JP2001332909A - 共振器、フィルタおよび高周波モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で低背化が可能であり、損失が少なく、
低コストの共振器を得るとともに、それを用いたフィル
タおよび高周波モジュールを得る。 【解決手段】 共振器１０は、誘電体基板１２を含む。
使用周波数における波長をλとしたとき、誘電体基板１
２の厚みをλ／４とする。誘電体基板１２に、貫通孔１
４を形成する。貫通孔１４内に金属ペーストなどを充填
して、内部電極１６を形成する。誘電体基板１２の一方
面に接地電極を形成し、内部電極１６と接続する。誘電
体基板１２の他方面上に、貫通孔１４と間隔を隔ててス
トリップ線路２０，２２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は共振器、フィルタ
および高周波モジュールに関し、特にたとえば、誘電体
を用いた共振器と、それを利用したフィルタおよび高周
波モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の共振器としては、たとえば誘電体
共振器や同軸共振器などがある。これらの共振器は、回
路基板上に実装されるが、サイズが大きく、コストが高
いという問題がある。また、これらの共振器を複数結合
させてフィルタを構成することができるが、複数の共振
器が回路基板に実装されるため、サイズが大きく、低背
化に向かない。また、回路基板上に形成するものとし
て、ストリップライン共振器があり、低背化には対応で
きるが、サイズが大きく、損失が大きいという問題があ
る。

【０００３】また、特開平９−１９１２０６号公報に
は、多層基板に埋め込まれた共振器が開示されている。
この共振器は、図２０に示すように、複数の誘電体層２
ａ〜２ｎを含み、これらの誘電体層２ａ〜２ｎには貫通
孔３が形成されている。さらに、貫通孔３を囲むように
して、複数箇所に形成されたビアホール４を含む環状の
導体層５が形成される。これらの誘電体層２ａ〜２ｎが
積層されて、多層基板が形成される。この多層基板に形
成された貫通孔３の内面に導体が形成され、中心導体と
される。また、複数の誘電体層２ａ〜２ｎの環状の導体
層５に形成されたビアホール４が導体で連結され、中心
導体を囲む接地導体とされる。このように、多層基板の
厚み方向に中心導体とそれを取り囲む接地導体とが形成
されるため、同軸共振器として働く。このような共振器
は多層基板に埋め込まれた状態となっているため、共振
器の小型化および低背化を図ることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−１９１２０６号公報に示された共振器では、中心導
体と並行して接地導体が形成されており、一般的な同軸
共振器と同様に、接地導体を流れる電流による導体損が
発生し、共振器全体としての損失が大きいという問題が
ある。また、このような共振器を作製するには、多数の
セラミックグリーンシートを積層圧着して焼成するとい
う工程が必要であり、製造コストが高くなる。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型で低背化が可能であり、損失が小さく、低コストで得
られる共振器を提供することである。また、この発明の
目的は、このような共振器を用いて、小型で低背化が可
能であり、損失が小さく、低コストで得られるフィルタ
や、他の電子部品と組合せた高周波モジュールを提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、使用周波数
における波長をλとしたときλ／４の厚みを有する誘電
体基板と、誘電体基板の厚み方向に形成される貫通孔
と、貫通孔の内側に形成される内部電極と、誘電体基板
の一方面上に形成され内部電極に接続される接地電極と
を含む、共振器である。このような共振器において、内
部電極を他の素子に接続することなく他の素子と結合さ
せることができる。さらに、内部電極は、貫通孔の内壁
に形成される電極層または貫通孔に充填される導電材料
で形成することができる。また、貫通孔の深さ方向に段
差が形成され、接地電極側における貫通孔の大きさが開
放側における貫通孔の大きさより大きくなるようにして
もよい。さらに、貫通孔の深さ方向に段差が形成され、
開放側における貫通孔の大きさが接地電極側における貫
通孔の大きさより大きくなるようにしてもよい。このよ
うな段差を有する貫通孔が形成された共振器において、
段差の両側における貫通孔の中心軸が一致しないように
することができる。また、貫通孔はテーパ状に形成さ
れ、接地電極側における貫通孔の大きさが開放側におけ
る貫通孔の大きさより大きくなるようにしてもよい。さ
らに、貫通孔はテーパ状に形成され、開放側における貫
通孔の大きさが接地電極側における貫通孔の大きさより
大きくなるようにしてもよい。また、この発明は、上述
のいずれかに記載の共振器を複数結合させた、フィルタ
である。このようなフィルタにおいて、誘電体基板に少
なくとも２つ以上の大きさの複数の貫通孔を形成しても
よい。さらに、誘電体基板上に形成された線路の開放端
と共振器とを結合させることにより帯域通過フィルタと
することができる。また、誘電体基板上に線路が形成さ
れ、線路に隣接して上述のいずれかに記載の共振器が形
成されることにより帯域阻止フィルタとすることができ
る。また、この発明は、上述のいずれかに記載の共振器
を形成した誘電体基板に電子部品を設けることにより電
圧制御発振器とした、高周波モジュールである。

【０００７】使用周波数における波長をλとしたとき、
λ／４の厚みを有する誘電体基板に貫通孔を形成して、
その内側に内部電極を形成し、誘電体基板の一方面側に
おいて内部電極に接続される接地電極を形成することに
より、１／４波長の共振器を形成することができる。こ
のような共振器において、誘電体基板上に形成したスト
リップ線路などの他の素子に、内部電極を直接接続する
ことなく結合させることができる。このような誘電体基
板に貫通孔を形成した共振器では、内部電極として、貫
通孔の内壁に電極層を形成してもよいし、貫通孔に金属
ペーストなどの導電材料を充填してもよい。なお、貫通
孔の深さ方向に段差を形成して、接地電極側と開放側と
で貫通孔の大きさを異なるようにしてもよい。接地電極
においては、貫通孔に対応する部分に電流が集中するた
め、接地電極側の貫通孔の大きさを開放側の貫通孔の大
きさより大きくすることにより、電流が集中する接地電
極部分の面積が大きくなり、この部分における損失を小
さくすることができる。また、貫通孔に段差を形成した
共振器において、開放側の貫通孔の大きさを接地電極側
の貫通孔の大きさより大きくすることにより、開放側で
容量性を大きくし、接地電極側で誘導性を大きくするこ
とができるため、共振器の長さを短くすることができ
る。接地電極側と開放側において、貫通孔の大きさを変
える方法としては、貫通孔をテーパ状にする方法を採用
することができ、その作用効果は段差を形成した場合と
同様である。また、誘電体基板に複数の貫通孔を形成し
て複数の共振器を形成し、これらを結合させることによ
り、フィルタを形成することができる。このようなフィ
ルタにおいて、複数の貫通孔の大きさを変えたり、段差
を形成して接地電極側と開放側とで貫通孔の中心軸をず
らせることにより、共振器間の結合状態を変えることが
できる。また、誘電体基板に形成された線路に共振器を
結合させることにより、帯域通過フィルタとすることが
できる。さらに、貫通孔を誘電体基板上に形成された線
路に隣接して形成することにより、帯域阻止フィルタと
することができる。また、誘電体基板に他の電子部品を
設け、貫通孔を形成した共振器と組合せて電圧制御発振
器とした高周波モジュールを形成することができる。

【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の共振器の一例を
示す斜視図であり、図２はその断面図解図である。共振
器１０は、たとえば誘電体セラミックなどで形成された
誘電体基板１２を含む。誘電体基板１２は、共振周波数
における波長をλとしたとき、λ／４の厚みとなるよう
に形成される。誘電体基板１２には、貫通孔１４が形成
される。貫通孔１４には、金属ペーストなどの導電材料
が充填されることにより、内部電極１６が形成される。
なお、この内部電極１６は、貫通孔１４内に充填されて
いなくてもよく、図３に示すように、貫通孔１４の内壁
に電極層として形成されてもよい。さらに、誘電体基板
１２の一方面上には、接地電極１８が形成される。この
接地電極１８と内部電極１６とが、電気的に接続され
る。

【００１０】また、誘電体基板１２の他方面上には、貫
通孔１４の開放端と間隔を隔てて、２つのストリップ線
路２０，２２が形成される。これらのストリップ線路２
０，２２は、たとえば貫通孔１４の近傍から誘電体基板
１２の対向する端部まで延びるように形成される。この
共振器１０の等価回路が、図４に示される。この共振器
１０では、貫通孔１４とストリップ線路２０，２２とが
間隔を隔てて結合しているため、これらの間に静電容量
Ｃが形成される。

【００１１】この共振器１０では、同軸共振器のような
中心導体の側面に接地導体を形成した構造ではないた
め、エネルギの放射は大きいが、同軸共振器のように接
地導体で主線路（貫通孔）の周囲を遮蔽していないの
で、接地導体部分で発生する導体損が小さい。有限要素
法による計算では、たとえば比誘電率１１０、厚み０．
７ｍｍの誘電体基板１２に直径１００μｍの貫通孔１４
を作製した場合、共振周波数は１０ＧＨｚとなり、この
共振器の無負荷Ｑは４９０程度である。それに対して、
比誘電率１１０、厚み０．７ｍｍの誘電体基板に内径１
００μｍの中心導体、外径５００μｍの接地導体を形成
した同軸共振器を作製した場合、共振周波数は１０ＧＨ
ｚで、この共振器の無負荷Ｑは２５０程度である。

【００１２】このように、同じ共振周波数を有する共振
器について、この発明の共振器１０と同軸共振器とを比
較すると、同軸共振器の無負荷Ｑはこの発明の共振器１
０の無負荷Ｑの約１／２であり、この発明の共振器１０
の損失が小さいことがわかる。また、誘電体基板１２に
貫通孔１４を形成することにより共振器１０が得られる
ため、別部品としての共振器を基板上に実装する場合に
比べて、回路を小型化することができ、低背化が可能で
ある。また、この発明の共振器１０は、多層基板などに
比べて製造が容易であり、コストの低減を図ることがで
きる。

【００１３】このような共振器１０において、図５およ
び図６に示すように、貫通孔１４の深さ方向に段差２４
が形成されてもよい。この共振器１０では、接地電極１
８側における貫通孔１４の直径が開放側の直径より大き
くなるように形成される。誘電体基板１２に貫通孔１４
を形成した共振器１０では、貫通孔１４の開口部に形成
された接地電極１８部分に電流が集中するが、図５およ
び図６に示すような共振器１０では、接地電極１８側の
貫通孔１４の直径が大きいため、電流が集中する部分の
面積が大きく、導体損の発生が小さくなる。したがっ
て、共振器１０の損失を小さくすることができる。

【００１４】また、図７および図８に示すように、貫通
孔１４の深さ方向に段差２４を形成した共振器１０にお
いて、開放側の貫通孔１４の直径を接地電極１８側の直
径より大きくなるようにしてもよい。この場合、貫通孔
１４の開放側では容量性が増し、接地電極１８側では誘
導性が増すため、共振器１０の長さを短くすることがで
き、共振器１０の小型化を図ることができる。

【００１５】なお、貫通孔１４の開放側と接地電極１８
側の直径を変えるには、図９および図１０に示すよう
に、貫通孔１４をテーパ状に形成し、接地電極１８側の
貫通孔１４の直径を開放側の直径より大きくしてもよ
い。また、図１１および図１２に示すように、貫通孔１
４をテーパ状に形成し、開放側の貫通孔１４の直径を接
地電極１８側の直径より大きくしてもよい。このように
テーパ状の貫通孔１４を形成した場合においても、接地
電極１８側の貫通孔１４の直径が大きい場合、電流が集
中する部分の接地電極１８の面積が大きく、共振器１０
の損失を小さくすることができる。また、接地電極１８
側の貫通孔１４の直径が小さい場合、共振器１０の長さ
を短くすることができ、共振器１０の小型化を図ること
ができる。さらに、テーパ状の貫通孔１４は、レーザな
どによって容易に加工可能であり、共振器１０の製造が
容易である。また、蒸着などによって貫通孔１４内壁に
電極層を形成する場合には、貫通孔１４がテーパ状であ
ることにより、均一に電極層を形成することが可能であ
る。

【００１６】このような共振器１０を複数形成し、結合
させることにより、フィルタを形成することができる。
図１３は、このようなフィルタの一例を示す斜視図であ
る。フィルタ３０は、誘電体基板１２に複数の貫通孔１
４が形成され、それぞれの貫通孔１４が共振器１０を形
成している。そして、これらの共振器１０が電磁気的に
結合し、さらにストリップ線路２０，２２と結合するこ
とにより、フィルタ３０が形成される。なお、図１３で
は、段差が形成された貫通孔１４が示されているが、段
差のない貫通孔１４が形成されていてもよく、またテー
パ状の貫通孔１４が形成されていてもよい。また、同じ
形状の貫通孔だけでなく、多種類の形状の貫通孔１４が
混在していてもよい。

【００１７】このようなフィルタ３０では、貫通孔１４
を直線状に並べ、両端側の貫通孔１４による共振器１０
とストリップ線路２０，２２と結合させることにより、
帯域通過フィルタとすることができる。なお、貫通孔１
４に段差２４を形成したり、貫通孔１４をテーパ状にす
ることによって、接地電極１８側と開放側の貫通孔１４
の直径を異なるようにした場合、損失を小さくしたり、
小型化できる効果については、共振器１０と同様であ
る。

【００１８】なお、段差２４が形成された貫通孔１４を
結合させたフィルタ３０の場合、図１４に示すように、
１つの貫通孔１４について、直径が小さい部分の中心軸
と直径が大きい部分の中心軸とが一致しないようにする
ことができる。このようなフィルタ３０では、貫通孔１
４の中心軸をずらすことによって、共振器間の結合の強
さを調整することができる。したがって、回路のサイズ
を変えることなく、電気的な特性を調整することができ
る。また、図１５に示すように、段差のない貫通孔１４
を形成した場合、それぞれの貫通孔１４の直径を変える
ことにより、フィルタ３０の電気的特性を調整すること
ができる。なお、この場合、すべての貫通孔１４の直径
を異なるようにする必要はなく、１つの貫通孔１４の直
径のみが他の貫通穴１４の直径と異なるものであっても
よい。

【００１９】また、図１６に示すように、誘電体基板１
２に一直線状のストリップ線路３２を形成し、このスト
リップ線路３２に隣接して貫通孔１４を形成してもよ
い。この場合、図１７に示すように、静電容量Ｃを介し
てストリップ線路３２と貫通孔１４による共振器１０と
が結合し、帯域阻止フィルタが得られる。

【００２０】このような共振器１０と他の電子部品とを
組合せて、高周波モジュールを形成することができる。
図１８は、電圧制御発振器を構成した高周波モジュール
を示す斜視図であり、図１９はその等価回路図である。
高周波モジュール４０は、誘電体基板１２に貫通孔１４
を形成した共振器１０を含む。この誘電体基板１２上に
は、貫通孔１４を挟んで両側には、ストリップ線路４
２，４４が形成される。一方のストリップ線路４２に
は、ダイオード４６とインダクタ４８とが接続される。
ストリップ線路４２には、ダイオード４６のカソードが
接続され、アノードは接地される。

【００２１】他方のストリップ線路４４の一方端は、抵
抗５０を介して接地される。また、ストリップ線路４４
の他方端は、トランジスタ５２のベース、抵抗５４およ
びコンデンサ５６に接続される。トランジスタ５２のコ
レクタはストリップ線路５８およびコンデンサ６０の直
列回路を介して出力端子に接続される。さらに、トラン
ジスタ５２のコレクタは、コンデンサ６２を介して接地
されるとともに、抵抗６４を介して電源電圧Ｖｃｃに接
続される。また、トランジスタ５２のエミッタは接地さ
れる。トランジスタ５２のベースに接続されたコンデン
サ５６は接地され、抵抗５４はトランジスタ５２のコレ
クタに接続される。さらに、抵抗６４と電源電圧Ｖｃｃ
の中間部は、コンデンサ６６を介して接地される。

【００２２】このように、この高周波モジュール４０で
は、貫通孔１４で形成した共振器１０を利用して回路を
形成することができる。しかも、貫通孔１４を形成した
誘電体基板１２上にストリップ線路を形成したり、他の
電子部品を実装することにより、回路を形成することが
できる。したがって、小型で、低損失で、かつ低コスト
の高周波モジュールを得ることができる。

【００２３】このように、誘電体基板１４に貫通孔１４
を形成することにより共振器１０が形成されているた
め、小型化および低背化が可能である。また、中心導体
を囲んで接地導体が形成された同軸共振器に比べて、接
地電極部分での導体損が少なく、低損失の共振器とする
ことができる。さらに、誘電体基板１２に貫通孔１４を
形成することにより共振器１０とすることができるた
め、積層基板のような多くの製造工程が不要であり、低
コストで共振器１０を作製することができる。また、こ
のような共振器１０を用いてフィルタ３０や高周波モジ
ュール４０を作製すれば、共振器１０を作製する場合と
同様に、小型化が可能で、低損失で、かつ低コストのフ
ィルタや高周波モジュールを得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、小型低背で、低損失
の共振器を得ることができ、しかも低コストで製造可能
である。また、このような共振器を利用することによ
り、小型低背で、低損失で、低コストのフィルタや高周
波モジュールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の共振器の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す共振器の断面図解図である。

【図３】図１に示す共振器の変形例を示す断面図解図で
ある。

【図４】図１に示す共振器の等価回路図である。

【図５】貫通孔に段差を設けて接地電極側の貫通孔の直
径を大きくした共振器の例を示す斜視図である。

【図６】図５に示す共振器の断面図解図である。

【図７】貫通孔に段差を設けて開放側の貫通孔の直径を
大きくした共振器の例を示す斜視図である。

【図８】図７に示す共振器の断面図解図である。

【図９】テーパ状の貫通孔を形成して接地電極側の貫通
孔の直径を大きくした共振器の例を示す斜視図である。

【図１０】図９に示す共振器の断面図解図である。

【図１１】テーパ状の貫通孔を形成して開放側の貫通孔
の直径を大きくした共振器の例を示す斜視図である。

【図１２】図１１に示す共振器の断面図解図である。

【図１３】誘電体基板に複数の貫通孔を形成して帯域通
過フィルタとしたフィルタの一例を示す斜視図である。

【図１４】図１３に示すフィルタの断面図解図である。

【図１５】誘電体基板に複数の貫通孔を形成して帯域通
過フィルタとしたフィルタの他の例を示す斜視図であ
る。

【図１６】誘電体基板に貫通孔とストリップ電極とを形
成して帯域阻止フィルタとしたフィルタの一例を示す斜
視図である。

【図１７】図１６に示す帯域阻止フィルタの等価回路図
である。

【図１８】誘電体基板に貫通孔を形成するとともに他の
電子部品を実装して電圧制御発振器を構成した高周波モ
ジュールを示す斜視図である。

【図１９】図１８に示す高周波モジュールの等価回路図
である。

【図２０】従来の共振器の一例を示す分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 共振器 １２ 誘電体基板 １４ 貫通孔 １６ 内部電極 １８ 接地電極 ２０，２２ ストリップ線路 ２４ 段差 ３０ フィルタ ４０ 高周波モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家木 勉 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J006 HD07 HD12 LA02 LA21 LA25 NA04 NA08 NC02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 使用周波数における波長をλとしたとき
   λ／４の厚みを有する誘電体基板、 前記誘電体基板の厚み方向に形成される貫通孔、 前記貫通孔の内側に形成される内部電極、および前記誘
   電体基板の一方面上に形成され前記内部電極に接続され
   る接地電極を含む、共振器。
2. 【請求項２】 前記内部電極を他の素子と接続すること
   なく結合させた、請求項１に記載の共振器。
3. 【請求項３】 前記内部電極は、前記貫通孔の内壁に形
   成される電極層または前記貫通孔に充填される導電材料
   で形成された、請求項１または請求項２に記載の共振
   器。
4. 【請求項４】 前記貫通孔の深さ方向に段差が形成さ
   れ、前記接地電極側における前記貫通孔の大きさが開放
   側における前記貫通孔の大きさより大きくなるようにし
   た、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の共振
   器。
5. 【請求項５】 前記貫通孔の深さ方向に段差が形成さ
   れ、開放側における前記貫通孔の大きさが前記接地電極
   側における前記貫通孔の大きさより大きくなるようにし
   た、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の共振
   器。
6. 【請求項６】 前記段差の両側における前記貫通孔の中
   心軸をずらしたことを特徴とする、請求項４または請求
   項５に記載の共振器。
7. 【請求項７】 前記貫通孔はテーパ状に形成され、前記
   接地電極側における前記貫通孔の大きさが開放側におけ
   る前記貫通孔の大きさより大きくなるようにした、請求
   項１ないし請求項３のいずれかに記載の共振器。
8. 【請求項８】 前記貫通孔はテーパ状に形成され、開放
   側における前記貫通孔の大きさが前記接地電極側におけ
   る前記貫通孔の大きさより大きくなるようにした、請求
   項１ないし請求項３のいずれかに記載の共振器。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれかに記
   載の共振器を複数結合させた、フィルタ。
10. 【請求項１０】 前記誘電体基板に少なくとも２つ以上
    の大きさの複数の前記貫通孔が形成された、請求項９に
    記載のフィルタ。
11. 【請求項１１】 前記誘電体基板上に形成された線路の
    開放端と前記共振器とを結合させることにより帯域通過
    フィルタとした、請求項９または請求項１０に記載のフ
    ィルタ。
12. 【請求項１２】 前記誘電体基板上に線路が形成され、
    前記線路に隣接して請求項１ないし請求項８のいずれか
    に記載の共振器が形成されることにより帯域阻止フィル
    タとした、フィルタ。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
    記載の共振器を形成した前記誘電体基板に電子部品を設
    けることにより電圧制御発振器とした、高周波モジュー
    ル。