JP4537328B2 - バランスフィルタ - Google Patents

Description

この発明は、不平衡−平衡の信号変換を行うバランの機能と、帯域制御行うフィルタの機能とを兼ね備えたバランスフィルタに関し、特に、小型化に有効なバランスフィルタに関する。

無線通信機器は、アンテナ、フィルタ、ＲＦスイッチ、パワーアンプ、ＲＦ−ＩＣ、バラン等の各種高周波素子によって構成される。ここで、アンテナやフィルタ等の共振素子は、接地電位を基準とした不平衡型の信号を扱うが、高周波信号の生成や処理を行うＲＦ−ＩＣは、平衡型の信号を扱うため、両者を接続する場合には、非平衡−平衡変換器として機能するバランが使用される。

この種のバランとしては、例えば特許文献１および２に示された構成が知られている。これらの特許文献に開示されたバランは、不平衡線路と平衡線路との結合を結合線路を介して行うタイプのバランであり、その構造は、特許文献２の図３に開示されたように、不平衡線路と平衡線路とを一の基板上に形成するとともに、結合線路を他の基板上に形成し、不平衡線路と平衡線路の両方に結合線路を重ねることで、不平衡線路と平衡線路とを結合させた構造を有する。

このように構成されたバランの結合モードは、特許文献２の図８および段落００１６で説明されているように、「不平衡信号端子３から入力した不平衡信号は、第１結合線路１０１、第２結合線路１０２、第３結合線路１０３とこの順に伝搬」するモードとなる。

しかし、この特許文献１および２に記載されたバランの構造では、得られる周波数特性が特許文献２の図４に示された特性となるため、バランとしては使用に耐え得るがフィルタに要求される帯域特性を確保することは困難である。

一方、近年では、バランとフィルタを一体化させたバランスフィルタも多数考案されており、無線通信機器の小型化が図られている。この種のバランスフィルタとしては、例えば特許文献３に示された構成が知られている。この特許文献３に開示されたバランスフィルタは、１／４波長の共振器を用いて設計されたフィルタとバランが誘電体基板上で実現された構造を有し、フィルタを構成する誘電体層とバランを構成する誘電体層が積層されて一体形成される。

また、同文献には、ＲＦ−ＩＣがＤＣ成分に重畳された平衡信号を要求する場合に対応すべく、バランの内部にＤＣ電源層を内層した構造が開示されており、さらなる小型化が図られている。

しかし、このように、バラン部とフィルタ部を別々に形成して一体化させる構造では、高減衰のフィルタ機能が求められる場合に、フィルタ部を多段化することが必要になるため、限られたスペースの中での設計自由度が確保できなくなり、小型化が非常に困難である。
特開２０００−１３４００９号公報 特開２００１−３６３１０号公報 特開２００３−０８７００８号公報

そこで、本発明では、高減衰と小型化に有効なバランスフィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、前記不平衡側共振電極と前記段数構成共振電極との間に配置され、前記段数構成共振電極の開放端側と対向する形状で形成された波長短縮電極とを備えたことを特徴とする。

このように、不平衡側共振電極用の波長短縮電極と平衡側共振電極との間にマルチパス容量を形成し、この容量値を変化させることで、減衰極の位置を調整することが可能になる。

また、請求項２記載の発明は、不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、前記段数構成共振電極と前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極との間に形成された対向部および非対向部とを備えたことを特徴とする。

このように、段数構成共振電極と不平衡側共振電極との間、あるいは、段数構成共振電極と平衡側共振電極との間に対向部と非対向部を設けることで、対向部の対向関係を変化させて減衰極の位置を調整することが可能になるとともに、非対向部の電極長や電極幅を変化させることでインピーダンスを調整することが可能になる。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記非対向部における前記段数構成共振電極の幅および／または長さと、前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極の幅および／または長さとが異なることを特徴とする。

このように、非対向部分の長さや幅を変えることで、減衰極調整への影響が少ないインピーダンス調整が可能になる。

また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極および／または前記段数構成共振電極の前記非対向部に電極間を短絡するブリッジパターンを設けたことを特徴とする。

このように、非対向部分にブリッジパターンを設けることで、減衰極調整への影響が少ないインピーダンス調整が可能になる。

また、請求項５記載の発明は、不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極および／または前記段数構成共振電極の途中から引き出された先端開放を有する引き出しパターンと、前記引き出しパターンの開放端に結合させた波長短縮電極とを備えたことを特徴とする。

このように、先端開放を有する引き出しパターンを設けることで、該パターンの長さや幅の変化によるインピーダンス調整が可能になるため、減衰極調整への影響が少ないインピーダンス調整が可能になる。加えて、引き出しパターンの開放端に結合させた波長短縮電極を設けることで、マルチパス容量を形成することも可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、減衰極とインピーダンスの独立調整が可能なバランスフィルタを提供することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。

図１は、本実施形態に係るバランスフィルタの特徴を示す等価回路図である。同図に示すように、本実施形態に係るバランスフィルタは、不平衡側の共振電極を構成するストリップライン共振器ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂと、平衡側の共振電極を構成するストリップライン共振器ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂと、段数構成共振電極を構成するストリップライン共振器ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂと、平衡側の共振電極と段数構成共振電極とを結合するインピーダンス素子Ｚで構成される。

不平衡側共振電極ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂは、それぞれλ／４ストリップラインで形成され、同図に示すように該各ストリップラインの一端で相互に接続される。そして、不平衡側共振電極ＳＬ１ａの他端が不平衡端子Ｚ _ＵＢ に接続されるとともに、不平衡側共振電極ＳＬ１ｂの他端が開放端として構成される。

平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂは、それぞれ片端短絡型のλ／４ストリップラインで形成され、同図に示すように、不平衡側共振電極ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂとそれぞれ隣接して配置される。

段数構成共振電極ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂは、それぞれ片端短絡型のストリップラインで形成され、同図に示すように、平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂとそれぞれ隣接して配置される。この段数構成共振電極ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂの長さは、λ／４を基本としてインピーダンス調整された長さとなる。

平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂと、段数構成共振電極ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂとは、各共振器の開放端と短絡端とが同方向に向いたコムライン配置で構成され、インピーダンス素子Ｚを介して開放端側で相互に接続される。そして、これら開放端側が平衡端子Ｚ _ＢＬａ およびＺ _ＢＬｂ に接続される。

このように構成することにより、各共振器と隣接する共振器との間で電磁界結合が生じ、その結果、不平衡側共振電極ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂと平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂとの結合によってバラン部が形成され、平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂと段数構成共振電極ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂとの結合によってフィルタ部が形成される。

その結果、平衡側共振電極ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂがバラン部とフィルタ部とで共用された構造でバラン機能とフィルタ機能を得ることができるため、構造が簡単で小型・低価格のバランスフィルタを実現することができる。

図２は、図１に示したバランスフィルタを多段で構成した場合の例を示す等価回路図である。同図に示すように、図１に示したバランスフィルタのフィルタ機能を強化したい場合には、段数構成共振電極ＳＬ４ａおよびＳＬ４ｂ〜ＳＬＮａおよびＳＬＮｂをインピーダンス素子Ｚを介して多段配置しても良い。

図３は、図１に示したバランスフィルタの短絡端と開放端の向きを変更した場合を例を示す等価回路図である。同図に示すように、平衡側共振電極ＳＬ２ａとＳＬ２ｂとを該各共振電極の接続点で短絡するとともに該各共振電極の外側で平衡端子Ｚ _ＢＬａ およびＺ _ＢＬｂ と接続する構成としても良い。この場合は、段数構成共振電極も平衡側共振電極に対応してＳＬ３ａとＳＬ３ｂとの接続点で短絡し、該各共振電極の外側でインピーダンス素子Ｚを介して平衡側共振電極と結合させる。

図４は、本実施形態に係るバランスフィルタが組み込まれるＲＦフロントエンド部の構成を示す回路ブロック図である。同図に示す無線通信回路は、送信経路ＴＸと受信経路ＲＸの双方にバランスフィルタ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）を組み込み、送信経路ＴＸ側に配置したバランスフィルタにＤＣ電源を供給した例である。

同図に示すように、この無線通信回路１４は、電波の送受信を行うアンテナ（ＡＮＴ）と、送信経路ＴＸと受信経路ＲＸの切替を行う高周波スイッチ（ＲＦ−ＳＷ）と、送信経路ＴＸの信号を増幅するパワーアンプ（ＰＡ）と、受信経路ＲＸの信号を増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）と、送信経路ＴＸおよび受信経路ＲＸのそれぞれに配置されたバランスフィルタ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）と、高周波信号の生成や処理を行う集積回路（ＲＦ−ＩＣ）とから構成される。尚、送信経路ＴＸと受信経路ＲＸの切替は、集積回路（ＲＦ−ＩＣ）の制御ポート（ＣＯＮＴ）から出力される信号によって行われる。

アンテナ（ＡＮＴ）が受信した信号は、高周波スイッチ（ＲＦ−ＳＷ）、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）を経由して、ＧＮＤ電位を基準とした不平衡信号の形でバランスフィルタ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）に入力され、このバランスフィルタによって不平衡信号が１８０°の位相差を有する平衡信号に変換され、集積回路（ＲＦ−ＩＣ）の受信ポートＲＸに入力される。

一方、集積回路（ＲＦ−ＩＣ）が生成した送信信号は、平衡信号の形で送信ポートＴＸから送信用のバランスフィルタ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）に入力され、このバランスフィルタによって、ＤＣバイアスが平衡端子に印加された状態で平衡信号が不平衡信号に変換され、パワーアンプ（ＰＡ）、高周波スイッチ（ＲＦ−ＳＷ）を経由して、アンテナ（ＡＮＴ）から放出される。

尚、同図に示す例では、送信経路ＴＸに配置したバランにＤＣ信号を加える構成について説明したが、無線通信回路の仕様に応じて、受信経路ＲＸ側にＤＣ信号を加える構成としても良く、また、送信および受信のいずれの経路にもＤＣ信号を加えない構成としても良い。

図５は、図４に示した送信側バランスフィルタの等価回路を示す回路ブロック図である。同図に示すように、ＤＣ信号が供給される送信側のバランスフィルタは、不平衡側の共振電極を構成するストリップライン共振器ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂと、平衡側の共振電極を構成するストリップライン共振器ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂと、帯域制御用の共振電極ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂと、交流信号バイパス用のコンデンサＣ１およびＣ２とから構成され、図４に示したパワーアンプ（ＰＡ）とは、不平衡端子Ｚ _ＵＢ を介して不平衡端子側で接続され、集積回路（ＲＦ−ＩＣ）とは、平衡端子Ｚ _ＢＬａ およびＺ _ＢＬｂ を介して平衡端子側で接続される。

図６は、図４に示した受信側バランスフィルタの等価回路を示す回路ブロック図である。同図に示すように、この受信側のバランスフィルタは、図５に示した送信側のバランスフィルタからＤＣ供給部分を省略した構成を有し、送信側バランスフィルタの交流信号のバイパス用コンデンサＣ１およびＣ２に替えて、特性調整用コンデンサＣ３を備えた構造を有する。

図７は、本実施形態に係るバランスフィルタの外観構造を示す斜視図である。同図に示すように、このバランスフィルタ１０は、外部端子電極として、不平衡端子５１０と、平衡端子５１２ａ、５１２ｂと、ＤＣ端子５１４と、ＧＮＤ端子５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃとを備える。尚、図中「ＮＣ］で示した端子は非接続端子となるが、内部に形成される不平衡側共振電極は、このＮＣ端子と不平衡端子５１０との間で対称形状で形成されているため、不平衡端子５１０とＮＣ端子とは置き換えて使用することが可能である。

図８は、図７に示したバランスフィルタのＡ−Ａ’視図を示す断面図である。同図に示すように、このバランスフィルタは、ＧＮＤ端子５１６ａ、５１６ｂに接続されたＧＮＤ電極１１２−１とＧＮＤ電極１１２−２と間に、誘電体層上に形成された不平衡側共振電極１０２と、平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８と、ＤＣ電極１１０とが積層配置されたストリップライン構造を有する。

ここで、不平衡側共振電極１０２と平衡側共振電極１０４とは、誘電体層を介して互いに隣接対向関係となる位置に形成され、これらの結合によってバラン部が構成される。

また、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８とは、誘電体層を介して互いに隣接対向関係となる位置に形成されるとともに、これらの間に結合電極１０６−１および１０６−２を介在させることで、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８とが結合された構造となり、これらの結合によってフィルタ部が構成される。

また、段数構成共振電極１０８とＧＮＤ電極１１２−２との間には、ＤＣ端子５１４に接続されたＤＣ電極１１０が配置され、このＤＣ電極は、段数構成共振電極１０８とＧＮＤ電極１１２−２との間に生じる容量結合を伴ってＤＣ供給層として機能する。

尚、不平衡側共振電極１０２は、不平衡端子５１０に接続され、平衡端子側共振電極１０４は、図７に示した不平衡端子５１２ａ、５１２ｂに接続され、ＧＮＤ電極１１２−１および１１２−２は、ＧＮＤ端子５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに接続され、ＤＣ電極１１０は、ＤＣ端子５１４に接続される。

図９は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第１の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第１の誘電体層２０−１上には、非接続端子ＮＣと、ＤＣ端子５１４と、不平衡端子５１０と、平衡端子５１２ａおよび５１２ｂと、ＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃとが形成され、これらにより本バランスフィルタの天面が構成される。

また、同図（ｂ）に示すように、第２の誘電体層２０−２上には、ＧＮＤ電極１１２−１が前述のＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃと接した状態で形成され、この第２の誘電体層２０−２が同図（ａ）に示した第１の誘電体層２０−１の下層に配置される。

図１０は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第２の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第３の誘電体層２０−３上には、λ／２の長さを有する不平衡側共振電極１０２が前述のＮＣ端子と不平衡端子５１０に接続された状態で形成され、この第３の誘電体層２０−３が前図（ｂ）に示した第２の誘電体層２０−２の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第４の誘電体層２０−４上には、前述のＤＣ端子５１４からλ／４の長さでそれぞれ延伸形成された２つのストリップラインから成る平衡側共振電極１０４が形成され、この第４の誘電体層２０−４が同図（ａ）に示した第３の誘電体層２０−３の下層に配置される。

図１１は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第３の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第５の誘電体層２０−５上には、前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂにそれぞれ接続された結合電極１０６−１および１０６−２が形成され、この第５の誘電体層２０−５が前図（ｂ）に示した第４の誘電体層２０−４の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第６の誘電体層２０−６上には、前述のＤＣ端子５１４からλ／４±αの長さでそれぞれ延伸形成された２つのストリップラインから成る段数構成共振電極１０８が前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂに接続された状態で形成され、この第６の誘電体層２０−６が同図（ａ）に示した第５の誘電体層２０−５の下層に配置される。

図１２は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第４の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第７の誘電体層２０−７上には、前述のＤＣ端子５１４に接続されたＤＣ電極１１０が形成され、この第７の誘電体層２０−７が前図（ｂ）に示した第６の誘電体層２０−６の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第８の誘電体層２０−８上には、前述のＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃにそれぞれ接続されたＧＮＤ電極１１２−２が形成され、この第８の誘電体層２０−８が同図（ａ）に示した第７の誘電体層２０−７の下層に配置される。

図１３は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第５の分解平面図である。同図に示すように、第９の誘電体層２０−９上には、平衡端子５１２ａおよび５１２ｂと、ＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃと、非接続端子ＮＣと、ＤＣ端子５１４と、不平衡端子５１０とが形成され、これらにより本バランスフィルタの底面が構成される。この第９の誘電体層２０−９は、前図（ｂ）に示した第８の誘電体層２０−８の下層に配置される。

尚、上述した各誘電体層２０−１〜２０−９は、積層・焼成工程を経て一体形成され、複数の誘電体層により構成された積層型のバランスフィルタとして完成する。尚、図中５１０〜５１６の符号で示した各外部電極端子は、積層・焼成後に塗布やメッキで形成することが望ましく、また、上述した各誘電体層２０−１〜２０−９の間には他の中間層を介在させてもよい。

図１４は、図８に示したバランスフィルタの等価回路を示す回路図である。同図に示すように、本バランスフィルタは、不平衡側共振電極１０２によってストリップライン共振器ＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂが形成され、平衡側共振電極１０４によってストリップライン共振器ＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂが形成され、段数構成共振電極１０８によってストリップライン共振器ＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂが形成される。

そして、結合電極１０６−１および１０６−２の介在によって、平衡側ストリップラインＳＬ２ａおよびＳＬ２ｂと帯域制御ストリップラインＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂとの間には、容量結合成分ＣａおよびＣｂがそれぞれ形成され、不平衡側ストリップラインＳＬ１ａおよびＳＬ１ｂと帯域制御ストリップラインＳＬ３ａおよびＳＬ３ｂとの間には、それぞれ容量性のマルチパス結合ＣｃおよびＣｄが形成される。

また、ＤＣ電極１１０の介在によって、該ＤＣ電極１１０とＧＮＤ電極１１２−２との間に容量結合Ｃｅが形成され、この容量結合Ｃｅが交流信号バイパス用のコンデンサとして機能する。

図１５は、図８に示したバランスフィルタの減衰および反射特性を示す特性図である。同図に示すように、図８に示したバランスフィルタの減衰特性は、極Ｔ１とＴ２とを備えた高減衰の帯域通過特性となり、不平衡側から見た反射特性Ｒ _ＵＢ と平衡側から見た反射特性Ｒ _ＢＬ とは、いずれも良好な特性が得られている。

図１６は、図８に示したバランスフィルタの位相バランスを示す特性図である。同図に示すように、図８に示したバランスフィルタでは、通過帯域内で良好な位相バランスが得られている。

図１７は、図８に示したバランスフィルタの振幅バランスを示す特性図である。同図に示すように、図８に示したバランスフィルタでは、通過帯域内で良好な振幅バランスが得られている。

図１８は、図８に示したバランスフィルタの変形例を示す断面図である。同図に示すバランスフィルタは、ＧＮＤ端子５１６ａ、５１６ｂに接続されたＧＮＤ電極１１２−１とＧＮＤ電極１１２−２と間に、誘電体層上に形成された不平衡側共振電極１０２と、平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８とが積層配置されたストリップライン構造を有する。

ここで、不平衡側共振電極１０２と平衡側共振電極１０４とは、誘電体層を介して互いに隣接対向関係となる位置に形成され、これらの電極の間に段数構成共振電極１０８が配置されてストリップライン型の共振電極が多段に対向積層されたバランスフィルタが構成される。

また、段数構成共振電極１０８と不平衡側共振電極１０２との間には、トラップ制御用結合電極１４０が配置され、この電極の結合作用によって通過帯域の低域側に形成されるトラップの位置が制御される。

その他、ＧＮＤ電極１１２と平衡側共振電極１０４との間には、中間電極１２２−１と結合電極１０６−１および１０６−２が配置され、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８との間には第２の結合電極１１４が配置され、段数構成共振電極１０８とトラップ制御用結合電極１４０との間には波長短縮電極１２０が配置され、不平衡側共振電極１０２とＧＮＤ電極１１２−２との間には第３の結合電極１１６−１および１１６−２と中間電極１２２−２が配置される。

ＤＣ端子５１４に接続されたＤＣ電極１１０が配置され、このＤＣ電極は、段数構成共振電極１０８とＧＮＤ電極１１２−２との間に生じる容量結合を伴ってＤＣ供給層として機能する。

尚、不平衡側共振電極１０２は、不平衡端子５１０に接続され、平衡端子側共振電極１０４は、図７に示した不平衡端子５１２ａ、５１２ｂに接続され、ＧＮＤ電極１１２−１および１１２−２は、ＧＮＤ端子５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃに接続され、ＤＣ電極１１０は、ＤＣ端子５１４に接続される。

図１９は、図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第１の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第１の誘電体層２０−１上には、非接続端子ＮＣと、ＤＣ端子５１４と、不平衡端子５１０と、平衡端子５１２ａおよび５１２ｂと、ＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃとが形成され、これらにより本バランスフィルタの天面が構成される。

また、同図（ｂ）に示すように、第２の誘電体層２０−２上には、ＧＮＤ電極１１２−１が前述のＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃと接した状態で形成され、この第２の誘電体層２０−２が同図（ａ）に示した第１の誘電体層２０−１の下層に配置される。

図２０は、図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第２の分解平面図である。同図に示すように、第３の誘電体層２０−３上には、前図（ｂ）に示したＧＮＤ電極１１２−１と対向する形状で配置された中間電極１２２−１が形成される。

また、同図（ｂ）に示すように、第４の誘電体層２０−４上には、前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂにそれぞれ接続された結合電極１０６−１および１０６−２が形成され、この第４の誘電体層２０−４が同図（ａ）に示した第３の誘電体層２０−３の下層に配置される。

図２１は、図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第３の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第５の誘電体層２０−５上には、前述のＤＣ端子５１４からλ／４の長さでそれぞれ延伸形成された２つのストリップラインから成る平衡側共振電極１０４が形成され、この第５の誘電体層２０−５が前図（ｂ）に示した第４の誘電体層２０−４の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第６の誘電体層２０−６上には、前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂにそれぞれ接続された第２の結合電極１１４−１および１１４−２が形成され、この第６の誘電体層２０−６が同図（ａ）に示した第５の誘電体層２０−５の下層に配置される。

図２２は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第４の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第７の誘電体層２０−７上には、前述のＤＣ端子５１４からλ／４±αの長さでそれぞれ延伸形成された２つのストリップラインから成る段数構成共振電極１０８が前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂに非接続の状態で形成され、この第７の誘電体層２０−７が前図（ｂ）に示した第６の誘電体層２０−６の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第８の誘電体層２０−８上には、前述のＧＮＤ端子５１６ｃに接続された波長短縮電極１２０が同図（ａ）に示した段数構成共振電極１０８の開放端側と対向する形状で形成され、この第８の誘電体層２０−８が同図（ａ）に示した第７の誘電体層２０−７の下層に配置される。

図２３は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第５の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第９の誘電体層２０−９上には、前図（ａ）に示した段数構成共振電極１０８を構成する２つのストリップラインを短絡端側および開放端側の両位置で結合する形状で形成され、この第９の誘電体層２０−９が前図（ｂ）に示した第８の誘電体層２０−８の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第１０の誘電体層２０−１０上には、λ／２の長さを有する不平衡側共振電極１０２が前述のＮＣ端子と不平衡端子５１０に接続された状態で形成され、この第１０の誘電体層２０−１０が同図（ａ）に示した第９の誘電体層２０−９の下層に配置される。

図２４は、図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第６の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第１１の誘電体層２０−１１上には、前述の平衡端子５１２ａおよび５１２ｂにそれぞれ接続された第３の結合電極１１６−１および１１６−２が形成され、この第１１の誘電体層２０−１１が前図（ｂ）に示した第１０の誘電体層２０−１０の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第１２の誘電体層２０−１２上には、次図（ａ）に示すＧＮＤ電極１１２−２と対向する形状で配置された中間電極１２２−２が形成される。図２５は、図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第７の分解平面図である。同図（ａ）に示すように、第１３の誘電体層２０−１３上には、前述のＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃにそれぞれ接続されたＧＮＤ電極１１２−２が形成され、この第１３の誘電体層２０−１３が前図（ｂ）に示した第１２の誘電体層２０−１２の下層に配置される。

また、同図（ｂ）に示すように、第１４の誘電体層２０−１４上には、平衡端子５１２ａおよび５１２ｂと、ＧＮＤ端子５１６ａ〜５１６ｃと、非接続端子ＮＣと、ＤＣ端子５１４と、不平衡端子５１０とが形成され、これらにより本バランスフィルタの底面が構成される。この第１４の誘電体層２０−１４は、同図（ａ）に示した第１３の誘電体層２０−１３の下層に配置される。

尚、上述した各誘電体層２０−１〜２０−１４は、積層・焼成工程を経て一体形成され、複数の誘電体層により構成された積層型のバランスフィルタとして完成する。尚、図中５１０〜５１６の符号で示した各外部電極端子は、積層・焼成後に塗布やメッキで形成することが望ましく、また、上述した各誘電体層２０−１〜２０−１４の間には他の中間層を介在させてもよい。

図２６は、図１８に示したトラップ制御結合電極１４０を配置した場合の効果を示す特性図である。同図に示すように、トラップ制御結合電極１４０を不平衡側共振電極１０２と段数構成共振電極１０８との間に介在させると、１ＧＨｚ〜１．５ＧＨｚ帯に形成される低域側のトラップを通過帯域に近づけることができる。その結果、他の通信帯域で利用される１．９ＧＨｚ付近の減衰量をトラップ制御結合電極１４０を介在させない場合に比べて図中に示すΔだけ減衰させることができる。

図２７は、図１８に示したトラップ制御結合電極１４０と、段数構成共振電極１０８と、不平衡側共振電極１０２との対向関係を示す分解平面図である。同各図に示すように、同図（ｂ）に示すトラップ制御結合電極１４０は、同図（ａ）に示す段数構成共振電極１０８と、同図（ｃ）に示す不平衡側共振電極１０２との間に配置され、段数構成共振電極１０８および不平衡側共振電極１０２をそれぞれ構成する各ストリップラインの図中点線Ａ、Ｂで示した部分を結合させることで、前図に示したトラップ制御効果が得られる。

ここで、同図（ａ）に示すように、段数構成共振電極１０８は、前述のＤＣ端子５１４からλ／４±αの長さでそれぞれ延伸形成された２つのストリップライン１０８−１および１０８−２で構成され、各ストリップラインのＤＣ端子５１４に接続された側を短絡端、反対側を開放端とすると、同図中に点線Ａで示す部位は、各ストリップライン１０８−１および１０８−２を短絡端側で結合させる部位であり、点線Ｂで示す部位は、各ストリップライン１０８−１および１０８−２を開放端側で結合させる部位である。

このように、段数構成共振電極１０８を構成する２つのストリップラインを短絡端側と開放端側で結合させることで好適なトラップ制御効果を得ることができる。尚、同図に示すように、段数構成共振電極１０８を構成する各ストリップライン１０８−１および１０８−２は、この点線ＡおよびＢの各部位で互いに近接配置されたパターン形状で形成される。

また、同図（ｃ）に示すように、不平衡側共振電極１０２は、λ／２の長さを有するストリップラインの両端が前述のＮＣ端子と不平衡端子５１０に接続された状態で形成され、このλ／２ストリップラインの中間位置となるλ／４を基点に考えると、該λ／２ストリップラインは、２つのストリップライン１０２−１および１０２−２で構成される。

よって、同図（ｂ）に示すトラップ制御結合電極１４０は、同図（ｃ）に示したλ／２ストリップラインの中間位置に対応する点線Ｂで示す部位と、各ストリップライン１０２−１および１０２−２の中間位置と反対側に対応する点線Ａで示す部位とを結合させる。このように、不平衡側共振電極１０２を構成する２つのストリップラインをλ／２の中間位置とその反対側とで結合させることで好適なトラップ制御効果を得ることができる。尚、同図に示すように、不平衡側共振電極１０２を構成する各ストリップライン１０２−１および１０２−２は、この点線ＡおよびＢの各部位で互いに近接配置されたパターン形状で形成される。

また、同図（ｂ）に示すように、トラップ制御結合電極１４０には、同図（ａ）および（ｂ）に示した点線部Ａ、Ｂ間を接続する部分に開口部１４１が設けられ、この開口部１４１によって電流パスを分岐させることで、トラップ位置の調整が行われる。

図２８は、図１８に示したトラップ制御結合電極１４０と、段数構成共振電極１０８と、不平衡側共振電極１０２との対向関係を示す平面透視図である。同図に示すように、トラップ制御結合電極１４０は、前図に示した不平衡側共振電極１０２と段数構成共振電極１０８の点線ＡおよびＢの部位を結合させる位置に設けられる。

図２９は、図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。トラップ制御結合電極は、同図（ａ）に示すように、図２７に示した点線ＡおよびＢの部位を１本の狭幅パターンで結合させる構成としても良く、同図（ｂ）に示すように、図２７に示した点線ＡおよびＢの各部位をそれぞれ独立に１本の狭幅パターンで結合させる構成としても良く、同図（ｃ）に示すように、図２７に示した点線Ａの部位に位置する左側のストリップラインと点線Ｂの部位に位置する右側のストリップラインとを第１の斜めの狭幅パターンで結合させるとともに、点線Ａの部位に位置する右側のストリップラインと点線Ｂの部位に位置する左側のストリップラインとを第２の斜めの狭幅パターンで結合させる構成としても良い。

図３０は、図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。また、トラップ制御結合電極は、同図（ａ）に示すように、図２７に示した点線ＡおよびＢの部位を２本の湾曲させた狭幅パターンでストリップラインの左右それぞれから結合させる構成としても良く、図２７に示した点線ＡおよびＢの部位を左右独立に１本のラインでそれぞれ結合させ、これらの結合ラインを中央で接続する構成としても良く、同図（ｃ）に示すように、図２７に示した点線ＡおよびＢの部位に部分的に重なり中央部に開口部を備えた構成としても良い。

図３１は、図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。同図に示すように、トラップ制御結合電極は、不平衡側共振電極１０２および段数構成共振電極１０８を構成する左右のストリップラインの間隔が最も離れた位置で、不平衡側共振電極１０２と段数構成共振電極１０８を結合させるとともに、側面のＧＮＤ端子に接続した構成としても良い。

図３２は、図１８に示した結合電極１０６と、平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係例を示す分解平面図である。この例では、同各図に示す各層の対向関係を制御することにより、減衰極の調整を行う例を説明する。

本実施形態に係るバランスフィルタの減衰極を制御する第１の要因は、同図（ａ）に示す結合電極１０６−１および１０６−２と、同図（ｂ）に示す平衡側共振電極１０４との間に形成されたマルチパス容量Ｃｍである。ここで、同図（ａ）に示す結合電極１０６−１および１０６−２は、ＧＮＤ電極に短絡され、不平衡側共振電極１０２用の波長短縮電極として作用する。例えば、通過帯域に減衰極を近づけたい場合には、結合電極１０６−１および１０６−２を大きく、若しくは長くしてマルチパス容量Ｃｍを変化させるとともに、図２７に示した不平衡側共振電極１０２との対向面積を確保する。

また、減衰極を制御する第２の要因は、同図（ｂ）に示す平衡側共振電極１０４と、同図（ｃ）に示す段数構成共振電極１０８との対向面積および層間距離である。両電極の対向部分を点線Ａ１およびＡ２で示す。例えば、両共振電極の層間距離を大きくすると、極が通過帯域に近づき、小さいと通過帯域から離れる。

図３３は、図１８に示した平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係例を示す分解平面図である。この例では、同各図に示す各層の対向関係を制御することにより、減衰極とインピーダンスの独立調整を行う例を説明する。

バランスフィルタは、平衡端子側に接続される半導体回路の種類によって、複素インピーダンス整合が必要になる場合がある。この場合、複素平衡インピーダンスへのマッチングは、平衡側共振電極１０４の長さや幅を変化させることによって調整することが可能である。

このように、平衡側共振電極１０４の長さや幅によってインピーダンスを決定すると、平衡インピーダンスに依って平衡側共振電極１０４のライン長が一義的に決まってしまうため、前述した平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８との対向関係によって減衰極を調整する手法の自由度が少なくなる。

よって、図３３（ａ）および（ｂ）に示すように、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８の非対向部分の幅および長さを変化させることでインピーダンス調整を行う。即ち、まずは、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８の対向関係を変化させて所望の減衰特性を得た後に、両共振電極の非対向部分の幅および長さを変化させて平衡側インピーダンスのマッチングをとる。同図（ａ）に示す例では、平衡側共振電極１０４の非対向部１０４−１の幅Ｗを変化させた構成を例として示したが、非対向部分における段数構成共振電極１０８や不平衡側共振電極の幅や長さを変化させても良い。

図３４は、図３３の構造による効果を示した特性図である。同図に示すように、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８の非対向部分を幅広にすることで、通過帯域近傍の２１００ＭＨｚ付近でより大きな減衰量を確保することができる。

図３５は、図３３に示した平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係の別の例を示す分解平面図である。同図（ａ）に示すように、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８との非対向部分にブリッジパターン１０４−２を設けることでも、減衰極とインピーダンスの独立調整が可能である。

この構成では、同図（ａ）の符号Ｓで示す距離を変化させることで、インピーダンス調整を行うことができ、かつ、ブリッジパターン１０４−２は、段数構成共振電極１０８には非対向であるため、減衰極の調整は、平衡側共振電極１０４と段数構成共振電極１０８の対向関係で調整し、平衡インピーダンスはブリッジパターンの位置で調整することができる。尚、このブリッジパターンは、段数構成共振電極１０８あるいは不平衡側共振電極に設けてもよい。

図３６は、図２１に示した平衡側共振電極１０４と第２の結合電極１１４との対向関係例を示す分解平面図である。この例は、同図（ａ）に示すように、平衡側共振電極１０４の途中から引き出されたライン部１０４−３を設けることで、減衰極とインピーダンスの独立調整を可能とした例である。

このライン部１０４−３の長さや幅を変化させることによって平衡インピーダンスの調整が可能になるとともに、同図中の点線Ｂ１およびＢ２で示すように、このライン部１０４−３の開放端を同図（ｂ）に示す不平衡側に設けられた第２の結合電極１１４−１および１１４−２と結合させることで、マルチパス容量を形成することもできる。この場合、第２の結合電極１１４−１および１１４−２は、ＧＮＤ電極に短絡され波長短縮電極として機能する。尚、このライン部１０４−３は、段数構成共振電極１０８あるいは不平衡側共振電極に設けても良い。

図３７は、図２１に示した平衡側共振電極１０４と第２の結合電極１１４との別の対向関係例を示す分解平面図である。この例では、同図（ａ）に示すように、平衡側共振電極１０４の途中から引き出されたライン部１０４−３を図３６よりも短く形成し、同図（ｂ）に示すように、第２の結合電極１１４−１および１１４−２をライン部１０４−３の開放端に対応した位置に形成することで、点線Ｂ１およびＢ２で示す部分の結合によりマルチパス容量を形成する。この構成においても減衰極とインピーダンスの独立調整が可能である。

本発明によれば、減衰極とインピーダンスの独立調整が可能なバランスフィルタが実現できるため、多種多様な無線通信機器への適用が期待される。

本実施形態に係るバランスフィルタの特徴を示す等価回路図である。 図１に示したバランスフィルタを多段で構成した場合の例を示す等価回路図である。 図１に示したバランスフィルタの短絡端と開放端の向きを変更した場合を例を示す等価回路図である。 本実施形態に係るバランスフィルタが組み込まれるＲＦフロントエンド部の構成を示す回路ブロック図である。 図４に示した送信側バランスフィルタの等価回路を示す回路ブロック図である。 図４に示した受信側バランスフィルタの等価回路を示す回路ブロック図である。 本実施形態に係るバランスフィルタの外観構造を示す斜視図である。 図７に示したバランスフィルタのＡ−Ａ’視図を示す断面図である。 図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第１の分解平面図である。 図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第２の分解平面図である。 図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第３の分解平面図である。 図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第４の分解平面図である。 図８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第５の分解平面図である。 図８に示したバランスフィルタの等価回路を示す回路図である。 図８に示したバランスフィルタの減衰および反射特性を示す特性図である。 図８に示したバランスフィルタの位相バランスを示す特性図である。 図８に示したバランスフィルタの振幅バランスを示す特性図である。 図８に示したバランスフィルタの変形例を示す断面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第１の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第２の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第３の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第４の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第５の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第６の分解平面図である。 図１８に示したバランスフィルタの各層における電極の構成を示す第７の分解平面図である。 図１８に示したトラップ制御結合電極１４０を配置した場合の効果を示す特性図である。 図１８に示したトラップ制御結合電極１４０と、段数構成共振電極１０８と、不平衡側共振電極１０２との対向関係を示す分解平面図である。 図１８に示したトラップ制御結合電極１４０と、段数構成共振電極１０８と、不平衡側共振電極１０２との対向関係を示す平面透視図である。 図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。 図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。 図２８に示したトラップ制御結合電極の他の例を示す平面透視図である。 図１８に示した結合電極１０６と、平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係例を示す分解平面図である。 図１８に示した平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係例を示す分解平面図である。 図３３の構造による効果を示した特性図である。 図３３に示した平衡側共振電極１０４と、段数構成共振電極１０８との対向関係の別の例を示す分解平面図である。 図２１に示した平衡側共振電極１０４と第２の結合電極１１４との対向関係例を示す分解平面図である。 図２１に示した平衡側共振電極１０４と第２の結合電極１１４との別の対向関係例を示す分解平面図である。

符号の説明

１０…バランスフィルタ、１４…無線通信回路、２０…誘電体基板、１０２…不平衡側共振電極、１０４…平衡側共振電極、１０６…結合電極、１０８…段数構成共振電極、１１０…ＤＣ電極、１１２…ＧＮＤ電極、１１４…第２の結合電極、１１６…第３の結合電極、１２０…波長短縮電極、１２２…中間電極、１４０…トラップ制御結合電極、１４１…開口部、５１０…不平衡端子、５１２…平衡端子、５１４…ＤＣ端子、５１６…ＧＮＤ端子

Claims (5)

1. 不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、
   前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、
   前記不平衡側共振電極と前記段数構成共振電極との間に配置され、前記段数構成共振電極の開放端側と対向する形状で形成された波長短縮電極と
   を備えたことを特徴とするバランスフィルタ。
2. 不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、
   前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、
   前記段数構成共振電極と前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極との間に形成された対向部および非対向部と
   を備えたことを特徴とするバランスフィルタ。
3. 前記非対向部における前記段数構成共振電極の幅および／または長さと、前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極の幅および／または長さとが異なることを特徴とする請求項２記載のバランスフィルタ。
4. 前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極および／または前記段数構成共振電極の前記非対向部に電極間を短絡するブリッジパターンを設けたことを特徴とする請求項２記載のバランスフィルタ。
5. 不平衡側共振電極と平衡側共振電極とが積層方向に対向配置されたバランスフィルタにおいて、
   前記不平衡側共振電極と前記平衡側共振電極との間に配置された段数構成共振電極と、
   前記不平衡側共振電極および／または前記平衡側共振電極および／または前記段数構成共振電極の途中から引き出された先端開放を有する引き出しパターンと、
   前記引き出しパターンの開放端に結合させた波長短縮電極と
   を備えたことを特徴とするバランスフィルタ。

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