JPS585001A

JPS585001A - マイクロ波フィルタ

Info

Publication number: JPS585001A
Application number: JP10284381A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saka; 阪　博; Toshihide Tanaka; 田中　年秀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1983-01-12
Also published as: JPS6310601B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はストリップ線路またはマイクロストリップ線路
を用いたマイクロ波フィルタに関し、特に通過域周波数
が阻止域周波数よシも高く、かつ通過域周波数、阻止域
周波数ともに帯域幅が有限な場合のマイクロ波フィルタ
の構成に関するものである。

；高周波信号（周波数はｆｓ　）と、この信号と周波数
の異なる局部発振信号（周波数はｆｔ）を入力し、これ
らの２つの信号の差の周波数成分である中間周波信号（
周波数はｆｓ−ｆ、、　　但しｆｓ＞ｆｔ　　とする）
を出力として取シ出すミｑすでは。

高周波信号をミキ°す・ダイオードに伝達する主線路に
、高周波信号は損失なく通過させるが、局部発振信号の
２倍の周波数（２ｆｚ）から高周波信号の周波数（ｆｓ
　）を差し引いた周波数（２ｆｔ−ｆｓ）　　をもつイ
メージ信号（周波数Ｂ＝２ｆｔ＝ｆｓｓ）　　は阻止す
るフィルタ（以下、ここでは信号通過・イメージ阻止フ
ィルタと呼ぶこと妬する）を設け、さらには局部発振信
号入力端子とミキサ・ダイオード間には局部発振信号の
みを選択通過させる局発帯域通過フィルタ（局発ＢＰＦ
と略す）□　を設けている。これは、高周波信号（周波
数ｆｓ）および局部発振信号（周波数ｆｔ　）を非線形
素子であるミキサ・ダイオードに印加すると周波数がｍ
ｆｓ　−ｔ−ｎｆｔ　　（ｍ　、　ｎｉｔ整数）　ノ測
波帯ヤ高調波が発生する。そして、それらのスペクトル
の中でイメージ信号周波数ｆｉや和周波数ｆｔ３　＋　
ｆｔの波には高周波信９号成分が含まれているので、こ
れらの波のうち特にイメージ信号を信号通過・イメージ
阻止フィルタでミ千す・ダイオードにもどし、局部発振
信号と再度混合させることによりて、再変換された中間
周波信号を得ることができ、その結果ミｑすの変換損失
を減らすことができる。さらには、イメージ信号周波数
と同一の周波数をもった妨害波信号が高周波信号入力端
子から入り、中間周波信号周波数帯域内に入りこむのを
、信号通過・イメージ阻止フィルタにより阻止す４るこ
とかできる。

特に、使用されているミ千す・ダイオードが１個のシン
グル・ミ千すではミ千す・ダイオードで発生するイメー
ジ信号をどう処理するかにより大きくミ千す性能が左右
される。そして、ミキサ・ダイオード端子から見たイン
ピーダンスがイメージ信号周波数に対しリアクティブに
なるように通常は設定される。従りて、イメージ信号を
抑圧するための信号通過・イメージ阻止フィルタおよび
局発ＢＰＦはシングル・ミ千すを構成する上で欠かせな
い構成要素となっている。信号通過・イメージ阻止フィ
ルタは高周波信号をミーｔす・ダイオードに伝達する主
線路上に、・あるいは主線路に結合して設けられるため
、信号通過・イメージ阻止フィルタの特性はそのままミ
キサ性能に影響を与え゛る。ミキサ性能を決めるのは信
号通過・イメージ阻止フィルタの特性であると言９ても
過言ではない。

との゛ような信号通過・イメージ阻止フィルタには以下
に示すような性能が要求される。

（１）高周波信号に対する挿入損失ができるだけ小さい
こと。

（２）　　イメージ信号に対しては十分に抑圧する特性
を有すること。

（３）高周波信号およびイメージ信号に対して、必要な
通過帯域幅および阻止帯域幅を有すること。

（４）そして、高周波信号周波数とイメージ信号周波数
とが接近していれば、それだけ急峻な帯域外特性を有す
ること。

従来、ミキサに用いられる信号通過・イメージ阻止フィ
ルタの設計は、大別すると以下に示すように２通りの考
え方に基づいて行なわれていた。

（１）高周波信号およびその通過帯域幅に注目して、信
号通過・イメージ阻止フィルタを高周波信号周波数の帯
域通過フィルタとして設計する。

（セ）イメージ信号およびその阻止帯域幅に注目しｆベ
ーー゛て、信号通過・イメージ阻止フィルタをイメージ信号周
波数の帯域阻止フィルタとして設計する０第１図および第２図に示すフィルタは前者（１）の設計
思想に基づいて設計された帯域通過フィルタであり、第
３図および第６図に示すフィルタは後者（２）の設計思
想に基づいて設計された帯域阻止フィルタである。そし
て、いづれの場合も注目する周波数の中心に対してフィ
ルタの通過特性はほぼ対称性を有している０第１図に示す帯域通過フィルタはストリップ線路で構成
され、主線路１の３ケ所に高周波信号のされている。こ
の帯域通過フィルタは挿入損失の帯域外特性が非常にな
だらかである。帯域外特性の急峻なフィルタを得る゛た
めにはフィルタを構成する終端開放スタブ２の段数をも
つと多段にする必要がある。しかし、終端開放スタブ２
の段数を、多段にすると、フィルタ寸法が大きくなると
ともに通過域での挿入損失が大幅に増大し、ひいてはミ
千す性能を下げる結果となる。

第２図に示す帯域通過フィルタは両端が開放された半波
長ストリップ線路を共振器として用いたもので、入力ス
トリップ線路３．出カストリツプ線路３・および半波長
ストリップ共振器４が一波長の長さにわたりて、隣接す
る半波長ストリップ共振器と逐次分布結分して構成され
たものである。

この帯域通過フィルタはフィルタ構成要素である半波長
ストリップ共振器の段数を増やすことでフィルタの帯域
外特性を急峻にすることができる。

しかし、この半波長ストリップ共振器の無負荷Ｑ値は高
くな゛ぐ、１０ＧＩＩｚでは数百程度であるためフィル
タの段数を増やすと通過域での挿入損失が増大する。°
ましで通過域での挿入損失が小さく帯域外特性が急峻で
、しかも通過帯域幅を広帯域にすることは一層困難であ
る。

第３図は帯域阻止フィルタで、ストリップ線路で構成さ
れ、主線路６０３ケ所にイメージ信号の土波長（λｉは
イメージ信号の線路内波長）の長続されている。この帯
域阻止フィルタは終端開放スタブ６の特性インピーダン
スを高くすれば比較的急峻な立上がり特性を有するフィ
ルタ特性が得られるが、ス）　ＩＪツブ線路では特性イ
ンピーダンスの高い線路を作るには線路の幅を非常に細
くしなければならず製作上問題が多い。さらには特性イ
ンピーダンスの高い線路で構成された帯域阻止フィルタ
は阻止域の帯域幅もあまり広帯域にできない。阻止帯域
幅を広帯域化するには終端開放スタブ６の特性インピー
ダンスを低くして共振回路の負荷Ｑ値を小さくする方法
が考えられるが、単に負荷Ｑ値を小さくするだけでは立
上がり特性、の急峻なフィルタが得られないし、阻止帯
域外の特性もＶＳＷＲが大きくなってしまう。例えば、
比誘電率が２．６の基板上に特性インピーダンスがすべ
て６ｏΩのストリップ線路で第３図の構成のフィルタを
形成し、λｉ／　４　＝５．８０　ｎ＋＋１に選んだ時
のフィルタ特性を第４図に示すが、阻止帯域外のｙＳｗ
Ｒが大きい所では約４もある。

第６図も帯域阻止フィルタで、主線路７の３ケ所でイメ
ージ信号周波数ｆｉで共振する平行結合型半波長ス）　
ＩＪツブ共振器８を結合させて構成されている。この帯
域阻止フィルタは共振周波数の棒波長の長さをも２両端
開放のストリップ線路を一波長の長さの部分を主線路７
に結合させたものであるが、阻止帯域幅が比較的狭く、
シかも共振器の無負荷Ｑ値がストリップ線路では高いも
のが得られないため減衰量も大きいものが得られない。

以上述べた従来例は、ミキサに用いられる信号通過・イ
メージ阻止フィルタとしては、いずれも不満足なもので
ある。

本発明の目的は、簡単な構成で上記従来例のもつ欠点を
除去し、高周波信号の通過帯域幅では挿入損失が小さ°
く、イメージ信号の阻止帯域幅では挿入損失が十分に大
きい急峻な立ち上がシ特性を有するとともに、通過帯域
幅および阻止帯域幅と−も十分な帯域幅を有する帯域通
過フィルタ特性と帯域阻止フィルタ特性を合わせ持つマ
、イクロ波フィルタを提供するものである。

１１べ一：゛本発明は、上記従来例のフィルタ設計に共通していた点
、すなわち帯域通過フィルタあるいは帯域阻止フィルタ
のように、着目する周波数を中心としてフィルタ特性が
ほぼ対称となるようにフィルタを設計していた点から脱
却した新しい設計思想に基づいて行なわれたものである
。すなわち、イメージ信号周波数から高周波信号周波数
までのすべての周波数範囲に着目し、それ以外の周波数
に対するフィルタ特性については全く考慮せず、フィル
タ特性を意識的に非対称となるようにしている。つまり
、主線路の３ケ所に等間隔にまたはほぼ等間隔に終端開
放スタブを並列接続し、それらの終端開放スタブの長さ
をイメージ信号のほぼ７波長の長さに選ぶことにより、
イメージ信号周波数で帯域阻止フィルタ特性が得られる
ようにし、先端開放スタブの設けられている間隔をイメ
ージ信号の７波長の長さよりも長く、イメージ信号の１
波長の長さよりも短かく選ぶことにより、特に高周波信
号の７波長の１．５倍前後の間隔に選ぶととにより、高
周波信号周波数で帯域通過フィルタ特性が得られるよう
にした構成としている。

以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。第６図は本
発明の一実施例を示す信号通過・イメージ阻止フィルタ
で、高周波信号の入力端子９および出力端子１ｏをスト
リップ線路で構成される主線路１１で結び、主線路１１
に長さがそれぞれ１１＊　Ａ２　＊　１５の終端開放ス
タブ１２，１３゜１４を等間隔に間隔Ｅ。でもって順次
並列に接続している。終端開放スタブ１２，１３．１４
の長さ１１＋　１２　、ｌｓはイメージ信号の帯域内あ
るいは帯域近傍に減衰極がくるようにイメージ信号の■
波長あるいはほぼ〒波長の長さに選ぶ。そして終端開放
スタブ１２，１３．１４の長さｌ＋　、　１２゜１５　
および間隔１ｏはＡ２　＜　１１＜　ｌａ　＜　２１２
かつ１２　＜　Ｉｓ　＜　Ｉｎ　＜　２１２０条件を満
足するか、あるいは１２　＜　１１＝　Ｉｓ　＜　ｌｏ
　＜　２１２の条件を満足するように選ぶと同時にｓ　
　１０の長さは高周波信号の７波長の１．６倍前後に選
んでいる。

主線路１１および終端開放スタブ１２，１３゜１４の特
性インピーダンスをすべてｚＯ（＝５００）とし、λを
周波数ｆでのストリップ線路内波長とすると、第６図の
フィルタの伝達行列但し、Ｙｉ、　＝　ｊ−βｌ＝　　（ｉ＝１．２．３）
このフィルタの入力端子９から出力端子１ｏへの特にｌ
＋＝ｌｓの場合には８２１は次式で与えられる。

第７図は、第６図においてストリップ線路用誘電体基板
の比誘電率を２．６．主線路１１および終端開放スタブ
１２，１３．１４の特性インピーダンスをすべて６０Ω
とした場合に、ｇｏ＝　ｅ、４　ｍｍ。

１１＝　１５　＝　５．１５ｎ＋ｍ　、　１２＝　４，
８１１１１１１の時のフィルタ特性を実線で、ｉｏ＝　
６．９ｍｍ　、　ｌ　１　＝　１５　＝　５．７２ｍｍ
　＊　６２　＝　５．０２　ｍｍの時のフィルタ特性を
破線でおのおの示したものである。ただし、終端開放ス
タブ１２．．１３．１４の開放端にはエッヂ効果により
線容量が生じているので、この線容量をｏ、ｏｓ　ｐ　
ｙと見積りて実際には計算している。

第７図の実線に示すフィルタでは周波数が１１．７１６
゜、・〜１３，０ＧｌｆＺの範囲ではＶＳＷＲは１．６以下で
あり、５ＧＨｚ以上１０，５　ＣｊｒＨ２以下の周波数
範囲では３０ｄＢ以上の減衰量を有する特性が得られて
いる。従りて、第７図の実線に示すような特性を有する
フィルタは、高周波信号が１１．７・〜１３°、ｏ　Ｇ
　Ｈｚの周波数範囲にあり、イメージ信号が８．０〜１
０．６Ｇｌｌｚの周波数範囲にあるミキサの信号通過・
イメージ阻止フィルタとして要求される性能を十分に満
足するものである。しかも、フィルタの構成要素は３段
の終端開放スタブのみであるため寸法は小さく高周波信
号での挿入損失も非常に小さく、イメージ信号を抑圧し
、高周波信号を損失なく通過させるミキサ用の信号通過
・イメージ阻止フィルタとして特に有効である。

以上説明したように、本発明によれば主線路に等間隔に
終端開放スタブを３段並列に接続し、それらの終端開放
スタブの長さ１１ｍ　＄２　、　Ａｓはイメージ信号の
帯域内あるいは帯域近傍に減衰極がくるようにイメージ
信号の１波長あるいはほぼ一４１１−　Ａ２　ｍ　Ａ３および間隔ｇｏは７！２　＜　
１１＜　ｌｏ　＜２１２かつ１２＜　Ｉｓ＜　ｌｏ＜　
２１２の条件を満足するか、あるいはＡ２＜　Ｊ１＝　
Ｉｓ　＜　ｌｏ＜　２１２　の条件を満足するように選
ぶことによシ、すぐれた特性をもつフィルタを寸法が小
さく簡単な構成により実現することができる。特に高周
波信号での挿入損失が小さく、イメージ信号での減衰量
が大きいミキサに用いられるイメージ抑圧のためのフィ
ルタとして効果を有する。そして、すぐれたミキサ性能
を実現することができる。また第６図の説明では３つの
終端開放スタブの間隔は等間隔であるが、間隔は必ずし
も正確に等間隔である必要性はなく、はぼ等間隔であれ
ばフィルタ特性は等間隔の場合と大きくずれることはな
い。さらに（１）式または（２）式を実、際に計算すれ
ばわかるが、終端開放スタブの間隔１ａとして、通過域
周波数（または高周波信号）の−波長よりも長く一波長
より１６　　　　　　　　　　　　　　　　　　１６も
短かくなるように選ぶと、特にすぐれた特性をもつフィ
ルタが構成でき、第７図の特性を有するフィルタはいず
れも、この条件を満足するように１７、。

フィルタ寸法に選ばれている。

第８図は本発明の他の実施例を示す信号通過・イメージ
阻止フィルタで、第６図に示す信号通過・イメージ阻止
フィルタが２段縦続接続された構成となっている。高周
波信号の入力端子１６および出力端子１６をストリップ
線路で構成される主線路１７で結び、主線路１７に長さ
がそれぞれ１１゜１２　、１ｓの終端開放スタブ１８，
１９．２０が等間隔（間隔Ｉｎ　　）に順次並列に接続
され、さらに長さが、それぞれｌｊ　ｅ　７２　、　Ａ
３の終端開放スタフ”２１，２２．２３も等間隔（間隔
ｇｏ　）に順次並列に接続されている。しかも、スタブ
２０と２１とは主線路１７０両側で同じ位置に接続され
ている。

第９図は本発明のさらに他の実施例を示す信号通過・イ
メージ阻止フィルタで、第８図に示す実施例と同じく、
第６図に示す信号通過・イメージ阻止フィルタで、特に
Ｊｌ　＝　Ｉｓの場合のフィルタが２段縦続接続された
構成となっている。第９図の実施例で第８図と同一箇所
には同一番号を付して説明する。高周波信号の入力端子
１６および出力端子１６を主線路１７で結び、主線路１
７に長さがそれぞれＡ１．　ｈ　、　ｇｌｔ　１２　＊
　１１の終端開放スタブ１８，１９，２４，２２．２３
が等間隔（間隔ｇｏ　）に順次並列に接続されている。

そして、スタブ２４の特性インピーダンスＺ２４はスタ
ブ１Ｂおよびスタブ２３の特性インピーダンスをそれぞ
れ２１Ｂ　、　２２３とすると、１／Ｚ２４　＝　’／
Ｚ１ａ＋’／Ｚ２３　の関係を満たすように選ばれてい
る。

以上、第８図、第９図で説１した本発明によれば、主線
路に等間隔に終端開放スタブを３段並列に接続して構成
されたフィルタを２段縦続接続すると同時に、終・端開
放スタブの段数を６段あるいは実質的に６段に抑えるこ
とにより、比°較的寸法を小さく保った状態で、３段の
スタブで構成されたフィルタに比べて、一層大きくイメ
ージ信号を抑圧することができ、特に、イメージ信号の
抑圧量が問題にされるミ千す用の信号通過・イメージ阻
止フィルタとして有効である。また第８図、第９図の説
明では２段の縦続接続されるフィルタは同じ特性を有す
るために、終端開放スタブの間隔は等間隔であり、かつ
終端開放スタブの長さも繰返し同じものが用いられてい
るが、これらの６つあるいは６つの終端開放スタブの間
隔は必ずしも正確に等間隔である必要性はなく、さらに
終端開放スタブの長さも繰返し同じものを用いる必要は
ない。ただ、縦続接続される前のフィルタの特性がは瞑
同じであれば終端開放スタブの間隔も長さも、すべて違
っていてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスｔ４ッグ線路で構成された帯域通過フ
ィルタのパターン図、第２図は従来のストリップｎで構
成された帯域通過フィルタの他の例を示すパターン図、
第３図は従来のストリップ線路で構成された帯域阻止フ
ィルタのパターン図、第４図は第３図のフィルタ回路の
挿入損失およびＶ８ＷＨの周波数特性の具体例を示す特
性図、第６図は従来のス）　ＩＪツブ線路で構成された
平行結合形帯域阻止フィルタのパターン図、第６図は本
発明の一実施例によるス）　ＩＪツブ線路で構成された
マイクロ波フィルタ回路を示すパターン図、第７図は第
６図のフィルタ回路の挿入損失の周波数特性の具体例を
示す特性図、第８図は本発明の他の実施例によるストリ
ップ線路で構成されたフィルタ回路を示すパターン図、
第９図は本発明のさらに他の実施例によるストリップ線
路で構成されたフィルタ回路を示すパターン図である。９・・・・・・高周波信号入力端子、１ｏ・山・・出力
端子、１１・・・・・・主線路、１２，１３．１４・・
・・・・終端開放スタブ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　入力端子および出力端子を有するストリップ
線路と、このストリップ線路に間隔が等間隔か、あるい
はほぼ等間隔のｌＯでもって順次並列に設けられた長さ
がそれぞれ１１１１２　＃　Ｉｓの終端開放の第１．第
２および第３のスタブとで構成され、かつ前記第１．第
２および第３のスタブの長さＩＡ　ｅ　１２１１５を阻
止帯域内に減衰極がくるように阻止域周波数の一波長の
長さに選び、１２＜１１＜１０＜２１２かつ１２＜　Ｉ
ｓ　＜　／。〈２１２の条件を満足するか、あるいは１２＜ｈ＝　７
３＜　１０＜　２７２　　の条件を満足するように、１
０　、１１．１２　、１５　　の長さを選んだことを特
徴とするマイクロ波フィルタ。
（２）前記ストリップ線路に設けられた第１．第２およ
び第３のスタブの間隔ＩＯを通過域周波数の一波長よシ
も長く、−波長よりも短かく１６　　　　　　　　　　
　　　　　　　　１６なるように選んだことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波フィルタ。
（３）第１．第２．第３のスタブを２組設けて第１のフ
ィルタ、第２のフィルタを形成し、この第１のフィルタ
と第２のフィルタを縦続接続するとともに、第１のフィ
ルタを構成するスタブで第２のフィルタに最も近いスタ
ブと、第２のフィルタを構成するスタブで第１のフィル
タに最も近いスタブとが前記ストリップ線路の両側の同
じ位置に配置されるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項記載のマイクロ波フィルタ
。
（４）第１．第２．第３のスタブを２組設けて第１のフ
ィルタ、第２のフィルタを形成し、この第１のフィル°
りと第２のフィルタを縦続接続するとともに、第１のフ
ィルタを構成するスタブで第２のフィルタに最も近いス
タブ１の長さおよヒ特性インピーダンスが、第２のフィ
ルタを構成するスタブで第１のフィルタに最も近いスタ
ブ２の長さ！および特性インピーダンス２と同−になる
ようにし、かつスタブ１とスタブ２とが前記ストリップ
線路の同じ位置に配置されるようにするとともに等測的
に一本のスタブで構成されるようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項記載のマイクロ波
フィルタ。