JP7214039B2 - 高周波フィルタ - Google Patents

Description

本開示は、高周波フィルタに関する。

高周波フィルタは、高周波回路に搭載される平面フィルタである。例えば、特許文献１に記載された高周波プリント回路基板（ＰＣＢ）ビアは、ＰＣＢの個別の層に形成されたマイクロストリップ導体またはストリップ導体間に垂直に延在する垂直導体と、この垂直導体を取り囲みかつＰＣＢの内層に設けられた導電パッドによって構成される。このビアを備えたＰＣＢは、導電パッドが容量性素子として機能し、垂直導体が誘導性素子として機能することで、高周波フィルタとして機能する。

特表２００４－５２１５３６号公報

特許文献１に記載された高周波フィルタでは、高周波回路が備える増幅器の歪み特性によって通過周波数よりも高周波帯域に生じた不要な高調波成分を抑圧できないという課題があった。

本開示は上記課題を解決するものであり、不要な高調波成分の周波数帯域に阻止帯域を形成することができる高周波フィルタを得ることを目的とする。

本開示に係る高周波フィルタは、積層方向に形成された複数のランドから構成された第１の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成される多層の第１の基板と、積層方向に形成された複数のランドから構成された第２の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成される多層の第２の基板と、積層方向に形成された複数のランドから構成された第３の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成され、第１の基板と第２の基板とに挟持された多層の第３の基板と、を含む多層基板と、多層基板を貫通して設けられ、第１の導電パッド、第２の導電パッドおよび第３の導電パッドと電気的に接続され、多層基板の積層方向の両端部を介して信号が入出力される第１の柱状導体と、多層基板を貫通して第１の柱状導体を取り囲んで設けられ、第１の基板における第３の基板と対向した主面とは反対側の主面に設けられたグラウンド面と電気的に接続され、第２の基板における第３の基板と対向した主面とは反対側の主面に設けられたグラウンド面と電気的に接続された複数の第２の柱状導体を備え、第１の柱状導体および第２の柱状導体は、第１の柱状導体が内導体として機能し、第２の柱状導体が外導体として機能する同軸線路を構成し、第１の柱状導体における、第１の導電パッドと第３の導電パッドとの間隔に対応する部分および第２の導電パッドと第３の導電パッドとの間隔に対応する部分は、信号の伝搬を阻止する阻止帯域の中心周波数において９０度以下の電気長である。

本開示によれば、多層基板が、第１の導電パッドが設けられた第１の基板と、第２の導電パッドが設けられた第２の基板と、第３の導電パッドが設けられ、第１の基板と第２の基板とに挟持された第３の基板とを含んでおり、多層基板において、第１の導電パッド、第２の導電パッドおよび第３の導電パッドと電気的に接続された第１の柱状導体と、第１の柱状導体を取り囲んで設けられ、第１の基板のグラウンド面と電気的に接続され、第２の基板のグラウンド面と電気的に接続された複数の第２の柱状導体とを備える。第１の導電パッドと第３の導電パッドとの間隔および第２の導電パッドと第３の導電パッドとの間隔が、信号の伝搬を阻止する阻止帯域の中心周波数において９０度以下の電気長である。これにより、本開示に係る高周波フィルタは、不要な高調波成分の周波数帯域に阻止帯域を形成することができる。

実施の形態１に係る高周波フィルタを示す斜視図である。 実施の形態１に係る高周波フィルタを、図１のＡ－Ａ線で切断した断面を示す断面斜視図である。 －Ｘ方向から見た図２の高周波フィルタを示す断面図である。 －Ｚ方向から見た図１の高周波フィルタを示す平面図である。 柱状導体部、ランドおよびグラウンド面の関係を示す平面図である。 実施の形態１に係る高周波フィルタの等価回路を示す説明図である。 高周波フィルタの通過特性および反射特性を回路合成計算によって算出した結果（１）を示す特性図である。 高周波フィルタの通過特性および反射特性を回路合成計算によって算出した結果（２）を示す特性図である。 電気長の変換処理を示す説明図である。 高周波フィルタの通過特性および反射特性を電磁界解析によって算出した結果（１）を示す特性図である。 図１１Ａは、ランドおよび開口部の寸法を示す表であり、図１１Ｂは、異なる層のランド同士の間隔を示す表である。 高周波フィルタの通過特性および反射特性を電磁界解析によって算出した結果（２）を示す特性図である。 実施の形態２に係る高周波フィルタを示す断面斜視図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高周波フィルタ１を示す斜視図である。図２は、高周波フィルタ１を、図１のＡ－Ａ線で切断した断面を示す断面斜視図である。図３は、－Ｘ方向から見た図２の高周波フィルタ１を示す断面図である。図４は、－Ｚ方向から見た図１の高周波フィルタ１を示す平面図である。図１、図２、図３および図４では、多層基板２と多層基板３の内層の構造が透かして示されている。高周波フィルタ１は、多層基板２および多層基板３を備える。多層基板２は、第１の基板４、第２の基板５および第３の基板６を備えた多層構造の誘電体基板である。多層基板３は、多層構造の誘電体基板である。

第１の基板４において、最上面にはグラウンド面４ａが設けられ、内層にはグラウンド面４ｂが設けられ、最下面にはグラウンド面４ｃが設けられている。第２の基板５において、最上面にはグラウンド面５ａが設けられ、内層にはグラウンド面５ｂが設けられ、最下面にはグラウンド面５ｃが設けられている。第３の基板６は、第１の基板４と第２の基板５とに挟持されており、その内層において上層から下層へ向けてグラウンド面６ａ、グラウンド面６ｂ、グラウンド面６ｃおよびグラウンド面６ｄが順に設けられている。

多層基板３における、多層基板２と対向する主面（最上面）には、グラウンド面５ｄが設けられ、その内層には、グラウンド面５ｅが設けられ、多層基板２と対向する主面とは反対側の主面（最下面）には、グラウンド面５ｆが設けられている。

柱状導体７は、多層基板２を貫通して設けられた第１の柱状導体である。柱状導体７において、多層基板２の内層に位置する部分が柱状導体部７ａである。多層基板２の最上面から突出した柱状導体７の端部は、外導体８によって取り囲まれており、例えば、図３に示すように、アンテナ素子１００と電気的に接続される。外導体８は、図４に示すように管状の導体壁であってもよいし、柱状導体７が内周面に接触せずに通ることができる貫通孔を有した柱状の導体であってもよい。なお、外導体８は、グラウンド面４ａと電気的に接続されている。

柱状導体９ａ、柱状導体９ｂ、柱状導体９ｃ、柱状導体９ｄ、柱状導体９ｅ、柱状導体９ｆ、柱状導体９ｇ、柱状導体９ｈ、柱状導体９ｉ、柱状導体９ｊ、柱状導体９ｋおよび柱状導体９ｌは、多層基板２を貫通して、柱状導体部７ａを取り囲んで設けられた複数の第２の柱状導体である。柱状導体９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ，９ｉ，９ｊ，９ｋ，９ｌは、それぞれ、第１の基板４における第３の基板６と対向した主面とは反対側の主面に設けられたグラウンド面４ａと電気的に接続され、第２の基板５における第３の基板６と対向した主面と反対側の主面に設けられたグラウンド面５ｃと電気的に接続されている。

多層基板３の内層における柱状導体７と同芯位置には柱状導体７ｂが設けられている。図４に示す柱状導体９ａａ、柱状導体９ｂａ、柱状導体９ｃａ、柱状導体９ｄａ、柱状導体９ｅａ、柱状導体９ｆａ、柱状導体９ｈａ、柱状導体９ｉａ、柱状導体９ｊａ、柱状導体９ｋａおよび柱状導体９ｌａは、多層基板３を貫通して柱状導体７ｂを取り囲んで設けられる。柱状導体９ａａ，９ｂａ，９ｃａ，９ｄａ，９ｅａ，９ｆａ，９ｈａ，９ｉａ，９ｊａ，９ｋａ，９ｌａは、それぞれ、多層基板３の最上面のグラウンド面５ｄと電気的に接続され、多層基板３の最下面のグラウンド面５ｆと電気的に接続されている。

ストリップ線路１０は、多層基板３の外周部から内部へ延びた伝送線路である。ストリップ線路１０における、多層基板３の内部へ延びた一方の端部は、柱状導体７ｂと電気的に接続されている。さらに、ストリップ線路１０の他方の端部には、高周波回路１０１が備える増幅器１０２と電気的に接続されている。

はんだ接続部１１およびはんだ接続部１１ａ～１１ｌは、多層基板２と多層基板３とを接続するために用いられる。はんだ接続部１１は、多層基板３のグラウンド面５ｄに形成された開口部の内側でかつ柱状導体部７ａおよび柱状導体７ｂと同芯位置に設けられる。グラウンド面５ｄのグラウンドパターンとはんだ接続部１１とが導通しないように、グラウンド面５ｄの上記開口部の寸法は、はんだ接続部１１よりも大きく形成される。柱状導体部７ａと柱状導体７ｂとは、はんだ接続部１１によって電気的に接続される。

はんだ接続部１１ａは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ａおよび柱状導体９ａａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ａと柱状導体９ａａを接続している。はんだ接続部１１ｂは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｂおよび柱状導体９ｂａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｂと柱状導体９ｂａを接続している。はんだ接続部１１ｃは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｃおよび柱状導体９ｃａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｃと柱状導体９ｃａを接続している。

はんだ接続部１１ｄは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｄおよび柱状導体９ｄａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｄと柱状導体９ｄａを接続している。はんだ接続部１１ｅは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｅおよび柱状導体９ｅａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｅと柱状導体９ｅａを接続している。はんだ接続部１１ｆは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｆおよび柱状導体９ｆａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｆと柱状導体９ｆａを接続している。

はんだ接続部１１ｇは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおける、柱状導体９ｇと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｇをグラウンド面５ｄに接続している。はんだ接続部１１ｈは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｈおよび柱状導体９ｈａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｈと柱状導体９ｈａを接続している。はんだ接続部１１ｉは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｉおよび柱状導体９ｉａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｉと柱状導体９ｉａを接続している。

はんだ接続部１１ｊは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｊおよび柱状導体９ｊａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｊと柱状導体９ｊａを接続している。はんだ接続部１１ｋは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｋおよび柱状導体９ｋａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｋと柱状導体９ｋａを接続している。はんだ接続部１１ｌは、多層基板３のグラウンド面５ｄにおいて柱状導体９ｌおよび柱状導体９ｌａと同芯位置に設けられ、柱状導体９ｌと柱状導体９ｌａを接続している。

同軸線路１２Ａは、柱状導体７とこれを取り囲む外導体８とによって構成される。同軸線路１２Ａにおいて、柱状導体７は内導体として機能する。同軸線路１２Ｂは、はんだ接続部１１によって接続された柱状導体部７ａおよび柱状導体７ｂが内導体として機能し、はんだ接続部１１ａによって接続された柱状導体９ａおよび柱状導体９ａａ、はんだ接続部１１ｂによって接続された柱状導体９ｂおよび柱状導体９ｂａ、はんだ接続部１１ｃによって接続された柱状導体９ｃおよび柱状導体９ｃａ、はんだ接続部１１ｄによって接続された柱状導体９ｄおよび柱状導体９ｄａ、はんだ接続部１１ｅによって接続された柱状導体９ｅおよび柱状導体９ｅａ、はんだ接続部１１ｆによって接続された柱状導体９ｆおよび柱状導体９ｆａ、はんだ接続部１１ｇと柱状導体９ｇ、はんだ接続部１１ｈによって接続された柱状導体９ｈおよび柱状導体９ｈａ、はんだ接続部１１ｉによって接続された柱状導体９ｉおよび柱状導体９ｉａ、はんだ接続部１１ｊによって接続された柱状導体９ｊおよび柱状導体９ｊａ、はんだ接続部１１ｋによって接続された柱状導体９ｋおよび柱状導体９ｋａ、および、はんだ接続部１１ｌによって接続された柱状導体９ｌおよび柱状導体９ｌａが、外導体として機能する同軸線路である。

ランド４１ａ、ランド４１ｂおよびランド４１ｃは、第１の基板４に設けられた複数の第１の導電パッドであり、それぞれが、例えば、柱状導体部７ａを中心として鍔状に形成されている。ランド４１ａは、グラウンド面４ａと同一平面上に設けられ、ランド４１ｂは、グラウンド面４ｂと同一平面上に設けられ、ランド４１ｃは、グラウンド面４ｃと同一平面上に設けられる。

ランド４１ａは、グラウンド面４ａに形成された開口部４１１ａの内側に配置される。図５は、柱状導体部７ａ、ランド４１ａおよびグラウンド面４ａの関係を示す平面図である。図５に示すように、ランド４１ａは、柱状導体部７ａを中心として鍔状に形成され、開口部４１１ａの径は、ランド４１ａの寸法よりも大きく形成されている。これにより、ランド４１ａとグラウンド面４ａのグラウンドパターンとの間にクリアランスが形成されてグラウンド面４ａとランド４１ａとが導通しない。

ランド４１ｂは、グラウンド面４ｂに形成された開口部４１１ｂの内側に配置される。開口部４１１ｂの径は、グラウンド面４ｂとランド４１ｂとが導通しないように、ランド４１ｂの寸法よりも大きく形成されている。ランド４１ｃは、グラウンド面４ｃに形成された開口部４１１ｃの内側に配置される。開口部４１１ｃの径は、グラウンド面４ｃとランド４１ｃとが導通しないように、ランド４１ｃの寸法よりも大きく形成されている。

ランド５１ａ、ランド５１ｂおよびランド５１ｃは、第２の基板５に設けられた複数の第２の導電パッドであり、それぞれが、例えば、柱状導体部７ａを中心として鍔状に形成されている。ランド５１ａは、グラウンド面５ａと同一平面上に設けられ、ランド５１ｂは、グラウンド面５ｂと同一平面上に設けられ、ランド５１ｃは、グラウンド面５ｃと同一平面上に設けられる。

ランド５１ａは、グラウンド面５ａに形成された開口部５１１ａの内側に配置される。開口部５１１ａの開口径は、グラウンド面５ａとランド５１ａとが導通しないように、ランド５１ａの寸法よりも大きく形成される。ランド５１ｂは、グラウンド面５ｂに形成された開口部５１１ｂの内側に配置される。開口部５１１ｂの開口径は、グラウンド面５ｂとランド５１ｂとが導通しないように、ランド５１ｂの寸法よりも大きく形成されている。ランド５１ｃは、グラウンド面５ｃに形成された開口部５１１ｃの内側に配置される。開口部５１１ｃの開口径は、グラウンド面５ｃとランド５１ｃとが導通しないように、ランド５１ｃの寸法よりも大きく形成されている。

ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃ、およびランド６１ｄは、第３の基板６に設けられた複数の第３の導電パッドであり、それぞれが、例えば、柱状導体部７ａを中心として鍔状に形成されている。ランド６１ａは、グラウンド面６ａと同一平面上に設けられ、ランド６１ｂは、グラウンド面６ｂと同一平面上に設けられ、ランド６１ｃは、グラウンド面６ｃと同一平面上に設けられ、ランド６１ｄは、グラウンド面６ｄと同一平面上に設けられる。

ランド６１ａは、グラウンド面６ａに形成された開口部６１１ａの内側に配置される。開口部６１１ａの開口径は、グラウンド面６ａとランド６１ａが導通しないように、ランド６１ａの寸法よりも大きく形成される。ランド６１ｂは、グラウンド面６ｂに形成された開口部６１１ｂの内側に配置される。開口部６１１ｂの開口径は、グラウンド面６ｂとランド６１ｂが導通しないように、ランド６１ｂの寸法よりも大きく形成されている。ランド６１ｃは、グラウンド面６ｃに形成された開口部６１１ｃの内側に配置される。開口部６１１ｃの開口径は、グラウンド面６ｃとランド６１ｃとが導通しないように、ランド６１ｃの寸法よりも大きく形成されている。ランド６１ｄは、グラウンド面６ｄに形成された開口部６１１ｄの内側に配置される。開口部６１１ｄの開口径は、グラウンド面６ｄとランド６１ｄが導通しないように、ランド６１ｄの寸法よりも大きく形成されている。

同軸線路１２Ａにおいて、内導体である柱状導体７の中心から外導体８までの間隔は、ｄＡである。同軸線路１２Ｂにおいて、内導体である柱状導体部７ａと外導体である柱状導体９ａ～９ｌとの間隔は、図３に示すように、ｄＢである。

ランド４１ａ、ランド４１ｂおよびランド４１ｃは、第１の基板４の内層で容量を形成する容量形成部（１）として機能する。ランド５１ａ、ランド５１ｂ、ランド５１ｃ、ランド５１ｄ、ランド５１ｅおよびはんだ接続部１１は、第２の基板５および多層基板３の内層で容量を形成する容量形成部（２）として機能する。ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄは、第３の基板６の内層で容量を形成する容量形成部（３）として機能する。

第１の基板４の内層に設けられたランド４１ｂは、ランド４１ｂを投影した上層の領域にグラウンドパターンが延伸している。図２に示す第１の基板４において、ランド４１ｂの上層には、グラウンド面４ａと、これに形成された開口部４１１ａと、開口部４１１ａの内側に配置されたランド４１ａが設けられている。柱状導体部７ａを中心としたランド４１ｂの径は、柱状導体部７ａを中心とした開口部４１１ａの径よりも大きく形成されている。すなわち、グラウンド面４ａの層に投影されたランド４１ｂの内側の領域には、グラウンド面４ａのグラウンドパターンが延伸している。

ランド４１ｂの上層に、グラウンド面４ａのグラウンドパターンが延伸しているので、延伸したグラウンドパターンとランド４１ｂとの間に形成される容量も容量形成部（１）の一部となる。容量形成部（１）の容量が増加することは、同軸線路１２Ａに接続されるアンテナ素子１００と高周波フィルタ１との間の不要な干渉の抑圧の一助となる。

また、第１の基板４に設けられた第１の導電パッドと、第３の基板６に設けられた第３の導電パッドとの間隔は、前述した容量形成部（１）と容量形成部（３）との間隔に相当する。すなわち、ランド４１ａ、ランド４１ｂおよびランド４１ｃと、ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄとの間隔は、図３に示すように、ｄ１である。また、第３の基板６に設けられた第３の導電パッドと、第２の基板５に設けられた第２の導電パッドとの間隔は、容量形成部（３）と容量形成部（２）との間隔に相当する。すなわち、ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄと、ランド５１ａ、ランド５１ｂおよびランド５１ｃとの間隔は、図３に示すように、ｄ２である。

図６は、高周波フィルタ１の等価回路を示す説明図である。図６において、ポート（１）に接続している接続部２００は、図３に示した同軸線路１２Ａに相当し、ポート（２）に接続している接続部２０１は、ストリップ線路１０に相当する。結合線路２０２および結合線路２０３は、同軸線路１２Ｂに相当する。容量Ｃ１は、容量形成部（１）に相当し、容量Ｃ２は、容量形成部（３）に相当し、容量Ｃ３は、容量形成部（２）に相当する。

結合線路２０２の電気長は、高周波フィルタ１において、信号の伝搬を阻止する阻止帯域の中心周波数（遮断周波数）において９０度以下の電気長であり、図３に示したｄ１である。結合線路２０３の電気長は、結合線路２０２と同様に、遮断周波数において９０度以下の電気長であり、図３に示したｄ２である。結合線路２０２および結合線路２０３の特性インピーダンスは、図３に示した間隔ｄＢによって決定される。

図７は、高周波フィルタ１の通過特性Ｂおよび反射特性Ｃを回路合成計算によって算出した結果（１）を示す特性図である。図７における回路合成計算では、図６に示した等価回路における、容量Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が１．２（ｐＦ）、２．６（ｐＦ）および１．２（ｐＦ）とされている。結合線路２０２の特性インピーダンスおよび電気長ｄ１と結合線路２０３の特性インピーダンスおよび電気長ｄ２は、それぞれ６７（Ω）および遮断周波数である６（ＧＨｚ）において３０．２度とされている。接続部２００および接続部２０１の特性インピーダンスは５０（Ω）とされている。通過特性ＢはＳ２１特性であり、反射特性ＣはＳ１１特性である。

図６に示した容量、特性インピーダンスおよび電気長であるパラメータの値は、まず、電気長ｄ１と電気長ｄ２が９０度のＪインバータを用いた低域通過フィルタの回路構成に基づいて決定される。図８は、高周波フィルタ１の通過特性Ｄおよび反射特性Ｅを回路合成計算によって算出した結果（２）を示す特性図である。図８における回路合成計算は、容量Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が、０．７２７（ｐＦ）、１．４５５（ｐＦ）および０．７２７（ｐＦ）とされている。結合線路２０２の特性インピーダンスおよび電気長ｄ１と結合線路２０３の特性インピーダンスおよび電気長ｄ２は、それぞれ、３２（Ω）および遮断周波数である６（ＧＨｚ）において９０度とされている。接続部２００および接続部２０１の特性インピーダンスは、５０（Ω）とされている。通過特性ＤはＳ２１特性であり、反射特性ＥはＳ１１特性である。

図８の通過特性Ｄに示すように、電気長ｄ１および電気長ｄ２を９０度とすることで、通過周波数である５（ＧＨｚ）に対して、２倍波である１０（ＧＨｚ）付近に阻止帯域が形成されている。すなわち、高周波フィルタ１は、不要な高調波成分の周波数帯域に阻止帯域を形成することができる。

なお、高周波回路に使用される高調波抑圧フィルタには、通過帯域の４倍波程度までに発生し得る全ての高調波成分が抑圧される特性が求められる場合がある。これに対して、通過特性Ｄでは、１５（ＧＨｚ）近辺および２５（ＧＨｚ）近辺に通過帯域があるので、３倍波である１５（ＧＨｚ）の高調波が抑圧されない。

信号が伝搬する経路の電気長が概ね９０度である場合、概ね奇数倍の周波数帯域が通過帯域になることはよく知られている。従って、高周波フィルタ１が通過帯域の４倍波程度までに生じ得る全ての高調波成分の伝搬を抑圧するためには、電気長ｄ１および電気長ｄ２を概ね３０度にする必要がある。図９は、電気長の変換処理を示す説明図である。図６に示した結合線路２０２および結合線路２０３の特性インピーダンスがＺ_ｉであり、各電気長が９０度である場合、結合線路２０２および結合線路２０３は、図９の右側に示す線路３００を含む回路で表現される。線路３００は、両端に容量Ｃ_ａが接続し、特性インピーダンスがＺ_ａであり、電気長がθ_ａである。図９の左側の回路と右側の回路に対応するＦ行列の等価性により、下記式（１）および下記式（２）に従い、電気長θ_ａを概ね３０度に変換することが可能である。ただし、ωは、信号の角周波数である。
Ｚ_ｉ＝Ｚ_ａ×ｓｉｎθ_ａ ・・・（１）
１＝Ｚ_ａ×Ｃ_ａ×ω ・・・（２）

上記式（１）および上記式（２）に従って、電気長ｄ１および電気長ｄ２を概ね３０度に変換することで、容量および特性インピーダンスを決定した結果が図７に示した結果（１）である。電気長ｄ１および電気長ｄ２を概ね３０度とした場合、高周波フィルタ１は、通過特性Ｂに示すように、５（ＧＨｚ）近辺が通過帯域である場合、この通過帯域よりも高い周波数の帯域には、概ね３０（ＧＨｚ）に至るまで通過帯域が発生しておらず、通過帯域の４倍波程度までに生じ得る全ての高調波の伝搬が抑圧される。

図１０は、高周波フィルタ１の通過特性Ｆおよび反射特性Ｇを電磁界解析によって算出した結果（１）を示す特性図である。また、図１１Ａは、ランドおよび開口部の寸法を示す表であり、図１１Ｂは、異なる層のランド同士の間隔を示す表である。図１０に示す電磁界解析結果（１）は、高周波フィルタ１の構成を下記のように規定して算出されたものである。図６に示した容量Ｃ１、容量Ｃ２および容量Ｃ３が、それぞれ１．２（ｐＦ）、２．６（ｐＦ）および１．２（ｐＦ）となり、接続部２００および接続部２０１の特性インピーダンスＺが５０（Ω）となり、結合線路２０２および結合線路２０３の特性インピーダンスＺが６７（Ω）となり、これらの電気長が、遮断周波数である６（ＧＨｚ）において概ね３０度となるように、高周波フィルタ１のランドおよび開口部の寸法を図１１Ａに示す表（１）に記載した値（単位はミリメートル）で決定し、ランドの間隔を図１１Ｂに示す表（２）に記載した値（単位はミリメートル）で決定したものである。同軸線路１２Ｂを構成する内導体と外導体との間隔ｄＢは、下記式（３）に従い算出することができる。例えば、柱状導体７の直径Ｄが１（ｍｍ）であると、ｄＢは８．８（ｍｍ）である。ただし、ε_ｒは、多層基板２を構成する誘電体基板の比誘電率である。

通過特性Ｂでは、通過帯域である５（ＧＨｚ）付近から概ね３０（ＧＨｚ）に至るまで阻止帯域が形成されたが、同様に電気長ｄ１および電気長ｄ２を概ね３０度とした場合であっても、通過特性Ｆに示すように５（ＧＨｚ）の２倍波が含まれる帯域近辺に通過帯域が発生することがある。このため、通過特性Ｆは、図７に示した回路合成計算結果（１）とは異なる結果になっている。これは、間隔ｄＢが８．８（ｍｍ）であり、高調波の伝搬を阻止するには広く、高調波成分が伝搬したことに起因する。従って、間隔ｄＢは、目的の倍数（例えば４倍）までの高調波成分が発生し得る全ての周波数帯域に阻止帯域が形成されるように、シミュレーション計算によって決定しておく必要がある。

図１２は、高周波フィルタ１の通過特性Ｈおよび反射特性Ｉを電磁界解析によって算出した結果（２）を示す特性図である。図１２に示す電磁界解析結果（２）は、高周波フィルタ１の構成を、下記のように規定して算出されたものである。図６に示した容量Ｃ１、容量Ｃ２および容量Ｃ３が、それぞれ１．２（ｐＦ）、２．６（ｐＦ）および１．２（ｐＦ）となり、接続部２００および接続部２０１の特性インピーダンスＺが５０（Ω）となり、結合線路２０２および結合線路２０３の特性インピーダンスＺが６７（Ω）となり、これらの電気長が遮断周波数である６（ＧＨｚ）において概ね３０度となるように、高周波フィルタ１のランドおよび開口部の寸法を表（１）に記載した値で決定し、ランドの間隔を表（２）に記載した値で決定したものである。

また、同軸線路１２Ｂを構成する内導体と外導体の間隔ｄＢは、通過帯域の４倍波程度の高調波成分が発生し得る全ての周波数帯域が阻止帯域となるように、シミュレーション計算により、７．２（ｍｍ）に設定されている。これにより、図１２に示す通過特性Ｈでは、図１０に示した通過特性Ｆに生じていた２倍波近辺の帯域に阻止帯域が形成され、２倍波の伝搬も抑圧される。

以上のように、実施の形態１に係る高周波フィルタ１において、多層基板２が、ランド４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられた第１の基板４と、ランド５１ａ～５１ｃが設けられた第２の基板５と、ランド６１ａ～６１ｄが設けられ、第１の基板４と第２の基板５とに挟持された第３の基板６とを含んでおり、多層基板２において、ランド４１ａ～４１ｃ，５１ａ～５１ｃ，６１ａ～６１ｄと電気的に接続された柱状導体７と、柱状導体７を取り囲んで設けられ、第１の基板４のグラウンド面４ａと電気的に接続され、第２の基板５のグラウンド面５ｃと電気的に接続された柱状導体９ａ～９ｌとを備える。ランド４１ａ～４１ｃとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ１およびランド５１ａ～５１ｃとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ２が、遮断周波数において９０度以下の電気長である。これにより、高周波フィルタ１における通過周波数の整数倍の高調波が発生し得る周波数帯域に対して阻止帯域が形成される。

実施の形態１に係る高周波フィルタ１において、ランド４１ａ～４１ｃとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ１およびランド５１ａ～５１ｃとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ２が遮断周波数において３０度の電気長であり、柱状導体７と柱状導体９ａ～９ｌとの間隔ｄＢは、通過周波数に対する目的の倍数の高調波成分の伝搬が阻止されるように、シミュレーション計算によって決定された間隔である。これにより、高周波フィルタ１は、不要な高調波成分が発生し得る全ての周波数帯域に阻止帯域を形成することができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る高周波フィルタ１は、はんだ接続部によって互いに接続された多層基板２および多層基板３を備えていたが、実施の形態２に係る高周波フィルタは、はんだ接続部を用いず、一枚の多層基板によって構成されている。

図１３は、実施の形態２に係る高周波フィルタ１Ａを示す断面斜視図である。図１３において、高周波フィルタ１Ａは、多層基板２Ａを備える。多層基板２Ａは、第１の基板４Ａ、第２の基板５Ａおよび第３の基板６Ａを備えた多層構造の誘電体基板である。第１の基板４Ａにおいて、最上面にはグラウンド面４ａが設けられ、内層にはグラウンド面４ｂが設けられ、最下面にはグラウンド面４ｃが設けられている。第２の基板５Ａにおいて、最上面にはグラウンド面５ａが設けられ、内層にはグラウンド面５ｂが設けられ、最下面にはグラウンド面５ｃが設けられている。第３の基板６Ａは、第１の基板４Ａと第２の基板５Ａとに挟持され、その内層において上層から下層へ向けてグラウンド面６ａ、グラウンド面６ｂ、グラウンド面６ｃおよびグラウンド面６ｄが順に設けられている。

柱状導体７は、多層基板２Ａの内層を貫通して設けられた第１の柱状導体である。柱状導体９ａ、柱状導体９ｂ、柱状導体９ｃ、柱状導体９ｄ、柱状導体９ｅ、柱状導体９ｆ、柱状導体９ｇ、柱状導体９ｈ、柱状導体９ｉ、柱状導体９ｊ、柱状導体９ｋおよび柱状導体９ｌは、多層基板２Ａの内層を貫通して柱状導体７を取り囲んで設けられた複数の第２の柱状導体である。なお、図１３は、高周波フィルタ１Ａの断面を示しているため、高周波フィルタ１Ａを切断した一方の部分に設けられた、柱状導体９ａ、柱状導体９ｈ、柱状導体９ｉ、柱状導体９ｊ、柱状導体９ｋおよび柱状導体９ｌの記載が省略されている。

ストリップ線路１０Ａは、第１の基板４Ａの外周部から内部へ延びた伝送線路である。ストリップ線路１０Ａにおける第１の基板４Ａの内部へ延びた一方の端部は、柱状導体７と電気的に接続されている。さらに、ストリップ線路１０Ａの他方の端部は、図３に示すアンテナ素子１００と電気的に接続されるポート（１）である。

ストリップ線路１０Ｂは、第２の基板５Ａの外周部から内部へ延びた伝送線路である。ストリップ線路１０Ｂにおける第２の基板５Ａの内部へ延びた一方の端部は、柱状導体７と電気的に接続されている。さらに、ストリップ線路１０Ｂの他方の端部は、図３に示す高周波回路１０１が備える増幅器１０２と電気的に接続されるポート（２）である。

ランド４１ａは、第１の基板４Ａに設けられた第１の導電パッドであり、例えば、柱状導体７を中心として鍔状に形成されている。ランド４１ａは、グラウンド面４ｂと同一平面上に設けられている。ランド５１ａは、第２の基板５Ａに設けられた第２の導電パッドであり、例えば、柱状導体７を中心として鍔状に形成されている。ランド５１ａは、グラウンド面５ａと同一平面上に設けられている。

ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃ、およびランド６１ｄは、第３の基板６Ａに設けられた複数の第３の導電パッドであり、それぞれが、例えば、柱状導体７を中心として鍔状に形成されている。ランド６１ａはグラウンド面６ａと同一平面上に設けられ、ランド６１ｂはグラウンド面６ｂと同一平面上に設けられ、ランド６１ｃはグラウンド面６ｃと同一平面上に設けられ、ランド６１ｄはグラウンド面６ｄと同一平面上に設けられる。

高周波フィルタ１Ａにおいて、図６に示した接続部２００は、ストリップ線路１０Ａに相当し、接続部２０１は、ストリップ線路１０Ｂに相当する。結合線路２０２および結合線路２０３は、柱状導体７が内導体として機能し、柱状導体７を取り囲む柱状導体９ａ～９ｌが外導体として機能する同軸線路に相当する。この同軸線路において、内導体である柱状導体７と外導体である柱状導体９ａ～９ｌとの間隔は、図３に示したｄＢである。

ランド４１ａは、第１の基板４Ａの内層で容量を形成する容量形成部（１）として機能する。ランド５１ａは、第２の基板５Ａの内層で容量を形成する容量形成部（２）として機能する。ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄは、第３の基板６Ａの内層で容量を形成する容量形成部（３）として機能する。

第１の基板４Ａに設けられた第１の導電パッドと、第３の基板６Ａに設けられた第３の導電パッドとの間隔は、容量形成部（１）と容量形成部（３）との間隔に相当する。すなわち、ランド４１ａと、ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄとの間隔は、図３に示したｄ１である。また、第３の基板６Ａに設けられた第３の導電パッドと、第２の基板５Ａに設けられた第２の導電パッドとの間隔は、容量形成部（３）と容量形成部（２）との間隔に相当する。すなわち、ランド６１ａ、ランド６１ｂ、ランド６１ｃおよびランド６１ｄと、ランド５１ａ、ランド５１ｂおよびランド５１ｃとの間隔は、図３に示したｄ２である。

以上のように、実施の形態２に係る高周波フィルタ１Ａにおいて、ランド４１ａとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ１およびランド５１ａとランド６１ａ～６１ｄとの間隔ｄ２が遮断周波数において３０度以下の電気長であり、柱状導体７と柱状導体９ａ～９ｌとの間隔ｄＢは、対象の高調波成分が阻止される間隔である。間隔ｄＢが対象の高調波成分の伝搬が阻止される間隔であるので、高周波フィルタ１Ａは、不要な高調波成分の周波数帯域に阻止帯域を形成することが可能である。

なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る高周波フィルタは、例えば、移動体に搭載される薄型アンテナに利用可能である。

１，１Ａ 高周波フィルタ、２，２Ａ，３ 多層基板、４，４Ａ 第１の基板、４ａ～４ｃ，５ａ～５ｆ，６ａ～６ｄ グラウンド面、５，５Ａ 第２の基板、６，６Ａ 第３の基板、７，７ｂ，９ａ～９ｌ，９ａａ～９ｆａ，９ｈａ～９ｌａ 柱状導体、７ａ 柱状導体部、８ 外導体、１０，１０Ａ，１０Ｂ ストリップ線路、１１，１１ａ～１１ｌ はんだ接続部、１２Ａ，１２Ｂ 同軸線路、４１ａ～４１ｃ，５１ａ～５１ｄ，６１ａ～６１ｄ ランド、１００ アンテナ素子、１０１ 高周波回路、１０２ 増幅器、２００，２０１ 接続部、２０２，２０３ 結合線路、３００ 線路、４１１ａ～４１１ｃ，５１１ａ～５１１ｃ，６１１ａ～６１１ｄ 開口部。

Claims (7)

1. 積層方向に形成された複数のランドから構成された第１の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成される多層の第１の基板と、
   積層方向に形成された複数のランドから構成された第２の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成される多層の第２の基板と、
   積層方向に形成された複数のランドから構成された第３の導電パッドが設けられ、複数のランドにおいて容量が形成され、前記第１の基板と前記第２の基板とに挟持された多層の第３の基板と、
   を含む多層基板と、
   前記多層基板を貫通して設けられ、前記第１の導電パッド、前記第２の導電パッドおよび前記第３の導電パッドと電気的に接続され、前記多層基板の積層方向の両端部を介して信号が入出力される第１の柱状導体と、
   前記多層基板を貫通して前記第１の柱状導体を取り囲んで設けられ、前記第１の基板における前記第３の基板と対向した主面とは反対側の主面に設けられたグラウンド面と電気的に接続され、前記第２の基板における前記第３の基板と対向した主面とは反対側の主面に設けられたグラウンド面と電気的に接続された複数の第２の柱状導体と、
   を備え、
   前記第１の柱状導体および前記第２の柱状導体は、前記第１の柱状導体が内導体として機能し、前記第２の柱状導体が外導体として機能する同軸線路を構成し、
   前記第１の柱状導体における、前記第１の導電パッドと前記第３の導電パッドとの間隔に対応する部分および前記第２の導電パッドと前記第３の導電パッドとの間隔に対応する部分は、信号の伝搬を阻止する阻止帯域の中心周波数において９０度以下の電気長である
   ことを特徴とする高周波フィルタ。
2. 前記第１の柱状導体における、前記第１の導電パッドと前記第３の導電パッドとの間隔に対応する部分および前記第２の導電パッドと前記第３の導電パッドとの間隔に対応する部分は、前記阻止帯域の中心周波数において３０度の電気長であり、
   前記第１の柱状導体と前記第２の柱状導体との間隔は、通過周波数に対する目的の倍数の高調波成分の伝搬が阻止されるように、シミュレーション計算によって決定された間隔であること
   を特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
3. 前記同軸線路は、前記第１の柱状導体の直径および前記第１の柱状導体と前記第２の柱状導体との間隔に基づいて、特性インピーダンスが調整されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波フィルタ。
4. 前記第１の導電パッドは、アンテナ素子と電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波フィルタ。
5. 前記第２の導電パッドは、高周波回路が備える増幅器に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波フィルタ。
6. ｎは、前記第３の基板の誘電率の平方根に対して前記同軸線路の特性インピーダンスをかけ算して得られた値を１３８で割り算した値であり、
   前記第１の柱状導体と前記第２の柱状導体との間隔は、前記第１の柱状導体の直径の値に対して１０のｎ乗をかけ算した値以下である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波フィルタ。
7. 前記第１の基板の内層に設けられた前記第１の導電パッドは、当該第１の導電パッドを投影した上層の領域にグラウンドパターンが延伸しており、両者の間に容量が形成され、さらに、前記第１の導電パッドは、前記第１の基板における同一層に形成されたグラウンドパターンとの間に容量が形成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波フィルタ。

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