JP3569156B2

JP3569156B2 - フィルタ回路

Info

Publication number: JP3569156B2
Application number: JP15958199A
Authority: JP
Inventors: 博幸加屋野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: JP2000349504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線を用いる通信機の帯域制限をするフィルタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、分布定数型伝送線路の一つであるマイクロストリップライン共振器を用いたフィルタ回路では、例えば図９に示すように、ストリップ導体をずらして並べた構成を用いていた。図１０にこのフィルタ回路の等価回路を示す。
【０００３】
即ち、裏面に接地導体（図示せず）が設けられている平板状の誘電体９０１の表面に１／２波長の長さのストリップ導体９０２，９０３，９０４を１／４波長（λ）ずらして配設し、これらによって接地導体との間に共振器１００２，１００３，１００４を構成しており、入力端子用のストリップ導体９０５をストリップ導体９０２に近接して設け、また出力端子用のストリップ導体９０６をストリップ導体９０４に近接して設けることにより、入力端子１００５、出力端子１００６を構成している。図１０の等価回路におけるコンデンサ１００７，１００８，１００９，１０１０は各ストリップ導体間の容量を意味する。
【０００４】
しかしこの構成では、ストリップ導体を１／４波長ずつずらせているので、フィルタ回路が一方向に長くなって誘電体９０１が長方形となり、このフィルタ回路を円形の基板上に構成する場合には大きな誘電体が必要となり、結局フィルタが大きくなってしまうという問題点があった。
【０００５】
この問題点を解決するために、図１１に示すようなフィルタが考え出された。即ち、１／２波長のストリップ導体１１０２，１１０３，１１０４を並列にならべることにより、共振器間の結合を小さくしたフィルタ構成である。しかし、この構成では小型化はされるが、使用周波数帯が低くなるにつれて１／２波長の長さが大きくなってしまうため、より大きな誘電体材料が必要となってしまう問題点が出てきた。
【０００６】
このため、図１２に示すように１／２波長のストリップ導体１２０２，１２０３，１２０４を折り曲げた”コ”字形にすることにより小型化が進められた。共振器をコ字形にすることで１／４波長程度のサイズの材料で１／２波長の分布定数線路形フィルタを作成することが可能となった。しかし、コ字形の共振器を並べていく場合にはフィルタの形状が四角形となり、例えば超伝導フィルタを作るとすると円形材料１２０７上にフィルタを構成することになるが、この場合には不必要なエリアが大きくなる問題があった。
【０００７】
また一般に、フィルタの周波数レスポンスのスカート特性を急峻にしたい場合、フィルタを構成する共振器の段数を多くする方法が用いられていた。しかし、この方法ではフィルタの大型化と挿入損失の劣化につながってしまう。そこでフィルタの周波数レスポンスのスカート特性を改善する別な方法として、楕円関数フィルタのような帯域外に反共振の点を持ってくる方法がある。この方法を用いた場合には偶数の共振器で通常のフィルタにあるような隣の共振器との結合以外に、２Ｎ段（Ｎは２以上の整数）の共振器を用いた楕円関数フィルタでは１段目とＮ段目、２段目と２Ｎ−１段目、…、Ｎ−１段目とＮ＋２段目の共振器を結合させる必要がある。このようなフィルタを図１３に示した。裏面に接地導体（図示せず）を設けた平板状誘電体１３０１の表面に、コ字形のストリップ導体１３０２〜１３０７を互い違いに２列に配置し、両端のストリップ導体１３０２，１３０７に隣接して入力用出力端子用のストリップ導体１３０８，１３０９を設け、ストリップ導体１３０２，１３０７で構成した共振器間で飛び越した結合、即ち反共振結合１３１０を作る。しかし、この構成では、入出力のストリッップ導体１３０８，１３０９が近接してしまうためこの間での結合１３１１も生じ、この部分において直接エネルギーが抜けてしまい帯域外の減衰量が劣化してしまう問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来技術では矩形形状にフィルタ回路が構成されるので四角以外の任意形状の平板材料にフィルタ回路を構成する場合には無駄となる面積が大きくなる問題点があった。また、フィルタの周波数レスポンスのスカート特性を改善する場合に多段化することによる回路規模の大型化や挿入損失特性が劣化する問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の欠点を除去し、フィルタの周波数レスポンスのスカート特性が急峻であり、小型なフィルタ回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の基本的特徴によれば、円形の平板状誘電体の一方の面に接地導体を設け、他方の面にストリップ導体を選択的に配設して３段以上の共振器と入力端子と出力端子を構成してなるフィルタ回路において、
前記共振器の１つを形成するコ字形状又は逆コ字形状の第１のストリップ導体と、この第１のストリップ導体に隣接し前記第１のストリップ導体とは逆の向きに逆コ字形状又はコ字形状に配設されて前記共振器の他の１つを形成する第２のストリップ導体と、この第２のストリップ導体に隣接し前記第２のストリップ導体とは逆の向きに逆コ字形状又はコ字形状に配設され前記共振器の更に他の１つを形成する第３のストリップ導体とを備え、この第３のストリップ導体と前記第１のストリップ導体との間において直接結合し反共振を生ずるように配設すると共に、前記入力端子及び出力端子はこのフィルタ回路を中心にほぼ１８０度互いに異なる位置に配設して成ることを特徴とするフィルタ回路を提供する。
【００１１】
したがって、本発明では第１のストリップ導体と第２のストリップ導体のみならず、第３のストリップ導体とも直接結合しており反共振を生ずるので、スカート特性が急峻で帯域外減衰量の大きな特性を有するフィルタ回路が得られる。
【００１４】
したがって、フィルタ回路としての占有面積が大きくなり、小型なフィルタ回路が得られる。
【００１５】
更に本発明は上記構成において、前記第１，第２及び第３のストリップ導体は前記平板状誘電体の形状に合わせて全体としてほぼ円形になるように配設することを特徴とするフィルタ回路を提供する。
【００１６】
したがって、本発明によれば全体として円形形状となり超伝導フィルタにも好適なフィルタ回路が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に係るフィルタ回路の第１の実施例を示す。この実施例は、分布定数型伝送線路を用いたフィルタの例としてマイクロストリップライン共振器を用いたフィルタ回路の例である。
【００１８】
一方の面に接地導体を設けた、任意形状を持つ平板状誘電体１０１の他方の面に複数のストリップ導体が選択的に配設される。即ち、長さが１／２波長であり折り曲げられた形状のストリップ導体１０２，１０３，１０４，１０５が一列に交互に逆向きに設けられその両端のストリップ導体１０２，１０５に隣接してこのフィルタ回路に対して１８０度異なる向きに各々入力端子，出力端子を構成するストリップ導体１０６，１０７が設けられている。これらのストリップ導体は、平板状誘電体１０１内でこの形状と相似する形の、点線で示した有効エリア１０９内においてできるだけ広い面積をカバーするように配設される。この有効エリア１０９は、伝送線路の漏れる電力から決定される。
【００１９】
上記ストリップ線路及び接地導体は超伝導特性を有する導体により構成できる。
【００２０】
図２にこのフィルタ回路の一部の断面図を示す。２０１は、平板状誘電体１０１の一方の面に配設された接地導体であり、ストリップ導体１０２から伝播モードの電気力線２０２が平板状誘電体１０１を通って接地導体に入る。ところが電気力線は接地導体とストリップ導体により形成される伝送線路内だけでなく、図２の２０３に示すようにこの伝送線路の外側に電気力線が漏れる。接地導体２０１が小さい場合にはこの漏れ出た電力が放射されて放射損失となってしまうので、誘電体の全面にストリップ導体を配設することができない。このため、平板状誘電体１０１の全面から周囲の一定範囲を除いて残りの部分を有効エリアとしこの範囲内にストリップ導体を配設することになる。
【００２１】
ところで、図１においてストリップ導体１０２，１０３，１０４，１０５は接地導体との間で共振器を構成しており、各ストリップ導体との間及び入力端子用ストリップ導体１０６、出力端子用ストリップ導体１０７は、それぞれ容量結合されている。更に、ストリップ導体１０２はストリップ導体１０３に隣接しているが、図１から明らかなように、ストリップ導体１０３に隣接せず、ストリップ導体１０４に直接結合している部分１１０もある。この部分が反共振結合を生ずる部分である。同様にストリッップ導体１０３とストリップ導体１０５間の部分１１１にも反共振を生じさせる直接結合が生じている。したがって、このフィルタ回路の等価回路は図３に示す如くなる。３０２，３０３，３０４，３０５はストリップ導体１０２〜１０５により接地導体との間に形成される共振器であり、３０６，３０７は入力端子，出力端子である。また、容量素子３０８〜３１２は入力端子用ストリップ導体１０６，各ストリップ導体１０２〜１０５，出力端子用ストリップ導体１０７の間の結合を示す。容量素子３１３はストリップ導体１０２とストリップ導体１０４との間の反共振結合を、また容量素子３１４はストリップ導体１０３とストリップ導体１０５との間の反共振結合を、それぞれ意味する。
【００２２】
ここで、ストリップ導体１０２とストリップ導体１０４との間に着目し、この間で結合が生ずる場合を検討する。図４にこの部分を中心にした拡大図を示す。ストリップ導体１０２のストリップ導体１０５に対向する部分１０２ａと、ストリップ導体１０５のストリップ導体１０２に対向する部分１０５ａを考えると、この部分が平行になっていれば、結合が生ずる。しかし、この部分が必ずしも平行になっている必要はない。ストリップ導体１０２の部分１０２ａに流れる電流成分Ａ−Ａ′に対してストリップ導体１０５の部分１０５ａに流れる電流成分Ｂ−Ｂ′をＡ−Ａ′と平行な方向の成分４０１とその方向に垂直な方向の成分４０２に分解して、平行方向成分４０１がある限り、１０２ａと１０５ａの間に結合が生ずる。
【００２３】
入出力用端子はそれぞれの結合による帯域外の減衰量の劣化を避けるべく、両端子のストリップ導体１０６，１０７は帯域外減衰量以上のアイソレーション特性を実現するために、１８０度異なる位置に置かれて構成される。したがって、この実施例は入力端子出力端子間の結合は非常に小さい。
【００２４】
図５に、フィルタ回路を円形形状に構成した本発明の第２の実施例を示す。この実施例では、一方の面に接地導体を配設した円形形状の平板状誘電体５０１の他面に、共振器を形成するコ字形状のストリップ導体５０２，５０３，５０４，５０５，５０６、及び入力端子用のストリップ導体５０７と出力端子用のストリップ導体５０８を左右対称に配設している。しかも、共振器を形成するストリップ導体５０２，５０３，５０４，５０５，５０６は中央のもの程上下に長く、全体の形状が誘電体よりも小さく円形形状となるように配設される。
【００２５】
この実施例におけるフィルタ回路の等価回路を図６に示す。即ち、ストリップ導体５０２〜５０６各々が接地導体との間で形成する共振器が、各々６０２〜６０６であり、入力端子６０７、出力端子６０８はストリップ導体７０７，５０８により形成されている。容量素子６０９〜６１４はストリップ導体５０７，５０２〜５０６，５０８間の結合を示している。このフィルタ回路の反共振結合は、ストリップ導体５０２とストリップ導体５０４の間、ストリップ導体５０３とストリップ導体５０５の間及びストリップ導体５０４とストリップ導体５０６の間に生じており、図６の等価回路では容量素子６１５，６１６，６１７がこれらの結合を示している。
【００２６】
この実施例における上記ストリップ線路及び接地導体も、超伝導特性を有する導体により構成できる。
【００２７】
実際にこのフィルタ回路を２ＧＨｚ帯有極性型バンドパスフィルタとして、設計を行った。ストリップ導体は特性インピーダンス５０Ｗのマイクロストリップラインを用い、誘電体は直径３０ｍｍ、０．５ｍｍ厚のＬａＡｌＯ３を用いた。また、誘電体の端の影響を避けるために、有効エリアは誘電体よりも３ｍｍ内側にとった。このフィルタ回路の通過特性を、図７に実線７０１で示した。図７において、点線７０２は多段フィルタ、一点鎖線７０３は楕円関数型フィルタ、破線７０４は反共振を生ぜしめない長方形のコ字形状のフィルタの場合の各特性を示す。この実施例のフィルタでは、長方形のコ字形状のフィルタの場合に比して阻止域における減衰量を２０ｄＢ以上改善することができた。
【００２８】
上記実施例では、入出力端子は互いに１８０度異なる位置に設けられていた。しかし、本発明は入出力端子を構成するストリップ導体を、９０度異なる位置に配設してもよい。図８にこのような、本発明一実施例の構成を示す。一面に接地導体を配設した円形の平板状誘電体８０１の他面にストリップ導体８０２，８０３，８０４，８０５，８０６を図示の如く円形の有効エリア８０７内配設し、入力端子用のストリップ導体８０８、出力端子用のストリップ導体８０９を各々ストリップ導体８０２，８０６に隣接して設けている。このフィルタ回路では、ストリップ導体８０２とストリップ導体８０４の間、及びストリップ導体８０４とストリップ導体８０６の間に反共振結合が生じており、ストリップ導体８０８と接地導体から入力された信号はストリップ導体８０９と接地導体から出力される。
【００２９】
本発明のこの実施例では、入出力端子が互いに９０度異なる位置に配設されているので、入出力端子間のアイソレーションが最大になる利点がある。
【００３０】
上記実施例ではいずれも、入出力端子は互いに１８０度又は９０度異なる位置に設けられていたが、本発明ではほぼ９０度〜１８０度の範囲で適宜選択することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では反共振を生じさせ阻止帯域に極を持たせることにより、等価的に少ない段数で多段にした性能を実現することができる。そのため特定の帯域の減衰特性を大きく改善できる特性を持ち、入出力のアイソレーション特性が劣化しないことから良好な帯域外減衰量特性を実現できる。
【００３２】
また、ストリップ導体を誘電体の形状と相似で電気力線が外に漏れない程度に小さくした範囲内でできるだけ大きくなるように配設すれば、フィルタ回路としての占有面積を大きくなり、小型なフィルタ回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタ回路の一実施例を示す構成図。
【図２】図１の実施例のフィルタ回路の構造を示す断面図。
【図３】図１に示した実施例の等価回路図。
【図４】図１に示した実施例における結合を説明するための図。
【図５】本発明の他の一実施例の構成図。
【図６】図５に示した実施例の等価回路図。
【図７】図５に示した実施例などの通過特性を示す図。
【図８】本発明の更に他の実施例の構成図。
【図９】従来のフィルタ回路一例の構成図。
【図１０】図９のフィルタ回路の等価回路図。
【図１１】従来のフィルタ回路の他の一例の構成図。
【図１２】従来のフィルタ回路の更に他の一例の構成図。
【図１３】従来のフィルタ回路の他の一例の構成図。
１０１、５０１，８０１・・・平板状誘電体、１０２〜１０７，５０２〜５０８・・・ストリップ導体、１０９，８０７・・・有効エリア

Claims

円形の平板状誘電体の一方の面に接地導体を設け、他方の面にストリップ導体を選択的に配設して３段以上の共振器と入力端子と出力端子を構成してなるフィルタ回路において、
前記共振器の１つを形成するコ字形状又は逆コ字形状の第１のストリップ導体と、
この第１のストリップ導体に隣接し前記第１のストリップ導体とは逆の向きに逆コ字形状又はコ字形状に配設されて前記共振器の他の１つを形成する第２のストリップ導体と、
この第２のストリップ導体に隣接し前記第２のストリップ導体とは逆の向きに逆コ字形状又はコ字形状に配設され前記共振器の更に他の１つを形成する第３のストリップ導体とを備え、
この第３のストリップ導体と前記第１のストリップ導体との間において直接結合し反共振を生ずるように配設すると共に、前記入力端子及び出力端子はこのフィルタ回路を中心にほぼ１８０度互いに異なる位置に配設して成ることを特徴とするフィルタ回路。
前記第１，第２及び第３のストリップ導体は前記平板状誘電体の形状に合わせて全体としてほぼ円形になるように配設することを特徴とする請求項１記載のフィルタ回路。
前記接地導体及び前記第１，第２，第３のストリップ導体は、超伝導特性を有することを特徴とする請求項１記載のフィルタ回路。