JP2002246808A

JP2002246808A - 誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP2002246808A
Application number: JP2001046034A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawamura; 浩一河村; Takaharu Oyama; 隆治大山
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、基板実装性に優れ、実装後に
外部回路との整合を調整可能であり、かつ、電磁波のリ
ークを小さくし損失を小さくした効率的な入出力結合を
有する入出力電極を備えた誘電体フィルタを提供するこ
とである。【解決手段】複数の誘電体が直列に接合し、入出力電極
構成部、グランド電極および結合部を有するＴＥモード
誘電体フィルタであって、前記入出力電極構成部は入出
力電極とそれに接する誘電体露出部とからなり、かつ前
記誘電体フィルタの両端の誘電体上に形成されており、
前記入出力電極構成部および前記入出力電極は前記誘電
体の実装面と前記接合面を除く一側面とにかけて連続し
て形成されており、前記側面の入出力電極の上端のみが
前記グランド電極に短絡していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、５ＧＨｚから３０
ＧＨｚの高い周波数帯での使用に適した誘電体を複数接
合した小型の誘電体フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報通信分野の急速な発展に伴って２Ｇ
Ｈｚよりも高い周波数帯域の移動体通信システムが検討
されている。これまでの移動体通信では２ＧＨｚ帯程度
までの周波数が利用されており、移動局に用いられるフ
ィルタとしては誘電体同軸共振器を組み合わせたものが
主に用いられていた。

【０００３】しかし、５ＧＨｚ以上の周波数で用いる場
合には、この誘電体同軸共振器では、低損失のフィルタ
とすることは難しく、高いＱを確保しようとすれば外形
を小さくすることが困難である。

【０００４】これらのことから３ＧＨｚ以上の周波数帯
においても実用的な図１０に示すようなＴＥモードを用
いた誘電体を複数直列に接続した誘電体フィルタが提案
されている。図１０（ａ）はその斜視図、図１０（ｂ）
は分解斜視図である。複数個のＴＥモード誘電体共振器
２０は、それぞれ直方体の誘電体の表面に導体メタライ
ズが施されたものであり、他の共振器と接合する面上に
は結合のためにメタライズを除去して形成された円形ま
たは矩形等の結合孔２２が設けられている。また入出力
端子と結合する面上には、周囲のメタライズを除去して
形成された入出力電極２６が設けられている。これら３
個の誘電体共振器２０は図１０（ａ）に示すように結合
面を当接して半田付けすることにより一体化される。

【０００５】誘電体フィルタの両端部に設けられた入出
力電極２６は、側面に設けた剥離帯の上に、電極の上端
が上面の金属被膜に導通し、電極の下端が剥離帯の中ほ
どにあるように形成されている。そして、この入出力電
極２６には、Ｌ字形状の金属製引出電極２４が半田付け
等により取り付けられる。誘電体フィルタは、この引出
電極２４を介して外部回路と結合する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このフ
ィルタにおいては、入出力電極と外部回路との接続を金
属製引出電極である金具を介して行っている。このため
外部接続のための部品点数が増加するとともに、この金
具接続のばらつきにより外部回路との整合（ＶＳＷＲ）
がばらつくことが懸念される。また、誘電体フィルタを
基板に実装する場合、実装後の外部回路との調整が必要
であり、その調整が容易であることも誘電体フィルタと
して重要である。

【０００７】さらに、高周波の誘電体フィルタとして
は、電磁波のリークを少なくし、入出力結合を効率的に
行い、低損失であることが切望されている。

【０００８】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
もので、本発明の目的は、基板実装性に優れ、実装後に
外部回路との整合を調整可能であり、かつ、電磁波のリ
ークを小さくし損失を小さくした効率的な入出力結合を
有する入出力電極を備えた誘電体フィルタを提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の誘電体が直列に接合し、入出力電極
構成部、グランド電極および結合部を有するＴＥモード
誘電体フィルタであって、前記入出力電極構成部は入出
力電極と該入出力電極に接する誘電体露出部とからな
り、かつ前記入出力電極構成部は前記誘電体フィルタの
両端の誘電体上に形成されており、前記結合部は誘電体
同士の接合面内に形成され、前記グランド電極は前記入
出力電極構成部と前記結合部とを除く誘電体表面に形成
されており、前記入出力電極構成部および前記入出力電
極は前記誘電体の実装面と前記接合面を除く一側面とに
かけて連続して形成されており、前記側面の入出力電極
の上端のみが前記グランド電極に短絡していることを特
徴とする誘電体フィルタを提供するものである。

【００１０】さらに、前記入出力電極と前記グランド電
極との短絡点が前記誘電体側面の上端より低い位置に形
成されていることが好ましい。

【００１１】また、本発明は、前記誘電体フィルタを絶
縁体基板上に載置し、前記絶縁体基板上に形成された基
板信号ラインと前記誘電体フィルタの入出力電極の実装
面に形成された電極部分とを電気的に接続したものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、複数の誘電体が直列
に接合したＴＥモード誘電体フィルタであって、前記誘
電体フィルタの両端の誘電体に、入出力電極を誘電体の
１側面から実装面にかけて形成し、かつ、前記誘電体側
面では入出力電極の上端がグランド電極に導通した構造
とすることにより、従来のように、外部回路との接続に
特別な金具を必要とせず、容易に誘電体フィルタを基板
に実装することができ、外部回路との整合（ＶＳＷＲ）
がばらつきにくい。また、実装後の外部回路との調整も
入出力電極の側面部分を削ることにより容易に行うこと
ができる。さらに、入出力電極の誘電体側面での磁界結
合と実装面での電界結合とにより、入出力結合を効率的
に行うことができ、誘電体露出部の面積を小さくし電磁
波のリークの小さい低損失なフィルタとすることができ
る。特に、入出力電極とグランド電極との短絡点を、誘
電体の側面の上端より下に設定することにより、さらに
誘電体露出部の面積を小さくでき、低損失のフィルタと
することができる。

【００１３】以下、本発明に係る誘電体フィルタの実施
形態について添付図面を参照して説明する。各実施形態
において、同一部品および同一部分には同じ符号を付し
た。

【００１４】図１は本発明にかかる誘電体フィルタの一
実施形態の斜視図であり、図１（ａ）は組み立て後、図
１（ｂ）は組み立て前分解斜視図を示すものである。本
発明に係る誘電体フィルタ１は、ＴＥモード共振器とし
て働く所定の寸法を持つ誘電体２の共振器を複数個接続
した形で形成される。複数個のＴＥモード誘電体共振器
は、それぞれ、直方体の誘電体２の表面に導体メタライ
ズが施されたものであり、他の誘電体共振器に接合する
接合面上には結合部として非メタライズ部分からなる円
形または矩形等の結合孔３が設けられている。

【００１５】また、両端の誘電体には入出力電極５とそ
れに接する誘電体露出部４とからなる入出力電極構成部
６が前記誘電体の実装面９と前記接合面を除く１側面と
にかけて連続して形成されており、入出力電極５は入出
力電極構成部６内に実装面９と前記側面に連続して形成
されている。入出力電極５は、グランド電極８と両端の
誘電体２の側面の上端を短絡点７として導通している。
入出力電極５は、両端の誘電体２の前記接合面と反対側
の面以外の他の側面（ただし、接合面は除く）上に形成
することもできる。

【００１６】このような構成の誘電体フィルタを、例え
ば図８に示すような基板信号ライン１１を設けた基板に
実装し、入出力電極５の実装面９部分と基板に設けられ
た基板信号ライン１１とを半田等の導電性接着剤にて接
続する。これにより、実装に際しＬ字金具のような特別
な部品を用いることなく容易に誘電体フィルタを基板に
実装できる。また、基板には基板グランド電極１２が形
成されており、誘電体フィルタのグランド電極８と基板
上の基板グランド電極１２とが電気的に接続される。基
板グランド電極１２は基板の裏面に形成されていてもよ
く、その場合、この基板グランド電極１２と誘電体フィ
ルタのグランド電極８とは、基板に設けたスルーホール
または基板の側面を通して電気的に接続される。また、
実装後は、誘電体側面の入出力電極を一部削ることによ
り入出力の結合（ＶＳＷＲ）の調整が可能である。さら
に、図６に例示されるような短絡点７を有しない島状の
入出力電極５に比べて、セラミックの露出面積を小さく
して電磁波のリークが少なくできるとともに、誘電体側
面の電極による磁界結合と実装面の電極による電界結合
を効率的に働かせることができ、損失を小さく押さえる
ことができる。

【００１７】図３に本発明にかかる誘電体フィルタの他
の一実施形態の斜視図を示す。入出力電極のパターン以
外は、図１に示した誘電体フィルタと同一の構成であ
る。図１の実施形態と異なる点は、入出力電極５とグラ
ンド電極８との短絡点７が誘電体ブロックの側面の上端
より下方にあることである。これにより、側面に形成さ
れている誘電体露出部４の面積をさらに減らすことがで
き、その結果、さらにフィルタの損失を小さく押さえる
ことが可能となる。その結果、誘電体ブロック間の結合
用の剥離部分の面積を広くすることが可能となり、広い
帯域のフィルタとすることも可能である。

【００１８】

【実施例】（実施例１）図１に示したような本発明の実
施形態の一つである誘電体フィルタを次のように作製
し、フィルタの特性を測定した。

【００１９】本実施例は、６．００×１７．７×３ｍｍ
ｔの形状の３段フィルタである。６．００×６．００×
３．００ｍｍｔの誘電体ブロックをフィルタを形成する
周波数に寸法加工し、次のように、結合部、入出力電極
構成部およびグランド電極を構成するように電極を形成
して、ＴＥモード共振器となるようにした。両端の共振
器の側面上下端間に３．０ｍｍ幅の入出力電極構成部６
を側面上の中央に設定し、その入出力電極構成部６内に
１．５ｍｍライン幅の入出力電極５を形成した。また実
装面には２．４ｍｍ幅×２．０ｍｍ奥行の入出力電極構
成部６内に１．０ｍｍ幅×１．０ｍｍ奥行の入出力電極
５を形成した。このようにして、入出力電極構成部６内
の入出力電極５以外の領域には、入出力電極５の上端を
除いて誘電体露出部４を形成した。また、共振器間の結
合用に共振器の接合面の上下端間に結合部として１．２
ｍｍ幅×３ｍｍ高さの誘電体露出部を中央に設けた。誘
電体フィルタの前記入出力電極構成部６と前記結合部以
外の表面にはグランド電極を形成した。最後に、これら
の共振器を半田等の導電性接着剤で接合した。用いた誘
電体材料の比誘電率ε_rは３７である。

【００２０】図２に作製したフィルタの特性を示す。中
心周波数が５５５０ＭＨｚで、３ｄＢ帯域幅が１５０Ｍ
Ｈｚで、ピーク点の挿入損失が１．５１ｄＢである、挿
入損失の小さい誘電体フィルタが得られた。

【００２１】フィルタ実装面にも入出力電極を設け、基
板への実装性を容易にし、かつ、側面の電極で実装後の
微調整を可能にしたにもかかわらず、低損失の誘電体フ
ィルタを構成できたのは、入出力電極のパターンを本発
明のようにして、誘電体露出部の面積を小さく押さえた
ためと、側面の電極による磁界結合と実装面の電極によ
る電界結合が効率的に働いたためと思われる。

【００２２】図４は、誘電体の露出面積を小さくするこ
とにより無負荷Ｑ（Ｑｕ値）が大きくなり損失が小さく
なることを示す実験例である。図４（ａ）は、誘電体共
振器の無負荷Ｑ（Ｑｕ値）の測定方法を示す図であり、
導体板上に側面に誘電体露出部を形成した試料を設置
し、試料の両側にループアンテナを形成した同軸ケーブ
ルを設置し、高周波をかけて、周波数特性を測定し、見
かけ上の無負荷Ｑ（Ｑｕ値）を算出した。

【００２３】試料は、５ＧＨｚ帯の５．８５×５．８５
×３．０ｍｍのＴＥモード共振器の側面の電極を中央部
で１．５ｍｍ幅×１．０ｍｍ高さの領域で剥離したもの
（図４（ｂ））と同形状の共振器の側面の電極を中央部
で１．５ｍｍ幅×３．０ｍｍ高さの領域で剥離したもの
（図４（ｄ））である。それぞれの試料の電磁波リーク
による共振周波数の変化と損失を図４（ｃ）と図４
（ｅ）に示す。

【００２４】５ＧＨｚ帯の５．８５×５．８５×３．０
ｍｍのＴＥモード共振器の側面の電極を中央部で１．５
ｍｍ幅×１．０ｍｍ高さの領域で剥離した場合に共振周
波数は５７１２ＭＨｚであるのに対し、１．５ｍｍ幅×
３．０ｍｍ高さの領域で剥離した場合には５６３１ＭＨ
ｚとなり約８１ＭＨｚ低下し、この時Ｑｕ値は１０５０
から約６５０と劣化し電磁波のリークによる損失の増大
が起こる。測定された見かけ上の無負荷Ｑ（Ｑｕ値）
は、誘電体固有のＱと電極形状に起因するＱが作用して
おり、この実験では、誘電体材料として同一のものを使
用していることから、誘電体固有のＱは同一とみなさ
れ、上記の測定値の差は、誘電体露出面積に起因し、誘
電体露出部が広いほど挿入損失が大きいことを示してい
る。

【００２５】（実施例２）電磁波のリークをさらに少な
くするために図３に示すように、入出力電極とグランド
電極との短絡点を側面の上端より低い位置に設定した誘
電体フィルタの実施例を示す。本実施例では、前記短絡
点の位置を誘電体側面の１／３の高さにし、５．８５×
１７．７×３ｍｍｔの大きさの３段フィルタを作製し
た。５．８５×５．８５×３ｍｍｔの誘電体ブロックを
フィルタを形成する周波数に寸法加工し、次のように、
結合部、入出力電極構成部およびグランド電極部を構成
するように電極を形成してＴＥモード共振器となるよう
にした。両端の共振器の側面に３．３ｍｍ幅×１．０ｍ
ｍ高さの入出力電極構成部６を側面下端から設定し、そ
の入出力電極構成部６に１．５ｍｍ幅のラインの電極を
形成した。また実装面には、寸法が２．４ｍｍ幅×２．
０ｍｍ奥行の入出力電極構成部６内に１．５ｍｍ幅×
１．５ｍｍ奥行の入出力電極５を形成した。このように
して、入出力電極構成部６内の入出力電極５以外の領域
には、側面の入出力電極５の上端を除いて誘電体露出部
４を形成した。また、共振器間の結合用に共振器の接合
面の上下端間に１．５ｍｍ幅×３ｍｍ高さの剥離帯を結
合部３として中央に設けた。誘電体フィルタの前記入出
力電極構成部６と前記結合部３以外の表面にはグランド
電極を形成した。最後にこれら共振器を半田等の導電性
接着剤で接合した。用いた誘電体材料の比誘電率ε_rは
３７である。

【００２６】図５にこのようにして作製した誘電体フィ
ルタの特性を示す。中心周波数が５７００ＭＨｚで、３
ｄＢ帯域幅が２３０ＭＨｚでピーク点の挿入損失が、
０．９７ｄＢのものが得られた。

【００２７】（比較例１）比較のために実施例２の誘電
体フィルタの入出力電極構成部の誘電体露出部４が同じ
面積となるように図６に示すようなグランド電極との短
絡点を持たない島状の入出力電極５のパターンを持つ形
態の誘電体フィルタを形成した。

【００２８】本比較例は、５．８５×１７．７×３ｍｍ
ｔの大きさの３段フィルタである。５．８５×５．８５
×３ｍｍｔの誘電体ブロックをフィルタを形成する周波
数に寸法加工し、次のように、結合部、入出力電極構成
部およびグランド電極部を構成するように電極を形成し
てＴＥモード共振器となるようにした。両端の共振器の
１側面に３．３ｍｍ幅×１．０ｍｍ高さの入出力電極構
成部６を側面下端から設定し、その入出力電極構成部６
内に２．０ｍｍ幅×０．７５ｍｍ高さの入出力電極５を
形成した。また実装面には、寸法が２．４ｍｍ幅×２．
０ｍｍ奥行の入出力電極構成部６内に１．５ｍｍ幅×
１．５ｍｍ奥行の入出力電極５を形成した。共振器間の
結合用に共振器の結合面の上下端間に１．０ｍｍ幅×３
ｍｍ高さの誘電体露出部（結合部３）を中央に設けた。
誘電体フィルタの前記入出力電極構成部６と前記結合部
３以外の表面にはグランド電極を形成した。接合面の誘
電体露出部の面積は、誘電体フィルタ全体の入出力イン
ピーダンスが５０Ωとなるように決定されたものであ
る。最後にこれら共振器を半田等の導電性接着剤で接合
した。用いた誘電体材料の比誘電率ε_rは３７である。

【００２９】図７に図６の形態の誘電体フィルタの特性
を示す。中心周波数が５７１０ＭＨｚで、３ｄＢ帯域幅
が１００ＭＨｚで、ピーク点の挿入損失が２．０６ｄＢ
のものが得られた。

【００３０】実施例２と比較例１との比較から判るよう
に、側面にグランド電極との短絡点７を持つような入出
力電極構造、特に、前記短絡点７が誘電体側面の上端よ
り低い位置にある入出力電極構造においては、短絡点７
を持たない入出力電極構造に比べ入出力結合が大きく、
比帯域幅の広い誘電体フィルタを得ることができる。

【００３１】即ち、入出力電極構成部の誘電体露出部の
面積が同じ場合には、本発明の電極構造は、入出力イン
ピーダンスが小さく、結合部３の面積を大きくできるの
で、広い比帯域幅を持つことができ、そのため挿入損失
を小さくすることができる。また、結合部３の面積を同
一にするように構成した場合、本発明の電極構造の誘電
体露出部４の面積をさらに小さくでき、挿入損失をさら
に小さくできる。

【００３２】（実施例３）図８に、本発明の高周波誘電
体フィルタの実装面の入出力電極を基板に実装し、基板
に形成された引出電極と電気的に接続した例を示す。図
８（ａ）は、誘電体フィルタを基板に実装した一実施形
態を示す図であり、図８（ｂ）は、基板信号ライン１１
と基板グランド電極１２が形成された基板１０と誘電体
フィルタを別個に示す図である。基板１０には、１０×
２０×０．４ｍｍｔのテフロン（登録商標）基板を用
い、その上に図８（ｂ）に示すように誘電体フィルタの
入出力電極と接続され外部回路につなげる引出電極とな
る１．１７ｍｍ幅の基板信号ライン１１と誘電体フィル
タのグランド電極につなげる基板グランド電極１２とを
形成している。基板上にペースト状半田を塗り、その上
に誘電体フィルタを置きリフロー炉を利用して誘電体フ
ィルタの実装面の入出力電極と基板の基板信号ライン１
１を半田で電気的に接着することにより、２２ＧＨｚ帯
の３段の誘電体フィルタを基板１０上に実装した。

【００３３】本実施例に用いた誘電体フィルタは、３．
００×８．８８×１．５ｍｍｔの大きさの３段フィルタ
であり、次のように作製した。３．００×３．００×
１．５ｍｍｔの誘電体ブロックをフィルタを形成する周
波数に寸法加工し、次のように、結合部、入出力電極構
成部およびグランド電極部を構成するように電極を形成
してＴＥモード共振器となるようにした。両端の共振器
の側面に１．５ｍｍ幅×０．５ｍｍ高さの入出力電極構
成部６を側面下端から設定し、その入出力電極構成部６
内に０．９ｍｍ幅のラインの入出力電極５を形成した。
また実装面には、１．４ｍｍ幅×１．０ｍｍ奥行の入出
力電極構成部６内に０．９ｍｍ幅×０．７ｍｍ奥行の入
出力電極５を形成した。共振器間の結合用に共振器の接
合面の中央に０．６８ｍｍ幅×０．５ｍｍ高さの誘電体
露出部を中央に設けた。誘電体フィルタの前記入出力電
極構成部６と前記結合部以外の表面にはグランド電極を
形成した。最後にこれら共振器を半田等の導電性接着剤
で接合した。用いた誘電体材料の比誘電率ε_rは、９．
６である。

【００３４】図９に図８の形態の基板に設置した誘電体
フィルタの特性を示す。中心周波数が２２２００ＭＨｚ
で、３ｄＢ帯域幅が３２５ＭＨｚでピーク点の挿入損失
が、１．９８ｄＢである入力損失の小さい誘電体フィル
タが得られた。

【００３５】このように、本発明の入出力電極パターン
を有する誘電体を用いて、実装面側の入出力電極と基板
信号ラインを半田等の導電性接着材により接着すること
により、基板に装着した入力損失の少ない誘電体フィル
タを容易に得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
おいては入出力電極を実装面を含む２面にわたって形成
したため、基板上の信号ラインと誘電体フィルタの入出
力電極を特別な金具を用いず半田等の導電性接着材で接
続できるため実装性にすぐれており、金具接続によるば
らつきがなく、また、基板に実装後の外部回路との整合
（ＶＳＷＲ）も側面の電極を一部修正することにより容
易に行うことができる。

【００３７】またこのような２面にわたって入出力電極
構成部に誘電体露出面を形成しているにもかかわらず、
誘電体側面の入出力電極の一端をグランド電極に短絡さ
せることによって、入出力結合を強くし、電磁波のリー
クを小さくすることができ、低損失な誘電体フィルタを
得ることができる。さらに、このような短絡点を持たな
い構造の入出力電極に比べ広帯域幅のフィルタを構成す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る誘電体フィルタの一実施形態を示
す外観図である。

【図２】図１の誘電体フィルタの特性図である。

【図３】本発明に係る誘電体フィルタの他の実施形態を
示す外観図である。

【図４】誘電体の露出面積とＱｕ値との関係を示す説明
図である。

【図５】本発明に係る誘電体フィルタの一実施例の特性
図である。

【図６】グランド電極と短絡点を有しない入出力電極を
形成した比較例となる誘電体フィルタの一実施形態を示
す外観図である。

【図７】図６の誘電体フィルタの特性図である。

【図８】本発明に係る誘電体フィルタを基板に実装した
一実施形態を示す外観図である。

【図９】図８の基板に実装した誘電体フィルタの特性図
である。

【図１０】従来の誘電体フィルタを示す外観斜視図であ
る。

【符号の説明】

１誘電体フィルタ２誘電体（共振器）３結合部（結合孔）４誘電体露出部５入出力電極６入出力電極構成部７短絡点８グランド電極９実装面１０基板１１基板信号ライン（引出電極）１２基板グランド電極２０誘電体（共振器）２２結合孔２４引出電極（金具）２６入出力電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の誘電体が直列に接合し、入出力電
極構成部、グランド電極および結合部を有するＴＥモー
ド誘電体フィルタであって、前記入出力電極構成部は入
出力電極と該入出力電極に接する誘電体露出部とからな
り、かつ前記入出力電極構成部は前記誘電体フィルタの
両端の誘電体上に形成されており、前記結合部は誘電体
同士の接合面内に形成され、前記グランド電極は前記入
出力電極構成部と前記結合部とを除く誘電体表面に形成
されており、前記入出力電極構成部および前記入出力電
極は前記誘電体の実装面と前記接合面を除く一側面とに
かけて連続して形成されており、前記側面の入出力電極
の上端のみが前記グランド電極に短絡していることを特
徴とする誘電体フィルタ。
【請求項２】前記入出力電極と前記グランド電極との
短絡点が前記誘電体側面の上端より低い位置に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の誘電体フィル
タ。
【請求項３】前記誘電体フィルタを絶縁体基板上に載
置し、前記絶縁体基板上に形成された基板信号ラインと
前記誘電体フィルタの入出力電極の実装面に形成された
電極部分とを電気的に接続したことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の誘電体フィルタ。