JP3343944B2 - アクティブ帯域通過フィルタ - Google Patents

アクティブ帯域通過フィルタ

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JP3343944B2
JP3343944B2 JP19039892A JP19039892A JP3343944B2 JP 3343944 B2 JP3343944 B2 JP 3343944B2 JP 19039892 A JP19039892 A JP 19039892A JP 19039892 A JP19039892 A JP 19039892A JP 3343944 B2 JP3343944 B2 JP 3343944B2
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resonator
amplifier
bpf
gain
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容平 石川
青路 日高
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10Dielectric resonators

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はアクティブ帯域通過フ
ィルタ(以下「アクティブBPF」)に関し、特にたと
えば携帯電話や自動車電話などの移動体通信に用いられ
る、アクティブBPFに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、アクティブBPFは提案され
ていたが、従来設計によれば実際に用いる共振器の無負
荷Qが、TEMモードでは1000,TMモードでは6
000,TEモードでは20000程度であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この程度の無負荷Qの
共振器を用いてアクティブBPFとして使うと、NF
(ノイズフィギュア)が大きすぎて、実用可能なものは
得られなかった。また、共振器の無負荷Qを大きくすれ
ばNFは小さくできるものの、共振器の無負荷Qと共振
器のサイズとはほぼ比例関係にあるので、共振器の無負
荷Qを大きくすれば共振器の寸法も大きくなってしま
い、現実に利用できる寸法のアクティブBPFではなく
なってしまうという問題点があった。
【0004】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型にしてかつ実用可能なアクティブBPFを提供するこ
とである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、アンプを含
む能動帰還共振器を用いたアクティブ帯域通過フィルタ
であって、能動帰還共振器の無負荷Qをマイナス領域に
設定し、能動帰還共振器に結合されるアンプの入力側結
合の強さをQ e1 、能動帰還共振器に結合されるアンプの
出力側結合の強さをQ e2 、そしてアンプのゲインをGと
すると、Q e1 <Q e2 で、かつ1/Q e1 =G/Q e2 になる
ように設定した、アクティブ帯域通過フィルタである。
【0006】
【作用】アンプの入力側結合の強さQe1と出力側結合の
強さQe2との比をアンプの利得Gに一致させて、最小ノ
イズ温度設計をする。また、そのQe1,Qe2およびGを
調整することで、全体の無負荷Qをマイナス領域に設計
すると、NFが改善される。
【0007】
【発明の効果】この発明によれば、共振器の無負荷Qを
大きくしなくてもNFが改善されるので、小型でかつ実
用可能なNFのアクティブBPFを得ることができる。
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。
【0008】
【実施例】図1および図2を参照して、この実施例のア
クティブBPF10は能動帰還共振器12を含む。能動
帰還共振器12はキャビティを形成する筐体14を含
み、筐体14には、たとえばTMシングルモード共振器
などの共振器16が内蔵される。また、筐体14の外側
面にはアンプ18が取り付けられ、筐体14内に臨まさ
れたアンプ入力ループ20およびアンプ出力ループ22
によって、アンプ18は共振器16と磁界結合される。
したがって、能動帰還共振器12は、共振器16の共振
器電磁界の電力を一部取り出してアンプ18で増幅し、
再び共振器16に電力を帰還するものである。この能動
帰還共振器12には、入力ポート24および出力ポート
26が結合される。すなわち、筐体14内には入力ポー
ト24および出力ポート26がそれぞれ臨まされ、磁界
結合用ループ28および30によって共振器16と磁界
結合される。このように、能動帰還共振器12に、入力
ポート24および出力ポート26を設けてバンドパスフ
ィルタとしたものを、アクティブBPF10という。
【0009】まず、アクティブBPF10の電気設計は
数1〜数4のように設計され、ノイズ設計は数5のよう
に設計される。
【0010】
【数1】
【0011】
【数2】
【0012】
【数3】
【0013】
【数4】
【0014】
【数5】
【0015】ただし、ノイズ電力Na ,アンプ18のN
Fおよび利得Gとの間には、数6の関係がある。
【0016】
【数6】
【0017】数6よりノイズ電力Na は、数7のように
表される。
【0018】
【数7】
【0019】また、アクティブBPF10全体としての
NFは数8で計算される。
【0020】
【数8】
【0021】 S21:フィルタ通過後の中心周波数における利得 Q00:共振器の無負荷Q Qe :入出力ポートの結合Q Qe1:アンプの入力側結合Q Qe2:アンプの出力側結合Q QL :負荷Q G :アンプの利得(電力比) Nin:入力ポートにおけるノイズ電力 Nout :出力ポートにおけるノイズ電力 Na :アンプ出力側ノイズ電力 N0 :ホワイトノイズ電力 アクティブBPF10は、数4に示すように、アンプ1
8の入力側結合Q(Q e1)とアンプ18の出力側結合Q
(Qe2)とが、Qe1<Qe2であり、Qe1とQe2との比が
アンプ18の利得Gに一致するとき最小ノイズ温度設計
となる。これはQe2/GQe1に対する規格化ノイズ温度
θの特性を示す図3からも窺える。図3には、アンプ1
8の利得G=16dBの場合を示す。規格化ノイズ温度
θは数9によって表される。
【0022】
【数9】
【0023】ここで、ノイズ温度とは、標準的な抵抗器
から一定のホワイトノイズ電力N0が出る温度を290
°Kとして定義したものである。なお、Qe1およびQe2
の一方は電気設計から、他方は数4に示す最小ノイズ設
計から求められる。また、数3の右辺のマイナス項の値
を(1/Q00+1/Qe1+1/Qe2)より大きくするこ
とによってアクティブBPF10の無負荷Qをマイナス
領域に設定することができる。
【0024】このように、数3および数4の設計によっ
て、図4の線Aにも示すように、アクティブBPF10
の利得S21は中心周波数付近で0dBを超える。アク
ティブBPF10は実用化されていないので、ここでは
便宜上図7に示すパッシブ型BPF1と、それぞれ以下
のような設計点をとって具体的に比較する。パッシブ型
BPF1は、共振器2にアンプ3が接続されている。
【0025】共振器16の無負荷Q(Q00)=100
0,回路全体の負荷Q(QL )=500,フィルタ通過
後の中心周波数(f0 =900MHz)における利得S
21=+10dBに対し、利得G=16dB,NFAMP
2.5dBのアンプ18を用いる。なお、利得S21=+
10dBは、アンプ18の利得G=16dBとすること
によって利得S21を−6dBから16dB分上昇させた
ものであり、また、この実施例におけるAFR(能動帰
還共振器)の無負荷Q(Q0 )=−231に設定する。
【0026】すると、図4に示すように、中心周波数に
おいて、パッシブ型BPF1の全体のNF=7.9dB
(線B)であったのに対し、アクティブBPF10で
は、全体のNF=4.3dB(線C)にすることがで
き、3.6dB分改善できる。また、アクティブBPF
10には、NFの周波数依存性がほとんどないこともわ
かる。なお、線Aは利得S21の周波数特性を示す。
【0027】また、Q00/QL に対するNFの特性を示
す図5からも、アクティブBPF10(線D)のNF
は、パッシブ型BPF(線E)より大幅に改善されたこ
とがわかる。さらに、図6に示すように、アクティブB
PF10のNFをパッシブ型BPF1に一致させてノイ
ズ設計すると、線Fからわかるように、アクティブBP
F10のQ00/QL の方が小さくでき、したがって、無
負荷Qの小さい共振器16を利用できる。たとえば、ア
クティブBPF10の全体のNF=7.86dBでよい
とすれば、共振器16の無負荷Q(Q00)=141で足
りる。したがって、アクティブBPF10のNFを現状
レベルでよいとするならば、無負荷Qの小さい共振器す
なわち小型化された共振器16を用いることができる。
TE01δモード共振器→TMモード共振器→TEMモ
ード共振器→ストリップラインフィルタと共振器のさら
なる小型化が図れ、装置を小型にすることができる。
【0028】具体的には、上述の設定例では、共振器1
6の無負荷Qを略1/7にでき、共振器16単体の体積
を略1/25に縮小できる。なお、図5では、アクティ
ブBPF10とパッシブ型BPF1との交点(線Dと線
Eとの交点)よりもQ00/QL が小さい領域でNFが改
善されることを示し、図6では、線Fと参照線Gとの交
点よりQ00/QL が小さい領域でアクティブBPF10
による小型化が可能であることを示しているが、実用化
されるQ00は小さい値であるので、何ら問題はない。
【0029】なお、上述の実施例では、アンプ18に、
利得G=16dBのものを用いて中心周波数における利
得S21を−6dBから10dBに上昇させていた。しか
し、アクティブBPF10では、ある程度以上の利得で
あれば利得Gが16dB以外のアンプ18を使っても、
入出力ポートの結合Q(Qe )を調整することによっ
て、中心周波数における利得S21を−6dBから+10
dBにすることができ、上述と同様の特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す一部破断斜視図であ
る。
【図2】この実施例の等価回路図である。
【図3】アクティブBPFの最小ノイズ設計点を示すグ
ラフである。
【図4】利得S21を一致させた場合のアクティブBP
Fおよびパッシブ型BPFのNF特性の比較を示すグラ
フである。
【図5】アクティブBPFおよびパッシブ型BPFのN
Fの特性のNFの比較を示すグラフである。
【図6】NFを一致させた場合のアクティブBPFおよ
びパッシブ型BPFの無負荷Qの比較を示すグラフであ
る。
【図7】パッシブBPFの等価回路図である。
【符号の説明】
10 …アクティブBPF 12 …能動帰還共振器 16 …共振器 18 …アンプ 24 …入力ポート 26 …出力ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/20 H01P 7/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンプを含む能動帰還共振器を用いたアク
    ティブ帯域通過フィルタであって、 前記能動帰還共振器の無負荷Qをマイナス領域に設定
    前記能動帰還共振器に結合される前記アンプの入力側結
    合の強さをQ e1 、前記能動帰還共振器に結合される前記
    アンプの出力側結合の強さをQ e2 、そして前記アンプの
    ゲインをGとすると、Q e1 <Q e2 で、かつ1/Q e1 =G
    /Q e2 になるように設定した 、アクティブ帯域通過フィ
    ルタ。
JP19039892A 1992-07-17 1992-07-17 アクティブ帯域通過フィルタ Expired - Lifetime JP3343944B2 (ja)

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US08/092,366 US5379009A (en) 1992-07-17 1993-07-15 Active-type band-pass filter
EP93111482A EP0579256B1 (en) 1992-07-17 1993-07-16 Active-type band-pass filter
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DE69314861T DE69314861T2 (de) 1992-07-17 1993-07-16 Aktives Bandpassfilter

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EP0579256B1 (en) 1997-10-29
EP0579256A1 (en) 1994-01-19
JPH0637501A (ja) 1994-02-10
US5379009A (en) 1995-01-03
DE579256T1 (de) 1994-08-18

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