JP3750420B2 - 平面フィルタおよびそれを用いたデュプレクサおよびそれらを用いた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面フィルタおよびそれを用いたデュプレクサおよびそれらを用いた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置、特に無線通信機用の平面フィルタおよびそれを用いたデュプレクサおよびそれらを用いた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に、従来の平面フィルタを示す。図１２において、平面フィルタ１は、誘電体の基体９の一方主面の全面に接地電極（図示せず）を形成し、他方主面にフィルタを構成するいくつかの電極パターンを形成して構成されている。
【０００３】
ここで、図１３に、平面フィルタ１の電極パターンを示し、これを用いて平面フィルタ１の構成を説明する。平面フィルタ１は、一端が開放端で他端がスルーホール３を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器２と、両端が開放端の１／２波長ストリップ線路共振器４と、一端が開放端で他端がスルーホール６を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器５の３つの電極パターンから構成されている。１／４波長ストリップ線路共振器２および５は１／２波長ストリップ線路共振器４を間に挟んで、それぞれ平行に配置されている。しかも、１／４波長ストリップ線路共振器２および５の開放端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の互いに異なる２つの開放端の近傍に配置され、１／４波長ストリップ線路共振器２および５の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の中央部の近傍に配置されている。そして、１／４波長ストリップ線路共振器２は線路の途中から入力端子７に接続されており、１／４波長ストリップ線路共振器５は線路の途中から出力端子８に接続されている。
【０００４】
このように構成された平面フィルタ１は、各共振器同士が平行に配置された部分を介して磁界結合して、３段のバンドパスフィルタとして機能する。
【０００５】
図１４に、平面フィルタ１の挿入損失（ＩＬ）および反射損失（ＲＬ）の周波数特性を示す。これは、中心周波数が５．２ＧＨｚで、通過帯域幅が約４００ＭＨｚのバンドパスフィルタで、通過帯域の高域側や低域側の近傍に減衰極は存在しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、平面フィルタ１においては、通過帯域の近傍に減衰極が存在しないため、通過帯域の近傍の減衰特性が悪いという問題がある。２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端を、１／２波長ストリップ線路共振器の同じ１つの開放端の近傍に配置することによって、通過帯域の高域側の近傍に減衰極を設けることはできるが、通過帯域の低域側の近傍に減衰極を設けたり、通過帯域の低域側と高域側の両方の近傍に減衰極を設けることはできない。そのため、通過帯域の近傍の減衰特性を十分に向上させることができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明では、通過帯域の低域側の近傍あるいは低域側と高域側の両方の近傍に減衰極を設けることのできる平面フィルタおよびそれを用いたデュプレクサおよびそれらを用いた高周波モジュールおよびそれを用いた通信装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の平面フィルタは、両端開放の１／２波長ストリップ線路共振器と、該１／２波長ストリップ線路共振器を挟んだ両側において、少なくとも一部を前記１／２波長ストリップ線路共振器と略平行に配置された２つの１／４波長ストリップ線路共振器からなり、該２つの１／４ストリップ線路共振器は、開放端側が前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる２つの開放端の近傍にそれぞれ配置され、接地端側が前記１／２波長ストリップ線路共振器の中央部の近傍において前記１／２波長ストリップ線路共振器の方向に折り曲げられるとともに接地端同士を互いに対向させてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の平面フィルタは、前記２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端側を、前記１／２波長ストリップ共振器の方向に折り曲げるとともに、前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる２つの開放端付近にそれぞれ近接させてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の平面フィルタは、前記２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端を、前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる開放端とそれぞれ対向させてなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の平面フィルタは、複数の前記１／２波長ストリップ線路共振器を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のデュプレクサは、上記の平面フィルタを２つ接続してなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の高周波モジュールは、上記の平面フィルタもしくはデュプレクサを用いたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の通信装置は、上記の高周波モジュールを用いたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、本発明の平面フィルタは、通過帯域の低域側あるいは低域側と高域側の両方に減衰極を設けて減衰特性を良くすることができる。
【００１６】
また、本発明のデュプレクサにおいては、送信側と受信側のアイソレーションを十分に取ることができる。
【００１７】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、回路構成を簡単にして小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００１８】
また、本発明の通信装置においては、小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の平面フィルタの一実施例を示す。また、図２に、図１に示した平面フィルタの電極パターンの構成を示す。図１および図２において、図１２および図１３と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
図１および図２において、平面フィルタ１０は、一端が開放端で他端がスルーホール１２を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器１１と、一端が開放端で他端がスルーホール１４を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器１３の２つを、１／２波長ストリップ線路共振器４を間に挟んで配置して構成されている。ここで、１／４波長ストリップ線路共振器１１はＬ字状に形成され、開放端を含む大部分が１／２波長ストリップ線路共振器４と平行に配置され、接地端側が１／２波長ストリップ線路共振器４の方向に折り曲げて配置されている。また、１／４波長ストリップ線路共振器１３もＬ字状に形成され、開放端を含む大部分が１／２波長ストリップ線路共振器４と平行に配置され、接地端側が１／２波長ストリップ線路共振器４の方向に折り曲げて配置されている。そして、１／４波長ストリップ線路共振器１１および１３の開放端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の互いに異なる２つの開放端の近傍にそれぞれ配置され、１／４波長ストリップ線路共振器１１および１３の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の中央部の近傍に配置されている。その結果、１／４波長ストリップ線路共振器１１の接地端と１／４波長ストリップ線路共振器１３の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の中央部を挟んで互いに対向する構成となっている。
【００２１】
このように構成された平面フィルタ１０において、各共振器同士が平行に配置された部分を介して磁界結合して、３段のバンドパスフィルタとして機能する。
【００２２】
ここで、図３に、平面フィルタ１０の挿入損失（ＩＬ）および反射損失（ＲＬ）の周波数特性を示す。図３に示すように、平面フィルタ１０においては、通過帯域の低域側の近傍に減衰極ｐ１が存在する。その結果、通過帯域の低域側の近傍における減衰量が大きくなり、減衰特性が向上している。
【００２３】
図４に、本発明の平面フィルタの別の実施例を示す。図４は電極パターンを示しており、図１に相当する斜視図は、電極パターンの形状を除いて図１と同様であるので省略する。また、図４において、図２と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図４において、平面フィルタ２０は、一端が開放端で他端がスルーホール２２を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器２１と、一端が開放端で他端がスルーホール２４を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器２３の２つを、１／２波長ストリップ線路共振器４を間に挟んで配置して構成されている。ここで、１／４波長ストリップ線路共振器２１はコ字状に形成され、線路の中央部分が１／２波長ストリップ線路共振器４と平行に配置され、開放端側と接地端側が１／２波長ストリップ線路共振器４の方向に折り曲げて配置されている。また、１／４波長ストリップ線路共振器２３もコ字状に形成され、線路の中央部分が１／２波長ストリップ線路共振器４と平行に配置され、開放端側と接地端側が１／２波長ストリップ線路共振器４の方向に折り曲げて配置されている。そして、１／４波長ストリップ線路共振器２１および２３の開放端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の互いに異なる２つの開放端の近傍にそれぞれ配置され、１／４波長ストリップ線路共振器２１および２３の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の中央部の近傍に配置されている。その結果、１／４波長ストリップ線路共振器２１の開放端と１／４波長ストリップ線路共振器２３の開放端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の互いに異なる２つの開放端付近にそれぞれ近接する構成となっている。また、１／４波長ストリップ線路共振器２１の接地端と１／４波長ストリップ線路共振器２３の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器４の中央部を挟んで互いに対向する構成となっている。
【００２５】
このように構成された平面フィルタ２０において、各共振器同士が平行に配置された部分を介して磁界結合して、３段のバンドパスフィルタとして機能する。さらに、１／４波長ストリップ線路共振器２１の開放端および１／４波長ストリップ線路共振器２３の開放端と、１／２波長ストリップ線路共振器４の２つの開放端付近との間にはそれぞれ静電容量が形成され、１／２波長ストリップ線路共振器４と２つの１／４波長ストリップ線路共振器２１および２３は容量的にも結合されており、これもバンドパスフィルタとしての特性を決定する要因の１つとなっている。
【００２６】
ここで、図５に、平面フィルタ２０の挿入損失（ＩＬ）および反射損失（ＲＬ）の周波数特性を示す。図５に示すように、平面フィルタ２０においては、通過帯域の低域側と高域側の両方の近傍に減衰極ｐ２、ｐ３が存在する。そのため、通過帯域の低域側と高域側の両方の近傍における減衰量が大きくなり、減衰特性が向上している。
【００２７】
図６に、本発明の平面フィルタのさらに別の実施例を示す。図６は電極パターンを示しており、図４に示す実施例と同様に斜視図は省略する。また、図６において、図４と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図６において、平面フィルタ３０は、一端が開放端で他端がスルーホール３２を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器３１と、一端が開放端で他端がスルーホール３５を介して接地電極に接続して接地端とされた１／４波長ストリップ線路共振器３４の２つを、両端が開放端の１／２波長ストリップ線路共振器３３を間に挟んで配置して構成されている。ここで、１／４波長ストリップ線路共振器３１はコ字状に形成され、線路の中央部分が１／２波長ストリップ線路共振器３３の中央部と平行に配置され、開放端側と接地端側を１／２波長ストリップ線路共振器３３の方向に折り曲げて配置されている。また、１／４波長ストリップ線路共振器３４もコ字状に形成され、線路の中央部分が１／２波長ストリップ線路共振器３３の中央部と平行に配置され、開放端側と接地端側を１／２波長ストリップ線路共振器３３の方向に折り曲げて配置されている。そして、１／４波長ストリップ線路共振器３１および３４の開放端は、１／２波長ストリップ線路共振器３３の互いに異なる２つの開放端にそれぞれ対向して配置され、１／４波長ストリップ線路共振器３１および３４の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器３３の中央部の近傍に配置されている。その結果、１／４波長ストリップ線路共振器３１の接地端と１／４波長ストリップ線路共振器３４の接地端は、１／２波長ストリップ線路共振器３３の中央部を挟んで互いに対向する構成となっている。
【００２９】
このように構成された平面フィルタ３０において、各共振器同士が平行に配置された部分を介して磁界結合して、３段のバンドパスフィルタとして機能する。さらに、１／４波長ストリップ線路共振器３１の開放端および１／４波長ストリップ線路共振器３４の開放端と、１／２波長ストリップ線路共振器３３の２つの開放端との間にはそれぞれ静電容量が形成され、１／２波長ストリップ線路共振器３３と２つの１／４波長ストリップ線路共振器３１、３４は容量的にも結合されており、これもバンドパスフィルタとしての特性を決定する要因の１つとなっている。
【００３０】
ここで、図７に、平面フィルタ３０の挿入損失（ＩＬ）および反射損失（ＲＬ）の周波数特性を示す。図７に示すように、平面フィルタ３０においては、通過帯域の低域側と高域側の両方の近傍に減衰極ｐ４、ｐ５が存在する。その結果、通過帯域の低域側と高域側の両方の近傍における減衰量が大きくなり、減衰特性が向上している。
【００３１】
さらに、２つの１／４波長ストリップ線路共振器３１、３４の開放端が、１／２波長ストリップ線路共振器３３の２つの開放端とそれぞれ対向していることによって、その間の容量的な結合が、図４に示した平面フィルタ２０の場合よりも強くなっている。１／４波長ストリップ線路共振器と１／２波長ストリップ線路共振器の開放端間の容量結合が強くなると、２つの共振器の平行に配置された部分における磁界結合が弱くなる。このため、１／４波長ストリップ線路共振器と１／２波長ストリップ線路共振器の間隔を小さくすることができ、それによって平面フィルタ４０の小型化を図ることができる。
【００３２】
なお、図６を見て分かるように、１／４波長ストリップ線路共振器３１の接地端の中心線と１／４波長ストリップ線路共振器３４の接地端の中心線は少しずれている。このように、２つの１／４波長ストリップ線路共振器の接地端同士は、少しずれて対向していても構わないものである。
【００３３】
図８に、本発明の平面フィルタのさらに別の実施例を示す。図８は電極パターンを示しており、図４、６に示した実施例と同様に斜視図は省略する。なお、図８において、図４と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図８において、平面フィルタ４０は、１／４波長ストリップ線路共振器２１と１／４波長ストリップ線路共振器２３を、両端が開放端の１／２波長ストリップ線路共振器４１および４２を間に挟んで配置して構成されている。なお、１／４波長ストリップ線路共振器２１と１／４波長ストリップ線路共振器２３の配置関係は、図４に示した平面フィルタ２０と同じである。
【００３５】
このように構成された平面フィルタ４０においては、１／２波長ストリップ線路共振器を２つにすることによって４段のバンドパスフィルタとして機能する。そして、段数が多くなることによって、通過帯域の両側の近傍の減衰特性をより急峻にし、減衰量をさらに大きくすることができる。
【００３６】
なお、平面フィルタ４０においては、１／２波長ストリップ線路共振器の数を２つとしたが、３つ以上の１／２波長ストリップ線路共振器を用いて構成しても構わないものである。
【００３７】
また、上記の各実施例においては、ストリップ線路共振器を、誘電体基板の一方主面に接地電極を形成して他方主面に電極パターンを形成した、いわゆるマイクロストリップ線路によるものとしてきたが、誘電体基板の一方主面と他方主面の両方に接地電極を形成してその間に電極パターンを形成するトリプレート構造のストリップ線路によるものであっても構わないもので、マイクロストリップ線路によるものと同様の作用効果を奏するものである。
【００３８】
また、１／４波長ストリップ線路共振器の接地端を構成するためのスルーホールは、スルーホールに限るものではなく、穴の内部を電極材料などで充填したビアホールであっても構わないものである。
【００３９】
図９に、本発明の平面フィルタを用いて構成したデュプレクサの一実施例のブロック図を示す。図９において、デュプレクサ５０は、互いに周波数帯域の異なる２つの本発明の平面フィルタ５１および５２からなり、平面フィルタ５１の出力端子と平面フィルタ５２の入力端子を接続してアンテナ端子５３とし、平面フィルタ５１の入力端子を送信側端子５４、平面フィルタ５２の出力端子を受信側端子５５として構成されている。
【００４０】
このように構成されたデュプレクサ５０は、アンテナ端子５３を外部アンテナに、送信側端子５４を送信回路に、受信側端子５５を受信回路にそれぞれ接続して通信装置を構成し、共通の外部アンテナを用いた送受信時に、送信信号が受信回路に入り込んだり、受信信号が送信回路に入り込んだりするのを防止する。特に、本発明の平面フィルタを用いることによって、互いに、一方のバンドパスフィルタの通過帯域における他方のバンドパスフィルタの減衰量を大きくすることができ、送信側端子５４と受信側端子５５との間のアイソレーションを十分に取ることができる。
【００４１】
図１０に、本発明のバンドパスフィルタを用いて構成した高周波モジュールの一実施例を示す。図１０において、高周波モジュール６０は、ＲＦフィルタとしての本発明の平面フィルタ１０、ＲＦアンプ６１、局部発振器６２、ミキサ６３、ＩＦフィルタ６４、ＩＦアンプ６５、および入力端子６６と出力端子６７で構成されたダウンコンバータである。ここで、入力端子６６は平面フィルタ１０とＲＦアンプ６１を順に介してミキサ６３に接続されている。また、局部発振器６２もミキサ６３に接続されている。そして、ミキサ６３の出力はＩＦフィルタ６４とＩＦアンプ６５を順に介して出力端子６７に接続されている。
【００４２】
このように構成された高周波モジュール６０においては、本発明の平面フィルタ１０を用いているために減衰域における減衰量を大きく取ることができるため、減衰量の不足を補うためのノッチフィルタなどの別の部品を用いる必要が無くなる。また、後段に接続されるＲＦアンプなどの入力整合回路を簡素化できる。その結果、高周波モジュール６０の小型化とコストダウンを図ることができる。
【００４３】
なお、図１０においては平面フィルタ１０を用いて高周波モジュール６０を構成したが、図４、６、８、９に示した平面フィルタ２０、３０、４０やデュプレクサ５０を用いて高周波モジュールを構成しても構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【００４４】
図１１に、本発明の高周波モジュールを用いて構成した通信装置の一実施例を示す。図１１において、通信装置７０は、本発明の高周波モジュール６０、アンテナ７１、信号処理回路７２から構成されている。ここで、アンテナ７１は高周波モジュール６０に接続され、高周波モジュール６０は信号処理回路７２に接続されている。
【００４５】
このように構成された通信装置７０においては、本発明の高周波モジュール６０を用いることにより、小型化とコストダウンを図ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の平面フィルタによれば、両端開放の１／２波長ストリップ線路共振器を挟んだ両側に２つの１／４波長ストリップ線路共振器を、少なくとも一部を１／２波長ストリップ線路共振器と平行に配置し、その開放端側を１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる２つの開放端の近傍にそれぞれ配置し、接地端を１／２波長ストリップ線路共振器の中央部の近傍において、１／２波長ストリップ線路共振器の方向に折り曲げて対向させることによって、通過帯域の低域側の近傍に減衰極を設けることができる。
【００４７】
また、２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端側を、１／２波長ストリップ共振器の方向に折り曲げるとともに、１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる開放端付近にそれぞれ近接させることによって、通過帯域の両側の近傍に減衰極を設けることができる。
【００４８】
また、２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端を、１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる開放端とそれぞれ対向させることによって、小型化を図ることができる。
【００４９】
また、複数の１／２波長ストリップ線路共振器を有することによって、減衰域の減衰特性をさらに良くすることができる。
【００５０】
また、本発明のデュプレクサによれば、本発明の平面フィルタを用いることによって、送信側と受信側の間の十分なアイソレーションを取ることができる。
【００５１】
また、本発明の高周波モジュールによれば、本発明の平面フィルタやデュプレクサを用いることによって小型化とコストダウンを図ることができる。
【００５２】
また、本発明の通信装置によれば、本発明の高周波モジュールを用いることによって小型化とコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面フィルタの一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の平面フィルタの電極パターンの構成を示す図である。
【図３】図１の平面フィルタの特性を示す図である。
【図４】本発明の平面フィルタの別の実施例の電極パターンの構成を示す図である。
【図５】図４の平面フィルタの特性を示す図である。
【図６】本発明の平面フィルタのさらに別の実施例の電極パターンの構成を示す図である。
【図７】図６の平面フィルタの特性を示す図である。
【図８】本発明の平面フィルタのさらに別の実施例の電極パターンの構成を示す図である。
【図９】本発明のデュプレクサの一実施例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の高周波モジュールの一実施例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の通信装置の一実施例を示すブロック図である。
【図１２】従来の平面フィルタを示す概略斜視図である。
【図１３】図１２の平面フィルタの電極パターンの構成を示す図である。
【図１４】図１２の平面フィルタの特性を示す図である。
【符号の説明】
４、３３、４１、４２…１／２波長ストリップ線路共振器
７…入力端子
８…出力端子
９…基体
１０、２０、３０、４０…平面フィルタ
１１、１３、２１、２３、３１、３４…１／４波長ストリップ線路共振器
１２、１４、２２、２４、３２、３５…スルーホール
５０…デュプレクサ
６０…高周波モジュール
７０…通信装置

Claims (7)

1. 両端開放の１／２波長ストリップ線路共振器と、該１／２波長ストリップ線路共振器を挟んだ両側において、少なくとも一部を前記１／２波長ストリップ線路共振器と略平行に配置された２つの１／４波長ストリップ線路共振器からなり、
   該２つの１／４ストリップ線路共振器は、開放端側が前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる２つの開放端の近傍にそれぞれ配置され、接地端側が前記１／２波長ストリップ線路共振器の中央部の近傍において前記１／２波長ストリップ線路共振器の方向に折り曲げられるとともに接地端同士を互いに対向させてなることを特徴とする平面フィルタ。
2. 前記２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端側を、前記１／２波長ストリップ線路共振器の方向に折り曲げるとともに、前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる２つの開放端付近にそれぞれ近接させてなることを特徴とする、請求項１に記載の平面フィルタ。
3. 前記２つの１／４波長ストリップ線路共振器の開放端を、前記１／２波長ストリップ線路共振器の互いに異なる開放端とそれぞれ対向させてなることを特徴とする、請求項２に記載の平面フィルタ。
4. 複数の前記１／２波長ストリップ線路共振器を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の平面フィルタ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の平面フィルタを２つ接続してなることを特徴とするデュプレクサ。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の平面フィルタ、もしくは請求項５に記載のデュプレクサを用いたことを特徴とする高周波モジュール。
7. 請求項６に記載の高周波モジュールを用いたことを特徴とする通信装置。

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