CN107666298A - 层叠滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明改善层叠滤波器的插入损失。本发明的一实施方式所涉及的层叠滤波器由多个电介质层形成。层叠滤波器具备第一端子及第二端子、第一电感器、第二电感器、以及第一～第五电容器。在多个电介质层的层叠方向上，由第一电感器形成的第一空芯部(AC1)以及由第二电感器形成的第二空芯部(AC2)中的至少一方包含从第一电感器层到第二电感器层，磁通能够不被第一～第五电容器、以及第三电感器遮蔽地贯通的区域。

Description

层叠滤波器

技术领域

本发明涉及具备LC谐振器的层叠滤波器。

背景技术

现今，已知有具备LC谐振器的层叠滤波器。例如，在日本特开2009-182376号公报(专利文献1)中公开了具备LC并联谐振器以及LC串联谐振器的层叠式低通滤波器，利用该层叠式低通滤波器，尤其能够增大存在于低通滤波器的阻带中的特定的窄频带的衰减量。

专利文献1：日本特开2009-182376号公报。

对于层叠滤波器而言，由于近年来自于便携式无线通信设备的强烈要求，存在尺寸小型化的趋势。伴随着小型化，层叠滤波器内的电感器以及电容器的配置空间被强烈制约，如日本特开2009-182376号公报(专利文献1)所公开的层叠式低通滤波器那样，由电感器形成的空芯部有时会在电介质层的层叠方向(以下也简称为层叠方向。)上被电容器或其他电感器阻塞。

若电感器的空芯部在层叠方向上被电容器阻塞，则在该空芯部产生的磁通的绝大部分被形成电容器的电极遮蔽，由此在该电极产生涡流，从而产生热量(涡流损耗)。涡流损耗越大，越会导致插入损耗的恶化。

发明内容

本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于改善层叠滤波器的插入损耗。

本发明的一实施方式的层叠滤波器由多个电介质层形成。层叠滤波器具备第一LC并联谐振器、第二LC并联谐振器、以及LC串联谐振器。第一LC并联谐振器包括第一电感器以及第一电容器。第二LC并联谐振器包括第二电感器以及第二电容器。LC串联谐振器包括第三～第五电容器以及第三电感器。第三电感器的一端与接地点连接。多个电介质层包括第一电感器层、第二电感器层、以及电容器层。第一电感器层形成有第一电感器以及第二电感器。第二电感器层形成有第三电感器。电容器层配置在第一电感器层与第二电感器层之间，并形成有第一～第五电容器。在多个电介质层的层叠方向上，由第一电感器形成的第一空芯部以及由第二电感器形成的第二空芯部中的至少一方包含从第一电感器层到第二电感器层，磁通能够不被第一～第五电容器、以及第三电感器屏蔽地贯通的区域。

根据本发明的层叠滤波器，在多个电介质层的层叠方向上，在由第一电感器形成的第一空芯部以及由第二电感器形成的第二空芯部中的至少一方中，存在从第一电感器层到第二电感器层磁通能够不被第一～第五电容器、以及第三电感器屏蔽地贯通的区域。因此，根据本发明的层叠滤波器，与第一空芯部以及第二空芯部均被电容器或电感器阻塞的情况相比较，抑制了涡流损耗的产生。其结果是，能够改善层叠滤波器的插入损耗。

附图说明

图1是作为实施方式的层叠滤波器的一个例子的低通滤波器的等效电路图。

图2是图1的低通滤波器的外观立体图。

图3是示出图1的低通滤波器的层叠结构的分解立体图。

图4是从图3的第一电感器层沿层叠方向观察第二电感器层的图。

图5是一并示出实施方式所涉及的低通滤波器的衰减特性的仿真结果、和比较例所涉及的低通滤波器的衰减特性的仿真结果的图。

图6是示出从图3的低通滤波器除去导通孔电极后的低通滤波器的层叠结构的分解立体图。

图7是一并示出图3的低通滤波器的衰减特性的仿真结果、和图6的低通滤波器的衰减特性的仿真结果的图。

附图标记的说明

1、1A…低通滤波器；11～13、21、31、41、42、51～53、61、62、71～73、81、91、92、101、102、111、112、121、122、131、132、141～146、151～154、161～164、171…电极；AC1、AC2…空芯部；C1～C5…电容器；DM…方向识别标记；GND…接地电极；L1～L3…电感器；Lyr1～Lyr18…电介质层；P1、P2…输入输出端子；PLC1、PLC2…并联谐振器；SLC1…串联谐振器；SSE…屏蔽电极；USE…屏蔽层；V11～V25、V31、V41～V44、V51～V66…导通孔电极。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，对图中相同或相当的部分标注同一符号，从而在原则上不重复其说明。

图1是作为实施方式所涉及的层叠滤波器的一个例子的低通滤波器1的等效电路图。如图1所示，低通滤波器1具备：输入输出端子P1、P2；LC并联谐振器PLC1、PLC2；以及LC串联谐振器SLC1。

LC并联谐振器PLC1包括电感器L1和电容器C1。电感器L1的一端与输入输出端子P1连接。电容器C1与电感器L1并联连接。

LC并联谐振器PLC2包括电感器L2和电容器C2。电感器L2连接在电感器L1的另一端与输入输出端子P2之间。电容器C2与电感器L2并联连接。

LC串联谐振器SLC1包括电容器C3～C5和电感器L3。电感器L3的一端与接地电极GND连接。电容器C3连接在电感器L3的另一端与输入输出端子P1之间。电容器C4连接在电感器L3的另一端与电感器L1的另一端之间。电容器C5连接在电感器L3的另一端与输入输出端子P2之间。

以下，对将低通滤波器1构成为多个电介质的层叠体的情况进行说明。如图2所示，将层叠方向(低通滤波器1的高度方向)设为Z轴方向。将低通滤波器1的长边(宽度)方向设为X轴方向。将低通滤波器1的短边(进深)方向设为Y轴方向。X轴、Y轴、以及Z轴彼此正交。

图2是图1的低通滤波器1的外观立体图。如图2所示，低通滤波器1例如是长方体状。将低通滤波器1的垂直于层叠方向的面设为底面BF及上表面UF。将与层叠方向平行的面中的与ZX平面平行的面设为侧面SF1及SF3。将与层叠方向平行的面中的与YZ平面平行的面设为侧面SF2及SF4。

在底面BF形成有输入输出端子P1、P2以及4个接地电极GND。输入输出端子P1、P2以及4个接地电极GND例如是平面电极呈格子状配置于底面BF而成的LGA(Land Grid Array：栅格阵列)端子。

在上表面UF形成有方向识别标记DM。方向识别标记DM用于识别低通滤波器1在安装时的朝向。

在侧面SF1～SF4形成有屏蔽电极SSE。屏蔽电极SSE不形成于包含底面BF的电介质层Lyr1及包含上表面UF的电介质层Lyr18的侧面。屏蔽电极SSE抑制噪声向低通滤波器内侵入，并且抑制噪声向外部放射。

低通滤波器1那样的层叠式低通滤波器有时在便携式无线通信设备那样的强烈要求小型化的装置中使用。当在上述那样有限的空间中将图1所示的具备多个LC谐振电路的低通滤波器安装为层叠式的情况下，由电感器形成的空芯部有时会在层叠方向上被电容器或其他电感器阻塞。若在电感器的空芯部产生的磁通被电容器或其他电感器的电极遮蔽，则在该电极中产生涡流从而产生热量(涡流损耗)。其结果是，低通滤波器的插入损耗有可能比预想的更严重。

因此在实施方式中，以使得由电感器形成的空芯部包括能够供磁通沿层叠方向贯通的区域的方式，配置电容器的电极以及电感器的电极。与由电感器形成的空芯部被其他电路元件阻塞的情况相比较，在实施方式中抑制了涡流损耗。其结果是，能够改善低通滤波器的插入损耗。

图3是示出图1的低通滤波器1的层叠结构的分解立体图。低通滤波器1是由多个电介质层形成的层叠滤波器。低通滤波器1作为多个电介质层具备电介质层Lyr1～Lyr18。以Lyr1为底面BF侧、Lyr18为上表面UF侧，按照这个顺序沿Z轴方向进行层叠。

在电介质层Lyr1形成有电极11～13。电极11通过导通孔电极V11与输入输出端子P1连接。电极12通过导通孔电极V20与输入输出端子P2连接。电极13通过导通孔电极V12～V19的每一个与接地电极GND连接。

在电介质层Lyr2形成有电极21。电极21通过导通孔电极V21～V25的每一个与电极13连接。电极21经由电极13与接地电极GND连接。电极21在电介质层Lyr2的各侧面与屏蔽电极SSE连接。将电介质层Lyr2的各侧面中的、在X轴方向上对置的两个侧面(侧面SF2、侧面SF4)连接的电极21的部分与将在Y轴方向上对置的两个侧面(侧面SF1、侧面SF3)连接的电极21的部分交叉。

电极13、电极21、以及导通孔电极V21～V25形成电感器L3。电介质层Lyr1及Lyr2与本发明的第二电感器层对应。

在电介质层Lyr3形成有电极31。电极31与电极21在层叠方向上重叠的部分形成电容器C4。

在电介质层Lyr4形成有电极41、电极42。电极41通过导通孔电极V41与电极11连接。电极41与电极21在层叠方向上重叠的部分形成电容器C3。电极42通过导通孔电极V44与电极12连接。电极42与电极21在层叠方向上重叠的部分形成电容器C5。

在电介质层Lyr5形成有电极51～53。电极51通过导通孔电极V41与电极41连接。电极52通过导通孔电极V44与电极42连接。电极53通过导通孔电极V31与电极31连接。

在电介质层Lyr6形成有电极61、电极62。电极61在层叠方向上与电极51、电极53重叠。电极62在层叠方向上与电极52、电极53重叠。

在电介质层Lyr7形成有电极71～73。电极71通过导通孔电极V41与电极51连接。电极71在层叠方向上与电极61重叠。电极72通过导通孔电极V44与电极52连接。电极72在层叠方向上与电极62重叠。电极73通过导通孔电极V31与电极53连接。电极73在层叠方向上与电极61及电极62重叠。

电极51、电极53、电极61、电极71及电极73形成电容器C1。电极52、电极53、电极62、电极72及电极73形成电容器C2。电介质层Lyr2～Lyr7与本发明的电容器层对应。

在电介质层Lyr8形成有电极81。电极81通过导通孔电极V31与电极73连接。

在电介质层Lyr9形成有电极91。电极91通过导通孔电极V31与电极81连接。电极91是与电极81相同的形状，且电极91的几乎整个区域在层叠方向上与电极81重叠。

在电介质层Lyr10形成有电极101、电极102。电极101通过导通孔电极V41与电极71连接。电极101通过导通孔电极V42与电极91连接。电极101在层叠方向上与电极91重叠。电极102通过导通孔电极V43与电极92连接。电极102通过导通孔电极V44与电极72连接。电极102在层叠方向上与电极91重叠。

在电介质层Lyr11形成有电极111、电极112。电极111通过导通孔电极V41以及导通孔电极V42的每一个与电极101连接。电极111是与电极101相同的形状。电极111的几乎整个区域在层叠方向上与电极101重叠。电极112通过导通孔电极V43以及导通孔电极V44的每一个与电极102连接。电极112是与电极102相同的形状，并且电极112的几乎整个区域在层叠方向上与电极102重叠。

电极81、电极91、电极101、电极111、导通孔电极V41、及导通孔电极V42形成电感器L1。电极81、电极91、电极102、电极112、导通孔电极V43、及导通孔电极V44形成电感器L2。电介质层Lyr10及Lyr11与本发明的第一电感器层对应。

电极81、电极91是相同的形状，并在层叠方向上重叠。关于电极101、电极111、以及电极102、电极112也是相同的。通过设为这样的形状以及配置，电流流过的体积(或截面积)增大。由此，从电感器L1以及L2产生的磁通变大，从而提高了电感器L1以及L2的有效电感。其结果是，能够提高低通滤波器1的Q值。

在电介质层Lyr12形成有电极121、电极122。在电介质层Lyr13形成有电极131、电极132。电极131在侧面SF2与屏蔽电极SSE连接。电极132在侧面SF4与屏蔽电极SSE连接。

在电介质层Lyr14形成有电极141～146。电极141、电极142、电极144、及电极146在侧面SF2、侧面SF1、侧面SF4、及侧面SF3分别与屏蔽电极SSE连接。电极142通过导通孔电极V64与电极121连接。电极143通过导通孔电极V62以及导通孔电极V63与电极121连接。电极145通过导通孔电极V57以及导通孔电极V58与电极122连接。电极146通过导通孔电极V56与电极122连接。

在电介质层Lyr15形成有电极151～154。电极151通过导通孔电极V51与电极131连接。电极151通过导通孔电极V52以及导通孔电极V53与电极141连接。电极152通过导通孔电极V64～V66的每一个与电极142连接。电极152通过导通孔电极V62以及导通孔电极V63与电极143连接。电极153通过导通孔电极V59以及导通孔电极V60与电极144连接。电极153通过导通孔电极V61与电极132连接。电极154通过导通孔电极V54～V56的每一个与电极146连接。电极154通过导通孔电极V57以及导通孔电极V58与电极145连接。

在电介质层Lyr16形成有电极161～164。电极161通过导通孔电极V51～V53的每一个与电极151连接。电极162通过导通孔电极V62～V66的每一个与电极152连接。电极163通过导通孔电极V59～V61的每一个与电极153连接。电极164通过导通孔电极V54～V58的每一个与电极154连接。

在电介质层Lyr17形成有电极171。电极171通过导通孔电极V51～V53的每一个与电极161连接。电极171通过导通孔电极V62～V66与电极162连接。电极171通过导通孔电极V59～V61与电极163连接。电极171通过导通孔电极V54～V58与电极164连接。在从Lyr17沿层叠方向观察Lyr1的情况下，电极171覆盖电感器L1、电感器L2、电容器C1～C5、以及电感器L3。

电介质层Lyr12～Lyr17形成屏蔽层USE。屏蔽层USE通过电极171接收来自上表面UF的噪声以及因来自低通滤波器内部的辐射而引起的噪声，并经由电极131、电极132、电极141、电极142、电极144、电极146传递至屏蔽电极SSE。

传递至屏蔽电极SSE的噪声在传递至电极21之后经由电极13向接地电极GND传递。在电极21与接地电极GND之间存在电极13，因而噪声在电极13中分散。在低通滤波器1中，能够使噪声在电极13中衰减之后传递至接地电极GND。其结果是，与不存在电极13的情况相比较，能够抑制噪声从低通滤波器的外部向内部侵入，并且能够抑制噪声从低通滤波器的内部向外部泄漏。

若利用屏蔽电极SSE覆盖电介质层Lyr1的侧面，则在屏蔽电极SSE与导通孔电极V11～V20之间产生杂散电容。因此，低通滤波器1的阻抗下降，因而可能产生阻抗的不匹配。其结果是，低通滤波器1的反射损耗有可能恶化。通过使电介质层Lyr1的侧面不被屏蔽电极SSE覆盖，能够抑制低通滤波器1的反射损耗的恶化。

图4是从图3的电介质层Lyr11(第一电感器层)沿层叠方向观察电介质层Lyr1(第二电感器层)的图。如图4所示，由电感器L1(电极81、电极91、电极101、电极111、导通孔电极V41、及导通孔电极V42)形成的空芯部AC1以及由电感器L2(电极81、电极102、电极112、导通孔电极V43、及导通孔电极V44)形成的空芯部AC2各自从电介质层Lyr11至电解质层Lyr1，与电容器C1(电极51、电极53、电极61、电极71、电极73)、C2(电极52、电极53、电极62、电极72、电极73)、C3(电极21、电极41)、C4(电极21、电极31)、C5(电极21、电极42)、及电感器L3(电极13、电极21、导通孔电极V21～V25)不重叠。即，在空芯部AC1及AC2产生的磁通没有被电感器以及电容器的电极遮蔽。因此，在低通滤波器1中，能够对由于该磁通被电感器以及电容器的电极遮蔽而引起的在该电极中产生的涡流损耗进行抑制。其结果是，能够改善插入损耗。

图5是一并示出实施方式所涉及的低通滤波器1的衰减特性的仿真结果、和比较例所涉及的低通滤波器的衰减特性的仿真结果的图。在比较例所涉及的低通滤波器中，由电感器形成的空芯部被电感器以及电容器的电极阻塞。

在图5中，纵轴的衰减量(dB)作为负值而示出。衰减量的绝对值越大插入损耗就越大。到频率Fc为止，在低通滤波器1以及比较例所涉及的低通滤波器中均为通带。实线E1示出低通滤波器1的衰减特性。虚线E200示出比较例所涉及的低通滤波器的衰减特性。

优选通带中的插入损耗较小。如图5所示，通带中的低通滤波器1的插入损耗与比较例所涉及的低通滤波器的插入损耗相比更小。例如在通带所包含的频率2.69GHz下，插入损耗大约被改善35％。

在低通滤波器中，存在欲根据使用目的而改变产生衰减极的频率的情况。在实施方式中，通过改变将电极21与电极13连接的导通孔电极的数量，从而能够改变产生衰减极的频率。

图6是示出从图3的低通滤波器1除去导通孔电极V22后的低通滤波器1A的层叠结构的分解立体图。关于低通滤波器1A的层叠结构，除不存在导通孔电极V22以外，均与低通滤波器1是相同的，因此不重复进行说明。

如图6所示，当不存在导通孔电极V22的情况下，作为从电极21的形成电容器C3的部分(与电极31重叠的部分)至接地电极GND的路径，考虑经由导通孔电极V23、电极13、以及导通孔电极V14的路径、或者经由导通孔电极V23、电极13、以及导通孔电极V16的路径。另一方面，当存在导通孔电极V22的情况下，参照图3，作为该路径考虑经由导通孔电极V22、电极13、以及导通孔电极V14或导通孔电极V15的路径。对于从电极21的形成电容器C3的部分至接地电极GND的路径长度而言，不存在导通孔电极V22的情况下(参照图6)较长。即，对于从电极21与导通孔电极V22的连接点经由导通孔电极V22直至接地电极GND的路径长度而言，其比从该连接点经由导通孔电极V23直至接地电极GND的路径长度短(参照图3)。

从电极21的形成电容器C3的部分至接地电极GND的路径长度是电感器L3的路径长度。若电感器L3的路径长度变长，则电感器L3的电感增加。因此，图1所示的LC串联谐振器SLC1的谐振频率变低。其结果是，产生衰减极的频率变低。像这样在实施方式中，通过改变将电极13与电极21连接的导通孔电极的数量，能够改变电感器L3的路径长度。其结果是，能够改变产生衰减极的频率。

图7是一并示出图3的低通滤波器1的衰减特性的仿真结果、和图6的低通滤波器1A的衰减特性的仿真结果的图。在图7中，实线E1示出低通滤波器1的衰减特性，其与图5的实线E1相同。虚线E1A示出低通滤波器1A的衰减特性。

如图7所示，在低通滤波器1(实线E1)中，在从8.5GHz到14.5GHz的频带中不产生衰减域。在低通滤波器1中，在比14.5GHz高的频率下产生衰减极，因此在图7中没有出现该衰减极。另一方面，在低通滤波器1A(虚线E1A)中，在10.3GHz附近产生衰减极。在低通滤波器1A中，由于不存在导通孔电极V22，因而电感器L3的电感值变大，由此LC串联谐振器SLC1的谐振频率变低。其结果是，衰减极所产生的频率降低至10.3GHz附近。

以上，根据实施方式的低通滤波器，电感器的空芯部没有被电容器或其他电感器阻塞，因此与电感器的空芯部被电容器或其他电感器阻塞的情况相比较，能够改善插入损耗。

在实施方式中，电感器的空芯部的整个区域与电容器或电感器不重叠，因此在该空芯部产生的磁通不被电容器或电感器的电极遮蔽。因此，能够进一步改善插入损耗。

并且，在实施方式中，LC串联谐振器所包含的电感器由2层电极构成，通过改变连接该2层电极的导通孔电极的数量来改变第三电感器的路径长度，能够改变产生衰减极的频率。

应认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述说明而是由权利要求书示出，并意在包含与权利要求书等同含义以及范围内的所有变更。

Claims (8)

1.一种层叠滤波器，由多个电介质层形成，所述层叠滤波器的特征在于，具备：

第一LC并联谐振器，其包括第一电感器以及第一电容器；

第二LC并联谐振器，其包括第二电感器以及第二电容器；以及

LC串联谐振器，其包括第三～第五电容器以及一端与接地点连接的第三电感器，

所述多个电介质层包括：

第一电感器层，其形成有所述第一电感器以及所述第二电感器；

第二电感器层，其形成有所述第三电感器；以及

电容器层，其配置在所述第一电感器层与所述第二电感器层之间，并形成有所述第一～第五电容器，

在所述多个电介质层的层叠方向上，由所述第一电感器形成的第一空芯部以及由所述第二电感器形成的第二空芯部中的至少一方包含从所述第一电感器层到所述第二电感器层磁通能够不被所述第一～第五电容器、以及所述第三电感器遮蔽地贯通的区域。

2.根据权利要求1所述的层叠滤波器，其特征在于，

所述层叠滤波器还具备第一端子以及第二端子，

所述第一电感器的一端连接于所述第一端子，

所述第二电感器连接在所述第一电感器的另一端与所述第二端子之间，

所述第一电容器与所述第一电感器并联连接，

所述第二电容器与所述第二电感器并联连接，

所述第三电容器连接在所述第三电感器的另一端与所述第一端子之间，

所述第四电容器连接在所述第三电感器的另一端与所述第一电感器的另一端之间，

所述第五电容器连接在所述第三电感器的另一端与所述第二端子之间。

3.根据权利要求1或2所述的层叠滤波器，其特征在于，

在所述层叠方向上，所述第一空芯部以及所述第二空芯部的每一个从所述第一电感器层到所述第二电感器层，与所述第一～第五电容器、以及所述第三电感器不重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠滤波器，其特征在于，

所述层叠滤波器还具备对沿所述层叠方向延伸的所述层叠滤波器的至少一个侧面的一部分进行覆盖的屏蔽电极，

所述第三电感器与所述屏蔽电极连接。

5.根据权利要求4所述的层叠滤波器，其特征在于，

所述第三电感器在沿所述层叠方向延伸的所述第二电感器层的侧面的每一个与所述屏蔽电极连接。

6.根据权利要求5所述的层叠滤波器，其特征在于，

所述第二电感器层包括：

第一电介质层，其形成有第一电极；

第二电介质层，其形成有第二电极；以及

第一导通孔电极，其沿所述层叠方向延伸，

所述第二电介质层配置在所述第一电介质层与接地之间，

所述第一电极在沿所述层叠方向延伸的所述第二电感器层的侧面的每一个与所述屏蔽电极连接，

所述第一电极以及所述第二电极通过所述第一导通孔电极连接。

7.根据权利要求6所述的层叠滤波器，其特征在于，

所述第二电感器层还包括将所述第一电极与所述第二电极连接的第二导通孔电极，

所述第三电感器的路径长度相当于从所述第一电介质层到所述接地点的路径长度，

从所述第一电介质层与所述第二导通孔电极的连接点经由所述第二导通孔电极到达所述接地点的路径长度比从所述连接点经由所述第一导通孔电极到达所述接地点的路径长度短。

8.根据权利要求6或7所述的层叠滤波器，其特征在于，

沿所述层叠方向延伸的所述第二电介质层的侧面没有被所述屏蔽电极覆盖。