JP5077305B2

JP5077305B2 - 高周波フィルタ

Info

Publication number: JP5077305B2
Application number: JP2009177559A
Authority: JP
Inventors: 昭男関
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP2011035510A

Description

本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯などの高周波信号を取扱う高周波フィルタに関し、特にフィルタ特性を調整する構造に関する。

従来から、高周波信号を取扱う高周波機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波回路が搭載されている。このうち、フィルタには、基板上にマイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を、所定間隔で並べて配置し、所定の周波数帯域を通過、抑圧させるものがある。このようなフィルタには、半波長側結合型フィルタ、インターデジタル型フィルタ、ヘアピン型フィルタなどがあり、それぞれの共振素子の共振周波数、特性インピーダンスと共振素子間の結合度によって所定のフィルタ特性を得ることができる。

但し、マイクロ波帯のような高周波数帯のフィルタの場合には、それぞれの共振素子の幅、長さおよび各共振素子間の間隔（ギャップ）などの寸法が設計値より僅かにずれるだけでフィルタ特性に影響を及ぼすため、マイクロストリップ線路のパターン寸法精度が高く要求される。基板上のマイクロストリップ線路のパターンは、銅箔などの金属をエッチングすることで形成されるが、このときのエッチング誤差によって所定のフィルタ特性が得られない場合がある。

そこで、このようなエッチング誤差によるフィルタ特性のばらつきを調整する構造が提案されている。このフィルタ特性のばらつきを調整する構造は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、複数のヘアピン型共振器１１を形成した基板１６と、この基板１６を囲むシールドケース３０とで構成された超伝導フィルタにおいて、各ヘアピン型共振器１１から一定高さの位置で、シールドケース３０の側面からヘアピン型共振器１１に対して並行移動可能に複数の導体ネジ１２を配置した構造となっている。

この構造では、ヘアピン型共振器１１のパターンのエッチング誤差によって、共振器１１間のギャップが設計値より広くなり、共振器１１間の結合が弱くなることにより、所定のフィルタ特性と比較して周波数帯域幅が狭くなった場合、導体ネジ１２と共振器１１との重なる距離を増やすことで共振器１１間の結合を強め、周波数帯域幅を広くするように調整ができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

また、図７および図８に示すように、複数のマイクロストリップ線路の共振素子４ａ〜４ｆを形成した基板３と、この基板３を囲むシールドケース１とで構成された超伝導フィルタにおいて、各マイクロストリップ線路の共振素子４ａ〜４ｆ間のギャップ上に対向する位置で、シールドケース１の天井面からマイクロストリップ線路の共振素子４ａ〜４ｆに対して平行に垂下する複数の仕切り板５ａ〜５ｅを配置した構造となっている。

この構造では、マイクロストリップ線路の共振素子４ａ〜４ｆのパターンのエッチング誤差によって、共振素子４ａ〜４ｆ間のギャップが設計値より狭くなり、共振素子４ａ〜４ｆ間の結合が強くなることにより、所定のフィルタ特性と比較して周波数帯域幅が広くなった場合、複数の仕切り板５ａ〜５ｅの存在で隣接する共振素子を越える飛び越し結合（空間伝播による結合）を弱め、周波数帯域幅を狭くするように調整ができるようになっている（例えば、特許文献２参照。）

しかしながら、上記の特許文献１、２の場合、共振素子間の結合を強めるか、または、弱めるかによって、周波数帯域幅を広くするか、または、狭くするかのどちらか一方の調整のみを行うものであるため、１つのフィルタ構造によって両方の調整を行うことができないという欠点があった。

特開２００７−２０８８９３号公報（第２頁−第５頁、第２図）特開２００１−１０２８０９号公報（第２頁−第４頁、第１図、第２図）

本発明は上記問題点に鑑み、共振素子のパターンのエッチング誤差によってフィルタ特性にばらつきがあった場合、１つのフィルタ構造によって共振素子間の結合の強弱を調整できる高周波フィルタを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて構成した基板と、同基板を囲むシールドケースとを有する高周波フィルタにおいて、前記シールドケースに、同シールドケースの天井面から所定の前記共振素子間のギャップに対向するように複数の導体棒を配置し、同複数の導体棒と所定の前記共振素子間のギャップとの距離を調整可能にしたことを特徴とする構成となっている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の高周波フィルタにおいて、前記シールドケースは、同シールドケースの側面から所定の前記共振素子間のギャップの両側に向かって仕切部を突出させたことを特徴とする構成となっている。

本発明によれば、共振素子のパターンのエッチング誤差によってフィルタ特性にばらつきがあった場合、１つのフィルタ構造によって共振素子間の結合の強弱を調整できる高周波フィルタを実現することができる。

本発明による高周波フィルタを示す断面図である。本発明による高周波フィルタを上面側から見た状態を示す透視図である。本発明による高周波フィルタのフィルタ特性の調整前および調整状態を示す図である。図３の共振素子間のギャップが設計値より広い場合の調整前と調整後のフィルタ特性を示す図である。図３の共振素子間のギャップが設計値より狭い場合の調整前と調整後のフィルタ特性を示す図である。従来による超伝導フィルタを説明する図で、（ａ）はシールドケースを省略した状態を示す斜視図、（ｂ）はシールドケースに収納した状態を示す断面図である。従来による他の超伝導フィルタを示す断面図である。図７の超伝導フィルタを上面側から見た状態を示す透視図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。本発明による高周波フィルタは、例えば、所定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタであり、マイクロ波帯やミリ波帯などの高周波信号を取扱う高周波機器に搭載する高周波回路に用いられる。

高周波フィルタは、図１および図２に示すように、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子１４０ａ〜１４０ｄを所定間隔で並べて配置した基板１００と、この基板１００を囲んで外部からの電磁波をシールドする箱型の金属製シールドケース２００とから構成されている。本実施形態のシールドケース２００は上下に二分割されている。

基板１００は、誘電体１１０と、誘電体１１０の裏面全面に形成した接地導体１２０と、誘電体１１０の表面に形成した信号線路とで構成されたマイクロストリップ線路からなる入力線路１３０、４本の共振素子１４０ａ〜１４０ｄおよび出力線路１５０とを備えている。本実施形態では、半波長側結合型バンドパスフィルタとして、これらのマイクロストリップ線路のパターンが、銅箔などの金属をエッチングすることによって形成されている。

なお、高周波フィルタとしては、半波長側結合型バンドパスフィルタ以外に、インターデジタル型バンドパスフィルタやヘアピン型バンドパスフィルタなどのバンドパスフィルタを形成するようにしても良い。また、バンドパスフィルタに限らず、ローパスフィルタやハイパスフィルタにも本発明を適用することができる。

シールドケース２００には、入力線路１３０に接続された入力端子２１０と、出力線路１５０に接続された出力端子２２０とを配置し、入力端子２１０および出力端子２２０によって高周波信号が入出力されるようになっている。

また、シールドケース２００の天井面には、中央の共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップに対向するように、３本の導体棒３００〜３２０が配置されている。導体棒３００〜３２０はそれぞれにネジ溝が切り込まれ、導体棒３００〜３２０と中央の共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップとの距離が調整できるようになっている。

更に、シールドケース２００の側面には、中央の共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップの両側に向かって、仕切部２３０、２４０が突出されている。詳細は後述するが、仕切部２３０、２４０と、３本の導体棒３００〜３２０とによって、それぞれの共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間の高周波信号の空間伝播による結合を弱めるようになっている。

なお、本実施形態は、３本の導体棒３００〜３２０を中央の共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップ上に配置し、仕切部２３０、２４０を中央の共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップの両側に設けられるようにしたが、これに限るものではなく、３本の導体棒３００〜３２０を中央以外の共振素子１４０ａ、１４０ｂ間、または、共振素子１４０ｃ、１４０ｄ間のギャップ上に配置し、仕切部２３０、２４０を同じ共振素子１４０ａ、１４０ｂ間、または、共振素子１４０ｃ、１４０ｄ間のギャップの両側に設けられるようにしてもよいし、複数のギャップに設けてもよい。また、導体棒３００〜３２０と、仕切部２３０、２４０とは、別々のギャップに対して設けてもよい。

次に、以上説明してきた高周波フィルタのフィルタ特性の調整方法を説明する。マイクロ波帯のような高周波フィルタの場合、各共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間のギャップの寸法が設計値より僅かにずれるだけでフィルタ特性に影響が現れ、所要のフィルタ特性（設計値）が得られなくなる。従って、マイクロストリップ線路の各共振素子１４０ａ〜１４０ｄのパターンにエッチング誤差がある場合、各共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間のギャップの寸法に誤差が生じているため、フィルタ特性の調整が必要になる。

一般に、本実施形態のようにマイクロストリップ線路による複数の共振素子１４０ａ〜１４０ｄを所定間隔で並べて構成した高周波フィルタのフィルタ特性は、図３の調整前の表に示すように、エッチング過剰によって各共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間のギャップが設計値より広くなっている場合、共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間の結合が弱くなることにより周波数帯域が狭く、且つ共振周波数が高くなるため、設計値どおりの特性が得られなくなる。

このとき、図３の調整の表に示すように、真ん中の導体棒３００を下降させて導体棒３００と共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップとの距離を所定の距離まで近づけ、共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を強めることで周波数帯域幅を広く、共振周波数を低くし、フィルタ特性を設計値に調整することができる。導体棒３００と共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップとの距離が近づき過ぎると、通過損失が増加するなどによりフィルタ特性が劣化するが、このフィルタ特性が劣化しない所定の距離だけ離れた位置で共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を最も強く、遠ざかるに従って弱く調整することができる。図４にエッチング過剰の場合の調整前と調整後のフィルタ特性をそれぞれ示す。

一方、図３の調整前の表に示すように、エッチング不足によって各共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間のギャップが設計値より狭くなっている場合は、共振素子１４０ａ〜１４０ｄ間の結合が強くなることにより周波数帯域が広く、且つ共振周波数が低くなるため、この場合も設計値どおりのフィルタ特性が得られなくなる。

このとき、図３の調整の表に示すように、導体棒３００〜３２０の３本を下降させる。３本の導体棒３００〜３２０は入力端子２１０および出力端子２２０から入出力される高周波信号の波長λの半波長λ／２より十分短い所定の間隔で平行に配置されている。また、導体棒３１０と仕切部２３０および導体棒３２０と仕切部２４０とのそれぞれの距離も上記の導体棒３１０〜３２０間の距離と同様に設定されている。シールドケース２００内を導波管モードで伝播しようとする高周波信号は、これらの導体棒３００〜３２０および仕切部２３０、２４０と平行な電界成分を持つため、導体棒３００〜３２０および仕切部２３０、２４０により反射され、導波管モードでの伝播が抑圧される。

例えば、１２ＧＨｚの高周波信号の半波長が１２．５ｍｍであり、半波長側結合型バンドパスフィルタの場合、基板の誘電体１１０による波長短縮率（例えば０．６）を考慮して、各共振素子１４０ａ〜１４０ｄの長さはおよそ７．５ｍｍである。ここで、３本の導体棒３００〜３２０の太さをそれぞれ２ｍｍとし、共振素子１４０ｂ、１４０ｃと平行に等間隔で配置すると、それぞれの間隔は４．２５ｍｍ以下となり、１２ＧＨｚの高周波信号の半波長１２．５ｍｍに比べて十分短い間隔となる。３本の導体棒３００〜３２０と共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップとの距離が近づき過ぎると、通過損失が増加するなどによりフィルタ特性が劣化するが、このフィルタ特性が劣化しない所定の距離だけ離れた位置で空間伝播による共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を最も弱く、遠ざかるに従って強く調整することができる。

従って、所定の間隔で平行に配置された導体棒３００〜３２０と共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップとの距離を調整し、その導体棒３００〜３２０と仕切部２３０、２４０とにより空間伝播で生じる共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を抑圧し、結果として共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を弱めることで周波数帯域幅を狭く、共振周波数を高くし、フィルタ特性を設計値に調整することができる。図５にエッチング不足の場合の調整前と調整後のフィルタ特性をそれぞれ示す。

ここで、それぞれの仕切部２３０、２４０の横方向の先端は相対する共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップ上まで達しないようにする。これにより、仕切部２３０、２４０は共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を強める作用は持たず、導体棒３００〜３２０との組合せで高周波信号の空間伝播を抑圧する作用のみを発揮する。

従って、本実施形態によれば、導体棒３００〜３２０は各共振素子１４０ａ〜１４０ｄの長さの範囲に所定間隔で必要な本数を配置すればよく、共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を弱めるように調整する場合は、最低限の導体棒の本数で高周波信号の空間伝播を効果的に抑圧できるとともに、共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を強めるように調整する場合は、導体棒３００のみで調整を可能とし、調整の自由度と幅を同時に実現することができる。また、フィルタ特性によっては、共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を強めるために調整する導体棒は導体棒３００ではなく、導体棒３１０、３２０のいずれかでもよい。

なお、図１のシールドケース２００の横方向の寸法や必要とされる空間伝播の抑圧量（減衰量）などの条件により、共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間の結合を弱める調整が導体棒３００〜３２０のみで可能な場合は、仕切部２３０、２４０はなくてもよい。また、仕切部２３０、２４０の代わりに導体棒を配置してもよい。また、本実施形態では共振素子を複数あるものとして説明したが、必要とされるフィルタの特性によっては共振素子は１本でもよい。更に、本実施形態では調整のため導体棒３００〜３２０にネジを設けたが、導体棒３００〜３２０を上下させることができる機構であればこれに限るものではない。

以上説明してきた本発明による高周波フィルタによれば、マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子（４本の共振素子１４０ａ〜１４０ｄ）を所定間隔で並べて構成した基板１００と、基板１００を囲むシールドケース２００とを有するものにおいて、シールドケース２００に、シールドケース２００の天井面から所定の共振素子間のギャップ（共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップ）に対向するように複数の導体棒（３本の導体棒３００〜３２０）を配置し、複数の導体棒と所定の共振素子間のギャップとの距離を調整可能にしたことを特徴としている。

また、シールドケース２００は、シールドケース２００の側面から所定の共振素子間のギャップ（共振素子１４０ｂ、１４０ｃ間のギャップ）の両側に向かって仕切部２３０、２４０を突出させたことを特徴としている。

これにより、マイクロストリップ線路の各共振素子のパターンにエッチング誤差があり、フィルタ特性にばらつきがあった場合、１つのフィルタ構造によって共振素子間の結合の強弱を調整でき、フィルタ特性を設計値に調整することができる。

１００基板
１１０誘電体
１２０接地導体
１３０入力線路
１４０ａ〜１４０ｄ共振素子
１５０出力線路
２００シールドケース
２１０入力端子
２２０出力端子
２３０、２４０仕切部
３００〜３２０導体棒

Claims

マイクロストリップ線路で形成した複数の共振素子を所定間隔で並べて構成した基板と、同基板を囲むシールドケースとを有する高周波フィルタにおいて、前記シールドケースに、同シールドケースの天井面から所定の前記共振素子間のギャップに対向するように複数の導体棒を配置し、同複数の導体棒と所定の前記共振素子間のギャップとの距離を調整可能にしたことを特徴とする高周波フィルタ。
前記シールドケースは、同シールドケースの側面から所定の前記共振素子間のギャップの両側に向かって仕切部を突出させたことを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。