(57)【要約】【課題】フィルタの周囲に配置される金属部材の影響に起因した通過損失を低減して周波数特性の優れた高性能なフィルタを提供する。【解決手段】基板１０と、基板１０上に所定間隔でマイクロストリップ線路を並べて構成した複数の共振素子２１、２２、２３と、複数の共振素子２１、２２、２３を覆う金属ケース３０と、を備え、金属ケース３０は、複数の共振素子２１、２２、２３が並べられた伝送方向Ｚに対して直交な方向で規定される内寸法が、複数の共振素子２１、２２、２３の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように決められており、金属ケース３０は、基板１０の一部であって、複数の共振素子２１、２２、２３のみを覆うケースであることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に所定間隔でマイクロストリップ線路を信号の伝送方向に並べて構成した複数の共振素子と、
前記複数の共振素子を覆う金属ケースと、を備え、
前記金属ケースは、前記複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように、前記信号の伝送方向に対して直交方向に規定される内寸法が決められていることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記金属ケースは、前記基板の一部であって、前記複数の共振素子のみを覆うケースであることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記複数の共振素子の通過帯域は、２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムなどの高周波信号処理装置に用いられるフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられている通信システムなどの高周波信号処理装置に用いられるフィルタは、共振素子が形成された基板を金属筐体に収納することで、電磁界エネルギーの放射や外界からの電磁気的ノイズの混入を防いでいる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、高周波回路を電磁界的にシールドする金属筐体の内部空間に、この内部空間を略分断する不要高次モード遮断板を設けることにより、金属筐体の内部空間を伝播する高周波の伝播経路を遮断し、高周波回路素子の周波数特性に悪影響を及ぼす不要高次モードの励起・伝播を抑制する高周波回路素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６９７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、共振素子が形成された基板全体を金属筐体に収納すると、フィルタの低域側の遮断特性が崩れて通過帯域の平坦性が確保できず、通過損失が高くなってしまう要因となっていた。すなわち、上述した基板を収納する金属筐体など、フィルタの周囲に配置される金属部材の影響に起因して、通過帯域における通過損失が高くなってしまった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、フィルタの周囲に配置される金属部材の影響に起因した通過損失を低減し、周波数特性の優れた高性能なフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（第１の態様）
本発明の第１の態様に係るフィルタは、基板と、基板上に所定間隔でマイクロストリップ線路を信号の伝送方向に並べて構成した複数の共振素子と、複数の共振素子を覆う金属ケースと、を備え、金属ケースは、複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように、信号の伝送方向に対して直交方向に規定される内寸法が決められていることを特徴とする。
【０００８】
上記第１の態様によれば、金属ケースの内寸法が、複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように決められている。例えば金属ケース内部の断面が矩形の場合、信号の伝送方向に対して直交方向の幅と、基板からの高さとで内寸法が規定されるので、幅及び高さは、それぞれ複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように決められている。
【０００９】
これにより、複数の共振素子の素子特性によって決まる当該フィルタ装置でカットしたい周波数成分、すなわち、通過帯域以下の周波数成分が、金属ケースと共振素子との間にできる空間内に伝搬することを防止することでフィルタの低域側の遮断特性が急峻になり、通過帯域の平坦性が確保でき、通過損失を低減することができる。
【００１０】
（第２の態様）
また、前記金属ケースは、基板の一部であって、複数の共振素子のみを覆うケースであることを特徴とする。
【００１１】
上記第２の態様によれば、複数の共振素子のみを覆うようなサイズの金属ケースを採用することで、当該複数の共振素子が形成された基板全体のサイズの影響を受けることなく、フィルタの低域側の遮断特性が急峻になり、通過帯域の平坦性が確保でき、通過損失を低減することができる。
【００１２】
（第３の態様）
上記第３の態様によれば、複数の共振素子の通過帯域は、２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数であることを特徴とする。
【００１３】
２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数帯域では、特に、基板を収納する金属筐体など、フィルタの周囲に配置される金属部材の影響によって、通過帯域における信号の通過損失が高くなってしまうという問題がある。
【００１４】
このような問題に対して、上記第３の態様によれば、２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数帯域に適用されるフィルタにおいて特に通過損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィルタの周囲に配置された金属部材の影響に起因した通過損失を低減して、周波数特性の優れた高性能なフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用されたフィルタについて説明するための図である。
【図２】金属ケースの内寸法について説明するための図である。
【図３】本実施形態に係るフィルタと比較例に係るフィルタとの周波数特性について説明するための図である。
【図４】本実施形態に係るフィルタと比較例に係るフィルタとの周波数特性について説明するための図である。
【図５】本実施形態の他の例に係るフィルタと比較例に係るフィルタとの周波数特性について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、通信システムなどの高周波信号処理装置に用いられるフィルタに関するものである。このようなフィルタの第１の具体例として、図１に示すような、フィルタ１の構成について説明する。
【００１８】
（１）全体構成
図１（Ａ）はフィルタ１の概略を示す斜視図である。フィルタ１は、図１（Ａ）に示すように、マイクロストリップ線路が形成された基板１０と、基板１０に形成された共振素子２１〜２３と、基板に形成された共振素子２１〜２３を覆う金属ケース３０と、を備える。
【００１９】
基板１０は、底面部に接地電極として機能する金属層１１が形成され、上面部に信号線路１３が形成され、金属層１１と信号線路１３との間には誘電体層１２が積層されている。具体的に、図１（Ｂ）に示すように、基板１０の上面部の信号線路１３には、ストリップ導電パターンによる合計３つの共振素子２１、２２、２３（総称して、共振素子２０という。）と、入出力線路２４、２５とが形成されている。複数の共振素子２０は、所定間隔で信号の伝送方向Ｚに並び、隣接する共振素子２０同士が結合することで所定の周波数帯の信号を伝送する構造になっている。すなわち、複数の共振素子２０は、３段の帯域通過フィルタとして機能する。なお、本発明に係るフィルタは、３段の帯域通過フィルタに限定されず、所定の段数からなるフィルタに適用可能である。
【００２０】
金属ケース３０は、基板１０に形成された共振素子２０を覆うケースである。好ましくは、金属ケース３０は、基板１０の一部であって、共振素子２０のみを覆うケースである。また、金属ケース３０は、信号の伝送方向Ｚに対して直交な方向で規定されるケースの内寸法が、共振素子２０の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路の幅となるように設定される。複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように決められている。
【００２１】
例えば図２に示すように、金属ケース３０内部の断面が矩形の場合、金属ケース３０の内寸法は、信号の伝送方向に対して直交方向の幅と、基板１０からの高さとで表すことができる。このため、本実施形態では、信号の伝送方向Ｚに対して直交な断面から見たときの、共振素子２０を囲む金属ケース３０内部の幅をａ［ｍ］として、金属ケース３０の高さをｂ［ｍ］とする。このような幅ａ及び高さｂで管形状が規定される導波管の導波管遮断周波数、すなわちカットオフ周波数ｆｃは、次の（１）式から導出することができる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ここで、Ｃ０は、信号の伝搬速度であり、ｍ，ｎはモード数である。
【００２４】
具体例として、共振素子２０間を伝搬する信号周波数を４１〜４２ＧＨｚとし、金属ケース３０は４３ＧＨｚ以下を遮断する導波路とする。ここで、金属ケース３０は、基板１０に取り付けられた状態で、共振素子２０の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路であればよい。
【００２５】
また、カットオフ周波数ｆｃは、長い辺の最低モードの値となるため、ａ＞ｂ，ｍ＝１，ｎ＝０として、ｆｃ＝４３ＧＨｚ時の幅ａを（１）式から計算すると、ａ≦３．４９ｍｍの条件を満たすことで、金属ケース３０は、当該金属ケース３０と共振素子２０との間にできる空間内で４３ＧＨｚ以下の電波の進行を抑える導波路となる。
【００２６】
したがって、フィルタ１の信号周波数が４１〜４２ＧＨｚの場合、金属ケース３０は、その幅がａ≦３．４９ｍｍとなるようにして共振素子２０のみを覆うことで、次の評価結果から明らかなように通過損失を低減することができる。
【００２７】
次に、フィルタ１の幅ａの値を３．０［ｍｍ］、フィルタ１の高さｂの値を２．０［ｍｍ］に設定して、フィルタ１の特性と、金属ケースが無い比較例に係るフィルタの特性について、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて評価する。
【００２８】
すなわち、図３（Ａ）は、比較例として金属ケース３０が無い場合のフィルタの周波数特性を示す図であり、Ｓ（１，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値を、それぞれライン１１１ａ、１１１ｂで示し、Ｓ（２，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値を、それぞれライン１２１ａ、１２１ｂで示している。
【００２９】
図３（Ｂ）は、本実施形態に係るフィルタ１の周波数特性を示す図であり、Ｓ（１，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値を、それぞれライン２１１ａ、２１１ｂで示し、Ｓ（２，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値を、それぞれライン２２１ａ、２２１ｂで示している。
【００３０】
また、図４は、比較例と本実施形態とのＳ（２，１）パラメータの周波数特性を並べて示した図である。ここで、図４において、本実施形態に係るフィルタ１の周波数特性については実線で表記し、比較例に係るフィルタの周波数特性については破線で表記している。
【００３１】
まず、図３から明らかなように、本実施形態に係るフィルタ１は、比較例のような金属ケース３０が無いフィルタに比べて、矢印３１及び矢印３２に示す通過帯域の低域側の領域の周波数特性が異なる。また、図４から明らかなように、本実施形態に係るフィルタ１は、比較例のような金属ケース３０が無い場合に比べて、図４中の矢印Ｓ１で示すように４３ＧＨｚ以下の電波の進行を抑え、フィルタの低域側の遮断特性を急峻にすることができる。また、本実施形態に係るフィルタ１は、金属ケース３０が無い場合に比べて、図４中の矢印Ｓ２で示す通過帯域の平坦性が確保できる。さらに、本実施形態に係るフィルタ１は、金属ケース３０がない場合に比べて、図４中の矢印Ｓ３で示すように、通過損失を低減することができる。
【００３２】
特に、通過帯域が４２ＧＨｚ帯のような波長の短い場合には入出力線路の間の距離が５ｍｍ程度であり、空間を通して金属ケースと共振素子との結合が強くなってしまう。このため、比較例に係るフィルタでは理想の遮断特性が得られない。これに対して、本実施形態に係るフィルタ１は、共振素子２０の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように、金属ケース３０の幅ａ及び高さｂが決められているので、当該金属ケース３０と共振素子２０との間にできる空間内で４３ＧＨｚ以下の電波の進行を抑え、結果として、共振素子２０間の通過損失を低減することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態に係るフィルタ１は、図１（Ｂ）に示すように、入出力線路２４、２５における金属ケース３０の端部３１、３２の幅を、金属ケース３０内部の幅ａよりも更に狭くしてもよい。このようにして端部３１、３２の幅を金属ケース３０内部の幅ａよりも狭くすることで、金属ケース３０外部への電磁波の放射を抑えつつ、通過損失をより低減することが可能となる。
【００３４】
（２）その他の例
また、他の具体例として、共振素子２０間を伝搬する信号周波数を２４〜２４．２５ＧＨｚとし、金属ケース３０は２５ＧＨｚ以下を遮断する導波路とした場合の例を示す。この２４〜２４．２５ＧＨｚの周波数帯は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical：産業科学医療用）バンドと呼ばれている。
【００３５】
導波路のカットオフ周波数ｆｃは、長い辺の最低モードの値となるため、ａ＞ｂ，ｍ＝１，ｎ＝０として、ｆｃ＝２５ＧＨｚ時の幅ａを（１）式から計算すると、ａ≦６．０ｍｍの条件を満たすことで、金属ケース３０は、当該金属ケース３０と共振素子２０との間にできる空間内で２５ＧＨｚ以下の電波の進行を抑える導波路となる。
【００３６】
したがって、フィルタ１の信号周波数が２４〜２４．２５ＧＨｚの場合、金属ケース３０は、その幅がａ≦６．０ｍｍとなるようにして共振素子２０のみを覆うことで、上述の例と同様、通過損失を低減することができる。
【００３７】
図５（Ａ）は、比較例として金属ケース３０が無い場合のフィルタの周波数特性を示す図であり、Ｓ（１，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値をライン３１１で示し、Ｓ（２，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値を、それぞれライン３２１で示している。
【００３８】
図５（Ｂ）は、本例に係るフィルタ１の周波数特性を示す図であり、Ｓ（１，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値をライン４１１で示し、Ｓ（２，１）パラメータの周波数特性の回路設計値及びシミュレーション結果から得られる値をライン４２１で示している。なお、図５（Ｂ）に示すシミュレーション結果は、ａを５．３ｍｍとした場合の結果である。
【００３９】
このように、図５（Ａ）、図５（Ｂ）においても、上述の図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４と同様、通過損失を低減し、かつ低域側の遮断特性に優れていることが示されている。
【００４０】
（３）効果
以上のように、本実施形態に係るフィルタ１は、金属ケースの内寸法を、複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるように決めることで、フィルタの低域側の遮断特性が急峻になり、通過帯域の平坦性が確保でき、通過損失を低減することができる。すなわち、フィルタ１、５０ａは、フィルタの周囲に配置された金属部材の影響によって通過帯域における通過損失が高くなってしまうことがなく、優れた周波数特性を実現することができる。
【００４１】
また、好ましくは、本実施形態に係るフィルタ１は、基板の一部であって、共振素子のみを覆うようなサイズの金属ケース３０を採用することで、基板全体をケースで覆う場合に対して、共振素子が形成された基板全体のサイズの影響を受けることなく、フィルタの低域側の遮断特性が急峻になり、通過帯域の平坦性が確保でき、通過損失を低減することができる。
【００４２】
なお、本実施形態に係るフィルタ１は、通過帯域が上述した周波数帯に限定されることなく、適用例に応じて金属ケース３０の内寸法を、複数の共振素子の通過帯域以下の周波数成分をカットオフする導波路となるような所定の値に設定することで通過損失を低減することができる。ここで、２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数では、特に、基板を収納する金属筐体など、フィルタの周囲に配置される金属部材の影響に起因して、通過帯域における通過損失が高くなってしまうという問題がある。このため、本実施形態に係るフィルタ１は、２０ＧＨｚ以上の準ミリ波またはミリ波の周波数に適用されるフィルタにおいて特に通過損失を低減することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  フィルタ
１０  基板
２０、２１、２２、２３  共振素子
３０  金属ケース
【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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