バンドパスフィルタ及びその設計方法
【課題】本発明は、基板の面積を小さくし、かつ広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタの提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係るバンドパスフィルタは、幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップライン13を備えるバンドパスフィルタであって、マイクロストリップライン13は、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るバンドパスフィルタは、幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップライン13を備えるバンドパスフィルタであって、マイクロストリップライン13は、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
不均一伝送線路で形成されるバンドパスフィルタ及びその設計方法に関し、特に、超広帯域無線システムに用いられる無線局用バンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
超広帯域(UWB)無線システムの無線局用バンドパスフィルタとして、共振型デバイス、不均一伝送路による反射型デバイスが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【非特許文献1】C−Y.Chen and C−Y. Hsu,“Design of a UWB low insertion loss bandpass filter with spurious response suppression,”microwave J.,pp.112−116,Feb.2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、無線局用バンドパスフィルタに共振型デバイスを用いた場合、設計手法が複雑で、細かく規定されている広帯域制御の実現が困難である。不均一伝送路による反射型デバイスを用いた場合、フィルタを構成する導波路が長く、設置するのに大きな面積の基板が必要であった。
【0004】
そこで、本発明は、基板の面積を小さくし、かつ広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明に係るバンドパスフィルタは、幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタであって、前記マイクロストリップラインは、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とする。ここで、導波路の特性インピーダンスとは、バンドパスフィルタにおける入出力ポートに接続される伝送線路の特性インピーダンスをいう。
【0006】
幅が不均一なマイクロストリップラインを用いることで、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。局所的な特性インピーダンスの制御によって比帯域幅を大きくすることで、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタとすることができる。また、マイクロストリップラインがメアンダ形状を有するので、バンドパスフィルタデバイスを形成する基板の面積を小さくすることができる。
【0007】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分が滑らかに湾曲していることが好ましい。ここで、「滑らかに」とは、屈曲点がないことをいう。
導波路が滑らかに湾曲していることで、折り返し部分の導波路間に電磁結合が生じたり、外に漏れたりして、所望の特性が得られなくなるのを防ぐことができる。
【0008】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分が円弧状に湾曲していることが好ましい。
導波路が円弧状に湾曲していることで、折り返し部分の導波路間に電磁結合が生じたり、外に漏れたりして、所望の特性が得られなくなるのを防ぐことができる。
【0009】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分同士の間が直線状であり、当該直線状の部分における前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることが好ましい。
直線状の部分同士が略平行になっていることで、直線状の部分の導波路間での電磁結合が特定の周波数特性をもつことを防ぐことができる。また、直線状の部分を効率よく配置できるので、スペースを有効に利用することができる。
【0010】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインの長手方向の側線が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸に対して線対称であることが好ましい。
【0011】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインの長手方向の側線の一方が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸と略平行であることが好ましい。
【0012】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることが好ましい。また、本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることが好ましい。
反射型導波路バンドパスフィルタとすることができる。
【0013】
本発明に係るバンドパスフィルタの設計方法は、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させ、かつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタの設計方法であって、前記バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Zakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、前記導波路の特性インピーダンス並びに前記マイクロストリップラインが形成されている誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、を順に有することを特徴とする。
【0014】
周波数特性、導波路の特性インピーダンス、誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定することで、マイクロストリップラインの幅を決定することができる。決定したマイクロストリップラインの幅を形成することで、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。決定ステップで決定した幅のマイクロストリップラインを折り曲げてメアンダ形状とすれば、設定ステップで設定した周波数特性とほぼ同じ周波数特性のバンドパスフィルタとすることができる。
【0015】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
設定する周波数特性にカイザー窓関数をかけることで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。これにより、反射周波数帯域において10dBを超える超広帯域バンドパスフィルタとすることができる。
また、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を増やすと、遷移周波数領域が拡大するが、反射周波数帯域が増える。そうすることで、製造誤差の許容値を拡大させることができる。
さらに、カイザー窓関数の設定値によって反射周波数帯域と阻止周波数帯域の境界を急峻にしたり、反射周波数帯域における群遅延の変動も小さくしたりすることもできる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、基板の面積を小さくし、かつ広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図1は、本実施形態に係るバンドパスフィルタの構成概略図である。本実施形態に係るバンドパスフィルタは、誘電体基板11と、誘電体基板11の一方の面に形成されているグランド板12と、マイクロストリップライン13を備える。zはマイクロストリップライン13の長手方向、wはマイクロストリップライン13の幅、hは誘電体基板11の厚さ、εrは誘電体基板11の比誘電率を示す。
【0018】
マイクロストリップライン13は、幅w(z)が不均一である。そして、マイクロストリップライン13は、誘電体基板11の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅w(z)によって局所的な特性インピーダンスZ(z)を導波路の特性インピーダンスZ0に対して変化させる。マイクロストリップライン13の幅w(z)は、導波路の特性インピーダンスZ0に対する局所的な特性インピーダンスとなるよう設計されている。ここで、導波路の特性インピーダンスZ0は、マイクロストリップライン13の入出力ポートのインピーダンスである。
【0019】
また、マイクロストリップライン13の形状は、マイクロストリップライン13の幅w(z)が極大又は極小となるピークのうち、少なくともピーク間の長手方向となるz方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含む。例えば、マイクロストリップライン13の幅w(z)をエレクトリカルポジション当りで表した場合に、マイクロストリップライン13の幅w(z)に、極大又は極小となるピークが10個以上現れる。
【0020】
図2は、マイクロストリップラインの形態の一例を示した構成図であり、(a)は直線状の場合、(b)は2.5個のメアンダを備える場合、(c)は1個のメアンダを備える場合を示す。図において、導波路の幅が均一となっているが、理解の容易のためであり、導波路の中心位置を示す。実際の導波路は幅が不均一である。本実施形態のマイクロストリップライン13は、図2(b)及び図2(c)に示すように、1個以上のメアンダ形状を有する。マイクロストリップライン13がメアンダ形状を有することで、z方向において必要となる誘電体基板11の長さLが短くなるので、バンドパスフィルタデバイスの設置面積が小さくなり、バンドパスフィルタデバイスを設置しやすくすることができる。
【0021】
マイクロストリップライン13は、2つのポート15、16を備える。一方のポート15が入出力ポートとして使用される。他方のポート16は無反射終端される。無反射終端は、導波路の特性インピーダンスZ0で終端されている。
【0022】
図3は、マイクロストリップラインの形態の他の一例を示した構成図である。メアンダ形状は、折り返し部分31同士の間が直線状になっている。直線状の部分32の数Nは2以上であり、一例としてNが4の場合を示している。直線状の部分32は、それぞれの長さがp、間隔がs、入出力ポート15と直線状の部分32までの間隔がqとなっている。ここで、間隔sは、直線状の部分32におけるマイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士の間隔である。それぞれの寸法は導波路の特性及び要求するバンドパスフィルタの形状によって適切に決める。例えば、導波路間での電磁結合を防ぐために、間隔sを一定にして、直線状の部分32におけるマイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることが好ましい。図2に示すy方向において必要となる誘電体基板11の幅を小さくすることができる。
【0023】
図4は、マイクロストリップラインの折り返し部分の一例を示す拡大図である。導波路間の電磁結合を防ぐため、メアンダ形状は、折り返し部分31が滑らかに湾曲していることが好ましい。特に、折り返し部分31の中心軸22が半径rの円弧状に湾曲していることが好ましい。
【0024】
マイクロストリップライン13は、長手方向の側線21a及び21bが、長手方向の中心軸22に対して線対称である。線対称とは、微視的な意味での線対称である。つまり、マイクロストリップライン13の長手方向の中心軸22が曲がっていれば、マイクロストリップライン13の長手方向の側線21も中心軸22に沿って曲がった形状となる。この場合、所望のマイクロストリップラインの幅wはその場所と半円の円心を結ぶ直線上において、マイクロストリップラインの中心軸22の両側に半分ずつ与えるようになる。また、マイクロストリップライン13は、長手方向の側線21a及び21bの一方が、マイクロストリップラインの長手方向の中心軸22と略平行であってもよい。例えば、折り返し部分31の内側の側線21aが中心軸22と略平行とし、折り返し部分31の内側を滑らかな曲線としてもよい。なお、この構造は曲げ構造の一例であり、実際マイクロストリップラインの幅wの与え方として、湾曲された導波路の特性が湾曲される前の導波路とのずれがもっとも小さくなるように決められていることが好ましい。
【0025】
本実施形態に係るバンドパスフィルタの設計方法について説明する。本設計方法を用いることで、本実施形態に係るバンドパスフィルタを作製することができる。本実施形態に係るバンドパスフィルタの設計方法は、設定ステップと、算出ステップと、決定ステップと、を順に有する。
【0026】
設定ステップでは、バンドパスフィルタの周波数特性を設定する。ここで、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
【0027】
算出ステップでは、設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、数式(7)で表されるZakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する。マイクロストリップライン13は不均一伝送線路であることから、マイクロストリップライン13を不均一分布定数回路として扱うことが可能であることに基づく。
【0028】
決定ステップでは、導波路の特性インピーダンスZ0並びに誘電体基板11の厚さh及び比誘電率εrを設定し、算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスZ(z)となるマイクロストリップライン13の幅w(z)を決定する。
【0029】
算出ステップの原理について説明する。
不均一伝送線路は、不均一分布定数回路で表すことができる。このため、伝送線路の長手方向がz方向の場合、線路電圧v(z,t)と線路電流i(z,t)の間に次の関係式が成り立つ。
【数1】
ただし、L(z)、C(z)はそれぞれ伝送線路における単位長さ当りのインダクタンス及びキャパシタンスである。
【0030】
一方、+z方向に伝搬する電力波振幅φ1及び−z方向に伝搬する電力波振幅φ2は、局所的な特性インピーダンスZ(z)を用いて次式で表すことができる。
【数2】
数式(2)を数式(1)に代入すると、次式が得られる。
【数3】
【0031】
ここで、時間因子をexp(jωt)とおき、変数変換
【数4】
を行うと、次のようなZakharov−Shabat方程式を得る。
【数5】
ただし、q(x)はポテンシャルであり、次式で表される。
【数6】
【0032】
Zakharov−Shabatの逆散乱問題とは、数式(5)を満足する解のスペクトルデータからポテンシャルq(x)を合成することである。すなわち、不均一伝送線路の設計もZakharov−Shabatの逆散乱問題を解くことに帰着する。
ポテンシャルq(x)が求められれば、局所的な特性インピーダンスZ(x)は、次式のように求まる。
【数7】
ただし、Z0は導波路の特性インピーダンスである。また、ポテンシャルq(x)は、x空間の反射係数r(x)より求めることができる。
数式(7)によって得られた局所的な特性インピーダンスZ(x)をマイクロストリップラインやストリップラインなどの不均一伝送線路で実現すれば、電力波振幅φ1及びφ2の周波数特性を制御することができる。すなわち、所望の周波数特性を有するバンドパスフィルタが得られる。
【0033】
次に、設定ステップにおける窓関数について説明する。
x空間の反射係数r(x)は、スペクトルデータの反射係数R(ω)から得られる。
【数8】
ここで、x空間の反射係数r(x)の代わりに、窓関数W(x)を掛けた反射係数r’(x)を用いる。
【数9】
窓関数W(x)を適切に選ぶと、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【0034】
窓関数W(x)は、例えばカイザー窓関数、ハミング窓関数、ハン窓関数、コサイン窓関数であり、フィルタ設計理論で知られているものを用いることができる。カイザー窓関数は次式で表される。
【数10】
ただし、xmaxは適用する変数xの範囲内の最大値とする。α=xmax/2である。また、βは、経験的に次式のように決められる。
【数11】
ただし、A=−20log10δである。δは反射周波数帯域におけるピーク近似誤差を表す。このため、Aを適切に選ぶことで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【実施例1】
【0035】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1/2倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0036】
図5は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図5(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図5(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0037】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδs={2/(ωμ0σ)}1/2より十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。ここで、ωは角周波数、μ0は真空中の透磁率、σは金属の導電率を表す。
【0038】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図6は、図5に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.7GHz以下と周波数7.4GHz以上10.1GHz以下の周波数領域では、反射率は−5dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.12ns以下であった。また、周波数2.9GHz未満、周波数5.3GHz超6.5GHz未満、及び、周波数10.8GHz超の周波数領域では、反射率は−20dB以下であった。
【0039】
図7は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width10mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図5に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図6に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0040】
図8は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを7mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図5に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図6に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例2】
【0041】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0042】
図9は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図9(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図9(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0043】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0044】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図10は、図9に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.7GHz以下と周波数7.4GHz以上10.1GHz以下の周波数領域では、反射率は−4dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.22ns以下であった。また、周波数3.1GHz未満、周波数5.0GHz超6.9GHz未満、及び、周波数10.5GHz超の周波数領域では、反射率は−22dB以下であった。
【0045】
図11は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを15mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを15mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0046】
図12は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0047】
図13は、マイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを4、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/4となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例3】
【0048】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1.5倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0049】
図14は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図14(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図14(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0050】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0051】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図15は、図14に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.6GHz以下と周波数7.4GHz以上10.0GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.31ns以下であった。また、周波数3.2GHz未満、周波数4.9GHz超7.0GHz未満、及び、周波数10.4GHz超の周波数領域では、反射率は−23dB以下であった。
【0052】
図16は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width10mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0053】
図17は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0054】
図18は、マイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを4、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを7mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/4となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0055】
図19は、マイクロストリップラインが2.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを5、直線状の部分の間隔sを5mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/5となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例4】
【0056】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の2倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.635mm、誘電体基板の比誘電率εrを10.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0057】
図20は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図20(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図20(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0058】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0059】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図21は、図20に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.6GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.25ns以下であった。また、周波数3.2GHz未満、周波数4.9GHz超の周波数領域では、反射率は−25dB以下であった。
【0060】
図22は、マイクロストリップラインが3個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを6、直線状の部分の間隔sを3mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを5mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図20に示す直線状のときの約1/6となっている。このときの周波数特性は、図21に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例5】
【0061】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.99、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の3倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.635mm、誘電体基板の比誘電率εrを10.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0062】
図23は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図23(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図23(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0063】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0064】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図24は、図23に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数7.3GHz以上10.2GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.2ns以下であった。また、周波数6.7GHz未満、及び、周波数10.8GHz超の周波数領域では、反射率は−20dB以下であった。
【0065】
図25は、マイクロストリップラインが5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを10、直線状の部分の間隔sを3mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを3mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width27mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図23に示す直線状のときの約1/10となっている。このときの周波数特性は、図24に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0066】
図26は、マイクロストリップラインが10個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを20、直線状の部分の間隔sを2mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを0mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width37mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図23に示す直線状のときの約1/20となっている。このときの周波数特性は、図24に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明は、超広帯域無線システムの無線局に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】本実施形態に係るバンドパスフィルタの構成概略図である。
【図2】マイクロストリップラインの形態の一例を示した構成図であり、(a)は直線状の場合、(b)は2.5個のメアンダを備える場合、(c)は1個のメアンダを備える場合を示す。
【図3】マイクロストリップラインの形態の他の一例を示した構成図である。
【図4】マイクロストリップラインの折り返し部分の一例を示す拡大図である。
【図5】実施例1に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図6】図5に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図7】実施例1に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図8】実施例1に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図9】実施例2に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図10】図9に示すマイクロストリップラインの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図11】実施例2に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図12】実施例2に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図13】実施例2に係るマイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図14】実施例3に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図15】図14に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図16】実施例3に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図17】実施例3に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図18】実施例3に係るマイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図19】実施例3に係るマイクロストリップラインが2.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図20】実施例4に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図21】図20に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図22】実施例4に係るマイクロストリップラインが3個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図23】実施例5に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図24】図23に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図25】実施例5に係るマイクロストリップラインが5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図26】実施例5に係るマイクロストリップラインが10個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【符号の説明】
【0069】
11 誘電体基板
12 グランド板
13 マイクロストリップライン
15、16 ポート
21、21a、21b マイクロストリップラインの長手方向の側線
22 マイクロストリップラインの長手方向の中心軸
31 折り返し部分
32 直線状の部分
【技術分野】
【0001】
不均一伝送線路で形成されるバンドパスフィルタ及びその設計方法に関し、特に、超広帯域無線システムに用いられる無線局用バンドパスフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
超広帯域(UWB)無線システムの無線局用バンドパスフィルタとして、共振型デバイス、不均一伝送路による反射型デバイスが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【非特許文献1】C−Y.Chen and C−Y. Hsu,“Design of a UWB low insertion loss bandpass filter with spurious response suppression,”microwave J.,pp.112−116,Feb.2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、無線局用バンドパスフィルタに共振型デバイスを用いた場合、設計手法が複雑で、細かく規定されている広帯域制御の実現が困難である。不均一伝送路による反射型デバイスを用いた場合、フィルタを構成する導波路が長く、設置するのに大きな面積の基板が必要であった。
【0004】
そこで、本発明は、基板の面積を小さくし、かつ広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明に係るバンドパスフィルタは、幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタであって、前記マイクロストリップラインは、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とする。ここで、導波路の特性インピーダンスとは、バンドパスフィルタにおける入出力ポートに接続される伝送線路の特性インピーダンスをいう。
【0006】
幅が不均一なマイクロストリップラインを用いることで、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。局所的な特性インピーダンスの制御によって比帯域幅を大きくすることで、広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタとすることができる。また、マイクロストリップラインがメアンダ形状を有するので、バンドパスフィルタデバイスを形成する基板の面積を小さくすることができる。
【0007】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分が滑らかに湾曲していることが好ましい。ここで、「滑らかに」とは、屈曲点がないことをいう。
導波路が滑らかに湾曲していることで、折り返し部分の導波路間に電磁結合が生じたり、外に漏れたりして、所望の特性が得られなくなるのを防ぐことができる。
【0008】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分が円弧状に湾曲していることが好ましい。
導波路が円弧状に湾曲していることで、折り返し部分の導波路間に電磁結合が生じたり、外に漏れたりして、所望の特性が得られなくなるのを防ぐことができる。
【0009】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記メアンダ形状は、折り返し部分同士の間が直線状であり、当該直線状の部分における前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることが好ましい。
直線状の部分同士が略平行になっていることで、直線状の部分の導波路間での電磁結合が特定の周波数特性をもつことを防ぐことができる。また、直線状の部分を効率よく配置できるので、スペースを有効に利用することができる。
【0010】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインの長手方向の側線が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸に対して線対称であることが好ましい。
【0011】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインの長手方向の側線の一方が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸と略平行であることが好ましい。
【0012】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることが好ましい。また、本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることが好ましい。
反射型導波路バンドパスフィルタとすることができる。
【0013】
本発明に係るバンドパスフィルタの設計方法は、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させ、かつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタの設計方法であって、前記バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Zakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、前記導波路の特性インピーダンス並びに前記マイクロストリップラインが形成されている誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、を順に有することを特徴とする。
【0014】
周波数特性、導波路の特性インピーダンス、誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定することで、マイクロストリップラインの幅を決定することができる。決定したマイクロストリップラインの幅を形成することで、反射周波数帯域内の周波数特性を比較的自由に設定することができる。決定ステップで決定した幅のマイクロストリップラインを折り曲げてメアンダ形状とすれば、設定ステップで設定した周波数特性とほぼ同じ周波数特性のバンドパスフィルタとすることができる。
【0015】
本発明に係るバンドパスフィルタでは、前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
設定する周波数特性にカイザー窓関数をかけることで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。これにより、反射周波数帯域において10dBを超える超広帯域バンドパスフィルタとすることができる。
また、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を増やすと、遷移周波数領域が拡大するが、反射周波数帯域が増える。そうすることで、製造誤差の許容値を拡大させることができる。
さらに、カイザー窓関数の設定値によって反射周波数帯域と阻止周波数帯域の境界を急峻にしたり、反射周波数帯域における群遅延の変動も小さくしたりすることもできる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、基板の面積を小さくし、かつ広帯域な反射周波数帯域を有するバンドパスフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図1は、本実施形態に係るバンドパスフィルタの構成概略図である。本実施形態に係るバンドパスフィルタは、誘電体基板11と、誘電体基板11の一方の面に形成されているグランド板12と、マイクロストリップライン13を備える。zはマイクロストリップライン13の長手方向、wはマイクロストリップライン13の幅、hは誘電体基板11の厚さ、εrは誘電体基板11の比誘電率を示す。
【0018】
マイクロストリップライン13は、幅w(z)が不均一である。そして、マイクロストリップライン13は、誘電体基板11の他方の面に形成され、変化のある不均一な幅w(z)によって局所的な特性インピーダンスZ(z)を導波路の特性インピーダンスZ0に対して変化させる。マイクロストリップライン13の幅w(z)は、導波路の特性インピーダンスZ0に対する局所的な特性インピーダンスとなるよう設計されている。ここで、導波路の特性インピーダンスZ0は、マイクロストリップライン13の入出力ポートのインピーダンスである。
【0019】
また、マイクロストリップライン13の形状は、マイクロストリップライン13の幅w(z)が極大又は極小となるピークのうち、少なくともピーク間の長手方向となるz方向の距離が、反射周波数帯域の上限周波数の実効波長よりも短いものを含む。例えば、マイクロストリップライン13の幅w(z)をエレクトリカルポジション当りで表した場合に、マイクロストリップライン13の幅w(z)に、極大又は極小となるピークが10個以上現れる。
【0020】
図2は、マイクロストリップラインの形態の一例を示した構成図であり、(a)は直線状の場合、(b)は2.5個のメアンダを備える場合、(c)は1個のメアンダを備える場合を示す。図において、導波路の幅が均一となっているが、理解の容易のためであり、導波路の中心位置を示す。実際の導波路は幅が不均一である。本実施形態のマイクロストリップライン13は、図2(b)及び図2(c)に示すように、1個以上のメアンダ形状を有する。マイクロストリップライン13がメアンダ形状を有することで、z方向において必要となる誘電体基板11の長さLが短くなるので、バンドパスフィルタデバイスの設置面積が小さくなり、バンドパスフィルタデバイスを設置しやすくすることができる。
【0021】
マイクロストリップライン13は、2つのポート15、16を備える。一方のポート15が入出力ポートとして使用される。他方のポート16は無反射終端される。無反射終端は、導波路の特性インピーダンスZ0で終端されている。
【0022】
図3は、マイクロストリップラインの形態の他の一例を示した構成図である。メアンダ形状は、折り返し部分31同士の間が直線状になっている。直線状の部分32の数Nは2以上であり、一例としてNが4の場合を示している。直線状の部分32は、それぞれの長さがp、間隔がs、入出力ポート15と直線状の部分32までの間隔がqとなっている。ここで、間隔sは、直線状の部分32におけるマイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士の間隔である。それぞれの寸法は導波路の特性及び要求するバンドパスフィルタの形状によって適切に決める。例えば、導波路間での電磁結合を防ぐために、間隔sを一定にして、直線状の部分32におけるマイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることが好ましい。図2に示すy方向において必要となる誘電体基板11の幅を小さくすることができる。
【0023】
図4は、マイクロストリップラインの折り返し部分の一例を示す拡大図である。導波路間の電磁結合を防ぐため、メアンダ形状は、折り返し部分31が滑らかに湾曲していることが好ましい。特に、折り返し部分31の中心軸22が半径rの円弧状に湾曲していることが好ましい。
【0024】
マイクロストリップライン13は、長手方向の側線21a及び21bが、長手方向の中心軸22に対して線対称である。線対称とは、微視的な意味での線対称である。つまり、マイクロストリップライン13の長手方向の中心軸22が曲がっていれば、マイクロストリップライン13の長手方向の側線21も中心軸22に沿って曲がった形状となる。この場合、所望のマイクロストリップラインの幅wはその場所と半円の円心を結ぶ直線上において、マイクロストリップラインの中心軸22の両側に半分ずつ与えるようになる。また、マイクロストリップライン13は、長手方向の側線21a及び21bの一方が、マイクロストリップラインの長手方向の中心軸22と略平行であってもよい。例えば、折り返し部分31の内側の側線21aが中心軸22と略平行とし、折り返し部分31の内側を滑らかな曲線としてもよい。なお、この構造は曲げ構造の一例であり、実際マイクロストリップラインの幅wの与え方として、湾曲された導波路の特性が湾曲される前の導波路とのずれがもっとも小さくなるように決められていることが好ましい。
【0025】
本実施形態に係るバンドパスフィルタの設計方法について説明する。本設計方法を用いることで、本実施形態に係るバンドパスフィルタを作製することができる。本実施形態に係るバンドパスフィルタの設計方法は、設定ステップと、算出ステップと、決定ステップと、を順に有する。
【0026】
設定ステップでは、バンドパスフィルタの周波数特性を設定する。ここで、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることが好ましい。
【0027】
算出ステップでは、設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、数式(7)で表されるZakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する。マイクロストリップライン13は不均一伝送線路であることから、マイクロストリップライン13を不均一分布定数回路として扱うことが可能であることに基づく。
【0028】
決定ステップでは、導波路の特性インピーダンスZ0並びに誘電体基板11の厚さh及び比誘電率εrを設定し、算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスZ(z)となるマイクロストリップライン13の幅w(z)を決定する。
【0029】
算出ステップの原理について説明する。
不均一伝送線路は、不均一分布定数回路で表すことができる。このため、伝送線路の長手方向がz方向の場合、線路電圧v(z,t)と線路電流i(z,t)の間に次の関係式が成り立つ。
【数1】
ただし、L(z)、C(z)はそれぞれ伝送線路における単位長さ当りのインダクタンス及びキャパシタンスである。
【0030】
一方、+z方向に伝搬する電力波振幅φ1及び−z方向に伝搬する電力波振幅φ2は、局所的な特性インピーダンスZ(z)を用いて次式で表すことができる。
【数2】
数式(2)を数式(1)に代入すると、次式が得られる。
【数3】
【0031】
ここで、時間因子をexp(jωt)とおき、変数変換
【数4】
を行うと、次のようなZakharov−Shabat方程式を得る。
【数5】
ただし、q(x)はポテンシャルであり、次式で表される。
【数6】
【0032】
Zakharov−Shabatの逆散乱問題とは、数式(5)を満足する解のスペクトルデータからポテンシャルq(x)を合成することである。すなわち、不均一伝送線路の設計もZakharov−Shabatの逆散乱問題を解くことに帰着する。
ポテンシャルq(x)が求められれば、局所的な特性インピーダンスZ(x)は、次式のように求まる。
【数7】
ただし、Z0は導波路の特性インピーダンスである。また、ポテンシャルq(x)は、x空間の反射係数r(x)より求めることができる。
数式(7)によって得られた局所的な特性インピーダンスZ(x)をマイクロストリップラインやストリップラインなどの不均一伝送線路で実現すれば、電力波振幅φ1及びφ2の周波数特性を制御することができる。すなわち、所望の周波数特性を有するバンドパスフィルタが得られる。
【0033】
次に、設定ステップにおける窓関数について説明する。
x空間の反射係数r(x)は、スペクトルデータの反射係数R(ω)から得られる。
【数8】
ここで、x空間の反射係数r(x)の代わりに、窓関数W(x)を掛けた反射係数r’(x)を用いる。
【数9】
窓関数W(x)を適切に選ぶと、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【0034】
窓関数W(x)は、例えばカイザー窓関数、ハミング窓関数、ハン窓関数、コサイン窓関数であり、フィルタ設計理論で知られているものを用いることができる。カイザー窓関数は次式で表される。
【数10】
ただし、xmaxは適用する変数xの範囲内の最大値とする。α=xmax/2である。また、βは、経験的に次式のように決められる。
【数11】
ただし、A=−20log10δである。δは反射周波数帯域におけるピーク近似誤差を表す。このため、Aを適切に選ぶことで、反射周波数帯域と阻止周波数帯域の反射率の差を制御することができる。
【実施例1】
【0035】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1/2倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0036】
図5は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図5(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図5(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0037】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδs={2/(ωμ0σ)}1/2より十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。ここで、ωは角周波数、μ0は真空中の透磁率、σは金属の導電率を表す。
【0038】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図6は、図5に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.7GHz以下と周波数7.4GHz以上10.1GHz以下の周波数領域では、反射率は−5dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.12ns以下であった。また、周波数2.9GHz未満、周波数5.3GHz超6.5GHz未満、及び、周波数10.8GHz超の周波数領域では、反射率は−20dB以下であった。
【0039】
図7は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width10mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図5に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図6に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0040】
図8は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを7mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図5に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図6に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例2】
【0041】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0042】
図9は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図9(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図9(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0043】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0044】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図10は、図9に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.7GHz以下と周波数7.4GHz以上10.1GHz以下の周波数領域では、反射率は−4dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.22ns以下であった。また、周波数3.1GHz未満、周波数5.0GHz超6.9GHz未満、及び、周波数10.5GHz超の周波数領域では、反射率は−22dB以下であった。
【0045】
図11は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを15mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを15mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0046】
図12は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0047】
図13は、マイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを4、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図9に示す直線状のときの約1/4となっている。このときの周波数特性は、図10に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例3】
【0048】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下と周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の1.5倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.508mm、誘電体基板の比誘電率εrを2.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0049】
図14は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図14(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図14(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0050】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0051】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図15は、図14に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.6GHz以下と周波数7.4GHz以上10.0GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.31ns以下であった。また、周波数3.2GHz未満、周波数4.9GHz超7.0GHz未満、及び、周波数10.4GHz超の周波数領域では、反射率は−23dB以下であった。
【0052】
図16は、マイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを2、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width10mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/2となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0053】
図17は、マイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを3、直線状の部分の間隔sを10mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/3となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0054】
図18は、マイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを4、直線状の部分の間隔sを7mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを7mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/4となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0055】
図19は、マイクロストリップラインが2.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを5、直線状の部分の間隔sを5mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを10mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width20mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図14に示す直線状のときの約1/5となっている。このときの周波数特性は、図15に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例4】
【0056】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数3.4GHz以上4.8GHz以下の周波数領域では反射率が0.9、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の2倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.635mm、誘電体基板の比誘電率εrを10.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0057】
図20は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図20(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図20(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0058】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0059】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図21は、図20に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数3.5GHz以上4.6GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.25ns以下であった。また、周波数3.2GHz未満、周波数4.9GHz超の周波数領域では、反射率は−25dB以下であった。
【0060】
図22は、マイクロストリップラインが3個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを6、直線状の部分の間隔sを3mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを5mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width15mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図20に示す直線状のときの約1/6となっている。このときの周波数特性は、図21に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【実施例5】
【0061】
本実施例では、設定ステップにおいて、バンドパスフィルタの周波数特性を、周波数7.25GHz以上10.25GHz以下の周波数領域では反射率が0.99、その他の周波数領域では反射率が0に設定した。また、設定ステップにおいて、A=30のカイザー窓関数を使用した。決定ステップにおいて、マイクロストリップラインの導波路長が1GHz時の実効波長の3倍として、導波路の特性インピーダンスを50Ω、誘電体基板の厚さhを0.635mm、誘電体基板の比誘電率εrを10.2に設定し、マイクロストリップラインの幅wを決定した。
【0062】
図23は、本実施例に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。図23(a)においてPosition[mm]はマイクロストリップラインの長手方向における入出力ポートからの長さを示し、Width[mm]はマイクロストリップラインの幅wを示す。マイクロストリップラインの幅が極大又は極小となるピークが10箇所以上存在している。図23(b)においてPosition[mm]は誘電体基板の長さ方向(図2に示す符号z方向)への入出力ポートからの距離を示し、Width[mm]は誘電体基板の幅方向(図2に示す符号y方向)への入出力ポートからの距離を示す。
【0063】
マイクロストリップラインは、無反射終端又は導波路の特性インピーダンス50Ωに等しい抵抗で終端した。マイクロストリップライン(図1に示す符号13)及びグランド板(図1に示す符号12)を構成する金属は周波数1GHzでスキンデップスδsより十分厚いものとした。また、このバンドパスフィルタは特性インピーダンスが50Ωのシステムで使用するものとした。
【0064】
次に、決定ステップで得られたマイクロストリップラインを用いて、バンドパスフィルタの評価をシミュレーションによって行った。
図24は、図23に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
本実施例に係るバンドパスフィルタは、周波数7.3GHz以上10.2GHz以下の周波数領域では、反射率は−2dB以上であり、群遅延特性の変動は±0.2ns以下であった。また、周波数6.7GHz未満、及び、周波数10.8GHz超の周波数領域では、反射率は−20dB以下であった。
【0065】
図25は、マイクロストリップラインが5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを10、直線状の部分の間隔sを3mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを3mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width27mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図23に示す直線状のときの約1/10となっている。このときの周波数特性は、図24に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【0066】
図26は、マイクロストリップラインが10個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。図3に示すメアンダ形状において、直線状の部分の数Nを20、直線状の部分の間隔sを2mm、入出力ポートと直線状の部分までの間隔qを0mmとした。Width0mm近傍にある端部が入出力ポート、Width37mm近傍にある端部が無反射終端されているポートとなっている。必要となる誘電体基板の長さは、図23に示す直線状のときの約1/20となっている。このときの周波数特性は、図24に示す直線状のものとほぼ同じであった。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明は、超広帯域無線システムの無線局に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】本実施形態に係るバンドパスフィルタの構成概略図である。
【図2】マイクロストリップラインの形態の一例を示した構成図であり、(a)は直線状の場合、(b)は2.5個のメアンダを備える場合、(c)は1個のメアンダを備える場合を示す。
【図3】マイクロストリップラインの形態の他の一例を示した構成図である。
【図4】マイクロストリップラインの折り返し部分の一例を示す拡大図である。
【図5】実施例1に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図6】図5に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図7】実施例1に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図8】実施例1に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図9】実施例2に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図10】図9に示すマイクロストリップラインの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図11】実施例2に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図12】実施例2に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図13】実施例2に係るマイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図14】実施例3に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図15】図14に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図16】実施例3に係るマイクロストリップラインが1個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図17】実施例3に係るマイクロストリップラインが1.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図18】実施例3に係るマイクロストリップラインが2個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図19】実施例3に係るマイクロストリップラインが2.5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図20】実施例4に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図21】図20に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図22】実施例4に係るマイクロストリップラインが3個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図23】実施例5に係るマイクロストリップラインの一例であり、(a)はマイクロストリップラインの幅の分布、(b)は直線状にしたときのマイクロストリップラインの形状を示す。
【図24】図23に示すバンドパスフィルタの周波数特性であり、(a)は反射波の振幅特性、(b)は反射波の群遅延特性を示す。
【図25】実施例5に係るマイクロストリップラインが5個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【図26】実施例5に係るマイクロストリップラインが10個のメアンダ形状を有する場合のマイクロストリップラインの形状の一例である。
【符号の説明】
【0069】
11 誘電体基板
12 グランド板
13 マイクロストリップライン
15、16 ポート
21、21a、21b マイクロストリップラインの長手方向の側線
22 マイクロストリップラインの長手方向の中心軸
31 折り返し部分
32 直線状の部分
【特許請求の範囲】
【請求項1】
幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタであって、
前記マイクロストリップラインは、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項2】
前記メアンダ形状は、折り返し部分が滑らかに湾曲していることを特徴とする請求項1に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項3】
前記メアンダ形状は、折り返し部分が円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項1又は2に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項4】
前記メアンダ形状は、折り返し部分同士の間が直線状であり、当該直線状の部分における前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項5】
前記マイクロストリップラインの長手方向の側線が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸に対して線対称であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項6】
前記マイクロストリップラインの長手方向の側線の一方が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸と略平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項7】
前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項8】
前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることを特徴とする請求項7に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項9】
変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させ、かつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタの設計方法であって、
前記バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、
前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Zakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、
前記導波路の特性インピーダンス並びに前記マイクロストリップラインが形成されている誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、
を順に有することを特徴とするバンドパスフィルタの設計方法。
【請求項10】
前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることを特徴とする請求項9に記載のバンドパスフィルタの設計方法。
【請求項1】
幅が不均一でありかつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタであって、
前記マイクロストリップラインは、変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させていることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項2】
前記メアンダ形状は、折り返し部分が滑らかに湾曲していることを特徴とする請求項1に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項3】
前記メアンダ形状は、折り返し部分が円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項1又は2に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項4】
前記メアンダ形状は、折り返し部分同士の間が直線状であり、当該直線状の部分における前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸同士が略平行になっていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項5】
前記マイクロストリップラインの長手方向の側線が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸に対して線対称であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項6】
前記マイクロストリップラインの長手方向の側線の一方が、前記マイクロストリップラインの長手方向の中心軸と略平行であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項7】
前記マイクロストリップラインは、片方のポートが無反射終端されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項8】
前記無反射終端は、前記導波路の特性インピーダンスで終端されていることを特徴とする請求項7に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項9】
変化のある不均一な幅によって局所的な特性インピーダンスを導波路の特性インピーダンスに対して変化させ、かつメアンダ形状を有するマイクロストリップラインを備えるバンドパスフィルタの設計方法であって、
前記バンドパスフィルタの周波数特性を設定する設定ステップと、
前記設定ステップで設定した周波数特性となる局所的な特性インピーダンスを、Zakharov−Shabat方程式の逆散乱問題を解くことによって算出する算出ステップと、
前記導波路の特性インピーダンス並びに前記マイクロストリップラインが形成されている誘電体基板の厚さ及び比誘電率を設定し、前記算出ステップで算出した局所的な特性インピーダンスとなる前記マイクロストリップラインの幅を決定する決定ステップと、
を順に有することを特徴とするバンドパスフィルタの設計方法。
【請求項10】
前記設定ステップにおいて、反射周波数帯域の周波数特性にカイザー窓関数をかけることを特徴とする請求項9に記載のバンドパスフィルタの設計方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【公開番号】特開2010−50653(P2010−50653A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−212321(P2008−212321)
【出願日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(000005186)株式会社フジクラ (4,463)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(000005186)株式会社フジクラ (4,463)
【Fターム(参考)】
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