JP4432059B2 - バンドパスフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、複数の共振器を備えたバンドパスフィルタに関する。

携帯電話機、ブルートゥース規格の通信装置、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）用の通信装置等の通信装置における高周波回路では、送信信号のレベルがほぼ一定になるように送信信号のレベルを調整する手段が設けられている。この調整手段は、例えば特許文献１に記載されているように、一般的には、利得を制御可能な電力増幅器と、送信信号のレベルを検出する方向性結合器（以下、カプラとも言う。）と、自動出力制御回路（以下、ＡＰＣ回路とも言う。）を用いて構成される。この調整手段において、入力された送信信号は、電力増幅器によって増幅された後、カプラを経て出力される。カプラは、電力増幅器より出力された送信信号のレベルに応じたレベルのモニタ信号をＡＰＣ回路に出力する。ＡＰＣ回路は、モニタ信号のレベルに応じて、すなわち送信信号のレベルに応じて、電力増幅器の出力信号のレベルがほぼ一定になるように、電力増幅器の利得を制御する。一般的に、カプラは、互いに近接して配置され結合する主線路および副線路を用いて構成される。

また、一般的に、上記高周波回路における送信信号の経路には、送信信号に含まれる不要な信号成分例えば電力増幅器によって発生される高調波成分を抑制するフィルタが設けられる。このフィルタとしては、例えばローパスフィルタが用いられる。従来、このフィルタは、カプラに対して直列に接続されるように、カプラとは別個に設けられていた。

ところで、前述の通信装置では、小型化、薄型化の要求が強い。そのため、この通信装置の高周波回路においても、部品を小型化、薄型化したり、部品点数を少なくしたりすることが求められている。

特許文献１には、部品点数を少なくするために、ローパスフィルタを構成する積層体に、ローパスフィルタのコイルに磁気的に結合する送信パワー検出用コイルを内蔵して、ローパスフィルタとカプラを一体化する技術が記載されている。

また、特許文献２には、一対のストリップ導体と他の一対のストリップ導体とを、一対のビアホールによって接続して方向性結合器を構成すると共に、ビアホールの誘導性リアクタンスを利用してフィルタを構成する技術が記載されている。

また、特許文献３には、方向性結合器の主ストリップ線路の両端に第一および第二のコイルを接続し、これらのコイルの主ストリップ線路に接続されていない側のそれぞれの一端とグランドとの間に第一および第二のコンデンサを配置して、主ストリップ線路と第一および第二のコイルと第一および第二のコンデンサとでローパスフィルタを構成する技術が記載されている。

ところで、前述の通信装置から出力される送信信号が通信装置の周辺のシステムに与える影響を低減するために、通信装置の高周波回路における送信信号の経路に設けられるフィルタとして、ローパスフィルタの代わりにバンドパスフィルタを用いることが考えられる。この場合、バンドパスフィルタの小型化、薄型化が求められる。小型化、薄型化を実現可能なバンドパスフィルタとしては、例えば特許文献４に示されるように、それぞれ積層基板における導体層を用いて構成された複数の共振器を備えた共振器型のバンドパスフィルタが知られている。

特開平１０−１５４９１７号公報 特開平７−１７６９１９号公報 特開２００１−９４３１５号公報 特開２００５−１５９５１２号公報

ここで、前述の通信装置の高周波回路における送信信号の経路に、上記の共振器型のバンドパスフィルタとカプラとを設ける場合について考える。この場合、共振器型のバンドパスフィルタとカプラとを一体化できれば、通信装置のより小型化が可能になる。しかし、従来、共振器型のバンドパスフィルタとカプラを一体化したものは知られていない。また、以下で説明するように、特許文献１ないし３に記載された技術は、いずれも、共振器型のバンドパスフィルタに適用することはできない。

まず、特許文献１に記載された技術では、ローパスフィルタのコイルに磁気的に結合する送信パワー検出用コイルを設けている。このローパスフィルタのコイルは、ローパスフィルタの入力端子と出力端子とを接続して信号経路の一部を構成するものである。しかし、共振器型のバンドパスフィルタでは、このような入力端子と出力端子とを接続するコイルが存在しない。従って、特許文献１に記載された技術を共振器型のバンドパスフィルタに適用することはできない。

また、特許文献２に記載された技術では、一対のストリップ導体と他の一対のストリップ導体とを接続する一対のビアホールの誘導性リアクタンスを利用してフィルタを構成する。しかし、この技術では、共振器型のバンドパスフィルタを構成することができない。

また、特許文献３に記載された技術は、ローパスフィルタを構成するための技術であり、当然、共振器型のバンドパスフィルタに適用することはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の共振器を備え、方向性結合器の機能を併せ持ったバンドパスフィルタを提供することにある。

本発明のバンドパスフィルタは、
積層された複数の誘電体層を含む積層基板と、
積層基板の外周部に配置された入力端子、出力端子、モニタ端子およびアイソレート端子と、
回路構成上、入力端子と出力端子との間に設けられ、バンドパスフィルタとしての機能を実現するバンドパスフィルタ部と、
積層基板内に配置され、モニタ端子とアイソレート端子とを接続する検出用線路とを備えている。

バンドパスフィルタ部は、それぞれ積層基板内に配置された共振器用導体層を用いて構成され、互いに電磁界結合する２つの共振器を有している。検出用線路は、方向性結合器における副線路として機能するように、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合する。

本発明のバンドパスフィルタでは、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合する検出用線路が、方向性結合器における副線路として機能し、モニタ端子より、バンドパスフィルタ部を通過する信号のレベルに応じたレベルの信号が出力される。

本発明のバンドパスフィルタにおいて、共振器は、共振器用導体層によって構成されたインダクタと、積層基板内に配置され、インダクタに接続されたキャパシタとを含み、検出用線路は、少なくとも１つのインダクタに対して電磁界結合してもよい。

また、本発明のバンドパスフィルタにおいて、検出用線路と共振器用導体層は、複数の誘電体層の積層方向について互いに異なる位置に配置されていてもよい。

また、本発明のバンドパスフィルタは、更に、積層基板において、検出用線路および共振器用導体層を挟む位置に配置された２つのグランド用導体層を備えていてもよい。

本発明のバンドパスフィルタでは、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合する検出用線路が、方向性結合器における副線路として機能し、モニタ端子より、バンドパスフィルタ部を通過する信号のレベルに応じたレベルの信号が出力される。そのため、本発明によれば、複数の共振器を備え、方向性結合器の機能を併せ持ったバンドパスフィルタを実現することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの回路構成について説明する。図１に示したように、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０は、入力端子１と出力端子２とモニタ端子３とアイソレート端子４とを備えている。

バンドパスフィルタ１０は、更に、回路構成上、入力端子１と出力端子２との間に設けられ、バンドパスフィルタとしての機能を実現するバンドパスフィルタ部を備えている。バンドパスフィルタ部は、３つの共振器１１，１２，１３と、キャパシタ２７，２８，２９とを備えている。

共振器１１は、インダクタ２１とキャパシタ２４とを有している。共振器１２は、インダクタ２２とキャパシタ２５とを有している。共振器１３は、インダクタ２３とキャパシタ２６とを有している。共振器１１は入力端子１に接続され、共振器１３は出力端子２に接続されている。共振器１２は、共振器１１と共振器１３との間に配置されている。また、インダクタ２２は、インダクタ２１とインダクタ２３との間に配置されている。インダクタ２１，２２は隣接し、誘導性結合する。インダクタ２２，２３も隣接し、誘導性結合する。図１では、インダクタ２１，２２間の誘導性結合と、インダクタ２２，２３間の誘導性結合を、それぞれ記号Ｍを付した曲線で表している。

インダクタ２１の一端とキャパシタ２４，２７，２９の各一端は、入力端子１に接続されている。インダクタ２１の他端とキャパシタ２４の他端はグランドに接続されている。インダクタ２２の一端とキャパシタ２５，２８の各一端は、キャパシタ２７の他端に接続されている。インダクタ２２の他端とキャパシタ２５の他端はグランドに接続されている。インダクタ２３の一端、キャパシタ２６の一端、キャパシタ２９の他端および出力端子２は、キャパシタ２８の他端に接続されている。インダクタ２３の他端とキャパシタ２６の他端はグランドに接続されている。

共振器１１，１２，１３はいずれも、開放端と短絡端とを有する１／４波長共振器である。キャパシタ２７は、共振器１１，１２の開放端同士を接続している。キャパシタ２８は、共振器１２，１３の開放端同士を接続している。隣接する共振器１１，１２は電磁界結合する。より具体的に説明すると、共振器１１，１２は、インダクタ２１，２２間の誘導性結合によって誘導性結合すると共に、キャパシタ２７を介して容量性結合する。同様に、隣接する共振器１２，１３は電磁界結合する。より具体的に説明すると、共振器１２，１３は、インダクタ２２，２３間の誘導性結合によって誘導性結合すると共に、キャパシタ２８を介して容量性結合する。なお、電磁界結合には、誘導性結合と容量性結合とが含まれる。

バンドパスフィルタ１０は、更に、モニタ端子３とアイソレート端子４とを接続する検出用線路１５を備えている。バンドパスフィルタ１０のうち端子１〜４と検出用線路１５を除いた部分がバンドパスフィルタ部である。検出用線路１５は、方向性結合器における副線路として機能するように、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合している。検出用線路１５は、共振器１１〜１３に含まれるインダクタ２１〜２３の少なくとも１つに対して電磁界結合していていればよい。アイソレート端子４は、例えば５０Ωの負荷抵抗を介してグランドに接続される。

本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０では、入力端子１に信号が入力されると、そのうちの所定の周波数帯域内の周波数の信号が選択的に、バンドパスフィルタ部を通過し、出力端子２から出力される。また、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合する検出用線路１５が、方向性結合器における副線路として機能し、モニタ端子３より、バンドパスフィルタ部を通過する信号のレベルに応じたレベルのモニタ信号が出力される。

次に、図２を参照して、バンドパスフィルタ１０の構造の概略について説明する。図２は、バンドパスフィルタ１０の外観を示す斜視図である。バンドパスフィルタ１０は、バンドパスフィルタ１０の構成要素を一体化するための積層基板３０を備えている。後で詳しく説明するが、積層基板３０は、積層された複数の誘電体層と複数の導体層とを含んでいる。インダクタ２１〜２３と検出用線路１５は、いずれも、積層基板３０内の１つ以上の導体層を用いて構成されている。キャパシタ２４〜２９は、それぞれ、積層基板３０内の複数の導体層とそれらの間の誘電体層とを用いて構成されている。

図２に示したように、積層基板３０は、外周部として上面と底面と４つの側面を有する直方体形状をなしている。積層基板３０における１つの側面３０ａには、入力端子３１とモニタ端子３３とが設けられている。積層基板３０において、端子３１，３３が設けられた側面３０ａと反対側の側面３０ｂには、出力端子３２とアイソレート端子３４とが設けられている。積層基板３０における残りの２つの側面３０ｃ，３０ｄには、それぞれグランド用端子３５，３６が設けられている。入力端子３１、出力端子３２、モニタ端子３３、アイソレート端子３４は、それぞれ、図１における入力端子１、出力端子２、モニタ端子３、アイソレート端子４に対応する。グランド用端子３５，３６はグランドに接続される。

次に、図３を参照して、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０を含むシステムの一例について説明する。ここでは、バンドパスフィルタ１０を含むシステムの一例として、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）方式とＤＣＳ（Digital Cellular System）方式とに対応可能なデュアルバンド型携帯電話機の高周波回路を挙げる。図３は、このデュアルバンド型携帯電話機の高周波回路の一例を示すブロック図である。

図３に示した高周波回路は、ＧＳＭ方式の送信信号が入力される送信信号端子４１と、ＤＣＳ方式の送信信号が入力される送信信号端子４２と、ＧＳＭ方式の受信信号を出力する受信信号端子４３と、ＤＣＳ方式の受信信号を出力する受信信号端子４４とを備えている。

高周波回路は、更に、アンテナ５１と、このアンテナ５１に接続されたダイプレクサ５２と、このダイプレクサ５２に接続された高周波スイッチ５３，５４とを備えている。ダイプレクサ５２は、第１ないし第３のポート５２ａ，５２ｂ，５２ｃを有している。第１のポート５２ａはアンテナ５１に接続されている。第２のポート５２ｂはＧＳＭ方式の信号を入出力するようになっている。第３のポート５２ｃはＤＣＳ方式の信号を入出力するようになっている。

高周波スイッチ５３は、第１ないし第３のポート５３ａ，５３ｂ，５３ｃを有している。第１のポート５３ａは、ダイプレクサ５２の第２のポート５２ｂに接続されている。高周波スイッチ５３は、第１のポート５３ａを、第２のポート５３ｂまたは第３のポート５３ｃに選択的に接続する。高周波スイッチ５４は、第１ないし第３のポート５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有している。第１のポート５４ａは、ダイプレクサ５２の第３のポート５２ｃに接続されている。高周波スイッチ５４は、第１のポート５４ａを、第２のポート５４ｂまたは第３のポート５４ｃに選択的に接続する。

高周波回路は、更に、入力端が送信信号端子４１に接続された電力増幅器（図３ではＰＡと記す。）５５Ｇと、入力端が電力増幅器５５Ｇの出力端に接続され、出力端が高周波スイッチ５３の第２のポート５３ｂに接続されたバンドパスフィルタ（図３ではＢＰＦと記す。）５６Ｇと、入力端が送信信号端子４２に接続された電力増幅器５５Ｄと、入力端が電力増幅器５５Ｄの出力端に接続され、出力端が高周波スイッチ５４の第２のポート５４ｂに接続されたバンドパスフィルタ５６Ｄとを備えている。電力増幅器５５Ｇ，５５Ｄは、それぞれ利得制御端を有している。図３に示した例では、バンドパスフィルタ５６Ｇ，５６Ｄとして、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０が用いられている。従って、バンドパスフィルタ５６Ｇ，５６Ｄは、それぞれモニタ端子を有している。

高周波回路は、更に、バンドパスフィルタ５６Ｇのモニタ端子と電力増幅器５５Ｇの利得制御端とに接続された自動出力制御回路（図３ではＡＰＣと記す。）５７Ｇと、バンドパスフィルタ５６Ｄのモニタ端子と電力増幅器５５Ｄの利得制御端とに接続された自動出力制御回路５７Ｄとを備えている。自動出力制御回路５７Ｇは、バンドパスフィルタ５６Ｇのモニタ端子から出力されるモニタ信号のレベルに基づいて、電力増幅器５５Ｇの出力信号のレベルがほぼ一定になるように電力増幅器５５Ｇの利得を制御する。自動出力制御回路５７Ｄは、バンドパスフィルタ５６Ｄのモニタ端子から出力されるモニタ信号のレベルに基づいて、電力増幅器５５Ｄの出力信号のレベルがほぼ一定になるように電力増幅器５５Ｄの利得を制御する。

高周波回路は、更に、入力端が高周波スイッチ５３の第３のポート５３ｃに接続され、出力端が受信信号端子４３に接続されたバンドパスフィルタ５８Ｇと、入力端が高周波スイッチ５４の第３のポート５４ｃに接続され、出力端が受信信号端子４４に接続されたバンドパスフィルタ５８Ｄとを備えている。

図３に示した高周波回路において、ダイプレクサ５２は、信号の周波数に応じて、ＧＳＭ方式の送信信号および受信信号と、ＤＣＳ方式の送信信号および受信信号とを分離する。具体的に説明すると、ダイプレクサ５２は、第２のポート５２ｂに入力されたＧＳＭ方式の送信信号と第３のポート５２ｃに入力されたＤＣＳ方式の送信信号を第１のポート５２ａより出力すると共に、第１のポート５２ａに入力されたＧＳＭ方式の受信信号を第２のポート５２ｂより出力し、第１のポート５２ａに入力されたＤＣＳ方式の受信信号を第３のポート５２ｃより出力する。

高周波スイッチ５３は、ＧＳＭ方式の送信信号とＧＳＭ方式の受信信号とを分離する。具体的に説明すると、高周波スイッチ５３は、第２のポート５３ｂに入力されたＧＳＭ方式の送信信号を第１のポート５３ａより出力し、第１のポート５３ａに入力されたＧＳＭ方式の受信信号を第３のポート５３ｃより出力する。

高周波スイッチ５４は、ＤＣＳ方式の送信信号とＤＣＳ方式の受信信号とを分離する。具体的に説明すると、高周波スイッチ５４は、第２のポート５４ｂに入力されたＤＣＳ方式の送信信号を第１のポート５４ａより出力し、第１のポート５４ａに入力されたＤＣＳ方式の受信信号を第３のポート５４ｃより出力する。

送信信号端子４１に入力されたＧＳＭ方式の送信信号は、電力増幅器５５Ｇ、バンドパスフィルタ５６Ｇを通過して、高周波スイッチ５３の第２のポート５３ｂに入力される。送信信号端子４２に入力されたＤＣＳ方式の送信信号は、電力増幅器５５Ｄ、バンドパスフィルタ５６Ｄを通過して、高周波スイッチ５４の第２のポート５４ｂに入力される。

高周波スイッチ５３の第３のポート５３ｃより出力されたＧＳＭ方式の受信信号は、バンドパスフィルタ５８Ｇを通過して、受信信号端子４３より出力される。高周波スイッチ５４の第３のポート５４ｃより出力されたＤＣＳＭ方式の受信信号は、バンドパスフィルタ５８Ｄを通過して、受信信号端子４４より出力される。

次に、図４ないし図７を参照して、積層基板３０における誘電体層と導体層について詳しく説明する。図４において（ａ），（ｂ）は、それぞれ、上から１層目と２層目の誘電体層の上面を示している。図４において（ｃ）は、上から３層目ないし７層目の誘電体層の上面を示している。図４において（ｄ）は、上から８層目の誘電体層の上面を示している。図５において（ａ）は、上から９層目および１０層目の誘電体層の上面を示している。図５において（ｂ）は、上から１１層目の誘電体層の上面を示している。図５において（ｃ）は、上から１２層目ないし１５層目の誘電体層の上面を示している。図５において（ｄ）は、上から１６層目の誘電体層の上面を示している。図６において（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ、上から１７層目ないし２０層目の誘電体層の上面を示している。図７において（ａ）ないし（ｃ）は、それぞれ、上から２１層目ないし２３層目の誘電体層の上面を示している。図７において（ｄ）は、上から２３層目の誘電体層およびその下の導体層を、上から見た状態で表したものである。

図４（ａ）に示した１層目の誘電体層６１の上面には、それぞれ端子３１〜３６に接続される導体層６１１〜６１６が形成されている。図４（ｂ）に示した２層目の誘電体層６２の上面には、グランド用端子３５，３６に接続されるグランド用導体層６２１が形成されている。図４（ｃ）に示した３層目ないし７層目の誘電体層６３〜６７の上面には導体層は形成されていない。図４（ｄ）に示した８層目の誘電体層６８の上面には、導体層よりなる検出用線路１５が形成されている。この検出用線路１５の一端はモニタ端子３３に接続され、検出用線路１５の他端はアイソレート端子３４に接続される。

図５（ａ）に示した９層目および１０層目の誘電体層６９，７０の上面には導体層は形成されていない。図５（ｂ）に示した１１層目の誘電体層７１の上面には、共振器用導体層７１１，７１２，７１３が形成されている。導体層７１１，７１２，７１３は、いずれも一方向に長い形状を有している。導体層７１２は、導体層７１１と導体層７１３の間に配置されている。また、１１層目の誘電体層７１には、それぞれ導体層７１１，７１２，７１３における長手方向の一端部に接続されたスルーホール７１４，７１５，７１６が形成されている。導体層７１１，７１２，７１３の他端部は、いずれも、グランド用端子３５に接続される。導体層７１１，７１２，７１３は、それぞれ、図１におけるインダクタ２１，２２，２３を構成する。導体層７１１，７１２は隣接し、誘導性結合する。導体層７１２，７１３も隣接し、誘導性結合する。

図５（ｃ）に示したように、１２層目の誘電体層７２にはスルーホール７２４，７２５，７２６が形成され、１３層目の誘電体層７３にはスルーホール７３４，７３５，７３６が形成され、１４層目の誘電体層７４にはスルーホール７４４，７４５，７４６が形成され、１５層目の誘電体層７５にはスルーホール７５４，７５５，７５６が形成されている。スルーホール７２４，７３４，７４４，７５４は、互いに接続され、且つ図５（ｂ）に示したスルーホール７１４に接続されている。スルーホール７２５，７３５，７４５，７５５は、互いに接続され、且つ図５（ｂ）に示したスルーホール７１５に接続されている。スルーホール７２６，７３６，７４６，７５６は、互いに接続され、且つ図５（ｂ）に示したスルーホール７１６に接続されている。

図５（ｄ）に示した１６層目の誘電体層７６の上面には、導体層７６１，７６２が形成されている。導体層７６１の一端部は入力端子３１に接続される。導体層７６２の一端部は出力端子３２に接続される。また、１６層目の誘電体層７６には、スルーホール７６４，７６５，７６６が形成されている。スルーホール７６４は、導体層７６１の他端部とスルーホール７５４とに接続されている。スルーホール７６５は、スルーホール７５５に接続されている。スルーホール７６６は、導体層７６２の他端部とスルーホール７５６とに接続されている。

図６（ａ）に示した１７層目の誘電体層７７には、それぞれスルーホール７６４，７６５，７６６に接続されたスルーホール７７４，７７５，７７６が形成されている。図６（ｂ）に示した１８層目の誘電体層７８の上面には、キャパシタ用導体層７８１，７８２，７８３が形成されている。また、１８層目の誘電体層７８には、スルーホール７８４，７８５，７８６が形成されている。スルーホール７８４は、導体層７８１とスルーホール７７４とに接続されている。スルーホール７８５は、導体層７８２とスルーホール７７５とに接続されている。スルーホール７８６は、導体層７８３とスルーホール７７６とに接続されている。

図６（ｃ）に示した１９層目の誘電体層７９には、キャパシタ用導体層７９１，７９２が形成されている。導体層７９１は、誘電体層７８を介して導体層７８１，７８２，７８３に対向している。また、誘電体層７９には、スルーホール７９４，７９５，７９６が形成されている。スルーホール７９４はスルーホール７８４に接続されている。スルーホール７９５は、導体層７９１とスルーホール７８５とに接続されている。スルーホール７９６はスルーホール７８６に接続されている。

導体層７９２は、第１の部分７９２ａと第２の部分７９２ｂと連結部７９２ｃとを有している。連結部７９２ｃは、一方向に長く、第１の部分７９２ａと第２の部分７９２ｂとを連結している。連結部７９２ｃの幅は、第１の部分７９２ａの幅および第２の部分７９２ｂの幅よりも小さい。ここで、第１の部分７９２ａ、第２の部分７９２ｂ、連結部７９２ｃの各幅とは、それぞれ、導体層７９２の上面に平行で、且つ連結部分７９２ｃの長手方向に直交する方向についての第１の部分７９２ａ、第２の部分７９２ｂ、連結部７９２ｃの各長さを言う。第１の部分７９２ａ、連結部７９２ｃ、第２の部分７９２ｂは、それぞれ、誘電体層７８を介して導体層７８１，７８２，７８３に対向している。

図６（ｄ）に示した２０層目の誘電体層８０の上面には、キャパシタ用導体層８０１，８０２，８０３が形成されている。また、２０層目の誘電体層８０には、スルーホール８０４，８０５，８０６が形成されている。スルーホール８０４は、導体層８０１とスルーホール７９４とに接続されている。スルーホール８０５は、導体層８０２とスルーホール７９５とに接続されている。スルーホール８０６は、導体層８０３とスルーホール７９６とに接続されている。

導体層８０１，８０２，８０３は、いずれも、誘電体層７９を介して導体層７９１に対向している。また、導体層８０１，８０２，８０３は、それぞれ、誘電体層７９を介して、第１の部分７９２ａ、連結部７９２ｃ、第２の部分７９２ｂに対向している。

図７（ａ）に示した２１層目の誘電体層８１の上面には、グランド用導体層８１１が形成されている。この導体層８１１は、グランド用端子３５，３６に接続される。また、誘電体層８１には、それぞれスルーホール８０４，８０５，８０６に接続されたスルーホール８１４，８１５，８１６が形成されている。

図７（ｂ）に示した２２層目の誘電体層８２の上面には、キャパシタ用導体層８２１，８２２，８２３が形成されている。導体層８２１，８２２，８２３には、それぞれスルーホール８１４，８１５，８１６が接続されている。

図７（ｃ）に示した２３層目の誘電体層８３の上面には、グランド用導体層８３１が形成されている。この導体層８３１は、グランド用端子３５，３６に接続される。図７（ｄ）に示したように、２３層目の誘電体層８３の下面には、それぞれ端子３１〜３６に接続される導体層８４１〜８４６が形成されている。

共振器用導体層７１１は、誘電体層７１〜７５に形成された複数のスルーホールと導体層７６１を介して入力端子３１に接続される。共振器用導体層７１３は、誘電体層７１〜７５に形成された複数のスルーホールと導体層７６２を介して出力端子３２に接続される。

共振器用導体層７１１は、誘電体層７１〜８１に形成された複数のスルーホールを介して導体層７８１，８０１，８２１に接続されている。導体層８２１は、誘電体層８１を介してグランド用導体層８１１に対向していると共に、誘電体層８２を介してグランド用導体層８３１に対向している。導体層８１１，８２１，８３１と、これらの間に配置された誘電体層８１，８２によって、図１におけるキャパシタ２４が構成されている。

共振器用導体層７１２は、誘電体層７１〜８１に形成された複数のスルーホールを介して導体層７８２，８０２，８２２に接続されている。導体層８２２は、誘電体層８１を介してグランド用導体層８１１に対向していると共に、誘電体層８２を介してグランド用導体層８３１に対向している。導体層８１１，８２２，８３１と、これらの間に配置された誘電体層８１，８２によって、図１におけるキャパシタ２５が構成されている。

共振器用導体層７１３は、誘電体層７１〜８１に形成された複数のスルーホールを介して導体層７８３，８０３，８２３に接続されている。導体層８２３は、誘電体層８１を介してグランド用導体層８１１に対向していると共に、誘電体層８２を介してグランド用導体層８３１に対向している。導体層８１１，８２３，８３１と、これらの間に配置された誘電体層８１，８２によって、図１におけるキャパシタ２６が構成されている。

図１に示したキャパシタ２７は、導体層７８１，７８２，７９１，８０１，８０２と誘電体層７８，７９とによって構成されている。また、図１に示したキャパシタ２８は、導体層７８２，７８３，７９１，８０２，８０３と誘電体層７８，７９とによって構成されている。また、図１に示したキャパシタ２９は、導体層７８１，７８３，７９２，８０１，８０３と誘電体層７８，７９とによって構成されている。

上述の１層目ないし２３層目の誘電体層６１〜８３および導体層が積層されて、図２に示した積層基板３０が形成される。図２に示した端子３１〜３６は、この積層基板３０の外周部に形成される。

なお、本実施の形態において、積層基板３０としては、誘電体層の材料として樹脂、セラミック、あるいは両者を複合した材料を用いたもの等、種々のものを用いることができる。しかし、積層基板３０としては、特に、高周波特性に優れた低温同時焼成セラミック多層基板を用いることが好ましい。

積層基板３０内において、検出用線路１５と共振器用導体層７１１，７１２，７１３は、誘電体層６１〜８３の積層方向について互いに異なる位置に配置されている。ただし、積層基板３０を誘電体層６１〜８３の積層方向から見たとき、例えば積層基板３０を上から見たとき、検出用線路１５の一部と共振器用導体層７１１，７１２，７１３の各一部が重なるように、検出用線路１５および共振器用導体層７１１，７１２，７１３は配置されている。図４（ｄ）に示した例では、検出用線路１５は、一端部がモニタ端子３３に接続され、共振器用導体層７１１に沿って延びる第１の部分１５ａと、一端部がアイソレート端子３４に接続され、共振器用導体層７１３に沿って延びる第２の部分１５ｂと、第１の部分１５ａの他端と第２の部分１５ｂの他端とを接続する第３の部分１５ｃとを有している。しかし、検出用線路１５の形状は、図４（ｄ）に示した形状に限らず、共振器用導体層７１１〜７１３のうちの少なくとも１つと電磁界結合できるものであればよい。

また、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０は、積層基板３０において、検出用線路１５および共振器用導体層７１１，７１２，７１３を挟む位置に配置された２つのグランド用導体層６２１，８３１を備えている。

本実施の形態において、検出用線路１５は、共振器用導体層７１１〜７１３のうちの少なくとも１つ、すなわちインダクタ２１〜２３のうちの少なくとも１つに対して電磁界結合する。これにより、検出用線路１５は、バンドパスフィルタ部に対して電磁界結合して、方向性結合器における副線路として機能する。そして、モニタ端子３（３３）より、バンドパスフィルタ部を通過する信号のレベルに応じたレベルの信号が出力される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の共振器１１〜１３を備え、方向性結合器の機能を併せ持ったバンドパスフィルタ１０を実現することができる。従って、本実施の形態によれば、バンドパスフィルタ１０を用いる装置において、バンドパスフィルタと方向性結合器を別個に設ける場合に比べて、部品点数を少なくできると共に、装置の小型化が可能になる。また、本実施の形態によれば、バンドパスフィルタと方向性結合器を別個に設ける場合に比べて、バンドパスフィルタ１０が挿入される信号経路における挿入損失を小さくすることができる。

なお、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０は、方向性結合器の機能を有するが、一般的な方向性結合器とは異なり、入力端子１と出力端子２とを接続する物理的な主線路は存在していない。

次に、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０がバンドパスフィルタとしての機能と方向性結合器としての機能とを発揮できることを確認したシミュレーションの結果の一例について説明する。ここでは、２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域の信号を通過させるようにバンドパスフィルタ部を設計した例について説明する。２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域は、ブルートゥース規格の通信装置や無線ＬＡＮ用の通信装置において用いられるバンドパスフィルタの通過帯域である。

図８ないし図１４は、いずれも、シミュレーションによって求めた特性図である。図８は、バンドパスフィルタ１０の通過減衰特性、すなわち入力端子１と出力端子２との間の通過減衰特性を示している。図９は、図８における一部を拡大して示したものである。図１０は、バンドパスフィルタ１０の入力端子１における反射減衰特性を示している。図１１は、バンドパスフィルタ１０の出力端子２における反射減衰特性を示している。図８ないし図１１から、設計されたバンドパスフィルタ１０は、２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタとしての機能していることが分かる。

図１２は、バンドパスフィルタ１０における結合度の周波数特性を示している。なお、入力端子１に入力される信号のレベルをＰ１、モニタ端子３より出力されるモニタ信号のレベルをＰ３、結合度をＣとすると、結合度Ｃは、以下の式で表される。

Ｃ＝１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ１）

図１３は、バンドパスフィルタ１０におけるアイソレーションの周波数特性を示している。図１４は、図１３における一部を拡大して示したものである。なお、出力端子２より出力される信号のレベルをＰ２、アイソレート端子４より出力される信号のレベルをＰ４、アイソレーションをＩとすると、アイソレーションＩは、以下の式で表される。

Ｉ＝１０ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ１）＝１０ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ２）

図１２から、設計されたバンドパスフィルタ１０は、２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域において、方向性結合器として機能するのに十分な大きさの結合度を有していることが分かる。また、図１３および図１４から、設計されたバンドパスフィルタ１０は、２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯域において、方向性結合器として機能するのに十分な大きさのアイソレーションを有していることが分かる。

以上のシミュレーションの結果から、本実施の形態に係るバンドパスフィルタ１０がバンドパスフィルタとしての機能と方向性結合器としての機能とを発揮できることが分かる。

次に、図１５を参照して、本実施の形態に係るバンドパスフィルタの変形例について説明する。図１５は、変形例のバンドパスフィルタの回路構成を示す回路図である。この変形例のバンドパスフィルタ１０は、図１に示したバンドパスフィルタ１０の構成要素に加え、入力用キャパシタ５と出力用キャパシタ６とを備えている。入力用キャパシタ５の一端は入力端子１に接続されている。インダクタ２１の一端とキャパシタ２４，２７，２９の各一端は、入力用キャパシタ５の他端に接続されている。出力用キャパシタ６の一端は出力端子２に接続されている。インダクタ２３の一端、キャパシタ２６の一端、キャパシタ２８の他端（インダクタ２２およびキャパシタ２５に接続された一端とは反対側の端）およびキャパシタ２９の他端は、出力用キャパシタ６の他端に接続されている。キャパシタ５，６は、バンドパスフィルタ部に含まれる。変形例のバンドパスフィルタ１０におけるその他の回路構成は、図１に示したバンドパスフィルタ１０と同様である。

変形例のバンドパスフィルタ１０における積層基板３０は、例えば、図４ないし図７に示した積層基板３０を以下のように変形することによって構成することができる。すなわち、図５（ｄ）に示した１６層目の誘電体層７６の上面上に、入力端子３１に接続される導体層７６１と出力端子３２に接続される導体層７６２の代わりに、それぞれ、入力端子３１に接続されない入力キャパシタ用導体層と出力端子３２に接続されない出力キャパシタ用導体層とを設ける。この場合、スルーホール７５４，７６４は入力キャパシタ用導体層に接続され、スルーホール７５６，７６６は出力キャパシタ用導体層に接続される。そして、他の誘電体層の上面上に、１層以上の誘電体層を介して入力キャパシタ用導体層に対向すると共に入力端子３１に接続される導体層と、１層以上の誘電体層を介して出力キャパシタ用導体層に対向すると共に出力端子３２に接続される導体層とを設ける。

変形例のバンドパスフィルタ１０によれば、キャパシタ５，６を設けない場合に比べて、通過帯域よりも低周波側の阻止帯域における減衰量を大きくすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明のバンドパスフィルタにおいて、共振器の数は、２つでもよいし、４つ以上であってもよい。共振器の数が２つの場合のバンドパスフィルタの構成は、例えば、図１に示した構成から、共振器１３とキャパシタ２８を除いた構成となる。共振器の数が４つ以上の場合のバンドパスフィルタの構成は、例えば、図１に示した構成において、共振器１３と出力端子２との間に、１つ以上の新たな共振器と、隣接する共振器を接続するキャパシタを挿入した構成となる。

本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの回路構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタを含むシステムの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態における積層基板の構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における積層基板の構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における積層基板の構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における積層基板の構成を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの通過減衰特性の一例を示す特性図である。 図８における一部を拡大して示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの入力端子における反射減衰特性を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの出力端子における反射減衰特性を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタにおける結合度の周波数特性を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタにおけるアイソレーションの周波数特性を示す特性図である。 図１３における一部を拡大して示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係るバンドパスフィルタの変形例の回路構成を示す回路図である。

符号の説明

１…入力端子、２…出力端子、３…モニタ端子、４…アイソレート端子、１０…バンドパスフィルタ、１１〜１３…共振器、１５…検出用線路、２１〜２３…インダクタ、２４〜２９…キャパシタ、３０…積層基板、３１…入力端子、３２…出力端子、３３…モニタ端子、３４…アイソレート端子、３５，３６…グランド用端子、６１〜８３…誘電体層、７１１〜７１３…共振器用導体層。

Claims (4)

1. 積層された複数の誘電体層を含む積層基板と、
   前記積層基板の外周部に配置された入力端子、出力端子、モニタ端子およびアイソレート端子と、
   回路構成上、前記入力端子と出力端子との間に設けられ、バンドパスフィルタとしての機能を実現するバンドパスフィルタ部と、
   前記積層基板内に配置され、前記モニタ端子とアイソレート端子とを接続する検出用線路とを備え、
   前記バンドパスフィルタ部は、それぞれ前記積層基板内に配置された共振器用導体層を用いて構成され、互いに電磁界結合する２つの共振器を有し、
   前記共振器は、前記共振器用導体層によって構成されたインダクタを含み、
   前記検出用線路は、方向性結合器における副線路として機能するように、前記バンドパスフィルタ部における少なくとも１つのインダクタに対して電磁界結合することを特徴とするバンドパスフィルタ。
2. 前記共振器は、更に、前記積層基板内に配置され、前記インダクタに接続されたキャパシタを含むことを特徴とする請求項１記載のバンドパスフィルタ。
3. 前記検出用線路と共振器用導体層は、前記複数の誘電体層の積層方向について互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のバンドパスフィルタ。
4. 更に、前記積層基板において、前記検出用線路および共振器用導体層を挟む位置に配置された２つのグランド用導体層を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバンドパスフィルタ。

Images