(57)【要約】【課題】回路構成が容易で使用し易く、且つＦＣＣの規格を満たすことができる高性能なＵＷＢ用反射型バンドパスフィルターの提供。【解決手段】誘電体基板の表面に、帯状に延びる２本の導体が、所定の導体間距離を確保する非導体部を介してその両側に設けられた超広帯域無線情報通信用の反射型バンドパスフィルターであって、導体幅と導体間距離との一方又は両方が長手方向にわたり不均一に分布していることを特徴とする反射型バンドパスフィルター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面に、帯状に延びる２本の導体が、所定の導体間距離を確保する非導体部を介してその両側に設けられた超広帯域無線情報通信用の反射型バンドパスフィルターであって、
導体幅と導体間距離との一方又は両方が長手方向にわたり不均一に分布していることを特徴とする反射型バンドパスフィルター。
【請求項２】
導体幅が一定であり、導体間距離が不均一に分布していることを特徴とする請求項１に記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項３】
導体間距離が一定であり、導体幅が不均一に分布していることを特徴とする請求項１に記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項４】
周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．２ｎｓ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項５】
周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、３．８ＧＨｚ≦ｆ≦９．９ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．８ＧＨｚ≦ｆ≦９．９ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．１ｎｓ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項６】
周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、４．２ＧＨｚ≦ｆ≦９．６ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．２ＧＨｚ≦ｆ≦９．６ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．１５ｎｓ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項７】
周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、４．５ＧＨｚ≦ｆ≦９．２ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．５ＧＨｚ≦ｆ≦９．２ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．０５ｎｓ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項８】
入力端伝送線路の特性インピーダンスＺｃが１０Ω≦Ｚｃ≦２００Ωであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項９】
終端で前記特性インピーダンスと同じ値をもつ抵抗あるいは無反射終端で終端されたことを特徴とする請求項８に記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項１０】
それぞれの導体が、ｆ＝１ＧＨｚ時のスキンデップス以上の厚さの金属板からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項１１】
誘電体基板は、厚さｈが０．１ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ、比誘電率εｒが１≦εｒ≦５００、幅Ｗが２ｍｍ≦Ｗ≦１００ｍｍ、長さＬが２ｍｍ≦Ｌ≦５００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項１２】
Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項１３】
窓関数法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項１４】
Ｋａｉｓｅｒ窓関数法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の反射型バンドパスフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広帯域（Ultra Wide Band：ＵＷＢ）無線情報通信用（以下、ＵＷＢ用と記す。）の反射型バンドパスフィルターに関するものである。このＵＷＢ用反射型バンドパスフィルターを使用することにより、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）が定めたスペクトルマスクを満足させることができる。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係る従来技術としては、例えば特許文献１〜９に開示された技術が知られている。
【特許文献１】米国特許第２４１１５５５号明細書
【特許文献２】特開昭５６−６４５０１号公報
【特許文献３】特開平９−１７２３１８号公報
【特許文献４】特開平９−２３２８２０号公報
【特許文献５】特開平１０−６５４０２号公報
【特許文献６】特開平１０−２４２７４６号公報
【特許文献７】特開２０００−４１０８号公報
【特許文献８】特開２０００−１０１３０１号公報
【特許文献９】特開２００２−４３８１０号公報
【非特許文献１】Y. konishi, "Microwave integrated circuits," pp. 19-21, Marcel Dekker, 1991
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した従来技術で提案されているバンドパスフィルターは、製造誤差などでＦＣＣの規定を満たさなくなるおそれがある。
また、従来のフィルターのうち、基板上に一本のマイクロストリップ線路を設けた構成のものは、誘電体の下にグランド導体が必要となるので、例えば、平面型ダイポールアンテナのような構造を有するアンテナでは、アンテナと一緒に回路を構成することが難しく、使用し難い問題がある。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、回路構成が容易で使用し易く、且つＦＣＣの規格を満たすことができる高性能なＵＷＢ用反射型バンドパスフィルターの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明は、誘電体基板の表面に、帯状に延びる２本の導体が、所定の導体間距離を確保する非導体部を介してその両側に設けられたＵＷＢ用の反射型バンドパスフィルターであって、導体幅と導体間距離との一方又は両方が長手方向にわたり不均一に分布していることを特徴とする反射型バンドパスフィルターを提供する。
【０００６】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、導体幅が一定であり、導体間距離が不均一に分布していることが好ましい。
【０００７】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、導体間距離が一定であり、導体幅が不均一に分布していることが好ましい。
【０００８】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．２ｎｓ以内であることが好ましい。
【０００９】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、３．８ＧＨｚ≦ｆ≦９．９ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．８ＧＨｚ≦ｆ≦９．９ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．１ｎｓ以内であることが好ましい。
【００１０】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、４．２ＧＨｚ≦ｆ≦９．６ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．２ＧＨｚ≦ｆ≦９．６ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．１５ｎｓ以内であることが好ましい。
【００１１】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、周波数ｆがｆ＜３．１ＧＨｚとｆ＞１０．６ＧＨｚの領域での反射率と、４．５ＧＨｚ≦ｆ≦９．２ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．５ＧＨｚ≦ｆ≦９．２ＧＨｚの領域で群遅延の変動が±０．０５ｎｓ以内であることが好ましい。
【００１２】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、入力端伝送線路の特性インピーダンスＺｃが１０Ω≦Ｚｃ≦２００Ωであることが好ましい。
【００１３】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、終端で前記特性インピーダンスと同じ値をもつ抵抗あるいは無反射終端で終端されたことが好ましい。
【００１４】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、それぞれの導体が、ｆ＝１ＧＨｚ時のスキンデップス以上の厚さの金属板からなることが好ましい。
【００１５】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、誘電体基板は、厚さｈが０．１ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ、比誘電率εｒが１≦εｒ≦５００、幅Ｗが２ｍｍ≦Ｗ≦１００ｍｍ、長さＬが２ｍｍ≦Ｌ≦５００ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式における、スペクトルデータからポテンシャルを導く逆問題に基づく設計法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことが好ましい。
【００１７】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、窓関数法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことが好ましい。
【００１８】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、Ｋａｉｓｅｒ窓関数法を用いて中心導体幅と導体間距離の長手方向分布が設定されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の反射型バンドパスフィルターは、窓関数の手法を応用し、不均一マイクロストリップ線路で構成された反射型バンドパスフィルターを設計することにより、製造誤差の許容が大きくても、従来のフィルターと比べると、帯域が非常に広く、透過帯域内の群遅延の変動が非常に小さくすることができるので、ＦＣＣが規定するＵＷＢ用フィルターを実現できる。
また、誘電体の下にグランド導体が不要となるので、例えば、平面型ダイポールアンテナのような構造を有するアンテナにおいて、アンテナと一緒に回路を構成することが容易となり、使用し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の反射型バンドパスフィルターの概略構成を示す斜視図である。図中符号１は反射型バンドパスフィルター、２は誘電体基板、３及び４は導体、５は非導体部である。
【００２１】
本実施形態の反射型バンドパスフィルター１は、誘電体基板２の表面に、帯状に延びる２本の導体３，４が、所定の導体間距離を確保する非導体部５を介してその両側に設けられてなり、導体幅ｗと導体間距離ｓとの一方又は両方が長手方向にわたり不均一に分布している非均一対称型２導体コプレーナ線路を有することを特徴としている。図１に示す非均一対称型２導体コプレーナ線路の２導体は、同じ場所（ｚが同じ場所）
では同じ幅ｗ（ｚ）になっている。
【００２２】
この非均一対称型２導体コプレーナ線路は、導体幅ｗと導体間距離ｓの一方又は両方を変えると、特性インピーダンスを変えることができる（非特許文献１参照）。例えば、図２は、ｗ＝１ｍｍ、ｈ＝２ｍｍ、εｒ＝４５とした場合、特性インピーダンスの導体間距離ｓの依存性を表し、図３はｓ＝１ｍｍ、ｈ＝２ｍｍ、εｒ＝４５とした場合、特性インピーダンスの導体幅ｗの依存性を表す。
【００２３】
本発明では、導体幅ｗ又は導体間距離ｓを変えて、逆問題で得られる局所特性インピーダンスを構成し、バンドパスフィルターを実現する。
以下、本発明に係る実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。以下に記す各実施例は、あくまでも本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらの実施例の記載にのみ限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
周波数ｆが３．４ＧＨｚ≦ｆ≦１０．３ＧＨｚの領域で反射率が１、その他の領域で０とし、Ａ＝３０としたＫａｉｓｅｒ窓を使用した。また、導波路長が１ＧＨｚ時１波長とし、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図４は逆問題で得られた局所特性インピーダンスの分布を表す。
【００２５】
図５は厚さｈ＝２ｍｍ、比誘電率εｒ＝４５の基板を使用し、２導体の幅ｗ＝１ｍｍとした場合の導体間距離ｓを示す。表１〜３はその寸法のリストを示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
2008098703.tif 000004
【００２８】
【表３】
2008098703.tif 000005
【００２９】
図６は、本実施例で作製した反射型バンドパスフィルターにおける中心導体の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃い塗りつぶし部分が導体間の空間（誘電体層が露出した面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が６５．２９ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝５０Ωの抵抗で終端されている。また、導体部分の金属膜はｆ＝１ＧＨｚでスキンデップスδｓ＝√２／（ｗμ０σ）より十分厚いものとする。ここで、ｗ、μ０、σはそれぞれ角周波数、真空中の陶磁率、金属の導電率を表す。たとえば、銅を使用した場合、厚さが２．１μｍ以上とする。また、このフィルターは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとする。
【００３０】
図７と８はそれぞれデバイス反射波（Ｓ１１）の振幅特性と群遅延特性を表す。図示のように、周波数ｆが３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの帯域では、反射率は−１ｄＢ以上であり、群遅延の変動は±０．０５ｎｓ以内である。ｆ＜３．１ＧＨｚあるいはｆ＞１０．６ＧＨｚの領域では、反射率は−１７ｄＢ以下である。
【実施例２】
【００３１】
周波数ｆが３．４ＧＨｚ≦ｆ≦１０．３ＧＨｚの領域で反射率が０．９、その他の領域で０とし、Ａ＝３０としたＫａｉｓｅｒ窓を使用した。また、導波路長が１ＧＨｚ時２波長として、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図９は逆問題で得られた局所特性インピーダンスの分布を表す。
【００３２】
図１０は厚さｈ＝２ｍｍ、比誘電率εｒ＝９０の基板を使用とし、２導体の幅ｗ＝１ｍｍとした場合の導体間距離ｓを示す。表４〜６はその寸法リストを示す。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
【表５】
2008098703.tif 000007
【００３５】
【表６】
2008098703.tif 000008
【００３６】
図１１は、本実施例で作製した反射型バンドパスフィルターにおける中心導体の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃い塗りつぶし部分が導体間の空間（誘電体層が露出した面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が９５．８２ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝５０Ωの抵抗で終端されている。また、導体部分の金属膜はｆ＝１ＧＨｚでスキンデップスより十分厚いものとする。たとえば、銅を使用した場合、厚さが２．１μｍ以上とする。また、このフィルターは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとする。
【００３７】
図１２と１３はそれぞれデバイス反射波（Ｓ１１）の振幅特性と群遅延特性を表す。図示のように、周波数ｆは３．８ＧＨｚ≦ｆ≦９．９ＧＨｚの帯域では、反射率は−１ｄＢ以上であり、群遅延の変動は±０．１ｎｓ以内である。ｆ＜３．１ＧＨｚあるいはｆ＞１０．６ＧＨｚの領域では、反射率は−２０ｄＢ以下である。
【実施例３】
【００３８】
周波数ｆが３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域で反射率が１、その他の領域で０とし、Ａ＝３０としたＫａｉｓｅｒ窓を使用した。また、導波路長が１ＧＨｚ時０．３波長として、システムの特性インピーダンスが５０Ωとして、設計を行った。図１４は逆問題で得られた局所特性インピーダンスの分布を表す。
【００３９】
図１５は厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝９０の基板を使用し、２導体間の幅ｗ＝２ｍｍとした場合の導体間距離ｓを表す。表７はその寸法リストを示す。
【００４０】
【表７】
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【００４１】
図１６は、本実施例で作製した反射型バンドパスフィルターにおける中心導体の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃い塗りつぶし部分が導体間の空間（誘電体層が露出した面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が１８．５９ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝５０Ωの抵抗で終端されている。また、導体部分の金属膜はｆ＝１ＧＨｚでスキンデップスより十分厚いものとする。たとえば、銅を使用した場合、厚さが２．１μｍ以上とする。また、このフィルターは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとする。
【００４２】
図１７と１８はそれぞれデバイス反射波（Ｓ１１）の振幅特性と群遅延特性を表す。図示のように、周波数ｆが４．２ＧＨｚ≦ｆ≦９．６ＧＨｚの帯域では、反射率は−２ｄＢ以上であり、群遅延の変動は±０．１５ｎｓ以内である。ｆ＜３．１ＧＨｚあるいはｆ＞１０．６ＧＨｚの領域では、反射率は−１５ｄＢ以下である。
【実施例４】
【００４３】
周波数ｆが３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの領域で反射率が０．８、その他の領域で０とし、Ａ＝３０としたＫａｉｓｅｒ窓を使用した。また、導波路長が１ＧＨｚ時０．３波長とし、システムの特性インピーダンスが１００Ωとして、設計を行った。図１９は逆問題で得られた局所特性インピーダンスの分布を表す。
【００４４】
図２０は厚さｈ＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝４０の基板を使用し、導体間距離ｓ＝１ｍｍとした場合の導体幅ｗを示す。表８はその寸法リストを示す。
【００４５】
【表８】
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【００４６】
図２１は、本実施例で作製した反射型バンドパスフィルターにおける中心導体の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃い塗りつぶし部分が導体間の空間（誘電体層が露出した面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が２０．３６ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝１００Ωの抵抗で終端されている。また、導体部分の金属膜はｆ＝１ＧＨｚでスキンデップスより十分厚いものとする。たとえば、銅を使用した場合、厚さが２．１μｍ以上とする。また、このフィルターは特性インピーダンスが１００Ωのシステムで使用するものとする。
【００４７】
図２２と２３はそれぞれデバイス反射波（Ｓ１１）の振幅特性と群遅延特性を表す。図示のように、周波数ｆが４．５ＧＨｚ≦ｆ≦９．２ＧＨｚの帯域では、反射率は−５ｄＢ以上であり、群遅延の変動は±０．０５ｎｓ以内である。ｆ＜３．１ＧＨｚあるいはｆ＞１０．６ＧＨｚの領域では、反射率は−２０ｄＢ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の反射型バンドパスフィルターの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】コプレーナ線路における特性インピーダンスの導体間距離依存性を示すグラフである。
【図３】コプレーナ線路における特性インピーダンスの中心導体幅依存性を示すグラフである。
【図４】実施例１で作製した反射型バンドパスフィルターの特性インピーダンスの分布を示すグラフである。
【図５】実施例１で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の導体間の距離分布を示すグラフである。
【図６】実施例１で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の形状を示すグラフである。
【図７】実施例１で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図８】実施例１で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図９】実施例２で作製した反射型バンドパスフィルターの特性インピーダンスの分布を示すグラフである。
【図１０】実施例２で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の導体間距離分布を示すグラフである。
【図１１】実施例２で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の形状を示すグラフである。
【図１２】実施例２で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図１３】実施例２で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図１４】実施例３で作製した反射型バンドパスフィルターの特性インピーダンスの分布を示すグラフである。
【図１５】実施例３で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の導体間の距離分布を示すグラフである。
【図１６】実施例３で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の形状を示すグラフである。
【図１７】実施例３で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図１８】実施例３で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【図１９】実施例４で作製した反射型バンドパスフィルターの特性インピーダンスの分布を示すグラフである。
【図２０】実施例４で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の導体間の距離分布を示すグラフである。
【図２１】実施例４で作製した反射型バンドパスフィルターにおける対称２導体コプレーナ線路の形状を示すグラフである。
【図２２】実施例４で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の振幅特性を示すグラフである。
【図２３】実施例４で作製した反射型バンドパスフィルターにおける反射波の群遅延特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…反射型バンドパスフィルター、２…誘電体基板、３，４…導体、５…非導体部。
【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】
2008098703.tif 000027
【図１８】
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【図１９】
2008098703.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
2008098703.tif 000031
【図２２】
2008098703.tif 000032
【図２３】
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