JP2002111305A - 周波数可変複合フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】量産性に優れ且つ消費電流のない周波数可変複
合フィルタを提供する。 【解決手段】高周波フィルタ７と、この高周波フィルタ
の入力端９ａ又は出力端９ｂと並列に接続された第１の
容量成分６を通じてアース電位との間に接続された共振
器１と、その共振器に並列に第２の容量成分３を介して
カソードが接続され且つアノードがアースされた可変容
量ダイオード２と、その可変容量ダイオードのカソード
に外部から制御電圧を印加可能に接続された制御電圧端
子８とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高周波フィルタ
を含む周波数可変複合フィルタに属し、例えばマイクロ
波無線通信機器のアンテナ共用器などに用いられるフィ
ルタ、特に周波数調整が容易な周波数可変複合フィルタ
に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信の発達により、マイク
ロ波無線通信機器における通過帯域及び阻止帯域ともに
広い幅が要請され、それに伴って通過帯域と阻止帯域と
の間隔が狭くなっている。このため送信時及び受信時に
おける挿入損失が大きくなる傾向にある。そこでこの挿
入損失を抑制するために、送信側及び受信側の両回路に
おいて通過帯域及び阻止帯域をいずれも低域側と高域側
とに２分割し、スイッチ回路により切換可能とする技術
が種々提案されている（特開平６−８５７１２号、特開
平１１−１２２１３９号など）。

【０００３】このようなフィルタを実現するにあたり、
図６のようなハーフバンド特性を有する周波数可変フィ
ルタを用いることがあり、その回路構成としては、図７
のように可変容量ダイオードを共振系に用い、制御電圧
をオン／オフ（図６で破線がオン、実線がオフ）するこ
とにより共振器に接続された容量値を変化させること
で、共振器の周波数を可変させるものが一般的である。

【０００４】図７において、同軸共振器１０１、１０１
は共振器間結合容量１０６で帯域幅を形成し、入出力コ
ンデンサ１０７、１０７で外部との整合をとる。各同軸
共振器１０１には、並列に容量を形成する帯域可変用コ
ンデンサ１０３と可変容量ダイオード１０２が接続さ
れ、可変容量ダイオード１０２はそのカソードがチョー
クコイル１０４を介して制御電圧端子１０８に接続され
る。この構成では、電圧オフ時に可変容量ダイオード１
０２に電圧がかからないので０Ｖの時の端子間容量が発
生し、これとコンデンサ１０３との合成容量と共振器１
０１とで所定共振周波数の共振系を形成する。そして、
電圧オン時には可変容量ダイオード１０２の端子間容量
が減少するので、可変容量ダイオード１０２の容量とコ
ンデンサ１０３との合成容量が減少し、共振周波数が上
がる。こうして前記図６に示すフィルタ特性が得られ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、可変容量ダイ
オードの端子間容量は、電圧オンの時もオフの時も素子
毎にばらつきを有する。このため素子毎に通過帯域幅及
び阻止帯域幅がずれてしまい、量産時の歩留まりが悪
い。例えば、制御電圧０Ｖのときの可変容量ダイオード
の容量値が８ｐＦ、電圧３Ｖのときの容量値が３ｐＦ、
各電圧の時の容量値が±７％ばらつくとすると、周波数
は３０ＭＨｚ±３．５ＭＨｚの範囲をばらつく。さらに
制御電圧のばらつきが±０．２Ｖあるとすると、それに
起因して周波数のばらつきが±２ＭＨｚ増加する。従っ
て、合計のばらつきが±５．５ＭＨｚとなり、オン時と
オフ時とで周波数を３０ＭＨｚ可変させるハーフバンド
フィルタにおいてかなり大きなばらつきとなっていた。

【０００６】又、上記特開平１１−１２２１３９号公報
では、可変容量ダイオードに代えてＰＩＮダイオードの
アノードがチョークコイル１０４を介して制御電圧端子
１０８に接続された構成も提案されている。この方式の
場合、制御電圧オン時には共振系に容量成分が無く、電
源オフ時に発生する端子間容量についてはコンデンサ１
０３の容量値を調整することにより、周波数のばらつき
を抑えられる。

【０００７】しかし、ＰＩＮダイオードを使ったこの方
式は、ＰＩＮダイオードに電流を流して周波数を可変す
るために消費電流が発生し、例えば携帯電話のアンテナ
共用器に用いた場合に電池が早く消耗し、待ち受け可能
時間が短くなる。一方、挿入損失を抑制する上述のフィ
ルタについては、同軸共振器１０１、１０２、入出力コ
ンデンサ１０７、帯域可変用コンデンサ１０３、可変容
量ダイオード１０２等も用いられるので、部品点数が増
えてフィルタ自体の大型化を招くおそれがある。それ
故、この発明の課題は、量産性に優れ、消費電流がな
く、部品点数を減らしてコンパクトに形成できる周波数
可変複合フィルタを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の周波数可変複合フィルタは、高周波フィ
ルタと、この高周波フィルタの入力端又は出力端と並列
に接続された第１の容量成分を通じてアース電位との間
に接続された共振器と、その共振器に並列に第２の容量
成分を介してカソードが接続され且つアノードがアース
された可変容量ダイオードと、その可変容量ダイオード
のカソードに外部から制御電圧を印加可能に接続された
制御電圧端子とを備えたことを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、高周波フィルタに加え
て、トラップ回路となる共振器を備え、この共振器と並
列に第２の容量成分及び可変容量ダイオードが接続され
ているので、制御電圧オンにより可変容量ダイオードに
逆方向電圧が加わって可変容量ダイオードの容量が減少
し、それに伴って第２の容量成分との合成容量が減少
し、トラップ周波数が高周波側に移動する。逆にオフ時
にはオン時よりもトラップ周波数が低周波側に移動する
だけでなく、高周波フィルタと別にトラップ回路を備え
ているので、阻止帯域幅が低周波側に広くなり、これに
より、制御電圧オフ時のトラップ周波数がフィルタ特性
に影響しない低周波側に位置させることができる。その
結果、制御電圧オン時のトラップ周波数のみを可変容量
ダイオードのバラツキを考慮して第２の容量成分を調整
すれば良く、周波数が安定して製品歩留まりが著しく向
上した周波数可変複合フィルタを提供することができ
る。しかも、本発明の回路構成では、可変容量ダイオー
ドに電圧を加えるだけで消費電流が発生せず、例えば、
携帯電話のアンテナ共用器に本発明が用いられた場合、
待ち受け時間中に電池が消耗することもない。

【００１０】前記共振器は、積層された複数の誘電体層
を含む誘電体ブロックの主面に形成されて前記アース電
位となるアース電極と、それら誘電体層の層間に前記ア
ース電極と対向し一端が前記アース電極に接続したスト
リップラインとで構成され、前記第２の容量成分は、前
記アース電極が形成された領域とは異なり且つ前記スト
リップラインと対向する領域にキャビティを形成すると
ともに、そのキャビティ底面に形成された容量電極パタ
ーンと前記ストリップラインとの対向部分で構成されて
いてもよい。

【００１１】あるいは前記共振器は、積層された複数の
誘電体層を含む誘電体ブロックの主面に形成されて前記
アース電位となるアース電極と、それら誘電体層の層間
に前記アース電極と対向し一端が前記アース電極に接続
したストリップラインとで構成され、前記第２の容量成
分は、前記誘電体ブロックの主面であって前記アース電
極が形成された領域とは異なり且つ前記ストリップライ
ンと対向する領域に形成された容量電極パターンと前記
ストリップラインとの対向部分で構成されていてもよ
い。これらの構成によれば、容量電極パターンが誘電体
ブロックに露出して形成されているので、これらのパタ
ーンを容易にトリミングすることができ、これにより、
可変容量ダイオードの容量と第２の容量成分との合成容
量が前記第２の容量成分のみで調整され、その結果、可
変容量ダイオードのバラツキを容易に吸収することがで
きる。しかも、前記アース電極が形成された領域とは異
なる領域で、かつ前記ストリップラインと対向する領域
にキャビティを形成し、該キャビティ底面に容量電極パ
ターンを形成したので、誘電体ブロック主面に可変容量
ダイオードを接続するのに比べて低背化が図られ、ま
た、可変容量ダイオードの破損、アース電極との短絡等
の品質上の問題も無く良好な周波数可変複合フィルタが
提供できる。

【００１２】前記高周波フィルタは、前記誘電体層の層
間に前記アース電極と対向するように形成された複数の
フィルタ用ストリップラインで構成されているとよい。
これにより、上記可変容量ダイオードを有した共振器と
高周波フィルタとを一体的に形成することができ、部品
点数の少ない周波数可変複合フィルタを提供することが
できるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の周波数可変複合フィル
タの実施形態を図面と共に説明する。図２は実施形態の
周波数可変複合フィルタの等価回路図である。図２にお
いて、高周波フィルタ７の入力端９ａに結合コンデンサ
であるコンデンサ６を介して共振器１が接続され、共振
器１の他端はアースされている。コンデンサ６と共振器
１との間には、共振器１と並列に帯域可変用のコンデン
サ３及び可変容量ダイオード２が接続され、可変容量ダ
イオード２のアノードはアースされている。可変容量ダ
イオード２のカソードは、チョークコイル４及びアース
用のコンデンサ５を介して制御電圧端子８に接続されて
いる。

【００１４】この複合フィルタは、図１に示したよう
に、制御電圧オフ時（図中の実線）には全ての通過帯域
でほとんど減衰せず、且つ阻止帯域は低域側半分を含む
広い低周波帯で減衰する。そして、電圧オン時（図中の
破線）には通過帯域の高域側半分でほとんど減衰せず、
阻止帯域の高域側半分で減衰する。このため、例えばこ
の複合フィルタを受信回路に適用すると、待ち受け時は
制御電圧をオフとして全ての通過帯域で通過させていず
れの信号をも受信可能とする。また、図略の送信回路よ
り低域側の周波数帯域を利用して送信するときは、受信
回路はそのまま使用可能である。一方、高域側の周波数
帯域を利用して送信するときは、受信回路において上記
制御電圧をオンとして高域側の阻止帯域で阻止すると共
に、高域側の通過帯域で通過させる。

【００１５】これらの送受信操作中、制御電源は可変容
量ダイオード２にかかる制御電圧をオン／オフするだけ
であるし、消費電流が発生しない。又、図１に示すよう
にオフ時の阻止帯域は低域側半分だけでなく、それより
も広い低周波帯で減衰するので、周波数調整はオン時の
容量可変ダイオード２の素子間ばらつきのみを考慮して
コンデンサ３の容量調整のみを行えばよい。従って、容
量可変ダイオード２のばらつきに左右されずに容量可変
ダイオード２の容量部分とコンデンサ３との合成容量を
調整でき、周波数調整が容易であり、量産しやすい。

【００１６】図３は本発明の周波数可変複合フィルタを
示す要部破断斜視図、図４は同じく平面図である。本発
明の周波数可変複合フィルタＡは、図２の回路図に記載
された電子部品の全て、即ち、共振器１、容量可変ダイ
オード２、コンデンサ３、・・・高周波フィルタ７・・
・等が誘電体ブロック２０の内部又は外部に形成してい
る。この誘電体ブロック２０は、誘電体層２００が複数
積層されてなり、その両主面にアース電極２０ａ、２０
ｃが、その一側面にアース電極２０ｂが形成されてい
る。高周波フィルタ７は、誘電体層２００間の層間の一
方側（図４では下側）に設けられ、アース電極２０ａ、
２０ｃのそれぞれに対向するフィルタ用ストリップライ
ン２７ａ、２７ｂが互いに同一層で平面視対称位置に配
設されており、フィルタ用ストリップライン２７ａ、２
７ｂの一方端がアース電極２０ｂに接続されてなる積層
フィルタ２７となる。また、誘電体層２００の層間の他
方側（図４では上側）には一部がアース電極２０ａに対
向し、その一端がアース電極２０ｂに接続されたストリ
ップライン２１が形成されている。また、ストリップラ
イン２１の開放された他方端の一部と対向する誘電体ブ
ロック２０主面から誘電体層２００の積層方向に、その
周辺よりも窪んだキャビティ３３が形成されており、そ
の底面にはストリップライン２１の一部と対向するよう
に凸形状の容量電極パターン２３ａが形成され、更にそ
の近くでストリップライン２１と直交する方向の位置に
アース電極パターン２３ｂが形成されている。そして、
これらの容量電極パターン２３ａ、アース電極パターン
２３ｂを跨いでそれらと接続するように可変容量ダイオ
ード２２が搭載されている。

【００１７】キャビティ３３の底面には他に容量電極パ
ターン２３ａの凸形状の四角形状部と対角位置に制御電
圧端子パターン２８、容量電極パターン２３ａの隣り合
う位置にアース電極パターン３２も形成され、容量電極
パターン２３ａ及び制御電圧端子パターン２８を跨いで
それらと接続するようにチップインダクタ２４が、制御
電圧端子パターン２８及びアース電極パターン３２を跨
いでそれらと接続するようにチップコンデンサ２５が各
々搭載されている。アース電極パターン２３ｂ及びアー
ス電極パターン３２は、ビア導体２３ｃ、３２ａを介し
て誘電体ブロック２０の上面に形成されたアース電極２
０ａと接続している。又、制御電圧端子パターン２８
は、誘電体ブロック２０の端面まで延びて、後述の制御
電圧を印加する制御電圧端子８となる。２９は誘電体層
２００のストリップライン２１、２７ａの下側の誘電体
層２００の層間に形成され、双方に直交する方向で対向
する入力用ライン、２９’はストリップライン２７ｂの
上側層で直交する出力用ラインである。

【００１８】図３及び図４の構造において、誘電体ブロ
ック２０のアース電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃとストリ
ップライン２１とで所定の容量成分と誘導成分とが形成
されて共振系を構成し、図２の回路図上で共振器１とし
て機能する。誘電体ブロック２０におけるストリップラ
イン２１と入力用ライン２９との対向部分で所定の容量
成分２６が発生し、図２の回路図上でコンデンサ６とし
て機能する。また、ストリップライン２１と容量電極パ
ターン２３ａとの対向部分でも所定の容量成分２３が発
生し、コンデンサ３として機能する。尚、図２の回路図
上でコンデンサ５及びチョークコイル４として機能する
のが、チップコンデンサ２５及びチップインダクタ２４
である。

【００１９】以上のように容量電極パターン２３ａが誘
電体ブロック２０の表面に露出する位置に形成されてい
るので、このパターンをレーザーなどでトリミングする
ことによって、容量成分２３の容量が減少し、コンデン
サ２３と可変容量ダイオード２２の容量部分との合成容
量が調整でき、可変容量ダイオード２２の端子間容量の
ばらつきが吸収され、量産時に周波数が安定した精度の
よい複合フィルタとなる。又、高周波フィルタ７が誘電
体ブロック２０内に積層フィルタ２７として形成してい
るので、部品点数が少なくてすむ。更に、キャビティ３
３底面にアース電極パターン３２を形成しているので、
共振器と上方の配線との干渉が生じず、安定した高周波
特性が得られる。尚、上記の実施形態では、高周波フィ
ルタとして誘電体積層フィルタを用いたが、これに代え
てＳＡＷフィルタを誘電体ブロック２０に実装しても良
い。

【００２０】図５は、本発明の他の実施の形態を説明す
る図であり、アース電極パターン２３ｂ、アース電極パ
ターン３２をアース電極２０ａで兼用し、また、キャビ
ティ３３を省略して形成されたものである。特に、容量
電極パターン２３ａを誘電体ブロック２０の主面であっ
て、アース電極２０ａが形成された領域とは異なり、且
つストリップライン２１と対向する領域に形成してお
り、容量電極パターン２３ａはアース電極２０ａとから
全周囲が開放された島電極となっている。また、制御電
圧端子パターン２８も容量電極パターン２３ａと同一平
面状に形成され、アース電極２０ａとから全周囲が開放
された島電極となっている。また、制御電圧端子パター
ン２８は、図示しないビアホール導体を介して誘電体層
２００の層間に形成した引き出し電極２８ａにより誘電
体ブロック２０の端面まで延びて、制御電圧を印加する
制御電圧端子８となる。このような構成にしても、前記
実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、高周波フィルタと別
に、共振器を備え、その共振器と並列に制御電圧のオン
・オフによって合成容量の変わる容量成分及び可変容量
ダイオードを接続したことにより、オン・オフによって
帯域が変わるだけでなくオフ時の阻止帯域幅がオン時に
比べて低周波側に広くなった。このため、制御電圧オン
の状態のみ周波数調整すればよいので、製品歩留まりが
向上し、量産性が良くなる。また、周波数可変に可変容
量ダイオードを用いたので、消費電流が発生せず電池寿
命が延びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の周波数可変複合フィルタの周波数特
性を示すグラフである。

【図２】この発明の実施形態の周波数可変複合フィルタ
の等価回路図である。

【図３】上記周波数可変複合フィルタの要部破断斜視図
である。

【図４】同じく平面図である。

【図５】この発明の他の実施形態の周波数可変複合フィ
ルタの平面図である。

【図６】従来の周波数可変フィルタの周波数特性を示す
グラフである。

【図７】従来の周波数可変フィルタの等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１、２１ 共振器（ストリップライン） ２、２２ 可変容量ダイオード ３、２３ 第２の容量成分（コンデンサ） ４、２４ チョークコイル（チップインダクタ） ５、２５ アース用コンデンサ（チップコンデンサ） ６、２６ 第１の容量成分（結合コンデンサ） ７、２７ 高周波フィルタ（積層フィルタ） ８、２８ 制御電圧端子（制御電圧端子パターン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J006 HD07 JA04 LA14 LA25 MA09 5J024 AA02 CA09 CA20 DA03 DA25 DA33 EA03 KA02 5K011 BA03 BA04 DA02 DA21 JA01 KA13 KA18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波フィルタと、この高周波フィルタの
   入力端又は出力端と並列に接続された第１の容量成分を
   通じてアース電位との間に接続された共振器と、その共
   振器に並列に第２の容量成分を介してカソードが接続さ
   れ且つアノードがアースされた可変容量ダイオードと、
   その可変容量ダイオードのカソードに外部から制御電圧
   を印加可能に接続された制御電圧端子とを備えたことを
   特徴とする周波数可変複合フィルタ。
2. 【請求項２】前記共振器は、積層された複数の誘電体層
   を含む誘電体ブロックの主面に形成されて前記アース電
   位となるアース電極と、それら誘電体層の層間に前記ア
   ース電極と対向し一端が前記アース電極に接続したスト
   リップラインとで構成され、 前記第２の容量成分は、前記アース電極が形成された領
   域とは異なり且つ前記ストリップラインと対向する領域
   にキャビティを形成するとともに、そのキャビティ底面
   に形成された容量電極パターンと前記ストリップライン
   との対向部分で構成されている請求項１に記載の周波数
   可変複合フィルタ。
3. 【請求項３】前記共振器は、積層された複数の誘電体層
   を含む誘電体ブロックの主面に形成されて前記アース電
   位となるアース電極と、それら誘電体層の層間に前記ア
   ース電極と対向し一端が前記アース電極に接続したスト
   リップラインとで構成され、 前記第２の容量成分は、前記誘電体ブロックの前記アー
   ス電極が形成された領域とは異なり且つ前記ストリップ
   ラインと対向する領域に形成された容量電極パターンと
   前記ストリップラインとの対向部分で構成されている請
   求項１に記載の周波数可変複合フィルタ。
4. 【請求項４】前記高周波フィルタは、前記誘電体層の層
   間に前記アース電極と対向するように形成された複数の
   フィルタ用ストリップラインで構成されている請求項１
   又は２に記載の周波数可変複合フィルタ。