JP5950088B2

JP5950088B2 - トラップ回路および通信機

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Publication number: JP5950088B2
Application number: JP2012073320A
Authority: JP
Inventors: 昭男関
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013207484A

Description

本発明は、トラップ回路、および、それを利用した通信機に関する。

マイクロストリップラインは一般に知られる。特定の周波数の遮断にあたってオープンスタブ型のトラップ回路が用いられることができる。オープンスタブは遮断する周波数に対して１／４波長の長さを有するマイクロストリップラインで構成される。マイクロストリップラインの先端は開放される。

例えば特許文献１に開示されるように、トラップ回路に１／４波長の共振線路が用いられることができる。共振線路は主線路に並列に形成される。共振線路はオープンスタブと等価に機能する。特許文献１では、共振線路の開放端上に金属素子が配置される。金属素子は可変容量素子として機能する。金属素子の挿入量に応じて等価的に共振線路の線路長は変化することができる。

実開昭６３−４７６０７号公報

本発明のいくつかの態様によれば、これまでに比べて良好なＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）を示すトラップ回路は提供されることができる。

装置の一形態は、マイクロストリップラインで形成される伝送線路と、前記伝送線路を覆うシールドケースと、前記シールドケースと導通を保って挿入され先端で前記伝送線路に向き合う長尺の導体とを備え、前記伝送線路は、第１幅の第１線幅域と、前記第１幅よりも大きく導体の外径よりも大きい第２幅を有して前記導体の先端に向き合う第２線幅域とを有するトラップ回路に関する。

長尺の導体は電磁気的にマイクロストリップラインの伝送線路に結合する。トラップ回路は特定の遮断周波数を含む周波数帯域で信号を減衰する。伝送線路の線幅と導体の太さとの相対関係が調整されると良好なＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）を示すトラップ回路は提供されることができる。本発明者は、伝送線路で第２幅の第２線幅域が設定されると、導体が第１幅の第１線幅域に向き合わせられる場合に比べてトラップ回路のＱが高まることを見出した。その結果、トラップ回路ではこれまでに比べて狭い周波数帯域で信号は減衰されることができる。

トラップ回路は、前記導体を構成するねじ部材を備えることができる。ねじ部材のねじ込みによる導体の挿入量は適宜に調整されることができる。こうしたねじ部材のねじ込み量に応じて共振周波数は変化する。その結果、トラップ回路の遮断周波数は調整されることができる。組み立て誤差などに起因する特性のばらつきはねじ込み量の調整で吸収されることができる。特に、規格品のねじがねじ部材として用いられれば、トラップ回路は安価に構築されることができる。

前記第１線幅域および前記第２線幅域の間にはλ／４変成器が接続されることができる。伝送線路でインピーダンスの変化は和らげられる。その結果、伝送される信号の反射は抑制される。信号の損失は抑制されることができる。

その他、前記第１線幅域および前記第２線幅域の間には第１幅から第２幅まで徐々に線幅を増加させるテーパー域が形成されてもよい。伝送線路でインピーダンスの変化は和らげられる。その結果、伝送される信号の反射は抑制される。信号の損失は抑制されることができる。

以上のようなトラップ回路は通信機に組み込まれて利用されることができる。通信機には例えばブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）といった衛星通信機用送信機その他の無線送信機が含まれることができる。その他、前述のようなトラップ回路は、マイクロストリップラインを備える電子機器に組み込まれて利用されることができる。

以上のように開示のトラップ回路によれば、これまでに比べて良好なＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）を示すトラップ回路は形成されることができる。

一実施形態に係る通信機の一具体例すなわち送信機の回路構成を概略的に示すブロック図である。送信機の構造を概略的に示す断面図である。伝送線路の平面図である。トラップ回路の周波数特性を示すグラフである。変形例に係る伝送線路の平面図である。多段接続のトラップ回路を示す概念図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は一実施形態に係る通信機の一具体例すなわち送信機１１の回路構成を概略的に示す。送信機１１は送信回路１２およびアンテナ１３を備える。送信回路１２にアンテナ１３が接続される。送信回路１２には例えば９５０ＭＨｚ〜１４５０ＭＨｚの入力信号すなわち中間周波信号（ＩＦ）が入力される。中間周波信号に特定の情報により変調される。送信回路１２は中間周波信号を周波数変換する。中間周波信号は例えば２９．５ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの高周波信号（ＲＦ）に変換される。送信回路１２から高周波信号は出力される。高周波信号はアンテナ１３から無線信号として空間に伝搬する。こうして送信機１１から無線信号が送信される。この種の送信機１１は例えばブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）といった衛星通信機用送信機その他の無線送信機で例えられることができる。

送信回路１２はＩＦアンプ１４を備える。ＩＦアンプ１４は送信回路１２の入力端子１５に接続される。中間周波信号は入力端子１５から送信回路１２に入力される。ＩＦアンプ１４には中間周波信号が入力され増幅される。増幅された中間周波信号はＩＦアンプ１４から出力される。

送信回路１２は局部発振器として例えば位相同期発振器１６を備える。位相同期発振器１６は例えば２８．５５ＧＨｚの局部発信信号（ＬＯ）を出力する。こうした局部発振信号の生成にあたって例えばＰＬＯ（フェイズロックオシレータ）回路および逓倍器が相互に組み合わせられることができる。ＰＬＯは１０ＭＨｚの基準周波数に基づき１４．２７５ＧＨｚの局部発振信号を生成することができる。逓倍器は１４．２７５ＧＨｚの局部発振信号から２倍の２８．５５ＧＨｚの局部発振信号を生成することができる。

送信回路１２はミキサ１７を備える。ミキサ１７にはＩＦアンプ１４および位相同期発振器１６が接続される。ミキサ１７で中間周波信号と位相同期発振器１６の局部発振信号とが混合される。その結果、中間周波信号の周波数と局部発振信号の周波数との和または差である高周波信号に中間周波信号は周波数変換される。

送信回路１２はＲＦアンプ１８およびパワーアンプ１９を備える。ＲＦアンプ１８はミキサ１７に接続される。ＲＦアンプ１８はミキサ１７の出力を増幅する。ＲＦアンプ１８にはパワーアンプ１９が接続される。パワーアンプ１９は所定の出力電力までＲＦアンプ１８の出力信号を増幅する。

送信回路１２はトラップ回路２１を備える。トラップ回路２１はパワーアンプ１９に接続される。トラップ回路２１は所定の周波数に遮断周波数を有する。トラップ回路２１は、遮断周波数を含む周波数帯域で信号を減衰する。こうして特定の周波数帯域で減衰された高周波信号は送信回路１２の出力端子２２から出力される。出力端子２２にアンテナ１３は接続される。ここでは、局部発振信号の周波数（＝２８．５５ＧＨｚ）が遮断周波数に設定される。したがって、トラップ回路２１は２８．５５ＧＨｚを中心に所定の周波数帯域で高周波信号を減衰する。アンテナ１３から局部発振信号の漏れは防止されることができる。

図２は送信機１１の構造を概略的に示す。送信機１１は筐体（シールドケース）２４を備える。筐体２４は例えば底板２５と蓋体２６とを備えることができる。蓋体２６は底板２５に覆い被さる。蓋体２６と底板２５との間には閉鎖空間２７が区画される。筐体２４は例えば金属といった導体から形成される。したがって、閉鎖空間２７は電磁気的に外部空間から隔てられる。すなわち、閉鎖空間２７は電磁波からシールドされる。蓋体２６や底板２５は例えばアルミニウムのダイキャストから成形されることができる。

閉鎖空間２７内には基板２８が配置される。基板２８はグラウンド層２９を有する。グラウンド層２９は基板２８の全面にわたって均一な厚みで広がる。グラウンド層２９は例えば銅といった金属材料から形成されることができる。グラウンド層２９の表面には誘電体層３１が形成される。誘電体層３１はグラウンド層２９の全面にわたって均一な厚みで広がる。誘電体層３１は例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）といった誘電体から形成されることができる。

誘電体層３１の表面には導電パターン３２が形成される。導電パターン３２は例えば金属といった導電材から形成されることができる。ここでは金属に銅が用いられることができる。グラウンド層２９および誘電体層３１の働きで導電パターン３２はマイクロストリップラインを形成することができる。

基板２８上には送信回路１２が構築される。筐体２４の働きで送信回路１２は外部からシールドされる。ＩＦアンプ１４、位相同期発振器１６、ミキサ１７、ＲＦアンプ１８、パワーアンプ１９およびトラップ回路２１は、半導体チップ３３や、半導体チップ３３および導電パターン３２の組み合わせに基づき構築されることができる。半導体チップ３３は例えば回路素子の集合体として任意の機能ブロックを構成することができる。導電パターン３２はその形状に応じて電気抵抗やキャパシタといった回路素子を構成することができる。送信回路１２の入力端子１５は例えばコネクタ３４に接続される。送信回路１２の出力端子２２は例えばコネクタ３５に接続される。コネクタ３５にはアンテナ１３が接続される。

基板２８上には伝送線路３６が形成される。伝送線路３６の形成にあたって導電パターン３２には線状パターンが区画される。線状パターンは同様にマイクロストリップラインを構成する。線状パターンは、回路素子同士の間や、入力端子１５と回路素子との間、回路素子と出力端子２２との間で延びる。こうして伝送線路３６にはマイクロ波の信号を処理する回路素子が接続される。マイクロ波の信号は伝送線路３６を伝播する。伝送線路３６はマイクロ波の信号の経路として機能する。例えば厚み０．３ｍｍのポリテトラフルオロエチレン樹脂製基板が誘電体層として使用される場合には、ポリテトラフルオロエチレン樹脂は比誘電率２．２５を有することから、特性インピーダンスＺ＝５０Ωの確立にあたって線状パターンの線幅は０．７５ｍｍに設定される。

蓋体２６は伝送線路３６に向き合う金属板３７を有する。金属板３７は伝送線路３６から間隔を空けて配置される。金属板３７は伝送線路３６を覆う。金属板３７は例えば基板２８の表面に平行に広がることができる。

金属板３７には長尺の導体３８が金属板３７と高周波的に導通を保って支持される。導体３８の先端は伝送線路３６に向き合わせられる。導体３８の先端は伝送線路３６から間隔を空けて配置される。導体３８は例えば金属材料から形成されることができる。導体３８、伝送線路３６および筐体２４はトラップ回路２１を構成する。

ここでは、導体３８にはねじ部材が用いられる。ねじ部材は金属板３７にねじ込まれる。ねじ軸の軸心は基板２８の表面に直交すればよい。ねじ部材は例えばシリコーン樹脂といった樹脂材で金属板３７に固定されることができる。

図３に示されるように、伝送線路３６は第１線幅域４１と第２線幅域４２とを有する。第１線幅域４１では導電パターン３２の線状パターンは第１幅Ｗ１を有する。第１幅Ｗ１は伝送線路３６の基準幅に相当する。第２線幅域４２では導電パターン３２の線状パターンは第２幅Ｗ２を有する。第２幅Ｗ２は第１幅Ｗ１よりも大きい。ここでは、第２幅Ｗ２は導体３８のねじ軸の外径よりも大きく設定される。第２線幅域４２の長さは任意である。導体３８は第２線幅域４２に向き合わせられる。ここでは、導体３８の軸心は第２線幅域４２の線方向に第２線幅域４２の中央位置に配置される。

伝送線路３６は第１線幅域４１および第２線幅域４２の間に第３線幅域４３を有する。第３線幅域では導電パターン３２の線状パターンは第３幅Ｗ３を有する。第３幅Ｗ３は第１幅Ｗ１より大きく第２幅Ｗ２より小さい。第３幅Ｗ３は次式に従って決定されることができる。

ここで、Ｚ_１は第１線幅域４１の特性インピーダンスを示し、Ｚ_２は第２線幅域４２の特性インピーダンスを示し、Ｚ_３は第３線幅域４３の特性インピーダンスを示す。第３線幅域４３は線方向にλ／４の長さを有する。第３線幅域４３はλ／４変成器を構成する。

トラップ回路２１では導体３８は電磁気的にマイクロストリップラインの伝送線路３６に結合する。伝送線路３６で第２幅Ｗ２の第２線幅域４２が設定されると、導体３８が第１幅Ｗ１の第１線幅域４１に向き合わせられる場合に比べてトラップ回路２１のＱ（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）は高まる。その結果、トラップ回路２１ではこれまでに比べて狭い周波数帯域で信号は減衰されることができる。高周波信号の減衰はできる限り抑制されつつ確実に局部発振信号の漏れは防止されることができる。

トラップ回路２１では導体３８にはねじ部材が用いられる。導体３８のねじ込み量は適宜に調整されることができる。こうした導体３８のねじ込み量に応じてトラップ回路２１の共振周波数は変化する。その結果、トラップ回路２１の遮断周波数は調整されることができる。組み立て誤差などに起因する特性のばらつきはねじ込み量の調整で吸収されることができる。特に、Ｍ２といった規格品のねじがねじ部材として用いられれば、トラップ回路２１は安価に構築されることができる。蓋体２６がアルミニウムのダイキャストから成形される場合には、Ｍ２よりも小さい軸径では金属板３７に対してねじ切りの難度は格段に高まる。

ねじ込み量の調整は送信機１１の組み立て後に実施されることができる。調整にあたってコネクタ３５から局部発振信号の漏れは観察されればよい。調整後に蓋体２６の外側で導体３８は樹脂材で固定される。こうした固定に応じて調整後のねじ込み量の変化は回避されることができる。こうした樹脂材の固定に代えて、ねじ部材にダブルナット構造が用いられてもよく、いわゆるセルフタッピングねじが用いられてもよく、その他、ねじロック剤が用いられてもよい。

加えて、トラップ回路２１では第３線幅域４３はλ／４変成器を構成する。伝送線路３６で特性インピーダンスの変化は和らげられる。その結果、伝送されるマイクロ波の反射は抑制される。したがって、信号の損失は抑制されることができる。例えば第２線幅域４２の特性インピーダンスが２５Ω（線幅Ｗ２＝２．０ｍｍ）に設定されると、［数１］から第３線幅域４３の特性インピーダンスは概ね３５．４Ω（線幅Ｗ３＝１．２６ｍｍ）に設定され、８ＧＨｚのトラップ周波数の場合には第３線幅域４３の線方向長さは６．７ｍｍ（＝λ／４）に設定される。このとき、第３線幅域４３はλ／４変成器として機能する。伝送線路ではインピーダンス整合が確立され、インピーダンス不整合による通過損失は回避されることができる。しかも、導体３８にＭ２のねじが用いられても、導体３８の先端にはＷ２＝２．０ｍｍの第２線幅域４２が向き合わせられることができる。

本発明者はトラップ回路２１の周波数特性を検証した。検証にあたって基板上でマイクロストリップラインの伝送線路３６が形成された。伝送線路３６の特性インピーダンスは５０Ωに設定された。図３と同様に、伝送線路３６には第１線幅域４１（Ｗ１＝０．７５ｍｍ）、第２線幅域４２（Ｗ２＝２．０ｍｍ）および第３線幅域４３（Ｗ３＝１．２６ｍｍ）が区画された。伝送線路３６に対して導体３８（Ｍ２の標準ねじ）が配置された。トラップ周波数は８ＧＨｚに設定された。第３線幅域４３の線方向長さは６．７ｍｍ（＝λ／４）に設定された。検証にあたって比較例が用意された。比較例では伝送線路３６は第１幅Ｗ１の均一幅に形成された。伝送線路３６に対して導体３８が配置された。図４に示されるように、第２線幅域４２の設定に基づきトラップ回路２１のＱが高められることが確認された。

図５に示されるように、伝送線路３６では、第３線幅域４３に代えてテーパー域４４が形成されることができる。テーパー域４４は第１線幅域４１から第２線幅域４２まで徐々に線幅を増加させる。こうしたテーバー域４４は第１線幅域４１および第２線幅域４２の間で特性インピーダンスの変化を和らげることができる。その結果、伝送されるマイクロ波の反射は抑制される。したがって、信号の損失は抑制されることができる。

その他、図６に示されるように、特定の周波数の遮断にあたって複数のトラップ回路２１が直列に接続されてもよい。こうした多段接続によれば、減衰する周波数帯域が広がることなく、遮断周波数の減衰は強められることができる。さらに確実に局部発振信号の漏れは防止されることができる。また、ここでは２つの第２線幅域４２が第１線幅域４１およびλ／４変成器４３を介して接続されているが、第２線幅域４２同士が直接接続される形としても同様な効果を得ることができる。

１１通信機（送信機）、２１トラップ回路、２４シールドケース（筐体）、３６伝送線路、３８導体、４１第１線幅域、４２第２線幅域、４３ λ／４変成器（第３線幅域）、４４テーパー域、Ｗ１第１幅、Ｗ２第２幅。

Claims

マイクロストリップラインで形成される伝送線路と、前記伝送線路を覆うシールドケースと、前記シールドケースと導通を保って挿入され先端で前記伝送線路に向き合う長尺の導体とを備え、前記伝送線路は、第１幅の第１線幅域と、前記第１幅よりも大きく導体の外径よりも大きい第２幅を有して前記導体の先端に向き合う第２線幅域とを有することを特徴とするトラップ回路。
請求項１に記載のトラップ回路において、前記導体を構成するねじ部材を備えることを特徴とするトラップ回路。
請求項１または２に記載のトラップ回路において、前記第１線幅域および前記第２線幅域の間にはλ／４変成器が接続されることを特徴とするトラップ回路。
請求項１または２に記載のトラップ回路において、前記第１線幅域および前記第２線幅域の間には第１幅から第２幅まで徐々に線幅を増加させるテーパー域が形成されることを特徴とするトラップ回路。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のトラップ回路を備えることを特徴とする通信機。