(57)【要約】【課題】減衰極がフィルタのカットオフ周波数に近接した場合に必要となる結合量の大きな非隣接結合を容易に実現する分布定数フィルタを得る。【解決手段】遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１の伝送線路及び第２の伝送線路の両端のそれぞれを高インピーダンス伝送線路により結線することで構成される閉ループ回路と、第２の伝送線路の両端に接続された先端開放スタブとを備え、第２の伝送線路の一端を入力端、第２の伝送線路の他端を出力端とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１の伝送線路及び第２の伝送線路の両端のそれぞれを高インピーダンス伝送線路により結線することで構成される閉ループ回路と、
前記第２の伝送線路の両端に接続された先端開放スタブと、
を備え、
前記第２の伝送線路の一端を入力端、前記第２の伝送線路の他端を出力端とすることを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の分布定数フィルタにおいて、
前記高インピーダンス伝送線路は、集中定数インダクタ素子で構成されることを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分布定数フィルタにおいて、
前記入力端及び前記出力端と、前記第２の伝送線路の両端との間に、高インピーダンス線路と低インピーダンス線路とを交互に縦続接続してなる低域通過フィルタを付加したことを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項４】
遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１の伝送線路及び第２の伝送線路の両端のそれぞれをキャパシタンス素子により結線することで構成される閉ループ回路と、
前記第２の伝送線路の両端に接続された先端短絡スタブと、
を備え、
前記第２の伝送線路の一端を入力端、前記第２の伝送線路の他端を出力端とすることを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の分布定数フィルタにおいて、
前記キャパシタンス素子は、２つの金属間に誘電体を装荷したＭＩＭキャパシタまたはチップコンデンサで構成されることを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の分布定数フィルタにおいて、
前記入力端及び出力端と、前記第２の伝送線路の両端との間に、直列のキャパシタと並列のインダクタのはしご形回路からなる高域通過フィルタを付加したことを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項７】
請求項１に記載の分布定数フィルタと、請求項４に記載の分布定数フィルタを縦続接続することにより構成されることを特徴とする分布定数フィルタ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の分布定数フィルタで用いる伝送線路は、誘電体基板上に構成されたマイクロストリップ線路、コプレーナ線路、あるいはスロット線路であることを特徴とする分布定数フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布定数回路の使用が必須となるマイクロ波、ミリ波帯にて動作する周波数選択性に優れた分布定数フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の低域通過フィルタにおいては、低インピーダンス線路と高インピーダンス線路を同一直線上に縦続接続した回路が用いられていた（例えば、非特許文献１参照）。誘電体基板上に高インピーダンスのマイクロストリップ線路と低インピーダンスのマイクロストリップ線路とが互いに縦続接続された構成を有している。
【０００３】
ここで、低インピーダンス線路は、先端開放スタブと見なすこともできる。高インピーダンス線路が直列のインダクタンス素子として、また低インピーダンス線路が信号線−地板間のキャパシタンス素子として機能し、それらは共に低域通過特性を呈する。しかし、その通過量は、カットオフ周波数以上の周波数で比較的緩やかな単調減少となり、急峻な減衰特性を得ることが一般に難しい。
【０００４】
上記の問題を解決する手段として、減衰域にてフィルタ通過量が理論上０となるいわゆる減衰極を形成する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。このような減衰極を形成する有極形低域通過フィルタは、キャパシタンス素子とＪインバータ回路からなる折り返し形の対称構造となっており、Ｊインバータ回路は、各キャパシタンス素子間を結合させるために用いられている。
【０００５】
Ｊインバータの通過位相は、そのＪ値の符号に併せて±９０°と変化するため、互いに通過位相が逆相となる信号伝搬経路が２つ形成される。従って、このような有極形低域通過フィルタの周波数特性は、通過量が０となる減衰極を形成することができる。ここで、Ｊインバータによる負性結合は、一般に非隣接結合と称される。この非隣接結合は、負性結合の結合量が十分小さい場合には、容量性結合線路を用いることができ、これにより有極形低域通過フィルタを分布定数回路で構成することが可能となる。
【０００６】
【非特許文献１】Ｇ．Ｍａｔｔｈａｅｉほか著、“Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ、Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ、ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”、Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ社、１９８０年
【非特許文献２】Ｉ．Ｈｕｎｔｅｒ著、“Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ”、ＩＥＥ、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。低域通過フィルタの減衰特性を急峻とするためには、減衰極を設けると共に、減衰極をフィルタのカットオフ周波数に極力近接させる必要がある。しかし、それに伴い負の極性をもつ非隣接結合に要求される結合量は大きくなるため、線路間容量性結合で必要となる結合容量値が大きくなり、その実現が困難となってしまう問題があった。
【０００８】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、減衰極がフィルタのカットオフ周波数に近接した場合に必要となる結合量の大きな非隣接結合を容易に実現する分布定数フィルタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る分布定数フィルタは、遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１の伝送線路及び第２の伝送線路の両端のそれぞれを高インピーダンス伝送線路により結線することで構成される閉ループ回路と、第２の伝送線路の両端に接続された先端開放スタブとを備え、第２の伝送線路の一端を入力端、第２の伝送線路の他端を出力端とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、容量性結合線路を不要として正値のＪインバータを備えた構成を用いることにより、減衰極がフィルタのカットオフ周波数に近接した場合に必要となる結合量の大きな非隣接結合を容易に実現する分布定数フィルタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の分布定数フィルタの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。以下の説明における伝送線路としては、誘電体基板上に構成されるマイクロストリップ線路を用いているが、コプレーナ線路あるいはスロット線路を用いることも可能である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。誘電体基板１の上にフィルタのカットオフ周波数にて長さ約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路２及び第２のマイクロストリップ線路３が構成され、さらに、第１のマイクロストリップ線路２及び第２のマイクロストリップ線路３の両端は、それぞれ高インピーダンスのマイクロストリップ線路４により結線される。
【００１３】
また、第２のマイクロストリップ線路３の両端には、先端開放スタブ５が接続されるとともに、入力端及び出力端に相当する入出力端子が接続される。また、第１のマイクロストリップ線路２、第２のマイクロストリップ線路３及び高インピーダンスのマイクロストリップ線路４間の不要な電磁結合を抑圧するために、バイアホール６が配置されている。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態１による分布定数フィルタの動作について、従来の有極形低域通過フィルタと比較しながら、以下に説明する。図２は、従来の有極形低域通過フィルタの回路構成図であり、キャパシタンス素子とＪインバータ回路からなる折り返し形の対称構造となっている。
【００１５】
ここでＪインバータ回路のＪ１及びＪ２の値は、（−Ｊ１）＜０、＋Ｊ２＞０となっている。Ｊインバータの通過位相は、そのＪ値の符号に併せて±９０°と変化するため、互いに通過位相が逆相となる信号伝搬経路が２つ形成される。従って、このような有極形低域通過フィルタの周波数特性は、通過量が０となる減衰極を形成することができる。
【００１６】
本実施の形態１における分布定数回路は、この図２に示す従来の有極形低域通過フィルタの回路と等価な回路を有するものであり、図２の回路の回路変形により得られることを、図３を用いて以下に示す。図３は、本発明の実施の形態１における分布定数フィルタの回路構成を得るための複数の等価回路を示した図である。
【００１７】
まず、図２に示す従来の有極形低域通過フィルタの回路は、図３（ａ）に示すように、Ｊインバータ（−Ｊ１）、＋Ｊ２の符号を同時に反転させてもフィルタ特性は変化しないため、それらを＋Ｊ１、（−Ｊ２）とすることができる。
【００１８】
次に、図３（ａ）における負値のＪインバータ（−Ｊ２）＜０は、正値のＪインバータＪ＝１及び＋１／Ｊ２の縦続接続と等価となるため、図３（ｂ）に示す回路が得られる。さらに、キャパシタンスＣ２は、両端にＪ＝１及びＪ１２＝１であるＪインバータが接続されており、直列のインダクタＬ２＝Ｃ２と等価となるため、図３（ｃ）に示す回路が得られることになる。
【００１９】
つまり、フィルタ内のキャパシタンス素子の一部を直列のインダクタンス素子とすることで、図２の従来の有極形低域通過フィルタの回路に含まれていた負値のＪインバータを削除できることになる。図１に示した分布定数フィルタは、図３（ｃ）の回路と比較すると、キャパシタンス素子Ｃ１を先端開放スタブ５で、インダクタンス素子Ｌ２を長さ１／４波長未満の高インピーダンスのマイクロストリップ線路４で、Ｊインバータを１／４波長線路である第１のマイクロストリップ線路２及び第２のマイクロストリップ線路３でそれぞれ近似的に実現した回路となっている。
【００２０】
正値のＪインバータは、１／４波長線路により容易に実現でき、かつ、結合線路の容量性結合に比べてより大きな結合量を実現できる。この結果、本実施の形態１によって、フィルタのカットオフ周波数のごく近傍に減衰極を有する低域通過フィルタを構成することができる。
【００２１】
したがって、図１に示すように、フィルタの遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路２及び第２のマイクロストリップ線路３の両端を、高インピーダンスのマイクロストリップ線路４からなるインダクタンス素子を用いて結線することで構成される閉ループ回路と、第２のマイクロストリップ線路３の両端に接続した先端開放スタブ５からなる回路をその構成要素として含む分布定数低域通過フィルタを構成することにより、負性結合を用いることなく減衰極形成に必要な非隣接結合を実現することができる。
【００２２】
実施の形態１によれば、容量性結合線路を不要として正値のＪインバータを備えた構成を用いることにより、結合量の大きな非隣接結合が容易に実現可能となり、フィルタのカットオフ周波数のごく近傍に減衰極を有する減衰特性の急峻な低域通過特性を有する分布定数フィルタを得ることができる。
【００２３】
なお、上述の説明において、高インピーダンスのマイクロストリップ線路からなるインダクタンス素子を用いたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。コイルあるいはチップインダクタ等の集中定数インダクタをインダクタンス素子として用いても、同様の効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、減衰特性の急峻な低域通過特性を有する分布定数フィルタについて説明した。実施の形態２では、衰特性の急峻な高域通過特性を有する分布定数フィルタについて説明する。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態２による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。誘電体基板１１の上にフィルタのカットオフ周波数にて長さ約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路１２及び第２のマイクロストリップ線路１３が構成され、さらに、第１のマイクロストリップ線路１２及び第２のマイクロストリップ線路１３の両端は、それぞれＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）キャパシタ１４により結線される。
【００２６】
また第２のマイクロストリップ線路１３の両端には、高インピーダンスのマイクロストリップ線路１５及び接地用のバイアホール１６ａからなる先端短絡スタブが接続されるとともに、入力端及び出力端に相当する入出力端子が接続される。また、第１のマイクロストリップ線路１２と第２のマイクロストリップ線路１３との間の不要な電磁結合を抑圧するために、バイアホール１６ｂが配置されている。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態２による分布定数フィルタの動作について説明する。本実施の形態２における分布定数回路は、実施の形態１における分布定数回路のキャパシタンス素子、インダクタンス素子をそれぞれインダクタンス素子、キャパシタンス素子に置換したものとなっている。すなわち、第１のマイクロストリップ線路１２及び第２のマイクロストリップ線路１３の両端は、インダクタンス素子に相当する高インピーダンスのマイクロストリップ線路４の代わりに、キャパシタンス素子に相当するＭＩＭキャパシタ１４により結線されている。また、第２のマイクロストリップ線路１３の両端には、キャパシタンス素子に相当する先端開放スタブ５の代わりにインダクタンス素子に相当する先端短絡スタブが接続されている。
【００２８】
低域通過フィルタにこのような置換を施すことで、分布定数フィルタの周波数特性は、高域通過フィルタとなり、図４の構成により、フィルタのカットオフ周波数のごく近傍に減衰極を有する高域通過フィルタを得ることができる。
【００２９】
したがって、図４に示すように、フィルタの遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路１２及び第２のマイクロストリップ線路１３の両端を、ＭＩＭキャパシタ１４からなるキャパシタンス素子を用いて結線することで構成される閉ループ回路と、第２のマイクロストリップ線路１３の両端に接続した先端短絡スタブからなる回路をその構成要素として含む分布定数高域通過フィルタを構成することにより、負性結合を用いることなく減衰極形成に必要な非隣接結合を実現することができる。
【００３０】
実施の形態２によれば、容量性結合線路を不要として正値のＪインバータを備えた構成を用いることにより、結合量の大きな非隣接結合が容易に実現可能となり、フィルタのカットオフ周波数のごく近傍に減衰極を有する減衰特性の急峻な高域通過特性を有する分布定数フィルタを得ることができる。
【００３１】
なお、上述の説明において、第１のマイクロストリップ線路１２及び第２のマイクロストリップ線路１３の両端をつなぐキャパシタンス素子としてＭＩＭキャパシタ１４を用いたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。チップコンデンサ等の他のキャパシタンス素子を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態３．
実施の形態１では、減衰特性の急峻な低域通過特性を有する分布定数フィルタについて説明した。実施の形態３では、このような分布定数フィルタに対して、さらなる減衰特性の急峻化を図った分布定数フィルタについて説明する。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態３による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。誘電体基板２１の上にフィルタのカットオフ周波数にて長さ約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路２２及び第２のマイクロストリップ線路２３が構成され、さらに、第１のマイクロストリップ線路２２及び第２のマイクロストリップ線路２３の両端は、それぞれ高インピーダンスのマイクロストリップ線路２４により結線される。
【００３４】
また、第２のマイクロストリップ線路２３の両端には、先端開放スタブ２５が接続される。さらに、第２のマイクロストリップ線路２３の両端には、高インピーダンスのマイクロストリップ線路２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、及び低インピーダンスのマイクロストリップ線路２８ａ、２８ｂが交互に接続されてなる低域通過フィルタを介して、入力端及び出力端に相当する入出力端子が接続される。
【００３５】
また、第１のマイクロストリップ線路２２、第２のマイクロストリップ線路２３及び高インピーダンスのマイクロストリップ線路２４間の不要な電磁結合を抑圧するために、バイアホール２６が配置されている。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態３による分布定数フィルタの動作について説明する。本実施の形態３における分布定数回路は、実施の形態１に示した低域通過フィルタに対して、低インピーダンス線路と高インピーダンス線路を同一直線上に縦続接続した回路からなる低域通過フィルタをさらに付加したものである。フィルタは、一般に、回路段数を増加させることでより急峻な減衰特性が得られることから、図５に示した構成を取ることにより、より急峻な減衰特性を有する低域通過フィルタを得ることができる。
【００３７】
さらに、図５に示すように、フィルタの遮断周波数にて長さが約１／４波長となる第１のマイクロストリップ線路２２及び第２のマイクロストリップ線路２３の両端を、高インピーダンスのマイクロストリップ線路２４からなるインダクタンス素子を用いて結線することで構成される閉ループ回路と、第２のマイクロストリップ線路２３の両端に接続した先端開放スタブ２５からなる回路をその構成要素として含む分布定数低域通過フィルタを構成することにより、負性結合を用いることなく減衰極形成に必要な非隣接結合を実現することができる。
【００３８】
実施の形態３によれば、容量性結合線路を不要として正値のＪインバータを備えた構成を用いることにより、結合量の大きな非隣接結合が容易に実現可能となり、フィルタのカットオフ周波数のごく近傍に減衰極を有する減衰特性の急峻な低域通過特性を有する分布定数フィルタを得ることができる。さらに、このような分布定数フィルタに対して、高、低インピーダンス線路からなる別の低域通過フィルタを付加することにより、さらなる減衰特性の急峻化を図ることができる。
【００３９】
なお、上述の説明においては、低域通過特性を有する分布定数フィルタを縦続接続することにより減衰特性の急峻化を図った分布定数フィルタについて説明した。同様にして、高域通過特性を有する分布定数フィルタを縦続接続することにより減衰特性の急峻化を図った分布定数フィルタを得ることもできる。例えば、直列のキャパシタと並列のインダクタのはしご形回路からなる一般的な高域通過フィルタと、実施の形態２で説明した高域通過特性を有する分布定数フィルタを縦続接続することにより、高域においてもさらなる減衰特性の急峻化を図ることができる。
【００４０】
また、実施の形態１で説明した減衰特性の急峻な低域通過特性を有する分布定数フィルタと、実施の形態２で説明した減衰特性の急峻な高域通過特性を有する分布定数フィルタとを縦続接続すれば、高域と低域の両領域における急峻な減衰特性を有する分布定数フィルタを得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。
【図２】従来の有極形低域通過フィルタの回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における分布定数フィルタの回路構成を得るための複数の等価回路を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。
【図５】本発明の実施の形態３による分布定数フィルタの回路構成図を示すものである。
【符号の説明】
【００４２】
１、１１、２１  誘電体基板、２、１２、２２  第１のマイクロストリップ線路、３、１３、２３  第２のマイクロストリップ線路、４、１５、２４  高インピーダンスのマイクロストリップ線路、５、２５  先端開放スタブ、６、１６ａ、１６ｂ、２６  バイアホール、１４  ＭＩＭキャパシタ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ  高インピーダンスのマイクロストリップ線路、２８ａ、２８ｂ  低インピーダンスのマイクロストリップ線路。
【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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