TW201820781A - Ｌｃ濾波器 - Google Patents
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Abstract
本發明，在於降低LC濾波器之插入損耗。
本發明之實施形態之LC濾波器1具備LC共振器LC2、LC3。LC共振器LC2、LC3分別包含電感器L2及電感器L3。於自電感器L2之捲繞軸方向俯視時，藉由電感器L2而形成之空芯部與藉由電感器L3而形成之空芯部不一致。LC濾波器1進而具備旁路導體BP1。旁路導體BP1將電感器L2之一端與另一端之間的電感器L2之中間部與電感器L3之一端與另一端之間的電感器L3之中間部連接。
Description
本發明係關於一種LC濾波器。
習知以來，已知有包含LC共振器之LC濾波器。例如，於國際公開第2007/119356號(專利文獻1)中，揭示有於積層有複數個介電層之積層體之內部，並聯設置有複數個LC並聯共振器之積層帶通濾波器。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2007/119356號
專利文獻1中所揭示之積層帶通濾波器(band-pass filter)中所包含之LC並聯共振器包含以藉由沿著與複數個介電層之積層方向正交之方向之線路導體圖案、與自該線路導體圖案於積層方向延伸之2個通孔導體圖案，而圍繞捲繞軸捲繞之方式形成之環狀之電感器。於相鄰之2個LC並聯共振器分別包含之電感器之間，產生磁性耦合。所謂磁性耦合， 係指伴隨於一電感器中流通之電流之變化而電感器間之磁通變化，於另一電感器產生感應電動勢之經由磁通之耦合。若磁性耦合較強，則促進電感器間之訊號傳遞，故而帶通濾波器之頻帶較寬，其結果，插入損耗降低。
產生於電感器間之磁性耦合係於自電感器之捲繞軸方向俯視時，(1)由2個電感器分別包圍之區域(以下亦稱為空芯部)重疊，且(2)於2個電感器之方向相同之情形時變強。所謂電感器之方向，係指以LC共振器中所包含之電感器之一端與電容器之連接節點為起點的電感器之捲繞方向。
為了增強產生於電感器間之磁性耦合，只要設為如滿足(1)及(2)之配置即可。然而，存在如下情形：根據LC濾波器所要求之特性而有意識地不滿足上述(1)及(2)之一者或兩者，或者根據LC濾波器之設計上之限制，無法滿足上述(1)及(2)之一者或兩者。例如，於國際公開第2007/119356號(專利文獻1)中所揭示之積層帶通濾波器中，為了使衰減極中之衰減量變大，而使相鄰之2個LC並聯共振器中所包含之各電感器之方向相反，有意識地使電感器間之磁性耦合變弱。
若電感器間之磁性耦合較弱，則存在電感器間之訊號傳遞得到抑制，LC濾波器之插入損耗增加之可能性。
本發明係為了解決如上所述之課題而完成者，其目的在於降低LC濾波器之插入損耗。
本發明之第1態樣之LC濾波器具備第1及第2LC共振器。第1及第2LC共振器分別包含第1及第2電感器。於自第1電感器之捲繞 軸方向俯視時，藉由第1電感器而形成之空芯部與藉由第2電感器而形成之空芯部不一致。LC濾波器進而具備旁路導體。旁路導體將第1電感器之一端與另一端之間的第1電感器之中間部與第2電感器之一端與另一端之間的第2電感器之中間部連接。
本發明之第2態樣之LC濾波器具備第1及第2LC共振器。第1LC共振器包含第1電感器及與第1電感器之一端利用第1節點連接之第1電容器。第2LC共振器包含第2電感器及與第2電感器之一端利用第2節點連接之第2電容器。於自第1電感器之捲繞軸方向俯視時，以第1節點為起點之第1電感器之捲繞方向與以第2節點為起點之第2電感器之捲繞方向相反。LC濾波器進而具備旁路導體。旁路導體將第1電感器之一端與另一端之間的第1電感器之中間部與第2電感器之一端與另一端之間的第2電感器之中間部連接。
根據本發明之LC濾波器，藉由將第1電感器與第2電感器耦合之旁路導體，而補充藉由磁性耦合進行之訊號傳遞。其結果，可降低LC濾波器之插入損耗。
1、2‧‧‧帶通濾波器
11、13、31、32、41、51、52、61、62‧‧‧電容器導體圖案
12、21‧‧‧接地導體圖案
91、101、102、111、112、121、122、131、132、141、142、151、152、291‧‧‧線路導體圖案
BP1、BP2‧‧‧旁路導體
C1-C4、C12、C14、C34‧‧‧電容器
DM‧‧‧方向識別標記
GND‧‧‧接地電極
L1~L4‧‧‧電感器
LC1~LC4‧‧‧並聯共振器
Lyr1~Lyr16‧‧‧介電層
P1、P2‧‧‧輸入輸出端子
V11、V13、V15、V16、V17、V21、V51、V52、V121~V124、V151~V158、V252、V257‧‧‧通孔導體圖案
圖1係作為實施形態1之LC濾波器之一例之帶通濾波器之電路圖。
圖2係圖1之帶通濾波器之外觀立體圖。
圖3係表示圖1之帶通濾波器之積層構造之一例之分解立體圖。
圖4係表示於圖3所示之積層構造中與2個電感器相關之導體圖案之圖。
圖5係自Y軸方向俯視圖4所示之導體圖案之圖。
圖6係表示於圖3所示之積層構造中與利用旁路導體連接之2個電感器相關之導體圖案之圖。
圖7係自Y軸方向俯視圖6所示之導體圖案之圖。
圖8係表示實施形態1之帶通濾波器之衰減特性之模擬結果之圖。
圖9係自Y軸方向俯視實施形態2中之與利用旁路導體連接之2個電感器相關之導體圖案之圖。
圖10係將實施形態2之帶通濾波器之衰減特性之模擬結果與實施形態1之帶通濾波器之衰減特性之模擬結果一併表示之圖。
圖11係將使旁路導體中所包含之線路導體圖案與利用旁路導體連接之電感器中所包含之線路導體圖案之距離分3個階段變化之情形時之各衰減特性之模擬結果一併表示之圖。
以下，一邊參照圖式，一邊對本發明之實施形態詳細地進行說明。再者，對圖中相同或相當之部分標註相同符號而原則上不重複其說明。
〔實施形態1〕
圖1係作為實施形態1之LC濾波器之一例之帶通濾波器1之電路圖。如圖1所示，帶通濾波器1具備輸入輸出端子P1、P2、LC並聯共振器 LC1~LC4、電容器C12、C34、C14、及旁路導體BP1。
LC並聯共振器LC1~LC4係按照該順序配置於輸入輸出端子P1與P2之間。LC並聯共振器LC1及LC2相鄰，LC並聯共振器LC2及LC3相鄰，LC並聯共振器LC3及LC4相鄰。
LC並聯共振器LC1包含電感器L1與電容器C1。LC並聯共振器LC2包含電感器L2與電容器C2。LC並聯共振器LC3包含電感器L3與電容器C3。LC並聯共振器LC4包含電感器L4與電容器C4。
電感器L1及電容器C1之各一端連接於輸入輸出端子P1。電感器L1及電容器C1之各另一端接地。
電容器C12之一端連接於電感器L1及電容器C1之各一端。電容器C12之另一端連接於電感器L2及電容器C2之各一端。電感器L2及電容器C2之各另一端接地。於電感器L1與L2之間產生磁性耦合M12。
電感器L3及電容器C3之各一端連接於電容器C34之一端。電感器L3及電容器C3之各另一端接地。電感器L3係不包含與電感器L2共通化之部分，且與電感器L2不同之電感器。於電感器L2與L3之間產生磁性耦合M23。
旁路導體BP1將位於電感器L2之一端與另一端之間的電感器L2之中間部之節點MP2與位於電感器L3之一端與另一端之間的電感器L3之中間部之節點MP3連接。電感器L2之中間部不包含電感器L2之一端及另一端。同樣地，電感器L3之中間部不包含電感器L3之一端及另一端。
電容器C34之另一端連接於電感器L4及電容器C4之各一 端。電感器L4及電容器C4之各一端連接於輸入輸出端子P2。電感器L4及電容器C4之各另一端接地。於電感器L3與L4之間產生磁性耦合M34。
電容器C14之一端連接於輸入輸出端子P1。電容器C14之另一端連接於輸入輸出端子P2。
以下，對將帶通濾波器1作為複數個介電體之積層體而構成之情形進行說明。圖2係圖1之帶通濾波器1之外觀立體圖。如圖2所示，將積層方向(帶通濾波器1之高度方向)設為Z軸方向。將帶通濾波器1之長邊(寬度)方向設為X軸向。將帶通濾波器1之短邊(深度)方向設為Y軸方向。X軸、Y軸、及Z軸相互正交。
帶通濾波器1例如係長方體狀。將沿著與積層方向垂直之方向之帶通濾波器1之面設為底面BF及上表面UF。將沿著與積層方向平行之方向之面中沿著ZX平面之面設為側面SF1及SF3。將沿著積層方向之面中沿著YZ平面之面設為側面SF2及SF4。
於底面BF形成有輸入輸出端子P1、P2、及接地電極GND。輸入輸出端子P1、P2、及接地電極GND例如係將平面電極規則性地配置於底面BF而成之LGA(Land Grid Array)端子。
於上表面UF形成有方向識別標記DM。方向識別標記DM係為了識別帶通濾波器1之安裝時之方向而使用。
圖3係表示圖1之帶通濾波器1之積層構造之一例之分解立體圖。如圖3所示，帶通濾波器1係將複數個介電層Lyr1~Lyr16積層於Z軸方向之積層體。使介電層Lyr1為底面BF側，使介電層Lyr16為上表面UF側，按照介電層Lyr1~Lyr16之順序積層於Z軸方向。於圖3中，為了 容易觀察介電層間之連接關係，而由虛線描繪圓柱狀之通孔導體圖案。
於介電層Lyr1之底面BF，如已經說明般形成有輸入輸出端子P1、P2、及接地電極GND。於介電層Lyr1進而形成有電容器導體圖案11、13及接地導體圖案12。電容器導體圖案11與輸入輸出端子P1係藉由通孔導體圖案V11及V12之各者而連接。接地導體圖案12與接地電極GND係藉由通孔導體圖案V13~V15之各者而連接。電容器導體圖案13與輸入輸出端子P2係藉由通孔導體圖案V16、V17之各者而連接。
於介電層Lyr2形成有接地導體圖案21。接地導體圖案21與接地導體圖案12係藉由通孔導體圖案V21及V22之各者而連接。電容器導體圖案11與接地導體圖案21形成電容器C1。電容器導體圖案13與接地導體圖案21形成電容器C4。
於介電層Lyr3形成有電容器導體圖案31、32。電容器導體圖案31與接地導體圖案21形成電容器C2。電容器導體圖案32與接地導體圖案21形成電容器C3。
於介電層Lyr4形成有電容器導體圖案41。於介電層Lyr5形成有電容器導體圖案51、52。電容器導體圖案51與電容器導體圖案11係藉由通孔導體圖案V51而連接。電容器導體圖案52與13係藉由通孔導體圖案V52而連接。電容器導體圖案41、51、52形成電容器C14。
於介電層Lyr6形成有電容器導體圖案61、62。電容器導體圖案61與電容器導體圖案31係藉由通孔導體圖案V151而連接。電容器導體圖案62與電容器導體圖案32係藉由通孔導體圖案V158而連接。電容器導體圖案61、51形成電容器C12。電容器導體圖案62、52形成電容器C34。
於介電層Lyr9形成有線路導體圖案91。線路導體圖案91將通孔導體圖案V152與V157連接。線路導體圖案91及通孔導體圖案V152、V157形成旁路導體BP1。
於介電層Lyr10形成有線路導體圖案101、102。線路導體圖案101與電容器導體圖案51係藉由通孔導體圖案V121而連接。線路導體圖案101與接地導體圖案21係藉由通孔導體圖案V122而連接。線路導體圖案102與接地導體圖案21係藉由通孔導體圖案V123而連接。線路導體圖案102與電容器導體圖案52係藉由通孔導體圖案V124而連接。
於介電層Lyr11形成有線路導體圖案111、112。線路導體圖案111與線路導體圖案101係藉由通孔導體圖案V121及V122之各者而連接。線路導體圖案112與線路導體圖案102係藉由通孔導體圖案V123及V124之各者而連接。
於介電層Lyr12形成有線路導體圖案121、122。線路導體圖案121與111係藉由通孔導體圖案V121及V122之各者而連接。線路導體圖案122與112係藉由通孔導體圖案V123及V124之各者而連接。
於介電層Lyr13形成有線路導體圖案131、132。線路導體圖案131與電容器導體圖案61係藉由通孔導體圖案V151而連接。線路導體圖案131與線路導體圖案91係藉由通孔導體圖案V152而連接。線路導體圖案131與接地導體圖案21係藉由通孔導體圖案V153、V154而連接。線路導體圖案132與接地導體圖案21係藉由通孔導體圖案V155、V156而連接。線路導體圖案132與線路導體圖案91係藉由通孔導體圖案V157而連接。線路導體圖案132與電容器導體圖案62係藉由通孔導體圖案V158 而連接。
於介電層Lyr14形成有線路導體圖案141、142。線路導體圖案141與131係藉由通孔導體圖案V151~V154之各者而連接。線路導體圖案142與132係藉由通孔導體圖案V155-V158而連接。
於介電層Lyr15形成有線路導體圖案151、152。線路導體圖案151與141係藉由通孔導體圖案V151~V154之各者而連接。線路導體圖案152與142係藉由通孔導體圖案V155~V158而連接。
於介電層Lyr16之上表面UF，如已經說明般形成有方向識別標記DM。
以下，於圖3所示之帶通濾波器1之積層構造中，一邊參照圖4~圖7，一邊說明電感器L1~L4如何形成。圖4係表示於圖3所示之積層構造中與電感器L1、L4相關之導體圖案之圖。圖5係自Y軸方向俯視圖4所示之導體圖案之圖。
如圖4及圖5所示，電感器L1係藉由通孔導體圖案V121、線路導體圖案101、111、121、通孔導體圖案V122而形成。電感器L1係以如下方式形成，即，以通孔導體圖案V121與電容器導體圖案51之連接節點SP1為起點，圍繞沿著Y軸之捲繞軸WA1，於沿著通孔導體圖案V121、線路導體圖案121(101、111)、通孔導體圖案V122之順序前進之捲繞方向捲繞。通孔導體圖案V121、線路導體圖案121(101、111)、通孔導體圖案V122形成空芯部AC1。
電感器L4係藉由通孔導體圖案V124、線路導體圖案102、112、122、通孔導體圖案V123而形成。電感器L4係以如下方式形成，即， 以通孔導體圖案V124與電容器導體圖案52之連接節點SP4為起點，圍繞沿著Y軸之捲繞軸WA4，於沿著通孔導體圖案V124、線路導體圖案122(102、112)、通孔導體圖案V123之順序前進之捲繞方向捲繞。通孔導體圖案V124、線路導體圖案122(102、112)、通孔導體圖案V123形成空芯部AC4。
圖6係表示於圖3所示之積層構造中與利用旁路導體BP1連接之電感器L2、L3相關之導體圖案之圖。圖7係自Y軸方向俯視圖6所示之導體圖案之圖。
如圖6及圖7所示，電感器L2係藉由通孔導體圖案V151、線路導體圖案131、141、151、通孔導體圖案V153、V154而形成。電感器L2係以如下方式形成，即，以通孔導體圖案V151與電容器導體圖案61之連接節點SP2為起點，圍繞沿著Y軸之捲繞軸WA2，於沿著通孔導體圖案V151、線路導體圖案151(131、141)、通孔導體圖案V153(V154)之順序前進之捲繞方向捲繞。通孔導體圖案V151、線路導體圖案151(131、141)、通孔導體圖案V153(V154)形成空芯部AC2。
電感器L3係藉由通孔導體圖案V158、線路導體圖案132、142、152、通孔導體圖案V155、V156而形成。電感器L3係不包含電感器L2之構成要素(通孔導體圖案V151、線路導體圖案131、141、151、通孔導體圖案V153、V154)，如已經說明般與電感器L2不同之電感器。電感器L3係以如下方式形成，即，以通孔導體圖案V158與電容器導體圖案62之連接節點SP3為起點，圍繞沿著Y軸之捲繞軸WA3，於沿著通孔導體圖案V158、線路導體圖案152(132、142)、通孔導體圖案V156之順序前進之 捲繞方向捲繞。通孔導體圖案V158、線路導體圖案152(132、142)、通孔導體圖案V156形成空芯部AC3。
於一邊參照圖5及圖7一邊自Y軸方向俯視時，電感器L1之空芯部AC1之一部分與電感器L2之空芯部AC2之一部分重疊，並且電感器L1之捲繞方向與電感器L2之捲繞方向相同。同樣地，電感器L3之空芯部AC3之一部分與電感器L4之空芯部AC4之一部分重疊，並且電感器L3之捲繞方向與電感器L4之捲繞方向相同。
另一方面，如圖7所示，於自Y軸方向俯視時，藉由電感器L2及L3而分別形成之空芯部AC2、AC3不一致，不與另一空芯部重疊。因此，產生於電感器L2、L3之間之磁性耦合M23會較產生於電感器L1、L2之間之磁性耦合M12及產生於電感器L3、L4之間之磁性耦合M34變弱。其結果，存在於輸入輸出端子P1、P2之間之訊號傳遞中磁性耦合M23成為瓶頸(bottleneck)，導致插入損耗變大之可能性。
因此，於實施形態1中，如圖7所示，將位於電感器L2之一端與另一端之間的電感器L2之中間部之節點MP2與位於電感器L3之一端與另一端之間的電感器L3之中間部之節點MP3藉由旁路導體BP1(通孔導體圖案V152、線路導體圖案91、通孔導體圖案V157)而連接。如此，藉由將電感器L2與L3利用旁路導體BP1直接連接，而藉由磁性耦合進行之訊號傳遞由經由旁路導體BP1進行之訊號傳遞而補充，帶通濾波器1之通過頻帶較寬。其結果，可降低帶通濾波器1之插入損耗。
圖8係表示實施形態1之帶通濾波器1之衰減特性IL10之模擬結果之圖。於圖8中，縱軸之衰減量(dB)係表示為負值。衰減量之 絕對值越大則插入損耗越大。於圖10及圖11中亦相同。如圖8所示，於包含頻率f1之頻帶中帶通濾波器1之插入損耗極小，實現了通過頻帶之廣域化。
以上，根據實施形態1之LC濾波器，藉由將2個電感器耦合之旁路導體，而補充藉由該2個電感器間之磁性耦合進行之訊號傳遞。其結果，可降低LC濾波器之插入損耗。
〔實施形態2〕
於實施形態1中，根據圖5及圖7可知，旁路導體BP1與電感器L1~L4之各者之空芯部AC1~AC4重疊。因此，產生於空芯部AC1~AC4之磁通受旁路導體BP1妨礙，於旁路導體BP1產生渦電流。其結果，存在旁路導體BP1產生熱(渦電流損耗)，由旁路導體BP1所引起之插入損耗之降低之效果較設想小之可能性。
因此，於實施形態2中，以旁路導體不與LC濾波器中所包含之電感器之空芯部重疊之方式配置。藉由將旁路導體如此配置，可抑制旁路導體中之渦電流之產生，可使插入損耗較實施形態1進而降低。
實施形態2與實施形態1之不同在於旁路導體之配置。關於除此以外之構成由於相同故而不重複說明。
圖9係自Y軸方向俯視於實施形態2中與利用旁路導體BP2連接之電感器L2、L3相關之導體圖案之圖。如圖9所示，於實施形態2中，旁路導體BP2分別包含線路導體圖案291、通孔導體圖案V252、V257，代替實施形態1之旁路導體BP1中所包含之線路導體圖案91及通孔導體圖案V152、V157。線路導體圖案291配置於線路導體圖案151、152與上表面 UF之間。通孔導體圖案V252、V257分別自線路導體圖案151、152朝向上表面UF延伸。
電感器L1~L4之各空芯部AC1~AC4形成於線路導體圖案151、152與底面BF之間。另一方面，旁路導體BP2中所包含之線路導體圖案291、通孔導體圖案V252、V257均配置於線路導體圖案151、152與上表面UF之間。因此，旁路導體BP2不與空芯部AC1~AC4之任一者重疊。
圖10係將實施形態2之帶通濾波器2之衰減特性IL20之模擬結果、與實施形態1之帶通濾波器1之衰減特性IL10之模擬結果一併表示之圖。於圖10所示之頻帶中，帶通濾波器2之插入損耗小於帶通濾波器1之插入損耗。
再次參照圖9，藉由使旁路導體BP2中所包含之線路導體圖案291與電感器L2中所包含之線路導體圖案152(或電感器L1中所包含之線路導體圖案151)之距離D20變大，而線路導體圖案291與空芯部AC1~AC4各者之距離變大。因此，產生於空芯部AC1-AC4之磁通受旁路導體BP2妨礙之程度變小，產生於旁路導體BP2之渦電流進而變小。其結果，可使帶通濾波器2之插入損耗進而變小。
圖11係將使旁路導體BP2中所包含之線路導體圖案291與電感器L2中所包含之線路導體圖案152之距離D20分3個階段變化之情形時之各衰減特性IL20~IL22之模擬結果一併表示之圖。距離D20按照衰減特性IL21、IL20、IL22之順序變大。如圖11所示，於頻率f1附近距離D20越大則插入損耗越小。
以上，根據實施形態2之LC濾波器，與實施形態1同樣地 藉由將2個電感器耦合之旁路導體，而補充藉由該2個電感器間之磁性耦合而進行之訊號傳遞。其結果，可降低LC濾波器之插入損耗。
又，於實施形態2中，由於旁路導體不與LC濾波器中所包含之電感器之空芯部重疊，故而可使LC濾波器之插入損耗較實施形態1進而降低。
亦預定此次所揭示之各實施形態於不矛盾之範圍內適當組合而實施。應認為此次所揭示之實施形態係於所有方面為例示而並非限制性者。本發明之範圍係藉由申請專利範圍而表示並非藉由上述說明而表示，意圖包含與申請專利範圍均等之意思及範圍內之所有變更。
Claims (5)
- 一種LC濾波器，具備：第1LC共振器，其包含第1電感器；及第2LC共振器，其包含第2電感器；於自上述第1電感器之捲繞軸方向俯視時，藉由上述第1電感器而形成之空芯部與藉由上述第2電感器而形成之空芯部不一致，上述LC濾波器進而具備旁路導體，該旁路導體將上述第1電感器之一端與另一端之間的上述第1電感器之中間部與上述第2電感器之一端與另一端之間的上述第2電感器之中間部連接。
- 如申請專利範圍第1項之LC濾波器，其中，於自上述第1電感器之捲繞軸方向俯視時，藉由上述第1電感器而形成之空芯部與藉由上述第2電感器而形成之空芯部不重疊。
- 一種LC濾波器，具備：第1LC共振器，其包含第1電感器及與上述第1電感器之一端利用第1節點連接之第1電容器；以及第2LC共振器，其包含第2電感器及與上述第2電感器之一端利用第2節點連接之第2電容器；於自上述第1電感器之捲繞軸方向俯視時，以上述第1節點為起點之上述第1電感器之捲繞方向與以上述第2節點為起點之上述第2電感器之捲繞方向相反，上述LC濾波器進而具備旁路導體，該旁路導體將上述第1電感器之一端與另一端之間的上述第1電感器之中間部與上述第2電感器之 一端與另一端之間的上述第2電感器之中間部連接。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之LC濾波器，其中，上述旁路導體係於自上述第1電感器之捲繞軸方向俯視時不與藉由上述第1電感器而形成之空芯部重疊，並且於自上述第2電感器之捲繞軸方向俯視時不與藉由上述第2電感器而形成之空芯部重疊。
- 如申請專利範圍第4項之LC濾波器，其中，上述LC濾波器係將複數個介電層積層於積層方向之積層濾波器，上述第1電感器包含：第1線路導體圖案，其以沿著與上述積層方向正交之第1方向之方式延伸；及第1及第2通孔導體圖案，其等自上述第1線路導體圖案向沿著上述積層方向之第2方向延伸；上述第2電感器包含：第2線路導體圖案，其以沿著上述第1方向之方式延伸；及第3及第4通孔導體圖案，其等自上述第2線路導體圖案向上述第2方向延伸；上述旁路導體包含：第5通孔導體圖案，其自上述第1線路導體圖案向與上述第2方向相反之方向之第3方向延伸；第6通孔導體圖案，其自上述第2線路導體圖案向上述第3方向延伸；及第3線路導體圖案，其將上述第5通孔導體圖案與上述第6通孔 導體圖案連接。
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