JP2009164997A - Band variable filter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、広帯域可変特性および低損失特性を有する帯域可変フィルタに関するものである。 The present invention relates to a band variable filter having a wide band variable characteristic and a low loss characteristic.
従来の帯域可変フィルタは、帯域通過フィルタを構成する複数の共振器間にスイッチを設け、スイッチの開閉により共振器間の結合度を変化させることにより、高周波信号の通過帯域幅を変化させている(たとえば、特許文献1参照)。 The conventional band-variable filter is provided with a switch between a plurality of resonators constituting the band-pass filter, and changes the passband width of the high-frequency signal by changing the coupling degree between the resonators by opening and closing the switch. (For example, refer to Patent Document 1).
従来の帯域可変フィルタでは、通過帯域幅の可変範囲がスイッチの数に依存して制限されるという課題があった。 The conventional variable band filter has a problem that the variable range of the pass bandwidth is limited depending on the number of switches.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、共振器に接続される素子数に依存して制限されることなく、通過帯域幅の可変範囲を大きく設定することのできる帯域可変フィルタを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is not limited depending on the number of elements connected to the resonator, and the variable range of the pass bandwidth can be set large. An object is to obtain a variable band filter.
この発明による帯域可変フィルタは、電磁的に結合された複数の共振器と、少なくとも1つ以上のスイッチング素子とを備え、複数の共振器のうちの少なくとも2つ以上の隣接する共振器は、スイッチング素子を介して接続されたものである。 The band-variable filter according to the present invention includes a plurality of electromagnetically coupled resonators and at least one switching element, and at least two adjacent resonators of the plurality of resonators are switched. It is connected via an element.
この発明によれば、スイッチング素子が閉じた状態でスルーとして動作し、スイッチ素子が開いた状態で帯域通過フィルタとして動作するので、スイッチング素子の開閉に応じて通過帯域幅の変化の大きい帯域可変フィルタを得ることができる。 According to the present invention, the switching element operates as a through when the switching element is closed, and operates as a band-pass filter when the switching element is opened. Therefore, the band-variable filter having a large change in the pass bandwidth according to opening and closing of the switching element. Can be obtained.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る帯域可変フィルタを示す回路構成図である。
図1において、帯域可変フィルタの第1の入出力端子1aと、第2の入出力端子1bとの間には、第1のスイッチング素子2a、第2のスイッチング素子2bおよび第3のスイッチング素子2cを介して、第1の共振器3aおよび第2の共振器3bが近接配置されて直列接続されている。
この場合、第1および第2の共振器3a、3bは、所要周波数で2分の1波長(または、λ/2+nλ(nは整数))の電気長を有する高周波伝送線路で構成されているが、他の要素でも構成され得る。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit configuration diagram showing a variable band filter according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a
In this case, the first and
スイッチング素子2a〜2cは、オン(スイッチング素子2a〜2cが閉じた)状態においては、高周波において等価的にスルーと見なすことができ、オフ(スイッチング素子2a〜2cが開いた)状態においては、等価的にオープンと見なすことができる。
The
次に、図2および図3を参照しながら、図1に示したこの発明の実施の形態1による帯域可変フィルタの動作について説明する。
図2はこの発明の実施の形態1による第1の状態を示す回路構成図であり、スイッチング素子2a〜2cがすべて閉じた状態(オン状態)を示している。図2においては、各共振器3a、3b(高周波伝送線路)がスルー回路(オン状態のスイッチング素子2a〜2c)を介して縦続接続されているので、帯域可変フィルタは広帯域にわたって「スルー」として動作する。
Next, the operation of the band variable filter according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a first state according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a state in which all of switching
図3はこの発明の実施の形態1による第2の状態を示す回路構成図であり、スイッチング素子2a〜2cがすべて開いた状態(オフ状態)を示している。図3においては、近接配置された共振器3a、3bが電磁結合するので、帯域可変フィルタは「帯域通過フィルタ(バンドパスフィルタ)」として動作する。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a second state according to the first embodiment of the present invention, and shows a state where the
図4はこの発明の実施の形態1による第1および第2の状態での周波数特性を示す説明図であり、帯域可変フィルタの第1および第2の状態(図2、図3)における減衰量の周波数特性(破線、実線参照)を示している。
上述した通り、図1の帯域可変フィルタは、第1の状態(図2)では、図4内の破線特性のように広帯域にわたって「スルー」(一定減衰量)として動作し、第2の状態(図3)では、図4内の実線特性のように、周波数fa〜fbを通過帯域とする「帯域通過フィルタ」として動作する。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing frequency characteristics in the first and second states according to the first embodiment of the present invention, and the attenuation in the first and second states (FIGS. 2 and 3) of the band variable filter. Frequency characteristics (see broken lines and solid lines).
As described above, in the first state (FIG. 2), the band-variable filter of FIG. 1 operates as “through” (constant attenuation) over a wide band as indicated by the broken line characteristic in FIG. 3) operates as a “band-pass filter” having frequencies fa to fb as pass bands, as indicated by the solid line characteristics in FIG.
以上のように、この発明の実施の形態1(図1)による帯域可変フィルタは、電磁的に結合された2個(複数)の共振器3a、3b(λ/2の電気長を有する高周波伝送線路からなる)と、3個(少なくとも1つ以上)のスイッチング素子2a〜2cとを備え、複数の共振器のうちの少なくとも2個(2つ以上)の隣接する共振器3a、3bは、スイッチング素子2bを介して接続されている。
As described above, the band-variable filter according to the first embodiment (FIG. 1) of the present invention has two (plural) electromagnetically coupled
これにより、スイッチング素子2a〜2cが閉じた第1の状態(オン)で「スルー」として動作し、スイッチング素子2a〜2cが開いた第2の状態(オフ)で「帯域通過フィルタ」として動作するので、共振器に接続される素子数に依存して制限されることなく、スイッチング素子2a〜2cの開閉に応じて通過帯域幅の変化の大きい帯域可変フィルタを得ることができる。
Accordingly, the
なお、ここでは、近接配置された2個の共振器3a、3bを用いた場合について説明したが、3個以上の任意数の共振器を用いた場合に適用しても、同等の作用効果を奏する。
また、近接配置された共振器3a、3bが電磁結合する場合について説明したが、容量を介して電磁結合する構成(図示せず)を採用した場合でも、同等の作用効果が得られることは言うまでもない。
Here, the case where two
Although the case where the
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1(図1)では、近接配置された共振器3a、3bの間にスイッチング素子2bを挿入したが、図5のように、各共振器3a、3bとグランドとの間に、キャパシタCとスイッチング素子2との直列回路を含む直列回路群4a、4bを挿入してもよい。
In the first embodiment (FIG. 1), the
図5はこの発明の実施の形態2に係る帯域可変フィルタを示す回路構成図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図5において、第1の直列回路群4aは、共振器3aとグランドとの間に挿入され、第2の直列回路群4bは、共振器3aとグランドとの間に挿入されている。
第1および第2の直列回路4a、4bは、それぞれ、キャパシタCとスイッチング素子2とが直列接続された直列回路の並列構成(図5においては、各4個)からなる。
また、直列回路群4a、4bにおいて、隣接する2つの直列回路は、所要周波数において4分の1波長の電気長を隔ててシャント接続されている。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a variable band filter according to
In FIG. 5, the first
The first and
Further, in the
次に、図6〜図8を参照しながら、この発明の実施の形態2による帯域可変フィルタの動作について説明する。
図6はこの発明の実施の形態2による第1の状態を示す回路構成図であり、第1および第2の直列回路群4a、4bに用いられるスイッチング素子2がすべて開いた状態(オフ)を示している。
図6において、帯域可変フィルタは、高周波伝送線路で構成された共振器3aの電気長が2分の1波長となる周波数f1a〜f1bに対する帯域通過フィルタとして動作する。
Next, the operation of the variable band filter according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a first state according to the second embodiment of the present invention, and shows a state (OFF) in which all
In FIG. 6, the variable band filter operates as a band pass filter for frequencies f1a to f1b where the electrical length of the
図7はこの発明の実施の形態2による第2の状態を示す回路構成図であり、第1および第2の直列回路群4a、4bに用いられる複数(各両端部の2個の直列回路)のスイッチング素子2が閉じた状態(オン)を示している。
図7において、高周波伝送線路に複数(各2個)のキャパシタCがシャント接続されるので、第1の状態(図6)と比べて等価的に高周波線路の電気長は大きくなる。
したがって、帯域可変フィルタは、高周波伝送線路と複数(各2個)のシャントキャパシタCとで構成された共振器3a、3bの電気長が2分の1波長となる周波数f2a〜f2bに対する帯域可変フィルタとして動作する。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a second state according to the second embodiment of the present invention, and a plurality of (two series circuits at both ends) used in the first and second
In FIG. 7, since a plurality (two each) of capacitors C are shunt-connected to the high-frequency transmission line, the electrical length of the high-frequency line is equivalently increased compared to the first state (FIG. 6).
Therefore, the variable band filter is a variable band filter for the frequencies f2a to f2b at which the electrical length of the
図8はこの発明の実施の形態2による第3の状態を示す回路構成図であり、第1および第2の直列回路群4a、4bに用いられるすべてのスイッチング素子2が閉じた状態(オン)を示している。
図8において、高周波伝送線路に複数のキャパシタがCシャント接続されるので、第1および第2の状態(図6、図7)と比べて等価的に高周波線路の電気長は大きくなる。
したがって、帯域可変フィルタは、高周波伝送線路とすべてのシャントキャパシタCで構成された共振器3a、3bの電気長が2分の1波長となる周波数f3a〜f3bに対する帯域可変フィルタとして動作する。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a third state according to the second embodiment of the present invention, in which all
In FIG. 8, since a plurality of capacitors are C shunt-connected to the high frequency transmission line, the electrical length of the high frequency line is equivalently increased compared to the first and second states (FIGS. 6 and 7).
Therefore, the band variable filter operates as a band variable filter for the frequencies f3a to f3b in which the electrical length of the
図9はこの発明の実施の形態2による減衰量の周波数特性を示す説明図であり、帯域可変フィルタの第1、第2および第3の状態(図6〜図8)における減衰量の周波数特性(1点鎖線、破線、実線参照)を示している。
上述した通り、帯域可変フィルタの周波数特性は、第1の状態(1点鎖線)から、第2の状態(破線)、第3の状態(実線)になるにつれて、共振器3a、3bの共振周波数が低域する方向に変化するので、スイッチング素子2の開閉に応じて通過帯域の異なる帯域可変フィルタとして動作する。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the frequency characteristics of the attenuation according to the second embodiment of the present invention, and the frequency characteristics of the attenuation in the first, second and third states (FIGS. 6 to 8) of the band variable filter. (Refer to a one-dot chain line, a broken line, and a solid line).
As described above, the frequency characteristics of the band-variable filter are the resonance frequencies of the
以上のように、この発明の実施の形態2(図5)によれば、電磁的に結合された2個(複数)の共振器3a、3bと、スイッチング素子2とキャパシタCとが直列接続されて一端が接地された直列回路群(少なくとも1つ以上の直列回路)4a、4bとを備え、共振器3a、3b(複数の共振器のうちの少なくとも1つ以上の共振器)は、直列回路群4a、4b(直列回路)の他端に接続されているので、スイッチング素子2の開閉に応じて通過帯域の異なる帯域可変フィルタとして動作することができる。
As described above, according to the second embodiment (FIG. 5) of the present invention, two (a plurality) of electromagnetically coupled
また、直列回路群4a、4b内の隣接する2つの直列回路は、所要周波数において4分の1波長の電気長を隔ててシャント接続されているので、図9に示すように、周波数帯域f1a〜f1b、f2a〜f2b、f3a〜f3bに対する帯域可変フィルタとして動作することができる。
Further, since two adjacent series circuits in the
実施の形態3.
なお、上記実施の形態2(図5)では、各共振器3a、3bとグランドとの間に、キャパシタCおよびスイッチング素子2からなる直列回路群4a、4bを挿入したが、図10のように、各共振器3a、3bとグランドとの間に、スイッチング素子2と高周波伝送線路5との直列回路を含む直列回路群6a、6bを挿入してもよい。
In the second embodiment (FIG. 5), the
図10はこの発明の実施の形態3に係る帯域可変フィルタを示す回路構成図であり、前述(図1、図5参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図10において、第1の直列回路群6aは、共振器3aとグランドとの間に挿入され、第2の直列回路群6bは、共振器3bとグランドとの間に挿入されている。第1および第2の直列回路群6a、6bは、それぞれ、高周波伝送線路5とスイッチング素子2とが直列接続された直列回路の並列構成(図10においては、各4個)からなる。
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a band-variable filter according to
In FIG. 10, the first
図10の帯域可変フィルタは、前述(図5)の帯域可変フィルタと同様に、スイッチング素子2の開閉に応じて共振器3a、3bの共振周波数が変化するので、詳細な動作説明を省略するが、前述の実施の形態2と同様に、通過帯域の異なる帯域可変フィルタとして動作する。
また、直列回路群6a、6bにおいて、隣接する2つの直列回路は、所要周波数において4分の1波長の電気長を隔ててシャント接続されている。
In the band variable filter of FIG. 10, the resonance frequency of the
Further, in the
以上のように、この発明の実施の形態3(図10)によれば、電磁的に結合された2個(複数)の共振器3a、3bと、スイッチング素子2と高周波伝送線路5とが直列接続されて一端が接地された直列回路群(少なくとも1つ以上の直列回路)6a、6bとを備え、共振器3a、3b(複数の共振器のうちの少なくとも1つ以上の共振器)は、直列回路群6a、6b(直列回路)の他端に接続されているので、前述(図9)と同様に、スイッチング素子2の開閉に応じて通過帯域の異なる帯域可変フィルタとして動作することができる。
As described above, according to Embodiment 3 (FIG. 10) of the present invention, two (a plurality) of electromagnetically coupled
実施の形態4.
なお、上記実施の形態1〜3(図1〜図3、図5〜図8、図10)では、直線形状の共振器3a、3bを用いたが、図11のように、ヘアピン形状の高周波伝送線路7a、7bを用いて共振器を構成し、ヘアピン形状の対向する線路間を複数(少なくとも1つ以上)のスイッチング素子(スイッチング素子群8a、8b)を介して接続してもよい。
Embodiment 4 FIG.
In the first to third embodiments (FIGS. 1 to 3, FIG. 5 to FIG. 8 and FIG. 10), the
図11はこの発明の実施の形態4に係る帯域可変フィルタを示す回路構成図である。
図11において、第1および第2の共振器を構成する第1および第2の高周波伝送線路7a、7bは、それぞれ、ヘアピン形状を有する。
第1のスイッチング素子群8aは、第1の高周波伝送線路7aにおいて、ヘアピン形状の対向する線路間を接続しており、第2のスイッチング素子群8bは、第1の高周波伝送線路7aにおいて、ヘアピン形状の対向する線路間を接続している。
FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing a band-variable filter according to Embodiment 4 of the present invention.
In FIG. 11, the first and second high-
The first
以上のように、この発明の実施の形態4(図11)によれば、共振器を構成する高周波伝送線路7a、7bは、ヘアピン形状を有し、ヘアピン形状の対向する線路間は、スイッチング素子群8a、8b(少なくとも1つ以上のスイッチング素子)を介して接続されている。
これにより、帯域可変フィルタは、前述の実施の形態2、3と同様に、スイッチング素子群8a、8b内のスイッチング素子の開閉に応じて、共振器の共振周波数が変化するので、通過帯域の異なる帯域可変フィルタとして動作することができる。
As described above, according to the fourth embodiment (FIG. 11) of the present invention, the high-
As a result, in the band variable filter, the resonance frequency of the resonator changes according to the opening / closing of the switching elements in the
実施の形態5.
なお、上記実施の形態1〜4では、単一の帯域可変フィルタのみの構成について言及したが、図12のように、前述(図1、図5、図10、図11)の帯域可変フィルタを3個(少なくとも2つ以上)縦続接続し、3個の帯域可変フィルタ9a〜9cにより帯域可変フィルタを構成してもよい。
In the first to fourth embodiments, the configuration of only a single band variable filter is mentioned. However, as shown in FIG. 12, the band variable filter described above (FIGS. 1, 5, 10, and 11) is used. Three (at least two or more) cascade connections may be used, and the band variable filters may be configured by the three
図12はこの発明の実施の形態5に係る帯域可変フィルタを示すブロック構成図である。
図12において、第1の入出力端子1aと第2の入出力端子1bとの間には、第1の帯域可変フィルタ9aと、第2の帯域可変フィルタ9bと、第3の帯域可変フィルタ9cとが、順次に縦続接続されている。
第1〜第3の帯域可変フィルタ9a〜9cには、前述(図1)の実施の形態1と同様に「スルー状態」と「帯域通過状態」とを切替える帯域可変フィルタが用いられており、これにより、各々の帯域通過状態における通過帯域を任意に設定することができる。
FIG. 12 is a block diagram showing a band variable filter according to
In FIG. 12, a first band
As the first to third
次に、図12に示したこの発明の実施の形態5による帯域可変フィルタの動作について説明する。
まず、第1の帯域可変フィルタ9aを「帯域通過フィルタ状態」、第2および第3の帯域可変フィルタ9b、9cを「スルー状態」とした場合、図12の帯域可変フィルタは、第1の帯域可変フィルタ9aの通過帯域で定まる「帯域通過フィルタ」として動作する。
Next, the operation of the variable band filter according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 12 will be described.
First, when the first
一方、第2の帯域可変フィルタ9bを「帯域通過フィルタ状態」、第1および第3の帯域可変フィルタ9a、9cを「スルー状態」とした場合、図12の帯域可変フィルタは、第2の帯域可変フィルタ9bの通過帯域で定まる「帯域通過フィルタ」として動作する。
また、第3の帯域可変フィルタ9cを「帯域通過フィルタ状態」、第1および第2の帯域可変フィルタ9a、9bを「スルー状態」とした場合、図12の帯域可変フィルタは、第3の帯域可変フィルタ9cの通過帯域で定まる「帯域通過フィルタ」として動作する。
さらに、第1〜第3の帯域可変フィルタ9a〜9cをすべて「スルー状態」とした場合、図12の帯域可変フィルタは「スルー」として動作する。
On the other hand, when the second
When the third
Furthermore, when all of the first to third
以上のように、この発明の実施の形態5によれば、前述の実施の形態1〜4と同様の帯域可変フィルタを3個(少なくとも2つ以上だけ)縦続接続して構成したので、第1〜第3の帯域可変フィルタ9a〜9cの通過帯域をそれぞれ異なる値に設定して、各々の帯域可変フィルタ9a〜9cの通過状態を制御することにより、広範囲にわたって通過帯域を変えることのできる帯域可変フィルタを得ることができる。
As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, three band variable filters similar to those in the first to fourth embodiments described above are connected in cascade (at least two or more). -The variable bandwidth can be changed over a wide range by setting the pass bands of the third
なお、上記実施の形態1〜5に係る帯域可変フィルタ内のスイッチング素子としては、電界効果トランジスタ、PINダイオードなどの半導体スイッチや、MEMSスイッチなどの機械スイッチを用いることができ、いずれも同等の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態1〜5において、各帯域可変フィルタを構成する共振器およびスイッチング素子などの個数は、いずれも一例であり、上記実施の形態1〜5に限定されることはなく、必要に応じて任意数に設定され得ることは言うまでもない。
In addition, as a switching element in the band variable filter according to the first to fifth embodiments, a semiconductor switch such as a field effect transistor or a PIN diode, or a mechanical switch such as a MEMS switch can be used. Can be obtained.
In the first to fifth embodiments, the number of resonators and switching elements constituting each band-variable filter is an example, and is not limited to the first to fifth embodiments. It goes without saying that an arbitrary number can be set according to the above.
1a、1b 入出力端子、2、2a〜2c スイッチング素子、3a、3b 共振器、4a、4b、6a、6b 直列回路群、5 高周波伝送線路、7a、7b 高周波伝送線路(共振器)、8a、8b スイッチング素子群、9a〜9c 帯域可変フィルタ、C キャパシタ。 1a, 1b input / output terminal, 2, 2a-2c switching element, 3a, 3b resonator, 4a, 4b, 6a, 6b series circuit group, 5 high frequency transmission line, 7a, 7b high frequency transmission line (resonator), 8a, 8b Switching element group, 9a to 9c Band-variable filter, C capacitor.
Claims (7)
少なくとも1つ以上のスイッチング素子とを備え、
前記複数の共振器のうちの少なくとも2つ以上の隣接する共振器は、前記スイッチング素子を介して接続されたことを特徴とする帯域可変フィルタ。 A plurality of electromagnetically coupled resonators;
And at least one switching element,
A band-variable filter, wherein at least two adjacent resonators of the plurality of resonators are connected via the switching element.
スイッチング素子とキャパシタとが直列接続されて一端が接地された少なくとも1つ以上の直列回路とを備え、
前記複数の共振器のうちの少なくとも1つ以上の共振器は、前記直列回路の他端に接続されたことを特徴とする帯域可変フィルタ。 A plurality of electromagnetically coupled resonators;
At least one series circuit in which a switching element and a capacitor are connected in series and one end is grounded,
The band variable filter according to claim 1, wherein at least one of the plurality of resonators is connected to the other end of the series circuit.
スイッチング素子と高周波伝送線路とが直列接続されて一端が接地された少なくとも1つ以上の直列回路とを備え、
前記複数の共振器のうちの少なくとも1つ以上の共振器は、前記直列回路の他端に接続されたことを特徴とする帯域可変フィルタ。 A plurality of electromagnetically coupled resonators;
At least one series circuit in which a switching element and a high-frequency transmission line are connected in series and one end is grounded,
The band variable filter according to claim 1, wherein at least one of the plurality of resonators is connected to the other end of the series circuit.
前記複数の直列回路のうちの隣接する2つの直列回路は、所要周波数において4分の1波長の電気長を隔ててシャント接続されたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の帯域可変フィルタ。 The series circuit comprises at least two or more series circuits,
4. The band according to claim 2, wherein two adjacent series circuits of the plurality of series circuits are shunt-connected with an electrical length of a quarter wavelength at a required frequency. Variable filter.
前記ヘアピン形状の対向する線路間は、少なくとも1つ以上のスイッチング素子を介して接続されたことを特徴とする請求項5に記載の帯域可変フィルタ。 The high-frequency transmission line constituting the resonator has a hairpin shape,
The band-variable filter according to claim 5, wherein the hairpin-shaped opposing lines are connected via at least one switching element.
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