JP4628991B2

JP4628991B2 - 分布定数型フィルタ装置

Info

Publication number: JP4628991B2
Application number: JP2006131700A
Authority: JP
Inventors: 英樹岩田; 政宏柳; 茂美倉島; 誉嗣柚場; 雅博金子; 由利子瀬川; 隆有田
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: US8164400B2; US20070262832A1; JP2007306233A

Description

本発明は分布定数型フィルタ装置に係り、特に、ＵＷＢ（ultra-wide band）を利用する平面アンテナ装置に適用される分布定数型フィルタ装置に関する。

図１（Ａ），（Ｂ）は分布定数型フィルタ装置の一つである従来のリングフィルタ装置１０を示す。このリングフィルタ装置１０は、エポキシ樹脂製の基板１１の上面１１ａに、オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２を有し、下面１１ｂの全面にグランドパターン１５を有する構成である。

オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２は、リング部１３とオープンスタブ部１４とからなる。リング部１３は、λ／２の長さの第１の伝送線路１３ａと、λ／４の長さの二つの第２の伝送線路１３ｂ、１３ｃとよりなる。λは周波数ｆ０の波長である。第１の伝送線路１３ａの特性インピーダンスはＺ１、第２の伝送線路１３ｂ（１３ｃ）の特性インピーダンスはＺ２、オープンスタブ部１４の特性インピーダンスはＺ３である。

このリングフィルタ装置１０は、図２に示すような通過特性を有し、二つの減衰極周波数ｆ１，ｆ２を有する。Ａは二つの減衰極周波数ｆ１，ｆ２の間の周波数帯域である。

減衰極周波数ｆ１，ｆ２は、第１の伝送線路１３ａの特性インピーダンスＺ１、第２の伝送線路１３ｂ（１３ｃ）の特性インピーダンスＺ２、オープンスタブ部１４の特性インピーダンスＺ３の比で決定される。

オープンスタブ部１４の特性インピーダンスＺ３を低くすると、上記の周波数帯域Ａが広くなり、特性インピーダンスＺ３を高くすると、周波数帯域Ａが狭くなる。

リングフィルタ装置１０としては、上記の周波数帯域Ａを異ならしめた複数の種類のものがラインナップされて商品化される。よって、リングフィルタ装置１０では、商品に応じて、オープンスタブ部１４の特性インピーダンスＺ３が１０Ω〜１００Ωの範囲で適宜設定されるようになっており、リングフィルタ装置１０は、オープンスタブ部１４が所定の特性インピーダンスＺ３となるように設計されて製造される。
特開２００５−２９５３１６号公報

従来のリングフィルタ装置１０では、特性インピーダンスＺ１、Ｚ２，Ｚ３は、基板１１の材料であるエポキシ樹脂の比誘電率（εｒ０）、基板１１の厚さ等によって決定される。

特に、特性インピーダンスＺ３についてみる。前記の周波数帯域Ａを広くするべく、特性インピーダンスＺ３を例えば１０Ωと低くした場合には、オープンスタブ部１４の幅Ｗが例えば２０ｍｍ程度と異常に広くなってしまう。逆に、周波数帯域Ａを狭くするべく、特性インピーダンスＺ３を例えば１００Ωと高くした場合には、オープンスタブ部１４の幅Ｗが例えば０．１ｍｍ程度と異常に狭くなってしまう。

このため、オープンスタブ部１４を適度の幅Ｗで形成するには、オープンスタブ部１４の特性インピーダンスＺ３を設定出来る範囲が１０〜１００Ωの範囲よりも狭くなってしまっており、リングフィルタ装置１０の設計の自由度が制限されていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされた分布定数型フィルタ装置を提供することを目的とする。

本発明は、誘電体製の基板の上面にフィルタパターンを有し、該基板の下面にグランドパターンを有する構成の分布定数型フィルタにおいて、
前記基板を、そのうちの一部に、前記基板の材料とは比誘電率が相違する材料で形成された異種材料部分を有する構成とし、
前記フィルタパターンを、前記異種材料部分に形成した構成とし、
前記フィルタパターンは、リング部と、該リング部と接続してあるオープンスタブ部とからなる構成であり、
前記オープンスタブ部を、前記異種材料部分に形成した構成としたことを特徴とする。

フィルタパターンの寸法については異種材料の比誘電率に応じて決めることが可能となり、製造し易い寸法とすることが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図３（Ａ），（Ｂ）は分布定数型フィルタ装置の一つである本発明の実施例１になるリングフィルタ装置１０Ａを示す。各図中、図１（Ａ），（Ｂ）に示す構成部分と対応する構成部分には同じ符号を付す。

このリングフィルタ装置１０Ａは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すリングフィルタ装置１０とは、誘電体製の基板１１Ａの構成が相違する。リングフィルタ装置１０Ａは、基板１１Ａの上面１１Ａａに、銅箔製のオープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２Ａを有し、下面１１Ａｂの全面に銅箔製のグランドパターン１５を有する構成である。

このリングフィルタ装置１０Ａは、周波数帯域Ａを狭くするべく、オープンスタブ部１４Ａの特性インピーダンスＺ３を例えば１００Ωと高く設定して設計したものである。

基板１１Ａは、誘電体であるエポキシ樹脂（比誘電率（εｒ０））製であり、符号２０で示す部分、即ち、オープンスタブ部１４Ａが形成される部分は、誘電体であるフッ素樹脂製である。異種材料部分であるフッ素樹脂部分２０の上面に、オープンスタブ部１４Ａが形成してある。フッ素樹脂の比誘電率（εｒ１）は、エポキシ樹脂の比誘電率（εｒ０）よりも低い。εｒ１<εｒ０である。

図３（Ｃ）は基板全体がエポキシ樹脂である場合であって、オープンスタブ部１４ａの特性インピーダンスＺ３を１００Ωに設定して設計した例を示す。オープンスタブ部１４ａは、幅Ｗ１が例えば０．１ｍｍ程度と狭くなっている。

しかし、本実施例では、εｒ１<εｒ０であるため、オープンスタブ部１４Ａは、図３（Ａ）に示すように、幅Ｗ２が、例えば数ｍｍと広くなって、製造し易い適度な広さを有している。

上記の基板１１Ａは、射出成形でもって製造する場合には、二色成形でもって製造する。即ち、最初に、エポキシ樹脂を送り出して、図４（Ａ）に示すように、一部を開口３１としたエポキシ樹脂製の基板本体３０を成形し、続いて、フッ素樹脂を送り出して、開口３１を埋めて、フッ素樹脂部分２０を形成することによって、基板１１Ａが製造される。

また、基板１１Ａは、複数のプリプレグを積層してプリント配線基板を製造する工程と同じ工程でもって、製造することも可能である。即ち、図４（Ｂ）に示すように、開口４１−１（４１−２、４１−３）が形成されたプリプレグ４０−１（４０−２、４０−３）を用意し、この開口４１−１（４１−２、４１−３）を符号４２−１（４２−２、４２−３）で示すようにフッ素樹脂で埋め、この状態のプリプレグを積層することによって、基板１１Ａが製造される。

図５（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例２になるリングフィルタ装置１０Ｂを示す。各図中、図１（Ａ），（Ｂ）に示す構成部分と対応する構成部分には同じ符号を付す。

このリングフィルタ装置１０Ｂは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すリングフィルタ装置１０とは、誘電体製の基板１１Ｂの構成が相違する。リングフィルタ装置１０Ｂは、基板１１Ｂの上面１１Ｂａに、オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２Ｂを有し、下面１１Ｂｂの全面にグランドパターン１５を有する構成である。

このリングフィルタ装置１０Ｂは、周波数帯域Ａを広くするべく、オープンスタブ部１４Ｂの特性インピーダンスＺ３を例えば１０Ωと低く設定して設計したものである。

基板１１Ｂは、エポキシ樹脂（比誘電率（εｒ０））製であり、符号５０で示す部分、即ち、オープンスタブ部１４Ｂが形成される部分は、誘電体であるＰＰＯ製である。オープンスタブ部１４Ｂは、異種材料部分であるＰＰＯ部分５０の上面に形成してある。ＰＰＯ樹脂の比誘電率（εｒ１）は、エポキシ樹脂の比誘電率（εｒ０）よりも高い。εｒ２>εｒ０である。ＰＰＯは、ポリフェニレンオキサイドである。

図５（Ｃ）は基板全体がエポキシ樹脂である場合であって、オープンスタブ部１４ｂの特性インピーダンスＺ３を１０Ωに設定して設計した例を示す。オープンスタブ部１４ｂは、幅Ｗ３が例えば２０ｍｍ程度と異常に広くなっている。

しかし、本実施例では、εｒ２>εｒ０であるため、オープンスタブ部１４Ｂは、図５（Ａ）に示すように、幅Ｗ４が、例えば数ｍｍと狭くなって、製造し易い適度な広さとなる。

図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例３になるリングフィルタ装置１０Ｃを示す。各図中、図１（Ａ），（Ｂ）に示す構成部分と対応する構成部分には同じ符号を付す。

このリングフィルタ装置１０Ｃは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すリングフィルタ装置１０とは、誘電体製の基板１１Ｃの構成が相違する。リングフィルタ装置１０Ｃは、基板１１Ｃの上面１１Ｃａに、オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２を有し、下面１１Ｃｂの全面にグランドパターン１５を有する構成である。オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２はリング部１３とオープンスタブ部１４とよりなる。

基板１１Ｃは、特殊なプリプレグを積層してなるものであり、周囲の部分を除いては、ガラスクロスを有しない構成である。即ち、基板１１Ｃは、ガラスクロス無し部分６０を有する構成である。ガラスクロス無し部分６０は四角形である。６１はガラスクロス有り部分であり、周囲の部分を占める。なお、プリプレグは、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものである。

この基板１１Ｃは、図７に示すように、ガラスクロスを除去した部分を有する特殊なプリプレグ７０−１（７０−２、７０−３）を形成し、これを積層することによって製造される。７１−１（７１−２、７１−３）はガラスクロスであり、７２−１（７２−２、７２−３）は、ガラスクロスを有していず、エポキシ樹脂のみからなる部分である。この部分７２−１（７２−２、７２−３）が積層されて、上記のガラスクロス無し部分６０が形成される。

このガラスクロス無し部分６０に、リング部１３とオープンスタブ部１４とが形成してある。

ここで、ガラスクロスは、基板１１Ｃの誘電率及び誘電損失をばらつかせる原因、基板１１Ｃの誘電損失を増加させる原因、及び、表面に凹凸を形成する原因となっている。

ガラスクロス無し部分６０は、エポキシ樹脂のみからなる構成であり、ガラスクロスの影響を受けず、誘電率は安定しており、誘電損失は低く、表面は平面度が良い。

ガラスクロス無し部分６０がその誘電率が安定しており且つ誘電損失が低いことによって、リングフィルタ装置１０Ｃは、設計値により近い所望の通過特性を有する。

また、ガラスクロス無し部分６０は、表面の平面度が良いため、銅箔製のリング部１３及びオープンスタブ部１４は、その表面の平面度が良好に形成され、表面を流れる電流の損失が、表面の平面度が良好でない場合に比較して、低減され、このことによっても、リングフィルタ装置１０Ｃは、設計値に近い所望の通過特性を有する。

なお、上記の誘電体製の基板１１Ｃに代えて、コンポジットエポキシ基板を使用して、リングフィルタ装置を製造することも可能である。コンポジットエポキシ基板の表面の平面度が良いため、表面を流れる電流の損失が少なく、よって、リングフィルタ装置は、設計値により近い所望の通過特性を有する。

図８（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例４になるリングフィルタ装置１０Ｄを示す。各図中、図１（Ａ），（Ｂ）に示す構成部分と対応する構成部分には同じ符号を付す。

このリングフィルタ装置１０Ｄは、基板１１Ｄの上面に、オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２Ｄを有し、下面の全面にグランドパターン１５を有する構成である。オープンスタブ付きリングフィルタエレメント１２Ｄはリング部１３Ｄとオープンスタブ部１４Ｄとよりなる。オープンスタブ部１４Ｄはリング部１３Ｄの内側に突き出て形成してある。基板１１Ｄのうち、オープンスタブ部１４Ｄに対応する部分は、フッ素樹脂領域２０Ｄとなっている。

このリングフィルタ装置１０Ｄは、オープンスタブ部１４Ｄの幅を適度な寸法にすることができると共に、オープンスタブ部がリング部より外側に張り出ているものに比較して、小さいサイズとなる。

図９は本発明の実施例５になるＵＷＢ平面アンテナ装置８０を示す。ＵＷＢ平面アンテナ装置８０は、エポキシ樹脂製の基板８１の上面８１ａに、ホームベース形状のアンテナエレメントパターン８２及びオープンスタブ付きリングフィルタエレメント８３を有し、基板８１の下面８１ｂに、グランドパターン８６を有する構成である。

オープンスタブ付きリングフィルタエレメント８３は、リング部８４とオープンスタブ部８５とよりなる。

基板８１の一部はフッ素樹脂領域９０としてある。オープンスタブ部８５は、フッ素樹脂領域９０の上面に形成してあり、製造し易い適度な幅寸法を有し、ＵＷＢ平面アンテナ装置８０は従来に比較して設計の自由度が高まる。

図１０は本発明の実施例６になるＵＷＢ平面アンテナ装置１００を示す。図１１はこのＵＷＢ平面アンテナ装置１００を分解して示す。

このＵＷＢ平面アンテナ装置１００は、平面アンテナ本体１１０の上面に、リングフィルタ装置１０Ｅが実装してある構成である。

平面アンテナ本体１１０は、図１１に示すように、誘電体製の基板１１１の上面１１１ａに、アンテナエレメントパターン１１２と、線路１１３，１１４とが形成してあり、基板１１１の下面１１１ｂに、四角形状のグランドパターン１１５が形成してある構成である。線路１１３は、アンテナエレメントパターン１１２の突部（給電点）１１２ａから延びている。

リングフィルタ装置１０Ｅは、図３に示すリングフィルタ装置１０Ａと略同じであり、図３に示す構成部分と対応する構成部分には同じ符号を付す。リングフィルタ装置１０Ｅは、図１１に示すように、線路１６，１７が裏面まで延びている構成である。

リングフィルタ装置１０Ｅは、線路１１３と線路１１４との間の箇所に、線路１６が線路１１３に接続され且つ線路１７が線路１１４に接続されて、実装してある。

図１２は本発明の実施例７になるエッジカップルドフィルタ装置１２０を示す。

基板１２１は、特殊なプリプレグを積層してなるものであり、周囲の部分１２２を除いては、ガラスクロスを有しない構成である。即ち、基板１２１は、ガラスクロス無し部分１２３を有する構成である。

基板１２１の上面には、マイクロストリップライン１３１，１３２，１３３，１３４が一部重なりつつ平行に形成してあり、基板１２１の下面には、その全面に、グランドパターン１２５が形成してある。

マイクロストリップライン１３１とマイクロストリップライン１３２、マイクロストリップライン１３２とマイクロストリップライン１３３、マイクロストリップライン１３３とマイクロストリップライン１３４との結合の度合が、距離、重なり等によって制御されており、所望の周波数特性を得ている。

ここで、マイクロストリップライン１３１，１３２，１３３，１３４は、ガラスクロス無し部分１１３に形成してある。

ガラスクロス無し部分１２３は、その誘電率が安定しており且つ誘電損失が低いことによって、エッジカップルドフィルタ装置１１０は、設計値により近い所望の通過特性を有する。

また、ガラスクロス無し部分１２３は、表面の平面度が良いため、銅箔製のストリップライン１３１，１３２，１３３，１３４は、その表面の平面度が良好に形成され、表面を流れる電流の損失が、表面の平面度が良好でない場合に比較して、低減され、このことによっても、エッジカップルドフィルタ装置１２０は、設計値により近い所望の通過特性を有する。

従来のリングフィルタ装置を示す図である。図１のリングフィルタ装置の通過特性図である。本発明の実施例１になるリングフィルタ装置を示す図である。図３中の基板の製造方法を示す図である。本発明の実施例２になるリングフィルタ装置を示す図である。本発明の実施例３になるリングフィルタ装置を示す図である。図６中の基板の製造方法を示す図である。本発明の実施例４になるリングフィルタ装置を示す図である。本発明の実施例５になるＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。本発明の実施例６になるＵＷＢ平面アンテナ装置を示す図である。図１０のＵＷＢ平面アンテナ装置を分解して示す図である。本発明の実施例７になるエッジカップルドフィルタ装置を示す図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｅリングフィルタ装置
１１Ａ〜１１Ｄ、８１，１１１基板
１２Ａ、１２Ｂ、８３オープンスタブ付きリングフィルタエレメント
１３Ａ〜１３Ｄ、８４リング部
１４Ａ〜１４Ｄ、８５オープンスタブ部
１５、１２５グランドパターン
２０、９０フッ素樹脂部分
５０ＰＰＯ部分
６０、１２３ガラスクロス無し部分
６１、１２２ガラスクロス有り部分
８０、１００ＵＷＢ平面アンテナ装置
８２アンテナエレメントパターン
１１０平面アンテナ本体
１２０エッジカップルドフィルタ装置
１３１〜１３４マイクロストリップライン

Claims

誘電体製の基板の上面にフィルタパターンを有し、該基板の下面にグランドパターンを有する構成の分布定数型フィルタにおいて、
前記基板を、そのうちの一部に、前記基板の材料とは比誘電率が相違する材料で形成された異種材料部分を有する構成とし、
前記フィルタパターンは、リング部と、該リング部と接続してあるオープンスタブ部とからなる構成であり、
前記オープンスタブ部を、前記異種材料部分に形成した構成としたことを特徴とする分布定数型フィルタ。
誘電体製の基板の上面に、アンテナエレメントパターンとフィルタパターンとを有し、前記基板の下面にグランドパターンとを有する構成の平面アンテナ装置において、
前記基板を、そのうちの一部に、前記基板の材料とは比誘電率が相違する材料で形成された異種材料部分を有する構成とし、
前記フィルタパターンは、リング部と、該リング部と接続してあるオープンスタブ部とからなる構成であり、
前記オープンスタブ部を、前記異種材料部分に形成した構成としたことを特徴とする平面アンテナ装置。