(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに結合した第１の線路（１）と第２の線路（２）をアース板（３）上に配置し、これら２本の線路（１）（２）のうち一方の線路（２）の両方の端末（４）（５）にフィルタとして通過させる帯域の中心周波数を共振周波数とする直列共振器（１５）（１５）を接続すると共に、他方の線路（１）の各端（７）（８）をそれぞれ入力と出力とする帯域通過フィルタにおいて、
直列共振器（１５）（１５）を、ジャイレータ定数が大きい（Ｇ1 ）虚ジャイレータ（１６）とジャイレータ常数が小さい（Ｇ2 ）虚ジャイレータ（１７）を順に３個以上の奇数個継続接続し、終端を開放して構成したことを特徴とする有極型帯域通過フィルタ。
【請求項２】
直列共振器（１５）（１５）を、１／４波長の２つの線路（２１）（２１）を直列に接続すると共に両線路の接続点（２２）をキャパシタンス（Ｃ）でアース板（３）にシャントに接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項３】
２つの線路（２１）（２１）を直列に接続して両線路の接続点（２２）にキャパシタンス（Ｃ）を設ける代わりに、両線路（２１）（２１）の前方側の線路（２１）の後端（２１ａ）と後方側の線路（２１）の前端（２１ｂ）をアース板（３）に接続するとともに、前方側の線路（２１）の後端部と後方側の線路（２１）の前端部とを近接させて両線路（２１）（２１）の結合部（２３）としたことを特徴とする請求項２記載の有極型帯域通過フィルタ。
【請求項４】
第１の線路（１）と第２の線路（２）を二重巻ヘリカル線路（９Ａ）で構成するとともに、直列共振器（１５）（１５）を構成するそれぞれ１／４波長の２つの線路（２１）（２１）をヘリカル線路で構成したことを特徴とする請求項２記載の有極型帯域通過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波領域で用いる有極型帯域通過フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、互いに結合した第１の線路１と第２の線路２をアース板上に配置し、これら２本の線路１，２のうち、一方の線路２の端末４，５にフィルタとして阻止する帯域の中心周波数を反共振周波数とする共振器６，６を接続するとともに、他方の線路１の各端７，８をそれぞれ入力と出力としたＭＨｚ〜ＧＨｚの周波数領域で用いる有極型帯域通過フィルタが、特開平１０−２００３０３号公報（特願平９−２７８９号）で公知である。
【０００３】
符号９は第１の線路１と第２の線路２とからなる結合線路を示す。実際の入力信号は、線路１の一端７に接続された入力端子１０とアース部１０′との間に印加される。また、出力信号は線路１の他端８に接続された出力端子１１とアース部１１′とに出力される。
【０００４】
共振器６，６は集中定数回路又は分布常数回路又はそれらの組み合わせで構成され、線路２の端末４，５とアース板３との間に挿入接続される。
【０００５】
図７は集中定数回路で構成された共振器６の例で、コイルＬとコンデンサＣの並列回路の反共振周波数をフィルタとして阻止する帯域の中心周波数に合わせている。
【０００６】
図６，図７の有極型帯域通過フィルタを第１の従来技術という。
【０００７】
上記第１の従来技術の共振器６，６の代りに直列共振器を用いると有極型帯域通過フィルタとなることも周知である（以下これを第２の従来技術という）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年のデジタル化に伴い、ＧＨｚ付近の高周波領域で狭帯域の通過特性を有する小形の有極型帯域通過フィルタの実現が望まれている。
【０００９】
そこで本願発明者は、その実現に向けて鋭意研究を重ねてきたが、共振器６，７の代わりに接続する直列共振器として、図８に示す１／４波長開放スタブ１２からなる直列共振器１３とか、図９に示すコイルＬとコンデンサＣの直列共振回路からなる直列共振器１４を用いたありきたりの構成では、要望されている程の狭帯域を得られず、かつ小形化が困難であることが分かった。
【００１０】
つまり、開放スタブ１２のインピーダンスＺｆは、
Ｚｆ＝−ｊＷｃｏｔτω、τ＝π／２ω0   ・・・（１）
で示され、ω＝ω0 で共振してＺｆ＝０となるが、その前後の周波数でのインピーダンスの変化の様子は、１／４波長開放スタブの特性インピーダンスＷが大きい程急激な変化をする。それは、共振周波数ｆ0 におけるインピーダンスＺｆの勾配を求めると、
【００１１】
【数１】
0004041632.tif 000002
【００１２】
となるから、Ｗが大きい程、図１０の勾配が急になる。
【００１３】
図１０は直列共振器１３又は１４のインピーダンスが周波数ｆに対して変わる様子を示すが、ｆ0 で共振しているとき、実線ａより破線ｂの共振特性の方が周波数ｆに対して急速な変化をしているので、ｂの特性の共振器又は共振回路を用いた方がより狭帯域なフィルタとなることが分る。
【００１４】
また、図９の直列共振器１４を構成する直列共振回路のインピーダンスＺｒのｆ0 における勾配は、
【００１５】
【数２】
0004041632.tif 000003
【００１６】
であるから、等価特性インピーダンスＷｅは、
Ｗｅ＝２Ｌ／τ0       ・・・（２）
となる。高周波では、分布定数回路を用いるところから、特性インピーダンスを活用できる。
【００１７】
前記第２の従来技術で、有極型帯域通過フィルタの通過帯域幅を狭くするには、直列共振器１３や１４の等価特性インピーダンスを高くすることが考えられる。等価特性インピーダンスを高くする回路の１つとして図１２の開放スタブまたは短絡スタブの回路を用い、その高調波の共振点のところで使用する方法が考えられる。
【００１８】
開放スタブであれば、線路長が１／４波長となる最初の共振周波数の奇数倍のところで同様な共振をするので、線路の特性インピーダンスをＷｆとすると高調波の共振点における等価な特性インピーダンスは、
Ｗｅ＝ｎＷｆ    （ｎ＝ｏｄｄ）  ・・・（３）
となる。
【００１９】
また、同じ図１２の回路で終端を短絡した短絡スタブでは、１／２波長で最初の直列共振となり、その偶数倍で高調波の共振をするので等価特性インピーダンスは式（３）のｎが偶数のときの値となる。
【００２０】
このように、線路長を長くして高調波の共振のところで使用すれば、線路の特性インピーダンスの整数倍の高い特性インピーダンスのものを実現することができ、狭帯域の有極型帯域通過フィルタができそうに思われる。
【００２１】
ところが、この方法で共振器を構成するにはヘリカル線路のような特殊な構造の線路の高調波モードを用いる必要があり、ヘリカル線路の高調波モードを用いても特性インピーダンスに限界があって、かつ共振器の抵抗分も増大してしまうので、比帯域が１％以下の狭帯域なフィルタとするには不十分であるという問題点があった。
【００２２】
そこで、本発明は、かかる問題点を解消できる有極型帯域通過フィルタを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに結合した第１の線路（１）と第２の線路（２）をアース板（３）上に配置し、これら２本の線路（１）（２）のうち一方の線路（２）の両方の端末（４）（５）にフィルタとして通過させる帯域の中心周波数を共振周波数とする直列共振器（１５）（１５）を接続すると共に、他方の線路（１）の各端（７）（８）をそれぞれ入力と出力とする帯域通過フィルタにおいて、
直列共振器（１５）（１５）を、ジャイレータ定数が大きい（Ｇ1 ）虚ジャイレータ（１６）とジャイレータ常数が小さい（Ｇ2 ）虚ジャイレータ（１７）を順に３個以上の奇数個継続接続し、終端を開放して構成したことを特徴とする有極型帯域通過フィルタである。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１の有極型帯域通過フィルタにおいて、直列共振器（１５）（１５）を、１／４波長の２つの線路（２１）（２１）を直列に接続すると共に両線路の接続点（２２）をキャパシタンス（Ｃ）でアース板（３）にシャントに接続して構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項２の有極型帯域通過フィルタにおいて、２つの線路（２１）（２１）を直列に接続して両線路の接続点（２２）にキャパシタンス（Ｃ）を設ける代わりに、両線路（２１）（２１）の前方側の線路（２１）の後端（２１ａ）と後方側の線路（２１）の前端（２１ｂ）をアース板（３）に接続するとともに、前方側の線路（２１）の後端部と後方側の線路（２１）の前端部とを近接させて両線路（２１）（２１）の結合部（２３）としたことを特徴とするものである。
【００２６】
この発明では、キャパシタンスの代わりに線路の結合で構成している。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項２の有極型帯域通過フィルタにおいて、第１の線路（１）と第２の線路（２）を二重巻ヘリカル線路（９Ａ）で構成するとともに、直列共振器（１５）（１５）を構成するそれぞれ１／４波長の２つの線路（２１）（２１）をヘリカル線路で構成したことを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を実施例に従って説明する。
【００２９】
〔実施例１〕
図１は請求項１に対応するもので、互いに結合した第１の線路１と第２の線路２をアース板３上に配置し、これら２本の線路１，２のうち、一方の線路２の両方の端末４，５にフィルタとして通過させる帯域の中心周波数を共振周波数とする直列共振器１５，１５を接続すると共に、直列共振器１５，１５をそれぞれジャイレータ常数が大きいＧ1 の虚ジャイレータ１６とジャイレータ常数が小さいＧ2 の虚ジャイレータ１７を順に３個継続接続し、終端を開放して構成している。
【００３０】
符号９は第１の線路１と第２の線路２とからなる結合線路を示す。
【００３１】
実際の入力信号は、線路１の一端７に接続された入力端子１０とアース部１０′との間に印加される。また、出力信号は線路１の他端８に接続された出力端子１１とアース部１１′とに出力される。
【００３２】
１つの虚ジャイレータは、具体的にいろいろな回路で構成できるもので、図１（ｃ）の開放スタブ１９も線路長が１／４波長となる周波数ではその四端子行列が、
【００３３】
【数３】
0004041632.tif 000004
【００３４】
となるので、ジャイレータ常数ＧがＧ＝Ｗｒの虚ジャイレータとなるものである。
【００３５】
従って、図１（ｂ）のように虚ジャイレータ３個で構成した直列共振器１５の回路に等価な図１（ｃ）の開放スタブ１９の特性インピーダンスＷｒは、
Ｗｒ＝Ｇ1 2 ／Ｇ2       ・・・（４）
となる。そこで、このＷｒを大きくするためにはＧ1 を大きくして、Ｇ2 を小さくすればよいことが分る。
【００３６】
Ｇ1 の大きい虚ジャイレータ１６の回路としていろいろあるが、小形で最も簡単な構造のものはヘリカル線路を用いた１／４波長の線路で図１（ｄ）に示す回路となる。
【００３７】
また、Ｇ2 の小さい虚ジャイレータ１７の回路としてもいろいろあるが、１つの例として図１（ｅ）のように特性インピーダンスＷの短い２本の線路２０，２０の間（接続点）にキャパシタンスＣをシャントに接続したものがある。Ｃの容量を大きくする程Ｇ2 が小さくなるので、Ｃを可変とすることによって、任意のジャイレータ常数Ｇ2 に設定することができる。
【００３８】
図１（ｅ）の線路２０，２０の長さはそれぞれ等しくＦ2 の周波数の１／４波長の長さであるとしたとき、Ｇ2 は次の（５）式で与えられるものである。
【００３９】
Ｇ2 ＝Ｗｔａｎ（πＦ0 ／２Ｆ2 ）  ・・・（５）
以上のことから、特性インピーダンスの格段に高い開放スタブ１９と等価な回路として同図（ｆ）のような回路が構成される。但し、図１（ｆ）の回路ではＧ1 を作る同図（ｄ）の線路と図１（ｅ）の線路は同じ線路を用いるようにして構造を簡単にしている。２２は接続点である。
【００４０】
なお、（５）式でＦ0 は、通過域中心周波数、Ｆ２ は、Ｇ２の虚ジャイレータの線路長をきめる周波数である。
【００４１】
直列共振器１５は、上記実施例では、大きいＧ1 の虚ジャイレータ１６，１６と小さいＧ2 の虚ジャイレータ１７を図示のように３個継続接続して構成したが、一般に３個以上の奇数個でも構成できるものである。
【００４２】
〔実施例２〕
図１（ｆ）の直列共振器１５を用いて構成される有極型帯域通過フィルタの回路は図２のようになり、これが請求項２の発明に対応する。
【００４３】
図２において、直列共振器１５，１５の等価的な特性インピーダンスＷｒの値は主として通過帯域幅を決めているが、結合線路９の平衡特性インピーダンスＷｂは通過域の平坦特性に関係し、不平衡特性インピーダンスＷｕは減衰の立ち上がり特性に主として関係している。
【００４４】
〔実施例３〕
請求項３の発明に対応するもので、直列共振器１５，１５の回路構成が図２の実施例２と一部異なっている。即ち、接続点２２にシャント用のキャパシタンスＣを接続する代りに、図３に示すように両線路２１，２１の前方側（図示左側）の線路２１の後端２１ａと後方側（図示右側）の線路２１の前端２１ｂをアース板３に接続するとともに、前方側の線路２１の後端部と後方側の線路２１の前端部とを近接させて両線路２１，２１の結合部２３を形成して直列共振器１５を構成したもので、キャパシタンスＣの代わりに線路の結合を用いて図１（ｆ）と等価な直列共振回路を構成している。
【００４５】
〔実施例４〕
請求項４の発明に対応するもので、図４に示すように、第１の線路１と第２の線路２からなる結合線路を二重巻ヘリカル線路９Ａで構成するとともに、直列共振器１５，１５を構成する１／４波長の２つの線路２１，２１をヘリカル線路で構成している。１０は入力用の同軸コネクタ、１１は出力用の同軸コネクタ、３Ａはアース板を兼ねた筺体で、その外形寸法は高さＨが７７ｍｍ、幅Ｂが４０ｍｍ、図面に直角方向の厚みが２０ｍｍである。
【００４６】
二重巻ヘリカル線路９Ａの巻線の直径が１ｍｍ、ヘリカルの直径が６ｍｍ、巻数が４、ピッチが４ｍｍである。
【００４７】
ヘリカル線路２１は巻線の直径が１．２ｍｍ、ヘリカルの直径が６ｍｍ、巻数が５、ピッチが３ｍｍである。
【００４８】
コンデンサＣは最大５ｐＦの可変型、周波数調整ネジ２４，２４は筺体３Ａに螺着され、その材質は金属又は誘導体で造られている。
【００４９】
図４の有極型帯域通過フィルタの周波数特性を図５に示す。
【００５０】
実線は設計上の計算値、○印は測定値である。なお、設計値としては、８００ＭＨｚあたりで通過帯域幅を６ＭＨｚとし、この場合の比帯域は０．７５％となる。このような狭帯域のフィルタを製作するためには、負荷を５０Ωとすると開放スタブの特性インピーダンスを約９５００Ωとする必要がある。
【００５１】
各線路素子をヘリカルを用いて製作し、測定によって求めた各特性インピーダンスの値は、
Ｗｕ＝１７５Ω
Ｗｂ＝７０Ω
Ｗ＝２５０Ω
Ｗｒ＝９５００Ω
キャパシタンスＣの値はＷｒ＝９５００Ωとするために調整しているので明確ではない。これらの値を用いて計算したフィルタの特性が図５の実線である。
【００５２】
但し、平衡伝送と不平衡伝送の位相速度の違いがあるため、それを考慮した特性である。平衡伝送の等価的な線路長は７３１ＭＨｚの１／４波長で、不平衡伝送のそれは１１２４ＭＨｚである。このような位相の違いがあるために計算結果で減衰極が非対称に現れる。
【００５３】
測定値が理論計算値とよく一致している。Ｗｒとしては更に高いものが得られているので、より狭帯域なフィルタを得られることが確実である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の有極型帯域阻止フィルタは上述のように構成されているので、ＭＨｚ〜ＧＨｚの周波数領域で比帯域が１％以下の狭帯域のフィルタが実用化でき、かつ小形にできる利点がある。
【００５５】
そのため、近年のデジタル放送等に伴う狭帯域通過フィルタの要求に応えることができ、デジタル信号技術の実用化、促進に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で、（ａ）は全体の回路図、（ｂ）は虚ジャイレータ３個で構成した共振器の図、（ｃ）は直列共振器としての開放スタブの図、（ｄ）はＧ1 の虚ジャイレータの回路図、（ｅ）は小さいＧ2 の虚ジャイレータの回路図、（ｆ）は特性インピーダンスの高い線路と等価な回路の図である。
【図２】本発明の実施例２の回路図である。
【図３】本発明の実施例３の要部回路図である。
【図４】本発明の実施例４の構造図である。
【図５】本発明の実施例４の特性線図である。
【図６】従来技術の回路図である。
【図７】従来技術の回路の一部を示す図である。
【図８】開放スタブの図である。
【図９】直列共振回路の図である。
【図１０】共振器のインピーダンス特性線図である。
【符号の説明】
１，２，２１    線路
３              アース板
３              筺体
４，５          端末
７，８          端
９              結合線路
９Ａ            二重巻ヘリカル線路
１５            直列共振器
１６，１７      虚ジャイレータ
２１ａ          後端
２１ｂ          前端
２２            接続点
２３            結合部
Ｃ              キャパシタンス
Ｇ1 ，Ｇ2       ジャイレータ常数
【図１】
0004041632.tif 000005
【図２】
0004041632.tif 000006
【図３】
0004041632.tif 000007
【図４】
0004041632.tif 000008
【図５】
0004041632.tif 000009
【図６】
0004041632.tif 000010
【図７】
0004041632.tif 000011
【図８】
0004041632.tif 000012
【図９】
0004041632.tif 000013
【図１０】
0004041632.tif 000014