JPH09504157A - 調整可能なシャントゼロを備えたフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 調整可能なシャントゼロを備えたフィルタ（１０２）である。該フィルタ（１０２）は所定の通過帯域および阻止帯域、入力（１０４）および出力（１０６）、および前記フィルタ（１０２）の入力（１０４）および出力（１０６）の内の少なくとも１つに結合された、シャントゼロとしても規定される、最大減衰度の阻止帯域周波数を調整する可変リアクタンス要素（１０８）を有し、シャントゼロがある範囲の周波数にわたり調整可能とされる。

Description

【発明の詳細な説明】 調整可能なシャントゼロを備えたフィルタ 発明の分野 この発明は一般的にはフィルタに関し、かつより特定的には、調整可能なシャ ントゼロ（ｓｈｕｎｔ ｚｅｒｏ）を備えたフィルタに関する。 発明の背景 ある特定の周波数範囲の外側の周波数を有する信号に減衰を与えかつ注目の特 定の周波数範囲内の周波数を有する信号にほとんど減衰を与えないようにするフ ィルタが知られている。また、これらのフィルタは１つまたはそれ以上の共振器 がその中に形成されたセラミック材料から製造できることも知られている。セラ ミックフィルタは、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタまたはハイ パスフィルタを提供するよう構成できる。 バンドパスフィルタに対しては、バンドパス領域または帯域通過領域はある特 定の周波数を中心としかつ、信号に対してほとんど減衰が加えられない、比較的 狭いバンドパス領域を有する。この種のバンドパスフィルタはいくつか の用途においてはうまく動作するが、より広いバンドパス領域が必要とされる場 合あるいは特別の状況または特性が必要とされる場合にはうまく動作しない。 ブロックフィルタは典型的にはコムラインまたはくし型ライン（ｃｏｍｂｌｉ ｎｅ）設計の非接地端部の外部（頭部）面上における電極化パターンを使用する 。このパターンはコムラインフィルタの共振器に負荷を与えかつ該共振器を短縮 するよう作用する。該パターンは共振器の間の結合を規定することを助け、かつ 伝送ゼロ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｚｅｒｏｓ）の周波数を規定することが できる。 これらの頭部メタリゼイションパターンは典型的にはセラミックブロック上に スクリーン印刷される。多くのブロックフィルタは、製造の目的で、ブロックそ れ自体の中に規定された負荷および結合容量を持つことによってこのプロセスを 容易に可能とするため面取りされたまたは削り取られた（ｃｈａｍｆｅｒｅｄ） 共振器スルーホール設計を含む。頭部面取り部はセル間結合を規定しかつ同様に フィルタ応答における伝送ゼロの位置を規定する。この種の設計は典型的には低 域側のゼロを備えた応答を与える。高域側の伝送ゼロ応答を達成するためには、 面取りスルーホールが、例えば、セラミックブロックフィルタの接地端（底部） に置かれる。したがって、広域側のゼロ応答のセラミックフィルタは典型的には 誘電体ブロックの両側の端部に 面取り部を有する。二重面取り部のフィルタは工具細工（ｔｏｏｌｉｎｇ）の要 求および正確な許容差のため製造するのが困難になることがある。 不要な信号を減衰するため、好ましくは周波数調整が可能なシャントゼロを備 えた、周波数応答を操作しかつ調整するために容易に製造できるフィルタはフィ ルタの性能を改善しかつ、特にセラミックフィルタのような、フィルタにおける 改善であると考えられる。 セルラ電話のような、二重（ｄｕｐｌｅｘｅｄ）電気通信機器においては、２ つの周波数範囲が通常割当てられ、１つは送信のためかつ１つは受信のためであ る。これらの周波数範囲の各々は、図１に示されるように、チャネルとして知ら れる数多くのより小さな周波数範囲に再分割される。このような機器におけるバ ンドパスフィルタは（最小の減衰と共に）前記送信または受信周波数範囲全体を 通過させ、かつ、それぞれ、前記受信または送信周波数範囲全体を減衰させるよ うに作られるべきであり、これはたとえ前記装置が任意の与えられた時間に各々 の範囲またはレンジにおいて１つのチャネルのみを使用する場合にも当てはまる 。これらのフィルタは、二三のチャネルにおいてのみ動作する、等価な性能を備 えたフィルタよりも必然的に大きくならなければならない。 フィルタの帯域幅は特定の通過帯域の要求に対して設計することができる。典 型的には、通過帯域が狭くなればな るほど、挿入損失は低下し、これは重要な電気的パラメータである。しかしなが ら、より広い帯域幅は、典型的には排除周波数（ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｆｒｅｑ ｕｅｎｃｉｅｓ）と称される、不所望の周波数を減衰するフィルタの能力を低下 させる。前記不所望の信号の周波数において伝達関数にシャントゼロを加えるこ とにより、以下に詳細に説明するように、フィルタの性能を効果的に改善するこ とができる。 不所望の信号を減衰させることによって周波数応答を変更できる大量生産可能 な、動的に同調可能な（または調整可能な）フィルタはフィルタの所望の性能を 改善しかつフィルタにおける進歩であると考えることができる。 図面の簡単な説明 図１は、一般的には通信装置と関連して、かつ特定的にはセルラ電話その他と 関連して使用するための典型的な周波数応答であり、送信通過帯域および受信通 過帯域を示している。 図２は、本発明に係わる、調整可能なシャントゼロを備えたセラミックフィル タの拡大斜視図である。 図３は、本発明に係わる、図２のフィルタの等価回路図である。 図４は、本発明に係わる、別の実施形態の部分的等価回 路を示す。 図５は、本発明に係わる、図４に示される、調整可能なシャントゼロを備えた セラミックフィルタの拡大斜視図である。 図６は、本発明に係わる、図２および図３に示されるフィルタの周波数応答を 示す。 好ましい実施例の詳細な説明 図２および図３において、調整可能なシャントゼロ（ｓｈｕｎｔ ｚｅｒｏ） を備えたフィルタ１０が示されている。このフィルタの周波数応答は、図６に示 されるように、動的に調整できる。より詳細には、図６は所望の周波数を通過さ せるための通過帯域および、動的に調整可能な、前記通過帯域の高域側における 阻止帯域または伝送ゼロ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｚｅｒｏ）を示している 。 より詳細には、フィルタ１０は誘電体材料のブロックからなるセラミックフィ ルタ１２を含むことができ、かつさらに頭部１４、底部１６、左側１８、前側２ ０、右側２２、および後側２４を含む。セラミックフィルタ１２は、共振器を規 定する、頭部面１４から底部面１６へと伸びる複数のスルーホールまたは貫通穴 を有する。該スルーホールは実質的に導電材料でコーティングされかつ各々底部 １６上のメタリゼイションに接続された、第１、第２、第３およ び第４のスルーホール、それぞれ、２６，２７，２８および２９を含む。面１６ ，１８，２０，２２および２４は実質的にメタライズされた外部層を規定する導 電性材料で覆われており、例外として頭部面１４は誘電性材料からなり実質的に コーティングされていない。さらに、前側２０の一部は実質的にコーティングさ れておらず誘電体材料からなり入力−出力パッド３２および３６を囲む、それぞ れ、非コーティング領域３４および３８を規定する。 頭部面１４上には、第１、第２および第３のメタリゼイションパターン４０， ４２および４４が、それぞれ、第１、第２および第３のスルーホール２６，２７ および２８におけるメタリゼイションに接続されてスルーホールおよびメタリゼ イションによって形成される４分の１波長共振器の容量負荷を提供する。また、 頭部面１４上には前側２０および後側２４を接続するメタライズされたライン４ ６および４８が形成されている。この構造は、それぞれ、スルーホール２６およ び２７、および２７および２８から形成される共振器の間の電磁結合にポジティ ブに影響を与える。 頭部面１４はさらに第１のパッド３２の頭部セクション５０、および左側セク ション５４および右側セクション５６を有する第２のパッド３６の頭部セクショ ン５２を含む。 頭部セクション５０は前記入力／出力パッド３２およびスルーホール２６から 形成された共振器の間の容量結合を提供する。頭部セクション５２は頭部セクシ ョン５４およ び５６を第２のパッド３６に電気的に接続する。左側のセクション５４はパッド ３６とスルーホール２８から形成される共振器の間の容量結合を提供する。また 、同様に右側セクション５６はパッド３６とスルーホール２９から形成される共 振器の間の容量結合を提供する。 可変リアクタンス要素または素子５８がセラミックフィルタ１２の頭部面１４ の上に実装されて示されており、かつ第４のスルーホール２９に接続された第１ の接続部６０、右側２２に接続された第２の接続部６２および制御信号入力６４ を含んでいる。 図２および図３のフィルタ１０および１００は可変リアクタンス要素５８およ び１０８を含み、これらは、それぞれ、スルーホール２９およびメタリゼイショ ン、可変リアクタンス要素５８および１０８、およびメタリゼイションパターン ５６，６０および６２（１５４，１５２および１０８）からなる共振器の共振周 波数を動的に調整するために使用できる。この共振器はフィルタの最小減衰度の 周波数帯域（通過帯域）の上または下の周波数で動作するよう設計することがで きる。それは増大した減衰度の深いノッチ（シャントゼロ）を提供しその中心周 波数は、図２および図３における、入力６４または１０９への制御信号を調整す ることによって可変リアクタンス要素への制御信号を使用して動的に調整できる 。 好ましい実施形態では、高域側のシャントゼロは、上に 述べた理由によって、通過帯域の上の無用の信号を減衰するために調整可能であ る。当業者によれば、ある用途において、調整可能な低域側のシャントゼロが有 利であることが理解されるべきでありかつ本発明の範囲内にあるものと考えられ る。 調整可能なシャントゼロを備えたフィルタの等価回路図が図３における項目１ ００として示されている。回路図１００はフィルタ１０２を含み、該フィルタ１ ０２は入力ノード１０４および最大減衰度の阻止帯域周波数またはシャントゼロ を調整するための可変リアクタンス要素１０８に接続された出力ノード１０６を 含み、前記可変リアクタンス要素１０８はフィルタ１０２の入力および出力ノー ド１０４および１０６の内の少なくとも１つに接続され、それによって前記シャ ントゼロがある範囲の周波数にわたり調整できる。好ましい実施形態では、フィ ルタ（１０または）１０２は、実質的に図６に示されるような、所定の通過帯域 および阻止帯域を有する。 より詳細には、前記可変リアクタンス要素１０８は前記可変リアクタンス要素 １０８のリアクタンスを変えるための制御信号入力１０９を含む。前記可変リア クタンス要素１０８は広い範囲で変えることができる。好ましい実施形態では、 前記可変リアクタンス要素は電圧可変容量であり、それは電圧可変容量が、高い 品質係数（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）または“Ｑ”、広い容量範囲、狭い 制御電 圧範囲および小さな寸法のような、いくつかの望ましい特性を有するためである 。 入力ノード１０４およびグランドの間には第１の入力容量１１０が接続されて いる。第２の入力容量１１２が入力ノード１０４および第１の共振器ノード１１ ４の間に結合されている。第１の共振器１１６は第１の共振器ノード１１４およ びグランドの間に結合されて示されており容量的および誘導的要素、それぞれ、 １１８および１２０を含んでいる。 同様に、第２および第３の共振器ノード１２２および１３０が示されている。 第２の共振器１２４は第２の共振器ノード１２２およびグランドの間に結合され て示されておりかつ容量的要素１２６および誘導的要素１２８を含んでいる。ま た、同様に、第３の共振器１３２は第３の共振器ノード１３０およびグランドの 間に並列に接続された、容量的要素１３４および誘導的要素１３６を含む。 図３にはまた、第１および第２の共振器ノード１１４および１２２の間に容量 的および誘導的要素１３８および１４０が並列に設けられている。同様に、第２ および第３の共振器ノード１２２および１３０の間には容量的および誘導的要素 １４２および１４４が並列に接続されている。これらの誘導的要素１４０および １４４は、それぞれ、共振器１１６および１２４の間および１２４および１３２ の間における電磁結合を表わし、これらはスルーホール２６お よび２７のかつ２７および２８の近接により存在する。容量的要素１３８および １４２は、それぞれ、メタリゼイションパッド４０および４２の間、および４２ および４４の間に形成される容量を表わす。図２のメタライズされたラインまた はパターン４６および４８は要素１３８および１４２をポジティブに変更して所 望の周波数応答を生成する。 第１の出力容量１４６は出力ノード１０６とグランドとの間に結合され、かつ 第２の出力容量１４８は出力ノード１０６と第３の共振器ノード１３０の間に接 続されている。第３の出力容量１５６は出力ノード１０６と並列共振回路１５０ との間に接続されている。第３の出力容量１５６は出力ノード１０６を前記可変 リアクタンス要素１０８に結合する。容量１４６は、図２における、出力（第２ の）パッド３６と前側２０の上のメタライズされた層の間の容量として規定され る。容量１４８は、図２における、左セクション５４と頭部面１４の上の第３の メタリゼイションパターン４４の間の容量である。また、容量１５６は右セクシ ョン５６とスルーホール２９のメタリゼイションの間の容量である。これらの容 量の値は所望の周波数応答を提供するよう選択される。 図３を参照すると、出力ノード１０６とグランドの間には並列共振回路（また は装置）１５０が接続されており、該並列共振回路１５０は並列の容量的要素１ ５２および誘導的要素１５４を含む。制御信号入力１０９を備えた可変 リアクタンス要素１０８は並列共振回路１５０にわたる可変容量を提供する。要 素１０８は、実質的に図６に示されるような動的に調整可能な、可変周波数応答 を提供することができる。例えば、少なくとも１つのシャントゼロを備えたバン ドパスフィルタの典型的な応答が図６において実線で示されている（周波数応答 ）。可変リアクタンス要素１０８の容量を増大するよう、制御信号入力１０９が 適切に調整された場合には、例１（ＥＸ．１）として点線で示された、新しい応 答が達成できる。容量が低減された場合には、周波数応答（またはシャントゼロ ）は、例２（ＥＸ．２）として示される、図６の典型的な応答の右側に移動させ ることができる。 シャントゼロ（または最大減衰度の周波数）を動的に調整できることは、物理 的により小型のフィルタを使用できるようにすることによって、実質的な重量の 節約および寸法の最小化を行なう結果につながる。さらに、所望の位置に伝送ゼ ロを正確に配置できる能力を有することは都合がよい。もし前記シャントゼロに よって提供される最大減衰度が大きな帯域幅にわたり必要であれば、より多くの 共振器を備えたより大型のフィルタが必要であろう。大部分の現在の電気通信機 器はある与えられた時間に１つのチャネルでのみ動作するから、調整可能なシャ ントゼロを備えたより小型のフィルタが有用であり、かつ最大減衰度の周波数（ 伝送ゼロ）を、使用するチャネルが変化するに応じて 変えることができ、それによって所望の動作周波数において十分な減衰度を提供 できることが望ましい。 あるいは、前記可変リアクタンス要素１０８は入力ノード１０４とグランドと の間に結合され、図６に示すものと同様の周波数応答を達成することができる。 可変リアクタンス要素１０８を入力側に接続することは所望の出力に関して同じ ことを行なうのと実質的に同様のことである。 あるいは、可変リアクタンス要素は入力ノードに接続しかつ第２の可変リアク タンス要素を出力ノード１０６に接続することもできる。これは動的に周波数調 整可能なより大きな最大減衰度を達成することができ、あるいは、もし望むなら ば、独立に調整可能な２つのポイントでの最大減衰度を得ることもできる。 いずれにせよ、好ましい実施形態は可変リアクタンス要素１０８が図３におけ る容量１５６を介して出力ノードとグランドとの間に結合されたものであり、こ れによって入力ポート（ノード）における安定な入力位相を備えた小型のまたは 携帯用フィルタが達成でき、かつ要素１０８のリアクタンスが調整された場合の 出力ポート（ノード）反射係数に対する影響が最小になる。 より詳細には、好ましい実施形態では、フィルタ１０２は、上に述べたような 理由により、容量１５６およびグランドの間に接続された、並列接続の並列共振 回路１５０および可変リアクタンス要素１０８を含む。 可変リアクタンス要素１０８は広い範囲で変化できる。例えば、可変リアクタ ンス要素１０８はバラクタ、可変電圧容量その他を含むことができる。好ましい 実施形態では、可変リアクタンス要素１０８はその高い品質係数（Ｑ）、小さな 寸法、大きな容量範囲および小さな入力信号の要件のため可変電圧容量（ＶＶＣ ）を含む。好ましいＶＶＣは３端子半導体装置を含み、これはその端子の内の２ つの間で最小および最大値の間の容量範囲を示す。この値は第３の端子に印加さ れる電圧の関数である。 図４を参照すると、この発明のフィルタ１０の別の実施形態の部分的回路図が 、項目１６０として示されている。この実施形態では、可変リアクタンス要素１ ６２は制御信号入力１６４を備えて示されており、出力ノード１０６とグランド との間に、直列に接続された共振回路１６６を備えて示されている。 １つの実施形態では、図４の並列共振回路１６６は、本明細書において説明し た理由により、可変電圧容量１５２を含んでいる。 図５においては、調整可能なシャントゼロを備えたフィルタ１８０の別の実施 形態が示されており、図４に示された回路図に対応している。この実施形態は実 質的に図２に関して説明したものと同様であるが、図４および図５に示された構 造の上で相違している。 図５において、可変リアクタンス要素１８２が示されて おり（近接したメタリゼイションパターンを示すように部分的に実線で示されて おり）、図４の出力ノード１０６および共振回路１６６の間に結合されている。 より詳細には、可変リアクタンス要素１８２は第２のパッド３６の頭部セクショ ン５２に直接結合された第１の接続部１８４、および右セクション５６に結合さ れた第２の接続部１８６を含んでいる。可変リアクタンス要素１８２に接続され た制御信号入力パッド１８８もまた図５に示されており、シャントゼロを調整す るために信号を受信する。メタリゼイションパターン１９０もまた第４のスルー ホール２９に接続されて示されており所望の周波数応答を提供する。図４および 図５に示された実施形態においては、頭部セクション５２は不連続的であり、あ るいは左および右セクション５４および５６を接続しないことに注目すべきであ る。左および右セクション５４および５６の間には可変リアクタンス要素１８２ が接続されている。 この実施形態は図３に示されたものとやや異なる動作を行ない、それは可変リ アクタンス要素が直接出力ノード１０６に接続されているからである。リアクタ ンス値が変化するに応じて、ノード１０６におけるインピーダンスが変化し、こ れは出力ノード１０６においてフィルタ１０２に接続される外部装置または回路 に応じて、望ましいものである（あるいは望ましくないかもしれない）。図２〜 図５に示されたフィルタは３つの同調された共振器を含む。当 業者はフィルタ１２は、一端が接地されかつ他端が図３に示されるように電気的 に結合された第１および第２の共振器１１６および１２４のような、２つの同調 された共振器を含んでいてもよく、あるいは所望の周波数応答および用途に応じ て３つより多くの同調された共振器を含むこともできることを理解すべきである 。 しかしながら、本明細書に記載した理由により、図２に示された３つの共振器 の構造は１つの好ましい実施形態である。 第１および第２のノード１１４および１２２の間および第２および第３のノー ド１２２および１３０の間の電気的結合は図２に示されるようにかつ前に述べた ように、共振器およびメタリゼイションパターン４０，４２および４４を適切に 配置することによって達成される。あるいは、電気的結合は、もし望むならば、 個別のネットワークによって提供できる。 １つの実施形態では、出力ノード１０６は、可変容量素子１６２を介して、図 ４における共振回路１６６のような、同調された共振器に接続される。より詳細 には、これらの要素は、前に述べた理由により、出力ノード１０６とグランドと の間に直列に配置される。 さらに１つの実施形態では、フィルタ１０２の入力１０４、出力１０６または 両方が所望の周波数応答を変更するために、可変容量素子に容量的に結合できる 。 本発明がある好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者によりこの発明 の新規な精神および範囲から離れることなく数多くの修正および変更を行なうこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニューウェル・マイケル アメリカ合衆国ニューメキシコ州 87043、 プレイシタス、カール・ロサ 02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．調整可能なシャントゼロを備えたフィルタであって、 （ａ）入力および出力を含む、所定の通過帯域および阻止帯域を備えたフィ ルタ、そして （ｂ）前記フィルタの入力および出力の内の少なくとも１つに結合された、 シャントゼロとして規定される最大減衰度の阻止帯域周波数を調整する可変リア クタンス要素であって、前記シャントゼロをある範囲の周波数にわたり調整可能 にするもの、 を具備する調整可能なシャントゼロを備えたフィルタ。 ２．前記フィルタはさらに前記出力とグランドとの間に接続された並列の並列 共振回路および可変リアクタンス要素を含む、請求項１に記載のフィルタ。 ３．前記可変リアクタンス要素は制御入力およびバラクタを含む少なくとも１ つの電圧可変容量を含む、請求項１に記載のフィルタ。 ４．前記可変リアクタンス要素は可変電圧容量および誘導的要素および容量的 要素を含む並列共振回路を含み、前記可変電圧容量は前記フィルタの入力または 出力に接続されかつ前記並列共振回路は前記可変容量およびグランドの間に結合 されている、請求項１に記載のフィルタ。 ５．前記可変リアクタンス要素は電圧可変容量またはバラクタである、請求項 ４に記載のフィルタ。 ６．前記フィルタは一端で接地されかつ他端で電気的に結合された少なくとも ２つの同調された共振器を含む、請求項１に記載のフィルタ。 ７．一端が接地されかつ他端において電気的に結合された少なくとも３つの同 調された共振器を含む、請求項１に記載のフィルタ。 ８．前記入力および出力は各々容量的に少なくとも１つの同調された共振器に 結合されている、請求項１に記載のフィルタ。 ９．前記フィルタの出力は前記可変リアクタンス要素を介して並列共振回路に 接続されている、請求項１に記載のフィルタ。 １０．前記フィルタの出力は可変容量を介して同調された共振器に接続されて いる、請求項１に記載のフィルタ。