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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter zum Abschneiden
eines spezifischen Frequenzelements aus einem Hochfrequenzsignal.
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Es
wird Priorität
auf der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 2006-314099 vom 21. November 2006 beansprucht, die
hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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10 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau eines verteiltkonstanten Tiefpassfilters 100,
das allgemein bekannt ist. Das Tiefpassfilter 100 von 10 kann
unter Verwendung von Mikrostreifenleitungen gebildet werden. Wie
in 10 gezeigt, sind zwischen einer Eingangsleitung 101 und
einer Ausgangsleitung 102 des herkömmlichen Tiefpassfilters 100 eine
offene Stichleitung 103, ein Muster 104, eine
offene Stichleitung 105, ein Muster 106 und eine offene
Stichleitung 107 in dieser Reihenfolge von der Seite der
Eingangsleitung 101 her ausgebildet.
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Die
offenen Stichleitungen 103, 105 und 107 sind
Verzweigungsleitungen, die in einer Richtung ausgebildet sind, die
die Übertragungsleitung
für ein Hochfrequenzsignal
schneidet, die sich von der Eingangsleitung 101 zu der
Ausgangsleitung 102 erstreckt. Jede offene Stichleitung
funktioniert als ein Kapazitätselement
(d.h. als Kondensator) in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal. Die
Muster 104 und 106 sind Leitungen, die schmäler als
die Eingangsleitung 101 und die Ausgangsleitung 102 sind,
und erstrecken sich in einer Richtung von der Eingangsleitung 101 zu
der Ausgangsleitung 102. Diese Muster funktionieren als
Induktionselemente in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau geht ein von der Eingangsleitung 101 eingegebenes Hochfrequenzsignal
nacheinander durch die offene Stichleitung 103, das Muster 104,
die offene Stichleitung 105, das Muster 106 und
die offene Stichleitung 107. Durch diesen Durchgang wird
ein in dem Hochfrequenzsignal enthaltendes Hochfrequenzelement abgeschnitten.
Dementsprechend kann nur ein tiefes Frequenzelement in dem Hochfrequenzsignal
durch das Tiefpassfilter 100 hindurchgehen und wird durch die
Ausgangsleitung 102 ausgegeben. Außerdem ist das Tiefpassfilter 100 von 10 ein
Tiefpassfilter der fünften
Ordnung.
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11 ist
ein Kurvendiagramm zu den Übertragungskennlinien
von gewöhnlichen
Tiefpassfiltern und zeigt eine Kurve L10 für die Übertragungskennlinie eines
Chebyshev-Filters sowie eine Kurve L12 für die Übertragungskennlinie eines
Butterworth-Filters. Wie in
11 gezeigt,
weist die Übertragungskennlinie
des Chebyshev-Filters
(i) eine Wellung Δr,
die innerhalb eines Durchgangsfrequenzbereichs erscheint, und (ii)
einen größeren Dämpfungsgradienten
in Nachbarschaft zu der Abschneidungsfrequenz fc als der Butterworth-Filter
auf. Im Gegensatz dazu weist die Übertragungskennlinie des Butterworth-Filters
(i) einen kleineren Dämpfungsgradienten (d.h. eine
sanftere Dämpfung)
als der Chebyshev-Filter und (ii) eine flache Übertragungskennlinie innerhalb eines
Durchgangsfrequenzbereichs auf. Der Dämpfungsgradient des Butterworth-Filters
von
11 ist –6
dB/oct; d.h. wenn die Frequenz verdoppelt wird, tritt eine Dämpfung von –6 dB auf.
Details zu herkömmlichen
Filterschaltungen sind in der ersten Veröffentlichung der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. H6-97701 beschrieben.
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In
den letzten Jahren wurde eine zunehmende Verkleinerung von verschiedenen
elektronischen Teilen gefordert. Zum Beispiel sind für ein Mobiltelefon,
das ein Hochfrequenzsignal verwendet, eine kleine Größe und ein
kleines Gewicht nötig,
sodass ein Bedarf für
eine Verkleinerung eines in einem Mobiltelefon verwendeten Hochfrequenzfilters
besteht. Wenn das Hochfrequenzfilter unter Verwendung eines gewöhnlichen
Chebyshev- oder Butterworth-Filters gebildet wird, wird die Größe des Produkts
auf der Basis von Entwurfsspezifikationen bestimmt. Wenn jedoch
eine Verkleinerung nötig
ist, muss ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante verwendet
werden.
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Außerdem ist
häufig
eine steile Dämpfungskennlinie
für Hochfrequenzfilter
erforderlich. Um jedoch eine derartige Kennlinie vorzusehen, sind
mehrere Ordnungen (des Filters) erforderlich, wodurch die Filtergröße vergrößert wird,
und muss ein Substrat mit einer großen dielektrischen Konstante
verwendet werden. Wenn ein derartiges Substrat mit einer großen dielektrischen
Konstante verwendet wird, kann eine Impedanz-Fehlabstimmung zwischen
dem Filter und einer Schaltung auftreten, die auf einem anderen
Substrat ausgebildet ist, oder kann die Musterbreite sehr klein
sein. Derartige Probleme können zu
Schwierigkeiten bei der Herstellung führen. Außerdem sind Substrate mit einer
großen
dielektrischen Konstante teuer, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden.
Weiterhin ist die Verwendung eines zusätzlichen (d.h. separaten) Substrats
nur für das
Hochfrequenzfilter unvorteilhaft, weil dadurch ein erhöhter Montageaufwands
bedingt wird.
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Angesichts
der oben geschilderten Umstände
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kleines Hochfrequenzfilter
anzugeben, das eine steile Dämpfungskennlinie
aufweist und kostengünstig
hergestellt werden kann, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen
Konstante verwendet werden muss.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Hochfrequenzfilter (angegeben durch
die Bezugszeichen 11, 12, 21, 22, 31 und 32 in
den Zeichnungen) zum Abschneiden eines spezifischen Frequenzelements
eines Hochfrequenzsignals an, wobei das Hochfrequenzfilter umfasst:
eine Übertragungsleitung
(10, 20, 30, 40 und 50)
zum Übertragen
des Hochfrequenzsignals, und
eine Vielzahl von Verzweigungsleitungen
(13 und 14), die in einer Richtung ausgebildet
sind, die die Übertragungsleitung
schneidet, und einen Kopplungsteil (13b und 14b)
aufweisen, an dem die Verzweigungsleitungen elektromagnetisch miteinander gekoppelt
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Teil eines in die Übertragungslinie eingegebenen Hochfrequenzsignals über eine
Verzweigungsleitung übertragen,
die in einer die Übertragungsleitung schneidenden
Richtung ausgebildet ist, und weiterhin über den Kopplungsteil und eine
andere Verzweigungsleitung übertragen,
um zu der Übertragungsleitung
zurückzukehren.
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Gewöhnlich sind
ein oder mehr Teile der benachbarten Verzweigungsleitungen vorgesehen,
wobei die Verzweigungsleitungen elektromagnetisch in jedem Paar
gekoppelt sind.
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Gewöhnlich ist
der Kopplungsteil in der Mitte oder an dem Kopf der Verzweigungsleitungen
vorgesehen.
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Vorzugsweise
umfasst jede Verzweigungsleitung:
ein erstes Muster (13a und 14a),
dessen Breite kleiner als diejenige der ersten Übertragungsleitung ist und
das als Induktionselement in Bezug auf das Hochfrequenzsignal funktioniert,
und
ein zweites Muster (13b und 14b), dessen
Breite größer als
diejenige des ersten Musters ist und das den Kopplungsteil bildet.
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In
diesem Fall können
sich das erste Muster und das zweite Muster jeweils in der Richtung
erstrecken, die die Übertragungsleitung
schneidet.
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Das
Hochfrequenzfilter kann weiterhin eine zweite Verzweigungsleitung
(15) umfassen, die in der Mitte der Übertragungsleitung an einer
der ersten Verzweigungsleitung entsprechenden Position vorgesehen
ist.
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In
einem typischen Beispiel ist die zweite Verzweigungsleitung U-förmig.
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In
einem bevorzugten Beispiel:
sind die Übertragungsleitung und die
Verzweigungsleitungen auf einem dielektrischen Substrat (SB) ausgebildet,
und
ist das Intervall der benachbarten Verzweigungsleitungen,
die den Kopplungsteil bilden, kleiner oder gleich dem Dreifachen
der Dicke des dielektrischen Substrats.
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Um
eine große
elektromagnetische Kopplung zwischen den benachbarten Verzweigungsleitungen
vorzusehen, ist das Intervall der Verzweigungsleitungen vorzugsweise
größer oder
gleich der Dicke des dielektrischen Substrats.
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1 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau eines Hochfrequenzfilters gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1.
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3 ist
ein Kurvendiagramm, das die Reflexions- und Übertragungskennlinie des ersten Hochfrequenzfilters
in der ersten Ausführungsform zeigt.
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4 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau eines Hochfrequenzfilters gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5A und 5B sind
Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters
in der zweiten Ausführungsform zeigen,
wobei 5A die Übertragungskennlinie zeigt
und 5B die Reflexionskennlinie zeigt.
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6A und 6B sind
Draufsichten zum Vergleich der Größen eines Hochfrequenzfilters
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Hochfrequenzfilters, wobei 6A eine
Draufsicht auf einen herkömmlichen
Hochfrequenzfilter ist und 6B eine
Draufsicht auf einen Hochfrequenzfilter gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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7A bis 7D sind
Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters
von 6B und des herkömmlichen Hochfrequenzfilters
von 6A zeigen, wobei 7A die Übertragungskennlinie
zeigt, 7B ein vergrößertes Diagramm von 7A zeigt, 7C die
Reflexionskennlinie zeigt und 7D ein
Kurvendiagramm der Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie
ist.
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8 ist
eine Draufsicht auf eine erste Variation des Hochfrequenzfilters
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine Draufsicht auf eine zweite Variation des Hochfrequenzfilters
gemäß der zweiten Ausführungsform.
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10 ist
eine Draufsicht auf den Aufbau eines allgemein bekannten verteilt-konstanten
Tiefpassfilters.
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11 ist
ein Kurvendiagramm, das die Übertragungskennlinie
von gewöhnlichen
Tiefpassfiltern zeigt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Zuerst
wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Draufsicht von 1 und
die Schnittansicht von 2 beschrieben. Dieses Hochfrequenzfilter
wird durch zwei Mikrostreifenleitungen gebildet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist zwischen einer Eingangsleitung 11 und
einer Ausgangsleitung 12 in einer Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung des Hochfrequenzfilters 10 Verzweigungsleitungen 13, 14 und 15 gebildet,
wobei die Leitung 15 der zweiten Verzweigungsleitung der
vorliegenden Erfindung entspricht. Das Hochfrequenzfilter 10 von 1 weist eine
symmetrische Form auf, wenn es von der Eingangsleitung 11 und
von der Ausgangsleitung 12 her betrachtet wird.
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Ein
Hochfrequenzsignal wird in die Eingangsleitung 11 eingegeben,
und ein durch das Abschneiden oder Herausfiltern eines spezifischen
Frequenzelements aus dem (an der Eingangsleitung 11 eingegebenen)
Hochfrequenzsignal wird aus der Ausgangsleitung 12 ausgegeben.
Die Breiten w1 und w2 der Eingangsleitung 11 und der Ausgangsleitung 12 können derart
gewählt
werden, dass eine Impedanz von 50 Ω vorgesehen wird. Weil das
Hochfrequenzfilter 10 in 1 eine symmetrische
Schaltungsform aufweist, sind die Breiten w1 und w2 der Eingangsleitung 11 und
der Ausgangsleitung 12 gleich und betragen ungefähr 1 mm.
Außerdem
sind die Eingangsleitung 11 und die Ausgangsleitung 12 nicht
direkt miteinander verbunden, sondern elektrisch über die
Verzweigungsleitungen 13, 14 und 15 miteinander
verbunden.
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Die
Verzweigungsleitung 13 ist mit der Eingangsleitung 11 verbunden
und erstreckt sich in einer Richtung, in der sie die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung
von der Eingangsleitung 11 zu der Ausgangsleitung 12 schneidet.
In den folgenden Erläuterungen
wird die Richtung von der Eingangsleitung 11 zu der Ausgangsleitung 12 als „Übertragungsrichtung" bezeichnet, während die
die Übertragungsrichtung
schneidende Richtung als „Schneidungsrichtung" bezeichnet wird.
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Die
Verzweigungsleitung 13 besteht aus einem ersten Muster 13a und
einem zweiten Muster 13b, die sich in der Schneidungsrichtung
erstrecken. Die Breite w31 des ersten Musters 13a ist kleiner
als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und auch als die Breite
w2 der Ausgangsleitung 12, wobei das erste Muster 13a als
ein Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
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Die
Breite 13a des zweiten Musters 13b ist größer als
die Breite w31 des ersten Musters 13a, wobei das zweite
Muster 13b als ein Induktionselement und auch als eine
offene Stichleitung in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
Das Induktionselement des zweiten Musters 13b unterscheidet sich
von demjenigen des ersten Musters 13a.
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Die
Verzweigungsleitung 14 ist mit der Ausgangsleitung 12 verbunden
und erstreckt sich in der Schneidungsrichtung.
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Ähnlich wie
die Verzweigungsleitung 13 besteht die Verzweigungsleitung 14 aus
einem ersten Muster 14a und einem zweiten Muster 14b,
die sich in der Schneidungsrichtung erstrecken. Die Breite w41 des
ersten Musters 14b ist kleiner als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und
als die Breite w2 der Ausgangsleistung 12, wobei das erste
Muster 14a als Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal
funktioniert. Die Breite w42 des zweiten Musters 14b ist
größer als
die Breite w41 des ersten Musters 14a, wobei das zweite
Muster 14b als ein Induktionselement und auch als offene
Stichleitung in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
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Weil
das Hochfrequenzfilter 10 von 1 eine symmetrische
Schaltungsform aufweist, ist das Induktionselement des ersten Musters 14a identisch mit
demjenigen des ersten Musters 13a der Verzweigungsleitung 13 und
ist das Induktionselement des zweiten Musters 14b identisch
mit demjenigen des zweiten Musters 13b der Verzweigungsleitung 13.
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Das
zweite Muster 13b der Verzweigungsleitung 13 und
das zweite Muster 14b der Verzweigungsleitung 14 bilden
einen Kopplungsteil, an dem die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch
miteinander gekoppelt sind. Das heißt, obwohl die Verzweigungsleitungen 13 und 14 wie
in 1 gezeigt separat zueinander vorgesehen sind,
wird, wenn ein durch die Verzweigungsleitung 13 übertragenes
Hochfrequenzsignal das zweite Muster 13b erreicht, ein
Teil des Signalselements über
das zweite Muster 14b zu der Verzweigungsleitung 14 übertragen.
Dabei ist in dem „elektromagnetisch
gekoppelten” Zustand
der Verzweigungsleitungen 13 und 14 die Lücke Δt zwischen
den Verzweigungsleitungen 13 und 14 (d.h. die
Lücke zwischen
den zweiten Mustern 13b und 14b) kleiner oder
gleich als das Dreifache der Dicke t0 eines dielektrischen Substrats SB
(siehe 2). Auf der Rückfläche des
dielektrischen Substrats SB ist ein Erdmuster 16 gebildet, das
als Erdpotential gesetzt ist.
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Wenn
eine Hochfrequenzschaltung entworfen wird, in der die Lücke zwischen
entsprechenden Mustern elektromagnetisch isoliert ist, wird die
Lücke aus
Erfahrung größer als
das Dreifache der Dicke t0 eines dielektrischen Substrats gemacht.
Wenn zum Beispiel die Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB gleich
0,5 mm ist und wenn die Lücke
zwischen den entsprechenden Mustern größer als 1,5 mm ist, kann die Übertragung
eines Hochfrequenzsignals zwischen den Mustern vernachlässigt werden.
Wenn dagegen die Lücke
zwischen den entsprechenden Mustern kleiner oder gleich dem Dreifachen
der Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB ist, kann die Übertragung
eines Hochfrequenzsignals zwischen den Mustern nicht vernachlässigt werden,
sodass die Muster elektromagnetisch gekoppelt sind. Wenn also die
Lücke Δt zwischen
den Verzweigungsleitungen 13 und 14 kleiner oder
gleich dem Dreifachen der Dicke t0 des dielektrischen Substrats
SB ist, sind die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch
miteinander gekoppelt. Um jedoch den Kopplungskoeffizienten k zu
erhöhen,
der den Grad der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Verzweigungsleitungen 13 und 14 angibt,
wird die Lücke Δt zwischen
den Verzweigungsleitungen 13 und 14 (d.h. die
Lücke zwischen
den zweiten Mustern 13b und 14b) vorzugsweise
kleiner oder gleich der Dicke t0 des dielektrischen Substrats SB
gesetzt.
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Der
oben beschriebene Kopplungsteil für die elektromagnetische Kopplung
der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ist vorgesehen,
um den Q-Wert des Filters zu erhöhen.
Weil also die Verzweigungsleitungen 13 und 14 und
auch die Verzweigungsleitung 15 in dem Hochfrequenzfilter 10 von 1 als
Induktionselemente (genauer gesagt als Induktionselemente und Kapazitätselemente)
funktionieren, wird eine Filterschaltung ohne den Verbindungsteil
hergestellt, sodass ein Q-Wert vorhanden ist. Außerdem sind in der vorliegenden
Ausführungsform
die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch
gekoppelt, um eine Resonanz zu bilden. Deshalb sehen der oben genannte
Q-Wert und die erzeugte Resonanz einen Multiplikationseffekt vor,
wodurch der Q-Wert erhöht
wird und eine steile Dämpfungskennlinie
vorgesehen wird.
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Die
Verzweigungsleitung 15 ist eine U-förmige Leitung, die mit der
Eingangsleitung 11 und der Ausgangsleitung 12 verbunden
ist. Die Breite w5 der Verzweigungsleitung 15 ist kleiner
als die Breite w1 der Eingangsleitung 11 und als die Breite
w2 der Ausgangsleitung 12, wobei die Verzweigungsleitung 15 als
Induktionselement in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktioniert.
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Das
dielektrische Substrat SB, auf dem das Hochfrequenzfilter 10 ausgebildet
ist, ist ein allgemein erhältliches,
kostengünstiges
Substrat wie etwa ein Glasepoxidsubstrat. Die Größe in der Übertragungsrichtung der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 beträgt einige
wenige Millimeter, und die Größe in der Schneidungsrichtung
derselben beträgt
ungefähr
12 Millimeter.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau wird ein an der Eingangsleitung 11 eingegebenes
Hochfrequenzsignal in (i) ein durch die Verzweigungsleitung 13,
die mit der Eingangsleitung 11 verbunden ist, übertragenes
Signal und (ii) ein durch die Verzweigungsleitung 15, die
ebenfalls mit der Eingangsleitung 11 verbunden ist, übertragenes
Signal geteilt. Eines der geteilten Signale erreicht über das
erste Muster 13a der Verzweigungsleitung 13 das
zweite Muster 13b derselben, und ein Teil des Signals wird zu
dem zweiten Muster 14b der Verzweigungsleitung 14 übertragen,
das elektromagnetisch mit dem zweiten Muster 13b gekoppelt
ist. Das übertragene
Signal wird über
das zweite Muster 14b und das erste Muster 14a der
Verzweigungsleitung 14 zu der Ausgangsleitung 12 geführt. weiterhin
wird das andere geteilte Signal über
die U-förmige
Verzweigungsleitung 15 zu der Ausgangsleitung 12 geführt. Das
Signal, das durch die Verzweigungsleitungen 13 und 14 hindurchgegangen
ist, und das Signal, das durch die Verzweigungsleitung 15 hindurchgegangen
ist, werden an der Ausgangsleitung 12 synthetisiert, wobei das
synthetisierte Signal von der Ausgangsleitung 12 ausgegeben
wird.
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3 ist
ein Kurvendiagramm, das die Reflexions- und Übertragungskennlinien des Hochfrequenzfilters
gemäß der ersten
Ausführungsform zeigt.
In 3 gibt die durch das Bezugszeichen R11 angegebene
Kurve die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 10 wieder,
und gibt die durch das Bezugszeichen T11 angegebene Kurve die Übertragungskennlinie
des Hochfrequenzfilters 10 wieder. Genauer gesagt, gibt
die Kurve R11 die Frequenzkennlinie von Dispersionsparametern S11
und S12 (d.h. S-Parametern) an, wenn das Hochfrequenzfilter 10 als
eine Schaltung mit vier Anschlüssen
betrachtet wird, und gibt die Kurve T11 die Frequenzkennlinie eines
Dispersionsparameters S21 in Bezug auf die Schaltung mit vier Anschlüssen wieder.
Allgemein in Bezug auf die Schaltung mit vier Anschlüssen gibt S11
den Eingangsreflexionsverlust und die Eingangsimpedanzabstimmung
an, gibt S22 den Ausgangsreflexionsverlust und die Ausgangsimpedanzabstimmung
an und gibt S21 die Übertragungskennlinie
und die Signalübertragungseffizienz
von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss an.
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Wenn
sich wie in 3 gezeigt die Frequenz erhöht, nimmt
in der Nähe
von 3 GHz die Reflexion abrupt zu, während sich die Übertragungsgröße zu vermindern
beginnt. Außerdem
nimmt in der Nähe von
3,4 bis 4 GHz die Übertragungsgröße abrupt
ab. Deshalb weist das Hochfrequenzfilter 10 von 1 die Übertragungskennlinie
eines Tiefpassfilters auf. Wie außerdem durch die Kurve T11
mit den oben genannten Eigenschaften in der Nähe von 3,4 bis 4 GHz wiedergegeben,
weist das Hochfrequenzfilter 10 einen großen Dämpfungsgradienten
und damit eine steile Dämpfungskennlinie
auf. Dementsprechend ist das Hochfrequenzfilter 10 wie
in 1 der ersten Ausführungsform gezeigt klein und
kann kostengünstig
hergestellt werden, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen
Konstante verwendet werden muss. Außerdem weist das Hochfrequenzfilter 10 eine
steile Dämpfungskennlinie
auf.
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Im
Folgenden wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Draufsicht von 4 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, wird ein Hochfrequenzfilter 20 der
vorliegenden Ausführungsform
gebildet, indem eine Vielzahl von Hochfrequenzfiltern 10 wie
in 1 gezeigt nebeneinander ausgebildet werden. Das
heißt,
zwischen einer Eingangsleitung 21 und einer Ausgangsleitung 22 einer Übertragungsleitung
für ein
Hochfrequenzsignal sind Filterteile 23 bis 26 vorgesehen,
die jeweils einen Verzweigungsleitungsaufbau aufweisen, der demjenigen
der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 von 1 ähnlich ist.
Die Filterteile 23 und 24 sind über eine
Verbindungsleitung 27 verbunden, die Filterteile 24 und 25 sind über eine
Verbindungsleitung 28 verbunden und die Filterteile 25 und 26 sind über eine
Verbindungsleitung 29 verbunden.
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Wie
in 4 gezeigt sind in Bezug auf die Übertragungsleitung
für ein
Hochfrequenzsignal insgesamt acht Verzweigungsleitungen, die den
Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen,
und insgesamt vier Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen, vorgesehen.
In den acht Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 entsprechen, sind
Paare von benachbarten Verzweigungsleitungen jeweils elektromagnetisch
gekoppelt, d.h. die Filterteile 23 bis 26 funktionieren
als Kopplungseinheiten.
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Die
Filterteile 23 bis 26 weisen nicht dieselbe Form
auf. Die Filterteile 24 und 25 sind etwas länger als
die Filterteile 23 und 26 in der Schneidrichtung. Außerdem weist
das Hochfrequenzfilter 20 von 4 eine symmetrische
Form auf, wenn es von der Eingangsleitung 21 und der Ausgangsleitung 22 aus betrachtet
wird, und ist auf einem kostengünstigen Substrat
wie etwa einem Glasepoxidsubstrat ausgebildet, das dem dielektrischen
Substrat SB von 2 ähnlich ist.
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In
den folgenden Erläuterungen
ist das Hochfrequenzfilter 20 eine symmetrisch geformte Schaltung.
Es kann jedoch auch eine asymmetrisch geformte Schaltung wein, wobei
die Filterteile 23 bis 26 jeweils unterschiedliche
Kopplungskoeffizienten aufweisen. Weiterhin tritt in jedem Paar
von Verzweigungsleitungen in den Filterteilen 23 bis 26 eine
elektromagnetische Kopplung nur in dem entsprechenden Filterteil
auf. Eine elektromagnetische Kopplung kann jedoch auch zwischen
benachbarten Filterteilen auftreten. Das heißt, das Intervall zwischen
den Filterteilen 23 bis 26 kann kleiner sein,
um eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Filterteilen 23 bis 26 vorzusehen.
Bei dem Hochfrequenzfilter 20 von 4 beträgt die Größe in der Übertragungsrichtung
der Filterteile 23 bis 26 ungefähr 10 Millimeter und
beträgt
die Größe in der
Schneidungsrichtung derselben ungefähr 12 Millimeter.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau wird ein an der Eingangsleitung 21 eingegebenes
Hochfrequenzsignal in (i) ein durch das Paar von Verzweigungsleitungen
in dem Filterteil 23, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen, übertragenes
Signal und in (ii) durch die Verzweigungsleitung in dem Filterteil 23,
die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entspricht, übertragenes Signal
geteilt. Eines der geteilten Signale erreicht die Verbindungslinie 27 über den
Verbindungsteil des Paares von Verzweigungsleitungen. Das andere
geteilte Signal erreicht die Verbindungsleitung 27 über die
U-förmige
Verzweigungsleitung. Das durch das Paar von Verzweigungsleitungen
hindurchgegangene Signal und das durch die andere Verzweigungsleitung
hindurchgegangene Signal werden an der Verbindungsleitung 27 synthetisiert.
Eine ähnliche
Operation wird dann an dem „Filterteil 24 und
der Verbindungsleitung 28", an dem „Filterteil 25 und
der Verbindungsleitung 29" und an dem „Filterteil 26 und
der Ausgangsleitung 22" durchgeführt, wobei
das Signal nach dieser Filterung von der Ausgangsleitung 22 ausgegeben
wird.
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5A und 5B sind
Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinie des Hochfrequenzfilters 20 in
der zweiten Ausführungsform
zeigen. 5A zeigt die Übertragungskennlinie,
und 5B zeigt die Reflexionskennlinie.
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In 5A zeigt
eine durch das Bezugssymbol T21 angegebene Kurve tatsächlich gemessene Werte
in Bezug auf die Übertragungskennlinie
des Hochfrequenzfilters 20, und zeigt eine durch das Bezugszeichen
T22 angegebene Kurve die simulierten Ergebnisse in Bezug auf die Übertragungskennlinie des
Hochfrequenzfilters 20. In 5B zeigt
eine durch das Bezugssymbol R21 angegebene Kurve tatsächlich gemessene
Werte in Bezug auf die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 20 und
zeigt eine durch das Bezugssymbol R22 angegebene Kurve simulierte
Ergebnisse in Bezug auf die Reflexionskennlinie des Hochfrequenzfilters 20.
Insbesondere zeigen die Kurven T21 und T22 die Frequenzkennlinien
des Dispersionsparameters S21 (d.h. eines S-Parameters), wenn das
Hochfrequenzfilter 20 als eine Schaltung mit vier Anschlüssen betrachtet
wird, und zeigen die Kurven R21 und R22 die Frequenzkennlinien der
Dispersionsparameter S11 und S22 in Bezug auf die Schaltung mit
vier Anschlüssen.
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Wenn
wie in 5A gezeigt die Frequenz steigt,
vermindert sich in der Nähe
von 3 GHz die Übertragungsgröße beinahe
linear und abrupt. Wenn sich dagegen wie in 5B gezeigt
die Frequenz ungefähr
3 GHz überschreitet,
erhöht
sich die Reflexionsgröße abrupt,
wobei beinahe das gesamte einfallende Hochfrequenzsignal in der
Nähe von
3,6 GHz reflektiert wird. Außerdem
weist wie in 5A und 5B gezeigt
das Hochfrequenzfilter 20 von 4 die Übertragungseigenschaften
eines Tiefpassfilters auf, wobei die tatsächlich gemessenen Werte beinahe
mit den simulierten Ergebnissen zusammenfallen. Weiterhin ist im
Vergleich zu 3 ist die Übertragungsgröße bei Frequenzen
von 4 bis 5 GHz in 5 kleiner. Dementsprechend
ist das Hochfrequenzfilter 20 von 4 in der
zweiten Ausführungsform
klein und kann kostengünstig
hergestellt werden, ohne dass ein Substrat mit einer großen dielektrischen
Konstante verwendet werden muss. Das Hochfrequenzfilter 20 weist
außerdem
eine steile Dämpfungskennlinie
auf. Weiterhin ist die Übertragung
in einem Hochfrequenzband (von 4 bis 5 GHz) kleiner als in der ersten
Ausführungsform,
sodass eine vorteilhafte Übertragungskennlinie
erzeugt wird.
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6A und 6B sind
Draufsichten, die die Größen eines
Hochfrequenzfilters gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Hochfrequenzfilters
vergleichen. 6A ist eine Draufsicht auf ein
herkömmliches Hochfrequenzfilter,
und 6B ist eine Draufsicht auf ein Hochfrequenzfilter
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ein
herkömmliches
Hochfrequenzfilter 200 von 6A wird
unter Verwendung von Mikrostreifenleitungen gebildet und weist offene
Stichleitungen 203a bis 211a und Muster 203b bis 210b zwischen einer
Eingangsleitung 201 und einer Ausgangsleitung 202 auf.
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Die
offenen Stichleitungen 203a bis 211a sind breite
Verzweigungsleitungen, die sich in einer Richtung erstrecken, in
der sie eine Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung
von der Eingangsleitung 201 zu der Ausgangsleitung 202 schneiden.
Die Muster 203b bis 210b weisen jeweils (i) eine
Breite, die kleiner als die Breite der Eingangsleitung 201 und
der Ausgangsleitung 202 ist, und (ii) eine U-Form auf, wobei
die Muster 203b bis 210b als Induktionselemente
in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal funktionieren.
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Im
Gegensatz dazu weist ein Hochfrequenzfilter 30 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wie in 6B gezeigt
eine Form auf, die erhalten wird, indem zwei Hochfrequenzfilter 20 nebeneinander
verbunden werden. Das heißt,
zwischen einer Eingangsleitung 31 und einer Ausgangsleitung 32 einer Übertragungsleitung
für ein
Hochfrequenzsignal sind Filterteile 33 bis 40 vorgesehen,
die jeweils einen Aufbau aufweisen, der demjenigen der Verzweigungsleitungen 13 bis 15 von 1 ähnlich ist.
Die Filterteile 33 bis 40 sind über Verbindungsleitungen
miteinander verbunden.
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Das
herkömmliche
Hochfrequenzfilter 200 von 6A und
das Hochfrequenzfilter 30 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind jeweils auf einem dielektrischen Substrat mit einer
identischen dielektrischen Konstante ausgebildet.
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7A bis 7D sind
Kurvendiagramme, die die Reflexions- und Übertragungskennlinie des vorliegenden
Hochfrequenzfilters 30 und des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200 zeigen. 7A zeigt
die Übertragungskennlinie, 7B ist
ein vergrößertes Diagramm
zu 7A (nur der Maßstab der vertikalen Achse
ist vergrößert), 7C zeigt
die Reflexionskennlinie und 7D ist
ein Kurvendiagramm, das die Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie zeigt.
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In 7A und 7B zeigt
eine durch das Bezugszeichen T31 angegebene Kurve tatsächlich gemessene
Werte in Bezug auf die Übertragungskennlinie
des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und zeigt eine
durch das Bezugszeichen T201 angegebene Kurve die Übertragungskennlinie
des herkömmlichen
Hochfrequenzfilters 200. In 7C zeigt eine
durch das Bezugszeichen R31 angegeben Kurve tatsächlich gemessene Werte in Bezug
auf die Reflexionskennlinie des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und
zeigt eine durch das Bezugszeichen R201 angegebene Kurve die Reflexionskennlinie
des herkömmlichen
Hochfrequenzfilters 200.
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In 7D zeigt
eine durch das Bezugszeichen V31 angegebene Kurve eine Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie
des vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 und zeigt eine
durch das Bezugszeichen V201 angegebene Kurve die Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie
des herkömmlichen
Hochfrequenzfilters 200.
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In
Bezug auf 7A bis 7D ist
zu beachten, dass die Reflexions- und Übertragungskennlinie und die
Gruppenverzögerungsfrequenzkennlinie des
vorliegenden Hochfrequenzfilters 30 im wesentlichen identisch
mit denjenigen des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200 sind.
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Das
vorliegende Hochfrequenzfilter 30 von 6A und
das herkömmliche
Hochfrequenzfilter 200 von 6B nehmen
ungefähr
12 mm in der Schneidungsrichtung ein, wobei die Größen derselben
keinen großen
Unterschied in dieser Richtung aufweisen. Im Vergleich zu der Größe von ungefähr 65 mm
des herkömmlichen
Hochfrequenzfilters 200 in der Übertragungsrichtung beträgt die Größe des vorliegenden
Hochfrequenzfilters 30 in der Übertragungsrichtung ungefähr 20 mm
und ist also kleiner als ein Drittel der Größe des herkömmlichen Hochfrequenzfilters 200.
Obwohl also das Hochfrequenzfilter 30 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine ähnliche
Reflexions- und Übertragungskennlinie
wie das herkömmliche
Hochfrequenzfilter 200 aufweist, kann es im Vergleich zu dem
herkömmlichen
Hochfrequenzfilter 200 klein ausgebildet werden.
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Im
Folgenden wird eine erste Variation des Hochfrequenzfilters gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben.
In den Filterteilen 23 bis 26 des Hochfrequenzfilters 20 von 4 sind
die Verzweigungsleitungen, die den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 entsprechen,
auf einer Seite der Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet,
während
die anderen Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen,
auf der anderen Seite der Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet
sind.
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Wie
in 8 gezeigt, kann die Anordnung der Verzweigungsleitungen
in den Filterteilen 23 bis 26 modifiziert werden.
Zum Beispiel sind in den Filterteilen 23 bis 26 des
Hochfrequenzfilters 40 von 8 die Verzweigungsleitungen,
die den Verzweigungsleitungen 13 bis 14 von 1 entsprechen,
in einer durch das Bezugszeichen D11 angegebenen Richtung in Bezug
auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung
angeordnet, während
die anderen Verzweigungsleitungen, die der Verzweigungsleitung 15 von 1 entsprechen,
in einer durch das Bezugszeichen D12 angegebenen Richtung in Bezug
auf die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung
angeordnet sind. Im Gegensatz hierzu sind in den Filterteilen 24 und 25 des
Hochfrequenzfilters 40 die Verzweigungsleitungen in Entsprechung
zu den Verzweigungsleitungen 13 bis 14 von 1 in
der durch das Bezugszeichen D12 angegebenen Richtung in Bezug auf
die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung angeordnet,
während
die anderen Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 von 1 in
der durch das Bezugszeichen D11 angegebenen Richtung in Bezug auf
die Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung
angeordnet sind. Die Anordnung der Verzweigungsleitungen kann also entsprechend
modifiziert werden.
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9 ist
eine Draufsicht auf eine zweite Variation des Hochfrequenzfilters
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In den Filterteilen 23 bis 26 des
Hochfrequenzfilters 20 von 4 sind die
Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 von 1 jeweils
U-förmig.
Die Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu der Verzweigungsleitung 15 müssen jedoch
keine U-Form aufweisen, sondern können auch linear geformt sein.
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Ein
Hochfrequenzfilter 50 von 9 weist Filterteile 51 bis 54 zwischen
einer Eingangsleitung 21 und einer Ausgangsleitung 22 einer Übertragungsleitung
in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal auf. Der Filterteil 51 weist
(i) Verzweigungsleitungen in Entsprechung zu den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 und
(ii) eine lineare Verzweigungsleitung 55 auf. Entsprechend
weist jeder der Filterteile 52 bis 54 (i) Verzweigungsleitungen
in Entsprechung zu den Verzweigungsleitungen 13 und 14 von 1 und
(ii) eine lineare Verzweigungsleitung (eine entsprechende Verzweigungsleitung 56 bis 58)
auf.
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Es
wurden bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung beschrieben und gezeigt, wobei zu beachten ist, dass es
sich um beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung handelt und die Erfindung nicht auf dieselben beschränkt ist.
Zusätze,
Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können vorgenommen
werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.
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Dementsprechend
wird die Erfindung nicht durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt, sondern
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Bei
dem oben beschriebenen Hochfrequenzfilter 10 der ersten
Ausführungsform
sind die zweiten Muster 13b und 14b als ein Kopplungsteil
an dem Kopf der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ausgebildet.
Der Kopplungsteil kann jedoch auch in der Mitte der Verzweigungsleitungen 13 und 14 ausgebildet sein.
Außerdem
sind die zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b als
Kopplungsteil jeweils breiter als die ersten Muster 13a und 14a.
Die Breiten der zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b können jeweils
identisch mit denjenigen der ersten Muster 13a und 14a sein,
wobei das Intervall zwischen den zweiten Verzweigungsleitungen 13b und 14b kleiner sein
kann als das Intervall zwischen den ersten Mustern 13a und 14a,
sodass die Verzweigungsleitungen 13 und 14 elektromagnetisch
miteinander gekoppelt werden. Die vorstehenden Modifikationen können auch
auf die zweite Ausführungsform
und deren Variationen angewendet werden.
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Weiterhin
werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Hochfrequenzfilter
unter Verwendung von Mikrostreifenleitern gebildet. Sie können jedoch
auch unter Verwendung von eingebetteten Mikrostreifenleitungen,
asymmetrischen Streifenleitungen oder ähnlichem gebildet werden. Außerdem ist
die vorliegende Erfindung nicht auf Mikrostreifenleitungen beschränkt, sondern kann
auch auf Wellenleiter, frequenzselektive Flächen oder ähnliches angewendet werden.