(57)【要約】【課題】２倍波及び３倍波の高調波を除去する高調波除去フィルタに関し、基本波の損失を低減すると共に、実装スペースを縮小化する。【解決手段】高出力増幅器１と出力コネクタ５との間の主信号伝送路の分布定数線路パターン４の途中の１つの分岐点に、２倍波・３倍波の高調波除去フィルタ１０が挿入される。高調波除去フィルタ１０は、分布定数線路パターン４に一端が接続された３倍波の半波長の電気長の第１の分布定数線路パターン１３と、第１の分布定数線路パターン１３の他端に接続された、基本波及び２倍波の位相合わせ用の第２の分布定数線路パターン１４と、第１の分布定数線路パターン１３の他端に接続された、３倍波の位相合わせ用の第３の分布定数線路パターン１５とを有する。第２、第３の分布定数線路パターン１４，１５には、コンデンサ１１又はコイル１２が挿入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力増幅器と出力コネクタとの間の主信号伝送路の分布定数線路パターンの途中の１つの分岐点に挿入された高調波除去フィルタであって、
前記高調波除去フィルタは、前記主信号伝送路の分布定数線路パターンの分岐点に一端が接続された第１の分布定数線路パターンと、
前記第１の分布定数線路パターンの他端に接続された、基本波及び２倍波の位相合わせ用の第２の分布定数線路パターンと、
前記第１の分布定数線路パターンの他端に接続された、３倍波の位相合わせ用の第３の分布定数線路パターンと、
を有することを特徴とする高調波除去フィルタ。
【請求項２】
前記第２の分布定数線路パターン又は前記第３の分布定数線路パターンに、コンデンサ又はコイルを挿入したことを特徴とする請求項１に記載の高調波除去フィルタ。
【請求項３】
前記主信号伝送路から見た前記高調波除去フィルタのインピーダンスが、基本波に対してオープン状態又は十分インピーダンスが高い状態、２倍波に対してショート状態又は十分インピーダンスが低い状態、３倍波に対してはショート状態又は十分インピーダンスが低い状態となるよう、前記第２の分布定数線路パターン及び第３の分布定数線路パターンを構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の高調波除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波除去フィルタに関し、特に２倍波及び３倍波の高調波を除去する高調波除去フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線システムの基地局等に使用される高出力増幅器は、非線形特性により２倍波や３倍波等の高調波が発生し、該高調波が他の無線機器の周波数帯域に漏れこむことにより、他の無線機器の通信品質を低下させる。そのため、２倍波や３倍波の高調波を除去するフィルタが高出力増幅器の出力側に挿入される。
【０００３】
図７に従来の高調波除去フィルタの構成例を示す。同図に示す高調波除去フィルタは、２倍波及び３倍波を除去するマイクロストリップ線路のフィルタの構成例である。同図において、１は高出力増幅器、２は直流成分（ＤＣ）カット用のコンデンサ、３は二層プリント基板、４は主信号伝送路の分布定数線路パターン、５は出力コネクタ、６は筐体、７は２倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ（２倍波のλ／２長）、８は３倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ（３倍波のλ／２長）、９は基板スルーホールである。ここでλは波長を表している。
【０００４】
高出力増幅器１から基本波の主信号と共に、２倍波及び３倍波を含む高調波成分が出力され、それらは、直流成分（ＤＣ）カット用のコンデンサ２及び主信号伝送路の分布定数線路パターン４を通過する。２倍波及び３倍波の高調波成分を除去し、基本波の主信号が出力コネクタ５から出力されるよう、高出力増幅機１の出力側に、２倍波除去用の分布定数パターンフィルタ７と３倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ８とが、２本並列に設けられる。
【０００５】
２倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ７は、２倍波のλ／２長の分布定数線路パターンとスルーホール（ショート）９とで構成され、スルーホール９で短絡させることにより２倍波を除去する。また、３倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ８は、３倍波のλ／２長の分布定数線路パターンとスルーホール（ショート）９とで構成され、スルーホール９で短絡させることにより３倍波を除去する。
【０００６】
図８（ａ）は従来の高調波除去フィルタのシミュレーション回路を示す。同図において、７は２倍波除去用の分布定数線路パターン、８は３倍波除去用の分布定数線路パターン、９はスルーホール、１６は接続ポート（５０Ω）である。同図に示すシミュレーション回路に、ストリップラインの分布定数回路の各回路パラメータを設定して、基本波、２倍波及び３倍波のそれぞれについての通過特性のシミュレーションを行った結果を図８（ｂ）に示す。
【０００７】
図８（ｂ）において、ｍ１は基本波（周波数２．１４０ＧＨｚ）の通過特性を示し、ｍ２は２倍波（周波数４．２８０ＧＨｚ）の通過特性を示し、ｍ３は３倍波（周波数６．４２０ＧＨｚ）の通過特性を示している。同図に示すシミュレーション結果によれば、基本波（ｍ１）について０．２２９ｄＢの損失、２倍波（ｍ２）について５８．５６４ｄＢの損失、３倍波（ｍ３）について４８．６３２ｄＢの損失となり、２倍波（ｍ２）及び３倍波（ｍ３）に対して十分な減衰を与えるが、基本波に対して０．２２９ｄＢの損失を与える。
【０００８】
周波数領域において複数の減衰極を有する複合フィルタについては、例えば、下記の特許文献１等によって知られている。
【特許文献１】特開２００２−３３５１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の高調波フィルタにおいて、λ／２長の分布定数線路パターンと基板スルーホール（ショート）とから成る３倍波除去フィルタ８は、基本波の周波数に対して、オープン状態又はインピーダンスが十分高い状態ではなく、３倍波除去フィルタ８側に基本波の主信号が漏れ、基本波に対して損失を生じるという問題があった。基本波の主信号に損失が生じることは、高効率が求められる高出力増幅器において効率低下を招くという問題に繋がる。
【００１０】
また、２倍波除去フィルタ７と３倍波除去フィルタ８とを、それぞれ個別に２本並置する構成となっていたため、実装スペースを多く必要とするという問題があった。本発明は、２倍波及び３倍波を除去する高調波除去フィルタにおいて、基本波の損失を低減すると共に、実装スペースを縮小化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示の高調波除去フィルタは、高出力増幅器と出力コネクタとの間の主信号伝送路の分布定数線路パターンの途中の１つの分岐点に挿入された高調波除去フィルタであって、前記主信号伝送路の分布定数線路パターンの分岐点に一端が接続された第１の分布定数線路パターンと、前記第１の分布定数線路パターンの他端に接続された、基本波及び２倍波の位相合わせ用の第２の分布定数線路パターンと、前記第１の分布定数線路パターンの他端に接続された、３倍波の位相合わせ用の第３の分布定数線路パターンと、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
開示の高調波除去フィルタでは、基本波の主信号に生じる損失が少なく、高出力増幅器の効率低下を防ぐことができる。また、２倍波と３倍波を除去するフィルタを一体構成とすることができ、実装スペースを縮小化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に開示の高調波除去フィルタの構成例、図２に該高調波除去フィルタのシミュレーション回路、図３に該高調波除去フィルタのシミュレーション結果を示す。高調波除去フィルタ１０は、主信号伝送路の分布定数線路パターン４から分岐し、該主信号伝送路の分布定数線路パターン４に並列に挿入される。
【００１４】
図１に示す高調波除去フィルタ１０は、特性インピーダンスの高い（５０Ω以上）分布定数線路パターン１３，１４，１５と、コイル１２と、コンデンサ１１と、短絡用のスルーホール９とから成る構成例を示している。分布定数線路パターン１３は、３倍波のλ／２長の分布定数線路パターンであり、分布定数線路パターン１４は、基本波及び２倍波の位相合わせ用の分布定数線路パターンであり、分布定数線路パターン１５は、３倍波の位相合わせ用の分布定数線路パターンである。
【００１５】
なお、コイル１２はコンデンサに、コンデンサ１１はコイルに置き換えることも可能であり、また、ＬＣ回路等の共振回路に置き換えることも可能である。それらに置き換えた場合、分布定数線路パターン１３，１４，１５の長さを最適に調整することにより同等の特性が得られる。
【００１６】
主信号伝送路の分布定数線路パターン４から高調波除去フィルタ１０のインピーダンスを見たとき、基本波（周波数ｆ０）に対してはオープン状態又は十分インピーダンスが高い状態、２倍波（周波数２ｆ０）に対してはショート状態又は十分インピーダンスが低い状態、３倍波（周波数３ｆ０）に対してはショート状態又は十分インピーダンスが低い状態となるよう、高調波除去フィルタ１０を構成する。こうすることにより、主信号に対して低損失で、かつ一体構成の分布定数回路で、２倍及び３倍の高調波を除去することが可能となる。
【００１７】
図２に高調波除去フィルタ１０のシミュレーション回路を示す。同図おいて、９はスルーホール、１１はコンデンサ（又はコイル）、１２はコイル（又はコンデンサ）、１３は３倍波（周波数３ｆ０）のλ／４の電気長を有する位相合わせの分布定数線路パターン、１４は基本波及び２倍波に対する位相合わせの分布定数線路パターン、１５は３倍波に対する位相合わせの分布定数線路パターン、１６は接続ポート（５０Ω）である。
【００１８】
図２のシミュレーション回路にストリップラインの分布定数回路の各回路パラメータを設定し、高調波除去フィルタ１０における基本波、２倍波及び３倍波のそれぞれについての通過特性のシミュレーションを行った結果を図３に示す。図３において、ｍ１は基本波（周波数２．１４０ＧＨｚ）の通過特性を示し、ｍ２は２倍波（周波数４．２８０ＧＨｚ）の通過特性を示し、ｍ３は３倍波（周波数６．４２０ＧＨｚ）の通過特性を示している。
【００１９】
図３に示すシミュレーション結果によれば、基本波（ｍ１）は０．０５７ｄＢの損失、２倍波（ｍ２）は４５．７２５ｄＢの損失、３倍波（ｍ３）は４１．５０５ｄＢの損失となり、２倍波及び３倍波に対して十分な減衰を与えると共に、基本波に対しては、従来の減衰（損失）値０．２２９に比べて０．０５７となり、より少ない減衰（損失）の伝送特性となる。
【００２０】
図４〜図６に高調波除去フィルタ１０の回路構成の導出過程とそのシミュレーション結果を示す。図４（ａ）は３倍波に対するシミュレーション回路を示す。該シミュレーション回路は、３倍波に対する位相合わせの分布定数線路パターン１５とコイル（又はコンデンサ）１２とスルーホール９とから構成される。
【００２１】
図４（ａ）の３倍波に対するシミュレーション回路において、ストリップラインの分布定数回路の各回路パラメータを設定して行った基本波及び３倍波のインピーダンスのシミュレーション結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、ｍ１は基本波（周波数２．１４０ＧＨｚ）のインピーダンスを示し、ｍ３は３倍波（周波数６．４２０ＧＨｚ）のインピーダンスを示している。
【００２２】
図４（ｂ）のスミスチャートに示すように、３倍波（周波数３ｆ０）の高調波に対してインピーダンスが最小、即ちショート状態となるポイントに導かれるよう、ストリップラインの分布定数回路１５とコイル（又はコンデンサ）１２から成る回路のインピーダンスを形成する。
【００２３】
次に図５に示すように、３倍波（周波数３ｆ０）のλ／２の電気長を有する分布定数線路パターン１３を追加する。この分布定数線路パターン１３では、３倍波（周波数３ｆ０）に対しては、ショート状態→オープン状態→ショート状態とインピーダンスの位相が変化し、主信号伝送路の分布定数線路パターン４から見た高調波除去フィルタ１０側のインピーダンスは、３倍波（周波数３ｆ０）に対してはショート状態となり、主信号伝送路の分布定数線路パターン４を通過する３倍波（周波数３ｆ０）は、高調波除去フィルタ１０側に流れ、出力コネクタ５側には現れない。
【００２４】
次に、３倍波のフィルタ回路（分布定数線路パターン１５、コイル（又はコンデンサ）１２、スルーホール９）と、３倍波（周波数３ｆ０）のλ／２の電気長を有する分布定数線路パターン１３との合流点に、分布定数線路パターン１４とコンデンサ（又はコイル）１１とスルーホール９とから成る回路を追加する。
【００２５】
そのとき、主信号伝送路の分布定数線路パターン４から見た高調波除去フィルタ１０のインピーダンスが、２倍波（周波数２ｆ０）に対してショート状態又は十分低いインピーダンスとなり、基本波（周波数ｆ０）に対してオープン状態又は十分高いインピーダンスとなるように、コンデンサ（又はコイル）１１のキャパシタンス（又はインダクタンス）と分布定数線路パターン１４の長さを決定する。
【００２６】
即ち図６のスミスチャートに示すように、３倍波（周波数３ｆ０）及び２倍波（周波数２ｆ０）に対してインピーダンスが最小（ショート状態）となり、基本波（周波数ｆ０）に対してインピーダンスが十分高いポイントとなるよう、高調波除去フィルタ１０の回路のインピーダンスを形成する。図６において、ｍ１は基本波（周波数ｆ０）に対するインピーダンス、ｍ２は２倍波（周波数２ｆ０）に対するインピーダンス、ｍ３は３倍波（周波数３ｆ０）に対するインピーダンスを示している。
【００２７】
より簡明に説明すると、３倍波に対して、分布定数線路パターン１３でインピーダンスの位相がショート状態→オープン状態→ショート状態と変化し、分布定数線路パターン１５とコイル（又はコンデンサ）１２とスルーホール９との回路で、インピーダンスの位相がショート状態→オープン状態→ショート状態と変化するよう構成する。また、２倍波に対して、分布定数線路パターン１３とコンデンサ（又はコイル）１１とスルーホール９との回路で、インピーダンスの位相がショート状態→オープン状態→ショート状態と変化するよう構成する。
【００２８】
このように構成することにより、主信号伝送路の分布定数線路パターン４から見た高調波除去フィルタ１０のインピーダンスが、基本波（周波数ｆ０）、２倍波（周波数２ｆ０）、３倍波（周波数３ｆ０）のそれぞれに対して、オープン状態又は十分高いインピーダンス、ショート状態又は十分低いインピーダンス、ショート状態又は十分低いインピーダンスとなり、主信号の損失が少なく、一体構成の回路にて２倍波及び３倍波の高調波を除去することが可能となる。
【００２９】
主信号の損失は、図３のシミュレーション結果に示したとおり０．０５７ｄＢであり、従来の減衰（損失）０．２２９ｄＢに比べて少ない減衰（損失）となる。また、２倍波と３倍波とを除去するフィルタが一体構成の回路となるため、従来の独立のフィルタを並置した構成に比べて、実装スペースを縮小することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】高調波除去フィルタの構成例を示す図である。
【図２】高調波除去フィルタのシミュレーション回路を示す図である。
【図３】２倍波及び３倍波の通過特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】３倍波に対するシミュレーション回路とシミュレーション結果を示す図である。
【図５】２倍波及び３倍波に対するシミュレーション回路を示す図である。
【図６】基本波、２倍波及び３倍波に対するシミュレーション結果を示す図である。
【図７】従来の高調波除去フィルタの構成例を示す図である。
【図８】従来の高調波除去フィルタのシミュレーション回路とシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  高出力増幅器
２  コンデンサ（高出力増幅器のＤＣカット用）
３  プリント基板（２層）
４  主信号伝送路の分布定数線路パターン
５  出力コネクタ
６  筐体
７  ２倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ（２倍波のλ／２長）
８  ３倍波除去用の分布定数線路パターンフィルタ（３倍波のλ／２長）
９  スルーホール
１０  ２倍波及び３倍波の高調波除去フィルタ
１１  コンデンサ
１２  コイル
１３  ３倍波のλ／２長の分布定数線路パターン
１４  基本波及び２倍波の位相合わせ用の分布定数線路パターン
１５  ３倍波の位相合わせ用の分布定数線路パターン
１６  ポート（５０Ω）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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