フィルタ、送受信装置及び増幅回路
【課題】高調波信号を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号の減衰量を低減させる。
【解決手段】フィルタ２００は、基本波信号ｆ０及び基本波信号ｆ０の高調波信号群２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０が入力される入力端子２１０と、入力端子２１０に入力された基本波信号ｆ０を出力する出力端子２２０と、入力端子２１０と出力端子２２０とを接続する伝送線路２３０と、高調波信号群２ｆ０〜６ｆ０のうちの奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して設けられ、伝送線路２３０に接続し、対応する奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブ２４３、２４５と、伝送線路２３０に接続し、基本波信号ｆ０の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブ２５１と、伝送線路２３０に接続した第２のショートスタブ２５２と、を有する。
【解決手段】フィルタ２００は、基本波信号ｆ０及び基本波信号ｆ０の高調波信号群２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０が入力される入力端子２１０と、入力端子２１０に入力された基本波信号ｆ０を出力する出力端子２２０と、入力端子２１０と出力端子２２０とを接続する伝送線路２３０と、高調波信号群２ｆ０〜６ｆ０のうちの奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して設けられ、伝送線路２３０に接続し、対応する奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブ２４３、２４５と、伝送線路２３０に接続し、基本波信号ｆ０の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブ２５１と、伝送線路２３０に接続した第２のショートスタブ２５２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ、送受信装置及び増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を処理するフィルタとして、基本波信号及び基本波信号の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力され、この各信号のうち高調波信号を抑制し、基本波信号を出力するフィルタが存在する。
【０００３】
このようなフィルタは、例えば、アンプやミキサー等の非線形素子の出力先に設けられる。非線形素子では、基本波信号の入力に伴い、高調波信号が生成されて出力される場合がある。この場合、高調波信号が他のコンポーネントやシステムに電磁界干渉を起こす可能性がある。このような非線形素子の出力先に上記のフィルタを設けることで、高調波信号を抑制することが可能となる。
【０００４】
このフィルタの一つとして、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子とを接続する伝送線路と、入力される高調波信号に対応して設けられ、伝送線路に接続し、対応する高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブとを有するフィルタが存在する。
【０００５】
この各オープンスタブは、対応する高調波信号に対して伝送線路との接続部をショート状態とし、対応する高調波信号を抑制する。一方、各オープンスタブは、基本波信号に対して伝送線路との接続部をオープン状態とし、基本波信号を通過させる。これにより、フィルタは、入力される基本波信号とその高調波信号のうち、高周波信号を抑制し、基本波信号を出力端子から出力することが可能となる。
【０００６】
図１は、この従来のフィルタの一例を示す図である。従来のフィルタ１００は、入力端子１１０と、出力端子１２０と、入力端子１１０と出力端子１２０とを接続する伝送線路１３０と、伝送線路１３０と接続部１３１で接続したオープンスタブ１４２、１４３、１４４、１４５、１４６とを有する。ここで、伝送線路１３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【０００７】
フィルタ１００の入力端子１１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、１．３００ＧＨｚである。
【０００８】
各オープンスタブ１４２〜１４６は、入力される各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０に対応してそれぞれ設けられ、対応する高調波信号の波長の１／４の長さを備えている。
ここでは、オープンスタブ１４２は、２倍波信号２ｆ０に対応して設けられ、２倍波信号２ｆ０の波長λ２ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さ）を備える。オープンスタブ１４２は、２倍波信号２ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、２倍波信号２ｆ０を抑制する。
【０００９】
オープンスタブ１４３は、３倍波信号３ｆ０に対応して設けられ、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１２の長さ）を備える。オープンスタブ１４３は、３倍波信号３ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、３倍波信号３ｆ０を抑制する。
【００１０】
オープンスタブ１４４は、４倍波信号４ｆ０に対応して設けられ、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１６の長さ）を備える。オープンスタブ１４４は、４倍波信号４ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、４倍波信号４ｆ０を抑制する。
【００１１】
オープンスタブ１４５は、５倍波信号５ｆ０に対応して設けられ、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２０の長さ）を備える。オープンスタブ１４５は、５倍波信号５ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、５倍波信号５ｆ０を抑制する。
【００１２】
オープンスタブ１４６は、６倍波信号６ｆ０に対応して設けられ、６倍波信号６ｆ０の波長λ６ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２４の長さ）を備える。オープンスタブ１４６は、６倍波信号６ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、６倍波信号６ｆ０を抑制する。
【００１３】
一方、各オープンスタブ１４２〜１４６は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。これにより、フィルタ１００は、入力される基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子１２０から出力することが可能となる。
【００１４】
なお、オープンスタブを用いた他のフィルタとしては、オープンスタブを用いて基本波信号を抑圧し、２倍波信号を通過させるフィルタが存在する（例えば、特許文献１参照）。また、オープンスタブが用いられた方向性結合器（例えば、特許文献２参照）や、オープンスタブが用いられた周波数３逓倍回路（例えば、特許文献３参照）等が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−２２９８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−８４１１３号公報
【特許文献３】特開平９−２７５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、オープンスタブを用いた従来のフィルタでは、通過信号である基本波信号ｆ０を減衰させてしまう可能性があった。
このような点に鑑み、高調波信号を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号の減衰量を低減させたフィルタ、送受信装置及び増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために以下のようなフィルタが提供される。
このフィルタは、基本波信号及び基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、入力端子に入力された基本波信号を出力する出力端子と、入力端子と出力端子とを接続する伝送線路と、高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、伝送線路に接続し、対応する奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、伝送線路に接続し、基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有する。
【００１８】
また、上記目的を達成するために以下のようなフィルタが提供される。
このフィルタは、基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有する。
【００１９】
また、上記目的を達成するために以下のような送受信装置が提供される。
この送受信装置は、送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、受信信号を出力する受信端子と、アンテナ端子と、前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有する。
【００２０】
また、上記目的を達成するために以下のような増幅回路が提供される。
この増幅回路は、基本波信号が入力される入力端子と、前記基本波信号を増幅するトランジスタと、前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
開示のフィルタ、送受信装置及び増幅回路によれば、高調波信号を抑制し、且つ、基本波信号の減衰量を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のフィルタの一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るフィルタの一例を示す図である。
【図３】図１のフィルタに対応するスミスチャートである。
【図４】第１の実施形態に係るフィルタに対応するスミスチャートである。
【図５】第１の実施形態に係るフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。
【図６】図１のフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。
【図７】第２の実施形態に係るフィルタの一例を示す斜視図である。
【図８】図７の上面図である。
【図９】第２の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。
【図１０】第３の実施形態に係るフィルタの一例を示す上面図である。
【図１１】第３の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。
【図１２】第３の実施の形態のフィルタの試作品の構成を示す上面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１４】図１３で示した試作品のフィルタの通過特性の実測結果である。
【図１５】第４の実施形態に係る送受信装置の一例を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る送受信装置の第１の変形例を示す図である。
【図１７】第４の実施形態に係る送受信装置の第２の変形例を示す図である。
【図１８】第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の一例を示す図である。
【図１９】理想的なＦ級動作時におけるトランジスタの電流波形と電圧波形の様子を示す図である。
【図２０】第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態に係るフィルタの一例を示す図である。第１の実施形態に係るフィルタ２００は、入力端子２１０、出力端子２２０、入力端子２１０と出力端子２２０とを接続する伝送線路２３０、伝送線路２３０と接続部２３１で接続したオープンスタブ２４３、２４５、及び、ショートスタブ２５１、２５２を有する。ここで、伝送線路２３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００２４】
なお、図２に示すように、伝送線路２３０に一端を接続するスタブのうち、他端を開放しているものをオープンスタブ２４３、２４５、他端を短絡しているものをショートスタブ２５１、２５２と呼ぶ。
【００２５】
入力端子２１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。
【００２６】
フィルタ２００は、入力端子２１０に入力された基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子２２０から出力する。
【００２７】
フィルタ２００は、ショートスタブ２５１を有することにより、基本波信号ｆ０の減衰量を低減することが可能となる。その理由について次に説明する。
図３は、図１のフィルタに対応するスミスチャートである。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、１．３００ＧＨｚである。図３に示すように、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスは、例えば、６．５１１−ｊ１６．８２７Ωであり、スミスチャート中のｍ１で示される箇所に位置している。
【００２８】
ｍ１は、整合点であるｍ０から、等コンダクタンス円Ｓ１上を、時計回りに進んだ箇所に位置している。この状態は、フィルタ１００において、伝送線路１３０に対して並列にキャパシタを接続した場合に相当する。これは、各オープンスタブ１４２〜１４６と、接地線（図示せず）との間に発生する接地容量が原因であると考えられる。このため、基本波信号ｆ０が減衰していると考えられる。
【００２９】
これに対して、伝送線路１３０にショートスタブを接続すると、伝送線路１３０に対して並列にインダクタを接続させた状態に相当し、図３において、ｍ１を等コンダクタンス円Ｓ１上に沿って反時計回りに進ませることが可能となる。進ませる量は、ショートスタブの長さにより調整することが可能である。これにより、ｍ１を整合点であるｍ０に近づけることが可能となる。すなわち、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスを整合させることが可能となる。
【００３０】
上記の理由により、フィルタ２００では、オープンスタブ２４３、２４５により発生する接地容量は、ショートスタブ２５１により消すことが可能となる。これにより、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスを整合させることが可能となり、基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。ここでは、ショートスタブ２５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。
【００３１】
図４は、第１の実施形態に係るフィルタに対応するスミスチャートである。フィルタ２００では、図４に示すように、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスは、例えば、４９．５２７＋ｊ４．８４０Ωであり、スミスチャート中のｍ２で示される箇所に位置している。ｍ２は、等コンダクタンス円Ｓ２上において、整合点であるｍ０の近傍に位置している。これは、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスが整合されていることを示している。
【００３２】
次に、図２に戻り、オープンスタブ２４３、２４５について説明する。オープンスタブ２４３、２４５は、入力される高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。
【００３３】
ここでは、オープンスタブ２４３は、３倍波信号３ｆ０に対応して設けられ、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１２の長さ）を備える。オープンスタブ２４３は、３倍波信号３ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、３倍波信号３ｆ０を抑制する。
【００３４】
オープンスタブ２４５は、５倍波信号５ｆ０に対応して設けられ、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２０の長さ）を備える。オープンスタブ２４５は、５倍波信号５ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、５倍波信号５ｆ０を抑制する。
【００３５】
一方、各オープンスタブ２４３、２４５は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。また、オープンスタブの数は、オープンスタブ２４３、２４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。
【００３６】
次に、ショートスタブ２５２について説明する。ショートスタブ２５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備える。すなわち、ショートスタブ２５２の長さは、２倍波信号２ｆ０の波長λ２ｆ０の２／４の長さに相当し、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の４／４の長さに相当し、６倍波波長６ｆ０の波長λ６ｆ０の６／４の長さに相当する。つまり、ショートスタブ２５２の長さは、各波長λ２ｆ０、λ４ｆ０、λ６ｆ０の１／４の長さを偶数倍した長さに相当する。
【００３７】
これにより、ショートスタブ２５２は、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制する。一方、ショートスタブ２５２は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。
【００３８】
このように、ショートスタブ２５２を設けることで、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制することが可能となるので、各偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０に対して、従来のフィルタ１００のようにオープンスタブをそれぞれ設ける必要が無くなる。このため、オープンスタブもしくはショートスタブが占有する面積を小さくすることが可能となり、フィルタの小型化を実現することが可能となる。
【００３９】
図５は、第１の実施形態に係るフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。図５のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００４０】
フィルタ２００では、図５に示されるように、通過特性から、各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。さらに、基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける通過特性は、−０．０１０ｄＢであり、基本波信号ｆ０がほとんど減衰していないことが伺える。
【００４１】
一方、図６は、図１のフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける減衰レベルは、−４．２６５ｄＢであり、基本波信号ｆ０が減衰していることが伺える。
【００４２】
このように、フィルタ２００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態のフィルタ２００に、マイクロストリップラインを適用したものに相当する。
【００４３】
図７は、第２の実施形態に係るフィルタの一例を示す斜視図である。図８は、図７の上面図である。
第２の実施形態に係るフィルタ３００は、表面１１と、表面１１とは反対側の表面１２と、表面１１と表面１２とを結ぶ接続ビア２０を備える基板１０を有する。基板１０には、例えば、アルミナ等を材料とする低損失誘電体基板が用いられている。
【００４４】
基板１０の表面１１上には、入力端子３１０と、出力端子３２０と、入力端子３１０と出力端子３２０とを接続する伝送線路３３０とが形成されている。さらに、基板１０の表面１１上には、伝送線路３３０と接続部３３１でそれぞれ接続した、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２とが形成されている。
【００４５】
入力端子３１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、例えば、１．３００ＧＨｚである。
【００４６】
フィルタ３００は、入力端子３１０に入力された基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子３２０から出力する。
【００４７】
入力端子３１０と、出力端子３２０と、伝送線路３３０と、オープンスタブ３４３、３４５と、ショートスタブ３５１、３５２とは、導電パターンで形成されている。導電パターンの材料は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、もしくは、銅（Ｃｕ）である。ここで、各導電パターンの膜厚は、低損失を図るために、例えば、１０μｍ程度が望ましい。また、伝送線路３３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００４８】
オープンスタブ３４３、３４５は、入力される高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。ここでは、オープンスタブ３４３は、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さを備えている。オープンスタブ３４５は、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さを備えている。なお、オープンスタブの数は、オープンスタブ３４３、３４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。
【００４９】
ショートスタブ３５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。ショートスタブ３５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えている。基板１０の表面１２上には、接地パターン３０が形成されている。ショートスタブ３５１、３５２は、それぞれ、接続ビア２０を介して接地パターン３０に電気的に接続されている。
【００５０】
図９は、第２の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。図９のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００５１】
フィルタ３００では、図９に示すように、通過特性から、各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。一方、基本波信号ｆ０は、ほとんど減衰していないことが伺える。これは、第１の実施形態と同様の理由により、オープンスタブ３４３、３４５が奇数高調波３ｆ０、５ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５２が偶数高調波２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５１が基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることによる。
【００５２】
このように、フィルタ３００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
さらに、フィルタ３００では、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、伝送線路３３０と接続部３３１で共通接続されている。すなわち、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、基板１０の表面１１上において、一箇所に集中して配置されている。
【００５３】
このため、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２が伝送線路３３０と異なる接続部でそれぞれ接続されている場合と比べて、基板１０の表面１１における空き領域を小さくすることができ、基板１０を小さくすることが可能となる。これにより、フィルタ３００は、小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
さらに、この構成によれば、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２間を接続する接続ラインのライン長を０とすることができる。これにより、接続ラインが各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２に与える影響を抑制することが可能となる。
【００５５】
さらに、フィルタ３００では、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、基板１０の表面１１上において、伝送線路３３０を挟んだ両側に渡って配置されている。すなわち、図８に示すように、オープンスタブ３４３、ショートスタブ３５１、３５２は、伝送線路３３０に対して一方の側の領域１０ａに配置され、オープンスタブ３４５は、伝送線路３３０を挟んだ反対側の領域１０ｂに配置されている。
【００５６】
このように、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２を、伝送線路３３０を挟んだ両側の領域に渡って配置させることで、各スタブ間の距離をできるだけ大きく保つことが可能となる。これにより、各スタブ同士が互いに影響し、各スタブの特性がずれてしまうことを抑制することが可能となる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第２の実施の形態のフィルタ３００からショートスタブ３５２を除いたものに相当する。
【００５７】
図１０は、第３の実施形態に係るフィルタの一例を示す上面図である。フィルタ３００ａは、図１０に示すように、入力端子３１０と、出力端子３２０と、入力端子３１０と、伝送線路３３０と、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１とを有している。伝送線路３３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００５８】
図１１は、第３の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。図１１のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００５９】
フィルタ３００ａでは、図１１に示すように、通過特性から、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。一方、基本波信号ｆ０は、ほとんど減衰していないことが伺える。これは、オープンスタブ３４３、３４５が奇数高調波３ｆ０、５ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５１が基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることによる。
【００６０】
なお、図１１から、フィルタ３００ａは偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制するショートスタブ３５２を有していないにも係わらず、４倍波信号４ｆ０が減衰していることが伺える。これは、ショートスタブ３５１の長さ（λｆ０の１／８）が、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の２／４の長さ（λ４ｆ０の１／４の長さの偶数倍）に相当するためである。つまり、ショートスタブ３５１が、４倍波信号４ｆ０に対して伝送線路３３０との接続部３３１をショート状態とし、４倍波信号４ｆ０を抑制するためである。
【００６１】
次に、上記のような第３の実施の形態のフィルタ３００ａをもとに試作品を製作し、通過特性を実際に測定した結果を示す。
図１２は、第３の実施の形態のフィルタの試作品の構成を示す上面図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線での断面図である。
【００６２】
このフィルタ３００ｂは、Ｃｕ板にＡｕをメッキした金属キャリア３６１を有し、金属キャリア３６１上には、金すず（Ａｕ−Ｓｎ）はんだで接合されたアルミナ基板３６２が設けられている。アルミナ基板３６２の厚さは、耐電力や実装性を考慮して決定する。例えば、１．３ＧＨｚ帯で使用される場合の電力を考慮した場合、アルミナ基板３６２の厚さを１５０μｍ〜１ｍｍ程度とすることが望ましい。本試作品では、アルミナ基板３６２の厚さは６３５ｍｍ程度とした。なお、図示を省略しているが、金属キャリア３６１の反対面にも、全面にグランド用としてＡｕをメッキしている。
【００６３】
アルミナ基板３６２上には、伝送線路３６３、オープンスタブ３６４、３６５、及びショートスタブ３６６が、Ａｕの導体パターンで形成されている。オープンスタブ３６４、３６５、及びショートスタブ３６６は、伝送線路３６３における接続部３７２で共通接続されている。各導体パターンの厚さは、低損失を図るために、１０μｍ程度とした。伝送線路３６３、オープンスタブ３６４、３６５は、図１０で示したフィルタ３００ａの伝送線路３３０、オープンスタブ３４３、３４５に対応しており、同様の機能を有する。また、ショートスタブ３６６は、図１０で示したショートスタブ３５１に対応しており、同様の機能を有する。
【００６４】
ただし、オープンスタブ３６４、３６５及びショートスタブ３６６の少なくとも一部は、互いにアルミナ基板３６２上の異なる辺に沿うように曲折され、アルミナ基板３６２の外周部に形成されている。これにより、フィルタ３００ａの小型化を図れるとともに、導体パターン（各スタブ）間の距離を広げることができ、導体パターン間での干渉や容量結合の発生を抑制できる。
【００６５】
なお、本試作品においてショートスタブ３６６は、Ａｕワイヤボンディングにより伝送線路３６３と接続しており、Ａｕワイヤ３６６ａの長さを調節することで、ショートスタブ３６６の長さを簡単に微調整することが可能である。
【００６６】
また、アルミナ基板３６２上には、オープンスタブ３６４、３６５及びショートスタブ３６６の端部や、各スタブに並列に複数の調整用ランド３６７がＡｕの導体パターンで形成されている。各スタブに対して、１つまたは複数の調整用ランド３６７をＡｕワイヤボンディングにより接続することで、対応する高調波信号を抑圧するために必要な各スタブの長さを微調整することができる。
【００６７】
各スタブの長さを微調整する理由としては、以下の通りである。
特に、フィルタ３００ｂの小型化を図ろうとすると、各スタブがアルミナ基板３６２の外周部に形成され、実効誘電率が低くなる。そのため、スタブの電気長が短くなり、目当ての高調波信号を抑圧するために必要な電気長に足りなくなる。したがって、Ａｕワイヤボンディングや、調整用ランド３６７を用いて各スタブの長さを変えることで、簡単に精度よく高調波を抑圧するために必要な電気長に調整することができる。
【００６８】
金属キャリア３６１上には、さらに、金すずはんだで接合された台座３６８ａ、３６８ｂ、３６８ｃが設けられている。台座３６８ａ、３６８ｂ、３６８ｃは、コバールの表層に金すずがコーティングされたものを用いている。
【００６９】
台座３６８ａ、３６８ｂ上には、フィルタ３００ｂの特性を測定するためのコプレーナウェーブガイド−マイクロストリップライン変換器（以下ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器という。）３６９ａ、３６９ｂを搭載したアルミナ基板３７０ａ、３７０ｂを配置している。
【００７０】
アルミナ基板３７０ａ、３７０ｂは１５０μｍ程度の厚さであり、金すずはんだで台座３６８ａ、３６８ｂに接合されている。
ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ａ、３６９ｂは、Ａｕワイヤボンディングにより伝送線路３６３の両端に接続される。図１３では、Ａｕワイヤ３７１により、伝送線路３６３とＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ｂを接続している様子を示している。
【００７１】
なお、このようなフィルタ３００ｂを、実際に送受信装置等に用いる場合、伝送線路３６３の両端には、スイッチ回路やアンプが接続される。その場合には、ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ａ、３６９ｂは取り除いてもよい。
【００７２】
また、台座３６８ｃには、ショートスタブ３６６がＡｕワイヤボンディングにより接続されており、ショートスタブ３６６を接地している。
図７や図１０で示したフィルタ３００、３００ａは、ショートスタブを、接続ビアを介してグランドとショートさせている。上記のフィルタ３００ｂでは、Ａｕワイヤボンディングにより、ショートスタブ３６６を電気的にグランドとなる金属キャリア３６１に接続している。このため、ショートスタブ３６６を、簡単な構成でグランドとショートさせることができる。
【００７３】
図１４は、図１３で示した試作品のフィルタの通過特性の実測結果である。図１４のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。なお、図中には、アンプを接続することを想定した伝送線路３６３の一端（ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ｂ側）からの入力についての透過特性と反射特性とが示されているが、伝送線路３６３の他端からの入力についても同様の特性となる。
【００７４】
図１４に示すように、試作品のフィルタ３００ｂは、図１１で示したシミュレーション結果と同様の特性を示すことが確認できた。すなわち、図１４に示される通過特性から、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。さらに、基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける通過特性は、−０．０５３ｄＢであり、基本波信号ｆ０がほとんど減衰していないことが伺える。また、４倍波信号４ｆ０についても減衰していることが伺える。
【００７５】
以上のような測定結果から、第３の実施の形態における試作品のフィルタ３００ｂの効果を検証できた。
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、第１実施形態のフィルタ２００を、送受信装置に適用したものに相当する。図１５は、第４の実施形態に係る送受信装置の一例を示す図である。
【００７６】
送受信装置４００は、送信端子Ｔｘと、受信端子Ｒｘと、アンテナ端子４１１と、送信端子Ｔｘとアンテナ端子４１１との間に接続されたアンプ４２０と、アンテナ端子４１１と受信端子Ｒｘ及びアンプ４２０との間に接続されたスイッチ回路４３０とを有する。アンテナ端子４１１はアンテナ４１０に接続される。
【００７７】
ここで、送受信装置４００の動作について簡単に説明する。送信時、スイッチ回路４３０が送信端子Ｔｘとアンテナ端子４１１との間を導通し、これにより、送信端子Ｔｘに送信回路（図示せず）から入力される送信信号は、アンプ４２０により増幅され、アンテナ端子４１１からアンテナ４１０に出力される。また、受信時は、スイッチ回路４３０が受信端子Ｒｘとアンテナ端子４１１との間を導通し、アンテナ端子４１１に入力された受信信号は、受信端子Ｒｘから受信回路（図示せず）に出力される。
【００７８】
ここからは、また、送受信装置４００の構成について説明を続ける。送信端子Ｔｘには、送信信号として基本波信号ｆ０が入力される。基本波信号ｆ０の周波数は、例えば、１．３００ＧＨｚである。また、アンプ４２０は、基本波信号ｆ０を増幅して出力する際、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号を発生して出力する。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０が発生することを想定している。なお、アンプ４２０の出力信号は数百Ｗの高出力である。
【００７９】
さらに、送受信装置４００は、アンテナ端子４１１とアンプ４２０の出力側との間に接続された、オープンスタブ４４３、４４５と、ショートスタブ４５１、４５２とを有する。ここで、ショートスタブ４５２は、スイッチ回路４３０内に設けられている。
【００８０】
オープンスタブ４４３、４４５と、ショートスタブ４５１とは、アンプ４２０の出力側のノードＮ１に接続されている。オープンスタブ４４３、４４５は、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。
【００８１】
ここでは、オープンスタブ４４３は、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さを備えている。オープンスタブ４４５は、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さを備えている。なお、オープンスタブの数は、オープンスタブ４４３、４４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。ショートスタブ４５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。
【００８２】
スイッチ回路４３０は、制御用端子４３１と、トランジスタ４３２、４３３と、アンテナ端子４１１に接続されたノードＮ２と、受信端子Ｒｘに伝送線路４５４を介して接続されたノードＮ３とを有する。
【００８３】
トランジスタ４３２は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続され、制御電極が制御用端子４３１に接続されている。トランジスタ４３２は、制御用端子４３１に供給される信号に応じて、ノードＮ１とノードＮ２との間の導通状態を制御する。
【００８４】
トランジスタ４３３は、ノードＮ３と接地線との間に接続され、制御電極が制御用端子４３１に接続されている。トランジスタ４３３は、制御用端子４３１に供給される信号に応じて、ノードＮ３と接地線との間の導通状態を制御する。なお、トランジスタ４３２、４３３には、例えば、電界効果型トランジスタが用いられる。
【００８５】
ショートスタブ４５２は、一端４５２ａがノードＮ２と接続され、他端４５２ｂがトランジスタ４３３のオン時に短絡状態となるノードＮ３と接続されている。ショートスタブ４５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えている。
【００８６】
伝送線路４５４は、ノードＮ３と受信端子Ｒｘ間に接続されており、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えていることが望ましい。
次に、送受信装置４００の動作について詳細に説明する。
【００８７】
送信時、送信端子Ｔｘに送信信号である基本周波信号ｆ０が供給される。送信端子Ｔｘに供給された基本周波信号ｆ０は、アンプ４２０で増幅される。この時、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が発生し、基本波信号ｆ０及び高調波信号２ｆ０〜６ｆ０がノードＮ１に出力される。このうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０は、オープンスタブ４４３、４４５により抑制される。また、ショートスタブ４５１により、基本波信号ｆ０の減衰量は低減される。
【００８８】
さらに、送信時、制御用端子４３１に入力される信号が切り替わり、トランジスタ４３２、４３３がＯＮされる。これにより、ノードＮ１とアンテナ端子４１１とが導通し、基本波信号ｆ０がアンテナ４１０から外部に無線送信される。また、ノードＮ３は接地されるため、基本波信号ｆ０が受信端子Ｒｘへ回り込む可能性は抑制される。さらに、ショートスタブ４５２の端４５２ｂは接地されるため、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０は抑制される。
【００８９】
一方、受信時は、制御用端子４３１に入力される信号が切り替わり、トランジスタ４３２、４３３がＯＦＦされる。これにより、アンテナ４１０で受信した受信信号は、アンテナ端子４１１、ノードＮ２、ノードＮ３を介して受信端子Ｒｘから出力される。この時、送信端子Ｔｘへの経路は遮断されている。また、この時、ショートスタブ４５２は、接地されておらず、単に、伝送線路として機能する。
【００９０】
このように、送受信装置４００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、送信信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。さらに、送受信装置４００では、偶数高調波２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制するショートスタブ４５２が、スイッチ回路４３０内に設けられているため、小型化を実現することが可能となる。
［変形例１］
図１６は、第４の実施形態に係る送受信装置の第１の変形例を示す図である。図１５で示した送受信装置４００と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００９１】
この送受信装置４００ａは、ショートスタブ４５１を、アンプ４２０の出力に接続する電源バイアス回路４６０の伝送線路として利用するものである。
電源バイアス回路４６０において、ショートスタブ４５１と接地線との間のノードＮ４に、電源電圧Ｖｄｄを印加している。
【００９２】
なお、ノードＮ１とトランジスタ４３２との間には、直流（ＤＣ）成分をカットするコンデンサＣ１が接続されており、ノードＮ４と接地線との間には、バイパス用のコンデンサＣ２が接続されている。
【００９３】
前述したように、オープンスタブ４４３、４４５と、λｆ０／８の長さのショートスタブ４５１を接続しているノードＮ１では、基本波信号ｆ０に対してはオープンとなっている。すなわち、基本波信号ｆ０の減衰量は低減されている。
【００９４】
アンプの電源バイアス回路は、アンプの出力信号が電源バイアス回路側に流れて損失が生じるのを抑制するために、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さの伝送線路を用いることが多い。本実施の形態の送受信装置４００ａにおける電源バイアス回路４６０では、そのλｆ０／４の長さの伝送線路を、λｆ０／８の長さのショートスタブ４５１で代用できるので、低損失で小型の電源バイアス回路を実現できる。
［変形例２］
図１７は、第４の実施形態に係る送受信装置の第２の変形例を示す図である。図１５で示した送受信装置４００と同一の構成要素については同一符号を付している。第２の変形例の送受信装置４００ｂは、送受信装置４００において、オープンスタブ４４３、４４５、及び、ショートスタブ４５１の接続位置を変更したものである。
【００９５】
送受信装置４００ｂでは、オープンスタブ４４３、４４５、及び、ショートスタブ４５１は、スイッチ回路４３０内に設けられ、ノードＮ２に接続されている。
この構成によれば、アンプ４２０で発生する高調波信号のみならず、スイッチ回路４３０で発生する高調波信号についても、抑制することが可能となる。さらに、送受信装置４００の更なる小型化を実現することが可能となる。
【００９６】
なお、送受信装置４００ｂにおいても、送受信装置４００と同様に、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、送信信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
［第５の実施形態］
以下では、第１の実施形態のフィルタ２００を適用したＦ級増幅回路の例を示す。
【００９７】
図１８は、第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の一例を示す図である。
Ｆ級増幅回路５００は、基本波信号ｆ０の増幅用のトランジスタ５０１と、トランジスタ５０１の制御用端子と基本波信号ｆ０が入力される入力端子ＩＮとの間に接続し入力整合を行う入力整合回路５０２を有する。トランジスタ５０１は、例えば、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタである。
【００９８】
トランジスタ５０１は、ノードＮ４と接地線との間に接続され、トランジスタの出力端子と接続されたノードＮ４にはチョークコイルＬ１を介して電源電圧Ｖｄｄが印加されている。また、ノードＮ４には、ＤＣカット用のコンデンサＣ３が接続されており、その先に、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さである伝送線路５０３と、出力整合を行う出力整合回路５０４が直列に接続されている。また、出力整合回路５０４は出力端子ＯＵＴと接続されている。
【００９９】
さらに、本実施の形態のＦ級増幅回路５００では、伝送線路５０３と出力整合回路５０４間のノードＮ５に、ショートスタブ５１０、５１１及びオープンスタブ５１２、５１３を接続している。ショートスタブ５１０、５１１は、図２で示したフィルタ２００のショートスタブ２５１、２５２に対応し、オープンスタブ５１２、５１３は、図２で示したフィルタ２００のオープンスタブ２４３、２４５に対応しており、それぞれ同様の機能を有する。
【０１００】
なお、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴには、それぞれ終端抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続されている。終端抵抗Ｒ１、Ｒ２は、例えば、５０Ωである。
図１９は、理想的なＦ級動作時におけるトランジスタの電流波形と電圧波形の様子を示す図である。横軸は位相（ωｔ）、縦軸は電圧Ｖと電流Ｉである。図１９では、トランジスタ５０１を電界効果トランジスタとして、出力端子であるドレインにおけるドレイン電流波形Ｉｄと、ドレイン電圧波形Ｖｄの様子を示している。
【０１０１】
図１９のように、電流波形を基本波信号と偶数高調波信号による半波整流波形とし、電圧波形を電流波形と逆相の基本波信号と奇数高調波信号による方形波とすることで、電流波形と電圧波形の重なりがなくなり、消費電力を０とすることができる。すなわち、１００％の動作効率が得られる。
【０１０２】
このような波形は、トランジスタ５０１の出力側のノードＮ４から見た負荷インピーダンスを、偶数高調波信号に対して０、すなわちショート、奇数高調波信号に対しては、オープン、すなわち無限大とすることで実現できる。
【０１０３】
本実施の形態のＦ級増幅回路５００では、ショートスタブ５１０、５１１及びオープンスタブ５１２、５１３を接続したノードＮ５は、偶数高調波信号及び３次高調波信号（３倍波信号３ｆ０）及び５次高調波信号（５倍波信号５ｆ０）に対してショートになる。つまり、ショートスタブ５１１は偶数高調波信号を抑制し、オープンスタブ５１２、５１３は奇数高調波信号を抑制している。そのため、ノードＮ５から見て、λ０／４の長さの伝送線路５０３の先にあるノードＮ４では、偶数高調波信号に対してショート、３次高調波信号及び５次高調波信号に対してオープンとなる。このため、動作効率のよいＦ級増幅回路５００が得られる。
【０１０４】
また、前述の実施の形態と同様に、ショートスタブ５１０により、基本波信号が減衰することを抑止することができる。
［変形例］
図２０は、第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の変形例を示す図である。図１８で示したＦ級増幅回路５００と同一の構成要素については同一符号を付している。
【０１０５】
このＦ級増幅回路５００ａは、図１８で示したＦ級増幅回路５００のチョークコイルＬ１の代わりに基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えた伝送線路５１４をノードＮ４に接続している。また、電源電圧Ｖｄｄが印加される電源線と伝送線路５１４間のノードＮ６と、接地線との間にバイパス用のコンデンサＣ４を設けている。
【０１０６】
そして、ノードＮ５には、図１８で示したショートスタブ５１１を接続せず、このショートスタブ５１１の機能を、電源バイアス回路側の伝送線路５１４で代用している。
これにより、図１８で示したＦ級増幅回路５００と同様の効果が得られるとともに、小型化が実現できる。
【０１０７】
以上説明した第１〜５の実施形態を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【０１０８】
（付記２） 前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１に記載のフィルタ。
（付記３） 前記オープンスタブ及び前記第１、第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１または２に記載のフィルタ。
【０１０９】
（付記４） 第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを備える基板と、
前記基板に設けられ、前記第１の表面と前記第２の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第２の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第１及び第２のショートスタブは、前記基板の前記第１の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１０】
（付記５） 前記オープンスタブ、前記第１のショートスタブ及び前記第２のショートスタブには、マイクロストリップライン構造が用いられていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１１】
（付記６） 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【０１１２】
（付記７） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記６に記載のフィルタ。
（付記８） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、基板の上方に設けられており、前記オープンスタブと、前記ショートスタブの少なくとも一部が、互いに前記基板上の異なる辺に沿うように曲折され、前記基板の外周部に形成されていることを特徴とする付記６または７に記載のフィルタ。
【０１１３】
（付記９） 前記ショートスタブは、ワイヤにより前記伝送線路に接続されていることを特徴とする付記６〜８のいずれか１つに記載のフィルタ。
（付記１０） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに並列するように導体部が設けられており、
前記導体部は、ワイヤにより前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする付記６〜９のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１４】
（付記１１） 送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有することを特徴とする送受信装置。
【０１１５】
（付記１２） 前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１１に記載の送受信装置。
（付記１３） 前記オープンスタブ及び前記第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１１または１２に記載の送受信装置。
【０１１６】
（付記１４） 前記アンプに接続される電源バイアス回路の伝送線路は、前記第２のショートスタブと、前記第２のショートスタブに接続される接地線と、を含み、
前記第２のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１つに記載の送受信装置。
【０１１７】
（付記１５） 前記第２のショートスタブ、及び、前記オープンスタブは、前記スイッチ回路内に設けられていることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１つに記載の送受信装置。
【０１１８】
（付記１６） 基本波信号が入力される入力端子と、
前記基本波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、
前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、
を有することを特徴とする増幅回路。
【０１１９】
（付記１７） 前記ショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１６記載の増幅回路。
（付記１８） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１６または１７に記載の増幅回路。
【０１２０】
（付記１９） 前記伝送線路と前記増幅回路の前記出力端子間に、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた他のショートスタブを更に接続したことを特徴とする付記１６〜１８のいずれか１つに記載の増幅回路。
【０１２１】
（付記２０） 前記トランジスタの前記出力端子と接地線との間に、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた他のショートスタブを更に接続し、前記他のショートスタブと前記接地線との間には電源電圧が印加されていることを特徴とする付記１６〜１８のいずれか１つに記載の増幅回路。
【符号の説明】
【０１２２】
２００ フィルタ
２１０ 入力端子
２２０ 出力端子
２３０ 伝送線路
２３１ 接続部
２４３、２４５ オープンスタブ
２５１、２５２ ショートスタブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ、送受信装置及び増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を処理するフィルタとして、基本波信号及び基本波信号の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力され、この各信号のうち高調波信号を抑制し、基本波信号を出力するフィルタが存在する。
【０００３】
このようなフィルタは、例えば、アンプやミキサー等の非線形素子の出力先に設けられる。非線形素子では、基本波信号の入力に伴い、高調波信号が生成されて出力される場合がある。この場合、高調波信号が他のコンポーネントやシステムに電磁界干渉を起こす可能性がある。このような非線形素子の出力先に上記のフィルタを設けることで、高調波信号を抑制することが可能となる。
【０００４】
このフィルタの一つとして、入力端子と、出力端子と、入力端子と出力端子とを接続する伝送線路と、入力される高調波信号に対応して設けられ、伝送線路に接続し、対応する高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブとを有するフィルタが存在する。
【０００５】
この各オープンスタブは、対応する高調波信号に対して伝送線路との接続部をショート状態とし、対応する高調波信号を抑制する。一方、各オープンスタブは、基本波信号に対して伝送線路との接続部をオープン状態とし、基本波信号を通過させる。これにより、フィルタは、入力される基本波信号とその高調波信号のうち、高周波信号を抑制し、基本波信号を出力端子から出力することが可能となる。
【０００６】
図１は、この従来のフィルタの一例を示す図である。従来のフィルタ１００は、入力端子１１０と、出力端子１２０と、入力端子１１０と出力端子１２０とを接続する伝送線路１３０と、伝送線路１３０と接続部１３１で接続したオープンスタブ１４２、１４３、１４４、１４５、１４６とを有する。ここで、伝送線路１３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【０００７】
フィルタ１００の入力端子１１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、１．３００ＧＨｚである。
【０００８】
各オープンスタブ１４２〜１４６は、入力される各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０に対応してそれぞれ設けられ、対応する高調波信号の波長の１／４の長さを備えている。
ここでは、オープンスタブ１４２は、２倍波信号２ｆ０に対応して設けられ、２倍波信号２ｆ０の波長λ２ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さ）を備える。オープンスタブ１４２は、２倍波信号２ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、２倍波信号２ｆ０を抑制する。
【０００９】
オープンスタブ１４３は、３倍波信号３ｆ０に対応して設けられ、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１２の長さ）を備える。オープンスタブ１４３は、３倍波信号３ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、３倍波信号３ｆ０を抑制する。
【００１０】
オープンスタブ１４４は、４倍波信号４ｆ０に対応して設けられ、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１６の長さ）を備える。オープンスタブ１４４は、４倍波信号４ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、４倍波信号４ｆ０を抑制する。
【００１１】
オープンスタブ１４５は、５倍波信号５ｆ０に対応して設けられ、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２０の長さ）を備える。オープンスタブ１４５は、５倍波信号５ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、５倍波信号５ｆ０を抑制する。
【００１２】
オープンスタブ１４６は、６倍波信号６ｆ０に対応して設けられ、６倍波信号６ｆ０の波長λ６ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２４の長さ）を備える。オープンスタブ１４６は、６倍波信号６ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をショート状態とし、６倍波信号６ｆ０を抑制する。
【００１３】
一方、各オープンスタブ１４２〜１４６は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路１３０との接続部１３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。これにより、フィルタ１００は、入力される基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子１２０から出力することが可能となる。
【００１４】
なお、オープンスタブを用いた他のフィルタとしては、オープンスタブを用いて基本波信号を抑圧し、２倍波信号を通過させるフィルタが存在する（例えば、特許文献１参照）。また、オープンスタブが用いられた方向性結合器（例えば、特許文献２参照）や、オープンスタブが用いられた周波数３逓倍回路（例えば、特許文献３参照）等が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−２２９８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−８４１１３号公報
【特許文献３】特開平９−２７５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、オープンスタブを用いた従来のフィルタでは、通過信号である基本波信号ｆ０を減衰させてしまう可能性があった。
このような点に鑑み、高調波信号を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号の減衰量を低減させたフィルタ、送受信装置及び増幅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために以下のようなフィルタが提供される。
このフィルタは、基本波信号及び基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、入力端子に入力された基本波信号を出力する出力端子と、入力端子と出力端子とを接続する伝送線路と、高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、伝送線路に接続し、対応する奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、伝送線路に接続し、基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有する。
【００１８】
また、上記目的を達成するために以下のようなフィルタが提供される。
このフィルタは、基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有する。
【００１９】
また、上記目的を達成するために以下のような送受信装置が提供される。
この送受信装置は、送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、受信信号を出力する受信端子と、アンテナ端子と、前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有する。
【００２０】
また、上記目的を達成するために以下のような増幅回路が提供される。
この増幅回路は、基本波信号が入力される入力端子と、前記基本波信号を増幅するトランジスタと、前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
開示のフィルタ、送受信装置及び増幅回路によれば、高調波信号を抑制し、且つ、基本波信号の減衰量を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のフィルタの一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るフィルタの一例を示す図である。
【図３】図１のフィルタに対応するスミスチャートである。
【図４】第１の実施形態に係るフィルタに対応するスミスチャートである。
【図５】第１の実施形態に係るフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。
【図６】図１のフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。
【図７】第２の実施形態に係るフィルタの一例を示す斜視図である。
【図８】図７の上面図である。
【図９】第２の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。
【図１０】第３の実施形態に係るフィルタの一例を示す上面図である。
【図１１】第３の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。
【図１２】第３の実施の形態のフィルタの試作品の構成を示す上面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１４】図１３で示した試作品のフィルタの通過特性の実測結果である。
【図１５】第４の実施形態に係る送受信装置の一例を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る送受信装置の第１の変形例を示す図である。
【図１７】第４の実施形態に係る送受信装置の第２の変形例を示す図である。
【図１８】第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の一例を示す図である。
【図１９】理想的なＦ級動作時におけるトランジスタの電流波形と電圧波形の様子を示す図である。
【図２０】第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態に係るフィルタの一例を示す図である。第１の実施形態に係るフィルタ２００は、入力端子２１０、出力端子２２０、入力端子２１０と出力端子２２０とを接続する伝送線路２３０、伝送線路２３０と接続部２３１で接続したオープンスタブ２４３、２４５、及び、ショートスタブ２５１、２５２を有する。ここで、伝送線路２３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００２４】
なお、図２に示すように、伝送線路２３０に一端を接続するスタブのうち、他端を開放しているものをオープンスタブ２４３、２４５、他端を短絡しているものをショートスタブ２５１、２５２と呼ぶ。
【００２５】
入力端子２１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。
【００２６】
フィルタ２００は、入力端子２１０に入力された基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０、３ｆ０、４ｆ０、５ｆ０、６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子２２０から出力する。
【００２７】
フィルタ２００は、ショートスタブ２５１を有することにより、基本波信号ｆ０の減衰量を低減することが可能となる。その理由について次に説明する。
図３は、図１のフィルタに対応するスミスチャートである。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、１．３００ＧＨｚである。図３に示すように、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスは、例えば、６．５１１−ｊ１６．８２７Ωであり、スミスチャート中のｍ１で示される箇所に位置している。
【００２８】
ｍ１は、整合点であるｍ０から、等コンダクタンス円Ｓ１上を、時計回りに進んだ箇所に位置している。この状態は、フィルタ１００において、伝送線路１３０に対して並列にキャパシタを接続した場合に相当する。これは、各オープンスタブ１４２〜１４６と、接地線（図示せず）との間に発生する接地容量が原因であると考えられる。このため、基本波信号ｆ０が減衰していると考えられる。
【００２９】
これに対して、伝送線路１３０にショートスタブを接続すると、伝送線路１３０に対して並列にインダクタを接続させた状態に相当し、図３において、ｍ１を等コンダクタンス円Ｓ１上に沿って反時計回りに進ませることが可能となる。進ませる量は、ショートスタブの長さにより調整することが可能である。これにより、ｍ１を整合点であるｍ０に近づけることが可能となる。すなわち、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスを整合させることが可能となる。
【００３０】
上記の理由により、フィルタ２００では、オープンスタブ２４３、２４５により発生する接地容量は、ショートスタブ２５１により消すことが可能となる。これにより、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスを整合させることが可能となり、基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。ここでは、ショートスタブ２５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。
【００３１】
図４は、第１の実施形態に係るフィルタに対応するスミスチャートである。フィルタ２００では、図４に示すように、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスは、例えば、４９．５２７＋ｊ４．８４０Ωであり、スミスチャート中のｍ２で示される箇所に位置している。ｍ２は、等コンダクタンス円Ｓ２上において、整合点であるｍ０の近傍に位置している。これは、基本波信号ｆ０に対するインピーダンスが整合されていることを示している。
【００３２】
次に、図２に戻り、オープンスタブ２４３、２４５について説明する。オープンスタブ２４３、２４５は、入力される高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。
【００３３】
ここでは、オープンスタブ２４３は、３倍波信号３ｆ０に対応して設けられ、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／１２の長さ）を備える。オープンスタブ２４３は、３倍波信号３ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、３倍波信号３ｆ０を抑制する。
【００３４】
オープンスタブ２４５は、５倍波信号５ｆ０に対応して設けられ、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さ（すなわち、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／２０の長さ）を備える。オープンスタブ２４５は、５倍波信号５ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、５倍波信号５ｆ０を抑制する。
【００３５】
一方、各オープンスタブ２４３、２４５は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。また、オープンスタブの数は、オープンスタブ２４３、２４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。
【００３６】
次に、ショートスタブ２５２について説明する。ショートスタブ２５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備える。すなわち、ショートスタブ２５２の長さは、２倍波信号２ｆ０の波長λ２ｆ０の２／４の長さに相当し、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の４／４の長さに相当し、６倍波波長６ｆ０の波長λ６ｆ０の６／４の長さに相当する。つまり、ショートスタブ２５２の長さは、各波長λ２ｆ０、λ４ｆ０、λ６ｆ０の１／４の長さを偶数倍した長さに相当する。
【００３７】
これにより、ショートスタブ２５２は、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をショート状態とし、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制する。一方、ショートスタブ２５２は、基本波信号ｆ０に対して伝送線路２３０との接続部２３１をオープン状態とし、基本波信号ｆ０を通過させる。
【００３８】
このように、ショートスタブ２５２を設けることで、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制することが可能となるので、各偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０に対して、従来のフィルタ１００のようにオープンスタブをそれぞれ設ける必要が無くなる。このため、オープンスタブもしくはショートスタブが占有する面積を小さくすることが可能となり、フィルタの小型化を実現することが可能となる。
【００３９】
図５は、第１の実施形態に係るフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。図５のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００４０】
フィルタ２００では、図５に示されるように、通過特性から、各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。さらに、基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける通過特性は、−０．０１０ｄＢであり、基本波信号ｆ０がほとんど減衰していないことが伺える。
【００４１】
一方、図６は、図１のフィルタの通過特性を示したシミュレーション結果である。基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける減衰レベルは、−４．２６５ｄＢであり、基本波信号ｆ０が減衰していることが伺える。
【００４２】
このように、フィルタ２００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態のフィルタ２００に、マイクロストリップラインを適用したものに相当する。
【００４３】
図７は、第２の実施形態に係るフィルタの一例を示す斜視図である。図８は、図７の上面図である。
第２の実施形態に係るフィルタ３００は、表面１１と、表面１１とは反対側の表面１２と、表面１１と表面１２とを結ぶ接続ビア２０を備える基板１０を有する。基板１０には、例えば、アルミナ等を材料とする低損失誘電体基板が用いられている。
【００４４】
基板１０の表面１１上には、入力端子３１０と、出力端子３２０と、入力端子３１０と出力端子３２０とを接続する伝送線路３３０とが形成されている。さらに、基板１０の表面１１上には、伝送線路３３０と接続部３３１でそれぞれ接続した、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２とが形成されている。
【００４５】
入力端子３１０には、基本波信号ｆ０と、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号が入力される。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０とが入力されることを想定している。ここで、基本波信号ｆ０の周波数は、例えば、１．３００ＧＨｚである。
【００４６】
フィルタ３００は、入力端子３１０に入力された基本波信号ｆ０とその高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、高周波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、基本波信号ｆ０を出力端子３２０から出力する。
【００４７】
入力端子３１０と、出力端子３２０と、伝送線路３３０と、オープンスタブ３４３、３４５と、ショートスタブ３５１、３５２とは、導電パターンで形成されている。導電パターンの材料は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、もしくは、銅（Ｃｕ）である。ここで、各導電パターンの膜厚は、低損失を図るために、例えば、１０μｍ程度が望ましい。また、伝送線路３３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００４８】
オープンスタブ３４３、３４５は、入力される高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。ここでは、オープンスタブ３４３は、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さを備えている。オープンスタブ３４５は、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さを備えている。なお、オープンスタブの数は、オープンスタブ３４３、３４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。
【００４９】
ショートスタブ３５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。ショートスタブ３５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えている。基板１０の表面１２上には、接地パターン３０が形成されている。ショートスタブ３５１、３５２は、それぞれ、接続ビア２０を介して接地パターン３０に電気的に接続されている。
【００５０】
図９は、第２の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。図９のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００５１】
フィルタ３００では、図９に示すように、通過特性から、各高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。一方、基本波信号ｆ０は、ほとんど減衰していないことが伺える。これは、第１の実施形態と同様の理由により、オープンスタブ３４３、３４５が奇数高調波３ｆ０、５ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５２が偶数高調波２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５１が基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることによる。
【００５２】
このように、フィルタ３００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、通過信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
さらに、フィルタ３００では、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、伝送線路３３０と接続部３３１で共通接続されている。すなわち、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、基板１０の表面１１上において、一箇所に集中して配置されている。
【００５３】
このため、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２が伝送線路３３０と異なる接続部でそれぞれ接続されている場合と比べて、基板１０の表面１１における空き領域を小さくすることができ、基板１０を小さくすることが可能となる。これにより、フィルタ３００は、小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
さらに、この構成によれば、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２間を接続する接続ラインのライン長を０とすることができる。これにより、接続ラインが各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２に与える影響を抑制することが可能となる。
【００５５】
さらに、フィルタ３００では、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２は、基板１０の表面１１上において、伝送線路３３０を挟んだ両側に渡って配置されている。すなわち、図８に示すように、オープンスタブ３４３、ショートスタブ３５１、３５２は、伝送線路３３０に対して一方の側の領域１０ａに配置され、オープンスタブ３４５は、伝送線路３３０を挟んだ反対側の領域１０ｂに配置されている。
【００５６】
このように、各オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１、３５２を、伝送線路３３０を挟んだ両側の領域に渡って配置させることで、各スタブ間の距離をできるだけ大きく保つことが可能となる。これにより、各スタブ同士が互いに影響し、各スタブの特性がずれてしまうことを抑制することが可能となる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第２の実施の形態のフィルタ３００からショートスタブ３５２を除いたものに相当する。
【００５７】
図１０は、第３の実施形態に係るフィルタの一例を示す上面図である。フィルタ３００ａは、図１０に示すように、入力端子３１０と、出力端子３２０と、入力端子３１０と、伝送線路３３０と、オープンスタブ３４３、３４５、及び、ショートスタブ３５１とを有している。伝送線路３３０の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωである。
【００５８】
図１１は、第３の実施形態に係るフィルタの通過特性を示した電磁界シミュレーション結果である。図１１のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。図中には、通過特性と、反射特性とが示されている。
【００５９】
フィルタ３００ａでは、図１１に示すように、通過特性から、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。一方、基本波信号ｆ０は、ほとんど減衰していないことが伺える。これは、オープンスタブ３４３、３４５が奇数高調波３ｆ０、５ｆ０を抑制し、ショートスタブ３５１が基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることによる。
【００６０】
なお、図１１から、フィルタ３００ａは偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制するショートスタブ３５２を有していないにも係わらず、４倍波信号４ｆ０が減衰していることが伺える。これは、ショートスタブ３５１の長さ（λｆ０の１／８）が、４倍波信号４ｆ０の波長λ４ｆ０の２／４の長さ（λ４ｆ０の１／４の長さの偶数倍）に相当するためである。つまり、ショートスタブ３５１が、４倍波信号４ｆ０に対して伝送線路３３０との接続部３３１をショート状態とし、４倍波信号４ｆ０を抑制するためである。
【００６１】
次に、上記のような第３の実施の形態のフィルタ３００ａをもとに試作品を製作し、通過特性を実際に測定した結果を示す。
図１２は、第３の実施の形態のフィルタの試作品の構成を示す上面図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ａ線での断面図である。
【００６２】
このフィルタ３００ｂは、Ｃｕ板にＡｕをメッキした金属キャリア３６１を有し、金属キャリア３６１上には、金すず（Ａｕ−Ｓｎ）はんだで接合されたアルミナ基板３６２が設けられている。アルミナ基板３６２の厚さは、耐電力や実装性を考慮して決定する。例えば、１．３ＧＨｚ帯で使用される場合の電力を考慮した場合、アルミナ基板３６２の厚さを１５０μｍ〜１ｍｍ程度とすることが望ましい。本試作品では、アルミナ基板３６２の厚さは６３５ｍｍ程度とした。なお、図示を省略しているが、金属キャリア３６１の反対面にも、全面にグランド用としてＡｕをメッキしている。
【００６３】
アルミナ基板３６２上には、伝送線路３６３、オープンスタブ３６４、３６５、及びショートスタブ３６６が、Ａｕの導体パターンで形成されている。オープンスタブ３６４、３６５、及びショートスタブ３６６は、伝送線路３６３における接続部３７２で共通接続されている。各導体パターンの厚さは、低損失を図るために、１０μｍ程度とした。伝送線路３６３、オープンスタブ３６４、３６５は、図１０で示したフィルタ３００ａの伝送線路３３０、オープンスタブ３４３、３４５に対応しており、同様の機能を有する。また、ショートスタブ３６６は、図１０で示したショートスタブ３５１に対応しており、同様の機能を有する。
【００６４】
ただし、オープンスタブ３６４、３６５及びショートスタブ３６６の少なくとも一部は、互いにアルミナ基板３６２上の異なる辺に沿うように曲折され、アルミナ基板３６２の外周部に形成されている。これにより、フィルタ３００ａの小型化を図れるとともに、導体パターン（各スタブ）間の距離を広げることができ、導体パターン間での干渉や容量結合の発生を抑制できる。
【００６５】
なお、本試作品においてショートスタブ３６６は、Ａｕワイヤボンディングにより伝送線路３６３と接続しており、Ａｕワイヤ３６６ａの長さを調節することで、ショートスタブ３６６の長さを簡単に微調整することが可能である。
【００６６】
また、アルミナ基板３６２上には、オープンスタブ３６４、３６５及びショートスタブ３６６の端部や、各スタブに並列に複数の調整用ランド３６７がＡｕの導体パターンで形成されている。各スタブに対して、１つまたは複数の調整用ランド３６７をＡｕワイヤボンディングにより接続することで、対応する高調波信号を抑圧するために必要な各スタブの長さを微調整することができる。
【００６７】
各スタブの長さを微調整する理由としては、以下の通りである。
特に、フィルタ３００ｂの小型化を図ろうとすると、各スタブがアルミナ基板３６２の外周部に形成され、実効誘電率が低くなる。そのため、スタブの電気長が短くなり、目当ての高調波信号を抑圧するために必要な電気長に足りなくなる。したがって、Ａｕワイヤボンディングや、調整用ランド３６７を用いて各スタブの長さを変えることで、簡単に精度よく高調波を抑圧するために必要な電気長に調整することができる。
【００６８】
金属キャリア３６１上には、さらに、金すずはんだで接合された台座３６８ａ、３６８ｂ、３６８ｃが設けられている。台座３６８ａ、３６８ｂ、３６８ｃは、コバールの表層に金すずがコーティングされたものを用いている。
【００６９】
台座３６８ａ、３６８ｂ上には、フィルタ３００ｂの特性を測定するためのコプレーナウェーブガイド−マイクロストリップライン変換器（以下ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器という。）３６９ａ、３６９ｂを搭載したアルミナ基板３７０ａ、３７０ｂを配置している。
【００７０】
アルミナ基板３７０ａ、３７０ｂは１５０μｍ程度の厚さであり、金すずはんだで台座３６８ａ、３６８ｂに接合されている。
ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ａ、３６９ｂは、Ａｕワイヤボンディングにより伝送線路３６３の両端に接続される。図１３では、Ａｕワイヤ３７１により、伝送線路３６３とＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ｂを接続している様子を示している。
【００７１】
なお、このようなフィルタ３００ｂを、実際に送受信装置等に用いる場合、伝送線路３６３の両端には、スイッチ回路やアンプが接続される。その場合には、ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ａ、３６９ｂは取り除いてもよい。
【００７２】
また、台座３６８ｃには、ショートスタブ３６６がＡｕワイヤボンディングにより接続されており、ショートスタブ３６６を接地している。
図７や図１０で示したフィルタ３００、３００ａは、ショートスタブを、接続ビアを介してグランドとショートさせている。上記のフィルタ３００ｂでは、Ａｕワイヤボンディングにより、ショートスタブ３６６を電気的にグランドとなる金属キャリア３６１に接続している。このため、ショートスタブ３６６を、簡単な構成でグランドとショートさせることができる。
【００７３】
図１４は、図１３で示した試作品のフィルタの通過特性の実測結果である。図１４のグラフの横軸は周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸は減衰レベル（ｄＢ）である。なお、図中には、アンプを接続することを想定した伝送線路３６３の一端（ＣＰＷ−ＭＳＬ変換器３６９ｂ側）からの入力についての透過特性と反射特性とが示されているが、伝送線路３６３の他端からの入力についても同様の特性となる。
【００７４】
図１４に示すように、試作品のフィルタ３００ｂは、図１１で示したシミュレーション結果と同様の特性を示すことが確認できた。すなわち、図１４に示される通過特性から、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０が、大きく減衰していることが伺える。さらに、基本波信号ｆ０の周波数である１．３００ＧＨｚにおける通過特性は、−０．０５３ｄＢであり、基本波信号ｆ０がほとんど減衰していないことが伺える。また、４倍波信号４ｆ０についても減衰していることが伺える。
【００７５】
以上のような測定結果から、第３の実施の形態における試作品のフィルタ３００ｂの効果を検証できた。
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、第１実施形態のフィルタ２００を、送受信装置に適用したものに相当する。図１５は、第４の実施形態に係る送受信装置の一例を示す図である。
【００７６】
送受信装置４００は、送信端子Ｔｘと、受信端子Ｒｘと、アンテナ端子４１１と、送信端子Ｔｘとアンテナ端子４１１との間に接続されたアンプ４２０と、アンテナ端子４１１と受信端子Ｒｘ及びアンプ４２０との間に接続されたスイッチ回路４３０とを有する。アンテナ端子４１１はアンテナ４１０に接続される。
【００７７】
ここで、送受信装置４００の動作について簡単に説明する。送信時、スイッチ回路４３０が送信端子Ｔｘとアンテナ端子４１１との間を導通し、これにより、送信端子Ｔｘに送信回路（図示せず）から入力される送信信号は、アンプ４２０により増幅され、アンテナ端子４１１からアンテナ４１０に出力される。また、受信時は、スイッチ回路４３０が受信端子Ｒｘとアンテナ端子４１１との間を導通し、アンテナ端子４１１に入力された受信信号は、受信端子Ｒｘから受信回路（図示せず）に出力される。
【００７８】
ここからは、また、送受信装置４００の構成について説明を続ける。送信端子Ｔｘには、送信信号として基本波信号ｆ０が入力される。基本波信号ｆ０の周波数は、例えば、１．３００ＧＨｚである。また、アンプ４２０は、基本波信号ｆ０を増幅して出力する際、基本波信号ｆ０の整数倍の周波数を持つ高調波信号を発生して出力する。ここでは、２倍の周波数を持つ２倍波信号２ｆ０と、３倍の周波数を持つ３倍波信号３ｆ０と、４倍の周波数を持つ４倍波信号４ｆ０と、５倍の周波数を持つ５倍波信号５ｆ０と、６倍の周波数を持つ６倍波信号６ｆ０が発生することを想定している。なお、アンプ４２０の出力信号は数百Ｗの高出力である。
【００７９】
さらに、送受信装置４００は、アンテナ端子４１１とアンプ４２０の出力側との間に接続された、オープンスタブ４４３、４４５と、ショートスタブ４５１、４５２とを有する。ここで、ショートスタブ４５２は、スイッチ回路４３０内に設けられている。
【００８０】
オープンスタブ４４３、４４５と、ショートスタブ４５１とは、アンプ４２０の出力側のノードＮ１に接続されている。オープンスタブ４４３、４４５は、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０のうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０に対応して、それぞれ設けられている。
【００８１】
ここでは、オープンスタブ４４３は、３倍波信号３ｆ０の波長λ３ｆ０の１／４の長さを備えている。オープンスタブ４４５は、５倍波信号５ｆ０の波長λ５ｆ０の１／４の長さを備えている。なお、オープンスタブの数は、オープンスタブ４４３、４４５の２つに限定されるものではなく、抑制すべき奇数高調波信号の数に応じて適宜、設けられる。ショートスタブ４５１は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／８の長さを備えている。
【００８２】
スイッチ回路４３０は、制御用端子４３１と、トランジスタ４３２、４３３と、アンテナ端子４１１に接続されたノードＮ２と、受信端子Ｒｘに伝送線路４５４を介して接続されたノードＮ３とを有する。
【００８３】
トランジスタ４３２は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続され、制御電極が制御用端子４３１に接続されている。トランジスタ４３２は、制御用端子４３１に供給される信号に応じて、ノードＮ１とノードＮ２との間の導通状態を制御する。
【００８４】
トランジスタ４３３は、ノードＮ３と接地線との間に接続され、制御電極が制御用端子４３１に接続されている。トランジスタ４３３は、制御用端子４３１に供給される信号に応じて、ノードＮ３と接地線との間の導通状態を制御する。なお、トランジスタ４３２、４３３には、例えば、電界効果型トランジスタが用いられる。
【００８５】
ショートスタブ４５２は、一端４５２ａがノードＮ２と接続され、他端４５２ｂがトランジスタ４３３のオン時に短絡状態となるノードＮ３と接続されている。ショートスタブ４５２は、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えている。
【００８６】
伝送線路４５４は、ノードＮ３と受信端子Ｒｘ間に接続されており、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えていることが望ましい。
次に、送受信装置４００の動作について詳細に説明する。
【００８７】
送信時、送信端子Ｔｘに送信信号である基本周波信号ｆ０が供給される。送信端子Ｔｘに供給された基本周波信号ｆ０は、アンプ４２０で増幅される。この時、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０が発生し、基本波信号ｆ０及び高調波信号２ｆ０〜６ｆ０がノードＮ１に出力される。このうち、奇数高調波信号３ｆ０、５ｆ０は、オープンスタブ４４３、４４５により抑制される。また、ショートスタブ４５１により、基本波信号ｆ０の減衰量は低減される。
【００８８】
さらに、送信時、制御用端子４３１に入力される信号が切り替わり、トランジスタ４３２、４３３がＯＮされる。これにより、ノードＮ１とアンテナ端子４１１とが導通し、基本波信号ｆ０がアンテナ４１０から外部に無線送信される。また、ノードＮ３は接地されるため、基本波信号ｆ０が受信端子Ｒｘへ回り込む可能性は抑制される。さらに、ショートスタブ４５２の端４５２ｂは接地されるため、偶数高調波信号２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０は抑制される。
【００８９】
一方、受信時は、制御用端子４３１に入力される信号が切り替わり、トランジスタ４３２、４３３がＯＦＦされる。これにより、アンテナ４１０で受信した受信信号は、アンテナ端子４１１、ノードＮ２、ノードＮ３を介して受信端子Ｒｘから出力される。この時、送信端子Ｔｘへの経路は遮断されている。また、この時、ショートスタブ４５２は、接地されておらず、単に、伝送線路として機能する。
【００９０】
このように、送受信装置４００によれば、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、送信信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。さらに、送受信装置４００では、偶数高調波２ｆ０、４ｆ０、６ｆ０を抑制するショートスタブ４５２が、スイッチ回路４３０内に設けられているため、小型化を実現することが可能となる。
［変形例１］
図１６は、第４の実施形態に係る送受信装置の第１の変形例を示す図である。図１５で示した送受信装置４００と同一の構成要素については同一符号を付している。
【００９１】
この送受信装置４００ａは、ショートスタブ４５１を、アンプ４２０の出力に接続する電源バイアス回路４６０の伝送線路として利用するものである。
電源バイアス回路４６０において、ショートスタブ４５１と接地線との間のノードＮ４に、電源電圧Ｖｄｄを印加している。
【００９２】
なお、ノードＮ１とトランジスタ４３２との間には、直流（ＤＣ）成分をカットするコンデンサＣ１が接続されており、ノードＮ４と接地線との間には、バイパス用のコンデンサＣ２が接続されている。
【００９３】
前述したように、オープンスタブ４４３、４４５と、λｆ０／８の長さのショートスタブ４５１を接続しているノードＮ１では、基本波信号ｆ０に対してはオープンとなっている。すなわち、基本波信号ｆ０の減衰量は低減されている。
【００９４】
アンプの電源バイアス回路は、アンプの出力信号が電源バイアス回路側に流れて損失が生じるのを抑制するために、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さの伝送線路を用いることが多い。本実施の形態の送受信装置４００ａにおける電源バイアス回路４６０では、そのλｆ０／４の長さの伝送線路を、λｆ０／８の長さのショートスタブ４５１で代用できるので、低損失で小型の電源バイアス回路を実現できる。
［変形例２］
図１７は、第４の実施形態に係る送受信装置の第２の変形例を示す図である。図１５で示した送受信装置４００と同一の構成要素については同一符号を付している。第２の変形例の送受信装置４００ｂは、送受信装置４００において、オープンスタブ４４３、４４５、及び、ショートスタブ４５１の接続位置を変更したものである。
【００９５】
送受信装置４００ｂでは、オープンスタブ４４３、４４５、及び、ショートスタブ４５１は、スイッチ回路４３０内に設けられ、ノードＮ２に接続されている。
この構成によれば、アンプ４２０で発生する高調波信号のみならず、スイッチ回路４３０で発生する高調波信号についても、抑制することが可能となる。さらに、送受信装置４００の更なる小型化を実現することが可能となる。
【００９６】
なお、送受信装置４００ｂにおいても、送受信装置４００と同様に、高調波信号２ｆ０〜６ｆ０を抑制し、且つ、送信信号である基本波信号ｆ０の減衰量を低減させることが可能となる。
［第５の実施形態］
以下では、第１の実施形態のフィルタ２００を適用したＦ級増幅回路の例を示す。
【００９７】
図１８は、第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の一例を示す図である。
Ｆ級増幅回路５００は、基本波信号ｆ０の増幅用のトランジスタ５０１と、トランジスタ５０１の制御用端子と基本波信号ｆ０が入力される入力端子ＩＮとの間に接続し入力整合を行う入力整合回路５０２を有する。トランジスタ５０１は、例えば、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタである。
【００９８】
トランジスタ５０１は、ノードＮ４と接地線との間に接続され、トランジスタの出力端子と接続されたノードＮ４にはチョークコイルＬ１を介して電源電圧Ｖｄｄが印加されている。また、ノードＮ４には、ＤＣカット用のコンデンサＣ３が接続されており、その先に、基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さである伝送線路５０３と、出力整合を行う出力整合回路５０４が直列に接続されている。また、出力整合回路５０４は出力端子ＯＵＴと接続されている。
【００９９】
さらに、本実施の形態のＦ級増幅回路５００では、伝送線路５０３と出力整合回路５０４間のノードＮ５に、ショートスタブ５１０、５１１及びオープンスタブ５１２、５１３を接続している。ショートスタブ５１０、５１１は、図２で示したフィルタ２００のショートスタブ２５１、２５２に対応し、オープンスタブ５１２、５１３は、図２で示したフィルタ２００のオープンスタブ２４３、２４５に対応しており、それぞれ同様の機能を有する。
【０１００】
なお、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴには、それぞれ終端抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続されている。終端抵抗Ｒ１、Ｒ２は、例えば、５０Ωである。
図１９は、理想的なＦ級動作時におけるトランジスタの電流波形と電圧波形の様子を示す図である。横軸は位相（ωｔ）、縦軸は電圧Ｖと電流Ｉである。図１９では、トランジスタ５０１を電界効果トランジスタとして、出力端子であるドレインにおけるドレイン電流波形Ｉｄと、ドレイン電圧波形Ｖｄの様子を示している。
【０１０１】
図１９のように、電流波形を基本波信号と偶数高調波信号による半波整流波形とし、電圧波形を電流波形と逆相の基本波信号と奇数高調波信号による方形波とすることで、電流波形と電圧波形の重なりがなくなり、消費電力を０とすることができる。すなわち、１００％の動作効率が得られる。
【０１０２】
このような波形は、トランジスタ５０１の出力側のノードＮ４から見た負荷インピーダンスを、偶数高調波信号に対して０、すなわちショート、奇数高調波信号に対しては、オープン、すなわち無限大とすることで実現できる。
【０１０３】
本実施の形態のＦ級増幅回路５００では、ショートスタブ５１０、５１１及びオープンスタブ５１２、５１３を接続したノードＮ５は、偶数高調波信号及び３次高調波信号（３倍波信号３ｆ０）及び５次高調波信号（５倍波信号５ｆ０）に対してショートになる。つまり、ショートスタブ５１１は偶数高調波信号を抑制し、オープンスタブ５１２、５１３は奇数高調波信号を抑制している。そのため、ノードＮ５から見て、λ０／４の長さの伝送線路５０３の先にあるノードＮ４では、偶数高調波信号に対してショート、３次高調波信号及び５次高調波信号に対してオープンとなる。このため、動作効率のよいＦ級増幅回路５００が得られる。
【０１０４】
また、前述の実施の形態と同様に、ショートスタブ５１０により、基本波信号が減衰することを抑止することができる。
［変形例］
図２０は、第５の実施形態に係るＦ級増幅回路の変形例を示す図である。図１８で示したＦ級増幅回路５００と同一の構成要素については同一符号を付している。
【０１０５】
このＦ級増幅回路５００ａは、図１８で示したＦ級増幅回路５００のチョークコイルＬ１の代わりに基本波信号ｆ０の波長λｆ０の１／４の長さを備えた伝送線路５１４をノードＮ４に接続している。また、電源電圧Ｖｄｄが印加される電源線と伝送線路５１４間のノードＮ６と、接地線との間にバイパス用のコンデンサＣ４を設けている。
【０１０６】
そして、ノードＮ５には、図１８で示したショートスタブ５１１を接続せず、このショートスタブ５１１の機能を、電源バイアス回路側の伝送線路５１４で代用している。
これにより、図１８で示したＦ級増幅回路５００と同様の効果が得られるとともに、小型化が実現できる。
【０１０７】
以上説明した第１〜５の実施形態を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【０１０８】
（付記２） 前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１に記載のフィルタ。
（付記３） 前記オープンスタブ及び前記第１、第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１または２に記載のフィルタ。
【０１０９】
（付記４） 第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを備える基板と、
前記基板に設けられ、前記第１の表面と前記第２の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第２の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第１及び第２のショートスタブは、前記基板の前記第１の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１０】
（付記５） 前記オープンスタブ、前記第１のショートスタブ及び前記第２のショートスタブには、マイクロストリップライン構造が用いられていることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１１】
（付記６） 基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【０１１２】
（付記７） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記６に記載のフィルタ。
（付記８） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、基板の上方に設けられており、前記オープンスタブと、前記ショートスタブの少なくとも一部が、互いに前記基板上の異なる辺に沿うように曲折され、前記基板の外周部に形成されていることを特徴とする付記６または７に記載のフィルタ。
【０１１３】
（付記９） 前記ショートスタブは、ワイヤにより前記伝送線路に接続されていることを特徴とする付記６〜８のいずれか１つに記載のフィルタ。
（付記１０） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに並列するように導体部が設けられており、
前記導体部は、ワイヤにより前記オープンスタブ及び前記ショートスタブの少なくともいずれかに接続されていることを特徴とする付記６〜９のいずれか１つに記載のフィルタ。
【０１１４】
（付記１１） 送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有することを特徴とする送受信装置。
【０１１５】
（付記１２） 前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１１に記載の送受信装置。
（付記１３） 前記オープンスタブ及び前記第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１１または１２に記載の送受信装置。
【０１１６】
（付記１４） 前記アンプに接続される電源バイアス回路の伝送線路は、前記第２のショートスタブと、前記第２のショートスタブに接続される接地線と、を含み、
前記第２のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１つに記載の送受信装置。
【０１１７】
（付記１５） 前記第２のショートスタブ、及び、前記オープンスタブは、前記スイッチ回路内に設けられていることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか１つに記載の送受信装置。
【０１１８】
（付記１６） 基本波信号が入力される入力端子と、
前記基本波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、
前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、
を有することを特徴とする増幅回路。
【０１１９】
（付記１７） 前記ショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする付記１６記載の増幅回路。
（付記１８） 前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする付記１６または１７に記載の増幅回路。
【０１２０】
（付記１９） 前記伝送線路と前記増幅回路の前記出力端子間に、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた他のショートスタブを更に接続したことを特徴とする付記１６〜１８のいずれか１つに記載の増幅回路。
【０１２１】
（付記２０） 前記トランジスタの前記出力端子と接地線との間に、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた他のショートスタブを更に接続し、前記他のショートスタブと前記接地線との間には電源電圧が印加されていることを特徴とする付記１６〜１８のいずれか１つに記載の増幅回路。
【符号の説明】
【０１２２】
２００ フィルタ
２１０ 入力端子
２２０ 出力端子
２３０ 伝送線路
２３１ 接続部
２４３、２４５ オープンスタブ
２５１、２５２ ショートスタブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記オープンスタブ及び前記第１、第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載に記載のフィルタ。
【請求項４】
第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを備える基板と、
前記基板に設けられ、前記第１の表面と前記第２の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第２の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第１及び第２のショートスタブは、前記基板の前記第１の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項５】
基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項６】
前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、基板の上方に設けられており、前記オープンスタブと、前記ショートスタブの少なくとも一部が、互いに前記基板上の異なる辺に沿うように曲折され、前記基板の外周部に形成されていることを特徴とする請求項５記載のフィルタ。
【請求項７】
送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有することを特徴とする送受信装置。
【請求項８】
前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする請求項７に記載の送受信装置。
【請求項９】
前記アンプに接続される電源バイアス回路の伝送線路は、前記第２のショートスタブと、前記第２のショートスタブに接続される接地線と、を含み、
前記第２のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする請求項７または８に記載の送受信装置。
【請求項１０】
基本波信号が入力される入力端子と、
前記基本波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、
前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、
を有することを特徴とする増幅回路。
【請求項１】
基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記伝送線路に接続した第２のショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記オープンスタブ及び前記第１、第２のショートスタブは、前記伝送線路における接続部で共通接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載に記載のフィルタ。
【請求項４】
第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面とを備える基板と、
前記基板に設けられ、前記第１の表面と前記第２の表面とを結ぶ接続ビアと、
前記基板の前記第２の表面の上方に形成された接地パターンと、を有し、
前記第１及び第２のショートスタブは、前記基板の前記第１の表面の上方に形成され、前記接続ビアを介して前記接地パターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項５】
基本波信号及び前記基本波信号の高調波信号群が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基本波信号を出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する伝送線路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記伝送線路に接続し、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路に接続し、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えたショートスタブと、を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項６】
前記オープンスタブ及び前記ショートスタブは、基板の上方に設けられており、前記オープンスタブと、前記ショートスタブの少なくとも一部が、互いに前記基板上の異なる辺に沿うように曲折され、前記基板の外周部に形成されていることを特徴とする請求項５記載のフィルタ。
【請求項７】
送信信号である基本波信号が入力される送信端子と、
受信信号を出力する受信端子と、
アンテナ端子と、
前記送信端子と前記アンテナ端子との間に接続され、前記送信端子に入力された前記基本波信号を増幅し、且つ、前記基本波信号の高調波信号群を発生するアンプと、
前記アンテナ端子と前記アンプ及び前記受信端子との間に設けられ、送受信の切り替えを行うスイッチ回路と、
前記高調波信号群のうちの奇数高調波信号に対応して設けられ、前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続され、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記スイッチ回路内に設けられ、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた第１のショートスタブと、
前記アンテナ端子と前記アンプとの間に接続された第２のショートスタブと、を有することを特徴とする送受信装置。
【請求項８】
前記第２のショートスタブは、前記基本波信号の波長の１／８の長さを備えていることを特徴とする請求項７に記載の送受信装置。
【請求項９】
前記アンプに接続される電源バイアス回路の伝送線路は、前記第２のショートスタブと、前記第２のショートスタブに接続される接地線と、を含み、
前記第２のショートスタブと前記接地線との間に電源電圧が印加されていることを特徴とする請求項７または８に記載の送受信装置。
【請求項１０】
基本波信号が入力される入力端子と、
前記基本波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの出力端子に接続され、前記基本波信号の波長の１／４の長さを備えた伝送線路と、
前記伝送線路と、増幅回路の出力端子間に接続され、前記基本波信号の奇数高調波信号に対応して設けられ、対応する前記奇数高調波信号の波長の１／４の長さを備えたオープンスタブと、
前記伝送線路と、前記増幅回路の前記出力端子間に接続されたショートスタブと、
を有することを特徴とする増幅回路。
【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】
【公開番号】特開２０１１−９７５５２（Ｐ２０１１−９７５５２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４１５５（Ｐ２０１０−４４１５５）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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