JP4209352B2 - インターディジタルフィルター - Google Patents

Description

本発明は、高周波回路に使用されるインターディジタルフィルターに関し、特に帯域通過フィルターであるインターディジタルフィルターにノッチフィルターを内蔵するための構造に関する。

近年移動体通信が普及し、無線回路の小型化が強く要求されている。マイクロ波帯の帯域通過フィルターは無線回路の重要な回路であるが、一般に無線回路のなかでは最も大きな面積を占め特に小型化が重要である。小型のフィルターとしてインターディジタル型の帯域通過フィルターがある。この種のインターディジタルフィルターを開示する先行技術として次に示す特許文献１、２がある。

特開２００１−１７７３０７号公報 特開２００２−２３２２０８号公報

特許文献１は、平行グランド導体板の間に、一端短絡・他端開放の１／４波長共振器を互い違いに平行に並べ、第１段の１／４波長共振器の外側に入力導体を、最終段の１／４波長共振器の外側に出力導体を、それぞれ平行に配置してなるインターディジタルフィルターを開示する。特許文献１は、各１／４波長共振器の間に、平行グランド導体板を短絡する導体棒を設けたことを特徴とする。

特許文献２は、インターディジタルフィルターをそれぞれ直角に屈曲されたジグザグ形状の複数の帯状導体で構成することを開示する。ジグザグ状にしたことでフィルター全体の平面形状が正方形に近くなり、基板の取り個数を増やすことが可能となる。また、帯状導体が往復するので、空間に放射する電波が互いにうち消し合って他の機器への妨害電波の飛び込みが少なくなる。

従来のインターディジタルフィルターには、急峻なノッチフィルターを設けることができないという欠点があった。ノッチフィルターは、例えば移動体通信において近くの周波数に別の通信システムがあるときにその周波数への被干渉、与干渉を避けるために用いられる。

本発明は、小型であるという特徴を維持しながらノッチフィルターを内蔵することを可能としたインターディジタルフィルターを提供することを目的とする。

この発明は、一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、前記複数の共振器の少なくとも一部を使用周波数帯の中心周波数で低インピーダンスになり、かつ、短絡されない部分をもつ第１線路で構成し、当該第１線路の低インピーダンス部分に帯域遮断用の第２線路を設けたことを特徴とするものである。

好ましくは、前記第１線路を、使用周波数帯の中心周波数で波長の１／２に相当する長さの線路で構成する。

好ましくは、前記第１線路の一部を、前記複数の共振器の少なくとも一部と共用し、前記第２線路を、前記第１線路の中間点に設ける。

好ましくは、前記第２線路を、遮断したい周波数の波長の１／４に相当する長さの線路であって一端が開放されたノッチフィルター用の線路で構成する。

前記複数の共振器は、例えば、使用周波数帯の中心周波数における波長の１／４の長さの線路を略ヘアピン型に折り曲げるとともに一方の端を短絡し他方の端を開放して構成したものである。

前記複数の共振器を、例えば、誘電体基板の両面に互いに前記共振器の一部が対向するように設けたものである。

この発明は、一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、前記複数の共振器の少なくとも一部を使用周波数帯の中心周波数で１／２波長の長さの線路で構成し、当該線路の中間部分に遮断したい周波数の波長の１／４の長さの線路であって他端が開放された線路を設けたことを特徴とするものである。

この発明は、一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、入出力端を含む部分を第１インターディジタルフィルター及び第２インターディジタルフィルターとしたとき、使用周波数帯の中心周波数で低インピーダンスになり、かつ、短絡されない部分をもつ第１線路及び当該第１線路の低インピーダンス部分に設けられる帯域遮断用の第２線路を含むノッチフィルターを、前記第１及び第２インターディジタルフィルターの間に複数設けたことを特徴とするものである。

前記複数のノッチフィルターの間に少なくとも１つの共振器を含む第３インターディジタルフィルターを設けるようにしてもよい。

本発明によれば、インターディジタルフィルターの小型であるという特徴を維持しながらノッチフィルターを内蔵することができる。このためフィルターの小型化を実現できる。

発明の実施の形態１．
発明の実施の形態１に係るフィルターについて図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係るフィルターの平面図を示す。

図１において、符号１及び符号２は入出力端子である。
点線で囲まれた符号３ａと符号３ｂの部分はインターディジタルフィルターの構成部分を示す。インターディジタルフィルター３ａ（３ｂ）は３つの部分３ａ−１，３ａ−２，３ａ−３（３ｂ−１，３ｂ−２，３ｂ−３）から構成される。各部分は共振器を構成し、各部分は使用帯域のいずれかの周波数（この周波数を以下の説明において「使用周波数」と記す。例えば使用帯域の中心周波数）で波長の１／４の長さの線路（具体的には、０．２５波長、０．７５波長、１．２５波長、１．７５波長、・・・となる線路）を略ヘアピン型に折り曲げるとともに一方の端を短絡し他方の端を開放して構成したものである。各線路が折り曲げられているのでフィルターの幅は波長の約１／８となる。各共振器の配置の様子が指を組んだ状態に似ているのでインターディジタルと呼ばれる。なお、インターディジタルフィルターの各部分（共振器）の共振周波数を少しづつずらすようにすれば広帯域の帯域通過フィルターを実現することもできる。

符号４はノッチフィルターの構成部分を示す。ノッチフィルターの構成部分は、使用帯域のいずれかの周波数で波長の１／２となる線路（具体的には０．５波長、１．５波長、２．５波長、３．５波長、・・・となる線路）４１と、遮断したい周波数で波長の１／４の長さの線路（具体的には、０．２５波長、０．７５波長、１．２５波長、１．７５波長、・・・となる線路）５とを含む。線路４１の両端が開放されていることに注意されたい。これに対し、線路３ａ−２、３ｂ−２の一端は開放されているが他端は短絡されている。符号６及び符号７は入出力端子１，２のインピーダンスを５０Ωに整合させるための回路（オープンスタブ）である。

図１の構造は図示しない誘電体基板上に導体面を形成した、公知のストリップ結合線路ないしマイクロストリップ結合線路で実現される。その断面構造の説明は省略する。図１の構造は、２つのインターディジタルフィルター３ａ，３ｂの間に、使用周波数帯のいずれかの周波数で１／２波長の長さの第１線路４１と、当該第１線路の低インピーダンス部分に設けられた遮断したい周波数の波長の１／４の長さの線路であって他端が開放された第２線路５とを含むノッチフィルター４を設けたものである。

インターディジタルフィルター３ａ，３ｂは帯域通過フィルターである。インターディジタルフィルター３ａ，３ｂの線路３ａ−３、３ｂ−３と線路４１の長さの和が使用周波数で１／２波長となっている。線路４１はノッチフィルターの構成部分４の一部であるが、線路４１はインターディジタルフィルター３ａ，３ｂの一部の線路３ａ−３，３ｂ−３と一体になっている。線路３ａ−３、３ｂ−３は、インターディジタルフィルター３ａ，３ｂとノッチフィルターの構成部分４の共用部分と言える。図１はノッチフィルターをインターディジタルフィルターの内部に設けた例を示すが、これと異なりノッチフィルターをインターディジタルフィルターの外部（例えば入出力端１，２の外側）に設ける場合は前述のような共用はできないため、フィルター全体のサイズが大きくなる。線路４１の中間部分であるＡ点及びＢ点の間は低インピーダンスとなる。Ａ点とＢ点の中央には遮断したい周波数で波長の１／４となる反対側が開放された線路５が接続される。

本発明の実施の形態１に係るフィルターは、帯域通過フィルターであるインターディジタルフィルターの構成部分３ａ，３ｂ及びノッチフィルターの構成部分４から構成されるが、ノッチフィルターの構成部分４を除去し、インターディジタルフィルターの構成部分３ａと３ｂを直接接続すれば、公知のインターディジタルフィルターになる。

図２は本発明の実施の形態１に係るフィルターの特性例を示す。図２は、本発明の実施の形態１に係るフィルターを上下にグランドを設けたストリップ線路構造で実現したときのシミュレーションデータである。図２によれば、概ね２．１ＧＨｚ〜２．９ＧＨｚの周波数を通過させているが、ノッチフィルターにより２．１ＧＨｚの下側で急峻に遮断している。そのため図２の通過特性は左右対称ではなくなっている。ノッチフィルターのノッチは２ＧＨｚにある。なお、ノッチフィルターのノッチの位置は調整可能なので、通過帯域の一部を急峻に遮断することもできる。

本発明の実施の形態１に係るフィルターでは、帯域通過型のインターディジタルフィルター３ａ，３ｂで使用周波数の信号を通過させるとともに帯域外の信号を減衰させる。ノッチフィルターの構成部分４を構成する線路４１は、本発明の実施の形態１に係るフィルターの使用周波数で両側のインターディジタルフィルター３ａと３ｂを接続する機能を果たし、その帯域通過フィルター特性には影響を与えない（使用周波数においてノッチフィルターの構成部分４は無視できる）。

線路４１を設けた理由は次の通りである。
・ノッチフィルターは、短絡部分ではない低インピーダンス部分に設ける必要がある。しかし、インターディジタルフィルターの低インピーダンス部分は短絡されているので、その部分にノッチフィルターを設けることができない。遮断したい周波数でノッチフィルターが短絡状態になっても、インターディジタルフィルターのその部分はもともと短絡されているので状態は変化しない、つまり遮断したい信号をその部分で反射できない。
・線路４１は、インターディジタルフィルター内に低インピーダンス部分であって短絡されていない部分を生じさせるために設けられた。

次に、ノッチフィルターの機能を説明する。ノッチフィルター（notch filter）とは、系の周波数応答曲線上に鋭いノッチを生ずる帯域阻止フィルターのことである。ノッチフィルターは、例えば、さらに低い周波数領域のチャネルの搬送波を妨害することを防ぐように、チャネルの低周波端で減衰を与えるために用いられる。ノッチフィルターの構成部分４はインピーダンスの低い位置に線路５を接続することで急峻な遮断特性を持ちうる。線路４１は両端が開放されているため、使用周波数においてＡとＢの中間で短絡となる。使用周波数から大きく離れていない周波数においても十分低いインピーダンスとなっている。使用帯域外ではあるがそれに近い周波数を遮断したい場合は、Ａ，Ｂの中間点に遮断したい周波数で１／４波長となる先端開放線路５を接続すると、遮断したい周波数の通過を阻止することができる。線路４１及び線路５は急峻な特性をもつノッチフィルター４を構成する。

前述のように、低インピーダンスとなる位置にノッチフィルターを設ける。インターディジタル帯域通過フィルターにおいて低インピーダンスとなる位置は接地されている。この接地位置はすべての周波数で接地に短絡となるため、この接地位置にノッチフィルターを設けたとしてもインピーダンスはショートのままであるため特定の周波数の信号を遮断することができない。これに対して、図１の構成ではノッチフィルターの構成部分４（正確には線路５）を設ける部分（図１のＡとＢの中間位置）のインピーダンスは、遮断したい周波数ではインピーダンスは十分低くかつショートにはなっていない。そのため遮断したい周波数で線路５のインピーダンスが完全にショートとなることで、その周波数を遮断することができる。インピーダンスが低いために急峻な遮断特性をもたせることができる。

本発明の実施の形態１によれば、フィルターの小型化を実現できる。従来の帯域通過フィルターのサイズが１７ｍｍ×６ｍｍであるのに対し、発明の実施の形態１に係るフィルターのサイズは、波長の１／４の長さの線路をヘアピン型に折り曲げて構成した共振器を用いたこともあり、９ｍｍ×６ｍｍとすることができた。従来に比べて面積を約４７％削減できた。しかもその面積にノッチフィルターを併せて設けることができた。

インターディジタルフィルターとノッチフィルターを直列に接続しても同様の特性を得られるが、これらを直接接続したとしても入出力端の部分は低インピーダンスではないので良好な遮断特性を得られない（ノッチフィルターは、短絡部分ではない低インピーダンス部分に設ける必要がある）。他方、低インピーダンス部分を設けるためには新たに線路を設ける必要があり、そのためインターディジタルフィルターを小型化してもフィルター全体の小型化は困難であった。

それに対し、発明の実施の形態１によれば、インターディジタルフィルターの内部に存在する低インピーダンス部分に着目し、その部分を利用してノッチフィルターを設けたので、フィルター全体を小型にできたのである。

発明の実施の形態１の変形例．
図１（ｂ）に示すようにノッチフィルターの構成部分４を上下反対に配置してもよい。

図１（ａ）のフィルターと図１（ｂ）のフィルターの違いは、インターディジタルフィルター３ａ，３ｂとノッチフィルター４の接続が順方向であるか逆方向であるかの点である。図１（ａ）（ｂ）の線路３ａ−２，３ａ−３の部分に信号の流れる方向を矢印で示した。図１（ａ）と図１（ｂ）でその向きが異なるが、図１（ｂ）の場合も図１（ａ）と同様の作用効果を奏する。

発明の実施の形態２．
インターディジタルフィルターの結合線路をブロードサイド結合（上下に線路が配置される結合線路）にしてもよい。この例を図３及び図４に示す。

図３は発明の実施の形態２に係るインターディジタルフィルターの斜視図（わかりやすくするためにグランドを除く線路部分のみ示している）、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）と（ｃ）は平面図のＸ−Ｘ線で切断したときの断面図を示す。本フィルターはマイクロストリップ構造ないしストリップ線路構造で実現されるので、接地面が上下または下のみに設けられる。図４（ｂ）はストリップ線路構造を、図４（ｃ）はマイクロストリップ線路構造を示す。図中、符号１０、１０'は誘電体、１１はグランド（接地面）、１２はグランド１１を接続するビアである。３ａ−１'、３ａ−２、３ａ−３'は結合線路（共振器）である（３ａ−１'は図１の３ａ−１に相当するが、図１のオープンスタブ６を備えない点で相違する。３ａ−３'は図１の３ａ−３に相当するが線路４１に接続されていない点で相違する）。図３及び図４はインターディジタルフィルターの結合線路（共振器）の部分（特に入出力端を除く中間の部分）のみを示し、ノッチフィルターの構成部分の表示は省略している。ノッチフィルターの構成部分は図１と同様である。これらの図からわかるように、互い違いに平行に並べられる複数の共振器はそれぞれ誘電体基板１０の一方の面に設けられ、互いに共振器の一部（３ａ−１'の一部と３ａ−２の一部、３ａ−２の一部と３ａ−３'の一部）が対向するように設けられている。

発明の実施の形態２によれば広帯域のフィルターを実現することができる。

発明の実施の形態３．
ノッチフィルターの構成部分４を複数設けるようにしてもよい。複数ある場合、遮断する周波数が同じであれば、多段にするほど大きな減衰量が得られる。また別の遮断周波数に相当する線路を複数のノッチフィルターに持たせると、異なる周波数で遮断することができる。

図５（ａ）は発明の実施の形態１に係るフィルターのブロック図であるが、これにさらにノッチフィルター４を追加してもよい。複数のノッチフィルターを設ける場合、図５（ｂ）に示すようにノッチフィルター４ａと４ｂは連続していてもよいし、図５（ｃ）に示すようにインターディジタルフィルター３ｃをノッチフィルター４ａと４ｂの間に設けてもよい。

ノッチフィルター４ａと４ｂの遮断周波数を同じ（ｆ１）にした場合、図５（ｂ）と図５（ｃ）いずれの場合でも周波数ｆ１を大きく遮断することができる。一方のノッチフィルターの遮断周波数をｆ１とし、他方の遮断周波数をｆ２とした場合、図５（ｂ）と図５（ｃ）いずれの場合でもｆ１とｆ２の２つの周波数を遮断することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

図１（ａ）は発明の実施の形態１に係るフィルターの平面図、図１（ｂ）は発明の実施の形態１の変形例に係るフィルターの平面図である。 発明の実施の形態１に係るフィルターの特性例を示す図である。 発明の実施の形態２に係るフィルターの斜視図である。 図４（ａ）は発明の実施の形態２に係るフィルターの平面図、図４（ｂ）と（ｃ）は当該フィルターの断面図である。 発明の実施の形態３に係るフィルターの説明図である。

符号の説明

１ 入出力端
２ 入出力端
３ａ インターディジタルフィルターの構成部分（第１インターディジタルフィルター）
３ｂ インターディジタルフィルターの構成部分（第２インターディジタルフィルター）
３ｃ インターディジタルフィルターの構成部分（第３インターディジタルフィルター）
４ ノッチフィルターの構成部分
４１ 使用周波数の１／２波長線路（第１線路）
５ 遮断周波数の１／４波長線路（第２線路）
６ 整合回路（オープンスタブ）
７ 整合回路（オープンスタブ）
１０、１０' 誘電体
１１ グランド（接地面）
１２ ビア

Claims (9)

1. 一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、前記複数の共振器の少なくとも一部を使用周波数帯の中心周波数で低インピーダンスになり、かつ、短絡されない部分をもつ第１線路で構成し、当該第１線路の低インピーダンス部分に帯域遮断用の第２線路を設けたことを特徴とするインターディジタルフィルター。
2. 前記第１線路を、使用周波数帯の中心周波数で波長の１／２に相当する長さの線路としたことを特徴とする請求項１記載のインターディジタルフィルター。
3. 前記第１線路の一部を、前記複数の共振器の少なくとも一部と共用し、
   前記第２線路を、前記第１線路の中間点に設けたことを特徴とする請求項２記載のインターディジタルフィルター。
4. 前記第２線路を、遮断したい周波数の波長の１／４に相当する長さの線路であって一端が開放されたノッチフィルター用の線路としたことを特徴とする請求項１記載のインターディジタルフィルター。
5. 前記複数の共振器は、使用周波数帯の中心周波数における波長の１／４の長さの線路を略ヘアピン型に折り曲げるとともに一方の端を短絡し他方の端を開放して構成したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のインターディジタルフィルター。
6. 前記複数の共振器を、誘電体基板の両面に互いに前記共振器の一部が対向するように設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のインターディジタルフィルター。
7. 一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、前記複数の共振器の少なくとも一部を使用周波数帯の中心周波数で１／２波長の長さの線路で構成し、当該線路の中間部分に遮断したい周波数の波長の１／４の長さの線路であって他端が開放された線路を設けたことを特徴とするインターディジタルフィルター。
8. 一方の端を短絡し他方の端を開放した線路を含む複数の共振器を互い違いに平行に並べて構成したインターディジタルフィルターにおいて、入出力端を含む部分を第１インターディジタルフィルター及び第２インターディジタルフィルターとしたとき、使用周波数帯の中心周波数で低インピーダンスになり、かつ、短絡されない部分をもつ第１線路及び当該第１線路の低インピーダンス部分に設けられる帯域遮断用の第２線路を含むノッチフィルターを、前記第１及び第２インターディジタルフィルターの間に複数設けたことを特徴とするインターディジタルフィルター。
9. 前記複数のノッチフィルターの間に少なくとも１つの共振器を含む第３インターディジタルフィルターを設けたことを特徴とする請求項８記載のインターディジタルフィルター。

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