KR101303137B1 - 가변 공진기, 가변 필터 - Google Patents

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KR101303137B1
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쇼이치 나라하시
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가부시키가이샤 엔.티.티.도코모
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Abstract

스위치 대신, 병렬 공진회로(4)를 사용한다. 구체적으로는, 가변 공진기는, 1개 또는 복수의 선로로 환상으로 구성된 선로부(1)와, 특성을 변경 가능한 적어도 2개의 병렬 공진회로(4)와, 리액턴스값을 변경 가능한 적어도 3개의 가변 리액턴스 수단(2)을 포함하고, 각 상기 병렬 공진회로(4)의 일단은 그 일단이 상기 선로부(1)에 각각 상이한 위치에서 전기적으로 접속되어 있고, 각 상기 가변 리액턴스 수단(2)이 공진 주파수에서의 전기길이에 기초하는 소정 간격으로 상기 선로부(1)에 전기적으로 접속되어 있다.

Description

가변 공진기, 가변 필터{VARIABLE RESONATOR AND VARIABLE FILTER}
본 발명은 가변 공진기, 가변 필터에 관한 것이다.
일본 특개 2008-206078호 공보에, 공진 주파수의 공진 주파수의 변경과 대역폭의 변경을 독립적으로 행할 수 있는 가변 공진기가 개시되어 있다.
이 가변 공진기는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 환상의 선로부(1)와, 환상의 선로부(1)에 접속된 3개 이상의 가변 리액턴스 수단(2)과, 환상의 선로부(1)에 접속된 복수의 스위치(3)를 포함한다. 가변 리액턴스 수단(2)은 환상의 선로부(1)의 둘레방향을 따라 동일한 간격으로 접속되어 있고, 스위치(3)는 환상의 선로부(1)에 상이한 위치에서 접속되어 있다.
가변 리액턴스 수단(2)의 리액턴스값을 변경하면 공진 주파수를 바꿀 수 있고, 온으로 하는 스위치(3)를 변경하면 대역폭을 바꿀 수 있다.
(발명의 개요)
그렇지만, 일본 특개 2008-206078호 공보에 기재된 가변 공진기는 스위치(3)로서, 아이솔레이션 특성이 높은 스위치를 사용할 필요가 있어, 저렴하게 생산할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 스위치 대신에, 병렬 공진회로를 사용한다.
스위치 대신 병렬 공진회로를 사용함으로써, 종래보다도 저렴하게 가변 공진기 및 가변 필터를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가변 공진기를 예시하는 도면.
도 2는 병렬 공진회로를 예시하는 도면.
도 3은 가변 공진기를 예시하는 도면.
도 4a는 도 3의 가변 공진기의 스미스 차트의 예를 나타내는 도면.
도 4b는 도 3의 가변 공진기의 스미스 차트의 예를 나타내는 도면.
도 5는 도 3의 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 6a는 도 3의 가변 공진기의 스미스 차트의 예를 나타내는 도면.
도 6b는 도 3의 가변 공진기의 스미스 차트의 예를 나타내는 도면.
도 7은 도 3의 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 8은 Con을 변화시켰을 때의 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 9는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 10은 도 9의 병렬 공진회로를 사용한 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 11은 도 9의 병렬 공진회로를 사용한 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 12는 도 9의 병렬 공진회로를 사용한 가변 공진기의 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 13a는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13b는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13c는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13d는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13e는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13f는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 13g는 병렬 공진회로의 변형예를 나타내는 도면.
도 14는 가변 공진기의 변형예를 나타내는 도면.
도 15는 가변 공진기의 변형예를 나타내는 도면.
도 16은 가변 공진기의 변형예를 나타내는 도면.
도 17은 가변 공진기의 변형예를 나타내는 도면.
도 18은 종래의 가변 공진기를 도시하는 도면.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 1에 마이크로 스트립 선로를 사용한 가변 공진기의 1실시형태를 나타낸다.
이 가변 공진기는 폐로인 환상의 선로부(1)와, 특성을 변경 가능한 적어도 2개의 병렬 공진회로(4)와, N개(N은 N≥3을 충족시키는 정수)의 가변 리액턴스 수단(2)을 포함한다.
선로부(1)는 유전체 기판의 일방의 면 위에 금속 등의 도체로 형성된다. 선로부(1)가 설치되는 면과는 반대측의 면(이면이라고 하기로 한다.)에 접지 도체가 금속 등의 도전체로 형성된다.
선로부(1)는 원하는 공진 주파수에서 2π 즉 360° 위상 변화하는 길이, 즉 공진 주파수에서의 1파장 혹은 그 정수배인 길이의 환상 선로이다. 도 1의 가변 공진기에서는, 원형의 환상 선로로서 예시하고 있다. 또한, 여기에서의 환상이란 소위 단순 폐곡선이다. 즉, 선로부(1)는 시점과 종점이 일치하고 또한 도중에 자기 자신과 교차하지 않는 선로이다.
여기에서 「길이」는 환상 선로의 둘레 길이이며 선로상의 어떤 위치로부터 일주하여 당해 위치로 되돌아올 때까지의 길이이다.
여기에서 「원하는 공진 주파수」는 일반적으로 공진기에 요구되는 성능의 1요소이며, 임의의 설계사항이다. 또한, 가변 공진기는 교류회로에서 사용할 수 있고, 대상으로 하는 공진 주파수에 특별히 한정은 없는데, 예를 들면, 공진 주파수를 100kHz 이상의 고주파수로 하는 경우에 유용하다.
선로부(1)는 균일한 특성 임피던스를 갖는 선로로 하는 것이 바람직하다. 「균일한 특성 임피던스를 갖는」이란, 환상의 선로부(1)를 둘레방향의 임의의 길이로 절단했을 때, 어느 절단편에서도 동일한 특성 임피던스인 것을 말한다. 엄밀히 완전하게 동일한 특성 임피던스로 하는 것은 필수 기술사항은 아니고, 실용상의 관점에서는 거의 동일한 특성 임피던스가 되도록 선로부(1)를 제작하면 충분하다. 선로부(1)의 둘레방향에 직교하는 방향을 선로부(1)의 폭이라 칭하면, 예를 들면, 유전체 기판의 비유전률이 균일한 경우에는, 어느 부분에서도 거의 동일한 폭의 선로부(1)로 함으로써, 선로부(1)는 균일한 특성 임피던스를 갖는다.
임피던스(Z)를 Z=R+jX(j는 허수 단위)로 나타낸다고 하면, 가변 리액턴스 수단(2)은, 이상적으로는, 가변 리액턴스 수단 그 자체의 임피던스(ZL)에 대하여 R=0 또한 X를 변경 가능한 가변 리액턴스 수단이다. 현실적으로는 R≠0이지만, 본 발명의 기본적인 원리에는 영향이 없다. 가변 리액턴스 수단(2)의 구체예로서는 베리어블 캐패시터, 가변 인덕터, 전송선로 등의 회로소자, 이들 중 동종의 것을 복수 조합시킨 회로, 이들 중 이종의 것을 복수 조합시킨 회로 등을 들 수 있다. 후술하는 바와 같이, 가변 리액턴스 수단(2)으로서 병렬 공진회로(4)와 동일한 회로를 사용해도 된다.
N개의 가변 리액턴스 수단(2)은 각각 같은 혹은 거의 같은 리액턴스값을 취하는 것이 가능한 것일 필요가 있다. 여기에서, 「거의 동일한」 리액턴스값을 취할 수 있으면 되는, 바꾸어 말하면, N개의 가변 리액턴스 수단(2)을 각각 완전하게 동일한 리액턴스값으로 하는 것을 설계조건으로 하여 엄격하게는 요구하지 않는 것의 이유는, N개의 가변 리액턴스 수단(2) 각각의 리액턴스값이 완전히 동일하지는 않아도, 공진 주파수에 약간의 벗어남이 생겨 일정하게는 되지 않지만(요컨대 원하는 공진 주파수를 유지할 수 없다.), 이 정도의 벗어남이면 대역폭에 흡수되므로, 실용상 아무런 문제가 생기지 않는 것에 있다. 이하에서는, 이 의미를 포함한 기술사항으로서 N개의 가변 리액턴스 수단(2)은 각각 동일한 리액턴스값을 취하는 것이 가능한 것이라고 가정한다.
N개의 가변 리액턴스 수단(2)은 각각, 선로부(1)의 둘레방향에 관하여, 1파장 또는 그 정수배가 선로부(1)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서 동일 전기길이의 간격으로, 선로부(1)에 전기적으로 분기회로로서 접속되어 있다. 실제의 설계에서는, 1파장 또는 그 정수배가 선로부(1)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수를, 예를 들면, 각 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있지 않은 가변 공진기의 공진 주파수로 하면 된다. 유전체 기판의 비유전률이 균일한 경우에는, 동일 전기길이 간격은 물리길이의 동일한 간격과 일치한다. 이러한 경우이며 또한 선로부(1)가 원형인 경우에서는, N개의 가변 리액턴스 수단(2)은 각각, 선로부(1)의 중심(O)과 이웃하는 임의의 가변 리액턴스 수단(2)의 각 접속 위치가 이루는 중심각이 360°를 N으로 나눈 각도가 되는 간격으로 선로부(1)에 접속되어 있다(도 1 참조).
도 1에 도시하는 예에서는, 각 가변 리액턴스 수단(2)의, 선로부(1)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부는, 예를 들면, 유전체 기판의 이면에 설치된 접지 도체에 전기적으로 접속됨으로써 접지되어 있다. 단, 가변 리액턴스 수단(2)을, 예를 들면, 전송선로를 사용하여 구성할 수 있으므로, 가변 리액턴스 수단(2)의, 선로부(1)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부를 접지하는 것은 필수적이지 않다.
가변 리액턴스 수단(2)의 리액턴스값을 변화시킴으로써 공진 주파수를 변경할 수 있다. 그 상세한 것은 일본 특개 2008-206078호 공보를 참조.
병렬 공진회로(4)는, 원하는 주파수에서 병렬 공진하는, 즉 그 원하는 주파수에서 임피던스가 무한대가 되고, 또한, 그 공진 주파수를 변화하는 것이 가능한 회로이다. 병렬 공진회로(4)의 구체예로서 가변 용량(4a)과 유도성을 갖는 리액턴스 소자(4b)를 병렬 접속한 회로를 도 2에 나타낸다. 도 2의 병렬 공진회로의 주요 기능은, 예를 들면, 가변 용량(4a)의 용량값을 변경시킴으로써 리액턴스값을 바꾸어, 원하는 주파수에서, 병렬 공진회로의 입력 임피던스를 무한대 혹은 그것에 가까운 임피던스로 하거나, 무한대 혹은 그것에 가까운 임피던스로부터 변경하는 것이다. 무한대 혹은 그것에 가까운 임피던스일 때, 병렬 공진회로는 개방상태의 스위치에 상당한다. 무한대 혹은 그것에 가까운 임피던스 이외일 때는, 온 상태 혹은 그것에 가까운 상태의 스위치에 상당한다. 또한, 도 2와 같이 복수의 회로 소자가 병렬 접속되어 있는 회로 이외에도, 원하는 주파수로 병렬 공진하는 회로를 병렬 공진회로(4)로서 이용 가능하다. 예를 들면, 도 13g의 회로를 병렬 공진회로(4)로서 사용할 수 있다.
병렬 공진회로(4)의 일단은 선로부(1)에 서로 상이한 위치에서 전기적으로 접속되어 있다. 병렬 공진회로(4)의 타단은, 예를 들면, 유전체 기판의 이면에 설치된 접지 도체에 접속되어 있다. 단, 병렬 공진회로(4)를, 예를 들면, 전송선로를 사용하여 구성할 수 있으므로, 병렬 공진회로(4)의, 선로부(1)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부를 접지하는 것은 필수적이지 않다.
병렬 공진회로(4)의 일단이 선로부(1)에 전기적으로 접속되어 있는 위치는 원하는 대역폭을 얻을 수 있도록 적당히 결정할 수 있다. 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있는 위치에 병렬 공진회로(4)를 접속해도 된다.
가변 용량(4a)의 용량값을 변화시켜, 상이한 위치에 배치된 병렬 공진회로(4)의 임피던스를 ∞와 -∞ 이외로 변화시킴으로써, 대역폭을 바꿀 수 있다.
도 1의 예에서는, 가변 공진기는 Port1과 Port2를 연결하는 전송선로(5)에 분기회로로서 접속되어 있고, 접속점(6)에서 급전된다. 가변 공진기와 전송선로(5)를 포함하여 가변 필터라고 부른다.
도 3은 당해 공진기의 특성을 나타내기 위한 회로 구성의 일례이다. 가변 리액턴스 수단(2)으로서 가변 용량(Cr)을 사용하여, 병렬 공진회로(4)의 유도성의 리액턴스 소자(4b)로서 인덕터를 사용하고, 그 인덕턴스는 1nH로 한다. 둥근 고리 형상인 선로부(1)의 길이는 5GHz에서의 1파장으로 하고, 그 특성 임피던스는 50Ω으로 한다. 3개의 병렬 공진회로(4)를 접속점(6)으로부터 180° 떨어진 위치에서 시계방향으로 각각 10°, 30°, 60°의 위치에 접속한다. 10°의 위치에 접속된 병렬 공진회로(4)를 병렬 공진회로(41)로 하고, 30°의 위치에 접속된 병렬 공진회로(4)를 병렬 공진회로(42)로 하고, 60°의 위치에 접속된 병렬 공진회로(4)를 병렬 공진회로(43)로 한다.
예를 들면, 우선 공진 주파수를 5GHz로 하고, 대역폭을 변경한 경우, 가변 리액턴스 수단(2)의 가변 용량(Cr)을 0pF로 설정한다. 병렬 공진회로(41, 42, 43)는, 개방상태의 스위치에 상당하게 하는 것에 대해서는, 유도성을 갖는 리액턴스 소자(4b)와 병렬 공진하도록 가변 용량(4a)의 용량값을 정한다.
도 4a 및 도 4b에 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 임피던스를 스미스 차트 위에 나타낸다. 5GHz의 공진 주파수의 경우, 인덕터가 1nH라고 하면, 가변 용량의 용량값을 약 1pF로 하면 도 4a와 같이 임피던스가 대략 무한대가 된다. 편의상 병렬 공진회로(41, 42, 43)를 개방상태의 스위치에 상당하게 하는 경우의 가변 용량(4a)의 용량값을 Coff로 대표한다. 도 4a의 경우에는 Coff로서 1pF가 적합하다고 할 수 있다. 한편, 온 상태에 상당하게 할 때의 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 가변 용량의 용량값을 Con으로 하면, Con을 10pF로 했을 때, 도 4b로부터, 5GHz에서의 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 임피던스는 0에 가깝고, 온 상태의 스위치에 가까운 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
온 상태에 상당하게 하는 병렬 공진회로를 1개 고르고, 그 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로는 개방상태에 상당하도록 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 Coff로 한다. 온 상태에 상당하게 하는 병렬 공진회로를 변경함으로써, 도 5에 도시하는 바와 같이, 공진 주파수가 일정한 채로 대역폭을 바꿀 수 있다. 도 5의 실선은, 병렬 공진회로(41)의 가변 용량의 용량값C10°를 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로(42, 43)의 가변 용량의 용량값 C30 °=C60 °=Coff로 한 경우의, Port1로부터 입력한 신호가 Port2로 전달될 때의 신호의 전달계수이다. 마찬가지로, 파선은, 병렬 공진회로(42)의 가변 용량의 용량값 C30 °를 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로(41, 43)의 가변 용량의 용량값 C10 °=C60 °=Coff로 한 경우의 전달계수이며, 1점쇄선은 병렬 공진회로(43)의 가변 용량의 용량값 C60 °를 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로(41, 42)의 가변 용량의 용량값 C10 °=C30 °=Coff로 한 경우의 전달계수이다.
다음에 공진 주파수가 4.2GHz, 가변 리액턴스 수단(2)의 용량값 Cr이 0.5pF, 인덕터가 1nH인 경우를 생각한다. 이 경우, 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 가변 용량의 용량값을 1.43pF로 하면, 도 6a와 같이 각 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 임피던스가 대략 무한대로 된다. 또, 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 가변 용량의 용량값을 10pF로 하면, 도 6b와 같이, 각 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 임피던스는 대략 0으로 된다. 이와 같이, 이 경우, Coff=1.43pF가 되고, Con=10pF가 된다.
이 경우에 있어서, 병렬 공진회로(41, 42, 43)의 용량값을 변화시켰을 때의 전달계수를 도 7에 나타낸다. 도 7의 실선은, 병렬 공진회로(41)의 가변 용량의 용량값 C10 °를 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로(42, 43)의 가변 용량의 용량값 C30 °=C60°=Coff로 한 경우의, Port1로부터 입력한 신호가 Port2로 전달될 때의 신호의 전달계수이다. 마찬가지로, 파선은 병렬 공진회로(42)의 가변 용량의 용량값 C30 °를 Con으로 하고, 다른 병렬 공진회로(41, 43)의 가변 용량의 용량값 C10 °=C60 °=Coff로 한 경우의 전달계수이며, 1점쇄선은 병렬 공진회로(43)의 가변 용량의 용량값 C60 °를 Con으로 하고, 병렬 공진회로(41, 42)의 가변 용량의 용량값 C10 °=C30 °=Coff로 한 경우의 전달계수이다.
이와 같이, 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 변화시킴으로써, 대역폭을 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 그 원리는 일본 특개 2008-206078호 공보와 동일하기 때문에 여기에서는 생략한다.
Cr과 Coff를 고정한 채로 Con의 값을 변화시킴으로써, 즉 온 상태에 상당하게 하는 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 변화시킴으로써, 공진 주파수의 저역측 근방의 감쇠량을 크게 할 수 있다. 구체적으로는, 온 상태에 상당하게 하는, 병렬 공진회로 중의 어느 1개의 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 내리면, 공진 주파수의 저역측의 감쇠극의 주파수와, 공진 주파수의 고영역측의 감쇠극의 주파수를 높게 할 수 있다.
예를 들면, 도 3의 가변 공진기에서 Cr을 0pF로 하고 공진 주파수를 5GHz로 하고, C30 °=C60 °=Coff로 하고, Con의 값을 10pF로 한 경우의 전달계수와, Con을 3pF로 한 경우의 전달계수를 도 8에 나타낸다. 도 8에 예시하는 바와 같이, Con이 10pF일 때는 도 5에 실선으로 나타낸 것과 동일하게 공진 주파수를 사이에 끼우고 거의 대칭적인 주파수 특성을 나타내지만, Con이 3pF일 때는, Con이 10pF일 때와 비교하여, 감쇠극의 주파수가 높아져, 공진 주파수의 저역측 근방의 감쇠량이 커지고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 Con의 용량값을 적절하게 설정함으로써, 주파수 특성을 예를 들면, 저역측에 감쇠량이 커지도록 치우치게 하는 것이 가능하다.
병렬 공진회로(4)로서 도 9와 같이 전송선로를 포함하는 병렬 공진회로를 사용해도 된다. 이 병렬 공진회로는 도 2에서 사용한 공진회로에, 5GHz에서 25°가 되는 전송선로를 직렬로 삽입한 것이다. 또한 이 전송선로의 길이는 원하는 특성이 되도록 설정하는 것으로, 특히 25°일 필요는 없다. 전송선로를 사용함으로써, 원하는 주파수 특성을 갖는 병렬 공진회로를 용이하게 구성할 수 있다. 전송선로를 사용하여 병렬 공진회로를 구성해도, Con의 값을 변화시킴으로써, 감쇠극의 주파수를 변화시켜, 공진 주파수의 저역측 및 고영역측 근방의 감쇠량을 변화시킬 수 있다. 이러한 특성은 가변 공진기를 사용하여 송수공용기를 구성할 때에 유리하게 된다.
도 10은, 도 3의 가변 공진기에서 Cr을 0pF로 하고 공진 주파수를 5GHz로 하고, C30 °=C60 °=Coff=0.7pF로 하고, C10 °=Con의 값을 1.8pF로 한 경우의 전달계수이다. 도 11은 도 3의 가변 공진기에서 Cr을 0pF로 하고 공진 주파수를 5GHz로 하고, C30 °=C60°=Coff=0.7pF로 하고, C10°=Con의 값을 2.2pF로 한 경우의 전달계수이다. 도 12는, 도 3의 가변 공진기에서 Cr을 0pF로 하고 공진 주파수를 5GHz로 하고 C30 °=C60 °=Coff=0.7pF로 하고, C10 °=Con의 값을 3pF로 한 경우의 전달계수이다.
도 10으로부터 도 12에 나타내는 바와 같이, 전송선로를 사용한 병렬 공진회로에서도, 온 상태에 상당하게 하는, 병렬 공진회로 중의 어느 1개의 병렬 공진회로의 가변 용량의 용량값을 내리면, 공진 주파수의 저역측의 감쇠극의 주파수와, 공진 주파수의 고영역측의 감쇠극의 주파수를 높게 할 수 있어, 공진 주파수의 저역측 및 고영역측 근방의 감쇠량을 변화시킬 수 있다.
병렬 공진회로(4)로서 도 13a에서 도 13g에 예시하는 회로를 사용해도 된다. 도 13a는 유도성을 갖는 리액턴스 소자(4b)와 고정 용량(4d)을 직렬 접속한 회로와, 가변 용량(4a)을 병렬 접속한 회로이다. 도 13b는 가변 용량(4a)과 유도성을 갖는 리액턴스 소자(4b)를 직렬 접속한 회로와, 유도성을 갖는 다른 리액턴스 소자(4b)를 병렬 접속한 회로이다. 도 13c는 가변 용량(4a)과 전송선로(4c)를 병렬 접속한 회로이다. 도 13d는 가변 용량(4a)과 전송선로(4c)를 병렬 접속한 회로와, 다른 전송선로(4c)를 직렬 접속한 회로이다. 도 13e는 선로부(1)의 일방의 측에 전송선로(4c)를 접속하고, 선로부(1)의 타방에 다른 전송선로(4c)와 가변 용량(4a)을 직렬 접속하고 있는 회로이다. 이와 같이, 선로부(1)의 일방의 측과 타방의 측에, 바꾸어 말하면 선로부(1)의 내측과 외측에, 병렬 공진회로(4)를 구성하는 회로 소자를 분산하여 배치해도 된다. 이것에 의해, 가변 공진기, 가변 필터의 설계의 자유도가 증가한다. 도 13e의 병렬 공진회로에 있어서, 가변 용량(4a)에 접속되어 있는 전송선로(4c)의 길이를 0으로 해도 문제없다. 즉, 도 13f와 같이, 선로부(1)의 일방의 측에 전송선로(4c)를 접속하고, 선로부(1)의 타방의 측에 전송선로(4c)를 개재하지 않고 가변 용량(4a)을 직접 접속해도 된다. 도 13g는 전송선로(4c)와 가변 용량(4a)을 직렬 접속한 회로이다. 도 13g과 같이 회로 구성상은 2개의 소자를 직렬로 접속한 회로이어도, 원하는 주파수에서 병렬 공진하기 때문에, 병렬 공진회로로서 이용할 수 있다.
또한, 병렬 공진회로(4)로서는, 도 2, 도 13a에서 도 13g에 예시한 것에 한하지 않고, 병렬 공진회로를 오프 상태로 하고 싶을 때는, 원하는 주파수에서 병렬 공진 현상을 이용하여 임피던스를 최대로 하고, 온 상태로 하고 싶을 때는 원하는 주파수에서 병렬 공진 현상을 일으키지 않도록, 가변 용량으로 설정 가능하게 하는 회로를 사용할 수 있다.
도 14에 예시하는 바와 같이, 가변 리액턴스 수단(2)을 배치해도 된다. 도 14의 가변 공진기에서는, M개(M은 4 이상의 짝수이다.)의 가변 리액턴스 수단(2)이 선로부(1)에 전기적으로 분기회로로서 접속되어 있다. 상세하게는, 1파장 또는 그 정수배가 선로부(1)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서, M/2-1개의 가변 리액턴스 수단(2)이 각각, 선로부(1) 위에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 선로부(1)의 1바퀴 분량의 전기길이의 절반 위치(K2)까지, 시계방향으로 선로부(1)의 둘레방향을 따라 동일 전기길이의 간격으로 접속되어 있다. 단, 여기에서 동일 전기길이 간격이란 위치(K1) 및 위치(K2)에는 가변 리액턴스 수단(2)을 설치하지 않는다고 한 조건에서의 동일 전기길이 간격을 의미한다. 마찬가지로, 나머지 가변 리액턴스 수단(2) 중 M/2-1개의 가변 리액턴스 수단(2)이 각각, 위치(K1)로부터 위치(K2)까지, 반시계 방향으로 선로부(1)의 둘레방향을 따라 동일 전기길이의 간격으로 접속되어 있다. 단, 여기에서의 동일 전기길이 간격도, 전술한 바와 같이, 위치(K1) 및 위치(K2)에는 가변 리액턴스 수단(2)을 설치하지 않는다고 한 조건에서의 동일 전기길이 간격을 의미한다. 그리고, 나머지 2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 위치(K2)에 접속되어 있다. 여기에서 「시계방향」 「반시계방향」이란 도면의 지면의 표면에서 본 경우의 둘레방향을 말하는 것으로 한다(이하 동일). 가변 공진기와 마찬가지로, 실제의 설계에서는, 1파장 또는 그 정수배가 선로부(1)의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수를, 예를 들면, 각 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있지 않은 가변 공진기의 공진 주파수로 하면 된다.
유전체 기판의 비유전률이 균일한 경우에는, 동일 전기길이 간격은 물리길이의 동일한 간격과 일치한다. 이러한 경우에서는, 선로부(1) 위에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 선로부(1)의 둘레방향을 따라 선로부(1)의 둘레 길이(L)의 절반 위치(K2)까지, M/2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 각각, 위치(K1)로부터 시계방향으로 선로부(1)를 따라 (L/M)×m(m은 1≤m≤M/2을 충족시키는 정수)의 거리만큼 떨어진 위치에 접속되고, 마찬가지로, 위치(K1)로부터 선로부(1)의 둘레방향을 따라 둘레 길이(L)의 절반 위치(K2)까지, 나머지 M/2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 각각, 위치(K1)로부터 반시계방향으로 선로부(1)를 따라 (L/M)×m(m은 1≤m≤M/2를 충족시키는 정수)의 거리만큼 떨어진 위치에 접속되어 있다. 즉, 위치(K1)에는 가변 리액턴스 수단(2)은 접속되지 않고, 위치(K1)로부터 시계방향 또는 반시계방향으로 선로부(1)를 따라 (L/M)×M/2의 거리만큼 떨어진 위치(K2)에는 2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있다.
특히 선로부(1)가 원형인 경우에서는, M개의 가변 리액턴스 수단(2)이, 선로부(1)의 중심(O)에서 보아, 선로부(1) 위에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 선로부(1)의 경로를 따라 시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 m배만큼 떨어진 위치와, 위치(K1)로부터 선로부(1)의 경로를 따라 반시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 m배만큼 떨어진 위치에 접속되어 있다. 이 때, 위치(K1)로부터 선로부(1)의 경로를 따라 시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 M/2배만큼 떨어진 위치와, 선로부(1)의 경로를 따라 반시계방향으로 360°를 M으로 나눈 각도의 M/2배만큼 떨어진 위치는 일치하고, 이 위치에 2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있다(M=4의 경우에 대하여, 도 14의 파선 포위부(α)를 참조). 도 14에 도시하는 예에서는, 각 가변 리액턴스 수단(2)의 선로부(1)에 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부는, 예를 들면, 접지 도체에 전기적으로 접속됨으로써 접지되어 있다.
2개의 가변 리액턴스 수단(2)이 접속되어 있는 위치(K2), 예를 들면, 도 14의 파선 포위부(α)로 나타낸 부분에 대해서는, 당해 위치에 전기적으로 접속하고 있는 2개의 가변 리액턴스 수단(2)을 1개의 가변 리액턴스 수단(2')으로 치환한 구성으로 변경할 수 있다(예를 들면, 도 14의 파선 포위부(β)를 참조). 이 때, 이 1개의 가변 리액턴스 수단(2')의 리액턴스값은, 2개의 가변 리액턴스 수단(2)의 합성 리액턴스에 대응하므로, 당해 위치 이외의 위치에 전기적으로 접속된 각 가변 리액턴스 수단(2)의 리액턴스값의 절반값에 설정되는 것에 유의하지 않으면 안 된다. 이 경우, 당연하지만, 가변 리액턴스 수단(2)의 총수는 M-1개가 된다.
또, 도 15, 도 16과 같이, Port1과 Port2를 연결하는 전송선로(5)에 대하여 직렬로 가변 공진기를 접속함으로써 가변 필터를 구성해도 된다.
상기의 가변 공진기 및 그 동류 구조에서는, 가변 리액턴스 수단(2)은 환상의 선로부(1)에 대하여 전기적으로 접속되어 있지만, 도 17에 도시하는 바와 같이, 가변 리액턴스 수단(2)이 환상의 선로부(1)에 접속되는 위치에서 환상의 선로부(1)를 절단하여 복수의 선로로 분할하고(도면에서는 선로(1a, 1b, 1c)에 상당한다.), 각 절단부위에서 가변 리액턴스 수단(2)을 각 선로 사이에 직렬로 전기적으로 접속하는 구성으로 해도 된다.
절단 전의 선로부(1)의 둘레 길이는 절단 후의 각 선로의 길이의 합계와 동일하다. 도 17에 나타내는 예에서는, 각 선로(1a, 1b, 1c)의 선로길이는 동일하며, 그 합계는 환상의 선로부(1)의 둘레 길이(L)와 동일하다. 도 17에서는 생략하고 있지만, 병렬 공진회로(4)는, 상기와 마찬가지로, 원하는 대역폭이 얻어지도록 선로부(1)에 대한 접속위치가 설정되고, 절단 후의 각 선로에서도 그 접속위치는 바뀌지 않는다. 따라서, 각 선로에서는, 병렬 공진회로가 접속되지 않는 선로가 있는 경우도 있다.
달리 생각하면, 도 17에 도시하는 가변 공진기는 각 선로와 각 가변 리액턴스 수단(2)으로 환상의 가변 공진기를 구성한 것이다. 즉, 여기에서는 각 선로(1a, 1b, 1c)를, 가변 리액턴스 수단(2)이 환상의 선로부(1)에 접속되는 위치에서 환상의 선로부(1)를 절단하여 얻어지는 선로로 했지만, 일반적으로는, N개(N은 N≥3을 충족시키는 정수)의 선로를 사용하는 것으로 해도 되고, 이것들을 환상으로 배치하고, 각 선로 사이에, 1개의 가변 리액턴스 수단(2)을 직렬로 전기적 접속함으로써 환상의 가변 공진기가 된다. 또한, 각 선로의 선로길이는 1파장 또는 그 정수배가 각 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에 있어서 전기길이에서 동일한 것이면 된다. 유전체 기판의 비유전률이 균일한 경우에는, 전기길이가 아니고 물리길이를 기준으로 하여 구성할 수 있다.
병렬 공진회로(4)는, 회로 내의 가변 용량에 의해 당해 병렬 공진회로의 입력 임피던스 중 리액턴스분을 변화시키는 것이 가능하기 때문에, 가변 리액턴스 수단(2)으로서 이용 가능하다. 바꿔 말하면, 병렬 공진회로(4) 및 가변 리액턴스 수단(2)으로서 동일한 회로를 사용할 수 있다. 이것에 의해, 반도체 생산기술과 같이 동일한 것을 대량으로 또한 저렴하게 생산하는 것을 장점으로 하는 기술과의 친화성이 높아져, 가변 공진기, 가변 필터를 염가이고 또한 대량으로 생산할 수 있다.
본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적당하게 변경이 가능하다. 예를 들면, 지금까지의 실시형태는 마이크로 스트립 선로 구조를 사용하여 표시되어 왔지만, 이러한 선로 구조에 한정하는 취지는 아니며, 코플래너 도파로 등 다른 선로 구조를 사용해도 된다.

Claims (9)

1개 또는 복수의 선로로 환상으로 구성된 선로부와,
특성을 변경 가능한 적어도 2개의 병렬 공진회로와,
리액턴스값을 변경 가능한 적어도 3개의 가변 리액턴스 수단을 포함하고,
각 상기 병렬 공진회로의 일단은 그 일단이 상기 선로부에 각각 상이한 위치에서 전기적으로 접속되어 있고,
각 상기 가변 리액턴스 수단이 공진 주파수에서의 전기길이에 기초하는 소정 간격으로 상기 선로부에 전기적으로 접속되어 있고,
상기 병렬 공진회로는 리액턴스값을 변경 가능하고,
상기 가변 리액턴스 수단은 상기 병렬 공진회로와 동일한 회로인 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
제 1 항에 있어서,
상기 선로부는 하나의 환상 선로이며,
상기 환상 선로의 둘레방향을 따라, 1파장 또는 그 정수배가 상기 환상 선로의 둘레 길이에 상당하는 공진 주파수에서의 전기길이에 기초하는 소정 간격으로, 각 상기 가변 리액턴스 수단이 분기회로로서 상기 환상 선로에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
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.
제 2 항에 있어서,
M을 4 이상의 짝수로 하고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M개이고,
각 상기 가변 리액턴스 수단은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하며,
M/2-1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 각각 상기 환상 선로 위에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 1바퀴 분량의 전기길이의 절반 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.
제 2 항에 있어서,
M을 4 이상의 짝수로 하고, 상기 가변 리액턴스 수단의 총수는 M-1개이고,
상기 가변 리액턴스 수단 중 M-2개의 각 가변 리액턴스 수단(이하, 제 1 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각각 동일한 리액턴스값으로 설정 가능하고, 나머지의 1개의 가변 리액턴스 수단(이하, 제 2 가변 리액턴스 수단이라고 한다.)은 각 상기 제 1 가변 리액턴스 수단의 리액턴스값의 절반값으로 설정 가능하며,
M/2-1개의 상기 제 1 가변 리액턴스 수단이 각각, 상기 환상 선로 위에서 임의로 정한 어떤 위치(K1)로부터 상기 환상 선로의 1바퀴 분량의 전기길이의 절반 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 상기위치(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.
제 1 항에 있어서,
상기 선로부는 적어도 3개의 선로로 구성되고,
각 상기 병렬 공진회로는 그 일단이 상기 선로 중 어느 하나에 각각 상이한 부위에서 전기적으로 접속되어 있고,
각 상기 선로는, 1파장 또는 그 정수배가 각 상기 선로의 선로길이의 합계에 상당하는 공진 주파수에서 소정의 전기길이를 갖고,
각 상기 선로 사이에, 적어도 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 직렬로 전기적 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
제 6 항에 있어서,
N을 3 이상의 정수로 하고, 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 갖고,
각 상기 선로 사이에 1개의 상기 가변 리액턴스 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 공진기.
제 1 항의 가변 공진기와,
전송선로를 포함하고,
상기 가변 공진기와 상기 전송선로는 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 필터.
삭제
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