JP2022101253A - バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】バンドパスフィルタを小さくする。【解決手段】バンドパスフィルタＳは、第１コンデンサ２１と、第２コンデンサ２２と、第１コンデンサ２１と第２コンデンサ２２とを接続する信号線１１とグランドとの間に設けられたショートスタブ３１と、信号線１１とショートスタブ３１とが接続された接続点４１を挟んでショートスタブ３１の反対側で、接続点４１とグランドとの間に設けられたインピーダンス整合用コンデンサ５１と、を有し、ショートスタブは、入力される信号の波長の１２分の１の線路長を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、特定の周波数成分の信号を取り出すためのバンドパスフィルタに関する。

特許文献１には、入力される信号の波長の４分の１の電気長を有する直線状の４本のパターンを互いに平行に設けることによって構成されたフィルタが開示されている。このフィルタは、入力される信号の周波数の信号を透過し、周波数ｆより高周波数側及び低周波数側に離れるにしたがって減衰特性が大きくなる特性を有する。

特開２０１４－２０３８４６号公報

しかしながら、上記の技術では、入力される信号の波長の４分の１の長さのパターンを必要とするため、バンドパスフィルタの大きさを信号の波長の４分の１の長さよりも小さくすることができなかった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、バンドパスフィルタを小さくすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、第１コンデンサと、第２コンデンサと、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを接続する信号線とグランドとの間に設けられたショートスタブと、前記信号線と前記ショートスタブとが接続された接続点を挟んで前記ショートスタブの反対側で、前記接続点とグランドとの間に設けられたインピーダンス整合用コンデンサと、を有し、前記ショートスタブは、入力される信号の波長の１２分の１の線路長を有する、バンドパスフィルタを提供する。

本発明によれば、バンドパスフィルタを小さくできるという効果を奏する。

本実施形態に係るバンドパスフィルタの構成を示す図である。 信号強度の減衰量の周波数特性を模式的に示す図である。 複数段のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有するバンドパスフィルタを模式的に示す図である。

図１は、本実施形態に係るバンドパスフィルタＳの構成を示す図である。バンドパスフィルタＳは、第１コンデンサ２１と、第２コンデンサ２２と、ショートスタブ３１と、インピーダンス整合用コンデンサ５１と、を有する。

第１コンデンサ２１及び第２コンデンサ２２は、信号線１１により接続されている。第１コンデンサ２１及び第２コンデンサ２２の容量は、周波数ｆに基づいて定められている。

ショートスタブ３１は、第１コンデンサ２１と第２コンデンサ２２とを接続する信号線１１とグランドとの間に設けられている。ショートスタブ３１は、入力端ＩＮに入力された信号（以下、入力信号と言う）の波長λの１２分の１の線路長を有する。例えば、入力信号の周波数ｆが１ＧＨｚである場合、信号の波長λは約３００ミリメートルであり、ショートスタブ３１の線路長は約２５ミリメートルである。

インピーダンス整合用コンデンサ５１は、信号線１１とショートスタブ３１とが接続された接続点４１とグランドとの間に設けられたコンデンサである。インピーダンス整合用コンデンサ５１は、接続点４１を挟んでショートスタブ３１の反対側に接続されている。インピーダンス整合用コンデンサ５１は、入力端ＩＮ側のインピーダンスと、出力端ＯＵＴ側のインピーダンスとを同じにするためのコンデンサである。インピーダンス整合用コンデンサ５１の容量Ｃは、下記式（１）を用いて算出される。
Ｃ＝２（ｃｏｓΘ／（２πｆＺ））…（１）

なお、Ｚは、ショートスタブ３１の特性インピーダンスである。また、ショートスタブ３１の線路長を波長λの１２分の１にしたことにより入力信号の位相が６０度変化する。本例においては、入力信号の位相をさらに３０度変化させて入力信号の位相を９０度変化させるために、Θ＝π／６となるようにインピーダンス整合用コンデンサ５１の容量Ｃが設定されている。

図２は、信号強度の減衰量の周波数特性を模式的に示す図である。図２の横軸は周波数を示し、縦軸は信号強度の減衰量を示す。図２において、入力信号の周波数ｆは１ＧＨｚである。また、バンドパスフィルタＳの通過周波数は１ＧＨｚであり、通過帯域幅は１００ＭＨｚである。

実線Ｒは、本実施形態に係るバンドパスフィルタＳを通過した信号のゲインの周波数特性を模式的に示すグラフである。実線Ｒは、入力信号の周波数ｆである１ＧＨｚにおいて０ｄＢのゲインを示している。また、実線Ｒは、周波数が大きくなるほどゲインが小さくなる。さらに、実線Ｒは、奇数倍の周波数（以下、奇数倍の高調波と言う）である３ＧＨｚにおいて、ゲインが低下している。このように、本実施形態に係るバンドパスフィルタＳは、入力信号の周波数ｆと異なる周波数の信号を減衰させることができ、特に奇数倍の高調波のゲインを小さくできる。

破線Ｌは、特許文献１のように入力信号の波長の４分の１の波長の伝送線路を用いた比較例のバンドパスフィルタを通過した信号のゲインの周波数特性を模式的に示すグラフである。破線Ｌは、入力信号の周波数ｆである１ＧＨｚにおいて０ｄＢのゲインを示し、偶数倍の高調波である３ＧＨｚにおいてゲインが０ｄＢのゲインを示している。このように、比較例のバンドパスフィルタは、奇数倍の高調波のゲインを小さくできていない。

（変形例）
上記の実施形態に限らず、バンドパスフィルタが複数段のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有してもよい。図３は、複数段のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有するバンドパスフィルタＳ２を模式的に示す図である。バンドパスフィルタＳ２は、図１のバンドパスフィルタＳの構成に加えて、第３コンデンサ２３と、第４コンデンサ２４と、ショートスタブ３２と、ショートスタブ３３と、インピーダンス整合用コンデンサ５２と、インピーダンス整合用コンデンサ５３と、を有する。

第２コンデンサ２２と第３コンデンサ２３とは、信号線１２により接続されている。第３コンデンサ２３と第４コンデンサ２４とは、信号線１３により接続されている。第３コンデンサ２３及び第４コンデンサ２４の容量は、第１コンデンサ２１及び第２コンデンサ２２の容量と同様に、周波数ｆに基づいて定められている。

ショートスタブ３２は、第２コンデンサ２２と第３コンデンサ２３とを接続する信号線１２とグランドとの間に接続されている。ショートスタブ３２は、ショートスタブ３１と同様に、入力信号の波長λの１２分の１の線路長を有する。

インピーダンス整合用コンデンサ５２は、信号線１２とショートスタブ３２とが接続された接続点４２とグランドとの間に設けられている。インピーダンス整合用コンデンサ５２は、接続点４２を挟んでショートスタブ３２の反対側に接続されている。インピーダンス整合用コンデンサ５２の容量Ｃ２は、上記の式（１）に、ショートスタブ３１の特性インピーダンスＺに替えて、ショートスタブ３２の特性インピーダンスＺ２を代入することにより算出される。

ショートスタブ３３は、第３コンデンサ２３と第４コンデンサ２４とを接続する信号線１３とグランドとの間に接続されている。ショートスタブ３３は、ショートスタブ３１及びショートスタブ３２と同様に、入力信号の波長λの１２分の１の線路長を有する。

インピーダンス整合用コンデンサ５３は、信号線１３とショートスタブ３３とが接続された接続点４３とグランドとの間に設けられている。インピーダンス整合用コンデンサ５３は、接続点４３を挟んでショートスタブ３３の反対側に接続されている。インピーダンス整合用コンデンサ５３の容量Ｃ３は、上記の式（１）に、ショートスタブ３１の特性インピーダンスＺに替えて、ショートスタブ３３の特性インピーダンスＺ３を代入することにより算出される。

ショートスタブ３１の特性インピーダンスＺと、ショートスタブ３２の特性インピーダンスＺ２と、ショートスタブ３３の特性インピーダンスＺ３とは、同じでもよく、それぞれ異なっていてもよい。また、複数のショートスタブの特性インピーダンスがそれぞれ異なる場合、インピーダンス整合用コンデンサ５１の容量Ｃ、インピーダンス整合用コンデンサ５２の容量Ｃ２、及びインピーダンス整合用コンデンサ５３の容量Ｃ３は、対応するショートスタブの特性インピーダンスを用いて算出される。

このように、複数のショートスタブの特性インピーダンスがそれぞれ異なる場合、複数段の各段における信号のゲインの周波数特性は、各段のショートスタブの特性インピーダンス及びインピーダンス整合用コンデンサの容量によって定まる。したがって、各段のショートスタブの特性インピーダンス及びインピーダンス整合用コンデンサの容量の組み合わせごとに、それぞれ異なる特性のバンドパスフィルタを提供することができる。

以上、３段のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有するバンドパスフィルタを説明した。しかしながら、これに限らず、バンドパスフィルタは、４段以上のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有していてもよく、２段のショートスタブ及びインピーダンス整合用コンデンサを有していてもよい。

［バンドパスフィルタＳによる効果］
このように、本実施形態に係るバンドパスフィルタＳは、２つのコンデンサを接続する信号線１１とグランドとの間に設けられた入力信号の波長の１２分の１の長さのショートスタブ３１と、信号線１１とショートスタブ３１とが接続された接続点４１を挟んでショートスタブ３１の反対側で接続点４１とグランドとの間に設けられたインピーダンス整合用コンデンサ５１とを有する。バンドパスフィルタＳがこのような構成を有することで、本実施形態に係るバンドパスフィルタＳの長さを、入力信号の波長の４分の１の長さよりも小さくできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１１ 信号線
１２ 信号線
１３ 信号線
２１ 第１コンデンサ
２２ 第２コンデンサ
２３ 第３コンデンサ
２４ 第４コンデンサ
３１ ショートスタブ
３２ ショートスタブ
３３ ショートスタブ
４１ 接続点
４２ 接続点
４３ 接続点
５１ インピーダンス整合用コンデンサ
５２ インピーダンス整合用コンデンサ
５３ インピーダンス整合用コンデンサ
Ｓ バンドパスフィルタ
Ｓ２ バンドパスフィルタ

Claims (1)

1. 第１コンデンサと、
   第２コンデンサと、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを接続する信号線とグランドとの間に設けられたショートスタブと、
   前記信号線と前記ショートスタブとが接続された接続点を挟んで前記ショートスタブの反対側で、前記接続点とグランドとの間に設けられたインピーダンス整合用コンデンサと、
   を有し、
   前記ショートスタブは、入力される信号の波長の１２分の１の線路長を有する、
   バンドパスフィルタ。

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