JP4362256B2 - Ａｄｓｌ周波数分離回路網 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、それぞれ対として配置されフィルタ装置の端子間に延びインダクタンスを有する直列枝路と、この直列枝路間を延び少なくとも１つのキャパシタンスを有する少なくとも１つの並列枝路とを備えたフィルタ装置に関する。
【０００２】
このようなフィルタ装置はハンドブック、Anatol I. Zverev、“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｆｉｌｔｅｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”（１９６７年発行）から知られている。公知のフィルタ装置は周波数分離回路網を構成し得る。例えば低域通過フィルタと高域通過フィルタとが並列接続されている場合、高周波数の信号は高域通過フィルタにより構成されているフィルタ枝路を経て、低周波数の信号は低域通過フィルタにより構成されているフィルタ枝路を経て導かれる。ＡＤＳＬ遠隔通信システムではいま、ＡＤＳＬ能力のあるディジタルの市内交換局と加入者側の網終端に等しいＡＤＳＬモデムとの間の接続が公衆二線線路を経て行われる。ＡＤＳＬは “Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ”の略である。同時に同一の二線線路を経てＰＯＴＳおよびＩＳＤＮ接続が行われる。ＰＯＴＳは “Ｐｌａｉｎ Ｏｌｄ Ｔｅｌｅｆｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ”の略であり、ＩＳＤＮは“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ”の略である。ＡＤＳＬコンポーネントからの低周波数のＰＯＴＳまたはＩＳＤＮコンポーネントの分離および伝送は、公衆二線線路の終端に位置している分離フィルタにより行われる。低周波数のＰＯＴＳまたはＩＳＤＮコンポーネントは低域通過フィルタを経て低域通過枝路に向けられ、高周波数のＡＤＳＬコンポーネントは高域通過フィルタを経て高域通過枝路に向けられる。ＡＤＳＬ分離フィルタに使用するのに適している低域通過フィルタは伝達関数、群伝搬時間歪みおよび反射減衰に関する特定の要求条件を満たしていなければならない。通過範囲では特に反射減衰を可能なかぎり高くするべく努力される。例えば反射減衰は２００Ｈｚ〜４ｋＨｚのＰＯＴＳ通過範囲では＞１８ｄＢ、また１６ｋＨｚのＰＯＴＳ通過範囲では＞１４ｄＢでなければならない。公知のフィルタはこれらの要求条件を満たさない。
【０００３】
公知のフィルタ装置は多くの相前後して接続されているフィルタ段を有する。さらに対称なフィルタ装置は、それぞれ多くの直列接続されているインダクタンスから成る２つの直列枝路を有する。フィルタ段はそれぞれ一方の直列枝路のインダクタンスの１つと、他方の直列枝路のインダクタンスの１つと、直列枝路間に接続され２つのインダクタンスおよびその間に接続されているコンデンサを有する並列枝路とを含んでいる。
【０００４】
この従来の技術から出発して、本発明の課題は、改善された反射減衰を有し、伝達関数、群伝搬時間歪みに関する要求条件をも満たすフィルタ装置を提供することである。
【０００５】
この課題は、フィルタ装置の端子間に延びインダクタンスを有する直列枝路を備えたフィルタ装置により解決される。さらに、このフィルタ装置は少なくとも２つのフィルタ段を有し、これらのフィルタ段に直列枝路のインダクタンスのそれぞれ別のものが対応付けられ、それらのうち少なくとも１つのフィルタ段が、直列枝路の２つの間に延び、少なくとも１つのキャパシタンスを有する並列枝路を有している。直列枝路の、少なくとも１つのフィルタ段には属するがすべてのフィルタ段には属さないインダクタンスが、インダクタンスに対して並列接続されている実抵抗を有する少なくとも１つのインダクタンスを含んでいるフィルタモジュール内に配置されている。
【０００６】
例えば４つの端子を有する（すなわち２つの直列枝路を有する）フィルタ装置において、従来のフィルタ装置の同じフィルタ段に属する２つの直列枝路の２つのインダクタンスが本発明によるフィルタ装置ではフィルタモジュールにより置換される。例えば６つの端子を有する（すなわち３つの直列枝路を有する）フィルタ装置において、各直列枝路から、従来のフィルタ装置の同じフィルタ段に属するインダクタンスが本発明によるフィルタ装置ではフィルタモジュールにより置換される。この場合、３つの直列枝路の３つのインダクタンスがフィルタモジュールにより置換される。
【０００７】
少なくとも１つのフィルタ段において、それぞれ２つの直列枝路間に並列枝路が接続されている。３つの直列枝路の場合、フィルタ段は３つの並列枝路を有する。２つの直列枝路の場合、フィルタ段は並列枝路を有する。
【０００８】
フィルタモジュール内の並列接続されている実抵抗に基づいて、フィルタ装置の終端インピーダンスは、フィルタ装置に対して動作範囲内の高い反射減衰が生ずるように、線路インピーダンスに適合される。すべてではないフィルタ段がこのようなフィルタモジュールを有するので、挿入減衰（すなわち、少なくとも１つのフィルタ装置のエネルギー損失）は非常に高くはない。
【０００９】
挿入減衰を最小化するために、フィルタ段のみが前記フィルタモジュールを有すると好ましい。既にただフィルタモジュールを有するフィルタ段において反射減衰が強く高められていることが実証されている。
【００１０】
前記フィルタモジュールを有する２つ以上のフィルタ段を設けることは本発明の範囲内にある。
【００１１】
終端インピーダンスは値Ｒ１を有するオーム抵抗と、キャパシタンスが並列接続されている値Ｒ２を有するオーム抵抗とにより表され得る。Ｒ１がＲ２よりもはるかに小さい場合、フィルタモジュールが、挿入減衰を小さくするために、ただ１つのインダクタンスを有すると好ましい。このインダクタンスは抵抗に並列接続されている。
【００１２】
Ｒ１がＲ２よりもはるかに小さくない場合、フィルタモジュールは、反射減衰を高くするために、直列接続されているインダクタンスを含み、これらのインダクタンスの１つに実抵抗が並列接続されている。
【００１３】
反射現数を一層高くするために、並列枝路のインダクタンスに別の実抵抗が並列接続されていてよい。別の並列枝路もこの仕方で変形され得る。
【００１４】
直列枝路が対称に構成されていると好ましい。例えばフィルタ段がその直列枝路の２つのインダクタンスを有するならば、そのフィルタ段は直列枝路の各々から他へと２つの相応するインダクタンスを有する。
【００１５】
直列枝路の相応するインダクタンスがそれぞれ同一の磁心の周りに巻かれていると好ましい。それによりこれらのインダクタンスは互いに結合されている。
【００１６】
並列枝路は例えばインダクタンスとキャパシタンスとから成る直列回路により形成されている。例えば並列枝路は、２つのインダクタンスとそれらの間に配置されている１つのキャパシタンスとから形成されている。このような並列枝路が変形される場合、両インダクタンスの各々に別の実抵抗が並列接続される。
【００１７】
並列枝路のインダクタンスが共通の磁心に巻かれた巻線により形成されていると好ましい。
【００１８】
以下において、添付図面により本発明を一層詳細に説明する。
【００１９】
図１は市内交換局１とこれに公衆二線線路３を経て接続されている加入者側の網終端２との間の接続の概要図を示す。二線線路３の終端に周波数分離回路網４が設けられている。公衆二線線路３を経て走る高周波数のＡＤＳＬ信号は周波数分離回路網４からＡＤＳＬ枝路５に向けられ、他方において低周波数のＰＯＴＳおよびＩＳＤＮ信号は周波数分離回路網４からそれぞれＰＯＴＳ／ＩＳＤＮ枝路６に向けられる。ＰＯＴＳ／ＩＳＤＮ枝路６の入力端に低域通過フィルタが配置されていると好ましい。
【００２０】
図２は、ＰＯＴＳ／ＩＳＤＮ枝路６において使用するのに適し実終端インピーダンスに設計されている従来の低域通過フィルタを示す。図２の低域通過フィルタ７は４次の対称フィルタであり、低域通過フィルタ７の端子９間に延びている対として配置された直列枝路８を有する。直列枝路８内に直列インダクタンス１０が配置されている。図２の回路図において向き合っているインダクタンス１０のそれぞれ２つはフィルタ段Ａ、Ｂに属する。直列枝路の相応するインダクタンスはその際に共通の磁心に同一巻回方向に巻かれたコイルにより形成される。直列枝路８間に並列枝路１１が配置されている。これらの並列枝路はそれぞれフィルタ段Ａ、Ｂの１つに属し、２つの並列インダクタンス１２とこの並列インダクタンス１２間に配置されている１つのキャパシタンス１３とを有する。それぞれ並列枝路１１内に存在している並列インダクタンス１２は、共通の磁心に同一巻回方向に巻かれたコイルにより形成されている。並列枝路１１内に存在しているキャパシタンス１３および並列インダクタンス１２の組み合わせにより伝達関数の零位置が形成され、限界周波数の上側の伝達関数の低下が強められる。
【００２１】
図２に示されている低域通過フィルタ７は実終端インピーダンスに設計されており、従って複素線路インピーダンスにおける反射減衰への厳しい要求条件を満たすことができない。
【００２２】
図３に、公衆二線線路３の線路インピーダンスが、小さい周波数の場合用として等価回路図により示されている。終端インピーダンスは値Ｒ１を有するオーム抵抗１５と、値Ｃを有するキャパシタンス１５を並列接続されている値Ｒ２を有するオーム抵抗１４とにより表されている。以下では公衆二線線路３の複素終端インピーダンスに対して下式が成り立つものとする。
Ｚ＝Ｒ１＋Ｒ２‖（１／ｉωＣ） （１）
【００２３】
いま実終端インピーダンスＲに設計された低域通過フィルタ７を、二線線路３の複素線路インピーダンスに完全に適合されている低域通過フィルタに変形するためには、図４に示されているように、直列枝路８のインピーダンス１０を、それぞれ２つの部分インダクタンス１７と部分インダクタンス１７に対して並列接続されている実部分抵抗１８とを有するモジュール１６により置換する必要がある。
【００２４】
行われる変形は下記のように根拠付けられ得る。
【００２５】
実波動インピーダンス
Ｒ＝√（Ｚ₀・Ｚ_G） （２）
（Ｚ₀は開いた終端を有する低域通過フィルタ７のインピーダンス、
Ｚ_Gは短絡された終端を有する低域通過フィルタ７のインピーダンス）
を有する図２の低域通過フィルタを考察する。いま低域通過フィルタ７を複素終端インピーダンスに受動的に変形するため、式（２）が係数Ｚ／Ｒにより乗算される。それにより下式が得られる。
Ｚ＝√〔（Ｚ／Ｒ）・Ｚ₀（Ｚ／Ｒ）・Ｚ_G〕 （３）
【００２６】
図２による任意の４極フィルタ装置では例えばインピーダンスＺ₀は出力端１９を形成する端子９の開いている状態での入力端１８を形成する端子９間の全インピーダンスとして得られる。全インピーダンスＺ₀は直列回路の場合にはインピーダンス値の和として、また並列回路の場合にはインピーダンス値の逆数の和の逆数として得られる。同じことが、出力側の端子９が短絡されている状態での入力側の端子９の間のインピーダンスとして生ずる全インピーダンスＺ_Gの計算にも当てはまる。分配法則に従って変形係数Ｚ／Ｒは和のなかに引き入れられるので、全ての低域通過フィルタ７の変形は低域通過フィルタ７を形成する個々のインピーダンスの変形に帰着する。値Ｌを有するインダクタンスに対して変形されたインピーダンスは下式により得られる。
Ｚ_Trafo（ｉωＬ）＝〔Ｒ１＋Ｒ２‖（１／ｉωＣ）〕（ｉωＬ／Ｒ）
（４）
【００２７】
この式は下記のように変形される。
Ｚ_Trafo（ｉωＬ）＝ｉωＬ_T1＋ｉωＬ_T2‖Ｒ_T （５）
ここで Ｌ_T1＝（Ｒ１／Ｒ）・Ｌ （６）
Ｌ_T2＝（Ｒ２／Ｒ）・Ｌ （７）
Ｒ_T＝Ｌ／（ＣＲ） （８）
【００２８】
図２の低域通過フィルタ７において向き合っているインダクタンスが共通の磁心に同一巻回方向に巻かれたリアクトルにより形成されていることを考慮に入れると、最後に図４に示されている変形が生ずる。注意すべきことは、直列インダクタンス１０は独立したものではなく、共通の磁心に巻かれている共通にインダクタンス値Ｌを有するコイルであることである。同じ仕方で向き合っている部分インダクタンス１７は共通の磁心に巻かれている値Ｌ_T1、Ｌ_T2を有するコイルである。
【００２９】
既にフィルタ段Ａ、Ｂのただ１つのフィルタ段のインダクタンス１０の変形の際に反射減衰の強い上昇が達成されることが判明している。
【００３０】
第１のフィルタ段Ａ′の直列枝路８の部分でのみ変形された第１の低域通過フィルタ７′は図５に示されている仕上がりを有する。複素終端インピーダンスにほぼ完全に適合されている第１のフィルタ７′の図５に示されている実施例は３つのフィルタ段Ａ′、Ｂ′、Ｃ′を有する６次のフィルタである。キャパシタンスＣ_ADSLにより、ＡＤＳＬ枝路５に通ずる高域通過フィルタが示されている。第１の低域通過フィルタ７′を、Ｒ１＝２２０Ω、Ｒ２＝８２０Ω、Ｃ＝１１５ｎＦを有する複素終端インピーダンスに適合させるための可能な数値は表１に示されている。
【表１】

【００３１】
個々の結合された直列インダクタンス１７の値がそれぞれＬ_T1／４またはＬ_T2／４に等しい大きさであることは気づかれよう。同じように、個々の結合された並列インダクタンス１２の値はＬ_Q／４に等しい。
【００３２】
代替的に、第２または第３のフィルタ段が変形されていてよい。フィルタ段の組み合わせ、例えば第１および第２のフィルタ段が変形されていてよい。
【００３３】
図６に示されている第３の実施例では、第３のフィルタ段Ｃ′′のみが変形されており、第１のフィルタ段Ａ′′および第２のフィルタ段Ｂ′′は変形されていない。第１の実施例との別の相違点は、２２０Ωの値を有するＲ１が８２０Ωの値を有するＲ２よりもはるかに小さいので、第３のフィルタ段Ｃ′′のフィルタモジュールにおいて、抵抗１８′′に並列接続されていない直列インダクタンスが省略されることにある。第２の低域通過フィルタ７′′を複素終端インピーダンスに適合させるための可能な数値は表２に示されている。
【表２】

【００３４】
良好な反射減衰を達成するために、直列枝路８のインダクタンス１０が変形されれば十分である。しかし反射減衰は、並列枝路１１のインダクタンス１２も図４に示されている変形を受けるならば、一層改善され得る。図７は、別の実インピーダンス２８′′′により変形されている並列インダクタンス′′′を有する第３のフィルタのフィルタ段Ａ′′′を示す。
【００３５】
並列枝路１１のキャパシタンス１３はＺ／Ｒにより変形されない。なぜならば、生ずるインピーダンス関数が複素Ｓ平面の右の半平面に零位置を有するので、生ずるインピーダンス関数が２極関数ではないからである。従って、生ずるインピーダンス関数が個別構成要素に分解されない。並列枝路１１のキャパシタンス１３は非常に低周波数の範囲内でのみ反射減衰のために役割を演ずる。なぜならば、それらは高周波数に対しては透過性であるからである。キャパシタンス１３の値が最大値の下側に位置するならば、それらは考慮に入れられなくてよい。そのかぎりではインダクタンスを変形するだけで十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 市内交換局と加入者側の網終端との間の接続の概要図。
【図２】 インダクタンスおよびキャパシタンスから構成された従来の低域通過フィルタ装置の回路図。
【図３】 公衆二線線路の線路インピーダンスの等価回路図。
【図４】 図２の従来の低域通過フィルタを変換するために必要な変形を示すの回路図。
【図５】 図３の線路インピーダンスに適合されている第１の低域通過フィルタのフィルタ段の回路図。
【図６】 図３の線路インピーダンスに適合されている第２の低域通過フィルタのフィルタ段の回路図。
【図７】 図３の線路インピーダンスに適合されている第３の低域通過フィルタのフィルタ段の回路図。
【符号の説明】
１ 市内交換局
２ 網終端
３ 公衆二線線路
４ 周波数分離回路網
５ ＡＤＳＬ枝路
６ ＰＯＴＳ／ＩＳＤＮ枝路
７ 低域通過フィルタ
８ 直列枝路
９ 端子
１０ 直列インダクタンス
１１ 並列枝路
１２ 並列インダクタンス
１３ キャパシタンス
１４ オーム抵抗
１５ キャパシタンス
１６ フィルタモジュール
１７ 部分インダクタンス
１８ 入力端
１９ 出力端

Claims (8)

1. フィルタ装置の端子（９）間に延びインダクタンス（１７）を有する直列枝路（８）と、少なくとも２つのフィルタ段（Ａ′、Ｂ′、Ｃ′）とを備え、これらのフィルタ段に直列枝路（８）のインダクタンスのそれぞれ別のものが対応付けられ、それらのうち少なくとも１つのフィルタ段（Ａ′、Ｂ′）が、直列枝路（８）の２つの間に延び、少なくとも１つのキャパシタンス（１３）を有する並列枝路（１１）を有しているフィルタ装置において、
   直列枝路（８）の、少なくとも１つのフィルタ段（Ａ′）には属するがすべてのフィルタ段には属さないインダクタンス（１７）が、インダクタンス（１７）に対して並列接続されている実抵抗（１８）を有する少なくとも１つのインダクタンス（１７）を含んでいるフィルタモジュール（１６）内に配置されていることを特徴とするフィルタ装置。
2. フィルタモジュール（１６）が、インダクタンス（１７）の１つに対して並列接続されている実抵抗（１８）を有するそれぞれ直列接続されているインダクタンス（１７）を含んでいることを特徴とする請求項１記載のフィルタ装置。
3. 直列枝路（８）においてフィルタモジュール（１６）およびインダクタンス（１７）の配置が合致していることを特徴とする請求項１又は２記載のフィルタ装置。
4. 各並列枝路（１１）がインダクタンス（１２）とキャパシタンス（１３）とから成る直列回路により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のフィルタ装置。
5. 各並列枝路（１１）が２つのインダクタンス（１２）とそれらの間に配置されている１つのキャパシタンス（１３）とから形成されていることを特徴とする請求項４記載のフィルタ装置。
6. 直列枝路（８）の相応するインダクタンス（１７）が共通の磁心に巻かれた巻線により形成されていることを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載のフィルタ装置。
7. 並列枝路（１１）のインダクタンス（１２）が共通の磁心に巻かれた巻線により形成されていることを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載のフィルタ装置。
8. 並列枝路のインダクタンス（１２′′′）がそれぞれ別の実抵抗（１８′′′）に対して並列接続されていることを特徴とする請求項４乃至７の１つに記載のフィルタ装置。

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