JP4678076B2 - 共振器、発振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 - Google Patents

共振器、発振器、フィルタ、デュプレクサおよび通信装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はストリップラインやマイクロストリップラインによる共振器、発振器、フィルタ、デュプレクサおよびそれらを備えた通信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯における電圧制御発振器(VCO)は、誘電体板にマイクロストリップラインによる共振器を設け、その共振器に負性抵抗回路を接続して、帯域反射型の発振器として構成されている。そして、電圧制御によって発振周波数を制御するために、上記マイクロストリップラインによる共振器にバリキャップダイオードなどの可変容量素子を装荷し、外部から与える制御電圧によって共振器の共振周波数を変化させ、それによって発振周波数を制御するようにしていた。
【0003】
従って発振周波数の可変範囲は可変容量ダイオードの容量変化範囲で決定され、容量変化比の大きな可変容量をダイオードを用いれば、それだけ周波数可変範囲が広くとれるが、一般に、容量変化比の大きなバリキャップダイオードは等価直列抵抗が大きいため、C/N比特性が悪くなる。また、電圧可変範囲を広くとることにより周波数可変範囲を広くすることができるが、制御電圧変化に対する発振周波数変化の直線性が悪くなる。
【0004】
そこで、周波数可変範囲を広くする場合には、図9に示すようなダイオードスイッチによって、共振線路の共振周波数を切り替えるようにしていた。図9の(A)に示す例では、マイクロストリップラインによる共振線路S1,S2に可変容量素子DV1および発振回路を接続し、可変容量素子DV1に対する、インダクタL1およびキャパシタC1による制御電圧供給回路を設けて、全体として電圧制御発振器を構成している。共振線路S1,S2はダイオードD1を介して接続し、このダイオードD1に対して、インダクタL2およびキャパシタC2によるRF信号阻止回路を介して、帯域切り替え用の電圧信号を与えるようにしている。この構成により、帯域切替端子に対するバイアス電圧によって、ダイオードD1をオン/オフさせ、マイクロストリップラインによる共振線路の共振器長を切り替えて共振周波数を変化させる。
【0005】
また図9の(B)に示す例では、マイクロストリップラインによる共振線路S1にキャパシタC3,C4を接続すると共に、C4に対してダイオードD1を並列に接続する構造をとり、帯域切替端子に対するバイアス電圧によって、ダイオードD1をオン/オフさせ、これにより共振線路S1の開放端に付加されるキャパシタンスを切り替えて共振周波数を切り替える。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように共振線路の共振周波数を切り替えるためにダイオードを用いると、ダイオードの等価直列抵抗により共振器の損失が増大し、ダイオードのない場合に比べてC/N比が劣化するという問題があった。
【0007】
この発明の目的は、共振周波数の可変範囲を広くすると共にQの低下を防止した共振器、発振周波数の可変範囲を広くすると共にC/N比の劣化を防止した発振器、周波数特性の切替を可能にすると共に低損失化を図ったフィルタ、デュプレクサ、およびそれらを用いた通信装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の共振器は、誘電体板にストリップラインまたはマイクロストリップラインによる、共振周波数の異なる2つの共振線路を設け、この2つの共振線路に選択的に導通する線路切替用可動部を設けた共振器であって、
前記誘電体板は、前記2つの共振線路の開放端が形成された内側面を有し、
前記誘電体板内の前記内側面で囲まれる空間で前記2つの共振線路の開放端の間に、前記線路切替用可動部が配置されていることを特徴とする。
【0009】
このように線路切替用可動部で、2つの共振線路に選択的に導通させることによって、ダイオードの等価直列抵抗より低抵抗で線路を導通させることができ、共振器のQの低下が抑えられる。
【0010】
また、この発明の共振器は前記線路切替用可動部の駆動源を圧電素子とする。また、前記線路切替用可動部の駆動源をコイルと可動磁性体片とで構成する。
【0011】
この発明の発振器は、上記共振器に負性抵抗回路を接続して構成する。
【0012】
この発明のフィルタは、入力端子および出力端子の間に接続された伝送線路と、上記共振器と、を有し、線路切替用可動部を共振器の伝送線路に接続し、2つの共振線路の開放端とは反対側の端部を接地して、構成する。
【0013】
この発明のデュプレクサは、一方を受信フィルタ、他方を送信フィルタとして、上記フィルタを2組備え、前記受信フィルタの阻止帯域は送信信号帯域であり、前記送信フィルタの阻止帯域は受信信号帯域であるものとする。
【0014】
更に、この発明の通信装置は、上記共振器、発振器、フィルタまたはデュプレクサを用いて構成する。
【0015】
【発明の実施の形態】
この発明の第1の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を図1および図2を参照して説明する。
図1はその回路図である。ここで2a,2bはそれぞれマイクロストリップラインによる共振線路であり、互いに線路長を異なったものとし、それらの共振周波数を所定値にしている。3は線路切替用可動部であり、この線路切替用可動部の状態によって、共振線路2aまたは2bのいずれか一方が発振回路に接続されるようにする。発振回路は負性抵抗特性を示すFETや、それに対するバイアス電圧供給回路などから成る。DV1は可変容量ダイオードであり共振線路2a,2bに並列に接続している。インダクタL1およびキャパシタC1はRF信号を阻止して、可変容量ダイオードDV1に対して制御電圧を供給する。
【0016】
図2は上記電圧可変発振器の構成を示す部分斜視図である。ここで1は誘電体板であり、その上面にマイクロストリップラインによる共振線路2a,2bを形成している。誘電体板1の下面には略全面の接地電極を形成している。この2つの共振線路2a,2bに共通に接続した端部はスルーホールを介して、下面の接地電極に接続している。(この接地電極に対する接続部を、図においてはアース記号で表している。)また、誘電体板1の上面には、共振線路の一部として作用し、且つ発振回路へつながるマイクロストリップライン4を形成している。このマイクロストリップライン4と共振線路2a,2bの開放端との間に線路切替用可動部3を設けている。この線路切替用可動部3は図中に示す矢印方向に変位して、共振線路2aまたは2bのいずれか一方の開放端に接して電気的に導通する。尚、発振回路や可変容量ダイオード等の回路はチップ部品5などを用いてマイクロストリップライン4の端部に構成している。
【0017】
次に、上記線路切替用可動部の、より具体的な構成例を図3〜図5を参照して説明する。
図3において7は磁性体片であり、FeやNi合金などの強磁性体で且つ導電率の高い金属材料からなる。6は磁性体片7を吸引する電磁石である。この電磁石6のコイルへの通電時には、磁性体片7の端部を共振線路2b側へ接触させる。コイルへの非通電時には、磁性体片7の弾性によって、その端部が共振線路2a側に接するようにしておく。これにより、電磁石6の駆動によって共振線路を切り替える。
【0018】
図4において、線路切替用可動部3はバネ性を持った金属板であり、8は圧電アクチュエータである。通常は、図に示すように共振線路2a側に接しているが、圧電アクチュエータ8に対し駆動電圧を印加することによって、圧電アクチュエータ8は可動部3を共振線路2b側に押し出す。
【0019】
図5において、9はバイモルフ構造の圧電アクチュエータであり、その端部付近に、マイクロストリップライン4に連続する電極10を形成している。この圧電アクチュエータ9に対して駆動電圧を印加していない状態で、電極10は共振線路2aの端部に接触している。圧電アクチュエータ9に対し制御電圧を印加すると、電極10は共振線路2b側に変位して電気的に導通する。
【0020】
尚、図2〜図5に示したいずれの例においても、線路切替可動部が大きく変位するように誇張して描いたが、線路切替可動部の実際の変位量は極僅かであってもよい。
【0021】
次に、別の回路構成の発振器の例を図6を基に説明する。
図1に示した例では、2つの共振線路の一方端をそれぞれ接地し、他方端に発振回路を選択的に接続するようにしたが、この図6に示す例では、2つの共振線路2a,2bの一端を共通に接続して発振回路に接続すると共に、他方の端部を線路切替用可動部3を介して選択的に接地するようにしている。これにより線路切替用可動部3の切り替えによって接地された側の共振線路の共振周波数で発振させることができる。尚、接地されていない側の共振線路は一端が開放された共振器の構造をとるが、その共振周波数は所定の周波数帯から離れたものとなって、実質上影響を与えない。
【0022】
次に、フィルタの構成例を図7を参照して説明する。
図7はフィルタの回路図であり、二つの共振線路2a,2bの一方端をそれぞれ接地し、他方端を線路切替用可動部3を介して伝送線路の所定点に接続している。従って、線路切替用可動部3が共振線路2a側を選択しているとき、共振線路2aの共振周波数付近を阻止するトラップフィルタとして作用し、線路切替用可動部3が共振線路2b側を選択しているとき、共振線路2bの共振周波数付近を阻止するトラップフィルタとして作用する。
【0023】
図7に示した例では、伝送線路に単一の共振線路を選択的に接続するようにしただけであるが、同様にして伝送線路に複数の共振線路を接続することによって、所定帯域幅を減衰させる帯域阻止型フィルタを構成することができる。
【0024】
次に、デュプレクサおよび通信装置の構成例を図8を参照して説明する。
ここで、受信フィルタと送信フィルタには、上記帯域阻止型フィルタを用いる。そして、送信フィルタの阻止帯域を受信信号帯域に合わせ、受信フィルタの阻止帯域を送信信号帯域に合わせる。このようなデュプレクサに対して受信回路と送信回路を接続し、アンテナを接続することによって、通信装置を構成する。
【0025】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、線路切替用可動部で、2つの共振線路に選択的に導通させることによって、ダイオードの等価直列抵抗より低抵抗で線路を導通させることができ、共振器のQの低下が抑えられる。
【0026】
請求項2に記載の発明によれば、全体を大型化することなく、基板上に線路切替用可動部を容易に構成できる。
【0027】
請求項3に記載の発明によれば、線路切替用可動部の可動量を大きく確保することができ、2つの共振線路の選択的切替を確実に行えるようになる。
【0028】
請求項4に記載の発明によれば、発振周波数の可変範囲を広くすると共にC/N比の劣化を防止した発振器が得られる。
【0029】
請求項5,6に記載の発明によれば、周波数特性の切替を可能にすると共に低損失化が図れる。
【0030】
請求項7に記載の発明によれば、周波数切替部に生じる損失が少ないため、高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る発振器の構成を示す回路図
【図2】同発振器の構成を示す部分斜視図
【図3】第2の実施形態に係る発振器の構成を示す部分斜視図
【図4】第3の実施形態に係る発振器の構成を示す部分斜視図
【図5】第4の実施形態に係る発振器の構成を示す部分斜視図
【図6】第5の実施形態に係る発振器の構成を示す回路図
【図7】第6の実施形態に係るフィルタの構成を示す図
【図8】第7の実施形態に係るデュプレクサおよび通信装置の構成を示す図
【図9】従来の発振器の構成を示す回路図
【符号の説明】
1−誘電体板
2a,2b−共振線路
3−線路切替用可動部
4−マイクロストリップライン
5−チップ部品
6−電磁石
7−磁性体片
8,9−圧電アクチュエータ
10−電極

Claims (7)

  1. 誘電体板にストリップラインまたはマイクロストリップラインによる、共振周波数の異なる2つの共振線路を設け、当該2つの共振線路に選択的に導通する線路切替用可動部を設けた共振器であって、
    前記誘電体板は、前記2つの共振線路の開放端が形成された内側面を有し、
    前記誘電体板内の前記内側面で囲まれる空間で前記2つの共振線路の開放端の間に、前記線路切替用可動部が配置されていることを特徴とする共振器。
  2. 前記線路切替用可動部の駆動源を圧電素子としたことを特徴とする請求項1に記載の共振器。
  3. 前記線路切替用可動部の駆動源をコイルと可動磁性体片とで構成したことを特徴とする請求項1に記載の共振器。
  4. 請求項1、2または3に記載の共振器に負性抵抗回路を接続して成る発振器。
  5. 入力端子および出力端子の間に接続された伝送線路と、請求項1、2または3に記載の共振器と、を有し、前記共振器の前記線路切替用可動部が前記伝送線路に接続され、前記共振器の前記2つの共振線路の開放端とは反対側の端部が接地されている、フィルタ。
  6. 一方を受信フィルタ、他方を送信フィルタとして、請求項5に記載のフィルタを2組備え、前記受信フィルタの阻止帯域は送信信号帯域であり、前記送信フィルタの阻止帯域は受信信号帯域であるデュプレクサ。
  7. 請求項1〜3のうちいずれかに記載の共振器、請求項4に記載の発振器、請求項5に記載のフィルタまたは請求項6に記載のデュプレクサを設けて成る通信装置。
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