JP5062165B2 - デュアルモードフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、リング状の伝送線路を含むデュアルモードフィルタに関する。

近年、携帯電話の普及、発展に伴い、高速かつ大容量の伝送技術が不可欠になってきている。高速かつ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へシフトしている。このような高周波帯域において、所望の周波数成分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、無線通信用のフィルタに求められる。また、高周波回路素子を用いた無線通信機器には、小型化及び軽量化も強く求められる。

高周波数帯域で用いられるフィルタとして、リング状の伝送線路からなるリング共振器を含むフィルタが知られている。リング共振器の共振周波数は、その電気線路長により特定される。共振波長またはその整数倍が、リング共振器の電気線路長と等しくなる。リング共振器のスペース効率を高めるために、１つのリング共振器を２つの共振モード（デュアルモード）で共振させて、より急峻なフィルタ特性を得る方法が提案されている。

リング共振器上で１／４波長に相当する線路長だけ離れた２点において、入力線路及び出力線路が、リング共振器に結合する。この２つの結合点の間にスタブを設けることにより、デュアルモードの発振が生ずる（特許文献１）。リング共振器の外側に、その外周の一部に沿って分布結合線路を配置することによっても、デュアルモードの発振が生ずる（特許文献２）。この分布結合線路は、入力線路及び出力線路に結合する２つの結合点を両端とする２本の伝送線路のうち長い方の伝送線路のほぼ中央において、リング共振器に並走するように配置される。

特開平９−１３９６１２号公報 特開２０００−２０９００２号公報

リング共振器にスタブを設けると、スタブの近傍に電流が集中する。このため、耐電力特性が低下してしまう。リング共振器の外側に分布結合線路を配置する構成では、電流の集中が生じにくい。

本発明においては、電流の集中が生じにくい新たな構成を有するデュアルモードフィルタが提供される。

電流の集中が生じにくいデュアルモードフィルタは、
伝送線路をリング状にしたリング共振器と、
前記リング共振器上の第１の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する入力フィーダと、
前記リング共振器上の、前記第１の結合点とは異なる第２の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する出力フィーダと、
前記リング共振器の内側に配置され、該リング共振器上の第３の結合点において、一方の端部が該リング共振器に容量結合し、該第３の結合点から該リング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第４の結合点において、他方の端部が該リング共振器に容量結合するデュアルモード発生線路と
を有する。

リング共振器にスタブが設けられていないため、電流の集中を抑制することができる。

以下、地面を参照して実施例について説明する。

図１Ａに、第１の実施例によるデュアルモードフィルタの断面図を示し、図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける平断面図を示す。図１Ｂの一点鎖線１Ａ−１Ａにおける断面図が図１Ａに相当する。

主表面上にリング共振器２１等が形成され、裏面にグランド膜２７が形成された誘電体基板２０が、パッケージ１５の本体１５Ａの底面上に配置されている。グランド膜２７がパッケージ本体１５Ａの底面に接触する。

パッケージ本体１５Ａは、上方が開口した直方体状の容器であり、開口部は、天板１５Ｂで塞がれている。パッケージ本体１５Ａと天板１５Ｂとにより、内部に閉じた空間を画定するパッケージ１５が構成される。パッケージ１５は、例えば、熱伝導性及び導電性に優れる無酸素銅で形成されている。なお、無酸素銅の他に、純アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金等で形成してもよい。さらに、熱収縮率が誘電体基板２０のそれに近いコバール、インバー、４２アロイ等で形成してもよい。また、パッケージ１５には、表面酸化による電気的な特性の劣化を防止するために、厚さ２μｍ程度の金めっきが施されている。

誘電体基板２０は、主表面に（１００）結晶面が現れている酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成され、その厚さは０．５ｍｍである。誘電体基板２０の材料として、ＬａＡｌＯ_３、サファイア等の高誘電率、低損失の誘電体材料を用いてもよい。

図１Ｂに示すように、誘電体基板２０の主表面上に、リング共振器２１、入力フィーダ２２、出力フィーダ２３、及びデュアルモード発生線路２４が形成されている。リング共振器２１、入力フィーダ２２、出力フィーダ２３、デュアルモード発生線路２４、及びグランド膜２７は、マイクロストリップライン構造を有する。誘電体基板２０の主表面に、ｘｙ直交座標系を定義し、ｘ軸の正の向きの方位角を０°とし、ｙ軸の正の向きの方位角を９０°とする。

リング共振器２１は、円周状の伝送線路で構成される。誘電体基板２０の上に５ＧＨｚ帯のバンドパスフィルタを作製する場合、リング共振器２１を構成する伝送線路の幅を、０．５ｍｍとし、伝送線路の中心線が描く円周の半径（中心半径）を３．６５ｍｍとする。

入力フィーダ２２は、リング共振器２１の中心から方位角０°の方向に伸ばした仮想直線に沿って、リング共振器２１の外側に配置される。リング共振器２１上の方位角０°の点（第１の結合点）Ｐ１において、入力フィーダ２２とリング共振器２１とが電磁気的に結合する。出力フィーダ２３は、リング共振器２１の中心から方位角９０°の方向に伸ばした仮想直線に沿って、リング共振器２１の外側に配置される。リング共振器２１上の方位角９０°の点（第２の結合点）Ｐ２において、出力フィーダ２３とリング共振器２１とが電磁気的に結合する。すなわち、第１の結合点Ｐ１から第２の結合点Ｐ２までの線路長は、リング共振器２１の線路長の１／４になる。入力フィーダ２２及び出力フィーダ２３の各々の線幅は、０．５ｍｍであり、リング共振器２１と結合する端部において拡幅されている。

デュアルモード発生線路２４は、リング共振器２１の内側に配置される。デュアルモード発生線路２４の両端が、それぞれリング共振器２１上の第３の結合点Ｐ３及び第４の結合点Ｐ４において、リング共振器２１に容量結合する。第３の結合点Ｐ３は、リング共振器２１の中心から方位角４５°の方向に伸びる仮想直線と、リング共振器２１との交差箇所に位置する。第４の結合点Ｐ４は、リング共振器２１の中心から方位角２３５°の方向に伸びる仮想直線と、リング共振器２１との交差箇所に位置する。本明細書において、リング共振器２１上の任意の点の位置を、リング共振器２１からその点に向かう仮想直線の方位角で表すこととする。

第３の結合点Ｐ３は、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする伝送線路のうち短い方の伝送線路の中点に位置し、第４の結合点Ｐ４は、長い方の伝送線路の中点に位置する。すなわち、第３の結合点Ｐ３から第４の結合点Ｐ４までの線路長は、リング共振器２１の線路長の１／２である。

デュアルモード発生線路２４は直線状の伝送線路であり、その線路幅は、例えば０．５〜１．２ｍｍである。デュアルモード発生線路２４の端部とリング共振器２１との間の間隙は、例えば７５〜１２５μｍである。デュアルモード発生線路２４の両端の縁は、リング共振器２１の内周側の縁に沿う円弧状の形状を有する。なお、入力フィーダ２２のように、デュアルモード発生線路２４の端部を拡幅させた形状としてもよい。

リング共振器２１内で共振する高周波信号の波長λｒと、リング共振器２１の中心半径ｒとの関係は、
２πｒ＝ｎ×λｒ （ｎは自然数） ・・・（１）
となる。ｎ＝１のときの波長λｒを「基本共振波長」、基本共振波長を持つ高周波信号の周波数を「基本共振周波数」という。中心半径ｒが３．６５ｍｍのとき、基本共振波長は２２．９ｍｍになる。なお、実際の共振波長は、マイクロストリップラインの実効誘電率と、電気的に測定された共振周波数とから求めることができる。

リング共振器２１、入力フィーダ２２、出力フィーダ２３、デュアルモード発生線路２４、及びグランド膜２７は、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（以下、「ＹＢＣＯ」という。）で形成されており、その厚さは１００〜５００ｎｍである。なお、ＹＢＣＯに代えて、液体窒素温度で超伝導状態を示す他の酸化物超伝導材料を用いてもよい。酸化物超伝導材料の例として、Ｒ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲはＮｂ、Ｙｍ、Ｓｍ、またはＨｏ）材料、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系材料、Ｐｂ−Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系材料、ＣｕＢａ_ｐＣａ_ｑＣｕ_ｒＯ_ｘ系材料（１．５＜ｐ＜２．５、２．５＜ｑ＜３．５、３．５＜ｒ＜４．５）等が挙げられる。

ＹＢＣＯ膜は、例えばパルスレーザ蒸着法により形成することができる。誘電体基板２０の主表面上の各ＹＢＣＯパターンは、通常のフォトリソグラフィ技術及びウェットエッチングにより形成することができる。Ｃｒ膜、Ｐｄ膜、及びＡｕ膜が積層された電極は、蒸着及びリフトオフ法を用いて形成することができる。

入力フィーダ２２及び出力フィーダ２３の各々の、リング共振器２１から遠い方の端部近傍の表面上に、Ｃｒ膜、Ｐｄ膜、及びＡｕ膜がこの順番に積層された電極が形成されている。

パッケージ本体１５Ａの側壁に、同軸の入力コネクタ３５及び同軸の出力コネクタ３６が取り付けられている。入力コネクタ３５の中心導体が、直径２５μｍのＡｕ線により入力フィーダ２２の端部の電極に接続され、出力コネクタ３６の中心導体が、直径２５μｍのＡｕ線により出力フィーダ２３の端部の電極に接続されている。Ａｕ線の代わりに、ＡｕリボンやＡｌ線を用いてもよい。

図２に、リング共振器２１、入力フィーダ２２、出力フィーダ２３、及びデュアルモード発生線路２４の平面図を示す。第３の結合点Ｐ３は、方位角φが４５°の位置に配置される。デュアルモード発生線路２４の線路幅をＷ、デュアルモード発生線路２４の端部とリング共振器２１との間の間隙をＧとする。

図３Ａに、デュアルモード発生線路２４の線路幅Ｗを０．５０ｍｍ、０．８５ｍｍ、及び１．２０ｍｍとしたときのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す。横軸は、周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの大きさを単位「ｄＢ」で表す。なお、間隙Ｇは０．１０ｍｍとした。

シミュレーション結果から、デュアルモードの共振が発生していることがわかる。通過帯域の両側に、それぞれ減衰極が現れている。

図３Ｂに、図３Ａに示したシミュレーション結果から算出された通過帯域幅と線路幅Ｗとの関係を示す。横軸は、線路幅Ｗを単位「ｍｍ」で表し、縦軸は、通過帯域幅を単位「ＭＨｚ」で表す。デュアルモード発生線路２４の線路幅が太くなるに従って、通過帯域幅が広くなることがわかる。

図４Ａに、間隙Ｇを７５μｍ、１００μｍ、及び１２５μｍとしたときのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す。横軸は、周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はＳパラメータの大きさを単位「ｄＢ」で表す。なお、線路幅Ｗは０．８５ｍｍとした。

図４Ｂに、図４Ａに示したシミュレーション結果から算出された通過帯域幅と間隙Ｇとの関係を示す。横軸は、間隙Ｇを単位「μｍ」で表し、縦軸は、通過帯域幅を単位「ＭＨｚ」で表す。間隙Ｇが狭くなるに従って、すなわちデュアルモード発生線路２４とリング共振器２１との結合容量が大きくなるに従って、通過帯域幅が広くなることがわかる。

図３Ａ〜図４Ｂに示したシミュレーション結果からわかるように、デュアルモード発生線路２４の線路幅Ｗ、及びデュアルモード発生線路２４の端部とリング共振器２１との間の間隙Ｇの少なくとも一方を変えることにより、通過帯域幅を制御することが可能である。

第１の実施例によるデュアルモードフィルタのリング共振器２１とデュアルモード発生線路２４とからなる平面パターンは、第３の結合点Ｐ３と第４の結合点Ｐ４とを通過する第１の直線に関して線対称である。さらに、第１の直線に直交し、リング共振器２１の中心を通過する第２の直線に関しても線対称である。

上記第１の実施例では、第３の結合点Ｐ３が、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする伝送線路の中点に位置していた。次に、第３の結合点Ｐ３が、中点からややずれている場合について、フィルタ特性のシミュレーションを行った。

図５に、そのシミュレーション結果を示す。第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φが４５°、４５°±１°、及び４５°±５°の場合について、透過特性及び反射特性を算出した。方位角φが４５°から１°ずれた場合、Ｓ_１１が小さくなっているが、これは通過帯域幅が狭くなっているためである。

第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φが４５°から±５°ずれると、通過帯域幅が狭くなっているにも係わらずＳ_１１が大きくなっている。すなわち反射特性が悪化している。方位角φの、４５°からのずれが５°を超えると、反射特性がさらに悪化する。方位角φの、４５°からのずれが５°以下であれば、実用可能な高周波フィルタが得られる。

方位角φの５°のずれは、リング共振器２１の線路長の約１．４％に相当する。従って、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点から、第３の結合点Ｐ３までの線路長を、リング共振器２１の線路長の１．４％以下とすることが好ましい。

上記第１の実施例では、リング共振器２１、入力フィーダ２２、出力フィーダ２３、デュアルモード発生線路２４、及びグランド膜２７に、酸化物超伝導材料を用いたが、常伝導材料、例えば銅（Ｃｕ）を用いてもよい。

図６に、酸化物超伝導材料に代えて銅を用いた場合の、フィルタ特性のシミュレーション結果を示す。第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φを４５°とし、デュアルモード発生線路２４の線路幅Ｗを０．８５ｍｍとし、間隙Ｇを０．１０ｍｍとした。電気抵抗に起因する損失のため、超伝導材料を用いた場合に比べて透過特性及び反射特性が悪くなっているが、実用可能なフィルタ特性が得られている。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第２の実施例によるデュアルモードフィルタについて説明する。

図７Ａに、第２の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。第１の実施例では、第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φが４５°であったが、第２の実施例では、方位角φが１３５°である。第４の結合点Ｐ４の位置を示す方位角は３１５°になる。その他の構成は、第１の実施例によるデュアルモードフィルタと同一である。

第２の実施例では、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点から、第３の結合点Ｐ３までの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／４になる。

図７Ｂに、第２の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性のシミュレーション結果を示す。デュアルモード発生線路２４の線路幅Ｗを０．８５ｍｍとし、間隙Ｇを０．１０ｍｍとした。第２の実施例においても、デュアルモードの共振が生じていることがわかる。ただし、第１の実施例の場合とは異なり、通過帯域の両側に減衰極は現れていない。

上記第２の実施例では、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点からの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／４となる位置に、第３の結合点Ｐ３を配置した。第１の実施例の場合と同様に、この位置からの線路長が、リング共振器２１の線路長の１．４％以下となる位置に第３の結合点Ｐ３を配置してもよい。

図８に、第３の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の断面図を示す。第１及び第２の実施例では、リング共振器２１等の片側にのみグランド膜２７を配置したマイクロストリップラインが採用された。第３の実施例では、リング共振器２１等の両側にグランド膜を配置したストリップライン構造が採用される。

誘電体基板２０、その主表面上のリング共振器２１等、その裏面上のグランド膜２７の構成は、第１の実施例の構成と同一である。誘電体基板２０の主表面上に、リング共振器２１等を覆うように、誘電体膜６０が配置されている。この誘電体膜６０の表面上に、上側のグランド膜６１が形成されている。

このように、ストリップライン構造としても、第１の実施例のマイクロストリップライン構造の場合と同様の効果が得られる。

図９Ａに、第４の実施例によるデュアルモードフィルタの断面図を示す。図９Ｂに、図９Ａの一点鎖線９Ｂ−９Ｂにおける平断面図を示す。図９Ｂの一点鎖線９Ａ−９Ａにおける断面図が、図９Ａに相当する。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示した第１の実施例によるデュアルモードフィルタとの相違点に着目して説明し、構成が同一の部分については説明を省略する。

誘電体基板２０の上方に、第１の誘電体部材７１及び第２の誘電体部材７２が配置されている。第１の誘電体部材７１は、第３の結合点Ｐ３の近傍に配置され、第２の誘電体部材７２は、第４の結合点Ｐ４の近傍に配置されている。ここで、「近傍」とは、リング共振器２１とデュアルモード発生線路２４との結合部に発生する電磁界の影響の及ぶ範囲と定義することができる。第１の誘電体部材７１及び第２の誘電体部材７２には、ＭｇＯ等を用いることができる。

第１の誘電体部材７１は、第１の支持部材７３によりパッケージ１５に支持されている。第１の支持部材７３は、第１の誘電体部材７１を昇降させることができる。すなわち、第１の誘電体部材７１と誘電体基板２０との間隔を変化させることができる。第１の誘電体部材７１を最も下降させた状態では、第１の誘電体部材７１が、リング共振器２１及びデュアルモード発生線路２４に接触する。

第１の支持部材７３には、例えばパッケージ１５の天板１５Ｂに形成された貫通孔に螺号するネジを用いることができる。ネジを回転させることにより、第１の誘電体部材７１を昇降させることができる。なお、第１の支持部材７３に、外部からの駆動信号によって対象物を並進移動させるリニアアクチュエータを用いてもよい。

第２の誘電体部材７２は、第１の誘電体部材７１と同様に、第２の支持部材７４によりパッケージ１５に昇降可能に支持されている。

第１の誘電体部材７１及び第２の誘電体部材７２を昇降させると、リング共振器２１とデュアルモード発生線路２４との結合容量が変化する。これは、デュアルモード発生線路２４の端部とリング共振器２１との間の間隙Ｇが変化したことと等価である。このため、第１の誘電体部材７１及び第２の誘電体部材７２の少なくとも一方を昇降させることにより、フィルタの通過帯域幅を変化させることができる。

図１０Ａに、第５の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。第１の実施例では、出力フィーダ２３とリング共振器２１とが結合する第２の結合点Ｐ２が、方位角９０°の位置に配置されていた。第５の実施例では、第２の結合点Ｐ２の位置を示す方位角θが４５°である。第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φが１１２．５°、第４の結合点Ｐ４の位置を示す方位角が２９２．５°である。その他の構成は、第１の実施例によるデュアルモードフィルタの構成と同一である。

第５の実施例では、第１の結合点Ｐ１から第２の結合点Ｐ２までの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／８である。また、第２の実施例の場合と同様に、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点から第３の結合点Ｐ３までの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／４である。

第１の結合点Ｐ１から第２の結合点Ｐ２までの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／８であるため、基本共振周波数の高周波信号は、入力フィーダ２２から出力フィーダ２３まで殆ど伝達されず、基本共振周波数の２倍の周波数の高周波信号が、出力フィーダ２３まで伝達される。

図１０Ｂに、第５の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示す。デュアルモード発生線路２４の線路幅Ｗは０．５ｍｍ、間隙Ｇは０．１ｍｍとした。第１の実施例によるフィルタの通過帯域は５ＧＨｚ近傍であったが、第５の実施例によるフィルタの通過帯域は１０ＧＨｚ近傍である。第５の実施例でも、デュアルモードの共振が発生しており、通過帯域の両側に減衰極が現れている。

図１１Ａに第５の実施例の変形例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。図１１Ａに示したフィルタのリング共振器２１、入力フィーダ２４、出力フィーダ２３、及びデュアルモード発生線路２４の平面パターンは、図１０Ａに示した第５の実施例によるこれらの平面パターンと鏡像の関係にある。

図１Ｂ及び図２に示した第１の実施例、図７Ａに示した第２の実施例についても、リング共振器２１、入力フィーダ２４、出力フィーダ２３、及びデュアルモード発生線路２４の平面パターンに対して鏡像の関係を持つ平面パターンのデュアルモードフィルタを作製することができる。

図１１Ｂに、第６の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。図１１Ｂに示した例では、第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φが２２．５°であり、第４の結合点Ｐ４の位置を示す方位角が２０２．５°である。すなわち、第３の結合点Ｐ３は、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点に位置する。

図１２Ａに、第７の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。第７の実施例では、第２の結合点Ｐ２の位置を示す方位角θが１３５°である。すなわち、第１の結合点Ｐ１から第２の結合点Ｐ２までの線路長が、リング共振器２１の線路長の３／８になる。第３の結合点Ｐ３の位置を示す方位角φは、６７．５°である。すなわち、第３の結合点Ｐ３は、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点に位置する。

図１２Ｂに、図１２Ａに示したデュアルモードフィルタの鏡像パターンを持つフィルタの平面図を示す。

図１２Ｃに、第８の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図を示す。第８の実施例では、第２の結合点Ｐ２の位置を示す方位角が１３５°であり、図１２Ａに示した実施例と同一である。第３の結合点Ｐ３及び第４の結合点Ｐ４の位置を示す方位角は、それぞれ１５７．５°及び３３７．５°である。すなわち、図７Ａに示した第２の実施例と同様に、第１の結合点Ｐ１と第２の結合点Ｐ２とを両端とする短い方の伝送線路の中点から、第３の結合点Ｐ３までの線路長が、リング共振器２１の線路長の１／４である。

第８の実施例についても、鏡像パターンを持つデュアルモードフィルタを作製することができる。

第６〜第８の実施例によるデュアルモードフィルタは、第５の実施例と同様に、１０ＧＨｚ帯のフィルタとして動作する。

図１３に、第９の実施例によるデュアルモードフィルタの誘電体基板上の導電パターンを示す。

誘電体基板２０の上に、直線状の主伝送線路１００が形成されている。主伝送線路１００の一端（図１３の左端）が入力端Ｔｉとなり、他端（図１３の右端）が出力端Ｔｏとなる。主伝送線路１００の両脇に、それぞれ第１のリング共振器１１０及び第２のリング共振器１２０が形成されている。図１Ｂに示した第１の実施例のリング共振器２１は、円周に沿う平面形状を有していたが、第９の実施例の第１のリング共振器１１０及び第２のリング共振器１２０の平面形状は、角が丸くなった正方形の外周に沿う平面形状を有する。すなわち、第１のリング共振器１１０及び第２のリング共振器１２０の各々は、正方形の４本の辺に沿う４本の直線部分と、隣り合う直線部分同士を接続する中心角９０°の円弧に沿う部分とで構成される。

第１のリング共振器１１０の１つの直線部分が、主伝送線路１００の脇に、主伝送線路１００と平行になるように配置され、結合箇所Ｐ５において主伝送線路１００と電磁気的に結合する。第１のリング共振器１１０の平面形状を円周状にした場合と比べて、主伝送線路１００と第１のリング共振器１１０との結合が強くなる。

第１のリング共振器１１０の他の直線部分に沿うように、第１のリング共振器１１０の外側に、直線状の第１の副伝送線路１３０が配置されている。第１の副伝送線路１３０は、結合箇所Ｐ６において、第１のリング共振器１１０に結合する。第１の副伝送線路１３０が結合する直線部分は、主伝送線路１００が結合する直線部分と隣り合う。すなわち、第１のリング共振器１１０のうち、主伝送線路１００との結合箇所Ｐ５から、第１の副伝送線路１３０との結合箇所Ｐ６までの線路長は、第１のリング共振器１１０の線路長の１／４である。第１の副伝送線路１３０の延在する方向は、主伝送線路１００の延在する方向と直交する。このため、第１の副伝送線路１３０が、直接、主伝送線路１００に結合することはない。

第１のリング共振器１１０の内側に、第１のデュアルモード発生線路１１１が形成されている。第１のデュアルモード発生線路１１１は、その両端において第１のリング共振器１１０に容量結合する。一方の端部が結合する箇所Ｐ７から、他方の端部が結合する箇所Ｐ８までの線路長は、第１の実施例の場合と同様に、第１のリング共振器１１０の線路長の１／２である。

図１３に示した例では、第１のデュアルモード発生線路１１１の一方の端部は、主伝送線路１００に結合する直線部分と、第１の副伝送線路１３０に結合する直線部分とを接続している円弧部分の中点Ｐ７において、第１のリング共振器１１０に結合している。他方の端部は、対角に位置する円弧部分の中点Ｐ８において、第１のリング共振器１１０に結合している。すなわち、第１のデュアルモード発生線路１１１の両端は、それぞれ第１のリング共振器１１０のうち、主伝送線路１００との結合箇所Ｐ５から、第１の副伝送線路との結合箇所Ｐ６に至る２つの伝送線路部分の中間地点Ｐ７、Ｐ８において、第１のリング共振器１１０に結合している。

第２のリング共振器１２０、第２のデュアルモード発生線路１２１、第２の副伝送線路１４０は、主伝送線路１００に関して、第１のリング共振器１１０、第１のデュアルモード発生線路１１１、第１の副伝送線路１３０と線対称の平面形状を有する。

これらの伝送線路は、例えば、厚さ５００ｎｍのＹＢＣＯ膜で形成される。主伝送線路１００、第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０の線路幅は、０．５ｍｍである。第１及び第２のデュアルモード発生線路１１１、１２１の線路幅は０．８５ｍｍである。第１及び第２のリング共振器１１０、１２０の線路長は、中心半径３．６５ｍｍの円周状のリング共振器の線路長と同一である。リング共振器の直線部分と、それに結合する伝送線路との間隔は、１００μｍである。

この誘電体基板２０が、図１Ｂに示した第１の実施例のパッケージ１５と同様のパッケージに収容される。入力端Ｔｉ、出力端Ｔｏ、第１の副伝送線路１３０の出力端、及び第２の副伝送線路１４０の出力端が、パッケージに取り付けられたコネクタを介して、パッケージ外に引き出される。

第１の副伝送線路１３０の出力端は、パッケージ外に配置される第１の終端抵抗１３１を介して接地される。第１の終端抵抗１３１のインピーダンスは、第１の副伝送線路１３０の特性インピーダンスにマッチングする。同様に、第２の副伝送線路１４０の出力端も、第２の終端抵抗１４１を介して接地される。

入力端Ｔｉから入力された高周波信号のうち、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０に共振する周波数成分が、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０を経由して、第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０まで伝搬する。第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０まで伝搬した高周波信号の電力は、終端抵抗１３１、１４１で消費される。

入力端Ｔｉから入力された高周波信号のうち、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０と共振しない周波数成分は、主伝送線路１００をそのまま伝搬し、出力端Ｔｏまで達する。

図１４に、各伝送線路を伝搬する信号の振幅のスペクトルのシミュレーション結果を示す。図１４に示した実線Ｓ２１は、出力端Ｔｏに出力される信号の振幅を示し、点線Ｓ１１は、入力端Ｔｉに戻ってくる反射波の振幅を示し、破線Ｓ３１及びＳ４１は、第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０の出力端に出力される信号の振幅を示す。第１及び第２のリング共振器１１０、１２０の共振周波数は約５．１３ＧＨｚである。

共振周波数の近傍において、第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０の出力端に信号が現れ、出力端Ｔｏに出力される信号が減衰していることがわかる。

一般に、無線送信局において、送信すべき高周波信号の電力増幅時に、振幅歪等により不要な周波数成分が発生する。第９の実施例によるデュアルモードフィルタにより、この不要な周波数成分を、第１及び第２の副伝送線路１３０、１４０に伝搬させることによって取り除くことができる。不要な周波数成分の電力は、信号電力に比べて十分小さいため、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０に流入する周波数成分の電力は、信号電力に比べて十分小さい。このため、第１及び第２のリング共振器１１０、１２０に、耐電力の小さな共振器を用いることができる。

図１５に、第１０の実施例によるデュアルモードフィルタの誘電体基板２０上の導電パターンを示す。

第１０の実施例では、主伝送線路１００に沿って、図１３に示したデュアルモードフィルタと同一パターンの２つのデュアルモードフィルタ１５０、１５１が配置されている。ただし、２段目のデュアルモードフィルタ１５１の２つのリング共振器の線路長が、１段目のデュアルモードフィルタ１５０の２つのリング共振器の線路長とは異なる。すなわち、１段目のデュアルモードフィルタ１５０の共振周波数ｆ_１と、２段目のデュアルモードフィルタ１５１の共振周波数ｆ_２とは異なる。

図１６Ａに、高周波信号の透過特性を示す。１段目のデュアルモードフィルタ１５０の共振周波数ｆ_１の近傍、及び２段目のデュアルモードフィルタ１５１の共振周波数ｆ_２の近傍において、高周波信号が減衰している。

図１６Ｂに、入力信号と、出力信号との、スペクトルの関係を示す。入力信号Ｓｉｎのスペクトルは、共振周波数ｆ_１とｆ_２との中間の中心周波数を持ち、共振周波数ｆ_１及びｆ_２の近傍に、裾野を持つ。図１５に示した第１０の実施例によるデュアルモードフィルタを適用すると、共振周波数ｆ_１とｆ_２との近傍で減衰するため、入力信号Ｓｉｎの裾野の部分が減衰する。このため、出力信号Ｓｏｕｔのスペクトルの広がり幅が、入力信号Ｓｉｎのスペクトルの広がり幅よりも狭くなる。これにより、周波数軸上で隣接するチャネルへの信号漏れを抑制することができる。

第１の実施例によるデュアルモードフィルタを用いる場合には、入力信号Ｓｉｎの電力のほぼ全てが、リング共振器２１を通過する。このため、リング共振器２１の耐電力性を高めておく必要がある。これに対し、第１０の実施例では、入力信号Ｓｉｎの大部分は、主伝送線路１００をそのまま伝搬し、出力端Ｔｏに達する。デュアルモードフィルタ１５０、１５１のリング共振器を通過する信号は、入力信号Ｓｉｎのうち裾野の周波数成分のみである。このため、リング共振器に、耐電力性の低いものを用いることができる。

図１７に、第１１の実施例によるデュアルモードフィルタの誘電体基板２０上の導電パターンを示す。

図１３に示した第９の実施例では、第１のリング共振器１１０と第２のリング共振器１２０とが線対称の平面形状を有し、同一の共振周波数を持っていた。第１１の実施例では、第１のリング共振器１１０の線路長と、第２のリング共振器１２０の線路長とが異なる。このため、両者の共振周波数が異なる。

具体的には、第１のリング共振器１１０の平面形状は、図１３に示した第９の実施例によるデュアルモードフィルタの第１のリング共振器１１０の平面形状と同一である。第２のリング共振器１２０の４つの角部の曲率が、第１のリング共振器１１０の４つの角部の曲率よりも小さい。第２のリング共振器１２０の相対する直線部分の間隔は、第１のリング共振器１１０の相対する直線部分の間隔と等しい。このため、第２のリング共振器１２０の線路長が、第１のリング共振器１１０の線路長よりも長くなる。

主伝送線路１００と第２のリング共振器１２０との結合の強さは、主伝送線路１００と第１のリング共振器１１０との結合の強さとほぼ等しい。さらに、第２の副伝送線路１４０と第２のリング共振器１２０との結合の強さは、第１の副伝送線路１３０と第１のリング共振器１１０との結合の強さとほぼ等しい。

第２のデュアルモード発生線路１２１の端部と、第２のリング共振器１２０との間隙が、第１のデュアルモード発生線路１１１と第１のリング共振器１１０との間隙と等しくなるように設計されている。このため、第２のデュアルモード発生線路１２１は、第１のデュアルモード発生線路１１１よりも長くなる。

第１のリング共振器１１０の共振周波数の近傍の周波数成分は、第１の副伝送線路１３０に伝搬し、第２のリング共振器１２０の共振周波数の近傍の周波数成分は、第２の副伝送線路１４０に伝搬する。

図１８に、各伝送線路を伝搬する信号の振幅のスペクトルのシミュレーション結果を示す。図１８に示した実線Ｓ２１は、出力端Ｔｏに出力される信号の振幅を示し、点線Ｓ１１は、入力端Ｔｉに戻ってくる反射波の振幅を示す。破線Ｓ３１及び一点鎖線Ｓ４１は、それぞれ第１の副伝送線路１３０及び第２の副伝送線路１４０の出力端子に出力される信号の振幅を示す。

透過特性Ｓ２１は、図１６Ａに示した透過特性に近似しており、第１のリング共振器１１０の共振周波数の近傍、及び第２のリング共振器１２０の共振周波数の近傍において、高周波信号が減衰している。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

上記実施例１〜８に基づき、以下の付記に示された発明を開示する。

（付記１）
伝送線路をリング状にしたリング共振器と、
前記リング共振器上の第１の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する入力フィーダと、
前記リング共振器上の、前記第１の結合点とは異なる第２の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する出力フィーダと、
前記リング共振器の内側に配置され、該リング共振器上の第３の結合点において、一方の端部が該リング共振器に容量結合し、該第３の結合点から該リング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第４の結合点において、他方の端部が該リング共振器に容量結合するデュアルモード発生線路と
を有するデュアルモードフィルタ。

（付記２）
前記第１の結合点から前記第２の結合点までの前記リング共振器の線路長が、該リング共振器の線路長の１／４である付記１に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記３）
前記第１の結合点から前記第２の結合点までの前記リング共振器の線路長が、該リング共振器の線路長の１／８または３／８である付記１に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記４）
前記第３の結合点は、前記第１の結合点と前記第２の結合点とを両端とする伝送線路の中点、または該中点からの線路長が前記リング共振器の線路長の１．４％以下の点に位置する付記１乃至３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記５）
前記第３の結合点は、前記第１の結合点と前記第２の結合点とを両端とする伝送線路の中点から、前記リング共振器の線路長の１／４の長さだけ離れた第１の点、または該第１の点からの線路長が前記リング共振器の線路長の１．４％以下の点に位置する付記１乃至３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記６）
さらに、前記第３の結合点における前記リング共振器と前記デュアルモード発生線路との結合容量、及び前記第４の結合点における前記リング共振器と前記デュアルモード発生線路との結合容量の少なくとも一方を変化させる容量調整部材を有する付記１乃至５のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記７）
さらに、
第１の表面と第２の表面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面に形成されたグランド膜と
を含み、
前記リング共振器、前記入力フィーダ、前記出力フィーダ、及び前記デュアルモード発生線路が、前記誘電体基板の前記第２の表面に形成された導電パターンを含む付記１乃至６のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記８）
入力端から出路端まで延在する主伝送線路と、
前記主伝送線路の脇に配置され、該主伝送線路に電磁気的に結合する第１のリング共振器と、
前記第１のリング共振器に、前記主伝送線路とは異なる箇所において電磁気的に結合する第１の副伝送線路と、
前記第１のリング共振器の内側に配置され、該第１のリング共振器上の第１の結合点において、一方の端部が該第１のリング共振器に容量結合し、該第１の結合点から該第１のリング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第２の結合点において、他方の端部が該第１のリング共振器に容量結合する第１のデュアルモード発生線路と
を有するデュアルモードフィルタ。

（付記９）
前記第１の副伝送線路の延在する方向は、前記主伝送線路の延在する方向と直交する付記８に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１０）
さらに、
前記主伝送線路の脇に配置され、該主伝送線路に電磁気的に結合し、前記第１のリング共振器とは異なる共振周波数を持つ第２のリング共振器と、
前記第２のリング共振器に、前記主伝送線路とは異なる箇所において電磁気的に結合する第２の副伝送線路と、
前記第２のリング共振器の内側に配置され、該第２のリング共振器上の第３の結合点において、一方の端部が該第２のリング共振器に容量結合し、該第３の結合点から該第２のリング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第４の結合点において、他方の端部が該第２のリング共振器に容量結合する第２のデュアルモード発生線路と
を有する付記８または９に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１１）
前記第２の副伝送線路の延在する方向は、前記主伝送線路の延在する方向と直交する付記１０に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１２）
前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とが、相互に異なる箇所において前記主伝送線路に結合する付記１０または１１に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１３）
前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とが、前記主伝送線路の同一箇所において該主伝送線路に結合し、前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とは、前記主伝送線路の相互に異なる側に配置されている付記１０または１１に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１４）
さらに、
第１の表面と第２の表面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面に形成されたグランド膜と
を含み、
前記主伝送線路、前記第１のリング共振器、前記第１の副伝送線路、及び前記第１の主アルモード発生線路が、前記誘電体基板の前記第２の表面に形成された導電パターンを含む付記８乃至１３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（付記１５）
さらに、
第１の表面と第２の表面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面に形成されたグランド膜と
を含み、
前記主伝送線路、前記第１のリング共振器、前記第２のリング共振器、前記第１の副伝送線路、前記第２の副伝送線路、及び前記第１の主アルモード発生線路が、前記誘電体基板の前記第２の表面に形成された導電パターンを含む付記１０乃至１３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。

（１Ａ）は、第１の実施例によるデュアルモードフィルタの断面図であり、（１Ｂ）は、その平断面図である。 第１の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 （３Ａ）は、第１の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフであり、（３Ｂ）は、デュアルモード発生線路の線路幅と通過帯域幅との関係を示すグラフである。 （４Ａ）は、第１の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフであり、（４Ｂ）は、デュアルモード発生線路の端部とリング共振器との間の間隙と、通過帯域幅との関係を示すグラフである。 第１の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 第１の実施例によるデュアルモードフィルタの伝送線路に銅を用いた場合のフィルタ特性を示すグラフである。 （７Ａ）は、第２の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図であり、（７Ｂ）は、第２の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 第３の実施例によるデュアルモードフィルタの断面図である。 （９Ａ）は、第４の実施例によるデュアルモードフィルタの断面図であり、（９Ｂ）は、その平断面図である。 （１０Ａ）は、第５の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図であり、（１０Ｂ）は、第５の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 （１１Ａ）は、第５の実施例の変形例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図であり、（１１Ｂ）は、第６の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 （１２Ａ）は、第７の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図であり、（１２Ｂ）は、その変形例であり、（１２Ｃ）は、第８の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 第９の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 第９の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。 第１０の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 （１６Ａ）は、第１０の実施例によるデュアルモードフィルタの透過特性を示すグラフであり、（１６Ｂ）は、入力信号と出力信号とのスペクトルを示すグラフである。 第１１の実施例によるデュアルモードフィルタの主要部の平面図である。 第１１の実施例によるデュアルモードフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。

符号の説明

１５ パッケージ
２０ 誘電体基板
２１ リング共振器
２２ 入力フィーダ
２３ 出力フィーダ
２４ デュアルモード発生線路
２７ グランド膜
３５ 入力コネクタ
３６ 出力コネクタ
６０ 誘電体基板
６１ グランド膜
７１ 第１の誘電体部材
７２ 第２の誘電体部材
７３ 第１の支持部材
７４ 第２の支持部材
１００ 主伝送線路
１１０ 第１のリング共振器
１１１ 第１のデュアルモード発生線路
１２０ 第２のリング共振器
１２１ 第２のデュアルモード発生線路
１３０ 第１の副伝送線路
１３１ 第１の終端抵抗
１４０ 第２の副伝送線路
１４１ 第２の終端抵抗
１５０ １段目デュアルモードフィルタ
１５１ ２段目デュアルモードフィルタ
Ｐ１〜Ｐ６ 結合点
Ｔｉ 入力端
Ｔｏ 出力端

Claims (10)

1. 伝送線路をリング状にしたリング共振器と、
   前記リング共振器上の第１の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する入力フィーダと、
   前記リング共振器上の、前記第１の結合点とは異なる第２の結合点において、該リング共振器に電磁気的に結合する出力フィーダと、
   前記リング共振器の内側に配置され、該リング共振器上の第３の結合点において、一方の端部が該リング共振器に容量結合し、該第３の結合点から該リング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第４の結合点において、他方の端部が該リング共振器に容量結合するデュアルモード発生線路と
   を有するデュアルモードフィルタ。
2. 前記第１の結合点から前記第２の結合点までの前記リング共振器の線路長が、該リング共振器の線路長の１／４である請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
3. 前記第１の結合点から前記第２の結合点までの前記リング共振器の線路長が、該リング共振器の線路長の１／８または３／８である請求項１に記載のデュアルモードフィルタ。
4. 前記第３の結合点は、前記第１の結合点と前記第２の結合点とを両端とする伝送線路の中点、または該中点からの線路長が前記リング共振器の線路長の１．４％以下の点に位置する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。
5. さらに、
   第１の表面と第２の表面とを有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の前記第１の表面に形成されたグランド膜と
   を含み、
   前記リング共振器、前記入力フィーダ、前記出力フィーダ、及び前記デュアルモード発生線路が、前記誘電体基板の前記第２の表面に形成された導電パターンを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデュアルモードフィルタ。
6. 入力端から出路端まで延在する主伝送線路と、
   前記主伝送線路の脇に配置され、該主伝送線路に電磁気的に結合する第１のリング共振器と、
   前記第１のリング共振器に、前記主伝送線路とは異なる箇所において電磁気的に結合する第１の副伝送線路と、
   前記第１のリング共振器の内側に配置され、該第１のリング共振器上の第１の結合点において、一方の端部が該第１のリング共振器に容量結合し、該第１の結合点から該第１のリング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第２の結合点において、他方の端部が該第１のリング共振器に容量結合する第１のデュアルモード発生線路と
   を有するデュアルモードフィルタ。
7. 前記第１の副伝送線路の延在する方向は、前記主伝送線路の延在する方向と直交する請求項６に記載のデュアルモードフィルタ。
8. さらに、
   前記主伝送線路の脇に配置され、該主伝送線路に電磁気的に結合し、前記第１のリング共振器とは異なる共振周波数を持つ第２のリング共振器と、
   前記第２のリング共振器に、前記主伝送線路とは異なる箇所において電磁気的に結合する第２の副伝送線路と、
   前記第２のリング共振器の内側に配置され、該第２のリング共振器上の第３の結合点において、一方の端部が該第２のリング共振器に容量結合し、該第３の結合点から該第２のリング共振器の線路長の１／２の長さだけ離れた第４の結合点において、他方の端部が該第２のリング共振器に容量結合する第２のデュアルモード発生線路と
   を有する請求項６または７に記載のデュアルモードフィルタ。
9. 前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とが、相互に異なる箇所において前記主伝送線路に結合する請求項８に記載のデュアルモードフィルタ。
10. 前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とが、前記主伝送線路の同一箇所において該主伝送線路に結合し、前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器とは、前記主伝送線路の相互に異なる側に配置されている請求項８に記載のデュアルモードフィルタ。

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