JP3804481B2 - デュアルモード・バンドパスフィルタ、デュプレクサ及び無線通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いられるデュアルモード・バンドパスフィルタの帯域幅調整方法及び該デュアルモード・バンドパスフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波領域で用いられるバンドパスフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィルタが種々提案されている（MINIATURE DUAL MODE MICROSTRIP FILTERS, J.A. Curtis and S.J. Fiedziuszko, 1991 IEEE MTT-S Digestなど）。
【０００３】
図２３及び図２４は、従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための各模式的平面図である。
図２３に示すバンドパスフィルタ２００では、誘電体基板（図示せず）上に円形の導電膜２０１が形成されている。この導電膜２０１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２０２及び入出力結合回路２０３が結合されている。そして、上記入出力結合回路２０３が配置されている部分に対して中心角４５°の角度をなす位置に、先端開放スタブ２０４が形成されている。これによって共振周波数が異なる２つの共振モードが結合され、バンドパスフィルタ２００は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように構成されている。
【０００４】
また、図２４に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２１０では、誘電体基板上に略正方形の導電膜２１１が形成されている。この導電膜２１１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２１２，２１３が結合されている。また、入出力結合回路２１３に対して１３５°の位置のコーナー部が欠落されている。欠落部分２１１ａを設けることにより、２つの共振モードの共振周波数が異ならされており、該２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタ２１０は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【０００５】
他方、円形の導電膜に代えて、円環状の導電膜を用いたデュアルモードフィルタも提案されている（特開平９−１３９６１２号公報、特開平９−１６２６１０号公報など）。すなわち、円環状のリング伝送路を用い、図２４に示したデュアルモード・バンドパスフィルタと同様に、中心角９０°の角度をなすように入出力結合回路を配置し、かつリング状伝送路の一部に先端開放スタブを設けてなるデュアルモードフィルタが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２３及び図２４に示した従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、１つの導電膜パターンを形成することにより２段のバンドパスフィルタを構成することができ、従ってバンドパスフィルタの小型化を図り得る。
【０００７】
しかしながら、円形や正方形の導電膜パターンにおいて、上記特定の角度を隔てて入出力結合回路を結合する構成を有するため、結合度を大きくすることができず、広い通過帯域を得ることができないという欠点があった。
【０００８】
また、図２３に示されているバンドパスフィルタでは、導電膜２０１が円形であり、図２４に示すバンドパスフィルタでは、導電膜２１１がほぼ正方形と形状が限定されている。従って、設計の自由度が低いという問題もあった。
【０００９】
また、上記バンドパスフィルタでは、円形や正方形の導電膜の寸法などにより周波数帯域が決定され、帯域を調整することが困難であった。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、小型化を図ることができ、小型化・広帯域化を図ることができ、設計の自由度に優れたデュアルモード・バンドパスフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形の金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記金属膜の対向する一対の辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。
本願の第２の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形以外の多角形の金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記金属膜の隣接する辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。以下、第１，第２の発明を、本発明と総称することとする。
【００１１】
本発明のある特定の局面では、上記容量取り出し電極が、誘電体基板内に構成されており、該容量取り出し電極と上記金属膜との間の誘電体基板層により静電容量が取り出される。
【００１２】
上記容量取り出し電極は、誘電体基板内に形成されており、かつ一端が前記グラウンド電極に電気的に接続されているビアホール電極により構成することができる。
【００１３】
また、上記容量取り出し電極が、ビアホール電極の先端に形成されており、かつ誘電体基板層を介して上記金属膜に部分的に対向するように配置されている対向電極膜をさらに備えていてもよい。
【００１４】
上記のように、容量取り出し電極の構造及び平面形状等については特に限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るデュプレクサは、本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを少なくとも１つ有する。
本発明に係る無線通信装置は、上記のようにして構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタ、またはデュプレクサを有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための斜視図であり、図２はその要部を模式的に示す平面図である。
デュアルモード・バンドパスフィルタ１は、矩形板状の誘電体基板２を有する。誘電体基板２は、本実施例では、比誘電率εｒ＝６．２７のＢａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミック材により構成されている。もっとも、本実施例及び以下の実施例において、誘電体基板２を構成する誘電体材料については、フッ素樹脂のような合成樹脂やＢＡＳ材等の適宜の誘電体材料を用いることができる。
【００１８】
誘電体基板２の厚みは特に限定されないが、本実施例では、３００μｍとされている。
誘電体基板２の上面２ａには、共振器を構成するために、矩形の金属膜３が形成されている。矩形の金属膜３は、誘電体基板２の上面２ａにおいて部分的に形成されており、かつ本実施例では、外形が２．０×２．０ｍｍの正方形の形状を有する。
【００１９】
他方、誘電体基板２の下面には、全面にグラウンド電極４が形成されている。
上記金属膜３には、所定のギャップを隔てて、入出力結合回路５，６が配置されている。本実施例では、入出力結合回路５，６は、特に詳細は図示しないが、誘電体基板２の上面において、金属膜３の対向し合っている一対の辺３ａ，３ｂと所定のギャップを隔てて配置された金属膜により構成されている。すなわち、入出力結合回路５，６は、金属膜３に容量結合されている。
【００２０】
図１及び図２に破線で示すように金属膜３の下方には、容量取り出し電極としてのビアホール電極７，８が配置されている。図３に要部を断面図で示すように、ビアホール電極７は、誘電体基板２の下面から上方に延ばされており、ビアホール電極７の下端がグラウンド電極４に電気的に接続されている。また、ビアホール電極７の上端は誘電体基板層を介して金属膜３に対向されている。ビアホール電極８も、ビアホール電極７と同様に構成されている。従って、金属膜３とビアホール電極７，８との間でコンデンサが構成され、ビアホール電極７，８と金属膜３との間の誘電体基板層に基づく静電容量が金属膜３に付加されている。
【００２１】
本実施例では、上記ビアホール電極７，８の上端面は、直径３００μｍの円形の形状を有するように構成されている。なお、ビアホール電極の両端面、すなわち金属膜３と対向する部分の平面形状は、円形の他、四角形等の任意の形状とすることができる。
【００２２】
また、上記ビアホール電極７，８の上端と金属膜３との誘電体基板層の厚みは１００μｍとされている。
本実施例では、入出力結合回路５，６の一方とグラウンド電極４との間に入力電圧を印可することにより、入出力結合回路５，６の他方とグラウンド電極４との間で出力が取り出される。この場合、金属膜３では、入出力結合回路５，６が結合されている点を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該方向と直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つのモードの共振が発生する。そして、本実施例では、上記ビアホール電極７，８によりコンデンサが金属膜３に付加されており、該ビアホール電極７，８が上記２つの共振モードが結合するように配置されている。従って、金属膜３において生じた２つのモードの共振が結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【００２３】
なお、金属膜３において生じる第１，第２のモードの共振を結合するには、一方のモードの共振周波数を、双方のモードが結合するように位置させれば良く、本実施例では、モード、辺３ａ，３ｂを結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードの共振電界が強い部分における共振電界を弱めるようにビアホール電極７，８が配置されて、２つのモードの共振が結合されている。
【００２４】
図５は、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１の周波数特性と、上記ビアホール電極７，８が設けられていないことを除いては上記実施例と同様にして構成された比較例の周波数特性を示す図である。図５において、実線Ａは実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性を、実線Ｂは通過特性を示し、破線Ｃは比較例の反射特性を、破線Ｄは比較例の通過特性を示す。図５から明らかなようにビアホール電極７，８が設けられていない比較例では、２つの共振モードが結合されておらず、有効な帯域幅を得ることができない。これに対して、実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、二つのモードの共振が結合されて、Ｅで示す通過帯域の形成されていることがわかる。
【００２５】
なお、本実施例では、第１の容量取り出し電極が上記ビアホール電極７により構成されている。もっとも、図４に示す変形例のように、誘電体基板２のある高さ位置に対向電極膜９を形成しても良い。図４に示す構造では、対向電極９の下面がビアホール電極７に接続されており、ビアホール電極７の下端がグラウンド電極４に接続されている。すなわち、ビアホール電極７は、対向電極膜９をグラウンド電極４に電気的に接続する機能を果たしている。
【００２６】
第１の容量取り出し電極をビアホール電極７と共に構成している対向電極膜９の平面形状は特に限定されず、四角形、円形、四角形以外の多角形などのさまざまな形状とすることができる。図４に示す変形例のようにビアホール電極７に加えて対向電極膜９を形成することにより、より大きな静電容量を金属膜３に付加することができる。
【００２７】
本願発明者らは、上述した実施例から明らかなように、金属膜３にコンデンサを付加することにより、金属膜３に生じる２つの共振モードを結合させてバンドパスフィルタを構成し得ることを見出した。
【００２８】
そこで、上記ビアホール電極７，８の位置を移動させた場合に、周波数特性がどのように変化するかを調べた。すなわち、図６に模式的平面図で示すように、上述したビアホール電極７，８が形成されている位置を、破線Ｆ，Ｇで示すように辺３ｂ側に向かって１００μｍ、あるいは２００μｍ移動させて、２種類のデュアルモード・バンドパスフィルタを作製した。このようにして得られた２種類のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性と、上記実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性とを図７に示す。
【００２９】
図７において、実線Ａは前述した実施例の反射特性を、実線Ｂは通過特性を示し、破線Ｈ及び破線Ｉは、それぞれ、１００μｍだけビアホール電極を移動させた場合の反射特性及び通過特性を示し、一点鎖線Ｊ，Ｋは、それぞれ、ビアホール電極の位置を２００μｍを移動させた場合の反射特性及び通過特性を示す。
【００３０】
図７から明らかなように、ビアホール電極７，８の位置を移動させることにより、２つのモードの内一方のモードの共振周波数が移動し、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３１】
また、上記実施例において、ビアホール電極の上端面の径を、１８０μｍ、２００μｍ及び２３０μｍに変更した場合の各周波数特性を図８に示す。図８において、実線Ｌ，Ｍは、それぞれ、ビアホール電極の径が２３０μｍの場合の反射特性及び通過特性を、一点鎖線Ｎ，Ｏは、それぞれ、ビアホール電極の径が２００μｍの場合の反射特性及び通過特性を、破線Ｐ，Ｑは、ビアホール電極７，８の径が１８０μｍの場合の反射特性及び通過特性を示す。
【００３２】
図８から明らかなように、上記ビアホール電極７，８の径を変化させた場合、すなわち金属膜３とビアホール電極７，８との間で取り出される静電容量の大きさを変更することにより、２つのモードのうち一方の共振周波数が変化し、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３３】
すなわち、図７及び図８の結果から明らかなように、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、金属膜３に、２つのモードの共振を結合させるためのコンデンサを付加するにあたり、該コンデンサの位置を及び静電容量の大きさを変化させることにより、帯域幅を容易に調整し得ることがわかる。
【００３４】
また、本実施例では、上記のように金属膜３にコンデンサの付加することにより、２つのモードの共振を結合させてデュアルモード・バンドパスフィルタが構成されているため、入出力結合回路５，６の金属膜３に対する結合点の位置は、必ずしも、従来例のように金属膜の中心に対して中心角で９０度をなすように配置される必要はない。従って、デュアルモード・バンドパスフィルタの設計の自由度を高めることができると共に、所望とする帯域幅のデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に得ることができる。
【００３５】
図９は、本発明の第２の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００３６】
第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１１では、金属膜３に付加されるコンデンサがビアホール電極７により構成される１個のコンデンサのみである。すなわち、ビアホール電極８が形成されていないことを除いては、第１の実施例と同様に構成されている。
【００３７】
図９に示した第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を図１０に示す。図１０に示すように、本実施例においても、ビアホール電極７によるコンデンサの付加により、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての帯域幅が得られていることがわかる。また、図１０に示されている各特性を図５の実線Ａ，Ｂと比較すると、コンデンサの数を変化させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３８】
図１１は、本発明の第３の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１２では、金属膜３に対向するように、３個のビアホール電極７，８ａ，８ｂが配置されている。その他の点については、第１の実施例と同様である。
【００３９】
ビアホール電極８ａ，８ｂをビアホール電極７と同じ大きさを有するように構成した場合のデュアルモード・バンドパスフィルタ１２の周波数特性を図１２に示す。
【００４０】
図１２から明らかなように、第３の実施例においても、３個のビアホール電極７，８ａ，８ｂに基づくコンデンサが金属膜３に付加されて、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られていることがわかる。また、図５及び図１０に示した第１，第２の実施例の周波数特性と、図１２に示した第３の実施例の周波数特性を比較すれば明らかなように、ビアホール電極の数を増大させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００４１】
同様に、図１３は、第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの模式的平面図であり、第１の実施例において示した図２に相当する図である。第４の実施例では、４個のビアホール電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが配置されている。ビアホール電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、第１の実施例のビアホール電極７と同様の寸法で構成されている。このデュアルモード・バンドパスフィルタ１３の周波数特性を図１４に示す。
【００４２】
図１４から明らかなように本実施例においても、２つのモードがコンデンサの付加により結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性の得られていることがわかる。
【００４３】
また、図５、図１０及び図１２に示した各実施例の周波数特性と、図１４に示した周波数特性を比較すれば明らかなように、ビアホール電極の数を変化させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００４４】
図１５は、参考例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００４５】
参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１５では、金属膜３に付加されるコンデンサが、誘電体基板内に形成されたビアホール電極ではなく、誘電体基板表面に形成された第１の容量取り出し電極１６，１７により構成されている。すなわち、第１の容量取り出し電極１６，１７は誘電体基板表面において金属膜３の対向し合っている辺３ｃ，３ｄと所定のギャップを隔てて配置されている矩形の金属膜により構成されている。本参考例では、第１の容量取り出し電極１６，１７は、辺３ｃ，３ｄと１５０μｍのギャップを隔てて、かつ１４００μｍの長さに渡り対向されている。その他の構造については、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様であるため、詳細な説明については第１の実施例の説明を援用することにすることにより省略する。
【００４６】
参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１５の周波数特性を図１６に示す。
図１６から明らかなように、参考例においても、金属膜３に対して、第１の容量取り出し電極１６，１７に基づくコンデンサの付加により、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られていることがわかる。
【００４７】
なお、本参考例では、第１の容量取り出し電極１６，１７は、誘電体基板の表面に金属膜を形成することにより構成されている。従って、金属膜３の形成と同じ工程で、第１の容量取り出し電極１６，１７を容易に形成することができる。
【００４８】
また、容量取り出し電極１６，１７は、誘電体基板の表面に形成されているので容量取り出し電極１６，１７をトリミングすることなどにより、金属膜３に付加される静電容量を容易に調整することができる。
【００４９】
本参考例においても、入出力結合回路５，６の金属膜３に対する結合点の位置は、必ずしも、中心角で９０度の角度をなすように配置する必要がない。さらに、第１の容量取り出し電極１６，１７により付加される静電容量の大きさ、及び第１の容量取り出し電極１６，１７の位置を変更することにより、すなわち一方の共振モードにおける強い共振電界を発生する部分の該共振電界を弱めるようにコンデンサの配置を変えることにより、容易に帯域幅を調整することができる。
【００５０】
なお、参考例では、誘電体基板の表面に第１，第２の容量取り出し電極１６，１７が形成されていたが、誘電体基板内に金属膜３が形成されている場合には、金属膜３の上方において、第１の容量取り出し電極１６，１７を金属膜３と誘電体基板層を介して対向するように構成しても良い。あるいは、誘電体基板内において、金属膜３と第１の容量取り出し電極１６，１７を本実施例と同様に同一高さ位置との平面内に形成しても良い。
【００５１】
第１〜第４の実施例では、金属膜３は正方形の形状を有するように構成されていたが、本発明におけるデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて共振器を構成するために金属膜の平面形状は特に限定されるものではない。
【００５２】
図１７は、本発明の第５の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２１では、金属膜２３の平面形状が菱形とされている。その他の点については、第１の実施例と同様に構成されているため、第１の実施例の説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００５３】
上記菱形の金属膜２３の寸法を、１７００μｍとし、第１の実施例と同様にしてデュアルモード・バンドパスフィルタを構成した。この周波数特性を図１８に示す。図１８から明らかなように、本実施例においてもビアホール電極７，８によるコンデンサが金属膜２３に付加されているため、一方の共振モードの共振周波数がシフトされて、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られている。
【００５４】
また、第１〜第４の実施例から推測されるように、第５の実施例においても、付加されるコンデンサの静電容量の大きさやコンデンサの位置を変化させることにより、帯域幅を容易に調整することができる。
【００５５】
図１９〜図２１は、本発明デュアルモード・バンドパスフィルタの各変形例を示す模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００５６】
図１９に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２４では、平面形状が三角形の金属膜２５が用いられており、図２０に示す変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２６では、正五角形の平面形状を有する金属膜２７が用いられており、図２１に示す変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２８では、正六角形の平面形状を有する金属膜２９が用いられている。
【００５７】
このように、金属膜の平面形状は適宜変形することができ、これらの多角形状の他、楕円形や対称性を有しない無秩序な平面形状を有するものであっても良い。また、上述してきた実施例では、誘電体基板の上面に共振器を構成するための金属膜が配置されていたが、金属膜は誘電体基板内に埋設されていても良い。
【００５８】
また、グラウンド電極４についても、誘電体基板２の内部に埋設されていても良い。
次に、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサ及び無線通信装置の実施例を、図２２を参照して説明する。
【００５９】
図２２は、上記デュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサＤＰＸを有する無線通信装置３００の要部を示すブロック図である。
本実施例のデュプレクサＤＰＸは、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有する。第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の一端が、それぞれ、デュプレクサＤＰＸの第１，第２のポートＰ１，Ｐ２に接続されており、バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の他端が共通接続され、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３に接続されいる。
【００６０】
また、第１のポートＰ１は、送信部ＴＸに接続され、第２のポートＰ２は、受信部ＲＸに接続されている。さらに、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３は、アンテナＡＮＴに接続されている。
【００６１】
本実施例のデュプレクサでは、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有するので、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。また、無線通信装置３００では、上記デュプレクサＤＰＸを有するため、通信品質を容易に高めることができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、誘電体基板の一方主面または誘電体基板内に、部分的に形成された金属膜に、第１，第２の入出力結合回路が結合されており、第１または第２の入出力係合回路から入力電圧が引加された場合に、金属膜において２つの共振モードが生じる。そして、該２つの共振モードが結合されるように、少なくとも１個のコンデンサが金属膜に付加されているので、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作させることができる。従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、円形、あるいは正方形の特定の平面形状の金属膜に対し、入出力結合回路の結合点を、中心角が９０度をなすように配置しなければならなかったのに対し、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、上記コンデンサの付加により２つのモードの共振の結合が達成されているので、入出力結合回路の金属膜に対する結合点を互いに中心角で９０度をなすように配置する必要が必ずしもない。
【００６３】
また、上記コンデンサの静電容量及び形成位置を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。
従って、設計の自由度が高く、所望とする帯域幅を容易に得ることができるバンドパスフィルタを提供とすることが可能となる。
【００６４】
上記コンデンサが付加されている部分が、残りの部分に比べて相対的に強い共振電界を生じる金属膜部分の場合には、一方のモードの共振において、上記強い共振電界を生じる金属膜部分における共振電界がコンデンサの付加により弱められて、２つのモードの共振が結合される。
【００６５】
上記コンデンサが、グラウンド電極に接続されており、誘電体基板内に構成されている第１の容量取り出し電極を有し、該第１の容量取り出し電極と金属膜との間の誘電体基板層により静電容量が取り出される構造の場合には、第１の容量取り出し電極の面積を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。また、誘電体基板内に積層セラミック電子部品製造技術を用いてコンデンサを容易に構成することができ、デュアルモード・バンドパスフィルタの小型化を進めることができる。
【００６６】
上記第１の容量取り出し電極がビアホール電極である場合には、セラミック多層基板の製造方法を用いて、容易に第１の容量取り出し電極を形成することができる。
【００６７】
第１の容量取り出し電極がビアホール電極と、誘電体基板層を介して金属膜に対向するように誘電体基板内に設けられた対向電極膜とを備える場合には対向し電極膜の面積を調整することにより、付加されるコンデンサの静電容量を大きく調整することができる。
【００６８】
本発明に係るデュプレクサでは、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを備えるため、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。
【００６９】
また、本発明に係る無線通信装置では、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタ、またはデュプレクサを有するので、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができ、通信品質を容易に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの斜視図。
【図２】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図３】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部の断面図。
【図４】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例を説明するための要部断面図。
【図５】 第１の実施例及び比較例の周波数特性を示す図。
【図６】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、付加されるコンデンサの位置を変更した構造を説明するための模式的平面図。
【図７】 第１の実施例において、コンデンサの位置をずらした場合の周波数特性の変化を示す図。
【図８】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、コンデンサを構成するビアホール電極の径を変化させた場合の周波数特性の変化を示す図。
【図９】 第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１０】 第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１１】 第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１２】 第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１３】 第４の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１４】 第４の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１５】 参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１６】 参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１７】 第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１８】 第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１９】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２０】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２１】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２２】 本発明にしたがって構成されたデュプレクサが組み込まれた無線通信装置の実施例を説明するための概略ブロック図。
【図２３】 従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための要部を示す模式的平面図。
【図２４】 従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の例を示す模式的平面図。
【符号の説明】
１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２…誘電体基板
３…金属膜
４…グラウンド電極
５，６…入出力結合回路
７，８，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…ビアホール電極
９…対向電極膜
１１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１２…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１３…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１５…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１６，１７…第１の容量取り出し電極
２１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２３…金属膜
２４，２６，２８…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２５，２７，２９…金属膜
３００…無線通信装置
ＤＰＸ…デュプレクサ
Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３のポート
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２…第１，第２のバンドパスフィルタ
ＡＮＴ…アンテナ
ＲＸ…受信部
ＴＸ…送信部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波〜ミリ波帯の通信機において帯域フィルタとして用いられるデュアルモード・バンドパスフィルタの帯域幅調整方法及び該デュアルモード・バンドパスフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波領域で用いられるバンドパスフィルタとして、デュアルモード・バンドパスフィルタが種々提案されている（MINIATURE DUAL MODE MICROSTRIP FILTERS, J.A. Curtis and S.J. Fiedziuszko, 1991 IEEE MTT-S Digestなど）。
【０００３】
図２３及び図２４は、従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための各模式的平面図である。
図２３に示すバンドパスフィルタ２００では、誘電体基板（図示せず）上に円形の導電膜２０１が形成されている。この導電膜２０１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２０２及び入出力結合回路２０３が結合されている。そして、上記入出力結合回路２０３が配置されている部分に対して中心角４５°の角度をなす位置に、先端開放スタブ２０４が形成されている。これによって共振周波数が異なる２つの共振モードが結合され、バンドパスフィルタ２００は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作するように構成されている。
【０００４】
また、図２４に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２１０では、誘電体基板上に略正方形の導電膜２１１が形成されている。この導電膜２１１に、互いに９０°の角度をなすように、入出力結合回路２１２，２１３が結合されている。また、入出力結合回路２１３に対して１３５°の位置のコーナー部が欠落されている。欠落部分２１１ａを設けることにより、２つの共振モードの共振周波数が異ならされており、該２つのモードの共振が結合されて、バンドパスフィルタ２１０は、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【０００５】
他方、円形の導電膜に代えて、円環状の導電膜を用いたデュアルモードフィルタも提案されている（特開平９−１３９６１２号公報、特開平９−１６２６１０号公報など）。すなわち、円環状のリング伝送路を用い、図２４に示したデュアルモード・バンドパスフィルタと同様に、中心角９０°の角度をなすように入出力結合回路を配置し、かつリング状伝送路の一部に先端開放スタブを設けてなるデュアルモードフィルタが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２３及び図２４に示した従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、１つの導電膜パターンを形成することにより２段のバンドパスフィルタを構成することができ、従ってバンドパスフィルタの小型化を図り得る。
【０００７】
しかしながら、円形や正方形の導電膜パターンにおいて、上記特定の角度を隔てて入出力結合回路を結合する構成を有するため、結合度を大きくすることができず、広い通過帯域を得ることができないという欠点があった。
【０００８】
また、図２３に示されているバンドパスフィルタでは、導電膜２０１が円形であり、図２４に示すバンドパスフィルタでは、導電膜２１１がほぼ正方形と形状が限定されている。従って、設計の自由度が低いという問題もあった。
【０００９】
また、上記バンドパスフィルタでは、円形や正方形の導電膜の寸法などにより周波数帯域が決定され、帯域を調整することが困難であった。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、小型化を図ることができ、小型化・広帯域化を図ることができ、設計の自由度に優れたデュアルモード・バンドパスフィルタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形の金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記金属膜の対向する一対の辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。
本願の第２の発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形以外の多角形の金属膜と、前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、前記金属膜の隣接する辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタである。以下、第１，第２の発明を、本発明と総称することとする。
【００１１】
本発明のある特定の局面では、上記容量取り出し電極が、誘電体基板内に構成されており、該容量取り出し電極と上記金属膜との間の誘電体基板層により静電容量が取り出される。
【００１２】
上記容量取り出し電極は、誘電体基板内に形成されており、かつ一端が前記グラウンド電極に電気的に接続されているビアホール電極により構成することができる。
【００１３】
また、上記容量取り出し電極が、ビアホール電極の先端に形成されており、かつ誘電体基板層を介して上記金属膜に部分的に対向するように配置されている対向電極膜をさらに備えていてもよい。
【００１４】
上記のように、容量取り出し電極の構造及び平面形状等については特に限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るデュプレクサは、本発明に従って構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを少なくとも１つ有する。
本発明に係る無線通信装置は、上記のようにして構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタ、またはデュプレクサを有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための斜視図であり、図２はその要部を模式的に示す平面図である。
デュアルモード・バンドパスフィルタ１は、矩形板状の誘電体基板２を有する。誘電体基板２は、本実施例では、比誘電率εｒ＝６．２７のＢａ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物を主成分とするセラミック材により構成されている。もっとも、本実施例及び以下の実施例において、誘電体基板２を構成する誘電体材料については、フッ素樹脂のような合成樹脂やＢＡＳ材等の適宜の誘電体材料を用いることができる。
【００１８】
誘電体基板２の厚みは特に限定されないが、本実施例では、３００μｍとされている。
誘電体基板２の上面２ａには、共振器を構成するために、矩形の金属膜３が形成されている。矩形の金属膜３は、誘電体基板２の上面２ａにおいて部分的に形成されており、かつ本実施例では、外形が２．０×２．０ｍｍの正方形の形状を有する。
【００１９】
他方、誘電体基板２の下面には、全面にグラウンド電極４が形成されている。
上記金属膜３には、所定のギャップを隔てて、入出力結合回路５，６が配置されている。本実施例では、入出力結合回路５，６は、特に詳細は図示しないが、誘電体基板２の上面において、金属膜３の対向し合っている一対の辺３ａ，３ｂと所定のギャップを隔てて配置された金属膜により構成されている。すなわち、入出力結合回路５，６は、金属膜３に容量結合されている。
【００２０】
図１及び図２に破線で示すように金属膜３の下方には、容量取り出し電極としてのビアホール電極７，８が配置されている。図３に要部を断面図で示すように、ビアホール電極７は、誘電体基板２の下面から上方に延ばされており、ビアホール電極７の下端がグラウンド電極４に電気的に接続されている。また、ビアホール電極７の上端は誘電体基板層を介して金属膜３に対向されている。ビアホール電極８も、ビアホール電極７と同様に構成されている。従って、金属膜３とビアホール電極７，８との間でコンデンサが構成され、ビアホール電極７，８と金属膜３との間の誘電体基板層に基づく静電容量が金属膜３に付加されている。
【００２１】
本実施例では、上記ビアホール電極７，８の上端面は、直径３００μｍの円形の形状を有するように構成されている。なお、ビアホール電極の両端面、すなわち金属膜３と対向する部分の平面形状は、円形の他、四角形等の任意の形状とすることができる。
【００２２】
また、上記ビアホール電極７，８の上端と金属膜３との誘電体基板層の厚みは１００μｍとされている。
本実施例では、入出力結合回路５，６の一方とグラウンド電極４との間に入力電圧を印可することにより、入出力結合回路５，６の他方とグラウンド電極４との間で出力が取り出される。この場合、金属膜３では、入出力結合回路５，６が結合されている点を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該方向と直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つのモードの共振が発生する。そして、本実施例では、上記ビアホール電極７，８によりコンデンサが金属膜３に付加されており、該ビアホール電極７，８が上記２つの共振モードが結合するように配置されている。従って、金属膜３において生じた２つのモードの共振が結合されてデュアルモード・バンドパスフィルタとして動作する。
【００２３】
なお、金属膜３において生じる第１，第２のモードの共振を結合するには、一方のモードの共振周波数を、双方のモードが結合するように位置させれば良く、本実施例では、モード、辺３ａ，３ｂを結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードの共振電界が強い部分における共振電界を弱めるようにビアホール電極７，８が配置されて、２つのモードの共振が結合されている。
【００２４】
図５は、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１の周波数特性と、上記ビアホール電極７，８が設けられていないことを除いては上記実施例と同様にして構成された比較例の周波数特性を示す図である。図５において、実線Ａは実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの反射特性を、実線Ｂは通過特性を示し、破線Ｃは比較例の反射特性を、破線Ｄは比較例の通過特性を示す。図５から明らかなようにビアホール電極７，８が設けられていない比較例では、２つの共振モードが結合されておらず、有効な帯域幅を得ることができない。これに対して、実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、二つのモードの共振が結合されて、Ｅで示す通過帯域の形成されていることがわかる。
【００２５】
なお、本実施例では、第１の容量取り出し電極が上記ビアホール電極７により構成されている。もっとも、図４に示す変形例のように、誘電体基板２のある高さ位置に対向電極膜９を形成しても良い。図４に示す構造では、対向電極９の下面がビアホール電極７に接続されており、ビアホール電極７の下端がグラウンド電極４に接続されている。すなわち、ビアホール電極７は、対向電極膜９をグラウンド電極４に電気的に接続する機能を果たしている。
【００２６】
第１の容量取り出し電極をビアホール電極７と共に構成している対向電極膜９の平面形状は特に限定されず、四角形、円形、四角形以外の多角形などのさまざまな形状とすることができる。図４に示す変形例のようにビアホール電極７に加えて対向電極膜９を形成することにより、より大きな静電容量を金属膜３に付加することができる。
【００２７】
本願発明者らは、上述した実施例から明らかなように、金属膜３にコンデンサを付加することにより、金属膜３に生じる２つの共振モードを結合させてバンドパスフィルタを構成し得ることを見出した。
【００２８】
そこで、上記ビアホール電極７，８の位置を移動させた場合に、周波数特性がどのように変化するかを調べた。すなわち、図６に模式的平面図で示すように、上述したビアホール電極７，８が形成されている位置を、破線Ｆ，Ｇで示すように辺３ｂ側に向かって１００μｍ、あるいは２００μｍ移動させて、２種類のデュアルモード・バンドパスフィルタを作製した。このようにして得られた２種類のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性と、上記実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性とを図７に示す。
【００２９】
図７において、実線Ａは前述した実施例の反射特性を、実線Ｂは通過特性を示し、破線Ｈ及び破線Ｉは、それぞれ、１００μｍだけビアホール電極を移動させた場合の反射特性及び通過特性を示し、一点鎖線Ｊ，Ｋは、それぞれ、ビアホール電極の位置を２００μｍを移動させた場合の反射特性及び通過特性を示す。
【００３０】
図７から明らかなように、ビアホール電極７，８の位置を移動させることにより、２つのモードの内一方のモードの共振周波数が移動し、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３１】
また、上記実施例において、ビアホール電極の上端面の径を、１８０μｍ、２００μｍ及び２３０μｍに変更した場合の各周波数特性を図８に示す。図８において、実線Ｌ，Ｍは、それぞれ、ビアホール電極の径が２３０μｍの場合の反射特性及び通過特性を、一点鎖線Ｎ，Ｏは、それぞれ、ビアホール電極の径が２００μｍの場合の反射特性及び通過特性を、破線Ｐ，Ｑは、ビアホール電極７，８の径が１８０μｍの場合の反射特性及び通過特性を示す。
【００３２】
図８から明らかなように、上記ビアホール電極７，８の径を変化させた場合、すなわち金属膜３とビアホール電極７，８との間で取り出される静電容量の大きさを変更することにより、２つのモードのうち一方の共振周波数が変化し、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３３】
すなわち、図７及び図８の結果から明らかなように、本実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、金属膜３に、２つのモードの共振を結合させるためのコンデンサを付加するにあたり、該コンデンサの位置を及び静電容量の大きさを変化させることにより、帯域幅を容易に調整し得ることがわかる。
【００３４】
また、本実施例では、上記のように金属膜３にコンデンサの付加することにより、２つのモードの共振を結合させてデュアルモード・バンドパスフィルタが構成されているため、入出力結合回路５，６の金属膜３に対する結合点の位置は、必ずしも、従来例のように金属膜の中心に対して中心角で９０度をなすように配置される必要はない。従って、デュアルモード・バンドパスフィルタの設計の自由度を高めることができると共に、所望とする帯域幅のデュアルモード・バンドパスフィルタを容易に得ることができる。
【００３５】
図９は、本発明の第２の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００３６】
第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１１では、金属膜３に付加されるコンデンサがビアホール電極７により構成される１個のコンデンサのみである。すなわち、ビアホール電極８が形成されていないことを除いては、第１の実施例と同様に構成されている。
【００３７】
図９に示した第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を図１０に示す。図１０に示すように、本実施例においても、ビアホール電極７によるコンデンサの付加により、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての帯域幅が得られていることがわかる。また、図１０に示されている各特性を図５の実線Ａ，Ｂと比較すると、コンデンサの数を変化させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００３８】
図１１は、本発明の第３の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１２では、金属膜３に対向するように、３個のビアホール電極７，８ａ，８ｂが配置されている。その他の点については、第１の実施例と同様である。
【００３９】
ビアホール電極８ａ，８ｂをビアホール電極７と同じ大きさを有するように構成した場合のデュアルモード・バンドパスフィルタ１２の周波数特性を図１２に示す。
【００４０】
図１２から明らかなように、第３の実施例においても、３個のビアホール電極７，８ａ，８ｂに基づくコンデンサが金属膜３に付加されて、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られていることがわかる。また、図５及び図１０に示した第１，第２の実施例の周波数特性と、図１２に示した第３の実施例の周波数特性を比較すれば明らかなように、ビアホール電極の数を増大させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００４１】
同様に、図１３は、第４の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの模式的平面図であり、第１の実施例において示した図２に相当する図である。第４の実施例では、４個のビアホール電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが配置されている。ビアホール電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、第１の実施例のビアホール電極７と同様の寸法で構成されている。このデュアルモード・バンドパスフィルタ１３の周波数特性を図１４に示す。
【００４２】
図１４から明らかなように本実施例においても、２つのモードがコンデンサの付加により結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性の得られていることがわかる。
【００４３】
また、図５、図１０及び図１２に示した各実施例の周波数特性と、図１４に示した周波数特性を比較すれば明らかなように、ビアホール電極の数を変化させることにより、帯域幅を調整し得ることがわかる。
【００４４】
図１５は、参考例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００４５】
参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１５では、金属膜３に付加されるコンデンサが、誘電体基板内に形成されたビアホール電極ではなく、誘電体基板表面に形成された第１の容量取り出し電極１６，１７により構成されている。すなわち、第１の容量取り出し電極１６，１７は誘電体基板表面において金属膜３の対向し合っている辺３ｃ，３ｄと所定のギャップを隔てて配置されている矩形の金属膜により構成されている。本参考例では、第１の容量取り出し電極１６，１７は、辺３ｃ，３ｄと１５０μｍのギャップを隔てて、かつ１４００μｍの長さに渡り対向されている。その他の構造については、第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１と同様であるため、詳細な説明については第１の実施例の説明を援用することにすることにより省略する。
【００４６】
参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタ１５の周波数特性を図１６に示す。
図１６から明らかなように、参考例においても、金属膜３に対して、第１の容量取り出し電極１６，１７に基づくコンデンサの付加により、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られていることがわかる。
【００４７】
なお、本参考例では、第１の容量取り出し電極１６，１７は、誘電体基板の表面に金属膜を形成することにより構成されている。従って、金属膜３の形成と同じ工程で、第１の容量取り出し電極１６，１７を容易に形成することができる。
【００４８】
また、容量取り出し電極１６，１７は、誘電体基板の表面に形成されているので容量取り出し電極１６，１７をトリミングすることなどにより、金属膜３に付加される静電容量を容易に調整することができる。
【００４９】
本参考例においても、入出力結合回路５，６の金属膜３に対する結合点の位置は、必ずしも、中心角で９０度の角度をなすように配置する必要がない。さらに、第１の容量取り出し電極１６，１７により付加される静電容量の大きさ、及び第１の容量取り出し電極１６，１７の位置を変更することにより、すなわち一方の共振モードにおける強い共振電界を発生する部分の該共振電界を弱めるようにコンデンサの配置を変えることにより、容易に帯域幅を調整することができる。
【００５０】
なお、参考例では、誘電体基板の表面に第１，第２の容量取り出し電極１６，１７が形成されていたが、誘電体基板内に金属膜３が形成されている場合には、金属膜３の上方において、第１の容量取り出し電極１６，１７を金属膜３と誘電体基板層を介して対向するように構成しても良い。あるいは、誘電体基板内において、金属膜３と第１の容量取り出し電極１６，１７を本実施例と同様に同一高さ位置との平面内に形成しても良い。
【００５１】
第１〜第４の実施例では、金属膜３は正方形の形状を有するように構成されていたが、本発明におけるデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて共振器を構成するために金属膜の平面形状は特に限定されるものではない。
【００５２】
図１７は、本発明の第５の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２１では、金属膜２３の平面形状が菱形とされている。その他の点については、第１の実施例と同様に構成されているため、第１の実施例の説明を援用することにより詳細な説明を省略する。
【００５３】
上記菱形の金属膜２３の寸法を、１７００μｍとし、第１の実施例と同様にしてデュアルモード・バンドパスフィルタを構成した。この周波数特性を図１８に示す。図１８から明らかなように、本実施例においてもビアホール電極７，８によるコンデンサが金属膜２３に付加されているため、一方の共振モードの共振周波数がシフトされて、２つのモードの共振が結合されて、デュアルモード・バンドパスフィルタとしての特性が得られている。
【００５４】
また、第１〜第４の実施例から推測されるように、第５の実施例においても、付加されるコンデンサの静電容量の大きさやコンデンサの位置を変化させることにより、帯域幅を容易に調整することができる。
【００５５】
図１９〜図２１は、本発明デュアルモード・バンドパスフィルタの各変形例を示す模式的平面図であり、第１の実施例について示した図２に相当する図である。
【００５６】
図１９に示すデュアルモード・バンドパスフィルタ２４では、平面形状が三角形の金属膜２５が用いられており、図２０に示す変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２６では、正五角形の平面形状を有する金属膜２７が用いられており、図２１に示す変形例のデュアルモード・バンドパスフィルタ２８では、正六角形の平面形状を有する金属膜２９が用いられている。
【００５７】
このように、金属膜の平面形状は適宜変形することができ、これらの多角形状の他、楕円形や対称性を有しない無秩序な平面形状を有するものであっても良い。また、上述してきた実施例では、誘電体基板の上面に共振器を構成するための金属膜が配置されていたが、金属膜は誘電体基板内に埋設されていても良い。
【００５８】
また、グラウンド電極４についても、誘電体基板２の内部に埋設されていても良い。
次に、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサ及び無線通信装置の実施例を、図２２を参照して説明する。
【００５９】
図２２は、上記デュアルモード・バンドパスフィルタを用いたデュプレクサＤＰＸを有する無線通信装置３００の要部を示すブロック図である。
本実施例のデュプレクサＤＰＸは、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有する。第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の一端が、それぞれ、デュプレクサＤＰＸの第１，第２のポートＰ１，Ｐ２に接続されており、バンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２の他端が共通接続され、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３に接続されいる。
【００６０】
また、第１のポートＰ１は、送信部ＴＸに接続され、第２のポートＰ２は、受信部ＲＸに接続されている。さらに、デュプレクサＤＰＸの第３のポートＰ３は、アンテナＡＮＴに接続されている。
【００６１】
本実施例のデュプレクサでは、本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタからなる第１，第２のバンドパスフィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２を有するので、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。また、無線通信装置３００では、上記デュプレクサＤＰＸを有するため、通信品質を容易に高めることができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、誘電体基板の一方主面または誘電体基板内に、部分的に形成された金属膜に、第１，第２の入出力結合回路が結合されており、第１または第２の入出力係合回路から入力電圧が引加された場合に、金属膜において２つの共振モードが生じる。そして、該２つの共振モードが結合されるように、少なくとも１個のコンデンサが金属膜に付加されているので、デュアルモード・バンドパスフィルタとして動作させることができる。従来のデュアルモード・バンドパスフィルタでは、円形、あるいは正方形の特定の平面形状の金属膜に対し、入出力結合回路の結合点を、中心角が９０度をなすように配置しなければならなかったのに対し、本発明に係るデュアルモード・バンドパスフィルタでは、上記コンデンサの付加により２つのモードの共振の結合が達成されているので、入出力結合回路の金属膜に対する結合点を互いに中心角で９０度をなすように配置する必要が必ずしもない。
【００６３】
また、上記コンデンサの静電容量及び形成位置を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。
従って、設計の自由度が高く、所望とする帯域幅を容易に得ることができるバンドパスフィルタを提供とすることが可能となる。
【００６４】
上記コンデンサが付加されている部分が、残りの部分に比べて相対的に強い共振電界を生じる金属膜部分の場合には、一方のモードの共振において、上記強い共振電界を生じる金属膜部分における共振電界がコンデンサの付加により弱められて、２つのモードの共振が結合される。
【００６５】
上記コンデンサが、グラウンド電極に接続されており、誘電体基板内に構成されている第１の容量取り出し電極を有し、該第１の容量取り出し電極と金属膜との間の誘電体基板層により静電容量が取り出される構造の場合には、第１の容量取り出し電極の面積を調整することにより、帯域幅を容易に調整することができる。また、誘電体基板内に積層セラミック電子部品製造技術を用いてコンデンサを容易に構成することができ、デュアルモード・バンドパスフィルタの小型化を進めることができる。
【００６６】
上記第１の容量取り出し電極がビアホール電極である場合には、セラミック多層基板の製造方法を用いて、容易に第１の容量取り出し電極を形成することができる。
【００６７】
第１の容量取り出し電極がビアホール電極と、誘電体基板層を介して金属膜に対向するように誘電体基板内に設けられた対向電極膜とを備える場合には対向し電極膜の面積を調整することにより、付加されるコンデンサの静電容量を大きく調整することができる。
【００６８】
本発明に係るデュプレクサでは、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタを備えるため、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。
【００６９】
また、本発明に係る無線通信装置では、本発明にしたがって構成されたデュアルモード・バンドパスフィルタ、またはデュプレクサを有するので、設計の自由度に優れ、所望とする帯域幅を容易に得ることができ、通信品質を容易に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係るデュアルモード・バンドパスフィルタの斜視図。
【図２】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図３】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部の断面図。
【図４】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例を説明するための要部断面図。
【図５】 第１の実施例及び比較例の周波数特性を示す図。
【図６】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、付加されるコンデンサの位置を変更した構造を説明するための模式的平面図。
【図７】 第１の実施例において、コンデンサの位置をずらした場合の周波数特性の変化を示す図。
【図８】 第１の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタにおいて、コンデンサを構成するビアホール電極の径を変化させた場合の周波数特性の変化を示す図。
【図９】 第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１０】 第２の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１１】 第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１２】 第３の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１３】 第４の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１４】 第４の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１５】 参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１６】 参考例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１７】 第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの要部を示す模式的平面図。
【図１８】 第５の実施例のデュアルモード・バンドパスフィルタの周波数特性を示す図。
【図１９】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２０】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２１】 本発明のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の変形例の要部を示す模式的平面図。
【図２２】 本発明にしたがって構成されたデュプレクサが組み込まれた無線通信装置の実施例を説明するための概略ブロック図。
【図２３】 従来のデュアルモード・バンドパスフィルタを説明するための要部を示す模式的平面図。
【図２４】 従来のデュアルモード・バンドパスフィルタの他の例を示す模式的平面図。
【符号の説明】
１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２…誘電体基板
３…金属膜
４…グラウンド電極
５，６…入出力結合回路
７，８，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…ビアホール電極
９…対向電極膜
１１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１２…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１３…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１５…デュアルモード・バンドパスフィルタ
１６，１７…第１の容量取り出し電極
２１…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２３…金属膜
２４，２６，２８…デュアルモード・バンドパスフィルタ
２５，２７，２９…金属膜
３００…無線通信装置
ＤＰＸ…デュプレクサ
Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３のポート
ＢＰＦ１，ＢＰＦ２…第１，第２のバンドパスフィルタ
ＡＮＴ…アンテナ
ＲＸ…受信部
ＴＸ…送信部
Claims (7)
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形の金属膜と、
前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、
前記金属膜の対向する一対の辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、
前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタ。 - 誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方主面または誘電体基板内のある高さ位置において、部分的に形成された矩形以外の多角形の金属膜と、
前記金属膜と誘電体基板層を介して対向するように、前記誘電体基板内部または誘電体基板の主面に形成されたグラウンド電極と、
前記金属膜の隣接する辺にそれぞれ結合されている第１，第２の入出力結合回路と、
前記第１または第２の入出力結合回路から入力信号が印加された場合に生じる、前記第１，第２の入出力結合回路が前記金属膜に結合している点間を結ぶ方向に伝搬する第１の共振モードと、該第１の共振モードと直交する方向に伝搬する第２の共振モードとの２つの共振モードにおいて、第１または第２の共振モードの共振電界を弱めて該第１または第２の共振モードの共振周波数を変化させることにより、第１，第２の共振モードが結合されるように、前記金属膜に付加されている、少なくとも１個のコンデンサとを備え、該コンデンサが、前記金属膜と、該金属膜に対向配置されておりかつ前記グラウンド電極に接続されている容量取り出し電極とにより構成されていることを特徴とする、デュアルモード・バンドパスフィルタ。 - 前記容量取り出し電極が前記誘電体基板内に構成されており、該容量取り出し電極と前記金属膜との間の誘電体基板層により静電容量が取り出される、請求項１または２に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
- 前記容量取り出し電極がビアホール電極である、請求項３に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
- 前記容量取り出し電極が、前記ビアホール電極の先端に形成されており金属膜に対向するように誘電体基板内に設けられている対向電極膜をさらに備える、請求項４に記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタを少なくとも１つ有してなる、デュプレクサ。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のデュアルモード・バンドパスフィルタ、または、請求項６に記載のデュプレクサの少なくとも一方を有してなる、無線通信装置。
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