WO2013128960A1

WO2013128960A1 - デュプレクサ及び通信装置

Info

Publication number: WO2013128960A1
Application number: PCT/JP2013/050563
Authority: WO
Inventors: 岩波　瑞樹
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-09-06
Also published as: JPWO2013128960A1

Abstract

　デュプレクサ（５）は、プリント基板（１０）と、フィルタ回路（２０）とを備える。プリント基板（１０）は、積層された、誘電体層（１１）及びグランド層（１２）で構成される。フィルタ回路（２０）は、誘電体層（１１）のグランド層（１２）に接する面の反対側の表面に導電材料により形成される。フィルタ回路（２０）は、受信用フィルタ（２１）と送信用フィルタとを備える。受信用フィルタ（２１）と送信用フィルタとは、それぞれ幅広のストリップ線路（２３）と幅広のストリップ線路（２３）よりも幅が狭い幅狭のストリップ線路（２４）とが信号電送方向に交互に連結されることで構成される。受信用フィルタ（２１）には、プリント基板（１０）の厚さ方向に延びる穴（３０）が形成される。穴（３０）は、受信用フィルタ（２１）の幅広のストリップ線路（２３）を貫通して、誘電体層（１１）の内部に至る。

Description

デュプレクサ及び通信装置

　本発明は、プリント基板及びフィルタ回路を備えるデュプレクサ、及び該デュプレクサを備える通信装置に関する。

　無線基地局等で使用されるデュプレクサは、一般に、アンテナと送信回路との間に接続される送信信号用の帯域フィルタ（以下、送信用フィルタ）と、アンテナと受信回路との間に接続される受信信号用の帯域フィルタ（以下、受信用フィルタ）とを備える。該デュプレクサでは、送信用フィルタの通過帯域と受信用フィルタの通過帯域とを相違させることで、送信信号と受信信号とを分離することができる。

　上記のデュプレクサとして、例えば特許文献１や非特許文献１には、送信用フィルタや受信用フィルタが金属製或いはセラミック製の空洞共振器から構成されるデュプレクサが開示されている。しかしながら、この種のデュプレクサは、サイズや重量が大きく、製造コストが高い。そこで、例えば特許文献２に示されるように、プリント基板上の導電材料に送信フィルタや受信用フィルタを形成することで、デュプレクサの小型化・軽量化・低コスト化が可能な技術が提案されている。

特開２００２－２６６０２号公報特開２００５－０７３２６５号公報

Gunther Dehn-Andone, Grzegorz Adamiuk, Georg Fischer著，「Using Metamaterial structures With Frequency agile basestations」，Proceedings of IEEE German Microwave Conference, Germany, 8a-5 2006

　しかしながら、送信用フィルタや受信用フィルタがプリント基板上の導電材料で形成されるデュプレクサでは、プリント基板を形成する材料定数や、送信用フィルタや受信用フィルタを形成する導電材料の材料定数や実効誘電率が、製造ロットによりばらついてしまう。そのような材料を用いてデュプレクサを製作すると、送信用フィルタや受信用フィルタの通過帯域が設計値からずれてしまう。

　本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、デュプレクサが備える送信用フィルタ及び受信用フィルタの通過帯域の調節を容易にすることを目的とする。

　本発明の第１の観点に係るデュプレクサは、
　誘電体層とグランド層とが積層されたプリント基板と、
　前記誘電体層の前記グランド層に接する面の反対側の表面に導電材料により形成されるフィルタ回路とを備え、
　前記フィルタ回路は、前記フィルタ回路の厚さ方向及び前記フィルタ回路における信号伝送方向にそれぞれ直交する方向の長さが互いに異なる、幅広のストリップ線路及び幅狭のストリップ線路、が交互に連結された２つのフィルタを備え、
　前記２つのフィルタのうち少なくとも一方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる穴が形成され、
　前記穴は、前記フィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至ることを特徴とする。

　本発明の第２の観点に係る通信装置は、第１の観点に係るデュプレクサを備える通信装置であって、
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタは、一端がサーキュレータを介してアンテナと接続され、他端が受信回路に接続され、
　前記２つのフィルタのうち他方のフィルタは、一端が前記サーキュレータを介して前記アンテナと接続され、他端が送信回路に接続されることを特徴とする。

　本発明によれば、デュプレクサが備える送信用フィルタ及び受信用フィルタの通過帯域の調節を容易に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る通信装置を示す概略図である。実施の形態１に係るデュプレクサを示す平面図である。実施の形態１に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態１に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態１に係るデュプレクサの変形例を示す平面図である。実施の形態１に係る送信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。実施の形態１に係る受信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係るデュプレクサを示す平面図である。実施の形態２に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態２に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態２に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態２に係るデュプレクサを示す断面図である。本発明の実施の形態３に係るデュプレクサを示す平面図である。実施の形態３に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態３に係るデュプレクサを示す断面図である。実施の形態３に係る送信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。実施の形態３に係る受信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１に係る通信装置１を、図を参照して説明する。通信装置１は、無線機器局で使用されるものであり、図１に示すように、アンテナ２と、送信回路３と、受信回路４と、デュプレクサ５とを備える。通信装置１は、送信回路３から送信される信号（以下、送信信号）をデュプレクサ５を介してアンテナ２に送信し、アンテナ２で受信される信号（以下、受信信号）をデュプレクサ５を介して受信回路４に送信する。本実施の形態では、受信信号の周波数は、送信信号の周波数に比して高い。

　図２，図３Ａ，及び図３Ｂに示すように、デュプレクサ５は、プリント基板１０と、プリント基板１０上に導体により形成されるフィルタ回路２０とを備える。図３Ａ及び図３Ｂは、図２のＡ－Ａ線で切断した状態を示す。図３Ａに示すように、プリント基板１０は、積層された、誘電体層１１及び平面導体であるグランド層１２で構成される。フィルタ回路２０は、誘電体層１１のグランド層１２に接する面の反対側の表面に、導電材料により形成されている。

　フィルタ回路２０は、受信用フィルタ２１と送信用フィルタ２２とを備える。図２に示すように、受信用フィルタ２１と送信用フィルタ２２とは、それぞれ交互に連結される、フィルタ回路２０の厚さ方向及びフィルタ回路２０における信号伝送方向にそれぞれ直交する方向の長さが互いに異なる、幅広のストリップ線路２３及び幅狭のストリップ線路２４で構成される。幅広のストリップ線路２３と、グランド層１２とは、幅広のストリップ線路２３及びグランド層１２の間に容量素子を構成する。幅狭のストリップ線路２４は、インダクタ素子を構成する。幅広のストリップ線路２３の信号伝送方向の長さａ及び幅狭のストリップ線路２４の信号伝送方向の長さｂは同一に設定される。

　受信用フィルタ２１には、プリント基板１０の厚さ方向に延びる穴３０が形成されている。穴３０は、断面が円形であり、受信用フィルタ２１の幅広のストリップ線路２３を貫通して、誘電体層１１の内部に至る。

　受信用フィルタ２１は、受信信号の帯域フィルタとして使用されるものであり、図１に示すように、一端がサーキュレータ４０を介してアンテナ２と接続され、他端が受信回路４に接続される。

　送信用フィルタ２２は、送信信号の帯域フィルタとして使用されるものであり、一端がサーキュレータ４０を介してアンテナ２と接続され、他端が送信回路３に接続される。

　本実施の形態によれば、受信用フィルタ２１に誘電体層１１の内部に至る穴３０が形成されることで、穴３０が形成された部分の誘電率が低くなる。これにより、受信用フィルタ２１の実効誘電率が、送信用フィルタ２２の実効誘電率よりも低くなる。よって、受信用フィルタ２１の通過帯域と、送信用フィルタ２２の通過帯域とを異ならせることができる。具体的には、受信用フィルタ２１の通過帯域を、送信用フィルタ２２の通過帯域よりも高くシフトさせることができる。よって、受信用フィルタ２１に周波数の高い受信信号を通過させ、送信用フィルタ２２に周波数の低い送信信号を通過させることができる。このため、受信信号は、送信回路３に回り込むことがなく、受信回路４により受信される。また、送信信号は、受信回路４に回り込むことがなく、アンテナ２から外部空間に放射される。

　なお、例えば受信用フィルタ２１の実効誘電率を調整するために、穴３０の断面積・深さ・数・位置・形状は任意に設定され得る。例えば図３Ｂに示すように、穴３０はプリント基板１０を貫通するように形成されてもよい。また図４に示すように、穴３０の断面は矩形状でもよい。穴３０の断面積・深さ・数・位置・形状の少なくともいずれかを変更することで、受信用フィルタ２１の通過帯域を容易に調節することができる。

　また、受信信号の周波数が、送信信号の周波数よりも低い場合には、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の一端を、サーキュレータ４０を介してアンテナ２と接続する。また、送信用フィルタ２２の他端を受信回路４に接続し、受信用フィルタ２１の他端を送信回路３に接続する。このように接続することで、送信用フィルタ２２を、受信信号の帯域フィルタとして機能させることができる。また、受信用フィルタ２１を、送信信号の帯域フィルタとして機能させることができる。

（実施例）
　実施の形態１のデュプレクサ５の信号通過特性を評価するために、実施の形態１のデュプレクサ５の実施例を作成して、該実施例に２～２．２ＧＨｚの信号を入力する試験を行った。

　本実施例では、誘電体層１１はアルミナから形成される。誘電体層１１の厚さは０．５ｍｍであり、誘電体層１１の比誘電率は９である。幅広のストリップ線路２３の長さａ及び幅狭のストリップ線路２４の長さｂは、それぞれ２０ｍｍである。幅広のストリップ線路２３の配線幅ｃは２ｍｍであり、幅狭のストリップ線路２４の配線幅ｄは１５ｍｍである。穴３０は、ドリルで形成されて、断面は直径２ｍｍの円形であり、プリント基板１０を貫通している。

　図５Ａは、実施の形態１に係る送信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。図５Ｂは、実施の形態１に係る受信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。図５Ａ，図５Ｂの横軸は入力信号の周波数を示す。図５Ａ，図５Ｂの縦軸は、送信用フィルタ２２及び受信用フィルタ２１を通過する信号の強度を示す。通過する信号の強度は、０ｄＢのとき最大になり、負数が大きくなるに従い弱くなる。

　本実施例によれば、穴３０を形成したことで、受信用フィルタ２１の基材の実効誘電率が７になった。その結果、受信用フィルタ２１の通過帯域のピーク位置（２．１２×１０^９付近）は、送信用フィルタ２２の通過帯域のピーク位置（２．０３×１０^９付近）に比して、約９０ＭＨｚ高くなった。

（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係るデュプレクサ６を図６及び図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄを参照して説明する。図７Ａ及び図７Ｃは、図６のＡ－Ａ線で切断した状態を示し、図７Ｂ及び図７Ｄは、図６のＢ－Ｂ線で切断した状態を示す。デュプレクサ６は、実施の形態１のデュプレクサ５の代わりに、通信装置１（図１）に設けられるものである。実施の形態２のデュプレクサ６では、受信用フィルタ２１や、送信用フィルタ２２に、それぞれプリント基板の厚さ方向に延びる穴３１，３２が形成されている。図７Ａ，図７Ｂに示すように、穴３１，３２は、それぞれ受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の幅広のストリップ線路２３を貫通して、誘電体層１１の内部に至る。穴３１，３２の数は相違しており、穴３１の数は、穴３２の数よりも多い。

　本実施の形態によれば、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の位置にそれぞれ穴３１，３２が形成され、且つ、穴３１，３２の数が異なることで、受信用フィルタ２１の実効誘電率と、送信用フィルタ２２の実効誘電率とに差を生じさせることができる。よって、受信用フィルタ２１の通過帯域と、送信用フィルタ２２の通過帯域とを異ならせることができる。具体的には、穴３１の数を穴３２の数よりも多くすることで、受信用フィルタ２１の通過帯域を、送信用フィルタ２２の通過帯域よりも高くシフトさせることができる。よって、受信用フィルタ２１を通過する信号を、周波数の高い受信信号とし、送信用フィルタ２２を通過する信号を、周波数の低い送信信号とすることが可能である。

　なお、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の実効誘電率を調整するために、穴３１，３２の断面積・深さ・数・位置・形状は任意に設定され得る。例えば、穴３１，３２は、図６に示すように断面が矩形状に形成されてもよく、或いは、断面が円形に形成されてもよい。また、図７Ｃ，図７Ｄに示すように、穴３１，３２は、それぞれプリント基板１０を貫通するように形成されてもよい。穴３１，３２の断面積・深さ・数・位置・形状の少なくともいずれかが相違するように調節することで、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の通過帯域が相違するように容易に調節することができる。

（実施の形態３）
　次に、本発明の実施の形態３に係るデュプレクサ７を、図８及び図９Ａ，図９Ｂを参照して説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、図８のＡ－Ａ線で切断した状態を示す。デュプレクサ７は、実施の形態１，２のデュプレクサ５，６に代わりに、通信装置１（図１）に設けられるものである。図８に示すように、実施の形態３のデュプレクサ７では、幅広のストリップ線路２３の信号伝送方向の長さａは、幅狭のストリップ線路２４の信号伝送方向の長さｂよりも、長く設定されている。

　受信用フィルタ２１には、プリント基板１０の厚さ方向に延びる穴３３が形成されている。穴３３は、断面が円形であり、図９Ａに示すように、受信用フィルタ２１の幅広のストリップ線路２３を貫通して、誘電体層１１の内部に至る。

　本実施の形態によれば、幅広のストリップ線路２３の長さａが、幅狭のストリップ線路２４の長さｂよりも長いので、受信用フィルタ２１の基材の実効誘電率を一層低減することができる。これにより、受信用フィルタ２１の通過帯域をより高い方へシフトさせることができる。

　受信用フィルタ２１の実効誘電率を調整するために、穴３３の断面積・深さ・数・位置・形状は任意に設定され得る。例えば、穴３３は、図８に示すように断面が円形に形成されてもよく、或いは、断面が矩形状に形成されてもよい。また図９Ｂに示すように、穴３３はプリント基板１０を貫通するように形成されてもよい。穴３３の断面積・深さ・数・位置・形状の少なくともいずれかを変更することで、受信用フィルタ２１の通過帯域を容易に調節することができる。

　また、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２の双方に穴が形成されてもよい。この場合、受信用フィルタ２１及び送信用フィルタ２２に設ける穴の断面積・深さ・数・位置・形状の少なくともいずれかが相違するように調節することで、フィルタ２１，２２の実効誘電率に差を生じさせることができる。よって、受信用フィルタ２１の通過帯域と、送信用フィルタ２２の通過帯域とが相違するように容易に調節することができる。

（実施例）
　実施の形態３のデュプレクサ７の信号通過特性を評価するために、実施の形態３のデュプレクサ７の実施例を作成して、該実施例に１．８～２．７ＧＨｚの信号を入力する試験を行った。

　本実施例では、幅広のストリップ線路２３の長さａは２５ｍｍに設定され、幅狭のストリップ線路２４の長さｂは１０ｍｍに設定されている。その他の特徴（誘電体層１１の材料・厚さ・比誘電率、幅広のストリップ線路２３の配線幅ｃ、幅狭のストリップ線路２４の配線幅ｄ、穴３３の形状・直径）は、実施の形態１の実施例と同一である。

　図１０Ａは、実施の形態３に係る送信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。図１０Ｂは、実施の形態３に係る受信用フィルタの信号通過特性を示すグラフである。本実施例によれば、受信用フィルタ２１の実効誘電率は、６になり、実施の形態１の実効誘電率７に比して小さくなった。その結果、受信用フィルタ２１の通過帯域のピーク位置は、２．５×１０^９付近になり、図５Ｂに示す実施の形態１の受信フィルタ２１の通過帯域のピーク位置（２．１２×１０^９付近）よりも高くなった。その結果、受信用フィルタ２１の通過帯域のピーク位置（２．５×１０^９付近）と、送信用フィルタ２２の通過帯域のピーク位置（２．１６×１０^９付近）との差は、約３４０ＭＨｚになり、実施の形態１における受信用フィルタ２１の通過帯域のピーク位置と、送信用フィルタ２２の通過帯域のピーク位置との差（約９０ＭＨｚ）に比して大きくなった。

　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

　（付記１）
　誘電体層とグランド層とが積層されたプリント基板と、
　前記誘電体層の前記グランド層に接する面の反対側の表面に導電材料により形成されるフィルタ回路とを備え、
　前記フィルタ回路は、前記フィルタ回路の厚さ方向及び前記フィルタ回路における信号伝送方向にそれぞれ直交する方向の長さが互いに異なる、幅広のストリップ線路及び幅狭のストリップ線路、が交互に連結された２つのフィルタを備え、
　前記２つのフィルタのうち少なくとも一方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる穴が形成され、
　前記穴は、前記フィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至る、
　ことを特徴とするデュプレクサ。

　（付記２）
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタにのみ、前記穴が形成されることを特徴とする付記１に記載のデュプレクサ。

　（付記３）
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる第１の穴が形成され、
　前記２つのフィルタのうち他方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる第２の穴が形成され、
　前記第１の穴は、前記一方のフィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至り、
　前記第２の穴は、前記他方のフィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至り、
　前記第１の穴と前記第２の穴は、穴の断面積、穴の深さ、穴の数、穴の位置、及び穴の形状のうち、少なくともいずれかが相違する、
　ことを特徴とする付記１に記載のデュプレクサ。

　（付記４）
　前記幅広のストリップ線路の前記信号伝送方向の長さは、前記幅狭のストリップ線路の前記信号伝送方向の長さよりも、長いことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載のデュプレクサ。

　（付記５）
　付記１乃至４のいずれかに記載のデュプレクサを備える通信装置であって、
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタは、一端がサーキュレータを介してアンテナと接続され、他端が受信回路に接続され、
　前記２つのフィルタのうち他方のフィルタは、一端が前記サーキュレータを介して前記アンテナと接続され、他端が送信回路に接続される、
　ことを特徴とする通信装置。

　本発明は、発明の広い趣旨、範囲から外れることなく各種の実施形態とその変形が可能である。上記各実施形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも、添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、及び発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

　本発明は、２０１２年２月２７日に出願された日本国特許出願２０１２－４０６１７号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１２－４０６１７号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

　本発明は、送信用フィルタと受信用フィルタを備えるデュプレクサに好適に採用され得る。

　　　　　　　　　　１　　通信装置
　　　　　　　　　　２　　アンテナ
　　　　　　　　　　３　　送信回路
　　　　　　　　　　４　　受信回路
　　　　　　５，６，７　　デュプレクサ
　　　　　　　　　１０　　プリント基板
　　　　　　　　　１１　　誘電体層
　　　　　　　　　１２　　グランド層
　　　　　　　　　２０　　フィルタ回路
　　　　　　　　　２１　　受信用フィルタ
　　　　　　　　　２２　　送信用フィルタ
　　　　　　　　　２３　　幅広のストリップ線路
　　　　　　　　　２４　　幅狭のストリップ線路
３０，３１，３２，３３　　穴
　　　　　　　　　４０　　サーキュレータ

Claims

　誘電体層とグランド層とが積層されたプリント基板と、
　前記誘電体層の前記グランド層に接する面の反対側の表面に導電材料により形成されるフィルタ回路とを備え、
　前記フィルタ回路は、前記フィルタ回路の厚さ方向及び前記フィルタ回路における信号伝送方向にそれぞれ直交する方向の長さが互いに異なる、幅広のストリップ線路及び幅狭のストリップ線路、が交互に連結された２つのフィルタを備え、
　前記２つのフィルタのうち少なくとも一方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる穴が形成され、
　前記穴は、前記フィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至る、
　ことを特徴とするデュプレクサ。
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタにのみ、前記穴が形成されることを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる第１の穴が形成され、
　前記２つのフィルタのうち他方のフィルタに、前記プリント基板の厚さ方向に延びる第２の穴が形成され、
　前記第１の穴は、前記一方のフィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至り、
　前記第２の穴は、前記他方のフィルタを貫通して、前記誘電体層の内部に至り、
　前記第１の穴と前記第２の穴は、穴の断面積、穴の深さ、穴の数、穴の位置、及び穴の形状のうち、少なくともいずれかが相違する、
　ことを特徴とする請求項１に記載のデュプレクサ。
　前記幅広のストリップ線路の前記信号伝送方向の長さは、前記幅狭のストリップ線路の前記信号伝送方向の長さよりも、長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデュプレクサ。
　請求項１乃至４のいずれかに記載のデュプレクサを備える通信装置であって、
　前記２つのフィルタのうち一方のフィルタは、一端がサーキュレータを介してアンテナと接続され、他端が受信回路に接続され、
　前記２つのフィルタのうち他方のフィルタは、一端が前記サーキュレータを介して前記アンテナと接続され、他端が送信回路に接続される、
　ことを特徴とする通信装置。