(57)【要約】【課題】本発明は、小型で低損失で急峻なスカート特性の高周波帯域通過フィルタを提供する。【解決手段】誘電体下面にグランド層が形成された高周波回路基板３と、高周波回路基板３の誘電体上面に通過中心周波数の１／２波長となる２つのマイクロストリップ線路６，６を平行配置したマイクロストリップ結合線路７を有する共振器５と、２つのマイクロストリップ線路６，６の側部に接続される高周波を入出力する入出力線路１１とを備え、２つのマイクロストリップ線路６，６は接続位置から両側端までの長さを中心周波数の近傍に設ける減衰周波数の波長に基づき所定の比率とした。【選択図】図１
2008172456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、
前記高周波回路基板の誘電体上面に通過中心周波数の略１／２波長となる２つのマイクロストリップ線路を平行配置したマイクロストリップ結合線路を有する共振器と、
前記２つのマイクロストリップ線路の側部に電気的に接続される、高周波を入出力する入出力線路とを備え、
前記２つのマイクロストリップ線路は前記入出力線路の接続位置から両側端までの長さを前記中心周波数の近傍に設ける減衰周波数の波長に基づき所定の比率とした
ことを特徴とする高周波帯域通過フィルタ。
【請求項２】
前記マイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の長手方向両側端が前記グランド層に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波帯域通過フィルタ。
【請求項３】
前記マイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の間隔が任意に設定される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波帯域通過フィルタ。
【請求項４】
前記マイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の任意の位置に入出力線路がタップ接続される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタ。
【請求項５】
前記高周波回路基板は、ＰＴＦＥ基板、ガラスエポキシ基板またはアルミナ基板であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタ。
【請求項６】
前記通過中心周波数は、次式により設定される
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高周波帯域通過フィルタ。
【数１】
2008172456.tif 000008
ただし、前記マイクロストリップ線路の入出力線路の接続位置から両端側への電気長は、偶モードでθｅ１、θｅ２、奇モードでθｏ１、θｏ２、マイクロストリップ線路の偶モードインピーダンスはＺｅ、奇モードインピーダンスはＺｏである。
【請求項７】
前記共振器の中心周波数は、５ＧＨｚであることを特徴とする請求項６に記載の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に係り、特に、マイクロストリップ結合線路を用いた高周波帯域通過フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記高周波帯域通過フィルタとして、例えば、図５に示すように、複数のλ／２マイクロストリップ線路共振器２１１，２１２，２１３，…，２１ｎ−１，２１ｎ及び入出力マイクロストリップ線路２２，２３をそれぞれλ／４の長さで結合した多段式マイクロストリップ線路共振器フィルタが知られている。ここで、λは波長で、入出力マイクロストリップ線路２２，２３には入出力ポートがそれぞれ接続されている。
【０００３】
上記多段式マイクロストリップ線路共振器フィルタは、マイクロストリップ線路共振器２１１，２１２，２１３，…，２１ｎ−１，２１ｎのそれぞれが通過域で低損失であるが、阻止域でスカート特性がなだらかである。このため、急峻なスカート特性にすると、マイクロストリップ線路共振器２１１，２１２，２１３，…，２１ｎ−１，２１ｎの数が更に増大して小型化が難しい問題がある。
【０００４】
また、マイクロストリップ線路を用いた高周波帯域通過フィルタとして、図６（ａ）に示すように、λ／２のマイクロストリップ線路共振器２５の両端をグランドに電気的に接続し、マイクロストリップ線路２５の中間位置に入出力線２６をタップ結合で接続するものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このようなタップ結合型の高周波帯域通過フィルタは、マイクロストリップ線路２５の接続位置から両端までをスタブとして機能させることができる。図６（ｂ）及び（ｃ）に、横軸に周波数（単位ＧＨｚ）、縦軸に周波数特性（単位ｄＢ）をとり、この高周波帯域通過フィルタの通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を示す。
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ｃ第８９巻６号（２００６）３７２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記タップ結合型高周波帯域通過フィルタは、マイクロストリップ線路共振器２５の電気長ｌ＝ｌ１＋ｌ２＝πとして、マイクロストリップ線路２５の接続位置から両端までの電気長ｌ１と電磁長ｌ２がπ／２である場合、図６（ｂ）に示すように通過特性Ｓ２１は急峻なスカート特性とすることができない。また、電気長ｌ１と電気長ｌ２とがπ／２以外のとき、図６（ｃ）に示すように通過特性Ｓ２１は、通過中心周波数より高い周波数のみしか減衰周波数を発生しないため、小型で低損失であっても急峻なスカート特性を実現できない問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、小型で低損失で急峻なスカート特性の高周波帯域通過フィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような高周波帯域通過フィルタを提供する。
すなわち、請求項１に記載の発明は、誘電体下面にグランド層が形成された高周波回路基板と、高周波回路基板の誘電体上面に通過中心周波数の略１／２波長となる２つのマイクロストリップ線路を平行配置したマイクロストリップ結合線路を有する共振器と、２つのマイクロストリップ線路の側部に電気的に接続される、高周波信号を入出力する入出力線路とを備え、２つのマイクロストリップ線路は前記入出力線路の接続位置から両側端までの長さを中心周波数の近傍に設ける減衰周波数の波長に基づき所定の比率としたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、高周波帯域通過フィルタは、高周波信号が入力線路を介してマイクロストリップ結合線路の入力側マイクロストリップ線路の接続位置から入力されると、高周波信号の周波数成分の中で通過中心周波数の高周波信号に入力側マイクロストリップ線路が共振し、出力側マイクロストリップ線路が励振されて通過中心周波数の高周波が出力線路に出力される。この際、中心周波数の近傍の高域側と低域側に減衰周波数を発生させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明によれば、上記においてマイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の長手方向両側端がグランド層に電気的に接続されている高周波帯域通過フィルタを提供するものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明によれば、上記においてマイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の間隔が任意に設定される高周波帯域通過フィルタを提供するものである。これにより、マイクロストリップ結合線路を構成する２つのマイクロストリップ線路の間隔を狭くして、これらのマイクロストリップ線路の結合度を高めて低損失にできる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明によれば、上記においてマイクロストリップ結合線路は、２つのマイクロストリップ線路の任意の位置に入出力線路がタップ接続される高周波帯域通過フィルタを提供するものである。これにより、マイクロストリップ結合線路を構成する２つのマイクロストリップ線路への入出力線路の接続位置によって、中心周波数の近傍の低域側と高域側に減衰周波数を発生させることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明によれば、上記において高周波回路基板は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）基板、ガラスエポキシ基板またはアルミナ基板である高周波帯域通過フィルタを提供するものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明によれば、上記において通過中心周波数は、次式により設定される高周波帯域通過フィルタを提供するものである。
【数２】
2008172456.tif 000003
ただし、前記マイクロストリップ線路の入出力線路の接続位置から両端側への電気長は、偶モードでθｅ１、θｅ２、奇モードでθｏ１、θｏ２、マイクロストリップ線路の偶モードインピーダンスはＺｅ、奇モードインピーダンスはＺｏである。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明によれば、上記において共振器の中心周波数は、５ＧＨｚである高周波帯域通過フィルタを提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の高周波帯域通過フィルタによれば、上記のような構成および作用により、小型で低損失で急峻なスカート特性の高周波帯域通過フィルタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
【００１７】
本実施形態の高周波帯域通過フィルタは、図１に示すように、箱型の金属ケース１を有しており、金属ケース１に矩形の高周波回路基板３が複数のネジ４…で固定され、金属ケース１の側面の入出力端子取付孔には、入出力端子２，２が取り付けられている。
【００１８】
高周波回路基板３は、図３に示すように、誘電体３ａの下面にグランド層３ｂが形成されている。高周波回路基板３には複数のスルーホール（図示せず）が形成されている。
図１及び２において、誘電体３ａ上面の略中央に、通過中心周波数５ＧＨｚの１／２波長（通過中心周波数における１８０°の電気長）となる入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６が所定間隔ｇで平行に配置されており、これらのマイクロストリップ線路６，６の両端にマイクロストリップ線路９，９が電気的に接続されている。入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６からマイクロストリップ結合線路７が構成されている。
【００１９】
上記マイクロストリップ線路９，９には、入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６側端の近傍に複数の接続孔８…が形成されており、これらの接続孔８…は前記スルーホールを介してグランド層３ｂに電気的に接続されている。
【００２０】
前記入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６両側には、高周波信号を入出力する入出力線路１１，１１が電気的に接続されている。マイクロストリップ線路からなる入出力線路１１，１１はステップ状に形成された一端が入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６の接続位置にタップ結合で接続され、他端が入出力端子２，２に電気的に接続されている。入出力線路１１，１１と入出力端子２，２の中心導体とは、一直線状に配置されており、２つのマイクロストリップ線路６，６と略直交している。２つのマイクロストリップ線路６，６は、入出力線路１１，１１の接続位置から両側端までのそれぞれの長さが中心周波数の近傍に設ける減衰周波数の波長に基づき所定の比率となっている。
【００２１】
本実施形態による高周波帯域通過フィルタは、高周波信号が入力線路１１を介してマイクロストリップ結合線路７の入力側マイクロストリップ線路６の接続位置から入力されると、高周波信号の周波数成分の中で中心周波数５ＧＨｚの高周波信号に入力側マイクロストリップ線路６が共振し、出力側マイクロストリップ線路６が励振されて中心周波数５ＧＨｚの高周波信号が出力線路１１に出力される。この際、中心周波数５ＧＨｚの近傍の高域側と低域側に減衰周波数がそれぞれ発生する。
【００２２】
したがって、本実施形態による高周波帯域通過フィルタは、マイクロストリップ結合線路７の入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６を最大で通過中心周波数の略１／２波長の長さにすることができる。これにより、従来の高周波帯域通過フィルタよりも小型にできる。
【００２３】
また、本実施形態による高周波帯域通過フィルタは、マイクロストリップ結合線路７の入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６の間隔を狭くして、これらのマイクロストリップ線路６，６の結合度を高めて、低損失にできる。したがって、従来の高周波帯域通過フィルタよりも低損失にできる。
【００２４】
更に、本実施形態による高周波帯域通過フィルタは、マイクロストリップ結合線路７の入力側及び出力側のマイクロストリップ線路６，６への入出力線路１１，１１の接続位置により、中心周波数の近傍の低域側と高域側に減衰周波数を発生させることができる。したがって、高周波帯域通過フィルタは阻止域で急峻なスカート特性を得ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態の高周波帯域通過フィルタについて具体的に説明する。本実施形態の高周波帯域通過フィルタの通過周波数における電界分布と阻止周波数における電界分布を電磁界解析で解析を行った。通過周波数では、入力電力が出力端子に殆んど損失せずに現れている。一方、阻止周波数では、入力電力が出力端子に殆んど現れない。
【００２６】
次に、高周波帯域通過フィルタについて回路解析して、設計式を導くまでを説明する。
本実施形態の高周波帯域通過フィルタは、図１に示したように、結合線路の途中から入出力線路１１を取り付けている。本発明の高周波帯域通過フィルタのＳ１１とＳ２１を求めると下記式となる。
【数３】
2008172456.tif 000004
なお、マイクロストリップ線路６，６の入出力線路１１，１１の接続位置から両端側への電気長は、偶モードでθｅ１、θｅ２、奇モードでθｏ１、θｏ２、偶モードインピーダンスはＺｅ１、Ｚｅ２、奇モードインピーダンスはＺｏ１、Ｚｏ２として、２つの結合線路が等しい場合、Ｚｅ１＝Ｚｅ２＝Ｚｅ、Ｚｏ１＝Ｚｏ２＝Ｚｏである。
高周波帯域通過フィルタの通過周波数では、Ｓ１１＝０、Ｓ２１＝１が成りたつので、下記の設計式が求まる。   
Ｓ１１＝０より
【数４】
2008172456.tif 000005
【数５】
2008172456.tif 000006
ここで、特性インピーダンスＺ０＝５０Ωとする。
【００２７】
次に、高周波帯域通過フィルタの設計式を使って作製して、実測値との比較を行い、評価結果を述べる。
なお、高周波回路基板３は、４７×８０ｍｍの長方形のＰＴＦＥ基板で、無電解金メッキ処理し、金メッキ厚３μｍ以上で、比誘電率εｒ＝２．２，誘電正接ｔａｎδ＝０．００９，誘電体厚ｂ＝０．３８１ｍｍ、中心周波数ｆ０は５ＧＨｚで１波長λｇ＝５４．２ｍｍである。
マイクロストリップ線路６，６は、幅２ｍｍの帯状で、入出力線路１１の接続位置から側端までが長さ１９．２ｍｍと長さ２．６ｍｍで、マイクロストリップ線路６，６の隙間ｇ＝０．２ｍｍである。
マイクロストリップ線路９，９は、幅１．９ｍｍ、長さ１２．８ｍｍの帯状で、一辺０．６ｍｍの１２個の正方形孔８…が形成されている。
入出力線路１１，１１は、線路幅１．１ｍｍで、一方の先端がステップ形状で幅０．２ｍｍ、先端基部は幅０．６ｍｍ、長さ０．５ｍｍに形成されている。
上記の値から、マイクロストリップ結合線路７の奇モードインピーダンスＺｏ＝２８．２８３５Ω、偶モードインピーダンスＺｅ＝３６．２９８２Ω、θｅ１＝１６２．９°、θｏ１＝１５４．８°、θｅ２＝２１．８°、θｏ２＝２０．６４°を算出する。
【００２８】
次に、上記設計式に作製した高周波帯域通過フィルタの数値を代入して、設計式の妥当性を検証する。
【数６】
2008172456.tif 000007
上記計算の結果、設計値が−１．０３３であったのに対して、理論値が−１で、相対誤差が３．３％であった。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明による高周波帯域通過フィルタの周波数特性の実測結果を説明する。
なお、横軸に周波数（単位ＧＨｚ）、縦軸に周波数特性（単位ｄＢ）を示している。
図４において、反射特性Ｓ１１は、周波数５ＧＨｚの近傍の低域側と高域側とで急激な減衰特性が得られ、通過特性Ｓ２１は、周波数５ＧＨｚの通過域で低損失で、阻止域で急峻なスカート特性が得られている。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態では、マイクロストリップ結合線路７の２つのマイクロストリップ線路６，６の両端を短絡するようにしたが、これに代えて、マイクロストリップ結合線路７の２つのマイクロストリップ線路６，６の両端を開放するようにしてもよい。２つのマイクロストリップ線路６，６の両端がグランドされている場合と開放されている場合、線路長が長くなるだけで、その周波数特性は変わらない。
【００３１】
本発明の高周波帯域通過フィルタは、小型で低損失で急峻なスカート特性であるので、携帯電話、ラジオ、テレビ受像器、放送局及び基地局の無線設備等の高周波信号を用いる無線装置に広く利用でき、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態における高周波帯域通過フィルタの構成を示す図である。
【図２】図１に示す高周波帯域通過フィルタの要部を拡大した説明図である。
【図３】高周波回路基板及びマイクロストリップ線路の断面図である。
【図４】本発明による高周波帯域通過フィルタによる周波数特性図である。
【図５】従来の高周波帯域通過フィルタを説明する図である。
【図６】従来の高周波帯域通過フィルタを説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
３    高周波回路基板
３ａ  誘電体
３ｂ  グランド層
５    共振器
６    マイクロストリップ線路
７    マイクロストリップ結合線路
１１  入出力線路
【図１】
2008172456.tif 000009
【図２】
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【図３】
2008172456.tif 000011
【図４】
2008172456.tif 000012
【図５】
2008172456.tif 000013
【図６】
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