JP2001111302A - ローパスフィルタおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減衰域における透過と反射の両方を少なくし
て、その電力を内部で吸収することのできるローパスフ
ィルタを提供することを目的とする。 【解決手段】 周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．
００１以上の誘電体材料からなる基体２の内部に２つの
グランド層３、５と、その間に挟まれた線路層４を有す
る。グランド層３、５にはほぼ全面に渡ってグランド電
極３ａ、５ａが形成され、線路層４には略ミアンダ状の
線路４ａが形成され、全体でトリプレート構造のストリ
ップ線路を構成している。そして、線路４ａの両端は入
力端子６および出力端子７に接続されている。 【効果】誘電体材料の誘電正接を一般的なストリップ線
路用の誘電体材料より大きくしているために、信号の周
波数が高いほど誘電体損失による減衰量が大きくなり、
減衰域における反射の少ないローパスフィルタが実現で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ローパスフィルタ
およびそれを用いた電子装置、特に移動体通信機器や高
周波デジタル信号を使用する機器の高調波成分抑制に用
いられるローパスフィルタおよびそれを用いた電子装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、通信機器の高調波ノイズや高周
波発振器の高調波にはローパスフィルタが、また、デジ
タル回路の高調波除去にはノイズフィルタが用いられ
る。

【０００３】一般的なインダクタンス成分や容量成分を
組み合わせて構成したローパスフィルタにおいては、通
過域（通過周波数帯域）の信号は低損失で通過させ、で
きるだけ反射させないように構成されている。一方、減
衰域（非通過周波数帯域）の信号は、ほとんどを反射さ
せて、できるだけ通過しないように構成されている。そ
のため、通過域の信号においても減衰域の信号において
も、ローパスフィルタ内部で損失として消費されるエネ
ルギーはほとんどない。

【０００４】また、ノイズフィルタにおいては、内部に
抵抗成分を有しているために、減衰域の信号のエネルギ
ーは一部が内部で消費されるために減衰して出力され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インダ
クタンス成分や容量成分を組み合わせて構成したローパ
スフィルタにおいては内部損失が少ないため、減衰域
（非通過帯域）においてはほとんどの信号が反射され
る。そして、これらの反射された信号は、回路の中で不
要輻射の原因になるという問題がある。

【０００６】また、ノイズフィルタにおいては、入力イ
ンピーダンスを接続相手の特性インピーダンスと同じに
した場合には、内部の抵抗成分が接続相手の特性インピ
ーダンスと等しい値になるため、減衰域の信号の電力を
５０％しか内部で吸収することができず、残りの５０％
の電力が出力される。そのため、高調波の減衰を十分に
行うことができないという問題がある。そして、内部の
抵抗成分を大きくしても小さくしても不整合による反射
が大きくなって、フィルタ内部における吸収が減少す
る。さらには、反射が大きくなると不要輻射の原因にな
るという問題もある。

【０００７】そこで、本発明においては、減衰域におけ
る透過と反射の両方を少なくして、その電力を内部で吸
収することのできるローパスフィルタおよびそれを用い
た電子装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のローパスフィルタにおいては、周波数１Ｍ
Ｈｚにおける誘電正接が０．００１以上の誘電体材料を
挟んで複数のグランド層を設け、該グランド層にグラン
ド電極を形成し、前記複数のグランド層の間に１つ以上
の線路層を設け、該線路層に線状の線路を形成してなる
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明のローパスフィルタにおいて
は、複数の前記線路層を有し、該複数の線路層に形成さ
れた前記線路を互いに接続してなることを特徴とする。

【００１０】また、本発明のローパスフィルタにおいて
は、前記線路層に形成された線路をスパイラル状とした
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明のローパスフィルタにおいて
は、隣接して設けられた前記線路層にそれぞれスパイラ
ル状に形成された前記線路の、中心軸と巻方向を同じに
したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のローパスフィルタにおいて
は、前記線路が自己共振し、該自己共振により周期的に
発生する極を有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の電子装置は、上記のいずれ
かに記載のローパスフィルタを用いたことを特徴とす
る。

【００１４】このように構成することにより、本発明の
ローパスフィルタにおいては、減衰域におけるフィルタ
内部での損失を増加させ、透過信号と反射信号の両方を
減衰させることができる。

【００１５】また、本発明の電子装置においては、不必
要な高調波信号を低減し、電子装置内部での不要輻射の
発生を低減することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１ないし図３に、本発明のロー
パスフィルタの一実施例を示す。図１は本発明の一実施
例のローパスフィルタの斜視図で、図２は図１のローパ
スフィルタの平面図である。図１および図２は一部を透
視した図である。そして、図３は図２に示したローパス
フィルタのＡ−Ａ断面図である。

【００１７】図１ないし図３において、ローパスフィル
タ１は基体２を有する。ここで、基体２を構成する材料
としては、周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．００
１以上の誘電体材料が用いられている。このような誘電
体材料は、例えば銅粉などの金属粉を混合したセラミッ
クスなどで実現が可能である。

【００１８】また、基体２は、その内部に２つのグラン
ド層３および５を有し、さらに、グランド層３と５の間
に１つの線路層４を有している積層多層基板である。グ
ランド層３および５には、それぞれそのほぼ全面に渡っ
てグランド電極３ａおよび５ａが形成されている。ただ
し、図１においては、その表示を省略している。また、
線路層４には、線路４ａが略ミアンダ状に形成されてい
る。その結果、線路４ａとグランド電極３ａおよび５ａ
とで、トリプレート構造のストリップ線路を形成してい
ることになる。この場合、誘電体材料の比誘電率と、線
路４ａの幅と、線路４ａと２つのグランド電極３ａおよ
び５ａとの間隔でストリップ線路の特性インピーダンス
が決まる。そのため、ローパスフィルタ１の接続相手
（例えば信号処理回路など）の特性インピーダンス（例
えば５０オーム）に合わせて、ストリップ線路の特性イ
ンピーダンスを決定することができる。

【００１９】そして、基体２の端面には、線路４ａの両
端に接続された入力端子６および出力端子７と、グラン
ド電極３ａおよび５ａの両者に接続された６つのグラン
ド端子８が形成されている。ここで、入力端子６および
出力端子７はグランド電極３ａおよび５ａとは絶縁され
ている。

【００２０】このように構成されたローパスフィルタ１
において、ストリップ線路の誘電体損失による減衰量
は、 αｄ＝（２７．３／λｇ）×ｔａｎδ［ｄＢ／ｍ］ 但し λｇ＝λ／ｓｑｒｔ（εｒ） となる。ここで、λｇは誘電体材料中での信号の波長
を、λは真空中での信号の波長を、εｒは誘電体材料の
比誘電率を、ｔａｎδは誘電体材料の誘電正接を表して
いる。また、λ、λｇは信号の周波数に反比例し、ｔａ
ｎδとεｒも周波数依存性を持つ場合がある。この式よ
り、ストリップ線路においては、基本的に信号の周波数
が高いほど誘電体損失による減衰量が多くなり、減衰域
において反射の少ないローパスフィルタとなることが分
かる。そして、一般的なストリップ線路に用いられる誘
電体材料の誘電正接が０．０００５程度（１ＭＨｚにお
いて）であるのに対して、本発明のローパスフィルタに
おいては誘電正接を０．００１（１ＭＨｚにおいて）以
上に設定しているため、この傾向は顕著になり、減衰域
における反射の少ないローパスフィルタが実現できる。

【００２１】また、ローパスフィルタの内部がストリッ
プ線路構造であるため、線路の幅や線路とグランド電極
との間隔などを変えることによって入力インピーダンス
や出力インピーダンスを自由に設計可能となり、減衰域
においてだけでなく、通過域においても信号の不必要な
反射を少なくして、不要輻射を減少させることができ
る。

【００２２】ここで、図４ないし図６に、１ＭＨｚにお
ける誘電正接が０．０００８、０．００１３、０．００
１６の３つの材料Ａ、Ｂ、Ｃを用いて作成したローパス
フィルタの周波数特性をそれぞれ示す。図４ないし図６
において、横軸は周波数を示し、縦軸は反射特性（Ｓ１
１、反射損失）および透過特性（Ｓ２１、挿入損失）を
示している。Ｓ１１は１目盛で１０ｄＢ、Ｓ２１は１目
盛で１ｄＢである。ただし、図６のみは、Ｓ２１は１目
盛で２ｄＢである。なお、各ローパスフィルタの入出力
のインピーダンスは測定系のインピーダンスである５０
オームになるように設定してある。

【００２３】図４ないし図６を比較して分かるように、
誘電正接が０．０００８の材料ＡではＳ２１はあまり大
きくないが、誘電正接が０．００１３の材料Ｂで少し大
きくなり、誘電正接が０．００１６の材料Ｃでは大幅に
大きくなっている。また、Ｓ１１もほぼ１０ｄＢ以上あ
り、フィルタ内部でエネルギーが消費されていることが
分かる。具体的には、例えば９．６ＧＨｚにおいて、材
料ＡではＳ１１＝−１３ｄＢ、Ｓ２１＝−２．６ｄＢで
吸収量が約４０％である。これに対して。材料ＢではＳ
１１＝−１６ｄＢ、Ｓ２１＝−３．６ｄＢで吸収量が約
５４％となり、材料ＣではＳ１１＝−７ｄＢ、Ｓ２１＝
−１０ｄＢで吸収量が約７０％となり、５０％以上のエ
ネルギーがフィルタ内部で吸収されていることになる。
これより、誘電体材料の誘電正接を０．００１（１ＭＨ
ｚ）以上に設定することによって、減衰域における反射
が少なく、減衰量の大きいローパスフィルタを実現でき
ることが分かる。

【００２４】図７および図８に、本発明のローパスフィ
ルタの別の実施例を示す。図７は別の実施例のローパス
フィルタの一部を透視した平面図で、図８は図７に示し
たローパスフィルタのＢ−Ｂ断面図である。なお、図
７、８に示したローパスフィルタの斜視図については、
ここでは省略している。図７および図８において、図１
ないし図３と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付
し、その説明を省略する。

【００２５】図７および図８において、ローパスフィル
タ１０は、グランド層３と５の間にもう１つのグランド
層１２を有している。そして、グランド層３と１２の間
に線路層１１を、グランド層１２と５の間に線路層１３
を有している。線路層１１には、スパイラル状で、一端
が入力端子６に接続された線路１１ａが形成されてい
る。グランド層１２には、ほぼ全面に渡ってグランド電
極１２ａが形成されている。線路層１３には、直線状
で、一端が出力端子７に接続された線路１３ａが形成さ
れている。そして、線路１１ａの他端と線路１３ａの他
端はビアホール１４を介して接続されている。なお、グ
ランド電極１２ａはビアホール１４の貫通する部分には
形成されておらず、両者は絶縁されている。

【００２６】このように構成されたローパスフィルタ１
０においては、グランド電極３ａおよび１２ａと線路１
１ａからなるストリップ線路とグランド電極５ａおよび
１２ａと線路１３ａからなるストリップ線路が２層に形
成されているが、大きな誘電体損失を有するという効果
に関しては図１ないし図３に示したローパスフィルタ１
と全く同様であり、同様の作用効果を奏するものであ
る。しかも、ローパスフィルタ１０においては、線路１
１ａがスパイラル状に形成されているために、線路１１
ａのインダクタンス成分が増加しており、そのインダク
タンス成分によるチョーク効果で高周波信号を通りにく
くして減衰域における減衰量をさらに大きくすることが
できる。

【００２７】図９および図１０に、本発明のローパスフ
ィルタのさらに別の実施例を示す。図９はさらに別の実
施例のローパスフィルタの一部を透視した平面図で、図
１０は図９に示したローパスフィルタのＣ−Ｃ断面図で
ある。なお、図９、１０に示したローパスフィルタの斜
視図については、ここでは省略している。図９および図
１０において、図１ないし図３と同一もしくは同等の部
分には同じ記号を付し、その説明を省略する。

【００２８】図９および図１０において、ローパスフィ
ルタ２０は、グランド層３と５の間に隣接する２つの線
路層２１および２２を有している。線路層２１には、ス
パイラル状で、一端が入力端子６に接続された線路２１
ａが形成されている。線路層２２には、スパイラル状
で、一端が出力端子７に接続された線路２２ａが形成さ
れている。そして、線路２１ａの他端と線路２２ａの他
端はビアホール２３を介して接続されている。

【００２９】図９では分かりにくいので、図１１に線路
層２１と２２のみを抜き出したものを示す。図１１
（ａ）は線路層２１を、図１１（ｂ）は線路層２２を示
す。図１１に示すように、線路２１ａと線路２２ａはビ
アホール２３を同じ中心軸として、しかも同じ方向に巻
かれている。

【００３０】このように構成されたローパスフィルタ２
０においては、グランド電極３ａと５ａの間にスパイラ
ル状の線路２１ａと２２ａが同じ方向に巻かれているた
め、線路２１ａと線路２２ａが磁気的に結合し、線路２
１ａおよび線路２２ａのインダクタンス成分がさらに強
くなっている。そのため、線路２１ａおよび線路２２ａ
のインダクタンス成分によるチョーク効果がさらに大き
くなり、これに誘電体損失による減衰が加わって、減衰
域における減衰特性をさらに大きくすることができる。

【００３１】また、線路２１ａと線路２２ａは互いにほ
ぼ対向する位置関係にあるため、その間で容量成分が生
じる。この容量成分は線路２１ａおよび線路２２ａのイ
ンダクタンス成分とともに自己共振する。そして、これ
らのインダクタンス成分や容量成分は分布定数的に発生
しているために、周期的に自己共振し、反射特性や透過
特性に周期的な極が生じ、これによって減衰域における
減衰特性がさらに大きくなっている。

【００３２】なお、線路層が１層しかなくても、例えば
ミアンダ状やスパイラル状にすることによって線路自身
に容量成分が生じ、ローパスフィルタ２０と同様の効果
を奏する。ただ、容量値が小さいために共振周波数が高
くなり、またその周期も広がるため、図４ないし図６で
は明確には現れていない。

【００３３】ここで、図１２に、１ＭＨｚにおける誘電
正接が０．００１６の材料Ｃを用いて作成したローパス
フィルタ２０の周波数特性を示す。図１２において、横
軸は周波数を示し、縦軸は反射特性（Ｓ１１、反射損
失）および透過特性（Ｓ２１、挿入損失）を示してい
る。Ｓ１１は１目盛で１０ｄＢ、Ｓ２１は１目盛で５ｄ
Ｂである。なお、各ローパスフィルタの入出力のインピ
ーダンスは測定系のインピーダンスである５０オームに
なるように設定してある。

【００３４】図１２を、同じ材料Ｃで作ったローパスフ
ィルタの特性である図６と比較して分かるように、線路
のインダクタンス成分を大きくすることによって、減衰
域におけるＳ２１が大幅に小さくなっている。これよ
り、インダクタンス成分を大きくすることによって、減
衰域における反射が少なく、減衰量のさらに大きいロー
パスフィルタを実現できることが分かる。

【００３５】なお、ローパスフィルタ２０においては、
グランド層３と５の間に隣接する２つの線路層２１およ
び２２を有しているが、隣接する３つ以上の線路層を有
していて、線路層にそれぞれ形成されたスパイラル状の
線路が互いに接続されるとともに磁気的に結合していて
も構わないものである。

【００３６】また、上記の各実施例において、２つのグ
ランド層に挟まれて線路層の形成された部分を１つの層
として、それを１層（図１ないし図３に示したローパス
フィルタ１、および図７および図８に示したローパスフ
ィルタ１０）、または２層（図９ないし図１１に示した
ローパスフィルタ２０）としたが、これは３層以上であ
っても構わず、同様の作用効果を奏するものである。

【００３７】また、上記の各実施例において、最も外側
のグランド層（グランド層３および５）は基体２の内部
に形成されているが、それぞれ基体２の上面および底面
に形成されていても構わないものである。

【００３８】また、ローパスフィルタ１においては、入
力端子と出力端子と両者を接続する線路をそれぞれ１つ
ずつ有しているが、複数個の入力端子や出力端子とそれ
らを接続する複数の線路を有していても構わないもので
ある。

【００３９】さらには、線路層に形成される線路は、ミ
アンダ状やスパイラル状に限られるものではなく、直線
状を含めてどのような形状でも構わないものである。

【００４０】図１３に、本発明の電子装置の一実施例を
示す。図１３において、電子装置３０は無線通信機器の
出力段などに用いられる周波数変換装置を示しており、
入力端子３１、アンプ３２、本発明のローパスフィルタ
１、局部発振器３３、ミキサ３４、帯域通過フィルタ３
５、アンプ３６、出力端子３７で構成されている。ここ
で、入力端子３１はアンプ３２とローパスフィルタ１を
順に介してミキサ３４の一方の入力に接続されている。
また、局部発振器３３はミキサ３４の他方の入力に接続
されている。そして、ミキサ３４の出力は帯域通過フィ
ルタ３５とアンプ３６を順に介して出力端子３７に接続
されている。

【００４１】このように構成された電子装置３０におい
て、入力端子３１から入力された信号は、アンプ３２で
増幅され、ローパスフィルタ１で不必要な高調波が取り
除かれ、ミキサ３４で局部発振器３３からの信号と掛け
合わされて周波数変換され、帯域通過フィルタ３５で必
要な周波数だけが取り出され、アンプ３６で増幅されて
出力端子３７から出力される。ここで、アンプ３２の出
力側に本発明のローパスフィルタ１を設けているため
に、アンプ３２で発生する不必要な高調波を効率よく取
り除くことができる。しかも、ローパスフィルタ１での
信号の反射が少ないために、アンプ３２とローパスフィ
ルタ１の間で不要輻射がほとんど発生しない。

【００４２】このように、電子装置３０においては、本
発明のローパスフィルタを用いることによって、高調波
と不要輻射の発生を少なくすることができる。

【００４３】なお、電子装置３０においては、高周波信
号を扱うアナログ回路に本発明のローパスフィルタを用
いた場合について説明したが、高い周波数のデジタル信
号を扱う電子装置においてノイズフィルタとして本発明
のローパスフィルタを用いたものでも構わないもので、
同様の作用効果を奏するものである。

【００４４】

【発明の効果】本発明のローパスフィルタによれば、周
波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．００１以上の誘電
体材料を挟んで複数のグランド層を設け、そこにグラン
ド電極を形成し、複数のグランド層の間に１つ以上の線
路層を設け、その線路層に線状の線路を形成することに
よって、誘電体損失による内部での損失が大きくなり、
減衰域における反射を少なくして減衰量を大きくするこ
とができる。

【００４５】また、複数の線路層を有し、その複数の線
路層に形成された線路を互いに接続することによって、
内部での損失をさらに大きくして、減衰域における反射
や透過をさらに少なくすることができる。

【００４６】また、線路層に形成された線路をスパイラ
ル状とすることによって、インダクタンス成分が大きく
なり、減衰域における減衰量をさらに大きくすることが
できる。

【００４７】また、隣接する線路層にスパイラル状に形
成された線路の、中心軸と巻方向を同じとすることによ
って、インダクタンス成分がさらに大きくなり、減衰域
における減衰量をさらに大きくすることができる。

【００４８】また、線路が自己共振し、それにより周期
的に発生する極を有することによって、減衰域における
減衰量をさらに大きくすることができる。

【００４９】そして、本発明の電子装置によれば、本発
明のローパスフィルタを用いることによって、高調波と
不要輻射の発生を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のローパスフィルタの一実施例を示す一
部透視斜視図である。

【図２】図１のローパスフィルタの平面図である。

【図３】図２のローパスフィルタのＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】図１のローパスフィルタの反射特性および透過
特性を示す図である。

【図５】図１のローパスフィルタの反射特性および透過
特性を示す別の図である。

【図６】図１のローパスフィルタの反射特性および透過
特性を示すさらに別の図である。

【図７】本発明のローパスフィルタの別の実施例を示す
平面図である。

【図８】図７のローパスフィルタのＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図９】本発明のローパスフィルタのさらに別の実施例
を示す平面図である。

【図１０】図９のローパスフィルタのＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図１１】図９のローパスフィルタの線路層を示す図で
ある。

【図１２】図９のローパスフィルタの反射特性および透
過特性を示す図である。

【図１３】本発明の電子装置の一実施例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１、１０、２０…ローパスフィルタ ２…基体 ３、５、１２…グランド層 ３ａ、５ａ、１２ａ…グランド電極 ４、１１、１３、２１、２２…線路層 ４ａ、１１ａ、１３ａ、２１ａ、２２ａ…線路 ６…入力端子 ７…出力端子 ８…グランド端子 １４、２３…ビアホール ３０…電子装置

フロントページの続き (72)発明者 萬代 治文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HB03 HB15 HD07 HD11 JA03 LA05 LA11 LA12 5J024 AA01 BA11 CA09 DA21 DA29 DA32 EA01 EA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数１ＭＨｚにおける誘電正接が０．
   ００１以上の誘電体材料を挟んで複数のグランド層を設
   け、該グランド層にグランド電極を形成し、前記複数の
   グランド層の間に１つ以上の線路層を設け、該線路層に
   線状の線路を形成してなることを特徴とするローパスフ
   ィルタ。
2. 【請求項２】 複数の前記線路層を有し、該複数の線路
   層に形成された前記線路を互いに接続してなることを特
   徴とする、請求項１に記載のローパスフィルタ。
3. 【請求項３】 前記線路をスパイラル状としたことを特
   徴とする、請求項１または２に記載のローパスフィル
   タ。
4. 【請求項４】 隣接して設けられた前記線路層にそれぞ
   れスパイラル状に形成された前記線路の、中心軸と巻方
   向を同じにしたことを特徴とする、請求項３に記載のロ
   ーパスフィルタ。
5. 【請求項５】 前記線路が自己共振し、該自己共振によ
   り周期的に発生する極を有することを特徴とする、請求
   項１ないし４のいずれかに記載のローパスフィルタ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載のロ
   ーパスフィルタを用いたことを特徴とする電子装置。