JPH09270655A - ベッセルフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術は、入出力インピーダンスが帯域内で
安定せず、不要な反射した信号が入力側に影響し、リッ
プルを大きくするなどして、諸特性を悪化させている。
インピーダンス整合のために固定減衰器を挿入するとい
うことは、必然的に伝送損失を生じるだけでなく不経済
でもある。 【解決手段】キャパシタに対してインダクタと抵抗の並
列回路からなる補正素子を設けて、高域信号を抵抗で吸
収して反射を少なくし、入出力インピーダンスを定イン
ピーダンスにするようにしたので、平坦な群遅延特性を
有し、信号波形を劣化させることなく、帯域外雑音を減
衰でき、通過帯域内においては、入出力インピーダンス
がほぼ一定で安定し、反射損失の少ない高周波フィルタ
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入出力インピーダ
ンスが帯域内において安定し、反射損の少ないベッセル
フィルタに関するものである。特に、平坦な群遅延特性
のため信号波形を劣化させることなく帯域外雑音を減衰
できるベッセルフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーを使用したデジタル通信な
どにおいては、信号に混じったノイズを除去し、エラー
レートを改善するため、波形等化フィルタが必要とな
る。

【０００３】波形等化フィルタとしてベッセルフィルタ
が考えられる。その理由は、ベッセルフィルタが、規格
化周波数ωが小さいときは、位相がほととんど直線とい
う傾向を示し、チェビシェフフィルタに比べ、通過帯域
の振幅特性におけるリップルが少なく比較的平坦な群遅
延特性を持ち、信号波形を劣化させずに帯域外雑音を減
衰させ、信号に混じったノイズを除去してエラーレート
の改善が期待できるからである。

【０００４】従来のベッセルフィルタは、図８に示すよ
うに、入力端子１と出力端子２との間に直列接続された
複数個のインダクタＬ1 、Ｌ2 からなるシリーズ素子Ａ
と、このシリーズ素子Ａの各接続点に、シャント素子Ｂ
としてキャパシタＣ1 、Ｃ2、Ｃ3 の一端がそれぞれ接
続されるとともに、他端が接地されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のベッセルフィルタは、遮断周波数ｆｃでの反
射損失が−３ｄＢ程度であり、入出力インピーダンスが
帯域内で安定せず、リップルが大きい。この原因として
は、不要な信号は反射させてしまうようにしているた
め、この反射した信号が入力側に影響し、リップルを大
きくするなどして、諸特性を悪化させていると考えられ
る。

【０００６】また、不要な信号を反射させることに主眼
が置かれているので、入力インピーダンスが変化しやす
く、増幅器Ａと接続するには、インピーダンス整合のた
めに固定減衰器ＡttをベッセルフィルタＦとの間に介在
させる必要が生ずる。インピーダンス整合のために固定
減衰器Ａttを挿入するということは、必然的に伝送損失
を生じるだけでなく不経済でもある。

【０００７】この発明は、固定減衰器を必要とせず、平
坦な群遅延特性を有し、信号波形を劣化させることな
く、帯域外雑音を減衰でき、通過帯域内においては、入
出力インピーダンスがほぼ一定で安定し、反射損失の少
ない高周波フィルタを提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記の目的
を達成するため、入力端子と出力端子との間に直列接続
されたＮ個（Ｎは３以上の整数）のシリーズ素子と、
（Ｎ−１）、（Ｎ）又は（Ｎ＋１）個のシャント素子と
からなるベッセルフィルタであって、前記シリーズ素子
は、インダクタであり、前記シャント素子はインダクタ
と抵抗とを並列接続したものにキャパシタを直列接続し
た回路であり、 ａ）前記シャント素子の数が（Ｎ−１）個の場合は、前
記Ｎ個のシリーズ素子同士の接続点には、前記それぞれ
のシャント素子の一端が接続されるとともに、他端が接
地されており、 ｂ）前記シャント素子の数が（Ｎ）個の場合は、前記Ｎ
個のシリーズ素子同士の接続点と前記入力端子および出
力端子のうちの一方の端子とに、前記それぞれのシャン
ト素子の一端が接続されるとともに、他端が接地されて
おり、 ｃ）前記シャント素子の数が（Ｎ＋１）個の場合は、前
記Ｎ個のシリーズ素子同士の接続点と前記入力端子およ
び出力端子とに、前記それぞれのシャント素子の一端が
接続されるとともに、他端が接地されていることを特徴
とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、この発明によるベッセルフィル
タの好ましい実施の形態として、次数が７次のベッセル
フィルタの回路図を示す。入力端子１と出力端子２との
間に３個のシリーズ素子Ａ1 〜Ａ3 としてのインダクタ
Ｌa1、Ｌa2、Ｌa3が直列接続されている。これらのシリ
ーズ素子Ａ1 〜Ａ3 に対して、４個のシャント素子Ｂ1
〜Ｂ4 はそれぞれ一端がシリーズ素子に接続され、他端
は接地されている。

【００１０】シャント素子の構成要素としては、インダ
クタと抵抗とを並列接続したものにキャパシタを直列接
続した回路が用いられる。つまり、ベッセルフィルタの
平坦な群遅延特性を活かしながら、キャパシタに対して
インダクタと抵抗の並列回路からなる補正素子を設け
て、高域信号を抵抗で吸収して反射を少なくし、入出力
インピーダンスを定インピーダンスにするようにしてい
る。

【００１１】シャント素子Ｂ1 は、インダクタＬｂ１と
抵抗Ｒ1 とを並列接続したものにキャパシタＣ1 を直列
接続した回路から成り、その一端は入力端子１（インダ
クタＬa1の一方）に接続され他端が接地される。

【００１２】シャント素子Ｂ2 は、インダクタＬｂ2 と
抵抗Ｒ2 とを並列接続したものにキャパシタＣ2 を直列
接続した回路から成り、その一端はインダクタＬa1とイ
ンダクタＬa2との接続点に接続され他端が接地される。

【００１３】シャント素子Ｂ3 は、インダクタＬb3と抵
抗Ｒ3 とを並列接続したものにキャパシタＣ3 を直列接
続した回路から成り、その一端はインダクタＬa2とイン
ダクタＬa3との接続点に接続され他端が接地される。

【００１４】シャント素子Ｂ4 は、インダクタＬb4と抵
抗Ｒ4 とを並列接続したものにキャパシタＣ4 を直列接
続した回路から成り、その一端は出力端子２（インダク
タＬa3の他方）に接続され他端が接地される。なお、キ
ャパシタＣ1 は、図１と異なって接地側に置かれている
が、シリーズ素子側に配置してもよく、どちらに配置し
ても機能に差異はない。

【００１５】つぎに、このように構成されたこの発明に
よるベッセルフィルタの実装例を図２に示す。

【００１６】フィルタケース３は、真鍮やアルミニウム
に金メッキした金属導体から成り、シールド効果を発揮
する。フィルタケース３内には、接地されるケース同様
に真鍮やアルミニウムに金メッキされ、シールド効果を
発揮する金属導体板４が実装されている。この金属導体
板４上には、シリーズ素子を中継するため裏面の導体と
表面の導体とがセラミック材によって絶縁されている中
継台５、６、７、８が、導電性接着剤によって接着固定
されている。

【００１７】各中継台上で金リボンから成るインダクタ
Ｌa1、Ｌa2、Ｌa3は、それぞれリボンボンディングなど
の方法で固定される。図２におけるインダクタＬa1、Ｌ
a2、Ｌa3それぞれ隣合ったところに印されている×××
個所は、リボンボンディングの跡を示している。

【００１８】インダクタＬa1の一端は、入力端子１から
の配線１’と中継台５の表面で電気的に接続される。イ
ンダクタＬa1の他端は、中継台６上にてインダクタＬa2
の一端に電気的に接続される。インダクタＬa2の他端
は、中継台７上にてインダクタＬa3の一端に電気的に接
続される。インダクタＬa3の他端は、中継台８上に出力
端子２への配線２’に一端に電気的に接続される。

【００１９】一方、シャント素子Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 、Ｂ
4 を構成する要素としては、インダクタＬb1、Ｌb2、Ｌ
b3、キャパシタＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、抵抗Ｒ1 、Ｒ
2 、Ｒ3 、Ｒ4 がそれぞれをチップ化したもの用いてお
り、それぞれ導電性接着剤によって金属導体板４に固定
されている。

【００２０】インダクタは、セラミック基板の表面に螺
旋状にコイルが印刷配線されており、裏面をシールド用
接地面としており表面と裏面とは絶縁されている。キャ
パシタは、表面と裏面間とで所定の静電容量を持つよう
に形成されている。抵抗は、表面の２端子間で所定の抵
抗値を示すようにされ、裏面が接地面となって金属導体
板に導電性接着剤で接着固定され、表面にてワイヤボン
ディングによって他の回路部品に接続される。

【００２１】シリーズ素子Ａ1 とシャント素子Ｂ1 と
は、つぎのようにそれぞれ接続されている。入力端子１
からの配線１’と、インダクタＬa1の一端と、抵抗Ｒ1
の一端と、インダクタＬb1の一端とが、中継台５表面上
で直接はんだ付け、または、ワイヤボンディングによっ
て互いに接続固定される。抵抗Ｒ1 の他端は、ワイヤボ
ンディングによってキャパシタＣ1 に接続され、同時
に、抵抗Ｒ1 と並列接続されるようにインダクタＬb1が
ワイヤボンディングによって接続される。キャパシタＣ
1 の裏面は金属導体に固定され接地される。

【００２２】シリーズ素子Ａ2 とシャント素子Ｂ2 と
は、つぎのようにして形成されている。インダクタＬa1
の他端と、インダクタＬa2の一端と、抵抗Ｒ2 の一端
と、インダクタＬb2の一端とが、中継台６表面上で直接
はんだ付け、または、ワイヤボンディングによって互い
に接続される。抵抗Ｒ2 の他端は、ワイヤボンディング
によってキャパシタＣ2 に接続され、同時に、抵抗Ｒ2
と並列接続されるようにインダクタＬb2がワイヤボンデ
ィングによって接続される。キャパシタＣ2 の裏面は金
属導体に固定され接地される。

【００２３】シリーズ素子Ａ3 とシャント素子Ｂ3 およ
びシャント素子Ｂ4 とは、つぎのようにして形成されて
いる。インダクタＬa2の他端と、インダクタＬa3の一端
と、抵抗Ｒ3 の一端と、インダクタＬb3の一端とが、中
継台７表面上で直接はんだ付け、または、ワイヤボンデ
ィングによって互いに接続される。抵抗Ｒ3 の他端は、
ワイヤボンディングによってキャパシタＣ2 に接続さ
れ、同時に、抵抗Ｒ3 と並列接続されるようにインダク
タＬb3がワイヤボンディングによって接続される。キャ
パシタＣ2 の裏面は金属導体に固定され接地される。

【００２４】さらに、シャント素子Ｂ4 については、イ
ンダクタＬa3の他端と、出力端子への配線２’と、抵抗
Ｒ4 の一端と、インダクタＬb4の一端とが、中継台８表
面上で直接はんだ付け、または、ワイヤボンディングに
よって互いに接続される。抵抗Ｒ4 の他端は、ワイヤボ
ンディングによってキャパシタＣ4 に接続され、同時
に、抵抗Ｒ4 と並列接続されるようにインダクタＬb4が
ワイヤボンディングによって接続される。キャパシタＣ
4 の裏面は金属導体に固定され接地されている。各抵抗
が、３本のワイヤボンディングで接続されているのは、
配線によるインダクタンスや抵抗を極力少なくするため
である。

【００２５】この実装例では、シリーズ素子およびシャ
ント素子を入出力端子に対して、対称となるように形成
し配置してあるので、製造バラツキが少なくて済む。各
素子の具体的定数は、各次数のベッセルフィルタの設計
式に基づいて算定され、求められた定数を実装条件に応
じてカットアンドトライで補正し最終的な定数として決
定される。

【００２６】つぎに、このように構成されたこの発明に
よるベッセルフィルタの諸特性について説明する。図３
の（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のベッセルフィルタとこの発
明によるベッセルフィルタとの入出力リターンロスを測
定した比較データである。（ｆｃ＝７．５ＧＨｚ） （Ａ）は、従来型ベッセルフィルタのフォワードリフレ
クションを示す。（Ｂ）は、本発明によるベッセルフィ
ルタのフォワードリフレクションを示す。（Ｃ）は、従
来型ベッセルフィルタのリバースリフレクションを示
す。（Ｄ）は、本発明によるベッセルフィルタのリバー
スリフレクションを示す。

【００２７】これらの比較結果、従来型ではｆｃでリタ
ーンロスが３ｄＢ止まりなのに対し、本発明によるベッ
セルフィルタは、ｆｃで１０ｄＢ、ｆｃ／２で２０ｄＢ
以上も得ることができ、飛躍的に特性が改善されている
ことがわかる。

【００２８】図４の（Ａ）、（Ｂ）は、超高周波広帯域
アンプと従来のベッセルフィルタまたは本発明によるベ
ッセルフィルタとを組合せたものの周波数特性を測定し
た比較データを示す。（Ａ）は、従来のベッセルフィル
タの周波数特性を示す。（Ｂ）は、本発明によるベッセ
ルフィルタの周波数特性を示す。

【００２９】これらの比較結果、本発明のベッセルフィ
ルタは、従来型に比べ周波数特性のリップルが無くな
り、綺麗なカーブになっている。これは、不要な高域信
号をシャント素子の抵抗が吸収し反射が少なくなるため
と考えられる。

【００３０】図５の（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ１）、
（Ｂ２）、（Ｃ１）、（Ｃ２）は、波形応答比較データ
を示す。（Ａ１）は超高周波広帯域アンプと従来型ベッ
セルフィルタを組合せたもののアイパターンを示し、
（Ａ２）は同条件下でのランダムパターンを示してい
る。これらのデータから反射がでていることがわかる。
（Ｂ１）は超高周波広帯域アンプと従来型ベッセルフィ
ルタとの間に６ｄＢのアッテネータを入れたアイパター
ンを示し、（Ｂ２）は同じ条件下のランダムパターンを
示している。これらのデータから、（Ａ１）および（Ａ
２）に比べて（Ｂ１）および（Ｂ２）では、反射が少な
くなったものの出力振幅がアッテネータ挿入で出力１／
２程度に小さくなっていることがわかる。（Ｃ１）およ
び（Ｃ２）は超高周波広帯域アンプと本発明によるベッ
セルフィルタとを組合せたもののアイパターンとランダ
ムパターンを示している。

【００３１】この場合、従来型に比べて、反射はほとん
どなく、振幅の減少も少ない。これらの波形応答比較デ
ータからも、本発明によるベッセルフィルタが従来型よ
り著しく特性が改善されていることがわかる。

【００３２】なお、前記の本発明の実施の形態は、ｆｃ
＝７．５ＧＨｚにおける比較データを示したが、各素子
の定数を変化させ実験した結果、数十ＭＨｚから十数Ｇ
Ｈｚまで、平坦な群遅延特性を有し、信号波形を劣化さ
せることなく、帯域外雑音を減衰でき、通過帯域内にお
いては、入出力インピーダンスがほぼ一定で安定し、反
射損失の少ない高周波フィルタを提供することができる
ことを確認している。

【００３３】また、前記実施の形態では、シリーズ素子
の数が３個であり、シャント素子が４個の例を示した
が、本発明は、この実施の形態に限らず、次数を適宜変
更して構成してもよい。つまり、シリーズ素子はＮ個
（Ｎは３以上の整数）であってもよく、そのときのシャ
ント素子の数も、Ｎ−１個、Ｎ個、Ｎ＋１個それぞれの
形態を採用したものも本発明に含まれる。要するに、解
決すべき手段に記載したシリーズ素子とシャント素子と
の関係を満たすものであれば、次数はどの値でもよい。

【００３４】他の実施の形態としては、例えば、シリー
ズ素子Ｎの数が３個であって、シャント素子がＮ−１
個、つまり、２個の場合は、図６の回路図に示すように
５次のベッセルフィルタの構成となる。シャント素子が
Ｎ個、つまり、３個の場合は、図７または図８の回路図
に示すように６次のベッセルフィルタの構成となる。そ
れぞれの場合の具体的実装方法については、各素子の定
数が異なるほか、図１の回路図および図２の実装図にお
いて、該当するシャント素子の個所を削除したものに準
ずるので説明を省略する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、固定減衰器を必要とせずに、ベッセルフィルタの平
坦な群遅延特性を活かしながら、キャパシタに対してイ
ンダクタと抵抗の並列回路からなる補正素子を設けて、
高域信号を抵抗で吸収して反射を少なくし、入出力イン
ピーダンスを定インピーダンスにするようにしたので、
フィルタとして平坦な群遅延特性を有し、信号波形を劣
化させることなく、帯域外雑音を減衰でき、通過帯域内
においては、入出力インピーダンスがほぼ一定で安定
し、反射損失の少ない高周波フィルタを提供でき、信号
に混じったノイズを除去し、エラーレートを改善し、デ
ィジタル通信の大容量化、長距離化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による７次のベッセルフィルタの回路図

【図２】本発明による７次のベッセルフィルタの実装図

【図３】従来型ベッセルフィルタと本発明による７次の
ベッセルフィルタとの入出力リターンロスの比較データ （Ａ）は、従来型ベッセルフィルタのフォワードリフレ
クションを示す。（Ｂ）は、本発明によるベッセルフィ
ルタのフォワードリフレクションを示す。（Ｃ）は、従
来型ベッセルフィルタのリバースリフレクションを示
す。（Ｄ）は、本発明によるベッセルフィルタのリバー
スリフレクションを示す。

【図４】超高周波広帯域アンプと従来のベッセルフィル
タまたは本発明によるベッセルフィルタとを組合せたも
のの周波数特性の比較データ （Ａ）は、従来のベッセルフィルタの周波数特性を示
す。（Ｂ）は、本発明によるベッセルフィルタの周波数
特性を示す。

【図５】超高周波広帯域アンプと従来のベッセルフィル
タまたは本発明によるベッセルフィルタとを組合せたも
のの波形応答比較データ （Ａ１）は超高周波広帯域アンプと従来型ベッセルフィ
ルタを組合せたもののアイパターン （Ａ２）は同条件下でのランダムパターン （Ｂ１）は超高周波広帯域アンプと従来型ベッセルフィ
ルタとの間に６ｄＢのアッテネータを入れたアイパター
ン （Ｂ２）は同じ条件下のランダムパターン （Ｃ１）は超高周波広帯域アンプと本発明によるベッセ
ルフィルタとを組合せたもののアイパターン （Ｃ２）は同条件下でのランダムパターン

【図６】本発明による５次のベッセルフィルタの回路図

【図７】本発明による６次のベッセルフィルタの回路図

【図８】本発明による６次のベッセルフィルタの他の例
を示す回路図

【図９】従来型の５次のベッセルフィルタの回路図

【符号の説明】

１：入力端子、２：出力端子、３：フィルタケース、
４：金属導体、５・６・７・８：中継台、Ａ1 ・Ａ2 ・
Ａ3:シリーズ素子、Ｂ1 ・Ｂ2 ・Ｂ3:シャント素子、Ｌ
1 ・Ｌ2 ・Ｌa1・Ｌa2・Ｌa3・Ｌb1・Ｌb2・Ｌb3: イン
ダクタ、Ｃ1 ・Ｃ2 ・Ｃ3 ・Ｃ4:キャパシタ、Ｒ1 ・Ｒ
2 ・Ｒ3 ・Ｒ4:抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子と出力端子との間に直列接続さ
   れたＮ個（Ｎは３以上の整数）のシリーズ素子と、 （Ｎ−１）、（Ｎ）又は（Ｎ＋１）個のシャント素子と
   からなるベッセルフィルタであって、前記シリーズ素子
   は、インダクタであり、前記シャント素子はインダクタ
   と抵抗とを並列接続したものにキャパシタを直列接続し
   た回路であり、 ａ）前記シャント素子の数が（Ｎ−１）個の場合は、前
   記Ｎ個のシリーズ素子同士の接続点には、前記それぞれ
   のシャント素子の一端が接続されるとともに、他端が接
   地されており、 ｂ）前記シャント素子の数が（Ｎ）個の場合は、前記Ｎ
   個のシリーズ素子同士の接続点と前記入力端子および出
   力端子のうちの一方の端子とに、前記それぞれのシャン
   ト素子の一端が接続されるとともに、他端が接地されて
   おり、 ｃ）前記シャント素子の数が（Ｎ＋１）個の場合は、前
   記Ｎ個のシリーズ素子同士の接続点と前記入力端子およ
   び出力端子とに、前記それぞれのシャント素子の一端が
   接続されるとともに、他端が接地されていることを特徴
   とするベッセルフィルタ。