JPWO2013147152A1 - 伝送線路共振器並びに伝送線路共振器を用いた帯域通過フィルタ、分波器、合成器、帯域阻止フィルタ、高域通過フィルタ、バランス型フィルタ及び低域通過フィルタ - Google Patents
伝送線路共振器並びに伝送線路共振器を用いた帯域通過フィルタ、分波器、合成器、帯域阻止フィルタ、高域通過フィルタ、バランス型フィルタ及び低域通過フィルタ Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、日本国において2012年3月29日に出願された日本特許出願番号特願2012−077704を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。
1−1.構成
1−2.動作原理
1−3.変形例
1−4.応用回路
(1)入出力端子の結合、伝送線路共振器同士の結合
(2)帯域通過フィルタ
(3)分波器(アンテナ共用器)
(4)合成器/分配器
(5)帯域阻止フィルタ
(6)高域通過フィルタ
2.1/2波長型伝送線路共振器
2−1.構成
2−2.変形例
2−3.応用回路
(1)入出力端子の結合、伝送線路共振器同士の結合
(2)帯域通過フィルタ
(3)分波器(アンテナ共用器)
(4)合成器/分配器
(5)バランス型帯域通過フィルタ
(6)低域通過フィルタ
3.まとめ
1−1.構成
図1Aは、本発明の1/4波長型伝送線路共振器(以下、単に「伝送線路共振器」とも言う。)の代表的な構成例を示す図である。伝送線路共振器1は、環状に形成された第1の伝送線路2と、一端が第1の伝送線路2に接続され、他端が短絡接地部4に接続された第2の伝送線路3とを備える。第1の伝送線路2は、第1の線路インピーダンスZ1を有し、その線路長(以下、電気長とも言う。)2×θ1は、周長に等しい。第2の伝送線路3は、第2の線路インピーダンスZ2と、第2の線路長θ2とを有する。
本発明の伝送線路共振器1の動作原理を図1及び図2を参照して説明する。
図4A及び図4Bには、本発明の伝送線路共振器の変形例を示す。図4Aに示すように、伝送線路共振器1aは、円形の環状に形成された第1の伝送線路2aと、一端が第1の伝送線路2aに接続され、他端が短絡接地部4に接続されたテーパ形状の第2の伝送線路3aとを備える。図4Bに示すように、伝送線路共振器1bの第1の伝送線路2bは、三角形の環状に形成され、第2の伝送線路2bは、テーパ形状をなす。
以下、伝送線路共振器を用いた応用回路について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、具体的な回路構成を説明する前に、本発明の伝送線路共振器の他の回路素子と結合をとる方法について説明する。
同一形状、同一共振周波数の伝送線路共振器1,1を隣接させて配置することによって、帯域通過フィルタ20を構成することができる。
本発明の伝送線路共振器により構成された帯域通過フィルタを複数用いることにより、分波器又は送受信アンテナ共用器を実現することができる。なお、分波器と送受信アンテナ共用器とは、入出力される信号の方向により用途が異なるが、回路構成としては同一である。分波器は、複数の周波数成分を有する入力信号を通過帯域の異なるフィルタを通過させることで、入力信号に含まれていた異なる周波数成分の出力信号をそれぞれ出力するための回路である。一方、送受信アンテナ共用器は、無線機器等において異なる周波数を有する送信信号と受信信号とを1つのアンテナで送受信する回路であり、機器内で生成した送信信号を通過させてアンテナへ送信するフィルタと、アンテナから受信信号を通過させて受信して機器内の受信回路へ送るフィルタとからなる。以下、分波器として説明する。
図16は、図8に示した伝送線路共振器1hを用いた合成器24の構成例を示した図である。短絡接地部4の位置からそれぞれ等距離の位置に第1の入力端子7a及び第2の入力端子7bをタッピング接続によって、第1の伝送線路2hに接続する。そして、短絡接地部4からもっとも離れた、電界がもっとも強い第1の伝送線路2hの位置に、結合電極8bを用いて出力端子7bを接続する。
異なる共振周波数を有する伝送線路共振器を組み合わせることによって、帯域阻止フィルタを構成することができる。帯域阻止フィルタは、設定された周波数の信号を阻止させるフィルタ回路である。
図18に示すように、高域通過フィルタ28は、伝送線路共振器1と、入力端子7a及び出力端子7bにそれぞれ一端が接続され、第1の伝送線路2の4つ辺のうち、短絡接地部4からもっとも離れた位置にある辺に他端が接続された2個のコンデンサ16,16とを備える。伝送線路共振器1は、図1に示した伝送線路共振器1と同じものである。すなわち、方形の環状に形成された第1の伝送線路2と、一端が第1の伝送線路2に接続され、他端が短絡接地部4に接続された第2の伝送線路とを有する。
2−1.構成
図19Aは、本発明の1/2波長型伝送線路共振器(以下、単に「伝送線路共振器」とも言う。)の代表的な構成例を示す図である。伝送線路共振器30は、環状に形成された第1の伝送線路31及び第2の伝送線路32と、一端が第1の伝送線路31に接続され、他端が第2の伝送線路32に接続された第3の伝送線路33とを備える。第1の伝送線路31及び第2の伝送線路32は、いずれも線路インピーダンスZ1を有し、その線路長(以下、電気長とも言う。)は2×θ1に等しい。第3の伝送線路33は、線路インピーダンスZ2と、線路長2×θ2とを有する。
図20には、本発明の伝送線路共振器の変形例を示す。図20Aに示すように、伝送線路共振器30aは、円形状の環状に形成された第1及び第2の伝送線路31a,32aと、両端に第1及び第2の伝送線路31a,32aが接続された、一様線路である第3の伝送線路33aとを備える。図20B及び図20Cに示すように、伝送線路共振器30bは、三角形状の環状に形成された第1及び第2の伝送線路31b,32bと、テーパ形状の第3の伝送線路33bとを備える。図20Bに示す例では、第3の伝送線路33bの両端は、第1及び第2の伝送線路の3つの辺のうちの1つの辺の中央部に接続される。図20Cに示す例では、第3の伝送線路33cの両端は、第1及び第2の伝送線路31c,32cの三角形の頂点部分に接続される。
(1)入出力端子の結合、伝送線路共振器同士の結合
まず、本発明の伝送線路共振器の他の回路素子との結合をとる方法について説明する。
同一形状、同一共振周波数の伝送線路共振器30,30を隣接させて平行に配置すると、帯域通過フィルタ40を構成することができる。図27Aに示すように、同一形状、同一共振周波数の2個の伝送線路共振器30,30を、同一の方向に隣接させ、一方の伝送線路共振器30の第2の伝送線路32の1つの辺と、他方の伝送線路共振器30の第1の伝送線路31の1つの辺を対向させて、距離d20だけ離間して配置する。これによって、伝送線路共振器30,30を結合させて帯域通過フィルタ40を構成することができる。距離d20を調整することによって、伝送線路共振器30,30の結合度を調整することができ、通過帯域等のフィルタ特性を調整し、設計することができる。この帯域通過フィルタの入力端子37a及び出力端子37bは、一方の伝送線路共振器30の第1の伝送線路31に、結合電極38aを介して電磁界結合により入力端子37aを接続する。他方の伝送線路共振器30の第2の伝送線路32に、結合電極38bを介して電磁界結合により出力端子37bを接続する。
本発明の伝送線路共振器により構成された帯域通過フィルタを複数用いることにより、分波器又は送受信アンテナ共用器を実現することができる。なお、分波器と送受信アンテナ共用器とは、入出力される信号の方向により用途が異なるが、回路構成としては同一である。分波器は、複数の周波数成分を有する入力信号を通過帯域の異なるフィルタを通過させることで、入力信号に含まれていた異なる周波数成分の出力信号をそれぞれ出力するための回路である。一方、送受信アンテナ共用器は、無線機器等において異なる周波数を有する送信信号と受信信号とを1つのアンテナで送受信する回路であり、機器内で生成した送信信号を通過させてアンテナへ送信するフィルタと、アンテナから受信信号を通過させて受信して機器内の受信回路へ送るフィルタとからなる。以下、分波器として説明する。
図32Aは、図24Bに示した伝送線路共振器30jを用いた合成器44aの例を示したものである。合成器44aは、伝送線路共振器30jと、第1の伝送線路31jに結合電極38bを介して第2の入力端子37bと、第2の伝送線路32jに結合電極38aを介して第1の入力端子37aと、第3の伝送線路33jにタッピング結合により接続された出力端子37cとを備える。
図34には、図24Aに示した伝送線路共振器30iを用いて、バランス型帯域通過フィルタ46を構成した例を示す。図34に示すように、バランス型帯域通過フィルタ46は、同一形状で、同一の共振周波数を有する2個の伝送線路共振器30iを備える。伝送線路共振器30iは、方形の環状に形成された第1及び第2の伝送線路31i,32iと、両端を第1及び第2の伝送線路31i,32iに接続された第3の伝送線路33iとを備える。第3の伝送線路33iは、仮想接地の位置から同じ距離だけ両端側に離れた位置において直角に屈曲している。2個の伝送線路共振器30iのうち一方は、他方に対して180度回転して配置される。そして、第3の伝送線路33i同士が、距離d26だけ離間して配置される。第1及び第2の入力端子37a,37bは、結合コンデンサ63を介して、一方の伝送線路共振器30iの第2及び第1の伝送線路32i,31iにそれぞれ接続される。また、第1及び第2の出力端子37c,37dは、結合コンデンサ63を介して、他方の伝送線路共振器30iの第1及び第2の伝送線路31i,32iに接続される。
図35に、伝送線路共振器を用いた低域通過フィルタの例を示す。図35に示すように、低域通過フィルタ48は、図19に示したような伝送線路共振器30と、伝送線路共振器30の第1の伝送線路31に第1の接続電極65を介して接続された入力端子37aと、伝送線路共振器30の第2の伝送線路に第2の接続電極66を介して接続された出力端子37bとを備える。伝送線路共振器30は、図19に示した場合と同様であり、方形の環状に形成された第1及び第2の伝送線路31,32と、両端が第1及び第2の伝送線路31,32に接続された第3の伝送線路33とを有する。
このようにして、本発明の1/4波長型伝送線路共振器及び1/2波長型伝送線路共振器は、放射損を低減して低損失化を実現することができる。そして、インピーダンス比RZが1より小さい範囲では、従来のSIRや一様線路による共振器よりも小型化でき、インピーダンス比RZが、1から2の範囲にある場合には、小型化と低損失化を両立することができる。このため、RF、マイクロ波、ミリ波帯当で用いられるフィルタ、アンテナ共用器等の小型化、低損失化に寄与することができる。
図36に線路インピーダンスが50Ωの伝送線路を用いた本発明の1/4波長型伝送線路共振器の具体的な設計例を示す。図36Aには、検討に用いた誘電体基板の構造を示す断面図を、設計パラメータとともに示す。図36Bには本発明の1/4波長型伝送線路共振器70bの形状を表す平面図を、図36Cには、一端短絡一端開放の1/4波長型の一様線路共振器70cの形状を表す平面図を比較のために寸法とともに示す。
図36B及び図36Cに示す寸法から明らかなように、本発明の1/4波長型伝送線路共振器70bの共振器長は、20.5mmとなり、一様線路共振器70cの共振器長の29.04mmに対して、約70%に短縮化された。なお、共振器の無負荷Qは、ともに137と同程度であり、共振器長の短縮にも関わらず、無負荷Qの劣化が見られない。
図37には、本発明が適用された1/2波長型伝送線路共振器の具体的な設計例を、従来のステップインピーダンス共振器の設計例とともに示す。図37Aには、本発明の1/2波長型伝送線路共振器80aの形状を示す平面図を、図37Bには、1/2波長型伝送線路共振器80aよりも、さらに共振器長の短縮を図った1/2波長型伝送線路共振器80bの平面図を示す。図37Cには、両端開放の従来のステップインピーダンス構造の伝送線路共振器80cの設計例の平面図を、大きさの比較のために示す。
図37A〜図37Cに示す寸法から明らかなように、本発明の1/2波長型伝送線路共振器80a,80bは、従来のステップインピーダンス共振器80cよりも、共振器長を大幅に短縮することができた。
Claims (14)
- 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを備える1/4波長型伝送線路共振器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、該第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有する2個以上の1/4波長型伝送線路共振器と、
上記2個以上の1/4波長型伝送線路共振器のうちの1つに結合された入力端子と、
上記2個以上の1/4波長型伝送線路共振器のうちの他の1つに結合された出力端子とを備え、
上記2個以上の1/4波長型伝送線路共振器は、それぞれ隣接するように配置されて結合されたことを特徴とする帯域通過フィルタ。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、該第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有する2個以上の1/4波長型伝送線路共振器を、それぞれ隣接するように配置されて結合された2個以上の帯域通過フィルタと、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの入力を結合した入力端子と、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの上記入力端子を有する伝送線路共振器以外の伝送線路共振器に結合した出力端子とを備え、
上記2個以上の帯域通過フィルタは、それぞれ異なる通過帯域を有する分波器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、該第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有する1/4波長型伝送線路共振器と、
接地された上記第2の伝送線路の他端からそれぞれ同一の距離だけ離れた、上記第1の伝送線路上の位置に結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記第1の伝送線路に結合された出力端子とを備える合成器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有し、該第1の伝送線路同士及び該第2の伝送線路同士が隣接して配置されることで結合した2個以上の1/4波長型伝送線路共振器と、
上記2個以上の1/4波長型伝送線路共振器のうちの1つの1/4波長型伝送線路共振器の接地された上記第2の伝送線路の他端からそれぞれ同一の距離だけ離れた、第1の伝送線路上の位置に結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記2個以上の1/4波長型伝送線路共振器のうちの他の1つの1/4波長型伝送線路共振器の第2の伝送線路に結合された出力端子とを備える合成器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、該第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有する1/4波長型伝送線路共振器と、
上記1/4波長型伝送線路共振器から所定の距離だけ離間して配置され、両端に入力端子及び出力端子を有する一様線路とを備える帯域阻止フィルタ。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路と、該第1の伝送線路に一端が接続され、他端が接地された第2の伝送線路とを有する1/4波長型伝送線路共振器と、
一方に信号が入力される入力端子を有する第1の容量性素子と、
上記第1の容量性素子の他方の端子に、一方の端子が接続され、他方から信号が出力される出力端子を有する第2の容量性素子とを備え、
上記第1の容量性素子の他方の端子及び上記第2の容量性素子の一方の端子の接続点を、上記第1の伝送線路に結合させたことを特徴とする高域通過フィルタ。
- 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、
両端に、上記第1伝送線路及び上記第2の伝送線路を接続した第3の伝送線路とを備える1/2波長型伝送線路共振器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1の伝送線路及び該第2の伝送線路が接続された第3の伝送線路とを有する2個以上の1/2波長型伝送線路共振器と、
上記2個以上の1/2波長型伝送線路共振器のうちの1つに結合された入力端子と、
上記2個以上の1/2波長型伝送線路共振器のうちの他の1つに結合された出力端子とを備え、
上記2個以上の1/2波長型伝送線路共振器は、それぞれ隣接するように配置されて結合されたことを特徴とする帯域通過フィルタ。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1の伝送線路及び該第2の伝送線路が接続された第3の伝送線路とを有する2個以上の1/2波長型伝送線路共振器をそれぞれ隣接するように配置されて結合された2個以上の帯域通過フィルタと、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの入力を結合した入力端子と、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの上記入力端子を有する伝送線路共振器以外の伝送線路共振器に結合された出力端子とを備え、
上記2個以上の帯域通過フィルタは、それぞれ異なる通過帯域を有する分波器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1の伝送線路及び該第2の伝送線路が接続された第3の伝送線路とを有する1/2波長型伝送線路共振器と、
上記第1の伝送線路及び上記第2の伝送線路上のそれぞれの位置であって、共振条件下において0電位となる上記第3の伝送線路の仮想接地点からそれぞれ同一の距離だけ離れた位置に結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記第3の伝送線路に結合された出力端子とを備える合成器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1の伝送線路及び該第2の伝送線路が接続された第3の伝送線路とを有し、該第1の伝送線路同士及び該第2の伝送線路同士が隣接して配置されることで結合した2個以上の1/2波長型伝送線路共振器と、
上記2個以上の1/2波長型伝送線路共振器のうちの1つの1/2波長型伝送線路共振器の上記第1の伝送線路及び上記第2の伝送線路上のそれぞれの位置であって、共振条件下において0電位となる上記第3の伝送線路の仮想接地点からそれぞれ同一の距離だけ離れた位置に結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記2個以上の1/2波長型伝送線路共振器のうちの他の1つの1/2波長型伝送線路共振器の上記第1又は第2の伝送線路に結合された出力端子とを備える合成器。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1の伝送線路及び該第2の伝送線路を接続した第3の伝送線路とを有し、それぞれの上記第3の伝送線路が所定の距離だけ離間して配置されることで結合した2個の1/2波長型伝送線路共振器からなる帯域通過フィルタと、
上記帯域通過フィルタのうちの1つの1/2波長型伝送線路共振器の第1の伝送線路及び第2の伝送線路上のそれぞれの位置であって、共振条件下において0電位となる上記第3の伝送線路の仮想接地点からそれぞれ同一の距離だけ離れた位置に結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記2個の1/2波長型伝送線路共振器のうちの他の1つの1/2波長型伝送線路共振器の第1の伝送線路及び第2の伝送線路上のそれぞれの位置であって、共振条件下において0電位となる上記第3の伝送線路の仮想接地点からそれぞれ同一の距離だけ離れた位置に結合された第1の出力端子及び第2の出力端子とを備えるバランス型帯域通過フィルタ。 - 環状に形成され、1/2波長未満の第1の伝送線路及び第2の伝送線路と、両端に、該第1及び第2の伝送線路を接続した第3の伝送線路とを有する、1個の1/2波長型伝送線路共振器、又は、2個以上の直列接続された1/2波長型伝送線路共振器と、
上記第1の伝送線路に接続された入力端子と、
上記第2の伝送線路に接続された出力端子とを備える低域通過フィルタ。
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