(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの端子を有する容量値Ｃｓの直列容量回路と、
前記端子の一方に接続された入力線路と、
前記端子の他方に接続された出力線路と、
一端が前記入力線路に接続されるとともに、他端が前記出力線路に接続された伝送線路とを備え、
前記伝送線路の特性インピーダンスＺｔを、前記入力線路および出力線路の特性インピーダンスよりも低くするとともに、
遮断周波数ωｃにおける前記伝送線路の電気長をθｃとし、また、形成すべき最低次の零点周波数ωp1を前記遮断周波数より大きい周波数として、下記の連立方程式により定まる前記電気長θｃと直列容量値Ｃｓを有する、
ことを特徴とする低域通過フィルタ。
【数１】
0004014076.tif 000007
ここで、Ｌ０は、直列インダクタンスの両端に並列容量を接続して構成され、前記遮断周波数ωｃを有する原形低域通過フィルタの前記直列インダクタンスの素子値
【請求項２】
前記直列容量回路が第１及び第２のストリップ導体から構成されており、
前記第１及び第２のストリップ導体が誘電体基板を挟んで対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の低域通過フィルタ。
【請求項３】
前記第１のストリップ導体が設けられている側の前記誘電体基板の主面に前記入力線路および前記出力線路を配設し、
前記第２のストリップ導体と前記入力線路との間を、前記誘電体基板を貫通して設けられた導電性を有する接続手段を介して接続したことを特徴とする請求項２に記載の低域通過フィルタ。
【請求項４】
前記第１のストリップ導体の先端部から前記入力線路へ向かう方向と前記第２のストリップ導体の先端部から前記出力線路へと向かう方向との為す角度が略々９０度となるようにし、
前記第１のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第２のストリップ導体の縁から突出させ、かつ、前記第２のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第１のストリップ導体の縁から突出させるとともに、
前記伝送線路を前記直列容量回路を周回するように配置したことを特徴とする請求項２乃至４までのいずれかに記載の低域通過フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の低域通過フィルタを２つ備えた多段低域通過フィルタであって、
一方の低域通過フィルタの出力線路側と他方の低域通過フィルタの入力線路側とを縦続接続するとともに、前記２つの低域通過フィルタの接続点を中心としてほぼ点対称となるように前記２つの低域通過フィルタの導体パターンを配置するとともに、前記一方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体と、前記他方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体とが同一面内に配置されていることを特徴とする多段低域通過フィルタ。
【請求項６】
請求項１乃至５までのいずれかに記載の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、
前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦパッケージ。
【請求項７】
請求項１乃至５までのいずれかに記載の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、
前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は低域通過フィルタに関し、特に、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯、および、ミリ波帯で用いられる低域通過フィルタに関する。また、この低域通過フィルタを内蔵したＲＦパッケージ及びＲＦモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１及び図１２は、例えば、従来のストリップ線路形低域通過フィルタである。この種の低域通過フィルタについては、例えば、特開２０００−１８３６０３号公報に記載されている。これらの図において、１０１ａ，１０１ｂは地導体、１０２ａ，１０２ｂは誘電体基板、１０３はストリップ導体、１０４ａは入力線路、１０４ｂは出力線路、１０５はフィルタ回路内伝送線路、１０６は直列容量回路を示し、１０６ａ，１０６ｂは、直列容量回路１０６を構成するストリップ導体である。
【０００３】
次に、この従来の低域通過フィルタの動作を説明する。伝送線路１０５は直列のインダクタンスとして機能するものであり、通常、入力線路１０４よりも特性インピーダンスが十分高い線路にて構成される。したがって、伝送線路１０５のストリップ導体の幅は入力線路１０４ａのストリップ導体幅よりも狭いものになる。導体幅が狭いので、伝送線路１０５のストリップ導体上を流れる電流が集中して大きな誘導性を得やすくなり、この結果、伝送線路１０５の電気長が短くでき、フィルタを小形に構成できる。一方、ストリップ導体１０６ａと１０６ｂは誘電体基板１０２ｂ上に略平行に配置されており、両者の間で容量性結合をして直列容量回路として機能する。こうして、従来の低域通過フィルタの等価回路は図１３のようになる。図１３における並列容量Ｃｐは、主に、ストリップ導体１０６ａ、１０６ｂが地導体１０１との間になす容量である。等価回路における各素子が、フィルタの遮断周波数において、所望の通過帯域の特性（たとえばチェビシェフ応答など）を有する原形低域通過フィルタの素子と等価となるように、伝送線路１０５やストリップ導体１０６が設計される。図１４に三次の原形低域通過フィルタの等価回路を示す。なお、伝送線路１０５と、２つのストリップ導体１０６ａ，１０６ｂで構成される直列容量回路の組み合わせで構成される並列共振回路は、遮断周波数においては並列共振回路が原形フィルタの直列インダクタンス素子Ｌ０と等価となるとともに、阻止帯域もしくは阻止帯域近傍においては共振するように設計される。共振する周波数では並列共振回路がオープンとなるため通過零点が形成される。このように、従来の低域通過フィルタは並列共振回路を１組有し、阻止帯域もしくはその近傍において通過損が無限大となる通過零点を１つ有する３次の有極形低域通過フィルタとして動作する。並列共振回路を用いて通過零点を形成することで、並列共振回路のない同次数のフィルタに比べ、従来の低域通過フィルタは急峻な減衰特性を得ることができる特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１及び図１２の従来の低域通過フィルタにおいて、さらに急峻な減衰特性を得ようとする場合、もっとも有効な方法は並列共振回路を１つ追加することである。これにより、通過零点が２つ得られ、減衰特性がさらに急峻になるほか、２つの通過零点の周波数配置次第で、ある一定の帯域幅にわたって大きな減衰量を確保できる。しかしながら、この方法では、共振回路のＱ値が大きくとれない場合、通過帯域における挿入損が大幅に増加することが避けられない。小形化を追求したフィルタでは、基本的に共振回路のＱ値が小さくなってしまう場合が多い。また、フィルタを構成する誘電体材料の損失が少なくない場合も同様に共振回路のＱ値が小さくなる。特に、近年急速に高周波回路で用いられるようになったＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics、低温焼成セラミクス ）では、多層構造を容易に構成できるため、ストリップ線路構造を有する高周波回路を小形に構成しやすい特徴があるが、焼成温度を下げるためにガラス成分を含んでいる影響もあって、誘電体損失は決して小さいとは言えない。すなわち、複数の共振回路をフィルタ内に形成して急峻な減衰特性を得ようとすると挿入損が大幅に増加してしまうという問題点があった。
【０００５】
加えて、ＬＴＣＣでは、誘電体層の間に形成するストリップ導体を厚膜により形成するため、形成できる最小のストリップ導体幅は比較的大きなものになる。したがって、フィルタ内に高インピーダンス線路を有するということは、地導体間隔の増加を招くこととなり、フィルタの厚さが増すという問題がある。ＬＴＣＣ等で構成した多層パッケージの多層構造内にフィルタを内蔵し、そのパッケージの上表面に、ＭＭＩＣ等のアクティブデバイスを実装すると、フィルタ回路の厚みはパッケージの熱抵抗増加を招き、アクティブデバイスの放熱を妨げることになる。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、急峻な減衰特性を有しながらも低損失な低域通過フィルタ、及び、当該低域通過フィルタを用いた多段低域通過フィルタ、ＲＦパッケージ、ＲＦモジュールを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、２つの端子を有する容量値Ｃｓの直列容量回路と、前記端子の一方に接続された入力線路と、前記端子の他方に接続された出力線路と、一端が前記入力線路に接続されるとともに、他端が前記出力線路に接続された伝送線路とを備え、前記伝送線路の特性インピーダンスＺｔを、前記入力線路および出力線路の特性インピーダンスよりも低くするとともに、遮断周波数ωｃにおける前記伝送線路の電気長をθｃとし、また、形成すべき最低次の零点周波数ωp1を前記遮断周波数より大きい周波数として、下記の連立方程式により定まる前記電気長θｃと直列容量値Ｃｓを有する、低域通過フィルタである。
【数２】
0004014076.tif 000002
ここで、Ｌ０は、直列インダクタンスの両端に並列容量を接続して構成され、前記遮断周波数ωｃを有する原形低域通過フィルタの前記直列インダクタンスの素子値とする。
【０００８】
また、前記直列容量回路が第１及び第２のストリップ導体から構成されており、前記第１及び第２のストリップ導体が誘電体基板を挟んで対向して設けられている。
【０００９】
また、前記第１のストリップ導体が設けられている側の前記誘電体基板の主面に前記入力線路および前記出力線路を配設し、前記第２のストリップ導体と前記入力線路との間を、前記誘電体基板を貫通して設けられた導電性を有する接続手段を介して接続している。
【００１１】
また、前記第１のストリップ導体の先端部から前記入力線路へ向かう方向と前記第２のストリップ導体の先端部から前記出力線路へと向かう方向との為す角度が略々９０度となるようにし、前記第１のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第２のストリップ導体の縁から突出させ、かつ、前記第２のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第１のストリップ導体の縁から突出させるとともに、前記伝送線路を前記直列容量回路を周回するように配置している。
【００１２】
また、本発明の低域通過フィルタを２つ備えた多段低域通過フィルタであって、一方の低域通過フィルタの出力線路側と他方の低域通過フィルタの入力線路側とを縦続接続するとともに、前記２つの低域通過フィルタの接続点を中心としてほぼ点対称となるように前記２つの低域通過フィルタの導体パターンを配置するとともに、前記一方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体と、前記他方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体とが同一面内に配置されている。
【００１３】
また、本発明の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦパッケージである。
【００１４】
また、本発明の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦモジュールである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１〜図７に示す。図１は、本実施の形態に係るストリップ線路形低域通過フィルタの構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の低域通過フィルタにおける誘導体基板の上面図で、ストリップ導体のパターン形状を説明する図である。これらの図において、１ａ，１ｂは地導体、２ａ，２ｂ，２ｃは誘電体基板、３ａ，３ｂはストリップ導体、４ａは入力線路、４ｂは出力線路である。５は伝送線路であり、一端が入力線路４ａに接続され、他端が出力線路４ｂに接続されている。ここで、伝送線路５は、入力線路４ａや出力線路４ｂよりも特性インピーダンスの低い線路で構成されている。このため、図２からも明らかなように、伝送線路５を構成するストリップ導体の幅Ｗ２は、入力線路４ａ及び出力線路４ｂを構成するストリップ導体の幅Ｗ１よりも大きくなっている。また、伝送線路５の電気長は、低域通過フィルタの遮断周波数の波長の数分の１程度と、比較的大きくなっていることが特徴である。６は２つの端子を有する直列容量回路を示し、６ａ，６ｂは、直列容量回路６を構成するストリップ導体である。直列容量回路６の一方の端子は、図１に示すように、入力線路４ａに接続され、直列容量回路６の他方の端子は、出力線路４ｂに接続されている。また、ストリップ導体６ａは誘電体基板２ｂ上に設けられ、ストリップ導体６ｂは誘電体基板２ｃ上に設けられている。すなわち、ストリップ導体６ａと６ｂが誘電体基板２ｂに対して平行になるように、誘電体基板２ｂを挟んで対向して設けられており、両者の間で静電容量を成す。７は出力線路４ｂの近傍においてストリップ導体３ａと３ｂとを接続する接続手段である。接続手段７は、図のように、誘電体基板２ｂを貫通して設けられたビア（スルーホール）から構成されている。また、これに限定されるものではなく、誘電体基板２ｂを貫通して、ストリップ導体３ａ及び３ｂを電気的に接続するものであれば、いずれのものでもよく、たとえば、誘電体基板２ｂを貫通するように設けられた円柱型または角柱型の導電性を有する部材から構成するようにしてもよい。導電性部材から構成する場合には、例えば、誘電体基板２ｂ上にマスクを形成し、露光及び現像することにより貫通穴を形成し、当該貫通穴内に導電性ペーストを充填させて形成する。なお、以下の説明においては、わかりやすくするために、接続手段７とせずに、ビア７を例にして説明することとする。
【００１６】
次に、上記の本発明の低域通過フィルタの電気的な動作を説明する。まず、図３に本実施の形態の低域通過フィルタの等価回路を示す。図３において、伝送線路５については電気長が大きいため、特性インピーダンスＺｔ、電気長θｔの分布定数線路として記述している。また、直列容量回路６の容量値をＣｓとし、直列容量回路６が地導体１ａ，１ｂとの間に寄生する静電容量の値をＣｐとしている。次に、図４（ａ）に、伝送線路５の等価回路を示す。一般に分布定数線路の等価回路は直列リアクタンスと並列サセプタンスからなるπ形の回路で表すことが出来、図４（ａ）の回路のリアクタンス値Ｘｔおよびサセプタンス値Ｂｔは、次式（１），（２）のように表されることが知られている。
【００１７】
【数３】
0004014076.tif 000003
【００１８】
ここで、ωは周波数、ωｃはフィルタの遮断周波数、θｃは遮断周波数に於ける伝送線路５の電気長である。つまり、伝送線路５の電気長θｔが１８０度よりも小さくなる周波数であれば、図４（ａ）の回路におけるＸｔ、Ｂｔのいずれも正の値となり、直列リアクタンス回路は直列インダクタンス素子と等価に、並列サセプタンス回路は並列キャパシタンス素子と等価になる。すなわち、伝送線路５の電気長θｔが１８０度よりも小さくなる周波数であれば、図３の等価回路の伝送線路の部分が直列インダクタンス素子と並列キャパシタンス素子で表されるため、本実施の形態の低域通過フィルタも、上述の従来の低域通過フィルタと同様に、図４（ｂ）に示したような等価回路を有する、並列共振回路を１組有する有極形低域通過フィルタ（フィルタ次数は３次）として動作しうることが分かる。
【００１９】
さて、上述の（１）式を見てもわかるように、Ｘｔは周波数ωを引数とする正弦関数となっている。これはつまり、遮断周波数における線路の電気長θｃが小さい場合には、正弦関数の周期が大きくなることを示しており、遮断周波数の近傍において正弦関数はωの１次関数に漸近し、Ｘｔはωに対してほぼ単調増加する。このことは、Ｘｔが集中定数（インダクタンス）的な性質を呈することに対応する。一方、θｃが大きい場合には正弦関数の周期が小さくなって、Ｘｔの極大値が遮断周波数に接近し、もはやＸｔは周波数ωに対する単調増加関数ではなくなる。低域通過フィルタにおいて、θｃの大小は、遮断周波数でＸｔが所定の値（原形フィルタにおいて対応するインダクタンス素子の為すリアクタンス値）となる必要性から、Ｚｔが大きい場合にはθｃは小さく、Ｚｔが小さい場合にはθｃが大きくなる。
【００２０】
このことに着目して、伝送線路５と直列容量回路６の組み合わせで構成された並列共振回路について考察してみる。図５は、並列共振回路を構成する素子のサセプタンス値を重ね書きしたものである。図５において、一点鎖線５１で示したのは直列容量回路のサセプタンスであり、周波数ωについて単調増加になる。一方、実線５２，５３は、Ｚｔが異なる２つの場合（θｃが小さい場合と大きい場合）における伝送線路５の直列リアクタンスＸｔの逆数をそれぞれ示している。このように、Ｚｔが大きい場合（実線５２（Ｚｔ＝９０Ω）の場合）には、遮断周波数近傍においてサセプタンス値が単調減少し、直列容量回路のサセプタンスとは１点でのみ交差する。すなわち、１周波数ωｐ1でしか共振しない。これに対して、Ｚｔが小さい場合（実線５３（Ｚｔ＝３０Ω）の場合）には、遮断周波数近傍で１／Ｘｔが極小値をとるため、Ｚｔとθｃの選び方によっては、一点鎖線５１とは２カ所で交点をもつ。すなわち、２つの周波数ωｐ1，ωｐ2で共振しうることが明らかである。
【００２１】
本実施の形態の低域通過フィルタは、上記の性質を利用したものであり、１組の並列共振回路を有するフィルタにおいて２つの通過零点を得るとともに、この２つの通過零点周波数をほぼ一致、あるいは、接近させ、良好な減衰特性を得たものである。ここで 本実施の形態のフィルタの設計について簡単に説明する。遮断周波数ωｃと、第１零点周波数ωp1（もっとも低い通過零点周波数）と、伝送線路５の特性インピーダンスＺｔとをあらかじめ用意して次の連立方程式をたてる。
【００２２】
【数４】
0004014076.tif 000004
【００２３】
ここで、式（３）中のＬ０は、所望の特性を与える原形低域通過フィルタの直列インダクタンスの値である。式（３），（４）を連立方程式とし、これを、遮断周波数における伝送線路５の電気長θｃと容量値Ｃｓとを未知数として解く。次に、得られたθｃとＣｓを次式に適用すると、第２零点周波数（２番目に低い通過零点周波数）が直ちに求められる。
【００２４】
【数５】
0004014076.tif 000005
【００２５】
得られた第２零点周波数ωp2の値がωp1とほぼ一致する、あるいは、両者が十分接近するように、伝送線路５の特性インピーダンスＺｔをパラメータとして上記の計算を繰り返せばよい。こうして、所望の２つの周波数に通過零点を有する３次の低域通過フィルタの回路構成要素として、伝送線路５の電気長θｃ、特性インピーダンスＺｔ、直列容量回路の容量値Ｃｓが決定される。
【００２６】
図６に、本実施の形態の低域通過フィルタの特性を太線６１にて示す。また、従来の低域通過フィルタの特性を細線６２で併記している。これらの２つのフィルタは特性の比較をしやすくするため、両者の第１零点周波数ωp1が一致するように設計されたものである。図６のグラフから、本実施の形態の低域通過フィルタでは、従来の低域通過フィルタにくらべ、減衰特性が急峻になっていることがわかる。同時に、本実施の形態の低域通過フィルタは、一定量の減衰量が得られる周波数帯域幅が広いだけでなく、極めて大きな減衰量が得られていることがわかる。さらに、本実施の形態の低域通過フィルタは、２つの通過零点を得るための手段として２つの共振回路を使用している訳ではないので、通過帯域の損失については、あくまで共振回路を１つのみ使用した従来の低域通過フィルタと同等であり、減衰特性を改善させた弊害として起こり得る損失増加は発生しない。
【００２７】
ところで、上記の設計方法をもとに、伝送線路５の特性インピーダンスＺｔと第２零点周波数ωp2の関係を求めると、図７のようになる。なお、図７はリプル値を０．０５ｄＢとして計算した結果である。図７の横軸は入力線路４の特性インピーダンスＺ0で規格化したＺｔを示しており、また縦軸はωp2とωp1の比となっている。パラメータは、遮断周波数を基準にしたときのωp1の位置である。この関係を見ると、２つの通過零点を接近させるには、伝送線路５の特性インピーダンスＺｔは、Ｚ０よりも小さい値であることが必要条件とわかる。第１零点周波数ωp1を遮断周波数の２．５倍以上に取ると伝送線路の特性インピーダンスＺｔがＺ０に等しくとも２つの通過零点を接近させることが可能であるが、第１零点周波数が遮断周波数の２．５倍、３倍と離れてくると、通過零点に依存せずとも減衰量が大きくなってくるため、従来の低域通過フィルタのような通過零点１つのみの回路構成で必要十分な減衰特性を得られるようになってくる。すなわち、本実施の形態の低域通過フィルタでは、伝送線路５の特性インピーダンスＺｔの値が入力線路４aもしくは出力線路４bの特性インピーダンスＺ0の同等以下であると考えてよい。この点は、従来の低域通過フィルタでは伝送線路５の特性インピーダンスを高く取って電気長を小さくすることが常識的であることから、本実施の形態の低域通過フィルタの外観上の明確な特徴の一つになっている。
【００２８】
また、フィルタ回路内で入力線路や出力線路の特性インピーダンスより高い特性インピーダンスの線路を必要としないということは、本実施の形態のようにストリップ線路で回路を構成した場合に、地導体１aと１ｂの間の間隔を小さくできる、すなわち、フィルタ回路の厚さを薄くできるということに結びつく。これは、ＬＴＣＣなどの材料で多層回路構造を構成した場合などに有効である。前述したが、ＬＴＣＣでは誘電体層の間に形成するストリップ導体を厚膜により形成するため、形成できる最小のストリップ導体幅は比較的大きい。したがって、フィルタ回路内で最も高い特性インピーダンスの線路に最小のストリップ幅を割り当てることが多い。すなわち、フィルタ回路内で最も高い特性インピーダンスの値が小さいほど地導体間隔は小さくなり、フィルタ回路の厚さが薄くなる。このように、本実施の形態では、フィルタ回路の厚さを薄くできる効果がある。これはすなわち、LTCC等で構成した多層パッケージの多層構造内に本実施の形態のフィルタを内蔵し、そのパッケージの上表面にＭＭＩＣ等のアクティブデバイスを実装する場合などにおいて、ＭＭＩＣ下のパッケージ厚さを抑制することになり、パッケージの熱抵抗を下げることができ、放熱性能に優れたパッケージを提供できるという効果がある。
【００２９】
なお、本実施の形態の動作の説明では、第２零点周波数ωp2を第１零点周波数ωp1に一致あるいは十分接近させるという説明をしているが、たとえば、ωp1を遮断周波数の略２倍の周波数とし、かつ、ωｐ２をωp1の略１．５倍（遮断周波数の略３倍）に配置しても当然良い。このような通過零点の配置をしたフィルタの用途としては、HPAの出力側に装着する増幅器のスプリアス抑圧フィルタがある。すなわち、本実施の形態は増幅器のスプリアス抑圧フィルタとしても優れた低損失性と良好な減衰特性を提供する。
【００３０】
以上のように、本実施の形態に係る低域通過フィルタは、２つの端子を有する直列容量回路６と、当該端子の一方に接続された入力線路４ａと、当該端子の他方に接続された出力線路４ｂと、一端が入力線路４ａに接続されると共に他端が出力線路４ｂに接続された伝送線路５とを備えて成る低域通過フィルタであり、伝送線路５の特性インピーダンスを、入力線路４ａおよび出力線路４ｂの特性インピーダンスよりも低く設定したため、直列容量回路６と伝送線路５の組み合わせで成る並列共振回路のもっとも低い共振周波数と、その次に低い共振周波数を接近させることができ、これにより、２つの通過零点を接近させて配置することが可能である。この結果、あたかも従来の２つの並列共振回路を用いた低域通過フィルタのような特性を一組の並列共振回路で得ることが可能となる。言い換えれば、伝送線路５の特性インピーダンスを高くとり、伝送線路５の長さを短くした従来の低域通過フィルタに比べ、急峻な減衰特性を得ることが可能になる。また、急峻な減衰特性を得るために複数の並列共振回路を必ずしもフィルタ内に用いる必要がなくなるので、低損失な低域通過フィルタを得ることができる。この特徴は、フィルタ回路を構成する誘電体材料や導体として低損失なものを使用できない場合などで共振回路の損失が小さくない場合に極めて有効である。
【００３１】
また、本実施の形態は、ストリップ線路構造を有する低域通過フィルタにおいて、直列容量回路６として、２つのストリップ導体６ａ，６ｂが誘電体基板２ｂに対して平行に設けられ、誘電体基板２ｂを挟んで（介在させて）対向する、いわゆる平行平板形容量回路を用いている。このため、ＬＴＣＣなどの多層構造を構成しやすい誘電体材料にて、本実施の形態に係る低域通過フィルタを容易に製造することができる。また、特性インピーダンスの高い線路が不要となるために地導体１ａ，１ｂの間隔を小さくすることが可能であり、この特徴は、特に、ＬＴＣＣなどのように、製作できる導体パターン幅の最小値に限界がある場合において、フィルタ回路の薄型化に対して有効である。
【００３２】
さらに、本実施の形態においては、ストリップ線路構造を有する低域通過フィルタとして、直列容量回路６として、第１及び第２のストリップ導体６ａ，６ｂが誘電体基板２ｂを挟んで対向する、いわゆる平行平板形容量回路を用いるとともに、誘電体基板２ｂ上の第１のストリップ導体６ａを形成した主面に入力線路４ａおよび出力線路４ｂを配設し、入力線路４ａと第２のストリップ導体６ｂとの間を誘電体基板２ｂを貫通するビア７を介して接続した。このため、入力線路４ａと出力線路４ｂが、同一面内（同一層内）に存在することとなる。この結果、外部回路の接続が容易になるという効果がある。
【００３３】
また、２つの通過零点周波数がほぼ一致あるいは十分に接近するように、伝送線路５の特性インピーダンスと電気長とを選択するようにしたため、局所的な周波数帯域において大きな減衰量を得ることが可能であるほか、極めて急峻な減衰特性を有する低域通過フィルタが得られる効果がある。
【００３４】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図８および図９に示す。図８は、本実施の形態を表すストリップ線路形低域通過フィルタの構成を示す分解斜視図である。図９は、図８の低域通過フィルタに設けられた誘電体基板の上面図で、ストリップ導体のパターン形状を説明する図である。これらの図において、１〜４および７については実施の形態１と同様である。１５は伝送線路、１６は直列容量回路であるが、伝送線路１５が直列容量回路１６を周回するように配置され、かつ、直列容量回路１６を構成するストリップ導体１６ａと１６ｂが直交するように配置されているほか、図９に示すように、一方のストリップ導体の先端が、他方のストリップ導体の縁から、寸法Δだけはみ出すように大きめに形成されている。なお、伝送線路１５は、入力線路４ａや出力線路４ｂよりも特性インピーダンスの低い線路で構成されている点は実施の形態１と同様である。また、伝送線路１５の電気長は、フィルタの遮断周波数の波長の数分の１程度と、比較的大きくなっている点も実施の形態１と同様である。
【００３５】
本実施の形態の低域通過フィルタは、実施の形態１と同様な動作をする。このため、実施の形態１の低域通過フィルタと同様な効果を奏する。本発明の低域通過フィルタでは伝送線路１５の電気長が比較的大きくなるが、伝送線路１５が直列容量回路１６の周囲を周回するようにレイアウトされている。このため、電気長の大きい伝送線路１５を面積的に効率よくレイアウトすることが可能となり、通過零点を２つ有する有極形低損失低域通過フィルタがコンパクトに得られるという効果がある。
【００３６】
さらに、直列容量回路１６を構成するストリップ導体１６aと１６ｂが直交しているとともに、図９のように寸法Δだけ他方の縁からはみ出るようにストリップ導体の形状が決められている。この寸法Δは、多層構造における異なる層に設けられた導体パターンの相互の位置ずれ交差に相当する寸法となっている。このため、製造誤差により異なる層にもうけた導体パターン同士がΔだけ位置ずれを起こしても、２つのストリップ導体の対抗する面積は変わることがなく、直列容量回路における静電容量の誤差が少ない。すなわち、導体パターン相互の位置ずれによるフィルタ特性のばらつきが少ないという効果を奏する。ＬＴＣＣなどでは、前記の導体パターン相互の位置ずれが小さくないという課題があり、このような材料で多層回路を構成する際に、本実施の形態の低域通過フィルタは有効である。
【００３７】
以上のように、本実施の形態においては、ストリップ線路構造の低域通過フィルタの直列容量回路１６において、第１のストリップ導体１６ａの先端部から入力線路４ａへ向かう方向と第２のストリップ導体１６ｂの先端部から出力線路４ｂへと向かう方向とのなす角度が略々９０度となるようにし、かつ、第１のストリップ導体１６ａの先端部を誘電体基板（誘電体層）２ｂを介して対向する第２のストリップ導体１６ｂの縁から突出させ、かつ、第２のストリップ導体１６ｂの先端部を誘電体基板（誘電体層）２ｂを介して対向する第１のストリップ導体１６ａの縁から突出させるとともに、さらに、伝送線路５を直列容量回路６を周回するように配置するようにしたため、異なる層に設けられた第１のストリップ導体１６ａと第２のストリップ導体１６ｂとの間に、位置ずれが多少発生しても両者が対向する部分の面積は変わることがない。このため、位置ずれによる特性劣化の少ない低域通過フィルタが得られる効果がある。この点は、ＬＴＣＣなど、層間の位置ずれの少なくない材料でフィルタを構成した場合には有効である。また、伝送線路１５を直列容量回路１６の周囲を周回するように配設したため、伝送線路１５の電気長が大きいフィルタ回路において、面積的に小形化が可能となる効果がある。
【００３８】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図１０に示す。図１０は、実施の形態２と同様な多層構造を有した低域通過フィルタのストリップ導体のパターン形状を説明する図である。図１０において、２〜７及び１５，１６については実施の形態２と同様である。本実施の形態の低域通過フィルタは、実施の形態２で示した低域通過フィルタを２つ縦続に接続して多段化したものである。すなわち、実施の形態２で示した低域通過フィルタを２つ用意し、図１０に示すように、一方のフィルタの出力線路側と他方のフィルタの入力線路側とを縦続接続するとともに、２つのフィルタの接続点（ビア７）を中心としてほぼ点対称となるように２つのフィルタの導体パターンが配置されている。さらに、一方のフィルタの第２のストリップ導体１６ｂと他方のフィルタの第２のストリップ導体１６ｄとが、図１０の破線で示されるように、同一面内に配置されている。このように、本実施の形態においては、直列容量回路を構成するストリップ導体１６ｂ（１６ｄ）と伝送線路１５ａ，１５bを接続するビア７を中心点にして、略点対称形の導体パターンを有していることが特徴となっている。また、１６ｂと１６ｄは共通の層にもうけられるとともに、ビア７を挟んで一体化されたストリップ導体パターンで形成されている（１６ｂ＝１６ｄ）。
【００３９】
本実施の形態の低域通過フィルタは、実施の形態２と同様な動作をし、同様な効果を奏する。また、本実施の形態の低域通過フィルタは、実施の形態２の低域通過フィルタを２つ縦続接続した形となっており、従って、合計で４つの通過零点を近接配置することが可能であるため、極めて急峻な減衰特性を有する低域通過フィルタとなる。
【００４０】
本実施の形態では、実施の形態２で示したフィルタをビア７を中心に縦続接続した点対称の形状となっているほか、１６ｂと１６ｄは共通の層にもうけられるとともにビア７を挟んで一体化されたストリップ導体パターンで形成されているため、異なる層に設けた導体パターンの間に位置ずれが発生した場合には、２つの直列容量回路での容量値の変化の方向が逆方向になる。このため、通過零点の周波数変化が、互いに逆方向になる。したがって、阻止帯域が、一方的に、低い周波数側へシフトしたり、あるいは、高い周波数側へシフトしたりすることがない。すなわち、本実施の形態の低域通過フィルタでは、実施の形態２の低域通過フィルタ同様に、導体パターン相互の位置ずれによる特性ばらつきがもともと少ないことに加えて、導体パターン相互の位置ずれに起因する阻止帯域のシフトが少なく、阻止減衰量を安定して得ることができるという効果がある。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態２に記載された第１の低域通過フィルタの出力線路側と同第２の低域通過フィルタの入力線路側とを縦続接続するとともに、前記２つのフィルタの接続点を中心としてほぼ点対称となるように前記２つのフィルタの導体パターンを配置するとともに、第１のフィルタの第２のストリップ導体１６ｂと、第２のフィルタの第２のストリップ導体１６ｄとが同一面内に配置されているため、異なる層に設けた導体パターンの間に位置ずれが発生した場合にも、両者が対向する部分の面積は変わることがなく、さらに、２つの直列容量回路での容量値の変化の方向が逆方向となり、通過零点の周波数変化が、互いに逆方向になるため、位置ずれによる特性劣化がなく、阻止減衰量を安定して得ることができる効果がある。
【００４２】
なお、上述の実施の形態１〜３において説明した低域通過フィルタのいずれかを用いて、当該低域通過フィルタを内蔵した多層構造からなり、当該多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦパッケージまたは多層ＲＦモジュールを生成することができる。内蔵する低域通過フィルタが、上述したように、特性インピーダンスの高い線路を不要とするために、地導体１ａ，１ｂの間隔を小さくすることが可能であり、ＬＴＣＣ等のように製作できる導体パターン幅の最小値に限界がある材料でパッケージやモジュールを構成した場合、パッケージの薄型化が図れるので、パッケージの熱抵抗値の低下が図られ、パッケージ上表面に実装されたＭＭＩＣ等のアクティブデバイスの放熱の点で有利なパッケージやモジュールが得られる効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、２つの端子を有する容量値Ｃｓの直列容量回路と、前記端子の一方に接続された入力線路と、前記端子の他方に接続された出力線路と、一端が前記入力線路に接続されるとともに、他端が前記出力線路に接続された伝送線路とを備え、前記伝送線路の特性インピーダンスＺｔを、前記入力線路および出力線路の特性インピーダンスよりも低くするとともに、遮断周波数ωｃにおける前記伝送線路の電気長をθｃとし、また、形成すべき最低次の零点周波数ωp1を前記遮断周波数より大きい周波数として、下記の連立方程式により定まる前記電気長θｃと直列容量値Ｃｓを有する、低域通過フィルタである。
【数６】
0004014076.tif 000006
ここで、Ｌ０は、直列インダクタンスの両端に並列容量を接続して構成され、前記遮断周波数ωｃを有する原形低域通過フィルタの前記直列インダクタンスの素子値とする。
これにより、直列容量回路と伝送線路の組み合わせで成る並列共振回路のもっとも低い共振周波数と、その次に低い共振周波数を接近させることができ、すなわち、２つの通過零点を接近させて配置することが可能となり、この結果、急峻な減衰特性を得ることが可能になるとともに、急峻な減衰特性を得るために、複数の並列共振回路をフィルタ内に用いる必要がなくなるので、低損失な低域通過フィルタが得られる効果がある。
【００４４】
また、前記直列容量回路が第１及び第２のストリップ導体から構成されており、前記第１及び第２のストリップ導体が誘電体基板を挟んで対向して設けられているため、ＬＴＣＣなどの多層構造を構成しやすい誘電体材料にて容易に製造できるという効果がある。また、特性インピーダンスの高い線路が不要となるために地導体の間隔を小さくすることが可能であり、この点は特に、ＬＴＣＣなどのように、製作できる導体パターン幅の最小値に限界がある場合において、フィルタ回路の薄型化に対して有効である。
【００４５】
また、前記第１のストリップ導体が設けられている側の前記誘電体基板の主面に前記入力線路および前記出力線路を配設し、前記第２のストリップ導体と前記入力線路との間を前記誘電体基板を貫通して設けられた導電性を有する接続手段を介して接続しているため、入力線路と出力線路とが、同一面内（同一層内）に存在することとなる。この結果、外部回路の接続が容易になる効果がある。
【００４７】
また、前記第１のストリップ導体の先端部から前記入力線路へ向かう方向と前記第２のストリップ導体の先端部から前記出力線路へと向かう方向との為す角度が略々９０度となるようにし、前記第１のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第２のストリップ導体の縁から突出させ、かつ、前記第２のストリップ導体の先端部を前記誘電体層を介して対向する第１のストリップ導体の縁から突出させるとともに、前記伝送線路を前記直列容量回路を周回するように配置しているため、異なる層にもうけられた第１のストリップ導体と第２のストリップ導体との間に、位置ずれが発生しても、両者が対向する部分の面積は変わることがないため、位置ずれによる特性劣化の少ない低域通過フィルタが得られる効果がある。また、伝送線路を直列容量回路の周囲を周回するように配設したため、伝送線路の電気長が大きいフィルタ回路において、面積的に小形化が可能となる効果がある。
【００４８】
また、本発明の低域通過フィルタを２つ備えた多段低域通過フィルタであって、一方の低域通過フィルタの出力線路側と他方の低域通過フィルタの入力線路側とを縦続接続するとともに、前記２つの低域通過フィルタの接続点を中心としてほぼ点対称となるように前記２つの低域通過フィルタの導体パターンを配置するとともに、前記一方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体と、前記他方の低域通過フィルタの第２のストリップ導体とが同一面内に配置されているため、異なる層に設けた導体パターンの間に位置ずれが発生した場合には、２つの直列容量回路での容量値の変化の方向が逆方向となり、通過零点の周波数変化が、互いに逆方向になる。したがって、阻止帯域が一方的に低い周波数側へ、あるいは、高い周波数帯へとシフトすることがない。すなわち、導体パターン相互の位置ずれによる特性ばらつきがもともと少ないことに加えて、導体パターン相互の位置ずれに起因する阻止帯域のシフトが少なく、阻止減衰量を安定して得ることができる効果がある。
【００４９】
また、本発明の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦパッケージを構成すれば、内蔵するフィルタが特性インピーダンスの高い線路が不要であるために、地導体の間隔を小さくすることが可能であり、形成できる導体パターン幅の最小値に限界がある材料でパッケージを構成した場合、パッケージの薄型化がはかれるので、パッケージの熱抵抗値の低下がはかられ、パッケージ上表面に実装されたアクティブデバイスの放熱の点で有利なパッケージが得られる効果がある。
【００５０】
また、本発明の低域通過フィルタを内蔵した多層構造から成り、前記多層構造上に発熱源となるアクティブデバイスが実装された多層ＲＦモジュールを構成すれば、内蔵するフィルタが特性インピーダンスの高い線路が不要であるために、地導体の間隔を小さくすることが可能であり、形成できる導体パターン幅の最小値に限界がある材料でモジュールを構成した場合、パッケージの薄型化がはかれるので、パッケージの熱抵抗値の低下がはかられ、パッケージ上表面に実装されたアクティブデバイスの放熱の点で有利なモジュールが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による低域通過フィルタの構成を示した分解斜視図である。
【図２】  図１の低域通過フィルタのストリップ導体パターン形状を示した説明図である。
【図３】  本発明の実施の形態１による低域通過フィルタの回路構成図である。
【図４】  本発明の実施の形態１における（ａ）伝送線路５の等価回路、および、（ｂ）低域通過フィルタの等価回路を示した回路構成図である。
【図５】  本発明の実施の形態１による低域通過フィルタにおける伝送線路と直列容量回路のそれぞれのサセプタンスの周波数特性を示す説明図である。
【図６】  本発明の実施の形態１による低域通過フィルタの反射および通過特性を示す説明図である。
【図７】  本発明の実施の形態１における伝送線路と第２零点周波数の関係を示す説明図である。
【図８】  本発明の実施の形態２による低域通過フィルタの分解斜視図である。
【図９】  図８の低域通過フィルタのストリップ導体パターン形状を示した説明図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３による低域通過フィルタのストリップ導体パターン形状を示した説明図である。
【図１１】  従来の低域通過フィルタを示す分解斜視図である。
【図１２】  図１１の低域通過フィルタのストリップ導体パターン形状を示した説明図である。
【図１３】  従来の低域通過フィルタの等価回路を示した回路構成図である。
【図１４】  従来の低域通過フィルタに対応する３次の原形低域通過フィルタを示す回路構成図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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