JP4602240B2

JP4602240B2 - 短絡手段、および短絡手段を備える先端短絡スタブ、共振器並びに高周波フィルタ

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Publication number: JP4602240B2
Application number: JP2005360123A
Authority: JP
Inventors: 哲大和田; 諭米田; 英征大橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: JP2007166270A

Description

この発明は、マイクロ波帯及びミリ波帯で用いられる高周波回路の短絡手段に関するもので、主に、マイクロストリップ線路やストリップ線路等で構成された先端短絡スタブ、共振器、あるいは、先端短絡スタブや共振器を用いて構成されるフィルタやインピーダンス整合回路などの回路の構成要素となる短絡手段に関する。

従来の高周波回路の短絡手段として、主面に信号導体としてのストリップ導体が形成され、裏面に地導体が形成された誘電体基板に、ストリップ導体と地導体とを電気的に接続する短絡導体として機能するスルーホールを設ける先端短絡スタブがある。

ところで、先端短絡スタブは構造が簡素で非常に良く用いられるが、誘電体基板の主面にストリップ導体を形成する製造プロセスと、スルーホールを形成する製造プロセスとが、通常は別々であるため、ストリップ導体に対するスルーホールの位置の変動を避けられない。スルーホールの位置ずれが生じると、先端短絡スタブの電気長が位置ずれに対応する電気長の分だけ変化するため、スタブの電気特性を考える上での基準面（ストリップ導体と先端短絡スタブとの接続部）からスタブ側を見たときの反射特性（入力インピーダンス）が変動するという課題がある。特に、スルーホールが先端短絡スタブの長手方向にストリップ導体に対して位置ずれを起こした場合に、前記反射特性の変動が顕著となる。こういった問題は、先端短絡スタブだけではなく、同様な短絡手段を用いて構成されたマイクロストリップ線路形共振器や、フィルタあるいは増幅器やアンテナのインピーダンス整合回路等でしばしば発生し、回路の歩留まりを低下させる。

小西良弘著、「マイクロ波回路の基礎とその応用」、総合電子出版、第３０８頁

以上のように、従来の短絡手段では、信号導体としてのストリップ導体と地導体を電気的に接続する短絡導体が信号導体に対して所定の位置から位置ずれすることによる回路の特性変動を避けることができず、特性ばらつきにより回路の歩留まりが低下するという課題があった。この問題は、周波数が高くなり、波長に対して位置ずれ量が大きくなるほど顕著となる。

この発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、信号導体と地導体からなる伝送線路を用いて構成された種々のマイクロ波ミリ波回路において、信号導体と地導体を短絡導体で接続して構成される短絡手段の特性変動を低減し、前記のような短絡手段を有するマイクロ波ミリ波回路の歩留まりを向上することができる短絡手段、および短絡手段を備える先端短絡スタブ、共振器並びに高周波フィルタを得ることを目的としている。

この発明に係る短絡手段は、２つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた４端子回路の結合線路と、前記２つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する２つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する２つの端子のうち、一方の端子を前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残りの端子を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段であって、前記入出力端子から前記短絡手段側を見込んだ入力リアクタンスをＸ _ｃ、前記結合線路の電気長をθ _ｃ、前記結合線路の結合線路インピーダンスの偶モードインピーダンス及び奇ノードインピーダンスをＺ _ｅ及びＺ _ｏｏとし、前記入出力端子に前記外部回路としてつながる伝送線路の特性インピーダンスＺ _ａと等しい特性インピーダンスＺ _ｓと任意の電気長θ _ｓとを有する伝送線路からなる先端短絡回路の入力リアクタンスをＸ _ｓとしたとき、設計中心周波数において、下記の連立方程式

が成り立つように、θ _ｃ、Ｚ _ｅ、Ｚ _ｏｏが定められていることを特徴とすものである。

また、他の発明に係る短絡手段は、上記記載の短絡手段と同一構成でなる２つの短絡手段と、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路とを備え、前記２つの短絡手段を双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ前記２つの短絡手段の入出力端子にそれぞれ前記中継線路の一端を接続するとともに、前記中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子としたものである。

また、他の発明に係る短絡手段は、３つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路と、前記３つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体と、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する３つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、中央の１つを前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残る両側の２つの端子のそれぞれに前記中継線路の一端を接続し、さらに、２つの中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子としたものである。

また、さらに他の発明に係る短絡手段は、３つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路と、前記３つの伝送線路を接続する接続線路と、２つの短絡導体とを備え、前記結合線路の一方の側で隣接する３つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、両側の２つの端子のそれぞれを短絡導体で地導体と短絡し、中央の端子を入出力端子としたものである。

さらに、この発明に係る先端短絡スタブ、共振器または高周波フィルタは、上記記載のうちいずれかの短絡手段を備えるものである。

この発明によれば、略平行に並べられた２つの短い線路を電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の２つの端子をひとつにまとめるとともに、他方の側の２つの端子のうちの一方をスルーホール等で地導体とストリップ導体を短絡し、且つ、残る端子を他の回路へと繋ぐための入力端子として短絡手段とした。このため、スルーホールがストリップ導体に対して位置ずれを起こしても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が小さく、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。

また、上述した短絡手段を２つ用い、これらを並列接続するとともに、短絡手段の中心線に関して対称となるようにレイアウトした。このため、スルーホールがストリップ導体に対していずれの方向に位置ずれを起こしても短絡手段としての特性変動が小さく抑えられ、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。

また、略平行に配置された３つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路において、その一方の側の３つの端子をひとつにまとめ、他方の側の中央の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る２つの端子に伝送線路をそれぞれ接続し、これらの伝送線路の一端を並列接続する形で一つに束ね短絡手段としている。このため、ストリップ導体に対するスルーホールの位置ずれによる特性変動が小さく、前記短絡手段を用いることで、コンパクトかつ歩留まりの良い回路を得られる効果がある。

また、略平行な３つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の３つの端子をひとつにまとめ、他方の側の両側の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る中央部の端子を入力端子として短絡手段としている。このため、導体パターンに対してスルーホールの位置ずれが生じても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が少ない。また、線路の引き回しが少ないことからコンパクトな短絡手段が得られるという効果がある。

さらに、上記記載のいずれかの短絡手段を用いて共振器あるいはフィルタを構成した。このため、共振周波数の変動の少ない共振器またはフィルタが得られるという効果がある。また、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域が近接している場合など、従来の短絡手段を用いていたのでは実現が困難な電気特性のフィルタを実現可能にするという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波回路の短絡手段を用いて構成されたマイクロストリップ線路形先端短絡スタブを上方から見た図であり、また、図２は、図１に示したＡ−Ａ’線での矢視断面図である。図１および図２に示すように、誘電体基板１の主面には、信号導体としてのストリップ導体２、先端短絡スタブ５が形成され、裏面には、地導体３が形成されている。また、誘電体基板１の主面には、ストリップ導体２と地導体３を電気的に接続する短絡導体として機能するスルーホール４が形成されている。なお、６は先端短絡スタブ５が接続された主線路、７ａおよび７ｂは入出力端子、８はストリップ導体２と地導体３をスルーホール４により電気的に短絡する短絡手段、９は先端短絡スタブ５の電気特性を考える上での基準面を示している。

また、図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態１に係る先端短絡スタブ５の図１と同様な上面図と、一部分解図および等価回路図を示している。図３（ａ）において、１０は略平行に並べられた２つのマイクロストリップ線路を電磁界結合させて成る結合線路を示し、１１ａ、１１ｂは結合線路１０の信号導体となる２つの伝送線路、１２は伝送線路１１ａ、１１ｂを接続する短い接続線路を示す。

すなわち、本実施の形態１に係る先端短絡スタブ５は、図３（ｂ）に示すように、使用周波数帯域にて１／８波長以下の電気長を有する２つの伝送線路１１ａ、１１ｂを略平行に配置して相互に電磁界結合させた４端子回路の結合線路１０と、接続線路１２と、短絡導体としてのスルーホール４（スルーホール４に付随する導体パターン１３を含む）とを備え、結合線路１０の一方の側の２端子を接続線路１２で接続し、他方の側の２端子のうちの一方の１端子をスルーホール４で地導体３とストリップ導体２を接続し、さらに、残る他方の１端子を主線路６へと繋ぐための入出力端子とした、結合線路形の短絡手段を有する先端短絡スタブとなっている。結合線路１０の結合度（結合線路インピーダンス）と電気長は、設計中心周波数ｆ_０にて、所定の条件を満足するように値が選択されている。

次に動作について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、先端短絡スタブ５をＡ部とＣ部の２つに分け、図３（ｃ）に示すように、Ｃ部の入力インピーダンスをＸ_ｃ、結合線路部分の電気長をθ_ｃ、結合線路インピーダンスをＺ_ｅ（偶モードインピーダンス）、Ｚ_ｏｏ（奇モードインピーダンス）とする。このとき、入力インピーダンスＸ_ｃと、Ｘ_ｃの電気長θ_ｃに対する変化率は、次式（１）で表される。

次に、図４に示すように、図３におけるＣ部を、任意の設計中心周波数ｆ_０において、或る電気長θ_ｓおよび特性インピーダンスＺ_ｓ（Ｚ_ｓはＺ_ａに等しいか、近い値とする）を有する伝送線路の先端で地導体と短絡された回路に置き換えることを考える。この回路の入力インピーダンスをＸ_ｓとする。このとき、入力インピーダンスＸ_ｓと、Ｘ_ｓの電気長θ_ｃに対する変化率は、次式（２）で与えられる。

ここで、設計中心周波数ｆ_０において、以下の条件式（３）が成り立つものとする。

次に、式（３）が成り立つとき、ストリップ導体２に対するスルーホール４の位置ずれが図１におけるｘ方向に生じた場合に、本実施の形態１の先端短絡スタブ５の特性がどのようになるかを説明する。まず、図５に、スルーホール４がストリップ導体２のパターンに対して、−ｘ方向に微小な電気長Δだけ位置ずれした時の図１の回路を上方から見た図、および、そのときの等価回路を示す。回路の上面図では、スルーホール４の本来あるべき位置を点線で記した。

この場合、先端短絡スタブ５のＣ部の電気長θ_ｃはΔだけ長くなり、その一方で、Ａ部の電気長θ_ａはΔだけ短くなる。式（３）が成り立つとすると、Ｃ部は、図５に示すように、電気長θ_ｓ＋Δ、特性インピーダンスＺ_ｓの先端短絡回路とほぼ等しくなる。したがって、先端短絡スタブ５は、電気長θ_ａ−Δ、特性インピーダンスＺ_ａの伝送線路と、電気長θ_ｓ＋Δ、特性インピーダンスＺ_ｓ（≒Ｚ_ａ）の先端短絡線路の縦続接続となり、このため、基準面９から先端短絡スタブ５を見込む入力インピーダンスＸ_ａは、位置ずれの無いときの図４の場合からほとんど変化しない。

一方、スルーホール４がストリップ導体２のパターンに対して＋ｘ方向に微小な電気長Δだけ位置ずれした場合を図６に示す。−ｘ方向に位置ずれが生じた場合と同様に、式（３）が成り立つならば、位置ずれが生じた後もＸ_ｃとＸ_ｓはほぼ一致し、図６に示したようなＣ部の置換が成立する。この結果、スタブの入力インピーダンスＸ_ａは位置ずれの無い状態から不変となる。

ところで、式（３）を、簡単化のため、Ｚ_ｅ＝Ｚ_ｓ＝Ｚ_ａとし、θ_ｃとＺ_ｏｏを未知数とする連立方程式とすると、任意のθ_ｓに対するθ_ｃとＺ_ｏｏを数値的に求めることができる。図７に、その計算結果の一例を示す。Ｚ_ｅ＝４０、５０、６０Ωの３つの場合について解を求めたものである。また、一例として、図８に、本実施の形態１に記した短絡手段の特性変動の計算結果特性変動の計算結果を記す。設計中心周波数を１０ＧＨｚとし、スルーホール４の位置ずれが２．５度としたときの、短絡手段としての入力インピーダンスＸの特性変動を示している。ちなみに、１０ＧＨｚで２．５度という電気長は、ｅｒ＝１０の誘電体基板を用いてマイクロストリップ線路で回路を構成したときの８０ｕｍ程度の物理長に相当する。なお、ｍ１〜ｍ３は、１０ＧＨｚでの反射位相の値を示す。

図８では、入力インピーダンスの代わりに回路の反射位相の周波数特性をグラフ化しており、位置ずれなし、＋ｘ方向の位置ずれ、−ｘ方向の位置ずれの３ケースの反射位相を重ね書きしている。結合線路のインピーダンスは、Ｚ_ｅ＝５０Ω、Ｚ_ｏｏ＝２４．５Ω、電気長θ_ｃは１０度である。これらの値は、図７でθ_ｓを１０度（実際には１０度よりわずかに小さい値）としたときの値に相当する。グラフを見ても判るように、設計中心周波数ｆ_０において、反射位相の変動は±０．１度に満たないことが判る。

一方、図９に、従来の短絡手段で同様なスルーホール位置ずれが生じた場合の反射位相の変動を記す。図８と図９のグラフは同じスケールにて記載しているが、従来の短絡手段ではｆ_０にて±５度の反射位相変動が生じる。このように、本実施の形態１の短絡手段では、特性変動が極めて小さいことがわかる。

また、スルーホールの位置ずれがｙ方向に生じた場合には、マイクロストリップ線路の幅方向へのスルーホールの位置ずれとなるため、短絡手段、ひいては、短絡手段を適用した先端短絡スタブの特性変動はｘ方向の位置ずれにより生じる特性変動に比べて小さい。

ところで、前記の説明では、簡単化のため、接続線路１２の影響は小さいとして等価回路から省略した。接続線路１２が介在しても結合線路の電気長などのパラメータを微調整することで同様な効果を有する短絡手段が得られる点に変わりはない。

以上のように、ストリップ導体パターンに対するスルーホールの位置ずれに起因する先端短絡スタブの特性変動を低減でき、特性の安定したマイクロ波ミリ波回路が得られる。この結果、歩留まりの良いマイクロ波ミリ波回路が得られるという効果がある。

なお、本実施の形態１では、マイクロストリップ線路構造を前提に説明したが、本実施の形態１の回路はストリップ線路（トリプレート線路）等、信号線路と地導体から構成される他の伝送線路で構成した場合においても、同様な効果が得られることは言うまでも無い。

従って、実施の形態１によれば、略平行に並べられた２つの短い線路を電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の２つの端子をひとつにまとめるとともに、他方の側の２つの端子のうちの一方をスルーホール等で地導体とストリップ導体を短絡し、且つ、残る端子を他の回路へと繋ぐための入力端子として短絡手段としたので、スルーホールがストリップ導体に対して位置ずれを起こしても短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が小さく、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図１０に示す先端短絡スタブの基本的な構造は、実施の形態１に記載の先端短絡スタブと同様であるが、本実施の形態２の場合、実施の形態１の短絡手段を２つ用いて、電気長の略等しい伝送線路でなる中継線路１４ａ、１４ｂを介してこれらを一つにまとめることで、一つの短絡手段を構成している。また、図１１に、図１０に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。

すなわち、実施の形態２に係る先端短絡スタブは、実施の形態１と同一構成の短絡手段でなる２つの短絡手段８ａ，８ｂと、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路１４ａ，１４ｂとを備え、２つの短絡手段８ａ，８ｂを双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ２つの短絡手段８ａ，８ｂの入出力端子にそれぞれ中継線路１４ａ，１４ｂの一端を接続するとともに、中継線路１４ａ，１４ｂの他端を電気的に接続し、その接続箇所を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段を備えるものである。

本実施の形態２に係る短絡手段の動作ならびに効果は、実施の形態１に記載の短絡手段と同様であるが、本実施の形態２の場合、実施の形態１に記載の短絡手段を２つ用いて、先端短絡スタブの中心線に関して線対称な形状となるように短絡手段８ａ，８ｂを誘電体基板１上に構成している。このため、図１２に示すような、ｙ方向にスルーホール４が導体パターンに対して位置ずれを生じた場合、入力インピーダンスＸｃ１とＸｃ２が互いに逆方向に変化し、両インピーダンスの変化を相殺する関係を持つ。したがって、ｘ方向のみならず、ｙ方向のスルーホールの位置ずれに対しても先端短絡スタブとしての特性変動が極めて小さくなる。このように、本実施の形態２に係る短絡手段では、実施の形態１に記載の短絡手段に比べ、さらに特性変動の少ない短絡手段が得られ、回路の歩留まり改善が図れる。

従って、実施の形態２によれば、実施の形態１で述べた短絡手段を２つ用い、これらを並列接続するとともに、短絡手段の中心線に関して対称となるようにレイアウトしたので、スルーホールがストリップ導体に対していずれの方向に位置ずれを起こしても短絡手段としての特性変動が小さく抑えられ、歩留まりの良い回路が得られるという効果がある。

実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図１２に示す短絡手段は、実施の形態２と類似した形状となっているが、結合線路を３つの略平行な伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを電磁界結合させた結合線路１０で構成し、その一方の側の３つの端子を接続線路で接続し、他方の側の中央の端子をスルーホール４で地導体と短絡している。さらに、残る２つの端子に電気長θｂ、特性インピーダンスＺｂの伝送線路１４ａ，１４ｂをそれぞれ接続し、これらの伝送線路を接続する形で一つに束ねている。また、図１３に、図１２に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。

すなわち、本実施の形態３に係る先端短絡スタブは、実施の形態１に係る先端短絡スタブの図３（ｂ）に示す分解図の場合と同様に、使用周波数帯域にて１／８波長以下の電気長を有する３つの伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路１０と、３つの伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを接続する接続線路１２と、短絡導体４と、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路１４ａ、１４ｂとを備え、結合線路１０の一方の側で隣接する３つの端子を接続線路１２で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、中央の１つを前記短絡導体４にて地導体３へと短絡し、残る両側の２つの端子のそれぞれに中継線路１４ａ、１４ｂの一端を接続し、さらに、２つの中継線路１４ａ、１４ｂの他端を電気的に接続し、その接続箇所を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段を備えるものである。

本実施の形態３の短絡手段は、結合線路として３線結合線路を用いているが、ｘ方向のスルーホール位置ずれに対しては２線結合線路と基本的に変わりがなく、適切に結合インピーダンスと電気長を選択することで特性変動を低減できる。ｙ方向のスルーホール位置ずれに対しては、結合導体１１ａと１１ｃを流れる電流にアンバランスが生じるが、トータルではほぼ一定となり、特性変動が小さくなることが期待できる。この点は実施の形態２の短絡手段と同様であるが、本実施の形態の短絡手段ではスルーホールが一つでよくコンパクトに回路を構成できる利点がある。

従って、実施の形態３によれば、略平行に配置された３つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路において、その一方の側の３つの端子をひとつにまとめ、他方の側の中央の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る２つの端子に伝送線路をそれぞれ接続し、これらの伝送線路の一端を並列接続する形で一つに束ね短絡手段としているので、ストリップ導体に対するスルーホールの位置ずれによる特性変動が小さく、前記短絡手段を用いることで、コンパクトかつ歩留まりの良い回路を得られる効果がある。

実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４に係る短絡手段を用いて構成された先端短絡スタブの上面図である。図１４に示す短絡手段は、図１２に示す実施の形態３と同様に、３つの略平行な伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを電磁界結合させた結合線路１０で構成し、その一方の側の３つの端子を接続線路１２で接続し、他方の側の中央の端子を主線路２とつながる端子とし、残りの２つの端子をスルーホール４でそれぞれ地導体と短絡している。また、図１５に、図１４に示す先端短絡スタブの等価回路を示す。

すなわち、本実施の形態４に係る先端短絡スタブは、使用周波数帯域にて１／８波長以下の電気長を有する３つの伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路１０と、３つの伝送線路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを接続する接続線路１２と、２つの短絡導体４とを備え、結合線路１０の一方の側で隣接する３つの端子を接続線路１２で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、両側の２つの端子のそれぞれを短絡導体４で地導体３と短絡し、中央の端子を入出力端子とした短絡手段を備えている。

本実施の形態４に係る短絡手段は、結合線路１０として３線結合線路を用いているが、ｘ方向のスルーホール位置ずれに対しては２線結合線路と基本的に変わりがなく、適切に結合インピーダンスと電気長を選択することで特性変動を低減できる。ｙ方向のスルーホール位置ずれに対しては、伝送線路１１ａと１１ｃを流れる電流にアンバランスが生じるが、トータルではほぼ一定となり、入力インピーダンスＸｃの変動は小さくなることが期待できる。本実施の形態４に係る短絡手段では、スルーホールが２つ必要であるが、短絡手段を構成する伝送線路の特性インピーダンスや電気長次第では実施の形態３の短絡手段よりもさらにコンパクトに回路を構成できる利点がある。

従って、実施の形態４によれば、略平行な３つの短い線路を互いに電磁界結合させてなる結合線路の一方の側の３つの端子をひとつにまとめ、他方の側の両側の端子をスルーホールで地導体と短絡し、且つ、残る中央部の端子を入力端子として短絡手段としているので、導体パターンに対してスルーホールの位置ずれが生じても前記短絡手段を用いて構成された回路の特性変動が少ない。また、線路の引き回しが少ないことからコンパクトな短絡手段が得られるという効果がある。

実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５に係る短絡手段を用いた共振器を含むフィルタの上面図である。図１６に示すフィルタは、λ／４共振器１５ａ、１５ｂ、１５ｃの短絡手段として、実施の形態４と同様な短絡手段８ａ、８ｂ、８ｃを適用し、前記共振器１５ａ、１５ｂ、１５ｃを主線路２に平行に沿わせる形で電磁界結合させたものである。また、図１７に、その等価回路を示す。

本実施の形態５のフィルタの等価回路は、共振周波数のλ／４間隔で共振器１５ａ、１５ｂ、１５ｃが主線路２に対してシャントに装荷された回路となる。共振器１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、シャントの直列共振回路とみなすことができ、したがって、本実施の形態５のフィルタは、共振周波数では入出力端子から入射したマイクロ波を完全反射する。共振周波数から離れた周波数では、共振器は容量の小さい容量素子、あるいは、大きなインダクタンスを持つ誘導素子とみなせるため、一方の入出力端子から回路に入射したマイクロ波の大半が主線路を通過して他方の入出力端子へと伝播する。こうして、本回路は、共振周波数の近傍の周波数帯を阻止帯域とする帯域阻止フィルタとして動作をする。

本実施の形態５に係るフィルタでは、共振器１５ａ、１５ｂ、１５ｃの短絡手段として実施の形態４と同様な短絡手段８ａ、８ｂ、８ｃを適用した。このため、スルーホール４の位置ずれに起因する共振周波数の変動を極めて小さく抑えることができる。図１８に本フィルタの特性（計算値）を示す。設計条件と誘電体基板について情報を図１８に記載した。Ｋｕ帯（１３ＧＨｚ帯）で誘電率１０の基板を使ってフィルタを構成し、阻止帯域と通過帯域の間隔を３％弱としたものである。図１８では、図１６のｙ方向にスルーホール位置ずれ０ｕｍ、−５０ｕｍ、＋５０ｕｍをそれぞれ与えた場合の３つの特性を重ねがきしているが、特性の変動は極めて小さい。

一方、図１９に、同じ設計条件で、従来の短絡手段を用いたフィルタの周波数特性を示す。パラメータは図１８と同様にスルーホール位置ずれである。この結果を見ても判るように、従来の短絡手段を用いたフィルタでは、阻止帯域が２％以上変動してしまい、全く実現性が無いということがわかる。図１９に見られる帯域変動は、中心周波数での共振器の物理寸法である１／４波長（波長短縮考慮）に対する位置ずれ量５０ｕｍの比率が、およそ２％となることに起因する。すなわち、従来の短絡手段では、比誘電率１０程度の誘電体基板を用いて図１８に記した仕様のフィルタを実現しようとしても実質的に不可能ということが判る。このように、本実施の形態５に係るフィルタは、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域の間隔が狭い、従来実現が困難なフィルタを実現可能にする。

なお、以上では、１／４波長共振器を用いた帯域阻止フィルタについて説明したが、共振器の構成は１／４波長でなくとも短絡手段を含むものであればインピーダンス整合回路や他の高周波回路の何れでも同様な効果が期待できることは言うまでも無い。また、フィルタの回路形式も帯域阻止フィルタに限られるものではなく、１／４波長共振器を用いた帯域通過フィルタ、先端短絡スタブを用いて構成される高域通過フィルタなど、短絡手段を有するあらゆるフィルタで同様な効果が期待できる。その他、線路の形式もマイクロストリップ線路のみならず、トリプレート線路を始めその他の平面回路形線路でも同様な効果が望めることができる。また、誘電体基板も、単層の基板から多層基板までいずれを用いてもよい。

従って、実施の形態５によれば、実施の形態１から４のいずれかの短絡手段を用いて先端短絡スタブ、共振器あるいはフィルタを構成できるため、共振周波数の変動の少ないものが得られるという効果がある。また、マイクロ波の通過を抑止したい帯域と通過させたい帯域が近接している場合など、従来の短絡手段を用いていたのでは実現が困難な電気特性のフィルタを実現可能にするという効果がある。

この発明の実施の形態１に係る先端短絡スタブの上面図である。この発明の実施の形態１に係る先端短絡スタブのスルーホールを含む面での断面図である。この発明の実施の形態１に係る先端短絡スタブの分解図および等価回路を説明した図である。この発明の実施の形態１に係る短絡手段の動作原理を説明するための図で、図３におけるＣ部を先端短絡の短い伝送線路で置き換えることを説明する図である。この発明の実施の形態１に係る先端短絡スタブにおいて、ｘ方向のスルーホール位置ずれが生じたときの回路の上面図と、その等価回路を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る先端短絡スタブにおいて、−ｘ方向のスルーホール位置ずれが生じたときの回路の上面図と、その等価回路を説明する図である。式（３）をある条件のもとで解いた場合の解を示すグラフである。この発明の実施の形態１に係る短絡手段の電気的効果と計算結果を示すもので、スルーホール位置ずれが生じたときの短絡手段の反射位相の変動を示す図である。従来の短絡手段においてスルーホール位置ずれが生じたときの反射位相の変動を示す図である。この発明の実施の形態２に係る短絡手段を用いた先端短絡スタブの上面図である。この発明の実施の形態２に係る先端短絡スタブの等価回路図である。この発明の実施の形態３に係る短絡手段を用いた先端短絡スタブの上面図である。この発明の実施の形態３に係る先端短絡スタブの等価回路図である。この発明の実施の形態４に係る短絡手段を用いた先端短絡スタブの上面図である。この発明の実施の形態４に係る先端短絡スタブの等価回路図である。この発明の実施の形態５に係る短絡手段を用いたλ／４共振器で構成したフィルタの上面図である。この発明の実施の形態５に係るフィルタの等価回路図である。この発明の実施の形態５に係るフィルタの特性の計算結果を示す図である。図１８と同じ設計条件で、従来の短絡手段を用いたフィルタの周波数特性を示す図である。

符号の説明

１誘電体基板、２信号導体（ストリップ導体）、３地導体、４短絡導体（スルーホール）、５先端短絡スタブ、６主線路、７入出力端子、８短絡手段、９基準面、１０結合線路、１１結合導体、１２接続線路、１５共振器、１４中継線路。

Claims

２つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた４端子回路の結合線路と、前記２つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体とを備え、
前記結合線路の一方の側で隣接する２つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する２つの端子のうち、一方の端子を前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残りの端子を外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段であって、
前記入出力端子から前記短絡手段側を見込んだ入力リアクタンスをＸ _ｃ、前記結合線路の電気長をθ _ｃ、前記結合線路の結合線路インピーダンスの偶モードインピーダンス及び奇ノードインピーダンスをＺ _ｅ及びＺ _ｏｏとし、前記入出力端子に前記外部回路としてつながる伝送線路の特性インピーダンスＺ _ａと等しい特性インピーダンスＺ _ｓと任意の電気長θ _ｓとを有する伝送線路からなる先端短絡回路の入力リアクタンスをＸ _ｓとしたとき、設計中心周波数において、下記の連立方程式

が成り立つように、θ _ｃ、Ｚ _ｅ、Ｚ _ｏｏが定められている
ことを特徴とする短絡手段。
請求項１に記載の短絡手段と同一構成でなる２つの短絡手段と、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路とを備え、
前記２つの短絡手段を双方の結合線路が略平行となるように配列し、かつ前記２つの短絡手段の入出力端子にそれぞれ前記中継線路の一端を接続するとともに、前記中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段。
３つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路と、前記３つの伝送線路を接続する接続線路と、短絡導体と、電気長の略等しい伝送線路で成る２つの中継線路とを備え、
前記結合線路の一方の側で隣接する３つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、中央の１つを前記短絡導体にて地導体へと短絡し、残る両側の２つの端子のそれぞれに前記中継線路の一端を接続し、さらに、２つの中継線路の他端を電気的に接続し、その接続箇所を前記外部回路と接続するための入出力端子とした短絡手段。
３つの伝送線路を略平行に配置して相互に電磁界結合させた６端子回路の結合線路と、前記３つの伝送線路を接続する接続線路と、２つの短絡導体とを備え、
前記結合線路の一方の側で隣接する３つの端子を前記接続線路で電気的に接続するとともに、他方の側で隣接する３つの端子のうち、両側の２つの端子のそれぞれを短絡導体で地導体と短絡し、中央の端子を入出力端子とした短絡手段。
請求項１ないし４のいずれかに記載の短絡手段を備える先端短絡スタブ。
請求項１ないし４のいずれかに記載の短絡手段を備える共振器。
請求項１ないし４のいずれかに記載の短絡手段を備える高周波フィルタ。