JP2003179404A

JP2003179404A - 積層型誘電体フィルタ

Info

Publication number: JP2003179404A
Application number: JP2001377148A
Authority: JP
Inventors: Yuji Maruyama; 雄二丸山; Takafumi Nogi; 貴文野木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でかつ、インピーダンス整合性の良い積層
型誘電体フィルタを得る。【解決手段】ストリップラインを第１伝送線路５ａ、６
ａから折返した第２伝送線路５ａ、５ｂを形成した構造
にした。そして、隣り合うストリップライン５、６のグ
ランド端子３ａ、３ｂと接続された短絡側が互い違いに
配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に高周波用電子
部品として使用される積層型誘電体フィルタに関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】携帯電話の分配器等に搭載される誘電体フ
ィルタは、誘電体共振器を複数組合せて構成されたバン
ドパスフィルタである。そして近年の誘電体フィルタ
は、小型で比較的安価であるなどの理由から、それまで
主流であった同軸型誘電体フィルタに替わり、共振器を
ストリップラインで構成した積層型誘電体フィルタが多
用されつつある。このような従来の積層型誘電体フィル
タの等価回路図を図５に、その等価回路図を図６に示
す。

【０００３】積層型誘電体フィルタ５０は、図に示すよ
うに複数の誘電体層６２ａ〜６２ｇを積層した積層体６
２と誘電体層６２ａ〜６２ｇの主面に各種、電極、電送
線路等が形成されている。共振器を構成するストリップ
ライン５５、５６は何れも誘電体層６２ｅの同一面に形
成されており、一端が短絡し、他端が開放されて互いに
電磁界結合可能に並列に配置されており、誘電体層６２
ｂ及び誘電体層６２ｇの一方主面に形成したグランド電
極６３ｃ、６３ｄと対向して配置されている。なお、ス
トリップライン５５、５６は、小型にするために、一方
端をグランド電位に短絡して１／４波長の長さに設計し
ている。

【０００４】また、誘電体層６２ｃ及び誘電体層６２ｆ
の一方主面に形成した結合電極６０ａ、６０ｂにより静
電結合力を強めるとともに、誘電体層６２ｄの一方主面
に、積層体６２の側面に形成する入出力端子（不図示）
に接続する引出電極６４０を有した整合電極６４ａ、６
４ｂを形成しており、各ストリップライン５５、５６で
構成するフィルタの整合をとっている。

【０００５】以上が従来の積層型誘電体フィルタ５０の
構造であるが、これを等価回路図で示すと図６のように
なる。即ち、入力端子ｘから出力端子ｙには整合電極６
４ａ、６４ｂで形成する容量成分、結合電極６０ａやス
トリップライン５５、５６間で形成する容量成分が直列
に接続されており、各々の間にストリップライン５５、
５６のそれぞれが同じ一方端に短絡させて並列に配置
し、互いに電磁静電結合することで通過域を持つフィル
タを構成している。

【０００６】一方、積層型誘電体フィルタ５０をより小
型化を実現するためにストリップライン５５、５６のラ
イン長を短縮する技術、即ち、グランド電位に短絡して
いないストリップライン５５、５６の他端からビアホー
ル導体を介して他の誘電体層に折返した構造が提案され
ている。このような積層型誘電体フィルタ７０の分解斜
視図を図７に示す。

【０００７】図に示すように、誘電体層７２ａ〜７２ｇ
を積層してなる積層体７２を有し、誘電体層７２ｂ〜誘
電体層７２ｅ間にストリップライン５５、５６が形成さ
れている。ストリップライン５５は誘電体層７２ｅの一
方主面に形成した第１伝送線路５５ａと誘電体層７２ｃ
の一方主面に形成した第２伝送線路５５ｂと、両伝送線
路５５ａ、５５ｂを接続するビアホール導体７８ａによ
り構成している。ビアホール導体７８ａは第１伝送線路
５５ａの他端と接続している。ストリップライン５６に
ついても同様の構造であるので説明を省略する。

【０００８】このように、第２伝送線路５５ｂ、５６ｂ
を形成して、第１伝送線路の他端から少し折返した構造
にすることにより、電界強度の強い第１伝送線路５５
ａ、５６ａの他端の容量成分を大きくできるので、スト
リップライン５５、５６の誘電体層７２ｅに形成する長
さが短縮し、より小型な積層型誘電体フィルタ７０とな
る。

【０００９】なお、誘電体層７２ｂ、７２ｇの一方主面
にグランド電極７３ｃ、７３ｄが形成されている。ま
た、誘電体層７２ｆ上に結合電極７０ａが形成されてお
り、ストリップライン５５、５６の一方端に対向してい
る。更に、第１伝送線路５５ａ、５６ａと第２伝送線路
間５５ｂ、５６ｂ間に各ストリップライン５５、５６に
対向する整合電極７４ａ、７４ｂが形成されており、各
整合電極７４ａ、７４ｂから積層体７２の側面に形成す
る入出力端子（不図示）に接続される引出電極７４０、
７４０が形成されている。

【００１０】以上が積層型誘電体フィルタ７０の構成で
あるが、これを等価回路図で示すと図６のようになるた
め説明を省略する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】近年の携帯電話等に代
表されるように小型化、高機能化に伴い、用いられる電
子部品、即ち、従来技術に示した積層型誘電体フィルタ
をさらに小型にするためには、ストリップライン５６の
第２伝送線路の占める割合をさらに大きくして、ストリ
ップライン開放端側の容量成分をより大きくすればよ
い。

【００１２】しかしながら、第２伝送線路の占める割合
を大きくするとストリップライン５５、５６とグランド
電極７３ｃ、７３ｄ間の容量成分が大きくなり、その結
果、フィルタ全体の容量成分が大きくなために、フィル
タのインピーダンスが小さくなって各ストリップライン
５５、５６で構成する共振器の整合性が悪くなるという
問題があった。

【００１３】この問題を解決するためには、入力端子ｘ
から出力端子ｙまでの容量成分を大きくしなければなら
ない。即ち、ストリップライン５５、５６間の容量成分
やストリップライン５５、５６と整合電極６４ａ、６４
ｂで形成する容量成分を大きくする必要がある。

【００１４】しかしながら、容量成分を大きくするため
に結合電極７０ａや整合電極７４ａ、７４ｂの面積を大
きくすることは簡単にできない。その理由は、ストリッ
プライン５５、５６の長さが短く形成するので、充分な
電極を形成する面積が確保できなくなるからである。

【００１５】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、小型でかつ整合性のよい積
層型誘電体フィルタを提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明では、複数の誘電体層を積層した誘電体ブ
ロックの異なる誘電体層間に、ビアホール導体を介して
互いに接続されている第１伝送線路、第２伝送線路を形
成し、前記第１伝送線路の一端をグランド電位に短絡
し、前記第２伝送線路の一端を開放した成る複数のスト
リップラインを併設配置した積層型誘電体フィルタであ
って、隣り合う前記ストリップラインは、その短絡端が
互い違いに配置されていることを特徴とする積層型誘電
体フィルタを提供する。

【００１７】また前記第１伝送線路の幅よりも第２伝送
線路の幅が広異ことを特徴とする積層型誘電体フィルタ
を提供する。

【００１８】

【作用】積層型誘電体フィルタ（単に「フィルタ」とい
う）を小型化するのに、ストリップライン長を短くする
ことが考えられるが、ストリップラインを構成する第
１、第２伝送線路のうち、第２伝送線路の割合を長くす
ると、第１伝送線路の他端、即ち、短絡させない先端側
は電界強度が強いのでストリップラインとグランド電極
との容量成分が増えるようになる。ここで、一般的にス
トリップラインで構成する共振器（以下、単に「共振
器」という）の共振周波数におけるインピーダンスＺｓ
は、ストリップラインの誘導成分をＬｓ、ストリップラ
インの容量成分をＣｓとしたとき、（Ｌｓ／Ｃｓ）^1/2
の関係が成り立つので、ストリップラインの容量成分が
大きくなると個々の共振器のインピーダンスＺｓが低下
する。従って、インピーダンスＺｓが低下するとフィル
タのインピーダンスもそれに伴って低下し、入出力端子
間の整合性が劣化する。

【００１９】一方、共振器の共振周波数におけるインピ
ーダンスＺｓが低下すると、フィルタ全体のインピーダ
ンスが小さくなり整合性が劣化する。従って、一般的に
はストリップライン長を短くするために第２伝送線路を
形成するとフィルタとしてのインピーダンスが低下する
ために好ましくない。ここで、フィルタのインピーダン
スＺは、誘導成分をＬ、容量成分をＣとしたときに、Ｚ
＝ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝と表され、フィルタとして
のインピーダンスＺを大きくするためには、従来からフ
ィルタの容量成分Ｃを大きくすると改善されることが知
られている。例えば、容量成分Ｃは各ストリップライン
間に形成する結合電極や、ストリップラインと入出力端
子側に形成する整合電極からなるが、これらの容量成分
を大きくすることでフィルタの容量成分Ｃを大きくとる
ことができる。従って、小型化するためにストリップラ
イン長が短く形成されると、充分に容量成分Ｃを形成す
る電極面積を取ることができないものである。

【００２０】しかしながら、本発明の請求項１によれ
ば、ストリップラインは第１伝送線路と第２伝送線路を
ビアホール導体により折り返して形成しており、しか
も、隣り合うストリップラインの短絡した一端が互い違
いに配置されている、いわゆるインターデジタル型の配
置にしている。これにより、本来、第１伝送線路の一方
端は短絡して電界強度が弱く、第１伝送線路の他方端は
電界強度が強くなっているので、フィルタとしてみた場
合、電界強度が弱い第１伝送線路の一方端の周囲には、
隣りの第１伝送線路の電界強度が強い他方側が配されて
いるので、結果的に、第１伝送線路の一方端の周囲では
静電結合が強くなり、第２伝送線路の容量成分Ｃｓと相
俟って十分な容量成分Ｃを得ることができる。また、逆
も同じような作用を有している。従って、フィルタの容
量成分Ｃが低下するのを防ぎ、結合電極や整合電極を大
きく形成しなくてもフィルタのインピーダンスＺを大き
くすることができ各共振器間の整合性を良くすることが
できる。

【００２１】また、本発明の請求項２によれば、第１伝
送線路よりも第２伝送線路の幅が広くなるように形成し
ているので、一般的にはストリップラインとグランド電
極との容量成分が増えてストリップライン長を広くしな
いときに比べて短く形成できることが知られている。

【００２２】しかしながら、上述のように、第２伝送線
路の幅が広くなると、ストリップラインの容量成分Ｃｓ
が大きくなり、共振器の共振周波数のインピーダンスＺ
ｓは（Ｌｓ／Ｃｓ）^1/2の関係が成り立つので共振周波
数で、インピーダンスＺｓが小さくなってフィルタ全体
のインピーダンスＺを低下させてしまう。

【００２３】これに対して、第１伝送線路よりも第２伝
送線路の幅を広くして共振周波数の容量成分Ｃｓを大き
くしても、各ストリップラインをインターデジタル型に
配置してので、上述のように積層型誘電体フィルタとし
ての全体のインピーダンスＺが小さくなることを防ぐこ
とができ、ストリップライン長を更に短くすることが可
能になり、小型の積層型誘電体フィルタを提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図を
用いて説明する。図１は本発明の積層型誘電体フィルタ
（フィルタ）の外観斜視図、図２は内部構造を示す分解
斜視図、図３は積層型誘電体フィルタの等価回路図を示
す。

【００２５】フィルタ１は図１に示すように、主に誘電
体ブロック２の端面にグランド端子３ａ、３ｂを、誘電
体ブロック２の側面の中央に入出力端子４ａ、４ｂが形
成されている。

【００２６】誘電体ブロック２は、図２に示すように複
数の誘電体層２ａ〜２ｇが積層されて構成されており、
誘電体層２ａ、２ｂ間と誘電体層２ｆ、２ｇ間のそれぞ
れの略全面にグランド電極３ｃ、３ｄが形成されてお
り、また、誘電体層２ｃ〜２ｆ間にストリップライン
５、６が形成されている。更に、誘電体層２ｃ、２ｄ間
には結合電極９が形成されている。

【００２７】誘電体層２ａ〜２ｇの材料は、セラミック
などの高誘電率材料が望ましい。代表的な高誘電率材料
には、Ｂａ−ＴｉＯ₂系、Ｃａ−ＴｉＯ₂系、Ｍｇ−Ｔｉ
Ｏ₂系等を用いると良い。前出の材料を使用すれば、誘
電率が高いので、少ない面積でも充分な容量成分が得ら
れ、実質的なストリップライン長を短縮し、部品を小型
化できる。

【００２８】ストリップライン５、６は、誘電体層２
ｅ、２ｆ間に配された第１伝送線路５ａ、６ａと、誘電
体層２ｂ、２ｃ間に配された第２伝送線路５ｂ、６ｂ
と、第１伝送線路５ａ、６ａと第２伝送線路５ｂ、６ｂ
とを互いに接続したビアホール導体７、８により構成さ
れる。

【００２９】第１伝送線路５ａは第１伝送線路６ａと並
列して配置され、第１伝送線路５ａの一端はグランド端
子３ｂに接続されてλ／４の共振器を形成している。ま
た、第１伝送線路５ａの他端はビアホール導体７が接続
されている。更に、第１伝送線路５ａの他端の一部から
配線導体が延出し、その配線導体を略Ｌ字状に屈曲して
誘電体ブロック２の側面の入出力端子４ａに接続する整
合電極４ｃが形成されている。

【００３０】第２伝送線路５ｂは、第２伝送線路６ｂと
並列して配置され、第２伝送線路５ｂの他端はビアホー
ル導体７に接続され、一端が開放された開放端に延出さ
れている。また、第２伝送線路５ｂは第１伝送線路５ａ
に対向して形成されており、第１伝送線路５ａの幅より
も第２の伝送線路５ｂの幅が広くなるように形成してい
る。

【００３１】一方、第１伝送線路６ａの他端は、第１伝
送線路５ａが接続されるグランド端子３ｂと対向するグ
ランド端子３ａに接続されておりλ／４の共振器を形成
している。また、第１伝送線路６ａの一端はビアホール
導体８に接続されている。更に、第１伝送線路６ａの他
端の一部から配線導体が延出し、その配線導体を略Ｌ字
状に屈曲して誘電体ブロック２の側面の入出力端子４ｂ
に接続する整合電極４ｃが形成されている。また、第２
伝送線路６ｂの他端はビアホール導体８に接続され、一
端が開放された開放端に延出されている。

【００３２】第２伝送線路６ｂは、その他端はビアホー
ル導体８に接続され、一端が開放された開放端に延出さ
れている。また、第２伝送線路６ｂは第１伝送線路６ａ
に対向して形成されており、第１伝送線路６ａの幅より
も第２の伝送線路６ｂの幅が広くなるように形成してい
る。

【００３３】ビアホール導体７、８は誘電体層２ｃ〜２
ｅを貫通した形成されており、上述のように第１伝送線
路５ａ、６ａの各グランド端子３ａ、３ｂと接続しない
第１伝送線路５ａ、６ａの先端側に接続されるが、必ず
しもこれに限定されることがなく、その先端の手前側に
接続しても良い。

【００３４】以上のような構成により、共振器となるス
トリップライン５、６は、その短絡端が互い違いになる
ように交互に配した、いわゆるインターデジタル型のフ
ィルタとして構成されることになる。

【００３５】なお、ストリップライン５、６は本実施の
形態では二本で示したがこれに限定されず二本以上形成
しても良い。その場合でも、互いに隣り合うストリップ
ラインの短絡端がインターデジタル型となっている必要
がある。

【００３６】整合電極４ｃ、４ｄは、例えば、共振器間
の結合において電磁結合よりも静電結合のほうが強い容
量性のフィルタを形成した場合、各入出力端子４ａ、４
ｂ間の整合をとるために、整合電極４ｃ、４ｄを誘導成
分で構成し、第１伝送線路５ａの他端に、第１伝送線路
５ｂの一端にそれぞれ接続させている。

【００３７】結合電極９は共振器間の静電容量を大きく
するために形成され、電界強度の高い第２伝送線路５ｂ
と６ｂを結合するように配している。このように、共振
器以外に結合電極９を形成することで静電結合を強くす
ることができ、通過域付近に減衰極のある阻止域のある
フィルタを作ることができる。即ち、通過域から阻止域
にかけて急峻である、選択性の良いフィルタとなる。

【００３８】グランド電極３ｃ、３ｄ、ストリップライ
ン５、６、入出力端子４ａ、４ｂ、整合電極４ｃ、４
ｄ、ビアホール導体７、８、結合電極９に使われる材料
としては、高周波用電子部品であるため、ＡｇやＣｕを
主成分とする導体材料が望ましい。また、グランド端子
３ａ、３ｂ、入出力端子４ａ、４ｂは誘電体ブロック２
の表面に形成されているため、電極表面にメッキ処理を
することが望ましい。メッキ材料にはＡｕが一般的であ
るが、Ｎｉ等の中間メッキ層を形成しても良い。以上が
フィルタ１の構成であるが、等価回路で示すと図３のよ
うに表される。

【００３９】本発明のフィルタ１は次のような工程で製
造される。誘電体材料と樹脂材料からなるセラミックグ
リーンシートに導電性ペーストを用いて、ストリップラ
イン５、６等となる導体とビアホール導体７、８を形成
したものをそれぞれ逐次積層してなる積層体を作製す
る。その後、積層体を焼成し、所定の大きさに分割して
誘電体ブロック２が得られる。

【００４０】得られた誘電体ブロック２の表面に、グラ
ンド端子３ａ、３ｂ、入出力端子４ａ、４ｂとなる導体
ペーストを塗布した後、焼き付ける。その後、次にグラ
ンド端子３ａ、３ｂ、入出力端子４ａ、４ｂを無電解メ
ッキ法によりメッキ処理が行われてフィルタ１が完成す
る。

【００４１】次に本発明の特徴的なことを説明する。ス
トリップライン５、６は、積層型誘電体フィルタを小型
にするために、折り返すための第２伝送線路５ｂ、６ｂ
を形成し、更に小型にするために、第２伝送線路をスト
リップライン５、６の割合より大きくして、電界強度の
高い第２伝送線路５ｂ、６ｂの開放端側の静電容量を高
めストリップライン長を短くしている。

【００４２】ところが、ストリップライン５、６とグラ
ンド電極３ｃ、３ｄとの間の容量成分が大きくなると、
フィルタ１全体のインピーダンスは小さくなってしま
う。そして、インピーダンスが小さくなりすぎる場合、
フィルタの整合性が悪くなってしまう。この場合の対策
としては、一般的に入力端子から出力端子までの直列な
位置にある結合電極９、整合電極４ｃ、４ｄの容量成分
を大きくすれば良い。

【００４３】ところが、本発明では、より小型にするた
め、ストリップライン５、６の長さ短くしたいので、結
合電極９、整合電極４ｃ、４ｄの電極面積を広く形成す
るスペースが充分にとれず、電極面積を広くすると、小
型化が達成できなくなる。

【００４４】そこで、ストリップライン５、６をインタ
ーデジタル型に配置した。これにより、本来、第１伝送
線路５ａの一方端は短絡して電界強度が低く、第１伝送
線路５ａの他方端は電界強度が強くなっているので、フ
ィルタ１としてみた場合、電界強度が弱い第１伝送線路
５ａの一方端の周囲には、隣りの第１伝送線路６ａの電
界強度が強い他方側が配されているので、結果的に、第
１伝送線路５ａの一方端の周囲では静電結合が強くな
り、第２伝送線路５ｂ、６ｂの容量成分と相俟って十分
な容量成分を得ることができる。また、逆も同じような
作用を有している。従って、フィルタの容量成分が低下
するのを防ぎ、結合電極９や整合電極４ｃ、４ｄを大き
く形成しなくてもフィルタのインピーダンスの低下を防
止することができ各共振器間の整合性を良くすることが
できる。

【００４５】また、従来では整合電極４ｃ、４ｄはスト
リップライン５、６と別の誘電体層に形成し、コンデン
サを形成し、容量成分を強くしていたが、本発明では、
ストリップライン５、６間の静電結合が強いので、整合
をするための容量成分は小さくてよい。そこで、本発明
では、整合電極４ｃ、４ｄは、配線導体で形成すること
ができ、整合電極４ｃ、４ｄは、少ないスペースで形成
することができ、他に誘電体層を用いることもない。従
って、より小型なフィルタ１にすることができる。

【００４６】また、上述のように、本発明のフィルタ１
はインターデジタル型にしたことによりインピーダンス
が低下しないように調整できるので、第２伝送線路５
ｂ、６ｂの長さは第１伝送線路５ａ、６ａとほぼ同等の
長さにすることが可能である。従って、ストリップライ
ン５、６は、更に短くできるので、より小型のフィルタ
１にすることができる。

【００４７】また、第１伝送線路５ａ、６ａの幅よりも
第２伝送線路５ｂ、６ｂの幅を広くして共振器の共振周
波数の容量成分を大きくしても、各ストリップライン
５、６をインターデジタル型に配置してので、上述のよ
うにフィルタ１としての全体のインピーダンスＺが小さ
くなることを防ぐことができ、ストリップライン長を更
に短くすることが可能になり、小型のフィルタ１にする
ことができる。

【００４８】本発明によるフィルタ１の周波数特性と、
比較例として図７に示す構造のフィルタ７０の周波数特
性を図４に示す。図で示すように、本発明のフィルタ１
と比較例のフィルタ７０の周波数特性を比較すると、通
過域における挿入損失が改善され、減衰極の肩特性も改
善されていることが理解できる。これは、フィルタ１は
フィルタ７０に比べて電界強度が増して静電結合が高ま
り、整合性が向上したためと考えられる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体ブ
ロック内に形成するストリップラインをインターデジタ
ル型に配置することにより、小型でかつ整合性の良い積
層型誘電体フィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型誘電体フィルタの外観斜視図で
ある。

【図２】本発明の積層型誘電体フィルタの分解斜視図で
ある。

【図３】本発明の積層型誘電体フィルタの等価回路図で
ある。

【図４】本発明の積層型誘電体フィルタと従来の積層型
誘電体フィルタの特性図である。

【図５】従来の積層型誘電体フィルタの分解斜視図であ
る。

【図６】従来の積層型誘電体フィルタの等価回路図であ
る。

【図７】従来の積層型誘電体フィルタの他の分解斜視図
である。

【符号の説明】

１・・・・・・・積層型誘電体フィルタ２・・・・・・・誘電体ブロック２ａ〜２ｇ・・・誘電体層３ａ、３ｂ・・・グランド端子３ｃ、３ｄ・・・グランド電極４ａ、４ｂ・・・入出力端子４ｃ、４ｄ・・・整合電極５、６・・・・・ストリップライン５ａ、６ａ・・・第１伝送線路５ｂ、６ｂ・・・第２伝送線路７、８・・・・・ビアホール導体９・・・・・・・結合電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の誘電体層を積層した誘電体ブロッ
クの異なる誘電体層間に、ビアホール導体を介して互い
に接続されている第１伝送線路、第２伝送線路を形成
し、前記第１伝送線路の一端をグランド電位に短絡し、
前記第２伝送線路の一端を開放した成る複数のストリッ
プラインを併設配置した積層型誘電体フィルタであっ
て、隣り合う前記ストリップラインは、その短絡端が互い違
いに配置されていることを特徴とする積層型誘電体フィ
ルタ。
【請求項２】前記第１伝送線路の幅よりも第２の伝送
線路の幅が広いことを特徴とする請求項１記載の積層型
誘電体フィルタ。