CN101842935A - 带状线滤波器 - Google Patents

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CN101842935A CN200980100840A CN200980100840A CN101842935A CN 101842935 A CN101842935 A CN 101842935A CN 200980100840 A CN200980100840 A CN 200980100840A CN 200980100840 A CN200980100840 A CN 200980100840A CN 101842935 A CN101842935 A CN 101842935A
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Abstract

带状线滤波器(1)具有接地电极(17)、输入输出电极(18A、18B)、上表面谐振线路(13A～13E)和侧面谐振线路(12A～12D)、侧面线路部(14A、14B)、连接电极部(15A、15B)和上表面线路部(16A、16B)。接地电极(17)仅设置在电介质基板(10)的下表面上。输入输出电极(18A、18B)在基板(10)的下表面远离接地电极(17)而设置。上表面谐振线路(13A～13E)设置在基板(10)的上表面上。侧面线路部(14A、14B)、连接电极部(15A、15B)和上表面线路部(16A、16B)，导通上述谐振线路(13A、13E)和输入输出电极(18A、18B)。上表面谐振线路(13A～13E)以比上表面谐振线路(13B、13D)窄的线路宽度进行设置。

Description

带状线滤波器
技术领域
本发明涉及一种在电介质基板上设置了带状线的带状线滤波器。
背景技术
在以高频使用非常宽的频带的UWB(超宽带)通信等通信系统所使用的滤波器中求出宽频带的滤波特性。滤波器的相对频带宽度依赖于谐振器间的电磁场耦合的强度和外部耦合的强度。因此，有时利用如下所述的宽频带滤波特性带状线滤波器：通过用电极直接将构成输入输出级的谐振器的谐振线路与输入输出电极之间连接使之进行抽头耦合，从而实现强的外部耦合，并使各谐振器进行交叉耦合(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1的图5中记载有如下特征：将三级谐振线路电极的开放端和短路端交替地配置，使之进行交叉耦合，将输入输出级的谐振线路电极和输入输出电极直接连接并使之进行抽头耦合。
专利文献1：日本特开平6-216605号公报
滤波器的相对频带宽度由于构成滤波器的谐振器之间的电磁场耦合而受到影响。因此以往在调整滤波器的相对频带宽度时，通过调整各谐振器间的配置间隔来调整电磁场耦合，将滤波器的相对频带宽度设定为所希望的宽度。此时，由于谐振器的配置间隔为电磁场耦合的设定变量，所以制约着滤波器的外形尺寸。由此，存在实现必要的滤波器的相对频带宽度但无法满足使之小型化等外形尺寸上的要求的情况。
因此，可考虑通过调整外部耦合的强度来将滤波器的相对频带宽度设定为所希望的宽度。滤波器的相对频带宽度是外部耦合越强则越宽，输入输出级的谐振器的特性阻抗越高则外部耦合就越强。因此，为了满足相对频带宽度的条件可以考虑调整特性阻抗，但是，特性阻抗的调整则会使通过特性和反射特性等滤波特性发生变化，往往不能得到期望的滤波特性。例如，缩小各个谐振线路的线路宽度提高特性阻抗，则会使谐振线路的电阻增大且滤波器的插入损失增大，也无法得到良好的通过特性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制对外形尺寸的制约和滤波特性的恶化，提高外部耦合的带状线滤波器。
本发明的带状线滤波器是具有包括输入输出级谐振器和中间级谐振器的三级以上多级谐振器的带状线滤波器，具有接地电极、输入输出电极、中间级谐振线路、输入输出级谐振线路和连接电极。接地电极仅设置在矩形平板状的电介质基板的下表面。输入输出电极，在上述电介质基板的下表面远离接地电极而设置。中间级谐振线路构成中间级的谐振器，被设置在上述电介质基板的上表面。输入输出级谐振线路，在电介质基板的上表面以比上述中间级谐振线路窄的线路宽度设置，构成上述输入输出级的谐振器。连接电极，使输入输出级谐振线路和输入输出电极导通。
输入输出级谐振线路的线路宽度越窄，则相应地以该程度抑制滤波器的外形尺寸所受到的制约，例如可使滤波器的小型化。然后，减小输入输出级谐振线路的线路宽度，与输入输出级谐振线路的线路宽度等于中间级谐振线路的情况相比，能够提高输入输出级谐振线路的特性阻抗，增强外部耦合。此时，输入输出级谐振线路的电阻变大，滤波器的插入损失也变大，但线路宽度对滤波器的插入损失带来的影响是中间级的谐振器越强，构成中间级的谐振器的线路的线路宽度增宽能够抑制滤波器的插入损失的增大。
优选使输入输出级谐振线路和与输入输出级谐振线路相邻的谐振线路之间的配置间隔比其他谐振线路之间的配置间隔宽。通过该构成，减弱输入输出级谐振线路所构成的谐振器与相邻的谐振器之间的电磁场耦合，以缩小滤波器的相对频带宽度的方式施加偏压。因此，能够抵消外部耦合增强所带来的滤波器的宽频带化的影响，并能够抑制滤波器的外形尺寸所受到的制约。即，为了与以往同样的频率特性等任意频率特性的实现，增加设计变量提高设计自由度。
优选连接电极具有：上表面线路部，其设置在电介质基板的上表面；侧面线路部，其按照在电介质基板的侧面通过侧面中央的方式进行设置，上表面线路部的线路宽度比侧面线路部的线路宽度窄。根据该构成，在该滤波器的SMD安装时，能够通过熔化的焊锡所带来的芯片的自对准效果防止安装不良，进而能够增大外部耦合并抑制滤波器的外形尺寸所受到的制约。
优选为三级以上的谐振器相互进行交叉耦合。在该构成中，谐振器间的电磁场耦合大、能够得到适于UWB通信等宽频带的频率特性。
上述电介质基板的上表面可以开放，也可以层叠有层叠电介质基板，还可以层叠有层叠玻璃层。
发明效果
根据本发明，能够抑制外形尺寸所受到的制约并抑制滤波特性的恶化，通过缩小输入级谐振线路的线路宽度就能够实现强的外部耦合。
附图说明
图1是第一实施方式的带状线滤波器的上表面侧的立体分解图。
图2是该带状线滤波器的下表面侧的立体图。
图3是对该带状线滤波器所具有的输入输出级的谐振线路的线路宽度和外部耦合之间的关系进行说明的图。
图4是说明本构成例和比较例之间的带状线滤波器的滤波特性的图。
图5是第二实施方式的带状线滤波器的电介质基板的仰视图。
附图标记说明：
1、51-带状线滤波器
2、3-层叠玻璃层
10-电介质基板
11A～11D-伪电极
12A～12D-侧面谐振线路
13A～13E-上表面谐振线路
14A、14B-侧面线路部
15A、15B-连接电极部
16A、16B-上表面线路部
17-接地电极
16A、16B-输入输出电极
21-孔
具体实施方式
以下，说明第一实施方式的带状线滤波器的构成例。
在此所示的带状线滤波器是带通型滤波器。该滤波器用于与4GHz以上的高频频带对应的UWB(Ultra Wide Band：超宽带)通信。
图1是该带状线滤波器的上表面侧的立体分解图。图2是该带状线滤波器的下表面侧的立体图。
带状线滤波器1具有矩形平板状的电介质基板10和层叠玻璃层2、3。在此，层叠玻璃层2、3厚度分别约为15μm。层叠玻璃层2、3层叠在电介质基板10的上表面，有助于带状线滤波器1的机械性保护、耐环境性的提高等。在层叠玻璃层2上设有作为标记的孔21，可识别到带状线滤波器1的朝向。需要说明的是，层叠玻璃层2、3不是必需的构成，也可以是不设置层叠玻璃层2、3而将电介质基板10的上表面开放的构成、或在电介质基板10的上表面层叠其他电介质基板并在其基板的上表面设置上表面接地电极的构成。
电介质基板10是由氧化钛等构成的相对介电常数约为111的小型长方体状的陶瓷烧结基板，基板10的组成以及尺寸参考频率特性、规格参数等来设定。
在基板10的上表面形成有上表面谐振线路13A～13E、上表面线路部16A、16B和连接电极部15A、15B。这些电极图案为厚度约5μm以上的银电极，其是对基板10涂敷感光性银膏，并通过光蚀刻工艺图案成形然后进行烧结而成的。通过使这些电极为感光性银电极，从而形成为可提高电极的形状精度并可用于UWB通信的带状线滤波器。
在图1中的基板10的右手前面(右侧面)形成有侧面谐振线路12A、12B和伪电极11A、11B。在与基板10的右手前面(右侧面)对置的左手后面，如图2所示形成有侧面谐振线路12C、12D和伪电极11C、11D。这些电极图案为厚度约12μm以上的银电极，是对基板10利用印网掩模或者金属掩模涂敷非感光性的银膏后进行烧结而成的。此外，在此基板10的右手前面(右侧面)的电极图案和左手后面(左侧面)的电极图案相互形成为叠合的形状，无需在这些电极图案的形成工序中控制基板10的朝向，但伪电极11A～11D不是必需的构成，也可以不设置。另外，通过变成使侧面电极图案的电极厚度比上表面电极图案的电极厚度厚，从而使通常产生电流集中的谐振器的接地端侧的部位上的电流分散，减少导体损失。
在图1中的基板10的左手前面(正面)形成有侧面线路部件14A。与基板10的左手前面(正面)对置的右手后面(背面)形成有侧面线路部14B(未图示)。这些电极图案是厚度约12μm以上的银电极，是对基板10利用印网掩模或者金属掩模涂敷非感光性的银膏后烧结而成的。此外，基板10的左手前面(正面)的电极图案和右手后面(背面)的电极图案通过各自的面的中央，形成为相互叠合。由此，无需在这些电极图案的形成工序中控制基板10的朝向，在芯片的SMD安装时通过焊锡带来的自对准效果从而使安装位置适当。
基板10的下表面为该带状线滤波器1的安装面，将接地电极17和输入输出电极18A、18B相互分离地形成。输入输出电极18A、18B远离接地电极17而形成。输入输出电极18A、18B在将该带状线滤波器1安装到安装基板上时，与高频信号输入输出端子连接。接地电极17为谐振器的接地面，与安装基板的接地电极连接。该下表面电极图案为厚度约12μm的银电极，是对基板10利用印网掩模或者金属掩模涂敷非感光性的银膏后烧结而成的。输入输出电极18A、18B设置在与左手前面(正面)或者右手后面(背面)和下表面之间的边界接触的位置。此外，通过增加该边界上的宽度，使之大于侧面线路部14A、14B，从而提高与侧面线路部14A、14B之间的连接性，且提高侧面线路部14A、14B和接地电极17之间的绝缘性。
而且，在电介质基板10的上表面，上表面谐振线路13A、13E在基板10的左手后面(左侧面)和上表面之间的边界处与侧面谐振线路12C、12D连接，经由侧面谐振线路12C、12D与下表面的接地电极17连接。另外，上表面谐振线路13A、13E从其边界向右手前面(右侧面)侧延伸设置，并开放前端。上表面谐振线路13B、13D在基板10的右手前面(右侧面)和上表面之间的边界处与侧面谐振线路12A、12B连接，经由侧面谐振线路12A、12B与下表面的接地电极17连接。另外，上表面谐振线路13B、13D从其边界弯曲向左手后面(左侧面)延伸，并开放前端。上表面谐振线路13C配置在基板10的中央，为右手前面(右侧面)侧打开了的C字形状的电极，其两端被开放。这些上表面谐振线路13A～13E与下表面的接地电极17对置，构成相互交叉耦合的5级的谐振器。
构成第一级的谐振器的上表面谐振线路13A和构成第五级的谐振器的上表面谐振线路13E为本发明的输入输出谐振线路，构成输入输出级的谐振器。此外，构成第二级至第四级的谐振器的上表面谐振线路13B～13D是本发明的中间级谐振线路，构成中间级的谐振器。
上表面谐振线路13A、13E经由上表面线路部16A、16B、连接电极部15A、15B和侧面线路部14A、14B与输入输出电极18A、18B连接。上表面线路部16A、16B连接于上表面谐振线路13A、13E和连接电极部15A、15B之间。连接电极部15A、15B形成于电介质基板10的上表面端部，与侧面线路部14A、14B和上表面线路部16A、16B连接。侧面线路部14A、14B与输入输出电极18A、18B连接。因此，上表面线路部16A、16B、连接电极部15A、15B和侧面线路部14A、14B构成抽头电极，将由上表面谐振线路13A、13E构成的谐振器与输入输出电极18A、18B直接连接使之进行抽头耦合。
在此，连接电极部15A、15B的宽度比满足侧面线路部14A、14B的电极形成误差的代表值和侧面线路部14A、14B的线路宽度的值宽。由此，侧面线路部14A、14B在整个长度上与连接电极部15A、15B可靠地连接。另外，上表面线路部16A、16B的线路宽度比侧面线路部14A、14B、连接电极部15A、15B窄，并通过缩小在上表面线路部16A、16B和接地电极17之间产生的电容来增强外部耦合。
在以上的构成中，通过交叉耦合实现强的电磁场耦合并通过抽头耦合实现强的外部耦合，而将带状线滤波器1制成适于UWB通信等的宽频带的滤波器。
在此，上表面谐振线路13A、13E各自的线路宽度比上表面谐振线路13B～13D的线路宽度窄。这样通过缩小构成输入输出级的谐振器的上表面谐振线路13A、13E的线路宽度，能够提高上表面谐振线路13A、13E的特性阻抗。滤波器的外部Q∶Qe与输入输出级谐振器的特性阻抗的倒数成正比，外部耦合的强度与外部Q∶Qe的倒数成正比。因此通过采用本构成，上表面谐振线路13A、13E的特性阻抗被提高而得到强的外部耦合，并施加偏压以便滤波器的相对频带宽度增宽。图3是使上表面谐振线路13A、13E的线路宽度变化时的外部Q∶Qe的变化与外部耦合的变化的计算结果的图。在此，设上表面谐振线路13B～13D的线路宽度为120μm。根据计算结果也能够确认上表面谐振线路13A、13E各自的线路宽度窄的，其外部Q∶Qe小，外部耦合强。
但是，带状线滤波器1的相对频带宽度除了外部耦合之外，还受到谐振器间的电磁场耦合的程度的影响。在本实施方式中，上表面谐振线路13A、13E和上表面谐振线路13B、13D之间的配置间隔宽，由此，谐振器间的电磁场耦合变弱。由于该电磁场耦合变弱，从而被附加了偏置，使滤波器的相对频带宽度变窄。因此，通过外部耦合的强化而得到的宽频带化被电磁场耦合的降低而抵消，在该带状线滤波器1中，保持与上表面谐振线路13A～13E的线路宽度为均匀的情况同样的相对频带宽度，减少外形尺寸的制约。
另外，如果上述谐振线路的线路宽度窄则其上表面谐振线路的电阻成分大，无负载Q∶Q0变低滤波器的插入损失变大。因此，在本构成中也会附加偏置，使得滤波器的插入损失增大，但由于上表面谐振线路13B～13D的线路宽度宽，所以无负载Q∶Q0的降低仅被上表面谐振线路13A、13E的电阻部分的增大所抑制，从而抑制插入损伤的增大。此外，线路宽度对滤波器的插入损失的影响是越是位于中央的谐振器越强，而输入输出级的谐振器弱，因此通过增加构成中间级的谐振器的线路的线路宽度，就能够抑制滤波器的插入损失的增大。
然后，对于本实施方式的带状线滤波器1的滤波特性，基于模拟结果进行说明。
图4是将通过模拟测定的本实施方式的滤波特性和比较例中的滤波特性进行比较来说明的图。该图(A)是说明本实施方式中的带状线滤波器的构成例的图，该图(B)是说明比较对象的带状线滤波器的构成例的图，该图(C)是表示本构成例和比较例的带状线滤波器的滤波特性的图。滤波特性中的实线表示本构成例，虚线表示比较例。
如该图(A)所示，本构成例的带状线滤波器1中，上表面谐振线路13A、13E各自的宽度为W1，上表面谐振线路13B～13D的线路宽度为W2。线路宽度W1比线路宽度W2窄。另外，将上表面谐振线路13A、13E和上表面谐振线路13B～13D以配置间隔L1进行配置。
如该图(B)所示，比较例的带状线滤波器101中，上表面谐振线路13A～13E的线路宽度为W2是均一的。另外，将上表面谐振线路13A、13E和上表面谐振线路13B、13D隔以配置间隔L1’进行配置。在此，比较例的配置间隔L1’和线路宽度W2的总计与本构成例的配置间隔L1和线路宽度W1的总计相等。
当用该图(C)的本构成例和比较例进行通过特性(S21)比较时，3dB相对频带宽度几乎都没有变化。这可认为是外部耦合的变化和电磁场耦合的变化相互抵消的缘故。
另外，通过特性(S21)的3dB相对频带宽度下的插入损失几乎不变。这可认为是虽在本构成例中输入输出级的上表面谐振线路13A、13E的线路宽度变窄，但由于上表面谐振线路13B～13D的线路宽度没有变更，插入损失几乎没有增大的缘故。此外，在比较例中具有局部插入损失变大的频率，但可以认为这是根据取得了本构成例中的阻抗匹配的状态，作为变更为比较例的构成的结果，匹配平衡被破坏比较例的插入损失变大的缘故。
另外，若用本构成例和比较例比较反射特性(S11)，则本构成例中反射量少为良好。可认为这是根据取得了本构成例中的阻抗匹配的状态，作为变更成比较例的构成的结果，匹配平衡被破坏比较例的插入损失变大的缘故。
根据以上的模拟结果，也能够确认即使如本构成例那样仅将输入输出级的上表面谐振线路的线路宽度变窄，也能够抑制滤波特性的恶化。
然后，对本发明的第二实施方式的带状线滤波器进行说明。
图5是本实施方式的带状线滤波器51的电介质基板的俯视图。本实施方式的带状线滤波器51在上表面谐振线路13A(13E)和上表面谐振线路13B(13D)之间的配置间隔与上述上表面谐振线路13B、13C、13D的配置间隔L2相等这一点，与第一实施方式的带状线滤波器1不同。
在该构成中，由于上表面谐振线路13A、13E的线路宽度窄，所以外部耦合强，上表面谐振线路13A(13E)和上表面谐振线路13B(13D)之间的配置间隔L2窄，因此谐振器间的电磁场耦合也强。由此，滤波器的相对频带宽度比第一实施方式的带状线滤波器1宽。另外，由于上表面谐振线路13A、13E的线路宽度窄且上表面谐振线路13A(13E)和上表面谐振线路13B(13D)之间的配置间隔L2窄，所以能够将外形尺寸极小化。
如上所述，根据本发明，通过将输入输出级的上表面谐振线路的线路宽度变窄，而抑制对外形尺寸的制约和滤波特性的恶化，能够增强外部耦合。
另外，上述实施方式中的上表面谐振线路和引出电极的配置位置、形状与制品规格相应的值，也可以是与制品规格相应的任意的配置位置和形状。本发明在上述构成以外也能够应用，能够采用为多样的滤波器的图案形状。另外，也可以还在该滤波器中配置其他构成(高频电路)。

Claims (7)

1.一种带状线滤波器，具有包括了输入输出级的谐振器和中间级的谐振器的三级以上的谐振器，其特征在于，具有：
接地电极，其仅设置在矩形平板状的电介质基板的下表面；
输入输出电极，其在上述电介质基板的下表面远离上述接地电极而设置；
中间级谐振线路，其设置在上述电介质基板的上表面，并构成上述中间级的谐振器；
构成上述输入输出级的谐振器的输入输出级谐振线路，其在上述电介质基板的上表面以比上述中间级谐振线路窄的线路宽度设置；及
连接电极，其使上述输入输出级谐振线路和上述输入输出电极导通。
2.根据权利要求1所述的带状线滤波器，其特征在于，
上述输入输出级谐振线路和与上述输入输出级谐振线路相邻的谐振线路之间的配置间隔比其他的谐振线路之间的配置间隔宽。
3.根据权利要求1或2所述的带状线滤波器，其特征在于，上述连接电极具有：
上表面线路部，其设置在上述电介质基板的上表面；  
侧面线路部，其按照在上述电介质基板的侧面通过侧面中央的方式进行设置，
上述上表面线路部的线路宽度比上述侧面线路部的线路宽度窄。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的带状线滤波器，其特征在于，
上述三级以上的谐振器相互交叉耦合。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的带状线滤波器，其特征在于，
还具有被层叠在上述电介质基板的上表面的层叠电介质基板，在上述层叠电介质基板的上表面还形成了接地电极。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的带状线滤波器，其特征在于，上述电介质基板的上表面开放。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的带状线滤波器，其特征在于，还具有被层叠在上述电介质基板的上表面的层叠玻璃层。
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