JP4432119B2 - バンドパスフィルター - Google Patents

Description

本発明はバンドパスフィルターに関する。さらに詳しくは、小型化されしかも特性が向上したバンドパスフィルターに関する。

従来より、通信手段においては、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数帯域の電波が使用されている。例えば、携帯電話には８００ＭＨｚ（０．８ＧＨｚ）帯または１．５ＧＨｚ帯、ＰＨＳには１．９ＧＨｚ帯、高速道路のＥＴＣ（料金自動収受）装置には５．８ＧＨｚ帯、無線ＬＡＮには２．４ＧＨｚ帯または５．２ＧＨｚ帯、そしてＤＲＳＣ（狭帯域通信）には５．８ＧＨｚ帯というような帯域配分である。

これらの周波数帯域の電波は、いずれも自動車の運行に関連して利用されるか、またはその可能性が高いものであるから、同一のアンテナで受信し、デジタル処理をしてひとまとめに利用しようとの計画がなされている。そのような場合、またそれぞれの周波数帯域の電波を単独に使用する場合、高調波や反射波がもたらすノイズをカットしてデータを処理するためには、それぞれの帯域における所定の帯域幅の信号だけを通過させ、それ以外の信号をカットするバンドパスフィルターが必要となる。

かかる要請に応えるべく、本出願人は、軟磁性物質の粉末をゴムまたはプラスチックのマトリクス中に分散させた電磁波シールド材を種々開発し、実用に供している。

また、本発明者の一人は、既に、この電磁波吸収シールド材を利用したローパスフィルターを提案（特開２００２−１７１１０４号公報）するとともに、前記ローパスフィルターに関する知見を利用して、数百ＭＨｚ〜十数ＧＨｚの周波数帯域で使用するＧＨｚ帯用バンドパスフィルターを提案（特開２００４−２２２０８６号公報）している。

図４に、前記提案にかかるＧＨｚ帯用バンドパスフィルターの一例を示す。

前記提案にかかるＧＨｚ帯用バンドパスフィルター１００は、図４に示すように、シート１０１の表面に、導体のストリップからなり、直列方向に走る入力信号ライン１０２および出力信号ライン１０３を、間隙をおいて配置し、両ライン１０２，１０３の相対向する端部をチップコンデンサ１０５を介して接続し、前記シート１０１裏面にＧＮＤライン１０４を設けてなるものである。

しかしながら、前記提案にかかるＧＨｚ帯用バンドパスフィルターは小型化するのが困難であるという問題がある。

なお、前記提案にかかるＧＨｚ帯用バンドパスフィルター１００を小型化するには、波長を圧縮するように誘電体基板であるシート１０１に複素比誘電率の高いセラミック基板を用いればよいが、シート１０１に高誘電率のセラミック基板を用いるとＧＮＤライン１０４との電磁波のつながりが妨げられ、充分な遮蔽効果が得られないため、立上り、立下り特性が悪くなるという別の問題が生ずる。
特開２００４−２２２０８６号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、小型化されしかも特性が向上したバンドパスフィルターを提供することを目的としている。

本発明のバンドパスフィルターは、第１および第２の基板と、入力ラインと、出力ラインと、接地層と、電波吸収層とを備えてなるバンドパスフィルターであって、
前記第１の基板は、チタン酸バリウム系のセラミック基板とされ、
前記第２の基板は、チタン酸バリウム系のセラミック基板とされ、
前記第１の基板の誘電率と前記第２の基板の誘電率との比は、約２対１とされ、
前記電波吸収層は、軟磁性金属粉末を合成樹脂のマトリックス中に分散させてシート状としてなるものとされ、
前記入力ラインが、前記第１の基板の一面に一端側から配設され、
前記出力ラインが、前記第１の基板の他面に他端側から前記入力ラインに所定長さの重ね部が形成されるようにして配設され、
前記第２の基板が、前記出力ラインを一面と前記第１の基板の他面との間に挟むようにして配設され、
前記接地層が、前記第２の基板の他面に形成され、
前記電波吸収層が、前記入力ラインを覆うようにして前記第１の基板の一面に形成されてなる
ことを特徴とする。

本発明のバンドパスフィルターによれば、ＧＨｚ帯用バンドパスフィルターの小型化が図られるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルターを図１に示す。

バンドパスフィルターＦは、図１に示すように、第１基板１と、第１基板１表面（図における上側面）に一側端から他側端に向けて配設された所定長さの帯状入力ライン２と、第１基板１裏面（図における下側面）に他側端から一側端に向けて入力ライン２と重なり合うようにして配設された所定長さの出力ライン３と、出力ライン３を第１基板１との間に挟むようにして出力ライン３の図における下側に配設された第２基板４と、第２基板４裏面に配設された接地層５と、第１基板１表面を覆うようにして配設された電波吸収層６とを備えてなるものとされる。

第１基板１は例えばセラミックからなる絶縁性基板とされ、その誘電率εｒ１は、３〜１０００の範囲とされる。ここで、セラミックとしては、チタン酸バリウム系材が好適に用いられる。

入力ライン２は導電性素材、例えば金（Ａｕ）からなるものとされる。そのサイズは使用される電波に応じて適宜調整される。その一例をあげれば、幅は０．０５ｍｍ、長さは３ｍｍ、厚さは１〜５μｍである。

出力ライン３は導電性素材、例えば金（Ａｕ）からなるものとされる。そのサイズは使用される電波に応じて適宜調整される。その一例をあげれば、幅は０．１ｍｍ、長さは２ｍｍ、厚さは１〜５μｍである。

入力ライン２と出力ライン３との重なり合う部分の長さ（以下、重ね長さという）Ｌは、透過させる電波の周波数に応じて適宜調整される。

より具体的には、重ね長さＬは、ノッチ周波数ｆｎとの関係式である下記式１に従って調整される。

ｆｎ＝Ｋ×（Ｃ_０／Ｌ） （１）
ただし、Ｋは、基板の金属粉末充填率、粉末粒径、材質、複素比誘電率等により決まる係数、Ｃ_０は光速、である。

ここで、波の速度ｖ、波長λおよび周波数ｆの一般的な関係式（ｖ＝λｆ；ここで、ｖ＝Ｃ_０）と前記式１（ただし、Ｋ＝１２０００とする）とから、例えば透過電波の周波数が６ＧＨｚであれば重ね長さＬは５ｃｍ、透過電波の周波数が３．０ＧＨｚであれば１０ｃｍとされる。

第２基板４は例えばセラミックからなる絶縁性基板とされ、その誘電率εｒ２は、１．５〜５００の範囲とされる。この第２基板４の誘電率εｒ２は、具体的には、前記範囲において、第１基板１の誘電率εｒ１との比が整数となるように調整される。つまり、第１基板１の誘電率εｒ１と第２基板４の誘電率εｒ２の比は整数比とされる。

より好ましくは、第１基板１の誘電率εｒ１が２００、第２基板４の誘電率εｒ２が１００、あるいは誘電率εｒ１が３００、第２基板４の誘電率εｒ２が１５０というように、εｒ１値とεｒ２値との比が約２対１となるように調整される。

これにより、第１基板１における１波長が第２基板４における約１／２波長と等しくなる。その結果、入力ライン２と出力ライン３とが整合し、その間の信号の乗り移りが容易となる。したがって、複素比誘電率の高い材料を基板１、２に用いた場合にも接地層５との電磁波のつながりが妨げられることなく、良好な立上り、立下り特性を達成することが可能となる。

つまり、第１基板１の誘電率εｒ１と第２基板４の誘電率εｒ２の比を整数比とすることによって、電磁波の電界が垂直方向に届き、波長圧縮が容易に達成される。すなわち、進行方向に対して、電界垂直、磁界水平となり、準ＴＥＭ波による伝送モードと等しくなる。これにより、素子内での無用のカップリングが防止される。

ここで、第２基板４に用いるセラミックとしては、チタン酸バリウム系材が好適に用いられる。

接地層５は例えば燐青銅板や金からなるものとされる。

電波吸収層６は軟磁性金属粉末を、液晶ポリマーのような合成樹脂のマトリックス中に分散させてシート状としてなるものとされる。電波吸収層６としては、例えば大同特殊鋼株式会社から提供されている電波吸収体ＤＰＲ（商品名）があげられる。

このように、本実施形態のバンドパスフィルターは、基板に高誘電率のセラミック基板を用いるとともに、その基板を二層とししかもグランド側に位置する第２基板の誘電率を、その上側に位置する第１基板の誘電率のほぼ半分としているので、バンドパスフィルターの小型化を図りながら、その特性の向上も図ることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１および比較例１〜２
図２に、実施形態のバンドパスフィルターＦの第１基板１の誘電率εｒ１を１９７、第２基板４の誘電率εｒ２を９０とした実施例１、従来の一般的な一層基板からなるバンドパスフィルターに高誘電率基板を用いた比較例１および実施形態のバンドパスフィルターＦと同様の二層構造であり且つ両基板１、４の複素比誘電率を同一とした比較例２のそれぞれの透過係数（２ポートネットワークにおけるＳパラメータのＳ２１）の周波数特性を対比して示す。なお、実施例１においては、比較例１および比較例２と条件を同一にするために、電波吸収層６を省略している。

比較例１では、通過域（約３．５〜６ＧＨｚの帯域）において比較的フラットな特性が得られているものの、立上り、立下り、特に立下りについて十分に急峻な特性が得られていない。つまり、望ましい立上り、立下りの特性が達成されない。

比較例２では、立上り、立下りは比較的急峻であるものの、通過域（約３〜５ＧＨｚの帯域）においてフラットな特性が得られていない。つまり、望ましい通過域特性が達成されない。

これに対して、実施例１では、立上り、立下り共に急峻な特性が得られているとともに、通過域（約３．５〜５ＧＨｚの帯域）においてフラットな特性が得られている。つまり、望ましい立上り、立下りの特性と、望ましい通過域特性とが達成されている。

実施例２
図３に、各基板１、４の誘電率が前記実施例１と同様に設定されかつ軟磁性金属粉末の含有量が５％（体積百分率）である電波吸収層６を備えるバンドパスフィルターＦ（実施例２）における透過係数の周波数特性を示す。

図３に示すように、実施例２においては、実施例１よりもさらに急峻な立上り、立下りの特性が得られている。したがって、電波吸収層６を設けることによって、さらに望ましいフィルター特性を達成し得ることが分かる。

本発明は、ＧＨｚ帯のバンドパスフィルターに適用できる。

本発明の一実施形態に係るバンドパスフィルターの概略図であって、同（ａ）は正面図を示し、同（ｂ）は正面図のＡ−Ａ線断面図である。 実施例および比較例の透過係数の周波数特性を示すグラフである。 別の実施例の透過係数の周波数特性を示すグラフである。 特開２００４−２２２０８６号公報に提案されているバンドパスフィルターの概略図である。

符号の説明

Ｆ バンドパスフィルター
１ 第１基板
２ 入力ライン
３ 出力ライン
４ 第２基板
５ 接地層
６ 電波吸収層

Claims (1)

1. 第１および第２の基板と、入力ラインと、出力ラインと、接地層と、電波吸収層とを備えてなるバンドパスフィルターであって、
   前記第１の基板は、チタン酸バリウム系のセラミック基板とされ、
   前記第２の基板は、チタン酸バリウム系のセラミック基板とされ、
   前記第１の基板の誘電率と前記第２の基板の誘電率との比は、約２対１とされ、
   前記電波吸収層は、軟磁性金属粉末を合成樹脂のマトリックス中に分散させてシート状としてなるものとされ、
   前記入力ラインが、前記第１の基板の一面に一端側から配設され、
   前記出力ラインが、前記第１の基板の他面に他端側から前記入力ラインに所定長さの重ね部が形成されるようにして配設され、
   前記第２の基板が、前記出力ラインを一面と前記第１の基板の他面との間に挟むようにして配設され、
   前記接地層が、前記第２の基板の他面に形成され、
   前記電波吸収層が、前記入力ラインを覆うようにして前記第１の基板の一面に形成されてなる
   ことを特徴とするバンドパスフィルター。

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