(57)【要約】【課題】広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍における急峻な減衰特性をバンドパスフィルタを設計する。【解決手段】第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリ５と、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、共振器ライブラリ５を参照して要求仕様を満足する共振器を選択し、選択された共振器を第３の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力装置４に出力するフィルタ設計支援装置２とを備える。【選択図】図１
2007072590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計を支援するバンドパスフィルタの設計支援システムであって、
第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリと、
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、前記共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択し、選択された共振器を第３の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する制御部と
を備えることを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援システム。
【請求項２】
請求項１に記載のバンドパスフィルタの設計支援システムであって、
前記制御部は、前記シミュレーションの結果、バンドパスフィルタの特性が要求仕様を満足しない場合、第１乃至第３の分布定数線路のいずれかのパラメータを変更し、バンドパスフィルタの特性が要求仕様を満足するまで繰り返しシミュレーションを実行することを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援システム。
【請求項３】
入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計方法であって、
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択するステップと、
選択された共振器を第３の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションするステップと、
前記シミュレーションの結果を参照してバンドパスフィルタを設計するステップと
を有することを特徴とするバンドパスフィルタの設計方法。
【請求項４】
入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計支援プログラムであって、
前記バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、当該構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択する処理と、
選択された共振器を第３の分布定数線路によって前記入力端と前記出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするバンドパスフィルタの設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ無線通信システムに適用して好適なバンドパスフィルタの設計を支援する設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数百メガビット／秒の高速通信速度を実現するＵＷＢ（Ultra Wideband）無線通信システムの実用化に向けての検討が精力的に進められているが、ＵＷＢ無線通信システムにおいて伝送される信号は、広帯域の周波数成分を有するために、既存の通信サービスの信号と干渉する可能性がある。このような背景から、ＵＷＢ無線通信システムでは、放射レベルを規制するために、バンドパスフィルタを使用する必要がある。
【特許文献１】特開２０００−３５７９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、現在までの所、マイクロ波帯等の高周波領域で利用可能なバンドパスフィルタについての報告例はあるが（上記特許文献１を参照）、ＵＷＢ無線通信システムに適用することができるような、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍において急峻な減衰特性を呈するバンドパスフィルタについての報告例は少なく、また、バンドパスフィルタの特性を容易に調整できるものについての報告例は見受けられない。このような背景から、ＵＷＢ無線通信システムに適用して好適なバンドパスフィルタの設計を支援するシステム及び設計方法の提供が急務になっている。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍における急峻な減衰特性を呈するバンドパスフィルタを設計可能なバンドパスフィルタの設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の発明者らは、精力的な研究を重ねてきた結果、分布定数線路により形成されたスタブ部の側面に分布定数線路により形成されたタップ部を接続することにより構成された共振器を分布定数線路によって多段接続し、これら分布定数線路の特性インピーダンスや線路長等のパラメータを変化させることにより、通過帯域幅及び通過帯域近傍における減衰極の位置を制御できることを知見した。さらに、分布定数線路に分布定数タップ型の共振器を接続した場合、共振器を複数にしても特性としては単純な足し合わせになることについても知見した。
【０００６】
このような知見から想到された本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援システムの一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計を支援するバンドパスフィルタの設計支援システムであって、第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリと、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択し、選択された共振器を第３の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する制御部とを備える。
【０００７】
また、本発明に係るバンドパスフィルタの設計方法の一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計方法であって、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択するステップと、選択された共振器を第３の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、当該バンドパスフィルタの特性をシミュレーションするステップと、シミュレーションの結果を参照してバンドパスフィルタを設計するステップとを有する。
【０００８】
また、本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援プログラムの一態様は、入力端に入力された信号のうち、所望の周波数帯域の信号のみを出力端から出力するバンドパスフィルタの設計支援プログラムであって、バンドパスフィルタの要求仕様が入力されるのに応じて、第１の分布定数線路により形成されたタップ部と端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部とから成る共振器の複数の構造モデルのデータと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係のデータとを記憶する共振器ライブラリを参照して要求仕様を満足する共振器を選択する処理と、選択された共振器を第３の分布定数線路によって入力端と出力端間に多段接続したバンドパスフィルタを仮想的に構成し、バンドパスフィルタの特性をシミュレーションし、シミュレーション結果を出力する処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るバンドパスフィルタの設計支援システム、バンドパスフィルタの設計方法、及びバンドパスフィルタの設計支援プログラムによれば、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍における急峻な減衰特性を有する所望の特性のバンドパスフィルタを容易に設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態となるフィルタ設計支援システムの構成について説明する。
【００１１】
〔フィルタ設計支援システムの構成〕
本発明の実施形態となるフィルタ設計支援システム１は、図１に示すように、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置により構成されるフィルタ設計支援装置２と、キーボードやマウスポインタ等の入力装置３と、ディスプレイ装置やプリンタ装置等の出力装置４と、公知の情報記憶装置により構成される共振器ライブラリ５及び素子ライブラリ６とを主な構成要素として備える。
【００１２】
上記フィルタ設計支援装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７が、ＲＯＭ（Read Only Memory）８内に記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）９にロードし、ロードされたコンピュータプログラムを実行することにより、バンドパスフィルタの設計を支援するための各種処理を実行する。なお、本実施形態では、ＲＯＭ８内には、後述するフィルタ設計支援処理において回路シミュレーション及び電磁界シミュレーションを実行するための公知の回路シミュレーションプログラム１０及び電磁界シミュレーションプログラム１１が記憶されている。
【００１３】
上記共振器ライブラリ５は、減衰極の位置，実現数，帯域幅，及び周波数帯によって複数種類の共振器のデータを分類，記憶している。より具体的には、本実施形態では、共振器ライブラリ５は、図２に示すように、両端開放モデル，両端接地モデル，片端接地モデル等の分布定数タップ結合共振器の構造モデルと、構造モデル毎の分布定数線路のパラメータに対する共振器特性の関係とを記憶している。
【００１４】
なお、上記分布定数タップ結合共振器とは、図２に示すように、第１の分布定数線路により形成されたタップ部１５と、端部以外の領域で第１の分布定数線路と接続する第２の分布定数線路により形成されたスタブ部１６とから成り、バンドパスフィルタの入力端と出力端とを結ぶ第３の分布定数線路にタップ部１５を介して接続される共振器を意味する。また、両端開放モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部１６の両端部が開放されている共振器を意味する。
【００１５】
また、両端接地モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部１６の両端部が接地されている共振器を意味する。また、片端接地モデルの分布定数タップ結合共振器とは、スタブ部１６の一方の端部が接地されている共振器を意味する。また、本実施形態では、分布定数線路のパラメータとは、タップ部１５及びスタブ部１６を形成する分布定数線路の線路長，線路幅，及び特性インピーダンスを意味する。また、共振器特性とは、共振器の減衰特性（Ｓ２１）及び入力リアクタンス特性（Ｘｉｎ）を意味し、入力リアクタンス特性が０となる周波数を抽出することにより減衰極の位置（周波数）を確認することができる。
【００１６】
上記素子ライブラリ６は、共振器を接続する素子に関する情報を格納する。なお、詳しくは後述するが、本実施形態では、フィルタ設計支援装置２は、入力端と出力端の間において共振器を第３の分布定数線路によって多段接続することによりバンドパスフィルタを仮想的に構成するので（図４参照）、素子ライブラリ６には、第３の分布定数線路のパラメータ（線路長，線路幅，特性インピーダンス等）に関する情報が格納されている。
【００１７】
そして、このような構成を有するフィルタ設計支援システム１では、フィルタ設計支援装置２が以下に示すフィルタ設計支援処理を実行することにより、広帯域な通過帯域特性及び通過帯域近傍において急峻な減衰特性をバンドパスフィルタを設計可能にする。以下、図に示すフローチャートを参照して、このフィルタ設計支援処理を実行する際のフィルタ設計支援装置２の動作について説明する。
【００１８】
〔フィルタ設計支援処理〕
図３に示すフローチャートは、オペレータが入力装置３を介してフィルタ設計支援装置２にフィルタ設計支援処理の実行指示を入力するのに応じて開始となり、フィルタ設計支援処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ１の処理では、フィルタ設計支援装置２が、中心周波数，通過帯域の下限周波数と上限周波数，帯域外抑圧の周波数帯域(低域側，高域側），帯域外抑圧の抑圧レベル（低域側，高域側），減衰極周波数の配置位置と個数(低域側，高域側)等のバンドパスフィルタの要求仕様の入力をオペレータに促す。そして、オペレータが入力装置３を介して要求仕様を入力するのに応じて、フィルタ設計支援装置２はフィルタ設計支援処理をステップＳ２の処理に進める。
【００２０】
ステップＳ２の処理では、フィルタ設計支援装置２が、共振器ライブラリ５を参照して、ステップＳ１の処理により入力された要求仕様を満たす共振器の種類と数，分布定数線路の構造（マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路），製作精度のばらつきに伴う回路定数の範囲，基板の詳細（誘電率，大きさ，単層又は多層）を決定する。なお、分布定数線路の構造、回路定数の範囲，及び基板の詳細についての情報は、フィルタ設計支援装置２内部に予め記憶されている、又はフィルタ設計支援処理を実行する際にオペレータが指定するものとする。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップＳ３の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ３の処理では、フィルタ設計支援装置２が、素子ライブラリ６を参照して、ステップ２の処理により決定した基板に第３の分布定数線路を配置し、第３の分布定数線路にステップＳ２の処理により決定した共振器を接続することによりバンドパスフィルタを仮想的に構成する。このような処理によれば、例えば図４に示すようなバンドパスフィルタ２１が仮想的に構成される。なお、図４に示すバンドパスフィルタ２１は、誘電体基板２２と、この誘電体基板２２上に形成された入力伝送線路２３と出力伝送線路２４とを結ぶ分布定数線路（第３の分布定数線路）２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、端部において分布定数線路２５ａ，２５ｂ，２５ｃに接続された第１の分布定数線路から成るタップ部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ及び端部以外の領域でタップ部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと接続された第２の分布定数線路から成るスタブ部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを有する共振器を備え、入力伝送線路２３と出力伝送線路２４の間に４つの共振器が分布定数線路２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって多段接続（多段結合）されている構成を有する。そして、このバンドパスフィルタ２１は、入力伝送線路２３に信号が入力されるのに応じて、共振器が通過帯域に対応する周波数で共振することにより、所望の周波数帯域の信号のみを出力伝送線路２４から出力する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップＳ４の処理に進む。
【００２２】
ステップＳ４の処理では、フィルタ設計支援装置２が、ステップＳ３の処理により仮想的に構成されたバンドパスフィルタの回路シミュレーション及び電磁界シミュレーションを実行する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、フィルタ設計支援処理はステップＳ５の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ５の処理では、フィルタ設計支援装置２が、ステップＳ４のシミュレーション結果を参照してバンドパスフィルタが要求仕様を満たしているか否かを判別する。そして、判別の結果、要求仕様を満たしていない場合には、フィルタ設計支援装置２は、ステップＳ６の処理として分布定数線路の幅，長さ，特性インピーダンスを変更した後、フィルタ設計支援処理をステップＳ３の処理に戻す。
【００２４】
具体的には、フィルタ設計支援装置２は、図４に示す分布定数線路２５ａの線路幅を変更し、図５の破線に示すような線路幅の変化に伴う反射特性の変化を参照して反射特性が要求仕様を満たすようにする。なお、図５から明らかなように、反射特性が要求仕様を満たすようにすることにより、通過帯域の減衰特性も改善され小さくなっていることがわかる。
【００２５】
一方、要求仕様を満たしている場合、フィルタ設計支援装置２は、仮想的に構築したバンドパスフィルタの構造情報を出力装置４に出力した後、一連のフィルタ設計支援処理を終了する。そして以後、オペレータは、出力された構造情報を参照してバンドパスフィルタを実際に製作する。
【００２６】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態となるフィルタ設計支援システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す共振器ライブラリの内部構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態となるフィルタ設計支援処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】図３に示すフィルタ設計支援処理により仮想的に構成されるバンドパスフィルタの構成の一例を示す図である。
【図５】分布定数線路の線路幅の変化に伴うバンドパスフィルタの減衰特性及び反射特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：フィルタ設計支援システム
２：フィルタ設計支援装置
３：入力装置
４：出力装置
５：共振器ライブラリ
６：素子ライブラリ
７：ＣＰＵ
８：ＲＯＭ
９：ＲＡＭ
１０：回路シミュレーションプログラム
１１：電磁界シミュレーションプログラム
【図１】
2007072590.tif 000003
【図２】
2007072590.tif 000004
【図３】
2007072590.tif 000005
【図４】
2007072590.tif 000006
【図５】
2007072590.tif 000007