KR100970417B1 - 가변 공진기, 가변 필터, 전기회로 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 엔.티.티.도코모
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Abstract

2개 이상의 스위치(903)이 접속된 환상 선로(902)와, N개(N≥3)의 가변 리액턴스 수단(102)을 포함하고, 각 스위치(903)는 그 일단이 환상 선로(902)에 각각 상한 부위에서 접속되고, 그 타단이 접지 도체에 접속되고, 접지 도체와 환상 선로(902)의 전기적 접속/비접속을 전환 가능하고, 각 가변 리액턴스 수단(102)은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, 각 가변 리액턴스 수단(102)이 환상 선로(902)에 분기회로로서, 환상 선로(902)의 둘레 방향을 따라 동일 전기길이 간격으로, 전기적으로 접속된 가변 공진기이다.
선로부, 접지 도체, 스위치, 리액턴스 수단, 공진 주파수, 가변 공진기. 가변 필터

Description

가변 공진기, 가변 필터, 전기회로 장치{VARIABLE RESONATOR, TUNABLE FILTER, AND ELECTRIC CIRCUIT DEVICE}
본 발명은 가변 공진기, 가변 필터 및 이것을 사용한 전기회로 장치에 관한 것이다.
고주파를 사용한 무선통신의 분야에서는, 수많은 신호 중에서 특정 주파수의 신호를 취출함으로써, 필요한 신호와 불필요한 신호를 분별하고 있다. 이 기능을 달성하는 회로는 필터라고 불리며, 많은 무선통신 장치에 탑재되어 있다.
일반적인 필터에서는, 필터의 특성을 나타내는 중심 주파수, 대역폭 등은 불변이다. 이러한 필터를 사용한 무선통신 장치를 여러 주파수 용도에 대응시키기 위하여, 중심 주파수와 대역폭의 조합이 상이한 필터를 복수개 준비하고, 주파수 용도에 따라 필터를 스위치 등으로 전환하는 바꾸는 방법이 용이하게 생각된다. 이 방법에서는, 원하는 중심 주파수와, 대역폭의 조합의 수만큼 필터가 필요하여, 회로 규모가 커진다. 이 때문에 장치가 대형화되어 버린다. 또, 미리 준비한 각 필터가 갖는 주파수 특성 이외의 주파수 특성에서 당해 필터를 동작시킬 수는 없다.
이 문제를 해결하기 위해서, 특허문헌 1에 개시되는 기술은, 필터를 구성하는 공진기에 압전체를 사용하여, 이 압전체에 외부로부터 바이어스 전압을 거는 것으로 압전체의 주파수 특성(공진 주파수)을 변경하여, 대역폭을 변경시키고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 제2004-007352
또, 비특허문헌 1에 개시되는 기술은 2개의 마이크로 스트립 선로(802)를 서로의 단부를 각각 대향시킴으로써 링 형상으로 배치하고, 대향하는 단부끼리를 PIN 다이오드(10a)로 접속한 공진기(도 48 참조)를 사용함으로써 필터의 중심 주파수를 가변으로 하고 있다.
비특허문헌 1: T, Scott Martin, Fuchen Wang and Kai Chang, "ELECTRONICALLY TUNABLE AND SWICHABLE FILTERS USING MICROSTRIP RING RESONATOR CIRCUITS", IEEE MTT-S Digest, 1988, pp803-806.
그렇지만, 상기 특허문헌 1에 개시되는 가변 필터는 사다리형 필터로서 대역폭을 갖게 하고 있는데, 압전체의 특성에 의한 제한 때문에 중심 주파수의 변화폭이 1%∼2%정도로 작다. 이 때문에, 대역폭의 변화량도 동일한 정도의 것으로 되어 있어, 대폭적인 대역폭의 변경이 가능하지 않다.
또, 상기 비특허문헌 1에 개시되는 필터는, 중심 주파수를 가변으로 하는 것이지만, 대역폭을 대폭적으로 가변할 수는 없다.
이러한 사정을 감안하여, 본 발명은, 대역폭을 대폭 변경할 수 있으면서 공진 주파수(필터의 경우에는 중심 주파수)를 대역폭의 변경과는 독립적으로 또한 자유롭게 변경하는 것이 가능한 가변 공진기, 가변 필터, 전기회로 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 가변 공진기는, 하나 또는 복수의 선로가 환상으로 구성된 선로부와, 접지 도체와, 적어도 2개의 스위치와, 리액턴스값을 변경할 수 있는, 적어도 3개의 가변 리액턴스 수단을 포함하고, 각 상기 스위치는 그 일단이 상기 선로부에 각각 상이한 부위에서 전기적으로 접속되고, 그 타단이 상기 접지 도체에 전기적으로 접속되고, 상기 접지 도체와 상기 선로부의 전기적 접속/비접속을 전환 가능하고, 각 상기 가변 리액턴스 수단이 공진 주파수에서의 전기 길이에 기초하는 소정 간격으로 상기 선로부에 전기적으로 접속되어 있다. 이하, 이 가변 공진기를 가변 공진기(X)라고 한다.
가변 공진기(X)에서는, 상기 선로부가 하나의 환상 선로이며, 상기 환상 선로의 둘레 방향을 따라, 1파장 또는 그 정수배가 상기 환상 선로의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서의 전기 길이에 기초하는 소정 간격이며, 각 상기 가변 리액턴스 수단이 분기회로로서 상기 환상 선로에 전기적으로 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이하, 이 가변 공진기를 가변 공진기(A)라고 한다.
가변 공진기(A)에서, 각 상기 가변 리액턴스 수단이, 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, 동일한 전기길이 간격으로 상기 환상 선로에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또, 가변 공진기(A)에서, M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M개이며, 각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, M/2-1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 환상 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 일주분의 전기길이의 절반의 위치(K2)까지의 사이를 시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고, M/2-1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 위치(K1)로부터 상기 위치(K2)까지의 사이를 반시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고, 2개의 상기 가변 리액턴스 수단이 상기 환상 선로의 상기 위치(K2)에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또, 가변 공진기(A)에서, M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M-1개이며, 상기 가변 리액턴스 수단 중 M-2개의 각 가변 리액턴스 수단(이하, 제 1 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은, 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고, 나머지 1개의 가변 리액턴스 수단(이하, 제 2 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각 상기 제 1 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값의 절반의 값으로 설정 가능하며, M/2-1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 환상 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 일주분의 전기길이의 절반의 위치(K2)까지의 사이를 시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고, M/2-1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 각각 상기 위치(K1)로부터 상기 위치(K2)까지의 사이를 반시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고, 상기 제 2 가변 리액턴스 수단이 상기 환상 선로의 상기 위치(K2)에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또, 가변 공진기(X)에서는, 상기 선로부가 적어도 3개의 선로로 구성되고, 각 상기 스위치는 그 일단이 상기 선로 중 어느 하나에 각각 상이한 부위에서 전기적으로 접속되고, 그 타단이 상기 접지 도체에 전기적으로 접속되어, 상기 접지 도체와 상기 선로의 전기적 접속/비접속을 전환할 수 있으며, 각 상기 선로는 1파장 또는 그 정수배가 각 상기 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에서 소정의 전기길이를 가지고, 각 상기 선로 사이에, 적어도 1개의 상기 가변 리액턴스 수단을 직렬로 전기적 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이하, 이 가변 공진기를 가변 공진기(B)라고 한다.
가변 공진기(B)에서, N을 3 이상의 정수로 하여, 상기 선로의 총수는 N개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 N개이며, 각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고, 각 상기 선로는 동일한 전기길이를 가지며, 각 상기 선로 사이에, 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또, 가변 공진기(B)에서, M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 선로의 총수는 M- 1개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M개이며, 각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고, i를 1≤i<M/2를 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 M/2 선로와 상기 제 M/2+1 선로 사이에 직렬접속의 2개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고, i를 M/2+1≤i<M-1을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 M-1 선로와 상기 제 1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 1 선로상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 2 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 1≤i≤M/2의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일하고, 상기 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 M-1 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 M/2+1≤i≤M-1의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일한 구성으로 할 수 있다.
또, 가변 공진기(B)에서, M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 선로의 총수는 M-1개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M-1개이며, 상기 가변 리액턴스 수단 중 M-2개의 각 가변 리액턴스 수단(이하, 제 1 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고, 나머지 1개의 가변 리액턴스 수단(이하, 제 2 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각 상기 제 1 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값의 2배의 값으로 설정 가능하고, i를 1≤i<M/2를 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 M/2 선로와 상기 제 M/2+1 선로 사이에 상기 제 2 가변 리 액턴스 수단이 접속되고, i를 M/2+1≤i<M-1을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 M-1 선로와 상기 제 1 선로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되고, 상기 제 1 선로상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 2 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 1≤i≤M/2의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일하고, 상기 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 M-1 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 M/2+1≤i≤M-1의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일한 구성으로 할 수 있다.
이상에 기술한 각 구성에서는, 도통 상태(ON 상태)로 하는 스위치를 변경함으로써, 공진 주파수를 사이에 두는 대역폭을 크게 변경하는 것이 가능하며, 또한, 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값을 변화시킴으로써 대역폭과는 독립적으로 공진 주파수가 변화되는 것으로 되어 있다.
상기의 가변 공진기(X, A, B)에서는, 각 상기 스위치 중 어느 하나에 의해, 상기 접지 도체와 상기 환상 선로가 전기적으로 접속된다.
본 발명의 가변 필터는 적어도 1개의 가변 공진기(X)와, 전송 선로를 포함하고, 이 가변 공진기와 상기 전송 선로는 전기적으로 접속되어 있다.
상기의 가변 공진기(X)를 사용함으로써 신호의 통과 대역폭을 대폭 변경가능한 것이며, 또한, 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값을 변화시킴으로써 대역폭과는 독립적으로 공진 주파수가 변화되는 것으로 되어 있다.
이 가변 필터에서는, 상기 가변 공진기를 적어도 2개 포함하고, 각 상기 가 변 공진기는 분기회로로서 동일한 결합부위에서 스위치(이하, 제 2 스위치라고 한다.)를 통하여 상기 전송 선로에 접속되고, 선택된 상기 제 2 스위치에 의해, 각 가변 공진기의 전부 또는 일부와 상기 전송 선로가 전기적으로 접속되는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 전기회로 장치는, 적어도 1개의 가변 공진기(X)와, 굴곡부를 갖는 전송 선로(T)를 포함하고, 상기 전송 선로(T)의 굴곡부와 상기 가변 공진기가 전기적으로 접속되어 있다.
이 전기회로 장치에서는, 상기 전송 선로(T)의 굴곡부와 상기 가변 공진기가 전기적으로 접속된 부위 및 그 근방에서의 상기 가변 공진기는 상기 전송 선로(T)와 평행하지 않은 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값을 변화시킴으로써, 공진 주파수(필터에서는 중심 주파수)를 대역폭의 변경과는 독립적으로 또한 자유롭게 변화시키는 것이 가능하며, 복수의 스위치 중에서 온 상태(전기적으로 접속된 상태)로 하는 스위치를 선택함으로써 그 공진 주파수(필터에서는 중심 주파수)를 일정하게 유지한 채 대역폭을 자유롭게 변화시키는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 가변 공진기에서는, 그 공진 주파수에서의 신호의 손실은 주로 가변 공진기를 구성하는 도체 선로와 가변 리액턴스 수단의 기생 저항에 의해 지배되어, 스위치 등에 의한 삽입 손실의 영향이 작다. 이 때문에, 손실이 큰 스위치 등을 가변 공진기에 사용하여 가변 필터를 구성해도, 신호의 통과대역의 손실 을 억제하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 전기회로 장치에서는, 본 발명의 가변 공진기를 사용함으로써 공진 주파수를 사이에 두는 대역폭을 크게 변경할 수 있는 것으로 되어 있는 것과 아울러, 가변 공진기를 결합한 것에 의한 삽입 손실을 억제할 수 있다.
도 1에, 마이크로 스트립 선로 구조로서 구성한 경우의 본 발명의 1실시형태인 가변 공진기(100a)를 도시한다. 가변 공진기(100a)는 폐로인 환상의 선로체(101) 및 N개(N은 N≥3을 충족시키는 정수)의 가변 리액턴스 수단(102)으로 구성된다. 도 1에서는, N=3인 경우의 가변 공진기(100a)를 예시하고 있다. 환상 선로체(101)로서, 출원된 미공개의 일본 특허출원(출원번호: 2006-244707)에 개시되는 가변 공진기(900)를 채용할 수 있다. 그래서, 먼저 가변 공진기(900)의 개요를 설명하고, 이어서 가변 리액턴스 수단(102)에 대하여 설명을 행한다.
[환상 선로체]
가변 공진기(900)의 2개의 구체적 형태로서, 가변 공진기(900a)를 도 47a에, 가변 공진기(900b)를 도 47b에 예시한다. 이하, 가변 공진기(900a) 및 가변 공진기(900b) 중 어느 하나이면 되는 경우에는, 부호 900을 할당하여 가변 공진기(900)라고 하기로 한다. 여기에서는, 마이크로 스트립 선로 구조로서 구성한 경우의 가변 공진기(900)에 대하여 설명한다.
가변 공진기(900)는 도체 선로(902)(이하, 단지 「선로」, 「환상 선로」라고도 한다.) 및 2개 이상의 스위치(903)로 이루어진다. 선로(902)는 유전체 기 판(905)의 일방의 면 상에 금속 등 도전체로 형성된다. 유전체 기판(905)은 선로(902)가 설치되는 면과는 반대측의 면(이면이라고 하기로 한다.)에 접지 도체(904)가 금속 등 도전체로 형성된다. 각각의 스위치(903)는, 도 47c에 도시하는 바와 같이, 스위치(903)의 일단(931)이 선로(902)에 전기적으로 접속되어, 스위치(903)의 타단(932)이 유전체 기판(905) 이면의 접지 도체(904)에, 도전체(933) 및 비아 홀(906)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도전체(933)의 형상 등에는 전혀 한정은 없기 때문에, 도 47a 및 도 47b에서는 도전체(933)의 도시를 생략하고 있다. 각 스위치(903)의 배치는 각각 동일한 간격으로 하는 것에 한정되지 않고, 원하는 대역폭을 얻기 위해 임의로 설계할 수 있다. 또, 각 스위치(903)에 한하지 않으며 본 명세서에서 스위치라고 한다면, 접점형의 스위치에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 다이오드, 트랜지스터 등을 사용한, 회로망에 접점을 설치하지 않고 회로의 개폐 기능을 갖는 소위 스위칭 소자(switching element)라고 할 수도 있다. 구체적인 예로서는 스위칭 다이오드 등을 들 수 있다.
선로(902)는 원하는 공진 주파수에서 2π 즉 360° 위상변화 하는 길이, 즉 공진 주파수에서의 1파장 또는 그 정수배인 길이의 환상 선로이다. 도 47a, 도 47b에 도시하는 가변 공진기(900)에서는, 원형의 환상 선로로서 예시하고 있다. 또한, 여기에서의 환상이란 소위 단순 폐곡선이다. 즉, 선로(902)는 시점과 종점이 일치하고 또한 도중에 자기 자신과 교차하지 않는 선로이다.
여기에서 「길이」는 환상 선로의 둘레 길이이며, 선로 상의 어떤 위치로부터 일주하여 당해 위치로 되돌아올 때까지의 길이이다.
여기에서 「원하는 공진 주파수」는 일반적으로 공진기에 요구되는 성능의 1요소이며, 임의의 설계사항이다. 또한, 가변 공진기(900)는 교류회로에서 사용할 수 있고, 대상으로 하는 공진 주파수에 각별한 한정은 없지만, 예를 들면 공진 주파수를 100kHz 이상의 고주파수로 하는 경우에 유용하다.
또한, 본 발명에서는, 선로(902)는 균일한 특성 임피던스를 갖는 선로로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 「균일한 특성 임피던스를 가지는」이란 환상의 선로(902)를 둘레 방향의 따라 임의의 길이로 절단했을 때, 어느 절단편에서도 동일한 특성 임피던스인 것을 말한다. 엄밀하게 완전히 동일한 특성 임피던스로 하는 것은 필수적인 기술사항은 아니며, 실용상의 관점에서는 거의 동일한 특성 임피던스가 되도록, 선로(902)를 제작하면 충분하다. 선로(902)의 둘레 방향에 직교하는 방향을 선로(902)의 폭이라고 칭하면, 예를 들면 유전체 기판(905)의 비유전율이 균일할 경우에는, 어느 부분에서도 거의 동일한 폭의 선로(902)로 함으로써, 선로(902)는 균일한 특성 임피던스를 갖는다.
가변 공진기(900a)와 가변 공진기(900b)의 차이는 스위치(903)의 타단(932)이 선로(902)의 내측에 설치되었는지 외측에 설치되었는지에 있다. 가변 공진기(900a)는 스위치(903)의 타단(932)이 선로(902)의 외측에 설치되고, 가변 공진기(900b)는 스위치(903)의 타단(932)이 선로(902)의 내측에 설치되어 있다.
이하, 환상 선로체(101)를 가변 공진기(900)로서 설명을 행한다. 또, 도면이 번잡하게 되는 것을 피하기 위하여, 환상 선로체(101)를 도시할 때에는, 스위치(903)의 표시를 생략하는 경우가 있다.
[가변 리액턴스 수단]
임피던스(Z)를 Z=R+jX(j는 허수 단위)로 나타내면, 가변 리액턴스 수단(102)은 이상적으로는, 가변 리액턴스 수단 그 자체의 임피던스(ZL)에 대하여 R=0 또한 X를 변경가능한 가변 리액턴스 수단이다. 현실적으로는 R≠0이지만, 본 발명의 기본적인 원리에는 영향이 없다. 가변 리액턴스 수단(102)의 구체예로서는 가변 캐패시터, 가변 인덕터, 전송 선로 등의 회로 소자, 이들 중 동종의 것을 복수 조합시킨 회로, 이들 중 이종의 것을 복수 조합시킨 회로 등을 들 수 있다.
N개의 가변 리액턴스 수단(102)은 각각, 동일 또는 거의 동일한 리액턴스값을 취하는 것이 가능한 것일 필요가 있다. 여기에서, 「거의 동일한」 리액턴스값을 취할 수 있으면 좋고, 바꾸어 말하면, N개의 가변 리액턴스 수단(102)을 각각 완전하게 동일한 리액턴스값으로 하는 것을 설계조건으로서 엄격하게 요구하지 않는 것의 이유는, N개의 가변 리액턴스 수단(102) 각각의 리액턴스값이 완전하게 같지 않아도, 공진 주파수에 약간의 벗어남이 발생하여 일정하게는 되지 않지만(요컨대 원하는 공진 주파수를 유지할 수 없다.), 이 정도의 벗어남이면 대역폭에 흡수되므로, 실용상 아무런 문제가 발생하지 않는 것에 있다. 이하에서는, 이 의미를 포함한 기술사항으로서, N개의 가변 리액턴스 수단(102)은 각각 동일한 리액턴스값을 취하는 것이 가능한 것이라고 한다.
상기의 조건은 후술의 여러 가변 리액턴스 수단(102)에 공통된다. 이 조건 때문에, N개의 가변 리액턴스 수단(102)을 모두 동종의 것으로 하는 것이 바람직하 지만, 전술한 바와 같이 동일한 리액턴스값을 취한다고 하는 조건을 달성할 수 있는 것이라면 반드시 동종의 가변 리액턴스 수단일 필요는 없다. 여기에서는, 이 취지를 포함하는 것을 전제로, 가변 리액턴스 수단에 동일한 부호(102)를 할당하여 설명한다.
[가변 공진기]
N개의 가변 리액턴스 수단(102)은 각각, 선로(902)의 둘레 방향에 관하여, 1파장 또는 그 정수배가 선로(902)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서 동일 전기길이의 간격으로, 선로(902)에 전기적으로 분기회로로서 접속되어 있다. 실제의 설계에서는, 1파장 또는 그 정수배가 선로(902)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수를, 예를 들면 각 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있지 않은 가변 공진기(900)의 공진 주파수로 하면 된다. 유전체 기판(905)의 비유전율이 균일한 경우에는, 동일 전기길이 간격은 물리 길이가 동일한 간격에 일치한다. 이러한 경우이고 또한 선로(902)가 원형인 경우에서는, N개의 가변 리액턴스 수단(102)은 각각, 선로(902)의 중심(O)과 이웃하는 임의의 가변 리액턴스 수단(102)의 각 접속 위치가 이루는 중심각이 360°를 N으로 나눈 각도가 되는 간격으로 선로(902)에 접속되어 있다(도 1 참조). 도 1에 도시하는 예에서는, 각 가변 리액턴스 수단(102)의, 선로(902)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부는, 예를 들면 접지 도체(904)에 전기적으로 접속됨으로써 접지되어 있다. 단, 뒤에 설명하는 바와 같이 가변 리액턴스 수단(102)을 예를 들면 전송 선로를 사용하여 구성할 수 있기 때문에, 가변 리액턴스 수단(102)의, 선로(902)에 접속되어 있는 단부는 반대측의 단부를 접 지하는 것은 필수가 아니다.
또한, 스위치(903)는 원하는 대역폭을 얻을 수 있도록 선로(902)에 대한 접속위치가 설정된다. 따라서, 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있는 위치에 스위치(903)를 접속하는 것을 방해하는 것은 아니다.
도 2에, 가변 공진기(100a)란 상이한 마이크로 스트립 선로 구조로서 구성한 경우의 본 발명의 1실시형태인 가변 공진기(100b)를 도시한다. 가변 공진기(100b)는 가변 리액턴스 수단(102)의 선로(902)에 대한 접속 위치가 가변 공진기(100a)와 상이하다.
가변 공진기(100b)에서는, M개(M은 4 이상의 짝수이다.)의 가변 리액턴스 수단(102)이 선로(902)에 전기적으로 분기회로로서 접속되어 있다. 상세하게는, 1파장 또는 그 정수배가 선로(902)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서, M/2-1개의 가변 리액턴스 수단(102)이 각각, 선로(902) 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 선로(902)의 일주분의 전기길이의 절반의 위치(K2)까지, 시계방향으로 선로(902)의 둘레 방향을 따라 동일 전기길이의 간격으로 접속되어 있다. 단, 여기에서 동일 전기길이 간격이란 위치(K1) 및 위치(K2)에는 가변 리액턴스 수단(102)을 설치하지 않는다고 한 조건에서의 동일 전기길이 간격을 의미한다. 마찬가지로, 나머지 가변 리액턴스 수단(102) 중 M/2-1개의 가변 리액턴스 수단(102)이 각각, 위치(K1)로부터 위치(K2)까지, 반시계방향으로 선로(902)의 둘레 방향을 따라 동일 전기길이의 간격으로 접속되어 있다. 단, 여기에서의 동일 전기길이 간격도, 전술한 바와 같이, 위치(K1) 및 위치(K2)에는 가변 리액턴스 수단(102)을 설치하지 않는다고 한 조건에서의 동일 전기길이 간격을 의미한다. 그리고, 나머지 2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 위치(K2)에 접속되어 있다. 여기에서 「시계방향」 「반시계방향」이란 도면의 지면의 표면으로 본 경우의 둘레 방향을 말하는 것으로 한다(이하 동일). 가변 공진기(100a)와 마찬가지로, 실제의 설계에서는, 1파장 또는 그 정수배가 선로(902)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수를, 예를 들면 각 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있지 않은 가변 공진기(900)의 공진 주파수로 하면 된다.
유전체 기판(905)의 비유전율이 균일할 경우에는, 동일 전기길이 간격은 물리 길이의 동일 간격과 일치한다. 이러한 경우에서는, 선로(902) 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)(위치(K1)에 상당한다.)로부터 선로(902)의 둘레 방향을 따라 선로(902)의 둘레 길이(L)의 절반의 위치(위치(K2)에 상당한다.)까지, M/2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 각각, 위치(K)로부터 시계방향으로 선로(902)를 따라 (L/M)×m(m은 1≤m≤M/2을 충족시키는 정수)의 거리만큼 떨어진 위치에 접속되고, 마찬가지로, 위치(K)로부터 선로(902)의 둘레 방향을 따라 둘레 길이(L)의 절반의 위치(위치(K2)에 상당한다.)까지, 나머지 M/2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 각각, 위치(K)로부터 반시계방향으로 선로(902)를 따라 (L/M)×m(m은 1≤m≤M/2을 충족시키는 정수)의 거리만큼 떨어진 위치에 접속되어 있다. 즉, 위치(K)에는 가변 리액턴스 수단(102)은 접속되지 않고, 위치(K)로부터 시계방향 또는 반시계방향으로 선로(902)를 따라 (L/M)×M/2의 거리만큼 떨어진 위치에는 2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있다.
특히, 선로(902)가 원형인 경우에서는, M개의 가변 리액턴스 수단(102)이 선로(902)의 중심(O)에서 보아, 선로(902) 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)로부터 선로(902)의 경로를 따라 시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 m배만큼 떨어진 위치와, 위치(K)로부터 선로(902)의 경로를 따라 반시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 m배만큼 떨어진 위치에 접속하고 있다(도 2 참조). 이때, 위치(K)로부터 선로(902)의 경로를 따라 시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 M/2배만큼 떨어진 위치와, 선로(902)의 경로를 따라 반시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 M/2배만큼 떨어진 위치는 일치하며, 이 위치에 2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있다(M=4의 경우에 대하여, 도 2의 점선 포위부(α)를 참조). 도 2에 도시하는 예에서는, 각 가변 리액턴스 수단(102)의 선로(902)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부는, 예를 들면 접지 도체(904)에 전기적으로 접속됨으로써 접지되어 있다. 단, 가변 공진기(100a)의 경우와 마찬가지로, 가변 리액턴스 수단(102)을 예를 들면 전송 선로를 사용하여 구성할 수 있기 때문에, 가변 리액턴스 수단(102)의 선로(902)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부를 접지하는 것은 필수적이지 않다. 또, 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있는 위치에 스위치(903)를 접속하는 것을 방해하는 것은 아니다.
이들 M개의 가변 리액턴스 수단(102)은 모두 동일하거나 또는 거의 동일한 리액턴스값을 취하는 것이 가능한 것일 필요가 있다. 이 「거의 동일」의 의미에 대해서는, 전술한 바와 같다. 단, 2개의 가변 리액턴스 수단(102)이 접속되어 있는 위치(상기의 위치(K2)에 상당한다.), 예를 들면 도 2의, 점선 포위부(α)로 나 타낸 부분에 대해서는, 당해 위치에 전기적으로 접속하고 있는 2개의 가변 리액턴스 수단(102)을 1개의 가변 리액턴스 수단(102a)으로 치환한 구성으로 변경할 수 있다(예를 들면 도 2의 점선 포위부(β)를 참조). 이때, 이 1개의 가변 리액턴스 수단(102a)의 리액턴스값은 2개의 가변 리액턴스 수단(102)의 합성 리액턴스에 대응하기 때문에, 당해 위치 이외의 위치에 전기적으로 접속된 각 가변 리액턴스 수단(102)의 리액턴스값의 절반의 값으로 설정되는 것에 유의하지 않으면 안 된다. 이 경우, 당연하지만, 가변 리액턴스 수단(102)의 총수는 M-1개가 된다.
하기의 설명 및 각 도면에서는, 설명 및 도시의 편의로부터, 선로(902) 상에서 전기길이에 영향이 없는 경우, 즉 동일 전기길이 간격이 물리 길이의 동일 간격과 일치하는 경우로서 설명·도시한다. 또한, 도면으로부터 이해되는 기술적 특징은 물론, 하기 설명으로부터 밝혀지는 기술적 특징은 동일 전기길이 간격이 물리 길이의 동일 간격과 일치하는 경우에만 타당한 것이 아니라, 가변 리액턴스 수단(102)이 전기길이를 기준으로 한 상기의 접속위치의 경우에 타당하다.
상기의 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)에 대하여, 대역폭을 변화시키는 기구 및 공진 주파수를 변화시키는 기구를 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 도 3 내지 도 6에서는, 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)의 각각의 주파수 특성을 회로 시뮬레이션 결과로서 나타내므로, 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)를 전송 선로인 Port1-Port2로 나타내는 신호 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속한 것을 도시하고 있다. 입출력 선로(7)와 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)를 연결하는 선은 시뮬레이션 대상의 회로에서 입출력 선로(7)와 선 로(902)가 전기적으로 접속되어 있는 것을 나타내고 있다.
먼저, 대역폭을 변화시키는 기구에 대하여 설명한다.
상세에 대해서는 상기 일본 특허출원(출원번호: 2006-244707)으로 넘기지만, 환상 선로체(101), 즉 가변 공진기(900)는 도통 상태(이하, ON 상태라고도 한다.)에는 스위치(903)를 1개 선택함으로써 선로(902)의 둘레 길이가 1파장 또는 그 정수배에 상당하는 공진 주파수의 주위에 생기는 0점의 위치를 움직이는 것이 가능하다. 여기에서 0점은, 환상 선로체(101)에 입출력 선로(7)를 접속한 회로의 전달계수(Transmission Coefficient: 단위는 데시벨[dB])가 극소, 즉 삽입 손실이 극대가 되는 주파수이다. 이 0점의 위치에 의해 대역폭이 결정되기 때문에, 도통상태로 하는 스위치(903)의 선택에 따라, 환상 선로체(101)의 대역폭을 대폭적으로 변화시킬 수 있다.
또 환상 선로체(101)에서는, 환상 선로(902)의 채용에 의해, 1파장 또는 그 정수배가 환상 선로(902)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수의 신호가, 스위치(903)의 기생 저항 및 기생 리액턴스의 영향을 받지 않는다고 하는 특징을 갖는다. 이 때문에, 예를 들면 기생 저항을 갖는 스위치(903)를 설치한 가변 공진기(900)를 사용하여 대역 통과형 필터를 형성한 경우, 통과대역이 되는 공진 주파수에서, 대역 통과형 필터의 삽입 손실이 스위치(903) 저항의 영향을 받지 않기 때문에, 삽입 손실을 작게 할 수 있다.
다음에, 공진 주파수를 변화시키는 기구에 대하여 설명한다. 상세하게는, 공진 주파수를 환상 선로체(101)를 구성하는 가변 공진기(900)의 둘레 길이(L)에 의해 정해지는 공진 주파수 이외로 변경하는 기구에 대하여 설명한다.
상기 비특허문헌 1에 따르면, 둥근 환상의 선로(802)를 그 중심에 관하여 대칭인 2개소의 위치에서 절단하고, 각 절단 장소에 가변 리액턴스 수단 중 1개인 가변 캐패시터(10)를 삽입한 구성의 공진기(도 48 참조)로 함으로써, 가변 캐패시터(10)의 용량값에 따라, 공진기의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 그래서, 이 기술을, 대역폭을 대폭 변경할 수 있는 가변 공진기(900)에 적용함으로써 대역폭을 대폭 변경 가능하면서 공진 주파수를 대역폭의 변경과는 독립적이고 또한 자유롭게 변경할 수 있는 가변 공진기를 실현할 수 있을 것으로 생각된다. 그렇지만, 이 기술을, 대역폭을 대폭 변경할 수 있는 가변 공진기(900)에 적용해도, 대역폭을 대폭 변경할 수 있지만 공진 주파수를 대역폭의 변경과는 독립적이고 또한 자유롭게 변경할 수 있는 가변 공진기를 실현할 수 없다. 이것을 이 대역폭을 대폭 변경할 수 있는 가변 공진기(900)에 상기 기술을 적용한 가변 공진기(850)를 사용하여 설명한다(도 3 참조). 도 3에 도시하는 회로는 가변 공진기(850)를 전송 선로인 Port1-Port2로 나타내는 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속한 것이다.
도 4는, 도 3에 도시하는 가변 공진기(850)에 대하여, 원형으로 배치된 2개의 선로(852)의 합계 선로길이(L)를 5GHz에서의 1파장으로 하고, 선로(852)의 2개소의 접속 개소에 직렬로 삽입한 2개의 가변 캐패시터(10)의 용량을 모두 1pF로 한 경우에 있어서의, Port1부터 Port2로 전달하는 신호의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 선로(852)를 구성하는 도전체, 비아 홀(906)을 형성하는 도전체, 접지 도체(904)의 저항은 모두 0으로 했다. 또, 입출력 선로(7)의 포트 임피던스를 50Ω 으로 했다. 또한, 간편을 위해 스위치(903)는 모두 생략하고, 그 대신 접지하는 비아 홀(906)의 위치를 변경함으로써 도통시키는 스위치(903)의 선택을 모의했다.
도 4에서 10°의 표시로 지시된 굵은 선과 30°의 표시로 지시된 가는 선은 각각 도 3에 도시하는 바와 같이, 가변 공진기(850)와 입출력 선로(7)의 접속부위(G)에 대하여, 선로(852)의 중심(O)에 관하여 대칭인 위치(G')로부터 시계방향으로, 중심(O)에서 보아 10°의 위치(S1)(접속부위(G)로부터 반시계방향으로 선로(852)의 둘레 길이의 17/36의 위치)와, 마찬가지로 중심(O)에서 보아서 30°의 위치(S2)(접속부위(G)로부터 반시계방향으로 선로(852)의 둘레 길이의 5/12의 위치)를 비아 홀(906)을 통하여 접지한 경우의 주파수 특성을 나타내고 있다.
삽입된 2개의 가변 캐패시터(10)의 각 용량값을 어떤 값(이 예에서는 1pF)으로 설정하고, 도통상태로 하는 스위치(903)를 10°의 위치로 하여 중심 주파수 5.0GHz와 어떤 대역폭을 얻고 있는 상태에서, 공진 주파수를 바꾸지 않고 대역폭만을 변경하려고 하여, 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치를 10°에서 30°로 변경하면, 대역폭이 대폭 변화됨과 동시에 공진 주파수도 고주파측의 5.3GHz로 변화되어 버리는 것을 도 4로부터 알 수 있다. 즉, 가변 공진기(850)의 구성에서는, 공진 주파수 및 대역폭을 각각 가변 캐패시터(10), 스위치(903)에 의해 독립적으로 제어하는 것이 불가능하다. 이것은 가변 캐패시터(10)의 일단을 2개의 선로(852)를 일체로 형성한 환상의 선로에 접속하고, 가변 캐패시터(10)의 타단을 접지한 경우에서도 동일하다.
발명자들은 이상의 점으로부터, 대역폭을 대폭 변경 가능하면서 공진 주파수를 대역폭의 변경과는 독립적으로 또한 자유롭게 변경할 수 있는 가변 공진기를 실현하기 위해서는, 가변 리액턴스 수단(102)을 3개 이상 필요로 한다고 하는 착상을 얻었다. 그래서, 가변 리액턴스 수단(102)을 3개 이상 필요로 하는 것을 여러 개수의 가변 리액턴스 수단(102)를 선로(902)에 전기적으로 접속한 경우의 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)의 회로 시뮬레이션에 의한 주파수 특성을 나타내어 설명한다.
도 5a 내지 도 5f는 가변 공진기(100a)의 구성에서 가변 리액턴스 수단(102)으로서 가변 캐패시터를 36개(도 5a), 10개(도 5b), 4개(도 5c), 3개(도 5d), 2개(도 5e), 1개(도 5f) 사용한 경우의 회로 구성과 당해 회로 구성의 주파수 특성을 도시하고 있다.
회로 시뮬레이션에서의 가변 캐패시터의 배치 및 용량(C)은 도 5a 내지 도 5f에 도시하는 바와 같다. 스위치(903)에 관해서는, 간편하게 하기 위해 모두 생략하고, 그 대신 접지할 비아 홀(906)의 위치를 바꿈으로써 도통시키는 스위치(903)의 선택을 모의했다. 비아 홀(906)의 위치는, 도 3에 도시하는 경우와 마찬가지로, 가변 공진기(100a)와 입출력 선로(7)와의 접속부위(G)에 대하여, 선로(902)의 중심(O)에 관하여 대칭인 위치(G')로부터 시계방향으로, 중심(O)에서 보아 x°의 위치로 한다. 환상 선로(902)의 둘레 길이는 5GHz에서의 1파장으로 했다. 가변 공진기의 주파수 특성을 시뮬레이션하기 위하여, 가변 공진기를 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속하는 것으로 하고, 포트 임피던스, 입출력 선로(7)의 특성 임피던스, 환상 선로(902)의 특성 임피던스는 모두 50Ω으로 했다.
회로 시뮬레이션에서 나타내는 주파수 특성은 Port1로부터 입력한 신호가 Port2로 전달될 때의 신호의 전달계수이며, 이것을 dB 단위로 나타내고 있다. 공진 주파수는 가변 공진기의 임피던스가 무한대로 될 때의 주파수로 하고, 도 5a 내지 도 5f에 도시하는 주파수 특성에서는 삽입 손실이 극소가 될 때의 주파수이다. 도 5a 내지 도 5f에 도시하는 주파수 특성에서 삽입 손실이 극소가 되는 주파수가 복수 나타나는 경우가 있지만, 이때의 공진 주파수는 이하와 같이 정의한다.
『가변 캐패시터(10)의 용량값이 0pF일 때, 즉 가변 캐패시터(10)를 접속하고 있지 않을 때, 삽입 손실이 극소가 되는 주파수가 5.0GHz가 되도록 환상 선로(902)의 길이를 설정한다. 가변 캐패시터(10)의 용량값을 0pF부터 연속적으로 변화시켰을 때에, 용량값의 변화에 따라 삽입 손실이 극소가 되는 주파수가 5GHz부터 연속적으로 저주파측으로 변화된다. 이 연속적으로 변화된 삽입 손실이 극소가 되는 주파수를 여기에서 논하는 공진 주파수로 한다.』
도 5a 내지 도 5f로부터, 어느 가변 공진기(100a)에서도, 가변 캐패시터(10)의 용량을 증가한 경우, 공진 주파수가 저주파측으로 변화되고 있는 것을 알 수 있다. 도 5a 내지 도 5d로부터, 가변 리액턴스 수단인 가변 캐패시터(10)를 3개 이상 구비한 가변 공진기에서는, 각 가변 캐패시터(10)의 용량값을 임의로 고정한 상태에서 비아 홀(906)의 위치(접지하는 부위)를 변화시키면, 공진 주파수는 변화되지 않고, 그 주위에 있는 0점(전달계수 극소의 점)이 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이들 경우에서는 공진 주파수가 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치의 영향을 받고 있지 않다. 한편, 도 5e와 도 5f로부터, 가변 리액턴스 수단인 가변 캐패시터(10)를 2개 또는 1개만 구비한 가변 공진기(100a)에서는, 비아 홀(906)의 위치(접지하는 부위)가 이동함에 따라 공진 주파수가 변화되고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이것들의 경우에서는 공진 주파수가 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치에 의해 영향을 받고 있다. 이상으로부터, 가변 캐패시터(10), 즉 가변 리액턴스 수단을 3개 이상 구비하지 않으면, 공진 주파수는 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치에 의해 영향을 받아버리는 것을 알 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는, 가변 공진기(100b)의 구성에서 가변 리액턴스 수단(102)으로서 가변 캐패시터를 36개(도 6a), 6개(도 6b), 4개(도 6c) 사용한 경우의 회로 구성과 당해 회로 구성의 주파수 특성을 도시하고 있다.
입출력 포트, 입출력 선로 등의 부수되는 회로에 대해서는 도 5a 내지 도 5f에서 도시한 회로와 동일하며, 또 주파수 특성에 대해서도 도 5a 내지 도 5f의 경우 와 동일하게 Port1에서 Port2로 전달하는 신호의 전달계수이다. 각각의 회로 구성에 있어서, 점선(α)으로 둘러싼 2개의 가변 캐패시터(10)에 대해서는, 2배의 용량으로 설정 가능한 가변 캐패시터 1개로 치환해도 된다. 이 경우, 가변 캐패시터(10)의 개수는 도 6a 내지 도 6c에서 각각 35개, 5개, 3개로 된다.
도 6a 내지 도 6c으로부터 명확한 바와 같이, 가변 캐패시터(10)을 4개 이상,또는 3개 이상이고 그중 1개가 다른 가변 캐패시터(10)의 2배의 용량값인 경우, 공진 주파수는 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치에 의해 영향을 받지 않는다. 가변 캐패시터(10)의 개수가 2개 또는 1개인 경우에는, 도 5e와 도 5f에 도시한 경 우오 동일하며, 이들 경우에는 앞에서 기술한 바와 같이 공진 주파수는 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치에 의해 영향을 받는다.
이상으로부터, 가변 공진기(100a)와 가변 공진기(100b)에서, 공진 주파수가 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치의 변경에 의해 영향을 받지 않기 위해서는, 최저라도 3개의 가변 리액턴스 수단(102)이 필요하다라는 지견이 얻어진다. 또한, 이상의 설명에서는, 가변 공진기(100a), 가변 공진기(100b)의 환상 선로(902)의 특성 임피던스는 입출력, 선로, 입출력 포트와 동일한 50Ω으로 했지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니며, 요구되는 성능·특성 등에 따라 정하는 설계 패러미터이다.
이상의 설명에서는 가변 리액턴스 수단(102)을 대표하여 가변 캐패시터를 사용했지만, 가변 캐패시터 대신에 가변 인덕터, 전송 선로 등의 회로소자, 이들 중 동종의 것을 복수 조합한 회로, 이들 중 이종의 것을 복수 조합한 회로 등을 사용한 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.
도 7은 가변 공진기(100a)와 동류의 구조로서, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 가변 인덕터(11)를 사용한 경우의 가변 공진기(100c)를 도시하고 있다. 도 8은 가변 공진기(100b)와 동류의 구조로서, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 가변 인덕터(11)를 사용한 경우의 가변 공진기(100d)를 도시하고 있다. 각 도면에서는, 간결하게 도시하기 위하여, 스위치(903) 등은 도시하고 있지 않다. 도 8 중의, 점선으로 둘러싸인 가변 인덕터(11a)는 도 2에서 도시한, 점선(β)과 마찬가지로, 2개의 가변 인덕터(11)를 1개로 정리한 것으로, 다른 가변 인덕터(11)에 비해, 인덕터 값이 2분의 1로 설정된다. 가변 캐패시터(10)를 사용한 경우에 비해, 가변 인덕터를 사용하면, 공진 주파수는 고주파측으로 이동한다. 예를 들면, 도 9는 도 7에 도시한 가변 공진기(100c)의 주파수 특성을 도시하는데, 가변 인덕터의 인덕터값을 5nH로 설정함으로써, 공진 주파수가 0.34GHz 고주파측으로 이동하고, 인덕터값을 1nH로 설정함으로써 1.15GHz 고주파측으로 이동하고 있다.
도 10a는 가변 공진기(100a)와 동류의 구조로서, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 q개(q는 2 이상의 정수로 한다.)의 전송 선로를 사용한 경우의 가변 공진기(100e)를 도시하고 있다. 도면에서는, 간결하게 도시하기 위하여, 스위치(903) 등은 도시하고 있지 않다.
가변 공진기(100e)에서는, 가변 리액턴스 수단(102)을 q개의 특성 임피던스(Z)의 전송 선로(12)를 직렬로 접속 가능한 구성으로 하고 있다. 이 실시 구성에서는, q개의 전송 선로(121 내지 12q)와 q-1개의 스위치(142 내지 14q)가 번갈아 종렬로 배치된다. 즉, 전송 선로(121)의 일단은 선로(902)에 접속되고, 전송 선로(121)의 타단은 스위치(142)의 일단에 접속된다. 전송 선로(12q)의 일단은 스위치(14q)에 접속되고, 전송 선로(12q)의 타단은 개방으로 된다. 단, 전송 선로(12q)의 타단을 개방으로 하는 것은 필수적인 기술사항은 아니고, 예를 들면 접지하도록 해도 된다. 전송 선로(12x)의 일단은 스위치(14x)에 접속되고, 전송 선로(12)의 타단은 스위치(14x+1)에 접속된다. 단, x=2, 3, …, q-1이다. 이러한 실시 구성에서 는, 제 y의 대역폭에 대하여, 스위치(142 내지 14y)를 온 상태로 하고 스위치(14y+1)를 오프 상태로 하도록 설계할 수 있다. 또한, y=1의 경우에는, 스위치(142)를 오프 상태로 한다. 이것에 의해, 스위치(142 내지 14q)의 도통상태를 전화함으로써 전송 선로 길이가 바뀌기 때문에 q개의 리액턴스값을 설정할 수 있고, 결과적으로 q개의 공진 주파수를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 가변 리액턴스 수단(102)의 서셉턴스값이 0 내지 극소로 되는 경우를 배제하는 것은 아니므로, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 선로(902)와 전송 선로(121) 사이를 스위치(141)로 접속하여 양자 간의 도통/비도통의 선택을 가능하게 하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 가변 리액턴스 수단(102)을 구성하는 전송 선로의 개수는 1, 즉 q=1인 경우가 허용된다. 즉, 서셉턴스값이 제로인 경우와 비제로인 경우의 양자 선택의 가변 리액턴스 수단(102)이 된다. 또한, 임피던스(Z)를 Z=R+jX(j는 허수 단위)로 표시할 때, 서셉턴스(B)는 리액턴스(X)를 사용하여, B=1/X로 표시된다.
도 11a는 가변 공진기(100b)와 동류의 구조로서, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 q개(q는 2 이상의 정수로 한다.)의 전송 선로를 사용한 경우의 가변 공진기(100f)를 도시하고 있다.
가변 리액턴스 수단(102)의 구성은 도 10a에 도시하는 가변 공진기(100e)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 단, 도 11a에서 가변 리액턴스 수단(102a)은 구성 자체는 가변 리액턴스 수단(102)의 구성과 동일하지만, 개개의 전송 선로의 특성 임피던스를 Z/2로 한다. 물론, 가변 리액턴스 수단(102a)이 선로(902)에 접속하는 부위에, 가변 리액턴스 수단(102)을 2개 접속해도 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 가변 리액턴스 수단(102)의 서셉턴스 값이 0 내지 극소로 되는 경우를 배제하는 것은 아니므로, 도 11b에 도시하는 바와 같이 선로(902)와 전송 선로(121) 사이를 스위치(141)로 접속하여 양자 간의 도통/비도통의 선택을 가능하게 하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우도, 도 10b에 도시한 가변 공진기와 동일하며, 가변 리액턴스 수단(102)을 구성하는 전송 선로의 개수는 1, 즉 q=1의 경우가 허용된다. 즉, 서셉턴스값이 제로인 경우와 비제로인 경우의 양자 선택의 가변 리액턴스 수단(102)으로 된다.
도 12는 가변 공진기(100a)와 동류의 구조이며, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 q개(q는 2 이상의 정수로 한다.)의 전송 선로를 사용한 경우의 가변 공진기(100g)를 도시하고 있다.
가변 공진기(100g)에서는, 가변 리액턴스 수단(102)을 q개의 특성 임피던스(Z)의 전송 선로(12)를 선택가능한 구성으로 하고 있다. 이 실시 구성에서는, 각각 길이가 상이한 q개의 전송 선로(121 내지 12q)가 횡렬에 배치되어, 전환 스위치인 단극 q 쓰로우 스위치(throw switch)(71)의 단극측 일단은 선로(902)에 접속되고, 단극 q 쓰로우 스위치(71)의 q 쓰로우측 타단의 변환으로 q개의 전송 선로(121 내지 12q) 중 1개의 전송 선로를 선택한다. q개의 전송 선로(121 내지 12q)의 단극 q 쓰로우 스위치(71)에 접속하는 단부와는 반대측의 단부는 개방으로 한 다. 단, 각 타단을 개방으로 하는 것은 필수적인 기술사항은 아니고, 예를 들면 접지하도록 해도 된다. 이것에 의해, 단극 q 쓰로우 스위치(71)의 q 쓰로우측 타단의 접속처를 변환함으로써 q개의 리액턴스값이 얻어지고, 결과적으로 q개의 공진 주파수를 실현할 수 있다.
여기에서는, 가변 공진기(100a)를 전제로 하여 가변 공진기(100g)를 제시했지만, 가변 공진기(100b)를 전제로 하여 동일한 구성을 취할 수 있다.
도 13은 가변 공진기(100a)와 동류의 구조이며, 가변 리액턴스 수단(102)으로서 1개의 전송 선로를 사용한 경우의 가변 공진기(100h)를 도시하고 있다.
가변 공진기(100h)에서는, 가변 리액턴스 수단(102)을 1개의 특성 임피던스(Z)의 전송 선로(12)와 q-1개의 스위치(72)로 구성하고 있다. 이 실시구성에서는, 전송 선로(12)의 일단은 선로(902)에 전기적으로 접속되고, 그 타단은 접지된다. 전송 선로(12)에는, 전송 선로(12)를 따라, 그 양단부를 제외하고 q-1개의 스위치(72)가 접속되고, 각 스위치(72)의 전송 선로(12)에 접속되는 단부와는 반대측의 단부는 접지된다. q-1개의 스위치(72) 중 어느 1개의 스위치(72)를 ON 상태로 함으로써 실질적으로 전송 선로(12)의 전기적인 길이를 바꿀 수 있어, q-1개의 리액턴스값을 설정할 수 있다. 또한, q-1개의 스위치(72) 모두를 OFF 상태로 함으로써 1개의 리액턴스값을 설정할 수 있으므로, 전부 q개의 리액턴스값을 설정할 수 있고, 결과적으로 q개의 공진 주파수를 실현할 수 있다.
여기에서는, 가변 공진기(100a)를 전제로 하여 가변 공진기(100h)를 나타냈지만, 가변 공진기(100b)를 전제로 하여 동일한 구성을 취할 수 있다.
상기의 가변 공진기(100a) 및 그 동류 구조에서는, 입출력 선로(7)와 가변 공진기(100a)의 접속부, 즉 신호의 공급점이 공급점을 사이에 두는 2개의 가변 리액턴스 수단(102)의 중앙에 있었지만, 도 14에 도시하는 바와 같이 중앙으로부터 벗어난 위치를 신호의 공급점으로 해도 상관없다. 바꾸어 말하면, 환상 선로(902) 상의 임의의 위치를 공급점으로 설정해도 된다. 단, 각 스위치(903)의 위치에 대해서는, 설계사항으로서, 원하는 대역폭 변화량을 얻을 수 있도록 설정할 필요가 있다. 또, 상기의 가변 공진기(100b) 및 그 동류 구조에 있어서의 신호의 공급점에 관해서도 마찬가지이며, 도 15에 도시하는 바와 같이 중앙으로부터 벗어난 위치를 신호의 공급점으로 해도 상관없으며, 환상 선로(902) 상의 임의의 위치를 공급점으로 설정해도 된다. 각 스위치(903)의 위치에 대해서도 마찬가지이며, 설계사항으로서, 원하는 대역폭 변화량을 얻을 수 있도록 설정할 필요가 있다.
상기의 가변 공진기(100a) 및 그 동류 구조에서는, 가변 리액턴스 수단(102)은 환상 선로(902)에 대하여 전기적으로 접속되어 있지만, 도 16에 도시하는 바와 같이, 가변 리액턴스 수단(102)이 환상 선로(902)에 접속되는 위치에서 환상 선로(902)를 절단하여 복수의 단편 선로로 분할하고(도면에서는 선로(902a, 902b, 902c)에 상당한다.), 각 절단부위에서 가변 리액턴스 수단(102)을 각 단편 선로 사이에 직렬로 전기적으로 접속하는 구성으로 해도 된다.
마찬가지로, 상기의 가변 공진기(100b) 및 그 동류 구조에서는, 가변 리액턴스 수단(102)은 환상 선로(902)에 대하여 전기적으로 접속되어 있지만, 도 17에 도시하는 바와 같이, 가변 리액턴스 수단(102)이 환상 선로(902)에 접속되는 위치에 서 환상 선로(902)를 절단하여 복수의 단편 선로로 분할하고(도면에서는 선로(902a, 902b, 902c)에 상당한다.), 각 절단 부위에서 가변 리액턴스 수단(102)을 각 단편 선로 사이에 직렬로 전기적으로 접속하는 구성으로 해도 된다.
각 도면에서는, 어느 경우이더라도, 절단 전의 환상 선로의 둘레 길이는 절단 후의 각 단편 선로의 길이의 합계와 동일하다. 도 16에 도시하는 예에서는, 각 선로(902a, 902b, 902c)의 선로길이는 동일하며, 그 합계는 환상 선로(902)의 둘레 길이(L)와 같다. 도 17에 도시하는 예에서는, 각 선로(902b, 902c)의 선로길이는 동일하고, 각 선로(902b, 902c)의 선로길이의 합계는 선로(902a)의 선로길이와 동일하며, 각 선로(902a, 902b, 902c)의 선로길이의 합계는 환상 선로(902)의 둘레 길이(L)와 동일하다. 또한, 도 16 및 도 17에서는, 가변 공진기(100a) 내지 가변 공진기(100b)의 경우로 예시하고 있다.
스위치(903)는 원하는 대역폭이 얻어지도록 선로(902)에 대한 접속위치가 설정되고, 절단 후의 각 단편 선로에서도 그 접속위치는 바뀌지 않는다. 따라서, 각 절단선로에서는, 스위치(903)가 접속되지 않는 단편 선로가 있는 경우도 있다.
달리 생각하면, 도 16에 도시하는 각 가변 공진기는 각 단편 선로와 각 가변 리액턴스 수단(102)으로 환상의 가변 공진기를 구성한 것이다. 즉, 여기에서는 각 선로(902a, 902b, 902c)를 가변 리액턴스 수단(102)이 환상 선로(902)에 접속되는 위치에서 환상 선로(902)를 절단하여 얻어지는 선로로 했지만, 일반적으로는, N개(N은 N≥3을 충족시키는 정수)의 선로를 사용해도 되며, 이것들을 환상으로 배치하고, 각 선로 사이에, 1개의 가변 리액턴스 수단(102)을 직렬로 전기적 접속함으 로써 환상의 가변 공진기로 된다. 또한, 각 선로의 선로길이는 1파장 또는 그 정수배가 각 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에 있어서 전기길이에서 동일한 것이면 된다. 유전체 기판(905)의 비유전율이 균일할 경우에는, 전기길이가 아니고 물리길이를 기준으로 하여 구성할 수 있다.
마찬가지로 달리 생각하면, 도 17에 도시하는 각 가변 공진기는 각 단편선로와 각 가변 리액턴스 수단(102)으로 환상의 가변 공진기를 구성한 것이다. 이 구성을 일반화하여 설명하면, M을 4 이상의 짝수로 하고, M-1개의 선로와, M개의 가변 리액턴스 수단(102)을 사용하고, i를 1≤i<M/2을 충족시키는 정수로 하고, 제 i 선로와 제 i+1 선로 사이에 1개의 가변 리액턴스 수단을 직렬로 접속하고, 제 M/2 선로와 제 M/2+1 선로 사이에 직렬접속의 2개의 가변 리액턴스 수단을 직렬로 접속하고, i를 M/2+1≤i<M-1을 충족시키는 정수로 하여, 제 i 선로와 제 i+1 선로 사이에 1개의 가변 리액턴스 수단을 직렬로 접속하고, 제 M-1 선로와 제 1 선로와의 사이에 1개의 가변 리액턴스 수단을 직렬로 접속함으로써, 환상의 가변 공진기로 한다. 또한, 각 선로의 선로길이는 1파장 또는 그 정수배가 각 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에서, 제 1 선로 상에서 임의로 정한 또는 어떤 위치(K)로부터 제 1 선로의 제 2 선로측의 단부까지의 전기길이와, 제 i 선로(i는 1≤i≤M/2의 정수)의 전기길이가 동일하고, 위치(K)로부터 제 1 선로의 제 M-1 선로측의 단부까지의 전기길이와, 제 i 선로(i는 M/2+1≤i≤M-1인 정수)의 전기길이가 동일한 것이면 된다. 유전체 기판(905)의 비유전율이 균일한 경우에는, 전기길이가 아니라 물리길이를 기준으로 하여 구성할 수 있다.
특히 도 17에 도시하는 직렬접속의 구성을 채용한 가변 공진기(100b) 및 그 동류 구조에서는, 점선 포위부(α)에서 가변 리액턴스 수단(102)이 2개 직렬로 접속되고, 이것들을 1개의 가변 리액턴스 수단(102)으로 치환하는 경우에는, 동 도면의 점선 포위부(β)로 도시하는 바와 같이 가변 리액턴스 수단(102)의 리액턴스값을 2배로 한 가변 리액턴스 수단(102a)으로 할 필요가 있다. 예를 들면, 가변 리액턴스 수단(102)을 용량(C)의 가변 캐패시터로 한 경우에는, 가변 리액턴스 수단(102a)의 가변 캐패시터의 용량값은 C/2로 할 필요가 있고, 가변 리액턴스 수단(102)을 인덕터 값(I)의 가변 인덕터로 한 경우에는, 가변 리액턴스 수단(102a)의 가변 인덕터의 인덕터값은 2I로 할 필요가 있다.
이하, 가변 공진기(100a) 또는 그 동류 구조 또는 가변 공진기(100b) 또는 그 동류 구조 중 어느 하나이면 되는 경우에는, 부호 100을 할당하여 가변 공진기(100)로 하기로 한다.
도 18에, 상기의 가변 공진기(100)를 2개 사용하고(도 18에서는 가변 공진기(100a)를 예시하고 있다.), 각 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속하는 부위끼리의 사이에 위상 가변 회로인 가변 이상기(700)를 삽입한 가변 필터(가변대역 통과형 필터)(200)를 도시한다. 일반적으로, 2개 이상의 공진기를 사용하여, 인접하는 공진기 사이를 공진기의 공진 주파수에서 90° 위상변화하는 선로(공진 주파수에 있어서의 4분의 1파장의 선로)로 연결하면, 대역 통과형 필터가 얻어진다. 또한, 가변 공진기(100) 사이는 가변 공진기(100)의 공진 주파수에서의 4분의 1 파장의 선로로 접속되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정된 것은 아 니다. 단, 4분의 1파장 이외에 또는 그 홀수배의 파장 이외의 길이의 선로로 접속한 경우에는, 가변 공진기(100)의 특성이 동일하지 않으면 가변 공진기의 공진 주파수로부터 벗어난 대역으로 통과대역이 나타난다. 이것은 4분의 1 파장 또는 그 홀수배의 선로로 접속한 경우는, 회로 전체의 공진 주파수(중심 주파수)는 각 가변 공진기의 공진 주파수가 되는 것에 반해, 그 이외에서는, 가변 공진기 및 입출력선로로 이루어지는 회로 전체가 직렬 공진하는 주파수에서, 신호가 전달되기 때문이다. 이 이유에 기초하여, 가변 공진기(100) 및 가변 이상기(700)를 사용함으로써 가변 대역 통과형 필터(200)가 실현된다. 또, 가변 공진기의 공진 주파수로부터 벗어난 대역에 통과 대역이 나타나는 것을 허용할 수 있는 경우, 공진기 사이의 위상을 변화시킴으로써, 통과대역 내의 특성을 변화시키는 것이 가능하기 때문에, 이 목적으로 가변 이상기를 사용할 수도 있다. 도 18에 도시하는 예에서는 2개의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변대역 통과형 필터(200)를 구성했지만, 2개 이상의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변대역 통과형 필터를 구성할 수 있다. 이 경우, 각 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 접속하는 부위끼리의 사이에 가변 이상기(700)를 삽입하면 된다.
가변대역 통과형 필터(200)에 사용할 수 있는 위상 가변 회로의 예를 도 19 내지 도 25에 도시한다.
[1] r을 2 이상의 정수로 하고, 2개의 단극 r 쓰로우 스위치(77)를 구비하고, 쌍방의 r 쓰로우측 단자에서 길이의 다른 r개의 전송 선로(181 내지 18r) 중 동 일한 1개의 전송 선로를 선택함으로써, 포트 R1, R2 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 19 참조).
[2] 전송 선로(18)를 따라 2개 이상의 가변 캐패시터(19)를 접속하고, 각 가변 캐패시터(19)의 전송 선로(18)에 접속되는 단부와는 반대측의 단부를 접지한다. 각 가변 캐패시터(19)의 용량값을 설계사항으로서 적당하게 변경함으로써 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 20 참조).
[3] 전송 선로(18)에 따라 2개 이상의 스위치(20)를 접속하고, 각 스위치(20)의 전송 선로(18)에 접속되는 단부와는 반대측의 단부를 전송 선로(21)에 접속한다. 각 스위치(20)의 도통상태를 설계사항으로서 적당하게 변경함으로써 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 21 참조).
[4] 포트(R1, R2) 사이의 가변 캐패시터(19)의 용량값을 설계사항으로서 적당하게 변경함으로써 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 22 참조).
[5] 포트(R1, R2) 사이의 입출력 선로(7)에 분기회로로서 가변 캐패시터(19)를 접속하고, 가변 캐패시터(19)의 입출력 선로(7)에 접속되는 단부와는 반대측의 단부를 접지한다. 가변 캐패시터(19)의 용량값을 설계사항으로서 적당히 변경함으로써 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 23 참조).
[6] 포트(R1, R2) 사이의 가변 인덕터(11)의 인덕터 값을 설계사항으로서 적 당히 변경함으로써, 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 24 참조).
[7] 포트(R1, R2) 사이의 입출력 선로(7)에 가변 인덕터(11)를 접속하고, 가변 인덕터(11)의 입출력 선로(7)에 접속되는 단부와는 반대측의 단부를 접지한다. 가변 인덕터(11)의 인덕터값을 설계사항으로서 적당하게 변경함으로써 포트(R1, R2) 사이의 신호 위상을 가변으로 한다(도 25 참조).
도 26에, 상기의 가변 공진기(100)를 2개 사용하고(도 26에서는 가변 공진기(100a)를 예시하고 있다.), 각 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속하는 부위끼리의 사이, 일방의 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속하는 부위와 입력 포트 사이, 타방의 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 분기회로로서 접속하는 부위와 출력 포트 사이의 각각에 가변 임피던스 변환회로(600)를 삽입한 가변 필터(300)를 도시한다. 일반적으로 1개 이상의 공진기를 사용하여, 공진기와 입력 포트/출력 포트 사이, 공진기가 복수인 경우에는 또한 공진기 사이를, J-인버터나 K-인버터 등의 가변 임피던스 변환회로를 사용하여 접속함으로써 필터를 구성할 수 있다. 이 이유에 기초하여, 가변 공진기(100) 및 가변 임피던스 변환회로(600)를 사용함으로써 가변 필터(300)가 실현된다. 도 26에 도시하는 예에서는 2개의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변 필터(300)를 구성했지만, 2개 이상의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변 필터(300)를 구성할 수 있다. 이 경우, 각 가변 공진기(100)가 입출력 선로(7)에 접속하는 부위끼리의 사이에 가변 임피던스 변환회로(600)를 삽입하면 된다.
또한, 상기의 각 가변 필터에서는, 가변 공진기(100)를 2개 이상 사용하고 있지만, 1개의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변 필터를 구성할 수 있다. 1개의 가변 공진기(100)를 사용하여 가변 필터를 구성하는 경우에는 예를 들면 도 5a 내지 도 5f, 도 6a 내지 도 6c에 예시한 바와 같이 된다. 즉, 가변 공진기(100)를 전송 선로인 입출력 선로(7)에 분기회로로서 전기적으로 접속하면 된다. 이 구성이면, 공진 주파수를 사이에 두는 대역폭으로 신호를 전파할 수 있으므로, 가변 필터로서 동작한다. 이 가변 필터도, 가변 공진기(100)를 사용하므로, 어떤 특정 주파수를 중심 주파수로 하여 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치를 변경함으로써 대역폭을 가변으로 하고, 또한 가변 리액턴스 수단(102)의 리액턴스값을 변경함으로써 중심 주파수도 가변으로 할 수 있다.
상기의 가변 필터는 가변 공진기(100)를 입출력 선로(7)에 접속하는 신호 공급점은 1개소이며, 입출력 선로(7)에 대하여 가변 공진기(100)를 분기회로로서 접속하는 구성이었다. 그렇지만, 도 27에 도시하는 바와 같이, 입출력 선로(7)에 대하여 직렬로 가변 공진기(100)를 접속한 가변 필터(400)의 구성으로 할 수도 있다. 도 27은 가변 공진기(100)로서 가변 공진기(100a)를 사용하여, 입출력 선로(7)에 대하여 직렬로 접속한 예를 도시하고 있지만, 가변 공진기(100)로서 가변 공진기(100b)를 사용해도 된다(도 30 참조).
이 구성을 채용한 가변 필터(400)의 주파수 특성을 도 28 및 도 29에 도시한다. 도 28에 도시하는 가변 필터는 도 27에 도시하는, 가변 공진기(100a)를 사용한 경우의 가변 필터(400)의 가변 리액턴스 수단(102)을 가변 캐패시터로 한 것이 다. 도 29는 도 28에 도시하는 가변 필터의 주파수 특성을 도시한 것이다. 환상 선로(902)의 길이는 5GHz에서의 1파장이며, 입출력 선로(7), 환상 선로(902), 입출력 포트의 각 임피던스는 50Ω으로 했다. 도 29로부터 알 수 있는 바와 같이, 가변 캐패시터의 용량을 0pF로부터 0.5pF로 변경함으로써 가변 필터의 중심 주파수가 저주파측으로 이동하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 각각의 용량값에서, 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치(도 29에서는 10°, 20°, 30°의 예를 도시하고 있다.)를 변경해도, 중심 주파수를 바꾸지 않고 대역폭을 변경할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 중심 주파수는 도통상태의 스위치(903)의 위치의 변경에 영향받고 있지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 이 설명에서 사용한 가변 공진기의 환상 선로의 특성 임피던스는 입출력선로, 입출력 포트와 같은 50Ω이지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니며, 요구하는 성능·특성에 따라 정하는 설계 패러미터이다. 도 30에 도시하는 가변 필터에서도 중심 주파수는 도통상태의 스위치(903)의 위치의 변경에 영향받지 않는다.
이미 설명한 바와 같이, 가변 공진기(100)의 가변 리액턴스 수단(102)의 개수는 최저 3개는 필요하다. 소형화의 관점에서는 가변 리액턴스 수단(102)의 개수는 가능한 한 적은 개수인 것이 바람직하다고 생각된다. 그러나, 다수의 가변 리액턴스 수단(102)을 구비한 구성으로 하는 것에는 이점도 존재하고, 가변 캐패시터를 사용한 경우를 예로 하여 설명한다.
도 5a, 도 5b를 참조하면, 0.1pF의 용량의 가변 캐패시터가 로딩되어 있는 경우, 동 조건하에서는, 공진 주파수는 로딩된 가변 캐패시터의 수가 많을수록 크 게 변화되고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 공진 주파수를 동일한 값까지 변화시키려고 한 경우, 로딩하는 가변 캐패시터의 수가 많을수록, 1개당의 용량값은 작아도 되는 것을 의미한다. 이 때문에, 가변 공진기를 제작함에 있어서, 큰 용량을 갖는 가변 캐패시터 1개를 기판 상에 로딩하는 것이 곤란한 경우, 대신에 용량이 작은 가변 캐패시터를 다수 형성함으로써 동등한 결과가 얻어질 가능성이 있다. 특히 집적회로 제작 프로세스와 같은, 동일한 디바이스를 한번에 다수개 제작하는 것이 뛰어난 기술을 사용하면, 용이하게 실현가능하다고 할 수 있다.
또, 가변 캐패시터, 가변 인덕터, 전송 선로 등의 가변 리액턴스 수단(102)에 의해, 가변 공진기(100)의 공진 주파수가 환상 선로(902)의 길이에 의해 정해지는 공진 주파수로부터 변화됨으로써 초래되는 효과에 대하여 설명한다.
가변 공진기(100)에 한하지 않고 공진기를 제작하는 기판의 비유전율은 동일한 재질이고 동일한 제작방법이더라도, 제작시의 여러 조건에 의해 기판 간이나 동일 기판 내에서도 일정하지는 않는 경우가 있다. 이 때문에, 동일한 치수의 공진기를 기판 상에 형성해도, 각 공진기의 공진 주파수가 각각 상이한 현상이 발생한다. 따라서, 공진기를 사용한 일반의 필터에서는 조정 작업을 필요로 하는 경우가 있다. 전송 선로를 사용한 공진기에서는, 그 길이를 깎거나 함으로써 조정하는 것이 일반적이지만, 환상의 선로를 구비하는 공진기에서는 그것은 불가능하다. 또, 캐패시터 등의 리액턴스 소자를 부가하여 조정하는 것도 일반적이지만, 공진기의 설계 환경에 따라서는, 이러한 조정방법도 만능은 아니다. 어떤 중심 주파수에서 대역폭만을 대폭 변경 가능하게 하는 것과 같은 공진기이면, 용이하게 리액턴스 소 자를 부가하여 조정할 수는 없는 경우가 많다. 이러한 현 상황에서, 가변 공진기(100)이면 유리한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 가변 리액턴스 수단(102)을 전혀 접속하고 있지 않은 경우, 설계값인 공진 주파수에서 공진하도록 설계한 가변 공진기(100)가, 설계시에 사용한 기판의 비유전율에 비해 실제 기판의 비유전율이 낮아, 설계 공진 주파수보다 높은 주파수에서 공진해 버린 경우, 가변 공진기(100)의 가변 리액턴스 수단(102)의 리액턴스값을 조정함으로써 용이하게 설계 공진 주파수로 조정하는 것이 가능하다. 그리고, 가변 공진기(100)에서는, 도통상태로 하는 스위치(903)의 위치의 변경이 공진 주파수에 영향을 주지는 않는다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 변형예에 대하여 설명을 행한다.
가변 공진기(100)에 대하여, 신호 공급점으로부터 선로(902)를 따라, 설계 공진 주파수에서의 전기길이(π)의 w배(w=0, 1, 2, 3, …)의 위치의 스위치(903)를 ON 상태로 함으로써, 신호 공급점에서의 입력 임피던스를 0으로 할 수 있다. 따라서, 가변 공진기(100)를 사용하여 가변 필터를 구성하는 경우, 설계 공진 주파수에서의 전기길이(π)의 w배의 위치의 스위치(903)를 ON 상태로 함으로써 당해 설계 공진 주파수의 신호를 통과시키지 않을 수 있다. 한편, 상기 위치의 스위치(903)를 OFF 상태로 함으로써 상기 설계 공진 주파수의 신호를 통과시킬 수 있다. 그래서, 신호 차단으로서가 아니라, 원하는 주파수의 신호를 통과시키는 것을 주목적으로 하여 가변 필터를 구성하면, 애당초 설계 공진 주파수에서의 전기길이(π)의 정수배의 위치에 스위치(903)를 설치해 둘 필요가 없다. 일례로서 도 31에 도시하는 바와 같이, 선로(902)를 원형으로 하고 그 길이를 설계 공진 주파수에서의 1파장으 로 한 경우에서는, 신호 공급점과 선로(902)의 중심(O)에 관하여 대칭의 위치(R)가 전기길이(π)의 정수배가 되는 위치이며, 이들 2개소에 스위치를 설치하지 않는 구성이 가능하다.
가변 공진기(100)에서는, 신호 공급점으로부터 선로(902)를 따라, 설계 공진 주파수에서의 전기길이(π)의 w배의 위치의 스위치(903)를 ON 상태로 하지 않을 경우, 신호 공급점에서의 입력 임피던스를 ∞로 할 수 있기 때문에, 일례로서 도 32에 도시하는 바와 같이 다소 저항이 큰 스위치(903)를 사용해도 저삽입 손실의 특성이 얻어진다.
그래서, 저항을 적극적으로 활용한 구성도 채용할 수 있다. 예를 들면, 저저항의 전환기인 스위치(35)를 사용하여, 접지 도체(904)에 직접적으로 접속하는 경우와, 스위치(35)의 저항보다도 높은 수 Ω∼수십 Ω의 저항기(70)를 통하여 접지 도체(904)에 접속하는 경우를 변환하는 것과 같이, 적극적으로 저항을 이용하는 경우를 생각할 수 있다(도 33참조). 이 경우, 수 Ω∼수십 Ω의 저항기(70)를 개재함으로써, 이 저항에 의해 영향을 받는 대역에서 신호의 전파를 억제하는 경우와, 가능한 한 저저항으로 하여 저항에 의해 영향을 받는 대역 부근의 신호도 전파하는 경우를 선택하는 것이 가능하게 된다.
여기에서는, 저항기를 사용하는 경우를 나타냈지만, 저항기에 한정되지 않고, 예를 들면 가변 저항기, 인덕터, 가변 인덕터, 캐패시터, 가변 캐패시터 등을 예시할 수 있는 수동 소자를 사용할 수 있다.
가변 공진기(100)와 전송 선로(30)의 전기적 접속을 전계 결합 또는 자계 결 합에 의함으로써 가변 필터를 구성하는 것이 가능하다. 도 34가, 전계 결합에 의해 가변 필터(401)를 구성한 경우를 예시하고, 도 35이, 자계 결합에 의해 가변 필터(402)을 구성했을 경우를 예시하고 있다. 또한, 도 34 및 도 35에서는, 가변 공진기(100)로서 가변 공진기(100a)를 예시하고 있다.
도 36a에 도시하는 가변 필터(404)는 동일한 공진 주파수의 2개의 가변 공진기(100)와 각 가변 공진기와 전송 선로인 입출력 선로(7) 사이에 설치한 스위치(33), 스위치(34)로 구성된다. 도 36b에 도시하는 가변 필터(405)도, 가변 필터(404)와 동일한 구성이다. 단, 가변 필터(404)는 동일한 특성 임피던스의 2개의 가변 공진기가 사용되며, 가변 필터(405)는 상이한 특성 임피던스의 2개의 가변 공진기가 사용되고 있는 점이 상이하다. 여기에서는 편의적으로 가변 공진기에 붙이는 부호를 각각 100X, 100Y로 한다.
가변 필터(404)의 경우, 스위치(33, 34)에 의해 일방의 가변 공진기(100X)만 접속하는 경우와, 양쪽 가변 공진기(100X)를 접속하는 경우의 2상태가 선택가능하지만, 각각의 상태에서 공진 주파수는 동일하지만 주파수 특성이 상이한 것으로 되어 있다. 양쪽 가변 공진기(100X)를 접속한 경우, 일방의 가변 공진기(100X)를 접속한 경우와 비교하여, 공진 주파수로부터 떨어진 주파수에서의 신호의 감쇠량이 커진다. 이것은 등가적으로 가변 공진기(100X)의 특성 임피던스가 절반으로 되기 때문이다. 즉, 각 스위치(33, 34)의 온 오프 상태를 변경함으로써 입출력 선로(7)에 대한 가변 공진기의 특성 임피던스를 변환함으로써, 가변 필터(404)의 주파수 특성을 2상태에 대응하여 변화시키는 것이 가능하다.
가변 필터(405)의 경우, 스위치(33, 34)에 의해 일방의 가변 공진기(X)만 접속하는 경우와, 가변 공진기(Y)만 접속하는 경우와, 양쪽 가변 공진기를 접속하는 경우의 3상태가 선택 가능하며, 각각의 상태에서 공진 주파수는 동일하지만 주파수 특성이 상이한 것으로 되어 있다. 즉, 가변 필터(404)의 경우와 마찬가지로, 가변 필터(405)에서는, 각 스위치(33, 34)의 온 오프 상태를 변경함으로써 입출력 선로(7)에 대한 가변 공진기의 특성 임피던스를 변환함으로써, 가변 필터(405)의 주파수 특성을 3상태에 대응하여 변화시키는 것이 가능하다.
도 27에 도시하는 가변 필터(400)는 개의 가변 공진기(100)를 사용한 경우를 나타내고 있는데, 도 37에 도시하는 바와 같이 복수의 가변 공진기(100)를 직렬접속하는 구성으로 해도 되고, 도 38에 도시하는 바와 같이 복수의 가변 공진기(100) 중 일부를 입출력 선로(7)에 대하여 분기회로로서 접속하고, 나머지 가변 공진기(100)를 입출력 선로(7)에 대하여 직렬접속하는 구성으로 해도 된다. 단, 각도에서는 가변 공진기가 2개인 경우로 예시하고 있다.
지금까지 나타낸 가변 공진기(100)는 모두 원형이었는데, 특별히 원형에 한정하는 취지는 아니다. 본 발명의 요체는 [1] 가변 공진기를 환상으로 구성하는 것(도 1, 도 2, 도 16, 도 17 참조), [2] 가변 공진기에 전기적으로 접속하는 가변 리액턴스 수단(102)의 배치에 있어, 선로(902)의 형상에 있는 것이 아니다. 따라서, 예를 들면 특성 임피던스가 동일 전송 선로로 선로(902)를 구성하면, 도 39에 도시하는 바와 같이 타원형이어도 되고, 도 40에 도시하는 바와 같이 궁형으로 되어도 된다. 또한, 도 39 내지 도 46의 각 도면에서는, 스위치(903) 및 가변 리액 턴스 수단(102)의 도시를 생략하고 있다.
도 41a는 원형의 환상 선로(902)를 갖는 가변 공진기를 전송 선로(7)에 접속한 경우를 도시하고 있다. 도 41b는 타원형의 환상 선로(902)를 갖는 가변 공진기를 전송 선로(7)에 접속한 경우를 도시하고 있다.
일반적으로, 도 41a에 도시하는 구성보다도 도 41b에 도시하는 구성 쪽이 양호한 삽입 손실을 얻을 수 있다. 전송 선로와 환상 선로 사이에 자계 결합이 발생하는 경우, 접속부위에서의 임피던스 저하에 의한 입력신호의 반사가 손실의 요인이 되는 경우가 있다. 도 41b에 도시하는 구성에서 양호한 삽입 손실을 얻어지는 것은 환상 선로의 형상인 타원의 장경을 전송 선로(7)에 대하여 직교하도록 가변 공진기를 전송 선로에 접속함으로써 전송 선로(7)와 환상 선로(902)의 자계 결합이 저감하기 때문이다.
또, 다층 구조가 허용되면, 예를 들면 도 42a에 도시하는 구성으로 해도 된다. 도 42의 지면을 정면에서 보아 앞쪽을 상층, 그 안쪽을 향하여 차례로 하층으로 하면, 도 42b에 도시하는 바와 같이, 상층에 L자형의 전송 선로(7a)가 배치되고, 그 하층에 가변 공진기가 배치되고, 전송 선로(7a)와 가변 공진기의 선로(902)가 일부(부호 S)에서 오버랩된다. 또, 도 42c에 도시하는 바와 같이, 또한 하층에 L자형의 전송 선로(7b)가 배치되고, 전송 선로(7b)와 가변 공진기의 선로(902)가 일부(부호 S)에서 오버랩된다. 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀을 설치하여, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시킨다.
이 다층 구조의 몇 가지 형태에 대하여, 도 42a에 도시하는 시선 방향의 XI- XI를 따른 단면도를 사용하여 설명을 가한다. 또한, 이 다층 구조의 평면도는 도 42a에 도시하는 바와 같이 한다. 또, 각 단면도에서는, 지면의 상측을 향하여 상층으로 하고, 지면의 하측을 향하여 하층으로 한다. 단면 구성을 간결하게 나타내기 위하여, 스위치(903) 등은 도시하지 않았다.
제1예는 도 43a에 도시하는 바와 같이 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 전송 선로(7a)가 접촉하여 배치된 구성으로 된다. 가변 공진기의 환상 선로(902) 및 전송 선로(7b)는 유전체 기판(905)에 매설 고정되어 있다. 환상 선로(902)는 전송 선로(7b)보다도 상층에 배치된다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하고, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다. 비아 홀(67)은, 예를 들면, 스위치(903)에 대한 외부로부터의 조작용에, 유전체 기판(905)에 매설 고정된 환상 선로(902)의 스위치(903)와 유전체 기판 외부와의 전기적 접속을 확보하는 것으로, 유전체 기판(905)과 접촉하여 배치된 최상층의 도전체(330)와 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 도 43에서는, 도 47에서 나타내는 비아 홀(906)이나 도전체(933) 등을 도시하고 있지 않고, 비아 홀(67)은 비아 홀(906)과 동일한 목적·기능을 갖는 것은 아닌 것에 유의하지 않으면 안 된다.
제2예는, 도 43b에 도시하는 바와 같이, 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 환상 선로(902)가 접촉항 배치된 구성으로 된다. 전송 선로(7b)는 유전체 기 판(905)에 매설 고정되어 있다. 전송 선로(7a)는 환상 선로(902)보다도 상층에 배치되어 있고, 지지체(199)에 의해 지지되어 있다. 도 43b에서는, 지지체(199)는 전송 선로(7a)와 유전체 기판(905) 사이에 개재되어 있는데, 이러한 구성에 한정되는 취지는 아니며, 전송 선로(7a)를 지지하는 목적을 달성할 수 있으면 그 밖의 구성으로 할 수도 있다. 지지체(199)의 재질은 지지체(199)의 배치 구성에 의해 적당히 설계할 수 있으며, 도 43b의 예에서는 금속이나 유전체이어도 상관없다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하고, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다.
제3예는, 도 43c에 도시하는 바와 같이, 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 전송 선로(7b) 및 도전체(331)가 접촉하여 배치된 구성으로 된다. 환상 선로(902)는 전송 선로(7b) 및 도전체(331)보다도 상층에, 지지체(199)에 의해 지지되어 있다. 또, 전송 선로(7a)는 환상 선로(902)보다도 상층에 전송 선로(7b)와의 사이에 개재한 지지체(198)에 의해 지지되어 있다. 도 43c에 도시하는 구성에서는, 지지체(198)의 재질은 전송 선로(7a)와 전송 선로(7b)의 전기적 접속을 막기 위하여 유전체로 한다. 환상 선로(902)와 유전체 기판(905) 사이에는, 스위치(903)의 위치에 대응하여, 도전체(331) 및 도전체 기둥(68)이 끼워 설치되어 있다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하고, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다.
제4예는, 도 43d에 도시하는 바와 같이, 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층 의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 전송 선로(7b)가 접촉하여 배치된 구성으로 된다. 유전체 기판(905)에는, 그 상층의 환상 선로(902)가 접촉하여 배치되어 있고, 도 43d에 도시하는 바와 같이 유전체 기판(905)은 단차 구조를 갖고 있기 때문에, 전송 선로(7b) 및 환상 선로(902)는 모두 유전체 기판(905)에 접촉하여 배치되어 있으면서, 환상 선로(902)는 전송 선로(7b)보다도 상층에 위치하는 구성으로 되어 있다. 전송 선로(7a)는 환상 선로(902)보다도 상층에 전송 선로(7b)와의 사이에 개재한 상기의 지지체(198)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하고, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다.
제5예는, 도 43e에 도시하는 바와 같이, 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 전송 선로(7a) 및 환상 선로(902)가 접촉하여 배치된 구성으로 된다. 전송 선로(7b)는 유전체 기판(905)에 매설 고정되어 있다. 전송 선로(7a) 및 환상 선로(902)는, 예를 들면 도 41a나 도 41b 등에 도시하는 구성에서도 그렇듯이, 일체 형성해도 되고, 각각의 부재로서 전기적으로 접합하는 것으로 해도 된다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하여, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다.
제6예는, 도 43f에 도시하는 바와 같이, 최하층의 접지 도체(904)와 그 상층의 유전체 기판(905)이 접촉하여 배치되고, 또한, 유전체 기판(905)과 그 상층의 전송 선로(7b) 및 환상 선로(902)가 접촉하여 배치된 구성으로 된다. 전송 선 로(7b) 및 환상 선로(902)는, 전술한 바와 같이, 일체 형성해도 되고, 각각의 부재로서 전기적으로 접합하는 것으로 해도 된다. 전송 선로(7a)는, 환상 선로(902) 및 전송 선로(7b)보다도 상층에, 전송 선로(7b)와의 사이에 개재한 상기의 지지체(198)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 부호 S로 나타내는 부분에 비아 홀(66)을 설치하여, 전송 선로(7a)와, 선로(902)와, 전송 선로(7b)를 전기적으로 접속시키고 있다.
또, 도 44a에 도시하는 바와 같이, 전송 선로(7)의 일부에 굴곡부(부호 T)를 설치하고, 이 굴곡부와 가변 공진기의 선로(902)를 접속하는 구성도 가능하다. 이와 같이, 전송 선로(7)와 선로(902)의 거리가 커짐으로써 삽입 손실의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 복수의 가변 공진기를 구비한 회로 구성의 편의 등을 감안하여, 도 44b에 도시하는 바와 같은 가변 공진기와 전송 선로의 접속 구성도 가능하다.
도 44a 및 도 44b에서는, 선로(902)와 전송 선로(7)를 일체 형성 또는 각각의 부재로서 동일한 층에서 전기적으로 접합한 것으로서 예시하고 있지만, 도 42a에 도시하는 바와 같이 다층 구조로서 구성하는 것도 가능하다.
또, 도 44에 도시하는 접속 구성의 변형예로서, 도 45에 도시하는 바와 같이, 전송 선로(7)의 굴곡부(부호 T)를 눈물방울 형태로 된 가변 공진기의 선로(902)의 굴곡부(부호 U)와 접속하는 구성으로 해도 된다.
도 45에 도시하는 구성은 도 44에 도시하는 구성에 비하여 양호한 삽입 손실이 얻어진다.
이것은 전송 선로(7)와 가변 공진기의 선로(902)의 위치관계가 한층더 떨어져 있는 것과 더불어, 전송 선로(7)와 선로(902)의 접속 부위의 근방에서, 도 45에 도시하는 구성의 경우에서는 전송 선로(7)와 대략 평행한 선로 부분이 선로(902)에 거의 존재하지 않기 때문에, 자계 결합이 더한층 발생하기 어렵기 때문이다. 따라서, 도 45에서는 눈물방울 형태의 선로(902)로 했지만 이러한 형상에 한정되지 않고, 자계 결합을 발생하기 어렵게 하는 전송 선로(7)와 선로(902)의 접속 구성이면 된다.
또, 지금까지의 실시형태는 마이크로스트립 선로 구조를 사용하여 나타내어져 왔지만, 이러한 선로 구조에 한정하는 취지는 아니고, 코플래너 도파로 등 다른 선로 구조를 사용해도 된다.
도 46에 코플래너 도파로에 의한 경우를 예시한다. 유전체 기판의 동일면 상에, 접지 도체(1010)와 접지 도체(1020)가 배치되고, 이것들의 간극에 가변 공진기가 접속된 전송 선로(7)가 배치된다. 또, 가변 공진기의 선로(902)의 내측에, 선로(902)와는 비접촉으로 접지 도체(1030)가 배치된다. 접지 도체(1020)와 접지 도체(1030)는 전위를 일치시키기 위하여 에어 브리지(95)가 가교되어 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 에어 브리지(95)는 코플래너 도파로에 의한 경우에 있어서 필수적인 구성 요소가 아니고, 예를 들면, 접지 도체(1010)나 전송 선로(7) 등이 배치된 유전체 기판의 면과는 반대측의 면 상에 배면 접지 도체(도시 생략.)를 배치하고, 접지 도체(1030)와 배면 접지 도체를 비아 홀을 통하여 전기적으로 접속하고, 접지 도체(1020)와 배면 접지 도체를 비아 홀을 통하여 전기적으로 접속함으로 써 접지 도체(1020)와 접지 도체(1030)의 전위를 일치시키는 구성이어도 된다.
도 1은 가변 리액턴스 수단(102)이 분기 접속된 가변 공진기(100a)의 평면도.
도 2는 가변 리액턴스 수단(102)이 분기 접속된 가변 공진기(100b)의 평면도.
도 3은 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 2로 한 경우의 가변 공진기(종래 예).
도 4는 도 3에 도시하는 가변 공진기(종래예)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 5a는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 36으로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변 공진기(100a)의 주파수 특성을 나타내는 그래프.
도 5b는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 10으로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변 공진기(100a)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 5c는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 4로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변 공진기(100a)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 5d는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 3으로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가 변 공진기(100a)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 5e는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 2로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변 공진기(100a)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 5f는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 1로 한 경우의 가변 공진기(100a)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변 공진기(100a)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 6a는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 36으로 한 경우의 가변 공진기(100b)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변공진기(100b)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 6b는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 6으로 한 경우의 가변 공진기(100b)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변공진기(100b)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 6c는 가변 캐패시터인 가변 리액턴스 수단(102)의 개수를 4로 한 경우의 가변 공진기(100b)의 평면도와, 가변 캐패시터의 용량값을 변화시켰을 때의 가변공진기(100b)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 7은 가변 리액턴스 수단(102)이 가변 인덕터(11)인 가변 공진기(100c)의 평면도.
도 8은 가변 리액턴스 수단(102)이 가변 인덕터(11)인 가변 공진기(100d)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 9는 도 7에서 나타낸 가변 공진기(100c)의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 10a는 각 가변 리액턴스 수단(102)을, 전송 선로(12)를 직렬배치한 구성인 경우의 가변 공진기(100e)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 10b는 도 10a에 나타내는 가변 공진기(100e)의 변형예의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 11a는 각 가변 리액턴스 수단(102)을 전송 선로(12)를 직렬배치한 구성인 경우의 가변 공진기(100f)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 11b는 도 11a에 나타내는 가변 공진기(100f)의 변형예의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 12는 각 가변 리액턴스 수단(102)을 전송 선로(12)를 병렬배치한 구성인 경우의 가변 공진기(100g)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 13은 각 가변 리액턴스 수단(102)을 전송 선로(12)의 접지 위치를 가변으로 한 구성인 경우의 가변 공진기(100h)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 14는 가변 공진기(100a)의 신호입력 위치를 변경한 구성의 가변 공진기의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 15는 가변 공진기(100b)의 신호입력 위치를 변경한 구성의 가변 공진기의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 16은 가변 리액턴스 수단(102)이 직렬접속된 가변 공진기의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 17은 가변 리액턴스 수단(102)이 직렬접속된 경우의 가변 공진기의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 18은 2개의 가변 공진기(100)를 가변 이상기(700)로 접속한 구성의 가변 필터(200)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 19는 위상 가변회로의 구성예.
도 20은 위상 가변회로의 구성예.
도 21은 위상 가변회로의 구성예.
도 22는 위상 가변회로의 구성예.
도 23은 위상 가변회로의 구성예.
도 24는 위상 가변회로의 구성예.
도 25는 위상 가변회로의 구성예.
도 26은 2개의 가변 공진기(100) 사이를 가변 임피던스 변환회로(600)로 접속한 구성의 가변 필터(300)의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 27은 가변 공진기(100a)의 구성을 전제로 한 경우의 가변 필터의 1실시형태.
도 28은 가변 리액턴스 수단(102)을 가변 캐패시터로 한 경우의 도 27에 도시하는 가변 필터의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 29는 도 28에 도시하는 가변 필터의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
도 30은 가변 공진기(100b)의 구성을 전제로 한 경우의 가변 필터의 1실시형태.
도 31은 신호 통과를 주목적으로 한 경우의 가변 공진기(100)의 평면도.
도 32는 가변 공진기(100a)의 구성을 전제로 하여, 스위치(903)와 접지 도체 사이에 저항기를 개재한 경우의 가변 공진기의 평면도.
도 33은 가변 공진기(100a)의 구성을 전제로 하여, 저항기를 통하여 접지 도체와 접속하는 경우와, 저항기를 통하지 않고 접지 도체와 접속하는 경우의 전환을 행하는 전환기를 사용한, 가변 공진기의 평면도.
도 34는 전계 결합에 의한 경우의 가변 필터(401)의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 35는 자계 결합에 의한 경우의 가변 필터(402)의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 36a는 동일한 공진 주파수로 동일한 특성 임피던스의 가변 공진기를 사용한 가변 필터(404)의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 36b는 동일한 공진 주파수로 동일한 특성 임피던스의 가변 공진기를 사용한 가변 필터(405)의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 37은 직렬회로의 조합인 경우의 가변 필터의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 38은 직렬 회로 및 분기회로의 조합인 경우의 가변 필터의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 39는 타원형의 환상 선로를 갖는 가변 공진기의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 40은 활 모양의 환상 선로를 갖는 가변 공진기의 1실시형태(스위치(903)는 도시 생략).
도 41a는 원형의 환상 선로를 갖는 가변 공진기와 전송 선로의 결합구조를 갖는 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 41b는 타원형의 환상 선로를 갖는 가변 공진기와 전송 선로의 결합구조를 갖는 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 42a는 가변 공진기와 전송 선로의 결합구조를 갖는, 다층 구조로 된 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 42b는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치에서의 제1층과 제2층의 관계를 설명하는 도면(스위치(903)는 도시 생략).
도 42c는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치에서의 제2층과 제3층의 관계를 설명하는 도면(스위치(903)는 도시 생략).
도 43a는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 1 예.
도 43b는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 2 예.
도 43c는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 3 예.
도 43d는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 4 예.
도 43e는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 5 예.
도 43f는 도 42a에 도시하는 전기회로 장치의 단면 구성의 제 6 예.
도 44a는 가변 공진기와 굴곡부를 갖는 전송 선로의 결합구조를 갖는 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 44b는 가변 공진기와 굴곡부를 갖는 전송 선로의 결합구조를 갖는 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 45는 가변 공진기와 굴곡부를 갖는 전송 선로의 결합구조를 갖는 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 46은 가변 공진기와 전송 선로의 결합구조를 갖는, 코플래너 도파로 구조의 전기회로 장치의 평면도(스위치(903)는 도시 생략).
도 47a는 가변 공진기(900a)의 평면도.
도 47b는 가변 공진기(900b)의 평면도.
도 47c는 가변 공진기(900a)의 스위치 부분의 단면도.
도 48은 종래예를 설명하는 도면.

Claims (14)

  1. 가변 공진기에 있어서,
    하나 또는 복수의 선로가 환상으로 구성된 선로부와,
    접지 도체와,
    적어도 2개의 스위치와,
    리액턴스값을 변경할 수 있는 적어도 3개의 가변 리액턴스 수단을 포함하고,
    각 상기 스위치는 그 일단이 상기 선로부에 각각 다른 상이한 부위에서 전기적으로 접속되고, 그 타단이 상기 접지 도체에 전기적으로 접속되고, 상기 접지 도체와 상기 선로부의 전기적 접속/비접속을 전환할 수 있고,
    각 상기 가변 리액턴스 수단이 공진 주파수에서의 전기길이에 기초하는 소정 간격으로 상기 선로부에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선로부는 하나의 환상 선로이며,
    상기 환상 선로의 둘레 방향을 따라, 1파장 또는 그 정수배가 상기 환상 선로의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서의 전기길이에 기초하는 소정 간격이며, 각 상기 가변 리액턴스 수단이 분기회로로서 상기 환상 선로에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, 동일 전기길이 간격으로 상기 환상 선로에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M개이며,
    각 상기 가변 리액턴스 수단은, 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며,
    M/2-1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 환상 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 일주분의 전기길이의 절반의 위치(K2) 까지의 사이를 시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고,
    M/2-1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 위치(K1)로부터 상기 위치(K2) 까지의 사이를 반시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고,
    2개의 상기 가변 리액턴스 수단이 상기 환상 선로의 상기 위치(K2)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M-1개이며,
    상기 가변 리액턴스 수단 중 M-2개의 각 가변 리액턴스 수단(이하, 제 1 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, 나머지 1개의 가변 리액턴스 수단(이하, 제 2 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각 상기 제 1 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값의 절반의 값으로 설정 가능하고,
    M/2-1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 환상 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 일주분의 전기길이의 절반의 위치(K2)까지의 사이를 시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고,
    M/2-1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 위치(K1)로부터 상기 위치(K2)까지의 사이를 반시계방향으로 동일 전기길이 간격으로 분할하도록, 상기 위치(K1) 및 상기 위치(K2)를 제외하고, 상기 환상 선로에 접속되고,
    상기 제 2 가변 리액턴스 수단이 상기 환상 선로의 상기 위치(K2)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선로부는 적어도 3개의 선로로 구성되고,
    각 상기 스위치는 그 일단이 상기 선로 중 어느 하나에 각각 상이한 부위에서 전기적으로 접속되고, 그 타단이 상기 접지 도체에 전기적으로 접속되고, 상기 접지 도체와 상기 선로의 전기적 접속/비접속을 전한 가능하며,
    각 상기 선로는 1파장 또는 그 정수배가 각 상기 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에서 소정의 전기길이를 가지고,
    각 상기 선로 사이에, 적어도 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 직렬로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    N을 3 이상의 정수로 하여, 상기 선로의 총수는 N개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 N개이며,
    각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고,
    각 상기 선로는 동일한 전기길이를 가지고,
    각 상기 선로 사이에, 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 선로의 총수는 M-1개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M개이며,
    각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며,
    i를 1≤i<M/2을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    상기 제 M/2 선로와 상기 제 M/2+1 선로 사이에 직렬접속한 2개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    i를 M/2+1≤i<M-1을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    상기 제 M-1 선로와 상기 제 1 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    상기 제 1 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 2 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 1≤i≤M/2의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일하고,
    상기 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 M-1 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 M/2+1≤i≤M-1의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일한 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    M을 4 이상의 짝수로 하여, 상기 선로의 총수는 M-1개이고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M-1개이며,
    상기 가변 리액턴스 수단 중 M-2개의 각 가변 리액턴스 수단(이하, 제 1 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며, 나머지 1개의 가변 리액턴스 수단(이하, 제 2 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각 상기 제 1 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값의 2배의 값으로 설정 가능하고,
    i를 1≤i<M/2을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선 로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    상기 제M/2 선로와 상기 제 M/2+1 선로 사이에 상기 제 2 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    i를 M/2+1≤i<M-1을 충족시키는 정수로 하여, 상기 제 i 선로와 상기 제 i+1 선로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되어,
    상기 제 M-1 선로와 상기 제 1 선로 사이에 1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 접속되고,
    상기 제 1 선로 상에서 임의로 정한 어떤 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 2 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 1≤i≤M/2의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일하며,
    상기 위치(K)로부터 상기 제 1 선로의 상기 제 M-1 선로측의 단부까지의 전기길이와, i를 M/2+1≤i≤M-1의 정수로 하여 상기 제 i 선로의 전기길이는 동일한 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 스위치 중 어느 하나에 의해, 상기 접지 도체와 상기 선로부가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
  11. 가변 필터에 있어서,
    제 1 항에 기재된 적어도 1개의 가변 공진기와,
    전송 선로를 포함하고,
    상기 가변 공진기와 상기 전송 선로는 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가변 공진기를 적어도 2개 포함하고,
    각 상기 가변 공진기는 분기회로로서 동일한 결합부위에서 스위치(이하, 제 2 스위치라고 한다.)를 통하여 상기 전송 선로에 접속되고,
    선택된 상기 제 2 스위치에 의해, 각 가변 공진기의 전부 또는 일부와 상기 전송 선로가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가변 필터.
  13. 전기회로 장치에 있어서,
    제 1 항에 기재된 1개의 가변 공진기와,
    굴곡부를 갖는 전송 선로(T)를 포함하고,
    상기 전송 선로(T)의 굴곡부와 상기 가변 공진기가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전기회로 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전송 선로(T)의 굴곡부와 상기 가변 공진기가 전기적으로 접속된 부위 및 그 근방에서의 상기 가변 공진기는 상기 전송 선로(T)와 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 전기회로 장치.
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