JP2008278100A - 積層型分波器 - Google Patents

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哲大 末廣
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Abstract

【課題】減衰特性の向上を図ることができる積層型分波器を提供する。
【解決手段】積層型分波器が,第1〜第3のキャパシタンス素子と,第1のインダクタンス素子と,を備えるハイパスフィルタ回路と,第4〜第6のキャパシタンス素子と,第2のインダクタンス素子と,を備える第1のローパスフィルタ回路と,第7,第8のキャパシタンス素子および第3のインダクタンス素子と,を備える第2のローパスフィルタ回路と,を具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は,例えば,移動体通信装置(携帯電話機),無線LAN等の無線機器の回路部品として用いられる積層型分波器に関する。
無線通信等に利用する複数の周波数の信号を分離するために複数のフィルタ(例えば,2つのバンドパスフィルタ)を有する分波器が用いられる(例えば,特許文献1参照)。分波器は,単一のアンテナによって2つの信号の送出を可能にするダイプレクサとして用いることができる。
特開平04−207806号公報
分波器では所望の周波数範囲(通過帯域)の信号を通過し,それ以外の周波数の信号を減衰させることが求められる。
しかしながら,通過帯域以外の信号の減衰特性を常に良好にするのは困難であり,例えば,通過帯域の信号の高調波(例えば,2倍高調波,3倍高調波)の信号の減衰特性が低下することが有り得る。
上記に鑑み,本発明は減衰特性の向上を図ることができる積層型分波器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために,本発明に係る積層型分波器は,第1の端子と,前記第1の端子に接続される一端を有する第1のキャパシタンス素子と,この第1のキャパシタンス素子の他端に直列に接続される第1のインダクタンス素子および第2のキャパシタンス素子と,この第1のキャパシタンス素子の他端に接続される一端を有する第3のキャパシタンス素子と,を備える第1のハイパスフィルタ回路と,前記第3のキャパシタンス素子の他端に接続される一端をそれぞれ有する第4,第5のキャパシタンス素子および第2のインダクタンス素子と,前記第2のインダクタンス素子および第5のキャパシタンス素子の他端に接続される一端を有する第6のキャパシタンス素子と,を備える第1のローパスフィルタ回路と,前記第6のキャパシタンス素子の一端に接続される一端をそれぞれ有する第7のキャパシタンス素子および第3のインダクタンス素子と,前記第7のキャパシタンス素子および第3のインダクタンス素子の他端に接続される一端を有する第8のキャパシタンス素子と,を備える第2のローパスフィルタ回路と,前記第8のキャパシタンス素子の一端に接続される第2の端子と,を具備することを特徴とする。
ハイパスフィルタ回路と2つのローパスフィルタ回路を用いて,バンドパスフィルタ回路を構成することで,積層型分波器の減衰特性の向上が図られる。
本発明によれば,減衰特性の向上を図ることができる積層型分波器を提供できる。
図1は本発明の一実施形態に係る積層型分波器10の回路構成を表す図である。
図1に示すように積層型分波器10は,アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2,およびそれらに接続されたバンドパスフィルタBPF1,BPF2を備える。アンテナ端子T0と,低周波側端子T1,高周波側端子T2間それぞれにバンドパスフィルタBPF1,BPF2が配置される。
バンドパスフィルタBPF1は,ローパスフィルタLPF1,ハイパスフィルタHPF1が直列に接続されて構成される。ローパスフィルタLPF1は,キャパシタ(コンデンサ:キャパシタンス(容量)素子)C11,C12,インダクタ(インダクタンス素子)L11,L12を備える。ハイパスフィルタHPF1は,キャパシタC13〜C15,インダクタL13,L14を備える。キャパシタC11,C15,インダクタL13は接地のための接地端子(「グランド端子」ともいう)Gを介して接地される。
バンドパスフィルタBPF2は,ハイパスフィルタHPF2,ローパスフィルタLPF2,LPF3が直列に接続されて構成される。ハイパスフィルタHPF2は,キャパシタC21〜C23,インダクタL21を備える。ローパスフィルタLPF2は,キャパシタC24〜C26,インダクタL22を備える。ローパスフィルタLPF3は,キャパシタC27,C28,インダクタL23を備える。キャパシタC22,C24,C26,C28は接地端子Gを介して接地される。
アンテナ端子T0は,アンテナと電気的に接続され,第1,第2の周波数(例えば,2.45GHz,5.5GHz)の信号が出力される。
低周波側端子T1,高周波側端子T2はそれぞれ,例えば,第1,第2の送信器と電気的に接続され,第1,第2の周波数(例えば,2.45GHz,5.5GHz)の信号が入力される。
低周波側端子T1,高周波側端子T2それぞれに入力される第1,第2の信号は,バンドパスフィルタBPF1,BPF2を通過して,アンテナ端子T0から出力される。第1,第2の信号がそれぞれ,バンドパスフィルタBPF1,BPF2を通過することから,高周波側端子T2,低周波側端子T1への信号の混入が防止される。
この逆に,アンテナ端子T0から第1,第2の信号を入力した場合には,これらの信号は低周波側端子T1,高周波側端子T2から分離して出力される。即ち,バンドパスフィルタBPF1によって,より低周波の第1の周波数(例えば,2.45GHz)の信号は低周波側端子T1へと出力される。また,バンドパスフィルタBPF2によって,より高周波の第2の周波数(例えば,5.5GHz)の信号は高周波側端子T2へと出力される。
図2は本発明の比較例に係る積層型分波器10Xの回路構成を表す図である。
図2に示すように積層型分波器10Xは,アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2,およびそれらに接続されたバンドパスフィルタBPF1,BPF2Xを備える。BPF2Xは,ハイパスフィルタHPF2,ローパスフィルタLPF2が直列に接続されて構成される。即ち,積層型分波器10のバンドパスフィルタBPF2は,積層型分波器10XのバンドパスフィルタBPF2Xの高周波側端子T2側にローパスフィルタLPF3が追加されている。
ローパスフィルタLPF2の追加によって,通過帯域よりも高い周波数(高調波帯)に減衰極を発生させ,高調波帯の減衰特性が改善する。なお,この詳細は後述する。
図3は,本発明の一実施形態に係る積層型分波器10の外観を表す図である。
積層型分波器10は,基板11〜19を重ね合わせて構成される。基板11〜19に,例えば,ガラスセラミック(誘電率εr=6.5,tanδ=3.0×10-3)からなる2520(2.5mm×2.0mm)タイプの基板を用い,厚膜印刷により銀ペースト等を印刷した電極パターンが形成される。これらの基板11〜19を高さ0.95mm程度に積層することで積層型分波器10が構成される。
なお,基板11〜19は,ガラスセラミック以外のセラミック素材であっても良い。
各基板11〜19の側辺には所定の端子となる切欠部21〜26が形成されている。この切欠部21〜26は,積層時に基板11〜19の積層方向で一致し,積層方向に延びる溝部を構成する。この溝部に銀ペーストを印刷することで,アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2,および接地端子Gとして機能することとなる。
切欠部21〜23がそれぞれアンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2に,切欠部24〜26が接地端子Gに対応する。アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2の間に,接地端子Gが配置されている。これは,アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2を互いに遮蔽し,信号の干渉(混入)を防止するためである。
図4は,積層型分波器10を構成する基板11〜19を分離した状態を表す分解斜視図である。積層型分波器10では,基板11〜19に,バンドパスフィルタBPF1,BPF2(ローパスフィルタLPF1〜LPF3,ハイパスフィルタHPF1,HPF2)が配置される。バンドパスフィルタBPF1,BPF2がそれぞれ,基板11〜19の右半分,左半分に区分して配置されている。バンドパスフィルタBPF1を構成するローパスフィルタLPF1,ハイパスフィルタHPF1が基板11〜19の右半分内の右側,左側に配置される。バンドパスフィルタBPF2を構成するハイパスフィルタHPF2が基板11〜19の左半分内の下側に配置される。バンドパスフィルタBPF2を構成するローパスフィルタLPF1,LPF2が基板11〜19の左半分内の上側に配置される。
基板11は,下面にランドパターン(実装用の電極のパターン)101a〜101f(図示せず)を有する。ランドパターン101a〜101cはそれぞれ,アンテナ端子T0,低周波側端子T1,高周波側端子T2に,ランドパターン101d〜101fは接地端子Gに対応する。
基板11は,上面に接地(グランド)用の平板電極111および接続部112a〜112cの電極パターンを有する。平板電極111は,接続部112a〜112cによって,接地端子Gに接続され,後述する平板電極121〜126と静電的に結合すると共に,平板電極121〜126を外部から遮蔽し,積層型分波器10の動作の安定化を図っている。
基板12は,キャパシタC11,C15,C22,C24,C26,C28用の平板電極121〜126および接続部128の電極パターンおよびビア(層間接続配線)129cを有する。
平板電極121〜126はそれぞれ,平板電極111と対応して配置され,平板電極111と静電的に結合し,キャパシタC11,C15,C22,C24,C26,C28として機能する。ビア129cは,後述の線路133(インダクタL13)を平板電極111,即ち,接地端子Gに接続する。
基板13〜16には,インダクタL11〜L14,L21〜L23が配置される。インダクタL11〜L14,L21〜L23を複数の基板に分離して配置し,基板面積,ひいては積層型分波器10のサイズの増大を防止するためである。
基板13は,インダクタL11〜L14,L21用の線路131〜135の電極パターンおよびビア139c〜139e,139h〜139jを有する。
基板14は,インダクタL11〜L14,L21用の線路141〜145の電極パターンおよびビア149a〜149e,149h〜149jを有する。
基板15は,インダクタL11,L13,L14,L21〜L23用の線路151,153〜157および接続部158の電極パターンおよびビア159a〜159e,159h〜159jを有する。
基板16は,インダクタL11,L13,L14,L21〜L23用の線路161,163〜167および接続部168a,168dの電極パターンおよびビア169a〜169jを有する。
インダクタL11は,ビア149a〜169aで接続される線路131〜161より構成される。インダクタL11は,接続部168aによりアンテナ端子T0に,ビア139hにより平板電極121(キャパシタC11)に,ビア149h〜179hにより平板電極171(キャパシタC12)に接続される。
インダクタL12は,ビア149bで接続される線路132,142より構成される。インダクタL12は,ビア159b〜189bにより平板電極181(キャパシタC12)に,ビア139hにより平板電極121(キャパシタC11)に,ビア149h〜179hにより平板電極171(キャパシタC12)に接続される。
インダクタL13は,ビア149c〜169cで接続される線路133〜163より構成される。インダクタL13は,ビア129c,139cおよび平板電極111により接地端子Gに,ビア179cにより平板電極172(キャパシタC13)に接続される。
インダクタL14は,ビア149d〜169dで接続される線路134〜164より構成される。インダクタL14は,ビア139dにより平板電極122(キャパシタC15)に,接続部168dにより低周波側端子T1に接続される。
インダクタL21は,ビア149e〜169eで接続される線路135〜165より構成される。インダクタL21は,ビア139eにより平板電極123(キャパシタC22)に,接続部179eにより平板電極174(キャパシタC21,C23)に接続される。
インダクタL22は,ビア169fで接続される線路156,166より構成される。インダクタL22は,ビア139j〜159jにより平板電極125(キャパシタC26)に,ビア179jにより平板電極176(キャパシタC25,C27)に,ビア139i〜169iにより平板電極124(キャパシタC24)に,ビア179iにより平板電極185,186(キャパシタC23,C25)に接続される。
インダクタL23は,ビア169gで接続される線路157,167より構成される。インダクタL23は,接続部158により高周波側端子T2に,ビア169jによりインダクタL22に,ビア179jにより平板電極176(キャパシタC25,C27)に接続される。
基板17は,キャパシタC12用の平板電極171,キャパシタC13,C14用の平板電極172,キャパシタC21,C23用の平板電極174,キャパシタC25,C27用の平板電極176の電極パターンおよびビア179b,179c,179e,179h〜179jを有する。
基板18は,キャパシタC12〜C14,C21,C23,C25,C27用の平板電極181〜187および接続部188a〜188fの電極パターンおよびビア189b,189iを有する。
キャパシタC12は,平板電極171,181より構成される。キャパシタC12は,接続部188aにより平板電極182(キャパシタC13)に,接続部188b,ビア159b〜189bにより線路142(インダクタL12)に接続される。
キャパシタC13は,平板電極172,182より構成される。キャパシタC13は,接続部188aにより平板電極181(キャパシタC12)に,ビア179cにより線路163(インダクタL13)に接続される。
キャパシタC14は,平板電極172,183より構成される。キャパシタC14は,接続部188cにより低周波側端子T1に接続される。
キャパシタC21は,平板電極174,184より構成される。キャパシタC21は,接続部188dによりアンテナ端子T0に,ビア179eにより線路165(インダクタL21)に接続される。
キャパシタC23は,平板電極174,185より構成される。キャパシタC23は,接続部188eにより平板電極186(キャパシタC25)に,接続部188e,ビア139i〜189iにより平板電極124(キャパシタC24)に接続される。
キャパシタC25は,平板電極176,186より構成される。キャパシタC25は,接続部188eにより平板電極185(キャパシタC23)に,接続部188e,ビア139i〜189iにより平板電極124(キャパシタC24)に接続される。
キャパシタC27は,平板電極176,187より構成される。キャパシタC27は,接続部188fにより高周波側端子T2に,ビア139j〜179jにより平板電極125(キャパシタC26)に接続される。
基板19は,特段の電極パターンを有せず,主として基板18を保護するためのものである。なお,基板19の上面に,方向を識別するためのマーク及び製造ロットを表す英数字が印刷される。
積層型分波器10において,キャパシタC11〜C15,C21〜C28が,接地端子Gに接続されるキャパシタ(C11,C15,C22,C24,C26,C28)と,接地端子Gに接続されないキャパシタ(C12〜C14,C21,C23,C25,C27)に区分され,異なる基板12,18上に配置されている。接地端子Gに接続されるキャパシタと,接続されないキャパシタとの相互干渉を低減するためである。即ち,接地端子Gに接続されるキャパシタは,接地(グランド)用の平板電極111から最も近い基板12上に配置されている。一方,接地端子Gに接続されないキャパシタは,平板電極111から最も離れた基板17,18上に配置されている。
なお,積層型分波器10内の内層グランド電極(平板電極111)は,積層型分波器10が実装される実装基板上のグランドと近いことが好ましいことから,実装基板と接続される(ランドパターンを有する)基板11に配置されている。平板電極111の電位を実装基板上のグランドの電位と一致させるためである。
(積層型分波器の特性)
積層型分波器10,10Xの特性をシミュレーションで求めた結果につき説明する。
図5,6はそれぞれ,積層型分波器10,10Xの透過率T,反射率Rの周波数特性を表したグラフである。図5,図6の横軸が高周波信号の周波数f[GHz],縦軸が透過率T[dB],反射率R[dB]に対応する。
透過率Tは,アンテナ端子T0から信号を入力したときにおけるアンテナ端子T0での高周波信号の信号強度W1と高周波側端子T2から出力される信号強度W2の比(T=W2/W1)である。反射率Rは,高周波側端子T2から信号を入力したときにおける高周波側端子T2での高周波信号の信号強度W2と反射されて高周波側端子T2に戻った信号強度W21の比(R=W21/W2)である。
図5,図6から,本発明の実施例に係る積層型分波器10では比較例に係る積層型分波器10xに比較して,周波数7〜12GHzの範囲で透過率Tが抑えられていることが判る。実施例では,減衰極P0が発生し,周波数7GHz以上で透過率Tが−20dBより小さい。これに対して比較例では,減衰極P0が発生せず,周波数7GHz以上で透過率Tが−20dBより大きい。
ハイパスフィルタHPF2,ローパスフィルタLPF2の組合せで構成されているバンドパスフィルタBPF2Xの後段(ここでは,高周波側端子T2側)にもう一つローパスフィルタLPF3を追加することで,積層型分波器10が構成される。その結果,積層型分波器10では,通過帯域よりも高い周波数(高調波帯)に新たに減衰極P0を発生して,高調波帯の減衰量が改善される。
図7は,ローパスフィルタLPF3のパターン形状を変化させた積層型分波器10a,10bの特性を積層型分波器10と比較した透過率T,反射率Rの周波数特性を表したグラフである。
ローパスフィルタLPF3のパターン形状を変更することで,減衰極P0の発生周波数を変更することができる。ここでは,キャパシタC27,C28の容量(平板電極187,126の面積)を変更することで,減衰極P0の位置を変更(減衰極P0a,P0b)している。減衰極P0a,P0bそれぞれでは,減衰極P0の場合よりもキャパシタC27,C28の容量を増大,減少している。この結果,減衰極P0a,P0bそれぞれの位置が低周波側,高周波側に移動している。このとき,図7に示すように,通過帯域の特性に大きな変化はない。即ち,通過帯域の特性にほとんど影響を与えることなく,減衰極P0の位置を変更することができる。
なお,キャパシタC27,C28の容量に替えて,インダクタL23のインダクタンスを変化させることで,減衰極P0の位置を変更することも可能である。
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
基板11〜19に異種材料を用いることができる。具体的には,キャパシタC11〜C15,C21〜C28が配置される基板12,18に高誘電材料をそれ以外の基板(例えば,インダクタL11〜L14,L21〜L23が配置される基板13〜16)に低誘電材料を用いることができる。
本発明の一実施形態に係る積層型分波器の回路構成を表す図である。 本発明の比較例に係る積層型分波器の回路構成を表す図である。 本発明の一実施形態に係る積層型分波器の外観を表す図である。 本発明の一実施形態に係る積層型分波器を構成する多層基板を分離した状態を表す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る積層型分波器の透過率および反射率の周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。 本発明の比較例に係る積層型分波器の透過率および反射率の周波数特性のシミュレーション結果を表したグラフである。 本発明の一実施形態に係る積層型分波器の透過率および反射率の周波数特性のシミュレーション結果を表す図である。
符号の説明
10 積層型分波器
11-19 基板
21-26 切欠部
101a-101f ランドパターン
111 平板電極
112a-112c 接続部
121-126 平板電極
128 接続部
129c ビア
131-135 線路
139c-139e,139h-139j ビア
141-145 線路
149a-149e,149h-149j ビア
151,153-157 線路
158 接続部
159a-159e,159h-159j ビア
161,163-167 線路
168a,168d 接続部
169a-169j ビア
171,172,174,176 平板電極
179b,179c,179e,179h-179j ビア
181-187 平板電極
188a-188f 接続部
189b,189i ビア

Claims (8)

  1. 第1の端子と,
    前記第1の端子に接続される一端を有する第1のキャパシタンス素子と,この第1のキャパシタンス素子の他端に直列に接続される第1のインダクタンス素子および第2のキャパシタンス素子と,この第1のキャパシタンス素子の他端に接続される一端を有する第3のキャパシタンス素子と,を備える第1のハイパスフィルタ回路と,
    前記第3のキャパシタンス素子の他端に接続される一端をそれぞれ有する第4,第5のキャパシタンス素子および第2のインダクタンス素子と,前記第2のインダクタンス素子および第5のキャパシタンス素子の他端に接続される一端を有する第6のキャパシタンス素子と,を備える第1のローパスフィルタ回路と,
    前記第6のキャパシタンス素子の一端に接続される一端をそれぞれ有する第7のキャパシタンス素子および第3のインダクタンス素子と,前記第7のキャパシタンス素子および第3のインダクタンス素子の他端に接続される一端を有する第8のキャパシタンス素子と,を備える第2のローパスフィルタ回路と,
    前記第8のキャパシタンス素子の一端に接続される第2の端子と,
    を具備することを特徴とする積層型分波器。
  2. 前記第1の端子に接続される一端を有する第4のインダクタンス素子と,この第4のインダクタンス素子の他端に接続される一端をそれぞれ有する第9,第10のキャパシタンス素子および第5のインダクタンス素子と,を備える第3のローパスフィルタ回路と,
    前記第5のインダクタンス素子および第10のキャパシタンス素子の他端に接続される一端を有する第11のキャパシタンス素子と,この第11のキャパシタンス素子の他端に接続される一端をそれぞれ有する第6のインダクタンス素子および第12のキャパシタンス素子と,この第12のキャパシタンス素子の他端に直列に接続される第7のインダクタンス素子および第13のキャパシタンス素子と,を備える第2のハイパスフィルタ回路と,
    前記第12のキャパシタンス素子の他端に接続される第3の端子と,
    をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の積層型分波器。
  3. 前記第1〜第3のインダクタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第1〜第3の線路が配置される第1の基板
    をさらに具備することを特徴とする請求項1または2に記載の積層型分波器。
  4. 前記第4〜第7のインダクタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第4〜第7の線路が配置される第2の基板
    をさらに具備することを特徴とする請求項2または3に記載の積層型分波器。
  5. 前記第3,第5,第7のキャパシタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第1〜第3の平板電極が配置される第3の基板,
    をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の積層型分波器。
  6. 前記第3の基板上に,前記第10〜第12のキャパシタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第4〜第6の平板電極が配置される
    ことを特徴とする請求項5記載の積層型分波器。
  7. 前記第2,第4,第6,第8のキャパシタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第1〜第4の平板電極が配置される第4の基板,
    をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の積層型分波器。
  8. 前記第4の基板上に,前記第9,第13のキャパシタンス素子それぞれの少なくとも一部を構成する第5,第6の平板電極が配置される
    ことを特徴とする請求項7記載の積層型分波器。
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