JP3848542B2

JP3848542B2 - 帯域通過フィルタ

Info

Publication number: JP3848542B2
Application number: JP2001047901A
Authority: JP
Inventors: 省三郎亀田; 凉堀江; 光広鈴木; 晃一福田; 博市川; 隆治大山
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Ube Industries Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd; Ube Corp
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002252501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯などの高周波帯で使用する帯域通過フィルタに関する。さらに詳しくは、たとえば携帯無線電話機のデュアルバンド用アンテナに接続される帯域通過フィルタなどに適した、１組の入出力端子間に挿入され、少なくとも２つの周波数帯を通過させ得る帯域通過フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アンテナにより送受信する信号は、帯域通過フィルタなどのフィルタおよびその帯域用の増幅器を介して、所望の周波数帯の信号のみを送受信することができるように放射素子と接続されている。一方、たとえば携帯電話機は、１つの高周波帯域（たとえば９００ＭＨｚ帯または１８００ＭＨｚ帯）で使用されていたが、近年では、１個のアンテナにより複数の高周波帯域を送受信することができるようにし、その中から必要に応じて所望の周波数帯を選んで使用するようになってきている。
【０００３】
この場合、たとえば図１１に、ＡＭＰＳ（０.８ＧＨｚ帯）／ＰＣＳ（１.８ＧＨｚ帯）を組合せたセルラ電話用のアンテナ部のブロック図が示されるように、放射素子９１に、たとえば低域通過フィルタＬＰＦ９２、帯域遮断フィルタＢＥＦ９３などからなる両方の周波数帯を通過させ得るフィルタ群を経て、ダイプレクサ（ＤＩＰＬＥＸＥＲ）９４によりＡＭＰＳ用の低い周波数帯とＰＣＳ用の高い周波数帯とに分離し、さらにそれぞれがデュープレクサ９５により送信信号ＴＸ用周波数帯域と受信信号ＲＸ用周波数帯域とに分離され、それぞれが送信用増幅器９６、９８、受信用増幅器９７、９９に接続される構成になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のアンテナでは、２周波対応のアンテナでもそれぞれの周波数帯に分離した後に、それぞれの周波数帯用増幅器により増幅して処理（送信の場合は増幅した後に放射素子に合流）している。しかし、近年の電子機器の発展に伴い、増幅器の特性が非常に広帯域化し、前述のＡＭＰＳとＰＣＳのような２周波は、同じ増幅器で共に充分に増幅することができ、共用すれば、部品が少なくなると共に、装置の小型化を図ることができるため好ましい。しかし、たとえば図１１に示されるＡＭＰＳとＰＣＳとの送信信号端子同士と受信信号端子同士をそれぞれ直接接続すると信号の相互への廻り込みが生じ、また、方向性結合器などを介すると損失が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、２周波以上の周波数帯の信号を送受信し得る放射素子に接続するフィルタを直接増幅器などに接続しながら、２以上の周波数帯をそれぞれ分離して信号処理をすることができる構造の帯域通過フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、２以上の周波数帯の送受信信号をそれぞれ分別することができる簡単な構造の帯域通過フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による帯域通過フィルタは、外導体内に棒状または板状の導体からなる内導体が複数個設けられることにより共振器が複数個形成され、第１の周波数帯で共振する共振器が相互に結合するように複数個並べられ、第１の周波数帯を帯域通過させる第１共振器群、および第２の周波数帯で共振する共振器が相互に結合するように複数個並べられ、第２の周波数帯を帯域通過させる第２共振器群を少なくとも有する２以上の帯域通過部と、該２以上の帯域通過部それぞれの一端部と結合する１個の入力端子と、前記２以上の帯域通過部それぞれの他端部と結合する１個の出力端子とを有する帯域通過フィルタであって、前記外導体が、板状金属からなる直方体形状の天井の一部が下げられて下がり天井部とされた段差を有する箱型形状に形成され、前記第１共振器群を構成する複数個の共振器が前記下がり天井部とされない前記外導体内に配列されることにより前記第１共振器群が形成され、前記第２共振器群を構成する複数個の共振器が前記下がり天井部とされた前記外導体内に配列されることにより前記第２共振器群が形成されている。
【０００８】
この構造にすることにより、第１の共振器群からなる帯域通過部と第２の共振器群からなる帯域通過部とが、共に入力端子と出力端子との間に配列されているため、たとえば放射素子により受信した信号が、第１の周波数帯の信号であれば、第１共振器群を通り、他の周波数のノイズは通過できずに遮断されて、第１の周波数帯の信号のみが出力端子に出力され、増幅器により増幅されて処理される。一方、第２の周波数帯の信号を受信する場合には、第２共振器群を通過し、同じ増幅器により増幅されて信号処理されることにより、いずれの周波数帯の信号でも他の周波数のノイズを遮断して受信することができる。送信の場合も逆になるだけで同様である。
【０００９】
前記第１共振器群と第２共振器群との間に導電性仕切板が設けられることにより、相互間の干渉がなくなり、非常に高性能なフィルタとなる。
【００１０】
前記共振器のそれぞれを構成する内導体が、それぞれの全長に亘って断面形状が円形もしくは楕円形の棒状または平板状のいずれかの同じ形状により形成され、前記第１および第２の共振器群内で、前記内導体の断面形状または配置の向きのうち、少なくとも２種以上の組合せによりフィルタ特性が調整されることにより、複数の周波数帯を共に共振させながら、所望のフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００１１】
前記外導体と前記共振器との間の少なくとも一部に、空気より誘電率の大きい誘電体が充填されることにより、誘電率が大きくなり、波長短縮効果が生じて同じ電気長で、物理的寸法を小さくすることができるため好ましい。
【００１２】
前記入力端子と出力端子との間に形成される２以上の帯域通過部が２以上の周波数帯の送信信号または受信信号の帯域通過部であり、前記入力端子および出力端子の一方に放射素子が接続され得ると共に、該放射素子が接続され得る端子に前記送信信号または受信信号の他方の２以上の周波数帯をそれぞれ通過させる帯域通過部が並列に接続されることにより、２以上の周波数帯の送信信号用帯域部と２以上の周波数帯の受信信号用帯域通過部とが放射素子に並列に接続され得る構造にすることにより、複数の周波数帯の送信信号と複数の周波数帯の受信信号とをそれぞれ共振器フィルタにより放射素子から直接分別することができ、非常にコンパクトに形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の帯域通過フィルタについて説明をする。本発明による帯域通過フィルタは、図１にその一実施形態の外導体の上面を除去した状態の斜視説明図およびその平面説明図が示されるように、外導体５内に内導体６（６ａ、６ｂ）が設けられ、第１の周波数帯で共振するように共振器１１〜１３が相互に結合して並べられることにより第１の周波数帯を帯域通過させる第１共振器群（第１帯域通過部）１と、第２の周波数帯で共振するように共振器２１〜２３が相互に結合して並べられることにより第２の周波数帯を帯域通過させる第２共振器群（第２帯域通過部）２を少なくとも有する２以上の帯域通過部が設けられている。そして、その第１帯域通過部１および第２帯域通過部２のそれぞれの一端部と結合するように１個の入力端子３が設けられ、第１帯域通過部１および第２帯域通過部２のそれぞれの他端部と結合するように１個の出力端子４が設けられている。
【００１４】
図１に示される例は、金属板などからなる直方体形状の天井の一部が下げ天井とされた形状の箱体により外導体５が形成され、図２に図１（ｂ）のII-II断面説明図が示されるように、高い天井側の内部に第１の周波数帯の１／４波長で共振する一端が短絡、他端部が開放の円柱状の内導体６ａが互い違いに配列されたインターディジット型の共振器１１〜１３が、また、下がり天井の部分に、第２の周波数帯の１／４波長で共振する内導体６ｂが同様に、互い違いに配列されたインタディジット型の共振器２１〜２３が、それぞれ形成されている。しかし、インタディジット型でなくても、いわゆるコムライン型などの全て同じ向きに並べて形成される他のフィルタタイプでもよい。
【００１５】
たとえば、第１の周波数帯が９００ＭＨｚ帯で、第２の周波数帯が１８００ＭＨｚ帯であれば、第２の周波数帯では波長が第１周波数帯の半分になるため、１／４波長の長さも半分になり、図１（ａ）に示されるように、第２帯域通過部２の各内導体６ｂは下がり天井の部分で共振器が構成されている。
【００１６】
各共振器１１〜１３、２１〜２３の特性は、内導体６ａ、６ｂの長さがそれぞれ１／４波長程度の電気長に形成されるが、その共振器の数、各共振器の間隔は所望の特性に応じて変化される。すなわち、比帯域（通過する周波数帯域／通過する中心周波数）を狭くするには、共振器間の間隔を広くして電磁界結合を疎にすることにより得られ、逆に共振器間の電磁界結合を密にすることにより、比帯域を広くすることができる。さらに、通過帯域外の阻止特性は、結合する共振器の段数により定められ、段数を多くするほど、その阻止特性が向上する。
【００１７】
図１に示される例では、入出力端子３、４と第１共振器群１および第２共振器群２との結合が、それぞれ結合棒３１および４１を介して行われている。この実施例では、結合棒３１、４１は、先端開放で、第１の周波数帯に対してほぼ１／４波長の電気長に形成されており、第１の周波数帯に対しては共振器と同様に機能し、第２の周波数帯に対しては、先端から１／４波長の部分が第２共振器群２と結合する。また、第１共振器群１と第２共振器群２との間には、金属板などからなる仕切板７が形成され、相互間を遮蔽して干渉などを防止する構造に形成されている。
【００１８】
さらに、図１に示される例では、外導体５と内導体６（６ａ、６ｂ）との間は、空隙部になっているが、この間隙部に誘電率の大きい誘電体が少なくとも一部に充填されることにより、その比誘電率をε_rとすると、共振器の物理的寸法を１／ε_r ^1/2に比例して充填された部分を小さくしながら、所定の電気長が得られる波長短縮効果が得られるため、小型化するのに好ましい。この誘電体としては、たとえばセラミックスや有機材料を充填して固化しても良いし、セラミックグリーンシートをプレス加工することにより、内導体部分に貫通孔を形成しておき、印刷などにより導体を埋め込んで何枚も重ね、焼結して形成することもできる。
【００１９】
このような積層方法を用いることにより、共振器構造のフィルタをセラミックシートなどの積層体構造により形成することができ、非常に安価に形成することができる。この場合、外導体は、積層して焼結されたものの外周に印刷、メッキ、塗装、真空蒸着、スパッタリング法などにより導電膜を設けることによっても形成することができる。なお、前述の下がり天井の形状に形成するには、重ね合せるセラミックグリーンシートの一部の下がり天井部分をカットしておくことにより、誘電体の欠如部分が形成され、その外表面に導電膜を設けることにより、形成される。また、前述の仕切板７を形成するには、セラミックグリーンシートに内導体用の貫通孔を形成する際に、仕切板形成場所に細長ビアコンタクト孔を形成しておき、そのビアコンタクト孔内に導体を埋め込んでおいて、積層することにより内導体と同様に形成することができる。
【００２０】
金属板で形成した外導体内に内導体をインタディジット型に形成した図１に示される構造によるセルラ用送信信号のフィルタの帯域特性を調べた結果、図３に示されるような結果が得られた。すなわち、中心通過周波数がそれぞれ約０.８４ＧＨｚと、１.６５ＧＨｚで、比帯域がそれぞれ２.６％の帯域特性が得られた。
【００２１】
本発明によれば、入出力端子を共通にしながら、その間に複数の周波数帯を通過させる帯域通過部が並列に接続されているため、たとえば入力端子側に放射素子が接続され、第１の周波数帯の信号を受信したときは第１の帯域通過部を経て他のノイズはカットされて出力端子側に接続される受信用増幅器により増幅されて信号処理がなされ、放射素子に第２の周波数帯の信号を受信したときは、第２の帯域通過部を経て、他のノイズはカットされて通過し、前述の増幅器により増幅されて信号処理がなされる。すなわち、第１の帯域通過部、第２の帯域通過部など、入出力端子間に接続される所望の周波数帯の信号のみが出力端子側に出力され、同一の増幅器により増幅されて信号処理がなされる。
【００２２】
図４は、本発明の他の実施形態を示す、図１（ｂ）と同様の内導体の配置を示す説明図である。この例は、内導体６ａ、６ｂとして円柱棒ではなく、断面形状が楕円形状の棒を使用した例である。このように断面を楕円形状にすることにより、同じ入出力端子間の間隔に対して、共振器とする内導体の間隔や共振器の数を変えることができ、前述のように、所望のフィルタ特性に応じて、共振器の数やその間隔を変えて、所望の特性が得られるように調整することができる。図４に示される例では、第１共振器群１が４個の共振器により、第２共振器群２が２個の共振器により構成された例である。なお、この断面形状は、同じ共振器群内、または第１および第２共振器群中で、全ての内導体を同じ形状にする必要はなく、それぞれの組合せ中で円形と楕円形、さらには後述する平板状の内導体と組合せることもできる。
【００２３】
図５は、本発明のさらに他の実施形態を示す図４と同様の説明図で、入出力端子３、４を外導体５の中心部ではなく、一側壁側に形成した例である。すなわち、この種のフィルタは実装基板などに取り付けて用いられ、通常はフィルタ（外導体）の一側壁（たとえば５ａ）を直接ハンダ付けなどにより実装される場合が多く、入出力端子３、４も実装基板に形成される配線と接続される。そのため、実装基板に実装された場合に、入出力端子３、４が実装基板と近いことが配線と接続するのに都合が良く、図５に示されるように、一側壁５ａ側に入出力端子３、４が設けられることにより、その接続が容易になる。
【００２４】
図６は、本発明によるフィルタのさらに他の実施形態を示す図で、たとえば２周波帯で使用できるセルラ電話用で、しかも送信用周波数帯と、受信用周波数帯とを分別するフィルタの例である。すなわち、図１に示されるフィルタの出力端子４側にさらに第３の共振器群１１と第４の共振器群１２とが出力端子４と第２の出力端子４ｂとの間に形成されている例である。この構造で、たとえば出力端子４に図示しない放射素子を接続し、入力端子３側に入力信号用増幅器を介して２周波の信号が入射され、第１の周波数帯の信号は第１共振器群１を通り、第２の周波数帯の信号は、第２の共振器群２を通り、それぞれ放射素子から輻射される。一方、放射素子により受信した信号は、第１の周波数帯と近い第３の周波数帯は第３の共振器群１１を通り第２の出力端子４ｂに、第２の周波数帯に近い第４の周波数帯の信号は第４の共振器群１２を通り第２の出力端子４ｂに出力され、第２の出力端子４ｂに接続される受信用増幅器を介して信号処理回路に送られる構成とすることができる。この構成にすることにより、それぞれの周波数帯の信号は、他の共振器群では反射されて進むことができず、それぞれの周波数帯で送信信号と受信信号が混信することなく送受信をすることができる。
【００２５】
図７は、図６の例の変形例で、図６の第２の出力端子４ｂを第３の周波数帯用と第４の周波数帯用とで別々に形成し、それぞれ出力端子４ｃ、４ｄとしたものである。このように受信信号端子を２周波で分けることにより、受信信号用増幅器が２周波対応になっていないな場合でも使用することができ、送信信号側の共用により半分の小型化を達成できる。なお、同様の事情で受信信号端子を共通にして、送信信号端子を２周波に分けて、別々に入力端子を形成することもできる。図６と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
図８は、図７の例のさらなる変形例で、送信信号端子３と受信信号端子４ｃ、４ｄとをそれぞれ外導体５の一側面５ａ側に形成した例である。図５に示される例と同様に実装基板への接続を容易にするためである。この場合、第１の共振器群１と第３の共振器群１１は断面が楕円形の内導体により形成され、第２の共振器群２と第４の共振器群１２とは断面が円形の内導体により形成され、入出力端子間での結合の最適化が図られている。なお、図６と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態を示す図４と同様の説明図である。この例は、各共振器を構成する内導体６ａ〜６ｄおよび結合棒３１、４１をそれぞれ平面板状で形成した例である。このように板状にすることにより、前述のように、セラミック積層体により形成することができ、近年とくに多用されている多層基板技術により製作することができ、非常に簡単に製作することができる。なお、他の構造は図８と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図１０は、図９の変形例で、図８に示される第２共振器群２および第４共振器群１２の内導体６ｂ、６ｄ、第１共振器群１および第３共振器群１１の一部の内導体６ａ、６ｃ、および入出力結合棒３、４ｃ、４ｄの板状体の向きを９０°変えた例で、他は図９に示される例と同様で、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。このように、平板状の内導体の方向を変えると、内導体の間隔が変り、その結合度、さらに共振器の数を変えることができ、前述のように、所望のフィルタ特性に応じて、このように変化させることができる。
【００２９】
前述の各例では、２周波の例で説明したが、３周波以上でも、入出力端子と結合するように、その間に共振器群を配置することにより、たとえば放射素子と増幅器を共用しながら、複数の周波数帯を分別して送受信することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のフィルタによれば、たとえばアンテナにより送受信する場合に、２周波以上の周波数帯を、共通の放射素子および増幅器を使用しながら送受信することができると共に、非常に小型で、かつ、高性能なフィルタ特性を有するアンテナが得られる。その結果、高帯域な送信増幅器や受信低雑音増幅器を使用した無線通信機において、それぞれの端子を本発明によるフィルタの送信または受信の端子に接続することにより構成することができるので、簡単な構成で、かつ、小型な無線通信機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による帯域通過フィルタの一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１（ｂ）のII-II線断面説明図である。
【図３】図１に示される構造の帯域フィルタ特性を示す図である。
【図４】本発明による帯域通過フィルタの他の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明による帯域通過フィルタのさらに他の実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明による帯域通過フィルタのさらに他の実施形態を示す説明図である。
【図７】図６に示される帯域通過フィルタの変形例を示す説明図である。
【図８】図６に示される帯域通過フィルタの変形例を示す説明図である。
【図９】本発明による帯域通過フィルタのさらに他の実施形態を示す説明図である。
【図１０】図９に示される帯域通過フィルタの変形例を示す説明図である。
【図１１】従来の２周波のアンテナに接続されるフィルタ部分の構成説明図である。
【符号の説明】
１第１共振器群（帯域通過部）
２第２共振器群（帯域通過部）
３入力端子
４出力端子
５外導体
６内導体
７仕切板
１１〜１３共振器
２１〜２３共振器

Claims

外導体内に棒状または板状の導体からなる内導体が複数個設けられることにより共振器が複数個形成され、第１の周波数帯で共振する共振器が相互に結合するように複数個並べられ、第１の周波数帯を帯域通過させる第１共振器群、および第２の周波数帯で共振する共振器が相互に結合するように複数個並べられ、第２の周波数帯を帯域通過させる第２共振器群を少なくとも有する２以上の帯域通過部と、該２以上の帯域通過部それぞれの一端部と結合する１個の入力端子と、前記２以上の帯域通過部それぞれの他端部と結合する１個の出力端子とを有する帯域通過フィルタであって、前記外導体が、板状金属からなる直方体形状の天井の一部が下げられて下がり天井部とされた段差を有する箱型形状に形成され、前記第１共振器群を構成する複数個の共振器が前記下がり天井部とされない前記外導体内に配列されることにより前記第１共振器群が形成され、前記第２共振器群を構成する複数個の共振器が前記下がり天井部とされた前記外導体内に配列されることにより前記第２共振器群が形成されてなる帯域通過フィルタ。
前記第１共振器群と第２共振器群との間に導電性仕切板が設けられてなる請求項１記載の帯域通過フィルタ。
前記共振器のそれぞれを構成する内導体が、それぞれの全長に亘って断面形状が円形もしくは楕円形の棒状または平板状のいずれかの同じ形状により形成され、前記第１および第２の共振器群内で、前記内導体の断面形状または配置の向きのうち、少なくとも２種以上の組合せによりフィルタ特性が調整されてなる請求項１または２記載の帯域通過フィルタ。
前記外導体と前記内導体との間の少なくとも一部に、空気より誘電率の大きい誘電体が充填されてなる請求項１、２または３記載の帯域通過フィルタ。
前記入力端子と出力端子との間に形成される２以上の帯域通過部が２以上の周波数帯の送信信号または受信信号の帯域通過部であり、前記入力端子および出力端子の一方に放射素子が接続され得ると共に、該放射素子が接続され得る端子に前記送信信号または受信信号の他方の２以上の周波数帯をそれぞれ通過させる帯域通過部が並列に接続されることにより、２以上の周波数帯の送信信号用帯域部と２以上の周波数帯の受信信号用帯域通過部とが放射素子に並列に接続され得る請求項１ないし４のいずれか１項記載の帯域通過フィルタ。