(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の接地用導体層を誘電体を挟んで形成し、前記誘電体内でかつ前記一対の接地用導体層間に、並行して一対のライン状導体を設けた構造を備え、前記一対のライン状導体の各々は、前記一対の接地用導体層の一方に近接かつ平行にパターンが形成された導体部と、前記一対の接地用導体層の他方に近接かつ平行にパターンが形成された導体部とを互いに電気的に接続した構成であるコモンモードフィルタであって、前記一対のライン状導体の電流による磁束の磁路の少なくとも一部となる磁性体を前記一対の接地用導体層間に配したことを特徴とするコモンモードフィルタ。
【請求項２】
前記磁性体が、前記接地用導体層と前記誘電体との間に配された磁性体層を少なくとも有する連続した構造体である請求項１記載のコモンモードフィルタ。
【請求項３】
前記誘電体中に形成される前記一対のライン状導体の各導体部が中心軸を同じくする１周以上のスパイラル状のパターンで、なおかつ、前記中心軸に沿って前記磁性体の少なくとも一部が配されている請求項１又は２記載のコモンモードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平衡系通信伝送路に用いられるフィルタに係り、さらに詳しくは、平衡伝送路で発生する電磁雑音の原因となるコモンモード電流を抑圧するフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２本の伝送線路を用いる平衡伝送系において、機器間を伝送する信号は２本の伝送線に逆方向の電流が流れ、このような電流成分をディファレンシャルモード（平衡成分）と称する。これとは別に、２本の伝送線に同一方向の電流成分が流れ、基準の接地板を帰路として電流が流れることがあり、これをコモンモード（不平衝成分）電流と称する。高周波においては、このコモンモード電流が大きな電流ループを形成し、電磁雑音の発生源となる。また、このコモンモード電流が駆動源となり、外部ケーブル等が接続された場合にアンテナとして電磁雑音を発生させることがある。
【０００３】
そのため、従来、このコモンモード電流を低減する方法として、コモンモードチョークコイルと本発明者が特願平１０−２９６２３７号で提案したコモンモードフィルタがある。
【０００４】
コモンモードチョークコイルは、数百ＭＨｚ以下の比較的低周波の領域で使われるもので、リング状のフェライト等に２本の平衡線路を巻き付けた構造で、コモンモード電流に対しては２本の伝送線路によって発生する磁束の向きが同じになるため高インピーダンスになり、ディファレンシャルモード電流に対しては２本の伝送線路によって発生する磁束の向きが反対方向で打ち消し合うため低インピーダンスになる。
【０００５】
本発明者提案になるコモンモードフィルタは、数百ＭＨｚ以上の高周波領域で使われるもので、積層型誘電基板において、上下面にグランド接地されるべき接地用導体層を有する誘電体内に、接地用導体層で形成されたグランド面に垂直な軸方向に相重なる様に２本の伝送線路として一対のライン状導体を設けた構造を備え、前記一対のライン状導体は、上側の接地用導体層に近接かつ平行にスパイラル状もしくはミアンダ状パターンが形成された導体部と、下側の接地用導体層に近接かつ平行に先ほど形成したパターンと同一方向に周回するスパイラル状もしくはミアンダ状パターンが形成された導体部とを互いに電気的に接続した構成である。
【０００６】
この構造で、一対のライン状導体にコモンモード電流が流れた場合、一対のライン状導体間に磁気壁が形成されるため、一対のライン状導体間の容量成分（キャパシタ成分）は発生せず、１本の伝送線路として見なせる。このとき、前記した下部のスパイラル状もしくはミアンダ状パターンの導体部と下側の接地用導体層間、前記した上部のスパイラル状もしくはミアンダ状パターンと上側の接地用導体層間、及び上下スパイラル状もしくはミアンダ状パターン間に分布定数的な容量成分が発生し、これらとスパイラル状もしくはミアンダ状パターンにより発生するインダクタ成分を組み合わせるとπ型の低域通過フィルタが形成され、あらかじめ設定された高周波側のコモンモード電流成分を減衰させる。
【０００７】
コモンモードチョークコイルがコモンモードとディファレンシャルモード時のインダクタ成分の差違を利用するのに対して、コモンモードフィルタは容量成分の差違を利用するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記コモンモードフィルタでは、伝送線路をスパイラル状にして磁束を集中する構造にしてもセラミック等の誘電体の透磁率は１であるためインダクタ相互誘導の効果は限られる。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑み、そのインダクタ相互誘導の効果をコモンモードフィルタに持たせることにより、コモンモード電流の減衰量増加とディファレンシャルモード電流の損失低減を図ったコモンモードフィルタを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、上下一対の接地用導体層を誘電体を挟んで形成し、前記誘電体内でかつ前記一対の接地用導体層間に、並行して一対のライン状導体を設けた構造を備え、前記一対のライン状導体の各々は、前記一対の接地用導体層の一方に近接かつ平行にパターンが形成された導体部と、前記一対の接地用導体層の他方に近接かつ平行にパターンが形成された導体部とを互いに電気的に接続した構成であるコモンモードフィルタであって、前記一対のライン状導体の電流による磁束の磁路の少なくとも一部となる磁性体を前記一対の接地用導体層間に配したことを特徴としている。
【００１２】
前記コモンモードフィルタにおいて、前記磁性体が、前記接地用導体層と前記誘電体との間に配された磁性体層を少なくとも有する連続した構造体であるとよい。
【００１３】
前記誘電体中に形成される前記一対のライン状導体の各導体部が中心軸を同じくする１周以上のスパイラル状のパターンで、なおかつ、前記中心軸に沿って前記磁性体の少なくとも一部が配されている構成としてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコモンモードフィルタの実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態によるコモンモードフィルタ部分の斜視図（透視図）、図２はその断面形状であり、積層回路基板内部に組み込まれた状態でのコモンモードフィルタ機能部分を表したものである。これらの図において、１，２，３，４，５は誘電体基板であり、積層されて積層回路基板を構成するものである。６，７は積層された誘電体基板の上下面を全面的に導体で覆った接地用導体層（接地されるべきグランド層）である。８，９，１０，１１は一対の伝送線路としてのライン状導体を構成するスパイラル状パターンの導体部をそれぞれ配置する層である。ここでは、誘電体基板１，５同士を同一厚さ、誘電体基板２，４同士を同一厚さとした。
【００１６】
このコモンモードフィルタは、上下一対の接地用導体層６，７間に並行して（相互に平行に対向させて）２本伝送線路となる一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２を設けた構造を備えている。一方のライン状導体ＬＮ１は、誘電体基板１，２間の層８に形成された導体部１２と、誘電体基板３，４間の層１０に形成された導体部１４とを同一方向に周回するスパイラル状パターンとなる如く層間接続用導体部１６で電気的に接続したものである。他方のライン状導体ＬＮ２は、誘電体基板２，３間の層９に形成された導体部１３と、誘電体基板４，５間の層１１に形成された導体部１５とを同一方向に周回するスパイラル状パターンとなる如く層間接続用導体部１７で電気的に接続したものである。前記層間接続用導体部１６，１７は誘電体基板２，３，４に貫通孔、もしくは切り欠きを設けることにより形成する。前記導体部１２，１３は接地用導体層６に近接かつ平行にパターンが形成されており、前記導体部１４，１５は接地用導体層７に近接かつ平行にパターンが形成されている。ここでは、接地用導体層６，７が積層誘電体基板の表裏面（上下面）に形成されて平行であるから、接地用導体層６，７と各導体部１２，１３，１４，１５とは相互に平行な関係を保っている。そして、接地用導体層６，７で形成されるグランド面の垂直方向からみた各導体部は相重なる配置で、そのパターン幅が同じである。換言すれば、接地用導体層６，７に垂直な軸方向に相重なる様に２本の伝送線路としてのライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２を同幅で形成している。
【００１７】
さらに、下側及び上側の接地用導体層６，７間において、スパイラル状パターンの各導体部１２，１３，１４，１５のスパイラルの中心軸に沿って、高周波領域に適用可能なＮｉ−Ｚｎ系フェライト等の円柱状の磁性体（より正確に表現すれば強磁性体）１８が配置されている。図２のように、この磁性体１８は接地用導体層６，７間の積層誘電体基板で構成された誘電体内に埋設されている。
【００１８】
この第１の実施の形態で、一対の伝送線路つまり一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２に同一方向の電流が流れるコモンモードの場合、ライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２間に磁気壁が形成されるため、ライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２間の容量成分は発生せず、１本の伝送線路として見なせる。このとき、下部スパイラル状パターンの導体部１２，１３と下側接地用導体層６間、上部スパイラル状パターンの導体部１４，１５と上側接地用導体層７間、及び、上下導体部間に分布定数的な容量成分が発生する。これらと各導体部のスパイラル状パターン及び層間接続用導体部１６，１７により発生するインダクタンス成分を組み合わせることによりπ型の低域通過フィルタが形成される。
【００１９】
さらに、本例では磁性体１８を設けて磁束が通る磁路の一部を構成させており、スパイラル状パターンの各導体部１２，１３，１４，１５から発生する磁束が磁性体１８に集中する。一対の伝送線路、つまり一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２に同一方向の電流が流れるコモンモードの場合、図３に示すように、一本のライン状導体の発生する磁束Ｈ１（実線）ともう一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ２（破線）の向きが同じになるため、コモンモード電流に対するインダクタ成分が強め合い、コモンモード電流に対するインピーダンスが高くなり、コモンモード電流の減衰量増加を図ることができる。
【００２０】
一方、一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２に逆方向の電流が流れるディファレンシャルモードの場合、一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２間に電気壁が形成され、ライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２間にキャパシタ成分が発生し、先の接地用導体層６，７間とのキャパシタ成分の影響は小さくなり、ディファレンシャルモード電流の減衰には影響しない。なおかつ、図４に示すように、一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ１（実線）ともう一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ２（破線）の向きが逆で打ち消し合うため、ディファレンシャルモード電流に対するインダクタ成分は小さくなり、ディファレンシャルモード電流に対するインピータンスは小さくなり、この点でもディファレンシャルモード電流の減衰には影響しないようにできる。
【００２１】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２２】
（１）  積層誘電体基板内において、一対の接地用導体層６，７間に、並行して一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２を設け、さらに、一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２は接地用導体層６に近接かつ平行にスパイラル状パターンが形成された導体部１２，１３と、接地用導体層７に近接かつ平行に先の導体部と同一方向に周回するスパイラル状パターンが形成された導体部１４，１５とを互いに電気的に接続し、スパイラル状パターンの中心部に磁性体１８を配置した構成であり、コモンモード電流に対してπ型低域通過フィルタを構成でき、しかも磁性体１８で各導体部による磁束を集束することで、コモンモード電流に対して高インピーダンスを呈するようにでき、コモンモード電流に対する減衰量のいっそうの増大を図ることができる。
【００２３】
（２）  一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２を構成する各導体部１２，１３，１４，１５のパターンが同一方向に周回するスパイラル状のパターンであり、製品形状の小型化に適する。
【００２４】
（３）  一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２を構成する各導体部１２，１３，１４，１５のパターンが接地用導体層６，７に平行で当該接地用導体層の垂直方向からみた各導体部が相重なりそのパターン幅が同じであるため、π型低域通過フィルタとしてみたときの入出力インピーダンスを揃えることができる。
【００２５】
図５は本発明の第２の実施の形態によるコモンモードフィルタの斜視図（透視図）、図６はその断面形状である。本実施の形態では、誘電体基板１，２，３，４，５を積層した積層回路基板からなる誘電体と、接地用導体層（接地されるべきグランド層）６，７との間に、磁性体層１９，２０を設けて円柱状磁性体１８の上下端面と物理的に接触させている。さらに、一対の伝送線路としてのライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２と接触しない誘電体外周部（側面）を覆い磁性体層１９，２０を短絡（接続）するように磁性体壁２１，２２を接地用導体層６，７間に設けて連続した構造体としている（各磁性体で閉磁路を構成している）。
【００２６】
なお、その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
この第２の実施の形態で一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２に同一方向の電流が流れるコモンモードの場合、図７に示すように、一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ１（実線）ともう一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ２（破線）の向きが同じになるため、コモンモード電流に対するインダクタ成分が強め合い、コモンモード電流に対するインピーダンスが高くなる。
【００２８】
一方、一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２に逆方向の電流が流れるディファレンシャルモードの場合、図８に示すように一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ１（実線）ともう一本のライン状導体が発生する磁束Ｈ２（破線）の向きが逆で打ち消し合うため、ディファレンシャルモード電流に対するインダクタ成分は小さくなり、ディファレンシャルモード電流に対するインピーダンスは小さくなる。なお、一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２による容量成分に起因する作用は第１の実施の形態で説明した通りである。
【００２９】
本実施の形態では、スパイラル状のライン状導体から発生する磁束の閉ループが磁性体中に閉じ込められるため磁束の損失が少なく、電磁誘導の効果が大きくなる。従って、コモンモード電流に対するインピーダンスのいっそうの増大、ひいては減衰量の増大を図ることができる。
【００３０】
これらの実施の形態では、誘電体基板としてセラミック、樹脂系誘電体の他に、Ｓｉ等の単結晶半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体等、電気的に絶縁される誘電体を用いて差し支えない。また磁性体には高周波領域に適用可能なＮｉ−Ｚｎ系フェライトや、絶縁処理された金属系磁性材料等（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系材料）を用いる。
【００３１】
また、積層誘電体基板の側壁に電極を設け、それぞれの導体部１２、１３、１４、１５の端部を電気的に接続してチップ状のコモンモードフィルタを構成してもよい。
【００３２】
これらの実施の形態は、回路基板内部への組み込み用途、回路基板上の任意の位置へ設置する対策部品、平衡伝送ケーブルヘの対策部品として使用することができる。
【００３３】
さらに、誘電体基板の表裏面に接地用導体膜を形成する代わりに、誘電体基板内に上下一対の接地用導体層を形成し、該上下一対の接地用導体層間に、並行して一対のライン状導体を設ける構造としてもよい。
【００３４】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るコモンモードフィルタによれば、電磁雑音源となるコモンモード電流を任意の周波数帯域で減衰でき、なおかつディファレンシャルモード電流の損失を最小に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコモンモードフィルタの第１の実施の形態であって、内部構造を透視して示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の断面図である。
【図３】第１の実施の形態のコモンモードにおける磁束方向を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態のディファレンシャルモードにおける磁束方向を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態であって、内部構造を透視して示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態の断面図である。
【図７】第２の実施の形態のコモンモードにおける磁束方向を示す説明図である。
【図８】第２の実施の形態のディファレンシャルモードにおける磁束方向を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５  誘電体基板
６，７  接地用導体層
１２，１３，１４，１５  導体部
１６，１７  層間接続用導体部
１８  磁性体
１９，２０  磁性体層
２１，２２  磁性体壁
ＬＮ１，ＬＮ２  ライン状導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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