JP2718984B2 - 共振器及びその共振器を用いたフィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高周波帯のフィルタ、発振器などに用いら
れるストリップあるいはマイクロストリップ線路型の共
振器及びその共振器を用いたフィルタに関するものであ
る。

従来の技術 高周波帯で用いられるストリップあるいはマイクロス
トリップ線路共振器として、４分の１波長のものが多く
用いられるが、高周波的接地の処理方法により、共振周
波数、無負荷Ｑなどの特性が変動するなどの欠点を有し
ていた。これを改善する共振器として、高周波的接地が
なく、小形化が可能なリング形共振器が知られている。

このリング形共振器は、例えば特開昭54−42674号公
報などに記載されている構成が知られている。以下、第
11図を参照して、従来のリング形共振器について説明す
る。

第11図において、１はマイクロストリップ線路から構
成され、ループ状に形成された単一線路、２は集中定数
容量である。この図では、形状は矩形であるが、電気的
特性はリング形と同一であるので、ここでは矩形ものに
ついて説明する。また線路もストリップ、マイクロスト
リップ線路とも適用可能であるが、ここでは代表として
マイクロストリップ線路について説明する。

以上のような構成、即ち、ループ状に形成された単一
線路１および集中定数容量２により、通常の１波長リン
グ共振器に比べ、はるかに小形の共振器が実現できる。
この共振器は、高周波的接地がないこと、ループ状の構
成のため放射損失が少ないことなど、１波長リング形共
振器の持つ特徴を損なうことなく、小形化を図ったもの
である。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような構成では、１波長リング形共振
器の持つ特徴を損なうことなく、小形化を図ることが可
能であるが、共振周波数を再現性良く実現するには、集
中定数容量を精度良く実現することが必要であるのに対
し、実現が難しいことあるいは製作精度のバラツキを吸
収するために、周波数調整機能を付加すると、部品点数
が多くなるので、性能の劣化、コスト高を招くなどの課
題があった。また、形状がループ状であることから、そ
の内側の領域に無駄スペースが存在しており、形状の点
からも課題があった。

また、この共振器を複数個用いたフィルタは、形状が
大きく、共振周波数の再現性、調整に課題を残してい
た。

本発明は、従来技術の以上のような課題を解決するも
ので、共振周波数のバラツキを抑え、共振周波数の再現
性、精度の向上を図るとともに、周波数調整が容易で、
小形、低コストな共振器を提供することを第一の目的と
するものである。

また、共振周波数の再現性が良く、小形、低コスト
で、急峻な周波数特性を有するフィルタを提供すること
を第二の目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、ストリップ線路あるいはマイクロストリッ
プ線路から構成されるループの形状よりなる単一線路
と、前記単一線路の両端部に接続されて平行結合を行う
ことにより分布容量を形成するとともに、両方の開放の
端部が同一直線上で前記ループの外側の方向に向けられ
た結合線路とを有し、前記接合線路の偶モード、奇モー
ドインピーダンスの積の平方根が前記単一線路の特性イ
ンピーダンスより小さく構成することにより、上記第一
の目的を達成するものである。

また、この共振器を複数個用い、得られる豊富な共振
器間結合方法を組み合わせることにより、上記第二の目
的を達成するものである。

作 用 本発明は、製作精度が良好なフォトエッチング技術な
どを用い、単一線路と分布容量を形成する結合線路とを
同時に製作し、共振器の低コスト化を図るとともに、共
振周波数の再現性、精度の向上を図るものである。ま
た、この結合線路部分をトリミングすることで、周波数
調整を容易に行うとともに、この結合線路の偶モード、
奇モードインピーダンスの積の平方根を単一線路の特性
インピーダンスより小さくすることにより、共振器の小
形化を図るものである。

また、この共振器周波数の再現性が良く、小形、低コ
ストな共振器を用いることで、フィルタの小形化、低コ
スト化を図るとともに、高域の周波数特性が急峻な誘導
性（磁界）結合、低域の周波数特性が急峻な容量（電
界）結合、結合量調整の自由度が大きい線路インピーダ
ンスをステップ状に変化させた平行結合による電磁界結
合など豊富な共振器間結合方法を組み合わせることによ
り、急峻な周波数特性を有するフィルタや小形なフィル
タを得ることが可能である。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における共振器の平面
を示す図である。第１図において、10はループ状に形成
された単一線路、11はループ状に形成された単一線路に
接続されるとともに、単一線路10が形成するループの外
側に設けられた先端開放の平行結合線路である。なお、
この平行結合線路11の両方の開放端部は第１図に示す如
く、Ａ−Ａ′線による同一直線上に存在する。また、平
行結合線路11の奇偶モードインピーダンス（Zoo,Zoe）
の積の平方根は単一線路のインピーダンス（Zo）に比べ
小さくしている。

以上のような構成において、以下その動作について説
明する。先端開放の平行結合線路11の結合部11aによる
分布容量で、第11図に示した集中定数容量を置き換え、
さらに、この平行結合線路の奇偶モードインピーダンス
（Zoo,Zoe）の積の平方根を単一線路のインピーダンス
（Zo）に比べ小さくすることにより、等価的には対接地
間に容量が付加されたことになるので、同一の共振周波
数を得るには、ループ状に形成された単一線路10の長さ
が短くなり、共振器の一層の小形化が図られる。

製作精度が良好なフォトエッチング技術などを用い、
単一線路と分布容量を形成する結合線路とを同時に製作
することで、製作の再現性が良好で、共振周波数のバラ
ツキを小さくできる。また、共振周波数が所望の周波数
からずれた場合でも、ループ状の単一線路に接続された
平行結合線路部分を若干トリミングすることで、簡単に
周波数調整が可能である。

また、集中定数容量に比べ、平行結合線路部で生じる
損失も極めて小さくできるので、共振器の無負荷Ｑが大
きくなる。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、
リング形共振器の小形化に不可欠な容量を、先端開放の
平行結合線路による分布容量で実現するとともに、この
平行結合線路の奇偶モードインピーダンス（Zoo,Zoe）
の積の平方根を単一線路のインピーダンス（Zo）に比べ
小さくすることで、等価的には対接地間に容量を付加す
ることになり、共振器の小形化、低コスト化を推進する
ばかりか製作の再現性を向上させ、共振周波数のバラツ
キを少なくするとともに無負荷Ｑの向上を図ることが可
能である。

また、共振周波数が所望の周波数からずれた場合で
も、先端開放の平行結合線路部分をトリミングすること
により、簡単に周波数調整が可能な小形の共振器が実現
できる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第２図は本発明の第２の実施例における共振器を示す
図である。第２図において、第１図の構成と異る点は、
結合線路を櫛の歯状とした点である。20は第１図と同様
のループ状の単一線路、21は櫛の歯状結合線路である。

上記構成において、以下その動作について説明する。
先端開放の結合線路を櫛の歯状にすることで、結合線路
長、結合間隔が同じならば、大きな分布容量が得られる
ので、共振器の小形化が達成できる。また、分布容量が
同じ（結合線路長を変えずに）にすれば、結合間隔は広
がるので、製作の再現性が高まり、共振周波数のバラツ
キは更に小さくなる。

以上本実施例によれば、平行結合線路に比べ単位長さ
当りの分布容量を大きく取れることから、結合線路長の
短縮、即ち共振器の小形化を図ることができる。また、
結合線路長を同じにすれば、結合間隔が広くなるので、
製作の再現性が向上し、共振周波数のバラツキを小さく
することが可能である。

次に本発明の第３の実施例について説明する。第３図
は本発明の第３の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第３図において、30、31は、本発明の第１の実施例
に示した共振器、32、33は入出力端子、34、35は入出力
結合用の容量である。共振器間の結合は、共振器30、31
の単一線路部分の磁界結合により取っている。

以上のような構成において、以下その動作について説
明する。入出力端子32から入力された高周波信号は、入
出力結合用の容量34、一段目の共振器30、二段目の共振
器31と結合し、入出力結合用の容量35を経て入出力端子
33から出力され、所望の帯域特性を有するフィルタが実
現できる。入出力結合を容量結合、共振器間結合を磁界
結合としているので、通過域の低域、高域とも急峻な周
波数特性が得られる。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、
共振周波数の再現性が良く、小形、低コストな共振器を
用いることで、フィルタの小形化、低コスト化を図ると
ともに、入出力結合に、低域の周波数特性が急峻な容量
結合、共振器間結合に、高域の周波数特性が急峻な磁界
結合を用いることで、通過域の低域、高域とも急峻な周
波数特性を得ることできる。

次に本発明の第４の実施例について説明する。第４図
は本発明の第４の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第４図において、第３図の構成と異なる点は、入出
力結合をタップによる磁界結合、共振器間結合を平行結
合線路部分による電界結合を用いた点である。第３図と
同じ番号の構成は、第３図と同じ作用をするものであ
る。

以上の実施例によれば、第３図と同様に、共振周波数
の再現性が良く、小形、低コストな共振器を用いること
で、フィルタの小形化、低コスト化を図るとともに、入
出力結合に、高域の周波数特性が急峻な磁界結合、共振
器間結合に、低域の周波数特性が急峻な容量結合を用い
ることで、通過域の低域、高域とも急峻な周波数特性を
得ることができる。

なお、第３図、第４図では、共振器の段数が２段の場
合のものを示したが、段数は２段に限らず任意の段数で
良いことは言うまでもない。但し、多段の場合には、共
振器間結合に磁界結合と電界結合が含まれることにな
り、入出力結合と相まって、通過域の低域、高域とも急
峻な周波数特性を得ることができる。また、この結合形
式を用いると、フィルタの形状を細長く作ることがで
き、場所の制約のある場合には有用である。

次に本発明の第５の実施例について説明する。第５図
は本発明の第５の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第５図において、第３図の構成と異なる点は、共振
器段数を３段にするとともに共振器間結合に単一線路部
分の側端による磁界結合を用いた点である。第３図と同
じ番号の構成は、第３図と同じ作用をするものである。
第５図において、40〜42は、本発明の第１の実施例で示
した共振器である。

以上の実施例によれば、入出力結合を容量結合共振器
間結合を単一線路部分の側端による磁界結合を用いてい
るので、第３図で示したフィルタと同様に、通過域の低
域、高域とも急峻な周波数特性が得られる。

次に本発明の第６の実施例について説明する。第６図
は本発明の第６の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第６図において、第４図と異なる点は、共振器段数
を３段にするとともに、共振器間結合に平行結合部分の
側端による電界結合を用いた点である。第４図と同じ番
号の構成は、第４図と同じ作用をするものである。第６
図において、40〜42は、第５図と同様に本発明の第１の
実施例で示した共振器である。

以上の実施例によれば、入出力結合をタップによる磁
界結合、共振器間結合を平行結合線路部分の側端による
電界結合を用いているので、第４図で示したフィルタと
同様に、通過域の低域、高域とも急峻な周波数特性が得
られる。

なお、第４図、第５図では、共振器の段数が３段の場
合の例を示したが、段数は３段に限らず、任意の段数で
も良いことは言うまでもないが、第３図、第４図と同様
に、入出力結合と共振器間結合が異なる結合形式を用い
ることで、通過域の低域、高域とも急峻な周波数特性が
得ることができる。

次に本発明の第７の実施例について説明する。第７図
は本発明の第７の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第７図において、第６図と異なる点は、共振器間結
合に単一線路と平行結合部分の側端による電磁界結合を
用いた点である。第６図と同じ番号の構成は、第６図と
同じ作用をするものである。

以上の構成において、以下その動作について説明す
る。一般に、一端短絡の共振器の電気長が90度の場合に
は、磁界による結合と電界による結合が打ち消しあって
共振器間結合が確保されないが本実施例では、単一線路
と平行結合線路のインピーダンス比を１以下に設定し、
その電気長を90度以下にすることで、小形化を達成する
と同時に、共振器間の結合を確保している。

以上の実施例によれば、第３図〜第６図に示した共振
器間結合を単一線路部分による磁界結合あるいは平行結
合線路部分による電界結合とは異なり、共振器間結合
を、インピーダンスの異なる結合線路と平行単一線路部
分の側端による電磁界結合を用いているので、第３図〜
第６図に示した共振器間結合と同様のギャップ間隔ばか
りでなく、単一線路と平行結合線路のインピーダンス比
を変えることでも結合量を調整することができるなど結
合量調整の自由度を増すことが可能である。そこで、第
３図〜第６図に示した共振器間結合では生じがちな無駄
スペースをなくし、小形のフィルタを実現することがで
きる。

次に本発明の第８の実施例について説明する。第８図
は本発明の第８の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第８図において、第７図の構成と異なる点は、共振
器間結合に用いた単一線路と平行結合部分の側端による
電磁界結合の向きを第７図と比して変えた点である。第
７図と同じ番号の構成は、第７図と同じ作用をするもの
である。

本実施例でも、第７図と同様に、共振器間結合を確保
できる。すなわち、このように向きを変えることも結合
量を調整する有力な手段であり、第３図〜第６図に示し
た共振器間結合では生じがちな無駄スペースをなくし、
第７図と同様に、小形のフィルタを実現することができ
る。

次に本発明の第９図の実施例について説明する。第９
図は本発明の第９の実施例におけるフィルタを示す図で
ある。第９図において、第７図、第８図と異なる点は、
共振器段数を４段にするとともに、共振器間結合に第７
図、第８図に示した単一線路と平行結合部分の側端によ
る電磁界結合の向きの異なる２種類の方式を用いた点で
ある。第８図と同じ番号の構成は、第８図と同じ作用を
するものである。第９図において、50〜53は、本発明の
第１の実施例で示した共振器である。

以上の構成において、以下その動作について説明す
る。一般に、フィルタの共振器間結合は、共振器の段数
が４段以上になると異なった値が必要になる。そこで、
本実施例に示すように、フィルタの共振器間結合の大小
に応じて、この２種類の結合形式を使い分ければ、フィ
ルタの小形化を達成することが可能である。

次に本発明の第10の実施例について説明する。第10図
は本発明の第10の実施例におけるフィルタを示す図であ
る。第10図において、第９図の構成と異なる点は、共振
器間結合に、第５図に示した平行結合による電界結合と
第７図、第８図に示した単一線路と平行結合部分の側端
による電磁界結合を組み合わせた点である。第９図と同
じ番号の構成は、第９図と同じ作用をするものである。

以上の構成において、以下その動作について説明す
る。第９図で示したように、フィルタの共振器間結合の
大小に応じて、この２種類の結合形式を使い分ければ、
フィルタの小形化を達成することが可能である。また、
入出力結合にタップによる磁界結合、共振器間結合に平
行結合による電界結合、単一線路と平行結合部分の側端
による電磁界結合の異なる結合形式の組み合わせたこと
で、通過域の低域、高域とも急峻な周波数特性を得るこ
とが可能である。

なお、第10図では、共振器間結合線路の一部に平行結
合による電界結合を用いたが、単一線路による磁界結合
と容量結合による入出力結合を組み合わせることでも同
様の効果をあげることができる。

また、上述してきた第４図〜第10図の構成では結合線
路を平行結合線路とした共振器のみを例にフィルタを構
成したが、結合線路を櫛の歯状結合線路とした共振器を
用いても、平行結合線路を用いた共振器と櫛の歯状結合
線路を用いた共振器を組み合わせて用いても良いこと
は、言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明は、共振器の小形化に有利な従来
の容量装荷形リング共振器に不可欠であった集中定数容
量を単一線路と同一の製作工程、即ち、フォトエッチン
グ技術などの製作精度の高い方法が使用可能な結合線路
に替えることで、共振器の低コストを図るとともに、共
振周波数の再現性、製作精度の向上を図ったものであ
る。

また、この結合線路の奇偶モードインピーダンス（Zo
o、Zoe）の積の平方根を単一線路のインピーダンス（Z
o）に比べ小さくすることで、更に一層、共振器の小形
化を図っている。

また、共振周波数の再現性が良く、小形、低コストな
この共振器を用いることで、フィルタの小形化、低コス
ト化を図るとともに、高域の周波数特性が急峻な磁界結
合、低域の周波数特性が急峻な容量結合、電界結合、結
合量調整の自由度が大きい線路インピーダンスをステッ
プ状に変化させた平行結合による電磁界結合など豊富な
共振器結合方法を組み合わせることにより、急峻な周波
数特性を有するフィルタや小形なフィルタを実現するこ
とでき、その工業的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における共振器を示す平
面図、第２図は本発明の第２の実施例における共振器を
示す平面図、第３図は本発明の第３の実施例におけるフ
ィルタを示す平面図、第４図〜第10図は本発明の第４〜
第10の実施例におけるフィルタを示す平面図、第11図は
従来の共振器を示す平面図である。 10,20……単一線路、11,21……結合線路、30,31 40〜4
2,50〜53……共振器、32,33……入出力端子、34,35……
入出力結合用容量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧本 三夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 福島 二三夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−68448（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1308（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−16901（ＪＰ，Ｕ) 三村、安倍、佐川、牧本「分布結合型 スプリット・リング共振器」（1989年電 子情報通信学会春季全国大会講演論文集 Ｃ−748

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ストリップ線路あるいはマイクロストリッ
   プ線路から構成されるループの形状よりなる単一線路
   と、前記単一線路の両端部に接続されて平行結合を行う
   ことにより分布容量を形成するとともに、両方の開放の
   端部が同一直線上で前記ループの外側の方向に向けられ
   た結合線路とを有し、前記接合線路の偶モード、奇モー
   ドインピーダンスの積の平方根が前記単一線路の特性イ
   ンピーダンスより小さく構成されていることを特徴とす
   る共振器。
2. 【請求項２】結合線路を平行結合線路、あるいは櫛の歯
   状結合線路としたことを特徴とする請求項１記載の共振
   器。
3. 【請求項３】請求項１記載の共振器を複数個有し、共振
   器間の結合を単一線路部分で得ることを特徴とするフィ
   ルタ。
4. 【請求項４】請求項１記載の共振器を複数個有し、共振
   器間の結合を結合線路部分で得ることを特徴とするフィ
   ルタ。
5. 【請求項５】請求項１記載の共振器を複数個有し、共振
   器間の結合を、単一線路部分と結合線路部分の両方で得
   ることを特徴とするフィルタ。
6. 【請求項６】請求項１記載の共振器を複数個有し、共振
   器間の結合を、単一線路部分、結合線路部分、前記単一
   線路部分と前記結合線路部分との両方の中から、複数組
   み合わせて得ることを特徴とするフィルタ。