(57)【要約】【課題】従来の複式フィルタのもつ問題点を解決し得るフィルタを提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態のフィルタ・ユニット・セルは、第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタとを含む。また、本発明の他の実施形態の帯域通過フィルタは、入力ノードと、出力ノードと、入力ノードと出力ノードの間に直列に結合された複数のフィルタ・ユニット・セルとを含む。各フィルタ・ユニット・セルは、第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタとを含む。【選択図】図２Ａ
2006222971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、
前記第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタと、を備えるフィルタ・ユニット・セル。
【請求項２】
前記第３のノードが、接地に結合されている、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項３】
前記第１のノードが、無線周波搬送波を受け取るように構成されている、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項４】
前記可変コンデンサのキャパシタンスおよび前記インダクタのインダクタンスが、前記フィルタ・ユニット・セルの中心周波数を決定するように選択されている、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項５】
前記可変コンデンサの前記キャパシタンスおよび前記インダクタの前記インダクタンスが、前記フィルタ・ユニット・セルのゼロ次共振周波数を決定するように選択されている、請求項４に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項６】
前記インダクタが、可変インダクタンスを有する可変インダクタである、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項７】
第１のノードと第２のノードの間に直列に結合されたインダクタを備える、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項８】
前記第２のノードと前記第３のノードの間に直列に結合されたインダクタと並列に結合されたコンデンサを備える、請求項１に記載のフィルタ・ユニット・セル。
【請求項９】
入力ノードおよび出力ノードと、
前記入力ノードと前記出力ノードの間に直列に結合された複数のフィルタ・ユニット・セルと、を備える帯域通過フィルタであって、各フィルタ・ユニット・セルが、
第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、
前記第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタと、を備えている帯域通過フィルタ。
【請求項１０】
伝送ノードとアンテナ・ノードの間に直列に結合された少なくとも１つの第１のフィルタ・ユニット・セルと、
受信ノードと前記アンテナ・ノードの間に直列に結合された少なくとも１つの第２のフィルタ・ユニット・セルと、を備える複式フィルタであって、前記第１および第２のフィルタ・ユニット・セルの各々が、
第１、第２、および第３のノードと、
前記第１のノードと前記第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、
前記第２のノードと前記第３のノードの間に直列に結合されたインダクタと、を備える複式フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、電気通信システムに関し、より詳細には、無線電気通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線認証システムは、一般に、１つまたは複数の基地局（ノードＢと呼ばれることもある）および複数の移動ユニットを含む。移動ユニットは、セルラー電話または、デスクトップ・パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、パーソナル・データ・アシスタント、携帯無線呼出し器などのような他のユーザ機器を含む。基地局と移動ユニットは、エア・インタフェースを介して音声および／またはデータ情報をやりとりすることができる。音声および／またはデータ情報を伝送するために、基地局または移動ユニットは、ユニバーサル移動電話システム（ＵＭＴＳ）プロトコル、移動通信用グローバル・システム（ＧＳＭ）プロトコル、符号分割多重接続方式（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）プロトコルなどのような１つまたは複数の無線電気通信プロトコルに従って情報を符号化する。そして、符号化された情報は、電磁波を変調するために使用され、その電磁波がエア・インタフェースを越えて伝送される。例えば、搬送電磁波は、１ＧＨｚ無線周波搬送波であることがある。
【０００３】
移動ユニットによって送信された被変調搬送波は、基地局で受信されるとき、比較的微弱であることがある。被変調搬送波は、また、移動ユニットで生じる雑音および環境雑音を含んだ様々な雑音源のために不明瞭になることがある。したがって、基地局の１つまたは複数のアンテナは、一般に、搬送波の周波数に合わされた１つまたは複数のフィルタに結合されている。例えば、基地局アンテナを１ＧＨｚ無線周波フィルタに結合して様々な雑音成分を減少させ、それによって、基地局に関連した移動ユニットで伝送された１ＧＨｚ無線周波搬送波に対する基地局の選択感度を高めることができる。
【０００４】
無線電気通信システムで使用される従来のフィルタの物理特性は、搬送波の波長によって決定される。例えば、１ＧＨｚ無線周波搬送波はほぼ３０ｃｍの波長を有する。したがって、１ＧＨｚ搬送波を受信するように調整された従来の複式フィルタの四分の一波長共振器の高さは、ほぼ７．５ｃｍでなければならない。４５０ＭＨｚＣＤＭＡシステムのような他の無線電気通信システムは、比較的低い周波数を使用することができ、これによってフィルタは比例してもっと大きくなる。少なくとも部分的に所望のＱ（Ｑ−ｆａｃｔｏｒ）を実現するために、複式フィルタは、一般に、１２から１４の共振器を含む。したがって、従来の複式フィルタのフォーム・ファクタ（ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）は非常に大きくなることがある。例えば、１ＧＨｚに合わされた複式フィルタの寸法は、５０ｃｍ×７．５ｃｍ×６ｃｍであることがある。
【０００５】
従来の複式フィルタは金属で形成され、その金属は、ある期間にわたって周囲温度が上がったり下がったりするときに、膨張したり収縮したりすることができる。複式フィルタによって選択される波長はフィルタの物理的な寸法に比例するので、従来の複式フィルタの部分の膨張および／または収縮によってフィルタの同調が外れることがある。熱変形中にフィルタの同調を維持するために、従来のフィルタは、一般に約５％の小さな周波数範囲で調整することができる。しかし、従来のフィルタを同調させることで、結果として電力損失が生じ、この電力損失によって、アンテナの選択感度が減少することがあり、またフィルタのＱが悪くなることもある。フィルタ損失は約０．５ｄＢであることがあり、同調要素で損失が約３．０ｄＢに増すことがある。したがって、基地局選択感度が同じ量だけ減少することがあり、これによって、その基地局が受け持つセルの半径も減少することがある。さらに、電力損失および／またはＱの劣化で、従来のフィルタを異なる周波数帯に同調し直すことができなくなるので、従来のフィルタは、ただ１つの搬送波周波数で使用できるだけである。
【０００６】
温度変化で生じることがある変形を少なくとも部分的に減少させ、かつフィルタの対応する離調を減少させるために、従来の複式フィルタは、比較的重い金属で作られている。例えば、従来の複式フィルタは、１０ｋｇ程度の重さであることがある。従来複式フィルタの大きな大きさのために、各基地局に関連した複式フィルタの大きさが実質的に増すことがある。例えば、３セクタの移動ユニットを受け持つ基地局は、セクタごとに２個のアンテナを含むことがある。各アンテナは、少なくとも１つの関連した複式フィルタを必要とし、結果として、合計で少なくとも６個の複式となり、約６０ｋｇの全重量である。さらに、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムでは、アンテナの総数、したがって複式フィルタの総数は、一般に、ＭＩＭＯシステムの入力チャネルおよび／または出力チャネルの数に比例して増加する。例えば、一般的なＭＩＭＯアンテナ・システムは１セクタ当たり４個のアンテナを使用し、その結果、１２個の複式フィルタとなり、重さがほぼ１２０ｋｇである。
【０００７】
比較的高い誘電率を有する材料で従来複式フィルタのいくつかの部品を作ることで、いくつかのフィルタの寸法を減少させることができる。例えば、セラミック材料は、εの誘電率を有する。フィルタの一部がセラミック材料で作られた場合、フィルタの高さをほぼε１／２分の１に減らすことができる。したがって、セラミック材料がε＝４の誘電率を有する場合、フィルタの高さをほぼ２分の１に減少させることができる。しかし、セラミック材料で作られた従来フィルタの物理的な寸法は、依然として、搬送波の波長に依存している。従来複式フィルタの大きさは、また、セラミック材料を取り入れ従来フィルタの物理的寸法を減少させることでも減少させることができる。しかし、従来フィルタの物理的な寸法は依然として搬送波の波長に依存しているので、大きさの減少は僅かなものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、１つまたは複数の上述の問題の効果に対処することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下は、本発明のいくつかの態様を基本的に理解するために本発明の簡略化された概要を述べるものである。この概要は、本発明の網羅的な概略ではない。本発明の主要な、または重要な要素を識別すること、または本発明の範囲を明確に述べることを意図しない。唯一の目的は、後で述べるより詳細な説明の前置きとして、簡略化された形でいくつかの概念を述べることである。
【００１０】
本発明の一実施形態では、フィルタ・ユニット・セルが提供される。このフィルタ・ユニット・セルは、第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタとを含む。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、帯域通過フィルタが提供される。この帯域通過フィルタは、入力ノードと、出力ノードと、入力ノードと出力ノードの間に直列に結合された複数のフィルタ・ユニット・セルとを含む。各フィルタ・ユニット・セルは、第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタとを含む。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、複式フィルタが提供される。この複式フィルタは、伝送ノードとアンテナ・ノードの間に直列に結合された少なくとも１つの第１のフィルタ・ユニット・セルと、受信ノードとアンテナ・ノードの間に直列に結合された少なくとも１つの第２のフィルタ・ユニット・セルとを含む。第１および第２のフィルタ・ユニット・セルの各々は、第１、第２、および第３のノードと、第１のノードと第２のノードの間に直列に結合された可変コンデンサと、第２のノードと第３のノードの間に直列に結合されたインダクタとを含む。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態では、フィルタ処理の方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのフィルタ・ユニット・セルの少なくとも１つのゼロ次共振周波数を第１の周波数にほぼ等しいように決定し、さらに第１の周波数を有する信号を前述の少なくとも１つのフィルタ・ユニット・セルに供給することを含む。
本発明は、添付の図面に関連して行われる以下の説明を参照して理解することができる。図面では、同様な参照数字は同様な要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、様々な修正および代替え形態の余地があるが、本発明の特定の実施形態を例として図面に示し、さらに本明細書で詳細に説明した。しかし、特定の実施形態についての本明細書の説明は、本発明を開示されたその特定の形態に制限する意図でなく、それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の精神および範囲内に含まれる全ての修正物、同等物および代替え物を範囲に含む意図であることは理解すべきである。
【００１５】
図に示された本発明の実施形態を以下で説明する。はっきりさせるために、実際の実施の全ての特徴を本明細書で説明するとは限らない。もちろん理解されることであろうが、どのそのような実際の実施形態の開発においても、実施ごとに異なるシステム関連およびビジネス関連の制約との合致のような開発者特有の目標を達成するために、数多くの実施特有の決定がなされるべきである。さらに、理解されることであろうが、そのような開発努力は、複雑で時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとって決まりきった仕事である。
【００１６】
本発明の部分および対応する詳細な説明は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する演算のソフトウェア、またはアルゴリズムおよび記号表現によって示される。これらの説明および表現は、当業者が仕事の内容を他の当業者に効果的に伝えるためのものである。アルゴリズムは、この用語はここで使用されるように、および一般に使用されるように、所望の結果をもたらす自己矛盾のないステップのシーケンスであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的な処理を必要とするものである。必ずではないが、通常、これらの量は、格納し、伝達し、結合し、比較し、そうでなければ処理することができる光信号、電気信号、または磁気信号の形をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数などと呼ぶことが、主に一般的な使用のために、時には便利であることが分かっている。
【００１７】
しかし、念頭においておかなければならないことであるが、これらの用語および同様な用語の全ては、適切な物理量と関連付けられるべきであり、これらの量に付けられるただ便利なラベルにすぎない。特に指示が無い限り、または議論から明らかなように、「処理」または「演算」または「計算」または「決定」または「表示」などのような用語は、コンピュータ・システムまたは同様な電子演算デバイスの動作およびプロセスを意味する。このコンピュータ・システムまたは同様な電子演算デバイスは、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリの中の物理的電子的な量として表されたデータを処理し変換して、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶デバイス、伝送デバイスまたはディスプレイ・デバイスの中の物理的な量として同様に表される他のデータにする。
【００１８】
また、留意されたいことであるが、本発明のソフトウェア実施態様は、一般に、いくつかの形のプログラム記憶媒体に符号化されるか、またはいくつかの型の伝送媒体上に実現される。プログラム記憶媒体は、磁気的（例えば、フロッピ・ディスクまたはハード・ドライブ）であってもよく、または光学的（例えば、コンパクト・ディスク読出し専用メモリ、または「ＣＤＲＯＭ」）であってもよく、さらに読出し専用であってもランダム・アクセスであってもよい。同様に、伝送媒体は、撚り線対、同軸ケーブル、光ファイバまたは、当技術分野に知られているいくつかの他の適切な伝送媒体であってもよい。本発明は、どの特定の実施のこれらの態様によっても制限されない。
【００１９】
ここで、本発明は、添付の図を参照して説明する。ただ説明の目的のためだけに、そして、当業者によく知られている詳細で本発明を不明瞭にしないために、様々な構造、システム、およびデバイスは図面に模式的に示されている。それにもかかわらず、添付の図面は、本発明の説明に役立つ実施例を記述し説明するために含まれている。本明細書で使用される語および句は、当業者によるこれらの語および句の理解と合致した意味を有すると理解され、解釈されるべきである。用語または句の特殊な定義、すなわち当業者が理解するような通常慣例の意味と異なる定義を、本明細書の用語または句の一貫した使用が意味することはないものとする。特殊な意味すなわち当業者が理解しないような意味を用語または句が持つことを意図する限り、そのような特殊な定義は、その用語または句の特殊な定義を直接かつ明白に与える定義のやり方で、明細書にはっきりと示されるであろう。
【００２０】
図１を参照すると、無線電気通信システム１００の例示の実施形態が概念的に示されている。図示の実施形態では、移動ユニット１０５は、エア・インタフェース１１５上で基地局１１０と通信する。ただ１つの移動ユニット１０５およびただ１つの基地局１１０だけが図１に示されているが、当業者は理解すべきことであるが、どんな望ましい数の移動ユニット１０５および／または基地局１１０も無線電気通信システム１００に含むことができる。様々な他の実施形態では、移動ユニット１０５は、セルラー電話または、デスクトップ・パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、パーソナル・データ・アシスタント、携帯無線呼出し器などのような他のユーザ機器を含むことができる。また、本開示の恩恵を受ける当業者は理解すべきことであるが、無線電気通信システム１００は、一実施例では、アド・ホック・システム（ａｄ  ｈｏｃ  ｓｙｓｔｅｍ）を使用する移動ユニット１０５のみで完全に形成することができる。
【００２１】
基地局１１０と移動ユニット１０５は、ユニバーサル移動電話システム（ＵＭＴＣ）プロトコル、移動通信用グローバル・システム（ＧＳＭ）プロトコル、符号分割多重接続方式（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）プロトコルなどのような１つまたは複数の無線電気通信プロトコルに従って、エア・インタフェース１１５上で情報をやりとりする。しかし、当業者は理解すべきことであるが、本発明は前述の無線電気通信プロトコルに限定されない。他の実施形態では、どんな望ましい無線電気通信プロトコルまたはプロトコルの組合せでも使用することができる。例えば、移動ユニット１０５および基地局１１０は、ブルートゥース・プロトコル、８０２．１１プロトコルなどに従ってエア・インタフェース１１５上で通信することができる。
【００２２】
移動ユニット１０５は、送信機１２０および受信機１２５を含み、これらは両方とも少なくとも１つのアンテナ１３０に結合されている。基地局１１０は、また、送信機１３５および受信機１４０を含む。図示の実施形態では、送信機１３５および受信機１４０は同調可能なフィルタ１４５に結合されており、このフィルタ１４５は無線伝送塔１５０に結合されている。ただ１つの無線伝送塔１５０が実現されるとき、同調可能フィルタ１４５は複式フィルタであってもよい。しかし、本発明は、ただ１つの無線伝送塔１５０を使用する基地局１１０に限定されない。他の実施形態では、送信機１３５および受信機１４０は、各々、専用無線伝送塔１５０に結合することができ、この場合には、同調可能フィルタ１４５は帯域通過フィルタであってもよい。本開示の恩恵を受ける当業者は、また、理解すべきことであるが、移動ユニット１０５は同調可能フィルタ（図示しない）を含むことができ、このフィルタは複式フィルタまたは帯域通過フィルタであってもよい。
【００２３】
送信機１２０、１３５は、適切なプロトコルに従ってメッセージを符号化し、エア・インタフェース１１５上での伝送にこのメッセージを供給することができる。受信機１２５、１４０は、符号化されたメッセージを受信し、適切なプロトコルを使用してこのメッセージを復号することができる。エア・インタフェース１１５上のメッセージの符号化、復号、伝送、および／または受信を行う技術は当業者には知られているので、本発明に関係があるエア・インタフェース１１５上の無線電気通信のそれらの態様だけを、本明細書で詳細に述べる。
【００２４】
動作中に、送信機１２０、１３５で供給された符号化情報は電磁波を変調するために使用され、この電磁波は、搬送電磁波、無線周波搬送波、搬送波、キャリアなどと呼ばれることもある。一実施形態では、搬送波は無線周波電波である。例えば、搬送電磁波は１ＧＨｚ無線周波搬送波であることがある。しかし、搬送波は、どんな望ましい周波数の電磁波であることもできる。搬送波周波数の他の例に、４５０ＭＨｚＣＤＭＡ搬送波、産業科学医療（ＩＳＭ）用帯域の周波数を有する搬送波などがある。被変調搬送波は、エア・インタフェース１１５を越えて伝送される。例えば、被変調搬送波は、アンテナ１３０で伝送し無線塔１５０で受信することができる。他の例では、被変調搬送波は、無線塔１５０で伝送しアンテナ１３０で受信することができる。
【００２５】
同調可能フィルタ１４５は、メタマテリアル構造に基づいたもののようなゼロ次共振フィルタを含む。メタマテリアルは、自然界には一般に見出されない特殊な電磁特性を示すように設計することができる人工構造または回路である。図示の実施形態では、同調可能フィルタ１４５は、合成右手系／左手系伝送線メタマテリアルに基づいたゼロ次共振フィルタを含むが、これについては以下で詳細に述べる。従来のフィルタとは対照的に、ゼロ次共振周波数はフィルタの物理的な寸法によって決定されないので、同調可能フィルタ１４５の物理的寸法は、共振周波数および／または波長に厳密に比例しない。さらに、共振のＱは、損失が増加するとき、一般に劣化しないが、これについては以下で詳細に述べる。同調可能フィルタ１４５の実質的な選択感度の減少および／またはＱの劣化を受けることなしに、同調可能フィルタ１４５の中心周波数および／または帯域幅を、比較的大きな周波数範囲にわたって調整することができる。例えば、同調可能フィルタ１４５の中心周波数は、実質的なフィルタ選択感度の減少および／またはＱの劣化なしに、１オクターブ以上にわたって調整することができる。
【００２６】
ゼロ次共振周波数は同調可能フィルタ１４５の物理的な寸法によって決定されないので、同調可能フィルタ１４５は、また、熱変形をあまり受けやすくない。結果として、少なくとも部分的に、フィルタの熱変形、例えば周囲温度の変化による同調可能フィルタ１４５の機械的寸法の膨張または収縮によって同調可能フィルタ１４５の共振周波数は実質的に変化しないので、同調可能フィルタ１４５の機械的安定性は余り重要でない。したがって、同調可能フィルタ１４５の大きさは、実質的に減少させることができる。例えば、薄い金属膜でメッキされた軽いプラスチックを使用して、同調可能フィルタ１４５を遮蔽することができる。ゼロ次共振周波数は同調可能フィルタ１４５の物理的な寸法によって決定されないので、同調可能フィルタ１４５のフォーム・ファクタも減少させることができる。
【００２７】
図２Ａは、可変コンデンサ２０５を有するフィルタ・ユニット・セル２００の第１の例示の実施形態を概念的に示す。可変コンデンサ２０５は、バラクタ、可変キャパシタンスを有するコンデンサなどと呼ばれることもある。フィルタ・ユニット・セル２００の第１の例示の実施形態では、可変コンデンサ２０５は、ノード２１０と２１５の間に直列に接続され、そして、ノード２１５と第３のノードの間にインダクタ２２０が分路として結合され、この第３のノードは、図示の実施形態では、接地に結合されている。図２Ａに示す理想化されたフィルタ・ユニット・セル２００は、左手系メタマテリアルである。しかし、エネルギー保存則の示すところによると、可変コンデンサ２０５およびインダクタ２２０で形成されたフィルタ・ユニット・セル２００は、右手系メタマテリアルとして機能する寄生キャパシタンスおよびインダクタンス（図示しない）を含んでいる。したがって、実際には、可変コンデンサ２０５およびインダクタ２２０で形成されたフィルタ・ユニット・セル２００は、合成右手系／左手系伝送線メタマテリアルによく似ているメタマテリアルである。したがって、フィルタ・ユニット・セル２００は、可変コンデンサ２０５のキャパシタンスを変えることによって調整することができるゼロ次共振周波数を有する。例えば、フィルタ・ユニット・セル２００のゼロ次共振周波数は、１オクターブ以上にわたって調整することができる。フィルタ・ユニット・セル２００のゼロ次共振周波数を調整するために使用することができるキャパシタンス、インダクタンス、および共振周波数の間の関係は、当技術分野で知られている。
【００２８】
動作中に、ノード２１０、２１５の電圧は実質的に同じであるので、可変コンデンサ２０５の両端間の電圧降下は実質的にゼロに等しい。結果として、フィルタ・ユニット・セル２００に存在することがあるどんな抵抗も、またはフィルタ・ユニット・セル２００に追加されることがあるどんな抵抗も電流を引き出さない。すなわち、熱を放散しない。したがって、フィルタ・ユニット・セル２００のＱは、損失の大きい可変コンデンサ２０５のキャパシタンスに実質的に無関係である。したがって、可変コンデンサ２０５のキャパシタンスを変えることは、追加の損失を発生することなく、フィルタ・ユニット・セル２００の選択感度を劣化させることなく、および／またはフィルタ・ユニット・セル２００のＱを減少させることなく、フィルタ・ユニット・セル２００のゼロ次共振周波数を変えるために使用することができる。
【００２９】
図２Ｂは、可変コンデンサ２３５および可変インダクタ２４０を有するフィルタ・ユニット・セル２３０の第２の例示の実施形態を概念的に示す。可変インダクタ２３５は、バリオメータ、可変インダクタンスを有するインダクタなどと呼ばれることもある。フィルタ・ユニット・セル２３０の第２の例示の実施形態では、可変コンデンサ２３５は、ノード２４５と２５０の間に直列に接続され、そして、ノード２５０と第３のノードの間に可変インダクタ２４０が分路として結合され、この第３のノードは、図示の実施形態では、接地に結合されている。フィルタ・ユニット・セル２３０は、上で述べたように寄生キャパシタンスおよびインダクタンスを含むので、フィルタ・ユニット・セル２３０は、合成右手系／左手系伝送線メタマテリアルによく似ているメタマテリアルである。したがって、フィルタ・ユニット・セル２３０は、可変コンデンサ２３５のキャパシタンスおよび／または可変インダクタ２４０のインダクタンスを変えることによって調整することができるゼロ次共振周波数を有する。例えば、フィルタ・ユニット・セル２３０のゼロ次共振周波数は、１オクターブ以上にわたって調整することができる。
【００３０】
動作中に、ノード２４５、２５０の電圧は実質的に同じであるので、可変コンデンサ２３５の両端間の電圧降下は実質的にゼロに等しい。結果として、フィルタ・ユニット・セル２３０に存在することがあるどんな抵抗も、またはフィルタ・ユニット・セル２３０に追加されることがあるどんな抵抗も電流を引き出さない。すなわち、熱を放散しない。したがって、フィルタ・ユニット・セル２３０のＱは、損失の大きい可変コンデンサ２３５のキャパシタンスに実質的に無関係である。したがって、可変コンデンサ２３５のキャパシタンスを変えることは、追加の損失を発生することなく、フィルタ・ユニット・セル２３０の選択感度を劣化させることなく、および／またはフィルタ・ユニット・セル２３０のＱを減少させることなく、フィルタ・ユニット・セル２３０のゼロ次共振周波数を変えるために使用することができる。可変インダクタ２４０のインダクタンスを変えることで、ゼロ次共振周波数の同調範囲を広げ、さらに／またはフィルタ・ユニット・セル２３０の特性インピーダンスを変えることができる。しかし、いくつかの実施形態では、可変インダクタ２４０のインダクタンスを変えると、フィルタ・ユニット・セル２３０の損失が増加し、したがって、フィルタ・ユニット・セル２３０のＱが減少することがある。
【００３１】
図２Ｃは、可変コンデンサ２６５を有するフィルタ・ユニット・セル２６０の第３の例示の実施形態を概念的に示す。フィルタ・ユニット・セル２６０の第３の例示の実施形態では、可変コンデンサ２６５とインダクタ２６７がノード２７０と２７５の間に直列に接続されている。インダクタ２８０およびコンデンサ２８２がノード２７５と第３のノードとの間に分路として（並列に）結合され、この第３のノードは、第３の実施形態で、接地に結合されている。インダクタ２８０は図２Ｃで可変であるように示されていないが、本発明の恩恵を受ける当業者は理解すべきことであるが、他の実施形態は可変インダクタ２８０を含むことができる。
【００３２】
少なくとも部分的に、フィルタ・ユニット・セル２６０はインダクタ２６７およびコンデンサ２８２を含むので、図２Ｃに示すフィルタ・ユニット・セル２６０は、合成右手系／左手系伝送線メタマテリアルである。一実施形態では、インダクタ２６７およびコンデンサ２８２は、図２Ａおよび２Ｂに存在することがあるような寄生キャパシタンスを示す。もしくは、インダクタ２６７およびコンデンサ２８２は、フィルタ・ユニット・セル２６０に組み込まれた要素を示すことができる。また、フィルタ・ユニット・セル２６０は、図２Ｃに示されない寄生キャパシタンスおよびインダクタンスを含むことがある。したがって、フィルタ・ユニット・セル２６０は、損失の大きい可変コンデンサ２６５のキャパシタンスを変えることによって調整することができるゼロ次共振周波数を有する。例えば、フィルタ・ユニット・セル２６０のゼロ次共振周波数は、１オクターブ以上にわたって調整することができる。可変インダクタ２８０を含む実施形態では、フィルタ・ユニット・セル２６０のゼロ次共振周波数は、また、可変インダクタンス２８０を変えることによって調整することができる。
【００３３】
動作中に、ノード２７０、２７５の電圧は実質的に同じであるので、可変コンデンサ２６５の両端間の電圧降下は実質的にゼロに等しい。結果として、フィルタ・ユニット・セル２６０に存在することがあるどんな抵抗も、またはフィルタ・ユニット・セル２６０に追加されることがあるどんな抵抗も、電流を引き出さない。すなわち、熱を放散しない。したがって、フィルタ・ユニット・セル２６０のＱは、可変コンデンサ２６５のキャパシタンスに実質的に無関係である。したがって、可変コンデンサ２６５のキャパシタンスを変えることは、追加の損失を発生することなく、フィルタ・ユニット・セル２６０の選択感度を劣化させることなく、および／またはフィルタ・ユニット・セル２６０のＱを減少させることなく、フィルタ・ユニット・セル２６０のゼロ次共振周波数を変えるために使用することができる。
【００３４】
当業者は理解すべきことであるが、上で使用されるような用語「実質的に」は、実際にはフィルタ・ユニット・セル２００、２３０が、上の理想化された例に示される通りに動作しないことがあることを示す意図である。例えば、可変コンデンサ２１０、２３５のキャパシタンスを変えると、フィルタ・ユニット・セル２００、２３０のＱは僅かに変化することがある。しかし、フィルタ・ユニット・セル２００、２３０のＱの変化は、中心周波数の対応する範囲にわたって従来のフィルタ・ユニット・セルを調整するようにパラメータを変えることによって生じるＱの対応する変化よりもやはり相当に小さいだろう。
【００３５】
図３は、同調可能帯域通過フィルタ３００の一実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、同調可能帯域通過フィルタ３００は、入力ノード３１０と出力ノード３１５の間に直列に結合された複数のフィルタ・ユニット・セル３０５（図３にただ１つだけを示す）を含む。各フィルタ・ユニット・セル３０５は、ノード３２５と３３０の間に直列に結合された可変コンデンサ３２０、およびノード３３０とノード３４０の間に結合された分路インダクタ３３５を含む。様々な他の実施形態では、分路インダクタ３３５は、一定インダクタンスを有することがあり、または可変インダクタンスを有することがある。また、同調可能帯域通過フィルタ３００は、入力ノード３１０および／または出力ノード３１５とフィルタ・ユニット・セル３０５のノード３２５、３３０間に結合された１つまたは複数の結合コンデンサ３４５、３５０を含むことができる。例えば、結合コンデンサ３４５、３５０は、帯域通過フィルタ３００と入力ノード３１０または出力ノード３１５に結合することができる他のデバイスとの間のインピーダンス整合を可能にすることができる。
【００３６】
動作中に、１つまたは複数の可変コンデンサ３２０のキャパシタンスは、同調可能帯域通過フィルタ３００のゼロ次共振周波数を調整するように変えることができる。分路インダクタ３３５が可変である場合、分路インダクタ３３５のインダクタンスを変えてゼロ次共振周波数を調整することもできる。上で述べたように、ノード３２５、３３０の電圧は実質的に同じであるので、可変コンデンサ３２０の両端間の電圧降下は実質的にゼロに等しい。結果として、可変コンデンサ３２０のキャパシタンスを変えることは、追加の損失を発生することなく、同調可能帯域通過フィルタ３００の選択感度を劣化させることなく、および／または同調可能帯域通過フィルタ３００のＱを減少させることなく、同調可能帯域通過フィルタ３００のゼロ次共振周波数を変えるために使用することができる。
【００３７】
図示の実施形態では、同調可能帯域通過フィルタ３００は、少なくとも部分的に遮蔽要素３５５の中に入れられている。少なくとも部分的に、同調可能帯域通過フィルタ３００のゼロ次共振周波数は同調可能帯域通過フィルタ３００の物理的な寸法で決定されないので、遮蔽要素３５５は比較的軽い材料で形成することができる。例えば、遮蔽要素３５５は、薄い金属膜でメッキされた軽いプラスチックで形成することができる。また、遮蔽要素３５５のフォーム・ファクタは、従来フィルタ用の遮蔽要素に比べて減少させることができる。
【００３８】
図４は、同調可能複式フィルタ４００の一実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、同調可能複式フィルタ４００は、一対の同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）を含む。上で述べたように、各同調可能帯域通過フィルタは、直列に結合された複数のフィルタ・ユニット・セル４１０を含む。同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）は、また、１つまたは複数の結合コンデンサ４２５を含むことができる。例えば、結合コンデンサ４２５は、同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）と同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）に結合することができる他のデバイスとの間のインピーダンス整合を可能にすることができる。同調可能帯域通過フィルタ４０５（１）は、受信ノード４３０とアンテナ４３５の間に直列に結合されている。同調可能帯域通過フィルタ４０５（２）は、伝送ノード４４０とアンテナ４３５の間に直列に結合されている。
【００３９】
動作中に、１つまたは複数のキャパシタンスおよび／またはインダクタンスを変えて、複式フィルタ４００のゼロ次共振周波数を変えることができる。その結果、アンテナ４３５で伝送および／または受信することができる信号は、同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）を使用して選択されたゼロ次共振周波数でフィルタ処理することができる。同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）は、図示の実施形態では、ほぼ同じゼロ次共振周波数に調整されるが、本発明はそのように限定されない。他の実施形態では、同調可能帯域通過フィルタ４０５（１〜２）のゼロ次共振周波数は、任意の望ましい中心周波数に独立に合わせることができる。例えば、受信周波数と伝送周波数の間の一般的なデュプレックス・シフト（ｄｕｐｌｅｘ  ｓｈｉｆｔ）は、約１０〜１００ＭＨｚである。また、同調可能複式フィルタ４００は、遮蔽要素４５０の中に入れることができる。少なくとも部分的に、同調可能複式フィルタ４００のゼロ次共振周波数は同調可能複式フィルタ４００の物理的な寸法で決定されないので、遮蔽要素４５０は、比較的軽い材料で形成することができる。例えば、遮蔽要素４５０は、薄い金属膜でメッキされた軽いプラスチックで形成することができる。遮蔽要素４５０のフォーム・ファクタは、従来フィルタの遮蔽要素に比べて減少させることができる。
【００４０】
図５は、少なくとも１つのフィルタ・ユニット・セルのゼロ次共振周波数を調整する方法５００の一実施形態を概念的に示す。様々な他の実施形態で、同調可能フィルタ・ユニット・セルは、図１に示すフィルタ・ユニット・セル１００、図３に示す同調可能帯域通過フィルタ３００のフィルタ・ユニット・セル３０５および図４に示す同調可能複式フィルタ４００のフィルタ・ユニット・セル４０５のような任意の望ましいフィルタの一部であることができる。図示の実施形態では、ゼロ次共振周波数が決定される（５０５）。例えば、望ましいゼロ次共振周波数は、搬送波の周波数に基づいて決定される。この決定されたゼロ次共振周波数に基づいて、少なくとも１つのキャパシタンスが決定される（５１０）。一実施形態では、また、少なくとも１つのインダクタンスが決定される（５１５）。例えば、フィルタ・ユニット・セルの実施形態が可変インダクタを含むとき、可変インダクタのインダクタンスは、決定されたゼロ次共振周波数に基づいて決定することができる（５１５）。そして、その少なくとも１つのユニット・フィルタ・セルは、決定されたゼロ次共振周波数に基づいて調整される（５２０）。例えば、フィルタ・ユニット・セルのゼロ次共振周波数が、決定されたゼロ次共振周波数にほぼ等しくなるように、フィルタ・ユニット・セルの可変コンデンサのキャパシタンスを変えることができる。また、可変インダクタのインダクタンスは、存在すれば、フィルタ・ユニット・セルのゼロ次共振周波数が決定されたゼロ次共振周波数にほぼ等しくなるように変えることができる。
【００４１】
上で説明した同調可能ゼロ次共振周波数フィルタの１つまたは複数の実施形態は、従来フィルタと比較していくつかの有利点を有することができる。同調可能ゼロ次共振周波数フィルタは、選択感度の予測される劣化および／またはＱの劣化を受けることなしに、驚くほど大きな周波数範囲にわたって調整することができるので、共通のフィルタで様々な異なるフィルタの形および搬送波周波数の要求を満たすことができることがあり、このことは、その各々を別個に製造する必要があるかもしれない非常に幅広いフィルタ変形物の発生を防止するのに役立つことがある。フィルタ変形物の広がりを減少させることは、フィルタの供給チェーンの大きな論理的な節約につながる。さらに、同調可能ゼロ次共振周波数フィルタを実現する基地局の再構成を遠隔操作で再構成することができるようにする同調可能ゼロ次共振周波数フィルタが遠隔操作で調整可能であることがあり、それによって、高価で時間のかかる現場訪問をなくする。上で詳細に述べたように、同調可能ゼロ次共振周波数フィルタは、また、より小さなフォーム・ファクタを有し、かつ軽いハウジングに配置することができ、それによって、フィルタのサイズおよび大きさを劇的に減少させる。
【００４２】
本発明は、本明細書の教示の恩恵を受ける当業者には明らかな異なる同等なやり方で、修正し実施することができるので、上に開示された特定の実施形態は説明に役立つだけのものである。さらに、以下の特許請求の範囲に記述される以外に、本明細書に示された構造または設計の詳細に対して限定はないものとする。したがって、上で開示された特定の実施形態は変更され、または修正されることがあり、そしてそのような変形全ては本発明の範囲および精神の範囲内で考えられる。したがって、本明細書で求められる保護は特許請求の範囲に示される通りである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に従った無線電気通信システムを概念的に示す図である。
【図２Ａ】本発明に従った可変コンデンサを有するフィルタ・ユニット・セルの第１の例示の実施形態を概念的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明に従った可変コンデンサおよび可変インダクタを有するフィルタ・ユニット・セルの第２の例示の実施形態を概念的に示す図である。
【図２Ｃ】本発明に従った可変コンデンサを有するフィルタ・ユニット・セルの第３の例示の実施形態を概念的に示す図である。
【図３】本発明に従った同調可能帯域通過フィルタの一実施形態を概念的に示す図である。
【図４】本発明に従った同調可能複式フィルタの一実施形態を概念的に示す図である。
【図５】本発明に従った、少なくとも１つのフィルタ・ユニット・セルの少なくとも１つのゼロ次共振周波数を調整する方法の一実施形態を概念的に示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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