JP6490928B2

JP6490928B2 - マルチバンドフィルタ

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Publication number: JP6490928B2
Application number: JP2014182375A
Authority: JP
Inventors: 民雄河口; 教次塩川; 加屋野　博幸; 博幸加屋野; 浩平中山; 山崎　六月; 六月山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2034-09-08
Also published as: EP2993484A1; US20160072168A1; JP2016058822A

Description

本発明の実施形態は、マルチバンドフィルタに関する。

近年の無線通信においては、複数の周波数帯域を使用して通信を行うキャリアアグリエーション通信が注目されている。この通信方式に対応するには、複数の通過周波数帯域を持つマルチバンドフィルタが望まれている。しかしながら、複数の周波数帯域に対応したマルチバンドフィルタは、異なる周波数帯域を持つのフィルタを、それぞれのフィルタ間の結合を低減しつつ、複数並列接続して合成するためフィルタのサイズが大きくなっていた。

特開２０１０−１９９９４９号公報

本発明の実施形態の目的は、複数のフィルタを近接して合成した場合でも、帯域外のアイソレーション特性を改善したマルチバンドフィルタを提供することである。

実施形態によれば、第１周波数の信号が入力され、第１容量性部分及び第１誘導性部分を有する第１共振器と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号が入力され、第２容量性部分及び第２誘導性部分を有する第２共振器と、を備えたマルチバンドフィルタが提供される。前記第１共振器の一外縁と前記第２共振器の一外縁とは平行でありかつ互いにギャップを隔てて対向する。前記第１容量性部分の第１容量成分と前記第２容量性部分の第２容量成分との結合の度合いを容量性結合係数とし、前記第１誘導性部分の第１誘導成分と前記第２誘導性部分の第２誘導成分との結合の度合いを誘導性結合係数とし、前記容量性結合係数と前記誘導性結合係数との差の絶対値を結合係数とするとき、前記容量性結合係数の曲線及び前記誘導性結合係数の曲線は前記ギャップの増大とともにそれぞれ単調に減少しつつ交差し、かつ前記ギャップの大きさは前記結合係数を所定値以下とする範囲とされる。前記所定値は、０．００１である。前記第１共振器及び前記第２共振器の形状は、一辺の中央部に欠けた部分を有する枠状の線路であり、前記欠けた部分を両端部とし、前記両端部に対向する部分を対向中央部とし、前記第１共振器の両端部が前記第１容量性部分であり、前記第１共振器の対向中央部が前記第１誘導性部分であり、前記第２共振器の両端部が前記第２容量性部分であり、前記第２共振器の対向中央部が前記第２誘導性部分である。

第１の実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。第１の実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する等価回路図である。第１の実施形態における共振器の間の結合を例示する回路図である。第１の実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。横軸に図８に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、第１の実施形態に係る共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。第１の実施形態における２つの共振器の間に存在する範囲をギャップｄと共に例示するパターン図である。第１の実施形態の第１の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。横軸に図７に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。第１の実施形態の第２の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。横軸に図９に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。第２の実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。第２の実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。第３の実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。第３の実施形態における共振器を例示する斜視図である。第３の実施形態における共振器を例示する等価回路図である。第３の実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。第３の実施形態の第１の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。第３の実施形態の第２の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。横軸に周波数をとり、縦軸に伝送量をとって、第３の実施形態に係るマルチバンドフィルタの周波数特性を例示するグラフである。第４の実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。第４の実施形態の変形例に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
第１の実施形態について説明する。
先ず、本実施形態に係るマルチバンドフィルタの構成について説明する。
図１は、本実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ１においては、誘電体基板１２が設けられている。誘電体基板１２の下面上には地導体板１１が設けられており、上面上には線路導体部１１３が設けられている。

以下、本明細書においては、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を採用する。すなわち図１において、誘電体基板１２と地導体板１１の接触面に対して平行で、且つ相互に直交する２方向を「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」とする。また、「Ｘ方向」の逆方向を「−Ｘ方向」とし、「Ｙ方向」の逆方向を「−Ｙ方向」とする。また、誘電体基板１２と地導体板１１の接触面に対して垂直な上方向を「Ｚ方向」とし、「Ｚ方向」の逆方向を「−Ｚ方向」とする。

線路導体部１１３は、分配合成部１１７、第１フィルタ部１６１、第２フィルタ部１８１及び分配合成部１４７から形成されている。第１フィルタ部１６１は、第１共振器１２０及び第１共振器１２５から形成されている。第２フィルタ部１８１は、第２共振器１３０及び第２共振器１３５から形成されている。

分配合成部１１７の入出力部１１４は、誘電体基板１２上の−Ｘ方向の端部に配置され、分配合成部１１７の分岐部１１５は、第１共振器１２０の両端開放部１１８の近傍に配置され、分配合成部１１７の分岐部１１６は、第２共振器１３０の両端開放部１２８の近傍に配置されている。分配合成部１４７の入出力部１４４は、誘電体基板１１２上の他方の端部に配置され、分配合成部１４７の分岐部１４５は、第１共振器１２５の両端開放部１２３の近傍に配置され、分配合成部１４７の分岐部１４６は、第２共振器１３５の両端開放部１３３の近傍に配置されている。

分配合成部１１７においては、誘電体基板１２の−Ｘ方向側の端縁から配線状の入出力部１１４がＸ方向に延び、そのＸ方向側の端部から、分岐部１１５及び１１６が分岐し、Ｙ方向に離隔して配置されている。分岐部１１５は、入出力部１１４の一端部からＹ方向に引き出され、その先で屈曲してＸ方向に延び、その先で再び屈曲してＹ方向に延びて終端している。分岐部１１６は、入出力部１１４における分岐部１１５が引き出された端部から、−Ｙ方向に引き出され、その先で屈曲してＸ方向に延び、その先で再び屈曲してＹ方向に延びて終端している。分岐部１１５の終端部と分岐部１１６の終端部は同じ方向に延びているが、その長さは異なり、分岐部１１６の終端部は分岐部１１５の終端部よりも長い。

第１共振器１２０の形状は、一辺の中央部が欠けた枠状であり、略Ｃ字状である。欠けた部分が両端開放部１１８であり、両端開放部１１８に対抗する部分が線路中央部１１９である。各第１共振器１２０は、その両端開放部１１８が−Ｘ方向、すなわち、分配合成部１１７側を向くように配置されている。

第１共振器１２５の形状は、第１共振器１２０のＹＺ平面に関する鏡像となっている。また、分配合成部１４７の形状は、分配合成部１１７のＹＺ平面に関する鏡像となっている。

第２共振器１３０の形状は、第１共振器１２０と同様に略Ｃ字状である。欠けた部分が両端開放部１２８であり、両端開放部１２８に対抗する部分が線路中央部１２９である。第２共振器１３０の線路中央部１２９は、第１共振器１２０の線路中央部１１９よりも短い。各第１共振器１３０は、その両端開放部１２８が分配合成部１１７側を向くように配置されている。第２共振器１３５の形状は、第２共振器１３０のＹＺ平面に関する鏡像となっている。

分配合成部１１７は、誘電体基板１２の−Ｘ方向側の端部上に配置されている。分配合成部１１７の−Ｘ方向側の端部は、誘電体基板１２の−Ｘ方向側の端縁に達している。一方、分配合成部１４７は、誘電体基板１２のＸ方向側の端部上に配置されている。分配合成部１４７のＸ方向側の端部は、誘電体基板１２のＸ方向側の端縁に達している。そして、第１フィルタ部１６１及び第２フィルタ部１８１は、分配合成部１１７と分配合成部１４７との間に並列に配置されており、Ｙ方向において相互に離隔している。第２フィルタ部１８１は、第１フィルタ部１６１から見て−Ｙ方向側に配置されている。

第１フィルタ部１６１においては、−Ｘ側の部分に例えば３個の第１共振器１２０が配置されており、Ｘ側の部分に例えば３個の第１共振器１２５が配置されている。これらの合計６個の第１共振器１２０及び１２５は、Ｘ方向に沿って一列に配列されている。一方、第２フィルタ部１８１においては、−Ｘ側の部分に例えば３個の第２共振器１３０が配置されており、Ｘ側の部分に例えば３個の第２共振器１３５が配置されている。これらの合計６個の第２共振器１３０及び１３５は、Ｘ方向に沿って一列に配列されている。分配合成部１１７、分配合成部１４７、第１共振器１２０、第１共振器１２５、第２共振器１３０及び第２共振器１３５は、相互に離隔している。

第１フィルタ部１６１は、周波数（ｆ_ｃ１−ｄｆ_１／２）から（ｆ_ｃ１＋ｄｆ_１／２）までの第１通過帯域のためのフィルタである。ただし、第１通過帯域の中心周波数をｆ_ｃ１、第１通過帯域幅をｄｆ_１とする。

上述の如く、第１共振器１２０及び第１共振器１２５は、例えば、１本のマイクロストリップ線路を折り曲げた形状をしており、開放部を有している。マイクロストリップ線路の電気長は、周波数（ｆ_ｃ１−ｄｆ_１／２）から（ｆ_ｃ１＋ｄｆ_１／２）の範囲内に対応する波長の半分の整数倍の長さとなっている。

第２フィルタ部１８１は、周波数（ｆ_ｃ２−ｄｆ_２／２）から（ｆ_ｃ２＋ｄｆ_２／２）までの第１通過帯域とは別の第２通過帯域のためのフィルタである。ただし、第２通過帯域の中心周波数をｆ_ｃ２、第２通過帯域幅をｄｆ_２とする。

第２共振器１３０及び第２共振器１３５は、第１共振器と同様に、例えば、１本のマイクロストリップ線路を折り曲げた形状をしており、開放部を有している。マイクロストリップ線路の電気長は、周波数（ｆ_ｃ２−ｄｆ_２／２）から（ｆ_ｃ２＋ｄｆ_２／２）の範囲内に対応する波長の半分の整数倍の長さとなっている。

誘電体基板１２の材料には、例えば、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタン等の多様な適した材料を用いてよい。線路導体部１１３は、導電性材料により形成することができる。導電性材料は、例えば、銅や金などの金属、ニオブやニオブすずなどの超電導体又はＹ系銅酸化物高温超伝電導を含む材料でよい。線路導体部１１３の導電性材料として超伝電導体を用いることにより、超伝導状態時の回路の通過損失を大幅に下げることができる。

例えば、厚さが約０．５ｍｍで比誘電率が約９．６の酸化マグネシウムからなる誘電体基板１２上に、厚さが約５００ｎｍで線路幅が約０．４ｍｍのＹ系銅酸化物高温超伝電導薄膜を形成し、これをマイクロストリップ線路としてもよい。Ｙ系銅酸化物高温超伝電導薄膜の形成には、例えば、レーザー蒸着法、スパッタ法または共蒸着法などを用いることができる。

次に、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ１の動作について説明する。
図２は、本実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する等価回路図である。図２に示す第１フィルタ部２６１は、図１に示す第１フィルタ部１６１に相当する。図２に示す第２フィルタ部２８１は、図１に示す第２フィルタ部１８１に相当する。図２に示す入出力部２１７は、図１に示す入出力部１１７に相当する。図２に示す入出力部２４７は、図１に示す入出力部１４７に相当する。

図２に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ１は、第１通過帯域のための第１フィルタ部２６１と、第２通過帯域のための第２フィルタ部２８１と、それらを分配合成する分配合成部２１７及び２４７により形成されている。

第１フィルタ部２６１は、第１通過帯域の周波数ｆ_ｌに共振する第１共振器２２０により形成されている。図２中の左から１番目の第１共振器２２０と分配合成部２１７の入出力部２１５は、信号入力線路との結合を表す外部Ｑ、Ｑ_ｌｅ１で結合されている。図２中の左からｉ番目の第１共振器２２０とｊ番目の第１共振器２２０は、結合係数ｋ_ｌｉｊで結合される。ただし、ｉ及びｊは自然数とする。図２中の右から１番目の第１共振器２２０と分配合成部２４７の入出力部２４５は、信号入力線路との結合を表す外部Ｑ、Ｑ_ｌｅ２で結合されている。

分配合成部２１７は、外部負荷Ｚ_０を有する外部回路２１０に接続された入出力部２１４と、第１フィルタ部２６１と結合する入出力部２１５及び第２フィルタ部２８１と結合する入出力部２１６とから形成されている。入出力部２１５は、例えば負荷Ｚ_０、第１通過帯域の共振周波数ｆ_１に対応する波長において、位相がθ_ｌだけ回転した線路長を有している。入出力部２１６は、例えば負荷Ｚ_０、第２通過帯域の共振周波数ｆ_ｈに対応する波長において、位相がθ_ｈだけ回転した線路長を有している。

第２フィルタ部２８１は、第２通過帯域の周波数ｆ_ｈに共振する第２共振器２３０により形成されている。図２中の左から１番目の第２共振器２３０と分配合成部２１７の入出力部２１６は、信号入力線路との結合を表す外部Ｑ、Ｑ_ｈｅ１で結合されている。図２中の左からｉ番目の第２共振器２３０とｊ番目の第２共振器２３０は、結合係数ｋ_ｈｉｊで結合される。図２中の右から１番目の第２共振器２３０と分配合成部２４７の入出力部２４６は、信号入力線路との結合を表す外部Ｑ、Ｑ_ｈｅ２で結合されている。

分配合成部２４７は、外部負荷Ｚ_０を有する外部回路２９０に接続された入出力部２４４と、第１フィルタ部２６１と結合する入出力部２４５及び第２フィルタ部２８１と結合する入出力部２４６とから形成されている。入出力部２４５は、例えば負荷Ｚ_０、第１通過帯域の共振周波数ｆ_１に対応する波長において、位相がθ_１だけ回転した線路長を有している。入出力部２４６は、例えば負荷Ｚ_０、第２通過帯域の共振周波数ｆ_ｈに対応する波長において、位相がθ_ｈだけ回転した線路長を有している。

図２に示す第１フィルタ部２６１は、図１に示す第１フィルタ部１６１に相当する。図２に示す第２フィルタ部２８１は、図１に示す第２フィルタ部１８１に相当する。従って、第１フィルタ部２６１及び第２フィルタ部２８１は、図１に示す第１フィルタ部１６１及び第２フィルタ部１８１の様に隣接しているため、第１共振器２２０と第２共振器２３０が結合係数ｋにより結合してしまう。その結果、帯域外のアイソレーションを充分にとることができない。第１共振器２２０と第２共振器２３０の結合を小さくするためには、これらの共振器の間の結合係数ｋは小さい方が望ましい。

図３は、本実施形態における共振器の間の結合を例示する回路図である。
図３に示すように、第１共振器２２０は、容量性素子Ｃ_ｌ１と誘導性素子Ｌ_ｌ１で表すことができる。また、第２共振器２３０は、容量性素子Ｃ_ｈ１と誘導性素子Ｌ_ｈ１で表すことができる。図３に示す誘導性素子Ｌ_ｌ１は、例えば図２に示す誘導性素子Ｌ_ｌ１１と誘導性素子Ｌ_ｌ１２を直列に接続したものである。容量性素子Ｃ_ｌ１と容量性素子Ｃ_ｈ１との間で容量性結合が発生し、誘導性素子Ｌ_ｌ１と誘導性素子Ｌ_ｈ１との間で誘導性結合が発生する。第１共振器２２０と第２共振器２３０の間の結合係数ｋの大きさは、誘導性結合係数ｋ_ｍと容量性結合係数ｋ_ｅの差の絶対値で表され、下記数式１のようになる。すなわち、誘導性の結合と容量性の結合は打ち消し合う。

次に、本実施形態の効果について説明する。
図４は、本実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。
図５は、横軸に図４に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、本実施形態に係る共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。
図６は、本実施形態における２つの共振器の間に存在する範囲をギャップｄと共に例示するパターン図である。

図４及び図６に示す第１共振器２２０は、第１通過帯域の共振周波数ｆ_１に対応する半波長の電気長を持つループ型の共振器である。図４及び図６に示す第２共振器２３０は、第２通過帯域の共振周波数ｆ_ｈに対応する半波長の電気長を持つループ型の共振器である。第１共振器２２０の共振状態においては、両端開放部２１８付近は電界が強くなり、両端開放部２１８に容量成分が発生する。また、線路中央部２１９付近は電流が集中し大きくなり、線路中央部２１９周辺にインダクタンス成分（磁界）が発生する。第２共振器２３０においても同様である。その結果、両端開放部２１８と両端開放部２２８との間で容量性結合が発生し、線路中央部２１９と線路中央部２２９との間で誘導性結合が発生する。

図４に示すように、本実施形態における第１共振器２２０及び第２共振器２３０においては、両端開放部２１８の第２共振器２３０側の端部から線路中央部２１９へ反時計まわりに沿った最初の屈曲部から次の屈曲部までの直線部と、両端開放部２２８の第１共振器２２０側の端部から線路中央部２２９へ時計まわりに沿った最初の屈曲部から次の屈曲部までの直線部とが、ギャップｄだけ離れて配置されている。

このような配置の場合、両端開放部２１８と両端開放部２２８との間で容量性結合が発生する。線路中央部２１９と線路中央部２２９との間で誘導性結合が発生する。両端開放部２１８と両端開放部２２８の間の距離と、線路中央部２１９と線路中央部２２９の間の距離には大きな差はない。従って、結合の状態は、容量性結合と誘導性結合とが同程度に混在する状態となる。

図５に示すように、ギャップｄを０から増加させると、容量性結合係数ｋ_ｅ及び誘導性結合係数ｋ_ｍは単調に減少する。但し、ギャップｄが０のときは、容量性結合係数ｋ_ｅの値は誘導性結合係数ｋ_ｍの値よりも高く、ギャップｄの増加に対する容量性結合係数ｋ_ｅの減少の程度は誘導性結合係数ｋ_ｍの減少の程度よりも大きいため、図５において、容量性結合係数ｋ_ｅを表す直線と誘導性結合係数ｋ_ｍを表す直線は交差する。結合係数ｋは、容量性結合係数ｋ_ｅと誘導性結合係数ｋ_ｍとの間に上記数式１の関係があるため、容量性結合係数ｋ_ｅと誘導性結合係数ｋ_ｍが打ち消し合い、結合係数ｋが極小となる点が存在する。

すなわち、図６に示すように、ギャップｄが０からｄ１の範囲においては、結合は容量性結合が支配的となる。ギャップｄが（ｄ１＋ｄ２）から（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）と離れた範囲においては、誘導性結合が支配的となる。そして、ギャップｄが（ｄ１）から（ｄ１＋ｄ２）の範囲においては、容量性結合と誘導性結合が打ち消し合い、結合係数ｋが最小となる点が存在する。

そこで、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ１においては、結合係数ｋが、例えば、１０^−３≧ｋとなるような範囲に、第１共振器２２０及び第２共振器２３０を配置することにより、両フィルタ部の間の結合係数を低減させて帯域外のアイソレーション特性を改善することができる。

次に、第１の実施形態の第１の比較例について説明する。
図７は、本実施形態の第１の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。
図８は、横軸に図７に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。

図７に示すように、本実施形態の第１の比較例における共振器は、第１共振器２２０の線路中央部２１９と、第２共振器２３０の線路中央部２２９とが、ギャップｄだけ離れて対向して配置されている。このような配置の場合には、大きな電流が流れる線路中央部２１９及び線路中央部２２９が近傍に配置されるので、結合は誘導性結合が支配的となる。そして、図８に示すように、結合係数ｋは、第１共振器２２０及び第２共振器２３０の間のギャップｄが広がるほど単調に減少する。

次に、第１の実施形態の第２の比較例について説明する。
図９は、本実施形態の第２の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。
図１０は、横軸に図９に示すギャップｄをとり、縦軸に結合係数ｋをとって、共振器の配置と結合係数ｋの関係を例示するグラフである。

図９に示すように、本実施形態の第２の比較例における共振器は、第１共振器２２０の両端開放部２１８と、第２共振器２３０の両端開放部２２８とが、ギャップｄだけ離れて対向して配置されている。このような配置の場合には、電界が強い両端開放部２１８及び両端開放部２２８が近傍に配置されるので、結合は容量性結合が支配的となる。そして、図１０に示すように、結合係数ｋは、ギャップｄが広がるほど単調に減少する。

なお、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ１においては、第１共振器２２０及び第２共振器２３０として、例えば、１本のマイクロストリップ線路を折り曲げた形状の例を説明したが、これには限定されない。例えば、線路構造としてストリップ線路やコプレーナ線路等であってもよい。共振器構造としては、ヘアピン型、集中定数型、スパイラル型など様々な構造をとることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。
図１２は、本実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。

図１１及び図１２に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ２は、前述の第１の実施形態に係るマルチバンドフィルタ１と比較して、第１共振器１２０及び第１共振器１２５に代わって、第１共振器３２０が設けられている。第１共振器１３０及び第１共振器１３５に代わって、第２共振器３３０が設けられている。また、容量性結合のための結合線路部３５１が新たに設けられている。さらに、第１共振器３２０の線路中央部３１９と、第２共振器３３０の線路中央部３２９がギャップｄだけ離れて対向して配置されている。

第１共振器３２０の形状は、図１に示す第１共振器１２０を、Ｚ方向から見て時計回りに９０度回転させた形状となっている。また、第２共振器３３０の形状は、図１に示す第２共振器１３０を、Ｚ方向から見て反時計回りに９０度回転させた形状となっている。但し、第２共振器３３０のＸ方向の部分の長さは、図１に示す第２共振器１３０のＸ方向の部分の長さとは異なっている。第２共振器３３０のＹ方向の部分の長さは、図１に示す第２共振器１３０のＹ方向の部分の長さとは異なっている。

結合線路部３５１の形状はＹ方向に延びる直線状である。結合線路部３５１のＹ方向側の端部は、隣り合う第１共振器３２０の−Ｙ方向側の部分の間、及び、分配合成部３１７と最も分配合成部３１７側に配置された第１共振器３２０の−Ｙ方向側の部分との間に配置されている。一方、結合線路部３５１の−Ｙ方向側の端部は、隣り合う第２共振器３３０のＹ方向側の部分の間、及び、分配合成部３１７と最も分配合成部３１７側に配置された第２共振器３３０のＹ方向側の部分との間に配置されている。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ２の動作及び効果について説明する。
本実施形態に係るマルチバンドフィルタ２は、大きな電流が流れる線路中央部３１９と線路中央部３２９はギャップｄだけ離れている。電界が強い両端開放部３１８と両端開放部３２８はギャップｄよりも離れている。従って、誘導性結合は容量性結合よりも大きくなり、誘導性結合が支配的となる。

そこで、この誘導性結合を打ち消すため、上述の如く、結合線路部３５１を第１共振器３２０及び第２共振器３３０の近傍に配置する。これにより、結合線路部３５１と第１共振器３２０との間に、新たに容量性結合が発生する。また、結合線路部３５１と第２共振器３３０との間にも、新たに容量性結合が発生する。これらの新たに発生した容量性結合により、誘導性結合を打ち消し、２つの共振器間の結合係数を小さくすることができるためアイソレーション特性を改善することができる。

本実施形態においては、誘導性結合を打ち消すための結合線路部３５１を新たに設ければよいため、小型化などにより共振器と共振器との間が非常に狭い場合でも適用できる。
本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、第３の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。
図１４は、本実施形態における共振器を例示する斜視図である。
図１５は、本実施形態における共振器を例示する等価回路図である。
図１６は、本実施形態における共振器の配置を例示するパターン図である。

図１３に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ３は、前述の第１の実施形態に係るマルチバンドフィルタ１と比較して、分配合成部１１７に代わって、分配合成部４１７が設けられている。分配合成部１４７に代わって、分配合成部４４７が設けられている。第１共振器１２０及び第１共振器１２５に代わって、第１共振器４２０が設けられている。第１共振器１３０及び第１共振器１３５に代わって、第２共振器４３０が設けられている。

分配合成部４１７においては、Ｘ方向に延びる配線状の入出力部４１４の一端部から、分岐部４１５及び４１６が分岐し、Ｙ方向に離隔して配置されている。分岐部４１５は、入出力部４１４の一端部からＹ方向に引き出され、その先で屈曲してＸ方向に延び、その先で分岐している。分岐した一方は屈曲してＹ方向に延びて終端し、もう一方はＸ方向に延び、その先で屈曲してＹ方向に延びて終端している。分岐部４１６は、入出力部４１４における分岐部４１５が引き出された端部から、−Ｙ方向に引き出され、その先で屈曲してＸ方向に延び、その先で分岐している。分岐した一方は屈曲してＹ方向に延びて終端し、もう一方はＸ方向に延び、その先で屈曲してＹ方向に延びて終端している。

分岐部４１５の終端部と、分岐部４１６の終端部は同じ方向に延びているが、その長さは異なり、分岐部４１６の終端部は分岐部４１５の終端部よりも短い。また、分岐部４１５には２つの終端部があるが、その長さは同じである。分岐部４１６には２つの終端部があるが、その長さは同じである。

第１共振器４２０の形状は、メアンダ形状部４７７の一端部と櫛形形状部４７５の一番Ｘ方向側の一端部に一番近い屈曲部とが接続され、メアンダ形状部４７７の他端と櫛形形状部４７６の一番（−Ｘ）方向側の一端部に一番近い屈曲部とが接続された形状をしている。各第１共振器４２０は、櫛形形状部４７５から見て、メアンダ形状部４７７がＹ方向になるように配置されている。

第２共振器４３０の形状は、メアンダ形状部４８７の一端部と櫛形形状部４８５の一番Ｘ方向側の一端部に一番近い屈曲部とが接続され、メアンダ形状部４８７の他端と櫛形形状部４８６の一番（−Ｘ）方向側の一端部に一番近い屈曲部とが接続された形状をしている。メアンダ形状部４８７の線路長は、メアンダ形状部４７４の線路長よりも短い。櫛形形状部４８５のＹ方向に延びる線路の長さは、櫛形形状部４７５のＹ方向に延びる線路の長さよりも短い。各第２共振器４３０は、第１共振器４２０と同じ向きに配置されている。分配合成部４４７の形状は、分配合成部４１７のＹＺ平面に関する鏡像となっている。

第１共振器４２０の櫛形形状部の−Ｘ方向から第１番目の線路と第２番目の線路との間には、分岐部４１５の１つの終端部が挿入されている。第１共振器４２０の櫛形形状部の−Ｘ方向から第２番目の線路と第３番目の線路との間には、分岐部４１５の別のもう１つの終端部が挿入されている。

図１４に示す部分Ｂ１内の櫛形形状部４７５の端部を開放部４８１とする。開放部４８１は開放端であるので、その付近は電界が強くなり、地導体板１１との間に容量が発生する。この発生した容量を、図１５に示す等価回路内の容量性素子５７１として示している。同様に、図１４に示す部分Ｂ２内の櫛形形状部４７６の開放部４８２付近は電界が強くなり、地導体板１１との間に容量が発生し、これを図１５に示す等価回路内の容量性素子５７２として示している。図１４に示す櫛形形状部４７５と櫛形形状部４７６との間にも容量が発生し、これを図１５に示す等価回路内の容量性素子５７３として示している。なお、開放部４８１と開放部４８２を合わせて開放部４８９とする。開放部４９１と開放部４９２を合わせて開放部４９９とする。

図１４に示す部分А内のメアンダ形状部４７７の線路長の中間点を、線路中央部４８４とする。線路中央部付近は電流が大きくなり、線路中央部４８４周辺に磁界が発生する。これを、図１５に示す等価回路内の誘導性素子５７４として示している。図１５に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ３の第１共振器５２０は、誘導性素子５７４、容量性素子５７１、容量性素子５７２及び容量性素子５７３により、半波長共振器として動作する。

図１４に示す第１共振器４２０は、櫛形形状部４７５及び櫛形形状部４７６の面積を大きくすることにより容量性を強めることができる。また、図１４に示す第１共振器４２０は、メアンダ形状部４７７の線路長を長くする、又は、線路幅を細くすることにより誘導性を強めることができる。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ３の効果について説明する。
図１３及び図１６に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ３においては、第１共振器４２０及び第２共振器４３０を下記のように配置する。

第１共振器４２０において電界が強くなり容量が発生する開放部４８９と、第２共振器４３０において電界が強くなり容量が発生する開放部４９９との距離を距離Ｄ_Ｃとする。第１共振器４２０において大きな電流が流れ磁界が発生する線路中央部４８４と、第２共振器４３０において大きな電流が流れ磁界が発生する線路中央部４９４との距離を距離Ｄ_Ｌとする。第１共振器４２０と第２共振器４３０との最短距離を距離Ｄ_ｍとする。このとき、下記数式２及び数式３が成り立つようなところに第１共振器４２０及び第２共振器４３０を配置する。

上述のような配置の場合、開放部４８９と開放部４９９との間で容量性結合が発生する。また、線路中央部４８４と線路中央部４９４との間で誘導性結合が発生する。開放部４８９と開放部４９９の間の距離Ｄ_Ｃと、線路中央部４８４と線路中央部４９４の間の距離Ｄ_Ｌには大きな差はない。従って、容量性結合と誘導性結合の両方が混在する。そして、それらの結合の結合係数には、上記数式１の関係があるので、容量性結合と誘導性結合が打ち消しあい、結合係数を低減させることができる。

なお、開放部４８９と線路中央部４９４との間の距離Ｄ_ＣＬとし、線路中央部４８４と開放部４９９との間の距離Ｄ_ＬＣとして、距離Ｄ_ＣＬ、及び、距離Ｄ_ＬＣのうち少なくとも一方は、距離Ｄ_Ｃ、及び、距離Ｄ_Ｌよりも短いとしてもよい。

次に、第３の実施形態の第１の比較例について説明する。
図１７は、本実施形態の第１の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。
図１７においては、図１６と比較して、第１共振器４２０がＺ方向から見て１８０度回転している。このような配置の場合、容量が発生する開放部４８９と開放部４９９との間の距離が、磁界が発生する線路中央部４８４と線路中央部４９４との距離よりも大きくなる。その結果、誘導性結合が支配的になる。これにより、第１共振器４２０と第２共振器４３０との結合が極めて強くなる。

次に、第３の実施形態の第２の比較例について説明する。
図１８は、本実施形態の第２の比較例における共振器の配置を例示するパターン図である。
図１８においては、図１６と比較して、第２共振器４３０がＺ方向から見て１８０度回転している。このような配置の場合、容量が発生する開放部４８９と開放部４９９との間の距離が、磁界が発生する線路中央部４８４と線路中央部４９４との距離よりも小さくなる。その結果、容量性結合が支配的になる。これにより、第１共振器４２０と第２共振器４３０との結合が極めて強くなる。

図１９は、横軸に周波数をとり、縦軸に伝送量をとって、本実施形態に係るマルチバンドフィルタの周波数特性を例示するグラフである。
図１９に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ３は、第１の比較例及び第２の比較例と比べて、所望の周波数において、帯域外のアイソレーションが約１０ｄＢ以上改善している。

また、図１４に示す第１共振器４２０を使用することにより、上述の如く、容易に誘導性又は容量性を強めることができる。その結果、共振器の間の結合係数を制御することができ、結合係数を容易に小さくすることができる。

次に、第４の実施形態について説明する。
図２０は、本実施形態に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。
図２０に示すように、本実施形態に係るマルチバンドフィルタ４は、前述の第３の実施形態に係るマルチバンドフィルタ３と比較して、下記の（а）〜（ｄ）の点が異なっている。

（а）第１共振器７２０及び第２共振器７３０の数がそれぞれ２個である。
（ｂ）第２共振器７３０は、図１３に示す前述の第３の実施形態における第２共振器４３０をＺ方向から見て時計回りに１８０度回転させたパターン図である。
（ｃ）上記（ｂ）に伴い、分岐部７１６の終端部、及び、分岐部７４６の終端部が、（−Ｙ）方向に延びている。
（ｄ）結合線路部７５０が設けられている。

結合線路部７５０の一端部は、分岐部７１５のＸ方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部７１５から離れて設けられ、他端部は、分岐部７４６の（−Ｘ）方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部７４６から離れて設けられている。結合線路部７５０は、一端部からＸ方向に引き出され、その先で屈曲して（−Ｙ）方向に延び、その先で再び屈曲してＸ方向に延びて終端している。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。

入出力部７１７の分岐部７１５には電流が流れ、その周辺に磁界が発生する。また、入出力部７４７の分岐部７４６にも電流が流れ、その周辺に磁界が発生する。このとき、例えば、小型化のためマルチバンドフィルタ４の第１共振器７２０及び第２共振器７３０の数を、それぞれ２つにした場合、入出力部７１７の分岐部７１５と入出力部７４７の分岐部７４６が近くに配置される。その結果、分岐部７１５の周辺に発生した磁界により、分岐部７４６に回り込んで誘導性結合が発生する。

このような場合、図２０に示すように、結合線路部７５０を上述の如く、分岐部７１５の近傍及び分岐部７４６の近傍となるように配置する。これにより、結合線路部７５０の一端部と分岐部７１５との間に容量性結合が発生する。また、結合線路部７５０の他端部と分岐部７４６との間にも容量性結合が発生する。
その結果、分岐部７１５と分岐部７４６との間に発生した誘導性結合が打ち消され、帯域外のアイソレーション特性を改善することができる。

次に、第４の実施形態の変形例について説明する。
図２１は、本変形例に係るマルチバンドフィルタを例示する斜視図である。
図２１に示すように、本変形例に係るマルチバンドフィルタ５は、前述の第４の実施形態に係るマルチバンドフィルタ４と比較して、結合線路部７５０に代わって、結合線路部８５０及び８５１が設けられている点が異なっている。

結合線路部８５０及び８５１の形状は、それぞれ、Ｘ方向に延びる直線状である。結合線路部８５０の−Ｘ方向側の端部は、分岐部８１５のＸ方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部８１５から離れて設けられ、Ｘ方向側の端部は、分岐部８４７の−Ｘ方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部８４７から離れて設けられている。結合線路部８５１の−Ｘ方向側の端部は、分岐部８１６のＸ方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部８１６から離れて設けられ、Ｘ方向側の端部は、分岐部８４６の−Ｘ方向に延びた先の屈曲部の近傍に分岐部８４６から離れて設けられている。
本変形例における上記以外の構成は、前述の第４の実施形態と同様である。

入出力部８１７の分岐部８１５には電流が流れ、その周辺に磁界が発生する。また、入出力部８４７の分岐部８４５にも電流が流れ、その周辺に磁界が発生する。このとき、例えば、小型化のためマルチバンドフィルタ５の第１共振器８２０及び第２共振器８３０の数を、それぞれ２つにした場合、入出力部８１７の分岐部８１５と入出力部８４７の分岐部８４５が近くに配置される。その結果、分岐部８１５の周辺に発生した磁界により、分岐部８４５に回り込んで誘導性結合が発生する。

このような場合、図２１に示すように、結合線路部８５０を上述の如く、分岐部８１５の近傍及び分岐部８４５の近傍となるように配置する。これにより、結合線路部８５０の一端部と分岐部８１５との間に容量性結合が発生する。また、結合線路部８５０の他端部と分岐部８４５との間にも容量性結合が発生する。その結果、分岐部８１５と分岐部８４５との間に発生した誘導性結合が打ち消され、帯域外のアイソレーション特性を改善することができる。

結合線路部８５１についても同様な理由により、分岐部８１６と分岐部８４６との間に発生した誘導性結合が打ち消され、帯域外のアイソレーション特性を改善することができる。

以上説明した複数の実施形態によれば、複数のフィルタを近接して合成した場合でも、帯域外のアイソレーション特性を改善したマルチバンドフィルタを提供することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１：マルチバンドフィルタ、２：マルチバンドフィルタ、３：マルチバンドフィルタ、４：マルチバンドフィルタ、５：マルチバンドフィルタ、１１：地導体板、１２：誘電体基板、１１３：線路導体部、１１４：入出力部、１１５：分岐部、１１６：分岐部、１１７：分配合成部、１１８：両端開放部、１１９：線路中央部、１２０：第１共振器、１２１：両端開放部、１２２：線路中央部、１２３：両端開放部、１２４：線路中央部、１２５：第１共振器、１２６：両端開放部、１２７：線路中央部、１２８：両端開放部、１２９：線路中央部、１３０：第２共振器、１３１：両端開放部、１３２：線路中央部、１３３：両端開放部、１３４：線路中央部、１３５：第２共振器、１３６：両端開放部、１３７：線路中央部、１４４：入出力部、１４５：分岐部、１４６：分岐部、１４７：分配合成部、１６１：第１フィルタ部、１８１：第２フィルタ部、２１０：外部回路、２１４：入出力部、２１５：分岐部、２１６：分岐部、２１７：分配合成部、２１８：両端開放部、２１９：線路中央部、２２０：第１共振器、２２８：両端開放部、２２９：線路中央部、２３０：第２共振器、２４４：入出力部、２４５：分岐部、２４６：分岐部、２４７：分配合成部、２６１：第１フィルタ部、２８１：第２フィルタ部、２９０：外部回路、３１７：分配合成部、３１８：両端開放部、３１９：線路中央部、３２０：第１共振器、３２８：両端開放部、３２９：線路中央部、３３０：第２共振器、３４７：分配合成部、３５１：結合線路部、４１４：入出力部、４１５：分岐部、４１６：分岐部、４１７：分配合成部、４２０：第１共振器、４３０：第２共振器、４４４：入出力部、４４５：分岐部、４４６：分岐部、４４７：分配合成部、４７１：線路導体部、４７２：線路導体部、４７４：線路導体部、４７７：メアンダ形状部、４７５：櫛形形状部、４７６：櫛形形状部、４８１：開放部、４８２：開放部、４８４：線路中央部、４８７：メアンダ形状部、４８５：櫛形形状部、４８６：櫛形形状部、４８９：開放部、４９１：開放部、４９２：開放部、４９４：線路中央部、４９９：開放部、５２０：第１共振器、５７１：容量性素子、５７２：容量性素子、５７３：容量性素子、５７４：誘導性素子、７１４：入出力部、７１５：分岐部、７１６：分岐部、７１７：分配合成部、７２０：第１共振器、７３０：第２共振器、７４４：入出力部、７４５：分岐部、７４６：分岐部、７４７：分配合成部、７５０：結合線路部、８１４：入出力部、８１５：分岐部、８１６：分岐部、８１７：分配合成部、８２０：第１共振器、８３０：第２共振器、８４４：入出力部、８４５：分岐部、８４６：分岐部、８４７：分配合成部、８５０：結合線路部、８５１：結合線路部

Claims

第１周波数の信号が入力され、第１容量性部分及び第１誘導性部分を有する第１共振器と、
前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号が入力され、第２容量性部分及び第２誘導性部分を有する第２共振器と、
を備え、
前記第１共振器の一外縁と前記第２共振器の一外縁とは平行でありかつ互いにギャップを隔てて対向し、
前記第１容量性部分の第１容量成分と前記第２容量性部分の第２容量成分との結合の度合いを容量性結合係数とし、前記第１誘導性部分の第１誘導成分と前記第２誘導性部分の第２誘導成分との結合の度合いを誘導性結合係数とし、前記容量性結合係数と前記誘導性結合係数との差の絶対値を結合係数とするとき、前記容量性結合係数の曲線及び前記誘導性結合係数の曲線は前記ギャップの増大とともにそれぞれ単調に減少しつつ交差し、かつ前記ギャップの大きさは前記結合係数を所定値以下とする範囲とされ、
前記所定値は、０．００１であり、
前記第１共振器及び前記第２共振器の形状は、一辺の中央部に欠けた部分を有する枠状の線路であり、
前記欠けた部分を両端部とし、
前記両端部に対向する部分を対向中央部とし、
前記第１共振器の両端部が前記第１容量性部分であり、
前記第１共振器の対向中央部が前記第１誘導性部分であり、
前記第２共振器の両端部が前記第２容量性部分であり、
前記第２共振器の対向中央部が前記第２誘導性部分であるマルチバンドフィルタ。
第１周波数の信号が入力され、第１容量性部分及び第１誘導性部分を有する第１共振器と、
前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号が入力され、第２容量性部分及び第２誘導性部分を有する第２共振器と、
を備え、
前記第１共振器の一外縁と前記第２共振器の一外縁とは平行でありかつ互いにギャップを隔てて対向し、
前記第１容量性部分の第１容量成分と前記第２容量性部分の第２容量成分との結合の度合いを容量性結合係数とし、前記第１誘導性部分の第１誘導成分と前記第２誘導性部分の第２誘導成分との結合の度合いを誘導性結合係数とし、前記容量性結合係数と前記誘導性結合係数との差の絶対値を結合係数とするとき、前記容量性結合係数の曲線及び前記誘導性結合係数の曲線は前記ギャップの増大とともにそれぞれ単調に減少しつつ交差し、かつ前記ギャップの大きさは前記結合係数を所定値以下とする範囲とされ、
前記所定値は、０．００１であり、
前記第１誘導性部分及び前記第２誘導性部分は、メアンダ形状部の少なくとも一部をそれぞれ含み、
前記第１容量性部分及び前記第２容量性部分は、櫛形形状部の少なくとも一部をそれぞれ含むマルチバンドフィルタ。
前記ギャップの大きさが前記２つの曲線の交差するときのギャップの大きさよりも小さいとき、前記容量性結合係数は前記誘導性結合係数よりも大きい、請求項１又は２に記載のマルチバンドフィルタ。
前記ギャップの大きさは、前記結合係数が最小となる距離である請求項１〜３のいずれか１つに記載のマルチバンドフィルタ。
前記第１共振器と前記第２共振器とにそれぞれ容量性結合可能な結合線路部をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載のマルチバンドフィルタ。
第１周波数の信号が入力され、第１容量性部分及び第１誘導性部分を有する第１共振器と、
前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号が入力され、第２容量性部分及び第２誘導性部分を有する第２共振器と、
前記第１共振器と前記第２共振器とにそれぞれ容量性結合可能な結合線路部と、
を備え、
前記第１共振器の一外縁と前記第２共振器の一外縁とは平行でありかつ互いにギャップを隔てて対向し、
前記第１容量性部分の第１容量成分と前記第２容量性部分の第２容量成分との結合の度合いを容量性結合係数とし、前記第１誘導性部分の第１誘導成分と前記第２誘導性部分の第２誘導成分との結合の度合いを誘導性結合係数とし、前記容量性結合係数と前記誘導性結合係数との差の絶対値を結合係数とするとき、前記容量性結合係数の曲線及び前記誘導性結合係数の曲線は前記ギャップの増大とともにそれぞれ単調に減少しつつ交差し、かつ前記ギャップの大きさは前記結合係数を所定値以下とする範囲として決定され、
前記所定値は、０．００１であるマルチバンドフィルタ。
前記結合線路部は、金属、超電導体又はＹ系銅酸化物高温超伝電導材料を含む請求項５または６に記載のマルチバンドフィルタ。
前記第１共振器及び前記第２共振器は、金属、超電導体又はＹ系銅酸化物高温超伝電導材料を含む請求項１〜７のいずれか１つに記載のマルチバンドフィルタ。
前記第１共振器、前記第２共振器及び前記結合線路部は、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、又は、コプレーナ線路により形成される請求項１〜８のいずれか１つに記載のマルチバンドフィルタ。
第１周波数の信号が入力され、第１容量性部分及び第１誘導性部分を有する第１共振器と、
前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号が入力され、第２容量性部分及び第２誘導性部分を有する第２共振器と、
を備え、
前記第１共振器の一外縁と前記第２共振器の一外縁とは平行でありかつ互いにギャップを隔てて対向し、
前記第１容量性部分の第１容量成分と前記第２容量性部分の第２容量成分との結合の度合いを容量性結合係数とし、前記第１誘導性部分の第１誘導成分と前記第２誘導性部分の第２誘導成分との結合の度合いを誘導性結合係数とし、前記容量性結合係数と前記誘導性結合係数との差の絶対値を結合係数とするとき、前記容量性結合係数の曲線及び前記誘導性結合係数の曲線は前記ギャップの増大とともにそれぞれ単調に減少しつつ交差し、かつ前記ギャップの大きさは前記結合係数を所定値以下とする範囲とされ、
前記所定値は、０．００１であり、
前記第１共振器及び前記第２共振器の形状は、一辺の中央部に欠けた部分を有する枠状の線路であり、
前記第１容量性部分は、前記第１共振器の一辺の中央部に欠けた部分と、当該一辺の中央部に欠けた部分に接する枠上の線路を含み、
前記第２容量性部分は、前記第２共振器の一辺の中央部に欠けた部分と、当該一辺の中央部に欠けた部分に接する枠上の線路を含み、
前記第１誘導性部分は、前記第１共振器の一辺の中央部に欠けた部分を有する枠状の線路を含み、
前記第２誘導性部分は、前記第２共振器の一辺の中央部に欠けた部分を有する枠状の線路を含む、マルチバンドフィルタ。