JP2009171211A - 積層型バラン及び混成集積回路モジュール並びに積層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と低背化が可能な積層型バラン及び混成集積回路モジュール並びに積層基板を提供する。
【解決手段】Marchandバランからなる積層型バランを形成する際、使用時において伝送線路114の電流方向と伝送線路115の電流方向が同方向になるように、１／２波長伝送線路を構成する伝送線路114,115を誘電体を挟んで対向するように隣接層に積層配置する。これにより、伝送線路114,115間にマグネチックシールドが形成される。このため、伝送線路114,115間で互いに磁気干渉を受けないようにするためのグランド電極層を設ける必要がなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型バランに関し、特に、無線通信機器用ＩＣの平衡−不平衡変換器あるいは位相変換器等として用いられる積層型バラン及びこれを備えた混成集積回路モジュール並びに積層基板に関するものである。

従来、高周波信号における平衡−不平衡信号回路として、図１２に示すMarchandバランが多く用いられている。このMarchandバラン１０は分布定数回路で構成された簡単な構成である。すなわち、Marchandバラン１０は、直列接続された２つの１／４波長伝送線路１１，１２を有し、一方の１／４波長伝送線路１１の開放端が不平衡端子１５に接続されている。これら２つの１／４波長伝送線路１１，１２によって１／２波長ラインが構成される。さらに、一方の１／４波長伝送線路１１に対向させて１／４波長伝送線路１３が設けられ、他方の１／４波長伝送線路１２に対向させて１／４波長伝送線路１４が設けられている。一方の１／４波長伝送線路１３の一端すなわち１／４波長伝送線路１１の不平衡端子１５側は接地され、他端は平衡端子１６に接続されている。他方の１／４波長伝送線路１４の一端すなわち１／４波長伝送線路１１と１／４波長伝送線路１２の接続部側の端は平衡端子１７に接続され、他端は接地されている。

このように、Marchandバラン１０は簡単な構成であるため、高周波帯において小型で良好な特性が実現し易いという利点を有している。そのような技術的な背景と近年の無線機器の普及から、積層構造のMarchandバランの開発を部品メーカ各社が進めている。

この種の積層型バランとしては、特許第２７７３６１７号公報（特許文献１）に開示されるバルントランスや、特許２９９０６５２号公報（特許文献２）に開示される積層型バルントランスが知られている。

図１３に示すように、特許文献１に開示されるバルントランス２０は、誘電体基板２１〜２５が記述の順に積層して形成され、各誘電体基板２１〜２５の上面にはアース電極あるいはストリップラインが形成されている。すなわち、最上部に位置する第１の誘電体基板２１にはアース電極３１が形成されアース用の外部端子電極（図示せず）に接続されている。第２の誘電体基板２２の上面には直線状のストリップライン３２が形成されており、その一端３２ａは不平衡外部端子（図示せず）に接続されている。第３の誘電体基板２３の上面には前述した１／２波長ストリップラインを構成する渦巻形状に配置されたストリップライン３３、３４が形成されている。これらのストリップライン３３，３４は誘電体基板２３の中央部を境にしてほぼ対称に設けられている。また、一方のストリップライン３３の渦巻中心にある一端３３ａはビア導体（図示せず）を介してストリップライン３２の他端３２ｂに接続されている。ストリップライン３３の他端３３ｂは他方のストリップライン３４の渦巻外側に位置する一端３４ａに接続され、ストリップライン３４の渦巻中央部に位置する他端３４ｂは開放されている。

第４の誘電体基板２４の上面には上記のストリップライン３３，３４に対向するように、前述した２つの１／４波長ストリップラインを構成する２つの渦巻形状のストリップライン３５，３６が形成されている。ストリップライン３３に対向して設けられている一方のストリップライン３５の一端３５ａは一方の平衡外部端子（図示せず）に接続されている。また前記一方のストリップライン３５の他端はビア導体（図示せず）を介して第５の誘電体基板３５の上面に形成されているアース電極３７に接続されている。また、ストリップライン３４に対向して設けられている他方のストリップライン３６の一端３６ａは他方の平衡外部端子（図示せず）に接続されている。また、前記他方のストリップライン３６の他端はビア導体（図示せず）を介して第５の誘電体基板２５の上面に形成されたアース電極３７に接続されている。また、アース電極３７はアース用の外部端子電極（図示せず）に接続されている。

上記構成によって、図１２に示したMarchandバラン（バルントランス）が形成されている。

図１４に示すように、特許文献２に開示される積層型バルントランス４０は、上記のバルントランス２０の実装面積を小さくするために各渦巻状ストリップラインを異なる層に設けるように構成したものである。

すなわち、積層型バルントランス４０は、誘電体基板４１〜４８が記述の順に積層されて形成され、各誘電体基板４１〜４８の上面にはアース電極あるいはストリップラインが形成されている。すなわち、最上部に位置する第１の誘電体基板４１にはアース電極５１が形成され、このアース電極５１はアース用の外部端子電極（図示せず）に接続されている。第２の誘電体基板４２の上面には略直線状のストリップライン５２が形成されており、その一端５２ａは不平衡外部端子（図示せず）に接続されている。第３の誘電体基板４３の上面には前述した１／２波長ストリップラインの半分を構成する渦巻形状に配置されたストリップライン５３が形成されている。このストリップライン５３の渦巻中心にある一端５３ａはビア導体（図示せず）を介してストリップライン５２の他端５２ｂに接続されている。ストリップライン５３の他端５３ｂは後述するストリップライン５７の渦巻外側に位置する一端５７ａに接続されている。

第４の誘電体基板４４の上面には上記のストリップライン５３に対向するように、前述した一方の１／４波長ストリップラインを構成する渦巻形状のストリップライン５４が形成されている。ストリップライン５４の渦巻の外側に位置する一端５４ａは一方の平衡外部端子（図示せず）に接続されている。ストリップライン５４の渦巻の中心部に位置する他端５４ｂはビア導体（図示せず）を介して第５の誘電体基板４５の上面に形成されているアース電極５５に接続されている。

第５の誘電体基板４５の上面にはアース電極５５が形成され、このアース電極５５はアース用の外部端子電極（図示せず）に接続されている。

第６の誘電体基板４６の上面にはストリップライン５７に対向するように、前述した他方の１／４波長ストリップラインを構成する渦巻形状のストリップライン５６が形成されている。ストリップライン５６の渦巻の外側に位置する一端５６ａは他方の平衡外部端子（図示せず）に接続されている。ストリップライン５６の渦巻の中心部に位置する他端５６ｂはビア導体（図示せず）を介して第５の誘電体基板４５の上面に形成されているアース電極５５に接続されている。

第７の誘電体基板４７の上面には前述した１／２波長ストリップラインの半分を構成する渦巻形状に配置されたストリップライン５７が形成されている。このストリップライン５７の渦巻外側にある一端５７ａは外部電極（図示せず）を介してストリップライン５３の他端５３ｂに接続されている。ストリップライン５７の他端５７ｂは開放されている。

第８の誘電体基板４８の上面にはアース電極５８が形成され、このアース電極５８はアース用の外部端子電極（図示せず）に接続されている。

上記構成によって、図１２に示したMarchandバラン（バルントランス）が形成されている。

さらに、特許文献２には、図１５に示す積層型バルントランス４０Ｂのように、１／２波長ストリップラインを構成する２つの１／４波長ストリップライン５３，５７の間を外部電極に代えてビア導体によって接続するようにしたものも開示されている。
特許２７７３６１７号公報 特許２９９０６５２号公報

前出した特許文献１に開示されるバルントランスは、Marchandバランをそのまま積層体で実現したオーソドックス構造である。そして、１／２波長のラインを引くための面積が必要になるため、小型化が難しいという問題点があった。さらに、低背化が可能ではあるが、低背化を行った場合、ストリップラインとアース電極との間隔が狭くなる。このため、これらの間の結合容量が大きくなるので、インピーダンス整合が取り難くなるという問題点あった。

また、特許文献２に開示される積層型バルントランスは、１／２波長ストリップラインを２層で構成することで、特許文献１に開示されるバルントランスに比べて半分以下の面積でバランを構成できる利点がある。また、平衡入出力側の１／４波長ストリップラインのインピーダンスを独立して調整することが可能等の利点はある。しかしながら、１／２波長ストリップラインを２層に分割し、これら２層の間にＧＮＤプレーンを設け、各ラインが電磁界結合して特性が劣化することを防止している。このため、低背化が困難であるという問題点があった。

本発明は以上の点に着目したもので、小型化と低背化が可能な積層型バルントランス及び混成集積回路モジュール並びに積層基板を提供することを目的とする。

本発明の第１の技術手段は、１／２波長伝送線路と該１／２波長伝送線路の一端側に誘電体を挟んで対向させて設けられた１／４波長伝送線路と前記１／２波長伝送線路の他端側半分に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路とを備えた積層型バルントランスである。そして、前記１／２波長伝送線路の一端側の半分を構成する第１の伝送線路が形成されている第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層に隣接して積層され、使用時の電流の方向が前記第１の伝送線路の電流の方向と同じになるように且つ前記第１の伝送線路に誘電体を挟んで対向するように、前記１／２波長伝送線路の他端側半分を構成する第２の伝送線路が形成されている第２の誘電体層と、を有する。さらに、前記誘電体層を挟んで対向する第１の伝送線路と第２の伝送線路とを、それぞれの電流の方向が同方向になるように導電接続する接続手段と、を有する。また、前記第１の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第１の伝送線路結合するように、一方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の一方に接続されると共に他端が第１のグランド電極層に接続された第３の伝送線路が形成されている第３の誘電体層と、前記第２の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第２の伝送線路に電磁結合するように、他方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の他方に接続されると共に他端が第２のグランド電極層に接続された第４の伝送線路が形成されている第４の誘電体層と、を有する。また、前記第３の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第３の伝送線路に対向するように配置された前記第１のグランド電極層と、前記第４の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第４の伝送線路に対向するように配置された前記第２のグランド電極層と、前記第３の伝送線路の平衡入出力側の一端又は前記第４の伝送線路の平衡入出力側の一端のうちの何れか一方に介在して接続されている位相補正用伝送線路とを備える。これにより上記目的が達成される。

第１の技術手段によれば、１／２波長伝送線路を構成する第１の伝送線路と第２の伝送線路が誘電体を挟んで隣接層に積層して設けられており、さらに、使用時において第１の伝送線路の電流の方向と第２の伝送線路の電流の方向が同じ方向になるように第１の伝送線路と第２の伝送線路が積層配置されている。これにより、第１のストリップラインの電流によって第１の伝送線路の周囲に発生する磁界と第２の伝送線路の電流によって第２の伝送線路の周囲に発生する磁界が、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間の隙間において互いに打ち消し合い、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間にマグネチックシールドが形成される。これにより、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間で互いに磁気干渉を受けないようにするためのグランド電極層を設ける必要が無くなる。このため、小型化および低背化が可能になる。したがって、フィルタとバランを複合した小型積層バランスフィルタへの適用が容易になるとともに、中間層の前記グランド電極を削減できるため製造も従来に比べて容易になる。さらに、位相補正用伝送線路によって位相差特性が改善される。

また、１／２波長伝送線路の一端が第１の伝送線路と第２の伝送線路の何れか一方と同一の層上で外部端子電極に導電接続され、第１の伝送線路と第２の伝送線路とが対向する領域に他の配線層を有さないので良好なマグネチックシールドが形成される。

また、本発明の第２の技術手段は、１／２波長伝送線路と該１／２波長伝送線路の一端側に誘電体を挟んで対向させて設けられた１／４波長伝送線路と前記１／２波長伝送線路の他端側に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路とを備えた積層型バランである。そして、前記１／２波長伝送線路の一端側半分を構成する第１の伝送線路が形成されている第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層に隣接して積層され、前記第１の伝送線路に対して誘電体を挟んで容量結合するように、前記１／２波長伝送線路の他端側半分を構成する第２の伝送線路が形成されている第２の誘電体層と、を有する。また、前記第１の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第１の伝送線路に電磁結合するように、一方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の一方に接続されると共に他端が第１のグランド電極層に接続された第３の伝送線路が形成されている第３の誘電体層と、前記第２の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第２の伝送線路に電磁結合するように、他方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の他方に接続されると共に他端が第２のグランド電極層に接続された第４の伝送線路が形成されている第４の誘電体層と、を有する。また、前記第３の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第３の伝送線路に対向するように配置された前記第１のグランド電極層と、前記第４の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第４の伝送線路に対向するように配置された前記第２のグランド電極層と、前記第３の伝送線路の平衡入出力側の一端又は前記第４伝送線路の平衡入出力側の一端のうちの何れか一方に介在して接続されている位相補正用伝送線路とを備える。これにより上記目的が達成される。

第２の技術手段によれば、１／２波長伝送線路を構成する第１の伝送線路と第２の伝送線路が誘電体を挟んで隣接層に積層して設けられており、さらに、第１の伝送線路と第２の伝送線路は誘電体を挟んで容量結合するように積層配置されている。これにより、第１の伝送線路と第２の伝送線路によって形成される１／２波長伝送線路に波長短縮効果が発生して第１の伝送線路と第２の伝送線路のライン長を短く設定することができる。このため、小型化が可能になる。したがって、フィルタとバランを複合した小型積層バランスフィルタへの適用が容易になるととともに、中間層の前記グランド電極を削減できるため製造も従来に比べて容易になる。さらに、位相補正用伝送線路によって位相差特性が改善される。

また、１／２波長伝送線路の一端が第１の伝送線路と第２の伝送線路の何れか一方と同一の層上で外部端子電極に導電接続され、第１の伝送線路と第２の伝送線路とが対向する領域に他の配線層を有さないので容量結合が良好となる。

また、本発明の第３技術手段は、上記の積層型バランを備えた混成集積回路モジュール及び上記の積層型バランが内部に形成されている積層基板であって、これにより上記の目的が達成される。

第３の技術手段によれば、積層型バランは上記第１の技術手段および第２の技術手段の何れかに記載の積層型バランからなるので、積層型バルントランスの小型化及び低背化が可能となり、積層型バランを積層基板の内部に容易に設けることができる。

本発明の積層型バランによれば、１／２波長伝送線路を構成する第１の伝送線路と第２の伝送線路が誘電体を挟んで隣接層に積層して設けられており、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間で互いに磁気干渉を受けないようにするためのグランド電極層を設ける必要が無くなるので、小型化および低背化が可能になる。

さらに、本発明の積層型バランによれば、１／２波長伝送線路を構成する第１の伝送線路と第２の伝送線路が誘電体を挟んで容量結合するように隣接層に積層して設けられているため、第１の伝送線路と第２の伝送線路によって形成される１／２波長伝送線路に波長短縮効果が生じるので、小型化が可能になる。また、位相補正用伝送線路によって位相差特性が改善される。

したがって、フィルタとバランを複合した小型積層バランスフィルタへの適用が容易になるとともに、中間層の前記グランド電極を削減できるため製造も従来に比べて容易になる。

図１乃至図３は本発明の第１実施形態における積層型バランを示す図で、２．４ＧＨｚ帯無線システム（通過帯域２．４〜２．５ＧＨｚ）を想定した積層型バランの構造例を示す図である。図１は本発明の第１実施形態における積層型バランを示す分解斜視図、図２は伝送線路の導体パターンを示す平面図、図３は側面断面図である。図において、100は積層型バランで、所定厚さの板状をなす７つの誘電体層101〜107を上下方向に積層して、周知のＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）材料、すなわち一般的な比誘電率８の材料を用いて形成されている。

最上層の誘電体層101はダミー層で、第２層目の誘電体層102の上面に形成されているグランド電極層111を保護するためのものである。

第２層目の誘電体層102の上面には、一部の周縁部を除いてグランド電極層111が形成され、周縁部の複数箇所において、グランド用の外部端子電極に導電接続されている。

第３層目の誘電体層103の上面には、前述したMarchandバラン１０における一方の１／４波長伝送線路１４を構成する伝送線路112と位相補正用伝送線路113が形成されている。この伝送線路112は、その一部が蛇行した形状（ミアンダ形状）をなしており、その一端112aがビア導体を介してグランド電極111に導電接続されている。また、位相補正用伝送線路113は蛇行した形状(ミアンダ形状)をなし、位相補正用伝送線路113の一端113aが伝送線路112の他端112bに接続され、位相補正用伝送線路113の他端113bは外部端子電極(図示せず)に導電接続されている。

第４層目の誘電体層104の上面には、前述したMarchandバラン１０における１／２波長伝送線路の半分１２を構成する伝送線路114が形成されている。この伝送線路114は、その一部が蛇行した形状（ミアンダ形状）をなすとともに、上記伝送線路112とほぼ同じ形状をなし、誘電体を挟んで伝送線路112に重なるように対向して設けられている。また、伝送線路114の一端114a（伝送線路112の一端側に対向）はビア導体を介して第５層目の誘電体層105に形成されている伝送線路115の他端115bに導電接続されている。伝送線路114の他端114b（伝送線路112の他端112bに対向）は開放されている。

第５層目の誘電体層105の上面には、前述したMarchandバラン１０における１／２波長伝送線路の半分１１を構成する伝送線路115が形成されている。この伝送線路115は、その一部が蛇行した形状（ミアンダ形状）をなすとともに、上記伝送線路114とほぼ同じ形状をなし、誘電体を挟んで伝送線路114に重なるように対向して設けられている。また、伝送線路115の一端115a（伝送線路114の一端側に対向）は前記誘電体層105の上面において外部端子電極（図示せず）に導電接続されている。また、伝送線路115の他端115b（伝送線路114の他端側に対向）はビア導体を介して上記第４層目の伝送線路114の一端114aに導電接続されている。

第６層目の誘電体層106の上面には、前述したMarchandバラン１０における他方の１／４波長伝送線路１３を構成する伝送線路116が形成されている。この伝送線路116は、その一部が蛇行した形状（ミアンダ形状）をなすとともに、上記伝送線路115とほぼ同じ形状をなし、誘電体を挟んで伝送線路115に重なるように対向して設けられている。また、伝送線路116の一端116a（伝送線路115の他端側に対向）は外部端子電極に導電接続されている。伝送線路116の他端116b（伝送線路115の一端側に対向）はビア導体を介してグランド電極層117に導電接続されている。

第７層目の誘電体層107の上面には、一部の周縁部を除いてグランド電極層117が形成され、周縁部の複数箇所において、グランド用の外部端子電極に導電接続されている。

上記構成によってMarchandバラン１０をなす積層型バラン100が形成されている。上記構成の積層型バラン100は、１／２波長伝送線路を構成する片側半分の伝送線路114と残り半分の伝送線路115が誘電体を挟んで隣接層に積層して設けられている。そして、使用時において伝送線路114の電流の方向と伝送線路115の電流の方向が同じ方向になるように伝送線路114と伝送線路115が積層配置されて導電接続されている。これにより、伝送線路114の電流によってこの伝送線路114の周囲に発生する磁界と、伝送線路115の電流によってこの伝送線路115の周囲に発生する磁界が、これらの伝送線路114,115の間の隙間において互いに打ち消し合い、これらの伝送線路114,115の間にマグネチックシールド（磁気シールド）が形成される。このため、バランの特性を極端に劣化させる伝送線路114,115間の不要な磁気結合を防止することができるので、伝送線路114と伝送線路115との間で互いに磁気干渉を受けないようにするための従来例のようなグランド電極層を設ける必要が無くなる。

さらに、１／２波長伝送線路を構成する伝送線路114,115は、図４に示すように誘電体を挟んで容量結合するように積層配置され、伝送線路114,115間に静電容量Ｃが発生している。このため、これらの伝送線路114,115によって形成される１／２波長伝送線路に波長短縮効果が発生して伝送線路114,115のライン長を短く設定することができる。

図４は、上記積層型バラン100の等価回路図である。図において、１／２波長伝送線路210を構成する直列接続された２つの１／４波長伝送線路211,212は上記伝送線路115,114に記述の順に対応し、伝送線路211の一端は不平衡外部端子電極231に接続され、伝送線路212の他端は開放されている。また、一方の１／４波長伝送線路221は上記伝送線路116に対応し、その一端が一方の平衡外部端子電極232に接続され、他端が接地されている。他方の１／４波長伝送線路222は上記伝送線路112に対応し、その一端が他一方の平衡外部端子電極233に接続され、他端が接地されている。

したがって、積層型バラン100は、従来例のものに比べて小型化および低背化が可能になる。さらに、積層型バラン100を用いることにより、フィルタとバランを複合した小型積層バランスフィルタへの適用が容易になる。また、従来例における中間層の前記グランド電極を削減できるため製造も従来に比べて容易になる。

上記位相補正用伝送線路113の効果で、平衡端子間の位相差特性が改善される。また、位相補正用伝送線路113の付加以外は、基本的には、位相補正用伝送線路113を設けない積層バランと全く同じ構造であり、他の特性の劣化はほとんどない。

また、上記積層型バラン100は位相補正用伝送線路113を備えているので、この位相補正用伝送線路113を設けない積層型バランに比べて位相差が大幅に改善される。

次に、図５乃至図９を参照して、上記積層型バラン100の特性を説明する。図５は積層型バラン100の特性を求めるための評価回路を示すブロック図、図６は評価回路における波振幅を示す図である。図７は本実施形態における位相補正用伝送線路113を設けない積層型バランの特性曲線を示す図、図８は本実施形態の積層型バラン100の電磁界シミュレーションによる特性曲線を示す図、図９は本実施形態の積層型バラン100の測定実験結果による特性曲線を示す図である。

図５において、240は損失や反射が無い理想的なバランであり、その一方の平衡端子は積層型バラン100の一方の平衡外部端子電極232に接続され、バラン240の他方の平衡端子は積層型バラン100の他方の平衡外部端子電極233に接続されている。また、積層型バラン100の不平衡外部端子電極231は入力端子INに接続され、バラン240の不平衡端子は出力端子OUTに接続されている。図５の評価回路において、入力端子INに波振幅V1（図６参照）を印加したときに一方の平衡外部端子電極232には波振幅V2（図６参照）が出力され、他方の平衡外部端子電極233には波振幅V3（図６参照）が出力される。さらに、出力端子OUTには波振幅V4（図６参照）が出力される。

図７は前述したように本実施形態における位相補正用伝送線路113を設けない積層型バランにおける特性を示す図で、図中、Ａは積層型バランの反射特性で、S11の振幅の絶対値を表すものであり、不平衡端子231に入力した電力信号が不平衡端子231に戻ってくる割合である。Ｂは積層型バランの挿入損失（Ｓ２１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子232に抜ける電力信号の割合である。Ｃは積層型バランの挿入損失（Ｓ３１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子233に抜ける電力信号の割合である。Ｄは平衡端子232に出力される電力信号の位相と平衡端子233に出力される電力信号の位相との差である。

図７に示すように、位相補正用伝送線路113を設けない場合は、信号周波数が２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの間で、位相差Ｄが１８６〜１９２度程度の値を示しており、２．４ＧＨｚ帯無線システムの通過帯域２．４〜２．５ＧＨｚにおいては１８０度±９度を示しており、改善の余地が残されている。

なお、不平衡端子231に入力された電力信号が、平衡端子232と平衡端子233に当分に分配され（デシベルで考えると3dB)、かつ平衡端子232と平衡端子233で得られる電力信号の位相が１８０度の差をもっていることが、理想的なバランの動作である。

図８は前述した本実施形態における位相補正用伝送線路113を設けた積層型バラン100の電磁界シミュレーションによる特性曲線を示す図であり、図中、Ａは積層型バランの反射特性で、S11の振幅の絶対値を表すものであり、不平衡端子231に入力した電力信号が不平衡端子231に戻ってくる割合である。Ｂは積層型バランの挿入損失（Ｓ２１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子232に抜ける電力信号の割合である。Ｃは積層型バランの挿入損失（Ｓ３１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子233に抜ける電力信号の割合である。Ｄは平衡端子232に出力される電力信号の位相と平衡端子233に出力される電力信号の位相との差である。

図８に示すように、位相補正用伝送線路113を設けた場合は、信号周波数が２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの間で、挿入損失：４ｄＢ以下（分配損３ｄＢも含む）、振幅差：０±０．３ｄＢ、反射特性：リターンロス１５ｄＢ以上、位相差Ｄが１７９〜１８２度程度の値を示し、２．４ＧＨｚ帯無線システムの通過帯域２．４〜２．５ＧＨｚにおいては位相差が１８０度±１度以内であり、位相差が大幅に改善されていることが確認できる。また、不平衡端子231に入力された電力信号が、平衡端子232と平衡端子233に当分に分配されて理想的なバランになっている。

図９は前述した本実施形態における位相補正用伝送線路113を設けた積層型バラン100の測定実験結果による特性曲線を示す図であり、図中、Ａは積層型バランの反射特性で、S11の振幅の絶対値を表すものであり、不平衡端子231に入力した電力信号が不平衡端子231に戻ってくる割合である。Ｂは積層型バランの挿入損失（Ｓ２１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子232に抜ける電力信号の割合である。Ｃは積層型バランの挿入損失（Ｓ３１）の振幅の絶対値であり、不平衡端子231から平衡端子233に抜ける電力信号の割合である。Ｄは平衡端子232に出力される電力信号の位相と平衡端子233に出力される電力信号の位相との差である。

図９に示すように、位相補正用伝送線路113を設けた場合は、信号周波数が２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの間で、挿入損失：４ｄＢ以下（分配損３ｄＢも含む）、振幅差：０±０．３ｄＢ、リターンロス(反射特性)：１７ｄＢ以上、位相差Ｄが１７８〜１７５度程度の値を示し、２．４ＧＨｚ帯無線システムの通過帯域２．４〜２．５ＧＨｚにおいては位相差が１８０度±３度以内であり、実験によっても本発明による手法効果が確認できる。また、不平衡端子231に入力された電力信号が、平衡端子232と平衡端子233に当分に分配されてほぼ理想的なバランになっている。

このように、本実施形態における積層型バラン100は実用に適した特性を有している。

尚、上記実施形態では各伝送線路112〜116の蛇行回数を少なくして形成したが、これに限定されることはない。例えば、各伝送線路の蛇行回数を多くすると同一周波数においては伝送線路形成面積の縮小化を図ることができる。これにより、積層型バラン100をさらに小型に形成することができる。また、前述した本実施形態における低背化された積層型バラン100の伝送線路のパターン設計は、ある程度の自由度がある。よって、伝送線路のパターン設計により、寄生成分の影響が変わり、バランの周波数特性が変わる。故に、バランの特性によっては、第３層目の誘電体層103の上面に形成した位相補正用伝送線路113を除去し、第６層目の誘電体層106の上面に形成した１/4波長の伝送線路116に位相補正用伝送線路を設けることで位相差特性を改善することもできる。また、各伝送線路112〜116を渦巻状に形成しても同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

第２実施形態では、上記第１実施形態に記載の積層型バランを備えた混成集積回路モジュールについて説明する。本実施形態においては積層基板の内部に積層型バランを備えた。

図１０は第２実施形態における混成集積回路モジュールを示す断面図、図１１は第２実施形態における混成集積回路モジュールの電気系回路を示すブロック図である。これらの図において、300は混成集積回路モジュールで、低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics）からなる積層基板301にバンドパスフィルタ305、積層型バルントランス306及び高周波送受信用ＩＣ等が設けられて構成されている。そして、バンドパスフィルタ305の一方の入出力は積層型バラン306を介して高周波送受信用ＩＣに接続されている。また、使用時においては、バンドパスフィルタ305の他方の入出力はアンテナ311に接続される。

積層基板301の底面には接続用の複数の外部端子電極302が設けられ、積層基板301の上面には抵抗器やコンデンサ等の電子部品307と高周波送受信用ＩＣ308が搭載されている。これらの電子部品307と高周波送受信用ＩＣ308は積層基板の上面に形成されたランド電極303及び積層基板301の内部に形成されている多層配線304を介して積層基板301の内部に形成されている積層型バラン306に導電接続されている。また、積層型バラン306は積層基板301の内部に形成されているバンドパスフィルタ305に接続されている。バンドパスフィルタ305のアンテナ接続用入出力は所定のランド電極302に接続されている。また、積層基板301の上面には、搭載されたは電子部品307や高周波送受信用ＩＣ308等を覆うようにシールドカバー309が設けられている。

上記構成の混成集積回路モジュール300によれば、積層型バラン306は上記第１実施形態に記載の積層型バランからなるので、積層型バラン306の小型化及び低背化が可能となり、積層型バラン306を積層基板301の内部に容易に設けることができる。

尚、第２実施形態では積層基板301を低温同時焼成セラミックスによって形成したが、これに限定されることはない。樹脂系の基板、例えば、エポキシ系の樹脂、ポリイミト゛系の樹脂またはこれら樹脂基板にガラス繊維を含有させたものでもよい。また、第２実施形態では、積層型バラン306を積層基板301の内部に設けたが、積層型バラン素子を積層基板に搭載した混成集積回路モジュールを形成しても良い。

また、混成集積回路モジュール以外に用いる積層基板内に、前述した第１実施形態に記載の積層型バランを埋設しても良い。

本発明の第１実施形態における積層型バランを示す分解斜視図 本発明の第１実施形態における積層型バランの伝送線路の導体パターンを示す平面図 本発明の第１実施形態における積層型バランの側面断面図 本発明の第１実施形態における積層型バランを示す等価回路図 本発明の第１実施形態における積層型バランの評価回路を示すブロック図 本発明の第１実施形態における評価回路の各部の波振幅を示す図 本発明の第１実施形態における位相補正用伝送線路を設けない積層型バランの特性曲線を示す図 本発明の第１実施形態の積層型バランの電磁界シミュレーションによる特性曲線を示す図 本発明の第１実施形態の積層型バランの測定実験結果による特性曲線を示す図 本発明の第２実施形態における混成集積回路モジュールを示す断面図 本発明の第２実施形態における混成集積回路モジュールの電気系回路を示すブロック図 Marchandバランを説明する等価回路図 従来例の積層型バルントランスを示す分解斜視図 従来例の積層型バルントランスを示す分解斜視図 従来例の積層型バルントランスを示す分解斜視図

符号の説明

100…積層型バラン、101〜107…誘電体層、111,117…グランド電極層、112〜116…伝送線路、210…１／２波長伝送線路、211,212,221,222…１／４波長伝送線路、231…不平衡外部端子電極、232,233…平衡外部端子電極、300…混成集積回路モジュール、301…積層基板、302…外部端子電極、303…ランド電極、304…多層配線、305…バンドパスフィルタ、306…積層型バラン、307…電子部品、308…高周波送受信用ＩＣ、309…シールドカバー。

Claims (15)

1. １／２波長伝送線路と該１／２波長伝送線路の一端側に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路と前記１／２波長伝送線路の他端側半分に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路とを備えた積層型バランにおいて、
   前記１／２波長伝送線路の一端側を構成する第１の伝送線路が形成されている第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層に隣接して積層され、使用時の電流の方向が前記第１の伝送線路の電流と同方向になるように且つ前記第１の伝送線路に誘電体を挟んで対向するように、前記１／２波長伝送線路の他端側を構成する第２の伝送線路が形成されている第２の誘電体層と、
   前記誘電体を挟んで対向する第１の伝送線路と第２の伝送線路とのそれぞれの、電流の方向が同じになるように導電接続する接続手段と、
   前記第１の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第１の伝送線路に電磁結合するように、一方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の一方に接続されると共に他端が第１のグランド電極層に接続された第３の伝送線路が形成されている第３の誘電体層と、
   前記第２の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第２の伝送線路に電磁結合するように、他方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の他方に接続されると共に他端が第２のグランド電極層に接続された第４の伝送線路が形成されている第４の誘電体層と、
   前記第３の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第３の伝送線路に対向するように配置された前記第１のグランド電極層と、
   前記第４の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第４の伝送線路に対向するように配置された前記第２のグランド電極層と、
   前記第３の伝送線路の平衡入出力側の一端又は前記第４の伝送線路の平衡入出力側の一端のうちの何れか一方に介在して接続されている位相補正用伝送線路とを備えた
   ことを特徴とする積層型バラン。
2. 前記第１乃至第４の伝送線路のそれぞれが渦巻形状をなしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層型バラン。
3. 前記第１乃至第４の伝送線路のそれぞれの一部が蛇行形状をなしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層型バラン。
4. 前記位相補正用伝送線路が蛇行形状をなしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層型バラン。
5. 前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路は前記誘電体を挟んで容量結合するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層型バラン。
6. １／２波長伝送線路と該１／２波長伝送線路の一端側半分に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路と前記１／２波長伝送線路の他端側に誘電体を挟んで対向して設けられた１／４波長伝送線路とを備えた積層型バランにおいて、
   前記１／２波長伝送線路の一端側を構成する第１の伝送線路が形成されている第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層に隣接して積層され、前記第１の伝送線路に対して誘電体を挟んで容量結合するように、前記１／２波長伝送線路の他端側を構成する第２の伝送線路が形成されている第２の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第１の伝送線路に電磁結合するように、一方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の一方に接続されると共に他端が第１のグランド電極層に接続された第３の伝送線路が形成されている第３の誘電体層と、
   前記第２の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第２の伝送線路に電磁結合するように、他方の１／４波長伝送線路を構成し、一端が平衡入出力側の他方に接続されると共に他端が第２のグランド電極層に接続された第４の伝送線路が形成されている第４の誘電体層と、
   前記第３の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第３の伝送線路に対向するように配置された第１のグランド電極層と、
   前記第４の誘電体層に隣接して積層され、誘電体を挟んで前記第４の伝送線路に対向するように配置された第２のグランド電極層と、
   前記第３の伝送線路の平衡入出力側の一端又は前記第４伝送線路の平衡入出力側の一端のうちの何れか一方に介在して接続されている位相補正用伝送線路とを備えた
   ことを特徴とする積層型バラン。
7. 前記第２の伝送線路は、使用時の電流方向が前記第１の伝送線路の電流方向と同方向になるように形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の積層型バラン。
8. 前記第１乃至第４の伝送線路のそれぞれが渦巻形状をなしている
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の積層型バラン。
9. 前記第１乃至第４の伝送線路のそれぞれの一部が蛇行形状をなしている
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の積層型バラン。
10. 前記位相補正用伝送線路が蛇行形状をなしている
    ことを特徴とする請求項６に記載の積層型バラン。
11. 前記請求項１乃至１０の何れかに記載の積層型バランを備えている
    ことを特徴とする混成集積回路モジュール。
12. 積層セラミック基板を有し、該積層セラミック基板の内部に前記積層型バランが設けられている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の混成集積回路モジュール。
13. 前記積層セラミック基板が低温同時焼成セラミックスからなる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の混成集積回路モジュール。
14. 前記請求項１乃至３の何れかに記載の積層型バランが内部に形成されている
    ことを特徴とする積層基板。
15. 低温同時焼成セラミックス基板である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の積層基板。

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