JP3113842B2 - フィルタ - Google Patents

フィルタ

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    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203Strip line filters
    • H01P1/20327Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20381Special shape resonators
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    • Y10S505/825Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/866Wave transmission line, network, waveguide, or microwave storage device

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波などの高周波領域で用いられるフィルタに関し、特
に、シャープな特性で比帯域の小さな小型のフィルタに
関する。
【0002】
【従来の技術】図12に示すように、誘電体基板1の上
に、λ/2やλ/4の複数のマイクロストリップ共振器
(以下、単に“共振器”と言う)2〜6を並べて構成す
るストリップ線路形のフィルタは、導波管形や空洞共振
器形のフィルタに比べてはるかに小型である特長から、
様々な通信システムのフィルタリングデバイスに多用さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ストリップ
線路形のフィルタの不都合な点は、シャープな特性で、
しかも比帯域の小さなフィルタを作ろうとすると、共振
器2〜6の数が増え、且つ、共振器2〜6の結合を小さ
くするために共振器2〜6の間隔La〜Ldが広がる結
果、フィルタのサイズ(詳しくは共振器の配列方向のサ
イズ)Lが大きくなってしまうということである。もち
ろん、大きくなるといっても導波管形や空洞共振器のサ
イズには及ばないが、それでも、通信システムの小型化
を阻害する要因に十分なり得るから、また、超伝導体の
ように特殊な基板を使用する場合は、できるだけ小さい
基板にした方が製作容易性やコストの面で望ましいか
ら、たとえ、そのサイズ拡大程度がわずかであったとし
ても、是非共解決しなければならない技術課題である。
【0004】そこで、本発明は、共振器を密集して配置
でき、大きな基板を必要とせず、小型化に貢献すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
基板上に複数の共振器を並べて構成するフィルタにおい
て、前記共振器をループ状にすると共に、そのループの
一部に特異部分を形成し、隣接するループの特異部分の
位置関係を調節して該隣接ループ間の結合の大きさを設
定すること、前記特異部分がループの一部を開放した部
分であること、および前記ループが一つの円に沿って配
列されていることを特徴とする。
【0006】上述の請求項1に係る発明において、特異
部分とは、ループの一部を開放した部分を云う
【0007】請求項に係る発明は、請求項に係る発
明において、前記円に沿って配列されたループのうちの
信号入出力用の二つのループの間に電磁遮蔽体を立設し
たことを特徴とする。請求項に係る発明は、請求項
に係る発明において、前記円の内側に電磁遮蔽体を立設
したことを特徴とする。
【0008】請求項1〜に係る発明では、リング状の
共振器は、従来型共振器(直線状の共振器;図12の符
号2〜6参照)に比べて共振器間の結合が小さく、例え
ば、同一の結合であれば、直線状の共振器よりも間隔を
狭くできる。しかも、本発明のリング状の共振器は、特
異部分の位置関係によって結合の大きさを自由に変える
ことができ、例えば、特異部分同士を向かい合わせにす
れば、極めて小さな結合が得られる。したがって、直線
状の共振器のように共振器間隔を拡げることなく、所要
の結合を得られるから、それだけ共振器を密集して配置
でき、大きな基板を必要とせず、小型化に貢献できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1〜図5は本発明に係るフィルタの
一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。図1
において、10は基板である。基板10はこの例の場合
円形であり、基板10の中心Oから半径Mの円に沿って
複数(図では便宜的に11個)の共振器11〜21が並
べられている。それぞれの共振器11〜21は、一部を
開放したリング状を有しており、それぞれの開放部分
(以下、“特異部分”と言う)11a〜21aは、図示
の例の場合、矢印記号で示すように、すべて基板10の
中心Oを向いている。
【0010】複数の共振器11〜21のうちの二つの共
振器11、21は、配線22、23によって基板10の
縁まで引き出されている。これら二つの共振器11、2
1は一方が信号入力(IN)、他方が信号出力(OU
T)として用いられるようになっており、二つの共振器
11、21の間隔は他の共振器の間隔に比べて大きくな
っている。これは、IN、OUT間の結合をできるだけ
小さくしてクロストークを防止するためである。なお、
共振器11、21と配線22、23の間は、図示のよう
なタップ接続であってもよいし、あるいは、図2のよう
な電磁結合であっても構わない。
【0011】図3は、隣接する二つの共振器(便宜的に
A、Bで識別する)を示す図である。共振器A、Bのル
ープ長は波長に依存するから、変更可能なパラメータ
は、共振器A、Bの間隔Dと“特異部分の相対的な位置
関係”である。複数の共振子を円形に並べた場合、その
半径(図1のM参照)によって間隔Dの最小値が決まる
ため、フリーに変更できるパラメータは残る“特異部分
の相対的な位置関係”になる。図3において、共振器A
の特異部分A’は左にθA傾き、共振器Bの特異部分
B’は右にθB傾いている。これは一例に過ぎないが、
θAとθBはそれぞれ0〜360度の間の任意の値を取る
ことができ、θAとθBの角度に応じて二つの共振器A、
Bの間の結合の大きさを自由に変更できる。
【0012】図4は、θAとθBの角度を様々に変化させ
た場合の結合の大きさを電磁界シミュレーションした結
果の代表的なものをグラフにプロットしたものである。
縦軸は結合量の大きさであり、上に行くほど結合量が大
きくなる。この結果によれば、θAとθBの組み合せ(便
宜的に〔イ〕〜〔ヘ〕)に応じて大きな結合量から小さ
な結合量まで様々に変化するので、要求されるフィルタ
の特性に合わせて適切な組み合せを選択すれば良いこと
が理解される。ここに、〔イ〕は、隣接する二つの共振
器の特異部分を最も遠ざけた場合の組み合せであり、言
い替えれば、電流の腹に相当する部分(電流密度が最大
の部分)を最も接近させた場合の組み合せであるから、
電磁結合が最大となって最大の結合量が得られることを
定性的にも容易に推察できる。そして、このような考え
方に従えば、〔イ〕、〔ハ〕、〔ニ〕、〔ホ〕の順に結
合量が徐々に小さくなることも理解できる。同順に電流
の腹同士の距離が徐々に離れていくからである。
【0013】一方、〔ロ〕と〔ヘ〕は、電流の腹に相当
する部分が互いに直交しており、これは、直交したコイ
ル同士の電磁結合に相当するから、〔ロ〕と〔ヘ〕の結
合量は非常に弱いが、それでもゼロにはならない。実際
の電磁結合は共振器全ての微小領域の結合を積分したも
のであるからである。因みに、〔ロ〕と〔ヘ〕の電流の
腹同士の距離は〔ヘ〕の方が遠い。したがって、〔ロ〕
よりも〔ヘ〕の結合量の方が小さい。
【0014】なお、電流の腹同士が平行な組み合せ
(〔イ〕、〔ハ〕、〔ニ〕、〔ホ〕)と、電流の腹同士
が直行する組合せ(〔ロ〕、〔ヘ〕)の結合量の大小関
係は、図示のとおりにならないかも知れない。上述のと
おり、実際の電磁結合は共振器全ての微小領域の結合を
積分したものであるため、共振器の設計値(基板の厚さ
や誘電率、共振器の幅やながさなど)を特定しなけれ
ば、正確な結合量を計算(電磁界シミュレーション等に
よる数値解析)できないからである。
【0015】何れにせよ、図4のグラフは、特定の組み
合わせを限定するものではない。このグラフは、隣接す
る二つの共振器の特異部分の相対的な位置関係と結合の
大きさとの関連を示すものにすぎない以上、このグラフ
を見てどの組み合わせ(図示以外の組み合せを含む)を
選択するかは専ら要求されるフィルタの特性から決ま
る、いわゆる設計事項の範疇である。
【0016】以上の構成において、本実施例のフィルタ
は、共振器をループ状にしたため、隣接する二つのルー
プ間の結合を従来の共振器(直線状の共振器)の結合よ
りも小さくできる。しかも、各ループの一部に特異部分
を形成したため、隣接する二つの共振器の特異部分の位
置関係を調節すれば、例えば、ほぼ0に近い小さな結合
も得ることができる。したがって、従来の共振器に比べ
て共振器の間隔を大幅に狭めることができ、それだけ共
振器を密集させて基板サイズの縮小化を図ることができ
る。
【0017】因みに、図5は、同一の特性を得る場合
の、本実施例と従来例の面積比較図である。共振器の数
はどちらも11個である。両者を比較すると、本実施例
の共振器の間隔が明らかに狭い。しかも、共振器を円形
に並べているため、従来例の基板サイズ(長手方向のサ
イズL)よりも小さい半径の基板に収まっている。以上
の説明からも明らかなように、本発明の思想に従えば、
その実施例は図1の構成に限定されない。例えば、図6
(a)に示すように、各共振器の特異部分(矢印記号参
照)を基板10の中心Oから外に向かうようにしてもよ
いし、図6(a)に示すように、同特異部分を基板10
の中心Oから半径Mの円に沿って同じ方向に揃えてもよ
い。あるいは、これ以外の向きにしてもよい。
【0018】また、複数の共振器を円形に並べた場合
(図1、図6)は、基板10の中央部に空きスペースが
生じるが、このスペースにフィルタと関連の深い回路、
例えば、ローノイズアンプ(LNA)などを形成しても
よい(図7参照)。図8は、共振器の形状を示す図であ
る。何れも、特異部分(開放部分)を一部に含むループ
状の点で一致する。結合の大きさで見た場合、真円(図
面最上段の図形)が最も大きく、最小は矩形である。設
計や製作の容易性を考慮して適宜の形状を選択すればよ
い。又は、場合によっては、図9(a)(b)に示すよ
うに、直線状に並べてもよい。このようにしても、隣接
する共振器の特異部分の位置関係を調節することによ
り、結合の大きさを変えることができる。
【0019】また、以上の説明では、ループ状の共振器
の一部を開放して、その部分を特異部分としたが、これ
に限らない。要は、高周波的な特異部分を作ればよく、
例えば、ループの一部を細く又は太くしてもよい。すな
わち、ループの一部の面積を他の部分の面積と異なるも
のにしてもよい。図10は、共振器の形状をコの字状
(又はヘアピン状)にすると共に、コの字の開口部分を
基板10の中心に向けて複数の共振器30〜40を円形
に配列した例である。この構成によれば、各共振器30
〜40のコの字の腕の部分の長さを基板10の半径方向
に自由に延ばすことができ、基板10の面積を拡大する
ことなく、各共振器30〜40の実質長を長くできる。
このことは、特に低い周波数で利用するフィルタを設計
する場合に好都合である。
【0020】図11は、共振器間の無用な結合を積極的
に排除するようにした例であり、その特徴的な構成は、
入出力用の二つの共振器11、21の間に立設する第1
の遮蔽体41と、円形に配列された各共振器11〜21
の内側に立設する第2の遮蔽体42とを設けた点にあ
る。第1及び第2の遮蔽体41、42は、何れも導電性
の材料で作られており、且つ、フィルタケース43に電
気的に接続されている。これによれば、入出力用の共振
器11、21の間の電磁結合は第1の遮蔽体41で遮断
され、また、隣り合う共振器以外からの電磁結合は第2
の遮蔽体42で遮断されるから、無用な電磁結合を排除
してフィルタの特性を向上でき、しかも、入出力用の共
振器11、21の間隔を短くできると共に、円形に配列
された共振器11〜21の配列間隔も短くできるので、
より一層、フィルタの小型化に貢献できるという格別な
効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、共振器をループ状にす
ると共に、そのループの一部に特異部分を形成し、隣接
するループの特異部分の位置関係を調節して該隣接ルー
プ間の結合の大きさを設定するようにすると共に、複数
の共振器が一つの円に沿って前記基板上に配列されてい
るので、従来型共振器のように共振器の間隔を拡げず
に、所要の結合を得られるから、それだけ共振器を密集
して配置でき、大きな基板を必要とせず、小型化に貢献
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例のレイアウト図である。
【図2】一実施例の入出力用共振器の接続図である。
【図3】一実施例の隣接する二つの共振器の関係図であ
る。
【図4】一実施例の隣接する二つの共振器の特異部分の
位置関係と結合の大きさの関連図である。
【図5】一実施例と従来例のサイズ比較図である。
【図6】一実施例の他のレイアウト図である。
【図7】一実施例の基板の空きスペース利用図である。
【図8】一実施例の共振器の形状図である。
【図9】一実施例の共振器の直線レイアウト図である。
【図10】一実施例の共振器の他の形状例とそのレイア
ウト図である。
【図11】一実施例のさらに他のレイアウト図である。
【図12】従来例のレイアウト図である。
【符号の説明】
10:基板 11〜21:共振器 11a〜21a:特異部分
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−1309(JP,A) 特開 昭64−1305(JP,A) 特開 昭63−267001(JP,A) 特開 昭50−68448(JP,A) 特開 平9−139612(JP,A) 特開 平9−162610(JP,A) 特開 平6−37503(JP,A) 特開 平5−315805(JP,A) 特開 平5−299914(JP,A) 実開 昭57−133102(JP,U) 実開 昭57−155803(JP,U) 米国特許4185252(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/203

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に複数の共振器を並べて構成するフ
    ィルタにおいて、 前記共振器をループ状にすると共に、そのループの一部
    が開放された特異部分を形成すること、 隣接するループの前記特異部分の位置関係を調整して隣
    接ループ間の結合の大きさを設定すること、および 複数
    の前記共振器が一つの円に沿って前記基板上に配列され
    ていること、 を特徴とするフィルタ。
  2. 【請求項2】前記円に沿って配列されたループのうち、
    信号入出力用の二つのループの間に電磁遮蔽体を立設し
    たことを特徴とする請求項記載のフィルタ。
  3. 【請求項3】前記円の内側に電磁遮蔽体を立設したこと
    を特徴とする請求項記載のフィルタ。
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