JP5219858B2 - バンドパスフィルタ、これを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置 - Google Patents

Description

本発明は、バンドパスフィルタ及びこれを用いた通信機器装置に関するものである。通信機器装置は、例えば、携帯電話、無線ＬＡＮのような無線通信機器に好適に用いることができる。

従来から、通信機器装置などに用いられるバンドパスフィルタには所定の通過帯域を除く周波数帯域での信号を減衰させることが求められている。そこで、特許文献１に開示されているように、共振電極と電気的に結合された電極パターンを備えたバンドパスフィルタが提案されている。特許文献１に開示されたバンドパスフィルタにおいては、上記の電極パターンを備えていることにより、通過帯域の近傍に減衰極が形成され、この周波数帯域における信号を減衰させている。

特開平６−７７７０４号公報

共振電極を用いたバンドパスフィルタにおいては、通過帯域の整数倍の周波数帯域に高調波成分が生じる。一方、所定の通過帯域を除く周波数帯域での信号をより大きく減衰させることが、近年求められている。しかしながら、特許文献１に記載のバンドパスフィルタにおいては、上記の減衰極により、通過帯域の２倍の周波数帯域における信号を減衰させることができるが、通過帯域の３倍の高調波成分の減衰が不十分である。

また、共振電極と電気的に結合された電極パターンだけでなく、短縮容量電極を共振器電極に接続することにより、この短縮容量電極による減衰極を形成することができる。しかしながら、短縮容量電極を単に付加した場合、通過帯域の３倍の周波数帯域における信号を減衰させるためには、この短縮容量電極を大きくする必要があり、バンドパスフィルタの小型化が困難となっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながらも通過帯域の２倍及び３倍の周波数帯域に減衰極が形成されることにより、所定の通過帯域を除く周波数帯域での信号をより大きく減衰させることが可能なバンドパスフィルタ並びにこれを用いた無線通信モジュール及び通信機器装置を提供することを目的とする。

本発明のバンドパスフィルタは、複数の誘電体層が積層され、主面及び裏面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板に埋設された共振器電極と、該共振器電極よりも前記裏面側に位置するとともに前記誘電体基板に埋設された容量電極と、該容量電極よりも前記裏面側に位置するとともに前記誘電体基板に埋設された短縮容量電極と、前記共振器電極と前記容量電極とを電気的に接続する第１の接続導体と、前記容量電極と前記短縮容量電極とを電気的に接続する第２の接続導体と、を備えている。そして、前記容量電極を平面視した場合において、前記第１の接続導体との接続箇所と前記第２の接続導体との接続箇所とが互いに離隔していることを特徴とする。

本発明のバンドパスフィルタによれば、容量電極を平面視した場合において、第１の接続導体との接続箇所と第２の接続導体との接続箇所とが互いに離隔している。言い換えれば、短縮容量電極が、第１の接続導体及び第２の接続導体を介して、共振器電極に直接的に接続されているのではなく、容量電極を介して間接的に接続されている。そのため、容量電極及び短縮容量電極が、共振器電極に対してそれぞれ独立して作用するのではなく、短縮容量電極が、容量電極を介して共振器電極に対して作用する。

これにより、共振器電極が容量電極のインダクタンス成分を介して短縮容量電極と接続されるため、接続位置を適宜変えることによりインダクタンス成分を調整することができる。そのため、短縮容量電極を大きくすることなく、この短縮容量電極による減衰極の周波数帯域を調整することができるので、通過帯域の３倍の周波数帯域に減衰極を形成することができる。結果として、通過帯域を除く周波数帯域での信号をより大きく減衰させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態におけるバンドパスフィルタを示す斜視図である。 図１に示す実施形態の分解斜視図である。 図１に示す実施形態のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す実施形態の変形例を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるバンドパスフィルタを示す分解斜視図である。 図５に示す実施形態の断面図である。 図５に示す実施形態において容量電極及び第１の短縮容量電極を平面視した場合の概念図である。 本発明の一実施形態にかかる高周波モジュール及び無線通信機器を示す概念図である。 図２に示すバンドパスフィルタのフィルタ特性である。

以下、本発明のバンドパスフィルタについて図面を用いて詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、複数の誘電体層３が積層され、主面及び裏面を有する誘電体基板５と、誘電体基板５に埋設された共振器電極７と、共振器電極７よりも裏面側に位置するとともに誘電体基板５に埋設された容量電極９と、容量電極９よりも裏面側に位置するとともに誘電体基板５に埋設された短縮容量電極１１（第１の短縮容量電極１１）と、共振器電極７と容量電極９とを電気的に接続する第１の接続導体１３と、容量電極９と短縮容量電極１１とを電気的に接続する第２の接続導体１５と、を備えている。

そして、容量電極９を平面視した場合において、第１の接続導体１３との接続箇所と第２の接続導体１５との接続箇所とが互いに離隔している。

本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、図１〜３に示すように、複数の誘電体層３が積層されてなり、主面及び裏面を有する誘電体基板５を備えている。誘電体層３及び誘電体基板５の形状や寸法は、使用される周波数や用途に応じて設定される。例えば、誘電体層３の厚みは、誘電体層３を介して対向する入力電極２５及び出力電極２７と、容量電極９と、の間で電気的な短絡が生じないように、絶縁性を確保するのに十分な厚みを有していることが好ましい。

誘電体層３としては、例えば、セラミック材料のような無機材料及び樹脂材料を用いることができる。具体的には、セラミック材料としては、例えば、アルミナセラミックス、ムライトセラミックス及びガラスセラミックスを用いることができる。また、樹脂材料としては、例えば、四フッ化エチレン―エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン―エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）及び四フッ化エチレン―パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）のようなフッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂並びにポリイミドを用いることができる。

本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、図２に示すように、誘電体基板５の表面に配設された第１の基準電極１７及び第２の基準電極１９を備えている。より具体的には、誘電体基板５の主面（図３においては上面）に第１の基準電極１７が配設され、誘電体基板５の裏面（図３においては下面）に第２の基準電極１９が配設されている。

第１の基準電極１７及び第２の基準電極１９は、誘電体基板５の主面及び裏面の全体にそれぞれ配設されていることが好ましい。これにより、誘電体基板５の内部における信号の伝達に伴い生じる電磁波の外部への漏洩を抑制することができるからである。ただし、入力端子２１及び出力端子２３（以下、単に入出力端子ともいう）が、誘電体基板５の上面又は下面において外部に取り出されている場合には、入出力端子との電気的な短絡を防止するため、入出力端子と離隔するように、入出力端子の取り出し口を除く部分に配設されていることが好ましい。

第１の基準電極１７及び第２の基準電極１９は、アース電位のような基準電位となるように外部配線（非図示）に接続される。このとき、第１の基準電極１７と第２の基準電極１９とが互いに離隔して、第１の基準電極１７及び第２の基準電極１９が、それぞれ外部配線に接続された後に互いに接続されてもよいが、誘電体基板５の側面に第３の基準電極２０を配設し、この第３の基準電極２０を介して第１の基準電極１７と第２の基準電極１９とが接続され、第１の基準電極１７又は第２の基準電極１９のいずれかに外部配線が接続されていることが好ましい。これにより、外部配線の数を減らすことができるので、バンドパスフィルタ１を製造する工程を減らすことができるからである。

第１の基準電極１７、第２の基準電極１９及び第３の基準電極２０としては、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。導電性の良好な部材としては、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｗ及びＭｏのような金属部材を用いることができる。

また、本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、誘電体基板５に埋設された共振器電極７を備えている。本実施形態では、積層された誘電体層３の一つの主面上において並列するように一対の共振器電極７が配設されている。これらの並列する共振器電極７が電磁界結合することにより、入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。このとき、共振器電極７の長さが通過帯域に対応する波長成分の略１／４であることによるλ／４共振を利用して、効率よく入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。なお、共振器電極７としては、第１の基準電極１７と同様の金属材料を用いることができる。

また、本実施形態においては、共振電極７の開放端側に短縮容量電極１１が接続されているため、共振電極７の長さを短くしても、λ／４共振を利用して効率よく入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。そのため、バンドパスフィルタをより小型化させることができる。

本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、共振器電極７よりも裏面側に位置するとともに誘電体基板５に埋設された容量電極９を備えている。容量電極９は第１の接続導体１３を介して共振器電極７と電気的に接続されている。容量電極９としては、第１の基準電極１７と同様の金属材料を用いることができる。

本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１は、容量電極９よりも裏面側に位置するとともに誘電体基板５に埋設された短縮容量電極１１（第１の短縮容量電極１１）を備えている。短縮容量電極１１は第２の接続導体１５を介して容量電極９と電気的に接続されている。容量電極９としては、第１の基準電極１７と同様の金属材料を用いることができる。

なお、本実施形態において短縮容量電極とは、第１の基準電極１７、第２の基準電極１９及び第３の基準電極２０に代表される基準電極と対向することにより容量結合した容量電極であって、共振器電極７の開放端側に電気的に接続されることにより、共振器電極７の長さを短縮させながらもλ／４共振を生じさせることを可能とする電極を意味している。

本実施形態のバンドパスフィルタ１は、容量電極９を平面視した場合において、第１の接続導体１３との接続箇所と第２の接続導体１５との接続箇所とが互いに離隔するように第１の接続導体１３及び第２の接続導体１５が位置している。言い換えれば、短縮容量電極１１が、第１の接続導体１３及び第２の接続導体１５を介して、共振器電極７に直接的に接続されているのではなく、容量電極９を介して間接的に接続されている。そのため、容量電極９及び短縮容量電極１１が、共振器電極７に対してそれぞれ独立して作用するのではなく、短縮容量電極１１が、容量電極９を介して共振器電極７に対して作用する。

これにより、共振器電極７が容量電極９のインダクタンス成分を介して短縮容量電極１１と接続されるため、接続位置を適宜変えることによりインダクタンス成分を調整することができる。そのため、短縮容量電極１１を大きくすることなく、この短縮容量電極１１による減衰極の周波数帯域を調整することができるので、通過帯域の３倍の周波数帯域に減衰極を形成することができる。結果として、通過帯域を除く周波数帯域での信号をより大きく減衰させることが可能となる。

また、本実施形態のバンドパスフィルタ１は、共振器電極７に信号を入力するための入力端子２１及び複数の共振器電極７から信号を出力するための出力端子２３を備えている。より具体的には、本実施形態における入力端子２１は、容量電極９と誘電体層３を介して対向する入力電極２５を具備している。容量電極９と入力端子２１を電気的に直接接続してもよいが、本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１のように、上記の入力電極２５を備えていることにより、入力電極２５と容量電極９との間で容量結合させることができる。入力端子２１は一端が、誘電体基板５の表面に露出されている。この露出部分において、外部導体（非図示）を介して外部から信号を入力することができる。

また、本実施形態における出力端子２３は、容量電極９と誘電体層３を介して対向する出力電極２７を具備している。入力端子２１と同様に、容量電極９と出力端子２３を電気的に直接接続してもよいが、本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１のように、上記の出力電極２７を備えていることにより、出力電極２７と容量電極９との間で容量結合させることができる。出力端子２３は一端が、誘電体基板５の表面に露出されている。この露出部分において、外部導体（非図示）を介して外部に信号を出力することができる。

入力端子２１を介して共振器電極７に信号を入力し、出力端子２３を介して共振器電極７から信号を出力することにより、通過帯域を除く周波数帯域での信号が減衰され、通過帯域にピークを持つ信号を取り出すことができる。

また、図２に示すように、本実施形態のバンドパスフィルタ１は、誘電体層３を介して入力電極２５及び出力電極２７と対向するマルチパス電極２９を備えている。このようなマルチパス電極２９を備えることにより、マルチパス効果により通過帯域の近傍に減衰極を生じさせることができる。また、マルチパス電極２９を調整することにより減衰極の周波数を調整することができるので、減衰特性を調整することが可能となる。

また、図４に示すように、マルチパス電極２９と短縮容量電極１１との間に位置するとともに基準電位に接続され、誘電体層３を介してマルチパス電極２９及び短縮容量電極１１とそれぞれ対向する内部基準電極３１をさらに備えていることが好ましい。

マルチパス電極２９が内部基準電極３１と対向することにより、マルチパス電極２９において短縮容量を形成することができる。そのため、共振電極７の長さを短縮してもλ／４共振を利用して、効率よく入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。また、短縮容量電極１１が内部基準電極３１と対向することにより、短縮容量電極１１において短縮容量を形成することができる。そのため、共振電極７の長さを短縮してもλ／４共振を利用して、効率よく入力信号における通過帯域に対応する波長成分を取り出すことができる。以上により、短縮容量電極１１を小さくすることが出来るとともに、共振器電極７の長さを短くすることができるため、全体を小型化することが出来るようになる。

次に、本発明の第２の実施形態にかかるバンドパスフィルタ１１について説明をする。

図５〜７に示すように、本実施形態のバンドパスフィルタ１は、第１の実施形態と比較して、第１の短縮容量電極１１よりも裏面側に位置するとともに誘電体基板５に埋設された第２の短縮容量電極３３と、第１の短縮容量電極１１と第２の短縮容量電極３３とを電気的に接続する第３の接続導体３５と、を更に備えている。そして、第１の短縮容量電極１１を平面視した場合に、第２の接続導体１５との接続箇所と第３の接続導体３５との接続箇所とが互いに離隔していることを特徴とする。

このように、第２の接続導体１５との接続箇所と第３の接続導体３５との接続箇所とが互いに離隔していることにより、第２の短縮容量電極３３が第１の短縮容量電極１１を介して共振器電極７と電気的に接続することができる。第２の短縮容量電極３３が容量電極９のインダクタンス成分および第１の短縮容量電極１１のインダクタンス成分を介して共振器電極７に接続される。このように、容量電極９のインダクタンス成分だけでなく第１の短縮容量電極１１のインダクタンス成分を介して第２の短縮容量電極３３が共振器電極７に接続されるため、インダクタンス成分の調整をより容易に行うことができる。そのため、第１の短縮容量電極１１及び第２の短縮容量電極３３に起因する減衰極を、過帯域の３倍の周波数帯域により容易に形成することができる。

特に、本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１のように、容量電極９及び第１の短縮容量電極１１を平面視した場合に、第１の接続導体１３との接続箇所と第３の接続導体３５との接続箇所とが一致していることが好ましい。これにより、バンドパスフィルタ１を小型化することができるとともに、第１の短縮容量電極１１及び第２の短縮容量電極３３に起因する減衰極を、過帯域の３倍の周波数帯域により容易に形成することができる。

なお、本実施形態にかかるバンドパスフィルタ１において、第１の接続導体１３との接続箇所と第３の接続導体３５との接続箇所とが一致しているとは、第１の接続導体１３との接続箇所と第３の接続導体３５との接続箇所とが離隔しておらず、これらの接続箇所の少なくとも一部が重複していることを意味している。

次に、本発明の高周波モジュール３７及び無線通信機器４５について以下に説明する。

図８に示すように、本実施形態の高周波モジュール３７は、上記いずれかに記載のバンドパスフィルタ１と、バンドパスフィルタ１の主面側（図８においては上面側）に配設され、バンプ３９を介してバンドパスフィルタ１と電気的に接続された集積回路４１と、バンドパスフィルタ１の裏面側（図８においては下面側）に配設され、バンプ３９を介してバンドパスフィルタ１と電気的に接続されたプリント基板４３とを備えている。

そして、本実施形態の無線通信機器４５は、上記の高周波モジュール３７と、プリント基板４３を介してバンドパスフィルタ１に電気的に接続されたベースバンド部４７と、プリント基板４３を介してバンドパスフィルタ１に電気的に接続されたアンテナ４９とを備えている。

本実施形態の高周波モジュール３７および無線通信機器４５によれば、従来のバンドパスフィルタ１と比較して、容量電極９を平面視した場合において、第１の接続導体１３との接続箇所と第２の接続導体１５との接続箇所とが互いに離隔している。そのため、バンドパスフィルタ１を大型化することなく、共振周波数の２倍の周波数帯域だけでなく、この周波数帯域よりも大きい周波数帯域にも減衰極を形成することができる。これにより、受信感度が向上するとともに送信信号および受信信号の増幅度を小さくできるので増幅回路における消費電力が少なくなる。結果として、受信感度が高く消費電力が少ない高性能な高周波モジュール３７および無線通信機器４５を得ることができる。

なお、本実施形態においては、集積回路４１が、バンドパスフィルタ１の主面側に配設されるとともにバンプ３９を介してバンドパスフィルタ１と電気的に接続している。また、プリント基板４３が、バンドパスフィルタ１の裏面側に配設されるとともにバンプ３９を介してバンドパスフィルタ１と電気的に接続されている。ここで、バンドパスフィルタ１を内蔵した基板を用いて、集積回路４１を、基体の主面側に配設するとともにバンプ３９を介して基体と電気的に接続し、プリント基板４３を、基体の裏面側に配設するとともにバンプ３９を介して基体と電気的に接続してもよい。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

図２に示す実施形態にかかるバンドパスフィルタ１の伝送特性を電磁界シミュレーションにて計算した。

図２に示すように、本実施例のバンドパスフィルタ１では、容量電極９を平面視した場合において、第１の接続導体１３との接続箇所と第２の接続導体１５との接続箇所とが互いに離隔するように第１の接続導体１３及び第２の接続導体１５が位置している。

誘電体層３としては誘電率が７．５のものを用いた。厚みが上から順に、１１０μｍ、４０μｍ、１０μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１０μｍとする６つの誘電体層３を積層することにより誘電体基板５を形成した。このようにして、主面が２．５ｍｍ×１．５ｍｍであって、厚みが０．３ｍｍである誘電体基板５とした。誘電体基板５の主面全体及び裏面全体には、それぞれ第１の基準電極１７及び第２の基準電極１９を配設した。

また共振器電極７としては、寸法が１．２ｍｍ×０．０８ｍｍとなるものを用いた。この共振器電極７を０．０７ｍｍの間隔で誘電体層３の主面上に横並びに２つ配設した。共振器電極７は、長手方向が誘電体基板５の短手方向となるように配設されている。容量電極９としては寸法が１．１ｍｍ×０．８ｍｍのものを用いた。短縮容量電極１１としては、寸法が１．０５ｍｍ×０．６５ｍｍであるものを用いた。第１の接続導体１３は、容量電極９の一方の端部において容量電極９と接続している。また、第２の接続導体１５は、容量電極９の他方の端部において容量電極９と接続している。マルチパス電極２９は、共振器電極７よりも誘電体基板５の主面側に配設される。マルチパス電極２９としては、寸法が１．６ｍｍ×０．３２ｍｍであって、図２に示すように、一方の端部及び他方の端部に０．２２ｍｍの高さの凸部を有する形状のものを用いた。

以上の形状の実施例にかかるバンドパスフィルタ１のフィルタ特性を図９に示す。図９（ａ）は、本実施例にかかるバンドパスフィルタ１のフィルタ特性の特性曲線である。また、図９（ｂ）は、比較例にかかるバンドパスフィルタのフィルタ特性の特性曲線である。ここで、比較例としては、本実施形態と比較して、容量電極９を平面視した場合において、第１の接続導体１３との接続箇所及び第２の接続導体１５との接続箇所が容量電極９の一方の端部において一致するように位置している構造のものを用いた。なお、図９において横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は減衰特性を示している。

図９より分かるように、本実施例にかかるバンドパスフィルタ１は、比較例にかかるバンドパスフィルタ１と比較して、短縮容量電極１１を大きくすることなく、通過帯域の３倍の周波数帯域に減衰極を設けることができている事がわかる。また、これにより良好な高調波の減衰特性を有していることがわかる。結果として、本実施例にかかるバンドパスフィルタ１は、比較例にかかるバンドパスフィルタと比較して、所定の通過帯域を除く周波数帯域での信号をより大きく減衰させることが可能となっていることが分かる。

１・・・バンドパスフィルタ
３・・・誘電体層
５・・・誘電体基板
７・・・共振器電極
９・・・容量電極
１１・・・短縮容量電極（第１の短縮容量電極）
１３・・・第１の接続導体
１５・・・第２の接続導体
１７・・・第１の基準電極
１９・・・第２の基準電極
２０・・・第３の基準電極
２１・・・入力端子
２３・・・出力端子
２５・・・入力電極
２７・・・出力電極
２９・・・マルチパス電極
３１・・・内部基準電極
３３・・・第２の短縮容量電極
３５・・・第３の接続導体
３７・・・高周波モジュール
３９・・・バンプ
４１・・・集積回路
４３・・・プリント基板
４５・・・無線通信機器
４７・・・ベースバンド部
４９・・・アンテナ

Claims (6)

1. 複数の誘電体層が積層され、主面及び裏面を有する誘電体基板と、前記誘電体基板に埋設された共振器電極と、該共振器電極よりも前記裏面側に位置するとともに前記誘電体基板に埋設された容量電極と、該容量電極よりも前記裏面側に位置するとともに前記誘電体基板に埋設された短縮容量電極と、前記共振器電極と前記容量電極とを電気的に接続する第１の接続導体と、前記容量電極と前記短縮容量電極とを電気的に接続する第２の接続導体と、を備え、
   前記容量電極を平面視した場合において、前記第１の接続導体との接続箇所と前記第２の接続導体との接続箇所とが互いに離隔していることを特徴とするバンドパスフィルタ。
2. 前記短縮容量電極を第１の短縮容量電極とした場合に、該第１の短縮容量電極よりも前記裏面側に位置するとともに前記誘電体基板に埋設された第２の短縮容量電極と、前記第１の短縮容量電極と前記第２の短縮容量電極とを電気的に接続する第３の接続導体と、を更に備え、
   前記第１の短縮容量電極を平面視した場合に、前記第２の接続導体との接続箇所と前記第３の接続導体との接続箇所とが互いに離隔していることを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルタ。
3. 前記容量電極及び前記第１の短縮容量電極を平面視した場合に、前記第１の接続導体との接続箇所と前記第３の接続導体との接続箇所とが一致していることを特徴とする請求項２に記載のバンドパスフィルタ。
4. 前記容量電極と前記短縮容量電極との間に位置するとともに基準電位に接続され、前記誘電体層を介して前記容量電極及び前記短縮容量電極とそれぞれ対向する内部基準電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のバンドパスフィルタ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のバンドパスフィルタを備えたことを特徴とする高周波モジュール。
6. 請求項５に記載の高周波モジュールを備えたことを特徴とする無線通信機器。
   

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