JP4596266B2 - フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、平衡端子を備えたフィルタに関する。

平衡端子を備えたフィルタとして、例えば不平衡入力−平衡出力型のバンドパスフィルタが知られている。このようなフィルタとして、バランを使用するものがある。バランは、不平衡信号（アンバランス信号）と平衡信号（バランス信号）とを相互変換するものである。携帯電話機等の無線通信機器では、フィルタとして小型化および薄型化への要求がある。
なお、不平衡信号を伝送する線路では、グランド電位に対する１本の信号線の電位により信号が伝送される。平衡信号を伝送する線路では、一対の信号線間の電位差により信号が伝送される。平衡信号は、一対の信号線間を伝送する各信号の位相が互いに１８０°異なり、かつ振幅がほぼ等しければ、一般にバランス特性に優れた状態といえる。

図３６は、バランの一般的な構造を示している。このバランは、１／２波長（λ／２）共振器１０１と、第１および第２の１／４波長共振器１０２，１０３とを備えている。１／２波長共振器１０１は、両端が開放（オープン）端とされ、一方の開放端に不平衡入力端子１１１が接続されている。第１および第２の１／４波長共振器１０２，１０３のそれぞれの短絡（ショート）端が、１／２波長共振器１０１の各開放端に対向するように１／２波長共振器１０１に対向して配置されている。第１および第２の１／４波長共振器１０２，１０３のそれぞれの開放端には、平衡出力端子１１２，１１３が接続され、一対の平衡出力端子が形成されている。

この構造を有するバランとして、特許文献１および特許文献２に記載の積層型バラントランスがある。特許文献１および特許文献２では、各共振器をスパイラル状の導体の線路パターンで形成し、その導体の線路パターンを複数の誘電体基板上に形成して積層構造にすることで、小型化を図っている。また、特許文献３および特許文献４には、平衡出力型のバンドパスフィルタとして、１／２波長共振器を用いた積層型バンドパスフィルタが記載されている。
特開２００２−１９０４１３号公報 特開２００３−００７５３７号公報 特開２００５−０４５４４７号公報 特開２００５−０８０２４８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の積層型バラントランスでは、全体の大きさが１／２波長共振器の大きさ（動作周波数の１／２波長の大きさ）によって制限されてしまい、小型化が困難である。また特許文献１および特許文献２には、各共振器をスパイラル構造にすることも開示されているが、その場合には線路間の不要な結合や物理的な配置のバランスが理想状態から崩れる等の理由で、平衡出力したときの振幅バランスや位相バランスが崩れ、所望の特性が得られないという問題もある。特許文献３および特許文献４に記載の積層型バンドパスフィルタについても同様に、基本的に１／２波長共振器を用いているので、全体の大きさが１／２波長共振器の大きさによって制限されてしまい、小型化が困難である。
また、広帯域の周波数を使用するＵＷＢ（Ultra Wide Band）などに対応するためには、広帯域なバランス信号が必要になるが、従来の構造では入力側の共振器と出力側の共振器との結合が強く取れないため、広帯域化が困難である。

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、小型化し易く、かつ平衡信号を広帯域でバランス特性に優れた状態で伝送することができるようにしたフィルタを提供することにある。

本発明によるフィルタは、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を少なくとも１組有する第１の共振器と、インターディジタル結合された他の一対の１／４波長共振器を第１の共振器と同数組有する第２の共振器と、第１の共振器または第２の共振器の少なくとも一方に設けられ、一対の１／４波長共振器の一方または他の一対の１／４波長共振器の一方に一方の端子が接続されると共に、一対の１／４波長共振器の他方または他の一対の１／４波長共振器の他方に他方の端子が接続された一対の平衡端子とを備えている。そして、第１の共振器における一対の１／４波長共振器と第２の共振器における他の一対の１／４波長共振器とが互いに隣接して並列配置され、第１の共振器と第２の共振器との間で、互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が互いに導通されているものである。
なお、本発明によるフィルタにおいて、「インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器」とは、一方の１／４波長共振器の開放端と他方の１／４波長共振器の短絡端とが対向すると共に、一方の１／４波長共振器の短絡端と他方の１／４波長共振器の開放端とが対向するように配置されることで、互いに電磁結合された共振器のことをいう。

本発明によるフィルタにおいて、一対の１／４波長共振器および他の一対の１／４波長共振器はそれぞれ、インターディジタル結合していないときの各１／４波長共振器の単体での共振周波数をｆ₀としたとき、単体での共振周波数ｆ₀よりも高い第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと単体での共振周波数ｆ₀よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとを有するように互いに隣接して配置され、かつ、第１の共振器と第２の共振器とが第２の共振周波数ｆ₂で電磁結合されているものである。
また、一対の１／４波長共振器が、第２の共振モードで互いに逆相に励振されると共に、他の一対の１／４波長共振器が、第２の共振モードで互いに逆相に励振されるものである。

本発明によるフィルタでは、一対の１／４波長共振器および他の一対の１／４波長共振器がそれぞれ、インターディジタル結合された構成とされていることで、小型化が容易となる。また、一対の１／４波長共振器または他の一対の１／４波長共振器の少なくとも一方に一対の平衡端子が接続されていることで、平衡信号がバランス特性に優れた状態で伝送される。さらに、一対の１／４波長共振器と他の一対の１／４波長共振器とが互いに隣接して並列配置され、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が互いに導通されていることで、第１の共振器と第２の共振器との間の結合調整が容易となり、広帯域な平衡信号の伝送が可能となる。
ここで、一対の１／４波長共振器をインターディジタル型で、かつ強く結合させると、物理的な１／４波長の長さで決まる共振周波数ｆ₀（インターディジタル結合させていないときの各１／４波長共振器単体での共振周波数）に対し周波数が高い第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと、第１の共振周波数ｆ₁よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとの２つのモードが現れ、共振周波数が２つに分離する。この場合において、物理的な長さに対応する共振周波数ｆ₀よりも周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂を、フィルタとしての通過周波数（動作周波数）に設定することで、フィルタとしての通過周波数を共振周波数ｆ₀に設定した場合よりも小型化が図られる。例えば２．４ＧＨｚ帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば８ＧＨｚに対応させた１／４波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを２．４ＧＨｚ帯に対応させた１／４波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。また、周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードは、一対の１／４波長共振器で互いに逆相となる励振モードなので、バランス特性に優れたものとなる。

本発明によるフィルタにおいて、互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部を互いに接続する接続用導体をさらに備えていても良い。
または、互いに隣接する１／４波長共振器同士が、互いの一部を共有し、その共有した部分で互いに導通されていると共に、その共有した部分の一端が短絡端とされていても良い。

また、本発明によるフィルタにおいて、第１の共振器および第２の共振器はそれぞれ、回転対称軸を有し全体として回転対称な構造とされ、一対の平衡端子が、回転対称軸に対して互いに回転対称となる位置において第１の共振器または第２の共振器に接続されていても良い。
この構成の場合には、バランス特性がより優れた状態で平衡信号が伝送される。

また、本発明によるフィルタにおいて、一対の１／４波長共振器および他の一対の１／４波長共振器はそれぞれ、誘電体多層基板内において誘電体層を挟んで互いに対向して積層された構造とされ、各一対の１／４波長共振器に挟まれた領域にある誘電体層の比誘電率が、他の領域にある誘電体層の比誘電率よりも大きい構成とされていていても良い。
この構成の場合には、各一対の１／４波長共振器間の結合の相互容量を大きくし、外部Ｑを小さくすることができ、フィルタの周波数特性やバランス特性がより優れた状態で平衡信号が伝送される。

また、本発明によるフィルタにおいて、一対の平衡端子のそれぞれが、一端が短絡された線路で構成され、一対の１／４波長共振器または他の一対の１／４波長共振器と一対の平衡端子とが磁界結合により接続されていても良い。
この構成の場合には、線路の長さや、線路と１／４波長共振器との間隔を調整することで、一対の平衡端子と一対の１／４波長共振器との結合調整が容易となる。

また、本発明によるフィルタにおいて、一対の平衡端子のそれぞれの一端部がコンデンサ電極で構成され、一対の平衡端子がコンデンサ電極による容量結合により、一対の１／４波長共振器または他の一対の１／４波長共振器に接続されていても良い。
この構成の場合には、コンデンサ容量を調整することで、一対の平衡端子と一対の１／４波長共振器との結合調整が容易となる。

また、本発明によるフィルタにおいて、一対の１／４波長共振器および他の一対の１／４波長共振器のそれぞれの開放端側に対向するように、一端が短絡されたコンデンサ電極が設けられていても良い。
この構成の場合には、一対の１／４波長共振器にコンデンサ容量が並列に加わることで、動作周波数としての第２の共振周波数ｆ₂がさらに下がり、より小型化しやすくなる。また、コンデンサ電極の物理的な大きさを変えることでコンデンサ容量の調整ができるので、共振周波数の微調整を行いやすい。

また、本発明によるフィルタにおいて、一対の平衡端子が第１の共振器および第２の共振器の一方の共振器にのみ設けられており、一対の平衡端子が設けられていない他方の共振器における一対の１／４波長共振器の一方には不平衡端子が設けられていても良い。
この場合には、全体として不平衡−平衡型のフィルタが構成される。

また、本発明によるフィルタにおいて、第１の共振器および第２の共振器のそれぞれに、一対の平衡端子が設けられていても良い。
この場合には、全体として平衡−平衡型のフィルタが構成される。

本発明のフィルタによれば、一対の１／４波長共振器および他の一対の１／４波長共振器をそれぞれ、インターディジタル結合した構成にしたので、小型化が容易となる。また、一対の１／４波長共振器または他の一対の１／４波長共振器の少なくとも一方に一対の平衡端子を接続するようにしたので、平衡信号をバランス特性に優れた状態で伝送することができる。さらに、一対の１／４波長共振器と他の一対の１／４波長共振器とを互いに隣接して並列配置し、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部を互いに導通させるようにしたので、第１の共振器と第２の共振器との間の結合調整が容易となり、広帯域な平衡信号の伝送が可能となる。これらにより、小型化し易く、かつ平衡信号を広帯域でバランス特性に優れた状態で伝送することができる。

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。
［第１の実施の形態］

まず、本発明の第１の実施の形態に係るフィルタについて説明する。本実施の形態では、入力端側に不平衡端子、出力端側に平衡端子を備えた不平衡入力−平衡出力型のフィルタを例に説明する。

図１（Ａ），図１（Ｂ）は、この不平衡入力−平衡出力型のフィルタの一構成例を示している。なお、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の斜視図においてＺ方向の側面（ＸＹ面）から見た状態を示している。図２（Ａ）は、このフィルタにおいて、下から第１層目の線路パターンを示し、図２（Ｂ）は下から第２層目の線路パターンを示している。また、図３は、このフィルタにおけるインターディジタル結合の構造を模式的に示している。このフィルタは、入力端側に設けられた入力用共振器１と、出力端側に設けられた出力用共振器２と、入力用共振器１に接続された不平衡入力端子３と、出力用共振器２に接続された一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂとを備えている。

入力用共振器１は、図３に模式的に示したように、互いにインターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１，１２で構成されている。一対の１／４波長共振器１１，１２はそれぞれ、一端が短絡端とされ、他端が開放端とされている。一対の１／４波長共振器１１，１２のうち、一方の１／４波長共振器１１に不平衡入力端子３が接続されている。一対の１／４波長共振器１１，１２は、回転対称軸６を有し、全体的に回転対称な構造とされている。なお、不平衡入力端子３を一方の１／４波長共振器１１（下層側）ではなく、他方の１／４波長共振器１２（上層側）に設けても良い。

出力用共振器２も、図３に模式的に示したように、互いにインターディジタル結合された他の一対の１／４波長共振器２１，２２で構成されている。一対の１／４波長共振器２１，２２のうち、一方の１／４波長共振器２１には一方の平衡出力端子４Ａが接続され、他方の１／４波長共振器２２には他方の平衡出力端子４Ｂが接続されている。一対の１／４波長共振器２１，２２はそれぞれ、一端が短絡端とされ、他端が開放端とされている。一対の１／４波長共振器２１，２２は、回転対称軸５を有し、全体的に回転対称な構造とされている。一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂは、回転対称軸５に対して互いに回転対称となる位置において、一対の１／４波長共振器２１，２２に接続されていることが好ましい。これにより、バランス特性に優れた状態にすることができる。

一対の１／４波長共振器１１，１２は、後述するように、強いインターディジタル結合がなされていることで、第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと第１の共振周波数ｆ₁よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとを有している。より詳しくは、インターディジタル結合していないときの各１／４波長共振器１１，１２の単体での共振周波数をｆ₀としたとき、単体での共振周波数ｆ₀よりも高い第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと単体での共振周波数ｆ₀よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとを有している。他の一対の１／４波長共振器２１，２２も同様に、２つの共振モードを有している。このフィルタは、入力用共振器１と出力用共振器２とが、周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂で共振し、電磁結合するように構成されている。これにより、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域とした、不平衡入力−平衡出力型のバンドパスフィルタが構成されている。

ここで、入力用共振器１における一対の１／４波長共振器１１，１２と出力用共振器２における他の一対の１／４波長共振器２１，２２は、互いに隣接して並列配置されている。そして、入力用共振器１と出力用共振器２との間で、互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が互いに導通されている。すなわち、図２（Ａ）に示したように、下から第１層目においては、入力用共振器１における一方の１／４波長共振器１１と出力用共振器２における一方の１／４波長共振器２１とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ａにより一部が互いに導通されている。また、図２（Ｂ）に示したように、下から第２層目においては、入力用共振器１における他方の１／４波長共振器１２と出力用共振器２における他方の１／４波長共振器２２とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ｂにより一部が互いに導通されている。
従ってこのフィルタは、コムライン結合した第１層目の１／４波長共振器１１，２１と第２層目の１／４波長共振器１２，２２とを上下方向にインターディジタル結合させた構造と考えることもできる。この場合において、第１層目の１／４波長共振器１１，２１と第２層目の１／４波長共振器１２，２２とが、接続用導体１０Ａ，１０Ｂも含めて上下に対称的な構造とされていることが、バランス特性を良くする点で好ましい。

本実施の形態において、入力用共振器１が、本発明における「第１の共振器」の一具体例に対応し、出力用共振器２が、本発明における「第２の共振器」の一具体例に対応する。また、入力用共振器１における一対の１／４波長共振器１１，１２が、本発明における「一対の１／４波長共振器」の一具体例に対応し、出力用共振器２における他の一対の１／４波長共振器２１，２２が、本発明における「他の一対の１／４波長共振器」の一具体例に対応する。

以上で説明したフィルタの主要な構成要素は、ＴＥＭ線路により構成されている。ＴＥＭ線路は、例えばストリップラインなどの導体パターンや誘電体基板内部に形成された貫通導体などで構成することができる。なお、ＴＥＭ線路とは、電界および磁界が共に電磁波の進行方向に垂直な断面内にのみ存在する電磁波（ＴＥＭ波）を伝送する伝送線路である。

より具体的には、このフィルタは、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示したように、誘電体材料よりなる誘電体基板６１を備え、その誘電体基板６１を多層構造とした積層型のフィルタの構成とされている。誘電体基板６１の内部には、導体の線路パターン（ストリップライン）が形成され、その内部の線路パターンにより、入力用共振器１と、出力用共振器２と、不平衡入力端子３と、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂとが形成されている。このような構造は、例えば、シート状の誘電体基板を複数用意し、各共振器および各端子部分をそのシート状の誘電体基板上に導体の線路パターンで形成して、そのシート状の誘電体基板を重ね合わせた積層構造にすることで実現できる。一対の１／４波長共振器２１，２２は、回転対称軸５を有し、全体的に回転対称な構造とされている。一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂは、回転対称軸５に対して互いに回転対称な位置に接続されている。

誘電体基板６１において、例えば上面または底面は接地層とされている。誘電体基板６１において、一対の１／４波長共振器１１，１２の長手方向に対向する両側面には、一対の１／４波長共振器１１，１２を接地層に接続するための接続用導体パターン６２Ａ，６２Ｂが設けられている。一方の１／４波長共振器１１の短絡端は、接続用導体パターン６２Ａに接続され、他方の１／４波長共振器１２の短絡端は、接続用導体パターン６２Ｂに接続されている。同様に、誘電体基板６１において、一対の１／４波長共振器２１，２２の長手方向に対向する両側面には、一対の１／４波長共振器２１，２２を接地層に接続するための接続用導体パターン６３Ａ，６３Ｂが設けられている。一方の１／４波長共振器２１の短絡端は、接続用導体パターン６３Ａに接続され、他方の１／４波長共振器２２の短絡端は、接続用導体パターン６３Ｂに接続されている。

なお、各共振器の長手方向に対向する両側面部分を全面導体として接地層とし、各共振器の短絡端をその接地層に直接短絡するようにしても良い。また、誘電体基板６１の内部に全面導体パターンの接地層を設け、各共振器の短絡端をその内部の接地層に短絡するようにしても良い。

次に、本実施の形態に係るフィルタの作用を説明する。
このフィルタでは、不平衡入力端子３から入力された不平衡信号が、入力端と出力端との間の各共振器の作用により、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域としてフィルタリングされ、平衡信号として一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂから出力される。ここで、このフィルタでは、一対の１／４波長共振器１１，１２と他の一対の１／４波長共振器２１，２２とが互いに隣接して並列配置され、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が互いに導通されていることで、入力用共振器１と出力用共振器２との間で結合調整が容易となり、広帯域での平衡信号の伝送が可能となる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）を参照して、この各層における結合調整について説明する。このフィルタでは、各１／４波長共振器における短絡端から接続用導体１０Ａ，１０Ｂによる接続点までの距離をＸとすると、この距離Ｘ、すなわち、各層における１／４波長共振器同士の接続位置を調整することで容易に結合調整を行うことができる。簡単のため、図４（Ａ）に示したように各層において接続用導体１０Ａ，１０Ｂも含めて１／４波長共振器が完全に左右対称構造とされている場合について考える。左右対称構造の場合、その共振構造は、対称面Ｃを開放状態にした偶モードの共振器（図４（Ｂ））と、対称面Ｃを短絡状態にした奇モードの共振器（図４（Ｃ））との２つに分離して考えることができる。ここで、偶モードでの共振周波数をｆｅ、奇モードでの共振周波数をｆｏとすると、その結合係数ｋは、
ｋ≒２｜ｆｅ−ｆｏ｜／（ｆｅ＋ｆｏ）
となり、各モードの共振周波数の差に比例する。
また、各１／４波長共振器の物理長をＬとすると、
ｋ≒２Ｘ／（２Ｌ−Ｘ）
と表せる。

ここで、短絡状態にした共振器（図４（Ｃ））では、その実効的な物理長はＬ−Ｘとなり、開放状態にした共振器（図４（Ｂ））に比べて距離Ｘ分だけ実効的な物理長が短くなっていることが分かる。すなわち、距離Ｘの長さを長くすればするほど、奇モードでの実効的な物理長が短くなり、共振周波数ｆｅが高くなる。つまり、偶モードの共振周波数ｆｏとの差が大きくなる。これは結果的に、距離Ｘを調整することによって結合の度合いを自在に調整することができることを意味する。すなわち、距離Ｘを長くして各層において１／４波長共振器同士の接続位置を短絡端から遠くすれば（開放端側に近づければ）、各層における１／４波長共振器同士の結合は強くなる。

また、このフィルタでは、インターディジタル結合した一対の１／４波長共振器における周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域としていることで、小型化が容易となり、平衡信号をバランス特性に優れた状態で伝送することができる。次に、このインターディジタル結合することにより得られる作用、効果について説明する。

ＴＥＭ線路からなる２つの共振器を結合させる手法として、一般にコムライン結合とインターディジタル結合との２種類を挙げることができる。このうち、インターディジタル結合は、非常に強い結合が得られることが知られている。インターディジタル結合とは、一方の共振器の開放端と他方の共振器の短絡端とが対向し、一方の共振器の短絡端と他方の共振器の開放端とが対向するように２つの共振器が対向配置された構造となる結合方法である。

インターディジタル結合した一対の１／４波長共振器１１，１２（および他の一対の１／４波長共振器２１，２２）では、共振状態を２つの固有な共振モードに分けることができる。図５は、一対の１／４波長共振器１１，１２（または他の一対の１／４波長共振器２１，２２）における第１の共振モードを示し、図６は、その第２の共振モードを示している。なお、図５および図６において、破線で示した曲線は、各共振器における電界Ｅの分布を示している。なお、以下では一対の１／４波長共振器１１，１２について説明するが、他の一対の１／４波長共振器２１，２２についても同様である。

第１の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１，１２のそれぞれにおいて開放端側から短絡端側に電流ｉが流れ、それぞれに流れる電流ｉの向きが逆方向となる。この第１の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１，１２で電磁波が同相に励振されている。

一方、第２の共振モードでは、一方の１／４波長共振器１１では開放端側から短絡端側に電流ｉが流れると共に、他方の１／４波長共振器１２では短絡端側から開放端側に電流ｉが流れ、それぞれに流れる電流ｉの向きが同方向となる。すなわち、この第２の共振モードでは、電界Ｅの分布を見ても分かるように、一対の１／４波長共振器１１，１２で電磁波が逆相に励振されている。この第２の共振モードでは、一対の１／４波長共振器１１，１２全体の物理的な回転対称軸６に対して互いに回転対称な位置で、電界Ｅの位相が１８０°異なる。

ここで、第１の共振モードの共振周波数は、以下の式（１Ａ）のｆ₁で表され、第２の共振モードの共振周波数は、以下の式（１Ｂ）のｆ₂で表される。式（１Ａ），（１Ｂ）において、ｃは光速、ε_rは実効比誘電率、ｌは共振器の長さを表す

また、Ｚ_eは偶モードの特性インピーダンス、Ｚ_Oは奇モードの特性インピーダンスを表す。左右対称型のカップリング伝送線路において、その伝送線路に伝搬する伝送モードは、偶モードと奇モードとの２種類の独立なモード（互いに干渉しない）に分解される。

図７（Ａ）は、そのカップリング伝送線路の奇モードでの電界Ｅの分布を示し、図７（Ｂ）は偶モードでの電界Ｅの分布を示している。なお、図７（Ａ），図７（Ｂ）において、外周部分はグランド層５０、内部には左右対称の導体線路５１，５２が形成されている。図７（Ａ），図７（Ｂ）では、カップリング伝送線路の伝送方向に直交する断面内での電界分布を示しており、信号の伝送方向は紙面に対して直交する方向である。

図７（Ａ）に示したように、奇モードでは、導体線路５１，５２の対称面に対して電界が垂直に交わり、対称面が仮想的な電気壁５３Ｅとなる。図８（Ａ）は、図７（Ａ）と等価な伝送線路を示している。図８（Ａ）に示したように、対称面を実際の電気壁５３Ｅ（ゼロ電位の壁、グランド）に置き換えることで、１つの導体線路５１だけの線路と等価な構造にすることができる。図８（Ａ）に示した線路での特性インピーダンスが、上記式（１Ａ），（１Ｂ）での奇モードの特性インピーダンスＺ_Oとなる。

一方、偶モードでは、図７（Ｂ）に示したように導体線路５１，５２の対称面に対して電界が平衡になり、磁界が対称面に対して垂直に交わる。偶モードでは、対称面が仮想的な磁気壁５３Ｈとなる。図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）と等価な伝送線路を示している。図８（Ｂ）に示したように、対称面を実際の磁気壁５３Ｈ（インピーダンス無限大の壁）に置き換えることで、１つの導体線路５１だけの線路と等価な構造にすることができる。図８（Ｂ）に示した線路での特性インピーダンスが、上記式（１Ａ），（１Ｂ）での偶モードの特性インピーダンスＺ_eとなる。

ここで、一般的に伝送線路の特性インピーダンスＺは、信号ラインの単位長さ当たりのグランドに対する容量Ｃと、信号ラインの単位長さ当たりのインダクタンス成分Ｌとの比で表現される。すなわち、
Ｚ＝√（Ｌ／Ｃ） ……（２）
なお、√は、（Ｌ／Ｃ）全体の平方根を取ることを示す。

奇モードでの特性インピーダンスＺ_Oは、図８（Ａ）の線路構造から、対称面がグランド（電気壁５３Ｅ）となりグランドに対する容量Ｃが大きくなるので、（２）式から、Ｚ_Oの値が小さくなる。一方、偶モードでの特性インピーダンスＺ_eは、図８（Ｂ）の線路構造から、対称面が磁気壁５３Ｈとなるので容量Ｃが小さくなり、（２）式から、Ｚ_eの値が大きくなる。

このことを踏まえてインターディジタル結合した一対の１／４波長共振器１１，１２の共振モードの共振周波数である式（１Ａ），（１Ｂ）を検討する。アークタンジェントの関数は単調増加の関数であるので、式（１Ａ），（１Ｂ）においてｔａｎ^-1に係る部分が大きくなればなるほど共振周波数は大きくなるし、小さくなればなるほど共振周波数は小さくなる。すなわち、奇モードでの特性インピーダンスＺ_Oの値が小さくなり、偶モードでの特性インピーダンスＺ_eの値が大きくなって、それらの差が大きくなればなるほど、式（１Ａ）から第１の共振モードの共振周波数ｆ₁は大きくなり、式（１Ｂ）から第２の共振モードの共振周波数ｆ₂は小さくなる。

従って、結合する伝送路の対称面の比率を大きくしてやれば、第１の共振周波数ｆ₁と第２の共振周波数ｆ₂は、図９に示したように互いに離れていくことになる。なお、図９は、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１，１２における共振周波数の分布状態を示している。第１の共振周波数ｆ₁と第２の共振周波数ｆ₂の中間の共振周波数ｆ₀は、線路の物理的な長さによって決まる１／４波長で共振した場合の周波数（インターディジタル結合していないときの各１／４波長共振器単体での共振周波数）となる。ここで、伝送路の対称面の比率を大きくするということは、（２）式から奇モードでの容量Ｃを大きくすることに対応する。容量Ｃを大きくすることは、線路の結合の度合いを強くすることに対応する。従って、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１，１２において、共振器間の結合を強くすればするほど、第１の共振周波数ｆ₁と第２の共振周波数ｆ₂とが大きく分離していくことになる。

一対の１／４波長共振器１１，１２をインターディジタル型で、かつ強く結合させることにより、以下の利点がある。強く結合させることで、物理的な１／４波長の長さで決まる共振周波数ｆ₀が２つに分離する。すなわち、共振周波数ｆ₀よりも高い第１の共振周波数ｆ₁で共振する第１の共振モードと、共振周波数ｆ₀よりも低い第２の共振周波数ｆ₂で共振する第２の共振モードとの２つのモードが現れる。
この場合において、周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂を、フィルタとしての通過周波数（動作周波数）に設定することで、第１の利点としてまず、フィルタとしての通過周波数を共振周波数ｆ₀に設定した場合よりも小型化することができる。例えば２．４ＧＨｚ帯を通過周波数としたフィルタを設計する場合、物理的な長さを例えば８ＧＨｚに対応させた１／４波長共振器を用いることができる。これは、物理的な長さを２．４ＧＨｚ帯に対応させた１／４波長共振器とした場合よりも小型のものとなる。

また、第２の利点として、平衡端子を結合させた場合に優れたバランス特性が得られる（本実施の形態では他の一対の１／４波長共振器２１，２２に一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂが接続されている）。図５および図６を参照して説明したように、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１，１２では、第１の共振モードでは同相に励振され、第２の共振モードでは逆相に励振されている。従って、一対の１／４波長共振器１１，１２をインターディジタル型に強く結合させて第１の共振周波数ｆ₁を十分に高く設定し、第２の共振周波数ｆ₂とは十分に分離させることで、フィルタ通過周波数（＝第２の共振周波数ｆ₂）に対しては同相成分を励振させずに逆相成分だけにすることができる。これによりバランス特性を良好なものとすることができる。この観点から、第１の共振周波数ｆ₁は、入力信号の周波数帯域よりも十分に高いことが好ましい。例えば、第１の共振周波数ｆ₁が第２の共振周波数ｆ₂に対し３倍を超える程度であることが好ましい。すなわち、
ｆ₁＞３ｆ₂
の条件を満たすことが好ましい。
周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂をフィルタとしての通過周波数に設定する場合、入力信号の周波数帯域が第１の共振周波数ｆ₁に重なると周波数特性が悪化する。第１の共振周波数ｆ₁を入力信号の周波数帯域よりも高く設定することで、これが防止される。

さらに、第３の利点として、導体損失を少なくすることができる。図１０（Ａ），図１０（Ｂ）は、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器１１，１２における磁界Ｈの分布を模式的に示している。なお、図１０（Ａ），図１０（Ｂ）では、図６に示した一対の１／４波長共振器１１，１２における第２の共振モードでの電流ｉの流れる方向に直交する断面内での磁界分布を示している。電流ｉの流れる方向は紙面に対して直交する方向である。第２の共振モードでは、図１０（Ａ）に示したように、一対の１／４波長共振器１１，１２において、断面内で同一方向に（例えば反時計回りに）、磁界Ｈが分布する。この場合、強くインターディジタル結合させると（共振器同士を近づけると）、図１０（Ｂ）に示したように、一対の１／４波長共振器１１，１２を仮想的に１つの導体とみなした状態と同等の磁界分布となる。すなわち、仮想的に導体厚が厚くなるので、導体損失が少なくなる。

以上説明したように、本実施の形態に係るフィルタによれば、一対の１／４波長共振器１１，１２および他の一対の１／４波長共振器２１，２２をそれぞれ、インターディジタル結合した構成にしたので、小型化が容易となる。また、他の一対の１／４波長共振器２１，２２に一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂを接続するようにしたので、平衡信号をバランス特性に優れた状態で伝送することができる。さらに、一対の１／４波長共振器１１，１２と他の一対の１／４波長共振器２１，２２とを互いに隣接して並列配置し、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部を互いに導通させるようにしたので、入力用共振器１と出力用共振器２との間の結合調整が容易となり、広帯域な平衡信号の伝送が可能となる。これらにより、小型化し易く、かつ平衡信号を広帯域でバランス特性に優れた状態で伝送することができる。さらに、導体損失の少ない信号伝送を行うことができる。
［第１の実施の形態の変形例］

次に、本実施の形態に係るフィルタの変形例を説明する。なお、以下の各変形例において、図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例と実質的に同一の部分には同一の符号を付す。
＜第１の変形例＞

図１１（Ａ），図１１（Ｂ）は、第１の変形例を示している。図１１（Ｂ）は、出力端側の側面方向から見た状態を示している。このフィルタは、入力用共振器１と出力用共振器２とを多段の構成にし、上下方向に４層の線路パターンを有している。図１２（Ａ）は、このフィルタにおいて、下から第１層目と第３層目の線路パターンを示し、図１２（Ｂ）は下から第２層目と第４層目の線路パターンを示している。図示していないが、接地層は例えば誘電体基板６１の内部において、最下層（第１層目の線路パターンのさらに下層）および最上層（第４層目の線路パターンのさらに上層）に設けられている。

このフィルタは、入力用共振器１が、４つの１／４波長共振器１１，１２，１３，１４を有している。各１／４波長共振器１１，１２，１３，１４は、上下方向に隣接するもの同士がそれぞれインターディジタル結合されるように、短絡端が例えばスルーホールなどにより図示しない内部の接地層に短絡されている。具体的には、第１層目と第２層目の１／４波長共振器１１、１２によってインターディジタル結合された第１の一対の１／４波長共振器が形成され、第２層目と第３層目の１／４波長共振器１２、１３によってインターディジタル結合された第２の一対の１／４波長共振器が形成され、第３層目と第４層目の１／４波長共振器１３、１４によってインターディジタル結合された第３の一対の１／４波長共振器が形成されている。このように、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を３組有している。不平衡入力端子３は、第２層目と第４層目の１／４波長共振器１２，１４に合計２組設けられている。なお、第１層目と第３層目の１／４波長共振器１１，１３に不平衡入力端子３が設けられていても良い。また、不平衡入力端子３を１組のみ設けるようにしても良い。誘電体基板６１の一側面には、不平衡入力端子３を外部接続するための外部端子パターン６４が形成され、不平衡入力端子３の一端がその外部端子パターン６４に導通されている。

出力用共振器２も同様に、４つの１／４波長共振器２１，２２，２３，２４を有し、各１／４波長共振器２１，２２，２３，２４の上下方向に隣接するもの同士がそれぞれインターディジタル結合されるように、短絡端が例えばスルーホールなどにより図示しない内部の接地層に短絡されている。具体的には、第１層目と第２層目の１／４波長共振器２１、２２によってインターディジタル結合された第１の他の一対の１／４波長共振器が形成され、第２層目と第３層目の１／４波長共振器２２、２３によってインターディジタル結合された第２の他の一対の１／４波長共振器が形成され、第３層目と第４層目の１／４波長共振器２３、２４によってインターディジタル結合された第３の他の一対の１／４波長共振器が形成されている。このように、インターディジタル結合された他の一対の１／４波長共振器を３組有している。

出力用共振器２において、第１層目と第３層目の１／４波長共振器２１、２３には、一方の平衡出力端子４Ａが設けられ、第２層目と第４層目の１／４波長共振器２２、２４に他方の平衡出力端子４Ｂが設けられている。これにより、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂが２組形成されている。なお、平衡出力端子４Ａ，４Ｂを１組のみ設けるようにしても良い。複数段の１／４波長共振器２１，２２，２３，２４は、回転対称軸５を有し、全体的に回転対称な構造とされている。一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂは、回転対称軸５に対して互いに回転対称な位置となるように各１／４波長共振器に接続されている。誘電体基板６１の他の一側面には、平衡出力端子４Ａ，４Ｂを外部接続するための外部端子パターン６５Ａ，６５Ｂが形成され、平衡出力端子４Ａ，４Ｂの一端がその外部端子パターン６５Ａ，６５Ｂに導通されている。

この変形例に係るフィルタにおいても、図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例と同様、各層において入力用共振器１における一対の１／４波長共振器と出力用共振器２における他の一対の１／４波長共振器とが隣接して並列配置され、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が接続用導体１０Ａ，１０Ｂにより互いに導通されている。

図１３は、この変形例に係るフィルタの損失特性（Ｓパラメータ特性）を示している。符号Ｓ２１を付した曲線は一方の平衡出力端子４Ａから出力される信号の通過損失特性を示し、符号Ｓ３１を付した曲線は他方の平衡出力端子４Ｂから出力される信号の通過損失特性を示している。符号Ｓ１１を付した曲線は不平衡入力端子３から見た反射損失特性を示す。図示したように、このフィルタでは、２．２ＧＨｚ〜２．４ＧＨｚ帯付近を通過帯域とした良好なバンドパスフィルタが実現できている。特に、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂの減衰損失特性が互いにほぼ等しく、振幅バランスに優れたバンドパスフィルタが実現できている。

図１４は、この変形例に係るフィルタの平衡信号の位相バランス特性を示している。また、図１５は平衡信号の振幅バランス特性を示している。図１４から分かるように、このフィルタでは、通過帯域において平衡出力信号間の位相が互いにほぼ１８０°異なり、位相バランスに優れている。また図１５から分かるように、振幅バランスにも優れている。
＜第２の変形例＞

図１（Ａ），図１（Ｂ）および図１１（Ａ），図１１（Ｂ）の各構成例では、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂが１／４波長共振器に直接接続されている。ここで、図１６を参照して、共振器に端子が直接接続された場合における共振器と端子間の結合調整方法について説明する。図１６に示したように、１／４波長共振器７１において、短絡端から距離ｘの位置に出力端子７２が直接接続されているものとする。この場合、距離ｘが小さくなれば１／４波長共振器７１と出力端子７２との結合が弱くなり、逆に大きくなれば結合が強くなる。図１（Ａ），図１（Ｂ）および図１１（Ａ），図１１（Ｂ）の各構成例のように、出力用共振器２が全体的に回転対称な構造とされている場合、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂの直接の接続点を互いに回転対称な位置にすることにより、振幅バランスを良くすることができる。

これに対し、本変形例では、平衡出力端子の結合方法を変えた構成例を説明する。図１７（Ａ），図１７（Ｂ）は、本変形例に係るフィルタの構成を示している。図１７（Ｂ）は、出力端側の側面方向から見た状態を示している。本変形例に係るフィルタは、図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例に対し、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂの接続構造が異なる。他の部分は図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例と同様である。本変形例に係るフィルタでは、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂのそれぞれの一端部がコンデンサ電極８１Ａ，８１Ｂで構成されている。そして、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂが、コンデンサ電極８１Ａ，８１Ｂによる容量結合により一対の１／４波長共振器２１，２２に結合され、容量結合により平衡信号が出力されるようになされている。図１８は、その結合部分の等価回路を示している。

一方の平衡出力端子４Ａのコンデンサ電極８１Ａは、開放端側において、一方の１／４波長共振器２１に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。コンデンサ電極８１Ａと１／４波長共振器２１との間は誘電体層となっている。同様に、他方の平衡出力端子４Ｂのコンデンサ電極８１Ｂは、開放端側において、他方の１／４波長共振器２２に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。コンデンサ電極８１Ｂと１／４波長共振器２２との間は誘電体層となっている。

この構成の場合には、結合部分のコンデンサ容量Ｃｉｎを調整することで、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂと一対の１／４波長共振器２１，２２との間の結合調整を容易に行うことができる。コンデンサ容量Ｃｉｎの調整は、コンデンサ電極８１Ａ，８１Ｂの大きさや１／４波長共振器２１，２２との間隔などを変えることで行うことができる。この場合、コンデンサ容量Ｃｉｎを大きくすれば、結合が強くなり、逆に小さくすれば結合が弱くなる。出力用共振器２が全体的に回転対称な構造とされている場合、次の条件を満たすと良好なバランス特性で信号を取り出すことができる。すなわち、第１に、一方の平衡出力端子４Ａと他方の平衡出力端子４Ｂとで、コンデンサ容量Ｃｉｎが同じであること。第２に、コンデンサ電極８１Ａ，８１Ｂの物理的な構造が、回転対称軸５に対し回転対称構造となっていることである。
＜第３の変形例＞

図１９（Ａ），図１９（Ｂ）は、第３の変形例を示している。図１９（Ｂ）は、出力端側の側面方向から見た状態を示している。本変形例に係るフィルタは、図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例に対し、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂの接続構造が異なる。他の部分は図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例と同様である。本変形例に係るフィルタでは、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂのそれぞれの一端部が磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂで構成されている。そして、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂが、磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂによる磁界結合により一対の１／４波長共振器２１，２２に結合され、磁界結合により平衡信号が出力されるようになされている。

磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂは、一端が短絡された線路で構成されている。一方の平衡出力端子４Ａの磁界結合用線路９１Ａは、一方の１／４波長共振器２１の短絡端側において、一方の１／４波長共振器２１に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。磁界結合用線路９１Ａは、一方の１／４波長共振器２１と共に接続用導体パターン６３Ａに接続されることで、短絡されている。同様に、他方の平衡出力端子４Ｂの磁界結合用線路９１Ｂは、他方の１／４波長共振器２２の短絡端側において、他方の１／４波長共振器２２に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。磁界結合用線路９１Ｂは、他方の１／４波長共振器２２と共に接続用導体パターン６３Ｂに接続されることで、短絡されている。

この構成の場合には、磁界結合の度合いを調整することで、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂと一対の１／４波長共振器２１，２２との間の結合調整を容易に行うことができる。図２１は、結合部分の等価的な構造を示している。結合の強さは、磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂと１／４波長共振器２１，２２との距離ｄを短くすれば強くなり、逆に距離ｄを大きくすれば弱くなる。また、磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂの長さｘを長くすれば結合が強くなり、逆に長さｘを短くすれば結合が弱くなる。出力用共振器２が全体的に回転対称な構造とされている場合、磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂを含めて平衡出力端子４Ａ，４Ｂの物理的な構造が回転対称軸５に対し回転対称構造となっていれば、良好なバランス特性で信号を取り出すことができる。
＜第４の変形例＞

図２０（Ａ），図２０（Ｂ）は、第４の変形例を示している。図２０（Ｂ）は、出力端側の側面方向から見た状態を示している。本変形例に係るフィルタは、図１９（Ａ），図１９（Ｂ）の構成例と同様、一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂを、磁界結合用線路９１Ａ，９１Ｂによる磁界結合により一対の１／４波長共振器２１，２２に結合したものであるが、磁界結合する位置が異なる。図１９（Ａ），図１９（Ｂ）の構成例では、一対の１／４波長共振器２１，２２の短絡端側において磁界結合させる構造にしたが、本変形例では開放端側において磁界結合させている。

すなわち、一方の平衡出力端子４Ａの磁界結合用線路９１Ａは、一方の１／４波長共振器２１の開放端側において、一方の１／４波長共振器２１に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。磁界結合用線路９１Ａは、接続用導体パターン６３Ｂに接続されることで、短絡されている。同様に、他方の平衡出力端子４Ｂの磁界結合用線路９１Ｂは、他方の１／４波長共振器２２の開放端側において、他方の１／４波長共振器２２に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。磁界結合用線路９１Ｂは、接続用導体パターン６３Ａに接続されることで、短絡されている。
この構成の場合における結合調整は、図１９（Ａ），図１９（Ｂ）の構成例と同様である。
＜第５の変形例＞

図２２は、第５の変形例を示している。本変形例に係るフィルタは、図１１（Ａ），図１１（Ｂ）に示した多段構成の構成例に対し、誘電体基板６１内の誘電体層の比誘電率を最適化したものである。本変形例では、１／４波長共振器２１，２２，２３，２４のそれぞれに挟まれた領域にある誘電体層２１１の比誘電率ε_r1が、他の領域にある誘電体層２１２，２１３の比誘電率ε_r2，ε_r3よりも大きい構成とされているものである。すなわち、
ε_r1＞ε_r2，ε_r3
を満たす。なお、誘電体基板６１の上面および底面にグランド層が形成されているものとする。

本実施の形態に係るフィルタにおいて、共振器部分の構造を小型にし、かつ平衡出力端子４Ａ，４Ｂから取り出す信号バランスを良くするためには、１／４波長共振器間の相互容量を大きくすれば良い。相互容量を大きくするためには、誘電体層の材料を比誘電率の大きい材料にすることが考えられる。しかしながら、フィルタ全体の誘電体層を比誘電率の大きい材料で構成してしまうと、共振器のグランドに対する容量も増えてしまう。一般に、フィルタを構成する上で重要なパラメータである外部Ｑは、共振器のグランドに対する容量が大きくなってしまうと値が大きくなってしまう。一方で、周波数を広帯域に通過するフィルタを作るには、より小さい外部Ｑが必要である。これを避けるために、共振器部分とグランド層との間にある誘電体層２１２，２１３の比誘電率ε_r2，ε_r3を、共振器部分の誘電体層２１１の比誘電率ε_r1よりも小さくすれば、フィルタ全体の誘電体層を比誘電率の大きい材料で構成することなく、共振器のグランドに対する容量を小さくすることができる。これにより、外部Ｑを小さくすることができ、フィルタの周波数特性やバランス特性をより優れた状態にすることができる。
＜第６の変形例＞

図２３（Ａ），図２３（Ｂ）は、第６の変形例を示している。図２３（Ｂ）は、出力端側の側面方向から見た状態を示している。本変形例は、入力側の一対の１／４波長共振器１１，１２と出力側の一対の１／４波長共振器２１，２２とのそれぞれの開放端側に対向するように、一端が短絡されたコンデンサ電極２５１，２５２，２５３，２５４を設けたものである。コンデンサ電極２５１は、入力側の一方の１／４波長共振器１１の開放端側において、一方の１／４波長共振器１１に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置され、かつ、一端が接続用導体パターン６２Ｂに接続されることで、短絡されている。コンデンサ電極２５２は、入力側の他方の１／４波長共振器１２の開放端側において、他方の１／４波長共振器１２に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置され、かつ、一端が接続用導体パターン６２Ａに接続されることで、短絡されている。コンデンサ電極２５３は、出力側の一方の１／４波長共振器２１の開放端側において、一方の１／４波長共振器２１に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置され、かつ、一端が接続用導体パターン６３Ｂに接続されることで、短絡されている。コンデンサ電極２５４は、出力側の他方の１／４波長共振器２２の開放端側において、他方の１／４波長共振器２２に対し所定間隔を空けて互いに対向するように配置され、かつ、一端が接続用導体パターン６３Ａに接続されることで、短絡されている。

これにより、図２４に示したように、各１／４波長共振器１１，１２，２１，２２の開放端側にコンデンサ容量Ｃａが付加されている。図２５は、各１／４波長共振器と各コンデンサ電極との等価回路を示している。この構成例によれば、各１／４波長共振器１１，１２，２１，２２でできるインダクタタンスＬ１とコンデンサ容量Ｃ１とに、さらにコンデンサ容量Ｃａが並列に加わることで、動作周波数としての第２の共振周波数ｆ₂がさらに下がり、より小型化しやすくなる。また、コンデンサ電極２５１，２５２，２５３，２５４の物理的な大きさを変えることでコンデンサ容量Ｃａの調整ができるので、共振周波数の微調整を行いやすい。
［第２の実施の形態］

次に、本発明の第２の実施の形態に係るフィルタについて説明する。なお、上記第１の実施の形態に係るフィルタと実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図２６（Ａ），図２６（Ｂ）は、本実施の形態に係るフィルタの第１の構成例を示している。図２６（Ａ）は、このフィルタにおいて、下から第１層目の線路パターンを示し、図２６（Ｂ）は下から第２層目の線路パターンを示している。上記第１の実施の形態では、入力用共振器１における一対の１／４波長共振器１１，１２と出力用共振器２における他の一対の１／４波長共振器２１，２２とを、各層において接続用導体１０Ａ，１０Ｂにより導通させるようにした構成例について説明した。これに対し本実施の形態に係るフィルタは、各層において互いに隣接する１／４波長共振器同士が、互いの一部を共有し、その共有した部分で互いに導通されていると共に、その共有した部分の一端が短絡端とされている。

すなわち、図２６（Ａ）に示したように、下から第１層目においては、入力用共振器１における一方の１／４波長共振器１１と出力用共振器２における一方の１／４波長共振器２１とが互いに隣接して並列配置され、互いの短絡端側の線路部分４０Ａが共有化されている。また、図２６（Ｂ）に示したように、下から第２層目においては、入力用共振器１における他方の１／４波長共振器１２と出力用共振器２における他方の１／４波長共振器２２とが互いに隣接して並列配置され、互いの短絡端側の線路部分４０Ｂが共有化されている。

図２７（Ａ），図２７（Ｂ）は、本実施の形態に係るフィルタの第２の構成例を示している。この構成例は、図２６（Ａ），図２６（Ｂ）の構成例における共有化されている線路部分４０Ａ，４０Ｂをそれぞれ、１つの共通線路として構成したものであり、小面積化が図られている。すなわち、この構成例では、図２７（Ａ）に示したように、下から第１層目においては、入力用共振器１における一方の１／４波長共振器１１と出力用共振器２における一方の１／４波長共振器２１との互いの短絡端側が完全に共有化され、１つの共通線路４１Ａとされている。また、図２（Ｂ）に示したように、下から第２層目においては、入力用共振器１における他方の１／４波長共振器１２と出力用共振器２における他方の１／４波長共振器２２との互いの短絡端側が完全に共有化され、１つの共通線路４１Ｂとされている。

本実施の形態に係るフィルタでは、一対の１／４波長共振器１１，１２と他の一対の１／４波長共振器２１，２２とが互いに隣接して並列配置され、それら互いに隣接する１／４波長共振器同士が一部を共有するように導通されていることで、入力用共振器１と出力用共振器２との間で結合調整が容易となり、広帯域での平衡信号の伝送が可能となる。図２８（Ａ），図２８（Ｂ），図２８（Ｃ）を参照して、この結合調整について説明する。

ここでは図２７（Ａ），図２７（Ｂ）の第２の構成例を例に説明する。このフィルタでは、共通線路４１Ａ，４１Ｂの長さをＸとすると、この長さＸを調整することで容易に結合調整を行うことができる。簡単のため、図２８（Ａ）に示したように左右対称構造とされている場合について考える。左右対称構造の場合、その共振構造は、対称面Ｃを開放状態にした偶モードの共振器（図２８（Ｂ））と、対称面Ｃを短絡状態にした奇モードの共振器（図２８（Ｃ））との２つに分離して考えることができる。ここで、偶モードでの共振周波数をｆｅ、奇モードでの共振周波数をｆｏとすると、図４（Ａ），図４（Ｂ），図４（Ｃ）を参照して説明した上記第１の実施の形態に係るフィルタの場合と同様、その結合係数ｋは、
ｋ＝２｜ｆｅ−ｆｏ｜／（ｆｅ＋ｆｏ）
となり、各モードの共振周波数の差に比例する。

ここで、共通線路４１Ａ，４１Ｂの長さをＸとすると、短絡状態にした共振器では、その実効的な物理長はＬ−Ｘとなり、開放状態にした共振器に比べて長さＸ分だけ実効的な物理長が短くなっていることが分かる。すなわち、Ｘの長さを長くすればするほど、奇モードでの実効的な物理長が短くなり、共振周波数ｆｅが高くなる。つまり、偶モードの共振周波数ｆｏとの差が大きくなる。これは結果的に、長さＸを調整することによって結合の度合いを自在に調整することができることを意味する。すなわち、共通線路４１Ａ，４１Ｂを長くすればするほどＸが長くなるので、各層における１／４波長共振器同士の結合は強くなる。図２６（Ａ），図２６（Ｂ）の第１の構成例における共有化されている線路部分４０Ａ，４０Ｂの長さＸについても、同様のことが言える。

なお、本実施の形態に係るフィルタは、上記第１の実施の形態と同様、具体的には誘電体基板６１を多層構造として、その内部の線路パターンにより各共振器部分を形成するような構造で実現できる。
［第３の実施の形態］

次に、本発明の第３の実施の形態に係るフィルタについて説明する。なお、上記第１の実施の形態に係るフィルタと同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。上記第１および第２の実施の形態では、出力端側を平衡端子にした不平衡入力−平衡出力型のフィルタを例に説明したが、本発明は、入力端または出力端の少なくとも一方に平衡端子を備えたフィルタに適用可能である。すなわち、不平衡入力−平衡出力型の他にも、入力端側を平衡端子にした平衡入力−不平衡出力型のフィルタ、および入出力端双方を平衡端子にした平衡入力−平衡出力型のフィルタにも適用可能である。

図２９（Ａ），図２９（Ｂ）および図３０は、本実施の形態に係るフィルタの第１の構成例であり、平衡入力−不平衡出力型のフィルタを構成した場合を示している。図２９（Ａ）は、下から第１層目の線路パターンを示し、図２９（Ｂ）は下から第２層目の線路パターンを示す。図３は、このフィルタにおけるインターディジタル結合の構造を模式的に示している。このフィルタは、端子部分を除いて、図２（Ａ），図２（Ｂ）および図３に示したフィルタと同様の構成となっている。

すなわち、このフィルタでは、入力用共振器１における一対の１／４波長共振器１１，１２のうち、一方の１／４波長共振器１１には一方の平衡入力端子３Ａが接続され、他方の１／４波長共振器１２には他方の平衡入力端子３Ｂが接続されている。一対の平衡入力端子３Ａ，３Ｂは、回転対称軸６に対して互いに回転対称となる位置において、一対の１／４波長共振器１１，１２に接続されていることが好ましい。これにより、バランス特性に優れた状態にすることができる。また、出力用共振器２における一対の１／４波長共振器２１，２２のうち、他方の１／４波長共振器２２に不平衡出力端子４が接続されている。なお、不平衡出力端子４を他方の１／４波長共振器２２（上層側）ではなく、一方の１／４波長共振器２１（下層側）に設けても良い。

このフィルタも上記第１の実施の形態に係るフィルタと同様、入力用共振器１と出力用共振器２とが、インターディジタル結合された共振器における周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂で共振し、電磁結合するように構成されている。これにより、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域とした、平衡入力−不平衡出力型のバンドパスフィルタが構成されている。

この平衡入力−不平衡出力型フィルタでは、一対の平衡入力端子３Ａ，３Ｂから入力された平衡信号が、入力端と出力端との間の各共振器の作用により、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域としてフィルタリングされ、不平衡信号として不平衡出力端子４から出力される。

図３１（Ａ），図３１（Ｂ）および図３２は、本実施の形態に係るフィルタの第２の構成例であり、平衡入力−平衡出力型のフィルタを構成した場合を示している。図３１（Ａ）は、下から第１層目の線路パターンを示し、図３１（Ｂ）は下から第２層目の線路パターンを示す。図３２は、このフィルタにおけるインターディジタル結合の構造を模式的に示している。このフィルタは、端子部分を除いて、図２（Ａ），図２（Ｂ）および図３に示したフィルタと同様の構成となっている。この平衡入力−平衡出力型フィルタは、入力用共振器１と、出力用共振器２と、入力用共振器１に接続された一対の平衡入力端子３Ａ，３Ｂと、出力用共振器２に接続された一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂとを備えている。

このフィルタの入力側の構成（入力用共振器１および平衡入力端子３Ａ，３Ｂ）は、図２９（Ａ），図２９（Ｂ）および図３０に示したフィルタと同様である。また、出力側の構成（出力用共振器２および平衡出力端子４Ａ，４Ｂ）は、図２（Ａ），図２（Ｂ）および図３と同様である。このフィルタも上記第１の実施の形態に係るフィルタと同様、入力用共振器１と出力用共振器２とが、インターディジタル結合された共振器における周波数の低い第２の共振周波数ｆ₂で共振し、電磁結合するように構成されている。これにより、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域とした、平衡入力−平衡出力型のバンドパスフィルタが構成されている。

この平衡入力−平衡出力型フィルタでは、平衡入力端子３Ａ，３Ｂから入力された平衡信号が、入力端と出力端との間の各共振器の作用により、第２の共振周波数ｆ₂を通過帯域としてフィルタリングされ、平衡信号として一対の平衡出力端子４Ａ，４Ｂから出力される。

なお、これら平衡入力−不平衡出力型のフィルタ、および平衡入力−平衡出力型のフィルタは、上記第１の実施の形態と同様、具体的には誘電体基板６１を多層構造として、その内部の線路パターンにより各共振器部分を形成するような構造で実現できる。また、上記第２の実施の形態に係るフィルタについても、平衡入力−不平衡出力型のフィルタ、および平衡入力−平衡出力型のフィルタに適用することが可能である。
［その他の実施の形態］

本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記第１の実施の形態の第１の変形例では、入力用共振器１と出力用共振器２とが上下方向に４層の線路パターンを有し、それぞれ３組の一対の１／４波長共振器を有する構成について説明したが、これと同様に上記各実施の形態における各構成例について多段の構成にすることも可能である。すなわち、図３３に示したように、入力用共振器１における一対の１／４波長共振器１１，１２、および出力用共振器２における一対の１／４波長共振器２１，２２を複数組備え、複数段の１／４波長共振器１１，１２，１３，…１ｎ（および１／４波長共振器２１，２２，２３，…２ｎ；ｎは４以上の偶数）で構成されていても良い。この場合、上下方向に隣接する１／４波長共振器がそれぞれインターディジタル結合され、その結果、隣接する１／４波長共振器によって一対の１／４波長共振器が複数組形成される。例えば、１／４波長共振器１１、１２によって第１の一対の１／４波長共振器が形成され、１／４波長共振器１２、１３によって第２の一対の１／４波長共振器が形成される。このように複数段にすることで、各１／４波長共振器の物理的な長さをより短く設計することができ、より小型化が可能となる。また、全体として偶数個の１／４波長共振器の組み合わせで構成されていることで、バランス特性の調整も容易となる。
なお、複数段の構成とした場合、回転対称軸を有し、全体として回転対称な構造とされていることが好ましい。そして、一対の平衡入力端子３Ａ，３Ｂ（または平衡出力端子４Ａ，４Ｂ）は、その回転対称軸に対して互いに回転対称な位置に接続されていることが好ましい。これにより、バランス特性に優れた状態にすることができる。

また、上記各実施の形態では、各層に２つの１／４波長共振器が並列配置される場合を例に説明したが、各層において３つ以上の１／４波長共振器が並列配置されるような構成としても良い。図３４（Ａ），図３４（Ｂ）は、図２（Ａ），図２（Ｂ）の構成例に対し、入力用共振器１と出力用共振器２との間に、中間段の共振器３００を設けることにより、各層において３つの１／４波長共振器を並列配置したものである。中間段の共振器３００も、入力用共振器１と出力用共振器２と同様、互いにインターディジタル結合された一対の１／４波長共振器３１１，３１２で構成されている。そして、その中間段の共振器３００も含めて、入力用共振器１と出力用共振器２とが第２の共振周波数ｆ₂で共振し、互いに電磁結合されている。

この構成例では、図３４（Ａ）に示したように、下から第１層目においては、入力用共振器１における一方の１／４波長共振器１１と中間段の共振器３００における一方の１／４波長共振器３１１とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ａ−１により一部が互いに導通されている。また、出力用共振器２における一方の１／４波長共振器２１と中間段の共振器３００における一方の１／４波長共振器３１１とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ａ−２により一部が互いに導通されている。また、図３４（Ｂ）に示したように、下から第２層目においては、入力用共振器１における他方の１／４波長共振器１２と中間段の共振器３００における他方の１／４波長共振器３１２とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ｂ−１により一部が互いに導通されている。また、出力用共振器２における他方の１／４波長共振器２２と中間段の共振器３００における他方の１／４波長共振器３１２とが互いに隣接して並列配置され、接続用導体１０Ｂ−２により一部が互いに導通されている。

上記第２の実施の形態に係るフィルタについても、各層において３つ以上の１／４波長共振器が並列配置されるような構成としても良い。図３５（Ａ），図３５（Ｂ）は、図２７（Ａ），図２７（Ｂ）の構成例に対し、入力用共振器１と出力用共振器２との間に、中間段の共振器３００を設けることにより、各層において３つの１／４波長共振器を並列配置したものである。そして、各層において互いに隣接する３つの１／４波長共振器同士が、互いの一部を共有し、その共有した部分で互いに導通するようにしたものである。すなわち、この構成例では、図３５（Ａ）に示したように、下から第１層目においては、入力用共振器１における一方の１／４波長共振器１１と中間段の共振器３００における一方の１／４波長共振器３１１と出力用共振器２における一方の１／４波長共振器２１との互いの短絡端側が完全に共有化され、１つの共通線路４２Ａとされている。また、図３５（Ｂ）に示したように、下から第２層目においては、入力用共振器１における他方の１／４波長共振器１２と中間段の共振器３００における他方の１／４波長共振器３１２と出力用共振器２における他方の１／４波長共振器２２との互いの短絡端側が完全に共有化され、１つの共通線路４２Ｂとされている。

本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの一構成例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタにおける第１層目の線路構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の線路構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタにおけるインターディジタル結合の構造を模式的に示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタにおける共振器間の結合作用を示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器の第１の共振モードを示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器の第２の共振モードを示す説明図である。 左右対称型のカップリング伝送線路の伝送モードについての説明図であり、（Ａ）は奇モードでの電界分布を示し、（Ｂ）は偶モードでの電界分布を示す説明図である。 左右対称型のカップリング伝送線路と等価な伝送線路の構造についての説明図であり、（Ａ）はその等価な伝送線路における奇モードを示し、（Ｂ）は偶モードを示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器における共振周波数の分布状態を示す説明図である。 インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器における磁界分布を示す第１の説明図（Ａ）および第２の説明図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第１の変形例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 第１の変形例に係るフィルタにおける第１および第３層目の線路構造を示す平面図（Ａ）、ならびに第２および第４層目の線路構造を示す平面図（Ｂ）である。 第１の変形例に係るフィルタの損失特性を示す特性図である。 第１の変形例に係るフィルタの位相特性を示す特性図である。 第１の変形例に係るフィルタの振幅特性を示す特性図である。 平衡出力端子と１／４波長共振器との結合関係を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第２の変形例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 コンデンサ電極を介して平衡出力端子と１／４波長共振器とを結合する構造の等価回路を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第３の変形例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第４の変形例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 磁界結合により平衡出力端子と１／４波長共振器とを結合する構造の等価的な構造を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第５の変形例を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第６の変形例を示す斜視図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第６の変形例におけるコンデンサ電極部分の等価回路を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフィルタの第６の変形例における各１／４波長共振器と各コンデンサ電極との等価回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係るフィルタの第１の構成例における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明の第２の実施の形態に係るフィルタの第２の構成例における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明の第２の実施の形態に係るフィルタにおける共振器間の結合作用を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの第１の構成例（平衡入力−不平衡出力型）における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの第１の構成例におけるインターディジタル結合の構造を模式的に示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの第２の構成例（平衡入力−平衡出力型）における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明の第３の実施の形態に係るフィルタの第２の構成例におけるインターディジタル結合の構造を模式的に示す説明図である。 本発明のその他の実施の形態に係るフィルタの第１の構成例を示す図であり、インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を多段にした例を示す説明図である。 本発明のその他の実施の形態に係るフィルタの第２の構成例における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 本発明のその他の実施の形態に係るフィルタの第３の構成例における第１層目の構造を示す平面図（Ａ）および第２層目の構造を示す平面図（Ｂ）である。 従来のバランの基本構造を示す説明図である。

符号の説明

１…入力用共振器、２…出力用共振器、３…不平衡入力端子、３Ａ，３Ｂ…平衡入力端子、４…不平衡出力端子、４Ａ，４Ｂ…平衡出力端子、１０Ａ，１０Ｂ…接続用導体、１１，１２，２１，２２…１／４波長共振器。

Claims (10)

1. インターディジタル結合された一対の１／４波長共振器を少なくとも１組有する第１の共振器と、
   インターディジタル結合された他の一対の１／４波長共振器を前記第１の共振器と同数組有する第２の共振器と、
   前記第１の共振器または前記第２の共振器の少なくとも一方に設けられ、前記一対の１／４波長共振器の一方または前記他の一対の１／４波長共振器の一方に一方の端子が接続されると共に、前記一対の１／４波長共振器の他方または前記他の一対の１／４波長共振器の他方に他方の端子が接続された一対の平衡端子と
   を備え、
   前記第１の共振器における前記一対の１／４波長共振器と前記第２の共振器における前記他の一対の１／４波長共振器とが互いに隣接して並列配置されると共に、前記第１の共振器と前記第２の共振器との間で、互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部が互いに導通され、
   前記一対の１／４波長共振器および前記他の一対の１／４波長共振器はそれぞれ、インターディジタル結合していないときの前記各１／４波長共振器の単体での共振周波数をｆ ₀ としたとき、前記単体での共振周波数ｆ ₀ よりも高い第１の共振周波数ｆ ₁ で共振する第１の共振モードと前記単体での共振周波数ｆ ₀ よりも低い第２の共振周波数ｆ ₂ で共振する第２の共振モードとを有するように互いに隣接して配置され、かつ、前記第１の共振器と前記第２の共振器とが前記第２の共振周波数ｆ ₂ で電磁結合され、
   前記一対の１／４波長共振器が、前記第２の共振モードで互いに逆相に励振されると共に、前記他の一対の１／４波長共振器が、前記第２の共振モードで互いに逆相に励振されるものである
   ことを特徴とするフィルタ。
2. 前記互いに隣接する１／４波長共振器同士の一部を互いに接続する接続用導体をさらに備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記互いに隣接する１／４波長共振器同士が、互いの一部を共有し、その共有した部分で互いに導通されていると共に、その共有した部分の一端が短絡端とされている
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
4. 前記第１の共振器および前記第２の共振器はそれぞれ、回転対称軸を有し全体として回転対称な構造とされ、
   前記一対の平衡端子が、前記回転対称軸に対して互いに回転対称となる位置において前記第１の共振器または前記第２の共振器に接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルタ。
5. 前記一対の１／４波長共振器および前記他の一対の１／４波長共振器はそれぞれ、誘電体多層基板内において誘電体層を挟んで互いに対向して積層された構造とされ、
   前記各一対の１／４波長共振器に挟まれた領域にある前記誘電体層の比誘電率が、他の領域にある誘電体層の比誘電率よりも大きい構成とされている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィルタ。
6. 前記一対の平衡端子のそれぞれが、一端が短絡された線路で構成され、前記一対の１／４波長共振器または前記他の一対の１／４波長共振器と前記一対の平衡端子とが磁界結合により接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルタ。
7. 前記一対の平衡端子のそれぞれの一端部がコンデンサ電極で構成され、前記一対の平衡端子が前記コンデンサ電極による容量結合により、前記一対の１／４波長共振器または前記他の一対の１／４波長共振器に接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルタ。
8. 前記一対の１／４波長共振器および前記他の一対の１／４波長共振器のそれぞれの開放端側に対向するように、一端が短絡されたコンデンサ電極が設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルタ。
9. 前記一対の平衡端子が前記第１の共振器および前記第２の共振器の一方の共振器にのみ設けられており、前記一対の平衡端子が設けられていない他方の共振器における一対の１／４波長共振器の一方には不平衡端子が設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のフィルタ。
10. 前記第１の共振器および前記第２の共振器のそれぞれに、前記一対の平衡端子が設けられている
    ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のフィルタ。

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