(57)【要約】【課題】スロット線路などのような伝送線路との結合性に優れ、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、中心導体と、該中心導体の両側に所定の導体間距離を確保する非導体部を介して設けられた側部導体とが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、中心導体幅と導体間距離との一方又は両方が中心導体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、中心導体と、該中心導体の両側に所定の導体間距離を確保する非導体部を介して設けられた側部導体とが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、
中心導体幅と導体間距離との一方又は両方が中心導体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】
中心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、中心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、３．９ＧＨｚ≦ｆ≦９．８ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．９ＧＨｚ≦ｆ≦９．８ＧＨｚ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５】
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±０．１ｎｓ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、４．１ＧＨｚ≦ｆ≦９．５ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．１ＧＨｚ≦ｆ≦９．５ＧＨｚ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７】
入力端伝送線路の特性インピーダンスＺｃが１０Ω≦Ｚｃ≦３００Ωであることを特徴とする請求項１〜６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】
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７に記載の反射型バンドパスフィルター。
【請求項９】
中心導体及び側部導体が、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１〜８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１０】
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１〜９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】
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１〜１０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】
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１〜１０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１３】
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１〜１０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、従来技術のうちコプレーナ線路を用いたバンドパスフィルターは、広いグラウンドを使用しておらず、スロット線路などのような伝送線路との結合に向いていない。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、スロット線路などのような伝送線路との結合性に優れ、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、中心導体と、該中心導体の両側に所定の導体間距離を確保する非導体部を介して設けられた側部導体とが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、中心導体幅と導体間距離との一方又は両方が中心導体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、中心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。
【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、中心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、３．９ＧＨｚ≦ｆ≦９．８ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、３．９ＧＨｚ≦ｆ≦９．８ＧＨｚ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。
【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、３．７ＧＨｚ≦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±０．１ｎｓ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、４．１ＧＨｚ≦ｆ≦９．５ＧＨｚの領域での反射率との差の絶対値が１０ｄＢ以上であり、４．１ＧＨｚ≦ｆ≦９．５ＧＨｚ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。
【００１１】
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≦３００Ω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、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。
【００１３】
本発明の反射型バンドパスフィルターにおいて、中心導体及び側部導体が、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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】
【００１８】
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、グラウンドを広くとることができるので、スロット線路などのような伝送線路との結合が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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は中心導体、４ａ及び４ｂは非導体部、５ａ，５ｂは側部導体である。
【００２０】
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、中心導体３と、該中心導体３の両側に所定の導体間距離を確保する非導体部４ａ，４ｂを介して設けられた側部導体５ａ，５ｂとが形成されてなり、中心導体幅と導体間距離との一方又は両方が中心導体長手方向にわたり不均一に分布している非均一コプレーナ線路を有することを特徴としている。
【００２１】
図１に示す非均一コプレーナ線路で構成される反射型バンドパスフィルターにおいて、図中の２スロットは同じ場所（ｚが同じ場所）では同じ幅ｓ（ｚ）になっている。この構造の特徴は両側の導体が半無限に広がっており、その部分を利用してスロット線路やスロットアンテナなどが構成可能である。また、対称型２導体コプレーナ線路に比べて特性インピーダンスが低いため、誘電率の低い基板が使用可能である。
【００２２】
コプレーナ線路は中心導体の幅ｗと導体間の距離ｓのいずれ、または、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＝１ｍｍ、εｒ＝４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＝１ｍｍ、εｒ＝４とした場合、特性インピーダンスの中心導体幅ｗの依存性を表す。
【００２３】
本発明では、ｓあるいはｗ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、パスバンド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０．９で、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波長として、システムの特性インピータンスが７５Ω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＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝４の基板を使用し、中心導体の幅ｗ＝２ｍｍとした場合の導体間の距離ｓを示す。図１〜３はその寸法のリストを示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【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コプレーナ線路の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃色部分が非導体部となる導体間の空間（誘電体層が露出している面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が２０８．３３ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝７５Ω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ω、μ０、σはそれぞれ角周波数、真空内の透磁率、金属の誘電率を表す。たとえば、銅を使用した場合、厚さが２．１μｍ以上とする。また、この反射型バンドパスフィルターは特性インピーダンスが７５Ω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性を表す。図示のように、周波数ｆは３．９ＧＨｚ≦ｆ≦９．８ＧＨｚの帯域では、反射率は−２ｎｓ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−１５ｄＢ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０．８、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１波長として、システムの特性インピータンスが７５Ω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＝１ｍｍ、比誘電率εｒ＝１０の基板を使用し、導体間の距離ｓ＝０．５ｍｍとした場合の中心導体幅ｗを示す。表４〜６はその寸法のリストを示す。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
【表５】
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【００３５】
【表６】
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【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コプレーナ線路の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃色部分が非導体部となる導体間の空間（誘電体層が露出している面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が１３１．１６ｍｍの端面）以降に無反射終端、あるいはＲ＝７５Ω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７５Ω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が３．７ＧＨｚ≦ｆ≦１０．０ＧＨｚの帯域では、反射率は−５ｄＢ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、システムの特性インピータンスが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＝２４の基板を使用し、中心導体幅ｗ＝１ｍｍとした場合の導体間距離ｓを示す。表７はその寸法のリストを示す。
【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コプレーナ線路の形状を表す。図中、薄い塗りつぶし部分が導体、濃い塗りつぶし部分が非導体部となる導体間の空間（誘電体層が露出している面）を表す。この反射型バンドパスフィルターの終端（位置が２７．８ｍｍ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は４．１ＧＨｚ≦ｆ≦９．５ＧＨｚの帯域では、反射率は−５ｄＢ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−１５ｄＢ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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非対称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コプレーナ線路の中心導体幅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非対称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。
【符号の説明】
【００４４】
１…反射型バンドパスフィルター、２…誘電体基板、３…中心導体、４ａ，４ｂ…非導体部、５ａ，５ｂ…側部導体。
【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】
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【図１８】
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