JP5100578B2 - High frequency resonator and high frequency filter - Google Patents
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Description
この発明は、同軸線路あるいはマイクロストリップ線路により構成されるマイクロ波帯、ミリ波帯の高周波共振器及び高周波フィルタに関するものである。 The present invention relates to a microwave band and a millimeter wave band high-frequency resonator and a high-frequency filter constituted by coaxial lines or microstrip lines.
従来の分布定数低域通過フィルタまたは帯域阻止フィルタは、入出力端子間を結ぶ伝送線路に先端開放スタブを接続することにより構成されていた。例えば、信号入力端子と信号出力端子間をストリップ線路で結び、当該ストリップ線路に、フィルタの減衰周波数で長さが約1/4波長となる4つの先端開放スタブを接続した帯域阻止フィルタがある(例えば、非特許文献1参照)。 A conventional distributed constant low-pass filter or band rejection filter is configured by connecting an open-ended stub to a transmission line connecting input and output terminals. For example, there is a band rejection filter in which a signal input terminal and a signal output terminal are connected by a strip line, and four open-ended stubs having a length of about ¼ wavelength at the attenuation frequency of the filter are connected to the strip line ( For example, refer nonpatent literature 1).
同フィルタにおいては、4つの先端開放スタブの長さが1/4波長あるいはその奇数倍となるときに同スタブが直列共振状態となり、ストリップ線路との接続点が電気的に接地されることから、信号入出力端子間を通過する同周波数成分が阻止される。なお、スタブの長さが1/4波長となる周波数を一般に基本次共振周波数と称する。 In the same filter, when the length of the four open stubs becomes a quarter wavelength or an odd multiple thereof, the stub is in a series resonance state, and the connection point with the strip line is electrically grounded. The same frequency component passing between the signal input / output terminals is blocked. Note that a frequency at which the length of the stub is ¼ wavelength is generally referred to as a fundamental order resonance frequency.
また、このフィルタは低域通過特性を有しており、通過域にて反射量を一定量以下に抑圧するために、各スタブ長およびスタブ間距離を適宜与えることで低域通過フィルタを構成できることが知られている。 In addition, this filter has a low-pass characteristic, and in order to suppress the reflection amount to a certain amount or less in the pass band, a low-pass filter can be configured by appropriately giving each stub length and the distance between stubs. It has been known.
上述した帯域阻止フィルタおよび低域通過フィルタの代表的な用途として、各種の無線送信機にて生じる高い周波数帯のスプリアス輻射を抑圧することが挙げられる。フィルタに含まれる先端開放スタブは、その長さが1/4波長となる基本次共振周波数、およびその奇数倍の高次共振周波数において直列共振状態となり、前記フィルタは帯域阻止特性を呈するが、スタブの長さが1/4波長の偶数倍となる周波数ではスタブが反共振状態となるため、前記フィルタは当該周波数成分を阻止できなくなってしまう問題があった。 A typical application of the above-described band rejection filter and low-pass filter is to suppress spurious radiation in a high frequency band that occurs in various wireless transmitters. The open-ended stub included in the filter is in a series resonance state at a fundamental order resonance frequency having a length of ¼ wavelength and an odd multiple of the higher order resonance frequency, and the filter exhibits a band rejection characteristic. Since the stub is in an anti-resonant state at a frequency where the length of the filter is an even multiple of the quarter wavelength, the filter cannot prevent the frequency component.
特に、無線送信機のスプリアス輻射は送信周波数f0の整数倍にあたる成分の電力が比較的大きくなり、例えば前述した帯域阻止フィルタで送信波の2倍波2f0を抑圧することを目的として同周波数がスタブの基本次共振周波数となるよう設計した場合には、スタブ長が1/2波長となる2×2f0=4f0の周波数成分、すなわち送信波の4倍波成分がフィルタで阻止できずに漏洩してしまうことになる。 In particular, the spurious radiation of the radio transmitter has a component power corresponding to an integral multiple of the transmission frequency f 0 , which is relatively large. For example, the above-mentioned frequency band is used to suppress the second harmonic 2f 0 of the transmission wave with the band rejection filter described above. Is designed to be the fundamental resonance frequency of the stub, the frequency component of 2 × 2f 0 = 4f 0 where the stub length is ½ wavelength, that is, the fourth harmonic component of the transmitted wave cannot be blocked by the filter. Will be leaked.
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、フィルタに含まれる先端開放スタブの先端部にキャビティを設けて両者を電磁的に結合させることにより、スタブ単体のみでは反共振状態となり、減衰量を確保できなくなる周波数帯において所望の減衰量を得ることが可能となる高周波共振器及び同共振器を用いて構成された高周波フィルタを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. By providing a cavity at the tip of the open-ended stub included in the filter and electromagnetically coupling the two, the stub alone becomes an anti-resonant state. An object of the present invention is to obtain a high-frequency resonator capable of obtaining a desired attenuation amount in a frequency band in which the attenuation amount cannot be secured, and a high-frequency filter configured using the resonator.
この発明に係る高周波共振器及び高周波フィルタは、同軸線路あるいはマイクロストリップ線路で構成される先端開放スタブの先端部分にキャビティ共振器を形成し、同キャビティ共振器の共振周波数が前記同軸線路共振器の基本次共振周波数より高くなるよう同キャビティ共振器の寸法を設定した高周波共振器、及び同共振器を用いて構成された高周波フィルタである。 A high frequency resonator and a high frequency filter according to the present invention form a cavity resonator at a tip portion of an open stub formed of a coaxial line or a microstrip line, and the resonance frequency of the cavity resonator is the same as that of the coaxial line resonator. A high-frequency resonator in which the dimensions of the cavity resonator are set so as to be higher than a fundamental order resonance frequency, and a high-frequency filter configured using the resonator.
この発明によれば、フィルタに含まれる先端開放スタブの先端部にキャビティを設けて両者を電磁的に結合させることにより、スタブ単体のみでは反共振状態となり、減衰量を確保できなくなる周波数帯において所望の減衰量を得ることが可能となる。 According to the present invention, by providing a cavity at the tip of the open-ended stub included in the filter and electromagnetically coupling them together, the stub alone is in an anti-resonant state, and the desired attenuation is not obtained in the frequency band. Can be obtained.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による高周波共振器及び高周波フィルタを示す図である。図1に示す高周波共振器は、先端が開放状態にある同軸線路内導体3と、同軸線路外導体として機能する外導体としての金属筐体1とからなる同軸線路共振器の内導体3の長さをおよそ1/4波長とすることで所望の基本次共振周波数を得ると共に、内導体3の先端部分を囲う金属筐体1にキャビティ共振器4を形成し、キャビティ共振器4の共振周波数が同軸線路共振器の基本次共振周波数より高くなるようキャビティ共振器4の寸法を設定している。そして、信号入力端子5aと信号出力端子5bを同軸線路2で接続し、高周波共振器を同軸線路2に接続することで高周波フィルタを構成している。
1 is a diagram showing a high-frequency resonator and a high-frequency filter according to
次に、この発明の実施の形態1によるフィルタの動作について説明する。図1において、共振器は、同軸線路内導体3と同軸線路外導体として機能する金属筐体1から構成される先端開放スタブと、同金属筐体1の内部に設けられたキャビティ共振器4とからなり、入出力端子5a、5bを結ぶ同軸線路2にキャビティ共振器4を接続することで帯域阻止フィルタが構成される。
Next, the operation of the filter according to
このキャビティ共振器4は、先端開放スタブの長さ(L+Lp)がおよそ1/4波長となる周波数fcにおいて基本次共振状態となり、そのとき、図1に示す点Cが電気的短絡状態となるため、図1に示す構成のフィルタは帯域阻止特性を呈する。なお、同周波数帯ではキャビティ共振器4の各寸法A、Hは1/2波長未満となっており、キャビティはカットオフ状態となる。従って、同周波数帯において、当該部分は内、外導体間の距離が他部分に比べて若干大きい、やや高インピーダンスの同軸線路として動作する。なお、図2(a)には同状態における共振器の等価回路を示しておく。 The cavity resonator 4 is in a fundamental resonance state at a frequency fc at which the length (L + Lp) of the tip open stub is approximately ¼ wavelength, and at this time, the point C shown in FIG. The filter having the configuration shown in FIG. 1 exhibits band rejection characteristics. In the same frequency band, the dimensions A and H of the cavity resonator 4 are less than ½ wavelength, and the cavity is cut off. Therefore, in the same frequency band, the portion operates as a slightly high impedance coaxial line in which the distance between the inner and outer conductors is slightly larger than the other portions. FIG. 2A shows an equivalent circuit of the resonator in the same state.
一方、スタブの長さ(L+Lp)がおよそ1/2波長となる約2fcの周波数においては、キャビティ共振器が共振状態となるとともに同キャビティ共振器と同軸線路が電磁的に結合することから、図1に示す点Dがほぼ電気的に開放された高インピーダンス状態となる。このとき、同軸線路部の長さLが約1/4波長となるとすると、1/4波長線路が一般に有するインピーダンス変成機能より、図1に示すC点がほぼ電気的短絡状態となる。従って、図1のフィルタは帯域阻止特性を呈する。なお、図2(b)には同状態における共振器の等価回路を示しておく。 On the other hand, at a frequency of about 2fc where the length of the stub (L + Lp) is approximately ½ wavelength, the cavity resonator is in a resonance state and the cavity resonator and the coaxial line are electromagnetically coupled. The point D shown in FIG. At this time, assuming that the length L of the coaxial line portion is about ¼ wavelength, the point C shown in FIG. 1 is almost in an electrical short-circuit state due to the impedance transformation function that the ¼ wavelength line generally has. Accordingly, the filter of FIG. 1 exhibits a band rejection characteristic. FIG. 2B shows an equivalent circuit of the resonator in the same state.
ここで、もし、キャビティ共振器が無いとすると、その等価回路は図2(a)となり、スタブの長さ(L+Lp)がおよそ1/2波長となるため、点Cは電気的開放状態となり、フィルタは帯域阻止特性を持たないことになる。図3にはキャビティ共振器を用いた場合(この発明)、および用いない場合(従来)のフィルタ通過特性を示しておく。 Here, if there is no cavity resonator, the equivalent circuit is as shown in FIG. 2A, and the length of the stub (L + Lp) is approximately ½ wavelength, so that the point C is in an electrically open state, The filter does not have a band rejection characteristic. FIG. 3 shows filter pass characteristics when a cavity resonator is used (the present invention) and when not used (conventional).
このように、同軸線路からなる先端開放スタブの先端部にキャビティ共振器を設け、先端開放スタブの基本次共振周波数fcでは同キャビティ共振器がカットオフ状態となるようにキャビティ寸法を与えると共に、およそその2倍の周波数2fcでは先端開放スタブとキャビティ共振器が電磁結合するようにして設計された共振器を用いてフィルタを構成することにより、本来ならば先端開放スタブが反共振状態となりフィルタが帯域阻止特性を呈さなくなる周波数2fc近傍にて帯域阻止特性を形成することが可能となる。
In this manner, a cavity resonator is provided at the tip of the open-ended stub made of a coaxial line, and the cavity dimensions are given so that the cavity resonator is cut off at the fundamental resonance frequency fc of the open-ended stub. By constructing a filter using a resonator designed so that the open-ended stub and the cavity resonator are electromagnetically coupled at a
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による高周波共振器及び高周波フィルタを示す図である。図4に示す高周波共振器は、誘電体基板17上に形成されて先端が開放状態にある、信号線12および13、地導体16により構成されるマイクロストリップ線路と、マイクロストリップ線路を内部に設置封止する金属筐体11とからなるマイクロストリップ線路共振器のマイクロストリップ線路の長さをおよそ1/4波長とすることで所望の基本次共振周波数を得ると共に、マイクロストリップ線路の先端部分にあたる金属筐体11にキャビティ共振器14を形成し、キャビティ共振器の共振周波数がマイクロストリップ線路共振器の基本次共振周波数より高くなるようキャビティ共振器の寸法を設定している。そして、信号入力端子15aと信号出力端子15bをマイクロストリップ線路で接続し、高周波共振器をマイクロストリップ線路に接続することで高周波フィルタを構成している。なお、信号線13は先端開放スタブを構成している。
FIG. 4 is a diagram showing a high-frequency resonator and a high-frequency filter according to
次に、この発明の実施の形態2によるフィルタの動作について説明する。本実施の形態2は、実施の形態1において、同軸線路に代えて誘電体基板17、信号線12および13、地導体16により構成されるマイクロストリップ線路を用いたものであり、実施の形態1と同等の動作を呈する。
Next, the operation of the filter according to the second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment uses a microstrip line composed of the
このように、マイクロストリップ線路からなる先端開放スタブの先端部にキャビティ共振器を設け、先端開放スタブの基本次共振周波数fcでは同キャビティ共振器がカットオフ状態となるようにキャビティ寸法を与えると共に、およそその2倍の周波数2fcでは先端開放スタブとキャビティ共振器が電磁結合するようにして設計された共振器を用いてフィルタを構成することにより、本来ならば先端開放スタブが反共振状態となりフィルタが帯域阻止特性を呈さなくなる周波数2fc近傍にて帯域阻止特性を形成することが可能となる。 In this way, a cavity resonator is provided at the tip of the open-ended stub made of a microstrip line, and at the basic resonance frequency fc of the open-ended stub, a cavity dimension is given so that the cavity resonator is cut off, By constructing a filter using a resonator designed so that the open-ended stub and the cavity resonator are electromagnetically coupled at a frequency 2fc that is approximately twice that frequency, the open-ended stub originally becomes anti-resonant and the filter The band rejection characteristic can be formed in the vicinity of the frequency 2fc that does not exhibit the band rejection characteristic.
1、11 金属筐体、 2、3 同軸線路内導体、 4、14 キャビティ共振器、 5a、15a、101a 信号入力端子、 5b、15b、101b 信号出力端子、 12、13 信号線、 16 地導体、 17 誘電体基板、 102 ストリップ線路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記内導体の長さ(L+Lp)がおよそ1/4波長となる周波数fcにおいては、前記キャビティ共振器がカットオフ状態となることで帯域阻止特性を呈し、
前記内導体の長さ(L+Lp)がおよそ1/2波長となる周波数2fcにおいては、前記キャビティ共振器が前記内導体と電磁的に結合することで帯域阻止特性を呈する
ことを特徴とする高周波共振器。 Tip Ri is opened near the inner conductors is a length (L + Lp), the length of the inner conductor of the coaxial line resonator comprising a metal housing serving as the outer conductor (L + Lp) approximately 1/4 wavelength Thus, a desired fundamental resonance frequency is obtained, and a cavity resonator is formed in the metal casing surrounding a portion having a length Lp corresponding to the tip portion of the inner conductor, and the resonance frequency of the cavity resonator is Set the cavity resonator dimensions to be higher than the fundamental resonance frequency of the coaxial line resonator ,
At a frequency fc where the length of the inner conductor (L + Lp) is approximately ¼ wavelength, the cavity resonator exhibits a band rejection characteristic by being in a cutoff state,
At a frequency 2fc where the length (L + Lp) of the inner conductor is approximately ½ wavelength, the cavity resonator exhibits a band rejection characteristic by electromagnetically coupling with the inner conductor. vessel.
前記マイクロストリップ線路の長さ(L+Lp)がおよそ1/4波長となる周波数fcにおいては、前記キャビティ共振器がカットオフ状態となることで帯域阻止特性を呈し、
前記マイクロストリップ線路の長さ(L+Lp)がおよそ1/2波長となる周波数2fcにおいては、前記キャビティ共振器が前記マイクロストリップ線路と電磁的に結合することで帯域阻止特性を呈する
ことを特徴とする高周波共振器。 Is formed on the dielectric substrate Ri is open near the tip, a microstrip line resonator composed of the microstrip line is a length (L + Lp), a metal housing for installing sealing the microstrip line inside A desired fundamental order resonance frequency is obtained by setting the length (L + Lp) of the microstrip line of the filter to about ¼ wavelength, and the length Lp corresponding to the tip part of the microstrip line is enclosed. Forming a cavity resonator in a metal housing, and setting the dimension of the cavity resonator so that the resonance frequency of the cavity resonator is higher than the fundamental resonance frequency of the microstrip line resonator ;
At a frequency fc where the length of the microstrip line (L + Lp) is approximately ¼ wavelength, the cavity resonator exhibits a band rejection characteristic by being cut off,
At a frequency 2fc where the length (L + Lp) of the microstrip line is approximately ½ wavelength, the cavity resonator exhibits a band rejection characteristic by electromagnetically coupling with the microstrip line. High frequency resonator.
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