JP2018152746A

JP2018152746A - 複合フィルタ

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Publication number: JP2018152746A
Application number: JP2017048111A
Authority: JP
Inventors: 暁良浦田; Akiyoshi Urata
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP6872387B2

Abstract

【課題】電力耐性が高く、且つ通過帯域が狭いフィルタを実現して、低位相雑音の信号源を実現することができ、更に小型化を図ることができる複合フィルタを提供する。【解決手段】水晶発振器の出力側に接続された入力端子１に、電力耐性の高いＳＡＷフィルタ２、整合回路３、通過帯域の狭いＭＣＦ４の順に接続された複合フィルタとして、ＳＡＷフィルタ２で信号を減衰させ、更に整合回路３で適正な信号レベルとして、ＭＣＦ４への入力レベルを適正にすると共に、ＳＡＷフィルタ２がオフセット周波数の大きな領域における位相雑音を低減し、ＭＣＦ４がオフセット周波数が小さい領域における位相雑音を低減し、更に、ＳＡＷフィルタ２により高次高調波を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとを備えた複合フィルタに係り、特に位相雑音の低い信号源を実現することができる複合フィルタに関する。

［先行技術の説明］
基準信号を発生する信号源として、例えば、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）がある。
従来、信号源の位相雑音を低減するために、ＯＣＸＯの出力側に弾性表面波（ＳＡＷ；Surface Acoustic Wave）フィルタやモノリシックフィルタ（ＭＣＦ；Monolithic Crystal Filter、水晶フィルタ）を設けた構成がある。

ＳＡＷフィルタは、電力耐性は高いが、通過帯域は比較的広い。
一方、ＭＣＦは、電力耐性は低いものの、通過帯域は狭い特性がある。
位相雑音の低減（低位相雑音）を実現するためには、電力耐性が高く、且つ通過帯域が狭いフィルタが必要であるが、従来はＳＡＷフィルタ又はＭＣＦを単独で用いることが一般的であり、位相雑音を十分低減することはできなかった。

［信号源の位相雑音及び高次高調波の特性］
フィルタを設けない場合の信号源の特性例について説明する。
信号源（ＯＣＸＯ）からの信号は、例えば、発振周波数２００MHzで信号レベルが＋８dBmである場合、高次（２次）高調波４００MHzが−３５dBc、位相雑音は、オフセット周波数が１０kHzで−１４５dBc、１００kHzで−１６０dBc、１０MHzで−１６４dBc、４０MHzで−１６５dBcであった。

［関連技術］
尚、複数のフィルタを備えた回路に関する従来技術としては、特開２００７−１２９２９７号公報「ジッタ低減回路および信号伝送装置」（エプソントヨコム株式会社、特許文献１）がある。
特許文献１には、入力した信号の成分を通過させる第１のフィルタと、第１のフィルタから出力された信号を増幅する増幅器と、第１のフィルタよりも広い通過帯域幅を有し、増幅器からの出力信号の信号成分を通過させる第２のフィルタとを備えた構成が記載されている。

特開２００７−１２９２９７号公報

上述したように、従来のＳＡＷフィルタは電力耐性は高いが通過帯域が広く、ＭＣＦは通過帯域は狭いものの電力耐性が低いため、ＳＡＷフィルタ又はＭＣＦを単独でＯＣＸＯ等の信号源の出力に設けても、低位相雑音の信号源を実現することができないという問題点があった。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、電力耐性が高く、且つ通過帯域が狭いフィルタを実現して、低位相雑音の信号源を実現することができ、更に小型化を図ることができる複合フィルタを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとを備えた複合フィルタであって、水晶発振器の出力側に接続される入力端子に、弾性表面波フィルタ、整合回路、モノリシックフィルタの順で接続されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記複合フィルタにおいて、整合回路が、弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとの間に直列に接続されたコイルと、コイルとモノリシックフィルタとの間の点に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサとを備えることを特徴としている。

また、本発明は、上記複合フィルタにおいて、弾性表面波フィルタと、整合回路と、モノリシックフィルタとを同一のパッケージに収容したことを特徴としている。

また、本発明は、弾性表面波フィルタと整合回路との間に、減衰器を備えたことを特徴としている。

減衰器を、弾性表面波フィルタと、整合回路と、モノリシックフィルタと同一のパッケージに収容したことを特徴としている。

本発明によれば、弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとを備えた複合フィルタであって、水晶発振器の出力側に接続される入力端子に、弾性表面波フィルタ、整合回路、モノリシックフィルタの順で接続されている複合フィルタとしているので、入力信号を、電力耐性の高い弾性表面波フィルタを先に通過させることで信号を減衰させて、更に整合回路で適正な信号レベルとしてから、通過帯域の狭いモノリシックフィルタを通過させることができ、また、弾性表面波フィルタでオフセット周波数の大きい領域での位相雑音を低減すると共に高次高調波を抑制し、モノリシックフィルタでオフセット周波数の小さい領域での位相雑音を低減することができ、広い範囲に亘って位相雑音の低い信号源を実現できる効果がある。

また、本発明によれば、弾性表面波フィルタと、整合回路と、モノリシックフィルタとを同一のパッケージに収容した上記複合フィルタとしているので、フィルタの小型化を図ることができる効果がある。

また、本発明によれば、弾性表面波フィルタと整合回路との間に、減衰器を備えた上記複合フィルタとしているので、弾性表面波フィルタ通過後に信号レベルが十分減衰していない場合でも、減衰器によって適切なレベルに低減することができ、モノリシックフィルタに適切な入力信号を供給できる効果がある。

本複合フィルタの概略構成図である。本複合フィルタの位相雑音特性を示す概略説明図である。整合回路３の第１の構成例を示す説明図である。別の複合フィルタの構成を示す説明図である。本複合フィルタの応用例を示す説明図である。本複合フィルタを適用した場合の特性例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る複合フィルタは、水晶発振器の出力側に設ける複合フィルタであって、電力耐性の高いＳＡＷフィルタと、狭帯域のＭＣＦとを備え、水晶発振器の出力側に接続された入力端子に、ＳＡＷフィルタ、整合回路、ＭＣＦの順で接続された構成としており、電力耐性が高く、通過帯域が狭いフィルタを構成することができ、低位相雑音の信号源を実現できるものである。

［実施の形態に係る複合フィルタの構成：図１］
本発明の実施の形態に係る複合フィルタ（本複合フィルタ）の基本的な構成について図１を用いて説明する。図１は、本複合フィルタの概略構成図である。
図１に示すように、本複合フィルタは、ＯＣＸＯ等の信号源からの信号を入力する入力端子１と、ＳＡＷフィルタ２と、整合回路３と、ＭＣＦ４と、出力端子５とを備えている。特に、本複合フィルタでは、入力端子１側にＳＡＷフィルタ２を設け、整合回路３を介して出力端子５側にＭＣＦ４を配置している。

ＳＡＷフィルタ２は、電力耐性が高いが、通過帯域が広い特性を持つ。
そのため、ＳＡＷフィルタ２を入力端子１側に設けることにより、入力端子１から入力される信号の信号レベルを低減させると共に、オフセット周波数の高い領域における位相雑音レベルを減衰させることができるものである。
また、ＳＡＷフィルタ２によって高次高調波（スプリアス雑音）の低減も可能となる。

整合回路３は、ＳＡＷフィルタ２とＭＣＦ４との間に設けられ、ＳＡＷフィルタ２の出力インピーダンスとＭＣＦ４の入力インピーダンスとの整合を取るものであり、ＳＡＷフィルタ２からＭＣＦ４への信号の出入力を適正な信号レベルで行うものである。

ＭＣＦ４は、電力耐性は低いが、通過帯域は狭い特性を持つ。
本複合フィルタでは、ＳＡＷフィルタ２の出力側に整合回路３を介してＭＣＦ４を設ける構成として、信号レベルを低下させた状態でＭＣＦ４に入力して、ＭＣＦ４を適切な入力電力で動作させ、オフセット周波数の低い領域における位相雑音レベルを減衰させることができるものである。

このようにして、電力耐性が高く通過帯域が狭い複合フィルタを実現することができ、本複合フィルタをＯＣＸＯ等の信号源の出力に設けることにより、位相雑音の低い信号源を実現することができるものである。

［本複合フィルタの位相雑音特性：図２］
本複合フィルタの位相雑音特性について図２を用いて説明する。図２は、本複合フィルタの位相雑音特性を示す概略説明図である。
図２では、比較のために、（ａ）ＳＡＷフィルタ及びＭＣＦをいずれも設けていない場合、（ｂ）ＳＡＷフィルタのみを設けた場合、（ｃ）ＭＣＦのみを設けた場合、（ｄ）ＳＡＷフィルタとＭＣＦとを両方とも設けた場合、の４つの場合について位相雑音特性を示している。本複合フィルタは、（ｄ）に相当する。

図２に示すように、フィルタを設けていない（ａ）に対して、（ｂ）のＳＡＷフィルタのみを設けた場合には、オフセット周波数が高い領域において位相雑音が減衰している。
また、（ｃ）のＭＣＦのみを設けた場合には、ＳＡＷフィルタよりもオフセット周波数が低い領域において位相雑音を減衰させるものの、オフセット周波数が高くなると減衰の効果は得られない。

これに対し、ＳＡＷフィルタとＭＣＦとを、入力端子側から、ＳＡＷフィルタ、ＭＣＦの順で設けた場合には、オフセット周波数が低い領域ではＭＣＦの特性により位相雑音を減衰させ、オフセット周波数が高い領域ではＳＡＷフィルタの特性により位相雑音を減衰させることができ、広い帯域において効果的に位相雑音を低減できることがわかる。

［整合回路の構成例：図３］
次に、整合回路３の構成例について、図３を用いて説明する。図３は、整合回路３の第１の構成例を示す説明図である。
図３に示すように、整合回路３は、ＳＡＷフィルタ２とＭＣＦ４の間に、コイル３１が直列に接続され、コイル３１とＭＣＦ４の間の点にコンデンサ３２の一端が接続され、他端が接地された構成である。
整合回路３を設けることにより、インピーダンスを整合し、ＭＣＦ４の特性を十分に生かすことができるものである。

［本複合フィルタの別の構成：図４］
次に、本複合フィルタの別の構成（別の複合フィルタ）について図４を用いて説明する。図４は、別の複合フィルタの構成を示す説明図である。
図４に示すように、別の複合フィルタは、図３に示した複合フィルタにおいて、ＳＡＷフィルタ２と整合回路３のコイル３１との間に、減衰器（ＡＴＴ）３３を直列に接続した構成である。

減衰器３３を設けることにより、ＳＡＷフィルタ２からの信号レベルが高い場合であっても、減衰器３３で更に信号レベルを低減してＭＣＦ４への過入力を防ぎ、適切な入力レベルとすることができるものである。ＭＣＦ４への適切な入力レベルは、０dBm以下としている。

［応用例：図５］
次に、本複合フィルタの応用例について図５を用いて説明する。図５は、本複合フィルタの応用例を示す説明図である。
上述した本複合フィルタ及び別の複合フィルタでは、ＳＡＷフィルタ２、ＭＣＦ４等の素子をそれぞれ独立したパッケージを備えた個別の部品で実現していたが、応用例は、それらの素子を１パッケージ化（１チップ化）して、小型化を図るものである。

図５に示すように、応用例の複合フィルタは、ＳＡＷフィルタ２と、整合回路３と、ＭＣＦ４とを、例えば、同一基板上に金属パターンを形成し、表面実装型の素子を搭載することで実現して、同一のパッケージ１０内に収納した構成であり、個別のＳＡＷフィルタ２やＭＣＦ４等を基板に搭載して本複合フィルタを構成する場合に比べて、小型化が可能となるものである。

また、減衰器３３を備えた別の複合フィルタについても、ＳＡＷフィルタ２、減衰器３３、整合回路３、ＭＣＦ４を同一パッケージ内に収納して小型化を図ることが可能である。

［本複合フィルタの適用例及び特性：図６］
ここで、本複合フィルタを実際の信号源に適用した場合の位相雑音及び高次高調波の抑制について図６を用いて説明する。図６は、本複合フィルタを適用した場合の特性例を示す図である。
信号源としては、上述した信号源と同一の特性（発振周波数２００MHz）を持つＯＣＸＯを用いた。

図６に示すように、位相雑音の改善目標を、オフセット周波数１０kHzにおいて−１５０dBc、１００kHzにおいて−１７０dBc、１０MHzにおいて−１７０dBc、４０MHzにおいて−１７５dBcとした。
また、高次高調波（スプリアス）の抑制目標を、オフセット周波数４００MHzにおいて−６０dBcとした。

そして、オフセット周波数の低い領域（オフセット周波数１０kHz、１００kHz）の位相雑音を改善するために、ＭＣＦ４として、中心周波数２００MHz、帯域幅２０kHzの水晶フィルタを用いた。

また、オフセット周波数の高い領域（オフセット周波数１０MHz、４０MHz）の位相雑音を改善するために、ＳＡＷフィルタ２として、中心周波数２００MHz、帯域幅１０MHzのものを用いた。
更に、当該ＳＡＷフィルタ２は、高次高調波を抑制する効果も備えている。

このような構成の本複合フィルタを信号源の出力に設けることにより、図６に示すように、位相雑音はオフセット周波数の低い領域から高い領域に亘って目標値を達成した。
また、高次高調波についても、−３５dBcから−６５dBcに大幅に抑制でき、目標値を達成したものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る複合フィルタによれば、水晶発振器の出力側に接続された入力端子１に、電力耐性の高いＳＡＷフィルタ２、整合回路３、通過帯域の狭いＭＣＦ４の順に接続された複合フィルタとしているので、ＳＡＷフィルタ２で信号を減衰させ、更に整合回路３で適正な信号レベルとして、ＭＣＦ４への入力レベルを適正にすると共に、ＳＡＷフィルタ２がオフセット周波数の大きな領域における位相雑音を低減し、ＭＣＦ４がオフセット周波数が小さい領域における位相雑音を低減し、更に、ＳＡＷフィルタ２により高次高調波を抑制することができ、電力耐性が高く、通過帯域が狭いフィルタを構成することができ、低位相雑音の信号源を実現できる効果がある。

また、別の複合フィルタによれば、ＳＡＷフィルタ２と整合回路３との間に減衰器３３を直列に設けた構成としているので、ＳＡＷフィルタ２を通過した後の信号レベルが十分に減衰されていない場合でも、減衰器３３によって適切な信号レベルとすることができ、ＭＣＦ４への過入力を防ぎ、適正に動作させることができる効果がある。

また、応用例の複合フィルタによれば、ＳＡＷフィルタ２、整合回路３、ＭＣＦ４を（減衰器３３がある場合には減衰器３３も）同一のパッケージに収容した構成としているので、フィルタの小型化を図ることができる効果がある。

本発明は、電力耐性が高く、且つ通過帯域が狭いフィルタとして、位相雑音の低い信号源を実現することができる複合フィルタに適している。

１…入力端子、２…弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）、３…整合回路、４…モノリシックフィルタ（ＭＣＦ）、５…出力端子、１０…パッケージ、３１…コイル、３２…コンデンサ、３３…減衰器

Claims

弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとを備えた複合フィルタであって、
水晶発振器の出力側に接続される入力端子に、前記弾性表面波フィルタ、整合回路、前記モノリシックフィルタの順で接続されていることを特徴とする複合フィルタ。
整合回路が、弾性表面波フィルタとモノリシックフィルタとの間に直列に接続されたコイルと、前記コイルとモノリシックフィルタとの間の点に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサとを備えることを特徴とする請求項１記載の複合フィルタ。
弾性表面波フィルタと、整合回路と、モノリシックフィルタとを同一のパッケージに収容したことを特徴とする請求項１又は２記載の複合フィルタ。
弾性表面波フィルタと整合回路との間に、減衰器を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の複合フィルタ。
減衰器を、弾性表面波フィルタと、整合回路と、モノリシックフィルタと同一のパッケージに収容したことを特徴とする請求項４記載の複合フィルタ。