JPH10173405A - 平面バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波領域で用いられる平面バンドパスフィ
ルタにおいて、低損失で良好なスプリアス特性を有する
平面型フィルタの提供を目的とする。 【解決手段】 無負荷Ｑの高い平面型共振器１０１を段
間共振器とすることで、低損失なバンドパスフィルタが
構成できる。フィルタの入出力段には伝送線路型共振器
１０２、１０３を用いる。伝送線路型共振器と平面型共
振器の基本共振周波数は同じだが、高次のスプリアス共
振周波数は一般に異なるため、スプリアス共振周波数に
おける通過は抑圧される。外部回路との入出力結合を伝
送線路型共振器に対するタップ結合とすることで、設計
が容易で、広範な外部Ｑ値をパターンのみで実現でき、
広範な帯域特性が実現可能な構成となる。平面型共振器
に不連続部１０６を設けてデュアルモード動作させるこ
とで、多段フィルタをより小形に構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＵＨＦ帯、マイク
ロ波帯、ミリ波帯等の高周波領域で用いられるフィルタ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来のフィルタについて説明す
る。ここではその例として、マイクロストリップ構成の
伝送線路型共振器を用いた側結合型バンドパスフィルタ
について述べる。

【０００３】図８は４段構成の側結合型バンドパスフィ
ルタの構成図である。図８において、１１０〜１１３は
平行結合部分を有する両端開放２分の１波長型のストリ
ップ線路共振器、１１４、１１５は前記ストリップ線路
共振器を外部回路と接続する入出力結合回路、１１６、
１１７はフィルタへの信号の入出力を行う入出力伝送線
路である。

【０００４】図８では、前記入出力結合回路がタップ結
合として構成された例を示している。入出力伝送線路１
１６から高周波信号が入力されると、タップ結合してい
るストリップ線路共振器１１０が励振される。ストリッ
プ線路共振器１１０〜１１３は平行に配置され、電磁界
的に結合することから、すべての共振器はＴＥＭモード
で共振し、その共振周波数成分の信号を入出力結合回路
１１５を介して入出力伝送線路１１７に伝搬する。フィ
ルタの外部Ｑはタップ接続位置、段間結合度はストリッ
プ線路共振器の間隔により変化する。

【０００５】このような構成により、このフィルタは高
周波領域においてバンドパスフィルタとして動作する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高周波回路に使用され
るフィルタは、形状が小形で、通過損失が小さいことが
要望される。特に携帯電話等の小形無線端末に用いられ
る高周波用フィルタについては、小形、軽量であること
はもちろん、スプリアス特性が良好であることも重要で
ある。

【０００７】しかしながら、図８に示した上記従来の側
結合型バンドパスフィルタは、伝送線路型共振器を用い
ていることから、高い無負荷Ｑは望めず、低損失化には
限度がある。また、同一種類の共振器の組み合わせによ
りフィルタを構成していることから、ストリップ線路共
振器１１０〜１１２のスプリアス共振周波数は同じであ
るため、この周波数において不要通過帯域を生じてしま
う。

【０００８】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、高周波領域において低損失で、減衰域において良好
なスプリアス特性を有する平面型フィルタを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、線路形状の２つの伝送線路型共振器と、無
負荷Ｑの高い平面型共振器と、前記伝送線路型共振器と
前記平面型共振器により構成される多段フィルタへの信
号の入出力を行う２つの入出力伝送線路を具備し、前記
伝送線路型共振器と前記平面型共振器はフィルタの中心
周波数とほぼ同じ周波数で共振し、前記伝送線路型共振
器は前記多段フィルタの初段及び最終段の共振器として
用い、前記平面型共振器は前記多段フィルタの初段及び
最終段以外の段間の共振器として用い、前記伝送線路型
共振器と前記平面型共振器は磁界結合または電界結合
し、前記多段フィルタの入出力結合は前記入出力伝送線
路と前記伝送線路型共振器との間のタップ結合で実現す
るようにしたものである。

【００１０】これにより、低損失でスプリアス特性が良
好な平面型の高周波フィルタを構成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
線路形状の２つの伝送線路型共振器と、無負荷Ｑの高い
平面型共振器と、前記伝送線路型共振器と前記平面型共
振器により構成される多段フィルタへの信号の入出力を
行う２つの入出力伝送線路を具備し、前記伝送線路型共
振器と前記平面型共振器はフィルタの中心周波数とほぼ
同じ周波数で共振し、前記伝送線路型共振器は前記多段
フィルタの初段及び最終段の共振器として用いられ、前
記平面型共振器は前記多段フィルタの初段及び最終段以
外の段間の共振器として用いられ、前記伝送線路型共振
器と前記平面型共振器は磁界結合または電界結合し、前
記多段フィルタの入出力結合は前記入出力伝送線路と前
記伝送線路型共振器との間のタップ結合とすることで平
面バンドパスフィルタを構成したものであり、無負荷Ｑ
の高い平面型共振器を多段フィルタの段間の共振器に用
いることにより、通過帯域の挿入損失を低減する作用を
有する。また、フィルタの初段及び最終段を伝送線路型
共振器とし、入出力結合としてタップ結合を採用してい
るため、広範な値の外部Ｑが共振器と同一平面上に容易
に実現でき、帯域幅の設計自由度の高いフィルタが構成
できる。入出力結合回路の設計は、伝送線路型共振器に
対するタップ結合であるため、回路シミュレータが利用
でき、設計が容易である。さらに、前記伝送線路型共振
器と前記平面型共振器の基本共振周波数を同じとして
も、高次のスプリアス共振周波数は一般に異なることか
ら、一方の共振器のスプリアス共振周波数におけるフィ
ルタの通過は他方の共振器によって抑圧されるという作
用を有する。

【００１２】請求項２または３記載の発明は、平面型共
振器は正方形形状で、前記平面型共振器の１つの頂点に
電磁界的な不連続部を設けたことを特徴とする請求項１
記載の平面バンドパスフィルタとしたもので、正方形形
状の前記平面型共振器の１つの頂点に電磁界的な不連続
部を設けることにより前記平面型共振器内の２つの直交
した共振モードを結合させ、前記平面型共振器が２段分
の共振器として利用できることから、請求項１記載の発
明の作用に加えて、４段以上の多段フィルタを小さな占
有面積で形成できるという作用を有する。また、２つの
伝送線路型共振器を前記平面型共振器の隣り合う２つの
辺にそれぞれ隣接して配置し、２つの前記伝送線路型共
振器と前記平面型共振器を同様に電界または磁界結合さ
せることにより、前記伝送線路型共振器は前記平面型共
振器内の直交共振モードとそれぞれ結合し、多段フィル
タをより小さな面積で形成できるという作用も有する。

【００１３】請求項４記載の発明は、平面型共振器は円
形状で、前記平面型共振器の外周上で互いに９０度離れ
た第１及び第２の結合点と、前記平面型共振器の直交し
た基本共振モード間を結合する電磁界的な不連続部を具
備し、前記不連続部は前記第１または第２の結合点から
前記平面型共振器の外周上で４５度または１３５度離れ
た箇所に設けられ、２つの伝送線路型共振器は前記平面
型共振器と前記第１及び第２の結合点において同様に電
界または磁界結合していることを特徴とする請求項１記
載の平面バンドパスフィルタとしたもので、円形状の平
面型共振器の外周部分に電磁界的な不連続部を設けて前
記平面型共振器内の直交した２つの共振モードを結合さ
せることで、前記平面型共振器を２段分の共振器として
利用できることから、請求項１記載の発明の作用に加え
て、４段以上の多段フィルタを小さな占有面積で形成す
る作用を有する。また、方形形状の共振器に大きな信号
レベルを入射した場合、頂点部分に電流が集中し無負荷
Ｑが劣化することがあるが、尖った部分のない円形状の
共振器を用いることにより、大きな信号レベルに対して
も電流が特定部分に集中せず、高い無負荷Ｑが得られる
ため、損失を低減させるという作用を有する。さらに、
方形形状の共振器にミリ波等の高い周波数の信号を入射
した場合、頂点部分から信号が放射されてしまい、放射
損失が顕著化したり放射電波が他の回路に悪影響を及ぼ
すことがあるが、円形状の共振器の使用により、無負荷
Ｑの劣化や外部回路への影響を防ぐという作用を有す
る。

【００１４】請求項５記載の発明は、電磁界的な不連続
部を、正方形形状である平面型共振器の頂点部分の角を
おとすことにより実現することを特徴とする請求項２ま
たは３記載の平面バンドパスフィルタとしたもので、前
記平面型共振器内の直交した２つの共振モード間の結合
度は、頂点部分の角をどの程度切り落とすかにより変化
させることができ、フィルタの段間結合度つまりフィル
タの帯域幅の調整が、レーザ等を用いたトリミングによ
って容易に可能となるという作用を有する。

【００１５】請求項６または７記載の発明は、電磁界的
な不連続部は平面型共振器にノッチまたは先端開放スタ
ブを設けることにより実現されていることを特徴とする
請求項２から４のいずれかに記載の平面バンドパスフィ
ルタとしたもので、前記平面型共振器内の直交した２つ
の共振モード間の結合度は、ノッチもしくは先端開放ス
タブのトリミングにより調整できることから、フィルタ
の段間結合度つまりフィルタの帯域幅の調整が容易に可
能となるという作用を有する。

【００１６】請求項８記載の発明は、平面型共振器は菱
形形状で、前記平面型共振器の直交した基本共振モード
間が結合してデュアルモード動作し、２つの伝送線路型
共振器は前記平面型共振器の隣り合う２つの辺に隣接し
て配置され、２つの前記伝送線路型共振器と前記平面型
共振器は同様に電界または磁界結合していることを特徴
とする請求項１記載の平面バンドパスフィルタとしたも
ので、平面型共振器を正方形形状から各頂点の角度を少
しだけ変化させて菱形形状とすることにより、前記平面
型共振器内の直交した２つの共振モードを結合させるこ
とができ、前記平面型共振器を２段分の共振器として用
いることが可能となることから、請求項１記載の発明の
作用に加えて、４段以上の多段フィルタを小さな占有面
積で形成できるという作用を有する。

【００１７】請求項９記載の発明は、平面型共振器は楕
円形状で、前記平面型共振器の外周が楕円の長軸及び短
軸と交差する箇所において、２つの伝送線路型共振器と
前記平面型共振器は同様に電界または磁界結合している
ことを特徴とする請求項１記載の平面バンドパスフィル
タとしたもので、平面型共振器を楕円形状とすることに
より、前記平面型共振器内の直交した２つの共振モード
を結合させ、２段分の共振器として用いることができる
ことから、請求項１記載の発明の作用に加えて、４段以
上の多段フィルタを小さな占有面積で形成できるという
作用を有する。また、平面型共振器に尖った箇所がない
ため、大きなレベルの信号やミリ波等の高周波信号に対
しても低損失なフィルタが構成できる。

【００１８】請求項１０または１１記載の発明は、平面
型共振器は円形状もしくは長方形形状で、前記平面型共
振器の１８０度離れた対向する箇所において、２つの伝
送線路型共振器と前記平面型共振器は同様に電界または
磁界結合していることを特徴とする請求項１記載の平面
バンドパスフィルタとしたもので、１つの平面型共振器
を１段分の共振器として用い、対向する箇所に伝送線路
型共振器を配置するため、請求項１記載の発明の作用に
加えて、入出力伝送線路を同方向に取り出せるという作
用を有する。

【００１９】請求項１２記載の発明は、平面型共振器を
２つ以上具備し、前記平面型共振器が従属に電界結合ま
たは磁界結合して４段以上のフィルタを構成しているこ
とを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の平
面バンドパスフィルタとしたもので、請求項１記載の発
明の作用に加えて、複数の前記平面型共振器を従属に電
磁界結合させることで、４段以上の低損失な多段フィル
タを構成できる作用を有する。

【００２０】請求項１３から１７に記載の発明は、伝送
線路型共振器は２分の１波長型または４分の１波長型の
共振器であることを特徴とする請求項１から１２のいず
れかに記載の平面バンドパスフィルタとしたもので、２
分の１波長型または４分の１波長型の共振器にはタップ
結合の形成が容易であり、開放端に近い場所にタップ接
続するほど密結合となり、パターンの隙間により形成さ
れるギャップ結合に比べて低い外部Ｑの結合が実現でき
るという作用を有する。また、一般に伝送線路型共振器
と平面型共振器のスプリアス共振周波数は異なるが、一
致したり近接する場合には、伝送線路型共振器の線路部
分の特性インピーダンスを一部変化させることによっ
て、前記伝送線路型共振器のスプリアス共振周波数を平
面型共振器と同じにならないように変えることができ、
開放端側の線路の特性インピーダンスを低くすると、Ｔ
ＥＭモードのスプリアス共振周波数は高くなり、特性イ
ンピーダンスを高くすると、スプリアス共振周波数は低
くシフトするという作用も有する。また、伝送線路型共
振器の開放端側の特性インピーダンスを低くすると、共
振器の長さを短縮する作用も有する。

【００２１】請求項１８記載の発明は、伝送線路型共振
器がリング形状の１波長型の共振器であり、前記伝送線
路型共振器の線路の一部分が平面型共振器と隣接して配
置され前記平面型共振器と電磁界結合していることを特
徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の平面バン
ドパスフィルタとしたもので、伝送線路型共振器に開放
端がないことから、特にミリ波等の高い周波数の信号で
問題となる開放端部分での信号の放射がないため、放射
損失及び外部回路への影響が小さいという作用を有す
る。

【００２２】請求項１９または２０に記載の発明は、伝
送線路型共振器と平面型共振器は誘電体基板に挟まれた
トリプレート構造または誘電体基板上のマイクロストリ
ップ構造であることを特徴とする請求項１から１８のい
ずれかに記載の平面バンドパスフィルタとしたもので、
トリプレート構造、ストリップ構造あるいはマイクロス
トリップ構造により一平面上にパターンを形成すること
で、容易に作成が可能となるという作用も有する。

【００２３】以下、本発明の実施の形態について図１か
ら図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本実施の形態における平面バン
ドパスフィルタのパターンを示す構成図である。図１に
おいて、１０１は平面型共振器、１０２、１０３はフィ
ルタの初段及び最終段の共振器となる伝送線路型共振
器、１０４、１０５はフィルタを外部回路と接続する入
出力伝送線路、１０６は平面型共振器１０１の１つの頂
点部分の角を切り落として形成した電磁界的な不連続部
である。伝送線路型共振器１０２、１０３は両端開放の
２分の１波長型共振器であり、入出力伝送線路１０４、
１０５は伝送線路型共振器１０２〜１０３にタップ結合
している。

【００２４】以上のように構成された平面共振器につい
て、以下その動作を図１を用いて説明する。図１では、
４段構成の平面型バンドパスフィルタが構成されてい
る。フィルタの入出力伝送線路１０４より入射される信
号は、伝送線路型共振器１０２にタップで磁界結合され
ており、伝送線路型共振器１０２はその線路長で決まる
共振周波数で共振する。また、伝送線路型共振器１０２
は、平面型共振器１０１の１辺と平行に隣接して配置さ
れており、互いに電磁界的に結合することから、平面型
共振器１０１の基本共振モードが励振される。正方形形
状の平面型共振器には、同じ共振周波数を有する２つの
直交した共振モードが存在するが、これらは通常結合し
ない。しかしながら、平面型共振器１０１の１つの頂点
部分の角を切り落として電磁界的な不連続部１０６を形
成することにより、２つの直交した共振モードを結合さ
せることが可能となる。平面型共振器１０１内部の直交
モード間の結合は、フィルタの２段目と３段目の段間結
合となる。

【００２５】伝送線路型共振器１０３は、伝送線路型共
振器１０２と隣接している平面型共振器１０１上の辺と
は直交する１辺に対して平行かつ隣接するように配置さ
れ、３段目と４段目の段間結合を構成している。フィル
タの出力は、伝送線路型共振器１０３にタップ結合した
入出力伝送線路１０５から取り出される。

【００２６】平面型共振器１０１及び伝送線路型共振器
１０２、１０３の基本共振モードをフィルタの中心周波
数とし、入出力及び段間の結合度に応じて共振周波数を
最適化することにより、４段構成のバンドパス特性が得
られる。

【００２７】本構成のフィルタは、すべて一平面上のパ
ターンで実現できるため、低背化が可能であり、段間共
振器に高い無負荷Ｑが得られる矩形平面共振器を用いて
いることから低損失となる。また、入出力結合を伝送線
路型共振器に対するタップ結合で構成できることから、
共振器と入出力線路の間に隙間を設けて電界結合させた
ギャップ結合に比べ、密結合を実現しやすく、外部Ｑに
広範な値がとれるため広帯域特性が容易に得られる。

【００２８】さらに、伝送線路型共振器と平面型共振器
のスプリアス共振周波数が異なることより、同種類の共
振器を組み合わせた構成に比べて、スプリアス共振周波
数での通過が抑圧される。平面型共振器１０１は、不連
続部１０６により直交モードが結合したデュアルモード
動作しているため、２段分の共振器が１つの平面型共振
器で構成され、フィルタ全体の占有面積を小形化してい
る。不連続部１０６の切り込みを大きくするほど、直交
モード間の段間結合度は強くなる。

【００２９】伝送線路型共振器と平面型共振器の結合
は、１段目と２段目の間及び２段目と３段目の間で同じ
であり、たとえば一方が磁界結合であれば他方も磁界結
合させることで出力を取り出せる。フィルタの入出力結
合は、伝送線路型共振器１０２、１０３に対するタップ
結合の位置を、共振器の中心より開放端側に移動すると
密結合となり低い外部Ｑ値が得られ、また、回路シミュ
レータを利用することで簡単に設計できる。

【００３０】以上のように、本実施の形態によれば、広
範な帯域を実現でき、低損失でスプリアス特性が良好な
平面型の高周波バンドパスフィルタが構成できる。

【００３１】（実施の形態２）図２は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図２において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図２において図１と
異なる点は、不連続部１０６を先端開放スタブとし、平
面型共振器１０１の異なる頂点に配置した点である。

【００３２】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
上記実施の形態１と同じである。本実施の形態の平面バ
ンドパスフィルタは、先端開放スタブを不連続部とする
ことで、平面型フィルタ内の直交共振モード間結合度の
トリミング調整を容易とした構成となっている。レーザ
等を用いたトリミングで不連続部１０６のスタブ長を短
くすることにより、段間結合度を弱める方向に調整でき
る。

【００３３】以上のように、本実施の形態によれば、実
施の形態１に示した効果に加えて、不連続部に先端開放
スタブを用いることにより、フィルタの段間結合度が容
易に調整可能な平面型の高周波バンドパスフィルタが構
成できる。

【００３４】なお、電磁界的な不連続部とした先端開放
スタブは、平面型共振器内部のどの頂点に設けても同様
の効果が得られる。

【００３５】（実施の形態３）図３は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図３において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図３において図１と
異なるのは、平面型共振器１０１として円形状のディス
ク共振器を用い、不連続部１０６をノッチで構成した点
である。

【００３６】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
上記実施の形態１と同じである。本実施の形態では、平
面型共振器１０１に円形状の共振器を用いている。方形
形状の共振器では、大きなレベルの信号を入射すると頂
点部分に電流が集中し、無負荷Ｑが劣化することがある
が、円形状の共振器には尖った部分がないため、電流が
特定部分に集中することはなく、高い無負荷Ｑを得やす
い。よって、フィルタの通過帯域での損失は小さくな
る。特にパターンの導体に超伝導材料を用いる場合に
は、低損失化の効果が顕著にあらわれる。

【００３７】また、方形形状の共振器にミリ波等の高い
周波数の信号を入射した場合、頂点部分から信号が放射
されてしまい、放射損失が顕著化したり、放射電波が他
の回路に悪影響を及ぼすことがあるが、円形状の共振器
の使用により、無負荷Ｑの劣化や外部回路への影響を防
ぐことができる。

【００３８】伝送線路型共振器１０２、１０３の開放端
部分での放射等による損失が大きい場合には、開放端部
分の角を丸めたり、開放部分のないリング型の共振器を
用いることで、損失が改善できる。平面型共振器内の直
交した共振モードは、ノッチで形成された不連続部１０
６の作用で互いに結合する。結合した直交モードは、そ
れぞれ共振器の外周上で９０度離れた結合点１０７、１
０８において伝送線路型共振器１０２、１０３に電界結
合し、フィルタの段間結合を形成している。不連続部１
０６の位置は、結合点１０７または結合点１０８から平
面型共振器１０１の外周上で４５度もしくは１３５度離
れた箇所に設ければよく、図３では結合点１０７及び結
合点１０８から１３５度離れた箇所にノッチを設けた例
を示している。直交モード間結合度はノッチが深いほど
大きくなる。

【００３９】以上のように、本実施の形態によれば、実
施の形態１に示した効果に加えて、平面型共振器に円形
状のディスク共振器を用いることで、レベルの大きな信
号やミリ波等の高周波信号に対しても低損失な平面型の
高周波バンドパスフィルタが構成できる。

【００４０】（実施の形態４）図４は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図４において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図４において図１と
異なるのは、不連続部を設けないで、平面型共振器１０
１を菱形形状とした点である。

【００４１】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
上記実施の形態１と同じである。本実施の形態では、平
面型共振器１０１を菱形とすることにより、２つの直交
共振モードを結合させている。このため不連続部を設け
ることなく４段フィルタを構成している。

【００４２】伝送線路型共振器１０２、１０３と平面型
共振器１０１との結合は、１段目と２段目の間及び２段
目と３段目の間で同じであり、たとえば一方が磁界結合
であれば他方も磁界結合させることで、出力を取り出す
ことができる。段間結合は比較的弱い結合であることか
ら、平面型共振器１０１は、正方形の各頂点を９０度か
ら±１０度以内程度に変化させた、正方形に近い形状の
菱形となる。

【００４３】以上のように、本実施の形態によれば、平
面型共振器に不連続部を設けなくてもフィルタを構成す
ることができ、広範な帯域を実現するとともに、低損失
でスプリアス特性が良好な平面型のバンドパスフィルタ
が実現できる。

【００４４】なお、平面型共振器を楕円形状とし、２つ
の伝送線路型共振器を、楕円形状の平面型共振器の外周
が長軸及び短軸と交差する箇所に対してそれぞれ電磁界
結合させても４段フィルタが構成できる。この構成で
は、楕円の扁平率が段間結合を決定し、扁平率が高いほ
ど結合は強くなるが、段間結合は比較的弱いため、実際
には扁平率は１に近く、ほぼ円形状となる。楕円の場
合、外周部分に尖った部分がないことから、レベルの大
きな信号やミリ波等の高周波信号に対しても低損失なフ
ィルタが構成できる。

【００４５】（実施の形態５）図５は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図５において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図５において図１と
異なる点は、平面型共振器１０１を長方形とし、伝送線
路型共振器１０２、１０３を、平面型共振器１０１の対
向する辺にそれぞれ平行に隣接するよう配置した点と、
不連続部を平面型共振器内に設けていない点である。

【００４６】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
上記実施の形態１と同じである。長方形形状の平面型共
振器１０１は、フィルタの中心周波数で基本共振する。
本実施の形態では、平面型共振器１０１に不連続部を設
けていないため、デュアルモード動作はしていない。よ
って図５では、３段のバンドパスフィルタが構成されて
いる。フィルタの段間結合は、各共振器間の間隔及び相
対位置により変化する。伝送線路型共振器と平面型共振
器の結合は、１段目と２段目の間及び２段目と３段目の
間で同じであり、一方が磁界結合であれば他方も磁界結
合である。伝送線路型共振器１０２、１０３は、平面型
共振器１０１の対向する辺にそれぞれ平行に隣接するよ
う配置されているため、入出力伝送線路１０４、１０５
は同じ方向に取り出すことができる。

【００４７】以上のように、本実施の形態によれば、広
範な帯域を実現し、低損失でスプリアス特性が良好な平
面型の高周波バンドパスフィルタが実現できる。

【００４８】なお、図５では平面型共振器１０１として
長方形の例を示したが、正方形であっても同様の効果が
得られることは言うまでもない。また、平面型共振器を
円形とした場合、外周上で１８０度離れた箇所で、伝送
線路型共振器と平面型共振器とを電界または磁界結合で
同様に結合させれば、３段のフィルタが構成できる。

【００４９】（実施の形態６）図６は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図６において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図６において図１と
異なるのは、平面型共振器を複数用いて多段フィルタを
構成した点である。

【００５０】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
上記実施の形態１と同じである。本実施の形態では、各
々に不連続部１０６Ａ、１０６Ｂを有し、デュアルモー
ド動作する平面型共振器１０１Ａ、１０１Ｂを、伝送線
路型共振器１０２、１０３が直接結合しない共振モード
どうしが互いに結合するように配置することで、６段の
バンドパスフィルタを構成している。電界結合か磁界結
合かといった結合の種類は、図６における各共振器間の
段間結合では全て同じである。図６では、２つの伝送線
路型共振器とデュアルモード動作する２つの平面型共振
器を結合させて、計６段の共振器による平面バンドパス
フィルタを構成している。

【００５１】以上のように、本実施の形態によれば、平
面型共振器を複数具備し、前記平面型共振器間が電磁界
的に結合するように配置することで、広範な帯域を実現
し、低損失でスプリアス特性が良好な、多段構成の平面
型の高周波バンドパスフィルタが構成できる。

【００５２】なお、本実施の形態では、正方形形状のデ
ュアルモード動作する平面型共振器を用いた例を示した
が、円形や菱形形状といった他の形状の平面型共振器
や、デュアルモード動作しない平面型共振器を複数用い
ても同様に実現可能である。また、図６において不連続
部は平面型共振器の他の頂点に設けてもよい。また、平
面型共振器は３つ以上を用いて構成してもよいことは言
うまでもない。

【００５３】（実施の形態７）図７は本実施の形態にお
ける平面バンドパスフィルタのパターンを示す構成図で
ある。図７において、図１と同じ番号を付したものは、
図１と同じ働きをするものである。図７において図１と
異なる点は、２分の１波長型の伝送線路型共振器１０
２、１０３の開放端部分の線路幅と中心部分の線路幅が
異なっている点である。

【００５４】以上のように構成された平面バンドパスフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。基本動作は
実施の形態１と同じである。本実施の形態では、伝送線
路型共振器１０２、１０３の線路幅を変化させること
で、中心部分と開放端部分の線路の特性インピーダンス
をステップ状に変化させている。伝送線路型共振器１０
２、１０３のＴＥＭモードのスプリアス共振周波数は、
開放端部と中心部分の特性インピーダンス比により変化
することから、平面型共振器のスプリアス共振周波数と
一致しないように調整することが可能となり、フィルタ
全体のスプリアス特性を改善できる。最も基本周波数に
近接した伝送線路型共振器のスプリアス共振周波数は、
２分の１波長タイプの場合、開放端部分の特性インピー
ダンスを中心部分に比べて低くすると、基本周波数の２
倍よりも高くなり、中心部分の特性インピーダンスを低
くすると、スプリアス共振周波数は低くなる。

【００５５】また、開放端部分の特性インピーダンスを
中心部分に対して低くすることにより、伝送線路型共振
器の長さは短くなり、フィルタ全体を小形化できるとい
う効果もある。

【００５６】以上のように、本実施の形態によれば、平
面型共振器と伝送線路型共振器のスプリアス共振周波数
が近接してしまう場合でも、伝送線路型共振器の特性イ
ンピーダンスを一部分異ならせることによって、フィル
タのスプリアス特性が改善でき、かつ広範な帯域を実現
し、低損失な平面型の高周波バンドパスフィルタが構成
できる。

【００５７】なお、本実施の形態では、伝送線路型共振
器に両端開放の２分の１波長共振器を用いた例を示した
が、一端開放、他端短絡の４分の１波長共振器を用いて
も同様の効果が得られる。４分の１波長タイプの場合、
開放端部分の特性インピーダンスを短絡端側に比べて低
くすると、スプリアス共振周波数は基本周波数の３倍よ
りも高くなり、短絡端部分の特性インピーダンスを低く
すると、スプリアス共振周波数は低くなる。前記４分の
１波長共振器では、開放端部分の特性インピーダンスを
短絡端側に比べて低くすることにより、共振器長を短く
できる。また、線路幅を変化させて特性インピーダンス
異ならせた例を示したが、基板厚さや誘電率を変化させ
て、異なる特性インピーダンスを実現してもよいことは
言うまでもない。

【００５８】なお、すべての実施の形態において、入出
力伝送線路はストリップ線路である例を示したが、コプ
レナ線路等の平面構成で高周波信号を伝送する他の構成
の線路でもよい。

【００５９】また、すべての実施の形態において、伝送
線路型共振器と平面型共振器は、誘電体基板に挟まれた
トリプレート構造内に形成しても良く、あるいは、誘電
体基板上にパターン形成したストリップ構造またはマイ
クロストリップ構造としても良い。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、入出力
伝送線路とタップ結合した伝送線路型共振器をフィルタ
の入出力段に用い、正方形、菱形、長方形、円、楕円等
の形状の平面型共振器をフィルタの段間に用いることに
より、一平面上にパターンのみで構成された低損失な高
周波フィルタが実現可能である。また、伝送線路型共振
器と平面型共振器の組み合わせの効果により、良好なス
プリアス特性が得られる。さらに、入出力結合は伝送線
路型共振器に対するタップ結合であることから、設計が
容易で、広範な外部Ｑ値をパターンのみで実現でき、狭
帯域から広帯域まで広範な帯域特性が実現可能な構成の
平面バンドパスフィルタが提供できる。本発明は全て一
平面上に形成可能な高周波フィルタであり、マイクロ波
やミリ波帯のＭＩＣ、ＭＭＩＣ内部に構成するフィルタ
としても適している。本発明の平面バンドパスフィルタ
は、特に無線装置におけるＵＨＦ帯、マイクロ波帯から
ミリ波帯にかけての高周波回路において、フィルタ損失
の低減による他の部品への負担軽減、感度向上といっ
た、高性能化、及び回路全体の小形、低背化に寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図２】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図３】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図４】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図５】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図６】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図７】本発明の一実施の形態における平面バンドパス
フィルタのパターンを示す構成図

【図８】従来の側結合型高周波バンドパスフィルタのパ
ターンを示す構成図

【符号の説明】

１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 平面型共振器 １０２、１０３ 伝送線路型共振器 １０４、１０５ 入出力伝送線路 １０６、１０６Ａ、１０６Ｂ 不連続部

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線路形状の２つの伝送線路型共振器と、
   無負荷Ｑの高い平面型共振器と、前記伝送線路型共振器
   と前記平面型共振器により構成される多段フィルタへの
   信号の入出力を行う２つの入出力伝送線路を具備し、前
   記伝送線路型共振器と前記平面型共振器はフィルタの中
   心周波数とほぼ同じ周波数で共振し、前記伝送線路型共
   振器は前記多段フィルタの初段及び最終段の共振器とし
   て用いられ、前記平面型共振器は前記多段フィルタの初
   段及び最終段以外の段間の共振器として用いられ、前記
   伝送線路型共振器と前記平面型共振器は電界結合または
   磁界結合し、前記多段フィルタの入出力結合は前記入出
   力伝送線路と前記伝送線路型共振器との間のタップ結合
   により実現されていることを特徴とする平面バンドパス
   フィルタ。
2. 【請求項２】 平面型共振器は正方形形状で、前記平面
   型共振器の１つの頂点に電磁界的な不連続部を具備し、
   前記平面型共振器の直交した基本共振モード間が結合し
   てデュアルモード動作していることを特徴とする請求項
   １記載の平面バンドパスフィルタ。
3. 【請求項３】 ２つの伝送線路型共振器は平面型共振器
   の隣り合う２つの辺に隣接して配置され、２つの前記伝
   送線路型共振器と前記平面型共振器は同様に電界または
   磁界結合していることを特徴とする請求項２記載の平面
   バンドパスフィルタ。
4. 【請求項４】 平面型共振器は円形状で、前記平面型共
   振器の外周上で互いに９０度離れた第１及び第２の結合
   点と、前記平面型共振器の直交した基本共振モード間を
   結合する電磁界的な不連続部を具備し、前記不連続部は
   前記第１または第２の結合点から前記平面型共振器の外
   周上で４５度または１３５度離れた箇所に設けられ、２
   つの伝送線路型共振器は前記平面型共振器と前記第１及
   び第２の結合点において同様に電界または磁界結合して
   いることを特徴とする請求項１記載の平面バンドパスフ
   ィルタ。
5. 【請求項５】 電磁界的な不連続部は正方形形状である
   平面型共振器の頂点部分の角をおとすことにより実現さ
   れていることを特徴とする請求項２または３記載の平面
   バンドパスフィルタ。
6. 【請求項６】 電磁界的な不連続部は平面型共振器にノ
   ッチを設けることにより実現されていることを特徴とす
   る請求項２から４のいずれかに記載の平面バンドパスフ
   ィルタ。
7. 【請求項７】 電磁界的な不連続部は平面型共振器に先
   端開放スタブを設けることにより実現されていることを
   特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の平面バン
   ドパスフィルタ。
8. 【請求項８】 平面型共振器は菱形形状で、前記平面型
   共振器の直交した基本共振モード間が結合してデュアル
   モード動作し、２つの伝送線路型共振器は前記平面型共
   振器の隣り合う２つの辺に隣接して配置され、２つの前
   記伝送線路型共振器と前記平面型共振器は同様に電界ま
   たは磁界結合していることを特徴とする請求項１記載の
   平面バンドパスフィルタ。
9. 【請求項９】 平面型共振器は楕円形状で、前記平面型
   共振器の外周が楕円の長軸及び短軸と交差する箇所にお
   いて、２つの伝送線路型共振器と前記平面型共振器は同
   様に電界または磁界結合していることを特徴とする請求
   項１記載の平面バンドパスフィルタ。
10. 【請求項１０】 平面型共振器は円形状で、前記平面型
    共振器の外周上で１８０度離れた２つの箇所において、
    ２つの伝送線路型共振器と前記平面型共振器は同様に電
    界または磁界結合していることを特徴とする請求項１記
    載の平面バンドパスフィルタ。
11. 【請求項１１】 平面型共振器は長方形形状で、２つの
    伝送線路型共振器は前記平面型共振器の対向する２つの
    辺に隣接して配置され、２つの前記伝送線路型共振器と
    前記平面型共振器は同様に電界または磁界結合している
    ことを特徴とする請求項１記載の平面バンドパスフィル
    タ。
12. 【請求項１２】 平面型共振器を２つ以上具備し、前記
    平面型共振器が従属に電界結合または磁界結合して４段
    以上のフィルタを構成していることを特徴とする請求項
    １から１１のいずれかに記載の平面バンドパスフィル
    タ。
13. 【請求項１３】 伝送線路型共振器は両端開放の２分の
    １波長型の共振器であることを特徴とする請求項１から
    １２のいずれかに記載の平面バンドパスフィルタ。
14. 【請求項１４】 伝送線路型共振器の開放端部分の特性
    インピーダンスは中心部分の特性インピーダンスと異な
    っていることを特徴とする請求項１３記載の平面バンド
    パスフィルタ。
15. 【請求項１５】 伝送線路型共振器は一端開放、他端短
    絡の４分の１波長型の共振器であることを特徴とする請
    求項１から１２のいずれかに記載の平面バンドパスフィ
    ルタ。
16. 【請求項１６】 伝送線路型共振器の開放端部分の特性
    インピーダンスは短絡端部分の特性インピーダンスと異
    なっていることを特徴とする請求項１５記載の平面バン
    ドパスフィルタ。
17. 【請求項１７】 伝送線路型共振器の開放端部分の特性
    インピーダンスは他の部分に比べて低いことを特徴とす
    る請求項１３または１６記載の平面バンドパスフィル
    タ。
18. 【請求項１８】 伝送線路型共振器はリング形状の１波
    長型の共振器であり、前記伝送線路型共振器の線路の一
    部分が平面型共振器と隣接して配置され前記平面型共振
    器と電磁界結合していることを特徴とする請求項１から
    １２のいずれかに記載の平面バンドパスフィルタ。
19. 【請求項１９】 伝送線路型共振器と平面型共振器は誘
    電体基板に挟まれたトリプレート構造内に形成されたこ
    とを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の平
    面バンドパスフィルタ。
20. 【請求項２０】 伝送線路型共振器と平面型共振器は誘
    電体基板上にパターンで形成されたマイクロストリップ
    構造であることを特徴とする請求項１から１８のいずれ
    かに記載の平面バンドパスフィルタ。