JP6312909B1 - ダイプレクサ及びマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の実施形態に係るダイプレクサについて、図1〜図3を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るダイプレクサ100のブロック図である。図2は、ダイプレクサ100が備えている方向性結合器106Aの平面図である。図3は、ダイプレクサ100が備えているフィルタ対の平面図である。なお、図2及び図3においては、方向性結合器106A及びフィルタ対を構成する一方の広壁(z軸正方向側の広壁)を省略した状態のダイプレクサ100を示している。これは、方向性結合器106A及びフィルタ対を構成する狭壁の構成を分かりやすく図示するためである。
図1に示すように、ダイプレクサ100は、方向性結合器106Aと、方向性結合器106Bと、フィルタ101Aと、フィルタ101Bとを備えている。方向性結合器106A、方向性結合器106B、フィルタ101A、及びフィルタ101Bの各々は、それぞれ、請求の範囲に記載の第1の方向性結合器、第2の方向性結合器、第1のフィルタ、及び第2のフィルタに対応する。フィルタ101A及びフィルタ101Bは、方向性結合器106Aと方向性結合器106Bとの間に介在するフィルタ対を構成する。
上述したように方向性結合器106A,106Bは、互いに同一の構成を有する。そこで、ここでは、方向性結合器106Aを用いて説明する。
フィルタ101A,フィルタ101Bは、互いに同一の構成を有する。また、フィルタ101A,フィルタ101Bの各々は、第3の実施形態において後述するフィルタ1、より具体的には、図8を参照して後述するフィルタ1と同一の構成を有する。
フィルタ101Aにおいては、広壁が円形である共振器110Aに対して導波路160Aが結合されており、且つ、広壁が円形である共振器150Aに対して導波路170Aが結合されている。同様に、フィルタ101Bにおいては、広壁が円形である共振器110Bに対して導波路160Bが結合されており、且つ、広壁が円形である共振器150Bに対して導波路170Bが結合されている。
本発明の第2の実施形態に係るマルチプレクサについて、図4を参照して説明する。図4は、本実施形態に係るマルチプレクサのブロック図である。
第1〜第n+1の高周波信号)が重畳された高周波信号から、第1〜第n+1の高周波信号の各々を分離することができる。
本発明の第3の実施形態に係るフィルタについて、図5を参照して説明する。図5の(a)は、本実施形態に係るフィルタ1の斜視透視図である。図5の(b)は、フィルタ1の平面図である。なお、図5の(b)は、一方の広壁(z軸正方向側の広壁11,21,31,41,51,61,71)を省略した状態のフィルタ1を図示している。これは、結合窓AP12,AP23,AP34,AP45,API,APOの構成を分かりやすく図示するためである。
図5の(a)及び(b)に示すように、フィルタ1は、共振器10、共振器20、共振器30、共振器40、共振器50と、導波路60と、導波路70とを備えている。
導波路60は、一対の広壁である広壁61,62と、一対の狭壁である狭壁63,64とにより構成された、断面が長方形な矩形導波路である。導波路60の共振器10側の端部には、共振器10の結合窓APIと同じ形状の開口が形成されたショート壁65が設けられている。この開口と共振器10の結合窓APIとが一致するように導波路60と共振器10とを接続することによって、導波路60と共振器10とは、電磁気的に結合する。
図5の(a)に示すように、広壁11の中心のことを中心C11と呼び、広壁12の中心のことを中心C12と呼ぶ。共振器10の中心C1は、中心C11と中心C12との中点に位置する。共振器20の中心C2、共振器30の中心C3、共振器40の中心C4、及び共振器50の中心C5の各々は、共振器10の中心C1と同様に定められる。
フィルタ1において、複数の共振器のうち互いに結合されている2つの共振器に着目する。ここでは、共振器20と共振器30とを用いて説明する。2つの共振器20,30の各々の広壁21,22,31,32の形状(共振器20,30の外接円の形状と同じ)は、2つの外接円の中心C2,C3同士をつなぐ直線BB’を対称軸として線対称である(図5の(b)参照)。したがって、従来のフィルタ(特許文献1の図1,図2に記載のフィルタ)と比較して、フィルタ1は、互いに結合されている2つの共振器における対称性が高いため、設計パラメータの数を少なくすることができる。したがって、フィルタ1は、従来のフィルタと比較して、所望の特性を有するフィルタを容易に設計することができる。
フィルタ1において、共振器10と共振器50とは、互いに隣接するように配置されている(図5の(a),(b)参照)。したがって、複数の共振器が直線状に配置されている場合と比較して、フィルタの全長を短くすることができる。フィルタの全長を短くすることによって、フィルタ1を取り巻く環境温度が変化した場合に生じる熱膨張又は熱収縮の絶対値を抑制することができる。したがって、全長が従来より短いフィルタ1は、環境温度の変化に起因する、通過帯域の中心周波数や帯域幅などの変化を抑制することができる。言い換えれば、フィルタ1は、環境温度に対する特性の安定性が高い。
図5の(b)に示すように、入力ポートである結合窓APIは、共振器10のうち共振器50と対向する側(y軸正方向側)と逆側(y軸負方向側)の領域であって、直線AA’と交わる領域に形成されている。直線AA’は、共振器10の中心C1と、共振器50の中心C5とを通る直線である。
図6の(a)〜(d)を参照して、フィルタ1の第1〜第4の変形例であるフィルタ1a〜1dについて説明する。図6の(a)〜(d)は、それぞれ、フィルタ1a〜1dの平面図である。なお、図6の(a)〜(d)の各図において、一方の広壁を省略した状態のフィルタ1a〜1dを図示している。
図7の(a)〜(b)を参照して、フィルタ1の第5〜第6の変形例であるフィルタ1e,1fについて説明する。図7の(a),(b)は、それぞれ、フィルタ1e,1fの平面図である。なお、図7の(a),(b)の各図において、一方の広壁を省略した状態のフィルタ1e〜1fを図示している。
図5に示したフィルタ1の別の構成例について、図8及び図9を参照して説明する。図8は、フィルタ1をポスト壁導波路の技術を用いて構成した場合の構成例の斜視透視図である。なお、図8において、導体層2,4を仮想線(二点鎖線)にて図示している。これは、基板3の内部に形成された複数の導体ポストを見やすくするためである。図9の(a)及び(b)は、それぞれ、図8に示したフィルタ1の入力ポートに接続された導波路60の端部に設置可能な変換部80の平面図及び断面図である。
本構成例のフィルタ1は、ポスト壁導波路の技術を用いており、その両面に導体層2と導体層4とが形成された誘電体製の基板3を用いて構成されている。基板3は、請求の範囲に記載の誘電体基板に対応する。一対の導体層である導体層2及び導体層4は、共振器10〜50及び導波路60〜70を構成する一対の広壁として機能する。また、基板3の内部には、基板3の一方の表面から他方の表面まで貫通する貫通孔が複数形成されており、その貫通孔の内壁には、導体層2と導体層4とを導通させるように、導体膜が形成されている。すなわち、貫通孔の内部には、導体層2と導体層4とを導通させる導体ポストが形成されている。
図8に示したフィルタ1において、導波路60の共振器10側と逆側の端部(y軸負方向側の端部)には、図9に示す変換部80が設けられていてもよい。同様に、導波路70の共振器50側と逆側の端部(y軸正方向側の端部)にも、変換部80が設けられていてもよい。以下では、導波路60の端部に設けられた変換部80を例にして説明する。
本発明の第4の実施形態に係るフィルタについて、図10を参照して説明する。図10の(a)は、本実施形態に係るフィルタ201の斜視透視図である。図10の(b)は、フィルタ201の平面図である。なお、図10の(b)は、一方の広壁(z軸正方向側の広壁)を構成する導体層202を省略した状態のフィルタ201を図示している。これは、共振器210〜250及び導波路260,270を構成する狭壁213,223,233,243,253,263,264,273,274を構成する導体ポストの配置を分かりやすく図示するためである。
図11を参照して、本発明の第7の変形例であるフィルタ301について説明する。図11は、フィルタ301の斜視透視図である。フィルタ301は、フィルタ201の構成をベースとして、導体ポスト214、224,234,244,254の代わりに突出部314,324,334,344,354を採用することによって得られる。したがって、本変形例では、突出部314〜354について説明し、それ以外の構成に関する説明を省略する。なお、フィルタ301を構成する各部材に付した部材番号は、フィルタ201を構成する各部材に対して付した部材番号を300番台に変更することによって得られる。
本発明の実施例であるフィルタ1と、比較例であるフィルタ501とについて、図12〜図14を参照して説明する。図12は、フィルタ1及びフィルタ501の平面図である。図13の(a)は、フィルタ1及びフィルタ501における反射特性(SパラメータS(1,1)の周波数依存性)を示すグラフである。図13の(b)は、フィルタ1及びフィルタ501における透過特性(SパラメータS(2,1)の周波数依存性)を示すグラフである。図14の(a)は、フィルタ1の内部における電界分布を示す等高線図である。図14の(b)は、フィルタ501の内部における電界分布を示す等高線図である。
・R1,R5=749μm
・R2,R4=787μm
・R3=792μm
・D12,D45=1446μm
・D23,D34=1449μm
本発明の第5の実施形態に係るダイプレクサについて、図15を参照して説明する。図15の(a)は、本実施形態に係るダイプレクサ600のブロック図である。図15の(b)は、ダイプレクサ600の平面図である。
フィルタ601A及びフィルタ601Bの各々は、図3に記載のフィルタ101A及びフィルタ101bと同様に構成されている。フィルタ601Aは、5つの共振器である共振器610A,620A,630A,640A,650Aを、結合窓AP12A,AP23A,AP34A,AP45Aを介して電磁気的に結合することによって構成されている。フィルタ601Bは、5つの共振器である共振器610B,620B,630B,640B,650Bを、結合窓AP12B,AP23B,AP34B,AP45Bを介して電磁気的に結合することによって構成されている。
方向性結合器606A及び方向性結合器606Bの各々は、何れも図2に記載の方向性結合器106Aを変形することによって得られる。方向性結合器606A及び方向性結合器606Bは、共振器630Aの中心及び共振器630Bの中心を含むzx平面を対称面として鏡映対称となる位置に配置されている。したがって、本実施形態では、方向性結合器606Aについて主に説明する。
ダイプレクサ600は、図1に示したダイプレクサ100と比較して第3のフィルタであるフィルタ601Cを更に備えている。フィルタ601Cは、フィルタ101A及びフィルタ101Bの通過帯域である帯域f1とは異なる帯域f2を通過帯域とするように設計されている。
ダイプレクサ600において、導波路670Cには変換部80Aが設けられており、導波路682Aのy軸負方向側の端部(フィルタ601Bと逆側の端部)には変換部80Bが設けられており、導波路681Bのy軸正方向側の端部(フィルタ601Aと逆側の端部)には変換部80Cが設けられており、導波路682Bのy軸正方向側の端部(フィルタ601Bと逆側の端部)には変換部80Dが設けられている。
ダイプレクサ600は、通過帯域が帯域f1であるフィルタ601A,601Bに加えて、通過帯域が帯域f2であるフィルタ601Cを更に備えている。したがって、図1に示したダイプレクサ100と比較して、ポートP3とポートP9との間におけるアイソレーション特性を向上させることができる。
方向性結合器606A,606Bの変形例である方向性結合器606Aa,606Baについて図16を参照して説明する。図16は、方向性結合器606Aaの平面図である。方向性結合器606Baは、共振器630Aの中心及び共振器630Bの中心を含むzx平面を対称面として、方向性結合器606Aaを鏡映対称となる位置に配置することによって得られる。そのため、ここでは、方向性結合器606Baに関する説明を省略する。図15の(b)に示したダイプレクサ600は、方向性結合器606Aの代わりに図17に示した方向性結合器606Aaを採用し、方向性結合器606Bの代わりに方向性結合器606Aaと同一に構成された方向性結合器を採用してもよい。
本発明の第6の実施形態に係るダイプレクサについて、図17を参照して説明する。図17は、本実施形態に係るダイプレクサ700の平面図である。
フィルタ701Cは、各々の広壁が長方形である5つの共振器710C,720C,730C,740C,750Cを、結合窓AP12C,AP23C,AP34C,AP45Cを介して電磁気的に結合させることによって構成されている。共振器710Cは、一対の狭壁である狭壁711C及び狭壁712Cと、一対の広壁である導体層(基板の両面に形成された導体層)とにより四方を囲まれている。共振器720C,730C,740C,750Cについても共振器710Cと同様である。
方向性結合器706Aは、導波路781Aと導波路782Aとを備えている。方向性結合器706A、導波路781A、及び導波路782Aの各々は、請求の範囲に記載の第1の方向性結合器、第1の導波路、及び第2の導波路である。
本発明の第7の実施形態に係るダイプレクサについて、図18を参照して説明する。図18は、本実施形態に係るダイプレクサ800の平面図である。図18に示すように、ダイプレクサ800は、フィルタ801A,801B,801Cと、方向性結合器806A,806Bとを備えている。
1,101A,101B,601A,601B,601C,701A,701B,701C,801A,801B,801C フィルタ
106A,106B,606A,606B,706A,706B,806A,806B 方向性結合器
10,20,30,40,50,110A,120A,130A,140A,150A,110B,120B,130B,140B,150B,610A,620A,630A,640A,650A,610B,620B,630B,640B,650B,710A,720A,730A,740A,750A,710B,720B,730B,740B,750B,810A,820A,830A,840A,850A,810B,820B,830B,840B,850B 共振器
11,12,21,22,31,32,41,42,51,52 広壁
13,23,33,43,53 狭壁
13i,23i,33i,43i,53i 導体ポスト
60,70 導波路
61,62,71,72 広壁
63,64,73,74 狭壁
63i,64i,73i,74i 導体ポスト
65,66,75 ショート壁
80,80A,80B,80C,80D 変換部(入力変換部及び出力変換部)
Claims (9)
- 第1の導波路及び第2の導波路により構成された第1の方向性結合器と、
第3の導波路及び第4の導波路により構成された第2の方向性結合器と、
第1の導波路と第3の導波路との間に介在する第1のフィルタと、
第2の導波路と第4の導波路との間に介在する第2のフィルタと、を備えたダイプレクサであって、
前記第1のフィルタ及び前記第2のフィルタは、電磁気的に結合された複数の共振器を備え、
前記複数の共振器の各々は、一対の広壁と、当該一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されており、前記広壁は、円形または6角形以上の正多角形の形状を有し、
前記一対の広壁は、誘電体基板の両面に設けられた一対の導体層からなり、
前記狭壁は、前記誘電体基板を貫通し、且つ、一対の広壁の各々を導通させる導体ポスト群からなり、
前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの共振器の各々は、これら2つの共振器の広壁の外接円の半径をR1及びR2とし、これら2つの共振器の中心間距離をDとした場合に、D<R1+R2となるように配置され、
前記複数の共振器のうち少なくとも1つの共振器は、前記狭壁を構成する前記導体ポスト群の他に、前記誘電体基板を貫通し、且つ、一対の広壁の各々を導通させる導体製の導体ポストを更に含む、
ことを特徴とするダイプレクサ。 - 前記複数の共振器は、入力ポートが設けられた最初段の共振器と、出力ポートが設けられた最終段の共振器とが隣接するように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のダイプレクサ。 - 前記複数の共振器は、入力ポートが設けられた最初段の共振器と、出力ポートが設けられた最終段の共振器とを含み、
前記最初段の共振器のうち前記最終段の共振器と対向する側と逆側の領域に、当該最初段の共振器の中心と前記最終段の共振器の中心とを通る直線と交わる、前記入力ポートとして機能する結合窓が形成されており、
前記最終段の共振器のうち前記最初段の共振器と対向する側と逆側の領域に、前記直線と交わる、前記出力ポートとして機能する結合窓が形成されている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のダイプレクサ。 - 前記複数の共振器は、奇数個の共振器により構成されている、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のダイプレクサ。 - 前記複数の共振器のうち少なくとも1つの共振器は、当該共振器を構成する一対の広壁のうち何れか一方の広壁から当該共振器の内部に向かって突出した、導体製の突出部であって、その突出量が前記導体ポストの突出量より短い突出部を更に含む、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のダイプレクサ。 - 前記第1のフィルタ及び前記第2のフィルタは、第1の周波数帯域を通過帯域とし、
電磁気的に結合された複数の共振器により構成され、前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域を通過帯域とし、前記第1の導波路の前記第1のフィルタと逆側の端部に接続された第3のフィルタを更に備えている、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のダイプレクサ。 - 前記第3のフィルタを構成する前記複数の共振器の各々は、前記第1のフィルタ及び前記第2のフィルタを包含し、且つ、その直径が前記第2の導波路の前記第2のフィルタと逆側の端部から前記第4の導波路の前記第2のフィルタと逆側の端部までの長さ以下である任意の基準円の円周上又は内側に配置されている、
ことを特徴とする請求項6に記載のダイプレクサ。 - 前記第3のフィルタを構成する前記複数の共振器の各々は、円形または6角形以上の正多角形の広壁を有し、
前記複数の共振器のうち互いに結合されている2つの共振器の各々は、これら2つの共振器の広壁の外接円の半径をr1及びr2とし、これら2つの共振器の中心間距離をdとした場合に、d<r1+r2となるように配置されている、
ことを特徴とする請求項6又は7に記載のダイプレクサ。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載のダイプレクサを複数備えている、
ことを特徴とするマルチプレクサ。
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