(57)【要約】【課題】その周波数通過特性において、２つの減衰極と２つの減衰零点をもち、帯域内で良好な通過特性を与えると同時に、帯域外の遮断特性の良好な集中定数型フィルタを提供する。【解決手段】入出力端子６，６の間に、先端が短絡され接地された相互インダクタンスＭを有するインダクタ対Ｌ１と、直列に接続されたインダクタ対Ｌ２とシャント容量対Ｃ２と、インダクタ対Ｌ２と接地シャント容量対Ｃ２の間に設けられたシリーズ容量Ｃ１とを備える。インダクタ対Ｌ１とインダクタ対Ｌ２は入出力端子６，６を介して互いに接続されている。【選択図】              図１
2010028640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入出力端子と、それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭである２つのインダクタを含む第１インダクタ対と、それぞれ同じインダクタンスＬ２をもつが、相互インダクタンスをもたない２つのインダクタを含む第２インダクタ対と、それぞれ同じキャパシタンスＣ２をもつ２つの容量を含むシャント容量対と、キャパシタンスＣ１をもつシリーズ容量とを備え、
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はそれぞれ前記シリーズ容量の両端に接続され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記シャント容量対の前記２つの容量の一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記シリーズ容量の両端に接続されることを特徴とする、少なくとも２つの減衰極と２つの減衰零点とをもつフィルタ。
【請求項２】
前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタが、Ｍ２の相互インダクタンスをもつことを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタは相互インダクタンスをもたず、それらのインダクタンスが（Ｌ１−Ｍ）であり、
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの前記一方の端は、インダクタンスＭをもつ第３インダクタを介して接地されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフィルタ。
【請求項４】
前記２つの減衰極は、下記の式（６）で与えられ、
【数１】
2010028640.tif 000014
前記２つの減衰零点は、下記の式（７）のｘの負の根で与えられることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【数２】
2010028640.tif 000015
【請求項５】
前記２つの減衰極の一方を予め定められた通過帯域よりも下側に配置し、前記２つの減衰極の他方を前記通過帯域から離して高周波側に配置し、前記２つの減衰零点の一方を前記通過帯域内又は前記通過帯域よりも上側に配置し、前記２つの減衰零点の他方を前記一方の減衰零点から離して高周波側に配置することで、高域通過型の特性としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【請求項６】
前記２つの減衰極を、それぞれ、予め定められた通過帯域よりも上側と前記通過帯域よりも下側に配置し、前記２つの減衰零点をいずれも前記通過帯域内又は前記通過帯域の近傍に配置することで、帯域通過型の特性としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【請求項７】
前記２つの減衰極の一方を予め定められた通過帯域よりも上側に配置し、前記２つの減衰極の他方を前記一方の減衰極から離して高周波側に配置し、前記２つの減衰零点をいずれも前記通過帯域内又は前記通過帯域の近傍に配置することで、低域通過型の特性としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【請求項８】
積層された第１誘電体及び第２誘電体と、前記第１誘電体と前記第２誘電体の間に設けられた第１導体層と、前記第１誘電体の他方の面に設けられた接地面と、前記第２誘電体の他方の面に設けられた第２導体層と、前記第１誘電体及び前記第２誘電体を貫通して前記接地面に接続されるビアとを備え、
前記２つの入出力端子は、前記第１導体層と前記第２導体層にそれぞれ設けられ、
前記第１インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記ビアにそれぞれ接続された第１インダクタ対用第１導体と第１インダクタ対用第２導体とを含み、前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記第２インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記２つの入出力端子を介して前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体にそれぞれ接続された第２インダクタ対用第１導体と第２インダクタ対用第２導体とを含み、前記第２インダクタ対第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記シャント容量対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられたシャント容量対用第１導体とシャント容量対用第２導体とを含み、前記シャント容量対用第１導体と前記シャント容量対用第２導体は、それぞれ前記接地面に対向するが、それぞれは互いに対向しないように配置され、
前記シリーズ容量は、前記第１導体層に設けられ前記シャント容量対用第１導体と接続されたシリーズ容量用第１導体と、前記第２導体層に設けられ前記シャント容量対用第２導体と接続されたシリーズ容量用第２導体とを備え、前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は互いに対向するように配置され、
前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は、それぞれ前記第２インダクタ対用第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【請求項９】
積層された第１誘電体及び第２誘電体と、前記第１誘電体と前記第２誘電体の間に設けられた第１導体層と、前記第１誘電体の他方の面に設けられた接地面と、前記第２誘電体の他方の面に設けられた第２導体層と、前記第１誘電体及び前記第２誘電体を貫通して前記接地面に接続される第１ビア及び第２ビアとを備え、
前記２つの入出力端子は、前記第１導体層と前記第２導体層にそれぞれ設けられ、
前記第１インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記第１ビアにそれぞれ接続された第１インダクタ対用第１導体と第１インダクタ対用第２導体とを含み、前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記第２インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記２つの入出力端子を介して前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体にそれぞれ接続された第２インダクタ対用第１導体と第２インダクタ対用第２導体とを含み、前記第２インダクタ対第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記シャント容量対は、前記第１導体層に設けられたシャント容量対用第１導体及びシャント容量対用第１接地導体と、前記第２導体層に設けられたシャント容量対用第２導体及びシャント容量対用第２接地導体とを含み、
前記シャント容量対用第１導体と前記シャント容量対用第２接地導体は互いに対向するように配置され、前記シャント容量対用第２導体と前記シャント容量対用第１接地導体は互いに対向するように配置され、
前記シャント容量対用第１接地導体と前記シャント容量対用第２接地導体は、それぞれ前記第２ビアに接続され、
前記シリーズ容量は、前記第１導体層に設けられ前記シャント容量対用第１導体と接続されたシリーズ容量用第１導体と、前記第２導体層に設けられ前記シャント容量対用第２導体と接続されたシリーズ容量用第２導体とを備え、前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は互いに対向するように配置され、
前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は、それぞれ前記第２インダクタ対用第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のフィルタ。
【請求項１０】
２つの入出力端子と、それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭ１である２つのインダクタを含む第１インダクタ対と、それぞれ同じインダクタンスＬ２をもち、相互インダクタンスがＭ２である２つのインダクタを含む第２インダクタ対と、それぞれ同じキャパシタンスＣ２をもつ２つの容量を含むシャント容量対とを備え、
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記シャント容量対の前記２つの容量の一方の端はいずれも接地され、
前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、他方の端はそれぞれ前記シャント容量対の前記２つの容量の他方の端に接続されることを特徴とする、少なくとも１つの減衰極と２つの減衰零点をもつフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インダクタや容量から構成される集中定数型フィルタに関し、特に、その周波数通過特性において、２つの減衰極と２つの減衰零点をもつフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ搭載のノートパソコンの普及に伴いモバイル通信が一般的になっている。無線により場所を選ばず通信が行える長所のためモバイル通信の重要性は増している。モバイル通信においても、データ／画像等の大容量通信のニーズが高まっている。
【０００３】
無線通信のシステムには、携帯電話、ブルートゥース、無線ＬＡＮ、ＵＷＢ等多様なシステムが存在しているが、それらは個別に長所・短所がある。そのため、複数のシステムをひとつの機器の中に内蔵したマルチ通信システム機器が強く求められてきている。ユーザにとって、モバイル通信に使用される機器は小さいほうが有利であるため、複数の無線システムをひとつの機器に搭載したとしても、そのサイズは大きくできない。そのため、無線回路の小型化が求められている。
【０００４】
無線のシステムは通常高周波のマイクロ波帯を使用するため、インダクタ、キャパシタとして供給されているセラミック部品相互の干渉を厳密に制御する必要があり、相互干渉を含めて設計できる配線を用いた分布定数型回路が広く使用されている（例えば、非特許文献１）が、サイズが集中定数型回路に比べると大きくなるという問題がある。集中定数型回路は、設計精度に問題があるものの、小形にできるため広く使われている。
【０００５】
【非特許文献１】Ikuo AWAI "Recent advance in microwave filter circuit design techniques : Control of attenuation poles in a two-stage combline BPF" Microwave Conference, 2000 Asia-Pacific 3-6 Dec. 2000 Page(s):485 - 490
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は無線通信で使用されるフィルタを提供するもので、帯域内で良好な通過特性を与えると同時に帯域外の遮断を大きく取れるように、少なくとも２つの減衰極と２つの減衰零点を持つ集中定数型フィルタを提供するものである。本発明により、低周波から高周波にわたり使用可能なフィルタが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るフィルタは、
２つの入出力端子と、それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭである２つのインダクタを含む第１インダクタ対と、それぞれ同じインダクタンスＬ２をもつが、相互インダクタンスをもたない２つのインダクタを含む第２インダクタ対と、それぞれ同じキャパシタンスＣ２をもつ２つの容量を含むシャント容量対と、キャパシタンスＣ１をもつシリーズ容量とを備え、
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はそれぞれ前記シリーズ容量の両端に接続され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記シャント容量対の前記２つの容量の一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記シリーズ容量の両端に接続されるものであり、この構成により、その周波数特性において、少なくとも２つの減衰極と２つの減衰零点とをもつものである。
なお、当該フィルタは、周波数がゼロにおいて減衰極を持ってもよいが、当該減衰極以外に少なくとも２つの減衰極（それぞれ異なる２つの周波数であってゼロ以外の周波数に存在する２つの減衰極）を持つ。
【０００８】
それぞれ同じインダクタンスＬ２をもつが、相互インダクタンスをもたない２つのインダクタを含む第２インダクタ対としたが、前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタが、Ｍ２の相互インダクタンスをもつものであってもよい。
【０００９】
それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭである２つのインダクタを含む第１インダクタ対としたが、前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタは相互インダクタンスをもたず、その代わりにそれらのインダクタンスが（Ｌ１−Ｍ）であり、前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの前記一方の端は、インダクタンスＭをもつ共通の第３インダクタを介して接地されている、ようにしてもよい。
【００１０】
前記２つの減衰極は、下記の式（６）で与えられ、
【数３】
2010028640.tif 000003
前記２つの減衰零点は、下記の式（７）のｘの負の根で与えられる。
【数４】
2010028640.tif 000004
【００１１】
前記２つの減衰極の一方を予め定められた通過帯域よりも下側に配置し、前記２つの減衰極の他方を前記通過帯域から離して高周波側に配置し、前記２つの減衰零点の一方を前記通過帯域内又は前記通過帯域よりも上側に配置し、前記２つの減衰零点の他方を前記一方の減衰零点から離して高周波側に配置することで、高域通過型の特性とすることができる。
前記通過帯域から、高周波側に配置された前記他方の減衰極までの距離（周波数の差）は、下側に配置された前記一方の減衰極までの距離（周波数の差）よりも著しく大きい。
【００１２】
前記２つの減衰極を、それぞれ、予め定められた通過帯域よりも上側と前記通過帯域よりも下側に配置し、前記２つの減衰零点をいずれも前記通過帯域内又は前記通過帯域の近傍に配置することで、帯域通過型の特性とすることができる。
【００１３】
前記２つの減衰極の一方を予め定められた通過帯域よりも上側に配置し、前記２つの減衰極の他方を前記一方の減衰極から離して高周波側に配置し、前記２つの減衰零点をいずれも前記通過帯域内又は前記通過帯域の近傍に配置することで、低域通過型の特性とすることができる。
前記通過帯域から、高周波側に配置された前記他方の減衰極までの距離（周波数の差）は、前記通過帯域の上側に配置された前記一方の減衰極までの距離（周波数の差）よりも大きい（例えば、４〜５倍程度）。
【００１４】
この発明に係るフィルタは、
積層された第１誘電体及び第２誘電体と、前記第１誘電体と前記第２誘電体の間に設けられた第１導体層と、前記第１誘電体の他方の面に設けられた接地面と、前記第２誘電体の他方の面に設けられた第２導体層と、前記第１誘電体及び前記第２誘電体を貫通して前記接地面に接続されるビアとを備え、
前記２つの入出力端子は、前記第１導体層と前記第２導体層にそれぞれ設けられ、
前記第１インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記ビアにそれぞれ接続された第１インダクタ対用第１導体と第１インダクタ対用第２導体とを含み、前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記第２インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記２つの入出力端子を介して前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体にそれぞれ接続された第２インダクタ対用第１導体と第２インダクタ対用第２導体とを含み、前記第２インダクタ対第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記シャント容量対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられたシャント容量対用第１導体とシャント容量対用第２導体とを含み、前記シャント容量対用第１導体と前記シャント容量対用第２導体は、それぞれ前記接地面に対向するが、それぞれは互いに対向しないように配置され、
前記シリーズ容量は、前記第１導体層に設けられ前記シャント容量対用第１導体と接続されたシリーズ容量用第１導体と、前記第２導体層に設けられ前記シャント容量対用第２導体と接続されたシリーズ容量用第２導体とを備え、前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は互いに対向するように配置され、
前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は、それぞれ前記第２インダクタ対用第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体に接続されるものである。
【００１５】
この発明に係るフィルタは、
積層された第１誘電体及び第２誘電体と、前記第１誘電体と前記第２誘電体の間に設けられた第１導体層と、前記第１誘電体の他方の面に設けられた接地面と、前記第２誘電体の他方の面に設けられた第２導体層と、前記第１誘電体及び前記第２誘電体を貫通して前記接地面に接続される第１ビア及び第２ビアとを備え、
前記２つの入出力端子は、前記第１導体層と前記第２導体層にそれぞれ設けられ、
前記第１インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記第１ビアにそれぞれ接続された第１インダクタ対用第１導体と第１インダクタ対用第２導体とを含み、前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記第２インダクタ対は、それぞれ前記第１導体層と前記第２導体層に設けられ、前記２つの入出力端子を介して前記第１インダクタ対用第１導体と前記第１インダクタ対用第２導体にそれぞれ接続された第２インダクタ対用第１導体と第２インダクタ対用第２導体とを含み、前記第２インダクタ対第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体は対向しないように配置され、
前記シャント容量対は、前記第１導体層に設けられたシャント容量対用第１導体及びシャント容量対用第１接地導体と、前記第２導体層に設けられたシャント容量対用第２導体及びシャント容量対用第２接地導体とを含み、
前記シャント容量対用第１導体と前記シャント容量対用第２接地導体は互いに対向するように配置され、前記シャント容量対用第２導体と前記シャント容量対用第１接地導体は互いに対向するように配置され、
前記シャント容量対用第１接地導体と前記シャント容量対用第２接地導体は、それぞれ前記第２ビアに接続され、
前記シリーズ容量は、前記第１導体層に設けられ前記シャント容量対用第１導体と接続されたシリーズ容量用第１導体と、前記第２導体層に設けられ前記シャント容量対用第２導体と接続されたシリーズ容量用第２導体とを備え、前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は互いに対向するように配置され、
前記シリーズ容量用第１導体と前記シリーズ容量用第２導体は、それぞれ前記第２インダクタ対用第１導体と前記第２インダクタ対用第２導体に接続されるものである。
【００１６】
この発明に係るフィルタは、
２つの入出力端子と、それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭ１である２つのインダクタを含む第１インダクタ対と、それぞれ同じインダクタンスＬ２をもち、相互インダクタンスがＭ２である２つのインダクタを含む第２インダクタ対と、それぞれ同じキャパシタンスＣ２をもつ２つの容量を含むシャント容量対とを備え、
前記第１インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、
前記シャント容量対の前記２つの容量の一方の端はいずれも接地され、
前記第２インダクタ対の前記２つのインダクタの一方の端はそれぞれ前記２つの入出力端子に接続され、他方の端はそれぞれ前記シャント容量対の前記２つの容量の他方の端に接続されるものであり、この構成により、少なくとも１つの減衰極と２つの減衰零点をもつものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態１．
図１（ａ）は、発明の実施の形態１に係るフィルタの回路図、同図（ｂ）は、発明の実施の形態１に係る他のフィルタの回路図を示す。同図において、インダクタをＬ１、Ｌ２、容量をＣ１，Ｃ２の符号で示すが、以下の説明において、Ｌ１、Ｌ２を当該インダクタのインダクタンス、Ｃ１，Ｃ２を当該容量のキャパシタンスの意味で使用することがある（他の図でも同様）。
【００１８】
図１（ａ）は、入出力端子６，６の間に、先端が短絡され接地された相互インダクタンスＭを有するインダクタ対Ｌ１と、直列に接続されたインダクタ対Ｌ２とシャント容量対Ｃ２と、インダクタ対Ｌ２と接地シャント容量対Ｃ２の間に設けられたシリーズ容量Ｃ１とを備えるフィルタを示す。
【００１９】
言い換えれば、図１（ａ）のフィルタは、２つの入出力端子６、６と、それぞれ同じインダクタンスＬ１をもち、相互インダクタンスがＭである２つのインダクタを含む第１インダクタ対Ｌ１と、それぞれ同じインダクタンスＬ２をもつが、相互インダクタンスをもたない２つのインダクタを含む第２インダクタ対Ｌ２と、それぞれ同じキャパシタンスＣ２をもつ２つの容量を含むシャント容量対Ｃ２と、キャパシタンスＣ１をもつシリーズ容量Ｃ１とを備え、前記第１インダクタ対Ｌ１の前記２つのインダクタの一方の端はいずれも接地され（ＧＮＤに接続され）、他方の端はそれぞれ前記２つの入力出力端子６、６に接続され、前記第２インダクタ対Ｌ２の前記２つのインダクタの一方の端はそれぞれ前記シリーズ容量Ｃ１の両端に接続され、他方の端はそれぞれ前記２つの入力出力端子６、６に接続され、前記シャント容量対Ｃ２の前記２つの容量の一方の端はいずれも接地され、他方の端はそれぞれ前記シリーズ容量Ｃ１の両端に接続されることで、前記第２インダクタ対Ｌ２の前記２つのインダクタと前記シャント容量対Ｃ２の前記２つの容量はそれぞれ直列に接続されているものである。
【００２０】
図１（ｂ）は、インダクタンスＬ１がＬ１−Ｍとなり、接地との間に共通のインダクタ（インダクタンス）Ｍが入ったものである。図１（ｂ）のフィルタと図１（ａ）のフィルタは同じ特性を持つことが知られている。なお、図１（ｂ）の構成において、図１（ａ）の相互インダクタンスＭの一部を接地につながるインダクタで、残りを第１インダクタンス対Ｌ１で実現できることはいうまでもない（例えば、図１（ｂ）の共通のインダクタＭのインダクタンスを０．５Ｍとし、第１インダクタンス対Ｌ１のインダクタンスを（Ｌ１−０．５Ｍ）とし、その相互インダクタンスを０．５Ｍとする）。
【００２１】
図１（ａ）のフィルタの特性について解析する。
図１（ａ）の入出力端子６，６から見て、第２インダクタ対Ｌ２、シャント容量対Ｃ２及びシリーズ容量Ｃ１からなる上側の回路と、第１インダクタ対Ｌ１からなる下側の回路は、並列接続されている。図１（ａ）の回路全体のＹ行列は、上側の回路のＹ行列と下側の回路のＹ行列の和で与えられる。
【００２２】
下側の回路のＹ行列ＹＬは、以下のように求められる。
【００２３】
【数５】
2010028640.tif 000005
【００２４】
また、上側の回路のＹ行列ＹＵは、以下のように求められる。
【００２５】
【数６】
2010028640.tif 000006
【００２６】
全体のＹ行列をＹtotalとすると、
【００２７】
【数７】
2010028640.tif 000007
【００２８】
いまフィルタの減衰極と減衰零点を求めるためにＳ行列のＳ１１、Ｓ２１を用いて次の関数Ｋ（ｓ）を考える。ここでｓ＝ｊωである。
【００２９】
【数８】
2010028640.tif 000008
【００３０】
（３）式で与えられたＹ行列をＳ行列に変換し、（４）の式を計算するとＫ（ｓ）は以下のように求められる。
【００３１】
【数９】
2010028640.tif 000009
【００３２】
このＫ（ｓ）が無限大になる点は減衰極と呼ばれ（attenuation pole）、（４）式からＳ２１＝０となる周波数を与える。Ｓ２１＝０であるので、すべての信号が遮断される周波数を表す。
【００３３】
一方、Ｋ（ｓ）が零になる点は減衰零点と呼ばれ（attenuation zero）、（４）式からＳ１１＝０となる周波数を与える。Ｓ１１＝０であるので、通常のフィルタでは損失は非常に小さく無視できることを考慮するとＳ２１の絶対値は１となり、すべての信号が通過する周波数を表す。
【００３４】
以上から、Ｋ（ｓ）の分母が０になる周波数は減衰極となるが、この周波数は容易に求めることができる。そのひとつはｓ＝０であり、他の２つは以下の式で与えられる。
【００３５】
【数１０】
2010028640.tif 000010
【００３６】
一般に、フィルタの遮断特性を急峻にするためには通過帯域の近傍に減衰極を配置する必要があるが、上記のフィルタでは減衰極が０以外にも、２つの有限の周波数に配置されるため、急峻なフィルタを実現できる可能性がある。ここで上記の減衰極の周波数が有限となる条件を考察する。
【００３７】
上記の値が有限に留まるには（６）式の分母が０にならないことと同値である。従って、Ｍ≠０、Ｃ２≠０、Ｌ２≠０の３つの条件が同時に成り立つ必要がある。すなわち、第１インダクタ対Ｌ１の相互インダクタンスＭ（すなわちインダクタＬ１）、シャント容量対Ｃ２、及び、第２インダクタ対Ｌ２の３つが必須である。
【００３８】
なお、上記条件に照らせば、有限の減衰極を作製するためにはシリーズ容量Ｃ１は必須ではないことになるが、これが無いとすると式（６）の復号±の後の項がゼロになってしまうため、減衰極を単一の周波数でしか配置することができない。つまり、フィルタの通過帯域の上側又は下側の一方についてのみ、その遮断特性を急峻にできる（この点は、後述の発明の実施の形態２の記述及び図１１を参照されたい）。
【００３９】
これに対し、シリーズ容量Ｃ１を必須とすることで減衰極を２個配置することができる。したがって、シリーズ容量Ｃ１を必須とするほうが設計の自由度が高くなる。
【００４０】
一般には、Ｋ（ｓ）の分母が０になる周波数は有限の値になるので、有限の周波数に減衰極を配置できることがわかり、インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｍ、及び、キャパシタンスＣ１，Ｃ２の値を適切に選ぶことにより、減衰極を通過域の傍に配置することができる。したがって、急峻な遮断特性をもつフィルタを得ることができる。
【００４１】
一方、（４）式の減衰零点はｓ２の３次方程式となっており、ｓ＝ｊωであることを考慮すると、ｓ２＝ｘとおいた以下の３次方程式において、ｘの負の根が実の周波数の零点を与えることがわかる。 
【００４２】
【数１１】
2010028640.tif 000011
【００４３】
従って、フィルタの通過域を与える零点も、インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｍ、及び、キャパシタンスＣ１，Ｃ２の値を選ぶことにより制御できることがわかる。
【００４４】
上記の式で、実際上ほとんどの場合、Ｌ１＞Ｍであること、３次の項の係数は正、ｘ＝０でｆ（ｘ）＜０であることを考慮すると、（７）式では少なくとも正の根を１個は有する。
【００４５】
ｘ＝ｓ２＝−ω２であることを考慮すると、減衰零点の周波数が存在するには根は負である必要がある。３次式の根が最大３個であることを考慮すると、ｘの負の根（実の減衰零点の周波数）は最大２個となる。従ってこのフィルタでは最大２つの周波数を通過域とすることができ、その減衰零点を近接して配置すれば単一の減衰零点の場合よりも広帯域な通過域を実現することができる。
【００４６】
以上の議論により、実用的なフィルタが実現できる可能性は示された。しかし、そのようなパラメタ値が実際に存在するかどうかは実証されていないので、容量・インダクタのパラメタ値を具体的に与えた場合のフィルタ特性例をいくつか示すことで、発明の実施の形態１に係るフィルタを実現できることを示す。
【００４７】
以下の表１に５種類のフィルタの容量値、インダクタンス値の例を示すとともに、表２を参照して各々の特徴を説明する（Ｎｏ．４とＮｏ．５については、後に説明を加える）。通過帯域はＩＳＭ帯域(ISM : Industry-Science-Medical：産業科学医療用バンド）の２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚの間を例として取った。
【００４８】
【表１】
2010028640.tif 000012
【００４９】
【表２】
2010028640.tif 000013
【００５０】
（１）高域通過型のフィルタ
表１のフィルタＮｏ１である。そのパラメタを用いてシミュレーションした特性を図２に示す。図中、実線がＳ１１を示し、破線がＳ２１を示す（図３及び図４においても同じ）。
ひとつの減衰極を帯域の下側に接近させて配置し、もうひとつの減衰極を非常に高周波側に配置し減衰零点を比較的遠ざけることで、高域側で帯域幅が広く、低域側では急峻な遮断特性を示す高域通過型フィルタを作製した例を示す。２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚ帯は通過域となり、通過域の下側に減衰極が配置されて帯域の下側で急峻な遮断特性が得られている。
表２に、減衰極、零点に関して解析式で求めたものとシミュレーションで求めたものの比較を示す。両者は一致していることがわかる。
【００５１】
（２）帯域通過型のフィルタ 
表１のフィルタＮｏ２である。そのパラメタを用いてシミュレーションした特性を図３に示す。
２つの減衰極を帯域の上側と下側近傍にそれぞれ接近させて配置することで、高域側と低域側の両方で急峻な遮断特性を示す帯域通過型フィルタを作製した例を示す。２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚ帯は通過域となり、通過域の上下に減衰極が配置されて帯域の両側で急峻な遮断特性が得られている。
表２に、減衰極、零点に関して解析式で求めたものとシミュレーションで求めたものの比較を示す。両者は一致していることがわかる。
【００５２】
（３）低域通過型のフィルタ 
表１のフィルタＮｏ３である。そのパラメタを用いてシミュレーションした特性を図４に示す。
（６）式で与えられる減衰極を帯域の上側に２個とも配置することで、高域側では急峻な遮断特性を示す低域通過型フィルタを作製した例を示す。２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚ帯は通過域となり、通過域の上側に２個の減衰極が配置されて帯域の上側で急峻な遮断特性が得られている。
表２に、減衰極、零点に関して解析式で求めたものとシミュレーションで求めたものの比較を示す。両者は一致していることがわかる。
【００５３】
なお、図１（ａ）のフィルタでは第２インダクタ対Ｌ２において相互インダクタンスがない（ゼロ）であるとしたが、実際には、第２インダクタ対Ｌ２を構成する導体は近接して配置されるため、実際にはわずかながら相互インダクタンスが存在する。
【００５４】
第２インダクタ対Ｌ２において相互インダクタンスＭ２が存在するとした場合のフィルタの回路図を図５に示す。図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）（ｂ）に対応する。図５（ａ）と（ｂ）は同じ特性を示す。図５において、第１インダクタ対Ｌ１における相互インダクタンスを便宜上Ｍ１と表記している。Ｍ１＝Ｍである。
【００５５】
図５のフィルタの特性を、図６に示す。所望の特性が得られるパラメタを見つけるためにシミュレータ（例えば、アジレント社のＡＤＳシミュレータ）の最適化機能を用い、回路のインダクタ、キャパシタの値を振ってそのときの特性を比較し、最も特性がよくなるよインダクタ、キャパシタの値を定めた。図６はそのようにして求めた特性グラフである。集中定数回路の特性は、シミュレーションで厳密に求めることができる。図５では、黒線が相互インダクタンスをもつフィルタＮｏ４の特性、灰色線が相互インダクタンスをもたないフィルタＮｏ２の特性である。図５によれば、両者は、２つの減衰零点、及び、下側の減衰極についてはほぼ同じであるが（図５中の実線の矢印）、上側の減衰極の位置が異なる。フィルタＮｏ４の方が低くなっていて、これに伴い、フィルタＮｏ４とＮｏ２を比較して、フィルタＮｏ．４の方で高域側の急峻度が改善されている（さらに急峻になっている）。これはＮｏ４の回路のほうが、変数が１個多いため、より良い急峻度が得られることによる。
【００５６】
発明の実施の形態１に係るフィルタを実現するための回路構造について、図７〜図９を参照して説明を加える。
【００５７】
図７は、図１又は図５のフィルタの構造の一例を示す。図７（ａ）は平面図、同図（ｂ）は斜視図、同図（ｃ）はＡ−Ａ’矢視断面図である。
【００５８】
図７のフィルタ構造は次のようになっている。
積層された第１誘電体Ｐ及び第２誘電体Ｑと、前記第１誘電体Ｐと前記第２誘電体Ｑの間に設けられた第１導体層Ｎ１と、前記第１誘電体Ｐの他方の面に設けられた接地面Ｇと、前記第２誘電体Ｑの他方の面に設けられた第２導体層Ｎ２と、前記第１誘電体Ｐ及び前記第２誘電体Ｑを貫通して前記接地面Ｇに接続されるビア８とを備える。
【００５９】
フィルタの２つの入出力端子６ａ，６ｂは、前記第１導体層Ｎ１と前記第２導体層Ｎ２にそれぞれ設けられている。
【００６０】
第１インダクタ対Ｌ１は、それぞれ前記第１導体層Ｎ１と前記第２導体層Ｎ２に設けられ、前記ビア８にそれぞれ接続された第１インダクタ対用第１導体５ａと第１インダクタ対用第２導体５ｂとを含み、前記第１インダクタ対用第１導体５ａと前記第１インダクタ対用第２導体５ｂは互いに対向しないように配置されている。
【００６１】
第２インダクタ対Ｌ２は、それぞれ前記第１導体層Ｎ１と前記第２導体層Ｎ２に設けられ、それぞれ前記２つの入出力端子６ａ，６ｂを介して前記第１インダクタ対用第１導体５ａと前記第１インダクタ対用第２導体５ｂにそれぞれ接続された第２インダクタ対用第１導体４ａと第２インダクタ対用第２導体４ｂとを含み、前記第２インダクタ対第１導体４ａと前記第２インダクタ対用第２導体４ｂは対向しないように配置されている。
【００６２】
シャント容量対Ｃ２は、それぞれ前記第１導体層Ｎ１と前記第２導体層Ｎ２に設けられたシャント容量対用第１導体２ａとシャント容量対用第２導体２ｂとを含み、前記シャント容量対用第１導体２ａと前記シャント容量対用第２導体２ｂは、それぞれ前記接地面Ｇに対向するが、それぞれは互いに対向しないように配置されている。
【００６３】
シリーズ容量Ｃ１は、前記第１導体層Ｎ１に設けられ前記シャント容量対用第１導体２ａと接続されたシリーズ容量用第１導体３ａと、前記第２導体層Ｎ２に設けられ前記シャント容量対用第２導体２ｂと接続されたシリーズ容量用第２導体３ｂとを備え、前記シリーズ容量用第１導体３ａと前記シリーズ容量用第２導体３ｂは互いに対向するように配置されている。
【００６４】
前記シリーズ容量用第１導体３ａと前記シリーズ容量用第２導体３ｂは、それぞれ前記第２インダクタ対用第１導体４ａと前記第２インダクタ対用第２導体４ｂに接続されている。
【００６５】
なお、符号７ａ、７ｂは、前記第１導体層Ｎ１と前記第２導体層Ｎ２にそれぞれ設けられた接地用電極である。
【００６６】
ビア８で接地された接地電極７，７に、相互インダクタンスＭ１をもつインダクタ対Ｌ１、及び、相互インダクタＭ２をもつインダクタ対Ｌ２は、それぞれ、線路幅０．０５ｍｍから０．３ｍｍの細い線路幅をもつ導体５ａ，５ｂ及び導体４ａ，４ｂで実現される。導体５ａ，５ｂ及び導体４ａ，４ｂは、それぞれ結合線路を構成する。シリーズ容量Ｃ１を構成する導体３ａ，３ｂは、ブロードサイド結合線路を構成する。接地とのシャント容量Ｃ２は、幅広の電極対２ａ，２ｂで構成されている。なお、導体２ａと導体３ａ、及び、導体２ｂと導体３ｂの間は、各々単線路で接続されているが、これはなくてもよい。導体２ａと導体３ａ、及び、導体２ｂと導体３ｂを直接接続してもよい。図７の場合は、単線路の部分も接地との間にシャント容量を持つので、シャント容量対Ｃ２をその分小さくするため、導体２ａ，２ｂの面積を小さくする必要がある。 
【００６７】
一般に線路幅の狭い結合線路を用い、線路長／線路間隔を調整することで、所望のインダクタンス対Ｌ１と相互インダクタンスＭを実現することができる。線路長を長くすると、Ｌ１，Ｍともに大きくなり、間隔を広くするとＭが小さく、間隔を狭くするとＭは小さくできる。従って適切な線路長、線路間隔を有する結合線路５ａ，５ｂにより、第１インダクタ対Ｌ１のインダクタンスＬ１と相互インダクタンスＭを実現することができる。同様に、適切な線路長、線路間隔を有する結合線路４ａ，４ｂにより、第２インダクタ対Ｌ１のインダクタンスＬ１と相互インダクタンスＭ２も実現することができる。上下に配置されたブロードサイド結合線路３ａ，３ｂでシリーズ容量Ｃ１を実現することができる。その容量値は、結合線路３ａ，３ｂの電極の面積を調整することで実現することができる。なお容量値は以下の式で近似的に表される。
（容量値）＝（誘電率）×（電極面積）／（電極が挟む誘電体の厚み）
【００６８】
また、シャント容量対Ｃ２は電極対２ａ，２ｂの各々と接地面Ｇの間の容量で実現できる。
【００６９】
なお、ビア８はわずかに相互インダクタンスｍをもつが、インダクタンスＬ１を（Ｌ１−ｍ）、（Ｍ−ｍ）と調整することで、所望の特性を実現することができる。
【００７０】
図８は、図１又は図５のフィルタの構造の他の例を示す。図８（ａ）は平面図、同図（ｂ）は斜視図、同図（ｃ）はＡ−Ａ’矢視断面図である。
【００７１】
図８のフィルタ構造は次のようになっている（図７との相違点について説明し、同一・相当部分の説明は割愛する）。
【００７２】
前記第１誘電体Ｐ及び前記第２誘電体Ｑを貫通して前記接地面Ｇに接続される第１ビア１８−１及び第２ビア１８−２とを備える。
【００７３】
前記シャント容量対Ｃ２は、前記第１導体層Ｎ１に設けられたシャント容量対用第１導体１２ａ及びシャント容量対用第１接地導体１９ａと、前記第２導体層Ｌ２に設けられたシャント容量対用第２導体１９ｂ及びシャント容量対用第２接地導体１２ｂとを含み、前記シャント容量対用第１導体１２ａと前記シャント容量対用第２接地導体１９ｂは互いに対向するように配置され、前記シャント容量対用第２導体１２ｂと前記シャント容量対用第１接地導体１９ａは互いに対向するように配置されている。
【００７４】
前記シャント容量対用第２接地導体１９ｂと前記シャント容量対用第１接地導体１９ａは、それぞれ前記第２ビア１８−２に接続されている。
【００７５】
前記シリーズ容量Ｃ１は、前記第１導体層Ｌ１に設けられ前記シャント容量対用第１導体１２ａと接続されたシリーズ容量用第１導体１３ａと、前記第２導体層Ｌ２に設けられ前記シャント容量対用第２導体１２ｂと接続されたシリーズ容量用第２導体１３ｂとを備える。
【００７６】
図８のシャント容量Ｃ２は、導体１２ａ，１２ｂと第２ビア１８−２を介して接地された導体１９ａ，１９ｂとの間に構成されるため、図７の場合と比べて、誘電体Ｑの厚さを小さくすることができる。この点について説明を加える。
【００７７】
図７では、誘電体Ｑの上に配置された導体２ｂからなるシャント容量Ｃ２は誘電体Ｐの厚みと誘電体Ｑの厚みの和に反比例し、誘電体Ｐの上に配置された導体２ａからなるシャント容量Ｃ２は誘電体Ｐの厚みに反比例する。通常は、インダクタＬ１，Ｌ２及びシリーズ容量Ｃ１の寄生容量を小さく保つため、誘電体Ｐの厚みは誘電体Ｑの厚みよりはるかに大きくするため、図７の構成では、誘電体Ｑを挟んで設けられた導体３ａ，３ｂで構成されるシリーズ容量Ｃ１と比べて、シャント容量Ｃ２を構成する導体２ａ，２ｂの面積をはるかに大きくする必要がある。
【００７８】
これに対し、図８の構成によれば、誘電体Ｑを挟んで対向する導体１２ａ，１２ｂと導体１９ａ，１９ｂで構成されるシャント容量Ｃ２も、シリーズ容量Ｃ１と同様に、誘電体Ｑの厚さで決まる。従って、図８の構造によれば、シャント容量Ｃ２をより小さな面積の導体（電極）で作製することができる。
【００７９】
図９は、図１又は図５のフィルタの構造の他の例を示す。図９（ａ）は平面図、同図（ｂ）は斜視図、同図（ｃ）はＡ−Ａ’矢視断面図である。図９では、符号４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ以外の表示は省略している。図９の他の構成要素は、図７と同じである。
【００８０】
図９のフィルタ構造は、図７の構造と類似しているが、第１インダクタンス対Ｌ１を構成する導体５ａ，５ｂの平面図における間隔と、第２インダクタンス対Ｌ２を構成する導体４ａ，４ｂの間隔とが異なり、前者の方が短くなっている（図７と比較すると、後者の間隔が広げられている）。このように構成することで、第１インダクタンス対Ｌ１における相互インダクタンスＭを実現している。第２インダクタンス対Ｌ２の相互インダクタンス完全には０にはならないが、間隔を広げることで充分に小さくすることができる。
【００８１】
発明の実施の形態２．
発明の実施の形態２に係るフィルタの回路を図１０に示す。図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）（ｂ）の回路において、シリーズ容量Ｃ１を取り除いたものとなっている。その分、小型化できるが、前述の式（６）の複号の後ろのルートの中がゼロになるため減衰極が１個しか存在しなくなる（ωＰ＝√（１／Ｃ２Ｌ２）となる）。なお、減衰零点は２つ存在する。発明の実施の形態１のように２つの減衰極を通過帯域の上下両方にそれぞれ設けた場合の特性と比べて、発明の実施の形態２に係るフィルタでは、減衰極が配置されていない側の遮断特性は緩やかなものとなる。
【００８２】
図１１は、発明の実施の形態２に係るフィルタの特性を示す。この例は表１のＮｏ５に相当するものである。図１１では、ひとつの減衰極が通過帯域の上側（３．３７ＧＨｚ近傍）にあり、そのため上側での遮断特性は急峻であるが、下側の遮断特性はなだらかである。
【００８３】
発明の実施の形態１，２によれば、帯域内で良好な通過特性を与えると同時に、帯域外の遮断特性の良好な（急峻な）集中定数型フィルタを提供することができる。当該フィルタは、無線通信で使用される超小型帯域通過フィルタなどに好適である。インダクタ及びキャパシタからなる集中定数回路でフィルタを構成することにより、小型で低周波から高周波にわたり使用可能なフィルタを提供することができる。
【００８４】
高周波においてはインダクタやキャパシタの寄生回路が無視できず、一般的には、集中定数によるフィルタの構成は困難であるが、図７〜図８の構成によれば、良好な特性のフィルタを実現することができる。
【００８５】
また、発明の実施の形態１のフィルタにより、高域通過型、帯域通過型、低域通過型いずれのタイプのフィルタも実現することができる。通過帯域の両側に減衰極を配置することで、遮断特性の急峻なフィルタが実現できる。また、通過帯域に減衰零点を配置することで、通過帯域での損失を小さくできる。
【００８６】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】発明の実施の形態１に係るフィルタの回路図である。
【図２】発明の実施の形態１に係るフィルタの特性図（高域通過型）である。
【図３】発明の実施の形態１に係るフィルタの特性図（帯域通過型）である。
【図４】発明の実施の形態１に係るフィルタの特性図（低域通過型）である。
【図５】発明の実施の形態１に係るフィルタの他の回路図である。
【図６】図１のフィルタと図２のフィルタの特性図（帯域通過型）である。
【図７】発明の実施の形態１に係るフィルタの構造図である。
【図８】発明の実施の形態１に係るフィルタの他の構造図である。
【図９】発明の実施の形態１に係るフィルタの他の構造図である。
【図１０】発明の実施の形態２に係るフィルタの回路図である。
【図１１】発明の実施の形態２に係るフィルタの特性図（低域通過型）である。
【符号の説明】
【００８８】
２ａ      シャント容量対用第１導体
２ｂ      シャント容量対用第２導体
３ａ、１３ａ  シリーズ容量用第１導体
３ｂ、１３ｂ  シリーズ容量用第２導体
４ａ、１４ａ  第２インダクタ対用第１導体
４ｂ、１４ｂ  第２インダクタ対用第２導体
５ａ、１５ａ  第１インダクタ対用第１導体
５ｂ、１５ｂ  第１インダクタ対用第２導体
６ａ，１６ａ  入出力端子
６ｂ、１６ｂ  入出力端子
７ａ、１７ａ    接地用電極
７ｂ、１７ｂ    接地用電極
８        ビア
１１ａ、１１ｂ  接地用電極
１２ａ      シャント容量対用第１導体
１２ｂ      シャント容量対用第２導体
１８−１    第１ビア
１８−２    第２ビア
１９ａ      シャント容量対用第１接地導体
１９ｂ      シャント容量対用第２接地導体
Ｃ１      シリーズ容量
Ｃ２      シャント容量対
Ｇ        接地面
Ｌ１      第１インダクタ対（インダクタンス）
Ｌ２      第２インダクタ対（インダクタンス）
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２  相互インダクタンス
Ｎ１      第１導体層
Ｎ２      第２導体層
Ｐ        第１誘電体
Ｑ        第２誘電体
【図１】
2010028640.tif 000016
【図２】
2010028640.tif 000017
【図３】
2010028640.tif 000018
【図４】
2010028640.tif 000019
【図５】
2010028640.tif 000020
【図６】
2010028640.tif 000021
【図７】
2010028640.tif 000022
【図８】
2010028640.tif 000023
【図９】
2010028640.tif 000024
【図１０】
2010028640.tif 000025
【図１１】
2010028640.tif 000026