(57)【要約】【課題】回路構成を簡略化し、効果的に部材サイズを縮小すると共に、周波数応答を改善した平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。【解決手段】本発明の不平衡−平衡バンドパスフィルタは、まず１つの誘導型バンドパスフィルタに１つの異相の容量型バンドパスフィルタを並列接続して、１つの新しい不平衡−平衡バンドパスフィルタ回路を組成し、続いて３本の結合線路で誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路の小型化した不平衡−平衡バンドパスフィルタ回路を実現する。【選択図】図２Ｂ
2009232435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタであって、
誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成され、
そのうち、前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタが、第一共振キャビティ、第二共振キャビティ、第三共振キャビティの３つの共振キャビティを備え、
前記第一共振キャビティと前記第二共振キャビティが誘導型結合フィルタを形成することができ、
前記第一共振キャビティと前記第三共振キャビティが容量型結合フィルタを形成することができることを特徴とする、
平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項２】
３本の結合線路で誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路を実現したことを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項３】
さらに１つの入力端Port P1と２つの出力端Port P2とPort P3を備え、Port P1端に不平衡信号が入力されると、信号が同じ結合エネルギーで第一共振キャビティから第二及び第三共振キャビティに結合され、Port P2とPort P3が同じ大きさ(それぞれ入力エネルギーの半分)の信号出力を有することを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記Port P2とPort P3の出力信号相位差が180°であることを特徴とする、請求項３に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項５】
Port P1端に不平衡信号が入力されると、設定された透過帯域内で、Port P2とPort P3に平衡信号が出力され、透過帯域外の信号がフィルタされることを特徴とする、請求項３に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項６】
さらにDCブロックキャパシタ(DC Block Capacitor)を備え、マッチング調整を行うことを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項７】
キャパシタC2と線路SL1で第一共振キャビティが形成され、キャパシタC3+と線路SL2+で第二共振キャビティが形成され、キャパシタC3-と線路SL2-で第三共振キャビティが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの寸法が約2.0X1.2mmであることを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項９】
前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの挿入損失が約1.65dBであることを特徴とする、請求項１に記載の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ。
【請求項１０】
２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタを主要部材として利用して形成されたことを特徴とする、平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタ。
【請求項１１】
前記フィルタが完全な誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成され、少なくとも４つのインダクタと８つのキャパシタを備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタ。
【請求項１２】
前記結合線路の長さが操作周波数の四分の一の波長より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタ。
【請求項１３】
２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタが、誘導型バンドパスフィルタに異相の容量型バンドパスフィルタを並列接続して組成されることを特徴とする、請求項１０に記載の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバンドパスフィルタに関し、特に、平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
台湾実用新案第M292793号の特許名が『平衡−不平衡信号変換機能を備えた小型多層バンドパスフィルタ』（以下、先行技術１という）では、平衡−不平衡信号変換機能を備えた小型多層バンドパスフィルタを開示しており、これは主に多層基板から構成され、前記基板上に少なくとも１本の結合線路が設けられ、そのうち各結合線路は２本ずつ結合され排列されて成り、そのうち先端と後端両側の結合線路上に不平衡入力端と２つの平衡出力端がそれぞれ設置され、信号減衰と結合干渉を抑えるために用いられる。
前記特許の構成は主に３本の結合線路を２つずつ結合させてバンドパスフィルタを成し、先端と後端両側の結合線路上に不平衡入力端と２つの平衡出力端がそれぞれ設けられる。
図１に示すように、先行技術１は基本的に１つの平衡−不平衡変換器に１つのバンドパスフィルタを加えた方式で実現され、不平衡信号の入力後平衡信号で出力することができるが、M292793号が開示する構成に必要な結合線路の長さは操作周波数の二分の一の波長の長さが必要であり、サイズを効果的に縮小することができない。
【０００３】
Dae-Woun YOO、Eung-Soo KIM、Sung-Wook KIMの“A Balance Filter with DC Supply for Bluetooth Module” in 2005 European Microwave Conference（以下、先行技術２という）があるが、この文献では、従来の平衡−不平衡変換器（Balun）とフィルタ（Filter）を共に同一のLTCC基板上に製作し、１つの新しい部材としているが、使用される部材は減少されていないため(やはり１つの平衡−不平衡変換器とバンドパスフィルタ)、部材のサイズを縮小することができず、その寸法は6.35X6.35mm2 である。
【０００４】
Min Cheol Park、Byoung Hwa Lee、Dong Seok Parkの“A laminated balance filter using LTCC technology” in Microwave Conference Proceedings, 2005. APMC 2005. Asia-Pacific Conference Proceedings（以下、先行技術３という）があるが、この文献では一組の結合線路があり平衡−不平衡変換器とフィルタに共用させることができるものの、その結合線路の長さはやはり従来の平衡−不平衡変換器の結合線路と同じ(中心周波数の四分の一波長)を保持する必要があり、部材サイズの縮小の面であまり大きな貢献はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の先行技術の欠点に鑑みて、本発明の主な目的は、平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの回路構成を簡略化し、効果的に部材サイズを縮小すると共に、平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの周波数応答を改善した平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はまず２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタを主要部材として利用して平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを形成し、且つこの２つのバンドパスフィルタを簡略化して体積縮小という目的を達する。上述の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタは第一共振キャビティ、第二共振キャビティ、第三共振キャビティの３つの共振キャビティを備え、前記第一共振キャビティと前記第二共振キャビティは誘導型結合フィルタを形成することができ、前記第一共振キャビティと前記第三共振キャビティは容量型結合フィルタを形成することができ、且つ３本の結合線路で誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路を実現する。さらに１つの入力端P1と２つの出力端P2とP3を備え、P1端に不平衡信号が入力されると、信号が同じ結合エネルギーで第一共振キャビティから第二及び第三共振キャビティに結合され、P2とP3に大きさが同じ(それぞれ入力エネルギーの半分)の信号が出力される。
【０００７】
比較を行うと、一般的な2.4GHzバンドパスフィルタの寸法は2.0X1.2mmまたは2.5X2.0mmであり、挿入損失は2.2dB程度、平衡−不平衡変換器（Balun）の寸法は1.6 X 0.8mmまたは2.0X1.2mmであり、挿入損失は1dB程度である。本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの寸法は2.0X1.2mmであり、挿入損失は1.65Dbで、且つ本発明は平衡−不平衡変換器及びフィルタを単一部材に完全に統合しており、部材サイズの縮小と、部材周波数応答の改善という目的を達することができる。先行技術１と比較すると、本発明の結合線路の長さは操作周波数の四分の一の波長よりずっと小さく、製作上部材サイズを効果的に縮小することができる。先行技術２、３と比較すると、本発明は平衡−不平衡変換器とバンドパスフィルタを単一部材に統合することができ、実際の製作寸法を2.0X1.2 mmまで縮小できる。本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタは、ワイヤレスLANやブルートゥースなど、平衡−不平衡変換器とバンドパスフィルタを同時に備えたあらゆるシステムに運用することができる。
【０００８】
すなわち、本願の第１の発明は、平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタであって、誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成され、そのうち、前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタが、第一共振キャビティ、第二共振キャビティ、第三共振キャビティの３つの共振キャビティを備え、前記第一共振キャビティと前記第二共振キャビティが誘導型結合フィルタ形成することができ、前記第一共振キャビティと前記第三共振キャビティが容量型結合フィルタを形成することができることを特徴とする、平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第２の発明は、３本の結合線路で誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路を実現したことを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第３の発明は、さらに１つの入力端Port P1と２つの出力端Port P2とPort P3を備え、Port P1端に不平衡信号が入力されると、信号が同じ結合エネルギーで第一共振キャビティから第二及び第三共振キャビティに結合され、Port P2とPort P3が同じ大きさ(それぞれ入力エネルギーの半分)の信号出力を有することを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第４の発明は、前記Port P2とPort P3の出力信号相位差が180°であることを特徴とする、前記第３の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第５の発明は、Port P1端に不平衡信号が入力されると、設定された透過帯域内で、Port P2とPort P3に平衡信号が出力され、透過帯域外の信号がフィルタされることを特徴とする、前記第３の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第６の発明は、さらにDCブロックキャパシタ(DC Block Capacitor)を備え、マッチング調整を行うことを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第７の発明は、キャパシタC2と線路SL1で第一共振キャビティが形成され、キャパシタC3+と線路SL2+で第二共振キャビティが形成され、キャパシタC3-と線路SL2-で第三共振キャビティが形成されることを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第８の発明は、前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの寸法が約2.0X1.2mmであることを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第９の発明は、前記平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの挿入損失が約1.65dBであることを特徴とする、前記第１の発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタを提供する。
本願の第１０の発明は、２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタを主要部材として利用して形成されたことを特徴とする、平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタを提供する。
本願の第１１の発明は、前記フィルタが完全な誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成され、少なくとも４つのインダクタと８つのキャパシタを備えていることを特徴とする、前記第１０の発明の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタを提供する。
本願の第１２の発明は、前記結合線路の長さが操作周波数の四分の一の波長より小さいことを特徴とする、前記第２の発明の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタを提供する。
本願の第１３の発明は、２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタが、誘導型バンドパスフィルタに異相の容量型バンドパスフィルタを並列接続して組成されることを特徴とする、前記第１０の発明の平衡−不平衡変換機能を備えたバンドパスフィルタを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述の発明目的及び効果を達成し、且つこの領域の通常の知識を有する者が本発明の明細書に基づいて実施できるようにするため、以下、図面に基づき最良の実施例を示して説明する。
【００１０】
図１に一般的な従来の平衡−不平衡変換器及びバンドパスフィルタの実施例を示す。そのうち平衡−不平衡変換器とバンドパスフィルタ（点線で囲った箇所）が本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタが取って代わることができる先行技術の範囲であり、完成品のサイズを縮小し、性能を改善する。
【００１１】
本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタ回路の構成と簡略化した回路図を図２Ａ及び図２Ｂに示す。そのうち図２Ａは本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの構成を示す。図２Ｂは前記構成に基づいた平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの簡略化した回路図である。図２Ａの構成は完全な誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成され、全部で４つのインダクタと８つのキャパシタがあり、そのうち２つの結合方向が異なるバンドパスフィルタは、１つの誘導型バンドパスフィルタに１つの異相の容量型バンドパスフィルタを並列接続して組成され、図２Ｂの回路は３本の結合線路で誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路を実現しており、キャパシタC1、キャパシタC4+、キャパシタC4を含み、これらはDCブロックキャパシタ(DC Block Capacitor)であって、且つマッチング調整を行うことができる。本発明の構成は３つの共振キャビティを備え、それぞれキャパシタC2と線路SL1が形成する第一共振キャビティ、キャパシタC3+と線路SL2+が形成する第二共振キャビティ、キャパシタC3-と線路SL2-が形成する第三共振キャビティである。
【００１２】
図２Ａに誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合バンドパスフィルタから組成される不平衡−平衡バンドパスフィルタを示し、図２Ｂに誘導型(ICL)及び容量型(CCL)結合線路で、３本の結合線路により実現した不平衡−平衡バンドパスフィルタを示す。そのうち図２Ｂの入力端のPort P1端に不平衡信号が入力され、信号は同じ結合エネルギーで第一共振キャビティから第二及び第三共振キャビティに結合され、出力端Port P2と出力端Port P3は大きさが同じ(入力エネルギーの半分)の信号出力を有する。且つ、前記第一共振キャビティと第二共振キャビティは誘導型結合フィルタを形成することができ、第一共振キャビティと第三共振キャビティは容量型結合フィルタを形成し、そのうち出力端Port P2と出力端Port P3の出力信号の相位差は180°である。以上の２点をまとめると分かるように、入力端Port P1端に不平衡信号が入力されると、設計された透過帯域内で、出力端Port P2と出力端Port P3に平衡信号が出力され、透過帯域外の信号はフィルタされ、これにより本発明は不平衡信号を平衡信号に変換する機能、及びバンドパスフィルタの機能を同時に具備する。
【００１３】
本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの回路構成の回路シミュレーションソフトウェアシミュレーションを経た結果を図３に示す。図３から分かるように、前記回路はS21及びS31で透過帯域内での最大の挿入損失が3.5 dB、最小の反射損失が34.4 dBであり、最大の平衡振幅誤差が0.6 dBより小さく、最大平衡位相誤差が4°以内であり、平衡−不平衡バンドパスフィルタの特性要求を満たすことができる。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは簡略化後の回路構成（即ち図２Ｂの回路構成）の測定結果とシミュレーション結果の比較であり、図中の実線は実際の測定結果を表し、点線はEM（Electromagnetic）シミュレーション結果を表す。図４Ａから分かるように、実際シミュレーション結果と測定結果は非常に一致しており、S11の測定結果からは透過帯域内に２つのピークが2.44 GHz付近で出現していることが分かり、且つ透過帯域内で最小の反射損失は27 dBである。S21及びS31の測定結果では、透過帯域内の最大の挿入損失が-4.7 dB、且つ測定結果S31は3.5 GHz付近でもEMシミュレーション結果で予期されたとおり伝送ゼロ点が出現している。図４Ｂに平衡−不平衡バンドパスフィルタの実際の測定の振幅誤差及び位相誤差を示す。その結果から分かるように、前記フィルタはS31のゼロ点が(3.5 GHzに)出現する前、２つの平衡入力(出)ポートの位相は異相を呈しており、前記ゼロ点が出現した後その位相が異相から同相に変わり、且つ透過帯域内におけるその平衡振幅誤差は0.32 dBより小さく、平衡位相誤差は3°より小さい。この結果から、この平衡−不平衡バンドパスフィルタは透過帯域内での平衡が特によいことが分かる。図４Ｃはこの平衡−不平衡バンドパスフィルタの平衡信号及び不平衡信号下における伝送特性を示しており、平衡信号での測定結果ではこの平衡−不平衡バンドパスフィルタの透過帯域内における最大の挿入損失が1.65 dBで、不平衡信号測定時の最小挿入損失は-24 dBであり、また、平衡信号測定時、4.2 GHz付近に伝送ゼロ点が出現しているが、EMシミュレーションでも同様の結果であり、この伝送ゼロ点の出現の原因は、S21とS31が3.5 GHzの後に相位が異相から同相に変わり、且つS21とS31が4.2 GHzのとき同じ大きさの振幅を持つことから、信号が平衡ポートで相殺されるため、伝送ゼロ点が4.2 GHzで発生するのである。この伝送ゼロ点は2.1 GHzの局部発振器(Local Oscillator)が4.2 GHzで発生する調波(Harmonic)信号の抑制に用いることができ、前記周波数点で少なくとも50 dB以上のノイズが減衰される。
【００１４】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは補充資料であり、そのうち図５Ａは誘導型結合フィルタの構成図、図５Ｂは容量型結合フィルタの構成図、図５Ｃは誘導型（ICL）及び容量型（CCL）結合バンドパスフィルタの∠Z21パラメータをそれぞれ示す。これらの図からはっきりと分かるように、誘導型結合フィルタは透過帯域内で∠Z21パラメータが-90°であり、容量型結合フィルタは透過帯域内で∠Z21パラメータが+90°である。
【００１５】
本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタは、ワイヤレスLAN、ブルートゥース等、平衡−不平衡変換器とバンドパスフィルタを同時に備えたあらゆるシステムに運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の平衡−不平衡変換器（Balun）とバンドパスフィルタの実施例である。
【図２Ａ】本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの構成図である。
【図２Ｂ】前記構成に基づく平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの簡略化された回路図である。
【図３】本発明の平衡−不平衡変換機能を備えた小型バンドパスフィルタの回路の回路シミュレーションソフトウェアのシミュレーション結果である。
【図４Ａ】本発明の実際のシミュレーション結果と測定結果である。
【図４Ｂ】本発明の実際に測定された振幅誤差及び位相誤差である。
【図４Ｃ】本発明の平衡信号及び不平衡信号下における伝送特性である。
【図５Ａ】誘導型結合フィルタの構成図である。
【図５Ｂ】容量型結合フィルタの構成図である。
【図５Ｃ】誘導型（ICL）及び容量型（CCL）結合バンドパスフィルタの∠Z21パラメータである。
【符号の説明】
【００１７】
Port P1    入力端
Port P2    出力端
Port P3    出力端
C1+        キャパシタ
C1-        キャパシタ
C2+        キャパシタ
C2-        キャパシタ
C3+        キャパシタ
C3-        キャパシタ
C4+        キャパシタ
C4-        キャパシタ
SL1+        線路
SL1-        線路
SL2+        線路
SL2-        線路
【図１】
2009232435.tif 000003
【図２Ａ】
2009232435.tif 000004
【図２Ｂ】
2009232435.tif 000005
【図３】
2009232435.tif 000006
【図４Ａ】
2009232435.tif 000007
【図４Ｂ】
2009232435.tif 000008
【図４Ｃ】
2009232435.tif 000009
【図５Ａ】
2009232435.tif 000010
【図５Ｂ】
2009232435.tif 000011
【図５Ｃ】
2009232435.tif 000012