JP7131711B2 - バラン - Google Patents

Description

本開示は不平衡線路と平衡線路との間で信号を変換するバランに関し、より特定的には、積層型バランにおける特性向上のための構造に関する。

バラン（Balun）は、不平衡信号と平衡信号との相互変換に用いられる変換器である。平衡信号は、振幅が等しく互いの位相が反転した一対の信号であり、一般的に通信システムにおけるＩＣ内の差動増幅回路などに用いられている。一方、不平衡信号は、接地電位に対する電位の変化を伝送する伝送方式に用いられる信号であり、マイクロストリップラインあるいはアンテナの入出力の信号が該当する。

特開２０１６－０８６３２７号公報

スマートフォンあるいは携帯電話などに代表される携帯無線通信装置においては、アンテナの不平衡線路と高周波信号を処理するＩＣ回路の平衡線路とを接続するためのフロントエンド回路においてバランが用いられる。これらの通信装置においては、小型化および薄型化に対する要求が高く、それに伴って、バランなどの、装置を形成する個別の機器についてもさらなる小型化が求められている。さらに、通信に用いる高周波信号の周波数帯域も拡大されつつあり、各機器の広帯域化の必要性も高まっている。

代表的なバランのタイプとして、不平衡線路に接続された波長λの１／２の長さ（λ／２）を有する線路に、λ／４の長さを有し平衡線路に接続された２つの線路が結合されたマーチャントバラン、あるいは、不平衡線路と一方の平衡線路との間に接続されたλ／２の長さの線路に、他方の平衡線路に接続されたλ／２の長さの線路が結合された２線式のバランが知られている。これらのバランにおいては、互いに結合する線路を同一基板内に形成することが必要であるため、基板面積が大きくなり、機器全体の小型化には適していない。

また、不平衡線路に接続されたローパスフィルタに含まれるとインダクタと、２つの平衡線路の各々に接続されたハイパスフィルタに含まれるインダクタとを結合させて形成されたマッチドフィルタ型のバランは、小型化には適しているものの、使用可能な周波数帯域幅が比較的狭いという課題がある。

このような課題に対して、不平衡線路に接続されたλ／４の長さの線路と、２つの平衡線路の各々に接続されたλ／４の長さの線路とを結合させた、３つの線路を用いる３線式のバランが提案されている。しかしながら、このようなタイプのバランは、小型化および広帯域化には適しているものの、２つの平衡信号のバランス特性には改善の余地がある。

本開示は、この３線式バランの課題を解決するためになされたものであって、その目的は、通信装置に用いられるバランにおいて、小型化および広帯域化を図りつつ、バランス特性を向上させることである。

本開示の第１の局面に従うバランは、不平衡端子と、第１平衡端子および第２平衡端子と、第１線路～第４線路とを備える。第１線路は不平衡端子と基準電位との間に接続される。第２線路は、第１平衡端子と基準電位との間に接続され、第１線路と結合する。第３線路は、第２平衡端子と基準電位との間に接続され、第１線路と結合する。第４線路は、第２線路に並列に接続され、第３線路と結合する。第４線路は、第３線路を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される。

本開示の第２の局面に従うバランは、不平衡端子と、第１平衡端子および第２平衡端子と、第１線路～第３線路および第５線路とを備える。第１線路は不平衡端子と基準電位との間に接続される。第２線路は、第１平衡端子と基準電位との間に接続され、第１線路と結合する。第３線路は、第２平衡端子と基準電位との間に接続され、第１線路と結合する。第５線路は、第３線路に並列に接続され、第２線路と結合する。第５線路は、第２線路を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される。

本開示の第３の局面に従うバランは、誘電体基板と、不平衡端子と、第１平衡端子および第２平衡端子と、第１線路～第４線路とを備える。誘電体基板は、複数の誘電体層が積層された構成を有する。不平衡端子、第１平衡端子および第２平衡端子は、誘電体基板に形成される。第１線路は、不平衡端子と基準電位との間に接続される。第２線路は、第１平衡端子と基準電位との間に接続される。第３線路は、第２平衡端子と基準電位との間に接続される。第４線路は、第２線路に並列に接続される。第１線路～第４線路の各々は、誘電体基板の積層方向を巻回軸とするコイルを形成する。誘電体基板において、第１線路～第４線路は、積層方向に第２線路、第１線路、第３線路、および第４線路の順に積層されている。第１平衡端子から基準電位に向かう第２線路の巻回方向は、不平衡端子から基準電位に向かう第１線路の巻回方向と同方向である。第２平衡端子から基準電位に向かう第３線路の巻回方向は、不平衡端子から基準電位に向かう第１線路の巻回方向と逆方向である。第１平衡端子から基準電位に向かう第４線路の巻回方向は、第２平衡端子から基準電位に向かう第３線路の巻回方向と逆方向である。誘電体基板の積層方向から平面視した場合に、第１線路～第４線路の各々によって形成されるコイルの開口部が互いに重なっている。

本開示の第４の局面に従うバランは、誘電体基板と、不平衡端子と、第１平衡端子および第２平衡端子と、第１線路～第３線路および第５線路とを備える。誘電体基板は、複数の誘電体層が積層された構成を有する。不平衡端子、第１平衡端子および第２平衡端子は、誘電体基板に形成される。第１線路は、不平衡端子と基準電位との間に接続される。第２線路は、第１平衡端子と基準電位との間に接続される。第３線路は、第２平衡端子と基準電位との間に接続される。第５線路は、第３線路に並列に接続される。第１線路、第２線路、第３線路および第５線路の各々は、誘電体基板の積層方向を巻回軸とするコイルを形成する。誘電体基板において、第１線路～第３線路および第５線路は、積層方向に第５線路、第２線路、第１線路、および第３線路の順に積層されている。第１平衡端子から基準電位に向かう第２線路の巻回方向は、不平衡端子から基準電位に向かう第１線路の巻回方向と同方向である。第２平衡端子から基準電位に向かう第３線路の巻回方向は、不平衡端子から基準電位に向かう第１線路の巻回方向と逆方向である。第２平衡端子から基準電位に向かう第５線路の巻回方向は、第１平衡端子から基準電位に向かう第２線路の巻回方向と逆方向である。誘電体基板の積層方向から平面視した場合に、第１線路、第２線路、第３線路および第５線路の各々によって形成されるコイルの開口部は互いに重なっている。

本開示によるバランによれば、不平衡端子に接続された第１線路に結合される２つの平衡線路（第２線路，第３線路）の少なくとも一方について、他方の平衡線路の信号をさらに結合させる構成が用いられる。このような構成とすることによって、小型化および広帯域化を図りつつ、バランス特性を向上させることが可能となる。

実施の形態１に従うバランが適用されるフロントエンド回路を備えた通信装置のブロック図である。 図１のバランの回路図の第１例である。 図１のバランの回路図の第２例および第３例である。 図３（ｂ）のバランの外形斜視図である。 図４において誘電体を省略した内部構造図である。 図３（ｂ）のバランの分解斜視図である。 比較例１のバランの回路図である。 比較例２のバランの回路図である。 実施の形態１のバランの特性を説明するための図である。 変形例のバランの回路図である。 不平衡信号に対する平衡信号の位相の周波数特性を説明するための図である。 実施の形態２に従うバランの回路図である。 図１２のバランの分解斜視図である。 実施の形態２のバランの特性を説明するための図である。 実施の形態３に従うバランの分解斜視図である。 実施の形態４に従うバランの分解斜視図である。 実施の形態４における第１線路の等価回路を示す図である。 実施の形態４のバランの特性を説明するための図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
（通信装置の概要）
図１は、実施の形態１に従うバラン１００が適用されるフロントエンド回路１０を備えた通信装置１のブロック図である。図１を参照して、通信装置１は、フロントエンド回路１０に加えて、アンテナＡＮＴと、信号処理回路であるＲＦＩＣ２０とを備える。

ＲＦＩＣ２０は、送信側線路ＴＸに対して高周波信号を出力し、フロントエンド回路１０を介してアンテナＡＮＴから電波を放射する。また、ＲＦＩＣ２０は、アンテナＡＮＴで受信された電波を受信側線路ＲＸから受け、当該受信信号を処理して後段の回路へ伝達する。

フロントエンド回路１０は、バラン１００に加えて、スイッチＳＷと、フィルタＦＬＴ１，ＦＬＴ２と、パワーアンプＰＡと、低雑音アンプＬＮＡとを含む。スイッチＳＷは、アンテナＡＮＴにおける電波の送信と受信とを切換えるために用いられる。スイッチＳＷは、共通端子ＴＣと、２つの選択端子ＴＡ，ＴＢとを含む。共通端子ＴＣはアンテナＡＮＴに接続される。選択端子ＴＡは、フィルタＦＬＴ１およびパワーアンプＰＡを介して送信側線路ＴＸに接続される。選択端子ＴＢは、フィルタＦＬＴ２、低雑音アンプＬＮＡおよびバラン１００を介して、受信側線路ＲＸに接続される。

アンテナＡＮＴから電波を放射する場合には、スイッチＳＷの共通端子ＴＣは選択端子ＴＡに接続される。一方、アンテナＡＮＴで電波を受信する場合には、スイッチＳＷの共通端子ＴＣは選択端子ＴＢに接続される。

パワーアンプＰＡは、ＲＦＩＣ２０から伝達された高周波信号を増幅し、フィルタＦＬＴ１に出力する。フィルタＦＬＴ１は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタで構成されており、パワーアンプＰＡで増幅された高周波信号における所望の周波数帯域の信号を通過させる。フィルタＦＬＴ１を通過した高周波信号は、スイッチＳＷを経由してアンテナＡＮＴから放射される。

フィルタＦＬＴ２は、上記のフィルタＦＬＴ１と同様にローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタで構成されており、アンテナＡＮＴで受信した高周波信号の中から所望の周波数帯域の信号を通過させる。フィルタＦＬＴ２を通過した高周波信号は、低雑音アンプＬＮＡにより低雑音で増幅され、バラン１００へ伝達される。

バラン１００は、不平衡信号を平衡信号に変換するための変換器である。平衡信号は振幅が等しく互いの位相が反転した一対の信号であり、不平衡信号は接地電位に対する電位の変化を伝送する伝送方式に用いられる信号である。一般的に、アンテナに接続される線路は不平衡線路で形成される。一方で、ＲＦＩＣ２０のようなＩＣ回路では、平衡信号により処理が行われる。そのため、不平衡信号で伝達されたアンテナＡＮＴからの受信信号は、バラン１００を用いて、ＲＦＩＣ２０における処理に適した平衡信号に変換される。

（バランの構成）
図２は、図１におけるバラン１００の回路図の第１例である。図２を参照して、バラン１００は、不平衡端子Ｔ１と、２つの平衡端子Ｔ２，Ｔ３と、４つの線路（第１線路Ｌ１～第４線路Ｌ４）とを備える。通過対象とする高周波信号の波長をλとした場合、基本的には各線路はλ／４の電気長を有する。

なお、以下の説明においては、不平衡端子Ｔ１を入力端子ＩＮとし、平衡端子Ｔ２および平衡端子Ｔ３をそれぞれ出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２として不平衡信号を平衡信号に変換する場合を例として説明するが、バラン１００は、平衡端子Ｔ２および平衡端子Ｔ３に入力された平衡信号を不平衡信号に変換して不平衡端子Ｔ１から出力する場合にも用いることができる。

図２を参照して、第１線路Ｌ１の一方端は不平衡端子Ｔ１に接続され、他方端は接地電位である基準電位に接続される。第２線路Ｌ２の一方端は平衡端子Ｔ２に接続され、他方端は基準電位に接続される。第２線路Ｌ２は第１線路Ｌ１と電磁界結合するように配置されている。不平衡端子Ｔ１に高周波信号が入力信号として伝達され、第１線路Ｌ１を通過すると、電磁界結合により第２線路Ｌ２に入力信号に対応した信号が誘起される。誘起された信号は平衡端子Ｔ２から出力される。すなわち、第２線路Ｌ２には、接地電位から平衡端子Ｔ２へと向かう方向に信号が通過する。このとき、第２線路Ｌ２は、第１線路Ｌ１を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される。

なお、図２およびそれ以降において説明するバランの回路図において、各線路に記載された矢印は、当該線路を通過する信号の位相を示している。すなわち、各回路図において隣接する線路の矢印が同じ向きである場合には、２つの線路に同位相の信号が通過することを意味する。逆に、各回路図において隣接する線路の矢印が逆向きである場合には、２つの線路には互いに逆位相の信号が通過することを意味する。

第３線路Ｌ３の一方端は平衡端子Ｔ３に接続され、他方端は基準電位に接続される。第３線路Ｌ３も第１線路Ｌ１と電磁界結合するように配置されている。不平衡端子Ｔ１に高周波信号が入力信号として伝達され、第１線路Ｌ１を通過すると、電磁界結合により第３線路Ｌ３に入力信号に対応した信号が誘起される。誘起された信号は平衡端子Ｔ３から出力される。すなわち、第３線路Ｌ３には、接地電位から平衡端子Ｔ３へと向かう方向に信号が通過する。このとき、第３線路Ｌ３は、第１線路Ｌ１を通過する信号に対して同位相の信号が通過するように配置される。

第４線路Ｌ４は、第２線路Ｌ２に電気的に並列接続された線路であり、一方端が平衡端子Ｔ２に接続され、他方端は基準電位に接続される。第４線路Ｌ４は、第３線路Ｌ３と電磁界結合するように配置されている。このとき、第４線路Ｌ４は、第３線路Ｌ３を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される。

なお、実施の形態１のバランにおいては、所望の特性を実現するために、図３のバラン１００Ａ，１００Ｂのように調整用のキャパシタが適宜配置されてもよい。たとえば、図３（ａ）バラン１００Ａのように、第１線路Ｌ１と基準電位との間にキャパシタＣ１を配置して、線路を通過する信号の波長を短縮するようにしてもよい。波長を短縮することにより、各線路の長さを短縮できるので、バランの小型化にもつながる。また、平衡端子Ｔ２と基準電位との間、および／または、平衡端子Ｔ３と基準電位との間にキャパシタ（キャパシタＣ２，Ｃ３）を設けて、平衡端子Ｔ２，Ｔ３から出力される平衡信号のバランスを調整してもよい。キャパシタＣ１～Ｃ３は必須の構成ではなく、必要に応じて配置される。たとえば、図３（ｂ）のバラン１００Ｂのように、キャパシタＣ１，Ｃ２のみが配置される構成であってもよい。

次に、図４～図６を用いてバランの構造について詳細に説明する。なお、図４～図６においては、調整用のキャパシタＣ１，Ｃ２が配置された場合（図３（ｂ））のバラン１００Ｂの例について説明する。なお、図２のバラン１００の場合には、図４～図６におけるキャパシタＣ１，Ｃ２が省略された構成となる。

図４はバラン１００Ｂの外形斜視図を示しており、図５は図４における誘電体の記載を省略した透過図を示している。また、図６は、バラン１００Ｂの分解斜視図である。なお、図４～図６において、誘電体層の積層方向をＺ軸とし、誘電体基板１１０の長辺に沿った方向をＸ軸、短辺に沿った方向をＹ軸とする。以下の説明において、誘電体基板１１０のＺ軸の正方向の面を上面、Ｚ軸の負方向の面を下面とも称する。また、図６および後述する図１３，図１５，図１６の分解斜視図においては、説明を容易にするために、各誘電体の側面に形成される外部端子の記載を省略している。

図４～図６を参照して、バラン１００Ｂは、複数の誘電体層ＬＹ１～ＬＹ１４が積層された誘電体基板１１０で形成されており、略直方体の外形を有している。誘電体基板１１０の外表面には、上面、側面および下面にわたって延在する、略Ｃ型形状の複数の外部電極が形成されている。外部電極は、外部機器との接続に用いられるとともに、誘電体基板１１０の各層の配線パターン間の接続にも用いられる。外部電極は、不平衡端子Ｔ１、平衡端子Ｔ２，Ｔ３、基準電位に接続するための接地電極ＧＮＤ（基準電位端子）、および層間接続用の端子Ｔ０を含む。誘電体基板１１０の上面には、方向を表わす方向性マークＤＭが付されている。なお、本実施の形態のように、当該バランがフロントエンド回路などで使用される場合には、端子Ｔ０にはどの信号も接続されない場合がある。

図５に示されるように、各線路Ｌ１～Ｌ４は、Ｚ軸方向を巻回方向とするコイルとして形成されている。また、積層方向（Ｚ軸方向）から誘電体基板１１０を平面視した場合に、各線路Ｌ１～Ｌ４におけるコイルの開口部は、少なくとも一部が互いに重なりあっている。なお、コイル開口部とは、Ｚ軸方向から誘電体基板を平面視した場合に、各線路Ｌ１～Ｌ４で形成されるコイルが、巻回軸の周りを環形状に囲んだ内部の部分を表わす。図６に示す例においては、各線路Ｌ１～Ｌ４は、共通の巻回軸ＣＬ１の周りに巻回され、各線路Ｌ１～Ｌ４におけるコイルの開口部が線路Ｌ１～Ｌ４にわたって重なっている。

誘電体基板１１０において、線路Ｌ１～Ｌ４は、上面から積層方向に、第２線路Ｌ２、第１線路Ｌ１、第３線路Ｌ３、および第４線路Ｌ４の順に隣接して積層されている。このような積層順により、第１線路Ｌ１は第２線路Ｌ２および第３線路と結合し、第３線路Ｌ３はさらに第４線路Ｌ４と結合する。

図６に示されるように、線路Ｌ１～Ｌ４の各々は隣接した２つの層にわたって形成されており、各層に形成されたコイルはビアにより接続されている。より詳細には、第１線路Ｌ１は、第４層ＬＹ４に形成されたコイルＬ１１と、第５層ＬＹ５に形成されたコイルＬ１２とがビアＶ１で接続された構成を有している。第２線路Ｌ２は、第２層ＬＹ２に形成されたコイルＬ２１と、第３層ＬＹ３に形成されたコイルＬ２２とがビアＶ２で接続された構成を有している。第３線路Ｌ３は、第６層ＬＹ６に形成されたコイルＬ３１と、第７層ＬＹ７に形成されたコイルＬ３２とがビアＶ３で接続された構成を有している。第４線路Ｌ４は、第８層ＬＹ８に形成されたコイルＬ４１と、第９層ＬＹ９に形成されたコイルＬ４２とがビアＶ４で接続された構成を有している。なお、通過帯域の仕様によっては、各コイルは１つの層で形成されていてもよいし、３つ以上の層で形成されていてもよい。

第１０層ＬＹ１０および第１２層ＬＹ１２には、接地電極ＧＮＤに接続された平板電極Ｃ１０，Ｃ１２がそれぞれ形成されている。また、第１１層ＬＹ１１には、端子Ｔ０によって第１線路Ｌ１に接続された平板電極Ｃ１１が形成されている。平板電極Ｃ１０～Ｃ１２によって調整用のキャパシタＣ１が形成される。

第１３層ＬＹ１３には、平板電極Ｃ２０が形成されており、第１２層ＬＹ１２の平板電極Ｃ１２とともに調整用のキャパシタＣ２を形成している。

第１線路Ｌ１を形成するコイルＬ１１，Ｌ１２は、コイルＬ１２の不平衡端子Ｔ１との接続点からコイルＬ１１の端子Ｔ０との接続点へ向かって反時計回り（ＣＣＷ）方向（矢印ＡＲ１１，ＡＲ１２）に巻回されている。コイルＬ１１の端部は、誘電体の側面に形成された端子Ｔ０を介して第１１層ＬＹ１１の平板電極Ｃ１１に接続され、第１０層ＬＹ１０～第１２層ＬＹ１２によって形成されるキャパシタＣ１を介して接地電極ＧＮＤに接続される。不平衡端子Ｔ１に入力された信号は、不平衡端子Ｔ１から接地電極ＧＮＤに向かって伝達されるため、信号はコイルＬ１１，Ｌ１２に沿ってＣＣＷ方向に伝達される。なお、以下の説明において、各コイルの巻回方向（時計回り，反時計回り）は、誘電体基板１１０の上面から積層方向（すなわち、第１層ＬＹ１から第１４層ＬＹ１４に向かう方向）に平面視したときの巻回方向を示す。

第２線路Ｌ２を形成するコイルＬ２１，Ｌ２２は、コイルＬ２１の平衡端子Ｔ２との接続点からコイルＬ２２の接地電極ＧＮＤとの接続点に向かってＣＣＷ方向（矢印ＡＲ２１，ＡＲ２２）に巻回されている。すなわち、平衡端子Ｔ２から基準電位に向かう第２線路Ｌ２の巻回方向は、不平衡端子Ｔ１から基準電位に向かう第１線路Ｌ１の巻回方向と同じである。一方、第１線路Ｌ１との結合により誘起された高周波信号は、第２線路Ｌ２の平衡端子Ｔ２から出力されるため、第２線路Ｌ２において、信号はコイルＬ２１，Ｌ２２に沿って時計回り（ＣＷ）方向に伝達される。

第３線路Ｌ３を形成するコイルＬ３１，Ｌ３２は、コイルＬ３１の平衡端子Ｔ３との接続点からコイルＬ３２の接地電極ＧＮＤとの接続点へ向かってＣＷ方向（矢印ＡＲ３１，ＡＲ３２）に巻回されている。すなわち、平衡端子Ｔ３から基準電位に向かう第３線路Ｌ３の巻回方向は、不平衡端子Ｔ１から基準電位に向かう第１線路Ｌ１の巻回方向とは逆方向である。一方、第１線路Ｌ１との結合により誘起された高周波信号は、第３線路Ｌ３の平衡端子Ｔ３から出力されるため、第３線路Ｌ３において、信号はコイルＬ３１，Ｌ３２に沿ってＣＣＷ方向に伝達される。

第４線路Ｌ４を形成するコイルＬ４１，Ｌ４２は、コイルＬ４２の平衡端子Ｔ２との接続点からコイルＬ４１の接地電極ＧＮＤとの接続点へ向かってＣＣＷ方向（矢印ＡＲ４１，ＡＲ４２）に巻回されている。すなわち、第４線路Ｌ４の巻回方向は、第３線路Ｌ３の巻回方向とは逆方向である。第４線路Ｌ４は第２線路と並列に接続されており、誘起された高周波信号は平衡端子Ｔ２から出力されるため、第４線路Ｌ４において、信号はコイルＬ４１，Ｌ４２に沿ってＣＷ方向に伝達される。したがって、平衡端子Ｔ２から出力される信号は、第３線路Ｌ３を通過する信号に対して逆位相となる。

以下、実施の形態１のバランの特性について、比較例を用いて説明する。
図７は、比較例１のバラン２００の回路図である。比較例１のバラン２００は、実施の形態１のバラン１００，１００Ａにおける第４線路Ｌ４を有しない、３つの線路を用いる３線式の構成となっている。このような構成のバランにおいては、不平衡－平衡変換において、一般的に平衡信号間の特性に差が生じて所望のバランス特性が実現できない場合が生じ得る。特に、適用される周波数帯域が広くなると、平衡信号間の特性の差が大きくなりやすくなる。

バランス特性を改善するために、図８に示されるバラン２００Ａのように、図７のバラン２００の２つの平衡端子にコモンモードチョークコイル１０５を接続した構成が採用される場合がある。コモンモードチョークコイルは、一般的には、フェライト等で形成された共通のコア（図示せず）に、線路長が等しく、かつ、巻回方向が互いに異なる２つの線路が巻回された構成を有している。図８の比較例２においては、第２線路Ｌ２と平衡端子Ｔ２との間に接続された線路Ｌ２Ａと、第３線路Ｌ３と平衡端子Ｔ３との間に接続された線路Ｌ３Ａとが電磁界結合するように配置されている。さらに、線路Ｌ２Ａおよび線路Ｌ３Ａは、線路Ｌ２Ａを通過する信号の位相が、線路Ｌ３Ａを通過する信号の位相に対して逆位相となるように接続される。このような構成とすると、互いの線路で生じる磁束が打ち消されるため、平衡端子Ｔ２および平衡端子Ｔ３から出力される信号におけるノイズが除去され、出力信号のバランス特性が改善される。

しかしながら、図８に示したバラン２００Ａの構成においては、３線式のバランの構成に加えてコモンモードチョークコイルを基板内に形成する、あるいは、コモンモードチョークコイルのチップ部品を別途組み合わせることが必要となる。そのため、全体の機器サイズが大きくなり小型化の妨げになる可能性がある。

一方で、実施の形態１に従うバラン１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、３線式のバランの構成の第３線路Ｌ３に結合する第４線路Ｌ４を追加することによって、第３線路Ｌ３と第４線路Ｌ４とによってコモンモードチョークコイルと同等の機能を実現することができる。したがって、比較例１のバランに比べて、サイズの増大を抑制しつつ、平衡線路間の信号のバランス特性を向上させることができる。

図９は、実施の形態１のバランの特性を説明するための図である。図９においては、図２に示したバラン１００、および、図７で示した比較例１のバラン２００における、挿入損失（Insertion Loss：ＩＬ）、反射損失（Return Loss：ＲＬ）、振幅バランス（Amplitude Balance：ＡＢ）、位相偏差（Phase Difference：ＰＤ）、および同相信号除去比（Common Mode Rejection Ratio：ＣＭＲＲ）の各特性についてのシミュレーション結果が示されている。各特性のグラフにおいて、実線ＬＮ１０，ＬＮ１１，ＬＮ１２，ＬＮ１３，ＬＮ１４は実施の形態１のバラン１００の場合を示しており、破線ＬＮ１０Ｘ，ＬＮ１１Ｘ，ＬＮ１２Ｘ，ＬＮ１３Ｘ，ＬＮ１４Ｘは比較例１のバラン２００の場合を示している。

なお、本シミュレーションの例における通過帯域の仕様は６００ＭＨｚ以上１５００ＭＨｚ以下の範囲である。また、不平衡端子Ｔ１および平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される外部機器のインピーダンスはいずれも５０Ωである。すなわち入力－出力間のインピーダンス比は１：２（５０Ω：１００Ω）である。

図９を参照して、挿入損失および反射損失については、実施の形態１のバラン１００および比較例１のバラン２００のいずれも、通過帯域の全域にわたってＩＬ：１．５ｄＢ以下，ＲＬ：１０ｄＢ以上を満たしているが、バラン１００（実線ＬＮ１０，ＬＮ１１）のほうがバラン２００（破線ＬＮ１０Ｘ，ＬＮ１１Ｘ）に比べて損失が若干低下している。これは、第２線路Ｌ２に並列接続される第４線路Ｌ４によって、基準電位から平衡端子Ｔ２へ至る経路の損失が低減しているためと考えられる。

振幅バランスについては、比較例１のバラン２００の場合（破線ＬＮ１２Ｘ）には通過帯域の特に低周波数領域において仕様範囲外となっている。一方、実施の形態１のバラン１００の場合（実線ＬＮ１２）には、通過帯域の全域において仕様範囲内となっており、バランス特性が改善されていることがわかる。

位相偏差については、実施の形態１のバラン１００（実線ＬＮ１３）および比較例１のバラン２００（破線ＬＮ１３Ｘ）のいずれも、通過帯域の全域にわたって±１０ｄｅｇ以内を満たしているが、バラン１００の方がより０ｄＢに近い結果となっている。

同相信号除去比は、振幅バランスと位相偏差とを組み合わせた特性を表現した指標であり、一般的には２５ｄＢ以上であることが好ましいとされる。図９より、実施の形態１のバラン１００（実線ＬＮ１４）は、通過帯域の全域にわたって比較例１のバラン２００（破線ＬＮ１４Ｘ）よりも高い同相信号除去比が実現できており、かつ、過帯域の全域にわたって２５ｄＢ以上の同相信号除去比が実現できている。

以上のように、実施の形態１に従うバラン１００，１００Ａ，１００Ｂのように、平衡端子Ｔ２に接続された第２線路Ｌ２に並列接続された第４線路Ｌ４を、他方の平衡端子Ｔ３に接続された第３線路Ｌ３に結合させる構成を採用することによって、バランの機器サイズを大幅に増加することなく、広い通過帯域幅にわたって平衡端子間のバランス特性を向上させることが可能となる。

（変形例）
上記の実施の形態１のバラン１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、平衡端子Ｔ２に接続される第２線路Ｌ２に電気的に並列接続された第４線路Ｌ４を追加した構成であったが、それに代えて、図１０の変形例のバラン１００Ｃのように、平衡端子Ｔ３に接続される第３線路Ｌ３に電気的に並列接続された第５線路Ｌ５を追加する構成であってもよい。

図１０のバラン１００Ｃにおいては、第５線路Ｌ５の一方端は平衡端子Ｔ３に接続され、他方端は基準電位に接続される。第５線路Ｌ５は、第２線路Ｌ２に電磁界結合されるように配置される。第５線路Ｌ５は、第２線路Ｌ２を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される。

このような構成とすることによって、バラン１００Ｃにおいて、第２線路Ｌ２と第５線路Ｌ５とによってコモンモードチョークコイルと同等の機能が実現される。したがって、変形例のバラン１００Ｃにおいても、実施の形態１のバラン１００，１００Ａ，１００Ｂと同様に、バランの機器サイズを大幅に増加することなく、広い通過帯域幅にわたって平衡端子間のバランス特性を向上させることができる。

上記の例においては、不平衡端子Ｔ１および平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される外部機器のインピーダンスがいずれも５０Ωの、入力－出力間のインピーダンス比が１：２である場合について説明したが、平衡端子に接続されるインピーダンスがより高インピーダンスの場合にも、上記と同様の構成を適用することができる。たとえば、不平衡端子Ｔ１および平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される外部機器のインピーダンスがいずれも１００Ωであり、入力－出力間のインピーダンス比が１：４（５０Ω：２００Ω）である場合にも、図７の比較例１の構成に比べて、平衡端子間のバランス特性を向上させることができる。

なお、平衡線路側のインピーダンスを不平衡線路側のインピーダンスよりも高インピーダンスにする場合、平衡線路（第２線路Ｌ２，第３線路Ｌ３）を形成するコイルの巻回数を不平衡線路（第１線路Ｌ１）を形成するコイルの巻回数よりも増加させる。または、不平衡線路を形成するコイルの巻回数を減少させてもよいし、波長短縮用のキャパシタＣ１のキャパシタンスを小さくしてもよい。このとき、平衡線路のコイルと不平衡線路のコイルとの間の距離を広げてコイル間の容量結合を低下させることによって、平衡線路の共振周波数を不平衡線路の共振周波数と一致させる。

上述の説明においては、不平衡端子Ｔ１に入力される入力信号に対して、平衡端子Ｔ２から出力される信号が逆位相であり、平衡端子Ｔ３から出力される信号が同位相である場合の例について説明した。しかしながら、バランにおいては、入力信号に対する出力信号の位相には周波数特性を有しており、必ずしも入力信号に対して同位相あるいは逆位相になるとは限らない。図１１は、実施の形態１のバランにおける、入力信号（不平衡信号）に対する出力信号（平衡信号）の位相の周波数特性を説明するための図である。図１１においては、横軸に周波数が示されており、縦軸には位相が示されている。図１１において、実線ＬＮ１５は平衡端子Ｔ２から出力される信号の通過特性を示し、破線ＬＮ１６は平衡端子Ｔ３から出力される信号の通過特性を示している。

図１１を参照して、このシミュレーションの例においては、周波数が０．７ＧＨｚ付近の場合には、平衡端子Ｔ２から出力される信号は入力信号に対して逆位相となり、平衡端子Ｔ３から出力される信号は入力信号に対して同位相となっている。しかしながら、周波数が０．７ＧＨｚよりも大きくなるに従って、各出力信号の位相が入力信号に対して徐々に遅る傾向を示している。なお、周波数が変化した場合であっても、２つの平衡端子から出力される出力信号同士の位相は互いに逆位相となる。

［実施の形態２］
実施の形態１およびその変形例においては、平衡端子に接続される機器のインピーダンスが、不平衡端子に接続される機器のインピーダンスと等しい場合、あるいは、インピーダンスがより高い場合について説明した。

一方で、平衡端子に接続される機器のインピーダンスを、不平衡端子に接続される機器のインピーダンスよりも低くする場合がある。この場合、一般的には、バランにおける平衡線路を形成するコイルの巻回数を減少させる、不平衡線路を形成するコイルの巻回数を増加させる、あるいは波長調整用のキャパシタＣ１のキャパシタンスを大きくすることで、所望のインピーダンス比が実現される。しかしながら、平衡線路側を低インピーダンスとする場合、平衡線路の共振周波数と不平衡線路の共振周波数を一致させるために、不平衡線路と平衡線路との間の容量結合の度合いをより大きくすることが必要とされる。

不平衡線路と平衡線路との間の結合度合いを増加させるためには、線路間の距離を短縮する、すなわち各誘電体層の厚みを薄くすることが必要となるが、製造上の制約あるいは誘電体層の機械的強度などの観点から、誘電体層を形成する誘電体シートの厚みが制限される場合があり、所望の結合容量を実現できない場合が生じ得る。

誘電体層のシート厚の制限によって不足する結合容量を、調整用のキャパシタを追加することによって実現することも可能ではあるが、誘電体基板内に所望の容量のキャパシタを追加すると、機器全体のサイズが大きくなってしまい、小型化の要求を満足できない可能性がある。

そこで、実施の形態２においては、実施の形態１のバランの構成に加えて、他方の平衡端子に接続される線路にも並列接続された線路を設けて、上記構成のバランに結合させる構成を採用する。これにより、不平衡線路と平衡線路との間の結合度合いを増加させることができるので、平衡端子側のインピーダンスが不平衡端子側のインピーダンスに比べて低い場合であっても、バランの機器サイズを大幅に増加することなく、広い通過帯域幅にわたって平衡端子間のバランス特性を向上させることが可能となる。

図１２は、実施の形態２に従うバラン１００Ｄの回路図である。バラン１００Ｄの構成は、基本的には、実施の形態１のバラン１００Ａと変形例のバラン１００Ｃを組み合わせた構成に対応する。具体的には、平衡端子Ｔ２に接続された第２線路Ｌ２に対して電気的に並列接続された第４線路Ｌ４が、第３線路Ｌ３に電磁界結合するように配置され、さらに、平衡端子Ｔ３に接続された第３線路Ｌ３に対して電気的に並列接続された第５線路Ｌ５が、第２線路Ｌ２に電磁界結合するように配置されている。その他の構成については、バラン１００Ａおよびバラン１００Ｃと同様である。このような構成とすることによって、不平衡線路と平衡線路との結合度合いを高めることができる。さらに、第２線路Ｌ２と第５線路Ｌ５との組み合わせ、および、第３線路Ｌ３と第４線路Ｌ４との組み合わせの各々において、実質的にコモンモードチョークコイルと同様の機能が発揮されるため、平衡線路間のバランス特性を改善することができる。

図１３は、バラン１００Ｄの分解斜視図である。図１３を参照して、バラン１００Ｄの誘電体基板１１０は、複数の誘電体層ＬＹ２１～ＬＹ３６が積層された構成を有している。

誘電体基板１１０において、線路Ｌ１～Ｌ５は、上面から積層方向に、第５線路Ｌ５、第２線路Ｌ２、第１線路Ｌ１、第３線路Ｌ３、および第４線路Ｌ４の順に隣接して積層されている。このような積層順により、第１線路Ｌ１は第２線路Ｌ２および第３線路Ｌ３と結合し、第２線路Ｌ２は第５線路Ｌ５とさらに結合し、第３線路Ｌ３は第４線路Ｌ４とさらに結合する。図１３の例においては、線路Ｌ１～Ｌ５は、共通の巻回軸ＣＬ２の周りに巻回され、各線路Ｌ１～Ｌ５におけるコイルの開口部が線路Ｌ１～Ｌ５にわたって重なっている。

線路Ｌ１～Ｌ５の各々は隣接した２つの層にわたって形成されており、各層に形成されたコイルはビアにより接続されている。より詳細には、第１線路Ｌ１は、第６層ＬＹ２６に形成されたコイルＬ１１ａと、第７層ＬＹ２７に形成されたコイルＬ１２ａとがビアＶ１で接続された構成を有している。第２線路Ｌ２は、第４層ＬＹ２４に形成されたコイルＬ２１ａと、第５層ＬＹ２５に形成されたコイルＬ２２ａとがビアＶ２で接続された構成を有している。第３線路Ｌ３は、第８層ＬＹ２８に形成されたコイルＬ３１ａと、第９層ＬＹ２９に形成されたコイルＬ３２ａとがビアＶ３で接続された構成を有している。第４線路Ｌ４は、第１０層ＬＹ３０に形成されたコイルＬ４１ａと、第１１層ＬＹ３１に形成されたコイルＬ４２ａとがビアＶ４で接続された構成を有している。第５線路Ｌ５は、第２層ＬＹ２２に形成されたコイルＬ５１ａと、第３層ＬＹ２３に形成されたコイルＬ５２ａとがビアＶ５で接続された構成を有している。

第１２層ＬＹ３２および第１４層ＬＹ３４には、接地電極ＧＮＤに接続された平板電極Ｃ１０，Ｃ１２がそれぞれ形成されている。また、第１３層ＬＹ３３および第１５層ＬＹ３５には、端子Ｔ０によって第１線路Ｌ１に接続された平板電極Ｃ１１，Ｃ１３がそれぞれ形成されている。平板電極Ｃ１０～Ｃ１３によって調整用のキャパシタＣ１が形成される。

また、第１５層ＬＹ３５には、平板電極Ｃ２１および平板電極Ｃ３１がさらに形成されている。平板電極Ｃ２１と第１４層の平板電極Ｃ１２によって調整用のキャパシタＣ２が形成されており、平板電極Ｃ３１と平板電極Ｃ１２によって調整用のキャパシタＣ２が形成されている。

第１線路Ｌ１を形成するコイルＬ１１ａ，Ｌ１２ａは、コイルＬ１２ａの不平衡端子Ｔ１との接続点からコイルＬ１１ａの端子Ｔ０との接続点へ向かってＣＣＷ方向（矢印ＡＲ１１，ＡＲ１２）に巻回されている。コイルＬ１１ａの端子Ｔ０は、外部電極を介して、第１３層ＬＹ３３の平板電極Ｃ１１および第１５層ＬＹ３５の平板電極Ｃ１３に接続され、第１２層ＬＹ３２～第１５層ＬＹ３５によって形成されるキャパシタＣ１を介して接地電極ＧＮＤに接続される。不平衡端子Ｔ１に入力された信号は、不平衡端子Ｔ１から接地電極ＧＮＤに向かって伝達されるため、信号はコイルＬ１１ａ，Ｌ１２ａに沿ってＣＣＷ方向に伝達される。

第２線路Ｌ２を形成するコイルＬ２１ａ，Ｌ２２ａは、コイルＬ２１ａの平衡端子Ｔ２との接続点からコイルＬ２２ａの接地電極ＧＮＤとの接続点に向かってＣＣＷ方向（矢印ＡＲ２１，ＡＲ２２）に巻回されている。すなわち、平衡端子Ｔ２から基準電位に向かう第２線路Ｌ２の巻回方向は、不平衡端子Ｔ１から基準電位に向かう第１線路Ｌ１の巻回方向と同じである。一方、第１線路Ｌ１との結合により誘起された高周波信号は、第２線路Ｌ２の平衡端子Ｔ２から出力されるため、第２線路Ｌ２において、信号はコイルＬ２１ａ，Ｌ２２ａに沿ってＣＷ方向に伝達される。

第３線路Ｌ３を形成するコイルＬ３１ａ，Ｌ３２ａは、コイルＬ３１ａの平衡端子Ｔ３との接続点からコイルＬ３２ａの接地電極ＧＮＤとの接続点へ向かってＣＷ方向（矢印ＡＲ３１，ＡＲ３２）に巻回されている。すなわち、平衡端子Ｔ３から基準電位に向かう第３線路Ｌ３の巻回方向は、不平衡端子Ｔ１から基準電位に向かう第１線路Ｌ１の巻回方向とは逆方向である。一方、第１線路Ｌ１との結合により誘起された高周波信号は、第３線路Ｌ３の平衡端子Ｔ３から出力されるため、平衡端子Ｔ３から出力される信号は、第３線路Ｌ３において、信号はコイルＬ３１ａ，Ｌ３２ａに沿ってＣＣＷ方向に伝達される。

第４線路Ｌ４を形成するコイルＬ４１ａ，Ｌ４２ａは、コイルＬ４２ａの平衡端子Ｔ２との接続点からコイルＬ４１ａの接地電極ＧＮＤとの接続点へ向かってＣＣＷ方向（矢印ＡＲ４１，ＡＲ４２）に巻回されている。すなわち、第４線路Ｌ４の巻回方向は、第３線路Ｌ３の巻回方向とは逆方向である。一方、第４線路Ｌ４は第２線路と並列に接続されており、誘起された高周波信号は平衡端子Ｔ２から出力されるため、第４線路Ｌ４において、信号はコイルＬ４１ａ，Ｌ４２ａに沿ってＣＷ方向に伝達される。したがって、平衡端子Ｔ２から出力される信号は、第３線路Ｌ３を通過する信号に対して逆位相となる。

第５線路Ｌ５を形成するコイルＬ５１ａ，Ｌ５２ａは、コイルＬ５２ａの平衡端子Ｔ３との接続点からコイルＬ５１ａの接地電極ＧＮＤとの接続点へ向かってＣＷ方向（矢印ＡＲ５１，ＡＲ５２）に巻回されている。すなわち、第５線路Ｌ５の巻回方向は、第２線路Ｌ２の巻回方向とは逆方向である。一方、第５線路Ｌ５は第３線路と並列に接続されており、誘起された高周波信号は平衡端子Ｔ３から出力されるため、第５線路Ｌ５において、信号はコイルＬ５１ａ，Ｌ５２ａに沿ってＣＣＷ方向に伝達される。したがって、平衡端子Ｔ３から出力される信号は、第２線路Ｌ２を通過する信号に対して逆位相となる。

図１４は、実施の形態２のバラン１００Ｄの特性を説明するための図である。図１４においては、実施の形態２の平行５線式のバラン１００Ｄ、実施の形態１の平行４線式のバラン１００、および比較例１の平行３線式のバラン２００についての、挿入損失（ＩＬ）、反射損失（ＲＬ）、振幅バランス（ＡＢ）、位相偏差（ＰＤ）、および同相信号除去比（ＣＭＲＲ）の各特性についてのシミュレーション結果が示されている。各特性のグラフにおいて、実線ＬＮ２０，ＬＮ２１，ＬＮ２２，ＬＮ２３，ＬＮ２４は実施の形態２のバラン１００Ｄの場合を示しており、破線ＬＮ２０Ａ，ＬＮ２１Ａ，ＬＮ２２Ａ，ＬＮ２３Ａ，ＬＮ２４Ａは実施の形態１のバラン１００の場合を示しており、一点鎖線ＬＮ２０Ｂ，ＬＮ２１Ｂ，ＬＮ２２Ｂ，ＬＮ２３Ｂ，ＬＮ２４Ｂは比較例１のバラン１００の場合を示している。

なお、本シミュレーションの例における通過帯域の仕様は、実施の形態１と同様に６００ＭＨｚ以上１５００ＭＨｚ以下の範囲である。バラン１００Ｄにおいては、不平衡端子Ｔ１に接続される外部機器のインピーダンスは５０Ωであり、平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される外部機器のインピーダンスは２５Ωである。すなわち、入力－出力間のインピーダンス比は１：１（５０Ω：５０Ω）であり、平衡端子側のインピーダンスが不平衡端子側のインピーダンスに比べて低くされている。

図１４を参照して、挿入損失および反射損失については、実施の形態２のバラン１００Ｄ、実施の形態１のバラン１００および比較例１のバラン２００のいずれも、通過帯域の全域にわたってＩＬ：１．５ｄＢ以下，ＲＬ：１０ｄＢ以上を満たしている。しかしながら、振幅バランスおよび位相偏差においては、実施の形態１のバラン１００（破線ＬＮ２２Ａ，ＬＮ２３Ａ）および比較例１のバラン２００（一点鎖線ＬＮ２２Ｂ，ＬＮ２３Ｂ）については仕様範囲外となる領域が生じている。一方で、実施の形態２のバラン１００Ｄ（実線ＬＮ２２，ＬＮ２３）については、振幅バランスおよび位相偏差のいずれも仕様範囲内が達成されている。これにより、同相信号除去比についても、実施の形態１のバラン１００（破線ＬＮ２４Ａ）および比較例１のバラン２００（一点鎖線ＬＮ２４Ｂ）については２５ｄＢを下回る周波数帯域が生じているが、実施の形態２のバラン１００Ｄ（実線ＬＮ２４）では、通過帯域の全域にわたって２５ｄＢ以上の同相信号除去比が実現できている。

すなわち、平衡線路側が不平衡線路側よりも低インピーダンスとなる場合において、実施の形態１で示した構成のバランでも所望のバランス特性が実現できない場合であっても、実施の形態２の構成とすることによって所望のバランス特性を実現できることがわかる。

［実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２で説明したバランの例においては、図６および図１３で示したように、各線路が２つの層にわたるコイルで形成される構成について説明した。当該バランを低周波数の領域で使用する際には、コイルの線路長をさらに長くすることが必要となる場合がある。この場合、使用対象の周波数によっては、２つの層で所望の線路長を実現することができず、より多くの層にわたってコイルを形成する必要が生じ得る。

ここで、本開示におけるバランの例のように、外部機器との接続に用いる外部電極が誘電体基板の側面に形成される場合（図４参照）には、各線路において外部電極と接続する端部は、各誘電体層の外周部に位置するようにすることが好ましい。しかしながら、奇数（たとえば３層）の誘電体層を用いてスパイラル状のコイルを形成した場合、当該線路を形成する誘電体層の最上層あるいは最下層において、コイル端部の一方が誘電体層の外周部よりも内側に位置してしまう状態となり得る。そうすると、内側に位置するコイル端部を引き出すための配線パターンを形成する層が別途必要となり、バラン全体のサイズが大きくなる可能性がある。

また、４層以上の偶数の誘電体層を用いる場合、隣接する線路との距離が遠くなる部分が発生するため、隣接する線路との結合が弱くなってしまい、十分な特性が得られない場合が生じ得る。

そこで、実施の形態３においては、３層の誘電体層を使用しながら、形成されるコイルの両端を誘電体層の外周部に配置する構成について説明する。

図１５は、実施の形態３に係るバラン１００Ｅの分解斜視図である。図１５を参照して、バラン１００Ｅの誘電体基板１１０は、複数の誘電体層ＬＹ４１～ＬＹ５２が積層された構成を有している。バラン１００Ｅは、実施の形態２のバラン１００Ｄと同様に、５つの線路Ｌ１～Ｌ５により構成されている。なお、バラン１００Ｅにおいては、バラン１００Ｄとは線路の積層順序が逆になっている。すなわち、バラン１００Ｅにおいては、線路Ｌ１～Ｌ５は、下面から積層方向に、第５線路Ｌ５、第２線路Ｌ２、第１線路Ｌ１、第３線路Ｌ３、および第４線路Ｌ４の順に隣接して積層されている。このような積層順により、第１線路Ｌ１は第２線路Ｌ２および第３線路Ｌ３と結合し、第２線路Ｌ２は第５線路Ｌ５とさらに結合し、第３線路Ｌ３は第４線路Ｌ４とさらに結合する。また、バラン１００Ｅにおいては、各線路のインピーダンスを調整することによって、調整用のキャパシタを形成する層が省略されている。

図１５のバラン１００Ｅの例においては、線路Ｌ１～Ｌ５のうち、第１線路Ｌ１は隣接した３つの層にわたって形成されており、線路Ｌ２～Ｌ５についてはバラン１００Ｄと同様に隣接する２つの層にわたって形成されている。より詳細には、第１線路Ｌ１は、第６層ＬＹ４６に形成されたコイルＬ１１ｂと、第７層ＬＹ４７に形成されたコイルＬ１２ｂとがビアＶ１１で接続され、さらに、第７層ＬＹ４７に形成されたコイルＬ１２ｂと第８層ＬＹ４８に形成されたコイルＬ１３ｂとがビアＶ１２で接続された構成を有している。第２線路Ｌ２は、第９層ＬＹ４９に形成されたコイルＬ２１ｂと、第１０層ＬＹ５０に形成されたコイルＬ２２ｂとがビアＶ２で接続された構成を有している。第３線路Ｌ３は、第４層ＬＹ４４に形成されたコイルＬ３１ｂと、第５層ＬＹ４５に形成されたコイルＬ３２ｂとがビアＶ３で接続された構成を有している。第４線路Ｌ４は、第２層ＬＹ４２に形成されたコイルＬ４１ｂと、第３層ＬＹ４３に形成されたコイルＬ４２ｂとがビアＶ４で接続された構成を有している。第５線路Ｌ５は、第１１層ＬＹ５１に形成されたコイルＬ５１ｂと、第１２層ＬＹ５２に形成されたコイルＬ５２ｂとがビアＶ５で接続された構成を有している。

隣接する２つの層で形成される線路Ｌ２～Ｌ５については、平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される端部が一方の層の外周部に配置され、接地電極ＧＮＤに接続される端部が他方の層の外周部に配置される。２つの層を接続するビアは、各誘電体層の外周部よりも内側に形成されている。

第１線路Ｌ１の２層目のコイルＬ１２ｂの両端は、１層目のコイルＬ１１ｂおよび３層目のコイルＬ１３ｂにそれぞれ接続されており、不平衡端子Ｔ１にも接地電極ＧＮＤにも接続されていない。そのため、コイルＬ１１ｂおよびコイルＬ１３ｂにおいて、コイルＬ１２ｂと接続される端部は、誘電体層の外周部よりも内側に配置される。したがって、２層目のコイルＬ１２ｂは、コイルＬ１２ｂが形成される誘電体層の外周部より内側に両端が配置されるように巻回される。言い換えると、２層目のコイルＬ１２ｂの両端は、１層目のコイルＬ１１ｂの最外周の線路導体よりも内側に配置されており、さらに、３層目のコイルＬ１３ｂの最外周の線路導体よりも内側に配置されている。

以上のような形状にコイルを形成することによって、３つの誘電体層でコイルを形成する場合であっても、第１線路Ｌ１の１層目および３層目において、誘電体層の外周部にコイルの端部を配置することができる。これにより、線路間の結合を弱めることなく、線路長を長くすることができるので、比較的低い周波数帯域を対象としたバランにおいても、バラン全体のサイズが大きくなることを抑制することができる。

なお、図１５の例においては、不平衡端子に接続される第１線路が３つの誘電体層で形成される場合について説明したが、第１線路に代えてあるいは加えて、他の線路を３つの誘電体層で形成してもよい。

なお、実施の形態３において第１線路を形成する「第６層ＬＹ４６」は、本開示における「第１誘電体層」に対応する。第１線路を形成する「第７層ＬＹ４７」は、本開示における「第２誘電体層」に対応する。第１線路を形成する「第８層ＬＹ４８」は、本開示における「第３誘電体層」に対応する。

［実施の形態４］
一般的に、バランにおいては、２つの平衡端子の出力が、対象となる通過帯域において同位相であることが好ましい。すなわち、２つの不平衡端子から出力される信号の位相偏差が０°に近いことが好ましい。しかしながら、上述のような多線式のバランにおいては、各線路におけるコイルの形状等によって結合状態が必ずしも対称とはならず、位相偏差に周波数特性が生じる場合がある。特に不平衡端子に接続される第１線路については、隣接する第２線路および第３線路との結合が非対称となると、２つの平衡端子の出力に位相偏差が生じやすい。

そこで、実施の形態４においては、多線式バランにおいて、不平衡端子に接続される線路を形成するコイルを積層方向に対称な配置とすることによって、線路間の結合状態の対称性を向上し、位相偏差における周波数特性を改善する構成について説明する。

図１６は、実施の形態４に係るバラン１００Ｆの分解斜視図である。図１６を参照して、バラン１００Ｆの誘電体基板１１０は、複数の誘電体層ＬＹ６１～ＬＹ７２が積層された構成を有している。バラン１００Ｆは、実施の形態３のバラン１００Ｅと同様に、５つの線路Ｌ１～Ｌ５により構成されている。バラン１００Ｆにおける線路の積層順序は、バラン１００Ｅと同様であり、線路Ｌ１～Ｌ５は、下面から積層方向に、第５線路Ｌ５、第２線路Ｌ２、第１線路Ｌ１、第３線路Ｌ３、および第４線路Ｌ４の順に隣接して積層されている。なお、バラン１００Ｆにおいても、各線路のインピーダンスを調整することによって、調整用のキャパシタを形成する層が省略されている。

図１６のバラン１００Ｆの例においては、線路Ｌ１～Ｌ５のうち、第１線路Ｌ１は隣接した３つの層にわたって形成されており、線路Ｌ２～Ｌ５については隣接した２つの層にわたって形成されている。より詳細には、第１線路Ｌ１は、第６層ＬＹ６６に形成されたコイルＬ１１ｃと、第７層ＬＹ６７に形成されたコイルＬ１２ｃとがビアＶ１１で接続され、さらに、第７層ＬＹ６７に形成されたコイルＬ１２ｃと第８層ＬＹ６８に形成されたコイルＬ１３ｃとがビアＶ１２で接続された構成を有している。第２線路Ｌ２は、第９層ＬＹ６９に形成されたコイルＬ２１ｃと、第１０層ＬＹ７０に形成されたコイルＬ２２ｃとがビアＶ２で接続された構成を有している。第３線路Ｌ３は、第４層ＬＹ６４に形成されたコイルＬ３１ｃと、第５層ＬＹ６５に形成されたコイルＬ３２ｃとがビアＶ３で接続された構成を有している。第４線路Ｌ４は、第２層ＬＹ６２に形成されたコイルＬ４１ｃと、第３層ＬＹ６３に形成されたコイルＬ４２ｃとがビアＶ４で接続された構成を有している。第５線路Ｌ５は、第１１層ＬＹ７１に形成されたコイルＬ５１ｃと、第１２層ＬＹ７２に形成されたコイルＬ５２ｃとがビアＶ５で接続された構成を有している。

第１線路Ｌ１における２層目のコイルＬ１２ｃの一方端は、誘電体層の外周部において不平衡端子Ｔ１に接続される。コイルＬ１２ｃの他方端は、誘電体層の外周部より内側において、ビアＶ１１を介して１層目のコイルＬ１１ｃの一方端に接続されている。また、コイルＬ１２ｃの他方端は、ビアＶ１２を介して３層目のコイルＬ１３ｃの一方端に接続されている。そして、コイルＬ１１ｃおよびコイルＬ１３ｃの他方端は、それぞれの誘電体層の外周部において、接地電極ＧＮＤに接続されている。すなわち、図１７（ａ）の等価回路に示すように、２層目のコイルＬ１２ｃと接地電極ＧＮＤとの間に、１層目のコイルＬ１１ｃおよび３層目のコイルＬ１３ｃが並列に接続されている。

さらに、バラン１００Ｆにおいては、第１線路Ｌ１における１層目のコイルＬ１１ｃおよび３層目のコイルＬ１３ｃは、同じ線路長かつ同じ形状に形成されている。言い換えれば、バラン１００Ｆを積層方向に平面視した場合に、コイルＬ１１ｃとコイルＬ１３ｃとは互いに全体が重なっている。不平衡端子Ｔ１に接続される第１線路をこのような対称な構成とすることによって、第２線路Ｌ２と結合するコイルＬ１３ｃおよび第３線路Ｌ３と結合するコイルＬ１１ｃには、同じ位相の信号が伝播することになる。これにより、平衡端子Ｔ２，Ｔ３に接続される他の線路間において、第１線路Ｌ１との電磁界結合によって生じる信号の位相偏差についての第１線路Ｌ１の影響を低減できる。したがって、位相偏差における周波数特性を改善することができる。

なお、バラン１００Ｆの例においては、第１線路Ｌ１におけるコイルＬ１１ｃおよびコイルＬ１３ｃが同一形状である場合について説明したが、これらのコイルの形状は必ずしも同一でなくてもよい。たとえば、当該コイルに結合する第２線路Ｌ２および第２線路Ｌ３を形成するコイル形状が互いに異なる場合には、それに対応してコイルＬ１１ｃおよびコイルＬ１３ｃの各コイルの形状を個別に変更することによって、第２線路Ｌ２および第２線路Ｌ３に生じる信号の位相偏差を低減してもよい。

また、図１７（ｂ）の等価回路のように、２層目のコイル１２ｄの一方端が接地電極ＧＮＤに接続され、コイル１２ｄの他方端と不平衡端子Ｔ１との間に、１層目のコイル１１ｄおよび３層目のコイル１３ｄが並列に接続される構成であってもよい。

図１８は、実施の形態４のバランの特性を説明するための図である。図１８においては、第１線路Ｌ１を積層方向に対称形状とした場合（実施の形態４）、および、第１線路Ｌ１を非対称形状とした場合（比較例）の、挿入損失（ＩＬ）、反射損失（ＲＬ）、振幅バランス（ＡＢ）、および位相偏差（ＰＤ）が示されている。各特性のグラフにおいて、実線ＬＮ３０，ＬＮ３１，ＬＮ３２，ＬＮ３３は実施の形態４のバラン１００Ｆの場合を示しており、破線ＬＮ３０Ｘ，ＬＮ３１Ｘ，ＬＮ３２Ｘ，ＬＮ３３Ｘは比較例の場合を示している。

本シミュレーションの例における通過帯域の仕様範囲（６００ＭＨｚ～１５００ＭＨｚ）においては、比較例の場合、挿入損失、反射損失および振幅バランスについては所望の仕様を満たしているが、位相偏差については周波数が高くなるにつれて偏差が大きくなっており、５ＧＨｚを超える範囲において仕様範囲外となている。一方で、実施の形態４のバラン１００Ｆの場合、挿入損失、反射損失および振幅バランスについては比較例の場合と同様に所望の仕様範囲になっており、さらに、位相偏差についても通過帯域の範囲にわたってほぼ０°付近となっている。すなわち、実施の形態４のバラン１００Ｆにおいては、位相偏差の周波数特性が改善されている。

以上のように、第１線路Ｌ１を積層方向に対称形状とすることによって、隣接する線路間の結合状態の対称性を向上させることができ、バラン全体としての位相偏差の周波数特性を改善することができる。

なお、実施の形態４における「コイル１１ｃ」または「コイル１１ｄ」は、本開示における「第１コイル」に対応する。実施の形態４における「コイル１２ｃ」または「コイル１２ｄ」は、本開示における「第２コイル」に対応する。実施の形態４における「コイル１３ｃ」または「コイル１３ｄ」は、本開示における「第３コイル」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 通信装置、１０ フロントエンド回路、２０ ＲＦＩＣ、１００，１００Ａ～１００Ｆ，２００，２００Ａ バラン、１０５ コモンモードチョークコイル、１１０ 誘電体基板、ＡＮＴ アンテナ、Ｃ１～Ｃ３ キャパシタ、Ｃ１０～Ｃ１３，Ｃ２０，Ｃ２１，Ｃ３１，ＧＮＤ 電極、ＤＭ 方向性マーク、ＦＬＴ１，ＦＬＴ２ フィルタ、Ｌ１～Ｌ５，Ｌ２Ａ，Ｌ３Ａ 線路、Ｌ１１～Ｌ１３，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ５２ コイル、ＬＮＡ 低雑音アンプ、ＬＹ１～ＬＹ１４，ＬＹ２１～ＬＹ３６，ＬＹ４１～ＬＹ５２，ＬＹ６１～ＬＹ７２ 誘電体層、ＰＡ パワーアンプ、ＲＸ 受信側線路、ＳＷ スイッチ、ＩＮ，ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，Ｔ０～Ｔ３，ＴＡ～ＴＣ 端子、ＴＸ 送信側線路、Ｖ１～Ｖ５，Ｖ１１，Ｖ１２ ビア。

Claims (15)

1. 不平衡端子と、
   第１平衡端子および第２平衡端子と、
   前記不平衡端子と基準電位との間に接続された第１線路と、
   前記第１平衡端子と前記基準電位との間に接続され、前記第１線路と結合する第２線路と、
   前記第２平衡端子と前記基準電位との間に接続され、前記第１線路と結合する第３線路と、
   前記第２線路に並列に接続され、前記第３線路と結合する第４線路とを備え、
   前記第４線路は、前記第３線路を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される、バラン。
2. 前記第３線路に並列に接続され、前記第２線路と結合する第５線路をさらに備え、
   前記第５線路は、前記第２線路を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される、請求項１に記載のバラン。
3. 不平衡端子と、
   第１平衡端子および第２平衡端子と、
   前記不平衡端子と基準電位との間に接続された第１線路と、
   前記第１平衡端子と前記基準電位との間に接続され、前記第１線路と結合する第２線路と、
   前記第２平衡端子と前記基準電位との間に接続され、前記第１線路と結合する第３線路と、
   前記第３線路に並列に接続され、前記第２線路と結合する第５線路とを備え、
   前記第５線路は、前記第２線路を通過する信号に対して逆位相の信号が通過するように配置される、バラン。
4. 前記第１線路と前記基準電位との間に接続された第１キャパシタをさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のバラン。
5. 前記第１平衡端子と前記基準電位との間に接続された第２キャパシタをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のバラン。
6. 前記第２平衡端子と前記基準電位との間に接続された第３キャパシタをさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載のバラン。
7. 複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
   前記誘電体基板に形成された不平衡端子と、
   前記誘電体基板に形成された第１平衡端子および第２平衡端子と、
   前記誘電体基板に形成された基準電位端子と、
   前記不平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第１線路と、
   前記第１平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第２線路と、
   前記第２平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第３線路と、
   前記第２線路に並列に接続された第４線路とを備え、
   前記第１線路～前記第４線路の各々は、前記誘電体基板の積層方向を巻回軸とするコイルを形成し、
   前記誘電体基板において、前記第１線路～前記第４線路は、積層方向に前記第２線路、前記第１線路、前記第３線路、および前記第４線路の順に積層されており、
   前記第１平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第２線路の巻回方向は、前記不平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第１線路の巻回方向と同方向であり、
   前記第２平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第３線路の巻回方向は、前記不平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第１線路の巻回方向と逆方向であり、
   前記第１平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第４線路の巻回方向は、前記第２平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第３線路の巻回方向と逆方向であり、
   前記誘電体基板の積層方向から平面視した場合に、前記第１線路～前記第４線路の各々によって形成されるコイルの開口部が互いに重なっている、バラン。
8. 前記バランは、
   前記第３線路に並列に接続された第５線路をさらに備え、
   前記誘電体基板において、前記第１線路～前記第５線路は、積層方向に前記第５線路、前記第２線路、前記第１線路、前記第３線路、および前記第４線路の順に積層されており、
   前記第２平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第５線路の巻回方向は、前記第１平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第２線路の巻回方向と逆方向である、請求項７に記載のバラン。
9. 複数の誘電体層が積層された誘電体基板と、
   前記誘電体基板に形成された不平衡端子と、
   前記誘電体基板に形成された第１平衡端子および第２平衡端子と、
   前記誘電体基板に形成された基準電位端子と、
   前記不平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第１線路と、
   前記第１平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第２線路と、
   前記第２平衡端子と前記基準電位端子との間に接続された第３線路と、
   前記第３線路に並列に接続された第５線路とを備え、
   前記第１線路、前記第２線路、前記第３線路および前記第５線路の各々は、前記誘電体基板の積層方向を巻回軸とするコイルを形成し、
   前記誘電体基板において、前記第１線路～前記第３線路および前記第５線路は、積層方向に前記第５線路、前記第２線路、前記第１線路、および前記第３線路の順に積層されており、
   前記第１平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第２線路の巻回方向は、前記不平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第１線路の巻回方向と同方向であり、
   前記第２平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第３線路の巻回方向は、前記不平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第１線路の巻回方向と逆方向であり、
   前記第２平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第５線路の巻回方向は、前記第１平衡端子から前記基準電位端子に向かう前記第２線路の巻回方向と逆方向であり、
   前記誘電体基板の積層方向から平面視した場合に、前記第１線路、前記第２線路、前記第３線路および前記第５線路の各々によって形成されるコイルの開口部が互いに重なっている、バラン。
10. 前記誘電体基板に形成される各線路は、共通の巻回軸の周りに巻回されている、請求項７～９のいずれか１項に記載のバラン。
11. 前記誘電体基板に形成される線路の少なくとも１つは、複数の誘電体層にわたって形成されている、請求項７～１０のいずれか１項に記載のバラン。
12. 前記誘電体基板に形成される線路の少なくとも１つは、第１誘電体層、第２誘電体層および第３誘電体層にわたって形成されており、
    前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層と前記第３誘電体層との間に配置されており、
    前記第２誘電体層に形成されるコイルの両端は、前記第１誘電体層に形成されるコイルの最外周の線路導体よりも内側に配置され、さらに前記第３誘電体層に形成されるコイルの最外周の線路導体よりも内側に配置される、請求項７～１０のいずれか１項に記載のバラン。
13. 前記第１線路は、異なる誘電体層に形成された第１コイル、第２コイルおよび第３コイルにより構成されており、
    前記第１コイルは、前記第３線路に対向した誘電体層に配置されており、一方端が前記基準電位端子に接続され、他方端が前記第２コイルの一方端に接続されており、
    前記第３コイルは、前記第２線路に対向した誘電体層に配置されており、一方端が前記基準電位端子に接続され、他方端が前記第２コイルの一方端に接続されており、
    前記第２コイルは、前記第１コイルと前記第３コイルとの間の誘電体層に配置され、他方端が前記不平衡端子に接続されている、請求項７～１０のいずれか１項に記載のバラン。
14. 前記第１線路は、異なる誘電体層に形成された第１コイル、第２コイルおよび第３コイルにより構成されており、
    前記第１コイルは、前記第３線路に対向した誘電体層に配置されており、一方端が前記不平衡端子に接続され、他方端が前記第２コイルの一方端に接続されており、
    前記第３コイルは、前記第２線路に対向した誘電体層に配置されており、一方端が前記不平衡端子に接続され、他方端が前記第２コイルの一方端に接続されており、
    前記第２コイルは、前記第１コイルと前記第３コイルとの間の誘電体層に配置され、他方端が前記基準電位端子に接続されている、請求項７～１０のいずれか１項に記載のバラン。
15. 前記第１コイルおよび前記第３コイルは、同一形状に形成される、請求項１３または１４に記載のバラン。

Images