衰量を調整できることから、可変抵抗の値を減衰量が所望の値となるように調整することで、阻止帯域の信号強度と、その他の周波数域の信号強度とを合わせることができる。

また、フィルタ回路に係る発明は、本発明の高周波帯域阻止フィルタが、直列に複数接続されているものである。

（Ａ）は本発明の帯域阻止フィルタ６０を備えた無線機１の概略構成図、（Ｂ）〜（Ｆ）は、各部で処理された信号の概念図である。 （Ａ）は帯域阻止フィルタ６０がない場合にＡＤＣ８０に入力される信号の一例、（Ｂ）は帯域阻止フィルタ６０がある場合にＡＤＣ８０に入力される信号の一例である。 第１実施形態の高周波帯域阻止フィルタ６０Ａの構成図である。 図３の高周波帯域阻止フィルタ６０Ａの周波数特性のシミュレーション結果である。 比較例（従来技術）のフィルタ回路１１０の構成図である。 図４のフィルタ回路１１０の周波数特性のシミュレーション結果である。 第２実施形態の高周波帯域阻止フィルタ６０Ｂの構成図である。 図７の高周波帯域阻止フィルタ６０Ｂの周波数特性のシミュレーション結果である。 第３実施形態の高周波帯域阻止フィルタ６０Ｃの構成図である。 第４実施形態の高周波帯域阻止フィルタ６０Ｄの構成図である。 図９、１０の高周波帯域阻止フィルタ６０Ｃ、６０Ｄの周波数特性の説明図である。 第５実施形態のフィルタ回路１２０の構成図である。 フィルタ回路１２０の周波数特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）に示すように、本発明の高周波帯域阻止フィルタ（以下、単に帯域阻止フィルタ）６０を備えた無線機１は、アンテナ１０、ＲＦフィルタ２０、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）３０、ミキサ４０、局部発振器５０、帯域阻止フィルタ６０、ＡＧＣ回路７０、ＡＤ変換器（以下、ＡＤＣ）８０、減衰量演算部９０、復調器１００を備える。

アンテナ１０で受信された信号の周波数域は、ノイズ等も含んでいることから、（Ｂ）に示すように、広い周波数帯域に渡っている。アンテナ１０で受信された信号は、ＲＦフィルタ２０により、所定の高周波帯域以外は減衰させられた信号となり、ＬＮＡ３０で高周波帯域の信号成分が増幅される。図１（Ｃ）には、減衰させられた信号成分を点線で示している。ＬＮＡ３０で増幅された信号はミキサ４０へ入力される。

ミキサ４０には、局部発振器５０で生成された信号も入力され、ＬＮＡ３０からの信号と局部発振器５０からの信号とがミキサ４０で混合されて中間周波数の信号に変換される（図１（Ｄ））。ミキサ４０で周波数変換された信号は帯域阻止フィルタ６０に入力される。

図１（Ｄ）に示すように、ミキサ４０が出力する信号は、周波数が互いに少し異なる複数の信号成分を含んでいる場合がある。帯域阻止フィルタ６０の具体的構成は後述するが、帯域阻止フィルタ６０では、図１（Ｅ）に示すように、複数の信号成分の信号強度のレベルが、互いにほぼ同じになるように合わせられる。なお、帯域阻止フィルタ６０を複数備えたフィルタ回路１２０（図１２参照）を、帯域阻止フィルタ６０に代えて用いることもできる。

帯域阻止フィルタ６０が出力した信号は、ＡＧＣ回路７０で全体的なゲイン調整が行われた後、ＡＤＣ８０にてデジタル信号に変換される。そして、復調器１００にて復調が行われる。

また、この図１の例では、無線機１は減衰量演算部９０を備えており、ＡＤＣ８０が出力した信号に含まれる周波数が異なる複数の信号成分の信号レベルを相対比較し、減衰させる信号成分およびその減衰量を演算する。そして、演算結果に基づいて、帯域阻止フィルタ６０に含まれる可変抵抗素子Ｒｖの抵抗値や可変容量素子Ｃｖの容量値を制御する。この減衰量演算部９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。なお、減衰量演算部９０を備えず、帯域阻止フィルタ６０の可変抵抗素子Ｒｖの抵抗値や可変容量素子Ｃｖの容量値を手動設定してもよい。

図２に、上記帯域阻止フィルタ６０の有無によるＡＤＣビットの変化幅の違いを示している。図２（Ａ）は帯域阻止フィルタ６０がない場合の一例であり、信号２は、信号１や信号３に比較して、受信時の信号強度が低いため、ＡＧＣ７０で全体的なゲイン調整をした後の信号の変化幅が信号１、３よりも少ない。そのため、信号２は、復調器１００で復調できない可能性が生じる。

これに対して、帯域阻止フィルタ６０を備え、信号１、３のレベルを減衰させて、図１（Ｅ）に示すように信号レベルをほぼ一致させた後、ＡＧＣ７０でゲイン調整すると、図２（Ｂ）のように、信号２についても十分なビット幅となる。よって、信号１、２、３の全部が復調可能となる。以下、帯域阻止フィルタ６０の実施形態を説明していく。

（第１実施形態）
図３に第１実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ａを示す。この帯域阻止フィルタ６０Ａは、４つの共振器６１−１〜６１−４と、５つのＪインバータ６２−１〜６２−５を備えている。なお、第１実施形態の共振器６１の数はもちろん一例である。共振器６１の数が多いほどより急峻なフィルタ特性が得られるが構成は複雑になる。逆に、共振器６１の数が少ないと減衰は緩やかになるが構成は簡単になる。

各共振器６１−１〜６１−４は、いずれも、一つのコイルＬ１〜Ｌ４と１つのコンデンサＣ１〜Ｃ４を、共振周波数を決定する素子すなわち共振素子として備えている。この第１実施形態においては、これらコイルＬとコンデンサＣは直列接続である。

さらに、各共振器６１−１〜６１−４は、可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４を備えている。この可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４は、電圧制御により抵抗値を変化させられる素子であることが好ましい。たとえば、ＦＥＴをこの可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４として用いることができる。可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４は、コンデンサＣ１〜Ｃ４に直列に接続される。

また、ＬＩＮＥ１、ＬＩＮＥ２は、いずれか一方が信号線、他方が接地線である。ここではＬＩＮＥ１を信号線、ＬＩＮＥ２を接地線とする。各共振器６１−１〜６１−４は、信号線ＬＩＮＥ１と接地線ＬＩＮＥ２との間に並列に接続されている。Ｊインバータ６２−１〜６２−５は、共振器同士を結合させる公知の結合回路である。

このように構成された第１実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ａにおいて、両端の可変抵抗素子Ｒｖ１、Ｒｖ４の抵抗値を同じ値にし、内側の２つの可変抵抗素子Ｒｖ２、Ｒｖ３の抵抗値も互いに同じ値にし、且つ、可変抵抗素子Ｒｖ２、Ｒｖ３の抵抗値を可変抵抗素子Ｒｖ１、Ｒｖ４のα倍（α＞１）とした。

各可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４の抵抗値の関係を保持しつつ、各抵抗値を変化させたときの周波数特性のシミュレーション結果を図４に示している。この図４のシミュレーションにおいては、上記αは２．４としており、比帯域は２％である。

図４のシミュレーションでは、抵抗値を略ゼロ（０．００５Ω）から無限大まで変化させている。図４から、抵抗値を大きくするほど減衰率は小さくなり、抵抗値が無限大であると、周波数域によらず、ほぼ減衰しないことが分かる。また、減衰帯域内での減衰率は平滑、すなわち周波数によらずほぼ一定であることも分かる。

図５は、第１実施形態と比較する比較例のフィルタ回路１１０の構成図であり、特許文献１に示されている構成である。このフィルタ回路１１０は、帯域阻止フィルタ１１１と、第１固定抵抗１１２、第２固定抵抗１１３、可変抵抗１１４を備えている。

この図５の構成において、第１固定抵抗１１２の抵抗値Ｒ１および第２固定抵抗１１３の抵抗値Ｒ２を５０Ωとし、可変抵抗１１４の抵抗値を変化させたときの周波数特性のシミュレーション結果を図６に示している。この図６のシミュレーションにおいても比帯域は２％である。

図６に示すように、比較例のフィルタ回路１１０では、抵抗値を無限大としても、通過電力比を０にはできないことが分かる。加えて、減衰帯域内での減衰率も一定にならず、規格化周波数（減衰帯域の中心周波数）を中心として、その規格化周波数から外れるほど通過電力比が小さくなってしまう。

これに対し、第１実施形態では、図４に示した通り、抵抗値を無限大にすれば通過電力比を全周波数域で（すなわち阻止帯域およびそれ以外の帯域ともに）ほぼゼロにすることができ、また、減衰させる場合にも、減衰帯域内での減衰率が周波数によらずほぼ一定になる。

（第２実施形態）
図７に第２実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｂの構成を示す。なお、第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一の要素である。

図７の帯域阻止フィルタ６０Ｂは、４つの共振器６３−１〜６３−４と、５つのＪインバータ６４−１〜６４−５を備えている。この第２実施形態でも、共振器６３の数は一例である。

第１実施形態と同様、各共振器６３−１〜６３−４は、いずれも、一つのコイルＬ１〜Ｌ４と、１つのコンデンサＣ１〜Ｃ４を共振素子として備えている。また、可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４を備えている点も第１実施形態と同じである。

ただし、第１実施形態と異なり、コイルＬ、コンデンサＣ、可変抵抗素子Ｒｖは並列接続である。また、各共振器６３−１〜６３−４は、信号線ＬＩＮＥ１に直列に接続されている。

Ｊインバータ６４−１〜６４−５が各共振器６３の前後に配置される点、および、それらＪインバータ６４−１〜６４−５の機能は第１実施形態と同じである。

このように構成された第２実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｂにおいて、両端の可変抵抗素子Ｒｖ１、Ｒｖ４の抵抗値を同じ値にし、内側の２つの可変抵抗素子Ｒｖ２、Ｒｖ３の抵抗値も互いに同じ値にし、且つ、可変抵抗素子Ｒｖ２、Ｒｖ３の抵抗値を可変抵抗素子Ｒｖ１、Ｒｖ４のβ倍（β＜１）とする。このようにすると、第１実施形態と同じ効果が得られる。

図８は、第２実施形態において、各可変抵抗素子Ｒｖ１〜Ｒｖ４の抵抗値の関係を上記の関係に保持しつつ、各抵抗値を変化させたときの周波数特性のシミュレーション結果である。図８から、第２実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｂは、第１実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ａと同様の特性が得られることが分かる。

（第３実施形態）
図９に第３実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｃの構成を示す。第３実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｃは、第１実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ａに構成が類似している。第１実施形態との相違は、コンデンサＣ１〜Ｃ４に代えて、可変容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ４を備える点のみである。

この可変容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ４は、電圧制御により容量値を変化させられる素子であることが好ましい。たとえば、バリキャップをこの可変容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ４として用いることができる。

（第４実施形態）
図１０に第４実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｄの構成を示す。第４実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｄは、第２実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ｂにおいて、コンデンサＣ１〜Ｃ４に代えて可変容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ４を用いた構成である。

図１１は、第３実施形態や第４実施形態のように、可変容量素子Ｃｖを備えた帯域阻止フィルタ６０Ｃ、６０Ｄの周波数特性を説明する図である。

（Ａ−１）に示す２つの周波数成分Ｓ１、Ｓ２を持つ入力信号に対しては、（Ａ−２）に示すフィルタ特性とすることにより、（Ａ−３）に示すように、出力信号における２つの信号成分の信号強度を略一致させることができる。

さらに、（Ａ−１）とは異なり、周波数成分Ｓ１の信号強度が周波数成分Ｓ２の信号強度よりも高くなった場合に対しては、可変容量素子Ｃｖの容量値を調整することで、（Ｂ−２）に示すように減衰帯域を変更する。これにより、入力信号における周波数成分Ｓ１、Ｓ２の信号強度の大小関係に変化が生じても、（Ｂ−３）に示すように、出力信号における２つの信号成分の信号強度を略一致させることができる。

図１２は、本発明の第５実施形態の構成図である。第５実施形態はフィルタ回路１２０であり、図１２に示すように、このフィルタ回路１２０は、帯域阻止フィルタ６０を複数、直列接続した構成である。各帯域阻止フィルタ６０としては、既に説明した第１実施形態〜第４実施形態の帯域阻止フィルタ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄのうちから１種類を所定数用いてもよし、複数種類を用いてもよい。ただし、可変容量素子Ｃｖを備えない形式の帯域阻止フィルタ６０Ａ、６０Ｂを複数用いる場合には、互いの減衰周波数域が異なるように調整されたものを用いる。

図１３を用いて上記フィルタ回路１２０の周波数特性を説明する。図１３（Ａ）に示すように、入力信号には、４つの入力信号成分Ｓ１〜Ｓ４があり、成分Ｓ１が最も信号強度レベルが低いとする。

この場合、成分Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の周波数をそれぞれ減衰周波数域に含む３つの帯域阻止フィルタ６０を用いる。あるいは、可変容量素子Ｃｖを備えていれば、容量値の調整により成分Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含むように減衰周波数域を調整した３つの帯域阻止フィルタ６０を用いる。これら３つの帯域阻止フィルタ６０の可変抵抗素子Ｒｖの抵抗値を調整することで、それら３つの帯域阻止フィルタ６０の減衰量を、図１３（Ｂ）に示すように、入力信号成分の強度に応じた減衰量にする。

そうすると、図１３（Ｃ）に示すように、出力信号における４つの信号成分の信号強度レベルをほぼ同じにすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

１：無線機、 １０：アンテナ、 ２０：ＲＦフィルタ、 ３０：ローノイズアンプ（ＬＮＡ）、 ４０：ミキサ、 ５０：局部発振器、 ６０：高周波帯域阻止フィルタ、 ６１：共振器、 ６２：Ｊインバータ、 ６３：共振器、 ６４：Ｊインバータ、 ７０：ＡＧＣ回路、 ８０：ＡＤ変換器（ＡＤＣ）、 ９０：減衰量演算部、 １００：復調器、 １１０：フィルタ回路（従来）、 １１１：帯域阻止フィルタ、 １１２：第１固定抵抗、 １１３：第２固定抵抗、 １１４：可変抵抗、 １２０：フィルタ回路、 Ｌ：コイル、 Ｃ：コンデンサ、 Ｒｖ：可変抵抗素子、 Ｃｖ：可変容量素子

Claims (6)

1. 共振器を備えた高周波帯域阻止フィルタであって、
   前記共振器は、共振素子と、この共振素子に接続された可変抵抗素子とを備えていることを特徴とする高周波帯域阻止フィルタ。
2. 前記共振器を複数備えていることを特徴とする請求項１に記載の高周波帯域阻止フィルタ。
3. 前記共振器は信号線と接地線との間に並列に接続されており、且つ、この共振器は、前記可変抵抗素子が前記共振素子に直列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波帯域阻止フィルタ。
4. 前記共振器は信号線と直列に接続されており、且つ、この共振器は、前記可変抵抗素子が前記共振素子に並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波帯域阻止フィルタ。
5. 前記共振器は、共振素子として容量素子を備えるものであり、この容量素子は可変容量素子であることを特徴とする高周波帯域阻止フィルタ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の高周波帯域阻止フィルタが、直列に複数接続されているフィルタ回路。

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