JP4949212B2

JP4949212B2 - バンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれを用いた無線通信機器

Info

Publication number: JP4949212B2
Application number: JP2007308276A
Authority: JP
Inventors: 貴則久保; 弘二宮
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009135627A

Description

本発明はバンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにこれを用いた無線通信機器に関するものであり、特にＵＷＢ（Ultra Wide Band）に好適に使用可能な非常に広い通過帯域を有するバンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれらを用いた無線通信機器に関するものである。

近年、新しい通信手段としてＵＷＢが着目されている。ＵＷＢは１０ｍ程度の短い距離において広い周波数帯域を使用して大容量のデータ転送を実現するものであり、例えば米国ＦＣＣ（Federal Communication Commission）の規定によると３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域を使用する計画となっている。このようにＵＷＢの特徴は非常に広い周波数帯域を用いることである。

このようなＵＷＢに使用可能な超広帯域のフィルタに関する研究は近年盛んに行なわれており、例えば、方向性結合器の原理を応用したバンドパスフィルタによって、通過帯域幅が比帯域（帯域幅／中心周波数）で１００％を超える広帯域な特性が得られたとの報告がある（例えば、非特許文献１を参照。）。

一方、従来よく使用されるフィルタとして、複数の１／４波長ストリップライン共振器を併設して相互に結合させて構成したバンドパスフィルタが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
「マイクロストリップ−ＣＰＷブロードサイド結合構造を用いた超広帯域バンドパスフィルタ」２００５年３月電子情報通信学会総合大会講演論文集Ｃ−２−１１４ｐ．１４７特開２００４−１８００３２号公報

しかしながら、上述したバンドパスフィルタはそれぞれ問題点を有しており、ＵＷＢ用のバンドパスフィルタには適さないものであった。

例えば、非特許文献１にて提案されたバンドパスフィルタは通過帯域幅が広すぎるという問題があった。すなわち、ＵＷＢは最終的に３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域を使用するが、当初は３．１ＧＨｚ〜４．９ＧＨｚの周波数帯域を使用する計画となっており、比帯域で４５％となる。よって、これに使用されるフィルタには比帯域で４０％程度の通過帯域幅が要求される。また、Ｗ−ＬＡＮ（８０２．１１．ａ）との間の影響を考慮する必要があり、５．１５ＧＨｚにおける減衰が要求されている。よって、通過帯域幅が比帯域で１００％を超えるような特性を有する非特許文献１にて提案されたバンドパスフィルタは通過帯域幅が広すぎて使えないものであった。

また、従来の１／４波長共振器を使用したバンドパスフィルタの通過帯域幅は狭すぎ、広帯域化を図った特許文献１に記載のバンドパスフィルタの通過帯域幅であっても比帯域で１０％にも満たないものであった。よって、比帯域で４０％に相当する広い通過帯域幅を要求されるＵＷＢ用のバンドパスフィルタとして使えるものではなかった。

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、超広帯域であり、且つＵＷＢ用のバンドパスフィルタとして適度な通過帯域幅を有するバンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれを用いた無線通信機器を提供することにある。

本発明は、複数の誘電体層が積層されてなる積層体と、該積層体の下面に配置された、アース電位に接続される第１のアース電極と、前記積層体の上面に配置された、アース電位に接続される第２のアース電極と、前記積層体の一つの層間に平行に配置された、少なくとも入力段共振電極と出力段共振電極とを含む１／２波長共振器として機能する帯状の複数の共振電極と、前記積層体の前記一つの層間に配置された、前記複数の共振電極を取り囲む環状アース電極と、前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に配置された、前記入力段共振電極の長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域に対向して電磁界結合する第１の入力結合電極と、前記入力段共振電極の長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域に対向して電磁界結合する第２の入力結合電極と、前記出力段共振電極の長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域に対向して電磁界結合する第１の出力結合電極と、前記出力段共振電極の長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域に対向して電磁界結合する第２の出力結合電極と、前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に前記環状アース電極と対向するように配置され、貫通導体によって前記複数の共振電極の各々の一方端および他方端に接続された複数の補助共振電極とを備え、前記第１の入力結合電極のうち前記入力段共振電極の一方端から当該入力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第１の信号入力点を有するとともに、前記第２の入力結合電極のうち前記入力段共振電極の他方端から当該入力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第２の信号入力点を有し、前記第１の出力結合電極のうち前記出力段共振電極の一方端から当該出力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第１の信号出力点を有するとともに、前記第２の出力結合電極のうち前記出力段共振電極の他方端から当該出力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第２の信号出力点を有しており、前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に、信号が入力される第１の入力点と、前記第１の信号入力点に貫通導体を介して接続された第１の接続点と、前記入力段共振電極の前記一方端に接続された第１の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第１の補助入力結合電極と、信号が入力される第２の入力点と、前記第２の信号入力点に貫通導体を介して接続された第２の接続点と、前記入力段共振電極の前記他方端に接続された第２の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第２の補助入力結合電極と、信号が出力される第１の出力点と、前記第１の信号出力点に貫通導体を介して接続された第３の接続点と、前記出力段共振電極の前記一方端に接続された第３の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第１の補助出力結合電極と、信号が出力される第２の出力点と、前記第２の信号出力点に貫通導体を介して接続された第４の接続点と、前記出力段共振電極の前
記他方端に接続された第４の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第２の補助出力結合電極とをさらに備えていることを特徴とするものである。

本発明の高周波モジュールは、上記構成の本発明のバンドパスフィルタを備えることを特徴とするものである。

本発明の無線通信機器は、上記構成の本発明のバンドパスフィルタを含むＲＦ部と、該ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１および第２の入力結合電極と入力段共振電極とがインターデジタル型に結合し、同様に第１および第２の出力結合電極と出力段共振電極とがインターデジタル型に結合するため、磁界による結合と電界による結合とが加算されて強い結合が生じる。これにより、従来の１／４波長共振器を利用したフィルタで実現可能だった領域を遙かに超えた広い通過帯域であっても、当該通過帯域全域に渡って平坦で低損失な通過特性を有することができる。また、本発明によれば、貫通導体によって複数の共振電極の一方端および他方端にそれぞれ接続された複数の補助共振電極を備え、この複数の補助共振電極が環状アース電極と対向するように配置されているので、それぞれの対向部において両者の間に静電容量が生じるので、各々の共振電極の長さを短縮することができ、小型のバンドパスフィルタを得ることができる。

さらに、本発明のバンドパスフィルタによれば、一端に信号が入力される入力点を有するとともに他端に第１の信号入力点と貫通導体を介して接続された接続点を有し、一端側に入力段共振電極の一方端と接続された補助共振電極と対向する領域を有する第１の補助入力結合電極と、一端に信号が入力される入力点を有するとともに他端に第２の信号入力点と貫通導体を介して接続された接続点を有し、一端側に入力段共振電極の他方端と接続された補助共振電極と対向する領域を有する第２の補助入力結合電極と、一端に信号が出力される出力点を有するとともに他端に第１の信号出力点と貫通導体を介して接続された接続点を有し、一端側に出力段共振電極の一方端と接続された補助共振電極と対向する領域を有する第１の補助出力結合電極と、一端に信号が出力される出力点を有するとともに他端に第２の信号出力点と貫通導体を介して接続された接続点を有し、一端側に出力段共振電極の他方端と接続された補助共振電極と対向する領域を有する第２の補助出力結合電極とを備えているときには、入力段補助共振電極と補助入力結合電極との間に電磁界結合が生じて、入力段共振電極と入力結合電極との間の電磁界結合に加算され、同様に、出力段補助共振電極と補助出力結合電極との間に電磁界結合が生じ、出力段共振電極と出力結合電極との間の電磁界結合に加算される。これによって、第１および第２の入力結合電極と入力段共振電極との間の電磁界結合、第１および第２の出力結合電極と出力段共振電極との間の電磁界結合がさらに強まるので、広い通過帯域の全域に渡ってより平坦な通過特性を有することができる。

また、本発明の高周波モジュールおよび本発明の無線通信機器によれば、通信帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さい本発明のバンドパスフィルタを送信信号および／または受信信号の濾波に用いることにより、バンドパスフィルタを通過する受信信号および送信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上し、また、送信信号および／または受信信号の増幅度を小さくできるため増幅回路における消費電力が少なくなる。よって受信感度が高く消費電力が少ない高性能な高周波モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。

以下、本発明のバンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれらを用いた無線通信機器の一実施形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明のバンドパスフィルタの実施の形態の一例を模式的に示す外観斜視図である。図２は図１に示すバンドパスフィルタの模式的な分解斜視図である。図３は図１に示すバンドパスフィルタの上下面および各層間の一方の面を模式的に示す平面図である。図４は図１のＡ−Ａ線断面図である。

本形態のバンドパスフィルタは、複数の誘電体層１１が積層されてなる積層体１０と、積層体１０の下面に配置された第１のアース電極２１と、積層体１０の上面に配置された第２のアース電極２２と、積層体１０の一つの層間に配置された１／２波長共振器として機能する帯状の入力段共振電極３０ａおよび出力段共振電極３０ｂと、入力段共振電極３０ａと出力段共振電極３０ｂとの間に配置された１／２波長共振器として機能し入力段共振電極３０ａおよび出力段共振電極３０ｂと相互に電磁界結合する帯状の中段共振電極３０ｃと、これらの共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）を取り囲むように形成された環状アース電極２３とを備えている。

第１のアース電極２１は積層体１０の下面の全面に、第２のアース電極２２は積層体１０の上面の第１の入力端子電極６０ａ、第２の入力端子電極６０ｃ、第１の出力端子電極６０ｂ、第２の出力端子電極６０ｄの周囲を除いたほぼ全面に配置されており、いずれもアース電位に接続されて、入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃとともにストリップライン共振器を構成している。すなわち、入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂおよび中段共振電極３０ｃは、第１のアース電極２１および第２のアース電極２２とともにストリップライン共振器を構成しており、１／２波長共振器として機能する。

１／２波長共振器として機能する入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂおよび中段共振電極３０ｃは、それぞれが１／４波長共振器として機能する共振電極を長さ方向に二つ並べたものに相当する。すなわち、入力段共振電極３０ａの長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域（１／４波長分）と、出力段共振電極３０ｂの長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域（１／４波長分）と、これらの間に配置された中段共振電極３０ｃの長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域（１／４波長分）とが相互に電磁界結合（エッジ結合）するようになっている。また、入力段共振電極３０ａの長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域（１／４波長分）と、出力段共振電極３０ｂの長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域（１／４波長分）と、これらの間に配置された中段共振電極３０ｃの長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域（１／４波長分）とが相互に電磁界結合（エッジ結合）するようになっている。

ここで、中段共振電極３０ｃと入力段共振電極３０ａまたは出力段共振電極３０ｂとの間隔は小さい方がより強い結合を得られるが、間隔を小さくすると製造が困難になるので、例えば、０．０５〜０．５ｍｍ程度に設定される。

環状アース電極２３は、積層体１０の複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）が設けられた層間と同一の層間にこれらの共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）を取り囲むように形成されている。そして、環状アース電極２３自身はアース電位に接続されている。

環状アース電極２３が入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂおよび中段共振電極３０ｃを環状に取り囲むことによって、入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂおよび中段共振電極３０ｃから発生する電磁波の周囲への漏洩を低減することができる。この効果はモジュール基板の中の一部の領域にバンドパスフィルタが形成される場合に、モジュール基板の他の領域への悪影響を防止するうえで特に有用である。

また、本形態のバンドパスフィルタは、複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）および環状アース電極２３の配置された層間よりも上側の層間に、入力段共振電極３０ａに対向するように配置された帯状の第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃと、出力段共振電極３０ｂに対向するように配置された帯状の第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄとを備えている。

第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃは、それぞれの全体が入力段共振電極３０ａに対向して電磁界結合するように配置されている。具体的には、第１の入力結合電極４０ａは入力段共振電極３０ａの一方端側領域に対向して電磁界結合するように配置され、第２の入力結合電極４０ｃは入力段共振電極３０ａの他方端側領域に対向して電磁界結合するように配置されている。したがって、第１の入力結合電極４０ａと入力段共振電極３０ａの一方端側領域および第２の入力結合電極４０ｃと入力段共振電極３０ａの他方端側領域は、いずれもブロードサイド結合しており、エッジ結合する場合と比較して強く結合している。

さらに、第１の入力結合電極４０ａは、貫通導体５２ａ、５３ａ（図２では点線で示している）および後述の第１の補助入力結合電極４１ａによって積層体１０の上面に設けられた第１の入力端子電極６０ａと接続されており、第２の入力結合電極４０ｃは貫通導体５２ｃ、５３ｃ（図２では点線で示している）および後述の第２の補助入力結合電極４１ｃによって積層体１０の上面に設けられた第２の入力端子電極６０ｃと接続されている。ここで、第１の入力結合電極４０ａと貫通導体５２ａとが接続する点である第１の信号入力点７１ａは、第１の入力結合電極４０ａのうち入力段共振電極３０ａの一方端から当該入力段共振電極３０ａの全長の１／４までの領域と対向する領域内に設けることが重要であって、本形態では入力段共振電極３０ａの一方端近傍と対向する位置になっている。また、第２の入力結合電極４０ｃと貫通導体５２ｃとが接続する点である第２の信号入力点７１ｃは、第２の入力結合電極４０ｃのうち入力段共振電極３０ａの他方端から当該入力段共振電極３０ａの全長の１／４までの領域と対向する領域内に設けることが重要であってあって、本形態では入力段共振電極３０ａの他方端近傍と対向する位置になっている。なお、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃの反対側の端部（他方端）は開放端とされている。そして、外部回路から入力される平衡型電気信号は、第１の信号入力点７１ａから第１の入力結合電極４０ａに供給されるとともに、第２の信号入力点７１ｃから第２の入力結合電極４０ｃに供給される。

これによって、第１の入力結合電極４０ａと入力段共振電極３０ａの一方端側領域とはインターデジタル型に結合し、第２の入力結合電極４０ｃと入力段共振電極３０ａの他方端側領域とはインターデジタル型に結合しており、磁界による結合と電界による結合とが加算されて、コムライン型に結合する場合や単に容量結合する場合と比較してより強く結合している。このように、第１の入力結合電極４０ａは、その全体に渡って入力段共振電極３０ａの一方端側領域とブロードサイド結合およびインターデジタル型結合していて、入力段共振電極３０ａの一方端側領域と非常に強く結合している。同様に、第２の入力結合電極４０ｃも入力段共振電極３０ａの他方端側領域と非常に強く結合している。

一方、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄも、複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）および環状アース電極２３の配置された層間よりも上側の層間に、それぞれの全体が出力段共振電極３０ｂに対向して電磁界結合するように配置されている。具体的には、第１の出力結合電極４０ｂは出力段共振電極３０ｂの一方端側領域に対向して電磁界結合するように配置され、第２の出力結合電極４０ｄは出力段共振電極３０ｂの他方端側領域に対向して電磁界結合するように配置されている。したがって、第１の出力結合電極４０ｂと出力段共振電極３０ｂの一方端側領域および第２の出力結合電極４０ｄと出力段共振電極３０ｂの他方端側領域は、いずれもブロードサイド結合しており、エッジ結合する場合と比較して強く結合している。

さらに、第１の出力結合電極４０ｂは、貫通導体５２ｂ、５３ｂ（図２では点線で示している）および後述の第１の補助出力結合電極４１ｂによって積層体１０の上面に設けられた第１の出力端子電極６０ｂと接続されており、第２の出力結合電極４０ｄは貫通導体５２ｄ、５３ｄ（図２では点線で示している）および後述の第２の補助出力結合電極４１ｄによって積層体１０の上面に設けられた第２の出力端子電極６０ｄと接続されている。ここで、第１の出力結合電極４０ｂと貫通導体５２ｂとが接続する点である第１の信号出力点７１ｂは、第１の出力結合電極４０ｂにおける出力段共振電極３０ｂの一方端から当該出力段共振電極３０ｂの全長の１／４までの領域と対向する領域内に設けることが重要であって、本形態では出力段共振電極３０ｂの一方端近傍と対向する位置になっている。また、第２の出力結合電極４０ｄと貫通導体５２ｄとが接続する点である第２の信号出力点７１ｄは、第２の出力結合電極４０ｄにおける出力段共振電極３０ｂの他方端から当該出力段共振電極３０ｂの全長の１／４まで領域と対向する領域内に設けることが重要であって、本形態では出力段共振電極３０ｂの他方端近傍と対向する位置になっている。なお、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄの反対側の端部（他方端）は開放端とされている。そして、外部回路へ出力される平衡型電気信号は、第１の信号出力点７１ｂから取り出されるとともに、第２の信号出力点７１ｄから取り出される。

これによって、第１の出力結合電極４０ｂと出力段共振電極３０ｂの一方端側領域とはインターデジタル型に結合し、第２の出力結合電極４０ｄと出力段共振電極３０ｂの他方端側領域とはインターデジタル型に結合しており、磁界による結合と電界による結合とが加算されて、コムライン型に結合する場合や単に容量結合する場合と比較してより強く結合している。このように、第１の出力結合電極４０ｂは、その全体に渡って出力段共振電極３０ｂの一方端側領域とブロードサイド結合およびインターデジタル型結合していて、出力段共振電極３０ｂの一方端側領域と非常に強く結合している。同様に、第２の出力結合電極４０ｄも出力段共振電極３０ｂの他方端側領域と非常に強く結合している。

このように、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃと入力段共振電極３０ａとが非常に強く結合し、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄと出力段共振電極３０ｂとが非常に強く結合しているので、従来の１／４波長共振器を利用したフィルタで実現可能だった領域を遙かに超えた広い通過帯域であっても、当該通過帯域全域に渡って平坦で低損失な通過特性を有することができる。

なお、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃの形状寸法は、これら二つを合わせて入力段共振電極３０ａと同程度に設定されるのが好ましく、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄの形状寸法は、これら二つを合わせて出力段共振電極３０ｂと同程度に設定されるのが好ましい。

また、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃと入力段共振電極３０ａとの間隔、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄと出力段の共振電極３０ｂとの間隔については、小さくすると結合は強くなるが製造上は難しくなるので、例えば、０．０１〜０．５ｍｍ程度に設定される。

さらに、本形態のバンドパスフィルタは、積層体１０の一つの層間よりも上側の層間に、具体的には、積層体１０の複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂおよび共振電極３０ｃ）および環状アース電極２３が設けられた層間より上側の層間であって、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃ、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄの設けられた層間と同一の層間に、第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃ、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄ、第１の中段補助共振電極３１ｅ、第２の中段補助共振電極３１ｆを備えている。

第１の入力段補助共振電極３１ａは貫通導体５１ａによって入力段共振電極３０ａの一方端に接続され、第２の入力段補助共振電極３１ｃは貫通導体５１ｃによって入力段共振電極３０ａの他方端に接続されていて、いずれの入力段補助共振電極３１ａ、３１ｃも環状アース電極２３と対向する領域を有している。

第１の出力段補助共振電極３１ｂは貫通導体５１ｂによって出力段共振電極３０ｂの一方端に接続され、第２の出力段補助共振電極３１ｄは貫通導体５１ｄによって出力段共振電極３０ｂの他方端に接続されていて、いずれの出力段補助共振電極３１ｂ、３１ｄも環状アース電極２３に対向する領域を有している。

第１の中段補助共振電極３１ｅは貫通導体５１ｅによって中段共振電極３０ｃの一方端に接続され、第２の中段補助共振電極３１ｆは貫通導体５１ｆによって中段共振電極３０ｃの他方端に接続されていて、いずれの中段補助共振電極３１ｅ、３１ｆも環状アース電極２３に対向する領域を有している。

この構造によれば、複数の共振電極のコムライン型の結合を可能とし、また環状アース電極２３に対向する領域において環状アース電極２３との間に静電容量が発生し、これによって複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）の長さを短縮することができるため、小型のバンドパスフィルタを得ることができる。

第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃ、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄ、第１の中段補助共振電極３１ｅ、第２の中段補助共振電極３１ｆの環状アース電極２３との対向領域の面積は、必要な大きさと得られる静電容量との兼ね合いから、例えば、０．０１〜３ｍｍ^２程度に設定される。また、第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃ、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄ、第１の中段補助共振電極３１ｅおよび第２の中段補助共振電極３１ｆと環状アース電極２３との間隔は小さい方が大きな静電容量を生じさせることができるが、製造上は難しくなるので、例えば、０．０１〜０．５ｍｍ程度に設定される。

さらに、本形態のバンドパスフィルタは上述の構成に加えて、補助入力結合電極および補助出力結合電極を備えている。

具体的には、第１の入力結合電極４０ａおよび第２の入力結合電極４０ｃ、第１の出力結合電極４０ｂおよび第２の出力結合電極４０ｄの設けられた層間よりも上側の層間に、帯状の第１の補助入力結合電極４１ａ、帯状の第２の補助入力結合電極４１ｃ、帯状の第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄを備えている。

第１の補助入力結合電極４１ａは、貫通導体５２ａによって第１の入力結合電極４０ａにおける入力段共振電極３０ａの一方端から当該入力段共振電極３０ａの全長の１／４までの領域と対向する領域内で接続されていて、第１の入力段補助共振電極３１ａに対向するように配置され、換言すれば、第１の入力段補助共振電極３１ａと対向する領域を有している。そして、平衡型電気信号が第１の補助入力結合電極４１ａを介して第１の入力結合電極４０ａ（第１の信号入力点７１ａ）に供給されるようになっている。なお、第１の補助入力結合電極４１ａは、一端に信号が入力される入力点（貫通導体５３ａを介して第１の入力端子電極６０ａに接続された点）を有するとともに他端に第１の信号入力点７１ａと貫通導体５２ａを介して接続された接続点を有し、一端側に入力段共振電極３０ａの一方端と接続された補助共振電極（第１の入力段補助共振電極３１ａ）と対向する領域を有している。

これによって、第１の入力結合電極４０ａに接続された第１の補助入力結合電極４１ａと、入力段共振電極３０ａに接続された第１の入力段補助共振電極３１ａとがブロードサイド結合し、この結合が第１の入力結合電極４０ａと入力段共振電極３０ａとの間の結合に加算されるため、全体としてより強い結合となる。さらに、入力段共振電極３０ａの一方端側領域およびこれに接続された第１の入力段補助共振電極３１ａの接合体と、第１の入力結合電極４０ａおよびこれに接続された第１の補助入力結合電極４１ａの接合体とが、全体的にインターデジタル型に結合することになるので、磁界による結合と電界による結合とが加算された強い結合となる。よって、第１の補助入力結合電極４１ａの長さ方向において、第１の入力結合電極４０ａに接続される側と同じ側で入力端子電極６０ａに接続される場合と比較して、より強い結合を実現することができる。

また、第２の補助入力結合電極４１ｃは、貫通導体５２ｃによって第２の入力結合電極４０ｃにおける入力段共振電極３０ａの他方端から当該入力段共振電極３０ａの全長の１／４までの領域と対向する領域内で接続されていて、第２の出力段補助共振電極３１ｃに対向するように配置され、換言すれば、第２の入力段補助共振電極３１ｃと対向する領域を有している。そして、平衡型電気信号が第２の補助入力結合電極４１ｃを介して第２の入力結合電極４０ｃ（第２の信号入力点７１ｃ）に供給されるようになっている。なお、第２の補助入力結合電極４１ｃは、一端に信号が入力される入力点（貫通導体５３ｃを介して第２の入力端子電極６０ｃに接続された点）を有するとともに他端に第２の信号入力点７１ｃと貫通導体５２ｃを介して接続された接続点を有し、一端側に入力段共振電極３０ａの他方端と接続された補助共振電極（第２の入力段補助共振電極３１ｃ）と対向する領域を有している。

これによって、第２の入力結合電極４０ｃに接続された第２の補助入力結合電極４１ｃと、入力段共振電極３０ａに接続された第２の入力段補助共振電極３１ｃとがブロードサイド結合し、この結合が第２の入力結合電極４０ｃと入力段共振電極３０ａとの間の結合に加算されるため、全体としてより強い結合となる。さらに、入力段共振電極３０ｃの他方端側領域およびこれに接続された第２の入力段補助共振電極３１ｃの接合体と、第２の入力結合電極４０ｃおよびこれに接続された第２の補助入力結合電極４１ｃの接合体とが、全体的にインターデジタル型に結合することになるので、磁界による結合と電界による結合とが加算された強い結合となる。よって、第２の補助入力結合電極４１ｃの長さ方向において、第２の入力結合電極４０ｃに接続される側と同じ側で入力端子電極６０ａに接続される場合と比較して、より強い結合を実現することができる。

一方、第１の補助出力結合電極４１ｂは、貫通導体５２ｂによって第１の出力結合電極４０ｂにおける出力段共振電極３０ｂの一方端から当該出力段共振電極３０ｂの全長の１／４までの領域と対向する領域内で接続されていて、第１の出力段補助共振電極３１ｂに対向するように配置され、換言すれば、第１の出力段補助共振電極３１ｂと対向する領域を有している。そして、平衡型電気信号が第１の補助出力結合電極４１ｂを介して第１の出力結合電極４０ｂ（第１の信号出力点７１ｂ）から取り出されるようになっている。なお、第１の補助出力結合電極４１ｂは、一端に信号が出力される出力点（貫通導体５３ｂを介して第１の出力端子電極６０ｂに接続された点）を有するとともに他端に第１の信号出力点７１ｂと貫通導体５２ｂを介して接続された接続点を有し、一端側に出力段共振電極３０ｂの一方端と接続された補助共振電極（第１の出力段補助共振電極３１ｂ）と対向する領域を有している。

これによって、第１の出力結合電極４０ｂに接続された第１の補助出力結合電極４１ｂと、出力段共振電極３０ｂに接続された第１の出力段補助共振電極３１ｂとがブロードサイド結合し、この結合が第１の出力結合電極４０ｂと出力段共振電極３０ｂとの間の結合に加算されるため、全体としてより強い結合となる。そして、第１の補助出力結合電極４１ｂは、ちょうど第１の出力段補助共振電極３１ｂに対向する領域において貫通導体５３ｂを介して出力端子電極６０ｂに接続されている。これによって、出力段共振電極３０ｂの一方端側領域およびこれに接続された第１の出力段補助共振電極３１ｂの接合体と、第１の出力結合電極４０ｂおよびこれに接続された第１の補助出力結合電極４１ｂの接合体とが、全体的にインターデジタル型に結合することになるので、磁界による結合と電界による結合とが加算された強い結合となる。よって、第１の補助出力結合電極４１ｂの長さ方向において、第１の出力結合電極４０ｂに接続される側と同じ側で出力端子電極６０ｂに接続される場合と比較して、より強い結合を実現することができる。

また、第２の補助出力結合電極４１ｄは、貫通導体５２ｄによって第２の出力結合電極４０ｄにおける出力段共振電極３０ｂの他方端から当該出力段共振電極３０ｂの全長の１／４までの領域と対向する領域内で接続されていて、第２の出力段補助共振電極３１ｄに対向するように配置され、換言すれば、第２の出力段補助共振電極３１ｄと対向する領域を有している。そして、平衡型電気信号が第２の補助出力結合電極４１ｄを介して第２の出力結合電極４０ｄ（第２の信号出力点７１ｄ）から取り出されるようになっている。なお、一端に信号が出力される出力点（貫通導体５３ｄを介して第２の出力端子電極６０ｄに接続された点）を有するとともに他端に前記第２の信号出力点と貫通導体５２ｄを介して接続された接続点を有し、一端側に出力段共振電極３０ｂの他方端と接続された補助共振電極（第２の出力段補助共振電極）と対向する領域を有している。

これによって、第２の出力結合電極４０ｄに接続された第２の補助出力結合電極４１ｄと、出力段共振電極３０ｂに接続された第２の出力段補助共振電極３１ｄとがブロードサイド結合し、この結合が第２の出力結合電極４０ｄと出力段共振電極３０ｂとの間の結合に加算されるため、全体としてより強い結合となる。そして、第２の補助出力結合電極４１ｄは、ちょうど第２の出力段補助共振電極３１ｄに対向する領域において貫通導体５３ｄを介して入力端子電極６０ｄに接続されている。これによって、出力段共振電極３０ｂの他方端側領域およびこれに接続された第２の出力段補助共振電極３１ｄの接合体と、第２の出力結合電極４０ｄおよびこれに接続された第２の補助出力結合電極４１ｄの接合体とが、全体的にインターデジタル型に結合することになるので、磁界による結合と電界による結合とが加算された強い結合となる。よって、第２の補助出力結合電極４１ｄの長さ方向において、第２の出力結合電極４０ｄに接続される側と同じ側で出力端子電極６０ｄに接続される場合と比較して、より強い結合を実現することができる。

このような構造によれば、非常に広い通過帯域であっても、それぞれの共振モードの共振周波数の間に位置する周波数における挿入損失がさらに小さくなり、より平坦な通過特性を有するバンドパスフィルタを得ることができる。

なお、第１の補助入力結合電極４１ａ、第２の補助入力結合電極４１ｃおよび第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄの幅は、例えば、第１の入力結合電極４０ａ、第２の入力結合電極４０ｃ、第１の出力結合電極４０ｂ、第２の出力結合電極４０ｄと同程度に設定される。また、第１の補助入力結合電極４１ａ、第２の補助入力結合電極４１ｃおよび第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄの長さは、例えば、第１の入力段補助共振電極３１ａ、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の入力段補助共振電極３１ｃ、第２の出力段補助共振電極３１ｄの長さよりも若干長めに設定される。第１の補助入力結合電極４１ａ、第２の補助入力結合電極４１ｃおよび第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄと第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃおよび第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄとの間の間隔は、小さい方が強い結合を生じさせる点で望ましいが製造上は難しくなるので、例えば、０．０１〜０．５ｍｍ程度に設定される。

このようにして、本形態のバンドパスフィルタによれば、従来の１／４波長共振器を利用したフィルタで実現可能だった領域を遙かに超えた非常に広い通過帯域の全域に渡って平坦で低損失な通過特性を有する、高性能でＵＷＢ用フィルタとして好適に使用可能なバンドパスフィルタを得ることができる。

なお、本形態では、複数の共振電極として、入力段共振電極と出力段共振電極の他に中段共振電極が一つ設けられた構成を示しているが、バンドパスフィルタとして要求される通過帯域にあわせて、中段共振電極が設けられていない構成であってもよく、２つ以上設けられた構成であってもよい。

また、入力結合電極および出力結合電極と補助共振電極とは同一の層間に配置されているが、これらは異なる層間に配置されてもよい。

さらに、図示しないが、複数の共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）の設けられた層間よりも上側の層間に第１の入力段補助共振電極３１ａ、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の入力段補助共振電極３１ｃ、第２の出力段補助共振電極３１ｄ、第１の中段補助共振電極３１ｅ、第２の中段補助共振電極３１ｆを設けたうえで、共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）の設けられた層間よりも下側の層間にも入力段補助共振電極、出力段補助共振電極および中段補助共振電極を設けてもよい。これによって、静電容量を増加させた場合は共振電極（入力段共振電極３０ａ、出力段共振電極３０ｂ、中段共振電極３０ｃ）をさらに短縮することができ、静電容量を増加させなかった場合は補助共振電極の面積を小さくすることができ、いずれにしてもより小型のバンドパスフィルタを得ることができる。

またさらに、第１の補助入力結合電極４１ａ、第２の補助入力結合電極４１ｃの設けられた層間とは異なる層間に設けられ第１の補助入力結合電極４１ａ、第２の補助入力結合電極４１ｃに貫通導体を介して接続された電極と、第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃの設けられた層間とは異なる層間に設けられ第１の入力段補助共振電極３１ａ、第２の入力段補助共振電極３１ｃに貫通導体を介して接続された電極とを、異なる層間に対向するように配置することで、第１の入力結合電極４０ａ（第２の入力結合電極４０ｃ）および第１の補助入力結合電極４１ａ（第２の補助入力結合電極４１ｃ）と入力段共振電極３０ａおよび第１の入力段補助共振電極３１ａ（第２の入力段補助共振電極３１ｃ）との結合に加算し、より強い結合を持たせるようにしてもよい。同様に、第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄの設けられた層間とは異なる層間に設けられ第１の補助出力結合電極４１ｂ、第２の補助出力結合電極４１ｄに貫通導体を介して接続された電極と、第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄの設けられた層間とは異なる層間に設けられ第１の出力段補助共振電極３１ｂ、第２の出力段補助共振電極３１ｄに貫通導体を介して接続された電極とを、異なる層間に対向するように配置することで、第１の出力結合電極４０ｂ（第２の出力結合電極４０ｄ）および第１の補助出力結合電極４１ｂ（第２の補助出力結合電極４１ｄ）と出力段共振電極３０ｂおよび第１の出力段補助共振電極３１ｂ（第２の出力段補助共振電極３１ｄ）との結合に加算し、より強い結合を持たせるようにしてもよい。これによって、非常に広い通過帯域幅であっても、それぞれの共振モードの共振周波数の間に位置する周波数における挿入損失の増加がさらに小さくなり、非常に広い通過帯域の全域に渡ってより平坦でより低損失な通過特性を有するバンドパスフィルタを得ることができる。

上述した実施の形態の例においては、第１および第２の入力端子電極６０ａ、６０ｃ、第１および第２の出力端子電極６０ｂ、６０ｄを備えた例を示したが、モジュール基板の中の一領域にバンドパスフィルタが形成される場合は第１および第２の入力端子電極６０ａ、６０ｃ、第１および第２の出力端子電極６０ｂ、６０ｄは必ずしも必要ない。

図５は本発明のバンドパスフィルタを用いた高周波モジュール８０およびそれを用いた無線通信機器８５の構成例を示すブロック図である。

本発明の高周波モジュール８０は、例えば、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部８１と、ベースバンド部８１に接続されベースバンド信号の変調後および復調前のＲＦ信号が処理されるＲＦ部８２とを備えている。

ＲＦ部８２には上述の本発明のバンドパスフィルタ８２１が含まれており、ベースバンド信号が変調されてなるＲＦ信号または受信したＲＦ信号が帯域制限（通信帯域以外の周波数の信号が減衰）されてバンドパスフィルタ８２１を通過するようになっている。なお、バンドパスフィルタ８２１の入力側（ベースバンド部８１側）および出力側（アンテナ端側）が平衡型の回路構成になっている。

具体的な構成としては、ベースバンド部８１にはベースバンドＩＣ８１１が配置され、ＲＦ部８２にはバンドパスフィルタ８２１とベースバンド部８１との間にＲＦＩＣ８２２が配置されている。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。

そして、バンドパスフィルタ８２１の出力側（高周波モジュール８０の出力側）に平衡型アンテナ８４を接続することによってＲＦ信号の送受信がなされる本発明の無線通信機器８５が構成される。

このような構成によれば、通信帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さい本発明のバンドパスフィルタ８２１を用いることにより、バンドパスフィルタ８２１を通過する送信信号および受信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上する。さらに、送信信号および受信信号の増幅度を小さくすることができるため、増幅回路における消費電力が少なくなる。よって、受信感度が高く消費電力が少ない高性能な高周波モジュール８０および無線通信機器８５を得ることができる。

なお、高周波モジュール８０の構成としては、上記構成に限定されるものではない。また、無線通信機器８５としては、携帯電話、無線カード、ルーターなどが挙げられるが、特に限定はされない。

本発明のバンドパスフィルタにおいて、誘電体層１１の材質としては、例えばエポキシ樹脂等の樹脂や例えば誘電体セラミックス等のセラミックスを用いることができる。例えば、ＢａＴｉＯ_３，Ｐｂ_４Ｆｅ_２Ｎｂ_２Ｏ_１２，ＴｉＯ_２などの誘電体セラミック材料と、Ｂ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯなどのガラス材料とからなり、８００〜１２００℃程度の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。また、誘電体層１１の厚みとしては、例えば０．０１〜０．１ｍｍ程度に設定される。

上述した各種の電極および貫通導体の材質としては、例えば、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ合金を主成分とする導電材料やＣｕ系，Ｗ系，Ｍｏ系，Ｐｄ系導電材料等が好適に用いられる。各種の電極の厚みは、例えば０．００１〜０．２ｍｍに設定される。

本発明のバンドパスフィルタは、例えば、次のようにして作製できる。まず、セラミック原料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して泥漿状にするとともに、ドクターブレード法によってセラミックグリーンシートを形成する。次に、得られたセラミックグリーンシートにパンチングマシーン等を用いて貫通導体となる貫通孔を形成し、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ，Ｃｕ等の導体ペーストを充填することで貫通導体を形成する。次に、セラミックグリーンシートに印刷法を用いて上述した各種の電極を形成する。次に、これらを積層し、ホットプレス装置を用いて圧着し、８００〜１０５０℃で焼成することにより作製される。

本発明のバンドパスフィルタの実施の形態の一例を模式的に示す外観斜視図である。図１に示すバンドパスフィルタの模式的な分解斜視図である。図１に示すバンドパスフィルタの上下面および各層間の一方の面を模式的に示す平面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明のバンドパスフィルタを用いた高周波モジュールおよびそれを用いた無線通信機器の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０：積層体
１１：誘電体層
２１：第１のアース電極
２２：第２のアース電極
２３：環状アース電極
３０ａ：入力段共振電極
３０ｂ：出力段共振電極
３０ｃ：中段共振電極
３１ａ：第１の入力段補助共振電極
３１ｂ：第１の出力段補助共振電極
３１ｅ：第１の中段補助共振電極
３１ｃ：第２の入力段補助共振電極
３１ｄ：第２の出力段補助共振電極
３１ｆ：第２の中段補助共振電極
４０ａ：第１の入力結合電極
４０ｂ：第１の出力結合電極
４０ｃ：第２の入力結合電極
４０ｄ：第２の出力結合電極
４１ａ：第１の補助入力結合電極
４１ｃ：第２の補助入力結合電極
４１ｂ：第１の補助出力結合電極
４１ｄ：第２の補助出力結合電極
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ：貫通導体
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ：貫通導体
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ：貫通導体
７１ａ：第１の信号入力点
７１ｃ：第２の信号入力点
７１ｂ：第１の信号出力点
７１ｄ：第２の信号出力点
８０：高周波モジュール
８５：無線通信機器

Claims

複数の誘電体層が積層されてなる積層体と、
該積層体の下面に配置された、アース電位に接続される第１のアース電極と、
前記積層体の上面に配置された、アース電位に接続される第２のアース電極と、
前記積層体の一つの層間に平行に配置された、少なくとも入力段共振電極と出力段共振電極とを含む１／２波長共振器として機能する帯状の複数の共振電極と、
前記積層体の前記一つの層間に配置された、前記複数の共振電極を取り囲む環状アース電極と、
前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に配置された、前記入力段共振電極の長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域に対向して電磁界結合する第１の入力結合電極と、前記入力段共振電極の長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域に対向して電磁界結合する第２の入力結合電極と、前記出力段共振電極の長さ方向の中央より一方端側の一方端側領域に対向して電磁界結合する第１の出力結合電極と、前記出力段共振電極の長さ方向の中央より他方端側の他方端側領域に対向して電磁界結合する第２の出力結合電極と、前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に前記環状アース電極と対向するように配置され、貫通導体によって前記複数の共振電極の各々の一方端および他方端に接続された複数の補助共振電極とを備え、
前記第１の入力結合電極のうち前記入力段共振電極の一方端から当該入力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第１の信号入力点を有するとともに、前記第２の入力結合電極のうち前記入力段共振電極の他方端から当該入力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第２の信号入力点を有し、
前記第１の出力結合電極のうち前記出力段共振電極の一方端から当該出力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第１の信号出力点を有するとともに、前記第２の出力結合電極のうち前記出力段共振電極の他方端から当該出力段共振電極の全長の１／４までの領域と対向する領域内に第２の信号出力点を有しており、
前記積層体の前記一つの層間よりも上側の層間に、
信号が入力される第１の入力点と、前記第１の信号入力点に貫通導体を介して接続された第１の接続点と、前記入力段共振電極の前記一方端に接続された第１の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第１の補助入力結合電極と、
信号が入力される第２の入力点と、前記第２の信号入力点に貫通導体を介して接続された第２の接続点と、前記入力段共振電極の前記他方端に接続された第２の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第２の補助入力結合電極と、
信号が出力される第１の出力点と、前記第１の信号出力点に貫通導体を介して接続された
第３の接続点と、前記出力段共振電極の前記一方端に接続された第３の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第１の補助出力結合電極と、
信号が出力される第２の出力点と、前記第２の信号出力点に貫通導体を介して接続された第４の接続点と、前記出力段共振電極の前記他方端に接続された第４の前記補助共振電極に対向する領域とを有する第２の補助出力結合電極とをさらに備えていることを特徴とするバンドパスフィルタ。
請求項１に記載のバンドパスフィルタを備えていることを特徴とする高周波モジュール。
請求項１に記載のバンドパスフィルタを含むＲＦ部と、該ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えていることを特徴とする無線通信機器。