JP4552205B2

JP4552205B2 - スイッチ機能付きフィルタ

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Publication number: JP4552205B2
Application number: JP2007324156A
Authority: JP
Inventors: 博丹保; 毅濱田
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: TW200943613A; KR20090065450A; US8072294B2; KR100992895B1; CN101499548A; JP2009147766A; CN101499548B; DE08021398T1; ES2335739T1; EP2073303A1; TWI406446B; US20090153264A1

Description

本発明は、スイッチ機能付きフィルタに関し、特に、時分割複信方式を採用した携帯電話機の基地局向けアンテナ共用ＲＦ通信装置に適したスイッチ機能付きフィルタに関する。

従来、時分割複信(Time Division Duplex) 方式によるアンテナ共用ＲＦ通信装置においては、同一周波数帯を用いつつ時分割で送信回路と受信回路を切替えることにより、ベースバンド信号の伝送を実現している。この種のＲＦ通信装置においては、通常、図２４に示すように、送受信回路（ＴＸ回路７１及びＲＸ回路７２）とＲＦフィルタ回路７３との間に単極双頭（ＳＰＤＴ）構成のＲＦスイッチ回路７４を設け、それによって、伝送経路の切替えを行っている。尚、ＲＦスイッチ回路７４は、例えば、ＰＩＮダイオード等のアクティブ素子をマイクロストリップ線路上に実装することなどによって構成される。

従来のＲＦ通信装置においては、送信回路７１及び受信回路７２等の各回路を単体で形成し、それらの間を同軸ケーブル等によって接続するのが一般的であるが、この場合、電気的及び機構的な部品点数が増えるため、装置コストが増大し易く、また、ＲＦ信号の伝送路長が長くなることから、回路の伝送損失が大きくなるという問題もある。

そこで、特許文献１には、図２５に示すように、ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間及びＡＮＴ端子−ＴＸ端子間の各々に、ＰＩＮダイオードＤ１ｅ、Ｄ２ｅを設けることにより、ＲＦフィルタ回路及びＲＦスイッチ回路を一体化したスイッチ機能付きフィルタが提案されている。尚、図２５において、Ｃ１ａ〜Ｃ６ｅは、キャパシタンス成分であり、ＴＬ１ｅ〜ＴＬ４ｅは、短絡線路共振器である。

このフィルタ回路は、ＰＩＮダイオードＤ１ｅ、Ｄ２ｅに印加する電圧を制御することにより、ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間及びＡＮＴ端子−ＴＸ端子間の導通状態を切替え、それによって、スイッチ動作を実現するように構成されている。同回路によれば、部品点数を削減することができるとともに、伝送路長を短くすることができるため、装置コストの削減や伝送損失の低減を図ることが可能になる。

特開２００５−５１６５６号公報

しかしながら、上記フィルタ回路は、平面回路、すなわち平板状の誘電体基板上にチップコンデンサや共振器等の回路素子を実装し、それらをマイクロストリップ線路で接続するフィルタ構成であるため、誘電体基板の誘電損によってフィルタの伝送損失が大きくなる虞があり、フィルタの伝送損失の増加は、無線装置の送信回路においては、消費電力の増加を招き、また、受信回路においては、雑音指数ＮＦの劣化に直結するという問題がある。その場合、低損失基板を用いることが考えられるが、そうした基板は高価であり、また、安価の基板では、材料の選択性が乏しく、所望の特性を得ることが困難である。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、部品点数の削減を可能としながら、安価で低損失特性を得ることができるスイッチ機能付きフィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、金属筐体の内部に複数の共振器が形成された導波管構造を有し、主導波路から分岐する複数の分岐導波路が形成されるとともに、該複数の分岐導波路の何れかに選択的に伝送信号を伝送させるスイッチ機能付きフィルタであって、前記複数の分岐導波路上に、前記金属筐体の内部に形成された空間と、該空間内に配置され、一端が前記金属筐体に接地される内導体と、該内導体の開放端近傍を前記金属筐体に選択的に導通させる短絡部とを備えた共振器が配置されるとともに、前記主導波路及び分岐導波路の上面視形状に対応する孔が穿設された積層プリント基板が、前記金属筐体を構成する金属ケースと金属カバーとの間に配置され、前記短絡部が、前記積層プリント基板と一体に形成され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間に架設される短絡板と、該短絡板上に配置され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体とを電気的に接続する短絡線と、該短絡線上に配置され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えるアクティブ素子とを備え、該スイッチ機能付きフィルタは、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えることにより、前記複数の分岐導波路の選択を行うことを特徴とする。

そして、本発明によれば、内導体の開放端近傍と金属筐体との間の導通の有無を切替えることにより、分岐導波路の周波数特性を変化させることができ、それを利用してスイッチを構成することができる。このため、スイッチ構成とフィルタ構成を一体化することができ、部品点数の削減や装置の小型化を図ることが可能になる。また、従来のスイッチ機能付きフィルタのように、平面回路上に共振器等を配置する構成ではないため、低損失のフィルタを実現することもできる。加えて、内導体の開放端近傍と金属筐体との間の導通状態を容易に切替えることができるとともに、簡単な構成でスイッチを構成することもできる。さらに、短絡板のみを別途に形成する必要がなく、また、短絡板を金属筐体内に組付ける際にも、積層プリント基板の組付けと同時に組付け処理を済ませることができるため、部品点数や組立工数の削減を図ることが可能になる。

上記スイッチ機能付きフィルタにおいて、前記複数の分岐導波路上の少なくとも１つに、前記金属筐体の内部に形成された空間と、該空間内に配置され、一端が前記金属筐体に接地される内導体と、前記空間内の該内導体の開放端近傍に配置され、該内導体と所定の間隔を隔てた状態で該内導体の外周を囲むように配置されたリング状又はＵ字状の導電板と、該導電板と前記金属筐体との間に架設される第２の短絡板と、該第２の短絡板上に配置され、該導電板と前記金属筐体とを電気的に接続する第２の短絡線と、該第２の短絡線上に配置され、前記導電板と前記金属筐体との間の導通の有無を切替える第２のアクティブ素子とを備えた共振器を配置することができ、これによれば、耐電力性に優れたフィルタを構成することが可能になる。

上記スイッチ機能付きフィルタにおいて、前記導電板が、前記積層プリント基板と一体に形成された誘電体板の表面に導電性被膜が付されてなり、前記第２のアクティブ素子が、前記導電性被膜と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えることができる。これによれば、部品点数や組立工数の削減を図ることが可能になる。

以上のように、本発明によれば、部品点数の削減を可能としながら、安価で低損失特性を得ることができるスイッチ機能付きフィルタを提供することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明にかかるスイッチ機能付きフィルタの第１の実施形態を示す構成図である。尚、図１は、図２のＢ−Ｂ線断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図２のＣ−Ｃ線断面図である。

図１に示すように、本スイッチ機能付きフィルタ１は、大別して、金属ケース２と、金属ケース２に被設された金属カバー３と、金属ケース２及び金属カバー３間に挟み込まれた積層プリント基板４とから構成される。金属ケース２及び金属カバー３の内部には、所定の高さｈを有する上面視Ｙ字形（図２（ａ）参照）の空間１ａが形成され、図２（ｂ）に示すように、主導波路５と、主導波路５から分岐する第１及び第２の分岐導波路６、７とが構成される。

主導波路５は、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間の信号と、ＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間の信号との双方が伝送される伝送路であり、その伝送路上には、２つの共振器１１、１２と、それらの間に形成されたスリット１３とが配置される。共振器１１は、図２（ａ）及び図３に示すように、高さｈより短軸の金属棒（中心導体）１１ｃを円柱状空間１１ａの中心軸に有し、中心導体１１ｃの長手方向の一端を外導体（金属カバー３）１１ｂに接地した半同軸形の共振器である。また、共振器１２も、半同軸形の共振器であり、図２（ａ）に示すように、外導体１２ｂ及び中心導体１２ｃから構成される。

図２（ｂ）に戻り、第１の分岐導波路６は、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間の信号が伝送される伝送路であり、その伝送路上には、２つの共振器１５、１６と、共振器１２及び共振器１５間に形成されたスリット１７と、共振器１５及び共振器１６間に形成されたスリット１８とが配置される。共振器１５は、図２（ａ）に示すように、円柱状空間１５ａの中心軸に中心導体１５ｃが設けられた半同軸形の共振器であるが、中心導体１５ｃの開放端近傍と外導体１５ｂとの間には、上記積層プリント基板４（図１参照）と一体に形成された短絡板１５ｄが架設される。また、共振器１６も、共振器１５と同様の構成を有し、円柱状空間１６ａ内に配置された中心導体１６ｃと、中心導体１６ｃの開放端近傍と外導体１６ｂとの間に架設された短絡板１６ｄとを備える。

図２（ｂ）に戻り、第２の分岐導波路７は、ＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間の信号が伝送される伝送路であり、その伝送路上には、２つの共振器１９、２０と、共振器１２及び共振器１９間に形成されたスリット２１と、共振器１９及び共振器２０間に形成されたスリット２２とが配置される。尚、共振器１９、２０も、半同軸形の共振器であり、図２（ａ）に示すように、円柱状空間１９ａ、２０ａの中心軸に設けられた中心導体１９ｃ、２０ｃを備える。また、第１の分岐導波路６の共振器１５、１６と同様に、中心導体１９ｃ、２０ｃの開放端近傍と外導体１９ｂ、２０ｂとの間には、積層プリント基板４と一体に形成された短絡板１９ｄ、２０ｄが架設される。

上記構成において、所望のフィルタに対する各共振器間の結合は、図２（ｂ）のスリット１３、１７、１８、２１、２２の幅や深さ寸法によって決定され、また、フィルタ入出力の外部結合は、図１に示す結合アンテナ２３（又は２４）と中心導体１１ｃ（又は１２ｃ）との容量結合によって決定される。さらに、送信側又は受信側のフィルタの周波数応答は、金属ケース２に設けられた周波数調整ねじ３０ａ〜３０ｄと、共振器間の結合を調整する結合調整ねじ３１ａ〜３１ｃとを用いて調整し、所望の特性に設定する。

図１に示す積層プリント基板４は、各種回路が配置された誘電体基板であり、その基板上には、図４に示すように、共振器１５、１６、１９、２０の各々において、中心導体１５ｃ〜２０ｃ及び外導体１５ｂ〜２０ｂ間（図２（ａ）参照）を導通させるバイアス線２５ａ〜２５ｄと、バイアス線２５ａ〜２５ｄ上に接続されたアクティブ素子としてのＰＩＮダイオード２６ａ〜２６ｄと、ＰＩＮダイオード２６ａ〜２６ｄに所定の電圧を印加するバイアス回路２７ａ〜２７ｄと、送受信制御信号に応答してＰＩＮダイオード２６ａ〜２６ｄに印加する電圧の方向（順方向又は逆方向）を切替え制御する電圧制御回路２８とが配置される。

図５は、上記スイッチ機能付きフィルタ１の等価回路例である。尚、同図において、Ｃｐ１〜Ｃｐ６は、共振器の中心導体の開放端と金属ケース及び調整ねじとの静電容量であり、Ｃｐ７〜Ｃｐ１０は、共振器の外導体と部品実装部のランドとの容量である。また、Ｃｓ１、Ｃｓ５、Ｃｓ８は、フィルタの外部結合容量であり、Ｃｓ２〜Ｃｓ４、Ｃｓ６、Ｃｓ７は、共振器間の結合容量である。

次に、上記のスイッチ機能付きフィルタ１の動作について説明する。本スイッチ機能付きフィルタ１においては、ＰＩＮダイオード２６ａ〜２６ｄへの印加電圧を順方向電圧と逆方向電圧の間で切替えることにより、第１及び第２の分岐導波路６、７上に配置された共振器１５、１６、１９、２０の中心周波数を変化させ、それによって、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間とＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間との経路切替えを行う。表１に、その切替え制御方法の一例を示す。

各経路のフィルタの周波数応答は、所望の中心周波数ｆ０で設定されるが、例えば、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間の経路を使用する場合には、ＰＩＮダイオード２６ａ、２６ｂに逆方向電圧を印加し、第１の分岐導波路６上の共振器１５、１６において、中心導体１５ｃ、１６ｃと外導体１５ｂ、１６ｂとの間を非導通状態に設定し、共振器１５、１６の中心周波数をｆ０に維持する。その一方で、第２の分岐導波路７上の共振器１９、２０においては、ＰＩＮダイオード２６ｃ、２６ｄに順方向電圧を印加して、中心導体１９ｃ、２０ｃの開放端近傍と外導体１９ｂ、２０ｂとの間を導通させ、中心周波数をｆ０以外の周波数ｆ１に変化させる。このとき、主導波路５上の共振器１２から第２の分岐導波路７の共振器１９、２０を見たときの入力インピーダンスを理想的に無限大(Ｚ_in＝∞)とすることが望ましい。尚、実際には、選択しない経路の共振器は、中心周波数が変化するだけでなく、ＰＩＮダイオードの順抵抗成分による損失が生じ、無負荷Ｑが劣化する。

ここで、共振器の周波数可変原理について、図６〜図１０を参照して説明する。尚、図６は、共振器の基本構造を示す図であり、また、図７及び図８は、各々、図６の共振器の分布定数、集中定数による等価回路例である。さらに、図９は、中心導体の開放端側から順に短絡板の位置を変化させたときの周波数特性例を示す図であり、図１０は、そのときの反射特性の一例を示す図である。また、ここでは、説明の便宜上、共振器を無損失と仮定する。

図６の構造を有する共振器において、短絡板３５が中心導体３６の開放端３６ａの近傍にあるときは、図９に示すように、短絡板３５が無い場合の特性と比較して、共振周波数は、高い側に向かって、おおよそ１．５〜２倍程度の周波数へと推移する。その理由は、通常、半同軸共振器は、中心導体３６の開放端３６ａ及び短絡端での１／４λ波長の共振となるが、短絡板３５が中心導体３６の開放端３６ａの近傍にあるときは、共振の経路が図７中の経路Ａより経路Ｂが支配的となり、１／２λ波長の共振となるためである。

一般に、半同軸共振器の特性インピーダンスは、５０〜８０Ω程度で構成するのに対して、短絡板３５部分の特性インピーダンスは、数百Ω程度と高く、誘導性が強い。図８の集中定数による等価回路を用いて説明すると、図６の構成において、短絡板３５を設けない場合の伝送線路部は、並列インダクタンスＬｐ１及び並列キャパシタンスＣｐ１２の並列共振として表されるが、短絡板３５で中心導体３６と外導体３７を短絡させた場合は、並列共振に短絡板３５による並列インダクタンスＬｐ２の成分が加わり、共振周波数が変化する。また、このとき、短絡板３５の位置によって、共振周波数の変化度合いが異なるため、短絡板３５の位置を調整することにより、周波数特性を調整することもできる。

以上のことから、外導体３７と接地した短絡板３５を中心導体３６から切り離して開放するか、或いは、短絡板３５を通じて外導体３７と中心導体３６を短絡させるかを切替え、共振条件を経路Ａ又はＢとすれば、周波数可変が可能となる。尚、中心導体３６の開放又は短絡の切替えは、上述したＰＩＮダイオード２６ａ〜２６ｄ（図４参照）を用いて行うことができる。

図１〜図５のスイッチ機能付きフィルタ１において、使用伝送路をＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間に選択した場合の同端子間のフィルタ特性の一例を図１１に示し、そのときのＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間及びＴＸ端子８−ＲＸ端子１０間のアイソレーション特性の一例を図１２に示す。また、使用伝送路をＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間に選択した場合の同端子間のフィルタ特性の一例を図１３に示し、そのときのＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間及びＲＸ端子１０−ＴＸ端子８間のアイソレーション特性の一例を図１４に示す。

図１１及び図１２から分かるように、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間を使用伝送路として選択した場合には、同端子間において、２．０〜２．４ＧＨｚ付近の信号を通過させる所望のフィルタ特性を得ることができる一方で、非使用伝送路のＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間では、アイソレーション減衰量を大きくして伝送信号を遮断することができている。また、図１３及び図１４から分かるように、ＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間を使用伝送路として選択した場合でも、ＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間では、所望のフィルタ特性を得ることができ、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間では、伝送信号を遮断することができている。さらに、図１１〜図１４からは、図１〜図５に示すスイッチ機能付きフィルタ１において、ＴＸ端子８−ＡＮＴ端子９間とＡＮＴ端子９−ＲＸ端子１０間との伝送路構造を対称としたことから、両経路の挿入損失や帯域外の減衰量がよく一致することも分かる。

以上のように、本実施の形態においては、分岐導波路中に配置される共振器に、中心導体の開放端と外導体とを繋ぐ短絡板を設けた上で、使用しない側の伝送路に配置された共振器の中心導体の開放端近傍を外導体と導通させ、その伝送路の周波数特性を伝送信号を遮断する特性に変化させる一方で、使用する側の伝送路では、共振器の中心導体の開放端近傍と外導体との間を非導通状態に設定し、周波数特性を変化させないで、帯域通過フィルタとして機能させるようにしている。このため、中心導体の開放端近傍と外導体との間の導通状態を切替えることにより、スイッチ動作（伝送路の選択動作）を実現することができる。従って、スイッチ構成とフィルタ構成を一体化することができ、部品点数の削減や装置の小型化を図ることが可能になる。また、従来のスイッチ機能付きフィルタのように、平面回路上に共振器等を配置する構成ではないため、低損失のフィルタを実現することもできる。

尚、上記実施の形態においては、スイッチ部の各共振器にＰＩＮダイオードを直列に４個用いたが、所望とされる挿入損失及びアイソレーション値を得る目的で、その使用数量を適宜変更することが可能である。例えば、直列にＰＩＮダイオードを増やした場合には、逆方向電圧を印加したＰＩＮダイオードで順抵抗成分が増えるため、集中定数の等価回路的には、図８の並列インダクタンスＬｐ１と並列キャパシタンスＣｐ１２に並列抵抗が追加された回路構成になる。この場合、順抵抗成分が大きくなれば、共振器の無負荷Ｑが上がるため、挿入損失を低減することができる。但し、その一方で、アイソレーション特性は劣化する。

また、上記実施の形態においては、共振器の段数が４段であるが、４段以外とすることもでき、図１５に、共振器の段数を９段とした場合の構成例を示す。また、その構成において、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間又はＡＮＴ端子−ＲＸ端子間のスイッチをＯＮとした場合の周波数特性を図１６に示し、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間のスイッチをＯＮとした場合のＡＮＴ端子−ＲＸ端子間及びＴＸ端子−ＲＸ端子間のアイソレーション特性を図１７に示す。

図１６から分かるように、フィルタの帯域端においては、スイッチ搭載共振器の無負荷Ｑが低いため、挿入損失が劣化する傾向にあるが、中心周波数付近では、良好な特性を有している。また、図１７から分かるように、帯域内に対して、図１〜図１４の場合と同様の数値が得られている。以上より、多段化したフィルタに対しても本実施形態が有効と言える。

次に本発明にかかるスイッチ機能付きフィルタの第２の実施形態について、図１８〜図２１を参照しながら説明する。

中心導体の開放端付近では電界が最大であるが、図１〜図１４に示したスイッチ機能付きフィルタ１においては、基板上のＰＩＮダイオードを外導体から中心導体へＲＦ的に接地させているため、ＰＩＮダイオード両端でのＲＦの電位差が大きくなる。そのため、送信側から１Ｗ以上のＲＦ信号をフィルタに通したとき、ＰＩＮダイオードの定格電力を超えてしまい、送信可能な電力が制限される虞がある。

本実施形態にかかるスイッチ機能付きフィルタは、送信側の耐電力性を改善したものであり、その構成を図１８及び図１９に示す。尚、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＧ−Ｇ線断面図であり、図１９は、図１８（ａ）の領域Ｈの拡大図である。また、これらの図において、図１〜図１４に示す構成要素と同一のものについては、同一の符号を付す。

図１８（ａ）に示すように、スイッチ機能付きフィルタ４０は、第１の分岐導波路（図２（ｂ）参照）の共振器において、図２の短絡板１５ｄ、１６ｄに代えて、リング状基板４２、４３を備える点で、第１の実施形態にかかるスイッチ機能付きフィルタ１と異なる。尚、第２の分岐導波路（図２（ｂ）参照）側の共振器の構造は、図１〜図１４に示す場合と同様である。

リング状基板４３は、積層プリント基板４１と一体に形成され、その表裏面に銅箔が付されるとともに、側面には金めっきなどのめっき処理が施される。このリング状基板４３は、図１９に示すように、中心導体１６ｃと所定の間隔を隔て、中心導体１６ｃの外周を囲むように配置されたリング状基板本体４３ａと、リング状基板本体４３ａを積層プリント基板４１に連結する２つの短絡部４３ｂとから構成される。短絡部４３ｂには、ＰＩＮダイオード４５、４６及びバイアス線４７が配置され、ＰＩＮダイオード４５、４６は、バイアス線４７から外導体１６ｂ（図１８（ｂ）参照）へ向かう方向に対して順方向となるように配置される。また、詳細説明は省略するが、リング状基板４２もリング状基板４３と同様の構成を有する。

ここで、上記構成を有する共振器の動作原理について、図２０の分布定数による等価回路例を中心に参照しながら説明する。尚、図２０において、同軸共振器を片側短絡の伝送線路ＴＬ９で表し、共振器の中心導体１６ｃの開放端と金属ケース２及び調整ねじ３０ｄ（図１８（ｂ）参照）との静電容量をＣｐ１４とし、中心導体１６ｃの外周面とリング状基板４３間の静電容量をＣｐ１５とする。

ＰＩＮダイオード４５、４６に順方向電圧を印加すると、リング状基板４３上の銅箔等と外導体１６ｂとが導通し、中心導体１６ｃの外周面とリング状基板４３との間に静電容量Ｃｐ１５が生じる。これは、外導体１６ｂの側壁側より中心導体１６ｃ方向に調整ビスを挿入することと等価と言える。一方、ＰＩＮダイオード４５、４６に逆方向電圧を印加した場合には、リング状基板４３は、中心導体１６ｃ及び外導体１６ｂから電気的に切り離された状態になる。この場合、中心導体１６ｃ及びリング状基板４３間の静電容量Ｃｐ１５が、ＰＩＮダイオード４５、４６に順方向電圧を印加した場合と比べて小さくなるため、共振器の中心周波数が高い側へと変化する。

このように、本実施の形態にかかる共振器では、ＰＩＮダイオード４５、４６に逆方向電圧を印加した場合に中心周波数が変化するため、これを利用してスイッチ動作を実現する。表２に、経路の切替え制御方法の一例を示す。

表２に示すように、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間のスイッチをＯＮにする（ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間を使用伝送路として選択する）場合には、第１の分岐導波路（ＴＸ端子−ＡＮＴ間上の分岐導波路）上の共振器のＰＩＮダイオード４５、４６に順方向電圧を印加し、また、第２の分岐導波路（ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間上の分岐導波路）上の共振器のＰＩＮダイオード２６ｃ、２６ｄ（図４参照）にも、順方向電圧を印加する。一方、ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間のスイッチをＯＮにする（ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間を使用伝送路として選択する）場合には、第１の分岐導波路（ＴＸ端子−ＡＮＴ間上の分岐導波路）上の共振器のＰＩＮダイオード４５、４６、及び第２の分岐導波路（ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間上の分岐導波路）上の共振器のＰＩＮダイオード２６ｃ、２６ｄの双方に、逆方向電圧を印加する。

図２１に、上記スイッチ機能付きフィルタ４０において、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間を使用伝送路に選択したときの同端子間のフィルタ特性と、ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間を使用伝送路に選択したときの同端子間のフィルタ特性とを示す。

同図から分かるように、本実施の形態においても、図１１、図１３及び図１６に示す場合と同様に、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間又はＡＮＴ端子−ＲＸ端子間に対して所望の帯域通過特性を得ている。また、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間のスイッチをＯＮにしたときのＡＮＴ端子−ＲＸ端子間及びＴＸ端子−ＲＸ端子間のアイソレーションについても、図１７に示す特性例と同程度の値を得られることが確認されている。

その一方で、ＡＮＴ端子−ＲＸ端子間のスイッチをＯＮにしたときのＴＸ端子−ＡＮＴ端子間及びＲＸ端子−ＴＸ端子間のアイソレーションは、３０ｄＢ程度と劣化する。これは、スイッチ動作によるＴＸ端子−ＡＮＴ端子間の周波数偏移量が図１〜図１７に示す場合と比べて小さいため、送受信側へ分岐する共振器からＴＸ端子側を見た入力インピーダンスが開放条件とならず、ＴＸ端子側に漏れ込むＲＦ信号量が増えるためである。しかしながら、ＴＸ端子−ＡＮＴ端子間のスイッチをＯＮにしたときのＴＸ端子−ＡＮＴ端子間の挿入損失は、図１〜図１７に示す場合に比べて１０％程度向上するため、送信側の電力効率の向上といった大きな利点がある。従って、本実施形態にかかるスイッチ機能付きフィルタ４０においては、１０Ｗ程度のＲＦ信号を送信することが可能である。

尚、上記の実施形態においては、図１９に示すように、２つのＰＩＮダイオード４５、４６を並列に実装したが、その使用数量は適宜変更することが可能であり、また、リング状基板４３に代えて、Ｕ字状等の他の形状を有する基板を用いることもできる。

次に、本発明にかかる帯域通過フィルタについて、図２２及び図２３を参照して説明する。

本実施形態にかかる帯域通過フィルタ５０は、図１〜図１４のスイッチ機能付きフィルタ１における第１の分岐導波路６（図２（ｂ）参照）の部分と略々同様の基本構造を有する。この帯域通過フィルタ５０は、金属ケース５１と金属カバー５２との間に積層プリント基板５３を挟み込んだ構造を有し、その両端部には、ＲＦ入出力端子５４、５５が設けられる。また、伝送路上の各共振器５６、５７は、中心導体５６ａ、５７ａ及び外導体５６ｂ、５７ｂからなる半同軸形の共振器に構成され、中心導体５６ａ、５７ａと外導体５６ｂ、５７ｂとの間には、中心導体５６ａ、５７ａの開放端近傍を外導体５６ｂ、５７ｂに短絡させる短絡板５８、５９が架設される。短絡板５８、５９上には、可変容量ダイオード等のアクティブ素子６０、６１と、それらに所定の電圧を印加するためのバイアス線６２、６３とが配置される。

この帯域通過フィルタ５０においては、アクティブ素子６０、６１に電圧を印加し、任意電圧によってアクティブ素子６０、６１のインピーダンス成分を変化させることにより、図２３に示すように、フィルタの周波数そのものを可変させることができ、それによって、周波数可変フィルタを実現することができる。尚、必ずしも、帯域通過フィルタ５０上の共振器の全てに短絡板５８、５９を設ける必要はなく、それらの共振器のうちの一部のみに短絡板５８、５９を設けてもよい。

本発明にかかるスイッチ機能付きフィルタの第１の実施形態を示す側断面図である。（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、伝送路を示す図である。図２のＣ−Ｃ線断面図である。図１の積層プリント基板を示す上面図である。図１のスイッチ機能付きフィルタの等価回路例を示す図である。（ａ）は、共振器の基本構造を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図６の共振器の分布定数による等価回路例を示す図である。図６の共振器の集中定数による等価回路例を示す図である。短絡板の位置を変化させたときの周波数特性の一例を示す図である。短絡板の位置を変化させたときの反射特性の一例を示す図である。使用伝送路をＴＸ端子−ＡＮＴ端子間に選択した場合の両端子間のフィルタ特性の一例を示す図である。使用伝送路をＴＸ端子−ＡＮＴ端子間に選択した場合のＡＮＴ端子−ＲＸ端子間及びＴＸ端子−ＲＸ端子間のアイソレーション特性の一例を示す図である。使用伝送路をＡＮＴ端子−ＲＸ端子間に選択した場合の両端子間のフィルタ特性の一例を示す図である。使用伝送路をＡＮＴ端子−ＲＸ端子間に選択した場合のＴＸ端子−ＡＮＴ端子間及びＲＸ端子−ＴＸ端子間のアイソレーション特性の一例を示す図である。図１のスイッチ機能付きフィルタの変形例を示す図であり、（ａ）は、（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。図１５のスイッチ機能付きフィルタにおける周波数特性の一例を示す図である。図１５のスイッチ機能付きフィルタにおけるアイソレーション特性の一例を示す図である。（ａ）は、本発明にかかるスイッチ機能付きフィルタの第２の実施形態を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。図１８（ａ）の領域Ｈの拡大図である。図１８の共振器の分布定数による等価回路例を示す図である。図１８のスイッチ機能付きフィルタにおける周波数特性の一例を示す図である。本発明にかかる帯域通過フィルタの構成を示す上面図である。図２２の帯域通過フィルタにおける周波数特性の一例を示す図である。従来のＲＦ通信装置の構成を示す図である。従来のスイッチ機能付きフィルタの等価回路図である。

符号の説明

１スイッチ機能付きフィルタ
１ａ空間
２金属ケース
３金属カバー
４積層プリント基板
５主導波路
６第１の分岐導波路
７第２の分岐導波路
８ＴＸ端子
９ＡＮＴ端子
１０ＲＸ端子
１１、１２共振器
１１ａ円柱状空間
１１ｂ、１２ｂ外導体
１１ｃ、１２ｃ中心導体
１３、１７、１８、２１、２２スリット
１５、１６、１９、２０共振器
１５ａ、１６ａ、１９ａ、２０ａ円柱状空間
１５ｂ、１６ｂ、１９ｂ、２０ｂ外導体
１５ｃ、１６ｃ、１９ｃ、２０ｃ中心導体
１５ｄ、１６ｄ、１９ｄ、２０ｄ短絡板
２３、２４結合アンテナ
２５ａ〜２５ｄバイアス線
２６ａ〜２６ｄＰＩＮダイオード
２７ａ〜２７ｄバイアス回路
２８電圧制御回路
３０ａ〜３０ｄ周波数調整ねじ
３１ａ〜３１ｃ結合調整ねじ
３５短絡板
３６中心導体
３６中心導体の開放端
３７外導体
４０スイッチ機能付きフィルタ
４１積層プリント基板
４２、４３リング状基板
４３ａリング状基板本体
４３ｂ短絡部
４５、４６ＰＩＮダイオード
４７バイアス線
５０帯域通過フィルタ
５１金属ケース
５２金属カバー
５３積層プリント基板
５４、５５ＲＦ入出力端子
５６、５７共振器
５６ａ、５７ａ中心導体
５６ｂ、５７ｂ外導体
５８、５９短絡板
６０、６１アクティブ素子
６２、６３バイアス線

Claims

金属筐体の内部に複数の共振器が形成された導波管構造を有し、主導波路から分岐する複数の分岐導波路が形成されるとともに、該複数の分岐導波路の何れかに選択的に伝送信号を伝送させるスイッチ機能付きフィルタであって、
前記複数の分岐導波路上に、
前記金属筐体の内部に形成された空間と、
該空間内に配置され、一端が前記金属筐体に接地される内導体と、
該内導体の開放端近傍を前記金属筐体に選択的に導通させる短絡部とを備えた共振器が配置されるとともに、
前記主導波路及び分岐導波路の上面視形状に対応する孔が穿設された積層プリント基板が、前記金属筐体を構成する金属ケースと金属カバーとの間に配置され、
前記短絡部が、前記積層プリント基板と一体に形成され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間に架設される短絡板と、該短絡板上に配置され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体とを電気的に接続する短絡線と、該短絡線上に配置され、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えるアクティブ素子とを備え、
該スイッチ機能付きフィルタは、前記内導体の開放端近傍と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えることにより、前記複数の分岐導波路の選択を行うことを特徴とするスイッチ機能付きフィルタ。
前記複数の分岐導波路上の少なくとも１つに、
前記金属筐体の内部に形成された空間と、
該空間内に配置され、一端が前記金属筐体に接地される内導体と、
前記空間内の該内導体の開放端近傍に配置され、該内導体と所定の間隔を隔てた状態で該内導体の外周を囲むように配置されたリング状又はＵ字状の導電板と、
該導電板と前記金属筐体との間に架設される第２の短絡板と、
該第２の短絡板上に配置され、該導電板と前記金属筐体とを電気的に接続する第２の短絡線と、
該第２の短絡線上に配置され、前記導電板と前記金属筐体との間の導通の有無を切替える第２のアクティブ素子とを備えた共振器が配置されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ機能付きフィルタ。
前記導電板は、前記積層プリント基板と一体に形成された誘電体板の表面に導電性被膜が付されてなり、
前記第２のアクティブ素子は、前記導電性被膜と前記金属筐体との間の導通の有無を切替えることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ機能付きフィルタ。