(57)【要約】【課題】ＥＢＧ構造を用いた平面の高周波フィルタ構造で、大電流を流すことを可能し、且つ、広い阻止帯域を実現する。【解決手段】直流伝送路と、直流伝送路から分岐して設けられたＥＢＧ構造部と、ＥＢＧ構造部の前で直流伝送路から分岐して設けられた第１キャパシタ、ＥＢＧ構造部の後で直流伝送路から分岐して設けられた第２キャパシタおよびこれら第１、第２キャパシタを接続する結合線路を有するバイパス回路部と、が回路基板の導体層に形成された高周波フィルタである。さらに、直流伝送路、ＥＢＧ構造部およびバイパス回路部を、１面の導体層に平面的に形成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流伝送路と、
前記直流伝送路から分岐して設けられたＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｎｄ
Ｇａｐ（以下、ＥＢＧと記す）構造部と、
前記ＥＢＧ構造部の前で前記直流伝送路から分岐して設けられた第１キャパシタ、前記ＥＢＧ構造部の後で前記直流伝送路から分岐して設けられた第２キャパシタ、および、これら第１、第２キャパシタを接続する結合線路を有するバイパス回路部と、
が回路基板の導体層に形成されてなる高周波フィルタ構造。
【請求項２】
前記直流伝送路、ＥＢＧ構造部およびバイパス回路部は、前記回路基板の１面の導体層に平面的に形成されている請求項１に記載の高周波フィルタ構造。
【請求項３】
前記第１キャパシタおよび第２キャパシタは、前記直流伝送路に接続される複数のオープンスタブと、前記結合線路に接続される複数のオープンスタブが組み合わせられたインターディジタルキャパシタである請求項１または請求項２に記載の高周波フィルタ構造。
【請求項４】
前記ＥＢＧ構造部は、複数のＥＢＧセルからなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波フィルタ構造。
【請求項５】
各ＥＢＧセルは、略長方形の輪郭形状を有し、その１頂点にハブ電極であるランドが形成され、該ランドから前記１頂点の両側に隣接する２つの頂点に向けてストリップ状のウィングがそれぞれ形成され、前記ランドから前記１頂点と対角の頂点に向けて略矩形のプレートが形成されている請求項４に記載の高周波フィルタ構造。
【請求項６】
前記直流伝送路は、両端のポート線路および該両端のポート線路をつなぐ迂回線路からなる略Ω形の線路形状を有し、
前記ＥＢＧ構造部は、前記迂回線路の内側に形成され、
前記バイパス回路部は、前記迂回線路の外側に沿って形成されている
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波フィルタ構造。
【請求項７】
直流伝送路と、
前記直流伝送路から分岐して設けられたＥＢＧ構造部と、
前記ＥＢＧ構造部の前で前記直流伝送路から分岐して設けられた複数の第１オープンスタブと、
前記ＥＢＧ構造部の後で前記直流伝送路から分岐して設けられた複数の第２オープンスタブと、
が基板上に導体層により平面的に形成されてなる高周波フィルタ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）構造を利用した高周波フィルタ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＢＧ構造を用いて、基板上を流れる電流に重畳される高周波ノイズを阻止するフィルタ構造が種々提案されている。たとえば、特許文献１、２には、大きい正方形の導体層であるパッチ（第１エレメント）と小さい正方形の導体層であるブランチ（第２エレメント）を複数周期に配置した形状のＥＢＧ構造体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３１５０９号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２０１０−５１９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来のノイズフィルタ構造では、狭窄部であるブランチ（第２エレメント）を有するＥＢＧ構造内に電流を流す構成であるため、電源回路など大きな電流が流れる回路の高周波フィルタに適用することができなかった。
【０００６】
また、ＥＢＧ構造は阻止帯域が広くないため、広い阻止帯域を確保するためには、上記特許文献２のように大きさの異なる複数のＥＢＧを配列するなど構造が複雑で大がかりになってしまうという欠点があった。
【０００７】
この発明は、ＥＢＧ構造を用いた高周波フィルタ構造で大電流を流すことを可能し、且つ、広い阻止帯域を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、直流伝送路と、前記直流伝送路から分岐して設けられたＥＢＧ構造部と、前記ＥＢＧ構造部の前で前記直流伝送路から分岐して設けられた第１キャパシタ、前記ＥＢＧ構造部の後で前記直流伝送路から分岐して設けられた第２キャパシタ、および、これら第１、第２キャパシタを接続する結合線路を有するバイパス回路部と、が回路基板の導体層に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流伝送路、ＥＢＧ構造部およびバイパス回路部は、前記回路基板の１面の導体層に平面的に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１、２の発明において、前記第１キャパシタおよび第２キャパシタは、前記直流伝送路に接続される複数のオープンスタブと、前記結合線路に接続される複数のオープンスタブが組み合わせられたインターディジタルキャパシタであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、前記ＥＢＧ構造部は、複数のＥＢＧセルからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、各ＥＢＧセルは、略長方形の輪郭形状を有し、その１頂点にハブ電極であるランドが形成され、該ランドから前記１頂点の両側に隣接する２つの頂点に向けてストリップ状のウィングがそれぞれ形成され、前記ランドから前記１頂点と対角の頂点に向けて略矩形のプレートが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５の発明において、前記直流伝送路は、両端のポート線路および該両端のポート線路をつなぐ迂回線路からなる略Ω形の線路形状を有し、前記ＥＢＧ構造部は、前記迂回線路の内側に形成され、前記バイパス回路部は、前記迂回線路の外側に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、直流伝送路と、前記直流伝送路から分岐して設けられたＥＢＧ構造部と、前記ＥＢＧ構造部の前で前記直流伝送路から分岐して設けられた複数の第１オープンスタブと、前記ＥＢＧ構造部の後で前記直流伝送路から分岐して設けられた複数の第２オープンスタブと、が基板上に導体層により平面的に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ＥＢＧ構造部を直流伝送路から分岐して設けているため、直流伝送路の線路設計の自由度が高くなり、狭窄部のない直流伝送路を設けることができ、電源電流などの大電流を流すことが可能になる。
【００１６】
また、この発明によれば、ＥＢＧ構造部に加えて、キャパシタを有するバイパス回路部を設けたことにより、ＥＢＧ構造を多段に繰り返さなくても広い阻止帯域を確保することができる。
【００１７】
また、この発明によれば、上記構造を回路基板の１つの導体面に形成しているため、多層基板を使用する必要がなく、且つビアホールやスルーホールを形成する必要がなく、構造が簡略である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施形態である高周波フィルタの構造図
【図２】同高周波フィルタの複数の構成部を個別に示した図
【図３】同高周波フィルタの伝達特性を示す図
【図４】同高周波フィルタの反射特性を示す図
【図５】同高周波フィルタにおける０．９１ＧＨｚの信号の電流分布を示す図
【図６】同高周波フィルタにおける１．４５ＧＨｚの信号の電流分布を示す図
【図７】同高周波フィルタにおける２．０７ＧＨｚの信号の電流分布を示す図
【図８】同高周波フィルタにおける３．３０ＧＨｚの信号の電流分布を示す図
【図９】同高周波フィルタにおける３．８７ＧＨｚの信号の電流分布を示す図
【図１０】同高周波フィルタの一部の構造を備えたデバイスの構造を示す図
【図１１】上記一部の構造を備えたデバイスの周波数特性を示す図
【図１２】同高周波フィルタを含む電源回路の実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照してこの発明の実施形態である高周波フィルタについて説明する。図１は同高周波フィルタの構造図である。図２は同高周波フィルタの複数の構成部の構造を個別に示す図である。なお、図１において、高周波フィルタの寸法を例示するために、寸法線、寸法補助線および寸法記号を記載しているが、これらは高周波フィルタの構造の一部を構成するものではない。
【００２０】
この高周波フィルタ１は、誘電体基板の両面に導電層が形成された両面基板（または多層基板）の一方の導電層に平面的に形成される。なお、他方の導電層は一様パターンの接地電極とされる。高周波フィルタ１は、直流伝送路１０（図２（Ａ）参照）、ＥＢＧ構造部１１（図２（Ｂ）参照）、および、バイパス回路部１２（図２（Ｃ）参照）を有している。
【００２１】
直流伝送路１０は、右端の入力ポート１０Ａから左端の出力ポート１０Ｂの間に形成された略Ω形の線路である。直流伝送路１０は、ほぼ一定の太さで狭窄部が無いように形成されている。狭窄部がないことにより、直流伝送路１０は大電流を流すことが可能であり、電源回路に用いることが可能になる。
【００２２】
図２（Ａ）において、直流伝送路１０は、入力線路１００、出力線路１０４、迂回線路（上行線路１０１、横行線路１０２、下行線路１０３）、および、延伸線路１０５、１０６を有している。入力線路１００は、右端の入力ポート１０Ａから左方向（出力ポート１０Ｂ）方向に形成されている。出力線路１０４は、左端の出力ポート１０Ｂから右方向（入力ポート１０Ａ）方向に形成されている。迂回線路は、入力線路１００から出力線路１０４に向けて上方向に迂回する上行線路１０１、横行線路１０２、下行線路１０３からなり、上行線路１０１は、入力線路１００から右下の屈曲点１０Ｃにおいて上方向に略直角に屈曲する線路であり、横行線路１０２は、上行線路１０１から右上の屈曲点１０Ｄにおいて左方向に略直角に屈曲する線路であり、下行線路１０３は、横行線路１０２から左上の屈曲点１０Ｅにおいて下方向に略直角に屈曲する線路である。下行線路１０３は、左下の屈曲点１０Ｆにおいて左方向に略直角に屈曲して出力線路１０４につながる。延伸線路１０５は、屈曲点１０Ｃから左方向（出力ポート１０Ｂ方向）に向けて形成された線路である。また、延伸線路１０６は、屈曲点１０Ｆから右方向（入力ポート１０Ａ方向）に向けて形成された線路である。これら延伸線路１０５、１０６は、後述のＥＢＧ構造部１１を結合を大きくするためのものである。
【００２３】
ＥＢＧ構造部１１は、図２（Ｂ）に示すように、４つのＥＢＧセル１１０、１１１、１１２、１１３の組み合わせで構成されている。図面において右上のＥＢＧセル１１０を用いてＥＢＧセル１１０の形状を説明する。二点鎖線で囲んだ長方形（１１０）の導電層に２本のスリット１３５、１３６を形成することで形成される。これにより、ランド１３１、プレート１３２、ウィング１３３、１３４が形成される。ランド１３１は長方形（１１０）の右上角に形成され、ウィング１３３、１３４が長方形（１１０）の上辺、右辺に沿ってそれぞれ左上角、右下角まで延びている。そして長方形（１１０）の中央部から左下角の大きな部分にプレート１３２が形成されている。
【００２４】
ＥＢＧセル１１０の正確な動作について十分な解析はできていないが、プレート１３２が主としてキャパシタとして機能し、ウィング１３３、１３４が主としてインダクタとして機能することによって、ＥＢＧセル１１０は特定の周波数帯域に対して共振特性を持ち、その特定の周波数帯域の信号（高周波ノイズ）と共振して誘電体損失で消費することにより、その導通を阻止するものと考えられる。ＥＢＧセル１１０の共振周波数はプレート１３２の大きさ、ウィング１３３、１３４の長さを変えることによって調整することが可能である。この実施形態では、ＥＢＧセル１１０、１１１、１１２、１１３は同じ形状である。
【００２５】
各ＥＢＧセル１１１、１１２、１１３、１１４は以下のように接続されている。右上のＥＢＧセル１１０のウィング１３３の先端が、直流伝送路１０の横行線路１０２の中央部に接続され、このＧＢＧセル１１０のウィング１３４の先端と右下のＥＢＧセル１１１のランド１３１が接続されている。さらに、左下のＥＢＧセル１１２のウィング１３３の先端が、延伸線路１０６の先端部に接続され、このＥＢＧセル１１２のウィング１３４の先端と左上のＥＢＧセル１１３のランド１３１が接続されている。
【００２６】
バイパス回路部１２は、入力線路１００の側辺に形成されたインターディジタルキャパシタ１２０、出力線路１０４の側辺に形成されたインターディジタルキャパシタ１２１、および、これらインターディジタルキャパシタ１２０、１２１の間に形成された結合線路１２２で構成される。インターディジタルキャパシタ１２０は、直流伝送路１０の入力線路１００の側辺に略直角に形成された４本のオープンスタブ１２３と、これらオープンスタブ１２３に交互に組み合わされる４本のオープンスタブ１２４とで構成される。インターディジタルキャパシタ１２１は、直流伝送路１０の出力線路１０４の側辺に略直角に形成された４本のオープンスタブ１２５と、これらオープンスタブ１２５に交互に組み合わされる４本のオープンスタブ１２６とで構成される。
【００２７】
インターディジタルキャパシタ１２０は、微小間隔を開けて組み合わされたオープンスタブ１２３および１２４の間で静電容量を持つほか、オープンスタブ１２３、１２４がインダクタンス成分を持つ。このため、インターディジタルキャパシタ１２０は特定の周波数帯域に対して共振特性を持ち、その特定の周波数帯域の信号（高周波ノイズ）と共振して誘電体損失で消費することにより、その導通を阻止するものと考えられる。インターディジタルキャパシタ１２１も同様である。結合線路１２０はインターディジタルキャパシタ１２０、１２１を接続する機能のほか、基板裏面の設置電極と結合する電極としても機能する。
【００２８】
図３、４は、上記構造の高周波フィルタ１の周波数特性を示す図である。図３は伝達特性（Ｓ１２）、図４は反射特性（Ｓ１１）を示している。同図に示す特性は、図１に示す寸法ａ〜ｈを、
ａ＝  ０．１５ｍｍ
ｂ＝  ０．３０ｍｍ
ｃ＝  ０．６０ｍｍ
ｄ＝  ０．７５ｍｍ
ｅ＝  ４．３５ｍｍ
ｆ＝  ３．４５ｍｍ
ｇ＝１５．６０ｍｍ
ｈ＝  ９．６０ｍｍ
とした場合の特性である。なお、図５以後で説明する周波数特性も、この寸法における特性である。
【００２９】
図３、４において、１ＧＨｚ以下の比較的低い周波数では、伝達特性が−１０ｄＢより大きくアイソレーションが良好でない。また、反射特性（図４）も０．９１ＧＨｚ付近で−１０ｄＢ以下にディップしており、信号が通過していることが分かる。一方、これ以上の周波数では、伝達特性がほぼ−１０ｄＢ以下であり、反射特性（図４）も−１０ｄＢ以上であるため、信号が出力ポートへ通過せず良好なアイソレーションが維持されていることがわかる。したがって、上記寸法の高周波フィルタ１は、略１ＧＨｚ以上の周波数帯域の信号を阻止するフィルタとして好適と言える。
【００３０】
さらに、図５〜図９を参照して高周波フィルタ１の動作についてさらに詳細に説明する。図５は、高周波フィルタ１の各部の電流分布を示す図である。図５〜図９は、それぞれ入力ポート１０Ａから０．９１ＧＨｚ、１．４５ＧＨｚ、２．０７ＧＨｚ、３．３０ＧＨｚおよび３．８７ＧＨｚの信号を入力したときの電流分布を示す図である。
【００３１】
図５において、０．９１ＧＨｚの信号は、直流伝送路１０を阻止されることなく流れている。ＥＢＧ構造部１１もバイパス回路部１２もこの周波数の信号は阻止できていない。
【００３２】
図６において、１．４５ＧＨｚの信号は、ＥＢＧ構造部１１によって阻止される。すなわち、ＥＢＧ構造部１１の前段部、すなわち、ＥＢＧセル１１０、１１１に電流集中が生じ後段側には殆ど流れなくなっている。なお、１．４５ＧＨｚは、図３の伝達特性図におけるディップ３１付近の周波数である。
【００３３】
図７において、２．０７ＧＨｚの信号は、ＥＢＧ構造部１１とバイパス回路部１２の相互作用によって阻止されている。ＥＧＢセル１１０に電流が流れるとともに、バイパス回路部１２全体、特に出力側のインターディジタルキャパシタ１２１で共振し、結合線路１２２付近で電流集中が発生して誘電体吸収で電流が阻止されていると考えられる。なお、２．０７ＧＨｚは、図３の伝達特性図におけるディップ３２付近の周波数である。
【００３４】
図８において、３．３０ＧＨｚの信号も、ＥＢＧ構造部１１とバイパス回路部１２の相互作用によって阻止されている。すなわち、ＥＧＢセル１１０に電流が流れるとともに、バイパス回路部１２の入力側のインターディジタルキャパシタ１２０で共振することにより電流集中が発生して電流が阻止されていると考えられる。なお、３．３０ＧＨｚは、図３の伝達特性図におけるディップ３３付近の周波数である。
【００３５】
図９において、３．８７ＧＨｚの信号は、ＥＢＧ構造部１１には殆ど流れず、バイパス回路部１２の両側のインターデジタルキャパシタ１２０，１２１で共振して電流が阻止されていると考えられる。なお、３．８７ＧＨｚは、図３の伝達特性図におけるディップ３４付近の周波数である。
【００３６】
図５〜図９の電流分布全体を観察して言えることは、１ＧＨｚ以上はほぼ阻止できているが、阻止帯域の低周波数側はＥＢＧ構造部１１で共振させて阻止し、高周波数側はバイパス回路部１２で共振させて阻止していると考えられる。
【００３７】
参考までに、図１０、図１１に、高周波フィルタ１の構造部の一部のみで構成したデバイス構造（図１０）とその周波数特性（図１１）を示す。図１１（Ａ）は伝達特性を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は反射特性を示すグラフである。
【００３８】
図１０（Ａ）は、略Ω形の直流伝送路１０のみのデバイスを示す図である。この構造のデバイスの周波数特性は、図１１の破線で示すように、ほぼ全ての周波数帯域においてフラットであり、阻止されている周波数はない。また、１．５６ＧＨｚ付近および３．８５ＧＨｚ付近で反射特性がディップしていることから、この周波数付近の信号は放射されている可能性が高いと考えられる。
【００３９】
図１０（Ｂ）は、直流伝送路１０にＥＢＧ構造部１１を付加した構造（構造１）のデバイスを示す図である。この構造のデバイスの周波数特性は、図１１の一点鎖線で示すように、伝達特性は、１．２２ＧＨｚ、１．４５ＧＨｚ、３．２８ＧＨｚおよび３．４５ＧＨｚ付近にディップを有するが、その中間の周波数すなわち約１．８ＧＨｚ〜３．１ＧＨｚでは減衰率が−１０ｄＢより小さく阻止特性が良好でない。また、反射特性をみると０．９７、３．１１ＧＨｚ付近に大きなディップがあるため、この周波数付近の信号は放射されていると考えられる。
【００４０】
図１０（Ｃ）は、直流伝送路１０およびＥＢＧ構造部１１にオープンスタブ１２３、１２５を付加した構造（構造２）のデバイスを示す図である。この構造のデバイスの周波数特性は、図１１の二点鎖線で示すように、伝達特性は上記構造１の伝達特性に似ているが、中間周波数（約１．８ＧＨｚ〜３．１ＧＨｚ）の減衰が良好になっており、ほぼ−１０ｄＢ以上の減衰率を持つようになっている。
【００４１】
なお、図１１の実線で示す曲線は、本実施形態の高周波フィルタ１（最終構造）の特性である。
【００４２】
以上より、直流伝送路１０にＥＢＧ構造部１１を付加することにより、１〜１．８ＧＨｚの周波数帯域が阻止され、この構造にさらにオープンスタブ１２３、１２５、または、キャパシタバイアス部１２を付加することにより、各構造部が複合してそれ以上の周波数帯域を阻止していると考えられる。
【００４３】
なお、この実験により、キャパシタバイアス部１２の結合線路１２２および結合線路側のオープンスタブ１２４、１２６が無い構造（構造２）であっても実用可能な阻止特性を得ることが可能であることが解る。
【００４４】
なお、この高周波フィルタ１を用いる場合に、より低い周波数帯域を阻止したい場合には、入力ポート１０Ａ、出力ポート１０Ｂの一方または両方にディスクリート部品で構成されるフィルタを付加すればよい。図１２は、高周波フィルタ１の両端にフェライトビーズ２を挿入した回路例を示す図である。入力ポート１０Ａ、出力ポート１０Ｂともに、直流素子コンデンサＣを介して終端抵抗Ｒで５０Ωに終端されている。直流電源の入力側は、フェライトビーズ２により高周波的に高インピーダンスとなっている。また、直流電源の出力側も、フェライトビーズ３により高周波的に高インピーダンスとなっている。このように高周波的に高インピーダンスになっている直流電源の入力・出力間に上記５０Ωで終端された高周波フィルタ１を挿入する。これにより、低い周波数帯域の伝達も阻止され、高周波フィルタ１内の不要反射成分は終端抵抗Ｒによって消費される。
【００４５】
なお、フィルタの特性を急峻にしたい場合、減衰量を大きくしたい場合は、上記構造をシリーズに接続すればよい。また、流せる電流を大きくしたい場合には、上記構造をパラレルに接続すればよい。
【００４６】
なお、上記実施形態では、高周波フィルタ１の全ての構造部を１面の導体層に形成したが、複数の導体層にわたって形成してもよい。たとえば、キャパシタやＥＢＧ構造部を複数の導体層を使って形成する等である。
【００４７】
また、上記実施形態では、バイパス回路部１２のキャパシタをインターディジタルキャパシタ１２０、１２１で構成したが、キャパシタはこれ以外の構成であってもよい。たとえば、誘電体層を跨ぐ２つの導体層にそれぞれ電極を形成してキャパシタとする等である。
【符号の説明】
【００４８】
１  高周波フィルタ
２、３  フェライトビーズ
１０  直流伝送路
１０Ａ  入力ポート
１０Ｂ  出力ポート
１１  ＥＢＧ構造部
１２  バイパス回路部
１１０、１１１、１１２、１１３  ＥＢＧセル
１２０、１２１  インターディジタルキャパシタ
１２３、１２４、１２５、１２６  オープンスタブ
１３１  ランド
１３２  プレート
１３３、１３４  ウィング
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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