JP5464545B2 - 高周波帯域フィルタ及び通信装置並びにその調整方法 - Google Patents
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Description
また、1〜5GHz帯の移動通信システムが展開されるようになり、その帯域に対応可能な高周波回路のマイクロ波集積回路化やモノシリックマイクロ波集積回路化が要求されている。しかし、周波数がGHzの領域に対応可能であり、一般にQ値(主に振動の状態を表す無次元数)の大きなインダクタ素子を作ることは難しい。
更に、近年の急速な通信機器の小型化に伴い、通信機器に用いる各種フィルタも小型のものが要求されている。また、高速の無線通信を実現するには、干渉波を除去する無線伝送方式が必要である。特に、コグニティブ無線通信では、通過帯域や阻止帯域を調整するフィルタは不可欠である。
本発明者は、非特許文献1において、一波長の電気長ではあるが狭い帯域の高周波通過フィルタを開示し、非特許文献2において、急峻なスカート特性を有するマイクロ波帯域阻止フィルタを開示した。それらの開発の延長として、本発明に至り、小型・狭帯域・低損失であり、急峻なスカート特性を有し、しかも、通過信号の中心周波数と減衰極周波数を調整できる高周波帯域フィルタを実現した。
図示の電気結合ヘアピン共振器タップ給電による高周波通過フィルタは、通過信号の中心周波数の略1/4波長共振器となる2つのマイクロストリップ線路を、その開放端同士を所定の間隙を介して対向させ、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合を形成し、高周波を入出力する入出力線路をマイクロストリップ線路に電気的に接続させた構造である。
また、高周波を入力する入力線路と出力する出力線路とを、それぞれ、通過信号の中心周波数の略1/8波長のマイクロストリップ線路で構成してもよい。
また、マイクロストリップ線路を斜め方向に配置して、フィルタの形状が直線状に伸びることを避け、小型化に寄与させてもよい。
通過信号の中心周波数は2GHzを想定し、縦軸は伝達特性を表し、通過特性S21を示している。通過中心周波数の近傍の高域側と低域側に、それぞれ減衰極周波数がそれぞれ発生し、信号の通過帯域と阻止帯域との境界付近において、信号の通過率変化が急峻である。
なお、通過信号の中心周波数としては、1〜70GHzの範囲で選択される値が、適宜適用可能である。
回路構造は変えずにリアクタンス(C1)のみを変化させた場合、低域周波数帯における減衰極周波数は変化しないが、高域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数は変化する。リアクタンス(C1)の増加に伴い、高域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数は低下する。
回路構造は変えずにリアクタンス(C2)のみを変化させた場合、高域周波数帯における減衰極周波数は変化しないが、低域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数は変化する。リアクタンス(C2)の増加に伴い、低域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数は低下する。
行列要素は次の通りである。
図9は、その妥当性確認用の等価回路図であり、図10は、その回路シミュレーション結果のグラフである。
通過信号の中心周波数を1.965GHzとし、電気長θ=44.05°、θ’=38.4°、伝送線路の特性インピーダンスZ=47.7Ωとした。
図10の回路シミュレーション結果グラフにおいて、上の周波数表示は回路シミュレーション結果であり、下の周波数表示は解析値であり、一致している。
これから、通過信号の中心周波数1.965GHzの近傍の高域側と低域側に、それぞれ減衰極周波数がそれぞれ発生し、信号の通過帯域と阻止帯域との境界付近において、信号の通過率変化が急峻であることがわかる。
回路基板は、比誘電率2.2、誘電正接0.0009、誘電体厚1.57mm、導体は導体厚18μmの電解銅箔とした。マイクロストリップ線路は、幅5.1mm、特性インピーダンス47.7Ω、線路長は17.5mm及び15mm、電気長は通過中心周波数2GHzで44°及び38°である。なお、接合部や折れ曲がり部で、長さは補正した。マイクロストリップ線路の開放端同士の間隔は2mmとし、これは直列容量2.2fFを与えると見積もられる。
同様に、リアクタンスの変化によって、減衰極周波数もシフトさせられる。
図13は、本発明による高周波帯域阻止フィルタの要部を示す説明図である。
前記の高周波帯域通過フィルタとは、次の差異を有する。
すなわち、本高周波帯域阻止フィルタにおいては、高周波信号を伝送する主マイクロストリップ線路の側部に所定の間隙を介して、通過信号の中心周波数の略1/8波長または略1/16波長となる副マイクロストリップ線路が備わり、その主マイクロストリップ線路と副マイクロストリップ線路との間に共振周波数で電界結合を生じる電気結合が形成され、そして、副マイクロストリップ線路にリアクタンスが備わる。リアクタンスとしては、容量性負荷を用い、副マイクロストリップ線路の両側部に1つずつ配置してもよい。
前記の高周波帯域通過フィルタと同様に、リアクタンスを設け容量を調整することによって、阻止する減衰極周波数を変化させられ、信号の阻止帯域を調整することができる。
0.0009、誘電体厚1.57mm、導体厚18μm、コンデンサのサイズは1608である。
コンデンサによるリアクタンスによって、阻止する減衰極周波数2GHzが発生し、信号の通過帯域と阻止帯域との境界付近において、信号の通過率変化が急峻である。
回路シミュレーションの結果、リアクタンス(C)を変化させた時、減衰極周波数がシフトすることが確認された。また、その減衰量S21はほぼ一定であった。
つまり、リアクタンス(C)を変化させることによって、減衰量をほぼ一定に保ったまま、減衰極周波数のみを調整することが可能である。
回路のパラメータは、Ze =82.3Ω、Zo =36.4Ω、θe
=36°、θo=34.8°である。
図20から、回路シミュレーションの値と実測値が一致していることがわかる。実測結果を曲線近似すると、次の実験式が得られた。
Claims (18)
- 誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の誘電体上面に設けられ、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域通過フィルタにおいて、
通過信号の中心周波数の略1/4波長となるヘアピン状のマイクロストリップ線路を2つ備え、
高周波を入力する入力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの2つの長さと、高周波を出力する出力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの2つの長さとの関係が相補的であり、高周波の入力線路との接続位置から高周波の出力線路との接続位置までの2つのマイクロストリップ線路の長さが等しいと共に、
それらの開放端同士が所定の間隙を介して対向し、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合が形成され、
各マイクロストリップ線路の開放端近傍にリアクタンスが備わる
ことを特徴とする高周波帯域通過フィルタ。 - リアクタンスの配置が、回路的に点対称である
請求項1に記載の高周波帯域通過フィルタ。 - リアクタンスが、キャパシタを備えた回路である
請求項1または2に記載の高周波帯域通過フィルタ。 - 通過信号の中心周波数が1〜70GHzの範囲で選択される値である
請求項1ないし3のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタ。 - 信号の通過帯域と阻止帯域との境界付近において、信号の通過率変化が急峻である特性を備えている
請求項1ないし4のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタ。 - 高周波信号を伝送する通信装置であって、請求項1ないし5のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタを有する
ことを特徴とする通信装置。 - 誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の誘電体上面に設けられ、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域通過フィルタにおいて、
通過信号の中心周波数の略1/4波長となるヘアピン状のマイクロストリップ線路を2つ用い、
高周波を入力する入力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの2つの長さと、高周波を出力する出力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの2つの長さとの関係を相補的にして、高周波の入力線路との接続位置から高周波の出力線路との接続位置までの2つのマイクロストリップ線路の長さを等しくすると共に、
それらの開放端同士を所定の間隙を介して対向させ、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合を形成し、
各マイクロストリップ線路の開放端近傍にリアクタンスを設け、
そのいずれかのリアクタンスを変化させて、高域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数、または、低域周波数帯における減衰極周波数及び通過中心周波数をシフトさせ、信号の通過帯域を調整する
ことを特徴とする高周波帯域通過フィルタの調整方法。 - 少なくとも1つのリアクタンスを変化させて、高域周波数帯における減衰極周波数と、低域周波数帯における減衰極周波数とを接近させ、信号の通過帯域の幅を調整する
請求項7に記載の高周波帯域通過フィルタの調整方法。 - 少なくとも1つのリアクタンスを変化させて、通過信号の中心周波数を調整する
請求項7または8に記載の高周波帯域通過フィルタの調整方法。 - 誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の誘電体上面に設けられ、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域阻止フィルタにおいて、
高周波信号を伝送する主マイクロストリップ線路の側部に所定の間隙を介して、通過信号の中心周波数の略1/8波長または略1/16波長となる副マイクロストリップ線路を備え、その主マイクロストリップ線路と副マイクロストリップ線路との間に共振周波数で電界結合を生じる電気結合が形成され、
副マイクロストリップ線路にリアクタンスが備わる
ことを特徴とする高周波帯域阻止フィルタ。 - リアクタンスが、副マイクロストリップ線路の両側部に1つずつ配置される
請求項10に記載の高周波帯域阻止フィルタ。 - リアクタンスが、容量性負荷である
請求項10または11に記載の高周波帯域阻止フィルタ。 - 通過信号の中心周波数が1〜70GHzの範囲で選択される値である
請求項10ないし12のいずれかに記載の高周波帯域阻止フィルタ。 - 信号の通過帯域と阻止帯域との境界付近において、信号の通過率変化が急峻である特性を備えている
請求項10ないし13のいずれかに記載の高周波帯域阻止フィルタ。 - 高周波信号を伝送する通信装置であって、請求項10ないし14のいずれかに記載の高周波帯域阻止フィルタを有する
ことを特徴とする通信装置。 - 誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の誘電体上面に設けられ、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域阻止フィルタにおいて、
高周波信号を伝送する主マイクロストリップ線路の側部に所定の間隙を介して、通過信号の中心周波数の略1/8波長または略1/16波長となる副マイクロストリップ線路を設け、その主マイクロストリップ線路と副マイクロストリップ線路との間に共振周波数で電界結合を生じる電気結合を形成し、
副マイクロストリップ線路にリアクタンスを設け、
そのリアクタンスを変化させて、減衰極周波数をシフトさせ、信号の阻止帯域を調整する
ことを特徴とする高周波帯域阻止フィルタの調整方法。 - 少なくとも1つのリアクタンスを変化させて、阻止する減衰極周波数の幅を調整して、信号の阻止帯域の幅を調整する
請求項16に記載の高周波帯域阻止フィルタの調整方法。 - 少なくとも1つのリアクタンスを変化させて、阻止する減衰量は略一定のまま、阻止帯域を調整する
請求項16または17に記載の高周波帯域阻止フィルタの調整方法。
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