JP6340801B2 - ローパスフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタに関する。

携帯電話機などの移動体通信機器では、送信信号に対して高調波領域を減衰させるためにローパスフィルタがしばしば用いられる。
特許文献１の図１では、円筒状の地導体内にインピーダンスの異なる線路を挿入し、高インピーダンス線路部分とディスク状の低インピーダンス線路部分とを交互に配置し、ディスク状の低インピーダンス部分と地導体との隙間にリング状誘電体が挿入された構造が開示されている。また、特許文献１の図７では、誘電体基板上に電極パターンを形成した構造が開示されている。

特許文献２では、ケース上にディスクリートコンデンサを複数個配置し、さらに複数のコイルを接続することでローパスフィルタを構成する方法が開示されている。

さらに、特許文献３では、１つの誘電体ブロックに複数のコンデンサを形成し、隣接するコンデンサを複数のコイルで接続する方法が開示されている。

特開２０００−１５１２０７号公報 特開平４−２８７４０１号公報 特開平４−６８６０８号公報

近年、移動体通信機器は小型化、高性能化が求められており、同時に低コスト化も求められている。使用部品にも小型化や最適な設計による高性能化が求められ、さらには部品点数削減などによる低コスト化が求められている。しかしながら、特許文献１の図１の場合、インピーダンス線路を一直線で構成しているため、長さ方向の小型化に問題がある。また、リング状誘電体の形状ばらつきや作製難度、さらには組み立て精度の観点から、低コスト化においても問題がある。また、特許文献１の図７の場合、インピーダンス線路が基板上に構成され、部品点数低減による低コスト化は図れるが、線路が基板上に構成されているためＱ値が低く損失が大きいという問題がある。

特許文献２の場合、ケース上にディスクリートコンデンサを複数個配置し、さらに複数のコイルを接続しているので、部品点数が多く低コスト化に問題がある。

特許文献３の場合、複数のコンデンサが一つの誘電体基板で形成されているために、部品点数は低減されているが、コイルは依然複数個接続されている。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたもので、小型で損失の少ない、かつ部品点数が少なく安価なローパスフィルタを提供することを目的とする。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、前記線状導体は、前記誘電体基板の面に対して垂直な面又は前記誘電体基板の面に対して垂直な面から一定角度傾けた面でメアンダ状となり、且つ両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能となるように、折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、前記メアンダ状は、矩形波状、正弦波状、台形波状、逆台形波状のうちのいずれかであることを特徴とする、ローパスフィルタ、が提供される。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、前記線状導体は、両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能に折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、前記複数のパターン電極は一列に配置され、前記線状導体の前記パターン電極との接続部間に位置する部分は、前記複数のパターン電極の配列方向に対して左右交互に折り曲げられていることを特徴とする、ローパスフィルタ、が提供される。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、前記線状導体は、両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能に折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、前記複数のパターン電極は二列に配置され、前記線状導体は、第一列目のパターン電極と第二列目のパターン電極とに交互に接続されるように折り曲げられていることを特徴とする、ローパスフィルタ、が提供される。

本発明によれば、小型で損失の少ない、かつ部品点数が少なく安価なローパスフィルタを提供することができる。

本発明によるローパスフィルタの第１の実施形態を示す模式的斜視図である。 図１に示したローパスフィルタの側面図である。 図１に示したローパスフィルタの等価回路である。 本発明によるローパスフィルタの第２の実施形態を示す模式的斜視図である。 図４のローパスフィルタの内部構造を示す側面断面図である。 本発明によるローパスフィルタの第３の実施形態を示す模式的斜視図である。 第１の実施形態の線状導体の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明によるローパスフィルタの第１の実施形態を示す模式的斜視図である。図２は、図１に示したローパスフィルタの側面図である。図３は図１に示したローパスフィルタの等価回路である。

本実施形態では、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４と３つのコイルＬ１〜Ｌ３とを有する７段のローパスフィルタが構成されている。

４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４は、誘電体基板１１に一列に配置された４つのパターン電極１３及び４つのパターン電極１３と対向する接地導体（電極）１５を形成することで構成されており、誘電体基板１１は、長さＬ、幅Ｗ及び厚さＴの基本形状を持つ。誘電体基板１１の長さＬはたとえば約２２ｍｍであり、幅Ｗはたとえば約５ｍｍであり、厚さＴはたとえば約１ｍｍである。誘電体基板１１の材質としては、たとえばＭｇ_２ＳｉＯ_４を主成分とするフォルステライト系セラミックであって比誘電率ε_ｒが１０程度の誘電体セラミックスを使用することができる。なお、接地導体１５は電位が固定されていればよく、必ずしも接地されなくともよい。

誘電体基板１１の第１の面（上面側）には島状に４つのパターン電極１３が形成されており、両端のパターン電極１３から外部回路に接続されるための入出力端子１４が延出している。誘電体基板１１の第２の面（下面側）には接地導体１５が４つのパターン電極１３と対向するように形成されており、誘電体を挟んでそれぞれのパターン電極１３と接地導体１５が対向することでコンデンサＣ１〜Ｃ４を形成している。パターン電極１３及び接地導体１５は、たとえば銀電極が用いられる。コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量値はローパスフィルタの特性によって決められ、パターン電極の面積を変えることで容量値を変えることができる。コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量値は全て同じとすることもできるが、それぞれ異なるように設定することもできる。パターン電極１３の間隔は等間隔でなくともよく、パターン電極間の線状導体１２の長さを変えるために適宜設定することができる。

３つのコイルＬ１〜Ｌ３は、１本の線状導体１２で形成されている。線状導体１２は導線を用いることができ、たとえば直径０．５ｍｍの丸棒線材で、材質としては、たとえば銅系材料が用いられる。線状導体１２は、同一面でメアンダ（蛇行）状に折り曲げられている。ここで、本実施形態では、メアンダ状の一例として、矩形波状を取り上げているが、正弦波状、台形波状、又は逆台形波状等であってもよい。またパターン電極間の線状導体の形状は矩形波状の場合は「コ」の字状、台形波状の場合は台形状、逆台形波状の場合は逆台形状となっているが、形状は特に限定されず、半円状、又は半楕円状等の形状であってもよい。

線状導体１２の両端部は、入出力端子１４が延出されたパターン電極１３に接続されており、両端部と同一線上の２つの導体部分とが中央寄りの２つのパターン電極にそれぞれ接続されている。接続方法は、例えば半田によって接合されるが、導電性接着剤等を用いても良い。入出力端子１４は、それぞれ外部回路に接続され信号の受け渡しを行う。また、接地導体１５は、実装基板等に接地される。

以上の如く電極パターンと線状導体を４点で接続させることで、７段のローパスフィルタが構成される。

一本の線状導体１２は、それぞれのパターン電極と接続することで、３つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を形成する。このような構造にすることで部品点数が線状導体と誘電体基板とのわずかに２点となり、組み立て工数が低減でき、安価なローパスフィルタを提供することができる。また、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は誘電体基板１１から離れた構造になっているので、高Ｑ値を維持でき損失の少ないローパスフィルタが構成できる。さらに、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３が同一面状に形成されているため、幅Ｗを狭くすることができ小型化にも寄与する。長さＬ方向においても折り曲げた構造になっているため短くすることができる。

誘電体基板１１を含めたローパスフィルタの高さＨは、例えば６ｍｍである。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を構成する線状導体１２の高さは、インダクタンス量に合わせて適宜変更することができ、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３ごとに別々に高さを設定することができる。また、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の形状も別々に形成することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明によるローパスフィルタの第２の実施形態を示す模式的斜視図である。図５は、図４のローパスフィルタの内部構造を示す側面断面図である。

本実施形態において、図４の如くベース導体２３と金属筐体２１で構成された空間内にローパスフィルタを配置することで、電磁シールドを向上させることができる。ベース導体２３上にローパスフィルタを配置し誘電体基板の接地導体と接続する。金属筐体２１には、誘電体基板とほぼ同寸法（ＷｘＬ）の窪みが設けられており、ローパスフィルタの上部から金属筐体を被せ、ベース導体２３と電気的、機械的に接続する。金属筐体２１の窪みは、高さＨより深い構造になっており、コイルは金属筐体２１からある一定の距離で隔絶されている。接地電極とベース導体２３、或いはベース導体２３と金属筐体２１は、たとえば半田で接続されている。金属筐体２１には、同軸状のコネクタ２２が具備されており、コネクタ２２の中心導体２４と誘電体基板上の入出力端子が接続され外部回路に繋がっている。このような構造にすることで、電磁シールドが向上し、さらに減衰特性の良いローパスフィルタが提供される。

［第３の実施形態］
図６は、本発明によるローパスフィルタの第３の実施形態を示す模式的斜視図である。 本実施形態のローパスフィルタの構成は、図１のローパスフィルタのパターン電極の配列を二列とし、線状導体を二列のパターン電極に交互に接続したものである。図６では、誘電体基板は省略されている。

図６に示すように、パターン電極３２は第一列目のパターン電極と第二列目のパターン電極とからなり、線状導体３１は誘電体基板面の上方から見た場合に、矩形波状となるように、第一列目のパターン電極と第二列目のパターン電極とに交互に接続されている。両端のパターン電極３２から外部回路に接続されるための入出力端子３３が延出している。

線状導体３１は誘電体基板面の上方から見た場合に、台形波状、又は逆台形波状となるように形成されてもよい。

本実施形態のローパスフィルタは、第１の実施形態と比べて、幅Ｗは大きくなるが、長さＬを小さくすることができる。

本実施形態では、９段のローパスフィルタが形成されているが、第１の実施形態と同様に７段のローパスフィルタとする場合には、第１列目のパターン電極を２つ、第２列目のパターン電極を２つ設け、入出力端子を第１列目のパターン電極の一方の端部と第２列目の他方の端部とに設ければよい。

以上、本発明のローパスフィルタの各実施形態について説明したが、各実施形態において、以下に示すように、種々の形態が可能である。
・ローパスフィルタの段数は、本実施形態に限るものではなく、４段以上のローパスフィルタに本発明を適用することができる。
・誘電体基板はセラミックスに限らず樹脂系の基板でもよい。
・パターン電極は銀電極に限らず銅系のものでもよい。
・コイルの材質も銅に限らず導体であればよい。
・線状導体の断面形状は、丸に限らず矩形であってもよい。
・ベース導体は、金属板が用いられるが、電極を施した樹脂基板でもよい。
・金属筐体は箱型の切削加工品であるが、板金曲げ加工品でも良い。

また、第１の実施形態では、図１及び図２に示すように、線状導体１２は誘電体基板面に対して垂直な同一面でメアンダ（蛇行）状に折り曲げられているが、誘電体基板面に対して垂直な面から一定角度傾けた同一面でメアンダ（蛇行）状に折り曲げられてもよい。このようにすることで、第２の実施形態のように、ベース導体と金属筐体で構成された直方体の空間内にローパスフィルタを配置した場合に、線状導体が誘電体基板面に対して斜めに配置されるので、線状導体の長さを長くすることができる。

線状導体を、誘電体基板面に対して垂直な面から一定角度傾けた面で折り曲げる場合に、線状導体のパターン電極との接続部間に位置する部分を、パターン電極の配列方向に対して左右交互に折り曲げることも可能である。この構成は線状導体を逆台形波状に折り曲げる場合に特に有効である。

例えば、図７に示すように、線状導体を逆台形波状となるように形成し、且つ誘電体基板面の上方から見た場合に、線状導体のパターン電極との接続部間に位置する逆台形状部４１−１、４１−２を、パターン電極４２の配列方向に対して左右交互に折り曲げるように形成することができる。この構成は、逆台形状部４１−１、４１−２が重ならないように、上底の辺を長くとることができる利点がある。両端部のパターン電極４２には入出力端子４３が接続されている。

また、各実施形態では、島状の複数のパターン電極の両端にコンデンサが形成されて、７段又は９段のローパスフィルタを形成している。しかし、島状の複数のパターン電極の両端の一方にコンデンサを形成せずに、コンデンサが２個、コイルが２個の４段のローパスフィルタ、又はそれ以上の偶数段のローパスフィルタを形成してもよい。例えば、６段のローパスフィルタの場合は、図２に示す接地導体１５を、４つのパターン電極１３の両端の一方のパターン電極に対して対向させず、３つのパターン電極１３と対向するように形成すればよい。

本発明のローパスフィルタは、各種の計測機器、オーディオ機器、移動体通信，衛星通信用の通信機器等に用いることができる。

１１ 誘電体基板
１２、３１ 線状導体
１３、３２、４２ パターン電極
１４、３３、４３ 入出力端子
２１ 金属筐体
２２ コネクタ
２３ ベース導体
２４ 中心導体
４１−１、４１−２ 逆台形状部

Claims (7)

1. 複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、
   前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、
   前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、
   前記線状導体は、前記誘電体基板の面に対して垂直な面又は前記誘電体基板の面に対して垂直な面から一定角度傾けた面でメアンダ状となり、且つ両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能となるように、折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、
   前記メアンダ状は、矩形波状、正弦波状、台形波状、逆台形波状のうちのいずれかであることを特徴とする、ローパスフィルタ。
2. 前記複数のパターン電極は一列に配置され、前記線状導体の、前記両端部間の少なくとも１つの導体部分は、前記両端部と同一線上に位置す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. 複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、
   前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、
   前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、
   前記線状導体は、両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能に折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、
   前記複数のパターン電極は一列に配置され、前記線状導体の前記パターン電極との接続部間に位置する部分は、前記複数のパターン電極の配列方向に対して左右交互に折り曲げられていることを特徴とする、ローパスフィルタ。
4. 複数のコンデンサ及び複数のコイルから構成されるローパスフィルタであって、
   前記複数のコンデンサは、島状の複数のパターン電極が形成される第１の面、及び前記複数のパターン電極と対向するように電極が形成された第２面を有する誘電体基板で形成され、
   前記複数のコイルは、メアンダ状に折り曲げられた１本の線状導体で形成され、
   前記線状導体は、両端部と該両端部間の少なくとも１つの導体部分とが前記複数のパターン電極とそれぞれ接続可能に折り曲げられ、前記両端部と前記導体部分とが前記複数のパターン電極にそれぞれ接続され、
   前記複数のパターン電極は二列に配置され、前記線状導体は、第一列目のパターン電極と第二列目のパターン電極とに交互に接続されるように折り曲げられていることを特徴とする、ローパスフィルタ。
5. 前記メアンダ状は、矩形波状、正弦波状、台形波状、逆台形波状のうちのいずれかである請求項３又は４に記載のローパスフィルタ。
6. 前記線状導体の両端部が接続されている、前記コンデンサを形成する前記パターン電極からは、入出力端子が延出していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。
7. 前記コイルを形成する線状導体は、金属筐体内に位置し、前記金属筐体は、接地されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。