JP3856666B2

JP3856666B2 - フィルタ

Info

Publication number: JP3856666B2
Application number: JP2001235012A
Authority: JP
Inventors: 正信鈴木; 研志斎藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Denso Corp; Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP2003046304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に共振器が形成されてなるフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のフィルタを構成する共振器のパターンは、図６（ａ）に示すようなヘアピン型のもの、あるいは図６（ｂ）に示すようなフォワードカップル型のものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した共振器パターンでは、フィルタを多段化する場合、非常に横長のレイアウトとなり、大きな基板を必要とする。あるいは一定面積の基板内での段数が制約されるなどの問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、本出願人は、フィルタを構成する共振器として、そのパターン形状が、図７に示すように、円弧部分１２１と、その一端１２４、他端１２５から円弧部分１２１の接線方向にそれぞれ延びて延長線上の交点Ｐで交差する第１の直線部分１２２、第２の直線部分１２３にて構成し、このような共振器を、複数、各々の円弧部分１２１の中心Ｏ₁が同一円Ｃの周上にあるように基板上に配列したフィルタを先に出願した（特願２０００−１２２６５７）。
【０００５】
本発明は、先に出願したフィルタを改良し、フィルタを構成する共振器の小型化を図ることができるフィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先に出願したフィルタにおける共振器において、２つの直線部分による容量を利用すれば、同じ共振周波数で共振器の全長を小さくでき、小型化を図ることができることを見い出した。すなわち、図８（ａ）に示す先に出願した共振器に対し、図８（ｂ）に示すように、共振器の２つの直線部分を平行に配置して両者間の距離を短くすると、２つの直線部分の間に形成される容量を大きくすることができる。共振器の等価回路は、図９で示される。ここで、Ｃ１、Ｃ２は直線部分と基板の裏面に形成されたグランドプレーンとの間にそれぞれ形成される容量、Ｃ’は２つの直線部分の間に形成される容量、Ｌはインダクタンスである。容量Ｃ１と容量Ｃ２の合成容量をＣとすると、この共振器の共振周波数ｆは、数式１で表される。
【０００７】
【数１】

【０００８】
この数式１からわかるように、容量Ｃ’を大きくすれば、共振周波数ｆが小さくなる。また、２つの直線部分の長さを短くすると、容量Ｃ’およびインダクタンスＬが小さくなり、共振周波数ｆが大きくなる。従って、同じ共振周波数に設定した場合には、図８（ａ）に示す共振器の全長Ｌ１に対し、図８（ｂ）に示す共振器ではその全長をＬ２（＜Ｌ１）とすることができ、共振器の全長を短くすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、開放端に向かう第１、第２の部分（上記した２つの直線部分に相当する部分）がインターディジタルになっていれば、その間の容量Ｃ’を図８（ｂ）のものよりも大きくできるため、共振器の全長をＬ３（＜Ｌ２）とさらに短くすることができ、一段と小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明は上記した検討を基になされたもので、請求項１に記載の発明では、基板上に共振器が複数形成されてなるフィルタにおいて、前記共振器のパターン形状が、円弧部分と、この円弧部分の外側に形成され円弧部分から想定される円の直径よりも小さい間隔で互いに平行な第１、第２の直線部分と、前記円弧部分の両側と前記第１、第２の直線部分との間にそれぞれ設けられた第１、第２の接続部分とを有するものとなっていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、第１、第２の直線部分が、円弧部分から想定される円の直径よりも小さい間隔で互いに平行となっているため、図８（ａ）に示すものよりも、円弧部分に近い位置から２つの直線部分の間に形成される容量を大きくすることができ、共振器の全長を短くして、その小型化を図ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、基板上に共振器が複数形成されてなるフィルタにおいて、前記共振器のパターン形状が、円弧部分と、この円弧部分の外側に形成されインターディジタルになっている第１、第２のインターディジタル構成部分と、前記円弧部分の両側と前記第１、第２のインターディジタル構成部分との間にそれぞれ設けられた第１、第２の接続部分とを有するものとなっていることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、インターディジタル構成とすることにより、第１、第２のインターディジタル構成部分の間に形成される容量を大きくすることができ、共振器の全長を短くして、その小型化を図ることができる。
【００１３】
上記した第１、第２の接続部分は、請求項３に記載の発明のように、前記前記円弧部分から想定される円の外側に中心を持つ円弧形状のものとすることができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、前記複数の共振器を、各々の円弧部分から想定される円の中心が同一円周上にあるように前記基板上に配列すれば、小面積化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施形態に係るフィルタの平面構成を示す。
【００１６】
このフィルタ１０は、分布定数型のフィルタであって、誘電体基板（以下、単に基板という）１１の上に複数の共振器１２ａ〜１２ｓが形成され、基板１１の裏面にグランドプレーンが形成されたマイクロストリップライン型の構造となっているものである。
【００１７】
共振器１２ａ〜１２ｓは、例えば円形状の基板１１上に１つの円に沿って配列されている。共振器１２ａ〜１２ｓのそれぞれは、長さが波長（λ）の１／２に設定されており、図に示すように一部が開放された形状となっている。共振器１２ａ〜１２ｓのうち共振器１２ａ、１２ｓには、配線１２ａ₁、１２ｓ₁がタップ接続されている。配線１２ａ₁は信号入力（ＩＮ）として用いられ、配線１２ｓ₁は信号出力（ＯＵＴ）として用いられる。
【００１８】
なお、共振器１２ａ〜１２ｓ、配線１２ａ₁、１２ｓ₁、およびグランドプレーンを構成する膜は、いずれも超伝導材料を用いて形成されており、図１に示すフィルタ１０は、いわゆる超伝導フィルタとなっている。
【００１９】
図２に、共振器１２ａ〜１２ｓのうち隣接する２つの共振器の詳細な構成を示す。共振器１２ａ〜１２ｓは、共振器１２ａ、１２ｓに配線１２ａ₁、１２ｓ₁が形成されている点を除き、全て同一形状となっており、それぞれのパターン形状は、円弧部分２２１と、この円弧部分２２１から想定される円の直径よりも小さい間隔で互いに平行な第１、第２の直線部分２２２、２２３と、円弧部分２２１の両側と第１、第２の直線部分２２２、２２３との間にそれぞれ設けられた第１、第２の接続部分２２４、２２５とを有するものとなっている。また、第１の接続部分２２４は、円弧部分２２１から想定される円の外側で第１の直線部分２２２より図の左側に中心を持つ円弧形状のものであり、第２の接続部分２２５は、円弧部分２２１から想定される円の外側で第２の直線部分２２３より図の右側に中心を持つ円弧形状のものである。なお、上記した円弧部分２２１、第１、第２の直線部分２２２、２２３、第１、第２の接続部分２２４、２２５のそれぞれの間の区切りを図中で点線で示しているが、それらは別々に形成されたものでなく、１つの連続したパターンとして形成されたものであり、そのパターン形状は、図に示すように左右対称（線対称）のものとなっている。
【００２０】
また、円弧部分２２１の中心Ｏ₁は、同一円Ｃの周上にあって、共振器１２ａ〜１２ｓは、各々の円弧部分２２１の中心Ｏ₁が同一円Ｃの周上にあるように基板１０上に配列される。
【００２１】
また、隣接する２つの共振器は、各々の円弧部分２２１の中心Ｏ₁を同一円Ｃの円弧としたときその円弧に対する中心角θの関係を有して配置されている。ここで、中心角θを変化させたとき、２つの共振器間の結合係数は、図３に示すシュミレーション結果のように変化する。共振器を複数配列した場合には、隣接する共振器との間の結合以外に、隣接しない共振器との間の結合も存在するため、共振器間の中心角の設定によって、飛び越し結合度（結合量）を制御することが可能になり、フィルタ特性を所望のものにすることができる。
【００２２】
また、第１、第２の直線部分２２２、２２３は、等しい長さでなく、異なる長さにすることもできる。図４（ａ）に、第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さを等しくした場合の中心角θに対する結合係数のシュミレーション結果を示し、図４（ｂ）に、第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さを異ならせた場合の中心角θに対する結合係数のシュミレーション結果を示し、図４（ｃ）に、第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さをさらに大きく異ならせた場合の中心角θに対する結合係数のシュミレーション結果を示す。なお、上記したシュミレーション結果において、点線は結合の符号が正であることを示し、実線は結合の符号が負であることを示している。
【００２３】
これらのシュミレーション結果からわかるように、第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さの比率を変えることによって、中心角θに対する結合係数の特性を種々に変化させることができる。
【００２４】
従って、第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さの比率を変えたものについて、中心角θに対する結合係数のシュミレーション結果を種々把握しておけば、複数の共振器における隣接する２つの共振器間の結合係数、隣接する共振器以外の共振器との間に存在する越し結合の経路（パス）での飛び越し結合度、およびそれらの結合の符号を考慮することにより、所望のフィルタ特性を設定することができる。
（第２実施形態）
この第２実施形態では、第１実施形態における第１、第２の直線部分２２２、２２３に変えて、図５に示すように、インターディジタルになっている第１、第２のインターディジタル構成部分２２６、２２７を備え、第１のインターディジタル構成部分２２６が第１の接続部分２２４に接続され、第２のインターディジタル構成部分２２７が第２の接続部分２２５に接続されている。第１、第２の接続部分２２４、２２５および円弧部分２２１の構成は、第１実施形態と同じである。
【００２５】
なお、第１、第２のインターディジタル構成部分２２６、２２７は、それぞれ対向しない側が直線形状で、対向する側が櫛歯形状となっている。このようなインターディジタル構成とすることにより、第１、第２のインターディジタル構成部分２２６、２２７の間に形成される容量を第１実施形態のものよりも大きくすることができるため、第１実施形態のものよりも、共振器の全長を短くし、小型化することができる。
【００２６】
なお、この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、図５に示す共振器が、複数、各々の円弧部分２２１の中心Ｏ₁が同一円Ｃの周上にあるように基板上に配列される。
【００２７】
上記した第１、第２実施形態では、第１、第２の接続部分２２４、２２５を円弧形状のものとしたが、他の形状、例えば直線形状としてもよい。また、上記した第１、第２実施形態では、フィルタを構成する共振器の全てを同一形状とするものを示したが、異なる形状のものの組み合わせとしてもよい。また、第１、第２実施形態では、複数の共振器を各々の円弧部分２２１の中心Ｏ₁が同一円Ｃの周上にあるように基板上に配列するものを示したが、従来のものと同じく横長に複数の共振器を配列するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフィルタの平面構成を示す図である。
【図２】図１中の共振器１２ａ〜１２ｓのうち隣接する２つの共振器の詳細な構成を示す図である。
【図３】中心角θと２つの共振器間の結合係数の関係をシュミレーションした結果を示す図である。
【図４】共振器の第１、第２の直線部分２２２、２２３の長さの比率を変えた場合の中心角θに対する結合係数のシュミレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る共振器のパターン形状を示す図である。
【図６】従来のフィルタの構成を示す図である。
【図７】本出願人が先に出願したフィルタを構成する共振器のパターン形状を示す図である。
【図８】発明が解決しようとする課題を説明するための説明図である。
【図９】図８（ｂ）で示す共振器の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１０…フィルタ、１１…基板、１２ａ〜１２ｓ…共振器、
２２１…円弧部分、２２２、２２３…第１、第２の直線部分、
２２４、２２５…第１、第２の接続部分、
２２６、２２７…第１、第２のインターディジタル構成部分。

Claims

基板上に共振器が複数形成されてなるフィルタにおいて、前記共振器のパターン形状が、円弧部分と、この円弧部分の外側に形成され前記円弧部分から想定される円の直径よりも小さい間隔で互いに平行な第１、第２の直線部分と、前記円弧部分の両側と前記第１、第２の直線部分との間にそれぞれ設けられた第１、第２の接続部分とを有するものとなっていることを特徴とするフィルタ。
基板上に共振器が複数形成されてなるフィルタにおいて、前記共振器のパターン形状が、円弧部分と、この円弧部分の外側に形成されインターディジタルになっている第１、第２のインターディジタル構成部分と、前記円弧部分の両側と前記第１、第２のインターディジタル構成部分との間にそれぞれ設けられた第１、第２の接続部分とを有するものとなっていることを特徴とするフィルタ。
前記第１、第２の接続部分は、前記円弧部分から想定される円の外側に中心を持つ円弧形状のものであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ。
前記複数の共振器が、各々の円弧部分から想定される円の中心が同一円周上にあるように前記基板上に配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のフィルタ。