(57)【要約】【課題】特性を劣化させることなく、小型化、軽量化が可能なインピーダンス変換器を提供する。【解決手段】誘電体多層基板１と、その誘電体多層基板１の内部に並設された導体線路２，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにより形成される少なくとも第１の螺旋構造体Ａならびに第２の螺旋構造体Ｂと、その第１の螺旋構造体Ａならびに第２の螺旋構造体Ｂの上部ならび下部の少なくともいずれか一方に設けられた接地電極６，７とを有することを特徴とする。【選択図】    図３
2005026988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体多層基板と、
その誘電体多層基板の内部に並設された導体線路により形成される少なくとも第１の螺旋構造体ならびに第２の螺旋構造体と、
その第１の螺旋構造体ならびに第２の螺旋構造体の上部ならび下部の少なくともいずれか一方に設けられた接地電極とを有することを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項２】
請求項１記載のインピーダンス変換器において、前記第１の螺旋構造体と第２の螺旋構造体の旋回方向が互いに逆方向であることを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインピーダンス変換器をλ／４変成器として用いたことを特徴とする高周波回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路において、ＬＴＣＣ（低温焼成多層セラミック）やＨＴＣＣ（高温焼成多層セラミック）など、高誘電体基板を使用した多層構造のインピーダンス変換器に係り、特にアンテナスイッチやフロントエンドモジュールなどの高周波スイッチ回路に好適なインピーダンス変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＬＴＣＣやＨＴＣＣを用いた高周波デバイスでは、インピーダンス整合や高周波スイッチ回路に、導体線路を利用したインピーダンス変換器が用いられてきた。
【０００３】
図１０に従来のインピーダンス変換器の各層のパターンレイアウトを示す。接地電極１７，１９間に配置された導体線路１８の特性インピーダンスは、誘電体基板の比誘電率εｒと線路幅、および層間距離で決定される。
【０００４】
また、導体線路の波長λは、下式のようになる。
λ≒λ０  ／√εｒ
λ０  ：自由空間における波長
そのため限られたデバイスサイズ内において所望の線路長を得るため、導体線路１８は基板内において図に示すようにミアンダ状に適宜折り曲げて配置していた。
【０００５】
なお、インピーダンス変換器に関しては、例えば下記の特許文献１などを挙げることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２２００９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
線路長は基板の比誘電率εｒが大きいほど、また動作周波数が高いほど短くなるが、通常の誘電体基板の比誘電率εｒは１０以下であり、線路長の短縮には限界がある。
【０００８】
また、高い比誘電率εｒの基板では、所望の特性インピーダンスを得るために線路幅を細くする必要があるが、デバイスの薄型化が進むにつれ、作成し得る最小線路幅を用いた場合でも容量性に偏ってしまい、所望の特性インピーダンスを得ることが困難になってくる。
【０００９】
さらに、線路幅を余り細く、また線路のミアンダ状の折り返しが存在すると、インピーダンス変換器自体での損失が大きくなるという欠点がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、特性を劣化させることなく、小型化、軽量化が可能なインピーダンス変換器及びそれを用いた高周波回路装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、例えばＬＴＣＣやＨＴＣＣなどの誘電体多層基板と、
その誘電体多層基板の内部に並設された導体線路により形成される少なくとも第１の螺旋構造体ならびに第２の螺旋構造体と、
その第１の螺旋構造体ならびに第２の螺旋構造体の上部ならび下部の少なくともいずれか一方に設けられた接地電極とを有することを特徴とするものである。
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記第１の螺旋構造体と第２の螺旋構造体の旋回方向が互いに逆方向であることを特徴とするものである。  本発明の第３の手段は高周波回路装置において、前記第１の手段または第２の手段のインピーダンス変換器をλ／４変成器として用いたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るインピーダンス変換器の斜視図、図２はそのインピーダンス変換器の断面図、図３はそのインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【００１３】
誘電体多層基板１は、例えばＬＴＣＣ（低温焼成多層セラミック）やＨＴＣＣ（高温焼成多層セラミック）などで構成されている。図２に示すように誘電体多層基板１の内部において、導体線路（ストリップライン）２，３ａ，４ａ，５ａがその順序で多層に形成され、また導体線路２，３ｂ，４ｂ，５ｂもその順序で多層に形成されている。
【００１４】
図２と図３に示すように、前記導体線路２は、平面形状が途中が切れた四角形の枠形をしており１つの線路となっている。導体線路３ａと３ｂ、導体線路４ａと４ｂ、導体線路５ａと５ｂは、それぞれ同一平面上に離して形成され、いずれも平面形状がほぼコ字形をしている。導体線路２の上部には接地電極６が、導体線路５ａ，５ｂの下部には接地電極７がそれぞれ導体線路２および導体線路５ａ，５ｂを覆うように設けられ、接地電極６，７は平面形状が四角形の平板状をしている。
【００１５】
図３に示すように、導体線路２の一端２−１はビアホール１１ａで導体線路３ａの一端３ａ−１と接続され、導体線路３ａの他端３ａ−２はビアホール１０ａで導体線路４ａの一端４ａ−１と接続され、導体線路４ａの他端４ａ−２はビアホール９ａで導体線路５ａの一端５ａ−１と接続され、導体線路５ａの他端５ａ−２はビアホール８ａで接地電極６に接続されて、全体で旋回方向が時計回り方向Ｘ（図１参照）の第１の螺旋構造Ａを構成している。
【００１６】
また、導体線路２の他端２−２はビアホール１１ｂで導体線路３ｂの一端３ｂ−１と接続され、導体線路３ｂの他端３ｂ−２はビアホール１０ｂで導体線路４ｂの一端４ｂ−１と接続され、導体線路４ｂの他端４ｂ−２はビアホール９ｂで導体線路５ｂの一端５ｂ−１と接続され、導体線路５ｂの他端５ｂ−２はビアホール８ｂで接地電極６に接続されて、全体で旋回方向が反時計回り方向Ｙ（図１参照）の第２の螺旋構造Ｂを構成している。
【００１７】
このように第１の螺旋構造Ａと第２の螺旋構造Ｂは誘電体多層基板１内で並設され、それの旋回方向が互いに反対になっている。また図１に示すように前記ビアホール８ａ，８ｂの一端は、誘電体多層基板１の表面に露呈して入出力端となっている。
【００１８】
この構成において、接地電極６，７と導体線路２間のキャパシタンス成分と、螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、また第１、第２の螺旋構造Ａ，Ｂ間で誘導される相互インダクタンス成分が、所望の周波数帯において相殺されて５０Ωとなる。
【００１９】
また、それぞれ前記キャパシタンス成分による位相回転量と螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、相互インダクタンス成分による位相回転量の総和が、入力端ビアホール８ａから出力端ビアホール８ｂまでで、所望の周波数帯において９０度となっている。
【００２０】
すなわち、接地電極６，７でシールドされた螺旋構造体Ａ，Ｂは、所望の周波数帯においてλ／４変成器をなすインピーダンス変換器を構成する。
【００２１】
本実施形態によれば、導体線路２，３ａ，４ａ，５ａ，３ｂ，４ｂ，５ｂおよび接地電極６，７で構成される２つの螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分とキャパシタンス成分により、ストリッブ線路のみで得られる位相回転量よりも遙かに大きな位相回転量が得られるため、非常に小さい構造でインピーダンス変換器を構成することができる。
【００２２】
またこのインピーダンス変換器は、導体線路２，３ａ，４ａ，５ａ，３ｂ，４ｂ，５ｂおよび接地電極６，７でシールドされているため、他の回路とクロストークすることなく、高密度の実装に適している。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施形態に係るインピーダンス変換器の入力端から出力端までの通過特性の周波数特性を示す図である。これらの図によれば、本実施形態に係るインピーダンス変換器は、９００ＭＨｚにおいて、通過損失が０．３ｄＢ、位相回転量が９０度、インピーダンスが５０Ωとなっている。すなわちこのインピーダンス変換器は、９００ＭＨｚ帯において、低損失で且つ優れたインピーダンス特性を有している。
【００２４】
図５は本発明の第２実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【００２５】
この実施形態でも誘電体多層基板１（図示せず）の内部において、導体線路３０ａ，４０ａ，５０ａ，２０がその順序で多層に形成され、また導体線路３０ｂ，４０ｂ，５０ｂ，２０もその順序で多層に形成されている。
【００２６】
前記導体線路３０ａと３０ｂ、導体線路４０ａと４０ｂ、導体線路５０ａと５０ｂは、それぞれ同一平面上に離して形成され、いずれも平面形状がほぼ円形をしている。導体線路２０は、その両端部の平面形状がほぼ円形をしている。導体線路３０ａ，３０ｂの上部には接地電極６が、導体線路２０の下部には接地電極７がそれぞれ設けられて、接地電極６，７は平面形状が四角形の平板状をしている。
【００２７】
同図に示すように、接地電極６に設けたビアホール８０ａは導体線路３０ａの一端３０ａ−１に接続され、導体線路３０ａの他端３０ａ−２はビアホール１１０ａで導体線路４０ａの一端４０ａ−１に接続され、導体線路４０ａの他端４０ａ−２はビアホール１００ａで導体線路５０ａの一端５０ａ−１に接続され、導体線路５０ａの他端５０ａ−２はビアホール９０ａで導体線路２０の一端２０−１に接続されて、全体で旋回方向が反時計回り方向の第１の螺旋構造Ａを構成している。
【００２８】
また接地電極６に設けたビアホール８０ｂは導体線路３０ｂの一端３０ｂ−１に接続され、導体線路３０ｂの他端３０ｂ−２はビアホール１１０ｂで導体線路４０ｂの一端４０ｂ−１に接続され、導体線路４０ｂの他端４０ｂ−２はビアホール１００ｂで導体線路５０ｂの一端５０ｂ−１に接続され、導体線路５０ｂの他端５０ｂ−２はビアホール９０ｂで導体線路２０の一端２０−２に接続されて、全体で旋回方向が時計回り方向の第２の螺旋構造Ｂを構成している。
【００２９】
図示していないが前記ビアホール８０ａ，８０ｂの一端は、誘電体多層基板１の表面に露呈して入出力端となっている。前記第１実施形態ならびに第２実施形態では、螺旋構造を有する導体線路を４層で構成したことになる。
【００３０】
図６は、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【００３１】
この実施形態の場合、平面形状がコ字形あるいはほぼ円形をした導体線路１２ａと１２ｂが同一平面上に離して形成され、それらの下方に導体線路１３が配置され、導体線路１３の下方に接地電極７が配置されている。
【００３２】
導体線路１２ａの一端１２ａ−１には入力端ビアホール１４ａが接続され、導体線路１２ａの他端１２ａ−２はビアホール１５ａで導体線路１３の一端１３−１に接続されて、旋回方向が反時計回りの第１の螺旋構造体Ａを構成している。また、導体線路１２ｂの一端１２ｂ−１には出力端ビアホール１４ｂが接続され、導体線路１２ｂの他端１２ｂ−２はビアホール１５ｂで導体線路１３の他端１３−２に接続されて、旋回方向が時計回りの第２の螺旋構造体Ｂを構成している。図示していないが、前記入力端ビアホール１４ａと出力端ビアホール１４ｂは、誘電体多層基板１の表面に露呈して入出力端となっている。
【００３３】
本実施形態において、接地電極７と導体線路１３間のキャパシタンス成分と、螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、また第１，第２の螺旋構造体Ａ，Ｂ間で誘導される相互インダクタンス成分が、所望の周波数帯において相殺されて５０Ωとなる。
【００３４】
また、それぞれ前記キャパシタンス成分による位相回転量と螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、相互インダクタンス成分による位相回転量の総和が、入力端ビアホール１４ａから出力端ビアホール１４ｂまでで、所望の周波数帯において９０度となっている。
【００３５】
すなわち、シールドされた螺旋構造体Ａ，Ｂは、所望の周波数帯においてλ／４変成器をなすインピーダンス変換器を構成する。
【００３６】
本実施形態によれば、導体線路１２ａ，１２ｂと対向する接地電極６がないから、導体線路１２ａ，１２ｂの寄生容量が小さくなるため、螺旋構造体Ａ，Ｂにより得られるインダクタのＱを大きくすることができ、いっそう低損失のインピーダンス変換器を得ることができる。
【００３７】
またこのインピーダンス変換器を多層基板の上方の配置すれば、このインピーダンス変換器の下方は接地電極７でシールドされているため、他の回路とクロストークすることなく、高密度の実装に適している。
【００３８】
図７は、本発明の第４実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンおよび接続関係を示す図である。
【００３９】
この実施形態の場合、平面形状がほぼＬ字形をした導体線路１２０ａと１２０ｂが同一平面上に離して形成され、それらの下方に平面形状がほぼＳ字状をした導体線路１３０が配置され、導体線路１３０の下方に接地電極７が配置されている。
【００４０】
導体線路１２０ａの一端１２０ａ−１には入力端ビアホール１４０ａが接続され、導体線路１２０ａの他端１２０ａ−２はビアホール１５０ａで導体線路１３０の一端１３０−１に接続されて、第１の螺旋構造体Ａを構成している。また、導体線路１２０ｂの一端１２０ｂ−１には出力端ビアホール１４０ｂが接続され、導体線路１２０ｂの他端１２０ｂ−２はビアホール１５０ｂで導体線路１３０の他端１３０−２に接続されて、第２の螺旋構造体Ｂを構成している。図示していないが、前記入力端ビアホール１４０ａと出力端ビアホール１４０ｂは、誘電体多層基板１の表面に露呈して入出力端となっている。
【００４１】
本実施形態において、接地電極７と導体線路１３０間のキャパシタンス成分と、螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、また第１，第２の螺旋構造体Ａ，Ｂ間で誘導される相互インダクタンス成分が、所望の周波数帯において相殺されて５０Ωとなる。
【００４２】
また、それぞれ前記キャパシタンス成分による位相回転量と螺旋構造体Ａ，Ｂによるインダクタンス成分、相互インダクタンス成分による位相回転量の総和が、入力端ビアホール１４０ａから出力端ビアホール１４０ｂまでで、所望の周波数帯において９０度となっている。
【００４３】
本実施形態では螺旋構造体Ａ，Ｂ間で誘導される相互インダクタンス成分が、第１の螺旋構造体Ａのインダクタンス成分と第２の螺旋構造体Ｂのインダクタンス成分に加算されるため、第１の螺旋構造体Ａと第２の螺旋構造体Ｂのそれぞれで生成するインダクタンス成分を小さくすることができ、さらなる小型化が可能となる。
【００４４】
図８は、本発明のインピーダンス変換器を用いた高周波スイッチの回路図である。この高周波スイッチ回路は、端子Ｐ１を入力端子として、周波数ｆｓにおいて、端子Ｖ１のバイアス電圧がｏｆｆの際、出力端子として端子Ｐ２を選択し、端子Ｖ１のバイアス電圧がｏｎの際、出力端子として端子Ｐ３を選択する高周波スイッチ回路である。
【００４５】
端子Ｖ１に電圧を印加することで抵抗Ｒ１を介して直流電流が流れ、ダイオードＤ１，Ｄ２がｏｎ状態になり、直流電流はインダクタンスＬ１を通り帰還する。このとき、ダイオードの寄生インダクタンスとキャパシタＣ３で決定される共振周波数を周波数ｆｓ近傍に設定すれば、周波数ｆｓ近傍において、本発明のλ／４変成器１６の出力端（直流カットキャパシタンスＣ２側）が接地される。
【００４６】
このとき本発明のλ／４変成器１６は周波数ｆｓにおいて、位相回転量は９０度であるため、λ／４変成器１６の入力端（直流カットキャパシタンスＣ１側）では、周波数ｆｓにおいてオープンとなるから、高周波信号は端子Ｐ１から端子Ｐ３に流れる。
【００４７】
また、端子Ｖ１のバイアス電圧がｏｆｆのときは、ダイオードＤ１，Ｄ２がｏｆｆ、かつλ／４変成器１６のインピーダンスが５０Ωであるため、高周波信号は端子Ｐ１から端子Ｐ２に流れる。
【００４８】
このインピーダンス変換器を使用することにより、小型で高性能な高周波スイッチ回路を得ることができる。
【００４９】
図９は、本発明の高周波スイッチ回路を用いたＲｘフィルタ付アンテナスイッチモジュールの断面図である。
【００５０】
図８に示した本発明のインピーダンス変換器を用いた高周波スイッチ回路において、端子Ｐ１をアンテナ側、端子Ｐ２をＲｘ側、端子Ｐ３をＴｘ側として適用したものであり、端子Ｐ２はＲｘ用フィルタに接続される。
【００５１】
Ｒｘフィルタ付アンテナスイッチモジュールは、基板２４のキャビティ内部にＲｘ用弾性表面波フィルタ２２を内蔵しており、モジュール底部のシールドカバー２１により封止されている。本発明のλ／４変成器２３（インピーダンス変換器）は破線で示した部分に内蔵される。
【００５２】
すなわち、本発明のλ／４変成器２３は小型でかつ薄いため、モジュールのキャビティ上部の、薄い基板２４のエリアにおいても内蔵可能である。さらに本発明のλ／４変成器２３は、その下部を接地電極７によりシールドした構造であり、その接地電極７はシールディングの機能のみでなく、Ｒｘ用弾性表面波フィルタ２２のダイアタッチ面としての機能も兼用している。
【００５３】
さらに基板２４の上面に、インダクタ、キャパシタなどのチップ素子や空芯コイル等が搭載されている場合でも、接地電極６のシールディング機能により、基板上部の素子と本発明のλ／４変成器２３との結合を回避することができる。
【００５４】
このようなことから、本発明のλ／４変成器２３を用いた高周波スイッチ回路によれば、いっそう小型、薄型のＲｘフィルタ付アンテナスイッチモジュールを提供することができる。
【００５５】
前記実施形態では、特定の周波数のλ／４変成器に関して説明したが、本発明は実施形態で示した周波数とインピーダンス特性に限らず、あらゆる周波数、インピーダンスにおいて適用可能である。
【００５６】
前記実施形態で使用したＲｘフィルタは、弾性表面波フィルタに限らず、例えばＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタなど、他の方式によるフィルタにも適用でき、またフィルタの機能もＲｘのみに限定されるものではない。
【００５７】
前記実施形態では誘電体多層基板の内部に２つの螺旋構造体を並設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の螺旋構造体を並設することも可能である。
【００５８】
前記実施形態のように螺旋構造体の旋回方向を互いに逆方向にすれば、螺旋構造体Ａ（Ｂ）により螺旋構造体Ｂ（Ａ）に誘導される相互インダクタンスは正、すなわち螺旋構造体Ｂ（Ａ）のインダクタンス成分と極性が同じになり、インダクタンスを強め合う。そのため所望のインダクタンスを得るための螺旋構造の大きさを小さくすることができ、一層の小型化が実現できるという特長がある。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は前述のように、誘電体多層基板内に螺旋状の導体線路を構成することにより、特性を劣化させることなく、小型化、軽量化が可能なインピーダンス変換器及びそれを用いた高周波回路装置を提供することができる。
【００６０】
また本発明のインピーダンス変換器をλ／４変成器として使用すれば、他の部品と干渉することなく、高周波スイッチ回路などの高周波回路装置の小型化、薄型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインピーダンス変換器の斜視図である。
【図２】そのインピーダンス変換器の断面図である。
【図３】そのインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【図４】そのインピーダンス変換器の入力端から出力端までの通過周波数特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るインピーダンス変換器の各レイアのパターンと接続関係を示す図である。
【図８】本発明のインピーダンス変換器を用いた高周波スイッチの回路図である。
【図９】その高周波スイッチを用いたＲｘフィルタ付アンテナスイッチモジュールの断面図である。
【図１０】従来のインピーダンス変換器の各レイアの電極パターンを示す図である。
【符号の説明】
１  誘電体多層基板
２，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３，２０，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂ，１２０ａ，１２０ｂ，１３
０ａ，１３０ｂ  導体線路
８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，８０ａ，８０ｂ，９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂ，
１１０ａ，１１０ｂ，１５０ａ，１５０ｂ  ビアホール
６，７，１７，１９  接地電極
１６，２３  λ／４  変成器
２１  シールドカバー
２２  Ｒｘ用弾性表面波フィルタ
２４  基板
Ａ  第１の螺旋構造体体
Ｂ  第２の螺旋構造体体
【図１】
2005026988.tif 000003
【図２】
2005026988.tif 000004
【図３】
2005026988.tif 000005
【図４】
2005026988.tif 000006
【図５】
2005026988.tif 000007
【図６】
2005026988.tif 000008
【図７】
2005026988.tif 000009
【図８】
2005026988.tif 000010
【図９】
2005026988.tif 000011
【図１０】
2005026988.tif 000012