(57)【要約】【課題】通過帯域の２倍波付近の高次共振モードをなくして広帯域で良好な特性が得られ、また接地のためのスルーホールが不要となるようにする。【解決手段】通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さで伝送線路よりも高いインピーダンスの線路ＴＬ２，ＴＬ３と、縦横の幅が１／４波長より十分に短い間隙を持つ例えば平行線路の結合容量部ＧＰｌ，ＧＰ２とを交互に複数個、直列接続し、またフィルタの入出力部に、通過帯域中心周波数の２倍の周波数で略１／４波長となる先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を設けることにより、２倍波付近以上の高次共振モードの存在をなくした広帯域の減衰特性を得る。更に、直列に配置される複数のハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３を折り曲げて形成することにより、フィルタ１８の外形を正方形に近づけ、小型化を図る。【選択図】      図１
2004320522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さで、伝送線路よりも高いインピーダンスを持つハイインピーダンス線路と、
縦横の幅が通過帯域中心周波数の１／４波長より十分に短い間隙を形成してなる結合容量部と、をそれぞれ複数個設け、
これらのハイインピーダンス線路と結合容量部を交互に直列接続したバンドパスフィルタ。
【請求項２】
上記結合容量部は、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の間隙縦幅となる長さの２本の線路パターンを、１／４波長以下の間隙横幅で配置して構成したことを特徴とする上記請求項１記載のバンドパスフィルタ。
【請求項３】
伝送線路に対する入力部又は出力部に、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の長さの先端開放スタブを設けたことを特徴とする上記請求項１又は２記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
上記先端開放スタブは、通過帯域中心周波数の２倍の周波数の略１／４波長となる長さに形成したことを特徴とする上記請求項１乃至３記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
上記ハイインピーダンス線路を折り曲げて形成したことを特徴とする上記請求項１乃至４記載のバンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバンドパスフィルタ、特にマイクロ波帯、ミリ波帯の信号を扱う通信装置等に用いられるバンドパスフィルタの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、マイクロ波帯、ミリ波帯でのバンドパスフィルタとして、１／４波長側結合型バンドパスフィルタ、エッジカップルドフィルタ、インターデジタル型バンドパスフィルタ等が用いられる。
【０００３】
図１３には、上記１／４波長側結合型バンドパスフィルタの構成が示されている。図示されるように、このフィルタ１は、基板２の表面において両端の入出力部３，３の間に、通過帯域の約１／２波長の長さの線路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを、通過帯域の約１／４波長分が結合するようにして並べた構造を有し、この基板２の裏面には接地面が形成される。このフィルタ１によれば、例えば図１４のような特性が得られる。
【０００４】
図１５には、上記エッジカップルドフィルタの構成が示されている。図示されるように、このフィルタ５は、基板６の表面において入出力部７，７の間に、通過帯域の約１／２波長の長さの複数の線路８を、間隙９を介して直列に接続した構造を有し、この基板６の裏面には接地面が形成される。このフィルタ５によれば、例えば図１６のような特性が得られる。
【０００５】
図１７には、上記インターデジタル型バンドパスフィルタ（特開２０００−１７４５０１号公報等）の構成が示されている。図示されるように、このフィルタ１０は、上記入出力部１２のそれぞれに通過帯域の約１／４波長の長さの線路１３を接続すると共に、この線路１３，１３の間に、約１／４波長の長さからなる複数の線路１４を平行に並べ、その一端を上下のスルーホール１５に交互に接続して、一方端を開放とし、他方端をスルーホール１５を介して裏面の接地面に短絡させている。このフィルタ１０によれば、例えば図１８のような特性が得られる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７４５０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図１３の１／４波長側結合型バンドパスフィルタ１では、同一平面上に接地面を必要としないため、製造が簡単で設計性も良いという利点があるが、図１４に示されるように、通過帯域（中心周波数）の約２倍波付近で高次の共振モードを有し、アイソレーションが劣化するという欠点がある。従って、２倍波が問題となる場合には、別途２倍波除去用のフィルタ（ＬＰＦ等）が必要となり、回路サイズが大きくなる。また、１／４波長側結合部を曲げることが難しく、フィルタ１の全体の形状が細長くなるという不都合がある。
【０００８】
また、上記図１５のエッジカップルドフィルタ５では、同一平面上に接地面を必要としないため、製造が簡単で設計性もよく、しかも図１３のフィルタ１のような１／４波長の長さの結合部を持たないため、線路８を折り曲げた配置も可能となるが、この場合も、図１６に示されるように通過帯域の約２倍波付近で高次の共振モードを有し、アイソレーションが劣化するという欠点がある。従って、２倍波が問題となる場合には、別途２倍波用のフィルタが必要となり、回路サイズが大きくなる。
【０００９】
更に、上記図１７のインターデジタル型バンドパスフィルタ１０では、小型で減衰帯域特性が広く、特に２倍波に対しては高次の共振モードを示さないため、２倍波が問題となる場合でも別のフィルタが不要であるが、複数の線路１４の他端を接地させるために、スルーホール（電極）１５の加工等が必要となる。しかも、この通過帯域の周波数に合わせたフィルタ（各構成要素の寸法等）の設計、最適化が難しくなるという問題がある。
【００１０】
また、上記フィルタ１，５，１０の基板２，６，１１の材料として、マイクロ波、ミリ波帯で寸法安定性がよく、温度特性に優れたアルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等を用いることで、優れた特性が実現できるが、これらフィルタ１，５，１０を含めた回路全体をアルミナセラミック等で作成することは、コスト、工程上の制限等により問題がある。そのため、フィルタ以外の回路をテフロン（登録商標）基板等で作成し、フィルタ１，５，１０のみを別基板としてアルミナセラミック基板等で作成し、回路に組み込むといった手法が用いられる。
【００１１】
このような手法を採用する場合、フィルタ基板は正方形に近い形状にした方がそれ自体の強度が強く、生産性に優れている。この条件に近いものとして、上述したインターデジタル型のフィルタ１０があるが、このフィルタ１０では、スルーホール１５を加工するために工程が複雑となり、また複数のフィルタを同時に製造する多面取りシートではその強度が弱くなり、製造上での取扱いが煩雑となる。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通過帯域の２倍波付近まで高次共振モードをなくした広帯域の特性が得られ、また接地のためのスルーホールが不要となり、実装する回路基板を含めて小型化ができ、単体基板にフィルタを作る場合にはその製造及び取り扱いが容易となるバンドパスフィルタを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るバンドパスフィルタは、通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さで、伝送線路よりも高いインピーダンスを持つハイインピーダンス線路と、縦横の幅が通過帯域中心周波数の１／４波長より十分に短い間隙を形成してなる結合容量部と、をそれぞれ複数個設け、これらのハイインピーダンス線路と結合容量部を交互に直列接続し、これらの共振作用により通過帯域周波数の２倍波近傍の高次モードが存在しないようにしたことを特徴とする。上記のハイインピーダンス線路としては、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、サスペンデッド線路等を用いることができる。また、上記結合容量部の間隙の縦幅はハイインピーダンス線路幅よりも大きいことが好ましい。
請求項２に係る発明は、上記結合容量部は、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の間隙縦幅となる長さの２本の線路（線状）パターンを１／４波長以下の間隙横幅で配置して構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、伝送線路に対する入力部又は出力部に、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の長さの先端開放スタブを設けたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上記先端開放スタブは、通過帯域中心周波数の２倍の周波数の略１／４波長となる長さに形成したことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、上記ハイインピーダンス線路を折り曲げて形成したことを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、図１５のエッジカップルドフィルタのように１／２波長線路自体が共振器となるのではなく、略１／４波長の長さのハイインピーダンス線路とこのハイインピーダンス線路に設けられる間隙又は２本の平行線路パターンからなる結合容量部とが共振器となり、このハイインピーダンス線路のインダクタンス成分と結合容量部の容量成分との共振作用によって、通過帯域中心周波数の２倍近傍の高次共振モードが存在しないフィルタ特性（図４）が得られる。
【００１６】
上記請求項３及び４の構成によれば、例えば通過帯域中心周波数の２倍の周波数で略１／４波長となる先端開放スタブを、フィルタの入力部又は出力部の一方又は両方に設けることにより、通過帯域近傍でフィルタの減衰特性を鋭くすることができ（図８）、かつ２倍波以上の広い周波数帯域に渡って減衰特性が改善される。
【００１７】
上記請求項５の構成によれば、直列に配置される複数のハイインピーダンス線路を折り曲げることにより、伝送方向の寸法が短くなり、フィルタを正方形に近い形にして小型化することができる。この場合のハイインピーダンス線路は、その幅が細いため折曲げによる特性の変動は少ない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明に係る第１実施例のバンドパスフィルタの構成が示されており、この実施例のフィルタ１８は、基板１９として例えばアルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）を用い、この基板１９の表面の両端の入出力部線路（マイクロストリップ線路）ＴＬ１，ＴＬ１の間に、マイクロストリップ線路からなるハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３，ＴＬ３，ＴＬ２の４本と容量結合部ＧＰ１，ＧＰ２，ＧＰ１の３個を交互に直列に接続する。
【００１９】
上記のハイインピーダンスＴＬ２，ＴＬ３は、上記入出力部線路（例えば５０Ω伝送線路）ＴＬ１よりも高いインピーダンスの細い線路とされ、また通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さからなり、図示のように折り曲げる（蛇行させる）ことにより、フィルタ１８の伝送方向（図の横方向）の長さを短くしている。また、容量結合部ＧＰ１，ＧＰ２は、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の長さの２本の線路を、同様に１／４波長以下の幅で平行に並べた平行線路パターンからなる。従って、この容量結合部ＧＰ１，ＧＰ２では、平行線路の長さの縦幅とこの線路間の横幅からなる間隙が形成され、この間隙が持つ容量成分ＣＧ１，ＣＧ２と、平行線路の面積が持つ容量成分ＣＰ１，ＣＰ２が存在することになる。
【００２０】
更に、上述した両端の入出力部線路ＴＬ１とハイインピーダンス線路ＴＬ２との間のそれぞれには、先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２が形成されており、この先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２の長さは、通過帯域中心周波数の１／４波長以下とされるが、実施例では通過帯域の２倍波を含めた不通過帯域の減衰特性を良好にするために、通過帯域中心周波数の２倍の周波数で略１／４波長となる長さに形成している。また、この基板１９の裏面には接地面が形成される。なお、上記先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２は、実施例では線路の両端に４個配置されているが、線路の片側のみに２個配置してもよい。
【００２１】
図２には、図１のバンドパスフィルタ１８の分布定数等価回路が示されており、図３には、同様に第１実施例のフィルタ１８の集中定数等価回路が示されている。この図３において、Ｌｓは先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を直列共振素子とみなした場合のインダクタンス成分、Ｃｓは先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を直列共振素子とみなした場合の容量成分、Ｌ２，Ｌ３はハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３のインダクタンス成分、ＣＧ１，ＣＧ２は結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２の平行線路の間隙による容量成分、ＣＰ１，ＣＰ２は結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２の平行線路自体の面積が持つ接地容量を表している。
【００２２】
図３の集中定数等価回路から分かるように、フィルタ１８は、ハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３のインダクタンス成分Ｌ２，Ｌ３と結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２の容量成分ＣＧ１，ＣＧ２との直列共振によって、通過帯域中心周波数近傍を透過させるが、ＣＰ１，ＣＰ２が存在することにより２倍近傍までの高次共振モードは透過させない特性が得られる。また、先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２のインダクタンス成分Ｌｓ、容量成分Ｃｓの存在によって、図８，図９にて後述するが通過帯域以外の周波数の鋭い減衰特性が得られる。
【００２３】
図４には、第１実施例のバンドパスフィルタの周波数特性が示されており、この図と図１４，図１８等と比較すると分かるように、第１実施例では、周波数１３ＧＨｚ近傍を通過させ、この通過帯域以外の信号を良好に減衰させており、２倍波の２６ＧＨｚ以上の領域まで高次共振モードが存在しない状態となる。
【００２４】
図５には、第２実施例のバンドパスフィルタの構成が示されており、この第２実施例は、先端開放スタブを設けない場合の例である。この第２実施例のフィルタ２１は、第１実施例と同様に、アルミナセラミックの基板２２の表面の両端の入出力部線路ＴＬ１，ＴＬ１の間に、通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さからなるハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３，ＴＬ３，ＴＬ２と、通過帯域中心周波数の１／４波長以下の幅、長さの間隙を持つ平行線路パターンからなる容量結合部ＧＰ１，ＧＰ２，ＧＰ１とを交互に直列に接続し、上記のハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３は折り曲げて形成する。
【００２５】
図６には、第２実施例のバンドパスフィルタ２１の分布定数等価回路が示され、図７には、同様に第２実施例のフィルタ２１の集中定数等価回路が示されている。図８には、この第２実施例のフィルタ２１と第１実施例のフィルタ１８の広帯域の透過特性を比較したものが示されており、図９には、図８の一部の範囲５０の拡大図が示されている。
【００２６】
この図８の透過特性Ｋｂから分かるように、第２実施例のバンドパスフィルタ２１でも、１３ＧＨｚ近傍の周波数帯域を通過させ、この通過帯域以外の２倍波以上の高次共振モードを通過させない特性が得られる。一方、第１実施例の透過特性Ｋａでは、第２実施例の透過特性Ｋｂと比較すると、１３ＧＨｚ近傍の周波数帯域以外で減衰量が鋭くなっていることが分かる。これは、上述したように、図１の先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を設けた結果であり、特に、この先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を通過帯域中心周波数の２倍の周波数で略１／４波長となる長さにすることにより、２倍波を含めた通過帯域以外の広い範囲で良好な減衰量が得られる。また、この先端開放スタブＯＳ１，ＯＳ２を設けることにより、ハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３と結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２の組合せの段数を多くすることなく、良好な減衰特性が得られる。
【００２７】
図１０には、第３実施例の構成が示されている。この第３実施例のフィルタ２４は、第１実施例と同様の構成からなるが、平行線路パターンからなる結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２が第１実施例と異なる位置で接続される。即ち、ハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３に対し、結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２が第１実施例ではその平行線路の中点で接続されるが、この中点以外の位置で結合容量部ＧＰ１，ＧＰ２を接続する。このような第３実施例でも、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、上記の第１乃至第３の実施例では、３本のハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３を曲げて形成することにより、フィルタ１８，２１，２４の外形における長辺対短辺が約３：２とされており、図１３、図１５、図１７の従来のフィルタに比べて正方形に近い形状が実現できるという利点がある。この場合のハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３は、線路幅が細くなることから折曲げによる特性の変動が少なく、全長を短くする効果がある。
【００２９】
図１１には、各実施例のフィルタを別体となる回路基板に接続する場合の構成例が示されており、図示されるように、テフロン等で製作された回路基板２６には、伝送線路２７と切欠き凹部（収納部）２８が形成される。そして、この凹部２８に例えばフィルタ１８（又は２１，２４）を配置し、フィルタ１８の裏面接地面を凹部２８の接地面に接続すると共に、金属リボン２９にて伝送線路２７とフィルタ１８の入出力部線路ＴＬ１を半田等で接続する。
【００３０】
図１２には、各実施例のフィルタを別体の回路基板に接続する場合の他の構成例が示されており、この場合は、図示されるようにテフロン等で製作された回路基板３１に、伝送線路３２、接地面３３及びこの接地面３３を裏面接地面に接続するためのスルーホール３４が形成される。一方、図示していないが、フィルタ１８の左右の側面に入出力部線路ＴＬ１に接続して線路を形成し、この側面線路を介して裏面に裏面接地面と分離される電極を形成する。そして、フィルタ１８を回路基板３１に載せる形でその裏面接地面を回路基板３１の接地面３３に接続すると共に、裏面の電極を伝送線路３２に半田等で接続する。
【００３１】
このような図１１及び図１２の構成とすることにより、フィルタ１８，２１，２４を単体として温度特性等の優れたアルミナセラミック等で作成し、これをテフロン等で作成した回路基板２６，３１に取り付けることができ、これによって、特性のよい、機械構造的にも安定した回路基板全体（フィルタ＋回路基板）を得ることができ、低価格の回路基板２６，３１を用いる等によりフィルタ回路部のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３２】
上記実施例では、ハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３としてマイクロストリップ線路を用いたが、これ以外のストリップ線路、コプレナー線路、サスペンデッド線路等をハイインピーダンス線路ＴＬ２，ＴＬ３として用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通過帯域中心周波数の略１／４波長の長さの伝送線路よりも高いインピーダンスの線路と、縦横の幅が１／４波長より十分に短い間隙を持つ例えば平行線路の結合容量部とを交互に複数個、直列接続して構成したので、通過帯域の２倍波付近以上の高次共振モードの存在をなくし、広帯域で良好な減衰特性を得ることができる。また、接地のためのスルーホールを作る必要がなく、アルミナセラミック等を用いる場合にも製造及び取扱いが容易となり、寸法安定性及び温度特性のよいアルミナセラミック等をフィルタの単体基板として容易に利用することが可能になる。
【００３４】
請求項３、４の発明によれば、伝送線路に対する入力部又は出力部に、通過帯域中心周波数の１／４波長以下、好ましくは通過帯域中心周波数の２倍の周波数で略１／４波長となる長さの先端開放スタブを設けることにより、通過帯域のみに絞る鋭い減衰特性が得られると共に、２倍波付近でも更に良好な減衰特性が得られ、ハイインピーダンス線路と容量結合部の組合せの少ない段数で必要な特性を持つフィルタを製造できるという利点がある。
【００３５】
請求項５の発明によれば、ハイインピーダンス線路を折り曲げて形成することにより、正方形に近い小型のフィルタを製造することができ、また正方形に近い形状によって機械的強度も高くなり、アルミナセラミックを用いる場合でも必要な強度を確保できるという利点がある。また、テフロン基板等の回路基板に実装することで、全体の回路の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のバンドパスフィルタの構成を示す回路上面（平面）図である。
【図２】第１実施例のバンドパスフィルタにおける分布定数等価回路図である。
【図３】第１実施例のバンドパスフィルタにおける集中定数等価回路図である。
【図４】第１実施例のバンドパスフィルタ周波数特性を示すグラフ図である。
【図５】第２実施例のバンドパスフィルタの構成を示す回路上面図である。
【図６】第２実施例のバンドパスフィルタにおける分布定数等価回路図である。
【図７】第２実施例のバンドパスフィルタにおける集中定数等価回路図である。
【図８】第１実施例と第２実施例のバンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフ図である。
【図９】図８の周波数特性の範囲５０を拡大したグラフ図である。
【図１０】第３実施例のバンドパスフィルタの構成を示す回路上面図である。
【図１１】第１実施例のバンドパスフィルタを回路基板に実装した構成例を示す回路上面図である。
【図１２】第１実施例のバンドパスフィルタを回路基板に実装した他の構成例を示す回路上面図である。
【図１３】従来の１／４波長側結合型バンドパスフィルタの構成を示す回路上面図である。
【図１４】従来の１／４波長側結合型バンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフ図である。
【図１５】従来のエッジカップルドフィルタの構成を示す回路上面図である。
【図１６】従来のエッジカップルドフィルタの周波数特性を示すグラフ図である。
【図１７】従来のインターデジタル型フィルタの構成を示す回路上面図である。
【図１８】従来のインターデジタル型フィルタの周波数特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１，５，１０，１８，２１，２４…フィルタ、
２，６，１１，１９，２２…フィルタ基板、
１５，３４…スルーホール、
２６，３１…回路基板、
ＴＬ１…入出力部線路、（一般的には５０Ω線路）
ＴＬ２，ＴＬ３…ハイインピーダンス線路、
ＧＰｌ，ＧＰ２…結合容量部、
ＯＳ１，ＯＳ２…先端開放スタブ。
【図１】
2004320522.tif 000003
【図２】
2004320522.tif 000004
【図３】
2004320522.tif 000005
【図４】
2004320522.tif 000006
【図５】
2004320522.tif 000007
【図６】
2004320522.tif 000008
【図７】
2004320522.tif 000009
【図８】
2004320522.tif 000010
【図９】
2004320522.tif 000011
【図１０】
2004320522.tif 000012
【図１１】
2004320522.tif 000013
【図１２】
2004320522.tif 000014
【図１３】
2004320522.tif 000015
【図１４】
2004320522.tif 000016
【図１５】
2004320522.tif 000017
【図１６】
2004320522.tif 000018
【図１７】
2004320522.tif 000019
【図１８】
2004320522.tif 000020