JP2007097113A - Band path filter, high frequency module, and radio communication device using the same - Google Patents
Band path filter, high frequency module, and radio communication device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007097113A JP2007097113A JP2006019584A JP2006019584A JP2007097113A JP 2007097113 A JP2007097113 A JP 2007097113A JP 2006019584 A JP2006019584 A JP 2006019584A JP 2006019584 A JP2006019584 A JP 2006019584A JP 2007097113 A JP2007097113 A JP 2007097113A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductor
- resonators
- resonator
- band
- filter according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
本発明は、無線通信分野の超広帯域UWB(Ultra Wide Band)に好適に使用される、広帯域でかつ急峻な減衰特性を持つバンドパスフィルタ及び高周波モジュール、並びにこれを用いた無線通信機器に関するものである。UWBは、PCアダプタ、外付け記憶装置、プリンタ、スキャナ、HubなどのPC周辺機器のデータ伝送媒体として、あるいはデジタルテレビ、プロジェクタ、5.1chスピーカシステム、ビデオカメラ等のデジタル家電のデータ伝送媒体としての利用が予想される。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bandpass filter and a high-frequency module having a broadband and steep attenuation characteristic, which are preferably used for an ultra-wideband UWB (Ultra Wide Band) in the field of wireless communication, and a wireless communication device using the same. is there. UWB is used as a data transmission medium for PC peripheral devices such as PC adapters, external storage devices, printers, scanners, and hubs, or as a data transmission medium for digital home appliances such as digital televisions, projectors, 5.1ch speaker systems, and video cameras. Is expected to be used.
近年、新しい通信手段として、超広帯域(UWB; Ultra Wide Band)が着目されている。 In recent years, attention has been paid to an ultra wide band (UWB) as a new communication means.
UWBは3.1GHz〜10.6GHzを通過帯域とし大容量のデータ転送を実現する。 UWB realizes large-capacity data transfer with a pass band of 3.1 GHz to 10.6 GHz.
このUWBと、データ通信手段の一つとして用いられる無線ローカルエリアネットワーク(以下W−LAN)とを比較すると、通信距離とデータ転送速度が違っている。W−LANでは、通信距離30〜100m、送信電力500mW、通信速度約11Mbpsであるのに対して、UWBでは通信距離は10mと短いが、送信電力は100mWと低消費電力であり、また通信速度は、通信距離10m前後で100Mbps、通信距離2m以下では480Mbpsとより高速のデータ通信が可能である。 When this UWB is compared with a wireless local area network (hereinafter referred to as W-LAN) used as one of data communication means, the communication distance and the data transfer rate are different. In the W-LAN, the communication distance is 30 to 100 m, the transmission power is 500 mW, and the communication speed is about 11 Mbps, whereas in the UWB, the communication distance is as short as 10 m, but the transmission power is 100 mW and the power consumption is low. Is capable of high-speed data communication of 100 Mbps at a communication distance of about 10 m and 480 Mbps at a communication distance of 2 m or less.
米国FCCの規定によると、UWBに使われる周波数帯域は、いくつかの取り決めが定まっているが、3.1GHzから10.6GHzの広帯域が用いられる。 According to the US FCC regulations, there are some rules for the frequency band used for UWB, but a wide band from 3.1 GHz to 10.6 GHz is used.
このように、UWBの一つの特徴は、広帯域を用いることである。その比帯域(帯域幅/中心周波数)は、40%以上、場合により108%が要求される。 Thus, one feature of UWB is the use of a wide band. The ratio band (bandwidth / center frequency) is required to be 40% or more, and in some cases 108%.
また、UWBの平均送信電力密度は−41.3dBm/MHz未満と低い値に規定されている。ここで、−41.25dBm/MHzは、波源から3mの距離において電界強度54dBμV=500μV/mを発生する放射電力に相当する。 Further, the average transmission power density of UWB is defined as a low value of less than -41.3 dBm / MHz. Here, −41.25 dBm / MHz corresponds to radiated power that generates an electric field strength of 54 dBμV = 500 μV / m at a distance of 3 m from the wave source.
このように、UWBの他の特徴は、送信電力が低いことである。 Thus, another feature of UWB is low transmission power.
FCCが規定した屋外環境下におけるスペクトルマスクの一例をあげると、3.16GHzから4.75GHzにかけての通過帯域の送信電力を基準(0dB)にして、3.1GHzで−20dB、1.61GHzで−30dBとなるように規定されている。また、実質的な使用条件においては、W−LAN(802.11.a)との間の影響を考慮する必要があり、5.15GHzの減衰が要求されている。 An example of the spectrum mask under the outdoor environment specified by the FCC is as follows. The transmission power in the passband from 3.16 GHz to 4.75 GHz is set as a reference (0 dB), and −20 dB at 3.1 GHz and −1.61 GHz at −1. It is specified to be 30 dB. Moreover, under substantial use conditions, it is necessary to consider the influence with W-LAN (802.11.a), and attenuation of 5.15 GHz is required.
したがって、UWBのもう一つの特徴は、送信電力スペクトルが、通過帯域に隣接する短い帯域で急峻な減衰を要求されることである。
以上のことから、UWBの無線通信機器において、送受信信号の通過経路に挿入されるフィルタは、広帯域であること、低損失であること、通過帯域近傍での高減衰をとることが要求される。 From the above, in a UWB wireless communication device, a filter inserted into a transmission / reception signal passage path is required to have a wide band, low loss, and high attenuation near the pass band.
近年、通信分野において、低損失かつ高減衰が必要な狭帯域フィルタとして、高いQ値が得られる水晶や圧電磁器をベース材料としたSAWフィルタやBAWフィルタが用いられているが、それらの比帯域は中心周波数2GHzにおいて3〜4%以下、帯域幅は0.06〜0.08GHzと、UWBの帯域幅と比べて2桁ほど狭い。これらの帯域幅は、水晶や圧電基板の電気機械結合係数より決まっており、帯域幅を広げることは材料的観点から困難である。 In recent years, SAW filters and BAW filters based on quartz and piezoelectric ceramics that can obtain high Q values have been used as narrowband filters that require low loss and high attenuation in the communication field. Is 3 to 4% or less at a center frequency of 2 GHz, and the bandwidth is 0.06 to 0.08 GHz, which is two orders of magnitude narrower than the bandwidth of UWB. These bandwidths are determined by the electromechanical coupling coefficient of the crystal or the piezoelectric substrate, and it is difficult to increase the bandwidth from the viewpoint of materials.
一方、良く使われるフィルタとして平面回路フィルタが用いられる。 On the other hand, a planar circuit filter is used as a commonly used filter.
図45は、誘電体基板33の上に2本のマイクロストリップ線路31,32を並べた平面回路フィルタを示す斜視図である。
FIG. 45 is a perspective view showing a planar circuit filter in which two
2本のマイクロストリップ線路31,32のうち、1本を入力用とし、他の1本を出力用とし、同じ配線層上に横に並べて配置し、両線路の長辺同士を近づけて結合させている。このように、2個の共振器を同じ面上に横に並べることによる結合は、いわゆる「エッジ結合」といわれるものである。この結合により共振を生じさせて、狭帯域のフィルタを実現している。
Of the two
しかし、前記平面回路フィルタでは、誘電体基板の上に2本のマイクロストリップ線路31,32を横に並べて配置していることから、強結合が得られず、比帯域幅110%の広帯域なフィルタは、実現が難しい。また、急峻な減衰特性も得にくい。減衰特性改善のため減衰極を形成すれば回路構成が複雑になる。
However, in the planar circuit filter, since the two
そこで、近年、低域側と高域側にノッチを用いて減衰させる帯域阻止フィルタ(平面回路フィルタ)により広帯域なフィルタが知られている。しかし、このものは寸法が大きくなるという問題がある。 Therefore, in recent years, a wideband filter is known by a band rejection filter (planar circuit filter) that attenuates using a notch on the low frequency side and the high frequency side. However, this has the problem that the dimension becomes large.
誘電体実装密度向上、多機能化の観点から、広帯域バンドパスフィルタ等の部品に関する小型化、低背化への要求がより高まっていることから、上記の構造はUWB用途の小型バンドパスフィルタには適していないといえる。 From the viewpoint of improving dielectric packaging density and increasing functionality, there is a growing demand for downsizing and low profile for parts such as wideband bandpass filters, so the above structure is a small bandpass filter for UWB applications. Is not suitable.
本発明は、UWBにおいて、広い通過帯域幅を持ち、小型かつ低損失で、狭い帯域において高い減衰量が得られる広帯域バンドパスフィルタ及び高周波モジュール、並びにこれを用いた無線通信機器を提供することを目的とする。 The present invention provides a wideband bandpass filter and a high-frequency module that have a wide passband width, a small size and low loss, and can obtain high attenuation in a narrow band, and a radio communication device using the same. Objective.
本発明のバンドパスフィルタは、導体パターンおよび誘電体層が交互に複数積層されてなり、該積層方向から見て少なくとも一部が重なって配置され互いに電磁的に結合するN(N≧2)個の共振器と、N個の共振器から選ばれた2個の共振器のそれぞれに結合される入力部と出力部とを具備し、前記N個の各共振器の一端(接地端)は接地され、前記N個の各共振器の信号伝搬方向の長さが、通過帯域の略中心周波数における前記誘電体層内部の伝搬波長をλとすると基本的にλ/4であることを特徴としている。 The band-pass filter according to the present invention includes N (N ≧ 2) pieces in which a plurality of conductor patterns and dielectric layers are alternately laminated, and are arranged at least partially overlapping when viewed from the lamination direction and are electromagnetically coupled to each other. And an input unit and an output unit coupled to each of two resonators selected from N resonators, and one end (ground end) of each of the N resonators is grounded. The length of the N resonators in the signal propagation direction is basically λ / 4 where λ is the propagation wavelength inside the dielectric layer at the approximate center frequency of the passband. .
この構成のバンドパスフィルタは、N個の共振器同士の、重なって配置された部分で、面結合(ブロードサイド結合)を実現できる。このため、結合量が強くなり、広帯域において低損失な通過特性と、帯域外の急峻な減衰特性が得られる。 The bandpass filter having this configuration can realize surface coupling (broadside coupling) at a portion where N resonators are arranged to overlap each other. For this reason, the amount of coupling becomes strong, and a low-loss pass characteristic in the wide band and a steep attenuation characteristic outside the band can be obtained.
前記N個の各共振器としては、例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路を含む構造を採用することができ、これらの線路を含む構造の共振器の一端を短絡することでλ/4相当の長さにすることができる。 As each of the N resonators, for example, a structure including a strip line, a microstrip line, or a coplanar line can be adopted, and one end of the resonator including these lines is short-circuited to correspond to λ / 4. Can be of length.
各共振器の接地端は、前記積層方向から見て、共振器の同一側の端部にあってもよく、前段の共振器の反対側の端部にあってもよい。これらは、求められる通過帯域により適宜決定される。特に、反対側の端部に存在する場合、共振器同士の結合がより強くなり、さらなる広帯域化を図ることができる。 The ground end of each resonator may be on the same end of the resonator as viewed from the stacking direction, or may be on the opposite end of the previous-stage resonator. These are appropriately determined depending on the required pass band. In particular, when they are present at the opposite end, the coupling between the resonators becomes stronger, and a wider band can be achieved.
前記入力部及び出力部には、共振器に結合されたキャパシタ素子又はインダクタ素子を含む構成を用いることができる。この場合、素子の定数を所定値に設定することにより、入力部及び出力部において信号の出し入れの際に強い結合量を得ることができるので、バンドパスフィルタの通過損失を少なくすることができる。 The input unit and the output unit may have a configuration including a capacitor element or an inductor element coupled to a resonator. In this case, by setting the constant of the element to a predetermined value, a strong coupling amount can be obtained at the time of input / output of the signal in the input unit and the output unit, so that the pass loss of the band pass filter can be reduced.
前記入力部及び出力部には、共振器に結合された入力線路及び出力線路を含む構成を用いることもできる。この場合、基板の上で入出力線路を引き回して、他の回路に接続することができるので、バンドパスフィルタの低背化に有利となる。 The input unit and the output unit may include a configuration including an input line and an output line coupled to a resonator. In this case, the input / output lines can be routed on the substrate and connected to other circuits, which is advantageous for reducing the height of the bandpass filter.
ここで、前記入力線路への入力方向と前記出力線路からの出力方向は異なっていてもよく、同一であってもよい。これらは、求められる通過帯域により適宜決定される。特に、同一である場合、共振器同士の結合がより強くなり、さらなる広帯域化を図ることができる。 Here, the input direction to the input line and the output direction from the output line may be different or the same. These are appropriately determined depending on the required pass band. In particular, when they are the same, the coupling between the resonators becomes stronger, and a wider band can be achieved.
また、前記共振器の非接地端を、集中定数又はパターンで形成したキャパシタ素子を介して接地する構造としてもよい。このような構造としては、前記N個の各共振器は積層方向から見て矩形状に形成され、該矩形状の共振器の一端(接地端)のみが接地されるように、それぞれの共振器と同一平面上に該共振器の周囲を囲んでグランド導体が設けられているのが好ましい。この構造では、共振器の接地部分にビアを用いる必要が無くなり、製造ばらつきを低減することができる。 Further, the non-grounded end of the resonator may be grounded via a capacitor element formed by a lumped constant or a pattern. In such a structure, each of the N resonators is formed in a rectangular shape when viewed from the stacking direction, and only one end (grounding end) of the rectangular resonator is grounded. It is preferable that a ground conductor is provided on the same plane as surrounding the resonator. With this structure, it is not necessary to use a via for the grounded portion of the resonator, and manufacturing variations can be reduced.
さらに、前記接地端に対する他端としての非接地端と、前記グランド導体における前記非接地端に近接する部位との間に、キャパシタンスが付加されているのが好ましい。具体的には、前記共振器における非接地端の上側または下側に近接して第一の導体が設けられるとともに、該第一の導体と前記グランド導体とを接続するビア導体が設けられることにより、前記共振器と前記第一の導体との間で前記キャパシタンスが形成されているのが好ましい。これにより、当該共振器の信号伝搬方向の長さをさらに短縮させることができるので、バンドパスフィルタの長手方向の寸法を小さくでき、バンドパスフィルタをより高密度に実装できるようになる。また、高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外特性の改善ができる。 Furthermore, it is preferable that a capacitance is added between a non-ground end as the other end with respect to the ground end and a portion of the ground conductor adjacent to the non-ground end. Specifically, the first conductor is provided close to the upper side or the lower side of the non-grounded end in the resonator, and the via conductor that connects the first conductor and the ground conductor is provided. Preferably, the capacitance is formed between the resonator and the first conductor. Thereby, since the length of the resonator in the signal propagation direction can be further shortened, the longitudinal dimension of the bandpass filter can be reduced, and the bandpass filter can be mounted at a higher density. Further, the higher order mode can be moved to the high frequency side, and the out-of-band characteristics can be improved.
また、前記共振器の接地端側領域を、集中定数又はパターンで形成したインダクタ素子とする構造としてもよい。例えば、前記N個の各共振器が、積層方向から見て、接地端側に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されているのが好ましい。この場合も、当該共振器の信号伝搬方向の長さをさらに短縮させることができるので、バンドパスフィルタの長手方向の寸法を小さくでき、バンドパスフィルタをより高密度に実装できるようになる。また、同様に高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外特性の改善ができる。 The ground end side region of the resonator may be an inductor element formed with a lumped constant or a pattern. For example, each of the N resonators is preferably formed so as to be narrowed stepwise or continuously toward the ground end side when viewed from the stacking direction. Also in this case, since the length of the resonator in the signal propagation direction can be further shortened, the longitudinal dimension of the bandpass filter can be reduced, and the bandpass filter can be mounted at a higher density. Similarly, the higher order mode can be moved to the high frequency side, and the out-of-band characteristics can be improved.
本発明のバンドパスフィルタにおいては、前記入力線路と前記出力線路との間に、電磁気的な結合として、キャパシタンスまたはインダクタンスの少なくとも一方が付加されているのが好ましい。 In the band-pass filter of the present invention, it is preferable that at least one of a capacitance and an inductance is added as an electromagnetic coupling between the input line and the output line.
具体的には、前記入力線路と同一平面上に第二の導体が設けられ、前記出力線路と同一平面上に第三の導体が設けられ、前記第二の導体と前記第三の導体とを接続するビア導体が設けられることにより、前記入力線路と前記出力線路との間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されているのが好ましい。また、前記入力線路の上側または下側に近接して第二の導体が設けられ、前記出力線路の上側または下側に近接して第三の導体が設けられ、前記第二の導体と前記第三の導体とを接続するビア導体が設けられることにより、前記入力線路と前記出力線路との間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されているのが好ましい。これにより、通過帯域外であって通過帯域と帯域外との境界近傍に新たな減衰極を形成することができ、さらに急峻なスカート特性を得ることができる。なお、前記第二の導体および前記第三の導体が、積層方向から見て、ビア導体に接続される部位に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されているのが、インダクタンスを持たせ減衰極の位置を低域側にする点から好ましい。 Specifically, a second conductor is provided on the same plane as the input line, a third conductor is provided on the same plane as the output line, and the second conductor and the third conductor are connected to each other. It is preferable that the capacitance or the inductance is added between the input line and the output line by providing a via conductor to be connected. Also, a second conductor is provided in proximity to the upper side or lower side of the input line, a third conductor is provided in proximity to the upper side or lower side of the output line, and the second conductor and the first conductor are provided. It is preferable that the capacitance or the inductance is added between the input line and the output line by providing a via conductor that connects the three conductors. Accordingly, a new attenuation pole can be formed outside the pass band and in the vicinity of the boundary between the pass band and the out band, and a steep skirt characteristic can be obtained. The second conductor and the third conductor are formed so as to be narrowed stepwise or continuously toward the portion connected to the via conductor when viewed from the stacking direction. This is preferable from the viewpoint of providing the attenuation pole at the low frequency side.
また本発明のバンドパスフィルタにおいては、前記N個の各共振器から選ばれる任意の二個の共振器間に、電磁気的な結合として、キャパシタンスまたはインダクタンスの少なくとも一方が付加されているのが好ましい。 In the band-pass filter of the present invention, it is preferable that at least one of capacitance and inductance is added as electromagnetic coupling between any two resonators selected from the N resonators. .
具体的には、前記N個の各共振器のうちの任意の一個の共振器と同一平面上に第四の導体が設けられ、前記任意の一個の共振器とは異なる共振器と同一平面上に第五の導体が設けられ、前記第四の導体と前記第五の導体とを接続するビア導体が設けられることにより、前記任意の二個の共振器間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されているのが好ましい。また、前記N個の各共振器のうちの任意の一個の共振器の上側または下側に近接して第四の導体が設けられ、前記任意の一個の共振器とは異なる共振器の上側または下側に近接して第五の導体が設けられ、前記第四の導体と前記第五の導体とを接続するビア導体が設けられることにより、前記任意の二個の共振器間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されているのが好ましい。これにより、入力線路と出力線路の間に通過帯域外であって通過帯域と帯域外との境界近傍に新たな減衰極を形成することができ、さらに急峻なスカート特性を得ることができる。 Specifically, a fourth conductor is provided on the same plane as any one of the N resonators, and on the same plane as a resonator different from the one resonator. Is provided with a fifth conductor and a via conductor connecting the fourth conductor and the fifth conductor is provided to add the capacitance or the inductance between the two arbitrary resonators. It is preferable. Further, a fourth conductor is provided adjacent to an upper side or a lower side of any one of the N resonators, and an upper side of a resonator different from the arbitrary one of the resonators or A fifth conductor is provided adjacent to the lower side, and a via conductor that connects the fourth conductor and the fifth conductor is provided, so that the capacitance or between the arbitrary two resonators is provided. The inductance is preferably added. As a result, a new attenuation pole can be formed between the input line and the output line outside the pass band and in the vicinity of the boundary between the pass band and the out band, and a steep skirt characteristic can be obtained.
さらに、前記第四の導体または前記第五の導体と前記入力部または前記出力部との間に少なくとも1個の共振器が設けられ、該共振器により前記入力部および前記出力部から見て前記第四の導体および前記第五の導体が覆われているのが好ましい。これにより、第四の導体または第五の導体が入力部または出力部と不要な結合を起こして共振してしまうのを防止でき、帯域外の不要な共振ピークを抑制することができる。 Furthermore, at least one resonator is provided between the fourth conductor or the fifth conductor and the input unit or the output unit, and the resonator sees the input unit and the output unit from the input unit or the output unit. The fourth conductor and the fifth conductor are preferably covered. Thereby, it can prevent that a 4th conductor or a 5th conductor raise | generates unnecessary coupling | bonding with an input part or an output part, and can resonate, and can suppress the unnecessary resonance peak outside a zone | band.
なお、前記第四の導体および前記第五の導体が、積層方向から見て、ビア導体に接続される部位に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されているのが、インダクタンスを持たせて減衰極の位置を低域側にする点から好ましい。 The fourth conductor and the fifth conductor are formed so as to be narrowed stepwise or continuously toward the portion connected to the via conductor when viewed from the stacking direction. This is preferable from the viewpoint of setting the attenuation pole to a low frequency side.
本発明のバンドパスフィルタに対して、上記の極形成に関する構造が許す限り、同時に複数の減衰極を形成することが可能である。また、必要によっては、帯域内に減衰極を生成することも可能である。 For the band-pass filter of the present invention, a plurality of attenuation poles can be formed at the same time as long as the above-described structure relating to pole formation permits. Further, if necessary, an attenuation pole can be generated in the band.
また、前記積層して配置された共振器を横に2列に構成することもできる。この場合、最下面の共振器同士を結合するための結合導体を、2列にまたがって配置することによって、信号の方向を折り返すことができる。前記結合導体の信号伝搬方向の長さは、基本的に1/2波長である。 Further, the resonators arranged in a stacked manner can be configured in two rows horizontally. In this case, the signal direction can be turned back by arranging the coupling conductors for coupling the resonators on the lowermost surface across two rows. The length of the coupling conductor in the signal propagation direction is basically ½ wavelength.
この構成により、共振器の高さを変えないで、段数Nを2倍にしたのと同様の効果が得られ、バンドパスフィルタの低背化を図ることができる。なお、2列以上で構成することにより、共振器の高さを変えずに、更に多段化することもできる。 With this configuration, the same effect as when the number of stages N is doubled can be obtained without changing the height of the resonator, and the bandpass filter can be reduced in height. In addition, by comprising two or more rows, it is possible to further increase the number of stages without changing the height of the resonator.
入力線路及び出力線路を用いる場合は、前記入力線路又は出力線路の幅は、前記積層方向から見て、前記共振器と重なりあう部分の端において、ステップ状に形成することが好ましい。これにより、減衰極の制御が可能になり、帯域外の減衰を急峻にすることができる。 In the case of using an input line and an output line, the width of the input line or the output line is preferably formed in a step shape at the end of the portion that overlaps the resonator as viewed from the stacking direction. Thereby, the attenuation pole can be controlled, and the attenuation outside the band can be made steep.
また、前記本発明のバンドパスフィルタを用いて高周波モジュールを製作することができる。 Moreover, a high frequency module can be manufactured using the band pass filter of the present invention.
また、前記バンドパスフィルタ若しくは前記高周波モジュールを搭載して、小型化可能な無線通信機器を製造することができる。この無線通信機器によれば、受信感度の向上、広帯域通信、低消費電力、かつ無線LANなどとの相互干渉の防止が実現できる。 In addition, a wireless communication device that can be miniaturized can be manufactured by mounting the band-pass filter or the high-frequency module. According to this wireless communication device, it is possible to improve reception sensitivity, wideband communication, low power consumption, and prevention of mutual interference with a wireless LAN.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明のバンドパスフィルタの回路構成を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a circuit configuration of a bandpass filter of the present invention.
バンドパスフィルタは、所定の間隔をおいて上下に積層されたN個(N≧2)の共振器1,2(図1に示すものは2個の共振器)を備えている。この共振器は、例えば上面に導体パターンが形成された誘電体層が複数積層されるなどにより、導体パターンおよび誘電体層が交互に複数積層されたもので、ストリップ線路、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路を含む構造により構成される。ここで、共振器1,2がストリップ線路またはマイクロストリップ線路を含む構造の場合としては、この線路を構成するグランド(図示しない)が例えば図1に示す入力線路3よりも上側および/または出力線路4よりも下側に配置され、共振器1と共振器2でこのグランドを共有するようになっている構造のものが挙げられる。
The band-pass filter includes N (N ≧ 2)
前記2個の共振器1,2は、同一寸法(通過帯域の略中心周波数における誘電体層内部の伝搬波長をλとすると信号伝搬方向の長さは基本的にλ/4)の導体を含む構造であり、積層方向(図1の上方向)から見て、少なくとも一部、好ましくはほぼ全部が重ねて配置されている。そして、この重なりにより2個の共振器1,2は、互いに電磁的に結合している(図1にMで示している)。この結合は、いわゆる「ブロードサイド結合」といい、上下2個の共振器1,2の主面同士を対向させて結合させる方法である。ここで、通常、狭帯域フィルタを設計する際には、中心周波数と共振周波数をほぼ等しくして行われている。しかし、ブロードサイド結合を用いた広帯域バンドパスフィルタの設計では、結合が強いため、フィルタの中心周波数と共振器の共振周波数は必ずしも一致しない。従って、フィルタの中心周波数に対して上記共振器の共振周波数はやや高めに設定しておく必要があり、ここでいう略中心周波数とは上記共振周波数までの周波数のずれを含むことを意味する。
The two
また、前記2個の各共振器1,2の一端(入力部,出力部に一端が結合される場合はこの結合される側とは反対側(図1の右側)にある端部)は、ともに接地されている(接地端という)。
Further, one end of each of the two
また、図では入力部への入力方向と出力部からの出力方向、すなわち信号伝搬方向を「F」で表しており、共振器の信号伝搬方向Fに沿った長さ(図に示す共振器の長手方向の長さ)は、通過帯域の略中心周波数における誘電体層内部の伝搬波長をλとすると、基本的にλ/4である。ここで、基本的にとは、共振器間の結合調整等、フィルタ全体的な特性を出すために、共振器の長さをλ/4から微妙にずらす(微調整する)必要があるとともに、後述のようにキャパシタ素子またはインダクタ素子の利用により共振器の長さをλ/4よりも短縮することができるので、このように表現したものである。 Also, in the figure, the input direction to the input unit and the output direction from the output unit, that is, the signal propagation direction is represented by “F”, and the length along the signal propagation direction F of the resonator (resonator of the resonator shown in the figure). The length in the longitudinal direction is basically λ / 4, where λ is the propagation wavelength inside the dielectric layer at the approximate center frequency of the passband. Here, basically, in order to obtain overall filter characteristics such as coupling adjustment between resonators, it is necessary to slightly shift (finely adjust) the length of the resonator from λ / 4. As will be described later, the length of the resonator can be shortened to less than λ / 4 by using a capacitor element or an inductor element.
そして、図1に示す各共振器1,2の一端は、それぞれキャパシタ素子C1,C2を介して入力電極IN、出力電極OUTに電磁的に結合されている。これらの電磁気的に結合された部分を「入力部」、「出力部」という。すなわち、キャパシタ素子C1,C2は入力部,出力部に含まれ、その一部を構成している。ここで、共振器に結合される結合素子としては、キャパシタ素子C1,C2以外にインダクタ素子を用いることもできる。また、必ずしも集中定数素子を用いる必要はなく、分布定数線路を用いて入力部,出力部を構成してもよい。また、後述するように入力線路および出力線路を用いて面全体に結合(ブロードサイド結合)されてもよい。 1 is electromagnetically coupled to the input electrode IN and the output electrode OUT via the capacitor elements C1 and C2, respectively. These electromagnetically coupled portions are referred to as “input unit” and “output unit”. That is, the capacitor elements C1 and C2 are included in the input unit and the output unit and constitute a part thereof. Here, as a coupling element coupled to the resonator, an inductor element can be used in addition to the capacitor elements C1 and C2. In addition, it is not always necessary to use a lumped constant element, and the input unit and the output unit may be configured using distributed constant lines. Further, as described later, the entire surface may be coupled (broadside coupling) using an input line and an output line.
このような構造により、2個の共振器1,2同士で強い結合を得ることができ、通過帯域の広帯域化を図ることができる。また、バンドパスフィルタの小型化を図ることもできる。
With such a structure, strong coupling can be obtained between the two
一方、図2はバンドパスフィルタの他の回路構成を示す説明図である。この回路構成は、図1のものと比べて、入力方向F及び出力方向Fが、互いに同じ方向にある(入力端と出力端が積層方向から見て反対側に位置している)点で異なっている。したがって、各共振器1,2の接地端は、積層方向から見て前段の共振器の反対側の端部に存在し、互いに反対側にある。
On the other hand, FIG. 2 is an explanatory diagram showing another circuit configuration of the bandpass filter. This circuit configuration is different from that of FIG. 1 in that the input direction F and the output direction F are in the same direction (the input end and the output end are located on the opposite side when viewed from the stacking direction). ing. Therefore, the ground ends of the
この構造は、図1と同様、通過帯域の広帯域化、小型化を図ることができるとともに、接地端の位置が互い違いになるような構造になっていることにより、図1の構造よりも、共振器1,2同士の結合を強化でき、さらに広帯域化を実現するのに有利になる(後に図35、図36のデータを比較しながら説明する)。
As in FIG. 1, this structure can achieve a wider passband and a smaller size, and has a structure in which the positions of the grounding ends are staggered. The coupling between the
図3は、バンドパスフィルタのさらに他の回路構成を示す説明図である。各共振器1,2の一端(入力端,出力端)を、それぞれキャパシタ素子C1,C2を介して入力電極IN、出力電極OUTに電磁的に結合させるとともに、共振器の入力端,出力端(非接地端)をキャパシタ素子C3,C4を介して接地した構造を示している。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing still another circuit configuration of the band-pass filter. One end (input end and output end) of each
この回路構成は、各共振器1,2の入力方向F及び出力方向Fが異なっている(入力端と出力端(非接地端同士)が積層方向から見て同一側に位置し、接地端は積層方向から見て共振器の同一側の端部に位置している)。また、図1のものと比べて、非接地端がキャパシタ素子C3,C4を介して接地されているところが異なっている。これにより、共振器1,2の実効長の一部がキャパシタ素子C3,C4で置換され、共振器1,2の長さ(信号伝搬方向の長さ)を図1における共振器の長さであるλ/4よりも短縮させることができる。
In this circuit configuration, the input direction F and the output direction F of the
図4は、バンドパスフィルタのまたさらに他の回路構成を示す説明図である。各共振器1,2の非接地端を、それぞれキャパシタ素子C1,C2を介して入力電極IN、出力電極OUTに電磁的に結合させるとともに、これらの非接地端をキャパシタ素子C3,C4を介して接地した構造を示している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing still another circuit configuration of the band-pass filter. The non-grounded ends of the
この構成は、共振器1,2の非接地端が、共振器1と共振器2とで反対側の位置にある。これは、図2の構造で、非接地端をキャパシタ素子C3,C4を介して接地したのと同じ構成になる。この構成においても、共振器1,2の実効長の一部がキャパシタ素子C1,C2により置き換えられるので、共振器1,2の長さ(信号伝搬方向の長さ)をλ/4よりも短縮することができる。したがって、図2と同様に小型化を図ることができるとともに、図1の構造と比べて、より広帯域化が図れる。さらに、この構造によれば、後述する実施例のデータで示されるように、高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。
In this configuration, the non-grounded ends of the
いままで説明した図1から図4の構成では、入出力電極IN,OUTをキャパシタ素子C1,C2又はインダクタ素子を介して、共振器1,2の入力端,出力端(非接地端)に接続していたが、前記キャパシタ素子又はインダクタ素子に代えて、共振器1,2に結合された入力線路及び出力線路を用いてもよい。
1 to 4 described so far, the input / output electrodes IN and OUT are connected to the input end and output end (non-ground end) of the
この入力線路,出力線路としては、ストリップ線路、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路を含む構造を用いることができる。これらの線路は、共振器1,2に対してブロードサイド結合をする。
As the input line and output line, a structure including a strip line, a microstrip line, or a coplanar line can be used. These lines are broadside coupled to the
図5は、入力部及び出力部として、共振器1,2に結合された入力線路3及び出力線路4を含む構造を用いたバンドパスフィルタの断面を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a cross section of a band-pass filter using a structure including an
このように入力線路3及び出力線路4を用いた構造によれば、例えばキャパシタ素子又はインダクタ素子として集中定数素子としてのチップ部品などを用いて構成した場合のように誘電体基板上面に配置する必要がなくなり、部品点数を少なくでき、バンドパスフィルタの高さを低くすることができる。また、入力線路3や出力線路4は、誘電体層上に他の導体パターンを形成する場合に、他の導体パターンと同時に誘電体層上に形成することができるので、製造工程が増えることもない。
Thus, according to the structure using the
図6は、入力部及び出力部として、共振器1,2に結合された入力線路3及び出力線路4を含む構造を用いたバンドパスフィルタの他の形態の断面を示す説明図である。この構成と図5に示す構成との違いは、入力線路3への入力方向が、図5に示す入力方向とは反対に、共振器1の非接地端に向かう方向にあることである。また、出力線路4からの出力方向も、図5とは反対に、共振器2の接地端に向かう方向にある。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross section of another form of bandpass filter using a structure including the
図7は、入力部及び出力部として、共振器1,2に結合された入力線路3及び出力線路4を含む構造を用いたバンドパスフィルタのさらに他の形態の断面を示す説明図である。このものは、図5,図6と異なり、共振器1,2の接地端がともに共振器1,2の同一側(図の右側)に配置された構成になっている。また、入力線路3への入力方向と出力線路4からの出力方向とは互いに逆方向になっている。
FIG. 7 is an explanatory view showing a cross section of still another embodiment of a band-pass filter using a structure including an
図8は、入力部及び出力部として共振器1,2に結合される入力線路3及び出力線路4を含む構造を用いたバンドパスフィルタのさらに他の形態の断面を示す説明図である。この図8の構成では、図7と同様に、共振器1,2の接地端はともに共振器1,2の同一側(図の右側)に配置されている。この構成と、図7の構成との違いは、図7では、バンドパスフィルタの入力端INと出力端OUTとが、共振器1,2の接地端と同じ側になっていたのに対して、図8では、反対側になっていることである。このため、信号の入出力端IN,OUTと、接地端とを反対側に配置することができる。
FIG. 8 is an explanatory view showing a cross section of still another embodiment of a band-pass filter using a structure including an
以上のように、図5〜図8の実施形態では、信号の入出力に、共振器1,2に対して結合するストリップ線路などの線路を用いることができるので、集中定数素子を用いなくても済み、小型化と製造の容易化を図ることができる。それとともに、共振器の入力端,出力端及び接地位置を図5〜図8のように選択できるので、回路設計上の制約がある場合に、自由に対応できる。
As described above, in the embodiments shown in FIGS. 5 to 8, since a line such as a strip line coupled to the
なお、信号の入出力にストリップ線路などの線路を用いた場合、入力線路又は出力線路の幅は、積層方向から見て、前記共振器1,2と重なりあう部分の端(図5にTで示す)において、ステップ状に形成することが望ましい。上述のバンドパスフィルタの具体的形状については、後に図11以下を用いて詳しく説明する。
When a line such as a strip line is used for signal input / output, the width of the input line or the output line is the end of the portion that overlaps the
以上のバンドパスフィルタにおけるN(N≧2)個の共振器は、導体パターンおよび誘電体層が交互に複数積層されて形成される。例えば、上面に所定の導体パターンを有する誘電体層が複数積層されて形成される。 The N (N ≧ 2) resonators in the above bandpass filter are formed by alternately laminating a plurality of conductor patterns and dielectric layers. For example, a plurality of dielectric layers having a predetermined conductor pattern are stacked on the upper surface.
各誘電体層は、例えば、低温焼成用のセラミックス(LTCC; Low Temperature Co-fired Ceramics)で形成され、各誘電体層に形成される導体パターンは、銅や銀などの低抵抗導体によって形成される。特に、誘電率の高い誘電体を用いることによって、バンドパスフィルタの小型化を図ることができる。 Each dielectric layer is made of, for example, low temperature co-fired ceramics (LTCC), and the conductor pattern formed on each dielectric layer is made of a low resistance conductor such as copper or silver. The In particular, the band-pass filter can be reduced in size by using a dielectric having a high dielectric constant.
このように導体パターンおよび誘電体層が交互に複数積層されてなる多層基板は、周知の多層セラミック技術によって形成されるもので、例えば、セラミックグリーンシートの表面に導電ペーストを塗布して各共振器を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成して形成される。なお、各誘電体層には複数の層にわたって、上下の導体パターンを接続するために必要なビアホール導体が適宣形成される。 A multilayer substrate in which a plurality of conductor patterns and dielectric layers are alternately laminated as described above is formed by a well-known multilayer ceramic technology. For example, a conductive paste is applied to the surface of a ceramic green sheet to form each resonator. Each of the conductor patterns constituting the film is formed and then laminated, thermocompression-bonded under a required pressure and temperature, and fired. In each dielectric layer, via-hole conductors necessary for connecting the upper and lower conductor patterns are appropriately formed across a plurality of layers.
図9は、図2に示すバンドパスフィルタを、誘電体多層基板の内部に形成した構造を具体的に示す断面図であり、図10は、このバンドパスフィルタの導体パターンの配列を示す、A−A端面を見た斜視図である(誘電体層の図示は省略している)。 FIG. 9 is a cross-sectional view specifically showing a structure in which the bandpass filter shown in FIG. 2 is formed inside a dielectric multilayer substrate, and FIG. 10 shows an arrangement of conductor patterns of this bandpass filter. -It is the perspective view which looked at the A end surface (illustration of the dielectric layer is omitted).
多層(3層以上)形成された誘電体層のうち、隣接する2層に、それぞれ共振器1,2を構成する導体パターンA1,A2が形成され、その上下の層に、各共振器1,2の端部を接地するためのグランド導体である接地パターンE1,E2が形成されている。なお、共振器1,2の導体パターンA1,A2が形成される層と、接地パターンE1,E2が形成される層とは、必ずしも上下に隣接している層である必要はない(2層以上離れていてもよい)。
Of the dielectric layers formed in multiple layers (three or more layers), conductor patterns A1 and A2 constituting the
接地パターンE1,E2と、共振器1,2を構成する導体パターンA1,A2とは、共振器1,2の接地端において、誘電体層を貫くビアホール導体5,6により接続されている。これにより、前記共振器1,2は接地端において接地される。
The ground patterns E1 and E2 and the conductor patterns A1 and A2 constituting the
なお、共振器1の入力端(又は共振器2の入力端)は、ビアホール導体8(7)を介して最上段の誘電体層(つまり誘電体基板の主面)に形成されたパッドに接続されている。このパッドには、チップ状の集中定数キャパシタ素子C1(C2)が接続される。 The input end of the resonator 1 (or the input end of the resonator 2) is connected to a pad formed on the uppermost dielectric layer (that is, the main surface of the dielectric substrate) via the via-hole conductor 8 (7). Has been. A chip-like lumped constant capacitor element C1 (C2) is connected to this pad.
共振器2の出力端(又は共振器1の出力端)も、入力端と同様、ビアホール導体7(8)を介して最上段の誘電体層の主面に形成されたパッド10,11に接続され、これらのパッド10,11にチップ状の集中定数キャパシタ素子C2(C1)が接続される。
Similarly to the input end, the output end of the resonator 2 (or the output end of the resonator 1) is also connected to
以上では、図2に示したバンドパスフィルタを想定して、断面図、斜視図を用いて説明したが、図1のバンドパスフィルタについても、共振器1,2の入出力端、接地端の位置が違うだけで、基本的には同様の構造をとることができる。そして、図3,図4のバンドパスフィルタでは、共振器1,2にキャパシタ素子C3,C4を接続するが、そのキャパシタ素子C3,C4と接地パターンE1,E2との接続構造も、上記の図9,図10について説明したのと同様、ビアホール導体を介して行うことができる。
In the above description, the band-pass filter shown in FIG. 2 is assumed and described using a cross-sectional view and a perspective view. However, the band-pass filter of FIG. Basically, the same structure can be taken only by different positions. 3 and 4, the capacitor elements C3 and C4 are connected to the
次に、図5〜図8に示した入出力線路を用いたバンドパスフィルタを、誘電体多層基板の内部に形成した構造の具体例を説明する。 Next, a specific example of a structure in which a band pass filter using the input / output lines shown in FIGS. 5 to 8 is formed inside a dielectric multilayer substrate will be described.
図5〜図8に示すバンドパスフィルタは、入力部及び出力部として、共振器1,2に結合された入力線路3及び出力線路4を含む構造を用いている。図5〜図8に示すバンドパスフィルタでは、入力線路3と出力線路4の間に挟まれた共振器1,2の端部を接地する必要がある。
5 to 8 uses a structure including an
そこで、各共振器1,2の端部を接地するためのグランド導体(接地パターン)を、共振器1,2及び入出力線路3,4を構成する各導体パターンの上下の誘電体層に設けるか、または、共振器1,2が形成されている誘電体層と同じ層に設けるなどの構造が採用できる。
Therefore, ground conductors (grounding patterns) for grounding the ends of the
図11〜図14に、共振器1,2の端部を接地するためのグランド導体(接地パターンE1,E2)を、共振器1,2と同じ誘電体層に設けた具体例を示す。
FIGS. 11 to 14 show specific examples in which ground conductors (ground patterns E1 and E2) for grounding the ends of the
図11は、入力線路3が設けられた誘電体層(1層)、共振器1,2が設けられた誘電体層(2層、3層)、出力線路4が設けられた誘電体層(4層)を分解して示す平面図である。このバンドパスフィルタの積層構造は、図5にて説明したバンドパスフィルタに対応するものである。
FIG. 11 shows a dielectric layer (one layer) provided with the
この構造によれば、2層、3層には、一部に「コ」の字状の空隙が形成された導体パターンが設けられることで、矩形状の共振器1,2が形成されるとともに、この共振器1,2の一端(接地端)のみが接地されるように、共振器1,2の周囲を囲んでグランド導体(接地パターンE1,E2)が形成されている。ここで、「コ」の字状の空隙とは、共振器1,2の周囲であって接地端以外の部分に形成された空隙である。
According to this structure, a
1層に設けられた入力線路3の幅W、2層に設けられた共振器1の幅、3層に設けられた共振器2の幅、4層に設けられた出力線路4の幅Wは、ともに略同一となっている。そして、1層に設けられた入力線路3の幅Wは、積層方向から見て、前記共振器1,2と重なりあう部分の端(信号入力端)Tにおいてステップ状に狭くなっている。狭くなった幅をWaで示す。また、4層には出力線路4が設けられているが、1層と同様、その幅Wは、積層方向から見て、前記共振器1,2と重なりあう部分の端(信号出力端)Tにおいてステップ状に狭くなっている。これにより、減衰極の制御ができるようになる。従って、減衰特性の改善に有利になる。
The width W of the
以上のように、図11の構造によれば、共振器1,2とグランド導体(接地パターンE1,E2)とを同一層に設けているので、共振器1,2を他の層の接地パターンとビアで接続しなくても、共振器1,2の端部が接地される。これにより、一度の工程で導体パターンを形成でき、製造工程が増えず製造容易であるという利点がある。
As described above, according to the structure shown in FIG. 11, the
また、図12は図6に対応するバンドパスフィルタの積層構造を示し、図13は図7に対応するバンドパスフィルタの積層構造を示し、図14は図8に対応するバンドパスフィルタの積層構造を示している。この構造も図11に示す構造と同様に、2層、3層には、一部に「コ」の字状の空隙が形成された導体パターンが設けられることで、矩形状の共振器1,2が形成されるとともに、この共振器1,2の一端(接地端)のみが接地されるように、共振器1,2の周囲を囲んで接地パターンE1,E2が形成されている。いずれの構造も、共振器1,2と接地パターンE1,E2は同一層に設けられるので、一度に形成でき、製造工程が増えず製造容易であるという利点がある。また入力線路3又は出力線路4の幅は、積層方向から見て、前記共振器1,2と重なりあう部分の端面Tにおいて、ステップ状に形成されているので、これにより、減衰極の制御ができるようになる。従って、減衰特性の改善に有利になる。
12 shows a laminated structure of the bandpass filter corresponding to FIG. 6, FIG. 13 shows a laminated structure of the bandpass filter corresponding to FIG. 7, and FIG. 14 shows a laminated structure of the bandpass filter corresponding to FIG. Is shown. Similarly to the structure shown in FIG. 11, this structure is also provided with a conductor pattern in which a “U” -shaped air gap is formed in a part of the second and third layers. 2 and ground patterns E1 and E2 are formed so as to surround the
なお、図11〜図14に示す構造は、空隙の幅(共振器と接地パターンとの距離)が広ければ、共振器の接地端に対する他端としての非接地端と、グランド導体における非接地端に近接する部位との間でのキャパシタンスは考慮する必要はない。しかし、空隙の幅が狭ければ、これらの間でのキャパシタンスが形成される構造になっており、後述の図15にも相当することとなる。ただし、この図15は具体的形態として図16や図17に示すように、共振器の接地端に対する他端としての非接地端と、グランド導体における非接地端に近接する部位との間にさらにキャパシタンスを付加する構成を想定した説明図である。 11 to 14, if the width of the gap (distance between the resonator and the ground pattern) is wide, the non-ground end as the other end with respect to the ground end of the resonator and the non-ground end in the ground conductor. There is no need to take into account the capacitance between the adjacent parts. However, if the width of the gap is narrow, a capacitance is formed between them, which corresponds to FIG. 15 described later. However, as shown in FIG. 16 and FIG. 17 as a concrete form, FIG. 15 is further provided between the non-grounded end as the other end with respect to the grounded end of the resonator and the portion near the non-grounded end of the ground conductor. It is explanatory drawing supposing the structure which adds a capacitance.
図15は、入力部及び出力部として共振器1に結合される入力線路3及び出力線路4を含む構造を用い、共振器1の非接地端とグランド導体との間にキャパシタンスが付加されているバンドパスフィルタの構造を示す断面図である。
15 uses a structure including an
この図15の構成では、図5の構造に、さらに共振器1の非接地端がキャパシタ素子Cを介して接地されている。この構成により、共振器1の実効長の一部がキャパシタ素子Cにより置換され、共振器1の信号伝搬方向の長さをλ/4よりも短縮することができる。また、後述する実施例のデータで示されるように、高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。具体的には、図38に示すように、14GHz程度においてS21が高次モード(この場合3λ/4モード)のために減衰できていないが、この構造を用いることで高次モードを高周波側へ移動させ、帯域外のS21特性を改善することができる。なお、このようにキャパシタンスを付加する方法は、図5〜図8までの構造に適用可能である。
In the configuration of FIG. 15, the non-grounded end of the
このキャパシタンスを付加してなる形態としては、具体的には、図16に示すように、接地パターンを段階的に幅が変化するステップ状に形成して、共振器1,2の周囲の接地端以外の部分に形成された空隙(「コ」の字状の空隙)のうちの非接地端寄りの領域の幅を狭く形成したものが挙げられる。この構造によれば、空隙の幅を狭くした領域でキャパシタンスが発生し、当該共振器1,2の信号伝搬方向の長さを図11に示す構造よりもさらに短縮することができる。また、高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。さらにこのステップ状構造により、共振器における接地端側と接地パターンとの空隙の幅を離すことで共振器のQ値を向上させることができる。
Specifically, as a form in which this capacitance is added, as shown in FIG. 16, a ground pattern is formed in a step shape whose width changes stepwise, and the ground ends around the
また、キャパシタンスを付加してなる形態としては、図17に示すように、図11のバンドパスフィルタの積層構造に対して、積層方向にキャパシタンスを形成させた構造のものが挙げられる。 Moreover, as a form to which capacitance is added, as shown in FIG. 17, a structure in which capacitance is formed in the stacking direction with respect to the bandpass filter stacking structure of FIG.
具体的には、共振器1における非接地端の上側または下側に近接して第一の導体91が設けられるとともに、第一の導体91とグランド導体(接地パターンE1)とを接続するビア導体51が設けられることにより、共振器1と第一の導体91との間でキャパシタンスが形成されるようになっている。この構造によれば、同一平面で形成されるキャパシタンスよりも大きなキャパシタンスを得ることができ、共振器1の信号伝搬方向の長さをさらに短縮することができる。また、高次モードもさらに高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。
Specifically, the
図18は、入力部及び出力部として共振器1に結合される入力線路3及び出力線路4を含む構造を用い、共振器1,2にインダクタンスを付加してなるバンドパスフィルタを示す断面図である。この図18の構成では、図5の構造に、例えば積層方向から見て共振器1の接地端側が非接地端側に比して狭くなるような形状にするなどにより、共振器1の接地端側にインダクタンスが付加されている(インダクタ素子Lを介して接地されている)。これにより、共振器1の実効長の一部がインダクタ素子Lにより置換され、共振器1の信号伝搬方向の長さを図11に示す構造よりも短縮することができる。また、図15に示すキャパシタンスを付加する方法と同様に、高次モードを高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。なお、このようにインダクタンスを付加する方法は、図5〜図8までの構造に適用可能である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a band-pass filter formed by adding an inductance to
具体的には、各共振器が、積層方向から見て、接地端側に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されたものであって、図19に示すものは、ステップ状に(段階的に)形成されている。この構造によれば、大きなインダクタンスを得ることができ、当該共振器1の信号伝搬方向の長さを図11に示す構造よりも短縮することができる。また、高次モードもさらに高周波側へ移動させることができ、帯域外の特性も改善することができる。
Specifically, each resonator is formed so as to be narrowed stepwise or continuously toward the ground end when viewed from the stacking direction, and the one shown in FIG. It is formed (in stages). According to this structure, a large inductance can be obtained, and the length of the
なお、キャパシタンスを付加する構造とインダクタンスを付加する構造とは、組み合わせて同時に用いられてもよい。 The structure for adding capacitance and the structure for adding inductance may be used in combination at the same time.
また、入力部と出力部との間に、電磁気的な結合手段として、換言すれば、回路的にはキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されているのが好ましい。例えば、バンドパスフィルタとして、入力線路、N段(図は3段)の共振器、出力線路を含む構造において、図20には入力線路と出力線路との間にキャパシタンス性の飛び越し結合を設けたものが示され、図21には入力線路と出力線路との間にインダクタンス性の飛び越し結合を設けたものが示されている。 Further, it is preferable that a capacitance or an inductance is added between the input unit and the output unit as an electromagnetic coupling means, in other words, as a circuit. For example, in a structure including an input line, an N-stage (three stages in the figure) resonator, and an output line as a bandpass filter, FIG. 20 includes a capacitive jump coupling between the input line and the output line. FIG. 21 shows a structure in which an inductance jumping coupling is provided between an input line and an output line.
このように、入力線路と出力線路との間にキャパシタンスやインダクタンスを付加して電磁気的な結合をさせることにより、通過帯域外であって通過帯域と帯域外との境界近傍に新たな減衰極を形成することができ、さらに急峻なスカート特性を得ることができる。 In this way, by adding capacitance and inductance between the input line and the output line to cause electromagnetic coupling, a new attenuation pole is formed outside the passband and near the boundary between the passband and the outband. It can be formed, and a steep skirt characteristic can be obtained.
上述の具体的構造としては、図22に示すように、入力線路3と同一平面上に第二の導体92が設けられ、出力線路4と同一平面上に第三の導体93が設けられ、第二の導体92と第三の導体93とを接続するビア導体51が設けられることにより、入力線路3と出力線路4との間にキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されている構造が挙げられる。この構造により、入力線路と出力線路との間は電磁気的に結合され、図20に示すキャパシタンスおよび図21に示すインダクタンスを併せ持つようになっている。このように、同一平面でエッジ結合をさせる構造の場合、弱い結合が得やすく高域側に減衰極を形成するのが容易であるという利点がある。この構造に対するシミュレーションの結果に関しては図39に示す。
As the specific structure described above, as shown in FIG. 22, the
また、図23および図24には、入力線路3の下側に近接して第二の導体92が設けられ、出力線路4の上側に近接して第三の導体93が設けられ、第二の導体92と第三の導体93とを接続するビア導体51が設けられることにより、入力線路3と出力線路4との間に電磁気的な結合手段としてキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されている構造が示されている。ここで、第二の導体92は入力線路3の幅の狭い領域3aと結合し、第三の導体93は出力線路4の幅の狭い領域4aと結合するようになっている。
23 and 24, a
なお、図23に示す構造では、第二の導体92および第三の導体93がグランド導体としての接地パターンE1につながっており、図24に示す構造では、第二の導体92および第三の導体93がグランド導体としての接地パターンE1につながっていないが、どちらも高域側の通過帯域外であって通過帯域と帯域外との境界近傍に新たな減衰極を形成することができ、急峻なスカート特性を得ることができる。特に、図24の場合には、図23と比較して減衰極を多く形成することができ、スカート特性および帯域外特性の改善に効果的である。
In the structure shown in FIG. 23, the
また、図25および図26には、入力線路3の上側に近接して第二の導体92が設けられ、出力線路4の下側に近接して第三の導体93が設けられ、第二の導体92と第三の導体93とを接続するビア導体51が設けられることにより、入力線路3と出力線路4との間にキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されている構造が示されている。ここで、第二の導体92は入力線路3の幅の広い領域と結合し、第三の導体93は出力線路4の幅の広い領域と結合するようになっている。この場合、図23および図24に示す構造とは異なり、低域側に減衰極を形成するのが容易であるという利点がある。
25 and 26, a
なお、第二の導体92および第三の導体93が、積層方向から見て、ビア導体51に接続される部位に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されているのが、インダクタンスを持たせ減衰極の位置を低域側にする点から望ましい。
The
また、任意の二個の共振器間に、電磁気的な結合手段としてキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されているのが好ましい。例えば、バンドパスフィルタとして、入力線路、3段の共振器、出力線路を含む構造において、図27には任意の二個の共振器間にキャパシタンス性の飛び越し結合を設けたものが示され、図28には任意の二個の共振器間にインダクタンス性の飛び越し結合を設けたものが示されている。このように、任意の二個の共振器間にキャパシタンスやインダクタンスを付加して電磁気的な結合をさせることにより、入力部と出力部との間に電磁気的な結合手段としてキャパシタンスまたはインダクタンスを付加するのと同様に、通過帯域外であって通過帯域と帯域外との境界近傍に新たな減衰極を形成することができ、さらに急峻なスカート特性を得ることができる。 Further, it is preferable that a capacitance or inductance is added as an electromagnetic coupling means between any two resonators. For example, in a structure including an input line, a three-stage resonator, and an output line as a band-pass filter, FIG. 27 shows a structure in which a capacitive jump coupling is provided between any two resonators. 28 shows a structure in which an inductive jump coupling is provided between any two resonators. In this way, by adding a capacitance or inductance between any two resonators for electromagnetic coupling, capacitance or inductance is added as an electromagnetic coupling means between the input unit and the output unit. Similarly to the above, it is possible to form a new attenuation pole outside the pass band and in the vicinity of the boundary between the pass band and the out band, and to obtain a steep skirt characteristic.
図27と図28に示したキャパシタンス性の結合およびインダクタンス性の結合は、同時に存在することも可能である。また、バンドパスフィルタの段数が増えた場合、その組み合わせも増すこととなる。例えば、5段フィルタを考えた場合、1段目の共振器と5段目の共振器に結合を持たせても良いし、2段目の共振器と4段目の共振器に結合を持たせても良い。また、場合によっては、入力線路と共振器との間や出力線路と共振器との間に、電磁気的な結合手段としてキャパシタンスまたはインダクタンスを付加してもよい。例えば、入力線路と2段目の共振器に飛び越し結合を持たせ、出力線路と4段目の共振器に飛び越し結合を持たせることができる。 The capacitive coupling and the inductive coupling shown in FIGS. 27 and 28 can exist simultaneously. Further, when the number of stages of the band pass filter is increased, the number of combinations is also increased. For example, when considering a five-stage filter, the first-stage resonator and the fifth-stage resonator may be coupled, or the second-stage resonator and the fourth-stage resonator may be coupled. May be allowed. In some cases, capacitance or inductance may be added as an electromagnetic coupling means between the input line and the resonator or between the output line and the resonator. For example, the input line and the second-stage resonator can have a jump coupling, and the output line and the fourth-stage resonator can have a jump coupling.
上述の具体的構造としては、各共振器のうちの任意の一個の共振器と同一平面上に第四の導体94が設けられ、前記任意の一個の共振器とは異なる共振器と同一平面上に第五の導体95が設けられ、前記第四の導体94と前記第五の導体95とを接続するビア導体51が設けられることにより、前記任意の二個の共振器間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されている構造が挙げられる。このような構造は、入力線路3と出力線路4との間にキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されている構造としてすでに述べた図24に示す構造にも相当する。すなわち、図24に示す構造における第二の導体92および第三の導体93は、これらと同一平面上に配置された共振器との間においてもキャパシタンス、インダクタンスの電磁気的な結合が付加された構造になっている。
As the specific structure described above, the
また、図29に示すように、各共振器のうちの任意の一個の共振器の上側または下側に近接して第四の導体94が設けられ、前記任意の一個の共振器とは異なる共振器の上側または下側に近接して第五の導体95が設けられ、前記第四の導体94と前記第五の導体95とを接続するビア導体51が設けられることにより、前記任意の二個の共振器間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されている構造が挙げられる。この構造により、任意の共振器間は電磁気的に結合され、図27に示すキャパシタンスおよび図28に示すインダクタンスを併せ持つようになっている。この場合、図25および図26に示す構造と同様に、低域側に減衰極を形成するのが容易であるという利点がある。
Further, as shown in FIG. 29, a
なお、第四の導体94および第五の導体95が、積層方向から見て、ビア導体51に接続される部位に向かって段階的または連続的に狭くなるように形成されているのが、インダクタンスを持たせ減衰極の位置を低域側にする点から望ましい。
The
いままで述べた構成の組み合わせの一例として、図30には図19、図22、図29の構成が組み合わされた例を示している。このものは、各共振器が、積層方向から見て接地端側に向かってステップ状に(段階的に)形成されている。また、入力線路3と同一平面上に第二の導体92が設けられ、出力線路4と同一平面上に第三の導体93が設けられ、第二の導体92と第三の導体93とを接続するビア導体51が設けられることにより、入力線路3と出力線路4との間にキャパシタンスまたはインダクタンスが付加されている。さらに、各共振器のうちの任意の一個の共振器の上側または下側に近接して第四の導体94が設けられ、前記任意の一個の共振器とは異なる共振器の上側または下側に近接して第五の導体95が設けられ、前記第四の導体94と前記第五の導体95とを接続するビア導体51が設けられることにより、前記任意の二個の共振器間に前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスが付加されている。
As an example of the combination of the configurations described so far, FIG. 30 shows an example in which the configurations of FIGS. 19, 22, and 29 are combined. In this device, each resonator is formed in a step shape (stepwise) toward the ground end side when viewed from the stacking direction. The
ここで、図30に示す実施形態においては、1層目の入力線路3と3層目の第四の導体94との間に、2層目として一個の共振器1が設けられているが、この共振器1とグランド導体としての接地パターンE1との間の間隙を介して、入力線路3と第四の導体94とが不要な結合を起こして共振が発生してしまい、帯域外に不要な共振ピークが発生してしまうことがある。このことは、9層目の出力線路4と7層目の第五の導体95との間でも同様に起こることである。
Here, in the embodiment shown in FIG. 30, one
そこで、図31に示すように、2層目の共振器1により第四の導体94が入力線路3から覆われ、8層目の共振器1により第五の導体95が出力線路4から覆われるように形成されているのが好ましい。ここで、覆われているとは、入力線路3から見て2層目における共振器1とグランド導体としての接地パターンE1との間の間隙を介して3層目における第四の導体94が露出するような位置に形成されていないことをいい、また出力線路4から見て8層目における共振器1とグランド導体としての接地パターンE1との間の間隙を介して7層目における第五の導体95が露出するような位置に形成されていないことをいう。このとき、第四の導体94は4層目の共振器1の内部に独立して形成された線路状の第六の導体96の一端にビア導体で接続され、第五の導体95は6層目の共振器の内部に独立して形成された線路状の第七の導体97の一端にビア導体で接続され、第六の導体96と第七の導体97の他端同士がビア導体で接続される。このようにすることで、入力線路3と第四の導体94の間および出力線路4と第五の導体95の間の不要な結合を抑えることができる。なお、独立してとは、第六の導体96または第七の導体97が、この周囲に形成されたスリットにより、共振器1とは分離されていることを意味するものである。
Therefore, as shown in FIG. 31, the
さらに、図32に示すように、入力線路3から見て2層目における共振器1とグランド導体としての接地パターンE1との間の間隙を介して4層目における第六の導体96が露出しないように、図31に示す3層目の接地パターンE1の形状を図32に示す突起部E11を設けた形状に変更しこの突起部E11で第六の導体96が覆われるようにするとともに、出力線路4から見て8層目における共振器1とグランド導体としての接地パターンE1との間の間隙を介して6層目における第七の導体97が露出しないように、図31に示す7層目の接地パターンE1の形状を図32に示す突起部E11を設けた形状に変更しこの突起部E11で第七の導体97が覆われるようにするのが好ましい。
Further, as shown in FIG. 32, the
このような構造にすることで、図30に示した構造よりも優れた帯域外特性と低域側および高域側の減衰極の形成を実現することができる。 With such a structure, it is possible to realize out-of-band characteristics and formation of attenuation poles on the low-frequency side and the high-frequency side that are superior to the structure shown in FIG.
次に、積層して配置された共振器1,2を、横に2列構成した他の実施形態を説明する。
Next, another embodiment in which the
図33は、この構造のバンドパスフィルタを示す説明図であり、図34は、図33の具体例として、入力線路3及び出力線路4が設けられた誘電体層(1層)、共振器1a,2aが設けられた誘電体層(2層)、共振器1b,2bが設けられた誘電体層(3層)、結合導体が設けられた誘電体層(4層)を分解して示す平面図である。
FIG. 33 is an explanatory view showing a band-pass filter having this structure, and FIG. 34 shows a dielectric layer (one layer) provided with the
この構造によれば、1層に入力線路3と出力線路4とが形成され、入力線路3、出力線路4の幅Wは、その信号入力端、信号出力端においてステップ状に狭くなっている。
According to this structure, the
また2層には、全面に接地パターンE1が形成されているとともに、接地パターンE1の各列に対応する部分に「コ」の字状の空隙を設けて共振器1a,2aを形成している。また3層には、全面に接地パターンE2が形成されているとともに、接地パターンE2の各列に対応する部分に「コ」の字状の空隙を設けて共振器1b,2bを形成している。なお、「コ」の字状の空隙とは、共振器1,2の周囲であって接地端以外の部分に形成された空隙のことをいうものである。
In the two layers, a ground pattern E1 is formed on the entire surface, and
4層には、誘電体層の全面に設けられた接地パターンE3に四角枠状の空隙を形成している。この溝の内部が結合導体12となる。結合導体12は、いずれの導体とも接続されない構造となっている。この結合導体12の信号伝搬方向の長さは、通過帯域の略中心周波数における誘電体層内部の伝搬波長をλとすると、基本的にλ/2である。この結合導体12は、最下面の共振器1b,2b同士を結合する機能を持つ。
In the four layers, a square frame-shaped gap is formed in the ground pattern E3 provided on the entire surface of the dielectric layer. The inside of this groove becomes the
以上に説明したように、図5と同様のバンドパスフィルタを横に2列構成して、結合導体12によって、信号を折り返すようにしている。
As described above, band-pass filters similar to those in FIG. 5 are configured in two horizontal rows so that signals are folded back by the
したがって、バンドパスフィルタの高さを半分にできるので、これを搭載する無線通信装置の低背化を実現できる。それととともに、入力線路3と出力線路4とを同一誘電体上に形成することができるので、入出力信号の出し入れが簡単になる。
Therefore, since the height of the bandpass filter can be halved, it is possible to realize a reduction in the height of the wireless communication apparatus in which the bandpass filter is mounted. At the same time, since the
最後に、以上に説明したバンドパスフィルタを搭載する無線通信機器の構成例を、図35に示す。 Finally, FIG. 35 shows a configuration example of a wireless communication device equipped with the bandpass filter described above.
図35によれば、無線通信機器は、ベースバンド信号を処理するベースバンドIC25、高周波信号を処理するRFIC24、平衡信号と不平衡信号を変換するバラン23、本発明のバンドパスフィルタ22、送受信を切り替える高周波スイッチ21及びアンテナより構成される。
According to FIG. 35, the wireless communication device includes a
前記RFIC24は、ベースバンドIC25より取得される送信信号の周波数変換、高周波増幅を行うとともに、受信信号の低雑音増幅を行う。前記高周波スイッチ21は、送信と受信との経路を時間的に切り換えるスイッチである。
The
バンドパスフィルタ22は、UWBの送受信信号の帯域を通過させ、帯域外の信号をシャープに減衰させる帯域通過フィルタとして機能する。この機能により、送受信信号を減衰させることなく、他のシステムとの相互干渉を防止することができる。
The band-
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれまで述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described so far, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
図1のフィルタの上下に接地導体を設けた構成にて、バンドパスフィルタの通過特性S21及び反射特性S11を、シミュレーションソフトを使って算出した。算出条件は、誘電体の比誘電率9.4、キャパシタC1=C2=0.6pF、共振器1,2の長さL=4mm,共振器1,2間の距離S=0.06mm,上下の接地導体間の距離D=0.9mm、共振器1,2の幅W=0.1mmとした(各部の寸法は図10参照)。
With the configuration in which ground conductors are provided above and below the filter of FIG. 1, the pass characteristic S21 and the reflection characteristic S11 of the bandpass filter were calculated using simulation software. The calculation conditions are dielectric constant 9.4, capacitor C1 = C2 = 0.6 pF, length L of
その結果を図36のグラフに示す。グラフの横軸は周波数、縦軸は減衰量を表す。 The result is shown in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph represents frequency, and the vertical axis represents attenuation.
図36によると、3.16GHzから4.75GHzの約1.5GHzの通過帯域内で通過損失が1.5dB未満であることが示されている。また、約6GHz近傍に減衰極が発生している。さらに5.75GHz以上においても、10GHzまでにわたって8dBの減衰量を呈していることが示されている。 FIG. 36 shows that the pass loss is less than 1.5 dB within the pass band of about 1.5 GHz from 3.16 GHz to 4.75 GHz. An attenuation pole is generated in the vicinity of about 6 GHz. Furthermore, even at 5.75 GHz or more, it is shown that the attenuation amount is 8 dB over 10 GHz.
したがって、本発明により、1.5GHzの広帯域において低損失かつ、急峻な減衰特性を持つフィルタが実現できることが理解できる。また、フィルタの厚みDは0.9mmと十分低いので、低背の無線通信機器に搭載できる。 Therefore, it can be understood that the present invention can realize a filter having a low loss and a steep attenuation characteristic in a wide band of 1.5 GHz. Further, since the filter thickness D is sufficiently low, 0.9 mm, it can be mounted on a low-profile wireless communication device.
図37は、図2の入出力端が反対側にあるバンドパスフィルタを上下の接地導体間に挟んだ場合の、通過特性S21及び反射特性S11を示すグラフである。算出条件は、誘電体の比誘電率9.4、キャパシタC1=C2=3pF、共振器1,2の長さL=4mm,共振器1,2間の距離S=0.06mm,上下の接地導体間の距離D=0.9mm、共振器1,2の幅W=0.1mmとした。
FIG. 37 is a graph showing the pass characteristic S21 and the reflection characteristic S11 when the band-pass filter having the input / output end of FIG. 2 on the opposite side is sandwiched between the upper and lower ground conductors. The calculation conditions are: dielectric constant 9.4 of the dielectric, capacitor C1 = C2 = 3 pF, length L of the
図37のグラフによれば、図36に比べて通過帯域がさらに広くなっている。通過帯域内で通過損失が1.5dB未満であることが示されている。また、通過帯域外の減衰量も十分な値が得られている。このように広帯域が実現されたのは、共振器1,2の接地端が互い違いとなるように配置していることにより、共振器どうしの結合量が増大したためと考えられる。
According to the graph of FIG. 37, the pass band is further wider than that of FIG. It is shown that the pass loss is less than 1.5 dB within the passband. A sufficient amount of attenuation outside the passband is also obtained. The reason why the broadband is realized in this way is considered to be that the amount of coupling between the resonators is increased by arranging the ground ends of the
図38は、図3の入出力端が同一側にあり、共振器1,2の非接地端が、集中定数キャパシタ素子C1,C2を介して接地されているバンドパスフィルタを上下の接地導体間に挟んだ場合の、通過特性S21及び反射特性S11のグラフである。算出条件は、誘電体の比誘電率9.4、キャパシタC1=C2=0.8pF、キャパシタC3=C4=0.2pF、共振器1,2間の距離S=0.06mm,上下の接地導体間の距離Dは0.9mm、共振器1,2の幅W=0.1mmとした。ただし、共振器1,2の長さLは、4mmよりも短い値3.5mmとした。
FIG. 38 shows a band-pass filter in which the input / output ends of FIG. 3 are on the same side and the ungrounded ends of the
図38のグラフによれば、図36に比べて広帯域化が実現できている。また、共振器1,2の長さLを短くできることから、このバンドパスフィルタが搭載される無線通信機器の小型化に、さらに有利になると考えられる。
According to the graph of FIG. 38, a wider band can be realized as compared with FIG. Moreover, since the length L of the
図39は、信号の入力部及び出力部として、共振器1,2に結合された入力線路3及び出力線路4を用い、かつ接地パターンE1,E2を、共振器1,2を形成されている誘電体層上に形成したバンドパスフィルタ、すなわち図5及び図11の構成のバンドパスフィルタの通過特性S21及び反射特性S11のグラフを示す。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、共振器1,2の長さL=7mm、入出力線路3及び共振器1の距離 0.51mm、共振器1,2間の距離S=0.51mm,共振器2及び入出力線路4の距離 0.51mm、上下の入出力線路3,4間の距離Dは1.55mm、入出力線路3,4及び共振器1,2の幅W=3.8mm、Wa=1.6mmとした。
In FIG. 39, the
図39のグラフによれば、通過帯域において、3dB程度の通過減衰量があるものの、広帯域の通過特性が得られていることが分かる。 According to the graph of FIG. 39, it can be seen that a wide band pass characteristic is obtained although there is a pass attenuation amount of about 3 dB in the pass band.
図40は、図33及び図34に示す、上下2段に配置された共振器を、横に2列構成したバンドパスフィルタの通過特性S21及び反射特性S11のグラフである。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、共振器1,2の長さL=7mm、入出力線路3及び共振器1の距離0.51mm、共振器1,2間の距離S=0.51mm,共振器2及び入出力線路4の距離0.51mm、上下の入出力線路3,4間の距離Dは1.55mm、入出力線路3,4及び共振器1,2の幅W=3.8mm、Wa=1.6mmとした。
FIG. 40 is a graph of the pass characteristic S21 and the reflection characteristic S11 of the bandpass filter in which the resonators shown in FIGS. 33 and 34 are arranged in two rows in the upper and lower stages. The calculation conditions are as follows: the relative permittivity of the dielectric material 2.2, the length L of the
図40のグラフによれば、通過帯域の損失が低下しているものの、広帯域の通過特性が得られると同時に、帯域外の減衰特性が急峻性を増していることがわかる。 According to the graph of FIG. 40, it can be seen that although the loss of the pass band is reduced, a wide band pass characteristic is obtained, and at the same time, the attenuation characteristic outside the band increases the steepness.
図41は、信号の入力部及び出力部として、共振器1に結合された入力線路3及び出力線路4を用い、かつ接地パターンE1を、共振器1を形成されている誘電体層上に形成し、各共振器にインダクタンスを付加したバンドパスフィルタ、すなわち図18及び図19に示す構成の5段フィルタの通過特性S21のグラフを示す。ここで、図19に示す構成とは、各共振器が、積層方向から見て、接地端側に向かってステップ状に(段階的に)形成されたものである。なお、比較のため、新たな減衰極を形成していない図11に示す構造(図19の電極のステップがない構造)の5段フィルタの計算結果を併せて示す。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、従来の共振器1の長さ=7mm、ステップ形成の共振器の長さL=5.5mm(内ステップ部W0=0.6mm、L0=0.4mm)、入力線路3及び共振器1の距離 0.2mm、共振器間の距離S=0.65mm,共振器及び出力線路4の距離 0.2mm、入出力線路3,4及び共振器1の幅W=3.2mm、Wa=0.6mm、長さL=5.5mmとした。
In FIG. 41, the
図19の構造にすることで、共振器長に関しては、図11に示す構造よりも1.5mm短縮し、小型化することができる。また、図41のグラフによれば、高域側の帯域外特性が大きく改善されている。例えば、この場合、−20dB以下の減衰域は、図11に示す構造は15GHzまでだったのに対して図19の構造にすることで19GHzまで改善されている。 With the structure of FIG. 19, the resonator length can be reduced by 1.5 mm compared to the structure shown in FIG. Moreover, according to the graph of FIG. 41, the out-of-band characteristic on the high frequency side is greatly improved. For example, in this case, the attenuation range of −20 dB or less is improved to 19 GHz by adopting the structure of FIG. 19 while the structure shown in FIG. 11 is up to 15 GHz.
図42は、信号の入力部及び出力部として、共振器1に結合された入力線路3及び出力線路4を用い、共振器1を取り囲むように接地パターンE1を形成し、入力線路3および出力線路4のそれぞれの同一平面上に導体を形成するとともにこれらをビア導体51で接続して入力と出力が結合されているバンドパスフィルタ、すなわち図22の構成の5段バンドパスフィルタの通過特性S21のグラフを示す。ここで、比較のため、新たな減衰極を形成していない図13に示す構造(図22の第二の導体92、第三の導体93、ビア導体がない構造)の5段フィルタの計算結果を併せて示す。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、共振器1の長さL=7mm、入出力線路3及び共振器1の距離 0.2mm、共振器間の距離S=0.75mm,入出力線路3,4及び共振器1の幅W=3.4mm、Wa=0.6mm、電極9の幅W=0.8mm、長さL=0.7mm、電極9と入力線路3および出力線路4との距離g=0.7mmとした。
In FIG. 42, an
図42のグラフによれば、図22に示す構造では高域側に新たな減衰極が形成され、図13に示す構造に比べて急峻なスカート特性が達成できている。この手法を用いることで少ない段数で急峻なスカート特性を得ることが可能となり、小型化、低損失化に有効である。 According to the graph of FIG. 42, a new attenuation pole is formed on the high frequency side in the structure shown in FIG. 22, and a steep skirt characteristic can be achieved as compared with the structure shown in FIG. By using this method, it is possible to obtain a steep skirt characteristic with a small number of steps, which is effective for miniaturization and low loss.
図43は、信号の入力部及び出力部として、共振器1に結合された入力線路3及び出力線路4を用い、共振器1を取り囲むように接地パターンE1を形成し、任意の共振器の上側または下側に近接して導体を形成するとともにこの共振器と異なる共振器の上側または下側に近接して導体を形成し、これらをビア導体51で接続してなるバンドパスフィルタ、すなわち図29の構成の5段バンドパスフィルタの通過特性S21のグラフを示す。ここで、比較のため、新たな減衰極を形成していない図13に示す構造(図25の第四の導体94、第五の導体95、ビア導体51がない構造)の5段フィルタの計算結果を併せて示す。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、共振器1の長さL=7mm、入出力線路3及び共振器1の距離 0.2mm、共振器間の距離S=0.75mm,入出力線路3,4及び共振器1の幅W=3.4mm、Wa=0.6mm、電極9の幅W=3.4mm、長さL=6.6mm、電極9と4層目および7層目の共振器1との距離d=0.2mmとした。
In FIG. 43, the
図43のグラフによれば、図29に示す構造では低域側に新たな減衰極が形成され、図13に示す構造に比べて急峻なスカート特性が達成できている。この手法を用いることで少ない段数で急峻なスカート特性を得ることが可能となり、小型化、低損失化に有効である。 According to the graph of FIG. 43, a new attenuation pole is formed on the low frequency side in the structure shown in FIG. 29, and a steep skirt characteristic can be achieved as compared with the structure shown in FIG. By using this method, it is possible to obtain a steep skirt characteristic with a small number of steps, which is effective for miniaturization and low loss.
また、さらに図22の構造と図29の構造を作ることにより高域側と低域側に減衰極が形成でき、急峻なスカート特性を得ることが可能である。 Further, by making the structure of FIG. 22 and the structure of FIG. 29, attenuation poles can be formed on the high frequency side and the low frequency side, and steep skirt characteristics can be obtained.
さらに、図30に示したパターン構造のバンドパスフィルタの通過特性S21を、シミュレーションソフトを使って算出した。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、ステップ形成の共振器1の長さL=5.2mm、幅W=3.2mm(内ステップ部の幅W0=1.1mm、長さL0=0.4mm)、入力線路3及び共振器1の距離 0.2mm、共振器間の距離S=0.65mm,共振器及び出力線路4の距離 0.2mm、入出力線路3,4の幅W=3.2mm、長さL=5.4mm、入出力線路3a,4aの幅Wa=0.6mmとした。また、電極92、93の長さLg=0.7mm、幅Wg=1.0mmと入力線路3および出力線路4との距離g=0.5mmとした。第四の導体94、第五の導体95の幅W=3.0mm、長さL=4.4mm、また、線路2はW=0.1mm、長さL=1.2mm、第四の導体94、第五の導体95と4層目および6層目の共振器1との距離d=0.2mmとした。
Furthermore, the pass characteristic S21 of the bandpass filter having the pattern structure shown in FIG. 30 was calculated using simulation software. The calculation conditions are as follows: relative permittivity of dielectric: 2.2, length L of step-forming
一方、本発明の図32に示した構造のバンドパスフィルタの通過特性S21を、シミュレーションソフトを使って算出した。算出条件は、誘電体の比誘電率2.2、ステップ形成の共振器1の長さL=5.2mm、幅W=3.2mm(内ステップ部の幅W0=1.2mm、長さL0=0.4mm)、入力線路3及び共振器1の距離 0.2mm、共振器間の距離S=0.65mm,共振器及び出力線路4の距離 0.2mm、入出力線路3,4の幅W=3.2mm、長さL=5.4mm、入出力線路3a,4aの幅Wa=0.6mmとした。また、第二の導体92、第三の導体93の長さLg=0.6mm、幅Wg=1.0mmと入力線路3および出力線路4との距離g=0.5mmとした。第四の導体94、第五の導体95の幅W=3.0mm、長さL=3.6mm、また、4層目の第六の導体96および6層目の第七の導体97はW=0.2mm、長さL=2.0mm、第四の導体94、第五の導体95と4層目および6層目の共振器1との距離d=0.2mmとした。また、3層目および7層目の突起部E11の大きさは、幅W=1.2mm、長さL=0.8mmとした。
これらの計算結果を図44に示す。
On the other hand, the pass characteristic S21 of the bandpass filter having the structure shown in FIG. 32 of the present invention was calculated using simulation software. The calculation conditions are as follows: relative permittivity of dielectric: 2.2, length L of step-forming
The calculation results are shown in FIG.
図44のグラフによれば、図30と図32のどちらの構造を用いても低域側および高域側に減衰極が形成され、急峻なスカート特性が達成できている。この手法を用いることで少ない段数で急峻なスカート特性を得ることが可能となり、小型化、低損失化に有効である。しかしながら、図30に示す構造では、帯域外に鋭い共振ピークが発生し、帯域外特性をやや劣化させている。一方、図32に示す構造では、この共振ピークを抑制し、広範囲に渡り、良好な帯域外特性が達成されている。 According to the graph of FIG. 44, attenuation poles are formed on the low-frequency side and the high-frequency side regardless of which structure of FIGS. 30 and 32 is used, and a steep skirt characteristic can be achieved. By using this method, it is possible to obtain a steep skirt characteristic with a small number of steps, which is effective for miniaturization and low loss. However, in the structure shown in FIG. 30, a sharp resonance peak is generated outside the band, and the out-of-band characteristics are slightly deteriorated. On the other hand, in the structure shown in FIG. 32, this resonance peak is suppressed, and good out-of-band characteristics are achieved over a wide range.
1,2:共振器
3:入力線路
4:出力線路
5,6,7,8:ビアホール導体
51:ビア導体
91:第一の導体
92:第二の導体
93:第三の導体
94:第四の導体
95:第五の導体
96:第六の導体
97:第七の導体
10,11 パッド
21 高周波スイッチ
22 バンドパスフィルタ
23 バラン
24 RFIC
25 ベースバンドIC
A1,A2 導体パターン
E1,E2 接地パターン
1, 2: Resonator 3: Input line 4:
25 Baseband IC
A1, A2 Conductor pattern E1, E2 Ground pattern
Claims (25)
N個の共振器から選ばれた2個の共振器のそれぞれに結合される入力部と出力部とを具備し、
前記N個の各共振器の一端(接地端)は接地され、
前記N個の各共振器の信号伝搬方向の長さが、通過帯域の略中心周波数における前記誘電体層内部の伝搬波長をλとすると基本的にλ/4であることを特徴とするバンドパスフィルタ。 N (N ≧ 2) resonators in which a plurality of conductor patterns and dielectric layers are alternately stacked, at least partially overlapping when viewed from the stacking direction and electromagnetically coupled to each other;
An input unit and an output unit coupled to each of the two resonators selected from the N resonators;
One end (ground end) of each of the N resonators is grounded,
A bandpass characterized in that the length of the signal propagation direction of each of the N resonators is basically λ / 4 where λ is a propagation wavelength inside the dielectric layer at a substantially center frequency of a pass band. filter.
各列を構成する共振器の積層数は同数であり、
前記入力部に結合される共振器及び前記出力部に結合される共振器は、各列の最上面に配置され、
最下面の共振器同士を結合するための結合導体が、2列にまたがって配置されたことを特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。 The laminated structure composed of the N resonators is configured in two horizontal rows,
The number of stacked resonators constituting each row is the same,
The resonator coupled to the input unit and the resonator coupled to the output unit are disposed on the top surface of each row,
The band-pass filter according to any one of claims 1 to 21, wherein coupling conductors for coupling the resonators on the bottom surface are arranged in two rows.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006019584A JP4511478B2 (en) | 2005-04-25 | 2006-01-27 | BANDPASS FILTER, HIGH FREQUENCY MODULE, AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005126823 | 2005-04-25 | ||
JP2005256301 | 2005-09-05 | ||
JP2006019584A JP4511478B2 (en) | 2005-04-25 | 2006-01-27 | BANDPASS FILTER, HIGH FREQUENCY MODULE, AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007097113A true JP2007097113A (en) | 2007-04-12 |
JP4511478B2 JP4511478B2 (en) | 2010-07-28 |
Family
ID=37982197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006019584A Expired - Fee Related JP4511478B2 (en) | 2005-04-25 | 2006-01-27 | BANDPASS FILTER, HIGH FREQUENCY MODULE, AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4511478B2 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009016883A1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Kyocera Corporation | Bandpass filter, and radio communication module and radio communication device using same |
JP2010034634A (en) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Ntt Docomo Inc | Multi-band resonator, and multi-band filter |
WO2010050329A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 京セラ株式会社 | Bandpass filter, radio communication module and radio communication device using the bandpass filter |
JP2014225830A (en) * | 2013-05-17 | 2014-12-04 | 太陽誘電株式会社 | High frequency filter and high frequency module equipped with the same |
JP2018129597A (en) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | High frequency circuit board |
CN113056872A (en) * | 2018-11-27 | 2021-06-29 | 三菱电机株式会社 | Coupling loop circuit, noise filter circuit, and circuit generation method |
CN114678669A (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | Tdk株式会社 | Band-pass filter |
CN117579017A (en) * | 2023-01-19 | 2024-02-20 | 北京芯溪半导体科技有限公司 | Filter, filter design method and communication equipment |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63128801A (en) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Filter |
JPH02106701U (en) * | 1989-02-10 | 1990-08-24 | ||
JPH04246901A (en) * | 1991-01-31 | 1992-09-02 | Tdk Corp | High frequency filter |
JPH06120705A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-28 | Ngk Insulators Ltd | Lamination type dielectric filter |
JPH06132704A (en) * | 1992-10-21 | 1994-05-13 | Ngk Insulators Ltd | Laminated dielectric filter |
JPH06252603A (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-09 | Ngk Insulators Ltd | Laminated dielectric filter |
JPH09307306A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | Microwave filter and its designing method |
JPH1013105A (en) * | 1996-06-27 | 1998-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | High-frequency filter |
JP2004179911A (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Kyocera Corp | Dielectric resonator |
-
2006
- 2006-01-27 JP JP2006019584A patent/JP4511478B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63128801A (en) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Filter |
JPH02106701U (en) * | 1989-02-10 | 1990-08-24 | ||
JPH04246901A (en) * | 1991-01-31 | 1992-09-02 | Tdk Corp | High frequency filter |
JPH06120705A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-28 | Ngk Insulators Ltd | Lamination type dielectric filter |
JPH06132704A (en) * | 1992-10-21 | 1994-05-13 | Ngk Insulators Ltd | Laminated dielectric filter |
JPH06252603A (en) * | 1993-03-01 | 1994-09-09 | Ngk Insulators Ltd | Laminated dielectric filter |
JPH09307306A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Mitsubishi Electric Corp | Microwave filter and its designing method |
JPH1013105A (en) * | 1996-06-27 | 1998-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | High-frequency filter |
JP2004179911A (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Kyocera Corp | Dielectric resonator |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009016883A1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Kyocera Corporation | Bandpass filter, and radio communication module and radio communication device using same |
US8260242B2 (en) | 2007-07-27 | 2012-09-04 | Kyocera Corporation | Bandpass filter, and radio communication module and radio communication device using same |
JP2010034634A (en) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Ntt Docomo Inc | Multi-band resonator, and multi-band filter |
WO2010050329A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 京セラ株式会社 | Bandpass filter, radio communication module and radio communication device using the bandpass filter |
JP2010109549A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Kyocera Corp | Bandpass filter, wireless communication module using it, and wireless communication device |
US8674898B2 (en) | 2008-10-29 | 2014-03-18 | Kyocera Corporation | Bandpass filter, radio communication module and radio communication device using the bandpass filter |
JP2014225830A (en) * | 2013-05-17 | 2014-12-04 | 太陽誘電株式会社 | High frequency filter and high frequency module equipped with the same |
US9859861B2 (en) | 2013-05-17 | 2018-01-02 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | High frequency filter and high frequency module equipped with same |
JP2018129597A (en) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 古河電気工業株式会社 | High frequency circuit board |
CN113056872A (en) * | 2018-11-27 | 2021-06-29 | 三菱电机株式会社 | Coupling loop circuit, noise filter circuit, and circuit generation method |
CN114678669A (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | Tdk株式会社 | Band-pass filter |
CN117579017A (en) * | 2023-01-19 | 2024-02-20 | 北京芯溪半导体科技有限公司 | Filter, filter design method and communication equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4511478B2 (en) | 2010-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4523478B2 (en) | Band-pass filter, high-frequency module, and wireless communication device using the same | |
JP4579198B2 (en) | Multilayer bandpass filter | |
US7652548B2 (en) | Bandpass filter, high-frequency module, and wireless communications equipment | |
KR101610212B1 (en) | Band-pass filter, high-frequency part, and communication device | |
JP4511478B2 (en) | BANDPASS FILTER, HIGH FREQUENCY MODULE, AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME | |
JP5532604B2 (en) | Multilayer bandpass filter, high-frequency component, and communication device using them | |
US7468643B2 (en) | Bandpass filter and wireless communications equipment using same | |
US20100219915A1 (en) | Bandpass Filter, and Wireless Communication Module and Wireless Communication Apparatus Which Employ the Bandpass Filter | |
JP3223848B2 (en) | High frequency components | |
US20060103488A1 (en) | Duplexer, and laminate-type high-frequency device and communication equipment using the same | |
US20050073375A1 (en) | Single chip-type film bulk acoustic resonator duplexer | |
US8120446B2 (en) | Electronic component | |
JP5804076B2 (en) | LC filter circuit and high frequency module | |
JP2007318661A (en) | Bandpass filter, high frequency module using the same and radio communication device using the same | |
JP2010041316A (en) | High-pass filter, high frequency module, and communication equipment using the same | |
JP4926031B2 (en) | Filter device | |
JP2009105865A (en) | Filter device | |
JP2007195126A (en) | Band-pass filter and wireless communication equipment using the same | |
JP7237247B2 (en) | Resonators and high frequency filters | |
JP5729636B2 (en) | Band pass filter and composite parts using the same | |
JP2002164710A (en) | Laminated duplexer | |
JP4610584B2 (en) | BANDPASS FILTER, RADIO COMMUNICATION MODULE AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME | |
JP4140033B2 (en) | High frequency components | |
JP2009232168A (en) | Diplexer, and wireless communication module and wireless communication device using the same | |
JP2002198702A (en) | High frequency filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080717 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090421 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090619 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090818 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100406 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100506 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4511478 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |