JP6080538B2 - フィルタ回路 - Google Patents
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例えば、特許文献1に開示されているフィルタ回路では、帯域通過フィルタ(1)の通過帯域外の周波数成分が、帯域通過フィルタの入力側(出力側)で開放となる位置(帯域通過フィルタの入力側から帯域通過フィルタを見たインピーダンスが開放となる位置)に帯域通過フィルタ(1)の通過帯域外の周波数成分を通過させる帯域通過フィルタ(2)を配置して、帯域通過フィルタ(2)の出力側にて、帯域通過フィルタ(2)の特性インピーダンスで終端することにより、帯域通過フィルタ(1)の通過帯域外の周波数成分を吸収させるようにしている。
ただし、帯域通過フィルタの通過帯域外の周波数成分の反射位相は管理(制御)が困難である。また、インピーダンスが開放となる長さは、特定の周波数成分に対して波長倍の長さである。
このため、帯域通過フィルタの通過帯域外の周波数成分が入力側で開放となる位置において、インピーダンスが開放となる周波数成分は、通常、1つの周波数成分となり、任意の複数の周波数成分に対してインピーダンスを開放させることができない。
したがって、特許文献1に開示されているフィルタ回路では、通過帯域の周波数成分の挿入損失が大きくなることが想定される。
よって、吸収可能な不要周波数帯域の信号に限定があり、また、所望の周波数帯域の信号の挿入損失が大きくなる。
図1はこの発明の実施の形態1によるフィルタ回路を示す構成図である。
図1において、入力ポート1は信号を入力するポートである。
信号分岐部2はフィルタ回路3,5の入力側に配置されており、入力ポート1から入力される信号を分岐する分岐経路である。
フィルタ回路3は信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分を出力ポート4に通過させる一方、その信号に含まれている第2〜第N(Nは3以上の整数)の周波数成分を反射させるフィルタであって、第2〜第Nの周波数成分が入力側で開放となる第1のフィルタである。
終端器6はフィルタ回路5を通過してきた第2〜第Nの周波数成分を吸収するために設けられている。
入力ポート1から入力された信号は、信号分岐部2によって分岐されて、フィルタ回路3,5の入力側に出力されるが、フィルタ回路5は、第1の周波数成分が入力側で開放となるように構成されている。
このため、第1の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路5及び終端器6を見た負荷が開放となり、フィルタ回路5及び終端器6が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分は、フィルタ回路5には入力されずに、フィルタ回路3だけに入力される。
フィルタ回路3は、第1の周波数成分を出力ポート4に通過させるフィルタであるため、第1の周波数成分は、フィルタ回路3を通過して、出力ポート4から出力される。
このため、第2〜第Nの周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路3及び出力ポート4(出力ポート4の負荷)を見た負荷が開放となり、フィルタ回路3及び出力ポート4が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第2〜第Nの周波数成分は、フィルタ回路3には入力されずに、フィルタ回路5だけに入力される。
フィルタ回路5は、第2〜第Nの周波数成分を終端器6に通過させるフィルタであるため、第2〜第Nの周波数成分は、フィルタ回路5を通過して、終端器6に出力される。これにより、第2〜第Nの周波数成分は、終端器6で吸収される。
このため、増幅器の安定した動作、通信機やレーダー装置内の不要共振や高調波出力の低減が可能になる。
なお、図1のフィルタ回路は、平面回路で構成することが可能である。
図2はこの発明の実施の形態2によるフィルタ回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。図2では、フィルタ回路3の内部構成を示している。
フィルタ回路3の主線路11は一端が信号分岐部2と接続されて、他端が出力ポート4に接続されている。
共振器12を構成している結合線路の線路長13は、第2の周波数成分に対して、略0.25λ(λは波長)の奇数倍である。
なお、共振器12は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離14が、第2の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離14は、実装上、様々な条件により変化する。
共振器15を構成している結合線路の線路長16は、第3の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍である。
なお、共振器15は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離17が、第3の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離17は、実装上、様々な条件により変化する。
入力ポート1から入力された信号は、信号分岐部2によって分岐されて、フィルタ回路3,5の入力側に出力されるが、フィルタ回路5は、第1の周波数成分が入力側で開放となるように構成されている。
このため、第1の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路5及び終端器6を見た負荷が開放となり、フィルタ回路5及び終端器6が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分は、フィルタ回路5には入力されずに、フィルタ回路3だけに入力される。
なお、フィルタ回路3を構成している共振器12,15は、第2,3の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタであるため、帯域通過フィルタで構成される場合と比べて、第1の周波数成分の挿入損失を小さくすることができる。
このため、第2,3の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路3及び出力ポート4(出力ポート4の負荷)を見た負荷が開放となり、フィルタ回路3及び出力ポート4が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第2,3の周波数成分は、フィルタ回路3には入力されずに、フィルタ回路5だけに入力される。
フィルタ回路5は、第2,3の周波数成分を終端器6に通過させるフィルタであるため、第2,3の周波数成分は、フィルタ回路5を通過して、終端器6に出力される。これにより、第2,3の周波数成分は、終端器6で吸収される。
このため、増幅器の安定した動作、通信機やレーダー装置内の不要共振や高調波出力の低減が可能になる。
また、この実施の形態2では、フィルタ回路3が、第2,3の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタである共振器12,15を実装しているものを示したが、例えば、第4の周波数成分を反射させる共振器、第5の周波数成分を反射させる共振器や第Nの周波数成分を反射させる共振器を追加することで、終端器6で吸収される周波数成分を増やすようにしてもよい。
また、図2のフィルタ回路を多層基板で構成して、主線路11の裏面グラウンドとは逆の異なる層に共振器を追加するようにしてもよい。
図3はこの発明の実施の形態3によるフィルタ回路を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。図3では、フィルタ回路3の内部構成を示している。
共振器18は信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分を出力ポート4に通過させる一方、その信号に含まれている第2の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタであり、主線路11と結合する片方短絡片方開放線路の結合線路から構成されている。
共振器18を構成している結合線路の線路長19は、第2の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍である。
共振器18は、共振器12と一緒に2段のフィルタを構成するため、共振器12の短絡位置と共振器18の短絡位置との距離が距離20であり、共振器12は、信号分岐部2から2段のフィルタを見て開放となる位置(信号分岐部2からの距離が距離14である位置)に配置されている。
共振器21を構成している結合線路の線路長22は、第4の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍である。
なお、共振器21は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離23が、第4の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離23は、実装上、様々な条件により変化する。
2段のフィルタを構成する共振器18と、第4の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタである共振器21とが追加されている点以外は、上記実施の形態2と同様である。
共振器18を追加することで第2の周波数成分の吸収量を増やすことができ、共振器21を追加することで第4の周波数成分を吸収することができるようになる。
また、図3のフィルタ回路を多層基板で構成して、主線路11の裏面グラウンドとは逆の異なる層に共振器を追加するようにしてもよい。
この実施の形態4では、第1の周波数成分が、第2〜第Nの周波数成分の間の周波数でない場合に適用するフィルタ回路について説明する。
図4はこの発明の実施の形態4によるフィルタ回路を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。図4では、フィルタ回路5の内部構成を示している。
伝送線路31の線路長32は、第1の周波数成分に対して、多段の先端短絡スタブ33と終端器3の負荷が開放となる長さ、即ち、多段の先端短絡スタブ33の電気的な短絡点と信号分岐部2との距離が略0.25λとなるような長さである。ただし、線路長32は、実装上、様々な条件により変化する。
なお、各々の先端短絡スタブ33の長さは、第2〜第Nの周波数成分の中心周波数に対して、略0.25λである。
また、各々の先端短絡スタブ33の配置位置は、第2〜第Nの周波数成分の中心周波数に対して、略0.25λの間隔で配置される。
入力ポート1から入力された信号は、信号分岐部2によって分岐されて、フィルタ回路3,5の入力側に出力されるが、フィルタ回路5を構成している伝送線路31の線路長32が、第1の周波数成分に対して、多段の先端短絡スタブ33と終端器3の負荷が開放となる長さに設定されている。
このため、第1の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路5及び終端器6を見た負荷が開放となり、フィルタ回路5及び終端器6が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分は、フィルタ回路5には入力されずに、フィルタ回路3だけに入力される。
フィルタ回路3は、第1の周波数成分を出力ポート4に通過させるフィルタであるため、第1の周波数成分は、フィルタ回路3を通過して、出力ポート4から出力される。
このため、第2〜第Nの周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路3及び出力ポート4(出力ポート4の負荷)を見た負荷が開放となり、フィルタ回路3及び出力ポート4が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第2〜第Nの周波数成分は、フィルタ回路3には入力されずに、フィルタ回路5だけに入力される。
フィルタ回路5を構成している多段の先端短絡スタブ33は、第2〜第Nの周波数成分を終端器6に通過させる帯域通過フィルタであるため、第2〜第Nの周波数成分は、フィルタ回路5を通過して、終端器6に出力される。これにより、第2〜第Nの周波数成分は、終端器6で吸収される。
また、多段の先端短絡スタブ33を用いて、第2〜第Nの周波数成分を終端器6に通過させるフィルタ回路5を構成しているので、容易に広帯域な通過特性を得ることができる。
このため、増幅器の安定した動作、通信機やレーダー装置内の不要共振や高調波出力の低減が可能になる。
図4のフィルタ回路は、平面回路で構成することが可能である。
また、この実施の形態4では、多段の先端短絡スタブ33を用いて、フィルタ回路5を構成しているものを示したが、第1の周波数成分を通過させて、第2〜第Nの周波数成分を反射させるものであればよく、例えば、多段の両端開放結合線路からなる帯域通過フィルタを用いるようにしてもよい。
また、第1の周波数成分が第2〜第Nの周波数成分より高い場合には、第1の周波数成分を通過させて、第2〜第Nの周波数成分を反射させる低域通過フィルタを用いて、フィルタ回路5を構成してもよい。
図5はこの発明の実施の形態5によるフィルタ回路のフィルタ回路3を示す分解斜視図である。
また、図6は図5の誘電体基板41の上面42を示す上面図であり、図7は図5の誘電体基板51の下面52を示す下面図である。
さらに、図8は図7のA−Aにおけるフィルタ回路3の断面図である。
図5〜図8において、図2及び図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
プリント基板である誘電体基板51の下面52には、フィルタ回路3を構成する共振器21などが形成されており、誘電体基板51の上面53には、地導体が形成されている。
1層の誘電体基板41と1層の誘電体基板51は、複数のはんだボール60によって、電気的かつ物理的に接続されたスタック構造をなしており、誘電体基板41,51が多層プリント基板を構成している。
また、はんだボール60の接続位置46がビア44の間の領域に配置されている。
ここでは、共振器12,15の短絡部が、ビア44によって、下面43に形成されている地導体と短絡されている例を示しているが、スルーホールによって、下面43に形成されている地導体と短絡されているようにしてもよい。
また、はんだボール60の接続位置56がビア54の間の領域に配置されている。
この実施の形態5では、図6に示すように、主線路11と結合する片方短絡片方開放線路の共振器12,15が誘電体基板41の上面42に形成されており、共振器12は、第1の周波数成分を通過させて、第2の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタである。
また、共振器15は、第1の周波数成分を通過させて、第3の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタである。
また、共振器12は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離14が、第2の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離14は、実装上、様々な条件により変化する。
共振器15を構成している結合線路の線路長16は、上記実施の形態2,3と同様に、第3の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍である。
また、共振器15は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離17が、第3の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離17は、実装上、様々な条件により変化する。
共振器21を構成している結合線路の線路長22は、上記実施の形態3と同様に、第4の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍である。
また、共振器21は、信号分岐部2から見て開放となる位置、即ち、信号分岐部2からの距離23が、第4の周波数成分に対して、略0.25λの奇数倍になる位置に配置されている。ただし、距離23は、実装上、様々な条件により変化する。
したがって、この実施の形態5のフィルタ回路は、上記実施の形態3のフィルタ回路と同様に動作する。
具体的には、以下の通りである。
このため、第1の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路5及び終端器6を見た負荷が開放となり、フィルタ回路5及び終端器6が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分は、フィルタ回路5には入力されずに、フィルタ回路3だけに入力される。
フィルタ回路3を構成している共振器12,15,21は、第2,3,4の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタであるため、帯域通過フィルタで構成される場合と比べて、第1の周波数成分の挿入損失を小さくすることができる。
この実施の形態5では、1層の誘電体基板41と誘電体基板51が、複数のはんだボール60によってスタック構造をなしているが、通常、単層基板の誘電正接は、多層基板の誘電正接より小さくすることができるため、第1の周波数成分の挿入損失を小さくすることができる。
このため、第2,3,4の周波数成分は、信号分岐部2からフィルタ回路3及び出力ポート4(出力ポート4の負荷)を見た負荷が開放となり、フィルタ回路3及び出力ポート4が、電気的には接続していないことと同等になる。
したがって、信号分岐部2により分岐された信号に含まれている第2,3,4の周波数成分は、フィルタ回路3には入力されずに、フィルタ回路5だけに入力される。
フィルタ回路5は、第2,3,4の周波数成分を終端器6に通過させるフィルタであるため、第2,3,4の周波数成分は、フィルタ回路5を通過して、終端器6に出力される。これにより、第2,3,4の周波数成分は、終端器6で吸収される。
このため、増幅器の安定した動作、通信機やレーダー装置内の不要共振や高調波出力の低減が可能になる。
また、この実施の形態5では、フィルタ回路3が、第2,3,4の周波数成分を反射させる帯域阻止フィルタである共振器12,15,21を実装しているものを示したが、例えば、第5の周波数成分を反射させる共振器、第6の周波数成分を反射させる共振器や第Nの周波数成分を反射させる共振器を追加することで、終端器6で吸収される周波数成分を増やすようにしてもよい。
この場合、誘電体基板41と誘電体基板51を多層化することなく、1層の誘電体基板41において、共振器12,15,21を実装しているフィルタ回路3を構成することができる。
Claims (12)
- 入力ポートから入力される信号を分岐する信号分岐部と、
上記信号分岐部により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分を出力ポートに通過させる一方、上記信号に含まれている第2の周波数成分から第Nの周波数成分を反射させるフィルタであって、第2の周波数成分から第Nの周波数成分が入力側で開放となる第1のフィルタと、
上記信号分岐部により分岐された信号に含まれている第2の周波数成分から第Nの周波数成分を終端器に通過させる一方、上記信号に含まれている第1の周波数成分を反射させるフィルタであって、第1の周波数成分が入力側で開放となる第2のフィルタと
を備えたフィルタ回路。 - 上記第1のフィルタは、2以上の帯域阻止フィルタを備えており、
上記各々の帯域阻止フィルタは、上記信号分岐部により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分を出力ポートに通過させる一方、上記信号に含まれている第2の周波数成分から第Nの周波数成分の中で、少なくとも1以上の周波数成分を反射させるフィルタであって、上記反射させる周波数成分が上記第1のフィルタの入力側で開放となる位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1記載のフィルタ回路。 - 上記各々の帯域阻止フィルタは、
一端が上記信号分岐部と接続されて、他端が上記出力ポートに接続されている主線路と、
上記主線路と結合する片方短絡片方開放線路の共振器とを備えており、
上記共振器の長さ及び短絡位置が、上記反射させる周波数成分に応じて決定されている
ことを特徴とする請求項2記載のフィルタ回路。 - 上記第2のフィルタは、帯域通過フィルタ、低域通過フィルタ又は高域通過フィルタから構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のフィルタ回路。
- 上記第2の周波数成分から上記第Nの周波数成分のそれぞれが、上記第1の周波数成分の2〜N倍であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のフィルタ回路。
- 上記第2のフィルタは、
一端が信号分岐部と接続されており、上記信号分岐部により分岐された信号に含まれている第1の周波数成分が入力側で開放となる位相に調整されている位相調整用の伝送線路と、
一端が上記伝送線路の他端と接続されて、他端が上記第2の周波数成分から上記第Nの周波数成分の負荷を持つ回路と接続されており、上記第2の周波数成分から上記第Nの周波数成分を反射させる、帯域通過フィルタ、高域通過フィルタ又は低域通過フィルタとを備えている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のフィルタ回路。 - 上記第2の周波数成分から上記第Nの周波数成分の負荷を持つ回路が終端器であることを特徴とする請求項6記載のフィルタ回路。
- 上記第1のフィルタが1層のプリント基板に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載のフィルタ回路。
- 上記主線路及び上記共振器が1層のプリント基板の第1の面に形成されており、上記共振器の短絡部がビア又はスルーホールによって、上記プリント基板の第2の面に形成されている地導体と短絡されていることを特徴とする請求項3記載のフィルタ回路。
- 上記プリント基板の第2の面における地導体に抜き穴からなる共振器が形成されていることを特徴とする請求項9記載のフィルタ回路。
- 上記主線路及び上記共振器が第1の面に形成されている1層のプリント基板が、一方の面に共振器が形成されている別のプリント基板と多層化されていることを特徴とする請求項9記載のフィルタ回路。
- 上記1層のプリント基板と上記別のプリント基板とがはんだボールによってスタック構造をなしていることを特徴とする請求項11記載のフィルタ回路。
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