JPH05347541A - 高速同調フィルタ - Google Patents

高速同調フィルタ

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JPH05347541A
JPH05347541A JP4178843A JP17884392A JPH05347541A JP H05347541 A JPH05347541 A JP H05347541A JP 4178843 A JP4178843 A JP 4178843A JP 17884392 A JP17884392 A JP 17884392A JP H05347541 A JPH05347541 A JP H05347541A
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circuit
short
pin diodes
parallel
inductance elements
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Kanemi Sasaki
金見 佐々木
Mikio Takano
三樹男 高野
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Kokusai Electric Corp
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Kokusai Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】周波数ホッピング通信用の可変同調フィルタの
挿入損失を低減し、大電力化と相互変調歪の低減を目的
とする。 【構成】コンデンサC0 と並列共振回路を構成する主イ
ンダクタンス素子L01,L02の一部L02に並列に、互い
に値の異なるインダクタンス素子L1 〜L7 とピンダイ
オードD1 〜D7 をそれぞれ直列接続した直列回路を設
け、ピンダイオードD1 〜D7 のバイアスを制御するこ
とによりインダクタンス素子L1 〜L7 をオン/オフし
て同調周波数を切替えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数ホッピング通信
の送受信機に用いられる高速同調フィルタに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】妨害に強く、秘話性に優れたスペクトラ
ム拡散変調方式の1つである周波数ホッピング通信シス
テム用の高速同調フィルタとして、従来はバラクタ(可
変容量ダイオード)のバイアス電圧を制御してフィルタ
の同調周波数を切替える構成が実用されている。図12
は従来のフィルタの構成例であり、2つの共振器10を
用いた2段のBPF(バンドパスフィルタ)である。同
調周波数を変えるには、共振器10のそれぞれに並列に
接続された2つのバラクタ11のバイアス電圧VB を変
える。V B の値を大きくするとバラクタ11に印加され
る逆バイアス電圧が大きくなり、バラクタ11の静電容
量値が小さくなってBPFの同調周波数が上昇する。共
振器10としては、λ/4の長さで先端短絡形の分布定
数共振器またはヘリカル共振器が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成のフィルタは、次のような欠点がある。 (イ) 挿入損失が大きい。 損失を減らすためには共振回路のQを上げねばならない
が、共振器10としては自由度があるものの、バラクタ
11のQは100〜500位が実力のため、共振回路と
してのQがバラクタ11で決定づけられ制約されてしま
う。 (2) 入力電圧を大きくすることができない。 逆バイアス電圧VB の2倍以上の電圧が共振器10にか
かるとバラクタ11は順方向のバイアス電圧が印加され
るためフィルタとして機能しなくなる。すなわち、バラ
クタ11の動作条件によりBPFへの入力印加電力が制
限される。 (3) 相互変調歪が大きい。 バラクタ11の逆バイアス電圧Vと静電容量値Cの関係
は、C=M/(φ+V)n で示される。但し、M:定
数、φ:拡散電位、V:外部電圧、n:不純物濃度によ
って決まる指数である。この式は、高次多項式で表さ
れ、線形性を有しないため、同調周波数以外の波がこの
フィルタに入力されると、その波との間で相互変調歪を
発生してしまうことになる。さらに、高周波電圧が逆バ
イアス電圧に近づくと歪が大きくなり、不要波発生器と
なってしまう。以上の欠点が解決されていないため、送
信機から大電力を出力するシステムや、高級なシステム
用のフィルタとして実用できなかった。本発明の目的
は、大きい電力でも用いることができ、しかも、挿入損
失,相互変調歪の少ない高速同調フィルタを提供するこ
とにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の高速同調フィル
タは、コンデンサに並列接続されて並列共振回路を形成
する主インダクタンス素子の一部に、互いに異なるイン
ダクタンス素子とピンダイオードとが直列接続された1
つ以上の直列回路が並列接続され、前記ピンダイオード
に与えるバイアスを制御することにより前記インダクタ
ンス素子をオン/オフして同調周波数を変化させるよう
に構成したことを特徴とするものである。さらに、内導
体と外導体の一端が短絡面で短絡された同軸形キャビテ
ィ共振器の前記内導体と外導体との間に1つ以上の短絡
棒とピンダイオードの直列回路が設けられ、前記ピンダ
イオードに与えるバイアスを制御することにより前記短
絡棒をオン/オフして同調周波数を変化させるように構
成したことを特徴とするものである。上記の同軸形キャ
ビティ共振器の場合、1つ以上の短絡棒とピンダイオー
ドの直列回路は、短絡棒のインダクタンスの値を一定に
して短絡面からの距離が互いに異なる位置に短絡棒を放
射状に配置してもよいし、短絡面からの距離を一定にし
て短絡棒を放射状に配置し各短絡棒のインダクタンスの
値が互いに異なるように設定してもよい。
【0005】
【実施例】図1はと本発明の第1の実施例を示す回路図
であり、1段のBPFを示す。図おいて、C0 ,L01
02及びL1 〜L7 は同調用のコンデンサ及びインダク
タンス素子である。L01,L02が主インダクタンス素子
である。D1 〜D7 はスイッチ素子としてのピンダイオ
ード(PINダイオード)である。また、A〜Gは各P
INダイオードにバイアス電圧を与える制御電圧印加端
子である。C1 〜C7 はバイパスコンデンサである。図
1の本発明の第1の実施例を説明する前に、本発明によ
るフィルタの同調周波数を変化させる動作原理について
説明する。図3は本発明によるフィルタ共振回路の同調
周波数を可変にするための原理図である。図3では端
と接地との間で同調容量C0 及びインダクタンス素子L
01,L02,L1 からなる並列共振回路を構成している。
スイッチSが開放のときはこの回路の同調周波数f1
次式で決定される。
【0006】
【数1】 また、スイッチSが短絡のときの同調周波数f2 は次式
で示される。
【0007】
【数2】 従って、f2 >f1 となる。
【0008】すなわち、この回路は、スイッチSをON
/OFFすることによりf1 ,f2の2つの周波数に同
調する。f2 の上限周波数f2uはL1 =0のときであ
り、f2u=1/(2π√(C0 01))である。このこ
とにより、次のことがわかる。すなわち、同調周波数の
可変幅はL01とL02の比で決定される。従って、L1
設定の仕方により、f1 ≦f2 ≦f2uの範囲で同調周波
数を変えることができる。図1に示した第1の実施例
は、L02に並列接続されたL1 〜L7 のそれぞれのスイ
ッチSをPINダイオードに置換したものである。図4
はPINダイオードの等価回路であり、(A)は逆バイ
アス時でスイッチとしてはOFF状態、(B)は順方向
電流を流しているON状態を示す。理想スイッチと異な
り、完全なON/OFFとなってないことがわかる。例
えば、入手が容易なPINダイオードの場合、Cp =1
pF,rp =300kΩ,rs =0.3Ωである。図1
に戻って、理想スイッチの場合、この共振回路の無負荷
Qは1000である。表1は図1のPINダイオードD
1 〜D7 のON/OFFと同調周波数f0 の関係及びf
0 における挿入損失を示している。
【0009】
【表1】
【0010】図2は表1の各同調周波数f0 伝送特性を
重ね書きしている。この例では8波に同調している特性
を示しているが、L1 〜L7 の値が全て異なっているた
め、各PINダイオードのON/OFFを組み合わせる
と、27 =128種類の周波数に同調させることができ
る。このことは実用する上で極めて重要で優れた特徴で
ある。さらに、大電力の信号が入力されたとき、PIN
ダイオードにはL01とL02に分圧された電圧が加わるた
め、超高耐圧の逆バイアス電圧特性のものを必要としな
い。表1では理想スイッチの場合とPINダイオードの
場合の損失を比較しているが、同調周波数f0 =100
MHzでは、0.6dBから0.94dBに損失が増え
ている。この増分はPINダイオードで消費されるが、
7つのPINダイオードに分けて消費されることにな
り、耐電力性に優れている。また、PINダイオードの
ON/OFF時間は1μsec以下であり、通常フィル
タの遅延時間分だけの周波数切換動作時間を考えればよ
いので、数十μsec以下の高速動作が可能であり、周
波数ホッピング通信システム用としては最適である。以
上の第1の実施例は1段BPFについて記載したが、2
段以上の場合も適用できることは云うまでもない。
【0011】図5は、本発明の第2の実施例を示す斜視
図であり,図1に示した集中定数回路での原理を同軸形
のキャビティ共振器に応用し分布定数的に実現した例で
ある。また、図6は図5の等価回路である。図におい
て、1は内導体、2は外導体、3は内導体1と外導体2
の短絡面を示す。4は入出力コネクタ、5は結合ルー
プ、6はバイパスコンデンサC1 〜C7 、7はPINダ
イオードD1 〜D7 、8はインダクタンスZ1 〜Z7
相当する短絡棒である。この例ではL1 〜L7 に相当す
るZ1 〜Z7 を同じ値にし、キャビティの短絡面3から
の位置l1 〜l7 を変えて同調周波数を所定の値に設定
している。短絡棒(コイル)8は同軸キャビティの内導
体1と外導体2との間に放射状に配置されている。これ
により、キャビティ内の電磁界の乱れを少なくし、PI
Nダイオードの発熱を外導体に効率よく伝えることがで
きる。
【0012】図8は図5の部分断面図であり、短絡棒8
と外導体2の接続部分の詳細を示す。短絡棒8の先端部
分にPINダイオード7が取り付けられバイパスコンデ
ンサ6としての貫通コンデンサに接続される。7’はP
INダイオード7に導通されたバイアス供給端子であ
る。図7では、図5の共振器フィルタを2段配置し、2
つの外導体の接合部に設けられた窓部9により、それぞ
れを電磁結合させ、より急峻な特性を得ている。同様な
考え方で3段以上のフィルタが構成できることは自明で
ある。
【0013】図9は本発明の第3の実施例を示す構造断
面図であり、図5の第2の実施例同様の同軸形キャビテ
ィ共振器を用いたものである。図5では等しいインダク
タンスの短絡棒8を、短絡面3からの距離を変えて配置
したものであるのに対し、図9では、各短絡棒8のイン
ダクタンスを互いに異なる値に設定し、短絡棒8はすべ
て短絡面3から等しい距離で放射状に配置されている。
図10は図9の等価回路図であり、Z1 〜Zn は短絡棒
8のインダクタンス、D1 〜Dn はPINダイオードを
示す。図11は図9の特性例図であり、短絡棒8とPI
Nダイオード7との直列回路が20個の場合のPINダ
イオードを1つずつ順次ONにしたときの共振特性を重
ね書きしたものである。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、次の利点がある。 (1)挿入損失の小さい可変同調BPFが実現できる。 (2)従来例では実現できない大電力入力の可変同調B
PFが実現できる。 (3)PINダイオードを用いたことにより、同調周波
数に与える非線形性がなくなり相互変調歪が発生しな
い。 以上の利点により、周波数ホッピング通信システム用可
変同調BPFとして、最適なBPFを提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の特性例図である。
【図3】本発明の原理を説明する同調回路図である。
【図4】ピンダイオードの等価回路図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示す斜視図である。
【図6】図5の等価回路図である。
【図7】本発明の応用例図である。
【図8】図5,図7の部分詳細断面図である。
【図9】本発明の第3の実施例の構造を示す断面図であ
る。
【図10】図9の等価回路図である。
【図11】図9の特性例図である。
【図12】従来の可変同調フィルタの回路例図である。
【符号の説明】
1 内導体 2 外導体 3 短絡面 4 入出力コネクタ 5 結合ループ 6 バイパスコンデンサ 7 PINダイオード 7’ バイアス供給端子 8 短絡棒(コイル) 9 窓部 10 共振器 11 バラクタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンデンサに並列接続されて並列共振回
    路を形成する主インダクタンス素子の一部に、互いに異
    なるインダクタンス素子とピンダイオードとが直列接続
    された1つ以上の直列回路が並列接続され、 前記ピンダイオードに与えるバイアスを制御することに
    より前記インダクタンス素子をオン/オフして同調周波
    数を変化させるように構成した高速同調フィルタ。
  2. 【請求項2】 内導体と外導体の一端が短絡面で短絡さ
    れた同軸形キャビティ共振器の前記内導体と外導体との
    間に1つ以上の短絡棒とピンダイオードの直列回路が設
    けられ、 前記ピンダイオードに与えるバイアスを制御することに
    より前記短絡棒をオン/オフして同調周波数を変化させ
    るように構成した高速同調フィルタ。
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