JP2019179999A - 可変バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】２個の共振インダクタの間の磁界結合を、安定に維持するとともに、小型かつ少部品で実現する並列共振を用いる同調回路を備える可変バンドパスフィルタを提供する。【解決手段】複同調器は、共振インダクタ（固定）と共振コンデンサ（可変）とを並列にそれぞれ備える２個の同調回路を互いに磁界結合させる。前記共振インダクタは、複同調器における減衰特性と挿入損失との間のトレードオフが最適化されるように、前記共振インダクタの巻き付け角度θｒ１、θｒ２を固定角度に規定しているボビンＢを介して、低透磁率を有する共通のトロイダルコアＣに巻き付けられる。ボビンＢは、複同調器における減衰特性と挿入損失との間のトレードオフが最適化されるように、前記共振インダクタの巻き付け工程において、前記共振インダクタの間のギャップ角度θｇを固定角度に規定している。【選択図】図３

Description

本開示は、複同調器を備える可変バンドパスフィルタに関する。

帯域通過フィルタとして、共振インダクタと共振コンデンサとを並列に備える複数の同調回路を互いに磁界結合させた複同調器を備えるものが、特許文献１に開示されている。

特開２０１４−０２７６９０号公報

しかし、２個の共振インダクタの間の磁界結合を調整するために、空間距離を調整する方法や結合窓付きの金属遮蔽板等を配置する方法を採用していた。よって、空間距離の調整ずれや金属遮蔽板等の寸法ずれにより、２個の共振インダクタの間の磁界結合を、安定に維持することができないとともに、小型かつ少部品で実現することができなかった。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、並列共振を用いる同調回路を備える可変バンドパスフィルタにおいて、２個の共振インダクタの間の磁界結合を、安定に維持するとともに、小型かつ少部品で実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、２個の共振インダクタは、２個の共振インダクタの巻き付け角度を固定角度に規定しているボビンを介して、共通のトロイダルコアに巻き付けられることとした。そして、ボビンは、２個の共振インダクタの巻き付け工程において、２個の共振インダクタの間のギャップ角度を固定角度に規定しているようにした。

このように、本開示は、並列共振を用いる同調回路を備える可変バンドパスフィルタにおいて、２個の共振インダクタの間の磁界結合を、安定に維持するとともに、小型かつ少部品で実現することができる。

本開示の可変バンドパスフィルタの構成を示す図である。 本開示のボビンの構造を示す図である。 本開示のインダクタの巻き付け方法を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示の可変バンドパスフィルタの構成を図１に示す。可変バンドパスフィルタは、複同調器及び２個のインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２を備える。複同調器は、固定インダクタンスを有する共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２と可変キャパシタンスを有する共振コンデンサＣ_ｒ１、Ｃ_ｒ２とを並列にそれぞれ備える２個の同調回路を互いに磁界結合させる。２個のインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２は、固定インダクタンスを有し複同調器の入力側及び出力側のインピーダンスをそれぞれ変換する。

図１及び図３において、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１は、ａ端及びａ’端を有する。共振インダクタＬ_ｒ１は、ｂ端及びｂ’端を有する。共振インダクタＬ_ｒ２は、ｃ端及びｃ’端を有する。インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２は、ｄ端及びｄ’端を有する。

複同調器における減衰特性と挿入損失との間のトレードオフを最適化するためには、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合（結合係数ｋ_ｒ）を疎結合（例えば、ｋ_ｒ〜０．１）にすることが望ましい。ここで、「トレードオフの最適化」は、両方の特性を最適化することのみならず、一方の特性を犠牲にしても他方の特性を優先することも意味する。

複同調器の入力側及び出力側のインピーダンスの変換比率を適切に設定するためには、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ１）及びインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ２）を密結合（例えば、ｋ_ｔ１〜ｋ_ｔ２〜０．７）にすることが望ましい。

可変バンドパスフィルタにおいて、ノッチの発生を防止するためには、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合の結合係数及びインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合の結合係数を、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合の結合係数ｋ_ｒより小さくすることが望ましい。

可変バンドパスフィルタにおいて、減衰特性の劣化を防止するためには、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２の間の磁界結合の結合係数を、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合の結合係数ｋ_ｒより小さくすることが望ましい。

本開示のボビンの構造を図２に示す。ボビンＢは、巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２及び仕切り部Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６を備え、分割線Ｂ１７において分割可能である。ボビンＢは、管内においてトロイダルコアＣを収容可能である。

ボビンＢのトロイダルコアＣへの装着方法として、以下の方法がある。第１の方法として、分割線Ｂ１７において分割されたボビンＢの間に、トロイダルコアＣをそのまま挟み込み、ボビンＢを分割線Ｂ１７において結合する。第２の方法として、直径方向に沿って切断されたボビンＢの管内に、切断されたトロイダルコアＣを差し込み、ボビンＢ及びトロイダルコアＣを接着する。

ここで、ボビンＢは、トロイダルコアＣに対して、固定されている。つまり、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１５の間の角度及び仕切り部Ｂ１４、Ｂ１６の間の角度は、固定されている。そして、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１４の間の巻き付け部Ｂ１１の角度及び仕切り部Ｂ１５、Ｂ１６の間の巻き付け部Ｂ１２の角度も、固定されている。

さらに、巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２の断面積は、トロイダルコアＣの断面積と比べて、小さくなっている。つまり、巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２の管壁の厚さは、トロイダルコアＣの断面の大きさと比べて、薄くなっている。これは、複同調器における挿入損失を最適化するためである。ここで、「挿入損失の最適化」は、挿入損失をできるかぎり小さくすることのみならず、挿入損失を所望の規格に満足させることを意味する。なお、本実施形態では、トロイダルコアＣの断面積に対する巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２の断面積の比率は、およそ２０％〜３０％の程度としている。

本開示のインダクタの巻き付け方法を図３に示す。共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２は、巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２を介して、共通のトロイダルコアＣに巻き付けられる。トロイダルコアＣの比透磁率μ_ｒは、１又は１０のオーダーである。共振インダクタＬ_ｒ１の巻き付け角度は、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１４の間の固定角度θ_ｒ１に規定されている。共振インダクタＬ_ｒ２の巻き付け角度は、仕切り部Ｂ１５、Ｂ１６の間の固定角度θ_ｒ２に規定されている。共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間のギャップ角度θ_ｇは、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１５の間の固定角度又は仕切り部Ｂ１４、Ｂ１６の間の固定角度に規定されている。

ここで、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合（結合係数ｋ_ｒ）を疎結合（例えば、ｋ_ｒ〜０．１）にするように、トロイダルコアＣの比透磁率μ_ｒ、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の巻き付け角度θ_ｒ１、θ_ｒ２及び共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の固定ギャップ角度θ_ｇを設定することが望ましい。そして、トロイダルコアＣの比透磁率μ_ｒは、１又は１０のオーダーであるため、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の巻き付け角度θ_ｒ１、θ_ｒ２は、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の固定ギャップ角度θ_ｇより、十分に大きいことが望ましい。

共振インダクタＬ_ｒ１のｂ端及びｂ’端は、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１４に設けられた配線孔に差し込まれる。共振インダクタＬ_ｒ２のｃ端及びｃ’端は、仕切り部Ｂ１５、Ｂ１６に設けられた配線孔に差し込まれる。共振インダクタＬ_ｒ１のｂ端及びｂ’端並びに共振インダクタＬ_ｒ２のｃ端及びｃ’端は、結合係数の測定装置に接続される。

ここで、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合（結合係数ｋ_ｒ）は、比誘電率μ_ｒのばらつき及び共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の巻き付け方等に応じて、比透磁率μ_ｒ、固定角度θ_ｒ１、θ_ｒ２及び固定ギャップ角度θ_ｇによって決まる所望の疎結合から若干ずれることがある。しかし、可変バンドパスフィルタの回路設計で高精度が求められなければ、結合係数ｋ_ｒが所望の疎結合と比べて所定の誤差内であれば足りるため、トロイダルコアＣを取り替えなくてもよく、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２を巻き直さなくてもよい。

インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２は、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２及び巻き付け部Ｂ１１、Ｂ１２を介して、共通のトロイダルコアＣに巻き付けられる。インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１の巻き付け角度θ_ｔ１は、共振インダクタＬ_ｒ１の巻き付け角度θ_ｒ１より小さく、共振インダクタＬ_ｒ１の巻き付け角度θ_ｒ１のほぼ中間に設けられる。インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２の巻き付け角度θ_ｔ２は、共振インダクタＬ_ｒ２の巻き付け角度θ_ｒ２より小さく、共振インダクタＬ_ｒ２の巻き付け角度θ_ｒ２のほぼ中間に設けられる。

ここで、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ１）を密結合（例えば、ｋ_ｔ１〜０．７）にするように、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１の巻き付け角度θ_ｔ１を設定することが望ましい。そして、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１及び共振インダクタＬ_ｒ１は、低透磁率のトロイダルコアＣに巻き付けられるものの、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１の巻き付け角度θ_ｔ１は、共振インダクタＬ_ｒ１の巻き付け角度θ_ｒ１に重なり合う。よって、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ１）を密結合にすることができる。

同様に、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ２）を密結合（例えば、ｋ_ｔ２〜０．７）にするように、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２の巻き付け角度θ_ｔ２を設定することが望ましい。そして、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２及び共振インダクタＬ_ｒ２は、低透磁率のトロイダルコアＣに巻き付けられるものの、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２の巻き付け角度θ_ｔ２は、共振インダクタＬ_ｒ２の巻き付け角度θ_ｒ２に重なり合う。よって、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ２）を密結合にすることができる。

インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１のａ端及びａ’端は、仕切り部Ｂ１３、Ｂ１４に設けられた配線孔に差し込まれる。インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２のｄ端及びｄ’端は、仕切り部Ｂ１５、Ｂ１６に設けられた配線孔に差し込まれる。共振インダクタＬ_ｒ１のｂ端及びｂ’端並びにインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１のａ端及びａ’端は、結合係数の測定装置に接続される。共振インダクタＬ_ｒ２のｃ端及びｃ’端並びにインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２のｄ端及びｄ’端は、結合係数の測定装置に接続される。

ここで、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ１）と、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ２）は、比誘電率μ_ｒのばらつき及びインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２の巻き付け方等に応じて、所望の密結合から若干ずれることがある。そこで、結合係数ｋ_ｔ１、ｋ_ｔ２が所望の密結合になるように、インピーダンス整合回路が備えるインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２以外の可変インダクタを調整する。

このように、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合（結合係数ｋ_ｒ）、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ１）及びインピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合（結合係数ｋ_ｔ２）を、安定に維持するとともに、小型かつ少部品で実現することができる。

そして、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ２は、低透磁率のトロイダルコアＣに巻き付けられるうえに、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ２との間のギャップ角度は、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間のギャップ角度θ_ｇ（固定ギャップ角度θ_ｇが維持されている。）より大きい。よって、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１と共振インダクタＬ_ｒ２との間の磁界結合の結合係数を、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合の結合係数ｋ_ｒより小さくすることができる。

同様に、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ１は、低透磁率のトロイダルコアＣに巻き付けられるうえに、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ１との間のギャップ角度は、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間のギャップ角度θ_ｇ（固定ギャップ角度θ_ｇが維持されている。）より大きい。よって、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ２と共振インダクタＬ_ｒ１との間の磁界結合の結合係数を、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合の結合係数ｋ_ｒより小さくすることができる。

さらに、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２は、低透磁率のトロイダルコアＣに巻き付けられるうえに、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２の間のギャップ角度は、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間のギャップ角度θ_ｇ（固定ギャップ角度θ_ｇが維持されている。）より大きい。よって、インピーダンス変換インダクタＬ_ｔ１、Ｌ_ｔ２の間の磁界結合の結合係数を、共振インダクタＬ_ｒ１、Ｌ_ｒ２の間の磁界結合の結合係数ｋ_ｒより小さくすることができる。

本開示の可変バンドパスフィルタは、送受信のフロントエンド等に適用することができ、所定の帯域幅を透過させるのみならず、インピーダンスを整合させることもできる。

Ｌ_ｒ１、Ｌ_ｒ２：共振インダクタ、Ｃ_ｒ１、Ｃ_ｒ２：共振コンデンサ、Ｌ_ｔ１、Ｌ_ｔ２：インピーダンス変換インダクタ、Ｃ：トロイダルコア、Ｂ：ボビン、Ｂ１１、Ｂ１２：巻き付け部、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６：仕切り部、Ｂ１７：分割線

Claims (4)

1. 固定インダクタンスを有する共振インダクタと可変キャパシタンスを有する共振コンデンサとを並列にそれぞれ備える２個の同調回路を互いに磁界結合させた複同調器を備え、
   ２個の前記共振インダクタは、巻き付け角度を規定可能な機構を有するボビンを介して、所定の透磁率を有する共通のトロイダルコアに巻き付けられ、
   さらに前記ボビンは、２個の前記共振インダクタの間のギャップ角度を規定可能な機構を有する、
   ことを特徴とする可変バンドパスフィルタ。
2. ２個の前記共振インダクタは、前記複同調器における減衰特性と挿入損失との間のトレードオフが最適化されるように、前記ボビンを介して、低透磁率を有する前記共通のトロイダルコアに巻き付けられ、
   さらに前記ボビンは、前記複同調器における減衰特性と挿入損失との間のトレードオフが最適化されるように、２個の前記共振インダクタの巻き付け工程において、２個の前記共振インダクタの間のギャップ角度を規定可能な機構を有する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の可変バンドパスフィルタ。
3. 前記共通のトロイダルコアの断面積に対する前記ボビンの巻き付け部分の断面積の比率は、前記複同調器における挿入損失が最適化されるように設定されている、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変バンドパスフィルタ。
4. 固定インダクタンスを有し前記複同調器の入力側及び出力側のインピーダンスをそれぞれ変換する２個のインピーダンス変換インダクタをさらに備え、
   各々の前記インピーダンス変換インダクタは、各々の前記共振インダクタ及び前記ボビンを介して、前記共通のトロイダルコアに巻き付けられ、
   各々の前記インピーダンス変換インダクタの巻き付け角度は、各々の前記共振インダクタの巻き付け角度と重なり合い、各々の前記共振インダクタの巻き付け角度より小さい、
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の可変バンドパスフィルタ。

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