(57)【要約】【課題】  より小型化された高周波フィルタを提供する。【解決手段】  本発明の一実施形態に係る高周波フィルタは、一端が入出力端子に接続される外部結合キャパシタと、一端が外部結合キャパシタの他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される波長短縮キャパシタと、一端が外部結合キャパシタの他端及び波長短縮キャパシタの一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され、分布定数線路を用いて形成された共振器を備える２つのフィルタ回路が、内部結合キャパシタ及び共振器のブロードサイド結合によって結合されている。【選択図】  図１
2014225830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層を積層した積層構造を有する高周波フィルタであって、
第１の入出力端子と、
第２の入出力端子と、
一端が前記第１の入出力端子に接続される第１の外部結合キャパシタと、
一端が前記第１の外部結合キャパシタの他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される第１の波長短縮キャパシタと、
一端が前記第１の外部結合キャパシタの他端及び前記第１の波長短縮キャパシタの一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され、分布定数線路を用いて形成された第１の共振器と、
一端が前記第２の入出力端子に接続された第２の外部結合キャパシタと、
一端が前記第２の外部結合キャパシタの他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される第２の波長短縮キャパシタと、
一端が前記第２の外部結合キャパシタの他端及び前記第２の波長短縮キャパシタの一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され、分布定数線路を用いて形成されると共に前記第２の共振器とブロードサイド結合された第２の共振器と、
を備える高周波フィルタ。
【請求項２】
一端が前記第１の外部結合キャパシタの他端、前記第１の波長短縮キャパシタの一端及び前記第１の共振器の一端に接続されると共に他端が前記第２の外部結合キャパシタの他端、前記第２の波長短縮キャパシタの一端及び前記第２の共振器の一端に接続される内部結合キャパシタを備える請求項１記載の高周波フィルタ。
【請求項３】
同じビア電極によって前記第１の共振器と前記第２の共振器との両方がグランド電位に接続されている請求項１又は２記載の高周波フィルタ。
【請求項４】
前記第１の共振器及び／又は前記第２共振器は、屈曲した分布定数線路を用いて形成されている請求項１ないし３いずれか記載の高周波フィルタ。
【請求項５】
上下両端の誘電体層にグランドプレーンが形成されてなる請求項１ないし４いずれか記載の高周波フィルタ。
【請求項６】
前記上下両端の誘電体層に形成されたグランドプレーンに接続するシールド用ビア電極が少なくとも一部の側面に形成されている請求項５記載の高周波フィルタ。
【請求項７】
低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）によって形成されている請求項１ないし６いずれか記載の高周波フィルタ。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載の高周波フィルタを備える高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波フィルタ及びこれを備える高周波モジュールに関し、特に、複数の誘電体層を積層した積層構造を有する高周波フィルタ及びこれを備える高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やスマートフォン等の端末を用いた大容量のデータ通信に対応すべく、より高速なデータ通信を可能とするための無線通信方式の規格化が行われている。例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の新たな規格が実用化される際には、従来の規格や海外における異なる規格にも対応した端末が必要となるため、端末の無線回路のフロントエンドは大型化してしまう傾向にある。そこで、フロントエンドの小型化を図るため、高周波モジュールであるＦＥＭ（Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  Ｍｏｄｕｌｅ）が選択されており、こうした高周波モジュールにおいては、低損失で小型・薄型な高周波フィルタを採用するのが望ましく、例えば、集中定数素子により構成した共振器同士の誘導結合を利用した積層フィルタ（例えば、特許文献１参照）や、分布定数線路を用いた共振器を容量結合した積層フィルタ（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１８７３４号公報
【特許文献２】特開２００８−２８８６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高周波領域の積層フィルタを集中定数回路を用いて構成する場合、ＬＣの直列共振器又は並列共振器を用いるのが一般的であり、この場合、インダクタによって生じる磁界が垂直方向（積層方向）となるため、積層方向に素子を有する積層フィルタにおいては、性能の低下を招いてしまう恐れがある。従って、こうしたフィルタでは各素子を水平方向にレイアウトすることになるから、水平方向の小面積化には限界がある。一方、高周波領域の積層フィルタを分布定数回路を用いて構成する場合、波長短縮効果を得るためには高誘電率の材料を用いるのが好ましいが、高誘電率な材料は配線損失や寄生成分の問題を生じてしまう。
【０００５】
本発明は、より小型化された高周波フィルタを提供することを目的の一つとする。本発明の他の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施態様に係る高周波フィルタは、複数の誘電体層を積層した積層構造を有する高周波フィルタであって、第１の入出力端子と、第２の入出力端子と、一端が前記第１の入出力端子に接続される第１の外部結合キャパシタと、一端が前記第１の外部結合キャパシタの他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される第１の波長短縮キャパシタと、一端が前記第１の外部結合キャパシタの他端及び前記第１の波長短縮キャパシタの一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され、分布定数線路を用いて形成された第１の共振器と、一端が前記第２の入出力端子に接続された第２の外部結合キャパシタと、一端が前記第２の外部結合キャパシタの他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される第２の波長短縮キャパシタと、一端が前記第２の外部結合キャパシタの他端及び前記第２の波長短縮キャパシタの一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され、分布定数線路を用いて形成されると共に前記第２の共振器とブロードサイド結合された第２の共振器と、を備える。
【０００７】
本発明の一実施態様に係る高周波モジュールは、上述した高周波フィルタを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の様々な実施形態によって、より小型化された高周波フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波フィルタの等価回路図。
【図２】一実施形態における高周波フィルタの積層構造を示す説明図。
【図３】一実施形態における高周波フィルタの等価回路と積層構造との対応関係を示す説明図。
【図４】一実施形態における高周波フィルタを配置した高周波モジュールの一例を示す上面図。
【図５】一実施形態における高周波フィルタの特性例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通する構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００１１】
図１は、一実施形態における高周波フィルタ１０の等価回路図である。一実施形態における高周波フィルタ１０は、図示するように、一端が入出力端子ＩＯ１に接続される外部結合キャパシタＣａ１と、一端が外部結合キャパシタＣａ１の他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される波長短縮キャパシタＣｃ１と、一端が外部結合キャパシタＣａ１の他端及び波長短縮キャパシタＣｃ１の一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され分布定数線路を用いて形成された共振器Ｒ１と、一端が入出力端子ＩＯ２に接続される外部結合キャパシタＣａ２と、一端が外部結合キャパシタＣａ２の他端に接続されると共に他端がグランド電位に接続される波長短縮キャパシタＣｃ２と、一端が外部結合キャパシタＣａ２の他端及び波長短縮キャパシタＣｃ２の一端に接続されると共に他端がグランド電位に接続され分布定数線路を用いて形成された共振器Ｒ２と、一端が外部結合キャパシタＣａ１の他端、波長短縮キャパシタＣｃ１の一端及び共振器Ｒ１の一端に接続されると共に他端が外部結合キャパシタＣａ２の他端、波長短縮キャパシタＣｃ２の一端及び共振器Ｒ２の一端に接続される内部結合キャパシタＣｂと、を備える。外部結合キャパシタＣａ１と波長短縮キャパシタＣｃ１と共振器Ｒ１とによってフィルタ回路ＦＣ１を構成し、外部結合キャパシタＣａ２と波長短縮キャパシタＣｃ２と共振器Ｒ２とによってフィルタ回路ＦＣ２を構成し、これらのフィルタ回路ＦＣ１とフィルタ回路ＦＣ２とが、内部結合キャパシタＣｂによる容量結合及び共振器Ｒ１，Ｒ２のブロードサイド結合による誘導結合によって結合されている。
【００１２】
図２は、図１に示す等価回路を実現する一実施形態における高周波フィルタ１０の積層構造を示す説明図であり、図２Ａにおいては、ビア電極Ｂ１〜１０を図示し、図２Ｂにおいては、見易さのため、ビア電極Ｂ１〜１０の図示を省略している。高周波フィルタ１０は、電極や分布定数線路が配置された複数の誘電体シートを積層した積層フィルタであり、一実施形態では、シートＳ１〜Ｓ８の８枚の誘電体シートを低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）として一体焼成して高周波フィルタ１０を構成する。図３は、一実施形態における高周波フィルタ１０の等価回路と積層構造との対応関係を示す説明図である。説明の便宜上、入出力端子ＩＯ２の取り出し位置がシートＳ８側となっている（実際の取り出し位置はシートＳ１側）が、この点を除き、図２の積層構造と同様の構造を示す。図示するように、図１の等価回路図で示すフィルタ回路ＦＣ１を構成する外部結合キャパシタＣａ１は、シートＳ３の電極３１とシートＳ２の電極２１及びシートＳ４の電極４１とによって構成され、この電極３１はビア電極Ｂ１を介して入出力端子ＩＯ１に接続されている。同じくフィルタ回路ＦＣ１を構成する波長短縮キャパシタＣｃ１は、シートＳ１の電極１１とシートＳ２の電極２１とによって構成される。フィルタ回路ＦＣ２を構成する外部結合キャパシタＣａ２は、シートＳ６の電極６１とシートＳ５の電極５１及びシートＳ７の電極７１とによって構成され、ビア電極Ｂ４を介して入出力端子ＩＯ２に接続されている。同じくフィルタ回路ＦＣ２を構成する波長短縮キャパシタＣｃ２は、シートＳ８の電極８１とシートＳ７の電極７１とによって構成される。フィルタ回路ＦＣ１とフィルタ回路ＦＣ２とを結合する内部結合キャパシタＣｂは、シートＳ４の電極４１とシートＳ５の電極５１とによって構成される。ここで、シートＳ１の電極１１及びシートＳ８の電極８１は、グランドプレーンとして機能するように形成されている。
【００１３】
フィルタ回路ＦＣ１の共振器Ｒ１は、シートＳ３に略鉤型に屈曲して形成された分布定数線路３２（図２参照）によって構成されており、外部結合キャパシタＣａ１及び波長短縮キャパシタＣｃ１を構成するシートＳ２の電極２１と、外部結合キャパシタＣａ１及び内部結合キャパシタＣｂを構成するシートＳ４の電極４１とにビア電極Ｂ２を介して接続されている。同様に、フィルタ回路ＦＣ２の共振器Ｒ２は、シートＳ６に略鉤型に屈曲して形成された分布定数線路６２（図２参照）によって構成されており、外部結合キャパシタＣａ２及び波長短縮キャパシタＣｃ２を構成するシートＳ７の電極７１と、外部結合キャパシタＣａ２及び内部結合キャパシタＣｂを構成するシートＳ５の電極５１とにビア電極Ｂ３を介して接続されている。これらの共振器Ｒ１，Ｒ２は、同じビア電極Ｂ５，６を介してシートＳ１の電極１１（グランドプレーン）とシートＳ８の電極８１（グランドプレーン）とに接続されている。なお、共振器Ｒ１，Ｒ２を電極１１及び電極８１に接続するビア電極の数は２本に限られず、１本であっても良いし３本以上であっても良い。また、ビア電極の太さも特に限定されない。ビア電極の数、及び、太さは配線のインダクタンスに影響し、ビア電極の数が多いほど、また、ビア電極の太さが太いほど好ましい。また、シートＳ１の電極１１とシートＳ８の電極８１は、４つのビア電極Ｂ７，８，９，１０によって導通しており、このビア電極Ｂ７，８，９，１０は、共振器Ｒ１，Ｒ２を構成する分布定数回路３２，６２の略鉤型に屈曲する部分によって生じたスペースを通るように構成されている。
【００１４】
ここで、共振器Ｒ１，Ｒ２はブロードサイド結合されている。即ち、共振器Ｒ１を構成するシートＳ３の分布定数線路３２と共振器Ｒ２を構成するシートＳ６の分布定数線路６２とは、垂直方向（積層方向）に重なる位置に配置されており、分布定数線路の長さ（分布定数線路３２，６２の開放側のストレート部分の長さ）に応じて定まる所定の波長の信号のみが、一方の共振器から他方の共振器へ誘導結合によって伝達される。
【００１５】
こうして構成された一実施形態の高周波フィルタ１０は、共振器Ｒ１，Ｒ２（分布定数線路３２，６２）をブロードサイト結合によって結合するから、共振器Ｒ１，Ｒ２を水平方向に並置するエッジ結合によって結合する場合等と比較して、高周波フィルタ１０が水平方向に大型化するのを抑制することができる。
【００１６】
また、一実施形態の高周波フィルタ１０においては、入出力端子ＩＯ１，ＩＯ２に接続される外部結合キャパシタＣａ１，Ｃａ２は、波長短縮キャパシタＣｃ１，Ｃｃ２によってグランド電位（電極１１，電極８１）から分離されているから、入出力端子ＩＯ１，ＩＯ２とグランド電位との間に寄生容量が生じないため、入出力端子が接続される層（シートＳ３，Ｓ６）とグランド電位を構成する層（シートＳ１，Ｓ８）とを近づけて配置することが可能となる。この結果、高周波フィルタ１０の薄型化を実現することができる。波長短縮キャパシタＣｃ１，Ｃｃ２のこのようなグランド電位を分離する機能と波長短縮効果とを考慮すると、波長短縮キャパシタＣｃ１，Ｃｃ２を構成する電極２１，７１は十分な大きさ（例えば、共振器Ｒ１，Ｒ２の少なくとも開放側（電界が支配的となっている領域）を電極１１及び電極８１に対して遮蔽できるような形状）とするのが好ましい。
【００１７】
また、一実施形態の高周波フィルタ１０においては、外部結合キャパシタＣａ１，Ｃａ２は、波長短縮キャパシタＣｃ１，Ｃｃ２と内部結合キャパシタＣｂとの間に配置されており、波長短縮キャパシタＣｃ１，Ｃｃ２と内部結合キャパシタＣｂは共に共振器Ｒ１，Ｒ２に対して容量結合を構成するから、外部結合キャパシタＣａ１，Ｃａ２の容量を、電極の面積に応じた容量の略二倍（上下層とのギャップ距離が同一の場合）とすることができる。
【００１８】
また、一実施形態の高周波フィルタ１０においては、共振器Ｒ１，Ｒ２は、略鉤型に屈曲して形成された分布定数線路３２，６２によって構成されているから、分布定数線路の線路長を短くし、インダクタンスを増加させることができる。また、分布定数線路を屈曲して形成することにより、レイアウトの自由度が増し、水平方向の面積を小さくすることも可能となる。
【００１９】
また、一実施形態の高周波フィルタ１０においては、上下両端の誘電体シート（シートＳ１，Ｓ８）にグランドプレーンを構成するから、高周波フィルタ１０の上下方向に存在する他の配線等による外部からの影響を遮断することができる。同様に、高周波フィルタ１０の側面にシートＳ１，Ｓ８のグランドプレーンに接続するシールド用ビア電極を形成することにより、横方向に存在する他の配線等による外部からの影響を遮断することも可能である。また、一実施形態の高周波フィルタ１０においては、共振器Ｒ１，Ｒ２を構成する分布定数回路３２，６２の略鉤型に屈曲する部分によって生じたスペースを活用してシートＳ１，Ｓ８のグランドプレーンに接続するビア電極Ｂ７，８，９，１０を設けているから、グランドプレーン間の電位差を低減することができる。
【００２０】
図４は、一実施形態の高周波フィルタ１０を配置した高周波モジュール１００の一例を示す上面図である。この例では、２つの高周波フィルタ１０を水平方向に並置している。このように、一実施形態の高周波フィルタ１０は、上下両端の誘電体シート（シートＳ１，Ｓ８）にグランドプレーンを構成するから、高周波モジュールの搭載部品の直下に配置することが可能となる。
【００２１】
図５は、一実施形態の高周波フィルタ１０の特性例を示すグラフである。図示するように、この例では、高周波フィルタ１０の通過帯域は２．５−２．７ＧＨｚのＢＰＦ特性を示している。この周波数で共振する共振器の長さは、例えば、共振周波数を２．６ＧＨｚとすると、波長が１１５．４ｍｍ、λ／４共振器長が２８．８ｍｍ、誘電率による波長短縮共振器長が９．１ｍｍ（誘電率を１０とした場合）となる。
【００２２】
このように、一実施形態における高周波フィルタ１０は、波長短縮キャパシタＣｃによる波長短縮効果や、共振器Ｒ１，Ｒ２（分布定数線路３２，６２）を略鉤型に屈曲して形成することによるインダクタンスの増加効果によって、通常の共振器を採用した場合の半分以下の長さである３ｍｍ程度の横幅で構成することが可能となり（図４参照）、また、波長短縮効果の少ない低誘電率（１０以下）の配線基板への適用が可能となる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  高周波フィルタ
１１，２１，３１,４１，５１，６１，７１，８１  電極
３２，６２  分布定数線路（共振器）
１００  高周波モジュール
Ｃａ１，２  外部結合キャパシタ
Ｃｂ  内部結合キャパシタ
Ｃｃ１，２  波長短縮キャパシタ
ＦＣ１，２  フィルタ回路
ＩＯ１，２  入出力端子
Ｓ１〜Ｓ８  シート
Ｒ１，２  共振器
【図１】
2014225830.tif 000003
【図３】
2014225830.tif 000004
【図４】
2014225830.tif 000005
【図２】
2014225830.tif 000006
【図５】
2014225830.tif 000007