(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路と、該伝送線路の所定箇所に結合する第１の共振器と、第１の共振器に結合する第２の共振器とを備え、前記第１・第２の共振器を、多重モードの誘電体共振器の、互いに結合する第１のモードの共振器と、第２のモードの共振器としたことを特徴とする帯域阻止型フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の帯域阻止型フィルタを一部に設けて成るデュプレクサ。
【請求項３】
請求項１に記載の帯域阻止型フィルタまたは請求項２に記載のデュプレクサを設けて成る無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばマイクロ波帯などで用いられる帯域阻止型フィルタ、デュプレクサおよびそれらを用いた無線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、移動通信システムにおける基地局においては、送受信機とアンテナとの間に送信フィルタや受信フィルタが設けられているが、不要帯域の信号を除去するために、受信フィルタに帯域阻止型フィルタが用いられている。
【０００３】
基地局用の高周波フィルタのように、比較的高電力を扱い、しかも小型化の要求される高周波フィルタとしては、(1) 特開平５−４８３０５号に開示されているように、ＴＭモードの誘電体共振器が用いられ、所望の帯域において必要な減衰特性を得るために誘電体共振器を多段化している。
【０００４】
また、容易に多段化できるようにした帯域阻止型フィルタが(2) 特開平１０−３２２１５５号に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
伝送線路の所定箇所に共振器を結合させて帯域阻止型フィルタを構成する場合に、一般に共振器の段数を増そうとするほど、伝送線路に対する共振器の結合点が増加することになり、フィルタを構成するための全体の部品点数が多くなり、大型化するという問題があった。２重モードや３重モードなどの多重モードの誘電体共振器を用いた(1) のフィルタにおいては、少ない共振器ユニットを用いて全体として多段の共振器を設けることができるので、小型化には大きな効果を奏する。ところが、多重モードの誘電体共振器の各モードによる共振器を個別に伝送線路の所定箇所に結合させる場合、同一共振空間内に複数の共振器と伝送線路との結合手段を設けることになるので、その結合手段を配置する際の物理的な制約があり、また安定した共振空間を得難いという問題があった。そのため、伝送線路の同一箇所に接続可能な共振器の数に限りがあった。さらに伝送線路と共振器との結合点の数が増えるために損失がも大きくなるという問題もあった。
【０００６】
この発明の目的は、共振器の多段化が容易で、且つ低損失な帯域阻止型フィルタ、デュプレクサおよびそれらを用いた無線装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、伝送線路の所定箇所に第１の共振器を結合させ、この第１の共振器に第２の共振器を結合させることによって帯域阻止型フィルタを構成する。
またこの発明は、上記共振器として多重モードの誘電体共振器を用い、互いに結合する第１のモードの共振器と第２のモードの共振器とを上記第１・第２の共振器として用いる。
また、この発明は、上記帯域阻止型フィルタを一部に設けてデュプレクサを構成する。例えば、上記構成による帯域阻止型フィルタに帯域通過型フィルタを接続して受信フィルタを構成し、これと送信フィルタとによってデュプレクサを構成する。
【０００８】
さらに、この発明は上記帯域阻止型フィルタまたはデュプレクサを、例えばアンテナと送受信回路との間に設けて無線装置を構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず第１の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの構成を図１を参照して説明する。
【００１０】
図１は帯域阻止型フィルタの等価回路図である。（Ａ）において、Ｌ１，Ｌ２は、入力ポートＩＮと出力ポートＯＵＴ間の伝送線路である。またＲ１は第１の共振器、Ｒ２は第２の共振器である。伝送線路Ｌ１，Ｌ２の接続点と第１の共振器Ｒ１との間を結合回路Ｋ１を介して結合している。また第１の共振器Ｒ１と第２の共振器Ｒ２との間を結合回路Ｋ２を介して結合させている。
【００１１】
第１の共振器Ｒ１と第２の共振器Ｒ２は、例えばそれぞれキャビティ内に単一の柱状の誘電体を設けて例えばＴＭ110 モード（柱状誘電体の横幅をｘ、奥行をｙ、高さをｚとしてＴＭｘｙｚとして表した時のモード）とする。そして、上記２つの誘電体柱を平行に配置して、両者に生じる共振モードを磁界結合させることによって、共振器Ｒ１とＲ２とを結合させる。すなわちＫ２を構成する。さらに、伝送線路Ｌ１，Ｌ２として同軸ケーブルを用い、上記キャビティ内に、共振器Ｒ１に磁界結合する結合ループを設け、その結合ループの一端に上記同軸ケーブルの中心導体を接続する。この構造により結合回路Ｋ１を構成する。
【００１２】
図１の（Ｂ）は３段の共振器を設けた例である。このように、第３の共振器Ｒ３を第２の共振器Ｒ２に結合させることによって、伝送線路に等価的に３つの共振器を結合させる。３段以上の共振器を設ける場合も同様に共振器を順次結合させればよい。この場合でも、伝送線路に直接結合する共振器は第１の共振器Ｒ１のみである。
【００１３】
図２は、図１に示した帯域阻止型フィルタの通過特性を示す図である。図１の（Ａ）に示した共振器Ｒ１，Ｒ２の共振周波数をそれぞれｆ１，ｆ２とし、これを等しくすれば、図２の（Ａ）に示すように、その周波数ｆ１，ｆ２で大きな減衰が得られ、この周波数をトラップするトラップフィルタとして用いることができる。また、ｆ１とｆ２を異ならせることにより、図２の（Ｂ）に示すように、その間の帯域を減衰させる帯域阻止型フィルタとして用いることができる。
【００１４】
次に、第２の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの構成を図３および図４を参照して説明する。
図３はその等価回路図である。この帯域阻止型フィルタは図１に示したものと同様の、結合する２つの共振器を伝送線路の所定箇所にそれぞれ結合させたものである。すなわちＫ１ａ，Ｋ２ａ．．．．Ｋｎａは、伝送線路の所定箇所と共振器Ｒ１ａ，Ｒ２ａ．．．．Ｒｎａとの間を結合させる結合回路である。
【００１５】
伝送線路上の波長をλで表したとき、Ｌ１，Ｌ２．．．．Ｌｎ−１はλ／４に相当する長さの伝送線路である。この例ではλ／４の間隔で、複数の共振器を伝送線路に結合させている。また、Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂ．．．．Ｋｎｂは共振器Ｒ１ａ，Ｒ２ａ．．．．Ｒｎａと共振器Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂ．．．．Ｒｎｂとの間の結合回路である。このようにして、互いに結合する２つの共振器の一方を伝送線路にλ／４の間隔で結合させている。
【００１６】
図４は、図３に示した帯域阻止型フィルタの通過特性の例を示す図である。ここでは、伝送線路の５つのノードに５組（合計１０個）の共振器を結合させた例を示している。図３の共振器Ｒ１ａ，Ｒ１ｂの共振周波数をｆ１ａ，ｆ１ｂとし、共振器Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの共振周波数をｆ２ａ，ｆ２ｂとし、同様に共振器Ｒｎａ，Ｒｎｂの共振周波数をｆｎａ，Ｒｎｂと表した場合、ｆ１ａ＝ｆ１ｂ，ｆ２ａ＝ｆ２ｂ，ｆ３ａ＝ｆ３ｂ，ｆ４ａ＝ｆ４ｂ，ｆ５ａ＝ｆ５ｂとした場合、通過特性は図４の（Ａ）のようになる。このように所定帯域幅で大きく減衰する帯域阻止型フィルタが得られる。
【００１７】
また、図３に示した各共振器の共振周波数を異ならせれば、図４の（Ｂ）に示すような通過特性が得られる。このように共振器の数分だけ減衰極が生じるので、所定帯域における減衰量を大きく確保することができる。
【００１８】
次に、第３の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの構成を図５〜図７を参照して説明する。
図５はＴＭ２重モードの誘電体共振器ユニットの構造を示す部分破断斜視図である。図５において、２は誘電体セラミックスからなるキャビティであり、その外側面に電極膜を形成している。１は２つの柱状誘電体１ａと１ｂとを互いに直交させたような状態でキャビティ２と一体化した内部誘電体である。この内部誘電体１には、２つの柱状誘電体１ａ，１ｂの交差部に結合用溝９を形成している。３，４はキャビティ２の開口部をそれぞれ被うシールド板であり、それらの内面または外面に電極膜を形成している。なお、図５では、内部誘電体１の形状などを明瞭化するために、キャビティ２の一部とシールド板３の一部を破断し、さらにシールド板４をキャビティ２から分離して表している。
【００１９】
図５において、５は結合ループであり、接続体６とジャンクションボックス７との間に接続し、シールド板３の中央部に設けた開口部からキャビティ内部へ突出させている。ジャンクションボックス７にはセミリジッドの同軸ケーブル８を接続し、その中心導体を接続体６に接続している。
【００２０】
図６は、上記ＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットの共振モードと結合ループ５との関係を示す平面図である。図６の（Ａ）において、矢印で示す直線は柱状誘電体１ａ，１ｂ内に分布するＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードの電気力線である。結合ループ５はＴＭ X110 モードの電界の向きに平行であるため、そのループ面にＴＭ X110 モードの磁界が鎖交してＴＭ X110 モードと磁界結合する。
【００２１】
図６の（Ｂ）（Ｃ）における矢印は、上記２つのモードの結合モードである偶モードと奇モードの電気力線をそれぞれ示している。もし結合用溝９が存在しなれば、上記ＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードは独立した２つの共振器として作用する。しかし、結合用溝９を柱状誘電体１ａ，１ｂの交差部に４５°方向に切り込むように設けたことにより、偶モードの共振周波数と、奇モードの共振周波数とに差が生じて、ＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードとが結合する。
【００２２】
図７の（Ａ）は図５に示した帯域阻止型フィルタの等価回路図である。ここで、Ｒａ，Ｒｂは図６に示したＴＭ X110 モードの共振器とＴＭ Y110 モードの共振器である。Ｋｂは上記結合用溝９による結合を示している。また、図７の（Ａ）において、Ｋａは伝送線路に接続した結合ループと共振器Ｒａとの磁界結合を表している。この帯域阻止型フィルタは等価回路として図１のように表すこともでき、第１の実施形態の場合と同様に、２つの共振モードの共振周波数を適宜定めることによって、図２に示したような特性のトラップフィルタまたは帯域阻止型フィルタとして用いることができる。
【００２３】
図５では、伝送線路である同軸ケーブル８にジャンクションボックス７を介して１つのＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットを取り付けた例を示したが、伝送線路の所定箇所にλ／４間隔で、同様のＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットを取り付けることによって、帯域阻止型フィルタを構成することができる。図７の（Ｂ）はその等価回路図である。ここで、Ｒ１ａ，Ｒ１ｂは第１のＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットの２つの共振モードによる共振器、Ｒ２ａ，Ｒ２ｂは第２のＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットの２つの共振モードによる共振器、Ｒ３ａ，Ｒ３ｂは第３のＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットの２つの共振モードによる共振器である。この３つのＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットをλ／４の長さを有する伝送線路Ｌ１，Ｌ２を介して接続する。
【００２４】
次に第４の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの構成を図８および図９を参照して説明する。
図８は、伝送線路８に接続したＴＭ２重モード誘電体共振器ユニットの構成を示す斜視図である。このユニットは、ほぼ立方体形状の誘電体ブロックの外面（六面）に電極を形成して成る。この誘電体ブロックには、図中１０で示す結合用孔を設けている。さらに図における上面に外部結合電極１１を誘電体ブロックの外面のほぼ全面に形成した電極から分離形成している。８は伝送線路としての同軸ケーブルであり、その中心導体と外部結合電極１１との間にコンデンサ１２を接続している。
【００２５】
図９は、利用する２つの共振モードとその結合モードの例を示している。（Ａ）において、矢印で示す直線はＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードの電気力線である。外部結合電極１１はＴＭ Y110 モードの電界の向きに垂直であるため、外部結合電極１１はＴＭ Y110 モードと結合する。
【００２６】
図９の（Ｂ）（Ｃ）における矢印は、上記２つのモードの結合モードである偶モードと奇モードの電気力線をそれぞれ示している。結合用孔１０が存在しなれば、上記ＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードは独立した２つの共振器として作用するが、図に示すように、偶モードの共振周波数と、奇モードの共振周波数とに差が生じる位置に結合用孔１０を設けることにより、ＴＭ X110 モードとＴＭ Y110 モードとが結合する。
【００２７】
このような２重モードの誘電体共振器ユニットも、先に示した実施形態の場合と同様に、伝送線路に対して所定間隔で複数のノードに結合させることによって、等価回路としては図３に示したような帯域阻止型フィルタを構成することができる。
【００２８】
次に第５の実施形態に係るフィルタの構成を図１０および図１１を参照して説明する。
図１０は、フィルタ全体のブロック図である。ここで、ＢＰＦは、所定の周波数帯域を通過させる帯域通過型フィルタ、ＢＥＦは所定周波数または所定周波数帯域を減衰させる帯域阻止型フィルタである。このように、帯域通過型フィルタＢＰＦの接続した伝送線路と接地との間に帯域阻止型フィルタＢＥＦを接続している。この帯域阻止型フィルタＢＥＦとしては、図５または図８に示したような２重モードの誘電体共振器を用い、各モードの共振器の共振周波数を適宜定める。
【００２９】
図１１は図１０に示したフィルタの通過特性の例を示すものである。（Ａ）は上記帯域通過型フィルタＢＰＦ単体での通過特性、（Ｂ）は上記帯域阻止型フィルタＢＥＦ単体での通過特性である。（Ｃ）は全体の通過特性である。このように上記２重モードの各共振器の共振周波数ｆ１，ｆ２をＢＰＦの通過帯域から遮断域への境界周波数付近に設定することにより、図１１の（Ｃ）のように、通過帯域からその高域側と低域側の遮断域への減衰特性をそれぞれ急峻にすることができ、通過帯域の挿入損失を抑えつつ、通過帯域に隣接する遮断域の減衰量を大きく確保することができる。
【００３０】
次に第６の実施形態に係るデュプレクサおよび無線装置の構成を図１２を参照して説明する。
図１２においてデュプレクサはＴＸフィルタ（送信フィルタ）とＲＸフィルタ（受信フィルタ）から成り、ＴＸフィルタの出力部とＲＸフィルタの入力部とを位相合成してアンテナポートＡＮＴを構成している。図に示すように、このアンテナポートＡＮＴにアンテナを接続し、ＴＸフィルタの入力ポートＴｘに送信回路を接続し、ＲＸフィルタの出力ポートＲｘに受信回路を接続している。
【００３１】
上記ＴＸフィルタおよびＲＸフィルタは、以上の各実施形態に示した帯域阻止型フィルタまたは図１０に示したような帯域通過型フィルタとする。
【００３２】
このようにして、移動体通信システムにおける基地局用の無線装置を構成する。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、伝送線路に対する共振器の結合箇所が１箇所でありながら複数段の共振器を伝送線路に結合させることとなるので、共振器の段数を増しても部品点数が増大せす、線路と共振器間の結合部分での損失も増加しない。また、伝送線路の同一箇所に３つ以上の共振器を結合させる場合にも、上記第２の共振器にさらに他の共振器を順次結合させればよいので、所定段数の共振器を容易に設けることができる。
【００３４】
また、多重モードの誘電体共振器を、結合した２段の共振器として用い、そのうちの一方の共振器のみを伝送線路の所定箇所に結合させることにより、共振器の段数が増しても全体の部品点数の削減および小型化が容易となる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、小型で低損失なデュプレクサとして用いることができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、小型で電力損失の少ない無線装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの等価回路図
【図２】同フィルタの通過特性図
【図３】第２の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの等価回路図
【図４】同フィルタの通過特性図
【図５】第３の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの一部破断斜視図
【図６】同フィルタにおける２つの共振モードおよび結合モードの電気力線の分布の例を示す図
【図７】同フィルタの等価回路図
【図８】第４の実施形態に係る帯域阻止型フィルタの斜視図
【図９】同フィルタで用いる２つの共振モードとその結合モードの電気力線の分布の例を示す図
【図１０】第５の実施形態に係るフィルタのブロック図
【図１１】同フィルタの通過特性図
【図１２】第６の実施形態に係るデュプレクサおよび無線装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１−内部誘電体
２−キャビティ
３，４−シールド板
５−結合ループ
６−接続体
７−ジャンクションボックス
８−同軸ケーブル
９−結合用溝
１０−結合用孔
１１−外部結合電極
１２−コンデンサ
【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】
0004114275.tif 000010
【図１０】
0004114275.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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