JP4434454B2 - 分布定数フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体通信機器等のＲＦ段等に妨害信号や雑音の除去のために帯域通過フィルタとして使用される分布定数フィルタに関し、詳しくは通過帯域の振幅特性および群遅延特性が同時平坦特性でかつ阻止帯域に伝送零点を有し、構造を簡素化して損失を抑えて性能を改善した帯域通過フィルタを構成するのに好適な分布定数フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アナログあるいはデジタル携帯電話や無線電話を始めとする移動体通信機器等の送信回路および受信回路のＲＦ段等の高周波回路部には、例えば同一のアンテナを送信回路と受信回路で共用する場合に送信周波数帯域と受信周波数帯域を分離するため、あるいは増幅回路の非直線性に基づいて発生する高調波を減衰させるため、あるいは希望の信号波以外の妨害波・側帯波等の不要信号波を排除するためなどに、帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）がよく使われる。
【０００３】
一般に、理想特性のフィルタは、希望信号を歪み無く選択し、帯域外の妨害信号を十分に抑圧する特性を有するものである。この特性は、図５（ａ）にフィルタの振幅特性を、および同図（ｂ）にフィルタの群遅延特性をそれぞれ線図で示すように通過帯域の振幅特性および群遅延特性が同時平坦特性で、かつ阻止帯域に伝送零点である減衰極を有する特性である。従来、こうしたフィルタを実現するには複雑な回路構成が必要であった。
【０００４】
また、このような特性の帯域通過フィルタを明確な設計理論で直接構成する手法は従来知られておらず、種々の工夫をして経験的にフィルタを構成することが行なわれていた。
【０００５】
一方、このような通信機用フィルタとしての帯域通過型フィルタは、一般に種々の回路素子により構成された直列共振回路や並列共振回路を複数段接続することにより所望の帯域特性を有するフィルタ回路として実現されて構成されているが、フィルタ回路部が小型にできることや高周波回路としての電気特性が良好であることなどから、結合マイクロストリップ線路やパッチ共振器等の不平衡分布定数線路によりフィルタ部が構成されることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、結合マイクロストリップ線路を用いれば、減衰極を持たない特性の帯域通過フィルタを容易に実現できる。一般のλ／４（１／４波長）結合マイクロストリップ線路による複数の共振器を結合させる構造のフィルタは、結合構造が画一的で自由度が少なく、後述する正あるいは負の結合リアクタンス素子の符号を自由には選ぶことができない。例えば、並列素子と直列素子とからなる梯子型のフィルタを、実現しやすい並列型の素子のみに結合回路に相当する虚ジャイレータを用いて変換する例を図６に示す。図６（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図であり、同図（ｂ）はそれと厳密に等価な、虚ジャイレータを用いた３次フィルタの例を示す回路図である。
【０００７】
この場合、図６（ａ）から（ｂ）への等価変換を正確に行なうと、２つの虚ジャイレータの符号は互いの正負を逆にしなければならない。すなわち、厳密には結合リアクタンス素子の符号は正と負の２種類が必要となる。これに相当するλ／４結合マイクロストリップ線路の結合構造を得ることは困難である。
【０００８】
しかし、減衰極を持たない単純な特性のフィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合が無いために伝送特性の正負の正確な管理の必要は無く、虚ジャイレータの符号は正のみあるいは負のみでよく、あるいは正負を入れ替えても差し支えない。 その結果、λ／４結合マイクロストリップ線路による複数の共振器を同じ方式で順次結合させる構造でも問題なく実現できる。
【０００９】
一方、フィルタ特性に減衰極を持ったり、群遅延特性と振幅特性を制御しなければならない複雑な特性のフィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合の構造が必要となり、伝送特性の正負の位相の正確な制御が必要となる。このため、伝送特性の正負の位相の制御ができないλ／４結合マイクロストリップ線路をフィルタ回路を構成する回路要素として使用することが困難であり、λ／４結合マイクロストリップ線路を用いてフィルタ回路を構成した分布定数フィルタにおいて、所望の減衰極を作ったり、振幅や群遅延時間の補正回路を形成することが困難であった。
【００１０】
同様に、このλ／４結合マイクロストリップ線路の多段接続による多共振器フィルタは通常、直線状のマイクロストリップ線路で構成されるが、これをアレンジし、マイクロストリップ線路共振器をヘアピン状線路といわれる折り曲げたマイクロストリップ線路で構成する構造とした、いわゆるヘアピン形多共振器フィルタにおいても、上記と同様の問題があった。
【００１１】
これに対し、本発明者は特願2000−24759号および特願2000−24760号において、通過帯域の中心周波数に対応する１／４波長結合マイクロストリップ線路を順次、縦続接続して形成した多段のマイクロストリップ線路共振器から成る分布定数フィルタを提案した。これらの分布定数フィルタは、飛び越し結合回路を接続することを想定し、伝送特性の位相を正確に合わせる共振器の順次結合法を適用するものであった。これらによれば、順次結合している共振器に飛び越し結合回路を加えれば、減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の制御が実現可能となるものである。
【００１２】
しかし、これらの分布定数フィルタには、同一平面状に配置された順次結合しているマイクロストリップ線路共振器に対し如何にして飛び越し結合回路を接続させるかという点に関して改善すべき課題を有していた。すなわち、目的の特性制御を行なうための飛び越し結合回路を接続するには、飛び越し結合させる共振器の数は４以上の偶数であることが必要なことから、同一平面上に配置された１／４波長結合マイクロストリップ線路あるいはその変形であるヘアピン状の１／４波長結合マイクロストリップ線路に対してこの飛び越し結合を実現しようとすると、例えば図８（ａ）〜（ｄ）にそれぞれフィルタの構成例を平面図で示すように、飛び越し結合回路が必ず共振器パターンと交差してしまうこととなり、これを避けるには３次元的な構造、例えば共振器パターンの上の空間を通るようなブリッジ構造が必要となるため、分布定数フィルタが有する平面回路としての長所が失われるという欠点を招来することとなっていた。
【００１３】
図８（ａ）および（ｂ）に示すフィルタでは、４個の直線形結合マイクロストリップ線路共振器の第１の共振器と第４の共振器を、それぞれの共振器と結合している外部回路接続用の端子を介して、あるいは直接に飛び越し結合回路と接続している。図８（ｃ）および（ｄ）に示すフィルタでは、同じく４個のヘアピン状結合マイクロストリップ線路共振器の第１の共振器と第４の共振器を、それぞれの共振器と結合している外部回路接続用の端子を介して、あるいは直接に飛び越し結合回路と接続している。これらのどの例においても、飛び越し結合回路は第１〜第４の共振器のいずれかと交差してしまい、接続するためには３次元的な迂回構造が必要であるという改善すべき点があった。
【００１４】
このように、同一平面上に構成された順次結合され接続されている４個以上の偶数個のマイクロストリップ線路共振器から成る分布定数フィルタに飛び越し結合回路を接続するには、飛び越し結合回路が共振器のいずれかと交差するため３次元的な迂回構造が必要であったが、分布定数フィルタにおいて２次元構造のみで設計値通りの飛び越し結合を実現できれば、単純な平面構造のフィルタで減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正を行なうことができ、その結果、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有する帯域通過フィルタを、正確な設計手法により設計して簡単な回路で構成して実現することができるという実用上極めて優れたものとなる。そのため、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現して、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに実現および製造が容易な分布定数フィルタを得ることが望まれていた。
【００１５】
本発明は上記の課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現して、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による分布定数フィルタは、実根のペアまたは虚根のペアを持つ複素周波数ｓの偶多項式である分子有理多項式と複素周波数ｓのフルビッツ多項式である分母有理多項式とからなる回路網関数で伝達関数が表された基準化低域通過フィルタを周波数変換および等価変換することによって得られ、不平衡分布定数回路で実現された、帯域通過型特性を有する分布定数フィルタを基本とするものである。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の分布定数フィルタは、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続して成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとを飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記第１番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと前記第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとの間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴とするものである。
また、本発明の第２の分布定数フィルタは、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の第３の分布定数フィルタは、第１および第２のフィルタブロックであって、前記第１および第２のフィルタブロックはそれぞれ、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る前記飛び越し結合回路を接続して成り、前記第１および第２のフィルタブロックは、前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続されるとともに、前記第１フィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値と、前記第２のフィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値とを互いに異ならせ、それらの差が奇数となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の第４の分布定数フィルタは、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の分布定数フィルタによれば、直線状およびヘアピン状のｎ個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とするとともに第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状の約１／４波長のマイクロストリップ線路を結合させ、かつ第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部間または直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことから、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現することができ、このような飛び越し結合回路により、前記分子有理多項式の根、すなわち実伝送虚点もしくは虚伝送零点を実現することができる。
【００２１】
また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さらに、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易となる。
【００２２】
さらに、ｎが６以上の場合には、飛び越し結合は２重あるいは３重のように、マルチ飛び越し結合の形あるいは飛び越し結合を含む複数の多共振器形フィルタをカスケードに接続した形でも実現することができる。
【００２３】
その結果、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができる。
【００２４】
また、本発明の第３の分布定数フィルタによれば、本発明の第２の分布定数フィルタをフィルタブロックとしてこれらが複数、カスケード（縦続）接続されているものであり、これら複数のフィルタブロックが同じ形態をしている場合に、そのそれぞれの飛び越し結合回路のａ＋ｂの値が奇数と偶数とに設定されていることにより、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と磁界結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当するものとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブロックをカスケード接続することとなる。その結果、各フィルタブロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減衰極を作ったり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時間を補正することができ、通過帯域で振幅特性と群遅延特性の平坦化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰特性を確保できるので、全体として所望の通過帯域特性を実現できる分布定数フィルタとなる。
【００２５】
また、本発明の第４の分布定数フィルタによれば、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことから、多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００２６】
以上のような本発明の分布定数フィルタによれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構造を加えることなく構成し実現することができる。
【００２７】
本発明の第１の分布定数フィルタおよび第２の分布定数フィルタの実施の形態の例を図１および図２にそれぞれ平面図で示す。
【００２８】
図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ４次の順次接続された帯域通過型フィルタに、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路およびｂ／２波長マイクロストリップ線路（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路Ｃを加えた例である。（ａ）および（ｃ）は第１の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の直線状１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２波長マイクロストリップ線路Ｈ間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。また、（ｂ）は第２の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器と共に構成されている外部回路への接続のための直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。
【００２９】
これらの分布定数フィルタの飛び越し結合回路においては、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路との間にスリットが切られており、このスリットを介して容量結合することにより、リアクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続されたものと等価となる。第１から第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器は隣接する共振器間で略１／４波長結合して順次接続されており、途中に位相反転する回路を含んでいないので、飛び越し結合回路のリアクタンス素子の符号の切り替えは、ａ＋ｂの値を奇数か偶数のいずれかにすることで行なう。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ同様に４次の順次接続された帯域通過型フィルタにａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路とから成る飛び越し結合回路Ｃを接続して構成された分布定数フィルタの例である。（ａ）および（ｃ）は第１の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の直線状１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２波長マイクロストリップ線路Ｈとヘアピン状１波長マイクロストリップ線路Ｈ’間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。また、（ｂ）は第２の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４のマイクロストリップ線路共振器と共に構成されている外部回路への接続のための直線城１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。
【００３１】
これらにおいても、図１に示す例と同様に、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路との間にスリットが切られており、このスリットを介して容量結合することにより、リアクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続されたものと等価となる。これらの例においては、第１から第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ・Ｈのうち１個を１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・Ｈ’に置き換えており、これらが略１／４波長結合して順次接続されているが、この途中に一箇所置き換えられた１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・Ｈ’が位相反転する回路として機能する。
【００３２】
これらの実施例に示すように、飛び越し結合回路のリアクタンス素子の符号の切り替えは、順次接続された共振回路に含ませて行なってもよいし、飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路のａ＋ｂの値を変えて行なってもよく、目標特性の分布定数フィルタを構成する上でより実現が容易な組合せを選べばよい。
【００３３】
次に、本発明の第３および第４の分布定数フィルタの実施の形態の例について説明する。
【００３４】
本発明の第３および第４の分布定数フィルタによれば、回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を本発明の第２の分布定数フィルタから成るフィルタブロックで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、フィルタ回路を構成し実現することができる。
【００３５】
以下の説明では、次の数１に示すように、回路網関数をｓパラメータを用いて示すものとする。
【００３６】
【数１】
【００３７】
以下、本発明の分布定数フィルタの実施の形態の一例として、通過帯域で振幅特性と群遅延特性が同時平坦で、かつ阻止帯域で伝送零点（減衰極）を有するフィルタの設計例を示す。
【００３８】
このフィルタの例として、フィルタの伝達特性を表す回路網関数ｓ21の分子有理多項式ｆ（ｓ）は４次、分母有理多項式ｇ（ｓ）は８次とする。
【００３９】
フィルタが無損失とすると、Ｓマトリクスはユニタリマトリクスとなり、残りの多項式ｈ（ｓ）が定まる。これより入力インピーダンスあるいは入力アドミタンスが定まり、これらをはしご形回路に展開することで基準化低域通過フィルタが定まる。その例を図９に回路図で示す。
【００４０】
ここで、分母有理多項式ｇ（ｓ）の次数がはしご形回路の段数に相当し、この例では８次８段である。分子有理多項式の根のペアの数が、伝送零点（減衰極）ができるよう並列あるいは直列に接続された共振回路の数であり、この例では２である。
【００４１】
この基準化低域通過フィルタを虚ジャイレータを用いて等価変換すると、図10に回路図で示すような、基準化低域通過フィルタを得る。なお、図10において虚ジャイレータの符号を示していないのは、この場合は虚ジャイレータの符号を指定することに意味が無いか、または正負の両方を取り得ることを示している。以下の図でも同様な表記を行なうものとする。
【００４２】
図10の２つの並列共振回路はｓ21の分子有理多項式ｆ（ｓ）の根に相当する。さらに、図10の点線で囲まれた部分を図11（ａ）に示す回路から同図（ｂ）に示す飛び越し結合を含む回路へ等価変換を行なう。この図11の等価変換においては、実軸上の根のペアの場合と虚軸上の根のペアの場合とでは虚ジャイレータの符号が異なることとなる。この図11の等価変換を図10の回路に適用して等価変換した基準化低域通過フィルタの例を、図12に回路図で示す。
【００４３】
さらに、図12中のインダクタを虚ジャイレータを用いて容量に等価変換を行なう。この等価変換後の基準化低域通過フィルタの回路図を図13に示す。
【００４４】
図13においては、この場合の虚ジャイレータの符号の選び方には自由度がある。まず、順次結合回路の虚ジャイレータを、等価変換を行なって、できるだけ同じ符号で揃える。この例ではできるだけ負に揃えてある。また、飛び越し結合の虚ジャイレータの符号は、この例では互いに異なっている。
【００４５】
このままでは、飛び越し結合回路の虚ジャイレータの符号が異なり実際の回路にした場合に実現しにくい。そのため、本発明の分布定数フィルタでは、さらに以下の変換を行なう。
【００４６】
まず、順次接続の虚ジャイレータを等価変換を行ないできるだけ同じ符号で揃える。この例ではできるだけ正に揃えてある。また、飛び越し結合回路の虚ジャイレータの符号を揃える。この例では正に揃えてある。
【００４７】
なお、虚ジャイレータの符号を考慮すると、図14（ａ）に示す虚ジャイレータは、同図（ｂ）に示す定リアクタンス素子のπ型等価回路で実現できる。
【００４８】
ここで周波数変換してこの基準化低域通過フィルタを帯域通過フィルタに変換すると、図15に回路図で示すような帯域通過フィルタとなる。この例では、入力ポートと出力ポートの形の対称性を良くする目的で、各入力ポートに虚ジャイレータを加えてある。このため、入力インピーダンスは入力アドミタンスに変換されることとなるが、フィルタの伝送特性は変らない。この帯域通過フィルタでは、８個の共振器が虚ジャイレータにより順次接続されており、さらに２つの飛び越し結合回路で伝送零点が実現されている。なお、飛び越し結合回路の役割をする虚ジャイレータの符号は正に揃えてある。
【００４９】
図15の回路は、数値は異なるが、回路図における右半分と左半分とは同様な構成となっており、順次接続の真ん中の虚ジャイレータの符号のみが異なったものとなっている。従って、このような回路構成の帯域通過フィルタにおいては、順次接続の中間部に虚ジャイレータの符号を反転させるのに相当する回路を加えれば、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路で構成することができる。このため、飛び越し結合回路の部分を同じ構造の回路とすることができ、実際の回路を実現することが容易となる。
【００５０】
このように、順次結合の中間部に虚ジャイレータの符号を反転させるのに相当する回路を加えることにより、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路で構成できるため、飛び越し結合部を同じ構造の回路とすることができ、回路実現が容易となる。すなわち、順次結合で構成される分布定数フィルタの中央部に伝送特性の位相反転機能を有する回路を加えて帯域通過フィルタの伝送特性の位相を制御することができ、電界結合または磁界結合による飛び越し結合回路を接続することにより減衰極・振幅・群遅延時間を制御することができるものとなる。このようにして、順次結合のフィルタの中央部に伝送特性の位相反転機能を有する回路を加えてフィルタの伝送特性の位相を制御することができる。
次に、図15の回路図における右半分の順次結合の回路と左半分の順次結合の回路とを、中央部で位相反転する回路のみ異なる構成の回路で構成することを考える。
【００５１】
ここで、図16に平面図で示すように、マイクロストリップ線路共振器を構成する１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路について、接続ポートとなる一方の対角のポートをポート１およびポート３、他方の対角のポートをポート２およびポート４とする。この１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路においては、ポート２およびポート４は開放となっており、ポート１とポート２とを１つの２ポートと見る。ここで、Ｚc,jとｋiはそれぞれ特性インピーダンスと結合係数である。すると、ポート１とポート３間のＦマトリクスは、数２に示すものとなる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
一方、このＦマトリクスに対する等価回路の例として、図17に回路図で示すような、１／４波長結合マイクロストリップ線路の狭帯域近似等価回路がある。この図17に示す回路のＦマトリクスは、数３に示すものとなる。
【００５４】
【数３】
【００５５】
次に、基準化低域通過フィルタにおいてｙi＝ｊω・ｐiとし、さらに、中心周波数ω0、帯域幅Δの帯域通過フィルタへ周波数変換を行なう。すなわち、図13の並列容量を図15の並列共振回路へ変換することとなる。この条件を直接に数２と数３に適用して、両者のマトリクス成分を狭帯域近似すると、次の数４および数５に示される結合係数・特性インピーダンスが定まる。
【００５６】
【数４】
【００５７】
【数５】
【００５８】
すなわち、虚ジャイレータとその両端にパラレルに接続された並列共振の共振器を含む回路は、近似的に１／４波長結合マイクロストリップラインと等価となる。
【００５９】
この近似を用い、４個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器を順次接続して、第１番目および第４番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させ、かつ第１番目および第４番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部間または直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路とから成る飛び越し結合回路を接続して構成した、本発明の第１の分布定数フィルタの実施の形態の例が、図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ平面図で示したものである。
【００６０】
なお、これらの実施例では、折り曲げたヘアピン状のストリップ線路共振器も使用しており、このパラメータの導出は、きれいな解析的な表現ができないものであるが基本的には数４および数５を変形することで行なうことができる。ここではその導出の詳細は省略する。
【００６１】
これにより、図15に示される等価回路の中心の虚ジャイレータを含む右半分の回路は、４個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器で構成される多共振器帯域通過型フィルタとなる。そして、図１および図２に示す例は、それぞれ伝達関数である回路網関数ｓ21の分子多項式の実軸上の零点と虚軸上の零点に相当する回路部となる。これら図１および図２に示す分布定数フィルタをフィルタブロックとして、外部回路接続用の直線城１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続することにより、図15の回路図に示される帯域通過フィルタを実現することができる。
【００６２】
このようにして、図１（ｂ）の分布定数フィルタの飛び越し結合回路を構成するマイクロストリップ線路のａ＋ｂの値を変えた２つを組み合わせた、本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を図３に、またこれに対して図１（ｂ）と図２（ｂ）の分布定数フィルタを組み合わせた本発明の分布定数フィルタの実施の形態の他の例を図４にそれぞれ平面図で示す。なお、この図３に示す分布定数フィルタは本発明の第３の分布定数フィルタに、図４に示す分布定数フィルタは本発明の第４の分布定数フィルタに対応するものとなる。
【００６３】
図３は、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックと、同じくヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る、1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックとを、間に位置する直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定数フィルタの例である。
【００６４】
この例においては、両方のフィルタブロックの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値はそれらの差が奇数となるように異なるものとする。
【００６５】
また図４は、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックと、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る２個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと１個の１波長マイクロストリップ線路共振器Ｈ’と直線状マイクロストリップ線路から成る、1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックとを、間に位置する直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定数フィルタの例である。
【００６６】
この例においては、両方のフィルタブロックの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値は同じであるか、または偶数の差があってもよい。
【００６７】
この図４に示す例によれば、フィルタブロックの１／２波長マイクロストリップ線路共振器のうち少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えることにより、順次結合している多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００６８】
なお、このように１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換える場合、この１波長マイクロストリップ線路共振器は１／２波長マイクロストリップ線路共振器に１／２波長の移相器を付加したものとして機能することから、この置き換える共振器の個数は奇数個とすることが好ましい。
【００６９】
そして、これら本発明の分布定数フィルタの構成例からも分かるように、飛び越し結合回路Ｃは、共振器と交差することなく目的のポートに接続することができ、２次元の平面回路構造のままで帯域通過フィルタを実現することができる。
【００７０】
なお、図３および図４に示す例では、いずれも飛び越し結合回路Ｃは直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に接続した例を示したが、これら飛び越し結合回路Ｃは、１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ・Ｈまたはこれを置き換えた１波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍと結合している側の端部間に接続してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１の分布定数フィルタによれば、直線状およびヘアピン状のｎ個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続して成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとを飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記第１番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと前記第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとの間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことから、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現することができ、このような飛び越し結合回路により、前記分子有理多項式の根、すなわち実伝送虚点もしくは虚伝送零点を実現することができる。
【００７２】
また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さらに、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易となる。
【００７３】
その結果、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができる。
【００７４】
また、本発明の第３の分布定数フィルタによれば、本発明の第２の分布定数フィルタをフィルタブロックとしてこれらが複数、縦続接続されており、これら複数のフィルタブロックのそれぞれの飛び越し結合回路のａ＋ｂの値を互いに異ならせ、それらの値の差が奇数に設定されていることにより、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と磁界結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当するものとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブロックを縦続接続することとなる。その結果、各フィルタブロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減衰極を作ったり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時間を補正することができ、通過帯域で振幅特性と群遅延特性の平坦化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰特性を確保できるので、全体として所望の通過帯域特性を実現できる分布定数フィルタとなる。
【００７５】
また、本発明の第４の分布定数フィルタによれば、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことから、この１波長マイクロストリップ線路共振器によって多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００７６】
以上のような本発明の分布定数フィルタによれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構造を加えることなく構成し実現することができる。
【００７７】
以上により、本発明によれば、マイクロストリップ線路共振器間の結合・接続に飛び越し結合回路を加えて伝達関数の虚軸上の零点に相当する伝送零点を実現したり、伝達関数の実軸上の零点に相当する振幅の補正を行なう際に必要となる正確な伝達特性の位相の制御を簡単な回路構成で実現でき、虚軸上の零点と実軸上の零点とを実現する飛び越し結合回路をほぼ同じ構成で実現でき、その結果、簡単な構造の回路構成により通過帯域で振幅群遅延同時平坦特性を有し、阻止帯域で伝送零点（減衰極）を有する分布定数フィルタを実現することができた。
【００７８】
また、本発明によれば、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。
【図３】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。
【図４】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ帯域通過フィルタの通過帯域における振幅特性および群遅延特性を示す線図である。
【図６】（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図、（ｂ）は虚ジャイレータを用いた（ａ）と等価な３次フィルタを示す回路図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ直線形多共振器フィルタおよびヘアピン形多共振器フィルタの構成例を示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ飛び越し結合を含む直線形多共振器フィルタおよびヘアピン形多共振器フィルタの構成例を示す平面図である。
【図９】８次の基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１０】図９に示す基準化低域通過フィルタの等価変換の例を示す回路図である。
【図１１】（ａ）の回路を（ｂ）の飛び越し結合を含む形へ等価変換する例を示す回路図である。
【図１２】図10に示す回路を図11に示す飛び越し結合を含む回路へ等価変換した基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１３】図12に示す回路のインダクタを容量に等価変換した基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１４】（ａ）の虚ジャイレータを（ｂ）の定リアクタンス素子のπ型等価回路へ等価変換する例を示す回路図である。
【図１５】基準化低域通過フィルタを帯域通過フィルタへ等価変換した例を示す回路図である。
【図１６】マイクロストリップ線路共振器を構成する１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路を示す平面図である。
【図１７】１／４波長結合マイクロストリップ線路の狭帯域等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｌ・・・直線状のマイクロストリップ線路から成る１／２波長マイクロストリップ線路共振器
Ｈ・・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る１／２波長マイクロストリップ線路共振器
Ｈ’・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る１波長マイクロストリップ線路共振器
Ｍ・・・直線状１／４波長マイクロストリップ線路
Ｃ・・・飛び越し結合回路
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体通信機器等のＲＦ段等に妨害信号や雑音の除去のために帯域通過フィルタとして使用される分布定数フィルタに関し、詳しくは通過帯域の振幅特性および群遅延特性が同時平坦特性でかつ阻止帯域に伝送零点を有し、構造を簡素化して損失を抑えて性能を改善した帯域通過フィルタを構成するのに好適な分布定数フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アナログあるいはデジタル携帯電話や無線電話を始めとする移動体通信機器等の送信回路および受信回路のＲＦ段等の高周波回路部には、例えば同一のアンテナを送信回路と受信回路で共用する場合に送信周波数帯域と受信周波数帯域を分離するため、あるいは増幅回路の非直線性に基づいて発生する高調波を減衰させるため、あるいは希望の信号波以外の妨害波・側帯波等の不要信号波を排除するためなどに、帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）がよく使われる。
【０００３】
一般に、理想特性のフィルタは、希望信号を歪み無く選択し、帯域外の妨害信号を十分に抑圧する特性を有するものである。この特性は、図５（ａ）にフィルタの振幅特性を、および同図（ｂ）にフィルタの群遅延特性をそれぞれ線図で示すように通過帯域の振幅特性および群遅延特性が同時平坦特性で、かつ阻止帯域に伝送零点である減衰極を有する特性である。従来、こうしたフィルタを実現するには複雑な回路構成が必要であった。
【０００４】
また、このような特性の帯域通過フィルタを明確な設計理論で直接構成する手法は従来知られておらず、種々の工夫をして経験的にフィルタを構成することが行なわれていた。
【０００５】
一方、このような通信機用フィルタとしての帯域通過型フィルタは、一般に種々の回路素子により構成された直列共振回路や並列共振回路を複数段接続することにより所望の帯域特性を有するフィルタ回路として実現されて構成されているが、フィルタ回路部が小型にできることや高周波回路としての電気特性が良好であることなどから、結合マイクロストリップ線路やパッチ共振器等の不平衡分布定数線路によりフィルタ部が構成されることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、結合マイクロストリップ線路を用いれば、減衰極を持たない特性の帯域通過フィルタを容易に実現できる。一般のλ／４（１／４波長）結合マイクロストリップ線路による複数の共振器を結合させる構造のフィルタは、結合構造が画一的で自由度が少なく、後述する正あるいは負の結合リアクタンス素子の符号を自由には選ぶことができない。例えば、並列素子と直列素子とからなる梯子型のフィルタを、実現しやすい並列型の素子のみに結合回路に相当する虚ジャイレータを用いて変換する例を図６に示す。図６（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図であり、同図（ｂ）はそれと厳密に等価な、虚ジャイレータを用いた３次フィルタの例を示す回路図である。
【０００７】
この場合、図６（ａ）から（ｂ）への等価変換を正確に行なうと、２つの虚ジャイレータの符号は互いの正負を逆にしなければならない。すなわち、厳密には結合リアクタンス素子の符号は正と負の２種類が必要となる。これに相当するλ／４結合マイクロストリップ線路の結合構造を得ることは困難である。
【０００８】
しかし、減衰極を持たない単純な特性のフィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合が無いために伝送特性の正負の正確な管理の必要は無く、虚ジャイレータの符号は正のみあるいは負のみでよく、あるいは正負を入れ替えても差し支えない。 その結果、λ／４結合マイクロストリップ線路による複数の共振器を同じ方式で順次結合させる構造でも問題なく実現できる。
【０００９】
一方、フィルタ特性に減衰極を持ったり、群遅延特性と振幅特性を制御しなければならない複雑な特性のフィルタでは、フィルタ回路中に飛び越し結合の構造が必要となり、伝送特性の正負の位相の正確な制御が必要となる。このため、伝送特性の正負の位相の制御ができないλ／４結合マイクロストリップ線路をフィルタ回路を構成する回路要素として使用することが困難であり、λ／４結合マイクロストリップ線路を用いてフィルタ回路を構成した分布定数フィルタにおいて、所望の減衰極を作ったり、振幅や群遅延時間の補正回路を形成することが困難であった。
【００１０】
同様に、このλ／４結合マイクロストリップ線路の多段接続による多共振器フィルタは通常、直線状のマイクロストリップ線路で構成されるが、これをアレンジし、マイクロストリップ線路共振器をヘアピン状線路といわれる折り曲げたマイクロストリップ線路で構成する構造とした、いわゆるヘアピン形多共振器フィルタにおいても、上記と同様の問題があった。
【００１１】
これに対し、本発明者は特願2000−24759号および特願2000−24760号において、通過帯域の中心周波数に対応する１／４波長結合マイクロストリップ線路を順次、縦続接続して形成した多段のマイクロストリップ線路共振器から成る分布定数フィルタを提案した。これらの分布定数フィルタは、飛び越し結合回路を接続することを想定し、伝送特性の位相を正確に合わせる共振器の順次結合法を適用するものであった。これらによれば、順次結合している共振器に飛び越し結合回路を加えれば、減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の制御が実現可能となるものである。
【００１２】
しかし、これらの分布定数フィルタには、同一平面状に配置された順次結合しているマイクロストリップ線路共振器に対し如何にして飛び越し結合回路を接続させるかという点に関して改善すべき課題を有していた。すなわち、目的の特性制御を行なうための飛び越し結合回路を接続するには、飛び越し結合させる共振器の数は４以上の偶数であることが必要なことから、同一平面上に配置された１／４波長結合マイクロストリップ線路あるいはその変形であるヘアピン状の１／４波長結合マイクロストリップ線路に対してこの飛び越し結合を実現しようとすると、例えば図８（ａ）〜（ｄ）にそれぞれフィルタの構成例を平面図で示すように、飛び越し結合回路が必ず共振器パターンと交差してしまうこととなり、これを避けるには３次元的な構造、例えば共振器パターンの上の空間を通るようなブリッジ構造が必要となるため、分布定数フィルタが有する平面回路としての長所が失われるという欠点を招来することとなっていた。
【００１３】
図８（ａ）および（ｂ）に示すフィルタでは、４個の直線形結合マイクロストリップ線路共振器の第１の共振器と第４の共振器を、それぞれの共振器と結合している外部回路接続用の端子を介して、あるいは直接に飛び越し結合回路と接続している。図８（ｃ）および（ｄ）に示すフィルタでは、同じく４個のヘアピン状結合マイクロストリップ線路共振器の第１の共振器と第４の共振器を、それぞれの共振器と結合している外部回路接続用の端子を介して、あるいは直接に飛び越し結合回路と接続している。これらのどの例においても、飛び越し結合回路は第１〜第４の共振器のいずれかと交差してしまい、接続するためには３次元的な迂回構造が必要であるという改善すべき点があった。
【００１４】
このように、同一平面上に構成された順次結合され接続されている４個以上の偶数個のマイクロストリップ線路共振器から成る分布定数フィルタに飛び越し結合回路を接続するには、飛び越し結合回路が共振器のいずれかと交差するため３次元的な迂回構造が必要であったが、分布定数フィルタにおいて２次元構造のみで設計値通りの飛び越し結合を実現できれば、単純な平面構造のフィルタで減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正を行なうことができ、その結果、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有する帯域通過フィルタを、正確な設計手法により設計して簡単な回路で構成して実現することができるという実用上極めて優れたものとなる。そのため、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現して、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに実現および製造が容易な分布定数フィルタを得ることが望まれていた。
【００１５】
本発明は上記の課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現して、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による分布定数フィルタは、実根のペアまたは虚根のペアを持つ複素周波数ｓの偶多項式である分子有理多項式と複素周波数ｓのフルビッツ多項式である分母有理多項式とからなる回路網関数で伝達関数が表された基準化低域通過フィルタを周波数変換および等価変換することによって得られ、不平衡分布定数回路で実現された、帯域通過型特性を有する分布定数フィルタを基本とするものである。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の分布定数フィルタは、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続して成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとを飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記第１番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと前記第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとの間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴とするものである。
また、本発明の第２の分布定数フィルタは、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の第３の分布定数フィルタは、第１および第２のフィルタブロックであって、前記第１および第２のフィルタブロックはそれぞれ、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る前記飛び越し結合回路を接続して成り、前記第１および第２のフィルタブロックは、前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続されるとともに、前記第１フィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値と、前記第２のフィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値とを互いに異ならせ、それらの差が奇数となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の第４の分布定数フィルタは、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の分布定数フィルタによれば、直線状およびヘアピン状のｎ個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とするとともに第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状の約１／４波長のマイクロストリップ線路を結合させ、かつ第１番目および第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部間または直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことから、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現することができ、このような飛び越し結合回路により、前記分子有理多項式の根、すなわち実伝送虚点もしくは虚伝送零点を実現することができる。
【００２１】
また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さらに、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易となる。
【００２２】
さらに、ｎが６以上の場合には、飛び越し結合は２重あるいは３重のように、マルチ飛び越し結合の形あるいは飛び越し結合を含む複数の多共振器形フィルタをカスケードに接続した形でも実現することができる。
【００２３】
その結果、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができる。
【００２４】
また、本発明の第３の分布定数フィルタによれば、本発明の第２の分布定数フィルタをフィルタブロックとしてこれらが複数、カスケード（縦続）接続されているものであり、これら複数のフィルタブロックが同じ形態をしている場合に、そのそれぞれの飛び越し結合回路のａ＋ｂの値が奇数と偶数とに設定されていることにより、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と磁界結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当するものとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブロックをカスケード接続することとなる。その結果、各フィルタブロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減衰極を作ったり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時間を補正することができ、通過帯域で振幅特性と群遅延特性の平坦化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰特性を確保できるので、全体として所望の通過帯域特性を実現できる分布定数フィルタとなる。
【００２５】
また、本発明の第４の分布定数フィルタによれば、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことから、多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００２６】
以上のような本発明の分布定数フィルタによれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構造を加えることなく構成し実現することができる。
【００２７】
本発明の第１の分布定数フィルタおよび第２の分布定数フィルタの実施の形態の例を図１および図２にそれぞれ平面図で示す。
【００２８】
図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ４次の順次接続された帯域通過型フィルタに、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路およびｂ／２波長マイクロストリップ線路（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路Ｃを加えた例である。（ａ）および（ｃ）は第１の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の直線状１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２波長マイクロストリップ線路Ｈ間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。また、（ｂ）は第２の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器と共に構成されている外部回路への接続のための直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。
【００２９】
これらの分布定数フィルタの飛び越し結合回路においては、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路との間にスリットが切られており、このスリットを介して容量結合することにより、リアクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続されたものと等価となる。第１から第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器は隣接する共振器間で略１／４波長結合して順次接続されており、途中に位相反転する回路を含んでいないので、飛び越し結合回路のリアクタンス素子の符号の切り替えは、ａ＋ｂの値を奇数か偶数のいずれかにすることで行なう。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ同様に４次の順次接続された帯域通過型フィルタにａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路とから成る飛び越し結合回路Ｃを接続して構成された分布定数フィルタの例である。（ａ）および（ｃ）は第１の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４の直線状１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ間またはヘアピン状１／２波長マイクロストリップ線路Ｈとヘアピン状１波長マイクロストリップ線路Ｈ’間に、飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。また、（ｂ）は第２の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、第１および第４のマイクロストリップ線路共振器と共に構成されている外部回路への接続のための直線城１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを形成した例である。
【００３１】
これらにおいても、図１に示す例と同様に、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路との間にスリットが切られており、このスリットを介して容量結合することにより、リアクタンス素子としてシリーズの容量素子が接続されたものと等価となる。これらの例においては、第１から第４の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ・Ｈのうち１個を１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・Ｈ’に置き換えており、これらが略１／４波長結合して順次接続されているが、この途中に一箇所置き換えられた１波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ’・Ｈ’が位相反転する回路として機能する。
【００３２】
これらの実施例に示すように、飛び越し結合回路のリアクタンス素子の符号の切り替えは、順次接続された共振回路に含ませて行なってもよいし、飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路のａ＋ｂの値を変えて行なってもよく、目標特性の分布定数フィルタを構成する上でより実現が容易な組合せを選べばよい。
【００３３】
次に、本発明の第３および第４の分布定数フィルタの実施の形態の例について説明する。
【００３４】
本発明の第３および第４の分布定数フィルタによれば、回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を本発明の第２の分布定数フィルタから成るフィルタブロックで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、フィルタ回路を構成し実現することができる。
【００３５】
以下の説明では、次の数１に示すように、回路網関数をｓパラメータを用いて示すものとする。
【００３６】
【数１】
以下、本発明の分布定数フィルタの実施の形態の一例として、通過帯域で振幅特性と群遅延特性が同時平坦で、かつ阻止帯域で伝送零点（減衰極）を有するフィルタの設計例を示す。
【００３８】
このフィルタの例として、フィルタの伝達特性を表す回路網関数ｓ21の分子有理多項式ｆ（ｓ）は４次、分母有理多項式ｇ（ｓ）は８次とする。
【００３９】
フィルタが無損失とすると、Ｓマトリクスはユニタリマトリクスとなり、残りの多項式ｈ（ｓ）が定まる。これより入力インピーダンスあるいは入力アドミタンスが定まり、これらをはしご形回路に展開することで基準化低域通過フィルタが定まる。その例を図９に回路図で示す。
【００４０】
ここで、分母有理多項式ｇ（ｓ）の次数がはしご形回路の段数に相当し、この例では８次８段である。分子有理多項式の根のペアの数が、伝送零点（減衰極）ができるよう並列あるいは直列に接続された共振回路の数であり、この例では２である。
【００４１】
この基準化低域通過フィルタを虚ジャイレータを用いて等価変換すると、図10に回路図で示すような、基準化低域通過フィルタを得る。なお、図10において虚ジャイレータの符号を示していないのは、この場合は虚ジャイレータの符号を指定することに意味が無いか、または正負の両方を取り得ることを示している。以下の図でも同様な表記を行なうものとする。
【００４２】
図10の２つの並列共振回路はｓ21の分子有理多項式ｆ（ｓ）の根に相当する。さらに、図10の点線で囲まれた部分を図11（ａ）に示す回路から同図（ｂ）に示す飛び越し結合を含む回路へ等価変換を行なう。この図11の等価変換においては、実軸上の根のペアの場合と虚軸上の根のペアの場合とでは虚ジャイレータの符号が異なることとなる。この図11の等価変換を図10の回路に適用して等価変換した基準化低域通過フィルタの例を、図12に回路図で示す。
【００４３】
さらに、図12中のインダクタを虚ジャイレータを用いて容量に等価変換を行なう。この等価変換後の基準化低域通過フィルタの回路図を図13に示す。
【００４４】
図13においては、この場合の虚ジャイレータの符号の選び方には自由度がある。まず、順次結合回路の虚ジャイレータを、等価変換を行なって、できるだけ同じ符号で揃える。この例ではできるだけ負に揃えてある。また、飛び越し結合の虚ジャイレータの符号は、この例では互いに異なっている。
【００４５】
このままでは、飛び越し結合回路の虚ジャイレータの符号が異なり実際の回路にした場合に実現しにくい。そのため、本発明の分布定数フィルタでは、さらに以下の変換を行なう。
【００４６】
まず、順次接続の虚ジャイレータを等価変換を行ないできるだけ同じ符号で揃える。この例ではできるだけ正に揃えてある。また、飛び越し結合回路の虚ジャイレータの符号を揃える。この例では正に揃えてある。
【００４７】
なお、虚ジャイレータの符号を考慮すると、図14（ａ）に示す虚ジャイレータは、同図（ｂ）に示す定リアクタンス素子のπ型等価回路で実現できる。
【００４８】
ここで周波数変換してこの基準化低域通過フィルタを帯域通過フィルタに変換すると、図15に回路図で示すような帯域通過フィルタとなる。この例では、入力ポートと出力ポートの形の対称性を良くする目的で、各入力ポートに虚ジャイレータを加えてある。このため、入力インピーダンスは入力アドミタンスに変換されることとなるが、フィルタの伝送特性は変らない。この帯域通過フィルタでは、８個の共振器が虚ジャイレータにより順次接続されており、さらに２つの飛び越し結合回路で伝送零点が実現されている。なお、飛び越し結合回路の役割をする虚ジャイレータの符号は正に揃えてある。
【００４９】
図15の回路は、数値は異なるが、回路図における右半分と左半分とは同様な構成となっており、順次接続の真ん中の虚ジャイレータの符号のみが異なったものとなっている。従って、このような回路構成の帯域通過フィルタにおいては、順次接続の中間部に虚ジャイレータの符号を反転させるのに相当する回路を加えれば、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路で構成することができる。このため、飛び越し結合回路の部分を同じ構造の回路とすることができ、実際の回路を実現することが容易となる。
【００５０】
このように、順次結合の中間部に虚ジャイレータの符号を反転させるのに相当する回路を加えることにより、右半分の回路と左半分の回路とは同様の回路で構成できるため、飛び越し結合部を同じ構造の回路とすることができ、回路実現が容易となる。すなわち、順次結合で構成される分布定数フィルタの中央部に伝送特性の位相反転機能を有する回路を加えて帯域通過フィルタの伝送特性の位相を制御することができ、電界結合または磁界結合による飛び越し結合回路を接続することにより減衰極・振幅・群遅延時間を制御することができるものとなる。このようにして、順次結合のフィルタの中央部に伝送特性の位相反転機能を有する回路を加えてフィルタの伝送特性の位相を制御することができる。
次に、図15の回路図における右半分の順次結合の回路と左半分の順次結合の回路とを、中央部で位相反転する回路のみ異なる構成の回路で構成することを考える。
【００５１】
ここで、図16に平面図で示すように、マイクロストリップ線路共振器を構成する１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路について、接続ポートとなる一方の対角のポートをポート１およびポート３、他方の対角のポートをポート２およびポート４とする。この１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路においては、ポート２およびポート４は開放となっており、ポート１とポート２とを１つの２ポートと見る。ここで、Ｚc,jとｋiはそれぞれ特性インピーダンスと結合係数である。すると、ポート１とポート３間のＦマトリクスは、数２に示すものとなる。
【００５２】
【数２】
一方、このＦマトリクスに対する等価回路の例として、図17に回路図で示すような、１／４波長結合マイクロストリップ線路の狭帯域近似等価回路がある。この図17に示す回路のＦマトリクスは、数３に示すものとなる。
【００５４】
【数３】
次に、基準化低域通過フィルタにおいてｙi＝ｊω・ｐiとし、さらに、中心周波数ω0、帯域幅Δの帯域通過フィルタへ周波数変換を行なう。すなわち、図13の並列容量を図15の並列共振回路へ変換することとなる。この条件を直接に数２と数３に適用して、両者のマトリクス成分を狭帯域近似すると、次の数４および数５に示される結合係数・特性インピーダンスが定まる。
【００５６】
【数４】
【数５】
すなわち、虚ジャイレータとその両端にパラレルに接続された並列共振の共振器を含む回路は、近似的に１／４波長結合マイクロストリップラインと等価となる。
【００５９】
この近似を用い、４個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器を順次接続して、第１番目および第４番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させ、かつ第１番目および第４番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部間または直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、ａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路とから成る飛び越し結合回路を接続して構成した、本発明の第１の分布定数フィルタの実施の形態の例が、図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ平面図で示したものである。
【００６０】
なお、これらの実施例では、折り曲げたヘアピン状のストリップ線路共振器も使用しており、このパラメータの導出は、きれいな解析的な表現ができないものであるが基本的には数４および数５を変形することで行なうことができる。ここではその導出の詳細は省略する。
【００６１】
これにより、図15に示される等価回路の中心の虚ジャイレータを含む右半分の回路は、４個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器で構成される多共振器帯域通過型フィルタとなる。そして、図１および図２に示す例は、それぞれ伝達関数である回路網関数ｓ21の分子多項式の実軸上の零点と虚軸上の零点に相当する回路部となる。これら図１および図２に示す分布定数フィルタをフィルタブロックとして、外部回路接続用の直線城１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続することにより、図15の回路図に示される帯域通過フィルタを実現することができる。
【００６２】
このようにして、図１（ｂ）の分布定数フィルタの飛び越し結合回路を構成するマイクロストリップ線路のａ＋ｂの値を変えた２つを組み合わせた、本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を図３に、またこれに対して図１（ｂ）と図２（ｂ）の分布定数フィルタを組み合わせた本発明の分布定数フィルタの実施の形態の他の例を図４にそれぞれ平面図で示す。なお、この図３に示す分布定数フィルタは本発明の第３の分布定数フィルタに、図４に示す分布定数フィルタは本発明の第４の分布定数フィルタに対応するものとなる。
【００６３】
図３は、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックと、同じくヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る、1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックとを、間に位置する直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定数フィルタの例である。
【００６４】
この例においては、両方のフィルタブロックの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値はそれらの差が奇数となるように異なるものとする。
【００６５】
また図４は、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る３個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと直線状マイクロストリップ線路から成る1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックと、ヘアピン状マイクロストリップ線路から成る２個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｈと１個の１波長マイクロストリップ線路共振器Ｈ’と直線状マイクロストリップ線路から成る、1個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌとを順次接続し、外部回路用の直線状１／４マイクロストリップ線路Ｍ間に飛び越し結合回路Ｃを接続したフィルタブロックとを、間に位置する直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍを共有させて縦続接続して構成した分布定数フィルタの例である。
【００６６】
この例においては、両方のフィルタブロックの飛び越し結合回路Ｃのａ＋ｂの値は同じであるか、または偶数の差があってもよい。
【００６７】
この図４に示す例によれば、フィルタブロックの１／２波長マイクロストリップ線路共振器のうち少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えることにより、順次結合している多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００６８】
なお、このように１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換える場合、この１波長マイクロストリップ線路共振器は１／２波長マイクロストリップ線路共振器に１／２波長の移相器を付加したものとして機能することから、この置き換える共振器の個数は奇数個とすることが好ましい。
【００６９】
そして、これら本発明の分布定数フィルタの構成例からも分かるように、飛び越し結合回路Ｃは、共振器と交差することなく目的のポートに接続することができ、２次元の平面回路構造のままで帯域通過フィルタを実現することができる。
【００７０】
なお、図３および図４に示す例では、いずれも飛び越し結合回路Ｃは直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍ間に接続した例を示したが、これら飛び越し結合回路Ｃは、１／２波長マイクロストリップ線路共振器Ｌ・Ｈまたはこれを置き換えた１波長マイクロストリップ線路共振器の直線状１／４波長マイクロストリップ線路Ｍと結合している側の端部間に接続してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１の分布定数フィルタによれば、直線状およびヘアピン状のｎ個の１／２波長マイクロストリップ線路共振器をそれぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続して成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとを飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記第１番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと前記第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとの間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る飛び越し結合回路を接続したことから、同一平面上で３次元的な構造を加えることなく飛び越し結合回路の接続を実現することができ、このような飛び越し結合回路により、前記分子有理多項式の根、すなわち実伝送虚点もしくは虚伝送零点を実現することができる。
【００７２】
また、ｎ個の共振器による多共振器型の帯域通過型フィルタに電界結合あるいは磁界結合による飛び越し結合回路を加えることで、所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正が可能となる。さらに、飛び越し結合回路により共振器間の伝送特性の位相を制御することで、同じ形態の飛び越し結合回路のみで所望の減衰極を作ったり、振幅特性や群遅延時間の補正ができ、所望特性の分布定数フィルタ実現が容易となる。
【００７３】
その結果、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができる。
【００７４】
また、本発明の第３の分布定数フィルタによれば、本発明の第２の分布定数フィルタをフィルタブロックとしてこれらが複数、縦続接続されており、これら複数のフィルタブロックのそれぞれの飛び越し結合回路のａ＋ｂの値を互いに異ならせ、それらの値の差が奇数に設定されていることにより、その飛び越し結合回路が等価的に電界結合と磁界結合とに、あるいは磁界結合と電界結合とに相当するものとなり、異種の飛び越し結合を有するフィルタブロックを縦続接続することとなる。その結果、各フィルタブロックにおいてこれら飛び越し結合回路で減衰極を作ったり、または振幅の平坦化あるいは群遅延時間を補正することができ、通過帯域で振幅特性と群遅延特性の平坦化を行ない、また阻止域で減衰極を作り減衰特性を確保できるので、全体として所望の通過帯域特性を実現できる分布定数フィルタとなる。
【００７５】
また、本発明の第４の分布定数フィルタによれば、複数の本発明の第２の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことから、この１波長マイクロストリップ線路共振器によって多共振器型フィルタの伝送特性の位相を反転制御する作用効果を実現できるため、正確に設計通りの飛び越し結合回路を付加することができる。
【００７６】
以上のような本発明の分布定数フィルタによれば、設計理論上では、伝達特性を示す回路網関数の分子有理多項式の実根または虚根に相当する回路部を上記構成の多共振子フィルタで実現することから、理論的に正確に、かつフィルタの構造を簡素化し損失を抑えて性能を改善して、所望のフィルタ特性を有するフィルタ回路を分布定数素子によって同一平面上で３次元的な構造を加えることなく構成し実現することができる。
【００７７】
以上により、本発明によれば、マイクロストリップ線路共振器間の結合・接続に飛び越し結合回路を加えて伝達関数の虚軸上の零点に相当する伝送零点を実現したり、伝達関数の実軸上の零点に相当する振幅の補正を行なう際に必要となる正確な伝達特性の位相の制御を簡単な回路構成で実現でき、虚軸上の零点と実軸上の零点とを実現する飛び越し結合回路をほぼ同じ構成で実現でき、その結果、簡単な構造の回路構成により通過帯域で振幅群遅延同時平坦特性を有し、阻止帯域で伝送零点（減衰極）を有する分布定数フィルタを実現することができた。
【００７８】
また、本発明によれば、平面構造の分布定数フィルタの特長を損なわずに、通過帯域特性において振幅特性と群遅延特性とが同時平坦特性であり、かつ阻止帯域に伝送零点を持つ帯域通過特性を有し、正確な設計手法により設計し簡単な回路で構成して実現できるとともに、低感度で低損失な特性の分布定数フィルタを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例を示す平面図である。
【図３】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。
【図４】本発明の分布定数フィルタの実施の形態の例であり、８次の帯域通過フィルタを構成した例である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ帯域通過フィルタの通過帯域における振幅特性および群遅延特性を示す線図である。
【図６】（ａ）は３次フィルタの例を示す回路図、（ｂ）は虚ジャイレータを用いた（ａ）と等価な３次フィルタを示す回路図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ直線形多共振器フィルタおよびヘアピン形多共振器フィルタの構成例を示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ飛び越し結合を含む直線形多共振器フィルタおよびヘアピン形多共振器フィルタの構成例を示す平面図である。
【図９】８次の基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１０】図９に示す基準化低域通過フィルタの等価変換の例を示す回路図である。
【図１１】（ａ）の回路を（ｂ）の飛び越し結合を含む形へ等価変換する例を示す回路図である。
【図１２】図10に示す回路を図11に示す飛び越し結合を含む回路へ等価変換した基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１３】図12に示す回路のインダクタを容量に等価変換した基準化低域通過フィルタの例を示す回路図である。
【図１４】（ａ）の虚ジャイレータを（ｂ）の定リアクタンス素子のπ型等価回路へ等価変換する例を示す回路図である。
【図１５】基準化低域通過フィルタを帯域通過フィルタへ等価変換した例を示す回路図である。
【図１６】マイクロストリップ線路共振器を構成する１組の１／４波長結合マイクロストリップ線路を示す平面図である。
【図１７】１／４波長結合マイクロストリップ線路の狭帯域等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｌ・・・直線状のマイクロストリップ線路から成る１／２波長マイクロストリップ線路共振器
Ｈ・・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る１／２波長マイクロストリップ線路共振器
Ｈ’・・ヘアピン状のマイクロストリップ線路から成る１波長マイクロストリップ線路共振器
Ｍ・・・直線状１／４波長マイクロストリップ線路
Ｃ・・・飛び越し結合回路
Claims (4)
- 直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続して成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、
前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとを飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記第１番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の入力側ポートと前記第ｎ番目の１／２波長マイクロストリップ線路共振器の出力側ポートとの間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る前記飛び越し結合回路を接続したことを特徴とする分布定数フィルタ。 - 直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、
前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る前記飛び越し結合回路を接続したことを特徴とする分布定数フィルタ。 - 第１および第２のフィルタブロックであって、
前記第１および第２のフィルタブロックはそれぞれ、
直線状およびヘアピン状のマイクロストリップ線路を含んで成る、通過帯域の中心周波数に対応する１／２波長マイクロストリップ線路共振器をｎ（ｎは４以上の偶数）個、それぞれ隣接する共振器間で略１／４波長結合させて順次接続し、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器に外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて成るとともに、ヘアピン状のマイクロストリップ線路共振器が２個隣接して接続される場合は、開口部が互いに異なる向きとなるように接続され、
前記直線状のマイクロストリップ線路の個数および前記ヘアピン状のマイクロストリップ線路の個数をそれぞれ奇数とすることで、第１番目および第ｎ番目の前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路と結合している側の端部を、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間を飛び越し結合回路で結んだときに、結合した共振器と交差しないように配置し、前記直線状１／４波長マイクロストリップ線路間に、スリットを介して容量結合したａ／２波長マイクロストリップ線路とｂ／２波長マイクロストリップ線路と（ａ，ｂは自然数）から成る前記飛び越し結合回路を接続して成り、
前記第１および第２のフィルタブロックは、前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続されるとともに、
前記第１フィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値と、前記第２のフィルタブロックの飛び越し結合回路のマイクロストリップ線路におけるａ＋ｂの値とを互いに異ならせ、それらの差が奇数となるようにしたことを特徴とする分布定数フィルタ。 - 複数の請求項２記載の分布定数フィルタを前記外部回路接続用の直線状１／４波長マイクロストリップ線路を共有させて縦続接続するとともに、
前記１／２波長マイクロストリップ線路共振器の少なくとも１個を１波長マイクロストリップ線路共振器に置き換えたことを特徴とする分布定数フィルタ。
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