JP2015186115A - 周波数可変フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】１ＧＨｚ以上の高周波に対応できる周波数可変フィルタ装置を提供する。
【解決手段】ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替える周波数可変フィルタを１２並列接続する１ＧＨｚ以上の周波数を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ＰＩＮダイオードを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、周波数可変フィルタ、特に極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ）以上の周波数可変フィルタに関するものである。

特許文献１の特開平１１−２３４０９１は、消費電力を低減できる周波数可変フィルタである。
つまり、制御部が入力された周波数信号に表される周波数で機能する周波数可変フィルタを選択するフィルタ選択信号を出力するとともに、当該選択された周波数可変フィルタには、同調周波数を前記周波数に微調整するバイアス信号を、選択されない周波数可変フィルタには、当該周波数可変フィルタの消費電力が最小になるようなバイアス信号をそれぞれ生成して出力し、選択された周波数可変フィルタがバイアス信号に従って周波数を微調整し、選択されない周波数可変フィルタがバイアス信号に従って、その消費電力が最小となるようになる周波数可変フィルタである。

特許文献１の特開平１１−２３４０９１の従来の周波数可変フィルタ装置は、第１のフィルタセレクタ１と複数の周波数可変フィルタ２と、第２のフィルタセレクタ３と、制御部４とから主に構成されている。周波数可変フィルタ２の数は４つであるとしている。

第１のフィルタセレクタ１は、第２のフィルタセレクタ３とともに、制御部４から入力されるフィルタ選択信号に応じて入力されるＲＦ信号（高周波信号）を特定の周波数可変フィルタ２に選択的に出力するものである。

周波数可変フィルタ２は、ＰＩＮダイオードを備え、ＰＩＮダイオードのオン／オフによって同調周波数を切り替えて、第１のフィルタセレクタ１から入力されるＲＦ信号をフィルタリングして第２のフィルタセレクタに出力する周波数フィルタであって、後に説明する制御部３から各々入力されるバイアス信号に応じてＰＩＮダイオードのオン／オフを行うものである。

また、周波数可変フィルタ２は、それぞれ、例えば第１の周波数可変フィルタ２ａは、２２５〜２８０ＭＨｚに、第２の周波数可変フィルタ２ｂは、２８０〜３２５ＭＨｚに、第３の周波数可変フィルタ２ｃは、２３５〜３７０ＭＨｚに、第４の周波数可変フィルタ２ｄは、３７０〜４００ＭＨｚに対応するというように可変周波数幅（周波数可変フィルタ２が機能する周波数帯域）が異なっているように設定されている。

非特許文献１のＴＤＫチップビーズ（フェライトビーズ又はビーズインダクタとも称される）ＭＭＺシリーズでは、高周波数用でも巻き線間の浮遊容量から３００ＭＨｚ以上のＵＨＦ又特にそれ以上の例えば１ＧＨｚ以上の高い周波数ではインピーダンスが低下し始める。非特許文献１のＭＭＺ１００５Ｄ１２１のチップビーズの特性例を示す模式図の様に、例えば８００ＭＨｚでは約７２０Ωで、１１７５ＭＨｚでは約４８０Ωで、２ＧＨｚでは約２１０Ωである。

特許文献１の構成の４並列となると８００ＭＨｚでは約１８０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの３．６倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスに近くなるため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加となる。８並列となると約９０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの１．８倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスに近くなるため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加となる。１０並列となると約７２Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの１．４倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスに近くなるため、周波数可変フィルタの特性が大きく劣化する。１２並列となると約６０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの１．２倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスに近くなるため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加となる。

非特許文献２のＴＤＫチップビーズＭＭＺ−Ｅシリーズでは、縦巻き線のため巻き線間の浮遊容量が低減しているが、３ＧＨｚから高い周波数（Super High Frequency：以下ＳＨＦ）ではインピーダンスが低下し始める。チップビーズの特性例を示す模式図の図５（ＴＤＫチップビーズＭＭＺ−Ｅシリーズ）と図６（ＴＤＫチップビーズＭＭＺ１００５−Ｅシリーズ）の様に、例えば８００ＭＨｚでは約１８００Ωで、１１７５ＭＨｚでは約２６００Ωで、２ＧＨｚでは約１５００Ωで、３ＧＨｚでは約９００Ωである。

特許文献１の構成の４並列となると８００ＭＨｚでは約４５０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの９倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスとの比が十分大きいため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加は許容範囲となる。特許文献１の構成の倍の８並列となると約２２５Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの４．５倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスとの比が大きいが不十分のため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の誤差となる。１０並列となると約１８０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの３．６倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスにとの比が不足し始めるため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加が始まる。１２並列となると約１５０Ωとなり伝送特性インピーダンスの５０Ωの３倍の値となり、周波数可変フィルタのインピーダンスに近くなるため、周波数可変フィルタの共振周波数のズレや損失の増加となる（非特許文献２のＭＭＺ１００５Ｆ１２１Ｅ参照）。

特開平１１−２３４０９１

ＴＤＫチップビーズＭＭＺシリーズhttp://product.tdk.com/emc/beads/ja/documents/beads_commercial_signal_mmz_ja.pdf ＴＤＫチップビーズＭＭＺ−Ｅシリーズhttp://product.tdk.com/emc/beads/ja/documents/beads_commercial_signal_mmz-e_ja.pdf Infinion_BAR89series_Datasheet http://www.infineon.com/dgdl/bar89.pdf?folderId=db3a304314dca3890114fea780a30a91&fileId=db3a304314dca3890114ff2f84ae0b09

本発明の目的は、ＵＨＦ以上の高周波に対応できる周波数可変フィルタを提供することである。

本発明は上記課題を解決するため、
ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替えるきりかえる周波数可変フィルタを１２以上（２４以上３６以上）並列接続する極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ）以上の周波数（特に８００ＭＨｚ以上の周波数、更には１ＧＨｚ以上の周波数）を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、
前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ダイオードを用いたことを特徴とする周波数可変フィルタである。
さらに上記の周波数可変フィルタにおいて、前記分離するダイオードとして、ＰＩＮダイオード又はＰＩＮダイオードとチップビーズ（フェライトビーズ又はビーズインダクタとも称される）の直列を用いたことを特徴とする周波数可変フィルタである。

また、ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替えるきりかえる周波数可変フィルタを１２以上（２４以上３６以上）並列接続する極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ）以上の周波数（特に８００ＭＨｚ以上の周波数、更には１ＧＨｚ以上の周波数）を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、
前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ＰＩＮダイオード又はＰＩＮダイオードとチップビーズの直列を用いたことを特徴とする周波数可変フィルタである。

本発明により、ＵＨＦ以上の高周波に対応できる周波数可変フィルタを提供することができる。

本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構成を示す等価回路図 本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構造を示す組立斜視図 本発明の１実施例の周波数可変フィルタの特性例を示す模式図（８００ＭＨｚ） 本発明の１実施例の周波数可変フィルタの特性例を示す模式図（１１７５ＭＨｚ） チップビーズの特性例を示す模式図（ＴＤＫチップビーズＭＭＺ−Ｅシリーズ） チップビーズの特性例を示す模式図（ＴＤＫチップビーズＭＭＺ１００５−Ｅシリーズ）

本発明は上記課題を解決するため、ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替えるきりかえる周波数可変フィルタを８以上（１２以上）並列接続する極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ特に８００ＭＨｚ以上の周波数、更には２ＧＨｚ以上の周波数）以上の周波数を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ダイオードを用いたことを特徴とする周波数可変フィルタである。

さらに上記の周波数可変フィルタにおいて、前記分離するダイオードとして、ＰＩＮダイオードを用いたことを特徴とする周波数可変フィルタである。
ＰＩＮダイオードは、非特許文献３のInfinion_BAR89series_Datasheetの様に、耐圧が８０Ｖと高く、１０Ｖ印加時の逆容量が１００ＭＨｚで０．１７ｐＦ、１ＧＨｚで０．１６ｐＦ、１．８ＧＨｚで０．１５ｐＦ、と少なく、順方向抵抗が０．８Ωと低い。
前記分離するＰＩＮダイオードに直列に非特許文献２のＴＤＫチップビーズＭＭＺ１００５−Ｅシリーズを直列に挿入しても良い。

本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構成を示す等価回路図の図１と、本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構造を示す組立斜視図の図２と、本発明の１実施例の周波数可変フィルタの特性例を示す模式図の図３とを用いて本発明の１実施例を説明する。

本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構成を示す等価回路図の図１において、Ｃ１０１−Ｃ１１６とＣ２０１−Ｃ２１６とＣ３０１−Ｃ３１６とは、共振コンデンサ（容量）であり、Ｃ１１７−Ｃ１２８とＣ２１７−Ｃ２２８とＣ３１７−Ｃ３２８とは、デカップリングコンデンサ（容量）である。ＣＲ１０１−ＣＲ１２４とＣＲ２０１−ＣＲ２２４とＣＲ３０１−ＣＲ３２４はＰＩＮダイオードであり、ＣＲ１２５−ＣＲ１３０とＣＲ２２５−ＣＲ２３０とＣＲ３２５−ＣＲ３３０とは、高速放電用の２ケ入りダイオードである。Ｒ１０１−Ｒ１１２とＲ２０１−Ｒ２１２とＲ３０１−Ｒ３１２とはバイアス電圧からＰＩＮダイオードにバイアス電流を供給する抵抗である。
また、図１において、ＣＲ１０１、ＣＲ１０３、ＣＲ１０５、ＣＲ１０７、ＣＲ１０９、ＣＲ１１１、ＣＲ１１３、ＣＲ１１５、ＣＲ１１７、ＣＲ１１９、ＣＲ１２１、ＣＲ１２３は、共振容量を接地と開放とを切替えるＰＩＮダイオードである。ＣＲ１０２、ＣＲ１０４、ＣＲ１０６、ＣＲ１０８、ＣＲ１１０、ＣＲ１１２、ＣＲ１１４、ＣＲ１１６、ＣＲ１１８、ＣＲ１２０、ＣＲ１２２、ＣＲ１２４は、前記接地開放の切替ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記接地開放の切替ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離するＰＩＮダイオードである。抵抗と分離するＰＩＮダイオードに直列に非特許文献２のＴＤＫチップビーズＭＭＺ１００５−Ｅシリーズを直列に挿入しても良い。
また、図１において、ＣＲ１２５−ＣＲ１３０とＣＲ２２５−ＣＲ２３０とＣＲ３２５−ＣＲ３３０は、高速放電用の２ケ入りダイオードである。
また、図１において、Ｒ１０１−Ｒ１１２とＲ２０１−Ｒ２１２とＲ３０１−Ｒ３１２とは抵抗である。ＦＬ１−ＦＬ８はローパスフィルタである。Ｊ１とＪ１ＸとＪ２とＪ２Ｘとはコネクタである。ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３：チェックポイントであり各共振棒と接続されている。
共振コンデンサ（容量）は、各共振棒と各１２ケづつ並列となりさらに３並列となり、合計２４ケの並列となる。

本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構成を示す等価回路図の図１において、前記接地開放の切替ＰＩＮダイオードで接地されなかった共振コンデンサ（容量）が、チェックポイントＴＰ１とＴＰ２とＴＰ３に接続された共振棒と各１２ケづつ並列となりさらに３並列となり、周波数可変フィルタを実現する。本発明の１実施例の周波数可変フィルタの構造を示す組立斜視図の図２において、最下部の図のシールド内に３本一直線に並んだ円柱であり、図２の中央のプリント基板と接続している。

本発明により、極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ）以上の周波数、特に８００ＭＨｚ以上の周波数における周波数可変フィルタを実現することができる。更には、現状より高周波数に対応できるＰＩＮダイオード又はＧａＮショットキーバリアダイオード又はＧａOショットキーバリアダイオードを用いれば、３ＧＨｚから高い周波数のＳＨＦにおける周波数可変フィルタを実現することができる。抵抗と分離するＰＩＮダイオードに直列に非特許文献２のＴＤＫチップビーズＭＭＺ１００５−Ｅシリーズを直列に挿入すれば、更に高い周波数のＳＨＦにおける周波数可変フィルタを実現することができる。

Ｃ１０１−Ｃ１１６，Ｃ２０１−Ｃ２１６，Ｃ３０１−Ｃ３１６：共振コンデンサ（容量）、
Ｃ１１７−Ｃ１２８，Ｃ２１７−Ｃ２２８，Ｃ３１７−Ｃ３２８：デカップリングコンデンサ（容量）、
ＣＲ１０１−ＣＲ１２４，ＣＲ２０１−ＣＲ２２４，ＣＲ３０１−ＣＲ３２４：ＰＩＮダイオード、
ＣＲ１２５−ＣＲ１３０，ＣＲ２２５−ＣＲ２３０，ＣＲ３２５−ＣＲ３３０：高速放電用の２ケ入りダイオード、
Ｒ１０１−Ｒ１１２，Ｒ２０１−Ｒ２１２，Ｒ３０１−Ｒ３１２：抵抗、
ＦＬ１−ＦＬ８：ローパスフィルタ、
Ｊ１，Ｊ１Ｘ，Ｊ２，Ｊ２Ｘ：コネクタ、
ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３：チェックポイント、

Claims (3)

1. ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替えるきりかえる周波数可変フィルタを８以上（１２以上）並列接続するＵＨＦ以上の周波数を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、
   前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ダイオードを用いたことを特徴とする周波数可変フィルタ。
2. 請求項１の周波数可変フィルタにおいて、前記分離するダイオードとして、ＰＩＮダイオード又はＰＩＮダイオードとチップビーズの直列を用いたことを特徴とする周波数可変フィルタ。
3. ＰＩＮダイオードに所定のバイアス電圧を抵抗を介して印加することにより共振容量を接地と開放とを切り替えるきりかえる周波数可変フィルタを１２以上（２４以上３６以上）並列接続する極超短波（Ultra High Frequency：以下ＵＨＦ）以上の周波数（特に８００ＭＨｚ以上の周波数、更には１ＧＨｚ以上の周波数）を中心周波数とする周波数可変フィルタにおいて、
   前記ＰＩＮダイオードが逆バイアス時に、前記ＰＩＮダイオードと前記共振容量とを前記バイアス電圧を印加する抵抗と分離する素子として、ＰＩＮダイオード又はＰＩＮダイオードとチップビーズの直列を用いたことを特徴とする周波数可変フィルタ。
   

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