JP4029730B2

JP4029730B2 - Bandpass filter for GHz band

Info

Publication number: JP4029730B2
Application number: JP2003008811A
Authority: JP
Inventors: 章彦齋藤; 博司原田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: JP2004222086A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域で使用するＧＨｚ帯用バンドパスフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、身近にある無線通信手段には、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域の電波が好んで使用されている。たとえば、携帯電話には８００ＭＨｚ（０．８ＧＨｚ）帯または１．５ＧＨｚ帯、ＰＨＳには１．９ＧＨｚ帯、高速道路のＥＴＣ（料金自動収受）装置には５．８ＧＨｚ帯、無線ＰＡＮには２．４ＧＨｚ帯または５．２ＧＨｚ帯、そしてＤＳＲＣ（狭域通信）には５．８ＧＨｚ帯というような帯域配分である。
【０００３】
これら周波数領域の電波は、いずれも自動車の運行に関連して利用されるか、またはその可能性が高いものであるから、同一のアンテナで受信し、デジタル処理をしてひとまとめに利用しようということが企てられている。そのような場合も、またそれぞれの周波数帯域の電波を単独に使用する場合も、高調波や反射波がもたらすノイズをカットしてデータを処理するためには、それぞれの帯域における所定の帯域幅の信号だけを通過させ、それ以外の信号をカットするバンドパスフィルタが必要である。
【０００４】
出願人は、軟磁性物質の粉末をゴムまたはプラスチックのマトリクス中に分散させた電磁波シールド材を種々開発し、実用に供している。発明者は、この電磁波吸収シールド材を利用したローパス（ハイカット）フィルタを発明し、すでに開示した（特開２００２−１７１１０４）。そのフィルタはチップ型であって、長方形の誘電体の表面に密着した状態で、導体からなる１本の信号ラインと少なくとも１本のＧＮＤラインとが、ひとつの表面上に、または表裏に平行して走る構造を有し、その誘電体として、軟磁性物質の粉末を合成樹脂のマトリクス中に分散させてなる電磁波吸収体を使用したことを特徴とする。実施例の製品は、１ＧＨｚ以上の高周波に対して、−５ｄＢの挿入ロスを示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、出願人が開示した上記のローパスフィルタに関する知見を利用して、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数領域で使用するＧＨｚ帯用バンドパスフィルタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタは、原理的にいえば、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシートの表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ラインおよび出力信号ラインを間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部をキャパシタンス手段を介して接続し、上記シートの裏面にＧＮＤラインを設けた構成を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明に従うノッチフィルタ特性を利用したＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの基礎となる、ノッチフィルタ特性を考慮してないＧＨｚ帯用バンドパスフィルタは、図１に示すように、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシート（１）の表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）を間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部を、キャパシタンス手段を介して接続し、上記シートの裏面にＧＮＤライン（４）を設けた構成を有する高周波バンドパスフィルタであって、キャパシタンス手段としてチップコンデンサ（５）を使用し、その静電容量の値を選択することによってローカット特性を設定するとともに、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）の、線路の長さ、幅、厚さおよび形状等によって決定されるインピーダンスを選択し、かつ、上記シートを構成する軟磁性金属粉末の粒子形状およびマトリクス中の充填率、ならびにシートの形状および厚さ等の条件を組み合わせることによりハイカット特性を設定し、それによって通過帯域を決定したバンドパスフィルタである。
【０００８】
本発明に従う、ノッチフィルタ特性を利用したＧＨｚ帯用バンドパスフィルタは、図２に示すように、軟磁性金属の粉末をシート状のポリマー・マトリクス中に分散させてなるシート（１）の表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）を間隙を置いて配置し、両ラインの相対向する端部を、キャパシタンス手段を介して接続し、上記シート（１）の裏面にＧＮＤライン（４）を設けた構成を有する高周波バンドパスフィルタにおいて、
キャパシタンス手段を、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）の上に、絶縁体のフィルム（６）を介して、いまひとつの導体のストリップからなる中間ライン（７）を、入力信号ラインおよび出力信号ラインの両方にまたがって重なり合うように設け、
上記各ラインの重なり合いによって形成されるコンデンサの静電容量の値によってローカット特性を設定し、
入力信号ライン（２）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（８）の面積（同一幅の場合は長さ）、および出力信号ライン（３）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（９）の面積（同一幅の場合は長さ）を選択することにより、通過減衰量が最大となるノッチ周波数を設定し、
このノッチ周波数特性と、上記シートを構成する軟磁性金属粉末の粒子形状およびマトリクス中の充填率、ならびにシートの形状および厚さ等の条件の組み合わせによる通過減衰量の周波数特性とにもとづいてハイカット特性を設定し、
上記ローカット特性およびハイカット特性の組み合わせにより、バンドパスフィルタとしての通過帯域を設定したことを特徴とするＧＨｚ帯用バンドパスフィルタである。
【０００９】
本発明のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの、図２に例示した態様においては、入力信号ライン（２）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（８）の長さ、および出力信号ライン（３）と中間ライン（７）とが重なり合う部分（９）の長さを選択することにより、それぞれが形成するコンデンサの静電容量の値を調節することができる。コンデンサの静電容量は、いうまでもなく、重なり合う部分の面積と相互の距離によって定まるところ、図２において重なり合う部分は幅が同一であるから、面積は長さによって決定される。
【００１０】
ここで、中間ラインと入力・出力信号ラインとの間の距離は、絶縁体のフィルム（６）の厚さにより定まるから、一定の厚さを前提にすれば、結局、静電容量を左右するものは重なり合う部分の面積である。重なり合う部分の面積はまた、導体のストリップである入力・出力信号ラインと中間ラインとが、一定の同じ幅を有する場合には、もっぱらその重なり合う長さによって定まることも、容易に理解されよう。重なり合う部分の面積が同一であれば、静電容量は絶縁体の厚さにより決定されることも当然であり、絶縁体の厚さの調節によるバンドパス特性の変更が可能であることも、同様に自明であろう。
【００１１】
二つの重なり合う部分（８および９）の面積は、実質上同一にして、二つのコンデンサの静電容量を同一にしてもよいし、異なる広さにして、二つのコンデンサの静電容量を異ならせてもよい。後記する実施例にみるとおり、静電容量の値の選択と、入力信号ラインおよび出力信号ラインのインピーダンスの選択とを組み合わせることにより、通過帯域、さらにはノッチフィルタ特性が決定される。
【００１２】
本発明の高周波バンドパスフィルタは、前述したところからも理解されるように、ハイカットを、軟磁性金属の粉末をシート状の合成樹脂マトリクス中に分散させてなるシートが行ない、ローカットを、キャパシタンス手段が行なう。パスさせる帯域は、それらの合成されたものとなるから、設計は、それぞれについて行なう。また、前述の絶縁物を隔てて重なり合う導体の長さを調節することにより、ノッチフィルタの通過減衰量が最大となるノッチ周波数をコントロールすることができる。
【００１３】
シート（１）によるハイカット特性は、主として合成樹脂マトリクス中に分散させた軟磁性金属の粉末の粒径と、マトリクス中の充填率とにより決定される。
【００１４】
軟磁性金属の粉末としては、センダスト、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金から選んだ金属の、平均粒子径が３０μｍ以下の粉末をえらぶとよい。平均粒子径が３０μｍより大きい粉末は、シートが高い透磁率を示さないから、ハイカット特性を得る上で不利である。このような平均粒子径を有する金属粉末は、アトマイズ法と、それに続く分級により製造することができる。
【００１５】
上記の磁性損失シートのマトリクスとなる合成樹脂としては、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂および液晶ポリマー（ＬＣＰ）から選んだものが好適である。そのほか、射出成形や押出成形により成形できる広い範囲の、熱可塑性または熱硬化性の合成樹脂が使用できる。その例を挙げれば、ナイロン、ポリエチレン、ポリプレピレン、フェノール樹脂などである。シート状体の形成は、上記の軟磁性金属の粉末と合成樹脂との混練物を射出成形し、所定の長さのシート状体とする方法が有利である。
【００１６】
別法としては、硬化性の液状ポリマー中に軟磁性体粉末を分散させたのち、ポリマー液を硬化させることにより、前記のシートを形成することもできる。
【００１７】
前述のように、本発明の高周波バンドパスフィルタのハイカット特性は、シートの透磁率および誘電率が定めるものであり、その特性を左右するものは、分散した軟磁性金属の粉末の粒径と充填率、それにシートの厚さである。一般的にいって、同じ充填率においては、粒径が小さい方が、カットする周波数がより高い側にあり、同じ粒径であれば、充填率が高い方が、より低い周波数をカットする傾向がある。充填率は、使用すべきシートの厚さを左右する因子でもある。
【００１８】
シートの厚さは、薄くなるほど、カットされる周波数が高い側に移る。そのほかの因子としては、軟磁性金属の粉末の扁平度が挙げられるが、高周波側では、扁平な粉末はあまり適切でない。ハイカットの行われる周波数に関しては、信号ラインの長さも影響を与えることがわかった。すなわち、ラインがより短いものほど、カットされる周波数は高い側にある。本発明の実施に当たっては、以上に述べたような諸因子を勘案して、ＧＨｚ帯用バンドパスフィルタの設計に当たるべきである。
【００１９】
ハイカット特性は各因子の量的なものを数式化して表すことが困難で、経験的に定めなければならない場合が多いが、後記する実施例を参照して、必要により若干の実験を補うことにより、当業者は、実現しようとする高周波バンドパスフィルタのハイカット特性を任意にコントロールすることが可能なはずである。いずれにしても、軟磁性金属の粉末を含有するシートを利用したローパスフィルタは、図３に示すような周波数特性を有する。
【００２０】
本発明の高周波バンドパスフィルタの入力・出力信号ラインを形成するには、フレキシブル基板のエッチング（パターニング）、導電性インキのパターン印刷、金属のメッキまたはスパッタリングなど、さまざまな手法が採用できる。中間ラインを設ける場合も、同様である。もちろん、入力・出力信号ラインの形成と中間ラインの形成とを、異なる手法により行なうことは支障ない。信号ラインの厚さは、回路に許容される抵抗値や、回路の信頼性なども考慮して定めなければならず、製造作業の容易さの点で、数十μｍの厚さの箔を使用することもあり得るが、性能上は数μｍあれば足りる。それゆえ、同一規格のものを大量に製造する段階に至れば、量産に適した製造法を選択し、その製造法にとって有利な厚さを決定すればよい。
【００２１】
ＧＨｚ帯用バンドパスフィルタのコンデンサとして図１に示したものは、チップ型積層セラミックコンデンサである。さまざまな容量や耐圧の既製品が市販されているから、任意に選択使用することができる。コンデンサを含む回路のローカット特性は、ハイカット特性にくらべて、数式化が容易である。いま、本発明の高周波バンドパスフィルタにおけるローカット成分の等価回路として図４を考えると、減衰Ａ（ω）を表す式は下記の式１のとおりとなり、これは図５に示す形の曲線である。
［式１］
Ａ（ω）＝Ｖout／Ｖin＝Ｒ／{(１／ｊωＣ)＋Ｒ}＝ｊωＲＣ／(１＋ｊωＲＣ)
【００２２】
いま、−３ｄＢの減衰、すなわち２０log₁₀｛Ａ（ω）｝＝−３ｄＢを得ようとすると、Ａ（ω）＝√（１／２）となり、上記の式から、
ωＲＣ＝２πｆ_cＲＣ＝１
を得る。ｆ_c＝１ＧＨｚ（１０００ＭＨｚ）、Ｒ＝５０Ω
とすると、Ｃ≒３ｐＦとなる。
【００２３】
図２に示した態様、すなわち中間ラインを有するＧＨｚ帯用高周波バンドパスフィルタは、前述のように、中間ライン（７）と入力信号ライン（２）との重ね合わせの長さ、および中間ライン（７）と出力信号ライン（３）との重ね合わせの長さにより、特性が左右され、特定の周波数において減衰の度合いが大きくなり、ノッチフィルタとしての性能を示す。発明者は、後記する実施例にみるとおり、ノッチ周波数ｆ(ＧＨｚ）にラインの重ね合わせ長さＬ(mm)がどのように影響するかを調べて、関係式を導き出した。それら実施例を参考にし、必要により多少の実験を加えれば、所望の周波数特性をもったＧＨｚ帯用バンドパス・ノッチ−フィルタを実現することができるであろう。
【００２４】
【参考例】
軟磁性金属の粉末として、Ｆｅの粉末であって、平均粒径が１．６μｍのものを使用した。マトリクス材料としては、液晶ポリマーを選んだ。粉末の充填率が容積にして１０％となるように配合して混練し、ダイスから押し出して、厚さ１mmのシート（１）を得た。その裏面に圧延銅箔（厚さ３５μｍ）を接着して、ＧＮＤライン（４）となるライニングを設け、全体を幅２０mm、長さ５０mmの短冊状に切断した。一方、表面には、同じ圧延銅箔の幅２．０mm、長さ２４mmのリボンを２本、それぞれ両端から中央に向かって配置して接着し、入力信号ライン（２）および出力信号ライン（３）とした。中央の間隙部にまたがって、チップコンデンサ（５）（チップ型積層セラミックタイプ、松下電器製）を導電性接着材で接着させることにより、図１に示した構成のＧＨｚ帯用バンドパスフィルタを製作した。
【００２５】
この高周波バンドパスフィルタを対象に、「ネットワークアナライザー」（日本ＨＰ社製）を使用して、０．１ＧＨｚ（１００ＭＨｚ）から１０ＧＨｚに至る周波数領域で挿入ロスを測定し、図６のグラフを得た。このグラフによれば、製作した高周波バンドパスフィルタは、１ＧＨｚ以下および３．３ＧＨｚを超える信号に対して−３ｄＢ以上の減衰を与えるから、ほぼ１〜３ＧＨｚの帯域を通過させることを目的とする高周波バンドパスフィルタとして有用である。
【００２６】
【実施例１】
参考例で製造した銅箔ライニングすなわちＧＮＤライン（４）付きの、幅２０mm、長さ５０mmのシートを、安定のために、厚さ５mmのリン青銅板上に接着して固定した。その長手方向ほぼ中心に、フレキシブル基板（絶縁体である厚さ２５μｍのポリイミドフィルム＋厚さ３５μｍの銅箔）からエッチングして得た基板を貼り付け、厚さ３５μｍ×幅１．５mmの銅のリボンが２本、それらの両端が１．０mmの距離を保って存在するようにして、入力信号ライン（２）と出力信号ライン（３）とを形成した。その上に、絶縁体（６）となる厚さ２５μｍのポリイミドテープの両面に粘着剤を適用した両面接着テープを貼り、さらに幅１．５mmの銅箔製の中間ライン（７）を接着して、図２に示した態様の、ノッチフィルタ特性を有するＧＨｚ帯域用バンドパスフィルタを製造した。
【００２７】
中間ライン（７）は、上記１．０mmの間隙を挟んで両側に均等の長さに、すなわち、中間ラインと入力信号ラインとの間の静電容量と、中間ラインと出力信号ラインとの間の静電容量とが等しくなるようにし、その重ね合わせの片側の長さを、１２．５mmから２．５mm刻みに変化させ、４５mmまで増加させたものを用意した。
【００２８】
試作したＧＨｚ帯域用バンドパスフィルタについて、０．１〜１０ＧＨｚの範囲にわたり、透過率Ｓ２１（ｄＢ）を測定した。そのグラフにおいて、透過係数の、低い周波数側から数えてピークが落ち目になる最初の位置（以下「第一周波数」という）の、周波数および透過係数と片側重ね長さとの関係をプロットして、図７に示すグラフを得た。ライン全体の重ね長さは、片側の重ね長さ×２であり、このライン重ね長さと第一周波数との関係をプロットして、図８に示すグラフを得た。このグラフから、前述のノッチ周波数ｆ(ＧＨｚ)とライン重ね長さＬ(mm)との関係式として、つぎの式２を得た。
［式２］
ｆ(ＧＨｚ)＝７５×１／ｋ・Ｌ(mm)
（ここでｋは、シートの金属粉末充填率、粒径、材質等で、厳密には、複素比透磁率および複素比誘電率で定まる係数。この実施例のシートでは、ｋ＝０．３５４である。）
【００２９】
試作バンドパスフィルタのうち、重ね長さが１０mm、３０mm、５０mm、７０mmおよび９０mmのものについて透過係数の周波数特性をグラフにすると、図９に示すとおりであって、重ね長さに応じて、それぞれ表１に示す周波数において減衰が著しくなる、ノッチ効果が認められた。
【００３０】

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

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

[0031]
[Example 2 ]
In Example 1, the intermediate line (7) the length of overlap between the input signal line (2) is constant at 4 mm, whereas the length of the intermediate line (7) is overlapping with the output signal line (3), 15 mm From 5mm to 5mm, it was increased to 85mm.
[0032]
Here, the transmission coefficient S21 (dB) was measured over the range of 0.1 to 10 GHz for the prototype bandpass filter for the GHz band. The relationship between the first frequency and the transmission coefficient in the graph was plotted, and the graph shown in FIG. 10 was obtained. Of the prototype bandpass filters, the frequency characteristics of the transmission coefficient for graphs with one-side overlap lengths of 10 mm, 30 mm, 50 mm, 70 mm, and 85 mm are as shown in FIG. In response to this, a notch effect was observed, in which the attenuation became significant at the frequencies shown in Table 2, respectively.
[0033]

[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, a sheet obtained by dispersing soft magnetic metal powder in a sheet-like synthetic resin matrix is used as a base material, and "input signal line-capacitance means-output signal line" is provided on the surface, and a GND line is provided on the back surface. By providing a simple configuration, it is possible to obtain a high-frequency bandpass filter that allows a signal in a desired band to pass in a frequency region of several hundred MHz to several tens of GHz and cuts other high-frequency signals.
[0036]
On the other hand, by adopting an intermediate line that overlaps the input / output signal lines instead of the capacitor as the capacitance means, and selecting the degree of overlap, a notch effect that attenuates a specific frequency can be obtained. Conventionally, wideband bandpass filters can only be realized by combining various low-pass circuits and high-pass circuits in multiple stages, or by solving them circuitically by smoothing pulse signals. According to the present invention, a simple circuit having a desired notch filter characteristic and a sharp bandpass characteristic can be realized.
[0037]
The bandpass filter for GHz band having the above-described configuration and having the notch filter characteristics of the present invention can be mass-produced very easily and at low cost. Therefore, the high-frequency bandpass filter for GHz band according to the present invention contributes to the integration of the above-mentioned automobile-related communication devices including mobile phones, car navigation systems, and ETCs, and also in various fields, for example, for UWB transmission. It is expected to be a useful device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a reference example of a high-frequency bandpass filter that forms the basis of the present invention , in which A is a plan view and B is a longitudinal sectional view of A. FIG.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing one embodiment of a high-frequency bandpass filter using the notch filter characteristics of the present invention, wherein A is a plan view and B is a longitudinal sectional view of A. FIG.
FIG. 3 is a graph showing frequency characteristics of a low-pass filter using a sheet in which soft magnetic metal powder is dispersed in a polymer matrix.
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a high-pass filter using a capacitor.
FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics of attenuation given to a signal by the circuit of FIG. 4;
FIG. 6 is a frequency characteristic of a transmission coefficient measured for a high-frequency bandpass filter manufactured in a reference example of the present invention.
7 is a graph showing a relationship between a first frequency and a transmission coefficient based on data obtained by measuring the high-frequency bandpass filter manufactured in Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a graph in which a relational expression between the line overlap length and the first frequency is derived in Example 1 of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the frequency characteristics of the transmission coefficient measured for the high-frequency bandpass filter manufactured in Example 1 of the present invention.
10 is a graph similar to FIG. 7, showing the relationship between the first frequency and the transmission coefficient based on data obtained by measuring the high-frequency bandpass filter manufactured in Example 2 of the present invention.
11 is a graph similar to FIG. 9, showing the frequency characteristics of the transmission coefficient measured for the high-frequency bandpass filter manufactured in Example 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Sheet 2 Input Signal Line 3 Output Signal Line 4 GND Line 5 Chip Capacitor 6 Insulator Film 7 Intermediate Line 8 Portion where Input Signal Line and Intermediate Line Overlap 9 Portion where Output Signal Line and Intermediate Line Overlap

Claims

An input signal line (2) and an output signal line (3) made of a conductor strip and running in series are formed on the surface of a sheet (1) obtained by dispersing soft magnetic metal powder in a sheet-like polymer matrix. In a band-pass filter for a GHz band having a configuration in which gaps are arranged, opposite ends of both lines are connected via capacitance means, and a GND line (4) is provided on the back surface of the sheet . ,
Capacitance means are connected over the input signal line (2) and the output signal line (3), through an insulating film (6), with an intermediate line (7) consisting of another strip of conductors, the input signal line and Provide to overlap across both output signal lines,
Set the low-cut characteristics by the value of the capacitance of the capacitor formed by the overlap of each line above,
The area of the portion (8) where the input signal line (2) and the intermediate line (7) overlap (length if the same width), and the portion where the output signal line (3) and the intermediate line (7) overlap (9) ) To set the notch frequency that maximizes the passing attenuation,
High cut characteristics based on this notch frequency characteristics and the frequency characteristics of the passing attenuation due to the combination of the particle shape of soft magnetic metal powder constituting the sheet and the filling rate in the matrix, and the sheet shape and thickness. Set
A bandpass filter for a GHz band, wherein a passband as a bandpass filter is set by a combination of the low cut characteristic and the high cut characteristic.

The input signal line (2), the intermediate line (7) and the output signal line (3) have the same width, and the input signal line (2) and the intermediate line (7) overlap each other (8) The length (9) where the line (7) and the output signal line (3) overlap is the same, and by selecting a length L (mm) that is the sum of the lengths of the overlap, the notch frequency f (GHz) ) The formula
f (GHz) = 75 × 1 / k · L (mm)
(Where k is a constant determined by the metal powder filling rate, particle size, complex relative permeability and complex relative permittivity of the sheet)
The band-pass filter for GHz band according to claim 1, which is determined according to

As a soft magnetic metal powder, a metal selected from Sendust, Fe, Fe-Si alloy, Fe-Ni alloy, Fe-Co alloy, Fe-Cr alloy, Fe-Cr-Al alloy and Fe-Cr-Si alloy, 2. The bandpass filter for GHz band according to claim 1, wherein powder having an average particle size of 30 μm or less is used.

The sheet (1) is selected from nylon, polyphenylene sulfide, epoxy resin, and liquid crystal polymer (LCP) as a synthetic resin serving as a matrix, and a predetermined mixture is obtained by injection molding a mixture with a soft magnetic metal powder. The band-pass filter for a GHz band according to claim 1, wherein the band-pass filter is formed into a sheet shape having a length of.

The band for GHz band according to claim 1, wherein the sheet (1) is formed by dispersing a soft magnetic powder in a curable polymer solution and then curing the polymer solution. Path filter.

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