(57)【要約】【課題】帯域幅を大幅に変更可能な可変共振器を提供する。【解決手段】第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２と複数のスイッチ回路１５０を備える。第１の伝送線路１０１の電気長は第２の伝送線路１０２の電気長に等しく、第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンスは第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンスに等しく、第１の伝送線路１０１の奇モード特性インピーダンスは第２の伝送線路１０２の奇モード特性インピーダンスに等しく、各スイッチ回路１５０は、第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２のいずれかに接続されており、各スイッチ回路１５０のうちＯＮ状態とされるスイッチ回路の数は一つである。【選択図】図１
2011188088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、
上記入力線路に接続される一端と上記出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、
一つまたは複数のスイッチ回路と
を備え、
上記第１の伝送線路の電気長は上記第２の伝送線路の電気長に等しく、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、
上記第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、
各上記スイッチ回路は、上記第１の伝送線路と上記第２の伝送線路のいずれかに接続されている
回路素子。
【請求項２】
請求項１に記載の回路素子において、
上記第１の伝送線路の線路長は上記第２の伝送線路の線路長に等しく、
上記第１の伝送線路の線路幅は上記第２の伝送線路の線路幅に等しく、
上記第１の伝送線路と上記第２の伝送線路との線路間隔が一様である
ことを特徴とする回路素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回路素子において、
Ｒを予め定められた１以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、
Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）をさらに備え、
ｒ番目の上記スイッチＳrの一端は上記第１の伝送線路に、上記スイッチＳrの他端は上記第２の伝送線路に接続されており、上記スイッチＳrの一端と上記第１の伝送線路との接続点と上記第１の伝送線路の上記一端との間の電気長は、上記スイッチＳrの他端と上記第２の伝送線路との接続点と上記第２の伝送線路の上記一端との間の電気長に等しい
ことを特徴とする回路素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の回路素子において、
Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとし、
上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬとして、
Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、
ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記第１の伝送線路の上記一端からＬ（２ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第１の伝送線路に接続されており、
ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記第２の伝送線路の上記一端からＬ（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第２の伝送線路に接続されている
ことを特徴とする回路素子。
【請求項５】
請求項３に記載の回路素子において、
上記第１の伝送線路の上記一端から上記スイッチＳ1までの区間Ｉ1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬ1とし、
Ｒが２以上の整数である場合、ｑを１以上Ｒ−１以下の各整数を表すとして、ｑ番目の上記スイッチＳqとｑ＋１番目の上記スイッチＳq+1との間の区間Ｉq+1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬq+1とし、
上記第１の伝送線路の上記他端から上記スイッチＳRまでの区間ＩR+1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬR+1とし、
Ｒ＋１個の区間Ｉ1，…，ＩR+1のうち少なくとも一つの区間ＩXにおいて、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍのリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、
ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第１の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第１の伝送線路に接続されており、
ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第２の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第２の伝送線路に接続されている
ことを特徴とする回路素子。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の回路素子において、
各上記リアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）は、リアクタンスを変更可能な回路である
ことを特徴とする回路素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の回路素子において、
上記偶モード特性インピーダンスは、上記入力線路と上記出力線路の各特性インピーダンスの２倍に等しい
ことを特徴とする回路素子。
【請求項８】
入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、
上記入力線路に接続される一端と上記出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、
複数のスイッチ回路と
を備え、
上記第１の伝送線路の電気長は上記第２の伝送線路の電気長に等しく、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、
上記第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、
各上記スイッチ回路は、上記第１の伝送線路と上記第２の伝送線路のいずれかに接続されており、
各上記スイッチ回路のうちＯＮ状態とされるスイッチ回路の数は一つである
可変共振器。
【請求項９】
請求項８に記載の可変共振器において、
上記第１の伝送線路の線路長は上記第２の伝送線路の線路長に等しく、
上記第１の伝送線路の線路幅は上記第２の伝送線路の線路幅に等しく、
上記第１の伝送線路と上記第２の伝送線路との線路間隔が一様である
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の可変共振器において、
Ｒを予め定められた１以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、
Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）をさらに備え、
ｒ番目の上記スイッチＳrの一端は上記第１の伝送線路に、上記スイッチＳrの他端は上記第２の伝送線路に接続されており、上記スイッチＳrの一端と上記第１の伝送線路との接続点と上記第１の伝送線路の上記一端との間の電気長は、上記スイッチＳrの他端と上記第２の伝送線路との接続点と上記第２の伝送線路の上記一端との間の電気長に等しい
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１１】
請求項８または請求項９に記載の可変共振器において、
Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとし、
上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬとして、
Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、
ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記第１の伝送線路の上記一端からＬ（２ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第１の伝送線路に接続されており、
ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記第２の伝送線路の上記一端からＬ（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第２の伝送線路に接続されている
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１２】
請求項１０に記載の可変共振器において、
上記第１の伝送線路の上記一端から上記スイッチＳ1までの区間Ｉ1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬ1とし、
Ｒが２以上の整数である場合、ｑを１以上Ｒ−１以下の各整数を表すとして、ｑ番目の上記スイッチＳqとｑ＋１番目の上記スイッチＳq+1との間の区間Ｉq+1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬq+1とし、
上記第１の伝送線路の上記他端から上記スイッチＳRまでの区間ＩR+1における上記第１の伝送線路の線路長と上記第２の伝送線路の線路長をともにＬR+1とし、
Ｒ＋１個の区間Ｉ1，…，ＩR+1のうち少なくとも一つの区間ＩXにおいて、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍのリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、
ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第１の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第１の伝送線路に接続されており、
ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第２の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第２の伝送線路に接続されている
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の可変共振器において、
各上記リアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）は、リアクタンスを変更可能な回路である
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３のいずれかに記載の可変共振器において、
上記偶モード特性インピーダンスは、上記入力線路と上記出力線路の各特性インピーダンスの２倍に等しい
ことを特徴とする可変共振器。
【請求項１５】
複数の、請求項８から請求項１４のいずれかに記載の可変共振器と、
隣り合う各上記可変共振器に直列接続されるＫ−インバータと
を含む可変フィルタ。
【請求項１６】
入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、
上記入力線路に接続される一端と上記出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、
複数のスイッチ回路と、
Ｒを予め定められた２以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）と
を備え、
上記第１の伝送線路の電気長は上記第２の伝送線路の電気長に等しく、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ上記第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、
上記第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、
上記第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは上記第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、
各上記スイッチ回路は、上記第１の伝送線路と上記第２の伝送線路のいずれかに接続されており、
ｒ番目の上記スイッチＳrの一端は上記第１の伝送線路に、上記スイッチＳrの他端は上記第２の伝送線路に接続されており、上記スイッチＳrの一端と上記第１の伝送線路との接続点と上記第１の伝送線路の上記一端との間の電気長は、上記スイッチＳrの他端と上記第２の伝送線路との接続点と上記第２の伝送線路の上記一端との間の電気長に等しく、
各上記スイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）のうちＯＮ状態とされる２個以上のスイッチの位置に応じて、両上記伝送線路の長手方向の少なくとも一部に、動作周波数にて半波長の線路長の区間が少なくとも二つ以上と、当該動作周波数にて１／４波長の線路長の区間が少なくとも一つ以上とが交互に構成され、
半波長の線路長の各上記区間にてＯＮ状態とされる上記スイッチ回路の数は一つであり、
１／４波長の線路長の各上記区間にてＯＮ状態とされる上記スイッチ回路の数はゼロである
可変フィルタ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の可変フィルタにおいて、
半波長の線路長の各上記区間のうち少なくとも一つの区間ＩXにおいて、当該半波長をＬXで表し、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍのリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、
ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第１の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第１の伝送線路に接続され、
ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目の上記リアクタンス回路Ｃmは、上記区間ＩXの上記第２の伝送線路の上記一端からＬX（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、上記第２の伝送線路に接続されるように構成されている
ことを特徴とする可変フィルタ。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の可変フィルタにおいて、
上記偶モード特性インピーダンスは、上記入力線路と上記出力線路の各特性インピーダンスの２倍に等しい
ことを特徴とする可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波無線通信技術においては、フィルタと呼ばれる回路を用いて種々の信号のうち所定の周波数の信号を通過させる、または阻止することにより、必要な信号と不必要な信号とを分別することが行われている。一般的に、フィルタは、その設計パラメータとして不変の中心周波数や帯域幅を持つ。
【０００３】
フィルタは種々の無線通信装置に搭載されている。無線通信装置を様々な周波数と様々な帯域幅において機能させるためには、フィルタリング機能を様々な中心周波数と様々な帯域幅において実現させる必要がある。この方法として、当該装置に予め実装された中心周波数と帯域幅の組み合わせの異なる複数のフィルタをスイッチにより切り替える方法が考えられる。この方法によると、中心周波数と帯域幅との組み合わせの数だけフィルタが必要であり、回路規模が大きくなる。このため装置が大型化してしまう。また、この方法によると、予め実装した各フィルタが有する中心周波数と帯域幅の組み合わせ以外の条件では無線通信装置を機能させることができない。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１に開示される技術は、フィルタを構成する共振器に圧電体を用いており、この圧電体に外部からバイアス電圧をかけることで圧電体の周波数特性（共振周波数）を変更し、フィルタの帯域幅を変更させている。
【０００５】
また、非特許文献１に開示される技術は、２つのマイクロストリップ線路を互いの端部を対向させることでリング状に配置し、対向する端部同士をＰＩＮダイオードで接続した共振器を用いることで、フィルタの中心周波数を可変としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７３５２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T.Scott Martin, Fuchen Wang and Kai Chang, "ELECTRONICALLY TUNABLE AND SWITCHABLE FILTERS USING MICROSTRIP RING RESONATOR CIRCUITS", IEEE MTT-S Digest, 1988, pp.803-806.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示される可変フィルタは、梯子型フィルタとして帯域幅を持たせているものの、圧電体の特性による制限から中心周波数の変化幅が１％〜２％程度と小さいため、帯域幅の変化量も同程度のものとなっており、大幅な帯域幅の変更が可能ではない。
【０００９】
また、上記非特許文献１に開示されるフィルタは、中心周波数を可変とするものであるが、帯域幅を大幅に可変とすることはできない。
【００１０】
また、従来技術によると回路に備えられた回路素子（例えば共振器あるいはフィルタ）は、その役割が固定されており、当該回路素子の全部または一部を当該回路素子以外の構成要素（例えば伝送線路）として機能させることが難しい。
【００１１】
このような実情に鑑みて、本発明は、簡易な構成でありながらマルチロール（multirole）な回路素子を提供すること、並びに、簡易な構成でありながら帯域幅を大幅に変更可能な可変共振器と可変フィルタを提供すること、並びに、帯域幅を大幅に変更可能でありながら共振周波数（フィルタの場合は中心周波数）を帯域幅の変更とは独立に且つ自在に変更することが可能な可変共振器と可変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】
【００１２】
本発明の回路素子は、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、一つまたは複数のスイッチ回路とを備え、第１の伝送線路の電気長は第２の伝送線路の電気長に等しく、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、各スイッチ回路は、第１の伝送線路と第２の伝送線路のいずれかに接続されている回路素子である。
【００１３】
また、この回路素子は、Ｒを予め定められた１以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）をさらに備え、ｒ番目のスイッチＳrの一端は第１の伝送線路に、スイッチＳrの他端は第２の伝送線路に接続されており、スイッチＳrの一端と第１の伝送線路との接続点と第１の伝送線路の一端との間の電気長は、スイッチＳrの他端と第２の伝送線路との接続点と第２の伝送線路の一端との間の電気長に等しい構成を持つとしてもよい。
【００１４】
本発明の可変共振器は、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、複数のスイッチ回路とを備え、第１の伝送線路の電気長は第２の伝送線路の電気長に等しく、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、各スイッチ回路は、第１の伝送線路と第２の伝送線路のいずれかに接続されており、各スイッチ回路のうちＯＮ状態とされるスイッチ回路の数は一つである可変共振器である。
【００１５】
また、この可変共振器は、Ｒを予め定められた１以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）をさらに備え、ｒ番目のスイッチＳrの一端は第１の伝送線路に、スイッチＳrの他端は第２の伝送線路に接続されており、スイッチＳrの一端と第１の伝送線路との接続点と第１の伝送線路の一端との間の電気長は、スイッチＳrの他端と第２の伝送線路との接続点と第２の伝送線路の一端との間の電気長に等しい構成を持つとしてもよい。
【００１６】
本発明の可変フィルタは、複数の上記可変共振器と、隣り合う各可変共振器に直列接続されるＫ−インバータとを含む可変フィルタである。
【００１７】
あるいは本発明の可変フィルタは、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第１の伝送線路と、入力線路に接続される一端と出力線路に接続される他端とを有する第２の伝送線路と、複数のスイッチ回路と、Ｒを予め定められた２以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）とを備え、第１の伝送線路の電気長は第２の伝送線路の電気長に等しく、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第１の伝送線路の長さ方向に一様であり、第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第２の伝送線路の長さ方向に一様であり、第１の伝送線路の偶モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の偶モード特性インピーダンスに等しく、第１の伝送線路の奇モード特性インピーダンスは第２の伝送線路の奇モード特性インピーダンスに等しく、各スイッチ回路は、第１の伝送線路と第２の伝送線路のいずれかに接続されており、ｒ番目のスイッチＳrの一端は第１の伝送線路に、スイッチＳrの他端は第２の伝送線路に接続されており、スイッチＳrの一端と第１の伝送線路との接続点と第１の伝送線路の一端との間の電気長は、スイッチＳrの他端と第２の伝送線路との接続点と第２の伝送線路の一端との間の電気長に等しく、各スイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）のうちＯＮ状態とされる２個以上のスイッチの位置に応じて、両伝送線路の長手方向の少なくとも一部に、動作周波数にて半波長の線路長の区間が少なくとも二つ以上と、当該動作周波数にて１／４波長の線路長の区間が少なくとも一つ以上とが交互に構成され、半波長の線路長の各区間にてＯＮ状態とされるスイッチ回路の数は一つであり、１／４波長の線路長の各区間にてＯＮ状態とされるスイッチ回路の数はゼロである可変フィルタである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の回路素子に拠れば、スイッチ回路のＯＮ/ＯＦＦ状態の選択により、同一の回路素子が伝送線路としても可変共振器（あるいは可変フィルタ）としても機能できる。本発明の可変共振器に拠れば、複数のスイッチ回路のうちからＯＮ状態とする一つのスイッチ回路を選択することにより、帯域幅を大幅に変更可能である。この可変共振器を用いて帯域幅を大幅に変更可能な可変フィルタが実現する。また、可変共振器が二つの伝送線路間を架橋するスイッチを含む場合には、このスイッチのＯＮ/ＯＦＦ状態の選択により、共振周波数を帯域幅の変更とは独立に且つ自在に変更することが可能である。この可変共振器を用いて、帯域幅を大幅に変更可能でありながら中心周波数を帯域幅の変更とは独立に且つ自在に変更することが可能な可変フィルタが実現する。また、二つの伝送線路間を架橋する複数のスイッチを含む可変フィルタであれば、ＯＮ状態とするスイッチを適切に選択することにより帯域幅と中心周波数のみならずフィルタ段数も独立に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）帯域幅を可変な可変共振器の平面図。（Ｂ）この可変共振器のＶ１−Ｖ１断面図。
【図２】回路シミュレーションに用いた図１に示す可変共振器のモデルを示す図。
【図３】図２に示すモデルの周波数特性。（Ａ）入力線路から電気長３０°の位置を接地した場合。（Ｂ）入力線路から電気長６０°の位置を接地した場合。
【図４】図１に示す可変共振器の変形例。
【図５】図１に示す可変共振器の変形例。
【図６】スイッチ回路の具体的な構成例。（Ａ）スイッチを直接接地した例。（Ｂ）スイッチをキャパシタを介して接地した例。（Ｃ）スイッチをインダクタを介して接地した例。（Ｄ）スイッチを伝送線路を介して接地した例。（Ｅ）スイッチに開放線路を接続した例。（Ｆ）スイッチを可変キャパシタを介して接地した例。（Ｇ）スイッチを可変インダクタを介して接地した例。（Ｈ）スイッチを特性が可変な伝送線路を介して接地した例。（Ｉ）スイッチに線路長を可変な伝送線路を接続した例。
【図７】スイッチ回路に含まれるスイッチの具体的な構成例。（Ａ）可変キャパシタを用いた並列共振回路の例。（Ｂ）可変キャパシタと可変インダクタを用いた並列共振回路の例。
【図８】全てのスイッチ回路をＯＦＦ状態とした場合の図１に示す可変共振器のスミスチャート。
【図９】全てのスイッチ回路をＯＦＦ状態とした場合の図１に示す可変共振器の伝達特性。
【図１０】帯域幅と共振周波数を可変な可変共振器の平面図。
【図１１】回路シミュレーションに用いた図１０に示す可変共振器のモデルを示す図。（Ａ）位置Ｈ３のみ接地した場合。（Ｂ）位置Ｈ３およびＨ４の２箇所を接地した場合。
【図１２】図１１（Ａ）に示すモデルの周波数特性。（Ａ）入力線路から電気長１０°の位置を接地した場合。（Ｂ）入力線路から電気長４０°の位置を接地した場合。
【図１３】（Ａ）伝送線路間に複数のスイッチを備えた、図１０に示す可変共振器の変形例。（Ｂ）伝送線路間の複数のスイッチのうち一つがＯＮ状態にされた、図１１（Ａ）に示す可変共振器。（Ｃ）伝送線路間の複数のスイッチのうち二つがＯＮ状態にされた、図１１（Ａ）に示す可変共振器。
【図１４】図１３（Ａ）に示す可変共振器において、伝送線路間の複数のスイッチをＯＮ状態とした状況を示す図。
【図１５】（Ａ）二つの伝送線路の中央付近のスイッチをＯＮ状態とすると不要な共振が現れることを説明する図。（Ｂ）伝送線路間の複数のスイッチをＯＮ状態とすることにより不要な共振が解消されることを説明する図。
【図１６】帯域幅と共振周波数を可変な可変共振器の平面図。
【図１７】帯域幅と共振周波数を可変な可変共振器の平面図。
【図１８】（Ａ）本発明を実施するための線路構造の一例を示す図。（Ｂ）この線路構造のＶ２−Ｖ２断面図。
【図１９】（Ａ）本発明を実施するための線路構造の一例を示す図。（Ｂ）この線路構造のＶ３−Ｖ３断面図。
【図２０】本発明を実施するための線路構造の一例を示す図。
【図２１】帯域幅を可変な可変フィルタの平面図。
【図２２】Ｋ−インバータに含まれる回路の一例。（Ａ）伝送線路を用いた例。（Ｂ）インダクタを用いた例。（Ｃ）キャパシタを用いた例。（Ｄ）電界結合する伝送線路を用いた例。
【図２３】帯域幅と中心周波数を可変な可変フィルタの平面図。
【図２４】可変Ｋ−インバータに含まれる回路の一例。（Ａ）複数の伝送線路を切り替える構成。（Ｂ）可変インダクタを用いた例。（Ｃ）可変キャパシタを用いた例。（Ｄ）可変キャパシタが装荷された伝送線路を用いた例。
【図２５】帯域幅と中心周波数と段数を可変な可変フィルタの平面図（波長λaに対応する周波数で動作する場合のスイッチの状態を示している）。
【図２６】帯域幅と中心周波数と段数を可変な可変フィルタの平面図（波長λbに対応する周波数で動作する場合のスイッチの状態を示している）。
【図２７】回路シミュレーションに用いた図２５および図２６に示す可変フィルタのモデルを示す図（入力線路から電気長１０°、７０°、１３０°の位置を接地し、入力線路から電気長４０°、６０°、１００°、１２０°、１４０°の位置で二つの伝送線路を架橋した場合）。
【図２８】回路シミュレーションに用いた図２５および図２６に示す可変フィルタのモデルを示す図（入力線路から電気長６０°、１８０°の位置を接地し、入力線路から電気長８０°、１２０°、２００°の位置で二つの伝送線路を架橋した場合）。
【図２９】（Ａ）図２７に示すモデルの周波数特性。（Ｂ）図２８に示すモデルの周波数特性。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態である、マイクロストリップ線路構造を持つ可変共振器１００を示す。可変共振器１００は、二つの伝送線路１０１，１０２と、複数のスイッチ回路１５０を含む。図１に示す実施形態では、誘電体基板８０５上に長方形状の二つの伝送線路１０１，１０２が形成されている。第１の伝送線路１０１の一端１０１ａは誘電体基板８０５上に形成された入力線路１１１に接続され、第１の伝送線路１０１の他端１０１ｂは誘電体基板８０５上に形成された出力線路１１２に接続されている。第２の伝送線路１０２の一端１０２ａは入力線路１１１に接続され、第２の伝送線路１０２の他端１０２ｂは出力線路１１２に接続されている。２本の伝送線路１０１，１０２は、金属などの導電体であり、誘電体基板８０５の一方の面上に形成され、誘電体基板８０５の他方の面（裏面）に地導体８００が金属など導電体で形成される。なお、二つの伝送線路１０１，１０２と入力線路１１１と出力線路１１２で囲まれた符号１３０で示す部分は誘電体基板８０５が剥き出しになった部分である。
【００２１】
二つの伝送線路１０１，１０２に求められる条件は、
（１）第１の伝送線路１０１の電気長が第２の伝送線路１０２の電気長に等しい、
（２）第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンス（the characteristic impedance for the even mode）及び奇モード特性インピーダンス（the characteristic impedance for the odd mode）はそれぞれ第１の伝送線路１０１の長さ方向に一様である、
（３）第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスはそれぞれ第２の伝送線路１０２の長さ方向に一様である、
（４）第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンスは第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンスに等しい、
（５）第１の伝送線路１０１の奇モード特性インピーダンスは第２の伝送線路１０２の奇モード特性インピーダンスに等しい、
ことである。
【００２２】
例えば誘電体基板８０５がその全面に亘って均一な厚さと一様な比誘電率を持つならば、
（ａ）第１の伝送線路１０１の線路長が第２の伝送線路１０２の線路長に等しく、
（ｂ）第１の伝送線路１０１の線路幅が第２の伝送線路１０２の線路幅に等しく、
（ｃ）第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２との線路間隔（図１にて記号Ｄで示される）が一定になる
ように二つの伝送線路１０１，１０２を形成すると、二つの伝送線路１０１，１０２は条件（１）−（５）を満足する。図１に示す可変共振器１００では、誘電体基板８０５がその全面に亘って均一な厚さと一様な比誘電率を持つことを前提に、二つの伝送線路１０１，１０２の線路長をともにＬ、線路幅をともにＷとし、二つの伝送線路１０１，１０２が誘電体基板８０５上にギャップ部１３０を介して線路間距離Ｄで平行に形成されている。
【００２３】
誘電体基板８０５が均一な厚さまたは/および一様な比誘電率を持たない場合には、比誘電率の分布などを考慮して、条件（１）−（５）を満足するように二つの伝送線路１０１，１０２を形成すればよい。この設計方法は周知技術によって達成されるので詳細な説明を省略する。
【００２４】
図１に示す可変共振器１００は、５個のスイッチ回路１５０を有する（図が煩雑になることを避けるため、一つのスイッチ回路にのみ符号を附している）。可変共振器１００では、第２の伝送線路１０２のみにすべてのスイッチ回路１５０が接続されているが、このような構成に限定されず、各スイッチ回路１５０は、第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２のいずれかに接続されていればよい。スイッチ回路１５０の具体的な構成例は後述するが、図１に示す例では、スイッチ回路１５０は、一端が第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２のいずれかに接続され、他端が接地されたスイッチ１５０ａを有する。各スイッチ１５０ａは、図１（Ｂ）に示すように、スイッチ１０５ａの一端８３１が第２の伝送線路１０２に接続され、スイッチ１０５ａの他端８３２が接地導体８００に、導電体８３３およびビアホール８０６を介して電気的に接続されている。なお、導電体８３３の形状などには一切の限定はないから、この他の図では導電体８３３の図示を省略している。
【００２５】
各スイッチ回路１５０の接続位置は、[１]第１の伝送線路１０１上にて一端１０１ａからスイッチ回路の接続位置までの電気長が互いに異なる位置（ただし、一端１０１ａおよび他端１０１ｂを除く）であり、同様に、[２]第２の伝送線路１０２上にて一端１０２ａからスイッチ回路の接続位置までの電気長が互いに異なる位置（ただし、一端１０２ａおよび他端１０２ｂを除く）である。このような構成では、第１の伝送線路１０１上に接続された或るスイッチ回路の接続位置から一端１０１ａまでの電気長θ1と、第２の伝送線路１０２上に接続された或るスイッチ回路の接続位置から一端１０２ａまでの電気長θ2とが等しくなる場合がある。θ1＝θ2の場合、一端１０１ａから電気長θ1の位置にて第１の伝送線路１０１に接続されたスイッチ回路と一端１０２ａから電気長θ2の位置にて第２の伝送線路１０２に接続されたスイッチ回路をともにＯＮ状態にしてはならない。後述するように、可変共振器１００を共振器として動作させる場合、各スイッチ回路１５０のうちＯＮ状態とされるスイッチ回路の数は一つである。この観点からすると、入力線路１１１から等電気長の位置にて第１の伝送線路１０１と第２の伝送線路１０２のそれぞれにスイッチ回路１５０を接続することは意味が無いので、各スイッチ回路１５０の接続位置に関して、上記条件[１][２]に加えて、[３]二つの伝送線路１０１，１０２のうち一方の伝送線路に接続された各スイッチ回路１５０の当該伝送線路の一端からの電気長はそれぞれ、他方の伝送線路に接続された各スイッチ回路１５０の当該伝送線路の一端からの電気長いずれとも一致しない、ことを条件に課してもよい。
【００２６】
可変共振器１００では、各スイッチ回路１５０のうち或る一つのスイッチ回路をＯＮ状態にすると、そのスイッチ回路の接続位置に応じた帯域幅が得られ、別のスイッチ回路をＯＮ状態にすると、そのスイッチ回路の接続位置に応じた別の帯域幅が得られる。このため、ＯＮ状態にするスイッチ回路を変更することで可変共振器１００の帯域幅を変化させることが可能である。このことを、図２に示すモデルを用いた回路シミュレーションの結果を用いて説明する。
【００２７】
図２に、理想伝送線路を用いた図１に示す可変共振器１００のシミュレーションモデルを示す。平行な２本の伝送線路１０１，１０２の線路長Ｌは共に２ＧＨｚの半波長（電気長で１８０°）とする。このため、この可変共振器１００は２ＧＨｚにて共振する。
【００２８】
２本の伝送線路１０１，１０２はお互いに電磁結合しており、第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンスを１００Ω、第１の伝送線路１０１の奇モード特性インピーダンスを５０Ω、第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンスを１００Ω、第２の伝送線路１０２の奇モード特性インピーダンスを５０Ωとする。このような特性を持つ伝送線路を、誘電率９．５、基板厚さ０．５ｍｍの誘電体基板８０５上でマイクロストリップ線路として形成する場合には、２本の伝送線路１０１，１０２の線路幅Ｗはそれぞれ約０．２ｍｍ、線路間距離Ｄはそれぞれ約０．２ｍｍ、線路長Ｌはそれぞれ約３０ｍｍとなる。
【００２９】
入力線路１１１と出力線路１１２の各特性インピーダンスは入出力ポートＰ１，Ｐ２のポートインピーダンスと同じであるとし、ここでは５０Ωとする。スイッチ回路１５０（図１に示す例ではスイッチ１５０ａ）は理想的であるとし、スイッチ１５０ａ端子間のＯＦＦ時のインピーダンスは無限大、ＯＮ時のインピーダンスは０であるとする。このため、ＯＮ状態にするスイッチ回路を選択することに代えて、第２の伝送線路１０２を接地する部位を変化させることとする。点線の四角で囲まれた各伝送線路１０１，１０２の一部は電気長で１０°である。符号Ｇ１で示す接続位置は一端１０１ａ，１０２ａからの電気長が３０°になる位置、符号Ｇ２で示す接続位置は一端１０１ａ，１０２ａからの電気長が６０°になる位置である。符号Ｇ１で示す接続位置のみを接地した場合の周波数特性を図３（Ａ）に、符号Ｇ２で示す接続位置のみを接地した場合の周波数特性を図３（Ｂ）に示す。
【００３０】
図３の横軸は周波数、縦軸は入力線路１１１から見た反射係数Ｓ１１もしくは入力線路１１１から出力線路１１２への伝達係数Ｓ２１を表す。グラフの実線は反射係数、破線は伝達係数を表している。この可変共振器１００は２ＧＨｚにおいて共振（直列共振）するため、反射係数Ｓ１１は最小となり、伝達係数Ｓ２１は最大となる。図３（Ａ）と図３（Ｂ）から、いずれの場合も可変共振器１００が２ＧＨｚにおいて共振することがわかる。また、図３（Ａ）と図３（Ｂ）の各伝達係数Ｓ２１から、共振周波数２ＧＨｚを中心とする帯域幅は、接地位置がＧ２の場合よりＧ１の場合の方がかなり狭いことがわかる。よって、可変共振器１００において、ＯＮ状態にするスイッチ回路１５０を変更することにより、共振周波数を一定に保ったまま帯域幅を変更可能であることがわかる。
【００３１】
このシミュレーションから明らかになる可変共振器１００の周波数特性は偶モード特性インピーダンスおよび奇モード特性インピーダンスが上述の設定値の場合にのみ得られる特性ではなく、他の設定値でも許容されるが、各伝送線路１０１，１０２の長さ方向に亘って偶モード特性インピーダンスと奇モード特性インピーダンスが一様であることが理想的である。しかしながら、実際にはスイッチ回路１５０は理想的ではなく、スイッチ回路１５０を設ける際にパッドを設置することなど様々な条件により必ずしも理想的な回路設計にならないことがある。この場合には帯域幅変更時に共振周波数が若干変化することがあるものの、可変共振器の適用対象から要求される範囲内の変化であれば許容できる。
【００３２】
図４は、図１に示す可変共振器１００と比較して２本の伝送線路１０１，１０２の各幅が広く、各伝送線路１０１，１０２の外縁部が入力線路１１１および出力線路１１２の外縁部より外側に位置する構成を持つ可変共振器１００ａを示している。このように偶モード特性インピーダンスと奇モード特性インピーダンスが各伝送線路１０１，１０２の長さ方向に一様であれば、必ずしも図１に示す可変共振器１００のように、各伝送線路１０１，１０２の外縁部が入力線路１１１および出力線路１１２の外縁部に一致する構成である必要はない。
【００３３】
図５は、図１に示す可変共振器１００と比較して各伝送線路１０１，１０２を曲線状に形成された構成を持つ可変共振器１００ｂを示している。このように２本の伝送線路１０１，１０２の偶モード特性インピーダンスと奇モード特性インピーダンスが各伝送線路１０１，１０２の長さ方向に一様であれば、可変共振器の各伝送線路１０１，１０２の形状が直線状に限定されるものではない。ただし、２本の伝送線路１０１，１０２は、条件（１）−（５）を満たさねばならない。
【００３４】
図６に、スイッチ回路１５０の具体的な構成例を示す。図６（Ａ）に示すスイッチ回路１５０は、スイッチ１５０ａの他端が直接接地されている。
【００３５】
図６（Ｂ）に示すスイッチ回路１５０はキャパシタを含み、スイッチ１５０ａの他端がキャパシタの一端に接続され、キャパシタの他端が接地されている。
【００３６】
図６（Ｃ）に示すスイッチ回路１５０はインダクタを含み、スイッチ１５０ａの他端がインダクタの一端に接続され、インダクタの他端が接地されている。
【００３７】
図６（Ｄ）に示すスイッチ回路１５０は伝送線路を含み、スイッチ１５０ａの他端が伝送線路の一端に接続され、伝送線路の他端が接地されている。この構成の場合、このスイッチ回路がＯＮ状態とされるときの動作周波数にて、伝送線路は１／４波長の線路長を持つ。
【００３８】
図６（Ｅ）に示すスイッチ回路１５０は伝送線路を含み、スイッチ１５０ａの他端が伝送線路の一端に接続され、伝送線路の他端が開放されている。この構成の場合、このスイッチ回路がＯＮ状態とされるときの動作周波数にて、伝送線路は１／２波長の線路長を持つ。
【００３９】
図６（Ｆ）に示すスイッチ回路１５０はキャパシタンスを変更可能な可変キャパシタを含み、スイッチ１５０ａの他端が可変キャパシタの一端に接続され、可変キャパシタの他端が接地されている。
【００４０】
図６（Ｇ）に示すスイッチ回路１５０はインダクタンスを変更可能な可変インダクタを含み、スイッチ１５０ａの他端が可変インダクタの一端に接続され、可変インダクタの他端が接地されている。
【００４１】
図６（Ｈ）に示すスイッチ回路１５０は伝送線路を含み、スイッチ１５０ａの他端が伝送線路の一端に接続され、伝送線路の他端が接地されている。伝送線路には、一つまたは複数のスイッチの各一端が接続されており、各スイッチの他端は接地されている。これらのスイッチをＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、スイッチ回路１５０の特性を変更できる。
【００４２】
図６（Ｉ）に示すスイッチ回路１５０はお互いがスイッチを介して直列接続された複数の伝送線路を含み、スイッチ１５０ａの他端が一つの伝送線路の一端に接続されている。伝送線路間の各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、スイッチ回路１５０の特性を変更できる。
【００４３】
またスイッチ１５０ａに限らず本明細書においてスイッチと云えば、接点型のスイッチに限定するものではなく、例えばダイオード、トランジスタなどを用いた、回路網に接点を設けないで回路の開閉機能を有するいわゆるスイッチング素子（switching element）とすることもできる。具体例としては、ＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）スイッチ、スイッチングダイオードなどが挙げられる。これらのスイッチング素子は、ＯＮ状態のときに直流を通過させるオーミックスイッチ（ohmic switch）に限らず、ＯＮ状態において直流は遮断するが交流は通過させるキャパシティブスイッチ（capacitive switch）でもよい。また、図７に示すように、共振周波数を変更可能な並列共振回路でもよい。この場合、スイッチ回路１５０をＯＦＦ状態にする場合に、当該並列共振回路の共振周波数が２本の伝送線路１０１，１０２からなる可変共振器の共振周波数に一致するように、かつ、スイッチ回路１５０をＯＮ状態にする場合は、当該並列共振回路の共振周波数が２本の伝送線路１０１，１０２からなる可変共振器の共振周周波数で共振しないように、当該並列共振回路の特性を設定する。図７に示すように、例えば可変キャパシタのキャパシタンスや可変インダクタのインダクタンスを変更することにより、この並列共振回路の共振周波数は変更される。
【００４４】
スイッチ回路１５０の構成は、これらの構成に限られない。スイッチ回路１５０の構成次第で、可変共振器の周波数特性を所望の形に変更することができるが、可変共振器の共振周波数は２本の伝送線路１０１，１０２の線路長によって決まる共振周波数のままである。
【００４５】
ここまでは２本の伝送線路１０１，１０２と複数のスイッチ回路１５０を含む可変共振器１００について、帯域幅を可変とする共振器としての特性を説明してきた。可変共振器１００は、共振器として機能する以外に、伝送線路としても機能することができる。とくにスイッチ回路１５０が一つである場合（図示をしていないが、図１に示す可変共振器１００に含まれるスイッチ回路１５０が一つの場合を想起すればよい。この場合、当該スイッチ回路は、二つの伝送線路１０１，１０２のいずれか一方であって当該伝送線路の両端を除く部分に接続される）、符号１００で示される回路素子は、帯域幅を変更可能な可変共振器ではなく、スイッチ回路１５０がＯＦＦ状態の場合に伝送線路として機能し、スイッチ回路１５０がＯＮ状態の場合に或る帯域幅を持つ共振器として機能する、マルチロールな回路素子である。もちろん可変共振器１００ａ，１００ｂも、共振器として機能する以外に伝送線路としても機能することができるが、ここでは可変共振器１００を代表として説明する。
【００４６】
図１に示す可変共振器１００において、スイッチ回路１５０を全てＯＦＦ状態にした場合の入力線路１１１からみた入力インピーダンスと、入力線路１１１から出力線路１１２への伝達係数Ｓ２１をそれぞれ図８、図９に示す。なお、２本の伝送線路１０１，１０２の偶モード特性インピーダンス、奇モード特性インピーダンス、入力線路１１１の特性インピーダンス、出力線路１１２の特性インピーダンスはそれぞれ図２に示すモデルと同じとする。図８は入力インピーダンスをスミスチャート上に表したもので、スミスチャートの中心は５０Ωである。入力インピーダンスは、５０Ωのまま動かないことがわかる。これは、２本の伝送線路１０１，１０２上を偶モード（even mode）で伝播するうえに、図２に示すモデルにおいて偶モード特性インピーダンスが入力線路１１１と出力線路１１２の各特性インピーダンス並びに入出力ポートＰ１，Ｐ２のポートインピーダンスの２倍である１００Ωであることから、２本の伝送線路１０１，１０２の並列接続、つまり２本の伝送線路１０１，１０２が特性インピーダンス５０Ωの一本の伝送線路と同等となったためである。
【００４７】
また、図９から、一般的な５０Ωの伝送線路と同様に広い帯域にわたって信号を伝搬していることがわかる。以上のことから、可変共振器１００においてすべてのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態にした場合は通常の伝送線路と同等の動作をすることが分かる。しかしながら、偶モード特性インピーダンスの値によっては２本の伝送線路１０１，１０２が必ずしも入力線路１１１、出力線路１１２とインピーダンス整合しないため、２本の伝送線路１０１，１０２の線路幅Ｗや線路間隔Ｄは、偶モード特性インピーダンスが入力線路１１１及び出力線路１１２の各特性インピーダンス並びに入力ポートＰ１および出力ポートＰ２の各ポートインピーダンスの２倍となるように設計されることが理想的といえる。ただし、この理想条件から外れたとしても、回路素子ないし可変共振器の適用対象からの設計要求次第で許容できる場合はそれでもよい。なお、回路素子ないし可変共振器を伝送線路として機能させた場合、２本の伝送線路１０１，１０２は後述する可変フィルタを構成した場合のＫ−インバータの一部、もしくは全部として機能させることができる。
【００４８】
図１０は、マイクロストリップ線路構造を用いた本発明の一実施形態であって、共振周波数と帯域幅を変更可能な可変共振器２００の構成を示す。図１に示す可変共振器１００と異なり、可変共振器２００は２本の伝送線路１０１，１０２を架橋する一つのスイッチ１４０を含む。２本の伝送線路１０１，１０２を架橋するスイッチ１４０の数は１に限定されず、複数のスイッチを含む構成としてもよい（図１３（Ａ）−（Ｃ）、図１４参照）。この場合、Ｒを予め定められた１以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、可変共振器２００が、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）を含むとすると、入力線路１１１側から数えてｒ番目のスイッチＳrの一端は第１の伝送線路１０１に、スイッチＳrの他端は第２の伝送線路１０２に接続されており、スイッチＳrの一端と第１の伝送線路１０１との接続点と第１の伝送線路１０１の一端１０１ａとの間の電気長が、スイッチＳrの他端と第２の伝送線路１０２との接続点と第２の伝送線路１０２の一端１０２ａとの間の電気長に等しい。
【００４９】
図１０に示す可変共振器２００のスイッチ１４０をＯＮ状態とし、２本の伝送線路１０１，１０２の一部分（この例ではスイッチ１４０から入力線路１１１までの線路長Ｌ１の線路部分）に接続されるスイッチ回路１５０のうちいずれか一つをＯＮ状態とすることで、可変共振器２００は長さＬ１を半波長とする周波数で共振する共振器として動作する。Ｌ１＜Ｌであるため、スイッチ１４０をＯＮ状態としたとき、可変共振器２００は、スイッチ１４０をＯＦＦ状態としたときの共振周波数より高い周波数で共振する。なお、スイッチ１４０から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）にあるスイッチ回路１５０を全てＯＦＦ状態にすると、当該区間の線路部分は通常の伝送線路として動作させることができる。図１０に示す可変共振器２００の構成が共振周波数と帯域幅をともに可変の共振器として動作することを図１１（Ａ）のモデルを用いたシミュレーションによって示す。
【００５０】
図１１（Ａ）は、図２に示すモデルをベースに、２本の伝送線路１０１，１０２の中央に理想的なスイッチ１４０を設け、これをＯＮ状態にした場合のモデル構成を示す。ＯＮ状態のスイッチ回路１５０を変更することは、図２に示すモデルと同様に接地位置を変更することによって代替する。符号Ｈ１で示す接続位置は一端１０１ａ，１０２ａからの電気長が２ＧＨｚで３０°になる位置、符号Ｈ２で示す接続位置は一端１０１ａ，１０２ａからの電気長が２ＧＨｚで６０°になる位置である。符号Ｈ１で示す接続位置のみを接地した場合の周波数特性を図１２（Ａ）に、符号Ｈ２で示す接続位置のみを接地した場合の周波数特性を図１２（Ｂ）に示す。
【００５１】
図１２の横軸は周波数、縦軸は入力線路１１１から見た反射係数Ｓ１１もしくは入力線路１１１から出力線路１１２への伝達係数Ｓ２１を表す。グラフの実線は反射係数、破線は伝達係数を表している。図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）から、スイッチ１４０をＯＮ状態とすることで、スイッチ１４０がＯＦＦ状態では共振周波数は２ＧＨｚであったものが２倍の４ＧＨｚになっていることがわかる。これは、スイッチ１４０は入力線路１１１と２本の伝送線路１０１，１０２との接続点から２ＧＨｚにおいて電気長が９０°の位置に設置されているため、当該スイッチ１４０をＯＮ状態とすることで、スイッチ１４０から入力線路１１１までの線路長Ｌ１の区間が共振器となり、長さＬ１が４ＧＨｚにおける半波長（電気長が１８０°）であるためである。
【００５２】
また、ＯＮ状態のスイッチ回路１５０の位置がＨ１とＨ２の場合では、図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）に示す各伝達特性Ｓ２１から明らかなように、４ＧＨｚにおける帯域幅がかなり異なる。共振周波数４ＧＨｚを中心とする帯域幅は、接地位置がＨ２の場合よりＨ１の場合の方がかなり狭いことがわかる。この際、共振周波数は４ＧＨｚのまま変化していない。以上から、図１０に示す可変共振器２００は、共振周波数と帯域幅を変更可能であり、かつ、帯域幅を変えても共振周波数を一定に保つことが可能であることが分かる。
【００５３】
図１３（Ａ）−（Ｃ）に示すように可変共振器２００が複数のスイッチ１４０を含む場合、可変共振器２００はより多くの共振周波数で動作することが可能である。図１３（Ｂ）に示すように複数のスイッチ１４０のうち一つのみをＯＮ状態とする場合、入力線路１１１からＯＮ状態とされたスイッチ１４０までの線路長Ｌｘの区間が線路長Ｌｘを半波長とする共振周波数で共振器として動作する。従って、ＯＮ状態とするスイッチ１４０を変更することにより、可変共振器２００はＯＮ状態とされるスイッチ１４０の各位置に応じた共振周波数で動作する。なお、この場合、ＯＮ状態とされるスイッチ１４０から入力線路１１１までの線路長Ｌｘの区間（つまり、ＯＮ状態とされるスイッチ１４０と入力線路１１１と２本の伝送線路１０１，１０２によって閉ループが構成されている線路部分である）に接続されるスイッチ回路１５０のうちいずれか一つをＯＮ状態とする。ＯＮ状態とされるスイッチ１４０から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）は共振器ではなく伝送線路として機能する。
【００５４】
図１３（Ｃ）に示すように複数のスイッチ１４０のうち二つのみをＯＮ状態とする場合、ＯＮ状態とされた二つのスイッチ１４０で挟まれた線路長Ｌｙの区間が線路長Ｌｙを半波長とする共振周波数で共振器として動作する。従って、ＯＮ状態とするスイッチ１４０の組み合わせを変更することにより、可変共振器２００はＯＮ状態とされるスイッチ１４０の組み合わせに応じた共振周波数で動作する。なお、この場合、ＯＮ状態とされた二つのスイッチ１４０で挟まれた線路長Ｌｙの区間（つまり、ＯＮ状態とされる二つのスイッチ１４０と２本の伝送線路１０１，１０２によって閉ループが構成されている線路部分である）に接続されるスイッチ回路１５０のうちいずれか一つをＯＮ状態とする。ＯＮ状態とされる二つのスイッチ１４０のうち入力線路１１１に近いスイッチ１４０から入力線路１１１までの線路部分および他方のスイッチ１４０から出力線路１１２までの線路部分は共振器ではなく伝送線路として機能する。
【００５５】
図１３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、可変共振器２００では、符号２００で示される構成全体が共振器として動作するとは限らず、符号２００で示される構成の一部が共振器として動作することがあるから、可変共振器２００は「全体または一部が帯域幅を変更可能な共振器として動作することにより共振周波数を変更可能な可変共振器」として理解されるべきである。念のため付言しておくと、「符号２００で示される構成全体が共振器として動作する」場合とは、可変共振器２００の全てのスイッチ１４０がＯＦＦ状態とされ、かつスイッチ回路１５０のうち一つがＯＮ状態に選択された状態である。この状態の可変共振器２００は可変共振器１００と等価であるから重複説明を省略する。
【００５６】
なお、別の観点から複数のスイッチ１４０をＯＮ状態とした方が良い場合がある。このことを図１４と図１５を参照して説明する。この場合、複数のスイッチ１４０をＯＮ状態とするものの、図１３（Ｃ）に示す場合と異なり、共振器として動作する部分は、入力線路１１１からＯＮ状態とされたスイッチ１４０までの線路長Ｌｚの区間である（線路長Ｌｚを半波長とする共振周波数で動作する）。図１１（Ａ）に示すモデルにおいて、符号Ｈ３で示される位置にあるスイッチ１４０を理想的なものから、ＯＮ状態における移相量が２ＧＨｚで電気長２°のものに変えた場合、図１５（Ａ）に図示するように移相量を有するスイッチ１４０を用いることによる共振周波数（約３．８ＧＨｚ）の近くに、符号Ｔで示すように別の共振周波数（約４．０ＧＨｚ）が現れる。これはスイッチ１４０（位置Ｈ３）から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）によるもので、スイッチ１４０（位置Ｈ３）から入力線路１１１までの区間（長さＬ１）とスイッチ１４０（位置Ｈ３）から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）が同じであるためほぼ同じ周波数に共振の特性が表れる。
【００５７】
この不要な共振は可変フィルタを形成するときに悪影響を与えることが考えられるが、この不要な共振による悪影響をなくす観点から、本来ＯＮ状態とするスイッチ１４０（位置Ｈ３）以外の一つ以上のスイッチ１４０をＯＮ状態にすることが有効である。例えば図１１（Ｂ）に示すモデルのように、ＯＮ状態にしたスイッチ１４０（位置Ｈ３）から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）に接続されているスイッチ１４０（位置Ｈ４）をＯＮ状態とする。このスイッチ１４０（位置Ｈ４）の移相量が２ＧＨｚで電気長２°である場合の共振器の反射係数Ｓ１１と伝達係数Ｓ２１の周波数特性を図１５（Ｂ）に示す。不要な共振を除去することができていることが図１５（Ｂ）からわかるが、これはスイッチ１４０（位置Ｈ３）から出力線路１１２までの区間（長さＬ−Ｌ１）による共振の共振周波数を高周波側に移動させることができたためである。なお共振周波数が４ＧＨｚから低域に若干移動しているが、これはスイッチ１４０（位置Ｈ３）の移相量によるもので、可変共振器の設計時にこの移相量の影響を考慮すればよい。ここでは一つのスイッチ１４０（位置Ｈ４）をＯＮ状態にする場合について述べたが、図１４に示すように複数のスイッチ１４０をＯＮ状態にしても構わない。ここで説明した悪影響排除手法は、後に説明する可変フィルタのＫ−インバータ部にも適用可能である。
【００５８】
図１６に、本発明の一実施形態である共振周波数と帯域幅を可変とする可変共振器３００を示す。可変共振器３００は、図１に示す可変共振器１００をベースに、第１の伝送線路１０１の線路長と第２の伝送線路１０２の線路長をともにＬ、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに含む。ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、第１の伝送線路１０１の一端１０１ａからＬ（２ｍ−１）／Ｍの位置で、第１の伝送線路１０１に接続されており、ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、第２の伝送線路１０２の一端１０２ａからＬ（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、第２の伝送線路１０２に接続されている。図１６はＭ＝４の場合の構成を示している。この構成例では、Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）はキャパシタンスを可変な可変キャパシタである。動作時には、Ｍ個のキャパシタンスは全て同じ値に設定される。
【００５９】
共振周波数を低周波側に変化させたい場合は、各リアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）のキャパシタンスを増大させればよい。可変共振器３００の帯域幅の変更は、ＯＮ状態とするスイッチ回路１５０を変更することにより可能である。なお、可変共振器３００において帯域幅変更の際に共振周波数を変化させないようにするためには、とくに第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンスをＺ1,evenとし、第１の伝送線路１０１の奇モード特性インピーダンスをＺ1,oddとし、第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンスをＺ2,evenとし、第２の伝送線路１０２の奇モード特性インピーダンスをＺ2,oddとしたとき、Ｚ1,even＝Ｚ1,odd＝Ｚ2,even＝Ｚ2,oddを満足することが理想的である。この理想条件を実用上の観点から実現するには、一般的に２本の伝送線路１０１，１０２の線路間隔Ｄを伝送線路の線路幅Ｗ以上になるように設計すればよい。もちろん、Ｄ≦Ｗとなるような構成であっても、可変共振器の適用対象において共振周波数の変化量が許容できる範囲にあるのであれば、当該構成も許容される。
【００６０】
なお、Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）を、例えば一定のキャパシタンスを持つキャパシタであるとしてもよいが、この場合、可変共振器３００は共振周波数を可変な共振器ではなく帯域幅のみが可変な共振器となる。
【００６１】
リアクタンスが不変なＭ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）を具備することの利点は、各伝送線路１０１，１０２の線路長Ｌを短くしてもリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）の働きによって共振周波数を下げられるからである。逆に言えば、同じ共振周波数で比較すると、図１６に示す構成（ただし、各リアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）のリアクタンスは不変とする）の方が図１に示す構成よりも線路長Ｌを短くすることができる。
【００６２】
図１７は、可変共振器２００と可変共振器３００を組み合わせた構成を持つ共振周波数と帯域幅を変更可能な可変共振器４００の一例を示す。可変共振器４００は、スイッチ１４０から入力線路１１１までの区間（長さＬ１）において可変共振器３００と同様の構成を持ち、スイッチ１４０から出力線路１１２までの線路部分（長さＬ−Ｌ１＝Ｌ２）において可変共振器３００と同様の構成を持つ。なお、可変共振器４００では、例えば、スイッチ１４０から入力線路１１１までの線路部分（長さＬ１）においてのみ可変共振器３００と同様の構成を持つようにしてもよい。スイッチ１４０により大きく共振周波数を変えた後、Ｍ個のリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）のリアクタンスを設定することにより可変共振器４００の共振周波数を調整変更することが可能である。
【００６３】
なお、スイッチ１４０に相当するスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）とリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）を持つ可変共振器の構成を一般的に述べると次のようになる。第１の伝送線路１０１の一端１０１ａからスイッチＳ1までの区間Ｉ1における第１の伝送線路１０１の線路長と第２の伝送線路１０２の線路長をともにＬ1とし、Ｒが２以上の整数である場合、ｑを１以上Ｒ−１以下の各整数を表すとして、ｑ番目のスイッチＳqとｑ＋１番目のスイッチＳq+1との間の区間Ｉq+1における第１の伝送線路１０１の線路長と第２の伝送線路１０２の線路長をともにＬq+1とし、第１の伝送線路１０１の他端１０１ｂからスイッチＳRまでの区間ＩR+1における第１の伝送線路１０１の線路長と第２の伝送線路１０２の線路長をともにＬR+1とし、Ｒ＋１個の区間Ｉ1，…，ＩR+1のうち少なくとも一つの区間ＩXにおいて、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍのリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）をさらに備え、ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、区間ＩXの第１の伝送線路１０１の一端１０１ａからＬX（２ｍ−１）／Ｍの位置で、第１の伝送線路１０１に接続されており、ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、区間ＩXの第２の伝送線路１０２の一端１０２ａからＬX（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、第２の伝送線路１０２に接続されている。
【００６４】
上述の各実施形態は、マイクロストリップ線路構造を用いた構成例として説明したが、本発明はマイクロストリップ線路構造のみで実現可能なものではなく、他の伝送線路構造、例えば、ストリップ線路構造、同軸線路構造、サスペンデッドマイクロストリップ線路構造、コプレーナ導波路、グラウンデッドコプレーナ導波路、スロットライン構造などでも実施可能である。一例として、図１８および図１９にコプレーナ導波路とグラウンデッドコプレーナ導波路における構造を示す。図１８に示す構造では、地導体１９０は２本の伝送線路１０１，１０２と同じ層に形成されている。図１９に示す構造では、図１８に示す構造に加えて、誘電体基板８０５の裏面の地導体８００と表面の地導体１９０を接続するためのＶｉａホール１９５（図面が煩雑になることを避けるため一部のＶｉａホールのみに符号を付している）が設けられている。
【００６５】
また図２０に示す構造は、多層基板を用いることで、図１に示す構造では同層に形成していた２本の伝送線路１０１，１０２を異なる層に重なるように形成したものである（地導体１９０の間は例えば誘電体である）。これにより伝送線路１０１，１０２の幅方向の大きさを低減することが可能である。
【００６６】
このように本発明による可変共振器は図１に示したような単層のマイクロストリップ線路構造以外でも実施可能であり、また、他の構造の例としてここで示した線路構造以外でも偶モード特性インピーダンス及び奇モード特性インピーダンスが伝送線路１０１，１０２の長さ方向において一様であるような２本の伝送線路１０１，１０２を用いることができれば、本発明による可変共振器を実施できる。このことは、後述する可変フィルタに於いても同様である。
【００６７】
次に、本発明による可変フィルタの実施形態について説明する。図２１に示す可変フィルタ５００は、二つの図１に示す可変共振器１００と三つのＫ−インバータ９００を含み、入出力ポートＰ１，Ｐ２間で二つの可変共振器１００と三つのＫ−インバータ９００が交互に直列接続された構成を持つ。各可変共振器１００の共振周波数は同一である。Ｋ−インバータ９００は、可変共振器１００の共振周波数において９０°の移相量を持つ回路である。９０°の移相量は、隣り合う可変共振器１００の間、つまり、一方の可変共振器１００の出力線路と一つのＫ−インバータ９００と他方の可変共振器１００の入力線路からなる回路部分（図２１で符号Ｅで示す部分）で必要であるため、厳密には、９０°の移相量を持つＫ−インバータ９００としては一方の可変共振器１００の出力線路と他方の可変共振器１００の入力線路を含んだものとして考えなければならない。Ｋ−インバータ９００に含まれる回路９０１は、例えば図２２に示すように、可変共振器１００の共振周波数における４分の１波長線路（図２２（Ａ））や、キャパシタ（図２２（Ｂ））、インダクタ（図２２（Ｃ））や、ギャップを有する線路（図２２（Ｄ））などであるが、これらに限ったものではない。
【００６８】
一般的に複数の共振器と複数のＫ−インバータを交互に直列接続することにより帯域通過型フィルタを構成することが可能であり、可変フィルタ５００は帯域幅を可変な帯域通過型フィルタとなる。可変フィルタ５００の中心周波数は可変共振器１００の共振周波数と一致し、可変フィルタ５００の帯域幅は各可変共振器１００にてＯＮ状態のスイッチ回路１５０の位置を変更することで変えることが可能である。この際、可変共振器１００の特徴である帯域幅を変えても共振周波数が変わらないという性質を活用できるため、帯域幅変更後も可変フィルタ５００の中心周波数は一定である。この実施形態では可変フィルタ５００に含まれる可変共振器として図１に示す可変共振器１００を用いたが、上記実施形態で説明した帯域幅を変更可能な可変共振器であれば適用可能である。また、可変共振器とＫ−インバータの個数も本実施形態の個数に限定されない。
【００６９】
図２３は、可変フィルタ５００の別の実施形態であり、二つの図１６に示す可変共振器３００と一つの可変Ｋ−インバータ９５０を含み、入出力ポートＰ１，Ｐ２間で二つの可変共振器３００と可変Ｋ−インバータ９００が交互に直列接続された構成を持つ可変フィルタ５５０を示す。各可変共振器３００の共振周波数は同一である。各可変共振器３００は共振周波数を変更可能であるため、変更後の共振周波数を中心周波数とする帯域通過型フィルタである可変フィルタ５５０を構成するためには、図２１にて符号Ｅで示す部分を、可変共振器３００の共振周波数を変更した場合においても移相量が９０°になるよう、特性を変更可能なＫ−インバータとしなければならない。このため、可変フィルタ５５０では、特性が変更可能な可変Ｋ−インバータ９５０を用いている。可変Ｋ−インバータ９５０に含まれる回路９０２は、例えば図２４に示すように、線路長が異なる線路をスイッチで切り替える回路（図２４（Ａ））、可変キャパシタ（図２４（Ｂ））、可変インダクタ（図２４（Ｃ））、可変キャパシタを装荷した伝送線路（図２４（Ｄ））であるが、特にこれらに限ったものではない。
【００７０】
可変フィルタ５５０の帯域幅は各可変共振器３００にてＯＮ状態のスイッチ回路１５０の位置を変えることで変更可能である。また、各可変共振器３００にて各リアクタンス回路のリアクタンスを変えることで可変フィルタ５５０の中心周波数を変更可能である。この実施形態では可変フィルタ５５０に含まれる可変共振器として図１６に示す可変共振器３００を用いたが、上記実施形態で説明した共振周波数と帯域幅を変更可能な可変共振器であれば適用可能である。また、可変共振器と可変Ｋ−インバータの個数も本実施形態の個数に限定されない。
【００７１】
次に、本発明による可変フィルタの実施形態について説明する。図２５に示す可変フィルタ６００は、その構成自体は図１３に示す可変共振器２００と同じである。両者の違いは、可変共振器２００に含まれる複数のスイッチ１４０のうちＯＮ状態とするスイッチ１４０の選択にあると言っても過言ではない。そこで、可変フィルタ６００の機能構成についてについて説明する。
【００７２】
まず図２５は、可変フィルタ６００の２７個のスイッチ１４０のうち、入力線路１１１から４番目、６番目、１０番目、１２番目、１６番目の計５個のスイッチ１４０がＯＮ状態であり、波長λaに対応する周波数を中心周波数とする３段の帯域通過型フィルタとして可変フィルタ６００が機能する場合を示している。正確に述べると、波長λaに対応する周波数を中心周波数とする３段の帯域通過型フィルタとして可変フィルタ６００を機能させたい場合に、この例では、第２の伝送線路１０２の一端１０２ａからλa/２，３λa/４，５λa/４，３λa/２，２λa離れた位置の各スイッチ１４０をＯＮ状態とするのである。
【００７３】
このとき、図２５で符号Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５で示された各線路部分（線路長λa/２）において、当該区間の或る一つのスイッチ回路１５０をＯＮ状態とすることにより、当該各線路部分が波長λaに対応する周波数を共振周波数とする可変共振器として動作することになる。
【００７４】
入力線路１１１は、通常λa/４以上の線路長を持つように設計されるが、ここでは入力線路１１１の線路長をＬとする（図２５では入力線路１１１の一部しか描画していない）。このとき入力線路１１１の線路長λa/４の線路部分がＫ−インバータとして機能し、線路長Ｌ−λa/４の部分が通常の伝送線路として機能する。
【００７５】
図２５で符号Ｘ２、Ｘ４で示された各線路部分（線路長λa/４）において、当該区間の全てのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態とすることにより、当該各線路部分は通常の伝送線路として機能する。
【００７６】
図２５で符号Ｘ６で示された線路部分（Ｌ−２λa）は、当該区間の全てのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態とすることにより、入力線路１１１側から線路長λa/４までの線路部分がＫ−インバータとして機能し、線路長Ｌ−９λa/４の部分が通常の伝送線路として機能する。出力線路１１２も通常の伝送線路として機能する。
【００７７】
図２５には、可変フィルタ６００の機能構成に対応させて、可変フィルタ６００と等価な機能ブロックを示しており、可変フィルタ６００は、符号Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５で示された各区間の可変共振器を、入力線路１１１の一部であるＫ−インバータ、符号Ｘ２、Ｘ４で示された各区間のＫ−インバータ、符号Ｘ６で示された区間の一部であるＫ−インバータで結合させた３段の帯域通過型フィルタとなっている。このようにＯＮ状態にするスイッチ回路１５０、スイッチ１４０を適切に選択することで、帯域通過型フィルタを実現可能であることが分かる。
【００７８】
この可変フィルタ６００は各可変共振器（Ｘ１，Ｘ３，Ｘ５）にてＯＮ状態にするスイッチ回路１５０を変えることで帯域幅を波長λaに対応する中心周波数とは独立に変更可能である。また、入力線路１１１から４番目、６番目、１０番目のスイッチ１４０をＯＮ状態とすると（１２番目と１６番目のスイッチ１４０をＯＦＦ状態とする）、中心周波数を保ったまま２段の帯域通過型フィルタが実現する。このように、段数のみを可変とすることも可能である。また、可変フィルタ６００の中心周波数はＯＮ状態とするスイッチ１４０の位置によって決まる。このことを図２６を参照して説明する。
【００７９】
図２６に示す可変フィルタ６００は図２５に示す可変フィルタ６００と同一であるが、ＯＮ状態とされるスイッチ１４０の位置が異なる。図２５に示す機能構成では、入力線路１１１から８番目、１２番目、２０番目の計３個のスイッチ１４０がＯＮ状態であり、波長λb（＞λa）に対応する周波数を中心周波数とする２段の帯域通過型フィルタとして可変フィルタ６００が機能する場合を示している。つまり、波長λbに対応する周波数を中心周波数とする２段の帯域通過型フィルタとして可変フィルタ６００を機能させたい場合に、この例では、第２の伝送線路１０２の一端１０２ａからλb/２，３λb/４，５λb/４離れた位置の各スイッチ１４０をＯＮ状態とするのである。
【００８０】
このとき、図２６で符号Ｙ１、Ｙ３で示された各線路部分（線路長λb/２）において、当該区間の或る一つのスイッチ回路１５０をＯＮ状態とすることにより、当該各線路部分が波長λbに対応する周波数を共振周波数とする可変共振器として動作することになる。
【００８１】
入力線路１１１は、入力線路１１１の線路長λb/４の線路部分がＫ−インバータとして機能し、線路長Ｌ−λb/４の部分が通常の伝送線路として機能する。
【００８２】
図２６で符号Ｙ２で示された線路部分（線路長λb/４）において、当該区間の全てのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態とすることにより、当該線路部分は通常の伝送線路として機能する。
【００８３】
図２６で符号Ｙ４で示された線路部分（Ｌ−５λb/４）は、当該区間の全てのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態とすることにより、入力線路１１１側から線路長λb/４までの線路部分がＫ−インバータとして機能し、線路長Ｌ−３λb/２の部分が通常の伝送線路として機能する。出力線路１１２も通常の伝送線路として機能する。
【００８４】
図２６には、可変フィルタ６００の機能構成に対応させて、可変フィルタ６００と等価な機能ブロックを示しており、可変フィルタ６００は、符号Ｙ１、Ｙ３で示された各区間の可変共振器を、入力線路１１１の一部であるＫ−インバータ、符号Ｙ２で示された各区間のＫ−インバータ、符号Ｙ４で示された区間の一部であるＫ−インバータで結合させた２段の帯域通過型フィルタとなっている。図２６に示す機能構成であっても、この可変フィルタ６００は各可変共振器（Ｙ１，Ｙ３）にてＯＮ状態にするスイッチ回路１５０を変えることで帯域幅を波長λbに対応する中心周波数とは独立に変更可能である。また、図２６に示す機能構成においても一般的に段数のみを可変とすることが可能である（ただし、図２６に示される構成では、図示される波長λbと線路長Ｌとの関係から、波長λbに対応する周波数で３段以上のフィルタを実現することは不可能である）。
【００８５】
このように、可変フィルタ６００は、ＯＮ状態とするスイッチ１４０の位置とＯＮ状態とするスイッチ回路１５０の位置により、中心周波数、帯域幅、フィルタ段数を可変である。
【００８６】
図２７および図２８に可変フィルタ６００の特性をシミュレーションで求めるためのモデルを示す。２本の伝送線路１０１，１０２はお互いに電磁結合しており、第１の伝送線路１０１の偶モード特性インピーダンスを１００Ω、第１の伝送線路１０１の奇モード特性インピーダンスを５０Ω、第２の伝送線路１０２の偶モード特性インピーダンスを１００Ω、第２の伝送線路１０２の奇モード特性インピーダンスを５０Ωとする。２本の伝送線路１０１，１０２の線路長は、２ＧＨｚで２２０°の電気長に相当するとする。点線の四角で囲まれた各伝送線路１０１，１０２の一部は電気長で１０°である。
【００８７】
図２７は、ＯＮ状態にするスイッチ１４０が一端１０１ａ，１０２ａから２ＧＨｚの電気長で４０°、６０°、１００°、１２０°、１４０°である場合の可変フィルタ６００のモデルを示している。ＯＮ状態にするスイッチ回路１５０は、一端１０１ａ，１０２ａから２ＧＨｚの電気長で１０°、７０°、１３０°の位置とする。このとき、２ＧＨｚで電気長４０°の線路で構成されている部分は、９ＧＨｚの共振器として動作し、２ＧＨｚで電気長２０°の線路で構成されている部分は、９ＧＨｚにおけるＫ−インバータとして動作する。従って図２７に示す可変フィルタ６００のモデルは９ＧＨｚを中心周波数とする３段の帯域通過型フィルタとなっている。図２９（Ａ）は、図２７に示すモデルの伝達係数Ｓ２１の周波数特性を表しており、９ＧＨｚ周辺に通過帯を持つ帯域通過型フィルタの特性を示している。
【００８８】
図２８は、ＯＮ状態にするスイッチ１４０が一端１０１ａ，１０２ａから２ＧＨｚの電気長で８０°、１２０°、２００°の位置である場合の可変フィルタ６００のモデルを示している。ＯＮ状態にするスイッチ回路１５０は、一端１０１ａ，１０２ａから２ＧＨｚの電気長で６０°、１８０°の位置とする。このとき、２ＧＨｚで電気長８０°の線路で構成されている部分は、４．５ＧＨｚの共振器として動作し、２ＧＨｚで電気長４０°の線路で構成されている部分は、４．５ＧＨｚにおけるＫ−インバータとして動作する。従って図２８に示す可変フィルタ６００のモデルは４．５ＧＨｚを中心周波数とする２段の帯域通過型フィルタとなっている。図２９（Ｂ）は、図２８に示すモデルの伝達係数Ｓ２１の周波数特性を表しており、４．５ＧＨｚ周辺に通過帯を持つ帯域通過型フィルタの特性を示している。このように、可変フィルタ６００が中心周波数、帯域幅、段数可変のフィルタであることが確認される。
【００８９】
なお、ＯＮ状態にするスイッチ回路１５０の位置を適切に組み合わせることで、帯域幅だけでなく最平坦特性（バタワース特性）やチェビシェフ特性などの特性関数も変更可能である。
【００９０】
この実施形態の可変フィルタ６００は可変共振器２００で実現される。しかし、可変共振器２００に限らず例えば複数のスイッチ１４０を備えた可変共振器４００であっても、複数のスイッチ１４０のうちＯＮ状態とするスイッチ１４０の選択により可変フィルタを実現することができる。この場合、この可変フィルタに現れる可変共振器に相当する線路部分に接続されるリアクタンス回路の数や位置は、可変共振器３００と可変共振器４００に関して説明したとおりの条件を満足する必要がある。また、２本の伝送線路１０１，１０２の偶モード特性インピーダンスと奇モード特性インピーダンスの条件についても、前述の条件を満たすことが理想的である。
【００９１】
なお、可変共振器２００の構成を踏まえて可変フィルタ６００の構成を一般的に述べると次のようになる。すなわち、可変フィルタ６００は、Ｒを予め定められた２以上の整数、ｒを１以上Ｒ以下の各整数を表すとして、Ｒ個のスイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）を含み、ｒ番目のスイッチＳrの一端は第１の伝送線路１０１に、スイッチＳrの他端は第２の伝送線路１０２に接続されており、スイッチＳrの一端と第１の伝送線路１０１との接続点と第１の伝送線路１０１の一端１０１ａとの間の電気長は、スイッチＳrの他端と第２の伝送線路１０２との接続点と第２の伝送線路１０２の一端１０２ａとの間の電気長に等しく、さらに、各スイッチＳr（１≦ｒ≦Ｒ）のうちＯＮ状態とされる２個以上のスイッチの位置に応じて、両伝送線路１０１，１０２の長手方向の少なくとも一部に、動作周波数にて半波長の線路長の区間が少なくとも二つ以上と、当該動作周波数にて１／４波長の線路長の区間が少なくとも一つ以上とが交互に構成され、半波長の線路長の各区間にてＯＮ状態とされるスイッチ回路１５０の数は一つであり、１／４波長の線路長の各区間にてＯＮ状態とされるスイッチ回路１５０の数はゼロである。
【００９２】
また、複数のスイッチ１４０を備えた可変共振器４００の構成を踏まえて可変フィルタ６００の構成を一般的に述べると次のようになる。すなわち、可変フィルタ６００は、半波長の線路長の各区間のうち少なくとも一つの区間ＩXにおいて、当該半波長をＬXで表し、Ｍを予め定められた４以上の偶数、ｍを１以上Ｍ以下の各整数を表すとして、Ｍのリアクタンス回路Ｃm（１≦ｍ≦Ｍ）を含み、ｍが１≦ｍ≦Ｍ／２を満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、区間ＩXの第１の伝送線路１０１の一端１０１ａからＬX（２ｍ−１）／Ｍの位置で、第１の伝送線路１０１に接続され、ｍがＭ／２＜ｍ≦Ｍを満たす場合、ｍ番目のリアクタンス回路Ｃmは、区間ＩXの第２の伝送線路１０２の一端１０２ａからＬX（２ｍ−Ｍ−１）／Ｍの位置で、第２の伝送線路１０２に接続されるように構成されている。
【００９３】
また、可変フィルタに含まれるスイッチ回路１５０は図６に示す構成を採用することができ、さらに、そのスイッチ１５０ａは図７に示す構成を採用することができる。さらに、本発明の可変フィルタは、上述の可変共振器と同様、マイクロストリップ線路以外の線路構造、例えば、ストリップ線路構造、同軸線路構造、サスペンデッドマイクロストリップ線路構造、コプレーナ導波路、グラウンデッドコプレーナ導波路、スロットライン構造などにより実施すること可能である。
【００９４】
上記各実施形態の可変共振器１００、２００、３００、４００、可変フィルタ６００は、共振器あるいはフィルタとして機能する以外に、全てのスイッチ１４０と全てのスイッチ回路１５０をＯＦＦ状態とすることにより、伝送線路としても機能することができる。とくに可変共振器２００、３００、４００のそれぞれにおいてスイッチ回路１５０の個数が一つである場合には、符号２００、３００、４００で示される各回路素子は、帯域幅と共振周波数を変更可能な可変共振器としてではなく、スイッチ回路１５０がＯＦＦ状態の場合に伝送線路として機能し、スイッチ回路１５０がＯＮ状態の場合に或る帯域幅を持つ共振周波数が可変な共振器として機能する、マルチロールな回路素子である。
【００９５】
また、可変フィルタ６００を中心周波数が固定された可変フィルタとして機能させる場合には、当該中心周波数にて共振器相当の線路部分に接続されるスイッチ回路１５０をそれぞれ１個とすることで十分であるから、この場合の符号６００で示される回路素子は、全てのスイッチ回路１５０がＯＦＦ状態の場合に伝送線路として機能し、段数に応じた個数のスイッチ回路１５０がＯＮ状態の場合に或る帯域幅を持つ段数が可変な共振器として機能する、マルチロールな回路素子である。
【００９６】
各実施形態から明らかなように、本発明による回路素子、可変共振器、可変フィルタは、伝送線路と、スイッチ、リアクタンス回路などで構成可能であるため、非常に作製が容易である。
【００９７】
また本発明による回路素子、可変共振器、可変フィルタの各形状が一般的な伝送線路に近い形状であるため、増幅器やアンテナなどのデバイス間に伝送線路に置き換えて設置することができ、設置自由度が極めて高いことも本発明が持つ有利な効果である。
【００９８】
なお、各実施形態ではスイッチ１４０とスイッチ回路１５０に対する制御が必要になる場合があるが、この制御はスイッチ１４０とスイッチ回路１５０に対して例えば制御信号を印加することにより実現し、この実現手段は周知技術によって達成されるから詳細な説明を省略する。また、同様の理由により図面にもこの実現手段は図示されていない。
【００９９】
以上の実施形態の他、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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