JP2003152403A - 非対称高周波フィルター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セミランプＬＣ共振器により形成される非対
称３段高周波フィルター装置を提供する。 【解決手段】 本発明の非対称高周波フィルター装置
は、第１伝送線路と直列に接続した第１接地容量を有す
る第１共振器と、第１共振器と平行に接続するととも
に、第２伝送線路と直列に接続した第２接地容量を有す
る第２共振器と、第２共振器と平行に接続するととも
に、第３伝送線路と直列に接続した第３接地容量を有す
る第３共振器と、第１共振器と第３共振器の間に結合す
るマイクロ結合容量とを含む。上で述べたフィルター装
置中において、第１伝送線路が第２伝送線路とエッジ結
合されて、第２伝送線路が第３伝送線路とエッジ結合さ
れて、フィルター装置の主要な結合を形成して、マイク
ロ結合容量が減衰極の周波数位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルター装置に関
し、特にフィルター構造のサイズが縮小されてシステム
規格に必要な減衰量を達成することができるセミランプ
ＬＣ共振器により形成される非対称高周波フィルター装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィルターは無線通信において広く使用
されている。フィルターは通常、波形を調整するのに使
用され、共振波の伝送を抑制するとともにシステムミラ
ーノイズの発生を低下させる。最近、小さい体積と高い
品質を有するフィルターに対するニーズが非常に高まっ
ている。移動無線通信装置をより小さく軽くするため
に、高周波選択および小さい体積を有するフィルターの
開発が現在の重要な研究方向であった。

【０００３】２０００年５月３０日に出願された米国特
許第6,069,542号の明細書において高周波フィルター構
造が開示された。

【０００４】図１は、エッジ結合効果により製作された
従来の３段くし形高周波フィルターを示す等価回路図で
ある。図１において、フィルターは主に入力ポートに接
続した入力結合容量Ｃｉｎ、出力ポートに接続した出力
結合容量Ｃｏｕｔ、エッジ結合された３本の伝送線路Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３、そして地面と伝送線路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ
３をそれぞれ接続する３個の容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有
する。そして、伝送線路Ｌ１と容量Ｃ１の接合点を入力
結合容量Ｃｉｎに接続して、伝送線路Ｌ３と容量Ｃ３の
接合点を入力結合容量Ｃｏｕｔに接続する。

【０００５】図２は、図１中の等価回路の周波数補償を
示すグラフである。図２において、周波数補償のバンド
パス付近に減衰極が無いため、ノイズの周波数がバンド
パス周波数に近づく場合、このフィルター構造では十分
な減衰を提供してノイズをフィルターすることができな
かった。

【０００６】図３Ａは、バンドパス低周波の付近に減衰
極を有する、従来の３段くし形高周波フィルターを示す
もう一つの等価回路図である。図３Ａ中のフィルター
は、図１中のフィルターと似た構造を有する。第１容量
Ｃ１１と第１伝送線路ＳＬ１１により形成される第１段
共振器と、第３容量Ｃ１３と第３伝送線路ＳＬ１３によ
り形成される第３段共振器は直接地面に接続されない。
これら２個の共振器は両方とも、地面に接続される前に
インダクタンスＬｇに接続される。図３Ｂは、図３Ａ中
の等価回路の周波数補償を示す図である。図３Ｂにおい
て、インダクタンスＬｇを0.1nH〜0.2nHの間に調整する
際、バンドパス低周波付近に減衰極が現れる。図４Ａの
等価回路が示すように、それぞれが第３段共振器の二端
に接続された出力容量ＣｏｕｔとインダクタンスＬｇの
位置が交換されると、図４Ｂに示すようにバンドパス高
周波付近に減衰極が現れる。

【０００７】図５は、図３Ａ中の等価回路の分解斜視図
である。図５において、基板１１は第１層１１ａから第
６層１１ｆの６層の誘電体層を積層して形成される。し
かし、実際には図５に示す構造には次に述べるような欠
点があった。

【０００８】１．多層構造中では純粋な直列接続された
容量を達成することは難しかった。また、このようにす
るために、この構造中のそれぞれ直列に接続した容量
を、寄生対地容量と平行に接続しなければならないた
め、多層構造の効果は等価回路の期待に対して十分では
なかった。

【０００９】２．実際上、寄生容量の影響を低下させる
ために、フィルターを露出させるが、つまりこれは第６
層１１ｆが保護層ではないということである。これはフ
ィルター構造の回路が周辺回路あるいは電磁波により影
響されるとともに、この構造の整合モジュールへの応用
を制限した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セミ
ランプＬＣ共振器により形成される非対称３段高周波フ
ィルター装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明はセミランプＬＣ共振器および高インピ
ーダンス伝送線路により形成される非対称高周波フィル
ター構造を提供する。他にフィルター段階を増やさず
に、システム規格に必要な減衰量を達成することがで
き、積層セラミックフィルターに応用するフィルター構
造のサイズを小さくすることができる。この非対称高周
波フィルター装置は、第１伝送線路と直列に接続した第
１接地容量を有する第１共振器と、第１共振器と平行に
接続するとともに、第２伝送線路と直列に接続した第２
接地容量を有する第２共振器と、第２共振器と平行に接
続するとともに、第３伝送線路と直列に接続した第３接
地容量を有する第３共振器と、第１共振器と第３共振器
の間に結合するマイクロ結合容量とを含む。上で述べた
フィルター装置中において、第１伝送線路が第２伝送線
路とエッジ結合されて、第２伝送線路が第３伝送線路と
エッジ結合されて、フィルター装置の主要な結合を形成
して、マイクロ結合容量が減衰極の周波数位置を調整す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図６および図７において、本発明
のバンドパス低周波付近に減衰極を有する等価回路図を
示す。図８において、本発明のバンドパス高周波付近に
減衰極を有する等価回路図を示す。図６中の等価回路
は、第１共振器、第２共振器、第３共振器およびマイク
ロ接合容量Ｃ６４を含み、そのうち第１共振器は第１伝
送線路Ｌ６１と直列に接続した第１接地容量Ｃ６１を有
して、第２共振器は第２伝送線路Ｌ６２と直列に接続し
た第２接地容量Ｃ６２を有して、第３共振器は第３伝送
線路Ｌ６３と直列に接続した第３接地容量Ｃ６３を有す
る。フィルター構造の減衰極の位置調整に使用するマイ
クロ結合容量Ｃ６４は、第１共振器と第３共振器の間に
結合される。第１伝送線路Ｌ６１は第２伝送線路Ｌ６２
とエッジ結合されて、第２伝送線路Ｌ６２は第３伝送線
路Ｌ６３とエッジ結合され、それら二つによりこのフィ
ルター構造の主要結合が形成される。第１伝送線路Ｌ６
１は入力ポートＰｉ６に接続されて、第３伝送線路Ｌ６
３は出力ポートＰｏ６に接続される。そして、マイクロ
結合容量Ｃ６４が第１共振器と第３共振器の間に結合さ
れるために、バンドパス付近に減衰極が発生する。実際
には、マイクロ結合容量Ｃ６４の値を調整することによ
り、フィルター構造の減衰極の周波数位置を調整するこ
とができるとともに、バンドパスの特性に影響を与える
ことがない。また、入力ポートＰｉ６および出力ポート
Ｐｏ６がテープ技術により形成されて、インピーダンス
を変換するとともに多層構造の層を減少させることによ
り、寄生容量の影響を防ぐことができる。

【００１３】図７および図８に示すように、図７と図８
の構造は図６の構造に似ている。しかし図７に示すよう
に、第２共振器の接地容量Ｃ７２は、図６中の接地容量
Ｃ６２とは反対の位置に設けられる。図８において、第
３共振器の接地容量Ｃ８３が図６中の接地容量Ｃ６３と
は反対の位置に設けられて、出力ポートＰｏ８が第３伝
送線路Ｌ８３の低位置に設けられる。３Ｄ電磁波磁場シ
ミュレーションプログラム（ＳＯＮＮＥＴなど）によ
り、バンドパス低周波付近の減衰極（図９中に示すよう
な約２．２ＭＨｚ）を有するか、あるいはバンドパス高
周波付近の減衰極（図１０中に示すような約３．０ＭＨ
ｚ）を有する周波数補償を発生させる。

【００１４】図１１は、図６中の等価回路の分解斜視図
である。図１１において、低温共焼成セラミック技術に
より製造されるフィルター構造を示す。2.4GHzで作動す
るフィルター構造の実際のサイズは3.2mm×2.5mm×1.5m
mである。

【００１５】図１１において、本実施形態は９層の誘電
体層を有する。層の厚みは上から下に向かって3.6-3.6-
3.6-3.6-3.6-3.6-10.8-14.4-3.6-3.6（mil）であり、そ
のうち第１層、第４層、第６層、第８層および第１０層
は、金属ワイヤー層をその上に有するセラミック基板で
ある。第１層および第１０層の金属ワイヤー層は、全体
のフィルター構造を被覆して外界の電磁場（ＥＭＦ）の
ノイズを隔離する接地層である。第４層、第６層および
第８層の金属ワイヤー層は絶縁層であり、それは地面に
エッジ結合される。全ての金属ワイヤー層はAgあるいは
Cuなどの導電性材料からなる。上で述べた、等価回路中
の接地容量および伝送線路は、全て金属−絶縁膜−金属
の層からなる。図６において、容量Ｃ６１および容量Ｃ
６３は第３層から第６層のワイヤー層と絶縁層を交錯さ
せて形成される。伝送線路Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６３およ
び容量Ｃ６２は第７層から第１０層により形成される。
この実施形態において、マイクロ結合容量Ｃ６４を第２
層上に設けて、所定のホールにより接地容量Ｃ６１と接
地容量Ｃ６３の間を結合することにより、第３層上の接
点Ｔと電気的に接続する。図６に示すような第２共振器
は、第７層上の伝送線路Ｌ６２が第８層上を通る所定ホ
ールにより、第９層上の接地容量Ｃ６２に接触して形成
される。同様に、第１振動器は第７層上の伝送線路Ｌ６
１が第４層、第５層、第６層を通る左ホールにより、第
３層上の接地容量Ｃ６１に接触して形成される。第３振
動器は第７層上の伝送線路Ｌ６３が第４層、第５層、第
６層を通る右ホールにより、第３層上の接地容量Ｃ６３
に接触して形成される。

【００１６】容量の面積が同じだと考えた場合、そのキ
ャパシタンスは層の数に正比例する。そのため、実際の
層の数はこの実施形態で示される数に限定されるわけで
はない。高容量は層の数を増大することにより達成さ
れ、第７層上の伝送線路の面積はそのキャパシタンスに
正比例し、特に伝送線路Ｌ６２の幅（Ｗ）が大きくなる
と、この実施形態中ではロスが少なくなる。伝送線路Ｌ
６１，Ｌ６２，Ｌ６３の面積は実際のニーズに合わせて
調整することができ、本実施形態の例だけに限定される
わけではない。伝送線路Ｌ６１に接触された入力ポート
Ｐｉ６と、第７層上の伝送線路Ｌ６３に接触された出力
ポートＰｏ６がテープ技術により形成されるとともに、
図１１の点線ＣＴ１，ＣＴ２が示すように、第１層およ
び第１０層上のパッドＰＡＤに接続される。そして、パ
ッドＰＡＤ近くの部分を電気的に絶縁して入力および出
力信号が影響を受けることを防ぐ。

【００１７】図１２は、図６中のもう一つの等価回路を
示す分解斜視図である。図１１と図１２を較べると、マ
イクロ結合容量Ｃ６４のレイアウトが異なる。図１２の
線ＸＲ１，ＸＲ２が示すように、第２層上のホールは第
３層上のホールを通して第４層上のホールに接続され
る。そのため、第２層上の横向にレイアウトされた金属
層Ｃ６１ａ，Ｃ６３ａと第４層上の縦向にレイアウトさ
れた金属層Ｃ６１ｂ，Ｃ６３ｂにより、クロス有効領域
（図示せず）が形成される。クロス有効領域は、図６中
で示されたマイクロ結合容量Ｃ６４として使用され、図
１１中のマイクロ結合容量Ｃ６４と同じ目的を達成する
ことができる。

【００１８】以上のごとく、この発明を好適な実施形態
により開示したが、もとより、この発明を限定するため
のものではなく、同業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更な
らびに修正が当然なされうるものであるから、その特許
権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な
領域を基準として定めなければならない。

【００１９】

【発明の効果】上記構成により、この発明は、下記のよ
うな長所を有する。

【００２０】本発明は、高インピーダンス伝送線路が主
要な結合を形成するとともに、マイクロ結合容量が第１
段と第３段の共振器の間に設けられる。そのため、他に
フィルター段階を増やさずに、システム規格に必要な減
衰量を達成することができ、積層セラミックフィルター
に応用する際、フィルター構造のサイズを小さくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術にかかる、エッジ結合効果により形
成される、３段くし形高周波フィルターの等価回路図で
ある。

【図２】従来の技術にかかる、図１中の等価回路の周波
数補償を示すグラフである。

【図３Ａ】従来の技術にかかる、バンドパス低周波付近
に減衰極を有する３段くし形高周波フィルターを示すも
う一つの等価回路図である。

【図３Ｂ】図３Ａ中の等価回路の周波数補償を示すグラ
フである。

【図４Ａ】従来の技術にかかる、バンドパス高周波付近
に減衰極を有する３段くし形高周波フィルターを示すも
う一つの等価回路図である。

【図４Ｂ】図４Ａ中の等価回路の周波数補償を示すグラ
フである。

【図５】従来の技術にかかる、図３Ａ中の等価回路の分
解斜視図である。

【図６】本発明にかかる、バンドパス低周波付近に減衰
極を有する等価回路図である。

【図７】本発明にかかる、バンドパス低周波付近に減衰
極を有するもう一つの等価回路図である。

【図８】本発明にかかる、バンドパス高周波付近に減衰
極を有する等価回路図である。

【図９】図６中の等価回路の周波数補償を示すグラフで
ある。

【図１０】図８中の等価回路の周波数補償を示すグラフ
である。

【図１１】図６中の等価回路を示す分解斜視図である。

【図１２】図６中のもう一つの等価回路を示す分解斜視
図である。

【符号の説明】

Ｃ６１ 第１接地容量 Ｃ６２ 第２接地容量 Ｃ６３ 第３接地容量 Ｃ６４ マイクロ結合容量 Ｃ７２ 接地容量 Ｃ８３ 接地容量 Ｃ６１ａ 金属層 Ｃ６１ｂ 金属層 Ｃ６３ａ 金属層 Ｃ６３ｂ 金属層 Ｌ６１ 第１伝送線路 Ｌ６２ 第２伝送線路 Ｌ６３ 第３伝送線路 Ｌ８３ 接地容量 Ｐｉ６ 入力ポート Ｐｏ６ 出力ポート Ｐｏ８ 出力ポート Ｔ 接点

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１伝送線路と直列に接続した第１接地
   容量デバイスを有する、第１共振ユニットと、 前記第１共振ユニットと平行に接続するとともに、第２
   伝送線路と直列に接続した第２接地容量デバイスを有す
   る、第２共振ユニットと、 前記第２共振ユニットと平行に接続するとともに、第３
   伝送線路と直列に接続した第３接地容量デバイスを有す
   る、第３共振ユニットと、 前記第１共振ユニットと前記第３共振ユニットの間に結
   合して、減衰極の周波数位置を調整する、マイクロ結合
   容量デバイスとを含む非対称高周波フィルター装置。
2. 【請求項２】 前記第１伝送線路デバイスは前記第２伝
   送線路デバイスとエッジ結合されて、前記第２伝送線路
   デバイスは前記第３伝送線路デバイスとエッジ結合され
   て、フィルター装置の主要な結合を形成する請求項１記
   載の非対称高周波フィルター装置。
3. 【請求項３】 第１接地層下に設けられた第１ワイヤー
   層を有して、前記第１接地層がフィルター装置の外側を
   被覆して、外界の電磁場（ＥＭＦ）のノイズを隔離し
   て、前記第１ワイヤー層が、弱い結合の容量デバイスを
   形成するレイアウトを有する、第１容量アセンブリと、 少なくとも第１金属層上に設けた第２ワイヤー層を有す
   るとともに、前記第１容量アセンブリとエッジ結合し
   て、前記第１金属層が接地した独立エッジを有して、前
   記第２ワイヤー層を所定ホールにより、電気的に前記第
   １ワイヤー層に接触させて、２個の容量デバイスを形成
   するレイアウトを有する、第２容量アセンブリと、 第２金属層上に設けて、前記第２容量アセンブリとエッ
   ジ結合した第３ワイヤー層を有して、前記第２金属層が
   接地した独立エッジを有して、前記第３ワイヤー層が、
   所定ホールにより前記第１ワイヤー層と前記第２金属層
   に、平行で電気的に接触して、３個の伝送線路デバイス
   を形成するレイアウトを有する伝送線路アセンブリと、 第２接地層上に設けられた第４ワイヤー層を有するとと
   もに、伝送線路アセンブリとエッジ結合して、そのうち
   前記第２接地層がフィルター装置の他の表面を被覆し
   て、外界の電磁場（ＥＭＦ）のノイズを隔離して、前記
   第４ワイヤー層が、容量デバイスを形成するレイアウト
   を有する第３容量アセンブリとを含む非対称高周波フィ
   ルター装置。
4. 【請求項４】 前記伝送線路デバイスが、入力ポートを
   有する第１伝送線路デバイスと、出力ポートを有する第
   ２伝送線路デバイスと、第３伝送線路デバイスとを含
   み、前記第１伝送線路デバイスが前記第２伝送線路デバ
   イスとエッジ結合されて、前記第２伝送線路デバイスが
   前記第３伝送線路デバイスとエッジ結合されて、前記フ
   ィルター装置の主要な結合を形成する請求項３記載の非
   対称高周波フィルター装置。
5. 【請求項５】 第１金属層上に設けられた第１ワイヤー
   層を有して、前記第１金属層が接地した独立エッジを有
   して、前記第１ワイヤー層が２個の容量デバイスを形成
   する横向レイアウトを有する、第１容量アセンブリと、 第２金属層上に設けた第２ワイヤー層を有するととも
   に、前記第１容量アセンブリとエッジ結合して、前記第
   ２金属層が接地した独立エッジを有して、前記第２ワイ
   ヤー層を所定ホールにより、電気的に前記第１ワイヤー
   層に接触させて、弱く結合された容量デバイスを形成す
   る縦向レイアウトを有する、第２容量アセンブリと、 前記第２容量アセンブリとエッジ結合するとともに第３
   ワイヤー層を有して、前記第３ワイヤー層が、所定ホー
   ルにより前記第１ワイヤー層と前記第２金属層に、平行
   で電気的に接触する３個の伝送線路デバイスを形成する
   レイアウトを有する伝送線路アセンブリと、 前記伝送線路アセンブリとエッジ結合して、第３金属層
   下に設けられた第４ワイヤー層を有して、前記第４ワイ
   ヤー層が、容量デバイスを形成するレイアウトを有す
   る、第３容量アセンブリと、 前記第１容量アセンブリ、前記第２容量アセンブリ、前
   記第３容量アセンブリおよび前記伝送線路アセンブリを
   被覆する、第１接地層と第２接地層を有して、外界の電
   磁場（ＥＭＦ）のノイズを隔離する隔離アセンブリとを
   含むものである非対称高周波フィルター装置。
6. 【請求項６】 ３個全ての伝送線路デバイスが、入力ポ
   ートを有する第１伝送線路デバイスと、出力ポートを有
   する第２伝送線路デバイスと、第３伝送線路デバイスと
   を含み、前記第１伝送線路デバイスが前記第２伝送線路
   デバイスとエッジ結合されて、前記第２伝送線路デバイ
   スが前記第３伝送線路デバイスとエッジ結合されて、フ
   ィルター装置の主要な結合を形成するものである、請求
   項５記載の非対称高周波フィルター装置。