バンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器
【課題】 通過帯域の高周波側における減衰特性をより向上することができるバンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供する。
【解決手段】 バンドパスフィルタ１は、単一共振器と複合共振器とからなり、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄの延在方向と、電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａが延びる方向とが直交するように積層される。分岐電極２２ａ，２７ａに備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指２４ａ，２９ａは、積層方向から見たときに、帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部２６ａ，３１ａを有する。
【解決手段】 バンドパスフィルタ１は、単一共振器と複合共振器とからなり、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄの延在方向と、電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａが延びる方向とが直交するように積層される。分岐電極２２ａ，２７ａに備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指２４ａ，２９ａは、積層方向から見たときに、帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部２６ａ，３１ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタに関し、特には２つの通過帯域を持つバンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野では、たとえば、無線電波の送受信器において、送信すべき電波、受信すべき電波を有効に取り出す必要があり、入力された高周波信号から特定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタの特性が重要となっている。また、無線通信に使用される電波は、無制限に使用できるものではなく、たとえば用途別に使用可能な周波数帯域が設定されている。設定された周波数帯域の高周波信号を利用するためにはフィルタが欠かせない素子となっている。使用可能な周波数帯域を最大限に利用しようとすると、通過させるべき周波数帯域と通過させない周波数帯域との境界において、急峻な特性変化が必要となる。この急峻な特性変化は、通過させない周波数帯域の信号強度を減衰させることによって得られる。通過させるべき周波数帯域（通過帯域）が広いほど通過帯域外で急峻に減衰させることが困難となっている。
【０００３】
使用する周波数帯域が広い、すなわちフィルタにとっては通過帯域が広い無線通信方式の１つにＵＷＢ（Ultra wide band）方式がある。ＵＷＢ方式は、近距離での超高速通信が可能であることに加え、位置測定およびレーダなど多くの用途を有効に実現できる。しかしながら、通過帯域が広いために使用するフィルタには、高い性能が要求される。さらに、ＵＷＢ方式では、使用可能な周波数帯域が、比較的低い周波数帯域と比較的高い周波数帯域とに分離しているため、すべての周波数帯域を利用するためには、低周波数帯域を通過させるためのバンドパスフィルタと、高周波数帯域を通過させるためのバンドパスフィルタの２種類のバンドパスフィルタが必要となる。
【０００４】
ＵＷＢ方式は、近距離通信となるため、いわゆるモバイル機器への実装が不可欠であり、モバイル機器では、部品点数の制限から１つのフィルタ素子で２つの広い周波数帯域に対応できるフィルタ素子が要求される。
【０００５】
特許文献１記載のバンドパスフィルタは、複数の単一共振電極と複数の複合共振電極とが積層方向からみて互いに直交するように配置されており、複数の単一共振電極が比較的低い周波数で共振し、複数の複合共振電極が比較的高い周波数で共振することで、２つの広い周波数帯域に対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同じ方式の無線通信であっても、使用可能な周波数帯域は国ごとに設定されており、使用する国が変わると通過帯域が変わるためにフィルタ素子の設計変更を余儀なくされる。また、使用可能な周波数帯域のうち、複数の国で重複する帯域があり、この重複する帯域を通過帯域とするフィルタ特性が得られれば、複数の国で使用可能なフィルタ素子が実現できる。
【０００８】
特許文献１記載のバンドパスフィルタは、１つの国のみで使用する場合に限ると十分なフィルタ特性を発揮する。しかしながら、より高性能なフィルタを目指して、たとえば複数の国で使用可能なものを考えると、高周波数帯域における減衰特性にはまだ改善の余地がある。
【０００９】
本発明の目的は、通過帯域の高周波側における減衰特性をより向上することができるバンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、予め定める間隔をあけて互いに平行に設けられる複数の帯状電極からなる単一共振器であって、前記帯状電極の延在方向端部のいずれか一方が接地電極に接続され、接続される端部が前記複数の帯状電極において交互に異なるように構成される単一共振器と、
電極基部と前記電極基部から分岐して一方向に延びる平行な複数の電極指とからなる分岐電極を複数備える複合共振器であって、前記電極基部の、前記電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続され、互いに隣接する分岐電極は、前記電極指が前記電極基部から延びる方向が逆向きとなるように構成される複合共振器と、を備え、
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、
前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有することを特徴とするバンドパスフィルタである。
【００１１】
また本発明は、前記屈曲部は、最も外側に配置される前記２つの電極指の先端に設けられることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記単一共振器の、前記複合共振器とは異なる側に積層される電極配線であって、一方端部および他方端部が、それぞれ前記単一共振器に備えられる複数の帯状電極のうち、最も外側に配置される２つの帯状電極とそれぞれ磁気結合するように構成される電極配線をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記帯状電極の少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極であって、一方端が接地電極に接続され、他方端が開放端である反作用共振器電極を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記バンドパスフィルタを備えることを特徴とする無線通信モジュールである。
【００１５】
また本発明は、前記バンドパスフィルタを含むＲＦ部と、
前記ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、
前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本実施形態のバンドパスフィルタによれば、単一共振器と複合共振器とからなり、帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層される。単一共振器は比較的低い周波数を通過帯域とし、複合共振器は比較的高い周波数を通過帯域とする。
【００１７】
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有する。
【００１８】
この屈曲部は、単一共振器の帯状電極と磁気結合し、最も外側に配置される２つの電極指は、単一共振器の帯状電極を介して飛越結合する。これにより、通過帯域の高周波側で減衰極が発生し、高周波数帯域における減衰特性をより向上することができる。
【００１９】
また、本実施形態の無線通信モジュールおよび無線通信機器によれば、通信帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さいバンドパスフィルタを送信信号および受信信号の濾波に用いることにより、バンドパスフィルタを通過する受信信号および送信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上する。また、送信信号および受信信号の増幅度を小さくできるため増幅回路における消費電力が少なくなる。
【００２０】
よって受信感度が高く消費電力が少ない高性能な無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。さらに、１つのフィルタで２つの通信帯域に対応することができる。また、薄型化しても良好なフィルタ特性が得られるバンドパスフィルタを用いることにより、小型で製造コストが低い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態であるバンドパスフィルタ１の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の切断面線Ａ−Ａにおけるバンドパスフィルタ１の断面図である。
【図３Ａ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｂ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｃ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｄ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｅ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｆ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｇ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図４】分岐電極２２ａ，２７ａの屈曲部２６ａ，３１ａと帯状電極２３ｄ，２４ｄとの位置関係を示す図である。
【図５Ａ】θ１およびθ２が０°，２０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。
【図５Ｂ】θ１およびθ２が０°，１０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。
【図６Ａ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図６Ｂ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図６Ｃ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図７】誘電体層１０ｇとその上面に設けられた電極層２０ｆとを示す平面図である。
【図８】バンドパスフィルタ１を用いた無線通信モジュール８０および無線通信機器８５の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態のバンドパスフィルタは、重複しない２つの通過帯域を有する。比較的低い周波数帯域、たとえば３．１〜４．７ＧＨｚ程度の帯域を使用するＬｏｗ Ｂａｎｄ（ローバンド）と、比較的高い周波数帯域、たとえば６．６ＧＨｚ〜８．７ＧＨｚ程度の帯域を使用するＨｉｇｈ Ｂａｎｄ（ハイバンド）の２つの通過帯域を有する。特に２つのバンドの間にある５．３ＧＨｚでの減衰特性と、ハイバンドよりも高周波域である９ＧＨｚでの減衰特性とが重要である。
【００２３】
本実施形態のバンドパスフィルタは、ローバンドに対応する共振器として、単一共振器を備える。単一共振器は、複数の帯状電極からなり、帯状電極は、延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられる。互いに隣接する帯状電極は、延在方向端部の片側が接地電極に接続されており、接続される端部が帯状電極ごとに交互に異なっている。帯状電極は、電気長が、ローバンドの周波数帯において中心となる周波数（ロー側周波数）の波長の１／４程度となるように構成され、１／４波長共振器として機能する。
【００２４】
本実施形態のバンドパスフィルタは、ハイバンドに対応する共振器として複合共振器を備える。複合共振器は、複数の分岐電極からなる。分岐電極は、電極基部と電極基部から一方向に延びる平行な複数の電極指からなる。複数の分岐電極は、電極指の延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて設けられる。分岐電極は、電極基部の、電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続されており、互いに隣接する分岐電極は、電極指が電極基部から延びる方向が反対方向となるように設けられる。電極基部および電極指は、電極指の延在方向における、電極指の電気長と電極基部の電気長との和がハイバンドの周波数帯の比較的低い周波数（ハイ側第１周波数）で共振するように構成されるとともに、電極指の延在方向における、電極指の電気長がハイバンドの周波数帯の比較的高い周波数（ハイ側第２周波数）で共振するように構成される。
【００２５】
本実施形態のバンドパスフィルタは、単一共振器と複合共振器とが積層構造の内層に設けられており、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と、複合共振器の分岐電極の電極指が延びる延在方向とが、積層方向から見たときに直交するように設けられる。
【００２６】
さらに、複合共振器において、全ての分岐電極に備えられる電極指のうち、最も外側に配置される２本の電極指は、積層方向から見たときに、その一部が、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と平行となるように屈曲して設けられる。複合共振器に、この屈曲した平行部分を設けることによって、ハイバンドの高周波側に減衰極が発生し、減衰特性が向上する。これにより、フィルタ特性がさらに向上したバンドパスフィルタを実現できる。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態であるバンドパスフィルタ１の外観を示す斜視図である。図２は、図１の切断面線Ａ−Ａにおけるバンドパスフィルタ１の断面図である。図３Ａ〜図３Ｇは、バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【００２８】
バンドパスフィルタ１は、直方体形状を有し、たとえば、アンテナと送受信用半導体素子との間に接続され、特定の２種の通過帯域を有するフィルタ素子である。バンドパスフィルタ１は、複数の誘電体層１０と誘電体層間に内層された電極層２０とが積層されて成り、積層方向の最も外側にはベタ状の接地電極層６０が設けられる。電極層２０同士は、誘電体層１０を貫通する貫通導体４０を介して電気的に接続される。なお、フィルタ外部との高周波信号の入出力は、最外層の接地電極層６０の一部を切り欠いて入出力端子５０を設け、入出力端子５０と電極層２０とを貫通導体４０を介して電気的に接続する。以下では、図１〜図３に示すように、入出力端子５０を設けた側を上面として説明するが、回路基板への実装を行うときには、基板側の端子との位置関係により、入出力端子５０を設けた側を上面とするのに限らず、入出力端子５０を設けた側を下面としてもよい。
【００２９】
本実施形態では、たとえば、誘電体層１０は、６層の誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆからなり、電極層２０は、５層の電極層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅからなり、接地電極層６０は、接地電極層６０ａ，６０ｂからなる。入出力端子５０は、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂからなる。
【００３０】
図２の断面図に示すように、誘電体層１０は、上から誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆの順に積層されて成る。誘電体層１０ａの上面には、接地電極層６０ａが設けられ、接地電極層６０ａを切り欠いて入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂが設けられる。誘電体層１０ｆの下面には、接地電極層６０ｂが設けられる。
【００３１】
誘電体層１０ａと誘電体層１０ｂとの間に、電極層２０ａが設けられ、誘電体層１０ｂと誘電体層１０ｃとの間に、電極層２０ｂが設けられ、誘電体層１０ｃと誘電体層１０ｄとの間に、電極層２０ｃが設けられ、誘電体層１０ｄと誘電体層１０ｅとの間に、電極層２０ｄが設けられ、誘電体層１０ｅと誘電体層１０ｆとの間に、電極層２０ｅが設けられる。
【００３２】
入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂは、貫通導体４０ａを介して電極層２０ｃと電気的に接続される。貫通導体４０ａは、誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃを貫通するように設けられる。電極層２０ｂは、貫通導体４０ｂを介して電極層２０ｃと電気的に接続される。貫通導体４０ｂは、誘電体層１０ｃを貫通するように設けられる。電極層２０ｄは、貫通導体４０ｃを介して電極層２０ｅと電気的に接続される。貫通導体４０ｃは、誘電体層１０ｅを貫通するように設けられる。
【００３３】
図３Ａは、誘電体層１０ａとその上面に設けられた接地電極層６０ａとを示す分解平面図である。接地電極層６０ａは、誘電体層１０ａの表面にベタ状に設けられ、一端部と、反対側の他端部とに方形状の切り欠き孔が設けられ、切り欠き孔内で接地電極層６０ａに接しないように、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂが設けられる。入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂは、貫通導体４０ａに接続される。
【００３４】
図３Ｂは、誘電体層１０ｂとその上面に設けられた電極層２０ａとを示す分解平面図である。電極層２０ａは、環状接地電極２１ａ、分岐電極２２ａ，２７ａを含み、ハイバンドに対応する複合共振器を構成する。環状接地電極２１ａは、誘電体層１０ｂの四辺に沿って設けられる環状の電極であり図示しない接地電位配線と接続されることで接地電位となっている。
【００３５】
分岐電極２２ａは、電極基部２３ａと電極基部２３ａから一方向に延びる平行な複数の電極指２４ａ，２５ａからなり、分岐電極２７ａは、電極基部２８ａと電極基部２８ａから一方向に延びる平行な複数の電極指２９ａ，３０ａからなる。分岐電極２２ａの電極指２４ａ，２５ａが延びる延在方向と、分岐電極２７ａの電極指２９ａ，３０ａが延びる延在方向とは互いに平行である。
【００３６】
環状接地電極２１ａと分岐電極２２ａ，２７ａとは、電極基部２３ａ，２８ａのみで接続されており、電極基部２３ａ，２８ａの、電極指が設けられる側とは反対側の端部が環状接地電極２１ａに接続される。分岐電極２２ａ，２７ａは、電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａの延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて設けられる。分岐電極２２ａ，２７ａは、誘電体層１０ｂ上に回転対象に形成されるので、以下では、分岐電極２２ａ，２７ａの両方に共通する特徴については、分岐電極２２ａを例として説明する。
【００３７】
電極基部２３ａにおける、環状接地電極２１ａとの接続位置から電極指２４ａ，２５ａとの接続位置までの電気長（以下では「基部電気長」という）と、電極指２４ａ，２５ａにおける、電極基部２３ａとの接続位置からその反対側端部までの電気長（以下では「電極指電気長」という）は、これら基部電気長と電極指電気長との和がハイ側第１周波数（たとえば、６．８ＧＨｚ）で共振するように構成される。さらに、電極指電気長が、ハイ側第２周波数（たとえば、８．９ＧＨｚ）で共振するように構成される。
【００３８】
分岐電極２２ａの電極指２４ａ，２５ａのうち、外側に配置される電極指２４ａと、内側に配置される電極指２５ａとでは、電気長は同じであるが物理的長さは異なっており、外側の電極指２４ａのほうが、電極指２５ａよりも短い。電極指の電気長は、物理的な長さだけでなく、他の電極との相互作用、すなわち他の電極との電磁気的な結合状態によって決まる。内側の電極指２５ａは、外側の電極指２４ａと、分岐電極２７ａの内側の電極指３０ａと結合するため、他の電極との相互作用が強く、外側の電極指２４ａは、内側の電極指２５ａと結合するため、内側の電極指２５ａよりも、受ける相互作用が弱い。したがって、内側の電極指２５ａと外側の電極指２４ａの電気長を同じにするには、外側の電極指２４ａの実際の長さを、電極指２５ａよりも短くすればよい。
【００３９】
単一共振器についての詳細は後述するが、本実施形態のバンドパスフィルタ１において、分岐電極が備える電極指の延在方向と、単一共振器の帯状電極の延在方向とが積層方向から見たときに直交する。本実施形態のバンドパスフィルタ１では、２つの分岐電極２２ａ，２７ａに備えられる電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａのうち、最も外側に配置される２本の電極指２４ａ，２９ａは、積層方向から見たときに、その一部が、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と平行となるように屈曲して設けられる。
【００４０】
電極指２４ａの一部であり、単一共振器の帯状電極の延在方向に平行となる屈曲部２６ａおよび電極指２９ａの一部であり、単一共振器の帯状電極の延在方向に平行となる屈曲部３１ａは、それぞれ単一共振器の帯状電極と磁界結合する。帯状電極は互いに結合しているので、帯状電極を介して間接的に屈曲部２６ａと屈曲部３１ａとが結合することとなる。複合共振器において分岐電極の最も外側にある２つの電極指が結合する、いわゆる飛越結合が生じる。本件発明者らは、この飛越結合を強くすることによって複合共振器における高周波数側での減衰特性が向上することを見出した。その前段として、バンドパスフィルタ１の低背化による飛越結合の低減について説明する。バンドパスフィルタ１を低背化するためには、フィルタの全体厚みを薄くすることが必要であり、これによってバンドパスフィルタ１の電極層同士の距離が縮まることになる。電極層同士の距離が縮まると、複合共振器と単一共振器との距離が縮まり、その結果複合共振器と単一共振器との結合が強くなり、複合共振器の電極指同士の飛越結合が弱まることになる。
【００４１】
本件発明者らは、単一共振器の影響を排除して複合共振器のみの通過特性を見ると、飛越結合が強くなるに応じて減衰極が通過帯域に近づく、すなわち、より急峻な減衰特性が得られるという新たな知見を得ており、この知見を基に複合共振器の電極指と単一共振器の帯状電極との結合を積極的に利用し、電極指同士の飛越結合を強めることを試みた。具体的には、単一共振器の影響を考慮し、電極指の先端に屈曲部２６ａと屈曲部３１ａとを設けることによって単一共振器と電極指とを結合させた。これにより、高周波側で減衰極が発生し、この傾向は飛越結合が強まったことによる減衰特性の向上と同じ傾向を示した。
【００４２】
図３Ｃは、誘電体層１０ｃとその上面に設けられた電極層２０ｂとを示す分解平面図である。図３Ｄは、誘電体層１０ｄとその上面に設けられた電極層２０ｃとを示す分解平面図である。電極層２０ｂは、電極配線２１ｂ，２２ｂを含み、複合共振器と結合する。電極層２０ｃは、電極配線２１ｃ，２２ｃを含み、電極配線２１ｃ，２２ｃは、貫通導体４０ａを介して入力端子５０ａ、出力端子５０ｂと接続される。また、電極配線２１ｃ，２２ｃは、貫通導体４０ｂを介して電極配線２１ｂ，２２ｂと接続される。
【００４３】
ここで、バンドパスフィルタ１内の高周波信号の流れについて説明する。入力端子５０ａから入力された高周波信号は、貫通導体４０ａを通って電極配線２２ｃに到達する。電極配線２２ｃに沿って伝送する高周波信号は、貫通導体４０ｂを通って電極配線２２ｂに到達する。電極配線２２ｂと、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａとの磁気結合により、高周波信号は、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａに入力される。入力された高周波信号は、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａから、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａまで伝搬して、電極配線２１ｂと、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａとの磁気結合により、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａから出力される。出力された高周波信号は、ハイバンドの周波数帯域を通過した信号となり、貫通導体４０ｂを介して電極配線２１ｃに到達する。高周波信号は、電極配線２１ｃに沿って伝送し、貫通導体４０ａを通って出力端子５０ｂからフィルタ外部へと出力される。
【００４４】
図３Ｅは、誘電体層１０ｅとその上面に設けられた電極層２０ｄとを示す分解平面図である。図３Ｆは、誘電体層１０ｆとその上面に設けられた電極層２０ｅとを示す分解平面図である。
【００４５】
電極層２０ｄは、環状接地電極２１ｄ、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄを含み、ローバンドに対応する単一共振器を構成する。環状接地電極２１ｄは、誘電体層１０ｅの四辺に沿って設けられる環状の電極であり図示しない接地電位配線と接続されることで接地電位となっている。
【００４６】
帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられる。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、延在方向端部の片側が環状接地電極２１ｄに接続されており、帯状電極２２ｄが環状接地電極２１ｄに接続する端部と、帯状電極２３ｄが環状接地電極２１ｄに接続する端部とは、異なる側の端部である。帯状電極２４ｄ，２５ｄも同様に環状接地電極２１ｄに接続されており、帯状電極２２ｄ，２４ｄと、帯状電極２３ｄ，２５ｄとがそれぞれ櫛歯状に形成され、これらが互いにかみ合うように配置される、いわゆるインターデジタル型共振器を構成している。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、複合共振器の電極指と同様に、物理的な長さだけでなく、他の電極との相互作用、すなわち他の電極との電磁気的な結合状態によって電気長が決まる。たとえば、電気長を同じにしようとすると、物理的な長さは、帯状電極２３ｄ，２４ｄのほうが帯電電極２２ｄ，２５ｄよりも長くなる。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄとしては、電気長が、ロー側周波数の波長の１／４程度となるように構成すればよい。
【００４７】
電極層２０ｅは、電極配線２１ｅおよび電極配線２３ｅと、これらを接続する電極配線２２ｅとを含む。電極配線２１ｅおよび電極配線２３ｅは、単一共振器の帯状電極の延在方向と平行に延び、延在方向および延在方向に直交する方向のいずれにも間隔を空けて配置される。電極配線２２ｅは、電極配線２１ｅの延在方向端部のうち、電極配線２３ｅに近い側の端部と、電極配線２３ｅの延在方向端部のうち、電極配線２１ｅに近い側の端部とを接続する。また、電極配線２１ｅの端部のうち、電極配線２２ｅと接続する側と反対側の端部は、誘電体層１０ｅを貫通する貫通導体４０ｃを介して環状接地電極２１ｄと電気的に接続し、電極配線２３ｅの端部のうち、電極配線２２ｅと接続する側と反対側の端部は、誘電体層１０ｅを貫通する貫通導体４０ｃを介して環状接地電極２１ｄと電気的に接続する。電極配線２１ｅは、単一共振器の帯状電極２２ｄと磁気結合し、電極配線２３ｅは、単一共振器の帯状電極２５ｄと磁気結合する。電極配線２１ｅと電極配線２３ｅとが電極配線２２ｅを介して接続されることにより、単一共振器の帯状電極２２ｄと帯状電極２５ｄとの間に誘導性結合が生じる。
【００４８】
単一共振器の帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、互いに隣接する帯状電極同士に容量性結合が生じており、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄを容量性結合によって伝搬する高周波信号と、電極配線２１ｅ，２２ｅ，２３ｅを誘導性結合によって伝搬する高周波信号とは、位相が１８０°異なるため、これら２つの高周波信号が打ち消し合い、ローバンドの通過領域の近傍において、大きな減衰極を発生させることができ、減衰特性が向上する。
【００４９】
図３Ｇは、接地電極層６０ｂを示す平面図である。接地電極層６０ｂは、全面ベタ状に形成される。
【００５０】
本実施形態では、たとえば、誘電体層１０は、６層の誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆからなり、電極層２０は、５層の電極層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅからなり、接地電極層６０は、接地電極層６０ａ，６０ｂからなる。入出力端子５０は、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂからなる。
【００５１】
本実施形態のバンドパスフィルタ１は、上記のように複合共振器に特徴を有しており、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指のうち最も外側に配置される２つの電極指２４ａ，２９ａの一部が、単一共振器の帯状電極と平行となるように屈曲している。
【００５２】
ここで、平行とは、電極指の屈曲部分の延在方向と、帯状電極の延在方向とが一致する、すなわちバンドパスフィルタの積層方向から見たときに、電極指の屈曲部分の延在方向と、帯状電極の延在方向との成す角が０°となる場合だけではなく、電極指の屈曲部分と帯状電極とが磁気結合するような位置関係であれば、ハイバンドの高周波側での減衰特性が向上するので、平行の概念に含まれる。
【００５３】
図４は、分岐電極２２ａ，２７ａの屈曲部２６ａ，３１ａと帯状電極２３ｄ，２４ｄとの位置関係を示す図である。図４では、電極層２０ａの各電極については実線で記載し、別層である電極層２０ｄの帯状電極の一部（帯状電極２３ｄ）を破線で記載した。
【００５４】
帯状電極２３ｄの延在方向と屈曲部２６ａの延在方向とが成す角をθ１としたとき、角θ１の範囲は−２０°以上２０°以下とする。帯状電極２４ｄの延在方向と屈曲部３１ａの延在方向とが成す角をθ２としたとき、角θ２の範囲はθ１と同様に−２０°以上２０°以下とする。角θ１，θ２が０°のときが最も高い効果が得られるので好ましい。θ１とθ２とは同じ角度であることが好ましいが、同じ角度である必要はなく、上記の範囲内であれば異なる角度であってもよい。
【００５５】
図５Ａは、θ１およびθ２が０°，２０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。図５Ｂは、θ１およびθ２が０°，１０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。グラフＡは、θ１＝θ２＝０°の場合を示し、グラフＢは、θ１＝θ２＝２０°の場合を示し、グラフＣは、θ１＝θ２＝１０°の場合を示す。グラフＤは、比較対象として、屈曲部を有しない従来構成の場合を示す。
【００５６】
これらのフィルタ特性は、シミュレーションによって得られた結果である。シミュレーションに用いたバンドパスフィルタのモデルについて説明する。層構成および各電極層については、図２示した断面図および図３Ａ〜図３Ｇに示した平面図と同じである。
【００５７】
層厚みは、誘電体層１０ａが１７５μｍであり、誘電体層１０ｂが２５μｍであり、誘電体層１０ｃが７５μｍであり、誘電体層１０ｄが２５μｍであり、誘電体層１０ｅが１２５μｍであり、誘電体層１０ｆが７５μｍである。誘電体層の材質は、ガラスセラミックスを想定し、比誘電率εｒを７．５とし、誘電正接（ｔａｎδ）を０．００１とした。電極配線の導電材料は、銅を想定し、導電率を４．５×１０７（siemens/m）とした。バンドパスフィルタの外形寸法は、縦４ｍｍ、横５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとした。
【００５８】
接地電極層６０ａは、縦４ｍｍ、横５ｍｍのベタ状で、０．５ｍｍ角の切り欠き孔を２箇所設け、０．２ｍｍ角の入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂを設けた。電極層２０ａについては、分岐電極２２ａの電極基部２３ａは、電極指の延在方向長さが０．７ｍｍであり、幅が０．６２ｍｍである。電極指２４ａは、幅が０．２５ｍｍ、全体長さが１．６５ｍｍであり、屈曲部２６ａの長さは０．３ｍｍである。電極指２５ａは、幅が０．２５ｍｍ、全体長さが２．７ｍｍであり、電極指２４ａと電極指２５ａとの間隔は０．１２ｍｍである。分岐電極２７ａは、分岐電極２２ａと同様である。電極層２０ｂについては、電極配線２１ｂ、２２ｂともに幅０．２５ｍｍであり、長さ０．５８ｍｍである。
【００５９】
電極層２０ｃについては、電極配線２１ｃ，２２ｃともに幅０．１５ｍｍであり、長さ４．３７５ｍｍである。電極層２０ｄについては、帯状電極２２ｄ，０３ｄ，２４ｃ，２５ｄともに幅０．１７５ｍｍであり、長さ４．０５ｍｍであり、帯状電極２２ｄと帯状電極２３ｄとの間隔および帯状電極２４ｄと帯状電極２５ｄとの間隔は０．０７５ｍｍであり、帯状電極２３ｄと帯状電極２４ｄとの間隔は０．０８５ｍｍである。電極層２０ｅについては、電極配線２１ｅ，２３ｅともに幅０．１ｍｍであり、長さは１．６５ｍｍであり、電極配線２１ｅ，２３ｅの端部間の距離（横方向）は１．３ｍｍであり、電極配線２１ｅ，２３ｅの端部間の距離（縦方向）は０．７７５ｍｍである。接地電極層６０ｂは、縦４ｍｍ、横５ｍｍのベタ状である。
【００６０】
貫通導体４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、いずれも直径を０．０７５ｍｍとした。
屈曲部を有しない従来の構成では、グラフＤに示されるように、ハイバンドの高周波側において減衰はしているが、厳しい要求特性に対応するには減衰が不十分である。分岐電極に屈曲部を有する本実施形態のバンドパスフィルタは、グラフＡ〜Ｃに示されるように、ハイバンドの高周波側において減衰特性が向上しており、θ１およびθ２が２０°，１０°，０°となるにつれて、減衰極がハイバンドの通過帯域に近づいている。グラフには示していないが、θ１およびθ２が−２０°，−１０°のときも、それぞれ、２０°，１０°のときと同様の結果が得られた。
【００６１】
また、単一共振器の帯状電極と平行となる分岐電極の屈曲部は、帯状電極と磁気結合可能であれば、その延在方向長さに限定はない。また、屈曲部の電極指中における位置も、電極指の先端である必要はなく、電極指の一部であれば中間部分であってもよい。屈曲部の長さおよび位置は、電極指電気長が同じであれば適宜設定することができる。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｃは、他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。本発明の他の実施形態としては、電極層２０ａの分岐電極２２ａ，２７ａにおいて、屈曲部の形状が異なる構成のものがある。電極層２０ａ以外の構成は、上記の実施形態と同一であるので説明は省略する。
【００６３】
図６Ａに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３２ａ，３３ａの長さが屈曲部２６ａ，３１ａよりも長くなっている。電極指電気長は同じであるので、屈曲部の長さが長くなると角部の位置がより電極基部２３ａ，２８ａに近づくことになる。
【００６４】
図６Ｂに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３４ａ，３５ａが中間部分に位置している。電極指２４ａ，２９ａは、全体として階段状またはクランク状となっている。
【００６５】
図６Ｃに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３６ａ，３７ａが中間部分に位置している。電極指２４ａ，２９ａは、全体として鉤針状となっている。
【００６６】
次に本発明のさらに他の実施形態として反作用共振器電極を備えるバンドパスフィルタについて説明する。
【００６７】
本実施形態では、複数の帯状電極間以外において帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄの少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極を備える。図７は、誘電体層１０ｇとその上面に設けられた電極層２０ｆとを示す平面図である。たとえば、誘電体層１０ｆと接地電極層６０ｂとの間にさらに誘電体層１０ｇを備え、誘電体層１０ｇの上面には電極層２０ｆが設けられる。電極層２０ｆは、反作用共振器電極２１ｆ，２２ｆを有する。
【００６８】
反作用共振器電極２１ｆは、矩形状の共振電極２３ｆと、共振電極２３ｆの一辺から内方側に延びる、接地電極層６０ｂと接続するための接続電極２４ｆからなり、反作用共振器電極２２ｆは、矩形状の共振電極２５ｆと、共振電極２５ｆの一辺から内方側に延びる、接地電極層６０ｂと接続するための接続電極２６ｆからなる。
【００６９】
反作用共振器電極２１ｆの一方端は、接続電極２４ｆおよび貫通導体を介して接地電極層６０ｂに接続し、他方端は開放端となっている。反作用共振器電極２２ｆも同様の構成である。
【００７０】
反作用共振器電極２１ｆ，２２ｆを設けることにより、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄによる高調波（１１．２ＧＨｚ）に反作用共振器（ノッチフィルタ）として機能する減衰極をさらに形成することができるので、特定の周波数（高周波数帯域）における不要信号を除去し、さらに特性が向上したバンドパスフィルタを提供することができる。
【００７１】
誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆの各層厚みは、誘電体層１０の上下に配された電極層２０同士の結合状態に影響を与える。層厚みが小さいと上下に配された電極層２０同士の結合が強くなり、層厚みが大きいと上下に配された電極層２０同士の結合が弱くなる。したがって、電極層２０同士の結合を強くしたい場合には、その間の誘電体層の層厚みを比較的小さくし、電極層２０同士の結合を弱くしたい場合には、その間の誘電体層の層厚みを比較的大きくすればよい。電極層２０内に複数の電極が設けられる場合は、同じ電極層２０内の電極同士の結合と、誘電体層を介した他の電極層２０との結合とが生じることになる。同じ電極層２０内の電極同士の結合を保持しつつ他の電極層２０とも結合させたい場合は、少なくとも同じ電極層２０内の電極同士の間隔以上の層厚みでできる限り小さい層厚みとすればよい。層厚みを小さくし過ぎると、他の電極層２０との結合が強すぎて、同じ電極層２０内の電極同士の結合が弱まってしまう。
【００７２】
本実施形態のバンドパスフィルタ１では、たとえば、電極層２０同士の結合を強くしたほうが好ましい、すなわち誘電体層１０の層厚みを比較的薄くしたほうが好ましいのは、電極層２０ａと電極層２０ｂとの間の誘電体層１０ｂ、および電極層２０ｃと電極層２０ｄとの間の誘電体層１０ｄである。これらの誘電体層１０ｂ，１０ｄは比較的層厚みを薄くすることにより、分岐電極２２ａ，２７ａと、複合共振器の電極配線２１ｂ，２２ｂとの結合、および電極配線２１ｃ，２２ｃと、単一共振器の帯状電極２２ｄ，２５ｄとの結合を強めることができる。
【００７３】
また、複合共振器および単一共振器の各電極と、上記の結合すべき電極配線以外の電極との結合は弱いほうが好ましいので、たとえば誘電体層１０ａおよび誘電体層１０ｅは層厚みを比較的厚くしている。
【００７４】
誘電体層１０が間に介在したときの電極層２０同士の結合強さは、上記のような誘電体層１０の厚み、すなわち電極層２０同士の距離以外に、誘電体層１０の比誘電率にも影響される。したがって、誘電体層１０は、全体的なフィルタ特性を考慮して、適宜材質を選択し、層厚みを設定すればよい。
【００７５】
本実施形態のバンドパスフィルタ１において、誘電体層１０の材質としては、たとえばエポキシ樹脂などの有機材料、誘電体セラミックスなどのセラミックス材料を用いることができる。セラミックス材料としては、たとえば、ＢａＴｉＯ３，Ｐｂ４Ｆｅ２Ｎｂ２Ｏ１２，ＴｉＯ２などの誘電体セラミック材料と、Ｂ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯなどのガラス材料とからなり、８００〜１２００℃程度の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。また、誘電体層１０の厚みとしては、たとえば１０μｍ〜２００μｍ程度に設定される。
【００７６】
電極および貫通導体の材質としては、たとえば、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電材料、Ｃｕ系，Ｗ系，Ｍｏ系，Ｐｄ系の導電材料などが好適に用いられる。各種の電極の厚みは、たとえば１μｍ〜２００μｍに設定される。貫通導体の直径は、たとえば２５μｍ〜１００μｍに設定される。
【００７７】
本実施形態のバンドパスフィルタは、たとえば次のようにして作製することができる。まず、セラミック原料粉末に適当な有機溶剤などを添加し、これらを混合して泥漿を作製するとともに、ドクターブレード法によって所定厚みのセラミックグリーンシートを形成する。
【００７８】
次に、得られたセラミックグリーンシートにパンチングマシーンなどを用いて貫通導体を形成するための貫通孔を形成し、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ，Ｃｕなどの導電材料を含む導体ペーストを充填する。また、セラミックグリーンシートの表面には、印刷法を用いて前述したのと同様の導体ペーストを塗布して導体ペースト付きセラミックグリーンシートを作製する。次に、これらの導体ペースト付きセラミックグリーンシートを所定の順序で積層し、ホットプレス装置を用いて圧着し、８００℃〜１０５０℃程度のピーク温度で焼成することにより作製される。
【００７９】
図８は、バンドパスフィルタ１を用いた無線通信モジュール８０および無線通信機器８５の構成を示すブロック図である。
【００８０】
本発明の他の実施形態である無線通信モジュール８０は、たとえば、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部８１と、ベースバンド部８１に接続されベースバンド信号の変調後および復調前のＲＦ（Radio Frequency）信号が処理されるＲＦ部８２とを備えている。ＲＦ部８２には、本実施形態のバンドパスフィルタ１と同様の構成を有するバンドパスフィルタ８２１が備えられており、ベースバンド信号が変調されてなるＲＦ信号または受信したＲＦ信号における通信帯域以外の信号をバンドパスフィルタ８２１によって減衰させ、必要な帯域の周波数を有する信号は通過させる。
【００８１】
具体的な構成としては、ベースバンド部８１にはベースバンドＩＣ（Integrated
Circuit）８１１が配置され、ＲＦ部８２にはバンドパスフィルタ８２１とベースバンド部８１との間にＲＦＩＣ８２２が配置されている。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。そして、無線通信モジュール８０のバンドパスフィルタ８２１にアンテナ８４を接続することによってＲＦ信号の送受信が可能な無線通信機器８５が構成される。
【００８２】
このような構成を有する無線通信モジュール８０および無線通信機器８５によれば、無線通信に使用する周波数帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さいバンドパスフィルタ８２１を送信信号および受信信号の濾波に用いることにより、バンドパスフィルタ８２１を通過する受信信号および送信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上し、また、送信信号および受信信号の増幅度を小さくできるため増幅回路における消費電力が少なくなる。よって受信感度が高く消費電力が少ない高性能な無線通信モジュール８０および無線通信機器８５を得ることができる。さらに、１つのフィルタで２つの通信帯域をカバーすることができるとともに、薄型化しても良好なフィルタ特性が得られるバンドパスフィルタ８２１を用いることにより、小型で製造コストが低い無線通信モジュール８０および無線通信機器８５を得ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ バンドパスフィルタ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ 誘電体層
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ 電極層
２１ａ，２１ｄ 環状接地電極
２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ，２３ｅ 電極配線
２２ａ，２７ａ 分岐電極
２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄ 帯状電極
２３ａ，２８ａ 電極基部
２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａ 電極指
２６ａ，３１ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ 屈曲部
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 貫通導体
５０ 入出力端子
５０ａ 入力端子
５０ｂ 出力端子
６０，６０ａ，６０ｂ 接地電極層
８０ 無線通信モジュール
８１ ベースバンド部
８２ ＲＦ部
８４ アンテナ
８５ 無線通信機器
８２１ バンドパスフィルタ
８２２ ＲＦＩＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタに関し、特には２つの通過帯域を持つバンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野では、たとえば、無線電波の送受信器において、送信すべき電波、受信すべき電波を有効に取り出す必要があり、入力された高周波信号から特定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタの特性が重要となっている。また、無線通信に使用される電波は、無制限に使用できるものではなく、たとえば用途別に使用可能な周波数帯域が設定されている。設定された周波数帯域の高周波信号を利用するためにはフィルタが欠かせない素子となっている。使用可能な周波数帯域を最大限に利用しようとすると、通過させるべき周波数帯域と通過させない周波数帯域との境界において、急峻な特性変化が必要となる。この急峻な特性変化は、通過させない周波数帯域の信号強度を減衰させることによって得られる。通過させるべき周波数帯域（通過帯域）が広いほど通過帯域外で急峻に減衰させることが困難となっている。
【０００３】
使用する周波数帯域が広い、すなわちフィルタにとっては通過帯域が広い無線通信方式の１つにＵＷＢ（Ultra wide band）方式がある。ＵＷＢ方式は、近距離での超高速通信が可能であることに加え、位置測定およびレーダなど多くの用途を有効に実現できる。しかしながら、通過帯域が広いために使用するフィルタには、高い性能が要求される。さらに、ＵＷＢ方式では、使用可能な周波数帯域が、比較的低い周波数帯域と比較的高い周波数帯域とに分離しているため、すべての周波数帯域を利用するためには、低周波数帯域を通過させるためのバンドパスフィルタと、高周波数帯域を通過させるためのバンドパスフィルタの２種類のバンドパスフィルタが必要となる。
【０００４】
ＵＷＢ方式は、近距離通信となるため、いわゆるモバイル機器への実装が不可欠であり、モバイル機器では、部品点数の制限から１つのフィルタ素子で２つの広い周波数帯域に対応できるフィルタ素子が要求される。
【０００５】
特許文献１記載のバンドパスフィルタは、複数の単一共振電極と複数の複合共振電極とが積層方向からみて互いに直交するように配置されており、複数の単一共振電極が比較的低い周波数で共振し、複数の複合共振電極が比較的高い周波数で共振することで、２つの広い周波数帯域に対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同じ方式の無線通信であっても、使用可能な周波数帯域は国ごとに設定されており、使用する国が変わると通過帯域が変わるためにフィルタ素子の設計変更を余儀なくされる。また、使用可能な周波数帯域のうち、複数の国で重複する帯域があり、この重複する帯域を通過帯域とするフィルタ特性が得られれば、複数の国で使用可能なフィルタ素子が実現できる。
【０００８】
特許文献１記載のバンドパスフィルタは、１つの国のみで使用する場合に限ると十分なフィルタ特性を発揮する。しかしながら、より高性能なフィルタを目指して、たとえば複数の国で使用可能なものを考えると、高周波数帯域における減衰特性にはまだ改善の余地がある。
【０００９】
本発明の目的は、通過帯域の高周波側における減衰特性をより向上することができるバンドパスフィルタ、これを備える無線通信モジュールおよび無線通信機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、予め定める間隔をあけて互いに平行に設けられる複数の帯状電極からなる単一共振器であって、前記帯状電極の延在方向端部のいずれか一方が接地電極に接続され、接続される端部が前記複数の帯状電極において交互に異なるように構成される単一共振器と、
電極基部と前記電極基部から分岐して一方向に延びる平行な複数の電極指とからなる分岐電極を複数備える複合共振器であって、前記電極基部の、前記電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続され、互いに隣接する分岐電極は、前記電極指が前記電極基部から延びる方向が逆向きとなるように構成される複合共振器と、を備え、
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、
前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有することを特徴とするバンドパスフィルタである。
【００１１】
また本発明は、前記屈曲部は、最も外側に配置される前記２つの電極指の先端に設けられることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記単一共振器の、前記複合共振器とは異なる側に積層される電極配線であって、一方端部および他方端部が、それぞれ前記単一共振器に備えられる複数の帯状電極のうち、最も外側に配置される２つの帯状電極とそれぞれ磁気結合するように構成される電極配線をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記帯状電極の少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極であって、一方端が接地電極に接続され、他方端が開放端である反作用共振器電極を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記バンドパスフィルタを備えることを特徴とする無線通信モジュールである。
【００１５】
また本発明は、前記バンドパスフィルタを含むＲＦ部と、
前記ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、
前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本実施形態のバンドパスフィルタによれば、単一共振器と複合共振器とからなり、帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層される。単一共振器は比較的低い周波数を通過帯域とし、複合共振器は比較的高い周波数を通過帯域とする。
【００１７】
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有する。
【００１８】
この屈曲部は、単一共振器の帯状電極と磁気結合し、最も外側に配置される２つの電極指は、単一共振器の帯状電極を介して飛越結合する。これにより、通過帯域の高周波側で減衰極が発生し、高周波数帯域における減衰特性をより向上することができる。
【００１９】
また、本実施形態の無線通信モジュールおよび無線通信機器によれば、通信帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さいバンドパスフィルタを送信信号および受信信号の濾波に用いることにより、バンドパスフィルタを通過する受信信号および送信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上する。また、送信信号および受信信号の増幅度を小さくできるため増幅回路における消費電力が少なくなる。
【００２０】
よって受信感度が高く消費電力が少ない高性能な無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。さらに、１つのフィルタで２つの通信帯域に対応することができる。また、薄型化しても良好なフィルタ特性が得られるバンドパスフィルタを用いることにより、小型で製造コストが低い無線通信モジュールおよび無線通信機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態であるバンドパスフィルタ１の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の切断面線Ａ−Ａにおけるバンドパスフィルタ１の断面図である。
【図３Ａ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｂ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｃ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｄ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｅ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｆ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図３Ｇ】バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【図４】分岐電極２２ａ，２７ａの屈曲部２６ａ，３１ａと帯状電極２３ｄ，２４ｄとの位置関係を示す図である。
【図５Ａ】θ１およびθ２が０°，２０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。
【図５Ｂ】θ１およびθ２が０°，１０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。
【図６Ａ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図６Ｂ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図６Ｃ】他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。
【図７】誘電体層１０ｇとその上面に設けられた電極層２０ｆとを示す平面図である。
【図８】バンドパスフィルタ１を用いた無線通信モジュール８０および無線通信機器８５の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態のバンドパスフィルタは、重複しない２つの通過帯域を有する。比較的低い周波数帯域、たとえば３．１〜４．７ＧＨｚ程度の帯域を使用するＬｏｗ Ｂａｎｄ（ローバンド）と、比較的高い周波数帯域、たとえば６．６ＧＨｚ〜８．７ＧＨｚ程度の帯域を使用するＨｉｇｈ Ｂａｎｄ（ハイバンド）の２つの通過帯域を有する。特に２つのバンドの間にある５．３ＧＨｚでの減衰特性と、ハイバンドよりも高周波域である９ＧＨｚでの減衰特性とが重要である。
【００２３】
本実施形態のバンドパスフィルタは、ローバンドに対応する共振器として、単一共振器を備える。単一共振器は、複数の帯状電極からなり、帯状電極は、延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられる。互いに隣接する帯状電極は、延在方向端部の片側が接地電極に接続されており、接続される端部が帯状電極ごとに交互に異なっている。帯状電極は、電気長が、ローバンドの周波数帯において中心となる周波数（ロー側周波数）の波長の１／４程度となるように構成され、１／４波長共振器として機能する。
【００２４】
本実施形態のバンドパスフィルタは、ハイバンドに対応する共振器として複合共振器を備える。複合共振器は、複数の分岐電極からなる。分岐電極は、電極基部と電極基部から一方向に延びる平行な複数の電極指からなる。複数の分岐電極は、電極指の延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて設けられる。分岐電極は、電極基部の、電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続されており、互いに隣接する分岐電極は、電極指が電極基部から延びる方向が反対方向となるように設けられる。電極基部および電極指は、電極指の延在方向における、電極指の電気長と電極基部の電気長との和がハイバンドの周波数帯の比較的低い周波数（ハイ側第１周波数）で共振するように構成されるとともに、電極指の延在方向における、電極指の電気長がハイバンドの周波数帯の比較的高い周波数（ハイ側第２周波数）で共振するように構成される。
【００２５】
本実施形態のバンドパスフィルタは、単一共振器と複合共振器とが積層構造の内層に設けられており、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と、複合共振器の分岐電極の電極指が延びる延在方向とが、積層方向から見たときに直交するように設けられる。
【００２６】
さらに、複合共振器において、全ての分岐電極に備えられる電極指のうち、最も外側に配置される２本の電極指は、積層方向から見たときに、その一部が、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と平行となるように屈曲して設けられる。複合共振器に、この屈曲した平行部分を設けることによって、ハイバンドの高周波側に減衰極が発生し、減衰特性が向上する。これにより、フィルタ特性がさらに向上したバンドパスフィルタを実現できる。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態であるバンドパスフィルタ１の外観を示す斜視図である。図２は、図１の切断面線Ａ−Ａにおけるバンドパスフィルタ１の断面図である。図３Ａ〜図３Ｇは、バンドパスフィルタ１の構成を示す分解平面図である。
【００２８】
バンドパスフィルタ１は、直方体形状を有し、たとえば、アンテナと送受信用半導体素子との間に接続され、特定の２種の通過帯域を有するフィルタ素子である。バンドパスフィルタ１は、複数の誘電体層１０と誘電体層間に内層された電極層２０とが積層されて成り、積層方向の最も外側にはベタ状の接地電極層６０が設けられる。電極層２０同士は、誘電体層１０を貫通する貫通導体４０を介して電気的に接続される。なお、フィルタ外部との高周波信号の入出力は、最外層の接地電極層６０の一部を切り欠いて入出力端子５０を設け、入出力端子５０と電極層２０とを貫通導体４０を介して電気的に接続する。以下では、図１〜図３に示すように、入出力端子５０を設けた側を上面として説明するが、回路基板への実装を行うときには、基板側の端子との位置関係により、入出力端子５０を設けた側を上面とするのに限らず、入出力端子５０を設けた側を下面としてもよい。
【００２９】
本実施形態では、たとえば、誘電体層１０は、６層の誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆからなり、電極層２０は、５層の電極層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅからなり、接地電極層６０は、接地電極層６０ａ，６０ｂからなる。入出力端子５０は、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂからなる。
【００３０】
図２の断面図に示すように、誘電体層１０は、上から誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆの順に積層されて成る。誘電体層１０ａの上面には、接地電極層６０ａが設けられ、接地電極層６０ａを切り欠いて入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂが設けられる。誘電体層１０ｆの下面には、接地電極層６０ｂが設けられる。
【００３１】
誘電体層１０ａと誘電体層１０ｂとの間に、電極層２０ａが設けられ、誘電体層１０ｂと誘電体層１０ｃとの間に、電極層２０ｂが設けられ、誘電体層１０ｃと誘電体層１０ｄとの間に、電極層２０ｃが設けられ、誘電体層１０ｄと誘電体層１０ｅとの間に、電極層２０ｄが設けられ、誘電体層１０ｅと誘電体層１０ｆとの間に、電極層２０ｅが設けられる。
【００３２】
入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂは、貫通導体４０ａを介して電極層２０ｃと電気的に接続される。貫通導体４０ａは、誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃを貫通するように設けられる。電極層２０ｂは、貫通導体４０ｂを介して電極層２０ｃと電気的に接続される。貫通導体４０ｂは、誘電体層１０ｃを貫通するように設けられる。電極層２０ｄは、貫通導体４０ｃを介して電極層２０ｅと電気的に接続される。貫通導体４０ｃは、誘電体層１０ｅを貫通するように設けられる。
【００３３】
図３Ａは、誘電体層１０ａとその上面に設けられた接地電極層６０ａとを示す分解平面図である。接地電極層６０ａは、誘電体層１０ａの表面にベタ状に設けられ、一端部と、反対側の他端部とに方形状の切り欠き孔が設けられ、切り欠き孔内で接地電極層６０ａに接しないように、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂが設けられる。入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂは、貫通導体４０ａに接続される。
【００３４】
図３Ｂは、誘電体層１０ｂとその上面に設けられた電極層２０ａとを示す分解平面図である。電極層２０ａは、環状接地電極２１ａ、分岐電極２２ａ，２７ａを含み、ハイバンドに対応する複合共振器を構成する。環状接地電極２１ａは、誘電体層１０ｂの四辺に沿って設けられる環状の電極であり図示しない接地電位配線と接続されることで接地電位となっている。
【００３５】
分岐電極２２ａは、電極基部２３ａと電極基部２３ａから一方向に延びる平行な複数の電極指２４ａ，２５ａからなり、分岐電極２７ａは、電極基部２８ａと電極基部２８ａから一方向に延びる平行な複数の電極指２９ａ，３０ａからなる。分岐電極２２ａの電極指２４ａ，２５ａが延びる延在方向と、分岐電極２７ａの電極指２９ａ，３０ａが延びる延在方向とは互いに平行である。
【００３６】
環状接地電極２１ａと分岐電極２２ａ，２７ａとは、電極基部２３ａ，２８ａのみで接続されており、電極基部２３ａ，２８ａの、電極指が設けられる側とは反対側の端部が環状接地電極２１ａに接続される。分岐電極２２ａ，２７ａは、電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａの延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて設けられる。分岐電極２２ａ，２７ａは、誘電体層１０ｂ上に回転対象に形成されるので、以下では、分岐電極２２ａ，２７ａの両方に共通する特徴については、分岐電極２２ａを例として説明する。
【００３７】
電極基部２３ａにおける、環状接地電極２１ａとの接続位置から電極指２４ａ，２５ａとの接続位置までの電気長（以下では「基部電気長」という）と、電極指２４ａ，２５ａにおける、電極基部２３ａとの接続位置からその反対側端部までの電気長（以下では「電極指電気長」という）は、これら基部電気長と電極指電気長との和がハイ側第１周波数（たとえば、６．８ＧＨｚ）で共振するように構成される。さらに、電極指電気長が、ハイ側第２周波数（たとえば、８．９ＧＨｚ）で共振するように構成される。
【００３８】
分岐電極２２ａの電極指２４ａ，２５ａのうち、外側に配置される電極指２４ａと、内側に配置される電極指２５ａとでは、電気長は同じであるが物理的長さは異なっており、外側の電極指２４ａのほうが、電極指２５ａよりも短い。電極指の電気長は、物理的な長さだけでなく、他の電極との相互作用、すなわち他の電極との電磁気的な結合状態によって決まる。内側の電極指２５ａは、外側の電極指２４ａと、分岐電極２７ａの内側の電極指３０ａと結合するため、他の電極との相互作用が強く、外側の電極指２４ａは、内側の電極指２５ａと結合するため、内側の電極指２５ａよりも、受ける相互作用が弱い。したがって、内側の電極指２５ａと外側の電極指２４ａの電気長を同じにするには、外側の電極指２４ａの実際の長さを、電極指２５ａよりも短くすればよい。
【００３９】
単一共振器についての詳細は後述するが、本実施形態のバンドパスフィルタ１において、分岐電極が備える電極指の延在方向と、単一共振器の帯状電極の延在方向とが積層方向から見たときに直交する。本実施形態のバンドパスフィルタ１では、２つの分岐電極２２ａ，２７ａに備えられる電極指２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａのうち、最も外側に配置される２本の電極指２４ａ，２９ａは、積層方向から見たときに、その一部が、単一共振器の帯状電極が延びる延在方向と平行となるように屈曲して設けられる。
【００４０】
電極指２４ａの一部であり、単一共振器の帯状電極の延在方向に平行となる屈曲部２６ａおよび電極指２９ａの一部であり、単一共振器の帯状電極の延在方向に平行となる屈曲部３１ａは、それぞれ単一共振器の帯状電極と磁界結合する。帯状電極は互いに結合しているので、帯状電極を介して間接的に屈曲部２６ａと屈曲部３１ａとが結合することとなる。複合共振器において分岐電極の最も外側にある２つの電極指が結合する、いわゆる飛越結合が生じる。本件発明者らは、この飛越結合を強くすることによって複合共振器における高周波数側での減衰特性が向上することを見出した。その前段として、バンドパスフィルタ１の低背化による飛越結合の低減について説明する。バンドパスフィルタ１を低背化するためには、フィルタの全体厚みを薄くすることが必要であり、これによってバンドパスフィルタ１の電極層同士の距離が縮まることになる。電極層同士の距離が縮まると、複合共振器と単一共振器との距離が縮まり、その結果複合共振器と単一共振器との結合が強くなり、複合共振器の電極指同士の飛越結合が弱まることになる。
【００４１】
本件発明者らは、単一共振器の影響を排除して複合共振器のみの通過特性を見ると、飛越結合が強くなるに応じて減衰極が通過帯域に近づく、すなわち、より急峻な減衰特性が得られるという新たな知見を得ており、この知見を基に複合共振器の電極指と単一共振器の帯状電極との結合を積極的に利用し、電極指同士の飛越結合を強めることを試みた。具体的には、単一共振器の影響を考慮し、電極指の先端に屈曲部２６ａと屈曲部３１ａとを設けることによって単一共振器と電極指とを結合させた。これにより、高周波側で減衰極が発生し、この傾向は飛越結合が強まったことによる減衰特性の向上と同じ傾向を示した。
【００４２】
図３Ｃは、誘電体層１０ｃとその上面に設けられた電極層２０ｂとを示す分解平面図である。図３Ｄは、誘電体層１０ｄとその上面に設けられた電極層２０ｃとを示す分解平面図である。電極層２０ｂは、電極配線２１ｂ，２２ｂを含み、複合共振器と結合する。電極層２０ｃは、電極配線２１ｃ，２２ｃを含み、電極配線２１ｃ，２２ｃは、貫通導体４０ａを介して入力端子５０ａ、出力端子５０ｂと接続される。また、電極配線２１ｃ，２２ｃは、貫通導体４０ｂを介して電極配線２１ｂ，２２ｂと接続される。
【００４３】
ここで、バンドパスフィルタ１内の高周波信号の流れについて説明する。入力端子５０ａから入力された高周波信号は、貫通導体４０ａを通って電極配線２２ｃに到達する。電極配線２２ｃに沿って伝送する高周波信号は、貫通導体４０ｂを通って電極配線２２ｂに到達する。電極配線２２ｂと、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａとの磁気結合により、高周波信号は、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａに入力される。入力された高周波信号は、分岐電極２７ａの外側電極指２９ａから、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａまで伝搬して、電極配線２１ｂと、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａとの磁気結合により、分岐電極２２ａの外側電極指２４ａから出力される。出力された高周波信号は、ハイバンドの周波数帯域を通過した信号となり、貫通導体４０ｂを介して電極配線２１ｃに到達する。高周波信号は、電極配線２１ｃに沿って伝送し、貫通導体４０ａを通って出力端子５０ｂからフィルタ外部へと出力される。
【００４４】
図３Ｅは、誘電体層１０ｅとその上面に設けられた電極層２０ｄとを示す分解平面図である。図３Ｆは、誘電体層１０ｆとその上面に設けられた電極層２０ｅとを示す分解平面図である。
【００４５】
電極層２０ｄは、環状接地電極２１ｄ、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄを含み、ローバンドに対応する単一共振器を構成する。環状接地電極２１ｄは、誘電体層１０ｅの四辺に沿って設けられる環状の電極であり図示しない接地電位配線と接続されることで接地電位となっている。
【００４６】
帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、延在方向に直交する方向に、所定の間隔を空けて互いに平行に設けられる。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、延在方向端部の片側が環状接地電極２１ｄに接続されており、帯状電極２２ｄが環状接地電極２１ｄに接続する端部と、帯状電極２３ｄが環状接地電極２１ｄに接続する端部とは、異なる側の端部である。帯状電極２４ｄ，２５ｄも同様に環状接地電極２１ｄに接続されており、帯状電極２２ｄ，２４ｄと、帯状電極２３ｄ，２５ｄとがそれぞれ櫛歯状に形成され、これらが互いにかみ合うように配置される、いわゆるインターデジタル型共振器を構成している。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、複合共振器の電極指と同様に、物理的な長さだけでなく、他の電極との相互作用、すなわち他の電極との電磁気的な結合状態によって電気長が決まる。たとえば、電気長を同じにしようとすると、物理的な長さは、帯状電極２３ｄ，２４ｄのほうが帯電電極２２ｄ，２５ｄよりも長くなる。帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄとしては、電気長が、ロー側周波数の波長の１／４程度となるように構成すればよい。
【００４７】
電極層２０ｅは、電極配線２１ｅおよび電極配線２３ｅと、これらを接続する電極配線２２ｅとを含む。電極配線２１ｅおよび電極配線２３ｅは、単一共振器の帯状電極の延在方向と平行に延び、延在方向および延在方向に直交する方向のいずれにも間隔を空けて配置される。電極配線２２ｅは、電極配線２１ｅの延在方向端部のうち、電極配線２３ｅに近い側の端部と、電極配線２３ｅの延在方向端部のうち、電極配線２１ｅに近い側の端部とを接続する。また、電極配線２１ｅの端部のうち、電極配線２２ｅと接続する側と反対側の端部は、誘電体層１０ｅを貫通する貫通導体４０ｃを介して環状接地電極２１ｄと電気的に接続し、電極配線２３ｅの端部のうち、電極配線２２ｅと接続する側と反対側の端部は、誘電体層１０ｅを貫通する貫通導体４０ｃを介して環状接地電極２１ｄと電気的に接続する。電極配線２１ｅは、単一共振器の帯状電極２２ｄと磁気結合し、電極配線２３ｅは、単一共振器の帯状電極２５ｄと磁気結合する。電極配線２１ｅと電極配線２３ｅとが電極配線２２ｅを介して接続されることにより、単一共振器の帯状電極２２ｄと帯状電極２５ｄとの間に誘導性結合が生じる。
【００４８】
単一共振器の帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄは、互いに隣接する帯状電極同士に容量性結合が生じており、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄを容量性結合によって伝搬する高周波信号と、電極配線２１ｅ，２２ｅ，２３ｅを誘導性結合によって伝搬する高周波信号とは、位相が１８０°異なるため、これら２つの高周波信号が打ち消し合い、ローバンドの通過領域の近傍において、大きな減衰極を発生させることができ、減衰特性が向上する。
【００４９】
図３Ｇは、接地電極層６０ｂを示す平面図である。接地電極層６０ｂは、全面ベタ状に形成される。
【００５０】
本実施形態では、たとえば、誘電体層１０は、６層の誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆからなり、電極層２０は、５層の電極層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅからなり、接地電極層６０は、接地電極層６０ａ，６０ｂからなる。入出力端子５０は、入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂからなる。
【００５１】
本実施形態のバンドパスフィルタ１は、上記のように複合共振器に特徴を有しており、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指のうち最も外側に配置される２つの電極指２４ａ，２９ａの一部が、単一共振器の帯状電極と平行となるように屈曲している。
【００５２】
ここで、平行とは、電極指の屈曲部分の延在方向と、帯状電極の延在方向とが一致する、すなわちバンドパスフィルタの積層方向から見たときに、電極指の屈曲部分の延在方向と、帯状電極の延在方向との成す角が０°となる場合だけではなく、電極指の屈曲部分と帯状電極とが磁気結合するような位置関係であれば、ハイバンドの高周波側での減衰特性が向上するので、平行の概念に含まれる。
【００５３】
図４は、分岐電極２２ａ，２７ａの屈曲部２６ａ，３１ａと帯状電極２３ｄ，２４ｄとの位置関係を示す図である。図４では、電極層２０ａの各電極については実線で記載し、別層である電極層２０ｄの帯状電極の一部（帯状電極２３ｄ）を破線で記載した。
【００５４】
帯状電極２３ｄの延在方向と屈曲部２６ａの延在方向とが成す角をθ１としたとき、角θ１の範囲は−２０°以上２０°以下とする。帯状電極２４ｄの延在方向と屈曲部３１ａの延在方向とが成す角をθ２としたとき、角θ２の範囲はθ１と同様に−２０°以上２０°以下とする。角θ１，θ２が０°のときが最も高い効果が得られるので好ましい。θ１とθ２とは同じ角度であることが好ましいが、同じ角度である必要はなく、上記の範囲内であれば異なる角度であってもよい。
【００５５】
図５Ａは、θ１およびθ２が０°，２０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。図５Ｂは、θ１およびθ２が０°，１０°のときのフィルタ特性を示すグラフである。横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。グラフＡは、θ１＝θ２＝０°の場合を示し、グラフＢは、θ１＝θ２＝２０°の場合を示し、グラフＣは、θ１＝θ２＝１０°の場合を示す。グラフＤは、比較対象として、屈曲部を有しない従来構成の場合を示す。
【００５６】
これらのフィルタ特性は、シミュレーションによって得られた結果である。シミュレーションに用いたバンドパスフィルタのモデルについて説明する。層構成および各電極層については、図２示した断面図および図３Ａ〜図３Ｇに示した平面図と同じである。
【００５７】
層厚みは、誘電体層１０ａが１７５μｍであり、誘電体層１０ｂが２５μｍであり、誘電体層１０ｃが７５μｍであり、誘電体層１０ｄが２５μｍであり、誘電体層１０ｅが１２５μｍであり、誘電体層１０ｆが７５μｍである。誘電体層の材質は、ガラスセラミックスを想定し、比誘電率εｒを７．５とし、誘電正接（ｔａｎδ）を０．００１とした。電極配線の導電材料は、銅を想定し、導電率を４．５×１０７（siemens/m）とした。バンドパスフィルタの外形寸法は、縦４ｍｍ、横５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとした。
【００５８】
接地電極層６０ａは、縦４ｍｍ、横５ｍｍのベタ状で、０．５ｍｍ角の切り欠き孔を２箇所設け、０．２ｍｍ角の入力端子５０ａおよび出力端子５０ｂを設けた。電極層２０ａについては、分岐電極２２ａの電極基部２３ａは、電極指の延在方向長さが０．７ｍｍであり、幅が０．６２ｍｍである。電極指２４ａは、幅が０．２５ｍｍ、全体長さが１．６５ｍｍであり、屈曲部２６ａの長さは０．３ｍｍである。電極指２５ａは、幅が０．２５ｍｍ、全体長さが２．７ｍｍであり、電極指２４ａと電極指２５ａとの間隔は０．１２ｍｍである。分岐電極２７ａは、分岐電極２２ａと同様である。電極層２０ｂについては、電極配線２１ｂ、２２ｂともに幅０．２５ｍｍであり、長さ０．５８ｍｍである。
【００５９】
電極層２０ｃについては、電極配線２１ｃ，２２ｃともに幅０．１５ｍｍであり、長さ４．３７５ｍｍである。電極層２０ｄについては、帯状電極２２ｄ，０３ｄ，２４ｃ，２５ｄともに幅０．１７５ｍｍであり、長さ４．０５ｍｍであり、帯状電極２２ｄと帯状電極２３ｄとの間隔および帯状電極２４ｄと帯状電極２５ｄとの間隔は０．０７５ｍｍであり、帯状電極２３ｄと帯状電極２４ｄとの間隔は０．０８５ｍｍである。電極層２０ｅについては、電極配線２１ｅ，２３ｅともに幅０．１ｍｍであり、長さは１．６５ｍｍであり、電極配線２１ｅ，２３ｅの端部間の距離（横方向）は１．３ｍｍであり、電極配線２１ｅ，２３ｅの端部間の距離（縦方向）は０．７７５ｍｍである。接地電極層６０ｂは、縦４ｍｍ、横５ｍｍのベタ状である。
【００６０】
貫通導体４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、いずれも直径を０．０７５ｍｍとした。
屈曲部を有しない従来の構成では、グラフＤに示されるように、ハイバンドの高周波側において減衰はしているが、厳しい要求特性に対応するには減衰が不十分である。分岐電極に屈曲部を有する本実施形態のバンドパスフィルタは、グラフＡ〜Ｃに示されるように、ハイバンドの高周波側において減衰特性が向上しており、θ１およびθ２が２０°，１０°，０°となるにつれて、減衰極がハイバンドの通過帯域に近づいている。グラフには示していないが、θ１およびθ２が−２０°，−１０°のときも、それぞれ、２０°，１０°のときと同様の結果が得られた。
【００６１】
また、単一共振器の帯状電極と平行となる分岐電極の屈曲部は、帯状電極と磁気結合可能であれば、その延在方向長さに限定はない。また、屈曲部の電極指中における位置も、電極指の先端である必要はなく、電極指の一部であれば中間部分であってもよい。屈曲部の長さおよび位置は、電極指電気長が同じであれば適宜設定することができる。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｃは、他の実施形態の電極層２０ａを示す分解平面図である。本発明の他の実施形態としては、電極層２０ａの分岐電極２２ａ，２７ａにおいて、屈曲部の形状が異なる構成のものがある。電極層２０ａ以外の構成は、上記の実施形態と同一であるので説明は省略する。
【００６３】
図６Ａに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３２ａ，３３ａの長さが屈曲部２６ａ，３１ａよりも長くなっている。電極指電気長は同じであるので、屈曲部の長さが長くなると角部の位置がより電極基部２３ａ，２８ａに近づくことになる。
【００６４】
図６Ｂに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３４ａ，３５ａが中間部分に位置している。電極指２４ａ，２９ａは、全体として階段状またはクランク状となっている。
【００６５】
図６Ｃに示す電極層２０ａは、分岐電極２２ａ，２７ａの電極指２４ａ，２９ａにおいて、屈曲部３６ａ，３７ａが中間部分に位置している。電極指２４ａ，２９ａは、全体として鉤針状となっている。
【００６６】
次に本発明のさらに他の実施形態として反作用共振器電極を備えるバンドパスフィルタについて説明する。
【００６７】
本実施形態では、複数の帯状電極間以外において帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄの少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極を備える。図７は、誘電体層１０ｇとその上面に設けられた電極層２０ｆとを示す平面図である。たとえば、誘電体層１０ｆと接地電極層６０ｂとの間にさらに誘電体層１０ｇを備え、誘電体層１０ｇの上面には電極層２０ｆが設けられる。電極層２０ｆは、反作用共振器電極２１ｆ，２２ｆを有する。
【００６８】
反作用共振器電極２１ｆは、矩形状の共振電極２３ｆと、共振電極２３ｆの一辺から内方側に延びる、接地電極層６０ｂと接続するための接続電極２４ｆからなり、反作用共振器電極２２ｆは、矩形状の共振電極２５ｆと、共振電極２５ｆの一辺から内方側に延びる、接地電極層６０ｂと接続するための接続電極２６ｆからなる。
【００６９】
反作用共振器電極２１ｆの一方端は、接続電極２４ｆおよび貫通導体を介して接地電極層６０ｂに接続し、他方端は開放端となっている。反作用共振器電極２２ｆも同様の構成である。
【００７０】
反作用共振器電極２１ｆ，２２ｆを設けることにより、帯状電極２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄによる高調波（１１．２ＧＨｚ）に反作用共振器（ノッチフィルタ）として機能する減衰極をさらに形成することができるので、特定の周波数（高周波数帯域）における不要信号を除去し、さらに特性が向上したバンドパスフィルタを提供することができる。
【００７１】
誘電体層１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆの各層厚みは、誘電体層１０の上下に配された電極層２０同士の結合状態に影響を与える。層厚みが小さいと上下に配された電極層２０同士の結合が強くなり、層厚みが大きいと上下に配された電極層２０同士の結合が弱くなる。したがって、電極層２０同士の結合を強くしたい場合には、その間の誘電体層の層厚みを比較的小さくし、電極層２０同士の結合を弱くしたい場合には、その間の誘電体層の層厚みを比較的大きくすればよい。電極層２０内に複数の電極が設けられる場合は、同じ電極層２０内の電極同士の結合と、誘電体層を介した他の電極層２０との結合とが生じることになる。同じ電極層２０内の電極同士の結合を保持しつつ他の電極層２０とも結合させたい場合は、少なくとも同じ電極層２０内の電極同士の間隔以上の層厚みでできる限り小さい層厚みとすればよい。層厚みを小さくし過ぎると、他の電極層２０との結合が強すぎて、同じ電極層２０内の電極同士の結合が弱まってしまう。
【００７２】
本実施形態のバンドパスフィルタ１では、たとえば、電極層２０同士の結合を強くしたほうが好ましい、すなわち誘電体層１０の層厚みを比較的薄くしたほうが好ましいのは、電極層２０ａと電極層２０ｂとの間の誘電体層１０ｂ、および電極層２０ｃと電極層２０ｄとの間の誘電体層１０ｄである。これらの誘電体層１０ｂ，１０ｄは比較的層厚みを薄くすることにより、分岐電極２２ａ，２７ａと、複合共振器の電極配線２１ｂ，２２ｂとの結合、および電極配線２１ｃ，２２ｃと、単一共振器の帯状電極２２ｄ，２５ｄとの結合を強めることができる。
【００７３】
また、複合共振器および単一共振器の各電極と、上記の結合すべき電極配線以外の電極との結合は弱いほうが好ましいので、たとえば誘電体層１０ａおよび誘電体層１０ｅは層厚みを比較的厚くしている。
【００７４】
誘電体層１０が間に介在したときの電極層２０同士の結合強さは、上記のような誘電体層１０の厚み、すなわち電極層２０同士の距離以外に、誘電体層１０の比誘電率にも影響される。したがって、誘電体層１０は、全体的なフィルタ特性を考慮して、適宜材質を選択し、層厚みを設定すればよい。
【００７５】
本実施形態のバンドパスフィルタ１において、誘電体層１０の材質としては、たとえばエポキシ樹脂などの有機材料、誘電体セラミックスなどのセラミックス材料を用いることができる。セラミックス材料としては、たとえば、ＢａＴｉＯ３，Ｐｂ４Ｆｅ２Ｎｂ２Ｏ１２，ＴｉＯ２などの誘電体セラミック材料と、Ｂ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯなどのガラス材料とからなり、８００〜１２００℃程度の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。また、誘電体層１０の厚みとしては、たとえば１０μｍ〜２００μｍ程度に設定される。
【００７６】
電極および貫通導体の材質としては、たとえば、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−ＰｔなどのＡｇ合金を主成分とする導電材料、Ｃｕ系，Ｗ系，Ｍｏ系，Ｐｄ系の導電材料などが好適に用いられる。各種の電極の厚みは、たとえば１μｍ〜２００μｍに設定される。貫通導体の直径は、たとえば２５μｍ〜１００μｍに設定される。
【００７７】
本実施形態のバンドパスフィルタは、たとえば次のようにして作製することができる。まず、セラミック原料粉末に適当な有機溶剤などを添加し、これらを混合して泥漿を作製するとともに、ドクターブレード法によって所定厚みのセラミックグリーンシートを形成する。
【００７８】
次に、得られたセラミックグリーンシートにパンチングマシーンなどを用いて貫通導体を形成するための貫通孔を形成し、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ，Ｃｕなどの導電材料を含む導体ペーストを充填する。また、セラミックグリーンシートの表面には、印刷法を用いて前述したのと同様の導体ペーストを塗布して導体ペースト付きセラミックグリーンシートを作製する。次に、これらの導体ペースト付きセラミックグリーンシートを所定の順序で積層し、ホットプレス装置を用いて圧着し、８００℃〜１０５０℃程度のピーク温度で焼成することにより作製される。
【００７９】
図８は、バンドパスフィルタ１を用いた無線通信モジュール８０および無線通信機器８５の構成を示すブロック図である。
【００８０】
本発明の他の実施形態である無線通信モジュール８０は、たとえば、ベースバンド信号が処理されるベースバンド部８１と、ベースバンド部８１に接続されベースバンド信号の変調後および復調前のＲＦ（Radio Frequency）信号が処理されるＲＦ部８２とを備えている。ＲＦ部８２には、本実施形態のバンドパスフィルタ１と同様の構成を有するバンドパスフィルタ８２１が備えられており、ベースバンド信号が変調されてなるＲＦ信号または受信したＲＦ信号における通信帯域以外の信号をバンドパスフィルタ８２１によって減衰させ、必要な帯域の周波数を有する信号は通過させる。
【００８１】
具体的な構成としては、ベースバンド部８１にはベースバンドＩＣ（Integrated
Circuit）８１１が配置され、ＲＦ部８２にはバンドパスフィルタ８２１とベースバンド部８１との間にＲＦＩＣ８２２が配置されている。なお、これらの回路間には別の回路が介在していてもよい。そして、無線通信モジュール８０のバンドパスフィルタ８２１にアンテナ８４を接続することによってＲＦ信号の送受信が可能な無線通信機器８５が構成される。
【００８２】
このような構成を有する無線通信モジュール８０および無線通信機器８５によれば、無線通信に使用する周波数帯域の全域に渡って通過する信号の損失が小さいバンドパスフィルタ８２１を送信信号および受信信号の濾波に用いることにより、バンドパスフィルタ８２１を通過する受信信号および送信信号の減衰が少なくなるため、受信感度が向上し、また、送信信号および受信信号の増幅度を小さくできるため増幅回路における消費電力が少なくなる。よって受信感度が高く消費電力が少ない高性能な無線通信モジュール８０および無線通信機器８５を得ることができる。さらに、１つのフィルタで２つの通信帯域をカバーすることができるとともに、薄型化しても良好なフィルタ特性が得られるバンドパスフィルタ８２１を用いることにより、小型で製造コストが低い無線通信モジュール８０および無線通信機器８５を得ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ バンドパスフィルタ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ 誘電体層
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ 電極層
２１ａ，２１ｄ 環状接地電極
２１ｂ，２１ｃ，２１ｅ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ，２３ｅ 電極配線
２２ａ，２７ａ 分岐電極
２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄ 帯状電極
２３ａ，２８ａ 電極基部
２４ａ，２５ａ，２９ａ，３０ａ 電極指
２６ａ，３１ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ 屈曲部
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 貫通導体
５０ 入出力端子
５０ａ 入力端子
５０ｂ 出力端子
６０，６０ａ，６０ｂ 接地電極層
８０ 無線通信モジュール
８１ ベースバンド部
８２ ＲＦ部
８４ アンテナ
８５ 無線通信機器
８２１ バンドパスフィルタ
８２２ ＲＦＩＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定める間隔をあけて互いに平行に設けられる複数の帯状電極からなる単一共振器であって、前記帯状電極の延在方向端部のいずれか一方が接地電極に接続され、接続される端部が前記複数の帯状電極において交互に異なるように構成される単一共振器と、
電極基部と前記電極基部から分岐して一方向に延びる平行な複数の電極指とからなる分岐電極を複数備える複合共振器であって、前記電極基部の、前記電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続され、互いに隣接する分岐電極は、前記電極指が前記電極基部から延びる方向が逆向きとなるように構成される複合共振器と、を備え、
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、
前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記屈曲部は、最も外側に配置される前記２つの電極指の先端に設けられることを特徴とする請求項１記載のバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記単一共振器の、前記複合共振器とは異なる側に積層される電極配線であって、一方端部および他方端部が、それぞれ前記単一共振器に備えられる複数の帯状電極のうち、最も外側に配置される２つの帯状電極とそれぞれ磁気結合するように構成される電極配線をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記帯状電極の少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極であって、一方端が接地電極に接続され、他方端が開放端である反作用共振器電極を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタを備えることを特徴とする無線通信モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタを含むＲＦ部と、
前記ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、
前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器。
【請求項１】
予め定める間隔をあけて互いに平行に設けられる複数の帯状電極からなる単一共振器であって、前記帯状電極の延在方向端部のいずれか一方が接地電極に接続され、接続される端部が前記複数の帯状電極において交互に異なるように構成される単一共振器と、
電極基部と前記電極基部から分岐して一方向に延びる平行な複数の電極指とからなる分岐電極を複数備える複合共振器であって、前記電極基部の、前記電極指が設けられる側とは反対側の端部が接地電極に接続され、互いに隣接する分岐電極は、前記電極指が前記電極基部から延びる方向が逆向きとなるように構成される複合共振器と、を備え、
前記単一共振器と前記複合共振器とは、前記帯状電極の延在方向と、前記電極指が延びる方向とが直交するように積層され、
前記複合共振器に備えられる複数の電極指のうち、最も外側に配置される２つの電極指は、積層方向から見たときに、前記帯状電極の延在方向と平行となる屈曲部を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記屈曲部は、最も外側に配置される前記２つの電極指の先端に設けられることを特徴とする請求項１記載のバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記単一共振器の、前記複合共振器とは異なる側に積層される電極配線であって、一方端部および他方端部が、それぞれ前記単一共振器に備えられる複数の帯状電極のうち、最も外側に配置される２つの帯状電極とそれぞれ磁気結合するように構成される電極配線をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載のバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記帯状電極の少なくとも１つと電磁界結合するように配置される反作用共振器電極であって、一方端が接地電極に接続され、他方端が開放端である反作用共振器電極を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタを備えることを特徴とする無線通信モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタを含むＲＦ部と、
前記ＲＦ部に接続されたベースバンド部と、
前記ＲＦ部に接続されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信機器。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５７８４（Ｐ２０１２−１５７８４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５０１５６（Ｐ２０１０−１５０１５６）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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