JP4812642B2 - 遅延フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、入力端子と出力端子との間に複数の共振器を有し、前記複数の共振器間が容量結合されたバンドパスフィルタを具備した遅延フィルタに関する。

近時、例えば移動体通信システム等の基地局無線装置に使用される基地局の低歪化のための歪補償型増幅器においては、歪検出や歪抑圧を目的として遅延フィルタが用いられている。

遅延フィルタ２００は、例えば図１７に示すように、入力端子２０２及び出力端子２０４と複数の共振器２０６Ａ〜２０６Ｉを有するバンドパスフィルタ２０８を具備する。そして、入力端子２０２と初段の共振器２０６Ａが容量Ｃ１で結合され、出力端子２０４と最終段の共振器２０６Ｉが容量Ｃ２で結合され、さらに、各共振器２０６Ａ〜２０６Ｉがそれぞれ容量Ｃ３〜Ｃ１０で結合されている。

また、従来では、図１８に示すように、図１７に示す遅延フィルタ２００と同様の遅延フィルタ２１０において、隣接する共振器２０６Ａ〜２０６Ｇ間の結合容量Ｃ３〜Ｃ８と並列に接続され、且つ、複数の結合容量Ｃ９〜Ｃ１９を有する飛び越し回路２１２が接続された例が知られている（例えば特許文献１参照）。

図１８の例では、共振器の段数を増加させることなく、バンドパスフィルタ２０８における通過帯域内の群遅延時間の平坦性を確保でき、群遅延時間偏差を小さくすることができるという効果を奏する。飛び越し回路を用いた例としては、その他、特許文献２等が知られている。

また、その他の従来例に係る遅延フィルタとしては、ハイブリッドカプラと誘電体同軸共振器を用いた特許文献３等が知られている。

特開２００１−２５７５０５号公報 特開２００３−２７３６６１号公報 特開２００３−２６４４０４号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に示す遅延フィルタは、共振器の段数を増加させることなく、通過帯域内の群遅延時間の平坦性を確保できると共に、群遅延時間偏差を小さくすることができるが、飛び越し回路を構成する回路素子数が多くなることから、結果的にサイズの増大化、挿入損失の劣化及び歩留まりの低下を招くという問題がある。また、飛び越し回路を設けない図１７に示す遅延フィルタ２００と比して遅延量がほとんど変わらず、また、通過帯域もほとんど変わらないという問題もある。

特許文献３に示す遅延フィルタは、特許文献１や特許文献２に示す遅延フィルタと比べ、ハイブリッドカプラを多段に接続するだけであるため、多段化した分だけ実装面積や配置スペースが大きくなるという問題がある。また、高遅延量化にも限界がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成で、通過帯域内における群遅延時間特性を補正することができ、種々の仕様に対応して、群遅延時間特性の平坦性の改善や、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくすることができ、しかも、挿入損失の劣化を抑制して通過帯域を広げることができ、小型化並びに歩留まりの向上をも促進させることができる遅延フィルタを提供することを目的とする。

第１の本発明に係る遅延フィルタは、入力端子及び出力端子のいずれか一方を構成する第１端子と、前記入力端子及び前記出力端子のいずれか他方を構成する第２端子との間に複数の共振器を有し、前記複数の共振器間が容量結合されたバンドパスフィルタを具備した遅延フィルタにおいて、前記バンドパスフィルタの通過帯域内における群遅延時間特性を補正する補正回路を有し、前記補正回路は、前記複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に置いて容量結合された２つの共振器間を容量結合する１つの第１回路と、前記第１端子及び前記第２端子のうち、いずれか一方の端子と、前記２つの共振器のうち、他方の端子寄りの共振器とを容量結合する１つの第２回路と、前記バンドパスフィルタの前記第１端子又は前記第２端子と第３端子との間に複数の第２共振器を有し、前記複数の第２共振器間が容量結合された第２バンドパスフィルタとを有することを特徴とする。

第２の本発明に係る遅延フィルタは、入力端子及び出力端子のいずれか一方を構成する第１端子と、前記入力端子及び前記出力端子のいずれか他方を構成する第２端子との間に複数の共振器を有し、前記複数の共振器間が容量結合されたバンドパスフィルタを具備した遅延フィルタにおいて、前記バンドパスフィルタの通過帯域内における群遅延時間特性を補正する補正回路を有し、前記補正回路は、前記バンドパスフィルタの前記第１端子又は前記第２端子と第３端子とを２つの端子とし、該２つの端子の間に複数の第２共振器を有し、前記複数の第２共振器間が容量結合された第２バンドパスフィルタと、前記複数の第２共振器のうち、少なくとも１つの第２共振器を間に置いて容量結合された２つの第２共振器間を容量結合する１つの第１回路と、前記第２バンドパスフィルタの前記２つの端子のうち、一方の端子と、前記２つの第２共振器のうち、他方の端子寄りの第２共振器とを容量結合する１つの第２回路とを有することを特徴とする。

これら第１及び第２の本発明においては、簡単な構成で、通過帯域内における群遅延時間特性を補正することができることから、種々の仕様に対応して、群遅延時間特性の平坦性の改善や、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくすることができ、しかも、挿入損失の劣化を抑制して通過帯域を広げることができ、小型化並びに歩留まりの向上をも促進させることができる。

ここで、通過帯域内における群遅延時間特性の平坦性とは、群遅延時間特性において、通過帯域中、所定の群遅延時間偏差（例えば０．５ｎｓ）内に収まる帯域を示す。また、通過帯域は、減衰量特性において、所定の挿入損失偏差（例えば０．２ｄＢ）内に収まる帯域を示す。

なお、共振器や第２共振器は、λ／４共振器、λ／２共振器又はＬＣ共振回路であってもよい。

以上説明したように、本発明に係る遅延フィルタによれば、簡単な構成で、通過帯域内における群遅延時間特性を補正することができ、種々の仕様に対応して、群遅延時間特性の平坦性の改善や、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくすることができ、しかも、挿入損失の劣化を抑制して通過帯域を広げることができ、小型化並びに歩留まりの向上をも促進させることができる。

以下、本発明に係る遅延フィルタの実施の形態例を図１〜図１６を参照しながら説明する。

先ず、第１の実施の形態に係る遅延フィルタ（以下、第１遅延フィルタ１０Ａと記す）は、図１に示すように、入力端子又は出力端子を構成する第１端子１２と、出力端子又は入力端子を構成する第２端子１４と、これら第１端子１２及び第２端子１４間に電気的に接続された複数のλ／４共振器（第１共振器１６Ａ〜第４共振器１６Ｄ）を有し、第１共振器１６Ａ〜第４共振器１６Ｄ間が容量結合されたバンドパスフィルタ１８を具備する。

具体的には、バンドパスフィルタ１８は、第１端子１２と該第１端子１２に隣接する第１共振器１６Ａとが第１容量Ｃ１で結合され、第１共振器１６Ａと該第１共振器１６Ａに隣接する第２共振器１６Ｂとが第２容量Ｃ２で結合され、第２共振器１６Ｂと該第２共振器１６Ｂに隣接する第３共振器１６Ｃとが第３容量Ｃ３で結合され、第３共振器１６Ｃと該第３共振器１６Ｃに隣接する第４共振器１６Ｄとが第４容量Ｃ４で結合され、第４共振器１６Ｄと該第４共振器１６Ｄに隣接する第２端子１４とが第５容量Ｃ５で結合されて構成されている。

さらに、この第１遅延フィルタ１０Ａは、バンドパスフィルタ１８の通過帯域内における群遅延時間特性を補正する第１補正回路２０を有する。

第１補正回路２０は、第１端子１２に隣接する第１共振器１６Ａと第２端子１４に隣接する第４共振器１６Ｄとを容量結合する第６容量Ｃ６を具備した第１回路２２と、第１共振器１６Ａ〜第４共振器１６Ｄのうち、第２端子１４に隣接する第４共振器１６Ｄと第１端子１２とを容量結合する第７容量Ｃ７を具備した第２回路２４とを有する。

つまり、第１遅延フィルタ１０Ａは、図２に示すように、バンドパスフィルタ１８に第１回路２２が接続された第１１遅延フィルタ１００Ａと、図３に示すように、バンドパスフィルタ１８に第２回路２４が接続された第１２遅延フィルタ１００Ｂとが複合化された回路構成を有する。

ここで、第１１遅延フィルタ１００Ａと第１２遅延フィルタ１００Ｂの減衰量特性及び群遅延時間特性を説明してから、第１遅延フィルタ１０Ａの減衰量特性及び群遅延時間特性を説明する。

先ず、図２に示す第１１遅延フィルタ１００Ａの減衰量特性を図４に示し、群遅延時間特性を図５に示す。これらの図４及び図５において、破線Ａは第１回路２２の第６容量Ｃ６の値を０ｐＦとした場合の特性を示し、二点鎖線Ｂは第６容量Ｃ６の値を０．１ｐＦとした場合の特性を示し、一点鎖線Ｃは第６容量Ｃ６の値を０．２ｐＦとした場合の特性を示し、実線Ｄは第６容量Ｃ６の値を０．３ｐＦとした場合の特性を示す。

図４からわかるように、第１回路２２の第６容量Ｃ６の値を増加するにつれて、通過帯域が拡大している。また、図５からわかるように、第６容量Ｃ６が０ｐＦのとき、通過帯域のほぼ中心周波数において群遅延時間が極小値となる特性曲線（破線Ａ参照）であったが、第６容量Ｃ６が増加するにつれて、ほぼ中心周波数に対応した群遅延時間が徐々に増加すると共に、中心周波数よりも低域側の特性が中心周波数に対応した群遅延時間よりも大きい値となるように増加している。

一方、中心周波数よりも高域側の特性は群遅延時間が徐々に短くなり、特に、中心周波数から約２５ＭＨｚだけ高い周波数の群遅延時間は特定の値をとるようになる。つまり、第６容量Ｃ６の値が増加するにつれて、全体として右下がりの特性で、且つ、上方に盛り上がった特性になる。

なお、図２に示す第１１遅延フィルタ１００Ａにおいて、第６容量Ｃ６を０ｐＦとした場合は、図６に示すように、図１７の従来例に係る回路とほぼ同様の構成を有する遅延フィルタ１００Ｃになる。

次に、図３に示す第１２遅延フィルタ１００Ｂの特性について説明する。第１２遅延フィルタ１００Ｂの減衰量特性を図７に示し、群遅延時間特性を図８に示す。これらの図７及び図８において、破線Ｅは第２回路２４の第７容量Ｃ７の値を０ｐＦとした場合の特性を示し、二点鎖線Ｆは第７容量Ｃ７の値を０．１ｐＦとした場合の特性を示し、一点鎖線Ｇは第７容量Ｃ７の値を０．２ｐＦとした場合の特性を示し、実線Ｈは第７容量Ｃ７の値を０．３ｐＦとした場合の特性を示す。

図７からわかるように、第２回路２４の第７容量Ｃ７の値を増加するにつれて、通過帯域はそれほど変化はないが、特性の裾野の部分が拡大している。また、図８からわかるように、第７容量Ｃ７が０ｐＦのとき、通過帯域のほぼ中心周波数において群遅延時間が極小値となる特性曲線（破線Ｅ参照）であったが、第７容量Ｃ７が増加するにつれて、ほぼ中心周波数に対応した群遅延時間が徐々に増加すると共に、中心周波数よりも高域側の特性が中心周波数に対応した群遅延時間よりも大きい値となるように増加している。

一方、中心周波数よりも低域側の増加率は、高域側の増加率よりも小さく、特に、中心周波数から約２５ＭＨｚだけ低い周波数の群遅延時間は特定の値をとるようになる。つまり、第７容量Ｃ７の値が増加するにつれて、全体として右上がりの特性で、且つ、上方に盛り上がった特性になる。

そして、第１遅延フィルタ１０Ａは、上述した第１１遅延フィルタ１００Ａの特性と第１２遅延フィルタ１００Ｂの特性を組み合わせた特性になる。すなわち、第１回路２２の第６容量Ｃ６の値と、第２回路２４の第７容量Ｃ７の値を適宜選定することによって、図９の実線Ｉに示すように、通過帯域を従来の場合（破線Ｊ参照）よりも大幅に広くすることができ、図１０の実線Ｋに示すように、通過帯域内において、群遅延時間がほぼ一定の値をとる範囲（帯域）を、従来の場合（破線Ｍ参照）よりも大幅に拡張させることができる。

もちろん、図１１の破線Ｌに示すように、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を小さくしたり、大きくすることもできる。図１１では、通過帯域内の群遅延時間特性において、第１の周波数ｆ１で極小値、第２の周波数ｆ２で極大値を形成した例を示す。なお、図１１の実線Ｍは減衰量特性を示す。

このように、第１遅延フィルタ１０Ａにおいては、簡単な構成で、通過帯域内における群遅延時間特性を補正することができることから、種々の仕様に対応して、群遅延時間特性の平坦性の改善や、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくすることができ、しかも、挿入損失の劣化を抑制して通過帯域を広げることができ、小型化並びに歩留まりの向上をも促進させることができる。

上述の例では、第４共振器１６Ｄと第１端子１２との間に第２回路２４（第７容量Ｃ７）を接続するようにしたが、その他、図１２の変形例に係る遅延フィルタ１０Ａａに示すように、第１共振器１６Ａと第２端子１４との間に第２回路（第７容量）を接続するようにしてもよい。

また、上述の例では、第１共振器１６Ａ〜第４共振器１６Ｄとして、λ／４共振器を用いた例を示したが、その他、λ／２共振器やＬＣ共振回路を使用することもできる。

次に、第２の実施の形態に係る遅延フィルタ（以下、第２遅延フィルタ１０Ｂと記す）について図１３〜図１５を参照しながら説明する。

第２遅延フィルタ１０Ｂは、図１３に示すように、上述したバンドパスフィルタ１８と、該バンドパスフィルタ１８の通過帯域内における群遅延時間特性を補正する第２補正回路２６を有する。

第２補正回路２６は、第１共振器１６Ａと第４共振器１６Ｄとを容量結合する第６容量Ｃ６を具備した第１回路２２と、第４共振器１６Ｄと第１端子１２とを容量結合する第７容量Ｃ７を具備した第２回路２４と、バンドパスフィルタ１８の第２端子１４の後段に接続された第２バンドパスフィルタ２８とを有する。

第２バンドパスフィルタ２８は、入力端子又は出力端子を構成する第３端子３０と、第２端子１４及び第３端子３０間に電気的に接続された複数のλ／４共振器（第１１共振器３２Ａ〜第１４共振器３２Ｄ）を有し、第１１共振器３２Ａ〜第１４共振器３２Ｄ間が容量結合された構成を有する。

すなわち、第２バンドパスフィルタ２８は、第２端子１４と該第２端子１４に隣接する第１１共振器３２Ａとが第１１容量Ｃ１１で結合され、第１１共振器３２Ａと該第１１共振器３２Ａに隣接する第１２共振器３２Ｂとが第１２容量Ｃ１２で結合され、第１２共振器３２Ｂと該第１２共振器３２Ｂに隣接する第１３共振器３２Ｃとが第１３容量Ｃ１３で結合され、第１３共振器３２Ｃと該第１３共振器３２Ｃに隣接する第１４共振器３２Ｄとが第１４容量Ｃ１４で結合され、第１４共振器３２Ｄと該第１４共振器３２Ｄに隣接する第３端子３０とが第１５容量Ｃ１５で結合されて構成されている。

ここで、第２遅延フィルタ１０Ｂの群遅延時間特性は、バンドパスフィルタ１８及び第２バンドパスフィルタ２８の群遅延時間特性が例えば図１４の破線Ｎで示す特性であっても、バンドパスフィルタ１８の通過帯域内における群遅延時間特性を第１回路２２及び第２回路２４にて例えば図１１に示す特性（破線Ｌ参照）に補正可能であり、そして、バンドパスフィルタ１８の第２端子１４に第２バンドパスフィルタ２８を接続することで、図１１の群遅延時間特性と図１４に示す群遅延時間特性が合成されて結果的に図１５の破線Ｐに示すように、広い帯域にわたって、高遅延量で、群遅延時間特性が平坦化された特性を得ることができる。この例では、通過帯域（挿入損失偏差が０．２ｄＢ内に収まる帯域）が８４ＭＨｚ、群遅延時間特性が平坦性（遅延偏差帯域：群遅延時間偏差０．５ｎｓ内に収まる帯域）が６８ＭＨｚであり、絶対遅延量は通過帯域のほぼ中心周波数において１７ｎｓであった。

もちろん、群遅延時間特性の平坦化を改善するのではなく、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくするようにしてもよい。なお、図１４の実線Ｑは、バンドパスフィルタ１８及び第２バンドパスフィルタ２８の減衰量特性を示し、図１５の実線Ｒは、第２遅延フィルタの減衰量特性を示す。

上述の例では、バンドパスフィルタ１８の第２端子１４の後段に第２補正回路２６の第２バンドパスフィルタ２８を接続した例を示したが、その他、バンドパスフィルタ１８の第１端子１２の前段に第２バンドパスフィルタ２８を接続するようにしてもよい。

また、第２補正回路２６における第１回路２２及び第２回路２４の接続形態を、図１２に示す変形例に係る遅延フィルタ１０Ａａと同様の接続形態にしてもよい。

次に、第３の実施の形態に係る遅延フィルタ（以下、第３遅延フィルタ１０Ｃと記す）について図１６を参照しながら説明する。

この第３遅延フィルタ１０Ｃは、図１６に示すように、上述したバンドパスフィルタ１８と、該バンドパスフィルタ１８の通過帯域内における群遅延時間特性を補正する第３補正回路３４を有する。

第３補正回路３４は、バンドパスフィルタ１８の第１端子１２の前段に接続された第２バンドパスフィルタ２８と、該第２バンドパスフィルタ２８の第１１共振器と第１４共振器３２Ｄとを容量結合する第１６容量Ｃ１６を具備した第１回路２２と、第３端子３０と第１４共振器３２Ｄとを容量結合する第１７容量Ｃ１７を具備した第２回路２４とを有する。

ここで、第３遅延フィルタ１０Ｃの群遅延時間特性は、バンドパスフィルタ１８の群遅延時間特性が例えば図１４の破線Ｎで示す特性であっても、第３補正回路３４の群遅延時間特性を例えば図１１に示す特性（破線Ｌ参照）に補正可能であり、そして、バンドパスフィルタ１８の第１端子１２の前段に第３補正回路３４を接続することで、バンドパスフィルタ１８の図１４に示す群遅延時間特性が第３補正回路３４によって補正され、結果的に図１５に示すように、広い帯域にわたって、高遅延量で、群遅延時間特性が平坦化された特性を得ることができる。

もちろん、群遅延時間特性の平坦化を改善するのではなく、群遅延時間特性に凹凸を設けて特定の周波数帯域の群遅延時間を大きく、あるいは小さくするようにしてもよい。

上述の例では、バンドパスフィルタ１８の第１端子１２の前段に第３補正回路３４を接続した例を示したが、その他、バンドパスフィルタ１８の第２端子１４の後段に第３補正回路３４を接続するようにしてもよい。

また、第３補正回路３４における第１回路２２及び第２回路２４の接続形態を、図１２に示す変形例に係る遅延フィルタ１０Ａａと同様の接続形態にしてもよい。

なお、本発明に係る遅延フィルタは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１遅延フィルタを示す回路図である。 第１１遅延フィルタを示す回路図である。 第１２遅延フィルタを示す回路図である。 第１１遅延フィルタの減衰量特性を示す特性図である。 第１１遅延フィルタの群遅延時間特性を示す特性図である。 従来例と同様の回路構成を有する遅延フィルタを示す回路図である。 第１２遅延フィルタの減衰量特性を示す特性図である。 第１２遅延フィルタの群遅延時間特性を示す特性図である。 第１遅延フィルタの減衰量特性を示す特性図である。 第１遅延フィルタの群遅延時間特性を示す特性図である。 第１遅延フィルタ、あるいは第２遅延フィルタにおける補正後のバンドパスフィルタ、あるいは第３遅延フィルタにおける第３補正回路の減衰量特性及び群遅延時間特性の１つの例を示す特性図である。 変形例に係る遅延フィルタを示す回路図である。 第２遅延フィルタを示す回路図である。 第２遅延フィルタにおけるバンドパスフィルタ、あるいは第２補正回路の第２バンドパスフィルタ、あるいは第３遅延フィルタにおけるバンドパスフィルタの減衰量特性及び群遅延時間特性の１つの例を示す特性図である。 第２遅延フィルタ、あるいは第３遅延フィルタの減衰量特性及び群遅延時間特性の１つの例を示す特性図である。 第３遅延フィルタを示す回路図である。 従来例に係る遅延フィルタを示す回路図である。 他の従来例に係る遅延フィルタを示す回路図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｃ…第１遅延フィルタ〜第３遅延フィルタ
１０Ａａ…遅延フィルタ １２…第１端子
１４…第２端子 １６Ａ〜１６Ｄ…第１共振器〜第４共振器
１８…バンドパスフィルタ ２０…第１補正回路
２２…第１回路 ２４…第２回路
２６…第２補正回路 ２８…第２バンドパスフィルタ
３０…第３端子 ３２Ａ〜３２Ｄ…第１１共振器〜第１４共振器
３４…第３補正回路

Claims (4)

1. 入力端子及び出力端子のいずれか一方を構成する第１端子と、前記入力端子及び前記出力端子のいずれか他方を構成する第２端子との間に複数の共振器を有し、前記複数の共振器間が容量結合されたバンドパスフィルタを具備した遅延フィルタにおいて、
   前記バンドパスフィルタの通過帯域内における群遅延時間特性を補正する補正回路を有し、
   前記補正回路は、
   前記複数の共振器のうち、少なくとも１つの共振器を間に置いて容量結合された２つの共振器間を容量結合する１つの第１回路と、
   前記第１端子及び前記第２端子のうち、いずれか一方の端子と、前記２つの共振器のうち、他方の端子寄りの共振器とを容量結合する１つの第２回路と、
   前記バンドパスフィルタの前記第１端子又は前記第２端子と第３端子との間に複数の第２共振器を有し、前記複数の第２共振器間が容量結合された第２バンドパスフィルタとを有することを特徴とする遅延フィルタ。
2. 入力端子及び出力端子のいずれか一方を構成する第１端子と、前記入力端子及び前記出力端子のいずれか他方を構成する第２端子との間に複数の共振器を有し、前記複数の共振器間が容量結合されたバンドパスフィルタを具備した遅延フィルタにおいて、
   前記バンドパスフィルタの通過帯域内における群遅延時間特性を補正する補正回路を有し、
   前記補正回路は、
   前記バンドパスフィルタの前記第１端子又は前記第２端子と第３端子とを２つの端子とし、該２つの端子の間に複数の第２共振器を有し、前記複数の第２共振器間が容量結合された第２バンドパスフィルタと、
   前記複数の第２共振器のうち、少なくとも１つの第２共振器を間に置いて容量結合された２つの第２共振器間を容量結合する１つの第１回路と、
   前記第２バンドパスフィルタの前記２つの端子のうち、一方の端子と、前記２つの第２共振器のうち、他方の端子寄りの第２共振器とを容量結合する１つの第２回路とを有することを特徴とする遅延フィルタ。
3. 請求項１又は２記載の遅延フィルタにおいて、
   前記共振器は、λ／４共振器、λ／２共振器又はＬＣ共振回路であることを特徴とする遅延フィルタ。
4. 請求項１又は２記載の遅延フィルタにおいて、
   前記共振器、前記第２共振器は、λ／４共振器、λ／２共振器又はＬＣ共振回路であることを特徴とする遅延フィルタ。

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