JP2008099064A - 高周波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】通過帯域よりも僅かに低域側で急激に減衰するトラップを形成でき、２．１７ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯との間で急激に減衰させる周波数特性を有する高周波フィルタを実現すること。
【解決手段】入力端子１と出力端子２との間に第１の複同調回路３及び第２の複同調回路４がシリーズに配置され、第１の複同調回路３と第２の複同調回路４との間が結合コンデンサ分割回路５を介して接続されたバンドパスフィルタを構成する。結合コンデンサ分割回路５では、第１の複同調回路３の他端となるインダクタ素子８の一端を第２結合コンデンサ１９を介して第１結合コンデンサ１８の他端に接続し、第２の複同調回路４の他端となるインダクタ素子１１の一端を第３結合コンデンサ２０を介して第１結合コンデンサ１８の一端に接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、低域側に急峻な減衰特性を持たせたバンドパスフィルタ等に用いることのできる高周波フィルタに関する。

近年、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に代表される無線ＬＡＮによるデータ通信が広く一般化しており、携帯電話等の無線携帯端末にも搭載されるようになってきた。図８は無線ＬＡＮ及び携帯電話用の各無線モジュールを１筐体内に収容した携帯電話の構成例を示す機能ブロック図である。筐体１００には携帯電話用の無線モジュール１０１と無線ＬＡＮ用の無線モジュール１０２とが収納されている。なお、アプリケーションＩＣ１０３を介してモニタ１０４、スピーカ１０５、マイク１０６及びキーパッド１０７等のデバイスが接続されている。

携帯電話用の無線モジュール１０１では、アンテナ１１０で受信された高周波信号がデュプレクサ１１１にて受信側高周波増幅回路１１２を経由して受信回路１１３へ入力される。また、アプリケーションＩＣ１０３から送信データがベースバンド処理回路１１４へ供給され、ベースバンド処理回路１１４で変調した送信データが送信回路１１５でアップコンバートされ送信側高周波増幅回路１１６で所要パワーに増幅されてアンテナ１１０から送信される。

無線ＬＡＮ用の無線モジュール１０２では、アンテナ１２０で受信された高周波信号がトップフィルタ１２１を介して取り込まれ、スイッチ１２２にて無線ＬＡＮトランシーバ１２３の受信部に設けられたローノイズアンプへ入力する。また、アプリケーションＩＣ１０３から送信データが無線ＬＡＮトランシーバ１２３の送信部へ供給され、送信部で変調及びアップコンバートされた送信データが送信側高周波増幅回路１２２で所要パワーに増幅されてアンテナ１２０から送信される。

図９は無線モジュール１０１及び１０２で扱われる可能性のある周波数帯にトップフィルタ１２１の通過帯域を重ねた図である。同図に示すように、携帯電話用の無線モジュール１０１では従来から８００ＭＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯及び２．０ＧＨｚ帯が使用されている。一方、無線ＬＡＮ用の無線モジュール１０２では２．４ＧＨｚ帯〜２．５ＧＨｚ帯が使用される可能性がある。例えば、ＩＥＥＥ規格８０２．１１ｂは、ＤＳＳＳ(Direct Sequence Spread Spectrum)方式を用いて５．５Ｍｂｐｓ、１１Ｍｂｐｓの高速通信をサポートし、２．４ＧＨｚのＩＳＭ(Industrial, Scientific and Medical)帯域が利用される。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、ＯＦＤＭ変調方式を用いて、最大５４Ｍｂｐｓの高速データ通信をサポートし、２．４ＧＨｚ帯が使用される。

ところで、最近では第３世代携帯電話（３Ｇ）において２．１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚ帯が使用されている。このため、携帯電話用の無線モジュール１０１で扱う周波数帯を減衰させるトップフィルタ１２１は、図９に示すように２．４ＧＨｚ帯を通過させると共に２．１７ＧＨｚ帯を阻止する必要がある。したがって、２．１７ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯との間で急峻に減衰する周波数特性を実現する必要がある。

従来、所望の周波数帯において損失が少なく減衰量が大きいバンドパスフィルタが提案されている。例えば、Ｍ結合させたインダクタ素子とコンデンサとを組み合わせて帯域外の減衰量を大きくとるようにしたバンドパスフィルタがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたバンドパスフィルタの構成を図１０に示す。図１０に示すように、第１のインダクタンス素子Ｌｐｇ１と第２のインダクタンス素子Ｌｐｇ２とがＭ結合し、Ｌｐｇ１の一端はＣｐｇ１を介して入力端子１３１に接続され、Ｌｐｇ２の一端はＣｐｇ５を介して出力端子１３２に接続される。また、Ｌｐｇ１とＣｐｇ１との接続点とグランドとの間にＣｐｇ２が接続され、Ｌｐｇ２とＣｐｇ５の接続点とグランドとの間にＣｐｇ４が接続される。そして、Ｃｐｇ３は入力端子１３１と出力端子１３２との間に接続され、Ｃｐｇ６はＬｐｇ１の一端とＣｐｇ２の接続点と出力端子１３２との間に接続され、Ｃｐｇ７はＬｐｇ２の一端とＣｐｇ４の接続点と入力端子１３１との間に接続されたバンドパスフィルタが開示されている。

また、複同調回路を複数段設けることにより帯域外の減衰を大きくしたバンドパスフィルタもある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２には、４段の複同調回路を順次にＭ結合した帯域通過フィルタにおいても、１段目と４段目との複同調回路間を結合することにより、通過帯域の上下に１個ずつのトラップを設けることができることが記載されている。
特開２００６−１３８４９号公報 特開平０６−３５０３７４号公報

しかしながら、上記従来のバンドパスフィルタの回路構成に基づいて周波数特性をシミュレーションしたところ、２．１７ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯との間で急激に減衰させる周波数特性を実現するのは困難であることが判明した。

本発明は、通過帯域よりも僅かに低域側で急激に減衰するトラップを形成でき、２．１７ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯との間で急激に減衰させる周波数特性を実現した高周波フィルタを提供することを目的とする。

本発明の高周波フィルタは、入力端に一端が接続された第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの他端に一端が接続された第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサの他端に一端が接続され他端が出力端に接続された第３のコンデンサと、一端が第４のコンデンサを介して前記入力端に接続され他端が第５のコンデンサを介して前記第２のコンデンサの他端に接続された第１の複同調回路と、一端が第６のコンデンサを介して前記第２のコンデンサの一端に接続され他端が第７のコンデンサを介して前記出力端に接続された第２の複同調回路とを具備することを特徴とする。

この構成によれば、通過帯域よりも僅かに低い周波数で大きく減衰するトラップを形成でき、通過帯域の低域側において急峻な減衰特性を実現できる。

また本発明は、上記高周波フィルタにおいて、前記第２のコンデンサの他端に接続される配線と、前記第２のコンデンサの一端に接続される配線とが交差していることを特徴とする。

この構成によれば、配線が交差する箇所では容量成分が発生するが、上記交差箇所は第2のコンデンサと並列に容量成分が発生するので、第2のコンデンサの容量を調整することにより、特性の悪化を抑制することができる。

また本発明は、上記高周波フィルタにおいて、前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの一端とを接続する配線と、前記第2のコンデンサの他端と前記第3のコンデンサの一端とを接続する配線とが交差していることを特徴とする。これにより、配線の交差箇所は第2のコンデンサと並列に容量成分が発生するので、第2のコンデンサの容量を調整することにより、特性の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、通過帯域よりも僅かに低域側で急激に減衰するトラップを形成でき、２．１７ＧＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯との間で急激に減衰させる周波数特性を実現して、無線ＬＡＮ及び携帯電話用の無線モジュールを一筐体内に収容しても互いの送信波が雑音として影響することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの構成図である。本実施の形態のバンドパスフィルタは、入力端子１と出力端子２との間に第１の複同調回路３及び第２の複同調回路４がシリーズに配置され、第１の複同調回路３と第２の複同調回路４との間が結合コンデンサ分割回路５を介して接続された構成となっている。

本バンドパスフィルタの入力端子１は、第１の複同調回路３の一端に対して第４のコンデンサとなる結合コンデンサ６を介して接続されている。第１の複同調回路３は、Ｍ結合可能に対向配置された一対のインダクタ素子７，８を備える。一方のインダクタ素子７の一端はコンデンサ９を介してグラウンドに接続され、他方のインダクタ素子８の一端はコンデンサ１０を介してグラウンドに接続され、インダクタ素子７、８の他端は共にグラウンドに接続されている。第１の複同調回路３では、一方のインダクタ素子７とコンデンサ９とで１つのＬＣ共振回路を構成し、他方のインダクタ素子８とコンデンサ１０とでもう１つのＬＣ共振回路を構成している。入力端子１は結合コンデンサ６を介して一方のインダクタ素子７の一端に接続される。

第２の複同調回路４は、Ｍ結合可能に対向配置された一対のインダクタ素子１１，１２を備える。一方のインダクタ素子１１の一端はコンデンサ１３を介してグラウンドに接続され、他方のインダクタ素子１２の一端はコンデンサ１４を介してグラウンドに接続され、インダクタ素子１１、１２の他端は共にグラウンドに接続されている。第２の複同調回路４では、一方のインダクタ素子１１とコンデンサ１３とで１つのＬＣ共振回路を構成し、他方のインダクタ素子１２とコンデンサ１４とでもう１つのＬＣ共振回路を構成している。出力端子２は第７のコンデンサとなる結合コンデンサ１５を介して他方のインダクタ素子１２の一端に接続されている。

結合コンデンサ分割回路５は、入力端子１に対して第１のコンデンサとなる結合コンデンサ１６を介して接続され、出力端子２に対して第３のコンデンサとなる結合コンデンサ１７を介して接続されている。第２のコンデンサとなる第１結合コンデンサ１８が入力端子１側の結合コンデンサ１６と出力端子２側の結合コンデンサ１７との間に設けられている。第５のコンデンサとなる第２結合コンデンサ１９は、第1の結合コンデンサ１８と結合コンデンサ１７との接続点と第1の複同調回路３の他端となる他方のインダクタ素子８の一端との間に設けられている。第６のコンデンサとなる第３結合コンデンサ２０は、第1の結合コンデンサ１８と結合コンデンサ１６との接続点と第２の複同調回路４の一端となる一方のインダクタ素子１１の一端との間に設けられている。すなわち、第1の複同調回路３の他方のインダクタ素子８の一端を、第２結合コンデンサ１９を介して第１結合コンデンサ１８の他端（出力端子２側）に接続し、第２の複同調回路４の一方のインダクタ素子１１の一端を、第３結合コンデンサ２０を介して第１結合コンデンサ１８の一端（入力端子１側）に接続している。

図２は本実施の形態に係るバンドパスフィルタを平面型フィルタで構成した場合のパターン構造を示す図である。同図に示すように、厚さ０．２５ｍｍで幅３ｍｍ、縦２．５ｍｍの薄型の平面型フィルタを構成することが可能である。同図に示す平面型フィルタでは、第1結合コンデンサ１８の一端と入力端子１側の結合コンデンサ１６の他端とを接続する配線ＰＬ１と、第1結合コンデンサ１８の他端と出力端子２側の結合コンデンサ１７の一端とを接続する配線ＰＬ２とが交差する構造となっている。

ところで、配線ＰＬ１と配線ＰＬ２とが交差する交差箇所では容量成分が発生するが、上記交差箇所は第1結合コンデンサ１８と並列に容量成分が発生するので、第1結合コンデンサ１８の容量を調整することにより、特性の悪化を抑制することができる。

また、第１〜第３結合コンデンサ１８〜２０と結合コンデンサ１６，１７とのレイアウトによっては、配線ＰＬ１、ＰＬ２が交差するのではなく、第1結合コンデンサ１８の一端と第3結合コンデンサ２０とを接続する配線ＰＬ１´と、第1結合コンデンサ１８の他端と第2結合コンデンサ１９の一端とを接続する配線ＰＬ２´とが交差する構造となる。かかる構造であっても、配線ＰＬ１´と配線ＰＬ２´とが交差する交差箇所は第1結合コンデンサ１８と並列に容量成分が発生するので、第1結合コンデンサ１８の容量を調整することにより、特性の悪化を抑制することができる。

以上のように構成された本実施の形態に係るバンドパスフィルタの周波数特性を検証した結果について説明する。

本実施の形態に係るバンドパスフィルタの各構成要素に、図３に示す数値を設定して該バンドパスフィルタの周波数特性をシミュレーションした。なお、インダクタ素子（７，８，１１，１２）について、Ｗは幅、Ｓは素子間のギャップ、ＷＣは素子同士での平面方向の重なり、Ｐは長さを示している。

図３に示す数値に基づいてシミュレーションした結果、図４に示す周波数特性Ｆ１が得られた。図４に示すように、２．４ＧＨｚから２．０ＧＨｚに掛けて−７０ｄＢ程度の非常に大きな減衰が実現されている。したがって、本実施の形態のバンドパスフィルタを図８に示すトップフィルタ１２１として用いた場合、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮの送受信信号は減衰せずに通過させるが、２．４ＧＨｚ帯に近接した２．１７ＧＨｚ帯の信号に対しては大きな減衰特性となるので、携帯電話側からの雑音（２．１７ＧＨｚ帯）は十分に除去することができる。

図５及び図６に比較例の回路構成及び数値例を示す。
図５に示す第１の比較例は、第１の複同調回路３と第２の複同調回路４との間を、分割されていない１つの結合コンデンサ４０で接続し、第１の複同調回路３側に接続された結合コンデンサ４０の一端を出力端子２側の結合コンデンサ１７に接続し、第２の複同調回路４側に接続された結合コンデンサ４０の他端を入力端子１側の結合コンデンサ１６に接続した回路構成となっている。

図５に示す第１の比較例を用いたシミュレーション結果が、図４における周波数特性Ｆ２である。同図に示すように、２．４ＧＨｚ帯がピークとなり２．０ＧＨｚ帯にトラップが形成されている。ピークでの減衰は僅かであるが、トラップの減衰量は−５０ｄＢ程度であり、本実施の形態に比べて劣っている。このことから、本実施の形態のように第１の複同調回路３と第２の複同調回路４とを容量結合する結合コンデンサを分割することは急峻で減衰量の大きなトラップの形成に寄与していると考えられる。

図６に示す第２の比較例は、第１の複同調回路３と第２の複同調回路４との間を、結合容量を３分割している結合コンデンサ分割回路５０で接続した回路構成となっている。結合コンデンサ分割回路５０は、交差接続されない第１、第２、第３結合コンデンサ５１，５２，５３で構成されている。第１の複同調回路３のインダクタ素子８の一端は入力端子１側の結合コンデンサ１６と第１結合コンデンサ５１との中間接続点に第２結合コンデンサ５２を介して接続されている。また、第２の複同調回路４のインダクタ素子１１の一端は出力端子２側の結合コンデンサ１７と第１結合コンデンサ５１との中間接続点に第３結合コンデンサ５３を介して接続されている。

図７は、図６に示す第２の比較例を用いたシミュレーション結果である。同図に示すように周波数特性Ｆ３は、２．４ＧＨｚ帯がピークとなり１．７ＧＨｚ帯にトラップが形成されている。ピークでの減衰は僅かであるが、トラップが低域側へずれているために２．１ＧＨｚ〜２．１７ＧＨｚ帯の阻止すべき帯域の減衰量が小さなものとなっている。このことから、本実施の形態のように第１の複同調回路３と第２の複同調回路４を容量性結合する結合コンデンサ分割回路５において交差させて接続することは、ピークとトラップの幅を狭めて傾きが急峻な減衰特性を実現するのに寄与していると考えられる。

このように、本実施の形態によれば入力端子１と出力端子２との間に第１の複同調回路３及び第２の複同調回路４をシリーズに配置し、第１の複同調回路３と第２の複同調回路４との間を結合コンデンサ分割回路５を介して容量結合すると共に第１の複同調回路３を出力端子２側に接続する一方、第２の複同調回路４を入力端子１側に接続することにより、２．４ＧＨｚから２．０ＧＨｚに掛けて急峻な減衰特性を実現することができる。

なお、本発明はバンドパスフィルタに限定されるものではなく、低域側に急峻な減衰特性を持たせる高周波フィルタであれば、ハイパスフィルタ、トラップ回路等の他の高周波フィルタにも適用可能である。また、携帯電話以外の無線モジュールにも適用可能である。

本発明は、無線ＬＡＮ及び携帯電話用の各無線モジュールを１筐体内に収容した無線携帯端末におけるトップフィルタとして適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの構成図 上記一実施の形態に係るバンドパスフィルタで構成した平面フィルタのパターン構成図 上記一実施の形態に係るバンドパスフィルタにおけるシミュレーション用の数値設定例を示す図 図３、図５に基づいたシミュレーション結果を示す周波数特性図 第１の比較例における回路構成及びシミュレーション用の数値設定例を示す図 第２の比較例における回路構成及びシミュレーション用の数値設定例を示す図 図６に基づいたシミュレーション結果を示す周波数特性図 無線ＬＡＮ及び携帯電話用の無線モジュールを備えた携帯電話の構成図 携帯電話の各無線モジュールで扱われる周波数帯とトップフィルタの通過帯域とを示す図 従来のバンドパスフィルタの構成図

符号の説明

１…入力端子、２…出力端子、３…第１の複同調回路、４…第２の複同調回路、５…結合コンデンサ分割回路、６…結合コンデンサ（第４のコンデンサ）、７…一方のインダクタ素子（第１の複同調回路側）、８…他方のインダクタ素子（第１の複同調回路側）、９、１０…コンデンサ（第１の複同調回路側）、１１…一方のインダクタ素子（第２の複同調回路側）、１２…他方のインダクタ素子（第２の複同調回路側）、１３、１４…コンデンサ（第２の複同調回路側）、１５…結合コンデンサ（第７のコンデンサ）、１６…結合コンデンサ（第１のコンデンサ）、１７…結合コンデンサ（第３のコンデンサ）、１８…第１結合コンデンサ（第２のコンデンサ）、１９…第２結合コンデンサ（第５のコンデンサ）、２０…第３結合コンデンサ（第６のコンデンサ）

Claims (3)

1. 入力端に一端が接続された第１のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサの他端に一端が接続された第２のコンデンサと、
   前記第２のコンデンサの他端に一端が接続され他端が出力端に接続された第３のコンデンサと、
   一端が第４のコンデンサを介して前記入力端に接続され他端が第５のコンデンサを介して前記第２のコンデンサの他端に接続された第１の複同調回路と、
   一端が第６のコンデンサを介して前記第２のコンデンサの一端に接続され他端が第７のコンデンサを介して前記出力端に接続された第２の複同調回路と、
   を具備することを特徴とする高周波フィルタ。
2. 前記第２のコンデンサの他端に接続される配線と、前記第２のコンデンサの一端に接続される配線とが交差していることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
3. 前記第1のコンデンサの他端と前記第2のコンデンサの一端とを接続する配線と、前記第2のコンデンサの他端と前記第3のコンデンサの一端とを接続する配線とが交差していることを特徴とする請求項２記載の高周波フィルタ。
   

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