高周波フィルタ
【課題】
バンドパスフィルタの通過帯域の両側に減衰極を有する小型の高周波フィルタ回路を提供する。
【解決手段】
本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１は、所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタ４０と、バンドパスフィルタ４０と入力端子１０との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタ２０と、バンドパスフィルタ４０と出力端子１２との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタ３０とを備える。本発明の一態様において、第１ローパスフィルタ２０に含まれる分布定数線路２３と第２ローパスフィルタ３０に含まれる分布定数線路３３とが電磁結合され、その結果、バンドパスフィルタ４０の通過帯域の低周波側に第３の減衰極が形成される。
バンドパスフィルタの通過帯域の両側に減衰極を有する小型の高周波フィルタ回路を提供する。
【解決手段】
本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１は、所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタ４０と、バンドパスフィルタ４０と入力端子１０との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタ２０と、バンドパスフィルタ４０と出力端子１２との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタ３０とを備える。本発明の一態様において、第１ローパスフィルタ２０に含まれる分布定数線路２３と第２ローパスフィルタ３０に含まれる分布定数線路３３とが電磁結合され、その結果、バンドパスフィルタ４０の通過帯域の低周波側に第３の減衰極が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の無線通信機器においては、入力信号のうち通過帯域の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタが用いられる。近年、無線通信機器のマルチバンドが進んでいるため、通過帯域以外の阻止域の成分を広帯域にわたって減衰させ、当該阻止域の信号を利用する無線システムへの信号の混入を除去することが望まれている。
【０００３】
通過帯域の高周波側を広域にわたり減衰させるには、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が有効であり、逆に通過帯域の低周波側を広域にわたり減衰させるには、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が有効である。例えば、特開２００３−１６３５０３号公報（特許文献１）に、ＬＰＦの一例が開示されている。
【０００４】
また、飛び越し結合を用いて通過帯域の高周波側及び低周波側に減衰極を付加する方法も提案されている。例えば、H.Shaman and J.-S.Hong, “Input and output cross-coupled wideband bandpass filter, ” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 12, pp.2562-2568, Dec. 2007（非特許文献１）には、バンドパスフィルタと入力端子及び出力端子との間に通過周波数の１／４波長の分布定数線路をそれぞれ配置し、この一組の分布定数線路同士を電磁結合させることにより、通過帯域の低周波側及び高周波側に減衰極を付加することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６３５０３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】H.Shaman and J.-S.Hong, “Input and output cross-coupled wideband bandpass filter, ” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 12, pp.2562-2568, Dec. 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載のバンドパスフィルタにおいては、通過帯域の中心周波数の３倍の周波数に高調波共振を発生してしまうため、通過帯域の高周波側を広域に渡って減衰させることができない。この非特許文献１に記載のバンドパスフィルタにＬＰＦを設ければ、当該バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を両立できる可能性があるが、ＬＰＦ及び結合用の分布定数線路を両方とも設けると、回路の大型化と大型化による挿入損失の劣化に繋がる。本発明の様々な実施形態によって、バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を実現する小型の高周波フィルタ回路を提供する。本発明のその他の課題は、本明細書及び添付図面の記載等から理解される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るフィルタ回路は、所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと入力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと出力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタとを備える。本発明の一態様において、前記第１ローパスフィルタに含まれる第１フィルタ素子と前記第２ローパスフィルタに含まれる第２フィルタ素子とが、前記通過帯域の低周波側に第３の減衰極を形成するように電磁結合される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の様々な実施態様によって、バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を実現する小型の高周波フィルタ回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図２】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路をより詳細に示す回路図
【図３】図２に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図４】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【図５】本発明の様々な実施形態に係る高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図６】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路の構造を示す平面図
【図７】図６に示す高周波フィルタ回路の周波数特性の電磁界シミュレーションの結果を示すグラフ
【図８】図６に示す高周波フィルタ回路の周波数特性の実験結果を示すグラフ
【図９】本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図１０】図９に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図１１】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図１３】図１２に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図１４】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の様々な実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１を表す回路図である。図示のとおり、本発明の一実施形態におけるフィルタ回路１は、第１のローパスフィルタ２０と、第２のローパスフィルタ３０と、バンドパスフィルタ４０とを備える。以下、省略のため、ローパスフィルタを「ＬＰＦ」と表記し、バンドパスフィルタを「ＢＰＦ」と表記することがある。第１のＬＰＦ２０は、入力端子１０とＢＰＦ４０との間に配置され、第２のＬＰＦ３０は、ＢＰＦ４０と出力端子１２との間に配置される。第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０は、第１のＬＰＦ２０の一部と第２のＬＰＦ３０の一部とが電磁結合するように配置される。このフィルタ回路１は、入力端子１０より入力されたマルチバンド信号から通過帯域の信号を取り出し、出力端子１２より後段の回路に出力する。フィルタ回路１は、例えば、ＵＷＢ無線システム用の高周波モジュールに組み込んで用いられる。
【００１２】
一態様において、フィルタ回路１は、入力端子１０と出力端子１０とを結ぶ線分の垂直二等分線（フィルタ回路１中心線）に対して線対称に構成される。例えば、第１のＬＰＦ２０は第２のＬＰＦ３０と、フィルタ回路１の中心線に対して線対称に構成され、ＢＰＦ４０を構成する各素子は、当該中心線に対して線対称となるように配置される。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１をさらに詳細に示す回路図である。第１のＬＰＦ２０は、入力端子１０とＢＰＦ４０との間に、キャパシタ２１と分布定数線路２２〜２４とを並列接続して構成される。ＬＰＦ３０は、ＢＰＦ４０と出力端子１２との間に、キャパシタ３１と分布定数線路３２〜３４とを並列接続して構成される。分布定数線路２３と分布定数線路３３とは電磁結合されており、この電磁結合により、バンドパスフィルタ４０の通過帯域の低周波側に減衰極が形成される。本発明の一態様において、分布定数線路２３、３３は、フィルタ回路１の偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しくなるように配置される。
【００１４】
ＢＰＦ４０は、第１の共振器５０と、第２の共振器６０と、第３の共振器８０とを備える。第１の共振器５０の一端は、第１のＬＰＦ２０に接続され、他端はキャパシタ４２を介して第２の共振器６０に接続されている。第３の共振器８０の一端は、第２のＬＰＦ３０に接続され、他端はキャパシタ４６を介して共振器６０に接続されている。第２の共振器６０は、広帯域にわたる通過帯域を有し、通過帯域の両端に減衰極を形成する。第１の共振器５０及び第３の共振器８０はそれぞれ、第２の共振器６０の通過帯域の高周波側に減衰極を形成する。
【００１５】
第１の共振器５０は、ショートスタブ５２とオープンスタブ５４とを含み、第３の共振器８０は、ショートスタブ８２とオープンスタブ８４とを含む。共振器５０とキャパシタ４２の接続点と接地との間には、インピーダンス整合用のキャパシタ４４が接続されている。また、共振器８０とキャパシタ４６の接続点と接地との間には、インピーダンス整合用のキャパシタ４８が接続されている。第２の共振器６０は、分布定数線路６２、６４と、この分布定数線路６２、６４と並列に接続されたキャパシタ６６と、分布定数線路６２と分布定数線路６４との接続点と接地との間に接続された分布定数線路６８とを含む。また、分布定数線路６８と接地との間には波長短縮用のキャパシタ７０が配置されている。
【００１６】
このように、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１においては、第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０により、ＢＰＦ４０の通過帯域の高周波側に減衰極を形成するとともに、この第１のＬＰＦ２０の一部（分布定数線路２３）と第２のＬＰＦ３０の一部（分布定数線路３３）との電磁結合によりＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側にも減衰極を付加することができる。本発明の一態様においては、分布定数線路２３と分布定数線路３３を含むフィルタ回路１は、偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しいときに、ＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側に減衰極が現れる。このように、本発明の一実施形態においては、飛び越し結合を発生させるための素子を追加することなく、高周波側を減衰するための第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０の一部同士を結合することにより、低周波側へ減衰極を付加することができるので、小型のフィルタ回路により低周波側へ減衰極を付加することができる。換言すれば、分布定数線路２３及び分布定数線路３３をＬＰＦの素子及び電磁結合用の素子として併用しているので、電磁結合用の素子を新たに設ける必要がない。非特許文献１のフィルタ回路は、入力端子と出力端子のそれぞれに接続された１／４波長の分布定数線路同士を電磁結合させる低周波側に減衰極を形成しているが、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１は、非特許文献１のフィルタ回路と比べて、１／４波長の分布定数線路一組に相当する大きさの分だけ小型化可能である。
【００１７】
図２に示す高周波フィルタ回路１をストリップラインで構成し、周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、入力端子１０及び出力端子１２のインピーダンスをいずれも５０Ωとし、分布定数線路２２、２４、３２、３４、ショートスタブ５２、８２、分布定数線路６８、及びオープンスタブ５４、８４の特性インピーダンスをいずれも４６．３Ω、分布定数線路６２、６４の特性インピーダンスを３８．６Ω、分布定数線路２３、３３の奇モードの特性インピーダンスを４５．９Ω、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを４５．７Ωとした。また、基準周波数を４．０ＧＨｚとし、分布定数線路２２、３２の電気長をいずれも５度、分布定数線路２４、３４の電気長をいずれも１８度、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも１０度、分布定数線路６８の電気長を５０．９度、ショートスタブ５２、８２の電気長をいずれも２６．９度、オープンスタブ５４の電気長を４３．９度、オープンスタブ８４の電気長を３８．４度、分布定数線路６２、６４の電気長をいずれも１５．７度とした。また、キャパシタ２１の容量値を０．２５ｐＦ、キャパシタ３１の容量値を０．２７ｐＦ、キャパシタ４２、４６の容量値をいずれも０．７５ｐＦ、キャパシタ４４、４８の容量値をいずれも０．５ｐＦ、キャパシタ６６の容量値を１．０ｐＦ、キャパシタ７０の容量値を２．７ｐＦとした。また、誘電率は７．１、誘電正接は０．００５とした。
【００１８】
このシミュレーションの結果を図３に示す。図３は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１の通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図４は、ＢＰＦ４０と第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０を互いに電磁結合しないように配置した場合における通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。図３に示すとおり、通過帯域の両端に減衰極ｆ１、ｆ２が形成され、通過帯域の高周波側には減衰極ｆ３、ｆ４が形成されるとともに、通過帯域の低周波側に減衰極ｆ５が形成されることが確認できた。減衰極ｆ１、ｆ２は第２の共振器６０によって形成され、減衰極ｆ３、ｆ４は、第１の共振器５０及び第３の共振器８０によって形成されたものであり、減衰極ｆ５は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との電磁結合により形成されたものである。減衰極ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に相当する減衰極は図４のグラフにおいても確認することができる。一方、図４のシミュレーション結果においては、通過帯域の低周波側に減衰極が形成されていない。このように、第１のＬＰＦ２０の一部と第２のＬＰＦ３０の一部とを電磁結合させることにより、ＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側に減衰極ｆ５を付加できることが確認された。
【００１９】
この低周波側に付加される減衰極の位置は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との間の結合度によって変化することを確認した。分布定数線路２３と分布定数線路３３との結合度は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との間にグラウンド電極に接続されたビア電極を配置し、分布定数線路２３、３３の奇モードの特性インピーダンスを変化させることにより調整可能である。このビア電極の配置については後述する。図５は、高周波フィルタ回路１の通過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図５のグラフは、偶モードの特性インピーダンスZseが４５．９Ωである分布定数線路２３、３３において、奇モードの特性インピーダンスZsoをそれぞれ４５．７Ω、４４．７Ω、４３．７Ωとした場合におけるフィルタ回路１の通過特性をそれぞれ示す。図示のとおり、奇モードの特性インピーダンスZsoの値によって（つまり、ビア電極の配置によって）、通過帯域の低周波側に現れる減衰極の位置が変化することが確認できた。
【００２０】
続いて、図６を参照し、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１を実現するフィルタ素子１００の構造を説明する。本発明の本発明の一実施形態に係るフィルタ素子１００は、例えば、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、以下「ＬＴＣＣ」と称することがある）基板の内層に複数の絶縁体層を積層し、その絶縁体層の層間に導体パターンを形成して構成される。図６は、本発明の一実施形態に係るフィルタ素子１００の構造を示す平面図である。図示のとおり、フィルタ素子１００は、絶縁体層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を積層して構成される。絶縁体層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には、高周波フィルタ回路１を構成する導体パターンが形成される。図示を省略しているが、絶縁体層Ｌ３の下面にはグラウンド電極ＧＮＤ１が形成される。また、絶縁体層Ｌ１の上面には、上部カバーとして機能する不図示の絶縁体層Ｌ０が設けられ、この絶縁体層の上面にもグラウンド電極ＧＮＤ２が形成される。絶縁体層Ｌ３は下部カバーとして機能する。絶縁体層Ｌ１〜Ｌ３の各導体パターン及びグラウンド電極は、各絶縁体層を貫通し積層方向に伸びるビア電極により互いに接続される。
【００２１】
絶縁体層Ｌ３の入力端側には、入力端子１０に接続される引出導体１０２と、この引出導体１０２に近接して配置されたキャパシタ電極１０６とを含む導体パターン形成される。キャパシタ電極１０６は、ビア電極ＶＨ１０を介して絶縁体層Ｌ３の下面に形成されたグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。一方、絶縁体層Ｌ３の出力端側には、出力端子１２に接続される引出導体１０４と、この引出導体１０４に近接して配置されたキャパシタ電極１０８とを含む導体パターンが形成される。キャパシタ電極１０８は、ビア電極ＶＨ１１を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。この入力側と出力側の導体パターンとの間には、キャパシタ電極１１０が形成される。また、絶縁体層Ｌ３の右端には、キャパシタ電極１１２が形成されている。キャパシタ電極１１２は、ビア電極ＶＨ１２を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。
【００２２】
絶縁体層Ｌ２の入力端側には、ビア電極ＶＨ１を介して引出電極１０２と接続されたストリップ線路１１２と、ストリップ線路１１２の他端と接続されたキャパシタ電極１１６と、キャパシタ電極１１６から右端側へそれぞれ延伸するストリップ線路１２０、１２４とが形成される。ストリップ線路１２０の右端はビア電極ＶＨ４を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続される。絶縁体層Ｌ２の出力端側には、ビア電極ＶＨ２を介して引出電極１０４と接続されたストリップ線路１１４と、ストリップ線路１１４の他端と接続されたキャパシタ電極１１８と、キャパシタ電極１１８から右端側へそれぞれ延伸するストリップ線路１２２、１２６とが形成される。ストリップ線路１２２の右端はビア電極ＶＨ５を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続される。ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺とは、互いに対向する位置に配置され、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との間には、ビアホールＶＨ３が形成される。ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との間隔は、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との結合度が所望の値となるように適宜調整される。また、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との結合度は、ビアホールＶＨ３の位置によっても調整することができる。キャパシタ電極１１６とキャパシタ電極１１８との間には、キャパシタ電極１２８が配置される。また、キャパシタ電極１２８の右方には一組のストリップ線路１３０、１３２から成るコの字型のストリップ線路が形成されている。ストリップ線路１３０の左端は、キャパシタ電極１２８の右下端と接続されており、ストリップ線路１３２の左端はビア電極ＶＨ９を介して絶縁体層Ｌ３のキャパシタ電極１１０と接続されている。このビア電極ＶＨ９は、絶縁体層Ｌ１の方向にも延伸しており、絶縁体層Ｌ１において、後述するキャパシタ電極１４０とキャパシタ電極１４４との接続点に接続されている。ストリップ線路１３０とストリップ線路１３２との接続点から右方にストリップ線路１３４が延伸している。ストリップ線路１３４の右端には、キャパシタ電極１３６が接続されている。
【００２３】
絶縁体層Ｌ１の入力端側には、ビア電極ＶＨ８を介してストリップ線路１３０の左端と接続されたキャパシタ電極１３８が形成されている。また、絶縁体層Ｌ１の出力端側には、キャパシタ電極１４０が形成されている。キャパシタ電極１３８とキャパシタ電極１４０との間には、キャパシタ電極１４４が配置されている。キャパシタ電極１４４は、キャパシタ電極１４０と電気的に接続されている。キャパシタ電極１４０とキャパシタ電極１４４との接続点は、ビア電極ＶＨ９を介して、絶縁体層Ｌ２のストリップ線路１３２の左端に接続されている。絶縁体層Ｌ１の右端にはキャパシタ電極１４２が形成されている。
【００２４】
絶縁体層Ｌ０の上面にグラウンド電極ＧＮＤ２と、絶縁体層Ｌ３の下面に形成されたグラウンド電極ＧＮＤ１とは、ビア電極ＶＨ３、ＶＨ６、ＶＨ７を介して電気的に接続されている。また、グラウンド電極ＧＮＤ２と絶縁体層Ｌ１のキャパシタ電極１４２とは不図示のビア電極を介して互いに接続されている。
【００２５】
以上のように構成されるフィルタ素子１００の各素子と、図２のフィルタ回路１の各構成要素との対応関係を説明する。まず、第１のＬＰＦ２０の分布定数線路２２〜２４は、引出電極１０２及びストリップ線路１１２によって構成され、キャパシタ２１は、引出電極１０２の幅広に形成されている部分とキャパシタ電極１１６の左端近辺の部位とにより構成される。また、第２のＬＰＦ３０の分布定数線路３２〜３４は、引出電極１０４及びストリップ線路１１４によって構成され、キャパシタ３１は、引出電極１０４の幅広に形成されている部分とキャパシタ電極１１８の左端近辺の部位とにより構成される。
【００２６】
第１の共振器５０のショートスタブ５２はストリップ線路１２０に対応し、オープンスタブ５４はストリップ線路１２４に対応する。第３の共振器８０のショートスタブ８２はストリップ線路１２２に対応し、オープンスタブ８４はストリップ線路１２６に対応する。キャパシタ４２は、キャパシタ電極１１６の一部とキャパシタ電極１３８とにより構成され、キャパシタ４６は、キャパシタ電極１１８の一部とキャパシタ電極１４０とにより構成される。キャパシタ４４は、キャパシタ電極１０６とキャパシタ電極１１６の一部とにより構成され、キャパシタ４８は、キャパシタ電極１０８とキャパシタ電極１１８の一部とにより構成される。第２の共振器６０の分布定数線路６２はストリップ線路１３０に対応し、分布定数線路６４はストリップ線路１３２に対応し、分布定数線路６８はストリップ線路１３４に対応する。キャパシタ６６は、キャパシタ電極１１０、１２８、１４４により構成される。キャパシタ７０は、キャパシタ電極１１２、１３６、１４２により構成される。
【００２７】
上記のように構成されるフィルタ素子１００の周波数特性の電磁界シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、フィルタ素子１００の寸法を６．２ｘ２．７ｘ０．３６６ｍｍとし、Ansys Inc.の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性をシミュレートした。図７は、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性のシミュレーション結果を示す。図示のとおり、フィルタ素子１００は広い通過帯域を有し、通過帯域の高周波側を広帯域にわたって抑制できることが確認された。また、通過帯域の低周波側（約０．３ＧＨｚの位置）に減衰極が現れることが確認された。
【００２８】
また、フィルタ素子１００の周波数特性を調べる実験を行った。８．０ｘ５．０ｘ０．６３ｍｍの形状のLTCC基板に６．２ｘ２．７ｘ０．３６６ｍｍのフィルタ素子１００を内蔵し、Agilent Technologies Inc.社製のネットワークアナライザN5230A PNA-Lを用いて、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性を測定した。図８は、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性の測定結果を示す。図示のとおり、少なくとも１６ＧＨｚまでは、通過信号の高調波成分を２０ｄＢ未満に抑制できることが確認された。また、通過帯域の低周波側に減衰極が現れることが確認された。
【００２９】
図９は、本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａを示す回路図である。高周波フィルタ回路１Ａは、高周波フィルタ回路１のバンドパスフィルタ４０に代えて、１段のチェビシェフフィルタから成るバンドパスフィルタ１５０を第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０との間に配置したものである。このＬＰＦ２０は、図２に示すＬＰＦ２０から分布定数線路２２、２４を除去して構成され、ＬＰＦ３０は、図２に示すＬＰＦ３０から分布定数線路３２、３４を除去して構成される。つまり、ＬＰＦ２０は分布定数線路２３及びキャパシタ２１から成り、ＬＰＦ３０は分布定数線路３３及びキャパシタ３１から成る。高周波フィルタ回路１Ａは、バンドパスフィルタ４０に代えてバンドパスフィルタ１５０を備える点以外は、高周波フィルタ回路１と同様の構成を有する。バンドパスフィルタ１５０は、キャパシタ１５２と、キャパシタ１５４と、キャパシタ１５２とキャパシタ１５４との接続点と接地との間に並列に配置されたキャパシタ１５６及びインダクタ１５８とを含んで構成される。
【００３０】
図９に示す高周波フィルタ回路１Ａの周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、通過信号の中心周波数を２．４５ＧＨｚとし、キャパシタ１５２、１５４の容量値をそれぞれ約０．９１ｐＦ、キャパシタ１５６の容量値を約１．９６ｐＦとし、インダクタ１５８のインダクタンス値を約１．３３ｎＨとした。また、第１のＬＰＦ２０のキャパシタ２１及び第２のＬＰＦ３０のキャパシタ３１の容量値をそれぞれ０．９ｐＦとし、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも５０度とし、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを４０Ω、奇モードの特性インピーダンスを３６Ωとした。このシミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａの通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１１に、１段のバンドパスフィルタ１５０単体の周波数特性を示す。図示のとおり、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａにおいては、通過帯域の両端、通過帯域の高周波側、通過帯域の低周波側にそれぞれ減衰極が形成され、バンドパスフィルタ単体の場合と比較して、フィルタ特性が各段に向上することが確認された。
【００３１】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂを示す回路図である。高周波フィルタ回路１Ｂは、高周波フィルタ回路１のバンドパスフィルタ４０に代えて、バンドパスフィルタ１６０を第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０との間に配置したものである。このＬＰＦ２０は、図２に示すＬＰＦ２０から分布定数線路２２、２４を除去して構成され、ＬＰＦ３０は、図２に示すＬＰＦ３０から分布定数線路３２、３４を除去して構成される。つまり、ＬＰＦ２０は分布定数線路２３及びキャパシタ２１から成り、ＬＰＦ３０は分布定数線路３３及びキャパシタ３１から成る。高周波フィルタ回路１Ｂは、バンドパスフィルタ４０に代えてバンドパスフィルタ１６０を備える点以外は、高周波フィルタ回路１と同様の構成を有する。バンドパスフィルタ１６０は、第１のＳＡＷ共振子１６２と第２のＳＡＷ共振子１６４とを直列に接続し、第１のＳＡＷ共振子１６２と第２のＳＡＷ共振子１６４との接続点と接地との間にインダクタ１６６及びキャパシタ１６８をそれぞれ配置して構成される。
【００３２】
図１２に示す高周波フィルタ回路１Ｂの周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、通過信号の通過帯域を１．５ＧＨｚ付近とし、インダクタ１６６のインダクタンス値を約２．３ｎＨとし、キャパシタ１６８の容量値を約３．０ｐＦとした。また、第１のＬＰＦ２０のキャパシタ２１及び第２のＬＰＦ３０のキャパシタ３１の容量値をそれぞれ１．０ｐＦとし、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも２５度とし、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを５０Ω、奇モードの特性インピーダンスを４０Ωとした。このシミュレーション結果を図１３に示す。図１３は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂの通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１４に、バンドパスフィルタ１６０単体の周波数特性のシミュレーション結果を示す。図示のとおり、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂにおいては、通過帯域の両端、通過帯域の高周波側、通過帯域の低周波側にそれぞれ減衰極が形成され、バンドパスフィルタ１６０単体の場合と比較して、フィルタ特性が各段に向上することが確認された。
【００３３】
本発明の実施形態は、本明細書において明示的に述べた態様に限られるものではなく、明細書中の各実施形態には様々な変更を行うことができる。例えば、第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０は、少なくとも第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０の一部同士が電磁結合して通過帯域の低周波側に減衰極を形成できるものである限り、任意の構成をとることができる。また、本発明の高周波フィルタ回路には、本明細書中で明示したもの以外にも、様々なバンドパスフィルタを用いることができる。本明細書中で説明した特性インピーダンス、電気長、容量値、インダクタンス値、通過信号の中心周波数等はあくまで例示であり、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の高周波フィルタ回路は、ＬＴＣＣ以外の多層基板に実装することも可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態に対して様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ 高周波フィルタ回路
２０ 第１のローパスフィルタ
３０ 第２のローパスフィルタ
４０、１５０、１６０ バンドパスフィルタ
２３、３３ 分布定数線路
１００ フィルタ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の無線通信機器においては、入力信号のうち通過帯域の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタが用いられる。近年、無線通信機器のマルチバンドが進んでいるため、通過帯域以外の阻止域の成分を広帯域にわたって減衰させ、当該阻止域の信号を利用する無線システムへの信号の混入を除去することが望まれている。
【０００３】
通過帯域の高周波側を広域にわたり減衰させるには、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が有効であり、逆に通過帯域の低周波側を広域にわたり減衰させるには、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が有効である。例えば、特開２００３−１６３５０３号公報（特許文献１）に、ＬＰＦの一例が開示されている。
【０００４】
また、飛び越し結合を用いて通過帯域の高周波側及び低周波側に減衰極を付加する方法も提案されている。例えば、H.Shaman and J.-S.Hong, “Input and output cross-coupled wideband bandpass filter, ” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 12, pp.2562-2568, Dec. 2007（非特許文献１）には、バンドパスフィルタと入力端子及び出力端子との間に通過周波数の１／４波長の分布定数線路をそれぞれ配置し、この一組の分布定数線路同士を電磁結合させることにより、通過帯域の低周波側及び高周波側に減衰極を付加することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６３５０３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】H.Shaman and J.-S.Hong, “Input and output cross-coupled wideband bandpass filter, ” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 12, pp.2562-2568, Dec. 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載のバンドパスフィルタにおいては、通過帯域の中心周波数の３倍の周波数に高調波共振を発生してしまうため、通過帯域の高周波側を広域に渡って減衰させることができない。この非特許文献１に記載のバンドパスフィルタにＬＰＦを設ければ、当該バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を両立できる可能性があるが、ＬＰＦ及び結合用の分布定数線路を両方とも設けると、回路の大型化と大型化による挿入損失の劣化に繋がる。本発明の様々な実施形態によって、バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を実現する小型の高周波フィルタ回路を提供する。本発明のその他の課題は、本明細書及び添付図面の記載等から理解される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るフィルタ回路は、所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと入力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと出力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタとを備える。本発明の一態様において、前記第１ローパスフィルタに含まれる第１フィルタ素子と前記第２ローパスフィルタに含まれる第２フィルタ素子とが、前記通過帯域の低周波側に第３の減衰極を形成するように電磁結合される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の様々な実施態様によって、バンドパスフィルタの通過帯域の低周波側での減衰と通過帯域の高周波側での広域に渡る減衰を実現する小型の高周波フィルタ回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図２】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路をより詳細に示す回路図
【図３】図２に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図４】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【図５】本発明の様々な実施形態に係る高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図６】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路の構造を示す平面図
【図７】図６に示す高周波フィルタ回路の周波数特性の電磁界シミュレーションの結果を示すグラフ
【図８】図６に示す高周波フィルタ回路の周波数特性の実験結果を示すグラフ
【図９】本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図１０】図９に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図１１】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路を示す回路図
【図１３】図１２に示す高周波フィルタ回路の周波数特性を示すグラフ
【図１４】比較例である高周波フィルタの周波数特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の様々な実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１を表す回路図である。図示のとおり、本発明の一実施形態におけるフィルタ回路１は、第１のローパスフィルタ２０と、第２のローパスフィルタ３０と、バンドパスフィルタ４０とを備える。以下、省略のため、ローパスフィルタを「ＬＰＦ」と表記し、バンドパスフィルタを「ＢＰＦ」と表記することがある。第１のＬＰＦ２０は、入力端子１０とＢＰＦ４０との間に配置され、第２のＬＰＦ３０は、ＢＰＦ４０と出力端子１２との間に配置される。第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０は、第１のＬＰＦ２０の一部と第２のＬＰＦ３０の一部とが電磁結合するように配置される。このフィルタ回路１は、入力端子１０より入力されたマルチバンド信号から通過帯域の信号を取り出し、出力端子１２より後段の回路に出力する。フィルタ回路１は、例えば、ＵＷＢ無線システム用の高周波モジュールに組み込んで用いられる。
【００１２】
一態様において、フィルタ回路１は、入力端子１０と出力端子１０とを結ぶ線分の垂直二等分線（フィルタ回路１中心線）に対して線対称に構成される。例えば、第１のＬＰＦ２０は第２のＬＰＦ３０と、フィルタ回路１の中心線に対して線対称に構成され、ＢＰＦ４０を構成する各素子は、当該中心線に対して線対称となるように配置される。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態に係るフィルタ回路１をさらに詳細に示す回路図である。第１のＬＰＦ２０は、入力端子１０とＢＰＦ４０との間に、キャパシタ２１と分布定数線路２２〜２４とを並列接続して構成される。ＬＰＦ３０は、ＢＰＦ４０と出力端子１２との間に、キャパシタ３１と分布定数線路３２〜３４とを並列接続して構成される。分布定数線路２３と分布定数線路３３とは電磁結合されており、この電磁結合により、バンドパスフィルタ４０の通過帯域の低周波側に減衰極が形成される。本発明の一態様において、分布定数線路２３、３３は、フィルタ回路１の偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しくなるように配置される。
【００１４】
ＢＰＦ４０は、第１の共振器５０と、第２の共振器６０と、第３の共振器８０とを備える。第１の共振器５０の一端は、第１のＬＰＦ２０に接続され、他端はキャパシタ４２を介して第２の共振器６０に接続されている。第３の共振器８０の一端は、第２のＬＰＦ３０に接続され、他端はキャパシタ４６を介して共振器６０に接続されている。第２の共振器６０は、広帯域にわたる通過帯域を有し、通過帯域の両端に減衰極を形成する。第１の共振器５０及び第３の共振器８０はそれぞれ、第２の共振器６０の通過帯域の高周波側に減衰極を形成する。
【００１５】
第１の共振器５０は、ショートスタブ５２とオープンスタブ５４とを含み、第３の共振器８０は、ショートスタブ８２とオープンスタブ８４とを含む。共振器５０とキャパシタ４２の接続点と接地との間には、インピーダンス整合用のキャパシタ４４が接続されている。また、共振器８０とキャパシタ４６の接続点と接地との間には、インピーダンス整合用のキャパシタ４８が接続されている。第２の共振器６０は、分布定数線路６２、６４と、この分布定数線路６２、６４と並列に接続されたキャパシタ６６と、分布定数線路６２と分布定数線路６４との接続点と接地との間に接続された分布定数線路６８とを含む。また、分布定数線路６８と接地との間には波長短縮用のキャパシタ７０が配置されている。
【００１６】
このように、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１においては、第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０により、ＢＰＦ４０の通過帯域の高周波側に減衰極を形成するとともに、この第１のＬＰＦ２０の一部（分布定数線路２３）と第２のＬＰＦ３０の一部（分布定数線路３３）との電磁結合によりＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側にも減衰極を付加することができる。本発明の一態様においては、分布定数線路２３と分布定数線路３３を含むフィルタ回路１は、偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しいときに、ＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側に減衰極が現れる。このように、本発明の一実施形態においては、飛び越し結合を発生させるための素子を追加することなく、高周波側を減衰するための第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０の一部同士を結合することにより、低周波側へ減衰極を付加することができるので、小型のフィルタ回路により低周波側へ減衰極を付加することができる。換言すれば、分布定数線路２３及び分布定数線路３３をＬＰＦの素子及び電磁結合用の素子として併用しているので、電磁結合用の素子を新たに設ける必要がない。非特許文献１のフィルタ回路は、入力端子と出力端子のそれぞれに接続された１／４波長の分布定数線路同士を電磁結合させる低周波側に減衰極を形成しているが、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１は、非特許文献１のフィルタ回路と比べて、１／４波長の分布定数線路一組に相当する大きさの分だけ小型化可能である。
【００１７】
図２に示す高周波フィルタ回路１をストリップラインで構成し、周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、入力端子１０及び出力端子１２のインピーダンスをいずれも５０Ωとし、分布定数線路２２、２４、３２、３４、ショートスタブ５２、８２、分布定数線路６８、及びオープンスタブ５４、８４の特性インピーダンスをいずれも４６．３Ω、分布定数線路６２、６４の特性インピーダンスを３８．６Ω、分布定数線路２３、３３の奇モードの特性インピーダンスを４５．９Ω、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを４５．７Ωとした。また、基準周波数を４．０ＧＨｚとし、分布定数線路２２、３２の電気長をいずれも５度、分布定数線路２４、３４の電気長をいずれも１８度、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも１０度、分布定数線路６８の電気長を５０．９度、ショートスタブ５２、８２の電気長をいずれも２６．９度、オープンスタブ５４の電気長を４３．９度、オープンスタブ８４の電気長を３８．４度、分布定数線路６２、６４の電気長をいずれも１５．７度とした。また、キャパシタ２１の容量値を０．２５ｐＦ、キャパシタ３１の容量値を０．２７ｐＦ、キャパシタ４２、４６の容量値をいずれも０．７５ｐＦ、キャパシタ４４、４８の容量値をいずれも０．５ｐＦ、キャパシタ６６の容量値を１．０ｐＦ、キャパシタ７０の容量値を２．７ｐＦとした。また、誘電率は７．１、誘電正接は０．００５とした。
【００１８】
このシミュレーションの結果を図３に示す。図３は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１の通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図４は、ＢＰＦ４０と第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０を互いに電磁結合しないように配置した場合における通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。図３に示すとおり、通過帯域の両端に減衰極ｆ１、ｆ２が形成され、通過帯域の高周波側には減衰極ｆ３、ｆ４が形成されるとともに、通過帯域の低周波側に減衰極ｆ５が形成されることが確認できた。減衰極ｆ１、ｆ２は第２の共振器６０によって形成され、減衰極ｆ３、ｆ４は、第１の共振器５０及び第３の共振器８０によって形成されたものであり、減衰極ｆ５は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との電磁結合により形成されたものである。減衰極ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に相当する減衰極は図４のグラフにおいても確認することができる。一方、図４のシミュレーション結果においては、通過帯域の低周波側に減衰極が形成されていない。このように、第１のＬＰＦ２０の一部と第２のＬＰＦ３０の一部とを電磁結合させることにより、ＢＰＦ４０の通過帯域の低周波側に減衰極ｆ５を付加できることが確認された。
【００１９】
この低周波側に付加される減衰極の位置は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との間の結合度によって変化することを確認した。分布定数線路２３と分布定数線路３３との結合度は、分布定数線路２３と分布定数線路３３との間にグラウンド電極に接続されたビア電極を配置し、分布定数線路２３、３３の奇モードの特性インピーダンスを変化させることにより調整可能である。このビア電極の配置については後述する。図５は、高周波フィルタ回路１の通過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図５のグラフは、偶モードの特性インピーダンスZseが４５．９Ωである分布定数線路２３、３３において、奇モードの特性インピーダンスZsoをそれぞれ４５．７Ω、４４．７Ω、４３．７Ωとした場合におけるフィルタ回路１の通過特性をそれぞれ示す。図示のとおり、奇モードの特性インピーダンスZsoの値によって（つまり、ビア電極の配置によって）、通過帯域の低周波側に現れる減衰極の位置が変化することが確認できた。
【００２０】
続いて、図６を参照し、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１を実現するフィルタ素子１００の構造を説明する。本発明の本発明の一実施形態に係るフィルタ素子１００は、例えば、低温同時焼成セラミックス（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、以下「ＬＴＣＣ」と称することがある）基板の内層に複数の絶縁体層を積層し、その絶縁体層の層間に導体パターンを形成して構成される。図６は、本発明の一実施形態に係るフィルタ素子１００の構造を示す平面図である。図示のとおり、フィルタ素子１００は、絶縁体層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を積層して構成される。絶縁体層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には、高周波フィルタ回路１を構成する導体パターンが形成される。図示を省略しているが、絶縁体層Ｌ３の下面にはグラウンド電極ＧＮＤ１が形成される。また、絶縁体層Ｌ１の上面には、上部カバーとして機能する不図示の絶縁体層Ｌ０が設けられ、この絶縁体層の上面にもグラウンド電極ＧＮＤ２が形成される。絶縁体層Ｌ３は下部カバーとして機能する。絶縁体層Ｌ１〜Ｌ３の各導体パターン及びグラウンド電極は、各絶縁体層を貫通し積層方向に伸びるビア電極により互いに接続される。
【００２１】
絶縁体層Ｌ３の入力端側には、入力端子１０に接続される引出導体１０２と、この引出導体１０２に近接して配置されたキャパシタ電極１０６とを含む導体パターン形成される。キャパシタ電極１０６は、ビア電極ＶＨ１０を介して絶縁体層Ｌ３の下面に形成されたグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。一方、絶縁体層Ｌ３の出力端側には、出力端子１２に接続される引出導体１０４と、この引出導体１０４に近接して配置されたキャパシタ電極１０８とを含む導体パターンが形成される。キャパシタ電極１０８は、ビア電極ＶＨ１１を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。この入力側と出力側の導体パターンとの間には、キャパシタ電極１１０が形成される。また、絶縁体層Ｌ３の右端には、キャパシタ電極１１２が形成されている。キャパシタ電極１１２は、ビア電極ＶＨ１２を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続されている。
【００２２】
絶縁体層Ｌ２の入力端側には、ビア電極ＶＨ１を介して引出電極１０２と接続されたストリップ線路１１２と、ストリップ線路１１２の他端と接続されたキャパシタ電極１１６と、キャパシタ電極１１６から右端側へそれぞれ延伸するストリップ線路１２０、１２４とが形成される。ストリップ線路１２０の右端はビア電極ＶＨ４を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続される。絶縁体層Ｌ２の出力端側には、ビア電極ＶＨ２を介して引出電極１０４と接続されたストリップ線路１１４と、ストリップ線路１１４の他端と接続されたキャパシタ電極１１８と、キャパシタ電極１１８から右端側へそれぞれ延伸するストリップ線路１２２、１２６とが形成される。ストリップ線路１２２の右端はビア電極ＶＨ５を介してグラウンド電極ＧＮＤ１に接続される。ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺とは、互いに対向する位置に配置され、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との間には、ビアホールＶＨ３が形成される。ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との間隔は、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との結合度が所望の値となるように適宜調整される。また、ストリップ線路１１２の上辺とストリップ線路１１４の下辺との結合度は、ビアホールＶＨ３の位置によっても調整することができる。キャパシタ電極１１６とキャパシタ電極１１８との間には、キャパシタ電極１２８が配置される。また、キャパシタ電極１２８の右方には一組のストリップ線路１３０、１３２から成るコの字型のストリップ線路が形成されている。ストリップ線路１３０の左端は、キャパシタ電極１２８の右下端と接続されており、ストリップ線路１３２の左端はビア電極ＶＨ９を介して絶縁体層Ｌ３のキャパシタ電極１１０と接続されている。このビア電極ＶＨ９は、絶縁体層Ｌ１の方向にも延伸しており、絶縁体層Ｌ１において、後述するキャパシタ電極１４０とキャパシタ電極１４４との接続点に接続されている。ストリップ線路１３０とストリップ線路１３２との接続点から右方にストリップ線路１３４が延伸している。ストリップ線路１３４の右端には、キャパシタ電極１３６が接続されている。
【００２３】
絶縁体層Ｌ１の入力端側には、ビア電極ＶＨ８を介してストリップ線路１３０の左端と接続されたキャパシタ電極１３８が形成されている。また、絶縁体層Ｌ１の出力端側には、キャパシタ電極１４０が形成されている。キャパシタ電極１３８とキャパシタ電極１４０との間には、キャパシタ電極１４４が配置されている。キャパシタ電極１４４は、キャパシタ電極１４０と電気的に接続されている。キャパシタ電極１４０とキャパシタ電極１４４との接続点は、ビア電極ＶＨ９を介して、絶縁体層Ｌ２のストリップ線路１３２の左端に接続されている。絶縁体層Ｌ１の右端にはキャパシタ電極１４２が形成されている。
【００２４】
絶縁体層Ｌ０の上面にグラウンド電極ＧＮＤ２と、絶縁体層Ｌ３の下面に形成されたグラウンド電極ＧＮＤ１とは、ビア電極ＶＨ３、ＶＨ６、ＶＨ７を介して電気的に接続されている。また、グラウンド電極ＧＮＤ２と絶縁体層Ｌ１のキャパシタ電極１４２とは不図示のビア電極を介して互いに接続されている。
【００２５】
以上のように構成されるフィルタ素子１００の各素子と、図２のフィルタ回路１の各構成要素との対応関係を説明する。まず、第１のＬＰＦ２０の分布定数線路２２〜２４は、引出電極１０２及びストリップ線路１１２によって構成され、キャパシタ２１は、引出電極１０２の幅広に形成されている部分とキャパシタ電極１１６の左端近辺の部位とにより構成される。また、第２のＬＰＦ３０の分布定数線路３２〜３４は、引出電極１０４及びストリップ線路１１４によって構成され、キャパシタ３１は、引出電極１０４の幅広に形成されている部分とキャパシタ電極１１８の左端近辺の部位とにより構成される。
【００２６】
第１の共振器５０のショートスタブ５２はストリップ線路１２０に対応し、オープンスタブ５４はストリップ線路１２４に対応する。第３の共振器８０のショートスタブ８２はストリップ線路１２２に対応し、オープンスタブ８４はストリップ線路１２６に対応する。キャパシタ４２は、キャパシタ電極１１６の一部とキャパシタ電極１３８とにより構成され、キャパシタ４６は、キャパシタ電極１１８の一部とキャパシタ電極１４０とにより構成される。キャパシタ４４は、キャパシタ電極１０６とキャパシタ電極１１６の一部とにより構成され、キャパシタ４８は、キャパシタ電極１０８とキャパシタ電極１１８の一部とにより構成される。第２の共振器６０の分布定数線路６２はストリップ線路１３０に対応し、分布定数線路６４はストリップ線路１３２に対応し、分布定数線路６８はストリップ線路１３４に対応する。キャパシタ６６は、キャパシタ電極１１０、１２８、１４４により構成される。キャパシタ７０は、キャパシタ電極１１２、１３６、１４２により構成される。
【００２７】
上記のように構成されるフィルタ素子１００の周波数特性の電磁界シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、フィルタ素子１００の寸法を６．２ｘ２．７ｘ０．３６６ｍｍとし、Ansys Inc.の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性をシミュレートした。図７は、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性のシミュレーション結果を示す。図示のとおり、フィルタ素子１００は広い通過帯域を有し、通過帯域の高周波側を広帯域にわたって抑制できることが確認された。また、通過帯域の低周波側（約０．３ＧＨｚの位置）に減衰極が現れることが確認された。
【００２８】
また、フィルタ素子１００の周波数特性を調べる実験を行った。８．０ｘ５．０ｘ０．６３ｍｍの形状のLTCC基板に６．２ｘ２．７ｘ０．３６６ｍｍのフィルタ素子１００を内蔵し、Agilent Technologies Inc.社製のネットワークアナライザN5230A PNA-Lを用いて、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性を測定した。図８は、フィルタ素子１００の通過特性及び反射特性の測定結果を示す。図示のとおり、少なくとも１６ＧＨｚまでは、通過信号の高調波成分を２０ｄＢ未満に抑制できることが確認された。また、通過帯域の低周波側に減衰極が現れることが確認された。
【００２９】
図９は、本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａを示す回路図である。高周波フィルタ回路１Ａは、高周波フィルタ回路１のバンドパスフィルタ４０に代えて、１段のチェビシェフフィルタから成るバンドパスフィルタ１５０を第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０との間に配置したものである。このＬＰＦ２０は、図２に示すＬＰＦ２０から分布定数線路２２、２４を除去して構成され、ＬＰＦ３０は、図２に示すＬＰＦ３０から分布定数線路３２、３４を除去して構成される。つまり、ＬＰＦ２０は分布定数線路２３及びキャパシタ２１から成り、ＬＰＦ３０は分布定数線路３３及びキャパシタ３１から成る。高周波フィルタ回路１Ａは、バンドパスフィルタ４０に代えてバンドパスフィルタ１５０を備える点以外は、高周波フィルタ回路１と同様の構成を有する。バンドパスフィルタ１５０は、キャパシタ１５２と、キャパシタ１５４と、キャパシタ１５２とキャパシタ１５４との接続点と接地との間に並列に配置されたキャパシタ１５６及びインダクタ１５８とを含んで構成される。
【００３０】
図９に示す高周波フィルタ回路１Ａの周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、通過信号の中心周波数を２．４５ＧＨｚとし、キャパシタ１５２、１５４の容量値をそれぞれ約０．９１ｐＦ、キャパシタ１５６の容量値を約１．９６ｐＦとし、インダクタ１５８のインダクタンス値を約１．３３ｎＨとした。また、第１のＬＰＦ２０のキャパシタ２１及び第２のＬＰＦ３０のキャパシタ３１の容量値をそれぞれ０．９ｐＦとし、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも５０度とし、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを４０Ω、奇モードの特性インピーダンスを３６Ωとした。このシミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａの通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１１に、１段のバンドパスフィルタ１５０単体の周波数特性を示す。図示のとおり、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ａにおいては、通過帯域の両端、通過帯域の高周波側、通過帯域の低周波側にそれぞれ減衰極が形成され、バンドパスフィルタ単体の場合と比較して、フィルタ特性が各段に向上することが確認された。
【００３１】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂを示す回路図である。高周波フィルタ回路１Ｂは、高周波フィルタ回路１のバンドパスフィルタ４０に代えて、バンドパスフィルタ１６０を第１のＬＰＦ２０と第２のＬＰＦ３０との間に配置したものである。このＬＰＦ２０は、図２に示すＬＰＦ２０から分布定数線路２２、２４を除去して構成され、ＬＰＦ３０は、図２に示すＬＰＦ３０から分布定数線路３２、３４を除去して構成される。つまり、ＬＰＦ２０は分布定数線路２３及びキャパシタ２１から成り、ＬＰＦ３０は分布定数線路３３及びキャパシタ３１から成る。高周波フィルタ回路１Ｂは、バンドパスフィルタ４０に代えてバンドパスフィルタ１６０を備える点以外は、高周波フィルタ回路１と同様の構成を有する。バンドパスフィルタ１６０は、第１のＳＡＷ共振子１６２と第２のＳＡＷ共振子１６４とを直列に接続し、第１のＳＡＷ共振子１６２と第２のＳＡＷ共振子１６４との接続点と接地との間にインダクタ１６６及びキャパシタ１６８をそれぞれ配置して構成される。
【００３２】
図１２に示す高周波フィルタ回路１Ｂの周波数特性のシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、通過信号の通過帯域を１．５ＧＨｚ付近とし、インダクタ１６６のインダクタンス値を約２．３ｎＨとし、キャパシタ１６８の容量値を約３．０ｐＦとした。また、第１のＬＰＦ２０のキャパシタ２１及び第２のＬＰＦ３０のキャパシタ３１の容量値をそれぞれ１．０ｐＦとし、分布定数線路２３、３３の電気長をいずれも２５度とし、分布定数線路２３、３３の偶モードの特性インピーダンスを５０Ω、奇モードの特性インピーダンスを４０Ωとした。このシミュレーション結果を図１３に示す。図１３は、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂの通過特性（Ｓ２１）及び反射特性（Ｓ１１）のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図１４に、バンドパスフィルタ１６０単体の周波数特性のシミュレーション結果を示す。図示のとおり、本発明の一実施形態に係る高周波フィルタ回路１Ｂにおいては、通過帯域の両端、通過帯域の高周波側、通過帯域の低周波側にそれぞれ減衰極が形成され、バンドパスフィルタ１６０単体の場合と比較して、フィルタ特性が各段に向上することが確認された。
【００３３】
本発明の実施形態は、本明細書において明示的に述べた態様に限られるものではなく、明細書中の各実施形態には様々な変更を行うことができる。例えば、第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０は、少なくとも第１のＬＰＦ２０及び第２のＬＰＦ３０の一部同士が電磁結合して通過帯域の低周波側に減衰極を形成できるものである限り、任意の構成をとることができる。また、本発明の高周波フィルタ回路には、本明細書中で明示したもの以外にも、様々なバンドパスフィルタを用いることができる。本明細書中で説明した特性インピーダンス、電気長、容量値、インダクタンス値、通過信号の中心周波数等はあくまで例示であり、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の高周波フィルタ回路は、ＬＴＣＣ以外の多層基板に実装することも可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態に対して様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ 高周波フィルタ回路
２０ 第１のローパスフィルタ
３０ 第２のローパスフィルタ
４０、１５０、１６０ バンドパスフィルタ
２３、３３ 分布定数線路
１００ フィルタ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタと入力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタと出力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタと、
を備え、
前記第１ローパスフィルタに含まれる第１フィルタ素子と前記第２ローパスフィルタに含まれる第２フィルタ素子とが、前記通過帯域の低周波側に第３の減衰極を形成するように電磁結合されたフィルタ回路。
【請求項２】
偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しい請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタがＳＡＷ共振子を含む請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項４】
前記第１フィルタ素子と前記第２フィルタ素子との結合度に応じて前記第３の減衰極の位置が変化する請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項５】
前記バンドパスフィルタ、並びに、第１及び第２ローパスフィルタが、複数の絶縁体層からなる多層基板の内部に形成され、前記多層基板内の前記第１フィルタ素子と前記第２フィルタ素子との間に、前記絶縁体層の積層方向に延伸するビアホールが形成された請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項６】
前記多層基板の積層方向の両端面にグラウンド電極が設けられ、前記ビアホールが前記グラウンド電極の少なくとも一方に電気的に接続される請求項５に記載のフィルタ回路。
【請求項１】
所定の通過帯域を有するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタと入力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第１の減衰極を形成する第１ローパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタと出力端子との間に接続され、前記通過帯域の高周波側に第２の減衰極を形成する第２ローパスフィルタと、
を備え、
前記第１ローパスフィルタに含まれる第１フィルタ素子と前記第２ローパスフィルタに含まれる第２フィルタ素子とが、前記通過帯域の低周波側に第３の減衰極を形成するように電磁結合されたフィルタ回路。
【請求項２】
偶モードアドミタンスと奇モードアドミタンスとが等しい請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタがＳＡＷ共振子を含む請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項４】
前記第１フィルタ素子と前記第２フィルタ素子との結合度に応じて前記第３の減衰極の位置が変化する請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項５】
前記バンドパスフィルタ、並びに、第１及び第２ローパスフィルタが、複数の絶縁体層からなる多層基板の内部に形成され、前記多層基板内の前記第１フィルタ素子と前記第２フィルタ素子との間に、前記絶縁体層の積層方向に延伸するビアホールが形成された請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項６】
前記多層基板の積層方向の両端面にグラウンド電極が設けられ、前記ビアホールが前記グラウンド電極の少なくとも一方に電気的に接続される請求項５に記載のフィルタ回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５１２１（Ｐ２０１３−５１２１Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２７２６（Ｐ２０１１−１３２７２６）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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