(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器と共振用コンデンサを電気的に直列に接続した複数の直列共振部と、
前記複数の直列共振部を電気的に接続する結合素子と、
前記直列共振部のそれぞれの共振器毎に電気的に並列に接続された、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、
前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサとを備え、
前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により、減衰極周波数が変わるように構成したこと、
を特徴とする周波数可変フィルタ。
【請求項２】
前記スイッチング素子がＰＩＮダイオードまたは電界効果トランジスタのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の周波数可変フィルタ。
【請求項３】
前記共振器が誘電体同軸共振器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数可変フィルタ。
【請求項４】
前記周波数シフト用コンデンサと前記スイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された前記結合コンデンサが、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または／およびスイッチング素子のための接続電極にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の周波数可変フィルタ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載の周波数可変フィルタを備えたことを特徴とするアンテナ共用器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４に記載の周波数可変フィルタ、または、請求項５に記載のアンテナ共用器の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴とする通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マイクロ波帯で使用される周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、共振器にコンデンサなどを介してＰＩＮダイオードもしくは可変容量ダイオードなどのリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子を電圧制御することで共振周波数を可変させる帯域阻止フィルタが知られている。
【０００３】
図９は従来の周波数可変帯域阻止フィルタ１の構成を示す電気回路図である。このフィルタ１は、共振器２，３と、結合コンデンサＣ５と、減衰極を作るための有極用コンデンサＣ１，Ｃ２と、周波数シフト用コンデンサＣ３，Ｃ４と、リアクタンス素子であるＰＩＮダイオードＤ１，Ｄ２と、チョークコイルとして機能するインダクタＬ１，Ｌ２と、制御電圧供給用抵抗Ｒ１，Ｒ２にて構成されている。また、Ｐ１は入力端子電極、Ｐ２は出力端子電極、Ｖｃ１は電圧制御端子電極である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の周波数可変帯域阻止フィルタ１は、電圧制御によって減衰極周波数を変化することができるが、減衰帯域幅を変えることは困難であった。従って、設計の自由度が小さかった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、減衰極周波数を可変するだけでなく、減衰帯域幅も変えることができる周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係るフィルタは、
（ａ）共振器と共振用コンデンサを電気的に直列に接続した複数の直列共振部と、
（ｂ）前記複数の直列共振部を電気的に接続する結合素子と、
（ｃ）前記直列共振部のそれぞれの共振器毎に電気的に並列に接続された、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、
（ｄ）前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサとを備え、
（ｅ）前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により、減衰極周波数が変わるように構成したこと、
を特徴とする。スイッチング素子としては、例えば、ＰＩＮダイオードや電界効果トランジスタなどが用いられる。また、共振器としては、誘電体同軸共振器や分布定数線路などが用いられる。
【０００７】
以上の構成により、スイッチング素子がＯＦＦ状態のときは、結合コンデンサと周波数シフト用コンデンサがフィルタ特性に寄与することになる。従って、減衰極周波数が上がり、減衰帯域幅が狭くなる。一方、スイッチング素子がＯＮ状態のときは、結合コンデンサの両端は接地され、周波数シフト用コンデンサのみがフィルタ特性に寄与することになる。従って、減衰極周波数が下がり、減衰帯域幅が広くなる。
【０００８】
また、本発明に係るフィルタは、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサが、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または／およびスイッチング素子のための接続電極にて構成されていることを特徴とする。これにより、コンデンサ部品の個数を低減することができる。
【０００９】
また、本発明に係るアンテナ共用器や通信機装置は、前述の特徴を有するフィルタの少なくともいずれか一つを備えることにより、設計の自由度を大きくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフィルタ、アンテナ共用器および通信機装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態、図１〜図６］
図１に示すように、周波数可変帯域阻止フィルタ１１は、入出力用外部端子Ｐ１とＰ２の間に、共振器１２と共振用コンデンサＣ１１とで構成された直列共振部１６を有するトラップ回路と、共振器１３と共振用コンデンサＣ１２とで構成された直列共振部１７を有するトラップ回路とをコンデンサＣ１５を介して電気的に結合したものである。共振用コンデンサＣ１１，Ｃ１２は阻止域減衰量の大きさを決めるコンデンサである。なお、コンデンサＣ１５の代わりに、結合コイル、あるいは、結合コイルと結合コンデンサの並列回路などを使用してもよい。
【００１２】
共振器１２の開放端側には、周波数シフト用コンデンサＣ１３と電圧制御可能なリアクタンス素子であるＰＩＮダイオードＤ１１の直列回路が、ＰＩＮダイオードＤ１１のカソードを接地した状態で共振器１２に対して電気的に並列に接続している。同様に、共振器１３の開放端側には、周波数シフト用コンデンサＣ１４とＰＩＮダイオードＤ１２の直列回路が電気的に接続している。周波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４は、フィルタ１１の減衰特性の二つの減衰極周波数をそれぞれ変更するためのコンデンサである。
【００１３】
さらに、結合コンデンサＣ１６が周波数シフト用コンデンサＣ１３およびＰＩＮダイオードＤ１１の接続点１５ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１４およびＰＩＮダイオードＤ１２の接続点１５ｂとの間を電気的に接続している。
【００１４】
電圧制御用端子Ｖｃ１は、制御電圧供給用抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ１７とチョークコイルＬ１１を介してＰＩＮダイオードＤ１１のアノードに電気的に接続するとともに、制御電圧供給用抵抗Ｒ１２およびコンデンサＣ１８とチョークコイルＬ１２を介してＰＩＮダイオードＤ１２のアノードに電気的に接続している。
【００１５】
また、共振器１２，１３には、例えば、図２に示すように、誘電体同軸共振器が使用される。図２は共振器１２を代表例として示している。誘電体同軸共振器１２，１３は、ＴｉＯ２系のセラミック等の高誘電率材料で形成された筒状誘電体２１と、筒状誘電体２１の外周面に設けられた外導体２２と、筒状誘電体２１の内周面に設けられた内導体２３とで構成されている。外導体２２は、誘電体２１の一方の開口端面２１ａ（以下、開放側端面２１ａと記す）では、内導体２３から電気的に開放（分離）され、他方の開口端面２１ｂ（以下、短絡側端面２１ｂと記す）では、内導体２３に電気的に短絡（導通）されている。誘電体同軸共振器１２は、開放側端面２１ａにおいて周波数シフト用コンデンサＣ１３に電気的に接続され、短絡側端面２１ｂにおいて外導体２２がグランドに接地されている。
【００１６】
図３は、回路基板４０上に各部品を実装したフィルタ１１の平面図である。図３において、３８はスルーホールであり、５０，５１はグランドパターンであり、４１〜４９は信号回路パターンである。ここで、信号回路パターン４５は、ＰＩＮダイオードＤ１１のための接続電極部４５ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１３のための接続電極部４５ｂと、チョークコイルＬ１１のための接続電極部とを有している。同様に、信号回路パターン４６は、ＰＩＮダイオードＤ１２のための接続電極部４６ａと、周波数シフト用コンデンサＣ１４のための接続電極部４６ｂと、チョークコイルＬ１２のための接続電極部とを有している。
【００１７】
ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２は近接して並置され、そのアノード側が隣接して配置されている接続電極部４５ａ，４６ａにそれぞれ半田付け等の方法により電気的に接続されている。このＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２のための接続電極部４５ａと４６ａにて、結合コンデンサＣ１６が構成されている。接続電極部４５ａと４６ａは、対向する部分が櫛形状になっており、接続電極部４５ａと４６ａの間に発生する静電容量を大きくしている。これにより、コンデンサ部品の個数を１個削減することができる。
【００１８】
なお、本第１実施形態では、結合コンデンサＣ１６を、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２のための接続電極部４５ａ，４６ａにて構成しているが、周波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４のための接続電極部４５ｂと４６ｂにて構成してもよい。この場合、接続電極部４５ｂと４６ｂは隣接して配置されるとともに、周波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４も近接して並置される。さらに、接続電極部４５ａと４６ａ、並びに、接続電極部４５ｂと４６ｂの両方で結合コンデンサＣ１６を構成して、大きな静電容量を獲得してもよい。
【００１９】
次に、以上の構成からなる周波数可変帯域阻止フィルタ１１の作用効果について説明する。
【００２０】
電圧制御用端子Ｖｃ１に負電圧（または０Ｖ）を印加すると、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２はＯＦＦ状態となる。従って、図４の（Ａ）に示すように、結合コンデンサＣ１６と周波数シフト用コンデンサＣ１３，Ｃ１４とを介して、共振器１２と１３の間がカップリングすることになる。これにより、図５の実線５１に示すように、フィルタ１１の二つの減衰極周波数はともに高くなる。図５はＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２がＯＦＦ状態のときのフィルタ１１の透過特性Ｓ２１（実線５１にて表示）および反射特性Ｓ１１（実線５５にて表示）を示すグラフである。比較のために、図９で示した従来のフィルタ１の透過特性Ｓ２１（点線５３にて表示）および反射特性Ｓ１１（点線５７にて表示）も併せて記載している。
【００２１】
逆に、電圧制御用端子Ｖｃ１に正電圧を印加すると、ＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２はＯＮ状態となり、結合コンデンサＣ１６の両端は接地され、結合コンデンサＣ１６はフィルタ特性に寄与しなくなる。これにより、図６の実線５２に示すように、フィルタ１１の二つの減衰極周波数はともに低くなる。ここに、図５の実線５１と比較すると、二つの減衰極周波数が低周波側に約５０ＭＨｚシフトするだけでなく、減衰帯域の幅も約半分に変化していることがわかる。図６はＰＩＮダイオードＤ１１，Ｄ１２がＯＮ状態のときのフィルタ１１の透過特性Ｓ２１（実線５２にて表示）および反射特性Ｓ１１（実線５６にて表示）を示すグラフである。比較のために、図９で示した従来のフィルタ１の透過特性Ｓ２１（点線５４にて表示、ただし、実線５２と略同じため重なっている）および反射特性Ｓ１１（点線５８にて表示）も併せて記載している。
【００２２】
以上のように、この周波数可変帯域阻止フィルタ１１は、電圧制御によって透過帯域と減衰極周波数を変えることができるとともに、減衰帯域幅も変えることができる構成になっている。
【００２３】
［第２実施形態、図７］
第２実施形態は、本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示すものである。図７に示すように、アンテナ共用器１４１は、送信端子Ｔｘとアンテナ端子ＡＮＴの間に送信フィルタ１４２が電気的に接続し、受信端子Ｒｘとアンテナ端子ＡＮＴの間に受信フィルタ１４３が電気的に接続している。ここに、送信フィルタ１４２や受信フィルタ１４３として、前記第１実施形態の誘電体フィルタ１１を使用することができる。このフィルタ１１を実装することにより、設計の自由度が大きくかつ小型化を図ることができるアンテナ共用器１４１を実現することができる。
【００２４】
［第３実施形態、図８］
第３実施形態は、本発明に係る通信機装置の一実施形態を示すもので、携帯電話を例にして説明する。
【００２５】
図８は携帯電話１５０のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図８において、１５２はアンテナ素子、１５３はデュプレクサ、１６１は送信側アイソレータ、１６２は送信側増幅器、１６３は送信側段間用バンドパスフィルタ、１６４は送信側ミキサ、１６５は受信側増幅器、１６６は受信側段間用バンドパスフィルタ、１６７は受信側ミキサ、１６８は電圧制御発振装置（ＶＣＯ）、１６９はローカル用バンドパスフィルタである。
【００２６】
ここに、デュプレクサ１５３として、例えば前記第２実施形態のアンテナ共用器１４１を使用することができる。アンテナ共用器１４１を実装することにより、ＲＦ部分の設計の自由度を向上させるとともに、小型の携帯電話を実現することができる。
【００２７】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、スイッチング素子はＰＩＮダイオードの他に、電界効果トランジスタや可変容量ダイオードなどを用いてもよい。共振器は、誘電体共振器の他に、分布定数線路（ストリップ線路）なども用いてもよい。
【００２８】
また、誘電体共振器は、前記実施形態のように一つの誘電体ブロックに一つの内導体孔を設けた構造のもの（つまり、一つの誘電体ブロック内に一つの共振器を形成したもの）だけでなく、一つの誘電体ブロックに二つ以上の内導体孔を設けた構造のもの（つまり、一つの誘電体ブロック内に二つ以上の共振器を形成したもの）であってもよい。
【００２９】
また、分布定数線路（ストリップ線路）としては、導体基板上に誘電体を介してストリップ導体を配設した構造のものや、２枚の導体基板の間に誘電体を挟み、該誘電体の内部にストリップ導体を配設したサンドイッチ構造のもの等がある。このとき、前述の誘電体共振器のように、一つのブロック内に二つ以上のストリップ導体を設ける（つまり、一つのブロック内に二つ以上の共振器を形成する）ようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に結合コンデンサを電気的に接続したので、減衰極周波数を可変するだけでなく、減衰帯域幅も変えることができる周波数可変フィルタを得ることができる。この結果、設計の自由度が大きいアンテナ共用器や通信機装置が得られる。
【００３１】
また、結合コンデンサを、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または／およびスイッチング素子のための接続電極にて構成することにより、コンデンサ部品の個数を低減することができ、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る周波数可変フィルタの一実施形態を示す電気回路図。
【図２】図１に示したフィルタに使用される共振器の一例を示す断面図。
【図３】図１に示したフィルタの一例を示す平面図。
【図４】図１に示したフィルタの動作原理を説明するための電気等価回路図。
【図５】図１に示したフィルタのＰＩＮダイオードがＯＦＦ状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図６】図１に示したフィルタのＰＩＮダイオードがＯＮ状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図７】本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示す電気回路ブロック図。
【図８】本発明に係る通信機装置の一実施形態を示す電気回路ブロック図。
【図９】従来の周波数可変フィルタを示す電気回路図。
【符号の説明】
１１…周波数可変帯域阻止フィルタ
１２，１３…共振器
１６，１７…直列共振部
４５ａ，４６ａ…ＰＩＮダイオードのための接続電極部
１４１…アンテナ共用器
１４２…送信フィルタ
１４３…受信フィルタ
１５０…携帯電話
１５３…デュプレクサ
Ｃ１１，Ｃ１２…共振用コンデンサ
Ｃ１３，Ｃ１４…周波数シフト用コンデンサ
Ｃ１５…コンデンサ（結合素子）
Ｃ１６…結合コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２…ＰＩＮダイオード（スイッチング素子）
【図１】
0003570375.tif 000002
【図２】
0003570375.tif 000003
【図３】
0003570375.tif 000004
【図４】
0003570375.tif 000005
【図５】
0003570375.tif 000006
【図６】
0003570375.tif 000007
【図７】
0003570375.tif 000008
【図８】
0003570375.tif 000009
【図９】
0003570375.tif 000010