JP2005244848A - バランフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】不平衡平衡変換機能にフィルタ機能等を混在させる。
【解決手段】セラミックや有機基板等に半導体微細パターニング技術を用いて、不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bの線路パターンをメアンダ形状やコの字形状等とする。不平衡側伝送線路５０ublの一端は不平衡側端子ＰＴ1と接続し、他端は接地する。平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bの一端は不平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3と接続し、他端は接地する。不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-aを積層構造として共振器を構成する。不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-bで共振器を構成する。不平衡側端子ＰＴ1と接地間に薄膜技術で生成されたコンデンサＣ1を積層基板に内蔵して設け、平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3間にコンデンサＣ23を積層基板に内蔵して設ける。
【選択図】 図７

Description

この発明は、バランフィルタに関する。詳しくは、不平衡側伝送線路と不平衡側伝送線路に並行する平衡側伝送線路をマイクロストリップラインあるいはストリップラインで形成して、不平衡側伝送線路に接続される不平衡側端子と接地間に第１のコンデンサを設け、平衡側伝送線路に接続される第１および第２の平衡側端子と接地間あるいは第１の平衡側端子と第２の平衡側端子間に第２のコンデンサを設け、不平衡側伝送線路と平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数が通過帯の中心周波数となるように、不平衡側伝送線路および平衡側伝送線路の線路長と第１と第２のコンデンサの静電容量を設定して、不平衡平衡変換機能にフィルタ機能等を混在させるものである。

マイクロ波帯やミリ波帯の高周波電波をキャリアとした通信システム、例えば携帯電話等の電話システムや無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）システムの普及に伴い、家庭内や屋外等の様々な場所において手軽にかつ中継装置等を介することなく様々なデータの送受信が可能となっている。

このような通信システムに用いられる機器では、図１５に示すように、高周波電波を受信して得られた信号の処理や高周波電波として送信する信号の生成等を行うための高周波信号処理用集積回路（以下「ＲＦＩＣ」という）５が設けられている。また、アンテナに接続される入出力端子６とＲＦＩＣ５との間には、帯域フィルタ（ＢＰＦ）７やバラン１０等が設けられる。バラン１０は平衡不平衡変換を行うものであり、バラン１０の平衡側にＲＦＩＣ５の差動アンプ５a、不平衡側に帯域フィルタ７がそれぞれ接続される。

バラン１０は、例えば特許文献１に示されている。図１６は従来のバランの等価回路を示しており、１つのマイクロストリップライン１０ublと、マイクロストリップライン１０ublに並行する２つのマイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bによって結合線路が構成される。マイクロストリップライン１０ublの一端は不平衡側端子ＰＴ1と接続されて他端は開放状態とされる。このとき、マイクロストリップライン１０ublはオープンスタブとなる。また、マイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bにおいて、マイクロストリップライン１０ublの端部側に位置する端部は接地されて、マイクロストリップライン１０ublの中央側に位置する端部は平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3と接続される。このとき、マイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bはショートスタブとなる。マイクロストリップライン１０ublとマイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bは互いに並行に配線されるため、マイクロストリップライン１０ublとマイクロストリップライン１０bl-aの組合せ、およびマイクロストリップライン１０ublとマイクロストリップライン１０bl-bの組合せがそれぞれ共振器となる。ここで、バラン１０の動作帯域の中心周波数に対する波長をλとしたとき、動作帯域の中心周波数で共振するように、マイクロストリップライン１０ublの線路長はλ／２、マイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bの線路長はλ／４に設定される。

このように構成されたバラン１０において、マイクロストリップライン１０ublに信号が入力されると、例えばマイクロストリップライン１０bl-aから出力される信号の位相は９０度進み、マイクロストリップライン１０bl-bから出力される信号の位相は９０度遅れる。すなわち、マイクロストリップライン１０bl-aの出力とマイクロストリップライン１０bl-bの出力の位相差が１８０度となり、平衡出力を得ることができる。

特開２００２−２３２２１５号公報

ところで、従来のバランは、マイクロストリップライン１０ublの線路長をλ／２、マイクロストリップライン１０bl-a，１０bl-bの線路長をλ／４に設定しなければならないため、小型化が困難である。また、上述のように帯域フィルタも必要となるため、通信システムを容易に小型化することができない。

そこで、この発明では、不平衡平衡変換機能にフィルタ機能等を混在させて、通信システムの小型化に貢献できるバランフィルタを提供するものである。

この発明に係るバランフィルタは、誘電体層と導体層を複数積層してなる積層基板に、一端が不平衡側端子と接続されて他端が接地された不平衡側伝送線路と、誘電体層を介して不平衡側伝送線路と並行し、不平衡側伝送線路の不平衡側端子と接続された端部側に位置する端部が接地されて他端が第１の平衡側端子と接続された第１の平衡側伝送線路と、誘電体層を介して不平衡側伝送線路と並行し、不平衡側伝送線路の接地された端部側に位置する端部が接地されて他端が第２の平衡側端子と接続された第２の平衡側伝送線路を、マイクロストリップラインあるいはストリップラインで形成し、不平衡側端子と接地間に第１のコンデンサを接続し、第１および第２の平衡側端子と接地間あるいは第１の平衡側端子と第２の平衡側端子間に第２のコンデンサを接続し、不平衡側伝送線路と第１の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数、および不平衡側線路と第２の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数が、通過帯の中心周波数となるように、不平衡側伝送線路および第１と第２の平衡側伝送線路の線路長と第１と第２のコンデンサの静電容量を設定したものである。

この発明においては、マイクロストリップラインあるいはストリップラインで不平衡側伝送線路と、誘電体層を介して不平衡側伝送線路と並行する第１と第２の平衡側伝送線路が、メアンダ形状やコの字形状あるいはループ形状としてスロット内に形成される。不平衡側伝送線路の一端は、不平衡側端子と接続されて他端は接地される。さらに、不平衡側端子と接地間には、積層基板に内蔵されたコンデンサが形成される。不平衡側伝送線路の不平衡側端子と接続された端部側に位置する第１の平衡側伝送線路の端部は接地されて、他端は第１の平衡側端子と接続される。また、不平衡側伝送線路の接地された端部側に位置する第２の平衡側伝送線路の端部は接地されて、他端は第２の平衡側端子と接続される。この第１および第２の平衡側端子と接地間あるいは第１の平衡側端子と第２の平衡側端子間には、積層基板に内蔵されたコンデンサが形成される。不平衡側伝送線路と第１の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数、および不平衡側線路と第２の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数が通過帯の中心周波数となるように、不平衡側伝送線路および第１と第２の平衡側伝送線路の線路長とコンデンサの静電容量が設定される。

また、第１の平衡側端子と第１の平衡側伝送線路間と第２の平衡側端子と第２の平衡側伝送線路間、および／または不平衡側端子と不平衡側伝送線路間に、直線形状やメアンダ形状やループ形状あるいはスパイラル形状のインダクタ電極で構成されたインダクタが設けられる。また、インダクタに対して積層基板に内蔵されたコンデンサが並列接続される。

この発明によれば、不平衡側伝送線路の一端が不平衡側端子と接続されて他端が接地される。また、第１および第２の平衡側伝送線路の一端が各々第１および第２の不平衡側端子と接続されて他端が接地される。この不平衡側伝送線路と第１の平衡側伝送線路で共振器が構成され、不平衡側伝送線路と第２の平衡側伝送線路で共振器が構成される。不平衡側端子と接地間には積層基板に内蔵されたコンデンサが形成され、第１および第２の平衡側端子と接地間あるいは第１の平衡側端子と第２の平衡側端子間には、積層基板に内蔵されたコンデンサが形成される。この共振器の共振周波数が通過帯の中心周波数となるように、不平衡側伝送線路および第１と第２の平衡側伝送線路の線路長とコンデンサの静電容量が設定される。このため、不平衡側端子と平衡側端子間で不平衡平衡変換を行うことができるだけでなく、帯域フィルタ処理後の信号を出力させることができる。

また、不平衡側伝送線路と第１および第２の平衡側伝送線路は、メアンダ形状やコの字形状あるいはループ形状とされるので、バランフィルタのサイズを小さくできる。

また、第１および第２のコンデンサは積層基板に内蔵されることから、寄生容量の影響等が少なくなり、良好な特性を得ることができる。

また、不平衡側端子と第１および第２の平衡側端子に接続される回路のインピーダンスに対応させて、不平衡側伝送線路と第１および第２の平衡側伝送線路の線路幅および／または線路長が設定されるので損失を少なくできる。

また、不平衡側端子と第１および第２の平衡側端子に接続される回路のインピーダンスに対応させて、第１の平衡側端子と第１の平衡側伝送線路間と第２の平衡側端子と第２の平衡側伝送線路間、および／または不平衡側端子と不平衡側伝送線路間にインダクタが設けられるので、不平衡側伝送線路や平衡側伝送線路の線路幅および／または線路長を可変する場合よりもインピーダンス変換率を大きくできる。すなわち、線路幅および／または線路長を調整しただけではインピーダンスを整合させることができない場合であっても、インダクタを設けることでインピーダンス整合が可能となる。さらに、インダクタは、直線形状、メアンダ形状、コの字形状、ループ形状あるいはスパイラル形状のインダクタ電極を用いて構成されることから、インダクタを設けてもバランフィルタのサイズを小さくできる。このインダクタに対して、積層基板に内蔵したコンデンサを並列接続するとトラップ回路を形成できることから、通過帯以外の信号の透過を阻止してフィルタ振幅特性の減衰傾斜を急峻とすることが可能となりフィルタ特性を良好なものにできる。

さらに、マイクロストリップラインあるいはストリップラインを構成する導体層間に位置する導体層にスロットを形成し、このスロット内に不平衡側伝送線路と平衡側伝送線路を設けたので、他の導体層に設けられた配線等の影響を防止できる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、本発明のバランフィルタ５０を用いた機器の構成の一部を示しており、不平衡平衡変換機能にフィルタ機能等を混在させたバランフィルタ５０は、ＲＦＩＣ５と例えばアンテナに接続される入出力端子６との間に設けられる。

図２は、電磁界結合を用いた共振器フィルタの等価回路である。共振器フィルタ２０では、一方の端部が端子ＰＴaと接続されて他方の端部が接地された共振電極Ｔaと、一方の端部が端子ＰＴbと接続されて他方の端部が接地された共振電極Ｔbとが並行して設けられる。共振電極Ｔa，Ｔbの線路長は、通過域の中心周波数における波長をλとしたときλ／４とする。なお、共振電極Ｔa，Ｔbは、分布定数線路すなわちマイクロストリップラインやストリップラインとする。

このように共振器フィルタを構成したとき、共振電極Ｔaに入力された信号の周波数が通過域の中心周波数となると、電磁界結合Ｍにより共振電極Ｔbから中心周波数の信号が出力される。すなわち、共振器フィルタ２０は、帯域フィルタとして動作する。また、端子ＰＴaと接地間に波長短縮用のコンデンサＣaを設け、端子ＰＴbと接地間に波長短縮用のコンデンサＣbを設けるものとすれば、共振電極Ｔa，Ｔbの長さをλ／４より短くしても、中心周波数の信号を通過させることができる。

図３は、バランフィルタ５０の導出過程を説明するための図である。ここで、図３Ａに示すように、バランの不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-aについて考える。なお、不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-aおよび後述する平衡側伝送線路５０bl-bは、分布定数線路すなわちマイクロストリップラインやストリップラインとする。

不平衡側伝送線路５０ublの一端は不平衡側端子ＰＴ1と接続されて他端は接地される。また、不平衡側伝送線路５０ublに対して並行に配線された平衡側伝送線路５０bl-aは、不平衡側伝送線路５０ublの不平衡側端子ＰＴ1と接続された端部側に位置する端部が接地されて、不平衡側伝送線路５０ublの中央側に位置する他端が平衡側端子ＰＴ2と接続される。

ここで、図３Ｂに示すように、不平衡側端子ＰＴ1と接地間にコンデンサＣ1を設け、平衡側端子ＰＴ2と接地間にコンデンサＣ2を設けると、このときの等価回路は、図２に示す共振器フィルタ２０の等価回路と等しくなり、帯域フィルタを構成できる。また、コンデンサＣ1，Ｃ2は、波長短縮用コンデンサに相当するものとなり、平衡側伝送線路５０bl-aの線路長が不平衡側伝送線路５０ublの例えば１／２倍であるときは、コンデンサＣ2の静電容量をコンデンサＣ1の静電容量の２倍とする。

次に、図３Ｃに示すように、不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-bについて考える。不平衡側伝送線路５０ublに対して並行に配線された平衡側伝送線路５０bl-bは、不平衡側伝送線路５０ublの接地された端部側に位置する端部が接地されて、不平衡側伝送線路５０ublの中央側に位置する他端が平衡側端子ＰＴ3と接続される。

この場合も、図３Ｄに示すように不平衡側端子ＰＴ1と接地間にコンデンサＣ1を設け、平衡側端子ＰＴ3と接地間にコンデンサＣ3を設けると、等価回路が帯域フィルタの等価回路と等しくなり、帯域フィルタを構成できる。また、コンデンサＣ1，Ｃ3は、波長短縮用コンデンサに相当するものとなり、平衡側伝送線路５０bl-bの線路長が不平衡側伝送線路５０ublの例えば１／２倍であるときは、コンデンサＣ3の静電容量をコンデンサＣ1の２倍とする。

図３Ｂと図３Ｄを組み合わせると図３Ｅに示す等価回路となり、平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3と接地間に設けられたコンデンサＣ2，Ｃ3は、図３Ｆに示すように平衡側端子ＰＴ2と平衡側端子ＰＴ3間に設けたコンデンサＣ23に置き換えることができる。なお、コンデンサＣ23の静電容量は、コンデンサＣ2あるいはコンデンサＣ3の静電容量の１／２倍である。このようにバランフィルタ５０を構成することで、平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3間から帯域フィルタ処理が行われた平衡出力、あるいは不平衡側端子ＰＴ1と接地間から帯域フィルタ処理が行われた不平衡出力を得ることができる。

図４は、バランフィルタ５０の第１の形態の構成を示す平面図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ’線での断面概略図である。また図６は、第１の形態の分解斜視図である。バランフィルタ５０は、セラミックや有機基板等に半導体微細パターニング技術を用いて薄膜配線層を形成する。また、薄膜配線層に共振器の共振電極、すなわち不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bの線路パターンをメアンダ形状やコの字形状あるいはループ形状とする。さらに、共振器における結合を強めるため共振電極を積層構造として、共振器の周囲はスロット構造とする。また、薄膜技術で生成されたコンデンサ、例えば陽極酸化コンデンサや層間コンデンサを使用することでコンデンサＣ1，Ｃ23を基板に内蔵させる。

誘電体層と導体層が複数積層された積層基板５１の背面側には、接地導体層としての第１導体層５２を形成する。誘電体層を介して第１導体層５２と対向する積層基板５１の例えば表層側には、共振電極５９１、共振電極５９１を不平衡側端子ＰＴ1と接続する引き出し線路電極５９２、後述する引き出し線路電極５７２aをコンデンサＣ23と接続するための接続電極５９３、不平衡側端子ＰＴ1や平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3、および接地電極５９４a，５９４b，５９４cの導体パターンからなる第４導体層５９を形成する。共振電極５９１は、バランフィルタ５０のサイズが小さくなるように例えばメアンダ形状として、一方の端部を引き出し線路電極５９２と接続し、他方の端部を接地電極５９４aと接続する。引き出し線路電極５９２は、ビア(via)６０を介してコンデンサ電極５７７uと接続する。接続電極５９３の一方の端部はビア６０を介して後述する引き出し線路電極５７２aと接続し、他方の端部はビア６０を介してコンデンサ電極５７８uと接続する。また、平衡側端子ＰＴ2はビア６０を介して引き出し線路電極５７２aの端部と接続し、平衡側端子ＰＴ3はビア６０を介して引き出し線路電極５７２bの端部と接続する。

第４誘電体層５８を介して第４導体層５９と対向する第３導体層５７は、共振電極５９１と対向するコの字形状の共振電極５７１a，５７１b、共振電極５７１aの一端を平衡側端子ＰＴ2と接続するための引き出し線路電極５７２a、共振電極５７１bの一端を平衡側端子ＰＴ3と接続するための引き出し線路電極５７２b、接地電極５７４a，５７４b，５７４c、コンデンサＣ1の他方の電極となるコンデンサ電極５７７l、コンデンサＣ23の他方の電極となるコンデンサ電極５７８lの導体パターンからなるものである。引き出し線路電極５７２aの一端は共振電極５７１aの一端と接続し、他端はビア６０を介して平衡側端子ＰＴ2と接続する。また、引き出し線路電極５７２bの一端は共振電極５７１bの一端と接続し、他端はビア６０を介して平衡側端子ＰＴ3と接続する。また、コンデンサ電極５７７lは接地電極５７４bと接続し、コンデンサ電極５７８lは引き出し線路電極５７２bと接続する。

共振電極５７１a，５７１bは、平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bを構成するものであり、共振電極５９１は、不平衡側伝送線路５０ublを構成するものである。この共振電極５７１a，５９１と後述する第１導体層５２等によってマイクロストリップライン共振器が形成される。また、共振電極５７１b，５９１と第１導体層５２等によってマイクロストリップライン共振器が形成される。

コンデンサ電極５７７l上には、コンデンサ誘電体層５７７mを形成し、このコンデンサ誘電体層５７７m上にコンデンサ電極５７７uを形成する。このコンデンサ電極５７７uと引き出し線路電極５９２を接続することで、不平衡側端子ＰＴ1と接地間にコンデンサＣ1を形成する。また、コンデンサ電極５７８l上にコンデンサ誘電体層５７８mを形成し、コンデンサ誘電体層５７８m上にコンデンサ電極５７８uを形成する。このコンデンサ電極５７８uを接続電極５９３と接続することで、平衡側端子ＰＴ2と平衡側端子ＰＴ3間にコンデンサＣ23を形成する。

第１誘電体層５３は、積層基板５１のベースとなる層であり、第１誘電体層５３の一方の面側に第１導体層５２を形成し、逆面側に第２導体層５４を形成する。接地導体層としての第１導体層５２と伝送線路等を形成した第３導体層５７との間に位置する第２導体層５４には、コンデンサＣ1，Ｃ23と共振器を含むようにスロットを形成して、このスロットに第２誘電体層５５を設ける。

このようにスロットを設けることで、伝送線路と第１導体層５２との間に他の導体層が設けられていないので、共振器は他の導体層による影響を受けることがなく、所望の特性のバランフィルタ５０を形成できる。

さらに、第１導体層５２と第２導体層５４および接地電極５７４a，５７４b，５７４c，５９４a，５９４b，５９４cを、ビア６１によって接続することで、伝送線路やコンデンサをシールドすることができる。

次に、図６に示す分解斜視図を用いて、バランフィルタ５０の生成手順を説明する。バランフィルタ５０は、いわゆるプリント配線基板をベース基板として用いるものとする。例えば、誘電体基板の両面に導体層が設けられたプリント配線基板をベース基板として用いる。

ベース基板の一方の導体層を第１導体層５２、他方の導体層を第２導体層５４とする。この第１導体層５２と第２導体層５４は、例えば銅からなるビア６１によって電気的に接続する。ビア６１は、誘電体基板の一部に、この誘電体基板を貫通する孔をドリル加工やレーザー加工あるいはプラズマエッチング加工等により穿設する。この穿設された孔にビアメッキ、例えば硫酸銅溶液を用いた電解メッキにより銅からなる導電膜を成膜することで形成できる。なお、第１導体層５２と第２導体層５４の層厚は、それぞれ例えば２０μｍ乃至５０μｍとする。

誘電体基板は、第１誘電体層５３に相当するものであり、誘電損失の少ない（低tanδ）材料、すなわち高周波特性に優れた材料により形成されていることが好ましい。このような材料としては、例えばポリフェニールエチレン（ＰＰＥ）や、ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−ｒｅｓｉｎ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）等の有機材料や、セラミックあるいはセラミックと有機材料との混合材料等を挙げることができる。また、第１誘電体層５３は、上述した材料の他に、耐熱性及び耐薬品性を有する材料により形成されていることが好ましく、このような材料からなる誘電基板として、廉価なエポキシ系基板ＦＲ−５等を挙げることができる。このように、廉価な有機材料を第１誘電体層５３として用いることで、従来のような比較的高価とされるシリコン基板やガラス基板を用いた場合と比べて、コストの低減化が図られている。なお、第１誘電体層５３の層厚は、例えば２００μｍ乃至５００μｍとする。

第２導体層５４には、上述のようにスロットを形成する。例えばエッチング法を用いてスロット部分の導体を除去する。このスロットが形成された第２導体層５４上には、誘電率の高い絶縁材料例えばエポキシ系樹脂を用いた絶縁膜を形成する。なお、絶縁膜は、ベース基板の両面側に形成しても良い。この場合、第１導体層５２上に形成された絶縁膜によって第１導体層５２を保護することができる。絶縁膜形成後、第２導体層５４上に形成された絶縁膜を、第２導体層５４が露出するまで研磨する。これにより、第２誘電体層５５を形成できるとともに、第２導体層５４と第２誘電体層５５との段差がなくなり、ビルドアップ形成面として用いられる平坦化面を形成できる。

ビルドアップ形成面上には、第３誘電体層５６が積層され、この第３誘電体層５６上に、薄膜形成技術によって、共振電極５７１a，５７１bや引き出し線路電極５７２a，５７２b、接地電極５７４a，５７４b，５７４c、コンデンサ電極５７７l，５７８lが形成される。この共振電極５７１a，５７１bや引き出し線路電極５７２a，５７２b、コンデンサ電極５７７l，５７８lは、スロット内に含まれるように形成する。

第３誘電体層５６は、低誘電損失（低tanδ）の材料、すなわち高周波特性に優れた有機材料により形成されていることが好ましく、また、耐熱性及び耐薬品性を有する有機材料により形成されていることが好ましい。このような有機材料としては、例えばベンゾシクブテン（ＢＣＢ）や、ポリイミド、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等を挙げることができる。そして、第３誘電体層５６は、このような有機材料を、例えばスピンコート法や、カーテンコート法、ロールコート法、ディップコート法等の塗布均一性及び膜厚制御に優れた方法を用いて、ビルドアップ形成面上に精度良く形成することができる。なお、第３誘電体層５６の層厚は、例えば５μｍ乃至２０μｍとする。

次に、第３誘電体層５６上に、例えばニッケルや銅等からなる導電膜を全面に亘って成膜する。その後、上述したように、フォトリソグラフィ技術を用いて、第３導体層５７の各導体パターンを形成する。すなわち、所定の形状にパターニングされたフォトレジストをマスクとして、この導電膜をエッチングすることによって、共振電極５７１a，５７１bや引き出し線路電極５７２a，５７２b、接地電極５７４a，５７４b，５７４c、コンデンサ電極５７７l，５７８lを形成する。

例えば硫酸銅溶液を用いた電解メッキにより、数μｍ程度の銅からなる導電膜を成膜してエッチングすることにより、共振電極５７１a，５７１bや引き出し線路電極５７２a，５７２b、接地電極５７４a，５７４b，５７４c、コンデンサ電極５７７l，５７８lを形成する。なお、第３誘電体層５６にビア６１を設けて、第２導体層５４と接地電極５７４a，５７４b，５７４cを接続する。

コンデンサ電極５７７l，５７８l上には、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)やスパッタリングあるいは蒸着法等によって窒化タンタル（ＴａＮ）膜を形成して、この窒化タンタル膜の表層部を陽極酸化することにより、高誘電率かつ低損失な高誘電体材料である酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）膜とする。このようにして、コンデンサ電極５７７l，５７８l上にコンデンサ誘電体層５７７m，５７８mを形成する。さらに、コンデンサ誘電体層５７７m，５７８m上に、コンデンサ電極５７７u，５７８uを形成する。このようにして、コンデンサ電極５７７l，５７７uとコンデンサ誘電体層５７７mからなるコンデンサＣ1と、コンデンサ電極５７８l，５７８uとコンデンサ誘電体層５７８mからなるコンデンサＣ23を基板に内蔵する。このため、外付け部品等を用いる場合に比べて配線が短くなり、寄生容量等を抑えることができる。また、部品点数が少なくなるので、小型化や低コスト化が可能となる。

コンデンサＣ1，Ｃ23を形成した第３導体層上に、上述した有機材料からなる第４誘電体層５８を形成した後に、例えばニッケルや銅等からなる導電膜を全面にわたって成膜する。その後、上述のようにフォトリソグラフィ技術を用いて、共振電極５９１や引き出し線路電極５９２、接続電極５９３、接地電極５９４a，５９４b，５９４cの導体パターンを形成する。ここで、共振電極５９１や引き出し線路電極５９２および接続電極５９３は、スロット内に含まれるように形成する。なお、第３導体層５７と第４導体層５９の層厚は例えば１μｍ〜２０μｍ、第４誘電体層５８の層厚は例えば５μｍ〜２０μｍとする。

第４誘電体層５８には、ビア６０，６１を形成して、ビア６０によって引き出し線路電極５９２とコンデンサ電極５７７u、引き出し線路電極５７２aと平衡側端子ＰＴ2や接続電極５９３、引き出し線路電極５７２bと平衡側端子ＰＴ3、接続電極５９３とコンデンサ電極５７８uをそれぞれ導通させる。また、ビア６１によって接地電極５７４a，５７４b，５７４cと接地電極５９４a，５９４b，５９４cを導通させる。

このように、不平衡側伝送線路５０ublに接続される不平衡側端子ＰＴ1と接地間にコンデンサＣ1を設け、平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-b間にコンデンサＣ23を設け、不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bによってマイクロストリップライン共振器を形成することにより、不平衡平衡変換機能にフィルタ機能を混在させたバランフィルタ５０を得ることができる。また、コンデンサＣ1，Ｃ23の静電容量と不平衡側伝送線路５０ubl，平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bの線路長を調整して通過域を所望の周波数に設定することができる。また、所望の周波数を通過させる際にコンデンサＣ1，Ｃ23の静電容量を大きくすれば、不平衡側伝送線路５０ublや平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bの線路長が短くなり、バランフィルタ５０を更に小型化できる。さらに、積層基板に薄膜パターニング技術を用いてバランフィルタ５０を形成するものであるから、高精度かつ薄型化が可能となる。なお、図示せずも第４導体層５９上にレジスト層を形成すれば、バランフィルタ５０の劣化や損傷を防止できる。

また、平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-b間にコンデンサＣ23を設けた場合、バランフィルタ５０に入力される信号の周波数が通過帯の周波数よりも高くなって平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-b間で結合を生じると、平衡出力を得ることができなくなってしまう。このような場合、図３Ｅに示すように、コンデンサＣ2とコンデンサＣ3を個々に設けるものとすれば、平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-b間で結合を生じ難くできる。

また、上述の第１の形態において、不平衡側伝送線路５０ubl，平衡側伝送線路５０bl-a，５０bl-bをコイルとみなせば、バランフィルタ５０は、インピーダンス変換が可能なトランス回路と考えられる。このため、図７に示す第２の形態の等価回路のように、共振電極５７１a，５７１b，５９１の線路幅を調整することによってインピーダンス変換率を調整できる。また、共振電極５７１a，５７１b，５９１の長さを調整することによってもインピーダンス変換率を調整できる。すなわち、共振電極の線路幅を広くしたり共振電極の線路長を短くしたときにはインピーダンスが小さくなり、線路幅を狭くしたり線路長を長くしたときにはインピーダンスが大きくなる。このため、不平衡側端子ＰＴ1に接続される回路や平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3間に接続される回路に応じて、不平衡側伝送線路や平衡側伝送線路の線路幅および／または線路長を調整することにより、整合回路を外部に設けなくともインピーダンスを整合させることができる。すなわち、バランフィルタ５０にインピーダンス変換機能も混在させることができる。なお、共振電極の長さを調整するときは、不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-aおよび不平衡側伝送線路５０ublと平衡側伝送線路５０bl-bが通過帯の中心周波数で共振するように、波長短縮用のコンデンサＣ1，Ｃ23の静電容量も必要に応じて調整する。

さらに、共振電極の線路幅や線路長を可変して調整できるインピーダンス量は小さいことから、図８に示す第３の形態の等価回路のように、端子と共振電極との間にインダクタＬ1および／またはインダクタＬ2，Ｌ3を追加してインピーダンス変換率を広くするものとしても良い。インダクタＬ1，Ｌ2，Ｌ3として用いられるインダクタ電極は、直線形状、メアンダ形状、コの字形状、ループ形状あるいはスパイラル形状とする。このように、メアンダ形状、コの字形状、ループ形状あるいはスパイラル形状とすれば、大きいインダクタンスを得るためにインダクタ電極が長くなっても、バランフィルタ５０のサイズが大きくなってしまうことを防止できる。

図９は、第３の形態の構成を示す平面図、図１０は分解斜視図である。なお図９と図１０において、図４と図６に対応する部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第４導体層５９には、インダクタＬ1を構成する例えばメアンダ形状のインダクタ電極５９５を設けて、このインダクタ電極５９５を共振電極５９１と引き出し線路電極５９２との間に介在させる。また、第３導体層５７には、インダクタＬ2，Ｌ3を構成するコの字形状のインダクタ電極５７５a，５７５bを設けて、インダクタ電極５７５aを共振電極５７１aと引き出し線路電極５７２aとの間に介在させ、インダクタ電極５７５bを共振電極５７１bと引き出し線路電極５７２bとの間に介在させる。また、インダクタ電極５９５とインダクタ電極５７５a，５７５bは、積層方向に重なりを生じて結合を生じることが無いように基板上の異なる位置に配置する。

このように、端子と伝送線路である共振電極間にインダクタを設けてインピーダンスを調整することで、線路幅や線路長を可変する場合よりもインピーダンス変換率を大きくできる。すなわち、線路幅および／または線路長を調整しただけではインピーダンスを整合させることができない場合であっても、インダクタを設けることでインピーダンス整合が可能となる。

また、図１１に示すようにインダクタに対してコンデンサを並列接続すると、インダクタとコンデンサによってトラップ回路を構成できることから、トラップ回路のトラップ周波数がフィルタの通過帯よりもわずかに高い周波数あるいは通過帯よりもわずかに低い周波数となるようにコンデンサの容量を調整すれば、フィルタ特性の減衰傾度を急峻とすることができる。

例えば、インダクタＬ1にコンデンサＣp1を並列接続してトラップ回路を構成し、通過帯域の低周波側あるいは高周波側の一方側にトラップ周波数を設定する。また、インダクタＬ2，Ｌ3にコンデンサＣp2，Ｃp3を並列接続してトラップ回路を構成し、通過帯域の他方側にトラップ周波数を設定する。このときの帯域フィルタの振幅特性は、図１２の実線で示す特性となり、破線で示すトラップ回路を設けていない場合の振幅特性よりも通過帯域の低周波側と高周波側の減衰傾度が急峻となり、良好なフィルタ特性を得ることができる。

なお、上述の形態では伝送線路としてマイクロストリップラインを用いてバランフィルタを構成するものとしたが、伝送線路としてストリップラインを用いても、マイクロストリップラインを用いた場合と同様にしてバランフィルタを構成することができる。

図１３は、図９に示す構成のバランフィルタの振幅特性、図１４は、図９に示すバランフィルタ５０の位相特性を示している。
バランフィルタ５０の絶縁体層の比誘電率は２．５〜４である。インダクタ電極５９５は、５０Ω線路で配線幅が４０μｍとされており、スロット領域内でメアンダ形状に設けられている。共振電極５９１は配線幅が８０μｍ，線路長が３．５ｍｍ程度でメアンダ形状とされている。また、第４導体層５９の層厚は１μｍ〜１０μｍである。

第４誘電体層５８の層厚は１０μｍ〜２０μｍである。平衡側端子ＰＴ2，ＰＴ3と接続される引き出し線路電極５７２a，５７２bの配線幅は４０μｍである。この引き出し線路電極５７２a，５７２bは、インダクタとして用いるためにコの字形状とされている。共振電極５７１a，５７１bは、共振電極５９１と並行に設けられており、配線幅は８０μｍとされている。また、共振電極５７１aと共振電極５９１が重なる部分および共振電極５７１bと共振電極５９１が重なる部分の長さは同じ長さである。この第３導体層５７の層厚は１μｍ〜１０μｍである。

コンデンサＣ1，Ｃ23の静電容量は０．５ｐＦ〜１００ｐＦ程度であり、例えば通過帯の中心周波数が５００ＭＨｚとなるように、コンデンサＣ1，Ｃ23の静電容量を設定する。

第３誘電体層の層厚は１０μｍ〜２０μｍである。スロットの内部に充填される第２誘電体層５５は比誘電率が３〜５であり、第２誘電体層５５および第２導体層５４の厚みは２０μｍ〜５０μｍである。第１誘電体層の比誘電率は様々でおおむね３〜１０である。

このようにバランフィルタ５０を構成したとき、通過帯の中心周波数５００ＭＨｚにおける透過特性は−２．０ｄＢとなり、減衰量が−３ｄＢとなる遮断周波数での周波幅は１５０ＭＨｚ、位相差は１８０度±２．５度以内で、非常に良好なフィルタ特性が得られた。

以上のように、本発明にかかるバランフィルタは、所望の周波数の高周波信号に対して不平衡平衡変換を行う際に有用であり、高周波信号を用いる機器の小型化に適用している。

バランフィルタを用いた機器の構成の一部を示す図である。 共振器フィルタの等価回路を示す図である。 バランフィルタの導出過程を説明するための図である。 第１の形態の構成を示す図である。 Ａ−Ａ’位置での断面概略図である。 第１の形態の分解斜視図である。 第２の形態の等価回路を示す図である。 第３の形態の等価回路を示す図である。 第３の形態の構成を示す図である。 第３の形態の分解斜視図を示す図である。 第４の形態の等価回路を示す図である。 第４の形態の振幅特性を示す図である。 実施例の振幅特性を示す図である。 実施例の位相特性を示す図である。 通信システムで用いられる機器の構成の一部を示す図である。 従来のバランの等価回路を示す図である。

符号の説明

１０・・・バラン、２０・・・共振器フィルタ、５０・・・バランフィルタ、５０bl-a，５０bl-b・・・平衡側伝送線路、５０ubl・・・不平衡側伝送線路、５１・・・積層基板、５２・・・第１導体層、５３・・・第１誘電体層、５４・・・第２導体層、５５・・・第２誘電体層、５６・・・第３誘電体層、５７・・・第３導体層、５８・・・第４誘電体層、５９・・・第４導体層、６０，６１・・・ビア、５７１a，５７１b，５９１・・・共振電極、５７２a，５７２b，５９２・・・引き出し線路電極、５７４a，５７４b，５７４c，５９４a，５９４b，５９４c・・・接地電極、５７５a，５７５b，５９５・・・インダクタ電極、５７７l，５７７u，５７８l，５７８u・・・コンデンサ電極、５７７m，５７８m・・・コンデンサ誘電体層、５９３・・・接続電極、

Claims (8)

1. 誘電体層と導体層を複数積層してなる積層基板に、一端が不平衡側端子と接続されて他端が接地された不平衡側伝送線路と、前記誘電体層を介して前記不平衡側伝送線路と並行し、前記不平衡側伝送線路の前記不平衡側端子と接続された端部側に位置する端部が接地されて他端が第１の平衡側端子と接続された第１の平衡側伝送線路と、前記誘電体層を介して前記不平衡側伝送線路と並行し、前記不平衡側伝送線路の接地された端部側に位置する端部が接地されて他端が第２の平衡側端子と接続された第２の平衡側伝送線路を、マイクロストリップラインあるいはストリップラインで形成し、
   前記不平衡側端子と接地間に第１のコンデンサを接続し、前記第１および第２の平衡側端子と接地間あるいは前記第１の平衡側端子と前記第２の平衡側端子間に第２のコンデンサを接続し、
   前記不平衡側伝送線路と前記第１の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数、および前記不平衡側線路と前記第２の平衡側伝送線路で構成される共振器の共振周波数が、通過帯の中心周波数となるように、前記不平衡側伝送線路および前記第１と第２の平衡側伝送線路の線路長と前記第１と第２のコンデンサの静電容量を設定した
   ことを特徴とするバランフィルタ。
2. 前記不平衡側伝送線路と前記第１および第２の平衡側伝送線路をメアンダ形状やコの字形状あるいはループ形状とした
   ことを特徴とする請求項１記載のバランフィルタ。
3. 前記第１および第２のコンデンサを前記積層基板に内蔵した
   ことを特徴とする請求項１記載のバランフィルタ。
4. 前記不平衡側端子と前記第１および第２の平衡側端子に接続される回路のインピーダンスに対応させて、前記不平衡側伝送線路と前記第１および第２の平衡側伝送線路の線路幅および／または線路長を設定した
   ことを特徴とする請求項１記載のバランフィルタ。
5. 前記不平衡側端子と前記第１および第２の平衡側端子に接続される回路のインピーダンスに対応させて、前記第１の平衡側端子と前記第１の平衡側伝送線路間と前記第２の平衡側端子と前記第２の平衡側伝送線路間、および／または前記不平衡側端子と前記不平衡側伝送線路間にインダクタを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のバランフィルタ。
6. 前記インダクタは、直線形状、メアンダ形状、コの字形状、ループ形状あるいはスパイラル形状のインダクタ電極を用いて構成した
   ことを特徴とする請求項５記載のバランフィルタ。
7. 前記インダクタに並列接続されるコンデンサを前記積層基板に内蔵した
   ことを特徴とする請求項５記載のバランフィルタ。
8. 前記マイクロストリップラインあるいはストリップラインを構成する導体層間に位置する導体層にスロットを形成し、
   前記スロット内に前記不平衡側伝送線路と前記平衡側伝送線路を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のバランフィルタ。
   

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