JP6717996B1 - フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に伴う特性変化を補償することが可能なフィルタを実現する。【解決手段】フィルタ（１）は、電磁気的に結合した共振器（２０１〜２０５）として機能するポスト壁導波路と、ポスト壁導波路の第２の導体層（６ａ）に形成された結合窓（ＡＰ１０１ａ〜ＡＰ１０５ａ）を介して共振器（２０１〜２０５）と電磁気的に結合されたキャビティ（３０１ａ〜３０５ａ）と、を備えている。ポスト壁導波路の基板（５）は、第１の誘電体からなる第１の誘電体層を含み、キャビティ（３０１ａ〜３０５ａ）の内部には、第２の誘電体からなる第２の誘電体層（９ａ）が設けられている。フィルタ（１）においては、第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、前記第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する。【選択図】図１

Description

本発明は、ポスト壁導波路を用いたフィルタに関する。特に、温度補償機能を備えたフィルタに関する。

電磁気的に結合された複数の共振器は、特定の周波数帯域（以下、「通過帯域」とも記載する）の電磁波を選択的に通過させるバンドパスフィルタ（Bandpass Filter。以下、「ＢＰＦ」とも記載する）として機能することが知られている。

非特許文献１には、複数の共振器として機能する金属製の導波管を用いたバンドパスフィルタが開示されている。また、非特許文献１には、このバンドパスフィルタにおいて中心周波数を調整するための技術が開示されている。

非特許文献２には、複数の共振器として機能するポスト壁導波路を用いたバンドパスフィルタが開示されている。ここで、ポスト壁導波路とは、両方の主面に広壁が設けられ、内部にポスト壁（一方の主面に設けられた広壁と他方の主面に設けられた広壁を短絡する導体ポストの集合）が設けられた基板により実現される導波路のことを指す。

吉田和明，「マイクロ波フィルタの技術と応用」，日本無線技報，No.64，pp.12-16，2013. Yusuke Uemichi, et. al, Compact and Low-Loss Bandpass Filter Realized in Silica-Based Post-Wall Waveguide for 60-GHz applications, IEEE MTT-S IMS, May 2015.

ポスト壁導波路を利用したＢＰＦは、導波管を利用したＢＰＦと比較して、コンパクトであり、伝送ロスが少なく、且つ、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）の一部として集積化が容易である。また、ポスト壁導波路を利用したＢＰＦは、プリント基板の製造方法を利用して製造可能であるため、導波管を利用したＢＰＦと比較して、製造コストを抑制することができる。

その一方で、ポスト壁導波路を利用したＢＰＦには、通過帯域の中心周波数が環境温度に応じてシフトし易いという問題があった。なぜなら、環境温度が変化すると、基板を構成する誘電体の誘電率が変化し、その結果、通過帯域の中心周波数がシフトするからである。特に、温度変化の大きな環境下では、このような問題が顕著に現れる。

本発明の一態様は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路を用いたフィルタにおいて、温度変化に伴う通過帯域の中心周波数のシフトが従来よりも小さいフィルタを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係るフィルタは、一方の主面に第１の導体層が設けられ、他方の主面に第２の導体層が設けられ、内部にポスト壁が設けられた基板を有するポスト壁導波路であって、電磁気的に結合した複数の共振器として機能するポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路に積層されたキャビティであって、前記第２の導体層に形成された結合窓を介して前記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、を備え、前記基板は、第１の誘電体からなる第１の誘電体層を含み、前記キャビティの内部には、第２の誘電体からなる第２の誘電体層が設けられ、前記第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、前記第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する、構成である。

上記の構成によれば、相反する誘電率の温度依存性を備えた複数の誘電体を組み合わせることにより、各々の温度依存性を相殺又は低減することにより温度変化に伴う通過帯域の中心周波数（以下、単に「中心周波数」とも記載する）のシフトを低減させることができる。

本発明の態様２に係るフィルタは、上記の態様１において、前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の平面視において前記共振器に包含され、前記第２の誘電体層上に配置された第３の導体層と、前記第３の導体層と前記第２の導体層とを短絡する拡張壁と、を備え、前記第２の誘電体層は、前記キャビティの内部に加え前記結合窓の内部にも設けられ、且つ、前記第１の誘電体層と接するように前記共振器上に配置され、前記キャビティは、前記第３の導体層を一方の広壁とし、前記拡張壁を狭壁とし、前記結合窓は、前記平面視において、前記共振器に包含される、構成としてもよい。

上記の構成によれば、各共振器と対応するキャビティとを高い結合効率で電磁気的に結合することができる。これにより、中心心周波数のシフトを低減させる効果を確実に得ることができる。

本発明の態様３に係るフィルタは、上記の態様１または２において、前記結合窓は、前記平面視において、前記共振器の中心を含むように配置されている、構成としてもよい。

上記の構成によれば、各共振器と対応するキャビティとを高い結合効率で電磁気的に結合することができる。これにより、中心心周波数のシフトを低減させる効果を確実に得ることができる。

本発明の態様４に係るフィルタは、上記の態様１から３のいずれかにおいて、前記キャビティは、筒状であり、前記結合窓は、環状であり、前記結合窓は、前記平面視において、前記キャビティの範囲内に形成されている、構成としてもよい。

上記の構成によれば、キャビティの内径を調整することにより、中心周波数を調整することが可能なフィルタを実現することができる。

本発明の態様５に係るフィルタは、上記の態様４において、前記キャビティは、前記平面視において、内縁が前記共振器の中心を含むように配置されている、構成としてもよい。

上記の構成によれば、より効果的に中心周波数の制御を実現することができる。

本発明の態様６に係るフィルタは、上記の態様１から５のいずれかにおいて、前記第２の誘電体の誘電率の温度依存性が、前記第１の誘電体の誘電率の温度依存性よりも大きく、且つ、前記第１の誘電体の体積が、前記第２の誘電体の体積よりも大きい、構成としてもよい。

上記の構成によれば、各々の誘電体の温度依存性の大きさに伴い、誘電体層の体積を考慮することにより、温度変化の寄与率を考慮して温度変化に伴う中心周波数のシフトを低減させることができる。

本発明の態様７に係るフィルタは、上記の態様１から６のいずれかにおいて、前記複数の共振器の各々が、前記平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、前記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの共振器の各々は、これら２つの共振器の外接円の半径をＲ_１及びＲ_２とし、これらの２つの共振器の中心間距離をＤとした場合に、Ｄ＜Ｒ_１＋Ｒ_２となるように配置されている、構成としてもよい。

上記の構成によれば、複数の第１のキャビティのうち互いに結合されている２つの第１のキャビティに着目した場合に、当該２つの第１のキャビティの各々の外接円の形状は、２つの外接円の中心同士をつなぐ直線を対称軸として線対称となり、フィルタの設計パラメータの数を少なくすることができる。

本発明の態様８に係るフィルタは、上記の態様１から７のいずれかにおいて、前記キャビティの外形は、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、前記平面視において、前記キャビティが、前記共振器の中心と共通の中心を有し、前記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの前記共振器に備えられた各々のキャビティは、これら２つのキャビティの外接円の半径をＲ_３及びＲ_４とし、これらの２つのキャビティの中心間距離をＥとした場合に、Ｅ＞Ｒ_３＋Ｒ_４となるように配置されている、構成である。

上記の構成によれば、隣接するキャビティ同士が重なり合うことなく、各々のキャビティは対応する共振器とだけ電磁気的に結合するフィルタを実現することができる。

本発明の態様９に係るフィルタは、上記の態様１から８のいずれかにおいて、前記第１の誘電体が、石英、サファイア、アルミナからなる群から選択される材料を主成分とする構成としてもよい。

上記の構成によれば、基板を好ましい誘電体材料から構成することにより、温度変化に伴う中心周波数のシフトを十分に低減させることができる。

本発明の態様１０に係るフィルタは、上記の態様１から９のいずれかにおいて、前記第２の誘電体が、ポリイミドまたはポリアミドイミドから選択される材料を主成分とする構成としてもよい。

上記の構成によれば、樹脂層を好ましい誘電体材料から構成することにより、温度変化に伴う中心周波数のシフトを十分に低減させることができる。

本発明の一態様によれば、各々の温度依存性を相殺又は低減するよう、複数の誘電体を組み合わせることにより、温度変化に伴う通過帯域の中心周波数のシフトを低減させることができるという効果を奏する。

実施形態１にかかるＢＰＦ１の分解斜視図である。 実施形態２にかかるＢＰＦ２の分解斜視図である。 図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示した分解斜視図の平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１（ａ）及び図２（ａ）に示した分解斜視図の平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示した分解斜視図の平面図である。 実施形態１にかかるＢＰＦ１の図３の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図である。 実施形態２にかかるＢＰＦ２の図３の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＢＰＦ１、ＢＰＦ２の導波路の端部に設置可能な変換部の平面図及び断面図である。 基板５が単一の石英からなる第１のキャビティから構成されるＢＰＦの透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

〔バンドパスフィルタの構成〕
本発明の第１の実施形態にかかるバンドパスフィルタ１（以下、単に「ＢＰＦ１」とも称する。）については、図１、図３、図４の（ａ）、図５の（ａ）および図６を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるＢＰＦ１の分解斜視透視図である。図３は、図１の（ｃ）に示した分解斜視図の平面図である。図４の（ａ）は、図１の（ａ）に示した分解斜視図の平面図である。図５の（ａ）は、図１の（ｂ）に示した分解斜視図の平面図である。図６は、図３の切断線Ｂ−Ｂ’におけるＢＰＦ１の断面図である。

本発明の第２の実施形態にかかるバンドパスフィルタ２（以下、単に「ＢＰＦ２」とも称する。）については、図２、図３、図４の（ｂ）、図５の（ｂ）および図７を参照して説明する。図２は、本実施形態にかかるＢＰＦ２の分解斜視透視図である。図３は、図２の（ｃ）に示した分解斜視図の平面図である。図４の（ｂ）は、図２の（ａ）に示した分解斜視図の平面図である。図５の（ｂ）は、図２の（ｂ）に示した分解斜視図の平面図である。図７は、図３の切断線Ｂ−Ｂ’におけるＢＰＦ２の断面図である。

はじめに、ＢＰＦ１およびＢＰＦ２に共通の構成および変換部について説明し、続いて、ＢＰＦ１の固有の構成、ＢＰＦ２の固有の構成について説明する。ＢＰＦの構成を示す各図は、本発明を理解するために、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。

＜バンドパスフィルタの共通の構成＞
図１の（ｃ）および図２の（ｃ）に示すように、ＢＰＦ１およびＢＰＦ２は、誘電体（特許請求の範囲に記載の「第１の誘電体層」に相当）により構成された基板５と、一対の広壁として機能する導体層６ａ，６ｂ（特許請求の範囲に記載の「第２の導体層」に相当）及び導体層７（特許請求の範囲に記載の「第１の導体層」に相当）と、一対の狭壁として機能するポスト壁２１〜２５，６１〜６３，７１〜７３と、により構成されるポスト壁導波路を備えている。なお、図１の（ｃ）および図２の（ｃ）において導体層６ａ、６ｂならびに導体層７を仮想線（二点鎖線）にて図示している。これは、基板５の内部に形成された複数の導体ポストを見やすくするためである。

図１の（ｂ）および図２の（ｂ）は、図１の（ｃ）および図２の（ｃ）において仮想線によって示した導体層６ａ，６ｂを実線で示し、導体層６ａ，６ｂの上にそれぞれ配置された樹脂層９ａ，９ｂ（特許請求の範囲に記載の「第２の誘電体層」に相当）を仮想線（二点鎖線）にて図示している。これは、導体層６ａ，６ｂに形成された種々の構造を見やすくするためである。

図１の（ａ）および図２の（ａ）は、図１の（ｂ）および図２の（ｂ）において仮想線によって示した樹脂層９ａ，９ｂを実線で示し、樹脂層９ａ，９ｂの上にそれぞれ配置された導体層８ａ，８ｂ（特許請求の範囲に記載の「第３の誘電体層」に相当）を仮想線（二点鎖線）にて図示している。これは、樹脂層９ａ，９ｂに形成された種々の構造を見やすくするためである。

＜ポスト壁導波路の構成＞
（基板）
基板５は、誘電体により構成された板状部材である。以下において、基板５を構成する６つの表面のうち、面積が最も大きな２つの表面を基板５の主面と称す。本実施形態では、基板５を構成する誘電体として石英を採用するが、他の誘電体（例えばポリテトラフルオロエチレンなどのテフロン（登録商標）系樹脂や液晶ポリマー樹脂などの樹脂）であってもよい。

基板５に石英ガラスを採用する場合、石英ガラスの厚さを５２０μｍとすることができる。

（一対の広壁）
導体層６ａ，６ｂおよび導体層７は、基板５の２つの主面上に設けられた一対の導体層である。すなわち、基板５、導体層６ａ，６ｂ、及び導体層７は、ＢＰＦ１では、基板５が導体層６ａ，７によって挟持された積層構造を有し、ＢＰＦ２では、基板５が導体層６ｂ，７によって挟持された積層構造を有する。本実施形態では、導体層６ａ，６ｂ，７を構成する導体として銅を採用するが、他の導体（例えばアルミニウムなどの金属）であってもよい。導体層６ａ，６ｂ，７の厚さは限定されるものではなく、任意の厚さを採用することができる。すなわち、導体層６ａ，６ｂ，７の態様は、薄膜であってもよいし、箔（フィルム）であってもよいし、板であってもよい。

導体層６ａおよび７、ならびに、導体層６ｂおよび７の各々は、ポスト壁導波路の一対の広壁を構成する。

（ポスト壁）
基板５には、柵状に配列した、複数の貫通孔が設けられている。これら複数の貫通孔において、貫通孔同士の間隔は、波長より十分に短い。複数の貫通孔は、基板５の一方の主面から他方の主面まで貫通している。貫通孔の内壁には、筒状の導体膜が形成されている。したがって、この筒状の導体膜は、誘電体製の基板５の中に形成された導体ポストとして機能する。また、この筒状の導体膜は、基板５の両主面に設けられた導体層６ａ，６ｂと導体層７とを短絡させる。このような導体ポストは、ポスト壁導波路の技術（プリント基板の技術）を利用して実現可能である。貫通孔の内壁は、筒状の導体膜でなくてもよく、導体が充填されていてもよい。

導体ポストの直径を１００μｍとし、隣接する導体ポスト間の間隔を２００μｍとすることができる。

本実施形態では、狭壁を構成する金属として銅を採用している。なお、この金属は、銅に限定されるものではなく、アルミニウムであってもよいし、複数の金属元素により構成された合金であってもよい。

＜ポスト壁導波路の機能＞
基板５の内部に形成されたポスト壁２１〜２５，６１〜６３，７１〜７３は、ポスト壁導波路が、複数の（本実施形態においては５つの）共振器２０１〜２０５として機能すると共に、これらの共振器２０１〜２０５の前段及び後段に設けられた導波路２０６，２０７として機能するように配置されている。

（共振器２０１〜２０５の構成）
共振器２０１は、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。一対の広壁は、金属製の導体層６ａまたは６ｂと導体層７とにより構成されている。共振器２０１のｘｙ平面における形状は、開口ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_１２が設けられる部分を除くと円形である。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。開口ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_１２については、後述する。また、開口は、誘導性アイリス又は連結部とも呼ばれる。

共振器２０１〜２０５の狭壁は各々、ポスト壁２１〜２５により構成されている。ポスト壁２１〜２５は、それぞれｋ本の導体ポスト２１ｉ〜２５ｉ（ｉは１以上ｋ以下の整数を一般化した表記）から構成される。ポスト壁２１〜２５は、導体層６ａまたは６ｂと導体層７とから構成される一対の広壁を導通させ、一対の広壁とともに、開口ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_１２を除いた領域が電磁気的に閉じた円筒形の空間を形成する。

開口ＡＰ_Ｉ及び開口ＡＰ_１２の各々は、共振器２０１のｘｙ平面における円形の弦を切断線として、広壁及び狭壁の一部を、ｘｙ平面に対して垂直な方向に切り落とすことによって形成される。開口ＡＰ_Ｉは、後述する導波路２０６と共振器２０１とを電磁気的に結合させ、開口ＡＰ_１２は、共振器２０１と後述する共振器２０２とを電磁気的に結合させる。

共振器２０２〜２０５は、それぞれ、共振器２０１と同様に構成されている。すなわち、共振器２０２〜２０５は、導体層６ａまたは６ｂと導体層７から構成される一対の広壁と、ポスト壁２２〜２５からなる狭壁とにより各々構成されている。共振器２０２のｘｙ平面における形状は、開口ＡＰ_１２，ＡＰ_２３が設けられる部分を除くと円形であり、共振器２０３のｘｙ平面における形状は、開口ＡＰ_２３，ＡＰ_３４が設けられる部分を除くと円形であり、共振器２０４のｘｙ平面における形状は、開口ＡＰ_３４，ＡＰ_４５が設けられる部分を除くと円形であり、共振器２０５のｘｙ平面における形状は、開口ＡＰ_４５，ＡＰ_Ｏが設けられる部分を除くと円形である。開口ＡＰ_２３は、共振器２０２と共振器２０３とを電磁気的に結合させ、開口ＡＰ_３４は、共振器２０３と共振器２０４とを電磁気的に結合させ、開口ＡＰ_４５は、共振器２０４と共振器２０５とを電磁気的に結合させ、開口ＡＰ_Ｏは、共振器２０５と後述する導波路２０７とを電磁気的に結合させる。

以上のように、図１の（ｃ）および図２の（ｃ）は、５つの共振器２０１〜２０５が電磁気的に結合した態様を示す。

（各共振器の中心間距離）
導体層６ａ，６ｂにおける共振器２０１のｘｙ平面の円形の中心のことを中心Ｃ_１１と称し、導体層７における共振器２０１のｘｙ平面の円形の中心のことを中心Ｃ_１２と称する。共振器２０１の中心Ｃ_１は、中心Ｃ_１１と中心Ｃ_１２との中点に位置する。共振器２０２の中心Ｃ_２、共振器２０３の中心Ｃ_３、共振器２０４の中心Ｃ_４、及び共振器２０５の中心Ｃ_５の各々は、共振器２０１の中心Ｃ_１と同様に定められる（図３参照）。

図３に示すように、共振器２０１の半径をＲ_１、共振器２０２の半径をＲ_２、共振器２０３の半径をＲ_３、共振器２０４の半径をＲ_４、共振器２０５の半径をＲ_５とする。また、中心Ｃ_１と中心Ｃ_２との中心間距離をＤ_１２とし、中心Ｃ_２と中心Ｃ_３との中心間距離をＤ_２３とし、中心Ｃ_３と中心Ｃ_４との中心間距離をＤ_３４とし、中心Ｃ_４と中心Ｃ_５との中心間距離をＤ_４５とする。

このとき、Ｒ_１，Ｒ_２とＤ_１２とは、Ｄ_１２＜Ｒ_１＋Ｒ_２の条件を満たし、Ｒ_２，Ｒ_３とＤ_２３とは、Ｄ_２３＜Ｒ_２＋Ｒ_３の条件を満たし、Ｒ_３，Ｒ_４とＤ_３４とは、Ｄ_３４＜Ｒ_３＋Ｒ_４の条件を満たし、Ｒ_４，Ｒ_５とＤ_４５とは、Ｄ_４５＜Ｒ_４＋Ｒ_５の条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、円筒形の２つの共振器（例えば共振器２０１と共振器２０２と）を、各共振器の側面に設けた開口（例えば開口ＡＰ_１２）を介して連結させることができる。

（隣接する２つの共振器の対称性）
複数の共振器のうち互いに連結されている２つの共振器に着目する。ここでは、共振器２０２と共振器２０３とを用いて説明する。２つの共振器２０２，２０３の各々のｘｙ平面における形状（共振器２０２，２０３の外接円の形状と同じ）は、２つの外接円の中心Ｃ_２，Ｃ_３同士をつなぐ直線Ｄ−Ｄ’を対称軸として線対称である（図３参照）。これにより、所望の特性を有するフィルタを容易に設計することができる。

なお、本実施形態においては、互いに連結されている２つの共振器が線対称となるように構成されていることに加えて、ＢＰＦ１，２全体も線対称となるように構成されている。具体的には、共振器２０１〜２０５は、ｘ軸に沿い且つ共振器２０３の中心Ｃ_３を通る直線を対称軸として線対称となるように配置されており、且つ、導波路２０６〜２０７は、上記直線を対称軸として線対称となるように配置されている。これにより、ＢＰＦ１，２は、所望の特性を有するフィルタを更に容易に設計することができる。

（共振器２０１，２０５の配置）
本実施形態では、共振器２０１と共振器２０５とは、互いに隣接するように配置されている（図１の（ｃ），図２の（ｃ）および図３参照）。したがって、複数の共振器が直線状に配置されている非特許文献１の構成と比較して、フィルタの全長を短くすることができる。

（導波路２０６，２０７の構成）
導波路２０６は、導体層６ａまたは６ｂと導体層７とから構成される一対の広壁と、一対の狭壁であるポスト壁６１，６２とにより構成された、断面が長方形の矩形導波路である。導波路２０６の共振器２０１側の端部には、共振器２０１の開口ＡＰ_Ｉと同じ形状の開口が形成されたショート壁６３が設けられている。この開口と共振器２０１の開口ＡＰ_Ｉとが一致するように導波路２０６と共振器２０１とを接続することによって、導波路２０６と共振器２０１とは、電磁気的に結合する。

導波路２０７は、導波路２０６と同様に、導体層６ａまたは６ｂと導体層７とから構成される一対の広壁と、一対の狭壁であるポスト壁７１，７２とにより構成された矩形導波路である。導波路２０７のショート壁７３に設けられた開口と共振器２０５の開口ＡＰ_Ｏとが一致するように導波路２０７と共振器２０５とを接続することによって、導波路２０７と共振器２０５とは、電磁気的に結合する。

本実施形態において、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部および導波路２０７のｙ軸正方向側の端部は、何れも入出力ポートとして機能する。導波路２０６のｙ軸負方向側の端部を入力ポートとすれば、導波路２０７のｙ軸正方向側の端部が出力ポートとなり、導波路２０７のｙ軸正方向側の端部を入力ポートとすれば、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部が出力ポートとなる。いずれの入出力ポートを入力ポートにするかは任意であるが、本実施形態では、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部を入力ポートとし、導波路２０７のｙ軸正方向側の端部を出力ポートとして説明する。すなわち、共振器２０１が最初段（第１段目）の共振器であり、共振器２０５が最終段（第５段目）の共振器である。

＜変換部＞
ＢＰＦ１，２は、その前段及び／又は後段に対して別の高周波デバイスが結合される。ＢＰＦ１，２に結合される高周波デバイスの一例としては、アンテナ回路、送信回路、及び受信回路、及び、方向性結合器が挙げられる。

ＢＰＦ１，２に対して矩形導波路を用いて結合することが好ましい高周波デバイス（例えば方向性結合器）の場合、高周波デバイスが備えている矩形導波路の一端を、ＢＰＦ１，２の導波路２０６又は導波路２０７の開放された端部に対して結合すればよい。

一方、ＢＰＦ１，２に対してマイクロストリップ線路を用いて結合することが好ましい高周波デバイス（例えば送信回路及び受信回路）の場合、変換部をＢＰＦ１，２の開放された端部に設け、変換部を介して高周波デバイスとＢＰＦ１，２とを結合すればよい。

ＢＰＦ１、ＢＰＦ２のそれぞれに接続可能な変換部８０について説明する。図８の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部に設置可能な変換部８０の平面図及び断面図である。

ＢＰＦ１、ＢＰＦ２において、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部には、図８に示す変換部８０が設けられていてもよい。導波路２０６のｙ軸負方向側の端部の変換部８０は、好ましい実施形態では入力変換部であってもよい。同様に、導波路２０７のｙ軸正方向側の端部にも、変換部８０が設けられていてもよい。導波路２０７のｙ軸正方向側の端部の変換部８０は、好ましい実施形態では出力変換部であってもよい。以下では、導波路２０６のｙ軸負方向側の端部に設けられた変換部８０を例にして説明する。

導波路２０６のｙ軸負方向側の端部に変換部８０を設ける場合、当該端部には、ショート壁６４が形成される。ショート壁６４は、ｐ本の導体ポスト６４ｉ（ｉは１以上ｐ以下の整数を一般化した表記）を柵状に配列することによって得られるポスト壁である。ショート壁６４は、ショート壁６３と対になるショート壁であり、導波路２０６の共振器２０１側と逆側の端部を閉じる。

図８の（ａ），（ｂ）に示すように、変換部８０は、信号線８５と、パッド８６と、ブラインドビア８７と、電極８８，８９とを備えている。

誘電体層８１は、導体層６ａまたは６ｂの表面に形成されている、誘電体製の層である。誘電体層８１には、開口８１ａが設けられている。また、変換部８０の導体層６ａまたは６ｂには、開口８１ａと重畳する開口６ｃが設けられている。開口６ｃは、開口８１ａを包含するように設けられている。開口６ｃは、アンチパッドとして機能する。

信号線８５は、誘電体層８１の表面に形成された帯状導体である。信号線８５の一端部は、開口８１ａを取り囲むように形成されている。なお、信号線８５と導体層６ａ，６ｂとは、マイクロストリップ線路を形成する。

パッド８６は、基板５の表面であって、導体層６ａまたは６ｂが設けられている表面に形成された円形の導体層である。パッド８６は、導体層６ａ，６ｂに設けられた開口６ｃ内に、導体層６ａ，６ｂと絶縁された状態で配置されている。

基板５の表面には、導体層６ａ，６ｂが設けられた表面から、基板５の内部に向かう非貫通孔が形成されている。ブラインドビア８７は、その非貫通孔の内壁に形成された筒上の導体膜からなる。ブラインドビア８７は、信号線８５の一端部に、パッド８６を介して導通するように接続されている。すなわち、ブラインドビア８７は、信号線８５の一端部に接続されており、開口８１ａ，６ｃを通って基板５の内部に形成されている。ブラインドビア８７は、導体ピンとも称する。ブラインドビア８７は、非貫通孔の内壁に形成された筒上の導体膜でなくてもよく、非貫通孔に充填された導体であってもよい。

電極８８，８９は、誘電体層８１の表面に形成された電極である。電極８８，８９の各々は、信号線８５の他端部近傍に、信号線８５の他端部を挟むように配置されている。

誘電体層８１の電極８８と重畳する領域には、複数の貫通孔が設けられている。これらの複数の貫通孔には、ビア８８Ａとして機能する筒状の導体膜が形成されている。貫通孔の内壁は、筒状の導体膜でなくてもよく、導体が充填されていてもよい。
ビア８８Ａは、電極８８と導体層６ａ，６ｂとを短絡する。また、ビア８８Ａと同様に構成されたビア８９Ａは、電極８９と導体層６ａ，６ｂとを短絡する。このように構成された電極８８及び電極８９は、グランドとして機能するので、信号線８５とともにグランド−シグナル−グランドの端子構造を実現する。

このように構成された変換部８０は、マイクロストリップ線路を伝搬するモードと、導波路２０６の内部を伝搬するモードとを変換する。したがって、変換部８０は、入力ポート及び出力ポートの各々に対して、マイクロストリップ線路を容易に結合させることができる。また、信号線８５と電極８８，８９とからなる端子構造には、ＲＦＩＣをバンプなどを用いて容易に接続することができる。

なお、本構成例では、導波路２０６又は導波路２０７の端部に変換部８０を設けるものとして説明した。すなわち、変換部８０は、導波路２０６又は導波路２０７を介して共振器２０１又は共振器２０５に結合されるものとして説明した。しかし、変換部８０は、共振器２０１又は共振器２０５に直接結合するように設けられていてもよい。すなわち、変換部８０のブラインドビア８７は、共振器２０１の広壁又は共振器２０５の広壁の一部に設けられた開口から共振器２０１又は共振器２０５の内部に形成されるように構成されていてもよい。

以上、図１の（ｃ）、図２の（ｃ）、図３および図８を用いて、ＢＰＦ１、ＢＰＦ２に共通な構成について具体的な説明を行った。

＜ＢＰＦ１の構成＞
以下、ＢＰＦ１に固有の構成について説明する。上述した通り、図１の（ｂ）はＢＰＦ１の導体層６ａの分解斜視透視図である。図５の（ａ）は導体層６ａの平面図である。図１の（ａ）はＢＰＦ１の樹脂層９ａの分解斜視透視図である。図４の（ａ）は樹脂層９ａの平面図である。図６は、ＢＰＦ１における図３の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

（ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの構成）
導体層６ａの上および開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）（図５の（ａ）参照）の内部に、樹脂層９ａが配置される。樹脂層９ａが配置される導体層６ａおよび開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）の領域を第２の領域とも称する。本実施形態では、樹脂層９ａを構成する誘電体としてポリイミドを採用するが、他の樹脂であってもよい。樹脂層９ａの上に導体層８ａ（特許請求の範囲に記載の「第３の導体層」に相当）が配置される。

樹脂層９ａにポリイミド薄膜を採用する場合、ポリイミド薄膜の厚さを１６μｍとすることができる。

（ＢＰＦ１の一対の広壁）
図６に示した構成では、導体層６ａ，８ａの各々は、ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの一対の広壁を構成する。上述したとおり、導体層６ａは、共振器２０１〜２０５の平面視（ｘｙ平面）において、各共振器の中心から半径Ｒ_６１ａ〜半径Ｒ_６５ａの５つの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）を有する。５つの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）はそれぞれ、上述した第２の領域の範囲内に構成される。

（ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの形状）
ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａは、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。キャビティ３０１ａ〜３０５ａのｘｙ平面における形状は円形である。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。５つのキャビティ３０１ａ〜３０５ａは、各々対応する５つの結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａを介して各々対応する５つの共振器２０１〜２０５と電磁気的に結合する。好ましい実施形態では、平面視において共振器２０１〜２０５の中心は、キャビティ３０１ａ〜３０５ａの中心と共通する。別の好ましい実施形態では、平面視において少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）の中心が、対応するキャビティ３０３ａの中心と共通すればよく、全ての積層型共振器において各キャビティの中心が共通する必要はない。

更に別の好ましい実施形態では、平面視における共振器２０１〜２０５の各々の中心を、対応するキャビティ３０１ａ〜３０５ａの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）について、その共振器の中心を、対応するキャビティ（例えば、キャビティ３０３ａ）が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器について、その共振器の中心を、対応するキャビティが平面視において包含する必要はない。

（ＢＰＦ１の拡張壁）
ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの各々の狭壁を構成する内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａのｘｙ平面における形状は、キャビティ３０１ａ〜３０５ａの中心からそれぞれ半径Ｒ_１２１ａ〜半径Ｒ_１２５ａの円形である（図１の（ａ）、図４の（ａ）参照）。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａは、導体層６ａ，８ａからなる一対の広壁を導通させ、一対の広壁とともに、開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）を除いた領域が電磁気的に閉じた円柱形の空間を形成する。

図１の（ａ）、図４の（ａ）に示すとおり、ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの狭壁を構成しない外側拡張壁１１１ａ〜１１５ａのｘｙ平面における形状は、キャビティ３０１ａ〜３０５ａの中心からそれぞれ半径Ｒ_１１１ａ〜半径Ｒ_１１５ａの円形である（図４の（ａ）参照）。別の好ましい実施形態では、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。図１の（ａ）、図４の（ａ）に示す外側拡張壁１１１ａ〜１１５ａは、導体層６ａ，８ａからなる一対の広壁を導通させる（図６参照）。

図１の（ａ）および図４の（ａ）では、キャビティ３０１ａ〜３０５ａの形状の分かりやすさを優先した模式図であり、内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａおよび外側拡張壁１１１ａ〜１１５ａの半径方向の厚さは表現されていない。図６では、内側拡張壁１２３ａおよび外側拡張壁１１３ａの半径方向（図６ではｙ軸方向）の厚さが表現されているが、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。

内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａがｘｙ平面において連続的な導体から構成される場合、図１の（ａ）および図６に示すとおり内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａは樹脂層９ａを取り囲み、キャビティ３０１ａ〜３０５ａを構成する。別の好ましい実施形態では、内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａは、導体層６ａ，８ａからなる一対の広壁を導通させている限り、ｘｙ平面において断続的な導体から構成されてもよい。内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａが、断続的な導体から構成される場合、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。

以上のように、本実施形態のＢＰＦ１は、電磁気的に結合した５つの共振器２０１〜２０５の上にそれぞれ対応する５つのキャビティ３０１ａ〜３０５ａが配置された、５段の共振器結合型のフィルタである。ＢＰＦ１の段数は５段に限定されず、別の好ましい実施形態では、任意の数の段数により構成することができる。また、キャビティは、樹脂層９ａが充填されている。

また本実施形態では、５つの共振器２０１〜２０５の全てに対してキャビティ３０１ａ〜３０５ａが結合されているが、これに限定されない。すなわち、５つの共振器２０１〜２０５のうち、少なくとも１つの共振器に対してキャビティが結合されていればよい。例えば、第３段の共振器２０３に対してのみキャビティ３０３ａが結合され、他の第１段、第２段、第４段、第５段の共振器２０１，２０２，２０４，２０５には、キャビティが結合されていない構成を採用してもよい。

（ＢＰＦ１のキャビティの中心間距離）
図４の（ａ）は、図６の破断線Ｆ−Ｆ’におけるＢＰＦ１の平面図に相当する。図４の（ａ）に示すように、キャビティ３０１ａの半径をＲ_１２１ａ、キャビティ３０２ａの半径をＲ_１２２ａ、キャビティ３０３ａの半径をＲ_１２３ａ（図６参照）、キャビティ３０４ａの半径をＲ_１２４ａ、キャビティ３０５ａの半径をＲ_１２５ａとする。また本実施形態では、ＢＰＦ１のキャビティ３０１ａ〜３０５ａの中心Ｃ_３１ａ〜中心Ｃ_３５ａは、共振器２０１〜２０５の中心Ｃ_１〜中心Ｃ_５と平面視において一致させた。中心Ｃ_３１ａと中心Ｃ_３２ａとの中心間距離をＥ_１２ａとし、中心Ｃ_３２ａと中心Ｃ_３３ａとの中心間距離をＥ_２３ａとし、中心Ｃ_３３ａと中心Ｃ_３４ａとの中心間距離をＥ_３４ａとし、中心Ｃ_３４ａと中心Ｃ_３５ａとの中心間距離をＥ_４５ａとする。

このとき、Ｒ_１２１ａ，Ｒ_１２２ａとＥ_１２ａとは、Ｅ_１２ａ＞Ｒ_１２１ａ＋Ｒ_１２２ａの条件を満たし、Ｒ_１２２ａ，Ｒ_１２３ａとＥ_２３ａとは、Ｅ_２３ａ＞Ｒ_１２２ａ＋Ｒ_１２３ａの条件を満たし、Ｒ_１２３ａ，Ｒ_１２４ａとＥ_３４ａとは、Ｅ_３４ａ＞Ｒ_１２３ａ＋Ｒ_１２４ａの条件を満たし、Ｒ_１２４ａ，Ｒ_１２５ａとＥ_４５ａとは、Ｅ_４５ａ＞Ｒ_１２４ａ＋Ｒ_１２５ａの条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、円筒形の２つのキャビティ（例えばキャビティ３０１ａとキャビティ３０２ａと）が、相互に直接干渉することなく、それぞれの共振器とだけ開口部（例えば、結合窓ＡＰ_１０１ａ、ＡＰ_１０２ａ）を介して結合させることができる。

また、外側拡張壁１１１ａ〜１１５ａのそれぞれの半径Ｒ_１１１ａ〜半径Ｒ_１１５ａと、共振器の半径Ｒ_１〜Ｒ_５とは、それぞれＲ_１１１ａ≦Ｒ_１、Ｒ_１１２ａ≦Ｒ_２、Ｒ_１１３ａ≦Ｒ_３、Ｒ_１１４ａ≦Ｒ_４、Ｒ_１１５ａ≦Ｒ_５の条件を満たす。

図５の（ａ）は、図６の破断線Ｅ−Ｅ’におけるＢＰＦ１の平面図に相当する。図５の（ａ）に示すように、５つの共振器に対応する第２の導体層６ａのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）の半径をＲ_６１ａ〜Ｒ_６５ａとする。本実施形態では、第２の導体層６ａの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）の中心は、共振器２０１〜２０５およびキャビティ３０１ａ〜３０５ａの中心とそれぞれ平面視において一致する。

このとき、内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａのそれぞれの半径Ｒ_１２１ａ〜半径Ｒ_１２５ａと、第２の導体層６ａのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）の半径Ｒ_６１ａ〜Ｒ_６５ａとは、それぞれＲ_１２１ａ＞Ｒ_６１ａ，Ｒ_１２２ａ＞Ｒ_６２ａ、Ｒ_１２３ａ＞Ｒ_６３ａ、Ｒ_１２４ａ＞Ｒ_６４ａ，Ｒ_１２５ａ＞Ｒ_６５ａの条件を満たす。これらの条件を満たすことにより、キャビティにおいて第２の導体層６ａが一方の広壁として機能する（図６参照）。

一方、内側拡張壁１２１ａ〜１２５ａのそれぞれの半径Ｒ_１２１ａ〜半径Ｒ_１２５ａと、第２の導体層６ａのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ）の半径Ｒ_６１ａ〜Ｒ_６５ａとが、それぞれＲ_１２１ａ＝Ｒ_６１ａ，Ｒ_１２２ａ＝Ｒ_６２ａ、Ｒ_１２３ａ＝Ｒ_６３ａ、Ｒ_１２４ａ＝Ｒ_６４ａ，Ｒ_１２５ａ＝Ｒ_６５ａの条件を満たす場合、第２の導体層６ａはキャビティにおいて広壁として機能しない。

別の実施形態では、共振器２０１〜２０５の各々の中心を、対応する結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）について、その共振器の中心を、対応する結合窓（例えば、結合窓ＡＰ_１０３ａ）が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器２０１〜２０５について、その各共振器の中心を、対応する開口部（結合窓）が平面視において包含する必要はない。

＜ＢＰＦ２の構成＞
以下、ＢＰＦ２に固有の構成について説明する。上述した通り、図２の（ｂ）はＢＰＦ２の導体層６ｂの分解斜視透視図である。図５の（ｂ）は導体層６ｂの平面図である。図２の（ａ）はＢＰＦ２の樹脂層９ｂの分解斜視透視図である。図４の（ｂ）は樹脂層９ｂの平面図である。図７は、ＢＰＦ２における図３の切断線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

（ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの構成）
環状の開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）と、導体層６ｂの一部の上に、樹脂層９ｂ（特許請求の範囲に記載の「第２の誘電体層」に相当）が配置される。樹脂層９ｂが配置される環状の開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）および導体層６ｂの一部の領域を第２の領域とも称する。本実施形態では、樹脂層９ｂを構成する誘電体としてポリイミドを採用するが、他の樹脂であってもよい。樹脂層９ｂの上に導体層８ｂ（特許請求の範囲に記載の「第３の導体層」に相当）が配置される。

樹脂層９ｂにポリイミド薄膜を採用する場合、ポリイミド薄膜の厚さを１６μｍとすることができる。

（ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの一対の広壁）
導体層６ｂ，８ｂの各々は、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの一対の広壁を構成する。キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂは、ｘｙ平面において、それぞれ対応する共振器２０１〜２０５よりも小さい構成とすることができる。上述したとおり、導体層６ｂは、５つの環状の開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）を有する。５つの環状の開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）はそれぞれ、上述した第２の領域の範囲内に構成される。

広壁の一方を構成する導体層８ｂは貫通部１４１ｂ〜１４５ｂにより、ｘｙ平面において、５つのキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂに対応する５つの環状の形状を有する。

（ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの形状）
キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂは、互いに対向する一対の広壁と、一対の広壁の間に介在する狭壁とにより構成されている。キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂのｘｙ平面における形状は、円形の貫通部１４１ｂ〜１４５ｂを備える環状である。すなわち、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂは、筒状である。貫通部１４１ｂ〜１４５ｂを構成する内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂは、特許請求の範囲に記載の「キャビティ」の「内縁」に相当する。キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの各々は、平面視において、内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂの各々が共振器２０１〜２０５の各々の中心を含むように配置されている。別の好ましい実施形態では、上記環状の内側円形および／または外側円形は、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。５つのキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂは、各々対応する５つの結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂを介して各々対応する５つの共振器２０１〜２０５と電磁気的に結合する。好ましい実施形態では、平面視において共振器２０１〜２０５の中心は、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心と共通する。別の好ましい実施形態では、平面視において少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）について、その共振器の中心が、対応するキャビティ（例えば、キャビティ３０３ｂ）の中心と共通であればよく、全ての共振器２０１〜２０５について、その各共振器の中心が、対応するキャビティの中心と共通である必要はない。

更に別の好ましい実施形態では、平面視における共振器２０１〜２０５の各々の中心を、対応するキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、平面視において少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）について、その共振器の中心を、対応するキャビティ（例えば、キャビティ３０３ｂ）が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器２０１〜２０５について、その各共振器の中心を、対応するキャビティが平面視において包含する必要はない。

（ＢＰＦ２の拡張壁）
ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの各々の狭壁を構成する外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂの平面視における形状は、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心からそれぞれ半径Ｒ_１２１ｂ〜半径Ｒ_１２５ｂの円形である。同様に、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの各々の狭壁を構成する内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂのｘｙ平面における形状は、それぞれ半径Ｒ_１３１〜半径Ｒ_１３５の円形である。別の好ましい実施形態では、ＢＰＦ２の外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂの平面視における形状は、それぞれ円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。半径Ｒ_１３１〜半径Ｒ_１３５の円形の中心は、平面視において、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心と共通であるのが好ましいが、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心と共通である態様に限定されない。別の好ましい実施形態では、ＢＰＦ２の内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂの平面視における形状は、それぞれ円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。

ＢＰＦ２の外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂおよび内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂは、導体層６ｂ，８ｂからなる一対の広壁を導通させる。本実施形態では、貫通部１４１ｂ〜１４５ｂを構成する内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂのｚ軸負方向端が、共振器２０１〜２０５上面の中心部に存する円形の導体層６ｂと導通する。更に、貫通部１４１ｂ〜１４５ｂを構成する内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂのｚ軸正方向端が、環状の導体層８ｂと導通する。また、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂのｚ軸負方向端が、共振器２０１〜２０５上面における環状の開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）の外側に存する導体層６ｂと導通する。更に、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂのｚ軸正方向端が、環状の導体層８ｂと導通する。これにより、各々の狭壁は、一対の広壁とともに、開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）を除いた領域が電磁気的に閉じた中空円筒形の空間を形成する。

図４の（ｂ）および図７に示すとおり、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの狭壁を構成しない外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂのｘｙ平面における形状は、それぞれ半径Ｒ_１１１ｂ〜半径Ｒ_１１５ｂの円形である。半径Ｒ_１１１ｂ〜半径Ｒ_１１５ｂの円形の中心は、平面視において、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心と共通であるのが好ましいが、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心と共通である態様に限定されない。別の好ましい実施形態では、外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂの平面視における形状は、円形の代わりに正六角形以上の正多角形から構成されてもよい。正多角形から構成される場合、正多角形の外接円が、当該円形に相当する。図４の（ｂ）および図７に示す外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂは、導体層６ｂ，８ｂからなる一対の広壁を導通させる。

図２の（ａ）および図４の（ｂ）では、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの形状の分かりやすさを優先した模式図であり、内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂおよび外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂならびに外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂの半径方向の厚さは表現されていない。図７では、内側拡張壁１３３ｂおよび外側拡張壁１２３ｂならびに外部拡張壁１１３ｂの半径方向（図７ではｙ軸方向）の厚さが表現されているが、分かりやすさを優先した模式図であり、各要素の縮尺比率、方位などは必ずしも正確ではない。

ＢＰＦ２の外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂがｘｙ平面において連続的な導体から構成される場合、図２の（ａ）および図７に示すとおり外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂは樹脂層９ｂを取り囲み、キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂを構成する。別の好ましい実施形態では、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂは、導体層６ｂ，８ｂからなる一対の広壁を導通させている限り、ｘｙ平面において断続的な導体から構成されてもよい。外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂが、断続的な導体から構成される場合、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。

ＢＰＦ２の内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂがｘｙ平面において連続的な導体から構成される場合、図２の（ａ）および図７に示すとおり内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂは、内側に貫通部１４１ｂ〜１４５ｂを構成する。同時に、内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂの外側には樹脂層９ｂが隣接し、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂと対をなしてキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂを構成する。別の好ましい実施形態では、内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂは、導体層６ｂ，８ｂからなる一対の広壁を導通させている限り、ｘｙ平面において断続的な導体から構成されてもよい。内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂが、断続的な導体から構成される場合、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂと内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂとの間に、電磁気的にキャビティが構成されている必要がある。

以上のように、本実施形態のＢＰＦ２は、電磁気的に結合した５つの共振器２０１〜２０５の上にそれぞれ対応する５つのキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂが配置された、５段の共振器結合型のフィルタである。ＢＰＦ２の段数は５段に限定されず、別の好ましい実施形態では、任意の数の段数により構成することができる。また、キャビティは、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂと内側拡張壁１３１ｂ〜１３５ｂとの間に樹脂層９ｂが充填されている。

また本実施形態では、５つの共振器２０１〜２０５の全てに対してキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂが結合されているが、これに限定されない。すなわち、５つの共振器２０１〜２０５のうち、少なくとも１つの共振器に対してキャビティが結合されていればよい。例えば、第３段の共振器２０３に対してのみキャビティ３０３ｂが結合され、他の第１段、第２段、第４段、第５段の共振器２０１，２０２，２０４，２０５には、キャビティが結合されていない構成を採用してもよい。

（ＢＰＦ２のキャビティの中心間距離）
図４の（ｂ）は、図７の破断線Ｆ−Ｆ’におけるＢＰＦ２の平面図に相当する。図４の（ｂ）に示すように、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂの半径をＲ_１２１ｂ、キャビティ３０２ｂの半径をＲ_１２２ｂ、キャビティ３０３ｂの半径をＲ_１２３ｂ（図７参照）、キャビティ３０４ｂの半径をＲ_１２４ｂ、キャビティ３０５ｂの半径をＲ_１２５ｂとする。また本実施形態では、ＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心は、共振器２０１〜２０５の中心と平面視において一致させた。キャビティ３０１ｂ〜３０５ｂのそれぞれの中心を中心Ｃ_３１ｂ〜中心Ｃ_３５ｂとし、中心Ｃ_３１ｂと中心Ｃ_３２ｂとの中心間距離をＥ_１２ｂとし、中心Ｃ_３２ｂと中心Ｃ_３３ｂとの中心間距離をＥ_２３ｂとし、中心Ｃ_３３ｂと中心Ｃ_３４ｂとの中心間距離をＥ_３４ｂとし、中心Ｃ_３４ｂと中心Ｃ_３５ｂとの中心間距離をＥ_４５ｂとする。

このとき、Ｒ_１２１ｂ，Ｒ_１２２ｂとＥ_１２ｂとは、Ｅ_１２ｂ＞Ｒ_１２１ｂ＋Ｒ_１２２ｂの条件を満たし、Ｒ_１２２ｂ，Ｒ_１２３ｂとＥ_２３ｂとは、Ｅ_２３ｂ＞Ｒ_１２２ｂ＋Ｒ_１２３ｂの条件を満たし、Ｒ_１２３ｂ，Ｒ_１２４ｂとＥ_３４ｂとは、Ｅ_３４ｂ＞Ｒ_１２３ｂ＋Ｒ_１２４ｂの条件を満たし、Ｒ_１２４ｂ，Ｒ_１２５ｂとＥ_４５ｂとは、Ｅ_４５ｂ＞Ｒ_１２４ｂ＋Ｒ_１２５ｂの条件を満たす。これらの条件を満たすことによって、中空円筒形の２つのキャビティ（例えばＢＰＦ２のキャビティ３０１ｂとキャビティ３０２ｂと）が、相互に直接干渉することなく、それぞれの共振器とだけ開口部（例えば、結合窓ＡＰ_１０１ｂ、ＡＰ_１０２ｂ）を介して結合させることができる。

また、外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂのそれぞれの半径Ｒ_１１１ｂ〜半径Ｒ_１１５ｂと、共振器の半径Ｒ_１〜Ｒ_５とは、それぞれＲ_１１１ｂ≦Ｒ_１、Ｒ_１１２ｂ≦Ｒ_２、Ｒ_１１３ｂ≦Ｒ_３、Ｒ_１１４ｂ≦Ｒ_４、Ｒ_１１５ｂ≦Ｒ_５の条件を満たす。更に、外部拡張壁１１１ｂ〜１１５ｂと外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂはそれぞれ、Ｒ_１１１ｂ＞Ｒ_１２１ｂ，Ｒ_１１２ｂ＞Ｒ_１２２ｂ、Ｒ_１１３ｂ＞Ｒ_１２３ｂ、Ｒ_１１４ｂ＞Ｒ_１２４ｂ，Ｒ_１１５ｂ＞Ｒ_１２５ｂの条件を満たす。

図５の（ｂ）は、図７の破断線Ｅ−Ｅ’におけるＢＰＦ２の平面図に相当する。図５の（ｂ）に示すように、５つの共振器に対応する第２の導体層６ｂのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）の半径をＲ_６１ｂ〜Ｒ_６５ｂとする。本実施形態では、第２の導体層６ｂの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）の中心は、共振器２０１〜２０５およびキャビティ３０１ｂ〜３０５ｂの中心とそれぞれ平面視において一致する。

このとき、ＢＰＦ２の外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂのそれぞれの半径Ｒ_１２１ｂ〜半径Ｒ_１２５ｂと、第２の導体層６ｂのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）の半径Ｒ_６１ｂ〜Ｒ_６５ｂとは、それぞれＲ_１２１ｂ＞Ｒ_６１ｂ，Ｒ_１２２ｂ＞Ｒ_６２ｂ、Ｒ_１２３ｂ＞Ｒ_６３ｂ、Ｒ_１２４ｂ＞Ｒ_６４ｂ，Ｒ_１２５ｂ＞Ｒ_６５ｂの条件を満たす。これらの条件を満たすことにより、キャビティにおいて第２の導体層６ｂが一方の広壁として機能する（図７参照）。

一方、外側拡張壁１２１ｂ〜１２５ｂのそれぞれの半径Ｒ_１２１ｂ〜半径Ｒ_１２５ｂと、第２の導体層６ｂのそれぞれの開口部（結合窓ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ）の半径Ｒ_６１ｂ〜Ｒ_６５ｂとが、それぞれＲ_１２１ｂ＝Ｒ_６１ｂ，Ｒ_１２２ｂ＝Ｒ_６２ｂ、Ｒ_１２３ｂ＝Ｒ_６３ｂ、Ｒ_１２４ｂ＝Ｒ_６４ｂ，Ｒ_１２５ｂ＝Ｒ_６５ｂの条件を満たす場合、第２の導体層６ｂはキャビティにおいて広壁として機能しない。

別の実施形態では、共振器２０１〜２０５の各々の中心を、対応する貫通部１４１ｂ〜１４５ｂの各々が平面視において包含するように構成することができる。また、少なくとも１つの共振器（例えば、共振器２０３）について、その共振器の中心を、対応する貫通部（例えば、貫通部１４３ｂ）が平面視において包含するように構成すればよく、全ての共振器２０１〜２０５について、その各共振器の中心を、対応する貫通部が平面視において包含する必要はない。

〔温度変化に伴う特性変動〕
実施形態１に係るＢＰＦ１（図１参照）及び実施形態２に係るＢＰＦ２（図２参照）においては、基板５の誘電率の温度依存性が問題となる場合がある。例えば、低温から高温まで大きな温度変化が想定される環境でのフィルタの使用については、特に基板５の誘電率の温度依存性を検討することが望ましい。以下、この点について、図９を参照して詳しく説明する。

＜誘電率の温度依存性＞
石英の比誘電率の温度依存性に関して、−４０℃から＋１００℃までの温度上昇に伴い、石英の比誘電率εが増加することが知られている。また、樹脂フィルムの誘電率の温度依存性に関して、例えば、２０℃から１００℃までの温度上昇に伴い、ポリイミドフィルムやポリアミドイミドフィルムでは、誘電率が低下することが知られている。

＜比較例＞
図９は、図１に示したＢＰＦ１において、結合窓ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａが形成されず、キャビティ３０１ａ〜３０５ａを省略したフィルタ（以下、「比較例にかかるフィルタ」とも記載する）の透過特性のシミュレーション結果を示す。高次モードの共振周波数では、キャビティ内の電界分布に鑑みて、キャビティの周辺部よりも中央部の方が共振の影響が大きい。シミュレーション条件として、第１段目及び第５段目の共振器の半径Ｒ_１，Ｒ_５は共に７００μｍ、第２段目及び第４段目の共振器の半径Ｒ_２，Ｒ_４は共に７２５μｍ、第３段目の共振器の半径Ｒ_３は７５０μｍである。基板５の石英の厚さは、５２０μｍである。

図９のグラフにおいて、サンプル１は、石英の比誘電率が３．７９（すなわち、−４０℃相当）の場合、サンプル２は、石英の比誘電率が３．８（すなわち、＋１００℃相当）の場合のシミュレーション結果を示す。図９に示した透過特性シミュレーションの結果、サンプル１及びサンプル２の透過特性において、中心周波数のシフトが確認できる。すなわち、比較例に係るＢＰＦにおいては、使用環境の温度上昇に伴い、通過帯域の中心周波数が低周波数側にシフトする。かかる中心周波数のシフトを小さくするために、以下のようなキャビティの構成を検討する。

＜キャビティによる積層化＞
次いで、共振器の上に結合窓を介してキャビティ３０１ａ〜３０５ａ，３０１ｂ〜３０５ｂが積層化されたＢＰＦ１（図１参照），ＢＰＦ２（図１参照）の温度依存性について検討する。

上述した通り、共振器を構成する基板５が石英からなる誘電体層である場合、温度上昇に伴い比誘電率が上昇し、中心周波数が低周波側にシフトする。かかるシフトの影響を低減するために、温度上昇に伴い誘電率が減少する誘電体層を、石英からなる基板５の上に設けられたキャビティ３０１ａ〜３０５ａ，３０１ｂ〜３０５ｂの内部に配置することが好ましい。例えば、ポリイミドフィルムは、温度上昇に伴い誘電率が低下する。ポリイミドフィルムからなる樹脂層９ａ、９ｂを、キャビティ３０１ａ〜３０５ａ，３０１ｂ〜３０５ｂの内部に配置した模式図を図１、図２、図６、図７に示す。かかる積層構造を採用することにより、温度上昇に伴う中心周波数のシフトの影響を低減させることができる。

誘電率の温度依存性の寄与率に応じて、基板５と樹脂層９ａ、９ｂとの体積比を調整することにより中心周波数のシフトの影響を低減させることができる。

基板５（特許請求の範囲に記載の「第１の誘電体層」に相当）の誘電率の温度依存性よりも樹脂層９ａ、９ｂ（特許請求の範囲に記載の「第２の誘電体層」に相当）の誘電率の温度依存性が大きい場合、基板５の体積が、樹脂層９ａ、９ｂの体積よりも大きいのが好ましい。

上記の例では、基板５が、温度上昇に伴い誘電率が増加する誘電体から構成される例を示した。一方、基板５が、温度上昇に伴い誘電率が低下する誘電体から構成される場合、樹脂層９ａ、９ｂは、温度上昇に伴い誘電率が増加する誘電体から構成されるのが好ましい。特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が相殺される関係にある誘電体を組み合わせるのが好ましい。

更に別の実施形態では、特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が軽減される関係にある誘電体を組み合わせるのが好ましい。すなわち、必ずしも誘電率の変化傾向が相殺される関係を必要とするものではなく、使用環境によっては、誘電率の温度依存性を低減すれば十分な場合もあり得る。そのために、基板５（特許請求の範囲に記載の「第１の誘電体層」に相当）の誘電率の温度依存性とは逆特性となる、誘電率の温度依存性を備えた樹脂層９ａ、９ｂ（特許請求の範囲に記載の「第２の誘電体層」に相当）を組み合わせるのが好ましい。

ポリアミドイミドフィルムは、２０℃から１００℃までは温度上昇に伴い誘電率が低下するが、１００℃から２４０℃までは温度上昇に伴い誘電率は増加することが知られている。従って、バンドパスフィルタ使用の環境温度変化が１００℃から２４０℃であれば、樹脂層９ａ、９ｂとしてポリアミドイミドフィルムを用いた場合、基板５は同じ温度変化範囲で誘電率が低下する誘電体を用いるのが好ましい。

（誘電率の温度依存性が反転する誘電体層を包含する基板５）
フィルタの使用環境温度変化が広範囲にわたる場合、誘電率の温度依存性が温度領域によって変化する場合がある。例えば、フィルタの使用環境温度変化が２０℃から１６０℃程度の場合、ポリアミドイミドフィルムから構成される樹脂層９ａ、９ｂを用いるに際し、誘電率の温度依存性が大きく変化することに注意を要する。２０℃から１００℃までは、温度上昇に伴いポリアミドイミドフィルムの誘電率が低下するが、１００℃以上では温度上昇に伴いポリアミドイミドフィルムの誘電率が増加する。このような温度変化でのフィルタ利用を想定すると、基板５は、２０℃から１００℃までは、温度上昇に伴い誘電率が増加し、１００℃以上では温度上昇に伴い誘電率が低下する誘電体を用いるのが好ましい。かかる場合においても、特定の温度変化が生じる温度領域において、温度変化に対する誘電率の変化傾向が相殺又は低減される関係にある誘電体を組み合わせることにより、中心周波数のシフトを低減することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、２ バンドパスフィルタ（フィルタ）
５ 基板（第１の誘電体層）
６ａ、６ｂ 導体層（第２の導体層）
７ 導体層（第１の導体層）
８ａ，８ｂ 導体層（第３の導体層）
９ａ，９ｂ 樹脂層（第２の誘電体層）
２１〜２５、６１，６２、７１，７２ ポスト壁
２１ｉ〜２５ｉ、６１ｉ〜６４ｉ、７１ｉ〜７３ｉ 導体ポスト
６３、６４、７３ ショート壁
８０ 変換部
８１ 誘電体層
８５ 信号線
８６ パッド
８７ ブラインドビア
８８，８９ 電極
８８Ａ、８９Ａ ビア
１１１ａ〜１１５ａ、１２１ｂ〜１２５ｂ 外側拡張壁
１１１ｂ〜１１５ｂ 外部拡張壁
１２１ａ〜１２５ａ、１３１ｂ〜１３５ｂ 内側拡張壁
１４１ｂ〜１４５ｂ 貫通部
２０１〜２０５ 共振器
２０６，２０７ 導波路
３０１ａ〜３０５ａ、３０１ｂ〜３０５ｂ キャビティ
６ｃ、８１ａ、ＡＰ_１２，ＡＰ_２３，ＡＰ_３４，ＡＰ_４５，ＡＰ_Ｉ，ＡＰ_Ｏ 開口
ＡＰ_１０１ａ〜ＡＰ_１０５ａ、ＡＰ_１０１ｂ〜ＡＰ_１０５ｂ 結合窓

Claims (10)

1. 一方の主面に第１の導体層が設けられ、他方の主面に第２の導体層が設けられ、内部にポスト壁が設けられた基板を有するポスト壁導波路であって、電磁気的に結合した複数の共振器として機能するポスト壁導波路と、
   前記ポスト壁導波路に積層されたキャビティであって、前記第２の導体層に形成された結合窓を介して前記共振器と電磁気的に結合されたキャビティと、を備え、
   前記基板は、第１の誘電体からなる第１の誘電体層を含み、
   前記キャビティの内部には、第２の誘電体からなる第２の誘電体層が設けられ、
   前記第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って増加し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って減少する、又は、
   前記第１の誘電体の誘電率が、温度上昇に伴って減少し、且つ、前記第２の誘電体の誘電率が、前記温度上昇と同じ範囲での温度上昇に伴って増加する、
   ことを特徴とするフィルタ。
2. 前記キャビティは、
   前記ポスト壁導波路の平面視において前記共振器に包含され、
   前記第２の誘電体層上に配置された第３の導体層と、
   前記第３の導体層と前記第２の導体層とを短絡する拡張壁と、
   を備え、
   前記第２の誘電体層は、前記キャビティの内部に加え前記結合窓の内部にも設けられ、且つ、前記第１の誘電体層と接するように前記共振器上に配置され、
   前記キャビティは、前記第３の導体層を一方の広壁とし、前記拡張壁を狭壁とし、
   前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器に包含される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記共振器の中心を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ。
4. 前記キャビティは、筒状であり、
   前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、環状であり、
   前記結合窓は、前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティの範囲内に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタ。
5. 前記キャビティは、前記ポスト壁導波路の平面視において、内縁が前記共振器の中心を含むように配置されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ。
6. 前記第２の誘電体の誘電率の温度依存性が、前記第１の誘電体の誘電率の温度依存性よりも大きく、且つ、前記第１の誘電体の体積が、前記第２の誘電体の体積よりも大きい、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルタ。
7. 前記複数の共振器の各々が、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、
   前記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの共振器の各々は、これら２つの共振器の外接円の半径をＲ_１及びＲ_２とし、これらの２つの共振器の中心間距離をＤとした場合に、Ｄ＜Ｒ_１＋Ｒ_２となるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルタ。
8. 前記キャビティの外形は、前記ポスト壁導波路の平面視において円形状又は六角形以上の正多角形状であり、
   前記ポスト壁導波路の平面視において、前記キャビティが、前記共振器の中心と共通の中心を有し、
   前記複数の共振器のうち互いに結合されている２つの前記共振器に備えられた各々のキャビティは、これら２つのキャビティの外接円の半径をＲ_３及びＲ_４とし、これらの２つのキャビティの中心間距離をＥとした場合に、Ｅ＞Ｒ_３＋Ｒ_４となるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルタ。
9. 前記第１の誘電体が、石英、サファイア、アルミナからなる群から選択される材料を主成分とする、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のフィルタ。
10. 前記第２の誘電体が、ポリイミドまたはポリアミドイミドから選択される材料を主成分とする、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のフィルタ。

Images