JP3778075B2 - フィルタ回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波周波数帯域で用いられる無線通信モジュール等に搭載されるフィルタ回路に関し、さらに詳しくは誘電体基板に形成されて共振器導体パターンを構成する導体パターンの短縮化を図ったフィルタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信モジュールは、情報通信技術の進展に伴って、各種の移動体通信機器（モバイル通信機器）やＩＳＤＮ（Integrated Service Digital Network：総合サービスデジタル網）或いはコンピュータ機器等の様々な機器、システムに搭載され、データ情報等の高速通信を可能とし、小型軽量化、複合化或いは多機能化が図られている。無線通信モジュールは、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の対応通信機器のようにマイクロ波、ミリ波帯域を搬送周波数とした高周波アプリケーションにおいて、低域フィルタや高域フィルタ、帯域フィルタ、結合器等がコンデンサやコイル等のチップ部品を用いた集中定数設計による回路で上述した要求仕様を達成することが困難となり、一般にマイクロストリップライン、ストリップライン等による分布定数設計による対応が図られる。
【０００３】
従来、分布定数設計による帯域フィルタ（ＢＰＦ）１００は、例えば図１４に示すように誘電体基板１０１の主面上に複数本の共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅをカスケード配列して形成してなる。ＢＰＦ１００は、第１の外側共振器導体パターン１０２ａから高周波信号が入力され、内側に位置する第２共振器導体パターン１０２ｂ乃至第４の共振器導体パターン１０２ｄによって所定の周波数帯域の高周波信号を選択して第５の外側共振器導体パターン１０２ｅから出力する。各共振器導体パターン１０２は、中央部の共振器導体パターン１０２ｃを除いて、それぞれ誘電体基板１０１の側面において結合されている。なお、誘電体基板１０１には、図示しないが裏面に全面に亘ってグランドパターンが形成されている。
【０００４】
ＢＰＦ１００は、図１４に示すように互いに隣り合う各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅが、通過波長λの１／４の長さ範囲で重なり合うようにして上述したように誘電体基板１０１の主面上にカスケード配列されて形成されている。ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２を高誘電率の基板１０１上に形成することで、マイクロストリップラインの波長短縮効果により各共振器導体パターン１０２の長さを短縮して小型化を図ることが可能とされる。
【０００５】
波長短縮は、誘電体基板１０１の表層においてλ0／√（εｗ）（λ0：真空中での波長。εｗ：実効比誘電率。空気と誘電体の電磁界分布で決まる誘電率。）で発生するとともに、内層においてλ0／√（εｒ）（εｒ：基板の比誘電率。）で発生する。したがって、ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅを最適化することによって所望の周波数帯域の高周波信号を選択的に通過するようにする。また、ＢＰＦ１００は、一般的な配線基板の形成工程と同様に誘電体基板１０１の主面上に各共振器導体パターン１０２を印刷技術やリソグラフ処理を施して形成することが可能であることから、回路パターン等と同時に形成される。
【０００６】
しかしながら、かかるＢＰＦ１００も、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅを通過波長の略λ／４の長さの重なり部分を以って配列することから、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅの長さが通過波長λによって規定される。したがって、ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅの長さによってある程度の大きさの誘電体基板１０１が必要となり、小型化に限界があった。
【０００７】
一方、図１５及び図１６に示した従来の他のＢＰＦ１１０は、一対の誘電体基板１１１、１１２からなる積層基板の内部に共振器導体パターン１１３、１１４を形成したいわゆるトリプレート構造によって構成されてなる。誘電体基板１１１、１１２には、それぞれの表面にグランドパターン１１５、１１６が形成されている。誘電体基板１１１、１１２には、外周部に多数個のビアホール１１７を形成して表裏のグランドパターン１１５、１１６が互いに導通されるようにして内層回路をシールドしている。
【０００８】
各共振器導体パターン１１３、１１４は、それぞれが通過波長λの略１／４の長さＭを有しており、一端をグランドパターン１１５、１１６に接続されるとともに他端を開放されて互いに平行に形成されている。各共振器導体パターン１１３、１１４には、それぞれ側方へと腕状に突出する入出力パターン１１８、１１９が形成されている。ＢＰＦ１１０は、上述した誘電体基板１１１、１１２に形成した共振器導体パターン１１３、１１４が、図１６に示すように等価回路的に並列共振回路を容量結合した構成となっている。すなわち、ＢＰＦ１１０は、共振器導体パターン１１３とグランドパターンとの間に接続されたキャパシタＣ１とインダクタンスＬ１とからなる並列共振回路ＰＲ１と、共振器導体パターン１１４とグランドパターンとの間に接続されたキャパシタＣ２とインダクタンスＬ２とからなる並列共振回路ＰＲ２とがキャパシタＣ３を介して容量結合されて構成されてなる。
【０００９】
かかるＢＰＦ１１０によれば、波長λの高周波信号に対して略λ／２の開放線路が所定の周波数帯域で共振させる機能を有し、λ／４において結合度が最大になることを利用する。ＢＰＦ１１０によれば、共振器導体パターン１１３から入力された波長λの高周波信号が、並列共振回路ＰＲ１と並列共振回路ＰＲ２とにより所定の通過波長λの帯域において共振し、帯域外の高周波成分が除去されて出力される。ＢＰＦ１１０においては、誘電体基板１１１、１１２に形成する共振器導体パターン１１３、１１４の長さがほぼλ／４に形成されることによって小型化が図られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無線通信モジュールは、モバイル通信機器のさらなる小型軽量化に伴って全体の大きさが例えば１０ｍｍ角四方以下の大きさのものが要求されている。また、無線通信モジュールは、特にコスト条件が極めて厳しいコンシューマ向けモバイル通信機器等に搭載する場合に、基板が一般に用いられている廉価なプリント基板と同等品であることが必要となっている。
【００１１】
ＢＰＦ１１０は、共振器導体パターン１１３、１１４の全体の長さがλ／４まで低減されるが、上述した要求仕様を満足することは困難である。すなわち、無線ＬＡＮシステムやBluetoohと称される近距離無線送信システム等においては、搬送周波数帯域が２．４ＧＨｚに規定され、空間での搬送波長λ０／４が約３０ｍｍ程度となる。ＢＰＦ１１０は、かかるシステムに適合するモバイル通信機器の無線通信モジュールに搭載されるとともに、基板材料として一般に用いられる比誘電率が約４のＦＲグレード４の銅張積層板（耐燃性ガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）に共振器導体パターン１１３、１１４を内蔵して波長短縮を図ったとしても、通過波長λ／４が約１５ｍｍ程度となることから上述した要求仕様を満足し得ない。
【００１２】
ＢＰＦ１１０においては、例えば比誘電率が１０以上のセラミック材を用いることによって波長短縮の効果を高めて小型化を図ることも考慮される。しかしながら、かかるＢＰＦ１１０は、無線通信モジュールとして周辺部品を含んで集積化を図る場合に大型の基板が必要となり、比較的高価なセラミック材の基板を用いることによってコストがアップするために、上述したコストの要求仕様を満足し得ない。
【００１３】
ところで、上述したＢＰＦ１１０においては、通過帯域特性や遮断特性等のフィルタ特性が、誘電体基板１１１、１１２や共振器導体パターン１１３、１１４間の電磁界分布によって決定される。ＢＰＦ１１０においては、電界の強さが、奇励振モード状態で共振器共振器導体パターン１１３、１１４の対向間隔ｐによって変化するとともに、偶励振モード状態で誘電体基板１１１、１１２と共振器導体パターン１１３、１１４間の間隔、すなわち図１５に示す誘電体基板１１１、１１２の厚みｔによって変化する。また、ＢＰＦ１１０は、電界の強さが共振器導体パターン１１３、１１４の幅ｗによっても変化する。
【００１４】
ＢＰＦ１１０は、電界の強さが奇励振モード状態や偶励振モード状態で変化することによって共振器導体パターン１１３、１１４の結合度が変化し、フィルタ特性が変化する。ＢＰＦ１１０においては、所望のフィルタ特性を得るために誘電体基板１１１、１１２や共振器導体パターン１１３、１１４が精密に形成されている。
【００１５】
ＢＰＦにおいては、一般に製造工程のバラツキによって所望のフィルタ特性が得られない場合が生じることがあり、例えば測定器等によって共振器導体パターンの出力特性をチェックしながらそれぞれの位置や面積等を適宜変化させるといった追加工処理による調整工程が施される。しかしながら、ＢＰＦ１１０は、上述したように共振器導体パターン１１３、１１４を誘電体基板１１１、１１２の内層に形成することからかかる調整工程を施すことが困難であった。ＢＰＦ１１０は、このために高精度の製造工程が採用されることによって各部の製作が行われるために製造効率が悪くなるととともに歩留りも低下するといった問題があった。
【００１６】
したがって、本発明は、誘電体基板に形成されて共振器を構成する各共振器導体パターンが通過波長λに対してλ／４よりもさらに短い長さで形成されるが所定のフィルタ特性が得られることにより小型化を図ったフィルタ回路を提供することを目的に提案されたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるフィルタ回路は、ベース基板の第１主面上に、その誘電率よりも低い誘電率の誘電絶縁材によって形成した樹脂基板を積層してなる２層構成の誘電体基板を備える。フィルタ回路は、ベース基板が、第１主面と対向する第２主面側にグランドパターンを形成するとともに、第１主面側に互いに平行な第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンを形成する。フィルタ回路は、第１共振器導体パターンが、ビアを介して一端側をベース基板側のグランドパターンと接続されるとともに、他端側を開放された分布線路パターンとして形成され高周波信号が入力される。フィルタ回路は、第２共振器導体パターンが、ビアを介して一端側をベース基板側のグランドパターンと接続されるとともに他端側を開放された分布線路パターンとして形成され、第１共振器導体パターンと電磁結合することにより入力された高周波信号から所定の周波数帯域の高周波信号を選択して出力する。フィルタ回路は、第３共振器導体パターンが、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの間に平行に位置して両端を開放された分布線路パターンとして形成される。フィルタ回路は、誘電絶縁材によって形成される樹脂基板が、第１共振器導体パターンとグランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第１コンデンサと、第２共振器導体パターンとグランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第２コンデンサとを内層に薄膜形成するとともに、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとに接続されて集中定数による直列容量を付加する第３コンデンサが設けられる。
【００１８】
本発明にかかるフィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンが、それぞれ入力された高周波信号の通過波長λに対してλ／４よりも短い長さに形成されることにより、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの間において誘導型電磁結合が行われる。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン及び第２共振器導体パターンと第３共振器導体パターンとの間において容量型電磁結合がを行われる。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとが、第１共振器導体パターンに入力された高周波信号に対して通過波長λに応じた所定周波数帯域において共振動作を行って選択した周波数帯域の高周波信号を第２共振器導体パターンから出力する。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとによって構成する内部容量と第１コンデンサと第２コンデンサとにより付加される並列容量とを最適化することにより、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの長さによって規定される共振周波数帯域の低域化が図られるようになる。フィルタ回路においては、λ／４よりも極めて短い長さ第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンをベース基板の主面上に形成して波長短縮効果がより有効に奏されるようにするとともに、高周波特性を要求される各コンデンサを高周波特性に優れた誘電絶縁材からなる樹脂基板の内層に形成することで、所定のフィルタ特性を保持して小型化が図られる。
【００１９】
また、本発明にかかるフィルタ回路は、樹脂基板の主面に、複数の切換スイッチと容量調整用のコンデンサとからなり、それぞれビアを介して樹脂基板の内層に形成された第１コンデンサと第２のンデンサと並列に接続される第１容量調整回路及び第２容量調整回路を設ける。フィルタ回路は、各切換スイッチが、例えば薄膜技術によって微細に形成することが可能なメムズスイッチによって構成する。
【００２０】
本発明にかかるフィルタ回路においては、例えば誘電体基板の内層に形成された各第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターン或いは第１コンデンサや第２コンデンサの製造工程でのバラツキによって所定のフィルタ特性が得られないといったこともある。フィルタ回路においては、測定器等によって出力特性をチェックしながら、主面に設けた切替スイッチを介して所定の容量調整コンデンサを第１コンデンサや第２コンデンサと接続することによって並列容量の付加量を調節し、最適化が図られるようにする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した分布定数設計による帯域フィルタ（ＢＰＦ）１の実施の形態について説明する。ＢＰＦ１は、例えば図示しないが通信機能モジュール体のアンテナ入出力部を構成するバンドパスフィルタ回路に用いられて、アンテナにより送受信される例えば無線ＬＡＮシステムやBluetooh等の２．４ＧＨｚ搬送周波数に重畳された送受信信号の通過特性を有する。ＢＰＦ１は、図１に示すように誘電体基板２の内層に分布定数設計によって詳細を後述する第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び入力導体パターン１１と出力導体パターン１２とがパターン形成されたトリプレート構造によって構成されてなる。
【００２２】
ＢＰＦ１は、図４及び図５に示すように、ベース基板３と樹脂基板４を積層した誘電体基板２とを備える。ここで、ベース基板３には、例えばガラスエポキシ基板の一方主面に銅箔層を形成したＦＲグレード４の銅張積層板が用いられる。樹脂基板４は、コア５の両面にそれぞれ所定の厚みを有する誘電絶縁層６、７を積層して形成されている。誘電体基板２は、ベース基板３の第１主面３ａ上に積層され、詳細を後述する第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０とをパターン形成するとともに第２主面３ｂにグランドパターン１４が形成され、さらに誘電樹脂基板４の誘電絶縁層７上に図示しないグランドパターンが形成されることにより、上述したトリプレート構造を構成してなる。
【００２３】
誘電体基板２は、樹脂基板４の各誘電絶縁層６、７が、低誘電率で低Ｔａｎδの特性、すなわち高周波特性に優れた誘電絶縁材によって所定の厚みを有して形成されている。各誘電絶縁層６、７は、具体的にはポリフェニールエチレン（ＰＰＥ）、ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−ｒｅｓｉｎ）、ポリテトラフルオロエチレン（商標名テフロン）、ポリイミド、液晶ポリマ、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）、ポリオレフィン樹脂等の有機誘電樹脂材や、セラミック等の無機誘電材、或いは有機誘電樹脂材と無機誘電材との混合体によって形成される。
【００２４】
ＢＰＦ１は、図４及び図５に示すように誘電体基板２のベース基板３や樹脂基板４に各基板或いは全体を貫通してビア１３が適宜形成され、これらビア１３を介して内層に形成した詳細を後述する第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９や配線パターン１５或いは第１コンデンサ１６や第２コンデンサ１７がベース基板３の第２主面３ｂに形成したグランドパターン１４や誘電樹脂基板４の誘電絶縁層７に形成したグランドパターン或いは第３コンデンサ１８と接続される。グランドパターン１４は、ベース基板３の第２主面３ｂに略全面に亘って形成されている。グランドパターン１４は、前述した図１６に示す従来のＢＰＦ１１０と同様に、外周部に形成した図示しない多数のビアを介して誘電体基板２の外周部において誘電絶縁層７側のグランドパターンと層間接続される。
【００２５】
ＢＰＦ１は、図１及び図４、図５に示すように樹脂基板４の内層に第１コンデンサ１６が形成され、この第１コンデンサ１６が配線パターン１５ａを介して第１共振器導体パターン８と並列に接続される。ＢＰＦ１は、樹脂基板４の内層に第２コンデンサ１７が形成され、この第２コンデンサ１７が配線パターン１５ｂを介して第２共振器導体パターン９と並列に接続される。第１コンデンサ１６及び第２コンデンサ１７は、ビア１３ｃ１、１３ｃ２を介してグランドパターン１４と接続されている。ＢＰＦ１は、樹脂基板４の誘電絶縁層７上に第３コンデンサ１８が実装され、この第３コンデンサ１８がビア１３ｄ１、１３ｄ２を介して樹脂基板４の内層から誘電絶縁層７の表面に導かれる配線パターン１５ｃ１、１５ｃ２によって第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とに直列に接続される。ＢＰＦ１は、例えば第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とが誘電絶縁層６或いは誘電絶縁層７内に成膜されてなる成膜素子として形成されるとともに、第３コンデンサ１８が誘電絶縁層７の主面上で配線パターン１５ｃ１、１５ｃ２とビア１３ｄ１、１３ｄ２とを介して第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９と接続されるチップ部品として実装されてなる。
【００２６】
第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、図１に示すようにやや幅広の長手方向の矩形パターンからなり、所定の間隔を以って対向する互いに平行に形成されてなる。第３共振器導体パターン１０は、幅狭の矩形パターンからなり、第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９との間に全長に亘って位置してこれらと互いに平行に形成されている。これら第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び入力導体パターン１１と出力導体パターン１２とは、ベース基板３の第１主面３ａ上に、例えば金属箔の貼付工程、フォトリソグラフ処理によるパターン化工程或いはエッチング工程等を経る従来一般的に用いられる方法によりパターン形成されてなる。
【００２７】
第１共振器導体パターン８は、入力導体パターン１１が腕状に突出して形成されており、高周波信号が入力される一次側の共振器導体パターンを構成する。第１共振器導体パターン８は、図１及び図４、図５に示すように、一端部側がビア１３ａを介して第２主面３ｂ側のグランドパターン１４と接続されて短絡端８ａとされるとともに、他端部側が開放された開放端８ｂとされてなる。
【００２８】
第２共振器導体パターン９も、出力導体パターン１２が腕状に突出して形成されており、詳細を後述するように入力された高周波信号から選択した所定の周波数帯域の高周波信号を出力する二次側の共振器導体パターンを構成する。第２共振器導体パターン９も、一端部側がビア１３ｂを介して第２主面３ｂ側のグランドパターン１４と接続された短絡端９ａとされるとともに他端部側が開放された開放端９ｂとされてなる。
【００２９】
第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、互いに同長であり、その長さＮが搬送周波数帯の通過波長λに対するλ／４の電気長、約６ｍｍよりも極めて短い、Ｎ＜＜λ／４の長さを以って形成されている。第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、２．４ＧＨｚ搬送周波数帯の通過波長λに対するλ／４の電気長が約６ｍｍに対して、例えば約２．７ｍｍの長さに形成されている。第３共振器導体パターン１０も、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と同長の約２．７ｍｍの長さに形成されている。
【００３０】
ところで、伝送線路においては、電磁的にカップリングする一対の線路が、図２に示すように先端短絡型の線路と先端開放型の線路とで通過波長λに対して線路長ｋによって誘導型動作特性と容量型動作特性との異なるなる動作特性を示すようになる。すなわち、先端短絡型の線路においては、同図実線で示すように０＜ｋ＜λ／４の範囲で誘導型動作特性（インダクタ）を奏するとともに、λ／４を超すと容量型動作特性（キャパシタ）を奏する。一方、先端開放型の線路においては、同図鎖線で示すように０＜ｋ＜λ／４の範囲で容量型動作特性（キャパシタ）を奏する。
【００３１】
ＢＰＦ１においては、ベース基板３の第１主面上に第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０を形成して、それぞれの長さで規定される共振特性を利用した基本的な構成を上述した従来のＢＰＦ１１０と同様とするが、ベース基板３の第１主面上に第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０を被覆するようにして積層した高周波特性に優れた樹脂基板４の内層にインダクティブ素子とキャパシティ部素子とを内蔵した構成に特徴を有している。すなわち、ＢＰＦ１においては、上述した長さを有して一端部側を短絡された第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９が誘導型電磁結合を行うとともに、これら第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と第３共振器導体パターン１０がそれぞれ容量型電磁結合を行う。
【００３２】
ＢＰＦ１においても、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び第１コンデンサ１６乃至第３コンデンサ１８が、図３に示した等価回路的に並列共振回路を容量結合した構成をとる。すなわち、ＢＰＦ１も、第１共振器導体パターン８とグランドパターン１４とによって構成された一次側インダクタンスＬＩ１０と、第２共振器導体パターン９とグランドパターン１４とによって構成された二次側インダクタンスＬＯ２０とが電磁的にカップリングする。ＢＰＦ１には、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と第３共振器導体パターン１０とによって構成された容量Ｃ３１乃至容量Ｃ３３からなる容量Ｃ３０が付加される。
【００３３】
ＢＰＦ１においては、一次側インダクタンスＬＩ１０に対して第１コンデンサ１６により並列容量Ｃ４１が付加されるとともに、二次側インダクタンスＬＯ２０に対して第２コンデンサ１７により並列容量Ｃ４２が付加される。ＢＰＦ１においては、第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７との間に第３コンデンサ１８が直列に接続されて直列容量Ｃ４３が付加される。ＢＰＦ１においては、第１共振器導体パターン８側に容量Ｃ１０に対して容量Ｃ３１と容量Ｃ４１が付加されたキャパシタＣＡを有する並列共振回路が構成されるとともに、第２共振器導体パターン９側に容量Ｃ２０に対して容量Ｃ３２と容量Ｃ４２が付加されたキャパシタＣＣを有する並列共振回路が構成される。
【００３４】
かかるＢＰＦ１によれば、上述したように第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０が入力される高周波信号の波長λに対してλ／４よりも極めて短く形成されており、電磁的にカップリングする一次側インダクタンスＬＩと二次側インダクタンスＬＯとにより所望の通過波長λよりも高い周波数帯域で共振動作が生じることになる。
【００３５】
一方、ＢＰＦ１は、一次側インダクタンスＬＩと二次側インダクタンスＬＯとに対して第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とによる並列容量が付加されることから、パターン長の短縮化によって高帯域化された共振周波数帯域の低域化が図られて結合度がλ／４の線路長と同等に最大となる。したがって、ＢＰＦ１によれば、第１共振器導体パターン８側から入力された波長λの高周波信号に対して、所定の通過波長λの周波数帯域において共振動作を生じることで帯域外の高周波成分が除去されて第２共振器導体パターン９側から所定の周波数帯域の高周波信号のみが出力される。
【００３６】
また、ＢＰＦ１によれば、第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７との間に直列に介挿された第３コンデンサ１８によって入力された高周波信号に対して周波数ノッチ作用が奏せられる。したがって、ＢＰＦ１によれば、トラップや減衰極成分の低減が図られ、第２共振器導体パターン９から不要成分が除去された高周波信号が安定した状態で出力されるようになる。
【００３７】
なお、誘電体基板２は、ベース基板３側に上述した第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０とともに電源回路や制御回路を形成し、平坦化処理を施した主面上に積層形成する樹脂基板４側に上述した第１コンデンサ１６や第２コンデンサ１７とともに高周波信号回路や処理回路を形成することにより全体として通信モジュール基板を構成するようにしてもよい。通信モジュール基板は、ベース基板３側に充分な面積を以って電源回路やグランドを形成することが可能でありレギュレーションの高い電源供給が行われる。また、通信モジュール基板は、高周波信号回路等と電源回路等との電気的分離が図られて干渉を抑制された構成であることから、特性の向上が図られるようになる。
【００３８】
ところで、ＢＰＦの製造工程においては、一般に製造工程中でのバラツキ等によって所定のフィルタ特性が得られない場合があるために、例えば測定器等によって出力特性をチェックしながら各部の位置や形状を調整する処理が施される。ところが、ＢＰＦ１は、上述したように第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０や第１コンデンサ１６及び第２コンデンサ１７が誘電体基板２の内層に形成されているためにかかる調整処理を施すことが困難となる。
【００３９】
図６に示したＢＰＦ３０は、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９に並列容量を付加する第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７に対して、容量調整用の第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２とがそれぞれ並列に接続されてなる。これら第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２は、例えばチップ部品として誘電体基板２の表面に実装され、ビア１３を介して第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とに接続されている。
【００４０】
ＢＰＦ３０は、実装型チップ部品からなる第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２を適宜交換することによって、所望の出力特性が得られるように調整される。勿論、ＢＰＦ３０においては、上述した内蔵型の第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とに代えてチップ部品からなるコンデンサを用いることも可能である。しかしながら、チップコンデンサは、一般に容量値が大きくなるほど自己共振周波数が低くなるとともに容量値の飛びも粗くなるといった特性を有している。ＢＰＦ３０は、内蔵型の第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７と容量値の小さなチップ型の第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２とを並列接続することにより高周波信号の微調整が高精度に行われる。
【００４１】
図７に示したＢＰＦ３５も、後調整工程を可能としたものであり、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９に対して、それぞれアレィパターン１５ｄを介して接続された第１メムズスイッチ３６（３６ａ〜３６ｎ）及び第１容量調整コンデンサ３７（３７ａ〜３７ｎ）の直列回路からなる複数の第１の容量付加回路と、アレィパターン１５ｅを介して接続された第２メムズスイッチ３８（３８ａ〜３８ｎ）と第２容量調整コンデンサ３９（３９ａ〜３９ｎ）の直列回路からなる複数の第２の容量付加回路とを有してなる。
【００４２】
ＢＰＦ３５においては、各第１メムズスイッチ３６を選択的にスイッチングすることによって、第１共振器導体パターン８と第１容量調整コンデンサ３７群との接続状態を切り替えて付加容量の調整が行われる。同様に、ＢＰＦ３５においては、各第２メムズスイッチ３８を選択的にスイッチングすることによって、第２共振器導体パターン９と第２容量調整コンデンサ３９群との接続状態を切り替えて付加容量の調整が行われる。
【００４３】
図８は、代表的なメムズ（ＭＥＭＳ：Micro-Electro-Mecｈanical-System）スイッチ４０を示した図である。メムズスイッチ４０は、全体が絶縁カバー４１によって覆われている。メムズスイッチ４０は、シリコン基板４２上に互いに絶縁されて第１固定接点４３と、第２固定接点４４と、第３固定接点４５とが形成されてなる。メムズスイッチ４０は、第１固定接点４３に薄板状で可撓性を有する可動接点片４６が回動自在に片持ち状態で支持されてなる。メムズスイッチ４０は、第１固定接点４３と第３固定接点４５とがそれぞれ入出力接点とされ、リード４７ａ、４７ｂを介して絶縁カバー４１に設けた入出力端子４８ａ、４８ｂとそれぞれ接続される。
【００４４】
メムズスイッチ４０は、可動接点片４６が、その一端部をシリコン基板４２側の第１固定接点４３に対する常閉接点とされるとともに、自由端が第３固定接点４５に対して常開接点を構成する。可動接点片４６は、中央部に形成された第２固定接点４４に対応して内部に電極４９が設けられている。メムズスイッチ４０は、通常状態において図９（Ａ）に示すように可動接点片４６が一端を第１固定接点４３と接触するとともに、他端を第３固定接点４５と非接触状態に保持されている。
【００４５】
以上のように構成されたメムズスイッチ４０は、誘電体基板２の主面上にそれぞれ実装される。各メムズスイッチ４０は、一方の入出力端子４８ａがそれぞれアレィパターン１５ｄ、１５ｅと接続されるとともに他方の入出力端子４８ｂが第１容量調整コンデンサ３７或いは第２容量調整コンデンサ３９と接続される。したがって、メムズスイッチ４０は、通常、アレィパターン１５ｄ、１５ｅ、換言すれば第１共振器導体パターン８と第１容量調整コンデンサ３７或いは第２共振器導体パターン９と第２容量調整コンデンサ３９との間の絶縁状態を保持する。
【００４６】
メムズスイッチ４０は、駆動信号が入力されると、第２固定接点４４と可動接点片４６の内部電極４９とに駆動電圧が印加される。メムズスイッチ４０は、これによって第２固定接点４４と可動接点片４６との間において吸引力が生成され、図９（Ｂ）に示すように可動接点片４６が第１固定接点４３を支点としてシリコン基板４２側へと変位動作してその自由端が第３固定接点４５と接続し、またこの接続状態が保持される。また、メムズスイッチ４０は、上述した状態から第２固定接点４４と可動接点片４６の内部電極４９とに逆バイアスの駆動電圧が印加されると、可動接点片４６が初期状態へと復帰して第３固定接点４５との接続状態が解除される。メムズスイッチ４０は、極めて微小であるとともに動作状態を保持するための保持電流を不要とするスイッチであることから、ＢＰＦ３５に搭載してもこれを大型化することはなくかつ低消費電力化も図られるようになる。
【００４７】
ＢＰＦ３５は、第１共振器導体パターン８側の入力共振器導体パターン１１に基準信号を入力し、第２の共振器導体パターン９側の出力共振器導体パターン１２からの出力を測定器によって測定しながら各第１メムズスイッチ３６及び各第２のメムズスイッチ３８をオン・オフ制御することによってフィルタ特性の調整が行われる。したがって、ＢＰＦ３５は、例えば図９に示すようにバンドパスフィルタ回路のフィードバックロジックを構成する。バンドパスフィルタ回路は、２．４ＧＨｚ周波数帯域に重畳された高周波信号の通過特性を付与されて構成され、アンテナ５０によって受信した信号を処理するＢＰＦ５１、アンプ５２、ミキサ５３、発振器５４とを備えている。バンドパスフィルタ回路は、第２ＢＰＦ５５によってミキサ５３から出力される所定の周波数帯域の高周波信号を通過させて受信アンプ５６へと供給する。
【００４８】
バンドパスフィルタ回路は、誘電体基板２の厚みや第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０の位置或いは形状等により規定されたフィルタ特性から搭載機器の何らかの使用環境の変化による影響、例えば周囲に金属体や誘電体等が接近配置されたり温度や湿度の変化が生じた場合に、ＢＰＦ５１の周波数特性がずれてアンテナ５０からの受信電力が低下することがある。バンドパスフィルタ回路においては、受信アンプ５６の出力レベルが検出され、低下状態を検出するとスイッチ駆動回路部５７に検出出力が送出される。
【００４９】
バンドパスフィルタ回路においては、スイッチ駆動回路部５７において各第１メムズスイッチ３６及び各第２メムズスイッチ３８を駆動する制御信号Ｓが生成されてＢＰＦ５１へフィードバックされる。バンドパスフィルタ回路においては、各第１メムズスイッチ３６及び各第２メムズスイッチ３８が選択的にオン・オフ制御されることによって上述したように周波数特性の微調整が行われるようになる。
【００５０】
なお、容量調整構造については、上述したＢＰＦ３５の構成に限定されるものではなく、例えば第１メムズスイッチ３６や第２メムズスイッチ３８に代えて、アレィパターン１５ｄ、１５ｅと第１コンデンサ３７と第２コンデンサ３９との間を開放状態として、銀ペースト等の導電性ペーストや銅箔等を適宜後付けして短絡するようにしてもよい。
【００５１】
以上のように構成される本発明にかかるＢＰＦについて、図１０に示したＢＰＦ６０の仕様に基づいて特性シュミレーションを行った結果を図１１に示す。ＢＰＦ６０は、誘電体層６１内に上述した構成の第１共振器導体パターン６２乃至第３共振器導体パターン６４がパターン形成されるとともに、図示しないが第１コンデンサ乃至第３コンデンサが備えられる。ＢＰＦ６０は、誘電体層６１の両面にそれぞれグランドパターン６５、６６が形成されることによりトリプレート構造を構成している。ＢＰＦ６０には、グランドパターン６６上に薄膜層７６が積層形成されている。
【００５２】
ＢＰＦ６０は、誘電体層６１の総厚みを約０．７ｍｍとし、平均の比誘電率が３．８とされている。また、ＢＰＦ６０は、第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３が約２．７ｍｍの長さに形成され、これら第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とに並列容量を付加する第１コンデンサと第２コンデンサの容量がそれぞれ約３ｐＦとなっている。なお、ＢＰＦ６０は、直列容量を付加する第３コンデンサ容量が約０．７ｐＦである。勿論、ＢＰＦ６０は、第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とが一端を短絡されるとともに第３共振器導体パターン６４が両端を開放されてなる。
【００５３】
ＢＰＦ６０は、上述したように第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とがその長さを通過波長λのλ／４に対して極めて短い長さに形成されているが、図１１から明らかなようにこれら第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３の長さに規定されることなく２．４ＧＨｚ帯域において最大の共振特性が現れる。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態においては、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０をベース基板３の樹脂基板４が積層される第１主面上に形成することによって、誘電体基板２の内層にパターン形成するようにしたが、本発明はかかる構成に限定されるものでは無いことは勿論である。図１２に示したＢＰＦ７０は、誘電体層７１の主面に第１共振器導体パターン７２乃至第３共振器導体パターン７４がパターン形成されてなる。ＢＰＦ７０は、誘電体層７１の他方主面にグランドパターン７５が全面に亘って形成され、さらにこのグランドパターン７５上に薄膜層７６が形成されてなる。ＢＰＦ７０は、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０がマイクロストリップライン構造を構成する。
【００５５】
また、図１３に示したＢＰＦ８０は、上述したＢＰＦ７０に対して、誘電体層７１にシールドケース８１を組み合わせて構成してなる。ＢＰＦ８０は、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０がグランドパターン７５とシールドケース８１との間で、誘電体層７１とエアーによる誘電体層との間に内蔵されることでストリップライン構造を構成する。ＢＰＦ８０は、シールドケース８１によって寄生容量による損失が低減される。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明にかかるフィルタ回路によれば、ベース基板の主面上に互いに平行な分布線路パターンとして形成されて電磁結合する第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとを形成し、先端を短絡されて誘導的結合を行う第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンに樹脂基板内に形成した第１コンデンサと第２コンデンサにより並列容量を付加しかつこれらと開放パターンからなる第３共振器導体パターンとが容量的結合を行って内部コンデンサを構成する。したがって、フィルタ回路によれば、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンが通過波長のλ／４の長さよりも極めて短く形成されるが、共振周波数帯域を各共振器導体パターンの線路長に関わらず内部容量と付加する並列容量との組合せにより低域で共振が行われるようになり小型化が図られるとともに所望の周波数特性が得られる。
【００５７】
また、フィルタ回路によれば、誘電基板の内層に形成された第１コンデンサと第２コンデンサの容量調整を誘電基板の主面に設けた第１容量調整回路及び第２容量調整回路とによって行うことにより、製造工程中でのバラツキや使用環境の変化等によりフィルタ特性にバラツキやズレが生じた場合でも最適なフィルタ特性値に設定が可能となる。フィルタ回路は、これによって生産性や歩留りの向上が図られるとともに信頼性や性能の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態として示すバンドパスフィルタの平面図である。
【図２】 伝送回路における一対の線路パターンの電磁的カップリング動作に関する線路長と通過波長との特性図である。
【図３】 バンドパスフィルタの並列共振回路の説明図である。
【図４】 バンドパスフィルタの図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】 バンドパスフィルタの図１におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図６】 第１の共振器導体パターンと第２の共振器導体パターンとに付加する並列容量の調整構造を備えた他のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図７】 メムズスイッチを用いた並列容量の調整構造を備えた他のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図８】 メムズスイッチの構成説明図であり、同図（Ａ）は非導通状態の縦断面図、同図（Ｂ）は動作状態の要部縦断面図である。
【図９】 メムズスイッチを搭載したバンドパスフィルタを備えてフィードバックロジックを構成したバンドパスフィルタ回路の構成図である。
【図１０】 バンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１１】 同バンドパスフィルタにおけるフィルタ特性のシュミレーション図である。
【図１２】 共振器導体パターンを誘電体層の表面に形成したバンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１３】 共振器導体パターンを誘電体層の表面に形成してシールドカバーを設けたバンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１４】 従来のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図１５】 従来のトリプレート構造のバンドパスフィルタの説明図である。
【図１６】 同バンドパスフィルタの並列共振回路の説明図である。
【符号の説明】
１ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２ 誘電体基板、３ ベース基板、４ 樹脂基板、８ 第１共振器導体パターン、９ 第２共振器導体パターン、１０ 第３共振器導体パターン、１１ 入力導体パターン、１２ 出力導体パターン、１３ ビア、１４ グランドパターン、１５ 配線パターン、１６ 第１コンデンサ、１７ 第２コンデンサ、１８ 第３コンデンサ、３１，３２ 容量調整コンデンサ、３６，３８ メムズスイッチ、３７，３９ 容量調整コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波周波数帯域で用いられる無線通信モジュール等に搭載されるフィルタ回路に関し、さらに詳しくは誘電体基板に形成されて共振器導体パターンを構成する導体パターンの短縮化を図ったフィルタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信モジュールは、情報通信技術の進展に伴って、各種の移動体通信機器（モバイル通信機器）やＩＳＤＮ（Integrated Service Digital Network：総合サービスデジタル網）或いはコンピュータ機器等の様々な機器、システムに搭載され、データ情報等の高速通信を可能とし、小型軽量化、複合化或いは多機能化が図られている。無線通信モジュールは、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の対応通信機器のようにマイクロ波、ミリ波帯域を搬送周波数とした高周波アプリケーションにおいて、低域フィルタや高域フィルタ、帯域フィルタ、結合器等がコンデンサやコイル等のチップ部品を用いた集中定数設計による回路で上述した要求仕様を達成することが困難となり、一般にマイクロストリップライン、ストリップライン等による分布定数設計による対応が図られる。
【０００３】
従来、分布定数設計による帯域フィルタ（ＢＰＦ）１００は、例えば図１４に示すように誘電体基板１０１の主面上に複数本の共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅをカスケード配列して形成してなる。ＢＰＦ１００は、第１の外側共振器導体パターン１０２ａから高周波信号が入力され、内側に位置する第２共振器導体パターン１０２ｂ乃至第４の共振器導体パターン１０２ｄによって所定の周波数帯域の高周波信号を選択して第５の外側共振器導体パターン１０２ｅから出力する。各共振器導体パターン１０２は、中央部の共振器導体パターン１０２ｃを除いて、それぞれ誘電体基板１０１の側面において結合されている。なお、誘電体基板１０１には、図示しないが裏面に全面に亘ってグランドパターンが形成されている。
【０００４】
ＢＰＦ１００は、図１４に示すように互いに隣り合う各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅが、通過波長λの１／４の長さ範囲で重なり合うようにして上述したように誘電体基板１０１の主面上にカスケード配列されて形成されている。ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２を高誘電率の基板１０１上に形成することで、マイクロストリップラインの波長短縮効果により各共振器導体パターン１０２の長さを短縮して小型化を図ることが可能とされる。
【０００５】
波長短縮は、誘電体基板１０１の表層においてλ0／√（εｗ）（λ0：真空中での波長。εｗ：実効比誘電率。空気と誘電体の電磁界分布で決まる誘電率。）で発生するとともに、内層においてλ0／√（εｒ）（εｒ：基板の比誘電率。）で発生する。したがって、ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅを最適化することによって所望の周波数帯域の高周波信号を選択的に通過するようにする。また、ＢＰＦ１００は、一般的な配線基板の形成工程と同様に誘電体基板１０１の主面上に各共振器導体パターン１０２を印刷技術やリソグラフ処理を施して形成することが可能であることから、回路パターン等と同時に形成される。
【０００６】
しかしながら、かかるＢＰＦ１００も、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅを通過波長の略λ／４の長さの重なり部分を以って配列することから、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅの長さが通過波長λによって規定される。したがって、ＢＰＦ１００は、各共振器導体パターン１０２ａ乃至１０２ｅの長さによってある程度の大きさの誘電体基板１０１が必要となり、小型化に限界があった。
【０００７】
一方、図１５及び図１６に示した従来の他のＢＰＦ１１０は、一対の誘電体基板１１１、１１２からなる積層基板の内部に共振器導体パターン１１３、１１４を形成したいわゆるトリプレート構造によって構成されてなる。誘電体基板１１１、１１２には、それぞれの表面にグランドパターン１１５、１１６が形成されている。誘電体基板１１１、１１２には、外周部に多数個のビアホール１１７を形成して表裏のグランドパターン１１５、１１６が互いに導通されるようにして内層回路をシールドしている。
【０００８】
各共振器導体パターン１１３、１１４は、それぞれが通過波長λの略１／４の長さＭを有しており、一端をグランドパターン１１５、１１６に接続されるとともに他端を開放されて互いに平行に形成されている。各共振器導体パターン１１３、１１４には、それぞれ側方へと腕状に突出する入出力パターン１１８、１１９が形成されている。ＢＰＦ１１０は、上述した誘電体基板１１１、１１２に形成した共振器導体パターン１１３、１１４が、図１６に示すように等価回路的に並列共振回路を容量結合した構成となっている。すなわち、ＢＰＦ１１０は、共振器導体パターン１１３とグランドパターンとの間に接続されたキャパシタＣ１とインダクタンスＬ１とからなる並列共振回路ＰＲ１と、共振器導体パターン１１４とグランドパターンとの間に接続されたキャパシタＣ２とインダクタンスＬ２とからなる並列共振回路ＰＲ２とがキャパシタＣ３を介して容量結合されて構成されてなる。
【０００９】
かかるＢＰＦ１１０によれば、波長λの高周波信号に対して略λ／２の開放線路が所定の周波数帯域で共振させる機能を有し、λ／４において結合度が最大になることを利用する。ＢＰＦ１１０によれば、共振器導体パターン１１３から入力された波長λの高周波信号が、並列共振回路ＰＲ１と並列共振回路ＰＲ２とにより所定の通過波長λの帯域において共振し、帯域外の高周波成分が除去されて出力される。ＢＰＦ１１０においては、誘電体基板１１１、１１２に形成する共振器導体パターン１１３、１１４の長さがほぼλ／４に形成されることによって小型化が図られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無線通信モジュールは、モバイル通信機器のさらなる小型軽量化に伴って全体の大きさが例えば１０ｍｍ角四方以下の大きさのものが要求されている。また、無線通信モジュールは、特にコスト条件が極めて厳しいコンシューマ向けモバイル通信機器等に搭載する場合に、基板が一般に用いられている廉価なプリント基板と同等品であることが必要となっている。
【００１１】
ＢＰＦ１１０は、共振器導体パターン１１３、１１４の全体の長さがλ／４まで低減されるが、上述した要求仕様を満足することは困難である。すなわち、無線ＬＡＮシステムやBluetoohと称される近距離無線送信システム等においては、搬送周波数帯域が２．４ＧＨｚに規定され、空間での搬送波長λ０／４が約３０ｍｍ程度となる。ＢＰＦ１１０は、かかるシステムに適合するモバイル通信機器の無線通信モジュールに搭載されるとともに、基板材料として一般に用いられる比誘電率が約４のＦＲグレード４の銅張積層板（耐燃性ガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）に共振器導体パターン１１３、１１４を内蔵して波長短縮を図ったとしても、通過波長λ／４が約１５ｍｍ程度となることから上述した要求仕様を満足し得ない。
【００１２】
ＢＰＦ１１０においては、例えば比誘電率が１０以上のセラミック材を用いることによって波長短縮の効果を高めて小型化を図ることも考慮される。しかしながら、かかるＢＰＦ１１０は、無線通信モジュールとして周辺部品を含んで集積化を図る場合に大型の基板が必要となり、比較的高価なセラミック材の基板を用いることによってコストがアップするために、上述したコストの要求仕様を満足し得ない。
【００１３】
ところで、上述したＢＰＦ１１０においては、通過帯域特性や遮断特性等のフィルタ特性が、誘電体基板１１１、１１２や共振器導体パターン１１３、１１４間の電磁界分布によって決定される。ＢＰＦ１１０においては、電界の強さが、奇励振モード状態で共振器共振器導体パターン１１３、１１４の対向間隔ｐによって変化するとともに、偶励振モード状態で誘電体基板１１１、１１２と共振器導体パターン１１３、１１４間の間隔、すなわち図１５に示す誘電体基板１１１、１１２の厚みｔによって変化する。また、ＢＰＦ１１０は、電界の強さが共振器導体パターン１１３、１１４の幅ｗによっても変化する。
【００１４】
ＢＰＦ１１０は、電界の強さが奇励振モード状態や偶励振モード状態で変化することによって共振器導体パターン１１３、１１４の結合度が変化し、フィルタ特性が変化する。ＢＰＦ１１０においては、所望のフィルタ特性を得るために誘電体基板１１１、１１２や共振器導体パターン１１３、１１４が精密に形成されている。
【００１５】
ＢＰＦにおいては、一般に製造工程のバラツキによって所望のフィルタ特性が得られない場合が生じることがあり、例えば測定器等によって共振器導体パターンの出力特性をチェックしながらそれぞれの位置や面積等を適宜変化させるといった追加工処理による調整工程が施される。しかしながら、ＢＰＦ１１０は、上述したように共振器導体パターン１１３、１１４を誘電体基板１１１、１１２の内層に形成することからかかる調整工程を施すことが困難であった。ＢＰＦ１１０は、このために高精度の製造工程が採用されることによって各部の製作が行われるために製造効率が悪くなるととともに歩留りも低下するといった問題があった。
【００１６】
したがって、本発明は、誘電体基板に形成されて共振器を構成する各共振器導体パターンが通過波長λに対してλ／４よりもさらに短い長さで形成されるが所定のフィルタ特性が得られることにより小型化を図ったフィルタ回路を提供することを目的に提案されたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるフィルタ回路は、ベース基板の第１主面上に、その誘電率よりも低い誘電率の誘電絶縁材によって形成した樹脂基板を積層してなる２層構成の誘電体基板を備える。フィルタ回路は、ベース基板が、第１主面と対向する第２主面側にグランドパターンを形成するとともに、第１主面側に互いに平行な第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンを形成する。フィルタ回路は、第１共振器導体パターンが、ビアを介して一端側をベース基板側のグランドパターンと接続されるとともに、他端側を開放された分布線路パターンとして形成され高周波信号が入力される。フィルタ回路は、第２共振器導体パターンが、ビアを介して一端側をベース基板側のグランドパターンと接続されるとともに他端側を開放された分布線路パターンとして形成され、第１共振器導体パターンと電磁結合することにより入力された高周波信号から所定の周波数帯域の高周波信号を選択して出力する。フィルタ回路は、第３共振器導体パターンが、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの間に平行に位置して両端を開放された分布線路パターンとして形成される。フィルタ回路は、誘電絶縁材によって形成される樹脂基板が、第１共振器導体パターンとグランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第１コンデンサと、第２共振器導体パターンとグランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第２コンデンサとを内層に薄膜形成するとともに、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとに接続されて集中定数による直列容量を付加する第３コンデンサが設けられる。
【００１８】
本発明にかかるフィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンが、それぞれ入力された高周波信号の通過波長λに対してλ／４よりも短い長さに形成されることにより、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの間において誘導型電磁結合が行われる。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン及び第２共振器導体パターンと第３共振器導体パターンとの間において容量型電磁結合がを行われる。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとが、第１共振器導体パターンに入力された高周波信号に対して通過波長λに応じた所定周波数帯域において共振動作を行って選択した周波数帯域の高周波信号を第２共振器導体パターンから出力する。フィルタ回路においては、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとによって構成する内部容量と第１コンデンサと第２コンデンサとにより付加される並列容量とを最適化することにより、第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの長さによって規定される共振周波数帯域の低域化が図られるようになる。フィルタ回路においては、λ／４よりも極めて短い長さ第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンをベース基板の主面上に形成して波長短縮効果がより有効に奏されるようにするとともに、高周波特性を要求される各コンデンサを高周波特性に優れた誘電絶縁材からなる樹脂基板の内層に形成することで、所定のフィルタ特性を保持して小型化が図られる。
【００１９】
また、本発明にかかるフィルタ回路は、樹脂基板の主面に、複数の切換スイッチと容量調整用のコンデンサとからなり、それぞれビアを介して樹脂基板の内層に形成された第１コンデンサと第２のンデンサと並列に接続される第１容量調整回路及び第２容量調整回路を設ける。フィルタ回路は、各切換スイッチが、例えば薄膜技術によって微細に形成することが可能なメムズスイッチによって構成する。
【００２０】
本発明にかかるフィルタ回路においては、例えば誘電体基板の内層に形成された各第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターン或いは第１コンデンサや第２コンデンサの製造工程でのバラツキによって所定のフィルタ特性が得られないといったこともある。フィルタ回路においては、測定器等によって出力特性をチェックしながら、主面に設けた切替スイッチを介して所定の容量調整コンデンサを第１コンデンサや第２コンデンサと接続することによって並列容量の付加量を調節し、最適化が図られるようにする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した分布定数設計による帯域フィルタ（ＢＰＦ）１の実施の形態について説明する。ＢＰＦ１は、例えば図示しないが通信機能モジュール体のアンテナ入出力部を構成するバンドパスフィルタ回路に用いられて、アンテナにより送受信される例えば無線ＬＡＮシステムやBluetooh等の２．４ＧＨｚ搬送周波数に重畳された送受信信号の通過特性を有する。ＢＰＦ１は、図１に示すように誘電体基板２の内層に分布定数設計によって詳細を後述する第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び入力導体パターン１１と出力導体パターン１２とがパターン形成されたトリプレート構造によって構成されてなる。
【００２２】
ＢＰＦ１は、図４及び図５に示すように、ベース基板３と樹脂基板４を積層した誘電体基板２とを備える。ここで、ベース基板３には、例えばガラスエポキシ基板の一方主面に銅箔層を形成したＦＲグレード４の銅張積層板が用いられる。樹脂基板４は、コア５の両面にそれぞれ所定の厚みを有する誘電絶縁層６、７を積層して形成されている。誘電体基板２は、ベース基板３の第１主面３ａ上に積層され、詳細を後述する第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０とをパターン形成するとともに第２主面３ｂにグランドパターン１４が形成され、さらに誘電樹脂基板４の誘電絶縁層７上に図示しないグランドパターンが形成されることにより、上述したトリプレート構造を構成してなる。
【００２３】
誘電体基板２は、樹脂基板４の各誘電絶縁層６、７が、低誘電率で低Ｔａｎδの特性、すなわち高周波特性に優れた誘電絶縁材によって所定の厚みを有して形成されている。各誘電絶縁層６、７は、具体的にはポリフェニールエチレン（ＰＰＥ）、ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−ｒｅｓｉｎ）、ポリテトラフルオロエチレン（商標名テフロン）、ポリイミド、液晶ポリマ、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）、ポリオレフィン樹脂等の有機誘電樹脂材や、セラミック等の無機誘電材、或いは有機誘電樹脂材と無機誘電材との混合体によって形成される。
【００２４】
ＢＰＦ１は、図４及び図５に示すように誘電体基板２のベース基板３や樹脂基板４に各基板或いは全体を貫通してビア１３が適宜形成され、これらビア１３を介して内層に形成した詳細を後述する第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９や配線パターン１５或いは第１コンデンサ１６や第２コンデンサ１７がベース基板３の第２主面３ｂに形成したグランドパターン１４や誘電樹脂基板４の誘電絶縁層７に形成したグランドパターン或いは第３コンデンサ１８と接続される。グランドパターン１４は、ベース基板３の第２主面３ｂに略全面に亘って形成されている。グランドパターン１４は、前述した図１６に示す従来のＢＰＦ１１０と同様に、外周部に形成した図示しない多数のビアを介して誘電体基板２の外周部において誘電絶縁層７側のグランドパターンと層間接続される。
【００２５】
ＢＰＦ１は、図１及び図４、図５に示すように樹脂基板４の内層に第１コンデンサ１６が形成され、この第１コンデンサ１６が配線パターン１５ａを介して第１共振器導体パターン８と並列に接続される。ＢＰＦ１は、樹脂基板４の内層に第２コンデンサ１７が形成され、この第２コンデンサ１７が配線パターン１５ｂを介して第２共振器導体パターン９と並列に接続される。第１コンデンサ１６及び第２コンデンサ１７は、ビア１３ｃ１、１３ｃ２を介してグランドパターン１４と接続されている。ＢＰＦ１は、樹脂基板４の誘電絶縁層７上に第３コンデンサ１８が実装され、この第３コンデンサ１８がビア１３ｄ１、１３ｄ２を介して樹脂基板４の内層から誘電絶縁層７の表面に導かれる配線パターン１５ｃ１、１５ｃ２によって第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とに直列に接続される。ＢＰＦ１は、例えば第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とが誘電絶縁層６或いは誘電絶縁層７内に成膜されてなる成膜素子として形成されるとともに、第３コンデンサ１８が誘電絶縁層７の主面上で配線パターン１５ｃ１、１５ｃ２とビア１３ｄ１、１３ｄ２とを介して第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９と接続されるチップ部品として実装されてなる。
【００２６】
第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、図１に示すようにやや幅広の長手方向の矩形パターンからなり、所定の間隔を以って対向する互いに平行に形成されてなる。第３共振器導体パターン１０は、幅狭の矩形パターンからなり、第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９との間に全長に亘って位置してこれらと互いに平行に形成されている。これら第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び入力導体パターン１１と出力導体パターン１２とは、ベース基板３の第１主面３ａ上に、例えば金属箔の貼付工程、フォトリソグラフ処理によるパターン化工程或いはエッチング工程等を経る従来一般的に用いられる方法によりパターン形成されてなる。
【００２７】
第１共振器導体パターン８は、入力導体パターン１１が腕状に突出して形成されており、高周波信号が入力される一次側の共振器導体パターンを構成する。第１共振器導体パターン８は、図１及び図４、図５に示すように、一端部側がビア１３ａを介して第２主面３ｂ側のグランドパターン１４と接続されて短絡端８ａとされるとともに、他端部側が開放された開放端８ｂとされてなる。
【００２８】
第２共振器導体パターン９も、出力導体パターン１２が腕状に突出して形成されており、詳細を後述するように入力された高周波信号から選択した所定の周波数帯域の高周波信号を出力する二次側の共振器導体パターンを構成する。第２共振器導体パターン９も、一端部側がビア１３ｂを介して第２主面３ｂ側のグランドパターン１４と接続された短絡端９ａとされるとともに他端部側が開放された開放端９ｂとされてなる。
【００２９】
第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、互いに同長であり、その長さＮが搬送周波数帯の通過波長λに対するλ／４の電気長、約６ｍｍよりも極めて短い、Ｎ＜＜λ／４の長さを以って形成されている。第１共振器導体パターン８と第２共振器導体パターン９とは、２．４ＧＨｚ搬送周波数帯の通過波長λに対するλ／４の電気長が約６ｍｍに対して、例えば約２．７ｍｍの長さに形成されている。第３共振器導体パターン１０も、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と同長の約２．７ｍｍの長さに形成されている。
【００３０】
ところで、伝送線路においては、電磁的にカップリングする一対の線路が、図２に示すように先端短絡型の線路と先端開放型の線路とで通過波長λに対して線路長ｋによって誘導型動作特性と容量型動作特性との異なるなる動作特性を示すようになる。すなわち、先端短絡型の線路においては、同図実線で示すように０＜ｋ＜λ／４の範囲で誘導型動作特性（インダクタ）を奏するとともに、λ／４を超すと容量型動作特性（キャパシタ）を奏する。一方、先端開放型の線路においては、同図鎖線で示すように０＜ｋ＜λ／４の範囲で容量型動作特性（キャパシタ）を奏する。
【００３１】
ＢＰＦ１においては、ベース基板３の第１主面上に第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０を形成して、それぞれの長さで規定される共振特性を利用した基本的な構成を上述した従来のＢＰＦ１１０と同様とするが、ベース基板３の第１主面上に第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０を被覆するようにして積層した高周波特性に優れた樹脂基板４の内層にインダクティブ素子とキャパシティ部素子とを内蔵した構成に特徴を有している。すなわち、ＢＰＦ１においては、上述した長さを有して一端部側を短絡された第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９が誘導型電磁結合を行うとともに、これら第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と第３共振器導体パターン１０がそれぞれ容量型電磁結合を行う。
【００３２】
ＢＰＦ１においても、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０及び第１コンデンサ１６乃至第３コンデンサ１８が、図３に示した等価回路的に並列共振回路を容量結合した構成をとる。すなわち、ＢＰＦ１も、第１共振器導体パターン８とグランドパターン１４とによって構成された一次側インダクタンスＬＩ１０と、第２共振器導体パターン９とグランドパターン１４とによって構成された二次側インダクタンスＬＯ２０とが電磁的にカップリングする。ＢＰＦ１には、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９と第３共振器導体パターン１０とによって構成された容量Ｃ３１乃至容量Ｃ３３からなる容量Ｃ３０が付加される。
【００３３】
ＢＰＦ１においては、一次側インダクタンスＬＩ１０に対して第１コンデンサ１６により並列容量Ｃ４１が付加されるとともに、二次側インダクタンスＬＯ２０に対して第２コンデンサ１７により並列容量Ｃ４２が付加される。ＢＰＦ１においては、第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７との間に第３コンデンサ１８が直列に接続されて直列容量Ｃ４３が付加される。ＢＰＦ１においては、第１共振器導体パターン８側に容量Ｃ１０に対して容量Ｃ３１と容量Ｃ４１が付加されたキャパシタＣＡを有する並列共振回路が構成されるとともに、第２共振器導体パターン９側に容量Ｃ２０に対して容量Ｃ３２と容量Ｃ４２が付加されたキャパシタＣＣを有する並列共振回路が構成される。
【００３４】
かかるＢＰＦ１によれば、上述したように第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０が入力される高周波信号の波長λに対してλ／４よりも極めて短く形成されており、電磁的にカップリングする一次側インダクタンスＬＩと二次側インダクタンスＬＯとにより所望の通過波長λよりも高い周波数帯域で共振動作が生じることになる。
【００３５】
一方、ＢＰＦ１は、一次側インダクタンスＬＩと二次側インダクタンスＬＯとに対して第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とによる並列容量が付加されることから、パターン長の短縮化によって高帯域化された共振周波数帯域の低域化が図られて結合度がλ／４の線路長と同等に最大となる。したがって、ＢＰＦ１によれば、第１共振器導体パターン８側から入力された波長λの高周波信号に対して、所定の通過波長λの周波数帯域において共振動作を生じることで帯域外の高周波成分が除去されて第２共振器導体パターン９側から所定の周波数帯域の高周波信号のみが出力される。
【００３６】
また、ＢＰＦ１によれば、第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７との間に直列に介挿された第３コンデンサ１８によって入力された高周波信号に対して周波数ノッチ作用が奏せられる。したがって、ＢＰＦ１によれば、トラップや減衰極成分の低減が図られ、第２共振器導体パターン９から不要成分が除去された高周波信号が安定した状態で出力されるようになる。
【００３７】
なお、誘電体基板２は、ベース基板３側に上述した第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０とともに電源回路や制御回路を形成し、平坦化処理を施した主面上に積層形成する樹脂基板４側に上述した第１コンデンサ１６や第２コンデンサ１７とともに高周波信号回路や処理回路を形成することにより全体として通信モジュール基板を構成するようにしてもよい。通信モジュール基板は、ベース基板３側に充分な面積を以って電源回路やグランドを形成することが可能でありレギュレーションの高い電源供給が行われる。また、通信モジュール基板は、高周波信号回路等と電源回路等との電気的分離が図られて干渉を抑制された構成であることから、特性の向上が図られるようになる。
【００３８】
ところで、ＢＰＦの製造工程においては、一般に製造工程中でのバラツキ等によって所定のフィルタ特性が得られない場合があるために、例えば測定器等によって出力特性をチェックしながら各部の位置や形状を調整する処理が施される。ところが、ＢＰＦ１は、上述したように第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０や第１コンデンサ１６及び第２コンデンサ１７が誘電体基板２の内層に形成されているためにかかる調整処理を施すことが困難となる。
【００３９】
図６に示したＢＰＦ３０は、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９に並列容量を付加する第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７に対して、容量調整用の第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２とがそれぞれ並列に接続されてなる。これら第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２は、例えばチップ部品として誘電体基板２の表面に実装され、ビア１３を介して第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とに接続されている。
【００４０】
ＢＰＦ３０は、実装型チップ部品からなる第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２を適宜交換することによって、所望の出力特性が得られるように調整される。勿論、ＢＰＦ３０においては、上述した内蔵型の第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７とに代えてチップ部品からなるコンデンサを用いることも可能である。しかしながら、チップコンデンサは、一般に容量値が大きくなるほど自己共振周波数が低くなるとともに容量値の飛びも粗くなるといった特性を有している。ＢＰＦ３０は、内蔵型の第１コンデンサ１６と第２コンデンサ１７と容量値の小さなチップ型の第１容量調整コンデンサ３１と第２容量調整コンデンサ３２とを並列接続することにより高周波信号の微調整が高精度に行われる。
【００４１】
図７に示したＢＰＦ３５も、後調整工程を可能としたものであり、第１共振器導体パターン８及び第２共振器導体パターン９に対して、それぞれアレィパターン１５ｄを介して接続された第１メムズスイッチ３６（３６ａ〜３６ｎ）及び第１容量調整コンデンサ３７（３７ａ〜３７ｎ）の直列回路からなる複数の第１の容量付加回路と、アレィパターン１５ｅを介して接続された第２メムズスイッチ３８（３８ａ〜３８ｎ）と第２容量調整コンデンサ３９（３９ａ〜３９ｎ）の直列回路からなる複数の第２の容量付加回路とを有してなる。
【００４２】
ＢＰＦ３５においては、各第１メムズスイッチ３６を選択的にスイッチングすることによって、第１共振器導体パターン８と第１容量調整コンデンサ３７群との接続状態を切り替えて付加容量の調整が行われる。同様に、ＢＰＦ３５においては、各第２メムズスイッチ３８を選択的にスイッチングすることによって、第２共振器導体パターン９と第２容量調整コンデンサ３９群との接続状態を切り替えて付加容量の調整が行われる。
【００４３】
図８は、代表的なメムズ（ＭＥＭＳ：Micro-Electro-Mecｈanical-System）スイッチ４０を示した図である。メムズスイッチ４０は、全体が絶縁カバー４１によって覆われている。メムズスイッチ４０は、シリコン基板４２上に互いに絶縁されて第１固定接点４３と、第２固定接点４４と、第３固定接点４５とが形成されてなる。メムズスイッチ４０は、第１固定接点４３に薄板状で可撓性を有する可動接点片４６が回動自在に片持ち状態で支持されてなる。メムズスイッチ４０は、第１固定接点４３と第３固定接点４５とがそれぞれ入出力接点とされ、リード４７ａ、４７ｂを介して絶縁カバー４１に設けた入出力端子４８ａ、４８ｂとそれぞれ接続される。
【００４４】
メムズスイッチ４０は、可動接点片４６が、その一端部をシリコン基板４２側の第１固定接点４３に対する常閉接点とされるとともに、自由端が第３固定接点４５に対して常開接点を構成する。可動接点片４６は、中央部に形成された第２固定接点４４に対応して内部に電極４９が設けられている。メムズスイッチ４０は、通常状態において図９（Ａ）に示すように可動接点片４６が一端を第１固定接点４３と接触するとともに、他端を第３固定接点４５と非接触状態に保持されている。
【００４５】
以上のように構成されたメムズスイッチ４０は、誘電体基板２の主面上にそれぞれ実装される。各メムズスイッチ４０は、一方の入出力端子４８ａがそれぞれアレィパターン１５ｄ、１５ｅと接続されるとともに他方の入出力端子４８ｂが第１容量調整コンデンサ３７或いは第２容量調整コンデンサ３９と接続される。したがって、メムズスイッチ４０は、通常、アレィパターン１５ｄ、１５ｅ、換言すれば第１共振器導体パターン８と第１容量調整コンデンサ３７或いは第２共振器導体パターン９と第２容量調整コンデンサ３９との間の絶縁状態を保持する。
【００４６】
メムズスイッチ４０は、駆動信号が入力されると、第２固定接点４４と可動接点片４６の内部電極４９とに駆動電圧が印加される。メムズスイッチ４０は、これによって第２固定接点４４と可動接点片４６との間において吸引力が生成され、図９（Ｂ）に示すように可動接点片４６が第１固定接点４３を支点としてシリコン基板４２側へと変位動作してその自由端が第３固定接点４５と接続し、またこの接続状態が保持される。また、メムズスイッチ４０は、上述した状態から第２固定接点４４と可動接点片４６の内部電極４９とに逆バイアスの駆動電圧が印加されると、可動接点片４６が初期状態へと復帰して第３固定接点４５との接続状態が解除される。メムズスイッチ４０は、極めて微小であるとともに動作状態を保持するための保持電流を不要とするスイッチであることから、ＢＰＦ３５に搭載してもこれを大型化することはなくかつ低消費電力化も図られるようになる。
【００４７】
ＢＰＦ３５は、第１共振器導体パターン８側の入力共振器導体パターン１１に基準信号を入力し、第２の共振器導体パターン９側の出力共振器導体パターン１２からの出力を測定器によって測定しながら各第１メムズスイッチ３６及び各第２のメムズスイッチ３８をオン・オフ制御することによってフィルタ特性の調整が行われる。したがって、ＢＰＦ３５は、例えば図９に示すようにバンドパスフィルタ回路のフィードバックロジックを構成する。バンドパスフィルタ回路は、２．４ＧＨｚ周波数帯域に重畳された高周波信号の通過特性を付与されて構成され、アンテナ５０によって受信した信号を処理するＢＰＦ５１、アンプ５２、ミキサ５３、発振器５４とを備えている。バンドパスフィルタ回路は、第２ＢＰＦ５５によってミキサ５３から出力される所定の周波数帯域の高周波信号を通過させて受信アンプ５６へと供給する。
【００４８】
バンドパスフィルタ回路は、誘電体基板２の厚みや第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０の位置或いは形状等により規定されたフィルタ特性から搭載機器の何らかの使用環境の変化による影響、例えば周囲に金属体や誘電体等が接近配置されたり温度や湿度の変化が生じた場合に、ＢＰＦ５１の周波数特性がずれてアンテナ５０からの受信電力が低下することがある。バンドパスフィルタ回路においては、受信アンプ５６の出力レベルが検出され、低下状態を検出するとスイッチ駆動回路部５７に検出出力が送出される。
【００４９】
バンドパスフィルタ回路においては、スイッチ駆動回路部５７において各第１メムズスイッチ３６及び各第２メムズスイッチ３８を駆動する制御信号Ｓが生成されてＢＰＦ５１へフィードバックされる。バンドパスフィルタ回路においては、各第１メムズスイッチ３６及び各第２メムズスイッチ３８が選択的にオン・オフ制御されることによって上述したように周波数特性の微調整が行われるようになる。
【００５０】
なお、容量調整構造については、上述したＢＰＦ３５の構成に限定されるものではなく、例えば第１メムズスイッチ３６や第２メムズスイッチ３８に代えて、アレィパターン１５ｄ、１５ｅと第１コンデンサ３７と第２コンデンサ３９との間を開放状態として、銀ペースト等の導電性ペーストや銅箔等を適宜後付けして短絡するようにしてもよい。
【００５１】
以上のように構成される本発明にかかるＢＰＦについて、図１０に示したＢＰＦ６０の仕様に基づいて特性シュミレーションを行った結果を図１１に示す。ＢＰＦ６０は、誘電体層６１内に上述した構成の第１共振器導体パターン６２乃至第３共振器導体パターン６４がパターン形成されるとともに、図示しないが第１コンデンサ乃至第３コンデンサが備えられる。ＢＰＦ６０は、誘電体層６１の両面にそれぞれグランドパターン６５、６６が形成されることによりトリプレート構造を構成している。ＢＰＦ６０には、グランドパターン６６上に薄膜層７６が積層形成されている。
【００５２】
ＢＰＦ６０は、誘電体層６１の総厚みを約０．７ｍｍとし、平均の比誘電率が３．８とされている。また、ＢＰＦ６０は、第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３が約２．７ｍｍの長さに形成され、これら第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とに並列容量を付加する第１コンデンサと第２コンデンサの容量がそれぞれ約３ｐＦとなっている。なお、ＢＰＦ６０は、直列容量を付加する第３コンデンサ容量が約０．７ｐＦである。勿論、ＢＰＦ６０は、第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とが一端を短絡されるとともに第３共振器導体パターン６４が両端を開放されてなる。
【００５３】
ＢＰＦ６０は、上述したように第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３とがその長さを通過波長λのλ／４に対して極めて短い長さに形成されているが、図１１から明らかなようにこれら第１共振器導体パターン６２と第２共振器導体パターン６３の長さに規定されることなく２．４ＧＨｚ帯域において最大の共振特性が現れる。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態においては、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０をベース基板３の樹脂基板４が積層される第１主面上に形成することによって、誘電体基板２の内層にパターン形成するようにしたが、本発明はかかる構成に限定されるものでは無いことは勿論である。図１２に示したＢＰＦ７０は、誘電体層７１の主面に第１共振器導体パターン７２乃至第３共振器導体パターン７４がパターン形成されてなる。ＢＰＦ７０は、誘電体層７１の他方主面にグランドパターン７５が全面に亘って形成され、さらにこのグランドパターン７５上に薄膜層７６が形成されてなる。ＢＰＦ７０は、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０がマイクロストリップライン構造を構成する。
【００５５】
また、図１３に示したＢＰＦ８０は、上述したＢＰＦ７０に対して、誘電体層７１にシールドケース８１を組み合わせて構成してなる。ＢＰＦ８０は、第１共振器導体パターン８乃至第３共振器導体パターン１０がグランドパターン７５とシールドケース８１との間で、誘電体層７１とエアーによる誘電体層との間に内蔵されることでストリップライン構造を構成する。ＢＰＦ８０は、シールドケース８１によって寄生容量による損失が低減される。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明にかかるフィルタ回路によれば、ベース基板の主面上に互いに平行な分布線路パターンとして形成されて電磁結合する第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンとを形成し、先端を短絡されて誘導的結合を行う第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンに樹脂基板内に形成した第１コンデンサと第２コンデンサにより並列容量を付加しかつこれらと開放パターンからなる第３共振器導体パターンとが容量的結合を行って内部コンデンサを構成する。したがって、フィルタ回路によれば、第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンが通過波長のλ／４の長さよりも極めて短く形成されるが、共振周波数帯域を各共振器導体パターンの線路長に関わらず内部容量と付加する並列容量との組合せにより低域で共振が行われるようになり小型化が図られるとともに所望の周波数特性が得られる。
【００５７】
また、フィルタ回路によれば、誘電基板の内層に形成された第１コンデンサと第２コンデンサの容量調整を誘電基板の主面に設けた第１容量調整回路及び第２容量調整回路とによって行うことにより、製造工程中でのバラツキや使用環境の変化等によりフィルタ特性にバラツキやズレが生じた場合でも最適なフィルタ特性値に設定が可能となる。フィルタ回路は、これによって生産性や歩留りの向上が図られるとともに信頼性や性能の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態として示すバンドパスフィルタの平面図である。
【図２】 伝送回路における一対の線路パターンの電磁的カップリング動作に関する線路長と通過波長との特性図である。
【図３】 バンドパスフィルタの並列共振回路の説明図である。
【図４】 バンドパスフィルタの図１におけるＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】 バンドパスフィルタの図１におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【図６】 第１の共振器導体パターンと第２の共振器導体パターンとに付加する並列容量の調整構造を備えた他のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図７】 メムズスイッチを用いた並列容量の調整構造を備えた他のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図８】 メムズスイッチの構成説明図であり、同図（Ａ）は非導通状態の縦断面図、同図（Ｂ）は動作状態の要部縦断面図である。
【図９】 メムズスイッチを搭載したバンドパスフィルタを備えてフィードバックロジックを構成したバンドパスフィルタ回路の構成図である。
【図１０】 バンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１１】 同バンドパスフィルタにおけるフィルタ特性のシュミレーション図である。
【図１２】 共振器導体パターンを誘電体層の表面に形成したバンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１３】 共振器導体パターンを誘電体層の表面に形成してシールドカバーを設けたバンドパスフィルタの要部縦断面図である。
【図１４】 従来のバンドパスフィルタの要部平面図である。
【図１５】 従来のトリプレート構造のバンドパスフィルタの説明図である。
【図１６】 同バンドパスフィルタの並列共振回路の説明図である。
【符号の説明】
１ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２ 誘電体基板、３ ベース基板、４ 樹脂基板、８ 第１共振器導体パターン、９ 第２共振器導体パターン、１０ 第３共振器導体パターン、１１ 入力導体パターン、１２ 出力導体パターン、１３ ビア、１４ グランドパターン、１５ 配線パターン、１６ 第１コンデンサ、１７ 第２コンデンサ、１８ 第３コンデンサ、３１，３２ 容量調整コンデンサ、３６，３８ メムズスイッチ、３７，３９ 容量調整コンデンサ
Claims (2)
- ベース基板上に、その誘電率よりも低い誘電絶縁材によって形成される樹脂基板を積層してなる２層基板構成の誘電体基板を備え、
上記ベース基板が、上記樹脂基板が積層される第１主面と対向する第２主面側に形成されたグランドパターンと、上記第１主面側にビアを介して一端側を上記グランドパターンと接続されるとともに他端側を開放された分布線路パターンとして形成されて高周波信号が入力される第１共振器導体パターンと、この第１共振器導体パターンと平行でかつビアを介して一端側を上記グランドパターンと接続されるとともに他端側を開放された分布線路パターンとして形成され上記第１共振器導体パターンと電磁結合することによって入力された上記高周波信号から選択した所定の周波数帯域の高周波信号を出力する第２共振器導体パターンと、上記第１共振器導体パターンと上記第２共振器導体パターンとの間に平行に位置して両端を開放された分布線路パターンとして形成された第３共振器導体パターンとを有し、
誘電絶縁材によって形成される上記樹脂基板が、上記第１共振器導体パターンと上記グランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第１コンデンサと、上記第２共振器導体パターンと上記グランドパターンとの間に接続されて集中定数による並列容量を付加する第２コンデンサとを内層に薄膜形成するとともに、上記第１共振器導体パターンと上記第２共振器導体パターンとに接続されて集中定数による直列容量を付加する第３コンデンサとを有し、
上記第１共振器導体パターン乃至第３共振器導体パターンが、それぞれ入力された上記高周波信号の通過波長λに対してλ／４よりも短い長さに形成されることにより、上記第１共振器導体パターンと第２共振器導体パターンとの間において誘導型電磁結合を行うとともに、これら上記第１共振器導体パターン及び第２共振器導体パターンと上記第３共振器導体パターンとの間において容量型電磁結合を行って所定周波数帯域の高周波信号を選択して通過させることを特徴とするフィルタ回路。 - 上記樹脂基板の主面に、複数の切換スイッチと容量調整用のコンデンサとからなり、それぞれビアを介して上記樹脂基板の内層に形成された上記第１コンデンサと上記第２コンデンサと並列に接続される第１容量調整回路及び第２容量調整回路を設け、
上記各切替スイッチを切替操作して上記各容量調整コンデンサによる上記第１コンデンサ又は第２コンデンサに対する並列容量の付加量を調節することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
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