WO2019064510A1 - 高周波フィルタ - Google Patents

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WO2019064510A1
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high frequency
conductor
strip line
frequency filter
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素実 渡辺
健 湯浅
拓真 西村
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三菱電機株式会社
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    • H05K2201/09609—Via grid, i.e. two-dimensional array of vias or holes in a single plane

Definitions

  • the present invention relates to a high frequency filter having an open stub acting as a resonator and a matching conductor acting as a capacitive matching element.
  • a high frequency filter used in a microwave band or a millimeter wave band may be used, for example, as a thin antenna mounted on a mobile in a satellite communication system.
  • the high frequency filter disclosed in the following Non-Patent Document 1 includes a plurality of resonators arranged on the same plane in order to form a stop band which is a frequency band of a signal for blocking transmission.
  • the conventional high frequency filter needs to arrange a plurality of resonators in the same plane in order to form a stop band. Therefore, there is a problem that it is necessary to secure a region in which a plurality of resonators are arranged on the same plane.
  • the present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to obtain a high frequency filter capable of forming a stop band without arranging a plurality of resonators on the same plane.
  • a first substrate in which the first strip line is wired in the inner layer a second substrate in which the second strip line is wired in the inner layer, a first substrate and a first substrate
  • a multilayer substrate including a third substrate inserted between the two substrates and a multilayer substrate such that one end is connected to the first strip line and the other end is connected to the second strip line And a ground plane and an end formed in a plane opposite to the plane on the side on which the third substrate is disposed among the two planes of the first substrate and the first columnar conductor provided inside And the other end is connected to the ground plane formed in the plane opposite to the plane on the side on which the third substrate is placed, of the two planes in the second board.
  • a first columnar conductor acts as an inner conductor
  • a second columnar conductor acts as an outer conductor, and a coaxial line, and each of the first and second strip lines is connected by an open stub acting as a resonator.
  • a matching conductor that acts as a capacitive matching element is connected.
  • the first columnar conductor provided inside the multilayer substrate such that one end is connected to the first strip line and the other end is connected to the second strip line;
  • the ground plane formed on the side opposite to the plane on which the third substrate is disposed is connected to one end of the two planes of the second substrate, and the second plane of the second substrate is A ground plane formed in a plane opposite to the plane on the side on which the three substrates are arranged, and one or more second columnar conductors penetrating the multilayer substrate such that the other end is connected
  • An open stub having a coaxial line in which the first columnar conductor acts as an inner conductor and the second columnar conductor acts as an outer conductor, and each of the first and second strip lines acts as a resonator Connected and with capacitive matching elements Since the conductor for matching acting configured to be connected Te, there is an effect that can not form a stop band arranging a plurality of resonators on the same plane.
  • FIG. 7A is an explanatory view showing the detailed dimensions of the high frequency filter shown in FIG. 2
  • FIG. 7B is an explanatory view showing the detailed dimensions near the first substrate 11 in the high frequency filter shown in FIG.
  • FIG. 8A is an explanatory view showing the detailed dimensions of the high frequency filter shown in FIG. 3, and FIG. 8B shows the detailed dimensions of the first strip line 21a, the open stub 51a and the matching conductor 52a in the high frequency filter shown in FIG.
  • FIG. 8C is explanatory drawing which shows the detailed dimension of the 2nd strip line 21b in the high frequency filter shown in FIG. 3, the open stub 51b, and the conductor 52b for matching.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a high frequency filter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the main part of the high frequency filter of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the main part of the high frequency filter of FIG. 1 from the B direction.
  • the multilayer substrate 1 is a dielectric substrate of a multilayer structure including a first substrate 11, a second substrate 14 and a third substrate 17.
  • a ground plane 12 is formed on the surface of the first substrate 11, and a ground plane 13 is formed on the back surface of the first substrate 11.
  • the surface of the first substrate 11 is a plane opposite to the plane on the side where the third substrate 17 is disposed among the two planes in the first substrate 11, and the back surface of the first substrate 11 is It is a plane on the side where the third substrate 17 is disposed.
  • a first strip line 21a is wired.
  • a ground plane 15 is formed on the surface of the second substrate 14, and a ground plane 16 is formed on the back surface of the second substrate 14.
  • the surface of the second substrate 14 is a flat surface of the second substrate 14 on the side on which the third substrate 17 is arranged, and the back surface of the second substrate 14 is a third substrate 17. Is the plane opposite to the plane on which the is placed.
  • a second strip line 21b is wired.
  • the third substrate 17 is a substrate inserted between the first substrate 11 and the second substrate 14.
  • the coaxial line 30 is a line provided with an inner conductor and an outer conductor.
  • the first columnar conductor 31 is an inner conductor of the coaxial line 30 in which the columnar conductors 31a, 31b, and 31c are disposed on a straight line and the columnar conductors 31a, 31b, and 31c are electrically connected.
  • the columnar conductor 31a is provided inside the first substrate 11, and one end thereof is electrically connected to the first strip line 21a via the connection member 32a.
  • the columnar conductor 31b is provided inside the third substrate 17, and one end thereof is electrically connected to the other end of the columnar conductor 31a via the connection member 33a.
  • the columnar conductor 31c is provided inside the second substrate 14, one end thereof is electrically connected to the other end of the columnar conductor 31b via the connection member 33b, and the other end is the second via the connection member 32b. And is electrically connected to the strip line 21b of FIG.
  • a hole 34a is provided in the ground surface 13, and a connection member 33a is formed inside the hole 34a.
  • a hole 34 b is provided in the ground surface 15, and a connection member 33 b is formed inside the hole 34 b.
  • the second columnar conductor 41 is an outer conductor penetrating the multilayer substrate 1 such that one end is connected to the ground plane 12 and the other end is connected to the ground plane 16.
  • the columnar conductors 41a, 41b, and 41c are disposed on a straight line, and the columnar conductors 41a, 41b, and 41c are electrically connected.
  • the columnar conductor 41 a is provided inside the first substrate 11, and one end thereof is connected to the ground surface 12.
  • the columnar conductor 41 b is provided inside the third substrate 17, and one end thereof is electrically connected to the columnar conductor 41 a.
  • the columnar conductor 41 c is provided inside the second substrate 14, one end thereof is electrically connected to the other end of the columnar conductor 41 b, and the other end is connected to the ground surface 16.
  • FIG. 1 shows an example in which the second columnar conductors 41 which are five outer conductors are arranged so as to surround the first columnar conductors 31 which are inner conductors, one or more outer conductors are It should just be arrange
  • the open stub 51a is formed inside the first substrate 11, and is electrically connected to the first strip line 21a through the connection member 32a.
  • the open stub 51a acts as a resonator.
  • the open stub 51b is formed inside the second substrate 14 and is electrically connected to the second strip line 21b via the connection member 32b.
  • the open stub 51b acts as a resonator.
  • the open stub 51a is formed in the first substrate 11 in which the ground planes 12, 13 are formed on the front and back surfaces, and the ground planes 15, 16 are formed on the front and back surfaces of the open stub 51b. It is formed in the second substrate 14. For this reason, the open stubs 51a and 51b are disposed in the state of being electrically shielded in the vertical direction of the drawing of FIG.
  • the matching conductor 52a is formed inside the first substrate 11, and is electrically connected between the connection member 32a and the first strip line 21a.
  • the matching conductor 52a is a conductor having sides wider than the line width of the first strip line 21a and the line width of the open stub 51a, and acts as a capacitive matching element.
  • the matching conductor 52b is formed inside the second substrate 14, and is electrically connected between the connection member 32b and the second strip line 21b.
  • the matching conductor 52b is a conductor having sides wider than the line width of the second strip line 21b and the line width of the open stub 51b, and acts as a capacitive matching element.
  • the antenna element 61 is electrically connected to the first strip line 21a in the high frequency filter, and transmits and receives electromagnetic waves.
  • the high frequency circuit 62 is electrically connected to the second strip line 21b in the high frequency filter, and for example, an amplifier for amplifying a signal input / output to / from the high frequency filter is mounted.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an equivalent circuit of the high frequency filter shown in FIG. 1 to FIG.
  • the coupled line 71 is a line formed by the first columnar conductor 31 in the coaxial line 30, and the ground provided corresponding to the line corresponds to the second columnar conductor 41.
  • the electrical length of the coupling line 71 corresponds to the electrical length of the first columnar conductor 31, and is 90 degrees or less at the center frequency of the stop band which is the frequency band of the signal for blocking transmission.
  • the characteristic impedance of the coupling line 71 is determined by the diameter of the first columnar conductor 31 and the distance d between the first columnar conductor 31 and the second columnar conductor 41. Since the electrical length of the columnar conductors 31a and 31c is extremely short compared to the electrical length of the columnar conductor 31b, the diameter of the first columnar conductor 31 is approximately equal to the diameter of the columnar conductor 31b.
  • the resonator 72a corresponds to the open stub 51a, and is adjusted to have an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the stop band.
  • the resonator 72b corresponds to the open stub 51b, and is adjusted to have an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the stop band.
  • the capacitive matching element 73a corresponds to the matching conductor 52a, and the capacitive matching element 73b corresponds to the matching conductor 52b.
  • the high frequency filter disclosed in Non-Patent Document 1 includes a plurality of resonators disposed on the same plane to form a stop band. Each of the plurality of resonators corresponds to an open stub having an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the stop band.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the high frequency filter disclosed in Non-Patent Document 1.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an equivalent circuit of the high frequency filter of FIG.
  • FIG. 6 shows an example in which the number of coupled lines is one and the number of resonators is two.
  • the coupled line 81 corresponds to the coupled line in the high frequency filter of FIG. 5 and is adjusted to have an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the desired stop band.
  • the resonators 82a and 82b correspond to the resonators in the high frequency filter of FIG. 5 and are adjusted to have an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the desired stop band.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method of determining the parameter value of the coupled line 81 and the parameter values of the resonators 82a and 82b which constitute a high frequency filter having a desired stop band.
  • the parameter values of the coupled line 81 and the parameter values of the resonators 82a and 82b include characteristic impedance and the like.
  • the resonators 72a and 72b and the resonators 82a and 82b have an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the stop band. It is common in having the point.
  • the electrical length of the coupled line 71 has an electrical length of 90 degrees or less at the center frequency of the stop band, while the high frequency filter disclosed in Non-Patent Document 1
  • the filter is different in that the electrical length of the coupled line 81 has an electrical length of 90 degrees at the center frequency of the stop band.
  • the high frequency filter of the first embodiment includes the capacitive matching elements 73a and 73b
  • the high frequency filter disclosed in Non-Patent Document 1 is different in that the capacitive matching element is not provided. ing.
  • the equivalent circuit is represented by capacitive matching elements 73a and 73b, a coupling line 71, and resonators 72a and 72b.
  • the characteristic impedance of the resonators 72a and 72b is set to, for example, the same characteristic impedance as the characteristic impedance of the resonators 82a and 82b determined by the method disclosed in Non-Patent Document 1.
  • the characteristic impedance of the coupled line 71 to which the capacitive matching elements 73a and 73b are coupled may be different from the characteristic impedance of the coupled line 81 determined by the method disclosed in Non-Patent Document 1.
  • the characteristic impedance of the coupled line 71 the pass characteristic from Port (1) to Port (2) of the circuit including the capacitive matching elements 73a and 73b and the coupled line 71 and the reflection characteristic at each port are coupled.
  • the characteristic impedance of the coupling line 71 itself is determined by the diameter of the first columnar conductor 31 and the distance d between the first columnar conductor 31 and the second columnar conductor 41.
  • FIG. 7A is an explanatory view showing the detailed dimensions of the high frequency filter shown in FIG. 7B is an explanatory view showing the detailed dimensions in the vicinity of the first substrate 11 in the high frequency filter shown in FIG. 2
  • FIG. 7C is the explanatory drawing showing the detailed dimensions in the vicinity of the second substrate 14 in the high frequency filter shown in FIG.
  • FIG. 8A is an explanatory drawing showing the detailed dimensions of the high frequency filter shown in FIG. 8B shows the detailed dimensions of the first strip line 21a, the open stub 51a and the matching conductor 52a in the high frequency filter shown in FIG. 3
  • FIG. 8C shows the second strip line 21b in the high frequency filter shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the detailed dimension of the open stub 51b and the conductor 52b for a matching.
  • the characteristic impedance of the coupled line 71 having a center frequency Fc of 19.45 GHz and an electrical length of 80 degrees at the center frequency Fc of the stop band is Suppose that it is 70 ⁇ .
  • the characteristic impedance of the resonators 72a and 72b having an electrical length of 90 degrees at the center frequency Fc is 52 ⁇
  • the characteristic impedance of the capacitive matching elements 73a and 73b having an electrical length of 5 degrees at the center frequency Fc is 15 ⁇ .
  • a substrate having a dielectric constant of 3.62 and a dielectric loss tangent of 0.002 is used as the multilayer substrate 1.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing an electromagnetic field analysis result of reflection characteristics and pass characteristics in the high frequency filter.
  • the horizontal axis represents frequency
  • the vertical axis represents signal level.
  • the pass characteristic S21 shown in FIG. 9 the blocking amount in the blocking band of 17.5 to 21.2 GHz is -27.9 dB or less, and the pass loss at 27.5 to 31.0 GHz is within -0.26 dB. It becomes.
  • a blocking amount of ⁇ 27.9 dB or less and a pass loss of ⁇ 0.26 dB or less satisfy the characteristics of the band-stop filter in the Ka (Kurz Above) band.
  • the multilayer substrate 1 such that one end is connected to the first strip line 21a and the other end is connected to the second strip line 21b.
  • the first columnar conductor 31 provided, and one or more second pillars penetrating through the multilayer substrate 1 such that one end is connected to the ground plane 12 and the other end is connected to the ground plane 16
  • a coaxial line 30 having a conductor 41, a first columnar conductor 31 acting as an inner conductor, and a second columnar conductor 41 acting as an outer conductor, a first strip line 21a and a second strip line
  • Each of 21b is connected with open stubs 51a, 51b acting as resonators 72a, 72b and with matching conductors 52a, 52b acting as capacitive matching elements 73a, 73b.
  • Non-Patent Document 1 Since it is configured to so that an effect that can not form a stop band arranging a plurality of resonators on the same plane. As a result, a high frequency filter having a smaller area for mounting can be obtained as compared with the high frequency filter disclosed in Non-Patent Document 1.
  • the open stub 51a and the matching conductor 52a are both formed on the same plane in the first substrate 11, and both the open stub 51b and the matching conductor 52b are second.
  • the example which is formed on the same plane in the substrate 14 is shown. However, this is merely an example, and the open stub 51a and the matching conductor 52a are formed on different planes in the first substrate 11, and the open stub 51b and the matching conductor 52b are second In the substrate 14, they may be formed on different planes.
  • both the open stub 51a and the matching conductor 52a may be formed in the third substrate 17, and both the open stub 51b and the matching conductor 52b may be formed in the third substrate 17. Furthermore, as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a side view showing the main part of another high frequency filter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the open stub 51a is formed in the first substrate 11, but the matching conductor 52a is formed in the third substrate 17.
  • the open stub 51 b is formed in the second substrate 14, but the matching conductor 52 b is formed in the third substrate 17.
  • the open stub 51a may be formed in the third substrate 17, and the matching conductor 52a may be formed in the first substrate 11, or the open stub 51b may be formed in the third substrate 17.
  • a matching conductor 52 b may be formed in the second substrate 14.
  • the high frequency filter according to the first embodiment does not cause electrical interference to the circuit connected to the first strip line 21a and the second strip line 21b.
  • the columnar conductors 90 may be loaded around the first strip line 21a and the second strip line 21b.
  • the columnar conductors 90 may be loaded around the open stubs 51a and 51b.
  • one end of the columnar conductor 90 is connected to the ground plane 12, and the other end of the columnar conductor 90 is connected to the ground plane 16.
  • high frequency circuit 62 is mentioned, for example.
  • FIG. 11 is a plan view showing the main part of another high frequency filter according to Embodiment 1 of the present invention. In the example of FIG. 11, the description of the second columnar conductor 41 and the land 42 is omitted to simplify the drawing.
  • each of the open stubs 51a and 51b may be a linear open stub.
  • the open stubs 51a are formed in the first substrate 11 having the ground surfaces 12, 13 formed on the front and back surfaces, and the open stubs 51b are formed on the ground surfaces 15 on the front and back surfaces. , 16 are formed in the second substrate 14 formed. For this reason, the open stubs 51a and 51b are disposed in the state of being electrically shielded in the vertical direction of the drawing of FIG.
  • the open stubs 51a and 51b do not electrically interfere with, for example, a circuit (not shown) arranged above the paper surface of the ground surface 12 or below the paper surface of the ground surface 16. Can. Further, since the characteristic impedances of the open stubs 51a and 51b are not easily influenced by a circuit or the like arranged in the upper surface of the paper of the ground plane 12, setting of the characteristic impedances of the open stubs 51a and 51b is facilitated.
  • the distance between the open stub 51a and the open stub 51b is not particularly described, but the distance between the open stub 51a and the open stub 51b is an electrical length of 90 degrees or less at the center frequency Fc of the blocking band. It may be In the first embodiment, the filter characteristics of the high-frequency filter can be adjusted by changing the electrical lengths of the matching conductors 52a and 52b acting as the capacitive matching elements 73a and 73b. A desired stop band can be formed even if the distance between the stub 51b and the center frequency Fc of the stop band is 90 degrees or less.
  • the antenna element 61 is provided outside the high frequency filter.
  • the antenna element 101 may be provided inside the high frequency filter. .
  • FIG. 12 is a side view showing the main part of a high frequency filter according to a second embodiment of the present invention.
  • the antenna element 101 is provided in the first substrate 11, is electrically connected to the first strip line 21a, and is an excitation element that transmits and receives an electromagnetic wave.
  • a plurality of antenna elements 101 may be connected to the first strip line 21a.
  • the space between the plurality of antenna elements 101 may be narrowed by placing a filter or the like between the plurality of antenna elements 101.
  • the non-excitation element 102 is disposed above the plane of the antenna element 101 in the drawing, but the non-excitation element 102 is not necessarily disposed.
  • the high frequency circuit 62 is electrically connected to the second strip line 21 b via a BGA (Ball Grid Array) 103.
  • the BGA 103 is a package substrate having electrodes in which solder balls are arranged in a grid.
  • the second strip line 21 b is disposed in the same plane as the ground plane 16, and the columnar conductors 31 c in the first columnar conductor 31 are disposed in the ground plane 16. It extends to the strip line 21b.
  • the wiring 104 is a wiring such as a control wiring or a power supply wiring provided in an empty space of the third substrate 17.
  • the stop band can be set without arranging a plurality of resonators on the same plane. It can be formed.
  • the present invention allows free combination of each embodiment, or modification of any component of each embodiment, or omission of any component in each embodiment. .
  • the present invention is suitable for a high frequency filter having an open stub acting as a resonator and a matching conductor acting as a capacitive matching element.

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Abstract

一端が第１のストリップ線路（２１ａ）と接続され、他端が第２のストリップ線路（２１ｂ）と接続されるように、多層基板（１）の内部に設けられている第１の柱状導体（３１）と、一端がグラウンド面（１２）と接続され、他端がグラウンド面（１６）と接続されるように、多層基板（１）を貫通している１つ以上の第２の柱状導体（４１）とを有し、第１の柱状導体（３１）が内導体として作用し、第２の柱状導体（４１）が外導体として作用する同軸線路（３０）を備え、第１のストリップ線路（２１ａ）及び第２のストリップ線路（２１ｂ）のそれぞれは、共振器（７２ａ），（７２ｂ）として作用するオープンスタブ（５１ａ），（５１ｂ）が接続され、かつ、容量性整合素子（７３ａ），（７３ｂ）として作用する整合用の導体（５２ａ），（５２ｂ）が接続されている。

Description

高周波フィルタ
　この発明は、共振器として作用するオープンスタブと、容量性整合素子として作用する整合用の導体とを有する高周波フィルタに関するものである。
　マイクロ波帯又はミリ波帯などで用いられる高周波フィルタは、例えば、衛星通信システムにおける移動体に搭載される薄型アンテナに用いられることがある。
　以下の非特許文献１に開示されている高周波フィルタは、伝送を阻止する信号の周波数帯域である阻止帯域を形成するために、同一平面上に配置されている複数の共振器を備えている。
　従来の高周波フィルタは、阻止帯域を形成するために、複数の共振器を同一平面上に配置する必要がある。そのため、複数の共振器を同一平面上に配置する領域を確保する必要があるという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の共振器を同一平面上に配置することなく、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。
　この発明に係る高周波フィルタは、第１のストリップ線路が内層に配線されている第１の基板と、第２のストリップ線路が内層に配線されている第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に挿入されている第３の基板とを含む多層基板と、一端が第１のストリップ線路と接続され、他端が第２のストリップ線路と接続されるように、多層基板の内部に設けられている第１の柱状導体と、第１の基板における２つの平面のうち、第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と一端が接続され、第２の基板における２つの平面のうち、第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と他端が接続されるように、多層基板を貫通している１つ以上の第２の柱状導体とを有し、第１の柱状導体が内導体として作用し、第２の柱状導体が外導体として作用する同軸線路とを備え、第１及び第２のストリップ線路のそれぞれは、共振器として作用するオープンスタブが接続され、かつ、容量性整合素子として作用する整合用の導体が接続されているようにしたものである。
　この発明によれば、一端が第１のストリップ線路と接続され、他端が第２のストリップ線路と接続されるように、多層基板の内部に設けられている第１の柱状導体と、第１の基板における２つの平面のうち、第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と一端が接続され、第２の基板における２つの平面のうち、第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と他端が接続されるように、多層基板を貫通している１つ以上の第２の柱状導体とを有し、第１の柱状導体が内導体として作用し、第２の柱状導体が外導体として作用する同軸線路を備え、第１及び第２のストリップ線路のそれぞれは、共振器として作用するオープンスタブが接続され、かつ、容量性整合素子として作用する整合用の導体が接続されているように構成したので、複数の共振器を同一平面上に配置することなく、阻止帯域を形成することができる効果がある。
この発明の実施の形態１による高周波フィルタを示す斜視図である。 図１の高周波フィルタの要部をＡ方向から見た側面図である。 図１の高周波フィルタの要部をＢ方向から見た平面図である。 図１から図３に示す高周波フィルタの等価回路を示す説明図である。 非特許文献１に開示されている高周波フィルタを示す構成図である。 図５の高周波フィルタの等価回路を示す説明図である。 図７Ａは、図２に示す高周波フィルタの詳細寸法を示す説明図、図７Ｂは、図２に示す高周波フィルタにおける第１の基板１１付近の詳細寸法を示す説明図、図７Ｃは、図２に示す高周波フィルタにおける第２の基板１４付近の詳細寸法を示す説明図である。 図８Ａは、図３に示す高周波フィルタの詳細寸法を示す説明図、図８Ｂは、図３に示す高周波フィルタにおける第１のストリップ線路２１ａ、オープンスタブ５１ａ及び整合用の導体５２ａの詳細寸法を示す説明図、図８Ｃは、図３に示す高周波フィルタにおける第２のストリップ線路２１ｂ、オープンスタブ５１ｂ及び整合用の導体５２ｂの詳細寸法を示す説明図である。 高周波フィルタにおける反射特性及び通過特性の電磁界解析結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他の高周波フィルタの要部を示す側面図である。 この発明の実施の形態１による他の高周波フィルタの要部を示す平面図である。 この発明の実施の形態２による高周波フィルタの要部を示す側面図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による高周波フィルタを示す斜視図である。
　図２は、図１の高周波フィルタの要部をＡ方向から側面図である。
　図３は、図１の高周波フィルタの要部をＢ方向から平面図である。
　図１から図３において、多層基板１は、第１の基板１１と第２の基板１４と第３の基板１７とを含んでいる多層構造の誘電体基板である。
　第１の基板１１の表面には、グラウンド面１２が形成され、第１の基板１１の裏面には、グラウンド面１３が形成されている。第１の基板１１の表面は、第１の基板１１における２つの平面のうち、第３の基板１７が配置される側の平面と反対側の平面であり、第１の基板１１の裏面は、第３の基板１７が配置される側の平面である。
　第１の基板１１の内層には、第１のストリップ線路２１ａが配線されている。
　第２の基板１４の表面には、グラウンド面１５が形成され、第２の基板１４の裏面には、グラウンド面１６が形成されている。第２の基板１４の表面は、第２の基板１４における２つの平面のうち、第３の基板１７が配置される側の平面であり、第２の基板１４の裏面は、第３の基板１７が配置される側の平面と反対側の平面である。
　また、第２の基板１４の内層には、第２のストリップ線路２１ｂが配線されている。
　第３の基板１７は、第１の基板１１と第２の基板１４との間に挿入されている基板である。
　同軸線路３０は、内導体と外導体を備える線路である。
　第１の柱状導体３１は、柱状導体３１ａ，３１ｂ，３１ｃが一直線上に配置されて、柱状導体３１ａ，３１ｂ，３１ｃが電気的に接続されている同軸線路３０の内導体である。
　柱状導体３１ａは、第１の基板１１の内部に設けられており、一端が接続部材３２ａを介して第１のストリップ線路２１ａと電気的に接続されている。
　柱状導体３１ｂは、第３の基板１７の内部に設けられており、一端が接続部材３３ａを介して柱状導体３１ａの他端と電気的に接続されている。
　柱状導体３１ｃは、第２の基板１４の内部に設けられており、一端が接続部材３３ｂを介して柱状導体３１ｂの他端と電気的に接続され、他端が接続部材３２ｂを介して第２のストリップ線路２１ｂと電気的に接続されている。
　グラウンド面１３には孔３４ａが施されており、孔３４ａの内部に接続部材３３ａが形成されている。
　グラウンド面１５には孔３４ｂが施されており、孔３４ｂの内部に接続部材３３ｂが形成されている。
　第２の柱状導体４１は、一端がグラウンド面１２と接続され、他端がグラウンド面１６と接続されるように、多層基板１を貫通している外導体である。
　第２の柱状導体４１は、柱状導体４１ａ，４１ｂ，４１ｃが一直線上に配置されて、柱状導体４１ａ，４１ｂ，４１ｃが電気的に接続されている。
　柱状導体４１ａは、第１の基板１１の内部に設けられており、一端がグラウンド面１２と接続されている。
　柱状導体４１ｂは、第３の基板１７の内部に設けられており、一端が柱状導体４１ａと電気的に接続されている。
　柱状導体４１ｃは、第２の基板１４の内部に設けられており、一端が柱状導体４１ｂの他端と電気的に接続され、他端がグラウンド面１６と接続されている。
　図面の簡単化のため記載を省略しているが、柱状導体４１ａと柱状導体４１ｂを電気的に接続する接続部材があってもよい。また、柱状導体４１ｂと柱状導体４１ｃを電気的に接続する接続部材があってもよい。
　ランド４２は、柱状導体４１ａ，４１ｃを取り付ける部材である。
　図１では、内導体である第１の柱状導体３１を取り囲むように、５つの外導体である第２の柱状導体４１が配置されている例を示しているが、１つ以上の外導体が配置されていればよい。
　なお、内導体である第１の柱状導体３１と、外導体である第２の柱状導体４１との間隔は、図３に示すように、ｄである。
　オープンスタブ５１ａは、第１の基板１１の内部に形成されており、接続部材３２ａを介して第１のストリップ線路２１ａと電気的に接続されている。オープンスタブ５１ａは、共振器として作用する。
　オープンスタブ５１ｂは、第２の基板１４の内部に形成されており、接続部材３２ｂを介して第２のストリップ線路２１ｂと電気的に接続されている。オープンスタブ５１ｂは、共振器として作用する。
　オープンスタブ５１ａは、表面及び裏面にグラウンド面１２，１３が形成されている第１の基板１１内に形成されており、オープンスタブ５１ｂは、表面及び裏面にグラウンド面１５，１６が形成されている第２の基板１４内に形成されている。
　このため、オープンスタブ５１ａ，５１ｂは、図２の紙面上下方向には電気的に遮蔽されている状態で配置されている。
　整合用の導体５２ａは、第１の基板１１の内部に形成されており、接続部材３２ａと第１のストリップ線路２１ａとの間に電気的に接続されている。整合用の導体５２ａは、第１のストリップ線路２１ａの線路幅及びオープンスタブ５１ａの線路幅よりも広い辺を有する導体であり、容量性整合素子として作用する。
　整合用の導体５２ｂは、第２の基板１４の内部に形成されており、接続部材３２ｂと第２のストリップ線路２１ｂとの間に電気的に接続されている。整合用の導体５２ｂは、第２のストリップ線路２１ｂの線路幅及びオープンスタブ５１ｂの線路幅よりも広い辺を有する導体であり、容量性整合素子として作用する。
　アンテナ素子６１は、高周波フィルタにおける第１のストリップ線路２１ａと電気的に接続されており、電磁波を送受信する。
　高周波回路６２は、高周波フィルタにおける第２のストリップ線路２１ｂと電気的に接続されており、例えば、高周波フィルタが入出力する信号を増幅するアンプを実装している。
　図４は、図１から図３に示す高周波フィルタの等価回路を示す説明図である。
　図４において、結合線路７１は、同軸線路３０における第１の柱状導体３１が構成する線路であり、この線路と対応して設けられるグランドは、第２の柱状導体４１が相当する。
　結合線路７１の電気長は、第１の柱状導体３１の電気長に相当し、伝送を阻止する信号の周波数帯域である阻止帯域の中心周波数で９０度以下の電気長である。
　結合線路７１の特性インピーダンスは、第１の柱状導体３１の直径と、第１の柱状導体３１と第２の柱状導体４１との間隔ｄによって決定される。
　柱状導体３１ａ，３１ｃの電気長は、柱状導体３１ｂの電気長と比べて、極めて短いため、第１の柱状導体３１の直径は、概ね柱状導体３１ｂの直径と等しい。
　共振器７２ａは、オープンスタブ５１ａに相当し、阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するように調整されている。
　共振器７２ｂは、オープンスタブ５１ｂに相当し、阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するように調整されている。
　容量性整合素子７３ａは、整合用の導体５２ａに相当し、容量性整合素子７３ｂは、整合用の導体５２ｂに相当する。
　次に動作について説明する。
　非特許文献１に開示されている高周波フィルタは、阻止帯域を形成するために、同一平面上に配置されている複数の共振器を備えている。
　複数の共振器のそれぞれは、阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するオープンスタブに相当する。
　図５は、非特許文献１に開示されている高周波フィルタを示す構成図である。
　図６は、図５の高周波フィルタの等価回路を示す説明図である。
　ただし、図６では、結合線路が１つで、共振器が２つである例を示している。
　結合線路８１は、図５の高周波フィルタにおける結合線路に相当し、所望の阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するように調整されている。
　共振器８２ａ，８２ｂは、図５の高周波フィルタにおける共振器に相当し、所望の阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するように調整されている。
　結合線路８１及び共振器８２ａ，８２ｂのそれぞれが、所望の阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有し、かつ、所望の特性インピーダンスを有するように調整されていれば、所望の阻止帯域を有する高周波フィルタを得ることができる。
　所望の阻止帯域を有する高周波フィルタを構成する結合線路８１のパラメータ値及び共振器８２ａ，８２ｂのパラメータ値を決定する方法は、非特許文献１に開示されている。
　結合線路８１のパラメータ値及び共振器８２ａ，８２ｂのパラメータ値としては、特性インピーダンスなどがある。
　この実施の形態１の高周波フィルタと、非特許文献１に開示されている高周波フィルタとを比較すると、共振器７２ａ，７２ｂと共振器８２ａ，８２ｂが、阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有している点で共通している。
　この実施の形態１の高周波フィルタは、結合線路７１の電気長が、阻止帯域の中心周波数で９０度以下の電気長を有しているのに対して、非特許文献１に開示されている高周波フィルタは、結合線路８１の電気長が、阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有している点で相違している。
　また、この実施の形態１の高周波フィルタは、容量性整合素子７３ａ，７３ｂを備えているが、非特許文献１に開示されている高周波フィルタは、容量性整合素子を備えていない点で相違している。
　この実施の形態１の高周波フィルタにおいて、等価回路は、容量性整合素子７３ａ，７３ｂと、結合線路７１と、共振器７２ａ，７２ｂとで表される。
　共振器７２ａ，７２ｂの特性インピーダンスは、非特許文献１に開示されている方法で決定された共振器８２ａ，８２ｂの特性インピーダンスと、例えば同じ特性インピーダンスに設定される。
　また、容量性整合素子７３ａ，７３ｂが結合された結合線路７１の特性インピーダンスと、非特許文献１に開示されている方法で決定された結合線路８１の特性インピーダンスとは、異なることがある。例えば、結合線路７１の特性インピーダンスは、容量性整合素子７３ａ，７３ｂと結合線路７１で構成される回路のＰｏｒｔ（１）からＰｏｒｔ（２）への通過特性及び各ポートでの反射特性が、結合線路８１のみで構成される回路のＰｏｒｔ（１）からＰｏｒｔ（２）への通過特性及び各ポートでの反射特性と概ね等しくなるように調整されることがある。
　結合線路７１自体の特性インピーダンスは、第１の柱状導体３１の直径と、第１の柱状導体３１と第２の柱状導体４１との間隔ｄによって決定される。
　ここで、図７Ａは、図２に示す高周波フィルタの詳細寸法を示す説明図である。
　図７Ｂは、図２に示す高周波フィルタにおける第１の基板１１付近の詳細寸法を示し、図７Ｃは、図２に示す高周波フィルタにおける第２の基板１４付近の詳細寸法を示す説明図である。
　図８Ａは、図３に示す高周波フィルタの詳細寸法を示す説明図である。
　図８Ｂは、図３に示す高周波フィルタにおける第１のストリップ線路２１ａ、オープンスタブ５１ａ及び整合用の導体５２ａの詳細寸法を示し、図８Ｃは、図３に示す高周波フィルタにおける第２のストリップ線路２１ｂ、オープンスタブ５１ｂ及び整合用の導体５２ｂの詳細寸法を示す説明図である。
　高周波フィルタの詳細寸法が図７及び図８で表されている寸法であるとき、阻止帯域の中心周波数Ｆｃが１９．４５ＧＨｚ、中心周波数Ｆｃで電気長が８０度である結合線路７１の特性インピーダンスが７０Ωであるとする。
　また、中心周波数Ｆｃで電気長が９０度である共振器７２ａ，７２ｂの特性インピーダンスが５２Ω、中心周波数Ｆｃで電気長が５度である容量性整合素子７３ａ，７３ｂの特性インピーダンスが１５Ωであるとする。
　多層基板１として、誘電率が３．６２、誘電正接が０．００２の基板を用いるとする。
　寸法、電気長及び特性インピーダンスが上記の値であるとき、高周波フィルタにおける反射特性及び通過特性の電磁界解析を行うと、反射特性及び通過特性の電磁界解析結果は、図９のようになる。
　図９は、高周波フィルタにおける反射特性及び通過特性の電磁界解析結果を示す説明図である。
　図９において、横軸は周波数、縦軸は信号レベルを示している。
　図９に示す通過特性Ｓ２１が示すように、阻止帯域１７．５～２１．２ＧＨｚにおける阻止量は、－２７．９ｄＢ以下となり、２７．５～３１．０ＧＨｚＧＨｚにおける通過損失は、－０．２６ｄＢ以内となる。
　－２７．９ｄＢ以下の阻止量及び－０．２６ｄＢ以内の通過損失は、Ｋａ（Ｋｕｒｚ　Ａｂｏｖｅ）帯における帯域阻止フィルタの特性を満足している。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、一端が第１のストリップ線路２１ａと接続され、他端が第２のストリップ線路２１ｂと接続されるように、多層基板１の内部に設けられている第１の柱状導体３１と、一端がグラウンド面１２と接続され、他端がグラウンド面１６と接続されるように、多層基板１を貫通している１つ以上の第２の柱状導体４１とを有し、第１の柱状導体３１が内導体として作用し、第２の柱状導体４１が外導体として作用する同軸線路３０を備え、第１のストリップ線路２１ａ及び第２のストリップ線路２１ｂのそれぞれは、共振器７２ａ，７２ｂとして作用するオープンスタブ５１ａ，５１ｂが接続され、かつ、容量性整合素子７３ａ，７３ｂとして作用する整合用の導体５２ａ，５２ｂが接続されているように構成したので、複数の共振器を同一平面上に配置することなく、阻止帯域を形成することができる効果を奏する。
　これにより、非特許文献１に開示されている高周波フィルタよりも、実装する際の占有面積が小さい高周波フィルタが得られる。
　この実施の形態１では、オープンスタブ５１ａと整合用の導体５２ａが、共に第１の基板１１内の同一平面上に形成されており、オープンスタブ５１ｂと整合用の導体５２ｂが、共に第２の基板１４内の同一平面上に形成されている例を示している。
　しかし、これは一例に過ぎず、オープンスタブ５１ａと整合用の導体５２ａが、第１の基板１１内で、互いに異なる平面上に形成され、オープンスタブ５１ｂと整合用の導体５２ｂが、第２の基板１４内で、互いに異なる平面上に形成されていてもよい。
　また、オープンスタブ５１ａと整合用の導体５２ａが、共に第３の基板１７内に形成され、オープンスタブ５１ｂと整合用の導体５２ｂが、共に第３の基板１７内に形成されていてもよい。
　さらに、図１０に示すように、オープンスタブ５１ａと整合用の導体５２ａが、互いに異なる基板内に形成され、オープンスタブ５１ｂと整合用の導体５２ｂが、互いに異なる基板内に形成されていてもよい。
　図１０は、この発明の実施の形態１による他の高周波フィルタの要部を示す側面図である。
　図１０の例では、オープンスタブ５１ａが第１の基板１１内に形成されているが、整合用の導体５２ａは第３の基板１７内に形成されている。また、オープンスタブ５１ｂが第２の基板１４内に形成されているが、整合用の導体５２ｂは第３の基板１７内に形成されている。
　なお、オープンスタブ５１ａが第３の基板１７内に形成されて、整合用の導体５２ａが第１の基板１１内に形成されていてもよいし、オープンスタブ５１ｂが第３の基板１７内に形成されて、整合用の導体５２ｂが第２の基板１４内に形成されていてもよい。
　この実施の形態１の高周波フィルタが、第１のストリップ線路２１ａ及び第２のストリップ線路２１ｂに接続される回路に対して、電気的な干渉を及ぼさないようにする目的で、図１１に示すように、第１のストリップ線路２１ａ及び第２のストリップ線路２１ｂの周囲に、柱状導体９０を装荷するようにしてもよい。また、オープンスタブ５１ａ，５１ｂの周囲にも、柱状導体９０を装荷するようにしてもよい。
　例えば、柱状導体９０の一端はグラウンド面１２と接続され、柱状導体９０の他端はグラウンド面１６と接続されているものとする。第２のストリップ線路２１ｂに接続される回路としては、例えば、高周波回路６２が挙げられる。
　図１１は、この発明の実施の形態１による他の高周波フィルタの要部を示す平面図である。
　図１１の例では、図面の簡単化のため、第２の柱状導体４１及びランド４２の記載を省略している。
　この実施の形態１では、オープンスタブ５１ａ，５１ｂのそれぞれがＬ字形に折り曲げられている例を示しているが、オープンスタブ５１ａ，５１ｂのそれぞれは、直線状のオープンスタブであってもよい。
　この実施の形態１では、オープンスタブ５１ａは、表面及び裏面にグラウンド面１２，１３が形成されている第１の基板１１内に形成されており、オープンスタブ５１ｂは、表面及び裏面にグラウンド面１５，１６が形成されている第２の基板１４内に形成されている。
　このため、オープンスタブ５１ａ，５１ｂは、図２の紙面上下方向には電気的に遮蔽されている状態で配置されている。
　これにより、オープンスタブ５１ａ，５１ｂが、例えば、グラウンド面１２の紙面上方向あるいはグラウンド面１６の紙面下方向に配置される図示せぬ回路に対して、電気的な干渉を及ぼさないようにすることができる。また、オープンスタブ５１ａ，５１ｂの特性インピーダンスが、グラウンド面１２の紙面上方向等に配置される回路等の影響を受け難くなるため、オープンスタブ５１ａ，５１ｂの特性インピーダンスの設定が容易になる。
　この実施の形態１では、オープンスタブ５１ａとオープンスタブ５１ｂとの間隔については特に述べていないが、オープンスタブ５１ａとオープンスタブ５１ｂとの間隔は、阻止帯域の中心周波数Ｆｃで９０度以下の電気長であってもよい。
　この実施の形態１では、容量性整合素子７３ａ，７３ｂとして作用する整合用の導体５２ａ，５２ｂの電気長を変えることで、高周波フィルタのフィルタ特性を調整することができるため、オープンスタブ５１ａとオープンスタブ５１ｂとの間隔が、阻止帯域の中心周波数Ｆｃで９０度以下の電気長であっても、所望の阻止帯域を形成することができる。
実施の形態２．
　上記実施の形態１では、アンテナ素子６１が、高周波フィルタの外部に設けられている例を示したが、図１２に示すように、アンテナ素子１０１が、高周波フィルタの内部に設けられていてもよい。
　図１２は、この発明の実施の形態２による高周波フィルタの要部を示す側面図である。
　図１２において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　アンテナ素子１０１は、第１の基板１１内に設けられて、第１のストリップ線路２１ａと電気的に接続されており、電磁波を送受信する励振素子である。
　図１２では、１つのアンテナ素子１０１が第１のストリップ線路２１ａと接続されているが、複数のアンテナ素子１０１が第１のストリップ線路２１ａと接続されていてもよい。
　複数のアンテナ素子１０１がアレイ配列される場合、複数のアンテナ素子１０１の間にフィルタ等を収めることで、複数のアンテナ素子１０１の間隔を狭めるようにしてもよい。複数のアンテナ素子１０１の間隔を狭めることで、複数のアンテナ素子１０１の間隔が広いことが原因で発生するグレーティングローブなどを抑圧することができる。
　図１２の例では、アンテナ素子１０１の紙面上方に、非励振素子１０２が配置されているが、非励振素子１０２が配置されることは必須ではない。
　高周波回路６２は、第２のストリップ線路２１ｂとＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）１０３を介して電気的に接続されている。ＢＧＡ１０３は、半田ボールが格子状に並べられている電極を有するパッケージ基板である。
　この実施の形態２では、第２のストリップ線路２１ｂがグラウンド面１６と同一の平面に配置されており、第１の柱状導体３１における柱状導体３１ｃは、グラウンド面１６に配置されている第２のストリップ線路２１ｂまで延びている。
　配線１０４は、第３の基板１７の空きスペースに設けられている制御配線又は電源配線などの配線である。
　図１２に示すように、アンテナ素子１０１が、高周波フィルタの内部に設けられている場合でも、上記実施の形態１と同様に、複数の共振器を同一平面上に配置することなく、阻止帯域を形成することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、共振器として作用するオープンスタブと、容量性整合素子として作用する整合用の導体とを有する高周波フィルタに適している。
　１　多層基板、１１　第１の基板、１２，１３　グラウンド面、１４　第２の基板、１５，１６　グラウンド面、１７　第３の基板、２１ａ　第１のストリップ線路、２１ｂ　第２のストリップ線路、３０　同軸線路、３１　第１の柱状導体、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ　柱状導体、３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ　接続部材、３４ａ，３４ｂ　孔、４１　第２の柱状導体、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ　柱状導体、４２　ランド、５１ａ，５１ｂ　オープンスタブ、５２ａ，５２ｂ　整合用の導体、６１　アンテナ素子、６２　高周波回路、７１　結合線路、７２ａ，７２ｂ　共振器、７３ａ，７３ｂ　容量性整合素子、８１　結合線路、８２ａ，８２ｂ　共振器、９０　柱状導体、１０１　アンテナ素子、１０２　非励振素子、１０３　ＢＧＡ、１０４　配線。

Claims (7)

  1. 　第１のストリップ線路が内層に配線されている第１の基板と、第２のストリップ線路が内層に配線されている第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挿入されている第３の基板とを含む多層基板と、
    　一端が前記第１のストリップ線路と接続され、他端が前記第２のストリップ線路と接続されるように、前記多層基板の内部に設けられている第１の柱状導体と、前記第１の基板における２つの平面のうち、前記第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と一端が接続され、前記第２の基板における２つの平面のうち、前記第３の基板が配置される側の平面と反対側の平面に形成されているグラウンド面と他端が接続されるように、前記多層基板を貫通している１つ以上の第２の柱状導体とを有し、前記第１の柱状導体が内導体として作用し、前記第２の柱状導体が外導体として作用する同軸線路とを備え、
    　前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれは、共振器として作用するオープンスタブが接続され、かつ、容量性整合素子として作用する整合用の導体が接続されていることを特徴とする高周波フィルタ。
  2. 　前記同軸線路における前記第１の柱状導体が構成する線路である結合線路は、伝送を阻止する信号の周波数帯域である阻止帯域の中心周波数で９０度以下の電気長を有しており、
    　前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれと接続されている前記オープンスタブは、前記阻止帯域の中心周波数で９０度の電気長を有するように調整されていることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
  3. 　前記第１の柱状導体の直径と、前記第１の柱状導体と前記第２の柱状導体との間隔とによって、前記結合線路の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記載の高周波フィルタ。
  4. 　前記第１のストリップ線路が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記載の高周波フィルタ。
  5. 　前記第１のストリップ線路と接続されるオープンスタブと、前記第１のストリップ線路と接続される整合用の導体とは、前記第１の基板及び前記第３の基板の中の、いずれか１つの同じ基板内に形成され、
    　前記第２のストリップ線路と接続されるオープンスタブと、前記第２のストリップ線路と接続される整合用の導体とは、前記第２の基板及び前記第３の基板の中の、いずれか１つの同じ基板内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
  6. 　前記第１のストリップ線路と接続されるオープンスタブと、前記第１のストリップ線路と接続される整合用の導体とは、前記第１の基板及び前記第３の基板の中で、互いに異なる基板内に形成され、
    　前記第２のストリップ線路と接続されるオープンスタブと、前記第２のストリップ線路と接続される整合用の導体とは、前記第２の基板及び前記第３の基板の中で、互いに異なる基板内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
  7. 　前記オープンスタブは、前記多層基板に含まれている前記第１から第３の基板の中で、表面及び裏面にグラウンド面が形成されている基板内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波フィルタ。
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