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(In Japanese)伝送線路共振器並びに伝送線路共振器を用いた帯域通過フィルタ、分波器、平衡-不平衡変換器、電力分配器、不平衡-平衡変換器、周波数混合器及びバランス型フィルタ

Patent code P150011204
Posted date Jan 28, 2015
Application number P2012-554868
Patent number P5936133
Date of filing Jan 27, 2012
Date of registration May 20, 2016
International application number JP2012051833
International publication number WO2012102385
Date of international filing Jan 27, 2012
Date of international publication Aug 2, 2012
Priority data
  • P2011-016812 (Jan 28, 2011) JP
Inventor
  • (In Japanese)和田 光司
  • (In Japanese)佐川 守一
  • (In Japanese)牧本 三夫
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人電気通信大学
Title (In Japanese)伝送線路共振器並びに伝送線路共振器を用いた帯域通過フィルタ、分波器、平衡-不平衡変換器、電力分配器、不平衡-平衡変換器、周波数混合器及びバランス型フィルタ
Abstract (In Japanese)従来の両端短絡型SIRには両端開放型SIRに対する優位性が認められなかった。そこで、LTCC技術等最近のマイクロ波回路素子製造技術の進展により、伝送線路の安定な短絡接地が実現可能になったことから、両端接地構造の1/2波長型SIRの機能及び性能の改善を目指してその構造を見直して、両端開放型SIRに匹敵し、これを超える機能及び性能を有する両端接地型SIR並びにこのSIRを用いた高周波回路を提供することを目的とする。第1の伝送線路(11)の中央部に容量性素子(15)を装荷することにより、本発明の両端接地型SIRは、従来の両端開放型SIRよりも小型化が可能である。また、回路の対称性を利用することで、平衡又は不平衡いずれによっても、共振器を容易に励振することができ、電界結合、磁界結合等多様な結合パターンを採用することによって、複数の共振器や外部回路を結合することができる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高周波帯、マイクロ波帯で用いられる共振器は、1/4波長型又は1/2波長型の一様線路共振器が主流である。最近では、非特許文献1に示すように、線路インピーダンスの異なる複数の伝送線路から構成されるステップインピーダンス共振器(以下、SIRともいう。)が、小型化、スプリアス抑圧あるいは多様な結合方式の実現を目的として用いられるようになってきている。

SIRには、多様な構造のものがある。代表的なものとして、1/4波長型における一端開放他端短絡型SIRと、1/2波長型の両端開放型SIRがある。非特許文献2及び3に示すように、1/4波長型SIRは、もっとも小型化することができることから、従来から積極的に開発実用化が行われてきた。そして、近年においては、LTCC(低温同時焼成セラミックス)プロセス技術の確立により、1/4波長型SIRは、特許文献1に示すようにマイクロ波帯無線システム用フィルタに多く用いられるようになった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、高周波回路で用いられる伝送線路共振器に関し、特に、1/2波長型の両端短絡ステップインピーダンス型伝送線路共振器並びにその伝送線路共振器を用いた帯域通過フィルタ、分波器、平衡-不平衡変換器、電力分配器、不平衡-平衡変換器、周波数混合器及びバランス型フィルタに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
両端を短絡接地された1/2波長型のステップインピーダンス共振器と、
上記ステップインピーダンス共振器の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを備え、
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、上記第1の線路インピーダンスは、上記第2の線路インピーダンスよりも低いことを特徴とする伝送線路共振器。

【請求項2】
 
上記容量性素子は、以下の式を満たすことを特徴とする請求項1記載の伝送線路共振器。
【数1】
 
(省略)
【数2】
 
(省略)
(ただし、jBは上記容量性素子のアドミタンスであり、Z1は、上記第1の線路インピーダンス、2θ1は、上記第1の線路長、Z2は、上記第2の線路インピーダンス、θ2は、上記第2の線路長である。)

【請求項3】
 
上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路は、ループ状に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の伝送線路共振器。

【請求項4】
 
上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路は、いずれも方形状であり、該第2の伝送線路及び該第3の伝送線路のそれぞれの接続端において該第1の伝送線路に対して直角方向に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の伝送線路共振器。

【請求項5】
 
上記第1の伝送線路の中央部近傍に電界結合によって結合されて、外部回路の信号を入力又は出力するための入力端子又は出力端子と、
上記第2の伝送線路及び/又は上記第3の伝送線路の短絡接地部近傍に磁界結合によって結合されて、外部回路の信号を出力又は入力するための出力端子又は入力端子とを更に備える請求項24いずれか1項記載の伝送線路共振器。

【請求項6】
 
上記容量性素子は、集中定数素子、可変容量素子又は分布定数素子のうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項1又は請求項25いずれか1項記載の伝送線路共振器。

【請求項7】
 
上記分布定数素子は、インタデジタルキャパシタ、長方形状のスタブ、インピーダンスステップを有するスタブ、T型スタブ又は折り返し線路構造のスタブのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項6記載の伝送線路共振器。

【請求項8】
 
両端を短絡接地された1/2波長型のステップインピーダンス共振器と、
上記ステップインピーダンス共振器の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを有する第1の伝送線路共振器及び第2の伝送線路共振器を含み、
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記第1の線路インピーダンスは、上記第2の線路インピーダンスよりも低く、
上記第1の伝送線路共振器及び第2の伝送線路共振器が所定の距離離間して隣接するように配置されて結合されてなる伝送線路共振器。

【請求項9】
 
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記第1の伝送線路共振器及び第2の伝送線路共振器は、
電界結合するために、上記第1の伝送線路共振器の第1の伝送線路と該第2の伝送線路共振器の第1の伝送線路とを略平行に所定の距離離間して隣接するように配置され、又は、
磁界結合するために、上記第1の伝送線路共振器の第2の伝送線路若しくは第3の伝送線路と上記第2の伝送線路共振器の第2の伝送線路若しくは第3の伝送線路とを略平行に所定の距離離間して隣接するように配置された請求項8記載の伝送線路共振器。

【請求項10】
 
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記第1の伝送線路共振器及び第2の伝送線路共振器のそれぞれの第1の伝送線路、第2の伝送線路及び第3の伝送線路は、ループ状に配置されており、
上記第1の伝送線路共振器及び第2の伝送線路共振器は、
上記第1の伝送線路共振器の第1の伝送線路の中央部と第2の伝送線路又は第3の伝送線路の短絡接地部との経路長の略中央部近傍に、上記第2の伝送線路共振器の上記第1の伝送線路の中央部と上記第2の伝送線路又は上記第3の伝送線路の短絡接地部との経路長の略中央部近傍を、略平行に所定の距離離間して隣接するように配置された請求項8記載の伝送線路共振器。

【請求項11】
 
両端を短絡接地された1/2波長型のステップインピーダンス共振器と、該ステップインピーダンス共振器の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを有し、同一の共振周波数を有する2個以上の伝送線路共振器と、
上記2個以上の伝送線路共振器のうちの1つの伝送線路共振器に電界結合又は磁界結合された入力端子と、
上記1つの伝送線路共振器と異なる他の1つの伝送線路共振器に電界結合又は磁界結合された出力端子とを備え、
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記第1の線路インピーダンスは、上記第2の線路インピーダンスよりも低く、
上記2個以上の伝送線路共振器をそれぞれ所定の距離離間して相互に隣接するように配置して電界結合及び/又は磁界結合させてなる帯域通過フィルタ。

【請求項12】
 
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記2個以上の伝送線路共振器は、
それぞれ上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路をループ状に配置した3個以上の伝送線路共振器であり、
上記3個以上の伝送線路共振器のうちの任意の1つの伝送線路共振器と任意の他の1つの伝送線路共振器とを互いに電界結合及び/又は磁界結合させた請求項11記載の帯域通過フィルタ。

【請求項13】
 
両端を短絡接地された1/2波長型のステップインピーダンス共振器と、
該ステップインピーダンス共振器の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを有し、同一の共振周波数を有する2個以上の伝送線路共振器をそれぞれ所定の距離離間して相互に隣接するように配置して電界結合及び/又は磁界結合させてなる2個以上の帯域通過フィルタと、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの入力を電界結合又は磁界結合した入力端子と、
上記2個以上の帯域通過フィルタのそれぞれの上記入力端子を有する伝送線路共振器以外の伝送線路共振器に電界結合又は磁界結合された2個以上の出力端子とを備え、
上記ステップインピーダンス共振器は、
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路とを有し、
上記第1の線路インピーダンスは、上記第2の線路インピーダンスよりも低く、
上記2個以上の帯域通過フィルタは、それぞれ異なる通過帯域を有する分波器。

【請求項14】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に、一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子と、
上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路の短絡接地部近傍に磁界結合によりそれぞれ結合された第1の入力端子及び第2の入力端子と、
上記第1の伝送線路の中央部近傍に電界結合により結合された出力端子とを備え、
上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路は、ループ状に配置された平衡-不平衡変換器。

【請求項15】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子と、
上記第1の伝送線路の中央部近傍に電界結合により結合された入力端子と、
上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路の短絡接地部近傍に磁界結合によりそれぞれ結合された第1の出力端子及び第2の出力端子とを備え、
上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路は、ループ状に配置された電力分配器。

【請求項16】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、上記第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、
上記第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子と、
上記第1の伝送線路の中央部近傍に電界結合により結合された入力端子と、
上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路にそれぞれ略平行に所定の距離離間して隣接するように配置された略同一の線路長を有する第1の位相調整部及び第2の位相調整部と、
上記第2の伝送線路の短絡接地部からもっとも離れた位置にある、上記第1の位相調整部の一方の端に磁界結合された第1の出力端子と、
上記第3の伝送線路の短絡接地部にもっとも近い位置にある、上記第2の位相調整部の一方の端に磁界結合された第2の出力端子とを備え、
上記第1の伝送線路、上記第2の伝送線路及び上記第3の伝送線路は、ループ状に配置され、
上記第1の位相調整部及び上記第2の位相調整部の他方の端は短絡接地された不平衡-平衡変換器。

【請求項17】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、該第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、該第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、該第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、該第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子と、該第1の伝送線路の中央部近傍に電界結合により結合された、局部発振信号を入力する局部発振入力端子と、該第2の伝送線路及び該第3の伝送線路にそれぞれ略平行に所定の距離離間して隣接するように配置された、略同一の線路長を有する第1の位相調整部及び第2の位相調整部と、該第2の伝送線路の短絡接地部からもっとも離れた位置にある該第1の位相調整部の一方の端に磁界結合された第1の出力端子と、該第3の伝送線路の短絡接地部にもっとも近い位置にある該第2の位相調整部の一方の端に磁界結合された第2の出力端子とを備え、該第1の位相調整部及び該第2の位相調整部のそれぞれの他方の端は、短絡接地され、該第1の伝送線路、該第2の伝送線路及び該第3の伝送線路は、ループ状に配置された不平衡-平衡変換器と、
高周波信号を入力する高周波信号入力端子と、所定のフィルタ処理をして信号出力する高周波信号出力端子とを有する高周波信号入力部と、
上記不平衡-平衡変換器の上記第1の出力端子及び第2の出力端子にそれぞれ結合した第1の混合部入力端子及び第2の混合部入力端子と、上記高周波信号入力部の高周波信号出力端子に結合した第3の混合部入力端子と、上記高周波信号及び上記局部発振信号を検波し混合した信号を出力する混合部出力端子とを有する高周波混合部と、
上記混合器出力端子と結合した中間周波入力端子を有し、所定のフィルタ処理をして中間周波信号を出力する中間周波信号出力部とを備えた周波数混合器。

【請求項18】
 
上記高周波信号入力部は、高域通過フィルタであり、
上記高周波信号入力部は、上記第1の混合部入力端子が第1のダイオードのアノードが接続され、上記第2の混合部入力端子が第2のダイオードのカソードが接続され、該第1のダイオードのカソード該第2のダイオードのアノード、上記第3の混合器入力端子及び上記混合部出力端子に接続された請求項17記載の周波数混合器。

【請求項19】
 
上記高周波信号入力部は、上記不平衡-平衡変換器と異なる通過周波数を有する不平衡-平衡変換器であり、
上記高周波混合部は、平衡信号を出力する上記高周波信号入力部の2つの高周波信号出力端子のうちの1つに結合する、上記第3の混合部入力端子とは別の第4の混合部入力端子を更に有し、
上記高周波混合部は、上記第1の混合部入力端子が第1のダイオードのアノード及び第2のダイオードのカソードに接続され、上記第2の混合部入力端子が第3のダイオードのアノード及び第4のダイオードのカソードに接続され、上記第3の混合部入力端子が該第2のダイオードのアノード及び該第3のダイオードのカソードに接続され、上記第4の混合部入力端子が該第1のダイオードのカソード、該第4のダイオードのアノード及び上記混合部出力端子に接続された請求項17記載の周波数混合器。

【請求項20】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、該第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、該第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、該第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、該第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを備え、該第1の伝送線路、該第2の伝送線路及び該第3の伝送線路がループ状に配置された、同一の共振周波数を有する2個の伝送線路共振器のそれぞれの第1の伝送線路を略平行に所定の距離離間して隣接するように配置することにより形成された1個以上の伝送線路共振器の組を含み、
複数の上記伝送線路共振器の組は、それぞれの第2の伝送線路又は第3の伝送線路に略平行に所定の距離離間して隣接するように配置して磁界結合させることにより順次縦続接続され、
隣接する上記伝送線路共振器の組が存在しない最初の伝送線路共振器の第2の伝送線路及び第3の伝送線路の短絡接地部近傍にそれぞれ磁界結合した第1及び第2の入力端子と、
隣接する上記伝送線路共振器の組が存在しない他の伝送線路共振器の第2の伝送線路及び第3の伝送線路と磁界結合するためにそれぞれ略平行に所定の距離離間して隣接するように配置した第2の伝送線路及び第3の伝送線路を有する最後の伝送線路共振器の第1の伝送線路の中央部に電界結合された出力端子とを備えた平衡入力及び不平衡出力の帯域通過フィルタ。

【請求項21】
 
上記伝送線路共振器の組は、1個のみである請求項20記載の帯域通過フィルタ。

【請求項22】
 
第1の線路インピーダンス及び第1の線路長を有する第1の伝送線路と、該第1の伝送線路の一端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第2の伝送線路と、該第1の伝送線路の他端に一方の端が接続され他方の端が短絡接地された、該第2の線路インピーダンス及び第2の線路長を有する第3の伝送線路と、該第1の伝送線路の中央部に一端が接続され他端が短絡接地された容量性素子とを備え、該第1の伝送線路、該第2の伝送線路及び該第3の伝送線路がループ状に配置された、同一の共振周波数を有する2個の伝送線路共振器のそれぞれの第1の伝送線路を略平行に所定の距離離間して隣接するように配置することにより形成された1個以上の伝送線路共振器の組と、
複数の上記伝送線路共振器の組は、それぞれの第2の伝送線路又は第3の伝送線路に略平行に所定の距離離間して隣接するように配置して磁界結合させることにより順次縦続接続され、
隣接する上記伝送線路共振器の組が存在しない最初の伝送線路共振器の第2の伝送線路及び第3の伝送線路の短絡接地部近傍にそれぞれ磁界結合した第1及び第2の入力端子と、
隣接する上記伝送線路共振器の組が存在しない最後の伝送線路共振器の第2の伝送線路及び第3の伝送線路とそれぞれ略平行に所定の距離離間して隣接するように配置した略同一の線路長を有する第1の位相調整部及び第2の位相調整部と、
上記第2の伝送線路の短絡接地された部分からもっとも離れた位置にある上記第1の位相調整部の一方の端に磁界結合された第1の出力端子と、
上記第3の伝送線路の短絡接地された部分にもっとも近い位置にある上記第2の位相調整部の一方の端に磁界結合された第2の出力端子とを備え、
上記第1の位相調整部及び上記第2の位相調整部の他方の端は短絡接地されたバランス型フィルタ。

【請求項23】
 
上記伝送線路共振器の組は、1個のみである請求項22記載のバランス型フィルタ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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