JP2004222086A

JP2004222086A - BAND PASS FILTER FOR GHz BAND

Info

Publication number: JP2004222086A
Application number: JP2003008811A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Saito; 章彦齋藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: JP4029730B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency band pass filter which is to be used in a frequency area of several hundreds MHz to ten and several GHz and has a simple configuration. <P>SOLUTION: An input signal line (2) and an output signal line (3) which are made of strips of a conductor and run in a series direction are arranged at an interval on the front side of a sheet (1) obtained by dispersing fine powder of a soft magnetic metal like an Fe-Cr-Al alloy, which has ≤15μm average particle size, in a matrix of a synthetic resin like a liquid crystal polymer and forming them into a sheet, and end parts opposed to each other of both lines are connected through a capacitance means, and a GND line (4) is provided on the rear side of the sheet. With respect to the capacitance means, a chip capacitor (5) may be used or another intermediate line (7) made of a strip of a conductor is provided over the input signal line (2) and the output signal line (3) with an insulator film (6) between them to bring about a capacitance. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域で使用するＧＨｚ帯用バンドパスフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、身近にある無線通信手段には、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域の電波が好んで使用されている。たとえば、携帯電話には８００ＭＨｚ（０．８ＧＨｚ）帯または１．５ＧＨｚ帯、ＰＨＳには１．９ＧＨｚ帯、高速道路のＥＴＣ（料金自動収受）装置には５．８ＧＨｚ帯、無線ＰＡＮには２．４ＧＨｚ帯または５．２ＧＨｚ帯、そしてＤＳＲＣ（狭域通信）には５．８ＧＨｚ帯というような帯域配分である。
【０００３】
これら周波数領域の電波は、いずれも自動車の運行に関連して利用されるか、またはその可能性が高いものであるから、同一のアンテナで受信し、デジタル処理をしてひとまとめに利用しようということが企てられている。そのような場合も、またそれぞれの周波数帯域の電波を単独に使用する場合も、高調波や反射波がもたらすノイズをカットしてデータを処理するためには、それぞれの帯域における所定の帯域幅の信号だけを通過させ、それ以外の信号をカットするバンドパスフィルタが必要である。
【０００４】
出願人は、軟磁性物質の粉末をゴムまたはプラスチックのマトリクス中に分散させた電磁波シールド材を種々開発し、実用に供している。発明者は、この電磁波吸収シールド材を利用したローパス（ハイカット）フィルタを発明し、すでに開示した（特開２００２−１７１１０４）。そのフィルタはチップ型であって、長方形の誘電体の表面に密着した状態で、導体からなる１本の信号ラインと少なくとも１本のＧＮＤラインとが、ひとつの表面上に、または表裏に平行して走る構造を有し、その誘電体として、軟磁性物質の粉末を合成樹脂のマトリクス中に分散させてなる電磁波吸収体を使用したことを特徴とする。実施例の製品は、１ＧＨｚ以上の高周波に対して、−５ｄＢの挿入ロスを示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、出願人が開示した上記のローパスフィルタに関する知見を利用して、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域で使用するＧＨｚ帯用バンドパスフィルタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタは、原理的にいえば、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシートの表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ラインおよび出力信号ラインを間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部をキャパシタンス手段を介して接続し、上記シートの裏面にＧＮＤラインを設けた構成を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明に従うＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの、ひとつの具体的な態様は、図１に示すように、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシート（１）の表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）を間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部を、キャパシタンス手段を介して接続し、上記シートの裏面にＧＮＤライン（４）を設けた構成を有する高周波バンドパスフィルタであって、キャパシタンス手段としてチップコンデンサ（５）を使用し、その静電容量の値を選択するとともに、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）の、線路の長さ、幅、厚さおよび形状等によって決定されるインピーダンスを選択し、かつ、上記シートを構成する軟磁性金属粉末の粒子形状およびマトリクス中の充填率、ならびにシートの形状および厚さ等の条件を組み合わせることにより通過帯域を決定したことを特徴とするバンドパスフィルタである。
【０００８】
いまひとつの具体的な態様は、図２に示すように、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシート（１）の表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）を間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部を、キャパシタンス手段を介して接続し、上記シート（１）の裏面にＧＮＤライン（４）を設けた構成を有する高周波バンドパスフィルタであって、キャパシタンス手段を、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）の上に、絶縁体のフィルム（６）を介して、いまひとつの導体のストリップからなる中間ライン（７）を、入力信号ラインおよび出力信号ラインの両方にまたがって重なり合うように設けて、入力信号ラインと中間ラインとの間、および出力信号ラインと中間ラインとの間で、それぞれ静電容量を生じさせることにより構成し、それら静電容量の値を選択するとともに、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）の、線路の長さ、幅、厚さおよび形状等によって決定されるインピーダンスを選択し、かつ、上記シートを構成する軟磁性金属粉末の粒子形状およびマトリクス中の充填率、ならびにシートの形状および厚さ等の条件を組み合わせることにより通過帯域を決定したことを特徴とする請求項１のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタである。
【０００９】
本発明のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの、図２に例示した態様においては、入力信号ライン（２）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（８）の長さ、および出力信号ライン（３）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（９）の長さを選択することにより、それぞれが形成するコンデンサの静電容量の値を調節することができる。コンデンサの静電容量は、いうまでもなく、重なり合う部分の面積と相互の距離によって定まるところ、図２において重なり合う部分は幅が同一であるから、面積は長さによって決定される。
【００１０】
ここで、中間ラインと入力・出力信号ラインとの間の距離は、絶縁体のフィルム（６）の厚さにより定まるから、一定の厚さを前提にすれば、結局、静電容量を左右するものは重なり合う部分の面積である。重なり合う部分の面積はまた、導体のストリップである入力・出力信号ラインと中間ラインとが、一定の同じ幅を有する場合には、もっぱらその重なり合う長さによって定まることも、容易に理解されよう。重なり合う部分の面積が同一であれば、静電容量は絶縁体の厚さにより決定されることも当然であり、絶縁体の厚さの調節によるバンドパス特性の変更が可能であることも、同様に自明であろう。
【００１１】
二つの重なり合う部分（８および９）の面積は、実質上同一にして、二つのコンデンサの静電容量を同一にしてもよいし、異なる広さにして、二つのコンデンサの静電容量を異ならせてもよい。後記する実施例にみるとおり、静電容量の値の選択と、入力信号ラインおよび出力信号ラインのインピーダンスの選択とを組み合わせることにより、通過帯域、さらにはノッチフィルタ特性が決定される。
【００１２】
本発明の高周波バンドパスフィルタは、前述したところからも理解されるように、ハイカットを、軟磁性金属の粉末をシート状の合成樹脂マトリクス中に分散させてなるシートが行ない、ローカットを、キャパシタンス手段が行なう。パスさせる帯域は、それらの合成されたものとなるから、設計は、それぞれについて行なう。また、前述の絶縁物を隔てて重なり合う導体の長さを調節することにより、ノッチフィルタの通過減衰量が最大となるノッチ周波数をコントロールすることができる。
【００１３】
シート（１）によるハイカット特性は、主として合成樹脂マトリクス中に分散させた軟磁性金属の粉末の粒径と、マトリクス中の充填率とにより決定される。
【００１４】
軟磁性金属の粉末としては、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金から選んだ金属の、平均粒子径が３０μｍ以下の粉末をえらぶとよい。平均粒子径が３０μｍより大きい粉末は、シートが高い透磁率を示さないから、ハイカット特性を得る上で不利である。このような平均粒子径を有する金属粉末は、アトマイズ法と、それに続く分級により製造することができる。
【００１５】
上記の磁性損失シートのマトリクスとなる合成樹脂としては、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選んだものが好適である。そのほか、射出成形や押出成形により成形できる広い範囲の、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂が使用できる。その例を挙げれば、ナイロン、ポリエチレン、ポリプレピレン、フェノール樹脂などである。シート状体の形成は、上記の軟磁性金属の粉末と合成樹脂との混練物を射出成形し、所定の長さのシート状体とする方法が有利である。
【００１６】
別法としては、硬化性の液状ポリマー中に軟磁性体粉末を分散させたのち、ポリマー液を硬化させることにより、前記のシートを形成することもできる。
【００１７】
前述のように、本発明の高周波バンドパスフィルタのハイカット特性は、シートの透磁率および誘電率が定めるものであり、その特性を左右するものは、分散した軟磁性金属の粉末の粒径と充填率、それにシートの厚さである。一般的にいって、同じ充填率においては、粒径が小さい方が、カットする周波数がより高い側にあり、同じ粒径であれば、充填率が高い方が、より低い周波数をカットする傾向がある。充填率は、使用すべきシートの厚さを左右する因子でもある。
【００１８】
シートの厚さは、薄くなるほど、カットされる周波数が高い側に移る。そのほかの因子としては、軟磁性金属の粉末の扁平度が挙げられるが、高周波側では、扁平な粉末はあまり適切でない。ハイカットの行われる周波数に関しては、信号ラインの長さも影響を与えることがわかった。すなわち、ラインがより短いものほど、カットされる周波数は高い側にある。本発明の実施に当たっては、以上に述べたような諸因子を勘案して、ＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの設計に当たるべきである。
【００１９】
ハイカット特性は各因子の量的なものを数式化して表すことが困難で、経験的に定めなければならない場合が多いが、後記する実施例を参照して、必要により若干の実験を補うことにより、当業者は、実現しようとする高周波バンドパスフィルタのハイカット特性を任意にコントロールすることが可能なはずである。いずれにしても、軟磁性金属の粉末を含有するシートを利用したローパスフィルタは、図３に示すような周波数特性を有する。
【００２０】
本発明の高周波バンドパスフィルタの入力・出力信号ラインを形成するには、フレキシブル基板のエッチング（パターニング）、導電性インキのパターン印刷、金属のメッキまたはスパッタリングなど、さまざまな手法が採用できる。中間ラインを設ける場合も、同様である。もちろん、入力・出力信号ラインの形成と中間ラインの形成とを、異なる手法により行なうことは支障ない。信号ラインの厚さは、回路に許容される抵抗値や、回路の信頼性なども考慮して定めなければならず、製造作業の容易さの点で、数十μｍの厚さの箔を使用することもあり得るが、性能上は数μｍあれば足りる。それゆえ、同一規格のものを大量に製造する段階に至れば、量産に適した製造法を選択し、その製造法にとって有利な厚さを決定すればよい。
【００２１】
ＧＨｚ帯用バンドパスフィルタのコンデンサとして図１に示したものは、チップ型積層セラミックコンデンサである。さまざまな容量や耐圧の既製品が市販されているから、任意に選択使用することができる。コンデンサを含む回路のローカット特性は、ハイカット特性にくらべて、数式化が容易である。いま、本発明の高周波バンドパスフィルタにおけるローカット成分の等価回路として図４を考えると、減衰Ａ（ω）を表す式は下記の式１のとおりとなり、これは図５に示す形の曲線である。
［式１］
Ａ（ω）＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝Ｒ／｛（１／ｊωＣ）＋Ｒ｝＝ｊωＲＣ／（１＋ｊωＲＣ）
【００２２】
いま、−３ｄＢの減衰、すなわち２０ｌｏｇ_１０｛Ａ（ω）｝＝−３ｄＢを得ようとすると、Ａ（ω）＝√（１／２）となり、上記の式から、
ωＲＣ＝２πｆ_ｃＲＣ＝１
を得る。ｆ_ｃ＝１ＧＨｚ（１０００ＭＨｚ）、Ｒ＝５０Ω
とすると、Ｃ≒３ｐＦとなる。
【００２３】
図２に示した態様、すなわち中間ラインを有するＧＨｚ帯用高周波バンドパスフィルタは、前述のように、中間ライン（７）と入力信号ライン（２）との重ね合わせの長さ、および中間ライン（７）と出力信号ライン（３）との重ね合わせの長さにより、特性が左右され、特定の周波数において減衰の度合いが大きくなり、ノッチフィルタとしての性能を示す。発明者は、後記する実施例にみるとおり、ノッチ周波数ｆ（ＧＨｚ）にラインの重ね合わせ長さＬ（ｍｍ）がどのように影響するかを調べて、関係式を導き出した。それら実施例を参考にし、必要により多少の実験を加えれば、所望の周波数特性をもったＧＨｚ帯用バンドパス・ノッチ−フィルタを実現することができるであろう。
【００２４】
【実施例１】
軟磁性金属の粉末として、Ｆｅの粉末であって、平均粒径が１．６μｍのものを使用した。マトリクス材料としては、液晶ポリマーを選んだ。粉末の充填率が容積にして１０％となるように配合して混練し、ダイスから押し出して、厚さ１ｍｍのシート（１）を得た。その裏面に圧延銅箔（厚さ３５μｍ）を接着して、ＧＮＤライン（４）となるライニングを設け、全体を幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの短冊状に切断した。一方、表面には、同じ圧延銅箔の幅２．０ｍｍ、長さ２４ｍｍのリボンを２本、それぞれ両端から中央に向かって配置して接着し、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）とした。中央の間隙部にまたがって、チップコンデンサ（５）（チップ型積層セラミックタイプ、松下電器製）を導電性接着材で接着させることにより、図１に示した構成のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタを製作した。
【００２５】
この高周波バンドパスフィルタを対象に、「ネットワークアナライザー」（日本ＨＰ社製）を使用して、０．１ＧＨｚ（１００ＭＨｚ）から１０ＧＨｚに至る周波数領域で挿入ロスを測定し、図６のグラフを得た。このグラフによれば、製作した高周波バンドパスフィルタは、１ＧＨｚ以下および３．３ＧＨｚを超える信号に対して−３ｄＢ以上の減衰を与えるから、ほぼ１〜３ＧＨｚの帯域を通過させることを目的とする高周波バンドパスフィルタとして有用である。
【００２６】
【実施例２】
実施例１で製造した銅箔ライニングすなわちＧＮＤライン（４）付きの、幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍのシートを、安定のために、厚さ５ｍｍのリン青銅板上に接着して固定した。その長手方向ほぼ中心に、フレキシブル基板（絶縁体である厚さ２５μｍのポリイミドフィルム＋厚さ３５μｍの銅箔）からエッチングして得た基板を貼り付け、厚さ３５μｍ×幅１．５ｍｍの銅のリボンが２本、それらの両端が１．０ｍｍの距離を保って存在するようにして、入力信号ライン（２）と出力信号ライン（３）とを形成した。その上に、絶縁体（６）となる厚さ２５μｍのポリイミドテープの両面に粘着剤を適用した両面接着テープを貼り、さらに幅１．５ｍｍの銅箔製の中間ライン（７）を接着して、図２に示した態様のＧＨｚ帯域用バンドパスフィルタを製造した。
【００２７】
中間ライン（７）は、上記１．０ｍｍの間隙を挟んで両側に均等の長さに、すなわち、中間ラインと入力信号ラインとの間の静電容量と、中間ラインと出力信号ラインとの間の静電容量とが等しくなるようにし、その重ね合わせの片側の長さを、１２．５ｍｍから２．５ｍｍ刻みに変化させ、４５ｍｍまで増加させたものを用意した。
【００２８】
試作したＧＨｚ帯域用バンドパスフィルタについて、０．１〜１０ＧＨｚの範囲にわたり、透過率Ｓ２１（ｄＢ）を測定した。そのグラフにおいて、透過係数の、低い周波数側から数えてピークが落ち目になる最初の位置（以下「第一周波数」という）の、周波数および透過係数と片側重ね長さとの関係をプロットして、図７に示すグラフを得た。ライン全体の重ね長さは、片側の重ね長さ×２であり、このライン重ね長さと第一周波数との関係をプロットして、図８に示すグラフを得た。このグラフから、前述のノッチ周波数ｆ（ＧＨｚ）とライン重ね長さＬ（ｍｍ）との関係式として、つぎの式２を得た。
［式２］
ｆ（ＧＨｚ）＝７５×１／ｋ・Ｌ（ｍｍ）
（ここでｋは、シートの金属粉末充填率、粒径、材質等で、厳密には、複素比透磁率および複素比誘電率で定まる係数。この実施例のシートでは、ｋ＝０．３５４である。）
【００２９】
試作バンドパスフィルタのうち、重ね長さが１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍおよび９０ｍｍのものについて透過係数の周波数特性をグラフにすると、図９に示すとおりであって、重ね長さに応じて、それぞれ表１に示す周波数において減衰が著しくなる、ノッチ効果が認められた。
【００３０】
表１

【００３１】
【実施例３】
実施例２において、中間ライン（７）が入力信号ライン（２）と重なりあう長さを４ｍｍと一定にし、一方、中間ライン（７）が出力信号ライン（３）と重なりあう長さを、１５ｍｍから５ｍｍ刻みに変化させ、８５ｍｍまで増加させたものを用意した。
【００３２】
ここでも、試作したＧＨｚ帯域用バンドパスフィルタについて、０．１〜１０ＧＨｚの範囲にわたり、透過係数Ｓ２１（ｄＢ）を測定した。そのグラフにおける第一周波数と透過係数との関係をプロットして、図１０に示すグラフを得た。試作バンドパスフィルタのうち、片側重ね長さが１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍおよび８５ｍｍのものについて透過係数の周波数特性をグラフにすると、図１１に示すとおりであって、変化させた片側の長さに応じて、それぞれ表２に示す周波数において減衰が著しくなる、ノッチ効果が認められた。
【００３３】
表２

【００３４】
【発明の効果】
本発明により、軟磁性金属の粉末をシート状の合成樹脂マトリクス中に分散させてなるシートを基材とし、その表面に「入力信号ライン−キャパシタンス手段−出力信号ライン」を設け、裏面にＧＮＤラインを設けるという簡単な構成により、数百ＭＨｚから十数ＧＨｚの周波数領域において所望の帯域の信号を通過させ、それ以外の高周波信号をカットする高周波バンドパスフィルタが得られる。
【００３５】
キャパシタンス手段として、本発明のひとつの態様を実施するには、市販のコンデンサから適切なものが選択可能であるから、本発明のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタは、きわめて容易に、かつ低いコストで量産することができる。
【００３６】
一方、キャパシタンス手段として本発明の別の態様を採用した場合は、コンデンサに代えて、入力・出力信号ラインにまたがって重なり合う中間ラインを採用し、その重なり具合を選択することによって、上記のバンドパス性能に加えて、特定の周波数を減衰させるノッチ効果を得ることができる。従来、ワイドバンドなバンドパスフィルタやノッチフィルタは、さまざまなローパス回路やハイパス回路を多段に組み合わせることによって構成したり、パルス信号をなまらせることで回路的に解決したりするほかなかったが、本発明により、簡単な回路で所望のノッチフィルタを実現することができる。
【００３７】
したがって本発明のＧＨｚ帯用の高周波バンドパスフィルタは、携帯電話や、カーナビおよびＥＴＣを含めて、前記した自動車関連の通信装置の統合に寄与するほか、さまざまな分野で、たとえばＵＷＢ伝送用にも、有用な装置になることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高周波バンドパスフィルタのひとつの態様を示す図であって、Ａは平面図、ＢはＡの縦断面図。
【図２】本発明の高周波バンドパスフィルタのいまひとつの態様を示す図であって、Ａは平面図、ＢはＡの縦断面図。
【図３】軟磁性金属の粉末をポリマー・マトリクス中に分散させてなるシートを利用した、ローパスフィルタの周波数特性を示すグラフ。
【図４】コンデンサを使用したハイパスフィルタの等価回路を示す図。
【図５】図４の回路が信号に与える減衰の周波数特性を示すグラフ。
【図６】本発明の実施例１で製造した高周波バンドパスフィルタについて測定した透過係数の周波数特性。
【図７】本発明の実施例２で製造した高周波バンドパスフィルタについて測定して得たデータにもとづく、第一周波数と透過係数との関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例２において、ライン重ね長さと第一周波数との関係式を導き出したグラフ。
【図９】本発明の実施例２で製造した高周波バンドパスフィルタについて測定した、透過係数の周波数特性を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施例３で製造した高周波バンドパスフィルタについて測定して得たデータにもとづく、第一周波数と透過係数との関係を示す、図７と同様なグラフ。
【図１１】本発明の実施例３で製造した高周波バンドパスフィルタについて測定した、透過係数の周波数特性を示す、図９と同様なグラフ。
【符号の説明】
１シート
２入力信号ライン
３出力信号ライン
４ＧＮＤライン
５チップコンデンサ
６絶縁体のフィルム
７中間ライン
８入力信号ラインと中間ラインとが重なり合う部分
９出力信号ラインと中間ラインとが重なり合う部分[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a band pass filter for a GHz band used in a frequency range of several hundred MHz to several tens of GHz.
[0002]
[Prior art]
Today, radio waves in the frequency range of several hundreds MHz to several tens of GHz are favorably used for familiar wireless communication means. For example, an 800 MHz (0.8 GHz) band or 1.5 GHz band for a mobile phone, a 1.9 GHz band for a PHS, a 5.8 GHz band for an ETC (automatic toll collection) device on a highway, and a 2.10 GHz band for a wireless PAN. Band allocation is such as a 4 GHz band or a 5.2 GHz band, and a 5.8 GHz band for DSRC (narrow area communication).
[0003]
Since all of these radio waves in the frequency domain are used in connection with the operation of automobiles or are highly likely to be used, receive them with the same antenna, perform digital processing, and use them collectively. Is being planned. In such a case, or when using the radio waves of each frequency band independently, in order to process the data by cutting the noise caused by harmonics and reflected waves, a predetermined bandwidth in each band is required. A band-pass filter that passes only the signal and cuts other signals is required.
[0004]
The applicant has developed various electromagnetic wave shielding materials in which powder of a soft magnetic substance is dispersed in a rubber or plastic matrix, and has put them into practical use. The inventor has invented a low-pass (high-cut) filter using the electromagnetic wave absorbing shield material, and has already disclosed it (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-171104). The filter is a chip type, and one signal line composed of a conductor and at least one GND line are parallel to one surface or two sides in a state where the filter is in close contact with the surface of a rectangular dielectric. It is characterized in that an electromagnetic wave absorber obtained by dispersing a soft magnetic substance powder in a synthetic resin matrix is used as the dielectric. The product of the example shows an insertion loss of -5 dB with respect to a high frequency of 1 GHz or more.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a band-pass filter for the GHz band used in a frequency range of several hundred MHz to several tens of GHz by utilizing the knowledge on the low-pass filter disclosed by the applicant.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the band pass filter for the GHz band of the present invention is, in principle, a soft magnetic metal powder dispersed in a sheet-like polymer matrix. An input signal line and an output signal line running in series are arranged with a gap therebetween, and opposing ends of both lines are connected via capacitance means, and a GND line is provided on the back surface of the sheet. It is characterized by having.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One specific embodiment of the band pass filter for the GHz band according to the present invention is, as shown in FIG. 1, a surface of a sheet (1) obtained by dispersing a soft magnetic metal powder in a sheet-like polymer matrix. The input signal line (2) and the output signal line (3), which consist of strips of conductors and run in series, are spaced apart and the opposite ends of both lines are connected via capacitance means. A high-frequency band-pass filter having a configuration in which a GND line (4) is provided on the back surface of the sheet, wherein a chip capacitor (5) is used as capacitance means, the value of the capacitance is selected, and an input signal is selected. The impedance of the line (2) and the output signal line (3) determined by the length, width, thickness, shape, etc. of the line is selected, and the sheet is selected. Particle shape and filling rate of the matrix of the soft magnetic metal powder constituting, as well as a band-pass filter, characterized in that to determine the passband by combining the conditions of the shape and thickness, etc. of the sheet.
[0008]
Another specific embodiment, as shown in FIG. 2, is a sheet (1) obtained by dispersing a soft magnetic metal powder in a sheet-like polymer matrix, and is composed of a strip of a conductor and arranged in a serial direction. A running input signal line (2) and an output signal line (3) are arranged with a gap therebetween, and opposing ends of both lines are connected via a capacitance means, and a GND line is provided on the back surface of the sheet (1). A high-frequency band-pass filter having a configuration provided with (4), wherein a capacitance means is provided on an input signal line (2) and an output signal line (3) via an insulating film (6). An intermediate line (7) consisting of a strip of conductors of the type described above so as to overlap both the input signal line and the output signal line. , And between the output signal line and the intermediate line, respectively, by forming capacitances. The capacitance values are selected, and the input signal line (2) and the output signal line (3) are selected. ), The impedance determined by the length, width, thickness, shape, etc. of the line is selected, and the particle shape and the filling rate in the matrix of the soft magnetic metal powder constituting the sheet, and the shape and shape of the sheet 2. The band pass filter according to claim 1, wherein the pass band is determined by combining conditions such as thickness.
[0009]
In the embodiment illustrated in FIG. 2 of the band pass filter for the GHz band of the present invention, the length of the portion (8) where the input signal line (2) and the intermediate line (7) overlap, and the output signal line (3) By selecting the length of the portion (9) where the and the intermediate line (7) overlap, the value of the capacitance of the capacitor formed by each can be adjusted. Needless to say, the capacitance of the capacitor is determined by the area of the overlapping portions and the mutual distance. Since the overlapping portions have the same width in FIG. 2, the area is determined by the length.
[0010]
Here, the distance between the intermediate line and the input / output signal line is determined by the thickness of the insulator film (6), so that assuming a constant thickness, the capacitance will ultimately be affected. The thing is the area of the overlapping part. It will be readily understood that the area of the overlap is also determined solely by the overlap length, if the input / output signal lines and the intermediate lines, which are strips of conductor, have a constant and equal width. If the area of the overlapping portion is the same, the capacitance is naturally determined by the thickness of the insulator, and the bandpass characteristic can be changed by adjusting the thickness of the insulator. Would be obvious.
[0011]
The area of the two overlapping portions (8 and 9) may be substantially the same, and the capacitances of the two capacitors may be the same, or they may be different in size and the capacitances of the two capacitors may be different. You may. As will be described later, the passband and the notch filter characteristics are determined by combining the selection of the value of the capacitance and the selection of the impedance of the input signal line and the output signal line.
[0012]
As can be understood from the above description, the high-frequency band-pass filter of the present invention performs a high cut by a sheet of soft magnetic metal powder dispersed in a sheet-shaped synthetic resin matrix, and performs a low cut by a capacitance means. Do. Since the band to be passed is a composite of those bands, the design is performed for each of them. In addition, the notch frequency at which the amount of attenuation of the notch filter is maximized can be controlled by adjusting the length of the conductor that overlaps the insulator.
[0013]
The high cut characteristic of the sheet (1) is determined mainly by the particle size of the soft magnetic metal powder dispersed in the synthetic resin matrix and the filling rate in the matrix.
[0014]
As the soft magnetic metal powder, a metal selected from Sendust, Fe, Fe-Si alloy, Fe-Ni alloy, Fe-Co alloy, Fe-Cr alloy, Fe-Cr-Al alloy, and Fe-Cr-Si alloy It is preferable to select a powder having an average particle diameter of 30 μm or less. Powder having an average particle diameter of more than 30 μm is disadvantageous in obtaining high cut characteristics because the sheet does not show high magnetic permeability. A metal powder having such an average particle diameter can be produced by an atomizing method and subsequent classification.
[0015]
As the synthetic resin serving as the matrix of the magnetic loss sheet, one selected from nylon, polyphenylene sulfide, epoxy resin, and liquid crystal polymer (LCP) is preferable. In addition, a wide range of thermoplastic or thermosetting synthetic resins that can be molded by injection molding or extrusion molding can be used. Examples include nylon, polyethylene, polypropylene, phenolic resin, and the like. For the formation of the sheet, a method of injection-molding the kneaded product of the soft magnetic metal powder and the synthetic resin to form a sheet having a predetermined length is advantageous.
[0016]
Alternatively, the sheet can be formed by dispersing a soft magnetic material powder in a curable liquid polymer and then curing the polymer liquid.
[0017]
As described above, the high-cut characteristics of the high-frequency band-pass filter of the present invention are determined by the magnetic permeability and the dielectric constant of the sheet, and the characteristics that affect the characteristics are the particle size of the dispersed soft magnetic metal powder and the filling. Rate, and the thickness of the sheet. Generally speaking, at the same filling rate, the smaller the particle size, the higher the cut frequency is on the higher side, and if the same particle size, the higher the filling rate, the lower the cut frequency tends to be. There is. The filling factor is also a factor that determines the thickness of the sheet to be used.
[0018]
As the thickness of the sheet decreases, the cut frequency shifts to a higher side. Another factor is the flatness of the soft magnetic metal powder, but on the high frequency side, flat powder is not very suitable. It has been found that the signal line length has an effect on the frequency at which the high cut is performed. That is, the shorter the line, the higher the cut frequency. In implementing the present invention, it is necessary to design a GHz-band bandpass filter in consideration of the above-described factors.
[0019]
The high-cut characteristics are difficult to express quantitatively of each factor in the form of a mathematical expression, and often need to be determined empirically, but by referring to the examples described later, by supplementing some experiments as necessary. A person skilled in the art should be able to arbitrarily control the high-cut characteristics of the high-frequency bandpass filter to be realized. In any case, the low-pass filter using the sheet containing the powder of the soft magnetic metal has a frequency characteristic as shown in FIG.
[0020]
In order to form the input / output signal lines of the high-frequency bandpass filter of the present invention, various methods such as etching (patterning) of a flexible substrate, pattern printing of conductive ink, plating or sputtering of metal, and the like can be adopted. The same applies when an intermediate line is provided. Of course, it does not matter that the formation of the input / output signal line and the formation of the intermediate line are performed by different methods. The thickness of the signal line must be determined in consideration of the resistance value of the circuit and the reliability of the circuit, etc. Use a foil with a thickness of several tens of μm for ease of manufacturing work. However, several μm is sufficient for performance. Therefore, at the stage of mass production of the same standard, a production method suitable for mass production may be selected and a thickness advantageous for the production method may be determined.
[0021]
FIG. 1 shows a chip-type multilayer ceramic capacitor as a capacitor of a band-pass filter for the GHz band. Off-the-shelf products with various capacities and withstand voltages are commercially available, and can be arbitrarily selected and used. The low-cut characteristic of a circuit including a capacitor is easier to formulate than the high-cut characteristic. Now, considering FIG. 4 as an equivalent circuit of a low-cut component in the high-frequency band-pass filter of the present invention, the equation representing the attenuation A (ω) is as the following equation 1, which is a curve of the form shown in FIG. .
[Equation 1]
A (ω) = Vout / Vin = R / {(1 / jωC) + R} = jωRC / (1 + jωRC)
[0022]
Now, if an attempt is made to obtain an attenuation of −3 dB, that is, 20 log ₁₀ {A (ω)} = − 3 dB, A (ω) = √ (1/2), and from the above equation,
ωRC = 2πf _c RC = 1
Get. f _c = 1 GHz (1000 MHz), R = 50Ω
Then, C ≒ 3 pF.
[0023]
As shown in FIG. 2, that is, the high-frequency band-pass filter for the GHz band having the intermediate line, as described above, the length of the superposition of the intermediate line (7) and the input signal line (2) and the intermediate line ( The characteristics are influenced by the length of superposition of 7) and the output signal line (3), the degree of attenuation is increased at a specific frequency, and the performance as a notch filter is exhibited. The inventor examined how the superposition length L (mm) of the line affects the notch frequency f (GHz) as shown in Examples described later, and derived a relational expression. By referring to those embodiments and adding some experiments as necessary, a band-pass notch filter for a GHz band having desired frequency characteristics can be realized.
[0024]
Embodiment 1
As the soft magnetic metal powder, an Fe powder having an average particle size of 1.6 μm was used. A liquid crystal polymer was selected as the matrix material. The powder was blended and kneaded so that the filling factor became 10% by volume, and the mixture was extruded from a die to obtain a sheet (1) having a thickness of 1 mm. A rolled copper foil (thickness: 35 μm) was adhered to the back surface, a lining serving as a GND line (4) was provided, and the whole was cut into a strip having a width of 20 mm and a length of 50 mm. On the other hand, two ribbons of the same rolled copper foil, each having a width of 2.0 mm and a length of 24 mm, were arranged and adhered from both ends toward the center on the surface, and the input signal line (2) and the output signal line (3) were bonded. ). A band-pass filter for the GHz band having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured by bonding a chip capacitor (5) (chip type multilayer ceramic type, manufactured by Matsushita Electric) with a conductive adhesive material over the center gap. did.
[0025]
For this high-frequency bandpass filter, the insertion loss was measured in a frequency range from 0.1 GHz (100 MHz) to 10 GHz using a “network analyzer” (manufactured by HP Japan), and the graph of FIG. 6 was obtained. . According to this graph, the manufactured high-frequency band-pass filter attenuates a signal of 1 GHz or less and a signal exceeding 3.3 GHz by -3 dB or more. Useful as a bandpass filter.
[0026]
Embodiment 2
A sheet having a width of 20 mm and a length of 50 mm with a copper foil lining, that is, a GND line (4) manufactured in Example 1 was bonded and fixed on a 5 mm-thick phosphor bronze plate for stability. A substrate obtained by etching a flexible substrate (a 25 μm-thick polyimide film serving as an insulator + a 35 μm-thick copper foil) is attached to the center of the longitudinal direction, and a copper having a thickness of 35 μm and a width of 1.5 mm is attached. An input signal line (2) and an output signal line (3) were formed in such a manner that two ribbons, both ends of which were kept at a distance of 1.0 mm. A double-sided adhesive tape with an adhesive applied to both sides of a 25 μm-thick polyimide tape serving as an insulator (6) is applied thereon, and a 1.5 mm-wide copper foil intermediate line (7) is further attached. The bandpass filter for the GHz band of the embodiment shown in FIG. 2 was manufactured.
[0027]
The intermediate line (7) has an equal length on both sides with the gap of 1.0 mm therebetween, that is, the capacitance between the intermediate line and the input signal line and the capacitance between the intermediate line and the output signal line. And the length of one side of the overlap was changed from 12.5 mm to 2.5 mm and increased to 45 mm.
[0028]
The transmittance S21 (dB) of the prototype band pass filter for the GHz band was measured over the range of 0.1 to 10 GHz. In the graph, plotting the relationship between the frequency and the transmission coefficient and the one-side overlap length at the first position (hereinafter referred to as “first frequency”) where the peak is counted from the lower frequency side of the transmission coefficient, The graph shown in FIG. The overlap length of the entire line is the overlap length of one side × 2. The relationship between the line overlap length and the first frequency was plotted to obtain a graph shown in FIG. From this graph, the following equation 2 was obtained as a relational expression between the notch frequency f (GHz) and the line overlap length L (mm).
[Equation 2]
f (GHz) = 75 × 1 / kL (mm)
(Where k is the metal powder filling rate, particle size, material, etc. of the sheet, and strictly speaking, a coefficient determined by the complex relative magnetic permeability and the complex relative permittivity. In the sheet of this embodiment, k = 0.354. is there.)
[0029]
Of the prototype bandpass filters, the frequency characteristics of the transmission coefficient for the overlap lengths of 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm and 90 mm are graphed as shown in FIG. At the frequencies shown in Table 1, a notch effect was observed, in which attenuation became significant.
[0030]
Table 1

[0031]
Embodiment 3
In the second embodiment, the length of the intermediate line (7) overlapping the input signal line (2) is fixed at 4 mm, while the length of the intermediate line (7) overlapping the output signal line (3) is 15 mm. From 5 mm, and increased to 85 mm.
[0032]
Here, the transmission coefficient S21 (dB) was measured over the range of 0.1 to 10 GHz for the prototype bandpass filter for the GHz band. The relationship between the first frequency and the transmission coefficient in the graph was plotted to obtain a graph shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient of the prototype bandpass filters having a one-side overlap length of 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm, and 85 mm. , A notch effect was observed in which the attenuation was remarkable at the frequencies shown in Table 2.
[0033]
Table 2

[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, a sheet obtained by dispersing a soft magnetic metal powder in a sheet-like synthetic resin matrix is used as a base material, and “input signal lines—capacitance means—output signal lines” are provided on the surface thereof, and GND lines are provided on the back surface. Is provided, a high-frequency bandpass filter that allows a signal in a desired band to pass in a frequency range of several hundred MHz to several tens of GHz and cuts other high-frequency signals can be obtained.
[0035]
In order to implement one aspect of the present invention as the capacitance means, an appropriate one can be selected from commercially available capacitors. Therefore, the band pass filter for the GHz band of the present invention can be mass-produced very easily and at low cost. can do.
[0036]
On the other hand, when another aspect of the present invention is adopted as the capacitance means, an intermediate line overlapping the input / output signal lines is employed instead of the capacitor, and the above-described bandpass is selected by selecting the degree of the overlap. In addition to performance, a notch effect can be obtained that attenuates certain frequencies. Conventionally, wideband bandpass filters and notch filters have to be constructed by combining various low-pass circuits and high-pass circuits in multiple stages, or by solving the circuit by blunting pulse signals. According to the present invention, a desired notch filter can be realized with a simple circuit.
[0037]
Therefore, the high-frequency bandpass filter for the GHz band according to the present invention contributes to the integration of the above-mentioned automobile-related communication devices, including mobile phones, car navigation systems and ETCs, and also in various fields, for example, for UWB transmission. It is expected to be a useful device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a high-frequency bandpass filter according to the present invention, wherein A is a plan view and B is a longitudinal sectional view of A.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the high-frequency bandpass filter of the present invention, wherein A is a plan view and B is a longitudinal sectional view of A.
FIG. 3 is a graph showing frequency characteristics of a low-pass filter using a sheet in which a soft magnetic metal powder is dispersed in a polymer matrix.
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a high-pass filter using a capacitor.
FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics of attenuation applied to a signal by the circuit of FIG. 4;
FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient measured for the high-frequency bandpass filter manufactured in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a first frequency and a transmission coefficient based on data obtained by measuring a high-frequency bandpass filter manufactured in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a graph in which a relational expression between a line overlap length and a first frequency is derived in the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a frequency characteristic of a transmission coefficient measured for the high-frequency bandpass filter manufactured in the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph similar to FIG. 7, showing a relationship between a first frequency and a transmission coefficient based on data obtained by measuring a high-frequency bandpass filter manufactured in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 11 is a graph similar to FIG. 9, showing the frequency characteristic of the transmission coefficient measured for the high-frequency bandpass filter manufactured in Embodiment 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 sheet 2 input signal line 3 output signal line 4 GND line 5 chip capacitor 6 insulating film 7 intermediate line 8 part where input signal line and intermediate line overlap 9 part where output signal line and intermediate line overlap

Claims

An input signal line and an output signal line, which consist of a strip of conductor and run in series, are arranged on the surface of a sheet in which powder of a soft magnetic metal is dispersed in a polymer matrix in the form of a sheet. Characterized in that the opposite ends are connected via capacitance means, and a GND line is provided on the back surface of the sheet.

An input signal line (2) and an output signal line (3), which consist of conductor strips and run in series, are formed on the surface of a sheet (1) formed by dispersing a soft magnetic metal powder in a sheet-like polymer matrix. A high-frequency band-pass filter having a configuration in which a GND line (4) is provided on the back surface of the sheet, wherein the opposite ends of both lines are connected via a capacitance means, with a gap provided therebetween. A chip capacitor (5) is used as a means, and its capacitance value is selected, and the length, width, thickness, shape, and the like of the input signal line (2) and output signal line (3) are determined. The impedance to be determined is selected, and the particle shape and the filling rate in the matrix of the soft magnetic metal powder constituting the sheet, and the sheet shape and GHz band-pass filter for band according to claim 1, characterized in that to determine the passband by combining conditions such as the thickness.

An input signal line (2) and an output signal line (3), which consist of conductor strips and run in series, are formed on the surface of a sheet (1) formed by dispersing a soft magnetic metal powder in a sheet-like polymer matrix. A high-frequency band-pass filter having a configuration in which a GND line (4) is provided on the back surface of the sheet, wherein the opposite ends of both lines are connected via a capacitance means, with a gap provided therebetween. Means are provided on the input signal line (2) and the output signal line (3) via an insulating film (6), an intermediate line (7) consisting of another conductor strip, the input signal line and the output signal line. Provided so as to overlap both signal lines, and between the input signal line and the intermediate line and between the output signal line and the intermediate line. Each of the input signal lines (2) and the output signal line (3) has a length, width, thickness, and shape, which are selected by generating capacitance. Etc., and the passband was determined by combining conditions such as the particle shape and the filling rate in the matrix of the soft magnetic metal powder constituting the sheet, and the shape and thickness of the sheet. 2. The band pass filter for a GHz band according to claim 1, wherein:

The area (length if the width is the same) of the portion (8) where the input signal line (2) and the intermediate line (7) overlap, and the portion (9) where the output signal line (3) and the intermediate line (7) overlap ) Is selected (the length if the width is the same) to adjust the value of the capacitance of the capacitor formed by each, thereby determining the band-pass filter characteristic and / or the notch filter characteristic. The band pass filter for a GHz band according to claim 2 or 3.

As a soft magnetic metal powder, a metal selected from Sendust, Fe, Fe-Si alloy, Fe-Ni alloy, Fe-Co alloy, Fe-Cr alloy, Fe-Cr-Al alloy and Fe-Cr-Si alloy, 5. The band pass filter for a GHz band according to claim 1, wherein a powder having an average particle diameter of 30 [mu] m or less is used.

The sheet (1) is made of a material selected from nylon, polyphenylene sulfide, epoxy resin, and liquid crystal polymer (LCP) as a synthetic resin serving as a matrix. The band-pass filter for a GHz band according to any one of claims 1 to 4, wherein the band-pass filter is formed in a sheet shape having a length of:

The sheet (1) is formed by dispersing a soft magnetic material powder in a curable polymer liquid and then curing the polymer liquid. Band pass filter for GHz band.

5. The band pass filter for a GHz band according to claim 1, wherein the signal line is formed by etching a flexible substrate, printing a pattern of a conductive ink, plating a metal, or sputtering.