JPH05152802A

JPH05152802A - マイクロストリツプスパー線フイルタ

Info

Publication number: JPH05152802A
Application number: JP29591991A
Authority: JP
Inventors: Shoki Rin; 昭輝林
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来の同形で対称的なフィルタ構造の短所で
ある整合のスペースの制限を克服し、整合範囲を広げた
帯域阻止フィルタであるマイクロストリップ・スパー線
フィルタを提供する。また製造誤差の公差を大きくす
る。【構成】処理される信号をフィルタに送るための入力
区間１２と、フィルタ内で処理した後に前記信号を出力
するための出力区間１３と、入力端子からの信号を減衰
し、出力端子に伝送するための非同形で非対称的なマイ
クロストリップの結合された伝送線の複合区間とを具備
し、複合区間が、所望のフィルタリング特性を得るため
のスタガされた共振周波数をもつ寸法Ｌ２９５０（長
さ、μｍ），Ｗ１３２（幅、μｍ）等、及び相対的位置
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波フィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】スパー線（ｓｐｕｒ−ｌｉｎｅ）フィル
タはマイクロストリップ伝送線から構成されている。従
来のスパー線フィルタは、同形で対称のインラインエッ
チングされた５０オーム線である。しかしながら、この
技術は設計の許容度がたいへん狭い。しばしば最適の設
計を達成することが困難である。

【０００３】従来のスパー線フィルタは図１Ａに示すよ
うな構造を有する。底部は接地された金属層１である。
金属層１の上には、厚さｈと相対的誘電率ε_rをもつ誘
電体板２が設けられる。誘電プレート２上には、長さＬ
と幅Ｗをもつマイクロストリップ線３が設けられる。図
１Ｂは帯域消去フィルタの伝送特性を示してあり、挿入
損失（Ｓ２１）を周波数の関数として示している。挿入
損失伝送係数Ｓ２１はフィルタ出力ｂ₂とフィルタ入力
ａ₁の比として定義され、２０ｌｏｇ（ｂ₂／ａ₁）（ｄ
Ｂ）としてｄＢで表される。従って、０ｄＢは損失０を
示し、パッシブフィルタの通常の挿入損失は負のｄＢ値
である。理想的なフィルタは、消去帯域で最大の損失、
通過帯域で最小の損失、及び最小の遷移領域を有する。

【０００４】ベイツ（Ｒ．Ｎ．Ｂａｔｅｓ）は、１９９
７年１１月発行の「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ，Ｏｐｔｉ
ｃｓａｎｄＡｃｏｕｓｔｉｃｓ」、Ｖｏｌ．１、Ｎ
ｏ．６、第２０９−２１４ページの論文「Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｓｐｕｒ−ｌｉｎｅ
ｂａｎｄｓｔｏｐｆｉｌｔｅｒｓ」で、図２Ａから図
２Ｅに示すようなスパー線フィルタの若干の構造を提示
した。フィルタは、（消去帯域中心周波数に関して）４
分の１波長の長さの結合されたマイクロストリップ線の
対から成り、結合された線の一方の端は開回路となり、
他端で両方の線が接続されている。原型の構造は、図２
Ａに示すように、特性を調整するための同調用開放スタ
ブ（ｔｕｎｉｎｇｏｐｅｎｓｔｕｂ）７の使用に基
づいてている。続いて、図２Ｂに示すようなＬ字形構造
が提案された。逆Ｌ字形の４分の１波長の長さの伝送線
区間４は共振を発生するように５０オーム伝送線３の近
くに配置されている。もし５０オーム伝送線に現れる信
号が、Ｌ字形区間４とほぼ等しい４分の１波長を有して
いるなら、その信号はＬ字形区間４と共振し、通過する
ことができない。即ち、Ｌ字形区間は、直列同調回路の
ように、周波数トラップとして働く。Ｌ字区間の短い方
の部分５は、回路を同調するための開放スタブとして働
く。しかしながら、選択度の点では、この構造はよい性
能を発揮しない。従って、図２Ｃに示すような構造が開
発された。その特徴は、開放のＬ字形の溝６が５０オー
ムマイクロストリップ線の中にエッチングされたことで
ある。その等価回路が図２Ｇに示され、そこでは開回路
区間は等価特性インピーダンスＺ１を有し、閉回路区間
は等価特性インピーダンスＺ１２を有し、θは電気的長
さである。これら２つの特性インピーダンスは、線の
幅、誘電層の厚さ、誘電率及び結合係数の関数である。
最後に、ベイツは、選択度を増し消去帯域幅を広げるた
めに、複同調回路に似たミラー（ｍｉｒｒｏｒ）構造を
図２Ｄに示すように対称的に、また図２Ｅに示すように
カスケード構造で加えた。その論文で指摘されたよう
に、図２Ｅの構造はより良好な結果をもたらした。図３
Ａに示すように、結果的特性は−１．５ｄＢ乃至−２ｄ
Ｂの通過帯域損失を有するが、消去帯域が１ＧＨｚにす
ぎず、十分な幅ではない、ということが理解できる。最
後の２つのスパー線フィルタは、所望の特性に対して調
整するための、対称的で同形の開回路スタブの２つの区
間を明らかに利用していた。

【０００５】ヒロシサカ（ＨｉｒｏｓｈｉＳａｋ
ａ）等もまた、「Ｔｈｅ３ｒｄＡｓｉａ−Ｐａｃｉ
ｆｉｃＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｔｏｋｙｏ，１９９０」
の第６７７−６８０ページの論文「Ａ１２ＧＨｚＶ
ｅｒｙＳｍａｌｌＬｏｗ−ＮｏｉｓｅＣｏｎｖｅ
ｒｔｅｒＵｓｉｎｇＩｎＧａＡｓＨＥＭＴＭｏ
ｎｏｌｉｔｈｉｃＭＩＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」に
説明されたように、他のスパー線フィルタ構造を提案し
た。サカ等は、図２Ｆに示すような、カスケード形の対
称的で同形の開回路整合スタブ１０、１１をもつ、カス
ケード構造に、更に２つの区間を加え、４つの同調した
回路を共に効率的に結合させるようにした。その他の点
では、その構造はＢａｋｅｒのものと似ている。その結
果的特性を図３Ｂに示す。通過帯域損失は−１ｄＢ乃至
−２ｄＢに減らされ、消去帯域はほぼ３ＧＨｚに広げら
れていることが理解できる。

【０００６】スパー線フィルタの２つの前記の形式は、
共通の特定の特徴を有する。それらすべては同形で対称
的な構造を有する開回路整合区間を用いている。すなわ
ち、同じ共振周波数に同調されている。そのような構造
は整合のスペースを制限し、従って、最適の設計をもた
らすことができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の同形で対称的なフィルタ構造の欠点を克服することで
ある。本発明の他の目的は、フィルタの整合範囲を広げ
ることである。本発明の更に他の目的は、伝送帯域での
損失とフィルタの物理的大きさとを減らすことである。
本発明の更なる目的は、伝送線幅の組み立て公差を増す
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、非同形
で非対称的な結合されたマイクロストリップ伝送線の複
合区間を用いることにより達成される。本発明はまた、
マイクロストリップ線中へのいかなるエッチングをも必
要としない新規な構造を導入し、従って公差を±７６μ
ｍ内に増加しながらも、すべての所要の電気的特性を保
持する。

【０００９】

【実施例】本発明の本質は、非同形で非対称的な結合さ
れた線の多数の区間を、スパー線フィルタを動作させる
同調スタブとして用いることである。さらに、本発明
は、構成要素として、マイクロストリップ線中へのいか
なるエッチングをも必要としない新規な構造を導入す
る。これらの新規な方法によって、通過帯域の損失は大
きく減らされ、フィルタの物理的長さは元のものの半分
に縮められる。加えて、線の幅の組み立て許容度が大き
く増加される。

【００１０】図４は本発明の非同形で非対称的なマイク
ロストリップ線構造の平面図を示す。前に説明したよう
に、金属ストリップ線を支えるための金属製の接地され
た面と誘電層はこの図には示されていない。本スパー線
フィルタの回路の構造と組み立て方法は以下の記述で説
明される。

【００１１】図４で示すように、Ｗは幅でありＬは長さ
である。これらの文字につづく数字はマイクロメータ
（μｍ）で示した最適の寸法である。ストリップ線入力
区間１２と出力区間１３は、両方とも５０オームに等し
い特性インピーダンスをもち幅６５８μｍで長さ５００
０μｍである。これらの区間は、測定でのマイクロスト
リップ線−同軸線の不連続性による高次モード波を減ら
すために用いられる。入力区間と出力区間との間は、均
等でない長さをもつ伝送線の７つの区間である。入力信
号は、閉回路区間を構成するように、端子１２から区間
Ｗ１３２、Ｗ２８８及びＷ２６４を通って出力端子１３
に流れる。区間Ｗ１４６からＷ１４０を通って流れる信
号は開回路区間を構成する。区間Ｗ１３４とＷ５９２は
他の開回路区間を構成する。区間Ｗ１４０、Ｗ２８８及
びＷ５９２は消去帯域遮断周波数波長の４分の１にほぼ
等しい長さを有し、その周波数帯の信号を区間Ｗ１４０
とＷ５９２に抽出するとともに、帯域阻止機能を行うた
めに用いられる。Ｗ１４０とＷ２８８間の間隔Ｗ６５８
と、Ｗ２８８とＷ５９２間の間隔Ｗ６５８は、結合係数
を調整するのに用いられる。つまり、各区間の実効イン
ピーダンスは幅と結合係数によって決定される。従っ
て、図５に示すような等価回路の概略を描くことができ
る。異なる区間の等価特性インピーダンスを以下に示
す。

【００１２】Ｚ₅₀−Ｗ６５８区間、Ｚ₂₁−Ｗ１４０区
間、Ｚ₃₁−Ｗ２６４区間、Ｚ₁₁−Ｗ１４６区間、Ｚ₂₂−
Ｗ２８８区間、Ｚ₃₂−Ｗ１３４区間、Ｚ₁₂−Ｗ１３２区
間、Ｚ₂₃−Ｗ５９２区間。

【００１３】図４に示された区間の長さＬは、所望の電
気的特性を得るために、これらの特性インピーダンスと
結合して用いられる。

【００１４】前記の構造では、許容される組み立て公差
は±７６μｍである。以下で説明される組み立て方法で
は、平均誤差は２５μｍであり、最大誤差は約７０μｍ
である。この新規な構造は、優れた特性をもつ阻止帯域
フィルタを生むことができる。図６Ａは、１０．３の誘
電率ε_rと６３５μｍの厚さをもつ酸化アルミニウムの
誘電層を用いるそのような構造の測定された特性を示
す。

【００１５】図６Ｂは本発明の一例の測定された特性を
示す。横座標は、周波数を区画あたり１．４ＧＨｚで、
２ＧＨｚから１６ＧＨｚまで表す。縦座標は、挿入損失
を、区画あたり３ｄＢで、０ｄＢから−３０ｄＢまで表
す。このグラフから、阻止帯域幅は約２．８ＧＨｚから
１．７ＧＨｚであり、伝送係数は−１６ｄＢから−３４
ｄＢまで変化することが理解できる。このグラフは図６
Ａに示す理論的モデルと比べることができる。通過帯域
（１０．０ＧＨｚから１３ＧＨｚ）での挿入損失は−
０．３ｄＢから−０．５ｄＢの範囲であり、極めて小さ
いことが理解できる。

【００１６】損失は、（ａ）設計の実際の損失、（ｂ）
フィルタの２倍の長さである、長さ１ｃｍで５０オーム
のマイクロストリップ線の挿入損失、（ｃ）接触不良と
マイクロストリップ−同軸線の不連続性による反射とに
よる損失、（ｄ）誘電率での誤差による反射、を含む。

【００１７】これらの中で、項目（ｂ）と（ｃ）とは極
めて重要である。予測された実際の損失は−０．１ｄＢ
内であるべきである。この実験は、本発明の特性は従来
の構造よりもずっと優れているということの証明であ
る。

【００１８】ひとたび回路設計により、マイクロストリ
ップ線の異なる区間の寸法とそれらの間の距離とが決定
されると、レイアウトは図４に示されるように、オート
カッド（Ａｕｔｏｃａｄ）のようなプロッティング・プ
ログラムによって実現される。次に、適宜に拡大され
て、図がプロッター上で描かれ、ルブリス（Ｒｕｂｌｉ
ｔｈ）として知られるマイラーシート上で、図４で示す
ように、ダイアモンド針によってカットされる。ルビリ
ス（Ｒｕｂｙｌｉｔｈ）は透明と不透明の領域を有し、
１対１写真用フィルムシート上の図を縮小するためのマ
スクとして用いられる。このフィルムマスクは従来のプ
リント回路基板での方法と似た方法で用いられる。

【００１９】この回路のための誘電体板は、ダブルサイ
ドになった９６％酸化アルミニウムブランクであり得
る。この板は真空チャックによってベース上の位置に固
定される。次に、前記のマスクは基板の上に置かれ、金
のペーストで覆われる。誘電体板に金のペーストを塗る
ため、及び図４に示すようなプリントされたパターンを
形成するためにブラシが用いられる。金の線は約２０μ
ｍの厚さを有する。プリントされた誘電体板はオーブン
で３０分間、摂氏２５０度で焼かれ、それから摂氏８５
０度のオーブンで硬化される。このように、回路パター
ンは誘電体板にプリントされる。接地の接続のために、
前記のプロセスは誘電体板の裏側で繰り返され、接地面
を形成する。

【００２０】本発明は厚膜技術で実行されるだけでな
く、薄膜処理でも実行される。薄膜技術は高い精度で実
行されるが、コストがかかる。薄膜をマイクロ波回路上
に置くための技術は、ホフマン（ＲｅｉｎｍｕｔＫ．
Ｈｏｆｆｍａｎ）の、「ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＭ
ｉｃｒｏｗａｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕ
ｉｔ」、１９８７年、第４１−５９ページに見られる。

【００２１】本発明は、（１）大きな消去帯域減衰、
（２）伝送帯域での低い損失、（３）通過帯域と阻止帯
域の間の狭い遷移帯域（４）短い回路長と大きい製造公
差を特徴とする理想に近い帯域消去フィルタを開示す
る。

【００２２】弱い信号のシステムでは、通過帯域で低い
損失であることが重要である。本発明はこの要求を満た
すことができる。本発明はまた、製造誤差の公差が一層
大きく、従って製造コストを減らすマイクロストリップ
線を基にしたスパー線フィルタを提案する。

【００２３】前記の説明は本発明の好ましい実施例を開
示する。その構成の如何なる変形も本発明の範囲内にあ
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａはマイクロストリップ伝送線の基本構造
を示す。図１Ｂは帯域消去フィルタの理想的特性を示
す。

【図２】図２Ａは従来技術のスパー線フィルタの構成を
示す。図２ＢはＬ字形スタブをもつ従来技術のスパー線
フィルタの１つの型を示す。図２Ｃは逆Ｌ字形の溝をも
つ従来技術のスパー線フィルタの１つの型を示す。図２
Ｄは２つの対称的な溝をもつ従来技術のスパー線フィル
タを示す。図２Ｅは２つの対称的な、カスケード形の溝
をもつ従来技術のスパー線フィルタを示す。図２Ｆは２
つの対称的なＬ字形スタブと、２つの対称的なカスケー
ド形の溝とをもつ従来技術のスパー線フィルタを示す。
図２Ｇは図２Ｃに示されたスパー線フィルタの等価回路
を示す。

【図３】図３Ａは図２Ｅに示された従来のスパー線フィ
ルタの特性を示す。図３Ｂは図２Ｆに示された従来のス
パー線フィルタの特性を示す。

【図４】図４は本発明に基づくスパー線フィルタの構成
を示す。

【図５】図５は図４に示されたスパー線フィルタの等価
回路を示す。

【図６】図６Ａは本発明に基づくスパー線フィルタの計
算された特性を示す。図６Ｂは本発明に基づくスパー線
フィルタの測定された特性を示す。

【符号の説明】

１接地された金属層２誘電体板３マイクロストリップ線４Ｌ字形伝送線の区間５Ｌ字形伝送線の短い部分６Ｌ字形の溝７同調用開放スタブ１０、１１開回路整合スタブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理される信号をフィルタに送るための
入力接続と、前記フィルタ内で処理した後に前記信号を出力するため
の出力接続と、前記入力端子からの前記信号を減衰し、前記出力端子に
伝送するための、非同形で非対称的なマイクロストリッ
プの結合された伝送線の複合区間とを具備するスパー線
フィルタであって、前記複合区間が、所望のフィルタリング特性を得るためのスタガされた共
振周波数をもつ寸法及び相対的位置を有することを特徴
とするスパー線フィルタ。
【請求項２】前記入力接続、前記出力接続、及び前記
複合区間は閉回路区間に結合された開回路区間を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスパー線フィルタ。
【請求項３】前記入力接続と前記複合区間は第１の閉
回路区間に結合された第１の開回路区間の形に形成さ
れ、前記出力接続と前記複合区間は第２の閉回路区間に
結合された第２の開回路区間を形成することを特徴とす
る請求項１に記載のスパー線フィルタ。
【請求項４】前記第１の閉回路区間に結合された前記
第１の開回路区間は幅が違う導線で形成され、前記第２
の閉回路区間に結合された前記第２の開回路区間は幅が
違う導線で形成されることを特徴とする請求項３に記載
のスパー線フィルタ。
【請求項５】前記入力接続と前記出力接続は等しい幅
の導体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の
スパー線フィルタ。
【請求項６】前記入力接続と前記出力接続はマイクロ
ストリップ線であり、前記複合区間は、第１の閉回路区間に結合された第１の開回路区間と、第２の閉回路区間に結合された第２の開回路区間と、前記第１の開回路区間及び前記第１の閉回路区間は、幅
が異なり、且つ、前記入力接続に接続され、前記第２の開回路区間及び前記第２の閉回路区間は、幅
が異なり、且つ、前記入力接続に接続され、等しい幅の導体を有する前記第１の開回路区間及び前記
第２の閉回路区間と、前記第１の閉回路区間に結合された前記第１の開回路区
間、及び前記第２の閉回路区間に結合された前記第２の
開回路区間は、前記入力から前記出力への所定の周波数
帯域の信号を減衰するように変わる相対的寸法を有する
こと、を特徴とする請求項１に記載のスパー線フィル
タ。
【請求項７】前記マイクロストリップ線入力接続と前
記マイクロストリップ線出力接続は等しい幅であること
を特徴とする請求項６に記載のスパー線フィルタ。
【請求項８】前記フィルタの伝導レイアウトは、厚膜
または薄膜技術を用いて誘電体板上にプリントされてい
ることを特徴とする請求項１に記載のスパー線フィル
タ。
【請求項９】前記誘電体板は、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、サファイア、ガリウム砒素、ケイ素、酸化ベリ
リウム（ＢｅＯ）、テフロン板またはプリント回路基板
で構成されることを特徴とする請求項８に記載のスパー
線フィルタ。
【請求項１０】前記導線レイアウトは、金合金、銀合
金または銅合金で構成されることを特徴とする請求項８
に記載のスパー線フィルタ。