共振素子、高周波フィルタ、無線システム
【課題】複数の共振素子を伝送路で接続する場合における損失を低減し、低損失な特性を実現可能な共振素子を提供することにある。
【解決手段】実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にある。
【解決手段】実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は共振素子、高周波フィルタ、無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。この中で、帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）は、共振素子を複数個並べて必要な特定の周波数帯の信号（所望波）のみを通過させる機能を有する。
【０００３】
今日の通信システムにおいては、周波数の有効利用および干渉除去の観点からフィルタ特性は、使用可能な帯域幅が最大限使用できるよう、シャープな遮断特性を持ち低損失であることが望まれる。このフィルタ特性を実現するためには、複数の共振素子を電磁界にて相互に結合させる必要があり、フィルタの回路定数は各共振素子の共振周波数ｆｉ、共振素子器間結合Ｍｉｊ、および外部との結合Ｑｅから構成される。
【０００４】
フィルタの急峻性を上げるためには共振素子の数を増やし多段にすることが必要であるが、一般に共振素子の数が増えるにつれ、挿入損失も大きくなるためこれらはトレードオフの関係となる。更に、多段フィルタを構成する際に構造上の制約等がある場合、各共振素子をケーブル等の伝送路で接続し多段化する方法がある。また、複数の共振素子からなるグループを作り、それらをケーブル等の伝送路で接続しフィルタを構成する方法もある。
【０００５】
しかし、いずれの場合においても接続に用いるケーブル等の損失が影響しフィルタ特性を悪化させる。特に、低損失な特性を特徴としている超電導フィルタの場合、この接続ロスがフィルタの特性を大きく悪化させる。したがって、共振素子を低損失で接続する方法が要求されている。
【０００６】
また、近年開発が進んでいる無線による電力伝送においても、コイルや共振素子を用いて結合させることで電力伝送を行っている。しかが、素子間の距離が離れるにつれて結合量が小さくなり、これが伝送効率の低下の原因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４１７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に述べたように、従来技術では複数の共振素子を伝送路で接続する場合に伝送路の損失が信号の伝送特性に影響する問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、複数の共振素子を伝送路で接続する場合における損失を低減し、低損失な特性を実現可能な共振素子、これを用いた高周波フィルタ、無線システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態の共振素子および高周波フィルタの模式図である。
【図２】線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。
【図３】線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。
【図４】図２および図３の４段フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。
【図５】周波数特性の計算を行ったパターンを示す模式上面図である。
【図６】周波数特性の計算を行ったパターンを示す模式上面図である。
【図７】図５、図６のそれぞれのパターンにおける周波数特性の計算結果を示す図である。
【図８】図７の共振ピークの電流分布を示す模式図である。
【図９】図１の高周波フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１１】第２の実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１２】第３の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１３】第３の実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１４】第４の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１５】第５の実施の形態の無線システムの模式図である。
【図１６】第６の実施の形態の無線システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、同一または類似の部分については、同一の番号を付している。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にある。
【００１４】
また、本実施の形態の高周波フィルタは、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークがフィルタ回路の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域幅外にある第１の共振素子と、第１の基板に形成され第１の共振素子に結合する第２の共振素子と、第２の基板に形成され第１の共振素子に結合する第３の共振素子と、を備える。
【００１５】
本実施の形態は、２つの異なる基板に配置したほぼ同一の周波数で共振する回路素子間を伝送路にて接続する。そして、この伝送路の電気長を所定の範囲に設け、結合した周波数特性の偶モード共振部を選択的に用いることで、１つの共振素子とみなして用いる。この結果、伝送路に流れる電流を下げることが可能となり、共振素子での損失を低減することができる。
【００１６】
図１は、本実施の形態の共振素子および高周波フィルタの模式図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
本実施の形態の高周波フィルタ１００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ１００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とを結合する伝送路１８で構成される第１の共振素子２０を備える。そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６が同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ１００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている。
【００１８】
さらに、第１の誘電体基板１０ａに形成され第１の共振素子２０に結合する第２の共振素子２２と、第２の誘電体基板１０ｂに形成され第１の共振素子２０に結合する第３の共振素子２４と、を備える。
【００１９】
本実施の形態では、それぞれの共振素子は回路の構造としてマイクロストリップライン構造を用いている。その構造は誘電体基板の片面に地導体３０を有し、反対面に線路導体３２をそなえる。
【００２０】
高周波フィルタ１００には、入力線路３４と、出力線路３６が設けられる。入力線路３４は、１段目の共振素子となる第２の共振素子２２に結合する。第２の共振素子２２は、２段目の共振素子となる第１の共振素子２０に結合する。第１の共振素子２０は、３段目の共振素子となる第３の共振素子２４に結合する。そして、第３の共振素子２４は、出力線路３６と結合する。
【００２１】
第２の共振素子２２および第３の共振素子２４は、１／２波長の単一のヘアピン型共振素子を用いている。第１の共振素子２０は、１／２波長の２つのヘアピン型共振素子、すなわち、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６を、結合線路１７と同軸ケーブルの伝送路１８で結合させ、単一の共振素子として用いている。
【００２２】
第１の共振素子２０は、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とが同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ１００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている
【００２３】
高周波フィルタの場合、高周波フィルタ１００の中心周波数がｆ０、帯域幅がＢＷで表される場合に、伝送路１８の電気長φが下記（式１）を充足することで上記条件が充足される。
【数１】
（ｎは正の整数）
【００２４】
地導体３０および線路導体３２の導電性材料は、例えば、銅や金等の金属、ニオブまたはニオブすずといった超電導体、またはＹ系銅酸化物高温超電導体である。特に本実施の形態は、導電性材料として超電導体のように低損失な導体を用い、伝送路との損失に大きく差がある場合に効果が大きい。
【００２５】
誘電体基板１０ａ、１０ｂは、例えば、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタンである。例えば、厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０の酸化マグネシウム基板上に超電導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超電導薄膜を用い、ストリップ線路導体の線路幅は約０．４ｍｍである。酸化マグネシウム基板の裏面にも、例えば、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超電導薄膜の地導体が形成される。
【００２６】
また、良質なＹ系銅酸化物超電導膜を得るために、誘電体基板と超電導膜の間にはバッファ層を設けてもよい。バッファ層としては、ＣｅＯ２やＹＳＺ等がある。超電導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法、共蒸着法あるいはＭＯＤ法などにより形成することができる。
【００２７】
また、フィルタ構造としては、マイクロストリップ線路の他に、ストリップ線路、コプレーナ線路、導波管、同軸線路といった多様な構造とすることができる。更に、共振素子の形状は、ヘアピン型に限らず様々な共振構造をとることができる。更に、上記に限らず、誘電体共振素子や空洞共振素子などさまざまな共振素子を用いることができる。
【００２８】
次に、本実施の形態の共振素子および高周波フィルタの作用・効果について説明する。
【００２９】
一般に、帯域通過フィルタを構成する共振素子間の結合には、共振素子間の空間を介して結合させるギャップ結合と、結合線路を介して結合させる線路結合が考えられる。
【００３０】
図２および図３はそれぞれ線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。共振素子として１／２波長のヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｄを用いている。ここで、図２は一枚の誘電体基板１０上に伝送線路４２をパターニングした例である。すなわち、伝送路が低損失伝送路の場合である。
【００３１】
また、図３は異なる誘電体基板上にパターニングした２つのヘアピン型共振素子からなる誘電体基板１０ａ、１０ｂ間を、同軸ケーブル１８で線路結合させた例である。すなわち、伝送路が高損失伝送路の場合である。
【００３２】
図２の場合は、用いる誘電体基板内に４つの共振素子を収める必要がある。一方、図３の場合には２枚の誘電体基板にそれぞれ共振素子を分けて配置するため、基板サイズは半分ですむという利点がある。しかし、図３の場合、誘電体基板間を接続するのに使う同軸ケーブル１８の損失が問題となる場合がある。
【００３３】
図４は、図２および図３の４段フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。横軸は信号の周波数、縦軸は信号の減衰量である。図２の低損失伝送路の場合は無損失で計算した。一方、図３の高損失伝送路の場合は、導体パターンは無損失で、同軸ケーブルは損失を考慮し計算を行った。
【００３４】
この結果、図２の特性は挿入損失が小さく理想的なフィルタ特性が得られているのに対し、図３の特性は損失の影響により大きく特性が崩れていることがわかる。
【００３５】
そこで、この特性悪化の原因を探るため、別のパターンで計算を行った。図５および図６は周波数特性の計算を行った２つのパターンを示す模式上面図である。図５のパターンは１／２波長の直線共振素子４４ａ、４４ｂ間を同一誘電体基板１０内に配置した無損失の線路結合４２にて結合させた例である。すなわち、伝送路が低損失伝送路の場合である。ここで、外部回路との結合はギャップ結合としてある。
【００３６】
一方、図６のパターンは２枚の異なる誘電体基板１０ａ、１０ｂ上にそれぞれ直線共振素子４４ａ、４４ｂを配置し、その間を損失のある同軸ケーブル１８にて接続している。すなわち、伝送路が高損失伝送路の場合である。
【００３７】
図７は、図５、図６のそれぞれのパターンにおける周波数特性の計算結果を示す図である。横軸は信号の周波数、縦軸は信号の減衰量である。
【００３８】
この結果、損失のある同軸ケーブルを用いた場合、低域側のピークが大きく下がっている結果を得た。一方、高域側のピークについてはピーク値がほとんど変化していないことが分かる。
【００３９】
したがって、損失のある伝送路の影響は、低域側の共振ピークに有意に現れ、高域側のピークにはほとんど影響していないことがわかった。
【００４０】
図８は、図７の共振ピークの電流分布を示す模式図である。図７（ａ）が低域側の共振ピーク、図７（ｂ）が高域側の共振ピークの場合である。白矢印が電流の流れる方向と大きさを模式的に示している。
【００４１】
この結果、図７（ａ）の伝送路の損失の影響を大きく受ける共振ピークでは、２つの共振素子が逆位相で共振し、奇モード共振をなっていることがわかる。その結果、伝送路に流れる電流が増大し、伝送路の損失の影響を大きく受ける。
【００４２】
一方、図７（ｂ）では２つの共振素子が同位相で共振する偶モード共振をしており、この結果、伝送路に流れる電流が押えられ、損失の影響が小さくなっている。
【００４３】
以上の結果より、この偶モード共振のみを選択的に用いることができれば、伝送路に損失がある場合においても、その損失の影響を低減することが可能となる。つまり、図１に示す本実施の形態のように、２つの共振素子と、その間を偶モード結合させる伝送路とを１つの共振素子とみなして使用することで伝送路の損失の影響を低減することができる。
【００４４】
図９は、図１の高周波フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。図１で示す３段フィルタについて伝送路に損失がない場合とある場合それぞれの場合、すなわち、低損失伝送路の場合と高損失伝送路の場合での周波数特性の計算結果を示す。この結果、伝送線路の損失がある場合とない場合でほぼ同様の特性が得られ、図４のように大きく特性が悪化しないことがわかる。
【００４５】
以上より、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタの帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域幅外にあるよう構成し、偶モード共振のみを選択的に用いることで、伝送路の損失の影響を低減することが可能となる。
【００４６】
したがって、例えば、サイズの大きい基板の供給が困難であったり、構造上の制約により大きな基板が使えなかったりして、異なる基板を用いて多段フィルタを形成する場合であっても、伝送路の損失によるフィルタ特性への影響を低減することができる。
【００４７】
よって、本実施の形態によれば、複数の共振素子を伝送路で接続する場合における損失を低減し、低損失なフィルタを実現可能な共振素子、これを用いた高周波フィルタを実現できる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、図１の第１の共振素子２０の構成を高周波用フィルタの共振素子に用いる場合を例に説明したが、この共振素子の構成を単独の共振器として用いることも可能である。この場合、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にあるよう構成される。
【００４９】
そして、単独の共振器として用いる場合には、伝送信号の中心周波数ｆ０、伝送信号の帯域幅がＢＷで表せる場合、伝送路１８の電気長φが下記（式１）を充足することで上記条件が充足される。
【数２】
（ｎは正の整数）
【００５０】
この形態によれば低損失な共振器が実現される。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の高周波フィルタは、第１の実施の形態の高周波フィルタを多段化する以外、すなわち共振素子の数以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５２】
図１０は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。高周波フィルタ２００は、２枚の異なる誘電体基板１０ａ、１０ｂ上にそれぞれ共振素子を４個、すなわち、誘電体基板１０ａ上にヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｄ、誘電体基板１０ｂ上にヘアピン型共振素子４０ｅ〜４０ｈを配置する。そして、ヘアピン型共振素子４０ｄとヘアピン型共振素子４０ｅ間を同軸ケーブル１８による伝送路で結合させている。
【００５３】
同軸ケーブル１８での損失の影響を低減するため、同軸ケーブル１８で接合されるヘアピン型共振素子（第１の回路素子）４０ｄとヘアピン型共振素子（第２の回路素子）４０ｅは、偶モード結合するひとつの共振素子（第１の共振素子）２０として動作する。したがって、本実施の形態の高周波フィルタは７段の帯域通過フィルタとなっている。
【００５４】
本実施の形態によれば、共振素子を多段化することにより、第１の実施の形態に比較しシャープな遮断特性を備える高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００５５】
図１１は、本実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。高周波フィルタ２０１は、高周波フィルタ２００に対して、ヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｈの配置とそれぞれの結合方法が異なっている。
【００５６】
高周波フィルタ２０１では、ヘアピン型共振素子４０ｂと４０ｃ、ヘアピン型共振素子４０ｆと４０ｇ間が低損失な結合線路４６となっている。もっとも、例えば、基板のサイズが限られる場合において多段フィルタを実現するためには、本変形例のように、複数の基板上にパターンニングされた共振素子の一部を同軸ケーブル１８のような損失のある線路で接続する必要がある。
【００５７】
本実施の形態によっても、共振素子を多段化することにより、第１の実施の形態に比較しＱ値が高くシャープな遮断特性を備える高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の共振素子および高周波フィルタは、第３の基板をさらに備え、第３の基板に伝送路が形成され、第１の回路素子と伝送路、第２の回路素子と伝送路が空隙により結合される以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５９】
図１２は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【００６０】
本実施の形態の高周波フィルタ３００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ３００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、を備える。
【００６１】
そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６は、マイクロストリップライン基板（第３の基板）４８にパターニングされた線路５０を用いて結合される。すなわち、本実施の形態では伝送路がマイクロストリップ基板にパターニングされた線路となっている。
【００６２】
そして、第１の回路素子１４と線路４８、第２の回路素子１６と線路４８が空隙５２により結合される。すなわち、ギャップ結合させることで必要な結合をとっている。
【００６３】
さらに、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６が同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ３００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている。
【００６４】
本実施の形態によっても、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００６５】
図１３は、本実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式図である。図１３（ａ）は上面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。高周波フィルタ３０１は、マイクロストリップライン基板４８を、この基板に形成される線路５０が、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６の線路導体３２に空隙（ギャップ）５２を介して対向するよう配置する。このように、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６と、線路５０をギャップ結合させることで必要な結合をとっている。
【００６６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。また、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６と、線路５０との距離を変えることで、結合度を調整することが容易となる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の共振素子および高周波フィルタは、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路の一部が導波管であること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００６８】
図１４は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【００６９】
本実施の形態の高周波フィルタ４００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ３００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、を備える。
【００７０】
そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６は、導波管５４と、第１の誘電体基板１０ａおよび第２の誘電体基板１０ｂと導波管５４を接続するコネクタ５４で、互いに結合される。すなわち、本実施の形態では伝送路の一部が導波管５４となっている。
【００７１】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。また、伝送路を導波管とすることで、同軸ケーブルを用いる第１の実施の形態より低損失な結合を実現することができる。
【００７２】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の無線システムは、第１ないし第４の実施の形態の高周波フィルタを備える無線システムである。したがって、第１ないし第４の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７３】
図１５は、本実施の形態の無線システムの模式図である。本実施の形態の無線システムは、無線通信装置である。図１６は、無線通信装置の送信部の概略を示している。
【００７４】
無線通信装置は、信号処理回路６２、周波数変換器（ミキサ）６４、ローカル信号発生器６６、電力増幅器６８、帯域通過フィルタ７０、およびアンテナ７２を備えている。
【００７５】
送信すべきデータは信号処理回路６２に入力され、ディジタル−アナログ変換、符号化及び変調などの処理が施されることにより、ベースバンドあるいは中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）帯の送信信号が生成される。信号処理回６２からの送信信号は周波数変換器（ミキサ）６４に入力され、ローカル信号発生器６６からのローカル信号と乗算されることによって、無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）帯の信号に周波数変換、すなわちアップコンバートされる。
【００７６】
ミキサ６４から出力されるＲＦ信号は電力増幅器６８によって増幅された後、帯域通過フィルタ７０に入力され、このフィルタ７０で帯域制限を受けて不要な周波数成分が除去された後、アンテナ７２に供給される。ここで、帯域制限フィルタ７０に第１ないし第４の実施の形態の高周波フィルタのフィルタが用いられる。
【００７７】
本実施の形態によれば、低損失な高周波フィルタを用いることで、低損失な無線通信装置が実現される。
【００７８】
（第６の実施の形態）
本実施の形態の無線システムは、無線電力伝送に用いられ、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の回路素子群と、第２の回路素子群と、第１の回路素子群に形成される第１の回路素子と、第２の回路素子群に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子が同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にあることを特徴とする共振素子を用いた無線システムである。以下、第１ないし第４の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７９】
図１６は、本実施の形態の無線システムの模式図である。本実施の形態の無線システムは、無線電力伝送システムである。
【００８０】
本実施の形態の無線電力伝送システムは、信号源８０、増幅器８２、帯域通過フィルタ８４、および負荷８６を備えている。
【００８１】
帯域通過フィルタ８４は、４つの空洞共振素子８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄを備えている。空洞共振素子８８ａ、８８ｂが第１の回路素子群を構成し、空洞共振素子８８ｃ、８８ｄが第２の回路素子群を構成する。そして、２番目の空洞共振素子（第１の回路素子）８８ｂと３番目の空洞共振素子（２の回路素子）８８ｃは、送り手側９０および受け手側９２からなる結合伝送路により結合される。
【００８２】
結合伝送路部分は電力が伝送できればよいため、空洞共振素子８８ｂに接続した結合線路送り手側９０の部分と、空洞共振素子８８ｃに接続した結合線路受け手側９２の部分は完全に接続されてなくても良い。たとえば、送り手側９０と受け手側９２は導波管接続におけるチョーク構造のようになっていてもよい。また、空隙（ギャップ）を介しての結合でもよい。
【００８３】
そこで、送り手側９０と受け手側９２を分離し、信号源８０〜送り手側９０を送信部、受け手側９２〜負荷８６を受信部とすることで無線電力伝送システムを構築される。無線電力伝送においては、送信部と受信部間の無線接続部においての損失が伝送効率に大きな影響を与える。
【００８４】
このため、本実施の形態によれば、２番目の空洞共振素子（第１の回路素子）８８ｂと３番目の空洞共振素子（２の回路素子）８８ｃとの間を結合伝送路にて偶モード結合させることで損失の影響を低減することが可能となる。また、本実施の形態では帯域通過フィルタ８４の一部が電力伝送に寄与するため、別途フィルタを設ける必要がなくシステムが簡略化できるという利点がある。
【００８５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、共振素子、フィルタ、無線システム等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる共振素子、フィルタ、無線システム等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００８６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての共振素子、フィルタ、無線システムが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 誘電体基板
１０ａ 誘電体基板
１０ｂ 誘電体基板
１４ 第１の回路素子
１６ 第２の回路素子
１８ 伝送路
２０ 第１の共振素子
２２ 第２の共振素子
２４ 第３の共振素子
５４ 導波管
１００ 高周波フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は共振素子、高周波フィルタ、無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線または有線で情報通信を行う通信機器は、アンプ、ミキサ、フィルタなどの各種の高周波部品から構成されている。この中で、帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ：ＢＰＦ）は、共振素子を複数個並べて必要な特定の周波数帯の信号（所望波）のみを通過させる機能を有する。
【０００３】
今日の通信システムにおいては、周波数の有効利用および干渉除去の観点からフィルタ特性は、使用可能な帯域幅が最大限使用できるよう、シャープな遮断特性を持ち低損失であることが望まれる。このフィルタ特性を実現するためには、複数の共振素子を電磁界にて相互に結合させる必要があり、フィルタの回路定数は各共振素子の共振周波数ｆｉ、共振素子器間結合Ｍｉｊ、および外部との結合Ｑｅから構成される。
【０００４】
フィルタの急峻性を上げるためには共振素子の数を増やし多段にすることが必要であるが、一般に共振素子の数が増えるにつれ、挿入損失も大きくなるためこれらはトレードオフの関係となる。更に、多段フィルタを構成する際に構造上の制約等がある場合、各共振素子をケーブル等の伝送路で接続し多段化する方法がある。また、複数の共振素子からなるグループを作り、それらをケーブル等の伝送路で接続しフィルタを構成する方法もある。
【０００５】
しかし、いずれの場合においても接続に用いるケーブル等の損失が影響しフィルタ特性を悪化させる。特に、低損失な特性を特徴としている超電導フィルタの場合、この接続ロスがフィルタの特性を大きく悪化させる。したがって、共振素子を低損失で接続する方法が要求されている。
【０００６】
また、近年開発が進んでいる無線による電力伝送においても、コイルや共振素子を用いて結合させることで電力伝送を行っている。しかが、素子間の距離が離れるにつれて結合量が小さくなり、これが伝送効率の低下の原因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４１７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に述べたように、従来技術では複数の共振素子を伝送路で接続する場合に伝送路の損失が信号の伝送特性に影響する問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、複数の共振素子を伝送路で接続する場合における損失を低減し、低損失な特性を実現可能な共振素子、これを用いた高周波フィルタ、無線システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態の共振素子および高周波フィルタの模式図である。
【図２】線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。
【図３】線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。
【図４】図２および図３の４段フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。
【図５】周波数特性の計算を行ったパターンを示す模式上面図である。
【図６】周波数特性の計算を行ったパターンを示す模式上面図である。
【図７】図５、図６のそれぞれのパターンにおける周波数特性の計算結果を示す図である。
【図８】図７の共振ピークの電流分布を示す模式図である。
【図９】図１の高周波フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１１】第２の実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１２】第３の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１３】第３の実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１４】第４の実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【図１５】第５の実施の形態の無線システムの模式図である。
【図１６】第６の実施の形態の無線システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、同一または類似の部分については、同一の番号を付している。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の共振素子は、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にある。
【００１４】
また、本実施の形態の高周波フィルタは、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板に形成される第１の回路素子と、第２の基板に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークがフィルタ回路の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域幅外にある第１の共振素子と、第１の基板に形成され第１の共振素子に結合する第２の共振素子と、第２の基板に形成され第１の共振素子に結合する第３の共振素子と、を備える。
【００１５】
本実施の形態は、２つの異なる基板に配置したほぼ同一の周波数で共振する回路素子間を伝送路にて接続する。そして、この伝送路の電気長を所定の範囲に設け、結合した周波数特性の偶モード共振部を選択的に用いることで、１つの共振素子とみなして用いる。この結果、伝送路に流れる電流を下げることが可能となり、共振素子での損失を低減することができる。
【００１６】
図１は、本実施の形態の共振素子および高周波フィルタの模式図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
本実施の形態の高周波フィルタ１００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ１００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とを結合する伝送路１８で構成される第１の共振素子２０を備える。そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６が同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ１００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている。
【００１８】
さらに、第１の誘電体基板１０ａに形成され第１の共振素子２０に結合する第２の共振素子２２と、第２の誘電体基板１０ｂに形成され第１の共振素子２０に結合する第３の共振素子２４と、を備える。
【００１９】
本実施の形態では、それぞれの共振素子は回路の構造としてマイクロストリップライン構造を用いている。その構造は誘電体基板の片面に地導体３０を有し、反対面に線路導体３２をそなえる。
【００２０】
高周波フィルタ１００には、入力線路３４と、出力線路３６が設けられる。入力線路３４は、１段目の共振素子となる第２の共振素子２２に結合する。第２の共振素子２２は、２段目の共振素子となる第１の共振素子２０に結合する。第１の共振素子２０は、３段目の共振素子となる第３の共振素子２４に結合する。そして、第３の共振素子２４は、出力線路３６と結合する。
【００２１】
第２の共振素子２２および第３の共振素子２４は、１／２波長の単一のヘアピン型共振素子を用いている。第１の共振素子２０は、１／２波長の２つのヘアピン型共振素子、すなわち、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６を、結合線路１７と同軸ケーブルの伝送路１８で結合させ、単一の共振素子として用いている。
【００２２】
第１の共振素子２０は、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とが同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ１００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている
【００２３】
高周波フィルタの場合、高周波フィルタ１００の中心周波数がｆ０、帯域幅がＢＷで表される場合に、伝送路１８の電気長φが下記（式１）を充足することで上記条件が充足される。
【数１】
（ｎは正の整数）
【００２４】
地導体３０および線路導体３２の導電性材料は、例えば、銅や金等の金属、ニオブまたはニオブすずといった超電導体、またはＹ系銅酸化物高温超電導体である。特に本実施の形態は、導電性材料として超電導体のように低損失な導体を用い、伝送路との損失に大きく差がある場合に効果が大きい。
【００２５】
誘電体基板１０ａ、１０ｂは、例えば、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタンである。例えば、厚さ約０．４３ｍｍ、比誘電率約１０の酸化マグネシウム基板上に超電導マイクロストリップ線路を形成する。ここで、マイクロストリップ線路の超電導体は、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超電導薄膜を用い、ストリップ線路導体の線路幅は約０．４ｍｍである。酸化マグネシウム基板の裏面にも、例えば、厚さ約５００ｎｍのＹ系銅酸化物高温超電導薄膜の地導体が形成される。
【００２６】
また、良質なＹ系銅酸化物超電導膜を得るために、誘電体基板と超電導膜の間にはバッファ層を設けてもよい。バッファ層としては、ＣｅＯ２やＹＳＺ等がある。超電導薄膜は、レーザー蒸着法、スパッタ法、共蒸着法あるいはＭＯＤ法などにより形成することができる。
【００２７】
また、フィルタ構造としては、マイクロストリップ線路の他に、ストリップ線路、コプレーナ線路、導波管、同軸線路といった多様な構造とすることができる。更に、共振素子の形状は、ヘアピン型に限らず様々な共振構造をとることができる。更に、上記に限らず、誘電体共振素子や空洞共振素子などさまざまな共振素子を用いることができる。
【００２８】
次に、本実施の形態の共振素子および高周波フィルタの作用・効果について説明する。
【００２９】
一般に、帯域通過フィルタを構成する共振素子間の結合には、共振素子間の空間を介して結合させるギャップ結合と、結合線路を介して結合させる線路結合が考えられる。
【００３０】
図２および図３はそれぞれ線路結合による４段帯域通過フィルタの例を示す模式上面図である。共振素子として１／２波長のヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｄを用いている。ここで、図２は一枚の誘電体基板１０上に伝送線路４２をパターニングした例である。すなわち、伝送路が低損失伝送路の場合である。
【００３１】
また、図３は異なる誘電体基板上にパターニングした２つのヘアピン型共振素子からなる誘電体基板１０ａ、１０ｂ間を、同軸ケーブル１８で線路結合させた例である。すなわち、伝送路が高損失伝送路の場合である。
【００３２】
図２の場合は、用いる誘電体基板内に４つの共振素子を収める必要がある。一方、図３の場合には２枚の誘電体基板にそれぞれ共振素子を分けて配置するため、基板サイズは半分ですむという利点がある。しかし、図３の場合、誘電体基板間を接続するのに使う同軸ケーブル１８の損失が問題となる場合がある。
【００３３】
図４は、図２および図３の４段フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。横軸は信号の周波数、縦軸は信号の減衰量である。図２の低損失伝送路の場合は無損失で計算した。一方、図３の高損失伝送路の場合は、導体パターンは無損失で、同軸ケーブルは損失を考慮し計算を行った。
【００３４】
この結果、図２の特性は挿入損失が小さく理想的なフィルタ特性が得られているのに対し、図３の特性は損失の影響により大きく特性が崩れていることがわかる。
【００３５】
そこで、この特性悪化の原因を探るため、別のパターンで計算を行った。図５および図６は周波数特性の計算を行った２つのパターンを示す模式上面図である。図５のパターンは１／２波長の直線共振素子４４ａ、４４ｂ間を同一誘電体基板１０内に配置した無損失の線路結合４２にて結合させた例である。すなわち、伝送路が低損失伝送路の場合である。ここで、外部回路との結合はギャップ結合としてある。
【００３６】
一方、図６のパターンは２枚の異なる誘電体基板１０ａ、１０ｂ上にそれぞれ直線共振素子４４ａ、４４ｂを配置し、その間を損失のある同軸ケーブル１８にて接続している。すなわち、伝送路が高損失伝送路の場合である。
【００３７】
図７は、図５、図６のそれぞれのパターンにおける周波数特性の計算結果を示す図である。横軸は信号の周波数、縦軸は信号の減衰量である。
【００３８】
この結果、損失のある同軸ケーブルを用いた場合、低域側のピークが大きく下がっている結果を得た。一方、高域側のピークについてはピーク値がほとんど変化していないことが分かる。
【００３９】
したがって、損失のある伝送路の影響は、低域側の共振ピークに有意に現れ、高域側のピークにはほとんど影響していないことがわかった。
【００４０】
図８は、図７の共振ピークの電流分布を示す模式図である。図７（ａ）が低域側の共振ピーク、図７（ｂ）が高域側の共振ピークの場合である。白矢印が電流の流れる方向と大きさを模式的に示している。
【００４１】
この結果、図７（ａ）の伝送路の損失の影響を大きく受ける共振ピークでは、２つの共振素子が逆位相で共振し、奇モード共振をなっていることがわかる。その結果、伝送路に流れる電流が増大し、伝送路の損失の影響を大きく受ける。
【００４２】
一方、図７（ｂ）では２つの共振素子が同位相で共振する偶モード共振をしており、この結果、伝送路に流れる電流が押えられ、損失の影響が小さくなっている。
【００４３】
以上の結果より、この偶モード共振のみを選択的に用いることができれば、伝送路に損失がある場合においても、その損失の影響を低減することが可能となる。つまり、図１に示す本実施の形態のように、２つの共振素子と、その間を偶モード結合させる伝送路とを１つの共振素子とみなして使用することで伝送路の損失の影響を低減することができる。
【００４４】
図９は、図１の高周波フィルタの周波数特性の計算結果を示す図である。図１で示す３段フィルタについて伝送路に損失がない場合とある場合それぞれの場合、すなわち、低損失伝送路の場合と高損失伝送路の場合での周波数特性の計算結果を示す。この結果、伝送線路の損失がある場合とない場合でほぼ同様の特性が得られ、図４のように大きく特性が悪化しないことがわかる。
【００４５】
以上より、第１の回路素子と第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタの帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域幅外にあるよう構成し、偶モード共振のみを選択的に用いることで、伝送路の損失の影響を低減することが可能となる。
【００４６】
したがって、例えば、サイズの大きい基板の供給が困難であったり、構造上の制約により大きな基板が使えなかったりして、異なる基板を用いて多段フィルタを形成する場合であっても、伝送路の損失によるフィルタ特性への影響を低減することができる。
【００４７】
よって、本実施の形態によれば、複数の共振素子を伝送路で接続する場合における損失を低減し、低損失なフィルタを実現可能な共振素子、これを用いた高周波フィルタを実現できる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、図１の第１の共振素子２０の構成を高周波用フィルタの共振素子に用いる場合を例に説明したが、この共振素子の構成を単独の共振器として用いることも可能である。この場合、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にあるよう構成される。
【００４９】
そして、単独の共振器として用いる場合には、伝送信号の中心周波数ｆ０、伝送信号の帯域幅がＢＷで表せる場合、伝送路１８の電気長φが下記（式１）を充足することで上記条件が充足される。
【数２】
（ｎは正の整数）
【００５０】
この形態によれば低損失な共振器が実現される。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の高周波フィルタは、第１の実施の形態の高周波フィルタを多段化する以外、すなわち共振素子の数以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５２】
図１０は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。高周波フィルタ２００は、２枚の異なる誘電体基板１０ａ、１０ｂ上にそれぞれ共振素子を４個、すなわち、誘電体基板１０ａ上にヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｄ、誘電体基板１０ｂ上にヘアピン型共振素子４０ｅ〜４０ｈを配置する。そして、ヘアピン型共振素子４０ｄとヘアピン型共振素子４０ｅ間を同軸ケーブル１８による伝送路で結合させている。
【００５３】
同軸ケーブル１８での損失の影響を低減するため、同軸ケーブル１８で接合されるヘアピン型共振素子（第１の回路素子）４０ｄとヘアピン型共振素子（第２の回路素子）４０ｅは、偶モード結合するひとつの共振素子（第１の共振素子）２０として動作する。したがって、本実施の形態の高周波フィルタは７段の帯域通過フィルタとなっている。
【００５４】
本実施の形態によれば、共振素子を多段化することにより、第１の実施の形態に比較しシャープな遮断特性を備える高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００５５】
図１１は、本実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式上面図である。高周波フィルタ２０１は、高周波フィルタ２００に対して、ヘアピン型共振素子４０ａ〜４０ｈの配置とそれぞれの結合方法が異なっている。
【００５６】
高周波フィルタ２０１では、ヘアピン型共振素子４０ｂと４０ｃ、ヘアピン型共振素子４０ｆと４０ｇ間が低損失な結合線路４６となっている。もっとも、例えば、基板のサイズが限られる場合において多段フィルタを実現するためには、本変形例のように、複数の基板上にパターンニングされた共振素子の一部を同軸ケーブル１８のような損失のある線路で接続する必要がある。
【００５７】
本実施の形態によっても、共振素子を多段化することにより、第１の実施の形態に比較しＱ値が高くシャープな遮断特性を備える高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の共振素子および高周波フィルタは、第３の基板をさらに備え、第３の基板に伝送路が形成され、第１の回路素子と伝送路、第２の回路素子と伝送路が空隙により結合される以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００５９】
図１２は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【００６０】
本実施の形態の高周波フィルタ３００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ３００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、を備える。
【００６１】
そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６は、マイクロストリップライン基板（第３の基板）４８にパターニングされた線路５０を用いて結合される。すなわち、本実施の形態では伝送路がマイクロストリップ基板にパターニングされた線路となっている。
【００６２】
そして、第１の回路素子１４と線路４８、第２の回路素子１６と線路４８が空隙５２により結合される。すなわち、ギャップ結合させることで必要な結合をとっている。
【００６３】
さらに、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６が同位相で共振する偶モード共振のピークが高周波フィルタ３００の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークがこの帯域幅外にあるよう構成されている。
【００６４】
本実施の形態によっても、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。
【００６５】
図１３は、本実施の形態の変形例の高周波フィルタの模式図である。図１３（ａ）は上面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。高周波フィルタ３０１は、マイクロストリップライン基板４８を、この基板に形成される線路５０が、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６の線路導体３２に空隙（ギャップ）５２を介して対向するよう配置する。このように、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６と、線路５０をギャップ結合させることで必要な結合をとっている。
【００６６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。また、第１の回路素子１４および第２の回路素子１６と、線路５０との距離を変えることで、結合度を調整することが容易となる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
本実施の形態の共振素子および高周波フィルタは、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路の一部が導波管であること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００６８】
図１４は、本実施の形態の高周波フィルタの模式上面図である。
【００６９】
本実施の形態の高周波フィルタ４００は、３帯域通過フィルタである。高周波フィルタ３００は、第１の誘電体基板１０ａと、第２の誘電体基板１０ｂとを備える。そして、第１の誘電体基板１０ａに形成される第１の回路素子１４と、第２の誘電体基板１０ｂに形成される第２の回路素子１６と、を備える。
【００７０】
そして、第１の回路素子１４と第２の回路素子１６は、導波管５４と、第１の誘電体基板１０ａおよび第２の誘電体基板１０ｂと導波管５４を接続するコネクタ５４で、互いに結合される。すなわち、本実施の形態では伝送路の一部が導波管５４となっている。
【００７１】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態同様、低損失な高周波フィルタを実現することが可能となる。また、伝送路を導波管とすることで、同軸ケーブルを用いる第１の実施の形態より低損失な結合を実現することができる。
【００７２】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の無線システムは、第１ないし第４の実施の形態の高周波フィルタを備える無線システムである。したがって、第１ないし第４の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７３】
図１５は、本実施の形態の無線システムの模式図である。本実施の形態の無線システムは、無線通信装置である。図１６は、無線通信装置の送信部の概略を示している。
【００７４】
無線通信装置は、信号処理回路６２、周波数変換器（ミキサ）６４、ローカル信号発生器６６、電力増幅器６８、帯域通過フィルタ７０、およびアンテナ７２を備えている。
【００７５】
送信すべきデータは信号処理回路６２に入力され、ディジタル−アナログ変換、符号化及び変調などの処理が施されることにより、ベースバンドあるいは中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）帯の送信信号が生成される。信号処理回６２からの送信信号は周波数変換器（ミキサ）６４に入力され、ローカル信号発生器６６からのローカル信号と乗算されることによって、無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）帯の信号に周波数変換、すなわちアップコンバートされる。
【００７６】
ミキサ６４から出力されるＲＦ信号は電力増幅器６８によって増幅された後、帯域通過フィルタ７０に入力され、このフィルタ７０で帯域制限を受けて不要な周波数成分が除去された後、アンテナ７２に供給される。ここで、帯域制限フィルタ７０に第１ないし第４の実施の形態の高周波フィルタのフィルタが用いられる。
【００７７】
本実施の形態によれば、低損失な高周波フィルタを用いることで、低損失な無線通信装置が実現される。
【００７８】
（第６の実施の形態）
本実施の形態の無線システムは、無線電力伝送に用いられ、高周波の信号を伝送する共振素子であって、第１の回路素子群と、第２の回路素子群と、第１の回路素子群に形成される第１の回路素子と、第２の回路素子群に形成される第２の回路素子と、第１の回路素子と第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、第１の回路素子と第２の回路素子が同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが帯域外にあることを特徴とする共振素子を用いた無線システムである。以下、第１ないし第４の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。
【００７９】
図１６は、本実施の形態の無線システムの模式図である。本実施の形態の無線システムは、無線電力伝送システムである。
【００８０】
本実施の形態の無線電力伝送システムは、信号源８０、増幅器８２、帯域通過フィルタ８４、および負荷８６を備えている。
【００８１】
帯域通過フィルタ８４は、４つの空洞共振素子８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄを備えている。空洞共振素子８８ａ、８８ｂが第１の回路素子群を構成し、空洞共振素子８８ｃ、８８ｄが第２の回路素子群を構成する。そして、２番目の空洞共振素子（第１の回路素子）８８ｂと３番目の空洞共振素子（２の回路素子）８８ｃは、送り手側９０および受け手側９２からなる結合伝送路により結合される。
【００８２】
結合伝送路部分は電力が伝送できればよいため、空洞共振素子８８ｂに接続した結合線路送り手側９０の部分と、空洞共振素子８８ｃに接続した結合線路受け手側９２の部分は完全に接続されてなくても良い。たとえば、送り手側９０と受け手側９２は導波管接続におけるチョーク構造のようになっていてもよい。また、空隙（ギャップ）を介しての結合でもよい。
【００８３】
そこで、送り手側９０と受け手側９２を分離し、信号源８０〜送り手側９０を送信部、受け手側９２〜負荷８６を受信部とすることで無線電力伝送システムを構築される。無線電力伝送においては、送信部と受信部間の無線接続部においての損失が伝送効率に大きな影響を与える。
【００８４】
このため、本実施の形態によれば、２番目の空洞共振素子（第１の回路素子）８８ｂと３番目の空洞共振素子（２の回路素子）８８ｃとの間を結合伝送路にて偶モード結合させることで損失の影響を低減することが可能となる。また、本実施の形態では帯域通過フィルタ８４の一部が電力伝送に寄与するため、別途フィルタを設ける必要がなくシステムが簡略化できるという利点がある。
【００８５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、共振素子、フィルタ、無線システム等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる共振素子、フィルタ、無線システム等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００８６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての共振素子、フィルタ、無線システムが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 誘電体基板
１０ａ 誘電体基板
１０ｂ 誘電体基板
１４ 第１の回路素子
１６ 第２の回路素子
１８ 伝送路
２０ 第１の共振素子
２２ 第２の共振素子
２４ 第３の共振素子
５４ 導波管
１００ 高周波フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の信号を伝送する共振素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、
前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にあることを特徴とする共振素子。
【請求項２】
前記伝送信号の中心周波数がｆ０、前記伝送信号の帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項１記載の共振素子。
【数３】
（ｎは正の整数）
【請求項３】
前記伝送路の一部が同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項４】
第３の基板をさらに備え、
前記第３の基板に前記伝送路が形成され、前記第１の回路素子と前記伝送路、前記第２の回路素子と前記伝送路が空隙により結合されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項５】
前記伝送路の一部が導波管であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項６】
前記第１の回路素子、前記第２の回路素子の一部が超電導体で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の共振素子。
【請求項７】
前記伝送路の一部が超電導体で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の共振素子。
【請求項８】
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが前記フィルタ回路の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域幅外にある第１の共振素子と、
前記第１の基板に形成され前記第１の共振素子に結合する第２の共振素子と、
前記第２の基板に形成され前記第１の共振素子に結合する第３の共振素子と、
を備えることを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項９】
前記フィルタ回路の中心周波数がｆ０、帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項８記載の高周波フィルタ。
【数４】
（ｎは正の整数）
【請求項１０】
前記請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の共振素子を有する無線システム。
【請求項１１】
高周波の信号を伝送する共振素子であって、
第１の回路素子群と、
第２の回路素子群と、
前記第１の回路素子群に形成される第１の回路素子と、
前記第２の回路素子群に形成される第２の回路素子と、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にあることを特徴とする共振素子。
【請求項１２】
前記伝送信号の中心周波数がｆ０、前記伝送信号の帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項１１記載の共振素子。
【数５】
（ｎは正の整数）
【請求項１３】
前記第１の回路素子および前記第２の回路素子が空洞共振素子であることを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の共振素子。
【請求項１】
高周波の信号を伝送する共振素子であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、
前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にあることを特徴とする共振素子。
【請求項２】
前記伝送信号の中心周波数がｆ０、前記伝送信号の帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項１記載の共振素子。
【数３】
（ｎは正の整数）
【請求項３】
前記伝送路の一部が同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項４】
第３の基板をさらに備え、
前記第３の基板に前記伝送路が形成され、前記第１の回路素子と前記伝送路、前記第２の回路素子と前記伝送路が空隙により結合されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項５】
前記伝送路の一部が導波管であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振素子。
【請求項６】
前記第１の回路素子、前記第２の回路素子の一部が超電導体で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の共振素子。
【請求項７】
前記伝送路の一部が超電導体で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の共振素子。
【請求項８】
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板に形成される第１の回路素子と、前記第２の基板に形成される第２の回路素子と、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが前記フィルタ回路の帯域幅内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域幅外にある第１の共振素子と、
前記第１の基板に形成され前記第１の共振素子に結合する第２の共振素子と、
前記第２の基板に形成され前記第１の共振素子に結合する第３の共振素子と、
を備えることを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項９】
前記フィルタ回路の中心周波数がｆ０、帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項８記載の高周波フィルタ。
【数４】
（ｎは正の整数）
【請求項１０】
前記請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の共振素子を有する無線システム。
【請求項１１】
高周波の信号を伝送する共振素子であって、
第１の回路素子群と、
第２の回路素子群と、
前記第１の回路素子群に形成される第１の回路素子と、
前記第２の回路素子群に形成される第２の回路素子と、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を結合する伝送路とを有し、
前記第１の回路素子と前記第２の回路素子とが同位相で共振する偶モード共振のピークが伝送信号の帯域内にあり、逆位相で共振する奇モード共振のピークが前記帯域外にあることを特徴とする共振素子。
【請求項１２】
前記伝送信号の中心周波数がｆ０、前記伝送信号の帯域幅がＢＷで表される場合に、
前記伝送路の電気長φが下記（式１）を充足することを特徴とする請求項１１記載の共振素子。
【数５】
（ｎは正の整数）
【請求項１３】
前記第１の回路素子および前記第２の回路素子が空洞共振素子であることを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の共振素子。
【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】
【公開番号】特開２０１３−７４５５９（Ｐ２０１３−７４５５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３６９２（Ｐ２０１１−２１３６９２）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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