(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記共振器は、接地された導電性の筐体内に収容され、一端を開放端とし、他端を給電ピンと電気的に接続するヘリカル状コイルと、前記ヘリカル状コイルとの距離を調整可能な態様にて保持され、前記ヘリカル状コイルの前記開放端との距離を調整することで共振周波数を設定可能な調整部材を有することを特徴とする請求項1または2に記載のフィルタ装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献1に開示された技術では、伝送特性に複数の減衰極を構成しようとした場合、減衰極の数だけ共振器が必要になるため、フィルタ装置が大型化したり、共振器の数が増えることにより通過帯域の損失が増えたりするという問題点がある。
【0006】
また、特許文献2に開示された技術は、複数の共振器間の飛び越し結合により、帯域外の減衰特性を向上させる技術であり、任意の複数の伝送ゼロ点を構成する技術については開示されていない。さらに一つの共振器を用いながら他モード共振を発生させる技術が知られているが、共振周波数の制御が難しいという課題がある。
【0007】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、通過帯域の損失を増やすことなく複数の減衰極を構成するとともに、装置の小型化を図ることが可能なフィルタ装置および周波数変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明は、入力部および出力部を有する第1線路と、前記第1線路とグランドとの間に接続され、共振周波数がf1である共振器と、前記第1線路に並列に接続される第2線路と、を有し、前記第1線路および前記第2線路は、前記共振器の共振周波数f1と異なる共振周波数f2で共振する複合伝送線路を構成し
、前記第2線路を複数有し、それぞれの第2線路は、所定の周波数において、前記第1線路から出力される信号との位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるようにそれぞれの第2線路の伝送係数が設定されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、通過帯域の損失を増やすことなく、簡便に複数の減衰極を構成できるとともに、装置の小型化を図ることが可能となる。
【0009】
また、本発明は、入力部および出力部を有する第1線路と、前記第1線路とグランドとの間に接続され、共振周波数がf1である共振器と、前記第1線路に並列に接続される第2線路と、を有し、前記共振器の共振周波数f1とは異なる周波数f2において、前記第1線路および前記第2線路から出力される信号の位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように前記第1および第2線路の伝送係数が設定されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、通過帯域の損失を増やすことなく、簡便に複数の減衰極を構成できるとともに、装置の小型化を図ることが可能となる。
【0010】
また、本発明は、前記共振器は、接地された導電性の筐体内に収容され、一端を開放端とし、他端を給電ピンと電気的に接続するヘリカル状コイルと、前記ヘリカル状コイルとの距離を調整可能な態様にて保持され、前記ヘリカル状コイルの前記開放端との距離を調整することで共振周波数を設定可能な調整部材を有することを特徴とする。
このような構成によれば、共振周波数を簡単に調整することができる。
【0012】
また、本発明は、ローカル信号を用いて周波数変換を行う周波数変換部を少なくとも1つ有し、前記周波数変換部のいずれかの後段に、前記ローカル信号と前記ローカル信号の高調波信号を減衰させるための前記請求項1乃至3のいずれか1項に記載のフィルタ装置を帯域減衰フィルタとして備えることを特徴とする。
このような構成によれば、周波数変換装置の通過帯域の損失を増やすことなく複数の減衰極を構成するとともに、装置の小型化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、通過帯域の損失を増やすことなく複数の減衰極を構成するとともに、装置の小型化を図ることが可能なフィルタ装置および周波数変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【0016】
(A)第1実施形態の構成の説明
図1は、本発明の第1実施形態に係るフィルタ装置の構成例を示すブロック図である。この
図1に示すように、第1実施形態に係るフィルタ装置10は、入力端子11、コイル12,13、コンデンサ14、出力端子15、位相調整素子31,32、コンデンサ33,34、共振器35、位相調整素子41,42、コンデンサ43,44、および、共振器45を主要な構成要素としている。
【0017】
ここで、入力端子11には、例えば、マイクロ波帯域の信号が入力される。コイル12,13、および、コンデンサ14はハイパスフィルタを構成し、所定の周波数以上の信号を通過させ、それ以外は減衰する。共振器35は、直列共振器によって構成され、所定の周波数(例えば、900MHz)で共振して、減衰極を形成する。共振器45も同様に、直列共振器によって構成され、所定の周波数(例えば、1.6GHz)で共振して、減衰極を形成する。コンデンサ33および位相調整素子31,32は、所定の周波数(例えば、5GHz)の信号を選択的に減衰する特性を有し、ハイパスフィルタの通過帯域内に減衰極を形成する。コンデンサ43および位相調整素子41,42も同様に、所定の周波数(例えば、5GHz)の信号を選択的に減衰する特性を有し、ハイパスフィルタの通過帯域内に減衰極を形成する。
【0018】
(B)第1実施形態の動作の説明
つぎに、
図1に示す第1実施形態の動作について説明する。
図2は、
図1に示す第1実施形態の基本構成であるハイパスフィルタを示している。
図1と比較すると、
図2ではコンデンサ33,43、位相調整素子31,32、共振器35、コンデンサ43,44、位相調整素子41,42、および、共振器45が除外されている。
【0019】
図3は、
図2に示すハイパスフィルタの通過特性を示す図である。なお、
図3において横軸は周波数(GHz)を示し、縦軸は利得(dB)を示す。この
図3に示すように、
図2に示すフィルタ装置10Aは、カットオフ周波数が約2GHzのハイパスフィルタの特性を有している。また、2GHz以上の通過帯域は平坦な特性を有している。
【0020】
図4は、
図2に示すハイパスフィルタの入力端子11の後段であって、コイル12の前段に直列接続した共振器35およびコンデンサ34を設けるとともに、出力端子15の前段であって、コイル13の後段に直列接続した共振器45およびコンデンサ44を設けた例を示している。なお、共振器35は、例えば、900MHzを共振周波数とし、また、共振器45は、例えば、1.6GHzを共振周波数とする。なお、共振器35,45は、例えば、ストラップライン共振器または誘電体共振器によって構成される。
【0021】
図5は、
図4に示す回路の通過特性を示す図である。この図において、破線は
図2に示す回路の通過特性を示し、実線は
図4に示す回路の通過特性を示している。この
図5の実線に示すように、
図4に示す回路では、共振器35によって900MHzに減衰極が生じ、また、共振器45によって1.6GHzに減衰極が生じている。
【0022】
図1に示す本発明の第1実施形態では、
図4に示す回路に対して、
図6(A)に示す回路を入力端子11の後段に付加するとともに、
図6(B)の回路を出力端子15の前段に設けている。なお、
図6(A)と
図6(B)の回路は同様の構成であるので、以下では
図6(A)に示す回路を例に挙げて説明する。
図6(A)に示す回路では、入力端子11とコイル12との間に並列接続された第1線路312および第2線路330が挿入されている。ここで、第1線路312は、位相調整素子31と位相調整素子32が直列接続され、これらの接続点にコンデンサ34の一方の端子が接続されている。なお、直列接続されるコンデンサ34と共振器35は、周波数f1に対するトラップ回路を構成する。第2線路330は、第1線路312に並列接続されるコンデンサ33によって構成される。ここで、第1線路312と第2線路330は、周波数f2の信号が入力端子11から入力された場合に、出力される信号の位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように素子値(伝送係数)が設定されている。このため、周波数f2の信号が入力端子11から入力されると、出力信号は振幅が同じで位相差が180度であることから互いに相殺されて減衰される。なお、
図6(B)の回路も同様の構成とされる。すなわち、第1線路412と第2線路430は、周波数f2の信号が入力された場合に、出力される信号の位相差が略180度であり、振幅が略同じとなるように素子値(伝送係数)が設定されている。このため、共振器45の共振周波数とは異なる周波数f2の信号が入力されると、出力信号は振幅が同じで位相差が180度であることから互いに相殺されて減衰される。
【0023】
図7は、
図1に示す第1実施形態の通過特性を説明するための図である。なお、この図の例では、共振器35の共振周波数は、例えば、900MHzに設定され、共振器45の共振周波数は、例えば、1.6GHzに設定されている。また、第1線路312および第2線路330に係る周波数f2としては、5GHzが選択され、第1線路312のインピーダンスは50Ωに設定され、また、第1線路312の線路長は1GHzにおいて略6度になるように設定される。また、第2線路330のコンデンサ33としては、1.4pFの素子値のものが使用される。同様に、第1線路412および第2線路430に係る周波数f2としては、5GHzが選択され、第1線路412のインピーダンスは50Ωに設定され、また、第1線路412の線路長は1GHzにおいて略6度になるように設定される。また、第2線路430のコンデンサ43としては、1.4pFの素子値のものが使用される。このため、
図7に示す特性では、破線で示す
図5の回路の特性に比較すると、
図6(A),(B)の回路の作用により、5GHzに新たな減衰極が実線で示す特性には付加されている。これにより、例えば、1.6GHzをローカル信号に用いた周波数変換装置に、
図1に示すフィルタ装置10を用いることで、1.6GHzの3次の高調波となる4.8GHz付近の信号を効率良く減衰することができる。
【0024】
以上に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、第1線路312,412および第2線路330,430を用いることにより、減衰極を付加することが可能になる。ここで、第1線路312,412を構成する位相調整素子31,32,41,42は、例えば、コイルまたはストラップライン等によって構成され、また、第2線路330,430を構成するコンデンサ33,43は、チップコンデンサ等によって構成されるので、回路規模を大きくすることなく、減衰極を付加することができる。また、
図5に示すように、減衰極を付加した場合でも通過帯域の損失は小さく抑えることができる。
【0025】
(C)第2実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係るフィルタ装置の構成例を示す図である。この
図8に示すように、本発明の第2実施形態のフィルタ装置10Cは、入力端子11、コイル12,13、コンデンサ14,33,34,43,44,54、位相調整素子31,32,41,42、および、共振器36,46,56を有している。ここで、コンデンサ14,34,44,54は、整合用のコンデンサであり、例えば、数pF程度の容量を有するコンデンサによって構成される。共振器36,46,56は、この例では、周波数f1を共振周波数とする回路であり、後述するように導電性の筐体内にヘリカル状コイルが配置されて構成され、直列共振によって対象となる周波数帯域を選択的に減衰させる。共振器36,46,56は、共振周波数よりも高周波側において誘導成分を有することから、コンデンサ14,34,44,54により、通過帯域である高周波側においてインピーダンスの整合を図る。
【0026】
図9は、
図1に示す共振器36の構成例を示す斜視図である。なお、共振器36,46,56は同様の構成を有しているので、以下では共振器36を例に挙げて説明する。
図9に示す例では、共振器36は、非磁性であって、導電性を有する立方体形状の筐体360の上面361に、共振周波数を調整するための調整ねじ363が設けられている。調整ねじ363は、非磁性の導電性部材によって構成される。また、筐体360の下面には、共振器36をプリント配線板に取り付けるための脚部364,365が設けられるとともに、後述するヘリカル状コイルの一端に接続された給電ピン366が設けられている。
【0027】
図10は、
図9に示す共振器36の内部の構成例を示す図である。この
図10に示すように、共振器36の筐体360の内部には、ヘリカル状コイルモジュール370が配置されている。ここで、ヘリカル状コイルモジュール370は、例えば、樹脂等の絶縁体によって構成され、底面形状が略正方形である直方体形状を有する底部371と、底部371と一体的に構成されるとともに、底部371から突出した円柱形状を有するボビン部372を有している。このボビン部372には、線径はQ値から求めた太さのSn(錫)メッキ線であって、線長は共振周波数の1/4波長から求めた長さを有する、ヘリカル状コイル373が巻回されており、このヘリカル状コイル373の一端は、底部371に設けられた給電ピン366に接続され、他端は開放端とされている。
【0028】
また、ボビン部372の上面には凹部が形成され、その凹部内に調整ねじ363の一端が挿入される。調整ねじ363の端面には調整ねじ363を回転する際にドライバが挿入される溝363aが形成されている。また、調整ねじ363の側面には雄ねじが形成され、筐体360の上面361には、調整ねじ363が挿入される穴361aが形成され、この穴361aの側面には雌ねじが形成されている。雌ねじに雄ねじを嵌合させるように穴361aに調整ねじ363を挿入することで、これらを電気的に接続するとともに、ボビン部372の上面の凹部内への挿入深さを調整可能とする。
【0029】
図11は、ヘリカル状コイル373と調整ねじ363との位置関係を模式的に示す図である。この図に示すように、ヘリカル状コイル373の開放端と調整ねじ363は、距離Dを隔てて配置されている。このため、これらの間にはキャパシタ成分が形成される。調整ねじ363を回転することで、これらの距離が調整されるため、キャパシタ成分の容量値が増減されることになる。ここで、調整ねじ363の一部の側面は筐体360に電気的に接続され、また、筐体360の脚部364,365はプリント配線板のグランドパターンに接地されている。このため、給電ピン366とグランドとの間には、ヘリカル状コイル373とキャパシタ成分による直列共振回路が形成され、この直列共振回路の共振周波数は、調整ねじ363を回転することで調整可能とされる。なお、共振器36の共振周波数については、例えば、ヘリカル状コイル373の長さを調整することで設定可能である。また、共振器36のQ値については、例えば、ヘリカル状コイル373の線径を調整することで設定可能である。
【0030】
(D)第2実施形態の動作の説明
つぎに、第2実施形態の動作について説明する。
図12は、
図8に示す第2実施形態の基本となるハイパスフィルタの構成例を示す図である。この
図12の例では、
図8の第2実施形態と比較すると、コンデンサ33,43、位相調整素子31,32,41,42が省略されている。これ以外の構成は
図8の場合と同様である。
図13は、
図8および
図12に示す回路の通過特性を示す図である。この
図13において、破線は
図12に示す回路の通過特性を示し、実線は
図8に示す回路の通過特性を示している。なお、
図12の回路では、共振器36,46,56は、共振周波数が1.6GHzに設定されており、コンデンサ14,34,44,54は、2.4pFに設定され、コイル12,13は1.5nHに設定されている。コンデンサ33,43は、1.6pFに設定されている。位相調整素子31,32は、例えば、周波数3.2GHzにおいて、第2線路330であるコンデンサ33から出力される信号と比較して、位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように設定されている。また、位相調整素子41,42は、例えば、周波数3.3GHzにおいて、第2線路430であるコンデンサ43から出力される信号と比較して、位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように設定されている。
【0031】
図13に破線に示すように、
図12に示す回路では、共振器36,46,56によって生じる減衰極が1.6GHz付近に生じるとともに、それ以上の周波数に対しては平坦な通過特性を有している。一方、
図13に実線で示すように、
図8に示す回路では、共振器36,46,56による1.6GHz付近の減衰極は
図12に示す回路と同様であるが、3.2GHzと3.3GHz付近に減衰極が現れている。3.2GHzの減衰極は、例えば、
図8に示すコンデンサ33および位相調整素子31,32によって形成され、3.3GHzの減衰極は、例えば、コンデンサ43および位相調整素子41,42によって形成される。なお、3.2GHzの減衰極を、
図8に示すコンデンサ43および位相調整素子41,42によって形成し、3.3GHzの減衰極を、コンデンサ33および位相調整素子31,32によって形成するようにしてもよい。
【0032】
以上に説明したように、本発明の第2実施形態によれば、第1線路312,412および第2線路330,430を用いることにより、通過帯域に減衰極を付加することが可能になる。前述のように、第1線路312,412を構成する位相調整素子31,32,41,42は、例えば、コイルまたはストラップライン等によって構成され、また、第2線路330,430を構成するコンデンサ33,43は、チップコンデンサ等によって構成されるので、回路規模を大きくすることなく、減衰極を付加することができる。また、
図13に示すように、減衰極を付加した場合でも通過帯域の損失は小さく抑えることができる。さらに、第2実施形態では、
図9に示すような共振器36,46,56を用いることにより、共振周波数を簡単に調整することが可能になる。
【0033】
(E)変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、第2線路が一つの場合を例に挙げて説明したが、第2線路を複数設けるようにしてもよい。
図14は、第2線路を2つ設けた場合の実施形態を示している。この例では、第2線路として、第2線路330以外に、第2線路380を有している。
図15は、
図1に示す第1実施形態において、第2線路を2つ有する構成にした場合であって、第1線路312,412と第2線路330,430による減衰極の周波数を4.8GHzに設定し、第1線路312,412と第2線路380,480による減衰極の周波数を4.5GHzに設定したときの通過特性を示している。より詳細には、周波数が4.8GHzの信号が入力された場合に、第1線路312と第2線路330から出力される信号は位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように設定されている。また、周波数が4.5GHzの信号が入力された場合に、第1線路312と第2線路380から出力される信号は位相差が略180度であり、振幅が略等しくなるように設定されている。なお、第1線路412と第2線路430および第1線路412と第2線路480も同様の設定とされている。この
図15に実線で示すように、
図14の構成によれば、
図7に示す4.8GHzの減衰極以外にも、第2線路380,480による4.5GHzの減衰極を付加することができる。なお、以上は第2線路が2つの場合であるが、もちろん、3つ以上付加するようにしてもよい。
【0034】
また、以上の各実施形態では、位相調整素子31,32が素子の形態を有する図を用いて説明を行ったが、例えば、位相調整素子31,32を所定の線路長を有するストラップライン等によって構成することもできる。その場合、コンデンサ34または共振器36は、線路の中央以外に接続することができる。より詳細には、
図6(A)の例では、コンデンサ34は、第1線路312の中央以外に接続することができる。つまり、位相調整素子31,32は、素子値が異なるように設定してもよい。
【0035】
また、以上の第2実施形態では、共振器36,46,56は、調整ねじによって共振周波数を調整するようにしたが、ヘリカル状コイル373との距離を変更できる手段であれば、調整ねじ以外の手段を用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、ヘリカル状コイル373との距離を調整可能なスライダーを用いるようにしてもよい。
【0036】
また、以上の各実施形態では、本発明の帯域減衰フィルタを周波数変換装置に適用する場合を例に挙げて説明したが、これ以外の装置に適用することも可能である。例えば、アンテナで受信した近接した周波数信号のうちの一方のみを減衰する用途に用いることも可能である。
【0037】
また、以上の各実施形態では、HPFを例に実施例の説明を行ったが、LPFやBPFへの適用も可能である。