JPS63258101A - マイクロ波フィルタ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として少なくとも２つの異なるタイプの結合
を利用する分布定数をもつ要素から成るフィルタに関す
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕分布定
数をもつフィルタの構成は周知である。

このタイプのフィルタには共振器が設けられている。信
号はフィルタの２つの連続する共振器間の結合によって
伝搬する。分布定数フィルタはストリップライン技術を
利用して製造されるが、低損失誘電体の第１の面に堆積
された金属化層によって共振器が構成され、第２の面に
堆積された金属化層によってアース平面が構成される。

直共振器をもついわゆるコムラインフィルタの構成は周
知であり、この両端はアース平面に直接に接続されるか
、あるいは可変コンデンサを通じて接続される。

コムラインタイプのフィルタは構造面及び所定のフィル
タリング動作の達成の点で難点をもつ。

可変コンデンサが極めた接近して置かれることからフィ
ルタの構成に利用可能な空間が問題となる。

さらに、本発明の概念が提案される以前は分布定数フィ
ルタ内に一群の定数要素を加えるという事実は、結果と
して、分布定数フィルタの大きさを不用に大きくすると
考えられてきた。

カリ、Ｔ、ショークラ（ＫａｒＩ　Ｔ、　Ｊｏｋｅｌａ
）によｍ１ｃｒｏｖａｖｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）　、Ｖ　ｏ　１　。

ＭＴＴ−２８、Ｎ［Ｌ６．１９８０年６月号に発表の論
文［実及び産月波数において伝送ゼロをもつ狭バンドス
トリップライン、つまりマイクロストリップフィルタ（
Ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ　５ｔｒｉｐｌｉｎｅ　ｏｒｗ
ｉｃｒｏｓｔｒｌｐ　ｆ１１ｔ６ｒｓ　ｖｌｔｈ　ｔｒ
ａｎｓｓｓ＋１ｓｓ１ｏｎ　ｚｅｒｏｓａｔ　ｒｅｅｌ
　ａｎｄ　Ｉｓａｇｆｎａｒｙ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅ
ｓ）　］において開示されているごとく、バス帯域の終
端の所に非常に高い減衰をもつ帯域通過フィルタの構成
も周知である。この論文において説明されるフィルタは
偶数の分布定数共振器をもち、フィルタの中心に対して
対称に置かれた共振器が結合される。

第１図には周知のタイプの分布定数フィルタの構造の一
例が示されている。ｔＪ１図のこのフィルタは複数のＵ
形状の共振器、つまり、いわゆるヘアピン共振器（ｈａ
ｉｒｐｉｎ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）をもツ。個々の共
振器は対称的にまたベースに対して直角に配置された長
さＬの２つのアームをもつ。共振器１は２つの続く共振
器１のアームが電磁結合を与えることを確保するように
食い違い関係に配置される。

図解される例においては、これらフィルタは６つのヘア
ピン共振器１から構成される。最初と最後のヘアピン共
振器１はコネクタ２と結合される。

図面に示される例においては、コネクタ２は最初と最後
の共振器１のアームと平行の長さしの１つのアーム並び
に金属化された穴３に終端する１つの直角の金属化スト
リップをもつ。

電気的な接続はこの金属化された穴３のレベルにおいて
達成される。

第１図に示されるフィルタはフィルタの横断軸１６（第
３図参照）に対して対称である２つのヘアピン共振器１
の間のコンデンサによってこの結合を達成することが非
常に困難であるという短所をもつ。実際、このフィルタ
の横断軸に対して対称に配置された共振器はフィルタの
両サイドにＵベース（ＩＩ−ｂａｓｅ）をもち、例えば
、最初と最後の共振器あるいは第２と第５の共振器のこ
れら２つのベース（ｂａｓｅ）を結合することを目的と
するこの金属化層がフィルタの動作を妨害する恐れがあ
る。

第２図にはコムラインフィルタ（ｃｏａ＋ｂｌ　１ｎｅ
ｒ１１ｔｅｒ　）と呼ばれる周知のタイプのフィルタが
示されている。第２図に図解されるこれらフィルタは複
数の直共振器（ｓｔｒａｉｇｈｔ　ｒｅｓｏｎ　ａｔｏ
ｒｓ）１０をもつ。′これら直共振器１０は互いに平行
関係に配置される。個々の直共振器１０は第１の端をア
ース４に接続され、第２の端を可変コンデンサ５の第１
のプレートに接続される。可変コンデンサ５の第２のプ
レートはアース４に接続される。

第２図に示されるフィルタは可変コンデンサ５と共振器
１０の間並びにこれらコンデンサ自体の間にこれらが接
近していることに起因する寄生結合の問題をもつ。さら
に、可変コンデンサ５の空間要件がこれらが接近してい
るためフィルタの幾何構造のレベルにおいて問題を与え
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明によるフ
ィルタは分布定数共振器をもつ。

信号はフィルタの構成共振器間の結合によって伝搬する
。後に説明されるごとく、本発明によるフィルタは２つ
の続く共振器の間の少なくとも２つのタイプの結合をも
つ。

Ｕ−形状の共振器（ヘアピン共振器とも呼ばれる）を利
用するフィルタの場合は、従来のタイプのフィルタの構
成に対して幾つかのＵ−形状共振器を逆にすることによ
り、フィルタの中心に対して対称に配置された２つの共
振器間の横方向結合器の接続を容易にすることが可能と
なる。例えば、フィルタの中心周波数に対して対称な２
つの非常に大きな減衰ゾーンをもつフィルタを簡単に構
成できる。このタイプのフィルタは、例えば包絡線を生
成するため、あるいは電気信号から周波数サイドローブ
を除去するために用いられる。

コムラインフィルタの２つのタイプの結合が用いられる
場合、可変キャパシタンスコンデンサはより大きな間隔
をあけて位置される。これは一方においてコンデンサ間
の容量性結合の低減を達成する効果をもち、もう一方に
おいては、これらコンデンサが互いにより離れて置かれ
ることからフィルタ内の可変キャパシタンスコンデンサ
の移入を容易にする効果をもつ。

要約すると、本発明は主として複数の共振器をもつマイ
クロ波フィルタに関する。個々の共振器は少なくとも一
端がアースに接続でき、２つの連続する共振器間に電磁
結合ゾーンが与えられるように配列される。最初と最後
の共振器はフィルタ接続手段に接続される。このフィル
タはアースに接続できる共振器の両端がフィルタ軸の同
一サイドに位置するように配列された続く２つの共振器
間に提供された少なくとも１つの結合ゾーン、及びアー
スに接続できる共振器の両端が反対側に位置するように
配列された続く２つの共振器間に構成された少なくとも
１つの結合ゾーンをもつ。

〔実施例〕

第３図には本発明によるフィルタ構造の第１の例が示さ
れる。第３図のフィルタはヘアピン共振器１から構成さ
れる。最初の３つのヘアピン共振器１は食い違い関係に
配置される。第４のヘアピン共振器１は第３の共振器１
と同一サイドに位置するベースをもつ。事実、第３図に
示される構造例においては、第４の共振器１並びに第５
及び第６の共振器は第３、第２及び第１のヘアピン共振
器１に対してフィルタの横断軸１６の回りに対称的に配
置される。個々のヘアピン共振器のアームの両端はアー
ス（第３図には図示なし）に接続できる。従って、第１
と第２の共振器１、第２と第３の共振器１、第４と第５
の共振器１、及び第５と第６の共振器１の間の結合は同
一タイプとなり、アースに接続できるヘアピンアームの
両端は軸１６０に対して反対関係となる。一方、第３と
第４の共振器１の間の結合においては、アースに接続で
きる共振器のアームの両端は軸１６０の同一サイドにく
る。第３と第４の共振器１の間の結合のタイプは他の共
振器１の間の結合とは異なる。

２うの異なるタイプの結合が偶数の共振器１をもつヘア
ピン共振器を用いる同一フィルタ内に実現できるという
事実はヘアピン共振器１をフィルタの横断面１６に対し
て対称的に、またこのベースがフィルタの同一サイドに
くるように配列することを可能とする。これらベースは
、例えば、コンデンサによってフィルタの中心周波数に
対して対称的に配列された高減衰の２つのゾーンをもつ
フィルタを形成するように接続される。

軸１６はフィルタの対称軸である。フィルタの重心は軸
１６と縦軸１６０との軸１６に対して直角な交点を構成
する。

第４図には本発明に従うヘアピン共振器１を有するフィ
ルタの構造の第２の例が示されている。

第４図に示されるフィルタは１０個の共振器から構成さ
れる。最初の７個のヘアピン共振器は従来のタイプのフ
ィルタと同様に食い違い関係に配置される。第７と第８
の共振器は同一サイドに位置するアームをもつ。最後の
３つのヘアピン共振器１、つまり、第８、第９及び第１
０の共振器は食い違い関係に配列される。

第４図に示される例においては、例えば、コンデンサ（
図面には示されてない）によって第１のヘアピン共振器
１と第１０のヘアピン共振器１の間、第２のヘアピン共
振器１と第９のヘアピン共振器１の間、あるいは第３の
ヘアピン共振器１と第８のヘアピン共振器１の間に電気
的な接続を確立することは簡単なことである。

第３図及び第４図のフィルタはヘアピン共振器１の構造
の単に一例として示されるものであり、これ以外の構造
、例えば、これ以外の結合をもつ構造も本発明の範囲に
入るものである。

第５図には本発明によるコムラインタイプのフィルタが
示されている。第５図のフィルタは複数の直共振器１０
から構成される。これら直共振器は互いに並列関係に配
列される。第１の直共振器１０は第１の終端を通じてア
ース４に接続され、そして第２の終端を通じて可変コン
デンサ５の第１のプレートに接続される。可変コンデン
サ５の第２のプレートはアース４に接続される。

第２の直共振器１０は第１の終端の所で可変コンデンサ
５の第１のプレートに接続される。当該可変コンデンサ
の第２のプレートはアース４に接続される。直共振器１
０の第２の終端はアース４に接続され、これが順次反復
される。

可変コンデンサ５は、従って、従来のタイプのコムライ
ンフィルタにおけるより互いに遠く離れて位置される。

これは可変コンデンサ５の過密問題を解消し、またこれ
らコンデンサ間の寄生結合を低減する。

第６図には本発明による、例えば、フィルタの中間帯域
の動作周波数に対して、高い減衰をもつ２つのゾーンを
得るためのフィルタが示されている。これら高減衰ゾー
ン（ｈｌｇｈ　ａｔｔｅｎｕａｔｌｏｎｚｏｎｅ　）は
フィルタのゼロ（ｚｅｒｏ）としても知られている。

第６図に示される例においては、これらフィルタはフィ
ルタの横断軸１６に対して対称に配置された８個のヘア
ピン共振器１から構成される。第３及び第６のヘアピン
共振器１のベースは可変コンデンサ５５を通じて互いに
接続される。コンデンサ５５は第６図のフィルタの応答
曲線を調節する機能をもう。

フィルタ１６の横断軸に対して対称に配列された他の共
振器もコンデンサ５５によって接続できることは明白で
ある。例えば、第２と第７のヘアピン共振器１を接続す
ることも可能である。

第７図には第６図のフィルタの別の実施態様が示される
。個々のヘアピン共振器１のベースは可変コンデンサ５
の第１のプレートに接続される。

当該コンデンサの第２のプレートはアース４に接続され
る。

好ましくは、ヘアピン共振器１のベースの可変コンデン
サ５の第１のプレートへの接続は該ヘアピン共振器１の
対称軸１５のレベルにおいて遂行される。第７図におい
ては、コンデンサ５は共振器１によって形成されるヘア
ピンの外側に示される。ただし、本発明の範囲から逸脱
することなく可変コンデンサ５を共振器１によって形成
されるヘアピンの内側で接続できることは明白である。

可変コンデンサ５の存在はフィルタの調節を可能とする
。

さらに、ヘアピン共振器１のアームの長さＬは第７図の
デバイスの場合の方が第１図あるいは第６図のデバイス
の長さより短い。この長さＬはλ　／８以下である。こ
こで、λ　はフィルタの８ｇ 中心周波数でのガイド波長（ｇｕｉｄｅｄ　ｗａｖｅｌ
ｅｎｇｔｈ　）である。従って、第７図に示されるタイ
プのフィルタはよりサイズが小さい。この総サイズの縮
小はオンボード装置（ｏｎ　ｂｏａｒｄ　ｅｑｕｌｐｍ
ｅｎｔ）の部分を形成するフィルタ、例えば、航空機あ
るいは衛星に搭載されるフィルタの製作に特に重要であ
る。

第８図には第７図のデバイスのもう１つの実施態様が示
されている。ヘアピン共振器１は伝送ライン６６によっ
て接続され、可変コンデンサ７７が伝送ライン６６の中
央とアース４の間に接続される。この図の場合は、接続
された共振器はそれぞれ第３及び第６のヘアピン共振器
１である。周波数が上げられると（υＨＦ、Ｌバンド等
）、コンデンサ５５の値は非常に低くなるが、一方、コ
ンデンサ７７の値は簡単に達成できる。

第８図には接続手段として直接カップリング２０が用い
られる構造の例が示されている。この直接カップリング
２０は最初と最後のヘアピン共振器１に直接に接続され
た金属化層である。この直接カップリング２０は第７図
に示されるタイプの結合を実現する問題を解決する。広
通過帯域の場合は、結合空間のエツチングは非常に狭い
（く１００μｍ）。直接カップリング２０が行なわれる
ヘアピン共振器アームの位置は、例えば、このフィルタ
の要素の決定のために専用に開発された論理を用いて計
算によって決定される。この直接結合を構成する終端金
属化層カップリング２０は、例えば、金属化された穴３
によって形成される。

この直接カップリングは第８図に示される構造例に限定
されるものでなく、本発明によるフィルタのすべでの構
造例で用いることができることは明白である。

好ましくは、本発明によるフィルタは３プレート技術（
ｔｈｒｅｅ−ｐＩａｔｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用
いて製造される。３プレート技術によるフィルタの構造
の一例が第９図に示される。この図面は第８図のフィル
タの構造の軸Ａ−Ａ’　に沿う断面の詳細を示すもので
ある。３プレート技術においては、ヘアピン共振器１が
実質的に低損失誘電体７内に含まれる１つの平面内に位
置される。この誘電体の少なくとも２つの面がアース４
を構成する金属化堆積層によって覆われる。好ましくは
、この低損失誘電体７によって直方体が形成され、この
直方体の６つの面が金属化堆積層にて覆われフィ、ルタ
のアース４が形成される。この垂直接続部は参照番号１
３によって示される。これらは一方においてこのヘアピ
ン共振器１のアームの両端をアース平面４に接続し、他
方において可変コンデンサ５をヘアピン共振器１のベー
スに接続することを可能とする。

ｇａ９図に示される例においては、アース４の平面の金
属化堆積層にはヘアピン共振器のベースとアースとの間
の短絡を防ぐために抵抗９が設けられている。

可変コンデンサ５が第９図においては線図によって示さ
れている。実例においては、この可変コンデンサ５は、
本発明においては、例えば、フィルタの表面内に移入さ
れる。本発明のフィルタが溶接密封されたパッケージ内
に封入されるような場合は、可変コンデンサ５を調節す
るためのスクリユーが外部に突出される。

３プレート技術による製造は第６図に示されるような本
発明によるフィルタの構造の例に限定されるものではな
い。この３プレート技術は本発明によるすべてのフィル
タに適用できるものである。

第１０図にはｉつの同一のフィルタの応答曲線が示され
ている。片方のフィルタはマイクロストリップ技術によ
って製造され、もう一方はこの３′プレート技術によっ
て製造されたものである。曲線２４は３プレート技術に
対応し、曲線２３はマイクロストリップ技術に対応する
。生成されるノイズは３プレート技術による方が低く、
この利得は１０ｄＢのオーダーである。寄生信号の高度
な排除が要求されるような用途においては周波数ブリン
グ（１’ｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｕｌｌｌｎｇ　）の低減
が特に重要である。

第１１図には２つの共振器１の間の第１の結合が略図に
よって示されている。この結合は第１１図においてはイ
ンピーダンスＺ　及び電気角θに等しい長さをもつ２つ
のライン３０と３１の間で行なわれる。ライン３０はポ
イントＡの所に入力点をもち、反対側にアース４への接
続点をもつ。

ライン３１はポイントＡの反対のポイントＢの所に出力
点をもち、その反対側にアース４への接続点をもつ。

第１２図には２つの共振器１の間の第２の結合が略図に
よって示されている。この図面においては、この結合は
、例えば、第８図の第４と第５の共振器の間の結合と対
応する２つのライン３０と３１の間で行なわれる。ライ
ン３０はポイントＡの所に入力点をもち、また反対側に
アース４への接続点をもつ。ライン３１はライン３１の
ポイントＡと同一サイドに位置するポイントＢの所に出
力点をもち、その反対側にアース４への接続点をもつ。

第１３図には本発明に従う第１１図に示されるマタイ（
Ｍａｔｔａｅｌ　）著述の本［マイクロ波フィルタ、イ
ンピーダンスマツチング網及び結合構造（Ｍ１ｃｒｏａ
＋ａｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒｓ　ｓ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　
ＭａｔｃｈｉｎｇＮｃｔｖｏｒｋｓ　　ａｎｄ　　Ｃｏ
ｕｐＨｎｇ　　５ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　　）　　コ　、
１９８０年版に基づくフィルタの部分の等価図が示され
ている。２つの共振器１の２つの結合されたアームに対
応する部分（コンデンサ５はこの等価図には示されてい
ない）は直列ライン２１及び２つの並列ライン２２、つ
まり、いわゆる電気角θをもつスタップに対応する。電
気角θをもつスタップ２１は２つの共振器間の結合に対
応する。

電気角θをもつスタップ２２はヘアピン共振器１のアー
ムに対応する。好ましくは、得られるべきフィルタはマ
タイ（Ｍａｔｔｈａｅｌ）による本に与えられている基
準を用いることによって等価図の形式に翻訳される。従
って、これらフィルタの構造を決定するためにコンピュ
ータ支援概念論理（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅ
ｄ　ｃｏｎｃｅ、ｐｔｕａｌ　ｌｏｇｉｃ）を使用する
ことが可能である。例えば、ＣＡＯＳＥＳＯＰＥ、ＳＵ
ＰＥＲ−ＣＯＭＰＡＣＴあるいはＴ。

ＵＣＨＳＴＯＮＥ論理システムを用いることが可能であ
る。

好ましくは、翻訳は得られるべきフィルタの指標が供給
されるコンピュータによって遂行される。

第１４図には本発明に従う第１２図に示されるフィルタ
に対応する部分の等価図が示されている。

第１４図の等価図は第１３図の等価図とはポイントＡと
Ｂの間に電気角θをもつ直列スタップ２１０が存在する
点が異なる。

第１５図には本発明によるフィルタの構造の一例の周波
数応答が示されている。

周波数ｆが横座標４７の軸上に置かれ、振幅Ａが縦座標
４１の軸上に置かれる。−例として、この座標軸は対数
スケールをもつ軸とされる。

本発明によるフィルタの周波数応答曲線の一例が参照番
号４３によって表わされている。このフィルタは、例え
ば、フィルタの中心周波数４５に対し°て対称に位置す
る周、波数４４及び４６を中心とする２つのゼロ点を得
ることを可能とする。−例として、このフィルタのゼロ
点周波数４４及び４６はそのままにすると非常に大きな
問題を与えるためにフィルタされるべき電気信号内の周
波数サイドローブに重ねられる。

好ましくは、周波数４６の前の周波数４４から開始する
エンベロープフィルタを得るためには、曲線４３が実質
的に垂直であることが要求されまた、周波数４５を中心
とした大部分において、曲線４３は実質的に水平である
ことが要求される。

本発明による技術は高電波周波数から始まり、特にＶＨ
Ｆバンド、ＵＨＦバンド及びＬバンドでの使用に有効で
ある。

本発明は一般的にはフィルタの構造、より具体的には、
マイクロ波フィルタ及びこのタイプのフィルタを利用す
るデバイスに適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知のタイプのフィルタの構造の第１の例の配
置図、第２図は周知のタイプのフィルタの構造の第２の
例を示す配置図、第３図は本発明によるフィルタの構造
の第１の例を示す配置図、第４図は本発明によるフィル
タの構造の第２の例を示す配置図、第５図は本発明によ
るフィルタの構造の第３の例を示す配置図、第６図は本
発明によるフィルタの構造の第４の例を示す配置図、第
７図は本発明によるフィルタの構造の第５の例を示す配
置図、第８図は本発明によるフィルタの構造の第６の例
を示す配置図、第９図は第８図の線Ａ−Ａ’に沿って見
た断面図、第１０図は第９図のデバイスの性能を示す特
性曲線図、第１１図は本発明によるデバイス内に採用さ
れる第１の結合部を示す配置図、第１２図は本発明によ
るフィルタ内に採用される第２の結合部を示す配置図、
第１３図は第１１図の結合部の等価図、第１４図は第１
２図の結合部の等価図、第１５図は本発明によるフィル
タの応答特性曲線図である。 １・・・共振器、２・・・コネクタ、３・・・穴、４・
・・アース、５・・・可変コンデンサ、１０・・・直共
振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、個々の共振器が少なくともその一端がアースに接続
   できるように設けられ、２つの続く共振器によって１つ
   の電磁結合ゾーンが構成され、最初と最後の共振器がフ
   ィルタ接続手段に接続された複数の共振器をもつマイク
   ロ波フィルタにおいて、前記フィルタは、アースに接続
   できる共振器の両端がフィルタ軸の同一サイドに位置す
   るように配列された続く２つの共振器間に提供された少
   なくとも１つの結合ゾーン、及びアースに接続できる共
   振器の両端が反対側に位置するように配列された続く２
   つの共振器間に構成された少なくとも１つの結合ゾーン
   をもっていることを特徴とするマイクロ波フィルタ。 ２、請求項１記載のマイクロ波フィルタにおいて、共振
   器がヘアピンタイプであることを特徴とするフィルタ。 ３、請求項２記載のフィルタにおいて、フィルタが１つ
   の対称軸をもっていることを特徴とするフィルタ。 ４、請求項１記載のフィルタにおいて、共振器は一端が
   可変コンデンサに接続された直共振器であることを特徴
   とするフィルタ。 ５、請求項１記載のフィルタにおいて、フィルタの対称
   軸に対して対称に配置された２つのヘアピン共振器が可
   変コンデンサによって電気的に接続されていることを特
   徴とするフィルタ。 ６、請求項５記載のフィルタにおいて、フィルタの対称
   軸に対して対称に配置された２つのヘアピン共振器が可
   変コンデンサによって直接に接続され、すべてのヘアピ
   ン共振器のベースがコンデンサの第１のプレートに接続
   され、コンデンサの第２のプレートはアースに接続され
   ていることを特徴とするフィルタ。 ７、請求項１記載のフィルタにおいて、フィルタの対称
   軸に対して対称に配置された２つのヘアピン共振器が伝
   送ラインを介して電気的に接続され、伝送ラインの中央
   とアースの間に可変コンデンサが接続されていることを
   特徴とするフィルタ。 ８、請求項１記載のフィルタにおいて、ヘアピン共振器
   が実質的に低損失誘電体内に含まれる１つの平面内に位
   置し、誘電体の少なくとも２つの面が金属化堆積層によ
   って覆われ、これによってフィルタのアース平面が構成
   されていることを特徴とするフィルタ。 ９、請求項８記載のフィルタにおいて、低損失誘電体が
   直方体を形成し、直方体の６つの面がフィルタのアース
   を構成する金属化堆積層によって覆われていることを特
   徴とするフィルタ。 １０、請求項１記載のフィルタにおいて、ヘアピン共振
   器の両端が電気的にアースに接続されていることを特徴
   とするフィルタ。