(57)【要約】【課題】本発明は、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタの提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタ９０は、マイクロストリップライン１３の線幅ｗ（ｚ）を不均一な幅とすることで局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたことを特徴とする。ここで、導波路の特性インピーダンスとは、反射型導波路バンドパスフィルタ９０のポートにおけるインピーダンスをいう。【選択図】図１
2009272750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に形成されたグランド板と、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたマイクロストリップラインと、を備え、
前記マイクロストリップラインの形状は、前記マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークのうち、少なくとも前記ピーク間の長手方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含むことを特徴とする反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項２】
反射周波数帯域を２以上有することを特徴とする請求項１に記載の反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることを特徴とする請求項３に記載の反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記マイクロストリップラインは、長手方向の側線が中心線に対して線対称であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記マイクロストリップラインは、長手方向の側線の一方が直線であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反射型導波路バンドパスフィルタ。
【請求項７】
誘電体基板の一方の面に形成されたグランド板と、前記誘電体基板の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスとを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたマイクロストリップラインを備える反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法であって、
前記反射型導波路バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、
前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、
前記導波路の特性インピーダンス並びに前記誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、
を順に有することを特徴とする反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法。
【請求項８】
前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることを特徴とする請求項７に記載の反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
不均一伝送線路で形成されるバンドパスフィルタに関し、特に、超広帯域無線システムに用いられるバンドパスフィルタ及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域（ＵＷＢ）無線システムの無線局の周波数帯域は、例えば、日本では、周波数３．４ＧＨｚから４．８ＧＨｚまでと周波数７．２５ＧＨｚから１０．２５ＧＨｚまでの２つの周波数帯域が割り当てられている。無線局ではアンテナで送受信を行うが、アンテナだけではこのような広帯域の特性を制御することが難しい。高周波回路によって規定された周波数帯域における電力制御を行うため、共振型デバイスを用いた広帯域フィルタが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】Ｃ−Ｙ．Ｃｈｅｎ ａｎｄ Ｃ−Ｙ． Ｈｓｕ、“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆａ ＵＷＢｌｏｗ ｉｎｓｅｒｉｏｎｌｏｓｓ ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈｓｐｕｒｉｏｕｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ”、ｍｉｃｒｏｗａｖｅＪ．，ｐｐ．１１２−１１６，Ｆｅｂ．２００６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、共振型デバイスを用いた広帯域バンドパスフィルタは、設計手法が複雑である。そして、共振型デバイスは、比帯域幅が小さく、広帯域バンドパスフィルタに利用することが困難であった。比帯域幅とは、帯域幅を中心周波数で規格化したしたものをいう。さらに、周波数帯域が分離している日本のＵＷＢ規格の全領域をカバーすることはできなかった。
【０００４】
また、広帯域バンドパスフィルタとして、不均一伝送線路による反射型デバイスも考えられる。しかし、分離した２つの周波数帯域が割り当てられている日本のＵＷＢ規格の全領域をカバーする反射型デバイスは提案されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、マイクロストリップラインの線幅を不均一な幅とすることで局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたことを特徴とする。ここで、導波路の特性インピーダンスとは、反射型導波路バンドパスフィルタにおける入出力ポートに接続される伝送線路の特性インピーダンスをいう。
【０００７】
具体的には、本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に形成されたグランド板と、前記誘電体基板の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたマイクロストリップラインと、を備え、前記マイクロストリップラインの形状は、前記マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークのうち、少なくとも前記ピーク間の長手方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含むことを特徴とする。
【０００８】
マイクロストリップラインの形状は、マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークのうち、少なくともピーク間の長手方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含むので、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。局所的な特性インピーダンスの制御によって比帯域幅を大きくすることで、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタとすることができる。
【０００９】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、反射周波数帯域を２以上有することが好ましい。
局所的な特性インピーダンスの制御によって反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができるので、分離した波長帯域に対応することができる。反射周波数帯域を２以上有することで、日本のＵＷＢ規格の全周波数帯域をカバーすることができる。
【００１０】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインは、長手方向の側線が中心線に対して線対称であることが好ましい。
ここで、線対称とは、微視的な意味での線対称であって、マイクロストリップラインの長手方向の中心線が曲がっている場合は当該側線が中心線に沿って線対称であればよい。
【００１３】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインは、長手方向の側線の一方が直線であることが好ましい。
ここで、直線とは、微視的な意味での直線であって、マイクロストリップラインの長手方向の中心線が曲がっている場合はマイクロストリップラインを曲げた形状をいう。
【００１４】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法は、誘電体基板の一方の面に形成されたグランド板と、前記誘電体基板の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスとを導波路の特性インピーダンスに対して変化させたマイクロストリップラインを備える反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法であって、前記反射型導波路バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、前記導波路の特性インピーダンス並びに前記誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、を順に有することを特徴とする。
【００１５】
周波数特性、導波路の特性インピーダンス、誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定することで、マイクロストリップラインの幅を決定することができる。決定したマイクロストリップラインの幅を形成することで、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。
【００１６】
本発明に係る反射型導波路バンドパスフィルタでは、前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
設定する周波数特性にカイザー窓関数をかけることで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。これにより、反射周波数帯域において１０ｄＢを超える超広帯域無線情報通信用バンドパスフィルタとすることができる。
また、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を増やすと、遷移周波数領域が拡大するが、反射周波数帯域が増える。そうすることで、製造誤差の許容値を拡大させることができる。
さらに、カイザー窓関数の設定値によって反射周波数帯域と阻止周波数帯域の境界を急峻にしたり、反射周波数帯域における群遅延の変動も小さくしたりすることもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、局所的な特性インピーダンスの制御によって比帯域幅を大きくすることで、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図１は、本実施形態に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例を示す模式図である。反射型導波路バンドパスフィルタ９０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の一方の面に形成されているグランド板１２と、マイクロストリップライン１３を備える。ｗ（ｚ）はマイクロストリップライン１３の幅、ｈは誘電体基板１１の厚さ、εｒは誘電体基板１１の比誘電率を示す。
【００１９】
反射型導波路バンドパスフィルタ９０は、反射周波数帯域を２以上有することが好ましい。反射周波数帯域を２以上有することで、日本のＵＷＢ規格の全周波数帯域をカバーすることができる。
【００２０】
マイクロストリップライン１３は、誘電体基板１１の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅ｗ（ｚ）によって局所的な特性インピーダンスＺ（ｚ）を導波路の特性インピーダンスＺ０に対して変化させる。本実施形態ではマイクロストリップライン１３の長手方向をｚ方向とした。マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）は、導波路の特性インピーダンスＺ０に対する局所的な特性インピーダンスとなるよう設計されている。ここで、導波路の特性インピーダンスＺ０は、マイクロストリップライン１３の入出力ポートとなる第１のポートのインピーダンスである。
また、マイクロストリップライン１３の形状は、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）が極大又は極小となるピークのうち、少なくともピーク間の長手方向となるｚ方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含む。例えば、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）をエレクトリカルポジション当りで表した場合に、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）に、極大又は極小となるピークが１０個以上現れる。このとき、後述する実施例にて明らかとなるが、反射周波数帯域において良好な反射特性及び群遅延特性が得られた。
【００２１】
マイクロストリップライン１３は、長手方向の側線２１が中心線２２に対して線対称であることが好ましい。線対称とは、微視的な意味での線対称である。つまり、マイクロストリップライン１３の長手方向の中心線２２が直線であり、かつ、マイクロストリップライン１３の長手方向の側線２１が線対称である場合、マイクロストリップライン１３の長手方向の側線２１は、マイクロストリップライン１３を曲げた形状となる。
【００２２】
マイクロストリップライン１３は、長手方向の側線２１の一方が直線であることが好ましい。ここで、直線とは、微視的な意味での直線である。つまり、マイクロストリップライン１３の長手方向の中心線２２が直線であり、かつ、マイクロストリップライン１３の長手方向の側線２１が直線である場合、マイクロストリップライン１３の長手方向の側線２１は、マイクロストリップライン１３を曲げた形状となる。
【００２３】
マイクロストリップライン１３は、第１のポート及び第２のポートを備える。第１のポートが入出力ポートとして使用される。第２のポートは無反射終端される。無反射終端は、導波路の特性インピーダンスＺ０で終端されている。
【００２４】
本実施形態に係る反射型導波路バンドパスフィルタの設計方法について説明する。本設計方法を用いることで、本実施形態に係る反射型導波路バンドパスフィルタ９０を作製することができる。ここで、本実施形態に係る反射型導波路バンドパスフィルタ９０は、誘電体基板１１の一方の面に形成されたグランド板１２と、誘電体基板１１の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスＺ（ｚ）を導波路の特性インピーダンスに対して変化させたマイクロストリップライン１３を備える反射型導波路バンドパスフィルタ９０の設計方法であって、設定ステップＳ１０１と、算出ステップＳ１０２と、決定ステップＳ１０３と、を順に有することを特徴とする。
【００２５】
設定ステップＳ１０１では、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を設定する。ここで、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
【００２６】
算出ステップＳ１０２では、設定ステップＳ１０１で設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、数式（７）で表されるＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する。マイクロストリップライン１３は不均一伝送線路であることから、マイクロストリップライン１３を不均一分布定数回路として扱うことが可能であることに基づく。
【００２７】
決定ステップＳ１０３では、導波路の特性インピーダンスＺ０並びに誘電体基板１１の厚さｈ及び比誘電率εｒを設定し、算出ステップＳ１０２で算出した局所的な特性インピーダンスＺ（ｚ）となるマイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定する。
【００２８】
算出ステップＳ１０２の原理について説明する。
図２は、不均一伝送線路の等価回路を示す回路図である。不均一伝送線路は、不均一分布定数回路で表すことができる。このため、伝送線路の長手方向がｚ方向の場合、線路電圧ｖ（ｚ，ｔ）と線路電流ｉ（ｚ，ｔ）の間に次の関係式が成り立つ。
【数１】
2009272750.tif 000003
ただし、Ｌ（ｚ）、Ｃ（ｚ）はそれぞれ伝送線路における単位長さ当りのインダクタンス及びキャパシタンスである。
【００２９】
一方、＋ｚ方向に伝搬する電力波振幅φ１及び−ｚ方向に伝搬する電力波振幅φ２は、局所的な特性インピーダンスＺ（ｚ）を用いて次式で表すことができる。
【数２】
2009272750.tif 000004
数式（２）を数式（１）に代入すると、次式が得られる。
【数３】
2009272750.tif 000005
【００３０】
ここで、時間因子をｅｘｐ（ｊωｔ）とおき、変数変換
【数４】
2009272750.tif 000006
を行うと、次のようなＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を得る。
【数５】
2009272750.tif 000007
ただし、ｑ（ｘ）はポテンシャルであり、次式で表される。
【数６】
2009272750.tif 000008
【００３１】
Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔの逆散乱問題とは、数式（５）を満足する解のスペクトルデータからポテンシャルｑ（ｘ）を合成することである。すなわち、不均一伝送線路の設計もＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔの逆散乱問題を解くことに帰着する。
ポテンシャルｑ（ｘ）が求められれば、局所的な特性インピーダンスＺ（ｘ）は、次式のように求まる。
【数７】
2009272750.tif 000009
ただし、Ｚ０は導波路の特性インピーダンスである。また、ポテンシャルｑ（ｘ）は、ｘ空間の反射係数ｒ（ｘ）より求めることができる。
数式（７）によって得られた局所的な特性インピーダンスＺ（ｘ）をマイクロストリップラインやストリップラインなどの不均一伝送線路で実現すれば、電力波振幅φ1及びφ２の周波数特性を制御することができる。すなわち、所望の周波数特性を有するバンドパスフィルタが得られる。
【００３２】
次に、設定ステップＳ１０１における窓関数について説明する。
ｘ空間の反射係数ｒ（ｘ）は、スペクトルデータの反射係数Ｒ（ω）から得られる。
【数８】
2009272750.tif 000010
ここで、ｘ空間の反射係数ｒ（ｘ）の代わりに、窓関数Ｗ（ｘ）を掛けた反射係数ｒ’（ｘ）を用いる。
【数９】
2009272750.tif 000011
窓関数Ｗ（ｘ）を適切に選ぶと、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【００３３】
窓関数Ｗ（ｘ）は、例えばカイザー窓関数、ハミング窓関数、ハン窓関数、コサイン窓関数であり、フィルタ設計理論で知られているものを用いることができる。カイザー窓関数は次式で表される。
【数１０】
2009272750.tif 000012
ただし、ｘｍａｘは適用する変数ｘの範囲内の最大値とする。α＝ｘｍａｘ／２である。また、βは、経験的に次式のように決められる。
【数１１】
2009272750.tif 000013
ただし、Ａ＝−２０ｌｏｇ１０δである。δは反射周波数帯域におけるピーク近似誤差を表す。このため、Ａを適切に選ぶことで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【実施例１】
【００３４】
本実施例では、設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数３．５ＧＨｚ以上４．７ＧＨｚ以下と周波数７．４ＧＨｚ以上１０．１ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９５、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の２倍として、導波路の特性インピーダンスを５０Ω、誘電体基板１１の厚さｈを１ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを１０．２に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００３５】
図３は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）及び（ｃ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。図３（ａ）に示すＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは、実際の寸法を１ＧＨｚ時の実効波長で規格化したものである。図３（ｂ）及び図３（ｃ）において、マイクロストリップラインの形状を、マイクロストリップラインの幅で表した。Ｐｏｓｉｔｉｏｎ［ｍｍ］はｚ方向の位置を示し、Ｗｉｄｔｈ［ｍｍ］はマイクロストリップラインの幅ｗ（ｘ）を示す。
【００３６】
図３（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、側線２１ａ及び２１ｂが中心線２２に対して線対称である場合を示す。図３（ｃ）に示すマイクロストリップライン１３は、側線２１ｃが直線である場合を示す。
マイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス５０Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓ＝｛２／（ωμ０σ）｝１／２より十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとした。ここで、ωは角周波数、μ０は真空中の透磁率、σは金属の導電率を表す。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が１０．１ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図３（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図３（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図３（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
【００３７】
次に、決定ステップＳ１０３で得られたマイクロストリップライン１３を用いて、反射型導波路バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図４は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの周波数特性であり、（ａ）は反射波の振幅特性、（ｂ）は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、周波数３．７ＧＨｚ以上４．５ＧＨｚ以下と周波数７．６ＧＨｚ以上９．９ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−２ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±０．５ｎｓ以下であった。また、周波数３．４ＧＨｚ未満、周波数４．８ＧＨｚ超７．２５ＧＨｚ未満、及び、周波数１０．２５ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２１ｄＢ以下であった。
【実施例２】
【００３８】
本実施例では、実施例１で説明した決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の２倍として、導波路の特性インピーダンスを５０Ω、誘電体基板１１の厚さｈを２ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４０に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。設定ステップＳ１０１及び算出ステップＳ１０２については実施例１と同様である。
【００３９】
図５は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。
マイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス５０Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとした。
【００４０】
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が１０．１ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図５（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図５（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図５（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
次に、決定ステップＳ１０３で得られたマイクロストリップライン１３を用いて、反射型導波路バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
得られた周波数特性は、実施例１とほぼ同じであった。
【実施例３】
【００４１】
本実施例では、実施例１で説明した決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の２倍として、導波路の特性インピーダンスを２５Ω、誘電体基板１１の厚さｈを０．５ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４０に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。設定ステップＳ１０１及び算出ステップＳ１０２については実施例１と同様である。
【００４２】
図６は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。
マイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス２５Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが２５Ωのシステムで使用するものとした。
【００４３】
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が１０．１ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図６（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図６（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図６（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
次に、決定ステップＳ１０３で得られたマイクロストリップライン１３を用いて、反射型導波路バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
得られた周波数特性は、実施例１とほぼ同じであった。
【実施例４】
【００４４】
本実施例では、設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数３．６５ＧＨｚ以上４．５５ＧＨｚ以下と周波数７．６ＧＨｚ以上９．９ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の１倍として、導波路の特性インピーダンスを５０Ω、誘電体基板１１の厚さｈを１ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００４５】
図７は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
図７（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス５０Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとした。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が９．９ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図７（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図７（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図７（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、周波数３．７ＧＨｚ以上４．５ＧＨｚ以下と周波数７．７ＧＨｚ以上９．８ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−５ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±０．５ｎｓ以下であった。また、周波数３．４ＧＨｚ未満、周波数４．８ＧＨｚ超７．２５ＧＨｚ未満、及び、周波数１０．２５ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２０ｄＢ以下であった。
【実施例５】
【００４６】
ＵＷＢ無線システムにおいては、規定されている全周波数帯域を使用するのではなく、その一部のみを使用することがある。ここでは、低周波数の帯域を使用する場合に使用するバンドパスフィルタを設計した。
設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数３．５２ＧＨｚ以上４．６８ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９５、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の２倍として、導波路の特性インピーダンスを２５Ω、誘電体基板１１の厚さｈを１ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４０に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００４７】
図８は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
図８（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス２５Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが２５Ωのシステムで使用するものとした。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が４．６８ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図８（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／５となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図８（ａ）において、０．２エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図８（ａ）に示されているように、０．２エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、周波数３．６ＧＨｚ以上４．６ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−３ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±０．５ｎｓ以下であった。また、周波数３．４ＧＨｚ未満、及び、周波数４．８ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２２ｄＢ以下であった。
【実施例６】
【００４８】
ＵＷＢ無線システムにおいては、規定されている全周波数帯域を使用するのではなく、その一部のみを使用することがある。ここでは、低周波数の帯域を使用する場合に使用するバンドパスフィルタを設計した。
設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数３．７ＧＨｚ以上４．５ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の１倍として、導波路の特性インピーダンスを５０Ω、誘電体基板１１の厚さｈを２ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４０に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００４９】
図９は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
図９（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス５０Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとした。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が４．５ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図９（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／５となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図９（ａ）において、０．２エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図９（ａ）に示されているように、０．２エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、周波数３．８ＧＨｚ以上４．４ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−５ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±１ｎｓ以下であった。また、周波数３．４ＧＨｚ未満、及び、周波数４．８ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２４ｄＢ以下であった。
【実施例７】
【００５０】
ＵＷＢ無線システムにおいては、規定されている全周波数帯域を使用するのではなく、その一部のみを使用することがある。ここでは、高周波数の帯域を使用する場合に使用するバンドパスフィルタを設計した。
設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数７．６ＧＨｚ以上１０．０ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の１倍として、導波路の特性インピーダンスを５０Ω、誘電体基板１１の厚さｈを１ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを１０に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００５１】
図１０は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
図１０（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス５０Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが５０Ωのシステムで使用するものとした。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が１０．０ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図１０（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図１０（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図１０（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、周波数７．８ＧＨｚ以上９．８ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−３ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±０．２ｎｓ以下であった。また、周波数７．２５ＧＨｚ未満、及び、周波数１０．２５ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２３ｄＢ以下であった。
【実施例８】
【００５２】
ＵＷＢ無線システムにおいては、規定されている全周波数帯域を使用するのではなく、その一部のみを使用することがある。ここでは、高周波数の帯域を使用する場合に使用するバンドパスフィルタを設計した。
設定ステップＳ１０１において、反射型導波路バンドパスフィルタ９０の周波数特性を、周波数７．８ＧＨｚ以上９．７ＧＨｚ以下の周波数領域では反射率が０．９、その他の周波数領域では反射率が０に設定した。また、設定ステップＳ１０１において、Ａ＝３０のカイザー窓関数を使用した。決定ステップＳ１０３において、マイクロストリップライン１３の導波路長が１ＧＨｚ時の実効波長の０．５倍として、導波路の特性インピーダンスを７５Ω、誘電体基板１１の厚さｈを１ｍｍ、誘電体基板１１の比誘電率εｒを４に設定し、マイクロストリップライン１３の幅ｗ（ｚ）を決定した。
【００５３】
図１１は、本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
図１１（ｂ）に示すマイクロストリップライン１３は、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス７５Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン１３及びグランド板を構成する金属は周波数１ＧＨｚでスキンデップスδｓより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが７５Ωのシステムで使用するものとした。
本実施例では、周波数帯域の上限周波数が９．７ＧＨｚであり、この周波数における実効波長は、図１１（ａ）に示した１ＧＨｚ時の実効波長の約１／１０となる。すなわち、周波数帯域の上限周波数の実効波長は、図１１（ａ）において、０．１エレクトリカルポジション程度となる。一方、本実施例のマイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピーク間の長手方向の距離は、図１１（ａ）に示されているように、０．１エレクトリカルポジションより短いものを含んでいる。
本実施例に係る反射型導波路バンドパスフィルタは、図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）に示すように、周波数７．９ＧＨｚ以上９．６ＧＨｚ以下の周波数領域では、反射率は−５ｄＢ以上であり、群遅延特性の変動は±０．５ｎｓ以下であった。また、周波数７．２５ＧＨｚ未満、及び、周波数１０．２５ＧＨｚ超の周波数領域では、反射率は−２２ｄＢ以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、日本のＵＷＢ規格に対応する無線システムの無線局用バンドパスフィルタに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例を示す模式図である。
【図２】不均一伝送線路の等価回路を示す回路図である。
【図３】実施例１に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）及び（ｃ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。
【図４】実施例１に係る反射型導波路バンドパスフィルタの周波数特性であり、（ａ）は反射波の振幅特性、（ｂ）は反射波の群遅延特性を示す。
【図５】実施例２に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。
【図６】実施例３に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例を示す。
【図７】実施例４に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
【図８】実施例５に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
【図９】実施例６に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
【図１０】実施例７に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
【図１１】実施例８に係る反射型導波路バンドパスフィルタの一例であり、（ａ）はエレクトリカルポジションにおけるマイクロストリップラインの幅、（ｂ）はマイクロストリップラインの形成例、（ｃ）は反射波の振幅特性、（ｄ）は反射波の群遅延特性を示す。
【符号の説明】
【００５６】
１１  誘電体基板
１２  グランド板
１３  マイクロストリップライン
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  マイクロストリップライン１３の長手方向の側線
２２  マイクロストリップライン１３の長手方向の中心線
９０  反射型導波路バンドパスフィルタ
ｗ（ｚ）  マイクロストリップライン１３の幅
ｈ  誘電体基板１１の厚さ
εｒ  誘電体基板１１の比誘電率
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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