(57)【要約】  周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ電気信号を送るための電気フィルタ構造であって、フィルタはエッジ結合フィルタであり、フィルタは、少なくとも第１結合線路部および最後の結合線路部を含む、直列に結合された複数の結合線路部を含み、第１ポートは、第１伝送線を使用して第１結合線路部に接続され、第２ポートは、第２伝送線を使用して最後の結合線路部に接続され、電気フィルタはオープンスタブを含み、オープンスタブの電気長が、±２０％の公差内で、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように、オープンスタブの長さが選択される、電気フィルタ構造。
2021536145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ電気信号を送るための電気フィルタ構造であって、前記電気フィルタ構造はエッジ結合フィルタであり、前記電気フィルタ構造は、
少なくとも第１結合線路部および最後の結合線路部を含む、直列に結合された複数の結合線路部を含み、
前記第１ポートは、第１伝送線を使用して前記第１結合線路部に接続され、
前記第２ポートは、第２伝送線を使用して前記最後の結合線路部に接続され、
前記電気フィルタ構造はオープンスタブを含み、
前記オープンスタブの電気長が、±２０％の公差内で、前記電気フィルタ構造の通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように、前記オープンスタブの長さが選択される、
電気フィルタ構造。
【請求項２】
前記オープンスタブのインピーダンスは、前記電気フィルタ構造の動作インピーダンスが整合するように選択される、
請求項１に記載の電気フィルタ構造。
【請求項３】
前記第１伝送線の長さは、前記電気フィルタ構造の動作インピーダンスが整合するように選択される、
請求項１または２に記載の電気フィルタ構造。
【請求項４】
前記第１伝送線の幅は、前記第１結合線路部の線路部と同一の幅である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項５】
前記電気フィルタ構造は、更なるオープンスタブを更に含み、
前記更なるオープンスタブの長さは、±２０％の公差内で、前記オープンスタブの前記長さと同一である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項６】
前記更なるオープンスタブのインピーダンスは、±２０％の公差内で、前記オープンスタブの前記インピーダンスと同一である、
請求項５に記載の電気フィルタ構造。
【請求項７】
前記オープンスタブは、前記第１ポートの側に設けられる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項８】
更なるオープンスタブは、前記第２ポートの側に設けられる、
請求項５から７のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項９】
前記オープンスタブは２つのスタブ部分を含み、
各スタブ部分のインピーダンスおよび電気長は、±２０％の公差内で同一であり、
前記２つのスタブ部分は、前記第１ポートにおいて反対方向に分岐する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項１０】
更なるオープンスタブは２つのスタブ部分を含み、
各スタブ部分のインピーダンスおよび電気長は、±２０％の公差内で同一であり、
前記２つのスタブ部分は、前記第１ポートにおいて反対方向に分岐する、
請求項５から９のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項１１】
前記１または複数のオープンスタブが±２０％の公差内で前記電気フィルタ構造の通過帯域中心周波数の２倍の周波数において１または複数の伝達零点を提供するように、前記１または複数のオープンスタブの前記長さが選択される、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項１２】
前記電気フィルタ構造は、前記通過帯域中心周波数の周辺に通過帯域を有するよう構成され、前記通過帯域中心周波数と、通過帯域中心周波数の２倍の周波数との間に減衰の極大値を有し、通過帯域中心周波数の２倍の周波数において、追加の阻止帯域減衰の少なくとも１０ｄＢまたは少なくとも１５ｄＢの減衰を提供する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気フィルタ構造。
【請求項１３】
周波数選択方式で第１ポートから第２ポートに電気信号を送るための電気フィルタ構造であって、前記電気フィルタ構造はエッジ結合フィルタであり、前記電気フィルタ構造は、
少なくとも第１結合線路部および最後の結合線路部を含む、直列に結合された複数の結合線路部を含み、
前記第１ポートは、第１伝送線を使用して前記第１結合線路部に接続され、
前記第２ポートは、第２伝送線を使用して前記最後の結合線路部に接続され、
前記電気フィルタ構造はオープンスタブを含み、
前記オープンスタブが、前記電気フィルタ構造に結合された端において短絡を提供する周波数が、±２０％の公差内で、前記電気フィルタ構造の通過帯域中心周波数と、前記電気フィルタ構造の通過帯域中心周波数の２倍の周波数との間に収まるように、前記オープンスタブの長さが選択される、
電気フィルタ構造。
【請求項１４】
周波数選択方式で第１ポートから第２ポートに電気信号を送る電気フィルタを操作するための方法であって、前記電気フィルタはエッジ結合フィルタであり、
前記電気フィルタの通過帯域における信号は、前記第１ポートに接続された少なくとも第１結合線路部、および、前記第２ポートに接続された最後の結合線路部を含む直列に結合された複数の結合線路部を通じて、６ｄＢより小さい減衰で送られ、
通過帯域中心周波数の２倍の周波数における信号が少なくとも１０ｄＢまたは少なくとも１５ｄＢだけ減衰するように、前記通過帯域中心周波数の２倍の前記周波数における前記信号が、少なくとも１つのオープンスタブを使用して短絡され、
前記オープンスタブの電気長が、±２０％の公差内で、前記電気フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように前記オープンスタブの長さが選択される、
方法。
【請求項１５】
周波数選択方式で、第１ポートから第２ポートに信号を送る電気フィルタを設計するための方法であって、前記電気フィルタはエッジ結合フィルタであり、前記方法は、
少なくとも第１結合線路部と最後の結合線路部とを含む、直列に結合された複数の結合線路部を設計する段階であって、その結果、一連の前記結合線路部が前記電気フィルタの通過帯域における信号を６ｄＢより小さい減衰で送る、段階と、
オープンスタブの電気長が、±２０％の公差内で、前記電気フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように、前記オープンスタブの長さを選択する段階と、
前記電気フィルタの前記通過帯域内において、前記第１ポートでインピーダンス整合を有するように、前記電気フィルタの前記第１ポートと、前記第１結合線路部との間の伝送線の長さ、および、前記オープンスタブの幅を選択する段階と
を備える、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、周波数選択方式で第１フィルタポートから第２フィルタポートに電気信号を送るための電気フィルタ構造に関する。本発明によるいくつかの実施形態は、エッジ結合フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気フィルタ構造は多くの応用において使用される。例えば、電気フィルタ構造は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、または、ハイパスフィルタとして作用するよう実装され得る。以下において、フィルタの設計を簡単に紹介する。
【０００３】
エッジ結合フィルタ（ＥＣＦ、「平行結合フィルタ」と呼ばれることもある）は、従来のマイクロ波フィルタ構造である。以下において、図を使用して動作原理および設計手順を説明する。図８は、ＥＣＦの例の概略的な電気的原理図をＮ＋１＝４の等価回路として示す。加えて、図９は、可能なプリント回路の具現化のレイアウトの例の概略図を示す。
【０００４】
ＥＣＦは、Ｎ＋１（Ｎはフィルタの次数）カスケード型結合線路部（ＣＬＳ）から成り、各々、フィルタの中心周波数（ｆ０）において、λ／４の長さである。同等に、図８および図９に示されるように、フィルタは、互いに、および、入力／出力（Ｐ１、Ｐ２）にλ／４だけ結合されたＮ  λ／２の共振器（オープンからオープン）として見ることができる。フィルタの構造は対称であり、第Ｎ＋１結合線路は第１結合線路と同一であり、第Ｎ結合線路は第２結合線路と同一であり、以下同様である。図９に示されるように、そのようなフィルタは、特に、プリント具現化、すなわちマイクロストリップまたはストリップラインに好適である。
【０００５】
ＥＣＦを適切に実装することにはいくつかの制限があり、例えば、ＥＣＦの１つの制限は、第１および最後の結合線路部に必要な密な結合である。このことにより、修正された構造が使用される場合を除き、広帯域フィルタの具現化が妨げられる。１つの可能な修正は、平行結合線路機構を第１および最後のλ／２共振器への直接（または「タップ」）結合に置き換えることから成る。例えば、図１０は、概略的なタップエッジ結合フィルタ（ＴＥＣＦ）１００を示す。図１１は、ＴＥＣＦ１００の並んだオープンスタブ列を有する可能なマイクロストリップのレイアウトの図を示す。図１２は、ＴＥＣＦ２００の９０度回転されたオープンスタブを有するマイクロストリップのレイアウトの別の図を示す。図１１に示されるように、ＴＥＣＦ１００は、直列に結合された複数の結合線路部（ＣＬＳ）、第１伝送線１１０を使用してＣＬＳ（すなわち、ＣＬＳ２として示される）に接続された第１ポート（入力ポート）Ｐ１、および、第２伝送線１１２を使用してＣＬＳ（すなわち、ＣＬＳ３として示される）に接続された第２ポート（出力ポート）Ｐ２を含む。第１伝送線１１０は第１オープンスタブ１２０を有し、第２伝送線１１２は第２オープンスタブ１２２を有する。図１１に示されるように、第１伝送線１１０は長さｌ１ＡおよびインピーダンスＺ０Ａを有し、第１オープンスタブは長さｌ１ＡおよびインピーダンスＺ０Ａを有する。また、第２伝送線１１２は、長さｌ１ＡおよびインピーダンスＺ０Ａを有し、第２オープンスタブ１２２は長さｌ１ＡおよびインピーダンスＺ０Ａを有する。通常、通過帯域中心周波数ｆ０において、Ｚ０Ａ＝Ｚ０Ｂ、ｌ１Ａ＋ｌ１Ｂ≒λ／４であると決定される（すなわち、電気長ｌ１Ａ＋ｌ１Ｂは、信号周波数の第４波長とほぼ同等である）。さらに、Ｚ０Ａ＝Ｚ０Ｂは、隣接するＣＬＳの１つと同等の結合要素の幅を有するように選択される。図１２のＴＥＣＦ２００は、オープンスタブの位置以外、図１１のＴＥＣＦ１００と同様の構成を有する。
【０００６】
図１３は、エッジ結合フィルタ応答の例を示し、すなわち、３つの異なるＥＣＦの応答が示される。実線は、図８に示される従来の理想的なＥＣＦの応答を示し、破線は、図９に示される従来のマイクロストリップのレイアウトのＥＣＦの応答を示し、二点鎖線は、図１１または図１２に示されるマイクロストリップのレイアウトのＴＥＣＦの応答を示す。これら３つのフィルタは、３ｆ０、すなわち、中心周波数の３倍に位置する二次通過帯域領域を有する。
【０００７】
図１３に示されるように、ＥＧＦおよびＴＥＣＦの両方は、理想的な場合において存在しない２ｆ０（例において、約２０ＧＨｚ）周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域を提供する。これは以下に起因する。
・イーブンおよびオッドモード（マイクロストリップまたはサスペンデッドストリップライン）ＣＬＳの間の不均一な伝播速度
・イーブンおよびオッドモード速度を異なるように変動させる（ｐｅｒｔｕｒｂ）（これは任意の場合、マイクロストリップ、ストリップライン、サスペンデッドストリップライン、加工構造などに適用する）ＣＬＳ（決して理想的なオープン回路でない）のオープン側に対する端効果に関連する有限の容量
【０００８】
ＥＣＦおよびＴＥＣＦは、領域ｆ０±２ｆ０において異なるように振る舞う。第１の場合において、減衰は極大値（図１３に示される例において、約１５ＧＨｚで約３０ｄＢ）に到達し、次に、２ｆ０において非常に小さくなる。代わりに、２ｆ０で極小値に到達する前に、ＴＥＣＦの減衰は、非常に高くなる（理想的には無限、例において、１４〜１５ＧＨｚの間で６０ｄＢより大きい）。また、これにより、ローパス側におけるＴＥＣＦの選択性が改善する。このような伝達零点の周波数は、オープンスタブが波長の４分の１である周波数である（ｌ１Ｂ≒λ／４）。
【０００９】
ＥＣＦの最大実現可能相対帯域幅（Δｆ／ｆ０）は、最小実現可能ギャップ、および、基板パラメータ（誘電率εｒ、厚さｈ）によって決定される。この制限は、ＥＣＦの第１結合線路部は残りと比較してより密な結合を必要とするという事実に起因して、ＥＣＦおよびＴＥＣＦにおいて遥かに強い。
【００１０】
図１３は、εｒ＝９．９、ｈ＝５０８μｍのマイクロストリップのレイアウトのバリエーションの図を示し、無線周波数ポートは、左右方向における突出として示される。すなわち、図１４（ａ）は、ＥＣＦ、最小ギャップ＝５０μｍ、Δｆ／ｆ０≒０．１５を示し、図１４（ｂ）は、ＴＥＧＦ、最小必要ギャップ＝３７０μｍ、ＥＣＦと同一のΔｆ／ｆ０を示し、図１４（ｃ）は、ＴＥＧＦ、最小ギャップ＝５０μｍ、Δｆ／ｆ０≒０．３８を示す（すなわち、同一の最小ギャップを有するＥＧＦのうち２倍より大きい）。
【００１１】
図１５は、エッジ結合フィルタ応答の例を示し、すなわち、実線は図１４（ａ）に示されるフィルタの応答を示し、破線は図１４（ｂ）に示されるフィルタの応答を示し、二点鎖線は図１４（ｃ）に示されるフィルタの応答を示す。
【００１２】
しかしながら、図１５に示されるように、図１４に示されるフィルタは、２ｆ０（通過帯域中心周波数の２倍）の周辺の領域において不要なスプリアス通過帯域をなお有する。
【００１３】
従って、本発明の目的は、容易に利用可能な技術を使用して、望ましいフィルタ特性の実装を容易にする概念を作ることである。
【発明の概要】
【００１４】
本発明による実施形態は、周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ電気信号を送るための電気フィルタ構造を作る。フィルタはエッジ結合フィルタＥＣＦであり、フィルタは、少なくとも第１結合線路部、および、最後の結合線路部を含む直列に結合された複数の結合線路部ＣＬＳを含み、任意選択で、フィルタは更に多くの結合線路部を含む。第１ポートＰ１は、第１伝送線を使用して、第１の結合線路部、例えば図９または１０に示される番号２のＣＬＳの第１線路部に接続される。第２ポートＰ２は、第２伝送線を使用して、最後の結合線路部、例えば図９または１０に示される番号３のＣＬＳの第２線路部に接続される。電気フィルタは、例えば、第１ポートの側部に、または、第１ポートに、または、第１ポートの位置にある、または、第１伝送線から分岐する、または、第１ポートと第１結合線路部との間で分岐するオープンスタブを含む。オープンスタブの長さは、±２０％の公差内、または、望ましくは±１０％の公差内で、オープンスタブの電気長が、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように選択される。
【００１５】
オープンスタブの長さは、隣接するＣＬＳの１つと同等の結合要素の幅を有するように選択されることが認められた。従って、例えば、伝達零点の周波数を取得し、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域を低減することが可能である。言い換えれば、利用可能な技術によく適合され、従って、通過帯域中心周波数で長さｌ≒λ／４のオープンスタブを有するフィルタ構造より良い特性をしばしば提供する、全体的なフィルタ構造を取得することが可能である。
【００１６】
好ましい実施形態において、オープンスタブのインピーダンスは、フィルタの動作インピーダンスが、例えばフィルタの通過帯域において整合するように選択される。従って、インピーダンス整合を構成するための更なる段階は必要なく、従って、設計の労力および設計費用が低減される。
【００１７】
好ましい実施形態において、第１伝送線の長さは、例えばフィルタの通過帯域において、フィルタの動作インピーダンスが整合するように選択される。従って、例えば、２ｆ０で伝達零点を提供するタップエッジ結合フィルタ（ＴＥＣＦ）の外側部分においてオープンスタブを取得することが可能である。
【００１８】
好ましい実施形態において、第１伝送線の幅は、第１結合線路部の線路部の同一の幅であり、例えば、その結果、第１伝送線から第１結合線路部への移行における中断が無くなる。従って、例えば、伝送線の中断によって生じる望ましくない減衰を軽減することが可能である。
【００１９】
好ましい実施形態において、フィルタ構造は、更なるオープンスタブを更に含む。更なるオープンスタブの長さは、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内でオープンスタブの長さと同一である。従って、対称フィルタ構造を有することが可能であり、従って、設計の労力および設計費用が低減される。
【００２０】
好ましい実施形態において、更なるオープンスタブのインピーダンスは、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内でオープンスタブのインピーダンスと同一である。従って、例えば、２ｆ０で伝達零点を提供するＴＥＣＦの外側部分でオープンスタブの精度を改善することが可能である。したがって、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域は効果的に低減される。
【００２１】
好ましい実施形態において、オープンスタブが第１ポートの側部に、または、例えば、第１ポートに、または、第１ポートの位置に提供される、または、第１伝送線から分岐する、または、第１ポートと第１結合線路部との間で分岐する。従って、フィルタ構造設計の柔軟性を改善することが可能である。
【００２２】
好ましい実施形態において、更なるオープンスタブは、第２ポートの側部に、または、例えば、第２ポートに、または、第２ポートの位置において提供される、または、第１伝送線から分岐する、または、第２ポートと最後の結合線路部との間で分岐する。従って、フィルタは対称構造を有することができ、それにより、製造プロセスを簡略化可能である。
【００２３】
好ましい実施形態において、オープンスタブは２つのスタブ部分を含む。各スタブのインピーダンスおよび電気長は、±２０％の公差内で、または、望ましくは±１０％の公差内で同一である。第１ポートにおける反対方向の２つのスタブ分岐、例えばスタブ部分は、第１部分を中心に対称に配置される。従って、例えば電気フィルタの長さを低減して、電気フィルタのサイズを容易に最小化することが可能である。
【００２４】
好ましい実施形態において、更なるオープンスタブは２つのスタブ部分を含む。各スタブのインピーダンスおよび電気長は、±２０％の公差内で、または、例えば±１０％の公差内で同一である。第１ポートにおける反対方向の２つのスタブ分岐、例えばスタブ部分は、第１部分を中心に対称に配置される。従って、この配置は空間の節約に好適である。
【００２５】
好ましい実施形態において、１または複数のオープンスタブの長さは、１または複数のオープンスタブがフィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数、例えば、２ｆ０で、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内で１または複数の伝達零点を提供するように選択される。従って、例えば領域２ｆ０において不要なスプリアス通過帯域を効率的に低減することが可能である。
【００２６】
好ましい実施形態において、フィルタは、通過帯域中心周波数の周辺に通過帯域を有するよう構成され、通過帯域中心周波数と、通過帯域中心周波数の２倍の周波数との間に減衰の極大値を有し、通過帯域中心周波数の２倍の周波数において、追加の阻止帯域減衰の少なくとも１０ｄＢまたは少なくとも１５ｄＢの減衰を提供する。すなわち、取得された減衰は、既存の解決手段と比較して、少なくとも１０〜１５ｄｂの追加的な阻止帯域減衰である。従って、この配置は、電気フィルタ特性を改善することが可能である。
【００２７】
本発明による実施形態は、周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ電気信号を送るための別の電気フィルタ構造を作る。フィルタはエッジ結合フィルタＥＣＦであり、フィルタは、少なくとも第１結合線路部、および、最後の結合線路部を含む直列に結合された複数の結合線路部ＣＬＳを含み、任意選択で、フィルタは更に多くの結合線路部を含む。第１ポートＰ１は、第１伝送線を使用して、第１の結合線路部、例えば図９または１０に示される番号２のＣＬＳの第１線路部に接続される。第２ポートＰ２は、第２伝送線を使用して、最後の結合線路部、例えば図９または１０に示される番号３のＣＬＳの第２線路部に接続される。電気フィルタは、例えば、第１ポートの側、または、第１ポート、または、第１ポートの位置にある、または、第１伝送線から分岐する、または、第１ポートと第１結合線路部との間で分岐するオープンスタブを含む。オープンスタブの長さは、オープンスタブが電気フィルタ構造に結合される端に短絡を提供する周波数が、±２０％の公差内で、フィルタの通過帯域中心周波数とフィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数との間に収まるように選択される。従って、例えば、ｆ０と２ｆ０との間の伝達零点を取得することが可能であり、従って、例えばフィルタのローパス側はより鋭くなるが、きれいな阻止帯域の延長を犠牲にする。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態は、周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ電気信号を送る電気フィルタを操作するための方法である。フィルタはエッジ結合フィルタであり、フィルタの通過帯域における信号は、第１ポートに接続された少なくとも第１結合線路部、および、第２ポートに接続された最後の結合線路部、任意選択で、更に多くの結合線路部を含む、直列に結合された複数の結合線路部ＣＬＳを通じて、６ｄＢより小さい減衰で送られる。通過帯域中心周波数の２倍の周波数における信号は少なくとも１０ｄＢまたは少なくとも１５ｄＢだけ減衰されるように、通過帯域中心周波数の２倍の周波数の信号は、少なくとも１つのオープンスタブを使用して短絡される。オープンスタブの長さは、±２０％の公差内、または、望ましくは±１０％の公差内で、オープンスタブの電気長が、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数、例えば２ｆ０を有する信号の第４波長と同等であるように選択される。従って、この操作方法を使用することにより、フィルタの必要な特性を取得することが可能である。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態は、周波数選択方式で第１ポートから第２ポートへ信号を送る電気フィルタを設計するための方法を提供する。フィルタはエッジ結合フィルタであり、方法は、少なくとも第１結合線路部、および最後の結合線路部（任意選択で更に多くの結合線路部）を含む直列に結合された複数の結合線路部ＣＬＳを設計する段階であって、その結果、一連の結合線路部が６ｄＢより小さい減衰でフィルタの通過帯域において信号を送る段階を含む。オープンスタブの長さは、±２０％の公差内、または、望ましくは±１０％の公差内で、（第１）オープンスタブの電気長が、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数、例えば２ｆ０を有する信号の第４波長と同等であるように選択される。フィルタの第１ポートと第１結合線路部との間の伝送線の長さ、および、オープンスタブの幅は、フィルタの通過帯域内で第１ポートにおいて、例えば、少なくとも１０ｄＢのリターンロスで、すなわち、１０ｄＢより大幅に悪くないリターンロスでインピーダンス整合を有するように選択される。従って、この設計方法を使用することによって、例えば、不要なスプリアス通過帯域が無い、必要な特性を有する電気フィルタを効果的に提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下、添付の図を参照しながら、本発明による実施形態を説明する。
【００３１】
【図１ａ】本発明の実施形態による、電気フィルタ構造の概略的ブロック図、および、電気フィルタ構造の応答を示す概略グラフを示す。
【図１ｂ】本発明の実施形態による、電気フィルタ構造の概略的ブロック図、および、電気フィルタ構造の応答を示す概略グラフを示す。
【００３２】
【図２】従来のフィルタ、および、本発明の実施形態による電気フィルタのマイクロストリップのレイアウトの図を示す。
【００３３】
【図３】従来のフィルタ、および本発明の実施形態によるエッジ結合フィルタ応答の例を示す。
【００３４】
【図４】従来の電気フィルタおよび本発明による電気フィルタの応答を比較するテーブルを示す。
【００３５】
【図５】従来のフィルタ、本発明の実施形態、および本発明の別の実施形態による電気フィルタのマイクロストリップのレイアウトの図を示す。
【００３６】
【図６】図５に示されるフィルタによるエッジ結合フィルタ応答の例を示す。
【００３７】
【図７】本発明による電気フィルタを設計するための方法のフローチャートを示す。
【００３８】
【図８】従来のエッジ結合フィルタ（ＥＣＦ）の例の概略的な電気原理図を示す。
【００３９】
【図９】従来のＥＣＦの可能なプリント回路具現化のレイアウトの例の概略図を示す。
【００４０】
【図１０】従来のタップエッジ結合フィルタ（ＴＥＣＦ）の例の概略的な電気原理図を示す。
【００４１】
【図１１】従来のＴＥＣＦの並んだオープンスタブを有する可能なマイクロストリップのレイアウトの概略図を示す。
【００４２】
【図１２】従来のＴＥＣＦを９０度回転させたオープンスタブを有する可能なマイクロストリップのレイアウトの別の概略図を示す。
【図１３】従来のＥＣＦによるエッジ結合フィルタ応答の例を示す。
【００４３】
【図１４】従来のＥＣＦおよびＴＥＣＦのマイクロストリップのレイアウトのバリエーションの図の例を示す。
【図１５】図１４に示される従来のＥＣＦおよびＴＥＣＦの応答の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１ａは、本発明による電気フィルタ構造の概略的ブロック図を示す。電気フィルタは、周波数選択方式で第１ポートＰ１から第２ポートＰ２へ電気信号を送るための構造を含む。フィルタはタップエッジ結合フィルタＴＥＣＦ１０である。フィルタは直列の複数の結合線路部ＣＬＳ、すなわち少なくとも２つの結合線路部、例えば第１結合線路部１２、および、最後の結合線路部１４を含む。第１ポートＰ１は、第１伝送線１６を使用して第１結合線路部に接続される。第２ポートＰ２は第２伝送線１８を使用して最後のＣＬＳ１４に接続される。ＴＥＣＦ１０は、オープンスタブの電気長が、±２０％の公差内で、または望ましくは、±１０％の公差内で、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数２ｆ０を有する信号の第４波長λ／４と同等であるように選択される長さｌ１Ｂを有するオープンスタブ２０を含む。オープンスタブの位置は図１ａに示されるものに限定されない。すなわち、オープンスタブ２０は、第１ポートＰ１の側、または、第１ポートＰ１、または、第１ポートＰ１の位置に位置し得る、または、第１伝送線１６から分岐する、または第１ポートＰ１と第１ＣＬＳ１２との間で分岐する。
【００４５】
図１ｂは、図１ａのＴＥＣＦ１０による電気フィルタ構造の応答を示す概略グラフを示す。示されるように、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域が効果的に抑制される。
【００４６】
しかしながら、図１ａには図示されないが、ＴＥＣＦ１０は更なるオープンスタブ、すなわち第２ポートＰ２の側、または第２ポートＰ２、または第２ポートＰ２の位置にある、または第２伝送線１８から分岐する、または第２ポートＰ２と第２ＣＬＳ１４との間で分岐する第２オープンスタブを含み得る。この場合、オープンスタブ、すなわち第１オープンスタブのインピーダンスＺ０Ｂ、および第２スタブのインピーダンスＺ０Ｂは、フィルタの動作インピーダンスが、例えば、フィルタの通過帯域において整合されるように選択される。第２スタブの長さｌ１Ｂは、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内で、第１オープンスタブの長さと同一である。また、第２スタブのインピーダンスＺ０Ｂは、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内で、第１オープンスタブのインピーダンスと同一である。加えて、オープンスタブの位置は、図１に示されるものに限定されず、例えば、第１オープンスタブは第１ポートの側、または第１ポート、または第１ポートの位置に位置し得る、または第１伝送線から分岐する、または第１ポートと第１結合線路部との間で分岐する。同一の方式において、フィルタが更なるオープンスタブ（第２オープンスタブ）を含む場合、第２オープンスタブは第２ポートの側、または第２ポート、または第２ポートの位置に位置し得る、または第２伝送線から分岐する、または第２ポートと第２結合線路部との間で分岐する。
【００４７】
図２（ａ）は、図１１または図１４（ｂ）においても示される従来の電気フィルタＴＥＣＦによるマイクロストリップのレイアウトを示す。図２（ｂ）および（ｃ）は、本発明によるマイクロストリップのレイアウトの例を示す。フィルタのパラメータは以下のように設定される。
図２（ａ）ｆ０＝１０  ＧＨｚ、Δｆ／ｆ０≒０．１５、マイクロストリップ：εｒ＝９．９、ｈ＝５０８μｍ。
図２（ｂ）ほぼ同一のｆ０、Δｆ、図２（ａ）に示されるマイクロストリップ基板。
図２（ｃ）ｆ０＝２４ＧＨｚ、Δｆ／ｆ０≒０．２８。
【００４８】
図２（ｂ）および（ｃ）に示されるように、第１オープンスタブは２つのスタブ部分を含み、スタブ部分は第１ポートで反対方向に分岐し、また、第２スタブ部分は２つのスタブ部分を含み、スタブ部分は第２ポートで反対方向に分岐する。すなわち、オープンスタブのインピーダンスが低くなりすぎた場合、フィルタの端における単一のオープンスタブが２つのスタブによって置き換えられ得る。従って、図２に示されるように、２つのスタブ部分は分岐する。加えて、第１オープンスタブの各スタブ部分のインピーダンスおよび電気長は、±２０％の公差内で、または望ましくは±１０％の公差内で同一である。第２オープンスタブのスタブ部分についても同一のことが適用される。
【００４９】
図２（ｃ）は、本発明によるＴＥＣＦのバリエーションを示す。図２（ｃ）に示されるように、スタブ部分の幅は変動し得る。加えて、ＣＬＳ間のギャップも変動し得る。例えば、ＣＬＳ間のギャップが図２（ｂ）のＣＬＳ間のギャップより密であるように描く図２（ｃ）に示されるように、ＣＬＳ間のギャップが密である場合、図３に示されるように、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域は、更に軽減される。
【００５０】
図３は、図２に示されるフィルタによる、エッジ結合フィルタ応答の例を示し、すなわち、実線は、図２（ａ）に示されるフィルタの応答を示し、破線は、図２（ｂ）に示されるフィルタの応答を示し、二点鎖線は、図２（ｃ）に示されるフィルタの応答を示す。図３に示されるように、図２（ｂ）に示されるＴＥＣＦは、図２（ａ）のＴＥＣＦと比べて、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域をより良く軽減することを示し、図２（ｃ）に示されるＴＥＣＦは、２ｆ０周辺の領域において不要なスプリアス通過帯域をもっとも軽減することを示す。
【００５１】
図４は、従来の電気フィルタ、および、本発明による電気フィルタの応答の比較を示すテーブルを示す。「従来」とは、既知のＥＣＦ（従来のＥＣＦ）の結果を示し、「タップ（旧）」とは、既知のＴＥＣＦの結果を示し、「タップ（新）」とは、本発明によるＴＥＣＦの結果を示す。図４に示されるように、本発明によるＴＥＣＦ（図４におけるＴＥＣＧ（新））、例えば、図２（ｂ）および（ｃ）に示される電気フィルタは明らかに、例えば図９に示される従来のＥＣＦ（図４における従来）、および、例えば図２（ａ）、図９および図１０に示されるＴＥＣＦ（図４におけるタップ（旧））と比べて、より良い結果を示す。特に、ｆ＜２ｆ０の最小阻止帯域減衰の結果は明らかに従来のＥＣＦおよびＴＥＣＦより良い。図４に示されるテーブルは、本説明に開示される例に基づき、従って、テーブルにおける番号は参考に過ぎない。
【００５２】
図５（ａ）および（ｃ）は、図１４（ａ）および（ｂ）においても示される従来の電気フィルタＴＥＣＦによるマイクロストリップのレイアウトを示す。図５（ｂ）のＴＥＣＦはまた、スタブの異なるバリエーションを示す従来の電気フィルタである。図５（ｄ）は、図２（ｂ）においても示されるような本発明のマイクロストリップのレイアウトを示し、図５（ｅ）は、本発明によるマイクロストリップのレイアウトの別の例を示す。図５（ｅ）に示されるように、本発明による別の例の電気フィルタは、図５（ｃ）および（ｄ）に示される電気フィルタと比較して長くて狭いスタブを有する。すなわち、より高い特性インピーダンスを有するように、および、フィルタの帯域内インピーダンス整合を維持するために、スタブは狭い。
【００５３】
図６は、図５に示されるフィルタによる、エッジ結合フィルタ応答の例を示し、すなわち、図６における長い破線０）は、理想的な場合の応答を示し（図５には図示せず）、図６における実線ａ）は、図５（ａ）に示される従来のマイクロストリップエッジ結合フィルタの応答を示し、図６における一点鎖線ｂ）は、図５（ｂ）に示されるタップエッジ結合マイクロストリップフィルタの応答を示し、図６における破線ｃ）は、図５（ｃ）に示されるタップエッジ結合マイクロストリップフィルタの応答を示し（スタブは９０度回転される）、図６における太く長い破線ｄ）は、本発明による、すなわち、図５（ｄ）において示され、図２（ｂ）において示されるタップエッジ結合マイクロストリップフィルタの応答を示し、図６における二点鎖線ｅ）は、図５（ｅ）において示される本発明の別の例によるタップエッジ結合マイクロストリップフィルタの応答を示す。本発明によるＴＥＣＦは、以下の方式で操作される。
【００５４】
フィルタの通過帯域における信号は、第１ポートに接続された少なくとも第１結合線路部、および、第２ポートに接続された最後の結合線路部、任意選択で、更に多くの結合線路部を含む、直列に結合された複数の結合線路部ＣＬＳを通じて、６ｄＢより小さい減衰で送られ、通過帯域中心周波数の２倍の周波数における信号は、少なくとも１つのオープンスタブを使用して短絡され、その結果、通過帯域中心周波数の２倍の周波数における信号は、少なくとも１０ｄＢ、または少なくとも１５ｄＢだけ減衰される。加えて、既に上で説明されているように、±２０％の公差内で、または望ましくは、±１０％の公差内で、第１（および第２）オープンスタブの電気長が、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように、第１オープンスタブ、また任意選択で、第２オープンスタブの長さｌ１Ｂが選択される。さらに、±２０％の公差内で、または望ましくは、±１０％の公差内で、第１（および第２）オープンスタブの電気長がフィルタの通過帯域中心周波数と、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数との間に収まるように、第１オープンスタブ、また任意選択で、第２オープンスタブの長さｌ１Ｂが選択される。本発明の電気フィルタは、以下に開示される方法を使用することによって設計される。
【００５５】
図７に示されるように、直列に結合される複数のＣＬＳが設計される（Ｓ１０）。すなわち、一連の結合線路部が、６ｄＢより小さい減衰でフィルタの通過帯域において信号を送るように、ＣＬＳは少なくとも第１結合線路部および最後の結合線路部を含むように設計される。ＣＬＳの数は、任意の要求／要件／必要性に従って変動し得る。
【００５６】
次の段階において、オープンスタブの長さが選択される（Ｓ１２）。すなわち、オープンスタブの長さは、±２０％の公差内、または、±１０％の公差内で、オープンスタブの電気長が、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等であるように選択される。場合によっては、更なるオープンスタブが必要とされ、更なるオープンスタブの長さは同一の方式で選択される。
【００５７】
次に、伝送線の長さが選択される（Ｓ１４）。すなわち、フィルタの第１ポートと第１結合線路部との間の伝送線の長さ、および、オープンスタブの幅は、例えば、フィルタの通過帯域内で第１ポートにおいて１０ｄＢより大幅に悪くないリターンロスで、インピーダンス整合を有するように選択される。
【００５８】
上で開示されるように、±２０％の公差内で、フィルタの通過帯域中心周波数の２倍の周波数を有する信号の第４波長と同等のオープンスタブの長さ（オープンスタブの電気長）を選択することによって、本発明の電気フィルタ構造によれば、２ｆ０周辺の領域における不要なスプリアス通過帯域を軽減することが可能である。
【００５９】
加えて、オープンスタブのインピーダンスは、フィルタの動作インピーダンスが整合するように選択される。したがって、ＴＥＣＦの外側部分におけるオープンスタブは、２ｆ０で伝達零点を提供し、従って、電気フィルタの質が適切に改善される。
【００６０】
上で説明されたフィルタ構造は、広い範囲にわたって変動し得ることに注意すべきである。例えば、本発明による実施形態は、バンドパスフィルタ構造に限定されない。むしろ、ローパスフィルタ構造、またはハイパスフィルタ構造を実装することが可能である。加えて、ＣＬＳの数、およびＣＬＳ間のギャップは、フィルタの必要な質に応じて変動し得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図５（ｅ）】
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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（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１４（ｃ）】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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