(57)【要約】【課題】  多層化することで装置の小型化が実現できるフィルタの構造を提供する【解決手段】  ストリップ線路構造またはマイクロストリップ線路構造の誘電体基板にそれぞれ線路共振器を折り曲げて構成した複数の共振器を平行に並べたインターディジタルフィルタにおいて、前記複数の共振器の両端を誘電体を挟んで異なる面に配置された複数の導体を有するブロードサイド結合構造１Ｕ，１Ｌで構成し、他を同じ平面内に配置された複数の導体を有するエッジ結合構造２，２で構成した。全てをエッジ結合構造とする場合と比べて誘電体基板の厚みを三分の一にでき、複数のフィルタを積層できる。【選択図】              図１
2006186828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ線路構造またはマイクロストリップ線路構造の誘電体基板にそれぞれ線路共振器を折り曲げて構成した複数の共振器を平行に並べたインターディジタルフィルタにおいて、前記複数の共振器のうち少なくとも両端の共振器は、誘電体を挟んで異なる面に配置された複数の導体を有するブロードサイド結合構造を持ち、他の共振器は、同じ平面内に配置された複数の導体を有するエッジ結合構造を持つことを特徴とする帯域通過フィルタ。
【請求項２】
前記エッジ結合構造は、前記ブロードサイド結合構造に係る複数の導体のいずれか一方と同じ平面内に配置されたことを特徴とする請求項１記載の帯域通過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はマイクロ波帯の帯域通過フィルタに関し、特に帯域通過フィルタの積層小型化のための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年移動体通信が普及し、無線回路の小型化が強く要求されている。マイクロ波帯の帯域通過フィルタは、無線回路の重要な回路であるが、一般に無線回路のなかでは最も大きな面積を占め特に小型化が重要である。フィルタの構成に関しては、多数の文献があるがよく用いられるものとして両端開放の１／２波長の共振器を用いたフィルタや、片側短絡、片側開放の１／４波長の共振器を用いた、インターディジタル型の帯域通過フィルタがある（非特許文献１乃至３）。
【０００３】
【非特許文献１】SEYMOUR B. COHN "Parallel-Coupled Transmission-Line-Resonator Filters" IRE Transactions ON Microwave Theory AND Techniques, pp.223-231 （1958）
【非特許文献２】G. Matthaei, l.Young, E.M.T.Jones MICROWAVE FILTERS, Impedance-Matching Networks, AND Coupling Structures, Artech House（1985）
【非特許文献３】Chi-Yang, Cheng-Chung Chen, AND Hong-Jie Huang "Folded quarter-wave resonator filters with Chebyshev, flat group delay, or quasi-elliptical function response" 2002 IEEE MTT-S pp.1609-1612
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記フィルタは従来は同一平面上に配線されている。またフィルタの設計上は、通常両端の結合が大きく、中間の共振器は結合を小さくする必要があり、中間の結合線路の間隔は広く、両側の結合線路の線路間隔を狭くする必要がある。しかしプリント基板上や、セラミック基板上にフィルタ導体を作製する場合０．１ｍｍ程度が微細化の限界となっている。線路間隔が狭く製作限界を下回ると製作不可能になってしまうので、そのような場合特性を保ちつつ線路間隔を広げる必要がある。
【０００５】
ストリップ線路あるいはストリップ結合線路で構成された回路では誘電体厚みをａ倍した場合、線路幅、線路間隔もａ倍することで同じ特性が得られるため、誘電体厚みを厚くすることにより最小の線路間隔が０．１ｍｍ程度以上となるように設計が行われていた。（マイクロストリップ構造では、式は複雑となるが定性的には誘電体厚みを厚くすることで線路幅、線路間隔を広げて同じ特性得ることができる。）この厚みは通常０．６〜１ｍｍ程度となるが、装置の薄型のため基板厚みの上限も０．５〜１ｍｍ程度であることが多いためフィルタに関しては多層化して上下に２つのフィルタを配置し面積を小型化することは難しかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、多層化することで装置の小型化が実現できるフィルタの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ストリップ線路構造またはマイクロストリップ線路構造の誘電体基板にそれぞれ線路共振器を折り曲げて構成した複数の共振器を平行に並べたインターディジタルフィルタにおいて、前記複数の共振器のうち少なくとも両端の共振器は、誘電体を挟んで異なる面に配置された複数の導体を有するブロードサイド結合構造を持ち、他の共振器は、同じ平面内に配置された複数の導体を有するエッジ結合構造を持つものである。
【０００８】
好ましくは、前記エッジ結合構造の導体を、前記ブロードサイド結合構造に係る複数の導体のいずれか一方と同じ平面内に配置する。
【０００９】
前記帯域通過フィルタは、例えば、ストリップ線路構造またはマイクロストリップ線路構造の誘電体基板上に両端開放の１／２波長の長さの線路共振器をヘアピン型に折り曲げたものであり、あるいは、片側が短絡された１／４波長の長さの線路共振器をヘアピン型に折り曲げたものである。
【００１０】
ブロードサイド結合構造とは配線の構成方法の1つであり、多層基板の上下2つの層を使って構成する方法である。エッジ結合線も配線の構成方法の1つであり、2本の信号配線を同じ配線層上に横に並べて配置する構成方法である。
【００１１】
本発明では両側の結合線路の結合に線路が上下に配置されたブロードサイド結合線路を用いることで大きな結合を実現し、他方、中間の結合線路の結合に線路が同一平面に配置されるエッジ結合線路を用いることで小さい結合を実現した。特に高周波の帯域フィルタにおいてそのような結合が求められる。本発明の構造を用いることにより、基板厚みを薄くしつつ最小の線路幅・線路間隔を製作限界の０．１ｍｍ以上にできる。従来は、最小の線路幅・線路間隔を０．１ｍｍ以上にしようとすると基板の厚みを増さざるを得なかった。基板を薄くすることにより多層化が可能になり、多層化することで装置の小型化を実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る構造を用いることで最小寸法を大きく保ちながら、基板の厚みを薄くすることができる。そのため基板の多層化が可能となり、占有面積を大幅に縮小することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明を加える。
図１に本発明の実施の形態に係る帯域通過フィルタの構造を示す。図１（ａ）は前記帯域通過フィルタの上面図、同図（ｂ）は同フィルタのａ−ａ’矢視断面図、同図（ｃ）は同フィルタのｂ−ｂ’矢視断面図を示す。これらの図において、１はブロードサイド結合の結合線路、２はエッジ結合の結合線路、３は入出力端子、４は接地電極を示す。１Ｌはブロードサイド結合の結合構造の下層電極、１Ｕは同じく上層電極を示す。結合線路１Ｌ，１Ｕと接地電極４との間、結合線路２の間、及び、結合線路２と接地電極４の間は誘電体Ｄで満たされている。見やすくするために、図１（ａ）においては接地電極４及び誘電体Ｄの表示を省略している。
【００１４】
図２は、図１の帯域通過フィルタの斜視図である。見やすくするために、図２においては接地電極４の表示及び誘電体の表示を省略している。
これらの図面から容易にわかるように、発明の実施の形態に係る帯域通過フィルタの両側の結合線路はブロードサイド結合の結合線路、中間の結合線路はエッジ結合の結合線路で構成される。結合線路１Ｌの上に結合線路１Ｕが所定の間隔を空けて（この隙間には誘電体Ｄが存在する）重ねて設けられている。結合線路１Ｕの長さは結合線路１Ｌよりも少し長いのでその端は結合線路１Ｌに重なっていない。その端部に入出力端子３が設けられている。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように両端の結合線路１Ｌと１Ｕは、上下に配置されたブロードサイド結合線路を構成しており、図１（ｃ）に示すように結合線路２、２は同一面に配置されたエッジ結合の結合線路を構成している。図１（ｂ）、（ｃ）に示すように両側（上下）には接地電極４が配置される。図１（ｂ）に示すように、ブロードサイド結合構造では、上側の接地電極４と結合線路１Ｕ、結合線路１Ｕと１Ｌ、結合線路１Ｌと下側の接地電極４の間隔はいずれも同じである（符号ｔ）。図１（ｃ）に示すように、本発明の実施の形態に係るエッジ結合構造では、上側の接地電極４と結合線路２の間隔（２ｔ）は、結合線路２と下側の設置電極４の間隔（ｔ）の２倍である。これは両端の線路１がブロードサイド結合構造をもち、その一方の導体と同一平面にエッジ結合を形成したためである。
【００１６】
発明の実施の形態に係る帯域通過フィルタでは、通常大きな結合が必要な両端の結合線路が本来結合の大きいブロードサイドの結合線路で構成されている。図１の左側を入力とした場合、上側の線路の端３から入力された信号は、ブロードサイドの結合線路に係る上層電極１Ｕから下層電極１Ｌに移動するが、そのとき線路長を所望の帯域の中心周波数で波長の１／４の長さに調整することで、その周波数の信号のみが下層の電極に伝送される。下層に伝送された信号は次にエッジ結合の結合線路２，２で同じく所望の周波数のみ伝播し、以下同様に右側の結合線路１Ｌ，１Ｕで周波数が選択され、右側の出力端３から所望の帯域の信号のみが取り出される。
【００１７】
発明の実施の形態に係る構造を用いることで最小寸法を大きく保ちながら、基板の厚みを薄くすることができ、多層化により占有面積を大幅に縮小することが可能である。その理由は以下の実施例の説明に詳述されているが、要するに、両側の結合線路の結合に線路が上下に配置されたブロードサイド結合線路を用いることで大きな結合を実現し、他方、中間の結合線路の結合に線路が同一平面に配置されるエッジ結合線路を用いることで小さい結合を実現し、フィルタの全ての部分について線路幅・線路間隔を製作限界以下にできるからである。
【実施例１】
【００１８】
次に、発明の実施の形態に係る構造の具体例及び特性例について説明を加える。説明の便宜上、エッジ結合構造（比較例）、ブロードサイド結合構造（比較例）、両者の組み合わせの順番で説明を加える。
（１）エッジ結合構造のみを用いてフィルタを構成する場合（比較例）
厚みが０．４ｍｍの誘電体上にフィルタを構成する場合を考える。例えば携帯電話のプリント基板では、誘電体厚みは概ね０．８ｍｍ程度で製造されており、０．４ｍｍの誘電体内にフィルタを構成することができれば、上下を０．４ｍｍに分割し各々にフィルタを製造することができるため、同一面に作製する場合に比べ半分の面積ですむことになる。エッジ結合でフィルタを作製する場合電極は中央に配置されるので誘電体厚みは、線路導体の上下に０．２ｍｍずつ配置される。今よく用いられる帯域幅１０％、リップル０．１ｄＢ、３段のフィルタを作製する場合、前述の非特許文献１に従って設計すると、第１の結合線路の偶モードインピーダンスＺｅ、奇モードインピーダンスＺｏの値はＺｅ＝７７Ω、Ｚｏ＝３８Ωとなる。第２の結合線路ではＺｅ＝５８Ω、Ｚｏ＝４４Ωとなる。第３の結合線路は第２の結合線路と同じインイーダンス、第４の結合線路は第１の結合線路のインピーダンスと同じである。結合係数ＣはＣ＝（Ｚｅ−Ｚｏ）／（Ｚｅ＋Ｚｏ）で求められ、両端の第１、第４の結合線路の結合係数は０．３４、中間の第２、第３の合線路の結合係数は０．１４と圧倒的に両端の結合係数が大きくなる。結合係数が大きい場合結合線路の線路間間隔は狭くする必要がある。
【００１９】
通常電極の金属厚みは非常に薄いので、金属厚みを無限小と近似すると上記の基板厚みで所望のＺｅ，Ｚｏを実現する線路幅、線路間隔は誘電体の比誘電率を指定すれば一意に定まる。誘電率を例えば３．７（市販低損失基板材料の比誘電率）とすると、樹脂基板のときの結合線路の電極幅は０．１５ｍｍ、線路間隔０．０３３ｍｍとなり線路間隔が０．１ｍｍより小さいので０．１ｍｍとなるよう基板厚みを３倍にして線路間隔を０．１ｍｍにする必要がある。基板厚みはこのとき１．２ｍｍとなり、上下にフィルタを積層すると２．４ｍｍになる。このような厚い基板は装置が大きくなるため通常使用できない。一方中間の結合線路の線路幅は０．２０４ｍｍと線路間隔は０．１１８ｍｍで最小寸法０．１ｍｍでも実現可能である。
【００２０】
図３（ａ）は、エッジ結合構造のみを用いてフィルタを構成した場合の特性例を示す。図３（ａ）はエッジ結合で作製した帯域通過フィルタで誘電体基板を０．４ｍｍと１．２ｍｍとしたものである。０．４ｍｍの線路長は１５．９ｍｍで線路幅、線路間隔は実施例に示されている寸法である。前述のように、エッジ結合のみで構成した帯域通過フィルタでは、誘電体厚みを3倍にすることで線路幅の最小寸法は０．０９９ｍｍとほぼ０．１ｍｍの最小寸法で同じ特性を得ることができるが、最小寸法を０．１ｍｍ以上にするためには誘電体厚みを厚くする必要がある。誘電体厚みが１．２ｍｍのものの線路長は１５．９ｍｍ、誘電体厚みが３倍されているため線路幅、線路間隔は３倍の値になっている。図からわかるとおり２つの特性は全く一致している。しかし、誘電体厚みを3倍にした１．２ｍｍでフィルタを積み重ねると２．４ｍｍになってしまい、携帯電話などに実装することができなくなってしまう。
【００２１】
（２）ブロードサイド結合構造のみを用いてフィルタを構成する場合（比較例）
次にブロードサイド結合を用いた場合について寸法を求める。ブロードサイド結合線路では誘電体は３層に分かれるので上から例えば０．１３ｍｍ／０．１３ｍｍ／０．１３ｍｍの誘電体厚みとして全体の厚みを０．３９ｍｍとした場合について寸法を求めてみる。このとき上記と同じ比誘電率３．７で線路幅０．１４４ｍｍのとき、Ｚｅ＝７７Ω、Ｚｏ＝３８Ωが得られ最小寸法０．１ｍｍ以上で所望のＺｅ，Ｚｏを実現することができる。ブロードサイド結合線路では上記の基板構成では、中間の結合線路のＺｅ，Ｚｏは結合が小さすぎて実現できない。
【００２２】
（３）ブロードサイド結合構造とエッジ結合構造の組み合わせ（発明の実施の形態）
上述のように、両端の結合線路にブロードサイド結合構造を適用すれば、その線路幅０．１４４ｍｍのときＺｅ＝７７Ω、Ｚｏ＝３８Ωが得られ最小寸法０．１ｍｍ以上で所望のＺｅ，Ｚｏを実現することができる。中間の結合線路にエッジ結合構造を適用すれば、その線路幅は０．２０４ｍｍと線路間隔は０．１１８ｍｍで最小寸法０．１ｍｍでも実現可能である。したがって、ブロードサイド結合構造とエッジ結合構造の組み合わせにより、基板厚みを薄くしつつ（０．４ｍｍ）、最小の線路幅・線路間隔を製作限界の０．１ｍｍ以上にできる。この厚みであればフィルタを２つ重ねてもプリント基板の誘電体厚さ（０．８ｍｍ）に抑えることができ、携帯電話などに実装可能である。
【００２３】
以上の議論から判るとおり、両側の結合線路はブロードサイド結合を用い、中間の結合線路はエッジ結合を用いることで薄い基板でも所望の同じ特性の帯域通過フィルタを構成することができる。なおこの場合エッジ結合の結合線路は、図１（ｃ）に示すように一方の接地電極４までの距離が０．１３ｍｍ、もう一方の接地電極４までの距離が０．２６ｍｍの非対称な結合線路となるが、中間の結合線路のインピーダンスであるＺｅ＝５８Ω、Ｚｏ＝４４Ωは線路幅０．１５５ｍｍ、線路間隔０．１３ｍｍで実現できこれも０．１ｍｍ以上の線路幅、線路間隔で実現できる。
【００２４】
図３（ｂ）は本発明の構造による特性の変化例を示す。図３（ｂ）は全てエッジ結合の結合線路で作製した帯域通過フィルタの特性（符号Ｅ）と、両側はブロードサイド結合・中間はエッジ結合の結合線路で構成した本発明に係る構造の帯域通過フィルタの特性（符号Ｂ＋Ｅ）を比較したものである。全てエッジ結合構造のフィルタの誘電体厚みは１．２ｍｍ、これに対して本発明の実施の形態に係る構造の誘電体厚みは０．３９ｍｍである。図からわかるとおり、２つの特性はほとんど一致している。本発明の実施の形態の特性は、エッジ結合のみで構成したものとほとんど同じ特性でありながら、誘電体の厚みはエッジ結合の場合の約１／３で済んでいる。
【００２５】
以上具体的に述べたとおり、本発明の構造を用いることで、プリント基板上やセラミック基板上にフィルタ導体を作製する場合の微細化の限界（例えば０．１ｍｍ）よりも線路幅の最小寸法を大きく保ちながら、基板の厚みを薄くすることができる。より薄い基板が使用可能になるので基板を多層化し、その占有面積を大幅に縮小することが可能である。
【００２６】
図４（ａ）は発明の実施の形態１の構造を１／４の波長線路のインターディジタルフィルタに適用したものの平面図であり、同図（ｂ）はそのｃ−ｃ’矢視断面図である。１１Ｌはブロードサイド結合の結合線路（下層電極）、１１Ｕはブロードサイド結合の結合線路（上層電極）、１２はエッジ結合の結合線路（上層電極）である。１３は下層電極の接地、１４は上層電極の接地、１５は入出力端子、１６はインピーダンス整合のスタブを示す。
【００２７】
図４に示すように、片側ショートの１／４の波長の共振器についても同様に薄層化が可能である。
またマイクロストリップ線路構造で構成されたフィルタでも同様に薄層化できることはいうまでもない。
【００２８】
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】
【００２９】
【図１】発明の実施の形態に係る（波長）／２線路を用いた帯域通過フィルタの構造を示す図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）はそのａ−ａ'断面図、図１（ｃ）はそのｂ−ｂ’断面図である。
【図２】図１の帯域通過フィルタの斜視図である。
【図３】図３（ａ）はエッジ結合の結合線路で作製した誘電体厚み０．４ｍｍと１．２ｍｍの従来の帯域通過フィルタの特性比較を示し、図３（ｂ）はエッジ結合の結合線路で作製した誘電体厚み１．２ｍｍの従来の帯域通過フィルタと発明の実施の形態に係る構造の誘電体厚み０．３９ｍｍの帯域通過フィルタの特性比較を示す。
【図４】発明の実施の形態に係る（波長）／４線路を用いた帯域通過フィルタの構造を示す図であり、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）はそのｃ−ｃ'断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ブロードサイド結合の結合線路
１Ｌ  下層電極
１Ｕ  上層電極
２    エッジ結合の結合線路
３    入出力端子
４    接地電極
１１Ｌ  ブロードサイド結合の結合線路（下層電極）
１１Ｕ  ブロードサイド結合の結合線路（上層電極）
１２    エッジ結合の結合線路（上層電極）
１３    下層電極の接地
１４    上層電極の接地
１５    入出力端子
１６    インピーダンス整合のスタブ
【図１】
2006186828.tif 000003
【図２】
2006186828.tif 000004
【図３】
2006186828.tif 000005
【図４】
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