JPS6310601B2

JPS6310601B2 -

Info

Publication number: JPS6310601B2
Application number: JP10284381A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saka; Toshihide Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1988-03-08
Also published as: JPS585001A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はストリツプ線路またはマイクロストリ
ツプ線路を用いたマイクロ波フイルタに関し、特
に通過域周波数が阻止域周波数よりも高く、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イルタの構成に関するもの
である。高周波信号（周波数はs）と、この信号と周波
数の異なる局部発振信号（周波数は_l）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s−_l、但しs＞_lとす
る）を出力として取り出すミキサでは、高周波信
号をミキサ・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（2_l）から高周波信号の周波数
（s）を差し引いた周波数（2_l−s）をもつイメ
ージ信号（周波数i＝2_l−s）は阻止するフイル
タ（以下、ここでは信号通過・イメージ阻子フイ
ルタと呼ぶことにする）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イ
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s）および局部発振信号（周
波数_l）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ms±n_l（ｍ、ｎは整数）
の測波帯や高調波が発生する。そして、それらの
スペクトルの中でイメージ信号周波数iや和周波
数s＋_lの波には高周波信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・イメージ阻止フイルタでミキサ・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
によつて、再変換された中間周波信号を得ること
ができ、その結果ミキサ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
の周波数をもつ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・イメージ阻止フイルタにより
阻止することができる。特に、使用されているミキサ・ダイオードが１
個のシングル・ミキサではミキサ・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
きくミキサ性能が左右される。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イブになるように通
常は設定される。従つて、イメージ信号を抑圧す
るための信号通過・イメージ阻止フイルタおよび
局発BPFはシングル・ミキサを構成する上で欠
かせない構成要素となつている。信号通過・イメ
ージ阻止フイルタは高周波信号をミキサ・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
フイ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
ジ阻止フイルタの特性であると言つても過言では
ない。このような信号通過・イメージ阻止フイルタに
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
阻止フイルタの設計は、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・イメージ阻止フイルタを高周波
信号周波数の帯域通過フイルタとして設計す
る。 (2) イメージ信号およびその阻止帯域幅に注目
し、信号通過・イメージ阻止フイルタをイメー
ジ信号周波数の帯域阻止フイルタとして設計す
る。第１図および第２図に示すフイルタは前者(1)の
設計思想に基づいて設計された帯域通過フイルタ
であり、第３図および第５図に示すフイルタは後
者(2)の設計思想に基づいて設計された帯域阻止フ
イルタである。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イルタの通過特性はほぼ
対称性を有している。第１図に示す帯域通過フイルタはストリツプ線
路で構成され、主線路１の３ケ所に高周波信号の
１／２波長（λsは高周波信号の線路内波長）の長さ
の終端開放スタブ２がλs／４間隔で３段並列に接続されている。この帯域通過フイルタは挿入損失の
帯域外特性が非常になだらかである。帯域外特性
の急峻なフイルタを得るためにはフイルタを構成
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、フイ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
ミキサ性能を下げる結果となる。第２図に示す帯域通過フイルタは両端が開放さ
れた半波長ストリツプ線路を共振器として用いた
もので、入力ストリツプ線路３、出力ストリツプ
線路３′および半波長ストリツプ共振器４が1/4波
長の長さにわたつて、隣接する半波長ストリツプ
共振器と逐次分布結分して構成されたものであ
る。この帯域通過フイルタはフイルタ構成要素で
ある半波長ストリツプ共振器の段数を増やすこと
でフイルタの帯域外特性を急峻にすることができ
る。しかし、この半波長ストリツプ共振器の無負
荷Ｑ値は高くなく、10GHzでは数百程度であるた
めフイルタの段数を増やすと通過域での挿入損失
が増大する。まして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図は帯域阻止フイルタで、ストリツプ線路
で構成され、主線路５の３カ所にイメージ信号の
１／４波長（λiはイメージ信号の線路内波長）の長
さの終端開放スタブ６がλi／６間隔で３段並列に接続されている。この帯域阻止フイルタは終端開放
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イルタ特性が得
られるが、ストリツプ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
フイ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
急峻なフイルタが得られないし、阻止帯域外の特
性もVSWRが大きくなつてしまう。例えば、比
誘電率が2.5の基板上に特性インピーダンスがす
べて50Ωのストリツプ線路で第３図の構成のフイ
ルタを形成し、λi／４＝5.80mmに選んだ時のフイ
ルタ特性を第４図に示すが、阻止帯域外の
VSWRが大きい所では約４もある。第５図も帯域阻止フイルタで、主線路７の３ケ
所でイメージ信号周波数iで共振する平行結合型
半波長ストリツプ共振器８を結合させて構成され
ている。この帯域阻止フイルタは共振周波数の1/
２波長の長さをもつ両端開放のストリツプ線路を
１／４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、しかも共
振器の無負荷Ｑ値がストリツ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・イメージ阻止フイルタとしては、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り特性を
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イルタ特性と
帯域阻止フイルタ特性を合わせ持つマイクロ波フ
イルタを提供するものである。本発明は、上記従来例のフイルタ設計に共通し
ていた点、すなわち帯域通過フイルタあるいは帯
域阻止フイルタのように、着目する周波数を中心
としてフイルタ特性がほぼ対称となるようにフイ
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
に対するフイルタ特性については全く考慮せず、
フイ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
１／４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イ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1/4波長の長さよりも長く、イメージ
信号の1/2波長の長さよりも短かく選ぶことより、
特に高周波数信号の1/4波長の1.5倍前後の間隔に
選ぶことにより、高周波信号周波数で帯域通過フ
イ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
ジ阻止フイルタで、高周波信号の入力端子９およ
び出力端子１０をストリツ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
l₁、l₂、l₃の終端開放スタブ１２，１３，１４を
等間隔に間隔l₀でもつ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l₁、
l₂、l₃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1/4波長あ
るいはほぼ1/4波長の長さに選ぶ。そして終端開
放スタブ１２，１３，１４の長さl₁、l₂、l₃およ
び間隔l₀はl₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂＜l₃＜l₀＜2l₂の条
件を満足するか、あるいはl₂＜l₁＝l₃＜l₀＜2l₂の条
件を満足するように選ぶと同時に、l₀の長さは高
周波信号の1/4波長の1.5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Z₀（＝50Ω）
とし、λを周波数でのストリツプ線路内波長と
すると、第６図のフイルタの伝達行列

【式】は次のように表わされる。但し、yi＝jtanβli（ｉ＝１、２、３） β＝2π／λ このフイルタの入力端子９から出力端子１０へ
の信号の透過係数S₂₁はS₂₁＝１／T₂₂で与えられる。特にl₁＝l₃の場合にはS₂₁は次式で与えられる。 S₂₁＝１／T₂₂＝８／−（２−y₁）y²／₂e^-2j〓^l0−2
y₁y₂（２＋y₂）＋（２＋y₁）（２＋y₂）²e^2j〓^l0………
(2) 第７図、第６図において、ストリツプ線路用誘
電体基板の比誘電率を2.5、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50Ωとした場合に、l₀＝6.4mm、l₁＝
l₃＝5.5mm、l₂＝4.8mmの時のフイルタ特性を実線
で、l₀＝6.9mm、l₁＝l₃＝5.72mm、l₂＝5.02mmの時の
フイ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
開放端にはエツジ効果により縁容量が生じている
ので、この縁容量を0.03PFと見積つて実際には
計算している。第７図の実線に示すフイルタでは周波数が11.7
〜13.0GHzの範囲ではVSWRは1.6以下であり、
8GHz以上10.5GHz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。従つ
て、第７図の実線に示すような特性を有するフイ
ルタは、高周波信号が11.7〜13.0GHzの周波数範
囲にあり、イメージ信号が8.0〜10.5GHzの周波数
範囲にあるミキサの信号通過・イメージ阻止フイ
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、フイルタの構成要素は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・イメージ阻止フイルタとして特
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l₁、l₂、l₃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1/4波長あるいはほぼ1/4波
長の長さに選ぶ。そして終端開放スタブの長さ
l₁、l₂、l₃および間隔l₀はl₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂＜l₃
＜l₀＜2l₂の条件を満足するか、あるいはl₂＜l₁＝l₃
＜l₀＜2l₂の条件を満足するように選ぶことによ
り、すぐれた特性をもつフイ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
圧のためのフイ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、ほぼ等間隔であれば
フイ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l₀として、通
過域周波数（または高周波信号）の5/16波長より
も長く7/16波長よりも短かくなるように選ぶと、
特にすぐれた特性をもつフイルタが構成でき、第
７図の特性を有するフイルタはいずれも、この条
件を満足するようなフイ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・
イメージ阻止フイルタで、第６図に示す信号通
過・イメージ阻止フイルタが２段縦続接続された
構成となつている。高周波信号の入力端子１５お
よび出力端子１６をストリツ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
l₁、l₂、l₃の終端開放スタブ１８，１９，２０が
等間隔（間隔l₀）に順次並列に接続され、さらに
長さが、それぞれl₁、l₂、l₃の終端開放スタブ２
１，２２，２３も等間隔（間隔l₀）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１７の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・イメージ阻止フイルタで、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
阻止フイルタで、特にl₁＝l₃の場合のフイルタが
２段縦続接続された構成となつている。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１５および出力
端子１６を主線路１７で結び、主線路１７に長さ
がそれぞれl₁、l₂、l₁、l₂、l₁の終端間放スタブ１
８，１９，２４，２２，２３が等間隔（間隔l₀）
に順次並列に接続されている。そして、スタブ２
４の特性インピーダンスZ₂₄はスタブ１８および
スタブ２３の特性インピーダンスをそれぞれZ₁₈、
Z₂₃とすると、１／Z₂₄＝１／Z₁₈＋１／Z₂₃の関係
を満たすように選ばれている。以上、第８図、第９図で説明した本発明によれ
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イルタを２段縦続接続す
ると同時に、終端開放スタブの段数を５段あるい
は実質的に５段に抑えることにより、比較的寸法
を小さく保つた状態で、３段のスタブで構成され
たフイルタに比べて、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キサ用の信号通過・イメージ
阻止フイ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イルタは
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５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イルタの特性
がほぼ同じであれば終端開放スタブの間隔も長さ
も、すべて違つていてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のストリツプ線路で構成された帯
域通過フイルタのパターン図、第２図は従来のス
トリツプ線路で構成された帯域通過フイルタの他
の例を示すパターン図、第３図は従来のストリツ
プ線路で構成された帯域阻止フイルタのパターン
図、第４図は第３図のフイルタ回路の挿入損失お
よびVSWRの周波数特性の具体例を示す特性図、
第５図は従来のストリツプ線路で構成された平行
結合形帯域阻止フイルタのパターン図、第６図は
本発明の一実施例によるストリツプ線路で構成さ
れたマイクロ波フイルタ回路を示すパターン図、
第７図は第６図のフイ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ツプ線路で構成されたフ
イ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ツプ線路で構成さ
れたフイ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、１０……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ツプ
線路と、このストリツプ線路に間隔が等間隔か、
あるいはほぼ等間隔のl₀でもつて順次並列に設け
られた長さがそれぞれl₁、l₂、l₃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l₁、l₂、
l₃を阻止帯域内に減衰極がくるように阻止域周波
数の1/4波長の長さに選び、l₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂
＜l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するか、あるいはl₂＜l₁
＝l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するように、l₀、l₁、
l₂、l₃の長さを選んだことを特徴とするマイクロ
波フイルタ。２前記ストリツ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l₀を通過域周波数の5/
１６波長よりも長く、7/16波長よりも短かくなるよ
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イルタ。３入力端子および出力端子を有するストリツプ
線路と、このストリツプ線路に間隔が等間隔か、
あるいはほぼ等間隔のl₀でもつて順次並列に設け
られた長さがそれぞれl₁、l₂、l₃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l₁、l₂、
l₃を阻止帯域内に減衰極がくるように阻止域周波
数の1/4波長の長さに選び、l₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂
＜l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するか、あるいはl₂＜l₁
＝l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するように、l₀、l₁、
l₂、l₃の長さを選んだフイルタを２組設けて第１
のフイルタ、第２のフイルタを形成し、この第１
のフイルタと第２のフイルタを縦続接続するとと
もに、第１のフイルタを構成するスタブで第２の
フイルタに最も近いスタブと、第２のフイルタを
構成するスタブで第１のフイルタに最も近いスタ
ブとがストリツ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マイクロ波フイ
ルタ。４入力端子および出力端子を有するストリツプ
線路と、このストリツプ線路に間隔が等間隔か、
あるいはほぼ等間隔のl₀でもつて順次並列に設け
られた長さがそれぞれl₁、l₂、l₃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l₁、l₂、
l₃を阻止帯域内に減衰極がくるように阻止域周波
数の1/4波長の長さに選び、l₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂
＜l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するか、あるいはl₂＜l₁
＝l₃＜l₀＜2l₂の条件を満足するように、l₀、l₁、
l₂、l₃の長さを選んだフイルタを２組設けて第１
のフイルタ、第２のフイルタを形成し、この第１
のフイルタと第２のフイルタを縦続接続するとと
もに、第１のフイルタを構成するスタブで第２の
フイルタに最も近いスタブ１の長さおよび特性イ
ンピーダンスが、第２のフイルタを構成するスタ
ブで第１のフイルタに最も近いスタブ２の長さｌ
および特性インピーダンスＺと同一になるように
し、かつスタブ１とスタブ２がストリツプ線路の
同じ位置に配置されるようにするとともに等価的
に一本のスタブで構成されるようにしたことを特
徴とするマイクロ波フイルタ。