JPH066102A - アクティブフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】誘電体共振器に増幅回路を接続してなるアクテ
ィブフィルタを自動監視する。 【構成】誘電体共振器Ｒ１に増幅回路Ａ１を接続してア
クティブフィルタを構成し、増幅回路Ａ１の入力側に入
力側結合回路Ｈ１１、出力側に出力側結合回路Ｈ１２を
設ける。共振器Ｒ１の共振周波数から離れ、かつ増幅回
路の増幅可能な周波数帯域幅内の信号を局部発振器１で
発振させ、結合回路Ｈ１１へ与える。出力側結合回路Ｈ
１２の出力側にはその信号レベルを検出するレベル検出
回路５を設ける。 【作用】誘電体共振器Ｒ１と増幅回路Ａ１からなるアク
ティブ共振器が正常動作していれば、出力側結合回路Ｈ
１２の信号レベルが一定値を超えて、レベル検出回路５
は表示体９を点灯させる。アクティブ共振器が故障すれ
ば、レベル検出回路５の出力信号レベルが低下し、表示
体９が消灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘電体共振器に帰還
回路を接続してなるアクティブフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、８００ＭＨｚ帯を用いた移動体通
信システムにおいてセルラーシステムが広く使用される
ようになった。このようなセルラーシステムにおいて
は、セル（無線ゾーン）ごとに一つの無線基地局が設け
られ、各無線局には送受信機とアンテナとの間に複数チ
ャンネル分の送信共用装置と受信フィルタが設けられて
いる。

【０００３】このような装置における受信フィルタとし
ては、一般に受信帯域の周波数のみ通過させる帯域通過
フィルタが用いられるが、たとえば異なる二つのセルラ
ーシステムが運用され、その受信帯域の一部が接近して
いる場合には、混信（他のセルラーシステムを用いる移
動局からの受信信号による相互変調歪に起因するもの）
の影響を防止するため、不要帯域の信号を除去する帯域
阻止フィルタが要求される。

【０００４】このような目的で使用される帯域阻止フィ
ルタとしては、小型でかつ尖鋭度（Ｑ）の高い誘電体共
振器が適しているが、所定帯域において必要な減衰特性
を備え、しかも阻止帯域に隣接する通過帯域では挿入損
失の少ないフィルタを得るためには、共振器に帰還回路
を接続したアクティブフィルタが有効である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、通信システム
では、システム全体がダウンしないようにするために、
所謂サブシステムを設けることが考えられる。すなわ
ち、通信システムを構成する各要素を多重化し、ある１
つの系統が故障した場合でも、他の系統によって通信シ
ステムとしての機能を維持させるものである。例えば前
記フィルタを多重化すれば、フィルタ部分の信頼性を高
めることはできる。しかしながら、多重化した分だけコ
ストが嵩み、設置スペースが大きくなるため、限られた
スペースで多重化することは困難である。ところが、幸
いにもアクティブ共振器は、パッシブ共振器に対して、
能動素子を用いた帰還回路を結合させたものであるた
め、仮にアクティブフィルタが故障したとしても、誘電
体共振器自体が故障するのは極めて稀であるため、パッ
シブ共振器としての機能は残り、通信システムとしての
機能は果たされる。このようにアクティブ共振器をアク
ティブフィルタとして通信システムに用いる場合、サブ
システムを設けなくともシステムダウンが生じることが
ないという優れた特性を備えることになる。但し、帰還
回路が作用しないことによる特性の劣化はあるため、通
信状態がビジィである場合には混信などの障害の生じる
おそれがあるため、万一の故障に備えて、故障の発見、
故障箇所の検出、故障原因の究明、故障箇所の交換が迅
速且つ容易にできるように保守体制を充実させておく必
要がある。

【０００６】ところが、従来のアクティブフィルタを用
いた通信システムでは、運用時に通信信号中に混信が生
じるなどの異常状態が発見されて初めて通信システムに
異常のあることが認識され、例えば前述の帯域阻止フィ
ルタとして用いられるアクティブフィルタの故障が疑わ
れることになる。このように、従来は保守対象であるア
クティブフィルタの故障を直接的かつ速やかに検知する
ことはできなかった。

【０００７】また、それぞれ帰還回路を接続した複数の
誘電体共振器ユニットを多段接続してアクティブフィル
タを構成している場合、１つの共振器ユニットが故障し
たとしても、それを直ちに検知することはできず、各段
のアクティブフィルタの動作を全て点検しなければなら
なかった。

【０００８】この発明の目的は、アクティブフィルタに
故障が生じたことを自動的に検知できるようにして前述
の問題を解消したアクティブフィルタを提供することに
ある。

【０００９】この発明の他の目的は、複数段の誘電体共
振器を用いた複数段のアクティブフィルタにおいて、故
障の生じた段を容易に検知できるようにしたアクティブ
フィルタを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るアクティブフィルタは、誘電体共振器に二つの結合子
を設け、この二つの結合子間に増幅回路を接続してなる
アクティブフィルタにおいて、増幅回路の入力側に結合
する入力側結合回路と、増幅回路の出力側に結合する出
力側結合回路と、誘電体共振器の共振周波数から離れ、
且つ前記増幅回路の増幅可能な周波数帯域幅内の信号を
発生し、前記入力側結合回路へ与える信号発生回路と、
前記出力側結合回路の出力信号のレベルを検出する信号
レベル検出回路とを設けたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に係るアクティブフィルタ
は、複数段誘電体共振器の各段に二つの結合子を設ける
とともに、これら二つの結合子間にそれぞれ増幅回路を
接続してなるアクティブフィルタにおいて、増幅回路の
入力側に結合する入力側結合回路と、増幅回路の出力側
に結合する出力側結合回路と、誘電体共振器の共振周波
数から離れ、且つ前記増幅回路の増幅可能な周波数帯域
幅内の信号を発生し、前記入力側結合回路へ与える信号
発生回路と、前記出力側結合回路の出力信号のレベルを
検出する信号レベル検出回路とを、複数段誘電体共振器
の各段に設けたことを特徴とする。

【００１２】請求項３に係るアクティブフィルタは、複
数段誘電体共振器の各段に二つの結合子を設けるととも
に、これら二つの結合子間にそれぞれ増幅回路を接続し
てなるアクティブフィルタにおいて、増幅回路の入力側
に結合する入力側結合回路と、増幅回路の出力側に結合
する出力側結合回路と、前記出力側結合回路の出力信号
のレベルを検出する信号レベル検出回路とを、複数段誘
電体共振器の各段に設けるとともに、各誘電体共振器の
共振周波数から離れ、且つ各増幅回路の増幅可能な周波
数帯域幅内の信号を発生する単一の信号発生回路と、前
記信号発生回路の出力信号を前記各段の入力側結合回路
に分配する信号分配回路とを設けたことを特徴とする。

【００１３】請求項４に係るアクティブフィルタは、誘
電体共振器に二つの結合子を設け、この二つの結合子間
に増幅回路を接続してなるアクティブフィルタにおい
て、増幅回路の電源入力電流または電源入力部の電圧を
検出するとともに、そのレベルが正常範囲内であるか否
かの判定を行うレベル判定手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】請求項１記載のアクティブフィルタでは、信号
発生回路が、誘電体共振器の共振周波数から離れ、且つ
増幅回路の増幅可能な周波数帯域幅内の信号を発生し
て、入力側結合回路を介して増幅回路の入力側に与え
る。また、信号レベル検出回路は、出力側結合回路を介
して増幅回路から出力される信号レベルを検出する。

【００１５】もし増幅回路が何らかの原因で作動しなけ
れば、出力側結合回路からは信号発生回路の出力する周
波数の信号が検出されない。増幅回路が正常に作動して
いれば、信号発生回路の出力する周波数の信号が一定レ
ベルで検出される。したがって信号レベル検出回路の検
出結果によってアクティブフィルタの故障検知が可能と
なる。

【００１６】請求項２記載のアクティブフィルタでは、
複数段誘電体共振器の各段に２つの結合子が設けられる
とともに、これら２つの結合子間にそれぞれ増幅回路が
接続されている。複数段誘電体共振器の各段には、増幅
回路の入力側に結合する入力側結合回路と、増幅回路の
出力側に結合する出力側結合回路と、誘電体共振器の共
振周波数から離れ、且つ増幅回路の増幅可能な周波数帯
域幅内の信号を発生する信号発生回路と、信号レベル検
出回路がそれぞれ設けられている。入力側結合回路に
は、信号発生回路の発生する信号が与えられ、信号レベ
ル検出回路は出力側結合回路の出力信号のレベルを検出
する。従って、もしある段の増幅回路が何らかの原因で
作動しなければ、その段における出力側結合回路からは
信号発生回路の発生する信号が検出されない。これによ
って、故障した段が検知される。

【００１７】請求項３記載のアクティブフィルタでは、
複数段誘電体共振器の各段に、入力側結合回路、出力側
結合回路及び信号レベル検出回路が設けられているが、
これとは別個の単一の信号発生回路は、各誘電体共振器
の共振周波数から離れ、且つ各増幅回路の増幅可能な周
波数帯域幅内の信号を発生し、信号分配回路は信号発生
回路の出力信号を各段の入力側結合回路に分配する。従
って請求項２記載のアクティブフィルタと同様に、各段
のアクティブ共振器の異常状態を検出することができ
る。また、この請求項３記載のアクティブフィルタによ
れば、単一の信号発生回路を設けたため、全ての段の信
号レベル検出回路が異常状態を検出した状態を、信号発
生回路の異常状態として検知することができる。

【００１８】請求項４記載のアクティブフィルタでは、
レベル判定手段が、増幅回路の電源入力電流または電源
入力部の電圧を検出するとともに、そのレベルが正常範
囲内であるか否かの判定を行う。増幅回路の故障は専ら
ＦＥＴなどの増幅素子の故障により生じるが、増幅素子
が正常であれば、電源から増幅素子へ流れる入力電流は
ある一定範囲内に定まる。したがって増幅回路の電源入
力電流が正常範囲外であれば、増幅回路が正しく作動し
ていないものとして検知することができる。

【００１９】

【実施例】この発明の第１の実施例である４段帯域阻止
フィルタの回路図を図１に示す。

【００２０】図１において、Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ誘電
体共振器であり、この図では２，３段目を省略してい
る。Ａ１，Ａ４は誘電体共振器Ｒ１，Ｒ４に結合させた
増幅回路である。各共振器は一本の伝送ラインＬに対
し、隣接するノード間が中心周波数ｆｏにおける１／４
波長に相当する間隔となる関係で、四つの共振器を接続
している。阻止帯域幅をΔｆとすれば、１段目の共振器
Ｒ１の共振周波数はｆｏ＋Δｆ／２、４段目の共振器Ｒ
４の共振周波数はｆｏ−Δｆ／２に設定している。な
お、図１では共振器と増幅回路との結合および共振器と
伝送ラインとの結合は容量（電界）結合としたが、誘導
（磁界）結合としてもよい。図においてＨ１１，Ｈ４１
は増幅回路の入力側に結合するハイブリッド回路、Ｈ１
２，Ｈ４２は増幅回路のそれぞれ出力側に結合するハイ
ブリッド回路であり、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ４１，Ｒ４２
はそれぞれダミーロードである。ダミーロードＲ１１，
Ｒ１２，Ｒ４１，Ｒ４２には電流が殆ど流れないので、
ＮＦの劣化のおそれはない。局部発振器１は帯域阻止フ
ィルタの中心周波数ｆｏから離れ、かつ増幅回路の増幅
可能な周波数帯域幅内の周波数ｆ_L の信号を発生する。
２，３，４はそれぞれ３ｄＢハイブリッド回路であり、
これらによって局部発振器１の発振信号を各段の入力側
ハイブリッド回路Ｈ１１〜Ｈ４１に分配する。したがっ
て、ｆ_L の信号が各増幅回路Ａ１〜Ａ４の入力側に入力
される。ＢＰＦ１，ＢＰＦ４はそれぞれｆ_L の信号を通
過させる帯域通過フィルタ、レベル検出回路５，８はｆ
_L の信号レベルを検出し、一定レベル以上を正常状態、
それ以下を異常状態として検出するもので、正常状態で
あれば表示体９，１２を駆動する。このレベル検出回路
５，８は、入力信号を整流平滑して直流レベルの信号を
発生する回路と、その直流レベル信号を基準電圧と比較
するコンパレータ、およびコンパレータ出力によって表
示体９，１２を駆動する表示体駆動回路から構成され
る。この表示体駆動回路を、導通か遮断の択一状態しか
示さない例えばリレーのような機構系部品で構成すれば
信頼性の面で好ましい。

【００２１】図１の構成において、例えば増幅回路Ａ１
が故障すれば、入力側ハイブリッド回路Ｈ１１から入力
される局部発振器１の発振信号は増幅されず、レベル検
出回路５は表示体９を消灯状態とする。このことから１
段目のアクティブ共振器が故障したことが分かる。ま
た、増幅回路Ａ１〜Ａ４が同時に故障する確率は極めて
低いため、例えば表示体９〜１２の全てが同時に消灯状
態となれば、局部発振器１が故障したものとみなすこと
ができる。

【００２２】図１に示す例では、共通の局部発振器を用
いて各段へｆ_L の信号を供給するようにしたが、ハイブ
リッド回路Ｈ１１で３０ｄＢ、３ｄＢハイブリッド回路
３で３０ｄＢ、さらに２段目の入力側ハイブリッド回路
（Ｈ２１）で３０ｄＢとそれぞれ低下し、合計９０ｄＢ
だけ結合が低下するため、共振周波数の信号のまわり込
みがなく実用上問題を生じない。また、帰還回路の入力
側に結合回路が入るために、ＮＦ（雑音指数）の劣化が
生じるが、仮に増幅回路のＮＦを１．５ｄＢ、結合回路
を通して逃げる信号のロス分を−３０ｄＢとすると、帰
還回路での損失分は１．５０３ｄＢとなり、元の増幅回
路のＮＦと比較してほとんど低下しない。さらに、監視
回路の故障率は増幅回路の故障率に比較して十分（約一
桁）小さいため、監視回路を付加したことによる信頼性
の低下はなく、保守点検を含めたシステム全体の信頼性
は大幅に向上する。

【００２３】図１の例では帯域通過フィルタＢＰＦ１・
・・ＢＰＦ４を設けて、ｆ_L の成分のみレベル検出する
ようにしたが、このような帯域通過フィルタは必須のも
のではなく、出力側ハイブリッド回路Ｈ１２・・・Ｈ４
２の出力信号レベルを直接検出する構成としてもよい。
また、Ｈ１１／Ｈ１２〜Ｈ４１／Ｈ４２は、ハイブリッ
ド回路以外の、従来公知の結合回路を用いることもでき
る。さらに、図１の例では、監視回路を増幅回路に対し
てハイブリッド回路で結合したが、その他にＣ結合やＬ
結合を用いてもよい。また、表示体９〜１２の代わり
に、音による警報器や、アクティブフィルタの正常／異
常の状態を表す状態信号を通信回線を通じて中央の管理
部へ伝送する装置を接続してもよく、さらにはこれらを
組み合わせてもよい。

【００２４】次に、この発明の第２の実施例について述
べる。

【００２５】ここでは、第１の実施例として図１に示し
た例と異なり、各段毎に発振器を設ける。従って３ｄＢ
ハイブリッド回路２〜３による信号分配回路は不要であ
る。

【００２６】この構成によっても、同様に各段のアクテ
ィブ共振器の故障を検出することができる。また、この
場合、信号分配回路によるＮＦの低下は全くなくなる。

【００２７】次に、この発明の第３の実施例に係る４段
帯域阻止フィルタの回路図を図２に示す。図２において
Ｒ１，Ｒ４は伝送ラインＬに接続した誘電体共振器、Ａ
１，Ａ４は誘電体共振器Ｒ１，Ｒ４に結合した増幅回路
である。各増幅回路には抵抗Ｒ１，Ｒ４とコイルＬ１，
Ｌ４を介して電源電圧＋Ｖ_DSを供給している。図に示す
ように各抵抗とコイルとの接続点にレベル判定回路１
３，１６を接続している。このレベル判定回路１３，１
６は、入力電位が予め定めた一定範囲内であるか否かを
判定して、範囲内であれば表示体９，１２を駆動する。
もし、増幅回路の増幅素子としてＧａ−ＡｓＦＥＴを用
いた場合、ドレイン−ソース間抵抗は、素子が正常であ
れば１０ＭΩ以上であるが、絶縁不良となれば数百ｋΩ
〜数ｋΩとなり、静電気等により破壊されれば数百Ω以
下となる。このように増幅素子の故障モードによってド
レイン電流が変化する。レベル判定回路１３，１６はこ
のドレイン電流の変化を電位変化として検出する。な
お、電源ラインの断線や電源ラインに接続されている抵
抗の短絡などの異常状態が生じた場合にも、レベル判定
回路の入力電位が大幅に変化するため、異常状態として
検知される。

【００２８】この第２の実施例では、監視回路を高周波
回路部に接続しないため、段間の分離を確実に行うこと
ができる。また、監視回路の主要部はレベル判定回路で
あるため、たとえば４段のフィルタであれば、フラット
パッケージ型のクワッドコンパレータを用いれば、極め
て少ない部品点数で監視回路を構成することができ、装
置全体が大型化することはない。さらに、監視回路の故
障率は増幅回路の故障率に比較して二桁以上小さいた
め、監視回路を設けたことによる装置としての信頼性の
低下はなく、保守点検を含めたシステム全体としての信
頼性は大幅に向上する。

【００２９】次に、フィルタ装置全体の構造を図３〜図
５に示す。図３は上部カバーを取り除いた状態での上面
図、図４は内部構造を示す正面図、図５は左側面図であ
る。

【００３０】これらの図においてＲ１〜Ｒ４はそれぞれ
シングルモードのＴＭモード誘電体共振器、Ｆ１〜Ｆ４
は帰還回路である。またＲ５〜Ｒ８はそれぞれデュアル
モードのＴＭモード誘電体共振器であり、この四つの共
振器ユニットによって８段の共振器を構成し、全体で１
２段の帯域阻止フィルタを構成している。この例では共
振器Ｒ１〜Ｒ４は高域側を、共振器Ｒ５〜Ｒ８は低域側
をそれぞれ減衰させるために用い、利用周波数の隣接す
る高域側の境界をアクティブの共振器Ｒ１〜Ｒ４で急峻
に減衰させている。２１は監視回路であり、各帰還回路
Ｆ１〜Ｆ４と接続している。監視回路２１は、図１の例
では局部発振器１、３ｄＢハイブリッド回路２〜４、レ
ベル検出回路５，８、表示体９，１２などからなり、ま
た、図２の例ではレベル判定回路１３，１６、表示体
９，１２などからなる。この監視回路２１と八つの共振
器ユニットをケース２０内に収納し、ケースの側面に入
力コネクタ２３および出力コネクタ２２を設けている。
またコネクタ取付面には、図５に示すように監視回路２
１に設けられた四つの表示体９〜１２の表示窓を設けて
いる。この表示内容によって各段のアクティブ共振器の
状態を把握することができる。

【００３１】なお、実施例はいずれも帯域阻止フィルタ
を例としたが、複数段の帯域通過フィルタを構成する場
合にも、本願発明は同様に適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るアクティブフ
ィルタによれば、アクティブフィルタの異常状態が自動
的に検出されるため、その検出結果に応じてアクティブ
フィルタを監視することができ、保守点検が極めて簡単
且つ確実となる。

【００３３】請求項２に係るアクティブフィルタによれ
ば、複数の誘電体共振器と各誘電体共振器に結合した増
幅回路とからなる複数段のアクティブ共振器のうち、異
常状態である共振器を直ちに検知することができ、故障
箇所の検知および交換を迅速且つ容易に行うことができ
る。

【００３４】請求項３に係るアクティブフィルタによれ
ば、請求項２に係るアクティブフィルタと同様に、故障
の生じた共振器を直ちに検知して交換作業を行うことが
できる。またこの請求項３に係るアクティブフィルタで
は、単一の信号発生回路を用いたため、各段に設けた信
号レベル検出回路の検出結果から、信号発生回路自体の
故障を検知することもでき、故障発生箇所の検知が容易
且つ確実となる。

【００３５】請求項４に係るアクティブフィルタによれ
ば、増幅回路の電源入力電流または電源入力部の電圧レ
ベルによって増幅回路の状態を判定するようにしたた
め、高周波回路部に監視用の回路を接続する必要がな
く、高周波回路部との分離を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係る帯域阻止フィル
タの回路図である。

【図２】この発明の第３の実施例に係る帯域阻止フィル
タの回路図である。

【図３】フィルタ装置全体の構造を示す上面図である。

【図４】フィルタ装置の正面図である。

【図５】フィルタ装置の左側面図である。

【符号の説明】

２〜４−３ｄＢハイブリッド回路 ２０−ケース ２１−監視回路 ２２，２３−コネクタ Ｒ１〜Ｒ８−誘電体共振器 Ａ１〜Ａ４−増幅回路 Ｈ１１〜Ｈ４２−ハイブリッド回路 Ｆ１〜Ｆ４−帰還回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 準 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 園田 富哉 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 宮▲崎▼ 新一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体共振器に二つの結合子を設け、この
   二つの結合子間に増幅回路を接続してなるアクティブフ
   ィルタにおいて、 増幅回路の入力側に結合する入力側結合回路と、 増幅回路の出力側に結合する出力側結合回路と、 誘電体共振器の共振周波数から離れ、且つ前記増幅回路
   の増幅可能な周波数帯域幅内の信号を発生し、前記入力
   側結合回路へ与える信号発生回路と、 前記出力側結合回路の出力信号のレベルを検出する信号
   レベル検出回路とを設けたことを特徴とするアクティブ
   フィルタ。
2. 【請求項２】複数段誘電体共振器の各段に二つの結合子
   を設けるとともに、これら二つの結合子間にそれぞれ増
   幅回路を接続してなるアクティブフィルタにおいて、 増幅回路の入力側に結合する入力側結合回路と、増幅回
   路の出力側に結合する出力側結合回路と、誘電体共振器
   の共振周波数から離れ、且つ前記増幅回路の増幅可能な
   周波数帯域幅内の信号を発生し、前記入力側結合回路へ
   与える信号発生回路と、前記出力側結合回路の出力信号
   のレベルを検出する信号レベル検出回路とを、複数段誘
   電体共振器の各段に設けたことを特徴とするアクティブ
   フィルタ。
3. 【請求項３】複数段誘電体共振器の各段に二つの結合子
   を設けるとともに、これら二つの結合子間にそれぞれ増
   幅回路を接続してなるアクティブフィルタにおいて、 増幅回路の入力側に結合する入力側結合回路と、増幅回
   路の出力側に結合する出力側結合回路と、前記出力側結
   合回路の出力信号のレベルを検出する信号レベル検出回
   路とを、複数段誘電体共振器の各段に設けるとともに、
   各誘電体共振器の共振周波数から離れ、且つ各増幅回路
   の増幅可能な周波数帯域幅内の信号を発生する単一の信
   号発生回路と、前記信号発生回路の出力信号を前記各段
   の入力側結合回路に分配する信号分配回路とを設けたこ
   とを特徴とするアクティブフィルタ。
4. 【請求項４】誘電体共振器に二つの結合子を設け、この
   二つの結合子間に増幅回路を接続してなるアクティブフ
   ィルタにおいて、 増幅回路の電源入力電流または電源入力部の電圧を検出
   するとともに、そのレベルが正常範囲内であるか否かの
   判定を行うレベル判定手段を設けたことを特徴とするア
   クティブフィルタ。