CN101606276A - 微带线滤波器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够精细地设定感应性耦合的多个谐振器的特性的微带线滤波器。微带线滤波器(1)具备：接地电极(5)、主面线路(2A～2E)、公共电极(3A、3B)、侧面短路电极(4A、4B)和输入输出电极(7A、7B)。接地电极(5)被设置在矩形平板状的电介质基板(10)的下面。主面线路(2A～2E)被设置在电介质基板的上面，分别构成谐振器的一部分。公共电极(3A、3B)使主面线路(2A～2C)相互导通。侧面短路电极(4A、4B)使借助公共电极(3A、3B)相互导通的主面线路(2A～2C)的一组，分别经由电介质基板(10)的同一侧面与接地电极(5)导通。输入输出电极(7A、7B)与主面线路(2D、2E)构成的谐振器耦合。

Description

微带线滤波器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在电介质基板上设置有带状线(strip line)的微带线滤波器(microstripline filter)、及其制造方法。
背景技术
将构成1/4波长谐振器的带状线的开放端朝向一个方向配置，使相邻的谐振器之间梳状线耦合的微带线滤波器已被普及。在这样的梳状线型微带线滤波器中，设置有将多个谐振线路的短路端侧连接的公共电极，使谐振器之间感应性耦合(例如参照专利文献1及2)。
专利文献1的微带线滤波器具备相对带状线垂直延伸的公共电极。所有的带状线的一端公共地连接在公共电极上。公共电极的两端在与带状线平行的两侧面与接地电极连接。
图1是将专利文献2作为参考的微带线滤波器的构成例。在微带线滤波器101中，带状线102A～102C的一端公共连接在公共电极103上。而且，公共电极103上还连接着短路电极104。短路电极104与带状线102A～102C平行延伸，和接地电极105连接。
专利文献1：特开昭56-105902号公报
专利文献2：特开2006-270508号公报
在以往的滤波器中，各谐振器的谐振频率与谐振器之间的耦合系数的设定，通过带状线的线路长度、线路宽度、相邻的带状线之间的间隔、公共电极的线路宽度、短路电极的线路宽度等的调整来进行。但是，即使对它们的电极形状进行调整，因电极形状的限制，也不一定能够实现所希望的谐振频率以及谐振器之间的耦合系数，从而无法得到希望的频率特性。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，提供一种提高各谐振器的谐振频率以及谐振器之间的耦合系数的设定自由度，可以精细地调整谐振器的谐振频率以及谐振器之间的耦合系数的微带线滤波器、和其制造方法。
本发明的微带线滤波器具备：接地电极、多个主面线路、公共电极、多个短路电极和输入输出电极。接地电极被设置在矩形平板状的电介质基板的下面。多个主面线路被设置在电介质基板的上面，分别构成谐振器的一部分。公共电极使几个主面线路相互导通。多个短路电极使借助公共电极导通并构成组的主面线路，分别经由电介质基板的同一侧面与接地电极导通。输入输出电极与任意的谐振器耦合。
在这样的构成中，可以通过各短路电极的线路宽度、公共电极与短路电极的连接位置、相邻的短路电极的配置间隔等，与一组公共电极连接的多个短路电极的电极图案，调整与该公共电极连接的主面线路构成的谐振器特性、耦合度。由此，能够以高的自由度设定这些谐振器各自的谐振频率、相邻的谐振器之间的耦合系数等。由于因该短路电极的形状变更而引起的谐振频率、耦合系数的变化，比公共电极、主面线路的形状变更所引起的变化小，所以，能够精细地调整谐振器的谐振频率、谐振器之间的耦合系数。
各短路电极可以在公共电极的将相邻的两个主面线路之间连接的部分一个一个单独地设置。而且，公共电极可以与三个主面线路和两个短路电极连接。
根据这样的构成，在相邻的三个主面线路构成的三个谐振器中，各谐振器之间的耦合度由两个短路电极的配置决定。
通过调整由公共电极导通的多个短路电极，来制造微带线滤波器，能够量产对谐振器的谐振频率、谐振器之间的耦合系数进行了精细调整的微带线滤波器。
根据本发明，可以通过与同一公共电极连接的多个短路电极的电极图案，决定梳状线耦合的多个谐振器的谐振频率、耦合系数，能够精细地设定耦合系数。由于能够和与公共电极连接的多个主面线路独立地进行短路电极的设定，所以，频率特性的设定及电极图案的设计变得容易。
附图说明
图1是表示微带线滤波器的现有例子的图。
图2是表示微带线滤波器的构成例的立体图。
图3是表示该微带线滤波器的频率特性例的曲线图。
图4是表示该微带线滤波器的制造工序例的流程图。
图5是表示该微带线滤波器的其他构成例的立体图。
图中：1-微带线滤波器，2A～2E-主面线路，3A、3B-公共电极，4A～4D-侧面短路电极，5-接地电极，6A、6B-侧面引出电极，7A、7B-输入输出电极，8A、8B-引出电极，10-电介质基板，60-玻璃层，61-耦合用电极。
具体实施方式
下面，对微带线滤波器的构成例进行说明。
这里所表示的微带线滤波器是带通式滤波器。该滤波器被利用于3GHz～5GHz频带的UWB(Ultra Wide Band)通信。
图2(A)是构成微带线滤波器的电介质基板的上面侧立体图，图2(B)是电介质基板的下面侧立体图。
微带线滤波器1具备电介质基板10和玻璃层(未图示)。其中，玻璃层层叠在电介质基板10的上面，用于提高微带线滤波器的环境耐性。
基板10是由氧化钛等构成、相对介电常数约为111的小型长方体状的陶瓷烧结基板。基板10的组成及尺寸可以考虑频率特性等来适当设定。
在基板10的上面，形成有由主面线路2A～2E、公共电极3A、3B和引出电极8A、8B构成的上面电极图案。上面电极图案由厚度约为6μm以上的银电极形成。上面电极图案通过在基板10上涂敷感光性银膏，利用光刻工艺形成图案并烧制而成。
在基板10的正面，形成有由侧面短路电极4A～4D构成的侧面电极图案。而在基板10的背面，形成有由侧面引出电极6A、6B构成的侧面电极图案。这些侧面电极图案是厚度约为12μm以上的银电极。这些侧面电极图案通过在基板10的正面及背面利用丝网掩模或金属掩模涂敷非感光性的银膏，并烧制而成。
基板10的下面是该微带线滤波器1的安装面，形成有由接地电极5和输入输出电极7A、7B构成的下面电极图案。输入输出电极7A、7B与接地电极5分开形成。输入输出电极7A、7B在将该微带线滤波器1安装到安装基板时，与高频信号输入输出端子连接。接地电极5是谐振器的接地面，与安装基板的接地电极连接。下面电极图案是厚度约为12μm的银电极。下面电极图案通过在基板10的下面利用丝网掩模或金属掩模涂敷非感光性的银膏，并烧制而成。
其中，由于侧面电极图案的电极厚度比上面电极图案的电极厚度厚，所以，在一般发生电流集中的接地端侧的部位使电流分散，降低了导体损耗。根据该构成，该微带线滤波器成为插入损失小的元件。
在上面电极图案中，主面线路2A～2E从基板10的正面与上面的交界向基板10的背面方向延伸设置，且前端被开放。而且，主面线路2A～2E与下面电极图案的接地电极5对置。因此，它们构成相互梳状线耦合的5级谐振器。
引出电极8A设置在基板10的背面侧，一端与基板10上面的主面线路2D连接，另一端与基板10背面的侧面引出电极6A连接。其中，侧面引出电极6A与基板10下面的输入输出电极7A连接。由此，引出电极8A借助侧面引出电极6A，使输入输出电极7A与主面线路2D所构成的谐振器进行抽头耦合(tap-coupling)。
主面线路2D的一端与基板10上面的引出电极8A连接，另一端与基板10正面的侧面短路电极4C连接。其中，侧面短路电极4C与基板10下面的接地电极5连接。由此，主面线路2D借助侧面短路电极4C与接地电极5导通，构成输入级(或输出级)的1/4波长谐振器。
主面线路2B的一端在基板10上面的背面侧开放，另一端在基板10上面的正面侧与公共电极3A连接。其中，公共电极3A与基板10正面的侧面短路电极4A连接，侧面短路电极4A与基板10下面的接地电极5连接。由此，主面线路2B借助侧面短路电极4A与接地电极5导通，构成第二级的1/4波长谐振器。
对于主面线路2D而言，其线路宽度的中心与侧面短路电极4C的线路宽度的中心错开。另外，对于主面线路2B而言，其线路宽度的中心与侧面短路电极4A的线路宽度的中心错开。而且，主面线路2D与主面线路2B接近，侧面短路电极4C与侧面短路电极4A远离。因此，主面线路2D所构成的输入级(或输出级)的谐振器、与主面线路2B所构成的第二级谐振器电容性耦合。通过该电容性耦合，第一个低频侧衰减极在微带线滤波器1的频率特性中的低频带侧下降。
对于主面线路2A而言，一端在基板10上面的背面侧开放，另一端在基板10上面的正面侧与公共电极3A及公共线路3B连接。其中，公共电极3A与基板10正面的侧面短路电极4A连接，公共电极3B与基板10正面的侧面短路电极4B连接，侧面短路电极4A及侧面短路电极4B与基板10下面的接地电极5连接。由此，主面线路2A隔着电介质基板10与接地电极5对置，并且借助侧面短路电极4A及侧面短路电极4B与接地电极5导通，构成第三级的1/4波长谐振器。
主面线路2B与主面线路2A在短路端侧通过公共电极3A导通。在考虑该相邻的谐振器之间的耦合的情况下，需要考虑在谐振器之间的中央存在电壁那样的奇(odd)模式、和在谐振器之间的中央存在磁壁那样的偶(even)模式下的谐振频率之差。通过公共电极3A，使得各主面线路中的奇(odd)模式的谐振频率比偶(even)模式的谐振频率低。由此，偶(even)模式的谐振频率比奇(odd)模式的谐振频率小，可得到更强的感应性耦合。通过该感应性耦合，在微带线滤波器1的频率特性中的高频带侧，第一个高频侧衰减极下降。
对于主面线路2C而言，一端在基板10上面的背面侧开放，另一端在基板10上面的正面侧与公共电极3B连接。其中，公共电极3B与基板10正面的侧面短路电极4B连接，侧面短路电极4B与基板10下面的接地电极5连接。由此，主面线路2C借助侧面短路电极4B与接地电极5导通，构成第四级的1/4波长谐振器。
主面线路2C与主面线路2A在短路端侧通过公共电极3B导通。在考虑该相邻的谐振器之间的耦合的情况下，需要考虑在谐振器之间的中央存在电壁那样的奇(odd)模式、和在谐振器之间的中央存在磁壁那样的偶even)模式下的谐振频率之差。通过公共电极3B，使得各主面线路中的奇(odd)模式的谐振频率比偶(even)模式的谐振频率低。由此，偶(even)模式的谐振频率比奇(odd)模式的谐振频率小，可得到更强的感应性耦合。通过该感应性耦合，在微带线滤波器1的频率特性中的高频带侧，第二个高频侧衰减极下降。
对于主面线路2E而言，一端与基板10上面的引出电极8B连接，另一端与基板10正面的侧面短路电极4D连接。其中，侧面短路电极4D与基板10下面的接地电极5连接。由此，主面线路2E借助侧面短路电极4D与接地电极5导通，构成输出级(或输入级)的1/4波长谐振器。
对于主面线路2E而言，其线路宽度的中心与侧面短路电极4D的线路宽度的中心错开。另外，对于主面线路2C而言，其线路宽度的中心与侧面短路电极4B的线路宽度的中心错开。而且，主面线路2E与主面线路2C接近，侧面短路电极4B与侧面短路电极4D远离。因此，主面线路2E构成的输出级(或输入级)的谐振器、与主面线路2C构成的第四级的谐振器构成电容性耦合。通过该电容性耦合，使得第二个低频侧衰减极在微带线滤波器1的频率特性中的低频带侧下降。
引出电极8B被设置在基板10的背面侧，一端与基板10上面的主面线路2E连接，另一端与基板10背面的侧面引出电极6B连接。其中，侧面引出电极6B与基板10下面的输入输出电极7B连接。由此，引出电极8B借助侧面引出电极6B将输入输出电极7B与主面线路2E构成的谐振器抽头耦合。
根据以上所示的构造，微带线滤波器1构成具备5级谐振器的滤波器。该微带线滤波器1是带通式滤波器，具有通频带的低频侧的两个衰减极和高频侧的两个衰减极。
图3表示该该微带线滤波器1的频率特性。这里，表示了使通频带的低频侧的两个衰减极的频率一致、且使高频侧的两个衰减极的频率一致的特性例。图中所示的虚线表示微带线滤波器1的S11特性。图中所示的实线表示微带线滤波器1的S21特性。
如果着眼于微带线滤波器1的S21特性，则微带线滤波器1在约3168MHz～约4752MHz，实现了衰减量约为-1.5dB的通频带。而且，衰减极位于通频带的低频侧的约2400MHz～约2500MHz附近，衰减量约为-39dB。衰减极位于通频带的高频侧的约5150MHz～约5350MHz附近，衰减量约为-27dB以下。
由于该微带线滤波器1相对三个主面线路2A～2C具备两个侧面短路电极4A、4B，所以，侧面短路电极4A、4B的配置间隔、侧面短路电极4A、4B各自的线路宽度、侧面短路电极4A、4B分别与公共电极3A、3B的连接位置等，会对主面线路2A～2C之间的耦合系数和谐振频率造成影响。
具体而言，基于侧面短路电极4A、4B的配置间隔增加，主面线路2A、2B构成的谐振器之间的耦合系数、和主面线路2A、2C构成的谐振器之间的耦合系数增大。而且，主面线路2A～2C各自构成的谐振器的谐振频率增高。另一方面，基于侧面短路电极4A、4B的配置间隔缩小，主面线路2A、2B构成的谐振器之间的耦合系数、和主面线路2A、2C构成的谐振器之间的耦合系数减小。并且，主面线路2A～2C各自构成的谐振器的谐振频率降低。
另外，基于侧面短路电极4A、4B的线路宽度增加，主面线路2A、2B构成的谐振器之间的耦合系数、和主面线路2A、2C构成的谐振器之间的耦合系数增大。而且，主面线路2A～2C各自构成的谐振器的谐振频率增高。另一方面，基于侧面短路电极4A、4B的线路宽度缩小，主面线路2A、2B构成的谐振器之间的耦合系数、和主面线路2A、2C构成的谐振器之间的耦合系数减小。并且，主面线路2A～2C各自构成的谐振器的谐振频率降低。
因此，基于侧面短路电极4A、4B的电极图案的设定，通过公共电极3A、3B而相互导通的主面线路2A～2C由于可以调整主面线路2A～2C间的耦合系数与谐振频率，与因为公共电极或主面线路的形状的变更而引起的耦合系数或谐振频率的变化相比影响小，所以，可以精确地调整谐振器的谐振频率以及谐振器之间的耦合系数。
接着，对微带线滤波器1的制造方法进行说明。
图4是表示微带线滤波器1的制造方法的流程图。
在微带线滤波器1的制造工序中，
(S1)首先，准备在任何面上都没有形成电极的电介质母基板。
(S2)接着，对于母基板在下面侧丝网印刷导电体膏，并经过干燥、烧成而形成接地电极及输入输出电极。
(S3)然后，对于母基板在上面侧印刷感光性导电体膏，经过烦躁、曝光、显影的光刻工艺、和烧成，形成主面电极图案。
(S4)接着，在母基板的上面侧印刷玻璃膏，经过烧成而形成玻璃层。
(S5)然后，通过切割等从如上述那样构成的母基板切分出多个电介质基板。并在切分之后，对一部分的电介质基板的上面电极图案进行电特性的预备测定。
(S6)接着，从切分后的多个电介质基板选出一个或少数，进行侧面短路电极的试验形成，并选择能够得到所希望的滤波特性的最佳侧面短路电极的电极图案。
(S7)选择通过对所选出的电介质基板试验形成侧面短路电极而得到所希望的滤波特性的电极图案，然后，针对同一基板批次的多个电介质基板，以最佳的间隙尺寸印刷导电体膏，并经过烧成形成侧面短路电极。
通过以上的制造方法，在电介质基板的上面形成了主面电极图案之后，通过在侧面形成侧面短路电极，可以调整滤波特性，从而能够可靠地得到所希望的滤波特性。
其中，在S6所述的试验形成中，首先在侧面短路电极的间隙部分也形成电极，对滤波特性进行测定，并一边通过切削等逐渐增大间隙部分的宽度一边测定滤波特性，来选择能够得到所希望的滤波特性的间隔尺寸，在接下来的正式形成的步骤中，只要以上述选择的间隙尺寸形成侧面短路电极即可。
另外，由于在电介质基板10的上面设置的上面电极图案，因其形状精度会对微带线滤波器的频率特性造成大的影响，所以，这里通过光刻工艺改善了电极精度之后形成上面电极图案。
接着，对微带线滤波器的其他构成例进行说明。图5是微带线滤波器的立体图。微带线滤波器51是与上述的微带线滤波器1大致相同的构成，其不同点在于，在玻璃层60的上面还具备耦合用电极61A、61B。在以下的说明中，针对与微带线滤波器1大致相同的构成赋予相同的符号，并省略详细的说明。
耦合用电极61A形成为与构成输入级(或输出级)的谐振器的主面电极2D、和构成第二级的谐振器的主面电极2B隔着玻璃层60对置。耦合用电极61A的设置目的在于，增强输入级(输出级)的谐振器及第二级的谐振器之间的电容性耦合。另外，耦合用电极61B形成为与构成输出级(或输入级)的谐振器的主面电极2E、和构成第四级的谐振器的主面电极2C隔着玻璃层60对置。耦合用电极61B的设置目的在于，增强输出级(输入级)的谐振器及第四级的谐振器之间的电容性耦合。
也可以这样构成微带线滤波器。
另外，作为上述的微带线滤波器1，例示了在电介质基板10的背面侧没有设置侧面引出电极6A、6B以外的侧面电极的构成，但也可以设置其他的侧面电极。例如，可以按照与电介质基板10的正面侧的侧面短路电极4A～4D叠合的方式，在电介质基板10的背面形成侧面电极。如果形成这样的侧面电极，则在各侧面电极的印刷时，不需要区别电介质基板10的正面和背面，即使电介质基板的朝向不完全一致，也能够印刷各侧面电极。因此，能够使印刷工序简易化。
另外，上述实施方式中的主面线路、侧面电极的配置位置、形状与制品规格对应，可以是与制品规格对应的任意配置位置、形状。本发明也可以在上述构成之外应用，能够在多种滤波元件的图案形状中采用。而且，还可以对该滤波元件配置其他的构成(高频电路)。

Claims (5)

1、一种微带线滤波器，其特征在于，具备：
设置在矩形平板状的电介质基板下面的接地电极；
设置在所述电介质基板的上面，分别构成谐振器的一部分的多个主面线路；
使几个所述主面线路相互导通的公共电极；
使借助所述公共电极导通并构成组的所述主面线路，分别经由所述电介质基板的同一侧面与所述接地电极导通的多个短路电极；和
与任意的所述谐振器耦合的输入输出电极。
2、根据权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，
各短路电极在所述公共电极的将相邻的两个主面线路之间连接的部分一个一个单独地设置。
3、根据权利要求2所述的微带线滤波器，其特征在于，
所述公共电极与三个主面线路和两个短路电极连接。
4、一种微带线滤波器的制造方法，用于制造权利要求1～3中任意一项所述的微带线滤波器，其特征在于，具备：
分割步骤，将在上主面形成了所述多个主面线路及所述公共电极、在背主面形成了所述接地电极及所述输入输出电极的平板状电介质母基板，分割成多个电介质基板；和
侧面电极形成步骤，在通过所述分割步骤而分割出的所述电介质基板的侧面，从所述公共电极到所述接地电极印刷导电体膏，并对其进行干燥、烧成，形成所述多个短路电极。
5、根据权利要求4所述的微带线滤波器的制造方法，其特征在于，
所述侧面电极形成步骤是针对从通过所述分割步骤而分割出的多个电介质基板中选出的电介质基板，使所述多个短路电极之间的间隙尺寸最佳化，然后，以所述最佳化的间隙尺寸对所述多个电介质基板的全部形成所述短路电极的步骤。
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