(57)【要約】【課題】低損失で広帯域のフィルタを提供する。【解決手段】実施の形態のフィルタは、ｎ個の共振器と、入力線路と、出力線路と、を備えるフィルタである。共振器のそれぞれが、第１および第２の櫛状構造と、第１および第２の櫛状構造とを接続する接続線路を有し、第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成され、第１および第２の櫛状構造が略平行になるよう配置され、接続線路が屈曲部を有し、接続線路が第１および第２の櫛状構造のそれぞれの第２の線路に接続され、ｋ番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋１）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、（ｋ＋１）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋２）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは３以上の自然数）個の共振器と、
１番目の共振器に結合する入力線路と、
ｎ番目の共振器に結合する出力線路と、を備えるマイクロストリップライン構造のフィルタであって、
前記共振器が、第１の櫛状構造と、第２の櫛状構造と、前記第１の櫛状構造と前記第２の櫛状構造とを接続する接続線路とを有し、
前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、前記第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成され、前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置され、前記接続線路が屈曲部を有し、前記接続線路が前記第１および第２の櫛状構造のそれぞれの前記第２の線路に接続され、
ｋ（１≦ｋ≦ｎ−２）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋１）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、
（ｋ＋１）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋２）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置されることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、共振状態で、前記第１の櫛状構造の電流分布と前記第２の櫛状構造の電流分布が逆位相となることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、前記接続線路の幅が、前記第１または第２の櫛状構造の前記第１の線路の伸長方向に対して垂直方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または請求項２記載のフィルタ。
【請求項４】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、前記第１または第２の櫛状構造の共振周波数が、前記共振器の第２高調波の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項５】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、前記第１または第２の櫛状構造の電気長が前記共振器全体の電気長の半分以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項６】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、前記第１または第２の櫛状構造のいずれか一方の第１の線路の本数をｍ（ｍは２以上の自然数）、第１の線路の物理的長さをＬ、前記共振器の前記第１の線路の伸長方向の物理的長さをＹとする場合に、（２ｍ−１）×Ｌ≧Ｙであることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項７】
前記共振器の少なくとも一つにおいて、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項８】
前記第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状である前記共振器において、前記第１の櫛状構造と第２の櫛状構造との中間に、前記第１の線路の伸長方向に平行に設けられる仮想直線に対して、前記共振器が非対称であることを特徴とする請求項７記載のフィルタ。
【請求項９】
前記１番目の共振器の前記第１の櫛状構造に前記入力線路が直接接続され、前記ｎ番目の共振器の前記第２の櫛状構造に前記出力線路が直接接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項８いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記入力線路の線路幅が前記第１の櫛状構造との接続部近傍で変化し、前記出力線路の線路幅が前記第２の櫛状構造との接続部近傍で変化することを特徴とする請求項９記載のフィルタ。
【請求項１１】
前記入力線路および前記出力線路の先端が櫛状構造を備え、前記入力線路の櫛状構造と前記１番目の共振器の第１の櫛状構造が互いの線路が入れ子状態になり、前記出力線路の櫛状構造と前記ｎ番目の共振器の第２の櫛状構造が入れ子状態になることを特徴とする請求項１ないし請求項１０いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項１２】
前記マイクロストリップライン構造の導体材料が超伝導材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１いずれか一項記載のフィルタ。
【請求項１３】
マイクロストリップライン構造の共振器であって、
第１の櫛状構造と、
第２の櫛状構造と、
前記第１の櫛状構造と前記第２の櫛状構造とを接続する接続線路とを有し、
前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、前記第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成され、前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置され、前記接続線路が屈曲部を有し、前記接続線路が前記第１および第２の櫛状構造のそれぞれの前記第２の線路に接続されることを特徴とする共振器。
【請求項１４】
前記共振器が共振状態で、前記第１の櫛状構造の電流分布と前記第２の櫛状構造の電流分布が逆位相となることを特徴とする請求項１３記載の共振器。
【請求項１５】
前記接続線路の幅が、前記第１または第２の櫛状構造の前記第１の線路の伸長方向に対して垂直方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の共振器。
【請求項１６】
前記第１および第２の櫛状構造の共振周波数が、前記共振器の第２高調波の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１３ないし請求項１５いずれか一項記載の共振器。
【請求項１７】
前記第１または第２の櫛状構造の電気長が前記共振器全体の電気長の半分以下であることを特徴とする請求項１３ないし請求項１６いずれか一項記載の共振器。
【請求項１８】
前記第１および第２の櫛状構造のいずれか一方の第１の線路の本数をｍ（ｍは２以上の自然数）、第１の線路の物理的長さをＬ、前記共振器の前記第１の線路の伸長方向の物理的長さをＹとする場合に、（２ｍ−１）×Ｌ≧Ｙであることを特徴とする請求項１３ないし請求項１７いずれか一項記載の共振器。
【請求項１９】
前記共振器のいずれかにおいて、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状であることを特徴とする請求項１３ないし請求項１８いずれか一項記載の共振器。
【請求項２０】
前記第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状である前記共振器において、前記第１の櫛状構造と第２の櫛状構造との中間に、前記第１の線路の伸長方向に平行に設けられる仮想直線に対して、前記共振器が非対称であることを特徴とする請求項１９記載の共振器。
【請求項２１】
前記マイクロストリップライン構造の導体部が超伝導材料であることを特徴とする請求項１３ないし請求項２０いずれか一項記載の共振器。
【請求項２２】
請求項１３ないし請求項２１いずれか一項記載の共振器を用いたフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、フィルタおよび共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導バンドパスフィルタをマイクロストリップライン構造で形成する場合、フィルタを構成する共振器が低損失であること、また、設計上意図しない周波数成分であるスプリアスを抑制することが望まれる。そして、特に、広帯域のバンドパスフィルタを形成する場合、フィルタを構成する共振器間に強い結合が求められる。
【０００３】
共振器の無負荷Ｑ値Ｑｕは、導体損失に起因するＱ値Ｑｃ、放射損失に起因するＱ値Ｑｒ、誘電体損失に起因するＱ値Ｑｄを用いて、
１／Ｑｕ＝１／Ｑｃ＋１／Ｑｒ＋１／Ｑｄ
と記述することができる。したがって、低損失な導体材料および低損失な誘電体基板を用いてマイクロストリップライン構造の共振器を形成する場合、無負荷Ｑ値を決める支配的な要因は放射損失となる。よって、低損失な共振器を実現するには放射損失を抑制することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９５１１６号公報
【特許文献２】特開２００７−１０４０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、低損失で広帯域のフィルタ、および、このフィルタを実現する共振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態のフィルタは、ｎ（ｎは３以上の自然数）個の共振器と、１番目の共振器に結合する入力線路と、ｎ番目の共振器に結合する出力線路と、を備えるマイクロストリップライン構造のフィルタであって、前記共振器のそれぞれが、第１の櫛状構造と、第２の櫛状構造と、前記第１の櫛状構造と前記第２の櫛状構造とを接続する接続線路とを有し、前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、前記第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成され、前記第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置され、前記接続線路が屈曲部を有し、前記接続線路が前記第１および第２の櫛状構造のそれぞれの前記第２の線路に接続され、ｋ（１≦ｋ≦ｎ−２）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋１）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、（ｋ＋１）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋２）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態の共振器のパターンを示す上面図である。
【図２】第１の実施の形態の共振器の電流分布を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の共振器との比較に用いた共振器のパターンを示す上面図である。
【図４】ＳＩ型ヘアピン共振器と第１の実施の形態の共振器の周波数特性を示す図である。
【図５】接続線路の幅を変えた３個の共振器のパターンを示す上面図である。
【図６】図５の３個の共振器の共振特性を示す図である。
【図７】２個のＳＩ型ヘアピン共振器を結合させるパターンを示す上面図である。
【図８】２個の第１の実施の形態の共振器を入れ子状に結合させるパターンを示す図である。
【図９】第２の実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。
【図１０】第２の実施の形態のフィルタの作用の説明図である。
【図１１】第３の実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。
【図１２】第４の実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。
【図１３】第４の実施の形態のフィルタの作用の説明図である。
【図１４】図９のフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１５】図１４の周波数特性の説明図である。
【図１６】図１２のフィルタの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図中、同一または類似の部分には同一の番号を付する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の共振器は、マイクロストリップライン構造の共振器であって、第１の櫛状構造と、第２の櫛状構造と、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とを接続する接続線路を備える。そして、第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成される。また、第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置される。さらに、接続線路が屈曲部を備え、接続線路が第１および第２の櫛状構造のそれぞれの第２の線路に接続される。
【００１０】
本実施の形態の共振器は、上記構成により、低損失で広帯域のバンドパスフィルタを実現することが可能となる。
【００１１】
図１は、本実施の形態の共振器のパターンを示す上面図である。図１に示した共振器パターンは、下面にグランドプレーンの形成された誘電体基板上に導体材料を用いて形成されている。本実施の形態の共振器は、いわゆる、マイクロストリップライン構造の共振器である。
【００１２】
導体材料は、超伝導材料の薄膜であることが望ましい。超伝導材料は、例えば、ＹＢＣＯ（イットリウム系超伝導体）である。
【００１３】
本実施の形態の共振器パターンは、第１の櫛状構造１２と、第２の櫛状構造１４と、第１の櫛状構造１２と第２の櫛状構造１４とを接続する接続線路１６を備える。第１の櫛状構造１２と、第２の櫛状構造１４は、それぞれ略平行に伸長する３本の第１の線路１８と、第１の線路１８のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路２０とで構成される。
【００１４】
そして、第１および第２の櫛状構造１２、１４が、それぞれの第１の線路１８の伸長方向が略平行になるよう配置される。いいかえれば、すべての第１の線路１８が同一方向に伸長するよう第１および第２の櫛状構造１２、１４が配置されている。
【００１５】
さらに、接続線路１６が６個の屈曲部２２ａ〜ｆを備える。そして、接続線路１６が第１および第２の櫛状構造１２、１４のそれぞれの第２の線路２０に接続される。すなわち、接続線路１６により、第１および第２の櫛状構造１２、１４の第２の線路２０同士が連結されている。
【００１６】
接続線路１６が６個の屈曲部２２ａ〜ｆを備えることにより、共振器パターンの第１の線路１８の伸長方向の長さが短縮され、共振器パターンの小型化が実現される。さらに、接続線路１６に多くの屈曲部を設けてもかまわない。あるいは、小型化の要請がなければ、屈曲部を２個にした単純な折り返しパターンの接続線路１６としてもかまわない。
【００１７】
本実施の形態の共振器パターンは、上記のように両端部が櫛状構造を備えるヘアピン型である。以下、この共振器を櫛状ヘアピン共振器とも称する。
【００１８】
なお、図１では、第１の線路１８の物理的長さをＬ、共振器の第１の線路１８の伸長方向の物理的長さをＹで示す。また、接続線路１６の幅をＷ１、第１および第２の櫛状構造１２、１４それぞれの第１の線路１８の伸長方向に対して垂直方向の幅をＷ２で示す。
【００１９】
図２は、本実施の形態の共振器の電流分布を示す図である。図１の共振器が、半波長共振した場合の、共振器内の電流分布を、２次元電磁界シミュレータにより計算した結果である。図２において、矢印の方向が電流の向きを、矢印の長さが電流の大きさを示している。
【００２０】
図２から明らかなように、第１の櫛状構造１２の電流分布と、第２の櫛状構造１４の電流分布が、互いに逆位相となっている。したがって、第１の櫛状構造１２と第２の櫛状構造１４とが、互いの放射磁界を相殺する。よって、本実施の形態の共振器では、放射損失が抑制される。
【００２１】
電磁界シミュレーションによって、図１の共振器を、他のタイプの共振器と比較することでその効果を検証した。図３は、比較に用いた共振器のパターンを示す上面図である。以降では、図３（ａ）を直線共振器、（ｂ）を単純ヘアピン共振器、（ｃ）をステップインピーダンス（ＳＩ）型ヘアピン共振器と呼ぶことにする。（ｄ）は本実施の形態の櫛状ヘアピン共振器である。
【００２２】
基本波（半波長共振）の共振周波数はいずれの共振器も３．０ＧＨｚである。また誘電体基板の損失は無視し、導体の電気伝導度σはσ＝１．８Ｅ＋１３として計算した。
【００２３】
まず、放射損失抑制の効果を確認するため、それぞれの共振器のＱ値を比較した。直線共振器の無負荷Ｑ値（Ｑｕ）は３５００、放射損失に起因するＱ値（Ｑｒ）は３６００、導体損失に起因するＱ値（Ｑｃ）は１４００００である。この共振器ではＱｒが支配的であり、Ｑｕを向上させるためにはＱｒを向上させる必要がある。Ｑｒを向上させるためには、放射を相殺するような共振器形状にする必要がある。そのような共振器のうちで単純な形状の一つは、単純ヘアピン共振器である。
【００２４】
単純ヘアピン共振器のＱｕは６２０００、Ｑｒは１０７００００、Ｑｃは６６０００である。また、後述の第２高調波の影響を避けるために、ＳＩ型ヘアピン共振器を利用することが考えられる。ＳＩ型ヘアピン共振器のＱｕは３６０００、Ｑｒは９３０００、Ｑｃは６１０００である。単純ヘアピン共振器の場合もＳＩ型ヘアピン共振器の場合も、直線共振器に比べてＱｒが高く、放射が抑制されている。
【００２５】
これらの共振器に対して、本実施の形態の櫛状ヘアピン共振器のＱｕは３９０００、Ｑｒは１５３０００、Ｑｃは５２０００である。この共振器も放射を抑制することで、ＳＩ型ヘアピン共振器と同等以上の無負荷Ｑ値を実現することができる。
【００２６】
一般に、共振器の第２高調波の周波数が、基本波の周波数に近接することで、スプリアスとなることが問題になる場合がある。そこで、それぞれの共振器の第２高調波の周波数を比較した。
【００２７】
基本波の周波数３．０ＧＨｚに対して、第２高調波の周波数は、単純ヘアピン共振器では５．２ＧＨｚ、ＳＩ型ヘアピン共振器では７．４ＧＨｚとなっている。ＳＩ型ヘアピン共振器はヘアピンを構成する２本の線路の先端をパッチ状の構造にすることで、第２高調波の周波数が基本波の周波数の倍以上となる。
【００２８】
図４は、ＳＩ型ヘアピン共振器と本実施の形態の共振器の周波数特性を示す図である。本実施の形態の櫛状ヘアピン共振器もＳＩ型ヘアピン共振器と同様に、第２高調波の周波数が基本波の倍以上、すなわち６ＧＨｚ以上となっている。したがって、スプリアスの問題が生じにくいことがわかる。
【００２９】
なお、この例において、接続線路１６の線路幅Ｗ１は、第１および第２の櫛状構造１２、１４の第１の線路１８の伸長方向に対して垂直方向の幅Ｗ２より狭い。
【００３０】
接続線路の線路幅Ｗ１を狭くすることによって、第２高調波の周波数を高周波側にシフトさせることができる。
【００３１】
図５は、接続線路の幅を変えた３個の共振器のパターンを示す上面図である。図５（ａ）が接続線路の線路幅Ｗ１を、櫛状構造の幅Ｗ２と同じにした共振器パターンである。図５（ｂ）が接続線路の線路幅Ｗ１を、櫛状構造の幅Ｗ２の半分にした共振器パターンである。図５（ｃ）が接続線路の線路幅Ｗ１を、櫛状構造の幅Ｗ２の１／７にした共振器パターンである。
【００３２】
図６は、図５の３個の共振器の共振特性を示す図である。図６の（ａ）（一点鎖線）は、図５（ａ）に、図６の（ｂ）（点線）は図５（ｂ）に、図６の（ｃ）（実線）は図５（ｃ）にそれぞれ対応している。
【００３３】
共振器の基本波はどの場合も３ＧＨｚであるが、第２高調波が発生する周波数は接続線路の線路幅Ｗ１が狭いほど高い。第２高調波が発生する周波数は、接続線路の線路幅Ｗ１が櫛状構造の幅Ｗ２と同じ場合には、基本波の周波数の倍より低いが、接続線路の線路幅Ｗ１を櫛状構造の幅Ｗ２より狭くすることで、基本波の周波数の倍より高くなっている。
【００３４】
したがって、接続線路１６の幅Ｗ１が、第１および第２の櫛状構造１２、１４それぞれの第１の線路１８の伸長方向に対して垂直方向の幅Ｗ２よりも狭いことが、スプリアスを抑制する観点から望ましい。
【００３５】
本実施の共振器を用いて、例えば帯域７００ＭＨｚのバンドパスフィルタを構成する場合を考える。この場合、必要な共振器間結合係数は最大０．２程度である。フィルタを構成するために必要な共振器間結合係数は共振器の帯域幅が広くなるほど大きくなる。
【００３６】
図７は、２個のＳＩ型ヘアピン共振器を結合させるパターンを示す上面図である。図７に示すように、ＳＩ型ヘアピン共振器を（ａ）横（反平行）、（ｂ）横（平行）、（ｃ）縦に０．１ｍｍの間隔で隣接させた場合の結合係数はそれぞれ０．０８、０．０４２、０．０４３であり、どの場合も必要な０．２に及ばない。結合係数は共振器間の間隔を近づけるほど大きくなるが、ここで共振器間の間隔を０．１ｍｍとしたのは、これ以上近接させた場合にパターン加工の歩留まりが悪化する等のフィルタ作成上の問題のためである。
【００３７】
図８は、２個の本実施の形態の共振器を入れ子状に結合させるパターンを示す図である。
２個の共振器を入れ子状に０．１ｍｍの間隔で配置した場合の結合係数は０．２６であり、必要とされる０．２を超える値となっている。
【００３８】
本実施の共振器を用いれば、十分な無負荷Ｑ値、第２高調波特性を実現しつつ、共振器間の結合係数を高めることにより、広帯域なバンドパスフィルタを実現することが可能である。なお、上記の数値例は一例にすぎず、本実施の形態の範囲を限定するものではない。
【００３９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態のフィルタは、ｎ（ｎは３以上の自然数）個の共振器と、１番目の共振器に結合する入力線路と、ｎ番目の共振器に結合する出力線路と、を備えるマイクロストリップライン構造のフィルタである。上記共振器のそれぞれが、第１の櫛状構造と、第２の櫛状構造と、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とを接続する接続線路を備え、第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成され、第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置され、接続線路が屈曲部を備え、接続線路が第１および第２の櫛状構造のそれぞれの第２の線路に接続される。そして、ｋ（１≦ｋ≦ｎ−２）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋１）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、（ｋ＋１）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋２）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置される。本実施の形態のフィルタは、第１の実施の形態の共振器を、複数個結合させて形成されるフィルタである。以下、第１の実施の形態と重複する内容については、記述を省略する。
【００４０】
図９は、本実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。図９に示したフィルタパターンは、下面にグランドプレーンの形成された誘電体基板上に導体材料を用いて形成されている。本実施の形態のフィルタは、いわゆる、マイクロストリップライン構造のフィルタである。
【００４１】
本実施の形態のフィルタは、マイクロストリップライン構造の５個の共振器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５と、１番目の共振器１０１に結合する入力線路１０６と、５番目の共振器１０５に結合する出力線路１０７と、を備える。本実施の形態のフィルタは、５段のチェビシェフフィルタである。
【００４２】
５個の共振器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５のそれぞれが、第１の実施の形態で説明したように、第１の櫛状構造と、第２の櫛状構造と、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とを接続する接続線路を備える。そして、第１および第２の櫛状構造が、それぞれ略平行に伸長する複数の第１の線路と、第１の線路のそれぞれの一方の端部を接続する第２の線路とで構成される。さらに、第１および第２の櫛状構造が、それぞれの第１の線路の伸長方向が略平行になるよう配置される。また、接続線路が屈曲部を備え、この接続線路が第１および第２の櫛状構造のそれぞれの第２の線路に接続される。
【００４３】
なお、便宜上、１個の共振器の２つの櫛状構造のうち、入力線路１０６に近い側の櫛状構造を第１の櫛状構造、出力線路に近い側の櫛状構造を第２の櫛状構造と称する。
【００４４】
また、ｋ（１≦ｋ≦３）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋１）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、（ｋ＋１）番目の共振器の第２の櫛状構造と、（ｋ＋２）番目の共振器の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置される。具体的には、例えば、１番目の共振器１０１の第２の櫛状構造と、２番目の共振器１０２の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置され、２番目の共振器１０２の第２の櫛状構造と、３番目の共振器１０３の第１の櫛状構造が入れ子状になるよう配置される。
【００４５】
このように、５個の共振器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の櫛状構造同士が入れ子状に配置されることにより、必要な共振器間結合係数を実現している。入れ子状にする際の、第１の線路の重なり度合いを変化させることにより、所望の結合量を実現することが可能となる。
【００４６】
この入れ子状の構造において、第１および第２の櫛状構造のいずれか一方の第１の線路の本数をｍ（ｍは２以上の自然数）、第１の線路の物理的長さをＬ、共振器の第１の線路の伸長方向の物理的長さをＹとする場合に、（２ｍ−１）×Ｌ≧Ｙであることが望ましい。この関係を満たすことにより、２個の共振器を入れ子状の構造とせず横並びに配置するよりも共振器の対向する領域が増え、共振器間の結合量が大きくなるからである。
【００４７】
図１０は、本実施の形態のフィルタの作用の説明図である。図１０（ａ）が２個の共振器が入れ子状の構造の場合、図１０（ｂ）が２個の共振器が横並びの配置の場合である。図１０は、第１の線路の本数（ｍ）が３である。入れ子状の構造の場合、図１０（ａ）中、破線で示す共振器の対向する領域の数（２ｍ−１）が５となる。そのため、対向する領域の長さは、５×Ｌとなる。一方、横並びの配置の場合、図１０（ｂ）中、破線で示す共振器の対向する領域の長さはＹである。したがって、５×Ｌ≧Ｙを充足すれば、共振器間の結合量が、入れ子状の構造の場合で横並びの配置の場合よりも大きくなる。
【００４８】
また、１番目の共振器１０１の第１の櫛状構造の開放端に入力線路１０６が直接接続され、５番目の共振器１０５の第２の櫛状構造の開放端に出力線路１０７が直接接続されている。このように、共振器に入出力線路を直接接続させることにより、大きな外部回路との結合係数（外部Ｑの逆数）を実現することが可能となり、フィルタの広帯域化が可能となる。
【００４９】
さらに、入力線路１０６の線路幅が１番目の共振器１０１の第１の櫛状構造との接続部近傍で変化し、出力線路１０７の線路幅が５番目の共振器１０５の第２の櫛状構造との接続部近傍で変化するよう形成されている。入出力の接続部が、いわゆるスタブ構造を備えている。この構造により、電波の反射度合いを調整することで、外部回路との結合係数（外部Ｑの逆数）が所望の値となるよう調整されている。
【００５０】
本実施のフィルタによれば、十分な無負荷Ｑ値、第２高調波特性を実現しつつ、共振器間の結合係数を高めることにより、広帯域のバンドパスフィルタを実現することが可能である。
【００５１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態のフィルタは、入力線路および出力線路の先端が櫛状構造であり、フィルタを構成する共振器の第１または第２の櫛状構造と入れ子状となること以外は第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５２】
図１１は、本実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。本実施の形態のフィルタは、マイクロストリップライン構造の５個の共振器２０１、２０２、２０３、２０４、２０５と、１番目の共振器２０１に結合する入力線路２０６と、５番目の共振器２０５に結合する出力線路２０７と、を備える。本実施の形態のフィルタは、５段のチェビシェフフィルタである。
【００５３】
入力線路２０６および出力線路２０７の先端が櫛状構造である。そして、１番目の共振器２０１の第１の櫛状構造と、入力線路２０６の櫛状構造とが入れ子状となっている。また、５番目の共振器２０５の第２の櫛状構造と、出力線路２０７の櫛状構造とが入れ子状となっている。
【００５４】
本実施の形態によれば、入出力線路と共振器の強い結合を得るとともに、フィルタを伝搬する信号の直流成分をカットすることが可能となり、フィルタの低周波側の減衰量を増大させることが可能となる。
【００５５】
（第４の実施の形態）
本実施の形態のフィルタは、フィルタを構成する少なくとも一つの共振器の第１または第２の櫛状構造の共振周波数が、共振器の第２高調波の周波数よりも高くなるよう構成されること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５６】
図１２は、本実施の形態のフィルタのパターンを示す上面図である。本実施の形態のフィルタは、マイクロストリップライン構造の５個の共振器３０１、３０２、３０３、３０４、３０５と、１番目の共振器３０１に結合する入力線路３０６と、５番目の共振器３０５に結合する出力線路３０７と、を備える。本実施の形態のフィルタは、５段のチェビシェフフィルタである。
【００５７】
図１３は、本実施の形態のフィルタの作用の説明図である。本実施の形態のフィルタは、フィルタを構成する共振器の第１または第２の櫛状構造の共振周波数が、共振器の第２高調波の周波数よりも高くなるよう構成される。具体的には、フィルタを構成する共振器の、第１および第２の櫛状構造物の電気長Ｌａ（点線）が、共振器全体の電気長Ｌｂ（一点鎖線）の半分以下となるよう形成されている。
【００５８】
図１２では、第２の共振器３０２の第２の櫛状構造、第３の共振器３０３の第１および第２の櫛状構造、第４の共振器３０４の第１の櫛状構造それぞれの第２の線路の幅を太くする。すなわち、第１の線路のないパッチ部３０ａ〜３０ｄを櫛状構造に設けることで、図９のフィルタの結合係数と同じ結合係数を実現しつつ、上記関係を充足させている。また、第１の共振器３０１の第２の櫛状構造、第２の共振器３０２の第１の櫛状構造、第４の共振器３０４の第２の櫛状構造、第５の共振器の第１の櫛状構造の第１の線路の長さを短くし数を増やすことで、図９のフィルタの結合係数と同じ結合係数を実現しつつ、上記関係を充足させている。
【００５９】
共振器全体の第２高調波の周波数は、原則的に共振器全体の電気長の半分で決まり、第１および第２の櫛状構造の共振周波数は、原則的に櫛状構造の電気長で決まる。したがって、上記関係を充足することにより、櫛状構造の共振周波数を、共振器全体の第２高調波の周波数よりも高くすることが可能となる。よって、スプリアスに起因する問題を抑制することが可能となる。
【００６０】
図１４は図９のフィルタの周波数特性を示す図であり２．７ＧＨｚから３．４ＧＨｚが設計上のフィルタ通過帯域である。図１４から明らかなように、図９のフィルタでは、６ＧＨｚ近傍に現れるピークが、７ＧＨｚから９．５ＧＨｚに現れる共振器全体の第２高調波の共振周波数よりも低い。
【００６１】
図１５は、図１４の周波数特性の説明図である。図９のフィルタの電磁界シミュレーションによる電流分布解析の結果を示す。この解析結果から、図１４において６ＧＨｚ近傍に現れる３つのピーク１４０１、１４０２、１４０３での電流分布は、それぞれ１４０４、１４０５、１４０６に示すようになっている。したがって、これらのピークが共振器の櫛状構造の共振に由来することが明らかになった。
【００６２】
図１６は、図１２のフィルタの周波数特性を示す図である。図１２では、上述のように、共振器の第１または第２の櫛状構造の共振周波数が、共振器の第２高調波の周波数よりも高くなるよう構成される。このため、共振器の櫛状構造の共振に由来するピークが、７ＧＨｚから９．５ＧＨｚに現れる共振器全体の第２高調波の共振周波数よりも高くなる。したがって、図１６においては、共振器の基本周波数と第２高調波との間にスプリアスが現れない。よって、スプリアスに起因する問題を抑制することが可能となる。
【００６３】
また、図１２に示すように、フィルタを構成する共振器のいずれかにおいて、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状であることが望ましい。これにより、所定の共振器とその両隣の共振器の結合係数を、それぞれ個別に変化させることが可能となる。
【００６４】
また、図１２に示すように、フィルタを構成する共振器のいずれかにおいて、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状である共振器において、第１の櫛状構造と第２の櫛状構造との中間に、第１の線路の伸長方向に対して平行に設けられる仮想直線に対して、共振器の形状が非対称であることが望ましい。例えば、図１２の例では接続線路の長さが左右で異なっており、前述の仮想直線に対して非対称となっている。これにより、共振器を構成する第１の櫛状構造と第２の櫛状構造とが異なる形状であっても、電流分布を左右対称にでき、放射損失を抑制することが可能となる。
【００６５】
本実施のフィルタによれば、十分な無負荷Ｑ値、第２高調波特性を実現しつつ、共振器間の結合係数を高め、広帯域なバンドパスフィルタを実現することが可能である。さらに、結合係数を強めるための櫛状構造に起因するスプリアスを十分抑制することが可能となる。
【００６６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、フィルタや共振器等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるフィルタおよび共振器等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００６７】
例えば、フィルタを構成する共振器の数に関し、５個の場合を例に説明したが、共振器の数は５個に限定されるものではない。
【００６８】
また、例えば、入出力線路と共振器の結合についても、直接接続、櫛状構造の入れ子状に限られるものではない。また、入出力線路は必ずしも共振器の開放端に結合されなくてもかまわない。これは外部との結合係数を小さくしたい場合などに有効である。
【００６９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのフィルタおよび共振器が、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１２      第１の櫛状構造
１４      第２の櫛状構造
１６      接続線路
１８      第１の線路
２０      第２の線路
２２ａ〜ｆ      屈曲部
１０１〜１０５      共振器
１０６      入力線路
１０７      出力線路
２０１〜２０５      共振器
２０６      入力線路
２０７      出力線路
３０１〜３０５      共振器
３０６      入力線路
３０７      出力線路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１４】
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【図１６】
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