(57)【要約】【課題】相互変調歪みが小さい電圧制御可変フィルタ及び送受信号切換回路を提供する。【解決手段】本発明は、信分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ１、Ｄ２の信号側端部に固定容量素子Ｃ３、Ｃ４を接続し、グランド側に可変容量素子Ｃ１、Ｃ２を接続した直列回路を並列的に接続している。そして、前記固定容量素子の容量値をＸ、前記可変容量値をＹとしたとき、Ｘ／Ｙが１以上となるように設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号側端部とグランド側端部を有し、且つ信号側端部が結合回路を介して結合しあう複数の分布定数型ＬＣ共振回路と、
各分布定数型ＬＣ共振回路の信号側端部とグランド端部との間に、その信号側端部から直列的に配置された固定容量素子及び可変容量素子と、
前記固定容量素子と前記可変容量素子との接続点に、インダクタンス素子を介して前記可変容量素子の容量成分を調整する制御電圧を供給する制御端子とを具備する電圧制御可変フィルタであって、
前記固定容量素子の容量値をＸとし、前記可変容量素子の制御電圧非印加時における容量値をＹとした時、Ｘ／Ｙが１以上となるように設定したことを特徴とする電圧制御可変フィルタ。
【請求項２】
前記分布定数型ＬＣ共振回路は、同軸型誘電体共振器で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御可変フィルタ。
【請求項３】
前記分布定数型ＬＣ共振回路は、ストリップラインで構成したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御可変フィルタ。
【請求項４】
前記分布定数型ＬＣ共振回路は、マイクロストリップラインで構成したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御可変フィルタ。
【請求項５】
前記可変容量素子が、第１の容量電極と、第２の容量電極と、誘電体層とから構成され、前記第１及び第２の容量電極間に供給された制御電圧の電界強度によって前記誘電体層の誘電率を変化させた容量素子であることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御可変フィルタ。
【請求項６】
アンテナと、送受信回路とを具備する送受信号切換回路であって、前記請求項１に記載の電圧制御可変フィルタを、アンテナと送受信回路との間に配置するとともに、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を、送信信号の周波数帯域と受信信号の周波数帯域とに可変させることを特徴とする送受信号切換回路。
【請求項７】
複数の受信信号の受信に対応する請求項６記載の送受信号切換回路であって、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を第１の受信信号の周波数帯域と第２の受信信号の周波数帯域とに可変させることを特徴とする送受信号切換回路。
【請求項８】
複数の送信信号の送信に対応する請求項６記載の送受信号切換回路であって、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を第１の送信信号の周波数帯域と第２の送信信号の周波数帯域とに可変させることを特徴とする送受信号切換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機器に使用される高周波フィルタとして、直流制御電圧により誘電率が変化する誘電体層を有し、容量が大きく変化する薄膜コンデンサ（可変容量素子）によりフィルタ特性の切換えを行うことができる電圧制御可変フィルタ関するものである。また、この電圧制御可変フィルタを備えて構成される送受信号切換回路に関する。
【０００２】
【従来技術】
図３は、従来の電圧制御可変フィルタの一例を示す等価回路図である。図３は、２つのＬＣ並列共振回路を有するフィルタを示している。
【０００３】
複数のＬＣ並列共振回路Ｄ１，Ｄ２は、１／４波長の先端短絡型の誘電体共振器などが例示でき、このＬＣ並列共振回路Ｄ１，Ｄ２に対して、可変容量ダイオードＸ１，Ｘ２と、コンデンサ（固定容量素子）Ｃ３，Ｃ４からなるインピーダンス回路との直列回路が、並列的に接続されている。また、可変容量ダイオードＸ１、Ｘ２には、それぞれ制御電圧を供給するためのＲＦ阻止用インダクタＬ１，Ｌ２が、上記可変容量ダイオードＸ１，Ｘ２に接続されている。また、ＬＣ並列共振回路Ｄ１、Ｄ２は、結合コンデンサＣ６を介して結合されており、外部回路を結合するための入力容量成分Ｃ５，Ｃ７を接続している。これにより、電圧制御可変フィルタを構成している。
【０００４】
図４は、従来の別の電圧制御可変フィルタの一例を示す等価回路図である。
【０００５】
複数のＬＣ並列共振回路Ｄ１，Ｄ２は、１／４波長先端短絡型の誘電体共振器などが例示でき、このＬＣ並列共振回路Ｄ１，Ｄ２に対して、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２と、コンデンサ（固定容量素子）Ｃ３，Ｃ４からなるインピーダンス回路との直列回路が、並列的に接続されている。具体的には、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２が信号側に、コンデンサＣ３，Ｃ４がグランド電位側に夫々接続されている。
【０００６】
また、可変容量素子Ｃ１、Ｃ２、制御電圧を各可変容量素子にそれぞれ供給するためのＲＦ阻止用インダクタＬ１，Ｌ２が、上記可変容量素子Ｃ１、Ｃ２に接続されている。また、２つのＬＣ並列共振回路Ｄ１、Ｄ２を結合するための結合コンデンサＣ６と、外部回路を結合するためのＣ５，Ｃ７を用いて、電圧制御可変フィルタを構成している。
【０００７】
可変容量素子Ｃ１、Ｃ２は、チタン酸ストロンチウムやチタン酸ストロンチウムバリウム等のペロブスカイト構造の強誘電体酸化物薄膜を誘電体層に用いて、上部電極層と下部電極層との間に所定の制御電圧を印加して、誘電体層の誘電率を変化させる構造であり、例えば特許文献１（特開平１１−２６０６６７号など）に提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２６０６６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図３に示す電圧制御型可変フィルタに用いている可変容量ダイオードＸ１、Ｘ２は、耐電力が低く、またダイオードの非線形性による歪特性が大きいため、取扱い電力が小さい受信機や受信回路にしか用いられなかった。即ち、送信機や送信回路では、送信信号の出力が大きいため用いることができなく、またさらに、高周波での損失が大きいという問題点があった。
【００１０】
また、従来、上述の容量可変素子を、分布定数型ＬＣ並列回路の開放端側に接続すると、前記容量可変素子にかかる高周波電界が大きいために、高周波電界による容量変化を生じ波形歪、相互変調歪信号が大きくなる。
【００１１】
また、このような電圧制御型可変フィルタを、アンテナ、送受信回路との間に配置した送受信号切換回路においては、相互変調歪信号によって周波数軸上に隣接して設定されたほかの通信チャンネル周波数の信号を妨害する等の問題点があった。
【００１２】
本発明は、上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、低歪みの電圧制御可変フィルタを提供することであり、また低歪みの電圧制御可変フィルタを用いることにより、相互変調歪み信号の少ない送受信号切換回路を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号側端部とグランド側端部を有し、且つ信号側端部が結合回路を介して結合しあう複数の分布定数型ＬＣ共振回路と、
入力端子と該入力端子に近接する分布定数型ＬＣ共振回路の信号側端部とを結合する入力容量成分と、
出力端子と該出力端子に近接する分布定数型ＬＣ共振回路の信号側端部とを結合する出力容量成分と、
各分布定数型ＬＣ共振回路の信号側端部とグランド端部との間に、その信号側端部から直列的に配置された固定容量素子及び可変容量素子と、
前記固定容量素子と前記可変容量素子との接続点に、インダクタンス素子を介して前記可変容量素子の容量成分を調整する制御電圧を供給する制御端子とを具備する電圧制御可変フィルタであって、
前記固定容量素子の容量値をＸ、前記可変容量素子の制御電圧非印加時における容量値をＹとしたとき、Ｘ／Ｙが１以上となるように設定したことを特徴とする電圧制御可変フィルタである。
【００１４】
さらに、前記分布定数型ＬＣ共振回路は、同軸型誘電体共振器で構成した。
【００１５】
また、前記分布定数型ＬＣ共振回路は、ストリップラインで構成した。
【００１６】
また、前記分布定数型ＬＣ共振回路は、マイクロストリップラインで構成した。
【００１７】
また、前記可変容量素子は、第１の容量電極と、第２の容量電極と、誘電体層とから構成され、前記第１及び第２の容量電極間に供給された制御電圧の電界強度によって誘電体層の誘電率が変化する容量素子である。
【００１８】
また、アンテナと、送受信回路とを具備する送受信号切換回路であって、上述の電圧制御可変フィルタを、アンテナと送受信回路との間に配置するとともに、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を、送信信号の周波数帯域と受信信号の周波数帯域とに可変させることを特徴とする送受信号切換回である。
【００１９】
また、複数の受信信号の受信に対応する請求項６記載の送受信号切換回路であって、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を第１の受信信号の周波数帯域と第２の受信信号の周波数帯域とに可変させる送受信号切換回路である。
【００２０】
さらに、複数の送信信号の送信に対応する請求項６記載の送受信号切換回路であって、前記制御電圧によってフィルタ通過帯域を第１の送信信号の周波数帯域と第２の送信信号の周波数帯域とに可変させる送受信号切換回路である。
【００２１】
【作用】
本発明は、互いに結合しあう分布定数型ＬＣ並列回路の開放端側（信号側端部）に固定容量素子を、該固定容量素子とグランド端部との間に可変容量素子が接続されているかこれにより、可変容量素子への電界強度が弱まる。このため、電圧制御可変フィルタの波形歪みが軽減し、相互変調歪み信号を抑えることができ、また、この電圧制御可変フィルタを備えて構成する送受信号切換回路においても相互変調歪信号を抑えられる。
【００２２】
また、固定容量素子と可変容量素子とは、合成容量とみなすことができる。ここで、固定容量素子の容量値をＸとし、可変容量素子の初期状態の容量値をＹとし、合成容量値をＺとし、容量比を（Ｘ／Ｙ）＝αとすると、合成容量値Ｚは、容量比αと可変容量素子の容量値Ｙで表すと、Ｚ＝（α／（１＋α））×Ｙとなる。つまり、αが大きいほど、合成容量Ｚに対する可変容量素子の容量値Ｙの寄与率は大きくなり、可変容量素子の直流電圧による容量変化が合成容量値Ｚに大きく寄与する。α＝１のとき、可変容量素子の容量値Ｙの合成容量値Ｚに対する寄与率は、１／２に半減する。
【００２３】
一方、信号電圧は、固定容量素子と可変容量素子に分圧されるため、可変容量素子にかかる信号電圧は、（α／（１＋α））に分圧される。つまり、αが小さくなると、可変容量素子にかかる信号電圧は、小さく抑えることができる。しかし、上述のように、合成容量値Ｚに対する、可変容量素子の容量値Ｙの寄与率は、小さくなるため、α≧１に設定する必要がある。
【００２４】
さらに、分布定数型ＬＣ並列回路に、同軸型誘電体共振器を用いることにより、低損失、温度特性が安定な電圧制御可変フィルタが得られる。また、分布定数型ＬＣ並列回路に、マイクロストリップ線路、あるいは、ストリップ線路等を用いることにより、積層体（誘電体層，内部配線層）の形成時、一括的に形成できるため集積化が容易で、小型、低損失、温度特性が安定な電圧制御可変フィルタが得られる。
【００２５】
また、制御電圧の電界強度によって誘電体層の誘電率が変化する可変容量素子を用いることで、高周波でも損失を少なくすることができる。
【００２６】
さらに、本発明に係る送受信受切換回路は、上述の特徴を有する電圧制御可変フィルタを備えることにより、デュプレクサの構成が簡単であり、相互変調歪信号を少なくすることができる。
【００２７】
さらにまた、本発明に係る送受信号切換回路は、上述の特徴を有する電圧制御可変フィルタを備えることにより、デュアルバンド，トリプルバンド等の多通信方式に対応でき、相互変調歪信号を少なくすることができ、第１の受信信号、第２の受信信号の選択性などが向上することになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電圧制御型可変フィルタを図面に基づいて詳説する。図１は、本発明の電圧制御可変フィルタの一例を示す等価回路図であり、このフィルタは、２つの分布定数型ＬＣ並列共振回路を有している。
【００２９】
ここで、分布定数型ＬＣ並列共振回路Ｄ１、Ｄ２は、信号側端部とグランド側端部を有し、その間に分布定数的に形成されるインダクタンス成分及び容量成分を備えている。例えば、分布定数型ＬＣ並列共振回路Ｄ１、Ｄ２としては、同軸型誘電体共振器、マイクロストリップ線路やストリップ線路等を用いた共振器などが例示できる。
【００３０】
また、この分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ１，Ｄ２は、フィルタとするために、両共振回路Ｄ１、Ｄ２の信号側端部を、結合コンデンサＣ６にて結合している。また、結合コンデンサＣ６の変わりに、結合回路を容量成分及び／または、インダクタンス成分を有する素子で結合しても構わない。
【００３１】
ここで、各分布定数型共振器Ｄ１，Ｄ２には、信号側端部とグランド端部の間に、その信号端部側に固定容量素子Ｃ３，Ｃ４、グランド側端部側に制御電圧に応じて容量が変化する可変容量素子Ｃ１，Ｃ２を各々配置されている。ここで、固定容量素子Ｃ３，Ｃ４の容量値Ｘ、可変容量素子Ｃ１，Ｃ２の初期状態の容量値Ｙとした時の容量比（Ｘ／Ｙ）を各々１以上に設定している。
【００３２】
また、分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ１，Ｄ２として、１／４波長先端短絡型の誘電体共振器の変わりに、３／４波長先端短絡型の誘電体共振器、１／２波長先端開放型の誘電体共振器等を用いても構わない。
【００３３】
また、制御電圧を各可変容量素子Ｃ１、Ｃ２にそれぞれ供給するための高周波信号阻止用インダクタＬ１，Ｌ２が、上記可変容量素子Ｃ１、Ｃ２に接続されている。
【００３４】
また、外部回路を結合するために、入力信号端子ｉｎと近接する分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ１の信号側端部とを結合する入力容量成分Ｃ５が、また、出力信号端子Ｏｕｔと近接する分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ２の信号側端部とを結合する出力容量成分Ｃ７が夫々接続されて、電圧制御可変フィルタを構成している。
【００３５】
また、可変容量素子Ｃ１、Ｃ２は、例えば、支持基板上に第１の容量電極と、第２の容量電極と、誘電体層とから構成されている。支持基板には、低誘電率である絶縁基板を用いることにより、電界の支持基板への漏れを低減でき、制御電圧を効果的に誘電体層に印加することができるため、誘電体層の制御電圧に対する容量変化率を最大限に利用できる可変容量素子が得られる。第１及び第２の容量電極には、Ａｕ，Ｐｔなどの貴金属を用いることにより、電極の低抵抗化が実現でき、損失の小さい可変容量素子が得られる。誘電体層には、（Ｂａｘ，Ｓｒ１−ｘ）ｙＴｉ１−ｙＯ３−ｚを用いることで容量の変化率を大きくでき、高周波でも損失が小さい可変容量素子が得られる。
【００３６】
図２は、図１に示す電圧制御可変フィルタを用いた送受信号切換回路のブロック図である。この送受信号切換回路は、例えば移動体通信機器などのアンテナ部分に用いちれ、アンテナで受けた信号から周波数成分のみを抽出した信号を受信信号として受信回路に供給する。同時に、送信回路で形成された所定周波数の送信信号をアンテナより放つための回路である。
【００３７】
図２において、上述の電圧制御可変フィルタＦは、アンテナＡＮＴと送受信回路ＲＸ／Ｔｘとの間に配置されて構成されている。即ち、通過帯域は、電圧制御可変フィルタＦに供給する記制御電圧の値を制御することにより、フィルタ通過周波数を変化させることができる。
【００３８】
その第１の態様では、同一通信システムの送信信号と受信信号とを制御電圧の電圧値を変化させて、電圧制御可変フィルタＦの通過帯域を、通信システムで決められている送信信号の周波数帯域と、受信信号の周波数帯域とに制御する。
【００３９】
即ち、電圧制御可変フィルタＦにおいて、送信信号の周波数帯域を通過させ得る第１のフィルタの帯域特性と、受信信号の周波数帯域を通過させ得る第２のフィルタの帯域特性とで、両フィタル通過帯域が互いに重なりあうことがないようにフィルタ通過帯域を設定し、このフィルタ通過帯域となるように制御電圧の値を切り替える。
【００４０】
また、第２の態様では第１の通信システム、第２の通信システムのデュアルバンド通信システムに対応した送受信号切換回路である。第１の態様では、１つの通信システムの送信信号のフィルタ通過帯域と受信信号のフィルタ通過帯域との切換を行っているが、本態様では、制御電圧の電圧値を変化させて、第１の通信システムの受信信号のフィルタ周波数帯域と、第２の通信システムの受信信号のフィルタ周波数帯域とを制御する。即ち、電圧制御可変フィルタＦにおいて、第１の受信信号の周波数帯域を通過させ得る第１のフィルタの帯域特性と、第２の受信信号の周波数帯域を通過させ得る第２のフィルタの帯域特性とで、両フィタル通過帯域が互いに重なりあうことがないようにフィルタ通過帯域を設定し、このフィルタ通過帯域となるように制御電圧の値を切り替える。
【００４１】
また、第３の態様では第１の通信システム、第２の通信システムのデュアルバンド通信システムに対応した別の送受信号切換回路である。第２の態様では、第１の通信システムの第１の受信信号と第２の通信システムの受信信号との切換を行っているが、本態様では、制御電圧の電圧値を変化させて、第１の通信システムの送信信号のフィルタ周波数帯域と、第２の通信システムの送信信号のフィルタ周波数帯域とを制御する。即ち、電圧制御可変フィルタＦにおいて、第１の送信信号の周波数帯域を通過させ得る第１のフィルタの帯域特性と、第２の送信信号の周波数帯域を通過させ得る第２のフィルタの帯域特性とで、両フィタル通過帯域が互いに重なりあうことがないようにフィルタ通過帯域を設定し、このフィルタ通過帯域となるように制御電圧の値を切り替える。
【００４２】
尚、電圧制御可変フィルタ特性次第で、第１の態様、第２の態様、第３の態様のいずれかを、また同時に達成させることができ、送受信号切換回路の構成を非常に簡素化させることができる。
【００４３】
【実施例】
支持基板にサファイア，下部電極層にＰｔ，誘電体層に（Ｂａｘ，Ｓｒ１−ｘ）ｙＴｉ１−ｙＯ３−ｚ、上部電極層にＰｔ／Ａｕを用いた可変容量コンデンサを作製し、図１に示す等価回路の符号Ｃ１、Ｃ２部分にこの可変容量素子を用い、上述の容量比（Ｘ／Ｙ）を各々１．７に設定し、分定数型ＬＣ共振回路Ｄ１，Ｄ２には、１／４波長の同軸型誘電体共振器を用い電圧制御可変フィルタを作製した。
【００４４】
そして、＋３０ｄＢｍ入力時における３次相互変調歪み信号（ＩＭＤ３）及び入力信号と３次相互変調歪み信号を直線外挿した場合の交点である３次インターセプトポイント（ＩＰ３）を測定した。その結果、３次相互変調歪み信号（ＩＭＤ３）は、−１３．５ｄＢｍで、３次インターセプトポイント（ＩＰ３）は、＋５４．９ｄＢｍであった。
【００４５】
【比較例】
同様に、支持基板にサファイア，下部電極層にＰｔ，誘電体層にＢＳＴ，上部電極層にＰｔ／Ａｕを用いた可変容量素子を作製し、図４に示す等価回路のＣ１，Ｃ２に、この可変容量素子を用い、容量比（Ｘ／Ｙ）を各々１．７に設定し、Ｄ１，Ｄ２には、１／４波長同軸型誘電体共振器を用い電圧制御可変フィルタを作製した。＋３０ｄＢｍ入力時における３次相互変調歪み信号（ＩＭＤ３）及び入力信号と３次相互変調歪み信号を直線外挿した場合の交点である３次インターセプトポイント（ＩＰ３）を測定した結果、３次相互変調歪み信号（ＩＭＤ３）は、−５．３ｄＢｍで、３次インターセプトポイント（ＩＰ３）は、＋４３．９ｄＢｍであった。
【００４６】
即ち、上述の実施例及び比較例からすると、可変容量素子Ｃ１、Ｃ２の接続位置が、固定容量素子Ｃ３、Ｃ４に対して分布定数型ＬＣ共振回路Ｄ１、Ｄ２のグランド側端部に接続し、かつ固定容量素子Ｃ３、Ｃ４と可変容量素子Ｃ１、Ｃ２の容量比（Ｘ／Ｙ）を１以上に設定することが非常に重要であることが理解できる。これにより、本実施例では、比較例に比べ３次相互変調歪み信号を８．２ｄＢ低く抑えることができ、また、３次インターセプトポイントも１１ｄＢ改善することができ、効用が確認された。
【００４７】
また、この圧電可変型フィルタとして、アンテナと、送受信回路とを具備する送受信号切換回路であって、アンテナと送受信回路との間に配置して、前記制御電圧を制御してフィルタ通過帯域を、送信信号の周波数帯域と受信信号の周波数帯域とに対応させるべく変化させることができる。
【００４８】
また、複数の受信信号の受信に対応する送受信号切換回路であって、第１の受信信号の受信時と第２の受信信号の受信時とで前記制御電圧を制御して、フィルタ通過帯域を第１の受信信号の周波数帯域と第２の受信信号の周波数帯域とに対応させるべく変化させることができる。
【００４９】
複数の送信信号の送信に対応する送受信号切換回路であって、第１の送信信号の送信時と第２の送信信号の送信時とで前記制御電圧を制御して、フィルタ通過帯域を第１の送信信号の周波数帯域と第２の送信信号の周波数帯域とに対応させるべく変化させることができる。
【００５０】
いずれの場合には、送受信号切換回路は、相互変調歪み信号の少ない送受信号切換回路を実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、低歪み電圧制御可変フィルタを実現できる。また、低歪み電圧制御可変フィルタを用いることにより、相互変調歪み信号の少ない送受信号切換回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電圧制御可変フィルタの等価回路図である。
【図２】本発明に係る送受信号切換回路のブロック図である。
【図３】従来の電圧制御可変フィルタの等価回路図である。
【図４】従来の電圧制御可変フィルタの等価回路図である。
【符号の説明】
Ｃ１、Ｃ２・・・可変容量素子
Ｃ３、Ｃ４・・・固定容量素子
Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７・・・結合用コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２          ・・・分布定数型ＬＣ共振回路
Ｌ１、Ｌ２                  ・・・ＲＦ阻止用インダクタ素子
Ｘ１、Ｘ２      ・・・可変容量ダイオード
Ｆ・・・電圧制御型フィルタ
【図１】
2004235898.tif 000003
【図２】
2004235898.tif 000004
【図３】
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【図４】
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