JPH08330805A - バンドパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急峻なバンドパスフィルタ特性を、簡便に低
コストで得る。 【構成】 近接するマイクロストリップラインＳ1，Ｓ2
は、インダクタＬ1，Ｌ2と相互誘導係数Ｍによって表わ
される。入力端子Ｔ1側には、コンデンサＣ1とインダク
タＬ1によって第１の並列共振回路が構成され、出力端
子Ｔ2側には、インダクタＬ2とコンデンサＣ2によって
第２の並列共振回路が構成される。第１及び第２の並列
共振回路は、相互誘導係数Ｍによって、いわばトランス
のように結合する。このため、入力端子Ｔ1の高周波信
号は、第１及び第２の並列共振回路による並列共振作用
を受けつつ出力端子Ｔ2に導かれる。つまり、全体が２
つの共振周波数を有する複同調回路として作用する。必
要とされる周波数特性に合わせて必要数縦続接続すれ
ば、急峻な特性のＢＰＦが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、通信機器等に使用さ
れるＢＰＦ（バンドパス・フィルタ：帯域通過フィル
タ）に関するものである。

【０００２】

【背景技術】携帯電話などの通信機器用バンドパス・フ
ィルタとしては、既に各種のものが知られている。ＶＨ
Ｆ帯やＵＨＦ帯では、チップコンデンサ（積層セラミッ
クチップコンデンサ），チップインダクタ，空芯コイル
などの集中定数部品によって構成されたフィルタ，ヘリ
カル・フィルタ，ＳＡＷフィルタが使われている。

【０００３】図７には、ＶＨＦ，ＵＨＦ帯におけるＢＰ
Ｆの一例が示されている。同図（A）には回路図が示さ
れており、コンデンサＣA，ＣB，ＣCと、インダクタＬ
A，ＬBによってＢＰＦが構成されている。

【０００４】同図（B）はフィルタ構成の第１の例で、
基板１００の両側部（図の上側及び下側）には、ＧＮＤ
パターン１０２，１０４が形成されている。そして、そ
れらＧＮＤパターン１０２，１０４の間に、電極パター
ン１０６，１０８が形成されている。そして、電極パタ
ーン１０６とＧＮＤパターン１０４との間に、チップコ
ンデンサＣA1，チップインダクタＬA1が並列に設けられ
ており、電極パターン１０８とＧＮＤパターン１０４と
の間に、チップインダクタＬB1，チップコンデンサＣC1
が並列に設けられている。また、電極パターン１０６，
１０８の間に、チップコンデンサＣB1が設けられてい
る。チップコンデンサＣA1，ＣB1，ＣC1は、同図（A）
のコンデンサＣA，ＣB，ＣCにそれぞれ対応しており、
チップインダクタＬA1，ＬB1は、インダクタＬA，ＬBに
それぞれ対応している。

【０００５】同図（C）は、チップインダクタＬA1，ＬB
1の代わりに空芯コイルＬA2，ＬB2を用いた例であり、
ＧＮＤパターン，電極パターン及びチップコンデンサ
は、同図（B）の例と同様である。

【０００６】これに対し、マイクロ波帯では、マイクロ
ストリップラインやストリップラインを用いたものや、
誘電体共振器などの分布定数部品によって構成されたフ
ィルタが使われている。図８には、マイクロ波帯におけ
るＢＰＦの一例が示されている。同図（A）に回路図を
示すＢＰＦ１１０は、同図（B）に示すように、誘電体
基板１２２上にλ／２（λは電磁波の波長）の長さのマ
イクロストリップライン（又はストリップライン）１２
４を多段に形成した構成となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術には、次のような不都合がある。 （1）ＶＨＦ，ＵＨＦ帯のＢＰＦの場合 まず、集中定数部品を用いたＢＰＦでは、回路がチップ
コンデンサやチップインダクタで構成されているため、
部品のＱ（クオリティファクタ）が低い。特にチップイ
ンダクタのＱが低く、一般に数１０以下である。このた
め、急峻なフィルタ特性を得ることが難しい。他方、空
芯コイルを用いるタイプについては、空心コイルがチッ
プインダクタよりも高いＱを持っているため、より急峻
な特性のフィルタを得ることができる。ところが、空芯
コイルは、実装の容易さや機械的安定性の面でチップ部
品に劣るという不都合がある。また、空芯コイルを複数
個用いる場合には、コイル間の電磁結合が問題となる。

【０００８】次に、ヘリカル・フィルタでは、高い性能
を有するものの高価であり、形状が大きい。特に高さ方
向に大きく、薄型化が困難である。更に、ＳＡＷフィル
タでは、これも非常に高い性能を有しており、また小型
でもあるが、非常に高価でコスト的に不利である。

【０００９】（2）マイクロ波帯のＢＰＦの場合 まず、マイクロストリップラインやストリップラインを
用いたタイプのＢＰＦでは、多段の１／２波長結合線路
が一般的に用いられている。このため、使用周波数によ
って占有面積がほぼ決まってしまい、小型化が難しい。
また、分布定数回路によるＢＰＦの場合は、設計の際に
高価なシミュレータを用いるかあるいは十分な経験が必
要であり、設計や調整に困難が伴うという不都合があ
る。

【００１０】この発明は、以上の点に着目したもので、
その目的は、急峻なフィルタ特性を得ることができる安
定でコスト的にも有利なＢＰＦを提供することである。
他の目的は、設計が容易で小型化も可能なＢＰＦを提供
することである。更に他の目的は、同一の回路構成でＶ
ＨＦ帯からマイクロ波帯に至る広い帯域に応用可能なＢ
ＰＦを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、この発明では、コンデンサとストリップライン
やマイクロストリップラインなどの分布定数回路による
並列共振回路を用いて複同調回路を構成し、この複同調
回路を少なくとも一段使ってＢＰＦが構成される。

【００１２】本発明によれば、コンデンサと並列に接続
された分布定数回路はインダクタとして機能し、コンデ
ンサと共に並列共振回路を構成する。他方、分布定数回
路は、向き合うように基板上に配置され、これによって
分布定数回路が電磁結合し、全体としてＭ結合の複同調
回路となる。この複同調回路を要求される特性に合わせ
るとともに、必要数を縦続接続することで、急峻な周波
数特性のＢＰＦが構成される。

【００１３】この発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、次の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１４】

【好ましい実施例の説明】この発明には数多くの実施例
が有り得るが、ここでは適切な数の実施例を示し、詳細
に説明する。

【００１５】＜実施例１＞最初に、図１を参照しながら
実施例１について説明する。同図（A）には、実施例１
の回路図が示されている。同図において、入力端子Ｔ1
とＧＮＤとの間には、コンデンサＣ1とマイクロストリ
ップラインＳ1の並列回路が接続されている。また、出
力端子Ｔ2とＧＮＤとの間には、コンデンサＣ2とマイク
ロストリップラインＳ2の並列回路が接続されている。

【００１６】同図（B）には、以上のような実施例１の
等価回路が示されている。同図に示すように、マイクロ
ストリップラインＳ1，Ｓ2は、一方においてインダクタ
Ｌ1，Ｌ2として機能し、コンデンサＣ1，Ｃ2とともにそ
れぞれ並列共振回路を構成する。また、マイクロストリ
ップラインＳ1，Ｓ2は、互いに向き合って電磁結合状態
となるように近接して配置されている。このため、全体
としてＭ（相互誘導）結合の複同調回路が構成されてい
る。このように、マイクロストリップラインＳ1，Ｓ2
は、インダクタＬ1，Ｌ2と相互誘導係数Ｍとによって等
価的に表わされる。

【００１７】同図（C）には、実際の回路構成の一例が
示されている。基板１０の両側部（図の下側及び上側）
にはＧＮＤパターン１２，１４がそれぞれ形成されてい
る。これら、ＧＮＤパターン１２，１４間には、適当な
間隔をおいて電極パターン１６，１８が形成されてお
り、それらの端部にはマイクロストリップラインパター
ン２０，２２が形成されている。すなわち、電極パター
ン１６及びマイクロストリップラインパターン２０は、
導電性材料によって全体が略Ｌ字状となるように連続し
て形成されており、マイクロストリップラインパターン
２０は更にＧＮＤパターン１２に連続している。同様
に、電極パターン１８及びマイクロストリップラインパ
ターン２２は、全体が略Ｌ字状となるように連続してお
り、マイクロストリップラインパターン２２はＧＮＤパ
ターン１２に連続している。更に、マイクロストリップ
ラインパターン２０，２２は、電磁結合するように隣接
して平行に配置されている。

【００１８】次に、ＧＮＤパターン１２と電極パターン
１６，１８との間には、チップコンデンサＣ11，Ｃ21が
設けられている。チップコンデンサＣ11，Ｃ21は、同図
（A），（B）のコンデンサＣ1，Ｃ2にそれぞれ対応す
る。図示の例では、マイクロストリップラインパターン
２０，２２に近接した位置に設けられている。

【００１９】信号の電圧振幅は、コンデンサとマイクロ
ストリップラインの接続点で最大になる。例えば、図２
（A）に示すＸ3点にチップコンデンサＣ11を配置したと
すると、この位置が電圧振幅最大であるから、Ｘ0点か
らＸ3点に至る電圧振幅は同図（C）にグラフＧＡで示す
ようになる。このときのＸ1点の電圧は、グラフＧＡか
らＶａである。次に、図２（B）に示す近接したＸ2点に
チップコンデンサＣ11を配置したとすると、この位置が
電圧振幅最大であるから、Ｘ0点からＸ2点に至る電圧振
幅は同図（C）にグラフＧＢで示すようになる。このと
きのＸ1点の電圧は、グラフＧＢからＶｂとなり、前記
Ｖａよりも大きくなる。

【００２０】このように、マイクロストリップラインに
近接した位置にコンデンサを配置することによって、マ
イクロストリップラインの端であるＸ1点における電圧
振幅が最大振幅に近づく。これにより、フィルタとして
の挿入損失の低減が可能となる。かかる理由から、好ま
しくは、チップコンデンサＣ11，Ｃ21を同図に点線で示
す位置に設けるとよい。

【００２１】次に、以上のように構成された実施例１の
動作を説明する。なお、理解を容易にするため、図１
（B）の等価回路を参照して動作を説明する。上述した
ように、入力端子Ｔ1側には、コンデンサＣ1とインダク
タＬ1によって第１の並列共振回路が構成されている。
また、出力端子Ｔ2側には、インダクタＬ2とコンデンサ
Ｃ2によって第２の並列共振回路が構成されている。こ
れら第１及び第２の並列共振回路は、相互誘導係数Ｍに
よって、いわばトランスのように結合している。このた
め、入力端子Ｔ1に入力した高周波信号は、第１及び第
２の並列共振回路による並列共振作用を受けつつ、出力
端子Ｔ2に導かれて出力される。

【００２２】このように、本実施例によれば、全体が２
つの共振周波数を有する複同調回路として作用する。こ
の複同調回路を、必要とされる周波数特性に合わせて必
要数縦続接続することで、ＢＰＦが構成される。ＢＰＦ
の具体例については、後述する実施例２，３で詳述す
る。

【００２３】本実施例によれば、次のような効果があ
る。 （1）マイクロストリップラインをインダクタとして使
用することにより、チップインダクタを使用した場合よ
りも共振回路のＱを高くすることができる。チップイン
ダクタは、通常自己共振周波数が数ＧＨｚ程度であるの
に対し、マイクロストリップラインの場合は数１０ＧＨ
ｚもあり、使用可能な周波数帯域が広くなる。

【００２４】（2）基板上にマイクロストリップライン
としてインダクタを形成するため、空芯コイルのような
実装面や機械的安定性の面での問題がない。また、チッ
プ部品としてのインダクタを必要としないので、低コス
トでＢＰＦを得ることができる。

【００２５】（3）チップコンデンサとマイクロストリ
ップラインによって共振回路を構成するため、マイクロ
波帯の一般的なＢＰＦのようにマイクロストリップライ
ンを１／２波長にする必要がない。従って、小型化が可
能となる。

【００２６】（4）並列共振回路が回路構成の基本とな
っているので、設計が容易である。

【００２７】（5）ＶＨＦ帯からマイクロ波帯まで、同
じ回路構成でＢＰＦを構成することができる。

【００２８】（6）チップコンデンサの自己共振周波数
によって使用可能周波数帯（上限）が決まるが、高周波
用チップコンデンサを使用することにより、数ＧＨｚま
では使用可能である。

【００２９】＜実施例２＞この実施例２は、複同調回路
を１個使用した３０８ＭＨｚのＢＰＦの具体例である。
図３に回路構成が示されており、マイクロストリップラ
インＳ11，Ｓ21の幅Ｗ，長さＬ，間隔Ｄは、Ｗ＝１．１
ｍｍ，Ｌ＝１４．５ｍｍ，Ｄ＝１．１ｍｍである。な
お、周波数３０８ＭＨｚの信号波長λに対して、Ｌ＜λ
／４の関係となっている。また、基板１０（図１参照）
としては、ガラスエポキシ基板を使用し、その厚さｔは
１．０ｍｍである。

【００３０】マイクロストリップラインＳ11，Ｓ21は、
図１に示したインダクタＬ1，Ｌ2及び相互誘導係数Ｍに
対応する。また、コンデンサＣ12（３６ｐＦ）はコンデ
ンサＣ1に対応し、コンデンサＣ22（１００ｐＦ），Ｃ2
3（３０ｐＦ）はコンデンサＣ2に対応する。トリマコン
デンサＴＣ（２０〜４０ｐＦ）は、特性の微調整用であ
る。

【００３１】以上のように設計したＢＰＦの周波数特性
を示すと、図４のようになる。同図中、縦軸は減衰量，
横軸は周波数である。このグラフに示すように、矢印Ｆ
で示す３０８ＭＨｚを中心にした急峻で良好なバンドパ
ス特性が得られている。

【００３２】＜実施例３＞この実施例３は、複同調回路
を２個縦接続した３０８ＭＨｚのＢＰＦの具体例であ
る。図５に回路構成が示されており、マイクロストリッ
プラインＳ12，Ｓ22の幅Ｗ，長さＬ，間隔Ｄは、Ｗ＝
１．５ｍｍ，Ｌ＝１４．０ｍｍ，Ｄ＝１．０ｍｍであ
る。マイクロストリップラインＳ13，Ｓ23についても同
様となっている。この例においても、周波数３０８ＭＨ
ｚの信号波長λに対して、Ｌ＜λ／４の関係となってい
る。また、基板１０も実施例２と同様である。

【００３３】マイクロストリップラインＳ21，Ｓ22は、
図１に示したインダクタＬ1，Ｌ2及び相互誘導係数Ｍに
対応する。マイクロストリップラインＳ13，Ｓ23も同様
である。コンデンサＣ13（３９ｐＦ）はコンデンサＣ1
に対応し、コンデンサＣ24（３９ｐＦ）はコンデンサＣ
2に対応する。コンデンサＣ14（１００ｐＦ），Ｃ15
（３３ｐＦ）はコンデンサＣ1に対応し、コンデンサＣ2
5（３９ｐＦ）はコンデンサＣ2に対応する。同様に、ト
リマコンデンサＴＣ（２０〜４０ｐＦ）は、特性の微調
整用である。ＣM（２ｐＦ）は、２つの複同調回路のマ
ッチング用コンデンサである。

【００３４】以上のように設計したＢＰＦの周波数特性
を示すと、図６のようになる。縦軸，横軸は図４と同様
である。このグラフに示すように、矢印Ｆで示す３０８
ＭＨｚを中心にした急峻で良好なバンドパス特性が得ら
れている。なお、実施例２と比較すると、本実施例が複
同調回路を２段とした構成となっているため、実施例３
の方がより急峻な周波数特性となっている。

【００３５】＜他の実施例＞この発明は、以上の開示に
基づいて多様に改変することが可能であり、例えば次の
ようなものがある。 （1）前記実施例は、いずれもマイクロストリップライ
ンを用いたものであるが、ストリップライン，スロット
線路，ＣＰＷ（Coplanar Waveguide）などをインダクタ
としてＭ結合を実現する構成としてもよい。

【００３６】（2）実施例２，３では、特性の微調整用
に１個のトリマコンデンサを使用しているが、必要に応
じて複数個使用してよく、逆に要求性能に対して余裕が
あれば使用しなくてもよい。

【００３７】（3）実施例３では、縦接続される複同調
回路のマイクロストリップラインの寸法をすべて同じと
したが、必ずしもそのようにする必要はなく、複同調回
路間で異なる寸法設定としてよい。また、一つの複同調
回路内においても、２つのストリップラインの長さＬや
幅Ｗを同一とする必要もなく、適宜設定してよい。

【００３８】（4）実施例３では、複同調回路を２つ縦
接続したが、接続段数も必要に応じて適宜設定してよ
い。また、実施例に示した回路素子の数値も、必要に応
じて適宜設定してよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果がある。 （1）電磁結合状態の分布定数回路をインダクタとして
使用することとしたので、チップインダクタよりもＱを
高くすることができ、急峻なフィルタ特性をえることが
可能となる。また、チップインダクタの場合よりも高い
周波数での使用が可能となるとともに、空芯コイルの場
合に生ずる実装や機械的安定の面での不都合が回避でき
る。

【００４０】（2）部品としてのインダクタを必要とし
ないので、低コストでＢＰＦを構成することができる。

【００４１】（3）チップコンデンサと分布定数回路に
よって共振回路を構成することとしたので、ストリップ
ラインなどをλ／２にする必要がなく、従って小型化が
可能である。

【００４２】（4）並列共振回路の設計が基本になって
いるので、設計が容易である。また、ＶＨＦ帯からマイ
クロ波帯まで同じ回路構成でＢＰＦを設計することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示す回路図であ
る。

【図２】チップコンデンサの位置と電圧振幅との関係を
示す図である。

【図３】実施例２の構成を示す回路図である。

【図４】実施例２の周波数特性を示すグラフである。

【図５】実施例３の構成を示す回路図である。

【図６】実施例３の周波数特性を示すグラフである。

【図７】ＶＨＦ，ＵＨＦ帯のＢＰＦの背景技術を示す図
である。

【図８】マイクロ波帯のＢＰＦの背景技術を示す図であ
る。

【符号の説明】 １０…基板 １２，１４…ＧＮＤパターン １６，１８…電極パターン ２０，２２…マイクロストリップラインパターン Ｃ1，Ｃ2，Ｃ12，Ｃ13，Ｃ14，Ｃ15，Ｃ22，Ｃ23，Ｃ2
4，Ｃ25…コンデンサ ＣM…マッチング用コンデンサ Ｄ…マイクロストリップラインの間隔 Ｌ…マイクロストリップラインの長さ Ｌ1，Ｌ2…インダクタ Ｍ…相互誘導係数 Ｓ1，Ｓ2，Ｓ11，Ｓ12，Ｓ13，Ｓ21，Ｓ22，Ｓ23…マイ
クロストリップライン Ｔ1…入力端子 Ｔ2…出力端子 ＴＣ…トリマコンデンサ Ｗ…マイクロストリップラインの幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁結合状態となるように配置された第
   １及び第２の分布定数回路；第１の分布定数回路の等価
   インダクタと並列共振回路を構成する第１のコンデン
   サ；第２の分布定数回路の等価インダクタと並列共振回
   路を構成する第２のコンデンサ；を含む複同調回路を、
   少なくとも一段備えたバンドパスフィルタ。
2. 【請求項２】 前記複同調回路に、少なくとも一つの微
   調整用コンデンサを設けた請求項１記載のバンドパスフ
   ィルタ。