JPS59196617A - フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波信号の伝送通路に挿入するバンドパスフ
ィルタ、例えばＶＴＲ用ＲＦコンパータニ使用するバン
ドパスフィルタに関するものである。

従来例の構成とその問題点 ＶＴＲ用ＲＦコンバータ等で使用する周波数帯は。

日本１．２ｃｈ（９（１〜１０２ＭＨｚ　）　、アメリ
カ８，４ｃｈ（６０〜７２　ｃｈＭＨｚ　）　、西欧８
．４ｃｈ　（５４〜６８ＭＨ２）が使用されている。

ところで、プリント回路はスパイラル状のコイルパター
ン（渦巻き状コイル）や平行電極のコンデンサパターン
等が容易に作れるので、これら周波数帯のフィルタ素子
すなわちコイル素子と特にコンデンサ素子を平面回路（
プリント回路）で誘電体基板両面に設ければ、空間をほ
とんど占有することなく、シかも量産性の良いフィルタ
が実現できる。したがって、第１図の回路構成例などは
このプリント回路のフィルタに好適である。

しかし１周波数帯の低い５４〜６８ＭＨｚ　、　６０〜
７２ＭＨ２などは小形化する上で障害がある。例えば６
０〜７２　Ｍｌ（Ｚ帯の回路定数を第１図において例示
すると、　Ｌ＋＝　６２ｎＨ、Ｃｉ＝　９８ｐＦ　、　
Ｌ２＝　１９１ｎＨ、Ｃ２＝１２ｐＦ　、　Ｃｓ＝　１
８ｐＦである。また、形状を８ｍｍＸ１１ｍｍ程度に考
えると問題となるのは、誘電体基板の厚み、誘電率、パ
ターン相互間隔及びコイルパターン形状である。

誘電体基板に例えば安価な磁気コンデンサ基板を使用す
ると、厚みは抗折強度を考慮して０．８〜０．６ｍｍ程
度が必要となる。また、誘電率は電極面積Ｃ−Ｃ−５Ｘ
８”、基板の厚みｄ＝０．４ｍｍ、静Ｎ’６量（＝９８
ｐＦとすれば誘電率ε＝２８０　　程度となる。すなわ
ち、小形化には誘電率が高いのが望ましい。

さらに、パターン相互間隔を小さくすると所要占有面積
が少なくなる。しかし、その反面、浮遊容量が大きくな
り、結合が生じて高周波信号の通り抜けが生じる。小形
化をする上でも少なくとも間隔の最少値は基板の厚み程
度まであり、静電結合を減少させるためにシールドが要
求される。

次に、スパイラル状に構成するへりカルインダクタンス
の大きさである。概略値を求める式は無線工学ポケット
ブックより。

Ｌ＝ｆ　（ｒｚ／ｒｔ）　・ｒｚ”Ｎ２Ｘ１Ｏ−３（Ｊ
ＩＨ）ここで、ｒｌ：ヘリカルの内径（ｃｍ）　、　　
ｒｚ：ヘリカルの外径（ｃｍ）　、　Ｎ　：ヘリカルの
巻数、　　ｆ（ｒ２／ｒ、）：　ｒ２／ｒｌの関数であ
る。例えば、　ｒｚ＝　５ｍｍ、　　ｒ１＝Ｌ５ｍｍ　
、”／ｒｌ　−２、Ｎ　＝　２とすれば、Ｌ−８５〜４
５である。ヘリカルインダクタンスを入きくするには、
ヘリカル外径を大きくするか、巻数を多くする必要があ
る。前者は浮遊容量が大きくなって結合が生じたり、小
形化の上で障害となる。後者は巻線抵抗が増加するので
、コイルのＱが低下する欠点がある。

以上説明したように、誘電体基板の両面にスパイラル状
のコイルパターンを設け（被着し）、コイルの両面をス
ルーホール等で接続すればコイルパターンの略互いに対
向している部分に分布容量が生じる。この分布容量を利
用すると容易に並列共振回路が実現できる。したがって
、第１図に示す回路は誘電体基板で平面回路で構成する
のに適していることがわかる。そこで、安価でしかも小
形化をする上で、比較的誘電率の高い磁器コンデンサ基
板を使用すると、厚みが０．４ｍｍ程度のもので、イン
ダクタンスＬｉ＝　６２ｎＨ、Ｃ１＝　９８ｐｐは容易
に実現できる。すなわち、　Ｌｌのコイルパターンと平
面電極を組み合せてＣ１＝９８ｐＦは実現できる。

しかし、インダクタンスＬ２＝　１９１ｎＨ、キャパシ
タンスＣ２＝１２１）Ｆの並列回路は、　１９１ｎＨと
いうコイルパターンはＬｌよりも大きくなるため、　Ｃ
２＝１２ｐＦの値はコイルＬ２のパターンの分布＆ｉｔ
で形成する値としては小さくしたがって、コイルパター
ンで形成することが困難であり１分布容量で形成される
Ｃ２の値は１２ｐＦよりも大きくなる。

また、パターンの相互間隔も最少の基板厚程度（例えば
０．８〜０．５　ｍｍ　）でも浮遊ｇ＝が生じて、静電
結合が生じる。誘電率が１００〜４００のものでは静電
結合が無視できない。第２図に示すような浮遊容量Ｇｌ
　、　ＣＯ２が生じ、　Ｃｏｌは静電結合となって高周
波信号の通り抜けが生じ、特性が悪くなる。

一般にパターンの構成上、Ｃｏｔ＞ＣＯ２であり、ＣＯ
２については数ｐＦ以下なので１通過帯域の特性を損な
うこともなく、シかも高域で高周波信号をシャントする
効果もある。

以上述べたように１通過帯域が６０〜７２　ＭＨｚ以下
のものを小型化するには多くの問題があった。

発明の目的 本発明は従来技術の問題を改善し、小形で量産性の良い
フィルタを提供することにある。

発明の構成 本発明は、誘電率が比較的高い（例えば１００〜４００
）第１の誘電体基板の両面に略互いに対向して回路パタ
ーンを被着し、この回路パターンはコンデンサを形成す
るパターンと、スパイラル状（渦巻き状）コイルパター
ンを形成し、更に、誘電率が低い（例えば２０以下）第
２の誘電体基板を設け、この第２の基板に前記コイルパ
ターンと共にコンデンサ及びコイルを形成するスパイラ
ル状のパターンを被着し１前記第１の誘電体基板上に重
合し、前記２つの基板の電気的接続は、導電性ペースト
もしくは半田付等にて行なって構成したフィルタであり
、１ｒｉＩ記コイルの構成は多層構造であるために相互
誘導インダクタンスが大きくなり。

有効に大きなインダクタンスが実現でき、しかも、誘電
率の異なる基板を使用するので、コイルに生じる分布容
量すなわち並列共振用コンデンサの値を容易に調整でき
るものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する０第８
図は第１図の回路のインピーダンス変換過程を示し、第
４図は第８図を更に変換したもので・本発明に使用する
回路である。

第８図において、コイルＬｌにタップＢを設けてインピ
ーダンス変換を行なう。仮に変成比を入力端子（１）側
でＡ　＝　１．２　、タップＢ側で１とすると、第１図
のＣ２，Ｃ２，Ｃ３の値は順にＣ４＝　１８８ＨＨ、Ｃ
４＝１７ｐＦ　Ｉ　Ｃｓ＝　２６ｐＦに変換される。

次に、コンデンサＣ５の後に理想変成器Ｔを設けて再び
インピーダンス変換を行なう。例えば入力と出力を同じ
インピーダンスにするならば、理想変成器Ｔの変成比は
出力端子（２Ｊ側で馬＝１．２．コンデンサＣｓ側で１
とすれば良い。

ところで、直列コンデンサＣ５と理想変成器Ｔを含む回
路（４）はＮｏｒｔｏｎ　変換をすると、第４図（ａ＞
の（５）に示すコンデンサＣａ、　Ｃｂ、　Ｃｃ　　か
らなるπ型回路で構成される。しかし、Ｊ６２が／２〉
ｌであるためにＣｃの値は負値となり実現できない。Ｃ
ａ、Ｃｂ、ＣＣの値を例示するとＣａ＝４．８ｐＦ、　
Ｃｂ＝２１．７ｐＦ、　Ｃｃ＝−８，６ｐＦ　である。

回路は誘電体基板に回路素子パターンを被着して構成す
るのであるから、出力端子（２）とアース端子（コ〕と
の間にわずかな浮遊容量（数ｐＦ以下）のＣ８２が存在
している。そこで、この負のＣｃを正の浮遊容量ＣＯ２
で含んだ形で補償すると回路＜ｉ＋が実現できる。ＣＣ
は見かけの浮遊容量Ｃｏｚ’で補正されＣＯ２として実
現される。Ｃａは後述するが、第５図（ａ）のパターン
（２７ｃ）とＣ２７ｂ）との浮遊各社として形成される
。パターン（２７ｂ）はアースパターンであり。

出力端子パターンとコイルパターンの間にあるのでシー
ルド効果がある。

さて１次に第４図（ｂ）の回路を誘電体基板上に構成す
る方法について説明する。第４図（ｂ）の回路はインピ
ーダンスの変換によってコイルのインダクタンスを小さ
くシ、コンデンサの数が多い回路に変換したので、平面
回路を使用して誘電体基板に構成するにはより好適であ
る。

第５図は誘電体基板に被着形成したパターン図である。

第５図を第４図（ｂ）の回路図と対応させて説明する。

まず、第５図（ａ）において、（７月よ比較的誘な率の
高い誘電体基板（仮に誘電率ε＝２５０〜８６０）で１
例えば磁器コンデンサ材料からなる。

（１月よ基板の（７ａ）面にある入力端子、（２）は基
板の〔７ａ）面にある出力端子、（３）及び（烏は基板
の（７ｂ）面にあるアース端子である。コイルはスパイ
ラル状（渦巻き状）にしてインダクタンスを有するよう
にしである。コンデンサは平面電極とコイルパターンの
分布容量を利用しである。

（７ａ）面のａ力はコイルＬｌのパターンの一部、　（
７ｂ）面のｒＪ葎は東と対向したコイルＬ１のパターン
の一部で、アース端子（３）と接続されている。（７ａ
）面のＢはタップの引き出し部である。

（７ａ）面のσＱはコイルＬ４のパターンの一部、（７
ｂ）面の＠は００と対向したコイルＬ４のパターンの一
部で、コンデンサＣｓを形成する平面電極の（７ｂ）Ｎ
ノ（２６ｂ）と接続されている。（７ａ）面の（２６ａ
　）は（２６ｂ）と対向した平面！極で、コンデンサＣ
６を形成し。

出力端子（２）と接続されている。また、　　（２６ａ
）はアースパターンの（７ｂ）面の（２９ｂ）及び（８
１ｂ）で浮遊容量ＣＯ２を形成している。

（７ｂ）面の（２７ｂ）と（２７ｃ）間の浮遊容量でコ
ンデンサＣａを形成している。（７ａ）面の（２８ａ）
と（７ｂ）面の（２８ｂ）　間でコンデンサＣ４を形成
している。次に（７ａ）面の（２７ａ）と（７ｂ）面の
（２７ｂ）　、　（７ａ）面の（ａｌａ）と（７ｂ）面
の（８１ｂ）　、　（７ａ）面の（８０ａ　）と（７ｂ
）面のＣ８０ｂ）及び（７ａ）面の平面型％（２９ａ）
と（７ｂ）面の平面電極（２９ｂ）とで等測的にコンデ
ンサＣ１を形成している。また、（７ｂ）面の（２７ｂ
）、（８１ｂ）、（８０ｂ）はシールドのパターンでも
ある。

第５１Ｎ（ｂ）はコイルＬ１．　Ｃ４の不足部のパター
ンを示すもので、（６）は誘電率の低い誘電体基板（仮
に誘電率ｌＯ以下）で１例えば磁器コンデンサ基板。

アルミナ磁器基板、プリント配線用グラスエポキシ基板
よりなる。（９）はコイルＬ１の不足部のパターンで、
Ｃ９）（至）時の最外周部は略互いに対向している。

ｍ曽は電気的接続をするための穴で、スルーホールにし
ても良い。（８月よコイルＬ４の不足部のパターンで、
（８）σ（１５の最外周部は略互いに対向している。

ａ＜αＱは電気的接続をするための穴で、スルホールに
しても良い。

基板（６）は基板（７）の上に重合し、第６図に示すよ
うな構造になる。第６図は第５図をＡ側から見た図であ
る。穴（ト）はランド（ハ）と一致し、ランド（ハ）は
スルーホール（ハ）によって（７ｂ）面の＠に接続され
ている。−刃穴（４）はパターン（８０ａ）上に一致し
ている。そこでに）と（１１，（８０ａ）と（２）を電
気的に接続（導電性ペーストあるいは半田付等）すれば
、多層構造のコイルＬ１ができる。また、穴Ｑ４１はラ
ンド（イ）と一致し、ランド（支）はスルホール四によ
って〔７ｂ）面の四と接続されている。−万、六α・は
パターン（２７ａ）上に一致している。そこで、（財）
とＣ１９。

（２７ａ）とαηを電気的に接続すれば、多層構造のコ
イルＬ４ができる。

最終的に基板（６）と（７）は重合した状態で接着もし
くは挾持すれば良い。

本実施例は上記したような回路構成と構造であるから１
次のような効果がある。

（１）　　プリント回路で実現容易な値にインダクタン
スを小さくシ、コンデンサの数を多くして、このコンデ
ンサパターンを利用してシールドパターン（浮遊容量Ｃ
ａｌ　を除去する目的に使用される）が併用できる。

（２１Ｎｏｒｔｏｎ変換で生じた負の等価累子を誘電体
基板に生じる浮遊容量で含んだ形で補償するために、正
の素子として浮遊容量で実現できる。

（３）誘電率の異なる基板を使用し、コイルを多ｍ　ｓ
　造ニし、誘電率の大きい基板でコンデンサや並列共振
回路のコイルの一部と等価並列コンデンサを形成し、誘
電率の低い基板でＢσ記ココイルインダクタンスの不足
部を構成したので。

比較的大きな値のインダクタンス（Ｌ４＝　１３８ｎＨ
）と小さな値のコンデンサ（Ｃ４＝　１７９Ｆ　）から
なる第２の並列共振回路は、コイルＬ４の巻数を多くし
ても小形にでき、このコイルパターンで形成できる分布
８ＭすなわちＣ４が１７ｐＨ＆！度と小さくして実現で
きる。仮に、誘電率が大きく（ε＝２６０〜８５０　）
　、同一基板で同様なＬ４を構成すると、コイル径が更
に大きくなり、またＣ４の値も数１０ｐＦと大きくなり
、所定の定数を分布定数で実現できなくなる。

、コイルは多層構造であるから相互誘導インダクタンス
が大きくなり、小形で大きなインダクタンスが実現でき
る。しかも誘電率の小さい基板を使用するので、パター
ン相互間の浮遊容量が少なく高域の高周波信号の通り抜
けがないので特性が良くなる。

尚、８電率の低い基板（６）は基板（７）の厚みよりも
薄くするとより望ましい（例えば０．１ｍｍ程度以下）
。

本実施例の効果を示す特性を第７図及び第８図に示した
。第７図は（７ｂ）面のパターン（２７ｂ）を除外した
特性でｆ２ｏｏが低域側へずれ、しかも高周波信号の通
り抜けが生じて高域の特性が悪い。すなわち、パターン
（２７ｂ）がコイルパターンと出方端子パターンの間に
あり、コンデンサパターンヲ形成し、しかもシールドパ
ターンにもなっている。

これで（２７ｂ）がコンデンサＣａの効果とシールド効
果を併用していることがわかる。

ところで、要求特性に応じて第８図のｆ３を更に高域側
ヘシフートさせる場合は、第５図（ａ）の（７ｂ）面の
Ｃ部分を切断し、かわりに（８１ｂ）を（８０ｂ）に接
続すると、パターン８１ｂ　−Ｃ−８０ｂが作るリーケ
ージインダクタンスがより小さくなり、ｈが高域側ヘシ
フトする。

発明の効果 以上１本発明によれば、コイルを多層構造にできるので
、相互誘導インダクタンスが大きくなり。

小形で大きなインダクタンスを実現でき、しかも誘電率
の異なる基板を使用するので、コイルに生じる分布容量
すなわち並列共振用コンデンサの値を容易に調整でき、
しかもプリント回路を利用するので量産性の良いフィル
タが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はバンドパスフィルタの一例を示す回路図、第２
図は浮遊容量を考應した等価回路図、第３図は第１図の
インピーダンス変換の過程を示す回路図、第４図（ａ）
は第８口直列コンデンサと理想変成器を含む回路をＮｏ
ｒｔｏｎ変換をし、負のＣｃを見かけの浮遊容量Ｃｏ２
’で含めて補償してＣＯ２として実現する過程を示す回
路図、第４図（ｂ）は本発明の一実施例を示す図で、　
ＣｃをＣＯ２の浮遊容量として実現した回路を含む最終
の等価回路図、第５図（ａ）　（ｂ）は第４図（ｂ）を
パターンで誘電体基板に形成した図、第６図は第６図を
Ａ側から見た図、第７図はパターン（２７ｂ）を除外し
た場合の特性図、第８図は本発明の一実施例に基づく特
性図である。 （υ・・・入力端子、（２）・・・出力端子、（３）（
３）・・・アース端子、　（Ｌり（Ｌ２）・・・第１及
び第２のコイル、　（Ｃ＋）（Ｃ２）（Ｃ３）・・・第
１．第２及び第８のコンデンサ。 （Ｃａ）（Ｃｂ）（Ｃｃ）　　−第４．第５及び第６の
コンデンサ、■・・・理想変成器、　（Ｃｏ１）・・・
静電結合容量、（ＣＯ２）・・・端子＋２１　（３）間
の浮遊容量代理人　森本義弘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、誘電率の高い第１の誘電体基板を設け、前記第１の
   誘電体基板の両面に略互いに対向したコイルパターンの
   一部および平面電極とからなる並列回路もしくは直列回
   路を被着形成し、更に前記第１の＠電体基板上に重合し
   て第２の誘電率の低い誘電体基板を設け、前記第１の誘
   電体基板に形成したコイルパターンの不足部を前記第２
   の誘電体基板に略互に対向して被着形成するとともに、
   前記２つの基板の電気的接続を行ない一体のコイルを形
   成したことを特徴とするフィルタ。