JP4769830B2 - デュアルモードフィルタ及びチューニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信等の分野で用いられる高周波フィルタに関し、特に、リング型共振器を用い、このリング型共振器に電磁界的な不連続性を生じさせることによって、２つの異なる共振モードを発生させるデュアルモードフィルタとそのチューニング方法に関する。

近年、携帯電話の普及、発展に伴い、高速・大容量の伝送技術が不可欠になってきている。高速・大容量の通信を実現するために、広い周波数帯域を確保する必要があり、無線通信で用いる周波数帯が高周波の方向にシフトしている。そのため、無線通信用のフィルタにとっては、高周波領域においても、所望の通信周波数のみを選択的に通過させ、それ以外の周波数成分を急峻に遮断するフィルタ特性が求められる。また、高周波回路素子を用いた無線通信機器には、小型化、軽量化も強く求められる。

リング型共振器は、１波長、又は波長の整数倍の電気路長を円周とするリングで構成された共振器フィルタとして知られている。リング共振器のスペース効率を上げるために、ひとつの共振器で２つの共振モード（デュアルモード）を発生させて、より急峻なフィルタ特性を得る方法が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。

特許文献１の構成では、リング型共振器と電磁気的に結合する入力線路および出力線路を互いに直交するように配置し、リング型共振器上の２つの結合点の間、すなわち入力線路との結合点と出力線路との結合点の間にスタブを設けて、これを電磁界的な不連続点（perturbation）とすることによってデュアルモードを発生させている。この方法では、共振器リングの不連続点付近に電流集中が発生するため、耐電力性が悪くなることが懸念される。

特許文献２では、リング型共振器と電磁気的に結合する入力線路および出力線路を、互いに直交するように配置し、入出力線路とリング型共振器との結合点からみて対称となる位置に、共振器リングの外周に沿って分布結合線路を配置する。これによって、リング型共振器にデュアルモードを発生させている。特許許文献２では、分布結合線路の配置位置が結合点からみた対称位置に限定されており、配置の自由度が低い。
特許第３３０４７２４号公報 特開２０００−２０９００２号公報

本発明は、小型化に寄与することができ、設計の自由度とチューナビリティを高めたデュアルモードフィルタを提供することを課題とする。

良好な実施形態では、デュアルモードフィルタは、
リング型共振器と、
前記リング型共振器と電磁気的に結合するようにリング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
前記リング型共振器の内側に位置し、前記入力フィーダおよび出力フィーダの延長線とオーバラップしないように配置されるデュアルモード発生線路と、
を有する。

例えば、前記デュアルモード発生線路は、前記リング型共振器と電磁気的に結合する第１ポートおよび第２ポートと、これらのポート間を接続する円弧状の導波路とで構成される。

良好な実施例では、デュアルモード発生線路のリング型共振器への電磁気的な結合点の少なくとも一方の上方に、デュアルモード発生線路及びリング型共振器に対して垂直方向に移動可能な誘電体部材を配置する。誘電体部材の上下位置を調節することによって、リング型共振器とデュアルモード発生線路との間の容量を変化させ、デュアルモード結合係数を変化させることによってフィルタ特性を調整することができる。

本発明の第２の側面では、デュアルモードフィルタを多段に接続した多段フィルタを提供する。この多段フィルタは、各々が、リング型共振器と、前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、前記入力フィーダと出力フィーダのそれぞれの延長線とオーバラップしないように前記リング型共振器の内側に配置されるデュアルモード発生線路とで構成される共振器を２つ以上多段に接続し、前記２つ以上の共振器において、隣接する２つの共振器は互いに点対称となるように配置されている。隣接するデュアルモード共振器を点対称に配置することによって、急峻な周波数遮断特性を得ることができる。

第３の側面では、共振器フィルタのチューニング方法を提供する。このチューニング方法において、
誘電体基板上に形成されるリング型共振器の内側に、前記リング型共振器と電磁気的に結合する第１及び第２のポートとこれらのポート間を接続する円弧状の導波路を含むデュアルモード発生線路を配置して共振器フィルタを形成し、
前記デュアルモード発生線路の電気長、線路幅、及び前記デュアルモード発生線路と前記リング型共振器との結合量のうちの少なくとも一つを変化させて前記共振器フィルタの特性を調整する。

良好な実施例では、前記第１及び第２のポートの少なくとも一方と前記リング型共振器との前記結合部の上方に、誘電体ブロックを配置し、
前記誘電体ブロックを、前記ポート及び前記リング型共振器に対して垂直方向に移動して、前記共振器フィルタの特性を調整する
工程をさらに含む。

設計の自由度が高く、急峻なフィルタ特性を有するデュアルモードフィルタが実現される。また、簡単な構成で、フィルタ特性を調整することが可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るデュアルモード共振器フィルタを構成するリング型共振器の概略構成図である。図１（ａ）に示すように、共振器フィルタは、リング型共振器１２と、このリング型共振器に対して互いに直交するように配置され、それぞれリング型共振器と電磁気的に結合する入力フィーダ１３ａおよび出力フィーダ１３ｂと、リング型共振器１２の内側に配置されるデュアルモード発生線路１５を有する。デュアルモード発生線路１５は、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線Ｘ、Ｙとオーバラップしないように配置されている。

図１（ｂ）に示すように、デュアルモード発生線路１５は、リング型共振器１２と電磁気的に結合する第１ポート１５ａおよび第２ポート１５ｂと、これら２つのポートの間を接続する円弧状の導波路１５ｃを有する。デュアルモード発生線路１５の電気長Ｌeqは、第１ポート１５ａおよび第２ポート１５ｂの開き角を９０°未満の範囲内で変えることによって変更できる。あるいは、第１ポート１５ａと第２ポート１５ｂの開き角を固定にして、導波路１５ｃの曲率を変えることによっても変更できる。ここで、電気長Ｌeqは、第１ポート１５ａとリング型共振器１２との間の電磁気的な結合点Ｃ1と、第２ポート１５ｂとリング型共振器１２との間の電磁気的な結合点Ｃ2との間の線路長である。

より具体的には、デュアルモード発生線路１５の電気長Ｌeqは、リング型共振器１２の円周の１／４よりも小さい範囲で設定される。たとえば、第１ポート１５ａと第２ポート１５ｂ間の開き角度に対応するリング型共振器１２の弧の長さ以上、かつリング型共振器１２の円周の１／４未満に設定する。開き角度としては、３６°以上、９０°未満が望ましい。開き角度が３６°よりも小さくなると、デュアルモード発生線路とリング共振器との電気的なカップリングが得にくくなるからである。

第１ポート１５ａと第２ポート１５ｂの結合位置を固定にした場合、たとえば、開き角度４５°で固定にした場合でも、リンク型共振器１２が、所望周波数の信号の１波長分を円周として設計される場合は、デュアルモード発生線路１５の電気長Ｌeqと、デュアルモード発生線路１５の幅（すなわち、導波路１５ｃの幅）Ｗ1の少なくとも一方を変えることにより、デュアルモード発生線路１５とリンク共振器１２とのカップリング（結合）を調整することができる。デュアルモード発生線路１５の長さを長くすることによりバンドパスフィルタの通過周波数帯域幅を大きくすることができる。デュアルモード発生線路１５（導波路１５ｃ）の幅Ｗ1を狭くすることによっても帯域幅を変化させることができる。また、後述するように、デュアルモード発生線路１５とリンク型共振器１２との結合容量を変えることによっても調整可能である。

デュアルモード発生線路１５の配置位置は、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線Ｘ、Ｙとオーバラップしない限り、任意の位置に配置することができるが、入力フィーダ１３ａの延長線Ｘを０°としたときに、中心位置が４５°±ｎπ／２の位置にあるように配置されるのが望ましい。したがって、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）にそれぞれ示すように、１３５°（４５°＋π／２）、２２５°（４５°±π）、３１５°（４５°＋３π／２又は４５°−π／２）の位置であってもよい。もっとも、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線Ｘ，Ｙとオーバラップしなければよいので、デュアルモード発生線路１５の中心線が４５°±ｎπ／２から外れて配置されてもよい。

デュアルモード発生線路の配置例としては、入力フィーダの延長線上を０°としたときに、４５°±ｎπ／２（ｎは自然数）の位置にデュアルモード発生線路の中心が位置するように配置するのが望ましいが、互いに直交する入出力フィーダの延長線とオーバラップしないかぎり、４５°の位置から中心がずれていてもよい。

図１に戻って、図１（ａ）において、入力フィーダ１３ａを伝搬してきた信号（キャリア波）は、リング型共振器１２と電磁気的に結合し、リング型共振器１２に沿って時計方向と反時計方向に均等に伝搬する。キャリア波の電界強度は、入力フィーダ１３ａとリング型共振器１２との結合部で最も大きい。たとえば時計周り方向を考えると、入力フィーダに対して３π／２位相のずれた位置に配置される出力フィーダ１３ｂでは、リング型共振器１２のみを伝搬してきた電磁波の電界は最も小さくなり、結合することなく通過する。しかし、デュアルモード発生線路１５の第１ポート１５ａはリング型共振器１２と電磁気的に結合することから、リング型共振器を伝搬してきた電磁波の一部は、第１ポートから導波路１５ｃへと伝搬する。この電磁波は、さらに第２ポート１５ｂでリング型共振器１２に結合して出力フィーダ１３ｂに向かって伝搬する。この意味で、デュアルモード発生線路１５は、帰還路として機能する。

今、デュアルモード発生線路１５の電気長がλ／８、これに対向するリング型共振器１２の円弧部分の電気長もλ／８とすると、出力フィーダ１３ｂに現われる反射波の位相は、入力フィーダ１３ａとの結合部分から２πずれており、電界強度は最も強くなる。したがって、デュアルモード発生線路１５により反射された成分は、出力フィーダ１３ｂと結合して、共振器から出力される。

反時計回りに伝搬した電磁波についても同様のことが起こり、デュアルモード発生線路１５で反射した成分が出力フィーダ１３ｂに出力される。これは、リング型共振器１２に２つの直交する共振モードが生じることを意味する。２つの共振モードの結合の大小は、後述するように、デュアルモード発生線路１５の電気長Ｌeq、線路幅Ｗ1、およびデュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２の結合容量の少なくともひとつによって調整される。

デュアルモード発生線路１５はリング型共振器１２の内側に配置されていることから、スペース効率がよく小型化に有利である。また、リング型共振器１２もデュアルモード発生線路１５も円弧に形成されていることから、エッジに沿って多少の電流密度が集中するとしても、そのような電流密度の集中も全体に均等に分散され、局所的な電流密度の集中を回避することができる。したがって耐電力特性が向上する。

図３は、高周波フィルタ装置１０としてパッケージングされたデュアルモードフィルタを示す概略図である。図３（ａ）の断面図および図３（ｂ）の平面図に示すように、リング型共振器１２、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂ、およびデュアルモード発生線路１５は、誘電体基板１１上の同一平面上に形成されている。誘電体基板１１の裏面には、全面にグランド膜１４が形成されており、いわゆるマイクロストリップ構造をとっている。なお、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂ、リング型共振器１２、デュアルモード発生線路１５を上下のグランド膜で挟むいわゆるトリプレート構造を採用しても発明の本質には影響しないので、任意の伝送線路構造を採用することができる。

高周波フィルタ装置１０は、たとえば５ＧＨｚ帯のバンドパスフィルタとして用いられ、リング型共振器１２の電気長は、この帯域での所望のキャリア波長と一致するように構成されている。リング型共振器１２は、良導体、あるいは超伝導材料で形成される。超伝導材料は、高周波領域においても表面抵抗が非常に小さいので、低損失、高Ｑ値の共振器が期待できる点で有利である。その場合、超伝導材料としては、ＹＢＣＯ（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）、ＲＢＣＯ（Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ；Ｒ元素としてＹに代えて、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｈｏを用いる）、ＢＳＣＣＯ（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、ＰＢＳＣＣＯ（Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、ＣＢＣＣＯ（Ｃｕ−Ｂａ_p−Ｃａ_q−Ｃｕ_r−Ｏ_x、1.5<ｐ<2.5、2.5<ｑ<3.5、3.5<ｒ<4.5）等を用いることができる。入出力フィーダ１３ａ、１３ｂやデュアルモード発生線路１５も、リング型共振器１２と同じ超伝導材料で、同じ工程で形成することができる。

具体的な作製例としては、（１００）結晶面が現われている０．５ｍｍ厚のＭｇＯ誘電体基板１１の両面に、ＰＬＤ法により膜厚１００ｎｍのＹＢＣＯ超伝導薄膜を形成し、片面をグラント面１４とし、他方の面に、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、リング型共振器１２、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂ、およびデュアルモード発生線路１５を形成する。

このような共振器パターンが形成された誘電体基板１１は、パッケージ本体３０ａに収容され、上蓋３０ｂにより密閉される。パッケージ３０は、たとえば、金メッキされた銅のシールドケースである。誘電体基板１１の裏面のグランド面１４は、パッケージ本体３０ａの底面と接触している。入出力フィーダ１３ａ、１３ｂは、図示しない接続電極を介して、たとえば金（Ａｕ）のワイヤボンディングでパッケージ本体３０ａの入出力コネクタ３５ａ、３５ｂにそれぞれ接続される。入出力コネクタ３５ａ、３５ｂからは同軸ケーブル（不図示）が延びる。超伝導材料でリング型共振器１２等が構成される場合は、高周波フィルタはパッケージ３０ごと真空冷却チャンバ内に保持される。

図４Ａは、図１の構成のリング型共振器１２において、デュアルモード発生線路１５の導波路長を変えたときのフィルタ特性の変化を示すグラフであり、図４Ｂは、図４Ａのサークルで囲んだ部分Ａの拡大グラフである。

デュアルモード発生線路１５の第１ポート１５ａおよび第２ポート１５ｂの位置を、図１（ａ）のように、開き角度４５°に固定し、かつ、入力フィーダ１３ａの延長線Ｘから４５°の回転位置にデュアルモード発生線路１５の中心が位置するように配置して、導波路１５ｃの長さを２．６１ｍｍ（０．１１５λ）、３．４７ｍｍ（０．１５３λ）、４．１１ｍｍ（０．１８２λ）と変化させてシミュレーションを行った。これらの導波路長は、いずれもλ／８近傍で、λ／４よりも小さい範囲内である。なお、ＹＢＣＯで形成するリング型共振器１２の半径を３．５ｍｍ、線幅を０．５ｍｍに設定している。図４Ａから、いずれの長さにおいても、デュアルモードおよび減衰極の発生により、急峻な周波数遮断特性が得られることがわかる。

また、図４Ｂの拡大グラフから分かるように、導波路１５ｃの長さを調整することによって、中心周波数と帯域幅を調整できることがわかる。より具体的には、デュアルモードのうち、高周波数ｆ２側のピーク位置は変わらないが、低周波数ｆ１側のピーク位置がより低周波数側へとシフトすることがわかる。

図５は、比較例として、デュアルモード発生線路１５の第１ポートと第２ポートの開き角を９０°、すなわち電気長Ｌeqをλ／４に設定したときのフィルタ特性である。図４Ａや図４Ｂの特性と異なり、減衰極が見られず、高周波側に不要な共振が現われることがわかる。したがって、所望の周波数のみを効果的に通過させたい場合は、デュアルモード発生線路１５の電気長をλ／４よりも小さい範囲で設定するのが望ましい。ただし、Ｌeqが小さくなりすぎると、リング共振器１２とデュアルモード発生線路１５が接近しすぎて寄生容量が発生し、互いに共振する恐れがあるので、λ／１０以上、λ／４未満であるのが望ましい。

図６は、導波路長を変化させたときの結合係数ｋの変化を示すグラフである。デュアルモード発生時の２つの異なる共振周波数をｆ１、ｆ２（ｆ１<ｆ２）とすると、共振間結合係数ｋは、
ｋ＝（ｆ２²−ｆ１²）／（ｆ２²＋ｆ１²）
で表わされる。

導波路１５ｃの長さを長くしていくと、結合係数ｋが大きくなり、すなわち、２つの直交モード間の結合が強くなり、共振モード間の間隔が拡がり、通過帯域が広くなる（低周波側の特性がより低周波側へとシフトする）。しがたって、デュアルモード発生線路１５の電気長を設計で制御することにより、所望のフィルタ特性を達成することができる。

図７は、リング型共振器１２の内側での、デュアルモード発生線路１５の配置位置によるフィルタ特性の変化を示すグラフである。図４Ａ，図４Ｂとシミュレーションと同様の条件で、デュアルモード発生線路１５の中心位置を、４５°、１３５°、２２５°、３１５°と変化させたシミュレーションを行った。実線で示すカーブａは、４５°の位置に配置したフィルタ特性、一点鎖線で示すカーブｃは、２２５°（４５°＋π）の位置に配置したフィルタ特性、点線のカーブｂは、１３５°または３１５°の位置に配置したフィルタ特性である。いずれの場合も、入出力フィーダ１３ａ、１３ｂの延長線Ｘ、Ｙとはオーバラップしないように配置されている。

図７のグラフからわかるように、デュアルモード発生線路１５の配置位置の自由度はきわめて高いことがわかる。ただし、所望周波数の近傍での不要周波数の除去に厳しい条件が要求されるときは、４５°または２２５°の位置、すなわち４５°±ｎπ（ｎは自然数）の位置に配置するのが望ましい。

図８は、デュアルモード発生線路１５の線路幅Ｗ1を変化させたときのフィルタ特性の変化を示す図である。図８（ａ）において、リング型共振器１２の内側に配置されるデュアルモード発生線路１５の長さを６．００ｍｍに設定し、幅Ｗ1を、０．２５ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．００ｍｍと増大させていくと、図８（ｂ）のように、帯域幅が拡がる方向に伝送特性が変化する。

図９は、デュアルモード発生線路１５の結合幅Ｗ2を変えることによって、デュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２の間の結合量を変化させたときのフィルタ特性の変化を示す図である。図９（ａ）において、結合幅Ｗ2は、ポート１５ａが（又はポート１５ｂ）がリング型共振器１２に対向する結合部の幅である。このときの線路長は、６．００ｍｍ、ポート１５とリング型共振器１２との間のギャップは７５μｍである。結合幅Ｗ2を１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍと変えていくと、高周波側での特性の変化はわずかであるが、低周波側の特性が低い方へシフトし、その結果、帯域幅が広くなる。

このように、デュアルモード発生線路１５の電気長Ｌeq、線路幅Ｗ1、デュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２との間の結合量（たとえば結合幅Ｗ2）の少なくとも一つを変化させることによって、フィルタ特性を設計段階で所望の値に設定することができる。

図１０は、図１の共振器を多段にしたときの多段フィルタの構成例を示す。この例では、２つのリング型共振器１２Ａ、１２Ｂを用い、これらの共振器を、結合線路１３ｃを介して電磁気的に結合している。リング型共振器２Ａ、デュアルモード発生線路１５Ａ、および入力フィーダ１３ａを第１の共振器、リング型共振器２Ｂ、デュアルモード発生線路１５Ｂ、出力フィーダ１３ｂと第２の共振器とすると、第１の共振器と第２の共振器は、結合線路１３ｃの中心に対して点対称に配置されている。

リング型共振器１２Ａから見ると、結合線路１３ｃは出力フィーダとなり、リング型共振器１２Ｂから見ると、結合線路１３ｃは入力フィーダとなるので、基本構成は図１と同様であるが、多段に構成したことによって、スペース効率が向上する。また、第１の共振器と第２の共振器を点対称に配置したことによって、通過帯域の両側に非常に急峻な減衰極を得ることができ、周波数遮断特性に優れたフィルタが実現される。３段以上の多段フィルタにするときも同様に、隣接する２つの共振器が互いに点対称となるように接続することによって、デュアルモードを有する急峻なフィルタ特性を実現することができる。各リング型共振器１２の内側にデュアルモード発生線路１５が形成されていることから、多段の数が増えるほどスペース効率が良くなり、小型化に有利である。

図１１は、本発明の第２実施形態の高周波フィルタ装置を構成するデュアルモードフィルタの概略図である。上述した実施形態では、デュアルモード発生線路１５の導波路長、線路幅Ｗ1、結合量（結合幅Ｗ2）の少なくとも一つを変化させて、設計段階でフィルタ特性を調整した。しかし、所望の信号波長（周波数）に合わせてデュアルモード発生線路１５を設計しても、実際に製品として作製したときに、パターニング精度誤差や、誘電体基板１１の基板厚のばらつきに起因して、製品間にばらつきが生じる場合がある。そのようなときは、パターニング後に製品間での特性を揃えるために、各製品での微調整が必要になってくる。

そこで、第２実施形態では、デュアルモード発生線路１５のリング型共振器１２への電磁気的な結合点Ｃ1、Ｃ2（図１（ｂ）参照）の少なくとも一方の上方に、誘電体ブロックを配置し、デュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２に対して垂直移動可能に移動可能に保持することによって、パターニング後のフィルタ特性の微調整を可能にする。

図１１の例では、デュアルモード発生線路１５の第１ポート１５ａとリング型共振器１２の間、及び第２ポート１５ｂとリング型共振器１２の間で、これらパターンの上方にそれぞれ誘電体部ブロック５１ａ、５１ｂを配置する。この例では、誘電体ブロック５１として直方体のブロックを用いているが、円柱ブロック、楕円形の円筒ブロックなど、ポートとリング型共振器１２との間の結合部をカバーできる形状であれば、任意の形状を用いることができる。誘電体ブロック５１の材料としては、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等を用いる。

デュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２は、第１実施形態と同様に、誘電体基板１１の両面に、スパッタ法またはＰＬＤ法によりエピタキシャルＹＢＣＯ膜を形成し、片面のみフォトリソグラフィとウェットエッチングでパターニングすることによって形成されている。ここでは、５ＧＨｚ帯のフィルタの作製例として、厚さ０．５ｍｍのＭｇＯ基板１１上に、リングの半径３．５ｍｍ、線幅０．５ｍｍの共振器を形成している。

図１２（ａ）は、図１１のＢ−Ｂ’断面図である。誘電体ブロック５１は、誘電体基板１１上に形成されたデュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２に対して垂直方向に移動可能に保持されている。デュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２との契合部において、誘電体ブロック５１の高さ位置を変えることによって、ポート１５ａ（又は１５ｂ）と、リング型共振器１２との間の容量を変化させて、結合係数のみを変化させることができる。

図１２（ｂ）に示すように、誘電体ブロック５１の高さ位置は、たとえば、パッケージ６０の上蓋６０ｂに取り付けられたねじ式のトリマ５５によって調整することができる。この場合、誘電体ブロック５１は、トリマ５５に接続される支持ロッド５３によって、パッケージ６０内に保持される。パッケージ６０の上蓋６０ａに、誘電体ブロック５１の駆動手段としてのトリマ５５を設けたことを除いて、その他のパッケージ構成は第１実施例と同様である。なお、誘電体ブロック５１の高さ位置を調整する駆動手段は、ねじ式のトリマ５５に限定されず、アクチュエータを用いてもよい。

図１３は、誘電体ブロック５１を配置したときのフィルタ特性を示す図である。図１３（ａ）に示すように、図１１の構成のデュアルモード発生線路１５のポート１５ａ、１５ｂとリング型共振器１２とのギャップ上に、直径０．５ｍｍ、高さ１ｍｍの円柱形のＭｇＯ単結晶誘電体ブロック５１ａ、５１ｂを配置し、その高さ位置を変えてフィルタ特性をシミュレーションする。比較例として、誘電体ブロック５１ａ、５１ｂを配置しないときのフィルタ特性もシミュレーションする。

図１３（ｂ）に示すように、誘電体ブロック５１の共振器１２とデュアルモード発生線路１５に対する高さ位置を、０．１〜０．５ｍｍの範囲で変えることによって、フィルタ特性を変化させることができる。誘電体ブロック５１を配置しない場合（グラフ中の実線）と比較して、誘電体ブロック５１を高さ０．５ｍｍの位置から共振器１２及びデュアルモード発生線路１５に対して０．１ｍｍの位置まで近づけていくと、結合係数が変化して、低周波数側の特性がより低い側にシフトすることがわかる。

なお、図１３のように、誘電体ブロック５１をデュアルモード発生線路１５とリング型共振器１２との電磁気的な結合点の上方に配置する構成は、図１０の多段フィルタにも適用可である。この場合は、多段に組まれた複数の共振器間のフィルタ特性を揃えるという効果も得ることができる。

以上述べたように、本発明によれば急峻なフィルタ特性を有し、設計自由度および／またはチューナビリティが高いデュアルモードフィルタが実現される。また、簡易な構成で、共振器パターンの形成後にフィルタ特性の微調整が可能になる。

最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）
リング型共振器と、
前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
前記リング型共振器の内側に位置し、前記入力フィーダおよび出力フィーダの延長線とオーバラップしないように配置されるデュアルモード発生線路と、
を有することを特徴とするデュアルモードフィルタ。
（付記２）
前記デュアルモード発生線路は、その中心が、前記入力フィーダの延長線を０°として４５°±ｎπ／２（ｎは自然数）の位置に配置されることを特徴とする付記１に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記３）
前記デュアルモード発生線路は、前記リング型共振器とそれぞれ電磁気的に結合する第１ポートおよび第２ポートと、これらのポート間を接続する円弧状の導波路と、で構成されることを特徴とする付記１又は２記載のデュアルモードフィルタ。
（付記４）
前記デュアルモード発生線路の、前記リング型共振器への電磁気的な２つの結合点間の長さは、前記リング型共振器の円周の１／４よりも小さいことを特徴とする付記１に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記５）
前記第１ポートと第２ポートの開き角度は、３６°以上で９０°未満であることを特徴とする付記３に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記６）
前記リング型共振器、デュアルモード発生線路、入力フィーダおよび出力フィーダは、誘電体基板の第１の面に形成され、前記第１の面と反対側の第２の面にグランド層が形成されていることを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載のデュアルモードフィルタ。
（付記７）
前記デュアルモード発生線路の前記リング型共振器への電磁気的な結合点の上方に位置し、前記デュアルモード発生線路及び前記リング型共振器に対して垂直方向に移動可能に配置される誘電体部材、
をさらに有することを特徴とする付記１に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記８）
前記第１ポートと前記リング型共振器との間と、前記第２ポートと前記リング型共振器との間の少なくとも一方に位置し、前記デュアルモード発生線路と前記リング型共振器とに対して垂直方向に移動可能に配置される誘電体部材、
をさらに有することを特徴とする付記３に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記９）
前記誘電体部材を前記垂直方向に駆動する駆動手段、
をさらに有することを特徴とする請求項７または８に記載のデュアルモードフィルタ。
（付記１０）
リング型共振器と、
前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
前記入力フィーダと出力フィーダのそれぞれの延長線とオーバラップしないように前記リング型共振器の内側に配置されるデュアルモード発生線路と、
で構成される共振器を２つ以上多段に接続した多段フィルタであって、
前記２つ以上の共振器において、隣接する２つの共振器は互いに点対称となるように配置されていることを特徴とする多段フィルタ。
（付記１１）
前記デュアルモード発生線路は、その中心が前記入力フィーダの延長線を０°として４５°±ｎπ／２（ｎは自然数）の位置に配置されることを特徴とする付記１０に記載の多段フィルタ。
（付記１２）
デュアルモード発生線路１５のリング型共振器１２への電気的な２点の接続点間の長さは、対応するリング型共振器の円周の１／４未満であることを特徴とする付記１０又は１１に記載の多段フィルタ。
（付記１３）
誘電体基板上に形成されるリング型共振器の内側に、前記リング型共振器と電磁気的に結合する第１及び第２のポート及びこれらのポート間を接続する円弧状の導波路を含むデュアルモード発生線路を配置して共振器フィルタを形成し、
前記デュアルモード発生線路の電気長、線路幅、及び前記デュアルモード発生線路と前記リング型共振器との結合量のうちの少なくとも一つを変化させて前記共振器フィルタの特性を調整する
ことを特徴とするチューニング方法。
（付記１４）
前記第１及び第２のポートの少なくとも一方と前記リング型共振器との前記結合部の上方に、誘電体ブロックを配置し、
前記誘電体ブロックを、前記ポート及び前記リング型共振器に対して垂直方向に移動して、前記共振器フィルタの特性を調整する
ことを特徴とする付記１３に記載のチューニング方法。

本発明の一実施形態に係るデュアルモードフィルタの概略構成図である。 図１のデュアルモードフィルタの変形例を示す図である。 図１のデュアルモードフィルタをパッケージングした状態を示す概略図である。 デュアルモード発生線路の導波路長を変化させたときのフィルタ特性を示すグラフである。 図４Ａのグラフのサークル部分Ａを拡大したグラフである。 比較例として、デュアルモード発生線路の電気長をλ／４にしたときのフィルタ特性を示すグラフである。 デュアルモード発生線路の導波路長を変化させたときの結合係数ｋの変化を示すグラフである。 リング型共振器内側に配置されるデュアルモード発生線路の配置位置を変えたときのフィルタ特性を示すグラフである。 デュアルモード発生線路の幅Ｗ1を変えたときのフィルタ特性を示す図である。 デュアルモード発生線路とリング型共振器との間の結合量を変えたときのフィルタ特性を示す図である。 多段フィルタの構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るデュアルモードフィルタの概略上面図である。 図９のデュアルモードフィルタの断面構成図である。 デュアルモード発生線路とリング型共振器との結合点（電気的な接続点）の上方に誘電体ブロックを配置して位置調整したときのフィルタ特性の測定グラフである。

符号の説明

１０ デュアルモードフィルタ（高周波フィルタ装置）
１１ 誘電体基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ リング型共振器
１３ａ、１３ｂ 入力フィーダおよび出力フィーダ
１３ｃ 結合線路
１４ グランド層
１５、１５Ａ、１５Ｂ デュアルモード発生線路
１５ａ 第１ポート
１５ｂ 第２ポート
１５ｃ 導波路
３０，６０ パッケージ
５１ 誘電体ブロック（誘電体部材）
５５ トリマ（駆動手段）
５３ 支持ロッド
Ｌeq デュアルモード発生線路の電気長
Ｗ1 導波路の幅
Ｗ2 結合幅

Claims (10)

1. リング型共振器と、
   前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
   前記リング型共振器の内側に位置し、前記入力フィーダおよび出力フィーダの延長線とオーバラップしないように配置されるデュアルモード発生線路と、
   を有し、
   前記デュアルモード発生線路は、前記リング型共振器とそれぞれ電磁気的に結合する第１ポートおよび第２ポートと、これらのポート間を接続する円弧状の導波路と、で構成されることを特徴とするデュアルモードフィルタ。
2. 前記デュアルモード発生線路は、その中心が、前記入力フィーダの延長線を０°として４５°±ｎπ／２（ｎは自然数）の位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
3. 前記デュアルモード発生線路の、前記リング型共振器への電磁気的な２つの結合点間の長さは、前記リング型共振器の円周の１／４よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
4. 前記第１ポートと第２ポートの開き角度は、３６°以上で９０°未満であることを特徴とする請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
5. リング型共振器と、
   前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
   前記リング型共振器の内側に位置し、前記入力フィーダおよび出力フィーダの延長線とオーバラップしないように配置されるデュアルモード発生線路と、
   を有し、
   前記デュアルモード発生線路の前記リング型共振器への電磁気的な結合点の上方に位置し、前記デュアルモード発生線路及び前記リング型共振器に対して垂直方向に移動可能に配置される誘電体部材、
   をさらに有することを特徴とするデュアルモードフィルタ。
6. 前記第１ポートと前記リング型共振器との間と、前記第２ポートと前記リング型共振器との間の少なくとも一方に位置し、前記デュアルモード発生線路と前記リング型共振器とに対して垂直方向に移動可能に配置される誘電体部材、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
7. 前記誘電体部材を前記垂直方向に駆動する駆動手段、
   をさらに有することを特徴とする請求項５または６に記載のデュアルモードフィルタ。
8. リング型共振器と、
   前記リング型共振器と電磁気的に結合するように、前記リング型共振器に対して互いに直交して配置される入力フィーダおよび出力フィーダと、
   前記入力フィーダと出力フィーダのそれぞれの延長線とオーバラップしないように前記リング型共振器の内側に配置されるデュアルモード発生線路と、
   で構成される共振器を２つ以上多段に接続した多段フィルタであって、
   前記２つ以上の共振器において、隣接する２つの共振器は互いに点対称となるように配置されていることを特徴とする多段フィルタ。
9. 誘電体基板上に形成されるリング型共振器の内側に、前記リング型共振器と電磁気的に結合する第１及び第２のポート及びこれらのポート間を接続する円弧状の導波路を含むデュアルモード発生線路を配置して共振器フィルタを形成し、
   前記デュアルモード発生線路の電気長、線路幅、及び前記デュアルモード発生線路と前記リング型共振器との結合量のうちの少なくとも一つを変化させて前記共振器フィルタの特性を調整する
   ことを特徴とするチューニング方法。
10. 前記第１及び第２のポートの少なくとも一方と前記リング型共振器との間の前記結合部の上方に、誘電体ブロックを配置し、
    前記誘電体ブロックを、前記ポート及び前記リング型共振器に対して垂直方向に移動して、前記共振器フィルタの特性を調整する
    ことを特徴とする請求項９に記載のチューニング方法。

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