WO2020184205A1 - フィルタ装置、ならびに、それを備えたアンテナモジュールおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

フィルタ装置（１３０）は、入力端（Ｔ１）と出力端（Ｔ２）との間に形成され、特定の周波数帯域の高周波信号を減衰させるように構成される。フィルタ装置（１３０）は、多層構造に誘電体基板（１４０）と、誘電体基板（１４０）に形成された接地電極（ＧＮＤ１，ＧＮＤ２）と、入力端（Ｔ１）に電気的に接続される第１結合線路（１３２）と、出力端（Ｔ２）に電気的に接続される第２結合線路（１３４）と、第１結合線路（１３２）および第２結合線路（１３４）に接続されたスタブ（１３３）とを備える。第１結合線路（１３２）および第２結合線路（１３４）は、接地電極（ＧＮＤ１，ＧＮＤ２）と異なる層に形成される。第１結合線路（１３２）は第２結合線路（１３４）とは異なる層に互いに対向するように配置されている。そして、第１結合線路（１３２）は、第２結合線路（１３４）と対向している。

Description

フィルタ装置、ならびに、それを備えたアンテナモジュールおよび通信装置

　本開示は、フィルタ装置、ならびに、それを備えたアンテナモジュールおよび通信装置に関し、より特定的には、フィルタ装置を小型化するための技術に関する。

　従来から、入力された高周波信号から特定の周波数帯域の信号をフィルタリングして除去するフィルタ装置が知られている。

　特開２００８－１３１３４２号公報（特許文献１）には、伝送線路に対して交差する方向に設けられ、互いに電磁結合する結合部を有する分岐線路を備えた高周波フィルタ装置が開示されている。特開２００８－１３１３４２号公報（特許文献１）に開示された高周波フィルタ装置においては、分岐線路に伝播した高周波信号に共振が生じてＱ値が大きくなることによって減衰特性を急峻にすることができる。

特開２００８－１３１３４２号公報

　上記のようなフィルタ装置は、たとえば、携帯電話あるいはスマートフォンなどの通信端末に適用される場合がある。このような通信端末においては、機器の小型化および薄型化が望まれており、それに伴って、内部に搭載される電子部品についてもさらなる小型化および低背化が要求されている。

　フィルタ装置がストリップラインあるいはマイクロストリップラインで形成される場合、フィルタ装置の低背化を行なうと、伝送線路と接地電極との距離が短くなってしまうため、入力側および出力側の伝送線路のインピーダンスが変化し得る。これにより、フィルタ装置によって形成される減衰極の周波数が変化し、減衰特性の急峻性が低下する場合が生じ得る。

　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高周波信号用のフィルタ装置において、フィルタ装置の減衰特性の低下を抑制しつつ小型化を実現することである。

　本開示に係るフィルタ装置は、入力端と出力端との間に形成され、特定の周波数帯域の高周波信号を減衰させるように構成される。フィルタ装置は、多層構造の誘電体基板と、誘電体基板に形成された接地電極と、入力端に電気的に接続される第１結合線路と、出力端に電気的に接続される第２結合線路と、第１結合線路および第２結合線路に接続されたスタブとを備える。第１結合線路および第２結合線路は、誘電体基板において接地電極と異なる層に形成される。第１結合線路は、第２結合線路とは異なる層に配置されている。そして、第１結合線路は、第２結合線路と対向している。

　本開示に係るフィルタ装置によれば、スタブに接続される２つの結合線路（第１結合線路，第２結合線路）が、多層基板の異なる層に互いに対向するように配置される。これにより、「ｏｄｄモード」においてはインピーダンスを低下することができ、「ｅｖｅｎモード」においてはインピーダンスの低下量を抑制できるため、急峻な減衰特性を実現できる。したがって、フィルタ装置の減衰特性の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる。

実施の形態１のフィルタ装置が適用されるアンテナモジュールを含む通信装置のブロック図である。 図１のアンテナモジュールの外観透視図である。 図１のアンテナモジュールの側面透視図である。 図１におけるフィルタ装置の斜視図および断面図である。 比較例におけるフィルタ装置の斜視図および断面図である。 実施の形態１および比較例における減衰特性を説明するための図である。 フィルタ装置のインピーダンスを説明するための図である。 実施の形態１および比較例のフィルタ特性の比較を説明するための図である。 図８における反射損失のグラフの部分的な拡大図である。 図８における挿入損失のグラフの部分的な拡大図である。 変形例におけるフィルタ装置の斜視図である。 実施の形態２のフィルタ装置の斜視図および断面図である。 実施の形態３のフィルタ装置の斜視図および断面図である。 実施の形態４のフィルタ装置の斜視図および断面図である。 変形例１のアンテナモジュールの側面透視図である。 変形例２のアンテナモジュールを含む通信装置のブロック図である。 図１６のアンテナモジュールの側面透視図である。

　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］
　（通信装置の基本構成）
　図１は、実施の形態１のフィルタ装置１３０が適用されるアンテナモジュール１００を含む通信装置１０のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。本実施の形態に係るアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。

　図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、給電回路の一例であるＲＦＩＣ１１０と、アンテナ装置１２０と、フィルタ装置１３０を備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートし、フィルタ装置１３０を介してアンテナ装置１２０から放射する。また、通信装置１０は、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。

　図１では、説明を容易にするために、アンテナ装置１２０を構成する複数の給電素子（放射素子）１２１のうち、４つの給電素子１２１Ａ～１２１Ｄに対応する構成のみが示されており、同様の構成を有する他の給電素子１２１に対応する構成については省略されている。なお、図１においては、アンテナ装置１２０が二次元のアレイ状に配置された複数の給電素子１２１で形成される例を示しているが、給電素子１２１は必ずしも複数である必要はなく、単一の給電素子１２１でアンテナ装置１２０が形成される場合であってもよい。また、複数の給電素子１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。本実施の形態においては、給電素子１２１は、略正方形の平板状を有するパッチアンテナである。

　また、図１に示されるアンテナモジュール１００のアンテナ装置１２０は、各給電素子１２１から互いに異なる偏波方向を有する２つの電波を放射することが可能な、いわゆるデュアル偏波タイプのアンテナ装置である。そのため、各給電素子１２１には、ＲＦＩＣ１１０から、第１偏波用の高周波信号および第２偏波用の高周波信号が供給される。

　ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈ，１１７Ａ，１１７Ｂと、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＨＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＨＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｈと、移相器１１５Ａ～１１５Ｈと、信号合成／分波器１１６Ａ，１１６Ｂと、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂと、増幅回路１１９Ａ、１１９Ｂとを備える。このうち、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７Ａ、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄ、移相器１１５Ａ～１１５Ｄ、信号合成／分波器１１６Ａ、ミキサ１１８Ａ、および増幅回路１１９Ａの構成が、第１偏波用の高周波信号のための回路である。また、スイッチ１１１Ｅ～１１１Ｈ，１１３Ｅ～１１３Ｈ，１１７Ｂ、パワーアンプ１１２ＥＴ～１１２ＨＴ、ローノイズアンプ１１２ＥＲ～１１２ＨＲ、減衰器１１４Ｅ～１１４Ｈ、移相器１１５Ｅ～１１５Ｈ、信号合成／分波器１１６Ｂ、ミキサ１１８Ｂ、および増幅回路１１９Ｂの構成が、第２偏波用の高周波信号のための回路である。

　高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＨＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７Ａ，１１７Ｂが増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂの送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＨＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７Ａ，１１７Ｂが増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂの受信側アンプに接続される。

　フィルタ装置１３０は、フィルタ装置１３０Ａ～１３０Ｈを含む。なお、以下の説明においては、フィルタ装置１３０Ａ～１３０Ｈを包括して「フィルタ装置１３０」と称する場合がある。フィルタ装置１３０Ａ～１３０Ｈは、ＲＦＩＣ１１０におけるスイッチ１１１Ａ～１１１Ｈにそれぞれ接続される。後述するように、フィルタ装置１３０Ａ～１３０Ｈの各々は、特定の周波数帯域の高周波信号を減衰させる機能を有する。

　ＢＢＩＣ２００から伝達された信号は、増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂで増幅され、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂでアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成／分波器１１６Ａ，１１６Ｂで４分波され、対応する信号経路を通過して、それぞれ異なる給電素子１２１に給電される。

　スイッチ１１１Ａ，１１１Ｅからの高周波信号は、フィルタ装置１３０Ａ，１３０Ｅをそれぞれ経由して給電素子１２１Ａに供給される。同様に、スイッチ１１１Ｂ，１１１Ｆからの高周波信号は、フィルタ装置１３０Ｂ，１３０Ｆをそれぞれ経由して給電素子１２１Ｂに供給される。スイッチ１１１Ｃ，１１１Ｇからの高周波信号は、フィルタ装置１３０Ｃ，１３０Ｇをそれぞれ経由して給電素子１２１Ｃに供給される。スイッチ１１１Ｄ，１１１Ｈからの高周波信号は、フィルタ装置１３０Ｄ，１３０Ｈをそれぞれ経由して給電素子１２１Ｄに供給される。

　各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～１１５Ｈの移相度が個別に調整されることにより、アンテナ装置１２０の指向性を調整することができる。

　各給電素子１２１で受信された高周波信号である受信信号は、フィルタ装置１３０を介してＲＦＩＣ１１０に伝達され、それぞれ異なる４つの信号経路を経由して信号合成／分波器１１６Ａ，１１６Ｂにおいて合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８Ａ，１１８Ｂでダウンコンバートされ、増幅回路１１９Ａ，１１９Ｂで増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。

　ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各給電素子１２１に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する給電素子１２１毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。

　（アンテナモジュールの構成）
　次に、図２および図３を用いて、本実施の形態１におけるアンテナモジュール１００の構成の詳細を説明する。図２は、アンテナモジュール１００の外観透視図である。また、図３は、当該アンテナモジュール１００の側面透視図である。なお、以降の説明においては、図２に示すように、アンテナモジュール１００の厚さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面をＸ軸およびＹ軸で規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。

　図２および図３を参照して、アンテナモジュール１００は、給電素子１２１およびＲＦＩＣ１１０に加えて、多層構造を有する誘電体基板１４０と、接地電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２と、フィルタ装置１３０ａと、フィルタ装置１３０ｂとを備える。

　誘電体基板１４０は、たとえば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low　Temperature　Co-fired　Ceramics）多層基板、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid　Crystal　Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、ＬＴＣＣ以外のセラミックス多層基板である。なお、誘電体基板１４０は必ずしも多層構造でなくてもよく、単層の基板であってもよい。

　誘電体基板１４０は、略矩形状を有しており、その上面１４１（Ｚ軸の正方向の面）側に給電素子１２１が配置されている。給電素子１２１は、誘電体基板１４０表面に露出する態様であってもよいし、図３の例のように誘電体基板１４０の内部に配置されてもよい。なお、本開示の各実施の形態においては、説明を容易にするために、放射素子として給電素子１２１のみが用いられる場合を例として説明するが、給電素子１２１に加えて、無給電素子および／または寄生素子が配置される構成であってもよい。

　誘電体基板１４０における給電素子１２１よりも下面１４２（Ｚ軸の負方向の面）側の層には、給電素子１２１に対向して接地電極ＧＮＤ２が配置される。また、接地電極ＧＮＤ２よりもさらに下面１４２側の層に、接地電極ＧＮＤ１が配置される。

　誘電体基板１４０の下面１４２には、はんだバンプ１５０を介してＲＦＩＣ１１０が実装されている。なお、ＲＦＩＣ１１０は、はんだ接続に代えて、多極コネクタを用いて誘電体基板１４０に接続されてもよい。

　上述のように、アンテナモジュール１００はデュアル偏波タイプのアンテナモジュールであり、ＲＦＩＣ１１０から２つの経路で高周波信号が給電素子１２１に伝達される。具体的には、ＲＦＩＣ１１０における接続端子（はんだバンプ）１５０ａから、ビア１２３ａ、フィルタ装置１３０ａ、およびビア１２２ａを介して、給電素子１２１の給電点ＳＰ１に高周波信号が供給される。給電点ＳＰ１は、略矩形状の給電素子１２１の中央からＹ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。したがって、給電点ＳＰ１に供給された高周波信号により、Ｙ軸方向を偏波方向とする電波が、給電素子１２１から放射される。

　同様に、ＲＦＩＣ１１０における接続端子１５０ｂから、ビア１２３ｂ、フィルタ装置１３０ｂ、およびビア１２２ｂを介して、給電素子１２１の給電点ＳＰ２に高周波信号が供給される。給電点ＳＰ２は、略矩形状の給電素子１２１の中央からＸ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。したがって、給電点ＳＰ２に供給された高周波信号により、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波が、給電素子１２１から放射される。

　フィルタ装置１３０ａおよびフィルタ装置１３０ｂは、接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間の層に形成されている。ビア１２３ａ，１２３ｂは、接地電極ＧＮＤ１を貫通して、ＲＦＩＣ１１０とフィルタ装置１３０ａおよびフィルタ装置１３０ｂとをそれぞれ接続する。ビア１２２ａ，１２２ｂは、接地電極ＧＮＤ１を貫通して、フィルタ装置１３０ａと給電点ＳＰ１およびフィルタ装置１３０ｂと給電点ＳＰ２をそれぞれ接続する。

　フィルタ装置１３０ａおよびフィルタ装置１３０ｂの構成については、図４において後述するが、ＲＦＩＣ１１０から給電素子１２１に供給される高周波信号における特定の周波数帯域の信号を減衰させる機能を有している。これにより、給電素子１２１から不要波が放射されることを抑制できるとともに、給電素子１２１で受信した高周波信号における不要波を除去することができる。各フィルタ装置は、たとえば、分布定数線路によって実現され、具体的にはスタブによって実現される。

　なお、上述の「ビア１２２ａ」は本開示の「第１給電配線」に対応し、「ビア１２２ｂ」は本開示の「第２給電配線」に対応する。

　（フィルタ装置の説明）
　図４は、実施の形態１におけるフィルタ装置１３０を説明するための図である。図４において、上段の図４（ａ）にはフィルタ装置１３０の斜視図が示されており、下段の図４（ｂ）には図４（ａ）の線ＩＶ－ＩＶにおける断面図が示されている。なお、図４（ａ）においては、説明を容易にするために、誘電体基板および接地電極は省略されている。

　図４を参照して、フィルタ装置１３０は、伝送線路１３１，１３５と、結合線路１３２，１３４と、スタブ１３３と、整合線路１３６，１３７と、ビア１３９とを含む。伝送線路１３１の一方端は入力端Ｔ１に接続され、伝送線路１３１の他方端は整合線路１３６を介して結合線路１３２の一方端に接続される。結合線路１３２の他方端は、結合線路１３４の一方端に接続されるとともに、スタブ１３３にも接続されている。結合線路１３４の他方端は整合線路１３６を介して伝送線路１３５の一方端に接続され、伝送線路１３５の他方端は出力端Ｔ２に接続されている。

　フィルタ装置１３０を形成する伝送線路１３１，１３５、結合線路１３２，１３４、スタブ１３３および整合線路１３６，１３７は、いずれも平板状の配線パターンとして形成されている。ここで、図４（ｂ）に示されるように、結合線路１３２および結合線路１３４は、誘電体基板１４０の異なる層に配置されており、各線路が延在する方向に互いに対向している。結合線路１３２と結合線路１３４とはビアによって接続されており、当該ビアにスタブ１３３が接続されている。

　スタブ１３３によって減衰すべき高周波信号の波長をλとした場合に、伝送線路１３１，１３５、結合線路１３２，１３４、スタブ１３３、および整合線路１３６，１３７は、いずれもλ／４の長さとされる。

　整合線路１３６，１３７は、伝送線路１３１，１３５と結合線路１３２，１３４との間のインピーダンスを整合させる機能を有する。そのため、伝送線路１３１，１３５と結合線路１３２，１３４との間のインピーダンスが適切に整合されていれば、伝送線路１３１，１３５は設けられない場合がある。なお、図４においては、結合線路と伝送線路とが誘電体基板１４０の異なる層に配置されてビアによって接続される例となっているが、伝送線路と結合線路とは同じ層に形成されてもよい。

　また、整合線路１３６と整合線路１３７との間には、複数のビア１３９が配置される。図４には示されていないが、ビア１３９の各々は接地電極に接続されている。ビア１３９は、整合線路１３６と整合線路１３７との間の電磁結合を抑制するための遮蔽壁として機能する。なお、以降の他の実施の形態のフィルタ装置の図においては、ビア１３９を省略している。ビア１３９は、本開示における「遮蔽部」に対応する。

　次に、本実施の形態１のフィルタ装置１３０の効果について、図５に示す比較例のフィルタ装置１３０＃を参照して説明する。

　図５は、比較例におけるフィルタ装置１３０＃を示す図であり、図４と同様に、上段の図５（ａ）にはフィルタ装置１３０＃の斜視図が示されており、下段の図５（ｂ）には図５（ａ）の線Ｖ－Ｖにおける断面図が示されている。なお、図５（ａ）においても、説明を容易にするために、誘電体基板および接地電極は省略されている。

　比較例のフィルタ装置１３０＃においては、実施の形態１のフィルタ装置１３０と比べて結合線路１３２＃，１３４＃の配置が異なっている。具体的には、図５（ｂ）の断面図に示されているように、フィルタ装置１３０＃の結合線路１３２＃，１３４＃は、誘電体基板１４０の同じ層に、配線パターンの側面が互いに対向するように平行に配置されている。

　このようなフィルタ装置においては、図６の破線ＬＮ１１に示すように、スタブ１３３の長さに応じた周波数Ｆｓにおいて減衰極が生じるとともに、２つの結合線路の電磁結合によるインピーダンスに応じて、減衰帯域内で追加的な減衰極が生じる。

　ここで、結合線路のインピーダンスについては、２つの結合線路に同じ方向の電流が流れる場合の「ｅｖｅｎモード」と、２つの結合線路に互いに逆方向の電流が流れる場合の「ｏｄｄモード」とがある。一般的に、「ｅｖｅｎモード」のインピーダンスの方が「ｏｄｄモード」のインピーダンスよりも大きい。この２つのモードのインピーダンスにより、減衰帯域内において、周波数Ｆｓよりも低い周波数Ｆｏｄに「ｏｄｄモード」における減衰極が生じ、周波数Ｆｓよりも高い周波数Ｆｅｖに「ｅｖｅｎモード」における減衰極が生じる。

　結合線路のインピーダンスによって生じる減衰極の周波数Ｆｏｄ，Ｆｅｖは、インピーダンスの大きさによって変動する。そのため、図６の実線ＬＮ１０に示されるように、これらの減衰極を減衰帯域の端部に近づけることで、減衰の度合いを急峻とすることができる。また、通過帯域と減衰帯域との境界における減衰特性の急峻性を高めることで、通過帯域幅を拡大することができる。したがって、フィルタ装置における減衰特性を高めるには、「ｏｄｄモード」におけるインピーダンスを低く、「ｅｖｅｎモード」におけるインピーダンスを高くすることが望ましい。

　本開示におけるフィルタ装置は、たとえば、携帯電話あるいはスマートフォンなどの通信端末に適用される場合がある。このような通信端末においては、機器の小型化および薄型化が望まれており、それに伴って、内部に搭載される電子部品についてもさらなる小型化および低背化が要求される。図４および図５に示されるように、フィルタ装置が２つの接地電極の間に配置されるストリップラインとして形成される場合、フィルタ装置の低背化を行なうと、結合線路と接地電極との距離が短くなってしまい、結合線路のインピーダンスが変化し得る。これにより、フィルタ装置によって形成される減衰極の周波数が変化し、減衰特性の急峻性が低下する場合が生じ得る。

　図７は、結合線路の配置によるインピーダンスを説明するための図であり、比較例のフィルタ装置１３０＃および実施の形態１のフィルタ装置１３０における、結合線路間および結合線路と接地電極との間に生じる電気力線が示されている。

　図７を参照して、「ｅｖｅｎモード」の場合には、結合線路の極性が互いに同じであるため、結合線路間には電気力線は生じず、ほとんどの電気力線は結合線路と接地電極との間に生じる。すなわち、「ｅｖｅｎモード」におけるインピーダンスは、結合線路と接地電極との間の結合度合に依存する。

　比較例においては、結合線路１３２＃，１３４＃が接地電極から等距離に並列に配列されている場合に、接地電極の間隔が狭められると、結合線路の両方の主面において接地電極との結合が強まる。そのため、結合線路１３２＃，１３４＃のインピーダンスは小さくなる。

　これに対して、実施の形態１の場合には、結合線路同士が対向する面についての接地電極との結合は変わらないため、結合線路と接地電極の間隔が狭められても、比較例よりもインピーダンスの低下度合いが小さくなる。したがって、「ｅｖｅｎモード」においては、結合線路と接地電極の間隔を狭めた場合には、比較例よりも実施の形態１のほうがインピーダンスが高くなる。

　一方、「ｏｄｄモード」の場合には、結合線路の極性が互いに異なるため、２つの結合線路間に多くの電気力線が生じる。すなわち、「ｏｄｄモード」におけるインピーダンスは結合線路間の結合度に依存する。そのため、比較例および実施の形態１のいずれにおいても、結合線路と接地電極の間隔が狭められても基本的にはインピーダンスへの影響は少ない。しかしながら、結合線路の側面が対向する比較例に比べて、結合線路の主面が対向する実施の形態１のほうが、線路間の対向する面積が大きいため、結合線路同士が結合しやすくなる。そのため、「ｏｄｄモード」においては、実施の形態１のほうが比較例に比べてインピーダンスが低くなる傾向にある。

　このように、結合線路と接地電極の間隔が狭められた場合に、比較例のフィルタ装置１３０＃に比べて、実施の形態１のフィルタ装置１３０のほうが、減衰帯域において、より端部側に減衰極が生じることになる。したがって、実施の形態１のフィルタ装置１３０の構成とすることによって、減衰特性の急峻性の低下を抑制することができる。

　図８～図１０は、上記の実施の形態１のフィルタ装置１３０および比較例のフィルタ装置１３０＃のフィルタ特性の比較を説明するための図である。図８において、横軸には周波数が示されており、縦軸には挿入損失および反射損失が示されている。

　図８において、実線ＬＮ２０が実施の形態１における挿入損失を示し、破線ＬＮ２１が比較例における挿入損失を示している。また、実線ＬＮ２５が実施の形態１における反射損失を示し、破線ＬＮ２６が比較例における反射損失を示している。なお、図９および図１０は、図８における通過帯域付近における反射損失および挿入損失の拡大図である。

　図８を参照して、減衰帯域における挿入損失を比較すると、実施の形態１（実線ＬＮ２０）の方が、比較例（破線ＬＮ２１）よりも低い周波数に減衰極を有しており、特に３０～５０ＧＨｚ付近における急峻性が向上している。

　図９および図１０においては、通過帯域付近において、比較例の場合に比べて実施の形態１の反射損失および挿入損失が小さくなっており、所望の通過特性を実現できる帯域幅が拡大している。

　なお、図４（ａ）においては、結合線路１３２と整合線路１３６との間、および、結合線路１３４と整合線路１３７との間が直接接続された構成について説明したが、図１１の変形例のフィルタ装置１３０Ａに示されるように、結合線路と整合線路とが非接触で容量結合される構成であってもよい。

　以上のように、ともにスタブに接続された２つの結合線路を有するフィルタ装置において、２つの結合線路を異なる層に互いに対向するように形成することによって、フィルタ装置と接地電極との距離を近づけた場合でも減衰特性の急峻性の低下を抑制することができる。したがって、実施の形態１のようなフィルタ装置の構成とすることによって、フィルタ装置の特性の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。

　［実施の形態２］
　実施の形態１においては、フィルタ装置の２つの結合線路が同じ線路幅を有する場合の例について説明した。しかしながら、フィルタ装置の製造の際に、製造ばらつきによって、異なる層に形成される結合線路の位置がずれてしまう可能性がある。そうすると、意図したインピーダンスが実現できずに、所望のフィルタ特性が得られない場合が生じ得る。

　そこで、実施の形態２においては、２つの結合線路のうちの一方の線路幅を他方の線路幅に比べて広くすることによって、結合線路の位置ずれによる特性のばらつきを低減する構成について説明する。

　図１２は、実施の形態２におけるフィルタ装置１３０Ｘを説明するための図である。図１２において、上段の図１２（ａ）にはフィルタ装置１３０Ｘの斜視図が示されており、下段の図１２（ｂ）には図１２（ａ）の線ＸＩ－ＸＩにおける断面図が示されている。なお、図１２（ａ）においても、説明を容易にするために、誘電体基板および接地電極は省略されている。

　図１２を参照して、フィルタ装置１３０Ｘは、実施の形態１のフィルタ装置１３０に比べて、出力側の結合線路１３４Ｘの線路幅が、入力側の結合線路１３２の線路幅よりも広くされた構成となっている。これにより、入力側の結合線路１３２がずれた場合でも、２つの結合線路の対向面積を確保することができ、製造のばらつきに起因するフィルタ特性の低下を防止することができる。

　なお、図１２においては、出力側の結合線路の線路幅を広くした例について説明したが、それに代えて、入力側の結合線路の線路幅を広くする態様であってもよい。結合線路の線路幅を広くしすぎると、結合線路と接地電極との結合が強くなるため、かえって急峻性を低下させるおそれもある。そのため、結合線路の線路幅については、許容されるフィルタ特性に応じて設計することが好ましい。

　［実施の形態３］
　図８で示したように通過帯域よりも減衰帯域の周波数帯域が高い場合に、通過帯域と減衰帯域との間の急峻性を向上させるには、減衰帯域において、通過帯域に最も近接した減衰極、すなわち「ｏｄｄモード」における減衰極の周波数をできるだけ低くする（すなわち、インピーダンスを低下させる）ことが必要とされる。

　図７で説明したように、「ｏｄｄモード」においては、結合線路間の結合が強いほどインピーダンスが低下する。そこで、実施の形態３においては、一方の結合線路を複数層に配置することによって結合線路間の結合を高めて、減衰特性の急峻性を改善する構成について説明する。

　図１３は、実施の形態３におけるフィルタ装置１３０Ｙを説明するための図である。図１３において、上段の図１３（ａ）にはフィルタ装置１３０Ｙの斜視図が示されており、下段の図１３（ｂ）には図１３（ａ）の線ＸＩＩ－ＸＩＩおける断面図が示されている。なお、図１３（ａ）においても、説明を容易にするために、誘電体基板および接地電極は省略されている。

　図１３を参照して、フィルタ装置１３０Ｙにおいては、入力側の結合線路として２つの結合線路１３２Ｙ１，１３２Ｙ２が設けられている。結合線路１３２Ｙ１および結合線路１３２Ｙ２は、互いに異なる層に形成されており、整合線路１３６とスタブ１３３との間に電気的に並列接続されている。

　出力側の結合線路１３４は、結合線路１３２Ｙ１と結合線路１３２Ｙ２との間の層に形成されており、結合線路１３４は結合線路１３２Ｙ１および結合線路１３２Ｙ２と対向している。

　このような構成とすることによって、入力側の結合線路と出力側の結合線路との間の静電容量を大きくできるので、実施の形態１のフィルタ装置１３０に比べて「ｏｄｄモード」におけるインピーダンスをさらに低下させることができる。これにより、減衰帯域における「ｏｄｄモード」の減衰極の周波数を通過帯域により近づけることができるので、減衰特性の急峻性を高めることができる。

　なお、図１３の例においては、入力側の結合線路を複数層に配置する構成について説明したが、それに代えておよび／またはそれに加えて、出力側の結合線路を複数層に配置するようにしてもよい。

　［実施の形態４］
　実施の形態４においては、上述した実施の形態２および実施の形態３の特徴を組み合わせた構成について説明する。すなわち、実施の形態４に従うフィルタ装置においては、少なくとも一方の結合線路が複数層に配置され、さらに結合線路の線路幅が広くされる。

　図１４は、実施の形態４におけるフィルタ装置１３０Ｚを説明するための図である。図１４において、上段の図１４（ａ）にはフィルタ装置１３０Ｚの斜視図が示されており、下段の図１４（ｂ）には図１４（ａ）の線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩおける断面図が示されている。なお、図１４（ａ）においても、説明を容易にするために、誘電体基板および接地電極は省略されている。

　図１４を参照して、フィルタ装置１３０Ｚにおいては、実施の形態３のフィルタ装置１３０Ｙと同様に、入力側の結合線路として２つの結合線路１３２Ｚ１，１３２Ｚ２が設けられている。結合線路１３２Ｚ１および結合線路１３２Ｚ２は、互いに異なる層に形成されており、整合線路１３６とスタブ１３３との間に電気的に並列接続されている。そして、出力側の結合線路１３４は、結合線路１３２Ｚ１と結合線路１３２Ｚ２との間の層に形成されており、結合線路１３４は結合線路１３２Ｚ１および結合線路１３２Ｚ２と対向している。

　さらに、フィルタ装置１３０Ｚにおいては、入力側の結合線路１３２Ｚ１，１３２Ｚ２の線路幅が、出力側の結合線路１３４の線路幅よりも広くされている。

　このような構成とすることによって、入力側の結合線路と出力側の結合線路との間の静電容量を大きくできるとともに、製造時における結合線路の位置ずれがあっても適切に結合線路同士の対向面積を確保することができる。したがって、減衰特性の急峻性を高めるとともに、製造のばらつきに起因するフィルタ特性の低下を防止することができる。

　なお、実施の形態４においても、出力側の結合線路を複数層に配置するようにしてもよい。また、出力側の結合線路の線路幅を、入力側の結合線路の線路幅よりも広くするようにしてもよい。

　［アンテナモジュールの変形例］
　（変形例１）
　実施の形態１においては、図２および図３に示したように、各偏波に対応するフィルタ装置が、いずれも接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間に配置される構成について説明した。この場合には、２つのフィルタ装置間の電磁結合を抑制するために、アンテナモジュールを平面視した場合に、２つのフィルタ装置をできるだけ離して配置することが必要となる。そうすると、特に、図１で示したような複数の給電素子を有するアレイアンテナにおいては、フィルタ装置を形成するためのスペースを確保するために、誘電体基板の面積を大きくすることが必要となり、アンテナモジュールの小型化を阻害する要因となる場合がある。

　変形例１のアンテナモジュールにおいては、各偏波に対応するフィルタ装置を誘電体基板の異なる層に形成するとともに、２つのフィルタ装置の間に接地電極を配置する。このような構成とすることで、アンテナモジュールを平面視した場合に、２つのフィルタ装置の一部が重なるように配置しても、フィルタ装置間の接地電極によって、２つの偏波に対応するフィルタ装置間の電磁結合を抑制することができる。

　図１５は、変形例１に従うアンテナモジュール１００Ａの側面透視図である。アンテナモジュール１００Ａにおいては、実施の形態１のアンテナモジュール１００の構成に、接地電極ＧＮＤ３がさらに加えられた構成を有している。接地電極ＧＮＤ３は、給電素子１２１と接地電極ＧＮＤ２との間の層に配置されている。

　ＲＦＩＣ１１０から給電点ＳＰ１に至る経路におけるフィルタ装置１３０ａは、接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間に形成される。一方、ＲＦＩＣ１１０から給電点ＳＰ２に至る経路におけるフィルタ装置１３０ｂは、接地電極ＧＮＤ２と接地電極ＧＮＤ３との間に形成される。

　なお、アンテナモジュール１００Ａにおいては、アンテナモジュール１００Ａを法線方向から平面視した場合に、フィルタ装置１３０ａの少なくとも一部がフィルタ装置１３０ｂと重なるように配置されている。

　アンテナモジュール１００Ａの構成においては、アンテナモジュール１００Ａを平面視した場合に、フィルタ装置１３０ａとフィルタ装置１３０ｂとが重なるように配置されていても、２つのフィルタ装置の間に配置された接地電極ＧＮＤ２によって、２つのフィルタ装置間の結合を防止できる。これによって、フィルタ特性の低下を抑制しつつアンテナモジュールの小型化を実現することができる。

　なお、図１５に示されるように、変形例１の構成においては、各フィルタ装置を異なる層に配置しているが、誘電体基板が厚くなることを抑制するためには、接地電極の間隔を狭める必要がある。そのため、フィルタ装置として、上述の実施の形態で述べたような、結合線路を層間方向で対向させる構成とすることが、減衰特性の低下防止に有効となる。

　（変形例２）
　図１に示したアンテナモジュール１００においては、フィルタ装置１３０がＲＦＩＣ１１０とアンテナ装置１２０との間に接続される構成について説明した。この場合、給電素子の数に対応した数のフィルタ装置が必要となるので、アンテナモジュール全体のサイズが大きくなってしまう場合がある。

　図１において説明したように、アンテナ装置１２０において送信および受信される高周波信号は、ＲＦＩＣ１１０内の信号合成／分波器１１６（分岐回路）において分岐および合波される。変形例２においては、ＲＦＩＣに含まれる分岐回路における分岐前（合波後）の位置にフィルタ装置を配置することによってフィルタ装置の数を削減し、アンテナモジュールを小型化する構成について説明する。

　図１６は、変形例２のアンテナモジュール１００Ｂを含む通信装置１０のブロック図である。アンテナモジュール１００Ｂにおいては、図１で示したアンテナモジュール１００における、ＲＦＩＣ１１０からアンテナ装置１２０の各給電素子１２１に高周波信号を伝達する経路に配置されたフィルタ装置１３０が削除されている。それに代えて、ＲＦＩＣ１１０における、第１偏波用の信号合成／分波器１１６Ａとスイッチ１１７Ａとの間にフィルタ装置１３０Ｘが配置され、さらに、第２偏波用の信号合成／分波器１１６Ｂとスイッチ１１７Ｂとの間にフィルタ装置１３０Ｙが配置されている。

　フィルタ装置１３０Ｘ，１３０Ｙは、ＲＦＩＣ１１０の外部に配置されており、ＲＦＩＣ１１０の内部の回路とは、引出線１６０Ｘ，１６０Ｙによってそれぞれ接続されている。より具体的には、図１７のアンテナモジュール１００Ｂの側面透視図のように、フィルタ装置１３０Ｘ，１３０Ｙは、誘電体基板１４０の接地電極ＧＮＤ１と接地電極ＧＮＤ２との間に形成されており、その入力端および出力端がＲＦＩＣ１１０の対応する接続端子（はんだバンプ１５０）に接続される。なお、この場合、ＲＦＩＣ１１０から給電素子１２１への高周波信号は、給電配線１２２Ｘ，１２２Ｙによって伝達される。

　なお、図１６および図１７においては、フィルタ装置１３０Ｘ，１３０Ｙは、ＲＦＩＣ１１０の外部の回路として形成されているが、ＲＦＩＣ１１０の内部の回路として形成されてもよい。

　アンテナモジュール１００Ｂのような構成とすることによって、各偏波用の回路に対して１つのフィルタ装置を設ければよいので、アンテナモジュール全体としてのフィルタ装置の数を削減できる。これにより、アンテナモジュールの小型化に寄与することができる。

　なお、上記の実施の形態および変形例の各フィルタ装置において、結合線路間に配置される誘電体の誘電率は、結合線路と接地電極との間に配置される誘電体の誘電率と異なっていてもよい。特に、結合線路間の誘電体の誘電率を、結合線路と接地電極との間の誘電体の誘電率よりも大きくすると、結合線路同士の結合を大きくすることができるので、本開示における効果をよりいっそう高めることができる。

　また、各フィルタ装置において、結合線路と接地電極との間の誘電体の少なくとも一部に空間を形成して、結合線路と接地電極との間における実効誘電率を低下するようにしてもよい。

　なお、上述の例においては、フィルタ装置の結合線路および接地電極が同じ誘電体基板に形成される構成について説明したが、結合線路が形成される基板と、接地電極が形成される基板とが別個の基板で形成される構成であってもよい。

　また、上記の各フィルタ装置の例においては、２つの接地電極の間に結合線路が配置される構成について説明したが、一方の接地電極が設けられない構成であってもよい。

　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。

　１０　通信装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ　アンテナモジュール、１１０　ＲＦＩＣ、１４０　誘電体基板、１１１Ａ～１１１Ｈ，１１３Ａ～１１３Ｈ，１１７Ａ，１１７Ｂ　スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＨＲ　ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＨＴ　パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｈ　減衰器、１１５Ａ～１１５Ｈ　移相器、１１６，１１６Ａ，１１６Ｂ　信号合成／分波器、１１８Ａ，１１８Ｂ　ミキサ、１１９Ａ，１１９Ｂ　増幅回路、１２０　アンテナ装置、１２１，１２１Ａ～１２１Ｄ　給電素子、１２２Ｘ，１２２Ｙ　給電配線、１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１３９　ビア、１３０，１３０Ａ～１３０Ｈ，１３０Ｘ～１３０Ｚ，１３０ａ，１３０ｂ　フィルタ装置、１３１，１３５　伝送線路、１３２，１３２Ｙ１，１３２Ｙ２，１３２Ｚ１，１３２Ｚ２，１３４，１３４Ｘ　結合線路、１３３　スタブ、１３６，１３７　整合線路、１４１　上面、１４２　下面、１５０　はんだバンプ、１６０Ｘ，１６０Ｙ　引出線、２００　ＢＢＩＣ、ＧＮＤ１～ＧＮＤ３　接地電極、ＳＰ１，ＳＰ２　給電点、Ｔ１　入力端、Ｔ２　出力端。

Claims (13)

1. 　入力端と出力端との間に形成され、特定の周波数帯域の高周波信号を減衰させるように構成されたフィルタ装置であって、
   　多層構造の誘電体基板と、
   　前記誘電体基板に形成された第１接地電極と、
   　前記第１接地電極と異なる層に形成され、前記入力端に電気的に接続される第１結合線路と、
   　前記第１接地電極と異なる層に形成され、前記出力端に電気的に接続される第２結合線路と、
   　前記第１結合線路および前記第２結合線路に接続されたスタブとを備え、
   　前記第１結合線路は、前記第２結合線路とは異なる層に配置されており、かつ、前記第２結合線路と対向している、フィルタ装置。
2. 　前記第１結合線路の線路幅は、前記第２結合線路の線路幅と異なっている、請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 　前記第１結合線路に電気的に並列接続される第３結合線路をさらに備え、
   　前記第２結合線路は、前記第１結合線路と前記第３結合線路との間に形成される、請求項１または２に記載のフィルタ装置。
4. 　前記第２結合線路に電気的に並列接続される第４結合線路をさらに備え、
   　前記第１結合線路は、前記第２結合線路と前記第４結合線路との間に形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
5. 　前記入力端と前記第１結合線路との間に接続された第１整合線路と、
   　前記出力端と前記第２結合線路との間に接続された第２整合線路とをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
6. 　前記第１整合線路と前記第２整合線路との間の電磁結合を抑制するための遮蔽部をさらに備える、請求項５に記載のフィルタ装置。
7. 　前記スタブは、オープンスタブである、請求項１～６のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載のフィルタ装置を少なくとも１つ備えたアンテナモジュールであって、
   　前記誘電体基板において前記第１接地電極に対向して配置された放射素子と、
   　給電回路からの高周波信号を前記放射素子に伝達するように構成された第１給電配線とをさらに備える、アンテナモジュール。
9. 　前記フィルタ装置は、前記給電回路と前記第１給電配線との間に接続される、請求項８に記載のアンテナモジュール。
10. 　前記アンテナモジュールは、前記給電回路をさらに備え、
    　前記給電回路は、前記放射素子に伝達すべき高周波信号を分岐するための分岐回路を含み、
    　前記フィルタ装置は、前記分岐回路に接続される、請求項８に記載のアンテナモジュール。
11. 　前記給電回路からの高周波信号を前記放射素子に伝達するように構成された第２給電配線をさらに備え、
    　前記放射素子は、前記第１給電配線からの高周波信号による第１偏波方向を有する電波、および前記第２給電配線からの高周波信号による第２偏波方向を有する電波を放射するように構成されており、
    　前記第１給電配線および前記第２給電配線の各々に対応して、前記フィルタ装置が形成される、請求項８～１０のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
12. 　前記第１給電配線に対応する第１フィルタ装置と、前記第２給電配線に対応する第２フィルタ装置とは、前記誘電体基板の異なる層に形成されており、
    　前記アンテナモジュールは、前記第１フィルタ装置と前記第２フィルタ装置との間の層に配置された第２接地電極をさらに備え、
    　前記アンテナモジュールの法線方向から平面視した場合に、前記第１フィルタ装置と前記第２フィルタ装置は少なくとも一部が重なっている、請求項１１に記載のアンテナモジュール。
13. 　請求項８～１２のいずれか１項に記載のアンテナモジュールを含む、通信装置。

Images