JPWO2019003723A1 - 積層バラン - Google Patents

Abstract

積層バランの通過帯域を維持しながら、減衰極の周波数を調整する。本発明に係る積層バラン（１００）は、第１端子（Ｐ１）と、第２端子（Ｐ２）と、第３端子（Ｐ３）と、第１インダクタ（Ｌ１１）と、第２インダクタ（Ｌ１３）と、開放線路導体（１７１）とを備える。第１インダクタ（Ｌ１１）は、第１端子（Ｐ１）と接地点（Ｇ４１〜Ｇ４３）との間に接続されている。第２インダクタ（Ｌ１３）は、第２端子（Ｐ２）と第３端子（Ｐ３）との間に接続され、第１インダクタ（Ｌ１１）と磁気結合する。開放線路導体（１７１）は、一方端（Ｔ７１）が開放端であるとともに、他方端（Ｔ７２）が第１端子（Ｐ１）と接地点（Ｇ４１，Ｇ４２）との間の信号路であるビア導体パターン（Ｖ６１）に接続されている。

Description

本発明は、複数の誘電体層が積層方向に積層された積層バランに関する。

従来から、複数の誘電体層が積層方向に積層された積層バランが知られている。たとえば、特開２０１１−１２４８８０号公報（特許文献１）には、積層バランスフィルタが開示されている。

特開２０１１−１２４８８０号公報

特許文献１に開示されている積層バランスフィルタにおいては、使用周波数帯域（通過帯域）より高い周波数帯域で、信号の減衰量が極大となる減衰極が発生している。

減衰極の周波数を調整することにより、積層バランの周波数特性を積層バランの用途により適合させることができる場合がある。減衰極の周波数は、積層バランに含まれるインダクタのインダクタンスあるいはキャパシタのキャパシタンスを変更することによって調整することが可能である。

積層バランに含まれるインダクタのインダクタンスあるいはキャパシタのキャパシタンスは、積層バランの通過帯域が所望の周波数帯域となるように調整されている。これらを変更すると積層バランの通過帯域が所望の周波数帯域から乖離し得る。積層バランの通過帯域を維持しながら減衰極の周波数を調整することは困難である場合が多い。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は積層バランの通過帯域を維持しながら、減衰極の周波数を調整することである。

本発明に係る積層バランにおいては、複数の誘電体層が積層方向に積層されている。積層バランは、第１〜第３端子と、第１および第２インダクタと、開放線路導体とを備える。第１インダクタは、第１端子と接地点との間に接続されている。第２インダクタは、第２端子と第３端子との間に接続され、第１インダクタと磁気結合する。開放線路導体は、一方端が開放端であるとともに、他方端が第１端子と接地点との間の信号路に接続されている。

本発明に係る積層バランにおいて、開放線路導体により、通過帯域より高い周波数帯域における減衰極の周波数が変化する。また、開放線路導体は、一方端が開放端であるため、開放線路導体のインダクタンス成分が第１インダクタのインダクタンスよりも小さい。開放線路導体の自己共振周波数が積層バランの共振周波数よりも高いため、開路線路導体は積層バランの通過帯域の信号にほとんど影響を与えない。

本発明に係る積層バランによれば、通過帯域を維持しながら、減衰極の周波数を調整することができる。

実施の形態に係る積層バランの外観斜視図である。 図１の積層バランの積層構造の一例を示す分解斜視図である。 比較例に係る積層バランの積層構造の一例を示す分解斜視図である。 図２の積層バランの挿入損失、および図３の積層バランの挿入損失を併せて示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る積層バラン１００の外観斜視図である。図１に示されるように、積層バラン１００はたとえば直方体状である。積層バラン１００は、複数の誘電体層が積層方向（Ｚ軸方向）に積層された積層体である。Ｚ軸方向に垂直な面を底面ＢＦおよび上面ＵＦとする。積層方向に平行な面のうちＺＸ平面と平行な面を側面Ｆ３１およびＦ３３とする。積層方向に平行な面のうちＹＺ平面と平行な面を側面Ｆ３２およびＦ３４とする。端子Ｐ１、Ｐ２、および接地端子Ｇ４３は、上面ＵＦ、側面Ｆ３３、および底面ＢＦに亘って形成されている。接地端子Ｇ４１，Ｇ４２および端子Ｐ３は、上面ＵＦ、側面Ｆ３１、および底面ＢＦに亘って形成されている。上面ＵＦには、積層バラン１００の実装方向を識別するための方向識別マークＤＭが形成されている。底面ＢＦは、不図示の基板に接続される。

端子Ｐ１は、不平衡信号用の端子である。端子Ｐ１は、たとえば不図示のアンテナに接続される。端子Ｐ２，Ｐ３の各々は、平衡信号用の端子である。端子Ｐ２，Ｐ３は、たとえば不図示のＲＦ回路に接続される。端子Ｐ２から出力される信号の位相と端子Ｐ３から出力される信号の位相との差は１８０度である。端子Ｐ２に入力される信号の位相と端子Ｐ３に入力される信号の位相との差は１８０度である。

図２は、図１の積層バラン１００の積層構造の一例を示す分解斜視図である。図２に示されるように、誘電体層１１０は、底面ＢＦを含む。誘電体層１１０には、キャパシタ導体パターン１１１が形成されている。キャパシタ導体パターン１１１は、接地端子Ｇ４１，Ｇ４２に接続されている。誘電体層１２０には、キャパシタ導体パターン１２１が形成されている。キャパシタ導体パターン１１１，１２１は、キャパシタＣ２１を形成している。

誘電体層１２０と１６０との間には、誘電体層１３０，１４０，１５０が配置されている。誘電体層１６０には、インダクタ導体パターン１６１が形成されている。インダクタ導体パターン１６１は、端子Ｐ１に接続されている。インダクタ導体パターン１６１は、インダクタＬ１１を形成している。インダクタ導体パターン１６１は、ビア導体パターンＶ６１によってキャパシタ導体パターン１２１に接続されている。

誘電体層１７０には、開放線路導体パターン１７１が形成されている。開放線路導体パターン１７１の一方端Ｔ７１は、開放端である。開放線路導体パターン１７１の他方端Ｔ７２は、ビア導体パターンＶ６１によってインダクタ導体パターン１６１に接続されている。

誘電体層１７０と１８０との間には、誘電体層１７２が配置されている。誘電体層１８０には、インダクタ導体パターン１８１が形成されている。インダクタ導体パターン１８１は、接地端子Ｇ４１に接続されている。インダクタ導体パターン１８１は、インダクタＬ１２を形成している。インダクタ導体パターン１８１は、ビア導体パターンＶ６１によって開放線路導体パターン１７１の他方端Ｔ７２に接続されている。

開放線路導体パターン１７１の他方端Ｔ７２は、端子Ｐ１と接地端子Ｇ４１との間の信号路であるビア導体パターンＶ６１に接続されている。インダクタ導体パターン１６１，１８１、および開放線路導体パターン１７１は、積層方向に伸びる軸ＷＡを巻回するように形成されている。開放線路導体パターン１７１は、軸ＷＡを巻回するように形成されることにより、インダクタンス成分が高められている。開放線路導体パターン１７１は、積層方向においてインダクタ導体パターン１６１，１８１と対向している。開放線路導体パターン１７１は、インダクタ導体パターン１６１，１８１との間で容量を形成している。

誘電体層１９０には、インダクタ導体パターン１９１が形成されている。インダクタ導体パターン１９１は、端子Ｐ２に接続されている。誘電体層２００には、インダクタ導体パターン２０１が形成されている。インダクタ導体パターン２０１は、ビア導体パターンＶ６２によってインダクタ導体パターン１９１に接続されている。誘電体層２１０には、インダクタ導体パターン２１１が形成されている。インダクタ導体パターン２１１は、端子Ｐ３に接続されている。インダクタ導体パターン２１１は、ビア導体パターンＶ６３によってインダクタ導体パターン２０１に接続されている。インダクタ導体パターン１９１，２０１，２１１は、インダクタＬ１３を形成している。

誘電体層２１０と２４０との間には、誘電体層２２０，２３０が配置されている。誘電体層２４０には、キャパシタ導体パターン２４１が形成されている。キャパシタ導体パターン２４１は、ビア導体パターンＶ６４によってインダクタ導体パターン２０１に接続されている。誘電体層２５０には、キャパシタ導体パターン２５１，２５２が形成されている。キャパシタ導体パターン２５１は、接地端子Ｇ４１に接続されている。キャパシタ導体パターン２４１，２５１は、キャパシタＣ２２を形成している。キャパシタ導体パターン２５２は、端子Ｐ２に接続されている。

誘電体層２６０には、キャパシタ導体パターン２６１が形成されている。キャパシタ導体パターン２６１は、端子Ｐ３に接続されている。誘電体層２７０には、キャパシタ導体パターン２７１が形成されている。キャパシタ導体パターン２７１は、端子Ｐ２に接続されている。キャパシタ導体パターン２５２，２６１，２７１は、キャパシタＣ２３を形成している。誘電体層２８０は、上面ＵＦを含む。

インダクタＬ１１およびＬ１２は、端子Ｐ１と接地点（接地端子Ｇ４１，Ｇ４２）との間で直列に接続されている。キャパシタＣ２１は、端子Ｐ１と接地点との間でインダクタＬ１１と直列に接続されている。キャパシタＣ２１は、インダクタＬ１１と接地点との間でインダクタＬ１２と並列に接続されている。インダクタＬ１２とキャパシタＣ２１とは、ＬＣ並列共振器を形成している。当該ＬＣ並列共振器の共振周波数は、周波数ｆ９１である。

インダクタＬ１１とキャパシタＣ２１とは、ローパスフィルタを形成している。当該ローパスフィルタは、通過帯域の信号の高調波を低減する。或る信号の高調波とは、当該信号の周波数の整数倍の周波数の信号である。高調波の発生源としては、端子Ｐ１に接続される不図示のアンテナ、あるいは端子Ｐ２，Ｐ３が接続される不図示のＲＦ回路を挙げることができる。

インダクタＬ１３は、端子Ｐ２とＰ３との間に接続されている。インダクタＬ１３は、インダクタＬ１１およびＬ１２と磁気結合する。キャパシタＣ２２は、インダクタＬ１３の両端部の間の中間部分と接地点（接地端子Ｇ４１）との間に接続されている。キャパシタＣ２３は、端子Ｐ２とＰ３との間でインダクタＬ１３と並列に接続されている。インダクタＬ１３とキャパシタＣ２３とは、ＬＣ並列共振器を形成している。当該ＬＣ共振器の共振周波数は、周波数ｆ９２である。周波数ｆ９２は、周波数ｆ９１にほぼ等しい。

積層バラン１００の通過帯域は、周波数ｆ９１，ｆ９２を含む。端子Ｐ１に入力された通過帯域の不平衡信号は、インダクタＬ１１およびＬ１２から磁気結合を介してインダクタＬ１３へ伝達される。インダクタＬ１３の両端部からそれぞれ出力される信号の位相差は、１８０度である。端子Ｐ２およびＰ３から通過帯域の平衡信号が出力される。

端子Ｐ２およびＰ３に入力された通過帯域の平衡信号は、インダクタＬ１３の両端部へ入力され、インダクタＬ１３から磁気結合を介して、不平衡信号としてインダクタＬ１１およびＬ１２へ伝達される。当該不平衡信号は、端子Ｐ１から出力される。

積層バラン１００においては、インダクタＬ１２が形成されているインダクタ層（誘電体層１８０）は、開放線路導体パターン１７１が形成されている導体層（誘電体層１７０）とインダクタＬ１３が形成されているインダクタ層（誘電体層１９０〜２１０）との間に配置されている。積層バラン１００においては、積層方向において、ＬＣ並列共振器のインダクタＬ１２は、開放線路導体パターン１７１よりも、平衡信号用の端子Ｐ２，Ｐ３に接続されたインダクタＬ１３に近い。

図３は、比較例に係る積層バラン９００の積層構造の一例を示す分解斜視図である。図３に示される積層バラン９００の積層構造は、図２に示される積層バラン１００の積層構造から誘電体層１７０が除かれた構造である。それ以外の構造は同様であるため、説明を繰り返さない。

積層バラン９００においては、通過帯域より高い周波数帯域で、信号の減衰量が極大となる減衰極が発生する。減衰極の周波数を調整することにより、積層バラン９００の周波数特性を積層バラン９００の用途により適合させることができる場合がある。たとえば、通過帯域の中心周波数の高調波成分を減衰させる目的、あるいは使用用途以外の信号の周波数を減衰させる目的で減衰極が設けられる場合がある。減衰極の周波数は、積層バラン９００に含まれるインダクタＬ１１〜Ｌ１３のインダクタンスあるいはキャパシタＣ２１〜Ｃ２３のキャパシタンスを変更することによって調整することが可能である。

インダクタＬ１１〜Ｌ１３のインダクタンスあるいはキャパシタＣ２１〜Ｃ２３のキャパシタンスは、積層バラン９００の通過帯域が所望の周波数帯域となるように調整されている。これらを変更すると積層バラン９００の通過帯域が所望の周波数帯域から乖離し得る。

実施の形態に係る積層バラン１００においては、誘電体層１７０において開放線路導体パターン１７１が形成されている。開放線路導体パターン１７１により、積層バラン１００の減衰極の周波数が変化する。また、一方端Ｔ７１が開放端であるため、開放線路導体パターン１７１のインダクタンス成分はインダクタＬ１２のインダクタンスより小さい。開放線路導体パターン１７１の自己共振周波数は、積層バラン１００の共振周波数よりも高いため、開放線路導体パターン１７１は積層バラン１００の通過帯域の信号にほとんど影響を与えない。

さらに、積層バラン１００においては、開放線路導体パターン１７１がインダクタＬ１１の巻回軸である軸ＷＡを巻回するように形成されているため、インダクタタンス成分が積極的に形成される。また、開放線路導体パターン１７１は、積層方向においてインダクタＬ１１，Ｌ１２と対向しているため、キャパシタンス成分も積極的に形成される。開放線路導体パターン１７１が有するインダクタンス成分およびキャパシタンス成分により、積層バラン１００の減衰極の周波数をより大きく変化させることができる。

図４は、図２の積層バラン１００の挿入損失ＩＬ８１、および図３の積層バラン９００の挿入損失ＩＬ８２を併せて示す図である。図４において縦軸の減衰量（ｄＢ）はマイナスの値として示されている。減衰量の絶対値が大きいほど挿入損失は大きい。挿入損失とは、電子部品の或る端子に入力された信号のうち、電子部品の他の端子に伝達された信号の割合を示す指標である。挿入損失が大きい程、電子部品に入力された信号のうち当該電子部品の内部で失われた信号の割合が大きいことを意味する。

挿入損失ＩＬ８１は、端子Ｐ１に入力された信号のうち、端子Ｐ２に伝達された信号の割合を示している。端子Ｐ１に入力された信号のうち、端子Ｐ３に伝達された信号の割合も挿入損失ＩＬ８１と同様の変化の態様を示す。挿入損失ＩＬ８２に関しても同様である。

図４に示される周波数帯において、挿入損失ＩＬ８１，ＩＬ８２は、いずれも周波数ｆ９１（ｆ９２）付近で最小となる。また、挿入損失ＩＬ８１，ＩＬ８２は、いずれも周波数ｆ９３（＞ｆ９１）付近で極大となっている。これは、周波数ｆ９３付近の高調波が、インダクタＬ１１およびキャパシタＣ２１によって形成されるローパスフィルタ、および磁気結合を介して行なわれる不平衡信号と平衡信号との変換によって減衰されているためである。挿入損失ＩＬ８１，ＩＬ８２は、周波数ｆ９４までは、ほぼ同様の変化の態様を示している。

挿入損失ＩＬ８１は、周波数ｆ９５（＞ｆ９４）付近で極大となっている。挿入損失ＩＬ８２は、周波数ｆ９６（＞ｆ９５）付近で極大となっている。積層バラン１００においては、開放線路導体パターン１７１の作用により、減衰極が生じる周波数が積層バラン９００よりも低くなるように調整されている。

なお、積層バラン９００における減衰極の周波数ｆ９６は、積層バラン９００の寄生インダクタンスおよび寄生容量に依存している場合が多い。開放線路導体パターン１７１の有するインダクタンス成分および容量成分は、それぞれ積層バラン１００の寄生インダクタンス成分および寄生容量成分よりも大きい場合がほとんどである。そのため、積層バラン１００の減衰極の周波数ｆ９５は、積層バラン９００の減衰極の周波数ｆ９６よりも低くなることが多い。すなわち、ほとんどの場合において、開放線路導体パターン１７１によって減衰極の周波数を低くすることができる。

以上、実施の形態に係る積層バランによれば、通過帯域を維持しながら、減衰極の周波数を調整することができる。さらに、実施の形態に係る積層バランによれば、減衰極の周波数をより大きく調整することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００，９００ 積層バラン、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１６０Ａ，１７０，１７２，１８０，１８０Ａ，１９０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０ 誘電体層、１１１，１２１，２４１，２５１，２５２，２６１，２７１ キャパシタ導体パターン、１６１，１８１，１９１，２０１，２１１ インダクタ導体パターン、１７１ 開放線路導体パターン、Ｃ２１〜Ｃ２３ キャパシタ、ＤＭ 方向識別マーク、Ｇ４１〜Ｇ４３ 接地端子、Ｌ１１〜Ｌ１３ インダクタ、Ｐ１〜Ｐ３ 端子、Ｖ６１〜Ｖ６４ ビア導体パターン。

Claims (4)

1. 複数の誘電体層が積層方向に積層された積層バランであって、
   不平衡信号用の第１端子と、
   平衡信号用の第２および第３端子と、
   前記第１端子と接地点との間に接続された第１インダクタと、
   前記第２端子と前記第３端子との間に接続され、前記第１インダクタと磁気結合する第２インダクタと、
   一方端が開放端であるとともに、他方端が前記第１端子と前記接地点との間の信号路に接続された開放線路導体とを備える、積層バラン。
2. 前記第１インダクタおよび前記開放線路導体は、前記積層方向に伸びる特定軸を巻回するように形成され、
   前記開放線路導体は、前記積層方向において前記第１インダクタと対向している、請求項１に記載の積層バラン。
3. 前記第１インダクタと並列に接続された第１キャパシタと、
   前記第２インダクタと並列に接続された第２キャパシタとをさらに備える、請求項１または２に記載の積層バラン。
4. 前記複数の誘電体層は、
   前記第１インダクタが形成された第１インダクタ層と、
   前記第２インダクタが形成された第２インダクタ層と、
   前記開放線路導体が形成された導体層とを含み、
   前記導体層は、前記第１インダクタ層と前記第２インダクタ層との間に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層バラン。

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