JP2003510939A - Narrowband tuned resonator filter topology with high selectivity, low insertion loss and improved out-of-band rejection in the extended frequency range - Google Patents
Narrowband tuned resonator filter topology with high selectivity, low insertion loss and improved out-of-band rejection in the extended frequency rangeInfo
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Abstract
(57)【要約】 1乃至2GHz又はそれ以上の周波数帯域において、並列同調共振器トポロジを利用する、高い角荷時のQ及び最適結合(挿入損が低いため)を有する狭周波数帯域の帯域フィルタの実現を可能とする同調共振器回路トポロジを開示する。従来型の並列同調回路の信号線に対して鏡像関係にある並列同調回路からなるため、そのトポロジは、共振器の誘導性要素の間の全ての誘導電流を実質的に相殺するように作用する。この誘導電流の低下によって、共振器間の電磁結合が低下するため、周波数が高くなったときの共振器間の全結合の増大を相殺し、動作周波数が高くなっても共振器間の最適結合を保持するように作用する。更に、その鏡像トポロジによって、共振器のインダクタ要素間の平行度が増してインダクタンス値が低下し、またキャパシタンス値の増大が可能となる。共振器のキャパシタンス値の増大によって、周波数が増大したときの角荷時のQの低下が効果的に相殺される。そのトポロジは任意の数の並列共振器に対して有効である。製造プロセスの精度が低下すると(例えば、プリント回路板から集積回路プロセスまで)、動作周波数の範囲が精度の増加と共に広くなる。 Abstract: Narrowband bandpass filters with high angular load Q and optimal coupling (because of low insertion loss) utilizing parallel tuned resonator topologies in the 1 to 2 GHz or higher frequency band. Discloses a tuned resonator circuit topology that enables the realization of Because it consists of a parallel tuning circuit mirrored to the signal lines of a conventional parallel tuning circuit, its topology acts to substantially cancel all induced currents between the inductive elements of the resonator. . This reduction in the induced current reduces the electromagnetic coupling between the resonators, canceling out the increase in total coupling between the resonators at higher frequencies, and optimally coupling between the resonators even at higher operating frequencies. Act to hold. In addition, the mirror image topology allows for increased parallelism between the inductor elements of the resonator to reduce inductance values and increase capacitance values. The increase in the capacitance value of the resonator effectively offsets the decrease in Q during angular loading as the frequency increases. The topology is valid for any number of parallel resonators. As manufacturing process accuracy decreases (eg, from printed circuit boards to integrated circuit processes), the range of operating frequencies increases with increasing accuracy.
Description
【0001】
技術分野
本発明は、高周波数(HF)、超短波(VHF)、極超短波(UHF)及びマイクロ波
における有効な用途のための狭帯域通過型の同調共振器フィルタのトポロジに関
連し、より詳細には、対象とする周波数範囲において、選択性の増大のための高
い角荷時のQ(loaded Q)、改善された帯域外阻止に関する挿入損失を最小化する
ための最適結合を保持することが可能なトポロジに関連するものである。本発明
により、比較的単純で安価な高い信頼性を有する製造が可能となる。[0001] Technical Field The present invention is a high frequency (HF), very high frequency (VHF), related to the topology of the tuned resonator filter of a narrow band-pass for the effective use in ultra high frequency (UHF), and microwave, More specifically, in the frequency range of interest, it retains the high loaded Q for increased selectivity and optimal coupling to minimize insertion loss for improved out-of-band rejection. Related to possible topologies. The present invention allows for relatively simple, inexpensive and highly reliable manufacturing.
【0002】
発明の背景
広帯域のマルチキャリア信号の処理は、フィルタ等の信号処理回路について特
に厳密且つ厳格な状況を生じさせる。例えば、基底帯域テレビジョン信号は、約
5〜6MHzの帯域幅を有し、通常はRF(無線周波数)キャリア信号と混合され(
変調のために)、従って50〜1000MHz又はそれ以上の範囲におけるRFチャ
ネルに置かれ、周波数分割多重化(FDM)を達成する。マイクロ波通信等の別の
用途では、1〜2GHz又はそれ以上の動作範囲が必要とされ得る。テレビ放送の
送受信(大気、光ファイバケーブル、同軸ケーブルの何れかを介する)等の多様
なチャネルを同時に含む広帯域信号の処理を必要とする用途では、全帯域幅の一
部分のみを通過させ、(即ち、それらの周波数は狭通過帯域、通常は対象とする
1つのチャンネルに収まる)、一方で全帯域幅における残りの周波数を阻止する
(即ち、それらの周波数は阻止帯域に収まる)ためのフィルタを必要とする状況
が生じている。これは一般に狭帯域フィルタを用いて具現化される。これらのフ
ィルタは、特定の具現化に対するシステム設計に応じて、対象とするRFチャネル
のように同一のRF周波数において、或いはRFチャネルが上下に変換された幾つか
の他の周波数(中間周波数、即ちIF)において動作することが必要とされ、それ
は通常は広範に周波数が変化するシステムである。BACKGROUND OF THE INVENTION The processing of wideband multi-carrier signals creates a particularly rigorous and stringent situation for signal processing circuits such as filters. For example, baseband television signals have a bandwidth of approximately 5-6 MHz and are typically mixed with RF (radio frequency) carrier signals (
Placed on the RF channel in the range of 50-1000 MHz or higher, and achieves frequency division multiplexing (FDM). Other applications, such as microwave communications, may require operating ranges of 1-2 GHz or higher. In applications requiring the processing of wideband signals, including multiple channels simultaneously, such as transmitting and receiving television broadcasts (via air, fiber optic cable, or coaxial cable), only a portion of the total bandwidth is allowed to pass (ie , Those frequencies fit in a narrow passband, usually one channel of interest), while needing a filter to stop the rest of the frequencies in the full bandwidth (ie, those frequencies fall in the stopband) The situation has arisen. This is typically implemented using a narrow band filter. Depending on the system design for a particular implementation, these filters may be at the same RF frequency, such as the RF channel of interest, or at some other frequency (intermediate frequency, i.e. IF) is required, which is usually a system of widely varying frequencies.
【0003】
ノイズ及び画像信号や、種々の望ましくない偽の信号が、処理の様々な時点で
挿入され又は集められ、従って、その用途の選択性に応じて、帯域外の信号を非
常に低いレベルまで減衰(即ち、阻止)させるために、多くの場合には帯域フィ
ルタが必要とされる。例えば、60dBまで減衰された信号でさえも、受信された
ビデオ伝送において依然として見られ得る。従って、多くの場合には、所望のキ
ャリアにおいて変調された基底帯域信号以外を示す全ての信号を著しく減衰させ
ることが非常に重要である。これには、多くの場合、通過帯域においてエネルギ
ー損失が無いか或いは少ない(即ち、低い挿入損失)が、阻止帯域において全て
の他の周波数に対する必要な減衰の度合いを保持する、高い選択性(全帯域幅の
対象とする基底帯域信号を含む部分のみを理想的に通過させる)の帯域フィルタ
が必要とされる。更に、広帯域の用途にける全帯域幅の基底帯域信号によって占
められる部分は非常に小さいので(約1〜2%)、そのようなフィルタは、高い
信頼性を有する必要な周波数応答を生じさせ、且つその応答を長い間保持しなけ
ればならない(即ち、その応答は変化してはならない)。更に、それらは、その
要素自体の間の結合や外部電源からのRFノイズに対して比較的影響を受けにくい
ものでなければならない。最後に、そのフィルタは、安価で容易な高い信頼性を
有する製造が可能であることが常に望ましい。Noise and image signals and various unwanted spurious signals may be inserted or collected at various points in the process, thus depending on the selectivity of the application, the out-of-band signals may be of very low levels. Bandpass filters are often required to attenuate (ie, block) down to. For example, even a signal attenuated by 60 dB can still be seen in the received video transmission. Therefore, in many cases it is very important to significantly attenuate all signals other than the baseband signal modulated in the desired carrier. This often results in high selectivity (total loss) in the pass band with little or no energy loss (ie low insertion loss), but with the required degree of attenuation for all other frequencies in the stop band. Bandpass filter) that ideally passes only the portion of the bandwidth that includes the baseband signal of interest. Furthermore, since the fraction of the full bandwidth baseband signal in wideband applications is very small (about 1-2%), such filters produce the required frequency response with high reliability, And the response must be retained for a long time (ie the response must not change). Furthermore, they must be relatively insensitive to coupling between the elements themselves and RF noise from external power sources. Finally, it is always desirable for the filter to be inexpensive, easy and highly manufacturable.
【0004】
帯域フィルタの具現化のための幾つかの既存の技術が存在する。前述のように
、フィルタのQ値はその選択性を表し、フィルタの選択性は、フィルタの応答が
如何に早く通過帯域から阻止帯域に変化するかによって定められる。フィルタの
Q値がより高い場合には、通過帯域周波数から阻止帯域周波数までのロールオフ
はより急勾配である。フィルタの入力及び出力負荷がQ値に影響するので、より
有用且つ実際的な基準は「回路内」又は角荷時のQ(即ち、QL)である。そのフ
ィルタのQLは、その周波数応答の部分帯域幅の逆数に概ね等しく、それは、応答
のピークよりも3dB低い応答曲線における点の間(即ち、応答の電力半値点)に
通常は設定される。従って、1%の部分帯域幅(即ち、帯域幅の割合)で通過さ
せるフィルタのQLは概ね100である。広帯域信号を処理する用途のための狭帯
域フィルタは、多くの場合には高いQL値を必要とするが、一方で低い挿入損失を
示し(即ち、通過帯域における信号の振幅は大きく減衰されるべきではない)、
更に阻止帯域における信号の減衰は用途の必要条件に一致しなければならない。There are several existing techniques for implementing bandpass filters. As mentioned above, the Q value of a filter represents its selectivity, which is defined by how fast the response of the filter changes from the pass band to the stop band. Filter
The roll-off from the passband frequencies to the stopband frequencies is steeper for higher Q values. A more useful and practical criterion is the "in-circuit" or Q at square load (ie, Q L ), as the input and output loads of the filter affect the Q value. The Q L of the filter is approximately equal to the reciprocal of the partial bandwidth of the frequency response, which is usually set between points in the response curve that are 3 dB below the response peak (ie, the half-power point of the response). . Therefore, the Q L of the filter that passes with the partial bandwidth (that is, the ratio of the bandwidth) of 1% is approximately 100. Narrowband filters for wideband signal processing applications often require high Q L values, while exhibiting low insertion loss (ie, the signal amplitude in the passband is greatly attenuated). Should not),
Furthermore, the attenuation of the signal in the stop band must meet the requirements of the application.
【0005】
帯域フィルタの具現化のための既知の1つの方法は、低域通過から帯域通過へ
の変換の技術に基づき古典的なフィルタを作り出すために集中(lumped)LC要素の
使用を必要とするものである。所望の帯域フィルタの応答を生じさせるために、
トポロジの幾つかの変更例を統合可能である。VHF及びUHF周波数域における広帯
域信号を処理する目的に対しては、そのようなフィルタの欠陥が多数存在し、そ
の最も重大な欠陥は、集中要素(特に、コイルインダクタ)が100MHz以上の
周波数において寄生効果の影響を非常に受けやすいことである。更に、回路要素
の幾つかの局面では、高いQLの値に必要とされる変換関数の複雑性を達成するた
めに互いにカスケードにされなければならない。従って、そのようなフィルタで
は貴重なスペースが占有され、製造コストが比較的高くなる。One known method for bandpass filter implementation requires the use of lumped LC elements to create a classical filter based on the technique of lowpass to bandpass conversion. To do. To produce the desired bandpass filter response,
Some modifications of the topology can be integrated. For the purpose of processing wideband signals in the VHF and UHF frequency ranges, there are a number of such filter deficiencies, the most significant of which is the lumped element (especially the coil inductor) which is parasitic at frequencies above 100 MHz. It is very susceptible to the effects. Moreover, some aspects of the circuit elements must be cascaded together to achieve the required transfer function complexity for high Q L values. Therefore, such filters occupy valuable space and are relatively expensive to manufacture.
【0006】
フィルタを具現化するための別の既知の方法では螺旋共振器を利用する。螺旋
共振器を利用するフィルタは、磁気的結合及び/又は容量結合され、それらは多
くの広帯域信号処理の用途に必要とされる低い挿入損失及び高いQLを有する応答
を生じさせることが可能である。しかし、それらは150MHz以下の周波数に対
しては不適切である。何故なら、その周波数以下では共振器には非常に大きなイ
ンダクタ値が必要とされ得るからである。そのようなインダクタを構成するのは
実際的でないか、或いは不可能である。更に、より高い周波数においてさえも、
それらは非常に大きな機械的構造を有し(それらはRFノイズからの影響を低減し
て適切に動作するためにシールドを必要とする)、それにより(大きな容積の場
合でさえも)製造コストが比較的高くなる。また、それらは環境的衝撃や変化に
対して非常に影響を受けやすく、通常はそれらが適切な周波数において正確に共
振することを確認するために、製造プロセスにおいて数値の調整が必要である。Another known method for implementing a filter utilizes a helical resonator. Filters utilizing spiral resonators are magnetically and / or capacitively coupled, which are capable of producing a response with low insertion loss and high Q L required for many wideband signal processing applications. is there. However, they are unsuitable for frequencies below 150 MHz. This is because, below that frequency, a very large inductor value may be required for the resonator. It is impractical or impossible to construct such an inductor. Furthermore, even at higher frequencies,
They have a very large mechanical structure (they need shields to reduce their effects from RF noise and operate properly), which makes them costly to manufacture (even for large volumes). It will be relatively high. Also, they are very susceptible to environmental shocks and changes, and usually require numerical adjustments in the manufacturing process to make sure they resonate correctly at the appropriate frequency.
【0007】
帯域フィルタを構成するための別の既知の方法では、2つの接地平面シールド
の間に挟まれたプリントされたストリップ伝送路、或いは円筒形の同軸ケーブル
の何れかとして具現化される磁気的結合及び/又は容量結合された誘電性共振器
を利用する。これらの共振器は、短絡された伝送路であり、伝送された入力信号
の波長に対するそれらの長さ(その伝送路の長さは、通常は共振周波数の波長λ
に対してλ/4である)の関数として特定の周波数において共振するようにそれ
らの能力を活用する。そのような共振器は高いQL値を生じさせることが可能であ
り、多くの広帯域信号処理の用途に必要とされる部分帯域幅特性(即ち、1〜2
%)を有する応答を実現可能である。しかし、必要とする共振周波数が低下する
に伴いトレース長さが増大するので、そのような共振器は、UHF(即ち、約40
0MHz〜数GHzの間)以外のものには適当ではない。伝送経路の長さが非常にコス
トの掛かるサイズまで増大するので、それらの共振器はHF及びVHFにとってはコ
ストが非常に高くなる。1〜2GHzにおいてでさえも、これらの具現化には約2
〜1インチのトレース長さがそれぞれ必要とされ、それは依然として非常に大き
く、かなりの領域を占める。更に、波長の4分の1を達成するために必要とされ
るそれらの長さは、より高い精密性の製造技術(例えば、集積回路)にとっては
非常に大きく、それらに対しては十分に適応させることができない。最後に、そ
のような長い4分の1波長の共振器は、送信及び受信ノイズに対して非常に影響
を受けやすい。Another known method for constructing a bandpass filter is a magnetic, embodied as either a printed strip transmission line sandwiched between two ground plane shields or a cylindrical coaxial cable. A dielectric resonator that is mechanically coupled and / or capacitively coupled is used. These resonators are short-circuited transmission lines and their length with respect to the wavelength of the transmitted input signal (the length of the transmission line is usually the wavelength λ of the resonance frequency).
Λ / 4) to exploit their ability to resonate at a particular frequency. Such resonators are capable of producing high Q L values and have partial bandwidth characteristics (ie, 1-2) required for many wideband signal processing applications.
%) Is achievable. However, since the trace length increases as the required resonant frequency decreases, such resonators are UHF (ie, about 40
It is not suitable for anything other than 0 MHz to several GHz). These resonators are very costly for HF and VHF, as the length of the transmission path increases to very costly sizes. Even at 1-2 GHz, there are about 2
Each trace length of ~ 1 inch is required, which is still very large and occupies a considerable area. Moreover, their length required to achieve a quarter of a wavelength is much larger for higher precision manufacturing techniques (eg integrated circuits) and well suited for them. I can't let you do it. Finally, such long quarter-wave resonators are very sensitive to transmit and receive noise.
【0008】
帯域フィルタ応答を生じさせるための別の周知の回路トポロジは、磁気的に結
合された複同調共振回路のものである。そのような実施例の帯域フィルタは、本
明細書に記載した他の様々な先行技術(それらは数セントでそれぞれ製造可能で
ある)と比較して少なくとも高い製造コストである。そのようなフィルタの実施
例では、小さな部分帯域幅を有する応答を生じさせるのに必要な大きなQL値、並
びに広帯域信号処理などの多くの用途に必要とされる低い挿入損失を達成するこ
とは不可能であるとこれまでは考えられてきた(通常それらは約15%を超える
部分帯域幅は達成できなかった)。以下の記載において、そのような用途におけ
るそれらの欠点の理由が当業者に明らかになろう。Another known circuit topology for producing a bandpass filter response is that of a magnetically coupled double-tuned resonant circuit. The bandpass filters of such embodiments are at least high manufacturing cost compared to various other prior art techniques described herein, which can each be manufactured in a few cents. Embodiments of such filters are not able to achieve the large Q L values required to produce a response with a small sub-bandwidth, as well as the low insertion loss required for many applications such as wideband signal processing. It has previously been considered impossible (typically they could not achieve sub-bandwidths above about 15%). In the following description, the reasons for those drawbacks in such applications will be apparent to those skilled in the art.
【0009】
図1aは、直列複同調回路10の一般的なトポロジを示し、また図2bは、並
列複同調回路100の一般的なトポロジを示す。その直列複同調回路10は、出
力共振器回路14に対して磁気的に結合された入力共振器回路12を有する。同
様に、並列複同調回路100は、出力共振器回路140に磁気的に結合された入
力共振器回路120を有する。その入力共振器12,120は、電源VS18,1
80及び関連する電源インピーダンスRS16,160によって形成される入力電
源にそれぞれ接続される。出力共振器14,140は、抵抗器RL15,150に
よって生じる出力負荷インピーダンスに対してそれぞれ接続される。FIG. 1 a shows the general topology of the series double-tuned circuit 10, and FIG. 2 b shows the general topology of the parallel double-tuned circuit 100. The series double-tuned circuit 10 has an input resonator circuit 12 magnetically coupled to an output resonator circuit 14. Similarly, the parallel double-tuned circuit 100 has an input resonator circuit 120 magnetically coupled to an output resonator circuit 140. The input resonator 12,120 is connected to the power supply V S 18,1.
80 and the associated power source impedance R S 16, 160 respectively connected to the input power source. The output resonators 14,140 are connected to the output load impedances produced by the resistors R L 15,150, respectively.
【0010】
直列同調回路10の入力及び出力共振器12,14は、直列の集中コンデンサ
CS111及びCS213並びにインダクタL117及びL219のそれぞれの間の接続と
して形成される。2つの直列同調共振器12,14並びに2つの並列同調共振器
120,140は、それらのインダクタの間の物理的に接近した距離の関数とし
て磁気的に結合され、それにより相互インダクタンスM21がそれらの間に生じ
る。M=k(L1・L2)1/2、ここで、kは互いの物理的距離及び誘導性要素の位置関係の
関数の値を有する結合係数である。従って、結合係数kは、2つの共振器間の全
ての可能性のある相互結合の百分率を表している。2つのインダクタ17,19
又は170,190がより接近した場合は、より大きなkの値となり、従ってそ
の共振器の間の相互インダクタンスはより大きくなる。同様に、それらのインダ
クタンスがより離隔された場合には、より低いkの値を反映してより低い相互イ
ンダクタンスとなる。The input and output resonators 12 and 14 of the series tuning circuit 10 are series lumped capacitors.
Formed as a connection between C S1 11 and C S2 13 and inductors L 1 17 and L 2 19, respectively. The two series tuned resonators 12, 14 as well as the two parallel tuned resonators 120, 140 are magnetically coupled as a function of the physically close distance between their inductors, so that the mutual inductance M21 is equal to their mutual inductance M21. Occurs in between. M = k (L 1 · L 2 ) 1/2 , where k is a coupling coefficient having a value of the physical distance from each other and a function of the positional relationship of the inductive element. Therefore, the coupling coefficient k represents the percentage of all possible mutual coupling between the two resonators. Two inductors 17, 19
Alternatively, the closer 170, 190 are, the greater the value of k, and thus the greater the mutual inductance between the resonators. Similarly, if the inductances are more separated, a lower mutual inductance is reflected, reflecting a lower value of k.
【0011】
並列複同調回路100は、直列複同調回路10と理論的に二重であり、従って
全く同様に動作する。並列同調回路100の共振器120、140は、集中コン
デンサCP1110及びCP2130並びにインダクタL1170及びL2190のそれぞ
れの間の並列接続として形成される。また、並列同調共振器120,140は、
それらのインダクタの間の物理的に接近した距離の関数として磁気的に接続され
、従って相互インダクタンスM210がそれらの間に生じる。並列同調回路の相
互インダクタンスは、同一の式M=k(L1・L2)1/2によって与えられ、ここで、kの値
は前述と同様の位置関係の考察によって定められる。The parallel double-tuned circuit 100 is theoretically dual with the series double-tuned circuit 10 and thus operates in exactly the same way. Resonators 120, 140 of parallel tuned circuit 100 are formed as a parallel connection between lumped capacitors C P1 110 and C P2 130 and inductors L 1 170 and L 2 190, respectively. In addition, the parallel tuning resonators 120 and 140 are
They are magnetically connected as a function of the physically close distance between their inductors, thus creating a mutual inductance M210 between them. The mutual inductance of the parallel tuned circuit is given by the same equation M = k (L 1 · L 2 ) 1/2 , where the value of k is determined by the same consideration of the positional relationship as described above.
【0012】
図2は、種々の値の結合係数kについての複同調共振器回路(直列若しくは並
列の何れか)の3つの典型的な応答を示す。応答22は、回路が平均的な選択性
及び最小の挿入損失の最適な結合を示す共振周波数において、回路の2つの共振
器がクリティカルに結合された場合に得られたものである。応答24は、各々の
入力及び出力共振器が不十分に結合(under-coupled)された場合の複同調回路1
0及び100の応答を示す。これは、kの値が0に接近した場合に生じ、回路の
共振器がより離隔されることによって起こり得る。不十分に結合された場合、回
路のQLの値は増大するが(部分帯域幅が減少する)、挿入損失も増大し、それは
望ましくない。応答26は、入力及び出力共振器の2つのインダクタが、互いに
接近して過結合となった場合(即ち、kの値が1に接近する)に生ずる。応答2
6は、共振周波数の両側における2つの極大値によって特徴付けられるが、その
回路はそれらの最も低いQL値を示す(従って、それらは最も大きな部分帯域幅で
ある)。これらの結果より、到達可能な最大のQLの値と挿入損失との間には、複
同調フィルタの具現化についてトレードオフが存在することが考えられる。所定
の周波数に対して、このトレードオフは、そのようなフィルタの実施例の共振器
間の相互インダクタンスMの関数としてもたらされる。阻止帯域性能及び挿入損
失の間の最も良好な歩み寄りを与えるので、最適な結合がクリティカルな範囲に
おいて、或いはその付近において明確に生じる。FIG. 2 shows three typical responses of a double-tuned resonator circuit (either series or parallel) for various values of coupling coefficient k. Response 22 was obtained when the two resonators of the circuit were critically coupled at the resonant frequency where the circuit exhibited optimal coupling with average selectivity and minimal insertion loss. The response 24 is the double tuned circuit 1 when each input and output resonator is under-coupled poorly.
Responses of 0 and 100 are shown. This occurs when the value of k approaches zero and can be caused by the circuit's resonators being more separated. If poorly coupled, the value of Q L of the circuit will increase (decreasing the partial bandwidth) but also the insertion loss, which is undesirable. Response 26 occurs when the two inductors of the input and output resonators are close to each other and overcoupled (ie, the value of k approaches 1). Response 2
6 is characterized by two maxima on either side of the resonance frequency, the circuit exhibits the lowest Q L value thereof (hence, they are the largest fractional bandwidth). From these results, it can be considered that there is a trade-off between the maximum achievable Q L value and the insertion loss in the implementation of the double-tuned filter. For a given frequency, this trade-off comes as a function of the mutual inductance M between the resonators of such filter embodiments. Optimal coupling occurs clearly at or near the critical range, as it gives the best compromise between stopband performance and insertion loss.
【0013】
周波数が増加するのにともない、共振器の間の全体的な電磁結合が増大するこ
とに注意しなければならない。これは、共振器の間の全体的な電磁結合が相互イ
ンダクタンスM(これは共振器間の距離及び位置的特性の関数である)の関数だ
けでなく、周波数の直接的な関数である誘導リアクタンスの関数(即ち、w・M)
であるという理由による。従って、所定のMの値に対して周波数が増大するにつ
れて共振器の間の電磁結合が増大し、結局は回路が過結合となる。或る時点で、
そのインダクタの間のスペースを単純に増大させることによって、従ってkを減
少させて、より低いMとすることによってこの結合における増大の補正をするこ
とが可能である。しかし、1GHz及びそれを超える周波数においてスペースを増
大させることは実現不可能である。It should be noted that with increasing frequency, the overall electromagnetic coupling between the resonators increases. This is because the overall electromagnetic coupling between the resonators is a direct function of frequency as well as a function of mutual inductance M (which is a function of distance and positional characteristics between the resonators). Function of (ie w · M)
For that reason. Therefore, as the frequency increases for a given value of M, the electromagnetic coupling between the resonators increases, eventually over-coupling the circuit. At some point
It is possible to compensate for the increase in this coupling by simply increasing the space between the inductors, and thus reducing k to a lower M. However, increasing space at frequencies of 1 GHz and above is not feasible.
【0014】
直列同調回路についてのQLは、それらに接続された負荷若しくは電源インピー
ダンスで割った共振周波数(wo・L)における同調回路網のリアクタンスXとして
概ね決定される。従って、出力共振器14についてのQLは、(wo・L2)/RLである。
所定の共振周波数woについて、L2の値を増大させることによってQLを増大させる
ことができる(勿論、直列複同調共振器についての全体のQLを増大させるために
、同様にL1の値を増大させることによって入力共振器12についても行うことが
できる)。この手法の問題は、妥当なコストで製造及び具現化され得るインダク
タL1,L2のサイズには実質的な制限が存在することである。更に、L1,L2が増大
するにつれて、集中値(lumped value)インダクタ(通常はコイル)に関する寄生
分路キャパシタンスによって、200MHzを超える周波数におけるフィルタの周
波数応答が低下する。最後に、共振周波数が式wo=1/(L2・CS2)1/2(出力共振器1
4について)によって決定されるので、woの値を保持するためにCS2の値はそれ
に反比例して低下しなければならない。また、どのようにして小さなCS2を正確
に形成し得るかについても実質的な限界が存在する。The Q L for series tuned circuits is generally determined as the reactance X of the tuned network at the resonant frequency (w o L) divided by the load or source impedance connected to them. Therefore, the Q L for the output resonator 14 is (w o · L 2 ) / R L.
For a given resonance frequency w o , Q L can be increased by increasing the value of L 2 (of course, to increase the overall Q L for the series double-tuned resonator, likewise for L 1 It can also be done for the input resonator 12 by increasing the value). The problem with this approach is that there is a practical limit to the size of the inductors L 1 and L 2 that can be manufactured and implemented at a reasonable cost. Moreover, as L 1 and L 2 increase, the parasitic shunt capacitance on the lumped value inductor (usually the coil) reduces the frequency response of the filter at frequencies above 200 MHz. Finally, the resonance frequency is expressed by the formula w o = 1 / (L 2 · C S2 ) 1/2 (output resonator 1
4), the value of C S2 must decrease inversely to retain the value of w o . There are also practical limits on how small C S2 can be accurately formed.
【0015】
図3は、QLの値を増大させるように設計されたCS111、CS213、L117及び
L219についての値を示し、一方で400MHzの共振周波数における回路の最適
な結合を保持する図1の直列複同調回路10を示す。図4a及び図4bは、図3
に示したような要素の値を有する回路30についてシミュレートされた応答を示
す。図4a及び図4bの下方の値は、応答曲線に示した点1〜4についての周波
数(MHz)及び減衰(dB)値である。図4aで与えられた目盛りで示された応答
は、テレビジョン信号を処理する用途についての高い周波数において、そのフィ
ルタ性能が不適格であることを示している。図4bで与えられたより小さな目盛
りでは3dBの部分帯域幅が約16%である(従って、QLの近似値は6.25である)
ことが示されている。前述のように、これは、多くの広帯域信号処理の用途に対
して不適格である。FIG. 3 shows C S1 11, C S2 13, L 1 17 and C S1 11, designed to increase the value of Q L.
1 shows the values for L 2 19 while showing the series double tuned circuit 10 of FIG. 1 which retains the optimum coupling of the circuit at the resonant frequency of 400 MHz. 4a and 4b correspond to FIG.
3 shows a simulated response for a circuit 30 having element values as shown in FIG. The lower values in Figures 4a and 4b are the frequency (MHz) and attenuation (dB) values for points 1-4 shown in the response curve. The scaled response given in FIG. 4a shows that its filter performance is disqualified at high frequencies for applications processing television signals. At the smaller scale given in Figure 4b, the 3 dB sub-bandwidth is about 16% (thus an approximate value for Q L is 6.25).
Is shown. As mentioned above, this is unsuitable for many wideband signal processing applications.
【0016】
並列同調回路についてのQLは、それに接続された負荷若しくは電源電源インピ
ーダンスを掛けた共振周波数における回路網のアドミッタンスとして概ね決定さ
れる。従って、並列同調出力共振器140についてのQLはwo・CP2・RLである。よ
って、並列同調出力共振器についてのQLを増大させるために、CP2及びRLの値を
増大させることが可能であると考えられる。信号は、寄生分路要素を介してグラ
ウンドに分路される傾向があるので、RLが100Ωを超えて増大することは不可
能である。CP2を増大させるには、L2を非常に小さくする必要がある。既知の技
術を用いて許容範囲内で正確に約5nHの集中インダクタを製造することは非常に
困難であり、そのようなインダクタは位置的変化、特に長手方向の変化の影響を
受けやすい。更に、所定の再現性を有しながらそのような小さいコイル間の適性
な結合を得ること及びそれを保持することは、困難に等しい。最適な結合(通常
は、クリティカルな結合における或いは概ねクリティカルな結合における)を保
持するために、その小さなコイルはそれらの間の小さなギャップを必要とし、ま
た、その結合係数は、この小さなギャップの寸法の変化の影響を非常に受けやす
い。約1%の部分帯域幅が必要な場合には、そのような要素及び寸法の変化を許
容することはできない。The Q L for a parallel tuned circuit is generally determined as the admittance of the network at the resonant frequency multiplied by the load or power source impedance connected to it. Therefore, the Q L for the parallel tuned output resonator 140 is w o · C P2 · R L. Therefore, it is believed possible to increase the values of C P2 and R L in order to increase the Q L for the parallel tuned output resonator. Since the signal tends to be shunted to ground via the parasitic shunt element, it is impossible for R L to increase above 100Ω. To increase C P2 , L 2 needs to be very small. It is very difficult to manufacture lumped inductors of about 5nH within the permissible range using known techniques, and such inductors are susceptible to positional changes, especially longitudinal changes. Furthermore, obtaining and maintaining a proper coupling between such small coils with a given reproducibility is difficult. In order to maintain an optimal bond (usually in a critical or near critical bond), the small coil requires a small gap between them, and its coupling coefficient depends on the size of this small gap. Very susceptible to changes in. If a sub-bandwidth of about 1% is required, such element and dimension variations cannot be tolerated.
【0017】
図5は、400MHzの共振周波数において最適な結合を有する回路について、Q L
を増大させるために設計されたCに対するLの比、k、CP1110、CP2130、L1
170及びL2190についての値を伴う図1の並列複同調回路100を示す。図
6a及び図6bは、図3において示された要素の値を有する回路50についてシ
ミュレートされた応答を示す。図6a及び図6bの下方の値は、応答曲線に示し
た点1〜4についての周波数(MHz)及び減衰(dB)値を示す。図6aで与えら
れた目盛りで示される応答は、それが図3の直列同調回路30と比較して高い周
波数においてより対称的に動作するとしても、阻止帯域においてフィルタ性能が
不適格であることを示す。この例において用いられた先行技術のコイルの値を限
界まで変化させたとしても、このフィルタの帯域幅は、依然として多くの用途に
対して十分に狭くはない。図6bで与えられるより小さな目盛りでは、3dBの部
分帯域幅が約15.5%である(従って、QLの近似値は6.45である)ことを示す。前
述のように、1〜2%の部分帯域幅を必要とする(即ち、QLの値が50〜100
の範囲である)多くの広帯域信号処理の用途に対してこれは不適格である。[0017]
Figure 5 shows the Q for a circuit with optimal coupling at a resonant frequency of 400MHz. L
The ratio of L to C designed to increase k, k, CP1110, CP2130, L1
170 and L22 shows the parallel double-tuned circuit 100 of FIG. 1 with a value for 190. Figure
6a and 6b show a circuit for a circuit 50 having the values of the elements shown in FIG.
Shows the simulated response. The lower values in Figures 6a and 6b are shown in the response curve.
The frequency (MHz) and attenuation (dB) values for points 1 to 4 are shown. Given in Figure 6a
The response shown on the scale is that it has a higher frequency compared to the series tuned circuit 30 of FIG.
Even though it operates more symmetrically in wavenumber, the filter performance in the stopband is
Indicates ineligibility. Limit the value of the prior art coil used in this example.
Even with the change to the field, the bandwidth of this filter is still in many applications.
On the other hand, it is not narrow enough. For the smaller scale given in Figure 6b, the 3 dB part
The minute bandwidth is about 15.5% (thus QLThe approximate value of is 6.45). Previous
As mentioned, it requires a sub-bandwidth of 1-2% (ie QLValue of 50-100
This is unsuitable for many wideband signal processing applications.
【0018】
従って、当業者には、約50〜2000MHz或いはそれ以上の範囲の帯域幅に
おける多くの広帯域信号処理の用途に必要とされる特性を備えた帯域フィルタ回
路の必要性が認識されるであろう。これらの特性としては、高い選択性を提供す
るために即ち高いQL値であり、従って小さな部分帯域幅、阻止帯域における高い
減衰、通過帯域における低い挿入損失を与え、更に先行技術の同調共振器回路に
比べてより低コストで高い信頼性で製造することが可能である。Accordingly, those skilled in the art will recognize the need for bandpass filter circuits with the properties required for many wideband signal processing applications in the bandwidth range of about 50-2000 MHz or higher. Ah These properties are to provide high selectivity, i.e. a high Q L value, thus giving a small sub-bandwidth, high attenuation in the stop band, low insertion loss in the pass band, and more It can be manufactured at lower cost and with higher reliability than circuits.
【0019】
発明の概要
本発明の第1の実施例の目的は、磁気的に結合した並列複同調共振器のトポロ
ジを利用する帯域フィルタを提供することであり、そのトポロジは、先行技術が
達成可能なQLよりもより高い値のQLを実現可能である。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of a first embodiment of the invention to provide a bandpass filter that utilizes the topology of magnetically coupled parallel double-tuned resonators, which topology is achieved by the prior art. it is possible to realize a Q L higher than possible Q L.
【0020】
第1の好適実施例の別の目的は、低コストで高い信頼性を有して製造可能であ
るトポロジに関してより高いQLの値を達成することである。Another object of the first preferred embodiment is to achieve higher values of Q L for topologies that can be manufactured with low cost and high reliability.
【0021】
その第1の好適実施例の更に別の目的は、環境におけるRFノイズに対して比較
的影響を受けにくくすることである。Yet another object of the first preferred embodiment is to be relatively insensitive to RF noise in the environment.
【0022】
本発明の第2の実施例の目的は、第1の実施例に1つの付加的要素のみを追加
して、より低い周波数及びより高い周波数において通過帯域と阻止帯域との間の
低い挿入損失及びより急勾配なロールオフを有し、より高いQLの値を達成するこ
とである。The purpose of the second embodiment of the present invention is to add only one additional element to the first embodiment to reduce the low between the pass band and the stop band at lower and higher frequencies. Achieving higher Q L values with insertion loss and steeper roll-off.
【0023】
本発明の第3の実施例の目的は、既知の磁気的に結合した直列複同調共振器の
トポロジに対して1つの付加的要素のみを追加して、(より低い周波数及びより
高い周波数において)通過帯域と阻止帯域との間の低い挿入損失及びより急勾配
のロールオフを有し、より高いQLの値を達成することである。The purpose of the third embodiment of the invention is to add only one additional element to the known magnetically coupled series double-tuned resonator topology, (lower frequency and higher Achieving higher values of Q L , with lower insertion loss (in frequency) between the pass band and stop band and a steeper roll-off.
【0024】
本発明の第4の実施例の目的は、低コストで且つ容易に製造可能である新規性
及び進歩性を有する回路トポロジを利用して、UHF周波数帯域、即ち約500MHz
及び2GHz以上のより高い範囲においてさえも、所望のQL、絶対的帯域幅及び挿
入損失の値を達成することである。The purpose of the fourth embodiment of the present invention is to utilize the circuit topology with novelty and inventive step which is low cost and easy to manufacture, and makes use of the UHF frequency band, ie about 500 MHz.
And to achieve the desired values of Q L , absolute bandwidth and insertion loss, even in the higher range above 2 GHz.
【0025】
上述の目的及びその他の目的は、発明の詳細な説明によって当業者には明らか
になろう。The above and other objects will be apparent to those skilled in the art from the detailed description of the invention.
【0026】
本発明の帯域フィルタの第1の好適実施例は、電気的に短い(共振周波数の波
長の約1%)伝送路を共振器が磁気的に結合される非常に小さな誘導性要素とし
て用いることによって、より高いQLの値を達成する並列複同調共振器のトポロジ
を利用する。伝送路は、所望のインダクタンス値を実現する正確に制御された形
状寸法を有する金属トレースとして製作される。プリント回路板材料の誘電率は
、厚さ1.5mmで4.65である。そのトレースは、厚さ0.018mmの銅で形成される。そ
のマイクロストリップ・インダクタは、所定の周波数に対して最適な結合を保持
するために必要とされる値によって、約0.01〜0.02の結合係数(k)を得るよう
に物理的に配置される。伝送路トレースの一方の端部は直列コンデンサに接続さ
れ、他方はグラウンドで終点となる。インダクタ値は、約±2%の精度で下方約
0.5nHまで正確に生成され得る。A first preferred embodiment of the bandpass filter of the present invention uses an electrically short (about 1% of the wavelength of the resonant frequency) transmission line as a very small inductive element to which the resonator is magnetically coupled. Utilizes a parallel double-tuned resonator topology that achieves higher Q L values. The transmission line is fabricated as a metal trace with precisely controlled geometry that achieves the desired inductance value. The dielectric constant of the printed circuit board material is 4.65 at a thickness of 1.5 mm. The trace is formed of 0.018 mm thick copper. The microstrip inductor is physically arranged to obtain a coupling coefficient (k) of about 0.01-0.02, depending on the value required to maintain optimum coupling for a given frequency. One end of the transmission line trace is connected to the series capacitor and the other end is at ground. Inductor value is about ± 2% accuracy
It can be accurately generated up to 0.5 nH.
【0027】
本発明の帯域フィルタの第2の好適実施例において、第1の好適実施例の並列
複同調共振器は結合コンデンサを付加することによって変更され、磁気的に結合
された共振器の各々において、そのコンデンサが直列に結合され、また磁気的に
結合されたマイクロストリップ伝送路インダクタと並列な分路キャパシタンスに
比べて非常に小さな値を有する。In a second preferred embodiment of the bandpass filter of the present invention, the parallel double-tuned resonator of the first preferred embodiment is modified by adding a coupling capacitor to each of the magnetically coupled resonators. At, the capacitor is coupled in series and has a very small value compared to the shunt capacitance in parallel with the magnetically coupled microstrip transmission line inductor.
【0028】
本発明の第3の好適実施例において、先行技術の直列複同調共振器のトポロジ
は、各共振器において分路キャパシタンスを付加することによって変更され、そ
の分路キャパシタンスは2つの共振器の直列要素と並列に接続され、インダクタ
ンスと直列なキャパシタンスをの値に比べてより大きな値を有する。そのインダ
クタンスは空芯コイルまたは他の既知の集中インダクタンス要素を用いて実現さ
れることが好ましい。In a third preferred embodiment of the invention, the topology of the prior art series double tuned resonator is modified by adding a shunt capacitance in each resonator, the shunt capacitance being two resonators. Is connected in parallel with the series element of and has a larger value than the value of the capacitance in series with the inductance. The inductance is preferably implemented using an air core coil or other known lumped inductance element.
【0029】
第2及び第3の実施例は、veractor、または共振器の直列若しくは分路コンデ
ンサの何れかについての他の既知の制御可能なキャパシタンスによって単純に置
換することによって、電気的チューナとして用いることが可能である。The second and third embodiments are used as electrical tuners by simply substituting the veractor or other known controllable capacitance for either the series or shunt capacitors of the resonator. It is possible.
【0030】
本発明の第4の実施例は、同調周波数が約1GHzを超えた場合に最初の3つの
実施例に問題を生じさせるQの減少及び電磁結合の増大を補正するためのトポロ
ジを開示する。そのトポロジは、それらの各々の信号線について対称をなす前述
の同調並列共振器トポロジの各共振器の鏡像構造を含む。その各共振器の鏡像構
造は2つの共振器の間の相互インダクタンス、従って別法では周波数の増大に伴
い電磁結合において著しく増加し得るオフセットを概ね相殺するのに役立つ。更
に、鏡像関係のインダクタの並列の特性によって各共振器についての有効インダ
クタンス値が50%以上減少し、各共振器についてのCPの値が、周波数の増大を
伴う回路の角荷時のQの減少を相殺するように増大し得る。A fourth embodiment of the present invention discloses a topology for compensating for the decrease in Q and the increase in electromagnetic coupling which causes problems for the first three embodiments when the tuning frequency exceeds about 1 GHz. To do. The topology includes a mirror image structure of each resonator of the previously mentioned tuned parallel resonator topology that is symmetrical about their respective signal line. The mirror image structure of each resonator serves generally to cancel out the mutual inductance between the two resonators, and thus the offset which can otherwise be significantly increased in the electromagnetic coupling with increasing frequency. Further, the parallel characteristics of the mirror-image-related inductors reduce the effective inductance value for each resonator by 50% or more, and the value of C P for each resonator is equal to Q of the square load of the circuit with increasing frequency. It can increase to offset the decrease.
【0031】
各共振器についての誘導要素及びその鏡像構造は、金属の単一のストリップと
して具現化されるか、或いは電磁結合における比例する増大無しに、各共振器に
ついての有効インダクタンスを更に減少させるために、並列の幾つかのストリッ
プとして具現化されることが好ましい。誘導性要素を並列ストリップとして具現
化することによって、ストリップを加えることによって各インダクタンス値につ
いての有効インダクタンスの値を調整するための更なる自由度が生じ、従って試
験中にフィルタを同調することが可能となる。勿論、ストリップの幅を追加する
ことによってインダクタンスを減少させることが出来るが、電磁結合を増大させ
ること無しに調節することによってフィルタ回路を同調させるために、電磁結合
がLの値の減少に反比例して増大する。更に、各共振器及びそれらの鏡像体につ
いてのインダクタンスを並列の構造として生成することによって、試験中にフィ
ルタを同調するために、ストリップ間に金属を付加することによって短絡を生成
することが可能となる。勿論、同様の目的を達成するために、レーザトリミング
を利用することも可能である。The inductive element and its mirror image structure for each resonator may be embodied as a single strip of metal or further reduce the effective inductance for each resonator without a proportional increase in electromagnetic coupling. For this reason, it is preferably embodied as several strips in parallel. By embodying the inductive elements as parallel strips, adding strips gives an additional degree of freedom to adjust the value of the effective inductance for each inductance value, thus allowing the filter to be tuned during the test. Becomes Of course, the inductance can be reduced by adding the width of the strip, but the electromagnetic coupling is inversely proportional to the decrease in the value of L in order to tune the filter circuit by adjusting without increasing the electromagnetic coupling. Increase. Furthermore, by creating the inductance for each resonator and their enantiomer as a parallel structure, it is possible to create a short circuit by adding metal between the strips to tune the filter during testing. Become. Of course, it is also possible to use laser trimming to achieve a similar purpose.
【0032】
何れの好適実施例も、回路網の電流が反対方向に流れるようにインダクタを配
置することによって、環境からインダクタにおいて誘導され得る任意の同相モー
ドノイズを相殺するために種々の形態で配置することが可能である。その好適な
実施例は、平衡−平衡及び平衡−不平衡構成で配置され得る。或る好適実施例で
は、互いに特定の位置関係を有することなしに物理的に配置された共振器を有し
得る。別の方向決め(例えば45度又は同等の角度)によって、更なるトポロジ
の融通性が与えられ、結合係数kを調節するための更なる自由度が与えられるが
、共振器の水平又は垂直な相対位置(0度若しくは180度の方向)が主要な対
象である。任意の好適実施例の共振器の要素の値は、インピーダンス変換又はフ
ィルタの周波数応答を調節するために、対称的若しくは非対称的に取り決めるこ
とが可能である。最後に、任意の好適実施例における複数の共振器は、変換関数
の複雑性を増大させてQL並びに通過帯域から阻止帯域への傾き若しくはロールオ
フを増大させるために、互いにカスケードにすることが可能である。Any of the preferred embodiments may be arranged in various forms to offset any common mode noise that may be induced in the inductor from the environment by arranging the inductors so that the network current flows in opposite directions. It is possible to The preferred embodiment may be arranged in balanced-balanced and balanced-unbalanced configurations. Certain preferred embodiments may have the resonators physically located without having a particular positional relationship to each other. Other orientations (eg 45 degrees or equivalent angles) provide more topological flexibility and more freedom to adjust the coupling coefficient k, but the horizontal or vertical relative orientation of the resonators. The position (0 degree or 180 degree direction) is the main target. The values of the resonator elements of any of the preferred embodiments can be negotiated symmetrically or asymmetrically to adjust the impedance transformation or the frequency response of the filter. Finally, the multiple resonators in any of the preferred embodiments can be cascaded together to increase the complexity of the transfer function and increase Q L as well as the passband to stopband slope or rolloff. It is possible.
【0033】
本発明の好適な実施例
本発明の好適な実施例を以下に詳細に記載する。前述したように、図3及び図
5の複同調共振器は、QLが増大するようにLCの比率を増大しても、多くの広
帯域の適用に必要なQLの値には達しない。図1b及び図5の並列複同調共振器
トポロジでは、Lの値の下限は約5nHである。 Preferred Embodiments of the Invention Preferred embodiments of the invention are described in detail below. As mentioned above, the double-tuned resonators of FIGS. 3 and 5 do not reach the value of Q L required for many broadband applications, even if the ratio of LC is increased so that Q L is increased. In the parallel double-tuned resonator topology of FIGS. 1b and 5, the lower limit of the value of L is about 5 nH.
【0034】
図7に示されている本発明の第一の実施例では、プリント回路基板上に形成さ
れた銅から成る金属トレースは、並列複同調共振器70のインダクタL172及
びL274として用いられる。各金属トレースの一端はそれぞれ、分路コンデン
サCP176及びCP278に接続され、他端は接地されている。この方法では
、±2%の精度で有効インダクタンス値を0.5nHまで下げることができる。
従って、インダクタンス値が正確に5nHより低下し、CP176及びCP27
8の値が増加可能となるため、並列複同調共振器のQLが従来技術で得られる値
を上回ることができる。In the first embodiment of the invention shown in FIG. 7, the metal traces of copper formed on the printed circuit board include inductors L 1 72 and L 2 74 of the parallel double-tuned resonator 70. Used as. One end of each metal trace is connected to shunt capacitors C P1 76 and C P2 78, respectively, and the other end is grounded. With this method, the effective inductance value can be reduced to 0.5 nH with an accuracy of ± 2%.
Therefore, the inductance value is accurately lower than 5 nH, and C P1 76 and C P2 7
Since the value of 8 can be increased, the Q L of the parallel double-tuned resonator can exceed the value obtained in the prior art.
【0035】
集中誘導性要素としてマイクロストリップ伝送ラインを用いる新しい方法の別
の利点は、極小のインダクタのインピーダンスが極めて低いため、共振器周波数
あるいはそれに近い周波数において流れるi1及びi2(75)が極めて大きくな
る。増大した電流によって、共振器間の移動に利用できるエネルギーが増大され
る。従って、回路の全電磁結合は所定のMより大きくなり、不足結合であっても
フィルタが最適結合となる。従って、Q1は不足結合の許容性が高いが、電流値
が高いため挿入損失が低下する。更に、大きさが物理的に小さいためインダクタ
ンスの値が小さくなり、PCBに対するは物理的プロフィールが極めて低いこと
から、PFノイズ(そして、相互作用及び電磁波による)による影響が、従来の
集中誘導性要素と比較すると極めて小さい。これらの製造は容易でコストが低く
、正確さ及び繰り返し精度が高い。最後に、このトポロジ及びその実施は、用い
る製造プロセスの精度に従って大きさを自由に変えることができる。製造するプ
ロセスのプリント回路基板の精度では、インダクタストリップの幅が最小でも約
5mmに制限され得るが、許容精度でシリコン上でこれらのトポロジを製造する
と、それに見合ったより小さなインダクタが形成でき、有効インダクタの値がそ
れに見合って小さくなる。Another advantage of the new method of using microstrip transmission lines as lumped inductive elements is that i 1 and i 2 (75) flowing at or near the resonator frequency is due to the extremely low impedance of the tiny inductor. It becomes extremely large. The increased current increases the energy available for transfer between the resonators. Therefore, the total electromagnetic coupling of the circuit will be greater than a given M, and the filter will be optimally coupled even if it is under coupled. Therefore, Q 1 has a high tolerance for under-coupling, but the insertion loss is reduced because the current value is high. In addition, the physically small size reduces the inductance value, and the physical profile for PCBs is extremely low, so that the effects of PF noise (and interaction and electromagnetic waves) can reduce the effects of conventional lumped inductive elements. It is extremely small compared to. These are easy to manufacture, low cost, accurate and repeatable. Finally, this topology and its implementation are free to scale according to the precision of the manufacturing process used. The accuracy of the printed circuit board in the manufacturing process may limit the width of the inductor strip to a minimum of about 5 mm, but manufacturing these topologies on silicon with acceptable accuracy allows the formation of smaller inductors commensurate with it, resulting in smaller effective inductors. The value of becomes smaller accordingly.
【0036】
図8aは、誘導性要素L172及びL274(図7)が形成されるPCBの一
部分の平面図である。好適な実施例では、各誘導性要素はそれぞれ、銅のマイク
ロストリップレース82及び84として、PCB80の表面81に形成される。
このマイクロストリップは、周知の金属溶着法及びエッチング技術によって製造
される。マイクロストリップ(即ち、高さ86、幅87)間の間隔89の寸法に
よって、誘導性要素の有効インダクタンス及び結合係数kの関数である相互イン
ダクタンスM73の範囲が決まる。トレースの厚さは好ましくは0.018mm
である。PCBの厚さ即ち高さ85は好ましくは、1.5mmであり、用いられ
る材料の絶対誘電率は4.65である。マイクロストリップの一端は、スルーホ
ール802によってPCB80の接地面88に接地される。スルーホール802
は、適用例によってそれぞれ変えることができるそれ自身のインダクタンス(ス
ルーホールの直径によるが約0.1nH)を有する。必要に応じて、多数の接地
ホールを設けてホールの全インダクタンスを下げることができる。接地面88は
、PCBの裏面に通常は形成されるが、PCB80の表面にも形成することがで
きる。FIG. 8a is a plan view of a portion of the PCB in which the inductive elements L 1 72 and L 2 74 (FIG. 7) are formed. In the preferred embodiment, each inductive element is formed on the surface 81 of the PCB 80 as copper microstrip races 82 and 84, respectively.
The microstrip is manufactured by the well-known metal welding method and etching technique. The size of the spacing 89 between the microstrips (ie height 86, width 87) determines the extent of the effective inductance of the inductive element and the mutual inductance M73 as a function of the coupling coefficient k. Trace thickness is preferably 0.018 mm
Is. The thickness or height 85 of the PCB is preferably 1.5 mm and the material used has an absolute dielectric constant of 4.65. One end of the microstrip is grounded to the ground plane 88 of the PCB 80 by the through hole 802. Through hole 802
Have their own inductance (depending on the diameter of the through hole, about 0.1 nH), which can each be varied depending on the application. If desired, multiple ground holes can be provided to reduce the total inductance of the holes. The ground plane 88 is typically formed on the back side of the PCB, but can also be formed on the front side of the PCB 80.
【0037】
好適な実施例では、マイクロストリップは、図に示されているようにマイクロ
ストリップの内側の金属部分83をエッチング処理して並列なマイクロストリッ
プに分割することができる。これによって、結合係数kに対するインダクタンス
の有効値の範囲が更に広がる。例えば、それぞれが幅2mm、長さ5.5mmの
並列な3本のマイクロストリップライン(図8aを参照)を用いて、それぞれが
より大きなインダクタンスの値を有する誘導性要素を並列に配置して、約0.7
2nHの有効インダクタンスを達成することができる。このような並列な構造に
よって達成される有効インダクタンスは、1/n×Lに概ね等しい。ここでnは
、それぞれがインダクタンス値Lの並列なマイクロストリップの数である。n個
の並列なストリップの幅の合計に等しい幅を有する一つのストリップではなく、
並列なマイクロストリップを使う利点は、ストリップの幅の増加に伴う結合にお
ける増加が、並列なストリップの場合は極めて少ないことである。しかしながら
、並列なストリップに用いることができるマイクロストリップの数には製造上の
制限がある。一つには、それぞれの追加のストリップの戻りが減少し、もう一つ
には、インダクタストリップの全幅が増大すると、インピーダンズが集中ではな
く分散し始めるということである。図8aの3本の線からなる誘導性要素を用い
たフィルタ回路は、図8bに各要素の値が例示されている。In the preferred embodiment, the microstrip can be divided into parallel microstrips by etching the metal portion 83 inside the microstrip as shown. As a result, the range of effective values of the inductance with respect to the coupling coefficient k is further expanded. For example, using three parallel microstrip lines each having a width of 2 mm and a length of 5.5 mm (see FIG. 8a), the inductive elements each having a larger inductance value are arranged in parallel, About 0.7
An effective inductance of 2 nH can be achieved. The effective inductance achieved by such a parallel structure is approximately equal to 1 / n × L. Here, n is the number of parallel microstrips each having an inductance value L. instead of one strip having a width equal to the sum of the widths of n parallel strips,
The advantage of using parallel microstrips is that the increase in coupling with increasing strip width is very small for parallel strips. However, there are manufacturing limitations on the number of microstrips that can be used in parallel strips. For one thing, as the return of each additional strip is reduced, and for another, as the overall width of the inductor strip increases, the impedances begin to spread rather than concentrate. The filter circuit using the inductive element consisting of three lines in FIG. 8a is illustrated in FIG. 8b as the value of each element.
【0038】
従来の集中インダクタンス要素を用いたトポロジ(図5)の従来技術の適用例
に対して、マイクロストリップインダクタンス要素を用いた複同調共振器トポロ
ジの改良された応答は、図9a及び図9b(本発明)のシミュレートされた出力
応答と図6a及び図6b(従来技術)とを比較することで明らかとなる。本発明
の第一の実施例では、400MHzの共振周波数において約25のQ1(約4%
の部分帯域幅)が達成でき、従来技術では同じ周波数におけるQ1は約6.5(
約15.5%の部分帯域幅)となる。帯域幅以外の減衰も著しく改善された。For the prior art application of the topology with conventional lumped inductance elements (FIG. 5), the improved response of the double-tuned resonator topology with microstrip inductance elements is shown in FIGS. 9a and 9b. It becomes apparent by comparing the simulated output response of (invention) with FIGS. 6a and 6b (prior art). In a first embodiment of the invention, a Q 1 of about 25 (about 4% at a resonant frequency of 400 MHz is
Can be achieved, and in the prior art, Q 1 at the same frequency is about 6.5 (
(A partial bandwidth of about 15.5%). Attenuation other than bandwidth was also significantly improved.
【0039】
共振器としてマイクロストリップ伝送ラインを用いる従来技術に比べ、電磁的
に接続された共振器の効果的な誘導性要素としてマイクロストリップ伝送ライン
を使用することは、極めて特徴的であり新規のものであることを当業者は理解す
るであろう。マイクロストリップ伝送ラインの長さが、中心周波数または共振周
波数の好適な部分(典型的には波長の四分の一)であるとき、共振器としてのマ
イクロストリップ伝送ラインの使用は、伝送ラインの固有の共振による。本発明
のマイクロストリップの幅は、目的の共振周波数の波長の約0.5%から10%
である。それらは、伝送ライン共振器の分布インーピダンスとしてではなく、集
中誘導性要素として効果的に作用しうる。上述したように、目的の広帯域幅の適
用例の共振器として伝送ラインを用いる場合は、低周波数では極端に長い伝送ラ
インが必要となる。The use of a microstrip transmission line as an effective inductive element of an electromagnetically coupled resonator is very characteristic and novel compared to the prior art which uses a microstrip transmission line as a resonator. One of ordinary skill in the art will understand that this is the case. The use of a microstrip transmission line as a resonator when the length of the microstrip transmission line is a suitable portion of the center frequency or resonance frequency (typically one quarter wavelength) is inherent to the transmission line. Due to resonance. The width of the microstrip of the present invention is approximately 0.5% to 10% of the wavelength of the desired resonance frequency.
Is. They can effectively act as lumped inductive elements rather than as distributed impedance of the transmission line resonator. As described above, when a transmission line is used as the resonator in the intended wide bandwidth application example, an extremely long transmission line is required at low frequencies.
【0040】
本発明の第二の好適な実施例を図10aに示す。追加のコンデンサ(Cs14
31及びCs2433)がそれぞれ、本発明の第一の好適な実施例のトポロジ(
図7)の並列同調入力共振器432及び出力共振器434と直列に配置されてい
る。Cs1431及びCs2433の値は、分路コンデンサCP176及びCP 2
78の値と比較すると極めて小さい。このように直列にコンデンサを追加する
ことは当業者の考えには反すると思われるが、CS1431及びCS2434の
追加によって、第一の好適な実施例の帯域フィルタの応答が著しく改善される。
このように非常に安価な2つの要素を加えることによって、帯域フィルタが第四
次フィルタから第六次フィルタに変わる。これは、図10aの変更したトポロジ
を有する本発明の並列複同調トポロジ(図7)の具現によって得られる伝達関数
を比較することによって確認できる。A second preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 10a. Additional capacitor (Cs 14
31 and Cs 2 433), respectively, in the topology of the first preferred embodiment of the present invention (
It is arranged in series with the parallel tuned input resonator 432 and the output resonator 434 of FIG. 7). The values of Cs 1 431 and Cs 2 433 are very small when compared to the values of shunt capacitors C P1 76 and C P 2 78. Although adding capacitors in series in this way would be contrary to the idea of those skilled in the art, the addition of C S1 431 and C S2 434 significantly improves the response of the bandpass filter of the first preferred embodiment. It
This addition of two very cheap elements turns the bandpass filter from a fourth order filter to a sixth order filter. This can be confirmed by comparing the transfer functions obtained by implementing the parallel double-tuned topology of the present invention (FIG. 7) with the modified topology of FIG. 10a.
【0041】 図7のトポロジの伝達関数は、以下の式によって求められる。[0041] The transfer function of the topology of FIG. 7 is calculated by the following formula.
【0042】[0042]
【数1】 [Equation 1]
【0043】 図10aの強化トポロジの伝達関数は、以下の式で求められる。[0043] The transfer function of the enhanced topology of FIG. 10a is given by:
【0044】[0044]
【数2】 [Equation 2]
【0045】
ここで、Sは複合周波数(即ち、σ+jω)であり、g0及びgPは係数であり
、a1、b1、a2、b2、c1、d1、e1、c2、d2、及びc2多項式の
係数である。変更されたフィルタの周波数応答を決定する伝達関数に極(pole)
を加えると、Sが無限大になると傾斜が1/sから1/s3に変わることによっ
て、高周波数におけるロールオフが通過帯から拒絶帯に増加する。従って、Q1
のみが更に増加するのではなく、高周波数における減衰も大きくなる。従って、
CS1431及びCS2433によって、フィルタの低周波数性能が改善される
。Where S is the composite frequency (ie, σ + jω), g 0 and g P are coefficients, and a 1 , b 1 , a 2 , b 2 , c 1 , d 1 , e 1 , c The coefficients of the 2 , 2 , and c 2 polynomials. A pole in the transfer function that determines the frequency response of the modified filter.
, The roll-off at high frequencies increases from the pass band to the rejection band by changing the slope from 1 / s to 1 / s 3 when S becomes infinite. Therefore, not only Q 1 increases further, but the attenuation at high frequencies also increases. Therefore,
C S1 431 and C S2 433 improve the low frequency performance of the filter.
【0046】
図10aのトポロジ(第一の好適な実施例のマイクロストリップ伝送ラインを
含む)を用いた70MHzの中心周波数を有する帯域回路が図11に示されてい
る。図11のフィルタのシミュレートされた出力応答が図12a及び図12bに
例示されている。この回路のQLは約21であり、部分帯域幅は約4.8%であ
る。A band circuit having a center frequency of 70 MHz using the topology of FIG. 10a (including the microstrip transmission line of the first preferred embodiment) is shown in FIG. The simulated output response of the filter of Figure 11 is illustrated in Figures 12a and 12b. Q L of the circuit is about 21, fractional bandwidth is about 4.8%.
【0047】
図10aのトポロジ(第一の好適な実施例のマイクロストリップ伝送ラインを
含む)を用いた400MHzの中心周波数を有する帯域回路の実施例が図13に
示されている。図13のフィルタのシミュレートされた出力応答が図12a及び
図12bに例示されている。この回路のQLは約21であり、部分帯域幅は約4
.8%である。An example of a band circuit having a center frequency of 400 MHz using the topology of FIG. 10a (including the microstrip transmission line of the first preferred embodiment) is shown in FIG. The simulated output response of the filter of Figure 13 is illustrated in Figures 12a and 12b. Q L of the circuit is about 21, fractional bandwidth of about 4
. 8%.
【0048】
図10aのトポロジ(第一の好適な実施例のマイクロストリップ伝送ラインを
含む)を用いた800MHzの中心周波数を有する帯域回路の実施例が図15に
示されている。図15のフィルタのシミュレートされた出力応答が図16a及び
図16bに例示されている。この回路のQLは約15であり、部分帯域幅は約6
.6%である。An example of a band circuit having a center frequency of 800 MHz using the topology of FIG. 10a (including the microstrip transmission line of the first preferred embodiment) is shown in FIG. The simulated output response of the filter of Figure 15 is illustrated in Figures 16a and 16b. Q L of the circuit is about 15, fractional bandwidth of about 6
. 6%.
【0049】
図10aのトポロジ(図8a及び図8bの複数の並列なマイクロストリップ伝
送ラインを含む)を用いた400MHzの中心周波数を有する帯域回路の実施例
が図17に示されている。図17のフィルタのシミュレートされた出力応答が図
18a及び図18bに例示されている。この回路のQLは約34であり、部分帯
域幅は約2.9%である。An example of a band circuit having a center frequency of 400 MHz using the topology of FIG. 10a (including multiple parallel microstrip transmission lines of FIGS. 8a and 8b) is shown in FIG. The simulated output response of the filter of Figure 17 is illustrated in Figures 18a and 18b. Q L of the circuit is about 34, fractional bandwidth is about 2.9%.
【0050】
図10aのトポロジ(第一の好適な実施例のマイクロストリップ伝送ラインを
含む)を用いた400MHzの中心周波数を有する帯域回路の実施例が図19に
示されている。追加の共振器1900が、入力共振器432と出力共振器434
との間に接続されている。共振器1900は、入力及び出力共振器432及び4
34と同様のトポロジを有し、マイクロストリップ誘導性要素1904と並列の
コンデンサCP31902を含む。図19のフィルタのシミュレートされた出力
応答が図20a及び図20bに例示されている。この回路のQLは約19.5で
あり部分帯域幅は約5%である。An example of a band circuit having a center frequency of 400 MHz using the topology of FIG. 10a (including the microstrip transmission line of the first preferred embodiment) is shown in FIG. The additional resonator 1900 includes an input resonator 432 and an output resonator 434.
Is connected between and. Resonator 1900 includes input and output resonators 432 and 4
It has a topology similar to 34 and includes a capacitor C P3 1902 in parallel with a microstrip inductive element 1904. The simulated output response of the filter of Figure 19 is illustrated in Figures 20a and 20b. Q L is about 19.5 parts bandwidth of this circuit is about 5%.
【0051】
図10aのトポロジ(第一の好適な実施例のマイクロストリップ伝送ラインを
含む)を用いた400MHzの中心周波数を有する高周波数帯域フィルタ回路の
実施例が図21に示されている。この回路は、入力共振器432の平衡入力と出
力共振器434の不平衡出力(またはその逆)を含む。この回路は、帯域周波数
の範囲で、信号コンバイナーあるいは信号スプリッタとして用いることができる
。図21のフィルタのシミュレートされた出力応答が、図22a及び図22bに
例示されている。この回路のQLは約2.4であり、部分帯域幅は約42%であ
る。An example of a high frequency bandpass filter circuit having a center frequency of 400 MHz using the topology of FIG. 10a (including the microstrip transmission line of the first preferred embodiment) is shown in FIG. The circuit includes a balanced input of input resonator 432 and an unbalanced output of output resonator 434 (or vice versa). This circuit can be used as a signal combiner or a signal splitter in the band frequency range. The simulated output response of the filter of Figure 21 is illustrated in Figures 22a and 22b. Q L of the circuit is about 2.4, fractional bandwidth is about 42%.
【0052】
本発明の第三の好適な実施例が図23に例示されている。追加のコンデンサ(
CP1350及びCP2370)がそれぞれ、図3の従来型トポロジの直列同調
入力共振器320及び出力共振器340と並列に接続されている。CP1350
及びCP2370の値は、図1aの直列コンデンサCS111及びCS213の
値と比べ極めて大きい。このような並列コンデンサの追加は、当業者の考えには
反するように思われるが、CP1350及びCP2370の追加によって、図1
a及び図3の従来型トポロジの帯域フィルタの応答が著しく改善される。非常に
安価なこの2つの要素を追加することによって、直列コンデンサを図1b及び図
5の並列同調回路に加えたのと同様に、帯域フィルタが第4位フィルタから第6
位フィルタに変わる。図23の変更されたトポロジを有する本発明の実施例の伝
達関数は、上記した図10aのトポロジの伝達関数と基本的には同じである。こ
れは、それらが互いに論理デュエル(theoretical duel)であるためである。A third preferred embodiment of the present invention is illustrated in FIG. Additional capacitor (
C P1 350 and C P2 370) are respectively connected in parallel with the conventional topology series tuned input resonator 320 and output resonator 340 of FIG. C P1 350
And C P2 370 are much larger than the values of the series capacitors C S1 11 and C S2 13 of FIG. 1a. Although the addition of such a parallel capacitor seems contrary to the idea of one of ordinary skill in the art, the addition of C P1 350 and C P2 370 is shown in FIG.
a and the response of the conventional topology bandpass filter of FIG. 3 is significantly improved. By adding these two elements, which are very cheap, the bandpass filter can move from the 4th filter to the 6th filter in the same way as a series capacitor is added to the parallel tuned circuit of FIGS.
Change to place filter. The transfer function of the embodiment of the present invention having the modified topology of FIG. 23 is basically the same as the transfer function of the topology of FIG. 10a described above. This is because they are logical duels to each other.
【0053】
図23のトポロジ(高いQLに必要な高い誘導値を達成するために空芯コイル
をインダクタとして用いる)を用いた中心周波数が70MHzの帯域回路の実施
例が図24に示されている。図24フィルタのシミュレートされた出力応答が図
25a及び図25bに例示されている。この回路のQLは約46であり、部分帯
域幅は約2.2%である。An example of a band circuit with a center frequency of 70 MHz using the topology of FIG. 23 (using an air-core coil as an inductor to achieve the high inductive value required for high Q L ) is shown in FIG. There is. The simulated output response of the FIG. 24 filter is illustrated in FIGS. 25a and 25b. Q L of the circuit is about 46, fractional bandwidth is about 2.2%.
【0054】
図23のトポロジ(高いQLに必要な高いインダクタンス値を達成するために
空芯コイルをインダクタとして用いる)を用いた中心周波数が400MHzの帯
域回路の実施例が図26に示されている。図26フィルタのシミュレートされた
出力応答が図27a及び図27bに例示されている。この回路のQLは約33.
33であり、部分帯域幅は約3%である。An example of a band circuit with a center frequency of 400 MHz using the topology of FIG. 23 (using an air-core coil as an inductor to achieve the high inductance value required for high Q L ) is shown in FIG. There is. The simulated output response of the FIG. 26 filter is illustrated in FIGS. 27a and 27b. Q L is about 33 of this circuit.
33, and the partial bandwidth is about 3%.
【0055】
図23のトポロジ(高いQLに必要な高いインダクタンス値を達成するために
空芯コイルをインダクタとして用いる)を用いた中心周波数が70MHzの帯域
回路の実施例が図28に示されている。図28フィルタのシミュレートされた出
力応答が図29a及び図29bに例示されている。この回路のQLは約34.8
であり、部分帯域幅は約2.9%である。An example of a band circuit with a center frequency of 70 MHz using the topology of FIG. 23 (using an air-core coil as an inductor to achieve the high inductance value required for high Q L ) is shown in FIG. There is. The simulated output response of the FIG. 28 filter is illustrated in FIGS. 29a and 29b. Q L of this circuit is about 34.8
And the partial bandwidth is about 2.9%.
【0056】
図30は、回路の誘導性要素としてマイクロストリップラインを用いた並列複
同調トポロジの様々な実施例の値を示す表であり、寸法及び他の関連情報が含ま
れている。FIG. 30 is a table showing values for various examples of parallel double-tuned topologies using microstrip lines as inductive elements of the circuit, including dimensions and other relevant information.
【0057】
周波数が約1GHzを越えると、共振器の間隔を離して、相互インダクタンス
Mの減少を利用して、最適結合を維持するために電磁結合の増大を補償できる点
を超えて電磁結合が増大する。更に、金属ストリップの長さを単に短くして、各
共振器(図7または図10aの並列同調実施例)の有効インダクタンスMの値を
小さくすることができる点を超え、周波数の低下がQ1を小さくする。好適な実
施例では、標準的な製造誤差で製造されるプリント回路基板の最小の幅は通常は
5mmである。ストリップの長さが製造誤差によって左右されると、誤差がフィ
ルタの応答に反映され、目的の適用例に必要な小さな部分帯域幅を達成できなく
なる。さらに、上記したように、各共振器の有効インダクタンスを低減するため
に直接並列に配置できる要素の数にも限度がある。Above a frequency of about 1 GHz, the electromagnetic coupling is beyond the point where the resonators are spaced apart and the decrease in mutual inductance M can be used to compensate for the increased electromagnetic coupling to maintain optimal coupling. Increase. Moreover, beyond the point where the value of the effective inductance M of each resonator (parallel tuned embodiment of FIG. 7 or FIG. 10a) can be reduced by simply shortening the length of the metal strip, the reduction in frequency is Q 1 To reduce. In the preferred embodiment, the minimum width of a printed circuit board manufactured with standard manufacturing tolerances is typically 5 mm. If the length of the strip is influenced by manufacturing errors, the errors will be reflected in the response of the filter and it will not be possible to achieve the small partial bandwidth required for the intended application. Further, as noted above, there is a limit to the number of elements that can be placed directly in parallel to reduce the effective inductance of each resonator.
【0058】
従って、本発明の第四の実施例を図32aに開示する。元のトポロジを有する
各共振器(図7及び図10a)は、図に示されているその信号線に接続された鏡
像となっている。このトポロジによって、約500MHzから2GHzを越える
範囲の周波数への適用を可能とする重要な二つの特徴が得られる。第一に、製造
精度に基づいて金属ストリップを短くすることで得られる値よりさらに低い各共
振器の有効インダクタンス値を達成することができる。入力共振器の誘導性要素
L1a508及びL1b509と出力共振器の誘導性要素L2a510及びL2 b
512は互いに並列であるため、入力共振器及び出力共振器の有効インダクタ
ンスが50%以上低減される。Therefore, a fourth embodiment of the invention is disclosed in FIG. 32a. Each resonator with its original topology (FIGS. 7 and 10a) is a mirror image connected to its signal line as shown. This topology provides two important features that allow it to be applied to frequencies in the range of about 500 MHz to over 2 GHz. First, it is possible to achieve an effective inductance value of each resonator that is lower than the value obtained by shortening the metal strip based on manufacturing accuracy. For inductive element L 2a 510 and L 2 b 512 the inductive element L 1a 508 and L 1b 509 input resonator output resonator are parallel to each other, the effective inductance of the input resonator and the output resonator 50% It is reduced more than that.
【0059】
インダクタンスの値をさらに下げることができるため、小さいQLの値を相殺
するように周波数を増加すると、並列コンデンサCP1a504及びCP1b5
06とCP2a514及びCP2b516の値が大きくなる。さらに、各共振器
の有効インダクタンスが、図8a及び図30を用いて説明したように、マイクロ
ストリップの並列な組み合わせ(図10dの606、608、610及び612
のそれぞれ)として、L1a508、L1b509、L2a510及びL2b5
12を具現することによって、有効インダクタンスの値を更に低下させることが
できる。上述したように、この方法で並列に配置できるマイクロストリップの数
には限度がある。図32bに例示された実施例では、個別の誘導性要素606、
608、610及び612などのマイクロストリップを並列に配置することによ
って単に得られるインダクタンスの値より低いインダクタンスを得ることができ
る。Since the value of the inductance can be further lowered, increasing the frequency to cancel the small value of Q L results in parallel capacitors C P1a 504 and C P1b 5
06 and C P2a 514 and C P2b 516 have large values. Furthermore, the effective inductance of each resonator is determined by the parallel combination of microstrips (606, 608, 610 and 612 of FIG. 10d) as described with reference to FIGS. 8a and 30.
Respectively) as L1a508, L1b509, L2a510 and L2b5
By implementing 12, the value of the effective inductance can be further reduced. As mentioned above, there is a limit to the number of microstrips that can be placed in parallel in this way. In the example illustrated in Figure 32b, a separate inductive element 606,
By placing microstrips such as 608, 610 and 612 in parallel, it is possible to obtain an inductance that is lower than the value of the inductance that is simply obtained.
【0060】
1〜2GHzの範囲の周波数に適用できるこのトポロジの第二の重要な特徴は
、このトポロジが実質的に逆平行であることである。誘導性要素を流れる電流の
向きは逆方向であるため、共振器間の相互結合が打ち消される傾向にあり、共振
器間の相互インダクタンスM(従って、全体の電磁結合)が実質的に低減される
。従って、周波数がたとえ1〜2GHzの範囲或いはそれ以上であっても、回路
の共振器間の距離の関数であるMを様々に変えることで、電磁結合をより容易に
最適範囲内に維持することが可能である。A second important feature of this topology applicable to frequencies in the 1-2 GHz range is that it is substantially anti-parallel. Since the direction of the current flowing through the inductive element is in the opposite direction, the mutual coupling between the resonators tends to be canceled and the mutual inductance M between the resonators (and thus the overall electromagnetic coupling) is substantially reduced. . Therefore, it is easier to keep the electromagnetic coupling within the optimum range by varying M, which is a function of the distance between the resonators of the circuit, even if the frequency is in the range of 1-2 GHz or higher. Is possible.
【0061】
共振器間の相互インダクタンスが実質的に打ち消される本発明の逆平行トポロ
ジの構成を、図33a‐dを用いて以下に記載する。インダクタの幅が0として
、様々な段階での分析を行う。第一の段階では、図33aに示されているように
、誘導性要素L1a710及びL1b712との間の相互インダクタンスを初め
に考慮する。これらの2つの誘導性要素間のインダクタンスは、以下の式で求め
ることができる。The configuration of the antiparallel topology of the present invention in which the mutual inductance between the resonators is substantially canceled is described below with reference to FIGS. 33a-d. Analysis is performed at various stages, assuming that the width of the inductor is zero. In the first stage, the mutual inductance between the inductive elements L 1a 710 and L 1b 712 is first considered, as shown in FIG. 33a. The inductance between these two inductive elements can be calculated by the following formula.
【0062】[0062]
【数3】 [Equation 3]
【0063】
第二の段階では、誘導性要素L1a710及びL1b714との間の相互インダ
クタンスを以下の式で求める。In the second stage, the mutual inductance between the inductive elements L 1a 710 and L 1b 714 is determined by the following equation.
【0064】[0064]
【数4】 [Equation 4]
【0065】
第三の段階では、図33a及び図33bの回路を組み合わせて、図33cの回路
を作り出す。合計相互インダクタンスを以下の式で求める。In a third step, the circuits of Figures 33a and 33b are combined to produce the circuit of Figure 33c. Calculate the total mutual inductance by the following formula.
【0066】[0066]
【数5】 さらに以下の式のように示すことができ、[Equation 5] Further, it can be expressed as the following equation,
【0067】[0067]
【数6】 [Equation 6]
【0068】 さらに以下の式になる。[0068] Further, the following equation is obtained.
【0069】[0069]
【数7】 [Equation 7]
【0070】
従って、L1aとL2a及びL2hからなるダイポールとの間の相互インダクタ
ンスは、インダクタ間の間隔に実質的に依存しない。本発明の鏡像共振器間の相
互インダクタンスを分析する最後の段階は、インダクタL1bとL2a及びL2 b
からなるダイポールとの間の相互インダクタンス(M1b、2a、2b)を決
定することである。この相互インダクタンスは、L1aとL2a及びL2bの相
互インダクタンスと同じ式になるが、L1bを流れる電流がL1aを流れる電流
と反対方向であるため、符号が逆となり以下のように示される。Therefore, the mutual inductance between L 1a and the dipole consisting of L 2a and L 2h is substantially independent of the spacing between the inductors. The last step of analyzing the mutual inductance between the mirror image resonator of the present invention, by determining the mutual inductance between the dipole consisting of the inductor L 1b and L 2a and L 2 b (M 1b, 2a , 2b) and is there. This mutual inductance has the same formula as the mutual inductance of L 1a and L 2a and L 2b , but since the current flowing through L 1b is in the opposite direction to the current flowing through L 1a , the sign is opposite and is shown as follows. Be done.
【0071】[0071]
【数8】 [Equation 8]
【0072】
図33cの構成の上にL1b及びダイポールを重ね合わせると、図33dに例示
されている本発明の鏡像共振器トポロジになる。従って、鏡像共振器間の相互イ
ンダクタンスは以下の式で求められる。Superimposing L 1b and dipoles on top of the configuration of FIG. 33c results in the mirror image resonator topology of the invention illustrated in FIG. 33d. Therefore, the mutual inductance between the mirror image resonators is obtained by the following equation.
【0073】[0073]
【数9】 [Equation 9]
【0074】
従って、本発明の鏡像共振器間の相互インダクタンスは、誘導性要素の長さが共
振器間の間隔よりも長いため、実質的に0になる。Therefore, the mutual inductance between the mirror image resonators of the present invention is substantially zero because the length of the inductive element is longer than the spacing between the resonators.
【0075】
上述したように、上述の分析は、誘導性要素の幅がゼロと仮定して行った。最
適な結合を達成するための鏡像共振器構造の相互インダクタンスの好適な値は、
誘導性要素の幅によって決まる。しかしながら、周波数の上昇と共に増大する誘
導電流の殆どは、互いに打ち消され、回路に有利に作用する。共振器間の相互イ
ンダクタンスは、誘導性要素が互いに並列である範囲まで或いは並列でない範囲
まで制御され得ることに注目されたい。共振器の一つの誘導性要素が、他方の誘
導性要素に対して回転すると、それにつれて誘導電流の打ち消しが減少する。As mentioned above, the above analysis was performed assuming a zero inductive element width. The preferred value of the mutual inductance of the mirror image resonator structure to achieve optimum coupling is:
It depends on the width of the inductive element. However, most of the induced currents, which increase with increasing frequency, cancel each other out and favor the circuit. Note that the mutual inductance between the resonators can be controlled to the extent that the inductive elements are in parallel with each other or to the extent that they are not. As one inductive element of the resonator rotates relative to the other inductive element, the cancellation of the inductive current decreases accordingly.
【0076】
図32bは、鏡像共振器トポロジの好適な実施例を例示する。図32bの回路
の伝達関数は、付加された第3の共振器602によって図32aの回路より高次
である。共振器602は、共振器600及び604に対して反転しているが、動
作上は等価である。従って、共振器600及び604は、図32cの共振器60
0i及び604iとして例示されているように、反転してもよい。このように対
称にすることによって、回路の物理的なレイアウトの自由度が広がる。図32b
及び図32cの実施例は、並列な3本のマイクロストリップとして誘導性要素L 1a
606,L1b608,L2a610,L2b612,L3a614,及び
L3b616を具現し、それぞれが並列なマイクロストリップの1つのインダク
タンスの約1/3の有効インダクタンスを提供する。3つの共振器のそれぞれの
全有効インダクタンスは、50%以上低減されるため、個別のマイクロストリッ
プはインダクタンスの1/6より小さい。[0076]
Figure 32b illustrates a preferred embodiment of the mirror image resonator topology. Circuit of Figure 32b
32a has a higher order than that of the circuit of FIG. 32a due to the added third resonator 602.
Is. Resonator 602 is inverted with respect to resonators 600 and 604, but
The works are equivalent. Therefore, the resonators 600 and 604 correspond to the resonator 60 of FIG. 32c.
It may be inverted, as illustrated as 0i and 604i. Like this
By using the name, the degree of freedom in the physical layout of the circuit is expanded. Figure 32b
And the embodiment of FIG. 32c shows the inductive element L as three microstrips in parallel. 1a
606, L1b608, L2a610, L2b612, L3a614 and
L3b616, each of which is a parallel microstrip inductor
It provides an effective inductance of about 1/3 of the drawer. Each of the three resonators
The total effective inductance is reduced by more than 50%, so individual microstrips
Is less than 1/6 of the inductance.
【0077】
図32a‐図32cの実施例の各共振器の分路コンデンサ(例えば、共振器6
00のCP1a618及びCP12620)も並列であり、それぞれの値を合計
すると各共振器の全有効分路キャパシタンスになる。それぞれの分路コンデンサ
を並列な2つ以上のコンデンサとして具現すると、各コンデンサに対して並列に
寄生抵抗及びインダクタンスが生じるという更なる利点が生じ、これによってそ
れらが著しく低減され、フィルタ回路の性能が改善される。A shunt capacitor (eg, resonator 6) for each resonator of the embodiment of FIGS. 32a-32c.
00 C P1a 618 and C P12 620) are also in parallel, and their respective values add up to the total effective shunt capacitance of each resonator. Implementing each shunt capacitor as two or more capacitors in parallel has the additional advantage of creating parasitic resistances and inductances in parallel for each capacitor, which significantly reduce them and improve the performance of the filter circuit. Be improved.
【0078】
鏡像共振器トポロジの具体例が図34aに示されている。これは図32bを用
いて説明した回路と同一の回路である。これら2つの図面において、類似の要素
には類似の数字が付された。共振器600、602及び604のそれぞれの有効
インダクタンスは、1.5nHである。中心周波数は1015.75MHzであ
り、30MHzの通過帯域である。コンデンサ及び誘導性要素の実際の値、誘導
性要素の長さ及び幅、間隙の寸法、また、平行なマイクロストリップ間の間隙G
650、マイクロストリップの幅W654、マイクロストリップの長さL656
及び共振器間の隙間S652を開示した。本発明の鏡像共振器トポロジを用いて
、有効インダクタンスが0.5nHより十分に低い共振器はを達成することがで
きる。製造プロセスの精度が高くなれば、共振器の最小有効インダクタンスは当
然それにつれて低減される。An example of a mirror image resonator topology is shown in FIG. 34a. This is the same circuit as described using FIG. 32b. In these two figures, similar elements have been given similar numbers. The effective inductance of each of the resonators 600, 602 and 604 is 1.5 nH. The center frequency is 1015.75 MHz, which is a pass band of 30 MHz. Actual values of capacitors and inductive elements, length and width of inductive elements, gap dimensions, and gap G between parallel microstrips.
650, microstrip width W654, microstrip length L656
And the gap S652 between the resonators is disclosed. Using the mirror image resonator topology of the present invention, a resonator with an effective inductance well below 0.5 nH can be achieved. As the manufacturing process becomes more accurate, the minimum effective inductance of the resonator naturally decreases accordingly.
【0079】
図34b、図34cおよび図34dは、図34aの回路の実測の伝達関数を例
示している。3dB点における周波数は、それぞれ1000MHz及び1030
MHzであり、3%の部分帯域幅であるため回路のQLは34である。図34e
は図34aの回路の測定された戻り損失が示されている。34b, 34c and 34d illustrate measured transfer functions for the circuit of FIG. 34a. The frequencies at the 3 dB point are 1000 MHz and 1030, respectively.
MHz, with a partial bandwidth of 3%, the circuit Q L is 34. Figure 34e
Shows the measured return loss of the circuit of Figure 34a.
【0080】
フィルタへの適用に加えて、本発明は、低い挿入損及び周波数を選ばない固有
の特性が著しく利点となる様々な適用例に用いることが可能である。このような
適用例の一つに、図31に示された発振器のフィードバック経路への適用がある
。結合された共振器フィルタ400の入力/出力ポートをRF増幅器3100の
入力/出力ポートに接続することによって、増幅器3100の出力から入力にフ
ィードバック経路が設けられ、増幅器3100の周りのループが効果的に閉じら
れる。ループ利得が、1より大きい(即ち、増幅器3100の利得がフィードバ
ック経路の挿入損より大きい)場合は、ループの周りの位相のずれが0度(即ち
、360度の倍数S)である周波数において、振動が発生する。結合された共振
器構造400の位相のずれは、中心周波数において180度であり、反転増幅器
(内部の位相のずれが180度)を用いることによって、位相のずれの合計が3
60度となり、振動に必要な条件に一致する。位相のずれが0度の連結された共
振器(例えば、入力72あるいは出力74のマイクロストリップを互いに対して
180度回転させる)、及びそれに続いて増幅器3100の非反転増幅器が接続
された回路は振動の条件に一致する。In addition to its application in filters, the invention can be used in a variety of applications where the low insertion loss and the inherent frequency agnostic properties are of great advantage. One of such application examples is application to the feedback path of the oscillator shown in FIG. By connecting the input / output ports of the coupled resonator filter 400 to the input / output ports of the RF amplifier 3100, a feedback path is provided from the output of the amplifier 3100 to the input, effectively looping around the amplifier 3100. To be closed. If the loop gain is greater than 1 (ie, the gain of the amplifier 3100 is greater than the insertion loss of the feedback path), then at a frequency where the phase shift around the loop is 0 degrees (ie, a multiple S of 360 degrees), Vibration occurs. The phase shift of the coupled resonator structure 400 is 180 degrees at the center frequency, and by using an inverting amplifier (internal phase shift is 180 degrees), the total phase shift is 3 degrees.
It is 60 degrees, which corresponds to the condition required for vibration. The coupled resonator with 0 degree phase shift (eg, rotating the microstrip at input 72 or output 74 180 degrees with respect to each other), and subsequently the non-inverting amplifier of amplifier 3100, is oscillated. Matches the condition of.
【0081】
電磁結合共振器の狭周波数帯域(即ち、大きいQL)は、中心周波数近傍の急
な傾斜に関連する。このフィードバックループにおける急な傾斜によって、図3
1の発振器の位相ノイズ性能が改善される。The narrow frequency band of the electromagnetically coupled resonator (ie, the large Q L ) is associated with a steep slope near the center frequency. Due to the steep slope in this feedback loop, FIG.
1 oscillator phase noise performance is improved.
【図1A】 従来の直列複同調式電磁結合型共振器のトポロジを示す図。FIG. 1A The figure which shows the topology of the conventional series double tuning type electromagnetic coupling type resonator.
【図1B】 従来の並列複同調式磁気結合型共振器のトポロジを示す図。FIG. 1B The figure which shows the topology of the conventional parallel double tuning type magnetic coupling type resonator.
【図2】
図1A及び図1Bの共振器の、結合係数kが変化したときの典型的な応答を示
すグラフ。FIG. 2 is a graph showing a typical response of the resonator of FIGS. 1A and 1B as the coupling coefficient k changes.
【図3】
最大限のQLを達成するような既存の共振器の実施形態における構成要素の数
値の極限値を有する、図1Aの直列共振器の例を示す図。[3] has an ultimate value of a number of components in the embodiment of the existing resonator so as to achieve maximum Q L, it illustrates an example of a series resonator of Figure 1A.
【図4A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図3の従来型共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。4A is a graph showing a simulation of the response of the conventional resonator of FIG. 3 on a broad scale for both frequency (40 MHz on one scale) and attenuation (10 dB on one scale).
【図4B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図3の従来型共振器の応答のシミュレーションを示すグラ
フ。FIG. 4B is a graph showing a simulation of the response of the conventional resonator of FIG. 3 on a smaller scale for both frequency (1 division 10 MHz) and attenuation (1 division 1 dB).
【図5】
最大限のQLを達成するような既存の共振器の実施形態における構成要素の数
値の極限値を有する、図1Bの並列共振器の例を示す図。[5] has an ultimate value of a number of components in the embodiment of the existing resonator so as to achieve maximum Q L, it illustrates an example of a parallel resonator in FIG 1B.
【図6A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図5の従来型共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 6A is a graph showing a simulation of the response of the conventional resonator of FIG. 5 on a wide scale for both frequency (40 MHz on a scale) and attenuation (10 dB on a scale).
【図6B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図5の従来型共振器の応答のシミュレーションを示すグラ
フ。FIG. 6B is a graph showing a simulation of the response of the conventional resonator of FIG. 5 on a smaller scale for both frequency (1 division 10 MHz) and attenuation (1 division 1 dB).
【図7】
非常に小さいが精密な実効インダクタンスを達成する、小形の接地されたマイ
クロストリップ伝送ラインを用いた、本発明の第1の好適実施例の並列共振器の
例を示す図。FIG. 7 shows an example of a first preferred embodiment parallel resonator of the present invention using a small grounded microstrip transmission line that achieves a very small but precise effective inductance.
【図8A】
本発明のマイクロストリップ有効インダクタンス要素の物理的形態を示す平面
図。8A is a plan view showing the physical form of the microstrip effective inductance element of the present invention. FIG.
【図8B】
共振器における低い実効インダクタンスを達成するべく、図8Aに示すように
インダクタンス要素が3本の並列のマイクロストリップに分割された、図7の並
列共振器の例を示す図。8B shows an example of the parallel resonator of FIG. 7 with the inductance element divided into three parallel microstrips as shown in FIG. 8A to achieve a low effective inductance in the resonator.
【図9A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図8Bの共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。9A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 8B on a broad scale for both frequency (40 MHz on one scale) and attenuation (10 dB on one scale).
【図9B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図8Bの共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。9B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 8B on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図10A】
マイクロストリップ伝送ラインをバルクインダクタンス要素として用いるとと
もに、共振器と入出力信号との間に追加の容量性要素が直列に接続された、並列
同調式共振器回路を示す図。FIG. 10A shows a parallel tuned resonator circuit using a microstrip transmission line as a bulk inductance element with an additional capacitive element connected in series between the resonator and the input and output signals.
【図10B】
プリント回路基板製造技術を用いている、図10Aの並列同調式共振器の物理
的形態を示す図。10B illustrates the physical form of the parallel-tuned resonator of FIG. 10A using printed circuit board manufacturing techniques.
【図11】
70MHzの狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を与える、図10の回
路の実施例を示す図。11 shows an example of the circuit of FIG. 10 giving numerical values of the components that achieve a 70 MHz narrow band filter.
【図12A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図11の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 12A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 11 on a wide scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図12B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図11の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。12B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 11 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図13】
400MHzの狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図10の
並列同調式共振器の実施例を示す図。FIG. 13 shows an example of the parallel tuned resonator of FIG. 10 with the numerical values of the components that achieve a 400 MHz narrow band filter.
【図14A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図13の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 14A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 13 on a wide scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図14B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図13の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。14B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 13 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図15】
800MHzの帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図10Aの
並列同調式共振器の実施例を示す図。FIG. 15 shows an example of the parallel-tuned resonator of FIG. 10A with the numerical values of the components that achieve the 800 MHz bandpass filter.
【図16A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図15の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 16A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 15 on a broad scale for both frequency (40 MHz on one scale) and attenuation (10 dB on one scale).
【図16B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図15の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。16B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 15 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図17】
図10Aの並列同調式共振器において、各共振器の誘導性要素が共振器のイン
ダクタンス値を更に下げるべく3つの並列なマイクロストリップで実現されてい
る実施例を示す図。17 is a diagram showing an example in which the inductive element of each resonator is realized by three parallel microstrips in order to further reduce the inductance value of the resonator in the parallel-tuned resonator of FIG. 10A.
【図18A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図17の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 18A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 17 on a wide scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図18B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図17の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 18B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 17, shown on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図19】
400MHzの狭帯域フィルタを達成する3つの並列な共振器を有する、図1
0の並列同調式共振器の実施例を示す図。19 has three parallel resonators to achieve a 400 MHz narrow band filter, FIG.
The figure which shows the Example of the parallel tuning type resonator of 0.
【図20A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図19の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。20A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 19 on a broad scale for both frequency (40 MHz on a scale) and attenuation (10 dB on a scale).
【図20B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図19の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。20B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 19 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図21】
400MHzの狭帯域フィルタを達成する、平衡不平衡変成器を用いた、図1
0Aの並列同調式共振器の実施例を示す図。FIG. 21: FIG. 1 with a balanced-unbalanced transformer to achieve a 400 MHz narrow band filter.
The figure which shows the Example of the parallel tuning type resonator of 0A.
【図22A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図21の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。22A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 21 on a broad scale for both frequency (40 MHz on one scale) and attenuation (10 dB on one scale).
【図22B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図21の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。22B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 21 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図23】
入出力信号と共振器との間に並列に接続された追加のキャパシタを有し、かつ
誘導性要素として空心コイルを用いた直列同調式共振器を示す図。FIG. 23 shows a series tuned resonator with an additional capacitor connected in parallel between the input and output signals and the resonator and using an air-core coil as the inductive element.
【図24】
70MHzの狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図23の直
列同調式共振器の実施例を示す図。FIG. 24 shows an example of the series tuned resonator of FIG. 23 with numerical values of the components that achieve a 70 MHz narrow band filter.
【図25A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図24の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 25A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 24 on a wide scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図25B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図24の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 25B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 24 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図26】
70MHzの狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図23の直
列同調式共振器の実施例を示す図。FIG. 26 shows an example of the series tuned resonator of FIG. 23 with numerical values of components that achieve a 70 MHz narrow band filter.
【図27A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図26の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 27A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 26 on a broad scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図27B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図26の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。27B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 26 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図28】
800MHzの狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図23の
直列同調式共振器の実施例を示す図。28 shows an example of the series tuned resonator of FIG. 23 with the numerical values of the components that achieve the 800 MHz narrow band filter.
【図29A】
周波数(1目盛40MHz)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広い
スケールで示す、図28の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 29A is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 28 on a broad scale for both frequency (40 MHz per scale) and attenuation (10 dB per scale).
【図29B】
周波数(1目盛10MHz)及び減衰(1目盛1dB)の両方についてより小
さいスケールで示す、図28の共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。29B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 28 on a smaller scale for both frequency (10 MHz on a scale) and attenuation (1 dB on a scale).
【図30】
図8B、図11、図13、図15、図17、図19、及び図21に示す各実施
例の共振器についての等価バルクインダクタンス値を提示する表を示す図。FIG. 30 is a diagram showing a table presenting equivalent bulk inductance values for the resonators of the examples shown in FIGS. 8B, 11, 13, 13, 15, 17, and 21.
【図31】
400MHzの発振器を達成する、図10Aの並列同調式共振器回路を用いる
実施例を示す図。FIG. 31 shows an example using the parallel tuned resonator circuit of FIG. 10A to achieve a 400 MHz oscillator.
【図32A】
図10Aの並列同調式共振器に適用される、本発明の鏡像トポロジの実施例を
示す図。32A illustrates an example of a mirror image topology of the present invention as applied to the parallel tuned resonator of FIG. 10A.
【図32B】
共振器の各インダクタンス要素について並列の複数のストリップを用いた3以
上の縦続共振器を備えた並列同調式共振器に適用される、本発明の鏡像トポロジ
の実施例を示す図。FIG. 32B illustrates an example of a mirror image topology of the present invention as applied to a parallel tuned resonator with three or more cascaded resonators with multiple strips in parallel for each inductance element of the resonator.
【図32C】 図32Bの縦続共振器に適用される、鏡像トポロジの対称性を示す図。FIG. 32C FIG. 32B shows the mirror image topology symmetry as applied to the cascade resonator of FIG. 32B.
【図33】
A乃至Dよりなり、本発明の鏡像トポロジにおける誘導電流の段階的決定の各
段階を示す図。FIG. 33 is a diagram including steps A to D showing steps of stepwise determination of an induced current in the mirror image topology of the present invention.
【図34A】
プリント回路基板プロセス技術を用いて実現され、かつ1015.75MHz
の狭帯域フィルタを達成する構成要素の数値を有する、図32Bの縦続回路に適
用される、本発明の鏡像トポロジの実施例を示す図。FIG. 34A is implemented using printed circuit board process technology and is 1015.75 MHz.
32B illustrates an example of a mirror image topology of the present invention applied to the cascade circuit of FIG. 32B having numerical values of the components that achieve the narrow band filter of FIG.
【図34B】
周波数(100MHzの範囲)及び減衰(1目盛10dB)の両方について広
いスケールで示す、図34Aの共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ。FIG. 34B is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 34A on a broad scale for both frequency (100 MHz range) and attenuation (1 dB 10 dB).
【図34C】
周波数(6MHzの範囲)及び減衰(1目盛0.1dB)の両方についてより
小さいスケールで示す、図34Aの共振器の応答のシミュレーションを示すグラ
フ。FIG. 34C is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 34A on a smaller scale for both frequency (6 MHz range) and attenuation (1 dB 0.1 dB).
【図34D】
周波数(3GHzの範囲)及び減衰(1目盛10dB)の両方について非常に
広いスケールで示す、図34Aの共振器の応答のシミュレーションを示すグラフ
。34D is a graph showing a simulation of the response of the resonator of FIG. 34A on a very broad scale for both frequency (3 GHz range) and attenuation (1 division 10 dB).
【図34E】
周波数範囲100MHz及び減衰のスケール1目盛5dBで示す、図34Aの
共振器の反射減衰量の測定値を示すグラフ。FIG. 34E is a graph showing measured return loss of the resonator of FIG. 34A at a frequency range of 100 MHz and an attenuation scale 1 scale of 5 dB.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,UZ,VN,YU,ZA,ZW 【要約の続き】 囲が精度の増加と共に広くなる。─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, C R, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI , GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, K Z, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA , MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, S K, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG , UZ, VN, YU, ZA, ZW [Continued summary] The enclosure becomes wider with increasing accuracy.
Claims (15)
2の共振器は、第1のキャパシタンスを有する第1のコンデンサ並びに信号線と
第1の接地部との間に接続された第1のインダクタンスを有する第1の誘導性要
素と、第2のキャパシタンスを有する第2のコンデンサ並びに前記第1の誘導性
要素及び第2の誘導性要素を通る電流が概ね反対方向に流れるように前記信号線
と第2の接地部との間に接続された第2のインダクタンスを有する第2の誘導性
要素とを有し、 前記第1のキャパシタンスと前記第1のインダクタンスとの積が、前記第2の
キャパシタンスと前記第2のインダクタンスとの積に概ね等しい、ことを特徴と
する回路。1. A predetermined circuit including a first resonator magnetically coupled to a second resonator, the first and second resonators having a first capacitance. A first capacitor having a first inductive element having a first inductance connected between a signal line and a first ground, and a second capacitor having a second capacitance and the first capacitor. A second inductive element having a second inductance connected between the signal line and a second ground such that currents through the inductive element and the second inductive element flow in generally opposite directions; And a product of the first capacitance and the first inductance is substantially equal to a product of the second capacitance and the second inductance.
に対して送信するためのものであり、前記第2の共振器の信号線は前記回路から
負荷に出力信号を送信するためのものであり、前記入力信号は、前記第1の共振
器と直列の第1の結合コンデンサを介して前記第1の共振器に対して接続され、
前記出力信号は、前記第2の共振器と直列な第2の結合コンデンサを介して前記
負荷に接続されることを特徴とする請求項1に記載の回路。2. The signal line of the first resonator is for transmitting an input signal to the first resonator, and the signal line of the second resonator is from the circuit to the load. For transmitting an output signal, the input signal being connected to the first resonator via a first coupling capacitor in series with the first resonator,
The circuit of claim 1, wherein the output signal is connected to the load via a second coupling capacitor in series with the second resonator.
2のキャパシタンスは、それぞれ同一のインダクタンス値とキャパシタンス値を
有することを特徴とする請求項1に記載の回路。3. The circuit according to claim 1, wherein the first and second inductances and the first and second capacitances have the same inductance value and capacitance value, respectively.
前記第1及び第2の共振器の誘導性要素の間の物理的距離を変更することによっ
て所定の周波数の範囲に渡り保持されることを特徴とする請求項1に記載の方法
。4. The optimum coupling between the first and second resonators is
Method according to claim 1, characterized in that it is maintained over a range of frequencies by changing the physical distance between the inductive elements of the first and second resonators.
第2の誘導性要素は、概ね非導電性の表面上に存在する金属線によって生じたバ
ルクのインダクタンスを有することを特徴とする請求項1に記載の回路。5. One or more of said first and second inductive elements of each of said first and second resonators is a bulk inductance caused by a metal line residing on a generally non-conductive surface. The circuit according to claim 1, comprising:
上の金属線によって形成されることを特徴とする請求項5に記載の回路。6. The circuit of claim 5, wherein the one or more inductive elements are formed by two or more metal wires connected in parallel with each other.
2のコンデンサに関する寄生効果を低下させるために、2以上の並列のコンデン
サによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の回路。7. The one or more first and second capacitors are formed by two or more parallel capacitors in order to reduce parasitic effects on the first and second capacitors. The circuit according to claim 1.
の各々は、第1のキャパシタンスを有する第1のコンデンサ並びに信号線と第1
の接地部との間に接続された第1のインダクタンスを有する第1の誘導性要素と
、第2のキャパシタンスを有する第2のコンデンサ並びに前記第1の誘導性要素
及び第2の誘導性要素を通る電流が概ね反対方向に流れるように前記信号線と第
2の接地部との間に接続された第2のインダクタンスを有する第2の誘導性要素
とを更に含む、ことを特徴とする回路。8. A predetermined circuit comprising two or more resonators magnetically coupled in series with each other, each of the two or more resonators having a first capacitor and a first capacitor having a first capacitance. Signal line and first
A first inductive element having a first inductance and a second capacitor having a second capacitance, the first inductive element and the second inductive element connected between the first inductive element and the second inductive element. A circuit further comprising a second inductive element having a second inductance connected between the signal line and a second ground such that the current passing therethrough flows generally in opposite directions.
の共振器に対して送信するためのものであり、前記2以上の第2の共振器の信号
線は前記回路から負荷に出力信号を送信するためのものであり、前記入力信号は
、前記第1の共振器と直列の第1の結合コンデンサを介して前記第1の共振器に
対して接続され、前記出力信号は、前記第2の共振器と直列な第2の結合コンデ
ンサを介して前記負荷に接続されることを特徴とする請求項8に記載の回路。9. The signal line of the two or more first resonators receives the input signal as the first signal.
For transmitting to the resonator, the signal line of the two or more second resonators is for transmitting an output signal from the circuit to the load, and the input signal is the first signal. Is connected to the first resonator via a first coupling capacitor in series with one resonator, and the output signal is coupled to the first resonator via a second coupling capacitor in series with the second resonator. The circuit according to claim 8, wherein the circuit is connected to a load.
クタンス並びに前記第1及び第2のキャパシタンスは、それぞれ同一のインダク
タンス値とキャパシタンス値を有することを特徴とする請求項1に記載の回路。10. The first and second inductances and the first and second capacitances of each of the two or more resonators have the same inductance value and capacitance value, respectively. The circuit according to 1.
第2の共振器の誘導性要素の間の物理的距離を変更することによって所定の周波
数の範囲に渡り保持されることを特徴とする請求項1に記載の方法。11. Optimal coupling between the two or more resonators over a range of frequencies by changing the physical distance between the inductive elements of the first and second resonators. The method of claim 1, wherein the method is retained.
の誘導性要素は、概ね非導電性の表面上に存在する金属線によって生じたバルク
のインダクタンスを有することを特徴とする請求項1に記載の回路。12. One or more of the first and second of each of the two or more resonators.
The circuit of claim 1 wherein the inductive element has a bulk inductance caused by a metal wire residing on a generally non-conductive surface.
以上の金属線によって形成されることを特徴とする請求項5に記載の回路。13. The one or more inductive elements are connected in parallel with each other.
The circuit according to claim 5, wherein the circuit is formed by the above metal wire.
第2のコンデンサに関する寄生効果を低下させるために、2以上の並列のコンデ
ンサによって形成されることを特徴とする請求項1に記載の回路。14. The one or more first and second capacitors are formed by two or more parallel capacitors to reduce parasitic effects on the first and second capacitors. The circuit according to claim 1.
高い角荷時のQ及び最適な結合を保持するための方法であって、前記回路は互い
に直列に磁気的に結合された2以上の同調共振器を有し、前記共振器の各々は、
信号線と接地部との間に接続されたインダクタンスLを有する誘導性要素並びに
前記信号線と接地部との間に接続されたキャパシタンスCを有するコンデンサ要
素を含み、前記方法が、 前記誘導性要素を概ね非導電性の表面上の金属線によって生じるバルクのイン
ダクタンスとして具現する過程と、 前記2以上の共振器の間の概ね全ての相互誘導電流を相殺する過程と、 周波数の増大にともないLの値を低下させ且つCの値を増大させる過程と、 2以上の共振器の間の物理的距離を変化させることによって、2以上の共振器
の間の結合を制御する過程とを含む、ことを特徴とする方法。15. A method for maintaining high angular load Q and optimum coupling of a parallel tuned series resonant circuit in an extended frequency range, said circuit being magnetically coupled in series with each other. Having the above tuning resonators, each of the resonators is
The inductive element comprising an inductive element having an inductance L connected between a signal line and a ground and a capacitor element having a capacitance C connected between the signal line and a ground. Is implemented as a bulk inductance generated by a metal wire on a substantially non-conductive surface, a step of canceling out almost all mutual induction currents between the two or more resonators, and Decreasing the value and increasing the value of C, and controlling the coupling between the two or more resonators by changing the physical distance between the two or more resonators. How to characterize.
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