フィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器
【課題】 2つの通過帯域の周波数が任意に設定できるとともに、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が充分に確保されたフィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供する。
【解決手段】 第1,第2のバンドパスフィルタ20,30が並列に接続された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、各々のバンドパスフィルタは、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、入力段の共振器21に結合する入力端子11と、出力段の共振器22に結合する出力端子12とを少なくとも備え、共振器群は1/4波長共振器および1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成され、第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の少なくとも一方の共振器群は、1/4波長共振器および1/2波長共振器の両方を有するフィルタ回路とする。
【解決手段】 第1,第2のバンドパスフィルタ20,30が並列に接続された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、各々のバンドパスフィルタは、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、入力段の共振器21に結合する入力端子11と、出力段の共振器22に結合する出力端子12とを少なくとも備え、共振器群は1/4波長共振器および1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成され、第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の少なくとも一方の共振器群は、1/4波長共振器および1/2波長共振器の両方を有するフィルタ回路とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器に関するものであり、特に、2つの通過帯域を有するフィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高周波回路の小型化のため、2つの通過帯域を備えるデュアルバンドフィルタの需要が高まっている。このようなデュアルバンドフィルタとして、例えば、誘電体共振器の基本波共振モードおよび高次共振モードを利用して2つの通過帯域を構成するデュアルバンドフィルタが提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平10−41701号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1にて提案されたような従来のデュアルバンドフィルタは、基本波共振モードおよび高次共振モードを利用しているため、2つの通過帯域の周波数を任意に設定することができないという問題があった。
【0005】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、2つの通過帯域の周波数が任意に設定できるとともに、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が充分に確保されたフィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のフィルタ回路は、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、前記第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの各々は、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、該共振器群の前記複数の共振器のうちの入力段の共振器に結合する入力端子と、前記共振器群の前記複数の共振器のうちの出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、前記共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの少なくとも一方の前記共振器群は、前記1/4波長共振器および前記1/2波長共振器の両方を有しており、前記1/2波長共振器の一方端側は、隣接する前記入力端子側の共振器または前記入力端子に結合するとともに、前記1/2波長共振器の他方端側は、隣接する前記出力端子側の共振器または前記出力端子に結合しており、前記第1のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、前記第1のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と前記第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、前記第2のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,前記共振器群を構成する前記共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、前記第2のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第3の周波数帯域と前記第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、前記第1のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数および前記第2のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が定められていることを特徴とするものである。
【0007】
本発明の無線通信モジュールは、上記本発明のフィルタ回路を備えることを特徴とするものである。
【0008】
本発明の無線通信機器は、上記本発明のフィルタ回路を含むRF部と、該RF部に接続されたベースバンド部と、前記RF部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明のフィルタ回路によれば、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であることから、2つの通過帯域の周波数を任意に設定可能なフィルタ回路を得ることができる。
【0010】
また、本発明のフィルタ回路は、第1のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、第1のバンドパスフィルタの通過特性において、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、第2のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,共振器群を構成する共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、第2のバンドパスフィルタの通過特性において、第3の周波数帯域と第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、第1のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数および第2のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が定められている。これにより、第1のバンドパスフィルタの通過帯域である第1の周波数帯域と第2のバンドパスフィルタの通過帯域である第2の周波数帯域との間に位置する第3の周波数帯域において、第1のバンドパスフィルタを通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタを通過する電気信号との間に位相差を生じさせて打ち消し合わせることができるので、2つの通過帯域の間に減衰極を有する優れた通過特性を有するフィルタ回路を得ることができる。
【0011】
本発明の無線通信モジュールおよび本発明の無線通信機器によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域において減衰量が充分に確保された本発明のフィルタ回路を用いて2つの通信帯域の信号を濾波することができるので、小型で通信品質の良い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図2】図1における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図3】図1における第2のバンドパスフィルタ30示す等価回路図である。
【図4】図1に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図5】図2に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】図3に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図7】比較例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図8】図7に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図10】図9における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図11】図9および図15における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【図12】図9に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図13】図10に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図14】図11に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図15】本発明の第3の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図16】図15における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図17】図15に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図18】図16に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図19】本発明の第4の実施例の無線通信モジュールおよび無線通信機器を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明のフィルタ回路を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明の第1の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図2は、図1のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。図3は、図1のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【0015】
本例のフィルタ回路は、図1に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。このような構成を備える本例のフィルタ回路によれば、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域を任意に設定することができるので、2つの通過帯域の周波数をそれぞれ任意に設定することが可能なフィルタ回路を得ることができる。
【0016】
第1のバンドパスフィルタ20は、図1および図2に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21および出力段の共振器22を有している。この2つの共振器21,22からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および出力段の共振器22の他方端同士はインダクタ25によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ23によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ24によって結合されている。
【0017】
第2のバンドパスフィルタ30は、図1および図3に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器31および出力段の共振器32と、入力段の共振器31および出力段の共振器32の間に配置された、両端が開放された1/2波長共振器からなる共振器33とを有している。この3つの共振器31〜33からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器31の他方端と共振器33の一方端とはキャパシタ35によって結合されており、共振器33の他方端と出力段の共振器32の他方端とはキャパシタ36によって結合されている。さらに、入力段の共振器31の他方端と入力端子11とはキャパシタ34によって結合されており、出力段の共振器32の他方端と出力端子12とはキャパシタ37によって結合されている。
【0018】
図1に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図4に示す。図2に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図5に示す。図3に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の電気特性のシミュレーション結果を図6に示す。また、図1に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の1/2波長共振器33を1/4波長共振器に置き換えた比較例のフィルタ回路を図7に示し、その電気特性のシミュレーション結果を図8に示す。図4〜図6および図8に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0019】
なお、このシミュレーションでは、図1〜図3に示した回路において、共振器21,22,31〜33は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmのストリップ線路としており、共振器21,22の長さは6mmとし、共振器31,32の長さは3mmとし、共振器33の長さは7.42mmとした。インダクタ25は15nHとした。キャパシタ23,24は0.65pFとした。キャパシタ34,37は0.5pFとし、キャパシタ35,36は0.19pFとした。図7に示した回路においては、共振器33の長さを3.3mmとした以外は図1に示した回路と同じ素子値とした。
【0020】
このシミュレーション結果によれば、図5,図6に示した第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないが、図4に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、2つの通過帯域の間に減衰極が形成されており、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が充分に確保された良好な通過特性が得られていることがわかる。この減衰極は、2つの通過帯域の間の周波数領域において、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号の位相と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号の位相との差が180°に近くなり、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合うことによって生じると考えられる。
【0021】
また、図8に示した比較例のフィルタ回路の通過特性においては、2つの通過帯域の間に減衰極は形成されていない。図1に示した回路と図7に示した回路との比較により、第2のバンドパスフィルタ30の共振器33を1/4波長共振器から1/2波長共振器に変えることにより、2つの通過帯域の間の周波数領域における第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号の位相が変化して、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とを打ち消し合わせて減衰極を形成できることがわかる。
【0022】
このように第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30を構成する共振器の一部を1/4波長共振器から1/2波長共振器に変えることにより、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とを打ち消し合わせることができる条件を求めるため、本発明者は種々の検討を行った。
【0023】
まず、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、入力段の共振器に結合する入力端子と、出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、1/2波長共振器の一方端側は、隣接する入力端子側の共振器または入力端子に結合するとともに、1/2波長共振器の他方端側は、隣接する出力端子側の共振器または出力端子に結合するようなバンドパスフィルタについて、通過帯域外の周波数領域におけるバンドパスフィルタを通過する電気信号の位相がどのように変化するかを調べた結果、以下のことが解った。
1.共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が1つ変化する度に、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
2.共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が1つ変化する度に、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
3.入力端子と入力段の共振器との結合が主に容量性の場合と主に誘導性の場合とで、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
4.出力端子と出力段の共振器との結合が主に容量性の場合と主に誘導性の場合とで、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
5.共振器群を構成する共振器の数が1つ変化する度に、通過帯域よりも低周波側の周波数領域における位相が反転する。
6.バンドパスフィルタの通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極が通過帯域外に形成されている場合には、その減衰極の両側で位相が反転する。
7.共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に容量性であるところの数は、通過帯域外の周波数領域における位相に影響を与えない。また、共振器群を構成する共振器の数は、通過帯域よりも高周波側の周波数領域における位相に影響を与えない。
【0024】
以上の結果を基に、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路において、第1のバンドパスフィルタを通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタを通過する電気信号とを打ち消し合わせることにより、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域に減衰極を形成できる条件を検討して以下の結果を得た。
【0025】
すなわち、第1のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、第1のバンドパスフィルタの通過特性において、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、第2のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,共振器群を構成する共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、第2のバンドパスフィルタの通過特性において、第3の周波数帯域と第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、第1のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数および第2のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数を定めればよいことがわかった。
【0026】
例えば、図1に示す本例のフィルタ回路においては、第1のバンドパスフィルタ20において、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数は0,共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数は1,入力端子11と入力段の共振器21との結合および出力端子12と出力段の共振器22との結合はどちらも容量性である。また、第1のバンドパスフィルタ20の通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極は形成されていない。
【0027】
また、第2のバンドパスフィルタ30において、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数は1,共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数は0,入力端子11と入力段の共振器31との結合および出力端子12と出力段の共振器32との結合はどちらも容量性であり、共振器群を構成する共振器の数は3である。また、第2のバンドパスフィルタ30の通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極は形成されていない。
【0028】
よって、本例のフィルタ回路においては、b=f=k=−1,a=c=d=e=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【0029】
また、本例のフィルタ回路によれば、2つのバンドパスフィルタのうち、一方のバンドパスフィルタの共振器群は、1/4波長共振器のみで構成されており、他方のバンドパスフィルタの共振器群は、1/4波長共振器と1つの1/2波長共振器で構成されていることから、2つの通過帯域の間の周波数領域に減衰極を有する良好な通過特性を有するともに、小型のフィルタ回路を得ることができる。
【実施例2】
【0030】
図9は、本発明の第2の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図10は、図9のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。図11は、図9のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【0031】
本例のフィルタ回路は、図9に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。
【0032】
第1のバンドパスフィルタ20は、図9および図10に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21および出力段の共振器22を有している。この2つの共振器21,22からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および出力段の共振器22の他方端同士はインダクタ25によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ23によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ24によって結合されている。
【0033】
また、本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20においては、入力端子11と出力端子12とがキャパシタ26によって接続されている。このキャパシタ26は、第1のバンドパスフィルタ20において、入力端子11→キャパシタ23→インダクタ25→キャパシタ24→出力端子12のルートで伝達される電気信号と、入力端子11→キャパシタ26→出力端子12のルートで伝達される電気信号との間に、180°に近い位相差を生じさせて打ち消しあわせるために配置されている。そして、これにより、第1のバンドパスフィルタ20の通過特性において、通過帯域の両側に減衰極を形成することができる。
【0034】
第2のバンドパスフィルタ30は、図9および図11に示すように、一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器31と、両端が開放された1/2波長共振器からなる出力段の共振器32と、入力段の共振器31および出力段の共振器32の間に配置された、両端が開放された1/2波長共振器からなる共振器33とを有している。この3つの共振器31〜33からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器31の他方端と共振器33の一方端とはキャパシタ35によって結合されており、共振器33の他方端と出力段の共振器32の一方端とはキャパシタ36によって結合されている。さらに、入力端子11と入力段の共振器31の他方端とはキャパシタ34によって結合されており、出力段の共振器32の他方端と出力端子12とはキャパシタ37によって結合されている。
【0035】
図9に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図12に示す。図10に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図13に示す。図11に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の電気特性のシミュレーション結果を図14に示す。図12〜図14に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0036】
なお、このシミュレーションでは、図9〜図11に示した回路において、共振器21,22,31〜33は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmのストリップ線路としており、共振器21,22の長さは6mmとし、共振器31の長さは3mmとし、共振器32の長さは7.54mmとし、共振器33の長さは7.0mmとした。インダクタ25は15nHとした。キャパシタ23,24は0.65pFとした。キャパシタ26は0.15pFとした。キャパシタ34,37は0.5pFとし、キャパシタ35,36は0.14pFとした。
【0037】
このシミュレーション結果によれば、図13に示した第1のバンドパスフィルタ20の通過特性には通過帯域近傍の高周波側と低周波側に、2つのルートで伝達される電気信号同士の位相差によって形成される減衰極が形成されているが、図14に示した第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないことがわかる。そして、図12に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、第1のバンドパスフィルタ20の通過帯域近傍の高周波側の減衰極と第2のバンドパスフィルタ30の通過帯域との間の周波数領域に、さらにもう1つの減衰極が形成されていることがわかる。
【0038】
なお、本例のフィルタ回路においては、b=e=k=−1,a=c=d=f=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【実施例3】
【0039】
図15は、本発明の第3の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図16は、図15のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。なお、本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30は、図11に示した前述した第2の実施例の第2のバンドパスフィルタ30と素子値まで含めて全く同じであり、その電気特性は図14に示すものである。
【0040】
本例のフィルタ回路は、図15に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。
【0041】
第1のバンドパスフィルタ20は、図15および図16に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21,出力段の共振器22および共振器23を有している。共振器23は入力段の共振器21および出力段の共振器22の間に配置されており、この3つの共振器21〜23からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および共振器23の他方端同士はキャパシタ25によって結合されており、共振器23および出力段の共振器22の他方端同士はキャパシタ26によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ24によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ27によって結合されている。
【0042】
図15に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図17に示す。図16に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図18に示す。図17,18に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0043】
なお、このシミュレーションでは、図15,16に示した回路において、共振器21〜23は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmで長さが6mmのストリップ線路とした。キャパシタ24,27は0.6pFとした。キャパシタ25,26は0.15pFとした。
【0044】
このシミュレーション結果によれば、図18に示した第1のバンドパスフィルタ20の通過特性および図14に示した第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないことがわかる。そして、図17に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、第1のバンドパスフィルタ20の通過帯と第2のバンドパスフィルタ30の通過帯域との間の周波数領域に1つの減衰極が形成されていることがわかる。
【0045】
なお、本例のフィルタ回路においては、k=−1,a=b=c=d=e=f=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【実施例4】
【0046】
図19は本発明の第4の実施例の無線通信モジュール80および無線通信機器85を示すブロック図である。
【0047】
本例の無線通信モジュール80は、例えば、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部81と、ベースバンド部81に接続されベースバンド信号の変調後および復調前のRF信号が処理されるRF部82とを備えている。
【0048】
RF部82には前述した本発明のフィルタ回路821が含まれており、ベースバンド信号が変調されてなるRF信号または受信したRF信号における通信帯域以外の信号をフィルタ回路821によって減衰させている。
【0049】
具体的な構成としては、ベースバンド部81にはベースバンドIC 811が配置され、RF部82にはフィルタ回路821とベースバンド部81との間にRF IC 822が配置されている。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。
【0050】
そして、無線通信モジュール80のフィルタ回路821にアンテナ84を接続することによってRF信号の送受信がなされる本例の無線通信機器85が構成される。
【0051】
このような構成を有する本例の無線通信モジュール80および無線通信機器85によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域において減衰量が充分に確保された本発明のフィルタ回路821を用いて2つの通信帯域の信号を濾波することができるので、小型で通信品質の良い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【0052】
(変形例)
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
【0053】
例えば、前述した実施の形態の例においては、第2のバンドパスフィルタ30が1/2波長共振器を備えた例を示したが、第1のバンドパスフィルタ20が1/2波長共振器を備えるようにしても良い。また、第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の両方が1/2波長共振器を備えるようにしても構わない。但し、フィルタ回路の小型化の観点では、1/2波長共振器の数は少ない方が望ましい。
【0054】
また、本発明のフィルタ回路において、共振器群を構成する共振器としては、ストリップ線路やマイクロストリップ線路等を用いた共振器の他に、同軸共振器等を用いることができる。
【符号の説明】
【0055】
11:入力端子
12:出力端子
20:第1のバンドパスフィルタ
30:第2のバンドパスフィルタ
21,31:入力段の共振器
22,32:出力段の共振器
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器に関するものであり、特に、2つの通過帯域を有するフィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高周波回路の小型化のため、2つの通過帯域を備えるデュアルバンドフィルタの需要が高まっている。このようなデュアルバンドフィルタとして、例えば、誘電体共振器の基本波共振モードおよび高次共振モードを利用して2つの通過帯域を構成するデュアルバンドフィルタが提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平10−41701号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1にて提案されたような従来のデュアルバンドフィルタは、基本波共振モードおよび高次共振モードを利用しているため、2つの通過帯域の周波数を任意に設定することができないという問題があった。
【0005】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、2つの通過帯域の周波数が任意に設定できるとともに、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が充分に確保されたフィルタ回路ならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のフィルタ回路は、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、前記第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの各々は、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、該共振器群の前記複数の共振器のうちの入力段の共振器に結合する入力端子と、前記共振器群の前記複数の共振器のうちの出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、前記共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの少なくとも一方の前記共振器群は、前記1/4波長共振器および前記1/2波長共振器の両方を有しており、前記1/2波長共振器の一方端側は、隣接する前記入力端子側の共振器または前記入力端子に結合するとともに、前記1/2波長共振器の他方端側は、隣接する前記出力端子側の共振器または前記出力端子に結合しており、前記第1のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、前記第1のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と前記第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、前記第2のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,前記共振器群を構成する前記共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、前記第2のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第3の周波数帯域と前記第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、前記第1のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数および前記第2のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が定められていることを特徴とするものである。
【0007】
本発明の無線通信モジュールは、上記本発明のフィルタ回路を備えることを特徴とするものである。
【0008】
本発明の無線通信機器は、上記本発明のフィルタ回路を含むRF部と、該RF部に接続されたベースバンド部と、前記RF部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明のフィルタ回路によれば、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であることから、2つの通過帯域の周波数を任意に設定可能なフィルタ回路を得ることができる。
【0010】
また、本発明のフィルタ回路は、第1のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、第1のバンドパスフィルタの通過特性において、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、第2のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,共振器群を構成する共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、第2のバンドパスフィルタの通過特性において、第3の周波数帯域と第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、第1のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数および第2のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が定められている。これにより、第1のバンドパスフィルタの通過帯域である第1の周波数帯域と第2のバンドパスフィルタの通過帯域である第2の周波数帯域との間に位置する第3の周波数帯域において、第1のバンドパスフィルタを通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタを通過する電気信号との間に位相差を生じさせて打ち消し合わせることができるので、2つの通過帯域の間に減衰極を有する優れた通過特性を有するフィルタ回路を得ることができる。
【0011】
本発明の無線通信モジュールおよび本発明の無線通信機器によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域において減衰量が充分に確保された本発明のフィルタ回路を用いて2つの通信帯域の信号を濾波することができるので、小型で通信品質の良い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図2】図1における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図3】図1における第2のバンドパスフィルタ30示す等価回路図である。
【図4】図1に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図5】図2に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】図3に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図7】比較例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図8】図7に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図10】図9における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図11】図9および図15における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【図12】図9に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図13】図10に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図14】図11に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図15】本発明の第3の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。
【図16】図15における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。
【図17】図15に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図18】図16に示す回路の電気特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図19】本発明の第4の実施例の無線通信モジュールおよび無線通信機器を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明のフィルタ回路を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明の第1の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図2は、図1のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。図3は、図1のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【0015】
本例のフィルタ回路は、図1に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。このような構成を備える本例のフィルタ回路によれば、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域を任意に設定することができるので、2つの通過帯域の周波数をそれぞれ任意に設定することが可能なフィルタ回路を得ることができる。
【0016】
第1のバンドパスフィルタ20は、図1および図2に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21および出力段の共振器22を有している。この2つの共振器21,22からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および出力段の共振器22の他方端同士はインダクタ25によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ23によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ24によって結合されている。
【0017】
第2のバンドパスフィルタ30は、図1および図3に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器31および出力段の共振器32と、入力段の共振器31および出力段の共振器32の間に配置された、両端が開放された1/2波長共振器からなる共振器33とを有している。この3つの共振器31〜33からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器31の他方端と共振器33の一方端とはキャパシタ35によって結合されており、共振器33の他方端と出力段の共振器32の他方端とはキャパシタ36によって結合されている。さらに、入力段の共振器31の他方端と入力端子11とはキャパシタ34によって結合されており、出力段の共振器32の他方端と出力端子12とはキャパシタ37によって結合されている。
【0018】
図1に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図4に示す。図2に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図5に示す。図3に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の電気特性のシミュレーション結果を図6に示す。また、図1に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の1/2波長共振器33を1/4波長共振器に置き換えた比較例のフィルタ回路を図7に示し、その電気特性のシミュレーション結果を図8に示す。図4〜図6および図8に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0019】
なお、このシミュレーションでは、図1〜図3に示した回路において、共振器21,22,31〜33は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmのストリップ線路としており、共振器21,22の長さは6mmとし、共振器31,32の長さは3mmとし、共振器33の長さは7.42mmとした。インダクタ25は15nHとした。キャパシタ23,24は0.65pFとした。キャパシタ34,37は0.5pFとし、キャパシタ35,36は0.19pFとした。図7に示した回路においては、共振器33の長さを3.3mmとした以外は図1に示した回路と同じ素子値とした。
【0020】
このシミュレーション結果によれば、図5,図6に示した第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないが、図4に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、2つの通過帯域の間に減衰極が形成されており、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が充分に確保された良好な通過特性が得られていることがわかる。この減衰極は、2つの通過帯域の間の周波数領域において、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号の位相と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号の位相との差が180°に近くなり、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合うことによって生じると考えられる。
【0021】
また、図8に示した比較例のフィルタ回路の通過特性においては、2つの通過帯域の間に減衰極は形成されていない。図1に示した回路と図7に示した回路との比較により、第2のバンドパスフィルタ30の共振器33を1/4波長共振器から1/2波長共振器に変えることにより、2つの通過帯域の間の周波数領域における第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号の位相が変化して、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とを打ち消し合わせて減衰極を形成できることがわかる。
【0022】
このように第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30を構成する共振器の一部を1/4波長共振器から1/2波長共振器に変えることにより、第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とを打ち消し合わせることができる条件を求めるため、本発明者は種々の検討を行った。
【0023】
まず、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、入力段の共振器に結合する入力端子と、出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、1/2波長共振器の一方端側は、隣接する入力端子側の共振器または入力端子に結合するとともに、1/2波長共振器の他方端側は、隣接する出力端子側の共振器または出力端子に結合するようなバンドパスフィルタについて、通過帯域外の周波数領域におけるバンドパスフィルタを通過する電気信号の位相がどのように変化するかを調べた結果、以下のことが解った。
1.共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が1つ変化する度に、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
2.共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が1つ変化する度に、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
3.入力端子と入力段の共振器との結合が主に容量性の場合と主に誘導性の場合とで、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
4.出力端子と出力段の共振器との結合が主に容量性の場合と主に誘導性の場合とで、通過帯域外の周波数領域における位相が反転する。
5.共振器群を構成する共振器の数が1つ変化する度に、通過帯域よりも低周波側の周波数領域における位相が反転する。
6.バンドパスフィルタの通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極が通過帯域外に形成されている場合には、その減衰極の両側で位相が反転する。
7.共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に容量性であるところの数は、通過帯域外の周波数領域における位相に影響を与えない。また、共振器群を構成する共振器の数は、通過帯域よりも高周波側の周波数領域における位相に影響を与えない。
【0024】
以上の結果を基に、第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路において、第1のバンドパスフィルタを通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタを通過する電気信号とを打ち消し合わせることにより、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域に減衰極を形成できる条件を検討して以下の結果を得た。
【0025】
すなわち、第1のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、第1のバンドパスフィルタの通過特性において、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、第2のバンドパスフィルタにおいて、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,入力段の共振器と入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,出力段の共振器と出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,共振器群を構成する共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、第2のバンドパスフィルタの通過特性において、第3の周波数帯域と第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、第1のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数および第2のバンドパスフィルタの共振器群に含まれる1/2波長共振器の数を定めればよいことがわかった。
【0026】
例えば、図1に示す本例のフィルタ回路においては、第1のバンドパスフィルタ20において、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数は0,共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数は1,入力端子11と入力段の共振器21との結合および出力端子12と出力段の共振器22との結合はどちらも容量性である。また、第1のバンドパスフィルタ20の通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極は形成されていない。
【0027】
また、第2のバンドパスフィルタ30において、共振器群に含まれる1/2波長共振器の数は1,共振器群において隣り合う共振器間の結合が主に誘導性であるところの数は0,入力端子11と入力段の共振器31との結合および出力端子12と出力段の共振器32との結合はどちらも容量性であり、共振器群を構成する共振器の数は3である。また、第2のバンドパスフィルタ30の通過特性において、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極は形成されていない。
【0028】
よって、本例のフィルタ回路においては、b=f=k=−1,a=c=d=e=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【0029】
また、本例のフィルタ回路によれば、2つのバンドパスフィルタのうち、一方のバンドパスフィルタの共振器群は、1/4波長共振器のみで構成されており、他方のバンドパスフィルタの共振器群は、1/4波長共振器と1つの1/2波長共振器で構成されていることから、2つの通過帯域の間の周波数領域に減衰極を有する良好な通過特性を有するともに、小型のフィルタ回路を得ることができる。
【実施例2】
【0030】
図9は、本発明の第2の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図10は、図9のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。図11は、図9のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30を示す等価回路図である。
【0031】
本例のフィルタ回路は、図9に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。
【0032】
第1のバンドパスフィルタ20は、図9および図10に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21および出力段の共振器22を有している。この2つの共振器21,22からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および出力段の共振器22の他方端同士はインダクタ25によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ23によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ24によって結合されている。
【0033】
また、本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20においては、入力端子11と出力端子12とがキャパシタ26によって接続されている。このキャパシタ26は、第1のバンドパスフィルタ20において、入力端子11→キャパシタ23→インダクタ25→キャパシタ24→出力端子12のルートで伝達される電気信号と、入力端子11→キャパシタ26→出力端子12のルートで伝達される電気信号との間に、180°に近い位相差を生じさせて打ち消しあわせるために配置されている。そして、これにより、第1のバンドパスフィルタ20の通過特性において、通過帯域の両側に減衰極を形成することができる。
【0034】
第2のバンドパスフィルタ30は、図9および図11に示すように、一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器31と、両端が開放された1/2波長共振器からなる出力段の共振器32と、入力段の共振器31および出力段の共振器32の間に配置された、両端が開放された1/2波長共振器からなる共振器33とを有している。この3つの共振器31〜33からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器31の他方端と共振器33の一方端とはキャパシタ35によって結合されており、共振器33の他方端と出力段の共振器32の一方端とはキャパシタ36によって結合されている。さらに、入力端子11と入力段の共振器31の他方端とはキャパシタ34によって結合されており、出力段の共振器32の他方端と出力端子12とはキャパシタ37によって結合されている。
【0035】
図9に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図12に示す。図10に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図13に示す。図11に示した本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30の電気特性のシミュレーション結果を図14に示す。図12〜図14に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0036】
なお、このシミュレーションでは、図9〜図11に示した回路において、共振器21,22,31〜33は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmのストリップ線路としており、共振器21,22の長さは6mmとし、共振器31の長さは3mmとし、共振器32の長さは7.54mmとし、共振器33の長さは7.0mmとした。インダクタ25は15nHとした。キャパシタ23,24は0.65pFとした。キャパシタ26は0.15pFとした。キャパシタ34,37は0.5pFとし、キャパシタ35,36は0.14pFとした。
【0037】
このシミュレーション結果によれば、図13に示した第1のバンドパスフィルタ20の通過特性には通過帯域近傍の高周波側と低周波側に、2つのルートで伝達される電気信号同士の位相差によって形成される減衰極が形成されているが、図14に示した第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないことがわかる。そして、図12に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、第1のバンドパスフィルタ20の通過帯域近傍の高周波側の減衰極と第2のバンドパスフィルタ30の通過帯域との間の周波数領域に、さらにもう1つの減衰極が形成されていることがわかる。
【0038】
なお、本例のフィルタ回路においては、b=e=k=−1,a=c=d=f=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【実施例3】
【0039】
図15は、本発明の第3の実施例のフィルタ回路を示す等価回路図である。図16は、図15のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20を示す等価回路図である。なお、本例のフィルタ回路における第2のバンドパスフィルタ30は、図11に示した前述した第2の実施例の第2のバンドパスフィルタ30と素子値まで含めて全く同じであり、その電気特性は図14に示すものである。
【0040】
本例のフィルタ回路は、図15に示すように、入力端子11と出力端子12との間に第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタ20および第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタ30が並列に接続されており、入力端子11および出力端子12は第1のバンドパスフィルタ20と第2のバンドパスフィルタ30とで共用されている。
【0041】
第1のバンドパスフィルタ20は、図15および図16に示すように、それぞれ一方端が接地された1/4波長共振器からなる入力段の共振器21,出力段の共振器22および共振器23を有している。共振器23は入力段の共振器21および出力段の共振器22の間に配置されており、この3つの共振器21〜23からなる共振器群によって通過帯域が形成される。また、入力段の共振器21および共振器23の他方端同士はキャパシタ25によって結合されており、共振器23および出力段の共振器22の他方端同士はキャパシタ26によって結合されている。さらに、入力段の共振器21の他方端と入力端子11とはキャパシタ24によって結合されており、出力段の共振器22の他方端と出力端子12とはキャパシタ27によって結合されている。
【0042】
図15に示した本例のフィルタ回路の電気特性のシミュレーション結果を図17に示す。図16に示した本例のフィルタ回路における第1のバンドパスフィルタ20の電気特性のシミュレーション結果を図18に示す。図17,18に示すグラフにおいて、横軸は周波数,縦軸は減衰量を示しており、それぞれ、入力端子11をポート1,出力端子12をポート2としたときの通過特性(S21)および反射特性(S11)を示している。
【0043】
なお、このシミュレーションでは、図15,16に示した回路において、共振器21〜23は、上下面に接地導体が配置された比誘電率が18.7で厚みが1mmの誘電体中に設けられた幅0.2mmで長さが6mmのストリップ線路とした。キャパシタ24,27は0.6pFとした。キャパシタ25,26は0.15pFとした。
【0044】
このシミュレーション結果によれば、図18に示した第1のバンドパスフィルタ20の通過特性および図14に示した第2のバンドパスフィルタ30の通過特性には減衰極が見られないことがわかる。そして、図17に示した本例のフィルタ回路の通過特性においては、第1のバンドパスフィルタ20の通過帯と第2のバンドパスフィルタ30の通過帯域との間の周波数領域に1つの減衰極が形成されていることがわかる。
【0045】
なお、本例のフィルタ回路においては、k=−1,a=b=c=d=e=f=g=h=j=m=1であるため、a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1となる。よって、本例のフィルタ回路によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域で第1のバンドパスフィルタ20を通過する電気信号と第2のバンドパスフィルタ30を通過する電気信号とが打ち消し合って減衰極が形成されて、2つの通過帯域の間の周波数領域における減衰量が確保された良好な通過特性を得ることができる。
【実施例4】
【0046】
図19は本発明の第4の実施例の無線通信モジュール80および無線通信機器85を示すブロック図である。
【0047】
本例の無線通信モジュール80は、例えば、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部81と、ベースバンド部81に接続されベースバンド信号の変調後および復調前のRF信号が処理されるRF部82とを備えている。
【0048】
RF部82には前述した本発明のフィルタ回路821が含まれており、ベースバンド信号が変調されてなるRF信号または受信したRF信号における通信帯域以外の信号をフィルタ回路821によって減衰させている。
【0049】
具体的な構成としては、ベースバンド部81にはベースバンドIC 811が配置され、RF部82にはフィルタ回路821とベースバンド部81との間にRF IC 822が配置されている。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。
【0050】
そして、無線通信モジュール80のフィルタ回路821にアンテナ84を接続することによってRF信号の送受信がなされる本例の無線通信機器85が構成される。
【0051】
このような構成を有する本例の無線通信モジュール80および無線通信機器85によれば、2つの通過帯域の間の周波数領域において減衰量が充分に確保された本発明のフィルタ回路821を用いて2つの通信帯域の信号を濾波することができるので、小型で通信品質の良い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【0052】
(変形例)
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更,改良が可能である。
【0053】
例えば、前述した実施の形態の例においては、第2のバンドパスフィルタ30が1/2波長共振器を備えた例を示したが、第1のバンドパスフィルタ20が1/2波長共振器を備えるようにしても良い。また、第1のバンドパスフィルタ20および第2のバンドパスフィルタ30の両方が1/2波長共振器を備えるようにしても構わない。但し、フィルタ回路の小型化の観点では、1/2波長共振器の数は少ない方が望ましい。
【0054】
また、本発明のフィルタ回路において、共振器群を構成する共振器としては、ストリップ線路やマイクロストリップ線路等を用いた共振器の他に、同軸共振器等を用いることができる。
【符号の説明】
【0055】
11:入力端子
12:出力端子
20:第1のバンドパスフィルタ
30:第2のバンドパスフィルタ
21,31:入力段の共振器
22,32:出力段の共振器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、前記第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、
前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの各々は、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、該共振器群の前記複数の共振器のうちの入力段の共振器に結合する入力端子と、前記共振器群の前記複数の共振器のうちの出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、
前記共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、
前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの少なくとも一方の前記共振器群は、前記1/4波長共振器および前記1/2波長共振器の両方を有しており、
前記1/2波長共振器の一方端側は、隣接する前記入力端子側の共振器または前記入力端子に結合するとともに、前記1/2波長共振器の他方端側は、隣接する前記出力端子側の共振器または前記出力端子に結合しており、
前記第1のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、
前記第1のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と前記第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、
前記第2のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,前記共振器群を構成する前記共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、
前記第2のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第3の周波数帯域と前記第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、
a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、前記第1のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数および前記第2のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が定められていることを特徴とするフィルタ回路。
【請求項2】
請求項1に記載のフィルタ回路を備えることを特徴とする無線通信モジュール。
【請求項3】
請求項1に記載のフィルタ回路を含むRF部と、該RF部に接続されたベースバンド部と、前記RF部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器。
【請求項1】
第1の周波数帯域を通過帯域とする第1のバンドパスフィルタと、前記第1の周波数帯域よりも周波数が高い第2の周波数帯域を通過帯域とする第2のバンドパスフィルタとが互いに並列に接続されて構成された、2つの通過帯域を有するフィルタ回路であって、
前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの各々は、相互に結合して通過帯域を形成するように順次配列された複数の共振器からなる共振器群と、該共振器群の前記複数の共振器のうちの入力段の共振器に結合する入力端子と、前記共振器群の前記複数の共振器のうちの出力段の共振器に結合する出力端子とを少なくとも備え、
前記共振器群は一方端が短絡された1/4波長共振器および両端が開放された1/2波長共振器の少なくとも一方によって構成されており、
前記第1のバンドパスフィルタおよび前記第2のバンドパスフィルタの少なくとも一方の前記共振器群は、前記1/4波長共振器および前記1/2波長共振器の両方を有しており、
前記1/2波長共振器の一方端側は、隣接する前記入力端子側の共振器または前記入力端子に結合するとともに、前記1/2波長共振器の他方端側は、隣接する前記出力端子側の共振器または前記出力端子に結合しており、
前記第1のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはa=1,奇数のときはa=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはb=1,奇数のときはb=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはc=1,誘導性であるときはc=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはd=1,誘導性であるときはd=−1,とし、
前記第1のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域の間に位置する第3の周波数帯域と前記第1の周波数帯域との間の周波数領域に形成される、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはe=1,奇数のときはe=−1とし、
前記第2のバンドパスフィルタにおいて、前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が0または偶数のときはf=1,奇数のときはf=−1,隣り合う前記共振器間の結合が主に誘導性であるところの数が0または偶数のときはg=1,奇数のときはg=−1,前記入力段の共振器と前記入力端子との結合が主に容量性であるときはh=1,誘導性であるときはh=−1,前記出力段の共振器と前記出力端子との結合が主に容量性であるときはj=1,誘導性であるときはj=−1,前記共振器群を構成する前記共振器の数が偶数のときはk=1,奇数のときはk=−1とし、
前記第2のバンドパスフィルタの通過特性において、前記第3の周波数帯域と前記第2の周波数帯域との間の周波数領域に、複数のルートで伝達される信号同士の位相差によって形成される減衰極の数が0または偶数のときはm=1,奇数のときはm=−1とすると、
a×b×c×d×e×f×g×h×j×k×m=−1を満足するように、前記第1のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数および前記第2のバンドパスフィルタの前記共振器群に含まれる前記1/2波長共振器の数が定められていることを特徴とするフィルタ回路。
【請求項2】
請求項1に記載のフィルタ回路を備えることを特徴とする無線通信モジュール。
【請求項3】
請求項1に記載のフィルタ回路を含むRF部と、該RF部に接続されたベースバンド部と、前記RF部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器。
【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】
【公開番号】特開2010−199949(P2010−199949A)
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−41979(P2009−41979)
【出願日】平成21年2月25日(2009.2.25)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年2月25日(2009.2.25)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
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