JP6389266B2 - チューナブルｈｆフィルタ回路 - Google Patents

Description

本発明はＨＦ信号用のチューナブルＨＦフィルタ回路に関し、たとえばワイヤレス通信機器で使用され得るチューナブルＨＦフィルタ回路に関する。

携帯可能な通信機器、ＷＬＡＮルータ等、または一般的にＨＦ信号を用いて通信する送信／受信装置は、必要な信号を不必要な信号から分離するためにＨＦフィルタを必要とする。このようなフィルタは、たとえばフロントエンド回路、たとえばデュプレクサに回路接続され得る。

ここでこのフィルタは、１つのチップセットと、場合によりさらに設けられているフィルタ（複数）との間で信号を分配する役割を果たさなければならない。その回路コストは出来る限り小さくなければならない。このフィルタは、さらなるフィルタの様々なフィルタ技術で互換性がなければならず、それぞれ対応するデバイスの小さな部品サイズを備え、かつとりわけ高い選択度を可能としなければならない。

常に増え続ける周波数帯域に使用され得る通信機器の動向は、異なる周波数帯域用の異なるフィルタの回路の複雑な回路接続をもたらす。このため、異なる周波数帯域を同じフィルタを用いて利用することができるためのチューナブルフィルタの必要性が生じている。

この要求に対する従来の解決方法は概ね、公知のフィルタ回路をチューナブルなインピーダンス素子で拡張することに基づいているか、あるいはフィルタ素子（複数）を１つのフィルタ接続形態に回路接続する回路を使用することに基づいている。

非特許文献１では、スイッチを用いたリコンフィギィラブルな、実質的に従来技術のＨＦフィルタが知られている。しかしながらこの際、スイッチを用いたこのリコンフィギュラブルなフィルタは、連続的にチューナブルなデュプレクサを全く可能としない。

非特許文献２では、音響共振器（複数）を有するＨＦフィルタ（複数）にチューナブルなコンデンサ（複数）を付加することが知られている。

非特許文献３では、チューナブルなコンデンサ（複数）およびチューナブルなインダクタンス（複数）を有するＨＦ−フィルタ（複数）が知られている。

非特許文献４では、ＬおよびＣ素子（複数）から成る回路（複数）が知られており、ここでこのキャパシタンス素子（複数）のキャパシタンスは調整可能である。

非特許文献５では、カップリングされた伝送ライン（複数）を有するチューナブルフィルタが知られている。

非特許文献６あるいは特許文献１では、ＨＦフィルタ（複数）における絶縁体（複数）の使用が知られている。

非特許文献７では、複数の回路素子がカップリングされた様々なチェビシェフフィルタの実施形態が知られている。

上述の学会論文から知られているＨＦ回路は、おしなべて実質的に公知なフィルタ接続形態において、可変素子、たとえばスイッチまたは調整可能なインピーダンス素子付加することによって、チューナブルフィルタ回路（複数）が得られるものである。ここで問題なのは、用いられているこれらの公知のフィルタ接続形態は、実質的に、一定のインピーダンスを有するインピーダンス素子（複数）の使用に対して最適化されているということである。確かにチューニング可能なフィルタが実現可能となってはいる。しかしながらここでは、その性能は、このチューニング可能性のために損なわれている。

国際出願公開ＷＯ２０１２／０２０６１３号パンフレット

学会論文"Reconfigurable Multi-band SAW Filters For LTE Applications", Xiao Ming et al., Power Amplifiers For Wireless And Radio Applications (PAWR), 2013 IEEE Topical Conference, 20. January 2013, Page 82 - 84 学会論文"Tunable Filters Using Wideband Elastic Resonators", Kadota et al., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 60, Nr. 10, October 2013, Page 2129 - 2136 学会論文"A Novel Tunable Filter Enabling Both Center Frequency and Bandwidth Tunability", Inoue et al., Proceedings Of The 42nd European Microwave Conference, 29. October - 1. November 2012, Amsterdam, The Netherlands, Page 269 - 272 学会論文"RF MEMS-Based Tunable Filters", Brank et al., 2001, John Wiley & Sons, Inc. Int J RF and Microwave CAE11: Page 276 - 284, 2001 学会論文"Design of a Tunable Bandpass Filter With the Assistance of Modified Parallel Coupled Lines", Tseng et al., 978-1-4673-2141-9/13/$31.00, 2013 IEEE 学会論文"Tunable Isolator Using Variable Capacitor for Multi-band System", Wada et al., 978-1-4673-2141-9/13/$31.00, 2013 IEEE MTT-S Symposium 学会論文"Filters with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary Frequencies", Levy, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-24, No. 4, April 1976

したがって本発明の課題は、１つの回路形態を提示することであり、この回路形態は、チューナブルな回路素子を用いたアプリケーションおよび大きなチューニング領域において良好な性能を提供するものである。

この課題は、独立請求項に記載されたチューナブルなＨＦ回路、チューナブルなＨＦ回路を制御するための方法ならびにチューナブルＨＦフィルタの有利な使用によって解決される。従属請求項は、有利な実施形態を提示する。

チューナブルＨＦフィルタ回路は、１つの入力部，１つの出力部，および１つの信号経路を備える。この信号経路は、この入力部とこの出力部との間に配設されて、この入力部とこの出力部とを接続し、こうしてこのフィルタ回路を通過することになるＨＦ信号は、この入力部からこの出力部へ伝送される。この信号経路自身は、１つの第１の信号路および１つの第２の信号路を備える。この第１の信号路とこの第２の信号路は、互いに並列に延在している。この第１の信号路には、１つのインピーダンス素子が回路接続されている。この第２の信号路には、Ｎ≧３の、すなわち３つ以上の複数の共振回路が前後に続いて配設されており、それぞれこの第２の信号路をグラウンドに接続している。こうして各々の共振回路は、見かけ上１つの分路素子となっており、こうしてこれらの共振回路は、グラウンドとの、この第２の信号路の、並列に接続された接続部となっている。これらの共振回路は、電気的または磁気的に互いにカップリングされており、またそれぞれ少なくとも１つのチューナブルなインピーダンス素子を備えている。

これらのＨＦ回路は、その伝送特性において固有のポール位置（複数）を有する１つのフィルタ接続形態を備えている。これらのポール位置は、たとえば高調波または相互変調積等の望ましくない信号を狙いを定めて抑圧するのに利用可能であろう。さらにこれらのポール位置の相対的位置は、中央周波数に関して上がり／立下りの急峻さを決定し、こうしてこれらのポール位置の配置によって立上がり／立下りの急峻さが、たとえば大きくなるように、影響されるようにすることができる。

さらに、対応するフィルタがバンドパスフィルタとして使用されることになる場合、この接続形態は、その帯域幅ならびにその中央周波数の良好な調整可能性を可能とする。この回路コストは、その代替と成り得る選択度と比較して僅かなものである。その複雑さの程度は比較的低く、またこのフィルタの制御に必要なコストも同様に僅かである。

この通過帯域の立上り／立下りの周波数位置の良好な調整可能性の他に、これに加えて大きな立上り／立下りの急峻さが得られる。

共振回路としては、発振が励起され得るような全ての種類の電気回路が対象となる。これには、たとえばＬＣ回路，電子音響共振器を有する回路，セラミック共振器，学会論文“Distributed Coupling in a Circular Dielectric Disk Resonator and 1st Application to a Square Dielectric Disk Resonator to Fabricate a Low-Profile Dual-Mode BPF”, A. C. Kundu and I. Awai, 1998 IEEE MTT-S Digest, S. 837-840 bekannt sind、で知られているようなディスク共振器、またはたとえば 学会論文“Highly Loaded Evanescent Cavities for Widely Tunable High-Q Filters”, H. Joshi, H. H. Sigmarsson, D. Peroulis and W. J. Chappell, Microwave Symposium, 2007,IEEE/MTT-S International, S. 2133-2136、で知られているようないわゆる空洞共振器がある。

上記の第１の信号路におけるインピーダンス素子が、Ｑ≦１００のＱ値を備えることが可能である。この信号路に配設された共振回路（複数）は、それぞれＱ＞１００のＱ値を備えてよい。これらの共振回路は、カップリング素子（複数）、たとえばカップリングされたインダクタンス素子によって、またはキャパシタンス素子によって、Ｑ≦２００のＱ値を備えてよい。これらの素子のそれぞれの１つの電極は１つの共振回路に割り当てられている。

ここでこのＱ値（Ｑファクタとも呼ばれる）は、発振可能なシステムの減衰の指標となっている。ここでこのＱ値の値が大きければ大きいほどその減衰は小さくなる。ここでＱ値は、共振回路に対しても、またキャパシタンス素子あるいはインダクタンス素子のような個々の回路素子に対しても与えられるものである。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、その共振回路（複数）それぞれにおいてそれぞれ１つのチューナブルなキャパシタンス素子を備えてよい。チューナブルなインピーダンス素子は、以下に説明するように、インピーダンスマッチングのためにも使用されてよい。

上記の共振回路の共振周波数をチューニングするために、上記のキャパシタンス素子のキャパシタンスの値が調整されてよい。上記のＨＦフィルタ回路の全ての共振回路をチューニングすることは、１つのバンドパスフィルタの帯域幅、およびその中心周波数の周波数位置を調整することを可能とする。このフィルタ回路はこのバンドパスフィルタとして実現されていてよい。

この代替として、上記の共振回路（複数）は、これらの共振回路の共振周波数を調整するために、それぞれ１つのチューナブルなインダクタンス素子を備えてよい。しかしながら一般的に、チューナブルなキャパシタンス素子の実現はより容易であるので、チューナブルなキャパシタンス素子の使用が好ましい。ここでこれらのチューナブルなキャパシタンス素子は、調整可能なＭＥＭＳキャパシタンスとして、バラクタとして、または個々に断接可能なコンデンサとして実現されていてよい。

上記のチューナブルなキャパシタンス素子（複数）は、Ｑ＞１００のＱ値を備えてよい。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、キャパシタンス素子がチューナブルなインピーダンス素子として用いられている場合、これらのチューナブルなキャパシタンス素子（複数）のキャパシタンス値（複数）の比は一定となるように実装されていてよい。そうでなければチューナブルなインダクタンス素子（複数）のインダクタンス値（複数）の比が互いに相対的に一定となっていてよい。

これは１つのロジック回路の、ただ１つのチューナブルなインピーダンス素子のインピーダンス値のみを制御することを意味している。その他のＮ−１個のチューナブルなインピーダンス素子のインピーダンス値は、この制御されるインピーダンス値のスケーリングによって与えられる。

以上により、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の制御は顕著に簡単化され、１つのロジック回路、たとえば１つのモバイル通信システムのチップセットにおいて、制御インターバル当たりただ１つの値、たとえば、必要なキャパシタンスを調整する、１つのバイナリ形式のワードのみがこのフィルタ回路に伝送される。ここでこのバイナリ形式のワードは、ｎビットであり、ｎは少なくとも、全ての調整可能なインピーダンス値のそれぞれを２^ｎ個の値で表現できる値でコーディングできるような大きさとなっている。こうしてたとえば１つの８ビットワードで２５６個のインピーダンス値をコーディングすることができる。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、その共振回路（複数）の全てにおいて、それぞれ発振可能な回路セグメントを備えている。これらの回路セグメントは、１つのＬＣ発振回路、１つのセラミック共振器、１つのＭＥＭＳ共振器、１つの音響共振器、１つのディスク共振器、１つの基板に一体化された導波部を有する１つの共振器、または１つの空洞共振器を備えてよい。

個々の共振回路の実現は独立に行うことができる。これらの発振可能な回路セグメントに関する技術は、同じであってもよい。しかしながら、これらの発振可能な回路セグメントが異なる技術に基づくものであることも可能である。

これらの共振回路でのＬＣ発振回路の使用は、簡易かつ安価な構成を、また同時にその設定された接続形態によってこのフィルタの良好な電気的特性を可能とする。セラミック共振器、すなわちメタライジングされた表面を用いて空洞部がパターニングされているセラミック体の使用は、同様に良好な電気的特性を可能とするが、しかしながらこれの見返りとして比較的大きなサイズを必要とする。ＭＥＭＳ（ＭＥＭＳ＝Micro Electro Mechanical System）共振器を使用することは、機械的発振が励起可能な共振器を使用することを意味する。ＭＥＭＳ共振器の一例は音響共振器であり、この音響共振器、一般的には圧電音響共振器においては、材料は音響的な発振が励起可能となっている。

この共振器が、狙いを定めて波動伝播を調整することができるパターニングされた素子をさらに備えると、１つの一体化された導波部およびこれにより基板に組み込まれた導波部を有する１つの共振器が得られる。

特にＭＥＭＳ共振器が動作する共振回路は、良好な電気的特性を提供し、同時に相対的に小さなサイズを提供する。これは音響速度が導体における電気信号の伝播速度よりも何オーダーも小さいからである。

これらの共振回路が発振可能なＬＣ発振回路で構成されるならば、入力部または出力部と回路接続された共振回路におけるインダクタンス素子は、約１ｎＨのインダクタンスを備えてよい。チューナブルなキャパシタンス素子のキャパシタンスは、１ｐＦのキャパシタンス値程度の値に調整されていてよい。

共振回路のカップリングに作用するキャパシタンス素子は、１０ｆＦ〜１００ｐＦのキャパシタンスを備えてよい。共振回路のカップリングに作用するインダクタンス素子は、１ｎＨ〜３００ｎＨのインダクタンスを備えてよい。

上記の共振回路でのインダクタンス素子は、０．１ｎＨ〜５０ｎＨのインダクタンスを備えてよい。上記の共振回路でのキャパシタンス素子は、０．１ｐＦ〜１００ｐＦのキャパシタンスを備えてよい。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、上記の第２の信号路にＮ＝４の共振回路（複数）を備えてよく、これらの共振回路は前後に続いて配設されている。上記の第１の信号路におけるインピーダンス素子は、１つのインダクタンス素子であってよい。上記の信号経路は、入力部側および出力部側にそれぞれ１つのキャパシタンス素子を備えてよい。こうしてこの信号経路の入力部と、この信号経路が上記の第１の信号路および上記の第２の信号路に分岐する部位との間に１つのキャパシタンス素子が回路接続されていてよい。同様に上記の出力部と、上記の２つの信号路が再び合流する部位との間に１つのキャパシタンス素子が配設されていてよい。

上記の信号経路が入力部側および／または出力部側にそれぞれ1つ以上のチューナブルなキャパシタンス素子を備えることも可能である。

上記の信号経路において直列に回路接続されていてよい、このような素子によって、それぞれその入力インピーダンスあるいは出力インピーダンスのマッチングを達成することができる。このフィルタ回路は周波数的にチューナブルであり、かつ中心周波数および／または周波数幅等の周波数特性のチューニングはこの回路のインピーダンスマッチングを必要とするので、このようなマッチングは必要である。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、さらに１つの制御ロジック部、すなわち上記の共振回路を制御するための１つの制御ロジック部が実装されている制御回路を備えてよい。ここでこの制御ロジック部は、制御ライン（複数）を介して上記の共振回路のチューナブルなインピーダンス素子（複数）と回路接続されている。こうしてこの制御ロジック部は、これらのインピーダンス素子のインピーダンス値（複数）を制御するために設けられている。このため上記の制御ロジック部を上記の共振回路（複数）のそれぞれ対応するチューナブルなインピーダンス素子と回路接続する、信号ライン（複数）が設けられていてよい。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、「外側の」共振回路（複数）、すなわち上記の共振回路（複数）あるいはこれら以外の共振回路を包囲するかまたは取り囲む共振回路（複数）は、その包囲された「内部の」共振回路（複数）よりも高いＱ値を備えるように構成されていてよい。ここでこれらの「外側の」共振回路は、上記の入力部または上記の出力部に回路接続されている最も隣接したそれぞれの共振回路である。しかしながら原則としてもっと重要なことは、これらの共振回路が、上記のカップリング素子よりも高いＱ値を備えていることである。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、特に上記の共振回路（複数）が、上記のカップリング素子（複数）よりも高いＱ値を備えるように構成されていてよく、これらの共振回路はこれらのカップリング素子を介してカップリングされている。

このチューナブルＨＦフィルタ回路の特定の回路素子がＱ値の変化に対しとりわけ感度良く反応することが見出された。これに対してそのＱ値がこのフィルタの電気的特性に殆ど影響しない回路素子が存在する。ここでこのフィルタ回路の電気的特性は、上記の共振回路（複数）の回路素子（複数）のＱ値（複数）に非常に強く依存する。ここで上記のカップリング素子（複数）のＱ値（複数）は、このフィルタ回路の電気的特性に顕著に小さな影響を示す。

この知見は、感度の低い回路セグメントを比較的安価なデバイスで実現し、これに対し高価でコストのかかる、高いＱ値を有する回路素子は上記のチューナブルなフィルタ回路の感度の高い領域にのみ設けるということに利用することができる。

こうしてあまり重要でない回路領域が比較的コンパクトな形状のインピーダンス素子によって実現することができるので、小型化のトレンドに対してほぼ品質を損なうことなく追従することができる。

本発明によるＨＦフィルタ回路は、伝達関数のポールを備えてよい。すなわちこのフィルタ回路の伝達関数が１つのポール位置を備える周波数があり、これによってこの周波数成分を有する信号がとりわけ効果的に減衰される。

こうしてここに示すチューナブルな回路の接続形態は、固有のポール位置（複数）が存在することで公知の回路接続形態とは異なっている。この固有のポール位置は、これらのポール位置の無い公知の回路接続形態においてはさらなる、原理的に高いＱ値のインピーダンス素子を付加しなければならないものである。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、送信フィルタおよび／または受信フィルタ、たとえばワイヤレス通信機器に使用され得る。とりわけ通信機器における利用は、複数の周波数帯域で使用されることができるように設けられるものであり、有利である。これは１つの個別のチューナブルフィルタが、可変でない通過帯域を有する２つ以上のフィルタを代替できるからである。

ここで上述の接続形態を有する１つ以上のフィルタは、１つのデュプレクサに使用されてよく、このデュプレクサは、比較的近くに隣接する送信信号と受信信号とを分離するためのものである。

チューナブルＨＦフィルタは、以下のような方法で制御することができる。ここでこのフィルタは、少なくともＮ＝３の共振回路（複数）を備え、この共振回路は、１つの信号路をグラウンドと回路接続している。これらの共振回路の各々は、１つのチューナブルなインピーダンス素子を備える。さらにこのフィルタは、これらの共振回路のチューナブルなインピーダンス素子を制御する制御ロジック部を備える。この方法は特に、この制御ロジック部が、たとえばキャパシタンス値（複数）、およびチューナブルなインピーダンス素子（複数）、たとえばチューナブルキャパシタンス素子のインピーダンス値（複数）の一定な比を常に維持することを特徴としている。

ここでこの制御ロジック部は、１つの外部の周辺回路、たとえばモバイル通信機器の１つのチップセットの１つの情報信号を受信し、これに基づいて１つの共振回路の１つのインピーダンス素子のインピーダンス値を調整する。このためこの制御ロジック部は、１つの信号ラインを介して、対応するインピーダンス素子と回路接続される。さらにこの制御ロジック部は、さらなる信号ライン（複数）を介して、他のチューナブルなインピーダンス素子（複数）と回路接続されており、これらのインピーダンス値を同様に制御する。ここでこれらのインピーダンス値は、これらのインピーダンス素子の固定された比によって与えられる。こうしてこれらの調整可能なインピーダンス素子への複数の別々の制御ラインは、この制御ロジック部以降のみから必要となる。上記のチップセットのこの制御ロジック部との回路接続は、簡易な信号経路を介して行われる。

具体的にはこの制御は、ＭＩＰＩ−ＲＦＦＥ（ＭＩＰＩ＝Mobil Industry Processor Interface、ＲＦＦＥ＝RF-Front End）を介して可能である。

本発明によるＨＦフィルタ回路の個々の回路部品は、一緒に１つのパッケージに集積化されていてよい。このようなパッケージは、１つの基板を備えてよく、この基板はディスクリートな部品用の担体として用いられ、またさらに少なくとも１つの配線面を備える。この基板の上面上には、１つの第１の部品位置において、１つの半導体素子が取り付けられ、そして第１の配線面と接続されている。この半導体素子は、このフィルタの周波数チューニングを可能とする、高Ｑ値のチューナブルな受動的素子を備える。

さらにこの第１の部品位置において、１つの制御ユニットが配設されている。この制御ユニットは、上記のチューナブルな部品（複数）を制御するために設けられており、このようにして所望の遮断周波数または所望の周波数帯域を特徴とする１つの回路状態が生成される。この第１の部品位置の上に、１つの誘電体層が配設されている。この誘電体層は、好ましくは少なくとも１つの概ね平坦化された表面を備える。

この誘電体層の上に１つの第２の部品位置があり、この第２の部品位置に上記の半導体素子と回路接続されている、ディスクリートな受動的デバイス（複数）が配設されている。

これらのチューナブルな受動的部品、ディスクリートな受動的デバイス、および適宜さらなる部品から、その遮断周波数またはその周波数帯域に関してチューナブルなフィルタが実現されている。このようなフィルタは、バンドパスフィルタとして形成されていてよい。しかしながら、このフィルタをハイパスフィルタまたはローパスフィルタとして実装することも可能である。バンドストップフィルタもチューナブルなフィルタとして実装することが可能である。

上記のチューナブルな受動的部品は、上記の半導体素子に集積化されて製造され、互いに回路接続されて一体化されていてよい。この半導体素子において、これらの部品は、この半導体素子の面に渡って分布している。

上記の第１の部品位置、すなわち上記の半導体デバイスの上に配設されている、高Ｑ値のディスクリートなデバイス（複数）は、こうして最適に小さな距離で、あるいは直接この半導体デバイスの回路ノード（複数）あるいはコンタクト面（複数）の上に設けることができ、これよりこの半導体デバイスの回路ノード（複数）とこれらのディスクリートな受動的デバイスとの間の可能な最も短い電気的接続部（複数）を実現することができる。短い電気的接続部は、大きさとしてはほんの小さな寄生的な被覆部を有し、これよりこれらのディスクリートな受動的デバイスとこの半導体素子との間の接続配線（複数）の間、あるいはこれらの部品の接続部（複数）の間には、相互にほんの小さなカップリングのみが発生し得る。小さなカップリングは、このフィルタが高い周波数確度、大きな立上り／立下りの急峻さ、および少ない電気的損失を備えるという利点を有する。

もう１つの利点は、このフィルタ回路の部品の３次元集積化、あるいはそのパッケージ自体の必要とする設置面積が小さいということである。長い接続配線が省かれることによって、このパッケージは、従来のパッケージのチューナブルフィルタよりも小さな容積を備える。

上記の高Ｑ値の部品に対して、すなわち上記のディスクリートなデバイスおよび上記の高Ｑ値のチューナブルな部品に対して、少なくとも１００のＱ値を有するものが選択されると、４：１までのチューニング係数（Abstimmfaktor）を備えるフィルタを得ることができる。これは周波数に換算して、最も低く調整された遮断周波数と最も高く調整された遮断周波数との間すなわち周波数領域で、係数２となる。より高い周波数に対して、より高いＱ値を容易に実現することができる。４００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの周波数領域において使用することが可能である。

以下に本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路およびチューナブルＨＦフィルタを制御するための方法が、概略的な図および実施形態例を参照して詳細に説明される。

１つのチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路を示す。 追加的なインピーダンス素子（複数）を有する１つのフィルタ回路の等価回路を示す。 ４つの共振回路を有する１つのフィルタ回路の等価回路を示す。 ４つの共振回路およびさらなるキャパシタンス素子（複数）を有する１つのフィルタ回路の等価回路を示す。 共振回路をＬＣ発振回路で実現する可能性を示す。 インダクタンスでカップリングされた共振回路を示す。 音響共振器を有する共振回路を示す。 入力インピーダンスおよび／または出力インピーダンスが調整可能な回路の１つの可能な形態を示す。 マトリックス要素Ｓ_１，１およびＳ_２，１の計算された周波数依存性を示す。 １つのチューナブルフィルタ用の、また１つのチューナブルフィルタを有する１つのパッケージの断面を示す。

図１は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路ＡＨＦの等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、１つの信号経路ＳＰが１つの入力部Ｅと１つの出力部Ａとの間に配設されている。ここで信号経路SPは、２つの並列に回路接続された区間、すなわち第１の信号路ＳＷ１および第２の信号路ＳＷ２を備える。この第１の信号路ＳＷ１には１つのインピーダンス素子ＩＭＰが回路接続されている。このインピーダンス素子ＩＭＰは、キャパシタンス素子またはインダクタンス素子で実現されていてよい。第２の信号路ＳＷ２には、３つの共振回路ＲＫ１，ＲＫ２，ＲＫ３が前後に続いて配設されている。これらの共振回路は、電気的または磁気的にカップリングされており、またそれぞれ少なくとも１つのチューナブルなインピーダンス素子を備えている。これら３つの共振回路の各々は、上記の第２の信号路をグラウンドと回路接続している。

ここで第１の共振回路ＲＫ１は、入力部Ｅにカップリングされている。ここで第３の共振回路ＲＫ３は、出力部Ａにカップリングされている。他の共振回路を介することなく、直接この入力部Ｅまたは出力部Ａにカップリングされている共振回路は、いわゆる「外側の」共振回路である。こうしてこれら２つの外側の共振回路は、他の共振回路あるいは複数の他の共振回路を包囲し、これら他の共振回路は「内側の」共振回路となる。

したがって図１の等価回路図においては、第１の共振回路ＲＫ１および第３の共振回路ＲＫ３が上記の外側の共振回路となっており、これに対し第２の共振回路ＲＫ２が、（単一の）内側の共振回路となっている。

これらの共振回路の電気的および／または磁気的なカップリングは、符号Ｋで示されるカップリングで表されている。ここで第１の共振回路ＲＫ１は、電気的および／または磁気的に第２の共振回路ＲＫ２とカップリングされている。第２の共振回路ＲＫ２は、第１の共振回路ＲＫ１の他に、第３の共振回路ＲＫ３ともカップリングされている。

これらの共振回路のカップリングを介して、電気的信号が共振器から共振器に引き渡され、こうして第２の信号路ＳＷ２にもＨＦ信号が伝播する。

図２は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、入力部Ｅと第１の共振回路ＲＫ１との間に１つのインピーダンス素子ＩＭＰが配設されている。ここでこのインピーダンス素子は、キャパシタンス素子ＫＥとして実現されている。この部位に１つのインダクタンス素子を配設することも同様に可能である。

第３の（すなわち第２の外側の）共振回路ＲＫ３と出力部Ａとの間にも同様に１つのインピーダンス素子ＩＭＰが配設されており、このインピーダンス素子も同様にキャパシタンス素子として実現されている。このキャパシタンス素子も、１つのインダクタンス素子と置き換えられてよい。

図３は、本発明によるＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このＨＦフィルタ回路では４つの共振回路が第２の信号路ＳＷ２に存在している。こうして第３の共振回路ＲＫ３と出力部Ａとの間には、第４の共振回路ＲＫ４が配設されている。以上によりこれらの共振回路ＲＫ１，ＲＫ４は外側の共振回路を形成し、これに対し共振回路ＲＫ２，ＲＫ３は内側の共振回路を形成している。これらの共振回路の間のカップリング（複数）は、たとえば対称的な構造により、強度Ｋ１およびＫ２を有する。

さらに、第２の信号路ＳＷ２が、５，６，７，８，９，または１０個の共振回路を備えることも可能であり、これらはそれぞれ入力部Ｅと出力部Ａとの間に直列に配設されている。

図４は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、第２の信号路に４つの共振回路が配設されており、入力部Ｅと第１の共振回路ＲＫ１との間に１つのキャパシタンス素子ＫＥが配設されている。さらに最後の外側の共振回路ＲＫ４と出力部Ａとの間にもう１つのキャパシタンス素子ＫＥが配設されている。

図５は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の１つの等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、上記の共振回路はＬＣ回路として実現されている。各々の共振回路は、ここで第１の共振回路ＲＫ１で例として示すように、１つのインダクタンス素子ＩＥと１つのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥの１つの並列回路を備える。ここでこのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥは、それぞれの共振回路のチューナブルなキャパシタンス素子となっている。これとは逆に、各々の共振回路が１つのチューナブルなインダクタンス素子を備えてもよい。こうすると、これに対応するこの共振回路の並列に回路接続されるインピーダンスは、１つのキャパシタンス素子となるであろう。

チューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥは、１つの制御ロジック部ＳＴＬと回路接続されている。この制御ロジック部ＳＴＬは、複数の回路素子を備え、この制御ロジック部を介して外部の周辺回路の制御信号を受信することができる。この外部の周辺回路の制御信号は翻訳され、そして制御信号（複数）がそれぞれ対応する信号ラインＳＬを介して個々のチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥへ出力される。

上記の共振回路間の電磁的カップリングは、カップリング素子ＫＯである、キャパシタンス素子ＫＥのキャパシタンスカップリングによって実現されている。このため各々の共振回路は実質的に、キャパシタンス素子ＫＥが１つの電極を備え、この電極を介してこの共振回路はその隣接する共振回路または隣接する複数の共振回路とカップリングされている。ここでキャパシタンス素子ＫＥを介したカップリングは、実質的に電気的なキャパシタンスカップリングとなる。ここでこのキャパシタンス素子のＱ値は、これらの共振回路に用いられている素子のＱ値よりも小さくてよい。

図６は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、共振回路ＲＫ間のカップリングがインダクタンスで行われるここで各々の共振回路は、少なくとも１つのインダクタンス素子ＩＥを備え、このインダクタンス素子を介して、それぞれの対応する共振回路の別の１つのインダクタンス素子へのカップリングが行われる。第１の共振回路ＲＫ１は、インダクタンスのみで第２の共振回路ＲＫ２とカップリングされているので、この第１の共振回路ＲＫ１は、このカップリングのために１つのインダクタンス素子ＩＥ１のみを必要とする。第２の共振回路ＲＫ２は、第１の共振回路ＲＫ１にも、また第３の共振回路にもカップリングされており、このため２つのインダクタンス素子を必要とする。

上記の共振回路がインダクタンスでカップリングされているか、あるいはキャパシタンスでカップリングされているかは、ＨＦ信号が伝送され得るということに対しては何の役割も持たず、これより共振回路の直列配設は第２の信号路ＳＷ２となる。

ここで図５における共振回路間のカップリングのためのキャパシタンス素子（複数）あるいは図６における共振回路間のカップリングのためのインダクタンス素子（複数）は、カップリングの妥当な程度が得られるように配設および構成されている。ここでこのカップリングの程度は、電極（複数）の間隔あるいは電極面積またはコイル形状，コイルサイズ，およびコイル間距離によって調整することができる。

ここで隣り合った共振回路のインダクタンスでカップリングされた２つのインダクタンス素子は、それぞれ実質的に１つのトランス回路を形成する。

図７は、本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路の等価回路図を示し、このチューナブルＨＦフィルタ回路では、共振回路（複数）は、１つのチューナブルなキャパシタンス素子ＡＫＥの他に、１つの音響共振器すなわちセラミック共振器ＡＲを備える。音響共振器（複数）あるいはセラミック共振器（複数）は、高いＱ値、およびこれと同時に小さなサイズを特徴とする。これらはしかしながら比較的高い製造コストの原因となり、その機械的動作のために、デカップリングのための対策、および障害となる外部環境に対する保護のための対策を必要とするので、ＬＣ部品の使用が好まれ得る。

図８は、入力インピーダンスの例でのインピーダンスマッチングの可能性を示す。このフィルタ回路は、第１の共振回路ＲＫ１のキャパシタンス素子ＡＫＥのキャパシタンス値、および入力部Ｅに回路接続されているキャパシタンス素子ＡＫＥのキャパシタンス値の変更によって、この回路の入力インピーダンスを調整できるようになっている。出力側でも、それぞれ対応するチューナブルなインピーダンス素子（複数）、たとえばキャパシタンス素子（複数）が、出力部Ａで、または最後の共振回路においてグラウンドに対して、出力インピーダンスの調整のために用いられる。これらの制御は、同様に制御ロジック部ＳＴＬによって行うことができる。入力部Ｅでのキャパシタンス素子の５ｐＦの大きさのキャパシタンス値、および第１の共振回路ＲＫ１におけるキャパシタンス素子の３４ｐＦ，３４ｐＦの大きさのキャパシタンス値は、たとえば５Ωの入力インピーダンスを可能とし、こうしてほぼ増幅器回路でのインピーダンスマッチングを得ることができる。入力部Ｅでのキャパシタンス素子の１８ｐＦの大きさのキャパシタンス値、および第１の共振回路ＲＫ１におけるキャパシタンス素子の３８ｐＦ，８１ｐＦの大きさのキャパシタンス値は、たとえば５０Ωの入力インピーダンスを可能とし、こうしてほぼこの大きさの定格インピーダンスを得ることができる。

入力インピーダンスまたは出力インピーダンスの調整によって、伝達関数の特性は殆ど変化されない。

図９は、計算された挿入損失｜Ｓ_２，１｜ならびに反射｜Ｓ_１，１｜の周波数依存性を示す。この挿入損失においては、遷移領域における急峻な立上り／立下りを有する通過帯域が形成されている。この通過帯域内では、挿入損失は小さくなっている。この通過帯域外では、ＨＦ電力がこのフィルタ回路をほぼ全く通過し得ないような大きさの反射度となっている。

この通過帯域外には、２つのポール位置が存在する。

この通過帯域内には、４つのポール位置が存在し、これらは４つの共振回路に由来し得る。

図１０は、上記のＨＦフィルタ回路がその部品と共に集積化され得る１つのパッケージの簡単な実施形態例を示す。このパッケージは、１つの基板Ｓ上に構築されており、この基板は１層または多層の基板であり、少なくとも１つの配線レベル面ＶＥ１を備える。この配線レベル面ＶＥ１は、この基板Ｓの表面上に形成されていてよく、または図１に示すように、１つの多層基板の２つの絶縁層の間に形成されていてよい。この基板上には、少なくとも１つの半導体素子ＨＬＢが取り付けられており、配線レベル面ＶＥ１と電気的に接続されている。この基板Ｓ上には、第１の部品層ＫＬ１において、半導体素子ＨＬＢの他にさらなるディスクリートなデバイス，集積化されたデバイス，またはその他のデバイスが配設されていてよい（不図示）。半導体デバイスＨＬＢは、少なくとも、高Ｑ値のチューナブルな受動的な部品を備える。

この半導体デバイスＨＬＢには、１つの制御ユニットが組み込まれていてよい。この制御ユニットは、さらなる分離された半導体素子として実装されてもよく、そして第１の部品層ＫＬ１に配設されていてもよい。

第１の部品層ＫＬ１のデバイス（複数）は、１つの誘電体層ＤＳによって覆われているか、または１つの誘電体層の中に埋設されており、この誘電体層は上方に向かうに従って次第に平坦な表面となって終わっている。その下に覆われているかまたは埋設されている第１の部品層ＫＬ１を有する誘電体層ＤＳの上に１つの第２の部品層ＫＬ２が設けられている。この第２の部品層にディスクリートな高Ｑ値の受動的デバイス（複数）ＤＰＢが配設されている。これらのディスクリートな高Ｑ値の受動的デバイスＤＰＢは、第１の部品層ＫＬ１の部品と電気的に回路接続されている。この回路接続は、第２の部品層ＫＬ２のデバイスから第１の部品層ＫＬ１における半導体デバイスのコンタクト部（複数）への貫通接続部ＤＫによって直接行われてよい。しかしながら、図に示すように、第１および第２の部品層ＫＬ１，ＫＬ２の間に、１つの第２の配線レベル面ＶＥ２が設けられることも可能である。この第２の配線レベル面ＶＥ２の配線部分は、上記のディスクリートな受動的素子（複数）ＤＰＢのそれぞれ対応するコンタクト部と電気的に接続されており、そして同様に上記の半導体デバイスのコンタクト部とも貫通接続部ＤＫを用いて電気的に接続されている。この第２の配線レベル面ＶＥ２は、１つの誘電体の２つの層の間に埋設されていてよい。

基板Ｓの下面には、外部コンタクト部ＡＫが設けられており、この外部接続部は、貫通接続部ＤＫを介して、第１の部品層ＫＬ１の部品（複数）か、または図示するように、第１の配線レベル面ＶＥ１と接続されている。図１には示されていないが、さらなるパッシベーション部または保護カバー部がこのパッケージＰの部品（複数）を環境からの影響に対してシーリングしている。このようなパッシベーション部は、たとえば少なくとも１つの、上記のディスクリートな受動的デバイスの表面上に直接堆積または塗布された層であってよく、具体的には１つの薄層であってよい。このパッシベーション部は、複数の堆積された層かまたは塗布された層の層配列を備えていてもよい。たとえば、１つの第１の形状嵌めのカバーが上記のディスクリートな受動的素子ＤＰＢ上に取り付けられてよく、このカバーは誘電体層ＤＳの表面と繋がっている。このカバーは、たとえば熱可塑性のシートであってよい。続いてこのシートには、１つのメタライジング部が設けられてよく、このメタライジング部は適宜電解めっきまたは無電解めっきで強化されてよい。

部品が設けられている領域に対向する基板Ｓの表面を大きくし、そして上記のパッシベーション部を、こうして張り出している基板表面と繋がるようにすることも可能である。さらに、堅い機械的に形状安定な１つのキャップを上記の誘電体層ＤＳの表面上か、または上記の基板の張り出している表面領域上に戴置してこれらに対してシーリングすることも可能である。１つの形状嵌めのカバーを用いても、また１つの堅いキャップを用いても、これに続いてこのパッケージＰ全体のもう１つの樹脂封止が行われてよく、ここで有利にはグロブトップ材が取り付けられるか、または全体がプラスチック材でオーバーモールドされる。

本発明によるチューナブルＨＦフィルタ回路は、上記の回路的特徴に制限されない。さらなる回路素子、たとえばキャパシタンス素子，インダクタンス素子，または発振回路を備えたフィルタ回路（複数）も同様に本発明によるフィルタ回路に含まれる。

｜Ｓ１，１｜ ： 反射
｜Ｓ２，１｜ ： 挿入損失
Ａ ： 出力部
ＡＨＦ ： チューナブルな高周波（ＨＦ）フィルタ回路
ＡＫ ： 外部コンタクト部
ＡＫＥ ： チューナブルなキャパシタンス素子
ＡＲ ： 音響共振器
ＤＫ ： 貫通接続部
ＤＰＥ ： ディスクリートな受動的デバイス
ＤＳ ： 誘電体層
Ｅ ： 入力部
ＨＬＢ ： 半導体デバイス
ＩＥ ： インダクタンス素子
ＩＭＰ ： インピーダンス素子
Ｋ ： 電気的および／または磁気的カップリング
ＫＥ ： キャパシタンス素子
ＫＬ１，ＫＬ２ ： 第１，第２の部品層
ＫＯ ： カップリング素子
Ｐ ： パッケージ
ＲＫ，ＲＫ１−４： 共振回路
Ｓ ： 基板
ＳＬ ： 制御ライン
ＳＰ ： 信号経路
ＳＴＬ ： 制御ロジック部
ＳＷ１ ： 第１の信号路
ＳＷ２ ： 第２の信号路
ＶＥ１，ＶＥ２ ： 第１，第２の配線レベル面

Claims (11)

1. チューナブルなＨＦフィルタ回路（ＡＨＦ）であって、
   １つの入力部（Ｅ）と，１つの出力部（Ａ）と，これらの間に１つの第１の信号路（ＳＷ１）および当該第１の信号路（ＳＷ１）に対して並列な１つの第２の信号路（ＳＷ２）を有する１つの信号経路（ＳＰ）とを備え、
   前記第１の信号路（ＳＷ１）には、１つのインピーダンス素子（ＩＭＰ）が回路接続されており、
   前記第２の信号路（ＳＷ２）には、Ｎ≧３の複数の共振回路（ＲＫ）が前後に続いて配設され、それぞれ前記第２の信号路（ＳＷ２）をグラウンドと回路接続しており、
   複数の前記共振回路（ＲＫ）は、電気的および／または磁気的にカップリングされ、それぞれ１つのチューナブルなインピーダンス素子（ＩＭＰ，ＡＫＥ）を備え、
   複数の前記共振回路（ＲＫ）は、当該共振回路（ＲＫ）をカップリングしているカップリング素子（ＫＯ）よりも高いＱ値を備える、
   ことを特徴とするＨＦフィルタ回路。
2. 請求項１に記載のＨＦフィルタ回路において、
   前記第１の信号路（ＳＷ１）における前記インピーダンス素子（ＩＭＰ）は、Ｑ≦１００のＱ値を備え、
   前記第２の信号路（ＳＷ２）に配設された複数の前記共振回路（ＲＫ）は、それぞれＱ＞１００のＱ値を備え、
   複数の前記共振器（ＲＫ）は、Ｑ≦２００のＱ値を備えるカップリング素子（ＫＯ）を介して互いにカップリングされている、
   ことを特徴とするＨＦフィルタ回路。
3. 複数の前記共振回路（ＲＫ）は、それぞれ１つのチューナブルなキャパシタンス素子（ＡＫＥ）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のＨＦフィルタ回路。
4. 前記チューナブルなキャパシタンス素子（ＡＫＥ）は、Ｑ＞１００のＱ値を備えることを特徴とする、請求項３に記載のＨＦフィルタ回路。
5. 複数の前記共振回路（ＲＫ）における複数の前記チューナブルなキャパシタンス素子（ＡＫＥ）のキャパシタンス値の比は一定となっていることを特徴とする、請求項３または４に記載のＨＦフィルタ回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＨＦフィルタ回路において、
   複数の前記共振回路（ＲＫ）は、それぞれ、１つのＬＣ発振回路、１つのセラミック共振器、１つのＭＥＭＳ共振器、１つの音響共振器、１つのディスク共振器、１つの基板に一体化された導波部を有する１つの共振器、または１つの空洞共振器から選択された、発振可能な回路セグメントを備えることを特徴とするＨＦフィルタ回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＨＦフィルタ回路において、
   前記第２の信号路（ＳＷ２）に、Ｎ＝４の複数の共振回路（ＲＫ）が配設されており、
   前記第１の信号路（ＳＷ１）における前記インピーダンス素子（ＩＭＰ）は、１つのインダクタンス素子（ＩＥ）であり、
   前記信号経路（ＳＰ）は、入力部側および出力部側にそれぞれ１つのキャパシタンス素子（ＫＥ）を備える、
   ことを特徴とするＨＦフィルタ回路。
8. 前記信号経路（ＳＰ）は、入力側および／または出力側にそれぞれ１つのチューナブルなキャパシタンス素子（ＡＫＥ）を備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＨＦフィルタ回路。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＨＦフィルタ回路において、
   さらに１つの制御ロジック部（ＳＴＬ）を備え、
   当該制御ロジック部は、複数の制御ライン（ＳＬ）を介して、複数の前記共振回路（ＲＫ）の前記チューナブルなインピーダンス素子（ＩＭＰ）と回路接続されており、かつ複数の前記インピーダンス素子（ＩＭＰ，ＡＫＥ）のインピーダンス値を制御するために設けられている、
   ことを特徴とするＨＦフィルタ回路。
10. 前記ＨＦフィルタ回路の伝達関数はポールを備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＨＦフィルタ回路。
11. 通信機器の送信フィルタおよび／または受信フィルタにおける、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のチューナブルなＨＦフィルタ回路の使用。

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