專利名稱：反射式帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及超寬帶(Ultra Wide Band；UWB)無線信息通信用(以下表示為UWB用)的反射式帶通濾波器。
本發明申請主張2006年10月5日提出申請的日本國專利申請第2006-274325號和2006年10月5日提出申請的日本國專利申請第2006-274326號的優先權，并在此引用其內容。
背景技術：
本發明涉及超寬帶(Ultra Wide Band；UWB)無線信息通信用(以下表示為UWB用)的反射式帶通濾波器。通過使用該UWB用反射式帶通濾波器，可滿足美國聯邦通信委員會(FCC)制定的頻譜遮罩(spectral mask)。
作為與本發明相關的以往技術，已知例如以下文獻1～12所記載的技術。
[文獻1]美國專利第2411555號說明書 [文獻2]日本特開昭56-64501號公報 [文獻3]日本特開平9-172318號公報 [文獻4]日本特開平9-232820號公報 [文獻5]日本特開平10-65402號公報 [文獻6]日本特開平10-242746號公報 [文獻7]日本特開2000-4108號公報 [文獻8]日本特開2000-101301號公報 [文獻9]日本特開2002-43810號公報 [文獻10]A.V.Oppenheim and R.W.Schafer，“Discrete-time signalprocessing，”pp.465-478，Prenticehall，1998 [文獻11]G-B.Xiao，K.Yashiro，N，Guan，and S.Ohokawa，“Aneffective method for designing nonuniformly coupledtransmission-line filters，”IEEE Trans.Microwave theory tech.，vol.49，pp.1027-1031，June 2001. [文獻12]Y.Konishi，“Microwave integrated circuits，”pp.19-21，Marcel Dekker，1991 但是，在以往的技術中所提出的帶通濾波器，由于其制造誤差等，有可能不能滿足FCC標準。
另外，以往技術中的在基板上設置有一條微帶線的結構的帶通濾波器，由于電介質的下面需要地線導體，所以，例如，難以和具有如平面型雙極化天線的構造的天線一起構成電路，因而難以使用。
另外，以往技術中的使用了共面線的帶通濾波器，由于未使用寬的地線，所以不適合與如槽縫線等的傳輸線路的耦合。
本發明的目的是，提供一種電路結構簡單且容易使用，并且滿足FCC標準的高性能的UWB用反射式帶通濾波器。
另外，本發明進一步的目的是，提供一種與如槽縫線等的傳輸線路的耦合性良好，并且滿足FCC標準的高性能的UWB用反射式帶通濾波器。
發明內容
本發明之1涉及一種UWB用的反射式帶通濾波器，其在電介質基板的表面上，設置有帶狀延伸的2個導體，上述2個導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部，并設置在其兩側，其中導體寬度和導體間距離的一方或雙方，在長度方向上呈不均勻分布。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，導體寬度為一定值，而導體間距離呈不均勻分布。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，導體間距離為一定值，而導體寬度呈不均勻分布。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率、與3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域內的群延遲的變動在±0.2ns以內。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率、與3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域內的群延遲的變動在±0.1ns以內。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率、與4.2GHz≤f≤9.6GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.2GHz≤f≤9.6GHz的區域內的群延遲的變動在±0.15ns以內。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率、與4.5GHz≤f≤9.2GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.2GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，輸入端傳輸線路的特性阻抗Zc為10Ω≤Zc≤200Ω。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，在終端側設置具有與上述特性阻抗相同值的電阻或無反射終端。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，各個導體由金屬板構成，上述金屬板具有在f＝1GHz時的集膚深度以上的厚度。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，電介質基板的厚度h為0.1mm≤h≤10mm，介電常數εr為1≤εr500，寬度W為2mmW≤100mm，長度L為2mm≤L≤500mm。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，使用基于Zakharov-Shabat方程式的根據頻譜數據導出電位的逆問題的設計法，來設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，使用窗函數法來設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
在本發明之1的反射式帶通濾波器中，最好是，使用Kaiser窗函數法來設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
本發明之2涉及一種UWB用的反射式帶通濾波器，其具有電介質基板、在該電介質基板表面上設置的帶狀導體、和側部導體，該側部導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部而設置在上述帶狀導體的一側，其中，帶狀導體的寬度和導體間距離的一方或雙方，在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，帶狀導體的寬度為一定值，而導體間距離呈不均勻分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，設相對的2導體的側緣的任意一方為直線，或者相對的2導體的側緣的雙方在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，導體間距離為一定值，而帶狀導體的寬度呈不均勻分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，設相對的2導體的側緣的雙方為直線，或者相對的2導體的側緣的雙方在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率，與3.8GHz≤f≤10.0GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.8GHz≤f≤10.0GHz的區域內的群延遲的變動在±0.1ns以內。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率，與4.5GHz≤f≤9.1GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.1GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，在頻率f＜3.1GHz和f＞10.6GHz的區域內的反射率，與4.5GHz≤f≤9.3GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.3GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，輸入端傳輸線路的特性阻抗Zc為10Ω≤Zc≤300Ω。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，在終端側設置具有與上述特性阻抗相同值的電阻或無反射終端。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，帶狀導體和側部導體由金屬板構成，上述金屬板具有在f＝1GHz時的集膚深度以上的厚度。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，電介質基板的厚度h為0.1mm≤h≤5mm，介電常數εr為1≤εr 500，寬度W為2mm≤W≤100mm，長度L為2mm≤L≤300mm。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，使用基于Zakharov-Shabat方程式的根據頻譜數據導出電位的逆問題的設計法，來設定帶狀導體的寬度和導體間距離的長度方向分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，使用窗函數法來設定帶狀導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
在本發明之2的反射式帶通濾波器中，最好是，使用Kaiser窗函數法來設定帶狀導體的寬度和導體間距離的長度方向分布。
根據本發明之1的反射式帶通濾波器，通過運用窗函數的方法，設計由不均勻微帶線構成的反射式帶通濾波器，即使增大制造誤差容許量，與以往的濾波器相比，也能夠使通帶非常寬，并能使通帶內的群延遲的變動非常小。其結果是，可提供滿足FCC標準的UWB用帶通濾波器。
另外，由于在電介質下面不需要地線導體，所以，例如容易與具有如平面型雙極化天線的結構的天線一起構成電路，容易進行使用。
根據本發明之2的反射型帶通濾波器，通過設計由不均勻對稱型2導體共面線構成的反射型帶通濾波器，即使增大制造誤差容許量，與以往的濾波器相比，也能夠使通帶帶寬非常寬，并能使通帶帶寬內的群延遲的變動非常小。其結果是，可提供滿足FCC標準的UWB用帶通濾波器。
另外，由于可展寬地線，所以使其與如開槽線等的傳輸線路的耦合變得容易。
圖1是表示本發明的反射式帶通濾波器的一實施方式的立體圖。
圖2是表示共面線的特性阻抗的導體間距離依存性的曲線圖。
圖3是表示共面線的特性阻抗的導體寬度依存性的曲線圖。
圖4是表示在實施例1中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖5是表示在實施例1中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的導體間距離分布的曲線圖。
圖6是表示在實施例1中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的形狀的曲線圖。
圖7是表示在實施例1中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖8是表示在實施例1中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖9是表示在實施例2中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖10是表示在實施例2中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的導體間距離分布的曲線圖。
圖11是表示在實施例2中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的形狀的曲線圖。
圖12是表示在實施例2中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖13是表示在實施例2中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖14是表示在實施例3中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖15是表示在實施例3中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的導體間的距離分布的曲線圖。
圖16是表示在實施例3中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的形狀的曲線圖。
圖17是表示在實施例3中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖18是表示在實施例3中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖19是表示在實施例4中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖20是表示在實施例4中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的導體的寬度分布的曲線圖。
圖21是表示在實施例4中制作的反射式帶通濾波器中的對稱2導體共面線的形狀的曲線圖。
圖22是表示在實施例4中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖23是表示在實施例4中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖24是表示本發明的反射式帶通濾波器的一實施方式的立體圖。
圖25是表示共面線中的特性阻抗的導體間距離依存性的曲線圖。
圖26是表示共面線中的特性阻抗的帶狀導體寬度依存性的曲線圖。
圖27是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖28是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的導體間的距離分布的曲線圖。
圖29是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第1形狀的曲線圖。
圖30是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第2形狀的曲線圖。
圖31是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第3形狀的曲線圖。
圖32是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖33是表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖34是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖35是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的導體間的距離分布的曲線圖。
圖36是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第1形狀的曲線圖。
圖37是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第2形狀的曲線圖。
圖38是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第3形狀的曲線圖。
圖39是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖40是表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖41是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器的特性阻抗分布的曲線圖。
圖42是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的帶狀導體寬度分布的曲線圖。
圖43是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第1形狀的曲線圖。
圖44是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的第2形狀的曲線圖。
圖45是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的振幅特性的曲線圖。
圖46是表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的反射波的群延遲特性的曲線圖。
圖47是不均勻傳輸線路的等效電路圖。
具體實施例方式 下面，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。
圖1是表示實施例1～4的反射式帶通濾波器的概略構成的立體圖。圖中符號1是反射式帶通濾波器，2是電介質基板，3、4是導體，5是非導體部。
本實施方式的反射式帶通濾波器1具有非均勻對稱2導體共面線(將2個導體對稱地配置、且寬度呈不均勻分布的共面線)，其在電介質基板2的表面上，設置有帶狀延伸的2個導體3、4，導體3、4隔著確保規定的導體間距離的非導體部5，并設置在非導體部5的兩側，導體寬度w和導體間距離s的一方或雙方在長度方向上呈不均勻分布。
如圖1所示，將z軸設為沿著導體3、4的長度方向，將y軸設為與z軸正交，并與基板2的表面平行的方向，將x軸設為與y軸和z軸正交的方向。另外，將從輸入側的端面向z軸方向延伸的長度設為z。在反射式帶通濾波器1中，導體3和導體4的寬度在z相同的部位相同。而且，把導體寬度設為w。
本發明的反射式帶通濾波器，通過使用在數字濾波器設計中使用的窗函數的方法(參照文獻10)，構成為增加了阻帶抑制(通帶區域中的反射率與阻帶區域中的反射率之差)的結構。由此，可取代擴大過渡頻率區域(通帶的邊界與阻帶邊界之間的區域)，而增加阻帶抑制。其結果，可擴大制造誤差的容許量。而且，能夠使通帶區域內的群延遲的變動變得更小。
本發明的反射式帶通濾波器1的傳輸線路，可用如圖47的不均勻分布常數電路來表示。
根據圖47，在線路電壓v(z、t)，線路電流i(z、t)之間，以下的關系式(1)成立。
[式1] 其中，L(z)、C(z)分別是傳輸線路中的單位長度的電感和電容。這里，導入下式(2)的函數。
[式2] 其中，Z(z)＝{L(z)/C(z)}是局部特性阻抗，φ1、φ2分別是向+z、-z方向傳送的能量波振幅。若將其代入式(1)，則可得出下式(3) [式3] 其中，c(z)＝1/{L(z)/C(z)}。這里，把時間因子設為exp(jωt)，若按照下式(4)進行變量轉換，則可得出如下式(5)的Zakharov-Shabat方程式。
[式4] [式5] 其中，q(x)可通過下式(6)求出。
[式6] 所謂Zakharov-Shabat的逆問題是指，由滿足上述的解的頻譜數據來合成電位q(x)(參照文獻11)。只要求出電位q(x)，即可如下式(7)那樣求出局部特性阻抗。
[式7] 這里，通常在求解電位q(x)的過程中，由頻譜數據反射系數R(ω)，利用下式(8)來計算x空間的反射系數r(x)，然后由r(x)求出q(x)。
[式8] 在本發明中，取代由理想頻譜數據的R(x)求r(x)，而是如下式(9)那樣，通過乘以窗函數而求出了r′(x)。
[式9] r′(x)＝ω(x)r(x). 這里，ω(x)是窗函數。只要適當地選擇窗函數，即可對阻帶抑制的程度進行適當的控制。這里，作為一例而使用Kaiser窗。Kaiser窗按照下式(10)進行定義(參照文獻10)。
[式10] 其中，α＝M/2，而且，β按照下式(11)經驗性地決定。
[式11] 其中，A＝-20log10δ，δ表示通帶內和阻帶內的峰值近似誤差。根據以上求出q(x)，由式(7)求局部特性阻抗Z(x)。
這里，在本發明的將2個導體對稱地配置，寬度呈不均勻分布的的共面線中，如果改變導體寬度w和導體間距離s的一方或雙方，則能夠改變特性阻抗(參照文獻12)。
圖2表示在導體寬度w＝1mm、電介質基板2的厚度h＝2mm、介電常數εr＝45的情況下的特性阻抗的相對導體間距離s的依存性。另外，圖3表示在導體間距離s＝1mm、h＝2mm、εr＝45的情況下的特性阻抗的相對導體寬度w的依存性。
在本發明中，根據利用式(7)求出的局部特性阻抗，并計算出導體寬度w或導體間距離s，且制作了滿足計算出的導體寬度w和導體間距離s的帶通濾波器1。由此，可得到具有所希望的通帶的反射式帶通濾波器1。
以下，根據實施例，對本發明進行更詳細的說明。以下記載的實施例僅為本發明的示例，本發明不受這些實施例的限定。
[實施例1] 使用了把頻率f在3.4GHz≤f≤10.3GHz的區域中的反射率設為1，在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。而且，把在共面線內傳輸的信號的頻率f＝1GHz時的1波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為50Ω，而進行了設計。這里，特性阻抗必須設計成與所使用的系統的阻抗一致。一般在處理高頻信號的電路中，作為系統的阻抗，采用50Ω、75Ω或300Ω等。特性阻抗Zc最好是10Ω≤Zc≤300Ω。如果特性阻抗小于10Ω，則導體和介電體引起的損耗會相對地增大。另外，如果特性阻抗大于300Ω，則不能取得與系統的阻抗之間的匹配。
圖4表示在逆問題中得出的局部特性阻抗在z軸方向上的分布。另外，橫軸是(z/f＝1GHz時的1波長的長度)。以下，圖9、14、19也是同樣。
圖5表示在使用厚度h＝2mm、介電常數εr＝45的電介質基板2，設導體3和4的寬度w＝1mm的情況下的導體間距離s在z軸方向上的分布。表1～3表示其尺寸的列表。
[表1] [表2] [表3] 圖6表示在實施例1的反射式帶通濾波器中的導體的形狀。圖中，涂成淺黑色部分表示導體3和4，涂成深黑色的部分表示非導體部5。該反射式帶通濾波器1的終端側(z＝65.29mm的端面)上設置有無反射終端，或R＝50Ω的電阻。另外，也可以把無反射終端或電阻串聯地連接于反射式帶通濾波器1的終端。另外，把導體3和4的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度δs=2/{(ωμoσ)}更充分的厚度。這里，ω、μo、σ分別表示角頻率、真空中的導磁率、金屬的導電率。例如，在使用了銅的情況下，把導體3和4的厚度設為2.1μm以上。另外，該反射式帶通濾波器被使用在特性阻抗為50Ω的系統中。
圖7和8分別表示實施例1的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為3.7GHz≤f≤10.0GHz的頻帶內，反射率為-1dB以上，群延遲的變動為±0.05ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-17dB以下。
[實施例2] 使用了把頻率f在3.4GHz≤f≤10.3GHz的區域中的反射率設為0.9，而在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。另外，把共面線內傳輸的信號的頻率f＝1GHz時的2波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為50Ω，而進行了設計。圖9表示在逆問題中得出的局部特性阻抗在在z軸方向上的分布。
圖10表示在使用厚度h＝2mm、介電常數εr＝90的電介質基板2，設導體3和4的寬度w＝1mm的情況下的導體間距離s的在z軸方向上的分布。表4～6表示其尺寸的列表。
[表4] [表5] [表6] 圖11表示在實施例2的帶通濾波器1中的導體的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示導體3和4，涂成深黑色的部分表示非導體部5。該反射式帶通濾波器1的終端側(z＝95.82mm的端面)上設置有無反射終端，或R＝50Ω的電阻。另外，把導體3和4的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度更充分的厚度。例如，在使用了銅的情況下，把導體3和4的厚度設為2.1μm以上。另外，該反射式帶通濾波器被使用在特性阻抗為50Ω的系統中。
圖12和13分別表示實施例2的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為3.8GHz≤f≤9.9GHz的頻帶內，反射率為-1dB以上，群延遲的變動為±0.1ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-20dB以下。
[實施例3] 使用了把頻率f在3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域中的反射率設為1，把在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。另外，把共面線內傳輸的信號的頻率f＝1GHz時的0.3波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為50Ω，而進行了設計。圖14表示通過在逆問題而得到的局部特性阻抗在z軸方向上的分布。
圖15表示在使用厚度h＝1mm、介電常數εr＝90的電介質基板2，設導體3和4的寬度w＝2mm的情況下的導體間距離s的在z軸方向上的分布。表7表示其尺寸的列表。
[表7] 圖16表示在實施例3的帶通濾波器1中的導體的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示導體3和4，涂成深黑色的部分表示非導體部5。該反射式帶通濾波器1的終端側(z＝18.59mm的端面)上設置有無反射終端，或R＝50Ω的電阻。另外，把導體3和4的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度更充分的厚度。例如，在使用了銅的情況下，把導體3和4的厚度設定為2.1μm以上。另外，該反射式帶通濾波器被使用在特性阻抗為50Ω的系統中。
圖17和18分別表示實施例3的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為4.2GHz≤f≤9.6GHz的頻帶內，反射率為-2dB以上，群延遲的變動為±0.15ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-15dB以下。
[實施例4] 使用了把頻率f在3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域中的反射率設為0.8、在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。另外，在把共面線內傳送的信號的頻率f＝1GHz時的0.3波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為100Ω，而進行了設計。圖19表示通過在逆問題中得出的局部特性阻抗的分布。
圖20表示在使用厚度h＝1mm、介電常數εr＝40的電介質基板2，設導體間距離s＝1mm的情況下的導體寬度w的在z軸方向上的分布。表8表示其尺寸的列表。
[表8] 20 圖21表示在實施例4的帶通濾波器1中的導體的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示導體3和4，涂成深黑色的部分表示非導體部5。該反射式帶通濾波器1的終端側(z＝20.36mm的端面)上設置有無反射終端，或R＝100Ω的電阻。另外，把導體3和4的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度更充分的厚度。例如，在使用了銅的情況下，把導體3和4的厚度設定為2.1μm以上。另外，該反射式帶通濾波器被使用在特性阻抗為100Ω的系統中。
圖22和23分別表示實施例4的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為4.5GHz≤f≤9.2GHz的頻帶內，反射率為-5dB以上，群延遲的變動為±0.05ns以內。在f<3.1GHz或f>10.63Hz的區域內，反射率為-20dB以下。
圖24是表示實施例5～7的反射式帶通濾波器的概略構成的立體圖。圖中符號11是反射式帶通濾波器，12是電介質基板，13是帶狀導體，14是非導體部，15是側部導體。
反射式帶通濾波器11是UWB用的反射式帶通濾波器，其具有電介質基板12、設置在該電介質基板12的表面上的帶狀導體13、和側部導體15，該側部導體15隔著確保規定的導體間距離的非導體部14而設置在上述帶狀導體13的一側，且該側部導體15被擴展設置為半無限或帶狀導體13和非導體部14的寬度的數倍程度以上。帶狀導體的寬度和導體間距離的一方或雙方在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
如圖24所示，將z軸設為沿著帶狀導體13的長度方向，將y軸設為與z軸正交，并與電介質基板12的表面平行的方向，將x軸設為與y軸和z軸正交的方向。另外，把從輸入側的端面向z軸方向延伸的長度設為z。此外，把沿著帶狀導體13的非導體部14側的z軸方向的側緣設為13a、把另一方的側緣設為13b。把側部導體15的沿著非導體部14側的z軸方向的側緣設為15a。
本實施方式的反射式帶通濾波器11的構成為在電介質基板12的表面上，設置非均勻非對稱型的2導體共面線(將2個導體(帶狀導體13和側部導體15)非對稱地配置成寬度呈不均勻分布的共面線)，側部導體15擴展為半無限或擴展為帶狀導體13和非導體部14的寬度的數倍程度以上。而且，利用該側部導體15，可形成槽縫線和槽縫天線等。另外，非均勻非對稱型2導體共面線比均勻對稱型2導體共面線(2個導體被對稱配置，寬度呈均勻分布的共面線)的特性阻抗高。
本發明的共面線，通過改變帶狀導體13的寬度w和導體間距離s的任意一方或雙方，可改變特性阻抗(參照文獻12)。
圖25表示在設帶狀導體13的寬度w＝1mm、電介質基板12的厚度h＝2mm、電介質基板12的介電常數比εr＝45的情況下的特性阻抗相對導體間距離s的依存性。另外，圖26表示在設s＝1mm、h＝2mm、εr＝45的情況下的特性阻抗相對帶狀導體寬度w的依存性。
在本發明中，根據利用式(7)求出的局部特性阻抗，計算出帶狀導體13的寬度w或導體間距離s，并制作了滿足計算出的帶狀導體13的寬度w和導體間距離s的帶通濾波器。由此，可得到具有所希望的通帶的反射式帶通濾波器11。
[實施例5] 使用了把頻率f在3.4GHz≤f≤10.3GHz的區域中的反射率設為0.8、在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。而且，把共面線內傳送的信號的頻率f＝1GHz時的1波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為100Ω，而進行了設計。圖27表示通在過逆問題得到的局部特性阻抗在z軸方向上的分布。另外，橫軸是(z/f＝1GHz中的1波長的長度)。以下，圖34、41也是同樣。
圖28表示在使用厚度h＝2mm、介電常數εr＝45的電介質基板12，并且設帶狀導體13的寬度w＝1mm的情況下的導體間距離s在z軸方向上的分布。表9～11表示其尺寸的列表。
[表9] [表10] [表11] 20 圖29～圖31表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示帶狀導體13和側部導體15，涂成深黑色的部分表示非導體部14。在圖29中，把側部導體15的側緣15a設設置成直線，改變帶狀導體13的側緣13a、13b以使導體間距離成為規定值，以使帶狀導體13的寬度w＝1mm，從而形成了共面線。在圖30中，把帶狀導體13的兩側緣13a和13b設置成直線，改變側部導體15側緣15a以使導體間距離s成為規定值，從而形成了共面線。在圖31中，改變帶狀導體13的側緣13a、和側部導體15的側緣15a，以使導體間距離s達到規定值，并使其相對非導體部14的中心線對稱，從而形成共面線。該反射式帶通濾波器11的終端側(z＝5.97mm的端面)上設有無反射終端，或設置R＝100Ω的電阻。另外，把帶狀導體13和側部導體15的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度δs ＝2/(ωμoσ)更充分的厚度。例如，當使用了銅的情況下，把帶狀導體13和側部導體15的厚度設定為2.1μm以上。另外，該濾波器被使用在特性阻抗為100Ω的系統中。
圖32和33分別表示實施例5的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為3.8GHz ≤ f≤10.0GHz的頻帶內，反射率為-5dB以上，群延遲的變動為±0.1ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-20dB以下。
[實施例6] 使用了把頻率f在3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域中的反射率設為0.9、在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。而且，在把共面線內傳送的信號的頻率f＝1GHz時的0.4波長的長度設為導波路長度，設系統的特性阻抗為50Ω，而進行了設計。圖34表示通過逆問題得到的局部特性阻抗的分布。
圖35表示在使用厚度h＝2mm、介電常數εr＝140的電介質基板12，并設帶狀導體13的寬度w＝1mm的情況下的導體間的距離s在z軸方向上的分布。表12表示其尺寸的列表。
[表12] 圖36～圖38表示在實施例6中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示帶狀導體13和側部導體15，涂成深黑色的部分表示非導體部14。表示在實施例5中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示帶狀導體13和側部導體15，涂成深黑色的部分表示非導體部14(露出了電介質層的面)。在圖36中，把側部導體15的側緣15a設為直線，改變帶狀導體13的側緣13a、13b以使導體間距離s達到規定值，并使帶狀導體13的寬度w＝1mm，從而形成了共面線。在圖37中，把帶狀導體13的兩側緣13a和13b設為直線，改變側部導體15側緣15a以使導體間距離s成為規定值，從而形成了共面線。在圖38中，改變帶狀導體13的側緣13a和側部導體15的側緣15a，以使導體間距離s達到規定值，并使其相對非導體部14的中心線對稱，從而形成了共面線。該反射式帶通濾波器11的終端側(z＝14.97mm的端面)上設置有無反射終端，或R＝50Ω的電阻。另外，把帶狀導體13和側部導體15的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度δs＝2/(ωμoσ)更充分的厚度。例如，在使用了銅的情況下，把帶狀導體13和側部導體15的厚度設定為2.1μm以上。另外，該濾波器被使用在特性阻抗為50Ω的系統中。
圖39和40分別表示實施例6的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為4.5GHz≤f≤9.1GHz的頻帶內，反射率為-2dB以上，群延遲的變動為±0.05ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-20dB以下。
[實施例7] 使用了把頻率f在3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域中的反射率設為0.8、在其他區域中的反射率設為0，并設A＝30的Kaiser窗。而且，在把共面線內傳輸的信號的頻率f＝1GHz時的0.4波長的長度設為波導長度，設系統的特性阻抗為75Ω，而進行了設計。圖41表示通過逆問題得到的局部特性阻抗在z軸方向上的分布。
圖42表示在使用厚度h＝2mm、介電常數εr＝90的電介質基板12，設導體間距離s＝1mm的情況下的帶狀導體13的寬度w的沿z軸方向的分布。即，在將導體間距離s固定的狀態下，通過改變導體寬度使特性阻抗變化。表13表示其尺寸的列表。
[表13] 圖43和圖44表示在實施例7中制作的反射式帶通濾波器中的共面線的形狀。圖中，涂成淺黑色的部分表示帶狀導體13和側部導體15，涂成深黑色的部分表示非導體部14。在圖43中，把帶狀導體13的側緣13a和側部導體15的側緣15a設為直線，改變帶狀導體13的側緣13a、13b，以使帶狀導體13的寬度達到規定值，從而形成了共面線。在圖44中，改變帶狀導體13的兩側緣13a和13b，以使帶狀導體13的寬度w達到規定值，并且使其相對帶狀導體13的中心線對稱，從而形成了共面線。該反射式帶通濾波器11的終端側(z＝17.96mm的端面)上設置有無反射終端，或設置R＝75Ω的電阻。另外，把帶狀導體13和側部導體15的金屬膜的厚度設定為比在f＝1GHz時的集膚深度更充分的厚度。例如，在使用了銅的情況下，把帶狀導體13和側部導體15的厚度設定為2.1μm以上。另外，該濾波器被使用在特性阻抗為75Ω的系統中。
圖45和46分別表示實施例7的帶通濾波器中的反射波(S11)的振幅特性和群延遲特性。如圖所示，在頻率f為4.5GHz≤f≤9.3GHz的頻帶內，反射率為-5dB以上，群延遲的變動為±0.05ns以內。在f<3.1GHz或f>10.6GHz的區域內，反射率為-20dB以下。
以上，對本發明的優選實施例進行了說明，但本發明不限于這些實施例。在不超出本發明的宗旨的范圍內，能夠進行結構的附加、省略、置換以及其他的變更。本發明不受上述說明的限定，只被附加的權利要求范圍所限定。
權利要求
1.一種反射式帶通濾波器，用于超寬頻帶無線信息通信，其在電介質基板的表面上，設置有帶狀延伸的2個導體，上述2個導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部并設置在其兩側，其特征在于，
導體寬度和導體間距離的一方或雙方，在長度方向上呈不均勻分布。
2.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
導體寬度為一定值，導體間距離呈不均勻分布。
3.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
導體間距離為一定值，導體寬度呈不均勻分布。
4.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.7GHz≤f≤10.0GHz的區域內的群延遲的變動在±0.2ns以內。
5.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.8GHz≤f≤9.9GHz的區域內的群延遲的變動在±0.1ns以內。
6.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與4.2GHz≤f≤9.6GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.2GHz≤f≤9.6GHz的區域內的群延遲的變動在±0.15ns以內。
7.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與4.5GHz≤f≤9.2GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.2GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
8.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
輸入端傳輸線路的特性阻抗Zc為10Ω≤Zc≤200Ω。
9.根據權利要求8所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
在終端側設置有具有與上述特性阻抗相同值的電阻或無反射終端。
10.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
各個導體由金屬板構成，且該金屬板具有在f＝1GHz時的集膚深度以上的厚度。
11.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
電介質基板的厚度h為0.1mm≤h≤10mm，介電常數εr為1≤εr≤500，寬度W為2mm≤W≤100mm，長度L為2mm≤L≤500mm。
12.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
使用基于Zakharov-Shabat方程式的根據頻譜數據導出電位的逆問題的設計法，設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
13.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
使用窗函數法設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
14.根據權利要求1所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
使用Kaiser窗函數法設定導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
15.一種反射式帶通濾波器，用于超寬頻帶無線信息通信，具有電介質基板、設在該電介質基板表面上的帶狀導體、和側部導體，而上述側部導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部，設置在該帶狀導體的一側，其特征在于，
帶狀導體寬度和導體間距離的一方或雙方，在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
16.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
帶狀導體寬度為一定值，導體間距離呈不均勻分布。
17.根據權利要求16所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
相對的2導體的側緣的任意一方為直線。
18.根據權利要求16所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
相對的2導體的側緣的雙方在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
19.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
導體間距離為一定值，帶狀導體寬度呈不均勻分布。
20.根據權利要求19所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，相對的2導體的側緣的雙方為直線。
21.根據權利要求19所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，相對的2導體的側緣的雙方在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
22.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與3.8GHz≤f≤10.0GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在3.8GHz≤f≤10.0GHz的區域內的群延遲的變動在±0.1ns以內。
23.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與4.5GHz≤f≤9.1GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.1GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
24.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，在頻率f<3.1GHz和f>10.6GHz的區域內的反射率、與4.5GHz≤f≤9.3GHz的區域內的反射率之間，具有10dB以上的差，在4.5GHz≤f≤9.3GHz的區域內的群延遲的變動在±0.05ns以內。
25.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，輸入端傳輸線路的特性阻抗Zc為10Ω≤Zc≤300Ω。
26.根據權利要求25所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，在終端側設置有具有與上述特性阻抗相同值的電阻或無反射終端。
27.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，帶狀導體和側部導體由金屬板構成，上述金屬板具有在f＝1GHz時的集膚深度以上的厚度。
28.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，電介質基板的厚度h為0.1mm≤h≤5mm，介電常數比εr為1≤εr≤500，寬度W為2mm≤W≤100mm，長度L為2mm≤L≤300mm。
29.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
使用基于Zakharov-Shabat方程式的根據頻譜數據導出電位的逆問題的設計法，設定帶狀導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
30.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，使用窗函數法設定帶狀導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
31.根據權利要求15所述的反射式帶通濾波器，其特征在于，
使用Kaiser窗函數法設定帶狀導體寬度和導體間距離的長度方向分布。
全文摘要
本發明涉及一種超寬帶無線信息通信用的反射式帶通濾波器，其在電介質基板的表面上，設置有帶狀延伸的2個導體，上述2個導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部并設置在其兩側，其中，導體寬度和導體間距離的一方或雙方，在長度方向上呈不均勻分布。另外，本發明還涉及一種超寬帶無線信息通信用的反射式帶通濾波器，其具有電介質基板、設置在該電介質基板表面上的帶狀導體、和側部導體，而該側部導體隔著確保規定的導體間距離的非導體部，設置在上述帶狀導體的一側，其中，帶狀導體寬度和導體間距離的一方或雙方，在帶狀導體的長度方向上呈不均勻分布。
文檔編號H01P1/203GK101159346SQ20071015171
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月27日 優先權日2006年10月5日
發明者寧 官 申請人:株式會社藤倉