JP5762690B2 - フィルタ及び送受信装置 - Google Patents
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Description
ここでは、オープンスタブ142は、2倍波信号2f0に対応して設けられ、2倍波信号2f0の波長λ2f0の1/4の長さ(すなわち、基本波信号f0の波長λf0の1/8の長さ)を備える。オープンスタブ142は、2倍波信号2f0に対して伝送線路130との接続部131をショート状態とし、2倍波信号2f0を抑制する。
このような点に鑑み、高調波信号を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号の減衰量を低減させたフィルタ及び送受信装置を提供することを目的とする。
このフィルタは、基本波信号及び基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、入力端子に入力された基本波信号を出力する出力端子と、入力端子と出力端子とを接続する伝送線路と、高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、伝送線路に接続し、対応する奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、伝送線路に接続し、基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、伝送線路に接続した第2のショートスタブと、を有する。
このフィルタは、基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の1/8の長さを備えたショートスタブと、を有する。
この送受信装置は、送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、受信信号を出力する受信端子と、アンテナ端子と、前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第2のショートスタブと、を有する。
この増幅回路は、基本波信号が入力される入力端子と、前記基本波信号を増幅するトランジスタと、前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた伝送線路と、前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、を有する。
[第1の実施形態]
図2は、第1の実施形態に係るフィルタの一例を示す図である。第1の実施形態に係るフィルタ200は、入力端子210、出力端子220、入力端子210と出力端子220とを接続する伝送線路230、伝送線路230と接続部231で接続したオープンスタブ243、245、及び、ショートスタブ251、252を有する。ここで、伝送線路230の特性インピーダンスZ0は、50Ωである。
図3は、図1のフィルタに対応するスミスチャートである。ここで、基本波信号f0の周波数は、1.300GHzである。図3に示すように、基本波信号f0に対するインピーダンスは、例えば、6.511−j16.827Ωであり、スミスチャート中のm1で示される箇所に位置している。
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態のフィルタ200に、マイクロストリップラインを適用したものに相当する。
第2の実施形態に係るフィルタ300は、表面11と、表面11とは反対側の表面12と、表面11と表面12とを結ぶ接続ビア20を備える基板10を有する。基板10には、例えば、アルミナ等を材料とする低損失誘電体基板が用いられている。
さらに、フィルタ300では、オープンスタブ343、345、及び、ショートスタブ351、352は、伝送線路330と接続部331で共通接続されている。すなわち、オープンスタブ343、345、及び、ショートスタブ351、352は、基板10の表面11上において、一箇所に集中して配置されている。
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第2の実施の形態のフィルタ300からショートスタブ352を除いたものに相当する。
図12は、第3の実施の形態のフィルタの試作品の構成を示す上面図である。また、図13は、図12のA−A線での断面図である。
特に、フィルタ300bの小型化を図ろうとすると、各スタブがアルミナ基板362の外周部に形成され、実効誘電率が低くなる。そのため、スタブの電気長が短くなり、目当ての高調波信号を抑圧するために必要な電気長に足りなくなる。したがって、Auワイヤボンディングや、調整用ランド367を用いて各スタブの長さを変えることで、簡単に精度よく高調波を抑圧するために必要な電気長に調整することができる。
CPW−MSL変換器369a、369bは、Auワイヤボンディングにより伝送線路363の両端に接続される。図13では、Auワイヤ371により、伝送線路363とCPW−MSL変換器369bを接続している様子を示している。
図7や図10で示したフィルタ300、300aは、ショートスタブを、接続ビアを介してグランドとショートさせている。上記のフィルタ300bでは、Auワイヤボンディングにより、ショートスタブ366を電気的にグランドとなる金属キャリア361に接続している。このため、ショートスタブ366を、簡単な構成でグランドとショートさせることができる。
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、第1実施形態のフィルタ200を、送受信装置に適用したものに相当する。図15は、第4の実施形態に係る送受信装置の一例を示す図である。
次に、送受信装置400の動作について詳細に説明する。
[変形例1]
図16は、第4の実施形態に係る送受信装置の第1の変形例を示す図である。図15で示した送受信装置400と同一の構成要素については同一符号を付している。
電源バイアス回路460において、ショートスタブ451と接地線との間のノードN4に、電源電圧Vddを印加している。
[変形例2]
図17は、第4の実施形態に係る送受信装置の第2の変形例を示す図である。図15で示した送受信装置400と同一の構成要素については同一符号を付している。第2の変形例の送受信装置400bは、送受信装置400において、オープンスタブ443、445、及び、ショートスタブ451の接続位置を変更したものである。
この構成によれば、アンプ420で発生する高調波信号のみならず、スイッチ回路430で発生する高調波信号についても、抑制することが可能となる。さらに、送受信装置400の更なる小型化を実現することが可能となる。
[第5の実施形態]
以下では、第1の実施形態のフィルタ200を適用したF級増幅回路の例を示す。
F級増幅回路500は、基本波信号f0の増幅用のトランジスタ501と、トランジスタ501の制御用端子と基本波信号f0が入力される入力端子INとの間に接続し入力整合を行う入力整合回路502を有する。トランジスタ501は、例えば、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタである。
図19は、理想的なF級動作時におけるトランジスタの電流波形と電圧波形の様子を示す図である。横軸は位相(ωt)、縦軸は電圧Vと電流Iである。図19では、トランジスタ501を電界効果トランジスタとして、出力端子であるドレインにおけるドレイン電流波形Idと、ドレイン電圧波形Vdの様子を示している。
[変形例]
図20は、第5の実施形態に係るF級増幅回路の変形例を示す図である。図18で示したF級増幅回路500と同一の構成要素については同一符号を付している。
これにより、図18で示したF級増幅回路500と同様の効果が得られるとともに、小型化が実現できる。
(付記1) 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第2のショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
(付記3) 前記オープンスタブ及び前記第1、第2のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記1または2に記載のフィルタ。
前記基板に設けられ、前記第1の表面と前記第2の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第2の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第1及び第2のショートスタブは、前記基板の前記第1の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする付記1〜3のいずれか1つに記載のフィルタ。
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の1/8の長さを備えたショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
(付記8) 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、基板の上方に設けられており、前記オープンスタブと、前記ショートスタブの少なくとも一部が、互いに前記基板上の異なる辺に沿うように曲折され、前記基板の外周部に形成されていることを特徴とする付記6または7に記載のフィルタ。
(付記10) 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに並列するように導体部が設けられており、
前記導体部は、ワイヤにより前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする付記6〜9のいずれか1つに記載のフィルタ。
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、
前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第2のショートスタブと、を有することを特徴とする送受信装置。
(付記13) 前記オープンスタブ及び前記第2のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記11または12に記載の送受信装置。
前記第2のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする付記11〜13のいずれか1つに記載の送受信装置。
前記基本波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた伝送線路と、
前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、
を有することを特徴とする増幅回路。
(付記18) 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記16または17に記載の増幅回路。
210 入力端子
220 出力端子
230 伝送線路
231 接続部
243、245 オープンスタブ
251、252 ショートスタブ
Claims (7)
- 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第2のショートスタブと、を有し、
前記第2のショートスタブと前記伝送線路との接続している部位が、前記オープンスタブと前記伝送線路との接続している部位よりも小さいことを特徴とするフィルタ。 - 前記第2のショートスタブは、前記基本波信号の波長の1/8の長さを備えていることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。
- 前記オープンスタブ及び前記第1、第2のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のフィルタ。
- 第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面とを備える基板と、
前記基板に設けられ、前記第1の表面と前記第2の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第2の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第1及び第2のショートスタブは、前記基板の前記第1の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のフィルタ。 - 送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間の伝送線路に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の1/4の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の1/4の長さを備えた第1のショートスタブと、
前記伝送線路に接続された第2のショートスタブと、を有し、
前記第2のショートスタブと前記伝送線路との接続している部位が、前記オープンスタブと前記伝送線路との接続している部位よりも小さいことを特徴とする送受信装置。 - 前記第2のショートスタブは、前記基本波信号の波長の1/8の長さを備えていることを特徴とする請求項5に記載の送受信装置。
- 前記アンプに接続される電源バイアス回路の伝送線路は、前記第2のショートスタブと、前記第2のショートスタブに接続される接地線と、を含み、
前記第2のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする請求項5または6に記載の送受信装置。
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