JP7021716B2 - フィルタ回路モジュール、フィルタ回路素子、フィルタ回路及び通信装置 - Google Patents

フィルタ回路モジュール、フィルタ回路素子、フィルタ回路及び通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、移相回路を備えるフィルタ回路モジュール及びフィルタ回路素子に関する。また、本発明は、移相回路を備えるフィルタ回路、及びこのフィルタ回路を備える通信装置に関する。
近年、2.4GHz帯を使用する無線LANとセルラーとの同時利用の機会が増えてきたことにより、2.4GHz帯の妨害波がセルラー用の通信モジュールに悪影響を与えることが顕在化している。そのため、2.4GHz帯の妨害波に対する対策が必要になってきている。例えば特許文献1には、特定の周波数帯のノイズを抑圧するために、図22に示すようなノッチフィルタを備える通信モジュールが開示されている。
図22に示す例では、高周波スイッチモジュール900は、スイッチIC92、位相調整回路93、フィルタ94、アンテナ整合回路91を備える。フィルタ94は、フィルタ用キャパシタCt及びフィルタ用インダクタLtによるLC並列共振回路で構成されている。このフィルタ94は個別接続端子Paと外部接続用端子Poとの間にシリーズに挿入されている。フィルタ94はノッチフィルタとして作用し、フィルタ94の減衰極周波数は、例えば、外部接続用端子Poから入力される高周波信号の2次高調波信号の周波数と一致もしくは略一致するように設定されている。
国際公開第2014/109111号
ところが、図22に示したように、伝送線路に対してLC並列共振回路(フィルタ94)がシリーズに挿入される構造であると、このLC並列共振回路によって信号の伝送損失が増加する。
そこで、本発明の目的は、信号の伝送損失を増加させることなく、信号の減衰を改善することのできるフィルタ回路モジュール、フィルタ回路素子、フィルタ回路及び通信装置を提供することにある。
本開示の一例としてのフィルタ回路モジュールは、導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層の積層体であるフィルタ回路素子と、当該フィルタ回路素子が実装される回路基板と、第1インダクタとを含む。そして、前記フィルタ回路素子はLC並列共振回路の一部である共振回路用キャパシタ及び移相回路を含み、前記回路基板は第2インダクタを備える。また、前記移相回路は、互いに磁界結合する1次コイル及び2次コイルと、入出力間キャパシタと、で構成され、前記LC並列共振回路は、前記第2インダクタと当該第2インダクタに並列接続された共振回路用キャパシタとで構成される。前記入出力間キャパシタは、前記1次コイルの第1端と前記2次コイルの第1端との間に接続され、前記1次コイルの第1端は、前記第1インダクタに接続され、前記1次コイルの第2端及び前記2次コイルの第2端は互いに接続され、前記共振回路用キャパシタの第1端は前記2次コイルの第1端に接続され、前記共振回路用キャパシタの第2端は前記2次コイルの第2端に接続される。前記第2インダクタは、前記回路基板に形成され、前記1次コイル及び前記2次コイルは、前記積層体の積層方向に視て、前記第2インダクタに重なる。そして、前記共振回路用キャパシタは前記1次コイル及び前記2次コイルよりも、前記回路基板への実装面側にあり、当該共振回路用キャパシタは複数のキャパシタ電極を有し、当該複数のキャパシタ電極は、前記積層方向に視て、前記1次コイルのコイル開口及び前記2次コイルのコイル開口を覆うキャパシタ電極を含む。
本開示の一例としてのフィルタ回路素子は、導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層の積層体に形成された、LC並列共振回路及び移相回路を含む。そして、前記移相回路は、互いに磁界結合する1次コイル及び2次コイルと、入出力間キャパシタと、で構成され、前記LC並列共振回路は、互いに並列接続された共振回路用インダクタ及び共振回路用キャパシタで構成される。前記入出力間キャパシタは、前記1次コイルの第1端と前記2次コイルの第1端との間に接続され、前記1次コイルの第2端及び前記2次コイルの第2端は互いに接続され、前記共振回路用キャパシタの第1端は前記2次コイルの第1端に接続され、前記共振回路用キャパシタの第2端は前記2次コイルの第2端に接続される。前記共振回路用インダクタは、巻回軸を有するコイルで構成され、当該巻回軸方向に視て、前記1次コイル及び前記2次コイルは前記共振回路用インダクタに重なる。そして、前記共振回路用キャパシタは、前記共振回路用インダクタを構成する前記コイルと前記1次コイル及び前記2次コイルとの間にあり、前記共振回路用キャパシタは複数のキャパシタ電極で構成され、当該複数のキャパシタ電極は、前記巻回軸の方向に視て、前記1次コイルのコイル開口及び前記2次コイルのコイル開口を覆うキャパシタ電極を含む。
本発明によれば、信号の伝送損失を増加させることなく、信号の減衰を改善することのできるフィルタ回路モジュール、フィルタ回路素子、フィルタ回路及び通信装置が得られる。
図1は第1の実施形態に係るフィルタ回路モジュール201の回路図である。 図2は移相回路20の回路図である。 図3(A)、図3(B)は、トランスの等価回路図である。 図4は第1の実施形態に係る移相回路20の移相量の周波数特性を示す図である。 図5は、フィルタ回路モジュール201Mの一部を構成するフィルタ回路素子101を示す図である。 図6(A)は、図5に示したフィルタ回路モジュール201Mと、図21に示した比較例のフィルタ回路モジュールとについて、2.4GHz帯の挿入損失特性を示す図である。図6(B)は、フィルタ回路モジュール201Mと、比較例のフィルタ回路モジュールとについて、3次高調波の周波数帯における挿入損失特性を示す図である。 図7は、フィルタ回路モジュール201の一部を構成するフィルタ回路素子101を示す図である。 図8はフィルタ回路素子101の外観斜視図である。 図9(A)は、フィルタ回路素子101の実装部の構成を示す回路基板90の平面図である。図9(B)は回路基板90にフィルタ回路素子101が実装されて構成されたフィルタ回路モジュール201の平面図である。図9(C)はフィルタ回路モジュール201の縦断面図である。 図10は、フィルタ回路モジュール201の正面図である。 図11はフィルタ回路素子101の各基材の下面図である。 図12は、1次コイルL1及び2次コイルL2を構成する導体パターンと、共振回路用キャパシタC10を構成する電極との、大小関係及び位置関係を示す図である。 図13は、共振回路用キャパシタC10を構成するキャパシタ電極C10a~C10eと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す図である。 図14は、1次コイルL1及び2次コイルL2の導体パターンと、入出力間キャパシタC0を構成する一部のキャパシタ電極C0cとの、大小関係及び位置関係を示す図である。 図15は、入出力間キャパシタC0を構成するキャパシタ電極C0a,C0b,C0cと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す図である。 図16は、入出力間キャパシタC0を構成する一部のキャパシタ電極C0cと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す別の図である。 図17(A)は、第2の実施形態に係るフィルタ回路モジュールにおいて、フィルタ回路素子101の実装部の構成を示す回路基板90の平面図である。図17(B)は、回路基板90にフィルタ回路素子101が実装されて構成されたフィルタ回路モジュール202の平面図である。 図18は、第3の実施形態に係るフィルタ回路素子102及びそれを備えるフィルタ回路モジュール201の回路図である。 図19はフィルタ回路素子102の各基材の下面図である。 図20は第4の実施形態に係る通信装置401の主要部の回路図である。 図21は比較例としてのフィルタ回路モジュールの回路図である。 図22は、特定の周波数帯のノイズを抑圧するノッチフィルタを備える、従来の通信モジュールの回路図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係るフィルタ回路モジュール201の回路図である。このフィルタ回路モジュール201は、入出力ポートPo1-Po2間の信号線路SLとグランドとの間にシャントに接続されたシャント接続回路を備える。このシャント接続回路は、第1インダクタL11、移相回路20及びLC並列共振回路10とで構成される。
LC並列共振回路10は、第2インダクタL10と共振回路用キャパシタC10との並列接続回路(LCタンク回路)である。このLC並列共振回路10の共振周波数は例えば、無線LANで使用される通信周波数帯の1つである、2.4GHzに定める。
入出力間キャパシタC0は、1次コイルL1の第1端と2次コイルL2の第1端との間に接続されている。1次コイルL1の第2端及び2次コイルL2の第2端は互いに接続され、共振回路用キャパシタC10の第1端は2次コイルL2の第1端に接続され、共振回路用キャパシタC10の第2端は2次コイルL2の第2端に接続されている。
図2は移相回路20の回路図である。この移相回路20は、互いに磁界結合する1次コイルL1及び2次コイルL2によるトランスと、入出力間キャパシタC0と、で構成される。
図3(A)、図3(B)は、上記トランスの等価回路図である。トランスの等価回路は幾つかの形式で表現できる。図3(A)の表現では、理想トランスITと、その1次側に直列接続されたインダクタLaと、1次側に並列接続されたインダクタLbと、2次側に直列接続されたインダクタLcとで表される。
図3(B)の表現では、理想トランスITと、その1次側に直列接続された2つのインダクタLa,Lc1と、理想トランスITの1次側に並列接続されたインダクタLbとで表される。
ここで、トランスのトランス比を1:√(L2 / L1)、1次コイルL1と2次コイルL2(図1参照)との結合係数をk、1次コイルL1のインダクタンスをL1、2次コイルL2のインダクタンスをL2でそれぞれ表すと、上記インダクタLa,Lb,Lc,Lc1のインダクタンスは次の関係にある。
La:L1(1 - k)
Lb:k * L1
Lc:L2(1 - k)
Lc1:L1(1 - k)
理想トランスITのトランス比は1次コイルL1と2次コイルL2との巻回数比である。
上記トランスは、1次コイルL1と2次コイルL2との結合係数kが1未満となるように構成しているため、並列インダクタンス(励磁インダクタンス)成分以外に、直列インダクタンス(漏れインダクタンス)成分が生じる。
図4は本実施形態の移相回路20の移相量の周波数特性を示す図である。この図において、横軸は周波数、縦軸は移相量である。この例では、周波数2.4GHzにおいて移相量が90°である。
図1に示したように、信号線路SLとグランドとの間にシャントに接続されたシャント接続回路が、LC並列共振回路10と移相回路20との直列回路を含み、LC並列共振回路10の共振周波数は、トラップしたい所望の周波数である2.4GHzになるように定められている。このような場合、移相回路20がなければ、周波数2.4GHzにおいて信号線路からシャント接続回路がオープンに見えるが、移相回路20が周波数2.4GHzにおいて90°移相するので、ショートに見え、この2.4GHzの信号(ノイズ)はグランドに落ちる。そのため、上記シャント接続回路は2.4GHzのトラップフィルタとして作用する。
本実施形態では、LCタンク回路が信号線路に対してシリーズに挿入されないため、例えば、基本波2GHz帯(1.71GHz~1.91GHz)に対する伝送損失が殆ど無い。
また、本実施形態では、シャントに接続される第1インダクタL11によって、基本波の高調波成分、例えば3次高調波成分(5.13GHz~5.73GHz)が減衰される。これによって、本実施形態では、所望の周波数成分をトラップできるだけでなく、所望の信号の高調波成分も減衰させることができる。
次に、本実施形態の変形例について示す。図5は第1の実施形態の変形例に係るフィルタ回路モジュール201Mの回路図である。このフィルタ回路モジュール201Mは、図1に示したフィルタ回路モジュール201に、キャパシタC31及びインダクタL31による第1LC直列共振回路と、キャパシタC32及びインダクタL32による第2LC直列共振回路とを付加したものである。
ここで、比較例としてのフィルタ回路モジュールの回路を図21に示す。このフィルタ回路モジュールは、所望の周波数成分をトラップし、所望の信号の高調波成分を減衰させる。図21において、キャパシタC40及びインダクタL40によってLC並列共振回路が構成され、キャパシタC31及びインダクタL31によって第1LC直列共振回路が構成され、キャパシタC32及びインダクタL32によって第2LC直列共振回路が構成されている。LC並列共振回路は信号線路SLに対してシリーズ接続されていて、第1LC直列共振回路及び第2LC直列共振回路は、信号線路SLとグランド間にシャントに接続されている。LC並列共振回路は所望の周波数をトラップし、第1LC直列共振回路及び第2LC直列回路は信号の所望の高調波成分を減衰させる。なお、2つのLC直列共振回路を用いているのは、高調波成分の周波数幅に対応するためである。
図6(A)は、図5に示したフィルタ回路モジュール201Mと、図21に示した比較例のフィルタ回路モジュールとについて、2.4GHz帯の挿入損失特性を示す図である。図6(B)は、フィルタ回路モジュール201Mと、比較例のフィルタ回路モジュールとについて、3次高調波の周波数帯における挿入損失特性を示す図である。図6(A)、図6(B)において、実線はフィルタ回路モジュール201Mの特性、破線は比較例のフィルタ回路モジュールの特性である。
図6(A)、図6(B)から明らかなように、比較例に比べて本実施形態の方が、所望の周波数(2.4GHz)帯における挿入損失が大きく、より効果的なトラップフィルタとなっていることが分かる。また、所望の高調波(3次高調波)帯(図6(B)中の2本の細線で示す周波数帯)に関しても、比較例に比べて本実施形態の方が大きな減衰を確保できている。さらに、図5に示した構成においては、1次コイルL1、2次コイルL2、入出力間キャパシタC0及び共振回路用キャパシタC10を単一の部品として構成し、第2インダクタL10を基板に形成し、第1インダクタL11を配線パターンで形成する場合(後に例示する。)には、実装される部品点数は、図21に示した比較例と比べて1つ少ない。さらに図21に示した比較例の上述の特性を、図5に示した回路の特性と同程度にしようとすれば、実装される部品点数の差は2以上になる。したがって、本実施形態で示した構成の方が、部品(素子)点数の削減に伴って小型化できる。
図7は、フィルタ回路モジュール201の一部を構成するフィルタ回路素子101を示す図である。このフィルタ回路素子101は、1次コイルL1、2次コイルL2、入出力間キャパシタC0及び共振回路用キャパシタC10を単一の部品として構成する。
図8はフィルタ回路素子101の外観斜視図である。フィルタ回路素子101は、導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層が積層された直方体状の積層体100に形成されている。この積層体100の外面に入出力端子T1,T2,T3及び空き端子NCが形成されている。
図9(A)は、フィルタ回路素子101の実装部の構成を示す回路基板90の平面図である。図9(B)は回路基板90にフィルタ回路素子101が実装されて構成されたフィルタ回路モジュール201の平面図である。図9(C)は、図9(B)におけるC-C部分の拡大縦断面図である。
回路基板90の上面には、グランド電極G、実装用パッドP0,P1,P3等が形成されている。また、回路基板90の内部には、配線パターンWP、第2インダクタL10等が形成されている。この第2インダクタL10は、矩形スパイラル状の導体パターンで構成されている。この第2インダクタL10の一端は層間接続導体V2を介して実装用パッドP3に接続されていて、他端は回路基板90内のグランド導体に接続されている。配線パターンWPは、図7に示した信号線路SLに接続される。
図9(B)に示すように、回路基板90にフィルタ回路素子101を実装した状態で、入出力端子T1は実装用パッドP1に接続され、入出力端子T3は実装用パッドP3に接続され、入出力端子T2はグランド電極Gに接続され、空き端子NCは実装用パッドP0に接続される。図9(C)に表れているように、入出力端子T1は、回路基板90内に形成された層間接続導体V1を介して配線パターンWPの端部に接続されている。実装用パッドP3は、回路基板90内に形成された層間接続導体V2を介して、回路基板90内に形成された第2インダクタL10の一端に接続されている。回路基板90内部において、配線パターンWPと第2インダクタL10とは形成平面が異なる。このことによって、第2インダクタL10の設計自由度が高い。
上記配線パターンWPの寄生インダクタンスによって、図1、図7に示した第1インダクタL11が構成される。なお、第1インダクタL11は、チップインダクタを回路基板90に実装することによって構成してもよい。
本実施形態によれば、第2インダクタL10が回路基板90に設けられるので、つまり、フィルタ回路素子101に第2インダクタL10を設ける必要がないので、フィルタ回路素子101の積層方向の高さを低背化できる。または、配置面積を小さくできる。また、第2インダクタL10を、多層化することなく、比較的広い領域に形成することができるので、そのインダクタンスを、小さなばらつきで高精度に形成できる。
図10は、フィルタ回路モジュール201の正面図である。また、図11はフィルタ回路素子101の各基材の下面図である。
フィルタ回路素子101は複数の絶縁性の基材S1~S19を備えている。これら基材S1~S19の積層により積層体100が構成されている。つまり、基材S1~S19は積層状態で基材層を構成する。基材S1~S19の積層圧着前の状態では絶縁性シート、例えば、LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramics:低温同時焼成セラミックス)等で構成された非磁性セラミック等のセラミックグリーンシート、である。基材S1~S19には各種導体パターンが形成されている。「各種導体パターン」には、基材の表面に形成された導体パターンだけでなく、層間接続導体を含む。ここで「層間接続導体」はビア導体だけでなく、積層体100の端面に形成される端面電極を含む。
上記各種導体パターンは、AgやCuを主成分とする比抵抗の小さな導体材料によって構成される。基材層がセラミックであれば、例えば、AgやCuを主成分とする導電性ペーストのスクリーン印刷及び焼成により形成される。
基材S1~S19がセラミックグリーンシートの場合は、これら基材S1~S19を積層し、焼成することで、セラミックマザー基板を形成し、これを分割することで多数の積層体100を得る。そして、積層体100の外面に端面電極を形成することでフィルタ回路素子101を構成する。
また、上記絶縁性の基材はLTCCに限らず、ガラスを主成分とした絶縁ペーストのスクリーン印刷による塗布を繰り返すことで形成してもよい。この場合、フォトリソグラフィ工程により、上記各種導体パターンを形成する。絶縁性の基材がガラスである場合、セラミックに比べ誘電率が低いので、コイルの寄生容量を抑制できる。したがって、LC並列共振回路の共振周波数のずれを小さくでき、より高精度に所望の周波数をトラップできる。
基材S1は積層体100の下面(フィルタ回路素子101の実装面)に相当する。基材S1には入出力端子T1,T2,T3及び空き端子NCが形成されている。
基材S2~S6には、共振回路用キャパシタC10を構成するキャパシタ電極C10a,C10b,C10c,C10d,C10eがそれぞれ形成されている。キャパシタ電極C10a,C10c,C10eは入出力端子T2に接続され、キャパシタ電極C10b,C10dは入出力端子T3に接続される。
基材S7~S9には、入出力間キャパシタC0を構成するキャパシタ電極C0a,C0b,C0cがそれぞれ形成されている。キャパシタ電極C0a,C0cは入出力端子T1に接続され、キャパシタ電極C0bは入出力端子T3に接続される。
基材S11,S12,S13,S15には、1次コイルL1を構成する導体パターンL1a,L1b,L1c,L1dがそれぞれ形成されている。図11において、層間接続導体を黒丸で表している。導体パターンL1aの第1端は入出力端子T1に接続され、導体パターンL1aの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL1bの第1端に接続され、導体パターンL1bの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL1cの第1端に接続され、導体パターンL1cの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL1dの第1端に接続され、導体パターンL1dの第2端は入出力端子T2に接続される。
基材S18,S17,S16,S14には、2次コイルL2を構成する導体パターンL2a,L2b,L2c,L2dがそれぞれ形成されている。導体パターンL2aの第1端は入出力端子T3に接続され、導体パターンL2aの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL2bの第1端に接続され、導体パターンL2bの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL2cの第1端に接続され、導体パターンL2cの第2端は層間接続導体を介して導体パターンL2dの第1端に接続され、導体パターンL2dの第2端は入出力端子T2に接続される。
図10、図11に表れているように、1次コイルL1、2次コイルL2のいずれも巻回軸WAのまわりに巻回された形状を有し、1次コイルL1、2次コイルL2いずれもコイル導体の巻回軸方向は図10に示す軸でZ軸方向である。また、2次コイルを構成する導体パターンL2dは、1次コイルを構成する導体パターンL1cとL1dとに、積層方向に挟まれていて、1次コイルを構成する導体パターンL1dは、2次コイルを構成する導体パターンL2dとL2cとに、積層方向に挟まれている。これによって、1次コイルと2次コイルとの結合を効果的に高めることができる。
図12は、1次コイルL1及び2次コイルL2を構成する導体パターンと、共振回路用キャパシタC10を構成する電極との、大小関係及び位置関係を示す図である。また、図13は、共振回路用キャパシタC10を構成するキャパシタ電極C10a~C10eと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す図である。図13において、破線は1次コイルL1と2次コイルL2との磁界結合に寄与する磁束を概略的に示す。
図12においては、1次コイルL1を構成する導体パターン及び2次コイルL2を構成する導体パターンの平均的な導体パターンをLAで表している。また、共振回路用キャパシタC10を構成する複数のキャパシタ電極のうち、面積の大きなキャパシタ電極C10a,C10c,C10eを示している。
このように、第2インダクタL10と、1次コイルL1及び2次コイルL2との間に共振回路用キャパシタのキャパシタ電極が存在し、かつ、この共振回路用キャパシタC10のキャパシタ電極C10a,C10c,C10eが、巻回軸方向(Z軸方向)に視て、導体パターンL1a~L1dによる1次コイルのコイル開口及び導体パターンL2a~L2dによる2次コイルのコイル開口を覆うので、第2インダクタL10と1次コイルL1及び2次コイルL2との不要な磁界結合(誘導性結合)が抑制される。しかも、共振回路用キャパシタC10のキャパシタ電極C10a,C10c,C10eはグランドに接続されているので、1次コイルL1及び2次コイルL2と第2インダクタL10との間に生じる寄生容量(容量性結合)も抑制される。
図14は、1次コイルL1及び2次コイルL2の導体パターンと、入出力間キャパシタC0を構成する一部のキャパシタ電極C0cとの、大小関係及び位置関係を示す図である。また、図15は、入出力間キャパシタC0を構成するキャパシタ電極C0a,C0b,C0cと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す図である。図15において、破線は1次コイルL1と2次コイルL2との磁界結合に寄与する磁束を概略的に示す。
図14において、概略導体パターンをLAで表している。すなわち、巻回軸方向(Z軸方向)に視て、1次コイルL1又は2次コイルL2の一方が覆う領域である。入出力間キャパシタC0用の複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cのうち1次コイルL1及び2次コイルL2に最も近いキャパシタ電極C0cは、巻回軸方向に視て、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口内に収まる。すなわち、キャパシタ電極C0cは概略導体パターンLAの開口内に収まる。
このように、入出力間キャパシタC0を構成するキャパシタ電極が、1次コイルL1及び2次コイルL2と共振回路用キャパシタC10とによって挟まれる位置にあり、かつ、入出力間キャパシタC0用の複数のキャパシタ電極のうち1次コイルL1及び2次コイルL2に最も近いキャパシタ電極C0cが、巻回軸方向(Z軸方向)に視て、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口内に収まるので、1次コイルL1及び2次コイルL2に鎖交する磁束の経路をキャパシタ電極C0cが阻害しない。換言すれば、キャパシタ電極C0cの面積が、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口面積よりも小さいので、コイル開口を全て覆うことがなく、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口を通る磁束を阻害しない。そのため、1次コイルL1と2次コイルL2との高い磁界結合が維持される。
図16は、入出力間キャパシタC0を構成する一部のキャパシタ電極C0cと、1次コイルL1及び2次コイルL2との、巻回軸方向での大小関係及び位置関係を示す別の図である。図13、図15に示した例では、1次コイルL1を構成する各層のコイル導体パターンの内径及び外径の大部分が一定であるように表したが、図16に示すように不揃いである場合には、巻回軸方向(Z軸方向)に視て最も内側の径にキャパシタ電極C0cが収まることが好ましい。
なお、図11に示した例では、1次コイルL1を構成する導体パターンL1a~L1dの形成位置と2次コイルL2を構成する導体パターンL2a~L2dの形成位置とが分離されておらず、一部が重なっている。つまり、導体パターンL2dは導体パターンL1cと導体パターンL1dとの間にあり、導体パターンL1dは導体パターンL2cと導体パターンL2dとの間にある。このように、1次コイルL1の構成要素である導体パターンの一部と、2次コイルL2の構成要素である導体パターンの一部とが、互いに相手側の導体パターンで挟まれる関係であることにより、1次コイルの導体パターンと2次コイルの導体パターンとの対向総面積が大きくなり、1次コイルL1と2次コイルL2との間に生じる容量を容易に大きくできる。そのため、入出力間キャパシタC0の必要面積は小さくて済む。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、第1の実施形態で示した例とは第2インダクタの形状が異なるフィルタ回路モジュールについて示す。
図17(A)は、フィルタ回路素子101の実装部の構成を示す回路基板90の平面図である。図17(B)は、回路基板90にフィルタ回路素子101が実装されて構成されたフィルタ回路モジュール202の平面図である。
回路基板90の上面には、配線パターンWP、グランド電極G、実装用パッドP0,P3等が形成されている。また、回路基板90の内部に第2インダクタL10が形成されている。この第2インダクタL10は、矩形スパイラル状の導体パターンで構成されている。この第2インダクタL10の一端は実装用パッドP3に接続されていて、他端は回路基板90内のグランド導体に接続されている。配線パターンWPは、図7に示した信号線路SLに接続される。上記第2インダクタL10を構成する導体パターンの形状は、この例に限らず、円形スパイラル状であってもよいし、ミアンダ形状であってもよい。
図17(B)に示すように、回路基板90にフィルタ回路素子101を実装した状態で、入出力端子T1は配線パターンWPの端部に接続され、入出力端子T3は実装用パッドP3に接続され、入出力端子T2はグランド電極Gに接続され、空き端子NCは実装用パッドP0に接続される。フィルタ回路素子101の構成は第1の実施形態で示したとおりである。
本実施形態のフィルタ回路モジュール202では、第2インダクタL10の平面サイズがフィルタ回路素子101の実装サイズより大幅に大きい。また、本実施形態では、第2インダクタL10のコイル巻回軸とフィルタ回路素子101内の1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル巻回軸とは一致しない。ただし、第2インダクタL10のコイル巻回軸と、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル巻回軸とは互いに平行である。
このような構成であっても、第1の実施形態で示したフィルタ回路モジュールと同様の作用効果を奏する。フィルタ回路素子101の各基材の下面図である図11を参照して説明すると、具体的には、第2インダクタL10と、1次コイルL1及び2次コイルL2との間に、例えばキャパシタ電極C0cのような、コイル開口の径に収まる、換言すればコイル開口面積よりも小さな面積を有する、入出力間キャパシタC0のキャパシタ電極が存在する。このようなキャパシタ電極によって、磁界結合を妨げることなく、入出力間キャパシタを形成することができる。また、この共振回路用キャパシタC10の、例えばキャパシタ電極C10aのようなコイル開口の径に収まらない、換言すればコイル開口面積よりも大きな面積を有する、共振回路用キャパシタのキャパシタ電極が存在する。このようなキャパシタ電極が、巻回軸方向(Z軸方向)に視て、導体パターンL1a~L1dによる1次コイルのコイル開口及び導体パターンL2a~L2dによる2次コイルのコイル開口を覆うので、1次コイルL1及び2次コイルL2と第2インダクタL10との不要な磁界結合が抑制される。
《第3の実施形態》
第3の実施形態では、共振回路用インダクタを内蔵するフィルタ回路素子について示す。
図18は第3の実施形態に係るフィルタ回路素子102及びそれを備えるフィルタ回路モジュール201の回路図である。
フィルタ回路素子102は、1次コイルL1、2次コイルL2、入出力間キャパシタC0、共振回路用キャパシタC10及び共振回路用インダクタL10を単一の部品として構成する。この共振回路用インダクタL10は第1、第2の実施形態における第2インダクタL10に相当する。このフィルタ回路素子102の外観は図8に示したものとほぼ同様である。
図19はフィルタ回路素子102の各基材の下面図である。フィルタ回路素子102は複数の絶縁性の基材S1~S21を備えている。これら基材S1~S21の積層により積層体が構成される。
基材S1は積層体の下面(フィルタ回路素子102の実装面)に相当する。基材S1には入出力端子T1,T2,T3及び空き端子NCが形成されている。
基材S2,S3には共振回路用インダクタL10を構成する導体パターンL10a,L10bが形成されている。導体パターンL10aの第1端は入出力端子T2に接続され、第2端は層間接続導体を介して導体パターンL10bの第1端に接続される。導体パターンL10bの第2端は入出力端子T3に接続される。
基材S1,S4~S21の構成は、第1の実施形態で図11に示した基材S1~S19の構成と同じである。
第1、第2の実施形態では、図9(A)や図17(A)に示したように回路基板90に共振回路用インダクタL10を設けたが、第3の実施形態によれば、共振回路用インダクタL10を含むフィルタ回路素子102が構成されるので、回路基板90に共振回路用インダクタL10を設ける必要が基本的にない。
なお、入出力端子T2-T3間に、キャパシタ又はインダクタを接続することにより、共振回路用キャパシタC10及び共振回路用インダクタL10によるLC並列共振回路の共振周波数を調整できる。また、入出力端子T2-T3間に、抵抗素子を接続することにより、共振回路用キャパシタC10及び共振回路用インダクタL10によるLCタンク回路の共振のQ値を調整できる。つまり、回路基板90に、所定キャパシタンスのキャパシタ又は所定インダクタンスのインダクタを設けておくことにより、回路基板90に実装するフィルタ回路素子102内のLC並列共振回路の共振周波数を微調整できる。また、回路基板90に、所定レジスタンスの抵抗素子を設けておくことにより、回路基板90に実装するフィルタ回路素子102内のLC並列共振回路の共振のQ値を微調整できる。
上記回路基板90に設ける上記キャパシタ、インダクタ、抵抗素子はいずれも、回路基板90に導体パターンを形成することによって設けてもよいし、素子を実装することによって設けてもよい。
本実施形態のように、共振回路用インダクタL10がフィルタ回路素子102内に含まれている場合でも、先に示した実施形態と同様の作用効果を奏する。つまり、入出力間キャパシタC0のキャパシタ電極(例えば、キャパシタ電極C0c)が1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口径内に収まっていることで、(換言すれば、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口面積よりも小さな面積を有するキャパシタ電極が存在することにより、)1次コイルL1と2次コイルL2との磁界結合を妨げることなく、入出力間キャパシタC0を形成できる。
また、本実施形態において、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口径内に収まらない、(1次コイルL1および2次コイルL2のコイル開口面積よりも大きな面積を有する、)共振回路用キャパシタC10のキャパシタ電極(例えばキャパシタ電極C10a)が共振回路用インダクタL10と1次コイルL1及び2次コイルL2との間に介在するので、巻回軸方向(Z軸方向)に視て、導体パターンL1a~L1dによる1次コイルのコイル開口及び導体パターンL2a~L2dによる2次コイルのコイル開口を共振回路用キャパシタC10のキャパシタ電極が覆う。このことにより、共振回路用インダクタL10と1次コイルL1及び2次コイルL2との不要な磁界結合が抑制される。
なお、外部に共振回路の共振周波数設定用の素子や導体パターンを設けない場合には、図18に示した入出力端子T3は不要である。
《第4の実施形態》
第4の実施形態では、フィルタ回路モジュールを備える通信装置の構成例を示す。
図20は通信装置401の主要部の回路図である。この通信装置401は、高周波回路301と、この高周波回路301の高周波信号線路に接続されたフィルタ回路モジュール201とを備える。
具体的には、高周波回路301の高周波信号線路にフィルタ回路モジュール201の信号線路SLが接続され、この信号線路とグランドとの間に第1インダクタL11、移相回路20及びLC並列共振回路10が接続されている。高周波回路301は、信号線路に高周波信号を出力する高周波増幅回路AMPを備えている。
フィルタ回路モジュール201は、信号線路SLに重畳される2.4GHz帯のノイズ成分を減衰させる。また、高周波増幅回路AMPは不要な高調波信号を発生するが、フィルタ回路モジュール201は基本波成分を低損失で透過させ、上記高調波成分を減衰させる。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
例えば、以上に示した各実施形態では、1次コイルL1と2次コイルL2との巻回数比が1:1である例を示したが、この巻回数比は1:n(nは1以外)であってもよい。
《態様》
以上に示した本発明の実施形態により開示した態様を次に列挙する。
(態様1)
本発明の態様1のフィルタ回路モジュールは、
導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層S1~S21の積層体100に形成されたフィルタ回路素子101,102と、当該フィルタ回路素子が実装される回路基板90とで構成されるフィルタ回路モジュール201,202であり、
前記フィルタ回路素子101,102はLC並列共振回路10の一部である共振回路用キャパシタC10及び移相回路20を含み、
前記回路基板90は第2インダクタL10を備え、
前記移相回路20は、互いに磁界結合する1次コイルL1及び2次コイルL2と、入出力間キャパシタC0と、で構成され、
前記LC並列共振回路10は、前記第2インダクタL10と当該第2インダクタL10に並列接続された共振回路用キャパシタC10とで構成され、
前記入出力間キャパシタC0は、前記1次コイルL1の第1端と前記2次コイルL2の第1端との間に接続され、
前記1次コイルL1の第1端は、前記第1インダクタL11に接続され、
前記1次コイルL1の第2端及び前記2次コイルL2の第2端は互いに接続され、
前記共振回路用キャパシタC10の第1端は前記2次コイルL2の第1端に接続され、
前記共振回路用キャパシタC10の第2端は前記2次コイルL2の第2端に接続され、
前記第2インダクタL10は、前記回路基板90に形成された、巻回軸WAを有するコイルで構成され、
前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2は、前記巻回軸WA方向に視て、前記第2インダクタL10に重なり、
前記共振回路用キャパシタC10は、前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2よりも、前記回路基板90への実装面側にあり、
前記共振回路用キャパシタC10は複数のキャパシタ電極C10a~C10eで構成され、当該複数のキャパシタ電極C10a~C10eは、前記巻回軸WA方向に視て、前記1次コイルL1のコイル開口及び前記2次コイルL2のコイル開口を覆うキャパシタ電極C10a,C10c,C10eを含む。
(態様2)
本発明の態様2では、前記第1インダクタL11は前記回路基板90に形成された配線パターンである。この構成によれば、部品としてのインダクタが不要となり、フィルタ回路モジュールが小型化される。
(態様3)
本発明の態様3では、前記第1インダクタL11は前記回路基板90に実装されたインダクタ素子である。この構成によれば、インダクタンス値が比較的大きなインダクタ素子を設けることができる。また、他のコイルやインダクタとの不要結合の抑制が容易となる。
(態様4)
本発明の態様4では、前記入出力間キャパシタC0は複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cを有し、当該キャパシタ電極C0a,C0b,C0cは、前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2と前記共振回路用キャパシタC10とによって挟まれる位置にあり、
前記入出力間キャパシタC0用の複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cのうち前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2に最も近いキャパシタ電極C0aは、前記巻回軸WA方向に視て、前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2のコイル開口内に収まる。
この構成によれば、入出力間キャパシタC0用の複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cが1次コイルL1及び2次コイルL2と共振回路用キャパシタC10とによって挟まれる位置にあり、かつ、入出力間キャパシタC0用の複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cのうち1次コイルL1及び2次コイルL2に最も近いキャパシタ電極C0cが、巻回軸方向Z軸方向に視て、1次コイルL1及び2次コイルL2のコイル開口内に収まるので、1次コイルL1及び2次コイルL2に鎖交する磁束の経路をキャパシタ電極C0cが阻害しない。そのため、1次コイルL1と2次コイルL2との高い磁界結合が維持される。
(態様5)
本発明の態様5では、前記入出力間キャパシタC0の複数のキャパシタ電極C0a,C0b,C0cの全ては、前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2の開口面積よりも小さい。この構成によれば、1次コイルL1及び2次コイルL2に鎖交する磁束の経路をキャパシタ電極C0a,C0b,C0cが阻害しない。そのため、1次コイルL1と2次コイルL2との更に高い磁界結合が維持される。
(態様6)
本発明の態様6のフィルタ回路素子は、
導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層S1~S21の積層体100に形成された、LC並列共振回路10及び移相回路20を含むフィルタ回路素子101,102であり、
前記移相回路20は、互いに磁界結合する1次コイルL1及び2次コイルL2と、入出力間キャパシタC0と、で構成され、
前記LC並列共振回路10は、互いに並列接続された共振回路用インダクタL10及び共振回路用キャパシタC10で構成され、
前記入出力間キャパシタC0は、前記1次コイルL1の第1端と前記2次コイルL2の第1端との間に接続され、
前記1次コイルL1の第2端及び前記2次コイルL2の第2端は互いに接続され、
前記共振回路用キャパシタC10の第1端は前記2次コイルL2の第1端に接続され、
前記共振回路用キャパシタC10の第2端は前記2次コイルL2の第2端に接続され、
前記共振回路用インダクタL10は、巻回軸WAを有するコイルで構成され、
前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2は、前記巻回軸WA方向に視て、前記共振回路用インダクタL10に重なり、
前記共振回路用キャパシタC10は、前記共振回路用インダクタL10を構成する前記コイルと前記1次コイルL1及び前記2次コイルL2との間にあり、
前記共振回路用キャパシタC10は複数のキャパシタ電極C10a~C10eで構成され、当該複数のキャパシタ電極C10a~C10eは、前記巻回軸WA方向に視て、前記1次コイルL1のコイル開口及び前記2次コイルL2のコイル開口を覆うキャパシタ電極C0a,C0b,C0cを含む。
(態様7)
本発明の態様7のフィルタ回路は、態様1に記載のフィルタ回路モジュール又は態様6に記載のフィルタ回路素子を備えるフィルタ回路であり、信号線路とグランドとの間に、前記1次コイルの第1端と前記共振回路用キャパシタの第2端とが接続されて構成される。
(態様8)
本発明の態様8の通信装置は、高周波回路301と、前記高周波回路301の高周波信号線路とグランドとの間のシャント接続経路に接続された、態様7に記載のフィルタ回路と、を備える。
AMP…高周波増幅回路
C0…入出力間キャパシタ
C0a,C0b,C0c…キャパシタ電極
C10…共振回路用キャパシタ
C10a,C10b,C10c,C10d,C10e…キャパシタ電極
C31,C32,C40…キャパシタ
G…グランド電極
IT…理想トランス
L1…1次コイル
L10…第2インダクタ、共振回路用インダクタ
L10a,L10b…導体パターン
L11…第1インダクタ
L1a,L1b,L1c,L1d…1次コイルの導体パターン
L2…2次コイル
L2a,L2b,L2c,L2d…2次コイルの導体パターン
L31,L32,L40…インダクタ
NC…空き端子
P0,P1,P3…実装用パッド
Po1,Po2…入出力ポート
S1~S21…基材
SL…信号線路
T1,T2,T3…入出力端子
WA…巻回軸
WP…配線パターン
10…LC並列共振回路
20…移相回路
90…回路基板
100…積層体
101,102…フィルタ回路素子
201,201M,202…フィルタ回路モジュール
301…高周波回路
401…通信装置

Claims (8)

  1. 導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層の積層体であるフィルタ回路素子と、当該フィルタ回路素子が実装される回路基板と、第1インダクタとを含むフィルタ回路モジュールであり、
    前記フィルタ回路素子はLC並列共振回路の一部である共振回路用キャパシタ及び移相回路を含み、
    前記回路基板は第2インダクタを備え、
    前記移相回路は、互いに磁界結合する1次コイル及び2次コイルと、入出力間キャパシタと、で構成され、
    前記LC並列共振回路は、前記第2インダクタと当該第2インダクタに並列接続された前記共振回路用キャパシタとで構成され、
    前記入出力間キャパシタは、前記1次コイルの第1端と前記2次コイルの第1端との間に接続され、
    前記1次コイルの第1端は、前記第1インダクタに接続され、
    前記1次コイルの第2端及び前記2次コイルの第2端は互いに接続され、
    前記共振回路用キャパシタの第1端は前記2次コイルの第1端に接続され、
    前記共振回路用キャパシタの第2端は前記2次コイルの第2端に接続され、
    前記第2インダクタは、前記回路基板に形成され、
    前記1次コイル及び前記2次コイルは、前記積層体の積層方向に視て、前記第2インダクタに重なり、
    前記共振回路用キャパシタは、前記1次コイル及び前記2次コイルよりも、前記回路基板への実装面側にあり、
    前記共振回路用キャパシタは複数のキャパシタ電極を有し、当該複数のキャパシタ電極は、前記積層方向に視て、前記1次コイルのコイル開口及び前記2次コイルのコイル開口を覆うキャパシタ電極を含む、
    フィルタ回路モジュール。
  2. 前記第1インダクタは前記回路基板に形成された配線パターンである、請求項1に記載のフィルタ回路モジュール。
  3. 前記第1インダクタは前記回路基板に実装されたインダクタ素子である、請求項1に記載のフィルタ回路モジュール。
  4. 前記入出力間キャパシタは複数のキャパシタ電極を有し、当該キャパシタ電極は、前記1次コイル及び前記2次コイルと前記共振回路用キャパシタとによって挟まれる位置にあり、
    前記入出力間キャパシタが有する複数のキャパシタ電極のうち前記1次コイル及び前記2次コイルに最も近いキャパシタ電極は、前記積層方向に視て、前記1次コイル及び前記2次コイルのコイル開口内に収まる、
    請求項1から3のいずれかに記載のフィルタ回路モジュール。
  5. 前記入出力間キャパシタが有する複数のキャパシタ電極のそれぞれの面積は、前記1次コイル及び前記2次コイルの開口面積よりも小さい、
    請求項4に記載のフィルタ回路モジュール。
  6. 導体パターンが形成された基材層を含む複数の基材層の積層体で構成された、LC並列共振回路及び移相回路を含むフィルタ回路素子であり、
    前記移相回路は、互いに磁界結合する1次コイル及び2次コイルと、入出力間キャパシタと、で構成され、
    前記LC並列共振回路は、互いに並列接続された共振回路用インダクタ及び共振回路用キャパシタで構成され、
    前記入出力間キャパシタは、前記1次コイルの第1端と前記2次コイルの第1端との間に接続され、
    前記1次コイルの第2端及び前記2次コイルの第2端は互いに接続され、
    前記共振回路用キャパシタの第1端は前記2次コイルの第1端に接続され、
    前記共振回路用キャパシタの第2端は前記2次コイルの第2端に接続され、
    前記共振回路用インダクタは、巻回軸を有するコイルで構成され、
    前記1次コイル及び前記2次コイルは、前記巻回軸の方向に視て、前記共振回路用インダクタに重なり、
    前記共振回路用キャパシタは、前記共振回路用インダクタを構成する前記コイルと前記1次コイル及び前記2次コイルとの間にあり、
    前記共振回路用キャパシタは複数のキャパシタ電極で構成され、当該複数のキャパシタ電極は、前記巻回軸の方向に視て、前記1次コイルのコイル開口及び前記2次コイルのコイル開口を覆うキャパシタ電極を含む、
    フィルタ回路素子。
  7. 請求項1に記載のフィルタ回路モジュール又は請求項6に記載のフィルタ回路素子を備えるフィルタ回路であり、
    記1次コイルの第1端は、前記第1インダクタを通じて信号線路に接続され、
    記共振回路用キャパシタの第2端は、グランドに接続された、
    フィルタ回路。
  8. 高周波信号線路と、前記高周波信号線路とグランドとの間のシャント接続経路に接続された、請求項7に記載のフィルタ回路とを備えた、通信装置。
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