(57)【要約】【課題】通過帯域の両側にゼロ点を持ち、急峻なスカート特性を実現できる並列接続型共振器フィルタ回路を提供することである【解決手段】入力端子と、出力端子と、それぞれが前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、互いに共振周波数が異なると共に、隣接する共振周波数の共振信号がほぼ逆相になっている、複数の共振手段と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ第１結合回路と、を備えることを特徴とするフィルタ回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
☆   入力端子と、
出力端子と、
それぞれが前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、互いに共振周波数が異なると共に、隣接する共振周波数の共振信号がほぼ逆相になっている、複数の共振手段と、
前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ第１結合回路と、
を備えることを特徴とするフィルタ回路。
【請求項２】
前記逆相とは、隣接する共振周波数を持つ前記共振器の出力信号の位相差を、１８０＋３６０×ｎ±３０度（ｎは０以上の整数）の範囲にしたこと
を特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項３】
前記共振手段が、
共振器と、
前記入力端子とこの共振器とを接続する入力結合回路と、
前記共振器と前記出力端子とを接続する出力結合回路を含むこと
を特徴とする請求項２に記載のフィルタ回路。
【請求項４】
前記共振器の少なくとも１つが、
前記入力結合回路に接続する第１の共振器と、
前記出力結合回路に接続する第２の共振器と、
前記第１および第２の共振器とを結合する第２の結合回路を含み、
前記第１及び第２の共振器が同じ周波数を持つこと
を特徴とする請求項３に記載のフィルタ回路。
【請求項５】
前記共振手段は、さらに
前記入力端子と前記入力結合回路の間に、もしくは前記出力回路と前記出力端子の間に接続された遅延回路を含むこと
を特徴とする請求項３または請求項４に記載のフィルタ回路。
【請求項６】
高周波信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器と接続された請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフィルタ回路と、
前記フィルタ回路に接続されたアンテナと
を具備する無線通信装置。
【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帯域制限を行うためのフィルタ回路及びこれを用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信装置の送信部においては、高周波信号を増幅してアンテナに送信電力を供給する電力増幅器の後段に帯域制限のためのフィルタが配置される。このような用途のフィルタは、一般に複数の共振器を縦続接続することで実現される（縦列接続型）。この場合、各共振器の入出力結合回路の結合係数と外部Ｑの値を適切に決めることによって、フィルタの通過周波数範囲や阻止域減衰量を決定することができる。
【０００３】
フィルタに入力された信号の電力は、縦続接続された全ての共振器をほぼ同じ電力量で通過する。各共振器に蓄積されるエネルギー（電力）は共振器の入力結合回路の及び出力結合回路の結合係数に依存している。一般に、結合係数が小さい共振器に対して、蓄積される電力が集中する。電力集中で問題となることは、金属エッジなどに電界が集中する結果、金属の抵抗によって発熱することで小型化のために共振器に用いている誘電体などを焦がしてしまうことである。電界集中の度合いに合わせて共振器を設計することは設計上困難であるため、縦列接続型のフィルタには耐電力性の高い共振器が必要であった。
【０００４】
そこで、フィルタを通過する信号電力を各共振器に分散させて所要のフィルタ特性を実現するために、複数の共振器を並列に接続してフィルタを構成する方法（並列接続型）が提案されている（特許文献１）。図１１にその一例を示す。一対の入力端子と、一対の出力端子と、この入出力端子間に並列接続された複数の共振器、とで構成されている。複数の共振器を並列に接続すると、入力された信号電力が各共振器に分配されることによって、フィルタの耐電力特性が向上する。この場合、各共振器に異なる共振周波数を持たせ、隣接する共振周波数を持つ共振器を通過する信号が互いに逆相となるようにすることで、所要のフィルタ特性を実現することができる。
【０００５】
＊   縦列接続型のフィルタの場合、フィルタのスカート特性を改善する方法として楕円関数型や擬似楕円関数型フィルタが有り、通過帯域の外にゼロ点を持たせ、急峻なスカート特性を実現させる方法がある。一方、並列接続型のフィルタの場合、ゼロ点を持たせることが困難なために、急峻なスカート特性を実現させるためには、より多くの共振器が必要となるのでフィルタ回路が大型化してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３４５６０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは通過帯域の両側にゼロ点を持ち、急峻なスカート特性を実現できる並列接続型共振器フィルタ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
入力端子と、出力端子と、それぞれが前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、互いに共振周波数が異なると共に、隣接する共振周波数の共振信号がほぼ逆相になっている、複数の共振手段と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ第１結合回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通過帯域の両側にゼロ点を持ち、急峻なスカート特性を実現できる並列接続型共振器フィルタ回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以後の説明では、同一の部分には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図である。
【００１１】
図１のフィルタ回路は、一対の入力端子１１と、一対の出力端子１２と、この入出力端子間に並列接続された第１乃至第３ブロック１０１〜１０３、および結合回路２００とで構成されている。
【００１２】
第１乃至第３ブロック１０１〜１０３は、互いに共振周波数が異なる共振回路である。入力結合回路１５１と、共振周波数ｆ１  を持つ共振器１５と、出力結合回路１５２が縦続接続したものを第１ブロック１０１とする。同様に、入力結合回路１６１と、共振周波数ｆ２を持つ共振器１６と、出力結合回路１６２が縦続接続したものを第２ブロック１０２とする。入力結合回路１７１と、共振周波数ｆ３を持つ共振器１７と、出力結合回路１７２が縦続接続したものを第３ブロック１０３とする。
【００１３】
入力端子１１からの入力信号の電力が第１、第２及び第３ブロックを分散して通過し、出力端子１２へ出力する。さらに、入力端子１１と出力端子１２の間に、第１乃至第３ブロック１０１〜１０３と並列するように、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ結合回路２００設けられている。
【００１４】
図１には、共振器が１５、１６、１７の３つ描かれているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、所望の通過帯域フィルタを作る場合には、この通過帯域内の共振周波数の数がｍ個であれば、共振器はｍ個（ｍは２以上の整数）あればよい。
【００１５】
ｍ個の異なる共振周波数を有する共振器は、それぞれｆ１，ｆ２，…，ｆｍ  の共振周波数を有する。尚、各共振器の共振周波数ｆ１，ｆ２  ，…，ｆｍ  は、等間隔であっても不等間隔であってもよい。
【００１６】
フィルタの性能を決めるための中心周波数とリップル帯域幅とリップル値が無線機構成のための仕様として与えられた場合に、これらの３つのパラメータからフィルタに必要となる結合係数を決定することができる。そして各共振器の並びから偶数番目か奇数番目の共振器の１つの結合係数を逆位相にする。ここで逆位相にするための１つの方法としては電界結合回路と磁界結合回路を用いる方法がある。図１の正の結合係数に電界結合回路を用い、負の結合係数に磁界結合回路を用いることで実現可能となる。またこの場合には、正負の結合回路を逆にしても同様な結果を得ることができる。図１に示すように、隣接する共振周波数を持つ共振器どうしが逆位相であるように入力結合回路及び出力結合回路の結合係数Ｍｙ（ｙは１以上の整数）を決め、逆位相の結合を表すためにマイナスの符号を付加している。
【００１７】
本実施形態では、結合回路２００によってフィルタ回路にゼロ点を持たせることができる。電気的な結合もしくは磁気的な結合により構成される結合回路２００によって、帯域の端を構成する共振器の振幅と位相が結合回路を通過した信号の振幅と位相が、同振幅で逆位相の関係が成り立つ周波数点でゼロ点を生じる。そのため並列接続される共振器数が偶数の場合にはフィルタのスカート部分の位相関係が同位相であるため、１つの結合回路でフィルタの両側に逆位相となる点を作ることが可能となるため、通過帯域の両側にゼロ点を作ることが可能となる。また、並列される共振器数が奇数の場合には、フィルタのスカート部分の位相関係が逆位相であるため、１つの結合回路ではフィルタの通過帯域の上側か下側のどちらか一方にゼロ点を作ることができる。例えば、最も低い共振周波数を持つ共振器が２つの電気的な結合で外部回路と結合され、また並列接続される結合回路も電気的な結合の場合には、通過帯域の下側にゼロ点を作ることができる。一方、並列接続される結合回路が磁気的な結合の場合には、通過帯域の上側にゼロ点を作ることができる。このようなフィルタ回路は、近接したローカル周波数信号の低減させる場合など特定の１つの周波数に対してゼロ点を配置させたい場合などに用いることが可能である。
【００１８】
図２は正の結合のみを用いた場合の表現であり、入力結合回路及び出力結合回路の結合係数として外部Ｑ；Ｑｅｘ（ｘは１以上の整数）で表し、次式の関係を持つ。
【００１９】
２＊Ｍｙ／π＝ｓｑｒｔ（π／２Ｑｅｘ）・・・（１）
さらに、隣接する共振周波数を持つ共振器どうしを逆位相にするために、各ブロックの出力側に遅延回路１５４、１６４、１７４が接続されており、隣接する周波数を持つ共振器どうしの遅延回路は（１８０±３０）＋３６０×ｎ（ｎは０以上の整数）の差を持つ関係を満たしている。なお図には記載していないが、各ブロック内において遅延回路の位置はブロックごとに任意に配置してもフィルタ回路を構成できる。例えば１番目のブロックは出力側に配置し、２番目のブロックは入力側に配置するなどの構成が可能である。
【００２０】
さらに、入力端子１１と出力端子１２の間に、第１乃至第２ブロック１０１〜１０２と並列するように、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ結合回路２００設けられている。結合回路２００の結合係数はＭｚ（ｚは１以上の整数）である。結合回路２００は、電気的な結合と磁気的な結合の両方で実現可能であり、電気的な結合の等価回路を図３に、磁気的な等価回路を図４に示す。
【００２１】
本実施形態による、並列接続型共振器フィルタ回路の周波数特性の計算結果の一例を図５に示す。４つの共振器を用いた並列接続型共振器フィルタ回路で計算した。計算図５では、ｆ１＝１．９８７８  ＧＨｚ，  ｆ２＝１．９９３０  ＧＨｚ，  ｆ３＝２．００７０  ＧＨｚ，  ｆ４＝２．０１２２  ＧＨｚであり、Ｑｅ１＝Ｑｅ４＝８７０，  Ｑｅ２＝Ｑｅ３＝２５６，  Ｍｚ＝０．００２９６で計算したものである。同じく４つの共振器を用いた従来のゼロ点を持たないフィルタ回路（従来例）との比較を図５に示す。従来例のフィルタの計算に用いたパラメータは、ｆ１＝１．９８６７  ＧＨｚ，  ｆ２＝１．９９３７  ＧＨｚ，  ｆ３＝２．００６３  ＧＨｚ，  ｆ４＝２．０１３３  ＧＨｚであり、Ｑｅ１＝Ｑｅ４＝５８２，  Ｑｅ２＝Ｑｅ３＝２７５で計算したものである。本実施形態のフィルタの周波数特性を曲線ａで表し、従来例のフィルタの周波数特性を曲線ｂで表している。両フィルタの帯域幅は同じ値である。ゼロ点を持つフィルタ回路はゼロ点を持たないフィルタと比較して急峻なフィルタ特性を実現しており、通過帯域近傍での帯域外減衰量が大きくとれる特長をゼロ点を有するフィルタ回路は持っている。
【００２２】
（第２の実施形態）
図６は本発明に係るフィルタ回路の第２の実施形態を示すものである。
【００２３】
図６のフィルタ回路は、一対の入力端子１１と、一対の出力端子１２と、この入出力端子間に並列接続された第１乃至第３ブロック１０４〜１０６、および結合回路２００とで構成されている。
【００２４】
第１乃至第３ブロック１０４〜１０６は、互いに共振周波数が異なる共振回路である。入力結合回路１８１と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と、共振器間結合回路１８３と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と出力結合回路１８２が縦続接続したものを第１ブロック１０４とする。同様に、入力結合回路１９１と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と、共振器間結合回路１９３と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と出力結合回路１９２が縦続接続したものを第２ブロック１０５とする。入力結合回路２０１と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と、共振器間結合回路２０３と、共振周波数ｆ０を持つ共振器１８と出力結合回路２０２が縦続接続したものを第３ブロック１０６とする。入力端子１１からの入力信号の電力が第１、第２及び第３ブロックを通過して、出力端子１２へ出力する。さらに、入力端子１１と出力端子１２の間に、第１乃至第３ブロック１０４〜１０６と並列するように、電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ結合回路２００設けられている。
【００２５】
図６には、ブロック３つ描かれているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、所望の通過帯域フィルタを作る場合には、この通過帯域内の共振周波数の数がＬ個であれば、ブロックはＬ個（Ｌは２以上の整数）あればよい。その場合、外部入力回路及び外部出力回路の結合係数はＭｊ１（ｊは１以上Ｌ以下の整数で、Ｌは２以上）であり、共振器間回路の結合係数がＭｊ２（ｊは１以上Ｌ以下の整数で、Ｌは２以上）である。各共振器間回路結合係数Ｍｊ２の値がＭ１２＜Ｍ２２＜…＜ＭＬ２の関係がある場合に、隣接する共振器間回路結合係数の値を持つブロックの出力がほぼ逆位相の関係となるように、フィルタ回路を構成する。図６では奇数番目と偶数番目の出力位相がほぼ逆相となることを示すために、各ブロックの外部出力回路にマイナス符号を加えて記載している。
【００２６】
図６はＬが偶数となる場合であり、Ｌが奇数の場合にはＭＬ１のマイナス符号は無くなる。また、各ブロックの順番は任意に入れ替えてもフィルタを構成可能である。必ずしも結合係数が順番に配置する必要は無い。また、各ブロックの中での逆位相に移相するための結合回路の配置位置が任意であり、図７に示すように共振器間結合回路でも、外部入力結合回路に配置しても、同様にフィルタを構成できる。また、図面には記載していないが、ブロック中の２箇所および３箇所の結合において、逆位相に移相ための結合を用いてもブロック間の逆位相関係が成り立てば同様にフィルタを構成できる。
【００２７】
また、第１実施形態と同様に、同一の符号を持つ結合回路のみのフィルタ構成を図８で示す。ブロック間の逆相を実現するために隣接するＭｊ２の値をもつブロックどうしが、１８０＋３６０×ｎ±３０度（ｎは０以上の整数）の位相差を実現する遅延回路１８４、１９４、２０４をそれぞれのブロック内に持つ。図には記載していないが、各ブロック内において遅延回路の位置はブロックごとに、ブロック内に任意に配置してもフィルタ回路を構成できる。例えば１番目のブロックは出力側に配置し、２番目のブロックは入力側に配置するなどの構成が可能である。
【００２８】
４つの共振器を用いた場合の本実施形態のフィルタ回路の具体例を図９に示す。共振器１５としてはマイクロストリップライン型半波長共振器を用いており、すべての結合回路としてはマイクロストリップ線路の端部を近接させた電界結合により構成している。ただし、ゼロ点を作るための結合回路２００の結合部も同様に電気的な結合であるが、それにつなげている線路長を１８０度分の長さ調整することで等価的に磁気的な結合を作ることができる。本実施形態では、ｆ０＝２．００ＧＨｚ、Ｍ１２＝０．０１２２、Ｍ２２＝０．００７０、Ｑｅ１＝４３５、Ｑｅ２＝１２８、Ｍｚ＝０．００２９６とすることで、第１実施形態とほぼ同じ通過特性を実現できる。また、ｆ０の周波数範囲に関して、ｆ０がｆ０±ｆ０／Ｑｅの範囲内であれば、３ｄＢのリップル許容範囲内でフィルタは作製可能となる。リップル許容範囲を小さくしたい場合には上記式よりも範囲を狭くすることでフィルタ作製が可能である。
【００２９】
（応用例）
次に、フィルタ回路を無線通信装置に応用した例を図１０により説明する。図１０は、無線通信装置の送信部を概略的に示している。送信すべきデータ５００は信号処理回路５０１に入力され、Ｄ／Ａ  変換、符号化及び変調などの処理が施されることにより、ベースバンドあるいはＩＦ  （Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；中間周波数）帯の送信信号が生成される。信号処理回路５０１からの送信信号は周波数変換器（ミキサ）５０２に入力され、ローカル信号発生器５０３からのローカル信号と乗算されることによって、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；  高周波）帯の信号に周波数変換、すなわちアップコンバートされる。
【００３０】
ＲＦ信号は電力増幅器５０４によって増幅された後、帯域制限用フィルタ（  送信用フィルタともいう）５０５に入力され、このフィルタ５０５で帯域制限を受けて不要な周波数成分が除去された後、アンテナ５０６に供給される。ここで、帯域制限用フィルタ５０５にこれまでの実施形態で説明したフィルタ回路を用いることができる。
【００３１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図。
【図２】第１の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図。
【図３】第１の実施形態に係るフィルタ回路に用いた電気結合回路の等価回路図。
【図４】第１の実施形態に係るフィルタ回路に用いた磁気結合回路の等価回路図。
【図５】第１の実施形態に係るフィルタ回路の周波数レスポンスの特性図。
【図６】第２の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図。
【図７】第２の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図。
【図８】第２の実施形態に係るフィルタ回路の概略ブロック図。
【図９】第２の実施形態に係るフィルタ回路の一具体例。
【図１０】フィルタ回路の応用例である無線通信装置の送信部を示すブロック図。
【図１１】従来の並列共振器型フィルタ回路の概略ブロック図。
【符号の説明】
【００３３】
１１…信号入力端子
１２…信号出力端子
１５，１６，１７，１８…共振器
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６…共振器を含むブロック
１５１，１６１，１７１，１８１，１９１，２０１…入力結合回路
１５２，１６２，１７２，１８２，１９２，２０２…出力結合回路
１８３，１９３，２０３…共振器間結合回路
１５４，１６４，１７４…遅延回路
２００…電気的な結合もしくは磁気的な結合を持つ結合回路
５００…データ
５０１…信号処理回路
５０２…周波数変換器
５０３…ローカル信号発生器
５０４…電力増幅器
５０５…帯域制限フィルタ
５０６…アンテナ
【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】
2008227982.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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