(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の上面に設けられるマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域通過フィルタにおいて、
通過中心周波数の略半波長となるヘアピン状のマイクロストリップ線路を２つ用い、高周波を入力する入力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの２つの長さと、高周波を出力する出力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの２つの長さとの関係を相補的にして、高周波の入力線路との接続位置から高周波の出力線路との接続位置までの２つのマイクロストリップ線路の長さを等しくすると共に、それらの開放端同士を所定の間隙を介して対向させることで、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合をさせ、２つの整合周波数を２つの減衰周波数の間に発生させて帯域通過特性を得て、
入力線路との接続位置と出力線路との接続位置に、それぞれ容量性負荷を設け、その容量値を変化させることにより、減衰周波数は変化させることなく通過中心周波数を変化可能である
ことを特徴とするチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項２】
入出力線路との接続位置に設ける容量性負荷が、容量の可変なチップキャパシタである
請求項１に記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項３】
入出力線路との接続位置に設ける容量性負荷が、容量の可変なバラクタダイオードである
請求項１に記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項４】
高周波を入出力する入出力線路が、マイクロストリップ線路の任意の位置にタップ接続され、その接続位置によって減衰周波数を調整する
請求項１ないし３のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項５】
２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙によって、減衰周波数を調整する
請求項１ないし４のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項６】
２つのマイクロストリップ線路の対向する２つの開放端の側面の長さによって、減衰周波数を調整する
請求項１ないし５のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項７】
２つのマイクロストリップ線路の線路幅によって、減衰周波数を調整する
請求項１ないし６のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項８】
通過中心周波数を、次式
【数１】
0005682888.tif 000005
（ただし、Ｚはマイクロストリップ線路の特性インピーダンス、Ｚ0は外部インピーダンス、Ｃｇはマイクロストリップ線路の開放端同士の容量値、Ｃtは整合周波数を制御する容量性負荷の容量値、ΔＣtは容量性負荷の容量値の変化量、ω0は容量性負荷が無いときの角周波数、fは通過中心周波数である。）
によって定める
請求項１ないし７のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項９】
２つの整合極が一体化するまで導体を厚くして、通過損失を低減させる
請求項１ないし８のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項１０】
高周波回路基板が、ＰＴＦＥまたはガラスエポキシまたはアルミナである
請求項１ないし９のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項１１】
導体が、銅箔である
請求項１ないし１０のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【請求項１２】
２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙が、１〜２０ｍｍである
請求項１ないし１１のいずれかに記載のチューナブル高周波帯域通過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の周波数成分の中で特定の周波数帯域の高周波信号を通過させ、それ以外の高周波信号を減衰させる帯域通過フィルタ（Band Pass Filter）に関する。詳しくは、帯域通過特性がチューナブルであり、特に、移動体通信における使用周波数が過密な周波数領域通信において、動作周波数を任意に選んで通信を行うコグニティブ無線通信やソフトウェア無線通信への適用が可能なチューナブル高周波帯域通過フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ギガヘルツ帯（１〜５ＧＨｚ）の移動通信システムが展開されるようになり、その帯域に対応可能な高周波回路のマイクロ波集積回路化やモノシリックマイクロ波集積回路化が要求されている。周波数がＧＨｚの領域に対応可能な、一般にＱ値（主に振動の状態をあらわす無次元数）の大きなインダクタ素子を作ることは難しい。したがって、ＧＨｚ帯の帯域通過フィルタは、ＬＣ共振器とは異なる別の構成が必要になる。例えば、λ共振器や、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作させるための共振器電極などが用いられている（特許文献１〜４）。
【０００３】
有限資源である周波数を有効に使うためには、急峻なスカート特性をもつフィルタが必要である。無線システムにおける帯域通過フィルタは、受信電波の周波数や送信電波の周波数を選別する不可欠の部品である。
しかし、帯域通過フィルタは、通過帯域を狭くすると挿入損失が増大してしまう難がある。
【０００４】
従来、帯域通過フィルタには、誘電体共振器を用いたフィルタが使用されていた。誘電体共振器フィルタによると、通過帯域が狭く、挿入損失が少なく、負荷Ｑ値が高いフィルタ特性が得られる。
しかし、仮に誘電率を大きくして装置を小型化したとすると、誘電体共振器の温度特性が敏感になり共振周波数が温度によって変化してしまう難点がある。また、圧力によっても共振周波数が変動するため、その調整は経験と勘に頼らざるを得ず、製造の困難性や高コスト化の原因となっていた。
【０００５】
特許文献１〜４にはまた、一波長共振器や、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作させるための共振器電極などが開示されているが、従来の帯域通過フィルタは、十分な小型化が達成されていず、また性能の再現性や製造コストなどの点で問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６８１２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４８９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３５１０２号公報
【特許文献４】特開２００４−３４９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、ヘアピン共振器タップ給電フィルタに対して、摂動解析を行って減衰極及び整合極を検討することを基にして、製造容易で安価でありながらも、低損失及び狭帯域で小型であり、また、通過中心周波数を任意に変化させられ、コグニティブ無線やソフトウェア無線に適用できるチューナブル高周波帯域通過フィルタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のチューナブル高周波帯域通過フィルタは次の構成を備える。すなわち、誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、その高周波回路基板の上面に設けられるマイクロストリップ線路を有する共振器と、そのマイクロストリップ線路に電気的に接続され、高周波を入出力する入出力線路と、を備えた高周波帯域通過フィルタにおいて、通過中心周波数の略半波長となるヘアピン状のマイクロストリップ線路を２つ用い、高周波を入力する入力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの２つの長さと、高周波を出力する出力線路との接続位置からマイクロストリップ線路の両開放端までの２つの長さとの関係を相補的にして、高周波の入力線路との接続位置から高周波の出力線路との接続位置までの２つのマイクロストリップ線路の長さを等しくすると共に、それらの開放端同士を所定の間隙を介して対向させることで、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合をさせ、２つの整合周波数を２つの減衰周波数の間に発生させて帯域通過特性を得て、入力線路との接続位置と出力線路との接続位置に、それぞれ容量性負荷を設け、その容量値により通過中心周波数の値を制御することを特徴とする。
【０００９】
ここで、入出力線路との接続位置に設ける容量性負荷に、容量の可変なチップキャパシタを用いてもよい。
【００１０】
入出力線路との接続位置に設ける容量性負荷に、容量の可変なバラクタダイオードを用いてもよい。
【００１１】
高周波を入出力する入出力線路を、マイクロストリップ線路の任意の位置にタップ接続し、その接続位置によって減衰周波数を調整してもよい。
【００１２】
２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙によって、減衰周波数を調整してもよい。
【００１３】
２つのマイクロストリップ線路の対向する２つの開放端の側面の長さによって、減衰周波数を調整してもよい。
【００１４】
２つのマイクロストリップ線路の線路幅によって、減衰周波数を調整してもよい。
【００１５】
通過中心周波数を、次式によって定めてもよい。
【００１６】
【数１】
0005682888.tif 000002
【００１７】
ただし、Ｚはマイクロストリップ線路の特性インピーダンス、Ｚ0は外部インピーダンス、Ｃｇはマイクロストリップ線路の開放端同士の容量値、Ｃtは整合周波数を制御する容量性負荷の容量値、ΔＣtは容量性負荷の容量値の変化量、ω0は容量性負荷が無いときの角周波数、fは通過中心周波数である。
【００１８】
２つの整合極が一体化するまで導体を厚くして、通過損失を低減させてもよい。
【００１９】
高周波回路基板に、ＰＴＦＥまたはガラスエポキシまたはアルミナを用いてもよい。
【００２０】
導体に、銅箔を用いてもよい。
【００２１】
２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙を、１〜２０ｍｍとしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、マイクロストリップ線路を用いたために製造容易で小型安価でありながらも性能が安定し、２つのマイクロストリップ線路の開放端同士に電気結合を生じ、２つの整合周波数を２つの減衰周波数の間に発生させる低損失及び狭帯域な帯域通過特性を有するフィルタを提供できる。そして、入出力線路との接続位置に設けた容量性負荷の容量値により通過中心周波数の値を制御し、チューナブル帯域通過フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例のチューナブル帯域通過フィルタを示す説明図
【図２】本発明の実施例のチューナブル高周波帯域通過フィルタの特性を示すグラフ
【図３】本発明による帯域通過フィルタの実施例の回路図
【図４】同、周波数特性を示すグラフ
【図５】同、チューニングキャパシタＣtの値を変化させた場合の周波数特性の変化を示すグラフ
【図６】同、チューニングキャパシタＣtの値を変化させた場合の通過中心周波数の変化を示すグラフ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は、従来公知の技術を援用して適宜設計変更可能である。
【００２５】
図１は、本発明の実施例のチューナブル高周波帯域通過フィルタを示す説明図である。
本実施例の帯域通過フィルタは、誘電体の下面にグランド層が形成された高周波回路基板の前記誘電体の上面に形成される。その高周波回路基板は、周知のものであるためここでは図示しない。この帯域通過フィルタは、λ／２の長さのマイクロストリップ線路で２つのλマイクロストリップ線路共振器が結合されて形成された一対のλ／２マイクロストリップ線路共振器が複数配置される。そして、一対のλ／２マイクロストリップ線路共振器における一方のλ／２マイクロストリップ線路共振器と、他の一対のλ／２マイクロストリップ線路共振器における一方のλ／２マイクロストリップ線路共振器とがエッジ結合されている。それらの開放端同士を所定の間隙を介して対向させることで、開放端同士に共振周波数で電界結合を生じる電気結合をさせ、２つの整合周波数を２つの減衰周波数の間に発生させて帯域通過特性を得られる。
このように、本実施の形態の帯域通過フィルタは、平行結合ストリップ線路フィルタであるので、複数のλ／２マイクロストリップ線路共振器を斜め方向に配置することができるので、フィルタの形状が直線状に伸びることを防止できる点、小型化に有利である。
【００２６】
入力線路との接続位置と出力線路との接続位置に、それぞれ容量性負荷を設け、その容量値により通過中心周波数の値を制御する。
入出力線路との接続位置に設ける容量性負荷としては、容量の可変なチップキャパシタやバラクタダイオードが利用できる。
【００２７】
図２は、本発明の実施例のチューナブル高周波帯域通過フィルタの特性を示すグラフである。
通過中心周波数に２ＧＨｚを想定した伝達特性を示すものであり、Ｓ２１は通過特性を示している。
入出力線路との接続位置に設けた容量性負荷Ｃtを、０．１〜３．１ｐFに変化させた場合のグラフであり、容量性負荷が大きくなるほど、通過中心周波数が小さくなることがわかる。
【００２８】
通過中心周波数は、次式によって定められる。
【００２９】
【数１】
0005682888.tif 000003
【００３０】
ただし、Ｚはマイクロストリップ線路の特性インピーダンス、Ｚ0は外部インピーダンス、Ｃｇはマイクロストリップ線路の開放端同士の容量値、Ｃtは整合周波数を制御する容量性負荷の容量値、ΔＣtは容量性負荷の容量値の変化量、ω0は容量性負荷が無いときの角周波数、fは通過中心周波数である。
【００３１】
また、減衰周波数を調整するには、高周波を入出力する入出力線路をマイクロストリップ線路の任意の位置にタップ接続される構成にし、その接続位置によって減衰周波数を調整できる。
【００３２】
同様に、２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙や、２つのマイクロストリップ線路の対向する２つの開放端の側面の長さや、２つのマイクロストリップ線路の対向する２つの開放端の側面の長さや、２つのマイクロストリップ線路の線路幅によっても、減衰周波数を調整できる。
【００３３】
また、通過損失を低減させるには、２つの整合極が一体化するまで導体を厚くする構成が利用できる。
【００３４】
２つのマイクロストリップ線路の開放端同士の間隙としては、１〜２０ｍｍ、  高周波回路基板としては、ＰＴＦＥ、ガラスエポキシ、アルミナ、導体としては、銅箔が好適に利用できる。
【実施例】
【００３５】
図３は、本発明による帯域通過フィルタの実施例の回路図であり、図４は、その周波数特性を示すグラフ、図５は、そのチューニングキャパシタＣtの値を変化させた場合の周波数特性の変化を示すグラフ、図６は、そのチューニングキャパシタＣtの値を変化させた場合の通過中心周波数の変化を示すグラフである。
【００３６】
実施例の回路の通過中心周波数は、設計値は、下式により、１．９９７９ＧＨｚとなり、回路シミュレーション値の２．００２ＧＨｚとほぼ一致し、図４に示したように急峻なスカート特性が得られた。
【００３７】
【数２】
0005682888.tif 000004
【００３８】
図５及び６に示したように、チューニングキャパシタＣtを変化させた場合、減衰極周波数は変化しない状態で、通過中心周波数のみが変化した。そのキャパシタＣtの容量と通過中心周波数は線形関係であった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の高周波帯域通過フィルタによると、製造容易で小型安価でありながらも安定した性能を有し、低損失及び狭帯域な帯域通過特性を備え、信号の通過域と阻止域との境界付近において信号の通過率変化が急峻になることが望まれるＵＷＢ規格にも対応でき、周波数割り当ての多い携帯無線通信システムや、携帯基地局、地上デジタル放送基地局、地上デジタル放送中継器、無線通信機器、携帯電話端末など通信システム、距離計測に適した各種測定装置や、隣接チャンネルへの干渉が問題となる航空機等の交通システム用無線機器など諸々の場面に活用でき、産業上利用価値が高い。
【図１】
0005682888.tif 000006
【図２】
0005682888.tif 000007
【図３】
0005682888.tif 000008
【図４】
0005682888.tif 000009
【図５】
0005682888.tif 000010
【図６】
0005682888.tif 000011