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Die Erfindung betrifft einen dielektrischen Resonator und ein dielektrisches Filter zur Ausbildung einer Resonanzschaltung in einem Mikrowellenband von einigen hundert MHz bis einigen GHz. Die Erfindung betrifft insbesondere einen dielektrischen Resonator und ein dielektrisches Filter, welche die Verwirklichung einer kompakten Größe und eines geringen Verlustes des dielektrischen Filters oder dergleichen ermöglichen.
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Mit der Verbreitung von schnurlosen Kommunikationssystemen wie etwa Mobiltelefonen sollten heutzutage dielektrische Filter eine kompakte Größe und einen geringen Verlust aufweisen.
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Zur Verwirklichung der kompakten Größe und des dielektrischen Filters ist eine Verringerung der Größe des Resonators (Resonanzelektrode) nötig.
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Im Allgemeinen wird dem offenen Ende einer Resonanzelektrode eine Kapazität hinzugefügt. Gemäß den 6 und 7 weist beispielsweise ein dielektrisches Filter 100 im einzelnen ein dielektrisches Substrat 104 auf, bei dem eine Vielzahl von dielektrischen Schichten (S1 bis S9, vgl. 7) gestapelt, gesintert und in eine Einheit integriert sind, und eine Masseelektrode 102 ist zumindest auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 104 ausgebildet. Das dielektrische Filter 100 weist zwei in dem dielektrischen Substrat 104 angeordnete Paare von Resonatoren (erste und zweite Resonatoren 106A, 106B) auf. Jeder der Resonatoren 106A, 106B umfasst beispielsweise zwei Resonanzelektroden (108A1, 108A2), (108B1, 108B2), die gestapelt sind. Die dielektrische Schicht ist zwischen den jeweiligen Resonanzelektroden in der Stapelrichtung zwischengelagert.
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Zudem sind drei Innenschichtmasseelektroden (112A1, 112A2, 112A3), (112B1, 112B2, 112B3), die in der Vertikalrichtung angeordnet sind, für die jeweiligen Resonanzelektroden (108A1, 108A2) bzw. (108B1, 108B2) ausgebildet. Die offenen Enden der Resonanzelektroden (108A1, 108A2), (108B1, 108B2) sind zwischen den drei Innenschichtmasseelektroden (112A1, 112A2, 112A3), (112B1, 112B2, 112B3) zwischengelagert, die in der Vertikalrichtung angeordnet sind.
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Mit anderen Worten, die Frequenz des Durchlassbandes des Filters kann verringert werden, und die Größe kann durch die Ausbildung der Kapazitäten zwischen den offenen Enden der jeweiligen Resonanzelektroden (108A1, 108A2), (108B1, 108B2) und den Innenschichtmasseelektroden (112A1, 112A2, 112A3), (112B1, 112B2, 112B3) verringert werden.
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Zur weiteren Verschiebung des Durchlassbandes des Filters auf die niederfrequente Seite und zur Miniaturisierung der Größe des dielektrischen Filters 100 wird beispielsweise gemäß 8 die Anzahl der Resonanzelektroden (108A1, 108A2, ..., 108An), (108B1, 108B2, ..., 108Bn) der Resonatoren 106A, 106B erhöht, und sie werden in der Stapelrichtung der dielektrischen Schichten angeordnet. Die Innenschichtmasseelektroden (112A1, 112A2, ..., 112An), (112B1, 112B2, ..., 112Bn) sind zwischen den offenen Enden der jeweiligen Resonanzelektroden (108A1, 108A2, ..., 108An) bzw. (108B1, 108B2, ..., 108Bn) angeordnet.
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Falls jedoch die Resonanzelektroden (108A1, 108A2, ..., 108An), (108B1, 108B2, ..., 108Bn) einfach gestapelt sind, nähern sich die Kurzschlussenden der Resonanzelektroden (108A1, 108A2, ..., 108An, 108Bn) den Masseelektroden 102 an, die auf beiden Enden der Hauptoberflächen angeordnet sind. Folglich wird der lastfreie Gütewert verringert.
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Falls zudem die Resonanzelektroden (108A1, 108A2, ..., 108An), (108B1, 108B2, ..., 108Bn) einfach gestapelt sind, ist es nötig, Lücken für eine Kopplungseinstellungselektrode 102 (vgl. 7) zur Einstellung des Kopplungsgrades zwischen den Resonatoren 106A und 106B und einer Eingangselektrode 112 und einer Ausgangselektrode 124 zum Verbinden der jeweiligen Resonatoren 106A, 106B mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen erneut bereitzustellen. Folglich ist es unmöglich, eine kompakte Größe des dielektrischen Filters 100 zu verwirklichen.
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Im Übrigen offenbart die Druckschrift
EP 0 774 797 A2 einen geschichteten Resonator sowie ein diesen verwendendes geschichtetes Bandpassfilter. Demzufolge sind dielektrische Schichten mit auf ihren jeweiligen Oberflächen ausgebildeten inneren Elektroden, eine dielektrische Schicht mit einer auf ihrer Oberfläche ausgebildeten Ausgangselektrode und dielektrische Schichten mit einer auf deren Oberfläche ausgebildeten abgeschirmten Elektrode gestapelt und zur Ausbildung einer Schichtung integriert gesintert. Äußere Masseelektroden sind auf der Vorderseite und der Rückseite dieser Schichtung jeweils ausgebildet, und eine Eingangs-/Ausgangsaußenelektrode ist auf ihrer linken Seite ausgebildet. Ein Endabschnitt der inneren Elektroden und ein Endabschnitt der abgeschirmten Elektroden sind mit der äußeren Masseelektrode auf der Vorderseite verbunden. Ein Endabschnitt der inneren Elektroden und ein Endabschnitt der abgeschirmten Elektrode sind mit der äußeren Masseelektrode auf der Rückseite verbunden. Ein Endabschnitt der Ausgangselektrode ist mit der Eingangs-/Ausgangsaußenelektrode auf der linken Seite verbunden. Der Endabschnitt der Ausgangselektrode ist mit der benachbarten inneren Elektrode kapazitiv gekoppelt.
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Die Druckschrift
EP 0 917 234 A2 beschreibt ferner ein geschichtetes dielektrisches Filter. Die Druckschrift offenbart eine bei einer Hochfrequenzfunkvorrichtung wie etwa einem tragbaren Telefon verwendete dielektrische Antennenweiche, und ein dielektrisches Filter zur Ausbildung der Weiche des SIR (Resonator mit gestufter Impedanz), das durch eine Kaskadenverbindung von ersten Übertragungsleitungen zusammengesetzt ist, bei denen ein Ende auf Masse gelegt ist, sowie zweiten Übertragungsleitungen, bei denen ein Ende offen ist und eine geringere charakteristische Impedanz als bei den ersten Übertragungsleitungen aufweist, wobei die ersten Übertragungsleitungen und die zweiten Übertragungsleitungen bezüglich des elektromagnetischen Feldes individuell gekoppelt sind, wodurch eine Antennenweiche und ein dielektrisches Filter mit geringen Einfügungsverlusten, einer hohen Bandbreitenselektivität, einer ausgezeichneten Bandpasscharakteristik und zu geringen Kosten ausgebildet werden.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen dielektrischen Resonator und ein dielektrisches Filter bereitzustellen, welche die Verwirklichung von sowohl einer kompakten Größe als auch eines geringen Verlustes des dielektrischen Filters ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird ein dielektrischer Resonator angegeben, mit einem dielektrischen Substrat, Masseelektroden, die auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildet sind, wobei das dielektrische Substrat durch Stapeln einer Vielzahl von dielektrischen Schichten ausgebildet ist, und wobei eine Vielzahl von Resonanzelektroden in dem dielektrischen Substrat gestapelt ist, die dielektrischen Schichten sind dabei zwischen den Resonanzelektroden zwischengelagert, wobei jede der Resonanzelektroden ein Kurzschlussende aufweist, wobei 0,05 < Lb/La < 0,35 unter der Voraussetzung erfüllt ist, dass La einen Abstand zwischen den auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektroden bezeichnet, und dass Lb einen Abstand zwischen dem Kurzschlussende, das am nächsten zu der auf einer der Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektrode angeordnet ist, und dem Kurzschlussende bezeichnet, das am nächsten zu der auf der anderen Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektrode angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein dielektrisches Filter angegeben, mit einem dielektrischen Substrat, Masseelektroden, die auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildet sind, wobei das dielektrische Substrat durch Stapeln einer Vielzahl von dielektrischen Schichten ausgebildet ist, und wobei eine Vielzahl von Resonatoren in dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, wobei die Resonatoren eine Vielzahl von gestapelten Resonanzelektroden aufweisen, dabei sind die dielektrischen Schichten zwischen den Resonanzelektroden zwischengelagert, und wobei 0,05 < Lb/La < 0,35 unter der Voraussetzung erfüllt ist, dass La einen Abstand zwischen den auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektroden bezeichnet, und Lb einen Abstand zwischen dem Kurzschlussende, das am nächsten zu der auf einer der Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektrode angeordnet ist, und dem Kurzschlussende bezeichnet, das am nächsten zu der auf der anderen Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats ausgebildeten Masseelektrode angeordnet ist.
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Zunächst ist der Zusammenhang zwischen Lb/La und dem lastfreien Gütewert wie folgt. Die lastfreie Güte neigt dazu, bis zu einem Punkt anzusteigen, bei dem Lb/La in der Nähe von 0,15 liegt. Die lastfreie Güte verringert sich jedoch ungefähr ab einem Punkt, bei dem Lb/La 0,15 überschreitet.
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Daher ist es wünschenswert, dass der Bereich von 0,05 < Lb/La < 0,35 eingehalten wird. Wenn der Bereich auf 0,05 < Lb/La < 0,35 eingestellt ist, ist es möglich, den dielektrischen Resonator und das dielektrische Filter mit jeweils einem geringen Verlust zu erhalten.
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Die Vielzahl von Resonanzelektroden ist zudem mit den dazwischen gelagerten dielektrischen Schichten zur Ausbildung eines Resonators gestapelt. Daher ist es möglich, das Durchlassband des Filters zur niederfrequenten Seite weiter zu verschieben, und die Verwirklichung einer kompakten Größe wird möglich.
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Nach vorstehender Beschreibung ermöglicht der dielektrische Resonator und das dielektrische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwirklichung von sowohl einer kompakten Größe als auch eines geringen Verlustes des dielektrischen Filters.
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Die vorstehenden und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher ersichtlich, wobei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels eines darstellenden Beispiels gezeigt ist.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Anordnung eines dielektrischen Resonators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt eine Perspektivansicht einer Struktur eines dielektrischen Filters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 zeigt eine Explosionsperspektivansicht einer Anordnung des dielektrischen Filters gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 zeigt eine Längsschnittansicht der Anordnung des dielektrischen Filters gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Lb/La und dem lastfreien Gütewert;
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6 zeigt eine Längsschnittansicht einer Anordnung eines bekannten dielektrischen Filters;
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7 zeigt eine Explosionsperspektivansicht der Anordnung des bekannten dielektrischen Filters; und
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8 zeigt eine Anordnung eines dielektrischen Filters, wenn eine große Anzahl von Resonanzelektroden gestapelt ist.
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Darstellende Ausführungsbeispiele des dielektrischen Resonators und des dielektrischen Filters gemäß der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
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Zunächst weist gemäß 1 ein dielektrischer Resonator 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein dielektrisches Substrat 104 mit einer Vielzahl von dielektrischen Schichten, die gestapelt, gesintert und in einer Einheit integriert sind, und Masseelektroden 12a, 12b auf, die auf beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet sind.
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Eine Vielzahl von (bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel 3) Resonanzelektroden 16, 18, 20 sind in dem dielektrischen Substrat 14 gestapelt. Die dielektrischen Schichten sind zwischen den Resonanzelektroden 16, 18, 20 zwischengelagert.
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Insbesondere bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 0,05 < Lb/La < 0,35 unter der Voraussetzung erfüllt, dass La einen Abstand zwischen den Masseelektroden 12a, 12b bezeichnet, die auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet sind, und Lb einen Abstand zwischen einem Kurzschlussende der Resonanzelektrode 16 der ersten Schicht und einem Kurzschlussende der Resonanzelektrode 20 der dritten Schicht bezeichnet.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel (ein dielektrisches Filter gemäß dem Ausführungsbeispiel) unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben, bei dem ein dielektrisches Filter 50 unter Verwendung des vorstehend beschriebenen dielektrischen Resonators 10 aufgebaut wird.
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Das dielektrische Filter 50 umfasst ein dielektrisches Substrat 14 mit einer Vielzahl von dielektrischen Schichten (S1 bis S9, vgl. 3), die gestapelt, gesintert und in einer Einheit integriert sind, sowie Masseelektroden 12a, 12b, die auf beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet sind. Das dielektrische Filter 50 beinhaltet zwei Sätze Resonatoren (erste und zweite Resonatoren 10A, 10B) die in dem dielektrischen Substrat 14 angeordnet sind. Jeder der Resonatoren 10A, 10B umfasst beispielsweise drei Resonanzelektroden (16A, 18A, 20A), (16B, 18B, 20B) die gestapelt sind, wobei die dielektrische Schicht zwischen den jeweiligen Resonanzelektroden in der Stapelrichtung zwischengelagert ist.
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Wenn jeder der Resonatoren 10A, 10B ein 1/4-Wellenlängen-Resonator ist, wird eine Masseelektrode 12c (vgl. 4) auf der Oberfläche der Seitenoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet, auf der die Resonanzelektroden (16A, 18A, 20A), (16B, 18B, 20B) freigelegt sind, so dass die Enden der jeweiligen Resonanzelektroden (16A, 18A, 20B), (16B, 18B, 20B) mit der Masseelektrode 12c kurzgeschlossen sind.
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Gemäß 2 ist ein Eingangsanschluss 22 auf einer Seitenoberfläche des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet, und ein Ausgangsanschluss 24 ist auf der anderen Seitenoberfläche ausgebildet. Bereiche zur Isolation (Abschnitte, an denen das dielektrische Substrat 14 freigelegt ist) 26, 28 sind zwischen dem Eingangsanschluss 22 und der Masseelektrode bzw. zwischen dem Ausgangsanschluss 24 und der Masseelektrode bereitgestellt.
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Zudem sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Masseelektroden 30A, 30B der ersten inneren Schicht zwischen jeweiligen offenen Enden der Resonanzelektroden 16A, 16B der ersten Schicht bzw. der Masseelektrode 12a ausgebildet, und zweite Masseelektroden 32A, 32B der zweiten inneren Schicht sind zwischen jeweiligen offenen Enden der Resonanzelektroden 20A, 20B der dritten Schicht bzw. der Masseelektrode 12b ausgebildet. Die Masseelektroden (30A, 30B), (32A, 32B) der ersten und zweiten inneren Schicht sind mit einer Masseelektrode 12d (vgl. 4) verbunden, die auf der Seitenoberfläche des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet ist.
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Bei dieser Anordnung sind die offenen Enden der jeweiligen Resonatoren 10A, 10B kapazitiv an die Masseelektroden 12a, 12b über die Masseelektroden (30A, 30B), (32A, 32B) der ersten und zweiten inneren Schicht gekoppelt. Demzufolge ist es möglich, die elektrische Länge jedes der Resonatoren 10A, 10B zu verkürzen.
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Die Anordnung des dielektrischen Filters 50 wird nachstehend basierend auf den 3 und 4 im Einzelnen beschrieben. Das dielektrische Substrat 14 ist durch aufeinanderfolgendes Stapeln der ersten bis neunten dielektrischen Schicht S1 bis 9 aufgebaut. Jede der ersten bis neunten dielektrischen Schicht S1 bis S9 ist aus einer Schicht oder einer Vielzahl von Schichten zusammengesetzt.
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Die beiden Masseelektroden 30A, 30B der ersten inneren Schicht sind auf der ersten Hauptoberfläche der dritten dielektrischen Schicht S3 ausgebildet, auf der eine Kopplungseinstellungselektrode 34 ebenso ausgebildet ist, um den Kopplungsgrad zwischen dem ersten und dem zweiten Resonator 10A, 10B einzustellen.
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Die beiden Resonanzelektroden 16A, 16B der ersten Schicht sind auf der ersten Hauptoberfläche der vierten dielektrischen Schicht S4 ausgebildet. Die beiden Resonanzelektroden 18A, 18B der zweiten Schicht sind auf der ersten Hauptoberfläche der fünften dielektrischen Schicht S5 ausgebildet. Die zwei Resonanzelektroden 20A, 20B der dritten Schicht sind auf der ersten Hauptoberfläche der sechsten dielektrischen Schicht S6 ausgebildet.
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Auf der ersten Hauptoberfläche der siebten dielektrischen Schicht S7 ist eine Eingangselektrode 36 zur Verbindung des ersten Resonators 10A und des Eingangsanschlusses 22 (vgl. 2) über eine Kapazität, eine Ausgangselektrode 38 zum Verbinden des zweiten Resonators 10A und des Ausgangsanschlusses 24 (vgl. 2) über eine Kapazität sowie die beiden Masseelektroden 32A, 32B der inneren Schicht bereitgestellt.
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Gemäß 4 wird angenommen, dass La den Abstand zwischen den auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildeten Masseelektroden 12a, 12b bezeichnet, und Lb den Abstand zwischen dem Kurzschlussende der Resonanzelektrode 16A, 16B der ersten Schicht und dem Kurzschlussende der Resonanzelektrode 20A, 20B der dritten Schicht bezeichnet. Bei dieser Annahme ist 0,05 < Lb/La < 0,35 erfüllt.
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Es wird angemerkt, das Lb/La und die lastfreie Güte gemäß 5 zueinander in Beziehung stehen. Dies bedeutet, dass es willkommen wäre, wenn die lastfreie Güte dazu neigt, bis zu einem Punkt anzusteigen, bei dem Lb/La sich in der Nähe von 0,15 befindet, aber die lastfreie Güte sinkt näherungsweise ab einem Punkt, bei dem Lb/La 0,15 überschreitet. Für die lastfreie Güte Q beträgt der Bereich wünschenswerter Weise 0,5 < Lb/La < 0,35. Wenn der Bereich 0,05 < Lb/La < 0,35 beträgt, ist es möglich, den dielektrischen Resonator 10 und das dielektrische Filter 50 mit jeweils einem geringen Verlust zu erhalten.
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Ferner ist die Vielzahl von Resonanzelektroden 16A, 18A, 20A mit den jeweils dazwischen gelagerten dielektrischen Schichten zur Ausbildung eines Resonators 10A gestapelt, und die Vielzahl von Resonanzelektroden 16B, 18B, 20B ist mit den jeweils dazwischen gelagerten dielektrischen Schichten zur Ausbildung eines Resonators 10B gestapelt. Daher ist es möglich, das Durchlassband des dielektrischen Filters 50 weiter zu der niederfrequenten Seite zu verschieben, und die Verwirklichung einer kompakten Größe ist möglich.
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Gemäß vorstehender Beschreibung ist bei dem dielektrischen Resonator 10 und dem dielektrischen Filter 50 die Realisierung sowohl einer Miniaturisierung als auch eines geringen Verlustes des dielektrischen Filters oder dergleichen möglich.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung auf das dielektrische Filter 50 mit den beiden Resonatoren 10A, 10B angewendet. Alternativ ist die vorliegende Erfindung ebenso auf dielektrische Filter mit drei oder mehr Resonatoren anwendbar.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen setzt sich jeder der Resonatoren 10A, 10B aus den drei Schichten der Resonanzelektroden (16A, 18a, 20A), (16B, 18B, 20B) zusammen. Alternativ kann das dielektrische Filter unter Verwendung von einer Schicht, zwei Schichten oder vier oder mehr Schichten der Resonanzelektroden aufgebaut sein.
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Selbstverständlich sind der erfindungsgemäße Resonator und das erfindungsgemäße Filter nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die in anderen mannigfaltigen Gestalten verkörpert werden können, ohne von der Erfindung im Wesentlichen abzuweichen.
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Gemäß vorstehender Beschreibung umfasst ein dielektrisches Filter 50 ein durch eine Vielzahl von dielektrischen Schichten ausgebildetes dielektrisches Substrat 14, die gestapelt, gesintert und in einer Einheit integriert sind, wobei Masseelektroden 12a, 12b auf den beiden des dielektrischen Substrats 14 ausgebildet sind. Zwei Sätze Resonatoren 10A, 10B sind bei dem dielektrischen Substrat 14 angeordnet. Der Zusammenhang 0,05 < Lb/La < 0,35 ist unter der Voraussetzung erfüllt, dass La einen Abstand zwischen den auf den beiden Hauptoberflächen des dielektrischen Substrats 14 ausgebildeten Masseelektroden 12a, 12b bezeichnet, und Lb einen Abstand zwischen einem Kurzschlussende einer Resonanzelektrode 16A einer erste Schicht und einem Kurzschlussende einer Resonanzelektrode 20A einer dritten Schicht bezeichnet.
