JP3570375B2 - 周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マイクロ波帯で使用される周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、共振器にコンデンサなどを介してPINダイオードもしくは可変容量ダイオードなどのリアクタンス素子を接続し、このリアクタンス素子を電圧制御することで共振周波数を可変させる帯域阻止フィルタが知られている。
【0003】
図9は従来の周波数可変帯域阻止フィルタ1の構成を示す電気回路図である。このフィルタ1は、共振器2,3と、結合コンデンサC5と、減衰極を作るための有極用コンデンサC1,C2と、周波数シフト用コンデンサC3,C4と、リアクタンス素子であるPINダイオードD1,D2と、チョークコイルとして機能するインダクタL1,L2と、制御電圧供給用抵抗R1,R2にて構成されている。また、P1は入力端子電極、P2は出力端子電極、Vc1は電圧制御端子電極である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の周波数可変帯域阻止フィルタ1は、電圧制御によって減衰極周波数を変化することができるが、減衰帯域幅を変えることは困難であった。従って、設計の自由度が小さかった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、減衰極周波数を可変するだけでなく、減衰帯域幅も変えることができる周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係るフィルタは、
(a)共振器と共振用コンデンサを電気的に直列に接続した複数の直列共振部と、
(b)前記複数の直列共振部を電気的に接続する結合素子と、
(c)前記直列共振部のそれぞれの共振器毎に電気的に並列に接続された、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、
(d)前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサとを備え、
(e)前記スイッチング素子のON/OFF制御により、減衰極周波数が変わるように構成したこと、
を特徴とする。スイッチング素子としては、例えば、PINダイオードや電界効果トランジスタなどが用いられる。また、共振器としては、誘電体同軸共振器や分布定数線路などが用いられる。
【0007】
以上の構成により、スイッチング素子がOFF状態のときは、結合コンデンサと周波数シフト用コンデンサがフィルタ特性に寄与することになる。従って、減衰極周波数が上がり、減衰帯域幅が狭くなる。一方、スイッチング素子がON状態のときは、結合コンデンサの両端は接地され、周波数シフト用コンデンサのみがフィルタ特性に寄与することになる。従って、減衰極周波数が下がり、減衰帯域幅が広くなる。
【0008】
また、本発明に係るフィルタは、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサが、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または/およびスイッチング素子のための接続電極にて構成されていることを特徴とする。これにより、コンデンサ部品の個数を低減することができる。
【0009】
また、本発明に係るアンテナ共用器や通信機装置は、前述の特徴を有するフィルタの少なくともいずれか一つを備えることにより、設計の自由度を大きくすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフィルタ、アンテナ共用器および通信機装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【0011】
[第1実施形態、図1〜図6]
図1に示すように、周波数可変帯域阻止フィルタ11は、入出力用外部端子P1とP2の間に、共振器12と共振用コンデンサC11とで構成された直列共振部16を有するトラップ回路と、共振器13と共振用コンデンサC12とで構成された直列共振部17を有するトラップ回路とをコンデンサC15を介して電気的に結合したものである。共振用コンデンサC11,C12は阻止域減衰量の大きさを決めるコンデンサである。なお、コンデンサC15の代わりに、結合コイル、あるいは、結合コイルと結合コンデンサの並列回路などを使用してもよい。
【0012】
共振器12の開放端側には、周波数シフト用コンデンサC13と電圧制御可能なリアクタンス素子であるPINダイオードD11の直列回路が、PINダイオードD11のカソードを接地した状態で共振器12に対して電気的に並列に接続している。同様に、共振器13の開放端側には、周波数シフト用コンデンサC14とPINダイオードD12の直列回路が電気的に接続している。周波数シフト用コンデンサC13,C14は、フィルタ11の減衰特性の二つの減衰極周波数をそれぞれ変更するためのコンデンサである。
【0013】
さらに、結合コンデンサC16が周波数シフト用コンデンサC13およびPINダイオードD11の接続点15aと、周波数シフト用コンデンサC14およびPINダイオードD12の接続点15bとの間を電気的に接続している。
【0014】
電圧制御用端子Vc1は、制御電圧供給用抵抗R11およびコンデンサC17とチョークコイルL11を介してPINダイオードD11のアノードに電気的に接続するとともに、制御電圧供給用抵抗R12およびコンデンサC18とチョークコイルL12を介してPINダイオードD12のアノードに電気的に接続している。
【0015】
また、共振器12,13には、例えば、図2に示すように、誘電体同軸共振器が使用される。図2は共振器12を代表例として示している。誘電体同軸共振器12,13は、TiO系のセラミック等の高誘電率材料で形成された筒状誘電体21と、筒状誘電体21の外周面に設けられた外導体22と、筒状誘電体21の内周面に設けられた内導体23とで構成されている。外導体22は、誘電体21の一方の開口端面21a(以下、開放側端面21aと記す)では、内導体23から電気的に開放(分離)され、他方の開口端面21b(以下、短絡側端面21bと記す)では、内導体23に電気的に短絡(導通)されている。誘電体同軸共振器12は、開放側端面21aにおいて周波数シフト用コンデンサC13に電気的に接続され、短絡側端面21bにおいて外導体22がグランドに接地されている。
【0016】
図3は、回路基板40上に各部品を実装したフィルタ11の平面図である。図3において、38はスルーホールであり、50,51はグランドパターンであり、41〜49は信号回路パターンである。ここで、信号回路パターン45は、PINダイオードD11のための接続電極部45aと、周波数シフト用コンデンサC13のための接続電極部45bと、チョークコイルL11のための接続電極部とを有している。同様に、信号回路パターン46は、PINダイオードD12のための接続電極部46aと、周波数シフト用コンデンサC14のための接続電極部46bと、チョークコイルL12のための接続電極部とを有している。
【0017】
PINダイオードD11,D12は近接して並置され、そのアノード側が隣接して配置されている接続電極部45a,46aにそれぞれ半田付け等の方法により電気的に接続されている。このPINダイオードD11,D12のための接続電極部45aと46aにて、結合コンデンサC16が構成されている。接続電極部45aと46aは、対向する部分が櫛形状になっており、接続電極部45aと46aの間に発生する静電容量を大きくしている。これにより、コンデンサ部品の個数を1個削減することができる。
【0018】
なお、本第1実施形態では、結合コンデンサC16を、PINダイオードD11,D12のための接続電極部45a,46aにて構成しているが、周波数シフト用コンデンサC13,C14のための接続電極部45bと46bにて構成してもよい。この場合、接続電極部45bと46bは隣接して配置されるとともに、周波数シフト用コンデンサC13,C14も近接して並置される。さらに、接続電極部45aと46a、並びに、接続電極部45bと46bの両方で結合コンデンサC16を構成して、大きな静電容量を獲得してもよい。
【0019】
次に、以上の構成からなる周波数可変帯域阻止フィルタ11の作用効果について説明する。
【0020】
電圧制御用端子Vc1に負電圧(または0V)を印加すると、PINダイオードD11,D12はOFF状態となる。従って、図4の(A)に示すように、結合コンデンサC16と周波数シフト用コンデンサC13,C14とを介して、共振器12と13の間がカップリングすることになる。これにより、図5の実線51に示すように、フィルタ11の二つの減衰極周波数はともに高くなる。図5はPINダイオードD11,D12がOFF状態のときのフィルタ11の透過特性S21(実線51にて表示)および反射特性S11(実線55にて表示)を示すグラフである。比較のために、図9で示した従来のフィルタ1の透過特性S21(点線53にて表示)および反射特性S11(点線57にて表示)も併せて記載している。
【0021】
逆に、電圧制御用端子Vc1に正電圧を印加すると、PINダイオードD11,D12はON状態となり、結合コンデンサC16の両端は接地され、結合コンデンサC16はフィルタ特性に寄与しなくなる。これにより、図6の実線52に示すように、フィルタ11の二つの減衰極周波数はともに低くなる。ここに、図5の実線51と比較すると、二つの減衰極周波数が低周波側に約50MHzシフトするだけでなく、減衰帯域の幅も約半分に変化していることがわかる。図6はPINダイオードD11,D12がON状態のときのフィルタ11の透過特性S21(実線52にて表示)および反射特性S11(実線56にて表示)を示すグラフである。比較のために、図9で示した従来のフィルタ1の透過特性S21(点線54にて表示、ただし、実線52と略同じため重なっている)および反射特性S11(点線58にて表示)も併せて記載している。
【0022】
以上のように、この周波数可変帯域阻止フィルタ11は、電圧制御によって透過帯域と減衰極周波数を変えることができるとともに、減衰帯域幅も変えることができる構成になっている。
【0023】
[第2実施形態、図7]
第2実施形態は、本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示すものである。図7に示すように、アンテナ共用器141は、送信端子Txとアンテナ端子ANTの間に送信フィルタ142が電気的に接続し、受信端子Rxとアンテナ端子ANTの間に受信フィルタ143が電気的に接続している。ここに、送信フィルタ142や受信フィルタ143として、前記第1実施形態の誘電体フィルタ11を使用することができる。このフィルタ11を実装することにより、設計の自由度が大きくかつ小型化を図ることができるアンテナ共用器141を実現することができる。
【0024】
[第3実施形態、図8]
第3実施形態は、本発明に係る通信機装置の一実施形態を示すもので、携帯電話を例にして説明する。
【0025】
図8は携帯電話150のRF部分の電気回路ブロック図である。図8において、152はアンテナ素子、153はデュプレクサ、161は送信側アイソレータ、162は送信側増幅器、163は送信側段間用バンドパスフィルタ、164は送信側ミキサ、165は受信側増幅器、166は受信側段間用バンドパスフィルタ、167は受信側ミキサ、168は電圧制御発振装置(VCO)、169はローカル用バンドパスフィルタである。
【0026】
ここに、デュプレクサ153として、例えば前記第2実施形態のアンテナ共用器141を使用することができる。アンテナ共用器141を実装することにより、RF部分の設計の自由度を向上させるとともに、小型の携帯電話を実現することができる。
【0027】
[他の実施形態]
なお、本発明に係る周波数可変フィルタ、アンテナ共用器および通信機装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、スイッチング素子はPINダイオードの他に、電界効果トランジスタや可変容量ダイオードなどを用いてもよい。共振器は、誘電体共振器の他に、分布定数線路(ストリップ線路)なども用いてもよい。
【0028】
また、誘電体共振器は、前記実施形態のように一つの誘電体ブロックに一つの内導体孔を設けた構造のもの(つまり、一つの誘電体ブロック内に一つの共振器を形成したもの)だけでなく、一つの誘電体ブロックに二つ以上の内導体孔を設けた構造のもの(つまり、一つの誘電体ブロック内に二つ以上の共振器を形成したもの)であってもよい。
【0029】
また、分布定数線路(ストリップ線路)としては、導体基板上に誘電体を介してストリップ導体を配設した構造のものや、2枚の導体基板の間に誘電体を挟み、該誘電体の内部にストリップ導体を配設したサンドイッチ構造のもの等がある。このとき、前述の誘電体共振器のように、一つのブロック内に二つ以上のストリップ導体を設ける(つまり、一つのブロック内に二つ以上の共振器を形成する)ようにしてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に結合コンデンサを電気的に接続したので、減衰極周波数を可変するだけでなく、減衰帯域幅も変えることができる周波数可変フィルタを得ることができる。この結果、設計の自由度が大きいアンテナ共用器や通信機装置が得られる。
【0031】
また、結合コンデンサを、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または/およびスイッチング素子のための接続電極にて構成することにより、コンデンサ部品の個数を低減することができ、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る周波数可変フィルタの一実施形態を示す電気回路図。
【図2】図1に示したフィルタに使用される共振器の一例を示す断面図。
【図3】図1に示したフィルタの一例を示す平面図。
【図4】図1に示したフィルタの動作原理を説明するための電気等価回路図。
【図5】図1に示したフィルタのPINダイオードがOFF状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図6】図1に示したフィルタのPINダイオードがON状態のときの周波数特性を示すグラフ。
【図7】本発明に係るアンテナ共用器の一実施形態を示す電気回路ブロック図。
【図8】本発明に係る通信機装置の一実施形態を示す電気回路ブロック図。
【図9】従来の周波数可変フィルタを示す電気回路図。
【符号の説明】
11…周波数可変帯域阻止フィルタ
12,13…共振器
16,17…直列共振部
45a,46a…PINダイオードのための接続電極部
141…アンテナ共用器
142…送信フィルタ
143…受信フィルタ
150…携帯電話
153…デュプレクサ
C11,C12…共振用コンデンサ
C13,C14…周波数シフト用コンデンサ
C15…コンデンサ(結合素子)
C16…結合コンデンサ
D11,D12…PINダイオード(スイッチング素子)

Claims (6)

  1. 共振器と共振用コンデンサを電気的に直列に接続した複数の直列共振部と、
    前記複数の直列共振部を電気的に接続する結合素子と、
    前記直列共振部のそれぞれの共振器毎に電気的に並列に接続された、周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子からなる直列回路と、
    前記直列回路の周波数シフト用コンデンサとスイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された結合コンデンサとを備え、
    前記スイッチング素子のON/OFF制御により、減衰極周波数が変わるように構成したこと、
    を特徴とする周波数可変フィルタ。
  2. 前記スイッチング素子がPINダイオードまたは電界効果トランジスタのいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の周波数可変フィルタ。
  3. 前記共振器が誘電体同軸共振器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の周波数可変フィルタ。
  4. 前記周波数シフト用コンデンサと前記スイッチング素子の接続点同士間に電気的に接続された前記結合コンデンサが、周波数シフト用コンデンサのための接続電極または/およびスイッチング素子のための接続電極にて構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の周波数可変フィルタ。
  5. 請求項1ないし請求項4に記載の周波数可変フィルタを備えたことを特徴とするアンテナ共用器。
  6. 請求項1ないし請求項4に記載の周波数可変フィルタ、または、請求項5に記載のアンテナ共用器の少なくともいずれか一つを備えたことを特徴とする通信機装置。
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