JPWO2015087894A1 - 周波数可変フィルタ - Google Patents

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Abstract

周波数可変フィルタ（１０）は、直列腕共振回路（２１）と並列腕共振回路（２２）を備える。直列腕共振回路（２１）と並列腕共振回路（２２）は、それぞれに圧電共振子、インダクタ、および可変キャパシタを備える。周波数可変フィルタ（１０）の通過帯域（ＢＷｐａｓｓ）は、直列腕共振回路（２１）の共振点（ｆｓｒ）と並列腕共振回路（２２）の副反共振点（ｆｐａＣＯ）によって形成される。通過帯域（ＢＷｐａｓｓ）の高周波数側の減衰極（ｆａｐＨ）は、直列腕共振回路（２１）の反共振点（ｆｓａ）と並列腕共振回路（２２）の共振点（ｆｐｒ）によって形成される。

Description

本発明は、圧電共振子を利用した周波数可変フィルタに関する。
従来、共振点と反共振点を有する圧電共振子を用いた高周波フィルタが各種考案されている。このような圧電共振子を有する高周波フィルタとして、フィルタ特性を調整可能な周波数可変フィルタが各種考案されている。なお、フィルタ特性とは、例えば通過特性や減衰特性、挿入損失等である。
特許文献１，２に記載の周波数可変フィルタは、圧電共振子に対して可変キャパシタを直列接続や並列接続した共振回路を有する。特許文献１，２では、２つの高周波入出力端子間に直列接続された直列腕共振回路と、当該直列腕共振回路と高周波入出力端子とを接続する伝送ラインとグランドとの間に接続された並列腕共振回路とを備える。
特許文献１，２に記載の周波数可変フィルタでは、直列腕共振回路の共振点および反共振点と、並列腕共振回路の共振点および反共振点とを適宜組み合わせることで、周波数可変フィルタとしての通過周波数帯域および減衰極の周波数を設定している。
図１０は、従来の周波数可変フィルタの通過帯域および減衰極の設定原理を示す図である。図１０において、横軸は周波数であり、縦軸は挿入損失およびインピーダンスである。実線は、周波数可変フィルタの通過特性（挿入損失の周波数特性）ＦＣを示し、破線は並列腕共振回路のインピーダンス特性（インピーダンスの周波数特性）ＩＣｒｐを示し、一点鎖線は直列腕共振回路のインピーダンス特性ＩＣｒｓを示す。
図１０に示すように、圧電共振子を用いているので、直列腕共振回路の共振点ｆｓｒは反共振点ｆｓａよりも低く、並列腕共振回路の共振点ｆｐｒは反共振点ｆｐａよりも低い。
そして、直列腕共振回路においては、共振点ｆｓｒ付近で、２つの高周波入出力端子間での伝送損失が低く、反共振点ｆｓａ付近で、２つの高周波入出力端子間での伝送損失が高くなる。一方、並列腕共振回路においては、共振点ｆｐｒ付近で、２つの高周波入出力端子間での伝送損失が高く、反共振点ｆｐａ付近で、２つの高周波入出力端子間での伝送損失が低くなる。
この特性を利用して、直列腕共振回路の共振点ｆｓｒと、並列腕共振回路の反共振点ｆｐａとを一致もしくは近接させ、周波数可変フィルタの通過帯域ＢＷｐａｓｓを形成する。また、直列腕共振回路の反共振点ｆｓａによって、周波数可変フィルタの通過帯域ＢＷｐａｓｓに対する高周波数側の減衰極ｆａｐＨを形成する。さらに、並列腕共振回路の共振点ｆｐｒによって、周波数可変フィルタの通過帯域ＢＷｐａｓｓに対する低周波数側の減衰極ｆａｐＬを形成する。
ここで、直列腕共振回路および並列腕共振回路の圧電共振子に直列接続または並列接続された可変キャパシタのキャパシタンスを変化させることで、直列腕共振回路の共振点ｆｓｒ、反共振点ｆｓａ、および、並列腕共振回路の共振点ｆｐｒ、反共振点ｆｐａは調整が可能である。したがって、従来の周波数可変フィルタでは、直列腕共振回路および並列腕共振回路の可変キャパシタのキャパシタンスを変化させることで、周波数可変フィルタの通過帯域ＢＷｐａｓｓおよび減衰極ｆａｐＨ，ｆａｐＨを調整している。
特開２００９−１３０８３１号公報 特許第４０５３５０４号明細書
しかしながら、上述のような回路構成からなる周波数可変フィルタでは、周波数可変幅は、直列腕共振回路および並列腕共振回路の共振点および反共振点の可変幅と略同じである。したがって、周波数可変フィルタにおける周波数可変幅を大きくしようとすると、可変キャパシタのキャパシタンスの可変幅を大きくしなければならない。
可変キャパシタのＱは、圧電共振子のＱと比較して低く、キャパシタンスの可変幅が大きくなるほど、Ｑはさらに劣化してしまう。このため、周波数可変フィルタとしての通過特性および減衰特性は、圧電共振子のみを用いたフィルタと比較して劣化してしまう。特に、周波数可変幅が大きくなるほど、通過特性および減衰特性がより大きく劣化してしまう。
本発明の目的は、通過特性および減衰特性の劣化を抑制した周波数可変フィルタを提供することにある。
この発明の周波数可変フィルタは、次の構成を備えることを特徴としている。直列腕共振回路と並列腕共振回路を備える。直列腕共振回路は、第１入出力端子と第２入出力端子との間に接続されている。並列腕共振回路は、第１入出力端子と第２入出力端子のいずれかと直列腕共振回路とを接続する伝送ラインとグランドとの間に接続されている。周波数可変フィルタは、通過帯域および減衰域を調整可能なフィルタである。直列腕共振回路と並列腕共振回路とは、圧電共振子と、該圧電共振子に直列接続または並列接続されるインダクタと、圧電共振子に直列接続または並列接続される可変キャパシタと、を備える。周波数可変フィルタは、当該周波数可変フィルタがフィルタ処理する複数の通信バンドの内の少なくとも１つの通信バンドに対して、直列腕共振回路の副共振点または副反共振点、もしくは、並列腕共振回路の副共振点または副反共振点の少なくとも１つを用いて、通過帯域および減衰域を調整する。
この構成では、共振点と反共振点だけでなく、反共振点よりも高周波数側に現れる副共振点、または共振点よりも低周波数側に現れる副反共振点も、通過帯域および減衰域の設定に利用できる。したがって、共振点および反共振点の可変周波数幅を狭くしても、周波数可変フィルタとしてフィルタ処理する複数の通信バンドに対する通過帯域および減衰域の設定を行うことができる。そして、共振点および反共振点の可変周波数幅が狭くなることで、各共振回路のＱが改善され、通過特性および減衰特性が向上する。
また、この発明の周波数可変フィルタは、次の構成とすることができる。この周波数可変フィルタの並列腕共振回路は、該並列腕共振回路の圧電共振子に並列接続するインダクタを備え、並列腕共振回路の共振点よりも低周波数側に副反共振点を発生させる。そして、この副反共振点を用いて、周波数可変フィルタの通過帯域を設定する。
より具体的な一態様としては、次の構成であることが好ましい。
周波数可変フィルタは、並列腕共振回路の副反共振点と直列腕共振回路の共振点とを近接させることで、通過帯域を設定する。周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の反共振点と並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、通過帯域の高周波数側の減衰域を設定する。
この構成では、並列腕共振回路の副反共振点を用いることで、並列腕共振回路の反共振点の周波数可変幅が小さくても、通過帯域の周波数可変幅を大きく取ることができる。
また、この発明の周波数可変フィルタは、次の構成とすることができる。この周波数可変フィルタの直列腕共振回路は、該直列腕共振回路の圧電共振子に直列接続するインダクタを備え、直列腕共振回路の反共振点よりも高周波数側に副共振を発生させる。そして、この副共振点を用いて通過帯域を設定する。
より具体的な一態様としては、次の構成であることが好ましい。
周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の副共振点と並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、通過帯域を設定する。周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の反共振点と並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、通過帯域の低域側の減衰域を設定する。
この構成では、直列腕共振回路の副共振点を用いることで、直列腕共振回路の共振点の周波数可変幅が小さくても、通過帯域の周波数可変幅を大きく取ることができる。
また、この発明の周波数可変フィルタは、次の構成とすることができる。この周波数可変フィルタの直列腕共振回路は、該直列腕共振回路の圧電共振子に並列接続するインダクタを備え、直列腕共振回路の共振点よりも低周波数側に副反共振点を発生させる。そして、この副反共振点を用いて減衰域を設定する。
より具体的な一態様としては、次の構成であることが好ましい。
周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の共振点と並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、通過帯域を設定する。周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の副反共振点と並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、通過帯域の低周波数側の減衰域を設定する。
この構成では、直列腕共振回路の副反共振点を用いることで、直列腕共振回路の反共振点の周波数可変幅が小さくても、減衰域の周波数可変幅を大きく取ることができる。
また、この発明の周波数可変フィルタは、次の構成とすることができる。この周波数可変フィルタの並列腕共振回路は、該並列腕共振回路の圧電共振子に直列接続するインダクタを備え、並列腕共振回路の反共振点よりも高周波数側に副共振を発生させる。そして、この副共振点を用いて減衰域を設定する。
より具体的な一態様としては、次の構成であることが好ましい。
周波数可変フィルタは、直列腕共振回路の共振点と並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、通過帯域を設定する。並列腕共振回路の副共振点を用いて通過帯域の高周波数側の減衰域を設定する。
この構成では、並列腕共振回路の副共振点を用いることで、並列腕共振回路の共振点の周波数可変幅が小さくても、減衰域の周波数可変幅を大きく取ることができる。
このようないずれの態様であっても、直列腕共振回路または並列腕共振回路の可変キャパシタのキャパシタンス可変範囲を大きくせずに、通過帯域の可変範囲を広くすることができる。
この発明によれば、優れた通過特性および減衰特性を有する周波数可変フィルタを実現することができる。
本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの回路図である。 本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第１設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第２設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第３設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第４設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 複数の通信バンドで利用する場合の第１の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 複数の通信バンドで利用する場合の第２の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 複数の通信バンドで利用する場合の第３の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。 本発明の実施形態に係る共振回路の回路構成例を示す図である。 従来の周波数可変フィルタの通過帯域および減衰極の設定原理を示す図である。
本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの回路図である。
図１に示すように、周波数可変フィルタ１０は、直列腕共振回路２１、および並列腕共振回路２２を備える。
直列腕共振回路２１は、第１入出力端子Ｐ１と第２入出力端子Ｐ２との間に接続されている。すなわち、直列腕共振回路２１は、高周波信号の伝送ラインに対してシリーズ接続されている。並列腕共振回路２２は、直列腕共振回路２１と第２入出力端子Ｐ２とを接続する伝送ラインとグランドとの間に接続されている。すなわち、並列腕共振回路２２は、伝送ラインに対してシャント接続されている。
直列腕共振回路２１は、圧電共振子２１１、インダクタ２１２，２１３、可変キャパシタ２１４，２１５を備える。圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および、可変キャパシタ２１５は、第１入出力端子Ｐ１と第２入出力端子Ｐ２との間に直列接続されている。この際、第１入出力端子Ｐ１側から、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、可変キャパシタ２１５の順で接続されている。インダクタ２１２は、圧電共振子２１１に並列接続されている。可変キャパシタ２１４は、圧電共振子２１１とインダクタ２１３の直列回路に対して、並列接続されている。
並列腕共振回路２２は、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、可変キャパシタ２２４，２２５を備える。圧電共振子２２１、インダクタ２２３、および可変キャパシタ２２５は、伝送ラインとグランドとの間に直列接続されている。この際、グランド側から、圧電共振子２２１、インダクタ２２３、可変キャパシタ２２５の順に接続されている。インダクタ２２２は、圧電共振子２２１に並列接続されている。可変キャパシタ２２４は、圧電共振子２２１とインダクタ２２３の直列回路に対して、並列接続されている。
圧電共振子２１１，２２１は、ＳＡＷ共振子やＢＡＷ共振子によって実現される。例えば、ＳＡＷ共振子の場合には、所定カット（例えば、Ｙカット）がなされたニオブ酸リチウム基板の表面に、櫛形電極を形成することにより実現される。
インダクタ２１２，２１３，２２１，２２３は、例えば、圧電共振子２１１，２２１を実装する実装基板に形成した電極パターンや、実装基板の表面に実装したチップ部品によって実現される。可変キャパシタ２１４，２１５，２２４，２２５は、例えば、圧電共振子２１１，２２１を実装する実装基板の表面に実装したチップ部品によって実現される。
直列腕共振回路２１において、インダクタ２１２，２１３は、所謂、伸長のインダクタと呼ばれるものである。インダクタ２１２を備えることで、圧電共振子２１１とインダクタ２１２からなる回路の反共振点の周波数は、圧電共振子２１１の反共振点の周波数よりも高くなる。インダクタ２１３を備えることで、圧電共振子２１１、インダクタ２１２、およびインダクタ２１３からなる回路の共振点の周波数は、圧電共振子２１１およびインダクタ２１２からなる回路の共振点の周波数よりも低くなる。このようなインダクタ２１２，２１３を備えることで、共振点および反共振点の周波数可変範囲を広くすることができる。
直列腕共振回路２１では、可変キャパシタ２１４を備えることで、圧電共振子２１１、インダクタ２１２，２１３、および可変キャパシタ２１４からなる回路の反共振点は、圧電共振子２１１とインダクタ２１２，２１３からなる回路の反共振点よりも周波数が低く、圧電共振子２１１とインダクタ２１２，２１３からなる回路の共振点よりも周波数が高くなる。この際、可変キャパシタ２１４のキャパシタンスを変化させることで、この周波数範囲内で、共振点の周波数を調整することができる。すなわち、直列腕共振回路２１の反共振点の周波数ｆｓａを調整することできる。
直列腕共振回路２１では、可変キャパシタ２１５を備えることで、圧電共振子２１１、インダクタ２１２，２１３、および可変キャパシタ２１４，２１５からなる回路、すなわち直列腕共振回路２１の反共振点の周波数は、圧電共振子２１１、インダクタ２１２，２１３、および可変キャパシタ２１４からなる回路の共振点の周波数よりも高く、圧電共振子２１１、インダクタ２１２，２１３、および可変キャパシタ２１４からなる回路の反共振点の周波数よりも低くなる。この際、可変キャパシタ２１５のキャパシタンスを変化させることで、この周波数範囲内で、共振点の周波数を調整することができる。
さらに、直列腕共振回路２１は、圧電共振子２１１とともに、インダクタ２１２，２１３を備えることで、副共振点ｆｓｒＣＯおよび副反共振点ｆｓａＣＯが現れる。直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａに最も近い副共振点ｆｓｒＣＯは、反共振点ｆｓａよりも高周波数側に現れる。直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒおよび反共振点ｆｓａに最も近い副反共振点ｆｓａＣＯは、共振点ｆｓｒよりも低周波数側に現れる。
並列腕共振回路２２において、インダクタ２２２，２２３は、所謂、伸長のインダクタと呼ばれるものである。インダクタ２２２を備えることで、圧電共振子２２１とインダクタ２２２からなる回路の反共振点の周波数は、圧電共振子２２１の反共振点の周波数よりも高くなる。インダクタ２２３を備えることで、圧電共振子２２１、インダクタ２２２、およびインダクタ２２３からなる回路の共振点の周波数は、圧電共振子２２１およびインダクタ２２２からなる回路の共振点の周波数よりも低くなる。このようなインダクタ２２２，２２３を備えることで、共振点および反共振点の周波数可変範囲を広くすることができる。
並列腕共振回路２２では、可変キャパシタ２２４を備えることで、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４からなる回路の反共振点の周波数は、圧電共振子２２１とインダクタ２２２，２２３からなる回路の反共振点の周波数よりも低く、圧電共振子２２１とインダクタ２２２，２２３からなる回路の共振点の周波数よりも高くなる。この際、可変キャパシタ２２４のキャパシタンスを変化させることで、この周波数範囲内で、反共振点を調整することができる。すなわち、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを調整することできる。
並列腕共振回路２２では、可変キャパシタ２２５を備えることで、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４，２２５からなる回路、すなわち並列腕共振回路２２の共振点の周波数は、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４からなる回路の共振点の周波数よりも高く、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４からなる回路の反共振点の周波数よりも低くなる。この際、可変キャパシタ２１５のキャパシタンスを変化させることで、この周波数範囲内で、共振点の周波数ｆｐｒを調整することができる。
さらに、並列腕共振回路２２は、圧電共振子２２１とともに、インダクタ２２２，２２３を備えることで、副共振点ｆｐｒＣＯおよび副反共振点ｆｐａＣＯが現れる。並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒおよび反共振点ｆｐａに最も近い副共振点ｆｐｒＣＯは、反共振点ｆｐａよりも高周波数側に現れる。並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒおよび反共振点ｆｐａに最も近い副反共振点ｆｐａＣＯは、共振点ｆｐｒよりも低周波数側に現れる。
本実施形態の周波数可変フィルタ１０は、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯ、副反共振点ｆｓａＣＯ、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯまたは副反共振点ｆｐａＣＯの少なくとも１つを利用して、フィルタ特性を設定している。この際、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯおよび並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯは、通過帯域の設定に利用し、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯおよび並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯは減衰域の設定に利用する。
副共振点ｆｓｒＣＯ，ｆｐｒＣＯは、可変キャパシタのキャパシタンスにより、共振点ｆｓｒ，ｆｐｒと同じように、周波数をシフトすることができる。そして、副共振点ｆｓｒＣＯ，ｆｐｒＣＯは、反共振点ｆｓａ，ｆｐａを基準にして、共振点ｆｓｒ，ｆｐｒと反対側の高い周波数帯域側に現れる。
同様に、副反共振点ｆｓａＣＯ，ｆｐａＣＯも、可変キャパシタのキャパシタンスにより、反共振点ｆｓａ，ｆｐａと同じように、周波数をシフトすることができる。そして、副反共振点ｆｓａＣＯ，ｆｐａＣＯは、共振点ｆｓｒ，ｆｐｒを基準にして、反共振点ｆｓａ，ｆｐａと反対側の低い周波数帯域側に現れる。
したがって、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯ、副反共振点ｆｓａＣＯ、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯまたは副反共振点ｆｐａＣＯの少なくとも１つを利用することで、共振点ｆｓｒ，ｆｐｒと反共振点ｆｓａ，ｆｐａのみで設定するよりも、広い周波数範囲でフィルタ特性を可変することができる。
言い換えれば、従来の共振点ｆｓｒ，ｆｐｒと反共振点ｆｓａ，ｆｐａの可変のみによって対応した複数の通信バンドに対しても、共振点ｆｓｒ，ｆｐｒと反共振点ｆｓａ，ｆｐａの周波数可変範囲を従来構成のように広げることなく対応することができる。これにより、可変キャパシタのキャパシタンス可変範囲を狭くすることができ、直列腕共振回路２１や並列腕共振回路２２のＱを改善でき、周波数可変フィルタ１０の通過特性および減衰特性を向上させることができる。
次に、具体的な設定態様を、図を参照して説明する。なお、以下の各設定態様を説明する特性図では、横軸は周波数であり、縦軸は挿入損失およびインピーダンスである。実線は、周波数可変フィルタの通過特性（挿入損失の周波数特性）ＦＣを示し、破線は並列腕共振回路のインピーダンス特性（インピーダンスの周波数特性）ＩＣｒｐを示し、一点鎖線は直列腕共振回路のインピーダンス特性ＩＣｒｓを示す。ｆｓｒは直列腕共振回路の共振点（共振周波数）、ｆｓａは直列腕共振回路の反共振点（反共振周波数）、ｆｐｒは並列腕共振回路の共振点（共振周波数）、ｆｐａは並列腕共振回路の反共振点（反共振周波数）である。ｆｓｒＣＯは、直列腕共振回路の副共振点（副共振周波数）、ｆｓａＣＯは、直列腕共振回路の副反共振点（副反共振周波数）である。ｆｐｒＣＯは、並列腕共振回路の副共振点（副共振周波数）、ｆｐａＣＯは、並列腕共振回路の副反共振点（副反共振周波数）である。
（第１設定態様）
図２は、本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第１設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第１設定態様では、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯを利用する。
図２に示すように、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯを、所定の周波数幅をもって近接させる。これにより、周波数可変フィルタ１０の通過帯域ＢＷｐａｓｓを形成する。さらに、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒの周波数と直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａの周波数を略一致させる。これにより、通過帯域ＢＷｐａｓｓの高周波数側の減衰極ｆａｐＨを形成する。
そして、このような直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯを近接させた状態、および、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒと直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａを略一致させた状態を維持して、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２の可変キャパシタを調整することで、通過帯域ＢＷｐａｓｓおよび減衰極ｆａｐＨの周波数、すなわち周波数可変フィルタの通過特性ＦＣを調整することができる。
また、このような構成を用いることで、通過帯域ＢＷｐａｓｓの高周波数側の減衰特性を特に急峻にすることができる。
なお、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰極ｆａｐＬは、例えば、直列腕共振回路２１の副反共振点（図示せず）、または、並列腕共振回路２２の共振点（図示せず）を用いることで形成できる。
（第２設定態様）
図３は、本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第２設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第２設定態様では、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯを利用する。
図３に示すように、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを所定の周波数幅をもって近接させる。これにより、周波数可変フィルタ１０の通過帯域ＢＷｐａｓｓを形成する。さらに、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒと直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａを略一致させる。これにより、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰極ｆａｐＬを形成する。
そして、このような直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを、近接させた状態、および、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒと直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａを略一致させた状態を維持して、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２の可変キャパシタを調整することで、通過帯域ＢＷｐａｓｓおよび減衰極ｆａｐＬ、すなわち周波数可変フィルタの通過特性ＦＣを調整することができる。
また、このような構成を用いることで、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰特性を特に急峻にすることができる。
なお、通過帯域ＢＷｐａｓｓの高周波数側の減衰極ｆａｐＨは、例えば、並列腕共振回路２２の副共振点（図示せず）を用いることで形成できる。
（第３設定態様）
図４は、本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第３設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第３設定態様では、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯを利用する。
図４に示すように、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを、所定の周波数幅をもって近接させる。これにより、周波数可変フィルタ１０の通過帯域ＢＷｐａｓｓを形成する。さらに、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒと直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯを略一致させる。これにより、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰極ｆａｐＬを形成する。
さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓの高周波数側の減衰極ｆａｐＨを形成する。
そして、このような直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを近接させた状態、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒと直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯを略一致させた状態を維持して、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２の可変キャパシタを調整することで、通過帯域ＢＷｐａｓｓおよび減衰極ｆａｐＬ，ｆａｐＨの周波数、すなわち周波数可変フィルタの通過特性ＦＣを調整することができる。
また、このような構成を用いることで、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰特性を特に急峻にすることができる。
（第４設定態様）
図５は、本発明の実施形態に係る周波数可変フィルタの第４設定態様を説明するための挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第４設定態様では、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯを利用する。
図５に示すように、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを近接もしくは略一致させる。これにより、周波数可変フィルタ１０の通過帯域ＢＷｐａｓｓを形成する。略一致させる態様を用いることで、通過帯域ＢＷｐａｓｓの幅を狭くし、さらに挿入損失を低減させることができる。さらに、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯにより、通過帯域ＢＷｐａｓｓの高周波数側の減衰極ｆａｐＨを形成する。
さらに、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓの低周波数側の減衰極ｆａｐＬを形成する。
そして、このような直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒと並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａを近接もしくは略一致させた状態を維持して、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２の可変キャパシタを調整することで、通過帯域ＢＷｐａｓｓおよび減衰極ｆａｐＬ，ｆａｐＨの周波数、すなわち周波数可変フィルタの通過特性ＦＣを調整することができる。
次に、複数の通信バンドで利用する場合の具体的な特性の設定例について説明する。なお、以下の各具体的な特性の設定例を説明する特性図では、横軸は周波数であり、縦軸は挿入損失およびインピーダンスである。また、実線は、第１通信バンドに対応する第１フィルタ処理を行う場合の特性を示し、破線は、第２通信バンドに対応する第２フィルタ処理を行う場合の特性を示し、一点鎖線は、第３通信バンドに対応する第３フィルタ処理を行う場合の特性を示す。また、各図において、（Ａ）は周波数可変フィルタの挿入損失特性（通過特性）を示し、（Ｂ）は直列腕共振回路のインピーダンス特性を示し、（Ｃ）は並列腕共振回路のインピーダンス特性を示す。
（第１実施例）
図６は、複数の通信バンドで利用する場合の第１の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第１通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＡと、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯＡによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＡを形成する。また、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯＡによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＡを形成する。さらに、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＡによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＡを形成する。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２２の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
第３通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＣと、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＣを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＣによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＣを形成する。さらに、直列腕共振回路２２の反共振点ｆｓａＣによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＣを形成する。
このような構成とすることで、異なる周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタを実現できる。この際、各通過帯域への調整は、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２に含まれる可変キャパシタのキャパシタンスのみで調整される。
そして、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣＯＡ、および、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯＡを用いることで、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＡ、および、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＡを用いる場合、すなわち、共振点と反共振点のみを用いる場合よりも所望のフィルタ特性を得るのに必要となるキャパシタンスの可変幅を小さくできたり、より広い通過帯域を持つフィルタ特性を実現できる。そして、キャパシタンスの可変幅を小さくできることにより、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２のＱを改善でき、周波数可変フィルタ１０の挿入損失の劣化を抑制することができる。
（第２実施例）
図７は、複数の通信バンドで利用する場合の第２の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第１通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＡと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＡによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＡを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＡによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＡを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＡによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＡを形成する。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２２の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
第３通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯＣと、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＣを形成する。また、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＣによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＣを形成する。さらに、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯＣによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＣを形成する。
このような構成とすることで、異なる周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタを実現できる。この際、各通過帯域への調整は、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２に含まれる可変キャパシタのキャパシタンスのみで調整される。
そして、直列腕共振回路２１の副共振点ｆｓｒＣＯＣ、および、並列腕共振回路２２の副共振点ｆｐｒＣＯＣを用いることで、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＣ、および、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＣを用いる場合、すなわち、共振点と反共振点のみを用いる場合よりもキャパシタンスの可変幅を小さくできたり、より広い通過帯域を持つフィルタ特性を実現できる。キャパシタンスの可変幅を小さくできることにより、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２のＱを改善でき、周波数可変フィルタ１０の挿入損失の劣化を抑制することができる。
（第３実施例）
図８は、複数の通信バンドで利用する場合の第３の具体的な実施例における挿入損失およびインピーダンスの特性図である。
第１通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＡと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＡによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＡを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＡと直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯＡを略一致させることによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＡを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＡによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＡを形成する。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２２の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
第３通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＣと、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＣを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＣによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＣを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＣによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＣを形成する。
このような構成とすることで、異なる周波数帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタを実現できる。この際、各通過帯域への調整は、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２に含まれる可変キャパシタのキャパシタンスのみで調整される。
そして、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯＡを用いることで、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＣＯＡのみを用いる場合、すなわち、共振点と反共振点のみを用いる場合よりもキャパシタンスの可変幅を小さくできたり、より広い通過帯域を持つフィルタ特性を実現できる。キャパシタンスの可変幅を小さくできることにより、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２のＱを改善でき、周波数可変フィルタ１０の挿入損失の劣化を抑制することができる。
さらに、第３実施例に示すように、反共振点とこれに対応する副反共振点を組み合わせて用いることで、さらに多様な通過特性および減衰特性を実現することができる。なお、共振点と副共振点を組み合わせても、同様に、さらに多様な通過特性および減衰特性を実現することができる。
なお、上述の直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２は、上述の構成に限ることなく、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す構成であってもよい。図９は、本発明の実施形態に係る共振回路の回路構成例を示す図である。なお、以下では、直列腕共振回路２１の派生例を示すが、並列腕共振回路２２についても同様の派生例を実現することができる。
図９（Ａ）に示す周波数可変共振回路２１Ａでは、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５は、直列接続されている。インダクタ２１２は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３の直列回路に並列接続されている。可変キャパシタ２１４は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５の直列回路に対して並列接続されている。
図９（Ｂ）に示す周波数可変共振回路２１Ｂでは、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５は、直列接続されている。インダクタ２１２は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３の直列回路に並列接続されている。インダクタ２１２は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３の直列回路に並列接続されている。可変キャパシタ２１４は、インダクタ２１２に並列接続されている。
図９（Ｃ）に示す周波数可変共振回路２１Ｃでは、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５は、直列接続されている。インダクタ２１２および可変キャパシタ２１４は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５の直列回路に対して並列接続されている。
なお、上述の各実施形態では、複数の通信バンドに対応する周波数可変型の帯域通過フィルタを形成する例を示したが、複数の通信バンドに対応する周波数可変型の低域通過フィルタや高域通過フィルタに適用することもできる。
１０：周波数可変フィルタ
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ：直列腕共振回路
２２：並列腕共振回路
２１１，２２１：圧電共振子
２１２，２１３，２２２，２２３：インダクタ（伸長のインダクタ）
２１４，２１５，２２４，２２５：可変キャパシタ
インダクタ２１２，２１３，２２２，２２３は、例えば、圧電共振子２１１，２２１を実装する実装基板に形成した電極パターンや、実装基板の表面に実装したチップ部品によって実現される。可変キャパシタ２１４，２１５，２２４，２２５は、例えば、圧電共振子２１１，２２１を実装する実装基板の表面に実装したチップ部品によって実現される。
並列腕共振回路２２では、可変キャパシタ２２５を備えることで、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４，２２５からなる回路、すなわち並列腕共振回路２２の共振点の周波数は、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４からなる回路の共振点の周波数よりも高く、圧電共振子２２１、インダクタ２２２，２２３、および可変キャパシタ２２４からなる回路の反共振点の周波数よりも低くなる。この際、可変キャパシタ２２５のキャパシタンスを変化させることで、この周波数範囲内で、共振点の周波数ｆｐｒを調整することができる。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
第３通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＣと、並列腕共振回路２２の副反共振点ｆｐａＣによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＣを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＣによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＣを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＣによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＣを形成する。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
第２通信バンドを通過させるフィルタを形成する場合、直列腕共振回路２１の共振点ｆｓｒＢと、並列腕共振回路２２の反共振点ｆｐａＢによって、通過帯域ＢＷｐａｓｓＢを形成する。また、並列腕共振回路２２の共振点ｆｐｒＢによって、低周波数側の減衰極ｆａｐＬＢを形成する。さらに、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＢによって、高周波数側の減衰極ｆａｐＨＢを形成する。
そして、直列腕共振回路２１の副反共振点ｆｓａＣＯＡを用いることで、直列腕共振回路２１の反共振点ｆｓａＡのみを用いる場合、すなわち、共振点と反共振点のみを用いる場合よりもキャパシタンスの可変幅を小さくできたり、より広い通過帯域を持つフィルタ特性を実現できる。キャパシタンスの可変幅を小さくできることにより、直列腕共振回路２１および並列腕共振回路２２のＱを改善でき、周波数可変フィルタ１０の挿入損失の劣化を抑制することができる。
図９（Ｂ）に示す周波数可変共振回路２１Ｂでは、圧電共振子２１１、インダクタ２１３、および可変キャパシタ２１５は、直列接続されている。インダクタ２１２は、圧電共振子２１１、インダクタ２１３の直列回路に並列接続されている。可変キャパシタ２１４は、インダクタ２１２に並列接続されている。

Claims (9)

  1. 第１入出力端子と第２入出力端子との間に接続された直列腕共振回路と、
    前記第１入出力端子と前記第２入出力端子のいずれかと前記直列腕共振回路とを接続する伝送ラインとグランドとの間に接続された並列腕共振回路と、を備え、通過帯域および減衰域を調整可能な周波数可変フィルタであって、
    前記直列腕共振回路と前記並列腕共振回路とは、圧電共振子と、該圧電共振子に直列接続または並列接続されるインダクタと、前記圧電共振子に直列接続または並列接続される可変キャパシタと、を備え、
    前記直列腕共振回路の副共振点または副反共振点、もしくは、前記並列腕共振回路の副共振点または副反共振点の少なくとも１つを用いて、通過帯域または減衰域を調整する、周波数可変フィルタ。
  2. 前記並列腕共振回路は、該並列腕共振回路の圧電共振子に並列接続する前記インダクタを備え、前記並列腕共振回路の共振点よりも低周波数側に副反共振を発生させ、
    副反共振点を用いて、前記通過帯域を設定する、
    請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
  3. 前記並列腕共振回路の副反共振点と前記直列腕共振回路の共振点とを近接させることで、前記通過帯域を設定し、
    前記直列腕共振回路の反共振点と前記並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、前記通過帯域の高周波数側の前記減衰域を設定する、
    請求項２に記載の周波数可変フィルタ。
  4. 前記直列腕共振回路は、該直列腕共振回路の圧電共振子に直列接続する前記インダクタを備え、前記直列腕共振回路の反共振点よりも高周波数側に副共振を発生させ、
    副共振点を用いて前記通過帯域を設定する、
    請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
  5. 前記直列腕共振回路の副共振点と前記並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、前記通過帯域を設定し、
    前記直列腕共振回路の反共振点と前記並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、前記通過帯域の低域側の前記減衰域を設定する、
    請求項４に記載の周波数可変フィルタ。
  6. 前記直列腕共振回路は、該直列腕共振回路の圧電共振子に並列接続する前記インダクタを備え、前記直列腕共振回路の共振点よりも低周波数側に副反共振を発生させ、
    副反共振点を用いて前記減衰域を設定する、
    請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
  7. 前記直列腕共振回路の共振点と前記並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、前記通過帯域を設定し、
    前記直列腕共振回路の副反共振点と前記並列腕共振回路の共振点とを近接させることで、前記通過帯域の低周波数側の前記減衰域を設定する、
    請求項６に記載の周波数可変フィルタ。
  8. 前記並列腕共振回路は、該並列腕共振回路の圧電共振子に直列接続する前記インダクタを備え、前記並列腕共振回路の反共振点よりも高周波数側に副共振を発生させ、
    副共振点を用いて前記減衰域を設定する、
    請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
  9. 前記直列腕共振回路の共振点と前記並列腕共振回路の反共振点とを近接させることで、前記通過帯域を設定し、
    前記並列腕共振回路の副共振点を用いて前記通過帯域の高周波数側の前記減衰域を設定する、
    請求項８に記載の周波数可変フィルタ。
JP2015552473A 2013-12-13 2014-12-10 周波数可変フィルタ Active JP6308221B2 (ja)

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